Konversi Gula Ketal Menjadi Hidrokarbon Hijau oleh Zeolit ​​​​Faujasite dalam Proses Perengkahan Katalitik yang Khas

Konversi Gula Ketal Menjadi Hidrokarbon Hijau oleh Zeolit ​​​​Faujasite dalam Proses Perengkahan Katalitik yang Khas

Zeolit - Perengkahan katalitik terfluidisasi (FCC) mengubah hidrokarbon dengan adanya katalis berbasis zeolit ​​faujasite (USY dan REY). Sementara hidrokarbon kurang reaktif, biomassa dan senyawa turunannya sangat fungsional dan tidak cocok untuk proses FCC biasa. Untuk mengatasi keterbatasan ini, biomassa pertama-tama diubah menjadi bio-crude padat dan stabil yang terutama terdiri dari turunan gula ketal dengan menggunakan aseton dalam asam encer. 

Di sini, senyawa representatif dari bio-crude ini, 1,2:3,5-di-O-isopropylidene-α-D-xylofuranose (DX) dalam n-heksana, diubah oleh USY dan katalis FCC komersial yang mengandung USY, pada 500 ° C, di reaktor unggun tetap dan unggun terfluidisasi, masing-masing. Faujasite Y sangat efisien dalam mengkonversi DX. Lebih dari 95% konversi diamati di semua tes. Lebih dari 60 wt.% adalah produk cair, diikuti oleh produk gas dan hanya sekitar 10% atau kurang dalam kokas. Semakin tinggi aktivitas katalis, semakin besar aromatik dalam produk cair dan hasil kokas yang lebih tinggi diamati. 

Secara khusus, mensimulasikan kondisi aplikasi yang lebih praktis: menggunakan katalis yang dinonaktifkan dalam reaktor fluidized bed, meningkatkan produksi hidrokarbon hijau (mono-aromatik hingga 10 karbon dan hidrokarbon ringan hingga delapan karbon) dan hasil kokas yang lebih rendah yang belum pernah terjadi sebelumnya (≈5 wt.%) untuk bio-feed. Hasil ini lebih lanjut menunjukkan bahwa katalis akan memainkan peran utama untuk mengubah bio-mentah menjadi hidrokarbon target dan mengatasi transisi dari umpan kilang yang tidak terbarukan ke yang terbarukan.

Kebutuhan Energi

Kebutuhan energi telah meningkat secara substansial sejak revolusi industri karena pertumbuhan penduduk dan permintaan barang. Saat ini minyak, gas alam, dan batu bara merupakan sumber utama produksi bahan kimia, bahan bakar, dan energi (Smil, 2004; Conti et al., 2016). Namun eksploitasi tak terkendali dari sumber daya tak terbarukan ini hampir menggandakan konsentrasi gas rumah kaca di atmosfer dalam 100 tahun terakhir (Russ dan Criqui, 2007; North dan Styring, 2015). 

Diantara beberapa alternatif untuk mengurangi jejak karbon, produksi bahan bakar hijau untuk proses kilang biasa dapat mempersingkat transisi kami dari kilang non-terbarukan. Karena struktur siap pakai yang besar untuk produk dan distribusi bahan bakar tersedia, dan juga memerlukan modifikasi sederhana pada undang-undang bahan bakar dan tidak ada adaptasi pada motor. Selain itu, secara bersamaan ini menghindari pembangunan struktur baru secara keseluruhan (Goldthau, 2017). Dengan demikian, konversi biomassa menjadi bahan bakar biasa menggunakan kilang tipikal adalah salah satu masalah terpenting yang dihadapi kimia saat ini (Ragauskas et al., 2006).

Proses utama dari kilang tipikal adalah fluidized catalytic cracking (FCC). Proses ini menghasilkan bensin, liquefied petroleum gas (LPG), olefin ringan, dan oli siklus ringan. Proses FCC terdiri dari tiga langkah berbeda: reaksi, pemisahan, dan regenerasi. Reaksi terjadi di reaktor riser dalam beberapa detik di bawah atmosfer pereduksi karena adanya hidrokarbon dan hidrogen. Setelah langkah ini, katalis dan produk reaksi dipisahkan dengan menggunakan siklon dan stripper. 

Akhirnya, katalis bekas dengan kandungan kokas dalam kisaran 0,6 hingga 2,0% berat diarahkan ke bejana regenerator. Regenerasi katalis terjadi pada suhu tinggi (di atas 700 °C) dan dengan adanya O2, H2O, dan gas lainnya (O'Connor dan Pouwels, 1994; Wen et al., 2002). Kehadiran uap dapat sangat mempengaruhi sifat katalis (Escobar et al., 2005; Cerqueira et al., 2008) dan titik sentral untuk mengembangkan uji laboratorium yang lebih mendekati kondisi FCC yang khas adalah dengan menggunakan katalis yang dinonaktifkan atau kesetimbangan. Juga, fitur reaksi-regenerasi dari FCC membuat proses ini memenuhi syarat untuk co-proses minyak dan feed terbarukan (O'Connor, 2007).

Kedatangan generasi pertama biofuel, seperti bio-etanol dan bio-diesel memungkinkan penggantian sebagian sumber daya fosil, juga mengurangi emisi CO2. Bahan bakar transportasi generasi baru ini sekarang menghadapi pertanyaan kunci lingkungan dan strategis, seperti fakta bahwa bahan bakar tersebut berasal dari komoditas pertanian yang bersaing dengan tanaman pangan. Sebaliknya, biomassa lignoselulosa dari hutan dan limbah industri merupakan bahan baku yang menarik untuk menghasilkan bahan bakar terbarukan (Ladanai dan Vinterbäck, 2009; Langholtz et al., 2016). Biomassa yang terdiri dari selulosa, hemiselulosa dan lignin biasanya disebut sebagai biomassa generasi kedua dan biasanya berasal dari residu yang tidak dapat dimakan seperti ampas tebu dan lainnya dari industri makanan. Namun, biomassa memiliki kepadatan rendah dan keragaman yang luas dalam komponen fungsional dibandingkan dengan hidrokarbon. Oleh karena itu, wajib untuk meningkatkan densitas dan menyesuaikan reaktivitas bio-feed sebelum konversinya dalam proses kilang biasa.

Ada beberapa strategi untuk memperkenalkan biomassa generasi kedua di kilang (Huber et al., 2006; Serrano-Ruiz dan Dumesic, 2011; Jong dan Ommen, 2015). Pirolisis dan pirolisis cepat (Lappas et al., 2002; Oasmaa et al., 2003; Oasmaa dan Meier, 2005; Mendes et al., 2016) secara umum telah diterima sebagai proses utama untuk transformasi ini untuk konversi lebih lanjut menjadi kilang (Adjaye dan Bakhshi, 1995; Samolada dkk., 1998). Pirolisis dapat dilakukan dengan adanya katalis (CPO) (Perancis dan Czernik, 2010; Graça et al., 2011), atau pasca-perlakuan dengan proses hidro-deoksigenasi (HDO) (Saidi et al., 2014; Talmadge dkk., 2014). 

Minyak yang dihasilkan oleh proses ini biasanya gelap, padat, kental dan terdiri dari campuran kompleks molekul yang mengandung oksigen yang berbeda dalam fungsi proses pirolisis, seperti fenol, gula, asam karboksilat dan 15-30% berat air (Sfetsas). dkk., 2011; Silva dkk., 2016). Dengan demikian, bio-oil tidak dapat bercampur dengan hidrokarbon, sangat asam dan korosif. Bio-oil ini menghasilkan peningkatan kokas selama co-processing dengan feed konvensional di FCC (Pereira dan Benoit, 2013; Talmadge et al., 2014) dan karenanya dapat diproses bersama dalam konsentrasi yang sangat rendah (Thegarid et al., 2014; Pinho dkk., 2015). Misalnya, bahkan setelah hydrotreatment yang parah (H/C dalam bio-oil 1), jumlah kokas dan gas yang tinggi tercatat. Proses pirolisis memecahkan densitas, tetapi bukan masalah reaktivitas bio-feed untuk konversi bersama lebih lanjut pada kondisi kilang biasa. Namun, bio-oil dapat diubah menjadi produk melalui proses kopling, seperti hidrogen dan gas sintesis (Trane et al., 2012) atau bahan bakar (Bulushev dan Ross, 2011).

Baru-baru ini, kami mengusulkan pendekatan alternatif untuk produksi bahan bakar dari biomassa generasi kedua dalam dua langkah (Batalha et al., 2014). Biomassa pertama-tama diubah dalam kondisi ringan menjadi bio-mentah (densitas 1,1 gmL−1 dan komposisi CHO 58, 7, dan 35% berat, masing-masing) menggabungkan hidrolisis katalis asam dengan reaksi organik seperti ketalisasi (Garrett et al. ., 2015; de Souza et al., 2017) dan asetilasi (Durange et al., 2015). Biocrude terdiri dari campuran ketal isopropilidena yang mengandung mono dan polyshacharides-ketals (Garrett et al., 2015). Misalnya 1,2:3,5-di-O-isopropylidene-α-D-xylofuranose (DX) dan 1,2:5,6- Isopropylidene- -D -glucofuranose (DG) diproduksi dalam konsentrasi tinggi, 50 berat%. Publikasi selanjutnya juga menerapkan kondisi serupa untuk depolimerisasi biomassa kayu dan menghindari reaksi gula yang tidak diinginkan (Questell-Santiago et al., 2018).

Kedua, kelayakan produksi hidrokarbon, terutama aromatik, menggunakan komponen model khas dari ketal-bio-crude seperti DX dan DG ditunjukkan oleh protokol katalitik yang disederhanakan (Batalha et al., 2014, 2016). Ekonomi sirkular berdasarkan biomassa generasi kedua yang diubah menjadi aromatik hijau dan hidrokarbon ringan dalam tiga langkah: (A) produksi biomassa, ampas tebu: residu etanol dan industri gula, sebagai pakan; (B) konversi biomassa menjadi biocrude: gula-ketal, ex. DX, DG, dan polisakarida-ketal (Garrett et al., 2015); (C) konversi biocrude menjadi hidrokarbon.

Pekerjaan ini difokuskan pada katalis dan kondisi pengujian katalitik, menggunakan zeolit ​​Y, pekerja keras, komponen aktif dari katalis FCC. Pertama, dengan reaktor unggun tetap, menggunakan zeolit ​​USY murni yang dikarakterisasi secara komprehensif, kami menunjukkan bahwa DX dalam heksana dikonversi secara efisien dan transformasi sensitif terhadap sifat katalis. Misalnya, USY ditutupi oleh silika untuk menunjukkan bahwa katalis mengontrol konversi DX. Kemudian, mendekati kondisi dalam praktek komersial, campuran 30% berat DX dalam n-heksana diubah dengan adanya katalis FCC komersial, segar atau dinonaktifkan, dalam reaktor unggun terfluidisasi. Untuk setiap proses pandangan keseluruhan dari keseimbangan material dan distribusi produk dalam fraksi gas, cair dan kokas, dibahas. Distribusi produk dan sifat katalitik memberikan wawasan tentang konversi DX menjadi hidrokarbon.

Katalis

Zeolit ​​faujazit USY (disediakan oleh Petrobras) diberi perlakuan termal dalam tungku dan suhu dinaikkan dari suhu kamar menjadi 500 pada laju 10°C min-1. Pada suhu akhir, air deionisasi dipompa pada 1 mL min-1 selama 1 jam. Katalis yang diperoleh melalui prosedur ini diberi nama USY-D500. Katalis komersial disediakan oleh Fabrica Carioca de Catalisadores S.A. dan digunakan sebagaimana disediakan dan setelah perlakuan termal (pada suhu akhir 720°C dan mengikuti prosedur USY yang sama yang digunakan dalam uji unggun tetap). 

Proses perlakuan tambahan dilakukan pada USY-D500: 4 g katalis didispersikan dengan pengadukan magnetis dalam 100 mL n-heksana dan dipanaskan hingga 70°C di bawah refluks. Ketika campuran mencapai 70 ° C, 0,6 mL tetraethylorthosilicate (TEOS) ditambahkan. Setelah 1 jam, campuran disaring dan sampel dikeringkan pada 100 °C. Setelah 24 jam, katalis dikalsinasi pada 500 ° C selama 3 jam. Prosedur ini menghasilkan katalis yaitu USY-D500-Silica. Sebelum digunakan, zeolit ​​dimasukkan ke dalam penukar ion menggunakan larutan NH4NO3 2M, pada suhu 80°C, selama 1 jam. Prosedur pertukaran ion dilakukan 4 kali, diikuti dengan kalsinasi pada suhu 450 °C selama 4 jam di bawah aliran udara. Prosedur ini mengakibatkan tidak ada natrium yang terdeteksi dalam sampel akhir seperti yang dilaporkan sebelumnya dalam literatur.

Perengkahan Katalitik

Perengkahan n-heksana pada reaktor diferensial dilakukan pada unit throughput yang tinggi (Ferreira et al., 2014). Semua percobaan dilakukan pada tekanan kamar (reaktor terbuka) dalam reaktor mikro fixed-bed aliran bawah kontinu. Sebelum evaluasi katalis, semua katalis dipanaskan secara simultan di bawah aliran N2 dari suhu kamar ke suhu yang diinginkan (773 K), pada laju 10 K/menit. Kemudian aliran reaktor dimodifikasi menjadi campuran n-Heksana 10% v/v dalam N2 (30 mL/menit) untuk semua uji katalitik. Proses tipikal dilakukan dengan 0,01 g katalis dan produk reaksi dianalisis secara on-line setelah tiga waktu yang berbeda pada aliran (3 menit, 17 menit dan 32 menit) dengan kromatografi gas menggunakan Shimadzu GC-2010 (Maia et al., 2010). Aktivitas dan selektivitas disajikan sebagai hasil rata-rata yang diperoleh setelah 17 menit dan 32 menit on stream. Kesalahan dalam konversi dan selektivitas uji n-heksana ditentukan pada pekerjaan sebelumnya dan masing-masing <5 dan 2% (Ferreira et al., 2014).

Reaksi yang dilakukan dalam reaktor unggun tetap terjadi pada 500 ° C, di bawah tekanan atmosfer dan aliran nitrogen (100 mL min−1) dan 400 mg katalis. Sebelum reaksi, katalis dipanaskan di bawah aliran nitrogen (100 mL min-1) dari suhu kamar hingga 500 ° C pada tingkat 10 ° C min-1, yang tersisa pada suhu akhir ini selama 30 menit. Selama reaksi, aliran cairan 0,2 mL min-1 DX dalam n-heksana, pada suhu kamar, langsung ke pintu masuk reaktor dan dicampur dengan N2 (100 mL min-1). Sebagai perbandingan, perengkahan n-heksana murni dilakukan dengan protokol reaksi dan massa katalis yang sama. 

Unit perengkahan katalitik fluida yang digunakan untuk mengkonversi bio-feed baru dalam penelitian ini disajikan pada Gambar S2, S3 (Pinto et al., 2017). Pengujian dilakukan dengan menggunakan 10 mL umpan (n-heksana murni dan campuran DX 30 % berat dalam n-heksana) yang disuntikkan selama 1 menit, dan 20 g katalis segar dan yang dinonaktifkan digunakan dalam unggun katalitik . Sebelum reaksi, katalis diaktifkan dalam atmosfer nitrogen selama 12 jam pada 773 K. Aliran nitrogen dikalibrasi pada suhu kamar, dan aliran nitrogen pada 200 mL min−1 (diperkirakan pada 500 °C menggunakan persamaan keadaan gas ideal) digunakan untuk fluidisasi katalis. Reaktor dioperasikan di antara 450 dan 500 ° C dengan mempertimbangkan ketinggian unggun katalitik terfluidisasi. OPAL adalah katalis FCC komersial segar yang disediakan untuk pekerjaan ini oleh Fábrica Carioca de Catalisadores S.A., dan digunakan dengan diameter partikel 115–200 mesh yang setara dengan diameter ukuran partikel 0,125–0,08 mm, masing-masing, tetapi komposisinya tidak diketahui.

Produk reaksi didistribusikan dalam: cair, gas dan kokas. Tiga pengujian dilakukan dengan adanya katalis USY-D500 untuk memberikan perkiraan kesalahan. Nilai-nilai ini adalah 5, 4, dan 6% untuk gas, cair dan kokas, masing-masing. Kesalahan 6% untuk semua fraksi diasumsikan seperti yang disajikan pada. Fraksi cair diperoleh melalui kondensasi (−15 ° C di tempat tidur tetap dan 18 ° C dalam uji FCC) dengan menggunakan kondensor yang ditempatkan tepat setelah keluar reaktor. Jumlah cairan diperoleh langsung dengan perbedaan berat kondensor sebelum dan sesudah reaksi.

Fraksi cair dari reaksi perengkahan dianalisis secara off-line oleh GCMS dan CGFID. Penentuan produk cair diperoleh berdasarkan GCMS dan kuantifikasi dilakukan dalam GCFID. Sistem GCMS adalah Agilent Technologies 7890A CG yang digabungkan ke 5975C MS dalam mode tumbukan elektron, kolom Agilent HP-5MS digunakan dan suhu oven dijaga pada 303 K selama 7 menit diikuti dengan tanjakan ke 443 K selama 40 menit, helium digunakan sebagai gas pembawa. Pada inlet, rasio split 20:1, tekanan 14 psi dan 563 K digunakan. Sistem GCFID adalah Agilent Technologies 7890A GC dan metode yang digunakan sama dengan GCMS.

Produk cair diperoleh dengan mengurangkan massa cair dengan massa n-heksana yang tidak bereaksi (ditentukan menurut Teks S1). % berat masing-masing senyawa aromatik dalam fraksi cair diperoleh dikalikan luas FID (%), ARi, dengan faktor kromatografi masing-masing (fi) yaitu 0,82 untuk senyawa aromatik. % berat dari produk yang tersisa sama dengan setiap luas FID (%) dengan mengasumsikan fi = 1. Produk yang tersisa, Pj, ditentukan oleh jumlah semua olefin (mengandung lima atau lebih karbon), semua hidrokarbon (mengandung lima atau lebih banyak karbon), semua senyawa ringan (mengandung empat atau lebih sedikit karbon), senyawa berat (dengan asumsi f = 1) dan senyawa tak tentu (dengan asumsi f = 1). Luas total produk cair ditentukan oleh jumlah aromatik (dikoreksi oleh setiap faktor aromatik) dan Pj (total produk yang tersisa), persamaan 1-a. Rasio produk aromatik/total (SAR) seperti yang disajikan dalam persamaan 1-b. Rasio-rasio tersebut adalah Sole (diperoleh dengan persamaan 1-c), Ssat (persamaan 1-d), dan Slight (persamaan 1-e). Hasil diperoleh dengan mengalikan rasio di atas dengan produk massa cair (diperoleh dengan mendiskontokan jumlah n-heksana, tidak bereaksi).

LAYANAN ADY WATER

Jual zeolit untuk filter air jenis Batu, Pasir, dan Tepung. Kemasan zeolit per karung 20 kilogram dan eceran 4 kilogram. Sudah suplai zeolit ke industri Food and Beverage, berbagai BUMN, kebutuhan softener (Pelunak Air / Pengurang Kesadahan Air) rumah tangga. Ready Stock, kemampuan suplai hingga puluhan ton rutin per bulan

Nomor WA Sales Yang Mudah Dihubungi

Senang dapat membantu Anda, Semoga kami dapat segera menyelesaikan masalah air yang sedang Anda hadapi. Terimakasih

1. Ghani 0821 2742 4060

2. Yanuar 0812 2165 4304

3. Rusmana 0821 2742 3050

4. Fajri 0821 4000 2080

5. Kartiko 0812 2445 1004

6. Andri 0812 1121 7411

Alamat kantor/gudang Ady Water yang bisa dikunjungi langsung. 

Silahkan Bapak/Ibu mengunjungi alamat kantor/gudang kami. Kami akan melayani Anda dengan senang hati dan semoga dapat membantu masalah air yang sedang Anda hadapi. 

1. Alamat Bandung:

Jalan Mande Raya No. 26, RT/RW 01/02 Cikadut-Cicaheum, Bandung 40194

2. Alamat Jakarta Timur

Jalan Tanah Merdeka No. 80B, RT.15/RW.5 Rambutan, Ciracas, Jakarta Timur 13830

3. Alamat Jakarta Barat

Jalan Kemanggisan Pulo 1, No. 4, RT/RW 01/08, Kelurahan Pal Merah, Kecamatan Pal Merah, Jakarta Barat, 11480

Katalog Ady Water

http://bit.ly/KatalogAdyWater