הבנת קטליטית מהירה פיירוליסזה

pyrolysis מהיר קטליטי (CFP) הוא תהליך המרה תרמוכימי שמשנה ביומסה ליגנולוסית לשמן נוזלי עם תכונות דלק משופרות.בניגוד לתוספת מהירה pyrolysis מהירה, אשר מסתמכת רק על פיזור תרמי בטמפרטורות בינוניות (400-600 מעלות צלזיוס) וזמני מגורים קצרים (1-2 שניות), CFP מציגה זרז מוצק לתוך הסביבה.

החומצה ליגנולוסקית - הנחשקת בעיקר של צלולוז, hemicellulose, ו- lignin - מבסוט במהירות על חימום.ללא זרז, ה- COapors וכתוצאה מכך מכילים מאות תרכובות חמצן כולל חומצות, aldehydes, ketones, סוכרים, ו-phenolic oligomers. אלה לגרום ביו-נפט להיות מכומי, כמו גם פונקציות דלק גסות.

Zeolites, במיוחד HZSM-5, הם הזרזים הנלמדים ביותר עבור CFP בשל המיקרופודים בצורתם ו- xyleneive אתרי חומצה חזקים.המבנה הנקבובי מעדיף היווצרות של ריחניות אור כגון benzene, toluene, ו xylene (BTX), אשר הם בעלי ערך כמו בנזין או מברקים כימיים.

התקדמות טכנולוגית חדשה

1 תכנון מתקדם Catalyst הנדסה

פריצות דרך האחרונות בעיצוב זרז התמקדו בצמצום הקידוד וההתמדה תוך שמירה על פעילות גבוהה על מחזורי חידוש רבים.מיקרו ⁇ zeolites באופן טבעי לסבול ממגבלות דיפוזיה שמקדמות את ה- intracrystalline cokeposition.כדי לטפל בכך, החוקרים פיתחו zeolites היררכימיים הקשורים micro-sopores, המאפשרים מולקולות גדולות יותר של ביו-טיפוס כדי לשפר את רמות ה-Crexitexrexitexreams-Crexitexrexitexreams-Creme-Crexitexrexitexrexitexrexitexreaming כדי ליצור טיפולים.

חידוש נוסף הוא השימוש של זרזי הליבה-השלום, שבו ליבה של זאולימיט מכוסה עם מעטפת דקה meso ⁇ .הפגזה pre-cracks גדול lignin-derived oligomers לפני שהם מגיעים ל poreszeolite, צמצום pussolites מתכת-modified, כגון Ga / Z5 או Ni / Z5, כדי לקדם את פעילות הידרוגיום CFPD.

זרזי תחמוצת מתכת, במיוחד אלה המבוססים על תחמוצות מעורבות (MgO-Al2O3, CeO2-ZrO2, ו sorbents מבוסס סידן), מושכים תשומת לב ליכולת שלהם להסיר באופן סלקטיבי חמצן באמצעות קטנום ו aldol condensation התגובות. זרז אלה פחות נוטה ל coking מאשר zeolites, אם כי הם בדרך כלל מייצרים ביו-xe-גרם גבוה יותר מאשר סגסוגת בשימוש לאחרונה.

2.שילוב של תהליך הקונריגציה

(הקדמה העיקרית ב CFP היא שילוב של pyrolysis עם שדרוג השלבים הבאים בתוך תהליך רציף, חד פעמי.באופן מסורתי, שמן ביולוגי מpyrolysis מהיר הוא condensed, מאוחסן, ולאחר מכן הידרופלציה ביחידת הפרדה (הגישה הזו סובלת מחוסר יציבות ביולוגית) בין מחסנים ומשדרגת, לעומת בצורת פולימרנית של מחסנים רדיואקטיביים ו- CFolcreligicol-Fol-Fol-Fol-Fol-Fol-Fol-Fol-Fol-Fol-Fol-Fol-Fol-Fol-Fol-Fol-Fol-Fol-Fol-Fol-Fol-Fol-Folrecrecrecrecrecrecrecated) מ-Fol-Fol-Fol-Fol-Folcated באופן קבוע (מבודדים) מ-Fol-Folcated) מ-Folcated) מ-Folcated) מ-Folcated) מ-Crosdcrelimates-Folcated-Folcrelimates-C

תצורה של החלפת מציעים גמישות רבה יותר: מיטה זרז ניתן להפעיל בטמפרטורה שונה מהירות חלל מאשר הכור pyrolysis, המאפשר אופטימיזציה עצמאית של סדקים תרמיים ושדרוג קטליטי. לאחרונה החלפת יחידות CFP השיגו תכולת חמצן שמן CBD שמן מתחת 10 wt% (לעומת 40 wt% שמן גלימה) פחמן עדכני של 120-85 000 000 של שמן הידבקות ב- H.

שילוב מתפתח נוסף הוא CFP בשילוב עם נוזל קטליטי סדקים (FCC) מעבדים את שמן הביו-נפט או את השבריר ה- pyrolysis קטליטי עם שמן גז ואקום ביחידה FCC קונבנציונלי הוכח בקנה מידה חדד.החמצן המתחדש מפופצים ומחוספסים על ידי חומרים הקיימים FCC, ומייצרים פחמי דלק עם מינימום השקעה Co-Co-re בניסוי ב-NRCC.

3.תגובה להנדסת חום וחדשנות

העברה חום יעילה היא קריטית ב CFP כי התגובה pyrolysis היא endothermic ודורש חימום אחיד של חלקיקים ביומסה בתוך מילימטרים. bubbling מסורתי bubbling bedded מציעים העברה חום טוב אבל לסבול גז על ידי עקפה וזרז זרז משיכה. התפתחויות האחרונות כוללים הזרמת מיטות נוזל (CFB) עם regenerators כי שורפים ברציפות מחוץ לדלקת חום פעיל מ גלקטית ולהפחית את הפחתת זרז חום זרז חום , 000 , 000 גלקטית, 000 גלקטית, 000 גלקטית, 000 , 000 .

כורים (screw) ראו גם שיפור משמעותי, במיוחד עבור המרה בקנה מידה קטן ומופץ ביומסה. בכור auger, ביומסה וזרז מעורבים מבחינה מכנית ומעבירים דרך צינור מחומם, עם זמן מגורים פנוי מבוקר על ידי מהירות בורג.עיצובים אחרונים משלבים אזורי חימום מרובים ותיקון פנימי של מוצקות קרישת חום, השגת ביוכי יעילות גבוהה יותר ל קיבולת פחמן (מ"מ"מ) בהשוואה ל-חמצני, 000 מ- 20 מ"מ- , 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 שטף גבוה יותר, 000 שטף גבוה יותר, 000 שטף, 000 שטף פחמן, 000 שטף גבוה יותר, 000 שטף (מדומים) הוא מסוגלות פחמן, 000 שטף) בהשוואה ל-מחדשהת, 000 שטף דם גבוה יותר, 000 שטף דם גבוה יותר, 000 שטף פחמן, 000 שטף דם גבוה יותר, 000 שטף דם גבוה יותר, 000 שטף דם גבוה יותר, 000 שטף דם גבוה יותר, 000 שטף דם גבוה יותר, 000 שטף דם גבוה יותר, 000 שטף דם צמחי מרפאה, 000 שטף דם גבוה יותר, 000 שטף דם צמחי מרפאה, 000

מיקרוגל-מרוצה CFP הוא אזור חדש יותר של מחקר.מיקרוגל אנרגיה מחממת באופן סלקטיבי את חלקיקי הביומסה, יצירת "נקודות חמות" אשר מאיצה את הpyrolysis תוך חימום הזרז פחות אינטנסיבי.זה מפחית את האנרגיה הנדרשת כדי לחמם את נפח הכור כולו.מספר מחקרים דו"ח על גידול גבוה יותר של פחמימנים ארומטיים וקורק נמוך יותר בעת שימוש במיקרוגל עם זרז מתכת או תחמוצת-חמצני.

טיפול תזונתי והשפעה על CFP

התכונות של ביומסה ליגנולוסית - תוכן, לחות, גודל חלקיקים, ומבנה לינין - השפעה חזקה על ביצועי CFP. רמות אפר גבוה (במיוחד אלקלי ואלקלנטי-earth מתכות כמו K, Na, Ca) תגובות צד לא רצויות כי להגדיל את char ו תשואות מים תוך ירידה בביקוש אורגני.

  • (FLT:0) ו- leaching: FIRLT:1 ⁇ ביומסה עם מים חמים או חומצה דילולית מסיר עד 70% של מתכות אלקלי.אפילו מים פשוטים כביסה ב 60 מעלות צלזיוס במשך 30 דקות הוכח להגדיל את התשואה פחמן דו-נפטי על ידי 5-10 נקודות אחוז CFP.
  • (FLT:0)Torrefaction: 1FLT:1 טיפול תרמי מיילדד (200-300 מעלות צלזיוס גז אינרטי) מסירים את המילוליוז ומפחית את תכולת החמצן בביומסה מוצקה.
  • (FLT:0)Demineralization באמצעות הידרוליזה חומצה:ראה FLT:1 דילוט-sulfuric-sulfuric-חומצה-חומצה, המשמש בדרך כלל בתהליכים אתנול תאואולי, גם מקטין תוכן אפרי ומפרק את hemicellulose.השבריר המוצקה המתקבל מועשרת בתאים ומטהרין, אשר ב CFP מניבה רמות גבוהות יותר של BTX, יש להימנע ממטרה.

הבחירה של טיפול מוקדם משפיעה על זרז CFP אופטימלי ותנאים.לדוגמה, ביומסה ממונעת יכול להשתמש zeolite זרזים בטמפרטורות גבוהות יותר (500-550 מעלות צלזיוס) ללא ניתוק מהיר, בעוד ביומסה גבוהה עלולה להועיל יותר מזרזי מתכת-חמצני אשר סובלים הרעלת אלקלי.

אתגרים ומחקר מתמשך

Catalyst Deactivation and Regeneration

למרות השיפורים, הפעוט הפעוט נשאר המחסום הטכני הגדול ביותר ל- CFP מסחרי. Coke deposition בהדרגה חוסם אתרים פעילים ו pores, צמצום ההמרה והסלקטיביות.גם עם זרז היררכי או meso ⁇ , תשואה coke יכול להגיע 10-15 wt% של ה- biomass מזון תחת תנאים טיפוסיים CFP, חלק של זרז מתמשך ונשלח מחדש של אווירי (אך) עם אובדן יתר של נוזל חום, לעומת זאת, לעומת זאת, עם יותר ממין CFP, עם יותר מחוספסיבי, עם יותר ממין CFP, אך ורק על פני תנאי CFP טיפוסי.

בעיה נוספת היא הרעלת מתכת מביומסה אלמנטים כגון זרחן, סיליקון, ברזל. מתכות אלה יכולים להיות כבולים באופן בלתי הפיך לאתרים חומציים.פיתוח זרזים עם סובלנות גדולה יותר להרעלת, או תכנון מיטות שמירה כי מלכודות רעלים לפני שהם מגיעים לזרז הראשי, הם אזורי מחקר פעילים.השימוש בזרז חד פעמי, נמוך-תועלת (למשל, ביו-כריזמטי או תהליך זרז) יכול לשמש גם עבור זרזים קטנים, או זרזים כגון "מחדש" (Cce) יכול לשמש באופן כלכלי, או "מחדש"ר"ר) יכול לשמש גם כן, או "מחדש" (Cce) אשר יכול היה למנוע זרז" (מחדש, אם הוא הציע טיפול יעיל של דלק יעיל עבור זרזים).

אחריות כלכלית והיקף

ניתוחי טקנו-כלכלה (TEAs) מצביעים על כך ש-CFP יכול לייצר דלקים בירידה במחיר מכירה מינימלי של 3–5 דולר לדלק-שוויון (GGE), בהתאם לעלויות ההזנה (בדרך כלל $ 60–80 דולר לנפט) וגודל צמחי (500-2000 טון יבש ליום) להשוואה, דלק ב-2024 בממוצע סביב 2, 000 דולר לליטר) ו- 02 דולר להורדת C.

חיתוך הביקוש מימן הוא מוקד של מחקר נוכחי.אסטרטגיה אחת היא להשתמש ביומסה עצמה כמקור מימן על ידי הנקה משותפת תורם עשיר מימן (למשל, methanol או גליצרול) במהלך CFP, מושג הנקרא "דלקתי חממה מהירה קטליטית באטמוספירה של מימן-דומטר"ח (CFP) נוסף הוא לפעול CFP באופן שמייצר שמן ביולוגי עם תוכן של 15-20%, לעומת צריכת דלק מבוזרת (4%) לעומת צריכת צריכת צריכת דלק הידרו-4%) של צריכת צריכת דלק הידרו-4%).

שילוב עם Biorefinery Systems

כדי לשפר את הכלכלה הכוללת, החוקרים תומכים ביו-רפיות משולבות שבו CFP הוא אחד מפלטפורמות המרה.לדוגמה, מחקר 2023 של משרד הביו-טכנולוגיות של מחלקת האנרגיה של ארה"ב תיאר ביו-אנרגיה של "לignin-First" ביו-הפיננסי: צלולוז נשלחת באופן נזימטי לסוכרים (להשקעה לאת או כימיקלים), בעוד ש-Clinaoliciciciciciclyx מכיל גם תרכובת CCMCligiciciciciciciciciciciciciciciciciciciciciciciclyzed כדי להפחית את ה-Cligiciciciciciciciciciciciciciciciciciciclygiciciciciciciciciciciciciciciciciciciciciclygiciciciciciciciciciclygiclygiclygiciciciciciciciciciciciciciciciciciciciclyzed כדי להפחית את ה-C.

שילוב מבטיח נוסף הוא עם ייצור מימן מתחדש באמצעות אלקטרוליטיזה המופעלת על ידי עודף רוח או השמש.כאשר חשמל זול, מימן יכול להיות מיוצר ב 2-3 $ לק"ג, צמצום העלות הכוללת של הידרופלוד CFP ביו-נפט. כמה פרויקטים מחקר אירופיים (למשל, EU Horizon 2020 "BioCFP") מדגימים מערכות כה חד-ממדיות בסולם 50 ק"ג / שעה, עם תוכניות להגיע 1 עד 20/n-עשר כדי לספק נתונים קריטיים אלה.

שיקולים סביבתיים וקיימות

CFP מציע יתרונות סביבתיים משמעותיים על גבי אי-החייאה או נחיתה של שאריות חקלאיות ויערות.שימוש ביומסה פסולת להימנע שינויים בשימוש הקרקע הישיר הקשורים לגידולי אנרגיה.עם זאת, קיימות תלויה במיקור מזון: הסרת יתר של שאריות היבול יכול להרוס פחמן אורגני הקרקע להגדיל את המטבוליזם.

הרשאות ממעבדי CFP הן בדרך כלל נמוכות יותר מאשר ממימון הנפט מכיוון שתוכן ביומסה חנקן וסרפור נמוך, וכתוצאה מכך nox ו- SO2 היווצרות של ה- pyrolysis ומשדרגת שלבים.עם זאת, צעד ההתחדשות הזרז יכול לשחרר CO2 ולעקוב אחר מתכות אם לא נתפס כראוי. המודרנית של מערכות טיפול בשפעת (למשל, תיקיות, מסננים, פילטרים, אספקת דלק) יכולות להפחית את כל אלה למזער את כל כלי אספקת דלק (GGH) כמו גם את כל אמצעי אספקת דלק (GGen) כמו גם את כל אמצעי אספקת דלק (GGen) לצמצום אספקת דלק (GLC) לצמצום אספקת דלק (GLC) לצמצום אספקת דלק (GGHDLC) לצמצום יעילות) כמו גם את כל כלי הדם (למשל, כגון מגבלות הדם) לצמצום של מערכות טיפול גזי תיבות של אספקת דלק (GGen) לצמצום כל כלי הדם (GGen) כמו גם את כל אמצעי אספקת דלק (GGen) לצמצום יעילות).

מסקנה

ההתקדמות האחרונה ב- Catalytic Quickpyrolysis הביאה ייצור דלק ביולוגי מביומסה ליגנוקולוסית קרוב יותר באופן משמעותי למציאות המסחרית.נוסחאות זרז חדשניות המשלבות את הירוכיות ההיררכית עם מקדם מתכת שיפרו את התשואות של מוצרי מימן ואת חיי זרז מורחבים שנחשבים לתהליכי דלק משולבים - כגון החלפת CFP עם יעילות מופחתת קלה - ייצור ישיר של ירידה בדלק, כולל תרופות סטנדרטיות דלק.

מחקר מתמשך בעמידות זרז, טיפול תזונתי, ושילוב ביו-ריפי מבטיח להתגבר על מכשולים שנותרו.ההיקף המוצלח של CFP יהיה תלוי בבדיקות ארוכות טווח בקנה מידה ההפגנה, פיתוח של רשתות אספקה עבור איכות ניזונים עקבית, ומדיניות תומכת ששווה את הפחתת גזי החממה ואת היתרונות הביטחוניים של דלקים ביולוגיים מתחדשים.

(בקריאה נוספת, חקרו נתוני תהליך מפורטים של FLT:0 National Renewable Energy Laboratory (NREL) pyrolysis תוכנית מחקר pyrolysis מחקר התוכנית של PH:1 ומודלים טכנולוגיים עדכניים של טכנולוגיה-כלכלית שפורסמה על ידי FLT:2IEA Bio Energy Technology Collaboration Program FLT 3 , סקירה של אסטרטגיות עיצוב זרז ניתן למצוא ב-F:4Energy & מדע סביבתי (אנ') , 20BR.