Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эта статья о синтетическом жидком топливе, полученном пиролизом из биомассы. Для использования в других целях, см Пиролизное масло (значения) .

Пиролизное масло , иногда также известное как бионефть или бионефть , является исследуемым синтетическим топливом в качестве заменителя нефти . Его получают нагреванием высушенной биомассы без кислорода в реакторе при температуре около 500 ° C с последующим охлаждением. Пиролизное масло представляет собой смолу и обычно содержит слишком высокий уровень кислорода, чтобы считаться чистым углеводородом . Такое высокое содержание кислорода приводит к нелетучести, коррозии, несмешиваемости с ископаемым топливом, термической нестабильности и склонности к полимеризации при контакте с воздухом. [1]По сути, он сильно отличается от нефтепродуктов. Удаление кислорода из биомасла или азота из био-масла водорослей называется улучшением качества. [2]

Стандарты [ править ]

Стандартов на пиролизное масло мало из-за ограниченных усилий по его производству. Один из немногих стандартов взят из ASTM . [3]

Разложение сырья [ править ]

Пиролиз является хорошо отработанной технологией для разложения из органического материала при повышенных температурах в отсутствии кислорода в нефть и другие компоненты. При применении биотоплива второго поколения в качестве сырья могут использоваться лесные и сельскохозяйственные отходы, отходы древесины, дворовые отходы и энергетические культуры.

Пиролиз древесины [ править ]

Получение древесно-дегтярного креозота из смолистой древесины.

Получение древесно-дегтярного креозота.svg

Когда древесина нагревается выше 270 ° C, начинается процесс разложения, называемый карбонизацией. В отсутствие кислорода конечным продуктом является древесный уголь. При наличии достаточного количества кислорода древесина будет гореть, когда достигнет температуры около 400-500 ° C, а продуктом возгорания и топлива является древесная зола. Если древесину нагревают вдали от воздуха, сначала удаляется влага, и до тех пор, пока это не произойдет, температура древесины будет оставаться на уровне примерно 100-110 ° C. Когда древесина высыхает, ее температура повышается, и примерно при 270 ° C она начинает самопроизвольно разлагаться и выделять тепло. Это хорошо известная экзотермическая реакция, протекающая при горении древесного угля. На этом этапе начинается эволюция побочных продуктов карбонизации. Эти вещества выделяются постепенно по мере повышения температуры, и примерно при 450 ° C выделение завершается.

Твердый остаток, древесный уголь, в основном состоит из углерода (около 70%), а остальная часть представляет собой смолистые вещества, которые можно удалить или полностью разложить только при повышении температуры выше примерно 600 ° C для получения 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 - пиролизное масло (биомасло / пиролиз-масло) и газ ( синтез-газ) товары. Удельный выход пиролиза зависит от условий процесса. например, температура, и может быть оптимизирована для производства энергии или биоугля. [4] Температуры 400-500 ° C (752-932 ° F) производят больше полукокса , в то время как при температуре выше 700 ° C (1292 ° F) в пользу выхода жидких и газообразных компонентов топлива. [5] Пиролиз происходит быстрее при более высоких температурах, обычно требуя секунд, а не часов. Высокотемпературный пиролиз, также известный как газификация , производит в основном синтез-газ . [5] Типичный выход составляет 60% бионефти., 20% биоугля и 20% синтетического газа. Для сравнения, при медленном пиролизе можно получить значительно больше полукокса (~ 50%). Для типичных вводов энергия, необходимая для работы «быстрого» пиролизера, составляет примерно 15% от энергии, которую он выводит. [6] Современные пиролизные установки могут использовать синтез-газ, полученный в процессе пиролиза, и вырабатывать в 3–9 раз больше энергии, чем требуется для работы.

Пиролиз водорослей [ править ]

Водоросли могут подвергаться воздействию высоких температур (~ 500 ° C) и нормального атмосферного давления. Получаемые в результате продукты включают масло и питательные вещества, такие как азот, фосфор и калий.

Существует множество работ по пиролизу лигноцеллюлозной биомассы. Однако имеется очень мало отчетов по производству бионефти из водорослей путем пиролиза. Miao et al. (2004b) выполнили быстрый пиролиз Chllorella protothecoides и Microcystis areuginosa при 500 ° C, и выход биомасла составил 18% и 24% соответственно. Биомасло показало более высокое содержание углерода и азота, более низкое содержание кислорода, чем древесное биомасло. При гетеротрофном культивировании Chllorella protothecoides выход биомасла увеличился до 57,9% с теплотворной способностью 41 МДж / кг (Miao et al., 2004a). В последнее время, когда микроводоросли стали горячей темой исследований в качестве биотоплива третьего поколения, пиролиз привлек больше внимания как потенциальный метод конверсии для производства биотоплива из водорослей. Pan et al. (2010) исследовали медленный пиролиз Nannochloropsis sp.остаток с присутствием катализатора HZSM-5 и без него и полученное бионефть, богатое ароматическими углеводородами, в результате каталитического пиролиза. Пиролитические жидкости водорослей разделяются на две фазы, причем верхняя фаза называется бионефть (Campanella et al., 2012; Jena et al., 2011a). Более высокая теплотворная способность (HHV) биомасла водорослей находится в диапазоне 31-36 МДж / кг, как правило, выше, чем у лигноцеллюлозного сырья. Пиролитическое 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 Иллинойса (Jena et al., 2011a; Vardon et al., 2012), что может указывать на то, что пиролитическое бионефть подходит для замены нефти. Кроме того, высокое содержание белка в микроводорослях привело к высокому содержанию азота в био-масле,приводя к нежелательным выбросам NOx при сгорании и дезактивации кислотных катализаторов при совместной переработке на существующих 10 нефтеперерабатывающих заводах. Биологическое масло из водорослей во многих отношениях имело лучшие качества, чем масло, произведенное из лигноцеллюлозной биомассы. Например, бионефть водорослей имеет более высокую теплотворную способность, более низкое содержание кислорода и значение pH выше 7. Тем не менее, модернизация в направлении удаления азота и кислорода из биомасла по-прежнему необходима, прежде чем его можно будет использовать в качестве дополнительного топлива.До сих пор необходима модернизация с целью удаления азота и кислорода из биомасла, прежде чем его можно будет использовать в качестве дополнительного топлива.До сих пор необходима модернизация с целью удаления азота и кислорода из биомасла, прежде чем его можно будет использовать в качестве дополнительного топлива.[7]

Гидротермальное разжижение водорослей [ править ]

Гидротермальное сжижение (HTL) - это процесс термической деполимеризации, используемый для преобразования влажной биомассы в нефть - иногда называемую бионефть или бионефть - при умеренной температуре и высоком давлении [8] 350 ° C (662 ° F). и 3000 фунтов на квадратный дюйм (21000 кПа). Неочищенная нефть (или бионефть) имеет высокую плотность энергии с более низкой теплотворной способностью 33,8-36,9 МДж / кг и 5-20 мас.% Кислорода и возобновляемых химикатов. [9] [10]

Процесс HTL отличается от пиролиза, поскольку он может обрабатывать влажную биомассу и производить биомасло, которое содержит примерно вдвое большую удельную энергию пиролизного масла. Пиролиз - это процесс, связанный с HTL, но биомассу необходимо обрабатывать и сушить, чтобы увеличить выход. [11]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 подходящего преобразования биомассы в бионефть. Это требует значительной предварительной обработки влажной биомассы, такой как тропические травы, которые содержат до 80-85% воды, и даже дальнейшей обработки водных видов, которые могут содержать более 90% воды. Согласно Algal HTL, свойства получаемого биомасла зависят от температуры, времени реакции, вида водорослей, концентрации водорослей, реакционной атмосферы и катализаторов в субкритических условиях реакции с водой.

Биологическая нефть [ править ]

Бионефть обычно требует значительной дополнительной обработки, чтобы сделать ее пригодной в качестве сырья для нефтепереработки для замены сырой нефти, полученной из нефти , каменноугольной нефти или каменноугольной смолы .

Гудрон представляет собой черную смесь углеводородов и свободного углерода [12], полученную из широкого спектра органических материалов путем деструктивной перегонки . [13] [14] [15] Гудрон можно производить из угля , древесины , нефти или торфа . [15]

  • Сосновый деготь - это липкий материал, получаемый путем высокотемпературной карбонизации древесины сосны в бескислородных условиях (сухая перегонка или деструктивная перегонка ). Древесина быстро разлагается под воздействием тепла и давления в закрытом контейнере; основные получаемые продукты - древесный уголь и сосновый деготь . Сосновый деготь состоит в основном из ароматических углеводородов , смоляных кислот и смолистых оснований. Компоненты дегтя различаются в зависимости от процесса пиролиза (например, метода, продолжительности, температуры) и происхождения древесины (например, возраста сосен, типа почвы и условий влажности во время роста дерева).
  • Березовый деготь - это вещество (жидкое при нагревании), полученное в результате сухой перегонки коры березы . Это усугубляется из фенолов , такие как гваякол , крезол , ксиленол и креозол (не путать с крезолом).

Древесный креозот представляет собой маслянистую жидкость от бесцветной до желтоватого цвета с запахом дыма, при сгорании образует сажистое пламя и имеет привкус горелого. Он не плавучий в воде с удельным весом от 1,037 до 1,087, сохраняет текучесть при очень низкой температуре и кипит при 205-225 ° C. 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-метилгуаякол), которые обычно составляют 50% масла; вторые по распространенности - крезол и ксиленол ; остальное - комбинация монофенолови полифенолы .

Смола - это название любого из ряда вязкоупругих полимеров . Смола может быть натуральной или искусственной, полученной из нефти , каменноугольной смолы [16] или растений.

Черный щелок и талловое масло - это вязкие жидкие побочные продукты производства древесной массы.

Каучуковое масло - продукт метода пиролиза для переработки использованных шин.

Биотопливо [ править ]

Биотопливо синтезируется из промежуточных продуктов, таких как синтез-газ, с использованием методов, идентичных процессам, включающим обычное сырье, биотопливо первого и второго поколения. Отличительной чертой является технология, используемая для производства промежуточного продукта, а не конечного продукта.

Biorefinery представляет собой механизм , который объединяет биомассы процессов и оборудование преобразования для производства топлива, электроэнергии, тепла и химикатов с добавленной стоимостью из биомассы . Концепция биоперерабатывающего завода аналогична сегодняшнему нефтеперерабатывающему заводу , который производит несколько видов топлива и продуктов из нефти . [17]

  • Биодизель - это дизельное топливо, полученное из липидов животного или растительного происхождения (масел и жиров). В качестве сырья для биодизеля можно использовать различные масла .
  • Дровяное дизельное топливо . Новое биотопливо было разработано Университетом Джорджии из древесной щепы . Масло экстрагируется, а затем добавляется в неизмененные дизельные двигатели. Либо используются новые растения, либо высаживаются вместо старых. Побочный продукт древесного угля снова вносится в почву в качестве удобрения. Это биотопливо может быть не только углеродно-нейтральным, но и отрицательным. Отрицательные процессы углерода уменьшают содержание углекислого газа в воздухе, обращая вспять парниковый эффект, а не только уменьшая его. [18] [19]
  • Топливо из водорослей может быть получено из различных типов водорослей , и в зависимости от технологии и части используемых клеток некоторые виды водорослей могут производить 50% или более своего сухого веса в виде масла. Липид или жирная часть биомассы водорослей может быть извлечена и преобразован в биодизельное топливо с помощью процесса , аналогичного тому , который используется для любого другого растительного масла , или превращает в нефтеперерабатывающем заводе в «каплю в» замене для нефтяного топлива. [20] [21] Альгакультура может использовать отходы, такие как сточные воды [22], без замещения земель, которые в настоящее время используются для производства продуктов питания.

См. Также [ править ]

  • Биодизель
  • Гидродезоксигенация
  • Топливо из водорослей
  • Сухая перегонка
  • Биотопливо
  • Биотопливо второго поколения

Ссылки [ править ]

  1. ^ Крокер, Марк (2010). Термохимическое преобразование биомассы в жидкое топливо и химикаты . Королевское химическое общество. п. 289. ISBN. 978-1-84973-035-8.
  2. ^ Ли, Джеймс У. (30 августа 2012 г.). Современное биотопливо и биопродукты . Springer Science & Business Media. п. 175. ISBN 978-1-4614-3348-4.
  3. ^ Стандартные спецификации для пиролизного жидкого биотоплива http://www.astm.org/Standards/D7544.htm
  4. ^ Gaunt & Lehmann 2008 , стр. 4152, 4155(«Предполагая, что энергия синтез-газа преобразуется в электричество с эффективностью 35%, восстановление баланса энергии жизненного цикла составляет от 92 до 274 кг (от 203 до 604 фунтов). CO 2 МВт-1 электроэнергии, произведенной в процессе пиролиза, оптимизированном для получения энергии и от 120 до 360 кг (790 фунтов) CO.
    2    MW-1, где biochar вносится в землю. Это сопоставимо с выбросами 600-900 кг (1,300-2,000 фунтов) СО
    2    MW-1 для технологий, основанных на ископаемом топливе.)
  5. ^ a b Уинсли, Питер (2007). «Биочар и производство биоэнергии для смягчения последствий изменения климата». Обзор науки Новой Зеландии . 64 . (См. Таблицу 1, где указаны различия в производительности для быстрой, промежуточной, медленной и газификации).
  6. ^ Laird 2008 , pp. 100, 178–181«Энергия, необходимая для работы быстрого пиролизера, составляет ~ 15% от общей энергии, которая может быть получена из сухой биомассы. Современные системы предназначены для использования синтез-газа, генерируемого пиролизером, для обеспечить все потребности пиролизера в энергии ».
  7. ^ ZHENYI DU (январь 2013). «ТЕРМОХИМИЧЕСКАЯ КОНВЕРСИЯ МИКРОВОДОРОСЛЕЙ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА БИОТОПЛИВА» (PDF) . п. 8 . Проверено 15 октября +2016 .
  8. ^ Ахтар, Джавид; Амин, Нор Айша Саидина (01.04.2011). «Обзор условий процесса для оптимального выхода бионефти при гидротермальном сжижении биомассы». Обзоры возобновляемых и устойчивых источников энергии . 15 (3): 1615–1624. DOI : 10.1016 / j.rser.2010.11.054 .
  9. Перейти ↑ Elliott, Douglas C. (2007-05-01). «Исторические разработки в области гидрообработки бионефти». Энергия и топливо . 21 (3): 1792–1815. DOI : 10.1021 / ef070044u . ISSN 0887-0624 . 
  10. ^ Goudriaan, F .; Пефероэн, DGR (01.01.1990). «Жидкое топливо из биомассы посредством гидротермального процесса». Химическая инженерия . 45 (8): 2729–2734. DOI : 10.1016 / 0009-2509 (90) 80164-A .
  11. ^ Бриджуотер, AV; Пикок, GVC (март 2000 г.). «Процессы быстрого пиролиза биомассы». Обзоры возобновляемых и устойчивых источников энергии . 4 : 1–73. DOI : 10.1016 / s1364-0321 (99) 00007-6 .
  12. ^ Дейнтит, Джон (2008). «деготь». Словарь по химии (6-е изд.). Издательство Оксфордского университета. DOI : 10.1093 / acref / 9780199204632.001.0001 . ISBN 9780199204632. Проверено 14 марта 2013 года .
  13. ^ «Деготь: Определение» . Мириам Вебстер . Проверено 14 марта 2013 года .
  14. ^ «Деготь: Определение» . Словарь Коллинза . Проверено 14 марта 2013 года .
  15. ^ а б "деготь и смола" (6-е изд.). Колумбийская электронная энциклопедия . Проверено 14 марта 2013 года .
  16. ^ УГОЛЬНО-ДУТОННЫЙ ПЕЧИК, ВЫСОКАЯ ТЕМПЕРАТУРА
  17. ^ Д-р В. Дж. Смит, Tamutech Consultancy. Картирование развития комплексов биоперерабатывающего завода в Великобритании. Архивировано 2 апреля 2016 г.в Wayback Machine , NNFCC, 20 июня 2007 г. Проверено 16 февраля 2011.
  18. ^ «Разработано новое биотопливо из деревьев» . www.sciencedaily.com . 20 мая 2007 . Проверено 17 октября +2016 .
  19. ^ Ojus, Доши (май 2007). «Разработан новый метод извлечения биотоплива из дерева | JYI - Журнал исследований для студентов» . www.jyi.org . Проверено 17 октября +2016 .По словам исследователей, осуществить процесс очень просто. Древесная щепа - Адамс и его коллеги использовали сосну, подвергающуюся пиролизу или нагреванию в отсутствие кислорода, чтобы вызвать разложение, в результате чего образуется древесный уголь и газ. Газ быстро конденсируется с образованием жидкости, относящейся к категории бионефти. «Вы не можете использовать бионефть в качестве неочищенного топлива, потому что в нем слишком много кислорода и воды, оно растворимо в воде. Вот почему оно не использовалось в двигателях», - сказал Адамс. Для использования в дизельных двигателях биомасло должно растворяться в биодизеле, альтернативном дизельном топливе, которое производится из животных жиров или растительных масел. Однако этому препятствует высокое содержание воды и кислорода. После того, как команда Адамса провела химическую обработку, большая часть воды была удалена.биомасло было смешано с биодизелем и испытано в обычных дизельных двигателях.
  20. ^ «Возобновляемые виды топлива из водорослей, усиленные процессом нефтепереработки NREL - выпуски новостей | NREL» . www.nrel.gov . Проверено 16 октября +2016 .
  21. ^ Донг, Тао; Knoshaug, Eric P .; Дэвис, Райан; Laurens, Lieve ML; Ван Викен, Стефани; Pienkos, Philip T .; Нэгл, Ник (2016). «Комбинированная переработка водорослей: новый интегрированный процесс биопереработки для производства биотоплива и биопродуктов из водорослей» . Исследования водорослей . 19 : 316–323. DOI : 10.1016 / j.algal.2015.12.021 .
  22. ^ Эррол Kiong (12 мая 2006). «Фирма NZ впервые в мире производит биодизель из сточных вод» . The New Zealand Herald . Проверено 10 января 2007 .

Внешние ссылки [ править ]

  • 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 передового биотоплива.
  • Крупномасштабное производство пиролизного масла: оценка технологий и экономический анализ