8.3: Біопереробка для виготовлення реактивного палива
- Page ID
- 31801
8.3 Біообробка для виготовлення реактивного палива
Багато дослідників і вчених вважають, що наземний транспорт буде ставати все більш залежним від акумуляторів, як у гібридів і електромобілів. Скорочення використання палива було здійснено за останні 10 років завдяки виходу на авторинок гібридних автомобілів. Однак це не життєздатний варіант для авіаперельотів, який залишиться залежним від рідкого палива. Оскільки для літаків буде доступно більше палива, якщо менше буде використано для транспортних засобів, нафтопереробні заводи повинні мати можливість йти в ногу з попитом. Однак, якщо є занепокоєння щодо викидів, особливо необхідності зменшення CO 2, рідке реактивне паливо з біомаси, безумовно, буде найкращим варіантом. Реактивне паливо також має пройти кваліфікаційний процес і стати сертифікованим для використання в залежності від джерела палива і типу реактивного двигуна. Як коротко обговорювалося в Уроці 2, реактивне паливо повинно володіти певними властивостями. У таблиці 8.3 наведені деякі кваліфікації ASTM для реактивного палива, які існують в даний час.
Таблиця 8.3: Деякі властивості реактивного палива для сертифікованого військового палива JP-8.
Межі специфікації JP-8, хв | Межі специфікації JP-8, Макс | |
---|---|---|
Температура спалаху, °C | 38 (хв.) | — |
В'язкість, сСТ, -20°C | — | 8.0 (макс.) |
Температура замерзання, °C | — | -47 (макс.) |
Дим пт., мм | 19 (хв.) | — |
Сірка, мас.% | — | 0,3 (макс.) |
Ароматичні речовини,% | — | 25 (макс.) |
Термічна паличка.@ 260° C | — | 25 мм (макс.) |
Теплотворна здатність, BTU/LB | 18 400 | — |
Вміст водню | 13,4 | — |
Гравітація API, 60° | 37.0 | 51.0 |
FISI (DiegME) | 0,10 | 0,15 |
Провідність Ps/м | 150 | 600 |
Федеральне управління авіації старанно працює над тим, щоб отримати деякі альтернативні види палива, доступні на ринку. Уряд має прагненні до американських авіакомпаній використовувати альтернативне реактивне паливо, з надією на 1 мільярд галонів альтернативного реактивного палива на рік до 2018 року. Авіакомпанії повинні будуть задовольнити цю вимогу або шляхом придбання альтернативного реактивного палива або пошуку життєздатних методів для виробництва альтернативного реактивного палива. Очікування для реактивного палива полягають у тому, що воно в основному складається з довгих ланцюгових алканів (хоча коротша довжина вуглецевого ланцюга, ніж дизельне паливо) з деяким вмістом циклоалкану та/або ароматичних речовин для необхідного мастила ущільнювального кільця та інших причин.
Існує кілька відомих матеріалів з біомаси, які можуть бути використані у виробництві реактивного палива. До них відносяться жири/олії, целюлоза, деревна біомаса та вугілля.
Одним з первинних джерел є рослинна олія (сюди також входить масло водоростей і жири з виробництва м'яса). Рослинні олії містять вуглеводні з довгим ланцюгом, з'єднані трьома вуглецями як складні ефіри. Частина жирних кислот олії легко перетворюється на метилові ефіри жирних кислот (FAME) шляхом переетерифікації для отримання біодизеля. Ми детально обговоримо виробництво біодизеля для переетерифікації в іншому уроці, але я коротко обговорю тут, чому FAA зацікавлена у виготовленні реактивного палива з жирів і масел. На жаль, в даний час FAME є проблемою для біореактивного палива, і вимоги включають обмеження 5 ppm, оскільки FAME можуть викликати корозію, мають високу температуру замерзання і не сумісні з матеріалами в реактивному двигуні. (Fremont, 2010) В даний час виробництво біодизеля не завжди є економічним через високу вартість масел і способу виробництва, а ефір повинен бути видалений для реактивного палива.
Тому оцінюються інші методи отримання не тільки біодизеля, але і біореактивного палива. Ці методи процесу включають гідрооброблені ефіри та жирні кислоти (HEFA), каталітичний гідротермоліз та зелений дизель. (Hileman and Stratton, 2014) Рисунок 8.6 показує схему процесу для HEFA. Реактивне паливо, виготовлене з HEFA, було схвалено для використання в літаках, оскільки воно пройшло процес затвердження. Наступна біла книга, Специфікація та тестування альтернативних видів палива (Kramer, S., 2013, 1 березня, Отримано 16 грудня 2014) включає схему процесу затвердження на сторінці 4; як ви можете бачити, це ретельний і складний процес, і це займає досить багато часу, щоб отримати конкретний вид палива кваліфікований.
Є й інші, хто хоче вивчити використання установки рідинного каталітичного крекінгу (FCC) на нафтопереробному заводі для перетворення рослинних олій в реактивне паливо. Аль-Сабаві та ін. (CanMetEnergy) надав огляд різних продуктів з біомаси, які були оброблені в лабораторному масштабі в підрозділі FCC. Вони показують, що основний вплив буде на використовуваний каталізатор і термін служби каталізатора. (Аль-Сабаві, 2012)

- Клацніть тут для тексту, альтернативного малюнку 8.6
-
Натуральні олії, жири та мастила обробляються. По-перше, вони потрапляють в багате воднем середовище і піддаються дезоксигенації. Вода і СО 2 видаляються на цьому етапі. Звідти продукти потрапляють в інше багате воднем середовище і піддаються селективному гідрокрекінгу. Після гідрокрекінгу продукти відокремлюють. Будь-який Н 2 переробляється, і продукти стають легкими паливами, зеленим реактивним паливом, синтетичним парафінним гасом (SPK) та зеленим дизельним паливом.
Кредит: Д-р Керолайн Кліффорд
Мулленс і Боатенг USDA розробили процес отримання піролізних масел з низьким вмістом кисню (дані властивостей палива в попередньому розділі). (Mullens, 2013) У оглядовому документі Al-Sabawi та співавт. також обговорюється потенційна обробка піролізних масел в блоці FCC. Основна вимога полягає в тому, що піролізні масла повинні бути низьким вмістом кисню, але додаткова інформація про склад нафти може сказати нам, чи буде блок FCC або інший блок на нафтопереробному заводі найкращим для переробки.
Можна використовувати целюлозні джерела для отримання альтернативного реактивного палива. Використовуючи газифікацію біомаси та переробку Фішера-Тропша, можна отримати хороше біореактивне паливо, хоча деякі добавки повинні бути включені, щоб запобігти деяким потенційним проблемам. Існують також процеси отримання спиртів середньої довжини ланцюга з целюлози, оскільки метанол та етанол не мають щільності енергії, необхідної для того, щоб літаки могли літати на великі відстані. Одним з видів палива, яке зробило його через процес затвердження, є синтетичний парафінний гас (SPK), виготовлений синтезом Фішера-Тропша. (Hileman and Stratton, 2014) Можливо також використання побічних продуктів виробництва етанолу з кукурудзи (кукурудзяна плита), цукрової тростини (багаса) та виробництва паперу (таллове масло). Westfall et al. (2008) та Liu et al. (2013) також окреслили інші потенційні джерела для виробництва палива, причому більшість процесів, включаючи аспект каталітичної дезоксигенації. (2008) У наступному розділі цього уроку буде обговорено Фішера-Тропша та інші хімічні процеси для виробництва рідкого палива; це непрямий метод, як природний газ або вуглецеві матеріали, які були газифіковані, повинні бути використані в цих процесах.
Крім того, розробляються деякі процеси для виробництва альтернативного реактивного палива з біомаси - природного газу та біомаси-вугілля. Дослідники працюють над розробкою процесів у демонстраційному масштабі для можливої комерціалізації. Virent, разом з Battelle в Огайо, виробляли ReadiJet Fuel за допомогою пілотного масштабу об'єкта. (Conkle et al., 2012a, 2012b) Їх робота включає схему їх процесу (стор. 3), каталітичний процес дезоксигенації масел, подібний до процесу HEFA. Liu et al. зазначають, що реактивне паливо з природного газу має деякі переваги, особливо транспортний аспект палива (2013). Реактивне паливо, виготовлене з природного газу, виготовляється за допомогою парового риформінгу до CO та H 2, потім використовують метод Фішера-Тропша для виготовлення довгих ланцюгових алканів (див. Додаткове пояснення до кінця уроку). Паливо дуже чисте (без сірки і без ароматичних речовин) і може бути краплею в заміні на нафтове реактивне паливо - реактивне паливо, виготовлене таким чином, було ретельно перевірено, і паливо було кваліфіковано для використання у військових та комерційних реактивних авіалайнерах до тих пір, поки альтернативне паливо становить менше 50% паливна суміш. Штат Пенн та ВПС брали участь у виробництві реактивного палива на основі вугілля (Balster et al., 2008), яке, можливо, може бути спільно оброблено з деяким типом біомасла, таким як рослинна олія або піролізне масло з низьким вмістом кисню. Потенціал використання реактивного палива на основі вугілля полягає в його високій щільності енергії, чудових теплових властивостях та небагатьох проблемах зі змащувальною здатністю. У таблиці 8.4 показано, як паливо, вироблене Battelle/Air Force та PSU/Air Force, відповідає деяким вимогам ASTM; Паливо Battelle було сертифіковано, але паливо БП не повністю відповідає критеріям сертифікації. Нещодавно штат Пенн отримав фінансування DOE для розширення блоку екстракції розчинників до безперервного реактора і буде використовувати розчинник з процесу Battelle для видобутку вугілля - мета полягає в тому, щоб включити вугілля в процес біомаси більш екологічно безпечним способом, ніж використання інших розчинників. На малюнку 8.7 показана схема блоку БП. Elliot et al. (2013) у Тихоокеанській північно-західній національній лабораторії розробили специфічний гідротермальний процес перетворення водних суспензій водоростей в органічні вуглеводні при докритичних водних умовах (350° C і 20 MPa тиск). Процес також включає каталітичні процеси для видалення кисню, сірки та азоту, а рідини, що утворюються, швидше за все, мають якість палива.
Таблиця 8.4: Деякі властивості реактивного палива для сертифікованого військового палива JP-8 порівняно з паливом, виробленим ПСУ/ВПС та Bettelle/Air Force
(Кредит: Conkel et al. and Balster et al.)
Межі специфікації JP-8, хв | Межі специфікації JP-8, макс. | JP-900 (фактичний) БСУ/ВПС | ReadiJet (фактичний) Битва/ВПС | |
---|---|---|---|---|
Температура спалаху, °C | 38 (хв.) | 61 | 42 | |
В'язкість, сСТ, -20°C | 8.0 (макс.) | 7.5 | 4.2 | |
Температура замерзання, °C | -47 (макс.) | -65 | -44 | |
Дим пт., мм | 19 (хв.) | 22 | 25 | |
Сірка, мас.% | 0,3 (макс.) | 0.0003 | 0.0 | |
Ароматичні речовини,% | 25 (макс.) | 1.9 | 10 | |
Термічний удар. @260° C | 25 мм (макс.) | 0 | 1 | |
Теплотворна здатність, BTU/LB | 18 400 | 18 401 | 18 659 | |
Вміст водню | 13,4 | 13.2 | ||
Гравітація API, 60° | 37.0 | 51.0 | 31.1 | 44.5 |
FISII (DiegME) * | 0,10 | 0,15 | 0 | 0 |
провідність Ps/м* | 150 | 600 | 0 | 0 |
* Для цих випробувань до цих видів палива не було включено жодних добавок. Balster та ін., Конкель та ін.

- Клацніть тут для тексту, альтернативного малюнку 8.7
-
Це схема блоку екстракції розчинника БП. На схемі показаний газ N 2 або H 2 при 100 psig завантажується в екстрактор з вугільним розчинником (0,25 -1 кг/год). Екстрактор працює при 250-500ºC. Після витяжки є відстійник при 200ºC і будь-які тверді речовини видаляються для газифікації. Після відстійника є фільтр, що працює при 200ºC, 100psig, 0,25-1 кг/год. будь-які тверді речовини видаляються для газифікації. Після фільтра залишається приймач рідин і рідини для подальшого оновлення видаляються.
Кредит: Д-р Керолайн Кліффорд