Summary
Dit document presenteert experimentele methode biobrandstoffen en biochemicaliën van canola olie gemengd met een fossiele bij aanwezigheid van een katalysator bij milde temperaturen te produceren. Gasvormige, vloeibare en vaste producten van een reactie-eenheid worden gekwantificeerd en gekarakteriseerd. Conversie en individuele product opbrengsten worden berekend en gerapporteerd.
Introduction
Er is een sterke wereldwijde interesse in zowel de private als de publieke sector om een efficiënte en economische middelen om transportbrandstoffen te produceren uit biomassa afkomstig grondstoffen te vinden. Deze rente wordt aangedreven door een algemene bezorgdheid over de substantiële bijdrage van de verbranding van aardolie fossiele brandstoffen om de uitstoot van broeikasgassen (BKG) en de bijbehorende bijdrage aan de opwarming van de aarde. Ook is er een sterke politieke wil in Noord-Amerika en Europa naar het buitenland geproduceerde aardolie verdringen met hernieuwbare binnenlandse vloeibare brandstoffen. In 2008, op voorwaarde biobrandstoffen 1,8% van 's werelds transportbrandstoffen 1. In veel ontwikkelde landen, is het vereist dat biobrandstoffen vervangen van 6% tot 10% van de aardolie brandstoffen in de nabije toekomst 2. In Canada, regelgeving vereist een gemiddeld gehalte duurzame brandstof van 5% in de benzine begint 15 december 2010 3. De Renewable Energy Directive (RED) in Europa heeft ook opdracht gegeven voor een streefcijfer van 10% hernieuwbare energie voor de Europese Unie transhavensector in 2020 4.
De uitdaging is om te ontwikkelen en demonstreren van een levensvatbare economische pad naar fungibel transportbrandstoffen te produceren uit biomassa. Biologische bronnen omvatten triglyceride-biomassa zoals plantaardige oliën en dierlijke vetten en frituurolie en cellulosehoudende biomassa, zoals houtsnippers, bos afval en reststoffen landbouw. In de afgelopen twee decennia heeft onderzoek gericht op het beoordelen van biomassa verkregen olie verwerking met gebruikelijke gefluïdiseerd katalytisch kraken (FCC) 5 - 12, een technologie verantwoordelijk voor de productie van de meeste benzine in een aardolieraffinaderij. Onze nieuwe aanpak in deze studie is om samen proces koolzaadolie gemengd met oliezanden bitumen-afgeleide grondstof. Normaal gesproken moet bitumen voorafgaand aan de raffinage worden opgewaardeerd, de productie van grondstoffen voor raffinaderijen zoals synthetische ruwe olie (SCO) -dit verwerking route is bijzonder energie-intensieve, goed voor 68-78% van de broeikasgassen emissions van de SCO productie 13 en, in 2011, die samen 2,6% van de totale uitstoot van Canada's 14-uitstoot. Het vervangen van een deel van een upgrade HGO met Biofeed zou de uitstoot van broeikasgassen te verminderen, aangezien de productie van biobrandstoffen gaat om een veel kleinere ecologische voetafdruk. Canola olie wordt gekozen in dit werk, want het is overvloedig aanwezig in Canada en de Verenigde Staten. Dit basismateriaal bezit een dichtheid en viscositeit vergelijkbaar met die van hgos terwijl de inhoud van zwavel, stikstof en metalen die invloed kunnen FCC prestaties of de productkwaliteit te verwaarlozen. Bovendien is deze optie co-verwerking biedt aanzienlijke technische en economische voordelen aangezien het gebruik van de bestaande infrastructuur raffinaderij gevonden kan derhalve zou weinig extra hardware of wijziging van de raffinaderij. Daarnaast kunnen er potentiële synergie die zou kunnen leiden tot de productkwaliteit verbeteren als co-verwerking van een zeer aromatische bitumen te voeden met zijn rechte-keten biomassa tegenhanger. Gelijktijdige verwerkingbelangrijke technische uitdagingen. Deze omvatten de unieke fysische en chemische eigenschappen van bio-feeds: hoog zuurstofgehalte, paraffine-rijke samenstelling, compatibiliteit met petroleum grondstoffen, vervuilingspotentieel, etc.
Deze studie geeft een gedetailleerd protocol voor de productie van biobrandstoffen op laboratoriumschaal van koolzaadolie tot katalytisch kraken. Een volledig geautomatiseerd reactiesysteem - in dit werk als het laboratorium testeenheid (LTU), bedoelde 15 - wordt gebruikt voor dit werk Figuur 1 toont schematisch hoe dit apparaat werkt.. Deze LTU is uitgegroeid tot de standaard voor het laboratorium FCC studies. Het doel van deze studie is om de geschiktheid van de LTU te testen voor het kraken van koolzaadolie brandstoffen en chemicaliën te produceren met als doel het verminderen van de uitstoot van broeikasgassen.
Figuur 1: Conceptueel illustration van de reactor. Illustratie van stroom lijnen van de katalysator, voeding, producten en verdunner. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Let op: Raadpleeg alle relevante veiligheidsinformatiebladen (VIB) voor het gebruik van de materialen. Werken met ruwe olie monsters mag alleen worden gedaan terwijl het dragen van de juiste persoonlijke beschermingsmiddelen (veiligheidsbril, handschoenen, broek, dichte schoenen, laboratoriumjas), en de opening, de overdracht en de verwerking van ruwe monsters moeten plaatsvinden in een geventileerde zuurkast. Verwarmde koolwaterstoffen ontvlambaar in lucht en het reactiesysteem zorgvuldig worden gecontroleerd lekken voor gebruik met ruwe oliemengsels. De reactor kan de temperatuur oplopen tot 750 ° C te bereiken, en op hoge temperatuur handschoenen moet worden gebruikt bij het werken in de buurt van hete oppervlakken.
1. Algemene overwegingen
- Om optimaal gebruik te maken van de automatische reactie-eenheid, die zes opeenvolgende runs kunnen voltooien meer dan ~ 8 uur te maken, kies dan een constante toevoer van 1,2 g / min. Dit stelt het gewicht per uur (WHSV) voor 8 uur -1 via verbanden WHSV = 60 / [(C / O) x t] = 60 x (O / t) / C waarbij t de feed levertijd in minuten en C en O zijn massa's van de katalysator en diervoeders, respectievelijk in gram. Door de toevoer injectietijd, een set van katalysator / olie massaverhoudingen van 4, 6, 8, 10 en 11,25 (x2) werd bereikt bij elke reactietemperatuur om uiteenlopende omzetting te bereiken.
2. grondstoffen en Catalyst Voorbereiding
- Verkrijg een HGO door afdestilleren van het -343 ° C-fractie (door spinnen band) van een synthetische ruwe olie (SCO).
- Schaf eetbare-grade koolzaadolie van een lokale voedsel op te slaan en te gebruiken zonder verdere behandeling.
- Bereid een 15% v koolzaad mengsel door het mengen van 79,645 g HGO (0,9370 g / ml dichtheid) met 13,7535 g koolzaadolie (0,9169 g / ml dichtheid).
- Scherm het evenwicht katalysator met behulp van een 60 Tyler mesh zeef (250 micrometer opening), gevolgd door een tweede screening met een 400 Tyler maaswijdte (38 micrometer opening).
- Calcineren van de deeltjes van gewenste grootte (38-250 pm) bij 600 ° C gedurende 4 uur, vervolgens uploaden deze in thij zes hoppers van de automatische reactie-eenheid.
3. Procedure Test
- System Voorbereiding
- programma Voorbereiding
- Met behulp van de software die de reactie-eenheid controleert, opent u het venster voor run omstandigheden.
- Typ de identificaties van de voeding en katalysator, de luchtdruk, de injectie tijd en de temperatuur setpoints voor het invoersysteem, de reactor, de productlijn, de koelvloeistof en de CO katalysator in elke stap van de run periode .
- katalysatorbereiding
- Voor elke katalysator glas trechter boven het proces buis, verwijder het deksel en opladen 9 g gecalcineerde on-size katalysator in de trechter. Sluit een O-ring op de bovenkant van de trechter en opnieuw klem deksel.
- Kalibratie van Feed Rate
- Stel de olietoevoer pomp om voer te leveren met een constante toevoer injectie snelheid (1,2 g / min) voor al het kraken runs.
- Koppel de oil toevoerleiding onder de aftapkraan (KV-114) 16 en bevestig een korte tijdelijke buis naar de bodem van de klep voor de olie-opbrengst in een getarreerde beker.
- Verwarm het voedingsmateriaal tot 85 ° C om de HGO-mengsel mogelijk te maken gemakkelijk stromen in en uit de injectiespuit en langs de toevoerleiding.
- Stel de injectietijd voor het kalibreren van de pomp op dezelfde waarde als voor het eerste punt in de reeks (standaardinstelling).
- Tarra een beker, en plaats deze op de afvoer van de korte tijdelijke slang. Start de preset "PUMPCAL" gebruikersprogramma 17 in de reactie-eenheid software.
- Na het PUMPCAL programma is voltooid, verwijdert en wegen van de beker die de feed. Verdeel de massa van voer in de beker geleverd door de injectie tijd om de voeding te verkrijgen.
- Pas de pompsnelheid hoger of lager (met behulp van de drie cijfers draaiknop op de pomp) en herhaal stappen 3.1.3.5 naar 3.1.3.6 tot de gewenste voeding is bereikt.
- Verwijder dekorte tijdelijke buis en sluit de toevoerleiding.
- Kalibratie van GC voor Gas Analyse
Opmerking: Deze stap is nodig als de GC-Gas analyse blijkt te zijn van de kalibratie, die kan worden afgeleid uit de hand controles, data trending en materiële balans. De ervaring leert dat de GC kalibratie kan worden gebruikt voor een langere periode.- Sluit een cilinder van commerciële multicomponent raffinaderij gas norm om de hand klep (HV-190) 16.
- Laad een werkwijze GC software die kan elueren en het scheiden van alle pieken in het raffinaderijgas standaard. Met de parameters van de GC-methode in tabel 1.
- Met behulp van de GC-software, het uitvoeren van een analyse run van de raffinaderij gas norm.
- Open het chromatogram van het raffinaderijgas standaard en de pieken te integreren in het chromatogram.
- Identificeer de pieken in het chromatogram, zodat alle componenten in het calibrantsoen gas worden gevonden. Verwijder alle pieken die aanwezig zijn maar niet kunnen worden toegeschreven aan de componenten in de standaard.
- Op basis van retentietijd ranges, klompen en verdeel verbindingen eluerende na C 5 tot C 6 + 1, C 6 + 2, C 6 + 3 en C 6 + 4 groepen. Voor deze methode, klontjes penteen isomeren in een C5 olefine groep.
- Met behulp van de GC software, toewijzen concentratiewaarden aan elke geïntegreerde piek uit het gas standaard, onder de Kalibratiefunctie.
- Bewaar de kalibratie in de werkwijze bestand voor de concentraties van pieken in daaropvolgende tests bepalen. Koppel de commerciële gas norm.
- Kalibratie van CO 2 Analyzer
- Door middel van de reactie-eenheid software, schakelt de klep (KV-170) 16 tot en met het standpunt dat de nul-gas (stikstof) in staat stelt om te stromen naar de IR gas analyzer. Stel de stroom door de knop in samenwerking met de flow control valve (FCV-107) 16 eventueel tot ongeveer 250 SCCM aan de flowindicator (FI-107) 16 krijgen.
- Zero de analysator met behulp van de nul stelschroef op het voorpaneel van de analysator met behulp van een platte schroevendraaier.
- Schakel de handventiel (HV-107) 16 naar de CO 2 (19,8 mol%) standaard gas te leveren aan de analysator. Stel de handbediende klep (MV-107) 16 met een stroomsnelheid van ongeveer 250 SCCM aan de flowindicator (FI-107) te verkrijgen.
- Pas de analyzer lezen om de concentratie (19,8 mol%) van de standaard ijkgas met behulp van de SPAN schroef op het voorpaneel aan te passen.
- Koppel de ijkgas en de terugkeer van de handventiel (HV-107) in de stand RUN.
- Bereiding van vloeibaar product Receiver
Opmerking: Elke ontvanger bestaat uit een condensator en een GC flesje verbonden met de bodem van de koeler via een kort stuk siliconenslang.- Opeenvolgend nummers toe te wijzen aan de Condensers en GC flesjes.
- Plaats een kleine prop glaswol in de top van elke ontvangeruitgang zoals afgebeeld in figuur 2.
- Houd de ontvanger rechtop met enige steun in een beker of een kolf van geschikte grootte. Weeg elke ontvanger in een analytische balans van de bovenste venster die is bedekt met een kubieke plastic schild om een tochtvrije omgeving (figuur 3) te garanderen.
- Noteer de droge massa (W voordien) van de bereide ontvanger samen met gelabelde stoppers.
- Installeer en sluit de gewogen ontvanger aan de productlijn (figuur 4).
- reactor Voorbereiding
- Installeer een olie toevoerleiding in de reactor met een lengte die het mogelijk maakt voor een 1,125 inch injector hoogte.
- Plaats een filter bij de uitgang van de reactor om te voorkomen dat de katalysator er stof in de productlijn, het veranderen van de filter na 50-100 runs.
- Voer een druktest op de reactor systeem by het uitvoeren van het programma PTEST1 17 na voedingspomp kalibratie en installatie van de ontvangers. Sluit de gasafvoer persluchtfles reactorsysteem met 150 mmHg stikstof, gevolgd door isolatie van het systeem.
- Observeren door drukverlies gedurende enkele minuten om de drukval te zorgen dat niet meer dan 0,4 mmHg per minuut aangeeft dat er geen lekken aanwezig zijn. Als een drukval van meer dan 0,4 mmHg per minuut wordt waargenomen, het uitvoeren van een lektest volgens de instructies van de fabrikant en eventuele lekkages dienovereenkomstig te verhelpen.
- programma Voorbereiding
| Monsterinvoer T | 90 ° C | Bericht run druk | 30 psi | |
| injector T | 90 ° C | drukevenwicht | 10 sec | |
| looptijd | 300 sec | detectoren | Warmtegeleiding | |
| kolomdruk | 30 psi | Data acquisitie rate | 50 Hz | |
| kanaal A | kanaal B | kanaal C | Channel D | |
| Pre-column | PLOT-U; 30 pm × 320 micrometer x 3 m | PLOT-Q; 10 um x 320 um x 1 m | alumina; 3 micrometer x 320 micrometer x 1 m | - |
| Kolom | moleculaire zeven; 12 um x 320 um x 10 m | PLOT-U; 30 pm × 320 micrometer x 8 m | alumina; 8 micrometer x 320 micrometer x 10 m OV1; 2 micrometer x 150 micrometer x 10 m | |
| Draaggas | argon | Helium | Helium | Helium |
| toevoerbedrijf | backflush | backflush | backflush | vaste Volume |
| Column T | 100 ° C | 90 ° C | 130 ° C | 90 ° C |
| injectie tijd | 30 msec | 120 msec | 0 msec | 100 msec |
| backflush tijd | 12.5 sec | 5.0 sec | 5.5 sec | - |
Tabel 1: GC-methode parameters voor de analyse van gas geproduceerd door de LTU.
Figuur 2: Vial gehechtheid aan condensor. Foto toont de locatie van de glaswolprop en de bevestiging van een GC flesje naar de condensor met silicone slang. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 3:.. Met een gewicht van product-ontvanger Plastic dekking voor het saldo aan de lange vloeibaar product ontvanger, die uit het bovenste venster kunnen vasthouden wegen Klik hier voor een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 4:. Liquid attachment ontvanger Foto toont de bevestiging van vloeistof-ontvangers aan de productlijn.ad / 54390 / 54390fig4large.jpg "target =" _ blank "> Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
- Bediening van het systeem in de automatische modus
- Op het scherm SETUP LTU, het invoeren van de relevante informatie voor het experiment: run nummer, naam voer, katalysator identificatie, de atmosferische druk, setpoints voor de huid en inwendige reactor temperaturen voor zowel kraken en katalysatorregeneratie en olie-injectie tijd. Sla deze stap over als volledige informatie is opgenomen in paragraaf 3.1.1.
- Plaats het systeem in de run-modus door te klikken op de "RUN" knop op de procesflow scherm. Dit start de testcyclus 17, die de stappen in de automatische stand in de discussie worden beschreven omvat.
- Niet-automatische modus System Operation
- Met behulp van de computer aangesloten op de GC, de integratie van de pieken en de gegevens met behulp van de kalibratie gevestigde verwerken. Voer de laatste GC gegevens in de LTU-programma door de LTU computer.
- Post-run Operation
- Bepaling van de massa van vloeibaar product
- Na het verwijderen van de klem, kantel de ontvanger en het verzamelen van enig vloeibaar product druppels op de afgeschuinde metalen punt onder het product klep.
- Onmiddellijk sluit de ontvanger met het label een rubberen stop en verwijder deze voorzichtig uit het bad. Spoel het ethyleenglycol uit het bad met koud water en de buitenkant met een papieren handdoek drogen.
- Doe de vloeibare producthouder op een rek bij kamertemperatuur gedurende 20 min, waardoor gefixeerde product te ontdooien en vervallen in het GC flesje onderaan de ontvanger.
- Verzamel de hoeveelheid tegengehouden vloeistof rond de metalen verbinding voor de ontvanger met een getarreerde katoenwoldoek. Bepaal de massa van de hoeveelheid tegengehouden vloeistof (W uitstrijkje) en record.
- Open het vloeibare product ontvanger sfeer in een geventileerde zuurkast voor aanpassing van de druk door het tijdelijk verwijderen van de stop op de bovenste uitgang van de ontvanger.
- Leggende stop weer op en het verkrijgen van de ontvanger massa (W na). Verwijder het GC flesje uit de condensor. Kap en bewaar het product monster in een koelkast bij 4 ° C voor latere analyse.
- Indien een waterdruppeltje verschijnt GC flesje bodem zoals bij kraken canolaolie, een schone spuit om zoveel watervrije olieproduct naar een andere buisje mogelijk en onmiddellijk sluit het.
- Spoel de binnenwanden van de ontvanger condensor grondig met een kleine kwaliteit methanol en verzamelen alle van de methanol was in de oorspronkelijke GC flacon met water druppel. Cap het flesje en het verkrijgen van de massa van de vloeistof in voor gebruik in water bepalen.
- Analyse van Liquid Product voor Gesimuleerde distillatie
- Met standaard testmethode ASTM D2887 18, bepaalt het massapercentage van de watervrije vloeibare product kookt in het bereik van benzine (IBP-221 ° C), lichte cyclusolie (LCO, 221-343 ° C), en h eavy cycle olie (HCO, 343 ° C-FBP).
- Analyse van de Water Product
- Met behulp van standaard testmethode ASTM D4377 19, bepalen het watergehalte (W H2O) van de methanol wassen in combinatie met het water druppel in de flacon.
- Bepaling van de massa van vloeibaar product
- berekeningen
- Massa van gasvormig product
- Bereken de totale gasvormige product door het volume water verplaatst volgens de formule:
waarbij V gas volume (ml) van gas verzameld bij standaard condities (0 K en 101,3 kPa), V water volume (ml) water verplaatste tijdens de test, T gas (° C) en P gasdruk ( kPa). - Bereken de massa van elke component gas met behulp van:
jpg "/>
waarin W i massa (g) van het ide gasvormige product, Ni is mol% van de i-de component in het gas en M i molecuulgewicht van het ide gasvormige product. Het molecuulgewicht van het C5 + opgelost klomp wordt aangenomen dat 86. - Bereken de totale massa van gasvormig product:
waarin W gas is de totale massa van gasvormig product, en wi de massa van het ide gasvormige product berekende 3.5.1.2.
- Bereken de totale gasvormige product door het volume water verplaatst volgens de formule:
- Massa van vloeibaar product
- Bereken de totale massa vloeibaar product met:
W LIQ = W na - W voordat + W swab
waarin W liq is massa (g) van het vloeibare product, W na is massa (g)van het vloeibare producthouder na reactie, W is voor massa (g) van het vloeibare producthouder voor reactie en W swab massa (g) van de hoeveelheid tegengehouden vloeistof verzameld op het wattenstaafje.
- Bereken de totale massa vloeibaar product met:
- Massa van Coke
- Bereken de totale massa van cokes van de LTU met:
W coke = W carbon × 1,0695
waarin W coke massa (g) van cokes, W koolstof massa (g) van koolstof en 1,0695 is de koolstof-coke factor.
- Bereken de totale massa van cokes van de LTU met:
- Mass Balance (Recovery)
- Bereken de massabalans met behulp
R = (W gas + W LIQ + W coke) ÷ W-feed × 100
waarbij R recovery (massa% van de voeding) en W feed is massa (g) van de olietoevoer. R moet in het traject van 96-102%. Zo niet, verwerpen de proef als onbevredigend.
- Bereken de massabalans met behulp
- Genormaliseerde opbrengsten en conversie
Opmerking: Bereken elke productopbrengst (massa% voeder) volgens de formules hieronder.- Bereken droog gas (H2-C2 's, CO en CO 2)
Y DG = (W H2 + W C1 + W C2 + W CO + W CO2) ÷ W-feed × 100
waarin Y DG is genormaliseerde opbrengst (massa% toevoer) van het droge gas, W H2 massa (g) H2, W C1 massa (g) van de C 1 gas (methaan), W C2 massa (g) van de C 2 gas (ethaan en ethyleen), w CO massa (g) van CO en CO2 w is massa (g) van CO 2. Merk op dat correctie voor de kleine hoeveelheid CO 2 opgelost in water niet noodzakelijk. - Bereken Liquefied Petroleum Gas (LPG)
Y LPG = (W
waarbij Y LPG is niet genormaliseerde opbrengst (massa% voeding) van de LPG-product, W C3 is massa (g) van de C 3 gas (propaan en propyleen) en W C4 is massa (g) van de C 4 gas (butanen en butenen zoals 1,3-butadieen). - Bereken Gasoline
Y GLN = [X GLN × (W LIQ - W H2O - W swab) + W C5 +] ÷ W-feed × 100
waarin Y GLN is genormaliseerde opbrengst (massa% toevoer) benzine, X GLN (verkregen door gesimuleerde destillatie) is massafractie van benzine in de watervrije vloeibare, W H2O massa (g) van het water in het vloeibare product, indien elke en w C5 + is massa (g) van C5 + -product in de gasfase (Onbekend C 6 </ sub> plus C 6 + brok). - Bereken Light Cycle Oil (LCO)
Y LCO = [X LCO × (W LIQ - W H2O - W swab)] ÷ W-feed × 100
waarbij Y LCO is niet genormaliseerde opbrengst (massa% van de voeding) van het LCO product en X LCO (verkregen door gesimuleerde destillatie) is de massa fractie van LCO in de watervrije vloeibaar product. - Bereken Heavy Cycle Oil (HCO)
Y HCO = [X HCO × (W LIQ - W H2O - W swab) + W swab] ÷ W-feed × 100
waarbij Y HCO is niet genormaliseerde opbrengst (massa% voeding) van HCO en X HCO (verkregen door gesimuleerde destillatie) is de massa fractie van HCO in het water vrij vloeibaar product. - Bereken Coke
Y
waarbij Y coke is niet genormaliseerde opbrengst (massa% voeding) van de coke. - Bereken Water
Y H2O = W H2O ÷ W-feed × 100
waarbij Y H2O is niet genormaliseerde opbrengst (massa% voeding) van het water. - Bereken Conversion
CON unnorm = 100 - Y LCO - Y HCO
waarbij CON unnorm is niet genormaliseerde conversie (massa% voeding).
- Bereken droog gas (H2-C2 's, CO en CO 2)
- De genormaliseerde opbrengsten en conversie
Y 0 i = Y i ÷ R × 100
waarbij Y 0 i is genormaliseerd opbrengst (massa% voeding) van de i artikel.
CON norm = 100 - Y 0 LCO- Y 0 HCO
waarbij CON norm is genormaliseerd conversie (massa% voeding).
- Massa van gasvormig product
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
De vastgestelde protocol is met succes toegepast op een oliemengsel van 15:85 volumeverhouding (dwz 14,73: 85,27 massaverhouding) tussen canolaolie en een SCO-afgeleide HGO 20. Om praktische redenen (kosten, beschikbaarheid van canolaolie en mogelijke problemen in commerciële exploitatie), is het onderzoek gericht op voedingsmateriaal dat 15% v canolaolie Bovendien, hoewel voeders met hogere concentraties ook geprobeerd. Het mengsel werd katalytisch gekraakt bij 490-530 ° C en 8,0 uur-1 WHSV met verschillende katalysator / olie-verhoudingen (in de volgorde 11,25, 10, 8, 6, 4, en 11,25). Ter vergelijking werd de basisolie (zuiver HGO) eveneens gekraakt onder dezelfde omstandigheden. Tabel 2 geeft de conversie en opbrengstgegevens die in detail besproken eerder 20. In het kraken van de blend, ervan uitgaande dat er geen interferentie is tussen de twee componenten, kan de schijnbare opbrengst bijgedragen door elkaar worden berekendrekenkundig. Tabel 2 toont kwalitatief dat bij het kraken, de canola olie in het mengsel substantieel bij aan de opbrengst aan biobrandstoffen (bijvoorbeeld benzine en diesel) en biochemicaliën (bijvoorbeeld propaan, propeen, i-butaan en butylenen LPG). Gezien het bovenstaande aanname, de negatieve berekende HCO opbrengsten bijgedragen door canolaolie (15 v% in het mengsel) kunnen ontstaan bij interferentie tussen de twee componenten gedurende 20 kraken.
| De werkelijke opbrengst van Base Oil (HGO) | |||||||||||||||||||
| Temperatuur, ° C | 490 | 510 | 530 | ||||||||||||||||
| Katalysator tot 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 | ||
| Conversie, massa% | 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 | |
| Herstel, massa% | 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 | |
| Opbrengsten, massa%: | |||||||||||||||||||
| Dry 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 | |
| Benzine | 42.00 | 44.00 | 44.67 | 45.09 | 44.71 45.10 | 42.06 | 44.97 | 44.95 | 45.34 | 44.85 | 45.07 | 41.64 | 42.75 | 43.45 | 43.33 | 43.15 | 42.76 | ||
| LCO | 21.86 | 20.65 | 19.72 | 19.23 | 19,30 | 18.79 | 20.53 | 19.09 | 18.62 | 18.01 | 17.62 | 17.79 | 19.39 | 18.24 | 17.50 | 16.79 | 16.75 | 16.94 | |
| HCO | 20.64 | 17.29 | 15.33 | 13.94 | 13.93 | 13.59 | 19.68 | 15.68 | 14.39 | 12.89 | 12.93 | 12.85 | 19.03 | 15.94 | 14.00 | 13.04 | 13.23 | 13.23 | |
| 3.27 | 4.24 | 5.23 | 6.22 | 6.84 | 6.67 | 3.47 | 4.51 | 5.53 | 6.49 | 7.21 | 6.96 | 3.59 | 5.04 | 6.03 | 7.04 | 6.90 | 6.92 | ||
| H 2 O | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | |
| TOTAAL | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | |
| De werkelijke opbrengst van Blends (15 v% Canola Olie in HGO) | |||||||||||||||||||
| Temperatuur, ° C | 490 | 510 | 530 | ||||||||||||||||
| Katalysator tot 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 | |
| Conversie, massa% | 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 | |
| Herstel, massa% | 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 | |
| Opbrengsten, massa%: | |||||||||||||||||||
| Dry 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 | |
| Benzine | 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 | |
| Cokes | 3.41 | 4.68 | 5.57 | 6.66 | 6.99 | 6.94 | 3.75 | 4.77 | 5.68 | 6.59 | 7.10 | 7.02 | 4.02 | 5.11 | 6.04 | 6.92 | 7.46 | 7.51 | |
| H 2 O | 1.89 | 2.08 | 2.17 | 2.11 | 2.14 | 20,25 | 2.06 | 2.23 | 2.24 | 2.23 | 2.27 | 2.30 | 2.06 | 2.15 | 2.26 | 2.31 | 2.17 | 2.26 | |
| TOTAAL | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | |
| Berekende Rendementen (massa%) Geschreven door 85 v% (85,27 massa-%) HGO in de Blend | |||||||||||||||||||
| Dry 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 | |
| Benzine | 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 | |
| Cokes | 2.79 | 3.62 | 4.46 | 5.31 | 5.84 | 5.69 | 2.96 | 3.85 | 4.71 | 5.53 | 6.15 | 5.93 | 3.06 | 4.30 | 5.14 | 6.00 | 5.88 | 5.90 | |
| H 2 O | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | <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 | ||
| Totaal | 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 | |
| Berekende Rendementen (massa%) Geschreven door 15 v% (14,73 massa-%) Canola Olie in de Blend | |||||||||||||||||||
| Dry 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 | |
| Benzine | 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 | |
| Cokes | 0.63 | 1.07 | 1.11 | 1.35 | 1.15 | 1.26 | 0.79 | 0.92 | 0.97 | 1.05 | 0.95 | 1.09 | 0.96 | 0.81 | 0.90 | 0.92 | 1.57 | 1.61 | |
| H 2 O | 1.89 | 2.08 | 2.17 | 2.11 | 2.14 | 2.25 | 2.06 | 2.23 | 2.24 | 2.23 | 2.27 | 2.30 | 2.06 | 2.15 | 2.26 | 2.31 | 2.17 | 2.26 | |
| Totaal | 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 | |
| Herstel, massa% | |||||||||||||||||||
| Mean 99,35 | |||||||||||||||||||
| Standaard deviatie 0,31 | |||||||||||||||||||
Tabel 2: FCC uitvoeringen van de basisolie en het mengsel en de schijnbare conversies en productopbrengsten van de componenten in het mengsel.ble_2_Final.xlsx "> Klik hier om deze tabel te downloaden als Microsoft Excel spreadsheet.
De aanwezigheid van water en CO plus CO 2 (bij droog gas) en gekraakte producten uit het mengsel maar niet van HGO alleen (tabel 2) is een directe aanwijzing dat canolaolie in het mengsel neemt deel aan reacties. Water wordt gevormd door combinatie van waterstof en zuurstof en CO en CO 2 vrijkomen uit decarbonyleringsstap en decarboxylering van vetzuren in canolaolie, respectievelijk.
Andere titels kraken van canola olie in het mengsel is weergegeven in figuur 5, die het effect van procesparameters op H2 en CO opbrengsten geeft. Waarnemingen aantonen dat alle opbrengsten niet erg gevoelig voor C / O-verhouding verandert een voeder bij een bepaalde temperatuur. Voor een voeding bij een bepaalde C / O-verhouding, zowel H2 en CO yiel ds toe met toenemende temperatuur, waarbij de drijvende kracht voor het kraken (Opmerking: Geen CO van HGO bij elke temperatuur). Vergelijking van de twee feeds, het mengsel geeft een hogere CO opbrengsten, maar een lagere H2 opbrengsten dan de basisolie op hetzelfde ernst in termen van C / O-verhouding en temperatuur. De laatste observatie kan worden toegeschreven aan de vorming van water uit waterstof en zuurstof bij scheuren van het mengsel.
Figuur 5: Variaties van H2 en CO opbrengsten met procesparameters Color code-zwart voor 490 ° C, roze voor 510 ° C, blauw voor de 530 ° C. dunne vaste lijnen-H 2 opbrengst van basisolie, dikke ononderbroken lijnen-H 2 opbrengst van blend; dikke stippellijnen-CO opbrengst van blend; geen CO gedetecteerd basisolie (0 massa% CO opbrengst van basisolie op drie temperaturen).bestanden / ftp_upload / 54390 / 54390fig5large.jpg "target =" _ blank "> Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Een andere interessante observatie met canola olie wordt geïllustreerd in figuur 6, waarbij de reactor temperatuurprofielen toont tijdens bedrijf. Vóór injectie van een olie, de reactor bij een nominale temperatuur van 530 ° C. Na injectie, de reactortemperatuur daalt (als gevolg van verwarmen, verdampen en kraken van de olie), tot een minimum (warmteverbruik in evenwicht met warmtetoevoer van het besturingssysteem zodra de temperatuur daalt tot een bepaalde limiet) en stijgen naar de begintemperatuur. Als zodanig kan men de minimumtemperatuur als een maat voor de benodigde warmte voor het totale proces. Voor een gegeven voeding, de minimum temperatuur hangt af van de hoeveelheid olie geïnjecteerd of C / O-verhouding aangezien de katalysator gewicht constant blijft. C / O-verhouding toeneemt, het temperatuurdaling decreases aangezien minder olie geïnjecteerd. Vergelijking van de twee voedingen, het mengsel vertoont steeds een kleine druppel van ongeveer 1,5 ° C bij een bepaalde C / O-verhouding door de warmte die vrijkomt bij de exotherme reactie H2 (g) + ½ O 2 (g) → H 2 O ( g) (-241,8 kJ / mol bij 25 ° C) 21. Soortgelijke verschijnselen zijn ook waargenomen bij de andere twee reactietemperaturen.
Figuur 6: Reactor temperatuur daalt voor en na het inspuiten bij 530 ° C (nominaal) Kleur code - zwart voor basisolie, roze voor blend;. dunne lijnen - voor diervoeder injectie; dikke lijnen -. na het inspuiten Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
De hier beschreven protocol gebruikt cyclische werking van een reactor die een partij gefluïdiseerde katalysatordeeltjes te voedingsolie kraken en regeneratie van de katalysator te simuleren. De olie te kraken wordt voorverwarmd en toegevoerd vanaf de bovenkant door een injectorbuis met zijn punt dicht bij de bodem van het wervelbed. De damp gegenereerd nadat katalytisch kraken wordt gecondenseerd en opgevangen in een ontvanger, en het vloeibare product verzameld wordt vervolgens geanalyseerd op gesimuleerde destillatie om opbrengsten aan fracties in verschillende kooktrajecten bepalen. Het noncondensable gasvormig product wordt voor analyse naar een on-line gaschromatograaf gestuurd om de opbrengsten van droog gas en vloeibaar gas te bepalen. Het volume van het gasvormige product wordt gemeten door de waterverplaatsing methode. Na geschikte katalysator tijd voor het strippen, wordt het afgezette kooks op de katalysator in situ bepaald door het verbranden van de gedeactiveerde katalysator in lucht bij hoge temperaturen (gewoonlijk boven 700 ° C).Hoeveelheid koolmonoxide 2 kwantitatief gemeten via infrarood cel en worden omgezet in kooksopbrengst. Al het water dat gevormd wordt gewonnen en bepaald door Karl Fischer titratie. De totale recovery (massabalans) van de voeding moet in het traject van 96 tot 102% vóór normalisering van elke productopbrengst.
Eén voordeel van deze procedure is het gebruik van de geautomatiseerde sequentie door de LTU tijdens het reactieproces uitgevoerd. Na de inleiding van de testreeks in stap 3.2.2, het systeem begint met het systeem priming gedurende welke de LTU maakt gebruik van de vooraf ingestelde voorwaarden vooraf geprogrammeerd om de run. Als katalysator wordt besteed achterblijft in de reactor van de vorige runs wordt geloosd op het afvalvat en verse katalysator uit de opgegeven trechter wordt in de reactor geladen. Het systeem wacht vervolgens een voldoende lange tijd om de temperatuur van de reactor, toevoerleiding, spuit, en diervoeders fles te stabiliseren binnen 5 ° C van hun set punten. De spuit is dan figevuld met een toevoersnelheid van 1,2 g / min gedurende 20 seconden (corresponderend met twee keer slop), plus injectietijd, en de productlijn wordt gespoeld met N2. Het systeem wacht dan weer, totdat de reactor interne en de huid temperaturen zijn binnen 2 ° C van hun set punten, en de temperatuur van de koelvloeistof minder is dan 3 ° C van de ingestelde punt. Tenslotte wordt stroom N2 aan de IR gasanalysator gestart en registreert het systeem het oorspronkelijk gewicht op de schaal gebruikt voor het verplaatste water te wegen en de druk van het oorspronkelijke produktgas (dat moet nul).
Na priming, wordt de spuit pomp in beweging en voer eerst omgeleid naar de voeding fles voor 10 seconden (eerst slop tijd) gevolgd door inspuiten in de reactor gedurende een vooraf ingestelde tijd na het terugdraaien driewegklep vóór de injectiepomp. Na voltooiing van de injectie, wordt feed opnieuw omgeleid naar het voer fles voor nog eens 10 sec (tweede slop tijd). Eind inspuiten, tellingen beginnenvoor zowel vloeibare strip tijd en de katalysator strip tijd. De voormalige wordt gekozen als 7 (vloeibaar strip multiplier) maal het voer injectie tijd, terwijl de laatste is gelijk aan vloeibare strip tijd minder 10 sec met een maximum van 360 sec. De productstromen worden door middel van vloeibare ontvangers waarin hoogkokende producten worden gecondenseerd om het gas te verzamelen schip gestuurd.
Katalysatorregeneratie begint met klep schakelaars aan het einde van de cyclus katalysator stripping. Luchtstroom begint en de reactortemperatuur verhoogd tot ~ 715 ° C. Het CO 2-concentratie wordt continu door de IR gasanalysator totdat deze onder 0,3%. De lucht wordt uitgeschakeld en de N2-stroom naar de reactor wordt hersteld aan het einde van de regeneratie. De schaal lezing (massa van de verplaatste water) wordt opgenomen, samen met de druk en de temperatuur van het gas in de collectie vat, gevolgd door menging van gas en opwarming (tot ~ 30 ° C). In dit stadium kan het vloeistofvat de koers handmatig uit devoor verdere behandeling, indien gewenst. De lijn tussen de collectie vat en de GC wordt gespoeld met product gas, en de lus is gevuld voor de volgende GC-analyse. Koelen van de reactor tot de huid temperaturen zijn 50 ° C beneden hun reactie setpunten en alle gegevens op te slaan voor de voltooide run. Zet de unit naar de eerste stap van de test sequentie voor een nieuwe run of ontlaad de afgewerkte katalysator naar het vat afval als het de laatste run.
De vastgestelde protocol blijkt succesvol bij de productie van transportbrandstoffen uit canolaolie in mengsels. Goede materiaalbalansen (massa herstel) worden verkregen in deze studie met een gemiddelde van 99,35% en een standaarddeviatie van 0,31% van 18 LTU runs (tabel 2). De conversies en opbrengst van dubbele runs op 11.25 C / O ratio voor elke feed bij een bepaalde temperatuur zijn vrij reproduceerbaar (tabel 2). Een aantal typische FCC verschijnselen en het kraken van de kenmerken vaak gemeld in litetuur werden ook waargenomen in deze studie: (1) Catalyst vergiftiging door voeding basische stikstof 22-24, in het bijzonder uitgesproken voor HGO bij lage temperaturen (490 ° C in dit werk). Het effect kan worden verminderd bij hogere temperaturen of C / O-verhoudingen; (2) Beschikbaarheid of uitputting van crackable componenten in de voeding en vloeibare product. Degenen die in het voer worden gewoonlijk "gasoline voorlopers", gedefinieerd als de som van de verzadigde vetzuren en monoaromatics 20,25-28; (3) Toegankelijkheid katalysator zure plaatsen om moleculen; bijvoorbeeld, onvolledige afbraak volumineuze triglyceride moleculen bij 490 ° C terwijl de gebroken lineaire vetzuren gemakkelijk door katalysatorporiën en gekraakt 6; (4) oligomerisatie van olefinen 29 uit vetzuren in aromaten en cokes vormen; (5) Preferentiële skeletisomerisatie van olefinen tot vertakte verbindingen 23,29 vormen.
Het protocol is grotendeels gebaseerd op de LTU handleiding. de proceduresin de handleiding moet strikt worden opgevolgd, tenzij anders vermeld. Kritische stappen in het protocol zijn onder andere bereiding van evenwicht katalysator (moet op maat en coke-vrij); reactor voorbereiding (met behulp van een toevoerleiding die een constante injector hoogte oplevert, ofwel 1.125 of 2.125 inch); CO 2 analyzer kalibratie; de voorbereiding van de spuit (aanzet ijking) en vloeibare product ontvanger (met een gewicht van de lange vloeistof ontvanger in een tochtvrije omgeving; onderhoud van de temperatuur van de koelvloeistof in de -12 tot -15 ° C range); systeemdruk testen (een lekvrije milieu); keuzes van geschikte katalysator strip tijd en vloeibare strip multiplier; analyses van gassen (raffinaderijgas analyse) en vloeibare product (gesimuleerde destillatie volgens ASTM D2887 18); opdrachten molecuulgewicht 86 (versus 89 van ASTM D7964-14 30) voor C5 + opgelost klompen en koolstof-coke factor 1,0695 (versus 1,083 van ASTM D7964, die veronderstelt dat één mol waterstof wordt geassocieerd with een mol van koolstof in de cokes).
Een wijziging in het protocol dat afwijkt van de LTU gebruiksaanwijzing ASTM D7964-14 en 30 is dat in de laatste stap van het wegen van de vloeistofvat, de stop wordt snel worden verwijderd en teruggeplaatst in de ontvanger om de druk gelijk te weeg. Dit maakt afgifte van overmaat N 2, die is opgesloten in koelmiddeltemperatuur. Het kan echter ook de kans op verlies van sommige gasvormig product riskeren. Theoretisch kan deze stap de massabalans met 2,71 massa-% joggen om een C / O-verhouding van 10 in onze studie verminderen, aannemende dat 149 ml 2 N in de vloeibare ontvanger gevangen en uitbreiden van -15 tot 25 ° C bij 93,5 kPa (701 mmHg) atmosferische druk. Het resultaat is het eens met de experimentele waarden (versus dalingen in massabalans van 3,10 en 3,22 massa% voor de runs bij C / O-verhouding van 10).
Dit protocol is uitgebreid op mengsels met 50 en 100 v% canolaolie inHGO. De hoge concentratie koolzaadolie lijkt schadelijk voor het systeem en vereist meer frequente veranderingen van de injector dan normaal, vooral als pure koolzaadolie wordt gekraakt. Bij lage concentraties zoals die in dit onderzoek, vervuiling niet op.
Bovendien kan de LTU niet worden toegepast op pyrolyse olie geëmulgeerd met water, die verdampt bij hoge temperaturen gedurende lange tijd biomassa. In dit geval, een alternatieve testeenheid 31 een vrije maar spuit vastgemaakt aan het voeder leveren een optie 12. Ook kan de LTU niet kwantitatief H2S rendement vanwege de waterverplaatsing methode voor gasvormige producten die H2S gedeeltelijk in water wordt opgelost verzamelen. Het alternatief testeenheid gemodificeerd om een gashouder bestaande uit twee gaskamers (met zuigers binnen) in te huisvesten werd gevonden bevredigend voor deze toepassing 22,23 te zijn.
31 bevat. Genoemde alternatieve testeenheid wordt veel gebruikt om de prestaties van FCC katalysatoren te karakteriseren vanwege zijn relatieve eenvoud, flexibiliteit, veelzijdigheid en lage kosten. In de loop der jaren is de testmethode betrokken is uitgebreid met extra informatie zoals product selectiviteit en kwaliteiten, en de operationele variabel en grondstof effecten 32. Met adequate voorzorgsmaatregelen op ininterpretatie, kunnen de testresultaten worden gebruikt om commerciële plant performance 33 te beoordelen.
Merk op dat de bovenstaande operationele tekortkomingen met behulp van de LTU betrekking hebben op onze bestaande model. Naarmate de technologie evolueert, kunnen nieuwe producten de hierboven besproken problemen te overwinnen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs verklaren dat ze geen concurrerende financiële belangen.
Acknowledgments
De auteurs willen het analytisch laboratorium van het CanmetENERGY Technologie Centrum voor de technische ondersteuning en Suncor Energy Inc. bedanken voor het leveren van de synthetische ruwe olie. Gedeeltelijke financiering voor deze studie werd verstrekt door Natural Resources Canada en de regering van interdepartementale Programma van Energy Research and Development (PERD) met project ID A22.015 van Canada. Yi Zhang wil graag zijn Natuurwetenschappen en Engineering Research Council (NSERC) van Canada Visiting Fellowship van januari 2015 tot januari 2016 te erkennen.
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).
