Upload
others
View
5
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Uppgradering av HTL-bioolja
Martin Hedberg, RISE KPL 2020-09-07
Conversion of Lignocellulosic Feedstocks to (Hydrocarbon) Transport Fuels – some General Aspects
=
Overall task:
Cellulose
Hemicellulose
( )
Lignin
O
+ Extractives
Strategy: Fractionation/
depolymerization followed by
formulation and hydrotreatment
Strategy: Thermochemical
conversion followed by
formulation and hydrotreatment
Thermo-chemical bio-oil or
suspension formulation
H2
Differenthydro-
treatment techniques
-H2O
Hydrocarbonproduct
Recent publication: Corefining of Fast Pyrolysis Bio-Oil with Vacuum Residue and Vacuum Gas Oil in a Continuous Slurry upgrading Process , Energy and Fuels 2020, 34, 8452-8465
▪ HTL-oljorna har analyserats med valda tekniker (NMR, GC-MS, elementaranalys, spårämnesanalys etc) för bestämning av främst dominerande ämnesklasser, förekomsten av olefiner, aromater etc
▪ Stökiometrier och parametrar för vätebehandlingsförsök har satts utifrån analysdata
▪ Vätebehandlingsförsök utfördes för beredda matningar i närvaro av valda katalysatorer
▪ Produkterna har analyserats med diverse tekniker för noggrann karakterisering och har i vissa fall uppgraderats vidare med FCC
Från HTL-olja till kolvätekomponenter
HTLKatalytiskhydrogenering
+ H2O
Biomassa
Ev FCCoch/ellerfraktionering
Strategier för att uppnå högt biokolinnehåll
Strategi 1: Använda 100% förnyelsebara råvaror i matningen
• Utmaningar: Tillgänglighet, kemisk sammansättning och fysikaliska egenskaper hos de förnyelsebara råvarorna
Strategi 2: Utgå från förnyelsebar råvara med fossil co-feed och recirkulera produkten
• Låg initial inblandning av förnyelsebar råvara kombineras med upprepad återcirkulering av produkten från vätgasbehandlingen och upprepad tillsats av förnyelsebar råvara.
• Denna strategi skulle också kunna fungera för en förnyelsebar co-feed med begränsadtillgänglighet.
Conversion of Lignocellulosic Feedstocks to (Hydrocarbon) Transport Fuels –Hydrotreatment Upgrading in Batch and Flow Mode
H2
- H2O
H+
Stepwise hydrodeoxygenation: phenols1
DDO-route
Hydrogenation route+ 2 H2
1. V. O. O. Goncalves et al. Catal. Lett. 2016, 146, 1562. DOI 10.1007/s10562-016-1787-5
Slurry catalyst (fine particles)
Supported fixed bed catalystFormulations
and/or
H2
Batch autoclave
Fixed bed tube reactor
H2
6
Conversion of Lignocellulosic Feedstocks to (Hydrocarbon) Transport Fuels – Feed Formulation for Upgrading
Crude hydrocarbonmixture
Kraft or other ligninsHigh oxygen content
Formulation
Suspension with co-feeds
Slurryupgrading
+
Oxygen in biomassforms water asseparate phase
Hydro-finishing
(fixed bed)
Hydrocarbonmixtures
H2
Pyrolysisor HTL
Complex bio-oilshaving different properties
(Whole) biomassVery high oxygen content
Suspension/dispersion with co-feeds
Liquid-liquid dispersion
H2Crude hydrocarbon
mixture
Fixed-bed plug flow directhydrotreatment/-cracking
Hydro-finishing
(fixed bed)
H2
H2
H2
Slurryupgrading
Conversion of Lignocellulosic Feedstocks to (Hydrocarbon) Transport Fuels –Hydrotreatment Upgrading in Batch and Flow Mode (cont.)
Batch modehydrotreating (initial testing)
Fluid catalytic cracking
Bio-oil
Fossil and/or renewableco-feed
Fixed bed hydrotreating
Route with hydrogen
Route without hydrogen
Slurry upgrading (continuous mode)
Chemicals or fuelsdepending on orderof unit operations
Hydrocarbonmixtures
Uppgradering av HTL-oljor tillkolväten
Proton-NMR Gasfas-analysmed mikro-GC
Kokpunktskurva TGA
Väte, kolmonoxid,metan, koldioxid,gasformiga alkanser
Slutsatser• HTL-oljorna delar en del problem med andra biooljor i form av deras fysikalkemiska egenskaper
(bl a dålig/ obefintlig blandbarhet med de flesta aktuella vätskeformiga co-feeds) – slurry-
uppgradering framstår som en naturlig processlösning
• Generellt höga viktutbyten av kolväteprodukt efter vätebehandling
• Produkterna har låg syrehalt och kokpunktsintervall i diesel-range för samtliga co-feeds
- ytterligare hydrofinishing i befintlig raffinaderiutrustning ett sannolikt behov och bör fungera
• FCC efter vätebehandling är intressant för att styra molekylstorlekar och potentiellt öka mängden
drivmedelsprodukt genom att kracka ner mängden tung fraktion i produkten
• Aspekter som katalysatordeaktivering och generell vidare processoptimering kräver ytterligare
arbete framåt med sikte förmodligen på en kombination av slurry-uppgradering och en avslutande
”konventionell” vätebehandling (s k hydrofinishing) för att produkterna ska kunna användas i
färdiga drivmedel
• Basoljeprodukter kan vara ett intressant produktsegment utöver drivmedel
• Liksom för andra teknikspår som jobbar med vätebehandling så är en nyckelfråga tillgången
på förnyelsebar vätgas