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生物燃料是所有非化石燃料衍生燃料的統(tǒng)稱，最簡單的形式可以是通過發(fā)酵從甘蔗或玉米中提取乙醇。但是，酒精不具備汽油或柴油等更傳統(tǒng)化石燃料的高能量含量，目前更努力探索旨在開發(fā)出確實(shí)類似于汽油或柴油的生物燃料。

生物燃料有多種來源，例如城市垃圾、木屑、大豆或藻類。根據(jù)來源不同，使用不同工藝，需使用不同參數(shù)和條件的反應(yīng)器，以下我們將看到生物燃料生產(chǎn)的三個(gè)過程，其中都由BenchCAT反應(yīng)器參與了解決方案。

生物質(zhì)氣化

Via Gasification of Biomass

 制造合成燃料的最古老并最知名的工藝應(yīng)該是費(fèi)托合成工藝（F-T），最初的工藝開發(fā)于19世紀(jì)20年代至30年代，到30年代后期在德國已經(jīng)商業(yè)化，F(xiàn)-T工藝被用于生產(chǎn)汽車和軍事裝備的燃料。

F-T工藝能夠從任何類型的含碳生物質(zhì)中生產(chǎn)生物燃料，例如城市垃圾、木屑、纖維素草等。該工藝的第一步是將生物質(zhì)氣化，形成H2 + CO合成氣。然后，使用催化劑（通常為鐵或鈷）將合成氣經(jīng)F-T工藝制成碳?xì)浠衔?。通過控制幾個(gè)工藝參數(shù)，例如溫度、壓力、H2 / CO比例，可以控制產(chǎn)品的成分。使用F-T工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品廣泛，包括從輕烴到重蠟。

生物質(zhì)→氣化→合成氣→F-T工藝→燃料

圖1展示了我們設(shè)計(jì)的典型F-T BenchCAT反應(yīng)器，四路進(jìn)氣包括H2和CO（合成氣），用作稀釋劑的N2和用作分析內(nèi)標(biāo)的Ar，盡管要求的工作溫度和壓力較低，但該F-T反應(yīng)器被設(shè)計(jì)成能用于在400°C和1500 psig的壓力下運(yùn)行。使用了三個(gè)分離器，第一個(gè)溫度保持約150℃，用于收集較重的產(chǎn)品例如蠟，第二個(gè)溫度保持在80℃，收集碳?xì)浠衔锖鸵恍┧?，第三分離器保持在大約室溫下，以收集較低端的產(chǎn)物和大量的水，所有分離均在相應(yīng)壓力下進(jìn)行。

圖1. 典型的F-T BenchCAT 反應(yīng)器示意圖

來自乙醇     

From Alclhols

制造合成燃料古老并知名的工藝應(yīng)該是費(fèi)托合

如之前提到乙醇可以被認(rèn)為是一種生物燃料，盡管它的能量含量降低，乙醇很容易通過發(fā)酵任何含糖或淀粉的物質(zhì)中產(chǎn)生，然后可以通過催化縮合將其轉(zhuǎn)化為更常規(guī)的燃料。例如可以通過使低鏈醇在ZSM-5的沸石上反應(yīng)來獲得汽油類產(chǎn)品，使用堿催化的醛醇縮合可以得到更長的產(chǎn)物。

含淀粉的材料→乙醇→冷凝燃料

這種方法可以在常規(guī)的固定反應(yīng)器中進(jìn)行。圖2描繪了可用于醇縮合的反應(yīng)器。使用泵將液體醇進(jìn)料，并且氣體和液體進(jìn)入反應(yīng)器之前先通過預(yù)熱器。熱交換器和氣液分離器位于高壓區(qū)。氣體產(chǎn)物從分離器的頂部流出，液體產(chǎn)物從底部排出。液位傳感器和自動(dòng)閥可使該過程完全自動(dòng)化。

圖2. 用于研究醇縮合反應(yīng)的BenchCAT反應(yīng)器示意圖

通過酯交換

Via Trans-Esterification

生物燃料也可以通過油/脂質(zhì)與簡單的醇（例如甲醇）進(jìn)行酯交換反應(yīng)來獲得，經(jīng)研究使用各種脂質(zhì)來源如菜籽油、大豆油、廢植物油和藻油等，在催化反應(yīng)中使用堿為催化劑通常是NaOH，該反應(yīng)也可在超臨界條件下進(jìn)行，可選擇使用催化劑或不使用催化劑。

生物油→甲醇作用下的催化反應(yīng)或超臨反應(yīng)→燃料

圖3是用于油的催化和超臨界酯化的反應(yīng)器示意圖。

圖4是反應(yīng)器的照片，該定制反應(yīng)器在室溫下的額定工作條件為350℃和350 bar（約5200 psig）或700℃，700℃是用于預(yù)處理催化劑的額定溫度，為了滿足這雙重條件，管式反應(yīng)器由Inconel材料構(gòu)成。在該反應(yīng)器中，降壓發(fā)生在產(chǎn)物收集之前。

圖3是用于油的催化和超臨界酯化的反應(yīng)器示意圖。

圖4. 用于脂質(zhì)超臨界酯交換反應(yīng)的BenchCAT反應(yīng)器照片

總之，無論您對(duì)自動(dòng)化的、高研究質(zhì)量反應(yīng)器有何特殊要求，我們都能提供并滿足您需求的技術(shù)和理論知識(shí)。我們在催化科學(xué)、催化劑表征及生物燃料研究的BenchCAT反應(yīng)領(lǐng)域擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)。

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