Hydrothermal liquefaction (HTL) is a promising technology for converting wastewater biomass into a liquid fuel (Cantrell et al., 2007). HTL has been applied to a wide range of wastewater feedstocks, including swine manure, cattle manure, microalgae, macroalgae, and sludge (Suzuki et al., 1988, Dote et al., 1994, He et al., 2000, Brown et al., 2010, Xiu et al., 2010a, Yin et al., 2010 and Biller and Ross, 2011). During HTL, water serves as the reaction medium, alleviating the need to dewater biomass which can be a major energy input for biofuel production. Elevated temperature (200–350 °C) and pressure (5–15 MPa) are used to breakdown and reform biomass macromolecules into biofuel (Peterson et al., 2008), subsequently referred to as biocrude oil. Self-separation of the biocrude oil from water is then facilitated as the reaction solution returns to standard conditions (Peterson et al., 2008). The recovered biocrude oil can be directly combusted or upgraded to approach petroleum oils (Dote et al., 1991, Elliott, 2007 and Duan and Savage, 2011a). While the ability of HTL to convert a wide-range of wastewater feedstocks provides a significant waste-disposal benefit, it also presents a major challenge for optimization and downstream processes due to the diverse biocrude oil chemistry that can result.
HTL biocrude oils contain a diverse range of chemical compounds which can include straight and branched aliphatic compounds, aromatics and phenolic derivatives, carboxylic acids, esters, and nitrogenous ring structures (Brown et al., 2010, Xiu et al., 2010a, Yin et al., 2010, Zhou et al., 2010 and Biller and Ross, 2011). The class of compounds identified in HTL biocrude oils has been shown to be influenced by the ratio of protein, lipid, and carbohydrate fractions in the initial biomass feedstock (Biller and Ross, 2011). Biocrude oils are often characterized by high heteroatom contents, primarily in the form of oxygenated and nitrogenous compounds. The high heteroatom content is the main distinguishing factor separating bio-oils from petroleum crude oils (Huber et al., 2006, Peterson et al., 2008 and Demirbas, 2009) and results in undesirable biofuel qualities such as oil acidity, polymerization, high viscosity, and high-boiling distribution (Adjaye et al., 1992 and Speight, 2001). Furthermore, the diverse chemical composition of biocrude oil affects the combustion performance, storage stability, upgrading response, and economic value (Huber et al., 2006). Therefore, the objective of this study was to examine and compare the influence of wastewater feedstock composition for three feedstocks (Spirulina algae, swine manure, and anaerobic digested sludge) on the bulk properties and physico-chemical characteristics of HTL biocrude oil.
The algal species Spirulina was selected for HTL conversion due to increased interest in integrating algal cultivation into wastewater treatment from both a water resource and renewable energy perspective ( Pittman et al., 2010). Spirulina can thrive in municipal and agricultural wastewater effluents and the filamentous cell structure facilitates harvesting ( Kosaric et al., 1974). The high protein content can also be converted into HTL biocrude oil (Biller and Ross, 2011) and the ability to capture CO2 can be used to reduce a treatment facility’s environmental footprint (Packer, 2009). Additionally, HTL of low-lipid algae such as Spirulina can provide a comparison with contributions focused on HTL of high-lipid species ( Dote et al., 1994 and Brown et al., 2010), which tend to exhibit relatively low total lipid content when cultured in wastewaters (Pittman et al., 2010). Swine manure was chosen as a representative solid waste generated by agricultural livestock facilities. In the United States alone, livestock manure accounts for ∼250 million tons of dry solids annually (Xiu et al., 2010a) and land application of these wastes has been linked to the spread of hormones, pathogens, and nutrient runoff (Cantrell et al., 2007). Swine manure also contains a moderate lipid and high carbohydrate content to provide a distinct biochemical comparison to Spirulina algae. Anaerobically digested sludge was selected as the final feedstock to compare the effect of high obdurate carbohydrate content on biocrude oil yields and chemistry and evaluate HTL as an alternative to current predominant disposal practices: land application and landfilling. Currently, over 7 million tons of dry anaerobically digested sludge is produced annually with only 60% going towards beneficial use (US Environmental Protection Agency, 1999).
Advanced characterization methods were used to assess the molecular properties of biocrude oil and the influence of feedstock composition. Molecular-level characterization has been critical for designing engineering approaches to catalytically upgrade low-quality “heavy” petroleum oils (Speight, 2001) and will be necessary for transitioning to a biomass-based fuel infrastructure (Huber et
hydrothermal เหลว (HTL) เป็นเทคโนโลยีที่มีแนวโน้มสำหรับการแปลงชีวมวลน้ำเสียเป็นเชื้อเพลิงเหลว (Cantrell et al., 2007) HTL ได้นำไปใช้ที่หลากหลายของวัตถุดิบน้ำเสียรวมทั้งปุ๋ยคอกสุกรวัวปุ๋ยสาหร่าย, สาหร่ายและตะกอน (ซูซูกิ et al., 1988 หลงใหล et al., 1994 เขา et al., 2000, สีน้ำตาล, et al . 2010 ซิ่ว et al., 2010A หยิน et al., ปี 2010 และเรียกเก็บเงินและรอสส์ 2011) ในช่วง HTL น้ำทำหน้าที่เป็นสื่อกลางในการเกิดปฏิกิริยาการบรรเทาความจำเป็นที่จะต้อง dewater ชีวมวลซึ่งสามารถเข้าพลังงานที่สำคัญสำหรับการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพ อุณหภูมิสูง (200-350 ° C) และความดัน (5-15 MPa) จะใช้ในการสลายและการปฏิรูปชีวมวลโมเลกุลเข้าสู่เชื้อเพลิงชีวภาพ (ปีเตอร์สัน et al., 2008) ต่อมาเรียกว่าน้ำมัน biocrude ตนเองแยกของน้ำมัน biocrude จากน้ำจะอำนวยความสะดวกแล้วเป็นวิธีการแก้ปัญหาการเกิดปฏิกิริยากลับไปเงื่อนไขมาตรฐาน (ปีเตอร์สัน et al., 2008) น้ำมัน biocrude หายสามารถเผาไหม้โดยตรงหรือโดยการอัพเกรดที่จะเข้าใกล้น้ำมันปิโตรเลียม (หลงใหล et al., 1991 เอลเลียต, ปี 2007 และด้วนและโหด 2011a) ในขณะที่ความสามารถของ HTL การแปลง A-หลากหลายของวัตถุดิบน้ำเสียให้เป็นประโยชน์เสียการกำจัดอย่างมีนัยสำคัญนอกจากนี้ยังนำเสนอความท้าทายที่สำคัญสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพและกระบวนการปลายน้ำเนื่องจากเคมีน้ำมันที่มีความหลากหลาย biocrude ที่สามารถทำให้เกิด. น้ำมัน HTL biocrude มีความหลากหลาย ช่วงของสารประกอบทางเคมีซึ่งอาจรวมถึงตรงและแยก aliphatic สารประกอบอะโรเมติกและอนุพันธ์ฟีนอลกรดคาร์บอกซิเอสเตอร์และโครงสร้างแหวนไนโตรเจน (สีน้ำตาล et al., 2010 ซิ่ว et al., 2010A หยิน et al., 2010 โจว et al., ปี 2010 และเรียกเก็บเงินและรอสส์ 2011) ชั้นของสารที่ระบุไว้ในน้ำมัน biocrude HTL ได้รับการแสดงที่ได้รับอิทธิพลจากอัตราส่วนของโปรตีนไขมันและคาร์โบไฮเดรตเศษส่วนในวัตถุดิบชีวมวลครั้งแรก (เรียกเก็บเงินและรอสส์ 2011) น้ำมัน Biocrude มักจะโดดเด่นด้วยเนื้อหา heteroatom สูงส่วนใหญ่อยู่ในรูปของสารประกอบออกซิเจนและไนโตรเจน เนื้อหา heteroatom สูงเป็นปัจจัยที่แตกต่างหลักแยกชีวภาพน้ำมันจากน้ำมันดิบปิโตรเลียม (ฮิว et al., 2006 ปีเตอร์สัน et al., 2008 และ Demirbas 2009) และผลในคุณภาพเชื้อเพลิงชีวภาพที่ไม่พึงประสงค์เช่นความเป็นกรดน้ำมันพอลิเมอสูง ความหนืดและการกระจายสูงเดือด (Adjaye et al., ปี 1992 และ Speight, 2001) นอกจากนี้องค์ประกอบทางเคมีที่มีความหลากหลายของน้ำมัน biocrude มีผลต่อประสิทธิภาพการเผาไหม้, การเก็บรักษา, การตอบสนองต่อการอัพเกรดและความคุ้มค่าทางเศรษฐกิจ (ฮิว et al., 2006) ดังนั้นวัตถุประสงค์ของการศึกษาครั้งนี้เพื่อศึกษาและเปรียบเทียบอิทธิพลขององค์ประกอบของน้ำเสียวัตถุดิบสามวัตถุดิบ (สาหร่ายมูลสุกรและไม่ใช้ออกซิเจนย่อยตะกอน) ที่มีต่อสมบัติจำนวนมากและลักษณะทางกายภาพและทางเคมีของน้ำมัน HTL biocrude. สาหร่ายสายพันธุ์ สาหร่ายเกลียวทองได้รับเลือกสำหรับการแปลง HTL เนื่องจากดอกเบี้ยที่เพิ่มขึ้นในการบูรณาการการเพาะปลูกสาหร่ายลงไปในการบำบัดน้ำเสียจากทั้งแหล่งน้ำและมุมมองพลังงานทดแทน (พิตต์แมน et al., 2010) สาหร่ายเกลียวทองสามารถเติบโตได้ดีในเขตเทศบาลเมืองและเกษตรกรรมน้ำทิ้งน้ำเสียและโครงสร้างของเซลล์ใยอำนวยความสะดวกในการเก็บเกี่ยว (Kosaric et al., 1974) มีปริมาณโปรตีนสูงนอกจากนี้ยังสามารถแปลงเป็นน้ำมัน HTL biocrude (Biller และรอสส์ 2011) และความสามารถในการจับ CO2 สามารถนำมาใช้เพื่อลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมสถานที่รักษาของ (Packer 2009) นอกจากนี้ HTL ของสาหร่ายต่ำไขมันเช่นสาหร่ายเกลียวทองสามารถให้เปรียบเทียบกับผลที่มุ่งเน้นการ HTL ของสายพันธุ์สูงไขมัน (หลงใหล et al., ปี 1994 และสีน้ำตาล et al., 2010) ซึ่งมีแนวโน้มที่จะแสดงเนื้อหาไขมันทั้งหมดที่ค่อนข้างต่ำ เมื่อเพาะเลี้ยงในน้ำเสีย (พิตต์แมน et al., 2010) ปุ๋ยคอกสุกรได้รับเลือกให้เป็นตัวแทนของขยะมูลฝอยที่เกิดจากสิ่งอำนวยความสะดวกทางการเกษตรปศุสัตว์ ในสหรัฐอเมริกาเพียงอย่างเดียวบัญชีมูลสัตว์สำหรับ ~250 ล้านตันของของแข็งแห้งเป็นประจำทุกปี (ซิ่ว et al., 2010A) และการประยุกต์ใช้ที่ดินของเสียเหล่านี้ได้รับการเชื่อมโยงกับการแพร่กระจายของฮอร์โมนเชื้อโรคและสารอาหารที่ไหลบ่า (Cantrell et al, ., 2007) สุกรปุ๋ยคอกนอกจากนี้ยังมีไขมันในระดับปานกลางและปริมาณคาร์โบไฮเดรตสูงเพื่อให้การเปรียบเทียบทางชีวเคมีที่แตกต่างกันไปสาหร่ายสาหร่ายเกลียวทอง แบบไม่ใช้อากาศตะกอนย่อยได้รับเลือกเป็นวัตถุดิบขั้นสุดท้ายเพื่อเปรียบเทียบผลของเนื้อหาคาร์โบไฮเดรตสูงดื้อรั้นต่อผลผลิตน้ำมัน biocrude และเคมีและประเมิน HTL เป็นทางเลือกให้ปัจจุบันปฏิบัติในการกำจัดเด่น: การประยุกต์ใช้ที่ดินและการฝังกลบ ขณะนี้กว่า 7 ล้านตันของตะกอนแห้งย่อยแบบไม่ใช้อากาศที่ผลิตเป็นประจำทุกปีที่มีเพียง 60% จะนำไปใช้ประโยชน์ (สำนักงานคุ้มครองสิ่งแวดล้อมสหรัฐ, 1999). วิธีการลักษณะขั้นสูงถูกนำมาใช้ในการประเมินคุณสมบัติโมเลกุลของน้ำมัน biocrude และอิทธิพลขององค์ประกอบของวัตถุดิบ . โมเลกุลระดับตัวละครได้รับการวิจารณ์ในการออกแบบวิธีการวิศวกรรมเพื่อเร่งปฏิกิริยาอัพเกรดที่มีคุณภาพต่ำ "หนัก" น้ำมันปิโตรเลียม (Speight, 2001) และจะเป็นสิ่งที่จำเป็นสำหรับการเปลี่ยนไปเป็นโครงสร้างพื้นฐานของเชื้อเพลิงชีวมวล-based (ฮิวเอต
การแปล กรุณารอสักครู่..

ด้วยการแปรรูป ( htl ) เป็นเทคโนโลยีที่มีแนวโน้มสำหรับการแปลงชีวมวลน้ำเสียเป็นเชื้อเพลิงเหลว ( แคนเทรลล์ et al . , 2007 ) htl ได้ถูกใช้กับหลากหลายของการบำบัดน้ำเสียมูลสุกร วัตถุดิบ รวมถึงสาหร่าย , ปุ๋ยคอก , , ( และกากตะกอน ( Suzuki et al . , 1988 , ให้ความรักมากเกินไป et al . , 1994 , เขา et al . , 2000 , น้ำตาล et al . , 2010 , ซู et al . , 2010a หยิน et al , . 2553 และเรียกและ Ross , 2011 ) ในช่วง htl น้ำทำหน้าที่เป็นปฏิกิริยาปานกลาง การแก้ไขต้องดูวอเตอร์ ชีวมวล ซึ่งเป็นค่าพลังงานหลักในการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพ อุณหภูมิสูง ( 200 - 350 องศา C ) และความดัน ( 5 – 15 MPa ) จะใช้ในการสลายโมเลกุลเป็นเชื้อเพลิงชีวมวล และการปฏิรูป ( Peterson et al . , 2008 ) , ต่อมาเรียกว่าน้ำมัน biocrude . ตัวแยกน้ำมันออกจากน้ำของ biocrude แล้วติดตั้งเป็นโซลูชั่นที่ตอบสนองคืนสู่สภาวะมาตรฐาน ( Peterson et al . , 2008 ) กู้คืน biocrude น้ำมันได้โดยตรงหรือปรับวิธีการเผาน้ำมันปิโตรเลียม ( ถึงจะถูก et al . , 1991 , Elliott , 2007 และด้วนและโหดร้าย 2011a ) ในขณะที่ความสามารถใน htl แปลงหลากหลายของน้ำเสียมีวัตถุดิบอย่างขยะ ประโยชน์ก็ยังนำเสนอความท้าทายที่สำคัญสำหรับกระบวนการการเพิ่มประสิทธิภาพและต่อเนื่อง เนื่องจากความหลากหลาย biocrude น้ำมันเคมีที่ได้ผล .htl biocrude น้ำมันประกอบด้วยความหลากหลายของสารประกอบทางเคมี ซึ่งสามารถรวมตรงและกิ่งชำนันอะโรเมติกส์และฟีนอล , อนุพันธ์กรดอินทรีย์เอสเทอร์ และโครงสร้างแหวนไนโตรเจน ( สีน้ำตาล et al . , 2010 , ซูหยิน 2010a et al . , et al . , 2010 , โจว et al . , 2010 และเรียกและ รอสส์ , 2011 ) ชั้นเรียนของสารที่ระบุไว้ใน htl biocrude น้ำมันได้ถูกแสดงเป็น อิทธิพล โดยอัตราส่วนของโปรตีน ไขมัน และคาร์โบไฮเดรต เศษส่วนในวัตถุดิบชีวมวลเริ่มต้น ( เรียกและ Ross , 2011 ) biocrude ขับมักจะมีลักษณะเนื้อหา heteroatom สูงเป็นหลักในรูปแบบของออกซิเจน และ ไนโตรเจนสารประกอบ เนื้อหา heteroatom สูงเป็นปัจจัยทางชีวภาพที่แตกต่างหลักแยกน้ำมันจากปิโตรเลียม น้ำมันดิบ ( เบอร์ et al . , 2006 , Peterson et al . , 2008 และ demirbas , 2009 ) และผลลัพธ์ในลักษณะที่ไม่พึงประสงค์ เช่น น้ำมันไบโอดีเซลเป็นกรด เกิดความหนืดสูง และเดือดสูงกระจาย ( adjaye et al . , 1992 และ Speight , 2001 ) นอกจากนี้ ความหลากหลายขององค์ประกอบทางเคมีของน้ำมัน biocrude มีผลต่อประสิทธิภาพการเผาไหม้กระเป๋า ความมั่นคง การตอบสนอง และมูลค่าทางเศรษฐกิจ ( เบอร์ et al . , 2006 ) ดังนั้นวัตถุประสงค์ของการศึกษาครั้งนี้เพื่อศึกษาและเปรียบเทียบอิทธิพลขององค์ประกอบในวัตถุดิบสำหรับสามวัตถุดิบ ( สาหร่ายเกลียวทองสาหร่าย ปุ๋ยมูลสุกรและถังย่อยตะกอน ) คุณสมบัติและลักษณะทางกายภาพและทางเคมีของน้ำมันขนาดใหญ่ biocrude htl .สาหร่ายสายพันธุ์สาหร่ายที่ได้รับการแปลง htl เนื่องจากดอกเบี้ยที่เพิ่มขึ้นในการเพาะเลี้ยงสาหร่ายในการบำบัดน้ำเสียจากทั้ง ทรัพยากรน้ำ และมุมมองพลังงานทดแทน ( พิตต์แมน et al . , 2010 ) สาหร่ายสามารถเจริญเติบโตในเทศบาลและน้ำทิ้งน้ำเสียเกษตรและโครงสร้างเซลล์เส้นใยในการเก็บเกี่ยว ( kosaric et al . , 1974 ) ปริมาณโปรตีนสูงสามารถถูกแปลงเป็นน้ํามัน biocrude htl ( เรียกและ Ross , 2011 ) และความสามารถในการจับ CO2 สามารถใช้เพื่อลดการปล่อยสิ่งแวดล้อมสิ่งอํานวยความสะดวกการรักษา ( Packer , 2009 ) นอกจากนี้ htl ไขมันต่ำ เช่น สาหร่ายสไปรูลิน่าสามารถให้เปรียบเทียบกับผลงานที่เน้น htl ชนิดไขมันสูง ( ถึงจะถูก et al . , 1994 และสีน้ำตาล et al . , 2010 ) ซึ่งมีแนวโน้มที่จะแสดงทั้งหมดไขมันต่ำเมื่อเพาะเลี้ยงในน้ำทิ้ง ( พิตต์แมน et al . , 2010 ) มูลสุกรที่ได้รับเลือกให้เป็นตัวแทนของเสียที่เป็นของแข็งที่สร้างขึ้นโดยเครื่องปศุสัตว์การเกษตร ในสหรัฐอเมริกาเพียงอย่างเดียวบัญชีสำหรับปุ๋ยคอกปศุสัตว์∼ 250 ล้านตันของของแข็งแห้งทุกปี ( ซิ่ว et al . , 2010a ) และการใช้ที่ดิน ของเสียเหล่านี้ได้ถูกเชื่อมโยงกับการกระจายของฮอร์โมน เชื้อโรค และปริมาณสารอาหาร ( แคนเทรลล์ et al . , 2007 ) มูลสุกรที่มีไขมันและคาร์โบไฮเดรตสูงปานกลาง เนื้อหาเพื่อให้ชัดเจนทางชีวเคมีเปรียบเทียบกับสาหร่ายสาหร่าย พย่อยตะกอน ถูกเลือกเป็นผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย เพื่อเปรียบเทียบผลของปริมาณคาร์โบไฮเดรตดันทุรังสูงต่อผลผลิตน้ำมัน biocrude และเคมี และประเมิน htl เป็นทางเลือกในปัจจุบันการปฏิบัติการโดดจัดที่ดินและ landfilling . ปัจจุบันกว่า 7 ล้านตันของกากตะกอนแห้งพย่อยผลิตปีเพียง 60 % ไปใช้ประโยชน์ ( US Environmental Protection Agency , 1999 )การใช้วิธีการขั้นสูงเพื่อประเมินระดับโมเลกุลสมบัติของน้ำมัน biocrude และอิทธิพลขององค์ประกอบของวัตถุดิบ การศึกษาระดับโมเลกุลได้รับการวิจารณ์สำหรับการออกแบบวิธีการทาง catalytically อัพเกรดคุณภาพต่ำ " หนัก " น้ำมันปิโตรเลียม ( สเปต , 2001 ) และจะเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการเปลี่ยนเชื้อเพลิงจากชีวมวล infrastructu
การแปล กรุณารอสักครู่..
