Waiting
Login processing...

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

Chemistry

הפקת מעבדה של דלק ביולוגי ביוכימיים מתוך שמן לפתית באמצעות מרת פיצוח קטליטי

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

Summary

מאמר זה מציג שיטה ניסיונית לייצר דלק ביולוגי ביוכימיים משמן קנולה מעורבב עם מזון מבוסס-מאובנים בנוכחות זרז בטמפרטורות מתונות. גזיות, נוזלי, ומוצרים מוצקים מיחידת התגובה הן לכמת ומאופיינת. תשואות מרת מוצר בנפרד מחושבות ומוצגות.

Introduction

יש עניין גלובלי חזק הן במגזר הפרטי והציבורי למצוא אמצעי יעיל כלכלית לייצר דלקים לתחבורה ממקורות הנגזרות ביומסה. עניין זה הוא מונע על ידי דאגה כללית על התרומה המשמעותית של שריפת דלקים פוסיליים נפט לגז חממה (GHG) ותרומה הקשורים אליו להתחממות הגלובלית. כמו כן, ישנו רצון פוליטי חזק בצפון אמריקה ובאירופה כדי לעקור בנפט זר-מיוצר עם דלקים נוזליים מקומיים מתחדשים. בשנת 2008, דלק ביולוגי בתנאי 1.8% של דלקים לתחבורה בעולם 1. במדינות מפותחות רבות, נדרש כי דלק ביולוגי להחליף מ -6% ל -10% של דלקי נפט בעתיד הקרוב 2. בקנדה, התקנות מחייבות תוכן מתחדש ממוצע של 5% בבנזין החל מה -15 בדצמבר, 2010 3. הדירקטיבה האנרגיה המתחדשת (RED) באירופה גם יש מנדט יעד אנרגיה מתחדש 10% עבור טרנס האיחוד האירופיבענף הנמלים בשנת 2020 4.

האתגר כבר לפתח ולהפגין מסלול כלכלי בת קיימא לייצר דלקים לתחבורה fungible מביומסה. מקורות ביולוגיים כוללים ביומסה מבוסס הטריגליצרידים כגון שמנים צמחיים ושומנים מן החי, כמו גם שמן בישול פסולת ביומסה מתאית כגון שבבי עץ, פסולה ביער, ושאריות חקלאות. במהלך שני העשורים האחרונים, מחקר התמקד בהערכת עיבוד נפט הנגזרות ביומסה באמצעות קונבנציונלי נוזל פיצוח קטליטי (FCC) 5 - 12, טכנולוגיה אחראית לייצור ביותר של הבנזין בבית זיקוק נפט. הגישה החדשנית שלנו במחקר זה היא שמן קנולה לשתף בתהליך מעורבב עם זינת חולות נפט נגזרת ביטומן. בדרך כלל, ביטומן יש לשדרג לפני תחילת תהליך הזיקוק, הפקת חומר זינה לזיקוק כגון נפט גולמי סינטטי (SCO) דאגות זו מסלול עיבוד במיוחד עתירת אנרגיה, והיווה 68-78% של גזי החממה emissions מייצור SCO 13, בשנת 2011, המהווים 2.6% מכלל פליטות גזי החממה הכוללת של קנדה 14. החלפת חלק משודרג HGO עם biofeed תפחית את פליטות גזי חממה, מאז ייצור דלק הביולוגי כרוכות טביעת הפחמן קטנה בהרבה. שמן קנולה נבחר בעבודה זו משום שהוא מצוי בשפע קנדה וארצות הברית. זינה זה בעל צפיפות וצמיגות דומה לאלה של HGOs בעוד תכולת גופרית, חנקן ומתכות שעלולות להשפיע על ביצועי FCC או איכות מוצר הם זניחים. יתר על כן, אפשרות שיתוף עיבוד זה מציע יתרונות טכנולוגיים וכלכליים משמעותיים שכן הדבר יאפשר ניצול של תשתיות זיקוק הקיים, ומכאן, ידרוש חומרה או שינוי נוספים קטנות של בית הזיקוק. בנוסף, ייתכנו סינרגיה פוטנציאל שיכול להביא לשיפור איכות המוצר כאשר שיתוף לעיבוד ביטומן ארומטי מאוד להאכיל עם עמיתו ביומסה ישר שרשרת שלה. עם זאת, שיתוף עיבודכרוך באתגרים טכניים חשובים. אלה כוללים את המאפיינים פיסיים וכימיים הייחודיים של ביו-הזנות: תוכן חמצן גבוה, רכב עשיר פרפין, תאימות עם חומר זינת נפט, פוטנציאל עכירות, וכו '

מחקר זה מספק פרוטוקול מפורט לייצור דלק ביולוגי בקנה מידה מעבדה משמן קנולה באמצעות פיצוח קטליטי. מערכת תגובה אוטומטית לחלוטין - התייחסה בעבודה זו כיחידת בדיקת מעבדה (LTU) 15 - משמשת עבור עבודה זו איור 1 מציג באופן סכמטי איך יחידה זו פועלת.. LTU זה הפך לסטנדרט בתעשייה ללימודי FCC מעבדה. מטרת מחקר זה היא לבחון את התאמתו של LTU לפיצוח שמן קנולה לייצר דלקים וכימיקלים במטרה מקל פליטת גזי חממה.

איור 1
איור 1: illustratio קונספטואליתn כור האיור. מראה קווי זרימה של זרז, להאכיל, מוצר, ו diluent. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

זהירות: יש להתייעץ כל גיליונות נתוני בטיחות חומרים רלוונטיים (MSDS) לפני השימוש בחומרים. עבודה עם דגימות נפט גולמי צריך להיעשות רק כשהוא לבוש בציוד מגן אישי מתאים (משקפי מגן, כפפות, מכנסיים, נעליים סגורות, חלוקות מעבדה), ופתיחה, העברה וטיפול בדגימות גולמיות אמורים להתרחש בתוך fumehood פרק. פחמימנים מחוממים יכולים להיות דליקים אוויר, ומערכת התגובה צריכה להיות בזהירות לדלוף בדקה לפני שימוש עם תערובות נפט גולמיות. הכור יכול להגיע לטמפרטורות גבוהות ככל 750 מעלות צלזיוס, וכפפות בטיחות גבוהה טמפרטורה צריכות לשמש כשעובדים ליד משטחים חמים.

1. שיקולים כלליים

  1. כדי להפוך את השימוש הטוב ביותר של יחידת התגובה האוטומטית, אשר יכול להשלים שש ריצות רצופות מעל ~ 8 שעות, בחר קצב עדכון קבוע של 1.2 גרם / דקה. זו מגדירה את מהירות שטח לשעה במשקל (WHSV) עד 8 ​​שעות -1 דרך מערכת היחסים WHSV = 60 / [(C / O) × t] = 60 × (O / T) / C כאשר t הוא Feזמן אספקה ​​אד בשנת דקות ו- C ו- O הם המוני זרז ולהאכיל, בהתאמה, בגרמים. על ידי שינוי זמן ההזרקה להאכיל, סט של יחסי מסת זרז / שמן של 4, 6, 8, 10, ו 11.25 (x2) הושג לכל טמפרטורת תגובה על מנת להשיג מגוון רחב של מרה.

2. זינה והכנת Catalyst

  1. קבל HGO ידי זיקוק מחוץ -343 ° C חלק (על ידי ספינינג הלהקה) של נפט גולמי סינתטי (SCO).
  2. לרכוש שמן קנולה אכיל כיתה מחנות אוכל מקומית, ולהשתמש ללא טיפול נוסף.
  3. הכן תערובת קנולה 15 נ% על ידי ערבוב 79.645 גרם של HGO (0.9370 גרם / מ"ל ​​צפיפות) עם שמן קנולה 13.7535 גרם (0.9169 גרם / מ"ל ​​צפיפות).
  4. מסך זרז שיווי המשקל באמצעות מסננת רשת 60 טיילר (250 מיקרומטר פתיחה), ואחריו הקרנה שנייה עם מסננת רשת 400 טיילר (38 מיקרומטר פתיחה).
  5. תתכלה החלקיקים על-גודל (38-250 מיקרומטר) ב 600 מעלות צלזיוס למשך 4 שעות, ולאחר מכן לטעון אותם לתוך tהוא שש מינן יחידת התגובה האוטומטית.

3. נוהל בדיקה

  1. הכנת המערכת
    1. הכנת תכנית
      1. באמצעות התוכנה שולט יחידת התגובה, פתח את חלון תנאים לרוץ.
      2. הקלד את זיהויים של להאכיל זרז, הלחץ הברומטרי, הפעם זריקה, ואת נקודות להגדיר טמפרטורה עבור מערכת הזנה, הכור, את קו המוצרים, נוזל קירור, ואת ממיר CO קטליטי בכל שלב של תקופת ריצה .
    2. הכנת Catalyst
      1. עבור כל הופר זכוכית זרז מעל צינורות התהליך, להסיר את המכסה ולחייב 9 גרם של זרז על-גודל שרופים לתוך הופר. צרף O-Ring לחלק העליון של הופר מחדש מהדק המכסה שלה.
    3. כיול דרג Feed
      1. הגדר את הזנת משאבת שמן כדי לספק הזנה בקצב הזרקת עדכון קבוע (1.2 גר '/ דק') עבור כל ריצות הפיצוח.
      2. ניתקתי את oil קו הזנה מתחת שסתום טיהור (KV-114) 16 ולצרף צינור זמני קצר אל החלק התחתון של השסתום למסירה שמן לתוך מבחנה tared.
      3. מחממים את חומרי זינה 85 ° C כדי לאפשר את תערובת HGO לזרום בקלות פנימה והחוצה של המזרק לאורך קו ההזנה.
      4. הגדר את זמן הזרקה לכיול המשאבה לאותו ערך לזה של הסיבוב הראשון בסדרה (הגדרת ברירת המחדל).
      5. טרת מבחנה, ולמקם אותו על הפריקה של הצינורות הזמניים הקצרים. הפעל את תכנית המשתמש "PUMPCAL" מראש 17 בתוכנת יחידת תגובה.
      6. לאחר שתכנית PUMPCAL תושלם, להסיר ולשקול את המבחנה המכילה את ההזנה. מחלק את המסה של הזנה נמסרה לתוך הכוס עד ההזרקה להשיג השיעור להאכיל.
      7. כוונו את מהירות המשאבה גבוה או נמוך (באמצעות חיוג שלוש ספרות על המשאבה) וחזרו על צעדים 3.1.3.5 כדי 3.1.3.6 עד שיעור להאכיל הרצויה מושגת.
      8. הסר אתצינור וקצר זמני מחדש לחבר את קו ההזנה.
    4. כיול של GC לניתוח גז
      הערה: שלב זה הוא הכרחי אם GC לניתוח גז יימצא מחוץ כיול, אשר ניתן להסיק בדיקות התייחסות, במגמת נתונים, ואיזון חומר. הניסיון מלמד, כי כיול GC-אפשר לסמוך על במשך תקופה ארוכה.
      1. חבר גליל לסטנדרטי גז זיקוק multicomponent המסחריים שסתום היד 16 (HV-190).
      2. טען שיטה בתוכנת GC שמסוגלת משחררים ומפריד כל הפסגות בתקן גז זיקוק. השתמש פרמטרי שיטת GC בטבלת 1.
      3. שימוש בתוכנת GC, לבצע ריצת ניתוח של תקן גז הזיקוק.
      4. פתח את הכרומתוגרמה התקן גז הזיקוק ולשלב את פסגות הכרומתוגרמה.
      5. זהה את פסגות הכרומתוגרמה, להבטיח כי כל הרכיבים של calibגז מנה נמצא. מחק את כל פסגות שנמצאות אך לא ניתן לייחס את הרכיבים בתקן.
      6. בהתבסס על טווחי זמן שמירה, גוש ותרכובות פרד משחרר לאחר C 5 לתוך C 6 + 1, C 6 + 2, C 6 + 3, ו- C 6 + 4 קבוצות. בשיטה זו, גוש איזומרים pentene לקבוצה אולפינים אחד C 5.
      7. שימוש בתוכנת GC, להקצות ערכי ריכוז שיא כל משולב מהתקן הגז, תחת פונקצית הכיול.
      8. שמור את הכיול לתוך קובץ השיטה, לשימוש לשם קביעת הריכוזים של פסגות בריצות בדיקה שלאחר מכן. ניתק את תקן הגז המסחרי.
    5. כיול Analyzer 2 CO
      1. באמצעות התוכנה יחידת תגובה, להחליף את השסתום (KV-170) 16 למצב מאפשר הגז אפס (חנקן) לזרום אל מנתח גז IR. התאם את הזרימה על ידי סיבוב ידית בשיתוף עם val בקרת זרימהve (FCV-107) 16, במידת הצורך, כדי לקבל כ -250 SCCM על מחוון הזרימה (FI-107) 16.
      2. אפס הנתח באמצעות בורג התאמה אפס בלוח הקדמי של הנתח בעזרת מברג שטוח להב.
      3. החלף את שסתום יד (HV-107) 16 לספק את CO 2 (% שומה 19.8) גז רגיל הנתח. התאם את השסתום הידני (MV-107) 16 כדי להשיג זרימה של כ 250 SCCM על מחוון הזרימה (FI-107).
      4. התאם הנתח לקרוא כדי להתאים את הריכוז (% שומה 19.8) של גז span הרגיל באמצעות בורג SPAN בלוח הקדמי.
      5. נתק את הגז span ולהחזיר את שסתום יד (HV-107) למצב RUN.
    6. הכנת מקלט מוצרים הנוזלי
      הערה: מקלט כל מורכב קבל בקבוקון GC מחובר לחלק התחתון של הקבל על ידי קטע קצר של צינורות סיליקון.
      1. ברצף להקצות מספרי אל קונדהnsers בקבוקוני GC.
      2. מניח תוסף קטן של צמר זכוכית בתוך החלק העליון של כל זרוע לשקע מקלט כפי שמוצג באיור 2.
      3. שמור את השפופרת זקופה עם קצת תמיכה בכוס או בבקבוק בגודל מתאים. לשקול כל לכונס הנכסים איזון אנליטית את החלון העליון של שמכוסה על ידי עטוף במעטה פלסטיק מעוקב כדי להבטיח סביבה טיוטת חינם (איור 3).
      4. רשום את המסה היבשה (W לפני) של המקלט המוכן יחד עם פקקים שכותרתו.
      5. להתקין ולחבר את השפופרת שקלה לקו המוצרים (איור 4).
    7. הכנת Reactor
      1. להתקין קו הזנת שמן בכור באורך המאפשר לגובה מזרק 1.125 אינץ.
      2. מקום מסנן ביציאה של הכור כדי למנוע אבק זרז מלהיכנס קו המוצרים, שינוי המסנן לאחר 50-100 ריצות.
      3. בצע מבחן לחץ על b כור המערכהy הפעיל תכנית PTEST1 17 לאחר כיול משאבת ההזנה והתקנה של המקלטים. סגור את אוורור הגז לחצים על מערכת הכור עם חנקן 150 מ"מ כספי, ואחריו בידוד של המערכת.
      4. שים את הלחץ לקרוא לכמה דקות על מנת להבטיח את הירידה בלחץ הוא לא יותר מ 0.4 מ"מ כספי לדקה המציין כי אין דליפות נוכחות. אם נפילת לחץ של יותר מ -0.4 מ"מ כספי לדקה הוא ציין, לבצע בדיקת דליפה פי הוראות היצרן, ולתקן כל הדלפות בהתאם.
לדוגמא כניסת T 90 ° C לחץ בטווח הודעה 30 psi
Injector T 90 ° C איזון לחץ 10 שניות
זמן ריצה 300 שניות גלאים מוליכות תרמית
לחץ טור 30 psi נתוני רכישה בשיעור 50 הרץ
ערוץ A ערוץ B ערוץ C ערוץ D
טרום טור PLOT-U; 30 מיקרומטר × 320 מיקרומטר × 3 מ ' PLOT-Q; 10 מיקרומטר × 320 מיקרומטר × 1 מ ' אלומינה; 3 מיקרומטר × 320 מיקרומטר × 1 מ ' -
טור Molsieve; 12 מיקרומטר × 320 מיקרומטר × 10 מ ' PLOT-U; 30 מיקרומטר × 320 מיקרומטר × 8 מ ' אלומינה; 8 מיקרומטר × 320 מיקרומטר × 10 מ ' OV1; 2 מיקרומטר × 150 מיקרומטר × 10 מ '
גז מוביל אַרגוֹן הֶלִיוּם הֶלִיוּם הֶלִיוּם
מצב מפרצון backflush backflush backflush נפח קבוע
טור T 100 ° C 90 ° C 130 ° C 90 ° C
זמן הזרקה 30 msec 120 msec 0 msec 100 msec
זמן backflush 12.5 שניות 5.0 שניות 5.5 שניות -

טבלה 1: פרמטרים השיטה GC לניתוח של גז המיוצר על ידי LTU.

איור 2
איור 2: ויאל מצורף קבל. תמונה המראה את המיקום של תקע צמר זכוכית ואת דבקותו של בקבוקון GC אל המעבה עם צינורות סיליקון. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 3
איור 3:.. שקילה של מקלט מוצר כיסוי פלסטיק עבור היתרה לשקול את שפופרת המוצר הנוזלית הארוכה, אשר עשוי להישאר מחוץ לחלון העליון אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 4
איור 4:. מצורף מקלט נוזל תמונה מראה את הקובץ המצורף של מקלטי נוזלי לקו המוצרים.המודעה / 54,390 / 54390fig4large.jpg "target =" _ blank "> לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

  1. בהתאם למערכת ההפעלה ב Auto Mode
    1. במסך SETUP LTU, קלט את המידע הרלוונטי לצורך הניסוי: מספר לרוץ, להאכיל שם, זרז זיהוי, בלחץ אטמוספרי, נקודות להגדיר לעור וטמפרטורות הכור פנימיים הן התחדשות פיצוח זרז, וזמן הזרקת שמן. השמט את הצעד הזה אם מידע מלא נכלל בסעיף 3.1.1.
    2. מניח את המערכת למצב מנוהל על ידי לחיצה על הכפתור "Run" על מסך זרימת תהליך. זה יוזם את רצף הבדיקה 17, אשר כולל את השלבים במצב אוטומטי כדי לתארו דיון.
  2. ללא Auto Mode בהתאם למערכת ההפעלה
    1. שימוש במחשב המחובר GC, לשלב את הפסגות ולעבד את הנתונים באמצעות הכיול הוקם. הזן את הנתונים GC הסופי לתוכנית LTU דרך המחשב LTU.
  3. הודעה וברח מבצע
    1. קביעת מסה של מוצר נוזלי
      1. לאחר הסרת המהדק, להטות את השפופרת לאסוף כל טיפות מוצר נוזליות על קצה המתכת המשופעת מתחת שסתום המוצר.
      2. מייד לאטום את המקלט עם פקקי גומי שהכותרת ובזהירות להסיר אותו מהאמבטיה. יש לשטוף את אתילן גליקול מהאמבטיה עם מים קרים ומייבשים מבחוץ עם מגבת נייר.
      3. מניחים את השפופרת מוצר נוזלי על מדף בטמפרטורת החדר למשך 20 דקות, המאפשר לכל מוצר קפוא להפשיר ולהפעיל לתוך בקבוקון GC בתחתית המקלט.
      4. אסוף את העיכוב נוזל סביב המפרק המתכת עבור המקלט עם ספוגית צמר גפן tared. מהי מסת העיכוב הנוזלי (ספוגית W) ולהקליט.
      5. פתח את מקלט המוצר הנוזלי לאווירה במנדף פרק להשוואה לחצים על ידי הסרת הפקק לרגע על לשקע העליון של כונס הנכסים.
      6. לָשִׂיםאת הפקק חזרה על ולקבל מסת המקלט (W אחרי). הסר את בקבוקון GC מן הקבל. שווי ולאחסן את המדגם המוצר במקרר ב 4 מעלות צלזיוס לצורך ניתוח מאוחר יותר.
      7. אם טיפת מים מופיעה בתחתית בקבוקון GC כמו במקרה של פיצוח שמן קנולה, להשתמש במזרק נקי להעביר כמה שיותר מוצר שמן ללא מים כדי בקבוקון אחר ככל האפשר וכובע אותו מייד.
      8. יש לשטוף את הקירות הפנימיים של קבל המקלט ביסודיות עם איכות קטנה של מתנול לאסוף את כל כביסת מתנול לתוך בקבוקון GC המקורי המכיל את אגל המים. כיסוי או הבקבוקון ולקבל את המסה של החלק הפנימי הנוזלי לשימוש נחישות מים.
    2. ניתוח של מוצר נוזלי לזיקוק סימולציה
      1. שימוש D2887 ASTM שיטת מבחן סטנדרטי 18, לקבוע את אחוז המוני של המוצר נוזל ללא מים רותחים בטווחים של בנזין (IBP-221 ° C), שמן מחזור אור (LCO, 221-343 מעלות צלזיוס), ו- h שמן מחזור eavy (HCO, 343 ° C-FBP).
    3. ניתוח של מוצרי מים
      1. שיטת בדיקה סטנדרטית באמצעות ASTM D4377 19, לקבוע את תכולת המים (W H2O) של לשטוף מתנול בשילוב עם טיפת המים בבקבוקון.
  4. חישובים
    1. המוני של מוצרי גזיות
      1. חשב את הנפח הכולל של המוצר גזי דרך היקף המים שנדחו על פי הנוסחה:

        Equation1

        כאשר V גז הוא נפח (מ"ל) של גז שנאספו בתנאים סטנדרטיים (0 K ו- 101.3 kPa), מים V הוא נפח (מ"ל) של המים שנדחו במהלך הבדיקה, T היא הטמפרטורה גז (° C) ו- P הוא לחץ הגז ( kPa).
      2. לחשב את המסה של כל רכיב גז באמצעות:

        jpg "/>

        איפה אני W הוא מסה (ז) אני ה מוצר גזים, N i הוא mol% של i ה מרכיב הגז, ו- M i הוא משקל מולקולרי של i ה מוצר גזים. המשקל המולקולרי של גוש פתורים C 5 + ההנחה היא להיות 86.
      3. חשבתי את המסה הכוללת של מוצר גזים כמו:

        Equation3

        הגז שבו W הוא המסה הכוללת של מוצר גזים, ואני W הוא המסה של i ה מוצר גזים כפי שחושב 3.5.1.2.
    2. המוני של מוצרים נוזליים
      1. חשב את המסה הכוללת של מוצר נוזלי עם:

        W liq = W אחרי - W לפני ספוגית + W

        שם W liq הוא מסה (ז) של המוצר הנוזלי, W אחרי הוא מסה (ז)של מקלט המוצר הנוזלי לאחר תגובה, W לפני הוא מסה (ז) של מקלט המוצר הנוזלי לפני התגובה, ספוגית W היא מסה (ז) של השוד הנוזלי שנאסף על המקלון.
    3. Mass קולה
      1. חשב את המסה הכוללת של קוקאין נגזר LTU באמצעות:

        קוקאין W = פחמן W × 1.0695

        איפה קוק W היא מסה (ז) של קוק, פחמן W הוא מסה (ז) של פחמן, 1.0695 הוא הגורם פחמן-אל-קוק.
    4. Mass יתרה (Recovery)
      1. חשב את מאזן מסה באמצעות

        R = (W גז + W liq + W קוקאין) ÷ להאכיל W × 100

        כאשר R הוא התאוששות (מסה% של מזון) ולהאכיל W הוא מסה (ז) של ההזנה השמנה. R צריך להיות בטווח של 96 עד 102%. אם לא, לדחות את הבדיקה כפי משביע רצון.
    5. תשואות וגיור Unnormalized
      הערה: חישוב כל התשואה המוצר (feed% מסה) על פי הנוסחאות המפורטות להלן.
      1. חישוב גז יבש (H 2 -C 2 's, CO, CO 2)

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

        היכן Y DG הוא תשואה unnormalized (feed% מסה) של גז יבש, W H2 הוא מסה (ז) של H 2, W C1 הוא מסה (ז) של גז C 1 (מתאן), W C2 היא מסה (ז) הגז C 2 (אתאן אתילן), W CO הוא מסה (ז) של CO, CO2 W הוא מסה (ז) של CO2. שימו לב תיקון עבור דקות כמות ה- CO 2 מומס במים אינו הכרחי.
      2. לחשב גז פחמימני מעובה (גפ"מ)

        Y גפ"מ = (W C4) ÷ W להאכיל × 100

        היכן Y גפ"מ הוא תשואה unnormalized (feed המונית%) של המוצר גפ"מ, W C3 הוא מסה (ז) של גז C 3 (פרופן פרופילן), ו- W C4 היא מסה (ז) של גז C 4 (בוטאן ו 1,3-סטירן butenes כולל).
      3. חישוב בנזין

        Y GLN = [X GLN × (W liq - W H2O - W ספוגית) + W C5 +] ÷ W להאכיל × 100

        היכן Y GLN הוא תשואה unnormalized (feed% מסה) של בנזין, X GLN (מתקבל על ידי זיקוק מדומה) היא חלק המוני של בנזין במוצר נוזלי ללא מים, W H2O הוא מסה (ז) של מים במוצר נוזלי, אם בכלל, ו- W C5 + הוא מסה (ז) 5 C + המוצר בשלב גז (C 6 פתורים </ sub> בתוספת C 6 + גוש).
      4. חישוב שמן מחזור אור (LCO)

        Y LCO = [X LCO × (W liq - W H2O - W ספוגית)] ÷ W להאכיל × 100

        היכן Y LCO הוא תשואה unnormalized (% מסה של feed) של המוצר LCO ו- X LCO (מתקבל על ידי זיקוק מדומה) היא חלק המוני של LCO במוצר נוזלי ללא מים.
      5. חישוב שמן מחזור כבד (HCO)

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

        היכן Y HCO הוא תשואה unnormalized (feed% מסה) של HCO ו- X HCO (מתקבל על ידי זיקוק מדומה) היא חלק המוני של HCO במוצר נוזלי ללא מים.
      6. חישוב קולה

        Y קוקאין ÷ W להאכיל × 100

        איפה קוק Y הוא תשואת unnormalized (feed% מסה) של קוק.
      7. מי חישוב

        Y H2O = W H2O ÷ W להאכיל × 100

        היכן Y H2O הוא תשואה unnormalized (feed% מסה) של מים.
      8. חישוב המרה

        Unnorm CON = 100 - LCO Y - Y HCO

        שם CON unnorm הוא המרה unnormalized (feed% מסה).
    6. תשואות וגיור מנורמלים

      Y 0 i = Y i ÷ R × 100

      איפה אני Y 0 היא תשואה מנורמלת (feed% מסה) של i ה המוצר.

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

      איפה נורמת CON הוא המרה מנורמלת (feed% מסה).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

פרוטוקול הוקמה כבר מיושם בהצלחה תערובת שמן של יחס נפח 15:85 (כלומר, 14.73: 85.27 יחס מסה) בין שמן קנולה ועוד 20 SCO הנגזרות HGO. מסיבות מעשיות (עלות, זמין של שמן קנולה, ואתגרים אפשריים הפעלה מסחרית), המחקר התמקד זינה המכילה 15 בנוסף שמן קנולה נ%, אם כי הזנות עם ריכוזים גבוהים יותר נשפטו גם. השילוב היה סדוק קטליטית ב 490-530 מעלות צלזיוס, 8.0 שעות -1 WHSV עם משתנים זרז / יחסי שמן (ברצף 11.25, 10, 8, 6, 4, ו 11.25). לשם השוואה, שמן הבסיס (הטהור HGO) נסדק גם באותם תנאים. טבלה 2 מציגה את נתוני המרות ואת תשואה ואשר נדונו בפירוט 20 בעבר. להבקיע את התערובת, בהנחה שאין הפרעות בין שני המרכיבים, התשואות לכאורה שנתרמו על ידי כל אחד מהם יכולות להיות מחושבותאריתמטית. טבלה 2 מדגים איכותית כי, על פיצוח, שמן קנולה בתערובת תורמת משמעותית לתשואות של דלק ביולוגי (למשל, בנזין וסולר) ביוכימיים (למשל, פרופאן, פרופילן, i-בוטאן, ו butylenes ב גפ"מ). בעקבות ההנחה לעיל, תשואות HCO המחושבות השליליות שנתרמו על ידי שמן קנולה (15 נ% בתערובת) למעשה לגרום מהתערבות בין שני המרכיבים במהלך פיצוח 20.

<td> 3.35 <td> 0.00 <td> 0.59
התשואות בפועל של בסיס שמן (HGO)
טמפרטורה, ° C 490 510 530
Catalyst-אל-שמן, 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
מרה,% מסה 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
שחזור,% מסה 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
תשואות% מסה:
גז יבש 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
גפ"מ 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
בֶּנזִין 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
סה"כ 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100
התשואות בפועל של תערובות (15 נ% שמן קנולה ב HGO)
טמפרטורה, ° C 490 510 530
Catalyst-אל-שמן, 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
מרה,% מסה 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 73.81
שחזור,% מסה 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
תשואות% מסה:
גז יבש 1.47 1.68 1.86 1.92 2.04 2.00 1.96 2.18 2.32 2.41 2.55 2.53 2.54 2.77 2.94 3.04 3.21
גפ"מ 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
בֶּנזִין 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
קוֹקָה קוֹלָה 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 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
סה"כ 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100
תשואות חושב (% מסה) נתרמו על ידי 85 נ% (% מסה 85.27) HGO ב Blend
גז יבש 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
גפ"מ 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
בֶּנזִין 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
קוֹקָה קוֹלָה 2.79 3.62 4.46 5.31 5.84 5.69 2.96 3.85 4.71 5.53 6.15 5.93 3.06 4.30 5.14 6.00 5.88 5.90
H 2 O 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
סה"כ 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
תשואות חושב (% מסה) נתרמו על ידי 15 נ% (14.73% מסה) שמן קנולה ב Blend
גז יבש 0.39 0.41 0.46 0.46 0.50 0.47 0.49 0.55 0.56 0.56 0.62 0.62 0.55 0.55 0.57 0.80 0.66
גפ"מ 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
בֶּנזִין 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 1.69 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
קוֹקָה קוֹלָה 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
סה"כ 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
שחזור,% מסה
ממוצע 99.35
סטיית תקן 0.31

טבלה 2: הופעות FCC של שמן בסיס ואת התערובת ואת המרות לכאורה ותשואות מוצר של רכיבי התערובת.ble_2_Final.xlsx "> אנא לחץ כאן כדי להוריד את הטבלה כמו גיליון אלקטרוני של Microsoft Excel.

הנוכחות של מים ו- CO פלוס CO 2 (כלולה גז יבש) כמוצרים סדוקים מהתערובת אך לא מן HGO לבד (טבלה 2) היא אינדיקציה ישירה כי שמן קנולה בתערובת משתתף בתגובות. מים מופק על ידי שילוב של מימן וחמצן CO ו- CO 2 משתחררים decarbonylation ו decarboxylation של חומצות שומן בשמן קנולה, בהתאמה.

ראיה נוספת פיצוח של שמן קנולה בתערובת מוצגת באיור 5, אשר מראה את ההשפעה של פרמטרי תהליך על תשואות H 2 ו- CO. תצפיות מראות כי כל התשואות אינן רגישות במיוחד לשינויי יחס C / O עבור הזנה בטמפרטורת נתונה. עם זאת, עבור הזנה לפי יחס C / O נתון, הן H 2 ו- CO yiel ds להגדיל עם הגדלת הטמפרטורה, המהווה את הכוח המניע פיצוח (הערה: אין CO מ HGO בכל טמפרטורה). השוואת שתי ההזנות, התערובת נותנת תשואות CO גבוהות אך תשואות H 2 נמוכות יותר מאשר שמן הבסיס באותו החומרה מבחינת יחס C / O והטמפרטורה. התצפית האחרונה היא המיוחס היווצרות מים ממימן וחמצן במהלך פיצוח של תערובת.

איור 5
איור 5: וריאציות של H 2 ותשואות CO עם פרמטרי תהליך-שחור קוד צבע עבור 490 ° C, ורוד עבור 510 ° C, כחולות 530 מעלות צלזיוס;. קווים-H מוצקים דקים 2 תשואה של שמן בסיס, קווים-H מוצקים בעובי 2 תשואה של תערובת; קווים-CO מקווקוים עבים תשואה של תערובת; אין CO זוהה עבור שמן בסיס (0 המונית% CO תשואה של שמן בסיס בשלוש טמפרטורות).קבצים / ftp_upload / 54,390 / 54390fig5large.jpg "target =" _ blank "> לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

עוד תצפית מעניינת עם שמן קנולה מתוארת באיור 6, אשר מציג את פרופילי טמפרטורת הכור במהלך מבצע. לפני ההזרקה של באר נפט, הכור הוא בטמפרטורה נומינלית של 530 מעלות צלזיוס. לאחר ההזרקה, הטמפרטורה בכור טיפות (עקב חימום, אידוי, וסדקים של שמן) והגיע למינימום (צריכת חום הוא באיזון עם קלט חום ממערכת בקרת פעם הטמפרטורה יורדת גבול מסוים) וכן עולה ומתקרבת טמפרטורה ראשונית. ככזה, מותר להשתמש טמפרטורת המינימום כמדד החום הנדרש בתהליך הכולל. עבור הזנת נתונה, טמפרטורת המינימום תלויה בכמות של שמן הזריק או יחס C / O מאז משקל זרז נשארת קבוע. כתוצאה מגדילה יחס C / O, ד ירידה בטמפרטורהecreases מאז שמן פחות מוזרק. השוואת שני הזנות, תערובת בעקביות מפגין ירידה קטנה בכ -1.5 מעלות צלזיוס ביחס C / O נתון עקב שחרור החום מן H 2 תגובה אקסותרמית (g) + ½ O 2 (g) → H 2 O ( ז) (-241.8 kJ / mol של 25 מעלות צלזיוס) 21. תופעות דומות נצפו גם בטמפרטורת התגובה השתיים האחרת.

איור 6
איור 6: טמפרטורת Reactor טיפות לפני ואחרי הזרקת ההזנה ב 530 ° C (נומינלי) קוד צבע - שחור עבור שמן בסיס, ורוד עבור תערובת;. קווים דקים - לפני הזריקה להאכיל; קווים עבים -. לאחר הזרקה להאכיל אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

הפרוטוקול המתואר כאן מנצל פעולה מחזורית של כור יחיד המכיל קבוצה של חלקיקי הזרז מרחף לדמות שמן הזנה והתחדשות זרז פיצוח. השמן כדי להיות מפוצץ הוא שחומם מראש ואכילה מלמעלה דרך צינור מזרק עם קצו הקרוב לתחתית של מיטת הנוזלים. האדים שנוצרו לאחר פיצוח קטליטי הוא מרוכזים ונאספים כונס נכסים, ואת המוצר הנוזל הנגבים מנותחים לזיקוק מדומה כדי לקבוע תשואות של שברים בטווחי רתיחה שונים. המוצר גזי noncondensable נשלחת כרומטוגרפיה גזית on-line ניתוח כדי לקבוע תשואות של גז יבש גז פחמימני מעובה. היקף מוצר הגזים נמדד לפי שיטת תזוזה במים. לאחר הזרז מתאים הפשטת זמן, הקוק שהופקד על הזרז נקבע באתרו על ידי שריפת הזרז המנוטרל באוויר בטמפרטורות גבוהות (בדרך כלל מעל 700 מעלות צלזיוס).רמות של 2 CO נמדדות כמותית באמצעות תא IR ו מומרות תשואת קוק. כל המים יצרו הוא התאושש והוא נקבע לפי טיטרציה קארל פישר. ההתאוששות הכוללת (מאזן מסה) של ההזנה צריכה להיות בטווח של 96 עד 102% לפני הנורמליזציה של כל תשואת מוצר.

אחד יתרונות נוהל זה הוא השימוש של הרצף האוטומטי שבצע LTU במהלך תהליך התגובה. לאחר שיזם את רצף הבדיקה בשלב 3.2.2, המערכת מתחילה עם יחול מערכת שבמהלכו LTU משתמשת התנאים המוגדרים מראש מתוכנת לפני הריצה. אם יש בילה זרז שנותר הכור מהפעלות קודמות, מוזרם לתוך הכלי פסולת, זרז טרי מן הופר המצוין טעון לתוך הכור. לאחר מכן, המערכת ממתינה באורך מספיק זמן כדי לאפשר את הטמפרטורה של הכור, קו הזנה, מזרק, בקבוק הזנה לייצב בתוך 5 מעלות צלזיוס הנקודות שלהם הסט. המזרק הוא fi אזמלא בקצב הזנה של 1.2 גר '/ דק' במשך 20 שניות (המקביל ל פעמי רפש), בתוספת זמן הזרקה, ואת קו המוצרים מטוהר עם N 2. לאחר מכן, המערכת ממתינה שוב, עד טמפרטורות פנימיות העור הכור נמצאים במרחק של 2 מעלות צלזיוס הנקודות שלהם סט, ואת טמפרטורת נוזל הקירור נמצא במרחק של 3 מעלות צלזיוס של נקודת סט. לבסוף, זרימת N 2 אל מנתח גז IR מותנעת, המערכת מקליטה את המסה הראשונית על הסולם המשמש לשקול מים שנדחו והלחץ של הגז הראשוני של המוצר (שאמור להיות אפס).

בעקבות תחול, משאבת המזרק מוגדרת בתנועה ולהאכיל המוסטת ראשונה בחזרה את הבקבוק להאכיל במשך 10 שניות (זמן רפש הראשון) ואחריו הזרקה הזנה לתוך הכור למשך זמן מוגדר מראש לאחר מעבר הלוך שסתום המשולש לקראת משאבת מזרק. עם השלמת זריקה, להאכיל מוטה ובחזרה אל הבקבוק להאכיל עוד 10 שניות (זמן רפש שני). בסוף ההזרקה להאכיל, ספירה להתחילעבור שניהם זמן רצועת נוזלי זמן רצועת זרז. הראשון נבחר 7 (מכפיל רצועת נוזלי) פעמים את זמן ההזרקה להאכיל בזמן האחרון שווה זמן רצועה נוזלי פחות 10 שניות עם sec 360 המקסימום. תזרים המוצר נשלח אל ספינת אוסף גז דרך מקלטי נוזלי שבו מוצרים עתיר רתיחה מרוכזות.

התחדשות Catalyst מתחילה עם מתגים שסתומים בסוף מחזור הפשטת הזרז. זרימת האוויר מתחילה וטמפרטורת הכור מועלה ~ 715 ° C. ריכוז CO 2 מנוטר באופן רציף על ידי מנתח IR הגז עד שהוא מתחת 0.3%. האוויר כבוי ואת זרימת N 2 לכור נוצרה מחדש בסוף ההתחדשות. הקריאה בקנה המידה (המסה של מים שנדחו) נרשמה יחד עם לחץ וטמפרטורה של גז כלי אוסף ואחריו ערבוב גז והתחממות (ל ~ 30 ° C). בשלב זה, את השפופרת הנוזלית בטווח ניתן להסיר באופן ידני מןמערכת לטיפול שלאחר מכן אם תרצה בכך. השורה בין כלי גביית GC מטוהרת עם גז מוצר, ואת הלולאה מלאה לניתוח GC שלאחר מכן. מצנן את הכור עד בטמפרטורות העור הן 50 מעלות צלזיוס מתחת נקודות להגדיר תגובתם ולשמור את כל הנתונים עבור בטווח הושלם. תחזיר את מכשיר הצעד הראשון של סדרת הבדיקה לריצה חדשה, או לפרוק את הזרז בילה לכלי שיט הבזבוז אם זה בטווח האחרון.

הפרוטוקול הוקם מוכיח מוצלח בייצור של דלקים לתחבורה משמן קנולה תערובת. יתרות חומר טובות (החלמת מסה) מתקבלות במחקר זה עם ממוצע של 99.35% וסטיית תקן של 0.31% מ -18 ריצות LTU (טבלה 2). הגיורים והתשואות מהפעלות עותקים ב יחס 11.25 C / O עבור כל עדכון בטמפרטורה נתונה הם די לשחזור (טבלה 2). כמה תופעות FCC אופייניות ומאפייני פיצוח דיווחו לעתים קרובות לייטrature נצפה גם במחקר זה: (1) רעלת Catalyst ידי חנקן הבסיסי להאכיל 22-24, בלטה במיוחד עבור HGO בטמפרטורות נמוכות (490 ° C בעבודה זו). ההשפעה יכולה להיות מופחתת בטמפרטורות גבוהות או יחסי C / O; (2) זמין או תשישות של רכיבים סָדִיק בהזנה לבין המוצר נוזלי. אלה בהזנה בדרך כלל נקראים "מבשרי בנזין", מוגדר כסכום של מרווה ואת monoaromatics 20,25-28; (3) הנגשת אתרי חומצת זרז למולקולות; למשל, פירוק שלם של מולקולות הטריגליצרידים מגושמות ב 490 ° C תוך חומצות השומן ליניארי השבורות אינו מסוגלים להבקיע זרז נקבובי בקלות להיות מפוצץ 6; (4) oligomerization של אולפינים 29 מחומצות שומן כדי ליצור ארומטיים קוק; (5) isomerization שלד המועדף של אולפינים ליצירת תרכובות קנים 23,29.

הפרוטוקול מבוסס במידה רבה על הוראות ההפעלה LTU. הנהליםבמדריך חייב להיות מלווה בקפדנות, למעט כאמור. צעדים קריטיים בתוך הפרוטוקול כוללים הכנת זרז שיווי משקל (חייב להיות על-גודל וקולה-חינם); כנת כור (באמצעות קו הזנה כי תשואות לגובה מזרק קבוע, או 1.125 או 2.125 אינץ '); כיול מנתח CO 2; הכנה (כיול שיעור feed) המזרק ומקלט מוצר נוזלי (במשקל המקלט הנוזלי הארוך בסביבת טיוטת-חופשית; שמירה על טמפרטורת קירור -12 ל -15 ° C טווח); מבחן לחץ במערכת (כדי להבטיח סביבת דליפה-חינם); בחירות זמן רצועת הזרז מתאים מכפיל רצועת נוזלי; מנתח של גזים (ניתוח גז זיקוק) לבין מוצר נוזלי (זיקוק מדומה על ידי ASTM D2887 18); הקצאות של משקל מולקולרי 86 (לעומת 89 מ ASTM D7964-14 30) עבור C + 5 גוש פתור, פחמן-אל-קוקאין גורם 1.0695 (לעומת 1.083 מ D7964 ASTM, המניחה כי שומה של מימן אחד קשורה with שומה של פחמן אחד קוקאין).

שינוי אחד בפרוטוקול שחורג LTU הפעלת D7964-14 הידנית ו ASTM 30 הוא כי בשלב הסופי של שקילת המקלט הנוזלי, את הפקק מוסר במהירות ומחזיר את המקלט כדי להשוות את הלחץ לפני השקילה. זה מאפשר שחרור של עודף N 2, אשר נלכד על טמפרטורת נוזל הקירור. עם זאת, היא עשויה גם לסכן את הסיכוי לאבד כמה מוצר גזים. באופן תיאורטי, צעד זה עשוי להפחית את מאזן המסה על ידי 2.71% מסה לריצה לפי יחס C / O של 10 במחקרנו, בהנחת 149 מיליליטר N 2 המקלט הנוזלי הוא לכוד והרחבה מ -15 עד 25 מעלות צלזיוס ב 93.5 kPa (701 מ"מ כספית) בלחץ אטמוספרי. התוצאה מסכימה עם ערכים ניסיוניים (לעומת ירידות מאזן מסה על ידי 3.10 ו 3.22% מסה לריצות ב יחס C / O של 10).

פרוטוקול זה גם הוארך עד תערובות המכילות 50 ו 100 שמן קנולה נ% ב HGO. ריכוז השמן לפתית גבוהה נראה להזיק למערכת, הדורש ביצוע שינויים תכופים יותר של ההזרקה מהרגיל, במיוחד כאשר שמן קנולה טהור סדוק. בריכוזים נמוכים כמו זה המתואר בעבודה זו, עכירות לא עלה.

בנוסף, LTU לא ניתן ליישם ביומסה שמן פירוליזה המכיל מים לתחליב, אשר יכול להתאדות בטמפרטורות גבוהות לפרקי זמן ארוכים. במקרה זה, יחידת המבחן חלופית 31 עם מזרק בחינם אבל attachable למסור את ההזנה היא אופציה 12. כמו כן, LTU לא יכול לקבוע תשואת H 2 S כמותית בשל שיטת תזוזה במים משמשת לאיסוף מוצרי גז מתוכם H 2 S נמס חלקית במים. יחידת המבחן החלופית השונה כדי להתאים gasometer מורכב משני לתאי גזים (עם בוכנות בפנים) בסדרה נמצאה משביע רצון עבור יישום זה 22,23.

> הפרוטוקול גם מועסק HGOs משמנים מפצלים עשירי פרפין מפצלי שמן ושמנים חזקים אור (LTO) המיוצרים על ידי טכנולוגיית שבירה הידראולית. עבור חלק הריצות באמצעות אמר LTU, תוצאות הזיקוק מדומה להראות כמויות משמעותיות של גזים מומסים בתוך המוצרים הנוזליים בשל אופי השעווה של הזנות, וכתוצאה מכך תשואות בנזין בהערכה ומרות. לכן מומלץ לפצח את פרפין הזנה ביחידת המבחן החלופי שהוזכרה לעיל, הכוללת צעד degassing לאחר העיבוי של מוצר נוזל המקלט 31. יחידת המבחן חלופי אמרה נעשתה שימוש נרחב כדי לאפיין ביצועים של זרזי FCC בשל הפשטות היחסית שלה, גמישות, גמישות ועלות נמוכה. במהלך השנים, את שיטת הבדיקה המעורבת הורחבה לספק מידע נוסף כגון selectivities המוצר ואיכויות, ואת משתנת ההפעלה ואפקטי זינה 32. עם אמצעי זהירות נאותה על בterpretation, תוצאות הבדיקה ניתן להשתמש כדי להעריך את ביצועי המפעל המסחרי 33.

ראוי לציין, כי ליקויים מבצעיים לעיל באמצעות LTU נוגעות הדגם המסוים הקיים שלנו. ככל שהטכנולוגיה מתפתחת, מוצרים חדשים עשויים להתגבר על הבעיות שנדונו לעיל.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

החוקרים מצהירים כי אין להם אינטרסים כלכליים מתחרים.

Acknowledgments

המחברים מבקשים להודות במעבדה האנליטית של המרכז הטכנולוגי CanmetENERGY לתמיכה הטכנית שלה, ואת Suncor Energy Inc. לאספקת הנפט הגולמי הסינטטי. מימון חלקי למחקר זה סופק על ידי Natural Resources קנדה וממשלת תוכנית המזימה של קנדה מחקר ופיתוח אנרגיה (PERD) עם A22.015 מזהה הפרויקט. יי ג'אנג רוצים להכיר שלו למדעי הטבע וההנדסה מועצת המחקר (NSERC) של אחוות אורח קנדה מינואר 2015 עד ינואר 2016.

Materials

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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

Tags

כימיה גיליון 115 פצחן קטליטי של נוזלים שמן קנולה שמן קנולה חומצות שומן חולות נפט נפט גז כבד (HGO) מבשרי בנזין חנקן בסיסי
הפקת מעבדה של דלק ביולוגי ביוכימיים מתוך שמן לפתית באמצעות מרת פיצוח קטליטי
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

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

Ng, S. H., Shi, Y., Heshka, N. E., Zhang, Y., Little, E. Laboratory Production of Biofuels and Biochemicals from a Rapeseed Oil through Catalytic Cracking Conversion. J. Vis. Exp. (115), e54390, doi:10.3791/54390 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

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

Waiting X
Simple Hit Counter