Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Biochemistry
Click here for the English version

Biochemistry

تحويل الكتلة الحيوية لإنتاج المواد الهيدروكربونية السائلة الوقود عن طريق الساخن بخار تصفية سريعة الانحلال الحراري والتحفيزي المعالجة الهيدروجينية

Published: December 25, 2016 doi: 10.3791/54088
Automatic Translation
1, 1, 2, 2, 2
1Chemical and Biological Process Development, Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), 2National Bioenergy Center, National Renewable Energy Laboratory (NREL)

Summary

يتم عرض الطرق التجريبية والانحلال الحراري السريع من الكتلة الحيوية lignocellulosic لإنتاج الزيوت الحيوية وللالمعالجة الهيدروجينية الحفازة لل-الزيوت الحيوية لإنتاج الهيدروكربونات مجموعة الوقود. تم تقييم أيضا الساخنة بخار الترشيح خلال الانحلال الحراري سريع لإزالة الجسيمات شار الدقيقة والملوثات غير العضوية من النفط الحيوية.

Introduction

مجتمعنا يعتمد بشكل كبير على الوقود الأحفوري (على سبيل المثال، النفط، الغاز الطبيعي، الفحم، وما إلى ذلك). هذه الموارد هي مصادر الطاقة غير قابلة للاستمرار ويجري يستنفد بوتيرة متزايدة بسرعة، مما أدى إلى مخاوف بشأن تراجع موارد الوقود الأحفوري، والآثار البيئية من ثاني أكسيد الكربون 2 الانبعاثات، والمشاكل الاقتصادية. 1،2،3،4 ويتزايد الطلب على مصادر الطاقة البديلة والمستدامة. الكتلة الحيوية هي الموارد المتجددة وخالية من الكربون الوحيد لإنتاج الوقود السائل (الوقود الحيوي) والمواد الكيميائية القائمة على الكربون ليحل محل الوقود الأحفوري في نظام إنتاج الطاقة والتحويل الحالي. 3،4

الكتلة الحيوية Lignocellulosic (على سبيل المثال، والخشب والعشب، محاصيل الطاقة، والنفايات الزراعية، وما إلى ذلك)، والذي يشغل حاليا منصب مصدر الكتلة الحيوية الأكثر وفرة والأقل كلفة، وقد اجتذب معظم الاهتمام كوسيلة لانتاج الوقود الحيوي عبر مختلف الطرق الحرارية والبيولوجية. 3،4

الطريق الأول يمكن الاستفادة فقط من السليلوز وهيميسيلولوز جزء من الكتلة الحيوية lignocellulosic. ويعتبر الانحلال الحراري متكاملة مع تطوير لتكون التكنولوجيا القابلة للحياة على المدى القريب لإنتاج المباشر للوقود الحيوي.

الانحلال الحراري هو التحلل الحراري من الكتلة الحيوية lignocellulosic في درجات حرارة تتراوح بين 400 و 550 درجة مئوية في ظل غياب الأكسجين. 4،5،6 وهناك عدد من ردود الفعل، مثل التحلل، والجفاف، وC-C انشقاق السندات، تحدث أثناء الانحلال الحراري ويؤدي إلى تشكيل خليط معقد سو أكثر من 200 مركبات غنية بالأوكسجين. 4،5،6 الحيوية الزيوت في عوائد عالية (تصل إلى 75٪ بالوزن من الأعلاف الجافة) يمكن أن تنتج ما يصل إلى 70٪ من الطاقة المخزنة في المواد الأولية الكتلة الحيوية الاحتفاظ بها. 4،5 ومع ذلك، الاستخدام المباشر للإنتاج الانحلال الحراري الحيوي النفط وقود النقل في المعدات القياسية إشكالية بسبب الأكسجين العالية والمحتوى المائي، والتي تؤدي إلى مختلف الخصائص الفيزيائية والكيميائية مثل اللزوجة العالية، والتآكل، وتقلب الفقراء، وانخفاض قيمة التدفئة، وضعف الاستقرار. 6،7،8،9 لذلك، يطلب إزالة الأكسجين واسعة النطاق لالترقية الزيوت الحيوية إلى وقود المدى الهيدروكربونات. المعالجة الهيدروجينية الحفازة باستخدام المحفزات الصلبة في الهيدروجين هو الطريق الأكثر شيوعا لرفع مستوى النفط الحيوية عن طريق إزالة الأكسجين من خلال hydrodeoxygenation والهدرجة ردود الفعل. 6،7،8،9

في الوقت الراهن، واحدا من التحديات الرئيسية عن الانحلال الحراري تليها المعالجة الهيدروجينية هو تحقيق عملية ثابتة على المدى الطويل، خاصة بالنسبة للعملية المعالجة الهيدروجينية فيه عدم الاستقرار الحراري للنفط الحيوي والمخلفات غير العضوية والكبريت في النفط الحيوي يسبب التعطيل حافزا كبيرا. وقد عولجت 10،11 عدم الاستقرار الحراري للنفط الحيوي عن طريق هدرجة درجات الحرارة المنخفضة لتحقيق الاستقرار في الأنواع النشطة في النفط الحيوي. 11،12 تنظيف من النفط الحيوية عن طريق إزالة المخلفات غير العضوية، والتي يمكن أن تحفز repolymerization الكسور النفطية الحيوية وتعطيل المحفزات المعالجة الهيدروجينية بواسطة الترسيب، قد تكون ذات قيمة. الساخنة بخار الترشيح هي واحدة من تقنيات للحد من فعالية محتوى غير العضوي في النفط الحيوية عن طريق إزالة الجسيمات شار أثناء الانحلال الحراري. يستخدم 13،14،15 الساخن بخار الترشيح المصب من مفاعل الانحلال الحراري لفصل غرامات شار من الانحلال الحراري للغاز / تيار بخار في درجة حرارة عالية قبل التكثيف من الأبخرة. 13،14،15

نحن هنا التقرير البروتوكول المستخدم في الوطني للطاقة المتجددة مختبر (المختبر الوطني) عن الكتلة الحيوية pyrol بسرعةيسيس على حد سواء مع ودون الترشيح الساخنة بخار لإنتاج الزيوت الحيوية باستخدام مفاعل المميعة السرير وفي شمال غرب المحيط الهادئ المختبر الوطني (PNNL) لالمعالجة الهيدروجينية للنفط الحيوي لإنتاج الوقود الحيوي في الدفق المستمر معبأة السرير مفاعل حفاز. ووصف تكوينات أنظمة المفاعل، وإجراءات التشغيل، ومعالجة وتحليل المواد الأولية،-الزيوت الحيوية، والوقود الحيوي في التفاصيل. يتم عرض نتائج معالجة الانحلال الحراري من المواد الأولية الكتلة الحيوية تمثيلية مع أو بدون الساخنة بخار تصفية والمعالجة الهيدروجينية للنفط الحيوي تنتج أيضا جنبا إلى جنب مع تقييم للأثر الترشيح الساخنة بخار.

Protocol

1. الانحلال الحراري سريع مع الساخن بخار الترشيح

  1. إعداد الكتلة البيولوجية
    1. مطحنة الكتلة الحيوية إلى حجم الجسيمات من <2 مم. تخزين في مكان بارد وجاف.
  2. تجميع نظام الانحلال الحراري
    1. تجميع مفاعل الانحلال الحراري.
      1. جبل مفاعل داخل الفرن. ربط النيتروجين fluidizing والنيتروجين اوجير، وخطوط الهواء إلى المفاعل. إدراج اوجير بمنفذ اوجير تغلف. توصيل الهواء لتبريد سترة.
      2. جبل وربط محرك اوجير.
      3. جبل التغذية الصلبة 30-60 سم مباشرة فوق فتحة عمودية من ميناء اوجير.
      4. جبل القفل قادوس بين منفذ التغذية الصلبة وفتحة عمودية من ميناء اوجير. اتصال ميناء اوجير مع النايلون جديلة، عززت أنابيب الفينيل مع قطرها الداخلي 25 ملم. تأمين أنابيب إلى ميناء اوجير مع المشبك خرطوم. الاتصال المغذية مع خفيفة الوزن، واضحة، فضفاض البلاستيك الانزلاق مناسبا.
      5. تجميع الإعصار ومرشح ساخن.
        1. جبل الإعصار وربط مدخل الإعصار إلى منفذ المفاعل. استقبال وثيق-الزوجان إلى إعصار.
        2. جبل مرشح ساخن (مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ مع حجم المسام من 2 ميكرون) في السكن التصفية. قم بتوصيل منفذ الإعصار الساخنة مرشح مدخل. ربط تطهير النيتروجين وتخفيف الضغط على منفذ الإعصار.
        3. استخدام الشريط الحرارة والبطانيات العازلة للحرارة التتبع من مدخل الإعصار إلى مدخل مكثف.
      6. تجميع النظام المكثف.
        ملاحظة: جبل قطعة من نظام المكثف في غطاء الدخان باستخدام مختبر الرافعات، حلقة المدرجات، والمشابك مختبر.
        1. لالمكثف الأول، زوجين 15-30 سم من 1.2 سم (القطر الخارجي) أنابيب الصلب غير القابل للصدأ أنابيب البورسليكات مع مشترك تفتق القياسية. ربط المكثف الأول إلى 500 مل، واثنين من العنق (تفتق قياسي)، القاع ذهابا وقارورة (المتلقي) وضعت في حاوية ثار سيكون بمثابة حمام الثلج. إجراء اتصالات بين السفن المصب من هذه النقطة مع 9- إلى 12 ملم أنابيب الفينيل واضحة المضمون مع خرطوم المشابك على المفاصل الزجاج الأرض والمفاصل الكروية، وانتقادات لاذعة خرطوم على الأواني الزجاجية.
        2. قم بتوصيل منفذ أول قارورة المكثف إلى ميناء الجانب السفلي (مدخل) من مرسب (ESP).
        3. ربط ميناء الجانب العلوي (مخرج) من ESP للاتصال العلوي الصغير من فخ الجليد الجاف (اصبع الباردة المكثف).
        4. توصيل U-أنبوب إلى خط بين ESP وفخ الجليد الجاف. ملء نصف U-أنبوب الكامل مع المياه.
        5. ربط فخ الجليد الجاف إلى 500 مل، واثنين من العنق، دورق كروي (المتلقي) وضعت في حاوية من شأنها أن تكون بمثابة حمام الجليد الجاف.
        6. قم بتوصيل منفذ للقارورة 500 مل إلى مدخل (منفذ الوسط) من المساكن للمرشح التحام.
        7. وضع وعاء لعقد الثلج الجاف حول الجزء السفلي من السكن التصفية.
        8. ربط outle فلترر إلى متر الجاف الاختبار وغيرها من أجهزة تحليل الغاز (على سبيل المثال، الأشعة تحت الحمراء غير المشتتة تحليل لثاني أكسيد الكربون، ثاني أكسيد الكربون 2، وCH 4، الحراري للكشف عن التوصيل للهيدروجين، واللوني للغاز الصغرى (الدقيقة GC) لثاني أكسيد الكربون ، CO 2 والنيتروجين والهيدروجين، وC1-C4 الهيدروكربونات) وبعد ذلك للتنفيس.
          ويرد التخطيطي للنظام مفاعل الانحلال الحراري في الشكل رقم 1: ملاحظة. وأظهرت صور من وحدة التغذية الكتلة الحيوية، pyrolyzer، الإعصار، مرشح الساخنة بخار، والمكثفات من نظام مفاعل الانحلال الحراري في أرقام S1 إلى S5 في ملف التكميلي.
    2. مفاعل الانحلال الحراري الحمل
      1. صب 200 مل من الرمال (330 غ) في المفاعل.
      2. صب 2 كيلوغرام من الكتلة الأرضية في تغذية النطاط.
    3. تسرب نظام الاختيار الانحلال الحراري
      1. سقف قبالة النظام في مدخل مكثف.
      2. الضغط 0.05 ميجا باسكال أو المتوقع أقصى ضغط التشغيل، أيهماأعلى. ضمان تدفق المطلوب للحفاظ على الضغط <200 مل / دقيقة. إذا لم يكن كذلك، تحديد مكان وإصلاح تسرب، وكرر هذه الخطوة.
      3. تخفيف الضغط، نظام إرفع قبعة، نظام التكثيف، وكأب ربط في نهاية الخروج من نظام التكثيف.
      4. الضغط إلى 0.01 ميجا باسكال. ضمان تدفق <200 مل / دقيقة يحافظ على الضغط. إذا لم يكن كذلك، تحديد مكان وإصلاح تسرب، وكرر هذه الخطوة.
      5. أزال الضغط وإعادة النظام التكثيف على الصكوك.
    4. تسخين مفاعل
      1. بدوره على تبريد الهواء، تعيين تدفق النيتروجين fluidizing إلى 3 لتر / دقيقة واوجير تدفق النيتروجين القياسية إلى 1 معيار لتر / دقيقة.
      2. مجموعة درجة حرارة الفرن الهدف إلى 500 درجة مئوية، وغيرها من سخانات الى 400 الى 500 درجة مئوية.
      3. درجة حرارة منحدر يصل الى استهداف درجات الحرارة بمعدل من 1 إلى 10 درجة مئوية / دقيقة.
    5. الاستعداد للتشغيل
      1. زيادة fluidizing معدل تدفق النيتروجين إلى 14 القياسية لتر / دقيقة، فلو اوجير النيتروجينمعدل ث إلى 1.4 القياسية لتر / دقيقة، وإدخال الغاز تطهير بمعدل تدفق 0.5 القياسية لتر / دقيقة. معظم تطهير يذهب الى ميناء تمزق القرص على منفذ الإعصار.
      2. ملء حمام تحت المكثف الأول مع الثلج. ملء فخ الجليد الجاف والحاويات تحت المتلقي لها، والحاويات حول ائتلافه فلتر مع الثلج الجاف.
      3. مراقبة درجة الحرارة داخل ائتلافه مع فلتر الحرارية وضعها على سطح مرشح وضبط مستوى الجليد الجاف لذلك هو 0 درجة مئوية.
    6. إجراء تجربة الانحلال الحراري
      1. تشغيل صمامات قفل هوبر (استخدام 4 الحلقة الثانية) واوجير.
      2. تشغيل ESP. تعيين الجهد إلى 5-10 كيلو فولت حسب الحاجة لمراقبة قوس مرة واحدة كل ثانية على الأقل 2.
      3. استخدام GC الجزئي للتحقق من عدم وجود الأكسجين موجودا. تحقق من أن تحول على اوجير وقفل قادوس لم يسبب انخفاضا في معدل تدفق الغاز الناتج، والتي من شأنها أن تشير إلى وجود تسرب.
      4. تشغيل وحدة التغذية في 100 غرام / ساعة. مراقبة درجة حرارة السرير وزيادة نقطة التحديد حسب الحاجة للتعويض عن زيادة الحمل الحراري.
      5. عندما تعافى درجة الحرارة إلى داخل 2 درجة مئوية 500 درجة مئوية، وزيادة معدل التغذية من 100 غرام / ساعة. كرر هذا حتى معدل التغذية من 420 غرام / وصلت في الساعة.
      6. كل 15 دقيقة، سجل درجة حرارة السرير، ومعدل التغذية على وحدة تحكم المغذية، وتركيزات غاز من قبل الصغرى GC،، معدل متر اختبار، وضغوط النظام عن طريق أجهزة قياس الضغط. تحقق من أن ESP لا يزال الانحناء بشكل صحيح. الاستجابة للتغيرات في أي من هذه حسب الحاجة. الجليد الملء والثلج الجاف. استنزاف ESP في وعاء لجمع المنتجات حسب الحاجة.
    7. اغلق
      1. بعد الرضاعة 1 كغم من الكتلة الحيوية، والتوقف عن تغذية.
      2. بعد مستويات الغاز والتهاوي إلى أقل من 10٪ من قيم ثابتة للدولة، وإيقاف جميع سخانات المياه، ورفض fluidizing تدفق إلى 3 تدفق قياسي لتر / دقيقة واوجير إلى 1 معيار لتر / دقيقة. إيقاف ESP، صمامات lockhopper، واوجير.
      3. السماح للنظام لتبريد (4-6 ساعة) قبل فتح أبواب الساخنة.
        4. </ رأ>
      4. جمع المنتجات السائلة وشار.
        1. تزن كل أجزاء النظام المكثف للحصول على العائد الإجمالي السائل. صب السوائل من استقبال المكثف في وعاء المشتركة أو زجاجة. بدلا من ذلك، استخدام الأسيتون لتنظيف الأواني الزجاجية.
        2. استقبال شار فارغة في وعاء. إزالة مرشح ساخن، إفراغ المساكن، وفرشاة قبالة مرشح في جرة شار. الموازنة بين التصفية. إزالة وتزن المواد السرير. استخدام فراغ HEPA مع سفينة خروج المغلوب لهذه الخدمة.
      5. أكسدة النظام.
        1. اغلاق المفاعل، استقبال الإعصار، وتنظيف فلتر الساخن. تحقق من وجود تسرب كما هو موضح أعلاه في القسم 1.4.
        2. تثبيت خط المعادن من مدخل مكثف للمخرج مرشح التحام لتجاوز نظام التكثيف.
        3. حرارة المفاعل إلى 550 درجة مئوية مع 3 القياسية النيتروجين لتر / دقيقة مثل الغاز fluidizing و 1 لتر / دقيقة تدفق اوجير النيتروجين القياسية.
        4. إضافة الهواء إلى fluidizingالغاز. تبدأ في 0.2 القياسية لتر / دقيقة وتزداد تدريجيا إلى 4 لتر / دقيقة. تستمر حتى تركيزات ثاني أكسيد الكربون + CO 2 أقل من 0.1٪.
      6. حساب العوائد.
        1. حساب العائد السائل كما في مجموع التغير في كتلة نظام التكثيف.
        2. حساب العائد شار كمجموع للتغير الوزن في السرير، وتغير الوزن من مرشح ساخن، وشار التي تم جمعها من استقبال الإعصار والإسكان الساخنة التصفية.
          ملاحظة: شار إضافية يمكن تقدير من أكسدة النظام، ولكن هذا عادة ما يكون غير مهم.
        3. حساب العائد الغاز كما أن الوزن الإجمالي للمنتجات الغازية من تركيزات غازات يقاس على GC ومعدل تدفق اختبار متر الجاف.

      2. التحفيز المعالجة الهيدروجينية الحيوي للنفط

      ملاحظة: تم شحن عينات من الزيت الحيوي المنتجة في المختبر الوطني لPNNL عن المعالجة الهيدروجينية الحفازة على نظام معالجة بالهيدروجين.

      1. نظام معالجة بالهيدروجين
        1. تأكد من أن نظام معالجة بالهيدروجين في حالة تشغيلية عن طريق فحص كل مكون.
          ملاحظة: نظام مفاعل معالجة بالهيدروجين تستخدم تكوين باعتباره مسار واحد، وشارك في تيار ومستمر، بانخفاض تدفق مفاعل حفاز. ويتكون النظام من ثلاثة مكونات رئيسية هي: 1) 3) عنصرا فصل المنتجات الغاز السائل والغاز مكون التغذية السائل، 2) مفاعل ساخنة، و(الشكل 2). تم تصميم هذا النظام لتعمل بسرعة تصل إلى 13.6 ميجا باسكال (2000 رطل لكل بوصة مربعة، أقصى ضغط التشغيل) مع الحد الأقصى لدرجة الحرارة حافزا 500 درجة مئوية (تم تصنيف فقط المفاعل عند هذه الدرجة).
        2. ضمان رصد معالجة بالهيدروجين ونظام التحكم ونظام مراقبة سلامة هي في حالة التشغيل.
          ملاحظة: تتم مراقبة النظام والتحكم جزئيا من قبل برنامج كمبيوتر في منزل بنيت مع مختلف أجهزة الاستشعار. وتشمل أجهزة الاستشعار الحرارية ومحولات الضغط للمفاعل وكذلك الهيدروجين والحرفي التهويةالتمرير في العلبة حيث يقع المفاعل. يتم تسجيل البيانات عن طريق برنامج لمراقبة المفاعل. يتم قياس معدل تدفق الغاز منفذ من قبل تدفق متر، ويتم تسجيل البيانات من قبل البرامج المرافقة لها. يتحكم البرنامج أيضا على امدادات الطاقة من المعدات الرئيسية للمفاعل. خلال التجربة، وإذا كان المفاعل يخضع تغيير غير مرغوب فيه في ظروف التشغيل من حيث التغيرات المحددة الضغط و / أو التغيرات في درجات الحرارة، أو غاز قابل للاحتراق موجود فوق الحد سلامة، و / أو إذا فشل نظام التهوية، البرنامج يمكن تلقائيا إيقاف تشغيل النظام لضمان السلامة. يتم تثبيت صمامات تخفيف الضغط وقرص تمزق أيضا في نظام معالجة بالهيدروجين لحماية ضد الإفراط في الضغط.
      2. تحميل محفز والمعالجة
        1. إعداد محفز
          1. سحق كل من المحفزات، رو / C، والمحفز مرحلة الأولى وكومو / آل 2 يا 3 باعتبارها حافزا المرحلة الثانية، وغربال للاحتفاظ 0.25 إلى 0.60 مم الحبوب (30-60 شبكة).
            وقد أعد رو / C حافز في المنزل وكان كومو / آل 2 يا 3 محفز منتج تجاري: ملاحظة.
        2. تحميل محفز في المفاعل
          1. استخدام أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ وشاشات وسائط الإعلام دعم الأسرة محفز. ببطء صب الحبوب المرحلة الثانية محفز، المرحلة-I الحبوب محفز، والأصلي المرحلة-I extrudates محفز، والتي كانت تستخدم لالموزع، في بالتتابع مفاعل في حين أن "التنصت" على السطح الخارجي للمفاعل لتشكيل الأسرة حافزا معبأة . تحميل 32 مل من كل عامل حفاز لتشكيل السرير محفز على مرحلتين مع 24 مل من كل عامل حفاز تقع في منطقة متساوي الحرارة (الشكل 3).
        3. تثبيت المفاعل إلى نظام معالجة بالهيدروجين
          1. وضع مفاعل في نظام معالجة بالهيدروجين عن طريق تركيب سخانات يومين ثم ربط مفاعل للغاز والسائلعنصر الأعلاف والمكون فصل الغاز السائل.
            ملاحظة: اثنان حرارة الأغماد الألومنيوم تسخين الشريط إحاطة مفاعل أنبوبي لتوفير الحرارة. ويستخدم كل غمد ساخنة مستقل لتسخين جزء من المفاعل خلال المعالجة حافزا وخلال الاختبار hydrotreatment. يتم تغليف كل غمد الألومنيوم مع شريط الحرارة ارتفاع في درجة الحرارة والعزل وتسخينه باستخدام وحدة تحكم في درجة الحرارة. يتكون المفاعل الحفاز سرير ثابت أنبوبي من 316 الفولاذ المقاوم للصدأ ومع قطرها الداخلي 13 ملم وبطول 64 سم. والحرارية جيدا (4.7 ملم خارج القطر) ويقع في مركز المفاعل، وضعت اثنين من المزدوجات الحرارية في البئر لقياس درجة حرارة الأسرة محفز.
        4. التحقق من الضغط من نظام معالجة بالهيدروجين للكشف عن التسربات باستخدام 12.0 ميجا باسكال غاز النيتروجين عن طريق الحفاظ على النظام في الضغط وضمان أن انخفاض ضغط أقل من 1 رطل لكل بوصة مربعة في الساعة.
        5. محفز المعالجة. كبريتيدالمحفزات في الموقع في الهيدروجين وsulfiding تدفق الوكيل.
          1. تسخين كلا سرير محفز من درجة حرارة الغرفة إلى 150 درجة مئوية بمعدل 120 درجة مئوية / ساعة في الهيدروجين في 242 مل / دقيقة.
          2. الحفاظ على كل من درجات الحرارة حافزا سريرا في 150 درجة مئوية لمدة 2 ساعة في الهيدروجين في 242 مل / ساعة وsulfiding وكيل في 0.128 مل / دقيقة (35٪ بالوزن دى ثالثي butyldisulfide في ديكان تغذية عن طريق مضخة التغذية).
          3. تسخين السرير مرحلة-I 150-250 درجة مئوية بمعدل 83.3 درجة مئوية / ساعة، والحفاظ على حرارة 250 درجة مئوية لمدة 5.8 ساعة. وخلال الفترة نفسها، والحرارة السرير المرحلة الثانية 150-400 درجة مئوية بمعدل 83.3 درجة مئوية / ساعة، والحفاظ على 400 درجة مئوية لمدة 4 ساعات. أثناء إجراء، والحفاظ على الضغط من المفاعل في 10.3 ميجا باسكال، فإن معدل sulfiding وكيل تدفق في 0.128 مل / دقيقة، ومعدل تدفق الهيدروجين في 242 مل / دقيقة.
          4. وقف تدفق كيل sulfiding والحفاظ على تدفق الهيدروجين. ثم ضبط درجة الحرارة من كل عامل حفاز سرير إلى درجة حرارة التفاعل المطلوب.
            ملاحظة: يتم تحديد معدل تدفق كيل sulfiding بمقدار محفز المستخدمة وكيل sulfiding السائل في الساعة سرعة الفضاء (LHSV) من 0.12 مل / مل القط / ساعة لمحفزات الشاملة. يتم تحديد معدل تدفق الهيدروجين وفقا لمعدل التدفق وكيل sulfiding وكيل نسبة تدفق sulfiding الهيدروجين إلى في 1890 مل الهيدروجين / مل sulfiding كيل السائل. وتتألف مكونات الغاز والتغذية السائلة من نظام معالجة بالهيدروجين اثنين من مضخات الحقن ذات الضغط العالي. يستخدم واحد من المضخات اثنين لتغذية وكيل sulfiding. وقدم وكيل الغاز وsulfiding إلى المنطقة قبل مفاعل مفاعل حيث يتم خلط السائل قبل أن تمر إلى الأسفل من خلال السرير محفز في المفاعل.
      3. المعالجة الهيدروجينية الحيوي للنفط
        1. ضبط تدفق الهيدروجين إلى 152 مل / دقيقة، والحفاظ على ضغط النظام على 10.3 ميجا باسكال. ضبط درجات الحرارة من السرير محفز مرحلة الأولى والسرير محفز المرحلة الثانية إلى 220 و 400 درجة مئوية، على التوالي.
          ملاحظة: تيتم تحديد ه معدل تدفق الهيدروجين بمقدار محفز المستخدمة، وLHSV النفط الحيوي من 0.20 مل / مل القط / ساعة لكل مرحلة، ونسبة 1900 مل الهيدروجين / مل من الزيت الحيوي الهيدروجين إلى النفط الحيوي .
        2. تسجيل درجة حرارة السرير والهيدروجين خطوط الأساس تدفق عندما تكون درجة الحرارة والضغط وتدفق الهيدروجين أصبحت مستقرة.
        3. إضافة دى ثالثي بوتيل كبريتيد لتغذية النفط الحيوي في مبلغا مساويا إلى 150 جزء في المليون من الكبريت في النفط الحيوي. ملء تغذية النفط الحيوي في واحدة من المضخات وتطهير خط التغذية حتى تدفق السائل خالية من فقاعات الهواء يتحقق.
        4. الضغط على المضخة إلى 10.3 ميجا باسكال، ثم قم بتوصيل إلى المفاعل من خلال فتح الصمامات الاتصال. بدء تغذية النفط الحيوي في معدل تدفق 4.8 مل / ساعة. هذا العمل يبدأ الاختبار المعالجة الهيدروجينية للنفط الحيوي.
          يتم تحديد معدل التدفق الحيوي للنفط بمقدار محفز المستخدمة وLHSV النفط الحيوي من 0.20 مل / مل القط / ساعة لكل مرحلة: ملاحظة. يتم إدخال غاز الهيدروجين والنفط الحيوي لمنطقة ما قبل مفاعل مفاعل حيثالغاز والسائل يتم خلط قبل أن تمر إلى الأسفل في تدفق قطره يفترض من خلال السرير محفز في المفاعل.
        5. التحقق من حالة المفاعل وتسجيل المعلمات، مثل درجة الحرارة والضغط ومعدل التدفق، والحجم، وبشكل دوري. ضمان درجات الحرارة حافزا سريرا ضمن ± 2 درجة مئوية من درجة الحرارة المطلوبة، والغاز ومعدلات تدفق السائل هي بالضبط نفس الإعدادات المطلوبة، وضغط المفاعل داخل ± 0.15 ميغاباسكال الضغط المطلوب. ضمان انخفاض الضغط عبر السرير محفز هو <0.35 ميجا باسكال.
          ملاحظة: تتم مراقبة النظام والتحكم جزئيا من قبل برنامج كمبيوتر في منزل بنيت مع مختلف أجهزة الاستشعار. وتشمل أجهزة الاستشعار الحرارية ومحولات الضغط للمفاعل وكذلك الهيدروجين والتهوية وأجهزة الاستشعار في العلبة حيث يقع المفاعل.
        6. تحليل عينات الغاز مأخذ كل ساعة 2 عن طريق توجيه الغازات المنبعثة خلال الدقيقة GC على الخط.
          ملاحظة:-GC الصغير هو لأربع سنوات channشرم الصغيرة GC ومعايرة باستخدام الغاز معايرة قبل كل اختبار المعالجة الهيدروجينية.
        7. جمع العينات السائلة كل 6 ساعات باستخدام الإجراء التالي: التبديل في فخ أخذ العينات إلى فخ الالتفافية، والحد من الضغط من فخ أخذ العينات، واستنزاف عينة السائل لجمع قارورة، تطهير فخ أخذ العينات مع النيتروجين، والضغط على مصيدة أخذ العينات مع النيتروجين، وإعادة توجيه تدفق المنتجات إلى الفخ أخذ العينات. تشغيل سلسلة من الصمامات يومين وثلاثة الطريقة التي يحول الغازات والمنتجات في الاتجاهات المطلوبة.
          ملاحظة: عندما تمر المتفاعلة من خلال الأسرة محفز، ويتم فصل المنتجات السائلة والسوائل غير المتفاعل من المنتجات الغازية والغازات المتفاعلة في نظام فصل الغاز السائل. الغازات الساخنة تمر من خلال واحد من اثنين من الضغط، المبردة، السائل / الغاز الفخاخ الباردة (عينة فخ أو مصيدة الالتفافية) وضعت في المصب مواز للنظام المفاعل. ثم يمر الغاز من خلال منظم الضغط الخلفي حيث يتم تخفيض الضغط على atmospضغط heric. ثم يتم تمرير الغاز قبالة عن طريق الغاز متر لقياس معدل التدفق.
        8. إجراء اختبار لمدة 60 ساعة على تيار (الوقت على تيار [توس]). إنهاء الاختبار من خلال وقف تغذية النفط الحيوية. ضبط درجة حرارة المفاعل إلى 100 درجة مئوية، ومعدل تدفق الهيدروجين إلى 100 مل / دقيقة.
          ملاحظة: يمكن تشغيل واختبار لإرم تتراوح ما بين خمسين إلى عدة مئات من ساعة.
      4. إجراء الاختبار البعدي
        1. استخدام الأسيتون لتنظيف مضخة تغذية لتغذية النفط الحيوية. تحميل مضخة تغذية تنظيفها مع الأسيتون.
        2. تطهير السرير محفز مع ~400 مل الأسيتون بمعدل تدفق الأسيتون من 10-40 مل / دقيقة ومعدل تدفق الهيدروجين من 100 مل / دقيقة عند درجات الحرارة حافزا سرير هي عند 100 درجة مئوية.
        3. اغلاق سخانات المفاعل، أزال الضغط على النظام لضغط المحيط، وتطهير المفاعل مع النيتروجين لا يقل عن 24 ساعة.
        4. إزالة المفاعل من النظام وإزالة المواد الحفازة من reactoص.
      5. تجهيز المنتجات وتحليل نتيجة
        1. لتجهيز المنتجات السائلة، فصل المرحلتين وتزن كل على حدة. المنتجات السائلة عادة على مرحلتين، مرحلة النفط الخفيفة (المنتجات النفطية)، والمرحلة المائية الثقيلة (منتج مائي).
        2. إجراء التحاليل التالية من المنتجات النفطية: قياس كثافة. كارل فيشر المعايرة لمحتوى الماء. تحليل العناصر (D5291 / D5373، D5373mod، وD1552 / D4239) للالكربون والهيدروجين والنيتروجين والأكسجين والكبريت. شبه الصغرى المعايرة مؤشر اللون (D3339) لمجموع عدد حامض. إضافة بالحث البلازما الطيفي الضوئي الانبعاثات عن محتوى غير العضوي. والتقطير محاكاة (ASTM D2887) لتقييم الكميات النسبية للمنتجات الوقود في البنزين والديزل ووقود الطائرات، ويتراوح المتبقية. إجراء التحاليل التالية من المنتجات مائي: كارل فيشر المعايرة لمحتوى الماء وتحليل العناصر (D5291 / D5373) للالكربون والهيدروجين والنيتروجين يخدعخيمة 15.
        3. حساب عوائد منتجة للنفط والمنتجات المائية، والمنتج الغازي. استهلاك الهيدروجين. والتوازن الكتلي على أساس سعر مدخل المتفاعلة تدفق وكثافة، مدخل معدل التدفق الهيدروجين، مخرج الوزن المنتجات النفطية، محتوى الماء من النفط المنتج المنفذ، منفذ مائي وزن المنتج، منفذ معدل تدفق الغاز، ومنفذ تركيب الغاز.
        4. تحليل المواد الحفازة التي كتبها إضافة بالحث الطيفي الانبعاثات البلازما بصري 15.

Representative Results

والانحلال الحراري السريع من الكتلة الحيوية العشبية التمثيلية، التبن، مع أو بدون ترشيح الساخنة بخار والمعالجة الهيدروجينية الحفازة المنتج الحيوي النفط تستخدم كمثال لعملية ذكرت هنا. المزيد من التفاصيل عن هذه التجارب يمكن العثور عليها في التفاصيل في المنشور لدينا في الآونة الأخيرة. 15

الساخنة بخار تصفيتها الانحلال الحراري السريع
ويبين الجدول 1-النفط الحيوي، شار، وعوائد الغاز المنتج مع وبدون فلتر الساخنة بخار لوسيطة العشبية التقليدية. للتجربة السيطرة من دون الترشيح الساخن بخار، مرت الأبخرة على الرغم من أن الإسكان مرشح ولكن لم يتم تثبيت عامل التصفية. أبقى هذا الوقت الإقامة في التجربتين نفسه حتى يعود إلى تصفية فقط أي فرق. وكانت عائدات النفط الحيوي 52٪ إلى 56٪، مشيرا إلى تحويل الناجح لجزء كبير من الكتلة الحيوية إلى إنترميديا ​​السائلالزيوت الشركة المصرية للاتصالات. ويظهر صورة لعينة من الزيت الحيوي ممثل في الشكل (4). وكانت عمليات الإغلاق توازن الكتلة 86٪ إلى 90٪. كانت الأبخرة الخفيفة التي لم يتم جمعها بشكل صحيح في القطار التكثيف مصدر واحد من فقدان كتلة. زيوت الانحلال الحراري تحتوي على العديد من المركبات منخفضة الغليان نقطة، مثل (نقطة الغليان 20.2 ° C) hydroxyacetaldehyde، التي يصعب تتكثف. مضيفا فخ الجليد الجاف الثاني تحسين استرداد المركبات تكثف الخفيفة. إجراء التجارب مع ارتفاع أسعار الأعلاف الكتلة الحيوية مما ذكر هنا سوف تحسين الانتعاش من الأبخرة الخفيفة عن طريق زيادة تركيز بخار قبل التكثيف. الهروب من المركبات الخفيفة تكثف يمكن التحقق من الغاز التحليل الطيفي اللوني الشامل من الغاز للخروج. وقد بلغت الأرصدة كتلة منخفضة نسبيا عن المادة الخام العشبية، على الأرجح بسبب الهروب شار ضوء، التي تم إنتاجها من التبن بكميات كبيرة نسبيا. تحدث تفاعلات تكسير في مصفاة حتى فيclusion من مرشح الساخنة بخار خفض عائدات النفط وزيادة عائدات الغاز.

الجدول 2 وأرقام 5 و 6 تظهر نتائج تحليل المواد الخام العشبية و-الزيوت الحيوية المنتجة. خفضت تصفية الساخنة بخار بقايا الرماد في النفط الحيوي من 1.45٪ إلى أقل من حد الكشف. غير العضوي ومختلف، مثل الألومنيوم والكالسيوم والحديد والبوتاسيوم والمغنيسيوم والصوديوم والفوسفور، والسيليكون، لوحظت في-الزيوت الحيوية، وأنها تنبع أساسا من المواد الأولية الكتلة الحيوية. تصفية الساخنة بخار انخفضت بشكل ملحوظ نسبة المواد غير العضوية في النفط الحيوي، مشيرا إلى أن تصفية الساخنة بخار كان بروتوكول قوية لوالحد من فعالية محتوى العناصر النزرة في-الزيوت الحيوية عن طريق إزالة حرف والرماد الجسيمات. كما انخفض تصفية الساخنة بخار محتوى الكربون وزيادة نسبة الأكسجين في-الزيوت الحيوية. المواد الأولية وودي لها الرماد منخفضة مقارنةويلاحظ المواد الأولية العشبية، وانخفاض تخفيضات في الرماد النفط الحيوية ونسبة المواد غير العضوية. 15

المعالجة الهيدروجينية الحفازة من النفط الحيوي
وكانت النتائج التحليلية للنفط الحيوي المنتجة تتفق مع حقيقة أن-الزيوت الحيوية التي تنتج من هذه العملية ليست ذات نوعية كافية للاستخدام المباشر في محركات الاحتراق الداخلي. لذلك، لا بد من تطوير النفط الحيوية. رفعت عينات من الزيت الحيوي اثنين من المعالجة الهيدروجينية الحفازة في نظام معالجة بالهيدروجين وفقا للشروط التي نوقشت أعلاه.

والمعروف أن الزيوت الحيوية لسد المفاعلات المعالجة الهيدروجينية كما حرف أو منتجات البلمرة من الأنواع النشطة في مجال الزيوت الحيوية تتراكم في السرير محفز. ولذلك، فإن انخفاض الضغط عبر سرير محفز خلال اختبارات المعالجة الهيدروجينية هو مؤشر مهم لتراكم حرف أو منتجات البلمرة. وب الساخنة بخار تصفيتهاأداء الإعلام والتوعية النفط لا تشوبه شائبة تقريبا لمدة 60 ساعة TOS في اختبار المعالجة الهيدروجينية. ومع ذلك، كان غير مفلتر للنفط الحيوي المواد الصلبة غير منحل ~5٪ بالوزن، الذي يفصل في المضخة ولم يعاملوا. حتى مع هذه المواد الصلبة غير المعالجة، كان لا يزال هناك انخفاض ضغط تراكم بعد 50 ساعة TOS، ربما بسبب المواد الصلبة المتبقية في غير مفلتر للنفط الحيوي توصيل السرير محفز معبأة.

الجداول 3 و 4 و 5 و 7 أرقام قائمة العائد من المنتجات المعالجة الهيدروجينية للنفط الحيوي في مختلف إرم. مرحلة فصل المنتجات السائلة، بما في ذلك مرحلة ترقية النفط والمرحلة المائية، والمنتجات الغازية، بما في ذلك CH 4، C 2 H 6، C 3 H 8، C 4 H 10، CO، وأول أكسيد الكربون 2، أنتجت. ويبين الشكل 4 صورة لربرتيف ترقية عينة النفط. الجدول 5تبين من نتائج تحليل النفط ورفع مستواها والشكل 5 يقارن بين نتائج تحليل عنصري للنفط الحيوي والنفط ترقية. كانت المعالجة الهيدروجينية فعالة جدا في الحد من الأكسجين والكبريت والنيتروجين والهيدروجين مضيفا كثيرا عن تغذية النفط الحيوية. وكان محتوى الأكسجين في مجال النفط ترقية ~2.0٪ بالوزن، الذي كان أقل بكثير من 35 إلى 40٪ بالوزن من الأوكسجين في تغذية النفط الحيوية. كانت نسبة الزيت ترقية الهيدروجين إلى الكربون ~1.7، مقارنة ~1.3 لتغذية النفط الحيوية. اتجاه كثافة النفط ترقية، مما أدى إلى زيادة 0،81-0،83 ز / مل خلال فترة الاختبار، ويشير إلى وجود التعطيل حافزا معتدل على شروط الخدمة 60 ساعة.

كما هو مبين في الشكل 7، أظهرت المقارنات بين المنتجات hydrotreated بين بخار الساخن المصفاة وغير المصفاة من الزيت الحيوي الذي الساخنة بخار تصفيتها من الزيت الحيوي أدى إلى ارتفاع طفيف نسبة ترقية الماء إلى النفط، وهو consiتركيب دعامات مع محتوى الأكسجين العالي في تغذية النفط الحيوية التي تمت تصفيتها الساخنة بخار. وكانت خصائص زيت ترقية لمدة سنتين و-الزيوت الحيوية مشابهة جدا. والفرق الرئيسي بين المعالجة الهيدروجينية للالساخنة التي تم تصفيتها بخار وغير المصفاة من الزيت الحيوي أن الأسرة محفز المستخدمة من تصفيتها الساخنة بخار النفط الحيوي أظهرت ترسب أقل بكثير من غير العضوي مقارنة الأسرة حافزا استخدامها مع غير المصفاة ، الزيوت الحيوية.

شكل 1
الشكل 1. التخطيطي للالمميعة سرير نظام مفاعل الانحلال الحراري 5 سم. وهناك مرشح الساخنة بخار، نظام التكثيف، ونظام الغاز القياس. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2 ص /> الشكل 2. تخطيطي لنظام معالجة بالهيدروجين مفاعل صغير. (MFC: تحكم تدفق الشامل؛ RD: القرص تمزق، PT: محول الضغط، PI: مؤشر الضغط (مقياس)؛ الاستعراض: عودة الضغط منظم، العلاقات العامة: الضغط المنظم) الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (3)
الشكل 3. تخطيطي لمحفز سرير في مفاعل مصغرة بالهيدروجين. وأظهرت البيانات الشخصية درجة حرارة السرير محفز في اليسار ويظهر موقف من المحفزات من كل مرحلة في الحق. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

ق / ftp_upload / 54088 / 54088fig4.jpg "/>
الرقم 4. صور من عينات النفط الحيوي التمثيلية (إلى اليسار)، وترقية عينة تمثيلية للنفط (يمين). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 5
الرقم 5. مقارنة نتائج تحليل عنصري من المواد الخام العشبية (التبن)، والنفط الحيوي المنتجة مع الترشيح الساخن بخار، والنفط ترقية. لم الكربون والهيدروجين والاوكسجين لن تتغير كثيرا بعد انحلال حراري سريع من الكتلة الحيوية، ومع ذلك، انخفض محتوى الأكسجين بشكل كبير وزيادة محتوى الهيدروجين بعد المعالجة الهيدروجينية للنفط الحيوي. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

<الطبقة ص = "jove_content" FO: المحافظة على together.within الصفحات = "1"> الشكل (6)
الرقم 6. مقارنة العائد النفط والكفاءة الكربون، وبعض خصائص النفط الحيوي من الساخن بخار تصفيتها والانحلال الحراري غير المصفاة. وهذا يدل على تأثير الترشيح الغاز الساخن أبخرة الانحلال الحراري قبل التكثيف. الساخن الترشيح الغاز يزيل البقايا غير العضوية ولكنه يؤثر أيضا العائد الانحلال الحراري للنفط [3-LM] وخصائص النفط مثل محتوى الأكسجين النفط. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 7
الرقم 7. مقارنة نتائج المعالجة الهيدروجينية لل-الزيوت الحيوية من الساخن بخار تصفيتها والانحلال الحراري غير المصفاة. الساخنة بخار تصفيتها من الزيت الحيوي يؤدي إلى ارتفاع طفيف المياه ل- نسبة الوقود وخصائص الوقود ترقية لمدة سنتين للزيوت الحيوي متشابهة جدا. والفرق الرئيسي بين المعالجة الهيدروجينية للزيوت الانحلال الحراري الاثنين هو أن المحفز سرير من تصفيتها الساخنة بخار النفط الحيوي أظهر ترسب أقل بكثير من المعادن. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الجدول 1
الجدول 1. العائد من المنتجات الرئيسية الانحلال الحراري (النفط الحيوي، شار، والغاز) والإغلاق التوازن الشامل والانحلال الحراري من المواد الخام العشبية (التبن) مع وبدون الترشيح الساخنة بخار.

الجدول 2
الجدول 2. تحليل المادة الخام تمثيلية العشبية (التبن) والنفط الحيوي المنتجة مع وبدون الترشيح الساخنة بخار.

088table3.jpg "/>
الجدول 3. محصول المنتجات المعالجة الهيدروجينية الرئيسية في إرم مختلفة للالساخنة بخار المصفاة وغير المصفاة التمثيلي للنفط الحيوي.

الجدول 4
أنتجت عن الجدول 4. تكوين الغاز خلال المعالجة الهيدروجينية للتمثيلية الزيوت الحيوية.

الجدول 5
الجدول 5. تحليل المنتجات النفطية ترقيتها من المعالجة الهيدروجينية للتمثيلية الزيوت الحيوية.

Discussion

في هذه الورقة، وصفنا إجراء مفصل لتحويل الكتلة الحيوية lignocellulosic للهيدروكربونات الوقود المدى عبر الانحلال الحراري السريع والمعالجة الهيدروجينية الحفازة. ووصف المختبر الوطني نظام مفاعل الانحلال الحراري التي يبلغ قطرها الداخلي مفاعل المميعة سرير 5 سم، ونظام معالجة بالهيدروجين PNNL مع القطر الداخلي الثابت السرير مفاعل حفاز 1.3 سم وإجراءات عملها في التفاصيل. ويمكن استخدام هذه النظم المفاعل لإجراء الانحلال الحراري والمعالجة الهيدروجينية الاختبارات بطريقة فعالة وآمنة. استخدمنا المواد الأولية العشبية تمثيلية لإنتاج السائلة والزيوت الحيوية في نظام مفاعل الانحلال الحراري، وبعد ذلك، تم تجهيز و-الزيوت الحيوية في نظام المعالجة الهيدروجينية مع سرير محفز على مرحلتين بما sulfided رو / C وكومو / آل 2 يا 3 كما محفزات لإنتاج الوقود المدى الهيدروكربونات السائلة. عملية ينطبق أيضا على الانحلال الحراري من مجموعة واسعة من المواد الأولية الكتلة الحيوية بما فيها الخشب والعشب، وحطب الذرة وثم رفع إنتاجهاالنفط الحيوية لإنتاج الوقود الحيوي. 16 يمكن أن تستخدم أيضا لرفع مستوى وسيطة أخرى ولدت الكتلة الحيوية مثل النفط تسييل (البيولوجية الخام) من الكتلة الحيوية مثل الخشب والطحالب عملية معالجة بالهيدروجين والمعالجة الهيدروجينية.

تعظيم العائد النفطي الحيوي أثناء الانحلال الحراري يتطلب تسخين الكتلة الحيوية بسرعة إلى درجة حرارة كافية لتحقيق أقصى قدر من التطاير من الكتلة الحيوية. بالنسبة لمعظم الكتلة الحيوية، وهذا يعني درجات حرارة تتراوح بين 500 و 600 درجة مئوية. يوفر مميعة نقل الحرارة السريع من الرمال إلى الكتلة الحيوية، وتوفير معدل التسخين عالية. كما يتيح استخدام جزيئات صغيرة أيضا معدل التسخين العالي. وعادة ما يتم تحقيقه أعلى نسبة ضئيلة العائد النفط الحيوي مع الأرض الكتلة الحيوية إلى <0.5 مم من الأرض مع الكتلة الحيوية إلى <2 مم. يعني تعظيم العائد أيضا التقليل من التكسير الحراري للأبخرة عن طريق الحفاظ على وقت الإقامة في درجة حرارة منخفضة (1-2 ثواني). أبخرة الانحلال الحراري تحتوي على مركبات مع مجموعة واسعة من نقطة الغليان. وهكذا، فإن حالأنابيب بعد التمديد تميل إلى أن تصبح عرقلة مع السائلة، الأبخرة repolymerized وشار. لتجنب هذه الحالة، والحفاظ على درجة حرارة اوجير أقل من 100 درجة مئوية، وجميع الأسطح بين المفاعل والتكثيف القطار فوق 400 درجة مئوية لتجنب تلوث، ولكن أقل من 500 درجة مئوية للحد من التكسير الحراري. تغطية شاملة مع الشريط الحرارة اللازمة لمنع البقع الباردة، وتوفير درجة حرارة موحدة. مخيط منصات العزل مع الإغلاق عليها أن توفر عموما تغطية أكثر موحدة، مما يؤدي في درجة الحرارة أكثر اتساقا. من المهم أن تنخفض درجة الحرارة بسرعة في المكثف الأول لتقليل فرصة لrepolymerization من مواد عالية نقطة الغليان، مما قد يؤدي إلى انسداد مدخل مكثف. ومن الضروري أيضا أن استخدام الثلج الجاف في المكثف الثاني لتحقيق أقصى قدر من الانتعاش السائل ومنع تلف الأدوات الغاز القياس والتحليل.

لم تذكر بعض الميزات المحسنة في إجراء الانحلال الحراري السريع الأساسي. أنار من المفيد أن يكون قياس الضغط أو الارسال بالقرب من مدخل المفاعل. وبالإضافة إلى ذلك، فإنه من المفيد لقياس الضغط التفاضلي في المفاعل والأعاصير وقياس الضغط ودرجة الحرارة النهائية في اختبار متر الجاف (لتمكين حسابات حجم دقيقة). ومن المفيد أيضا أن يكون حرارية إضافية في السرير الانحلال الحراري للتحقق من أن السرير هو fluidizing موحد بما يكفي لتوفير درجات حرارة منتظمة. عادة، <وينظر 5 ° C انتشار عموديا من خلال السرير. ومن المفيد أن يكون التحكم في درجة الحرارة المتداخلة حلقة على المفاعل أيضا. عند الحاجة إلى كمية أكبر من النفط، فإنه من المفيد لتركيب صمام في الجزء السفلي من المتلقي شار وجبل جهاز استقبال شار الثانوي أقل من ذلك، والذي بدوره له صمام في الجزء السفلي مع جرة شنت فضفاضة إليها. هذا يجعل من الممكن لتفريغ المتلقي شار إلى المتلقي الثانوي والنهاية في جرة بحيث يمكن الحفاظ على عملية مستمرة لعدة ساعات. الاهتزاز هو مساعدةفول على العملية. قصف اليدوي للأنابيب يمكن استخدامها، ولكن يوفر هزاز التلقائي الإثارة أكثر موثوقية. هذه يمكن أن تعمل بشكل مستمر على القفل واثب واوجير ميناء للحفاظ على تدفق التغذية على نحو سلس من خلال وحدة التغذية. أيضا، وذلك باستخدام هزاز التلقائي على المتلقي شار الثانوي خلال تجفيف شار يجعل هذه العملية أكثر موثوقية. الساخنة بخار الترشيح يعزز تكسير ويقلل من العائد النفطي الحيوي كما هو موضح أعلاه. الحفاظ على درجة حرارة منخفضة ولكن لا يزال مرشح فوق درجة حرارة التكثيف (> 400 درجة مئوية) يقلل من تكسير. سطح خامل على مرشح أيضا قد يقلل من تكسير. تحتاج ناحية التصفية إلى أن تكون كبيرة للحد من هبوط الضغط.

الحد الأكبر من عملية الانحلال الحراري السريع هو أن إنتاج النفط الحيوي لديه بعض الخصائص الإشكالية الكبرى مثل اللزوجة العالية، والتآكل، وتقلب الفقراء، وانخفاض قيمة التدفئة، وعدم الاستقرار الكيميائي، الأمر الذي يحد من استخدامها مباشرة، ويسبب بعض القضايا الدرجي الارتقاء بها. 6،7،8،9 البديل من الانحلال الحراري السريع، الانحلال الحراري السريع المحفز، حيث تم دمج الانحلال الحراري السريع مع عملية الحفز لرفع مستوى بخار الانحلال الحراري، وhydropyrolysis، حيث أجرى الانحلال الحراري السريع في وجود الغازات التفاعلية مثل H 2، يمكن أن يؤدي إلى ارتفاع جودة الحيوي النفط ولكنهم يعانون أعلى تعقيدات التشغيل وانخفاض المحصول المنتج. 4،8

وأظهرت مرحلتين المعالجة الهيدروجينية الحفازة معالجة نتائج جيدة لتحويل النفط الحيوية إلى وقود المدى الهيدروكربونات. والمعروف أن الزيوت الحيوية أن تكون غير مستقرة كيميائيا بسبب وجود أنواع النشطة مثل الكربونيل وتأثير المركبات الفينولية يمكن أن تخضع للrepolymerization والتكثيف في درجة حرارة منخفضة، مما يؤدي إلى الميل العالي لتشكيل المواد الكربونية ويترتب على ذلك التعطيل حافزا وحتى يسد من السرير محفز. لذلك، كانت أول خطوة مرحلة الهدرجة حاسمة لهذه العملية، وكانت تستخدم لتحقيق الاستقرار في ثنائيةس النفط الهدرجة كربونيل والفينول عند درجة حرارة منخفضة نسبيا باستخدام محفز الهدرجة السليم. كان أداء محفز الهدرجة مفتاح الاستقرار طويل الأجل والتشغيل لهذه العملية. إزالة الأكسجين من قبل hydrodeoxygenation وقعت في المرحلة الثانية من المعالجة الهيدروجينية محفز كبريتيد. على المحصول وخصائص المنتجات النفطية النهائي إنتاجها يعتمد على المحفزات والظروف المستخدمة في المرحلة الثانية. تعظيم العائد من الوقود السائل النهائية يمكن أن يتحقق عن طريق استخدام المحفزات قادرة على توليد السندات CC، مثل وظيفة الألكلة، والمعلمات رد فعل الأمثل بما في ذلك درجة حرارة التفاعل والضغط وسرعة الفضاء. الحد الأكبر من عملية المعالجة الهيدروجينية هو أنه بسبب بعض الخصائص إشكالية في النفط الحيوي مثل عدم الاستقرار الكيميائي ووجود ملوثات 17، عمر المحفزات المعالجة الهيدروجينية، وخاصة أول المحفزات خطوة الهدرجة، لا تزال تحد منالطبعه، مما يجعل العملية برمتها مكلفة. تعظيم عمر المحفزات يمكن أن يتحقق عن طريق استخدام محفزات أقوى المستخدمة؛ المعلمات رد فعل الأمثل بما في ذلك درجة حرارة التفاعل والضغط وسرعة الفضاء؛ أو المعالجة لخفض محتوى الأنواع النشطة أو الملوثات في يغذي النفط الحيوية.

تم تشغيل معالجة بالهيدروجين في الضغوط العالية ودرجات الحرارة مفاعل مع الغازات القابلة للاشتعال والسوائل المعنية. لذلك، وقواعد السلامة وإجراءات يجب اتباعها بدقة.

Disclosures

الكتاب تعلن أنه ليس لديهم مصالح مالية المتنافسة.

Acknowledgments

وأيد هذا العمل من قبل وزارة الطاقة الأمريكية (وزارة الطاقة) تحت عقد DE-AC36-08-GO28308 في المختبر الوطني وعقد DE-AC05-76RL01830 في PNNL. والكتاب الامتنان على الدعم من مكتب الطاقة الحيوية تكنولوجيا وزارة الطاقة.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Pyrolysis system
Feedstock Mill to pass 2 mm screen
Sand for bed material Black Rock Screen to 300-500 microns
Furnace Thermcraft TSP-3.75-0-24-3C-J13667/1A Split tube furnace 3.75 ID X 24 L
Pyrolysis reactor Custom-built at NREL 2" diameter, height 17", dual staggered plate distributor, 316SS, Auger port is 2.5 cm above distributor and is cooled with air or water, there is a coiled 1/4" 304 SS tube below the distributor to pre-heat the gas
Cyclone Custom-built at NREL 1" diameter
Cyclone receiver Custom-built at NREL 1 L capacity
Cyclone secondary receiver Custom-built at NREL 1 L capacity
Hot vapor filter Serv-A-Pure SC2-0P10B34-X 316SS, 10 inches long, 2.0 micron
2-neck round-bottomed flasks 500 ml
Electrostatic precipitator Allen Scientific Glassware, NREL-built electrodes Custom built 2" diameter 10" long ground electrode, glass enclosed, stop-cock on bottom
High-voltage power supply Spellman High Voltage Bertan 803C-300P 30 kV max, 0.5 mA
Cold-finger condenser Aldrich Z164038
Coalescing filter Finite 10C15-060
Dry test meter American Meter DTM-200A with IMAC counter
Gas chromatograph Varian CP-4900 MS5A, PBQ, CP-Sil columns
Hydrogen detector Gerhard Wagner TCM-4 thermal conductivity detector
Non-Dispersive Infrared Spectrometer California Analytical Model 300 Carbon monoxide 0-5%, 0-25%, carbon dioxide 0-5%, 0-20%, methane 0-5,000 ppmv, 0-3%
Mass flow controller Celerity (now Tylan) Unit 7301 0-20 SLM reactor bottom, 0-10 SLM auger, 0-2 slm purges, 0-5 slm air
Auger Auger Manufacturing Specialists 110520 3/8" Dia SS RH Auger 18"
Motor for Auger Leeson Gearmotor-Parallel Shaft, 94 rpm, 1/15 HP, TEFC, 115 VAC
Feeding system: Motor for hopper Lenze VDE0530 7KB4-7-100H Motor Ac Helical Gearbox 3PH 0.25 kW 1.4/0.82 A
Feeding system: Hopper and Loss in weight feeder K-TRON Soder KCL24T20 with K10S controller
Feeding system: Valves Swagelok SS-65TS16 151 bar at 37 °C and 6.8 bar at 232 °C
Control system Opto22 SNAP-PAC parts
Heat cables McMaster-Carr 4550T152 and similar Extreme-Temperature (1,400 °F), heavy insulation for use on metal
Ball Vibrator Vibtec K 8
U-tube Custom-built at NREL 1/4" PFA and stainless steel tubing, 1.4 m tall
Hydrotreating system
Ru on carbon catalyst Fabricated at PNNL 7.6 wt% Ru on carbon
3% Co and 9% Mo on Al2O3 catalyst Alfa-Aesar 45579 Cobalt oxide, typically 3.4-4.5%, Molybdenum oxide typically 11.5-14.5% on alumina
Feeding pumps ISCO 500D Syringe pump, 500 ml cylinder capacity
Mass flow controller Brooks SLA5850S1BAF4B1A1
Temperatrue controller Cole-Parmer WU-89000-10 Digi-Sense Advanced Temperature Controller, 115 V
Thermocouples Omega K-type thermocouples
Pressure transducer Omega PX309-3KG5V
Heat tapes Cole-Parmer EW-03106-27 Dual element heating tape, 1/2 in x 12 ft, 936 watts, 120 VAC w/ 2-prong plug
Digital pressure gauge Omega DPG4000-3K High Accuracy Digital Pressure Gauge, with Data Logging Capability
Back pressure regulator Mity-Mite
Gas flow meter Mesa Labs 200-220L Dry Cal, Definer 220 Low Flow 
Hydrotreating reactor, cross, tee, fittings Parker, Autoclave
Combustible gas sensor SMC 5100-02-IT-S1-01-00-0-0 Combustible gas detection sensor, 24 VDC power, analog 4-20 MADC output with modbus, no relays
H2S sensor SMC 5100-05-IT-S1-01-00-0-0 H2S toxic gas sensor module, 24 VDC power, analog 4-20 MADC output with modbus, no relays
Ventilation sensor TSI FHM10 Fume Hood Monitor FHM10
Micro-Gas chromatograph Inficon Inficon 3000 Four-channel micro-GC with molecular sieve, Plot U, Alumina, and Stabilwax columns
Lab-view based monitering and controlling system Custom-built at PNNL Using National Instruments parts and Labview software

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. BP. Statistical Review of World Energy. , http://www.bp.com/content/dam/bp/pdf/Energy-economics/statistical-review-2014/BP-statistical-review-of-world-energy-2014-full-report.pdf. (2014).
  2. U.S. Energy Information Administration. International Energy Outlook 2014. , http://www.eia.gov/forecasts/ieo/pdf/0484%282014%29.pdf (2014).
  3. Bioenergy Technologies Office. Replacing the Whole Barrel. , http://www1.eere.energy.gov/bioenergy/pdfs/replacing_barrel_overview.pdf. (2013).
  4. Huber, G. W., Iborra, S., Corma, A. Synthesis of transportation fuels from biomass: Chemistry, catalysts, and engineering. Chem. Rev. 106 (9), 4044-4098 (2006).
  5. Mohan, D., Pittman, C. U. J., Steele, P. H. Pyrolysis of wood/biomass for bio-oil: A critical review. Energy Fuels. 20 (3), 848-889 (2006).
  6. Bridgewater, A. V. Review of fast pyrolysis of biomass and product upgrading. Biomass Bioenergy. 29, 68-94 (2012).
  7. Elliott, D. C. Historical developments in hydroprocessing bio-oils. Energy Fuels. 21 (3), 1792-1815 (2007).
  8. Wang, H., Male, J., Wang, Y. Recent advances in hydrotreating of pyrolysis bio-oil and its oxygen-containing model compounds. ACS Catal. 3 (5), 1047-1070 (2013).
  9. Zacher, A. H., Olarte, M. V., Santosa, D. M., Elliott, D. C., Jones, S. B. A review and perspective of recent bio-oil hydrotreating research. Green Chem. 16, 491-515 (2014).
  10. Elliott, D. C., et al. Catalytic Hydroprocessing of Fast pyrolysis bio-oil from pine sawdust. Energy Fuels. 26 (6), 3891-3896 (2012).
  11. Venderbosch, R. H., Ardiyanti, A. R., Wildschut, J., Oasmaa, A., Heeresb, H. J. J. Stabilization of biomass-derived pyrolysis oils. Chem. Technol. Biotechnol. 85 (5), 674-686 (2010).
  12. Olarte, M. V., et al. Towards long-term fast pyrolysis oil catalytic upgrading. Prepr. Pap. Am. Chem. Soc., Div. Fuel Chem. 58 (2), 230-231 (2013).
  13. Scahill, J., Diebold, J. P., Feik, C. Removal of residual char fines from pyrolysis vapors by hot gas filtration. Developments in Thermochemical Biomass. Bridgwater, A. V., Boocock, D. G. B. , Blackie Academic and Professional. London, U.K. (1996).
  14. Hoekstra, E., Hogendoorn, K. J. A., Wang, X., Westerhof, R. J. M., Kersten, S. R. A., van Swaaij, W. P. M. Fast pyrolysis of biomass in a fluidized bed reactor: In situ filtering of the vapors. Ind. Eng. Chem. Res. 48 (10), 4744-4756 (2009).
  15. Elliott, D. C., Wang, H., French, R., Deutch, S., Iisa, K. Hydrocarbon liquid production from biomass via hot-vapor-filtered fast pyrolysis and catalytic hydroprocessing of the bio-oil. Energy Fuels. 28 (9), 5909-5917 (2014).
  16. Howe, D., et al. Field-to-Fuel Performance Testing of Lignocellulosic Feedstocks: An Integrated Study of the Fast Pyrolysis/Hydrotreating Pathway. Energy Fuels. 29 (5), 3188-3197 (2015).
  17. Wang, H., Wang, Y. Characterization of Deactivated Bio-oil Hydrotreating Catalysts. Topics in Catalysis. 59, 65-72 (2015).

Tags

الكيمياء الحيوية، العدد 118، وتحويل الكتلة الحيوية، وحار بخار والترشيح، والانحلال الحراري سريع، المعالجة الهيدروجينية الحفازة، النفط الحيوي، الوقود الحيوي
تحويل الكتلة الحيوية لإنتاج المواد الهيدروكربونية السائلة الوقود عن طريق الساخن بخار تصفية سريعة الانحلال الحراري والتحفيزي المعالجة الهيدروجينية
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Wang, H., Elliott, D. C., French, R. … More

Wang, H., Elliott, D. C., French, R. J., Deutch, S., Iisa, K. Biomass Conversion to Produce Hydrocarbon Liquid Fuel Via Hot-vapor Filtered Fast Pyrolysis and Catalytic Hydrotreating. J. Vis. Exp. (118), e54088, doi:10.3791/54088 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter