Biomass'tan Yenilenebilir Kimyasallar: Bir Süreç Tasarımı Blueprint

Küresel kimyasal endüstri, fosil yemstocks'a olan bağımlılığını azaltmak ve karbon ayak izini azaltmak için baskı altında. Biomass - bitkilerden elde edilen organik materyaller, hayvanlardan ve mikroorganizmalardan elde edilen organik materyaller - günümüzde birincil olarak petrolden kaynaklanan birçok kimyasal ürün yelpazesini sunar.

Biomass'ı bir Feedstock olarak anlamak

Biyokütler, her biri, proses tasarım kararlarını etkileyen eşsiz kimyasal kompozisyonlarla çeşitli organik malzemeler içerir: birincil kategoriler şunlardır:

  • [FONT:0)Lignocellulosic biomass[DÜT:1) - tarım kalıntıları (toplanmış soba, buğday saman, şekerkane bagasse), orman kalıntıları (yüzde 15–25), daha küçük ekstraklar ve ash ile birlikte.
  • [FONT:0]Starch-rich biomass[[Döntilmiş: 1) - mısır tahıl, cassava, patates ve diğer bitkileri yüksek nişasta içeriği (60-80%) ile daha kolay bir şekilde hidrasyonlanabilir şekerler ama gıda üretimi ile rekabet.
  • [FONT:0)Sugar-rich biomass[[Dönem: 1) şeker, şeker arılar ve tatlı ruhghum, doğrudan fermentable şekerler içeren (sucrose, glukoz, fructose).
  • [FONT:0]Oleaginous biomass[DÜT:1] – Yağlanmışlar (soy, tecavüz, avuç), mikrogae ve yemek pişirme yağları, ki bu da biyodizel ve omuryasal ve omuryasal ve omuryasallara uygun olarak zengindir.
  • [FONT:0]Waste biomass[[DÜT:1) - belediye katı atık (organik kesik) hayvan manure, gıda işleme kaybı ve kanalizasyon çamuru. Bu genellikle değişken kompozisyon ve tedavi öncesi gerektirir.

Belirli bir biyokütle yemlemenin kimyasal bir süreç için seçimi birkaç faktöre bağlıdır: yerel kullanılabilirlik ve mevsimsellik, maliyet ve lojistik, kompozisyonel uygunluk, hedef dönüşüm yolundaki ve daha geniş sürdürülebilirlik sonuçları. Lignocellus biyomass özellikle büyük ölçekli yenilenebilir kimyasal üretim için çekicidir, çünkü bol miktarda, yaygın olarak dağıtılır ve doğrudan gıda üretimine rekabet etmez. Ancak, rekalsiterant yapısı - hemorajik mikroprillerin sağlam bir matrisi - hemoraji ve ligin içinde gömülüdür - enerji yoğun predüller

Biomass Dönüşümde Anahtar Kimyasal Süreçler

Biyokütlerin yenilenebilir kimyasallara dönüştürülmesi, önemli işlem kategorilerinin genişleyen bir tartışmasıdır.

UP UP

PP, sıvı iyonların üç birincil ürün akışına sahiptir: 60-75 biyomalzemelerin katılaşması ve kuru biyomalzemelerin % 50'si kadar yüksek çözünürlükte bir miktar sıvıyaklı asit, hidroksitt veya kısa sürede (p) ve kısa sürede (pnömatik) bir sıvıyaklama işlemi, sıvı yağ asitleri ve yüksek miktardaki sıvı yağ asitleri, sıvı yağ asitleri, yüksek çözünürlükte bir miktar sıvıyatır.

Hidrojek

Hidrojektif karbonhidratlar (küphesiz, hemicellulose, nişastayı) fermentable şekerlere ayırmaktadır: Enzymatik Hidroziğe ve asit Hidrolysis. Enzymatik Hidrolit hidrolitler 24-72 saat boyunca konut zamanlarını kullanır ve hidroksit asitli asitler ilerleyebilir.

Fermentation

Fermentasyon mikroorganizmaları kullanır - bakteriler, mayalar, veya mantarlar - şekerleri kimyasal ürünlere dönüştürmek. Ethanol fermentasyon:0)Saccharomyces cerevizizie), en olgun örnek, ancak modern metabolik mühendislik, laktik asit, sukser asit, 1,3-properol, tamponat, tamponat, tamponal redüksiyonu, yağları ve terapötikleri yönetmek için özeldir.

Catalytic Approach

Catalytic Dönüşüm, heterojen veya homojen katalizörler kullanarak geniş bir kimyasal dönüşüm içerir, biyokütleler-derived ortaları hedef kimyasallara dönüştürmek için. Anahtar reaksiyon sınıfları şunları içerir:

  • [FONT:0]Hydrodeoxygenation (HDO): [DFLT:1), hidrojen ve metal katalizör kullanan oksijenin biyolojik-petrol veya şeker-derived moleküllerin çıkarılması (NiMo, CoMo, Pt, Ru) yakıtlar ve kimyasallar için hidrokarbonlar üretmek için.
  • [FONT:0]Kırsal-fay işleme (APP): ) Bifonksiyon katalizörleri üzerinde suyun dönüşümü (Pt-Re, Ru/C) alkanes, hidrojen ve oksijenler üretmek için.
  • [FONT:0)Dehidrasyon: [DÜDÜT:1] Suların temizlenmesi, yumuşaklık, HMF, sıvı/fructose) asit katalizörlerinden (zeolitler, sulfonated reçineler) oluşur.
  • [FONT:0)Oxidation:[Dönetici:[Dönetici:0))))))) Şeker ve kürk asitleri karboks asitlerine (glucarik asit, kürk veicarboxylic asit) asil metal katalizörler (Pt, Au, Pd).
  • [FONT:0)Transesterification:[Dönetici:[Dönetici:0) Yağ ve yağlardan gelen dönüşümler biyolojik (sahkafa asit metil esterler) ve glycerol.

Catalyst tasarımı merkezidir: seçicilik, aktivite, istikrar ve rejenerability özel yemstock ve hedef ürün için optimize edilmelidir. Süreç tasarım konuları reaktör tipi (taraflı, hileli, yarı, beton), sıcaklık ve basınç kontrolü, çözücü seçimi, hidrojen yönetimi ve katalizör ayrılık ve geri dönüşüm içerir.

Kimyasal Süreç Tasarımı

Biyomass dönüşüm için süreç tasarımı, kimyasal mühendislik ilkelerini takip eder ancak biyokütlelerin eşsiz özelliklerini karşılamalıdır: sağlam işlem, değişken kompozisyon, yüksek oksijen içeriği ve inhibitörlerin varlığı. Sistemel tasarım metodolojisi aşağıdaki aşamaları içerir.

Feedstock Selection ve Preted

Feedstock analizi (proximate, nihai ve kompozisyonal) pretedterileri bilgilendirir. . lonnocelluik biyokütle, pretedavi, ligin-carbohidrat matrisini bozmak, hücreli kristalliği azaltmak ve enzimi artırmak için genel olarak presiyonel olarak asit hidroloji (hemicellulose ve şeker serbest bırakmak) buharlı her türlü sıvı işlemden uzaklaştırmak için gerekli olan fiber genişleme (AFEX) için.

Reaksiyon Mühendisliği ve Optimizasyon

Reaktör seçimi ve çalışma koşulları reaksiyon kinetiği, kütle ve ısı transfer sınırlamaları ve faz davranışları tarafından belirlenir. Katı-liquid reaksiyonları (hidrlysis, fermentasyon), karma-tank reaktörler veya sürekli fiş-kanış konfigürasyonları yaygındır. - gaz-solid reaksiyonları (piziziz, gazlaştırma), sıvılaştırılmış yataklar mükemmel ısı ve kütle transferleri sunar.Katalitik sabit-bed reaktörler, buhar-fazlık optimizasyonu için kullanılır.

Ayrılık ve Purification

Toplam işlem maliyetinin önemli bir kısmı için alt bölme hesapları (genellikle% 40–70) Ürüne ve reaksiyon karışımına bağlıdır.For fermentation products, distillation (ol, butanol), sıvı-liquid ekstraksiyon (organik asit), membran filtrasyon (telişi, ürün geri yükleme), ve kristalizasyon (succinik asit, lactic asit) genel olarak azaltılır.

Akış Optimizasyonu

İyi tasarlanmış bir işlem akışı diyagramı (PFD) ham biyokütlelerden nihai ürüne yolculuk izler, tüm birim işlemleri tanımlamak, akışları, ısı entegrasyonu ve atık tedavisini vurgulamak için modern süreç tasarımlarını vurgular - tek bir birime birden fazla işlem birleştirin (örneğin, reaktif kesintiye uğramak için) - ve ısı entegrasyonunu kullanarak pinpen analizleri kullanarak ısı entegrasyonu.

Çevre ve Ekonomik Bakışlar

Sürdürülebilir süreç tasarımı, yaşam döngüsü değerlendirme (LCA) çevresel etkileri ölçmek için gerektirir: sera gazı emisyonlarını, fosil enerji tüketimi, su kullanımı, arazi kullanımı, ecooksisite ve eutrophikasyon potansiyelini gerektirir. Biomass-derived kimyasalları genellikle petrol bazlı meslektaşlarından daha düşük karbon ayak izi vardır (40–% 90, işlem ve yemleme maliyetlerine bağlı olarak% 90-% 50-150 maliyetle maliyet ve maliyetle maliyetle ilgili olarak).

Biomass-Based Chemical Production'da Future Yol

Birkaç gelişmekte olan trend yenilenebilir kimyasal üretimin rekabetini artırmak için hazırlanıyor:

  • [FONT:0) İleri katalizör tasarımı:[Dönetici, stabil ve uygun katalizörler, tedavi öncesi veya tek bir reaktörde birden çok adım atmadan (cascade kataliz).
  • [FONT:0)Metabolik mühendisliği ve sentetik biyoloji: Mühendislik mikroorganizmaları yüksek değerli kimyasallar üretmek (örneğin, 1.4-amatandiol, acrylates, şişman asitler, biyoplastikler) yüksek meme, verim ve verimlilikte, ve ham hidrolysiflere tahammül etmek.
  • [FONT:0)Electrocatalytic ve fotokimyasal dönüşüm: [Dönemli elektrik kullanarak biyokütmeler dönüşümlerini hafif koşullarda kullanmak, yüksek sıcaklık ısıtımı ihtiyacını azaltmak ve yenilenebilir enerji ile doğrudan entegrasyon sağlamak.
  • [FONT:0)Process intensification and modüler sistemler: Küçük ölçekli, mobil veya konteynerli dönüşüm birimleri, yemleme noktalarında dağıtılabilir, ulaşım maliyetlerini azaltır ve bioeconomy modellerini etkinleştirir.
  • [FONT=0)Lignin valorization:[Dönetici: Lignin en büyük yenilenebilir aromatik bileşikler kaynağı. Yeni kedialitik ve termal yöntemler (örneğin, en yüksek katalitik katatik keseç) monomerler üretmek için geliştiriliyor, oligomerler ve ligin liniği.
  • [FONT:0) Biyorefineries ile Integration:) Birden çok ürün üretimi - kimyasallar, yakıtlar, güç ve malzemeler - tek bir yemleme akışından, maksimum değer yakalama ve genel işlem ekonomiyi geliştirmek.

Destekleyici politika çerçeveleri ile birlikte araştırma ve geliştirme, sürdürülebilir ürünler için pazar talepleriyle birlikte, küresel ölçekte biyokütle temelli kimyasal süreçlerin dağıtımını hızlandıracaktır.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Biyokütlelerden yenilenebilir kimyasal proseslerin üretimi için tasarım, bu süreçlerin ekonomik ve çevresel performansını sürekli olarak geliştiriyor ve enerji yatırımını sürdürüyoruz, biyokütle kimyasal endüstrinin preted, dönüşüm teknolojisini, ayrımı ve sürdürülebilirlik değerlendirmesini sağlar.Brezilyasal biyoekonomide ilerlemeler ve entegrasyonlar sürekli olarak bu süreçlerin ekonomik ve çevresel performansını geliştiriyor.() Enerji Biyoenerji-derjik kimyasallar)[TDönetici)[Teltilmiş bir kimya mühendisliği)