Abstract
빠른 열분해은 점점 전 세계적으로 상용 식물에 적용되고있다. 그들은 빠른 열분해와 변환을위한 유리한 특성을 가지고 목질 바이오 매스에 독점적으로 실행합니다. 식품 생산, 바이오 매스의 에너지 및 / 또는 물질 사용의 시너지 효과를 높이기 위해서는, 농산물, 예 빨대 잔기를 이용하는 것이 바람직하다. 제시된 방법은 공업 적 규모 등의 재료로 변환하기에 적합하다. 주요 기능은 제시되는 몇몇 매스 잔기의 전환 질량 균형의 예를 설명한다. 유기 풍부한 수성 리치 한 - 변환 후, 분별 응축 두 축합을 검색하기 위해 적용된다. 이 디자인은 상 분리를 나타내는 고속 열분해 바이오 오일의 생산을 방지한다. 2 상 바이오 오일 때문에 반응 중에 물의 생성을 촉진 짚 미생물의 통상 높은 회분 함량 기대 될변환.
분별 응축 고 회분으로 바이오 매스의 이용은 모두 균형을 확립하기위한 신중한 접근 방식을 요구하고있다. 하지 잔액의 모든 종류의 의미와 문학에서 다른 결과를 비교 표입니다. 다른 분산 방법이 제시되며, 그들로부터 도출 될 수있는 정보를 설명한다.
Introduction
화석 탄소원 대안으로 바이오 매스의 사용은 지구 기후에 사회 활동의 효과를 감소시키기위한 점점 더 중요 해지고있다. 이 풍력 및 태양 광 등의 신 재생 에너지 원을 존재하지만, 바이오 매스는 현재까지 유일한 신 재생 탄소원을 나타냅니다. 따라서, 바이오 매스의 가장 효율적인 사용은 화학 전문 액체 연료의 생산이다. 잔류 바이오 매스 사료, 식품 및 화학 / 연료 생산 간의 경쟁을 감소시키기 위해 사용되어야한다. 이러한 잔류 물은 종종 따라서 산업 규모 애플리케이션을위한 물류 도전을 제시, 낮은 벌크 밀도가 있습니다.
이러한 과제를 해결하기 위해, bioliq 개념의 기술 (1)의 칼 스루 연구소에서 개발되었다. 그것은 에너지 밀도가 중간 (bioslurry), 합성하는 중앙 가스화 장치의 후속 변환에 잔류 바이오 매스 변환하는 분산 첫 번째 단계를 제공합니다기체 및 목적 생성물 (들)에 대해 최종 합성. 기화 및 합성 유닛은 상업적 조작을 달성하기 위해 동일한 부위에 요구되는 공업 적 규모로 설계 될 수있다. 개념에서 전문 연료 첨가제 및 대량 화학 물질에 2-5로 연료 드롭에 이르기까지 다양한 제품 수 있습니다. 이 논문은 빠른 열분해가 중간 bioslurry에 잔류 바이오 매스를 변환하는 데 사용되는 첫 번째 단계를 제공합니다. 고속 열분해 <2 초 (6)의 제조 열분해 증기의 체류 시간은 전형적으로 450-500 ℃의 반응 온도에서 불활성 분위기에서의 바이오 매스의 급속 가열을 특징으로한다. 가장 일반적으로, 유동층 반응기 빠른 열분해를 수행하기 위해 사용되지만 또한 구체적 반응 조건 (7)을 최적화하도록 다른 반응기 디자인이 존재한다. 다음에 제시된 작업 이축 혼합 반응기로 진행되고있다. 이미 꿀벌이 강력한 기술을 제공합니다N은 석탄의 열분해과 오일 샌드 (8)에 대한 파일럿 규모 산업 규모에 적용 하였다.
이축 혼합 반응기의 목적은 고체, 예열 열교환 담체와 고체 바이오 피드를 혼합하는 것이다. 요구 혼합 빠르고 열분해 조건에서 바이오 매스 변환에 필요한 가열 속도를 달성하기 위해 충분히 철저한한다. 또한, 양의 바이오 매스 열 담체 입자의 크기는 높은 열 전달 계수 및 입자 짧은 가열 시간을 달성하기 위해 작게 할 필요가있다. 기술의 카를 스루에 연구소 (KIT), 10kg의 시간의 바이오 매스 입력 수용 할 수있는 공정 개발 장치의 촉매 연구 및 기술 연구소 (IKFT)에서 -1 십년 이상 운영하고있다. 그것은 버킷 엘리베이터 내부 재순환 및 전기 난방 시스템 - 가열 다시 열 캐리어로 강철 공을 사용합니다. 주요 목적은 노소를 조사했다가스화에서 제품의 사용 원료 9-11의 넓은 범위에 대한 적합성을 검증하도록 하였다 nique 생성물 회수 기술. 더 큰 파일럿 플랜트는 5 년 동안 운영하고있다 500kg의 시간 -1의 바이오 매스 입력 용량이 연구에 병렬로 지어졌다. 이 뜨거운 리프트 기체에 의해 공기압 재순환 추가적으로 혼입 숯 입자 1,12-의 부분 연소에 의해 가열 된 열 반송로 모래를 이용한다. 실험 방법의 설명은 그 생성물 회수 부를 더 파일럿 플랜트 설계 (13)를 닮은 개조 된 후 작은 공정 현상 유닛에 기초한다. 이 실험 장치의 유동 방식은도 1에 도시되어있다.
가스화에 사용하기 위해 빠른 열분해 바이오 오일 (FPBO)에 대한 해당 제품의 요구 사항을주의하는 것이 종래의 FPB을 위해 개발 된 것과 다른 중요하다, O 일반적으로 직접 연료 응용 프로그램 (14)를 대상으로한다. 가장 중요한 FPBO의 고체 함량이 매우 낮은 일 필요는 없습니다. 사실, 기화 및 드롭 연료의 후속 합성 가능한 탄소의 양을 증가시키기 위하여 변환 과정에서 얻은 숯으로 생성 FPBO를 혼합하는 것이 바람직하다. 이러한 사실은 다른 출판 여기에 제시된 실험 구성 빠른 열분해 실험 설계의 차이를 이해하는 것이 중요하다. 또 다른 중요한 차이점은 조사중인 바이오 매스 변환 개념이 구체적으로 밀 밀짚과 같은 농업 잔류를 위해 설계되었다는 사실이다. 일반적으로, 공급 원료 이런 종류의 화산재의 많은 부분이 포함되어 있습니다. 애쉬는 상당히 빠른 열분해 생성물 분포에 영향을 미치는 것으로 알려져있다. 이는 유기 응축수 (OC) 고체 및 기체 생성물 10,15,16 모두 증가의 감소를 이끈다. 이러한 사실은 회계모두 여기에 제시된 실험 구성 및 전체 공정 체인의 디자인이다. 대부분의 산업 설비는 낮은 회분 나무에서 실행 단순히 내부적으로 고체를 구울 수 있습니다. 이것은 외부 사용을위한 열을 추가 생산으로 이어집니다. 고 회분으로 공급 원료를 사용하는 경우, 문자를 효율적 13 표기 그 부산물 중요하다.
Protocol
1. 시동
- 보조 N 2 공급과 열분해 가스 팬을 시작하여 전체 열분해 축합 시스템을 활성화. 대기 중 질소의 500 L의 시간 -1과 열분해 테스트 장비를 플래시합니다. 프로세스 제어에서 팬의 메뉴를 열고, 반응기 내의 압력은 3-8 밀리바 주위 압력 이상이되도록 공칭 용적 유량을 조정함으로써 팬을 조절한다.
주의 : 특히 시동시, 폭발의 축적의 위험이 있습니다. 이 시스템은 이러한 위험을 완화하기 위해 완전히 불활성해야합니다. - 펌프 및 균질의 안전한 사용을 허용하기 위해 급냉 시스템 시작 매체로서 에틸렌 글리콜 적당량 바이오 오일 사이클 (즉, 유기물 - 풍부 응축수)를 작성 (예를 들어, 실시 예에서 15kg 주어진). 출발 물질의 중량을 기록한다.
- 적절한 amoun와 수성 응축주기를 채우기물 t 펌프의 안전한 작동을 할 수 있도록 (예를 들어, 예 7kg 주어진). 출발 물질의 중량을 기록한다.
- (500 ° C의 주위에, 예) 공정 제어에 그 메뉴를 열고, 원하는 값을 입력하여, 상기 열 매체 히터 모든 보조 히터를 포함한 시스템을 가열한다. 보조 가열 반응기 자체의 제어되지 않은 증기 응축을 방지하기 위하여 제 1 콘덴서까지 연결 파이프 추천합니다.
- 쿨러에 전환하여 모두 응축 사이클에서 열교환 기의 냉각 사이클을 시작합니다.
- 공정 제어에 자신의 메뉴를 열어 모두 응축 사이클의 펌프를 시작하고 활성화를 클릭합니다. 충분한 냉각 능력을 제공하도록 유량을 조정 같은 메뉴를 사용한다. 예를 들면, 약 350kg hr의 속도로 바이오 오일 재순환 -1 급냉 용기로 분무하기 전에 80 ℃로 냉각. 수성 콘데을 재순환뿐만 아니라 약 600 킬로그램 시간 -1의 속도로 nsate하고, 공급 300kg의 hr의 속도로 물을 냉각 -1 8 ° C에서.
- 전기 집진기에 전환합니다.
- 모두 응축주기가 10 ~ 20 분 동안 실행 한 후, 차단을위한 담금질 시스템의 노즐을 확인하고 차단 존재를 제거합니다.
- 버킷 엘리베이터 및 공정 제어의 열 캐리어 이송 나사의 메뉴를 열어 열 캐리어 루프를 시작하고 활성화를 클릭합니다. 열분해 반응을위한 가열 조건 차지하여 매끄러운 시동을 허용하기 위해, 원하는 반응 온도보다 높은 값으로 열 매체 온도를 설정한다. 예를 들어, 매스 공급을 시작하기 전에 545 ° C에 질량 동작 동안 520 ° C의 온도에서 1,000kg의 시간의 흐름 -1 있지만 열에 열 매체를 공급한다.
주의 : 반응기의 트윈 나사가 열 캐리어 공급되면 자동으로 시작되어 있는지 확인합니다나사가 활성화됩니다. 그렇지 않으면 차단 및 공급 시스템에도 손상의 위험이있다. - 시스템 후 (즉, 모든 온도)는 원하는 원료와 매스 스토리지를 작성하여 바이오 매스를 공급 시작, 설정 값에 도달 하였다. 이어서, 로크 호퍼를 열고 공정 제어 그들의 활성화에 메뉴를 클릭하여 매스 이송 나사를 시작한다. 천천히 과도한 압력 변동을 방지하기 위하여 공급 속도를 증가시킨다.
2 단계 및 관찰 연속 운전시 필수
- 균형을 고려하고 적절한 샘플을 채취하기 위해 공급되는 바이오 매스의 양을 기록한다.
- 원하는 반응기 온도 (열 캐리어의 출구 온도)를 확인하고 그에 따라 열 캐리어 루프의 가열을 조절한다.
- 바람직한 반응기 압력을 유지하기 위해 공칭 체적 유량을 조정함으로써 팬을 조절한다.
- 노즐에서 차단 확인급냉 시스템 (질량 유량 및 / 또는 급냉 온도 상승 강하).
- 조기 과도한 스케일링을 검출하기 위해 클론하여 급냉 시스템에 걸친 압력 강하를 관찰한다. 특히 열분해 증기의 제 1 온도 강하 (급냉 시스템의 통상의 입구)의 시점에서, 동작 중에 과도한 스케일을 제거 할 수있는 적절한 조치를 설치한다.
- 예를 들어, 기계적으로 스케일링 제거로드를 사용하여 상기 튜브의 단면을 청소. 급냉 시스템으로 공기의 흡입을 방지하기 위해 가스켓로드를 밀봉. 청소가 동작하지 않은 경우 상기 공기 누출을 감소시키기 위해로드의 입구 지점에서 볼 밸브를 설치한다.
주의 :로드를 삽입하여 급냉 시스템의 입구 청소 반응기의 가스 제거를 일시적으로 차단 리드. 이 청소는 <10 초에 수행되는 것을 보장 할 수없는 경우 바이오 매스 공급 중지해야합니다.
- 예를 들어, 기계적으로 스케일링 제거로드를 사용하여 상기 튜브의 단면을 청소. 급냉 시스템으로 공기의 흡입을 방지하기 위해 가스켓로드를 밀봉. 청소가 동작하지 않은 경우 상기 공기 누출을 감소시키기 위해로드의 입구 지점에서 볼 밸브를 설치한다.
- 두 축합 사이클의 응축 온도를 모니터링하고 필요에 따라 온도를 처리 온도 조절기의 세트 포인트를 적응.
- 최대 허용 충전 레벨의 80 %에 도달 한 바와 같이 (버퍼 탱크의 크기, 공급되는 바이오 매스의 양 및 유형에 따라) 즉시 사이클에서 응축수를 제거한다.
- 가스상의 측정을 실시한다. 가스의 양뿐만 아니라 조성 (4.5 단계에서 세부 사항을 참조) 측정한다.
참고 : 기본 기체 화합물은 N 2, CO, CO 2, CH 4, O 2, H 2 등이 있습니다. 추가의 화합물은 예컨대 C 2 H 4, C 2 H 6, C 3 H 8과 같이 예상 할 수있다. 가스 측정 시스템의 예는 (단계 4.5 참조)에 대하여 설명한다.
주의 : 열분해 장치의 부분 압력에서 작동하는 경우, 공기의 누설이 폭발의 개발로 이어질 수 있습니다. 매우 밀접 OB하는 것이 좋습니다열분해 가스 중 산소의 양을 제공.
3. 종료
- 실험을 중지하려면, 단순히 바이오 매스 공급을 끄고 원하는 원자로 압력을 유지하기 위해 팬을 조절한다.
- 모든 나머지는 열분해 및 제품이 회수되도록 다른 30 ~ 40 분 동안 실행 시스템 (열 캐리어 루프 및 응축주기)를 허용합니다.
- 열 캐리어 루프의 난방을 끄십시오.
- 응축주기와 전기 집진기 모두의 펌프의 전원을 끄십시오.
- 빈 모두 응축수 사이클 각각 축합 물의 중량을 기록하고. 잔액을 설정하기 전에 출발 물질의 양 (참조 : 1.2 1.3 단계) 뺀다.
- 숯 컬렉션을위한 컨테이너를 불활성 분위기 하에서 상온으로 냉각 할 수있다. 숯의 양을 단다.
주의 : 문자는 자연 발화성 특성을 나타낼 수 있으며,이 물질을 취급 할 때 특정주의를 기울여야한다. - 클레아신선한 에틸렌 글리콜 바이오 오일 사이클 1 수성 축합주기 N : 물과 에탄올의 혼합물 (1). 적절한 양의 입력 (참조 1.2 및 1.3 단계)과 30 ~ 40 분 동안 실행할 수 있습니다.
'드라이'와 '원소 탄소'잔액 설정 4. 필요한 분석
- (해당 표준에 대한 예는 괄호 안에 있습니다) 다음과 같은 원료 분석을 수행합니다 :
- 수분 함량 (17)을 결정합니다.
- 회분 (18)을 결정합니다.
- 원소 탄소, 수소, 질소 함량 (19)을 결정합니다.
주 : 매우 기상 조건의 차이는 원료의 수분 함량에 영향을 미칠 수 있기 때문에, 각 실험 일 수분 함량을 분석하기 위해 추천된다. 로트의 크기에 따라 여러 가지 샘플을 확실하게 공급 원료의 특성을 요구한다. 이러한 섬유 분석되고 높은 가열 값으로 추가 분석권장하지만, 전술 한 균형을 설정하기위한 필수 없다.
- (해당 표준의 예는 참고 문헌에 나와있다) 다음 숯 분말 분석을 수행합니다 :
- 수분 함량 (17)을 결정합니다.
- 회분 (18)을 결정합니다.
- 원소 탄소, 수소, 질소 함량 (19)을 결정합니다.
주 : 잔액을 설정하는 과정을 떠날 때 문자가 더 수분이없는 것으로한다. 수분 권취가 분석 과정에서 발생할 수 있으며, 수분 함량은 다른 두 분석의 보정 요구된다.
- (해당 표준이나 다른 추천 방법의 예는 괄호 안에 있습니다) 다음과 같은 바이오 오일 분석을 수행합니다 :
- 표준 프로토콜에 따른 체적 카를 피셔 적정에 의해 물의 함량을 측정. 건조한 메탄올 중의 샘플을 용해시키고, 염기의 혼합물을 적정 SO 2그리고 나는이 알려진 농도 (재료의 상세한 예는 물질 목록에 나와있다). 물을 각 몰은 I 2의 1 몰과 반응.
- FPBO의 3,040g 샘플을 취함으로써 고형분 함량을 측정 및 약 100 ㎖의 최종 용액 부피의 메탄올에 용해. 실온에서 10 분 동안 용액을 교반 하였다. 2.5 ㎛의 입자 보유에서 셀룰로오스 필터를 통해 용액을 여과하고 투명한 여액을 수득 될 때까지 메탄올로 충분히 잔류 린스. 하룻밤 105 ° C에서 고체 잔류 물을 건조하고 잔류 무게를 결정합니다.
- 원소 탄소, 수소, 질소 함량 (19)을 결정합니다.
- 표준 프로토콜에 따라 1 H NMR 분석에 의해 에틸렌 글리콜의 함량을 결정한다. 3- (트리메틸 실릴) 중 메탄올의 용액에 FPBO 샘플을 용해 프로피온산 -2,2,3,3- D -4- 술폰산 나트륨 염 참고 자료로 (TMSP) (약 0.1g FPBO 0.8 g 용액). 예를 들어, 용액을 44 g의 메탄올 및 0.1 g의 TMSP를 포함 할 수있다. 고형물을 제거하기 위해 용해 된 샘플을 원심 분리기. 1 H 핵 자기 공명 분광법 (NMR)에 의해 샘플을 분석한다. 에틸렌 글리콜의 수산기는 3.55-3.65 ppm에서 피크를 나타낸다. TMSP의 기준 피크를 0ppm 부근 나타나고 에틸렌 글리콜 함량을 정량화하는데 사용된다.
참고 : 순수 에틸렌 글리콜 시동은 1 응축기에서 응축의 희석에 연결됩니다. 이것은 질량 및 에너지 균형의 계산 결과의 표현이 고려 될 필요가있다. 개개의 화학적 화합물을 식별하는 것이 매우 바람직하다. 이러한 분석 방법으로 인해 상이한 화합물의 수많은 응축수 행렬의 특성으로 매우 복잡하다. 이러한 분석에 대한 설명은이 문서의 범위를 벗어납니다. 또한, 상기 한 분석은 단순히 설정에 필요한 지적되어야잔액이 제품으로 바이오 오일을 설명하기에 충분하지 않다. FPBO 응용 프로그램을 포함 표준 준비에 있습니다.
- (해당 표준의 예는 괄호 안에 있습니다) 다음 수성 응축수 분석을 수행합니다 :
- 체적 카를 피셔 적정에 의해 물 함량을 (4.3.1 참조)를 결정한다.
- 불려 나가지 않은 유기 탄소 (20)과 총 유기 탄소를 결정합니다.
참고 : 시동 번째 응축기에서 응축의 희석에 순수 리드와 함께. 이것은 질량 및 에너지 균형의 계산 결과의 표현이 고려 될 필요가있다.
- 조성물은 시간에 따라 상당히 변화하므로 실험에 걸쳐 기체 조성물을 모니터링. 예를 들어, 프로세스 가스 크로마토 매 30-60 분 여기에 제시된 실험 동안 생성물 기체를 분석한다. 네, H 2, CO, CO 2, N 2 : 다음의 가스 종을 분석, O 2, CH 4, 알칸 / 알켄 C 2 -C 5 구성 요소.
- 참고로 반응기에 네 일정한 가스 흐름을 주입한다. 기준 체적 흐름의 평균 가스 조성비의 실험 기간과 종이의 밀도에 따라 각 가스 종의 질량을 계산한다. 열분해 가스의 수분 함량을 결정하기 위해, 마지막 응축기의 출구 온도에서 포화 상태를 가정한다.
Representative Results
다양한 형태의 바이오 매스가 성공적 IKFT / 현재의 설정으로 KIT에서 열분해 유닛에서 열분해 하였다. 예를 들어, 세 가지 다른 원료 (밀 밀짚, 억새, 스크랩 나무)가 설명 된 절차에 따라 열분해 후 자신의 특성과 수율에 관한 비교 하였다. 균형 방법의 다른 종류의 표시 및 재 풍부한 원료에 대한 그들의 적용에 관하여 설명합니다. 이는 균형 각 분획의 응집 상태에 따라 산출 요약되었음을 주목하는 것이 중요하다. 제 1 콘덴서에서 회수 된 바이오 오일은 여전히 사이클론에 의해 제거되지 않은 고체를 포함한다. 이들은 잔액에 별도로 표시됩니다. 비교 통계 평가를 위해 바이오 오일의 고형분 함량은 클론으로부터 회수 숯 분획에 첨가 하였다.
에 '받은'기초하여,고형물 수율, 즉 바이오 오일 클론 및 숯을 통해 회수 본 CHAR는 조사 원료에 대한 중량 14~25%의 범위에있다. 가스 생산량은 3 바이오 매스 (그림 2 참조) (20 % 정도) 상대적으로 비슷한 반면 두 콘덴서에서 회수 된 총 응축수 수익률은 중량 53-66% 이르기까지 다양합니다. 값 생성물 분획의 실제 양에 대한 유용한 정보를 제공 '받은'이이 종류의 빠른 열분해 설비 예상된다.
그러나, 문헌에서 총 액체 유기 수율이 가장 일반적으로, 건조 기준으로보고 즉, 응축 및 공급에서 반응의 수분과 물을 제외. 균형이 가지 장점은 초기 매스 본 수분이 결과에 영향을주지 않기 때문이다. 이러한 수분 함량은 인위적 '받은'B의 축합 수율을 증가시킬alance. 비교의 이유를 들어, 그림 3은 건조 기준에 유기 오일 수율 및 반응 물을 보여줍니다. 본 연구에서는 유기 오일 생산량 증가 공급 원료 밀 짚의 (1.5 중량 % - - 2.7 9.2) - 억새 - 재 함량 감소와 함께 (35 - 50 중량 % - 46) 스크랩 나무 (표 1 참조). 이는 다른 연구 10,15,16에서 관측과 일치한다. 반응 수율 물의 12-14 중량 % 내지 비교적 좁은 범위에있다.
건조 기준에 질량 균형은 여전히 직접 공급 원료의 회분에 의해 영향을받습니다. 바이오 매스 물질에 포함 된 광물은 인위적으로 모두 '받은'와 '건조'균형에서 고체의 수율을 증가시킬 것이다. 따라서, 원소 탄소 균형들은 바이오 매스의 열 화학적 전환 반응의 차이를 평가하기 위해 더 적합한 것으로 나타 때문에 측정 하였다 (도 4 참조
| 밀 밀짚 | 억새 | 스크랩 나무 | |
| 물, 아칸소 | 9.6 | 10.1 | 15.2 |
| 애쉬, D | 9.2 | 2.7 | 1.5 |
| 탄소, D | 46.1 | 48.6 | 49.8 |
| 수소, D | 5.7 | 5.9 | 6.1 |
| 질소, D | <0.5 | <0.5 | <0.5 |
| AR :받은, D : 건조 기준 (21) | |||
사용되는 다른 원료 표 1. 선택한 속성. 모든 값은 질량 분율 (%)을 나타냅니다.
실험 설정. 1) 바이오 매스 스토리지 그림 1. 흐름도. 2) 잠금 호퍼 시스템. 3) 바이오 매스 투여. 4) 트윈 스크류 혼합 반응기. 5) 버킷 엘리베이터. 열 캐리어 6) 히터. 고형물 제거 7) 사이클론. 8) 숯불 저장. 9) 스프레이 담금질. 10) 바이오 오일저장 창고. 11) 균질 기 펌프. 순환 응축 냉각 12) 열교환 기. 13) 전기 집진기. 14) 수성 응축수 저장 탱크. 15) 수성 응축수를 순환 용 펌프. 순환 응축 냉각 16) 열교환 기. 수성 응축수 17) 콘덴서. 18) 팬 가스 / 증기를 제거하기 위해. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
실험 2. 질량 균형 그림. 잔액은 원료 및 제품의 21 '수신 등'으로보고있다. 모든 값은 질량 분율로 표시됩니다. 바이오 매스의 세 종류가 사용되었으며, 모든 실험은 적어도 삼중으로 수행 하였다 (13). 생물의 고형분오일은 설명을 위해 개별적으로보고된다. 오류 바 원료의 한 종류 실험의 표준 편차를 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3. 총 유기 오일 수율 및 반응 물. 모든 값은 마른 21 공급하여 표시하고 질량 분수로 표현된다. 축합 물의 고체 함량은 유기 오일 수율 13에서 제외되었다. 오류 바 원료의 한 종류 실험의 표준 편차를 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 4. 탄소 균형. 모든 값은 바이오 매스 탄소 입력의 질량 분율로보고됩니다. 바이오 매스의 세 종류가 사용되었으며, 모든 실험은 적어도 삼중으로 수행 하였다 (13). 바이오 오일의 고형분 함량은 설명을 위해 개별적으로보고된다. 오류 바 원료의 한 종류 실험의 표준 편차를 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
Discussion
모든 실험의 경우, 예를 들면 열 담체 및 응축 사이클 모두의 원료 물질의 크기, 공급 속도, 압력, 반응 온도, 응축 온도 및 유량 등의 처리 조건은 동일하게 하였다. 물론, 규정 범위 내에서의 변화는 피할 수 없다. 여기에 제시된 프로세스 현상 유니트 등의 시험 공장 재현성 실험 변동의 허용 가능한 범위 및 작동에 필요한 시간은 연산 및 / 또는 경험에 의해 결정되어야한다. 예를 들어, 반응기를 떠나는 가열 매체의 온도에 의해 지시되는 반응기 온도는 상기 전체 매스 용량 반응의 시작부터 반응의 전체에 걸쳐 35 ℃의 표준 편차 제어 바이오 매스 공급 (일반적으로 약 4 시간)의 중지합니다. 반응기 내의 압력은 300 내지 500 Pa의 표준 편차에 의해 제어된다. 압력 피크 fluc로 인해 발생하기 쉽다바이오 매스 공급에 tuations. 그러한 변동을 최소화하여 일정한 매스 흐름을 보장하기 위해 고려되는 바이오 물질 이송 나사 시스템을 조정하기 위해 추천된다. 제 1 및 제 2 응축기에서 응축 온도가 각각 37 ° C의 표준 편차 1 ℃로 유지 하였다.
이는 제시된 모든 실험은 동일한 반응기 온도 (500 ° C)에서 수행 된 시점에서 주목해야한다. 이 온도는 반드시 각각의 특정 원료 (22)에 대해 존재하는 최적의 빠른 열분해 온도를 반영하지 않습니다. 반응기 온도의 변화는 더 높은 유기 오일 수율에 최적화 된 열분해 온도가 발생할 수 있습니다.
분산 방법의 선택은 고 회분으로 바이오 매스를 사용할 때 분별 응축을인가하고, 특히 미생물의 빠른 열분해를위한 단순하지 않다. balancin의 세 가지 유형g는 앞 절에서 제시되었다. 그것은 실제 제품 유통을 예상 할 수있는 바와 같이보고 '받은'기초 생성물 분획의 수율을보고하는 것은 그러한 장치 및 저장 용량의 설계로 실제적인 고려에 유리하다. 그러나, 이러한 값은 원료의 수분과 회분의 내용에 의해 가려한다. 예를 들어, 짚, 임업 및 가지 치기 잔류 및 생물 '폐기물'- - 특히 잔여 바이오 매스 이러한 원료는 표 1 참조, 물, 무기 콘텐츠의 넓은 범위를 가지고이 문제입니다.
이 원료 상이한 수분 함량의 효과를 제거 같은 "건조 기준 '바이오 매스 과정 공통 밸런싱 방법은 여러 연구들 사이의 비교에 유용한 대부분이다. 그러나, 특정 촉촉한 원료 실험에서이 계산 된 값이 반드시 reflec하지 않는 것을 지적해야한다그것은 완전히 물리적으로 건조 된 경우 t 행동이 특정 원료의 수율은 실험 전에 의미한다. 이는 수분이 열분해 (23)의 수율 분포에 영향을 미치는 것으로 알려져 있으며, 평가와 '건조'잔액을 비교할 때이를 염두에 두어야한다.
무기질은 주로 문자에 결국 초기 수분 함량과 유사 결과를 불명료하기 때문에 또한, '건조 기준'에 대한 질량 균형 높은 회분 함량이 공급 원료에 부적합하다. 그들은 차 열분해 반응을 촉진하기 때문에 마찬가지로 물, 미네랄이 높은 문자 낮은 바이오 오일 수율로 이어지는 실제 열분해 반응 네트워크에 영향을 미칩니다. 잔고가 회분에 대해 보정하는 경우 이러한 효과는 과학적 근거하여 평가 될 수있다. 이를 달성하는 방법 중 하나는 탄소 균형을 설정하는 것이다. 도 2 및도 4의 비교로부터, 증가 된 고체 yie 것을 알 수있다억새에 비해 밀 짚의 열분해 후 관찰 LD,하지만 인해 과정에서 형성된 유기 고체의 증가 비율에뿐만 아니라 인해 문자로 회수되는 무기 물질이다.
원소 탄소 균형의 또 다른 이점은 생물학적 탄소, 즉, 회수 된 생성물 분획의 분포의 운명을 보여주는 것이다. 예를 들면, 열분해 가스화하고, 여기에 제시된 경우와 합성 - - 이는보다 복잡한 변환 체인의 평가에 중요 생물 탄소를 가능한 한 효율적으로 사용되어야하기 때문이다. 이후 바이오 기초 경제 매스의 중요한 역할 중 하나는, 따라서 화석 자원으로부터 탄소를 대체 상품의 광범위한 생체 탄소를 제공하는 것이다.
이축 혼합 반응기에서 빠른 열분해에 대한 발표 프로토콜은 일부 조정 서로 다른 저울에 실현 될 수있다. 티그는 10kg의 시간의 공급 용량 단위의 경우를 제시 -1 운영 복잡성 및 처리 동작에 대한 의미있는 결과 간의 타협 가능한 것으로 입증되었다. 그것은 모두 바이오 매스 및 공정 조건의 최적화의 다른 유형의 스크리닝에 적용될 수있다. 거친 고체 잔류 물이 열 캐리어주기에 축적 될 경우 특정 원료 특성이 불리한 공정 작업으로 이어질 수 있기 때문에 특정 바이오 매스 원료를 테스트하는 것은 매우 중요합니다. 이러한 축적 결과 섹션에 제공된 바이오 관찰되지 않았다하지만 제시된 프로세스의 적용을 제한하는 큰 입자 크기 (> 1mm)으로 매우 어려운 생체 재료에 대해 관찰되었다. 이 문제는 동시 부분 연소와 열 캐리어의 공기 교통 열 캐리어 루프의 다른 디자인, 예를 들어, 감소 될 수있다.
Acknowledgments
저자는이 작품의 기술 및 분석 지원 멜라니 프랭크, 피아 Griesheimer, 제시카 HENRICH, 페트라 Janke, 제시카 마이어, 그리고 노르 베르트 Sickinger 감사합니다.
BioBoost 프로젝트에서 제공하는 재정 지원이 크게 인정 받고 있습니다. BioBoost는 유럽 R & D 프로젝트는 유럽위원회 (www.bioboost.eu)에 의해 일곱 번째 프레임 워크 프로그램 내에서 계약 282,873에서 공동 투자.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Wheat straw | Dörrmann Kraichtal-Münzesheim | n/a | Triticum aestivum L. |
| Scrap wood | Rettenmeier Holding AG | n/a | According to class A2 of the German scrap wood decree (AltholzV §2): glued, coated, painted, or otherwise treated scrap wood without organic halogen compounds and wood preservatives |
| Miscanthus | Hotel-Heizungsbau Kraichgau-Odenwald | n/a | Miscanthus x giganteus |
| Ethylene glycol | Häffner GmbH & Co KG | 1042090220600 | |
| Ethanol | Häffner GmbH & Co KG | 1026800150600 | Grade 99.9% |
| Nitrogen | KIT | n/a | Supplied by internal nitrogen pressure system. |
| Pyrolysis test rig | self-built | n/a | Flow scheme is illustrated in manuscript. |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Analyses: | |||
| Gas chromatograph Daniel 700 | Emerson Process Management | n/a | Designed for this specific application by Emerson; two 20% SF 96 columns, two HAYESEP N columns, and one MS-5A washed column; carrier gas is helium |
| Helium | Air Liquide | P0252L50R2A001 | Grade 6.0 |
| Gas mixture for calibration | basi Schöberl GmbH & Co. KG | FG 10002 | Specified gas composition: 5% Ne, 2% O2, 20% CO, 30% CO2, 5% CH4, 5% H2, 2% C2H6, 0.5% C3H8, 0.5% C4H10, 0.5% C5H12, remainder N2. |
| Neon | Air Liquide | P0890S10R2A001 | Grade 4.0; used as fixed reference gas flow; not necessarily required and is only given as an example for quantifying the pyrolysis gas flow. |
| Elementaranalysator CHN628 | Leco Instrumente GmbH | 622-000-000 | |
| TGA701 | Leco Instrumente GmbH | n/a | |
| DIMATOC 2000 | Dimatec | n/a | |
| Hydranal methanol dry | Sigma Aldrich | 34741 | |
| Hydranal composite V | Sigma Aldrich | 34805 | |
| 841 Titrando | Deutsche Metrohm GmbH & Co. KG | 2.841.0010 | |
| 774 Oven Sample Processor | Deutsche Metrohm GmbH & Co. KG | 2.774.0010 | |
| 800 Dosino | Deutsche Metrohm GmbH & Co. KG | 2.800.0010 | |
| 801 Stirrer | Deutsche Metrohm GmbH & Co. KG | 2.801.0010 | |
| Methanol | Carl Roth GmbH & Co KG | 83884 | 99% for synthesis |
| Whatman cellulose filter grade 42 | Sigma Aldrich | WHA1442090 | |
| Methanol-D4 | Sigma Aldrich | 151947 | |
| 3-(Trimethylsilyl)propionic-2,2,3,3-d4 acid sodium salt | Sigma Aldrich | 269913 | |
| BZH 250 MHz | Bruker | n/a |
References
- Dahmen, N., Henrich, E., Dinjus, E., Weirich, F. The bioliq bioslurry gasification process for the production of biosynfuels, organic chemicals, and energy. Energ. Sust. Soc. 2 (1), 1-44 (2012).
- Ahmad, R., et al. Zeolite-based bifunctional catalysts for the single step synthesis of dimethyl ether from CO-rich synthesis gas. Fuel Process Technol. 121, 38-46 (2014).
- Haro, P., Trippe, F., Stahl, R., Henrich, E. Bio-syngas to gasoline and olefins via DME - A comprehensive techno-economic assessment. App Energy. , (2013).
- Henrich, E., Dahmen, N., Dinjus, E. Cost estimate for biosynfuel production via biosyncrude gasification. Biofuels, Bioprod. Bioref. 3, 28-41 (2009).
- Zhang, X., Kumar, A., Arnold, U., Sauer, J. Biomass-derived oxymethylene ethers as diesel additives: A thermodynamic analysis. Energ. Procedia. 61, 1921-1924 (2014).
- Bridgwater, A. V. Renewable fuels and chemicals by thermal processing of biomass. Chem. Eng. J. 91, 87-102 (2003).
- Meier, D., et al. State-of-the-art of fast pyrolysis in IEA bioenergy member countries. Renew. Sust. Energ. Rev. 20, 619-641 (2013).
- Rammler, R., Weiss, H. J., Bußmann, A., Simo, T. Gewinnung von Öl durch Schwelen von Ölschiefer und Teersand als Beitrag zur Energieversorgung. Chem. Ing. Tech. 53, 96-104 (1981).
- Tröger, N., et al. Utilization of biogenic residues and wastes in thermochemical systems for the production of fuels: current status of the project. Biofuels, Bioprod. Bioref. 7, 12-23 (2013).
- Tröger, N., Richter, D., Stahl, R. Effect of feedstock composition on product yields and energy recovery rates of fast pyrolysis products from different straw types. J. Anal. Appl. Pyr. 100, 158-165 (2013).
- Henrich, E., Dahmen, N., Weirich, F., Reimert, R., Kornmayer, C. Fast pyrolysis of lignocelluloses in a twin screw mixer reactor. Fuel Process Technol. 143, 151-161 (2016).
- Dahmen, N., et al. State of the art of the bioliq process for synthetic biofuels production. Env. Prog. Sust. Energ. 31, 176-181 (2012).
- Funke, A., et al. Fast pyrolysis char - Assessment of alternative uses within the bioliq concept. Bioresour. Technol. 200, 905-913 (2016).
- Lehto, J., Oasmaa, A., Solantausta, Y., Kytö, M., Chiaramonti, D. Fuel oil quality and combustion of fast pyrolysis bio-oils. , VTT Publications. Espoo. (2013).
- Fahmi, R., Bridgwater, A. V., Donnison, I., Yates, N., Jones, J. M. The effect of lignin and inorganic species in biomass on pyrolysis oil yields, quality and stability. Fuel. 87, 1230-1240 (2008).
- Oasmaa, A., Solantausta, Y., Arpiainen, V., Kuoppala, E., Sipilä, K. Fast Pyrolysis Bio-Oils from Wood and Agricultural Residues. Energ. & Fuels. 24, 1380-1388 (2010).
- DIN German Institute for Standardization. DIN EN ISO 18134-3 Solid biofuels - Determination of moisture content - Oven dry method - Part 3: Moisture in general analysis sample. , Beuth Verlag. Berlin. (2015).
- DIN German Institute for Standardization. DIN EN ISO 18122 Solid biofuels - Determination of ash content. , Beuth Verlag. Berlin. (2016).
- DIN German Institute for Standardization. Institute for Standardization. DIN EN ISO 16948 Solid biofuels - Determination of total content of carbon, hydrogen and nitrogen. , Beuth Verlag. Berlin. (2015).
- DIN German Institute for Standardization. Institute for Standardization. DIN EN 1484 Water analysis - Guidelines for the determination of total organic carbon (TOC) and dissolved organic carbon (DOC). , Beuth Verlag. Berlin. (1997).
- DIN German Institute for Standardization. ESO 16993: Solid biofuels - Conversion of analytical results from one basis to another. , Beuth Verlag. Berlin. (2015).
- Bridgwater, A. V. Review of fast pyrolysis of biomass and product upgrading). Biomass Bioenerg. 38, 68-94 (2012).
- Westerhof, R. J. M., Kuipers, N. J. M., Kersten, S. R. A., van Swaaij, W. P. M. Controlling the water content of biomass fast pyrolysis oil. Ind. Eng. Chem. Res. 46, 9238-9247 (2007).
