Summary
Dette dokumentet viser en eksperimentell metode for å fremstille biodrivstoff og biokjemikalier fra rapsolje blandet med en fossil basert mate i nærvær av en katalysator ved milde temperaturer. Gass, væske og faste produkter fra et reaksjonsenheten er kvantifisert og karakterisert. Konvertering og enkelte produktutbytte beregnes og rapporteres.
Introduction
Det er sterk global interesse i både privat og offentlig sektor for å finne effektive og økonomiske midler til å produsere transport drivstoff fra biomassebasert råstoff. Denne interessen er drevet av en generell bekymring over betydelig bidrag av brennende olje fossilt brensel til drivhusgasser (GHG) og tilhørende bidrag til global oppvarming. Også er det sterk politisk vilje i Nord-Amerika og Europa for å fortrenge utenlandske produsert petroleum med fornybare innenlandske flytende brensel. I 2008 biodrivstoff forutsatt 1,8% av verdens transport brensel 1. I mange utviklede land, er det nødvendig at biodrivstoff erstatter fra 6% til 10% av fyringsoljer i nær fremtid to. I Canada, forskrifter krever et gjennomsnittlig fornybart drivstoff innhold på 5% i bensin starter 15 desember 2010 3. Fornybardirektivet (RED) i Europa har også mandat til en 10% fornybar energi målet for EU transport sektor innen 2020 4.
Utfordringen har vært å utvikle og demonstrere en levedyktig økonomisk vei til å produsere ombyttelige transport drivstoff fra biomasse. Biologiske kilder inkluderer triglyserid-baserte biomasse som vegetabilske oljer og animalsk fett, samt avfall matolje og cellulose biomasse som flis, skogsavfall og landbruk rester. I løpet av de siste to tiårene har forskningen fokusert på evaluering av biomasse-avledet olje behandling ved hjelp av konvensjonelle fluid katalytisk cracking (FCC) 5-12, teknisk ansvarlig for å produsere det meste av bensin i en oljeraffineri. Vår ny tilnærming i denne studien er å co-prosessen rapsolje blandet med oljesand bitumen-avledet råstoff. Normalt må bitumen bli oppgradert før raffinering, produsere raffineriråstoffer som syntetisk råolje (SCO) -dette behandling ruten er spesielt energikrevende, og står for 68-78% av GHG emissions fra SCO produksjon 13, og i 2011, noe som utgjør 2,6% av Canadas totale klimagassutslipp 14. Å erstatte en del av oppgradert HGO med biofeed vil redusere klimagassutslippene, siden produksjon av biodrivstoff innebærer en mye mindre karbonfotavtrykk. Rapsolje er valgt i dette arbeidet fordi det er rikelig i Canada og USA. Dette råmaterialet besitter en densitet og viskositet lik de HGOs mens innholdet av svovel, nitrogen og metaller som kan påvirke ytelsen FCC eller produktkvalitet er ubetydelig. Videre vil dette ko-prosessering alternativet gir betydelige teknologiske og økonomiske fordeler som det ville tillate utnyttelse av det eksisterende raffineri infrastruktur og dermed ville kreve lite ekstra maskinvare eller modifisering av raffineriet. I tillegg kan det være potensial synergi som kan føre til bedre produktkvalitet ved samtidig behandling en svært aromatiske bitumen mate med sin rettkjedet biomasse motstykke. Men co-behandlinginnebærer viktige tekniske utfordringer. Disse inkluderer de unike fysiske og kjemiske egenskapene til bio-feeds: høyt oksygeninnhold, parafinrike komposisjon, kompatibilitet med petroleumsråstoffer, begroing potensielle, etc.
Denne undersøkelsen gir en detaljert protokoll for produksjon av biodrivstoff i laboratorieskala fra rapsolje ved katalytisk krakking. En helautomatisk reaksjonssystem - som er nevnt i dette arbeidet som laboratorietestenhet (LTU) 15 - brukes til dette arbeidet Figur 1 viser skjematisk hvordan dette skal fungere.. Dette LTU har blitt en industristandard for laboratorium FCC studier. Målet med denne studien er å teste egnetheten av LTU for sprengning rapsolje til å produsere drivstoff og kjemikalier med mål om å dempe utslippene av klimagasser.
Figur 1: Konseptuell illustration av reaktoren. Illustrasjon som viser strømningslinjer i katalysatoren, fôr, produkt og fortynningsmiddel. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Forsiktig: Sjå alle relevante sikkerhetsdatablad (MSDS) før du bruker materialene. Arbeid med råolje prøver bør bare gjøres mens iført riktig personlig verneutstyr (vernebriller, hansker, bukser, lukket-toe sko, lab frakk), og åpningen, overføring og håndtering av råolje prøver skal skje i et ventilert fumehood. Oppvarmede hydrokarboner kan være brannfarlig i luft, og reaksjonssystemet bør være nøye med den lekkende kontrollert før bruk med råolje blandinger. Reaktoren kan nå temperaturer så høye som 750 ° C, og høy temperatur vernehansker bør brukes når du arbeider i nærheten av varme overflater.
1. Generelle betraktninger
- For å gjøre det beste bruk av automatiserte reaksjonsenheten, noe som kan fullføre seks sammenhengende går over ~ 8 timer, velge en konstant matehastighet på 1,2 g / min. Dette setter vektromhastighet (WHSV) for å 8 timers -1 gjennom forholdet WHSV = 60 / [(C / O) x t] = 60 x (O / t) / C, hvor t er feed leveringstid i minutter og C og O er masser av katalysator og fôr, henholdsvis i gram. Ved å endre mateinjeksjons periode ble et sett av katalysator / olje-masseforhold på 4, 6, 8, 10 og 11,25 (x2) ble oppnådd for hvert reaksjonstemperaturen for å oppnå et vidt spekter av konvertering.
2. Råstoff og Katalvsatorfremstllling
- Oppnå en HGO ved avdestillering av -343 ° C fraksjonen (ved spinning band) av en syntetisk råolje (SCO).
- Kjøp spiselig-grade rapsolje fra en lokal mat butikk, og bruk uten videre behandling.
- Forbered en 15 v% raps blanding ved å blande 79,645 g HGO (0,9370 g / ml tetthet) med 13,7535 g rapsolje (0,9169 g / ml tetthet).
- Skjerme likevektskatalysator ved anvendelse av en 60 Tyler mesh sikt (250 pm åpning), etterfulgt av en andre screening med en 400 Tyler mesh sikt (38 pm åpning).
- Kalsinere på størrelse partikler (38-250 mikrometer) ved 600 ° C i 4 timer, og deretter laste dem inn than seks dispensere automatisert reaksjon enhet.
3. Testprosedyre
- Klargjøring av systemet
- program Forberedelse
- Ved hjelp av programvaren som styrer reaksjonsenheten, åpne vinduet for kjøre forhold.
- Skriv inn identifikasjoner av fôret og katalysator, barometertrykk, injeksjons tid, og temperatur settpunkter for matesystemet, reaktoren, produktlinje, kjølevæske, og CO katalysator i hvert trinn av forsøksperioden .
- Katalvsatorfremstllling
- For hver katalysator glass hopper over prosessen tubing, ta av lokket og ta 9 g kalsinert på størrelse katalysator i beholderen. Feste en O-ring til toppen av beholderen og re-klemme lokket.
- Kalibrering av matehastighet
- Angi at oljematepumpe for å levere innmatingen ved en konstant mateinjeksjonshastighet (1,2 g / min) for alle cracking løper.
- Koble oil tilførselsledning under tømmeventilen (KV-114) 16 og feste en kort midlertidig rør til bunnen av ventilen for oljetilførselen inn i et tarert begerglass.
- Forvarme råmaterialet til 85 ° C for å muliggjøre HGO-blandingen til å flyte lett inn og ut av sprøyten og langs tilførselsrøret.
- Sett injeksjon tid for å kalibrere pumpe til samme verdi som for den første løp i serien (standardinnstilling).
- Tare et beger, og plassere den på utslipp av den korte midlertidige slangen. Start forhåndsinnstilte "PUMPCAL" bruker programmet 17 i reaksjonsenheten programvare.
- Etter PUMPCAL programmet er fullført, fjerner og veie begeret inneholder feed. Dividere massen av næring som tilføres inn i begeret ved injeksjons tid for å oppnå matehastigheten.
- Juster pumpehastigheten til høyere eller lavere (ved hjelp av tre-sifret oppringt på pumpen) og gjenta trinn 3.1.3.5 til 3.1.3.6 til ønsket matehastigheten er oppnådd.
- Fjernkort midlertidig rør og re-koble strømmen linje.
- Kalibrering av GC for Gas Analysis
Merk: Dette trinnet er nødvendig hvis GC for gass-analyse viser seg å være ute av kalibrering, noe som kan utledes fra referansesjekk, data trending og materialbalanse. Erfaring tilsier at GC kalibrering kan være lettelse opp på for en lengre periode.- Koble en sylinder av kommersiell multikomponent raffinerigass standard til den håndventilen (HV-190) 16.
- Laster en fremgangsmåte ved GC programvare som er i stand til å eluere og separering av alle toppene i raffinerigass standard. Bruk parametere for GC-metoden i tabell 1.
- Ved hjelp av GC programvare, utføre en analyse kjøre av raffinerigass standard.
- Åpne kromatogrammet for raffinerigass standard og integrere toppene i kromatogrammet.
- Identifiser topper i kromatogrammet, slik at alle komponentene i CALIBrasjon gass blir funnet. Slett noen topper som er til stede, men kan ikke tilskrives komponentene i standard.
- Basert på oppbevaring tidsintervaller, klump og dele forbindelser som elueres etter C 5 i C 6 + 1, C 6 + 2, C 6 + 3, og C 6 + 4 grupper. For denne metoden, klump penten isomerer inn en C 5 olefin gruppe.
- Ved hjelp av GC-programvaren, tilordne konsentrasjonsverdier til hver integrert topp fra gassen standard, under kalibreringsfunksjonen.
- Lagre kalibreringen inn i metoden fil, for bruk til å bestemme konsentrasjonene av toppene i påfølgende testkjøringer. Koble den kommersielle gass standard.
- Kalibrering av CO 2 Analyzer
- Gjennom reaksjonsenheten programvare, slår ventilen (KV-170) 16 til den stilling som gjør det mulig null gass (nitrogen) for å strømme til IR-gassanalysator. Juster strømmen ved å vri knappen i forbindelse med flytkontroll valve (FCV-107) 16, om nødvendig, for å få omtrent 250 sccm på strømningsindikator (FI-107) 16.
- Zero analysatoren med null justeringsskruen på frontpanelet av analysatoren ved hjelp av en skrutrekker.
- Slå håndventilen (HV-107) 16 for å forsyne CO 2 (19.8 mol%) standard gass til analysatoren. Juster den manuelle ventil (MV-107) 16 for å oppnå en strømning på ca. 250 sccm på strømningsindikator (FI-107).
- Juster analysator lesing for å matche konsentrasjon (19,8 mol%) av standard kalibreringsgass med SPAN skruen på frontpanelet.
- Koble kalibreringsgass og returnere håndventilen (HV-107) til kjørestilling.
- Utarbeidelse av flytende produkt Receiver
Merk: Hver mottaker består av en kondensator og en GC ampulle koblet til bunnen av kondensatoren ved et kort stykke av silikonslanger.- Sekvensielt tildele numre i condensers og GC hetteglass.
- Plasser en liten plugg av glassull inne i toppen av hver mottager utløp arm som vist på figur 2.
- Hold mottaker oppreist med en viss støtte i et begerglass eller en kolbe av passende størrelse. Veie hver mottaker i en analysevekt toppen av vinduet som er dekket av en kubisk plastskjerm for å sikre et trekkfritt miljø (figur 3).
- Ta opp den tørre massen (W før) av den tilberedte mottakeren sammen med merket stoppere.
- Installer og koble den veide mottakeren til produktlinjen (figur 4).
- Reactor Forberedelse
- Installere en oljetilførselsledning i reaktoren med en lengde som gjør det mulig for en 1,125 tommers injektor høyde.
- Plasser et filter ved utgangen av reaktoren for å forhindre katalysator støv inn i produktlinjen, endre filteret etter 50-100 kjøringer.
- Utføre en trykktest på reaktorsystemet by kjøre programmet PTEST1 17 etter matepumpen kalibrering og installasjon av mottakerne. Steng gassventilen og trykksette reaktorsystemet med 150 mmHg nitrogen, etterfulgt av isolering av systemet.
- Observer trykket leser i noen minutter for å sikre at trykkfallet er ikke mer enn 0,4 mmHg per min som tyder på at noen lekkasjer er til stede. Hvis et trykkfall på mer enn 0,4 mmHg per min er observert, utføre en lekkasjetest i henhold til produsentens anvisninger, og utbedre eventuelle lekkasjer tilsvarende.
- program Forberedelse
| Eksempel innløp T | 90 ° C | Post løp press | 30 psi | |
| Injector T | 90 ° C | trykkutligning | 10 sek | |
| Kjør tid | 300 sek | detektorer | Termisk ledningsevne | |
| kolonnetrykket | 30 psi | Datainnsamling rente | 50 Hz | |
| kanal A | kanal B | kanal C | kanal D | |
| Pre-kolonne | PLOT-U; 30 mikrometer × 320 mikrometer × 3 m | PLOT-Q; 10 mikrometer × 320 mikrometer × 1 m | alumina; 3 mikrometer × 320 mikrometer × 1 m | - |
| Søyle | Molsieve; 12 mikrometer × 320 mikrometer × 10 m | PLOT-U; 30 mikrometer × 320 mikrometer × 8 m | alumina; 8 mikrometer × 320 mikrometer × 10 m OV1; 2 mikrometer × 150 mikrometer × 10 m | |
| Carrier gass | argon | helium | helium | helium |
| Inlet modus | tilbakespyling | tilbakespyling | tilbakespyling | fast Volume |
| kolonne T | 100 ° C | 90 ° C | 130 ° C | 90 ° C |
| injeksjon tid | 30 msek | 120 ms | 0 msek | 100 ms |
| tilbakespyling tid | 12,5 sek | 5,0 sek | 5,5 sek | - |
Tabell 1: GC metode parametre for analyse av gass som produseres av LTU.
Figur 2: Vial vedlegg til kondensatoren. Foto som viser plasseringen av glassull pluggen og feste en GC hetteglass til kondensatoren med silikonslanger. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 3:.. Veiing av produktet mottaker Plastdeksel for balansen til veie den lange flytende produkt mottaker, som kan stikke ut av det øverste vinduet Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 4:. Flytende mottaker vedlegg Foto viser vedlegget av flytende mottakere til produktlinje.ad / 54390 / 54390fig4large.jpg "target =" _ blank "> Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
- System Operation i Auto-modus
- På SETUP LTU, legge inn relevant informasjon for eksperimentet: kjøre antall navn på strøm, katalysator identifikasjon, atmosfærisk trykk, settpunkter for huden og indre reaktortemperaturer for både sprekker og katalysator regenerering, og oljeinnsprøytning tid. Utelate dette trinnet hvis full informasjon har blitt inkludert i avsnitt 3.1.1.
- Sett systemet i driftsmodus ved å klikke på knappen "Kjør" på prosessflyten skjermen. Dette initierer testsekvensen 17, som omfatter trinnene i automatisk modus vil bli beskrevet i diskusjonen.
- Non-Auto Mode System Operation
- Bruke datamaskinen som er koblet til GC, integrere toppene og behandle data ved hjelp av kalibrerings etablert. Input de endelige GC data i LTU program gjennom LTU datamaskinen.
- Post-drevet drift
- Mass Fastsettelse av flytende produkt
- Etter fjerning av klemmen, vend røret og samle noen flytende produkt dråper på skrå metalltuppen under produkt ventilen.
- Umiddelbart forsegle mottaker med merket gummipropp og forsiktig fjerne den fra badekaret. Skyll av etylenglykol fra bad med kaldt vann og tørker den utvendig med papirhåndkle.
- Plasser den flytende mottakeren på et stativ ved romtemperatur produkt i 20 min, slik at en hvilken som helst frossent produkt for å smelte og renne ned i GC rør til bunnen av mottakeren.
- Samle væsken holdup rundt metallet felles for mottakeren med en tarert vatt pinne. Bestem massen av væsken holdup (W pinne) og posten.
- Åpne væskeproduktet mottakeren til atmosfæren i et ventilert avtrekk for trykkutjevning ved momentant å fjerne stopperen på topputtaket på mottakeren.
- Settestopperen tilbake på og få mottakeren massen (W etter). Fjern det GC hetteglasset fra kondensatoren. Cap og lagre produktet prøven i et kjøleskap ved 4 ° C for senere analyse.
- Når en vanndråpe vises GC ampullen bunnen som i tilfelle av sprekkdannelse rapsolje, bruke en ren sprøyte for å overføre så mye vann-fri olje produktet til en annen beholder som mulig, og lokket den umiddelbart.
- Skyll de indre vegger av mottakeren kondensatoren grundig med en liten kvalitet metanol og samle all metanolen vaske inn i den opprinnelige GC hetteglasset med vanndråpen. Lukk glasset og få massen av væsken inne for bruk i vann-bestemmelse.
- Analyse av flytende produkt for simulert destillasjon
- Ved hjelp av standard testmetode ASTM D2887 18, bestemme masseprosentandelen av den vannfrie flytende produkt som koker i områdene for bensin (IBP-221 ° C), lett syklusolje (LCO, 221-343 ° C), og h eavy syklus olje (HCO, 343 ° C-FBP).
- Analyse av vann Produkt
- Ved hjelp av standard testmetode ASTM D4377 19, bestemme vanninnholdet (W H2O) i metanol vaske kombinert med vanndråpe i ampullen.
- Mass Fastsettelse av flytende produkt
- beregninger
- Masse av Gass Vare
- Beregn det totale volumet av gassformet produkt gjennom volumet av vann fortrenges i henhold til formelen:
hvor V gass er volumet (ml) av gass oppsamlet ved standardbetingelser (0 K og 101,3 kPa), V er vannvolum (ml) vann fortrengt i løpet av testen, T er gasstemperaturen (° C), og P er gasstrykket ( kPa). - Beregne massen av hver gasskomponent ved hjelp av:
jpg "/>
hvor W er i masse (g) av den i-te gassformige produkt, N-i er mol% av den i'te komponent i gassen, og M i er molekylvekten av det i te gassformige produkt. Molekylvekten av den C 5 + uløste klump er antatt å være 86. - Beregn den totale massen av gassformig produkt som:
hvor W gass er den totale masse av gassformet produkt, og W i er massen av det i te gassformige produkt som beregnet i 3.5.1.2.
- Beregn det totale volumet av gassformet produkt gjennom volumet av vann fortrenges i henhold til formelen:
- Masse av flytende produkt
- Beregn den totale masse av flytende produkt med:
W liq = W etter - W før + W pinne
hvor W er liq masse (g) av det flytende produkt, W er etter masse (g)av det flytende produkt mottaker etter reaksjon, W før er masse (g) av den flytende produkt mottakeren før reaksjon, og W vattpinne er masse (g) av den flytende holdup oppsamlet på vattpinnen.
- Beregn den totale masse av flytende produkt med:
- Masse av Coke
- Beregn den totale masse av koks avledet fra LTU ved hjelp av:
W coke = W karbon × 1,0695
hvor W koks er masse (g) av koks, er W karbonmasse (g) av karbon, og 1,0695 er den karbon-til-koks faktor.
- Beregn den totale masse av koks avledet fra LTU ved hjelp av:
- Mass Balance (Recovery)
- Beregn massebalanse ved hjelp
R = (W gass + W liq + W cola) ÷ W fôr × 100
hvor R er gjenvinning (masse% av mate) og W er matemasse (g) av oljetilførselen. R bør være i området fra 96-102%. Hvis ikke, avviser testen som utilfredsstillende.
- Beregn massebalanse ved hjelp
- Unormalisert Rentene og konvertering
Merk: Beregn hvert produkt utbytte (vekt% mate) i henhold til formlene angitt nedenfor.- Beregn tørr gass (H 2 C 2 's, CO og CO 2)
Y DG = (W H2 + W C1 + W C2 + W CO + W CO2) ÷ W fôr × 100
hvor Y DG er unormalisert utbytte (vekt% mate) av tørr gass, W er H2 masse (g) av H-2, W er C1 masse (g) av den C en gass (metan), er W C2 masse (g) av C 2 gass (etan og etylen), er W CO masse (g) av CO, CO2 og W er masse (g) av CO2. Legg merke til at korreksjon for den minutt mengden av CO 2 oppløst i vann er ikke nødvendig. - Beregn Liquefied Petroleum Gas (LPG)
Y LPG = (W
hvor Y LPG er unormalisert utbytte (vekt% feed) av LPG-produkt, er W C3 masse (g) av den C-3 gass (propan og propylen), og W C4 er masse (g) av den C-4-gass (butan og butener, inkludert 1,3-butadien). - Beregn Bensin
Y GLN = [X GLN × (W liq - W H2O - W pinne) + W C5 +] ÷ W fôr × 100
hvor Y GLN er unormalisert utbytte (vekt% mate) bensin, X GLN (oppnådd ved simulert destillasjon) er massefraksjonen av bensin i den vannfrie flytende produkt, er W H2O masse (g) i vann i det flytende produkt, hvis en hvilken som helst, og er W C5 + masse (g) av C 5 + produkt i gassfasen (uløst C 6 </ sub> pluss C 6 + klump). - Beregn Lys Cycle Oil (LCO)
Y LCO = [X LCO × (W liq - W H2O - W pinne)] ÷ W fôr × 100
hvor Y LCO er unormalisert utbytte (vekt% av mate) av LCO produkt og X LCO (oppnådd ved simulert destillasjon) er massefraksjonen av LCO i den vannfrie flytende produkt. - Beregn Heavy Cycle Oil (HCO)
Y HCO = [X HCO × (W liq - W H2O - W pinne) + W pinne] ÷ W fôr × 100
hvor Y er HCO unormalisert utbytte (vekt% feed) av tunge råoljer og X HCO (oppnådd ved simulert destillasjon) er massefraksjonen av tunge råoljer i den vannfrie flytende produkt. - Beregn Coke
Y
hvor Y koks er unormalisert yield (masse% feed) av koks. - Beregn Water
Y H2O = W H2O ÷ W fôr × 100
hvor Y H2O er unormalisert utbytte (vekt% mate) vann. - Beregn Conversion
CON unnorm = 100 - Y LCO - Y HCO
hvor CON unnorm er unormalisert konvertering (masse% feed).
- Beregn tørr gass (H 2 C 2 's, CO og CO 2)
- Normalisert avkastning og konvertering
Y 0 i = Y jeg ÷ R × 100
hvor Y 0 i er normalisert utbytte (vekt% mate) av det i-te produkt.
CON norm = 100 - Y 0 LCO- Y 0 HCO
hvor CON norm er normalisert konvertering (masse% feed).
- Masse av Gass Vare
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Den etablerte protokollen har blitt brukt til en oljeblanding av 15:85 volumforhold (dvs. 14,73: 85,27 masseforhold) mellom rapsolje og en SCO-avledet HGO 20. Av praktiske grunner (kostnader, tilgjengelighet av rapsolje, og mulige utfordringer i kommersiell drift), ble studien fokusert på råmateriale inneholdende 15 vol% rapsolje tillegg, selv om strømmer med høyere konsentrasjoner ble også prøvd. Blandingen ble katalytisk krakket ved 490-530 ° C og 8,0 time -1 WHSV med varierende katalysator / olje-forhold (i sekvensen 11,25, 10, 8, 6, 4, og 11,25). For sammenligning ble den basisolje (ren HGO) også sprakk under de samme betingelser. Tabell 2 gir omdannelsen og utbyttet av data som er blitt omtalt i detalj tidligere 20. Ved sprengning av blandingen, forutsatt at det ikke er noen interferens mellom de to komponenter, kan den åpenbare utbytter bidro med hver beregnesarithmetically. Tabell 2 viser kvalitativt at ved sprengning, rapsolje i blandingen bidrar vesentlig til avkastningen av biodrivstoff (f.eks bensin og diesel) og biokjemikalier (f.eks propan, propylen, i-butan og butylener i LPG). Etter den ovennevnte antagelse, de negative beregnede HCO utbytter bidro med rapsolje (15 vol% i blandingen), i realiteten skyldes interferens mellom de to komponenter under cracking 20.
| Faktiske Avlingene av Base Oil (Hgo) | |||||||||||||||||||
| Temperatur, ° C | 490 | 510 | 530 | ||||||||||||||||
| Katalysator-til-olje, g / g | 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 | ||
| Konvertering, masse% | 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 | |
| Recovery, masse% | 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 | |
| Rentene, masse%: | |||||||||||||||||||
| tørrgass | 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 | |
| LPG | 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 | |
| Bensin | 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 to 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 | |
| TOTAL | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | |
| Faktiske Avlingene av Blends (15 v% rapsolje i HGO) | |||||||||||||||||||
| Temperatur, ° C | 490 | 510 | 530 | ||||||||||||||||
| Katalysator-til-olje, g / g | 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 | |
| Konvertering, masse% | 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 | |
| Recovery, masse% | 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 | |
| Rentene, masse%: | |||||||||||||||||||
| tørrgass | 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 | <td> 3,353.21 | ||
| LPG | 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 | |
| Bensin | 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 | |
| coke | 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 to 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 | |
| TOTAL | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | |
| Beregnede Rentene (masse%) bidro med 85 v% (85,27 vekt%) HGO i Blend | |||||||||||||||||||
| tørrgass | 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 | |
| LPG | 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 | |
| Bensin | 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 | |
| coke | 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 to O | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | <td> 0,000,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | ||
| Total | 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 | |
| Beregnede Rentene (masse%) bidro med 15 v% (14,73 vekt%) rapsolje i Blend | |||||||||||||||||||
| tørrgass | 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 | <td> 0,590,57 | 0,80 | 0,66 | ||
| LPG | 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 | |
| Bensin | 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 | |
| coke | 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 to 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 | |
| Total | 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 | |
| Recovery, masse% | |||||||||||||||||||
| Mean 99,35 | |||||||||||||||||||
| Standardavvik 0,31 | |||||||||||||||||||
Tabell 2: FCC framføring av basisoljen og den blanding og de tilsynelatende inger og produktutbytter av komponentene i blandingen.ble_2_Final.xlsx "> Klikk her for å laste ned denne tabellen som en Microsoft Excel-regneark.
Tilstedeværelsen av vann og CO pluss CO2 (inkludert i tørr gass) som krakkede produkter fra blandingen, men ikke fra HGO alene (tabell 2) er en direkte indikasjon på at rapsolje i blandingen deltar i reaksjonene. Vann blir fremstilt ved blanding av hydrogen og oksygen og CO og CO2 blir frigjort fra dekarbonylering og dekarboksylering av fettsyrer i rapsolje, henholdsvis.
Andre tegn på oppsprekking av rapsolje i blandingen er presentert i figur 5, som viser effekten av prosessparameterne på H 2 og CO utbytter. Observasjoner viser at alle utbyttene ikke er svært følsomme for C / O-forhold endringer for en strøm ved en gitt temperatur. Imidlertid, for en tilførsel ved et gitt C / O-forhold, både H 2 og CO yiel ds øke med økende temperatur, som er den drivende kraft for cracking (Merk: Ingen CO fra HGO ved en hvilken som helst temperatur). Sammenligning av to feeds, gir blanding høyere CO avkastning, men lavere H 2 rente enn baseolje på samme alvorlighetsgrad i form av C / O forhold og temperatur. Sistnevnte observasjon skyldes vanndannelse fra hydrogen og oksygen under sprengning av blandingen.
Figur 5: Variasjoner av H 2 og CO avlinger med prosessparametre Color code-svart for 490 ° C, rosa for 510 ° C, blå for 530 ° C;. tynne heltrukne linjer-H 2 utbyttet av basisolje, tykke heltrukne linjer-H 2 utbytte av blanding; tykke stiplede linjer-CO utbyttet av blanding; ingen CO oppdaget for baseolje (0 masse% CO utbytte av baseolje ved tre temperaturer).filer / ftp_upload / 54390 / 54390fig5large.jpg "target =" _ blank "> Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
En annen interessant observasjon med rapsolje er illustrert i figur 6, som viser reaktortemperaturprofiler under drift. Før injeksjon av en olje, er reaktoren ved en nominell temperatur på 530 ° C. Etter injeksjon, synker reaktortemperaturen (på grunn av oppvarming, fordampning, og sprekkdannelser i olje), og nådde et minimum (varmeforbruk er i balanse med varmetilførsel fra kontrollsystemet når temperaturen synker til en viss grense), og stiger langs starttemperatur. Som sådan kan man anvende den minimumstemperaturen som et mål for den varme som er nødvendig for den totale prosess. For en gitt strøm, avhengig av minimumstemperaturen på mengden av olje injisert eller C / O-forholdet, siden katalysatoren vekt forblir konstant. Ettersom C / O-forholdet øker, temperaturfallet decreases ettersom mindre olje injiseres. Sammenligning av de to strømmer, av blandingen gjennomgående oppviser en mindre dråpe med omtrent 1,5 ° C ved et gitt C / O-forhold på grunn av varmeavgivelse fra den eksoterme reaksjonen H2 (g) + ½ O 2 (g) → H 2 O ( g) (-241,8 kJ / mol ved 25 ° C) 21. Lignende fenomener er også observert på de andre to reaksjonstemperaturer.
Figur 6: Reactor temperaturen synker før og etter mating injeksjon på 530 ° C (nominell) Fargekode - svart for baseolje, rosa for blanding;. tynne linjer - før strømmen injeksjon; tykke linjer -. etter fôr injeksjon Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Protokollen er beskrevet her utnytter syklisk drift av en enkelt reaktor inneholdende en gruppe med fluidiserte katalysatorpartikler for å simulere mate olje krakking og katalysatorregenerering. Oljen som skal krakkes forvarmes og mates fra toppen gjennom en injektor rør med sin spiss nær bunnen av hvirvelsjiktet. Dampen som genereres etter katalytisk krakking blir kondensert og samlet i en mottaker, og det flytende produkt oppsamlet blir deretter analysert for simulert destillasjon for å bestemme utbytter av fraksjoner i forskjellige kokeområder. De ikke-kondenserbare gassformige produkt blir sendt til en on-line gasskromatograf for analyse for å bestemme utbytter av tørr gass og flytende petroleumsgass. Volumet av det gassformige produkt blir målt ved vannfortrengningsmetoden. Etter egnet katalysator strippe tid, blir den avsatte koks på katalysatoren bestemmes in situ ved å brenne den deaktiverte katalysatoren i luft ved høye temperaturer (vanligvis over 700 ° C).Nivåer av CO 2 måles kvantitativt via en IR-celle og blir omdannet til koks yield. Eventuelt vann som dannes blir gjenvunnet og bestemmes ved Karl Fischer-titrering. Den totale gjenvinningen (massebalanse) av mate bør være i området på 96 til 102% før normalisering av hver produktutbytte.
En fordel for denne fremgangsmåten er bruken av den automatiserte sekvens utført av LTU under reaksjonsprosessen. Etter oppstart av testsekvensen i trinn 3.2.2 begynner system med systemet grunning der LTU bruker de forhåndsinnstilte forholdene programmert før oppløpet. Dersom det blir brukt katalysator igjen i reaktoren fra tidligere kjøringer, er det slippes inn i avfallsbeholderen, og frisk katalysator fra den spesifiserte trakten er lastet inn i reaktoren. Systemet venter så en tilstrekkelig lang tid til å tillate at temperaturen i reaktoren, tilførselsledningen, sprøyte, og mateflasken for å stabilisere innenfor 5 ° C av deres innstillingspunkter. Sprøyten er så filled med en tilførselshastighet på 1,2 g / min i 20 sekunder (svarende til to ganger slop), pluss injeksjon tid, og produktet linjen spyles med N2. Systemet venter da på nytt, til reaktorens innvendige og hud-temperaturen er innenfor 2 ° C fra deres innstillingspunkter, og kjølevæsketemperaturen ligger innenfor 3 ° C av dens innstillingspunkt. Til slutt, N 2 strømmen til gassanalysatoren IR startet, og systemet registrerer den innledende massen på den skala som brukes til veie fortrengt vann, og trykket av den første produktgassen (som skal være lik null).
Etter priming, er sprøytepumpen satt i bevegelse, og foret først avledes tilbake til mateflasken i 10 sek (første pytt gang) etterfulgt av mate injeksjon inn i reaktoren for en forhåndsinnstilt tidsperiode etter å ha slått tilbake tre-veis ventil foran sprøytepumpe. Ved fullførelse av injeksjon, blir innmatingen avledes tilbake igjen til mate flasken for en annen 10 sek (andre pytt gang). Ved enden av mate injeksjon, teller begynnefor både flytende stripe tid og katalysator stripe tid. Den tidligere er valgt som 7 (flytende stripe multiplikator) ganger fôret injeksjon tid mens sistnevnte er lik flytende stripe tid minus 10 sek med maks 360 sek. De produktstrømmer sendes til gassoppsamlingsbeholderen gjennom væske mottakere hvor høytkokende produkter kondenseres.
Katalysatorre starter med ventilbrytere ved enden av katalysatorstrippesyklus. Luftstrømmen begynner og reaktortemperaturen heves til ~ 715 ° C. Den CO 2 konsentrasjonen blir kontinuerlig overvåket av IR gass analysator til det er under 0,3%. Luften blir slått av og N2 strømmen til reaktoren er re-etablert ved slutten av regenereringen. Skalaavlesningen (masse av fortrengt vann) tas opp sammen med trykket og temperaturen i gassen i oppsamlingsbeholderen, etterfulgt av gassblanding og oppvarming (til ~ 30 ° C). På dette trinn kan væsken mottaker for kjøringen skal fjernes manuelt frasystem for etterfølgende håndtering hvis ønskelig. Linjen mellom oppsamlingsbeholderen og GC spyles med produktgass, og sløyfen er fylt for den etterfølgende GC-analyse. Avkjøl reaktoren inntil huden temperaturen er 50 ° C under deres reaksjonssettpunkter og lagre alle data for det ferdige løp. Enheten returneres til det første trinn av testsekvensen for en ny kjøring, eller slippes ut den brukte katalysator til avfallsbeholderen dersom det er den siste løp.
Den etablerte protokollen viser seg vellykket i produksjon av transport drivstoff fra rapsolje i en blanding. Gode materialbalanser (mass inkasso) oppnås i denne studien med et gjennomsnitt på 99,35% og et standardavvik på 0,31% fra 18 LTU forsøk (tabell 2). Konverteringer og avkastning fra dupliserte kjører på 11,25 C / O ratio for hver feed ved en gitt temperatur er ganske reproduserbar (tabell 2). Flere typiske FCC fenomener og sprengning egenskaper ofte rapportert i litetemperaturen ble også observert i denne studien: (1) katalysator forgiftning av fôr basisk nitrogen 22-24, særlig markert for HGO ved lave temperaturer (490 ° C i dette arbeidet). Effekten kan reduseres ved høyere temperaturer eller C / O-forhold; (2) Tilgjengelighet eller utmattelse av crackable komponenter i fôret og flytende produkt. De i fôret er vanligvis kalles "bensin forløpere", definert som summen av mettede og monoaromatene 20,25-28; (3) Tilgjengelighet av katalysator sure områder til molekyler; for eksempel, ufullstendig nedbrytning av voluminøse triglyserid molekyler ved 490 ° C mens deres ødelagte lineære fettsyrer kan lett trenge katalysator porene og bli sprakk 6; (4) Oligomerisering av olefiner fra 29 fettsyrer for å danne aromater og koks; (5) Foretrukket skjelettisomerisering av olefiner for dannelse av forgrenede forbindelser 23,29.
Protokollen er i stor grad basert på LTU bruksanvisningen. prosedyrenei manualen må følges nøye, unntatt som angitt. Kritiske trinn i protokollen omfatter utarbeidelse av likevekt katalysator (må være på størrelse og cola-free); Reaktoren fremstilling (ved hjelp av en tilførselsledning som gir en konstant injektor høyde, enten 1,125 eller 2,125 tommer); CO 2 analysator kalibrering; Fremstillingen av sprøyten (matehastigheten kalibrering) og flytende produkt mottaker (veiing av den lange væskemottaker i et trekkfritt miljø, vedlikehold av kjølemiddeltemperatur på -12 til -15 ° C område); systemtrykket test (for å sikre et lekkasjefritt miljø); valg av egnet katalysator strimmel tid og flytende strimmel multiplikator; analyser av gasser (raffinerigass-analyse) og flytende produkt (simulert destillasjon ved ASTM D2887 18); oppdrag av molekylvekt 86 (versus 89 fra ASTM D7964-14 30) for C 5 + uløste klump, og karbon-til-cola faktor 1,0695 (versus 1,083 fra ASTM D7964, som forutsetter at et mol hydrogen er knyttet with ett mol karbon i koksen).
En endring i den protokoll som avviker fra LTU bruksanvisningen og ASTM D7964-14 30, er at i det siste trinnet av veiing av væsketanken, blir proppen hurtig fjernes fra og settes tilbake i mottageren for å utjevne trykket før veiing. Dette tillater frigjøring av overskudd av N-2, som er fanget i kjølemiddeltemperatur. Det kan imidlertid også risikerer muligheten for å miste noe gassformig produkt. Teoretisk kan dette trinn reduserer massebalansen med 2,71 vekt% av et løp ved et C / O-forhold på 10 i vårt studium, forutsatt at 149 ml N-2 i den flytende mottakeren er fanget og utvide -15 til 25 ° C ved 93,5 kPa (701 mmHg) i atmosfærisk trykk. Resultatet er enig med eksperimentelle verdier (versus avtar i massebalanse ved 3,10 og 3,22 vekt% for kjøres på C / O forholdet 10).
Denne protokollen er også blitt utvidet til blandinger som 50 og 100 v% rapsolje iHGO. Oljekonsentrasjonen høy raps synes å være skadelig for systemet, som krever mer hyppige endringer av injektoren enn normalt, spesielt når ren rapsolje er sprukket. Ved lave konsentrasjoner slik som den presentert i denne studien, begroing ikke forekomme.
I tillegg kan LTU ikke brukes til biomasse pyrolyseolje som inneholder emulgert vann, som kan fordampe ved høye temperaturer i lengre perioder. I dette tilfelle et alternativt testenheten 31 med en fri, men kan festes sprøyte for å levere foret er et alternativ 12. Også, LTU kan ikke bestemme H2S utbytte kvantitativt på grunn av vannfortrengningsmetoden som brukes til å samle gassformige produkter fra hvilken H2S er delvis oppløst i vann. Den alternative testenheten modifisert for å romme et gasometer bestående av to gasskammer (med stempler inne i serie) ble funnet å være tilfredsstillende for denne anvendelse 22,23.
31. Den nevnte alternative testenheten er mye brukt for å karakterisere ytelsen av FCC-katalysatorer på grunn av sin relative enkelhet, fleksibilitet, allsidighet, og lave omkostninger. Gjennom årene har testmetoden involvert blitt utvidet til å gi ytterligere informasjon som produktselektivitetene og kvaliteter, og den opererer variable og råstoff effekter 32. Med tilstrekkelig forholdsregel på ifortolkning, kan testresultatene brukes til å vurdere kommersielt anlegg ytelse 33.
Vær oppmerksom på at ovennevnte operasjonelle mangler ved hjelp av LTU gjelder vår eksisterende modellen. Som teknologien utvikler seg, kan nye produkter overvinne problemene som er omtalt ovenfor.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne hevder at de ikke har noen konkurrerende økonomiske interesser.
Acknowledgments
Forfatterne ønsker å takke analyselaboratoriet av CanmetENERGY Technology Centre for sin teknisk støtte, og Suncor Energy Inc. for å levere syntetisk råolje. Delfinansiering for denne studien ble gitt av Natural Resources Canada og regjeringen i Canadas tverretatlig Program for energiforskning og utvikling (PERD) med prosjektet ID A22.015. Yi Zhang ønsker å erkjenne hans naturvitenskap og Engineering Research Council (NSERC) fra Canada Visiting Fellowship fra januar 2015 til januar 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 |
References
- Bringezu, S., et al. Towards Sustainable Production and Use of Resources - Assessing Biofuels. United Nations Environment Programme. , (2009).
- 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).
- Renewable Fuels Regulations. Canada Gazette Part II. 144 (18), 1614-1740 (2010).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Canada's Emission Trends. , Government of Canada, Environment Canada. (2013).
- 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).
- ACE Operating Manual: PID Drawing No. R+ 101 and 102. , Kayser Technology. (2007).
- System Manual: ACE - Model R+. , Kayser Technology. (2007).
- ASTM D2887-15 Standard test method for boiling range distribution of petroleum fractions by gas chromatography. , ASTM International. West Conshohocken, PA. (2015).
- AASTM D4377-00 Standard test method for water in crude oils by potentiometric Karl Fischer titration. , ASTM International. West Conshohocken, PA. (2015).
- Ng, S. H., et al. FCC coprocessing oil sands heavy gas oil and canola oil. 1. Yield structure. Fuel. 156, 163-176 (2015).
- Cox, J. D., Wagman, D. D., Medvedev, V. A. CODATA Key values for thermodynamics. , Hemisphere Publishing Corp. New York. (1984).
- 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).
- 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).
- 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).
- Fisher, I. P. Effect of feedstock variability on catalytic cracking yields. Appl. Catal. 65 (2), 189-210 (1990).
- 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).
- 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).
- 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).
- Scherzer, J. Octane-enhancing zeolitic FCC catalysts: Scientific and technical aspects. Catalysis Reviews: Science and Engineering. 31 (3), 215-354 (1989).
- 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).
- 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).
- 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).
- Rawlence, D. J., Gosling, K. FCC catalyst performance evaluation. Appl. Catal. 43 (2), 213-237 (1988).
