[发明专利]生物质转化的逆流过程

说明书

发明背景

1.发明领域

本发明一般涉及生物质材料转化，更具体地，涉及生物质材料催化转化成液体燃料产品。

2.相关领域描述

已经提出了数种热裂解过程用于将生物质材料转化成液态或气态产品。一般认为，特别是液态热裂解产品(常称作生物油)是不稳定的。为此，重要的是使生物油尽可能不接触升高的温度。

已经提出了各式各样的快速热裂解过程。这些过程共同的主要特征如下：将生物质材料引入热反应室，其中包含或不包含颗粒状热载体材料。如果使用热载体材料，该材料可以是惰性材料、催化材料、或两者的组合。用惰性气体从反应室中通过体积置换除去汽化和气态的反应产物。汽化反应产物和气态反应产物夹带在惰性气流中，到达冷凝室，其中汽化反应产物冷凝成液态，从惰性气流和气态反应产物中分离。

虽然反应产物在反应室中停留的时间相当短(许多作者提出停留时间短于1秒钟)，但反应产物在到达冷凝室前仍然维持在高温下。因此，不稳定的生物油成分有相当大的机会发生二次反应。为了获得可接受的产率，反应器通常保持在或接近500℃的高温下。这一事实加重了该问题。

因此，特别需要一种生物质材料的转化过程，其中转化反应的反应产物接触高温的时间与现有技术的快速热裂解过程相比被缩短。

发明概述

本发明通过提供一种生物质材料的催化转化的逆流过程解决了这些问题，所述过程包括步骤：

(i)提供固态颗粒状生物质材料；

(ii)将生物质材料加热到第一温度T1；

(iii)使生物质材料与热气和/或灼热颗粒状热载体材料逆流接触，从而提供第二温度T2，其中T2＞T1。

本发明的另一个方面是该逆流过程产生的生物油。

附图简要说明

本发明的特征和优点可根据下列附图进一步理解，其中：

图1是现有技术的快速热裂解单元的示意图；

图2是本发明所述过程的第一种实施方式的示意图。

图3是图2的实施方式的变体的示意图；

图4是本发明所述过程的第二种实施方式的示意图。

图5、6、7是本发明所述过程的独立实施方式的示意图。

发明详述

本发明涉及一种生物质材料的催化转化的逆流过程，所述过程包括步骤：

(i)提供固态颗粒状生物质材料；

(ii)将生物质材料加热到第一温度T1；

(iii)使生物质材料与热气和/或灼热颗粒状热载体材料逆流接触，从而提供第二温度T2，其中T2＞T1。

本发明的一个主要方面是生物质转化反应的重要部分在较低温度T1下发生，而该温度下形成的反应产物不接触较高温度T2。在较低温度T1下不转化的生物质材料然后接触较高温度T2，以进一步转化。T1和T2通常差50-200℃。

在本发明的一个实施例中，步骤(ii)包括将固态颗粒状生物质材料与灼热的热载体材料混合。在步骤(ii)和该过程以后的阶段中，焦炭和/或炭沉积在热载体材料上。在一个优选例中，焦炭和炭沉积在换热器中从颗粒状热载体材料上被烧尽。用焦炭和炭燃烧热提供热载体材料的必需反应热。

颗粒状热载体材料可以是惰性材料，例如沙，或可以是催化材料。本文所用的术语“催化材料”指一种材料，其在反应区中的存在影响至少一个转化反应参数、产率和产品分布，而本身不被反应消耗。

催化材料的例子包括碱金属和碱土金属的盐、氧化物、和氢氧化物，氧化铝，铝硅酸盐，粘土，水滑石和水滑石样材料，来自生物质转化反应的灰烬等。也可使用此类材料的混合物。

本文所用的术语“水滑石”指具有经验式Mg₆Al₂(CO₃)(OH)₁₆·xH₂O的羟基碳酸盐，其中x通常是4。术语“水滑石样材料”指具有经验通式M(II)₆M(III)₂(CO₃)(OH)₁₆·xH₂O的物质，其中M(II)是二价金属离子，而M(III)是三价金属离子。这些材料与水滑石本身具有相同的主要晶体性质。

颗粒状生物质材料可以与催化剂在步骤(ii)之前、步骤(ii)期间、或在步骤(ii)之前和期间接触。例如，如果催化剂是水溶性材料，即在碱金属和碱土金属化合物的情况下，催化剂可以溶于水相溶剂，可在步骤(ii)前用催化剂水溶液浸渍生物质材料。