AbstractThe mild pyrolysis of switc

Abstract
The mild pyrolysis of switchgrass/poly-3-hydroxybutyrate (P3HB) blends that mimic P3HB-producing switchgrass lines was studied in a pilot scale fluidized bed reactor with the goal of simultaneously producing crotonic acid, a switchgrass-based bio-oil, and bio-char. Factors such as pyrolysis temperature, reactor residence time, flow rate and particle size of the P3HB were studied to determine their effects on the recovery of crotonic acid as a component of the pyrolysis oil produced from the mixture. Crotonic acid yields were maximized at 45 wt% of the input P3HB by using small P3HB particles and a pyrolysis temperature of 375 °C. The remaining components of the liquid product were similar to those produced via fast pyrolysis of switchgrass alone. Fractional collection within the condensation system of the pyrolysis process development unit (PDU) did not significantly fractionate crotonic acid more than the total liquids collected. Concentrations of 6 to 10 wt% crotonic acid in the liquids were found in all fractions and crotonic acid was effectively collected by both condensation and electrostatic precipitation suggesting that pyrolysis of P3HB produces crotonic acid in both gas and aerosol phases.
Keywords
• P3HB;
• Crotonic acid;
• Pyrolysis;
• Switchgrass
1. Introduction
Decreases in petroleum resources and increases in costs have put pressure on markets for products produced from petroleum including fuels, chemicals and plastics. These forces combined with environmental issues related to non-biodegradable petroleum-based plastics have spurred research into bio-based alternatives. Polyhydroxyalkanoates (PHAs) are a broad family of naturally occurring polyesters that possess physical properties making them suitable replacements for many petroleum derived plastics. They are produced by some microorganisms as a method of carbon and energy storage [1] and [2]. The production of of poly-3-hydroxybutyrate (P3HB), the simplest member of the PHA family, can be achieved in non-native bacterial producers as well as plants by expressing bacterial genes encoding the P3HB biosynthetic enzymes. Recent advances have led to the production of P3HB in genetically modified switchgrass at levels up to 7.7% dwt in sections of leaf tissue [3]. In addition to being utilized as a renewable, biodegradable material, P3HB can be thermally degraded to crotonic acid in high yield via pyrolysis [4], [5], [6], [7] and [8].

The selective production of crotonic acid from P3HB using a mild pyrolysis process has been proposed to occur via a random chain-scission beta elimination reaction at temperatures above 200 ̊C [7] to produce cis-crotonic acid which then isomerizes to the more thermodynamically stable trans-crotonic acid.
Crotonic acid can be used as a platform chemical providing an alternative route to high-valued industrial and fine chemicals. For example, it can be reduced to n-butanol for chemical or fuel applications or oxidized to maleic anhydride, a precursor of unsaturated polyesters. Other targets available through simple transformations include propylene, the precursor to polypropylene, and acrylic acid, a chemical used to produce superabsorbent polymers. Pyrolysis has also been demonstrated as a very efficient liquefaction method for biomass such as switchgrass producing bio-oil or bio-crude [10], [11], [12], [13], [14], [15],[16], [17] and [18]. Pyrolysis liquids are potential intermediates for the production of renewable hydrocarbon fuels and renewable chemicals. Pyrolysis of P3HB-producing switchgrass is thus a potentially attractive process that could simultaneously produce crotonic acid, bio-oil, and bio-char. Previously, the co-pyrolysis of willow biomass and P3HB at 450 ̊C was reported by Cornelissen et al. [19] and [20], with the goal of utilizing high levels of P3HB as a co-reactant to improve the quality of pyrolysis oil. We report in this contribution on the mild pyrolysis of switchgrass/P3HB blends with the goal of maximizing crotonic acid recovery while also producing pyrolysis oil and bio-char. To study the potential of a mild pyrolysis process, switchgrass/P3HB blends that mimic P3HB-producing switchgrass lines were subjected to pyrolysis in a pilot scale fluidized bed reactor. Factors such as pyrolysis temperature, residence time, flow rates and particle size of the P3HB were studied for their effects on the recovery of crotonic acid as a component of the pyrolysis oil. Effects of the presence of P3HB and crotonic acid on the chemical composition of the switchgrass bio-oil were also examined.
2. Methods and materials
2.1. Materials
Switchgrass was provided by the McDonnell Farm in East Greenville, PA. The switchgrass was ground and sieved to 2 mm using a Wiley mill and dried in an oven overnight at 80 °C before use. After drying the switchgrass moisture content was 2 to 3 wt%. P3HB polymer and lime (CaO) were provided by Metabolix, Inc. Two particle sizes of P3HB were used: a fine powder (particle size

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

บทคัดย่อไพโรไลซิอ่อนของ switchgrass/โพ ลี-3-hydroxybutyrate (P3HB) ผสมว่า เลียนแบบผลิต P3HB switchgrass บรรทัดถูกศึกษาในที่เครื่องปฏิกรณ์เบด fluidized ระดับนำร่องโดยมีเป้าหมายเพื่อพร้อมผลิตกรด crotonic น้ำมันชีวภาพ-switchgrass ตาม และปัจจัยทางชีวภาพ char. ชีวภาพอุณหภูมิ เครื่องปฏิกรณ์อาศัยเวลา กระแสอัตราและอนุภาคขนาดของ P3HB ได้ศึกษาเพื่อตรวจสอบผลการกู้คืน crotonic กรดเป็นส่วนประกอบของน้ำมันชีวภาพที่ผลิตจากส่วนผสม กรด crotonic อัตราผลตอบแทนถูกขยายใหญ่สุด 45% wt P3HB ป้อน โดยใช้อนุภาคขนาดเล็ก P3HB และการไพโรไลซิอุณหภูมิ 375 องศาเซลเซียส ส่วนประกอบของผลิตภัณฑ์ของเหลวที่เหลือได้เหมือนกับผู้ผลิตทางชีวภาพอย่างรวดเร็วของ switchgrass เพียงอย่างเดียว ชุดเศษส่วนภายในระบบควบแน่นของหน่วยพัฒนากระบวนการไพโรไลซิ (PDU) ได้ไม่มาก fractionate crotonic กรดมากกว่าของเหลวทั้งหมดรวบรวม ความเข้มข้นของ 6-10 wt % crotonic กรดในของเหลวที่พบในทุกส่วน และกรด crotonic รวบรวมได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยมีหยดน้ำเกาะทั้งสอง และ electrostatic ฝนแนะนำที่ชีวภาพของ P3HB สร้างกรด crotonic ในเฟสก๊าซและขวดคำสำคัญ• P3HB •กรด Crotonic •ไพโรไลซิ • Switchgrass1. บทนำในทรัพยากรปิโตรเลียมที่ลดลงและเพิ่มต้นทุนได้ใส่ความกดดันในตลาดสำหรับผลิตภัณฑ์ที่ผลิตจากน้ำมันเชื้อเพลิง เคมีภัณฑ์ และพลาสติก กองกำลังเหล่านี้รวมกับปัญหาสิ่งแวดล้อมที่เกี่ยวข้องกับพลาสติกจากปิโตรเลียมไม่สลายได้กระตุ้นการวิจัยในทางชีวภาพตาม Polyhydroxyalkanoates (PHAs) มีครอบครัวสิ่งของธรรมชาติเกิด polyesters ที่มีคุณสมบัติทางกายภาพที่ทำให้พวกเขาแทนเหมาะสำหรับปิโตรเลียมหลาย มาพลาสติก พวกเขาจะผลิต โดยจุลินทรีย์บางเป็นวิธีการเก็บคาร์บอนและพลังงาน [1] และ [2] การผลิตของโพลี-3-hydroxybutyrate (P3HB), สมาชิกของครอบครัวผา ง่ายที่สุดสามารถทำได้ในถิ่นผลิตแบคทีเรียพืช โดยแสดงรหัสเอนไซม์ biosynthetic P3HB ยีนแบคทีเรีย ความก้าวหน้าล่าสุดได้นำไปสู่การผลิตของ P3HB ใน switchgrass ดัดแปลงพันธุกรรมในระดับค่าการ dwt 7.7% ในส่วนของเนื้อเยื่อใบ [3] นอกจากถูกใช้เป็นวัสดุทดแทน สลาย P3HB สามารถแพเสื่อมโทรมการกรด crotonic ผลตอบแทนสูงทางชีวภาพ [4], [5], [6], [7] [8] และได้การผลิตใช้การกรด crotonic จาก P3HB ที่ใช้กระบวนการไพโรไลซิอ่อนได้รับการเสนอชื่อไปผ่านปฏิกิริยาตัดออกเบต้า scission โซ่สุ่มที่อุณหภูมิสูงกว่า 200 ̊C [7] การผลิตกรด cis crotonic ที่ isomerizes แล้ว ให้กรดทรานส์ crotonic มีเสถียรภาพมากขึ้น thermodynamicallyกรด crotonic สามารถใช้เป็นสารเคมีให้กระบวนการผลิตที่สำรองให้มูลค่าสูงดี และอุตสาหกรรมเคมี ตัวอย่าง สามารถลดเอ็นบิวทานอสำหรับสารเคมีหรือน้ำมันเชื้อเพลิง หรือออกซิไดซ์กับ maleic anhydride สารตั้งต้นของ polyesters ในระดับที่สมกัน เป้าหมายอื่น ๆ โดยแปลงเรื่องรวมโพรพิลีน สารตั้งต้นกับโพรพิลีน กรดอะครีลิค สารเคมีที่ใช้ในการผลิตโพลิเมอร์ superabsorbent ไพโรไลซิได้ยังได้สาธิตวิธีการ liquefaction มากสำหรับชีวมวลเช่น switchgrass ผลิตน้ำมันชีวภาพหรือไบโอดิบ [10], [11], [12], [13], [14], [15], [16], [17] [18] และ ชีวภาพของเหลวเป็นตัวกลางที่มีศักยภาพสำหรับการผลิตเชื้อเพลิงทดแทนไฮโดรคาร์บอนและสารเคมีทดแทน ชีวภาพของผลิต P3HB switchgrass เป็นกระบวนการอาจน่าสนใจที่สามารถพร้อม ผลิตกรด crotonic น้ำมันชีวภาพ ไบโอ char. ก่อนหน้านี้ มีรายงานโดย al. et Cornelissen [19] [20], ชีวภาพร่วมชีวมวลวิลโลว์และ P3HB ที่ 450 ̊C กับเป้าหมายของการใช้ระดับสูงของ P3HB เป็นตัวทำปฏิกิริยาร่วมเพื่อปรับปรุงคุณภาพของน้ำมันไพโรไลซิ เรารายงานในส่วนนี้เกี่ยวกับชีวภาพอ่อนของผสม switchgrass/P3HB โดยมีเป้าหมายเพื่อเพิ่มกรด crotonic กู้คืนในขณะที่ยัง มีการผลิตน้ำมันชีวภาพและอักขระไบ การศึกษาศักยภาพของกระบวนการไพโรไลซิไมด์ switchgrass/P3HB ผสมที่เลียนแบบผลิต P3HB switchgrass บรรทัดถูกต้องชีวภาพในเครื่องปฏิกรณ์แบบเบด fluidized ระดับนำร่อง ปัจจัยต่าง ๆ เช่นอุณหภูมิการไพโรไลซิ เวลาเรสซิเดนซ์ อัตราการไหล และขนาดอนุภาคของ P3HB ได้ศึกษาผลการฟื้นตัวของกรด crotonic เป็นส่วนประกอบของน้ำมันไพโรไลซิ ผลกระทบของกรด crotonic และ P3HB บนองค์ประกอบทางเคมีของ switchgrass ไบน้ำมันยังได้รับการตรวจสอบ2. วิธีการและวัสดุ2.1. วัสดุSwitchgrass ได้รับฟาร์มแมคดอนเนลล์ในกรีตะวันออก pa Switchgrass ถูกดิน และ sieved มม. 2 ใช้มิลล์ Wiley และอบแห้งในเตาอบค้างคืนที่ 80 ° C ก่อนใช้ หลังจากอบ switchgrass ชื้นได้ 2-3% wt มะนาว (CaO) และพอลิเมอร์ P3HB ได้จาก Metabolix, Inc. ใช้ขนาดอนุภาคสอง P3HB: ผงดี (ขนาดอนุภาค < 0.15 มม.เส้นผ่านศูนย์กลาง) และวัสดุ coarser (ขนาดอนุภาคอยู่ในช่วงจาก 0.177 0.354 มม.เส้นผ่านศูนย์กลาง) ผสมของ switchgrass, P3HB และเกา (มี) ได้จัดทำ โดยทางกายภาพผสมใน V-ผสม2.2 การไพโรไลซิทดลองไพโรไลซิทดลองถูกดำเนินการโดยใช้เบด fluidized ชีวภาพกระบวนการพัฒนาหน่วย (PDU) ที่ของจากตะวันออกภูมิภาควิจัยศูนย์ (ERRC) อธิบายระบบเครื่องปฏิกรณ์ Boateng et al. [10] และ [21] ดี มันของ PDU มีให้ใน Fig. 1 เตียงเครื่องปฏิกรณ์ประกอบด้วยท่อเส้นผ่าศูนย์กลาง 7.6 ซม.ซึ่งเติมได้ลึกถึง 20 ซม. ด้วยทรายซิลิก้า μm 800 ให้บริการเป็นสื่อ fluidizing การผสมของ switchgrass และ P3HB ชีวภาพอุณหภูมิ 350-375 องศาเซลเซียส ลบอักขระทางชีวภาพจากสตรีมไอน้ำได้สำเร็จ โดยแยกไซโคลน ชีวภาพของเหลวถูกเก็บรวบรวมในส่วนที่ห้าผ่านสี่ condensers ระบายความร้อนด้วยน้ำ ∼4 ° C ในชุดตามเป็น electrostatic precipitator (ESP) การกระจายผลผลิตผลิตภัณฑ์ชีวภาพกำหนด gravimetrically และสำหรับวัสดุความไม่สมดุลที่เกิดจากผลิตภัณฑ์สะสมในระบบ โดยใช้แบบจำลองเพิ่มประสิทธิภาพโปรแกรมไม่เชิงเส้น ก่อนหน้านี้ถูกพัฒนาขึ้นเพื่อปรับปรุงข้อมูลการทดลองเพื่อให้ปิดยอดดุลโดยไม่สูญเสียตัวโดยรวมของกระบวนการไพโรไลซิขณะรักษาภายในของการอนุรักษ์มวล [22] องค์ประกอบของก๊าซไม่ใช่ condensable (NCG) ถูกวัดออนไลน์โดยใช้การ Agilent 3000 MicroGC2.3 จำแนกผลิตภัณฑ์น้ำถูกวัดโดยใช้การไทเทรตคาร์ล – ตื่นในเมทานอลกับ Hydranal 5 ผสมคาร์ฟิสเชอร์ (Fluka) ใช้เป็น titrant GC กับโตรเมทรี (MS) ตรวจวิเคราะห์น้ำมันไพโรไลซิทำบน Shimadzu GCMS QC-2010 และใช้ในการกำหนดปริมาณส่วนประกอบน้ำมันไพโรไลซิหลายที่รวมถึงกรด crotonic คอลัมน์ที่ใช้เป็น DB นี้ 60 เมตร × 0.25 mm, 0.25 μm ฟิล์มหนา อุณหภูมิเตาอบถูกตั้งโปรแกรมให้กดค้างไว้ที่ 45 ° C สำหรับ 4 นาที ทางลาดที่ 3 ° C/นาที ถึง 280 ° C และกดค้างไว้ที่ 280 ° C สำหรับ 20 นาที อัดอุณหภูมิ 250 ° C และอัตราส่วนแบ่งหัวฉีดถูกตั้งค่าให้บท อัตราการไหลของก๊าซผู้ขนส่งเขามี 1 mL/min ตัวอย่างน้ำมันไพโรไลซิสำหรับวิเคราะห์ GC ได้เตรียมไว้เป็น 3 ± 1 wt %โซลูชั่นในอะซิโตนซึ่งถูกกรองผ่านตัวกรอง μm polytetrafluoroethylene (PTFE) 0.45 ก่อนฉีด สำหรับนับสารน้ำมันไพโรไลซิละ ตอบสนองปัจจัยสัมพันธ์กับมาตรฐานภายใน fluroanthene ถูกกำหนดโดยใช้สารอาหาร [11]3. ผลลัพธ์ และสนทนาBlends of switchgrass and P3HB were pyrolyzed in a series of several experiments that are summarized in Table 1. In most experiments the blends contained 90% switchgrass and 10% P3HB, with the exception of experiment 8 where the proportion of P3HB was increased to 25%. Also, in one instance, lime (CaO) was added as a 5 wt% loading to the mixture to explore its potential in assisting P3HB thermal decomposition (experiment 3). The blends were pyrolyzed at temperatures of 350 to 375 °C. Two particle size cuts (fine and coarse) of the P3HB particles were used along with three different carrier gas flow rates. The latter enabled the testing of the effect of the residence time of the P3HB particles in the reactor, with the lower flow rate providing more residence time. Residence times are estimated to be 0.12 s at 60 L/min N2 flow and 0.09 s at 75 L/min [10]. For comparison, two control experiments with switchgrass alone were also included, one at traditional fast pyrolysis conditions (480 ̊C) and one at the mild pyrolysis conditions (375 ̊C) employed for the P3HB/switchgrass blends. The distribution of the post-pyrolysis material in solid, liquid and non-condensable gas fractions is also provided in Table 1. Actual recoveries are provided along with values corrected for material retained in the system by a non-linear optimization mass balance model, as described in Section 2[22]. Compared with the fast pyrolysis of switchgrass (480 ̊C) which produced 62.3% liquid, the yield of liquid (bio-oil) in all of the mild pyrolysis experiments was found to be lower (Table 1). For the mild, lime-free pyrolysis of switchgrass/P3HB blends, greater liquid yields (40 to 48 wt%) were achieved compared with the mild pyrolysis control experiment containing switchgrass alone (36%). Conversely, the yield of solid products (bio-char) from the switchgrass/P3HB blends (9.6 to 24.4%) was increased compared to the fast pyrolysis of switchgrass alone (9.8%) but decreased relative to the mild pyrolysis of switchgrass alone (∼30%). These results suggest that both the use of lower temperatures, which are necessary to prevent further degradation of crotonic acid, and the presence of P3HB and/or crotonic acid in the reaction mixture influence the product distribution. Use of pyrolysis temperatures lower than 450 °C for biomass pyrolysis has previously been shown to result in decreased bio-oil and increased bio-char production [

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

บทคัดย่อไพโรไลซิอ่อนของสวิตซ์ / โพลี 3 ไฮดรอกซี (P3HB) ผสมผสานที่เลียนแบบ P3HB ผลิตสายสวิตซ์ศึกษาในเครื่องปฏิกรณ์เตียงขนาดนักบิน fluidized มีเป้าหมายในการพร้อมกันผลิตกรด crotonic เป็นสวิตซ์ที่ใช้น้ำมันชีวภาพและ ถ่านชีวภาพ
ปัจจัยต่างๆเช่นอุณหภูมิไพโรไลซิเวลาที่อยู่อาศัยเครื่องปฏิกรณ์อัตราการไหลและขนาดอนุภาค P3HB ถูกศึกษาเพื่อตรวจสอบผลกระทบต่อการฟื้นตัวของกรด crotonic เป็นส่วนประกอบของน้ำมันไพโรไลซิที่ผลิตจากส่วนผสมที่ อัตราผลตอบแทนกรด Crotonic ถูกขยายใหญ่สุดที่ 45% ของน้ำหนัก P3HB การป้อนข้อมูลโดยใช้อนุภาคขนาดเล็กและ P3HB อุณหภูมิไพโรไลซิ 375 ° C ส่วนประกอบที่เหลือของผลิตภัณฑ์ที่เป็นของเหลวมีความคล้ายคลึงกับที่ผลิตผ่านไพโรไลซิรวดเร็วของสวิตซ์เพียงอย่างเดียว คอลเลกชัน Fractional ในระบบการรวมตัวของหน่วยพัฒนากระบวนการไพโรไลซิ (PDU) ไม่ได้มีนัยสำคัญ fractionate กรด crotonic มากกว่าของเหลวทั้งหมดที่เก็บรวบรวม ความเข้มข้นของ 6-10% โดยน้ำหนักกรด crotonic ในของเหลวที่พบในเศษส่วนและกรด crotonic เก็บได้อย่างมีประสิทธิภาพทั้งการรวมตัวและการตกตะกอนไฟฟ้าสถิตบอกว่าไพโรไลซิของ P3HB ผลิตกรด crotonic ทั้งก๊าซและขั้นตอนละออง.
คำ• P3HB; • Crotonic กรด; •ไพโรไลซิ; • Switchgrass 1 บทนำลดในแหล่งปิโตรเลียมและการเพิ่มขึ้นของค่าใช้จ่ายได้สร้างแรงกดดันต่อตลาดสำหรับผลิตภัณฑ์ที่ผลิตจากปิโตรเลียมรวมทั้งเชื้อเพลิง, สารเคมีและพลาสติก กองกำลังเหล่านี้รวมกับปัญหาด้านสิ่งแวดล้อมที่เกี่ยวข้องกับพลาสติกที่ใช้ปิโตรเลียมที่ไม่ย่อยสลายได้กระตุ้นการวิจัยในทางเลือกชีวภาพที่ใช้ polyhydroxyalkanoates (PHAs) เป็นครอบครัวในวงกว้างของโพลีเอสเตอร์เกิดขึ้นตามธรรมชาติที่มีคุณสมบัติทางกายภาพที่ทำให้พวกเขาเหมาะสำหรับการทดแทนปิโตรเลียมพลาสติกจำนวนมากที่ได้มา พวกเขามีการผลิตโดยเชื้อเป็นวิธีการของคาร์บอนและการเก็บรักษาพลังงาน [1] และ [2] การผลิตของโพลี 3 ไฮดรอกซี (P3HB) สมาชิกที่ง่ายที่สุดของครอบครัว PHA สามารถประสบความสำเร็จในการผลิตแบคทีเรียที่ไม่ใช่เจ้าของภาษาเช่นเดียวกับพืชโดยแสดงยีนของแบคทีเรียเข้ารหัสชีวสังเคราะห์เอนไซม์ P3HB ความก้าวหน้าล่าสุดได้นำไปสู่การผลิตใน P3HB สวิตซ์ดัดแปลงพันธุกรรมในระดับที่สูงถึง 7.7% เดทเวทตันในส่วนของเนื้อเยื่อใบ [3] นอกจากนี้จะถูกนำมาใช้เป็นพลังงานทดแทนวัสดุย่อยสลาย P3HB สามารถสลายความร้อนที่จะ crotonic กรดผลตอบแทนสูงผ่านไพโรไลซิ [4] [5] [6] [7] และ [8]. การผลิตเลือก crotonic กรดจาก P3HB โดยใช้กระบวนการไพโรไลซิอ่อนได้รับการเสนอที่จะเกิดขึ้นผ่านการสุ่มโซ่เฉียบขาดเบต้าปฏิกิริยาการกำจัดที่อุณหภูมิสูงกว่า 200 องศา C [7] ในการผลิตกรดซิ-crotonic ซึ่ง isomerizes จะมากขึ้น thermodynamically มั่นคงกรดทรานส์ crotonic. Crotonic กรดสามารถนำมาใช้เป็นแพลตฟอร์มทางเคมีให้เลือกเส้นทางต่อสารเคมีสูงมูลค่าอุตสาหกรรมและปรับ ยกตัวอย่างเช่นมันจะลดลงถึง n-butanol สำหรับสารเคมีหรือการใช้น้ำมันเชื้อเพลิงหรือออกซิเจนสารประกอบอัตราส่วนผู้นำของโพลีเอสเตอร์ไม่อิ่มตัว เป้าหมายอื่น ๆ ที่ผ่านการแปลงที่ง่ายรวมถึงการโพรพิลีนสารตั้งต้นในการโพรพิลีนและกรดอะคริลิเป็นสารเคมีที่ใช้ในการผลิตโพลีเมอ superabsorbent ไพโรไลซิยังได้รับการแสดงให้เห็นเป็นวิธีการทำให้มีประสิทธิภาพมากสำหรับชีวมวลเช่นสวิตซ์การผลิตน้ำมันชีวภาพหรือไบโอน้ำมันดิบ [10] [11] [12] [13] [14] [15], [16 ], [17] และ [18] ของเหลวไพโรไลซิเป็นตัวกลางที่มีศักยภาพในการผลิตพลังงานทดแทนเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนและสารเคมีทดแทน ไพโรไลซิของ P3HB ผลิตสวิตซ์จึงเป็นกระบวนการที่น่าสนใจที่อาจเกิดขึ้นพร้อมกันที่สามารถผลิตกรด crotonic ชีวภาพน้ำมันและถ่านชีวภาพ ก่อนหน้านี้ผู้ร่วมไพโรไลซิชีวมวลวิลโลว์และ P3HB ที่ 450 C ถูกรายงานโดย Cornelissen et al, [19] และ [20] โดยมีเป้าหมายของการใช้ระดับสูงของ P3HB เป็นสารตั้งต้นร่วมในการปรับปรุงคุณภาพของน้ำมันไพโรไลซิ เรารายงานในผลงานนี้ในไพโรไลซิอ่อนของสวิตซ์ / P3HB ผสมผสานโดยมีเป้าหมายของการเพิ่มการกู้คืนกรด crotonic ในขณะที่ยังมีการผลิตน้ำมันและไพโรไลซิชีวภาพถ่าน เพื่อศึกษาศักยภาพของไพโรไลซิกระบวนการอ่อน, สวิตซ์ / P3HB ผสมผสานที่เลียนแบบ P3HB ผลิตสายสวิตซ์ถูกยัดเยียดให้ในไพโรไลซิเตียงขนาดนักบิน fluidized เครื่องปฏิกรณ์ ปัจจัยต่างๆเช่นอุณหภูมิไพโรไลซิเวลาที่อยู่อาศัยอัตราการไหลและขนาดอนุภาคของ P3HB ที่มีการศึกษาผลกระทบต่อการฟื้นตัวของกรด crotonic เป็นส่วนประกอบของน้ำมันไพโรไลซิที่ ผลของการปรากฏตัวของ P3HB และกรด crotonic กับองค์ประกอบทางเคมีของสวิตซ์น้ำมันชีวภาพมีการตรวจสอบยัง. 2 วิธีการและวัสดุ2.1 วัสดุSwitchgrass ถูกจัดให้โดยฟาร์ม McDonnell ในอีสต์กรีนซิลเวเนีย สวิตซ์เป็นพื้นดินและร่อนถึง 2 มิลลิเมตรโดยใช้โรงงานไวลีย์และแห้งในเตาอบค้างคืนที่ 80 องศาเซลเซียสก่อนการใช้งาน หลังจากการอบแห้งสวิตซ์ความชื้นเป็น 2-3% โดยน้ำหนัก พอลิเมอ P3HB และมะนาว (CaO) มีให้โดย Metabolix, Inc สองขนาดอนุภาค P3HB ถูกนำมาใช้: เป็นผงละเอียด (ขนาดอนุภาค <0.15 มม) และวัสดุที่หยาบ (ขนาดอนุภาคอยู่ในช่วง 0.177-0.354 มม) . ผสมของสวิตซ์, P3HB และ CaO (ที่ใช้ได้) ได้รับการจัดทำขึ้นโดยร่างกายผสมไว้ใน V-ผสม. 2.2 ไพโรไลซิทดลองการทดลองไพโรไลซิถูกดำเนินการโดยใช้เตียงหน่วยพัฒนากระบวนการไพโรไลซิ fluidized (PDU) ที่ USDA ตะวันออกศูนย์การวิจัย (ERRC) ระบบเครื่องปฏิกรณ์ได้รับการอธิบายอย่างดีจากบัวเต็ง, et al [10] และ [21] วงจรของ PDU ให้บริการในรูป 1. เตียงเครื่องปฏิกรณ์ประกอบด้วย 7.6 ซม. เส้นผ่าศูนย์กลางท่อซึ่งเต็มไปด้วยความลึก 20 ซม. 800 ไมโครเมตรทรายซิลิกาที่ให้บริการเป็นสื่อกลางเหลว สำหรับการผสมของสวิตซ์และไพโรไลซิ P3HB อุณหภูมิได้ 350-375 องศาเซลเซียส กำจัดไบโอถ่านจากกระแสไอก็ประสบความสำเร็จโดยการแยกพายุไซโคลน ของเหลวไพโรไลซิถูกเก็บไว้ในห้าเศษส่วนผ่านสี่คอนเดนเซอร์ระบายความร้อนด้วยน้ำ ~4 ° C ในซีรีส์ตามด้วยการตกตะกอนไฟฟ้าสถิต (ESP) ไพโรไลซิกระจายผลผลิตถูกกำหนด gravimetrically และการแก้ไขความไม่สมดุลสำหรับวัสดุที่เกิดจากการสะสมของสินค้าในระบบโดยใช้รูปแบบการเพิ่มประสิทธิภาพการเขียนโปรแกรมเชิงเส้น นี้ได้รับการพัฒนาก่อนหน้านี้ในการปรับข้อมูลการทดลองเพื่อให้บรรลุยอดคงเหลือปิดโดยไม่สูญเสียการแสดงโดยรวมของกระบวนการไพโรไลซิขณะที่การรักษากฎหมายภายในของการอนุรักษ์ของมวล [22] ก๊าซที่ไม่ควบแน่น (NCG) องค์ประกอบวัดออนไลน์โดยใช้ Agilent 3000 MicroGC. 2.3 ลักษณะสินค้าปริมาณน้ำที่ถูกวัดโดยใช้ไตเตรทคาร์ลฟิชเชอร์กับเมทานอลใน Hydranal คาร์ลฟิชเชอร์คอมโพสิตที่ 5 (Fluka) ใช้เป็น titrant GC กับมวลสาร (MS) การวิเคราะห์การตรวจสอบของน้ำมันไพโรไลซิได้ดำเนินการใน Shimadzu GCMS QC-2010 และถูกใช้ในการวัดปริมาณน้ำมันไพโรไลซิส่วนประกอบหลายอย่างรวมทั้งกรด crotonic คอลัมน์ที่ใช้เป็น DB-1701, 60 มมม× 0.25, 0.25 ไมโครเมตรความหนาของฟิล์ม อุณหภูมิเตาอบเป็นโปรแกรมที่จะถือที่ 45 องศาเซลเซียสเป็นเวลา 4 นาที, ทางลาดที่ 3 ° C / นาทีถึง 280 ° C ค้างไว้ที่ 280 องศาเซลเซียสเป็นเวลา 20 นาที อุณหภูมิหัวฉีด 250 ° C และหัวฉีดอัตราส่วนแบ่งออกเป็นชุดถึง 30: 1 อัตราการไหลของก๊าซเขาเป็นผู้ให้บริการ 1 มิลลิลิตร / นาที กลุ่มตัวอย่างน้ำมันไพโรไลซิสำหรับการวิเคราะห์ GC ได้จัดทำขึ้นเป็น 3 ± 1% โดยน้ำหนักการแก้ปัญหาในอะซีโตนที่ถูกกรองผ่าน 0.45 ไมโครเมตร polytetrafluoroethylene (PTFE) กรองก่อนที่จะฉีด สำหรับปริมาณของสารไพโรไลซิน้ำมันของแต่ละบุคคลการตอบสนองต่อปัจจัยที่สัมพันธ์กับมาตรฐานภายใน fluroanthene ถูกกำหนดโดยใช้สารประกอบของแท้ [11]. 3 และการอภิปรายผลการผสมของสวิตซ์และ P3HB ถูกเผาในชุดการทดลองหลายอย่างที่มีรายละเอียดในตารางที่ 1 ในการทดลองผสมส่วนใหญ่ที่มีอยู่ 90% สวิตซ์และ 10% P3HB มีข้อยกเว้นของการทดลอง 8 ที่สัดส่วนของ P3HB ที่เพิ่มขึ้น ถึง 25% นอกจากนี้ในกรณีหนึ่งมะนาว (CaO) ถูกบันทึกเป็นโหลด 5% โดยน้ำหนักส่วนผสมในการสำรวจที่อาจเกิดขึ้นในการช่วยเหลือการสลายตัวทางความร้อน P3HB (ทดลอง 3) ผสมถูกเผาที่อุณหภูมิ 350-375 องศาเซลเซียส สองการปรับลดขนาดอนุภาค (ดีและหยาบ) ของอนุภาค P3HB ถูกนำมาใช้พร้อมกับสามอัตราการไหลของก๊าซให้บริการที่แตกต่างกัน หลังเปิดใช้งานการทดสอบผลของเวลาที่พำนักของอนุภาค P3HB ในเครื่องปฏิกรณ์ที่มีอัตราการไหลที่ต่ำกว่าการให้เวลามากขึ้นที่อยู่อาศัย ครั้งที่อยู่อาศัยคาดว่าจะ 0.12 s ที่ 60 ลิตร / นาทีไหล N2 และ 0.09 s ที่ 75 ลิตร / นาที [10] สำหรับการเปรียบเทียบสองการทดลองการควบคุมที่มีสวิตซ์อยู่คนเดียวก็รวมเป็นหนึ่งในเงื่อนไขไพโรไลซิรวดเร็วแบบดั้งเดิม (480 C) และเป็นหนึ่งในเงื่อนไขไพโรไลซิอ่อน (375 C) การจ้างงานสำหรับ P3HB / ผสมสวิตซ์ การกระจายของวัสดุที่โพสต์ในไพโรไลซิของแข็งของเหลวก๊าซและเศษส่วนที่ไม่ควบแน่นนอกจากนี้ยังมีในตารางที่ 1 การฟื้นตัวที่เกิดขึ้นจริงมีให้พร้อมกับค่านิยมการแก้ไขสำหรับวัสดุเก็บไว้ในระบบโดยรูปแบบการเพิ่มประสิทธิภาพสมดุลมวลที่ไม่ใช่เชิงเส้นเช่น อธิบายไว้ในส่วนที่ 2 [22] เมื่อเทียบกับไพโรไลซิรวดเร็วของสวิตซ์ (480 C) ซึ่งผลิตของเหลว 62.3% อัตราผลตอบแทนของของเหลว (น้ำมันชีวภาพ) ในทุกการทดลองไพโรไลซิอ่อนพบว่าจะลดลง (ตารางที่ 1) สำหรับอ่อนไพโรไลซิมะนาวผสมฟรีสวิตซ์ / P3HB ผลผลิตของเหลวมากขึ้น (40-48% โดยน้ำหนัก) ได้รับการประสบความสำเร็จเมื่อเทียบกับการทดลองควบคุมไพโรไลซิอ่อนที่มีสวิตซ์อยู่คนเดียว (36%) ตรงกันข้ามผลผลิตของผลิตภัณฑ์ที่เป็นของแข็ง (ไบโอถ่าน) จากการผสมสวิตซ์ / P3HB (9.6-24.4%) เพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับไพโรไลซิรวดเร็วของสวิตซ์เพียงอย่างเดียว (9.8%) แต่ลดลงเมื่อเทียบกับไพโรไลซิอ่อนของสวิตซ์เพียงอย่างเดียว (~ 30%) ผลการศึกษานี้แสดงให้เห็นว่าทั้งสองใช้อุณหภูมิต่ำซึ่งเป็นสิ่งที่จำเป็นเพื่อป้องกันการย่อยสลายต่อไปของกรด crotonic และการปรากฏตัวของ P3HB และ / หรือกรดใน crotonic ผสมปฏิกิริยาที่มีอิทธิพลต่อการกระจายสินค้า การใช้อุณหภูมิไพโรไลซิต่ำกว่า 450 องศาเซลเซียสเป็นเวลาไพโรไลซิชีวมวลที่ได้รับก่อนหน้านี้แสดงให้เห็นว่ามีผลในการลดลงของน้ำมันชีวภาพและเพิ่มกำลังการผลิตถ่านชีวภาพ [

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

นามธรรม
ผลิตไม่รุนแรงของสวิตซ์ / poly-3-hydroxybutyrate ( p3hb ) ผสมที่เลียนแบบ p3hb ผลิตสวิตซ์สายการศึกษานำร่องแบบฟลูอิไดซ์เบดกับเป้าหมายของ crotonic พร้อมกันผลิตกรด , สวิตซ์น้ำมันไบโอ ตาม และ ไบโอ ชาร์ ปัจจัยเช่นอุณหภูมิไพโรไลซิส , ระยะเวลาที่เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์อัตราการไหลและขนาดอนุภาคของ p3hb ทดสอบเพื่อตรวจสอบผลกระทบต่อการฟื้นตัวของ crotonic กรดเป็นส่วนประกอบของไพโรไลซีสน้ำมันที่ผลิตจากส่วนผสม กรด crotonic ผลผลิตได้สูงสุดที่ 45 เปอร์เซ็นต์ของข้อมูล p3hb โดยใช้อนุภาค p3hb ขนาดเล็กและไพโรไลซิสที่อุณหภูมิ 375 องศาเหลือส่วนประกอบของผลิตภัณฑ์ของเหลว คล้ายกับผู้ที่ผลิตโดยไพโรไลซิสแบบเร็วของสวิตซ์คนเดียว คอลเลกชันเศษส่วนในการควบแน่นของระบบไพโรไลซิสหน่วยพัฒนา ( pdu ) ไม่พบ fractionate crotonic กรดมากกว่ารวมของเหลวสะสมความเข้มข้นของ 6 ถึง 10 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก crotonic กรดในของเหลวที่พบในเศษส่วนและ crotonic กรดสามารถรวบรวมโดยการควบแน่นและการตกตะกอนไฟฟ้าสถิต แนะนำให้แยก p3hb ผลิตกรด crotonic ทั้งแก๊สและระยะละออง .
คำสำคัญ
-
- crotonic p3hb ; กรด ;
- ไพโรไลซิส ;
-
1 สวิตซ์ . บทนำ
การลดลงของทรัพยากรปิโตรเลียม และเพิ่มต้นทุนได้กดดันตลาดสำหรับผลิตภัณฑ์ที่ผลิตจากปิโตรเลียม ได้แก่ เชื้อเพลิง เคมีภัณฑ์และพลาสติก เหล่านี้กองกำลังผสมกับปัญหาสิ่งแวดล้อมที่เกี่ยวข้องกับการไม่ย่อยสลายพลาสติกจากปิโตรเลียมได้กระตุ้นการวิจัยในไบโอ ตามทางเลือกpolyhydroxyalkanoates ( ยัง ) เป็นตระกูลของธรรมชาติที่เกิดขึ้นส่วนที่มีคุณสมบัติทางกายภาพที่ทำให้พวกเขาเหมาะสำหรับใช้แทนได้หลาย ปิโตรเลียม พลาสติก พวกเขามีการผลิตโดยมีจุลินทรีย์เป็นวิธีการของคาร์บอนและพลังงานกระเป๋า [ 1 ] และ [ 2 ] การผลิตของ poly-3-hydroxybutyrate ( p3hb ) สมาชิกที่ง่ายที่สุดของครอบครัวผา ,สามารถเกิดขึ้นได้ในภาษาของผู้ผลิต ตลอดจนพืช โดยการแสดงของยีนการเข้ารหัส p3hb การผลิตเอนไซม์ ก้าวหน้าได้นำไปสู่การผลิต p3hb ในสวิตซ์ดัดแปลงพันธุกรรมใน DWT ถึง 7.7% ระดับในส่วนของใบเนื้อเยื่อ [ 3 ] นอกจากจะใช้เป็น พลังงานทดแทน ย่อยสลายวัสดุ