[发明专利]用于形成低金属生物质衍生热解油的方法和设备

说明书

优先权陈述

本申请要求2011年6月16日提交的美国申请No.13/162,188的优先权，通过引用将其全部内容并入本文中。

发明领域

本发明一般性地涉及用于生产生物燃料的方法和设备，更特别地，涉及用于由生物质衍生热解油形成低金属生物质衍生热解油的方法和设备。

发明背景

快速热解是将有机生物质材料如废木、农业废物等在不存在空气下使用工艺反应器快速加热至450-600℃的方法。在这些条件下，产生有机蒸气、裂解气和炭的固体碎片等。使蒸气冷凝以形成生物质衍生热解油。生物质衍生热解油可直接作为某些锅炉和炉应用的燃料燃烧，还可用作炼油厂中生产燃料的催化方法中的潜在原料。生物质衍生热解油可能取代至多60%的运输燃料，由此降低对常规石油的依赖性并降低它的环境影响。

然而，生物质衍生热解油是复杂的高氧合有机液体，其具有目前限制其用作生物燃料的性能。例如，生物质衍生热解油通常被炭和生物质热解期间产生的其它不溶物污染。炭贡献于油的热不稳定性。炭含量与储存期间粘度的提高、相分离和/或固体形成有关。将炭碎片与生物质衍生热解油分离证明是非常困难的。例如，常规液体分离是困难的，因为液体生物质衍生热解油可能具有凝胶状稠度。

另外，生物质衍生热解油中的金属限制它的商业应用。金属以固体碎片存在并且还作为金属阳离子溶于生物质衍生热解油中。金属贡献于燃烧时油的灰含量。理想的是使生物质衍生热解油中的灰含量降低和/或最小化，因为当生物质衍生热解油燃烧以作为燃料消耗时，该灰提高总灰和颗粒物排放。环境限制可能限制该总排放。另外，当生物质衍生热解油用作催化方法中的原料以制备运输燃料时，油中的金属使下游设备结垢并抑制或使催化剂减活。

因此，理想的是提供用于形成具有较低金属浓度的生物质衍生热解油的方法和设备。另外，理想的是提供用于除去固体碎片，例如炭和其它不溶物以形成具有提高的热稳定性的生物质衍生热解油的方法和设备。此外，本发明的其它理想特征和特性从随后的发明详述和所附权利要求书，连同附图和该发明背景中获悉。

发明概述

本文提供用于形成低金属生物质衍生热解油的方法和设备。根据典型实施方案，形成低金属生物质衍生热解油的方法包括如下步骤：将生物质衍生热解油用通量率为10L/m²/hr或更大的高通量率过滤装置过滤以形成低固体生物质衍生热解油。将低固体生物质衍生热解油用孔径为50μm或更小的细过滤装置过滤以形成超低固体生物质衍生热解油。使超低固体生物质衍生热解油与离子交换树脂接触以除去金属离子并形成低金属生物质衍生热解油。

根据另一典型实施方案，提供用于形成低金属生物质衍生热解油的方法。该方法包括如下步骤：过滤生物质衍生热解油以形成超低固体生物质衍生热解油。使第一部分的超低固体生物质衍生热解油与具有磺酸基团的酸性离子交换树脂接触以形成第一量的低金属生物质衍生热解油和废离子交换树脂。使废离子交换树脂再生，包括使废离子交换树脂与含有钠离子的溶液接触以用溶液的钠离子从废离子交换树脂中交换钾离子、钙离子、镁离子、锶离子、钛离子、钒离子、铜离子、铁离子、钴离子、铬离子、铅离子、锰离子、镍离子、锌离子和通过离子交换除去的生物质衍生热解油中存在的其它一价、二价或三价金属离子，或其组合，以形成废含钠离子交换树脂，使其再生以形成再生的离子交换树脂。使第二部分的超低固体生物质衍生热解油与再生的离子交换树脂接触以形成第二量的低金属生物质衍生热解油。

根据另一典型实施方案，提供用于形成低金属生物质衍生热解油的设备。该设备包含配置成用于接收和过滤生物质衍生热解油以形成低固体生物质衍生热解油的高通量率过滤装置。细过滤装置与高通量率过滤装置流体连通以接收低固体生物质衍生热解油并配置成用于过滤低固体生物质衍生热解油以形成超低固体生物质衍生热解油。离子交换单元包含离子交换树脂并与细过滤装置流体连通以接收超低固体生物质衍生热解油。配置离子交换单元用于使超低固体生物质衍生热解油与离子交换树脂接触以除去金属离子并形成低金属生物质衍生热解油。

附图简述

在下文中连同以下附图描述本发明，其中类似的数字表示类似的元件，且其中：

图1示意性地阐述根据一个典型实施方案用于形成低金属生物质衍生热解油的设备。

详述

以下发明详述在性质上仅为示例性的且不意欲限制本发明或本申请以及本发明的用途。此外，不意欲受前述发明背景或以下发明详述中提出的任何理论束缚。