[发明专利]生物质原料向烃液体运输燃料的转化

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年8月8日提交的美国临时申请No.61/087,327的权益，其全部内容通过引用并入本文用于所有目的。

背景技术

用于将天然气转化成烃液体运输燃料的市售气至液(GTL)系统常常基于利用天然气(或其他化石燃料基资源)吹氧转化为含有氢气(H₂)和一氧化碳(CO)的合成气的多重基于复杂精炼的操作。

已有的使用氧气而非空气将含碳原料转化成合成气需要大大增加了该方法的资产和运营成本。使用空气将含碳原料气化为CO和H₂的混合物导致大的分子氮(N₂)含量。CO、H₂、CO和N₂的混合物一般称作发生炉煤气。已认定发生炉煤气中高的N₂含量会妨碍费-托(FT)合成反应。合成气通过一系列由过渡金属基催化剂活化激活的费-托合成反应被转化成液烃燃料和蜡。主要的FT合成反应是氢气和一氧化碳向液烃燃料和水的转化：

[反应1]。

如反应1所示，每个CO分子需要两个H₂分子以产生烃类产品(液体燃料和蜡)和一分子的水(H₂O)。在生物质至液体(BTL)系统中，生物质气化产生贫含氢的合成气(含有约1∶1摩尔比的CO∶H₂)而无法使反应1持续。因而，对于BTL系统而言，可通过水煤气转换(WGS)反应将气化生物质中的一部分水蒸气和CO另外转化成的H₂和作为副产物的CO₂来调节CO∶H₂的比例：

[反应2]

在许多BTL系统中，WGS反应是通过铁基费-托催化剂催化的，使得气体中大约一半的CO与等摩尔量的水蒸气(其可源自反应1)反应产生H₂和CO。剩余的CO被转化成FT合成产品。

在大多数大规模GTL和BTL系统中，高度提纯的合成气(主要含有CO和H₂以及一些CO₂，但N₂少于约5％)在250～400psig的压力下转化成重质链烷烃FT合成蜡。在一系列基于精炼的操作中，然后使FT合成蜡产品裂化成汽油和柴油燃料产品并且氢化以使它们在储存过程中稳定。市售GTL设施通常非常大(典型地每天产生数千桶汽油和柴油产品)并且具有现场氧气和氢气产生设备以支持气化和燃料升级系统。

遗憾的是，大规模GTL和BTL系统需要大量的建设资本投资。它们还需要监管、环境和区域机构的正当批准，这可能限制在将用来制造FT燃料的生物质源附近建设这些系统的能力。所述系统还需要连接至或位于燃料运输基础设施附近以将FT燃料输送到它们的最终目的地(例如，加油站)。由于这些大规模系统的典型的大量资本投资和困难的原料源至最终应用的统筹安排，存在对以更小型更分布的方式产生FT燃料的更简单的新方法和系统的需求。

发明内容

习惯思维为，小的生物精炼厂具有差的经济效益。然而，小规模的生物精炼厂允许在低成本或甚至负成本的原料来源附近使用它们，从而减少或者甚至省去原料和产品的运输，以及产品大部分的经销成本。这种小规模范例，结合大大简化的转化方法将允许在原料便宜但相对的燃料因运输成本或缺乏而昂贵的位置快速建立小规模生物精炼厂。与大规模现场建设的生物精炼厂相比，小工厂建立的模块式生物精炼厂能够在极短的时间内安装并运转。

描述用于现场产生液体FT燃料的小模块液体燃料产生和加工系统。所述方法和系统可包括由在空气中气化的生物质制得的发生炉煤气的产生，所述发生炉煤气可转化成FT液体燃料。该方法的优点在于，发现了空气(而非昂贵的纯氧)可以用来产生FT合成中所用的气体，大大降低了该方法的成本和复杂性。所述方法和系统还可以包括将初始的FT产品精炼为如汽油、柴油和/或航空燃料的液体燃料产品。这些小规模方法和系统为常规商业GTL和BTL系统的尺寸和成本的一小部分。

本发明的实施方案包括用于将含碳原料转化成液体运输燃料的方法。该方法可以包括：将含碳原料转化成主要含有H₂、CO、CO₂和N₂的发生炉煤气，并且使所述发生炉煤气与基底催化剂反应以产生费-托(FT)产品的组合，其中所述FT产品包括液体运输燃料。所述方法还可以包括催化转换部分不期望的FT产品以产生另外量的期望液体运输燃料的步骤。此外，所述方法可以包括使一部分FT产品氢化以产生另外量的稳定化的液体运输燃料。