Fleshli reaktiv volatilizatsiyasi - Reactive flash volatilization

Fleshli reaktiv volatilizatsiyasi (RFV) - uchuvchan bo'lmagan qattiq va suyuqlikni uchuvchi birikmalarga tez aylantiradigan kimyoviy jarayon termal parchalanish katalitik kimyo bilan integratsiya uchun.

Kimyo

RFV reaktori photograph.jpg

Og'ir qazilma yoqilg'idan yoki boy biomassadan foydalanish uglevodlar, (C6H10O5)n, yoqilg'i yoki kimyoviy moddalar uchun boshlang'ich termokimyoviy jarayon talab etiladi piroliz bu katta polimerlarni mayda uchuvchan organik birikmalar (VOC) aralashmalariga singdiradi. "Tez piroliz" deb nomlangan biomassani pirolizatsiya qilishning o'ziga xos usuli biomassaning zarralarini uglerodga boy 10% qattiq moddaga aylantiradi char, karbonat angidrid kabi taxminan 15% gazlar va odatda 70% organik birikmalar aralashmasi "bio moy "500 ° C da 1-2 soniyada. [1][o'lik havola ]

Piroliz: Biomassa + Issiqlik → 0,70VOCs + 0,10Char + 0,15Gazlar

Uchuvchan organik moddalarni an'anaviy an'anaviy jarayonlar orqali keyingi termokimyoviy konversiya uchun jigarrang, juda kislotali suyuqlik sifatida to'plash mumkin bug 'isloh qilish, gazlashtirish, katalitik qisman oksidlanish, katalitik yorilish, yonish, yoki gidrotexnika. [2]

Katalitik bug 'isloh qilish: VOCs + H2O + issiqlik + katalizator → H2 + CO + katalizator
Katalitik qisman oksidlanish: VOCs + O2 + Katalizator → H2 + CO + Issiqlik + katalizatori
Katalitik yonish: VOCs + O2 + Katalizator → CO2 + H2O + issiqlik + katalizatori

Piroliz va katalitik qayta ishlashning bu ikki to'plami birlashtirilib, reaktiv chaqnashni volatilizatsiya jarayonini hosil qiladi. Qattiq uglevodorodlar yoki biomassa yuqori haroratli (500-900 ° S) katalizatorlar bilan bog'lanib, gazlarni hosil qiladi va uchuvchi organik birikmalar.[1] Uchuvchi turlar katalizatorga reaktiv bilan oqadi (H2, O2yoki H2O) kerakli mahsulotlarga o'tish uchun (H2, CO, H2O, CO2, yoki VOC).

RFV: Biomassa + issiqlik + reaktiv + katalizator → gazlar + VOCs + reaktiv + katalizator → mahsulotlar + katalizator

Kashfiyot

RFV reaktor diagrammasi.jpg

Reaktiv flesh-volatilizatsiya 2006 yilda jurnalda namoyish etilgan Ilm-fan yuqori harorat (700-800 ° C) ga aylantirish orqali soya yog'i (triglitseridlar) va shakar (D - (+) - glyukoza) gazni sintez qilish uchun (H2 + CO) va olefinlar (etilen va propilen).[2] Og'ir yoqilg'ilarning to'liq, uzluksiz katalitik konversiyasi ajablanarli edi, chunki dastlabki pirolitik kimyo "char" deb nomlangan qattiq qoldiqning katta miqdorini hosil qilganligi aniqlandi, bu reaktiv aralashmalar va qattiq metall katalizatori o'rtasidagi zarur shovqinni to'sib qo'yishi kutilgan edi. [3][o'lik havola ]

Jarayon tasvirlangan: "Ushbu bioyoqilg'i xom ashyolarining past volatilligi to'g'ridan-to'g'ri ichki yonish dvigatellarida ishlatilganda nafaqat soot hosil bo'lishiga olib keladi, balki ularni sanoat katalizatorlarini o'chiruvchi uglerod qatlami bilan qoplashiga olib keladi va shu bilan ularning engilroq bo'lishiga to'sqinlik qiladi. Jeyms Richard Salj va uning hamkasblari shuni ko'rsatadiki, agar soya yog'i yoki biodizel issiq rodiy-seriy katalizatorlariga kislorod ishtirokidagi mayda tomchilar sifatida sepiladi, yoqilg'ilar o'z-o'zidan isishi va to'liq reaksiyaga kirishib, uglerod hosil bo'lmasdan va katalizatorni o'chirmasdan vodorod hosil qiladi. "[3]RFV: Triglitserid + O2 + Katalizator → Etilen + Propilen + CO2 + H2O + katalizatori

Jarayon soya yog'i triglitseridlari tarkibidagi atom vodorodining 70 foizini molekulyar H ga aylantirdi2va 60% atom uglerodidan uglerod oksidigacha Rh asosidagi katalizatorda alfa-alyuminiy oksidi bilan qo'llab-quvvatlanadigan seriy bilan.[4] Turli xil ish sharoitlarida jarayon etilen va propilenning katta miqdorini ishlab chiqarishi mumkin.[5]

Reaktiv chirog'ni volatilizatsiya qilishning birinchi namoyishi bir qator eksperimental qadamlar bilan sodir bo'ldi:[6]

  1. Tadqiqotchilar soya yog'i yoki qalin shakar siropi bilan boshlashadi.
  2. Reaktor yog 'yoki siropni naycha orqali mayda tomchilar shaklida purkash uchun ishlatiladigan avtomobil yoqilg'isi injektoridan iborat. Naychadagi vilka singari o'tirish - bu rodyum-seriy katalizatori materialidan tayyorlangan g'ovakli keramik disk.
  3. Tomchi tomchilar diskning yuzasi harorati 1000 ° S bo'lganida, issiqlik va kislorod yog 'yoki shakar molekulalarini parchalab tashlaydi.
  4. Katalizator parchalanishini suv bug'lari va uglerodga emas, balki syngalar ishlab chiqarishga yo'naltiradi.
  5. Singalar g'ovakli diskdan o'tadi va naychaning pastki qismida to'planadi.
  6. Tashqi isitishning hojati yo'q, chunki kimyoviy reaktsiyalar yog 'yoki shakar molekulalarini parchalanishi uchun etarli miqdorda issiqlik chiqaradi.

Issiqlikning dastlabki ta'minoti 300 ° S haroratga erishish uchun kerak bo'ladi, undan keyin reaksiya boshlanadi yoki "o'chadi" va tezda 700-800 ° S haroratgacha ko'tariladi. Barqaror sharoitda reaksiya yuqori haroratni va nihoyatda tez kimyoviy moddalarni ushlab turish uchun etarli issiqlik hosil qiladi.[7] Og'ir, uchuvchan bo'lmagan birikmalarni uchuvchan yoki gazsimon turlarga o'tkazish uchun umumiy vaqt millisekundlarda (yoki soniyaning mingdan bir qismida) sodir bo'ladi. [4]

Qattiq biomassaga dastur

RFV reaktori profili.jpg

Qattiq zarrachalardan tashkil topgan reaktiv chaqnash uchuvchanligi tsellyuloza, kraxmal, lignin, Quaking Aspen (Populus tremuloidlari ) yog'och chiplari va polietilen 2007 yilda ilmiy jurnalda namoyish etilgan Angewandte Chemie.[8] Tsellyuloza zarralari butunlay aylantirildi syngalar (H2 va CO) va yonish mahsulotlari (H2O va CO2) 30 millisekunddan ozroq vaqt ichida. Katalitik isloh qilish barcha materiallarning tashqi issiqlik manbai talab qilinmasdan 500-900 ° S da ishlaganda sodir bo'ldi. Optimal sharoitda barcha atom vodorodning 50% va barcha uglerodning 50% molekulyar H ga aylanishi mumkin2 va uglerod oksidi 30 millisekundadan kam vaqt ichida. Reaksiya kimyosi Rh-Ce / alumina oksidli katalizatorda ham, Ni-Ce / alyuminiy oksidli katalizatorda ham namoyish etildi.[8]

Ilmiy jurnaldagi nashr Yashil kimyo reaktiv chirog'ni volatilizatsiya qilish jarayonini termal va kimyoviy integratsiya natijasida yuzaga keladigan boshqa bir qancha global kimyoviy moddalarning kombinatsiyasi deb hisoblash mumkinligini namoyish etdi.[9] O'ngdagi diagrammada ko'rsatilgandek, dastlabki piroliz kimyosi biomassa zarrasi (yashil) issiq katalizator (to'q sariq) bilan jismonan aloqa qilganda paydo bo'ladi. Uchuvchi organik birikmalar (VOC) katalizatorga kislorod bilan oqadi, Rh atomlariga adsorbsiyalanadi va reaksiya natijasida yonish mahsulotlari hosil bo'ladi (H2O va CO2) va syngalar (H2 va CO). Ushbu dastlabki kimyo so'ng, uchta asosiy global reaktsiyalar paydo bo'ladi. Yonish mahsulotlari sinngalar bilan katalitik reaksiyaga kirishadi suv-gaz siljish reaktsiyasi. Shuningdek, uchuvchi organik moddalar katalitik ravishda bug 'bilan reaksiyaga kirishadi (H2O) yangi yonish mahsulotlarini va singalarni hosil qilish uchun. Va nihoyat, uchuvchi organikalar kichik fazali organiklarni hosil qilish uchun gaz fazasida bir jinsli yorilib ketishi mumkin.[8]

The ish harorati katalizator uzunligida turlicha ekanligi isbotlangan, shu bilan birga biomassa-kislorod nisbatining kuchli funktsiyasi hisoblanadi. Eksperimental tekshiruv shuni ko'rsatdiki, termal sinish biomassasi uchun zarur bo'lgan issiqlik katalizator qatlamida sirt oksidlanish reaktsiyalari natijasida hosil bo'lgan. Muvozanat holatida uglerod hosil bo'lishining oldini olish uchun harorat profili (va reaktsiya harorati) nihoyatda muhim ekanligi ko'rsatilgan.[9] Juda tez konversiya yuqori ish harorati bilan bog'liq, ammo tsellyulozani qayta ishlashning maksimal darajasi aniqlanmagan.[10] Ammo uchuvchan organik birikmalarning katalitik qisman oksidlanishi shuni ko'rsatdiki, to'liq konversiya 10 millisekunddan kamroq vaqt ichida sodir bo'lishi mumkin.[11]

Adabiyotlar

  1. ^ Van Noorden, Richard (2006-11-02). "Qanday qilib biomassadan foydalanish yaxshiroq?". Kimyo olami. Qirollik kimyo jamiyati.
  2. ^ Salge, JR; Dreyer, BJ; Daenhauer, PJ; Shmidt, LD (2006). "Qayta tiklanadigan yonilg'idan qayta tiklanadigan vodorod, reaktiv chaqnash bilan volatilizatsiya". Ilm-fan. 314 (5800): 801–804. Bibcode:2006 yil ... 314..801S. doi:10.1126 / science.1131244. PMID  17082454. S2CID  24891756.
  3. ^ Bitterman, Mark (2006-11-07). "O'simlik yog'i yoki yadro bo'linishi". Cleantech blogi. Cleantech.org. Arxivlandi asl nusxasi 2012-07-22.
  4. ^ Geyts, Bryus S.; Jorj V. Xuber; Kristofer L. Marshal; Filipp N. Ross; Jeffri Siirola; Yong Vang (2008 yil aprel). "Rivojlanayotgan energiya qo'llanmalari katalizatorlari". MRS byulleteni. 33 (4): 429–435. doi:10.1557 / mrs2008.85.
  5. ^ AQSh arizasi 20080237542, Lanny D. Shmidt, Pol J. Dauenhauer, Bradon J. Dreyer, Jeyms R. Salj, Devid Rennard, "Suyuq yoqilg'ining reaktiv chaqnashishi" 
  6. ^ "Fleshli volatilizatsiya: biomassadan suyuqlikgacha bo'lgan yangi jarayon". Biopakt. 2006-11-04.
  7. ^ Curtin, Ciara (2006-11-03). "Bioyoqilg'i kashfiyoti tabiiy gazga qaramlikni tugatishga va'da bermoqda". Ilmiy Amerika.
  8. ^ a b v Dauenhauer, Pol J.; Dreyer, Bradon J.; Degenshteyn, Nik J.; Shmidt, Lanny D. (2007). "Barqaror yoqilg'i uchun qattiq biomassani millisekundda isloh qilish". Angewandte Chemie International Edition. 46 (31): 5864–7. CiteSeerX  10.1.1.614.932. doi:10.1002 / ange.200701238. PMID  17610233.
  9. ^ a b Kolbi, Joshua L.; Pol J. Dauenhauer; Lanny D. Shmidt (2008). "Sintetik yoqilg'ilar uchun tsellyulozani reaktiv fleshli volatilizatsiya qilish yo'li bilan millisekundlik avtotermik bug 'isloh qilish". Yashil kimyo. 10 (7): 773–783. CiteSeerX  10.1.1.1007.860. doi:10.1039 / b804691c.
  10. ^ Jorj V. Xuber, tahrir. (2008). "Lignosellulozik bioyoqilg'ining kimyoviy va muhandislik to'siqlarini buzish: keyingi avlod uglevodorodli biorefineries" (PDF). Milliy Ilmiy Jamg'arma. Iqtibos jurnali talab qiladi | jurnal = (Yordam bering)
  11. ^ Daenhauer, P .; Salge, J .; Shmidt, L. (2006). "Uchuvchi uglevodlarni avtotermik bug 'isloh qilish yo'li bilan qayta tiklanadigan vodorod". Kataliz jurnali. 24 (2): 238. doi:10.1016 / j.jcat.2006.09.011.

Tashqi havolalar