[发明专利]催化快速热解反应的方法及系统

说明书

交叉引用的相关申请

本申请要求冯赫勒等人于2013年11月申请的61/876,623，案卷号为RTI13003专利的优先权，并在此将其全部内容引入。

技术领域

本发明涉及一个在低压下利用氢气的催化快速热解反应（RCFP）的方法。

背景技术

2.1.简介

各种热解技术正在研究从生物质中生产液体中间产物，且能升级成烃燃料。传统的生物质快速热解工艺大约有70%的液体产品产率；然而，如果没有显著的稳定性和升级，这种热解油产品的用途有限。不幸的是，这种快速热解油的物理化学特性使得它们并不适合整合进现有的炼油厂。传统热解油的不良特性包括：1）热不稳定性和高结垢倾向；2）由于高有机酸含量带来的腐蚀性（典型的pH为2.2~2.4）；3）高水分和充氧剂含量导致其与精炼原料的不混溶性；4）金属（K、Na和Ca）和氮的含量会妨害或使精炼催化剂失活。

KiOR公司的技术（例如PCT公开号为WO2011/096912，奥康纳等人）聚焦在生物质预处理过程中产生的一种复合材料，是一种混合磨细的生物质与固体碱催化剂在200至350℃下的反应，固体碱催化剂例如黏土或者水滑石。它们公开了如下内容：(i)预处理选项；(ii)一个温和温度干燥步骤（烤或烘）来干燥原料并研磨后与固体碱催化剂混合；(iii)把生物质浸在碱金属碳酸盐的水溶液中，使无机碱催化剂进入生物质中；(iv)生物质催化裂化是一个酸催化的裂化且脱氧作用发生在350℃~400℃；(v)快速流化床或载流床或输送床反应器，就像流化催化裂解；(vi)在温度高达800℃下再生催化剂以去除焦炭并提供过程热；(vii)结果使得原油被升级成汽油和柴油，且炭和焦炭等副产品被氧化来产生过程热。

公开号为2009/0227823（哈勃等）的美国专利描述了用沸石催化热解是自发的或由金属促进。热解发生在温度为500-600℃及压力为1~4atm（大约101~405KPa）条件下，来产生具有明显高焦炭产率和低液产率的高度芳香产品。

PCT公开号为WO2009/018531(Agblevor)的专利描述了催化热解的作用，能够选择性地将生物质中的纤维素和半纤维素转变成轻气并把热解木质素留下。该方法在流化床反应器中使用H-ZSM-5和硫酸氧化锆催化剂，能够获得18-21%的整体生物油产率。

GTI'sIH2过程（加氢热解后的加氢转化然后C1-C4气重整供氢）（例如专利号为2010/0256428的美国专利，马克等）指出高压力系统的压力范围从100~800psig（用于加氢热解、加氢转化和气体重整）。

发明内容

在特定的非限制性实施例中，本发明提供了一种催化生物质热解方法，在较低的压力下，将催化剂与生物质和氢结合（约6bar但是优选在压力刚刚足以克服系统中的压力下降在大约4.5bar或更低，但不低于0.5bar）产生一个富烃生物油的中间产物，可以使用传统的加氢处理技术将其升级成成品燃料或调和油料。

在一个实施例中，本发明是一个催化生物质热解反应方法，包括使生物质起始原料在热解条件下起反应，反应中存在催化剂，并在小于6bar压力下向反应器内供给大约10%体积至90%体积氢气，形成一股包含热解产物的流。

在另一个实施例中，本发明是一个催化生物质热解系统，包括：（a）一个反应器，适用于使生物质、催化剂和大约10%体积至90%体积的氢气流在小于大约6bar的压力的热解条件下反应形成一个热解反应流；（b）一个分离单元与所述反应器相连的一个分离单元，适于形成包含来自热解反应流的固体部分的第一物流和包含来自热解反应流的蒸汽部分的第二物流；和（c）与所述分离单元相联系的一个冷凝器单元，适于冷凝一种包括生物原油、水、和/或另外一种液体的混合物，该液体来自于从第二物流气体组分中分离得到的蒸汽。

4.附图说明

图1反应气体催化生物质快速热解单元操作详细示意图。

图2整合的催化快速热解。

图3台式1英尺直径的流化床系统的工艺流程图。

图4来自RCFP的生物油的实验碳效率与快速热解生物原油氧含量减少的RTI-A9P理论脱氧机制的比较。

图5生物原油的碳效率与在不同技术研究下不同生物原油氧含量的比较。

图6显示了不同氧含量下生物原油在350℃时的再蒸发效率。

5.本发明的详细描述