Пиролизные котлы энергонезависимые: Пиролизный котел длительного горения с водяным контуром: принцип работы

Бренд: Тепловъ

Тип котла: твердотопливный

Отапливаемая площадь: 100 кв. м.

Количество контуров: одноконтурные

Установка: напольная

варианты своими руками, длительного горения и другие

Содержание статьи:

Котел на твердом топливе – это популярный обогреватель, который заменил устаревшие печки. Владельцы загородных домов, в которых нет централизованной системы отопления, используют именно такие устройства для обогрева помещения. Выбрать подходящий котел можно, зная основные характеристики и свойства отопительных приборов. Также можно сделать самодельное устройство по схемам и чертежам.

Разновидности твердотопливных котлов

Классический стальной твердотопливный котел

Чтобы купить подходящий для дома отопительный твердотопливный котел, нужно разобраться с тем, какие разновидности бывают. По функциональности устройства можно разделить на две категории:

• Двухконтурные. Это приборы, способные обогревать помещение и воду. Водогрейные модели активно используются в частных домах с постоянной электросетью.
• Одноконтурные. Только выдают тепло для обогрева комнат.

Также все приборы, работающие на твердом топливе, можно разделить на 4 вида – традиционные, пеллетные, длительного горения, пиролизные.

Классические твердотопливные котлы

Это устройства, внешне напоминающие обычную печку с окном для закладки в него угля или дров. Основная часть конструкции – теплообменник, который передает энергию теплоносителю. По материалу выделяют чугунные и стальные твердотельные котлы.

К положительным сторонам относят стабильность работы, неприхотливость, долговечность и дешевизну. В котлах нет систем автоматизации, которые часто ломаются, что позволяет сэкономить на обслуживании. Может простоять без подкладывания дров около 8 часов.

Пеллетные котлы

Конструкция пеллетного котла

По сравнению с классическими моделями в пеллетных имеется специальный бункер и автоматика, которая подает топливо. Заправлять такой котел нужно специальным сырьем, которое изготовлено из древесных отходов. Они дают больше тепла и стоят дешевле, чем уголь. Основные преимущества:

• Высокий КПД. Достигает 85%.
• Неприхотливость. Не требуется постоянно следить за котлом и тратить средства на его обслуживание.
• Длительность работы зависит только от размеров бункера для подачи топлива.
• Наличие датчика температуры и регулятора. Позволяет отслеживать и регулировать температурный режим внутри устройства.

Стоимость таких приборов выше, чем у классических котлов.

Котлы длительного горения

ТТ котел длительного горения

Эта разновидность твердотопливных котлов также называется приборами верхнего горения. В них воздух подается таким образом, что топливо сгорает только в верхней части. Благодаря такой технологии можно загружать большой объем дров, которые будут прогорать постепенно, увеличивая время работы.

Производством приборов занимаются разные бренды. Популярностью пользуются твердотопливные котлы Зота, Буредус, Лемакс и другие компании России, Украины и Европы. Основные производства ТТ печей находятся в российских городах Псков, Москва, Череповец.

Пиролизные (газогенераторные) котлы

Пиролизный котел

Работа приборов производится в несколько стадий:

• Сушка древесины.
• Дегазация. Во время процесса 85% веществ переводится в горючее газообразное состояние, а 15% – в уголь.
• Сгорание. Температура в печи достигает 600°С. Газы окисляются, в результате чего образуется слой угля. При достижении 900°С низкие газы насыщаются кислородом и выдерживают температурный режим, способствующий разложению древесного угля.

В конструкции есть вентилятор, направляющий пламя вниз. Это дает возможность управлять процессом горения. КПД таких устройств выше, чем у традиционных котлов.

Выбор материала теплообменника

Чугунная модель

Ассортимент котлов от различных производителей представлен моделями с теплообменником из чугуна или стали. Каждый из материалов имеет свои плюсы и минусы, поэтому сложно с уверенностью сказать, какая разновидность лучше.

Изделия с чугунным теплообменником представляют собой секционную конструкцию. При поломке любую часть можно легко заменить. Подобные варианты удобны в использовании в частных домах при перевозке и в случае ремонта. Чугун медленнее подвергается влажной коррозии, поэтому ТЭН можно чистить реже. Тепловая инертность выше, чугунные котлы дольше греются и медленнее остывают, поэтому считаются экономными. Приборы неустойчивы к резкой смене температурного режима. При попадании холодной жидкости в горячий теплообменник может образоваться термический удар, вызывающий появление трещин.

Теплообменник из стали представляет собой цельный моноблок, который сварен в промышленных условиях. С чисткой и обслуживанием могут возникнуть проблемы, так как разобрать котел невозможно. Стальное устройство не боится скачков температуры благодаря своей эластичности. Быстро греется и быстро остывает.

Топливо для котла

Выбор модели по топливу так же важен, как и по материалу. При проблемах с поставкой или хранением дров нет смысла брать дровяную печь, лучше отдать предпочтение прибору с другим сырьем – например, с углем или топливными брикетами.

Все типы сырья имеют разные показатели мощности и времени работы. Производитель оборудования в инструкции прописывает, какое топливо рекомендуется использовать в качестве основного и дополнительного и как выполнять подключение. При соблюдении этих рекомендаций возрастает срок службы котла.

Ручная и автоматическая загрузка топлива в котел

Шнековая автоподача топлива

Механизм укладки сырья бывает двух видов – ручной и автоматический. Котлы с разными способами загрузки имеют различную конструкцию.

Модели с автоматической погрузкой состоят из основной части и особого бункера, в который помещается топливо. К сырью предъявляются требования по размерам. Например, при работе от угля частицы должны быть меньше 25 мм. Одной загрузки топлива хватает на 3-5 дней, благодаря чему пользователю не нужно постоянно подкладывать сырье. Это делает работу с нагревателем простой и удобной. Размеры бункеров бывают разные, выбор зависит только от предпочтений владельца. Топливо подается либо с помощью шнека, либо с использованием поршня.

Ручная загрузка считается более привычным способом для людей. Камеру нужно заполнять самостоятельно. Печь с ручной погрузкой имеет большие размеры, чем автоматический котел, поэтому их не рекомендуется ставить дома.

Автоматический котел – это более экономичный, стабильный и удобный для применения в домашних условиях вариант.

Определение мощности котла

Рекомендуемая мощность котла в зависимости от площади помещения

Мощность – один из главных критериев выбора отопительного оборудования. От нее зависит комфортная температура в помещении. Для расчета мощности самостоятельно нужно знать следующие параметры:

• Площадь отапливаемого помещения. Чем она выше, тем больше нагрузки потребуется.
• Удельная мощность обогревателя.
• Климатические условия региона.
• Наличие утепления.

Если дом имеет качественную теплоизоляцию, а высота потолков ниже трех метров, на обогрев 10 кв.м. нужно примерно 1,2 кВт мощности. К этому показателю добавляется около 20% запаса для быстрого нагрева. Таким образом, для обогрева площади 100-200 кв.м. потребуется до 25 кВт. Более точные расчеты можно получить, воспользовавшись помощью специалиста. Он просчитает все дополнительные факторы, влияющие на характеристики, и поможет определить нагрузку.

Полезный объем загрузочной камеры

Количество топлива, которое можно использовать за один раз, зависит от полезного камерного объема. Эта характеристика показывает соотношение объема сырья к мощности. Для чугунных моделей этот показатель составляет 1,1 литров топлива на 1,4 кВт мощности. Для стальных устройств 1,6 литров на 2,6 кВт.

Котлы с верхней загрузкой имеют больший полезный объем, чем другие виды. К тому же в них удобнее укладывать сырье.

Пиролизные котлы способны работать в течение 6-10 часов от одной закладки дров. КПД достигает 90%. Размер камеры больше, чем у традиционных, но это влияет на цену. Чем дольше продолжительность автономной работы печи, тем дороже она будет стоить. Агрегат с маленькой камерой подойдет для обогрева небольшой комнаты.

Потребление электроэнергии

Энергозависимые котлы отличаются расширенным функционалом

Котлы бывают двух видов по способу питания.

• Энергонезависимые. Это устройства, в которых нет потребности в циркуляционном насосе, так как процесс происходит естественным путем. К энергонезависимым относятся классические агрегаты и некоторые приборы длительного горения.
• Энергозависимые. Модели, содержащие в своей конструкции вентилятор. Он направляет потоки воздуха в камеру. Также приборы с автоматизацией работают от электричества.

Энергонезависимые котлы лучше ставить в домах, где нет стабильного электропитания. Они могут выступать в качестве основного и дополнительного источника тепла.

Наличие буферной емкости

Схема отопления котлом с буферной емкостью

Есть домашние котлы на твердом топливе для отопления частного дома с теплоизолированным баком с водой, который выполняет роль буфера. Он устанавливается между котлом и отопительной системой и выполняет следующие функции:

• Защита. Сохраняет отопительный контур от перегрева.
• Аккумуляция тепла. Собирает и запасает энергию от котла и поставляет в систему по необходимости.
• Связь в одну цепь нескольких видов котлов (электрических, водяных, газовых). Позволяет им функционировать в пределах одной системы.

Буфер улучшает температурные характеристики, повышает КПД, уменьшает расход сырья и частоту укладки топлива. При выборе буфера емкость рассчитывается с учетом того, что на 1 кВт требуется примерно 25 литров.

Самостоятельная сборка котла

Можно собрать котел длительного горения своими руками. Чертежи, видео и фото сборки представлены в интернете. В схеме должны находиться следующие элементы:

• В нижней части располагается зольник с поддувалом.
• Надо зольником ставится чугунная колосниковая решетка.
• В дно топки встраивается решетка. На камере обязательно должна быть надежная дверца.
• Над зоной топки делается рабочая часть теплообменника.
• Далее устанавливается труба дымохода.

Перед началом работы следует выполнить расчеты конструкции, определиться со схемой и нарисовать чертеж готового изделия. Котел своими руками дает возможность создания прибора под свои индивидуальные требования.

Пиролиз: путь к технологиям очистки угля

1. Введение

Что такое пиролиз: пиролиз — это термохимическое разложение углеродсодержащих материалов, таких как биомасса, пластик, шины, уголь и т. Д., При повышенных температурах 200 ° C и выше в отсутствие кислорода. Это необратимая химическая реакция, в которой происходит одновременное изменение химического состава и физической фазы вещества. Эта реакция включает молекулярный распад более крупных молекул (полимера) на более мелкие молекулы в присутствии тепла.Пиролиз также называют термическим крекингом, термолизом, деполимеризацией и т. Д.

Что такое пиролиз угля: пиролиз угля включает подвергание угля воздействию высокой температуры 400–450 ° C в отсутствие кислорода. Когда присутствует кислород или пар, уголь начинает гореть, и этот процесс больше не известен как пиролиз, а скорее называется сжиганием и газификацией. Преимущества пиролиза угля огромны и перечислены ниже:

• Преобразует отходы (уголь) в энергию.

• Продукт может использоваться в качестве топлива в существующих промышленных котлах и печах.

• Конечные продукты также могут использоваться для выработки электроэнергии.

• Предлагает возобновляемые источники энергии.

• Управление твердыми отходами.

Уголь и угольные продукты будут по-прежнему играть все более важную роль в удовлетворении энергетических потребностей и экономики стран. Это связано с большими запасами угля и его низкой стоимостью [1, 2].На уголь приходится примерно 25% мирового энергоснабжения и 40% выбросов углерода, но даже с учетом высокого процента выбросов маловероятно, что какая-либо из этих стран, занимающихся разведкой и добычей угля, очень скоро откажется от угля. [3]. Экономический рост требует роста энергии [4]. В связи с недавней заботой об окружающей среде и возобновлением интереса к исследованиям альтернативных источников энергии из возобновляемых источников, таких как топливные элементы и ветер, водород из угля через комбинированный цикл интегрированной газификации был рассмотрен для предлагаемой водородной экономики [5, 6].Газификация считается экологически чистой технологией преобразования угля в двадцать первом веке, чем другие процессы использования угля, такие как сжижение и сжигание, потому что она является высокоэффективной [7], экологически чистой [8] и экономичной [9]. Он также имеет то достоинство, что выходит за рамки использования угля для производства электроэнергии [10], обработки металлов и производства химикатов [11], поскольку уголь может быть преобразован в полезные газы и жидкости [12]. Уголь — сложный углеродистый материал, состоящий из органических и неорганических веществ [13].В процессе газификации органическое и неорганическое вещество претерпевает различные химические и физические превращения [14]. Чтобы максимизировать эффективность газификации, необходимо понять механизм химического и физического превращения, так как это поможет снизить выбросы углерода в процессе, особенно при газификации низкосортного угля [15–17]. Несколько вариантов используются для управления скоростью подачи угля во время газификации: неподвижный слой, псевдоожиженный слой и газификаторы с унесенным потоком [18].Газификаторы с псевдоожиженным слоем имеют потенциальное преимущество, заключающееся в том, что низкосортные угли, богатые золой и инертинитами, такие как южноафриканские угли, могут обрабатываться более эффективно, чем в обычных котлах, работающих на пылевидном угле [19–21].

Следовательно, разработка процессов утилизации угля потребует более глубокого понимания внутренних свойств угля и способов его химического преобразования в условиях процесса [22, 23]. Один из способов понять это — пиролиз, который проходит через все процессы утилизации угля [19].Следовательно, в этом сообщении оценка шести углей южного полушария будет использоваться для иллюстрации промежуточной роли, которую пиролиз играет в процессах утилизации угля.

2. Влияние изменений химических и физических свойств на характеристики угля

В настоящее время исследования по использованию угля и угольных продуктов направлены на чистую угольную технологию (CCT) [20, 24]. Предыдущие исследования CCT за последние 30 лет касались химической очистки угля, а недавние исследования — улавливания и хранения углерода (CCS) [20, 25].Исследовательские усилия были ограничены лабораторным масштабом при определении молекулярных и структурных параметров, таких как ароматичность, степень конденсации, которая определяет технические характеристики угля в процессе его утилизации [20, 26–28]. Суть химической очистки угля заключается в удалении или уменьшении содержания минералов в угле, поскольку сообщалось, что минеральное содержание в угле расплавляется, когда он подвергается термообработке во время процессов конверсии угля [20, 29], что приводит к блокированию активные центры углерода [30], тем самым снижая реакционную способность угля и уменьшая выбросы загрязняющих веществ [20, 31].

Уголь — сложный углеродистый полимер, состоящий из органических и неорганических веществ [32, 33]. Органические материалы известны как мацералы, а неорганические примеси считаются минералами [34]. При термической обработке; физические, химические, термические, механические и электрические свойства угля претерпевают трансформации [20, 35]. Одним из ключевых параметров, которые используются для измерения химической стабильности этого превращения, является ароматичность [20, 36]; это дает хорошее представление о превращении мацерала в полукокс, что является хорошим индикатором зрелости угля из-за перестройки углерода [20, 37].

Изменение углеродистой структуры из-за модификации органических и неорганических компонентов в угле и его последующем обугливании считается одним из основных факторов, влияющих на реакционную способность угля / полукокса в процессах конверсии угля [20, 38, 39 ]. Химическое преобразование включает изменение органической химической структуры (таблицы 1–3), в то время как физическое преобразование включает изменение морфологии и пористости угля (таблица 4, рисунки 1–12).

Приблизительный анализ, окончательный анализ, теплотворная способность и расчетные значения H / C и ароматичности для необработанного угля.

Таблица 2.xim анализ, окончательный анализ, теплотворная способность и расчетные значения H / C и ароматичности для обработанного кислотой угля.

Таблица.

Расчетные значения H / C и ароматичности для термообработанного угля.

Уголь	450	500	550	600	650	700
	GER				9057 Х / К	0.5	0,4	0,3	0,3	0,2	0,1
f a (CA)	0,86	0,89	0,95	0,95	0,99	1,00
f a (FTIR)	0,66	0,69	0,73	0,74	0,76	0,79
f a (XRD)	0,66	0,67	0.68	0,72	0,74	0,76
	NGR
H / C	0,5	0,4	0,3	0,3	0,2	0,1
f a (CA)	0,86	0,90	0,93	0,96	1,00	1,03
f a (FTIR)	0,75	0,78	0.81	0,84	0,87	0,90
f a (XRD)	0,67	0,69	0,70	0,74	0,78	0,80
	SSL						H / C	0,4	0,4	0,3	0,3	0,2	0,1
f a (CA)	0,87	0,91	0,93	0.96	1,00	1,05
f a (FTIR)	0,84	0,88	0,90	0,93	0,97	1,00
f a (XRD)	0,91	0,94	0,96	0,97	0,97	0,97
	BCH
H / C	0,5	0,4	0,3	0.3	0,2	0,1
f a (CA)	0,86	0,89	0,92	0,95	0,98	1,03
f a (FTIR)	0,83	0,86	0,89	0,92	0,95	1,00
f a (XRD)	0,93	0,94	0,97	0,98	0,99	0.99
	SM
H / C	0,4	0,4	0,3	0,3	0,2	0,1
f a (CA)	0,88	0,89	0,92	0,95	0,99	1,03
f a (FTIR)	0,94	0,95	0,98	1,00	1,00	1,00
f a ( XRD)	0.96	0,98	0,99	0,99	0,99	0,99
	SPL
H / C	0,3	0,3	0,3	0,3	0,2	0,1
f a	0,94	0,95	0,95	0,97	0,98	1,03
f a (FTIR)	0,97	0.98	1,00	1,00	1,00	1,00
f a (XRD)	0,96	0,97	0,98	0,99	0,99	0,99

0,076 0,071 0,048 0,048

Уголь	450	500	550	600	650	700
	GER
O / C	0.132	0,103	0,092	0,073	0,064	0,056
Площадь поверхности BET (м 2 / г)	169,96	193,97	230,41	241,82	262,61
	NGR
O / C	0,130	0,110	0,083	0,075	0,067	0,061
Площадь поверхности BET (м 2 / г)	155 .78	182,61	183,19	234,10	238,14	239,74
	SSL
O / C	0,081	0,076	0,063	0,052	0,063	0,052
BET площадь поверхности (м 2 / г)	136.60	153,47	199,72	200,38	214,46	224,19
	BCH
O / .064	0,057	0,044	0,039	0,037	0,029
BET площадь поверхности (м 2 / г)	130,17	158,68	183,89	206,40	215,4071	206,40	215,4071 900
	SM
O / C	0,039	0,042	0,033	0,033	0,037	0,032
Площадь поверхности BET (м 2 / g)	137 .94	148,17	170,35	186,54	194,60	196,99
	SPL
O / C	0,039	0,048	0,063	0,039	0,063	0,039
Площадь поверхности BET (м 2 / г)	113,93	135,18	136,74	150,98	162,47	164,40

Таблица 4.

Расчетные атомные значения площади поверхности O / C и BET по SEM и ASAP 2020 для термообработанного угля.

Рис. 1. Микрофотографии

, полученные с помощью SEM, перехода угля BCH в полукокс.

Рис. 2. Микрофотографии

, полученные с помощью СЭМ, перехода угля SM в полукокс.

Рис. 3. Микрофотографии

СЭМ перехода SPL угля в полукокс.

Рис. 4. Микрофотографии

SEM перехода угля SSL в полукокс.

Рис. 5. Микрофотографии

, полученные с помощью SEM, перехода угля NGR в обугливание.

Рис. 6. Микрофотографии

, полученные с помощью СЭМ, перехода угля из ГЭР в обугленный.

Рис. 7.

Петрографические снимки перехода угля в обугливание для свит ГЭР.

Рис. 8.

Петрографические снимки перехода угля в обугленный для свит ЯГР.

Рис. 9.

Петрографические снимки перехода угля в обугливание для комплексов SSL.

Рис. 10.

Петрографические снимки перехода угля в полуголь для свиты БЧХ.

Рис. 11.

Петрографические снимки перехода угля в обугливание для свиты СМ.

Рис. 12.

Петрографические снимки перехода угля в полуголь для свиты SPL.

.

Области применения пиролиза: Топ 20

Поскольку в отрасли происходит так много всего, может быть трудно догнать все возможности. Вот наш обзор 20 самых интересных приложений пиролиза и бизнес-моделей для процесса Biogreen®.
Узнайте свое и дайте нам знать, связавшись с нами!

ВАЛОРИЗАЦИЯ БИОМАССЫ

Во всем мире производятся большие количества остаточной биомассы, которые ждут устойчивых методов дальнейшего управления.Они часто продаются в качестве топлива по относительно низким рыночным ценам. Однако остаточная биомасса может быть привлекательным ресурсом для процесса пиролиза Biogreen®, предлагая множество способов повышения ее добавленной стоимости и производства биопродуктов, пользующихся большим спросом на рынке. В Biogreen® мы называем этот процесс валоризацией биомассы.

1.Биочар и производство тепла / пара

Пиролиз позволяет преобразовать чистую древесную биомассу в биоуголь как функциональный материал (питательное вещество для почвы, продукт биоремедиации, фильтрующий материал и многое другое).Возможность изменения условий эксплуатации в Biogreen® открывает уникальную возможность производить собственный функциональный материал. Кроме того, энергия, произведенная в процессе, может быть преобразована в полезное тепло (для сушки), пар (для промышленных целей) или другие формы энергии.

2. Производство биогенного угля и твердого топлива

Низкотемпературный процесс торрефикации и карбонизации биомассы позволяет получать высококачественное теплотворное топливо с теплотворной способностью от 21 до 29 МДж / кг, подходящее для рынков электроэнергетики.Благодаря адаптируемым условиям обработки системы Biogreen® процесс может осуществляться в точном соответствии с требуемыми свойствами твердого топлива. Небольшие количества теплоносителя, получаемые в процессе, могут быть дополнительным ресурсом для сушки.

3. Применение жидкого дыма

Стандартизированные и контролируемые условия пиролиза в установке Biogreen® позволяют получать высококачественное масло из древесной биомассы. После дальнейшей очистки пиролизное масло может быть сертифицировано для многих приложений, в том числе для рынков пищевых ароматизаторов и пищевых ароматизаторов.В качестве дополнительного преимущества получают качественный биоуголь и тепло, что может быть добавленной стоимостью для проекта.

4. Производство древесного уксуса

Пиролигеновая кислота, также называемая древесным уксусом, представляет собой уникальный продукт, который может быть получен в процессе пиролиза биомассы при извлечении конденсата из образовавшихся паров. Его основные компоненты — уксусная кислота и метанол. Древесный уксус — это продукт, широко используемый для отпугивания вредителей, цветущих растений и улучшения почвы. Как материал биологического происхождения, он удовлетворяет быстро растущий спрос на мировом рынке.Дополнительным преимуществом может быть одновременное производство biochar и тепла (см. Пункт 1).

5. Возобновляемые синтетические газы (h3, Ch5)

Синтез-газ, полученный в процессах пиролиза биомассы, представляет собой смесь интересных молекул, содержащих не только CO, CO2 и азот, но также значительные количества h3, Ch5 и высших углеводородов. Кроме того, количество этих молекул может быть увеличено за счет последующей обработки синтез-газа, что делает процесс полезным источником биомолекул. В настоящее время ETIA разрабатывает специальные процессы для этой цели.Одновременное производство биоугля и масла может быть дополнительным преимуществом для бизнес-модели.

Валоризация осадка сточных вод

Управление осадком сточных вод становится все более серьезной проблемой для окружающей среды. После сушки пиролизная обработка осадка сточных вод Biogreen® открывает новый путь превращения этого материала в твердое топливо или тепло без ненужной транспортировки и логистики, связанных с перемещением осадка в большие централизованные центры управления.

6.Карбонизация осадка

Низкотемпературный или среднетемпературный пиролиз сухого осадка сточных вод позволяет получить стерилизованный, простой в хранении продукт без запаха, который может быть использован в качестве возобновляемого источника энергии. Благодаря адаптивности Biogreen® к условиям обработки вы можете выбрать степень обработки, чтобы не перегревать материал и сохранить его важные топливные свойства.

7. Нагревание осадка

Высокотемпературный пиролиз — это процесс, в котором Biogreen® работает при температуре 800 ° C, направленный на максимальное разложение осадка и получение как можно большего количества теплотворного синтез-газа, который может быть источником энергии для сушки.Благодаря этому типу обработки Biogreen® может достигать высоких показателей восстановления и непрерывно производить энергию, чтобы минимизировать OPEX вашей сушилки.

Стоимость пластмасс и RDF / SRF

Пластик и отходы, содержащие пластмассу, представляют собой глобальную проблему для окружающей среды, которую часто необходимо решать на местном уровне и в небольших масштабах. Biogreen® обеспечивает постоянное локальное решение этой проблемы прямо в том месте, где это необходимо, позволяя получать продукты с добавленной стоимостью в виде энергии, синтез-газа и масла.

8. Пластмассы для нефти, энергии и тепла

Пластиковый мусор — это материал с высоким содержанием энергии, который можно преобразовать в высококачественный синтез-газ и масло. Синтез-газ — это теплотворная смесь молекул (Ch5, C2H6, h3 и др.), Которые после очистки могут быть эффективно преобразованы в энергию (пар, тепло, электричество). Пиролизное масло — это высокоэнергетическая смесь углеводородов, которая может быть использована во многих отраслях промышленности.

9. Пластмассы для обогрева — замена обычного топлива в котлах

Операторы промышленных газовых котлов, работающих на природном газе, часто ищут возможность снижения затрат на обычное топливо.Пиролиз может быть полезным процессом для этой цели. Высокотемпературный процесс Biogreen® позволяет получать синтетический газ с энергетической ценностью, сопоставимой с природным газом. С помощью специально разработанной горелки вы можете заменить природный газ в существующем котле и продолжить работу без вложений в новое оборудование, управляя собственными отходами на месте и используя их энергетическую ценность.

10. RDF для энергетики и тепла

Гранулированные фракции городских отходов с теплотой сгорания могут быть идеальным сырьем для процесса Biogreen®.Высокотемпературный непрерывный пиролиз позволяет производить синтез-газ высокого качества, который затем может подаваться в генераторную установку или ТЭЦ, вырабатывая электричество, тепло или пар. Масло и уголь от этого процесса могут быть потенциальной выгодой или побочными продуктами, и их необходимо проверять в соответствии с вашим собственным составом отходов.

11. Пластмассы / RDF в водород

Этот эксклюзивный процесс все еще находится в стадии разработки ETIA как одно из самых многообещающих направлений валоризации отходов в будущем. И пластмассы, и отходы RDF могут быть преобразованы в качественный синтез-газ, который затем можно подвергнуть дальнейшей переработке, чтобы повысить содержание в нем водорода.Эта особенность позволяет получать большие количества возобновляемых молекул из малоценных остатков.

12. Пластмассы / RDF в метан

Как одна из разработок с наивысшим рыночным потенциалом, ETIA работает над созданием процесса получения возобновляемого метана из фракций теплоносителя. Установка сочетает в себе передовые технологии высокотемпературного пиролиза (Biogreen®), процессов очистки газа и метанирования с целью получения метана, пригодного для закачки в транспортную сеть.

Резина из отработанных шин

Во многих местах использованные шины рассматриваются как проблемные отходы, от которых трудно избавиться. Технология Biogreen® решает эту проблему, предоставляя возможность локальной обработки резины из использованных шин и создания ценных продуктов в результате пиролизной конверсии.

13. Восстановленный технический углерод (reCB) и тепло

Восстановленный технический углерод — это материал, полученный из твердого продукта процесса пиролиза шин.Дальнейшая обработка позволяет ему развивать многие полезные свойства, которые делают продукт reCB с высокой добавленной стоимостью, который можно рассматривать как наполнитель для резиновой промышленности, красок и покрытий, производства чернил и многих других промышленных применений. Рециклированная сажа, получаемая при пиролизе шин, становится все более популярной, поскольку она является экологически чистой альтернативой углеродной саже, полученной с помощью процессов на основе нефти. Кроме того, пиролиз Biogreen® позволяет получать смесь газов с теплотой сгорания, которая может быть источником тепла для ваших производственных процессов и дать дополнительный источник дохода для вашего проекта.

14. Восстановленный технический углерод (reCB) и CHP

Производство reCB (см. Выше) можно комбинировать с более совершенными методами использования синтез-газа для выработки пара, тепла и электричества — в зависимости от ваших индивидуальных потребностей. Непрерывный процесс Biogreen® в сочетании с подходящим вспомогательным оборудованием может позволить производить полезный reCB в качестве функционального материала, пара и горячей воды для централизованного теплоснабжения.

Химические процессы

Возможное использование Biogreen не ограничивается отраслями управления отходами и биомассой.Наши технологии широко используются в химической, фармацевтической и пищевой промышленности для получения специальной обработки материалов и улучшения их свойств. Управляемость системы Biogreen позволяет получить конкретные и точные условия обработки, которые невозможно достичь с помощью других традиционных методов лечения.

15. Сушка химических продуктов

Многие специфические химические вещества требуют точной и непрерывной термической обработки в атмосфере с ограниченным воздухом, что предотвращает их окисление и другие нежелательные реакции.Точно адаптированные условия Biogreen® позволяют системе удалять воду, улучшать, карбонизировать и обрабатывать химические вещества различными способами.

Разные материалы

16. Валоризация древесины, обработанной CCA

Древесина, обработанная хромированным арсенатом меди (CCA), представляет собой опасные отходы, получаемые, как правило, из использованных телефонных столбов, железнодорожных шпал, силосов, кабельных барабанов и всех видов древесины, пропитанной промышленным способом. Поскольку сгорание этого материала приводит к выделению токсичных газов, альтернативные методы очистки пользуются большим спросом.Пиролиз древесины CCA может быть хорошим ответом на возрастающую проблему утилизации, позволяя рекуперировать энергию и улавливать загрязнители в твердых остатках.

17. Регенерация активированного угля

Непрерывный пиролиз в процессе Biogreen® позволяет испарять различные вещества, присутствующие в материале. Это открывает возможность регенерации загрязненных активированных углей. За счет контролируемого повышения температуры в процессе пиролиза с ограничением по воздуху активированный уголь может быть очищен от летучих загрязнителей и повторно использован на вашем промышленном предприятии.

18. Восстановление алюминия

Когда алюминий присутствует в отходах, но в сочетании с другими материалами, такими как текстиль, бумага или пластик, процесс пиролиза может помочь эффективно удалить термически разлагаемые материалы, оставляя алюминий пригодным для восстановления.

19. Актуализация водных растений

Водные растения и водоросли становятся все более привлекательным сырьем для процесса пиролиза. Возможное производство химикатов с добавленной стоимостью с использованием процесса пиролиза Biogreen® обеспечивает экологичное и экономичное решение для производства материалов из биологических источников на рынке.

20. Химическая обработка осадка

Пиролиз химических шламов, содержащих загрязнители, которые обычно окисляются и вызывают проблемы в процессах сжигания, является многообещающим ответом на растущие проблемы утилизации этого материала. Непрерывный процесс Biogreen® может позволить термически рекуперировать энергию, переносимую в иле, при сохранении опасных веществ в твердом остатке. Объединение системы с генераторными установками и когенерационными установками может позволить не только рекуперировать тепло, но также производить полезный пар и электричество.

Как вы думаете, может ли ваша отрасль или сообщество использовать одно из перечисленных выше приложений пиролиза Biogreen? Не стесняйтесь, напишите нам по электронной почте!

СВЯЗАТЬСЯ С НАМИ

.

Infogalactic: ядро ​​планетарного знания

Пиролиз — это термохимическое разложение органического материала при повышенных температурах в отсутствие кислорода (или любого галогена). Он включает одновременное изменение химического состава и физической фазы и необратим. Это слово образовано от образованных от греков элементов pyro «огонь» и lysis «разделяющий».

Пиролиз — это тип термолиза, который чаще всего наблюдается в органических материалах, подвергающихся воздействию высоких температур.Это один из процессов обугливания древесины, начиная с 200–300 ° C (390–570 ° F). ^[1] Это также происходит при пожарах при горении твердого топлива или при контакте растительности с лавой при извержении вулканов. Как правило, пиролиз органических веществ дает газы и жидкие продукты и оставляет твердый остаток с более высоким содержанием углерода — полукокс. Экстремальный пиролиз, при котором в качестве остатка остается углерод, называется карбонизацией.

Этот процесс широко используется в химической промышленности, например, для производства древесного угля, активированного угля, метанола и других химических веществ из древесины, для преобразования этилендихлорида в винилхлорид для производства ПВХ, для производства кокса из угля, для преобразования биомассы в синтез-газ и biochar, чтобы превратить отходы пластика обратно в пригодное для использования масло, ^[2] или отходы в безопасно утилизируемые вещества, а также для преобразования углеводородов средней массы из нефти в более легкие, такие как бензин.Эти специализированные применения пиролиза можно называть различными названиями, такими как сухая перегонка, деструктивная перегонка или крекинг. Пиролиз также используется для создания наночастиц, ^[3] диоксида циркония ^[4] и оксидов ^[5] с использованием ультразвукового сопла в процессе, называемом пиролизом ультразвукового распыления (USP).

Пиролиз также играет важную роль в некоторых кулинарных процессах, таких как выпечка, жарка, приготовление на гриле и карамелизация. Кроме того, это инструмент химического анализа, например, в масс-спектрометрии и датировании углерода-14.Действительно, с помощью этого процесса впервые были получены многие важные химические вещества, такие как фосфор и серная кислота. Предполагается, что пиролиз имеет место во время катагенеза, преобразования захороненного органического вещества в ископаемое топливо. Это также основа пирографии. В процессе бальзамирования древние египтяне использовали смесь веществ, в том числе метанол, которые они получали при пиролизе древесины.

Пиролиз отличается от других процессов, таких как горение и гидролиз, тем, что он обычно не включает реакции с кислородом, водой или любыми другими реагентами. ^[6] На практике невозможно получить полностью бескислородную атмосферу. Поскольку некоторое количество кислорода присутствует в любой системе пиролиза, происходит небольшое окисление.

Термин также применялся к разложению органического материала в присутствии перегретой воды или пара (водный пиролиз), например, при паровом крекинге нефти.

Возникновение и использование

Огонь

Пиролиз обычно является первой химической реакцией, которая происходит при сжигании многих твердых органических топлив, таких как дерево, ткань и бумага, а также некоторых видов пластика.При дровах видимое пламя возникает не из-за горения самой древесины, а скорее из-за газов, выделяемых при ее пиролизе, тогда как беспламенное горение твердого вещества, называемое тлеющим, представляет собой горение твердого остатка (обугливания). или древесный уголь), оставшиеся после пиролиза. Таким образом, пиролиз обычных материалов, таких как дерево, пластик и одежда, чрезвычайно важен для пожарной безопасности и тушения пожаров. В пиролизе присутствует газовая фаза. Его не следует путать с гидротермальными реакциями, такими как гидротермальная газификация, гидротермальная ликвидация и гидротермальная карбонизация, которые происходят в водных средах, потому что температуры и пути реакций различаются, причем ионные реакции предпочтительны в водных реакциях, а радикальные реакции — в отсутствие воды.

Готовка

Пиролиз происходит всякий раз, когда пища подвергается воздействию достаточно высоких температур в сухой среде, такой как жарка, выпечка, жарка или приготовление на гриле. Это химический процесс, ответственный за образование золотисто-коричневой корочки в продуктах, приготовленных с помощью этих методов.

При обычном приготовлении пищи основными компонентами пищи, подвергающимися пиролизу, являются углеводы (включая сахар, крахмал и клетчатку) и белки. (См. Реакция Майяра.) Пиролиз жиров требует гораздо более высокой температуры, и, поскольку он дает токсичные и легковоспламеняющиеся продукты (такие как акролеин), его обычно избегают при обычном приготовлении пищи.Однако это может произойти при жарке жирного мяса на углях.

Хотя приготовление пищи обычно осуществляется на воздухе, температура и условия окружающей среды таковы, что исходные вещества или продукты их разложения практически не сгорают или не сгорают. В частности, пиролиз белков и углеводов начинается при температурах, намного более низких, чем температура воспламенения твердого остатка, а летучие субпродукты слишком разбавлены воздухом, чтобы воспламениться. (В блюдах фламбе пламя возникает в основном из-за сгорания спирта, а корка образуется в результате пиролиза, как при выпечке.)

Пиролиз углеводов и белков требует температур существенно выше 100 ° C (212 ° F), поэтому пиролиз не происходит, пока присутствует свободная вода, например, в кипящей пище — даже в скороварке. При нагревании в присутствии воды углеводы и белки подвергаются постепенному гидролизу, а не пиролизу. Действительно, для большинства продуктов пиролиз обычно ограничивается внешними слоями пищи и начинается только после того, как эти слои высохнут.

Температура пиролиза пищевых продуктов, однако, ниже точки кипения липидов, поэтому пиролиз происходит при жарке в растительном масле или сале или при намазывании мяса в собственном жире.

Пиролиз также играет важную роль в производстве ячменного чая, кофе и жареных орехов, таких как арахис и миндаль. Поскольку они состоят в основном из сухих материалов, процесс пиролиза не ограничивается внешними слоями, а распространяется на все материалы. Во всех этих случаях пиролиз создает или высвобождает многие вещества, которые влияют на вкус, цвет и биологические свойства конечного продукта. Он также может разрушить некоторые токсичные, неприятные на вкус вещества или вещества, способствующие порче.

Контролируемый пиролиз сахаров, начинающийся при 170 ° C (338 ° F), дает карамель, водорастворимый продукт от бежевого до коричневого цвета, широко используемый в кондитерских изделиях и (в форме карамельного красителя) в качестве красителя для безалкогольных напитков и других промышленных продуктов питания. товары.

Твердые остатки пиролиза разлитой и разбрызганной пищи создают коричнево-черную корку, часто наблюдаемую на посуде для приготовления пищи, на поверхности плиты и на внутренних поверхностях духовки.

Уголь

Пиролиз использовался с древних времен для превращения древесины в древесный уголь в промышленных масштабах.Помимо древесины, в процессе могут также использоваться опилки и другие древесные отходы.

Древесный уголь получают путем нагревания древесины до полного пиролиза (карбонизации), оставляя только углерод и неорганическую золу. Во многих частях мира древесный уголь до сих пор производят полупромышленным способом, сжигая кучу древесины, которая в основном была покрыта глиной или кирпичами. Тепло, выделяемое при горении части древесины и летучих побочных продуктов, пиролизирует остальную часть кучи. Ограниченное поступление кислорода предотвращает горение древесного угля.Более современная альтернатива — нагревать древесину в герметичном металлическом сосуде, который намного меньше загрязняет окружающую среду и позволяет конденсировать летучие продукты.

Исходная сосудистая структура древесины и поры, образованные выходящими газами, объединяются, образуя легкий и пористый материал. Начав с плотного древесного материала, такого как скорлупа орехов или персиковых косточек, можно получить древесный уголь с особенно мелкими порами (и, следовательно, с гораздо большей площадью поверхности пор), называемый активированным углем, который используется в качестве адсорбента для широкий спектр химических веществ.

Biochar

Считается, что остатки неполного органического пиролиза, например, от пожаров при приготовлении пищи, являются ключевым компонентом почв terra preta, связанных с древними коренными общинами бассейна Амазонки. ^[7] Terra preta пользуется большим спросом у местных фермеров за ее превосходное плодородие по сравнению с естественной красной почвой этого региона. Предпринимаются попытки воссоздать эти почвы с помощью биоугля, твердого остатка пиролиза различных материалов, в основном органических отходов.

Biochar улучшает текстуру почвы и экологию, увеличивая ее способность удерживать удобрения и медленно их выделять. Он, естественно, содержит множество микроэлементов, необходимых растениям, например, селен. Кроме того, он безопаснее других «натуральных» удобрений, таких как навоз, так как дезинфицирован при высокой температуре. А поскольку он высвобождает питательные вещества с медленной скоростью, он значительно снижает риск загрязнения водного зеркала. ^[8]

Biochar также рассматривается для связывания углерода с целью смягчения последствий глобального потепления. ^{[9] [10] [11]} Образовавшийся твердый углеродсодержащий уголь может быть изолирован в земле, где он останется от нескольких сотен до нескольких тысяч лет. ^[12]

Кокс

Пиролиз широко используется для превращения угля в кокс для металлургии, особенно для производства стали. Кокс также можно получить из твердого остатка, оставшегося от переработки нефти.

Эти исходные материалы обычно содержат атомы водорода, азота или кислорода, соединенные с углеродом в молекулы от среднего до высокого молекулярного веса.Процесс коксования или «коксования» состоит из нагрева материала в закрытых сосудах до очень высоких температур (до 2000 ° C или 3600 ° F), так что эти молекулы распадаются на более легкие летучие вещества, которые покидают сосуд, и пористый, но твердый остаток, состоящий в основном из углерода и неорганической золы. Количество летучих варьируется в зависимости от исходного материала, но обычно составляет 25–30% от его веса.

Углеродное волокно

Углеродные волокна — это углеродные волокна, которые можно использовать для изготовления очень прочной пряжи и тканей.Изделия из углеродного волокна часто производятся путем прядения и плетения желаемого изделия из волокон подходящего полимера с последующим пиролизом материала при высокой температуре (от 1 500 до 3 000 ° C или 2 730–5 430 ° F).

Первые углеродные волокна были сделаны из искусственного шелка, но полиакрилонитрил стал наиболее распространенным исходным материалом.

Для своих первых работоспособных электрических ламп Джозеф Уилсон Свон и Томас Эдисон использовали углеродные нити, полученные путем пиролиза хлопковой пряжи и бамбуковых осколков соответственно.

Уголь пиролитический

Пиролиз — это реакция, используемая для покрытия предварительно сформованной подложки слоем пиролитического углерода. Обычно это делается в реакторе с псевдоожиженным слоем, нагретом до 1000–2000 ° C или 1830–3 630 ° F. Покрытия из пиролитического углерода используются во многих областях, включая искусственные клапаны сердца. ^[13]

Биотопливо

Пиролиз является основой нескольких методов, которые разрабатываются для производства топлива из биомассы, которая может включать в себя как сельскохозяйственные культуры, выращенные для этой цели, так и биологические отходы из других отраслей промышленности. ^[14] Зерновые культуры, изученные в качестве сырья биомассы для пиролиза, включают коренные североамериканские прерийные травы, такие как просо , просо и выведенные варианты других трав, таких как Miscantheus giganteus . Зерновые культуры и отходы растительного материала являются сырьем для биомассы на основе лигноцеллюлозных компонентов.

Хотя синтетическое дизельное топливо еще не может быть произведено непосредственно путем пиролиза органических материалов, существует способ производства аналогичной жидкости (бионефти), которую можно использовать в качестве топлива, после удаления ценных биохимических веществ, которые могут использоваться в качестве пищевые добавки или фармацевтические препараты. ^[15] Более высокая эффективность достигается за счет так называемого мгновенного пиролиза , при котором тонко измельченное сырье быстро нагревается до температуры от 350 до 500 ° C (660 и 930 ° F) менее чем за 2 секунды.

Топливное биомасло можно также производить путем пиролиза с помощью воды из многих видов сырья, включая отходы свиноводства и разведения индейки, с помощью процесса, называемого термической деполимеризацией (который, однако, может включать другие реакции, помимо пиролиза).

Удаление пластиковых отходов

Безводный пиролиз также можно использовать для производства жидкого топлива, аналогичного дизельному, из пластиковых отходов, с более высоким цетановым числом и более низким содержанием серы, чем в традиционном дизельном топливе. ^[16] Использование пиролиза для извлечения топлива из пластика с истекшим сроком службы является вторым лучшим вариантом после переработки, с экологической точки зрения предпочтительнее захоронения, и может помочь снизить зависимость от иностранных ископаемых видов топлива и геодобычи. ^[17] Пилот Джереми Розуэлл планирует совершить первый рейс из Сиднея в Лондон на дизельном топливе из переработанных пластиковых отходов производства Cynar PLC. ^{[15] [18] [19]}

Утилизация шин

Только в Соединенных Штатах ежегодно выбрасывается более 290 миллионов автомобильных шин.Пиролиз лома или отработанных шин (WT) является привлекательной альтернативой захоронению на свалках, позволяя использовать шины с высоким содержанием энергии в качестве топлива. Использование шин в качестве топлива дает столько же энергии, сколько при сжигании нефти, и на 25% больше энергии, чем при сжигании угля. ^[20]

Средняя автомобильная шина состоит из 50-60% углеводородов, что дает выход 38-56% нефти, 10-30% газа и 14-56% полукокса. Добываемая нефть в основном состоит из бензола, дизельного топлива, керосина, мазута и мазута, а добываемый газ имеет состав, аналогичный природному газу.Пропорция и чистота продуктов регулируются двумя основными факторами: ^[21]

1. Окружающая среда (например, давление, температура, время, тип реактора)
2. Материал (например, возраст, состав, размер, тип)

По мере старения автомобильных покрышек их твердость увеличивается, что затрудняет пиролизу разрыв молекул на более короткие цепи. Это смещает состав выхода в сторону дизельного топлива, которое состоит из более крупных молекул. И наоборот, повышение температуры увеличивает вероятность разрыва цепи молекулы и сдвигает состав выхода в сторону бензольного масла, которое состоит из более мелких молекул. ^[21] Другие продукты пиролиза автомобильных шин включают стальную проволоку, технический углерод и битум ^[22]

Хотя пиролиз WT получил широкое распространение во всем мире, существуют законодательные, экономические и маркетинговые препятствия для его широкого внедрения. ^[23] Нефть, полученная при пиролизе резины шин, содержит высокое содержание серы, что придает ей высокий потенциал в качестве загрязнителя и требует десульфуризации. ^[24] Ряд опытных и полномасштабных пиролизных установок, специализирующихся на производстве технического углерода, успешно работают. установлены по всему миру, включая США, Францию, Германию и Японию.Поскольку технический углерод используется для пигментов, упрочнения резины и защиты от ультрафиолета, это относительно большой и быстрорастущий рынок. Пиролизные установки, специализирующиеся на производстве мазута, не являются неправдоподобной концепцией. Однако, поскольку прибыль таких предприятий обеспечивается за счет добавленной стоимости между производством и перегонкой нефти, без вертикальной интеграции в нефтяной отрасли прибыль будет небольшой. Несогласованность исходного сырья делает очень трудным контроль однородности продуктов и заставляет нефтяные компании не решаться покупать нефть, полученную путем пиролиза.Наконец, стоимость добычи нефти обычными способами обычно ниже, чем у этой альтернативы. На сегодняшний день нет известных коммерчески прибыльных автономных пиролизных установок, специализирующихся на добыче нефти. ^[21] Тем не менее, при наличии финансовых средств для повышения качества пиролизного масла до уровня легкого топлива это может быть возможным. Тем не менее пиролиз — ценный метод утилизации отработанных шин. ^[25]

Химический анализ

Пиролиз может использоваться для молекулярной характеристики молекул при использовании в сочетании с газовой хроматографией-масс-спектрометрией (Py-GC-MS).Этот метод был использован для анализа способа и продуктов грибкового разложения древесины. ^{[26] [27]}

Термическая очистка

Пиролиз также используется для термической очистки, промышленного применения для удаления органических веществ, таких как полимеры, пластмассы и покрытия, с деталей, продуктов или компонентов производства. В процессе термической очистки при температурах от 600 ° F до 1000 ° F (от 310 ° до 540 ° C) органический материал ^[28] превращается путем пиролиза и окисления в летучие органические соединения, углеводороды и карбонизированный газ. ^[29] Неорганические элементы остаются. ^[30]

В некоторых системах термической очистки используется пиролиз:

• Ванны с расплавленной солью относятся к старейшим системам термической очистки; очистка с помощью ванны с расплавленной солью выполняется очень быстро, но подразумевает риск опасных брызг или других потенциальных опасностей, связанных с использованием солевых ванн, таких как взрывы или высокотоксичный цианистый водород; ^[28]
• Системы с псевдоожиженным слоем используют песок или оксид алюминия в качестве теплоносителя; Эти системы также очищаются очень быстро, но среда не плавится, не кипит и не выделяет никаких паров или запахов; ^[28]
• Вакуумные печи используют пиролиз в вакууме ^[31] , предотвращая неконтролируемое горение внутри камеры очистки; ^[28]
• Печи выжигания , также известные как Печи для термоочистки , работают на газе и используются в лакокрасочной промышленности, производстве электродвигателей и пластмасс для удаления органических веществ с тяжелых и крупных металлических деталей. ^[32]

Процессы

Во многих промышленных применениях процесс осуществляется под давлением и при рабочих температурах выше 430 ° C (806 ° F). Например, для сельскохозяйственных отходов типичная температура составляет от 450 до 550 ° C (от 840 до 1000 ° F).

Процессы

Поскольку пиролиз является эндотермическим, ^[33] были предложены различные методы обеспечения теплом реагирующих частиц биомассы:

• Частичное сжигание продуктов биомассы путем нагнетания воздуха.Это приводит к некачественной продукции.
• Прямой теплоперенос с горячим газом, идеальным вариантом является продукт-газ, который повторно нагревается и используется повторно. Проблема состоит в том, чтобы обеспечить достаточное количество тепла при разумных расходах газа.
• Непрямая теплопередача с поверхностями теплообмена (стенка, трубы): трудно добиться хорошей теплопередачи с обеих сторон поверхности теплообмена.
• Прямая передача тепла с циркулирующими твердыми частицами: твердые частицы передают тепло между горелкой и реактором пиролиза.Это эффективная, но сложная технология.

Для мгновенного пиролиза биомасса должна быть измельчена до мелких частиц, а изолирующий слой угля, который образуется на поверхности реагирующих частиц, должен быть непрерывно удален. Предложены следующие технологии пиролиза биомассы: ^[34]

• Неподвижные кровати, используемые для традиционного производства древесного угля: плохая, медленная теплопередача приводит к очень низким выходам жидкости.
• Шнеки: эта технология адаптирована из процесса Lurgi для газификации угля.Горячий песок и частицы биомассы подают с одного конца шнека. Шнек смешивает песок и биомассу и перемещает их вместе. Он обеспечивает хороший контроль времени пребывания биомассы. Он не разбавляет продукты пиролиза газом-носителем или псевдоожижающим газом. Однако песок необходимо повторно нагревать в отдельной емкости, а механическая надежность является проблемой. Масштабной коммерческой реализации нет.
• Шнеки с электрическим подогревом: в одном из процессов используется электрический ток, пропускаемый через шнек, для нагрева материала, обеспечивающего отличную теплопередачу за счет контакта и излучения к отходам.
• Абляционные процессы: частицы биомассы перемещаются с высокой скоростью по поверхности горячего металла. Удаление любого угля, образующегося на поверхности частицы, поддерживает высокую скорость теплопередачи. Этого можно достичь, используя вращение металлической поверхности на высокой скорости в слое частиц биомассы, что может создавать проблемы с механической надежностью, но предотвращает любое разбавление продуктов. В качестве альтернативы частицы могут быть взвешены в газе-носителе и введены с высокой скоростью через циклон, стенка которого нагревается; продукты разбавляются газом-носителем. ^[35] Проблема, присущая всем абляционным процессам, состоит в том, что масштабирование затруднено, так как отношение поверхности стенки к объему реактора уменьшается с увеличением размера реактора. ^[36] Масштабной коммерческой реализации нет.
• Вращающийся конус: предварительно нагретые частицы горячего песка и биомассы вводятся во вращающийся конус. За счет вращения конуса смесь песка и биомассы перемещается по поверхности конуса за счет центробежной силы.Этот процесс предлагает BTG-BTL, дочерняя компания BTG Biomass Technology Group B.V. в Нидерландах. Как и другие неглубокие реакторы с перемещаемым слоем, для получения выхода жидкости около 70 мас.% Требуются относительно мелкие частицы (несколько мм). В стадии реализации — крупномасштабная промышленная реализация (ввод до 5 т / час). ^[37]
• Псевдоожиженные слои: частицы биомассы вводятся в слой горячего песка, псевдоожиженного газом, который обычно представляет собой рециркулирующий газообразный продукт. Высокая скорость передачи тепла от псевдоожиженного песка приводит к быстрому нагреванию частиц биомассы.Существует некоторая абляция за счет истирания частицами песка, но она не так эффективна, как при абляционных процессах. Тепло обычно обеспечивается трубками теплообменника, по которым протекает горячий газообразный продукт сгорания. Происходит некоторое разбавление продуктов, что затрудняет конденсацию, а затем удаление тумана биомасла из газа, выходящего из конденсаторов. Этот процесс был расширен такими компаниями, как Dynamotive и Agri-Therm. Основные задачи заключаются в улучшении качества и консистенции биомасла.
• Циркулирующий псевдоожиженный слой: частицы биомассы вводятся в циркулирующий псевдоожиженный слой горячего песка. Частицы газа, песка и биомассы движутся вместе, при этом транспортный газ обычно представляет собой рециркулируемый газообразный продукт, хотя он также может быть газом сгорания. Высокая скорость передачи тепла от песка обеспечивает быстрый нагрев частиц биомассы и более сильную абляцию, чем при использовании обычных псевдоожиженных слоев. Быстрый сепаратор отделяет газы и пары продукта от песка и частиц угля. Частицы песка повторно нагреваются в сосуде с псевдоожиженным слоем горелки и возвращаются в реактор.Хотя этот процесс легко масштабируется, он довольно сложен, и продукты сильно разбавлены, что значительно затрудняет извлечение жидких продуктов.
• Цепная решетка: сухая биомасса подается на горячую (500 ° C) решетку или фартук из тяжелого металла, образующую непрерывную петлю. Небольшое количество воздуха способствует теплопередаче и первичным реакциям сушки и карбонизации. Летучие продукты сжигаются для технологического и котельного отопления.

Использование вакуума

В вакуумном пиролизе органический материал нагревается в вакууме, чтобы снизить его точку кипения и избежать неблагоприятных химических реакций.Он используется в органической химии как синтетический инструмент. В мгновенном вакуумном термолизе или FVT время пребывания субстрата при рабочей температуре максимально ограничено, опять же, чтобы минимизировать вторичные реакции. Таким образом, был описан синтез 2-фуронитрила с использованием дегидратации амида или оксима 2-фурановой кислоты посредством мгновенного вакуумного пиролиза над молекулярными ситами в газовой фазе. ^[38]

Промышленные источники

В качестве сырья для пиролиза можно использовать множество источников органических веществ.Подходящий растительный материал включает зеленые отходы, опилки, древесные отходы, древесные сорняки; и сельскохозяйственные источники, включая ореховую скорлупу, солому, хлопковые отходы, рисовую шелуху, просо; и отходы животноводства, включая птичий помет, молочный навоз и, возможно, другие навозы. Пиролиз используется как форма термической обработки для уменьшения объемов бытовых отходов. Некоторые промышленные побочные продукты также являются подходящим сырьем, включая бумажный шлам и зерно дистилляторов. ^[39]

Существует также возможность интеграции с другими процессами, такими как механическая биологическая очистка и анаэробное сбраживание. ^[40]

Промышленные товары

• синтез-газ (легковоспламеняющаяся смесь монооксида углерода и водорода): может производиться в количествах, достаточных для обеспечения энергии, необходимой для пиролиза, и некоторого избыточного производства. ^{[9] [41]}
• твердый уголь, который можно сжигать для получения энергии или перерабатывать в качестве удобрения (биоуголь).

Противопожарная защита

Разрушительные пожары в зданиях часто возникают при ограниченном поступлении кислорода, что приводит к реакциям пиролиза.Таким образом, механизмы реакции пиролиза и пиролизные свойства материалов важны в технике противопожарной защиты для пассивной противопожарной защиты. Пиролитический углерод также важен для исследователей пожаров как инструмент для обнаружения происхождения и причины пожаров.

Химия

Текущее исследование исследует множественные реакционные пути пиролиза, чтобы понять, как управлять образованием множественных продуктов пиролиза (нефть, газ, уголь и другие химические вещества), чтобы повысить экономическую ценность пиролиза; Определение катализаторов для управления реакциями пиролиза также является целью некоторых исследований пиролиза.Опубликованные исследования показывают, что реакции пиролиза имеют некоторую зависимость от структурного состава исходного сырья (например, лигноцеллюлозной биомассы) с участием некоторых минералов, присутствующих в сырье; Считается, что некоторые минералы, присутствующие в сырье, увеличивают стоимость операции пиролиза или снижают стоимость нефти, полученной в результате пиролиза, в результате коррозионных реакций. ^[42] Низкое качество масел, получаемых путем пиролиза, можно улучшить, подвергнув масла одному или нескольким физическим и химическим процессам, ^[43] , которые могут увеличить производственные затраты, но могут иметь смысл с экономической точки зрения при изменении обстоятельств.

См. Также

Связанные процессы

Разное

Список литературы

1. ↑ Горение дерева , сайт InnoFireWood. Проверено 06.02.2010.
2. ↑ http://www.alternativesjournal.ca/science-and-solutions/plastic-oil
3. ↑ Pingali, Kalyana C .; Rockstraw, Дэвид А .; Дэн, Шугуан (2005). «Серебряные наночастицы от ультразвукового пиролиза водного нитрата серебра» (PDF). Наука и технологии в области аэрозолей . 39 : 1010–1014. DOI: 10.1080 / 02786820500380255.
4. ↑ Сонг, Ю. Л .; Tsai, S.C .; Chen, C. Y .; Tseng, T. K .; Tsai, C. S .; Chen, J. W .; Яо, Ю. Д. (2004). «Ультразвуковой распылительный пиролиз для синтеза сферических частиц диоксида циркония» (PDF). Журнал Американского керамического общества . 87 (10).
5. ↑ Хода Амани Хамедани, 2008, Исследование параметров осаждения при пиролизе ультразвуковым распылением для изготовления твердооксидного катода топливного элемента, Технологический институт Джорджии
6. ↑ Кори А. Крамер, Реза Лолои, Индрек С. Вичман и Руби Н. Гош, 2009, Измерения с временным разрешением продуктов пиролиза из термопластичного полиметилметакрилата (ПММА) Международный конгресс и выставка по машиностроению ASME 2009
7. ↑ Леманн, Йоханнес.«Биочар: новые рубежи». Архивировано 18 июня 2008 года. Проверено 10 июля 2008.
8. ↑ Кандалл, Питер (2007-10-27). «Информационный бюллетень: Патч Пита». Садоводство, Австралия . Австралийская радиовещательная корпорация. Проверено 10 июля 2008.
9. ↑ ^{9,0 9,1} Хорстман, Марк (2007-09-23).«Агричар — решение проблемы глобального потепления?». ABC TV Science: Catalyst . Австралийская радиовещательная корпорация. Проверено 10 июля 2008.
10. ↑ «Попытка обратить вспять глобальное потепление». Новости BBC. 2009-04-09. Проверено 21 апреля 2009.
11. ↑ «Достоинства biochar: новая растущая промышленность?». Экономист.2009-08-27. Проверено 30 августа 2009.
12. ↑ Часто задаваемые вопросы о Biochar | Международная инициатива Biochar. Biochar-international.org (19 апреля 2013 г.). Проверено 1 июня 2013.
13. ↑ Ратнер, Бадди Д. (2004). Пиролитический углерод. В Биоматериаловедение: введение в материалы в медицине . Академическая пресса. п. 171-180. ISBN 0-12-582463-7. Поиск книг Google. Проверено 7 июля 2011 года.
14. ↑ Evans, G. «Жидкое транспортное биотопливо — отчет о состоянии технологии», «Национальный центр непродовольственных культур», 14-04-08. Проверено 5 мая 2009.
15. ↑ ^{15,0 15,1} «Пиролиз и другие термические обработки». США DOE. Архивировано 14 августа 2007 года.
16. ↑ [1]
17. ↑ N.J. Themelis et al. «Энергетическая и экономическая ценность не перерабатываемых пластмасс и твердых бытовых отходов, которые в настоящее время вывозятся на свалки в пятидесяти штатах», Центр инженерии Земли Колумбийского университета
18. ↑ Миддлтон, Марк (6 февраля 2005 г.).«Местный переработчик зажигает рынок топлива евро». Управление отходами и окружающая среда . Waste Management & Environment Media Pty Ltd. Проверено 10 июля 2008 г.
19. ↑ Телеграф. «Пилот совершает первый полет только на бытовых пластиковых отходах».
20. ↑ Агентство по охране окружающей среды США. «Топливо из шин — утильные шины». http://www.epa.gov/osw/conserve/materials/tires/tdf.htm .
21. ↑ ^{21,0 21,1 21,2} ผ ศ. ดร. ศิริ รัตน์ จิต การ ค้า, «ไพ โร ไล ซิ ส ยาง รถยนต์ หมด: กลไก การ ผลิต น้ำมัน เชื้อเพลิง» วิทยาลัย ปิโตรเลียม และ ปิโตรเคมี จุฬาลงกรณ์ มหาวิทยาลัย (на тайском ) Джидгарнка, С. «Пиролиз автомобильных шин с истекшим сроком годности: механика производства высококачественного топлива», кафедра нефтехимии Чулалонгкорнского университета, http: // www.vcharkarn.com/varticle/408
22. ↑ Roy, C .; Chaala, A .; Дармштадт, Х. Журнал аналитического и прикладного пиролиза 1999; 51, 201–221.
23. ↑ Даниэль Мартинес, Хуан; Пуй, Нойс; Мурильо, Рамон; Гарсия, Томас; Виктория Наварро, Мария; Мария Мастраль, Ана (2013). «Пиролиз отработанных шин — обзор, возобновляемый и устойчивый». Energy Обзоры . 23 : 179–213. DOI: 10.1016 / j.rser.2013.02.038.
24. ↑ Choi, G.-G .; Jung, S.-H .; О, С.-Дж .; Ким, Ж.-С. Технология переработки топлива 2014; 123, 57–64.
25. ↑ Ringer, M .; Путче, В .; Скахилл, Дж. Крупномасштабное производство пиролизного масла: оценка технологии и экономический анализ; NREL / TP-510-37779; Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL), Голден, Колорадо, 2006 г.
26. ↑ Vane, C. H .; и другие. (2001). «Влияние грибковой гнили (Agaricus bisporus) на лигнин соломы пшеницы с использованием пиролиза-ГХ-МС в присутствии гидроксида тетраметиламмония (ТМАГ)». Журнал аналитического и прикладного пиролиза . 60 (1): 69–78. DOI: 10.1016 / s0165-2370 (00) 00156-х.
27. ↑ Vane, C. H .; и другие. (2003). «Биоразложение древесины дуба (Quercus alba) во время роста грибов шиитаке (Lentinula edodes): молекулярный подход». Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии . 51 (4): 947–956. DOI: 10.1021 / jf020932h.PMID 12568554.
28. ↑ ^{28,0 28,1 28,2 28,3} Кеннет Майнорд (сентябрь 1994 г.). «Очистка теплом: старые технологии с светлым новым будущим» (PDF). Региональный информационный центр по предотвращению загрязнения . Журнал технологий критической очистки. Проверено 4 декабря 2015 г.
29. ↑ «Взгляд на технологию термической очистки». ThermalProcessing.org . Эксперт по процессу. 14 марта 2014 г. Получено 4 декабря 2015 г.
30. ↑ Гэри Дэвис и Кейт Браун (апрель 1996 г.). «Очистка металлических деталей и инструментов» (PDF). Региональный информационный центр по предотвращению загрязнения . Технологическое отопление. Проверено 4 декабря 2015 г.
31. ↑ Томас С. Дван (2 сентября 1980 г.). «Процесс вакуумного пиролиза для удаления полимеров с различных объектов». Эспаснет . Европейское патентное ведомство. Проверено 26 декабря 2015 г.
32. ↑ «Удаление краски: сокращение количества отходов и опасных материалов». Программа технической помощи Миннесоты . Университет Миннесоты. Июль 2008. Дата обращения 4 декабря 2015.
33. ↑ Он, Клык; Вейминь Йи; Сюэюань Бай (сентябрь 2006 г.). «Исследование калорийности пиролиза биомассы с использованием анализатора TG – DSC». Преобразование энергии и управление . 47 (15–16): 2461–2469. DOI: 10.1016 / j.enconman.2005.11.011.
34. ↑ Бриенс, Седрик; Беррути, Франко и Пискож, Ян (2008).«Валоризация биомассы для производства топлива и химикатов — обзор». Международный журнал химической реакторной техники . 6 . DOI: 10.2202 / 1542-6580.1674. CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка)
35. ↑ Bramer, E. A. и Brem, G. Новая технология быстрого пиролиза биомассы: разработка реактора PyRos. Университет Твенте
36. ↑ Бриджуотер, A. V; Мейер, Д.; Радлейн, Д. (1999). «Обзор быстрого пиролиза биомассы». Органическая геохимия . 30 : 1479–1493. DOI: 10.1016 / s0146-6380 (99) 00120-5.
37. ↑ «BTG Biomass Technology Group b.v. :: Технология :: Пиролиз». Архивировано 3 июля 2007 года.
38. ↑ Жаклин А.Кэмпбелл; Макдугалд, Грэм; Макнаб, Хэмиш; Рис, Ловать; Тяс, Ричард (2007). «Лабораторный синтез нитрилов путем каталитической дегидратации амидов и оксимов в условиях мгновенного вакуумного пиролиза (FVP)». Синтез . 20 (20): 3179–3184. DOI: 10,1055 / с-2007-990782.
39. ↑ «Сырье биомассы для медленного пиролиза». Сайт BEST Pyrolysis, Inc. . BEST Energies, Inc.Проверено 30 июля 2010.
40. ↑ Маршалл А. Т. и Моррис Дж. М. (2006) Водное решение и устойчивые энергетические парки, журнал CIWM, стр. 22–23
41. ↑ «Конструкторские топлива: новое поколение топлива» (PDF). Архивировано из оригинального (PDF) 18 декабря 2006 года.
42. ↑ Нефтепереработка быстрого пиролиза биомассы . Термохимическое преобразование биомассы (Диссертация). Университет Твенте. 2011. Проверено 30 мая 2012.
43. ↑ Рамирес, Джером; Браун, Ричард; Рейни, Томас (1 июля 2015 г.). «Обзор свойств биосырья гидротермального сжижения и перспективы перехода на транспортное топливо». Энергия . 8 : 6765–6794. DOI: 10.3390 / en8076765.

Внешние ссылки

.

Каталитический пиролиз биомассы | IntechOpen

В зависимости от типа используемой биомассы низкая теплотворная способность, высокое содержание воды, высокая вязкость (из-за больших молекул), высокое содержание кислорода (из-за содержания кислородсодержащих углеводородов), а также нестабильность, несовместимость с другими ископаемыми видами топлива делают биологические -масло трудно использовать непосредственно в качестве топлива без модернизации [24, 55]. Чтобы улучшить биомасло для использования в топливных приложениях, были использованы два разных метода: гидродеоксигенация и каталитический крекинг.При гидродеоксигенации биомасляные соединения реагируют с водородом под высоким давлением и умеренной температурой с образованием углеводородных соединений и воды. Каталитический крекинг используется для улучшения биомасла через каталитическую среду, удаляя кислород из соединений биомасла в форме H ₂ O и CO ₂ , включая химические реакции разрыва связей C – C посредством дегидратации, декарбоксилирование и декарбонилирование [1, 16, 24, 55]. Каталитический крекинг имеет несколько преимуществ перед гидродеоксигенацией, включая работу при атмосферном давлении и в окружающей среде, не требующей дополнительной подачи водорода [1].

3.1. Конфигурации системы для катализаторов, используемых в пиролизе биомассы

Используются два метода каталитического пиролиза: каталитический слой и смешивание катализатора. В методе с каталитическим слоем, который также называется « in-situ » или методом облагораживания вне слоя, пары пиролиза, поступающие из первого реактора, проходят через каталитический реактор, который называется каталитическим слоем, в результате чего получают биомасло, уголь, и газообразные продукты. Однако в методе смешения катализатора (в слое) образцы биомассы и катализатора физически смешиваются перед тем, как поместить в реактор пиролиза [1, 30, 37].

3.1.1. Метод слоя катализатора ( in situ, )

Метод слоя катализатора, также называемый пиролизом in-situ, , включает каталитическую модернизацию после термической конверсии паров пиролиза биомассы [1]. В общем, каталитический пиролиз in situ биомассы можно проводить с использованием различных конфигураций реакторов: одностадийных и двухступенчатых конфигураций реакторов. Одностадийный пиролиз включает каталитический пиролиз биомассы в том же реакторе с катализатором, тогда как двухступенчатая конфигурация включает реактор с неподвижным слоем / псевдоожиженным слоем, за которым следует каталитический реактор с неподвижным слоем.Первый производит больше кокса, чем второй [33]. В исследовании Mante и Agblevor [33] с использованием двухступенчатой ​​конфигурации реактора для каталитического пиролиза гибридной древесины тополя с HZSM-5 сообщается о низком выходе кокса, составляющем 3,8% от веса биомассы. Преимущество состоит в том, что каталитический пиролиз выделяющихся паров из биомассы может осуществляться при температуре, отличной от температуры основного реактора пиролиза, в случае использования конфигурации двухступенчатого реактора [18]. Однако, по сравнению со смешиванием катализатора, метод слоя катализатора также приводит к большому количеству полукокса, что приводит к закупорке пор катализатора, что предотвращает диффузию паров через поры [1].

В исследовании Thangalazhy-Gopakumar et al. Было отмечено, что при использовании метода слоя катализатора были обнаружены некоторые некаталитические биомасляные соединения, что позволяет предположить, что соединения первичной смолы превращались во вторичные и третичные соединения смолы до того, как достигли слоя катализатора в будет расщепляться на ароматические углеводороды [1]. Узун и Сарыоглу сообщили, что использование метода слоя катализатора с несколькими типами катализаторов снижает выход жидкости по сравнению со способом смешивания катализаторов [39]. Iliopoulou et al. изучили каталитический пиролиз лигноцеллюлозной биомассы и объяснили эффект in-situ модифицированного металлом ZSM-5 с различным процентным содержанием.Было высказано предположение, что переходные металлы способствуют образованию водорода, который приводит к углеводородным реакциям на кислотных центрах цеолита в режиме слоя катализатора [31].

3.1.2. Метод смешивания катализатора (в слое)

Метод смешивания катализатора может осуществляться либо путем добавления катализатора в биомассу в определенных количествах, либо путем влажной пропитки биомассы. Благодаря лучшему физическому поверхностному контакту между биомассой и катализатором в реакторе пиролиза, смешивание обеспечивает немедленное взаимодействие выделяющихся паров пиролиза с катализатором, что позволяет предположить, что выделяющиеся пары могут адсорбироваться на поверхности катализатора и диффундировать в поры для каталитического крекинга [1, 39] .Недостатком является то, что каталитические условия необратимы, поэтому биомасса и катализатор должны работать в одинаковых условиях [18].

Содержание ароматических веществ в биомасле имеет первостепенное значение, и использование катализаторов является одним из альтернативных способов усиления реакций ароматизации (таким образом, повышения качества биомасла). Исследования показали, что метод каталитического смешения обеспечивает лучший массоперенос для крекинга бионефтяных соединений с точки зрения ароматизации и деоксигенации [1, 39].

Thangalazhy-Gopakumar et al.исследовали каталитическое действие цеолита ZSM-5 при пиролизе древесной щепы сосны в среде гелия. Было обнаружено, что использование метода смешивания катализатора с соотношением биомассы к катализатору 1: 9 дает 41,5% выхода ароматических веществ по сравнению с 9,8% при использовании метода слоя катализатора с соотношением биомассы к катализатору 1: 5. В этом исследовании отсутствие соединений гваякола в биомасле показывает, что смешивание катализаторов является эффективным методом крекинга соединений, производных лигнина, до ароматических углеводородов [1]. Pütün et al. изучили пиролиз семян хлопчатника с добавлением MgO в определенных пропорциях к образцам биомассы.По сравнению с обычными результатами пиролиза, содержание ароматических и алифатических соединений было увеличено до значений 35 и 23%, а содержание кислорода было снижено с 9,56 до 4,90% [37]. Результаты пиролиза рисовой шелухи с ZnO, изученные Zhou et al. показали, что смешивание катализатора с различными количествами значительно улучшает качество биомасла с точки зрения содержания водорода, отношения H / C, более высокой теплотворной способности и снижения содержания карбоновых кислот в биомасле [17]. Таким образом, для проектирования крупномасштабных пиролизных установок необходимы эффективные и однородные системы смешения.

3.2. Катализаторы на основе оксидов металлов

Катализаторы на основе оксидов металлов широко изучались в литературе с использованием различных видов биомассы в отношении их влияния на качество и количество продуктов пиролиза. Известно, что оксиды металлов, как и любые катализаторы, влияют на температуру разложения. Соответственно, в термогравиметрическом исследовании, проведенном Chattopadhyay et al. При использовании Cu / Al ₂ O ₃ в качестве катализатора было отмечено, что оксид алюминия, нанесенный на переходный металл, оказывает сильное влияние на снижение температуры улетучивания летучих веществ [15].Забети и др. применяется аморфный оксид кремния (ASA) на подложке из щелочных или щелочноземельных металлов при пиролизе сосновой древесины. Максимальное количество бионефти было получено с аморфным оксидом кремния без носителя в количестве 42,4 мас.%. Однако фракция с Cs / ASA показала лучшие характеристики с точки зрения удаления кислорода из ароматических углеводородов, что повысило теплотворную способность биомасла [20]. Wang et al. [68] исследовали каталитический эффект на пиролиз лигноцеллюлозной биомассы с использованием катализаторов, включая NiMo / Al ₂ O ₃ , CoMo / Al ₂ O ₃ , CoMo-S / Al ₂ O ₃ , активированный оксид алюминия и пористый диоксид кремния.Для увеличения производства промежуточных продуктов пиролиза (бензола, толуола, ксилола, нафталина) было высказано предположение, что CoMo-S / Al ₂ O ₃ был наиболее благоприятным среди всех. Однако NiMo / Al ₂ O ₃ дал самый высокий выход CH ₄ со значением 51,82%. Шаданги и Моханти [69] изучили CaO и Al ₂ O ₃ в пиролизе Hyoscyamus niger L. и подтвердили, что, в соответствии с другими исследованиями, упомянутыми выше, добавление катализаторов в процесс пиролиза значительно снижает выход бионефти. тем не менее, удаляются кислородсодержащие группы, присутствующие в биомасле, что улучшает качество его топлива.Айсу и Кучук исследовали пиролиз восточного гигантского фенхеля ( Ferula orientalis L. ), сравнивая действие катализаторов ZnO и Al ₂ O ₃ [35]. Al ₂ O ₃ со значением 79,94% оказался более эффективным, чем ZnO, с точки зрения преобразования биомассы. Однако влияние катализатора на выход бионефти отличалось друг от друга. ZnO увеличивал выход биомассы с увеличением отношения катализатора к биомассе, тогда как выход биомассы снижался с увеличением добавки Al ₂ O ₃ .Это указывает на то, что Al ₂ O ₃ способствует образованию газа. В исследовании Йоргуна и Шимшека активированный оксид алюминия использовался в пиролизе Miscanthus × giganteus , и было отмечено, что при высоких скоростях нагрева 60 мас.% Загрузки катализатора в биомассу является эффективным для максимального производства жидкости с значение 51 мас.%. Было обнаружено, что содержание кислорода в бионефти выше, чем в некаталитическом бионефти [70]. Nguyen et al. исследовали пары пиролиза древесной щепы сосны более 20 мас.% Na ₂ CO ₃ / γ-Al ₂ O ₃ . Сообщалось, что выход жидкости был снижен, но декарбоксилированию карбоновых кислот способствовал катализатор, в результате чего значение pH составляло 6,5, что позволяет предположить, что катализатор на основе оксида алюминия на основе натрия эффективен для повышения кислотности биомасла. Концентрация углеводородов была увеличена с 0,5 до 17,5%, что свидетельствует о более высокой плотности энергии бионефти [36]. Chen et al. представили газообразное распределение продуктов пиролиза биомассы (рисовая солома и опилки) при температуре 800 ° C с использованием различных оксидов металлов, таких как Cr ₂ O ₃ , MnO, FeO, Al ₂ O ₃ , CaO и CuO.Было отмечено, что за исключением CuO и Al ₂ O ₃ , все катализаторы заметно улучшили газообразование [56]. Чжоу и др. [17] исследовали пиролиз рисовой шелухи с добавлением ZnO. Результаты этого исследования показали, что ZnO ​​демонстрирует тенденцию к снижению выхода бионефти с увеличением соотношения биомассы к катализатору. Однако ZnO ​​улучшил композиционное качество биомасла с точки зрения низкомолекулярных соединений, включая алканы, алкены, стирол и алкилфенолы (таким образом, увеличивая стабильность биомасла).Ноккосмаки и др. также исследовали тот же катализатор для превращения паров пиролиза сосновых опилок, и было показано, что вязкость каталитического биомасла снижается на 40% по сравнению с результатами некаталитического пиролиза [34]. Pütün et al. [37] показали, что использование MgO в качестве катализатора пиролиза семян хлопка в реакторе с неподвижным слоем улучшает качество биомасла за счет удаления кислородсодержащих соединений, повышения теплотворной способности и увеличения содержания ароматических веществ в биомасле.

3.3. Цеолитные катализаторы

Цеолиты, имеющие тетраэдрическую структуру и кислотную природу, представляют собой трехмерные алюмосиликаты, связанные через атомы кислорода и поддерживаемые каналами и полостями, в результате чего пористая структура обладает исключительной каталитической активностью.Каждый тип этих тетраэдрических цеолитов с общим зарядовым балансом минус один имеет Si или Al в центре и атомы кислорода в углах структуры [71].

Цеолиты обладают следующими характеристиками: (1) крекинг деоксигенированных соединений за счет избирательности формы, (2) большая площадь поверхности, (3) различные размеры каналов и пор и (4) высокая адсорбционная способность [22, 72]. Физические свойства цеолитов зависят от условий синтеза, включая температуру, гелевые предшественники, структурно-регулирующий агент [73].Размер пор и каркас цеолитов имеет тенденцию влиять на состав продукта через несколько реакций, ограничивающих образование углеводородов, размер которых превышает размер пор цеолитов. Это называется селективностью формы и является одним из наиболее важных факторов, отличающих цеолиты от других типов катализаторов. Селективность основана на том, могут ли ароматические соединения, полученные из паров пиролиза, входить, образовываться и диффундировать из пор цеолита [22, 23]. Селективность формы цеолитов подробно обсуждается в разделе 3.3.1.1, демонстрирующий ZSM-5 как цеолитный тип.

Основная причина, по которой цеолиты обычно используются в пиролизе биомассы, заключается в том, что их различная кислотность и избирательность по форме обеспечивают преимущество перед алюмосиликатными катализаторами аморфной структуры с точки зрения реакций ароматизации. Кислотность зависит от отношения Si / Al в структуре цеолита и может быть обусловлена ​​кислотными центрами Бренстеда и Льюиса [22]. Кислотность влияет на каталитические реакции, обеспечивая повышенную крекирующую активность при уменьшении отношения Si / Al [23].Следовательно, распределение кислотных центров в порах цеолитов имеет большое значение с точки зрения предотвращения реакций образования кокса во внутренних порах цеолита. Низкое отношение Si / Al приводит к увеличению количества кислотных центров в непосредственной близости. По этой причине количество реакций образования кокса, которые превращают ароматические углеводороды в соединения кокса, увеличиваются. Следовательно, для цеолитов требуется оптимальная кислотность, если они используются в пиролизе биомассы [19].

Помимо распределения кислотных центров, пористая структура отдельного цеолита играет важную роль для селективности продуктов и с точки зрения содержания ароматических веществ в бионефти.Поры цеолитов характеризуются размером кольца, определяющего пору, то есть n-числом кольца, которое называют числом атомов Si или Al в кольце [74]. Длина углеводородной цепи продуктов пиролиза и, следовательно, распределение ароматических соединений по размерам зависит от размера пор цеолита и площади внутренней поверхности пор. Как правило, более крупные поры и площадь поверхности приводят к образованию углеводородов с длинной цепью. Площадь микропористой поверхности катализатора определяет выход газообразных продуктов пиролиза, а площадь макропористых частиц определяет выход жидкости [24, 37].Ряд цеолитов с различным размером пор изучен в литературе [39, 75, 76]. Y цеолит (фожазит), имеющий кубическую структуру с системой пор, состоящей из 12-членных кольцевых кольцевых каналов, имеет самый большой средний размер пор (7,4 Å) и внутреннее поровое пространство (11,24 Å) [22, 23]. Такой относительно большой размер пор влияет на катализируемые реакции, приводя к меньшему контакту между поверхностью пор и парами пиролиза, тем самым приводя к меньшему крекингу оксигенатов, полученных из биомассы. Кроме того, прямые каналы с большим размером пор не обеспечивают избирательности формы по сравнению с другими цеолитами, которые имеют меньшие и синусоидальные каналы, которые обеспечивают избирательность формы [23].Несмотря на большой размер пор [73], бета-цеолит имеет тетрагональную кристаллическую структуру и имеет 12-членные прямые каналы, пересекаемые 10-членными кольцевыми каналами, что делает его более эффективным для производства ароматических углеводородов, чем Y-цеолиты [23]. Ферриерит, как цеолит со средним размером пор, имеет ромбическую структуру с 8- и 10-членными каналами с внутренним пространством пор 6,31 Å [23, 73].

Благодаря наличию двух параллельных каналов, соединенных с 12-членными кольцами и 8-членными кольцами, морденит классифицируется как цеолит с крупными порами и имеет орторомбическую структуру [22, 23, 73].ZSM-5, состоящий из орторомбической структуры MFI, состоит из 10-членных прямых каналов, соединенных 10-членными синусоидальными каналами [71]. Общие физико-химические свойства цеолитов представлены в Таблице 2.

12151 –8 Внутреннее поровое пространство (Å) 643,1

Катализатор	ZSM-5	Морденит	Бета-цеолит	I1413 906 908 цеолит	Y1413A 908 цеолит 906	MFI	MOR	BEA	FAU	FER
Размер пор	3	2	3	3
12–12	12–12	8–10
Размер пор (Å)	5.1 × 5,5	7,0 × 6,5	7,6 × 6,4	7,4 × 7,4	4,2 × 5,4
	5,3 × 5,6	5,7 × 2,6	5,6 × 5,6		3,5 × 4,8
5,2–5,5	4,2–6,7	6,1–6,68	11,24	6,31
Площадь поверхности BET (м 2 / г)	395,5 9015,72	395,5 9015,72	809.1	*

Таблица 2.

Физико-химические свойства наиболее часто используемых цеолитов [22, 72, 76, 77].

* Информация отсутствует.

Цеолиты со средним и большим размером пор способствуют более быстрой диффузии реагентов по сравнению с цеолитами с меньшим размером пор, что приводит к увеличению количества ароматических соединений в жидкой фракции продукта пиролиза. Однако цеолиты с большим размером пор производят менее ароматические вещества, чем цеолиты со средним размером пор, поскольку большие поры способствуют образованию кокса [22].Соответственно, недавнее исследование подтвердило, что ZSM-5 со средним размером пор и средней площадью внутренней поверхности пор способствует более высокому производству ароматических углеводородов и более низкому выходу кокса [19].

3.3.1. Цеолит ZSM-5

ZSM-5, как один из наиболее часто используемых цеолитов при пиролизе биомассы [23], состоит из звеньев пентасила и имеет орторомбическую структуру [74]. Состоящий из 10-членных прямых каналов, соединенных 10-членными синусоидальными каналами, ZSM-5 обладает значительно большей крекирующей активностью, чем другие цеолиты [23, 27].ZSM-5 широко используется в качестве катализатора в нефтяной промышленности из-за его избирательности по форме, исключительного размера пор с стерическими затруднениями, термической стабильности и кислотности твердых веществ [78].

По сравнению с другими цеолитами, поры среднего размера ZSM-5 затрудняют образование внутри пор более крупных предшественников ароматического кокса [79]. Исследования показали, что, независимо от исходного сырья, использование ZSM-5 в пиролизе биомассы снижает содержание кислородсодержащих соединений в бионефти и одновременно увеличивает количество ароматических соединений [80–84].Деоксигенация кислородсодержащих органических соединений происходит внутри пор цеолита ZSM-5 посредством таких реакций, как дегидратация, декарбоксилирование и декарбонилирование [27, 31, 32]. Установлено, что при более низких температурах кислород удаляется в виде H ₂ O, тогда как при более высоких температурах основными продуктами удаления кислорода являются CO и CO ₂ [31]. Удаление кислорода, в первую очередь в форме CO и CO ₂ , более предпочтительно, поскольку оно приводит к меньшему осаждению углерода на цеолите и большему образованию водорода и, следовательно, меньшему содержанию воды в бионефти [31].

3.3.1.1. Селективность формы ZSM-5

Явление избирательности формы можно объяснить совместным действием молекулярного сита и каталитической реакции, которая происходит на внешних и внутренних кислотных центрах цеолитов [85]. ZSM-5, имеющий пористую структуру, может быть использован для избирательного катализа при условии, что не только размер пор, но и размеры реагирующих и диффундирующих молекул аналогичны порам цеолита [19]. Таким образом, влияние размера пор и стерических затруднений ZSM-5 на каталитические реакции должно быть исследовано, если цеолиты с лучшими характеристиками должны быть разработаны для преобразования биомассы [73].

Образование продуктов пиролиза с избирательным катализом формы зависит от двух типов селективности: (1) селективность реагента и продукта и (2) селективность переходного состояния, которые описываются их эффектами массопереноса и внутренними химическими эффектами соответственно [22, 73, 85]. Основная идея, лежащая в основе избирательности реагентов и продуктов, заключается в факте затрудненной диффузии реагентов и продуктов внутри пор цеолита. Определенный размер пор ZSM-5 влияет на диффузию реагентов внутри пор, за исключением тех, размер которых превышает размер пор ZSM-5, тем самым предотвращая их достижение каталитически активных центров и, следовательно, позволяя каталитическому разложению только на внешних активных центрах. [73, 85].Из-за геометрии пор ZSM-5 образование определенных продуктов ограничено, что влияет на химическую реакцию и, таким образом, вызывает селективную гомогенизацию продуктов пиролиза [85].

Селективность ZSM-5 была тщательно изучена, и чаще обнаруживается, что она вызывает селективность по сравнению с ароматическими соединениями [49]. Михалчик и др. [23] изучали различные цеолиты для преобразования нескольких типов биомассы и компонентов биомассы. По результатам этого исследования было обнаружено, что ZSM-5 способствует образованию p -ксилола в изобилии во всех случаях пиролиза биомассы.В исследовании Foster et al. [19], HZSM-5 для превращения фурана показал тенденцию к селективности по ароматическим соединениям, давая более высокий выход ароматических соединений в виде нафталина, имеющего самый высокий процент 30,4% от общего количества ароматических соединений. Fogassy et al. [86], исследуя селективность формы цеолитов по отношению к фрагментам лигнина, выявили, что большинство фенольных соединений, полученных в результате разложения лигнина, слишком велики для проникновения через поры цеолита, поэтому преобразование этих соединений происходит во внешних активных центрах.Как Yu et al. [22] предположили, однако, что при более высоких температурах эффективный размер пор ZSM-5 увеличивается, позволяя молекулам большего размера, чем размер пор ZSM-5, достигать внутренних каталитических активных центров. Jae et al. исследовали роль размера пор нескольких типов цеолитов в пиролизе глюкозы (используя кинетические диаметры продуктов и реагентов в качестве влияющих параметров), чтобы определить, происходит ли каталитическая реакция внутри пор или на внешней поверхности [73]. Кинетический диаметр оценивался по свойствам в критической точке.Было обнаружено, что ZSM-5 позволяет промежуточным продуктам и продуктам пиролиза (таким как бензол, толуол, инден, этилбензол, p -ксилолы) диффундировать в поры из-за их значительно меньшего кинетического диаметра, чем размер пор ZSM-5.

При повышении температуры до 600 ° C из-за термической деформации такие соединения, как нафталин, который дает самый высокий выход ароматических углеводородов, вероятно, будут образовываться внутри пор, а также на поверхности. Согласно этому исследованию, был сделан вывод, что помимо размера пор внутреннее поровое пространство ZSM-5 влияет на каталитическую реакцию.Это говорит о том, что на конверсию биомассы с ZSM-5 влияют ограничения массопереноса, а также эффекты переходного состояния [73].

3.3.1.2. Кислотность ZSM-5

Помимо избирательности формы, кислотность ZSM-5 играет важную роль в превращении оксигенатов в ароматические соединения. Принято считать, что кислотные центры Бренстеда являются активными центрами, которые превращают кислородсодержащие соединения в ароматические соединения, а не кислотные центры Льюиса. Крекинг крупных кислородсодержащих соединений происходит на кислотных центрах внешней поверхности ZSM-5, тогда как превращение более мелких в ароматические соединения происходит на кислотных центрах внутри пор [22, 87].Следовательно, необходимо исследовать количество как внешних, так и внутренних кислотных центров, чтобы разработать лучший способ образования ароматических углеводородов. Как объяснил Ван Сантен, кислотные центры Бренстеда образуются в результате замены кремнезема с валентностью четыре атомом металла, чаще всего алюминия с валентностью три [88]. Таким образом, это делает кислотные центры Бренстеда донорами протонов. Si и Al связаны с присоединенным к протону атомом кислорода, что приводит к химически более стабильной структуре [88, 89].С другой стороны, кислотные центры Льюиса являются акцепторами электронных пар, и природа этих центров связана с атомами алюминия, расположенными в каркасе [89, 90].

Помимо природы кислотных центров, молярное соотношение между SiO ₂ и Al ₂ O ₃ в цеолитном каркасе также влияет на реакционную способность и характеристики ZSM-5. Оптимальное соотношение Si / Al необходимо для обеспечения высокой доступности кислотных центров Бренстеда для адекватной кислотности и для поддержания расстояния между кислотными центрами, чтобы ограничить реакции образования кокса [19].По мере уменьшения отношения Si / Al (увеличения кислотности ZSM-5) кислотные центры будут находиться в непосредственной близости друг от друга, что приведет к вторичным реакциям превращения ароматических соединений в частицы кокса [19]. Foster et al. [19] исследовали влияние ZSM-5 с различным соотношением Si / Al на пиролиз глюкозы. Это исследование показало, что уменьшение отношения Si / Al способствует образованию дополнительных кислотных центров ZSM-5 с увеличением выхода кокса. В исследовании Carlson et al. [79], ZSM-5 (SiO ₂ / Al ₂ O ₃ = 15) способствовал образованию кокса в основном на поверхности катализатора, давая самый высокий выход кокса 33% (где соотношение катализатора к биомассе составляло 19 ).Также было указано, что образование кокса на внешних порах ZSM-5 не приводит к значительному снижению выхода ароматических углеводородов, но влияет на селективность по отношению к легким углеводородам, что приводит к более низким выходам бензола и толуола и более высоким выходам нафталина и индана.

3.4. Общее воздействие катализаторов на биомасло

Известно, что катализаторы оказывают сильное влияние на пиролиз с точки зрения распределения продуктов, химической гомогенизации и увеличения фракционного выхода продукта, повышая качество продуктов пиролиза.Среди катализаторов цеолиты и оксиды металлов в основном исследовались для преобразования биомассы и оказались эффективными в изменении состава биомасла за счет снижения содержания кислородсодержащих соединений посредством реакций деоксигенации и увеличения выхода ароматических соединений, таким образом производя более гомогенную и стабильную органическую фракцию. которые могут быть переведены на дизельное топливо [30, 39]. Чтобы рассматривать продукты пиролиза, особенно бионефти, для стационарных топливных применений или выработки тепла / электроэнергии, необходимо оценить свойства, включая кислотность, вязкость, стабильность и ароматическое содержание биомасла [20].Таким образом, влияние катализаторов на бионефть необходимо рассматривать, как подробно обсуждается ниже, чтобы лучше понять преобразование биомассы.

3.4.1. Выход ароматических веществ в биомасле

Содержание ароматических веществ в биомасле имеет большое значение с точки зрения производства дизельного топлива из сырья биомассы и отходов биомассы. Среди ароматических углеводородов количество бензола, толуола, этилбензола и ксилолов (компоненты BTEX) являются наиболее важными исходными материалами, которые необходимо учитывать в нефтехимической промышленности [68, 87].

Было показано, что использование катализаторов увеличивает выход биомасла, а также увеличивает содержание ароматических углеводородов в биомасле, что является хорошим индикатором качества топлива. Kim et al. [87] изучали каталитический пиролиз остатков мандарина с высоким содержанием лигнина и обнаружили, что использование HZSM-5 с кислотностью 23 и 80 увеличивает выход моноароматических соединений с 3,4 до 36,0 и 41,0% соответственно. Из исследования Zheng et al. [76], изменение размера кристаллов ZSM-5 влияло на выход ароматических соединений и селективность по БТК, так что меньший размер кристаллов давал максимальный выход ароматических соединений и самую низкую селективность по БТК со значениями 38.4 и 36,3% соответственно. Однако кристаллы большего размера демонстрировали самый низкий выход ароматических соединений и самую высокую селективность по БТК со значениями 31,1 и 42,6% соответственно. Таким образом, меньший размер кристаллов (200 нм) оказался оптимальным для высокого выхода ароматических веществ.

Zhang et al. [83] сравнили поведение пиролиза лигнина осины под действием катализатора H-Y и HZSM-5. При соотношении катализатора к сырью 3: 1 получение ароматических углеводородов показало максимальное значение 23% при использовании HZSM-5 в качестве катализатора, где содержание кислорода в ароматических соединениях снизилось примерно до 4%, а ВТС фракции была оценена приблизительно как 46 МДж / кг, что ближе к бензину и дизельному топливу.Было указано, что HZSM-5 более эффективен, чем H-Y, в превращении фенольных соединений в ароматические углеводороды [83] из-за его более высокой кислотности и меньшего размера пор по сравнению с HY [83]. Точно так же Паттия и др. [75] изучили ZSM-5 и два мезопористых материала, включая Al-MCM-41 и Al-MSU-F, чтобы исследовать быстрый пиролиз корневища маниоки. Выявлено, что из всех протестированных в исследовании катализаторов ZSM-5 дает самый высокий выход ароматических углеводородов в следующем порядке: толуол> бензол> 4,7-диметилиндан> p -этилстирен> 5-метилиндан> ксилолы. .

Помимо цеолитов, влияние оксидов металлов на ароматизацию изучалось исследователями [7, 49, 91, 92]. По результатам исследования Атеша и Ишикдага [91], использование оксида алюминия в качестве катализатора при пиролизе кукурузного початка продемонстрировало тенденцию к ускорению образования 1,1,3,3-тетраметилиндана, бензола и 1-метил-4- (пенилметил ), являющиеся наиболее важными моноароматическими соединениями. Было обнаружено, что образование нафталина, 1- (2-пропенил) -, соединения ПАУ, увеличивается при умеренной температуре с использованием катализатора.Сметс и др. [93] сравнили различные катализаторы, включая HZSM-5, γ-Al ₂ O ₃ и Na ₂ CO ₃ . Карбонат натрия был наиболее эффективным катализатором для увеличения выхода ароматических углеводородов после HZSM-5. Wang et al. [92] также провели сравнительное исследование каталитической конверсии остатков трав по сравнению с оксидом алюминия, ZSM-5 и Al-SBA-15, где оксид алюминия дает самый высокий выход биомасла. Таким образом, исследователи этого исследования исследовали влияние оксида алюминия на выход ароматических соединений в терминах соединений толуола, этилбензола и p -ксилола и обнаружили, что процентное содержание ароматических фракций увеличилось с 8.02 до 10,93%.

3.4.2. Кислотность биомасла

Кислотность биомасла обусловлена ​​летучими кислотами, в основном карбоновыми кислотами, то есть муравьиной кислотой и уксусной кислотой [58]. Фенольные соединения также повышают кислотность биомасла [20]. Определение кислотности биомасла осуществляется путем измерения значения pH или общего кислотного числа. Значение pH является показателем для оценки коррозионной активности бионефти, тогда как общее кислотное число используется в качестве показателя качества для использования бионефти при совместной переработке нефтеперерабатывающих предприятий и относится к уровню кислотных компонентов в масло [58].

Исследования ясно показали, что органические кислоты восстанавливаются катализаторами [36], тем самым облегчая использование биомасла в топливных приложениях. Главный вопрос заключается в том, чтобы найти наиболее подходящее сочетание катализатора и биомассы с учетом условий процесса для систем пиролиза, чтобы заменить бионефть эквивалентами ископаемого топлива (такими как дизельное топливо и бензин).

Забети и др. [20] изучали аморфный оксид кремния, модифицированный щелочными или щелочноземельными металлами, такими как Na, K, Cs, Mg и Ca.Был сделан вывод, что среди всех катализаторов, испытанных в исследовании, K / ASA был наиболее эффективным катализатором для снижения содержания карбоновых кислот и карбонилзамещенных фенолов в биомасле. Чжоу и др. [17] исследовали влияние ZnO на физико-химические свойства биомасла рисовой шелухи. Значение pH каталитического биомасла было зарегистрировано как 4,35, тогда как значение pH некаталитического биомасла было 4,15. Таким образом, это указывает на влияние катализатора ZnO на снижение кислотных соединений в биомасле. Абу Бакар и Титилойе [32] изучали пиролиз рисовой шелухи на различных катализаторах, включая ZSM-5, Al-MCM-41, Al-MSU-F и BRHA (зола брунейской рисовой шелухи).Было показано, что катализаторы снижают кислотное число с 55 мг / КОН до 39–47 мг / КОН, при этом ZSM-5 и BRHA имеют самое низкое значение. Кроме того, значение pH каталитического биомасла рисовой шелухи было зарегистрировано в диапазоне 2,7–3,0. Большинство кислотных соединений составляли карбоновые кислоты, причем уксусная кислота имела самый высокий процент. Mante и Agblevor [33] изучали HZSM-5 в качестве дезоксигенирующего катализатора для превращения гибридной древесины тополя в биосинхронизирующее масло. Как указано в исследовании, значение pH легкой биосинкрудированной нефти, содержащей в основном ароматические углеводороды, было увеличено с 2.60 до 4,05 из-за HZSM-5.

3.4.3. Вязкость биомасла

Высокая вязкость биомасла по сравнению с обычным топливом является одним из недостатков его использования в топливных приложениях. Наиболее важно то, что в случае биомасла, использующего двигатели внутреннего сгорания, высокая вязкость увеличивает размер капель распыляемой форсунки, тем самым влияя на воспламенение капель [94]. Следовательно, уменьшение вязкости биомасла для улучшения свойств топлива имеет важное значение. Исследования показали, что использование катализаторов улучшает топливные свойства биомасла за счет снижения вязкости [53, 95].

Azargohar et al. провели эксперименты по некаталитическому пиролизу для нескольких отходов биомассы, и было замечено, что вязкость бионефти в диапазоне от 63 до 418 сП была намного выше, чем у сырой нефти (~ 23 сП), что потребовало дальнейшего процесса повышения качества. . Также было обнаружено, что причина высокой вязкости в основном связана с производными лигнина углеводородами с большой молекулярной массой [96]. Однако в исследовании Fan et al. при пиролизе рапсовой соломы над нанокристаллическим HZSM-5 динамическая вязкость составила 5.12 мм ² с ⁻¹ , что находится в пределах допустимых пределов для дизельного топлива, как указано в исследовании [95]. Mante et al. исследовали гибридный пиролиз древесины тополя с аддитивным действием катализатора FCC на основе Y-цеолита по отношению к ZSM-5. Катализатор FCC / ZSM-5 оказался более эффективным, чем чистый ZSM-5, в снижении вязкости образцов бионефти, что указывает на синергетический эффект гибридного катализатора, а также предполагает, что углеводороды с меньшей массой образуются за счет присутствия катализатора [ 53].Mante и Agblevor [33] изучали пиролиз древесины гибридных тополей с добавкой ZSM-5. Они классифицировали жидкую фракцию продукта пиролиза как LBS (низкобиосинкрудную) нефть, содержащую в основном ароматические углеводороды, и HBS (высокобиосинкрудную) нефть, которая состоит в основном из фенолов, метилзамещенных фенолов, нафталинов, бензолдиолов и нафталенола. Вязкость масла LBS, которая была значительно ниже, чем вязкость некаталитического биомасла (285 сСт), составляла 4,90 сСт. Было высказано предположение, что более низкая вязкость объясняется каталитическим крекингом левоглюкозана и деполимеризацией продуктов, полученных из лигнина [33].Шаданги и Моханти провели несколько исследований с использованием различных видов биомассы над CaO, каолином и Al ₂ O ₃ [69, 97, 98]. Было обнаружено, что независимо от типа биомассы СаО производит бионефть с более низкой вязкостью, чем некаталитическое биомасло, по сравнению с другими катализаторами, используемыми для их исследований. Вязкость биомасла, полученного с использованием CaO, составляла 0,019629 Па · с [98] и 9,007 сП [69], что указывает на то, что использование катализатора способствует снижению вязкости примерно на 62 и 74,5% соответственно.Абу Бакар и Титилойе изучали ZSM-5, Al-MCM-41, Al-MSU-F и BRHA (зола брунейской рисовой шелухи) на предмет превращения рисовой шелухи в биомасло, а вязкость биомасла была такой, как указано, 1,55, 1,65, 1,49 и 1,57 сСт соответственно. Все катализаторы, использованные в исследовании, снизили вязкость примерно на 1,7–11,3% и немного увеличили содержание воды, что указывает на то, что катализаторы способствовали реакции дегидратации [32].

3.4.4. Стабильность биомасла

Биомасло не так химически или термически стабильно, как ископаемое топливо, из-за высокого содержания кислородсодержащих соединений [94].Сообщается, что при температурах выше 40 ° C или во время длительного хранения вязкость биомасла увеличивается из-за химических реакций между такими компонентами, как кетоны и альдегиды, что приводит к образованию соединений с высокой молекулярной массой [20]. Таким образом, ожидается, что бионефть с более низким содержанием карбонильных групп будет более стабильной. Использование катализаторов для облегчения транспортировки и хранения бионефти приводит к усилению реакций крекинга тяжелых молекул, а также удалению кислородсодержащих соединений, что приводит к производству бионефти с высокой стабильностью [99].Не существует стандартного метода определения стабильности биомасла; однако исследователи разработали несколько методов [100–102].

В исследовании Zabeti et al., Где Cs / ASA был признан наиболее эффективным катализатором для удаления кислородсодержащих соединений и увеличения выхода ароматических веществ, сравнивали все катализаторы, испытанные в исследовании. Результаты эксклюзионной хроматографии (SEC) показали, что молекулярная масса биомасла смещается в области более высоких масс после старения [20]. Мант и Агблевор провели испытание на стабильность каталитических биомасел (масла с низкой и высокой биосинхронизацией), полученных из гибридной древесины тополя.Испытания на стабильность и старение проводили в гравитационной печи при 90 ° C в течение 24 часов. Также была измерена вязкость образцов биомасла, хранящихся при 40 ° C в течение более 10 месяцев, и было обнаружено, что изменение вязкости составило 5% для масла с низким содержанием биосинкрудии и 27,9% для масла с высоким содержанием биосинкрудирования. Был сделан вывод, что каталитические биомасла термически стабильны и могут храниться при комнатной температуре более 10 месяцев без значительного увеличения вязкости [33]. Ноккосмаки и др. исследовали пиролиз сосновых опилок с добавкой ZnO в качестве катализатора.Тест стабильности был проведен при 80 ° C в течение 24 часов и показал, что вязкость изменялась при использовании ZnO. Изменение вязкости составило 55%, что значительно ниже, чем у некаталитического биомасла (129%) [34]. Думан и др. исследовали влияние добавления метанола на стабильность биомасла, полученного из сафлорового жмыха, с использованием FCC в качестве катализатора. Добавление метанола снижает вязкость. Вязкость была намного ниже при более высоких температурах, что указывает на более стабильное биомасло. После испытания на старение при 40 ° C в течение 168 ч вязкость увеличилась на 46.63 и 21,08% в случае сырого бионефти и биомасла с добавлением метанола, соответственно [57].

.