[发明专利]利用较大催化剂颗粒和较小生物质颗粒且以防腾涌反应器为特征的鼓泡床催化加氢热解方法

说明书

发明的背景技术

发明的领域

本发明涉及将生物质或其它含氧原料热化学转化成高质量液烃燃料的方法。

相关技术的描述

在没有氧的情况下通过快速加热（热解）可将含氧原料如固体生物质(木材、农业废料、废纸、等等)转变成液体产物。产生固体炭产物(主要由碳构成，而且包含在原料中发现的任何非挥发性的惰性化合物)和不可凝结的蒸气(比如CO₂和CH₄)，以及可凝结的物质如：水，烃，和含有碳原子、氢原子、和氧原子的分子。由此获得的产物的比例取决于原料颗粒的加热速度，如Mohan等人（Mohan，Pittman，和Steele，“pyrolysis of wood/biomass for Bio-oil：A Critical Review，”in Energy & fuels，第20卷，第848-889页，2006）所说明的。一类被称为“快速热解”的生物质热解通过尽可能快地加热生物质能够最小化产生的炭的数量，和最大化获得的可凝结液体的数量。尤其是因为生物质总是包含一些非挥发性的、不活泼的化合物(通称为灰分)，因此总会产生一些炭。传统的生物质热解（常规的快速热解）不使用或不需要气态氢或催化剂并且产生稠的酸性活泼液体产物，其含有水、油、和在该过程中形成的炭。因为快速热解大多数通常在惰性气氛中进行，存在于生物质内的许多氧被转入获得的液体产物内，其能够增加它们的化学反应性。源于快速热解的液体还包含高含量的酸(比如乙酸)，以及烯烃和多芳香烃。由传统热解产生的化学不稳定的液体易于随着时间推移而变浓并且还会对形成亲水和疏水相的点反应。已经表明，用甲醇或其它醇稀释热解液体产物可降低油的后续活性和粘度，这个方法被认为是不实践或经济上不可行的，因为需要大量的不可回收的醇来稳定大量的热解液体产物以便输送和后续使用。

在惰性环境下进行传统的生物质热解中，水可溶混的液体产物是高度含氧的和活泼的，例如，总酸值(TAN)在100-200的范围内，对聚合反应具有低的化学稳定性，由于固有的水混溶性和极高的氧含量(数量级为大约40%重量)因而其与石油烃不相容，且具有低热值。因此，该产物的输送和应用是成问题的，且由于通常在传统热解和传统快速热解过程中发生的退化反应，很难将该产物提质成液体燃料。提质技术，如应用于传统热解液体产物的，往往产生仅仅少量的适合用作运输燃料的脱氧的高质量液态烃。

此外，由于存在于高温热解蒸气中的大量氧、烯烃、酸和自由基仍保持高度活泼并在它们与炭颗粒于壁垒过滤器、惯性分离装置、或静电沉降器表面上密切接触时形成沥青状材料，因而从液体热解产品中除去常规热解所生成的炭存在技术上的挑战。特别是，由于在隔板过滤器表面上的炭层上或炭层内发生的炭与活泼蒸气的反应，用于从高温热解蒸气中分离炭（在冷却和凝结液体热解产物之前）的壁垒过滤器会很快产生不可逆的堵塞(封闭)。

为了提质传统的热解液体，已经尝试了使传统的热解液体与氢在固体催化剂的存在下反应，以便从该液体中去除氧并产生稳定可用的烃产物。该方法被称为加氢转化法。然而，传统的热解液体通过加氢转化法的提质在商业上是不可行的。传统的热解液体的加氢转化法在极端工艺条件（如138巴（2000psig）或更高的极高氢压力）下会消耗大量的H₂。为了进行期望的反应要求高比压的氢，但是这些压力会产生从该液体中去除的大部分氧经由形成水(H₂O)而被去除的条件。该方法会消耗大量的氢，由此使该方法在经济上无吸引力。另外，由于热解油中存在的焦炭前体或来自于由催化所产生的焦炭产物的焦炭前体的积累，加氢转化反应器往往会堵塞。焦炭是固态产物，主要由碳构成，从加氢转化反应器中去除焦炭所需的维护费进一步降低了传统热解液体加氢转化法的经济可行性。