Summary
Denne artikel præsenterer en eksperimentel metode til at producere biobrændstoffer og biokemikalier fra raps olie blandet med en fossil-baseret foder i tilstedeværelse af en katalysator ved milde temperaturer. Gasformige, flydende og faste produkter fra en reaktion enhed kvantificeres og karakteriseres. Omstilling og individuel produkt udbytter beregnes og rapporteres.
Introduction
Der er stærk global interesse i både den private og den offentlige sektor for at finde effektive og økonomiske midler til at producere transportbrændstof fra biomasse-afledte råmaterialer. Denne interesse er drevet af en generel bekymring over den betydelige bidrag af brændende olie fossile brændsler til drivhusgas (GHG) og dens tilhørende bidrag til den globale opvarmning. Også, der er en stærk politisk vilje i Nordamerika og Europa til at fortrænge udenlandsk produceret råolie med vedvarende indenlandske flydende brændstoffer. I 2008 biobrændstoffer forudsat 1,8% af verdens transportbrændstof 1. I mange udviklede lande, kræves det, at biobrændstoffer erstatte fra 6% til 10% af brændstoffer i den nærmeste fremtid 2. I Canada, regler kræver et gennemsnitligt indhold vedvarende brændstof på 5% i benzin start December 15, 2010 3. Direktivet om vedvarende energi (RED) i Europa har også mandat et mål for Den Europæiske Union trans 10% vedvarende energihavnesektoren i 2020 4.
Udfordringen har været at udvikle og demonstrere en levedygtig økonomisk vej til at producere ombyttelige transportbrændstof fra biomasse. Biologiske kilder omfatter triglycerid-baserede biomasse såsom vegetabilske olier og animalsk fedt samt affald madolie og cellulosebaseret biomasse som flis, skov affald og restprodukter landbrug. I de seneste to årtier har forskning fokuseret på evalueringen af biomasse-afledte olie behandling under anvendelse af konventionel flydende katalytisk krakning (FCC) 5 - 12, en teknologi ansvarlig for at producere de fleste af benzinen i et olieraffinaderi. Vores nye tilgang i denne undersøgelse er at co-proces rapsolie blandet med olie sand bitumen-afledte råmateriale. Normalt skal bitumen opgraderes før raffinering, der producerer raffinaderiråmaterialer såsom syntetisk råolie (SCO) -dette behandling rute er særligt energikrævende, der tegner sig for 68-78% af GHG emissions fra SCO produktion 13, og i 2011, udgør 2,6% af Canadas samlede drivhusgasemissioner 14. Udskiftning af en del af opgraderede HGO med biofeed ville reducere drivhusgasemissionerne, da produktionen af biobrændstoffer indebærer en meget mindre carbon footprint. Rapsolie er valgt i dette arbejde, fordi det er rigeligt i Canada og USA. Dette råmateriale har en densitet og viskositet svarende til dem i HGOs medens indholdet af svovl, nitrogen og metaller, der kan påvirke FCC ydeevne eller produktkvalitet er ubetydelige. Desuden dette samarbejde behandling option giver betydelige teknologiske og økonomiske fordele, da det ville tillade udnyttelse af den eksisterende raffinaderi infrastruktur og dermed ville kræve lidt ekstra hardware eller ændring af raffinaderiet. Derudover kan der være potentiel synergi, der kan resultere i produktkvalitet forbedring, når co-behandling en yderst aromatisk bitumen fodre med sin ligekædede biomasse modstykke. Imidlertid co-behandlingindebærer vigtige tekniske udfordringer. Disse omfatter de unikke fysiske og kemiske egenskaber bio-feeds: højt iltindhold, paraffin--rige sammensætning, kompatibilitet med jordolieråstoffer, begroning potentielle, osv
Denne undersøgelse giver en detaljeret protokol for produktion af biobrændstoffer i laboratorieskala fra raps olie gennem katalytisk krakning. En fuldautomatisk reaktionssystem - der henvises til i dette arbejde som laboratoriet test enhed (LTU) 15 - bruges til dette arbejde Figur 1 viser skematisk, hvordan denne enhed fungerer.. Denne LTU er blevet branchens standard for laboratorie FCC studier. Formålet med denne undersøgelse er at teste egnetheden af LTU til krakning raps olie til produktion af brændstoffer og kemikalier med det mål at mindske drivhusgasemissioner.
Figur 1: Conceptual illustration af reaktoren. Illustration viser flow linjer i katalysatoren, foder, produkter og fortynder. Klik her for at se en større version af dette tal.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Forsigtig: Se venligst alle relevante materiale sikkerhedsdatablade (MSDS), før du bruger materialerne. Arbejde med råolie prøver bør kun ske, mens iført korrekt personlige værnemidler (sikkerhedsbriller, handsker, bukser, lukket tå sko, lab coat), og åbningen, transport og håndtering af rå prøver bør ske i et ventileret stinkskab. Opvarmede kulbrinter kan være antændelige i luften, og reaktionen bør omhyggeligt lække kontrolleres før brug med råolie blandinger. Reaktoren kan nå temperaturer så høje som 750 ° C, og høj temperatur beskyttelseshandsker bør anvendes, når der arbejdes i nærheden af varme overflader.
1. Generelle overvejelser
- For at gøre den bedste brug af den automatiske reaktion enhed, som kan fuldføre seks på hinanden følgende kørsler i ~ 8 timer, skal du vælge en konstant fremføringshastighed på 1,2 g / min. Dette sætter vægten rumhastighed (WHSV) til 8 timer -1 gennem forholdet WHSV = 60 / [(C / O) × t] = 60 × (O / t) / C, hvor t er den feed leveringstiden i minutter og C og O er masser af katalysator og foder, henholdsvis i gram. Ved at ændre foderet injektion tidspunkt blev et sæt af katalysator / olie-masseforhold på 4, 6, 8, 10, og 11,25 (x2) nås for hver reaktionstemperatur for at opnå en bred vifte af konvertering.
2. råvare og Catalyst Forberedelse
- Opnå en HGO ved afdestillering af -343 ° C fraktion (ved spinding bånd) af en syntetisk råolie (SCO).
- Køb spiselige kvalitet raps olie fra en lokal mad butik, og brug uden yderligere behandling.
- Forbered en 15 v% raps blanding ved at blande 79,645 g HGO (0,9370 g / ml tæthed) med 13,7535 g rapsolie (0,9169 g / ml tæthed).
- Screen ligevægten katalysator ved hjælp af en 60 Tyler mesh sigte (250 um åbning), efterfulgt af en anden screening med en 400 Tyler mesh sigte (38 um åbning).
- Man gløder på størrelse partikler (38-250 um) ved 600 ° C i 4 timer, og derefter indlæse dem i than seks tragte af den automatiserede reaktionsenheden.
3. Test Procedure
- System Preparation
- Program Forberedelse
- Brug af software, der styrer reaktionen enhed, åbne vinduet for køre betingelser.
- Indtast de identifikationer af foderet og katalysator, barometertrykket, injektion tid, og den indstillede temperatur point for foderet systemet, reaktoren, produktet linje, kølervæske, og CO-katalysator i hvert trin af kørslen periode .
- katalysatorfremstilling
- For hver katalysator glas tragt over processen slanger, fjern låget og opkræve 9 g brændt på størrelse katalysator i tragten. Vedhæfte en O-ring til toppen af tragten og re-klemme låget.
- Kalibrering af Feed Rate
- Indstil olie fødepumpen at levere foder ved en konstant foder injektionshastighed (1,2 g / min) for alle revner kørsler.
- Afbryd oil fødeledning under skylleventilen (KV-114) 16 og vedlægge en kort midlertidig rør til bunden af ventilen for olie levering til et tareret bægerglas.
- Forvarm råmaterialet til 85 ° C for at gøre det muligt for HGO-blanding til at flyde let ind og ud af sprøjten og langs tilførselsledningen.
- Indstil injektion tid til kalibrering af pumpen til den samme værdi som for den første kørsel i serien (standardindstilling).
- Tare et bæger, og placere den på udledning af den korte midlertidige slange. Start den forudindstillede "PUMPCAL" bruger programmet 17 i reaktionen enhed software.
- Efter PUMPCAL program er afsluttet, fjernes og veje bægeret indeholder foderet. Opdel massen af foder leveret i bægeret ved injektion tid til at opnå tilspænding.
- Justér pumpens hastighed til højere eller lavere (ved hjælp af trecifrede skiven på pumpe) og gentag trin 3.1.3.5 til 3.1.3.6, indtil den ønskede tilspænding er opnået.
- Fjernkort midlertidig rør og re-forbinde fødeledning.
- Kalibrering af GC til Gas Analysis
Bemærk: Dette trin er nødvendigt, hvis GC for gasanalyse er fundet at være ude af kalibrering, der kan udledes af reference- kontrol, data trending og materiel balance. Erfaringen viser, at GC kalibreringen kan påberåbes i en længere periode.- Tilslut en cylinder af kommerciel flerkomponent raffinaderigas standard til håndventilen (HV-190) 16.
- Læg en metode i klassementet software, der er i stand til eluering og adskillelse alle toppene i raffinaderigas standard. Brug parametrene for gaskromatografi i tabel 1.
- Ved hjælp af GC-software, skal du udføre en analyse køre af raffinaderigas standard.
- Åbn kromatogrammet af raffinaderigas standard og integrere toppene i kromatogrammet.
- Identificer toppene i kromatogrammet, der sikrer, at alle komponenter i calibration gas er fundet. Slet eventuelle toppe, der er til stede, men kan ikke henføres til komponenterne i standarden.
- Baseret på fastholdelse tidsområder, klumper og dividere forbindelser eluerede efter C 5 til C 6 + 1, C 6 + 2, C 6 + 3, og C 6 + 4 grupper. Til denne metode, faste penten isomerer i en C 5 olefingruppen.
- Ved hjælp af GC-software, tildele koncentrationsværdier til hver integreret top fra gas standard, under kalibreringsfunktion.
- Gem kalibreringen i metoden fil, til brug for at bestemme koncentrationerne af toppe i efterfølgende testkørsler. Afbryd kommercielle gas standard.
- Kalibrering af CO 2 Analyzer
- Gennem reaktionsenheden software, skifte ventilen (KV-170) 16 til den position, der gør det muligt for gas nul (nitrogen) til at strømme til IR gasanalysatoren. Justér flowet ved at dreje knappen i samarbejde med flow kontrol valve (FCV-107) 16, hvis det er nødvendigt, for at få omkring 250 SCCM på strømmen indikator (FI-107) 16.
- Nul analysatoren ved hjælp af nul justeringsskruen på frontpanelet af analysatoren ved hjælp af en flad skruetrækker.
- Switch håndventilen (HV-107) 16 til at forsyne CO2 (19,8 mol%) standard gas til analysatoren. Juster manuel ventil (MV-107) 16 til opnåelse af en strøm på ca. 250 sccm på strømningsindikator (FI-107).
- Juster analysatoren læsning at matche koncentrationen (19,8 mol%) af standard kalibreringsgas ved hjælp af SPAN skrue på frontpanelet.
- Afbryd kalibreringsgas og returnere håndventilen (HV-107) til RUN position.
- Fremstilling af flydende produkt Receiver
Bemærk: Hver modtager består af en kondensator og en GC-hætteglas forbundet med bunden af kondensatoren med en kort stykke siliconerør.- Sekventielt tildele numre til condensers og GC hætteglas.
- Placer en lille prop af glasuld i den øverste del hver modtager outlet arm som vist i figur 2.
- Hold modtageren oprejst med en vis støtte i et bæger eller en kolbe af passende størrelse. Afvejes hver modtager i en analytisk balance det øverste vindue, der er dækket af en kubisk plastik skjold for at sikre en trækfrit miljø (figur 3).
- Optag tørvægt (W før) af den forberedte modtageren sammen med mærkede propper.
- Installer og tilslut vejet modtageren til produktlinje (figur 4).
- Reaktor Forberedelse
- Installere en olie fødelinie i reaktoren med en længde, der giver mulighed for en 1,125 inch injektor højde.
- Placer et filter ved udgangen af reaktoren for at forhindre enhver katalysator støv ind i produktlinje, ændre filteret efter 50-100 kørsler.
- Udfør en trykprøvning på reaktorsystemet by køre programmet PTEST1 17 efter fødepumpe kalibrering og installation af modtagerne. Luk gasventil og tryk reaktorsystemet med 150 mmHg nitrogen, efterfulgt af isolering af systemet.
- Observere det tryk læsning for et par minutter for at sikre trykfaldet er ikke mere end 0,4 mmHg pr min indikerer, at der ikke utætheder er til stede. Hvis der observeres et trykfald på mere end 0,4 mmHg pr min, udføre en tæthedsprøvning i henhold til producentens anvisninger, og afhjælpe eventuelle lækager i overensstemmelse hermed.
- Program Forberedelse
| Prøve indløb T | 90 ° C | Indlæg run pres | 30 psi | |
| Injector T | 90 ° C | trykudligning | 10 sek | |
| Kør tid | 300 sek | Detektorer | Varmeledningsevne | |
| søjletryk | 30 psi | Data erhvervelse sats | 50 Hz | |
| kanal A | Kanal B | Kanal C | Kanal D | |
| Pre-søjle | PLOT-U; 30 um × 320 um × 3 m | PLOT-Q; 10 um × 320 um × 1 m | aluminiumoxid, 3 um × 320 um × 1 m | - |
| Kolonne | Molsieve; 12 um × 320 um × 10 m | PLOT-U; 30 um × 320 um × 8 m | aluminiumoxid, 8 um × 320 um × 10 m OV1; 2 um × 150 um x 10 m | |
| bæregas | Argon | Helium | Helium | Helium |
| Inlet tilstand | backflush | backflush | backflush | Fast Volume |
| Kolonne T | 100 ° C | 90 ° C | 130 ° C | 90 ° C |
| Injektion tid | 30 ms | 120 ms | 0 ms | 100 ms |
| backflush tid | 12.5 sek | 5,0 sek | 5.5 sek | - |
Tabel 1: parametre GC til analyse af gas produceret af LTU.
Figur 2: Hætteglas tilknytning til kondensatoren. Foto viser placeringen af den glasuldsprop og fastgørelse af en GC-hætteglas til kondensatoren med silikoneslanger. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 3:.. Vejning af produkt-modtager Plastic dækning for den balance, at veje den lange flydende produkt modtager, som kan holde ud af det øverste vindue Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 4:. Flydende receiver vedhæftet Foto viser fastgørelsen af flydende modtagere til produktlinje.annonce / 54390 / 54390fig4large.jpg "target =" _ blank "> Klik her for at se en større version af dette tal.
- System Drift i Auto-tilstand
- På SETUP skærmen LTU, indtaste relevante oplysninger om forsøget: køre nummer, foder navn, identifikation katalysator, atmosfærisk tryk, setpunkter for hud og interne reaktor temperaturer for både revner og katalysatorer, og olie injektion tid. Udelad dette trin, hvis alle oplysninger er medtaget i afsnit 3.1.1.
- Placer systemet i køre-mode ved at klikke på "RUN" knappen på proces flow skærmen. Dette starter testsekvensen 17, som omfatter trinnene i auto mode skal beskrives i diskussionen.
- Ikke-Auto Mode System Drift
- Brug af computeren knyttet til GC, integrere toppene og behandle data ved hjælp af kalibrering etableret. Input den endelige GC data ind i LTU-programmet via LTU computer.
- Post-kører Operation
- Masse Bestemmelse af flydende produkt
- Efter fjernelse af klemmen, vippe modtageren og indsamle eventuelle flydende produkt dråber på skrå metalspids under produktet ventil.
- forsegle straks modtager med mærkede gummipropper og forsigtigt fjerne det fra badet. Skylle ethylenglykol fra badet med koldt vand og tør ydersiden med køkkenrulle.
- Anbring det flydende produkt modtageren på en rist ved stuetemperatur i 20 minutter, så enhver frosset produkt at tø og løbe ned i GC hætteglasset i bunden af receiveren.
- Opsamling af væsken holdup omkring metal samling til modtageren med en tareret vat svaber. Bestem massen af den flydende holdup (W vatpind) og optage.
- Åbn flydende produkt modtageren til atmosfæren i et ventileret stinkskab for trykudligning ved momentant at fjerne proppen på topafgangen modtageren.
- Sætteproppen på igen, og få modtageren masse (W efter). Fjern GC hætteglasset fra kondensatoren. Cap og opbevar produktet prøven i et køleskab ved 4 ° C til senere analyse.
- Hvis en vanddråbe vises GC hætteglas bunden som i tilfælde af krakning canolaolie, bruge en ren sprøjte til at overføre så meget vand-fri olie produkt til et andet hætteglas som muligt og cap det samme.
- Skyl indre vægge modtageren kondensatoren grundigt med en lille kvalitet methanol og samle alle methanolvask i den oprindelige GC hætteglas indeholdende vanddråben. Luk hætteglasset og få massen af væsken inden til anvendelse i vand-bestemmelse.
- Analyse af flydende produkt til simuleret Destillation
- Brug standard testmetode ASTM D2887 18, bestemme massen procentdel af vand-fri flydende produkt koger i intervaller af benzin (IBP-221 ° C), let cyklus olie (LCO, 221-343 ° C), og h eavy cyklus olie (HCO, 343 ° C-FBP).
- Analyse af Water Produkt
- Anvendelse af standard testmetode ASTM D4377 19, bestemme vandindholdet (W H2O) i methanol vask kombineret med vanddråbe i hætteglasset.
- Masse Bestemmelse af flydende produkt
- Beregninger
- Masse af gasformige produkt
- Beregn den samlede mængde af gasformige produkt gennem vandvolumen forskydes i overensstemmelse med formlen:
hvor V gas er volumen (ml) af opsamlede gas ved standardbetingelser (0 K og 101,3 kPa), V vand er volumen (ml) vand forskydes under test, T er gastemperaturen (° C), og P er gastrykket ( kPa). - Beregn massen af hver gaskomponent med:
jpg "/>
hvor W i er massen (g) i'te gasformige produkt, N i er mol-% af i'te komponent i gassen, og M i er molekylvægten af i'te gasformige produkt. Molekylvægten af C 5 + uløst klump antages at være 86. - Beregn den samlede masse af gasformige produkt som:
hvor W gas er den samlede masse af gasformige produkt, og W i er massen af i'te gasformige produkt som beregnet i 3.5.1.2.
- Beregn den samlede mængde af gasformige produkt gennem vandvolumen forskydes i overensstemmelse med formlen:
- Masse af flydende produkt
- Beregn den samlede masse af flydende produkt med:
W liq = W efter - W før + W vatpind
hvor W liq er masse (g) af det flydende produkt, W efter er massen (g)af det flydende produkt modtageren efter reaktion, W før er massen (g) af det flydende produkt modtageren, før reaktionen, og W vatpind er masse (g) af den væske holdup opsamlet på vatpinden.
- Beregn den samlede masse af flydende produkt med:
- Masse af koks
- Beregn den samlede masse af koks afledt af LTU med:
W koks = W carbon × 1,0695
hvor W koks er masse (g) af koks, W carbon er masse (g) af carbon og 1,0695 er carbon-til-koks faktor.
- Beregn den samlede masse af koks afledt af LTU med:
- Mass Balance (Recovery)
- Beregn massebalancen hjælp
R = (W gas + W liq + W koks) ÷ W foder × 100
hvor R er nyttiggørelse (masse% af foder) og W feed er masse (g) af olien feed. R bør være i området på 96 til 102%. Hvis ikke, afviser testen som utilfredsstillende.
- Beregn massebalancen hjælp
- Unnormalized Udbytter og konvertering
Bemærk: Beregn hvert produkt udbytte (masse% foder) i henhold til formlen nedenfor.- Beregn tør gas (H 2-C2 's, CO, og CO 2)
Y DG = (W H2 + W C1 + W C2 + W CO + W CO2) ÷ W foder × 100
hvor Y DG er unnormalized udbytte (masse% feed) af den tørre gas, W H2 er masse (g) af H2, W C1 er masse (g) af C1 gas (methan), W C2 er masse (g) af C 2 gas (ethan og ethylen), W CO er masse (g) af CO, og W CO2 er masse (g) af CO 2. Bemærk, at korrektion for minut mængde CO 2 opløst i vand er ikke nødvendig. - Beregn Flydende gas (LPG)
Y LPG = (W
hvor Y LPG er unnormalized udbytte (masse% feed) af LPG produkt, W C3 er masse (g) af C 3 gas (propan og propylen), og W C4 er masse (g) af C 4 gas (butaner og butener herunder 1,3-butadien). - Beregn Benzin
Y GLN = [X GLN × (W liq - W H2O - W vatpind) + W C5 +] ÷ W foder × 100
hvor Y GLN er unnormalized udbytte (masse% feed) af benzin, X GLN (opnået ved simuleret destillation) er massefraktionen af benzin i vandfri flydende produkt, W H2O er masse (g) af vand i det flydende produkt, hvis enhver, og W C5 + er massen (g) C 5 + produkt i gasfasen (uopløst C6 </ sub> plus C 6 + klump). - Beregn Light Cycle Oil (LCO)
Y LCO = [X LCO × (W liq - W H2O - W vatpind)] ÷ W foder × 100
hvor Y LCO er unnormalized udbytte (masse% af foder) af det LCO produkt og X LCO (opnået ved simuleret destillation) er massefraktionen af LCO i vandfri flydende produkt. - Beregn Heavy Cycle Oil (HCO)
Y HCO = [X HCO × (W liq - W H2O - W vatpind) + W vatpind] ÷ W-feed × 100
hvor Y HCO er unnormalized udbytte (masse% feed) af HCO og X HCO (opnået ved simuleret destillation) er massen brøkdel af HCO i vandet-frit flydende produkt. - Beregn Coke
Y
hvor Y koks er unnormalized udbytte (masse% feed) af koks. - Beregn Vand
Y H2O = W H2O ÷ W foder × 100
hvor Y H2O er unnormalized udbytte (masse% foder) vand. - Beregn Conversion
CON unnorm = 100 - Y LCO - Y HCO
hvor CON unnorm er unnormalized konvertering (masse% foder).
- Beregn tør gas (H 2-C2 's, CO, og CO 2)
- Normaliseret Udbytter og konvertering
Y 0 i = Y i ÷ R × 100
hvor Y 0 i er normaliseret udbytte (masse% foder) af det i'te produkt.
CON norm = 100 - Y 0 LCO- Y 0 HCO
hvor CON norm er normaliseret konvertering (masse% foder).
- Masse af gasformige produkt
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Den etablerede protokol er blevet anvendt med succes til en olie blanding af 15:85 volumenforhold (dvs. 14,73: 85.27 masseforhold) mellem canolaolie og et SCO-afledt HGO 20. Af praktiske grunde (omkostninger, tilgængeligheden af raps olie, og mulige udfordringer i kommerciel drift), blev undersøgelsen fokuseret på råstof indeholdende 15 v% raps olie kommer, at selv feeds med højere koncentrationer blev også forsøgt. Blandingen blev katalytisk krakket ved 490-530 ° C og 8,0 h-1 WHSV med varierende katalysator / olie-forhold (i sekvensen 11.25, 10, 8, 6, 4, og 11,25). Til sammenligning blev baseolie (ren HGO) også revnet under de samme betingelser. Tabel 2 giver som er blevet drøftet i detaljer tidligere 20 konvertering og udbytte af data. Ved revner blandingen, forudsat der ikke er interferens mellem de to komponenter, kan de tilsyneladende udbytter bidraget med hver beregnesmatematisk. Tabel 2 viser kvalitativt at efter revner, den raps olie i blandingen bidrager væsentligt til udbyttet af biobrændstoffer (f.eks benzin og diesel) og biokemikalier (f.eks propan, propylen, i-butan og butylener i LPG). Efter ovenstående antagelse de negative beregnede HCO udbytter bidraget med raps olie (15 v% i blandingen) faktisk skyldes interferens mellem de to komponenter under revnedannelse 20.
| Faktiske Udbytter af Base Oil (HgO) | |||||||||||||||||||
| Temperatur, ° C | 490 | 510 | 530 | ||||||||||||||||
| Katalysator-til-olie, 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 | |
| Udbytter, masse%: | |||||||||||||||||||
| tør gas | 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 | |
| Benzin | 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 | ||
| H2O | 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 Udbytter af Blends (15 v% Canola Oil i HGO) | |||||||||||||||||||
| Temperatur, ° C | 490 | 510 | 530 | ||||||||||||||||
| Katalysator-til-olie, 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 | |
| Udbytter, masse%: | |||||||||||||||||||
| tør gas | 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 | |
| Benzin | 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 | |
| koks | 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 | |
| H2O | 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 Udbytter (masse%) har bidraget med 85 v% (85,27 masse%) HGO i Blend | |||||||||||||||||||
| tør gas | 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 | |
| Benzin | 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 | |
| koks | 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 | |
| H2O | 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 Udbytter (masse%) har bidraget med 15 v% (14,73 masse%) Canola Oil i Blend | |||||||||||||||||||
| tør gas | 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 | |
| Benzin | 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 | |
| koks | 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 | |
| H2O | 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 | |||||||||||||||||||
| Standardafvigelse 0,31 | |||||||||||||||||||
Tabel 2: FCC opførelser af basisolien og blandingen og den tilsyneladende konverteringer og produktudbytter af komponenterne i blandingen.ble_2_Final.xlsx "> Klik her for at downloade denne tabel som en Microsoft Excel-regneark.
Tilstedeværelsen af vand og CO plus CO2 (inkluderet i tør gas) som krakkede produkter fra blandingen, men ikke fra HGO alene (tabel 2) er en direkte indikation af, at canolaolie i blandingen deltager i reaktioner. Vand er fremstillet ved blanding af hydrogen og oxygen og CO og CO2 frigives fra decarbonylation og decarboxylering af fedtsyrer i rapsolie, hhv.
Anden dokumentation for revnedannelse i canolaolie i blandingen er vist i figur 5, der viser virkningen af procesparametre på H2 og CO udbytter. Observationer viser, at alle udbytter er ikke særlig følsom over C / O-forhold ændringer for et foder ved en given temperatur. Men for et foder ved en given C / O-forhold, både H2 og CO yiel ds stige med stigende temperatur, som er den drivende kraft for revner (Bemærk: Ingen CO fra HGO ved enhver temperatur). Sammenligning af de to feeds, blandingen giver højere CO udbytter men lavere H 2 udbytte end basen olie på samme sværhedsgrad med hensyn til C / O-forhold og temperatur. Sidstnævnte observation skyldes vand-dannelse blandt hydrogen og oxygen under krakning af blandingen.
Figur 5: Variationer af H 2 og CO udbytter med procesparametre Farvekode-sort til 490 ° C, lyserødt til 510 ° C, blå for 530 ° C;. tynde optrukne linjer-h 2 udbytte af basisolie, tykke fuldt optrukne linier-h 2 udbyttet af blandingen; tykke stiplede linjer-Co udbytte på blandingen; ingen CO opdaget for basisolie (0 masse% CO udbytte af basisolie ved tre temperaturer).filer / ftp_upload / 54390 / 54390fig5large.jpg "target =" _ blank "> Klik her for at se en større version af dette tal.
En anden interessant observation med rapsolie er illustreret i figur 6, som viser reaktortemperaturen profiler under drift. Før injektion af en olie, reaktoren er ved en nominel temperatur på 530 ° C. Efter injektion reaktoren temperaturen falder (på grund af opvarmning, fordampning, og revnedannelse i olie) og nåede et minimum (varmeforbrug er i balance med varmetilførsel fra styresystemet, når temperaturen falder til en vis grænse) og stigende mod starttemperatur. Som sådan kan man anvende den laveste temperatur som et mål for den varme, der kræves til den samlede proces. For et givet foder, den laveste temperatur afhænger af mængden af olie indsprøjtet eller C / O-forhold, da katalysatoren vægt forbliver konstant. Som C / O forholdet stiger, temperaturfald decreases eftersom mindre olie injiceres. Ved sammenligning af de to feeds, blandingen konsekvent udviser en mindre dråbe med ca. 1,5 ° C ved en given C / O-forhold på grund af varmeafgivelsen fra den exoterme reaktion H2 (g) + ½ O 2 (g) → H2O ( g) (-241,8 kJ / mol ved 25 ° C) 21. Lignende fænomener også observeret på de andre to reaktionstemperaturer.
Figur 6: Reaktor temperaturen falder før og efter foder injektion på 530 ° C (nominel) Farvekode - sort til baseolie, lyserødt til blanding;. tynde linjer - før foder injektion; tykke linjer -. efter foder injektion Klik her for at se en større version af dette tal.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Protokollen beskrevet her anvender cyklisk drift af en enkelt reaktor indeholdende et parti af fluidiserede katalysatorpartikler at simulere foder olie krakning og katalysatorregenerering. Den olie, der skal krakket forvarmes og føres fra toppen gennem en injektor rør med sin spids tæt på bunden af fluid bed. Dampen genereres efter katalytisk krakning kondenseres og opsamles i en modtager, og det flydende produkt opsamlet efterfølgende analyseret for simuleret destillation for at bestemme udbytterne af fraktioner i forskellige kogepunktsintervaller. Den ikke-kondenserbare gasformige produkt sendes til en on-line gaskromatograf til analyse for at bestemme udbytterne af tør gas og flydende gas. Volumenet af det gasformige produkt måles ved vandfortrængning metode. Efter egnet katalysator stripping tid, er den deponerede koks på katalysatoren bestemmes in situ ved at brænde den deaktiverede katalysator i luft ved høje temperaturer (typisk over 700 ° C).Niveauer af CO2 måles kvantitativt via en IR celle og omdannes til koks udbytte. Eventuelt vand dannet genvindes og bestemt ved Karl Fischer-titrering. Den totale genfinding (massebalance) af foderet skal ligge i området på 96 til 102% før normalisering af hvert produkt udbytte.
En fordel for denne fremgangsmåde er anvendelsen af den automatiserede sekvens foretages af LTU under reaktionsprocessen. Efter at have indledt testsekvensen i trin 3.2.2, at systemet begynder med systemet priming hvorunder LTU anvender de forudindstillede betingelser programmeret før kørslen. Hvis der er brugt katalysator forbliver i reaktoren fra tidligere kørsler, er det udledes i beholderen affald, og frisk katalysator fra den angivne tragten fyldes i reaktoren. Systemet venter derefter i tilstrækkelig lang tid til, at temperaturerne i reaktoren, fødeledning, sprøjte, og foder flaske til stabilisering inden for 5 ° C fra deres indstillingspunkter. Sprøjten er herefter filled med en fødehastighed på 1,2 g / min i 20 sekunder (svarende til to slop gange), plus injektion tid, og produktet linje skylles med N2. Systemet venter derefter igen, indtil reaktoren interne og hud temperaturen ligger inden 2 ° C fra deres indstillingspunkter, og kølemiddeltemperaturen ligger inden for 3 ° C fra den indstillede punkt. Endelig er N2-strøm til IR gasanalysatoren startes og systemet registrerer oprindelige masse på skalaen benyttes til at vægte forskudt vand og trykket af den oprindelige produktgas (som bør være nul).
Efter priming, er sprøjtepumpen sat i bevægelse og foder først omdirigeres tilbage til foderet flasken i 10 sek (første slop gang) efterfulgt af foder injektion i reaktoren i en forudindstillet tid efter tænding tilbage trevejsventilen forud for sprøjtepumpe. Efter afslutning af injektion foder omdirigeres tilbage igen til foderet flaske til en anden 10 sek (andet slop tid). Ved udgangen af foder injektion, tællinger begyndefor både flydende strimmel tid og katalysator strimmel tid. Førstnævnte er valgt som 7 (flydende strimmel multiplikator) gange foderet injektion tid, mens sidstnævnte er lig flydende strimmel tid mindre 10 sekunder med en maksimal 360 sek. Produktfraktionerne strømme sendes til samling gas fartøj gennem væskeopsamlere hvor produkter med højt kogepunkt kondenseres.
Katalysatorregenerering starter med ventil kontakter ved udgangen af katalysatoren stripping cyklus. Luftstrøm begynder og reaktoren temperaturen hæves til ~ 715 ° C. CO 2 koncentration sker en løbende IR gas analysator, indtil det er under 0,3%. Luften er slået fra, og N2-strøm til reaktoren genetableres i slutningen af regenerering. Skalaen læsning (masse af fortrængt vand) registreres sammen med tryk og temperatur af gassen i opsamlingsbeholderen efterfulgt af gasblanding og opvarmning (til ~ 30 ° C). På dette stadium kan den flydende modtager til kørslen fjernes manuelt frasystem til efterfølgende håndtering, hvis det ønskes. Linjen mellem opsamlingsbeholderen og GC renses med produktgas, og sløjfen er fyldt til den efterfølgende GC-analyse. Afkøl reaktoren indtil huden temperaturer er 50 ° C under deres reaktion setpunkter og gemme alle data for den færdige løb. Returnere enheden til det første trin af testsekvensen til en ny kørsel, eller udledning den brugte katalysator til fartøjet affald, hvis det er den sidste kørsel.
Den etablerede protokol lykkes i produktion af transportbrændstof fra raps olie i en blanding. Gode materialebalancer (masse inddrivelser) opnås i denne undersøgelse med en middelværdi på 99,35% og en standardafvigelse på 0,31% fra 18 LTU kørsler (tabel 2). De konverteringer og udbytter fra dublerede kører på 11,25 C / O-forhold for hvert feed ved en given temperatur er ganske reproducerbar (tabel 2). Adskillige typiske FCC fænomener og revner egenskaber ofte rapporteret i literatur blev også observeret i denne undersøgelse: (1) Katalysator forgiftning af foder grundlæggende kvælstof 22-24, særligt udtalt for HGO ved lave temperaturer (490 ° C i dette arbejde). Effekten kan reduceres ved højere temperaturer eller C / O-forhold; (2) Tilgængelighed eller udmattelse af crackable komponenter i foderet og flydende produkt. Dem i foderet er normalt kaldes "benzin forstadier", defineret som summen af mættede fedtsyrer og monoaromatics 20,25-28; (3) Tilgængelighed af katalysator syre websteder til molekyler; for eksempel ufuldstændig nedbrydning af voluminøse triglycerid molekyler ved 490 ° C, medens deres brudte lineære fedtsyrer kan let trænge katalysatorpartikler porer og være revnet 6; (4) oligomerisering af olefiner 29 fra fedtsyrer til dannelse aromater og koks; (5) Differentieret skeletisomerisering af olefiner til dannelse af forgrenede forbindelser 23,29.
Protokollen er i vid udstrækning baseret på LTU betjeningsvejledning. procedurernei manualen skal følges nøje, bortset fra som anført. Kritiske skridt i protokollen omfatter udarbejdelse af ligevægt katalysator (skal være på størrelse og koks-fri); reaktor forberedelse (med en fødeledning, der giver en konstant injektor højde, enten 1,125 eller 2,125 inch); CO 2 analysator kalibrering; forberedelse af sprøjten (tilspænding kalibrering) og flydende produkt modtager (vejning den lange flydende modtager i et trækfrit miljø vedligeholdelse af kølemidlets temperatur i -12 til -15 ° C interval); systemet trykprøvning (for at sikre en lækagefri miljø); valg af egnet katalysator strimmel tid og flydende strimmel multiplikator; analyser af gasser (raffinaderigas analyse) og flydende produkt (simuleret destillation ved ASTM D2887 18); tildelinger af molekylvægt 86 (versus 89 fra ASTM D7964-14 30) for C 5 + uløste klump, og carbon-til-koks faktor 1,0695 (versus 1,083 fra ASTM D7964, hvilket forudsætter, at ét mol brint er forbundet with et mol af kulstof i koks).
En ændring i den protokol, der afviger fra LTU betjeningsvejledning og ASTM D7964-14 30 er, at i det sidste trin i en afvejning af den flydende receiver, er proppen hurtigt fjernet fra og sat tilbage i modtageren for at udligne trykket før vejning. Dette tillader frigivelse af overskydende N2, som er fanget på kølevæsketemperatur. Det kan dog også risikere chancen for at miste nogle gasformige produkt. Teoretisk kan dette trin reducere massebalancen med 2,71 masse-% for en køre på en C / O-forhold på 10 i vores undersøgelse, idet det antages, at 149 ml N2 i væsken modtager er fanget og udvide fra -15 til 25 ° C ved 93,5 kPa (701 mmHg) atmosfærisk tryk. Resultatet er enig med eksperimentelle værdier (versus falder i massebalance ved 3.10 og 3,22 masse% for kører på C / O-forhold på 10).
Denne protokol er også blevet udvidet til blandinger indeholdende 50 og 100 v% rapsolie iHGO. Den høje koncentration af rapsolie synes at være skadelige for systemet, der kræver mere hyppige ændringer af injektoren end normalt, især når ren rapsolie er revnet. Ved lave koncentrationer som den præsenteres i denne undersøgelse, begroning forekom ikke.
Desuden kan LTU ikke anvendes til biomasse pyrolyse olie indeholdende emulgeret vand, som kan fordampe ved høje temperaturer i længere perioder. I dette tilfælde en alternativ test enhed 31 med en fri, men fastgøres sprøjte til at levere foderet er en mulighed 12. Desuden kan LTU ikke bestemme H2S udbytte kvantitativt grundet vand forskydningsmetoden anvendes til indsamling gasformige produkter, hvoraf H2S er delvist opløst i vand. Den alternative test enhed modificeret til at rumme en gasbeholder, der består af to gaskamre (med stemplerne indeni) i serie viste sig at være tilfredsstillende til denne ansøgning 22,23.
31. Den nævnte alternative test enhed er meget anvendt til at karakterisere ydeevnen af FCC-katalysatorer på grund af sin relative enkelhed, fleksibilitet, alsidighed og lave omkostninger. Gennem årene har den testmetode involveret blevet udvidet til at give yderligere oplysninger, såsom produkt- selektiviteter og kvaliteter, og det transporterende variable og råvare effekter 32. Med passende sikkerhedsforanstaltning på ifortolkning, kan testresultaterne anvendes til at vurdere kommercielt anlæg ydeevne 33.
Bemærk, at ovenstående operationelle mangler ved hjælp af LTU vedrører vores eksisterende bestemt model. Som teknologien udvikler sig, kan nye produkter overvinde problemerne diskuteret ovenfor.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne erklærer, at de ikke har nogen konkurrerende finansielle interesser.
Acknowledgments
Forfatterne vil gerne takke den analytiske laboratorium CanmetENERGY Teknologi Center for sin tekniske support, og Suncor Energy Inc. for at levere den syntetiske råolie. Delvis finansiering til denne undersøgelse blev leveret af Natural Resources Canada og regering Canadas tværfaglig Program for Energy Research og udvikling (perd) med projekt-id A22.015. Yi Zhang vil gerne anerkende hans naturvidenskab og teknik Forskningsråd (NSERC) i 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).
