Газожидкостные реакторы BenchCAT для биотоплива

Cамым старым и наиболее известным способом получения синтетического топлива является процесс Фишера-Тропша (F-T). Процесс был разработан в 1920-1930-х годах и фактически был коммерциализирован в Германии к концу 1930-х годов. Процесс F-T использовался для производства топлива как для автомобилей, так и для военной техники.

Процесс F-T может быть использован для производства биотоплива практически из любого вида углеродсодержащей биомассы, такой как коммунальные отходы, древесная щепа, целлулоидные травы и т.д.

Первым этапом в таком процессе является газификация биомассы с образованием синтез-газа, H₂ + CO. Синтез-газ затем используется для процесса F-T с использованием катализатора, обычно либо железа, либо кобальта, для получения углеводородов. Путем управления несколькими параметрами процесса, такими как температура, давление, соотношение H₂ к СО – можно контролировать состав продукта.   С помощью процесса F-T можно получать продукты, варьирующиеся от легких углеводородов до тяжелых восков.

Биомасса → Газификация → Синтез-газ → F-T → Топливо

На рисунке 1 изображен типичный реактор F-T BenchCAT, разработанный компанией Altamira. Эти четыре газа включают H₂ и CO (синтез-газ), N₂ в качестве разбавителя и Ar, используемый в качестве внутреннего стандарта для анализа. Этот реактор F-T был рассчитан на работу при температуре 400 °C и давлении 1500 фунтов на квадратный дюйм, хотя типичные рабочие температуры и давления ниже. Используются три сепаратора. Первый, выдержанный при температуре около 150 °C, используется для сбора более тяжелых продуктов, таких как воски. Второй хранится при температуре около 80 °C и собирает углеводороды среднего класса и некоторое количество воды. Третий сепаратор поддерживается примерно при комнатной температуре для сбора более низких конечных продуктов и значительного количества воды.  Все разделение осуществляется при рабочем давлении.

Как уже упоминалось, спирты можно считать биотопливом, хотя и с пониженным содержанием энергии. Спирты легко получают из любого сахаросодержащего или крахмалосодержащего материала путем ферментации. Затем они могут быть преобразованы в более традиционные виды топлива с помощью процессов каталитической конденсации. Например, продукт бензинового ряда может быть получен путем взаимодействия спиртов с более низкой цепью над цеолитом, таким как ZSM-5². Продукты более высокого ассортимента могут быть получены с использованием катализируемой основанием альдольной конденсации.

Крахмалсодержащий материал → Спирты → Конденсация → Топливо

Эти процессы могут быть проведены в более или менее обычном реакторе с неподвижным слоем. На рисунке 2 изображен реактор, который можно было бы использовать для конденсации спирта. Для подачи жидких спиртов используется насос, и как газ, так и жидкое сырье проходят через подогреватели перед поступлением в реактор. Теплообменник и газожидкостный сепаратор находятся в зоне высокого давления. Газообразные продукты вытекают из верхней части сепаратора, в то время как жидкие продукты выводятся из нижней части. Для полной автоматизации процесса можно использовать датчики уровня и автоматические клапаны.