Die Autoren danken Melanie Frank, Pia Griesheimer, Jessica Henrich, Petra Janke, Jessica Maier und Norbert Sickinger für technische und analytische Unterstützung dieser Arbeit. Die finanzielle Unterstützung im Rahmen des BioBoost Projekt zur Verfügung gestellt wird sehr anerkannt. BioBoost ist ein europäisches Forschungs- und Entwicklungsprojekt mitfinanziert unter Vertrag 282.873 innerhalb des Siebten Rahmenprogramms der Europäischen Kommission (www.bioboost.eu).

1. Inbetriebnahme <ol><li> Aktivieren Sie die gesamte Pyrolyse und Kondensationssystem durch die Hilfs N 2 Versorgung und die Pyrolyse Gasgebläse zu starten. Spülen Sie das Pyrolyse - Prüfstand mit 500 L h -1 von Stickstoff im Standby - Modus. Regeln die Lüfter durch den Lüfter-Menü in der Prozesssteuerung Öffnen und Einstellen seiner Nennvolumenstrom, so dass der Druck im Reaktor 3-8 mbar über dem Umgebungsdruck liegt. Achtung: Vor allem bei der Inbetriebnahme, besteht ein erhöhtes Risiko für Aufbau von explosionsfähigen Atmosphären. Das System muss vollständig inert sein, um dieses Risiko zu mindern. </li><li> Füllen Sie das Bioöl Zyklus (dh organische reiche Kondensat) mit einer geeigneten Menge an Ethylenglykol als Startmedium für das Abschrecksystem sicheren Betrieb der Pumpe und Homogenisator zu ermöglichen (beispielsweise 15 kg in dem gegebenen Beispiel). Das Gewicht des Ausgangsmaterials. </li><li> Füllen Sie das wässrige Kondensat Zyklus mit einem geeigneten amount Wasser sicheren Betrieb der Pumpe zu ermöglichen (beispielsweise 7 kg in dem gegebenen Beispiel). Das Gewicht des Ausgangsmaterials. </li><li> Erhitzen Sie das System, einschließlich der Wärmeträgerheizung und alle Zusatzheizungen, durch ihre Menüs in der Prozesssteuerung zu öffnen und die gewünschten Werte eingeben (zB etwa 500 ° C). Zusatzheizung für den Reaktor selbst empfohlen, und die Verbindungsrohre bis zum ersten Kondensator, um unkontrollierte Kondensation von Dämpfen zu verhindern. </li><li> Starten Sie den Kühlkreislauf für die Wärmetauscher in beiden Kondensationszyklen durch auf dem Kühler umgeschaltet wird. </li><li> Starten Sie die Pumpen beider Kondensationszyklen durch ihre Menüs in der Prozesssteuerung zu öffnen und klicken Sie dann auf Aktivieren. Verwenden Sie die gleichen Menüs den Massenstrom einzustellen genug Kühlleistung zur Verfügung zu stellen. Zum Beispiel rezirkulieren das Bioöl mit einer Rate von etwa 350 kg h -1 und abkühlen auf 80 ° C ab , bevor es in die Löschbehälter gesprüht wird . Umwälzen die wässrige condensate mit einer Rate von etwa 600 kg h -1 und, zusätzlich, Kühlspeisewasser mit einer Rate von 300 kg h -1 bei 8 ° C. </li><li> Schalten Sie den Elektrofilter. </li><li> Nachdem beide Kondensationszyklen für 10-20 min laufen, prüfen Sie die Düsen des Löschsystem für die Sperrung und jede Blockade vorhanden. </li><li> Starten Sie den Wärmeträgerschleife durch das Menü der Becheröffnung und der Wärmeträgerförderschnecke in der Prozesssteuerung und klicken Sie dann auf Aktivieren. Stellen Sie die Wärmeträgertemperatur auf einen Wert oberhalb der gewünschten Reaktortemperatur, um einen reibungsloseren Start durch Abrechnung der Wärmebedarf für die Pyrolyse-Reaktion zu ermöglichen. Zum Beispiel liefern die Wärmeträger mit einem Massenstrom von 1,000 kg h -1 bei einer Temperatur von 520 ° C während des Betriebs, aber Wärme auf 545 ° C , bevor die Biomasse - Feed gestartet wird . Achtung: Stellen Sie sicher, dass die Doppelschnecken des Reaktors automatisch, sobald die Wärmeträger Fütterung gestartetSchraube aktiviert wird. Anderenfalls besteht die Gefahr des Blockierens und sogar eine Beschädigung des Fütterungssystems. </li><li> Nachdem das System (dh alle Temperaturen) hat die eingestellten Werte erreicht, beginnen Biomasse Fütterung durch die Biomasse - Speicher mit dem gewünschten Einsatzmaterial zu füllen. Anschließend öffnen Sie den Trichter Schloss und die Biomasse Förderschnecke starten, indem Sie in der Prozesssteuerung in ihren Menüs auf activate klicken. Erhöhen Sie langsam die Vorschubgeschwindigkeit, um einen übermäßigen Druckschwankungen zu verhindern. </li></ol> 2. Schritte und Beobachtungen während des Betriebs kontinuierlich Erforderliche <ol><li> Notieren Sie sich die Menge an Biomasse zugeführt, um für den Ausgleich zu berücksichtigen und entsprechende Proben nehmen. </li><li> Check für die gewünschte Reaktortemperatur (Austrittstemperatur des Wärmeträgers) und regulieren somit die Erwärmung des Wärmeträgerschleife. </li><li> Regulieren Sie den Lüfter durch seine Nennvolumenstrom Einstellung des gewünschten Reaktordruck zu halten. </li><li> Prüfen Sie, ob in den Düsen blockiertdes Löschsystems (Rückgang der Massenstrom und / oder Erhöhung der Abschrecktemperatur). </li><li> Beachten Sie den Druckabfall über die Zyklone und das Löschsystem, um früh genug übermäßige Skalierung zu erkennen. Installieren, geeignete Maßnahmen zu können übermäßige Skalierung während des Betriebs zu entfernen, insbesondere an der Stelle des ersten Temperaturabfall der Pyrolysedämpfe (normalerweise der Einlaß des Quenching-System). <ol><li> Zum Beispiel, reinigen Sie den Querschnitt des Rohres durch eine Stange mit mechanisch zu entfernen Skalierung. Verschließen Sie die Stange mit einer Dichtung Ansaugen von Luft in die Löschsystem zu verhindern. Installieren eines Kugelventil an der Eintrittsstelle des Stabes weiteren Luftleckage zu verringern, wenn die Reinigung nicht in Betrieb ist. Achtung: Reinigen des Einlasses des Abschrecksystem durch eine Stange Einführen führt zu vorübergehenden Blockierung der Gasentfernung aus dem Reaktor. Biomasse Fütterung muss gestoppt werden, wenn er nicht sicher sein kann, dass die Reinigungs in durchgeführt wird &lt;10 sec. </li></ol></li><li> Überwachen Sie die Kondensationstemperaturen beider Kondensationszyklen und passen die Temperatur-Sollwerte der Prozessthermostate, falls erforderlich. </li><li> Entfernen von Kondensat aus Zyklen, sobald 80% der maximal zulässigen Füllhöhe (abhängig von der Größe der Puffertanks und der Menge und Art der Biomasse zugeführt wird) erreicht ist. </li><li> Führen Messungen der Gasphase. Messen Sie die Menge an Gas sowie seine Zusammensetzung (siehe Details in Schritt 4.5). HINWEIS: Primäre gasförmigen Verbindungen umfassen N 2, CO, CO 2, CH 4, O 2 und H 2. Zusätzliche Verbindungen zu erwarten, wie beispielsweise C 2 H 4, C 2 H 6 und C 3 H 8. Ein Beispiel für ein Messsystem Gas wird im folgenden beschrieben (siehe Schritt 4.5). Achtung: Wenn Teile der Pyrolyseanlage unter Druck betrieben wird, ein Austreten von Luft zur Entwicklung einer explosionsfähigen Atmosphäre führen kann. Es ist sehr eng empfohlen, OBdie Menge an Sauerstoff in dem Pyrolysegas dienen. </li></ol> 3. Shutdown <ol><li> Um das Experiment zu stoppen, schalten Sie einfach die Biomasse-Feed und regulieren den Lüfter halten den gewünschten Reaktordruck. </li><li> Das System kann (Wärmeträgerschleife und Kondensationszyklen) für eine weitere 30-40 min zu laufen, um sicherzustellen, daß alle Reste pyrolysiert und die Produkte gewonnen. </li><li> Schalten Sie die Heizung des Wärmeträgerschleife ab. </li><li> Stellen Sie die Pumpen sowohl Kondensationszyklen und Elektrofilter ab. </li><li> Leere sowohl Kondensat Zyklen und notieren das Gewicht jedes Kondensat. Ziehen Sie den Wert des Ausgangsmaterials (siehe Schritte 1.2 und 1.3), bevor die Salden einrichten. </li><li> Lassen Sie die Behälter für char Sammlung in einer inerten Atmosphäre auf Raumtemperatur abkühlen lassen. Wiegen Sie die Menge von Zeichen. Achtung: Das Zeichen kann pyrophore Eigenschaften aufweisen und spezifische sollte darauf geachtet werden, wenn der Handhabung dieses Materials. </li><li> Clean die Bio-Öl-Zyklus mit frischem Ethylenglykol und der wäßrigen Kondensats Zyklus mit einem 1: 1 Gemisch aus Wasser und Ethanol. Füllen Sie mit entsprechenden Mengen (siehe Schritte 1.2 und 1.3) und ermöglichen 30-40 min zu laufen. </li></ol> 4. Erforderliche Analysen für Einrichten &quot;Dry&quot; und &quot;Elemental Carbon Balances <ol><li> Führen Sie die folgenden Ausgangsmaterial Analysen (Beispiele für geltenden Normen in Klammern angegeben): <ol><li> Bestimmen Sie den Wassergehalt 17. </li><li> Der Aschegehalt 18. </li><li> Bestimmung der elementaren Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoffgehalt 19. HINWEIS: Es wird dringend empfohlen, den Wassergehalt jeder experimentellen Tag zu analysieren, da Unterschiede in Wetterbedingungen könnten den Feuchtigkeitsgehalt des Ausgangsmaterials beeinflussen. Je nach Größe der Partie werden mehrere Proben erforderlich, um zuverlässig das Einsatzmaterial zu charakterisieren. Zusätzliche Analysen wie Faseranalyse und höheren Heizwert sindempfohlen, ist aber nicht zwingend für die Einstellung der oben genannten Guthaben auf. </li></ol></li><li> Führen Sie die folgenden Zeichen Pulver Analysen (Beispiele für geltenden Normen in den Referenzen angegeben): <ol><li> Bestimmen Sie den Wassergehalt 17. </li><li> Der Aschegehalt 18. </li><li> Bestimmung der elementaren Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoffgehalt 19. HINWEIS: Es wird angenommen, dass char keinen Feuchtigkeitsgehalt hat, wenn für die Einrichtung der Salden den Prozess zu verlassen. Feuchtigkeitsaufnahme kann im Verlauf der Analyse auftreten, und der Wassergehalt wird für die Korrektur der anderen zwei Analysen erforderlich. </li></ol></li><li> Führen Sie die folgenden Bioöl Analysen (Beispiele für geltenden Normen oder anderen empfohlenen Methoden sind in Klammern angegeben): <ol><li> Bestimmen Sie den Wassergehalt durch volumetrische Karl-Fischer-Titration nach Standardprotokollen. Lösen einer Probe in trockenem Methanol und titriert es mit einer Mischung aus einer Base, SO 2Und eine bekannte Konzentration von I 2 (detaillierte Beispiele von Materialien sind in der Materialliste angegeben). Jedes Mol Wasser reagiert mit einem Mol I 2. </li><li> Bestimmung der Feststoffgehalt durch eine 3,040 g Probe des FPBO Einnahme und löst ihn in Methanol zu einem endgültigen Lösungsvolumen von etwa 100 ml. Rühren Sie die Lösung für 10 min bei Raumtemperatur. Filtern Sie die Lösung durch Zellulosefilter bei Partikelretention von 2,5 um und spülen Sie den Rückstand mit Methanol, bis ein klares Filtrat erhalten wird. Trocknet den festen Rückstand bei 105 ° C über Nacht und zu bestimmen, das Restgewicht. </li><li> Bestimmung der elementaren Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoffgehalt 19. </li><li> Bestimmung der Ethylenglykol - Gehalt von 1 H - NMR - Analyse nach Standardprotokollen. Man löst eine FPBO Probe in einer Lösung von deuteriertem Methanol mit 3- (Trimethylsilyl) propionsäure-2,2,3,3-d 4-Natriumsalz (TMSP) als Referenzmaterial (ungefähr 0,1g FPBO in 0,8 g-Lösung). Beispielsweise kann die Lösung 44 g Methanol und 0,1 g TMSP enthalten. Zentrifugieren Sie die gelöste Probe zu entfernen, um Feststoffe. Analysieren der Probe durch 1 H - Kernresonanzspektroskopie (NMR). Die Hydroxygruppen aus Ethylenglykol zeigen einen Peak bei 3,55 bis 3,65 ppm. Der Referenzspitze von TMSP erscheint um 0 ppm und verwendet wird, um den Gehalt an Ethylenglykol zu quantifizieren. Hinweis: Der Start-up mit reinem Ethylenglykol führt zu einer Verdünnung des Kondensats in dem ersten Kondensator. Dies muss bei der Berechnung der Massen- und Energiebilanzen und für die Darstellung der Ergebnisse berücksichtigt werden. Es ist höchst wünschenswert, einzelne chemische Verbindungen zu identifizieren. Solch ein analytisches Verfahren ist sehr komplex aufgrund der großen Anzahl von verschiedenen Verbindungen und der Art des Kondensats Matrix. Eine Beschreibung eines solchen Analysen ist außerhalb des Umfangs dieser Veröffentlichung. Es sollte auch darauf hingewiesen werden, dass die oben genannten Analysen nur für die Einrichtung erforderlich sind,Salden und sind zur Beschreibung der Bio-Öl als Produkt nicht ausreichend. Standards, die FPBO Anwendungen sind in Vorbereitung abdecken. </li></ol></li><li> Führen Sie die folgenden wässrigen Kondensats Analysen (Beispiele geltenden Normen in Klammern angegeben): <ol><li> Bestimmen Sie den Wassergehalt durch volumetrische Karl-Fischer-Titration (siehe 4.3.1). </li><li> Bestimmen Sie den gesamten organischen Kohlenstoff als nicht Flüchtiger Organischer Kohlenstoff 20. Hinweis: Der Start-up mit reinem Wasser führt zu einer Verdünnung des Kondensats in dem zweiten Kondensator. Dies muss bei der Berechnung der Massen- und Energiebilanzen und für die Darstellung der Ergebnisse berücksichtigt werden. </li></ol></li><li> Überwachen Sie die Gaszusammensetzung während des gesamten Experiments, weil Zusammensetzung mit der Zeit beträchtlich variiert. Zum Beispiel analysieren das Produktgas während der hier in einem Prozess-Gaschromatograph präsentiert Experimente alle 30-60 min. Analysieren Sie die folgenden Gasarten: Ne, H 2, CO, CO 2, N 2, O 2, CH 4, und Alkan / Alken - C 2 -C 5 Komponenten. <ol><li> Injizieren eines konstanten Gasfluss von Ne in den Reaktor als Referenz. Berechnen Sie die Masse jeder Gasspezies auf der Grundlage der Referenzvolumenstrom, die mittlere Gaszusammensetzungsverhältnis, der Dauer des Experiments, und die Dichte der Arten. Um den Wassergehalt des Pyrolysegases, um zu bestimmen, annehmen gesättigten Bedingungen an der Austrittstemperatur des letzten Kondensators. </li></ol></li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

Für alle Versuche Prozessbedingungen wie Größe des Ausgangsmaterials, Vorschubgeschwindigkeit, Druck, Reaktionstemperatur, Kondensationstemperaturen und Strömungsgeschwindigkeiten von sowohl dem Wärmeträger und dem Kondensatkreislauf waren die gleichen. Natürlich Variationen innerhalb definierter Grenzen können nicht vermieden werden. Für eine Testanlage wie beispielsweise die Prozessentwicklungseinheit präsentierten, die akzeptablen Bereiche der Fluktuation und der erforderlichen Betriebszeiten für reproduzierbare Experimente benötigen erfahrungs berechnet und / oder bestimmt werden. Zum Beispiel kann die Reaktortemperatur, die durch die Temperatur des Wärmeträgers angegeben verlässt den Reaktor wird mit einer Standardabweichung von 35 ° C über den gesamten Verlauf der Reaktion aus dem Reaktionsbeginn bei Voll Biomasse Kapazität mit der gesteuerten Stopp von Biomasse Fütterung (in der Regel ca. 4 h). Der Druck in dem Reaktor wird mit einer Standardabweichung von 300-500 Pa gesteuert. Peaks in Druck wahrscheinlich aufgrund auftreten flucschwankungen in Biomasse Fütterung. Es wird empfohlen, die Förderschnecke System an das Biomassenmaterial unter Berücksichtigung anzupassen, um auf solche Schwankungen zu minimieren und eine konstante Biomasse Fluss gewährleisten. Die Kondensationstemperatur in der ersten und zweiten Kondensatoren wurde bei einer Standardabweichung von 3 ° C und 1 ° C gehalten, respectively. Es sei an dieser Stelle angemerkt werden, dass alle dargestellten Experimente am gleichen Reaktortemperatur durchgeführt wurden (500 ° C). Diese Temperatur reflektieren nicht unbedingt die optimale schnelle Pyrolyse Temperatur , die 22 für jeden spezifischen Einsatzmaterial vorhanden ist . Eine Variation der Reaktortemperatur auf eine optimierte Pyrolysetemperatur mit noch höheren organischen Ölerträge führen könnte. Die Wahl Methode der Ausgleich ist für die schnelle Pyrolyse von Biomasse nicht trivial, vor allem, wenn fraktionierten Kondensation Anwendung und wenn Biomasse mit hohem Aschegehalt verwendet wird. Drei verschiedene Arten von Balancing wurden im vorherigen Abschnitt vorgestellt. Melden der Ausbeuten von Produktfraktionen auf einer &quot;wie erhalten&quot; -Basis ist vorteilhaft für praktische Überlegungen wie die Gestaltung von Apparaten und Lagerkapazitäten, wie es die tatsächliche Produktverteilung berichtet erwarten. Jedoch werden diese Werte durch die Wasser- und Aschegehalt des Beschickungsmaterials verdeckt. Speziell für die Restbiomasse - zB Stroh, Forst- und Beschneiden Rückstände und biogene &quot;Abfall&quot; - das ist ein Problem , da diese Einsatzmaterialien eine breite Palette von Wasser und anorganischen Inhalt haben, siehe Tabelle 1. Die gemeinsame Ausgleichsverfahren für Biomasse Prozesse auf einer &quot;Trockenbasis&quot; ist in den meisten Fällen nützlich für Vergleiche zwischen verschiedenen Studien, da sie die Wirkung von verschiedenen Feuchtigkeitsgehalten des Beschickungsmaterials eliminiert. Es sollte jedoch darauf hingewiesen werden, daß diese berechneten Werte aus Experimenten mit einem spezifischen feuchten Beschickung nicht unbedingt reflect das Verhalten und die Ausbeuten dieses spezifischen Einsatzmaterial, wenn es durch physikalische vollständig getrocknet wurde, bedeutet das Experiment vor. Es ist bekannt , dass Feuchtigkeit die Ausbeute Verteilung der Pyrolyse betrifft 23 , und dies sollte im Auge behalten werden bei der Bewertung und &quot;trocken&quot; Salden zu vergleichen. Darüber hinaus sind Massenbilanzen auf einer &quot;Trockenbasis&quot; ungeeignet für Einsatzmaterialien mit hohem Aschegehalt, weil Mineralien in erster Linie in der Kohle am Ende und die Ergebnisse ähnlich wie bei der anfänglichen Feuchtigkeitsgehalt verschleiern. Ähnlich wie Wasser, beeinflussen Mineralien die tatsächliche Pyrolysereaktion Netzwerk, weil sie sekundäre Pyrolyse Reaktionen fördern, was zu höheren char führenden und unteren Bioöl Erträge. Solche Effekte können nur auf wissenschaftlicher Basis ausgewertet werden, wenn Salden für den Aschegehalt korrigiert werden. Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, ist durch Kohlenstoffbilanzen einrichten. Aus dem Vergleich von Figur 2 und Figur 4 ist erkennbar , daß die erhöhten Feststoff yie gesehen werdenld nach der Pyrolyse von Weizenstroh beobachtet im Vergleich zu Miscanthus ist nicht nur aufgrund von anorganischem Material, das mit dem char wiederhergestellt wird, sondern auch aufgrund einer erhöhten Anteil an organischen Feststoffe, die während des Prozesses gebildet wurden. Ein weiterer Vorteil des elementaren Kohlenstoffbilanzen ist das Schicksal von biogenem Kohlenstoff zu zeigen, das heißt, ihre Verteilung in den gewonnenen Produktfraktionen. Dies ist wichtig für die Bewertung von komplexeren Umwandlungskette - beispielsweise Pyrolyse, Vergasung, und die Synthese wie in dem Fall hier dargestellten - weil die biogenen Kohlenstoff sollte so effizient wie möglich eingesetzt werden. Eine der wichtigsten Aufgaben von Biomasse in einem zukünftigen Bioökonomie ist biogenen Kohlenstoff für eine breite Palette von Rohstoffen zu schaffen, so dass Kohlenstoff aus fossilen Ressourcen zu ersetzen. Das dargestellte Protokoll zur schnellen Pyrolyse in einem Doppelschnecken-Mischreaktor kann auf verschiedenen Skalen mit einigen Anpassungen realisiert werden. Tpräsentierte er bei einer Einheit mit einer Förderleistung von 10 kg h -1 ist ein gangbarer Kompromiss zwischen Betriebskomplexität und aussagekräftige Ergebnisse für das Prozessverhalten erwiesen. Es kann sowohl für unterschiedliche Arten von Biomasse und Optimierung von Prozessbedingungen Screening angewendet werden. eine spezifische Biomasse-Rohstoffe Testen ist von entscheidender Bedeutung, da bestimmte Beschickung Eigenschaften zu ungünstigen Prozessbetrieb führen könnte, wenn grobe feste Rückstände im Wärmeträgerkreislauf anreichern. Eine solche Akkumulation wurde für die Biomasse im Ergebnisteil dargestellt nicht beobachtet, aber es wurde sehr hart biogenem Material mit großer Partikelgröße (&gt; 1 mm), die die Anwendbarkeit des vorgestellten Verfahren beobachtet. Dieses Problem könnte mit einer anderen Gestaltung des Wärmeträgerschleife, beispielsweise durch pneumatischen Transport des Wärmeträgers mit gleichzeitiger Teilverbrennung verringert werden.

Die Nutzung von Biomasse als Alternative zu fossilen Kohlenstoffquellen wird immer wichtiger für die auf das Klima der Erde die Auswirkungen der gesellschaftlichen Aktivität zu reduzieren. Es gibt andere erneuerbare Energiequellen wie Wind und Sonne, sondern Biomasse ist die einzige erneuerbare Kohlenstoffquelle auf dem Laufenden. Folglich ist die effizienteste Nutzung von Biomasse in der Produktion von Chemikalien und Spezial flüssigen Brennstoffen. Restbiomasse sollte verwendet werden, um den Wettbewerb zwischen den Futtermitteln, Lebensmitteln zu reduzieren und Chemikalien / Kraftstoff-Produktion. Diese Rückstände haben oft niedriger Schüttdichte und damit eine logistische Herausforderung für Anwendungen im industriellen Maßstab vor. Um diesen Herausforderungen zu begegnen, die bioliq Konzept wurde am Karlsruher Institut für Technologie 1 entwickelt. Es verfügt über einen dezentralen ersten Schritt Restbiomasse in eine Energie dichte Zwischen (Bioslurry), eine anschließende Umwandlung in einer zentralen Vergasungsanlage zur Umwandlung in SyntheseGas und einem letzten Synthese zu dem gewünschten Produkt (en). Die Vergasung und Syntheseeinheit kann von der erforderlichen industriellen Maßstab an der gleichen Stelle ausgebildet sein kommerziellen Betrieb zu erreichen. Das Konzept ermöglicht unterschiedliche Produkte, angefangen von Drop-in Kraftstoffen spezialisierten Kraftstoffadditive und Massenchemikalien 2-5. Dieser Beitrag stellt den ersten Schritt, bei dem schnellen Pyrolyse verwendet wird Restbiomasse zu dem Zwischen Bioslurry zu konvertieren. Schnelle Pyrolyse wird durch schnelles Erhitzen der Biomasse in einer inerten Atmosphäre auf eine Reaktionstemperatur von typischerweise 450-500 ° C bei einer Verweilzeit der erzeugten Pyrolysedämpfe von &lt;2 sec 6 gekennzeichnet. Am häufigsten werden Wirbelschichtreaktoren zur Durchführung einer schnellen Pyrolyse verwendet , aber es existieren auch verschiedene Reaktortypen speziell angepaßt Reaktionsbedingungen 7 optimieren. Die Arbeit im Folgenden dargestellt wurde mit einem Doppelschneckemischreaktor durchgeführt. Es stellt eine robuste Technologie, die bereits Biene hatn angewandt in industriellem Maßstab für die Pyrolyse von Kohle und im Pilotmaßstab für Ölsand - 8. Der Zweck der Doppelschnecken-Mischreaktor ist es, die feste Biomasse Einsatzmaterial mit einem festen, vorgewärmte Wärmeträger zu mischen. Bedürfnisse werden gründlich genug, um Mischen der Erwärmungsrate zu erreichen, die für die Umwandlung der Biomasse unter Schnellpyrolyse Bedingungen notwendig ist. Zusätzlich muss die Größe sowohl der Biomasse und Wärmeträgerpartikel zu klein, um einen hohen Wärmeübertragungskoeffizienten und eine kurze Partikel Heizperiode zu erreichen. Am Institut für Katalyseforschung und Technologie (IKFT) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), ein Prozess Entwicklungseinheit mit einem Biomassekapazität von 10 kg h -1 ist seit mehr als einem Jahrzehnt in Betrieb. Es verwendet Stahlkugeln als Wärmeträger, der im Inneren mit einem Becherwerk zurückgeführt wird und wieder erwärmt mit einer elektrischen Heizung. Sein Hauptzweck war die Untersuchung von aunique Produkt - Recovery - Technologie, die für die Verwendung des Produkts in einem Vergaser und die Validierung ihrer Eignung für eine breite Palette von Rohstoffen 9-11 angepasst wurde. Eine größere Pilotanlage wurde parallel zu diesen Studien mit einem Biomassekapazität von 500 kg h -1, die seit fünf Jahren in Betrieb ist gebaut worden. Es nutzt Sand als Wärmeträger, der von einem Heißgaslift pneumatisch rezirkuliert wird und zusätzlich durch teilweise Verbrennung von mitgeführten Kohleteilchen 1,12 erhitzt. Die folgende Beschreibung der experimentellen Methode basiert auf der kleineren Prozessentwicklungseinheit basiert nach seinem Produktgewinnungsabschnitt besser renoviert wurde , um die Pilotanlage Design 13 ähneln. Ein Ablaufschema dieser Versuchsaufbau ist in Figur 1 veranschaulicht. Es ist wichtig, dass die Produktanforderungen für die schnelle Pyrolyse Bio-Öl (FPBO) für den Einsatz in Vergasern verschiedenen für konventionelle FPB entwickelt, um diejenigen sind zu beachtenO, das ist in der Regel für die direkte Kraftstoffanwendungen 14 vorgesehen. Am wichtigsten ist, der Feststoffgehalt des FPBO muss nicht sehr niedrig sein. In der Tat ist es wünschenswert, die FPBO mit der aus dem Umwandlungsprozess, um die Menge von Kohlenstoff für Vergasung und anschließende Synthese von Drop-in Brennstoffen zur Verfügung zu erhöhen erhalten char hergestellt zu mischen. Diese Tatsachen sind wichtig für das Verständnis der Unterschiede in der Gestaltung des Versuchsaufbaus hier vorgestellten und schnelle Pyrolyse Experimente an anderer Stelle veröffentlicht. Ein weiterer wichtiger Unterschied ist die Tatsache, dass die Umwandlung von Biomasse-Konzept untersuchten speziell für landwirtschaftliche Rückstände wie Weizenstroh entworfen wurde. Typischerweise enthält diese Art von Einsatzmaterial einen hohen Anteil an Asche. Ash ist bekannt, dass die Produktverteilung der schnellen Pyrolyse wesentlich zu beeinflussen. Es führt zu einer Abnahme des organischen Kondensats (OC) und eine Erhöhung der sowohl feste und gasförmige Produkte 10,15,16. Diese Tatsachen werden berücksichtigtsowohl in der Gestaltung des Versuchsaufbaus hier und die Gesamtprozesskette dargestellt. Die meisten Industrieanlagen laufen auf Holz mit niedrigen Aschegehalt und einfach brennen die intern Feststoffe. Dies führt zu einer zusätzlichen Erzeugung von Wärme für die äußere Anwendung. Bei Einsatzmaterialien mit hohem Aschegehalt verwendet, Saibling ist ein bedeutendes Nebenprodukt , das 13 effizient genutzt werden sollte.

<table><tbody><tr><td>Wheat straw</td><td>D&amp;ouml;rrmann Kraichtal-M&amp;uuml;nzesheim</td><td>n/a</td><td>&lt;em&gt;Triticum aestivum L.&lt;/em&gt;</td></tr><tr><td>Scrap wood</td><td>Rettenmeier Holding AG</td><td>n/a</td><td>According to class A2 of the German scrap wood decree (AltholzV &amp;sect;2): glued, coated, painted, or otherwise treated scrap wood without organic halogen compounds and wood preservatives</td></tr><tr><td>Miscanthus</td><td>Hotel-Heizungsbau Kraichgau-Odenwald</td><td>n/a</td><td>&lt;em&gt;Miscanthus x giganteus&lt;/em&gt;</td></tr><tr><td>Ethylene glycol</td><td>H&amp;auml;ffner GmbH &amp;amp; Co KG</td><td>1042090220600</td><td></td></tr><tr><td>Ethanol</td><td>H&amp;auml;ffner GmbH &amp;amp; Co KG</td><td>1026800150600</td><td>Grade 99.9%</td></tr><tr><td>Nitrogen</td><td>KIT</td><td>n/a</td><td>Supplied by internal nitrogen pressure system.</td></tr><tr><td>Pyrolysis test rig</td><td>self-built</td><td>n/a</td><td>Flow scheme is illustrated in manuscript.</td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;Name&lt;/strong&gt;</td><td>&lt;strong&gt;Company&lt;/strong&gt;</td><td>&lt;strong&gt;Catalog Number&lt;/strong&gt;</td><td>&lt;strong&gt;Comments&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;Analyses:&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Gas chromatograph Daniel 700</td><td>Emerson Process Management</td><td>n/a</td><td>Designed for this specific application by Emerson; two 20% SF 96 columns, two HAYESEP N columns, and one MS-5A washed column; carrier gas is helium</td></tr><tr><td>Helium</td><td>Air Liquide</td><td>P0252L50R2A001</td><td>Grade 6.0</td></tr><tr><td>Gas mixture for calibration</td><td>basi Sch&amp;ouml;berl GmbH &amp;amp; Co. KG</td><td>FG 10002</td><td>Specified gas composition: 5% Ne, 2% O&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;, 20% CO, 30% CO&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;, 5% CH&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;, 5% H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;, 2% C&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;H&lt;sub&gt;6&lt;/sub&gt;, 0.5% C&lt;sub&gt;3&lt;/sub&gt;H&lt;sub&gt;8&lt;/sub&gt;, 0.5% C&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;H&lt;sub&gt;10&lt;/sub&gt;, 0.5% C&lt;sub&gt;5&lt;/sub&gt;H&lt;sub&gt;12&lt;/sub&gt;, remainder N&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;.</td></tr><tr><td>Neon</td><td>Air Liquide</td><td>P0890S10R2A001</td><td>Grade 4.0; used as fixed reference gas flow; not necessarily required and is only given as an example for quantifying the pyrolysis gas flow.</td></tr><tr><td>Elementaranalysator CHN628</td><td>Leco Instrumente GmbH</td><td>622-000-000</td><td></td></tr><tr><td>TGA701</td><td>Leco Instrumente GmbH</td><td>n/a</td><td></td></tr><tr><td>DIMATOC 2000</td><td>Dimatec</td><td>n/a</td><td></td></tr><tr><td>Hydranal methanol dry</td><td>Sigma Aldrich</td><td>34741</td><td></td></tr><tr><td>Hydranal composite V</td><td>Sigma Aldrich</td><td>34805</td><td></td></tr><tr><td>841 Titrando</td><td>Deutsche Metrohm GmbH &amp;amp; Co. KG</td><td>2.841.0010</td><td></td></tr><tr><td>774 Oven Sample Processor</td><td>Deutsche Metrohm GmbH &amp;amp; Co. KG</td><td>2.774.0010</td><td></td></tr><tr><td>800 Dosino</td><td>Deutsche Metrohm GmbH &amp;amp; Co. KG</td><td>2.800.0010</td><td></td></tr><tr><td>801 Stirrer</td><td>Deutsche Metrohm GmbH &amp;amp; Co. KG</td><td>2.801.0010</td><td></td></tr><tr><td>Methanol</td><td>Carl Roth GmbH &amp;amp; Co KG</td><td>83884</td><td>99% for synthesis</td></tr><tr><td>Whatman cellulose filter grade 42</td><td>Sigma Aldrich</td><td>WHA1442090</td><td></td></tr><tr><td>Methanol-D&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;</td><td>Sigma Aldrich</td><td>151947</td><td></td></tr><tr><td>3-(Trimethylsilyl)propionic-2,2,3,3-d&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt; acid sodium salt</td><td>Sigma Aldrich</td><td>269913</td><td></td></tr><tr><td>BZH&amp;nbsp;250&amp;nbsp;MHz</td><td>Bruker</td><td>n/a</td><td></td></tr></tbody></table>

fast pyrolysis of biomass residues in a twin-screw mixing reactor

Schnelle Pyrolyse wird zunehmend in kommerziellen Anlagen weltweit angewendet wird. Sie laufen ausschließlich auf holzige Biomasse, die mit der schnellen Pyrolyse günstige Eigenschaften für die Konvertierung hat. Um die Synergien der Nahrungsmittelproduktion und der energetischen und / oder stoffliche Nutzung von Biomasse zu erhöhen, ist es wünschenswert , Rückstände aus der landwirtschaftlichen Produktion, zum Beispiel Stroh zu nutzen. Das vorgestellte Verfahren eignet sich für die Umwandlung eines solchen Materials in industriellem Maßstab. Die wichtigsten Merkmale sind dargestellt und ein Beispiel für Massenbilanzen aus der Umwandlung mehrerer Biomasserückstände gegeben. Nach der Umwandlung wird fraktionierten Kondensation angewandt, um zwei Kondensate abzurufen - ein organisch-reiche und eine wässrige reichen ein. Diese Konstruktion verhindert, dass die Herstellung von schnellen Pyrolyse Bio-Öl, die Phasentrennung aufweist. Ein Zweiphasen Bioöl ist zu erwarten, aufgrund der typischerweise hohen Aschegehalt von Stroh Biomasse, die die Erzeugung von Reaktionswasser fördert währendUmwandlung. Sowohl fraktionierten Kondensation und die Nutzung von Biomasse mit hohem Aschegehalt verlangen eine sorgfältige Ansatz für Waagen zu etablieren. Nicht alle Arten von Waagen sind sinnvoll und vergleichbar mit anderen ergibt sich aus der Literatur. Verschiedene Ausgleichsmethoden dargestellt werden, und die Informationen, die von ihnen abgeleitet werden kann, wird diskutiert.

Verschiedene Arten von Biomasse wurden in der Pyrolyseanlage in IKFT / KIT mit dem aktuellen Setup erfolgreich pyrolysiert. Zum Beispiel können drei unterschiedliche Rohstoffe (Weizen Stroh, Miscanthus und Altholz) wurden verglichen, um ihre Eigenschaften und Ausbeuten nach der Pyrolyse in Bezug auf nach dem Verfahren beschrieben. Verschiedene Arten von Ausgleichsverfahren dargestellt und in Bezug auf ihre Anwendbarkeit auf aschereicher Einsatzmaterial diskutiert. Es ist wichtig zu beachten, dass die Salden berechnet wurden und zusammengefasst nach dem Stand der Aggregation jeder Fraktion. Die Bio-Öl in dem ersten Kondensator zurückgewonnen enthält noch Feststoffe, die nicht durch die Zyklone entfernt haben. Diese werden gesondert in den Salden gekennzeichnet. Zum Vergleich und zur statistischen Auswertung der Feststoffgehalt des Bioöl zu der char Fraktion aus den Zyklonen gewonnen wurde zugegeben. Auf einer &quot;wie erhalten&quot; Basis,der Feststoffausbeute, dh char über Zyklone und Saibling in der Bio-Öl gewonnen, liegt im Bereich von 14 bis 25 Gewichts-% für die untersuchten Einsatzmaterialien. Insgesamt Kondensat Erträge in den beiden Kondensatoren gewonnen reichen von 53 bis 66 Gewichts-%, während Gasausbeuten relativ ähnlich sind (rund 20%) für alle 3 Biomassen (siehe Abbildung 2). Diese &quot;wie erhalten&quot; Werte geben praktische Informationen über die tatsächliche Menge an Produktfraktionen in der schnellen Pyrolyse Anlagen dieser Art zu erwarten. Jedoch gesamten flüssigen organischen Ausbeuten in der Literatur am häufigsten auf einer Trockenbasis angegeben, dh ohne Berücksichtigung der Feuchtigkeit und des Reaktionswassers in dem Kondensat und in der Zufuhr. Der Vorteil dieser Art von Gleichgewicht ist, dass anfänglich vorhandenen Feuchtigkeit der Biomasse die Ergebnisse nicht beeinflussen. Dieser Feuchtigkeitsgehalt würde die Kondensatausbeute in einem &quot;wie erhalten&quot; b künstlich erhöhenalance. Aus Gründen der Vergleichbarkeit, Abbildung 3 zeigt organischen Ölausbeute und Reaktionswasser auf trockener Basis. In dieser Studie Anstieg organischen Ölerträge (35 - 46 - 50 Gewichts-%) mit abnehmender Aschegehalt (9,2 bis 2,7 - 1,5% nach Gewicht) der Einsatzstoffe Weizenstroh - Miscanthus - Altholz (siehe Tabelle 1). Dies steht im Einklang mit Beobachtungen aus anderen Studien 10,15,16. Ausbeuten an Reaktionswasser sind in einem vergleichsweise engen Bereich von 12 bis 14 Gew%. Massenbilanzen auf Trockenbasis sind immer noch direkt durch den Aschegehalt der Einsatzstoffe beeinflusst. Mineralien in der Biomasse enthaltenen Material wird künstlich erhöhen die Ausbeute an Feststoffen in den beiden &quot;wie erhalten&quot; und &quot;trocken&quot; Salden. Folglich wurden elementarem Kohlenstoffbilanzen bestimmt , da sie für die Beurteilung Unterschiede in thermochemischen Umwandlungsreaktionen von Biomasse besser geeignet erscheinen (siehe Abbildung 4 </strong&gt;). Es wird deutlich, dass der größere Teil der Kohlenstoff in der Bio-Öl (44-54% nach Gewicht) gewonnen wird und nur einem Massenanteil von 24-32% in fester Form als Pyrolysekohle. Über 16-19% des Gewichts des Kohlenstoff nicht in fester oder flüssiger Form gewonnen und verlässt die Anlage mit dem Pyrolysegas. In einer kommerziellen Anlage, würde dieses Gas aus Gründen der Energierückgewinnung in einem Verbrennungseinrichtung zurückgeführt werden. Einen Massenanteil von nur etwa 3-4% Kohlenstoff in dem wässrigen Kondensat gewonnen, das einen Wassergehalt von etwa 80 Gewichts-% aufweist. Dies bestätigt die Wirksamkeit des fraktionierten hier vorgestellten Kondensation Setup. <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td></td><td> Weizenstroh </td><td> Miscanthus </td><td> Altholz </td></tr><tr><td> Wasser, ar </td><td> 9.6 </td><td> 10.1 </td><td> 15.2 </td></tr><tr><td> Ash, d </td><td> 9.2 </td><td> 2.7 </td><td> 1.5 </td></tr><tr><td> Kohlenstoff, d </td><td> 46.1 </td><td> 48.6 </td><td> 49.8 </td></tr><tr><td> Wasserstoff, d </td><td> 5.7 </td><td> 5.9 </td><td> 6.1 </td></tr><tr><td> Stickstoff, d </td><td> &lt;0,5 </td><td> &lt;0,5 </td><td> &lt;0,5 </td></tr><tr><td colspan="4"> ar: wie erhalten, d: trockener Basis 21 </td></tr></tbody></table> Tabelle 1. Ausgewählte Eigenschaften der verschiedenen Einsatzstoffe verwendet werden. Alle Werte stellen Massenanteile (%). <img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/54395/54395fig1.jpg" /> Abbildung 1. Flussdiagramm des experimentellen Aufbaus. 1) Biomasse Lagerung. 2) Druckbehältersystem. 3) Biomasse Dosierung. 4) Doppelschnecken-Mischreaktor. 5) Becherwerk. 6) Heizung für Wärmeträger. 7) Cyclone für Feststoffentfernung. 8) Char Lagerung. 9) Spray Abschrecken. 10) Bio-ÖlLagertank. 11) Homogenisator und Pumpe. 12) Wärmetauscher zur Kühlung von rückgeführtem Kondensat. 13) Elektrofilter. 14) wässrigen Kondensats Speicher. 15) Pumpe für wässrige Kondensat Rückführung. 16) Wärmetauscher zur Kühlung von rückgeführtem Kondensat. 17) Kondensator für wässrige Kondensat. 18) Ventilator zum Entfernen von Gas / Dämpfe. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54395/54395fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier</a> , um <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54395/54395fig1large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/54395/54395fig2.jpg" /> Abbildung 2. Massenbilanzen von Experimenten. Die Salden sind berichtete über eine &quot;wie erhalten&quot; 21 Basis der Rohstoffe und Produkte. Alle Werte sind als Massenanteile ausgedrückt. Drei verschiedene Arten von Biomasse wurden verwendet , und alle Experimente wurden zumindest in dreifacher Ausführung durchgeführt , 13. Der Feststoffgehalt in der bio-Öl wird separat zur Veranschaulichung berichtet. Die Fehlerbalken zeigen die Standardabweichungen von Experimenten mit einer Art von Einsatzmaterial. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54395/54395fig2large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier</a> , um <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54395/54395fig2large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Figur 3" src="/files/ftp_upload/54395/54395fig3.jpg" /> Abbildung 3. Der gesamte organische Ölerträge und Reaktionswasser. Alle Werte werden auf einem trockenen 21 Futterbasis dargestellt und werden als Massenanteile ausgedrückt. Der Feststoffgehalt des Kondensates wurde aus der organischen Ölausbeute 13 ausgeschlossen. Die Fehlerbalken zeigen die Standardabweichungen von Experimenten mit einer Art von Einsatzmaterial. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54395/54395fig3large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier</a> , um <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54395/54395fig3large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> Abbildung 4. Kohlenstoffbilanzen. Alle Werte sind als Massenanteile der Biomasse Kohlenstoffeintrag berichtet. Drei verschiedene Arten von Biomasse wurden verwendet , und alle Experimente wurden zumindest in dreifacher Ausführung durchgeführt , 13. Der Feststoffgehalt in dem Bioöl separat zu Veranschaulichungszwecken angegeben. Die Fehlerbalken zeigen die Standardabweichungen von Experimenten mit einer Art von Einsatzmaterial. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54395/54395fig4large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier</a> , um <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54395/54395fig4large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a>

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Fast Pyrolysis of Biomass Residues in a Twin-screw Mixing Reactor

A procedure for thermochemical conversion of biomass residues is presented that aims at maximizing the yield of liquid products (fast pyrolysis). It is based on a technology proven on an industrial scale and especially suitable for treating a straw type of biomass.

Schnelle Pyrolyse von Biomasse Rückstände in einem Doppelschnecken-Mischreaktor

Fast pyrolysis is being increasingly applied in commercial plants worldwide. They run exclusively on woody biomass, which has favorable properties for ...

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Research

JoVE Journal

Bioengineering

27.5K Aufrufe.  Karlsruhe Institute of Technology (KIT). A procedure for thermochemical conversion of biomass residues is presented that aims at maximizing the yield of liquid products (fast pyrolysis). It is based on a technology proven on an industrial scale and especially suitable for treating a straw type of biomass.

Serie: Fast Pyrolysis of Biomass Residues in a Twin-screw Mixing Reactor

Biomass Conversion to Produce Hydrocarbon Liquid Fuel Via Hot-vapor Filtered Fast Pyrolysis and Catalytic Hydrotreating

Lignocellulosic biomass conversion to produce biofuels has received significant attention because of the quest for a replacement for fossil fuels. Among the various thermochemical and biochemical routes, fast pyrolysis followed by catalytic hydrotreating is considered to be a promising near-term opportunity. This paper reports on experimental methods used 1) at the National Renewable Energy Laboratory (NREL) for fast pyrolysis of lignocellulosic biomass to produce bio-oils in a fluidized-bed reactor and 2) at Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) for catalytic hydrotreating of bio-oils in a two-stage, fixed-bed, continuous-flow catalytic reactor. The configurations of the reactor systems, the operating procedures, and the processing and analysis of feedstocks, bio-oils, and biofuels are described in detail in this paper. We also demonstrate hot-vapor filtration during fast pyrolysis to remove fine char particles and inorganic contaminants from bio-oil. Representative results showed successful conversion of biomass feedstocks to fuel-range hydrocarbon biofuels and, specifically, the effect of hot-vapor filtration on bio-oil production and upgrading. The protocols provided in this report could help to generate rigorous and reliable data for biomass pyrolysis and bio-oil hydrotreating research.

Experimental methods for fast pyrolysis of lignocellulosic biomass to produce bio-oils and for the catalytic hydrotreating of bio-oils to produce fuel range hydrocarbons are presented. Hot-vapor filtration during fast pyrolysis to remove fine char particles and inorganic contaminants from bio-oil was also assessed.

Biomasse-Umwandlung zu produzieren flüssigen Kohlenwasserstoff Kraftstoff über Hot-Dampf-Filtered Schnelle Pyrolyse und katalytische Hydrotreating

Lignocellulosic biomass conversion to produce biofuels has received significant attention because of the quest for a replacement for fossil fuels. Among ...

Forschung

Biochemie

Evaluation of Integrated Anaerobic Digestion and Hydrothermal Carbonization for Bioenergy Production

Lignocellulosic biomass is one of the most abundant yet underutilized renewable energy resources. Both anaerobic digestion (AD) and hydrothermal carbonization (HTC) are promising technologies for bioenergy production from biomass in terms of biogas and HTC biochar, respectively. In this study, the combination of AD and HTC is proposed to increase overall bioenergy production. Wheat straw was anaerobically digested in a novel upflow anaerobic solid state reactor (UASS) in both mesophilic (37 &#176;C) and thermophilic (55 &#176;C) conditions. Wet digested from thermophilic AD was hydrothermally carbonized at 230 &#176;C for 6 hr for HTC biochar production. At thermophilic temperature, the UASS system yields an average of 165 LCH4/kgVS&#160;(VS: volatile solids) and 121 L CH4/kgVS&#160;at mesophilic AD over the continuous operation of 200 days. Meanwhile, 43.4 g of HTC biochar with 29.6 MJ/kgdry_biochar was obtained from HTC of 1 kg digestate (dry basis) from mesophilic AD. The combination of AD and HTC, in this particular set of experiment yield 13.2 MJ of energy per 1 kg of dry wheat straw, which is at least 20% higher than HTC alone and 60.2% higher than AD only.

A novel Upflow Anaerobic Solid State (UASS) reactor was used for biogas production from fibrous feedstock. Digestate from UASS reactor was hydrothermally carbonized into HTC biochar in a pressurized batch reactor. The integration of the two bioenergy concepts was applied in this study to increase overall bioenergy production.

Bewertung des integrierten Biogas-und Hydrothermale Karbonisierung für die Bioenergieproduktion

Lignocellulosic biomass is one of the most abundant yet underutilized renewable energy resources. Both anaerobic digestion (AD) and hydrothermal ...

Umwelt

Method to Produce Durable Pellets at Lower Energy Consumption Using High Moisture Corn Stover and a Corn Starch Binder in a Flat Die Pellet Mill

A major challenge in the production of pellets is the high cost associated with drying biomass from 30 to 10% (w.b.) moisture content. At Idaho National Laboratory, a high-moisture pelleting process was developed to reduce the drying cost. In this process the biomass pellets are produced at higher feedstock moisture contents than conventional methods, and the high moisture pellets produced are further dried in energy efficient dryers. This process helps to reduce the feedstock moisture content by about 5-10% during pelleting, which is mainly due to frictional heat developed in the die. The objective of this research was to explore how binder addition influences the pellet quality and energy consumption of the high-moisture pelleting process in a flat die pellet mill. In the present study, raw corn stover was pelleted at moistures of 33, 36, and 39% (w.b.) by addition of 0, 2, and 4% pure corn starch. The partially dried pellets produced were further dried in a laboratory oven at 70 &#176;C for 3-4 hr to lower the pellet moisture to less than 9% (w.b.). The high moisture and dried pellets were evaluated for their physical properties, such as bulk density and durability. The results indicated that increasing the binder percentage to 4% improved pellet durability and reduced the specific energy consumption by 20-40% compared to pellets with no binder. At higher binder addition (4%), the reduction in feedstock moisture during pelleting was &#60;4%, whereas the reduction was about 7-8% without the binder. With 4% binder and 33% (w.b.) feedstock moisture content, the bulk density and durability values observed of the dried pellets were &#62;510 kg/m3 and &#62;98%, respectively, and the percent fine particles generated was&#160;reduced to &#60;3%.

In this study, a protocol was developed to produce good quality pellets using a flat die pellet mill at reduced specific energy consumption testing high-moisture corn stover and a starch based binder. The results indicated that adding a corn starch binder improved the pellet durability, reduced percent fines and decreased specific energy consumption.

Verfahren zur Produktion von Durable Pellets bei geringerem Energieverbrauch Mit Feuchtmais Stover und Maisstärke Binder in einer Wohnung Die Pellet Mill

A major challenge in the production of pellets is the high cost associated with drying biomass from 30 to 10% (w.b.) moisture content. At Idaho National ...

Laboratory Production of Biofuels and Biochemicals from a Rapeseed Oil through Catalytic Cracking Conversion

The work is based on a reported study which investigates the processability of canola oil (bio-feed) in the presence of bitumen-derived heavy gas oil (HGO) for production of transportation fuels through a fluid catalytic cracking (FCC) route. Cracking experiments are performed with a fully automated reaction unit at a fixed weight hourly space velocity (WHSV) of 8 hr-1, 490-530 &#176;C, and catalyst/oil ratios of 4-12 g/g. When a feed is in contact with catalyst in the fluid-bed reactor, cracking takes place generating gaseous, liquid, and solid products. The vapor produced is condensed and collected in a liquid receiver at -15 &#176;C. The non-condensable effluent is first directed to a vessel and is sent, after homogenization, to an on-line gas chromatograph (GC) for refinery gas analysis. The coke deposited on the catalyst is determined in situ by burning the spent catalyst in air at high temperatures. Levels of CO2 are measured quantitatively via an infrared (IR) cell, and are converted to coke yield. Liquid samples in the receivers are analyzed by GC for simulated distillation to determine the amounts in different boiling ranges, i.e., IBP-221 &#176;C (gasoline), 221-343 &#176;C (light cycle oil), and 343 &#176;C+ (heavy cycle oil). Cracking of a feed containing canola oil generates water, which appears at the bottom of a liquid receiver and on its inner wall. Recovery of water on the wall is achieved through washing with methanol followed by Karl Fischer titration for water content. Basic results reported include conversion (the portion of the feed converted to gas and liquid product with a boiling point below 221 &#176;C, coke, and water, if present) and yields of dry gas (H2-C2's, CO, and CO2), liquefied petroleum gas (C3-C4), gasoline, light cycle oil, heavy cycle oil, coke, and water, if present.

This paper presents an experimental method to produce biofuels and biochemicals from canola oil mixed with a fossil-based feed in the presence of a catalyst at mild temperatures. Gaseous, liquid, and solid products from a reaction unit are quantified and characterized. Conversion and individual product yields are calculated and reported.

Labor Produktion von Biokraftstoffen und Biochemikalien aus Rapsöl durch Catalytic Cracking-Umwandlung

The work is based on a reported study which investigates the processability of canola oil (bio-feed) in the presence of bitumen-derived heavy gas oil ...

Chemie

Utilization of Stop-flow Micro-tubing Reactors for the Development of Organic Transformations

A new reaction screening technology for organic synthesis was recently demonstrated by combining elements from both continuous micro-flow and conventional batch reactors, coined stop-flow micro-tubing (SFMT) reactors. In SFMT, chemical reactions that require high pressure can be screened in parallel through a safer and convenient way. Cross-contamination, which is a common problem in reaction screening for continuous flow reactors, is avoided in SFMT. Moreover, the commercially available light-permeable micro-tubing can be incorporated into SFMT, serving as an excellent choice for light-mediated reactions due to a more effective uniform light exposure, compared to batch reactors. Overall, the SFMT reactor system is similar to continuous flow reactors and more superior than batch reactors for reactions that incorporate gas reagents and/or require light-illumination, which enables a simple but highly efficient reaction screening system. Furthermore, any successfully developed reaction in the SFMT reactor system can be conveniently translated to continuous-flow synthesis for large scale production.

A protocol for organic reaction screening using stop-flow micro-tubing (SFMT) reactors employing gaseous reactants and/or visible-light mediated reactions is presented.

Nutzung des Stop-Flow Micro-Schlauch-Reaktoren für die Entwicklung der organischen Veränderungen

A new reaction screening technology for organic synthesis was recently demonstrated by combining elements from both continuous micro-flow and conventional ...

Combustion Chemistry of Fuels: Quantitative Speciation Data Obtained from an Atmospheric High-temperature Flow Reactor with Coupled Molecular-beam Mass Spectrometer

This manuscript describes a high-temperature flow reactor experiment coupled to the powerful molecular beam mass spectrometry (MBMS) technique. This flexible tool offers a detailed observation of chemical gas-phase kinetics in reacting flows under well-controlled conditions. The vast range of operating conditions available in a laminar flow reactor enables access to extraordinary combustion applications that are typically not achievable by flame experiments. These include rich conditions at high temperatures relevant for gasification processes, the peroxy chemistry governing the low temperature oxidation regime or investigations of complex technical fuels. The presented setup allows measurements of quantitative speciation data for reaction model validation of combustion, gasification and pyrolysis processes, while enabling a systematic general understanding of the reaction chemistry. Validation of kinetic reaction models is generally performed by investigating combustion processes of pure compounds. The flow reactor has been enhanced to be suitable for technical fuels (e.g. multi-component mixtures like Jet A-1) to allow for phenomenological analysis of occurring combustion intermediates like soot precursors or pollutants. The controlled and comparable boundary conditions provided by the experimental design allow for predictions of pollutant formation tendencies. Cold reactants are fed premixed into the reactor that are highly diluted (in around 99 vol% in Ar) in order to suppress self-sustaining combustion reactions. The laminar flowing reactant mixture passes through a known temperature field, while the gas composition is determined at the reactors exhaust as a function of the oven temperature. The flow reactor is operated at atmospheric pressures with temperatures up to 1,800 K. The measurements themselves are performed by decreasing the temperature monotonically at a rate of -200 K/h. With the sensitive MBMS technique, detailed speciation data is acquired and quantified for almost all chemical species in the reactive process, including radical species.

An investigation of the oxidative combustion chemistry of novel biofuels, fuel components, or jet fuels by comparison of quantitative speciation data is presented. The data can be used for kinetic model validation and enables fuel assessment strategies.This manuscript describes the atmospheric high-temperature flow reactor and demonstrates its capabilities.

Chemie der Verbrennung von Brennstoffen: Quantitative Speziationsdaten aus einer atmosphärischen Strömung der Hochtemperatur-Reaktor mit gekoppelt Molekularstrahl Massenspektrometer

This manuscript describes a high-temperature flow reactor experiment coupled to the powerful molecular beam mass spectrometry (MBMS) technique. This ...

Reducing Willow Wood Fuel Emission by Low Temperature Microwave Assisted Hydrothermal Carbonization

Biomass is a sustainable fuel, as its CO2 emissions are reintegrated in biomass growth. However, the inorganic precursors in the biomass cause a negative environmental impact and slag formation. The selected short rotation coppice (SRC) willow wood has a high ash content (<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/58970/58970eq1.jpg" /> = 1.96%) and, therefore, a high content of emission and slag precursors. Therefore, the reduction of minerals from SRC willow wood by low temperature microwave assisted hydrothermal carbonization (MAHC) at 150 &#176;C, 170 &#176;C, and 185 &#176;C is investigated. An advantage of MAHC over conventional reactors is an even temperature conductance in the reaction medium, as microwaves penetrate the whole reactor volume. This allows a better temperature control and a faster cooldown. Therefore, a succession of depolymerization, transformation and repolymerization reactions can be analyzed effectively. In this study, the analysis of the mass loss, ash content and composition, heating values and molar O/C and H/C ratios of the treated and untreated SCR willow wood showed that the mineral content of the MAHC coal was reduced and the heating value increased. The process water showed a decreasing pH and contained furfural and 5-methylfurfural. A process temperature of 170 &#176;C showed the best combination of energy input and ash component reduction. The MAHC allows a better understanding of the hydrothermal carbonization process, while a large-scale industrial application is unlikely because of the high investment costs.

A protocol for the emission precursor depletion from low quality biomass by low temperature microwave assisted hydrothermal carbonization treatment is presented. This protocol includes the microwave parameters and the analysis of the biocoal product and process water.

Reduzierung der Abgas-Holzbrennstoff-Emission durch eine kohlrigelgestützte mikrowellenassistierte hydrothermale Karbonisierung

Biomass is a sustainable fuel, as its CO2 emissions are reintegrated in biomass growth. However, the inorganic precursors in the biomass cause a negative ...

Luftschleierbrenner und Pflanzenkohle – Förderung der Waldgesundheit und der Kohlenstoffabscheidung

Continuous In-woods Production of Biochar Using a Trailer-Mounted Air Curtain Burner

Fuel treatments and other forest restoration thinning practices aim to reduce wildfire risk while building forest resilience to drought, insects, and diseases and increasing aboveground carbon (C) sequestration. However, fuel treatments generate large amounts of unmerchantable woody biomass residues that are often burned in open piles, releasing significant quantities of greenhouse gases and particulates, and potentially damaging the soil beneath the pile. Air curtain burners offer a solution to mitigate these issues, helping to reduce smoke and particulates from burning operations, more fully burn biomass residues compared to pile burning, and eliminate the direct and intense fire contact that can harm soil beneath the slash pile. In an air curtain burner, burning takes place in a controlled environment. Smoke is contained and recirculated by the air curtain, and therefore burning can be conducted under a variety of climatic conditions (e.g.,&#160;wind, rain, snow), lengthening the burning season for disposal of slash material. The mobile pyrolysis unit that continuously creates biochar was specifically designed to dispose of residual woody biomass at log landings, green wood at landfills, or salvaged logged materials and create biochar in the process. This high-carbon biochar output can be used to enhance soil resilience by improving its chemical, physical, and biological properties and has potential applications in remediating contaminated soils, including those at abandoned mine sites. Here, we describe the general use of this equipment, appropriate siting, loading methods, quenching requirements, and lessons learned about operating this new technology.

Autor im Rampenlicht: Förderung der ortsbezogenen Pflanzenkohleproduktion für die Wiederherstellung von Ökosystemen und die Bodengesundheit

We describe the use of a place-based mobile pyrolysis unit equipped with an air curtain to continuously create biochar. The technology reduces the need for open slash pile burning, which results in lower emissions and fewer soil impacts. The protocol includes guidelines for site selection, loading, and quenching.

Kontinuierliche Produktion von Pflanzenkohle im Wald mit einem anhängermontierten Luftschleierbrenner

Fuel treatments and other forest restoration thinning practices aim to reduce wildfire risk while building forest resilience to drought, insects, and ...

Schnelle Pyrolyse von Biomasse Rückstände in einem Doppelschnecken-Mischreaktor

Zusammenfassung

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Biomasse-Umwandlung zu produzieren flüssigen Kohlenwasserstoff Kraftstoff über Hot-Dampf-Filtered Schnelle Pyrolyse und katalytische Hydrotreating

Bewertung des integrierten Biogas-und Hydrothermale Karbonisierung für die Bioenergieproduktion

Verfahren zur Produktion von Durable Pellets bei geringerem Energieverbrauch Mit Feuchtmais Stover und Maisstärke Binder in einer Wohnung Die Pellet Mill

Labor Produktion von Biokraftstoffen und Biochemikalien aus Rapsöl durch Catalytic Cracking-Umwandlung

Nutzung des Stop-Flow Micro-Schlauch-Reaktoren für die Entwicklung der organischen Veränderungen

Chemie der Verbrennung von Brennstoffen: Quantitative Speziationsdaten aus einer atmosphärischen Strömung der Hochtemperatur-Reaktor mit gekoppelt Molekularstrahl Massenspektrometer

Reduzierung der Abgas-Holzbrennstoff-Emission durch eine kohlrigelgestützte mikrowellenassistierte hydrothermale Karbonisierung

Kontinuierliche Produktion von Pflanzenkohle im Wald mit einem anhängermontierten Luftschleierbrenner

Kontinuierliche Produktion von Pflanzenkohle im Wald mit einem anhängermontierten Luftschleierbrenner

Kontinuierliche Produktion von Pflanzenkohle im Wald mit einem anhängermontierten Luftschleierbrenner