Laboratorio de Producción de biocombustibles y Bioquímicos de un aceite de colza través de Craqueo Catalítico Conversión
Summary
En este trabajo se presenta un método experimental para producir biocombustibles y productos bioquímicos a partir de aceite de canola mezcladas con una alimentación basada en combustibles fósiles en presencia de un catalizador a temperaturas suaves. Gaseoso, líquido y productos sólidos a partir de una unidad de reacción se cuantifican y se caracterizan. rendimientos de conversión y productos individuales se calculan y se informó.
Abstract
The work is based on a reported study which investigates the processability of canola oil (bio-feed) in the presence of bitumen-derived heavy gas oil (HGO) for production of transportation fuels through a fluid catalytic cracking (FCC) route. Cracking experiments are performed with a fully automated reaction unit at a fixed weight hourly space velocity (WHSV) of 8 hr-1, 490-530 °C, and catalyst/oil ratios of 4-12 g/g. When a feed is in contact with catalyst in the fluid-bed reactor, cracking takes place generating gaseous, liquid, and solid products. The vapor produced is condensed and collected in a liquid receiver at -15 °C. The non-condensable effluent is first directed to a vessel and is sent, after homogenization, to an on-line gas chromatograph (GC) for refinery gas analysis. The coke deposited on the catalyst is determined in situ by burning the spent catalyst in air at high temperatures. Levels of CO2 are measured quantitatively via an infrared (IR) cell, and are converted to coke yield. Liquid samples in the receivers are analyzed by GC for simulated distillation to determine the amounts in different boiling ranges, i.e., IBP-221 °C (gasoline), 221-343 °C (light cycle oil), and 343 °C+ (heavy cycle oil). Cracking of a feed containing canola oil generates water, which appears at the bottom of a liquid receiver and on its inner wall. Recovery of water on the wall is achieved through washing with methanol followed by Karl Fischer titration for water content. Basic results reported include conversion (the portion of the feed converted to gas and liquid product with a boiling point below 221 °C, coke, and water, if present) and yields of dry gas (H2-C2‘s, CO, and CO2), liquefied petroleum gas (C3-C4), gasoline, light cycle oil, heavy cycle oil, coke, and water, if present.
Introduction
Existe un fuerte interés mundial tanto en el sector público y privado para encontrar medios eficaces y económicos para producir combustibles para el transporte de materias primas de biomasa derivada. Este interés es impulsada por una preocupación general por la contribución sustancial de la quema de combustibles fósiles derivados del petróleo a gas de efecto invernadero (GEI) y su contribución asociado al calentamiento global. Además, hay una fuerte voluntad política en América del Norte y Europa para desplazar el petróleo producido en el extranjero con los combustibles líquidos domésticos renovables. En 2008, los biocombustibles proporcionan el 1,8% de combustibles para el transporte de todo el mundo 1. En muchos países desarrollados, se requiere que los biocombustibles reemplacen del 6% al 10% de los combustibles derivados del petróleo en un futuro próximo 2. En Canadá, las regulaciones requieren un contenido de combustible renovable promedio de 5% en la gasolina a partir del 15 de diciembre de 2010 3. La Directiva de Energía Renovable (RED) en Europa también ha ordenado un objetivo de energía renovable del 10% para la Unión Europea transsector portuario en 2020 4.
El reto ha sido desarrollar y demostrar una vía económica viable para producir combustibles para el transporte fungibles a partir de biomasa. fuentes biológicas incluyen la biomasa a base de triglicéridos, tales como aceites vegetales y grasas animales, así como aceite de cocina usado y la biomasa de celulosa tales como astillas de madera, residuos forestales y residuos agrícolas. Durante las últimas dos décadas, la investigación se ha centrado en la evaluación de la elaboración del aceite derivado de la biomasa mediante craqueo catalítico fluido (FCC) 5 convencionales – 12, una tecnología responsable de producir la mayor parte de la gasolina en una refinería de petróleo. Nuestro enfoque novedoso en este estudio es co-proceso de aceite de canola se mezcla con materia prima derivada de betún de arenas petrolíferas. Normalmente, el betún se deben actualizar antes de la refinación, la producción de materiales de alimentación de refinería, tales como petróleo crudo sintético (SCO) -esta ruta de procesamiento es particularmente intensivo de energía, que representan el 68-78% de la GHG emissicomplementos de la producción de SCO 13 y, en 2011, lo que constituye el 2,6% de las emisiones totales de GEI de Canadá 14. La sustitución de una porción de hidrocarburos pesados actualizado con Biofeed reduciría las emisiones de gases de efecto invernadero, ya que la producción de biocombustibles implica una huella de carbono mucho menor. El aceite de canola es elegido en este trabajo, ya que es abundante en Canadá y los EE.UU.. Este material de alimentación posee una densidad y viscosidad similar a los de HGOs mientras que el contenido de azufre, nitrógeno y metales que podrían afectar al rendimiento o la calidad del producto FCC son insignificantes. Por otra parte, esta opción de co-procesamiento ofrece ventajas tecnológicas y económicas significativas, ya que permitiría la utilización de la infraestructura existente y la refinería, por lo tanto, requeriría poco hardware o modificación de la refinería adicional. Además, puede haber sinergia potencial que podría resultar en la mejora de la calidad del producto cuando el co-procesamiento en un asfalto muy aromáticos alimentan con su homólogo de la biomasa de cadena lineal. Sin embargo, el co-procesamientoimplica importantes desafíos técnicos. Estos incluyen las características físicas y químicas únicas de bio-feeds: alto contenido de oxígeno, la composición parafínico ricos, compatibilidad con materiales de alimentación de petróleo, el potencial de ensuciamiento, etc.
Este estudio proporciona un protocolo detallado para la producción de biocombustibles a escala de laboratorio a partir de aceite de canola a través de craqueo catalítico. Un sistema totalmente automatizado de reacción – se hace referencia en este trabajo como la unidad de análisis de laboratorio (LTU) 15 – se utiliza para este trabajo figura 1 muestra esquemáticamente cómo funciona esta unidad.. Esta licencia de uso se ha convertido en el estándar de la industria para los estudios de laboratorio de la FCC. El objetivo de este estudio es comprobar la idoneidad de la licencia de uso para el craqueo de aceite de canola para producir combustibles y productos químicos con el objetivo de mitigar las emisiones de gases de efecto invernadero.
Figura 1: Illustratio conceptualn de la Ilustración del reactor. que muestra las líneas de flujo del catalizador, alimentación, del producto, y el diluyente. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Protocol
Representative Results
Discussion
El protocolo descrito aquí utiliza funcionamiento cíclico de un solo reactor que contiene un lote de partículas de catalizador fluidizadas para simular grietas aceite de alimentación y regeneración del catalizador. El aceite que se agrietado se precalienta y se alimenta desde la parte superior a través de un tubo de inyector con su punta cerca de la parte inferior del lecho fluido. El vapor generado después de craqueo catalítico se condensa y se recoge en un receptor, y el producto líquido recogido se analiza p…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores desean agradecer al laboratorio de análisis del Centro de Tecnología CanmetENERGY por su apoyo técnico y Suncor Energy Inc. para suministrar el petróleo crudo sintético. Parte de los fondos para este estudio fue proporcionado por Recursos Naturales de Canadá y el gobierno del Programa Interdepartamental de Canadá de Investigación de la Energía y el Desarrollo (PERD) con A22.015 ID del proyecto. Yi Zhang desea reconocer sus Ciencias Naturales e Ingeniería de Investigación (NSERC), de Canadá Visiting Fellowship de enero 2015 a enero 2016.
Materials
| 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 (V100) | |
| 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 | 10m x 0.53mm x 1.2µm, 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 | 2ml, 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 micron |
| 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 |
Riferimenti
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