Пиролизное масло
Пиролизное масло , иногда также известное как бионефть или бионефть , представляет собой синтетическое топливо , имеющее мало промышленного применения и исследующееся в качестве заменителя нефти . Его получают путем нагревания высушенной биомассы без кислорода в реакторе при температуре около 500 °С (900 °F) с последующим охлаждением, отделением от водной фазы и другими процессами. Пиролизное масло представляет собой разновидность смолы и обычно содержит слишком высокий уровень кислорода, чтобы его можно было считать чистым углеводородом . Такое высокое содержание кислорода приводит к нелетучести, коррозионной активности, частичной смешиваемости с ископаемым топливом , термической нестабильности и склонности к полимеризации при воздействии воздуха. [ 1 ] Таким образом, он заметно отличается от нефтепродуктов. Удаление кислорода из бионефти или азота из водорослевой бионефти называется модернизацией. [ 2 ]
Стандарты
[ редактировать ]Существует мало стандартов на пиролизное масло из-за небольшого количества усилий по его производству. Один из ASTM . [ 3 ]
Разложение сырья
[ редактировать ]Пиролиз — хорошо зарекомендовавший себя метод разложения органических материалов при повышенных температурах и отсутствии кислорода на нефть и другие компоненты. В биотопливе второго поколения в качестве сырья могут использоваться лесные и сельскохозяйственные отходы, древесные отходы, садовые отходы и энергетические культуры.
Древесина
[ редактировать ]
|
Когда древесина нагревается выше 270 °C (518 °F), начинается процесс разложения, называемый карбонизацией . В отсутствие кислорода конечным продуктом является древесный уголь . Если присутствует достаточно кислорода, древесина сгорит, когда достигнет температуры около 400–500 ° C (752–932 ° F), оставив после себя древесную золу . Если древесина нагревается вдали от воздуха, влага сначала удаляется, и до тех пор, пока это не будет завершено, температура древесины остается на уровне около 100–110 ° C (212–230 ° F). Когда древесина высыхает, ее температура повышается, и примерно при 270 °C (518 °F) она начинает самопроизвольно разлагаться и выделять тепло. Это хорошо известная экзотермическая реакция, происходящая при горении древесного угля. На этом этапе начинается выделение побочных продуктов карбонизации. Эти вещества выделяются постепенно по мере повышения температуры, и примерно при 450 °C (842 °F) выделение завершается.
Твердый остаток, древесный уголь, состоит в основном из углерода (около 70%), а остальная часть представляет собой смолоподобные вещества, которые можно удалить или полностью разложить только при повышении температуры примерно до 600 °C с получением Biochar , высокоуглеродистого вещества. , мелкозернистый остаток, который сегодня производится с помощью современных процессов пиролиза , который представляет собой прямое термическое разложение биомассы в отсутствие кислорода , что предотвращает горение , с получением массива твердого (биоуголь), жидкого - пиролизного масла (био-нефть) /пиролиз-нефть) и газообразные ( сингаз продукты ). Удельный выход пиролиза зависит от условий процесса. такие как температура, и могут быть оптимизированы для производства энергии или биоугля. [ 4 ] При температуре 400–500 °C (752–932 °F) образуется больше угля , а при температуре выше 700 °C (1292 °F) повышается выход жидких и газообразных компонентов топлива. [ 5 ] Пиролиз происходит быстрее при более высоких температурах, обычно для этого требуются секунды, а не часы. Высокотемпературный пиролиз, также известный как газификация , дает в основном синтез-газ . [ 5 ] Типичные выходы составляют 60% бионефти , 20% биоугля и 20% синтез-газа. Для сравнения, медленный пиролиз может дать значительно больше угля (~ 50%). Для типичных входов энергия, необходимая для работы «быстрого» пиролиза, составляет примерно 15% энергии, которую он выдает. [ 6 ] Современные пиролизные установки могут использовать синтез-газ, образующийся в процессе пиролиза, и производить в 3–9 раз больше энергии, необходимой для работы.
Водоросли
[ редактировать ]Водоросли могут подвергаться воздействию высоких температур (~ 500 °C) и нормального атмосферного давления. Полученные продукты включают масло и питательные вещества, такие как азот, фосфор и калий. [ 7 ]
Имеется множество работ по пиролизу лигноцеллюлозной биомассы. Однако имеется очень мало отчетов о производстве бионефти из водорослей посредством пиролиза. Мяо и др. (2004b) провели быстрый пиролиз Chllorella protothecoides и Microcystis areuginosa при 500 °C, и были получены выходы бионефти 18% и 24% соответственно. Биомасло имело более высокое содержание углерода и азота и более низкое содержание кислорода, чем древесное биомасло. При гетеротрофном культивировании Chllorella protothecoides выход бионефти увеличивался до 57,9% при теплотворной способности 41 МДж/кг (Miao et al., 2004a). В последнее время, когда микроводоросли стали горячей темой исследований как третье поколение биотоплива, пиролиз привлек больше внимания как потенциальный метод преобразования для производства водорослевого биотоплива. Пан и др. (2010) исследовали медленный пиролиз Nannoхлоропсиса sp. остаток в присутствии катализатора HZSM-5 и без него и полученная бионефть, богатая ароматическими углеводородами, в результате каталитического пиролиза. Пиролитические жидкости водорослей разделяются на две фазы, верхняя фаза которых называется бионефтью (Campanella et al., 2012; Jena et al., 2011a). Более высокие теплотворные способности (HHV) водорослевого бионефти находятся в диапазоне 31–36 МДж/кг, что обычно выше, чем у лигноцеллюлозного сырья. Пиролитическая бионефть состоит из соединений с более низкой средней молекулярной массой и содержит больше низкокипящих соединений, чем бионефть, полученная гидротермальным сжижением. Эти свойства аналогичны свойствам сланцевой нефти штата Иллинойс (Jena et al., 2011a; Vardon et al., 2012), что может указывать на то, что пиролитическая бионефть подходит для замены нефти. Кроме того, высокое содержание белка в микроводорослях привело к высокому содержанию N в бионефти, что привело к нежелательным выбросам NOx во время сгорания и дезактивации кислотных катализаторов при совместной переработке на существующих 10 нефтеперерабатывающих заводах. Водорослевое бионефть во многих аспектах обладало лучшими качествами, чем масло, полученное из лигноцеллюлозной биомассы. Например, водорослевое бионефть имеет более высокую теплотворную способность, более низкое содержание кислорода и значение pH выше 7. Однако модернизация в сторону удаления азота и кислорода из бионефти по-прежнему необходима, прежде чем ее можно будет использовать в качестве альтернативного топлива. [ 8 ]
Гидротермальное сжижение
[ редактировать ]Гидротермальное сжижение (HTL) — это процесс термической деполимеризации, используемый для преобразования влажной биомассы в масло. [ 9 ] — иногда называемое бионефтью или биосырью — при умеренной температуре и высоком давлении. [ 10 ] 350 ° C (662 ° F) и 3000 фунтов на квадратный дюйм (21 000 кПа). Нефть, подобная сырой нефти (или бионефть), имеет высокую энергетическую плотность с более низкой теплотой сгорания 33,8-36,9 МДж/кг и содержит 5-20 мас.% кислорода и возобновляемых химикатов. [ 11 ] [ 12 ]
Процесс HTL отличается от пиролиза , поскольку он может перерабатывать влажную биомассу и производить бионефть, плотность энергии которой примерно в два раза выше, чем у пиролизного масла. Пиролиз — это процесс, родственный HTL, но для увеличения выхода биомассу необходимо обрабатывать и сушить. [ 13 ] Присутствие воды при пиролизе резко увеличивает теплоту испарения органического материала, увеличивая энергию, необходимую для разложения биомассы. Типичные процессы пиролиза требуют содержания воды менее 40% для надлежащего преобразования биомассы в бионефть. Это требует значительной предварительной обработки влажной биомассы, такой как тропические травы, содержание воды в которых достигает 80-85%, и даже дальнейшей обработки водных видов, содержание воды в которых может превышать 90%. На свойства полученного бионефти влияют температура, время реакции, вид водорослей, концентрация водорослей, реакционная атмосфера и катализаторы в субкритических условиях реакции с водой.
Биокруд
[ редактировать ]Бионефть обычно требует значительной дополнительной обработки, чтобы сделать ее пригодной в качестве сырья для нефтепереработки для замены сырой нефти, полученной из нефти , каменноугольного масла или каменноугольной смолы .
Деготь — это черная смесь углеводородов и свободного углерода, получаемая из самых разных органических материалов путем деструктивной перегонки . [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] Деготь можно производить из угля , древесины , нефти или торфа . [ 16 ]
- Сосновая смола представляет собой липкий материал, получаемый путем высокотемпературной карбонизации сосновой древесины в бескислородных условиях (сухая перегонка или деструктивная перегонка ). Древесина быстро разлагается под действием тепла и давления в закрытом контейнере; Основными продуктами переработки являются древесный уголь и сосновая смола . Сосновая смола состоит в основном из ароматических углеводородов , смоляных кислот и смоляных оснований. Компоненты смолы различаются в зависимости от процесса пиролиза (например, метода, продолжительности, температуры) и происхождения древесины (например, возраста сосен, типа почвы и условий влажности во время роста деревьев).
- Березовый деготь – вещество (жидкое при нагревании), получаемое в результате сухой перегонки коры березы . Он состоит из фенолов, таких как гваякол , крезол , ксиленол и креозол (не путать с крезолом ).
древесной смолы Креозот представляет собой жирную жидкость от бесцветного до желтоватого цвета с дымным запахом, при горении образует коптящее пламя и имеет привкус горелого. Он неплавуч в воде, имеет удельный вес от 1,037 до 1,087, сохраняет текучесть при очень низкой температуре, кипит при 205-225°С. Когда он прозрачен, он находится в чистом виде. Для растворения в воде требуется в 200 раз больше воды, чем для основного креозота. Креозот представляет собой комбинацию природных фенолов : в первую очередь гваякола и креозола (4-метилгваякола), которые обычно составляют 50% масла; второе место по распространенности занимают крезол и ксиленол ; остальное представляет собой комбинацию монофенолов и полифенолов .
Пек — это название любого из ряда вязкоупругих полимеров . Пек может быть природным или искусственным, полученным из нефти , каменноугольной смолы. [ 17 ] или растения.
Черный щелок и талловое масло являются вязкими жидкими побочными продуктами производства древесной массы.
Резиновое масло – продукт метода пиролиза переработки изношенных шин.
Биотопливо
[ редактировать ]Биотопливо синтезируется из промежуточных продуктов, таких как синтез-газ, с использованием методов, идентичных процессам с использованием обычного сырья, биотоплива первого и второго поколения. Отличительной особенностью является технология производства промежуточного продукта, а не конечного продукта.
Биоперерабатывающий завод — это предприятие, которое объединяет процессы и оборудование для переработки биомассы для производства топлива, электроэнергии, тепла и химических веществ с добавленной стоимостью из биомассы . Концепция биопереработки аналогична сегодняшним нефтеперерабатывающим заводам , которые производят различные виды топлива и продуктов из нефти . [ 18 ]
- Биодизель – это дизельное топливо, полученное из животных или растительных липидов (масел и жиров). для биодизеля можно использовать различные масла В качестве сырья .
- Деревянный дизель . Новое биотопливо было разработано Университетом Джорджии из древесной щепы . Масло извлекается, а затем добавляется в немодифицированные дизельные двигатели. Либо используются новые растения, либо высаживаются вместо старых растений. Побочный продукт древесного угля возвращается в почву в качестве удобрения. Это биотопливо на самом деле может быть углеродно-отрицательным, а не просто углеродно-нейтральным. Углеродно-отрицательные процессы уменьшают содержание углекислого газа в воздухе, обращая вспять парниковый эффект , а не просто уменьшая его. [ 19 ] [ 20 ]
- Топливо из водорослей может быть произведено из различных типов водорослей , и в зависимости от технологии и части используемых клеток некоторые виды водорослей могут производить 50% или более от своего сухого веса в виде масла. Липидная преобразована или маслянистая часть биомассы водорослей может быть извлечена и преобразована в биодизельное топливо с помощью процесса, аналогичного тому, который используется для любого другого растительного масла, или на нефтеперерабатывающем заводе в заменители топлива на основе нефти. [ 21 ] [ 22 ] Альгакультура может использовать отходы, такие как сточные воды. [ 23 ] и без вытеснения земель, которые в настоящее время используются для производства продуктов питания.
Удаление углекислого газа из атмосферы
[ редактировать ]Бионефть — это недавний претендент на технологию улавливания углерода. Стебли кукурузы путем пиролиза превращаются в бионефть, которую затем закачивают под землю. [ 24 ]
Промышленное применение
[ редактировать ]В настоящее время бионефть имеет мало промышленного применения. Сообщается о применении в производстве оксида цинка в качестве источника тепла. [ 25 ] В этом использовании топливо заменило мазут в качестве биогенного источника тепла. [ 26 ] Биомасло используется в горелках печей в качестве прямой замены практически без изменений в эксплуатационных результатах. Топливо имеет более высокое содержание воды и кислорода, что обеспечивает более высокий объемный расход при той же теплоемкости.
См. также
[ редактировать ]- Биодизель
- Креозот
- Гидродеоксигенация
- Водорослевое топливо
- Сухая перегонка
- Биотопливо
- Биотопливо второго поколения
- принимая
- Масло кирпичное
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Крокер, Марк (2010). Термохимическая конверсия биомассы в жидкое топливо и химикаты . Королевское химическое общество. п. 289. ИСБН 978-1-84973-035-8 .
- ^ Ли, Джеймс В. (30 августа 2012 г.). Передовое биотопливо и биопродукты . Springer Science & Business Media. п. 175. ИСБН 978-1-4614-3348-4 .
- ^ Стандартные спецификации для пиролизного жидкого биотоплива https://www.astm.org/Standards/D7544.htm
- ^ Gaunt & Lehmann 2008 , стр. 4152, 4155. («Предполагая, что энергия синтез-газа преобразуется в электричество с эффективностью 35%, восстановление энергетического баланса жизненного цикла колеблется от От 92 до 274 кг (от 203 до 604 фунтов) CO 2 МВт-1 электроэнергии, вырабатываемой при оптимизации процесса пиролиза по энергии, и от 120 до 360 кг (790 фунтов) CO 2 МВт-1 при внесении биоугля в почву. Это сопоставимо с выбросами в 600–900 кг (1300–2000 фунтов). СО
2 МВт-1 для технологий на основе ископаемого топлива.) - ^ Перейти обратно: а б Уинсли, Питер (2007). «Производство биоугля и биоэнергии для смягчения последствий изменения климата». Новозеландский научный обзор . 64 . (См. таблицу 1, где указаны различия в производительности для быстрой, промежуточной, медленной и газификации).
- ^ Laird 2008 , стр. 100, 178–181. «Энергия, необходимая для работы быстрого пиролиза, составляет ~ 15% от общей энергии, которую можно получить из сухой биомассы. Современные системы разработан для использования синтез-газа, вырабатываемого пиролизером, для обеспечения всех энергетических потребностей пиролиза».
- ^ Эдмундсон, Скотт Дж.; Хуземанн, М.; Крук, Р.; Леммон, Т.; Биллинг, Дж.; Шмидт, А.; Андерсон, Д. (сентябрь 2017 г.). «Рециркуляция фосфора и азота после производства биосырья из водорослей посредством непрерывного гидротермального сжижения» . Водорослевые исследования . 26 : 415–421. дои : 10.1016/j.algal.2017.07.016 . ISSN 2211-9264 .
- ^ ЖЕНЫЙ Д.Ю. (январь 2013). «ТЕРМОХИМИЧЕСКАЯ КОНВЕРСИЯ МИКРОВОДОРОСЛЕЙ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА БИОТОПЛИВА» (PDF) . п. 8 . Проверено 15 октября 2016 г.
- ^ Чжу, Юньхуа; Джонс, Сюзанна Б.; Шмидт, Эндрю Дж.; Биллинг, Джастин М.; Джоб, Хизер М.; Коллетт, Джеймс Р.; Эдмундсон, Скотт Дж.; Помранинг, Кайл Р.; Фокс, Сэмюэл П.; Харт, Тодд Р.; Гуткнехт, Эндрю; Мейер, Пимфан А.; Торсон, Майкл Р.; Сноуден-Свон, Лесли Дж.; Андерсон, Дэниел Б. (01 апреля 2021 г.). «Преобразование микроводорослей в биотопливо и биохимические продукты посредством последовательного гидротермального сжижения (SEQHTL) и биопереработки: состояние технологий 2020 года» . дои : 10.2172/1784347 . ОСТИ 1784347 . S2CID 236632296 .
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ Ахтар, Джаваид; Амин, Нор Айша Саидина (1 апреля 2011 г.). «Обзор технологических условий для оптимального выхода бионефти при гидротермальном сжижении биомассы». Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики . 15 (3): 1615–1624. дои : 10.1016/j.rser.2010.11.054 .
- ^ Эллиотт, Дуглас К. (1 мая 2007 г.). «Историческое развитие гидропереработки бионефти». Энергетика и топливо . 21 (3): 1792–1815. дои : 10.1021/ef070044u . ISSN 0887-0624 .
- ^ Гудриан, Ф.; Пефероен, DGR (1 января 1990 г.). «Жидкое топливо из биомассы с помощью гидротермального процесса». Химико-техническая наука . 45 (8): 2729–2734. дои : 10.1016/0009-2509(90)80164-а .
- ^ Бриджуотер, А.В.; Пикок, GVC (март 2000 г.). «Процессы быстрого пиролиза биомассы». Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики . 4 : 1–73. дои : 10.1016/s1364-0321(99)00007-6 .
- ^ Дэйнтит, Джон (2008). «смола». Химический словарь (6-е изд.). Издательство Оксфордского университета. doi : 10.1093/acref/9780199204632.001.0001 . ISBN 9780199204632 . Проверено 14 марта 2013 г.
- ^ «Смола: Определение» . Мириам Вебстер . Проверено 14 марта 2013 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Смола и смола» (6-е изд.). Электронная энциклопедия Колумбии . Проверено 14 марта 2013 г.
- ^ «УГОЛЬНОугольный пек, ВЫСОКАЯ ТЕМПЕРАТУРА» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 5 мая 2021 г. Проверено 15 октября 2016 г.
- ^ Доктор У.Дж. Смит, Tamutech Consultancy. Картирование развития биоперерабатывающих комплексов Великобритании. Архивировано 2 апреля 2016 г. в Wayback Machine , NNFCC, 20 июня 2007 г. Проверено 16 февраля 2011 г.
- ^ «Разработано новое биотопливо из деревьев» . www.sciencedaily.com . 20 мая 2007 года . Проверено 17 октября 2016 г.
- ^ Оджус, Доши (май 2007 г.). «Разработан новый метод извлечения биотоплива из древесины | JYI - Журнал исследований для студентов» . www.jyi.org . Проверено 17 октября 2016 г.
По мнению исследователей, этот процесс очень легко осуществить. Древесная щепа — Адамс и его коллеги использовали сосну, подвергают пиролизу или нагреву в отсутствие кислорода, чтобы вызвать разложение, в результате которого образуется древесный уголь и газ. Газ быстро конденсируется с образованием жидкости, называемой бионефтью. «Вы не можете использовать бионефть в качестве сырого топлива, потому что в ней слишком много кислорода и воды, она растворяется в воде. Вот почему она не используется в двигателях», — сказал Адамс. Для использования в дизельных двигателях биомасло должно растворяться в биодизельном топливе, альтернативном дизельном топливе, которое производят из животных жиров или растительных масел. Высокое содержание воды и кислорода предотвращает это. После того, как команда Адамса провела химическую обработку, большая часть воды была удалена, а биомасло смешано с биодизелем и испытано в обычных дизельных двигателях.
- ^ «Возобновляемое топливо из водорослей, получаемое с помощью нефтеперерабатывающего завода NREL - Пресс-релизы | NREL» . www.nrel.gov . Проверено 16 октября 2016 г.
- ^ Донг, Тао; Кношауг, Эрик П.; Дэвис, Райан; Лоуренс, Лив М.Л.; Ван Вичен, Стефани; Пиенкос, Филип Т.; Нэгл, Ник (2016). «Комбинированная переработка водорослей: новый интегрированный процесс биопереработки для производства водорослевого биотоплива и биопродуктов» . Водорослевые исследования . 19 : 316–323. дои : 10.1016/j.algal.2015.12.021 .
- ^ Эррол Кионг (12 мая 2006 г.). «Новозеландская фирма первой в мире производит биодизель из сточных вод» . Новозеландский Вестник . Проверено 10 января 2007 г.
- ^ Де Ла Гарса, Алехандро (31 октября 2023 г.). «Кремниевая долина делает ставку на улавливание углерода» . Журнал «Тайм».
- ^ «Aperam BioEnergia и Nexa создают партнерство по производству бионефти для сокращения выбросов при производстве цинка» . Época NEGÓCIOS (на бразильском португальском языке). 14 декабря 2023 г. Проверено 26 декабря 2023 г.
- ^ «Nexa инвестирует в бионефть, чтобы увеличить использование возобновляемых источников» . ИБРАМ (на бразильском португальском языке) . Проверено 26 декабря 2023 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Пиролизное масло: инновационное жидкое биотопливо для отопления .
- Веб-сайт PyroKnown посвящен обмену знаниями и изучению быстрого пиролиза биомассы.
- Бионефть (путем пиролиза/термохимической конверсии) и талловое масло для производства современного биотоплива.
- Крупномасштабное производство пиролизной нефти: оценка технологии и экономический анализ