Waiting
Login processing...

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

Chemistry

Laboratorium produktionen av biobränslen och biokemikalier från en rapsolja genom katalytisk krackning Conversion

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

Summary

Detta dokument utgör en experimentell metod för att producera biobränslen och biokemikalier från rapsolja blandat med ett fossilbaserat foder i närvaro av en katalysator vid milda temperaturer. Gasformiga, flytande och fasta produkter från en reaktionsenhet kvantifieras och karakteriseras. Konvertering och individuella produktutbyten beräknas och redovisas.

Introduction

Det finns ett starkt globalt intresse inom både den privata och offentliga sektorn för att hitta effektiva och ekonomiska medel för att producera drivmedel från biomassa härrörande råvaror. Detta intresse drivs av en allmän oro över den betydande bidrag att bränna petroleum fossila bränslen till växthusgaser (GHG) och dess tillhörande bidrag till den globala uppvärmningen. Det finns också en stark politisk vilja i Nordamerika och Europa för att förskjuta utländsk producerade petroleum med förnybara inhemska bränslen. År 2008, biobränslen förutsatt 1,8% av världens drivmedel 1. I många utvecklade länder, krävs det att biobränslen ersätter från 6% till 10% av petroleumbränslen inom en snar framtid 2. I Kanada, föreskrifter kräver en genomsnittlig halt förnybart bränsle av 5% i bensin börjar December 15, 2010 3. I direktivet om förnybar energi (RED) i Europa har också låtit genomföra en 10% mål för förnybar energi för EU transhamnsektorn 2020 4.

Utmaningen har varit att utveckla och demonstrera en livskraftig ekonomisk väg att producera utbytbara drivmedel från biomassa. Biologiska källor inkluderar triglycerider baserade biomassa såsom vegetabiliska oljor och animaliska fetter, samt avfall matolja och cellulosa biomassa såsom träflis, skogsavfall och jordbruksrester. Under de senaste två decennierna har forskning fokuserat på utvärderingen av biomassa härrörande olja bearbetnings med användning av konventionell fluidiserad katalytisk krackning (FCC) 5-12, en teknik för den största delen av bensin i ett petroleumraffinaderi. Vår nya strategi i denna studie är att samarbeta processen rapsolja blandat med oljesand bitumen härrörande råmaterial. Normalt måste bitumen uppgraderas före raffinering, producera raffinaderi som syntetisk råolja (SCO) -detta bearbetningsvägen är särskilt energikrävande, som står för 68-78% av växthusgaser emissions från SCO produktion 13 och under 2011, utgör 2,6% av Kanadas totala utsläppen av växthusgaser 14. Att ersätta en del av uppgraderad HGO med biofeed skulle minska utsläppen av växthusgaser, eftersom produktionen av biobränslen innebär en betydligt mindre klimatpåverkan. Canolaolja väljs i detta arbete eftersom det är rikligt förekommande i Kanada och USA. Detta matarmaterial besitter en densitet och viskositet som liknar dem av HGOs medan innehållet av svavel, kväve och metaller som kan påverka FCC prestanda eller produktkvaliteten är försumbara. Dessutom erbjuder denna samkörning alternativ betydande tekniska och ekonomiska fördelar eftersom det skulle möjliggöra utnyttjande av befintlig raffinaderi infrastruktur och därmed skulle kräva lite extra hårdvara eller modifiering av raffinaderiet. Dessutom kan det finnas potential synergieffekter som kan leda till kvalitetsförbättring produkten vid samkörning en högaromatiska bitumen foder med sin raka biomassa motsvarighet. Men samkörninginnebär viktiga tekniska utmaningar. Dessa inkluderar de unika fysiska och kemiska egenskaperna hos bio-flöden: hög syrehalt, paraffinrika sammansättning, kompatibilitet med petroleumutgångsmaterial, nedsmutsning potential osv

Denna studie ger ett detaljerat protokoll för produktion av biobränslen i laboratorieskala från rapsolja genom katalytisk krackning. En helautomatisk reaktionssystem - som avses i detta arbete som laboratorietestenheten (LTU) 15 - används för detta arbete Figur 1 visar schematiskt hur denna enhet fungerar.. Denna LTU har blivit branschstandard för laboratorie FCC studier. Syftet med denna studie är att testa lämpligheten av LTU för sprickbildning rapsolja för att producera drivmedel och kemikalier med målet att minska utsläppen av växthusgaser.

Figur 1
Figur 1: Begrepps illustration av reaktorn. Bild som visar flödeslinjer i katalysatorn, foder, produkt och lösningsmedel. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Varning: Kontakta alla relevanta säkerhetsdatablad (SDB) innan du använder materialet. Arbetet med råoljeprover bör endast göras iklädd lämplig personlig skyddsutrustning (skyddsglasögon, handskar, byxor, sluten tå skor, laboratorierock), och öppningen, överföring och hantering av råprover ska ske i en ventilerad fumehood. Uppvärmda kolväten kan vara brandfarliga i luft, och reaktionssystemet bör noggrant läcka kontrolleras före användning med råoljeblandningar. Reaktorn kan nå så höga temperaturer som 750 ° C, och hög temperatur skyddshandskar ska användas vid arbete i närheten av heta ytor.

1. Allmänna överväganden

  1. För att på bästa sätt utnyttja den automatiserade reaktionsenheten, som kan fylla sex på varandra följande körningar över ~ 8 h, välja en konstant matningshastighet av 1,2 g / min. Detta ställer in weight hourly space velocity (WHSV) till 8 h -1 genom förhållandet WHSV = 60 / [(C / O) x t] = 60 × (O / t) / C, där t är feed leveranstiden i minuter och C och O finns massor av katalysator och foder, respektive, i gram. Genom att ändra matningsinsprutningstiden framställdes en uppsättning av katalysator / oljemassförhållanden av 4, 6, 8, 10, och 11,25 (x2) uppnås för varje reaktionstemperatur för att uppnå ett brett utbud av konvertering.

2. Råmaterial och katalysatorframställning

  1. Erhålla en HGO genom att destillera av -343 ° C-fraktionen (genom att snurra band) av en syntetisk råolja (SCO).
  2. Köp ätlig kvalitet rapsolja från en lokal livsmedelsbutik, och använda utan ytterligare behandling.
  3. Förbered en 15 v% raps blandning genom att blanda 79,645 g HGO (0,9370 g / ml densitet) med 13,7535 g rapsolja (0,9169 g / ml densitet).
  4. Screen jämviktskatalysatorn med hjälp av en 60 Tyler mesh (250 um öppning), följt av en andra screening med en 400 Tyler mesh (38 um öppning).
  5. Kalcinera partiklarna på storlek (38-250 um) vid 600 ° C under 4 timmar, sedan ladda dem i than sex trattar av den automatiserade reaktionsenheten.

3. Testförfarande

  1. System Preparation
    1. program Förberedelse
      1. Med hjälp av programvaran som styr reaktionsenheten, öppna fönstret för körningsförhållanden.
      2. Skriv in identifieringarna av fodret och katalysator, barometertrycket, insprutningstiden och den inställda temperaturen poäng för matningssystemet, reaktorn, produktlinje, kylvätska, och CO katalysatorn i varje steg av perioden kör .
    2. katalysator~~POS=TRUNC
      1. För varje katalysator glastratt ovanför processen slangen, ta bort locket och ta ut 9 g bränd på storlek katalysatorn i tratten. Bifoga en O-ring till toppen av behållaren och på nytt klämma dess lock.
    3. Kalibrering av Matningshastighet
      1. Ställ oljematningspump för att leverera foder vid en konstant matningsinsprutningshastighet (1,2 g / min) för alla de sprickbildning körningar.
      2. Koppla bort oil matningsledning under avluftningsventilen (KV-114) 16 och bifoga en kort tillfällig rör till botten av ventilen till olja leverans till en tarerad bägare.
      3. Förvärma det tillförda materialet till 85 ° C för att göra det möjligt för HGO-blandningen för att flyta lätt in och ut ur sprutan och längs matningslinjen.
      4. Ställ insprutningstiden för att kalibrera pumpen till samma värde som för den första körningen i (standardinställning) serie.
      5. Tarera en bägare och placera den vid utloppet av den korta tillfälliga slangen. Starta förinställda "PUMPCAL" användarprogram 17 i reaktionsenheten programvara.
      6. Efter PUMPCAL programmet är klar, ta bort och väga bägaren innehållande fodret. Dividera massan av foder som levereras i bägaren av insprutningstiden för att erhålla den matningshastigheten.
      7. Justera pumphastigheten till högre eller lägre (med tresiffriga ratten på pumpen) och upprepa steg 3.1.3.5 till 3.1.3.6 tills önskad matningshastighet uppnås.
      8. Ta bortkort tillfälligt rör och återansluta matarledningen.
    4. Kalibrering av GC för gasanalys
      Obs: Det här steget är nödvändigt om GC för gasanalys har visat sig vara av kalibrering, som kan härledas från referenstagningar, data trender och materialbalans. Erfarenheten visar att GC kalibreringen kan åberopas under en längre tid.
      1. Anslut en cylinder av kommersiell fler raffinaderigas standard handventilen (HV-190) 16.
      2. Ladda en metod i GC mjukvara som är i stånd att eluera och separera alla toppar i raffinaderigas standarden. Använd parametrarna för GC-metoden i tabell 1.
      3. Med hjälp av GC programvara, utför en analys körning av raffinaderigas standarden.
      4. Öppna kromatogrammet av gasen standarden raffinaderiet och integrera topparna i kromatogrammet.
      5. Identifiera topparna i kromatogrammet, vilket säkerställer att alla komponenterna i calibranson gas finns. Ta bort alla toppar som förekommer men kan inte tillskrivas komponenterna i standarden.
      6. Baserat på lagrings tidsintervall, knöl och dividera föreningar som eluerar efter C5 till C 6 + 1, C 6 + 2, C 6 + 3, och C 6 + 4 grupper. För denna metod, klump penten isomerer i ett C5 olefingrupp.
      7. Med hjälp av GC programvara, tilldela koncentrationsvärden till varje integrerad topp från gasen standarden under kalibreringsfunktion.
      8. Spara kalibrerings in i metoden fil, för att användas för att bestämma koncentrationerna av topparna i efterföljande testkörningar. Koppla bort dieselstandard.
    5. Kalibrering av CO2 Analyzer
      1. Genom reaktionsenhetens programvaru, växla ventilen (KV-170) 16 till det läge som möjliggör noll gas (kväve) att strömma till IR gasanalysatorn. Justera flödet genom att vrida ratten i samband med flödeskontroll valve (FCV-107) 16, vid behov, för att få cirka 250 sccm på indikatorn (FI-107) 16 flöde.
      2. Noll analysatorn med hjälp av nolljusteringsskruven på framsidan av analysatorn med hjälp av en platt skruvmejsel.
      3. Slå handventilen (HV-107) 16 för att tillföra CO 2 (19,8 mol%) standard gas till analysatorn. Justera den manuella ventilen (MV-107) 16 för att erhålla ett flöde av cirka 250 sccm på flödesindikatorn (FI-107).
      4. Justera analysatorn läsa för att matcha koncentration (19,8 mol%) av standardspänngasen med hjälp av SPAN skruven på frontpanelen.
      5. Koppla spangas och tillbaka handventilen (HV-107) till körläget.
    6. Framställning av flytande produkt Receiver
      Notera: Varje mottagare består av en kondensor och en GC flaska ansluten till botten av kondensorn med en kort bit av silikonslangar.
      1. Sekventiellt tilldela nummer till condensers och GC flaskor.
      2. Placera en liten plugg av glasull i toppen av varje mottagare utlopp arm som visas i figur 2.
      3. Hålla mottagaren upprätt med visst stöd i en bägare eller en kolv med lämplig storlek. Väg varje mottagare i en analytisk balans det övre fönstret är täckt av en kubisk plast sköld för att säkerställa en dragfri miljö (Figur 3).
      4. Spela torrvikt (W innan) av det beredda mottagaren tillsammans med märkta proppar.
      5. Installera och anslut den vägda mottagaren till produktlinjen (Figur 4).
    7. reaktor Framställning
      1. Installera en oljematningsledning i reaktorn med en längd som möjliggör en 1,125 tums injektor höjd.
      2. Placera ett filter vid utloppet från reaktorn för att förhindra katalysator damm kommer in i sortimentet, byte av filter efter 50-100 körningar.
      3. Gör en trycktest på reaktorsystemet By kör programmet PTEST1 17 efter matarpump kalibrering och installation av mottagarna. Stänga gasventil och trycksätta reaktorsystemet med 150 mmHg kväve, följt av isolering av systemet.
      4. Observera trycket läsning för några minuter för att säkerställa att tryckfallet är inte mer än 0,4 mmHg per minut indikerar att inga läckor förekommer. Om ett tryckfall som är större än 0,4 mmHg per minut observeras, utföra en täthetskontroll enligt tillverkarens anvisningar, och åtgärda eventuella läckor i enlighet därmed.
Provinlopps T 90 ° C Post run tryck 30 psi
injektor T 90 ° C tryckutjämning 10 sek
körtid 300 sek detektorer Värmeledningsförmåga
kolonntryck 30 psi Datainsamlingshastighet 50 Hz
kanal A kanal B kanal C kanal D
Förkolonn PLOT-U; 30 | j, m × 320 | j, m x 3 m PLOT-Q; 10 | j, m x 320 | im x 1 m aluminiumoxid; 3 um × 320 pm x 1 m -
Kolumn Molsieve; 12 | j, m × 320 | j, m x 10 m PLOT-U; 30 | j, m × 320 | j, m x 8 m aluminiumoxid; 8 ^ m × 320 | j, m x 10 m OV1; 2 | j, m x 150 | j, m x 10 m
bärargas Argon Helium Helium Helium
inloppsläge backspolning backspolning backspolning fast Volym
kolumn T 100 ° C 90 ° C 130 ° C 90 ° C
insprutningstiden 30 ms 120 ms 0 ms 100 ms
backspolnings tid 12,5 sek 5,0 sek 5,5 sek -

Tabell 1: gaskromatografi parametrar för analys av gas som produceras av LTU.

figur 2
Figur 2: Vial anslutning till kondensorn. Foto som visar platsen för glasullspropp och fastsättning av en GC-ampull till kondensorn med silikonslangar. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 3
Figur 3:.. Vägning av produkt mottagare plasthölje för den balans som väger lång mottagaren flytande produkt som kan sticka ut i det övre fönstret Klicka här för att se en större version av denna siffra.

figur 4
Figur 4:. Flytande mottagare fäste Foto visar fastsättningen av flytande mottagare till produktsortimentet.ad / 54390 / 54390fig4large.jpg "target =" _ blank "> Klicka här för att se en större version av denna siffra.

  1. Systemdrift i autoläge
    1. På LTU SETUP, mata in relevant information för experimentet: run, foder namn, identifikations katalysator, atmosfärstryck, börvärden för hud och interna reaktortemperaturer för både sprickor och katalysatorregenerering, och oljeinsprutningstiden. Hoppa över detta steg om fullständig information har tagits med i avsnitt 3.1.1.
    2. Placera systemet i driftläge genom att klicka på "RUN" -knappen på processflödesskärmen. Detta initierar testsekvensen 17, vilket innefattar stegen i autoläge som kommer att beskrivas i diskussionen.
  2. Icke-Auto-läge Systemdrift
    1. Med hjälp av datorn ansluten till GC, integrera topparna och bearbeta data med hjälp av kalibrerings etablerad. Mata in slutliga GC data till LTU programmet via LTU dator.
  3. Post-run Operation
    1. Mass Fastställande av flytande produkt
      1. Efter avlägsnande av klämman, luta mottagaren och samla in några vätskedroppar produkt på avfasade metallspets under produktventilen.
      2. Omedelbart försegla mottagaren med märkta gummiproppar och ta försiktigt bort den från badet. Skölj av etylenglykol från badet med kallt vatten och torka utsidan med pappershandduk.
      3. Placera mottagaren flytande produkten på ett ställ vid rumstemperatur i 20 minuter, vilket gör att någon fryst produkt tina och rinna ned i GC flaskan vid botten av mottagaren.
      4. Samla in det flytande holdup runt metallförband för mottagaren med en tarerad bomullspinne. Bestäm massa av vätskan rån (W pinne) och spela in.
      5. Öppna mottagarens vätskeprodukt till atmosfären i en ventilerad dragskåp för tryckutjämning genom att momentant avlägsna proppen på den övre utlopp hos mottagaren.
      6. Sättaproppen igen och erhålla mottagarens massan (W efter). Ta GC flaskan från kondensorn. Lock och förvara produkten provet i ett kylskåp vid 4 ° C för senare analys.
      7. Om en vattendroppe visas på GC flaskan botten som i fallet med sprickbildning rapsolja, använd en ren spruta för att överföra så mycket vatten-fri olja produkt till en annan flaska som möjligt och råga omedelbart.
      8. Skölj de inre väggarna i mottagaren kondensorn noggrant med en liten kvalitet av metanol och samla alla av metanolen wash in i den ursprungliga GC ampull innehållande vattendroppen. Förslut flaskan och erhålla den massa av vätskan inuti för användning i vatten-bestämning.
    2. Analys av flytande produkt för Simulerad destillation
      1. Använda standardtest ASTM D2887 18, bestämma mass andel av vattenfria flytande produkt kokar i intervallen bensin (IBP-221 ° C), lätt cykelolja (LCO, 221-343 ° C), och h Eavy cykelolja (HCO, 343 ° C-FBP).
    3. Analys av vatten Produkt
      1. Med användning av standardtestmetod ASTM D4377 19, bestämma vattenhalten (W H2O) av metanolen tvätt i kombination med vattendroppen i flaskan.
  4. beräkningar
    1. Massa av gasformig produkt
      1. Beräkna den totala volymen av gasformig produkt genom undanträngda vattenvolymen i enlighet med formeln:

        Equation1

        där V gas är volymen (ml) av gas som samlats vid standardförhållanden (0 K och 101,3 kPa), är V vattenvolym (ml) vatten förskjuts under provningen är gastemperatur (° C) T och P är gastrycket ( kPa).
      2. Beräkna massan av varje gaskomponent använder:

        jpg "/>

        där W ^ är vikten (g) av den i: te gasformiga produkten, N ^ är mol-% av den i: te komponenten i gasen, och M ^ är molekylvikten för den i: te gasformiga produkten. Molekylvikten för den C5 + olöst klump antas vara 86.
      3. Beräkna den totala massan av gasformig produkt som:

        Equation3

        där W gasen är den totala massan av gasformig produkt, och Wj är massan hos den i: te gasformiga produkten enligt beräkningen i 3.5.1.2.
    2. Massa av flytande produkt
      1. Beräkna den totala massan av flytande produkt med:

        W LIQ = W efter - W innan + W svabb

        där W liq är massa (g) av den flytande produkten, W efter är massa (g)hos mottagaren flytande produkten efter reaktion, W tidigare är massan (g) i mottagaren flytande produkten före reaktion, och W svabb är massan (g) av den flytande holdup uppsamlas på bomullspinne.
    3. Massa av koks
      1. Beräkna den totala massan av koks från LTU att använda:

        W koks = W kol × 1,0695

        där W Koks är massan (g) av koks är W kol massan (g) av kol, och 1,0695 är den kol-till-koks faktor.
    4. Massbalans (Recovery)
      1. Beräkna massbalansen genom att använda

        R = (W gas + W liq + W koks) ÷ W foder × 100

        där R är återvinning (mass-% av foder) och W foder är massan (g) av oljan foder. R bör vara i området från 96 till 102%. Om inte, förkastar test som otillfredsställande.
    5. Onormaliserad avkastning och Konvertering
      Notera: Beräkna varje produktutbyte (foder mass-%) i enlighet med de formler som ges nedan.
      1. Beräkna torr gas (H 2 -C 2 's, CO och CO2)

        GD Y = (W H2 + W C1 + W C2 + W CO + W CO2) ÷ W foder × 100

        där GD Y är onormaliserade utbyte (mass-% foder) av den torra gasen, är massa (g) H 2 W H2, W är C1 massan (g) av C en gas (metan), W är C2 massa (g) av C 2-gas (etan och etylen), W är CO massan (g) av CO, och W CO2 är massan (g) av CO2. Notera att korrigering för den minut mängden CO 2 löst i vatten är inte nödvändigt.
      2. Beräkna Motorgas (LPG)

        Y LPG = (W C4) ÷ W foder × 100

        där Y LPG är onormaliserade utbyte (mass-% foder) av LPG produkt, är W C3 massan (g) av C 3 gas (propan och propen), och W C4 är massan (g) av den C 4 gas (butaner, butener inklusive 1,3-butadien).
      3. beräkna Bensin

        Y GLN = [X GLN × (W LIQ - W H2O - W pinne) + W C5 +] ÷ W foder × 100

        där Y GLN är onormaliserade utbyte (mass-% foder) bensin, X GLN (erhållen genom simulerad destillation) är massfraktionen av bensin i den vattenfria flytande produkten, W är H2O massa (g) vatten i den flytande produkten, om några, och W är C5 + massan (g) av C5 + produkt i gasfas (oupplöst C 6 </ sub> plus C 6 + klump).
      4. Beräkna ljuscykel Oil (LCO)

        Y LCO = [X LCO × (W LIQ - W H2O - W pinne)] ÷ W foder × 100

        där Y LCO är onormaliserad avkastning (mass-% av foder) av LCO produkten och X LCO (erhålls genom simulerad destillation) är massfraktionen av LCO i vattenfria flytande produkt.
      5. Beräkna Heavy Cycle Oil (HCO)

        Y HCO = [X HCO × (W LIQ - W H2O - W pinne) + W pinne] ÷ W foder × 100

        där Y HCO är onormaliserad avkastning (foder mass-%) av HCO och X HCO (erhålls genom simulerad destillation) är massfraktionen av HCO i vattenfria flytande produkt.
      6. beräkna Coke

        Y koks ÷ W foder × 100

        där Y koks är onormaliserad avkastning (foder mass-%) av koks.
      7. Beräkna vatten

        Y H2O = W H2O ÷ W foder × 100

        där Y H2O är onormaliserade utbyte (foder mass-%) vatten.
      8. beräkna Omvandling

        CON unnorm = 100 - Y LCO - Y HCO

        där CON unnorm är onormaliserad omvandling (foder mass-%).
    6. Normaliserade avkastning och Konvertering

      Y 0 i = Y i ÷ R × 100

      där Y 0 i är normaliserade utbyte (feed mass%) av den i: te produkt.

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

      där CON norm normaliseras omvandling (foder mass-%).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Den etablerade protokollet har framgångsrikt tillämpats på en oljeblandning av 15:85 volymförhållande (dvs 14,73: 85,27 viktförhållande) mellan rapsolja och en SCO-härledd HGO 20. Av praktiska skäl (kostnader, tillgänglighet av rapsolja, och eventuella utmaningar i kommersiell drift) var Studien fokuserade på råmaterial innehållande 15 v% rapsolja Även om flöden med högre koncentrationer också försökt. Blandningen krackas katalytiskt vid 490-530 ° C och 8,0 h -1 WHSV med varierande katalysator / olje-förhållanden (i sekvensen 11,25, 10, 8, 6, 4, och 11,25). Som jämförelse var basoljan (ren HGO) också knäckt under samma betingelser. Tabell 2 ger data konvertering och avkastning som har diskuterats i detalj tidigare 20. Sprickbildning blandningen, förutsatt att det inte finns någon interferens mellan de två komponenterna kan uppenbara avkastning bidragit varje beräknasaritmetiskt. Tabell 2 visar kvalitativt att vid sprickbildning, det rapsolja i blandningen bidrar avsevärt till utbytena av biobränslen (t.ex. bensin och diesel) och biokemiska (t.ex. propan, propen, i-butan, och butener i LPG). Efter ovanstående antagande, de negativa beräknade HCO avkastning bidragit med rapsolja (15 v% av blandningen) i själva verket leda till störningar mellan de två komponenterna under sprickbildning 20.

<td> 3,35 <td> 0,00 <td> 0,59
Den faktiska kapaciteten basolja (HGO)
Temperatur, ° C 490 510 530
Katalysator-till-olja, g / g 4,02 6,00 8,04 10,00 11,25 11,25 4,02 6,00 8,04 10,00 11,25 11,25 6,00 8,04 10,00 11,25 11,25
Konvertering, mass-% 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
Återhämtning, mass-% 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
Utbyten, mass%:
torr 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
Bensin 42,00 44,00 44,67 45,09 44,71 45,10 42,06 44,97 44,95 45,34 44,85 45,07 41,64 42,75 43,45 43,33 43,15 42,76
LCO 21,86 20,65 19,72 19,23 19,30 18,79 20,53 19,09 18,62 18,01 17,62 17,79 19,39 18,24 17,50 16,79 16,75 16,94
HCO 20,64 17,29 15,33 13,94 13,93 13,59 19,68 15,68 14,39 12,89 12,93 12,85 19,03 15,94 14,00 13,04 13,23 13,23
3,27 4,24 5,23 6,22 6,84 6,67 3,47 4,51 5,53 6,49 7,21 6,96 3,59 5,04 6,03 7,04 6,90 6,92
H2O 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
TOTAL 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100
Den faktiska kapaciteten av blandningar (15 v% rapsolja i HGO)
Temperatur, ° C 490 510 530
Katalysator-till-olja, g / g 4,02 6,00 8,04 10,00 11,25 11,25 4,02 6,00 8,04 10,00 11,25 11,25 4,02 6,00 8,04 10,00 11,25 11,25
Konvertering, mass-% 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
Återhämtning, mass-% 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
Utbyten, mass%:
torr 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 3,21
LPG 11,39 12,70 13,77 14,37 14,33 14,61 13,48 14,90 15,71 16,12 15,96 16,36 15,05 16,35 17,10 17,53 17,59 18,13
Bensin 40,64 42,78 43,40 42,73 42,61 42,99 43,58 44,63 45,01 44,55 44,21 43,77 43,46 44,07 44,17 43,46 42,95 42,70
LCO 21,81 20,31 19,44 19,09 19,25 18,74 19,05 17,84 17,04 16,76 16,71 16,87 17,95 16,77 16,03 15,77 15,62 15,63
HCO 19,38 15,76 13,78 13,11 12,65 12,48 16,12 13,44 11,99 11,35 11,20 11,14 14,93 12,79 11,45 10,97 10,86 10,56
Koks 3,41 4,68 5,57 6,66 6,99 6,94 3,75 4,77 5,68 6,59 7,10 7,02 4,02 5,11 6,04 6,92 7,46 7,51
H2O 1,89 2,08 2,17 2,11 2,14 20,25 2,06 2,23 2,24 2,23 2,27 2,30 2,06 2,15 2,26 2,31 2,17 2,26
TOTAL 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100
Beräknade Utbyten (mass-%) bidrog med 85 v% (85,27 mass-%) HGO i blandningen
torr 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
Bensin 35,81 37,52 38,09 38,45 38,12 38,45 35,86 38,34 38,33 38,66 38,24 38,43 35,51 36,45 37,05 36,95 36,79 36,46
LCO 18,64 17,61 16,82 16,40 16,45 16,02 17,51 16,28 15,88 15,35 15.02 15,17 16,54 15,55 14,92 14,32 14,28 14,45
HCO 17,60 14,74 13,07 11,89 11,88 11,59 16,78 13,37 12,27 10,99 11,03 10,95 16,23 13,59 11,94 11,12 11,28 11,28
Koks 2,79 3,62 4,46 5,31 5,84 5,69 2,96 3,85 4,71 5,53 6,15 5,93 3,06 4,30 5,14 6,00 5,88 5,90
H2O 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
Total 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
Beräknade Utbyten (mass-%) bidrog med 15 v% (14,73 mass-%) rapsolja i blandningen
torr 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 0,57 0,80 0,66
LPG 2,05 2,19 2,36 2,60 2,89 2,61 2,79 3,11 3,39 3,24 3,06 3,49 3,10 3,19 3,23 3,13 3,11 3,52
Bensin 4,82 5,26 5,31 4,28 4,49 4,54 7,72 6,29 6,68 5,88 5,97 5,34 7,95 7,61 7,12 6,51 6,16 6,23
LCO 3,17 2,70 2,62 2,69 2,80 2,72 1,55 1,56 1,17 1,41 10,69 1,71 1,41 1,21 1,11 1,45 1,34 1,19
HCO 1,78 1,01 0,71 1,23 0,77 0,89 -0,66 0,07 -0,28 0,36 0,17 0,19 -1,30 -0,80 -0,49 -0,16 -0,41 -0,73
Koks 0,63 1,07 1,11 1,35 1,15 1,26 0,79 0,92 0,97 1,05 0,95 1,09 0,96 0,81 0,90 0,92 1,57 1,61
H2O 1,89 2,08 2,17 2,11 2,14 2,25 2,06 2,23 2,24 2,23 2,27 2,30 2,06 2,15 2,26 2,31 2,17 2,26
Total 14,73 14,73 14,73 14,73 14,73 14,73 14,73 14,73 14,73 14,73 14,73 14,73 14,73 14,73 14,73 14,73 14,73 14,73
Återhämtning, mass-%
Medelvärde 99,35
Standardavvikelse 0,31

Tabell 2: FCC föreställningar av basoljan och blandningen och de uppenbara omvandlingar och produktutbyten av komponenterna i blandningen.ble_2_Final.xlsx "> Klicka här för att ladda ner tabellen som en Microsoft Excel-ark.

Närvaro av vatten och CO plus CO2 (som ingår i torr gas) som krackade produkter från den blandning men inte från HGO ensamt (tabell 2) är en direkt indikation på att canolaolja i blandningen deltar i reaktioner. Vatten framställs genom kombination av väte och syre och CO och CO2 frigörs från dekarbonylering och dekarboxylering av fettsyror i rapsolja, respektive.

Andra bevis på sprickbildning i kanolaolja i blandningen presenteras i Figur 5, som visar effekten av processparametrar på H2 och CO utbyten. Observationer visar att alla utbyten är inte särskilt känsliga för C / O-förhållandet förändringar för ett foder vid en given temperatur. Men för ett foder vid en given C / O-förhållande, både H2 och CO yiel ds ökar med ökande temperatur, som är den drivande kraften för sprickbildning (OBS: Ingen CO från HGO vid vilken temperatur som helst). Jämföra de två flöden, ger blandningen högre CO avkastning men lägre H 2 avkastning än basoljan vid samma svårighetsgrad när det gäller C / O-förhållande och temperatur. Den senare observationen förklaras av vattenbildning från väte och syre under krackning av blandningen.

figur 5
Figur 5: Variationer av H2 och CO avkastning med processparametrar Färgkod-svart för 490 ° C, rosa för 510 ° C, blå för 530 ° C;. tunna heldragna linjer-H2 utbyte av basolja, tjocka heldragna linjer-H2 utbytet av blandningen; tjocka streckade linjer-CO utbytet av blandningen; ingen CO upptäcktes för basolja (0 vikt-% CO utbyte av basolja vid tre temperaturer).filer / ftp_upload / 54390 / 54390fig5large.jpg "target =" _ blank "> Klicka här för att se en större version av denna siffra.

En annan intressant observation med canolaolja illustreras i figur 6, som visar reaktortemperaturprofiler under drift. Före injektion av en olja, är i reaktorn vid en nominell temperatur av 530 ° C. Efter injektion, reaktortemperaturen sjunker (på grund av uppvärmning, förångning, och sprickbildning av olja), och nådde ett minimum (värmeförbrukning är i balans med värmetillförsel från styrsystemet när temperaturen sjunker till en viss gräns) och stiga mot initial temperatur. Som sådan kan en använda den minsta temperatur som ett mått på den värme som krävs för den totala processen. För en given matning, den lägsta temperatur beror på den mängd olja injiceras eller C / O-förhållandet eftersom katalysatorvikten förblir konstant. C / O-förhållandet ökar, temperaturfallet decreases eftersom mindre olja sprutas in. Att jämföra de två flöden, blandningen uppvisar genomgående en mindre droppe med ca 1,5 ° C vid en given C / O-förhållandet på grund av den alstrade värmen från den exoterma reaktionen H2 (g) + ½ O 2 (g) → H2O ( g) (-241,8 kJ / mol vid 25 ° C) 21. Liknande fenomen observeras också på de andra två reaktionstemperaturer.

figur 6
Figur 6: Reaktor temperaturen sjunker före och efter matnings injektion vid 530 ° C (nominellt) Färgkod - svart för basolja, rosa för blandningen;. tunna linjer - innan matnings injektion; tjocka linjer -. efter foder injektion Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Protokollet som beskrivs här utnyttjar cyklisk drift av en enda reaktor innehållande en sats av fluidiserade katalysatorpartiklar för att simulera foder olja sprickbildning och katalysatorregenerering. Den olja som skall krackas förvärms och matas från toppen genom en injektor rör vars spets nära botten av den fluidiserade bädden. Ångan genereras efter katalytisk krackning kondenseras och uppsamlas i en mottagare, och den vätskeformiga produkten uppsamlades därefter analyseras för simulerad destillation för att bestämma utbyten av fraktioner i olika kokpunkter intervall. Den icke-kondenserbar gasformiga produkten skickas till en on-line gaskromatograf för analys för att bestämma halterna av torr gas och gasol. Volymen av den gasformiga produkten mäts genom vattnet förskjutningsmetod. Efter lämplig katalysator stripp tid, är den avsatta koksen på katalysatorn bestämdes in situ genom att bränna den deaktiverade katalysatorn i luft vid höga temperaturer (typiskt över 700 ° C).Nivåer av CO 2 mäts kvantitativt via en IR-cell och omvandlas till koksutbytet. Alla vatten som bildas återvinns och bestäms genom Karl Fischer-titrering. Den totala återvinningen (massbalans) av fodret bör vara i området från 96 till 102% före normalisering av varje produktutbyte.

En fördel med detta förfarande är användningen av den automatiserade sekvens utförs av LTU under reaktionsprocessen. Efter initiering av testsekvensen i steg 3.2.2, börjar systemet med systemet priming under vilken LTU använder förinställda villkor programmerade före körningen. Om det är förbrukad katalysator finns kvar i reaktorn från tidigare körningar, är det släpps ut i avfallskärlet och färsk katalysator från den angivna magasinet laddas in i reaktorn. Systemet väntar sedan en tillräckligt lång tid för att tillåta temperaturen hos reaktorn, matarledningen, injektionsspruta, och foder flaska för att stabiliseras inom 5 ° C av deras börvärden. Sprutan är sedan filled vid en matningshastighet av 1,2 g / min under 20 s (motsvarande två spill gånger), plus insprutningstiden, och produktprogrammet renspolas med N2. Systemet väntar sedan igen, tills reaktor interna och hud temperaturer är inom 2 ° C av sina börvärden och kylvätsketemperaturen är inom 3 ° C av dess börvärde. Slutligen är N2-flöde till IR gasanalysator startas och systemet registrerar den initiala massan på den skala som används för att väga förskjutna vatten och trycket av den initiala produktgasen (som bör vara noll).

Efter priming är sprutpumpen sätts i rörelse och foder först avledas tillbaka till nappflaska under 10 sekunder (första slop tid), följt av foder injektion in i reaktorn under en förinställd tid efter byte tillbaka trevägsventilen före sprutpump. Efter slutförandet av injektionen, är foder avledas tillbaka igen till matningsflaska för en annan 10 sek (andra uppsamlingstankar tid). Vid slutet av matnings injektion, räknas börjaför både flytande remsa tid och katalysatorremsan tiden. Den förstnämnda är vald som 7 (flytande remsa multiplikator) gånger matningsinsprutningstiden medan den senare är lika med vätske remsa tid minus 10 sekunder med en maximal 360 sek. De produktflöden sänds till gas uppsamlingskärlet genom vätskemottagare, där högkokande produkter är kondenserade.

Katalysatorregenerering startar med Ventilen växlar i slutet av katalysatorn strippcykeln. Luftflöde börjar och reaktortemperaturen höjes till ~ 715 ° C. CO 2 koncentrationen kontinuerligt övervakas av IR-gasanalysator tills den är under 0,3%. Luften stängs av och den N2-flöde till reaktorn återupprättas vid slutet av regenerering. Skalavläsningen (massa av förskjuten vatten) registreras tillsammans med tryck och temperatur hos gasen i uppsamlingskärlet följt av gasblandning och värmning (till ~ 30 ° C). I detta skede kan den vätskemottagare för körningen avlägsnas manuellt frånsystem för efterföljande hantering, om så önskas. Linjen mellan uppsamlingskärlet och GC spolas med produktgasen, och slingan fylls för den efterföljande GC-analys. Kyla reaktorn tills temperaturen huden är 50 ° C under deras reaktions börvärden och spara alla data för den färdiga körningen. Tillbaka enheten till det första steget i testsekvensen för en ny körning, eller ladda ur den förbrukade katalysatorn till avfallskärlet om det är den senaste körningen.

Den etablerade protokoll visar sig vara framgångsrik vid framställning av drivmedel från rapsolja i en blandning. Goda materialbalanser (massåtervinningar) erhålls i denna studie med ett medelvärde på 99,35% och en standardavvikelse på 0,31% från 18 LTU körningar (tabell 2). Omvandlingar och utbyten från dubbla körningar vid 11.25 C / O-förhållande för varje foder vid en given temperatur är ganska reproducerbara (tabell 2). Flera typiska FCC fenomen och sprickbildning egenskaper rapporteras ofta i liteperatur observerades också i denna studie: (1) Katalysator förgiftning av foder basiskt kväve 22-24, särskilt uttalad för HGO vid låga temperaturer (490 ° C i detta arbete). Effekten kan reduceras vid högre temperaturer eller C / O förhållanden; (2) tillgänglighet eller utmattning av crackable komponenter i fodret och flytande produkt. De i foder brukar kallas "bensin prekursorer", definierad som summan av mättade fettsyror och monoaromatics 20,25-28; (3) Tillgänglighet av katalysatorsyraställen till molekyler; till exempel, ofullständig nedbrytning av skrymmande triglycerider molekyler vid 490 ° C medan deras brutna linjära fettsyror kan lätt tränga katalysator porer och bli knäckt 6; (4) oligomerisering av olefiner 29 från fettsyror för att bilda aromater och koks; (5) Förmånsskelett isomerisering av olefiner för att bilda grenade föreningar 23,29.

Protokollet bygger till stor del på LTU bruksanvisningen. de förfarandeni handboken måste följas strikt, förutom vad som anges. Kritiska steg i protokollet innefattar framställningen av jämviktskatalysator (måste vara på storlek och koks fritt); beredning reaktor (med hjälp av en matarledning som ger en konstant insprutnings höjd, antingen 1,125 eller 2,125 tum); CO2 analysator kalibrering; förberedelse av sprutan (matning kalibrering) och mottagaren flytande produkt (vägande den långa vätskemottagare i en dragfri miljö; underhåll av kylvätsketemperaturen i -12 till -15 ° C intervall); Systemet provtryckning (för att säkerställa en läcka miljö); val av lämplig katalysator remsa tid och flytande band multiplikator; analyser av gaser (gasanalys raffinaderi) och flytande produkt (simulerad destillation enligt ASTM D2887 18); uppdrag av molekylvikt 86 (jämfört med 89 från ASTM D7964-14 30) för C5 + olösta klump, och kol-koks faktor 1,0695 (jämfört med 1,083 från ASTM D7964, som förutsätter att en mol väte associeras with en mol av kol i koks).

En ändring i protokollet som avviker från LTU bruksanvisningen och ASTM D7964-14 30 är att i det sista steget av vätskans vikt mottagaren är proppen snabbt bort från och sättas tillbaka i mottagaren för att utjämna trycket före vägning. Detta medger frisättning av överskott N 2, som är fångade vid kylvätsketemperaturen. Det kan emellertid även riskera risken att förlora en del gasformig produkt. Teoretiskt kan detta steg minska massbalansen med 2,71 mass-% för en körning vid en C / O-förhållande av 10 i vår studie, om man antar att 149 ml N 2 i den flytande mottagaren är fångade och expanderar från -15 till 25 ° C vid 93,5 kPa (701 mm Hg) atmosfärstryck. Resultatet överensstämmer med experimentella värden (jämfört minskar massbalans av 3,10 och 3,22 mass-% för körningar vid C / O-förhållande av 10).

Detta protokoll har också utvidgats till blandningar innehållande 50 och 100 v% rapsolja iHGO. oljekoncentration Den höga raps verkar vara skadliga för systemet, vilket kräver mer frekventa byten av injektorn än normalt, speciellt när ren rapsolja är sprucken. Vid låga koncentrationer, såsom den som presenteras i denna studie, nedsmutsning uteblev.

Dessutom kan LTU inte tillämpas på biomassa pyrolys olja innehållande emulgerade vatten, som kan avdunsta vid höga temperaturer under längre perioder. I detta fall är ett alternativ testenhet 31 med en fri men kan fästas spruta för att leverera foder en alternativ 12. Dessutom kan LTU inte avgöra H2S avkastning kvantitativt på grund av vattnet förskjutningsmetod som används för att samla gasformiga produkter som H2S delvis upplösta i vatten. Den alternativa testenheten modifieras för att rymma en gasbehållare bestående av två gaskammare (med kolvar inuti) i serie befanns vara tillfredsställande för denna applikation 22,23.

31. Den nämnda alternativa testenhet används ofta för att karakterisera prestandan hos FCC-katalysatorer på grund av dess relativa enkelhet, flexibilitet, mångsidighet, och låg kostnad. Under årens lopp har den testmetod inblandade utökats för att ge ytterligare information såsom produkt selektiviteter och egenskaper och det operativa variabla och råvarueffekter 32. Med tillräcklig försiktighet på iterpretation kan testresultaten användas för att bedöma kommersiell anläggning prestanda 33.

Observera att ovanstående operativa brister med hjälp av LTU avser vår nuvarande modell. Eftersom tekniken utvecklas kan nya produkter övervinna de ovan diskuterade problemen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna förklarar att de inte har några konkurrerande ekonomiska intressen.

Acknowledgments

Författarna vill tacka analyslaboratorium i CanmetENERGY Tekniskt Centrum för teknisk support och Suncor Energy Inc. för att leverera den syntetiska råolja. Delfinansiering för denna studie tillhandahölls av Natural Resources Canada och Kanadas regering har övergripande program för energi forskning och utveckling (perd) med projekt ID A22.015. Yi Zhang vill erkänna sina naturvetenskaplig och teknisk forskning Council (NSERC) Kanadas Besök gemenskap från januari 2015 till januari 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

Kemi Fluid katalytisk krackning kanolaolja rapsfröolja fettsyror oljesand tung gasolja (HGO) bensin prekursorer basiskt kväve
Laboratorium produktionen av biobränslen och biokemikalier från en rapsolja genom katalytisk krackning Conversion
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