Hệ thống lò phản ứng BenchCAT cho ứng dụng nhiên liệu sinh học

Hệ thống lò phản ứng BenchCAT cho ứng dụng nhiên liệu sinh học

  • 1764
  • Advanced measurement instruments (AMI) - Mỹ
  • Liên hệ
● Hệ thống lò phản ứng hoàn toàn có thể tùy chỉnh và cấu hình: cổng khí, nhiệt độ và áp suất.

● Xử lý năng suất cao với công suất lên đến 16 trạm.

● Hệ thống lò phản ứng được thiết kế riêng cho phản ứng xúc tác với kỹ thuật chuyên biệt.

Introduction

AMI has extensive experience in the design and construction of BenchCAT reactors for biofuel applications. The study of biofuel processes has become a significant area of research in recent years. Although still largely in the research stage, substantial progress is being made, making the development of a commercial process likely in the near future.

Biofuel is a broad term referring to any fuel not derived from fossil sources. In its simplest form, it can be ethanol produced from sugarcane or corn via fermentation. However, alcohol-based fuels lack the energy density of conventional fossil fuels like gasoline or diesel. Current efforts are focused on developing biofuels that closely resemble gasoline or diesel in their properties and performance.

Biofuels can be derived from various sources, including municipal waste, wood chips, soybeans, and algae. Depending on the source, a different process and thus different reactor design and conditions are used. Below, we explore three processes for the production of biofuels in which AMI has participated with a BenchCAT reactor design and construction.

Features

Via Gasification of Biomass

The Fischer-Tropsch (F-T) process is perhaps the oldest and most well-known method for producing synthetic fuels1. The original process was developed in the 1920s and 1930s and was commercialized in Germany by the late 1930s. The F-T process was to produce fuel for both automobiles and military equipment.

The F-T process can be utilized to generate biofuels from nearly any carbon-containing biomass, including municipal waste, wood chips, celluloid grasses, and more. The first step in such a process is the gasification of the biomass to form Syngas (H2+CO). This Syngas is then converted into hydrocarbons through the F-T process using a catalyst, typically iron or cobalt. By carefully controlling key process parameters -such as temperature, pressure, ratio of H2 to CO-the product composition can be controlled. The F-T process can yield a wide range of hydrocarbons, from light gases to heavy waxes.

Biomass -> Gasification -> Syngas -> F-T -> Fuel

Figure 1 illustrates a typical F-T BenchCAT reactor designed by AMI. The four gases include hydrogen and carbon monoxide (Syngas), nitrogen as a diluent, and argon as an internal standard for analysis. The reactor is designed to operate at temperatures up to 400°C and pressures up to 1,500 psig, although typical operating conditions are lower. The system includes three separators to facilitate product collection:

1. The first separator, maintained at approximately 150°C, collects heavier products, such as waxes.
2. The second separator, set at 80°C, captures mid-range hydrocarbons and some water.
3. The third separator, kept at room temperature, collects lower-end hydrocarbons along with a significant amount of water.
All separation processes occur at the reactor’s operating pressure, ensuring efficient product recovery.

AMI Instruments BenchCATs for Biofuels

Figure1 Schematic of typical F-T BenchCAT reactor.

From Alcohols

As previously discussed, alcohols can be classified as biofuels, though they possess a lower energy density compared to conventional hydrocarbon fuels. Alcohols are readily synthesized through the fermentation of sugar- or starch-rich biomass. They then can be converted to more conventional fuels via catalytic condensation processes. For example, a gasoline range product can be obtained by reacting lower chain alcohols over a zeolite, such as ZSM-52, whereas higher range products can be obtained using base catalyzed aldol condensation3.

Starch-Containing Material -> Alcohols -> Condensation-> Fuel

These processes can be conducted in a more-or-less conventional fixed bed reactor. Figure 2 depicts such a reactor that could be used for alcohol condensation. A pump is used to feed the liquid alcohols, and both the gas and the liquid feed pass through preheaters prior to entering the reactor. A heat exchanger and gas-liquid separator are in the high-pressure zone. Gas products flow out from the top of the separator while the liquid products are withdrawn from the bottom. Level sensing and automatic valves can be used to fully automate the process.

AMI Instruments BenchCATs for Biofuels

Schematic of BenchCAT reactor suitable for studies.

Via Trans-Esterification

Biofuels can also be produced by trans-esterification of oils or lipids with a simple alcohol such as methanol. This reaction has been reported using various sources of lipids, such as rapeseed oil, soybean oil, used vegetable oil, and algae oil. In a catalytic reaction, the catalyst is a base, typically NaOH. The reaction can also be carried out in the presence or absence of a catalyst at supercritical conditions4.

Bio-Oil -> Catalytic or Supercritical Reaction with Methanol -> Fuel

Figure 3 is a schematic of a reactor that can be used for both catalytic and supercritical esterification of oils.

Figure 4 (back page) shows a photograph of the reactor. This particular reactor is rated at 350°C and 350 bar (ca. 5200 psig) or 700°C at room temperature. The higher temperature rating is used to pretreat the catalyst. The tubular reactor is constructed of Inconel metal in order to achieve these dual conditions. Note that in this reactor, the pressure reduction occurs before the product collection.

AMI Instruments BenchCATs for Biofuels

Figure3 Schematic of BenchCAT reactor for supercritical trans esterification of lipids.

AMI Instruments BenchCATs for Biofuels

Figure4 BenchCAT reactor for supercritical trans-esterification of lipids.

In summary, no matter what your specifications are for automated, research-quality reactors, AMI has the technical and scientific expertise to meet your needs. We have extensive experience in the fields of catalytic science, catalyst characterization, and reactions. These descriptions of BenchCAT reactors suitable for biofuel research are one example of this experience.

1. For a summary of the F-Tprocess see, for example:
https://www.fischer-tropsch.org/primary_documents/presentations/acs2001_chicago/chic_slide01.htm

2. C.D. Chang, Methanol to Gasoline and Olefins, Chemical Industries, 57, p. 133 (1994).

3. www.virent.com/BioForming/Virent_Technology_Whitepaper.pdf

4. S. Saka and D. Kusdiana , Biodiesel Fuel from Rapeseed Oil As Prepared in Supercritical Methanol, Fuel, 80, p. 225 (2001)

Tập tin PDF:

Tập tin PDF:

Sản phẩm cùng loại

Hãng sx: Horiba - Nhật

DUETTA - Thiết bị phân tích đồng thời huỳnh quang và hấp thụ 3 trong 1 Thiết bị để bàn với tính năng mới phân tích quang phổ phân tử
Liên hệ

Hãng sx: Horiba - Nhật

Máy phân tích oxy/nitơ/hydro dòng EMGA giúp giảm đáng kể thời gian và chi phí phân tích đồng thời nâng cao độ chính xác và chức năng phân tích. EMGA Series hỗ trợ mạnh mẽ việc nâng cao hiệu quả trong nghiên cứu, phát triển vật liệu và kiểm soát chất lượng.
Liên hệ

Hãng sx: Horiba - Nhật

Bên cạnh dòng EMIA-Expert/Pro với lò nung cao tần, HORIBA hiện đã có thêm model EMIA - Step với lò nung gia nhiệt trở kháng điện hình ống. Thiết bị có khả năng phân tích chính xác và độ nhạy cao, chức năng thay đổi nhiệt cho phép phân tích định lượng bằng cách phân tích riêng nhiệt độ và điều kiện cũng như phân tích định lượng toàn bộ.
Liên hệ

Hãng sx: Horiba - Nhật

XGT-9000 series là máy quang phổ huỳnh quang tia X micro cho phép phân tích nguyên tố không phá hủy các vật liệu. Có thể thực hiện phân tích đơn điểm, đa điểm và lập bản đồ trên cùng một thiết bị. Hiện tại series này gồm 3 model với dải phát hiện khác nhau: XGT-9000 Pro, XGT-9000 C và XGT-9000 Expert.
Liên hệ

Hãng sx: Anton Paar

Ngoài hộp: Độ phân giải / tỷ lệ tín hiệu nhiễu tốt nhất trong lớp Khái niệm TruBeam™: Bán kính goniomet đầy đủ lớn, đường chùm bức xạ được hoàn tác Tự động hoàn toàn: Định hình quang học X-quang và thay đổi hình học chùm Hiệu quả: Tăng cường sử dụng thiết bị lên đến 50% Tự căn chỉnh: Thiết bị và mẫu để tối đa sự tiện lợi
Liên hệ

Hãng sx: Anton Paar

Linh hoạt: Đầu dò sợi quang để đo bên ngoài thiết bị An toàn: Kích hoạt tại điểm đo để dễ dàng thao tác bằng một tay Hiệu quả: Phụ kiện được thiết kế riêng cho mẫu lỏng và rắn
Liên hệ

Hãng sx: Anton Paar

Nhanh chóng xác định các vật liệu nguy hiểm, chất gây nghiện, chất nổ và tác nhân chiến tranh hóa học tại hiện trường Xác minh hàng hóa với các thư viện đã cài sẵn hoặc được xây dựng Kết quả trong giây lát để bạn có thể hành động ngay lập tức Vừa vặn trong tay bạn và trong túi của bạn
Liên hệ

Hãng sx: Anton Paar

Độ chính xác: ±0,0001 nD / ± 0,05 °Brix Phạm vi đo: 1,33 nD đến 1,55 nD / 0 °Brix đến 100 °Brix Kiểm soát nhiệt độ chính xác: 20 °C đến 40 °C Hơn 10 thang đo được cài đặt sẵn In kết quả với máy in nhãn tùy chọn
Liên hệ

Hãng sx: Anton Paar

Độ chính xác: ±0,0001 nD / ± 0,05 °Brix Phạm vi đo: 1,33 nD đến 1,55 nD / 0 °Brix đến 100 °Brix Kiểm soát nhiệt độ chính xác: 20 °C đến 40 °C Giải pháp tuân thủ và tính toàn vẹn dữ liệu cho audit Gói tài liệu thẩm định đầy đủ và dịch vụ
Liên hệ

Hãng sx: Anton Paar

Dải đo rộng: 0 °Brix đến 85 °Brix Độ chính xác: 0,2 °Brix Đọc nhanh: kết quả trong chưa đầy hai giây Tự động bù nhiệt độ (ATC) Ứng dụng miễn phí cho iOS/Android
Liên hệ