Thermal and catalytic upgrading of a biomass-derived oil in a dual reaction system

Authors

  • Srimat T. Srinivas,

    1. Catalysis and Chemical Reaction Engineering Laboratory, Department of Chemical Engineering, University of Saskatchewan, Saskatoon, SK S7N 5C9, Canada
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  • Ajay K. Dalai,

    Corresponding author
    1. Catalysis and Chemical Reaction Engineering Laboratory, Department of Chemical Engineering, University of Saskatchewan, Saskatoon, SK S7N 5C9, Canada
    • Catalysis and Chemical Reaction Engineering Laboratory, Department of Chemical Engineering, University of Saskatchewan, Saskatoon, SK S7N 5C9, Canada
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  • Narendra N. Bakhshi

    1. Catalysis and Chemical Reaction Engineering Laboratory, Department of Chemical Engineering, University of Saskatchewan, Saskatoon, SK S7N 5C9, Canada
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Abstract

The thermal and catalytic upgrsding of bio-oil to liquid fuels was studied at atmospheric pressure in a dual reactor system over HZSM-5, silica-alumina and a mixed catalyst containing HZSM-5 and silica-alumina. This bio-oil was produced by the rapid thermal processing of the maple wood. In this work, the intent was to improve the catalyst life. Therefore, the first reactor containing no catalyst facilitated thermal cracking of blo-oil whereas the second reactor containing the desired catalyst upgraded the thermally cracked products. The effects of process variables such as reaction temperature (350°C to 410°C), space velocity (1.8 to 7.2 h−1) and catalyst type on the amounts and quality of organic liquid product (OLP) were investigated, In the case of HZSM-5 catalyst, the yield of OLP was maximum at 27.2 wt% whereas the selectivity for aromatic hydrocarbons was maximum at 83 wt%. The selectivities towards aromatics and aliphatic hydrocarbons were highest for mixed and silica-alumina catalysts, respectively. In all catalyst cases, maximum OLP was produced at an optimum reaction temperature of 370°C in both reactors, and at higher space velocity. The gaseous product consisted of CO and CO2, and C1-C6 hydrocarbons, which amounted to about 20 to 30 wt% of bio-oil. The catalysts were deactivated due to coking and were regenerated to achieve their original activity.

Abstract

On a étudié la transformation thermique et cataly-tique d'huile bioloique en combustibles liuides à la pression atmosphérique dans un réacteur double sur un catalyseur HZSM-5, un catalyseur de silice-alumine et un catalyseur mixte contenant du HZSM-5 et de la silice-alumine. Cette huile biologique a été produite par le traitement thermique rapide du bois d'érable. Dans ce travail, le but est d'améliorer la vie du catalyseur. Ainsi, le premier réacteur ne contenant aucun catalyseur facilite le crauage thermique de l'huile biologique, tandis que le deuxièrne réacteur contenant le catalyseur désiré améliore les produits du craquage thermiue. On a étudié les effets des variables de procédés, tels la température de réaction de 350°C à 410°C), la vitesse spatiale (de 1.8 à 7.2 h−1) et le type de catalyseur, sur la quantité et la qualité de produit liquide organique (OLP). Dans le cas du catalyseur HZSM-5, le rendement en OLP est maximum à 27.2% en poids, alors que la sélectivité pour les hydrocarbures arornatiques est maximum à 83% en poids. Les sélectivités pour les hydrocarbures arornatiques et alipha-tiques sont les plus grandes pour le cadyseur mixte et le catalyseur de silice-alumine, respectivement. Dans tous les cas de catalyseurs, on obtient une production maximum d'OLP à une température de réaction optimum de 370°C dans les deux réacteurs, et à une grande vitesse spatiale. Le produit gazeux comprend des hydrocarbures de CO et de CO2 et des hydrocarbures C1-C6 qui correspondent à environ 20%-30% de l'huile biologique. Les catalyseurs ont été désactivés en raison de la cokéfaction et ont été régénérés afin qu'ils remplissent leur fonction originale.

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