INCREASING THERMAL STABILITY OF BIO-OIL BY NEUTRALIZATION AND CATALYTIC CRACKING OF STABILIZED PRODUCTS

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

This work investigates a method for stabilizing bio-oil by increasing its pH through treatment with sodium hydroxide and ammonia. It was shown, that alkaline treatment significantly improves the thermal stability of bio-oil and provide the possibility of its involvement in the process of catalytic cracking of vacuum gas oil was demonstrated. The stabilized samples were subjected to catalytic cracking in order to study the effect of the processing stage on the yield of the main products. An increase in the pH level of bio-oil contributes the intensification of the cracking process. Sodium hydroxide treatment leads to an increase in the conversion of vacuum gas oil from 78.6 to 82.2 % wt. and the yield of the gasoline fraction (IBP-200ºC) increased from 44.7 to 47.3 % wt. Ammonia treatment leads to an increase the yield of the gasoline fraction from 50 to 54.2 % wt. However, the cracking of bio-oil treated with sodium hydroxide led to irreversible catalyst deactivation due to the presence of sodium, whereas no such deactivation was observed for bio-oil treated with ammonia.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Petr Kuznetsov

A.V. Topchiev Institute of Petrochemical synthesis Russian Academy of Sciences

Email: pkuznetsov@ips.ac.ru
ORCID iD: 0000-0002-3140-3035
https://istina.msu.ru/profile/Petr1991/

PhD, Senior Researcher, Petroleum Chemistry and Petrochemical Synthesis Laboratory (Laboratory №2)

Russian Federation, Moscow, 119991 Russia, Leninsky Prospekt, 29

Valentin Atlasov

A.V. Topchiev Institute of Petrochemical synthesis Russian Academy of Sciences

Email: vavatlas@ips.ac.ru
ORCID iD: 0000-0003-1450-3947
Russian Federation, Moscow, 119991 Russia, Leninsky Prospekt, 29

Natalia Kalinina

A.V. Topchiev Institute of Petrochemical synthesis Russian Academy of Sciences

Email: kalinina.na@ips.ac.ru
ORCID iD: 0009-0003-3571-7183
Russian Federation, Moscow, 119991 Russia, Leninsky Prospekt, 29

Konstantin Dement’ev

A.V. Topchiev Institute of Petrochemical synthesis Russian Academy of Sciences

Email: kdementev@ips.ac.ru
ORCID iD: 0000-0002-8102-8624
Russian Federation, Moscow, 119991 Russia, Leninsky Prospekt, 29

Evgeny Naranov

A.V. Topchiev Institute of Petrochemical synthesis Russian Academy of Sciences

Email: naranov@petrol.chem.msu.ru
ORCID iD: 0000-0002-3815-9565
Russian Federation, Moscow, 119991 Russia, Leninsky Prospekt, 29

Kaige Wang

State Key Laboratory of Clean Energy Utilization, Zhejiang University

Email: kaigewang@zju.edu.cn
China, Hangzhou 310027

Zhongyang Luo

State Key Laboratory of Clean Energy Utilization, Zhejiang University

Author for correspondence.
Email: zyluo@zju.edu.cn
China, Hangzhou 310027

References

  1. URL: https://www.globalcarbonproject.org/global/pdf/LeQuere_2014_GlobalCarbonBudget2014.ESDD-D.pdf/ сайт фирмы Global Carbon Project (дата обращения: 17.11.2024).
  2. Jindal M., Negi A., Palla V.C.S., Krishna B.B., Thallada B. Catalytic interventions in bio-oil production from lignocellulosic biomass and co-processing with petroleum refinery fractions: A review // Biomass and Bioenergy. 2024. V. 183. ID107119. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2024.107119
  3. Hirano A., Hon-Nami K., Kunito S., Hada M., Ogushi Y. Temperature effect on continuous gasification of microalgal biomass: theoretical yield of methanol production and its energy balance // Catalysis Today. 1998. V. 45, № 1-4. P. 399–404. https://doi.org/10.1016/S0920-5861(98)00275-2
  4. Pütün A.E., Ozbay N., Onal E.P., Pütün E. Fixed-bed pyrolysis of cotton stalk for liquid and solid products // Fuel Process. Technol. 2005. V. 86, № 11. P. 1207–1219. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2004.12.006
  5. Samolada M.C., Baldauf W., Vasalos I.A. Production of a bio-gasoline by upgrading biomass flash pyrolysis liquids via hydrogen processing and catalytic cracking // Fuel. 1998. V. 77, № 14. P. 1667–1675. https://doi.org/10.1016/S0016-2361(98)00073-8
  6. Xu J., Li C., Dai L., Xu C., Zhong Y., Yu F., Si C. Biomass fractionation and lignin fractionation towards lignin valorization // ChemSusChem. 2020. V. 13, № 17. P. 4284–4295. https://doi.org/10.1002/cssc.202001491
  7. Lindfors C., Kuoppala E., Oasmaa A., Solantausta Y., Arpiainen V. Fractionation of bio-oil // Energy & Fuels. 2014. V. 28, № 9. P. 5785–5791. https://doi.org/10.1021/ef500754d
  8. Chan Y.H., Loh S.K., Chin B.L.F., Yiin C.L., How B.S., Cheah K.W., Wong M.E., Loy A.C.M., Gwee Y.L., Lo S.L.Y., Yusup S., Lam S.S. Fractionation and extraction of bio-oil for production of greener fuel and value-added chemicals: Recent advances and future prospects // Chem. Engin. J. 2020. V. 397. ID12540. https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.125406
  9. Oasmaa A., Kuoppala E., Selin J.F., Gust S., Solantausta Y. Fast pyrolysis of forestry residue and pine. 4. Improvement of the product quality by solvent addition // Energy & Fuels. 2004. V. 18, № 5. P. 1578–1583. https://doi.org/10.1021/ef040038n
  10. Mahfud F.H., Melian-Cabrera I., Manurung R., Heeres H.J. Biomass to fuels: upgrading of flash pyrolysis oil by reactive distillation using a high boiling alcohol and acid catalysts // Process Safety and Environmental Protection. 2007. V. 85, № 5. P. 466–472. https://doi.org/10.1205/psep07013
  11. Junming X., Jianchun J., Yunjuan S., Yanju L. Bio-oil upgrading by means of ethyl ester production in reactive distillation to remove water and to improve storage and fuel characteristics // Biomass and Bioenergy. 2008. V. 32, № 11. P. 1056–1061. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2008.02.002
  12. Zhang Q., Chang J., Wang Xu.Y. Upgrading bio-oil over different solid catalysts // Energy & Fuels. 2006. V. 20, № 6. P. 2717–2720. https://doi.org/10.1021/ef060224o
  13. Xiong W.M., Zhu M.Z., Deng L., Fu Y., Guo Q.X. Esterification of organic acid in bio-oil using acidic ionic liquid catalysts // Energy & Fuels. 2009. V. 23, № 4. P. 2278–2283. https://doi.org/10.1021/ef801021j
  14. Peng J., Chen P., Lou H., Zheng X. Upgrading of bio-oil over aluminum silicate in supercritical ethanol // Energy & Fuels. 2008. V. 22, № 5. P. 3489–3492. https://doi.org/10.1021/ef8001789
  15. Peng J., Chen P., Lou H., Zheng X. Catalytic upgrading of bio-oil by HZSM-5 in sub- and super-critical ethanol // Bioresource Technology. 2009. V. 100, № 13. P. 3415–3418. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2009.02.007
  16. de Miguel Mercader F., Groeneveld M.J., Kersten S.R.A., Way N.W.J., Schaverien C.J., Hogendoorn J.A. Production of advanced biofuels: Co-processing of upgraded pyrolysis oil in standard refinery units // Appl. Catalysis B: Environmental. 2010. V. 96, № 1-2. P. 57–66. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2010.01.033
  17. Elliott D.C., Hart T.R., Neuenschwander G.G., Rotness L.J., Zacher A.H. Catalytic hydroprocessing of biomass fast pyrolysis bio-oil to produce hydrocarbon products // Environmental Progress & Sustainable Energy. 2009. V. 28, № 3. P. 441–449. https://doi.org/10.1002/ep.10384
  18. Kwon K.C., Mayfield H., Marolla T., Nichols B., Mashburn M. Catalytic deoxygenation of liquid biomass for hydrocarbon fuels // Renewable Energy. 2011. V. 36, № 3. P. 907–915. https://doi.org/10.1016/j.renene.2010.09.004
  19. Venderbosch R.H., Ardiyanti A.R., Wildschut J., Oasmaa A., Heeres H.J. Stabilization of biomass-derived pyrolysis oils // J. of Chem. Technology & Biotechnology. 2010. V. 85, № 5. P. 674–686. https://doi.org/10.1002/jctb.2354
  20. Fogassy G., Thegarid N., Toussaint G., van Veen A.C., Schuurman Y., Mirodatos C. Biomass derived feedstock co-processing with vacuum gas oil for second-generation fuel production in FCC units // Appl. Catalysis B: Environ. 2010. V. 96, № 3-4. P. 476–485. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2010.03.008
  21. Tang Z., Lu Q., Zhang Y., Zhu X., Guo Q. One step bio-oil upgrading through hydrotreatment, esterification, and cracking // Industrial & Engineering Chemistry Research. 2009. V. 48, № 15. P. 6923–6929. https://doi.org/10.1021/ie900108d
  22. Deng L., Yan Z., Fu Y., Guo Q.X. Green solvent for flash pyrolysis oil separation // Energy & Fuels. 2009. V. 23, № 6. P. 3337–3338. https://doi.org/10.1021/ef9002268
  23. Park L.K.E., Ren S., Yiacoumi S., Ye X.P., Borole A.P., Tsouris C. pH neutralization of aqueous bio-oil from switchgrass intermediate pyrolysis using process intensification devices // Energy & Fuels. 2017. V. 31, № 9. P. 9455–9464. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.7b00854
  24. Дементьев К.И., Паланкоев Т.А., Кузнецов П.С., Абрамова Д.С., Ромазанова Д.А., Махин Д.Ю., Максимов А.Л. Влияние размерного фактора на активность цеолитов в реакции жидкофазного крекинга углеводородов // Нефтехимия. 2020. Т. 60, № 1. С. 34–43. https://doi.org/10.31857/S0028242120010062 [Dement'ev K.I., Palankoev T.A., Kuznetsov P.S., Abramova D.S., Romazanova D.A., Makhin D.Y., Maksimov A.L. Effect of size factor on the activity of zeolites in the liquid-phase cracking of hydrocarbons // Petrol. Chem. 2020. V. 60. P. 30–38. https://doi.org/10.1134/S0965544120010065]

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Рис. 1. Кривые потери массы при нагреве в среде аргона для исходной бионефти и верхней и нижней фаз после нейтрализации, образец БН-16.

Download (170KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».