[发明专利]流化床催化热解反应器中生物质注入

说明书

提供了一种用于生物质催化热解的改进方法，包括在至少一个与在其中发生催化热解反应的热解反应器连通的混合区中用速度为5‑40m/s的载气通过气动注入管线将生物质原料气动注入流化热介质如热催化剂中，和在所述至少一个混合区中通过催化剂注入管线使催化剂注入点下游的催化剂/生物质混合物的流率比(C/B)保持为4‑40。

发明领域

本发明涉及生物质催化热解的方法，和具体涉及向催化热解反应器中进料生物质的方法。

背景技术

对于如热解、气化和燃烧等过程来说，生物质处理和进料至热化学反应器是确保其可靠操作的关键设计准则。例如，在生物质催化热解(CP)过程中，不同的操作条件可能会造成进料设备堵塞，导致无法提供连续均匀的进料流。因此，需要一种确保均匀分布的将生物质原料连续进料到反应器的方法。

尽管研究人员和工程师作出了许多努力，但开发创新有效的给料系统、灵活处理不同形状、尺寸和密度的生物质材料，仍是需要研发的领域。

用于处理固体材料(如生物质)的热化学过程的各种进料注入设计是已知的，其中反应热由固体传热介质(如催化剂、惰性固体)提供。Kulprathinpanja等人(US 2015/0240167A1)描述了一种绿色的流化催化裂化工艺，其中除了烃原料外，还使用单独的螺旋输送器将生物质颗粒引入提升管，并使它们与热催化剂混合。混合区可以直接在提升管中实现，也可以在连接至提升管底部区域的直径更大的室中实现。Boon等人(US 2012/0271074A1)描述了使用任何已知的生物质进料系统生产生物燃料或生物化学物质的类似方法，其中优选使用螺杆给料机。Mills(US 2010/0162625)描述了一种利用提升管作为反应器和焦炭燃烧器用于热回收的生物质快速热解系统。所建议的生物质进料系统为螺杆给料机。

在其中生物质在压力下输送的实例中，有人建议将闭锁料斗或锥形螺杆与螺杆给料机耦合。Bartek(US 2011/0174597A1)描述了这样的生物质进料系统，其中组合应用闭锁料斗、振动给料机和螺杆给料机，在高压下将生物质注入反应器。Smith(US 2014/0044602)描述了一种包含气体辅助的生物质进料系统，其中从闭锁料斗/机械输送机流出的生物质颗粒与加压气体混合，以便于输送至反应器中。没有提供有关下游混合区的所需气流或引入参数的详细说明。另外，它们允许将生物质直接注入反应器，以及在注入反应器之前在进料管线中与催化剂预混合。Bartek等人(US 2012/0090977)描述了用于流化裂化固体颗粒生物质材料的反应器。所述反应器由配有两个混合区的提升管组成。第一混合区用于使生物质颗粒与提升气体混合，和第二混合区用于将热介质引入至提升管中。他们建议将热介质(如催化剂颗粒)注入已经流化的生物质中可避免注入管线中的生物质预热。他们建议第一混合区中的提升气速为1.5-11m/s，和主要通过机械或重力设备或流化床进料器与控制阀组合进行生物质注入。对于向第二混合区注入热介质，他们建议可以应用FCC领域熟练技术人员已知的任何方法，但优选重力装置。Palmas等人(US 2013/0327629A1)描述了热解系统中的焦炭处理过程。所描述的结构之一是提升管，其中首先使分离的焦炭颗粒与部分排出的热介质(燃烧器的固体)混合，开始燃烧，并且当应用含氧气体物流作为提升气将固体混合物输送至流化床燃烧器时进一步完成燃烧。两种固体(焦炭和传热介质)应用配有阀门的立管进料至提升管。

Mazanec等人(US 2014/0206913A1)描述了用于将生物质引入热解反应器(如快速催化热解流化床反应器)的进料系统，所述反应器采用气体或蒸汽的喷射物流将生物质颗粒直接注入流化床。生物质保持冷态，可以在气体射流的上游进行计量，和可以被注入流化床的深处。

上述公开文献描述了应用常规机械或重力设备(如螺杆给料机、闭锁料斗等)将生物质进料至反应器，甚至其中生物质在压力下注入，但没有指出这种注入是在远大于重力进料的速度下实施的。这些技术并不能提供最佳混合，也不容易减少或防止注入管线中的堵塞和架桥。

发明内容