Гидроочищенное растительное масло ( HVO ) — это биотопливо , полученное путем гидрокрекинга или гидрирования растительного масла . Гидрокрекинг разбивает большие молекулы на более мелкие с помощью водорода, в то время как гидрирование добавляет водород к молекулам. Эти методы могут быть использованы для создания заменителей бензина , дизельного топлива , пропана , керосина и другого химического сырья . Дизельное топливо, полученное из этих источников, известно как зеленое дизельное топливо или возобновляемое дизельное топливо .
Дизельное топливо, полученное путем гидроочистки, отличается от биодизеля , полученного путем этерификации .
Большинство растительных и животных масел являются триглицеридами , подходящими для переработки. Сырьем для переработки являются рапс , водоросли , ятрофа , солероса , пальмовое масло , жир и соевые бобы . Один из видов водорослей, Botryococcus braunii , производит другой тип масла, известный как тритерпен , который преобразуется в алканы другим способом. [ требуется цитата ]
Производство гидроочищенных растительных масел основано на введении молекул водорода в молекулу сырого жира или масла. Этот процесс связан с восстановлением углеродного соединения. Когда водород используется для реакции с триглицеридами, могут происходить различные типы реакций, и объединяются различные полученные продукты. [1] Второй этап процесса включает преобразование триглицеридов/жирных кислот в углеводороды путем гидродеоксигенации (удаление кислорода в виде воды) и/или декарбоксилирования (удаление кислорода в виде диоксида углерода).
Типичным примером этого является C
3ЧАС
5(РКОО)
3+ 12 ч.
2⟶ С
3ЧАС
8+ 3 РЧ
3+ 6 ч.
2О
Химическая формула HVO Diesel: C n H 2n+2
Гидроочищенные масла характеризуются очень хорошими низкотемпературными свойствами. Температура помутнения также находится ниже −40 °C. Поэтому эти виды топлива подходят для приготовления высококачественного топлива с высоким цетановым числом и превосходными низкотемпературными свойствами. Температура закупорки холодного фильтра (CFPP) практически соответствует значению температуры помутнения, поэтому значение температуры помутнения имеет важное значение в случае гидроочищенных масел. [1]
И дизельное топливо HVO (зеленое дизельное топливо), и биодизель производятся из одного и того же исходного растительного масла. Однако технологии переработки и химический состав двух видов топлива различаются. Химическая реакция, обычно используемая для производства биодизеля, известна как переэтерификация . [2]
При производстве биодизеля также образуется глицерин, а при производстве HVO — нет.
Различные этапы преобразования возобновляемого углеводородного топлива, полученного путем гидроочистки, осуществляются в энергетической промышленности. Некоторые коммерческие примеры переработки растительного масла:
Neste является крупнейшим производителем, производя около 3,3 млн тонн в год (2023). [7] Neste завершила свой первый завод NExBTL летом 2007 года, а второй — в 2009 году. Petrobras планировала использовать 256 мегалитров (1 610 000 баррелей) растительных масел при производстве топлива H-Bio в 2007 году. ConocoPhilips перерабатывает 42 000 галлонов США в день (1 000 баррелей в день) растительного масла. Другие компании, работающие над коммерциализацией и индустриализацией возобновляемых углеводородов и биотоплива, включают Neste, REG Synthetic Fuels, LLC, ENI, UPM Biofuels, Diamond Green Diesel, сотрудничающие со странами по всему миру. Производители этих возобновляемых дизельных топлив сообщают о сокращении выбросов парниковых газов на 40–90 % по сравнению с ископаемым дизельным топливом, [8] [9] [10], а также об улучшенных свойствах текучести на холоде для работы в более холодном климате. [8] Кроме того, все эти экологически чистые дизели могут быть внедрены в любой дизельный двигатель или инфраструктуру без значительных механических модификаций [11] в любом соотношении с дизелями на основе нефти. [8]
Возобновляемое дизельное топливо из растительного масла становится все более популярной заменой нефти. [12] В 2017 году автопарки Калифорнии использовали более 200 миллионов галлонов США (760 000 м 3 ) возобновляемого дизельного топлива . Калифорнийский совет по воздушным ресурсам прогнозирует, что в течение следующих десяти лет в штате будет потреблено более 2 миллиардов галлонов США (7 600 000 м 3 ) топлива в соответствии с требованиями его Стандарта низкоуглеродного топлива . Сообщается, что автопарки, работающие на возобновляемом дизельном топливе из различных нефтеперерабатывающих заводов и из различных видов сырья, демонстрируют более низкие выбросы, сниженные расходы на техническое обслуживание и почти идентичный опыт вождения с этим топливом. [13]
Был поднят ряд вопросов об устойчивости HVO, в первую очередь касающихся источников его липидного сырья. Отработанные масла, такие как отработанное кулинарное масло, являются ограниченным ресурсом, и их использование не может быть расширено сверх определенной точки. Дальнейший спрос на HVO должен был бы удовлетворяться за счет растительных масел первого отжима на основе сельскохозяйственных культур, но перенаправление растительных масел с продовольственного рынка в сектор биотоплива было связано с ростом мировых цен на продовольствие, а также с глобальным расширением и интенсификацией сельского хозяйства. Это связано с различными экологическими и природоохранными последствиями ; более того, выбросы парниковых газов из-за изменения землепользования могут в некоторых обстоятельствах свести на нет или превзойти любую выгоду от замены ископаемого топлива. [14]
Исследование 2022 года, опубликованное Международным советом по чистому транспорту, показало, что ожидаемое расширение мощностей по производству возобновляемого дизельного топлива в США быстро исчерпает имеющиеся запасы отходов и остаточных масел и приведет к росту зависимости от отечественного и импортного соевого масла. [15] В отчете также отмечается, что увеличение производства возобновляемого дизельного топлива в США может косвенно способствовать расширению выращивания пальмового масла в Юго-Восточной Азии, где индустрия производства пальмового масла по-прежнему эндемически связана с вырубкой лесов и уничтожением торфа.
Гидроочистители НПЗ используются для обработки HVO. Введение даже незначительных количеств биоматериала в гидроочиститель дизельного топлива имеет последствия и потенциальные факторы риска. [16] Основными проблемами являются коррозия, высокое потребление водорода и дезактивация катализатора. [17]
Согласно опыту компании Haldor Topsoe с ее лицензированными установками, производство HVO создает определенные проблемы для гидроочистителей, в том числе:
Коррозия - Существует несколько механизмов коррозии от гидроочистки растительных масел и животных жиров. Большинство из них являются кислотными, хотя это смягчается связыванием в три- и диглицериды. Однако трудное сырье, такое как кукурузное масло Distillers Corn Oil, может содержать 10-15% свободных жирных кислот . [18] Эти кислоты могут воздействовать на не нержавеющие стали в линии предварительного нагрева, огневом нагревателе, трубопроводах, клапанах и реакторах. Кроме того, хлориды, загрязняющие сырье, могут преобразовываться в хлористый водород в реакторе, что затем может вызывать ускоренную коррозию в линиях сточных вод и для кислой воды. Присутствие хлоридов во влажной среде также проблематично для обычных марок нержавеющей стали 304 и 316 из-за возможности межкристаллитного хлоридного растрескивания под напряжением. [19] Кроме того, образование диоксида углерода в реакциях декарбоксилирования во время гидроочистки может образовывать угольную кислоту при контакте с водой. [17]
Потребление водорода - удаление кислорода, расщепление длинноцепочечных молекул и насыщение олефиновых связей химически потребляют в два-четыре раза больше водорода, чем обычный гидроочиститель ULSD. Химическое потребление водорода при гидроочистке ULSD обычно составляет 300-600 стандартных кубических футов/баррель сырья в зависимости от насыщения ароматических соединений, необходимого для цикловых масел и другого крекированного сырья. [20] Химическое потребление для HVO приближается к 2500 стандартных кубических футов/баррель в зависимости от уровня насыщения сырья и длины углеродных цепей. [17] Подача водорода для потребления, в дополнение к охлаждению и дополнительному избыточному циркулирующему водороду, может представлять значительные проблемы для проектирования и эксплуатации модернизации установки, поскольку гидравлика, распределение и мощность компрессора имеют решающее значение. [21]
Загрязнение - щелочные металлы и особенно фосфор должны быть на низком уровне в исходном сырье HVO, чтобы минимизировать падение давления из-за загрязнения и общей дезактивации катализатора. Фосфатидное остекловывание - это агрессивный механизм отравления катализатора, который не только закупоривает поры реактора, тем самым вызывая быстрое падение давления, но также мешает кислотным центрам катализатора, покрывая внешнюю часть катализатора и начиная прилипать к другим частицам катализатора. [17]
Обработка HVO является молодой технологией по сравнению с большинством других процессов переработки. Первая установка коммерческого масштаба была запущена в Луизиане в 2010 году с производительностью 100 миллионов галлонов США (380 000 м 3 ) в год. [22]
Новый завод был построен в 2010 году в Гейсмаре, штат Луизиана, корпорацией Syntroleum и ее партнером по совместному предприятию Tyson Foods. [23] Завод начал работу в 3-м квартале с целью производства 75 миллионов галлонов США (280 000 м3 ) в год. [24] Сырьем для завода было растительное масло и предварительно обработанный топленый птичий жир. В 2011 году завод достиг 87% своей проектной мощности. [25] Коррозия, включая хлоридное коррозионное растрескивание под напряжением, остановила завод в 2012 году более чем на год. [26] Tyson продала свою 50%-ную долю собственности Renewable Energy Group (теперь Chevron), и тот же покупатель объявил о покупке акций Syntroleum в 2013 году с закрытием в 2014 году. [27] В 2015 году два пожара нанесли ущерб заводу, и был нанесен значительный ущерб. [28]