[发明专利]含氧化合物的流化催化裂化

说明书

发明背景

1.技术领域

本发明涉及一种通过将含氧化合物如甘油，碳水化合物，糖醇或其他 源自生物质的含氧分子(例如源自淀粉、纤维素和半纤维素的化合物)与源 自石油的原料一起供入改进的流化催化裂化工艺中来生产烯烃、芳族化合 物、合成气(氢气、一氧化碳)、工艺热量和焦炭的方法。

2.相关领域描述

流化催化裂化(FCC)为将原油转化成汽油、烯烃和其他烃的使用最广 泛的方法。FCC工艺由图1中所示的两个连接在一起的容器组成。在第一 个反应器中，使热颗粒状催化剂与烃原料接触而由此产生裂化产物和废结 焦催化剂。在裂化反应发生之后，焦炭使催化剂基本失效。

将结焦催化剂从裂化产物中分离出来，通过蒸汽汽提除去渣油，然后 通过在再生器中使失效催化剂中的焦炭燃烧而再生。然后将热催化剂再循 环到提升管反应器中继续用于裂化。已开发出多种方法构造和催化剂用于 FCC工艺。FCC催化剂中心为八面沸石。积极地寻找新型的中孔、大孔 和超大孔沸石以实现产物分布的较高灵活性。

欧洲委员会已制定目标，到2010年在欧盟将有5.75％的运输燃料为生 物燃料。生物燃料与石油基燃料的共混将降低对进口原油的依赖，减少温 室气体的排放以及提高农业经济。将FCC工艺用于生物质转化不需要较大 投资，因为炼油厂中已安装有FCC设备。因此，如果开发出将FCC工艺 用于使源自生物质的分子转化成运输燃料的有效方法，则这在现有技术阶 段将代表重大的进步。

已报导了几种使用沸石催化剂将源自生物质的分子转化成液体燃料的 方法。Chen和Koenig在美国专利4,933,283和美国专利4,549,031(Mobil) 中报导了一种通过在500℃下使含水料流在沸石催化剂上通过而将源自生 物质的碳水化合物、淀粉和糠醛转化成液体烃产物、CO和焦炭的方法 [Chen，1986#9；Chen，1990#10]。在500℃下将木糖、葡萄糖、淀粉和 蔗糖供入ZSM-5型催化剂上时，他们观测到40-66％的碳作为焦炭离开反 应器[Chen，1986 #9]。形成的其他产物包括烃、CO和CO₂。将碳水化合 物含水料流与甲醇混合导致较低含量焦炭和较高含量烃的形成。

Chen等报导了生物质转化的重大挑战为除去生物质中的氧并丰富烃 产物中的氢含量。他们对方程1中给定的有效氢碳比(H/C_有效)做出详细说 明。源自生物质的含氧烃化合物的H/C_有效比因源自生物质的分子的高氧含 量而比源自石油的原料低。碳水化合物、山梨糖醇和甘油(均为源自生物质 的化合物)的H/C_有效比分别为0、1/3和2/3。源自石油的原料的H/C_有效比 为2(对于液体链烷)至1(对于苯)。就此而言，在与石油基原料相比时，生 物质可看作是贫氢分子。

其中H、C、O、N和S分别为氢、碳、氧、氮和硫的摩尔数。

甘油为当前生物柴油生产的有价值副产物，生物柴油生产包括将甘油 三酯酯交换成对应的甲酯或乙酯。随着生物柴油生产提高，甘油价格呈现 出显著下降的特点。实际上在过去的几年中，甘油价格已经下降了几乎一 半[McCoy，2005 #6]。因此，希望的是开发出将甘油转化成化学品和燃料 的便宜工艺。

通过酸解、热解和液化使固体生物质转化成液体的方法是众所周知的 [Klass，1998 #12]。包括木素、腐植酸和焦炭的固体材料为上述反应的副 产物。上述反应产生多种产物，包括：纤维素、半纤维素、木素、多糖、 单糖(例如葡萄糖、木糖、半乳糖)、糠醛、多糖和源自木素的醇(香豆醇 (coumaryl)、松柏醇和芥子醇)。