Abstract
तेजी से pyrolysis तेजी से दुनिया भर में वाणिज्यिक पौधों में लागू किया जा रहा है। वे वुडी बायोमास, जो तेजी से pyrolysis के साथ रूपांतरण के लिए अनुकूल गुण है पर विशेष रूप से चला रहे हैं। आदेश में खाद्य उत्पादन और बायोमास के ऊर्जावान और / या सामग्री का उपयोग के सहयोग बढ़ाने के लिए, यह कृषि उत्पादन, जैसे, भूसे से अवशेषों का उपयोग करने के लिए वांछनीय है। प्रस्तुत विधि एक औद्योगिक पैमाने पर इस तरह के एक माल बदलने के लिए उपयुक्त है। मुख्य विशेषताएं प्रस्तुत कर रहे हैं और कई बायोमास अवशेषों के रूपांतरण से बड़े पैमाने पर शेष राशि का एक उदाहरण दिया जाता है। एक जैविक-अमीर और एक जलीय युक्त एक - रूपांतरण के बाद, fractionated संक्षेपण आदेश दो condensates पुनः प्राप्त करने में लागू किया जाता है। इस डिजाइन तेजी से pyrolysis जैव तेल का उत्पादन है कि चरण जुदाई दर्शाती रोकता है। एक दो चरण जैव तेल भूसे बायोमास के आम तौर पर उच्च राख की, जिसके दौरान प्रतिक्रिया के पानी के उत्पादन को बढ़ावा देता है की वजह से उम्मीद की जा रही हैरूपांतरण।
दोनों fractionated संक्षेपण और उच्च राख की मात्रा के साथ बायोमास के उपयोग की शेष राशि की स्थापना के लिए एक सावधान दृष्टिकोण की मांग। नहीं शेष राशि के सभी प्रकार के दोनों सार्थक और साहित्य से अन्य परिणाम के लिए तुलना कर रहे हैं। विभिन्न तरीकों संतुलन प्रस्तुत कर रहे हैं, और जानकारी है कि उनमें से प्राप्त किया जा सकता चर्चा की है।
Introduction
जीवाश्म कार्बन स्रोतों के लिए एक विकल्प के रूप में बायोमास का उपयोग पृथ्वी की जलवायु पर सामाजिक गतिविधि के प्रभाव को कम करने के लिए तेजी से महत्वपूर्ण होता जा रहा है। ऐसे पवन और सौर के रूप में अन्य अक्षय ऊर्जा स्रोतों मौजूद हैं, लेकिन बायोमास तिथि करने के लिए केवल अक्षय कार्बन स्रोत का प्रतिनिधित्व करता है। नतीजतन, बायोमास का सबसे कुशल उपयोग रसायन और विशेष तरल ईंधन के उत्पादन में है। अवशिष्ट बायोमास आदेश चारा, भोजन, और रसायन / ईंधन उत्पादन के बीच प्रतिस्पर्धा को कम करने के लिए इस्तेमाल किया जाना चाहिए। इन अवशेषों अक्सर इस प्रकार औद्योगिक पैमाने पर अनुप्रयोगों के लिए एक सैन्य चुनौती पेश कम थोक घनत्व है।
इन चुनौतियों का सामना करने के लिए, bioliq अवधारणा प्रौद्योगिकी 1 कार्लज़ूए संस्थान में विकसित किया गया है। यह एक विकेन्द्रीकृत पहला कदम सुविधाएँ एक ऊर्जा घने मध्यवर्ती (bioslurry), एक केंद्रीय गैसीकरण इकाई में एक बाद रूपांतरण संश्लेषण करने में अवशिष्ट बायोमास परिवर्तित करने के लिएगैस और वांछित उत्पाद (एस) के लिए एक अंतिम संश्लेषण। गैसीकरण और संश्लेषण इकाई एक ही स्थल पर आवश्यक औद्योगिक पैमाने पर बनाया जा सकता है वाणिज्यिक संचालन प्राप्त करने के लिए। अवधारणा से विशेष ईंधन additives और थोक रसायनों 2-5 करने के लिए ईंधन ड्रॉप में लेकर, विभिन्न उत्पादों के लिए अनुमति देता है। इस पत्र में पहला कदम है जो तेजी से pyrolysis मध्यवर्ती bioslurry अवशिष्ट बायोमास परिवर्तित करने के लिए प्रयोग किया जाता है प्रस्तुत करता है। तेजी से pyrolysis <2 सेकंड 6 का उत्पादन किया pyrolysis वाष्प का एक निवास समय के साथ आम तौर पर 450-500 डिग्री सेल्सियस के एक प्रतिक्रिया तापमान के लिए एक आभ्यांतरिक वातावरण में बायोमास की तेजी हीटिंग की विशेषता है। सबसे अधिक, द्रवीकृत बिस्तर रिएक्टरों तेजी pyrolysis के प्रदर्शन के लिए उपयोग किया जाता है, लेकिन यह भी विभिन्न रिएक्टर डिजाइन विशेष रूप से प्रतिक्रिया की स्थिति 7 अनुकूलन करने के लिए अनुकूलित वहाँ मौजूद हैं। निम्नलिखित में प्रस्तुत काम एक दो स्क्रू मिश्रण रिएक्टर के साथ आयोजित किया गया है। यह पहले से ही मधुमक्खी है कि एक मजबूत प्रौद्योगिकी प्रस्तुतn कोयले की pyrolysis के लिए और तेल रेत 8 के लिए एक पायलट पैमाने पर एक औद्योगिक पैमाने पर लागू होता है।
दो स्क्रू मिश्रण रिएक्टर के उद्देश्य के लिए एक ठोस, पूर्व गर्म गर्मी वाहक के साथ ठोस बायोमास फ़ीड मिश्रण करने के लिए है। मिश्रण की जरूरत है पर्याप्त आदेश हीटिंग दर तेजी से pyrolysis की शर्तों के तहत बायोमास परिवर्तित करने के लिए आवश्यक है कि प्राप्त करने के लिए पूरी तरह से होना। इसके अतिरिक्त, दोनों बायोमास और गर्मी वाहक कणों के आकार के एक उच्च गर्मी हस्तांतरण गुणांक और एक छोटी कण हीटिंग अवधि को प्राप्त करने के लिए छोटे होने की जरूरत है। कार्लज़ूए प्रौद्योगिकी संस्थान (किट), 10 किलो घंटा की एक बायोमास इनपुट क्षमता के साथ एक प्रक्रिया विकास इकाई की कटैलिसीस अनुसंधान और प्रौद्योगिकी संस्थान (IKFT) -1 एक दशक से अधिक के लिए परिचालन किया गया है। यह गर्मी वाहक है, जो एक बाल्टी लिफ्ट के साथ आंतरिक रूप से recirculated जाता है और एक बिजली के हीटिंग सिस्टम के साथ फिर से गर्म के रूप में इस्पात गेंदों का उपयोग करता है। इसका मुख्य उद्देश्य Au की जांच थाnique उत्पाद वसूली तकनीक है कि एक गैसीफायर में उत्पाद के उपयोग और feedstocks 9-11 की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए अपनी उपयुक्तता के सत्यापन के लिए अनुकूलित किया गया था। एक बड़ा प्रायोगिक संयंत्र 500 किलो मानव संसाधन -1, जो पांच साल के लिए परिचालन किया गया है की एक बायोमास इनपुट क्षमता के साथ इन अध्ययनों के समानांतर में बनाया गया था। यह गर्मी वाहक है, जो एक गर्म लिफ्ट गैस से साँस recirculated है और इसके साथ ही entrained चार कणों 1,12 के आंशिक दहन से गर्म रेत के रूप में इस्तेमाल करता है। प्रयोगात्मक विधि के निम्नलिखित विवरण छोटे प्रक्रिया विकास इकाई के बाद अपने उत्पाद वसूली खंड बेहतर प्रायोगिक संयंत्र डिजाइन 13 सदृश नवीनीकरण किया गया था पर आधारित है। इस प्रयोगात्मक स्थापना के एक प्रवाह योजना चित्रा 1 में सचित्र है।
यह महत्वपूर्ण गैसीफायर में उपयोग के लिए तेजी से pyrolysis जैव तेल (FPBO) के लिए है कि उत्पाद आवश्यकताओं को नोट करने के लिए कर रहे हैं पारंपरिक FPB के लिए विकसित किया उन लोगों के लिए अलग हैहे आमतौर पर प्रत्यक्ष ईंधन अनुप्रयोगों 14 के लिए करना है जो। सबसे महत्वपूर्ण बात, FPBO की ठोस सामग्री बहुत कम होने की जरूरत नहीं है। वास्तव में, यह आदेश गैसीकरण और ड्रॉप में ईंधन के बाद के संश्लेषण के लिए उपलब्ध कार्बन की मात्रा को बढ़ाने के लिए FPBO चार रूपांतरण की प्रक्रिया से प्राप्त के साथ उत्पादन मिश्रण करने के लिए वांछनीय है। इन तथ्यों को प्रयोगात्मक और कहीं और प्रकाशित यहाँ प्रस्तुत सेटअप तेजी से pyrolysis प्रयोगों के डिजाइन में अंतर को समझने के लिए महत्वपूर्ण हैं। एक अन्य महत्वपूर्ण अंतर यह है कि जांच के तहत बायोमास रूपांतरण अवधारणा विशेष रूप से इस तरह के गेहूं के भूसे के रूप में कृषि अवशेषों के लिए डिजाइन किया गया है। आमतौर पर, फीडस्टॉक के इस तरह के राख का एक बड़ा अंश होता है। ऐश काफी तेजी से pyrolysis के उत्पाद के वितरण को प्रभावित करने के लिए जाना जाता है। यह कार्बनिक घनीभूत (ओसी) और दोनों ठोस और गैसीय उत्पादों 10,15,16 में वृद्धि की कमी हो जाती है। इन तथ्यों के हिसाब कर रहे हैंदोनों के लिए और यहाँ प्रस्तुत प्रयोगात्मक स्थापना समग्र प्रक्रिया श्रृंखला के डिजाइन में। अधिकांश औद्योगिक प्रतिष्ठानों कम राख सामग्री के साथ लकड़ी पर चलाने के लिए और बस आंतरिक रूप से ठोस जला। यह बाहरी उपयोग के लिए गर्मी का अतिरिक्त उत्पादन होता है। उच्च राख सामग्री के साथ feedstocks का उपयोग करते हैं, चार-उत्पाद के लिए एक महत्वपूर्ण है कि कुशलतापूर्वक 13 का इस्तेमाल किया जाना चाहिए है।
Protocol
1. शुरू हुआ
- सहायक एन 2 आपूर्ति और pyrolysis गैस प्रशंसक शुरू करने से पूरे pyrolysis और संक्षेपण प्रणाली को सक्रिय करें। स्टैंडबाई के दौरान 500 एल नाइट्रोजन के एचआर -1 के साथ pyrolysis परीक्षण रिग फ्लश। प्रक्रिया नियंत्रण में प्रशंसक के मेनू खोलने और अपने नाममात्र बड़ा प्रवाह का समायोजन ऐसी है कि रिएक्टर में दबाव परिवेश के दबाव के ऊपर 3-8 मिलीबार है द्वारा प्रशंसक विनियमित।
सावधानी: विशेष रूप से शुरू के दौरान, वहां विस्फोटक वायुमंडल का निर्माण हुआ का खतरा बढ़ गया है। सिस्टम को इस जोखिम को कम करने के लिए पूरी तरह से निष्क्रिय किया जाना चाहिए। - शमन प्रणाली के लिए शुरू माध्यम के रूप में एथिलीन ग्लाइकोल का एक उचित मात्रा के साथ जैव तेल चक्र (यानी, जैविक अमीर घनीभूत) भरें पंप और homogenizer के सुरक्षित संचालन की अनुमति के लिए (जैसे, उदाहरण में 15 किलो दिया)। शुरुआती सामग्री के वजन रिकॉर्ड।
- एक उचित Amoun के साथ जलीय चक्र घनीभूत भरेंपानी की टी पंप के सुरक्षित संचालन की अनुमति के लिए (जैसे, उदाहरण में 7 किलो दिया)। सामग्री शुरू करने का वजन रिकॉर्ड।
- सिस्टम को गर्मी, गर्मी वाहक हीटर और सभी सहायक हीटर सहित, उनके मेनू (500 डिग्री सेल्सियस के आसपास है, उदाहरण के लिए) प्रक्रिया नियंत्रण में खोलने और वांछित मान दर्ज करके। सहायक हीटिंग रिएक्टर ही है और आदेश वाष्प के अनियंत्रित संक्षेपण को रोकने के लिए पहले कंडेनसर को जोड़ने पाइप के लिए सिफारिश की है।
- कूलर पर स्विचन द्वारा दोनों संक्षेपण चक्र में हीट एक्सचेंजर्स के लिए ठंडा चक्र शुरू।
- प्रक्रिया नियंत्रण में उनके मेनू खोलने के द्वारा दोनों संक्षेपण चक्र का पंप शुरू करने और सक्रिय पर क्लिक करें। पर्याप्त ठंडा करने की शक्ति प्रदान करने के लिए बड़े पैमाने पर प्रवाह को समायोजित करने के लिए एक ही मेनू का उपयोग करें। उदाहरण के लिए, लगभग 350 किलो घंटा की दर से जैव तेल recirculate -1 और शमन बर्तन में यह छिड़काव से पहले 80 डिग्री सेल्सियस के लिए यह शांत हो जाओ। जलीय कोंडे recirculateलगभग 600 किलो मानव संसाधन -1 की दर से nsate और इसके अलावा में, आपूर्ति 300 किलो घंटा की दर से पानी ठंडा -1 8 डिग्री सेल्सियस पर।
- electrostatic precipitator पर स्विच।
- बाद में दोनों संक्षेपण चक्र 10-20 मिनट के लिए चलाने के लिए है, को रोकने के लिए शमन प्रणाली की नलिका की जाँच करें और किसी भी रुकावट वर्तमान हटा दें।
- बाल्टी लिफ्ट और प्रक्रिया नियंत्रण में गर्मी वाहक खिला पेंच के मेनू खोलने के द्वारा गर्मी वाहक पाश शुरू और सक्रिय पर क्लिक करें। आदेश pyrolysis प्रतिक्रिया के लिए गर्मी की आवश्यकताओं के लिए लेखांकन द्वारा एक चिकनी शुरू हुआ अनुमति देने के लिए वांछित रिएक्टर के तापमान के ऊपर एक मूल्य के लिए गर्मी वाहक तापमान सेट करें। उदाहरण के लिए, बायोमास फ़ीड शुरू करने से पहले 1,000 किलो घंटा की एक जन प्रवाह -1 520 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर आपरेशन के दौरान, लेकिन गर्मी 545 डिग्री सेल्सियस के साथ गर्मी वाहक आपूर्ति।
सावधानी: यकीन है कि रिएक्टर के जुड़वां शिकंजा एक बार गर्मी वाहक खिला स्वचालित रूप से प्रारंभ किया हैंपेंच सक्रिय है। अन्यथा वहाँ अवरुद्ध और भी खिला प्रणाली को नुकसान का खतरा है। - प्रणाली के बाद (यानी, सभी तापमान) के सेट मूल्यों पर पहुँच गया है, वांछित फीडस्टॉक के साथ बायोमास भंडारण भरने के द्वारा बायोमास खिला शुरू करते हैं। इसके बाद ताला खोलने हॉपर और प्रक्रिया नियंत्रण में उनके मेनू में सक्रिय पर क्लिक करके बायोमास खिला पेंच शुरू करते हैं। धीरे धीरे आदेश अत्यधिक दबाव में उतार-चढ़ाव को रोकने के लिए चारा दर में वृद्धि।
2. कदम और टिप्पणियों लगातार आपरेशन के दौरान आवश्यक
- आदेश में संतुलन के लिए खाते और उचित नमूने लेने के लिए तंग आ बायोमास की राशि रिकॉर्ड।
- वांछित रिएक्टर के तापमान (गर्मी वाहक के बाहर निकलने के तापमान) के लिए जाँच करें और उसके अनुसार गर्मी वाहक पाश के ताप को विनियमित।
- वांछित रिएक्टर दबाव बनाए रखने के लिए अपने नाममात्र बड़ा प्रवाह का समायोजन करके प्रशंसक विनियमित।
- नलिका में रोकने के लिए जाँच करेंशमन प्रणाली के (जन प्रवाह और / या शमन तापमान में वृद्धि में गिरावट)।
- आदेश काफी पहले अत्यधिक स्केलिंग का पता लगाने के चक्रवात और शमन प्रणाली भर में दबाव ड्रॉप का निरीक्षण करें। उचित उपाय स्थापित ऑपरेशन के दौरान अत्यधिक स्केलिंग को दूर करने के लिए, विशेष रूप से पहली तापमान (आमतौर पर शमन प्रणाली का प्रवेश) pyrolysis वाष्प की बूंद के बिंदु पर सक्षम हो।
- उदाहरण के लिए, यंत्रवत् स्केलिंग को हटाने के लिए एक छड़ी का उपयोग करके ट्यूब के पार अनुभाग साफ। शमन प्रणाली में हवा का सेवन रोकने के लिए एक गैसकेट के साथ रॉड मुहर। रॉड के प्रवेश बिंदु पर एक गेंद वाल्व स्थापित आगे हवा रिसाव कम करने के लिए यदि सफाई आपरेशन में नहीं है।
सावधानी: एक रॉड डालने से शमन प्रणाली के इनलेट सफाई रिएक्टर से गैस हटाने के अस्थायी रुकावट की ओर जाता है। यह भी तय नहीं किया जा सकता है कि अगर सफाई <10 सेकंड में किया जाता है बायोमास खिला रोका जाना चाहिए।
- उदाहरण के लिए, यंत्रवत् स्केलिंग को हटाने के लिए एक छड़ी का उपयोग करके ट्यूब के पार अनुभाग साफ। शमन प्रणाली में हवा का सेवन रोकने के लिए एक गैसकेट के साथ रॉड मुहर। रॉड के प्रवेश बिंदु पर एक गेंद वाल्व स्थापित आगे हवा रिसाव कम करने के लिए यदि सफाई आपरेशन में नहीं है।
- दोनों संक्षेपण चक्र का संक्षेपण तापमान की निगरानी और तापमान के लिए अनुकूल प्रक्रिया thermostats के सेट अंक यदि आवश्यक है।
- के रूप में जल्द ही चक्र से घनीभूत हटाये के रूप में अधिकतम स्वीकार्य स्तर भरने के 80% तक पहुँच गया है (बफर टैंक के आकार और राशि और बायोमास के प्रकार खिलाया पर निर्भर करता है)।
- गैस चरण के माप का संचालन। गैस की मात्रा के साथ-साथ इसकी संरचना (4.5 कदम में विवरण देखें) उपाय।
नोट: प्राथमिक गैसीय यौगिकों एन 2, सीओ, सीओ 2, सीएच 4, 2 हे, और एच 2 शामिल हैं। अतिरिक्त यौगिकों ऐसे सी 2 एच 4, सी 2 एच 6, और सी 3 एच 8 के रूप में, उम्मीद की जा रही हैं। एक गैस माप प्रणाली का एक उदाहरण नीचे वर्णित है (4.5 कदम देखें)।
सावधानी: pyrolysis इकाई के कुछ हिस्सों दबाव में संचालित कर रहे हैं, तो हवा के रिसाव एक विस्फोटक वातावरण के विकास के लिए नेतृत्व कर सकते हैं। यह बेहद बारीकी से ओब की सिफारिश की हैpyrolysis गैस में ऑक्सीजन की मात्रा की सेवा।
3. शटडाउन
- प्रयोग को रोकने के लिए, बस बायोमास फ़ीड बंद और प्रशंसक को विनियमित वांछित रिएक्टर दबाव रखने के लिए।
- सुनिश्चित करें कि सभी शेष pyrolyzed कर रहे हैं और उत्पादों बरामद एक और 30-40 मिनट के लिए चलाने के लिए सिस्टम (गर्मी वाहक पाश और संक्षेपण चक्र) की अनुमति दें।
- गर्मी वाहक पाश के ताप को बंद कर दें।
- दोनों संक्षेपण चक्र और electrostatic precipitator के पंपों को बंद कर दें।
- खाली दोनों घनीभूत चक्र और प्रत्येक घनीभूत का वजन रिकॉर्ड। (देखें कदम 1.2 और 1.3) सामग्री शुरू की राशि शेष राशि की स्थापना से पहले घटाएँ।
- चार संग्रह के लिए कंटेनर माहौल निष्क्रिय में कमरे के तापमान को शांत करने के लिए अनुमति दें। चार की राशि वजन।
सावधानी: चार pyrophoric विशेषताओं प्रदर्शन कर सकते हैं, और विशिष्ट ध्यान जब इस सामग्री से निपटने लिया जाना चाहिए। - clean ताजा एथिलीन ग्लाइकोल के साथ जैव तेल चक्र और एक 1 के साथ जलीय घनीभूत चक्र: पानी और इथेनॉल के मिश्रण 1। उचित मात्रा के साथ भरें (देखें कदम 1.2 और 1.3) और 30-40 मिनट के लिए चलाने के लिए अनुमति देते हैं।
4. 'सूखा' और 'मौलिक कार्बन' शेष की स्थापना के लिए आवश्यक विश्लेषण
- निम्नलिखित फीडस्टॉक विश्लेषण (लागू मानकों के लिए उदाहरण कोष्ठकों में दिए गए हैं) को पूरा करें:
- पानी की मात्रा 17 निर्धारित करते हैं।
- राख की मात्रा 18 निर्धारित करते हैं।
- मौलिक कार्बन, हाइड्रोजन, नाइट्रोजन और सामग्री 19 निर्धारित करते हैं।
नोट: यह अत्यधिक प्रत्येक प्रयोगात्मक दिन पानी की सामग्री का विश्लेषण करने के लिए है, क्योंकि मौसम की स्थिति में मतभेद फीडस्टॉक की नमी की मात्रा को प्रभावित कर सकता है की सिफारिश की है। बहुत कुछ के आकार पर निर्भर करता है, कई नमूने मज़बूती से फीडस्टॉक को चिह्नित करने के लिए आवश्यक हैं। इस तरह के फाइबर विश्लेषण और उच्च ताप मान रहे हैं के रूप में अतिरिक्त विश्लेषणकी सिफारिश की लेकिन उपर्युक्त शेष राशि की स्थापना के लिए अनिवार्य नहीं है।
- निम्नलिखित चार पाउडर विश्लेषण (लागू मानकों का उदाहरण संदर्भ में दिए गए हैं) को पूरा करें:
- पानी की मात्रा 17 निर्धारित करते हैं।
- राख की मात्रा 18 निर्धारित करते हैं।
- मौलिक कार्बन, हाइड्रोजन, नाइट्रोजन और सामग्री 19 निर्धारित करते हैं।
नोट: यह माना जाता है जब शेष राशि की स्थापना के लिए प्रक्रिया छोड़ने चार कोई नमी की मात्रा है। नमी ले अप विश्लेषण के दौरान हो सकता है, और पानी की मात्रा अन्य दो विश्लेषण के सुधार के लिए आवश्यक है।
- निम्नलिखित जैव तेल विश्लेषण (लागू मानकों या अन्य सिफारिश की विधियों का उदाहरण कोष्ठकों में दिए गए हैं) को पूरा करें:
- मानक प्रोटोकॉल के अनुसार बड़ा कार्ल फिशर अनुमापन द्वारा पानी की मात्रा निर्धारित करते हैं। सूखी मेथनॉल में एक नमूना भंग और एक आधार के एक मिश्रण के साथ यह titrate, तो 2, और मैं 2 के एक ज्ञात एकाग्रता (सामग्री का विस्तृत उदाहरण सामग्री सूची में दिए गए हैं)। पानी की हर तिल मैं 2 में से एक तिल के साथ प्रतिक्रिया करते हैं।
- FPBO की एक 3,040 जी नमूना लेने के द्वारा ठोस सामग्री का निर्धारण करते हैं और लगभग 100 मिलीलीटर की एक अंतिम समाधान मात्रा मेथनॉल में भंग। कमरे के तापमान पर 10 मिनट के लिए समाधान हलचल। 2.5 माइक्रोन के कण प्रतिधारण में सेल्यूलोज फिल्टर के माध्यम से समाधान फ़िल्टर और मेथनॉल के साथ अच्छी तरह कुल्ला अवशेषों तक एक स्पष्ट छानना प्राप्त की है। रात भर में 105 डिग्री सेल्सियस पर ठोस अवशेषों सूखी और अवशिष्ट वजन का निर्धारण।
- मौलिक कार्बन, हाइड्रोजन, नाइट्रोजन और सामग्री 19 निर्धारित करते हैं।
- मानक प्रोटोकॉल के अनुसार 1 एच एनएमआर विश्लेषण से एथिलीन ग्लाइकोल सामग्री का निर्धारण। 3- (trimethylsilyl) के साथ deuterated मेथनॉल की एक समाधान में एक FPBO नमूना भंग propionic-2,2,3,3-डी 4 एसिड सोडियम नमक (TMSP) संदर्भ सामग्री के रूप में (लगभग 0.10.8 ग्राम समाधान में जी FPBO)। उदाहरण के लिए, समाधान 44 जी मेथनॉल और 0.1 ग्राम TMSP हो सकती है। ठोस हटाने के लिए आदेश में भंग नमूना अपकेंद्रित्र। 1 एच परमाणु चुंबकीय अनुनाद स्पेक्ट्रोस्कोपी (एनएमआर) द्वारा नमूना विश्लेषण। इथाइलीन ग्लाइकॉल की हाइड्रोक्सी समूहों 3.55-3.65 पीपीएम पर एक चोटी पर दिखा। TMSP के संदर्भ चोटी के चारों ओर 0 पीपीएम प्रकट होता है और एथिलीन ग्लाइकोल सामग्री यों इस्तेमाल किया जाता है।
नोट: शुद्ध एथिलीन ग्लाइकोल के साथ शुरू हुआ पहला कंडेनसर में घनीभूत के कमजोर पड़ने की ओर जाता है। इस मास और ऊर्जा की शेष राशि की गणना में और परिणामों की प्रस्तुति के लिए विचार किया जाना चाहिए। यह बेहद व्यक्तिगत रासायनिक यौगिकों की पहचान करने के लिए वांछनीय है। इस तरह के एक विश्लेषणात्मक विधि विभिन्न यौगिकों की विशाल संख्या और घनीभूत मैट्रिक्स की प्रकृति के कारण बहुत जटिल है। इस तरह के विश्लेषण का विवरण इस पत्र के दायरे से बाहर है। यह भी बताया जाना चाहिए कि उपर्युक्त विश्लेषण केवल स्थापित करने के लिए आवश्यक हैंशेष राशि और एक उत्पाद के रूप में जैव तेल वर्णन करने के लिए पर्याप्त नहीं हैं। मानकों कि FPBO अनुप्रयोगों को कवर तैयारी में हैं।
- निम्नलिखित जलीय घनीभूत विश्लेषण (लागू मानकों का उदाहरण कोष्ठकों में दिए गए हैं) को पूरा करें:
- बड़ा कार्ल फिशर अनुमापन द्वारा पानी की मात्रा (4.3.1 देखें) निर्धारित करते हैं।
- गैर purgeable कार्बनिक कार्बन 20 के रूप में कुल जैविक कार्बन का निर्धारण करते हैं।
नोट: शुरू हुआ दूसरे कंडेनसर में घनीभूत के कमजोर पड़ने के लिए शुद्ध पानी होता है के साथ। इस मास और ऊर्जा की शेष राशि की गणना में और परिणामों की प्रस्तुति के लिए विचार किया जाना चाहिए।
- प्रयोग के दौरान गैस संरचना मॉनिटर क्योंकि रचना समय के साथ काफी भिन्न होता है। उदाहरण के लिए, एक प्रक्रिया गैस chromatograph हर 30-60 मिनट में यहाँ प्रस्तुत प्रयोगों के दौरान उत्पाद गैस का विश्लेषण। Ne, एच 2, सीओ, सीओ 2, एन 2: निम्न गैस प्रजातियों का विश्लेषण करेंहे 2, सीएच 4, और एल्केन / alkene सी 2 सी 5 घटकों।
- एक संदर्भ के रूप में रिएक्टर में पूर्वोत्तर के एक निरंतर प्रवाह गैस इंजेक्षन। प्रत्येक गैस संदर्भ बड़ा प्रवाह, औसत गैस की रचना अनुपात, प्रयोग की अवधि, और प्रजातियों के घनत्व के आधार पर प्रजातियों के द्रव्यमान की गणना। आदेश pyrolysis गैस के पानी की सामग्री का निर्धारण करने में, पिछले कंडेनसर के आउटलेट तापमान में संतृप्त शर्तों मान।
Representative Results
बायोमास के विभिन्न प्रकार के सफलतापूर्वक IKFT / मौजूदा सेटअप के साथ किट में pyrolysis इकाई में pyrolyzed थे। उदाहरण के लिए, तीन अलग अलग feedstocks (गेहूं के भूसे, miscanthus, और स्क्रैप की लकड़ी) प्रक्रिया में वर्णित निम्नलिखित pyrolysis के बाद उनके गुणों और पैदावार के विषय में तुलना की गई। संतुलन तरीकों के विभिन्न प्रकार दिखाया गया है और राख युक्त फीडस्टॉक के प्रति उनके प्रयोज्यता के संबंध में चर्चा कर रहे हैं। यह ध्यान रखें कि शेष राशि की गणना की गई है और संक्षेप प्रत्येक अंश के एकत्रीकरण की स्थिति के अनुसार महत्वपूर्ण है। जैव तेल पहले कंडेनसर में बरामद अभी भी ठोस है, जो चक्रवात से हटाया नहीं किए गए हैं। ये शेष में अलग से चिह्नित कर रहे हैं। तुलना और सांख्यिकीय मूल्यांकन के लिए, जैव तेल की ठोस सामग्री चार अंश चक्रवात से बरामद करने के लिए जोड़ा गया है।
एक 'प्राप्त' के रूप में आधार पर,ठोस उपज है, यानी, चक्रवात और जैव तेल में चार वर्तमान के माध्यम से बरामद चार, रेंज में 14-25% से जांच की फीडस्टॉक के लिए वजन से है। कुल घनीभूत पैदावार दो condensers में बरामद, वजन से 53-66% से लेकर, जबकि गैस की पैदावार अपेक्षाकृत सभी 3 biomasses (देखें चित्र 2) के लिए इसी तरह की (20% के आसपास) कर रहे हैं। इन 'के रूप में प्राप्त' मूल्यों उत्पाद अंशों की वास्तविक राशि पर व्यावहारिक जानकारी देने के लिए इस तरह के तेजी से pyrolysis प्रतिष्ठानों में उम्मीद की जा रही।
हालांकि, साहित्य में कुल तरल जैविक पैदावार सबसे अधिक, एक सूखे आधार पर रिपोर्ट कर रहे हैं यानी, घनीभूत में और फ़ीड में नमी और प्रतिक्रिया के पानी को छोड़कर। संतुलन का इस तरह का लाभ यह है कि शुरू में बायोमास की वर्तमान नमी परिणामों को प्रभावित नहीं करता है। यह नमी की मात्रा को कृत्रिम रूप से एक 'प्राप्त' के रूप में बी में घनीभूत उपज में वृद्धि होगीalance। तुलनीयता के कारणों के लिए, चित्रा 3 कार्बनिक तेल उपज और एक सूखी आधार पर प्रतिक्रिया पानी चलता। इस अध्ययन में, कार्बनिक तेल पैदावार बढ़ाने (35 - 46 - 50 वजन से%) राख सामग्री घटने के साथ (9.2 - 2.7 - 1.5 वजन से%) feedstocks गेहूं के भूसे की - miscanthus - स्क्रैप की लकड़ी (1 टेबल देखें)। यह अन्य अध्ययनों से 10,15,16 टिप्पणियों के साथ कतार में है। प्रतिक्रिया के लिए पानी की पैदावार एक अपेक्षाकृत सीमित दायरे में वजन से 12-14% से हैं।
एक सूखी आधार पर मास की शेष राशि अभी भी सीधे फीडस्टॉक की राख की मात्रा से प्रभावित हैं। बायोमास सामग्री में निहित खनिज कृत्रिम रूप से दोनों 'के रूप में प्राप्त' और 'सूखा' संतुलन में ठोस की उपज में वृद्धि होगी। नतीजतन, मौलिक कार्बन शेष राशि निर्धारित किया गया है, क्योंकि वे बायोमास के thermochemical रूपांतरण प्रतिक्रियाओं में मतभेद के मूल्यांकन के लिए अधिक उपयुक्त हो दिखाई देते हैं (चित्रा 4 देखें
| गेहूं के भूसे | miscanthus | लकड़ी की कतरन | |
| जल, एआर | 9.6 | 10.1 | 15.2 |
| ऐश, घ | 9.2 | 2.7 | 1.5 |
| कार्बन, घ | 46.1 | 48.6 | 49.8 |
| हाइड्रोजन, डी | 5.7 | 5.9 | 6.1 |
| नाइट्रोजन, डी | <0.5 | <0.5 | <0.5 |
| Ar: प्राप्त के रूप में, डी: शुष्क आधार 21 | |||
इस्तेमाल विभिन्न feedstocks के टेबल 1. चयनित गुण। सभी मूल्यों को बड़े पैमाने पर भिन्न (%) प्रतिनिधित्व करते हैं।
चित्रा 1 फ्लो प्रयोगात्मक सेटअप। 1) बायोमास भंडारण के चित्र। 2) लॉक हॉपर प्रणाली। 3) बायोमास खुराक। 4) दो स्क्रू मिश्रण रिएक्टर। 5) बाल्टी लिफ्ट। 6) गर्मी वाहक के लिए हीटर। 7) को हटाने के लिए ठोस चक्रवात। 8) चार भंडारण। 9) स्प्रे शमन। 10) जैव तेलभंडारण टंकी। 11) Homogenizer और पंप। 12) recirculated घनीभूत का ठंडा करने के लिए हीट एक्सचेंजर। 13) electrostatic precipitator। 14) जलीय घनीभूत भंडारण टैंक। 15) जलीय घनीभूत recirculating के लिए पंप। 16) recirculated घनीभूत का ठंडा करने के लिए हीट एक्सचेंजर। 17) जलीय घनीभूत के लिए कंडेनसर। 18) फैन गैस / वाष्प को हटाने के लिए। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
चित्रा 2 प्रयोगों के मास संतुलन। शेष फीडस्टॉक और उत्पादों की एक 'के रूप में प्राप्त' 21 के आधार पर रिपोर्ट कर रहे हैं। सभी मूल्यों को बड़े पैमाने पर भिन्न के रूप में व्यक्त कर रहे हैं। बायोमास के तीन विभिन्न प्रकार इस्तेमाल किया गया है और सभी प्रयोगों में कम से कम 13 triplicates में आयोजित की गई। जैव में ठोस सामग्रीतेल चित्रण प्रयोजनों के लिए अलग से सूचना दी है। त्रुटि सलाखों फीडस्टॉक का एक प्रकार के साथ प्रयोग के मानक विचलन का संकेत मिलता है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
चित्रा 3. कुल जैविक तेल की पैदावार और प्रतिक्रिया की पानी। सभी मूल्यों को एक सूखी 21 फ़ीड के आधार पर प्रस्तुत कर रहे हैं और बड़े पैमाने पर भिन्न के रूप में व्यक्त कर रहे हैं। घनीभूत की ठोस सामग्री कार्बनिक तेल उपज 13 से बाहर रखा गया है। त्रुटि सलाखों फीडस्टॉक का एक प्रकार के साथ प्रयोग के मानक विचलन का संकेत मिलता है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
चित्रा 4. कार्बन संतुलन। सभी मूल्यों बायोमास कार्बन इनपुट की बड़े पैमाने पर भिन्न के रूप में रिपोर्ट कर रहे हैं। बायोमास के तीन विभिन्न प्रकार इस्तेमाल किया गया है और सभी प्रयोगों में कम से कम 13 triplicates में आयोजित की गई। जैव तेल में ठोस सामग्री चित्रण प्रयोजनों के लिए अलग से सूचना दी है। त्रुटि सलाखों फीडस्टॉक का एक प्रकार के साथ प्रयोग के मानक विचलन का संकेत मिलता है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
Discussion
सभी प्रयोगों के लिए, इस तरह दोनों गर्मी वाहक और घनीभूत चक्र के प्रवाह दरों फीडस्टॉक सामग्री का आकार, चारा दर, दबाव, प्रतिक्रिया तापमान, संक्षेपण तापमान, और जैसा कि प्रक्रिया की स्थिति में ही थे। स्वाभाविक रूप से, परिभाषित सीमा के भीतर रूपों को टाला नहीं जा सकता है। यहाँ प्रस्तुत प्रक्रिया विकास इकाई के रूप में एक परीक्षण संयंत्र में इस तरह के लिए, अस्थिरता की स्वीकार्य सीमाओं और प्रतिलिपि प्रस्तुत करने के प्रयोगों के लिए ऑपरेशन की आवश्यकता बार गणना की और / या अनुभव के द्वारा निर्धारित किया जा करने की जरूरत है। उदाहरण के लिए, रिएक्टर तापमान है, जो गर्मी वाहक रिएक्टर छोड़ने का तापमान ने संकेत दिया है, के लिए पूरा बायोमास क्षमता पर प्रतिक्रिया के शुरू से प्रतिक्रिया के पूरे पाठ्यक्रम पर 35 डिग्री सेल्सियस के एक मानक विचलन के साथ नियंत्रित किया जाता है बायोमास खिला (आम तौर पर मानव संसाधन के चारों ओर 4) के बंद करो। रिएक्टर में दबाव 300-500 पा के एक मानक विचलन के साथ नियंत्रित किया जाता है। दबाव में चोटियों fluc के कारण होने की संभावना हैबायोमास खिलाने में tuations। यह आदेश में इस तरह के उतार चढ़ाव को कम करने और एक निरंतर प्रवाह सुनिश्चित करने के लिए बायोमास में विचाराधीन बायोमास सामग्री को खिला पेंच प्रणाली को समायोजित करने के लिए सिफारिश की है। पहले और दूसरे condensers में संक्षेपण तापमान क्रमश: 3 डिग्री सेल्सियस के एक मानक विचलन और 1 डिग्री सेल्सियस पर बनाए रखा गया था।
यह इस बात पर है कि प्रस्तुत सभी प्रयोगों में एक ही रिएक्टर तापमान (500 डिग्री सेल्सियस) पर आयोजित की गई पर ध्यान दिया जाना चाहिए। इस तापमान जरूरी इष्टतम तेजी pyrolysis तापमान जो प्रत्येक विशिष्ट फीडस्टॉक 22 के लिए मौजूद है को प्रतिबिंबित नहीं करता। रिएक्टर के तापमान के एक भिन्नता भी उच्च कार्बनिक तेल की पैदावार के साथ एक अनुकूलित pyrolysis तापमान को जन्म दे सकता है।
विधि संतुलन की पसंद है, खासकर जब fractionated संक्षेपण लागू करने और जब उच्च राख की मात्रा के साथ बायोमास का उपयोग कर बायोमास की तेजी pyrolysis के लिए तुच्छ नहीं है। balancin के तीन विभिन्न प्रकारजी पिछले अनुभाग में प्रस्तुत किया गया है। के रूप में यह खबर दी है वास्तविक उत्पाद वितरण की उम्मीद की जा करने के लिए एक 'प्राप्त के रूप में' आधार पर उत्पाद अंशों की पैदावार रिपोर्टिंग ऐसे apparatuses और भंडारण क्षमता के डिजाइन के रूप में व्यावहारिक दृष्टिकोण के लिए फायदेमंद है। हालांकि, इन मूल्यों फीडस्टॉक के पानी और राख सामग्री से छिप जाते हैं। जैसे, पुआल, वानिकी और छंटाई अवशेष और biogenic 'बेकार' - - विशेष रूप से अवशिष्ट बायोमास के लिए के रूप में इन feedstocks, पानी और अकार्बनिक सामग्री की एक विस्तृत श्रृंखला है 1 टेबल देखें यह एक मुद्दा है।
के रूप फीडस्टॉक के विभिन्न नमी सामग्री के प्रभाव को समाप्त एक 'शुष्क आधार पर' बायोमास प्रक्रियाओं के लिए आम संतुलन विधि अलग अध्ययनों के बीच तुलना करने के लिए उपयोगी ज्यादातर मामलों में है। हालांकि, यह बताया जाना चाहिए कि एक विशिष्ट नम फीडस्टॉक के साथ प्रयोगों से इन मूल्यों की गणना जरूरी reflec नहीं हैटी व्यवहार और इस विशिष्ट फीडस्टॉक की पैदावार करता है, तो यह पूरी तरह से शारीरिक से सूख गया था प्रयोग करने से पहले इसका मतलब है। यह ज्ञात है कि नमी pyrolysis 23 की उपज वितरण को प्रभावित करता है और जब मूल्यांकन और 'सूखा' शेष राशि की तुलना में इस को ध्यान में रखा जाना चाहिए।
इसके अलावा, एक 'सूखा आधार' पर बड़े पैमाने पर शेष राशि उच्च राख सामग्री के साथ फीडस्टॉक के लिए अनुचित है क्योंकि खनिजों अंत मुख्य रूप से चार में और प्रारंभिक नमी सामग्री के लिए इसी तरह के परिणाम अस्पष्ट हैं। इसी तरह पानी के लिए, खनिज, क्योंकि वे माध्यमिक pyrolysis प्रतिक्रियाओं को बढ़ावा देने के वास्तविक pyrolysis प्रतिक्रिया नेटवर्क को प्रभावित, उच्च वर्ण और कम जैव तेल की पैदावार के लिए अग्रणी। इस तरह के प्रभाव केवल एक वैज्ञानिक आधार पर मूल्यांकन किया जा सकता है, तो शेष राशि राख की मात्रा के लिए सही कर रहे हैं। एक तरह से इस लक्ष्य को हासिल करने के लिए कार्बन शेष राशि की स्थापना कर रहा है। चित्रा 2 और चित्रा 4 की तुलना से यह है कि वृद्धि की ठोस Yie देखा जा सकता हैmiscanthus की तुलना में गेहूं के भूसे के pyrolysis के बाद मनाया एलडी, लेकिन यह भी कार्बनिक ठोस है कि इस प्रक्रिया के दौरान गठन किया गया है की एक वृद्धि अंश होने के कारण न केवल अकार्बनिक पदार्थ कि चार से बरामद किया है की वजह से है।
मौलिक कार्बन शेष राशि का एक अन्य लाभ biogenic कार्बन, यानी, बरामद उत्पाद भागों में इसके वितरण के भाग्य को दिखाने के लिए है। जैसे, pyrolysis, गैसीकरण, और यहाँ प्रस्तुत मामले में के रूप संश्लेषण - - यह और अधिक जटिल रूपांतरण चेन के मूल्यांकन के लिए महत्वपूर्ण है क्योंकि biogenic कार्बन जितनी कुशलता से इस्तेमाल किया जाना चाहिए। एक भविष्य जैव आधारित अर्थव्यवस्था में बायोमास का सबसे महत्वपूर्ण भूमिकाओं में से एक वस्तुओं की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए biogenic कार्बन प्रदान करने के लिए, इस प्रकार जीवाश्म संसाधनों से कार्बन की जगह है।
एक दो स्क्रू मिश्रण रिएक्टर में तेजी से pyrolysis के लिए प्रस्तुत प्रोटोकॉल कुछ समायोजन के साथ अलग तराजू पर महसूस किया जा सकता है। टीवह 10 किलो घंटा की एक फ़ीड क्षमता के साथ एक इकाई के मामले प्रस्तुत -1 परिचालन जटिलता और इस प्रक्रिया व्यवहार के लिए सार्थक परिणाम के बीच एक समझौता संभव साबित हो गया है। यह दोनों बायोमास और प्रक्रिया की स्थिति के अनुकूलन के विभिन्न प्रकार की जांच के लिए लागू किया जा सकता है। एक विशिष्ट बायोमास फीडस्टॉक परीक्षण महत्वपूर्ण यदि मोटे ठोस अवशेषों गर्मी वाहक चक्र में जमा है क्योंकि कुछ फीडस्टॉक विशेषताओं प्रतिकूल प्रक्रिया आपरेशन करने के लिए नेतृत्व कर सकते है। इस तरह के संचय परिणाम अनुभाग में प्रस्तुत बायोमास के लिए नहीं मनाया गया, लेकिन यह बड़े कण आकार (> 1 मिमी) जो प्रस्तुत प्रक्रिया के लागू की सीमा के साथ बहुत मुश्किल biogenic सामग्री के लिए रखा गया है। यह समस्या गर्मी वाहक पाश की एक अलग डिजाइन, जैसे, एक साथ आंशिक दहन के साथ गर्मी वाहक के हवाई परिवहन के साथ कम किया जा सकता है।
Acknowledgments
लेखक इस काम के तकनीकी और विश्लेषणात्मक समर्थन के लिए मेलानी फ्रैंक, पिया Griesheimer, जेसिका Henrich, पेट्रा Janke, जेसिका माएर, और नॉर्बर्ट Sickinger धन्यवाद।
BioBoost परियोजना के भीतर प्रदान की गई वित्तीय समर्थन काफी स्वीकार किया है। BioBoost एक यूरोपीय अनुसंधान एवं विकास परियोजना अनुबंध 282,873 के तहत सह वित्त पोषित सातवें फ्रेमवर्क कार्यक्रम के भीतर यूरोपीय आयोग (www.bioboost.eu) द्वारा।
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
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