Waiting
Login processing...

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

Chemistry

إنتاج المختبر من الوقود الحيوي والمواد الكيميائية الحيوية من زيت بذور اللفت من خلال التحفيز تكسير التحويل

Published: September 2, 2016 doi: 10.3791/54390
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1
1CanmetENERGY, Natural Resources Canada

Summary

تقدم هذه الورقة المنهج التجريبي لإنتاج الوقود الحيوي والمواد الكيميائية الحيوية من زيت الكانولا مختلطة مع تغذية القائم على الوقود الأحفوري في وجود عامل حفاز عند درجة حرارة معتدلة. وكميا الغازية والسائلة والصلبة المنتجات من وحدة التفاعل ويتميز. يتم حساب التحويل والناتج الفردي الغلة والإبلاغ عنها.

Introduction

وهناك اهتمام عالمية قوية في كل من القطاعين العام والخاص لإيجاد وسائل فعالة واقتصادية لانتاج وقود النقل من المواد الأولية المستمدة من الكتلة الحيوية. هو الدافع وراء هذا الاهتمام من الحرص العام على مساهمة كبيرة من حرق الوقود الأحفوري البترول لانبعاثات غازات الدفيئة (غازات الدفيئة) ومساهمة المرتبط به في ظاهرة الاحتباس الحراري. أيضا، هناك إرادة سياسية قوية في أمريكا الشمالية وأوروبا لتهجير النفط المنتجة في الخارج مع الوقود السائل المحلية المتجددة. في عام 2008، وفرت الوقود الحيوي 1.8٪ من وقود النقل في العالم 1. في كثير من البلدان المتقدمة، هو مطلوب منها أن الوقود الحيوي محل من 6٪ إلى 10٪ من الوقود النفطي في المستقبل القريب (2). في كندا، تتطلب اللوائح محتوى متوسط ​​من الوقود المتجدد من 5٪ في البنزين ابتداء من 15 ديسمبر 2010 3. التوجيه للطاقة المتجددة (RED) في أوروبا وقد كلفت أيضا هدفا للطاقة المتجددة 10٪ للاتحاد الأوروبي عبرقطاع الموانئ بحلول عام 2020 (4).

وكان التحدي لتطوير وإثبات طريقا اقتصاديا حيويا لانتاج وقود النقل مثلية من الكتلة الحيوية. وتشمل المصادر البيولوجية الكتلة الحيوية القائمة على الدهون الثلاثية مثل الزيوت النباتية والدهون الحيوانية، وكذلك زيت الطهي النفايات والكتلة الحيوية السليلوزية مثل رقائق الخشب، نفايات الغابات، والمخلفات الزراعية. على مدى العقدين الماضيين، ركز البحث على تقييم لتكرير النفط المشتق من الكتلة الحيوية باستخدام التقليدية السائل الحفاز تكسير (FCC) 5-12، وهي تقنية المسؤولة عن إنتاج معظم البنزين في مصفاة البترول. لدينا نهجا جديدا في هذه الدراسة هو أن تشارك في عملية زيت الكانولا مختلطة مع المواد الأولية المشتقة القار الرمال النفطية. عادة، يجب ترقية القار قبل التكرير وإنتاج المواد الأولية مصفاة مثل النفط الخام الاصطناعية (SCO)، هذا تجهيز الطريق بشكل خاص استهلاكا للطاقة، وهو ما يمثل 68-78٪ من emissi غازات الدفيئةالإضافات من إنتاج المنظمة 13 و، في عام 2011، تشكل 2.6٪ من إجمالي انبعاثات غازات الدفيئة في كندا 14. ويمكن لاستبدال جزء من HGO ترقية مع biofeed لحد من انبعاثات غازات الدفيئة، منذ إنتاج الوقود الحيوي ينطوي على البصمة الكربونية أصغر من ذلك بكثير. يتم اختيار زيت الكانولا في هذا العمل لأنها وفيرة في كندا والولايات المتحدة. هذه المواد الخام تمتلك الكثافة واللزوجة مماثلة لتلك التي HGOs بينما محتويات الكبريت والنيتروجين، والمعادن التي يمكن أن تؤثر على أداء لجنة الاتصالات الفدرالية أو جودة المنتج تكاد لا تذكر. وعلاوة على ذلك، فإن هذا الخيار التجهيز المشترك يوفر مزايا تكنولوجية واقتصادية كبيرة كما انها ستسمح الاستفادة من البنية التحتية المصفاة القائمة، وبالتالي، يتطلب القليل من الأجهزة أو تعديل مصفاة إضافية. وبالإضافة إلى ذلك، قد يكون هناك التآزر المحتمل الذي يمكن أن يؤدي إلى تحسين جودة المنتج عندما شارك في تجهيز القار العطرية للغاية تتغذى مع الكتلة الحيوية نظيره مستقيمة سنده. ومع ذلك، التجهيز المشتركينطوي على تحديات فنية هامة. وتشمل هذه الخصائص الفيزيائية والكيميائية الفريدة من يغذي الحيوية: نسبة عالية من الأكسجين، وتكوين-برافيني الغنية، والتوافق مع المواد الأولية النفطية، قاذورات المحتملة، الخ

وتقدم هذه الدراسة بروتوكول مفصلة لإنتاج الوقود الحيوي على نطاق واسع المختبر من زيت الكانولا من خلال التكسير التحفيزي. يستخدم لهذا العمل يبين الشكل 1 تخطيطي كيف تعمل هذه الوحدة - نظام آلي بالكامل رد فعل - المشار إليها في هذا العمل كوحدة الفحص المخبري (LTU) 15. وقد أصبح هذا LTU معيار الصناعة لمختبر دراسات لجنة الاتصالات الفدرالية. الهدف من هذه الدراسة هو اختبار مدى ملاءمة LTU لتكسير زيت الكانولا لإنتاج الوقود والمواد الكيميائية وذلك بهدف الحد من انبعاثات غازات الدفيئة.

شكل 1
الشكل 1: illustratio المفاهيميةن من المفاعل. توضيحي يظهر خطوط تدفق المحفز، والأعلاف، والمنتجات، ومخفف. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

تنبيه: يرجى التشاور مع جميع بيانات سلامة المواد ذات الصلة (MSDS) قبل استخدام المواد. يجب فقط أن يتم عمل مع عينات النفط الخام في حين يرتدي المعدات المناسبة الحماية الشخصية (النظارات الواقية، والقفازات، والسراويل والأحذية المغلقة اصبع القدم، ومعطف مختبر)، وفتح، ونقل ومعالجة عينات الخام ينبغي أن يحدث في fumehood تنفيس. يمكن الهيدروكربونات ساخنة تكون قابلة للاشتعال في الهواء، ونظام رد فعل يجب بعناية تسرب فحص-قبل استخدامها مع خليط من النفط الخام. المفاعل يمكن أن تصل إلى درجات حرارة تصل إلى 750 درجة مئوية، والقفازات وارتفاع درجة الحرارة وينبغي أن تستخدم عند العمل بالقرب من الأسطح الساخنة.

1. اعتبارات عامة

  1. لتحقيق أفضل استخدام وحدة رد فعل الآلي، والتي يمكن إكمال ستة أشواط متتالية على ~ 8 ساعات، واختيار معدل التغذية المستمر من 1.2 غرام / دقيقة. هذا يحدد سرعة الوزن ساعة الفضاء (WHSV) الى 8 ساعة -1 من خلال العلاقة WHSV = 60 / [(C / O) × ر] = 60 × (O / ر) / C حيث t هو الحديدإد وقت التسليم في غضون دقائق وجيم وسين والجماهير من حافزا والأعلاف، على التوالي، في غرام. عن طريق تغيير وقت حقن الأعلاف، وتحقيق مجموعة من نسب الجماعية محفز / النفط من 4 و 6 و 8 و 10 و 11.25 (X2) لكل درجة حرارة التفاعل من أجل تحقيق مجموعة واسعة من التحويل.

2. المواد الخام والتحضير محفز

  1. الحصول على HGO بتقطير قبالة -343 درجة مئوية جزء (من خلال الدوران الفرقة) من النفط الخام الاصطناعية (SCO).
  2. شراء الصف الصالحة للأكل زيت الكانولا من تخزين المواد الغذائية المحلية، واستخدام دون مزيد من العلاج.
  3. إعداد 15٪ ضد الكانولا المزج خلط 79.645 غرام من HGO (0.9370 جم / مل الكثافة) مع 13.7535 النفط ز الكانولا (0.9169 جم / مل كثافة).
  4. فحص المحفز التوازن باستخدام 60 تايلر شبكة غربال (250 ميكرون فتح)، تليها الفحص الثاني مع 400 تايلر شبكة غربال (38 ميكرون فتح).
  5. كلس الجسيمات على حجم (38-250 ميكرون) في 600 درجة مئوية لمدة 4 ساعات، ثم تحميلها على ركان ستة الصيادلة وحدة رد فعل الآلي.

3. إجراء اختبار

  1. إعداد نظام
    1. إعداد برنامج
      1. باستخدام البرنامج الذي يتحكم في وحدة رد الفعل، وفتح نافذة للظروف التشغيل.
      2. اكتب في تحديد الهوية للتغذية ومحفز، والضغط الجوي، ووقت الحقن، والنقاط المحددة لدرجات الحرارة ونظام التغذية، المفاعل، خط الانتاج، والمبرد، وثاني أكسيد الكربون المحول الحفاز في كل خطوة من فترة المدى .
    2. إعداد محفز
      1. لكل قادوس حافزا الزجاج فوق الأنابيب عملية، وإزالة الغطاء وتهمة 9 غرام من المكلس حافزا على حجم في قادوس. إرفاق يا الدائري إلى أعلى واثب وإعادة المشبك غطائه.
    3. معايرة تغذية تقييم
      1. ضبط مضخة تغذية النفط لتقديم العلف بمعدل ثابت تغذية حقن (1.2 غرام / دقيقة) لجميع أشواط تكسير.
      2. افصل منظمة اوكسفام الدوليةل خط تغذية تحت صمام تطهير (KV-114) 16 وإرفاق أنبوب مؤقت قصيرة إلى أسفل صمام للتسليم النفط في كوب tared.
      3. تسخين المادة الخام إلى 85 درجة مئوية لتمكين HGO-مزيج يتدفق بسهولة الدخول والخروج من حقنة وعلى طول خط تغذية.
      4. ضبط الوقت حقن لمعايرة المضخة إلى نفس القيمة كما أن على المدى الأول في (الإعداد الافتراضي) سلسلة.
      5. الفارغة من الكأس، ووضعه في تصريف أنابيب مؤقتة قصيرة. بدء مسبقا "PUMPCAL" البرنامج المستخدم 17 في برنامج وحدة رد فعل.
      6. بعد البرنامج PUMPCAL كاملة، إزالة وتزن الكأس الذي يحتوي على الأعلاف. تقسيم كتلة من العلف تسليمها إلى الدورق في الوقت الحقن للحصول على معدل التغذية.
      7. ضبط سرعة المضخة إلى أعلى أو أسفل (باستخدام الاتصال الهاتفي من ثلاثة أرقام على المضخة) وكرر الخطوات من 3.1.3.5 إلى 3.1.3.6 حتى يتحقق معدل التغذية المطلوبة.
      8. مسح الأنبوب مؤقت القصير وإعادة توصيل خط تغذية.
    4. معايرة GC لتحليل الغاز
      ملاحظة: هذه الخطوة غير ضرورية إذا تم العثور على GC لتحليل الغاز لتكون بعيدة عن المعايرة، والتي يمكن استنتاجها من الفحوص المرجعية، تتجه البيانات، والتوازن المادي. تدل التجربة على أن معايرة GC يمكن الاعتماد عليها لفترة طويلة.
      1. توصيل اسطوانة التجاري مستوى غاز مصفاة متعدد المكونات إلى صمام اليد (HV-190) (16).
      2. تحميل طريقة في برنامج GC قادرة على يبلغ حجمه وفصل كل القمم في مستوى غاز المصفاة. استخدام المعلمات للأسلوب GC في الجدول 1.
      3. باستخدام برنامج GC، إجراء المدى تحليل مستوى غاز المصفاة.
      4. فتح اللوني للمعيار الغاز التكرير ودمج القمم في اللوني.
      5. تحديد القمم في اللوني، وضمان أن كافة المكونات في calibتم العثور على الغاز التموينية. حذف أي القمم التي تكون موجودة ولكن لا يمكن أن يعزى إلى مكونات في المعيار.
      6. على أساس نطاقات الاحتفاظ الوقت، مقطوع والمركبات الفجوة يبلغ حجمه بعد C 5 إلى 6 C + 1، ج 6 + 2، C 6 + 3، وC 6 + 4 مجموعات. لهذا الأسلوب، مقطوع أيزومرات بينتين إلى مجموعة أوليفين C 5 واحد.
      7. باستخدام برنامج GC، تعيين قيم تركيز على كل قمة متكاملة من المعايير الغاز، في إطار مهمة المعايرة.
      8. حفظ المعايرة في ملف طريقة، لاستخدامها لتحديد تركيزات من قمم في اختباراته اللاحقة. افصل مستوى تجاري للغاز.
    5. معايرة 2 محلل CO
      1. من خلال برنامج وحدة رد الفعل، وتبديل صمام (KV-170) 16 إلى الموقف الذي تمكن من الغاز صفر (النيتروجين) في التدفق إلى محلل الغاز الأشعة تحت الحمراء. ضبط تدفق من خلال تحويل مقبض الباب بالاشتراك مع فال التحكم في التدفقلقد (FCV-107) 16، إذا لزم الأمر، للحصول على حوالي 250 SCCM على مؤشر التدفق (FI-107) (16).
      2. صفر محلل باستخدام تعديل المسمار صفر على اللوحة الأمامية للمحلل مع مساعدة من مفك مسطح ذات نصول.
      3. تبديل صمام اليد (HV-107) 16 لتوريد CO 2 (19.8 الخلد٪) غاز القياسية للمحلل. ضبط صمام يدوي (MV-107) 16 للحصول على تدفق ما يقرب من 250 SCCM على مؤشر التدفق (FI-107).
      4. ضبط محلل القراءة لتتناسب مع تركيز (19.8 الخلد٪) من الغاز فترة قياسية باستخدام المسمار سبان على اللوحة الأمامية.
      5. قطع الغاز تمتد والعودة صمام اليد (HV-107) إلى موقف RUN.
    6. إعداد السائل استقبال المنتج
      ملاحظة: يتكون كل المتلقي مكثف وقارورة GC توصيل الجزء السفلي من المكثف بواسطة قطعة قصيرة من أنابيب السيليكون.
      1. تعيين بالتتابع الأرقام إلى كونديnsers وقارورة GC.
      2. وضع المكونات الصغيرة الصوف الزجاجي داخل الجزء العلوي من كل ذراع منفذ الاستقبال كما هو مبين في الشكل 2.
      3. الحفاظ على المتلقي تستقيم مع بعض الدعم في دورق أو قارورة ذات حجم مناسب. وزن كل جهاز استقبال في الميزان التحليلي النافذة العليا التي تغطيها درع البلاستيك مكعب لضمان خالية من مشروع البيئة (الشكل 3).
      4. تسجيل الكتلة الجافة (W قبل) من المتلقي استعداد جنبا إلى جنب مع سدادات المسمى.
      5. تركيب وربط جهاز الاستقبال وزنه إلى خط الانتاج (الشكل 4).
    7. إعداد مفاعل
      1. تركيب خط تغذية النفط في المفاعل الذي يبلغ طوله الذي يسمح لارتفاع حاقن 1.125 بوصة.
      2. وضع مرشح في الخروج من المفاعل لمنع أي غبار محفز من دخول خط الانتاج، وتغيير فلتر بعد 50-100 أشواط.
      3. إجراء اختبار الضغط على نظام مفاعل بذ تشغيل PTEST1 البرنامج 17 بعد معايرة مضخة التغذية وتركيب أجهزة الاستقبال. إغلاق تنفيس الغاز والضغط على نظام المفاعل 150 مم زئبق النيتروجين، تليها عزلة النظام.
      4. مراقبة ضغط القراءة لبضع دقائق لضمان انخفاض الضغط لا يزيد عن 0.4 مم زئبق لكل دقيقة مشيرا إلى أن أي تسرب موجودة. إذا لوحظ انخفاض ضغط أكبر من 0.4 مم زئبق لكل دقيقة، إجراء اختبار تسرب وفقا لتعليمات الشركة الصانعة، ومعالجة أي تسرب وفقا لذلك.
عينة مدخل T 90 ° C الضغط المدى بعد 30 رطل
حاقن T 90 ° C موازنة الضغط 10 ثانية
وقت التشغيل 300 ثانية كشف عن توصيل حراري
ضغط العمود 30 رطل معدل الحصول على البيانات 50 هرتز
قناة ل قناة B قناة C قناة D
قبل العمود مؤامرة-U. 30 ميكرون × 320 ميكرون × 3 م مؤامرة س، 10 ميكرون × 320 ميكرون × 1 م الألومينا. 3 ميكرون × 320 ميكرون × 1 م -
عمود Molsieve. 12 ميكرون × 320 ميكرون × 10 م مؤامرة-U. 30 ميكرون × 320 ميكرون × 8 م الألومينا. 8 ميكرون × 320 ميكرون × 10 م OV1. 2 ميكرون × 150 ميكرون × 10 م
حاملة الغاز الأرجون الهيليوم الهيليوم الهيليوم
وضع مدخل Backflush Backflush Backflush حجم ثابت
العمود T 100 ° C 90 ° C 130 ° C 90 ° C
الوقت حقن 30 ميللي ثانية 120 ميللي ثانية 0 مللي ثانية 100 ميللي ثانية
الوقت Backflush 12.5 ثانية 5.0 ثانية 5.5 ثانية -

الجدول 1: معلمات الأسلوب القيادة العامة لتحليل الغاز التي تنتجها LTU.

الشكل 2
الشكل 2: فيال التعلق المكثف. صورة توضح موقع من المكونات الصوف الزجاجي والمرفق من قارورة GC إلى المكثف مع أنابيب السيليكون. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (3)
الشكل (3):.. وزنها من استقبال المنتج غطاء بلاستيكي لتحقيق التوازن في التأثير على المدى استقبال المنتج السائل، والتي قد يتمسك بها من النافذة العليا الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (4)
الرقم 4: السائل مرفق استقبال صور تظهر المرفق استقبال السائلة إلى خط الانتاج.إعلان / 54390 / 54390fig4large.jpg "الهدف =" _ فارغة "> الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

  1. نظام التشغيل في الوضع التلقائي
    1. على الشاشة الإعداد LTU، وإدخال المعلومات ذات الصلة للتجربة: تشغيل عدد، اسم الخلاصة، وتحديد محفز، والضغط الجوي، ونقاط تعيين للبشرة ودرجات الحرارة مفاعل الداخلية لكل من تكسير ومحفز تجديد، والوقت حقن النفط. حذفت هذه الخطوة إذا تم تضمين معلومات كاملة في القسم 3.1.1.
    2. وضع النظام في وضع تشغيل عن طريق النقر على زر "تشغيل" على الشاشة تدفق العملية. هذا يبدأ تسلسل اختبار 17، والذي يتضمن الخطوات في وضع السيارات إلى وصفها في مناقشة.
  2. غير التلقائي عملية وضع النظام
    1. استخدام الكمبيوتر تعلق على GC، دمج القمم ومعالجة البيانات باستخدام المعايرة المعمول بها. إدخال البيانات GC النهائية في البرنامج LTU من خلال الكمبيوتر LTU.
  3. بعد تشغيل عملية
    1. تقرير شامل من السائل المنتج
      1. بعد إزالة المشبك، إمالة استقبال وجمع أي قطرات المنتجات السائلة على طرف معدن مشطوف تحت صمام المنتج.
      2. على الفور ختم المتلقي مع سدادات المطاط وصفت وبعناية إزالته من الحمام. شطف جلايكول الإثيلين من الحمام بالماء البارد والجاف الخارج مع منشفة ورقية.
      3. وضع المتلقي المنتج السائل على رف في درجة حرارة الغرفة لمدة 20 دقيقة، مما يسمح أي منتج مجمد لذوبان الجليد والجري في قارورة GC في الجزء السفلي من جهاز الاستقبال.
      4. جمع التعطيل السائل حول المفصل المعدنية لالمتلقي مع tared مسحة القطن والصوف. تحديد كتلة التعطيل السائل (W مسحة) وسجل.
      5. فتح استقبال المنتج السائل في الغلاف الجوي في غطاء الدخان تنفيس عن الضغط معادلة عن طريق إزالة حظات سدادة على منفذ العلوي من جهاز الاستقبال.
      6. ضعسدادة مرة أخرى، والحصول على كتلة المتلقي (W بعد). إزالة قارورة GC من المكثف. كاب وتخزين العينة من المنتج في الثلاجة على 4 درجات مئوية لتحليلها لاحقا.
      7. في حالة ظهور قطرات الماء في قاع القارورة GC كما هو الحال في حالة تكسير زيت الكانولا، استخدم حقنة نظيفة لنقل الكثير من المنتجات النفطية خالية من الماء إلى قارورة أخرى ممكن، والأنكى من ذلك هو على الفور.
      8. شطف الجدران الداخلية للمكثف استقبال تماما مع نوعية صغيرة من الميثانول وجمع كل من غسل الميثانول في قارورة GC الأصلية التي تحتوي على قطرة ماء. تتويج القارورة والحصول على كتلة داخل السائل للاستخدام في تقرير الماء.
    2. تحليل المنتج السائلة مقلد التقطير
      1. استخدام معيار D2887 طريقة اختبار ASTM 18، وتحديد نسبة وزنية من المنتج السائل خالية من الماء المغلي في نطاقات البنزين (IBP-221 درجة مئوية)، وزيت دورة ضوء (LCO، 221-343 درجة مئوية)، وح النفط دورة eavy (HCO، 343 ° C-FBP).
    3. تحليل المياه المنتج
      1. باستخدام طريقة الاختبار القياسية ASTM D4377 19، وتحديد محتوى الماء (H2O W) من غسل الميثانول جنبا إلى جنب مع قطرات الماء في القارورة.
  4. العمليات الحسابية
    1. كتلة من غاز المنتج
      1. حساب الحجم الكلي للمنتج الغازي من خلال حجم الماء المزاح وفقا للمعادلة:

        Equation1

        حيث الغاز V هو حجم (مل) من الغاز التي تم جمعها في الظروف القياسية (0 K و101.3 كيلو باسكال)، والمياه V هو حجم (مل) من الماء المزاح أثناء الاختبار، T هي درجة حرارة الغاز (درجة مئوية) وP هو ضغط الغاز ( كيلو باسكال).
      2. حساب كتلة كل عنصر الغاز باستخدام:

        JPG "/>

        حيث W ط هو كتلة (ز) من ط المنتج الغازي عشر، N i غير مول٪ من ط عنصر في الغاز والعشرين، وM i غير الوزن الجزيئي للط المنتج الغازي عشر. ويفترض أن الوزن الجزيئي للمقطوع دون حل C 5 + لتكون 86.
      3. حساب مجموع كتلة من الناتج الغازي على النحو التالي:

        Equation3

        حيث الغاز W هو مجموع كتلة من الناتج الغازي، وW i هو كتلة ط المنتج الغازي عشر المحسوبة في 3.5.1.2.
    2. كتلة السائل المنتج
      1. حساب مجموع كتلة من السائل المنتج مع:

        W liq = W بعد - W + W قبل مسحة

        حيث W liq هو كتلة (ز) من المنتج السائل، W بعد هو كتلة (ز)من المتلقي المنتج السائل بعد رد فعل، W قبل غير الشامل (ز) من استقبال المنتج السائل قبل رد الفعل، ومسحة W هو كتلة (ز) من التعطيل السائل التي تم جمعها على مسحة القطن.
    3. كتلة من فحم الكوك
      1. حساب مجموع كتلة من فحم الكوك المستمدة من LTU باستخدام:

        W فحم الكوك = الكربون W × 1.0695

        حيث W فحم الكوك هو كتلة (ز) من فحم الكوك، الكربون W هو كتلة (ز) من الكربون، و1.0695 هو العامل الكربون إلى فحم الكوك.
    4. توازن كتلة (الاسترداد)
      1. حساب التوازن الكتلي باستخدام

        R = (W الغاز + W + W liq فحم الكوك) ÷ تغذية W × 100

        حيث R هو انتعاش (الكتلة٪ من العلف) والأعلاف W هو كتلة (ز) من العلف النفط. يجب أن يكون R في حدود 96-102٪. إذا لم يكن كذلك، رفض الاختبار بأنها غير مرضية.
    5. العائد Unnormalized والتحويل
      ملاحظة: احسب كل المحصول المنتج (الجماهيرية تغذية٪) وفقا للصيغ الواردة أدناه.
      1. حساب الغاز الجاف (H 2 -C 2 الصورة، CO، وأول أكسيد الكربون 2)

        Y = DG (W H2 + W C1 + W C2 + W + W CO CO2) ÷ W تغذية × 100

        حيث Y DG هو العائد unnormalized (الكتلة٪ العلف) من الغاز الجاف، W H2 هو كتلة (ز) من H 2، W C1 هو كتلة (ز) من الغاز ج 1 (الميثان)، W C2 هو كتلة (ز) الغاز C 2 (الإيثان والايثلين)، W CO هو كتلة (ز) من ثاني أكسيد الكربون، وCO2 W هو كتلة (ز) من CO 2. لاحظ أنه تصحيح لكمية دقيقة من CO 2 المذاب في الماء ليست ضرورية.
      2. حساب غاز البترول المسال (LPG)

        Y = غاز البترول المسال (W C4) ÷ W تغذية × 100

        حيث Y غاز البترول المسال هو العائد unnormalized (الكتلة٪ العلف) من الناتج غاز البترول المسال، W C3 هو كتلة (ز) من الغاز C 3 (البروبان والبروبيلين)، وW C4 هي كتلة (ز) من الغاز C 4 (البيوتينات و butenes بما في ذلك 1،3 بيوتادين).
      3. حساب البنزين

        Y GLN = [X GLN × (W liq - W H2O - W مسحة) + W C5 +] ÷ دبليو آر × 100

        حيث Y GLN هو العائد unnormalized (الكتلة٪ العلف) من البنزين، X GLN (تم الحصول عليها عن طريق التقطير الوهمي) هو جزء من كتلة البنزين في المنتج السائل خالية من المياه، W H2O هو كتلة (ز) من الماء في المنتج السائل، إذا أي، وW C5 + هو كتلة (ز) من C 5 + منتج في الطور الغازي (حل C 6 </ دون> بالإضافة إلى C 6 + مقطوع).
      4. حساب ضوء دورة النفط (LCO)

        Y LCO = [X LCO × (W liq - W H2O - W مسحة)] ÷ W تغذية × 100

        حيث Y LCO هو العائد unnormalized (الكتلة٪ من العلف) من الناتج LCO وX LCO (تم الحصول عليها عن طريق التقطير الوهمي) هو جزء من كتلة LCO في المنتج السائل خالية من المياه.
      5. حساب النفط دورة الثقيلة (HCO)

        Y HCO = [X HCO × (W liq - W H2O - W مسحة) + W مسحة] ÷ W تغذية × 100

        حيث Y HCO هو العائد unnormalized (الجماهيرية تغذية٪) من HCO وX HCO (تم الحصول عليها عن طريق التقطير الوهمي) هو جزء من كتلة HCO في المنتج السائل خالية من المياه.
      6. حساب الكوك

        Y فحم الكوك ÷ W تغذية × 100

        حيث Y فحم الكوك هو العائد unnormalized (الجماهيرية تغذية٪) من فحم الكوك.
      7. حساب المياه

        Y H2O = W H2O ÷ W تغذية × 100

        حيث Y H2O هو العائد unnormalized (الجماهيرية تغذية٪) من المياه.
      8. حساب التحويل

        CON unnorm = 100 - Y LCO - Y HCO

        حيث CON unnorm هو تحويل unnormalized (الجماهيرية تغذية٪).
    6. العائد تطبيع والتحويل

      Y 0 ط = Y ط ÷ R × 100

      حيث Y 0 ط هو العائد تطبيع (الجماهيرية تغذية٪) من ط المنتج عشر.

      CON القاعدة = 100 - Y 0 LCO- Y 0 HCO

      حيث CON المعيار هو تحويل تطبيع (الجماهيرية تغذية٪).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

تم تطبيق بروتوكول المعمول بنجاح لمزيج النفط من 15:85 نسبة حجم (أي 14.73: 85.27 نسبة الكتلة) بين زيت الكانولا والمستمدة SCO-HGO 20. لأسباب عملية (التكلفة، وتوافر زيت الكانولا، والتحديات المحتملة في العملية التجارية)، وركزت الدراسة على المواد الخام التي تحتوي على 15٪ ضد بالإضافة زيت الكانولا، على الرغم من أن يغذي مع تركيزات أعلى حوكم أيضا. وقد تصدع مزيج حفاز في 490-530 درجة مئوية و 8.0 ساعة -1 WHSV مع اختلاف نسب محفز / النفط (في تسلسل 11.25 و 10 و 8 و 6 و 4 و 11.25). وعلى سبيل المقارنة، وتصدع قاعدة النفط (النقي HGO) أيضا تحت نفس الظروف. ويبين الجدول 2 بيانات التحويل والعائد التي تم مناقشتها بالتفصيل سابقا 20. في تكسير مزيج، على افتراض وجود أي تدخل بين العنصرين، وعوائد واضحة ساهمت بها كل ويمكن حسابحسابيا. يوضح الجدول 2 نوعيا أنه عند تكسير، وزيت الكانولا في مزيج يساهم إلى حد كبير في عائدات الوقود الحيوي (على سبيل المثال، البنزين والديزل) والمواد الكيميائية الحيوية (على سبيل المثال، البروبان، البروبيلين، ط البوتان، وbutylenes في LPG). بعد افتراض أعلاه، فإن عائدات HCO محسوبة السلبية التي ساهمت زيت الكانولا (15٪ ضد في مزيج) في الواقع تنجم عن التداخل بين هذين العنصرين خلال تكسير 20.

<td> 3.35 <td> 0.00 <td> 0.59
العائد الفعلي للنفط قاعدة (HGO)
درجة الحرارة، ° C 490 510 530
المحفز إلى النفط، ز / ز 4.02 6.00 8.04 10.00 11.25 11.25 4.02 6.00 8.04 10.00 11.25 11.25 6.00 8.04 10.00 11.25 11.25
التحويل،٪ الجماعية 57.50 62.06 64.95 66.83 66.77 67.62 59.79 65.23 66.99 69.11 69.45 69.37 61.57 65.82 68.50 70.16 70.02 69.82
الانتعاش، و٪ الجماعية 99.72 99.35 99.17 99.27 99.12 100.10 99.3 99.9 99.2 99.2 99.2 99.95 99.63 99.66 99.38 99.54 98.48 98.38
المحاصيل، و٪ الجماعية:
الغاز الجاف 1.28 1.49 1.65 1.71 1.80 1.79 1.73 1.92 2.07 2.17 2.26 2.24 2.33 2.60 2.76 2.90 3.00 2.99
غاز البترول المسال 10.96 12.33 13.39 13.80 13.42 14.06 12.54 13.83 14.45 15.10 15.13 15.10 14.01 15.43 16.27 16.90 16.98 17.14
الغازولين 42.00 44.00 44.67 45.09 44.71 45.10 42.06 44.97 44.95 45.34 44.85 45.07 41.64 42.75 43.45 43.33 43.15 42.76
LCO 21.86 20.65 19.72 19.23 19.30 18.79 20.53 19.09 18.62 18.01 17.62 17.79 19.39 18.24 17.50 16.79 16.75 16.94
HCO 20.64 17.29 15.33 13.94 13.93 13.59 19.68 15.68 14.39 12.89 12.93 12.85 19.03 15.94 14.00 13.04 13.23 13.23
3.27 4.24 5.23 6.22 6.84 6.67 3.47 4.51 5.53 6.49 7.21 6.96 3.59 5.04 6.03 7.04 6.90 6.92
H 2 O 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
مجموع 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100
العائد الفعلية من الأخلاط (15٪ ضد زيت الكانولا في HGO)
درجة الحرارة، ° C 490 510 530
المحفز إلى النفط، ز / ز 4.02 6.00 8.04 10.00 11.25 11.25 4.02 6.00 8.04 10.00 11.25 11.25 4.02 6.00 8.04 10.00 11.25 11.25
التحويل،٪ الجماعية 58.80 63.93 66.78 67.79 68.10 68.78 64.83 68.72 70.96 71.89 72.09 71.98 67.12 70.44 72.52 73.26 73.51 730.81
الانتعاش، و٪ الجماعية 98.78 99.46 99.12 99.13 99.76 99.53 99.41 99.18 99.27 99.21 99.29 100.07 99.20 99.44 99.23 99.89 99.10 99.19
المحاصيل، و٪ الجماعية:
الغاز الجاف 1.47 1.68 1.86 1.92 2.04 2.00 1.96 2.18 2.32 2.41 2.55 2.53 2.54 2.77 2.94 3.04 3.21
غاز البترول المسال 11.39 12.70 13.77 14.37 14.33 14.61 13.48 14.90 15.71 16.12 15.96 16.36 15.05 16.35 17.10 17.53 17.59 18.13
الغازولين 40.64 42.78 43.40 42.73 42.61 42.99 43.58 44.63 45.01 44.55 44.21 43.77 43.46 44.07 44.17 43.46 42.95 42.70
LCO 21.81 20.31 19.44 19.09 19.25 18.74 19.05 17.84 17.04 16.76 16.71 16.87 17.95 16.77 16.03 15.77 15.62 15.63
HCO 19.38 15.76 13.78 13.11 12.65 12.48 16.12 13.44 11.99 11.35 11.20 11.14 14.93 12.79 11.45 10.97 10.86 10.56
فحم الكوك 3.41 4.68 5.57 6.66 6.99 6.94 3.75 4.77 5.68 6.59 7.10 7.02 4.02 5.11 6.04 6.92 7.46 7.51
H 2 O 1.89 2.08 2.17 2.11 2.14 20.25 2.06 2.23 2.24 2.23 2.27 2.30 2.06 2.15 2.26 2.31 2.17 2.26
مجموع 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100
العائد المحسوب (الكتلة٪) ساهم بنسبة 85٪ ضد (85.27 كتلة٪) HGO في مزيج
الغاز الجاف 1.09 1.27 1.41 1.46 1.54 1.53 1.47 1.64 1.76 1.85 1.93 1.91 1.99 2.22 2.35 2.47 2.56 2.55
غاز البترول المسال 9.35 10.51 11.42 11.77 11.44 11.99 10.69 11.79 12.32 12.88 12.90 12.87 11.95 13.16 13.87 14.41 14.48 14.62
الغازولين 35.81 37.52 38.09 38.45 38.12 38.45 35.86 38.34 38.33 38.66 38.24 38.43 35.51 36.45 37.05 36.95 36.79 36.46
LCO 18.64 17.61 16.82 16.40 16.45 16.02 17.51 16.28 15.88 15.35 15.02 15.17 16.54 15.55 14.92 14.32 14.28 14.45
HCO 17.60 14.74 13.07 11.89 11.88 11.59 16.78 13.37 12.27 10.99 11.03 10.95 16.23 13.59 11.94 11.12 11.28 11.28
فحم الكوك 2.79 3.62 4.46 5.31 5.84 5.69 2.96 3.85 4.71 5.53 6.15 5.93 3.06 4.30 5.14 6.00 5.88 5.90
H 2 O 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
مجموع 85.27 85.27 85.27 85.27 85.27 85.27 85.27 85.27 85.27 85.27 85.27 85.27 85.27 85.27 85.27 85.27 85.27 85.27
العائد المحسوب (الكتلة٪) ساهم بنسبة 15٪ ضد (14.73٪ الجماعية) زيت الكانولا في مزيج
الغاز الجاف 0.39 0.41 0.46 0.46 0.50 0.47 0.49 0.55 0.56 0.56 0.62 0.62 0.55 0.55 0.57 0.80 0.66
غاز البترول المسال 2.05 2.19 2.36 2.60 2.89 2.61 2.79 3.11 3.39 3.24 3.06 3.49 3.10 3.19 3.23 3.13 3.11 3.52
الغازولين 4.82 5.26 5.31 4.28 4.49 4.54 7.72 6.29 6.68 5.88 5.97 5.34 7.95 7.61 7.12 6.51 6.16 6.23
LCO 3.17 2.70 2.62 2.69 2.80 2.72 1.55 1.56 1.17 1.41 10.69 1.71 1.41 1.21 1.11 1.45 1.34 1.19
HCO 1.78 1.01 0.71 1.23 0.77 0.89 -0.66 0.07 -0.28 0.36 0.17 0.19 -1.30 -0.80 -0.49 -0.16 -0.41 -0.73
فحم الكوك 0.63 1.07 1.11 1.35 1.15 1.26 0.79 0.92 0.97 1.05 0.95 1.09 0.96 0.81 0.90 0.92 1.57 1.61
H 2 O 1.89 2.08 2.17 2.11 2.14 2.25 2.06 2.23 2.24 2.23 2.27 2.30 2.06 2.15 2.26 2.31 2.17 2.26
مجموع 14.73 14.73 14.73 14.73 14.73 14.73 14.73 14.73 14.73 14.73 14.73 14.73 14.73 14.73 14.73 14.73 14.73 14.73
الانتعاش، و٪ الجماعية
يعني 99.35
الانحراف المعياري 0.31

الجدول 2: أداء لجنة الاتصالات الفدرالية من قاعدة النفط ومزيج والتحويلات واضحة وعوائد المنتجات من المكونات في مزيج.ble_2_Final.xlsx "> اضغط هنا لتحميل هذا الجدول كما جدول بيانات Microsoft Excel.

وجود الماء وثاني أكسيد الكربون بالإضافة إلى CO 2 (المدرجة في الغاز الجاف)، ومنتجات متصدع من مزيج لكن ليس من HGO وحدها (الجدول 2) هو دليل مباشر بأن زيت الكانولا في مزيج يشارك في ردود الفعل. ويتم إنتاج المياه من خلال مزيج من الهيدروجين والأكسجين وثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون 2 تم إصدارها من decarbonylation ونزع الكربوكسيل من الأحماض الدهنية في زيت الكانولا، على التوالي.

ويقدم أدلة أخرى على تكسير زيت الكانولا في مزيج في الشكل (5)، مما يدل على تأثير عملية المعلمات على H 2 CO والعوائد. وتظهر الملاحظات أن جميع عائدات ليست حساسة جدا للتغيرات نسبة C / O للتغذية عند درجة حرارة معينة. ومع ذلك، لتغذية في نسبة C / O معينة، سواء H 2 و CO yiel س زيادة مع زيادة درجة الحرارة، والتي هي القوة الدافعة لتكسير (ملاحظة: لا CO من HGO في أي درجة الحرارة). المقارنة بين اثنين من الأعلاف، ومزيج يعطي عوائد CO أعلى ولكن أقل غلة H 2 من الزيت الأساسي في نفس شدة من حيث C نسبة / O ودرجة الحرارة. والملاحظة الأخيرة هي التي تعزى إلى تشكيل الماء من الهيدروجين والأكسجين أثناء تكسير للمزيج.

الرقم 5
الرقم 5: تنويعات من H 2 CO والعوائد مع المعلمات عملية اللون الأسود رمز ل490 درجة مئوية، والوردي عن 510 درجة مئوية، والأزرق ل530 درجة مئوية؛. خطوط-H صلبة رقيقة 2 العائد من النفط قاعدة، سميكة خطوط-H الصلبة 2 العائد من مزيج. خطوط CO منقط سميكة العائد من مزيج. لا CO الكشف عن النفط قاعدة (0 كتلة العائد٪ CO النفط قاعدة في ثلاث درجات الحرارة).ملفات / ftp_upload / 54390 / 54390fig5large.jpg "الهدف =" _ فارغة "> الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

ويتضح آخر ملاحظة مثيرة للاهتمام مع زيت الكانولا في الشكل (6)، مما يدل على ملامح درجة الحرارة المفاعل أثناء العملية. قبل حقن النفط، المفاعل هو في درجة حرارة اسمية قدرها 530 درجة مئوية. بعد الحقن، وتنخفض درجة الحرارة مفاعل (بسبب التدفئة، تبخير، وتكسير النفط)، وبلغ الحد الأدنى (استهلاك الحرارة في توازن مع إدخال الحرارة من نظام التحكم مرة واحدة تنخفض درجة الحرارة إلى حد معين) وترتفع نحو درجة الحرارة الأولية. على هذا النحو، يمكن للمرء أن استخدام الحد الأدنى من درجة الحرارة كإجراء من الحرارة اللازمة لعملية شاملة. لتغذية معين، الحد الأدنى من درجة الحرارة تعتمد على كمية من النفط حقن أو نسبة C / O منذ الوزن حافزا ثابتا. كما يزيد من نسبة C / O، ودرجة حرارة قطرة دecreases منذ يتم حقن كميات أقل من النفط. المقارنة بين اثنين من الأعلاف، ومزيج المعارض باستمرار أصغر انخفاض بنحو 1.5 درجة مئوية في نسبة / O C المعطاة وذلك نظرا إلى إطلاق نار من تفاعل طارد للحرارة H 2 (ز) + ½ O 2 (ز) → H 2 O ( ز) (-241.8 كج / مول عند 25 درجة مئوية) 21. ولوحظت ظواهر مماثلة أيضا في درجات الحرارة رد فعل الأخريين.

الشكل (6)
الشكل 6: قطرات درجة حرارة المفاعل قبل وبعد حقن التغذية في 530 درجة مئوية (الاسمي) رمز اللون - أسود على النفط قاعدة، والوردي للمزيج،. خطوط رقيقة - قبل الحقن الأعلاف؛ خطوط سميكة - بعد حقن تغذية الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

بروتوكول الموصوفة هنا يستخدم العملية الدورية للمفاعل واحد يحتوي على مجموعة من الجسيمات حافزا المميعة لمحاكاة تكسير النفط تغذية وتجديد حافز. النفط إلى أن تصدع ومسخن وتتغذى من أعلى عن طريق الأنبوب الحاقن مع طرفها بالقرب من أسفل السرير السوائل. ويتم تكثيف البخار ولدت بعد التكسير التحفيزي وجمع في المتلقي، وتحليل السائل المنتج التي تم جمعها في وقت لاحق لتقطير محاكاة لتحديد العوائد من كسور في نطاقات غليان مختلفة. يتم إرسال المنتج الغازي noncondensable إلى الكروماتوجرافي الغاز على الإنترنت لتحليل لتحديد العوائد من الغاز الجاف وغاز البترول المسال. يتم قياس حجم المنتج الغازي من طريقة الإزاحة المياه. بعد حفاز مناسب تجريد الوقت، يتم تحديد فحم الكوك تترسب على حافز في الموقع عن طريق حرق المحفز المعطلة في الهواء عند درجات حرارة عالية (عادة أكثر من 700 درجة مئوية).يتم قياس مستويات ثاني أكسيد الكربون 2 كميا عن طريق خلية الأشعة تحت الحمراء ويتم تحويلها إلى العائد فحم الكوك. أي ماء شكلت يتم استرداد وتحديدها من قبل كارل فيشر المعايرة. وينبغي أن يكون التعافي الكلي (التوازن الشامل) للتغذية في نطاق من 96 إلى 102٪ قبل تطبيع كل المحصول المنتج.

واحد صالح لهذا الإجراء هو استخدام التسلسل الآلي التي تقوم بها LTU أثناء عملية التفاعل. بعد بدء سلسلة الاختبار في خطوة 3.2.2، يبدأ النظام مع فتيلة النظام أثناء والذي يستخدم LTU على شروط مسبقة برمجتها قبل التشغيل. إذا قضى هناك حافزا المتبقية في المفاعل من الاختبارات السابقة، وتصريفها في الإناء النفايات، ويتم تحميل محفز جديد من قادوس المحدد في المفاعل. النظام ثم ينتظر مدة كافية من الوقت للسماح لدرجات الحرارة من المفاعل، خط تغذية، حقنة، وزجاجة تغذية لتحقيق الاستقرار في 5 ° C نقاط مجموعتهم. الحقنة هي فاي فحينئذlled في معدل التغذية من 1.2 غرام / دقيقة لمدة 20 ثانية (الموافق مرتين اندلق)، بالإضافة إلى وقت الحقن، ويتم إزالة خط الانتاج مع N 2. النظام ثم ينتظر مرة أخرى، حتى درجات الحرارة الداخلية والجلد مفاعل ضمن 2 ° C من النقاط المحددة لها، ودرجة حرارة المبرد في غضون 3 ° C نقطة مجموعتها. وأخيرا، يتم تشغيل N 2 تدفق إلى محلل الغاز الأشعة تحت الحمراء ونظام يسجل الكتلة الأولية على مقياس يستخدم لوزن الماء المزاح وضغط الغاز المنتج الأولي (الذي يجب أن يكون صفر).

بعد فتيلة، يتم تعيين ضخ حقنة في الحركة وحولت تغذية لأول مرة إلى زجاجة تغذية لمدة 10 ثانية (أول مرة اندلق) تليها حقن التغذية في المفاعل بعد انتهاء وقت معين بعد الانتقال ذهابا ثلاثي صمام قبل ضخ حقنة. عند الانتهاء من الحقن، ويتم تحويل الأعلاف مرة أخرى إلى زجاجة تغذية لمدة 10 ثانية أخرى (مرة الثانية اندلق). في نهاية حقن الأعلاف، وتبدأ التهملكلا الوقت الشريط السائل والوقت الشريط محفز. يتم اختيار السابق كما 7 (السائل الشريط المضاعف) أضعاف الوقت حقن التغذية في حين يساوي هذا الأخير السائل الوقت الشريط أقل من 10 ثانية مع أقصى 360 ثانية. يتم إرسال التدفقات منتج للسفينة جمع الغاز من خلال استقبال السائلة حيث مكثف منتجات عالية الغليان.

يبدأ محفز تجديد مع مفاتيح صمام في نهاية دورة حافزا تجريد. يبدأ تدفق الهواء ويتم رفع درجة حرارة المفاعل إلى ~ 715 درجة مئوية. يتم مراقبة تركيز CO 2 باستمرار من قبل محلل الغاز الأشعة تحت الحمراء حتى أقل من 0.3٪. يتم تشغيل الهواء خارج وإعادة تأسيس تدفق N 2 للمفاعل في نهاية تجديد. وتسجل القراءة على نطاق و(كتلة الماء المزاح) جنبا إلى جنب مع ضغط ودرجة حرارة الغاز في وعاء جمع تليها خلط الغاز وارتفاع درجات الحرارة (إلى ~ 30 درجة مئوية). في هذه المرحلة، والمتلقي السائل على المدى يمكن إزالتها يدويا مننظام لمعالجة لاحقة إذا لزم الأمر. يتم إزالة الخط الفاصل بين السفينة جمع وGC مع الغاز المنتج، وشغل في حلقة لتحليل GC لاحق. تبريد المفاعل حتى درجة حرارة الجلد هي 50 درجة مئوية تحت وجهات نظرهم مجموعة التفاعل وحفظ كافة البيانات على المدى الانتهاء. إعادة الوحدة إلى الخطوة الأولى من سلسلة الاختبار لتشغيل جديد، أو تصريف حافزا قضى في وعاء النفايات إذا كان هذا هو الماضي البعيد.

بروتوكول إنشاء يثبت نجاحا في إنتاج وقود وسائل النقل من زيت الكانولا في مزيج. ويتم الحصول على أرصدة مادة جيدة (المستردة الجماعية) في هذه الدراسة بمتوسط ​​قدره 99.35٪ وانحراف معياري 0.31٪ من 18 أشواط LTU (الجدول 2). التحويلات والعوائد من أشواط مكررة في 11.25 C نسبة / O عن كل رضعة عند درجة حرارة معينة هي استنساخه جدا (الجدول 2). عدة ظواهر لجنة الاتصالات الفدرالية النموذجية وخصائص تكسير كثيرا ما ورد في لايتوقد لوحظت rature أيضا في هذه الدراسة: (1) التسمم محفز التي كتبها تغذية النيتروجين الأساسي 22-24، وضوحا لا سيما لHGO في درجات حرارة منخفضة (490 درجة مئوية في هذا العمل). ويمكن تخفيض تأثير عند ارتفاع درجات الحرارة أو نسبة C / O؛ (2) توافر أو الإرهاق من مكونات crackable في الأعلاف والمنتجات السائلة. تلك في تغذية وعادة ما يسمى ب "السلائف البنزين"، الذي يعرف بأنه مجموع يشبع وmonoaromatics 20،25-28. (3) إمكانية الوصول إلى المواقع حمض حافزا لجزيئات. على سبيل المثال، والتحلل غير مكتمل من جزيئات الدهون الثلاثية الضخمة في 490 درجة مئوية في حين كسر الأحماض الدهنية الخطية التي يمكن أن تخترق بسهولة المسام حافزا وأن تصدع 6؛ (4) Oligomerization الأوليفينات 29 من الأحماض الدهنية لتشكيل العطريات وفحم الكوك. (5) المماكبة الهيكل العظمي التفضيلية الأوليفينات لتشكيل مركبات متفرعة 23،29.

ويستند البروتوكول إلى حد كبير على دليل التشغيل LTU. الإجراءاتفي دليل يجب اتباعها بدقة، باستثناء ما هو مبين. وتشمل الخطوات الحاسمة ضمن بروتوكول إعداد محفز التوازن (يجب أن يكون على حجم وخالية من فحم الكوك)؛ إعداد مفاعل (باستخدام خط تغذية أن ينتج ارتفاع حاقن المستمر، إما 1.125 أو 2.125 بوصة)؛ CO 2 محلل المعايرة. إعداد حقنة (معايرة معدل التغذية) والمتلقي المنتج السائل (وزنها المتلقي السائل طويلة في مشروع خال من البيئة، والإبقاء على درجة حرارة المبرد في -12 إلى -15 ° C مجموعة)؛ اختبار ضغط النظام (لضمان بيئة خالية للتسرب)؛ خيارات مناسبة الوقت الشريط حافزا وسائل مضاعفة الشريط. تحليل الغازات (تحليل الغاز مصفاة) والمنتج السائل (التقطير محاكاة من قبل ASTM D2887 18)؛ إحالة الوزن الجزيئي 86 (مقابل 89 من ASTM D7964-14 30) لC 5 + مقطوع دون حل، والكربون إلى فحم الكوك عامل 1.0695 (مقابل 1،083 من D7964 ASTM، الذي يفترض أن مول واحد من الهيدروجين يرتبط وايث مول واحد من الكربون في فحم الكوك).

تعديل واحد في البروتوكول الذي ينحرف عن LTU التشغيل اليدوي وASTM D7964-14 30 هو أنه في الخطوة الأخيرة من وزنها المتلقي السائل، تتم إزالة سدادة بسرعة من وضعت مرة أخرى في المستقبل لمعادلة الضغط قبل وزنها. وهذا يسمح بالإفراج عن فائض N 2، وهو المحاصرين في درجة حرارة سائل التبريد. ومع ذلك، فإنه يمكن أيضا خطر من احتمال فقدان بعض المنتجات الغازية. نظريا، هذه الخطوة قد يقلل من توازن الكتلة التي كتبها 2.71٪ كتلة لتشغيل على نسبة C / O من 10 في دراستنا، على افتراض أن 149 مل N 2 في استقبال السائل المحاصرين وتوسيع من -15 إلى 25 درجة مئوية في 93.5 كيلو باسكال (701 مم زئبق) الضغط الجوي. وافقت النتيجة مع القيم التجريبية (مقابل انخفاض في التوازن الشامل بنسبة 3.10 و 3.22٪ كتلة لأشواط في نسبة / O C 10).

كما تم تمديد هذا البروتوكول لخلطات تحتوي على 50 و 100 ضد٪ زيت الكانولا في HGO. ويبدو أن تركيز النفط المرتفعة بذور اللفت أن يكون ضارا للنظام، والتي تتطلب المزيد من التغييرات المتكررة للحاقن من المعتاد، وخصوصا عندما مشققة زيت الكانولا النقي. في تركيزات منخفضة مثل تلك التي قدمت في هذه الدراسة، قاذورات لم يحدث.

وبالإضافة إلى ذلك، لا يمكن تطبيق LTU إلى الكتلة الحيوية بيونفط تحتوي على الماء المستحلب، والتي يمكن أن تتبخر في درجات حرارة عالية لفترات طويلة. في هذه الحالة، وحدة اختبار البديلة 31 مع حقنة الحرة ولكن الحاقه لتقديم العلف هو خيار 12. أيضا، يمكن للLTU لا تحديد H 2 S العائد كميا بسبب طريقة الإزاحة المياه المستخدمة لجمع المنتجات الغازية التي H 2 S يذوب جزئيا في الماء. تم العثور على اختبار وحدة بديلة تعديلها لاستيعاب مقياس الغاز يتكون من غرف الغاز اثنين (مع المكابس داخل) في سلسلة لتكون مرضية لهذا التطبيق 22،23.

> كما استخدمت بروتوكول لHGOs من الزيوت الصخري-البارافين غنية من الصخر الزيتي والزيوت الخفيفة ضيقة (عفرتو) التي تنتجها تكنولوجيا التكسير الهيدروليكي. لبعض من يعمل باستخدام LTU قال، فقد بينت النتائج التقطير محاكاة كميات كبيرة من الغازات الذائبة في المنتجات السائلة نظرا لطبيعة شمعية من الأعلاف، مما أدى إلى عوائد البنزين المبالغة والتحويلات. لذا فمن المستحسن للقضاء على برافيني يغذي في وحدة الاختبار البديلة المذكورة أعلاه، والذي يتضمن خطوة التفريغ بعد التكثيف من المنتج السائل في المتلقي 31. يتم استخدام وحدة اختبار بديل وقال على نطاق واسع لوصف الأداء من المواد الحفازة لجنة الاتصالات الفدرالية نظرا لبساطته النسبية، والمرونة، وبراعة، والتكلفة المنخفضة. على مر السنين، وقد تم توسيع طريقة الاختبار المعنية لتقديم معلومات إضافية مثل الإختياريات المنتج والصفات، والمتغير العاملة وآثار المواد الأولية 32. مع الاحتياطات الكافية في فيترجمتها شفويا، ونتائج الاختبار يمكن استخدامها لتقييم أداء محطة تجارية 33.

لاحظ أن أوجه القصور التشغيلية المذكورة أعلاه باستخدام LTU تتعلق نموذج معين الموجودة لدينا. مع تطور التكنولوجيا والمنتجات الجديدة قد تغلب على المشاكل التي نوقشت أعلاه.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

الكتاب تعلن أنه ليس لديهم مصالح مالية المتنافسة.

Acknowledgments

الكتاب أود أن أشكر المختبر التحليلي لمركز تكنولوجيا CanmetENERGY للدعم الفني، وصنكور انرجي لتوريد النفط الخام الاصطناعية. وقدمت تمويلا جزئيا لهذه الدراسة من كندا الموارد الطبيعية وبرنامج حكومة كندا الإدارات لأبحاث الطاقة والتنمية (PERD) مع A22.015 معرف المشروع. سوف يي تشانغ ترغب في الاعتراف به العلوم الطبيعية ومجلس بحوث الهندسة (NSERC) من كندا الزائر زمالة من يناير 2015 إلى يناير 2016.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Advanced Cracking Evaluation (ACE) Unit Kayser Technology Inc. ACE R+ 46 Assembled by Zeton Inc. SN:505-46; consisting of (1) a reactor; (2) catalyst addition system; (3) feed delivery system; (4) liquid collection system; (5) gas collection system; (6) gas analyzing system; (7) catalyst regeneration system; (8) CO catalytic convertor; (9) coke analyzing system
Reactor (ACE) Kayser Technology Inc. V-105 A 1.6 cm ID stainless steel tube having a tapered conical bottom and with a diluent (nitrogen) flowing from the bottom to fluidize the catalyst and also serve as the stripping gas at the end of the run
Catalyst Addition System (ACE) Kayser Technology Inc. Six hoppers (V-120F, with respective valves) for addition of catalyst for up to 6 runs
Feed Delivery System (ACE) Kayser Technology Inc. Consisting of feed bottle (V-100), syringe (FS-115), pump (P-100), and injector (with 1.125 inch injector height, i.e., the distance from the lowest point of the conical reactor bottom to the bottom end of the feed injector)
Liquid Collection System (ACE) Kayser Technology Inc. Six liquid receivers (V-110F) immersed in a common coolant bath (Ethylene glycol/water mixture in 50:50 mass ratio) at about –15 °C in a large tank (V-145)
Gas Collection System (ACE) Kayser Technology Inc. Based on water displacement principle; consisting of gas collection vessel (V-150) with a motor-driven stirrer (MTR-100), and a weight scale (WT-100) for weighing the displaced water collected in a beaker (V-160).
Gas Analyzing System (ACE) Kayser Technology Inc. Key element being Agilent micro GC (model 3000A) with four capillary columns equipped with respective thermal conductivity detectors (TCDs) 
Catalyst Regeneration System (ACE) Kayser Technology Inc. V-105 Spent catalyst in reactor being burned in situ in air at +700 °C to ensure complete removal of carbon deposited on the catalyst
CO Catalytic Convertor  (ACE) Kayser Technology Inc. A reactor (V-140) with CuO as catalyst to oxidize any CO and hydrocarbons in exhausted flue gas to CO2 (to be analyzed by IR gas analyzer) and H2O (to be absorbed by a dryer)
Coke Analyzing System (ACE) Kayser Technology Inc. Servomex (Model 1440C) IR analyzer for measuring CO2 in exhausted flue gas
R+MM Software Suite Kayser Technology Inc. Including iFIX 3.5 
Agilent Micro GC Agilent Technologies 3000A For gas analysis after cracking
Cerity Networked Data System Agilent Technologies Software for Agilent Micro GC
CO2 Gas Analyser Servomex Inc. 1440C SN: 01440C1C02/2900
NESLAB Refrigerated Bath Themo Electron Corporation RTE 740 SN: 104300061
Orion  Sage Syringe Pump Themo Electron Corporation M362 For delivering feed oil to injector tube
Synthetic Crude Oil (SCO)  Suncor Energy Inc. Identified as Suncor OSA 10-4.1
Catalyst P Petro-Canada Refinery Equilibrium catalyst
Balance Mettler Toledo AB304-S For weighing liquid product receivers
Balance Mettler Toledo XS8001S For weighing water displaced by gas product
Ethylene Glycol Fisher Scientifc Inc. CAS 107-21-1 Mixed with distilled water as coolant (50 v% )
Drierite W.A. Hammond Drierite Co. Ltd. 24001 For water absorption after CO catalytic converter
Copper Oxide LECO Corporation 501-170 Catalyst for conversion of CO to CO2
Toluene Fisher Scientific Co.  CAS 108-88-3 For cleaning liquid receivers
Acetone Fisher Scientific Co.  CAS 67-64-1 For cleaning liquid receivers
Micro GC Calibration Gas Air Liquid Canada Inc. SPG-25MX0015306 Multicomponent standard gas
19.8% CO2 Standard Gas BOC Canada Ltd. 24069890 For calibration of IR analyzer
Argon Gas Linde Canada ltd. 24001306 Grade 5.0 Purity
Helium Gas Linde Canada ltd. 24001333 Grade 5.0 Purity
Gas analyzer GC Module Inficon GCMOD-15 Channel A
Gas analyzer GC Module Inficon GCMOD-03 Channel B
Gas analyzer GC Module Inficon GCMOD-04 Channel C
Gas analyzer GC Module Inficon GCMOD-73 Channel D
HP 6890 GC Hewlett-Packard Co.  G1530A For simulated distillation
ASTM 2887 Standard Sample PAC L.P. 26650.150 For quality control in simulated distillation
ASTM 2887 Standard Sample PAC L.P. 25950.200 For calibration in simulated distillation
Column for GC 6890 (simulated distillation) Agilent Technologies CP7562 10 m x 0.53 mm x 1.2 µm, HP 6890 GC column
Liquid Nitrogen Air Liquid Canada Inc. SPG-NIT1AC240LC For use in simulated distillation 
Nitrogen Air Liquid Canada Inc. Bulk (building N2) For use in ACE unit operation
Isotemp Programmable Furnace Thermo Fisher Scientifc Inc. 10-750-126 For calcination of catalyst
GC Vials, Crimp Top Chromatograghic Specialties Inc C223682C 2 ml, for liquid product
Seals, Crimp Top Chromatograghic Specialties Inc C221150 11 mm, for use with GC vials
4 oz clear Boston round bottles Fisher Scientific Co.  02-911-784 With PE cone lined caps, for use in feed system
Sieve Endecotts Ltd. 6140269 Aperture 38 micron
Sieve Endecotts Ltd. 6146265 Aperture 250 μm
Shaker Endecotts Ltd. MIN 2737-11 Minor-Meinzer 2 Sieve Shaker for catalyst screening
V20 Volumetric KF Titrator Mettler Toledo 5131025056 For water content analysis of the liquid product
Hydranal Composite 5 Sigma-Aldrich 34805-1L-R Reagent for Karl Fischer titration
Methanol (extremely low water grade) Fisher Scientific Co.  A413-4 Mixed with toluene (40:60 w/w) for KF titration: also used to recover water in receiver
Glass Wool Fisher Scientific Co.  11-388 Placed inside the top of receiver outlet arm 

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Bringezu, S., et al. Towards Sustainable Production and Use of Resources - Assessing Biofuels. United Nations Environment Programme. , (2009).
  2. Sheehan, J., Camobresco, V., Duffield, J., Graboski, M., Shapouri, H. Life cycle inventory for biodiesel and petroleum diesel for use in an urban bus. National Renewable Energy Laboratory Report. , (1998).
  3. Renewable Fuels Regulations. Canada Gazette Part II. 144 (18), 1614-1740 (2010).
  4. Directive 2009/28/EC of the European Parliament and of the Council of 23 April 2009 on the promotion of the use of energy from renewable sources and amending and subsequently repealing Directives 2001/77/EC and 2003/30/EC (Text with EEA relevance). Official Journal of the European Union. 140, 16-62 (2009).
  5. Al-Sabawi, M., Chen, J., Ng, S. Fluid catalytic cracking of biomass-derived oils and their blends with petroleum feedstocks: A Review. Energy Fuels. 26 (9), 5355-5372 (2012).
  6. Dupain, X., Costa, D. J., Schaverien, C. J., Makkee, M., Moulijn, J. A. Cracking of a rapeseed vegetable oil under realistic FCC conditions. Appl. Catal. B: Environ. 72 (1-2), 44-61 (2007).
  7. Tian, H., Li, C., Yang, C., Shan, H. Alternative processing technology for converting vegetable oils and animal fats to clean fuels and light olefins. Chin J Chem Eng. 16 (3), 394-400 (2008).
  8. Melero, J. A., Clavero, M. M., Calleja, G., Garcia, A., Miravalles, R., Galindo, T. Production of bio-fuels via the catalytic cracking of mixtures of crude vegetable oils and nonedible animal fats with vacuum gas oil. Energy Fuels. 24 (1), 707-717 (2010).
  9. Bielansky, P., Reichhold, A., Schönberger, C. Catalytic cracking of rapeseed oil to high octane gasoline and olefins. Chem Eng Process. 49 (8), 873-880 (2010).
  10. Ng, S. H., Shi, Y., Ding, L., Chen, S. Catalytic cracking of a rapeseed oil for production of transportation fuels and chemicals: Yield structure. 2010 AIChE Annual Meeting. Salt Lake City, UT, USA, , (2010).
  11. Bielansky, P., Weinert, A., Schönberger, C., Reichhold, A. Catalytic conversion of vegetable oils in a continuous FCC pilot plant. Fuel Process Technol. 92 (12), 2305-2311 (2011).
  12. Ng, S. H., Lay, C., Bhatt, S., Freel, B., Graham, R. Upgrading of biomass-derived liquid to clean fuels. 2012 AIChE Annual Meeting. Pittsburgh, PA, USA, , (2012).
  13. Ordorica-Garcia, G., Croiset, E., Douglas, P., Elkamel, A., Gupta, M. Modeling the energy demands and greenhouse gas emissions of the Canadian oil sands industry. Energy Fuels. 21 (4), 2098-2111 (2007).
  14. Canada's Emission Trends. , Government of Canada, Environment Canada. (2013).
  15. Versatile fluidized bed reactor. US Patent. Kayser, J. C. , 6069012 The fluidized bed reactor described herein and the trade mark "ACE" are covered by this patent (2000).
  16. ACE Operating Manual: PID Drawing No. R+ 101 and 102. , Kayser Technology. (2007).
  17. System Manual: ACE - Model R+. , Kayser Technology. (2007).
  18. ASTM D2887-15 Standard test method for boiling range distribution of petroleum fractions by gas chromatography. , ASTM International. West Conshohocken, PA. (2015).
  19. AASTM D4377-00 Standard test method for water in crude oils by potentiometric Karl Fischer titration. , ASTM International. West Conshohocken, PA. (2015).
  20. Ng, S. H., et al. FCC coprocessing oil sands heavy gas oil and canola oil. 1. Yield structure. Fuel. 156, 163-176 (2015).
  21. Cox, J. D., Wagman, D. D., Medvedev, V. A. CODATA Key values for thermodynamics. , Hemisphere Publishing Corp. New York. (1984).
  22. Ng, S. H., et al. FCC study of Canadian oil-sands derived vacuum gas oils. 1. Feed and catalyst effects on yield structure. Energy Fuels. 16 (5), 1196-1208 (2002).
  23. Ng, S. H., Dabros, T., Humphries, A. Fluid catalytic cracking quality improvement of bitumen after paraffinic froth treatment. Energy Fuels. 21 (3), 1432-1441 (2007).
  24. Scherzer, J. Chapter 5, Correlation between catalyst formulation and catalytic properties. Fluid Catalytic Cracking: Science and Technology. Magee, J. S., Mitchell, M. M. Jr , Studies in Surface Science; 76. Elsevier Science Publishers BV. 145-182 (1993).
  25. Fisher, I. P. Effect of feedstock variability on catalytic cracking yields. Appl. Catal. 65 (2), 189-210 (1990).
  26. Ng, S. H., et al. Study of Canadian FCC feeds from various origins and treatments. 1. Ranking of feedstocks based on feed quality and product distribution. Energy Fuels. 18 (1), 160-171 (2004).
  27. Ng, S. H., et al. Study of Canadian FCC feeds from various origins and treatments. 2. Some specific cracking characteristics and comparisons of product yields and qualities between a riser reactor and a MAT unit. Energy Fuels. 18 (1), 172-187 (2004).
  28. Ng, S. H., et al. Key observations from a comprehensive FCC study on Canadian heavy gas oils from various origins. 1. Yield profiles in batch reactors. Fuel Process Technol. 87 (6), 475-485 (2006).
  29. Scherzer, J. Octane-enhancing zeolitic FCC catalysts: Scientific and technical aspects. Catalysis Reviews: Science and Engineering. 31 (3), 215-354 (1989).
  30. ASTM D7964/D7964M-14 Standard test method for determining activity of fluid catalytic cracking (FCC) catalysts in a fluidized bed. , ASTM International. West Conshohocken, PA. (2014).
  31. ASTM D5154-10 Standard test method for determining activity and selectivity of fluid catalytic cracking (FCC) catalysts by Microactivity test. , ASTM International. West Conshohocken, PA. (2010).
  32. Moorehead, E. L., McLean, J. B., Cronkright, W. A. Chapter 7, Microactivity evaluation of FCC catalysts in the laboratory: Principles, approaches and applications. Fluid Catalytic Cracking: Science and Technology. Magee, J. S., Mitchell, M. M. Jr , Studies in Surface Science; 76. Elsevier Science Publishers BV. 223-255 (1993).
  33. Rawlence, D. J., Gosling, K. FCC catalyst performance evaluation. Appl. Catal. 43 (2), 213-237 (1988).

Tags

الكيمياء، العدد 115، السائل التكسير التحفيزي، زيت الكانولا، زيت بذور اللفت، والأحماض الدهنية، الرمال النفطية، زيت الغاز الثقيل (HGO)، السلائف البنزين والنيتروجين الأساسي
إنتاج المختبر من الوقود الحيوي والمواد الكيميائية الحيوية من زيت بذور اللفت من خلال التحفيز تكسير التحويل
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Ng, S. H., Shi, Y., Heshka, N. E.,… More

Ng, S. H., Shi, Y., Heshka, N. E., Zhang, Y., Little, E. Laboratory Production of Biofuels and Biochemicals from a Rapeseed Oil through Catalytic Cracking Conversion. J. Vis. Exp. (115), e54390, doi:10.3791/54390 (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