Purification of bio-oil

Thumbnail Image

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Kemian tekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Ask about the availability of the thesis by sending email to the Aalto University Learning Centre oppimiskeskus@aalto.fi

Authors

Date

2017-11-07

Department

Major/Subject

Bioenergian ja ympäristötekniikan syventävä moduuli

Mcode

Chemical Engineering

Degree programme

Master's Programme in Chemical, Biochemical and Materials Engineering

Language

en

Pages

118

Series

Abstract

The increasing concerns on climate change drives to discover new feedstock alternatives and pathway routes to produce transportation fuels from renewable and sustainable raw materials. Fast pyrolysis process enable the conversion of lignocellulosic biomass into aliquid product - bio-oil. Bio-oil can be upgraded into transportation fuels via hydroprocessing and/or catalytic cracking. The upgrading efficiency of bio-oil, however, decreases due to the deactivation of catalyst material and reactor blockings. Contaminants and solid particles that are present in the bio-oil are one of the factors for causing deactivation of catalyst material and reactor blockings. Bio-oil purification from contaminants and solid particles is therefore necessary process step to produce transportation fuels from bio-oil sustainably and efficiently. The aim of this thesis was to study experimentally the purification of bio-oil from contaminants and solid particles. Centrifugation, surface filtration, filtration with filter additives and ion exchange separation technique were the purification techniques that were applied in this thesis. Two different bio-oil liquids were used as a feed in the laboratory experiment. The solid and contaminant content of bio-oil feeds varied between 0.01 to 0.45 wt% and 183 to 3750 ppm. The purification process that consisted of filtration with filter additive E and cation exchange was evaluated as the most efficient purification method. The body feed proportion of 0.5 wt% was applied at 80 °C. With filter additive filtration, the solid and contaminant content could be reduced below to 0.09 wt% and 687.5 ppm. Secondly, with the cation exchange resin concentration of 3 and 5 wt%, the cation removal efficiency of 45 and 89.2 % and total contaminant concentrations of 132.7 and 263.2 ppm was achieved.

Ilmastonmuutos ja sen tuomat haasteet pakottavat laajentamaan nykyistä liikennepolttoaineiden raaka-ainepohjaa sekä kehittämään uusia vaihtoehtoisia jalostusmenetelmiä, jotta uusiutuvien liikennepolttoaineiden kysyntä saadaan tuotettua tehokkaasti. Nopea pyrolyysi mahdollistaa puubiomassan muuntamisen nestemäiseen muotoon – bioöljyksi. Bioöljy voidaan jatkojalostaa liikennepolttoaineeksi vetykäsittelyn ja/tai katalyyttisen krakkauksen avulla. Bioöljyn jatkojalostuksen hyötysuhde kuitenkin laskee bioöljyn jatkojalostuksen aikana katalyytin deaktivoitumisen ja reaktoreiden tukkeutumisen johdosta. Bioöljyssä esiintyvät epäpuhtaus- ja kiintoainepartikkelit ovat yksi syy katalyytin deaktivoitumiseen ja reaktoreiden tukkeutumiseen. Näin ollen bioöljy tulee puhdistaa epäpuhtaus- ja kiintoainepartikkeleista ennen jatkojalostusta, jotta liikennepolttoaineiden valmistus bioöljystä tapahtuisi kestävästi ja tehokkaasti. Tämän työn tavoitteena oli löytää tehokkaita bioöljyn puhdistusmenetelmiä. Työssä tutkittiin kokeellisesti kiintoaine- ja epäpuhtauspartikkelien erottamista bioöljystä käyttämällä sentrifugointia, pinta- ja suodatusapuainesuodatusta sekä ionivaihtoa. Työssä käytettiin kahta bioöljysyöttöä, joiden kiintoaines- ja epäpuhtauspitoisuudet olivat 0.01 - 0.45 p% ja 183 - 3750 ppm. Tehokkaimmaksi puhdistusmenetelmäksi osoittautui puhdistusprosessi, joka koostui suodatinapuainesuodatuksesta ja kationivaihdosta. Suodatus suoritettiin 80 °C ja suodinapuaineena käytettiin suodatinapuainetta E esikakkuna sekä sekoitettuna 0.5 p% bioöljyyn. Suodatusapuainesuodatuksen avulla bioöljyn kiintoaines- ja epäpuhtauspitoisuudet saatiin alennettua alle 0.09 p% ja 687.5 ppm. Kationivaihdossa 45 ja 89.2 % kationeista saatiin poistettua suodatetusta bioöljystä käyttämällä 3 ja 5 p% hartsipitoisuutta. Kokonaisepäpuhtauspitoisuudet saatiin alennettua 132.7 ja 263.2 ppm tasolle.

Description

Supervisor

Alopaeus, Ville

Thesis advisor

Paasikallio, Ville

Keywords

pyrolysis, bio-oil, purification, biomass, filtration with filter additives

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201711277725

Collections

[dipl] Kemian tekniikan korkeakoulu / CHEM