Új zöld ipari technológia alkalmazása és piaci bevezetése melléktermékekből előállított magas foszfor tartalmú csontszén szilárd fermentációjával

Átírás

1 Új zöld ipari technológia alkalmazása és piaci bevezetése melléktermékekből előállított magas foszfor tartalmú csontszén szilárd fermentációjával (HU A2-2016) Valyon József, MTA TTK AKI, Környezetkémiai Kutatócsoport Kajászó, szeptember 26.

2 Környezetvédelmi közhelyszótár Fenntartható fejlődés Megújuló nyersanyagforrások Üvegház-hatású gázok Klímaváltozás Energiahatékonyság Újrahasznosítás Tiszta technológiák Ózonlyuk Biodiverzitás Stb.

3 Megújuló (kifogyhatatlan) energiaforrások és energiaszükséglet A világ teljesítmény szükséglete: A napsugárzás energiájának átalakítása 10 %-os hatásfokkal elektromos energiává a sivatag felszín 1 %-án: Biomassza: Geotermikus: Hasznosítható szélenergia: Árapály: 18 TW 105 TW 5-7 TW 3-6 TW 2-4 TW 2-3 TW

4 Környezetbarát, megújuló szénforrások Szén-dioxid Ipari CO 2 kibocsátók Légkör Hasznosítható kémiai energiája nincs Biomassza Mezőgazdasági és Élelmiszeripari hulladék Hasznosítható kémiai energia

5 Biomassza vegyipari/energetikai célú felhasználása Biomassza Átalakítás Termék - diverzitás - szezonális és szétszórt megjelenés - a biomassza keletkezési helyének közelében - a legjobb átalakítási technológiával (gazdaságosság és kívánt termék) - helyben felhasználható energia (hő vagy elektromos) - szállítható energia Termények/termékek - növényolaj - alga, algaolaj - energianövény Hulladékok - növényi eredetű (keményítő, lignocellulóz) - állati eredetű - kommunális - ipari Mechanikai -aprítás,őrlés -pelletizálás Biológiai, kémiai - Aerob lebontás - fermentáció - hidrolízis Termikus -égetés, -karbonizálás - elgázosítás - pirolízis Kémiai (katalitikus) - Olajok átészterezése - Elsődleges termékek feldolgozása, pl. --vízgőzös reformáláa --hidrokonverzió --C-C kötések kialakítása Folyékony üzemanyag -biodízel, zöld dízel -benzin - FT üzemanyag - alkoholok Vezetékes gáz - biometán Elektromos energia - üzemanyag cella - gázturbina/generátor - gázmotor/generátor

6 Ásványi és biológiai eredetű olajok hetroatom tartalma és égéshője Tulajdonság Ásványolaj Növényolaj Fa Bio-olaj Mikroalga Pirolízis Cseppfo- Pirolízis Cseppfolyósítás lyósítás O, wt% 0-1, Állati melléktermék Pirolízis S, wt% < <0.05 max. 7 N, wt% <0.1 < max. 2 Sűrűség, ,89 1, kg/l Égéshő, MJ/kg Az átalakítás célja megnövelt égéshőjű, környezetbarát energiahordozó előállítása: A heteroatom tartalom csökkentése.

7 Csontliszt pirolízisolaj gázkromatogramja Oldószer: Klorofom, GC-MS (Shimadzu GCMS-QP 2010). 30 m hosszú Rxi -5Sil MS kolonna (RESTEK Corp.) Injektor hőmérséklet 200 C. Hőmérséklet program max. 325 C-ig.

8 Pirolízisolaj GC-MS analízise Nitrogen-containing compounds TIC area, % Alkanes TIC area, % Alkenes and others TIC area, % pyrrol 7.62 heptane heptene 0.16 octanenitrile 0.44 octane octene 0.22 nonanenitrile 0.33 nonane decene 0.83 decanenitrile 0.37 decane undecene 1.42 benzenepropanenitr 0.38 undecane dodecene 1.00 ile isoquinoline 0.34 dodecane tridecene 1.19 undecanenitrile 0.10 tetradecane tetradecene 2.12 dodecanenitrile 0.17 pentadecane pentadecen 0.70 e tridecanenitrile 1.47 hexadecane hexadecene 1.10 tetradecanenitrile 0.42 heptadecane heptadecene pentadecanitrile cyclododecane nonadecene 0.37 hexadecanitrile 0.22 toluene 1.61 heptadecanitrile 0.26 ethylbenzene 1.10 octadecanitrile 0.66 o-xylene 0.18 nonadecanitrile 0.23 styrene 0.52 oleanitrile propylbenzen 0.15 e eicosanitrile ,7-octadiene 0.32 isoquinoline 0.34 PAHs 0.25 other N-organics other alkanes 0.35 other species Total: Total: 6.59 Total: 30.68

9 Pirolízisolaj katalitikus vízgőzös reformálása ( CH 2 ) + H 2 O CO + 2H 2 H r = + 36,4 kcal/gmól (reformálás) CO + H 2 O CO 2 + H 2 H r = kcal/gmól (víz-gáz reakció) 32 kg/h pirolízis olaj és gáz (és N 2 ) ~400 kw hő + elektromos energia Víz Túlhevített gőz: o C Gőz-olaj tömegarány: 5-10 Védőkatalizátor/katalizátor tömegarány: 5 to 1 Olaj térsebessége a katalizátoron: >4 h -1 Konverzió: 100 % Gőzge- nerator o C Védőkatalizátor CaMg CO 3, o Hordozód d Ni katalizá átor o C Szeparátor 56 % H 2 /5% CO/5%CH 4 / 19%CO 2 /15% N 2 víz Gáz Foly. A gázban nincs NOx! Motor/ Generator égéstermék A kondenzációs hő visszanyerése elsődleges fontosságú!

10 A piroolaj hidrokonverziójának termékeloszlása a reakcióidő függvényében TIC area, % %Ni/1%K/γ-Al 2 O 3 100% 1000 Ni2 P/SiO % 100% 53% 60% 53% 65% 77% 9%Mo/2.5%Ni/Al 2 O 3 (Si,P) 68% 45% 85% 77% N-organic compounds Alkanes Others 82% 70% 72% 78% Time-on-stream, h Szénhidrogén + ammónia! 71% Reakciókörülmények Nagynyomású átáramlásos katalitikus mikroreaktor. H 2 nyomás: 50 bar Hőmérséklet: 400 C. Térsebesség: 1 g oil g -1 cat.. h -1 H betáplálás: 100 cm min Analízis: GC-MS Katalizátorok 20%Ni1%K/γ-Al 2 O 3 : Hordozó CK300 γ-al 2 O 3 Ni 2 P: Ni (5.04 tömeg%), P (4.11tömeg%); hordozó Sylobead B127, Grace 9%Mo2.5%Ni/ Al 2 O 3 (Si,P): Ipari HDS katalizátor

11 Propionitril és propilamin katalitikus hidrokonverziója Ni 2 P/SBA-15, 30 bar, WHSV=1 h -1 Hozam, Konverzió, mol% Propionitril Konverzió Ammónia propán PA DPA TPA Propilamin Hõmérséklet, C Hõmérséklet, C

12 A szekunder- és tercier amin és ammónia képződés reakcióútja

13 Savnitrilek hidrolízise Refluxálás sósavoldattal Refluxálás nátrium-hidroxid oldattal A hosszúszénláncú zsírsavak analízisének nehézségei -kísérletek FAME analízisre -a termékolaj CHNSO elemanalizise

14 Gazdasági, ipari és társadalmi vonatkozások A mezőgazdasági, élelmiszeripari, erdészeti és egyéb szerves anyag tartalmú melléktermék nem hulladék hanem megújuló szénforrás A melléktermékek hasznosítása javítja a vállalkozások versenyképességét csökkenti a környezetszennyezést és a humán- ill. állategészségi kockázatokat elősegíti a decentralizált hulladékkezelést, csökkenti a szállítási költségeket csökkenti a fosszilis szénforrások felhasználását enyhíti a függést fosszilis és nukleáris energia ellátástól, növeli az energiaellátás biztonságát lévén CO 2 semleges vagy negatív technológia csökkenti az üvegház hatású gázok kibocsátását elősegíti egyes körzetek és a vidék fejlődését erősen KKV orientált szektor, mely új munkahelyeket hozhat létre

15 Köszönöm Lónyi Ferencnek, Badari A. Ceciliának, Novodárszki Gyulának, Fekete Miklósnak és Szegedi Ágnesnek az eredményeket, és a hallgatóság figyelmét!