[发明专利]用于生物质的热催化转化的催化剂及其制造与使用的方法

说明书

发明领域

本申请公开及要求保护的发明的(一种或多种)工艺、(一种或多种)程序、(一种或多种)方法、(一种或多种)产品、(一种或多种)结果和/或(一种或多种)概念(下文中统称为“本申请公开及要求保护的(一种或多种)发明概念”)通常涉及用于催化裂化过程的含有沸石的催化剂，更特别涉及制造此类催化剂的方法和在将生物质热催化转化为生物油中使用此类催化剂的方法。

现有技术描述

随着与化石燃料相关的成本与环境问题的日益提升，可再生能源已经变得越来越重要，特别是来自生物质原料转化的可再生运输燃料的生产。已经并正在探索将生物质转化为生物燃料和/或特殊化学品的许多不同的方法。一些现有的生物质转化方法包括例如燃烧、气化、慢速热解、快速热解、液化和酶转化。由这些方法制得的转化产物往往品质低劣，含有大量水和高度氧化的含烃化合物，使得它们难以分离为水相与含烃相。此外，这些产品通常需要大量二次提质以便可用作运输燃料。

由生物质的热催化转化制得的生物油往往具有更好的品质，其含烃化合物具有相对低的氧含量，并且通常可通过重力分离法分离为水相和烃相。

虽然在生物质的热催化转化中使用常规裂化催化剂如含沸石的FCC裂化催化剂可以获得品质优于生物质直接热解所产生的那些产品的生物油产品，此类常规催化体系仍可能受困于不充足的低收率、更低但仍不充分的高生物油氧含量，以及提高的焦炭收率。

因此，仍然需要用于生物质的热催化剂转化的改进催化剂，其获得更高的生物油收率、更低的生物油氧含量和更低的焦炭收率。

发明概述

根据本申请公开并要求保护的(一种或多种)发明概念的实施方案，提供颗粒形式的生物质转化催化剂，其包含：二氧化硅、粘土和沸石，其中该颗粒具有：i)至少大约0.025cm³/g的直径为大约80至大约的孔隙的平均孔隙体积，和ii)不超过大约0.08cm³/g的直径为大约20至大约的孔隙的平均孔隙体积；其中i)和ii)中的各平均孔隙体积获自按照ASTM方法D4222在大约77°K下测量并根据BJH孔径分布模型离散化时氮等温线的吸附分支。

根据另一实施方案，提供了制造生物质转化催化剂的方法，该方法包括：

a)制备包含沸石和二氧化硅前体的水性浆料；和

b)在等于或小于大约1的pH下喷雾干燥该水性浆料，由此胶凝该二氧化硅前体并将该生物质转化催化剂成形为颗粒。

根据另一实施方案，提供颗粒形式的生物质转化催化剂，其包含：二氧化硅、粘土和沸石；其中该颗粒具有小于或等于大约50m²/g的平均中孔表面积(平均MSA)，并且其中该生物质转化催化剂具有小于二氧化硅质量的大约1/10的盐浓度。

根据另一实施方案，前述实施方案中的生物质转化催化剂颗粒可以具有：i)至少大约0.01cm³/g的直径为大约80至大约的孔隙的平均孔隙体积，和ii)不超过大约0.03cm³/g的直径为大约20至大约的孔隙的平均孔隙体积；其中i)和ii)中的各平均孔隙体积获自按照ASTM方法D4222在大约77°K下测量并根据BJH孔径分布模型离散化时氮等温线的吸附分支。

根据另一实施方案，提供了制造生物质转化催化剂的方法，该方法包括：

a)制备包含沸石和基本无钠的二氧化硅前体的水性浆料；和

b)在等于或小于大约2.7、或等于或小于大约1的pH下喷雾干燥该水性浆料，由此胶凝该二氧化硅前体并将该生物质转化催化剂成形为颗粒；其中该颗粒具有小于或等于大约50m²/g的平均中孔表面积(平均MSA)，并且其中该生物质转化催化剂具有小于二氧化硅质量的大约1/10的盐浓度。

根据另一实施方案，提供了制造生物质转化催化剂的方法，该方法包括：

a)制备包含沸石、基本无钠的二氧化硅前体和孔隙调节剂的水性浆料；

b)喷雾干燥该水性浆料，由此胶凝该二氧化硅前体并形成颗粒；

c)从该颗粒中除去基本所有的孔隙调节剂；和

d)在步骤c)之后蒸汽处理该颗粒，由此形成该生物质转化催化剂；其中该生物质转化催化剂具有小于二氧化硅质量的大约1/10的盐浓度。

根据另一实施方案，提供了转化颗粒状生物质的方法，包括：在大约200至大约1000℃的温度下并在基本不存在氧的情况下令该颗粒状生物质与任意上述生物质转化催化剂接触。

附图概述

图1是催化剂A、B、C和F6的样品的氮吸附-脱附等温线的曲线图。