1 / 45

By Wenika Suwannasing Apinya Duangchan

Upgrading of Bio-oil from Corn Cob for Animal Feed over Ni-Co/SBA-15 Catalyst: Effect of Extracted Chemical on Upgraded Bio-oil. By Wenika Suwannasing Apinya Duangchan. Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, Kasetsart University, Thailand. Introduction . 2.

bisa
Download Presentation

By Wenika Suwannasing Apinya Duangchan

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Upgrading of Bio-oil from Corn Cob for Animal Feed over Ni-Co/SBA-15 Catalyst: Effect of Extracted Chemical on Upgraded Bio-oil By WenikaSuwannasing ApinyaDuangchan Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, Kasetsart University, Thailand

  2. Introduction 2

  3. Corn cob 3

  4. Pyrolysis Chemical decomposition of organic materials by heating in the absence of oxygen. Solid (char) pyrolysis Corn cob Liquid (bio-oil) (Biomass) Gas high temperature e.g. 300-800๐C 4

  5. Introduction 5 Pyrolysishas a special attention since • Products are solid, liquid, and gas • Yields and composition of each depending on the condition, • The liquid product, bio-oil can be used as a fuel in boiler, • Upgraded by catalysts to produce premium grade refined fuels.

  6. Objectives • To study upgrading of bio-oil from corn cob using Ni-Co/SBA-15 catalyst. • To study effect of extracted chemicals on bio-oil upgrading. 6

  7. Working scopes • Bio-oil was upgraded in a small swing • reactor • Catalyst loading was 1 wt% of bio-oil • at 300oC, reaction time of 1 h • Swinging rate of 40 rpm • initial hydrogen pressure of 1 atm • Bio-oil was separated in terms of • chemical class composition using • extraction chemicals: • Pentane • Toluene • Methanol • Pyrolysis experiment was carried out in a continuous screw feeder reactor using nitrogen as a carrier gas at 400oC. • Catalyst • SBA-15 was synthesized by sol-gel method • Ni-Co/SBA-15 catalysts were prepared by wet impregnation method with Ni-Co molar ratio of 1:1 7

  8. Experimental 8

  9. Catalysts preparation Catalysts preparation Synthesis of SBA-15 was prepared according to the sol gel method reported in the literature (Mukaddeset al. 2005) • pluronic (P-123) • HCl (1.6 M) • stirred at room temperature • for 1 h • The product was filtrated • and washed with DI water • -pH adjusted to 7 • added TEOS • stirred at 40๐Cfor 20 h Dried at 100oC 24 h Calcined at 500oC, 8 h Hydrothermal 100oC, 24h 9

  10. Catalysts preparation Ni-Co/SBA-15 Impregnation method Ni(NO3)2·6H2O + Co(NO3)2 ·6H2O Calcined at 550oC 4 h Dried at 100oC 12 h SBA-15 Ni : Co = 1 : 1 10

  11. Production of bio-oil from corn cob • grounded in a high speed • rotary cutting mill - Dried at 105 ๐C for 24 h. - Particle size about 1-2 mm 11

  12. Screw feeder reactor pyrolysis 12

  13. Extraction of chemicals from bio-oil Organic bio-oil + n-Pentane 200 ml Evap. at 37๐C Pentane fraction Pentane insoluble bio-oil + Toluene 200 ml Evap. at 110๐C Toluene fraction Toluene insoluble bio-oil + Methanol 200 ml Evap. at 65๐C Methanol fraction 13

  14. Upgrading method Production of bio-oil from corn cob Extraction of chemicals from bio-oil Upgrading of bio-oils with Ni-Co/SBA-15 14

  15. Upgrading procedure • Bio-oil15 g • Catalyst 1 wt% of bio-oil • -at 300oC • -reaction time of 1 h • initial hydrogen pressure of 1 atm A small swing reactor 15

  16. Results and discussion 16

  17. Characterization of SBA-15 catalyst It was confirmed by a typical XRD pattern (Zhao et al., 2011). Low angle XRD patterns of SBA-15 after calcined at 550๐C. 17

  18. Physicochemical properties of the catalytic materials with the metals in oxide form 18

  19. Decomposition of corn cob TGA curve of corn cob Moonsrikaew and Duangchan(2008) -pyrolysis of corn cob at 300-500๐C -maximum bio-oil yield was at 400๐C • Heating rate of 5 ๐C/min • - N2 atmosphere 19

  20. Bio-oil from pyrolysis of corn cob organic phase aqueous phase bio-oil 3:7 by volume 20

  21. Properties and elemental composition of corn cob and the pyrolysis bio-oil • The oxygen content of aqueous phase was increased but in organic phase was decreased • compare with corn cob • The mole ratios of hydrogen to carbon in bio-oil aqueous phase higher than organic • phase 21

  22. Heating values from different sequence of catalysts • Upgrading by both catalysts • were improve bio-oil • Ni-Co/SBA-15 showed the • best performance for the • organic phase 22

  23. Chemical class compositionof bio-oils bio-oil • Uzunet al. (2006) • Pyrolysis of soy bean cake • - Extraction of bio-oil by pentane, toluene • and methanol 23

  24. Heating values of raw bio-oil and chemical class composition of bio-oils before-after upgrading The methanol fraction was all solid after upgraded 24

  25. 25

  26. The elemental composition in organic of bio-oil and chemical class composition of bio-oils before upgrading • Pentane fraction maximum • increased of C and H but O • lower than the other • H/C of pentane fraction increased • from 1.53 to 1.63 compare with • the bio-oil • The affect ofH/C was increase • and Owas decrease gave high • heating value 26

  27. The elemental composition in organic of bio-oil and chemical class composition of bio-oils after upgrading with Ni-Co/SBA-15 catalyst • Ni-Co/SBA-15 compared with • SBA-15 was H/C increased from • 1.56 to 1.62 • H/C of pentane fraction was1.74 • Itshigher than the bio-oil • The affect ofH/C was increase • and Owas decrease gave high • heating value 27

  28. Corresponding components in raw bio-oil and upgraded bio-oil 28

  29. The main compounds in organic composition of bio-oil before and after upgrading • Ni-Co/SBA-15 • Increased of • aromatic > aliphatic > ester • Decreased of • ketone > acid > phenol • alcohol andaldehyde absence 29

  30. The main compounds in organic composition of bio-oil and chemical class composition of bio-oils after upgrading • Pentane fraction • Increased of • aromatic > aliphatic > alcohol • Decreased of • acid > ester > ketone > phenol • Toluene fraction • Increased of • aromatic > aliphatic • Decreased of • phenol 30

  31. Esterification of methanol fraction in supercritical methanol with Ni-Co/SBA-15 catalyst 31

  32. Conclusions • Upgrading of bio-oil over Ni-Co/SBA-15 catalyst improved the heating value by 10.6% and the H/C by 5.6% compared with the raw bio-oil. • Pentane fraction of bio-oil after upgrading improved heating values of the bio-oil by 23.2% and H/C ratio by 7.2%. • Upgrading of bio-oil in pentane and toluene fractions seems to be a promising method to upgrade bio-oil into higher quality fuels. 32

  33. Acknowledgements • Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, Kasetsart University • The pyrolysis equipment was supported by Thailand Institute of Nuclear Technology (TINT) • Center of Fuels and Energy from Biomass, Chulalongkorn University (Saraburi) • PTT Research and Technology Institute (Ayutthaya) 33

  34. Thank you for your attention 34

  35. SBA-15 structure Cao et al.(2009) ได้ทำการปรับปรุงคุณภาพน้ำมันชีวมวลที่ได้จากขี้เลื่อยผสมกับยาง ด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา SBA-15, MCM-41 และ HZSM-5 ผลของตัวเร่งปฏิกิริยาต่อคุณภาพน้ำมันเป็นดังนี้ SBA-15 > MCM-41 > HZSM-5 โดยตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีรูพรุนขนาดกลางคือ SBA-15 และ MCM-41 ให้ผลที่ดีกว่า HZSM-5 ที่มีรูพรุนขนาดเล็ก จึงแสดงให้เห็นว่ารูพรุนขนาดกลางเหมาะกับน้ำมันชีวมวลมากกว่ารูพรุนขนาดเล็กในการปรับปรุงคุณภาพน้ำมันชีวมวล เช่น ค่าความร้อน และค่าความหนืด

  36. Ni metal มีความสามารถในการเร่งปฏิกิริยาในการกำจัดออกซิเจนได้ดี เพิ่มความเสถียรให้กับตัวเร่งปฏิกิริยา ช่วยให้ความสามารถในการเร่งปฏิกิริยาสูงขึ้น • Xu et al. (2009) ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา MoNi/Al2O3 ทำให้ปริมาณออกซิเจนในน้ำมันชีวมวลจากขี้เลื่อยต้นสนลดลงจาก 68.52 เป็น 67.78 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก • French and Czernik (2009) ใช้ชีวมวล 3 ชนิดคือ เซลลูโลสอไวเซล (avicel) ไม้แอสเพน และลิกนิน ไพโรไลซิสในปฏิกรณ์ร่วมกับตัวเร่งปฏิกิริยาประเภท ซีโอไลต์ในช่วงอุณหภูมิ 400-600 องศาเซลเซียส โดยตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ นิกเกิล โคบอลต์ เหล็ก และเกาเลียม เคลือบบนซีโอไลต์ZSM-5 ให้ผลผลิตเป็นไฮโดรคาร์บอนสูงที่สุด

  37. Co metal มีความสามารถในการเร่งปฏิกิริยา hydrocrackingสูงมาก มีความสามารถในการเลือกเกิดเป็นผลิตภัณฑ์ พาราฟิน มากกว่าเกิดแก๊ส • (Zhang et al., 2005) กระบวนการปรับ ปรุงน้ำมันชีวมวลนี้เรียกว่าไฮโดรดีออกซีจีเนชัน (hydrodeoxygenation) ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาของโลหะโคบอลต์กับโมลิบดินัม นิกเกิลกับโมลิบดินัม และพวกออกไซด์ของโลหะ เคลือบบนตัวรองรับอลูมิเนียมไดออกไซด์ปฏิบัติการภายใต้สภาวะแก๊สไฮโดรเจนหรือแก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์ ทำให้ออกซิเจนถูกกำจัดออกในรูปของน้ำและแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ ส่งผลให้ค่าพลังงานสูงขึ้น

  38. การเกิดซินเทอริง

  39. Pyrolysis mechanism

  40. octadecanoic acid (Stearic acid) deoxygenation Pd/C Heptadecane

  41. nickle-silica catalyst o-cresol 2-methylcyclohexanone The reaction phenol is degraded to aromatic

  42. Takanabeet al. (2005) claimed that supported Co-Ni improved the reducibility proposed by a homogeneous Co-Ni alloy base on MCM-41 that formed when Ni:Co was 1:1, 1:2 and 2:1. The Ni:Co ratio also influenced the active surface area in the order from the highest are 1:1>1:2>2:1.

  43. อุณหภูมิในการปรับปรุงคุณภาพอุณหภูมิในการปรับปรุงคุณภาพ • Zhang et al.(2009) ได้ศึกษาการทำน้ำมันชีวมวลจากซังข้าวโพดโดยใช้กระบวนการไพโรไลซิสที่อุณหภูมิในการไพโรไลซิสที่ 550 องศา นำมาปรับปรุงคุณภาพน้ำมันด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา HZSM-5 ที่ 200, 250, 300 และ 400 องศาเซลเซียส พบว่าที่อุณหภูมิ 300 องศาเซลเซียส ให้ค่าความร้อนสูงที่สุดเท่ากับ 34.6 MJ/kg และ H/C = 1.511 และ O/C = 0.149

More Related