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

  • 1768
  • 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: Anton Paar

Gia nhiệt và làm mát nhanh nhất cho một máy phá mẫu vi sóng Dễ dàng sử dụng lò vi sóng và các ống phá mẫu Công nghệ SmartVent: khối lượng mẫu cao hơn, đa dạng các mẫu Hệ thống phá mẫu vi sóng kinh tế nhất trên thị trường Nhỏ, không chỉ về kích thước, mà còn về giải thưởng
Liên hệ

Hãng sx: Anton Paar

Khám phá nguồn gốc phân tử của hành vi nhớt đàn hồi Hiểu sâu hơn về các thuộc tính vật liệu Đạt được bằng chứng khoa học cho các hiệu ứng lưu biến đã quan sát Giảm chu kỳ phát triển thông qua một cách tiếp cận có mục tiêu hơn Phân tích nguyên nhân gốc hiệu quả và các hành động khắc phục trong trường hợp có sự sai lệch
Liên hệ

Hãng sx: Anton Paar

Thiết bị lưu biến nóng chảy polymer cho QC và các phép đo thường xuyên Thiết kế nhỏ gọn nhất và vận hành bền vững nhất Lò điện hiệu suất cao nhất trên thị trường (-150 °C đến +400 °C) Tối thiểu yêu cầu đào tạo
Liên hệ

Hãng sx: Anton Paar

Giải pháp đo lưu biến QC đầy đủ và phát triển sản phẩm ở phân khúc cơ bản Động cơ ổ đỡ bằng khí với độ chính xác rất cao (mô-men xoắn tối thiểu 80 nNm) Kiểm tra nâng cao nhờ vào kiểm soát lực pháp tuyến Nền tảng QC cho độ mài mòn, độ nhớt bột, và nhiều hơn nữa
Liên hệ

Hãng sx: Anton Paar

Đo lường nhanh – kết quả trong vòng chưa đầy 5 giây Độ chính xác cao cho tất cả các loại đồ uống có cồn Chỉ cần 2 mL mẫu Ứng dụng miễn phí trên iOS/Android - theo dõi quá trình lên men trên smartphone của bạn Thiết kế mới
Liên hệ

Hãng sx: Anton Paar

Có một trạm sẵn có 25 triệu lần gõ, bảo hành ba năm cho độ bền vượt trội Hỗ trợ tất cả các tiêu chuẩn chính, đảm bảo tuân thủ Vận hành yên tĩnh, tùy chọn giảm tiếng ồn để thoải mái Bộ chuyển đổi chiều cao rơi từ tính, thiết lập cốc đo nhanh; báo cáo tự động
Liên hệ

Hãng sx: Anton Paar

Nhận kết quả chỉ trong 5 phút Giảm chi phí xử lý và vận hành Tăng năng suất và giảm lỗi do con người với tự động hóa Thực hiện các phép đo qua đêm và vào cuối tuần
Liên hệ

Hãng sx: Anton Paar

Sẵn sàng cho mọi loại bia: không cần điều chỉnh theo sản phẩm cụ thể Phân tích các tham số chính của bia trong một lần đo Phân tích CO₂ chọn lọc để đảm bảo hương vị hoàn hảo Phát hiện sự cố hiệu suất máy chiết trong vòng ba phút
Liên hệ

Hãng sx: Anton Paar

Đo lường các thông số chính ngay tại chỗ Sẵn sàng cho mọi loại bia: không cần điều chỉnh theo sản phẩm cụ thể Xác định chọn lọc của rượu: tuân thủ với quy trình cô đặc Được khuyến nghị bởi EBC, ASBC, MEBAK và BCoJ
Liên hệ

Hãng sx: Anton Paar

Tuân thủ với quá trình chưng cất: rượu và chiết xuất Đo lường nhanh hơn tới 10 lần so với phương pháp chưng cất cổ điển Không phụ thuộc vào người vận hành với việc nạp mẫu bán tự động bán tự động Tối ưu hóa quy trình ủ rượu
Liên hệ