Catalytic hydroprocessing of bio-oils of different types

Abstract

Pyrolyse is een interessante route om vaste biomassa om te zetten in vloeibare producten. Echter de product eigenschappen van de gevormde pyrolyse oliën zijn zodanig dat deze niet direct toepasbaar zijn als transportbrandstof. Een mogelijke technologie om de producteigenschappen te verbeteren is een katalytische waterstof behandeling. Tijdens deze behandeling worden de zuurstof bevattende componenten omgezet in een mengsel van koolwaterstoffen. Dit proefschrift beschrijft onderzoek naar de omzetting van pyrolyse oliën naar transportbrandstoffen met behulp van deze katalytische waterstof behandeling. Het onderzoek was experimenteel van aard en had als doelstellingen om meer inzicht te krijgen in i) het effect van de samenstelling van de voeding op het proces en de product eigenschappen, ii) relevante moleculaire omzettingen, iii) de rol van de katalysator en met name mogelijke deactiverings routes en iv) het bepalen van proces-product relaties. De experimenten werden uitgevoerd met een aantal verschillende pyrolyse olie voedingen in continue geopereerde vaste bed reactoren in het zogenaamde trickle flow regiem. De research beschreven in dit proefschrift toont aan dat een breed scala aan pyrolyse oliën kunnen worden omgezet in koolwaterstof rijke producten met een laag zuurstofgehalte De verwerkbaarheid van de verschillende pyrolyse oliën is afhankelijk van het gehalte aan sporenelementen en de thermische stabiliteit van de voeding, die gerelateerd is aan de aanwezigheid van bepaalde geoxygeneerde componenten. De opbrengst en de samenstelling van de product oliën blijkt sterk afhankelijk te zijn van de gebruikte voedingen.One pathway from renewable biomass feedstocks to replacements for liquid fuels from fossil sources is the fast pyrolysis pathway. Catalytic hydroprocessing of fast pyrolysis bio-oil is intended to improve the fuel quality from the highly oxygenated products to a hydrocarbon mixture, which could serve as a fuel in conventional transportation systems. This thesis includes studies to advance the state of technology of bio-oil hydrotreating. This thesis describes experimental work of an applied nature with a strong under-pinning of chemical mechanistic understanding, catalytic material analysis, and fuel property considerations. The chapters describe some of the most recent efforts in converting several types of biomass fast pyrolysis bio-oils to hydrocarbon mixtures with potential use as fuel blending components. Bench-scale experiments in the hydroprocessing of a range bio-oil products including 1) conventional fluid-bed pyrolysis products, 2) hot-vapor filtered bio-oil from an entrained flow reactor, 3) fractionated bio-oil from a conventional fluid-bed reactor, 4) oil products from a bio- oil recycle system, and 5) a catalytic pyrolysis product, which is a stabilized (deoxygenated) fast pyrolysis bio-oil product are reported. The chapters of this thesis demonstrate that a range of bio-oil products can be transformed by catalytic hydrotreatment to produce primarily hydrocarbon mixtures. The different bio-oil types, which were processed, can have different results relative to ease of processing due to trace component content or thermal stability related to oxygenated component types. The products can vary based on component types as well as yield structure