پیشرفت های اخیر در پردازش کاتالیزور مسیر های جدید برای تبدیل بیوmass و روغن های سنگین به سوخت های با ارزش بالا و مواد شیمیایی باز کرده است، این رویکرد یکپارچه، خوراک تجدید پذیر را با پالایش نفت سنتی ادغام می کند، ایجاد یک استراتژی عملی برای کاهش وابستگی سوخت فسیلی و کاهش انتشار کربن با استفاده از زیرساخت های موجود، پردازش ترکیبی از یک مسیر کاهش هزینه و قابل پرداخت برای پاک سازی انرژی بدون نیاز به طور کامل تجهیزات جدید.

اصول کاتالیزور Co-Processing

پردازش کاتالیزور اشاره به تبدیل همزمان روغن های مشتق شده از بیوmass (مانند pyrolysis bio-oil یا هیدروژل روغن سبزیجات) و بخش های سنگین نفت (مانند روغن گاز یا اتمسفر) در حضور کاتالیزورهای متخصص هیدروکره، روند به طور معمول در واحدهای هیدروفرآوری تحت دمای بالا (350-450 ° C) و فشار هیدروژن (515 - که این مولکول های هیدروکره ای را ترویج می دهد، در حالی که این تغییرات هیدروژن بزرگ را از جمله کاهش می دهد.

انتخاب کاتالیزور مهم است. کاتالیزورهای هیدروژل - بر اساس مولیبدن یا تنگستن sulfides ترویج با کبالت یا نیکل - برای پردازش با تنظیم اسیدیته و بارگیری فلز خود سازگار شده اند.با این حال، محتوای اکسیژن بالا از بیوما (تا 50 Wt٪) می تواند این کاتالیزورها را به سرعت به دلیل تنظیم مواد فلزی و غیر آروماتیک، و غیر آروماتیک، غیرفعال کند.

پیشرفت های تکنولوژی کلیدی

فرمول های کاتالیزور پیشرفته

محققان کاتالیزورهایی را توسعه داده اند که فعالیت بالا را در طول اجراهای طولانی مدت حفظ می کنند.به عنوان مثال، کاتالیزورهای نیکل-موملوم در alumina- ⁇ با فسفر نشان می دهند مقاومت بهتر نسبت به رسوب coke در هنگام پردازش مخلوط های زغال سنگ زیستی و گاز ناخواسته پراکنده شده در zeolites سلسله مراتبی، که ترکیب های انتخابی را با کاهش کارآمد اکسیژن و کاهش می دهد.

یک مثال قابل توجه از مطالعه 2023 می آید که در آن یک کاتالیزور cobalt-promoted molybdenum کاربید بیش از 90٪ از کاهش اکسیژنیک ترکیب 20٪ بیو- نفتی بدون کاتالیزور قابل توجه بیش از 200 ساعت از عملیات مداوم (lied Catalysis B: Environmental چنین ثبات صنعتی ضروری است.

بهینه سازی شرایط واکنش

دمای، فشار و سرعت فضا ثابت کرده است دمای پایین (حدود 370 ° C) به نفع هیدروdeoxygenation از ترکیبات فنولتیک، در حالی که دمای بالاتر باعث شکستن زنجیره های بزرگ هیدروکربن پیشرفته سیستم های کنترل فرایند در حال حاضر شرایط را بر اساس ترکیب تغذیه ای تنظیم می کند، که به طور فصلی برای بیوmass متفاوت است.

آزمایشات آزمایشی در آزمایشگاه ملی انرژی تجدید پذیر (NREL) نشان داد که یک نمایه دو مرحله ای دما - حرارت اولیه متوسط و پس از آن با یک گام ترمیم درجه حرارت بالاتر - کیفیت ترکیب سوخت نهایی را بهبود بخشید، با مشخصات ASTM D975 برای دیزل (NREL [LT:1] [F1] مطابقت دارد.

ادغام با تکنولوژی های Upgrading

پردازش به تنهایی جریان های واسطه ای را تولید می کند که اغلب نیاز به پالایش بیشتر دارند.با ترکیب آن با واحدهای هیدروکینگ اختصاصی یا هیدروتراپی، اپراتورهای می توانند سوخت های به پایان رسیده را تولید کنند. برخی از پالایشگاه ها یک هیدروکتر خفیف را در جریان راکتور پردازش co-blocker قرار داده اند که به طور موثر تبدیل بخش سنگین به نفت و دیزل است.

در اروپا، چندین پالایشگاه در حال حاضر تا 20 درصد روغن های مشتق شده از بیوmas را در هیدروتراپیست های موجود پردازش می کنند و از همان سیستم های کاتالیزوری که برای فیدهای معمولی استفاده می شود استفاده می کنند (CONCAMA گزارش می کنند این ادغام هزینه های سرمایه را در حالی که با دستورالعمل های سوخت تجدید پذیر به حداقل می رسد.

اثرات زیست محیطی و اقتصادی

مزایای زیست محیطی پردازش کاتالیزور به خوبی مستند شده است. تجزیه و تحلیل چرخه زندگی نشان می دهد که جایگزین 20٪ از روغن سنگین فسیلی با بیو توده های چوب می تواند انتشار گازهای گلخانه ای را 40 تا 60٪ در مقایسه با پالایش معمولی کاهش دهد، بسته به منبع زیست توده ها و منبع هیدروژن مورد استفاده قرار می گیرد.هنگامی که زیست توده ها از بقایای زباله ها مشتق شده اند - مانند جنگل یا بقایای کشاورزی - حتی از انتشار کربن پایین تر است.

از نظر اقتصادی، پردازش حاشیه های پالایشگاه را با جایگزینی روغن گاز گران قیمت با روغن زیستی ارزان تر بهبود می بخشد. refineries که گزارش پردازش یکپارچه 5 تا 15 درصد کاهش قیمت های خوراک را افزایش داده اند، علاوه بر این، سوخت های فرآوری شده برای شماره های شناسایی تجدید پذیر 20 دلار (INs) تحت برنامه های استاندارد سوخت تجدید پذیر و مشابه ایالات متحده در اروپا، تولید درآمد از بازارهای انطباق معمولی A / پالایشگاه می تواند به تنهایی 10٪ درآمد داشته باشد.

بهره وری منابع همچنین به دست آوردن. Biomass که در غیر این صورت پر یا سوخته است به سوخت حمل و نقل تبدیل می شود، کاهش قطعات سنگین روغن که به سختی به ارتقاء خود را به بخشی از یک محصول مفید تبدیل می شود، این synergy به حداکثر رساندن ارزش هر بشکه از خوراک ترکیبی.

چالش های Co-Processing

کاتالیزور غیرفعال کردن

علی رغم بهبود فرمول بندی، غیرفعال کردن کاتالیزور همچنان یک مانع اصلی است. روغن های مشتق شده از بیوmas حاوی فلزات قلیایی (p پتاسیم، سدیم) و کلر از ماده گیاهی است که سایت های اسیدی سمی آب تولید می کنند، که می تواند باعث ایجاد ناهنجاری هیدروترمال از پشتیبانی کاتالیزور شود. محققان در حال بررسی بستر های محافظ و سیستم های کاتالیزور بازسازی مجدد هستند، اما این پیچیدگی های رایج، تحقیقات مداوم در تحقیقات مربوط به ترک کردن مایع نیست، اما تحقیقات مداوم در تحقیقات تجاری، هنوز هم به تحقیقات مربوط به تحقیقات مربوط به آن ها نیست.

تغذیه متنوع سازی Feedstock Variability

ترکیب بیوماها با فصل، منطقه و گونه ها تغییر می کند.یک دسته از روغن کاج pyrolysis ممکن است ۲۰٪ اکسیژن بیشتری نسبت به یک دسته از پاپلار داشته باشد، این تنوع پذیری عملیات های پالایشگاه پیشرفته دولتی را به چالش می کشد - مانند طیفوسکوپی آنلاین نزدیک مادون قرمز - می تواند تجزیه و تحلیل های تغذیه زمان واقعی را ارائه دهد، اما هنوز استاندارد در همه پالایشگاه ها نیست.

بهینه سازی فرآیند

تعادل شبکه واکنش از بیوmass و روغن سنگین است که ناچیز نیست. [۱] شرایط ایده آل برای deoxygenating biomass ممکن است با کسانی که برای شکستن بقایای سنگین است، هماهنگ نیست. [۷] تخلیه قطعات زیستی می تواند گازهای نوری تولید کند، کاهش بازده زیر شکاف، انتهای سنگین است که کیفیت محصول چند منظوره را کاهش می دهد، با استفاده از مدل های یادگیری ماشین آموزش دیده شده در مورد استفاده از داده های پیش بینی تصادفی (F 95٪ از اطلاعات پیش بینی تصادفی است.

مسیر های تحقیقاتی آینده

نانوساختارهای کاتالیزور

معماری کاتالیزور نانومقیاس - مانند ذرات هسته ای، چارچوب های آلی فلزی و کاتالیزورهای تک اتم - کنترل بی سابقه بر سایت های فعال را نشان می دهد، به عنوان مثال، یک اتم Ni در کربن نیتروژن پردازش شده فعالیت بالایی برای هیدروژاکسی اسید های چرب در شرایط خفیف نشان داده است.

طراحی های پیشرفته Reactor

راکتورهای ثابت ثابت ثابت از کانال و فشار هنگام پردازش فیدهای چسبناک رنج می برند. راکتورهای مایع و بسترهای الکترونیکی که قبلا برای ارتقاء سنگین روغن استفاده می شدند، برای پردازش co-mas سازگار هستند و اجازه می دهند که کاتالیزور مداوم و حذف، کاهش طرح های رمان مانند راکتورهای بستر بسته بندی شده یا میکرو کانال انتقال توده ای و مدیریت حرارت را افزایش دهد، که قادر به ترکیب با استفاده از این گیاهان خلبانی و مجازات های پایین تر است.

دوقلوهای دیجیتال و کنترل هوش مصنوعی

دوقلوهای دیجیتال - تکرارهای مجازی واحدهای پردازش فیزیکی - اپراتورهای اجازه می دهند تا مخلوط های مختلف خوراک و شرایط فرایند را قبل از ایجاد تغییرات شبیه سازی کنند. همراه با حلقه های بهینه سازی مبتنی بر AI، این سیستم ها می توانند پروفایل های دمای کاتالیزور را در زمان واقعی برای حفظ بازده هدف تنظیم کنند.

نتیجه گیری

پردازش کاتالیزور در تقاطع انرژی تجدید پذیر و پالایش متعارف است.با فرمول های کاتالیزور گسترش یافته، محیط های واکنش بهینه شده و ادغام با فن آوری های ارتقاء، این فرایند در حال تبدیل شدن به قوی تر و از نظر اقتصادی جذاب تر چالش های بالغ است - به طور مداوم پردازش منابع غیر قابل توجهی، تنوع و بهینه سازی فرایند - مهم است، اما تحقیقات مداوم در حال انجام به کاتالیزور نانوساختار، راکتورهای پیشرفته و کنترل زیرساخت های دیجیتال برای جلوگیری از تجزیه و تحلیل دقیق از آنها، به دنبال صرفه جویی در سراسر جهان، به دنبال صرفه جویی در تجزیه و تحلیل سوخت های تجاری، به دنبال تجزیه و تحلیل دقیق از سوخت های تجاری، ارائه می دهد.