Biomassa para Produção de hidrocarboneto líquido combustível Via Hot-vapor filtrada pirólise rápida e Catalytic Hidrotratamento

O objetivo geral deste processo é demonstrar a produção de combustíveis de hidrocarbonetos a partir de biomassa lignocelulósica em um processo de duas etapas que consiste em pirólise rápida e hidrotratamento. Este método pode ajudar a responder a questões-chave no campo dos biocombustíveis, como o impacto da matéria-prima e das condições operacionais na qualidade e no rendimento do bio-óleo de pirólise e do produto de hidrocarbonetos. A principal vantagem dessa técnica é que ela permite a produção de petróleo em reatores industrialmente relevantes e em quantidades suficientes para avaliar o processo totalmente integrado.

Os problemas gerais com as operações de pirólise são: alimentar a biomassa de forma confiável, evitar que os vapores condensados obstruam as linhas de transferência aquecidas na entrada do condensador e obter a condensação completa. O entupimento do catalisador durante o hidrotratamento devido à instabilidade dos produtos é feito por óleo, é apenas usando um processo de dois estágios, incluindo um estágio de estabilização. Demonstrando o procedimento de pirólise estará Kellene Orton, do Laboratório Nacional de Energia Renovável.

O reator de pirólise usado é um reator de leito fluidizado borbulhante de 5,0 centímetros de diâmetro interno construído em laboratório, equipado com um sistema de condensação de vidro. Monte o reator de pirólise, ciclone com receptor de alcatrão e filtro quente conforme descrito no protocolo de texto. Para o primeiro condensador, use uma ponteira de grafite em uma união de compressão para acoplar o tubo de aço inoxidável a um pedaço de tubo de vidro borossilicato fundido a uma junta cônica padrão.

Evite apertar demais. Aplique graxa de silicone ou uma luva de Teflon na junta cônica padrão. Conecte o primeiro condensador a um frasco de dois gargalos colocado em um recipiente que servirá como banho de gelo.

Faça conexões entre vasos a jusante deste ponto com tubos de vinil transparente de 9 a 12 milímetros. Prenda a tubulação com mangueira clamps nas juntas de vidro fosco, juntas esféricas e farpas de mangueira na vidraria. Ligar a saída do primeiro balão do condensador à entrada do precipitador electrostático, ou ESP.

Conecte a saída do ESP à conexão superior do condensador de dedo frio. Em seguida, conecte um alívio de pressão do tubo em U à linha entre o ESP e o condensador de dedo frio. Encha o tubo em U até a metade com água.

Em seguida, conecte o receptor a um frasco de 500 mililitros de dois gargalos colocado em um recipiente que servirá como banho de gelo seco. Colocar um orifício no balão. Conecte a saída do orifício à entrada da carcaça do filtro coalescente.

Coloque um recipiente para segurar gelo seco ao redor da parte inferior da carcaça do filtro. Despeje 200 mililitros de areia no reator. Em seguida, despeje dois quilos de biomassa moída no funil de alimentação.

Execute a verificação de vazamento, aqueça o reator e prepare-se para operá-lo conforme descrito no protocolo de texto. Por fim, adicione gelo e gelo seco ao trem do condensador. Para iniciar o experimento de pirólise, ligue as válvulas longas de cobre e o sem-fim.

Ligue os vibradores do sistema de alimentação. Ligue o ESP. Defina a tensão para 5-10 quilovolts, conforme necessário, para observar um arco pelo menos uma vez a cada dois segundos.

Ligue o alimentador em uma taxa baixa. E certifique-se de que a biomassa está se alimentando. Observe a temperatura do leito e aumente o ponto de ajuste conforme necessário para compensar o aumento da carga de calor.

Quando a temperatura se recuperar para dentro de dois graus Celsius do ponto de ajuste, aumente a taxa de alimentação em 100 gramas por hora. Repita o processo até atingir a taxa de avanço desejada. A cada 15 minutos, registre a temperatura do leito, a taxa de alimentação, a taxa do medidor de teste seco e as pressões do sistema.

Verifique se o ESP ainda está formando arco corretamente. Responda às mudanças conforme necessário, reabasteça o gelo e o gelo seco, drene o ESP para um frasco de coleta de produtos conforme necessário. Pare de alimentar depois de alimentar biomassa suficiente para obter um bom fechamento do balanço de massa.

Evite encher demais o receptor de alcatrão ou os receptores do condensador. Pesar todas as partes do sistema do condensador para obter o rendimento líquido total. Despeje os líquidos dos receptores do condensador em uma jarra ou garrafa comum.

Depois de resfriar o sistema abaixo de 50 graus Celsius, colete o alcatrão do receptor e do filtro quente. Remova e pese o material da cama usando um aspirador HEPA com um recipiente de nocaute. Oxidar o sistema e calcular os rendimentos conforme descrito no protocolo de texto.

Analise o óleo de pirólise conforme descrito no protocolo de texto. O sistema de hidrotratamento utilizado é um reator de fluxo contínuo de leito fixo de 1,3 centímetro de diâmetro interno construído em laboratório, com um componente de alimentação de gás e líquido e um componente de separação de produto gás-líquido. Esmague os dois catalisadores, use rutênio suportado em carbono como o catalisador de estágio um para estabilização do óleo de pirólise e use molibdênio de cobalto suportado em alumina como o catalisador de estágio dois para hidrodesoxigenação do óleo de pirólise.

Peneira para reter grãos de 0,25 a 0,60 milímetros. Use tubos e telas de aço inoxidável como meio de suporte para os leitos de catalisador. Lenta e sequencialmente, despeje os grãos de catalisador do estágio dois, os grãos de catalisador do estágio um e o catalisador original do estágio um são extrudados no reator, enquanto bate na parte externa do reator para formar leitos de catalisador compactados.

Carregue 32 mililitros de cada catalisador para formar um leito de catalisador de dois estágios com 24 mililitros de cada catalisador localizado na zona isotérmica. Coloque o reator no sistema de hidrotratamento instalando primeiro os dois aquecedores. Em seguida, conecte o reator ao componente de alimentação de gás e líquido e ao componente de separação de produto gás-líquido.

Depois de realizar o pré-tratamento do catalisador por sulfetação conforme descrito no protocolo de texto, ajuste o fluxo de hidrogênio para 153 mililitros por minuto e mantenha a pressão do sistema em 10,3 megapascais. Defina a temperatura do leito do catalisador do estágio um para 220 graus Celsius e a temperatura do leito do catalisador do estágio dois para 400 graus Celsius. Registre a temperatura do leito e as linhas de base do fluxo de hidrogênio quando a temperatura, a pressão e o fluxo de hidrogênio se tornarem estáveis.

Adicione dissulfeto de di-terc-butila à alimentação do óleo de pirólise em uma quantidade igual a 150 ppms de enxofre no óleo de pirólise. Encha uma das bombas de alimentação com a alimentação de óleo de pirólise e purgue a linha de alimentação até obter um fluxo de líquido livre de bolhas de ar. Pressurize a bomba a 10,3 megapascais e, em seguida, conecte-a ao reator abrindo as válvulas de conexão.

Comece a alimentar o óleo de pirólise a uma taxa de fluxo de 4,8 mililitros por hora. Esta ação inicia o teste de hidrotratamento do óleo de pirólise. Verifique o status do reator e registre os parâmetros, como temperatura, pressão, vazão e volume, periodicamente.

Certifique-se de que as temperaturas do leito do catalisador estejam dentro de mais ou menos dois graus da temperatura desejada, que as taxas de fluxo de gás e líquido sejam exatamente as mesmas que as configurações desejadas e que a pressão do reator esteja dentro de mais ou menos 0.15 megapascals da pressão desejada. Certifique-se também de que a queda de pressão no leito do catalisador seja inferior a 0,35 megapascals. Coletar as amostras líquidas a cada seis horas, trocando primeiro o coletor de amostragem para o coletor de bypass e reduzindo a pressão do coletor de amostragem.

Em seguida, drene a amostra líquida para frascos coletores. Purgar o coletor de recolha de amostras e pressurizar o coletor de recolha de amostras com azoto. Por fim, redirecione o fluxo do produto para o coletor de amostragem.

Analise as amostras de gás a cada duas horas usando cromatografia de microgás. Realize o teste por 60 horas em fluxo, ajustando a temperatura do reator para 100 graus Celsius e a vazão de hidrogênio para 100 mililitros por minuto. Termine o teste interrompendo a alimentação do óleo de pirólise.

Processe e analise os produtos líquidos conforme descrito no protocolo de texto. Esta figura compara a análise elementar do teor de carbono, hidrogênio e oxigênio da matéria-prima, do óleo de pirólise e do combustível atualizado. Ele demonstra a conversão bem-sucedida de matérias-primas de biomassa em combustíveis líquidos de hidrocarbonetos no processo de duas etapas.

O impacto da filtragem de gás quente dos vapores de pirólise antes da condensação é demonstrado aqui. A filtragem de gás quente elimina resíduos inorgânicos, mas também afeta o rendimento do óleo de pirólise e as propriedades do óleo, como o teor de oxigênio do óleo. Resultados detalhados demonstram os rendimentos e propriedades dos combustíveis atualizados após o hidrotratamento.

O bio-óleo filtrado a vapor quente leva a uma proporção água-combustível ligeiramente mais alta, e as propriedades do combustível atualizado para os dois bio-óleos são muito semelhantes. A principal diferença entre o hidrotratamento dos dois óleos de pirólise é que o leito catalisador de bio-óleo filtrado por vapor quente mostrou muito menos deposição de minerais. Esta técnica mostra a conversão de biomassa lignocelulósica, em combustíveis de hidrocarbonetos via pirólise rápida e hidrotratamento, usando as condições necessárias para produzir um biocombustível de alta qualidade e bom rendimento.

Após esse desenvolvimento, essa técnica abriu caminho para os pesquisadores explorarem matérias-primas, políticas e parâmetros de biomassa e catalisadores de hidrotratamento e parâmetros com maior impacto na eficiência geral de carbono, para a produção de biocombustíveis. Não se esqueça de que trabalhar com óleo de pirólise e em sistemas de reatores quentes pode ser extremamente perigoso. Precauções devem sempre ser tomadas ao executar esta técnica.

Além disso, as regras e procedimentos de segurança devem ser rigorosamente seguidos.