CN102197113A - 生物质转化方法 - Google Patents

Abstract

一种将固体生物质转化成烃的方法，包括a)在于约50℃到约200℃的温度操作的第一提升管中使该固体生物质与催化剂接触，从而产生第一生物质-催化剂混合物和含烃的第一产物；b)从该第一生物质-催化剂混合物中分离该第一产物；c)将该第一生物质-催化剂混合物加到在约200℃到约400℃的温度操作的第二提升管中，从而产生第二生物质-催化剂混合物和含烃的第二产物；d)从该第二生物质-催化剂混合物分离该第二产物；e)将该第二生物质-催化剂混合物加到在大于约450℃的温度操作的第三提升管中，从而产生废催化剂和含烃的第三产物；和f)从该废催化剂中分离出第三流出物。

Description

生物质转化方法

相关申请的交叉引用

本文将2008年6月30日由Yanik等提交的题为“常规石油加工工艺单元中共加工固体生物质(Co-processing solid biomass in a conventional petroleum refining process unit)”的相关申请61/076962通过引用全文纳入本文。

发明领域

本发明涉及通过化学方法从生物质生产燃料或特殊化学产品。更具体而言，本发明涉及制备用于催化转化的固体生物质和将该生物质脱氧、催化裂解和转化成燃料或特殊化学产品。

发明背景

生物质，尤其是植物来源的生物质，被视为是燃料和特殊化学品的丰富的潜在来源。参见例如刊于Bioresource Technology 83(2002)，第37-46页的P.McKendry的“由生物质产生能量(Energy production from biomass)”和刊于Biorecource Technology 96(2005)，第1959-1966页的Wyman等的“主要生物质预处理技术的协同发展(Coordinated development of leading biomass pretreatment technologies)”。精制的生物质原料(如植物油、淀粉和糖)可基本上被转化成液体燃料，包括生物柴油(如脂肪酸甲酯或乙酯)和乙醇。但是，使用精制的生物质原料用于燃料和特殊化学品可能会消耗动物和人消费的食物来源，引起经济和伦理方面的问题。

或者，可使用不可食用的生物质来生产液体燃料和特殊化学品。不可食用的生物质例子包括农业废弃物(如甘蔗渣、麦秆、玉米秸、玉米壳等)和特别种植的能量作物(如柳枝稷(switch grass)和锯齿草(saw grass))。其它例子包括树木、林业废物，如采伐产生的木屑和锯屑，或纸张和/或造纸厂产生的废弃物。此外，生物质的水产养殖来源，如藻类，也是制造燃料和化学品的潜在原料。不可食用的生物质通常包括三种主要的成分：木质素、非晶态半纤维素和晶态纤维素。某些成分(如木质素)可降低生物质的化学和物理利用度，这会降低对化学和/或酶学转化的易感性。

从生物质生产燃料和特殊化学品可能需要特殊的转化方法和/或精炼厂，这与常规的基于石油的转化方法和精炼厂不同且不相容。因此，广泛使用和实施生物质生产燃料和特殊化学品面临许多挑战，因为没有广泛存在的大规模生产工厂，且这类工厂的建造费用昂贵。此外，现有的方法可能需要极端的条件(如高温和/或高压，这增加了投资和运行成本)和昂贵的催化剂，然而却承受转化效率低下(如不完全转化或无法将木质素和半纤维素材料转化)和产品选择性差的问题。

使用生物质原料生产燃料或特殊化学品产物的另一挑战是由热解生物质原料产生的生物-油中间产物的高酸性(即低pH)。高酸性可引起常规的液体催化裂化(FCC)设备中的诸如腐蚀之类的问题，从而可能要花费成本来将常规的FCC单元升级为耐腐蚀的单元(如用外国的耐腐蚀合金，如海尼思国际有限公司(Haynes International，Inc.)的HASTELLOY

合金)。

发明简述

在各种实施方式中，本发明包括用于在可减少设备成本、能量消耗、和/或转化产物的降解或不需要的反应的条件下将生物质(如，包括可食用的和不可食用的部分)中的纤维素(如，包括木质素和半纤维素)材料转化成燃料和/或特殊化学品的方法、设备、成套工具和组合物。燃料的例子包括轻气体(乙烷、丙烷、丁烷)、石脑油、和蒸馏物(喷气燃料、柴油、取暖用油)。化学品的例子包括轻烯烃(乙烯、丙烯、丁烯)、酸类(如甲酸和乙酸)、醛类、醇类(乙醇、丙醇、丁醇、苯酚)、酮类、呋喃类等。例如，该技术包括制备用于催化转化的固体生物质颗粒，这可提高常规的石油精制工艺(如已知的石油化学精制单元)中生物质向燃料和/或特殊化学品的转化。该技术还包括改变用于加工生物质的现有精制方法(如改变操作参数、催化剂和原料)、改进用于加工生物质的现有精制工艺单元(如加入用于生物质催化裂化的额外的提升管或加入固体生物质给料系统以引入生物质)，和构建新的、特制的生物质反应器(如使用市售获得的常规反应器组件)。因此，所述方法、设备、成套工具和组合物可减少成本，并增加源自生物质的燃料和/或特殊化学品的可获得性。制备可具有协同的效果，降低催化或热解转化生物质所需的温度和/或增加生物质的转化效率，以及促进常规精制单元中的处理。

一方面，该技术的特征是一种将固体生物质转化成燃料或特殊化学产品的方法。首先，该方法包括在低于约200℃的温度预处理大量的固体生物质颗粒和催化剂，以产生生物质-催化剂混合物。其次，该方法包括用蒸汽在低于约400℃的温度使所述生物质-催化剂混合物脱氧和裂化，以产生脱氧产物。再次，该方法包括使用蒸汽并在高于约450℃的温度下转化该脱氧产物和余下的生物质-催化剂混合物，以产生燃料或特殊化学产品。

另一方面，该技术的特征是一种将固体生物质转化成燃料或特殊化学产品的方法。该方法包括在低于约200℃的温度搅拌大量的固体生物质颗粒和催化剂，以产生在所述固体生物质颗粒和催化剂之间具有机械化学相互作用的生物质-催化剂混合物。该方法还包括使用蒸汽和在低于约400℃的温度使所述生物质-催化剂混合物脱氧和裂化，以产生燃料或特殊的化学产品。

在其它实施例中，本文所述的上述任一方面或任一方法、设备或物质的组合物可包括一种或多种下述特征。

在各实施方式中，预处理包括搅拌大量的固体生物质颗粒和催化剂，以产生在所述固体生物质颗粒和催化剂之间具有机械化学相互作用的生物质-催化剂混合物。

在一些实施方式中，预处理包括捏和大量的固体生物质颗粒和催化剂。

在某些实施方式中，脱氧产物包括少于约10wt％的氧。在一个实施方式中，脱氧包括从生物质中除去至少约90wt％的氧。

在各实施方式中，所述大量固体生物质颗粒具有一平均粒径，该平均粒径包括各颗粒粒径的平均值，其中，所述大量固体生物质颗粒具有一含水量，且其中所述搅拌步骤减小了该平均粒径、各颗粒的粒径以及含水量。在一个实施方式中，固体生物质颗粒的平均粒径减小到约5μm到约1000μm。在一个实施方式中，固体生物质颗粒的各颗粒的粒径减小到约20μm到约500μm。在一个实施方式中，超过约70％的颗粒的粒径小于约10μm。

在一些实施方式中，预处理步骤在约100℃到约150℃的温度下进行。

在某些实施方式中，脱氧和裂化步骤在约200℃到约350℃的温度下进行。

在各实施方式中，预处理步骤包括以约10英尺/秒(3m/秒)到约40英尺/秒(12m/秒)的平均速率使一气体流过所述大量固体生物质颗粒。在一个实施方式中，预处理步骤包括以约40英尺/秒(12m/秒)到约80英尺/秒(24m/秒)的平均速率使一气体流过所述大量固体生物质颗粒。在一个实施方式中，预处理步骤包括以约780英尺/秒(240m/秒)到约1180英尺/秒(360m/秒)的平均速率使一气体流过所述大量固体生物质颗粒。

在一些实施方式中，该生物质-催化剂混合物还包含无机颗粒状材料。

在某些实施方式中，脱氧和裂化步骤包括水-气变换反应。在一个实施方式中，与转化成H₂O相比，脱氧优先将来自生物质的氧转化成CO和CO₂中的至少一种。在一个实施方式中，该方法还包括将使该生物质脱氧而获得的CO用于气体转变为液体的过程。在一个实施方式中，该方法还包括将使生物质脱氧而获得的CO₂用于培育新的生物质。在一个实施方式中，该方法还包括调节裂化和脱氧温度，以使脱羧基作用最大化，以尽可能增加CO₂形成，以及使尽可能减少氢转移反应，以尽可能减少H₂O的形成。

在各实施方式中，方法还包括从裂化和脱氧步骤的产物中分离燃料或特殊的化学产品。

在某些实施方式中，方法还包括将裂化和脱氧步骤的一部分产物再循环，用于进一步的裂化和脱氧步骤。在一个实施方式中，该方法包括将转化步骤的一部分产物再循环，用于进一步的裂化和脱氧步骤中的至少一步，以及用于进一步的转化步骤。

在某些实施方式中，方法包括再循环冷却的催化剂，以用于搅拌所述大量的固体生物质颗粒和催化剂。在一个实施方式中，该方法包括再循环热的催化剂，以用于转化该脱氧产物和余下的生物质-催化剂混合物。在一个实施方式中，该方法包括再循环冷却的催化剂和热的催化剂的混合物，用于使该生物质-催化剂混合物裂化和脱氧。

在各实施方式中，转化该脱氧产物包括转化该脱氧产物的重馏分。

结合下述附图和描述，该技术的其它方面和优点将显而易见，所有这些仅以示例的方式阐述了该技术的基本原理。

附图说明

结合下文描述以及附图将能更好地理解上文所述的该技术的优点以及其它优点。这些附图并不一定按比例绘制，而是将重点放在阐述本发明的原理。

图1显示了用于生物质转化方法的示例性催化裂化系统，和用于操作该系统的方法，包括搅拌、脱氧/裂化和将该生物质转化成燃料或特殊化学产品。

图2显示用于生物质转化方法的示例性催化裂化系统，和用于操作该系统的方法，包括预处理、脱氧/裂化和将该生物质转化成燃料或特殊化学产品。

技术详述

该技术提供用于在可减少设备成本(如通过产生较少的腐蚀性中间产物和/或使用常规的石油化工精制单元)、能量消耗(如通过在较低的温度和/或采用较少的步骤操作)、和/或转化产物的降解或不需要的反应(如避免不需要的氧化产物)的条件下将固体生物质转化成燃料和/或特殊化学品的方法、设备、成套工具和组合物。例如，该技术提供的方法通常包括预处理固体生物质和催化剂、脱氧和裂化该生物质、和将该脱氧的和裂化的生物质转化成燃料或特殊的化学产品。

在一个实施例中，方法可包括：(i)在低于约200℃的温度下预处理大量的固体生物质颗粒和催化剂，以产生生物质-催化剂混合物；(ii)用蒸汽在低于约400℃的温度下使所述生物质-催化剂混合物脱氧和裂化，以产生脱氧产物；和(iii)用蒸汽和在高于约450℃的温度下转化所述脱氧产物和余下的生物质-催化剂混合物，以产生燃料或特殊化学产品。该方法是灵活的，预处理可包括减小生物质粒径和在生物质颗粒和催化剂之间形成相互作用。还可由该生物质-催化剂混合物的脱氧和裂化步骤直接获得燃料或特殊化学产品。

在其它实施例中，该技术提供用于实施所述方法的设备。例如，该技术包括三提升管设备，其中，第一提升管用于预处理生物质和催化剂，第二提升管用于使生物质脱氧(如基本上脱氧)和裂化，第三提升管用于将脱氧和裂化的生物质(如脱氧的重馏分和未转化的生物质)转化成燃料或特殊化学产品。该技术还提供用于实施该方法和操作该设备的成套工具。例如，成套工具可包括用于根据该技术操作该设备的设备和说明书。成套工具还可包括说明书以及任选的组件，用于依据技术改装常规的石油化工精制单元使其适用于加工生物质原料。该技术还提供物质的组合物(如预处理的原料和中间产物)。

用于在常规石油精制单元中共加工的生物质的制备可提供协同的效果，减少生物质催化转化所需的温度和/或增加生物质的转化效率和/或促进生物质的加工。例如，与常规的石油精制单元相比，预处理(如减小生物质粒径、加入催化剂和/或在生物质和催化剂之间形成机械化学相互作用，如下文所述)可促进在较不严格的条件下(如较低的温度和/或较短的时间)以更高的效率(如较高的生物质转化率和较好的转化产物质量)催化转化。在各实施方式中，较低的温度可以是约400℃到约150℃，以进行脱氧和裂解。例如，该温度可低于约400、375、350、325、300、275、250、225、200、175或150℃。在各实施方式中，该较低的温度可以是高于约450℃，以进行转化。在一些实施方式中，该协同效果可包括增加可用作燃料、原料和/或特殊化学品的有机化合物的产率，和/或降低常规精制单元中不需要的产物如焦油、焦炭和/或未转化的生物质的产率。在某些实施方式中，所述协同效果可包括在较温和的条件下(如低于常规催化裂化的温度)在常规石油精制单元中转化不同的生物质成分(如纤维素、半纤维素和/或木质素)。协同效果还可包括使催化转化的产物更均一，或增加所需产物的生产选择性或比例(如增加可用作燃料、原料或特殊化学品的馏分的比例)。这些结果可通过使用常规精制单元中已存在的设备实现。

固体生物质颗粒

在各实施方式中，生物质包括具有纤维素、半纤维素和/或木质素的光合(如植物)来源的材料。生物质包括利用太阳能通过二氧化碳和水的光合作用转化产生的材料。通常，包括纤维素、半纤维素和/或木质素的生物质产生自陆生植物。一些水生植物含有少量木质素，或不含有木质素。但是，本发明适用于含有任何量的纤维素、半纤维素和/或木质素的任何生物质。生物质来源包括但不限于谷粒(如，包括玉米)、草、甘蔗、树木等。生物质来源还包括农业或林业活动的副产物，如麦秆、铡碎的麦秆、棉籽绒、玉米壳、玉米杆、玉米芯、木屑、锯屑、甘蔗渣、甜菜废粕、树皮、草等。生物质来源还包括水生来源，如藻类和海草。

可不需要化学预处理(如化学改变生物质)而使用生物质来源。在各实施方式中，生物质来源包括(化学上)未精制的光合来源的材料。可对生物质来源实施干燥和/或粒径减小步骤。这种干燥和/或粒径减小步骤不会明显改变生物质的纤维素、半纤维素和/或木质素的相对组成，因此不一定将该步骤视为是精制步骤。

在各实施方式中，生物质原料可包括固体状且为细微分离形式(如锯屑和研磨的麦秆)的颗粒。生物质原料可包括固体材料以及可归类为液体但粘度非常高(如小或大的藻类群体)的材料。生物质颗粒可由生物质来源和较大的颗粒经由诸如研磨(milling)、碾磨(grinding)、粉碎(pulverization)等技术制得。例如，可使用如研磨、碾磨之类的技术将来自诸如麦秆和木头之类来源的生物质转化成大小约为5mm到约5cm的颗粒。

生物质颗粒的搅拌

在各实施方式中，所述方法包括搅拌固体生物质颗粒以减小表征至少一部分颗粒的尺寸。在一些实施方式中，通过液体输送(包括但不限于通过气体流动或气动运送)促进搅拌。可在垂直容器如提升管(raiser)或下行床(downer)中实施搅拌。搅拌器可包括传送带、提升管或下行床。提升管(向上流动)或下行床(向下流动)可以是例如中空的垂直容器，终止于较大直径的容器，该较大容器容纳高速(如，约60-80m/秒或18-24m/秒)的旋风，可与该提升管终点物理相连或无物理相连。提升管或下行床的高度可以是例如约15英尺(5m)到约60英尺(18m)之间，直径可以是例如约1英尺(0.3m)到约4英尺(1.2m)之间。可通过气体(如气体可运送颗粒，使它们被其它颗粒、催化剂和/或无机颗粒状材料摩擦或碾磨)促进搅拌。气体可以是空气、蒸汽、废气、二氧化碳、一氧化碳、氢和烃(如甲烷)中的一种或多种。气体可以是(与空气相比)氧水平降低的气体，或者可以是基本上无氧的气体。在另一个实施方式中，搅拌器可以是研磨机(如球磨机或锤式研磨机)、捏和机或混合器(如，与气动搅拌相比，为机械搅拌)。

在某些实施方式中，搅拌包括使固体生物质颗粒以大于约1m/秒的速度运送。例如，速度可以相对于颗粒于其中运送的容器进行测量。搅拌可包括使固体生物质颗粒以大于约10m/秒的速度移动。搅拌可包括使至少一部分固体生物质颗粒以大于约100m/秒的速度移动。可使用搅拌器以使固体生物质颗粒以大于约1m/秒、大于约10m/秒和/或大于约100m/秒的速度移动。其它速度包括大于约5、25、50、75、125、150、175、200、225和250m/秒的速度。

例如，速度可选自下组：约10到约20m/秒；约20到约30m/秒；约30到约40m/秒；约40到约50m/秒；约50到约60m/秒；约60到约70m/秒；约70到约80m/秒；约80到约90m/秒；和约90到约100m/秒。速度可以是约10m/秒、约20m/秒、约30m/秒、约40m/秒、约50m/秒、约60m/秒、约70m/秒、约80m/秒、约90m/秒或约100m/秒。速度可大于约10m/秒、约20m/秒、约30m/秒、约40m/秒、约50m/秒、约60m/秒、约70m/秒、约80m/秒、约90m/秒、或约100m/秒。

在各实施方式中，通过搅拌固体生物质颗粒与比该生物质更硬的材料而促进固体生物质颗粒的搅拌，以减少表征至少一部分颗粒的尺寸。例如，该材料可以是催化剂，或另一无机颗粒状材料。可通过搅拌的持续时间和搅拌速度来调整尺寸减小的量，并进而调整所产生的固体生物质颗粒的尺寸。其它因素，如催化剂或另一无机颗粒状材料的相对硬度、固体生物质颗粒的干燥度(如，脆度)以及方法/进行搅拌的容器，也调节尺寸的减小量。

在使用摩擦或碾磨材料为催化剂的实施方式中，该催化剂可嵌入生物质颗粒中，这可促进该生物质的催化转化。在这些实施方式中，搅拌可促进至少一部分催化剂和至少一部分固体生物质颗粒之间形成机械化学相互作用，这可促进该生物质的催化转化。

搅拌可在升高的温度下进行，以使生物质干燥。升高的温度可以是足以干燥生物质的温度，例如，约50℃到约150℃，或低于约200℃。例如，当搅拌气体是缺氧或基本上无氧的气体时，可使用较高的温度。搅拌也可在环境温度对干燥的生物质实施。干燥增加生物质颗粒的硬度，使得颗粒尺寸更易于被减小。

可采用各种不同的方法在各种不同的容器中进行搅拌。例如，为了增加摩擦，搅拌可在流化床、沸腾床(bubbling/ebullient bed)、喷流床(spouting bed)或传送带中进行。在一个实施方式中，搅拌通过液体输送(包括但不限于通过气体流动或气动运送)进行。在一个实施方式中，搅拌在提升管或下行床中进行。

搅拌固体生物质颗粒以减少表征至少一部分颗粒的尺寸可导致粒径的分散。例如，如上所述正确地搅拌固体生物质颗粒产生的单个颗粒的粒径可在几微米到几十微米、到十几分之一厘米、到厘米或更大的范围之内变化。在各实施方式中，至少一部分生物质颗粒的尺寸被减小至低于约100、90、80、70、60、50、45、40、35、30、25、20或15微米。

总的来说，至少一部分生物质颗粒的尺寸被减至约1mm到1微米之间。例如，生物质颗粒可具有约300-500微米的平均尺寸，其主要包含的单个颗粒大小为约10-1000微米。

在各实施方式中，所述大量的固体生物质颗粒基本上表征为具有约50微米到约70微米的平均尺寸和单独的大小为约5微米到约250微米。在其它实施方式中，所述大量的固体生物质颗粒基本上表征为具有约10微米到约20微米的平均尺寸和单独的大小为约5微米到约50微米。在其它实施方式中，所述大量的固体生物质颗粒基本上表征为具有约100微米到约150微米的平均尺寸和单独的大小为约5微米到约500微米。

O′Connor的国际专利申请公开WO 2007/128798 A1公开了固体生物质颗粒和催化剂的搅拌，其内容通过引用全文纳入本文。具体而言，本文将WO 2007/128798 A1的第0027到0072段通过引用纳入本文。

O′Connor的国际专利申请公开WO 2008/009643 A2公开了固体生物质颗粒和催化剂的搅拌，其内容通过引用全文纳入本文。具体而言，本文在此将WO 2008/009643 A2 A1的第0009到0051段通过引用纳入本文。

生物质颗粒的分离

在各实施方式中，方法包括将生物质-催化剂混合物分离成细组分和粗组分。该生物质-催化剂混合物包括生物质颗粒和催化剂。细组分包括具有约为预定尺寸的颗粒。粗组分包括尺寸约大于所述预定尺寸的颗粒。将混合物分离成细组分和粗组分可具有几方面的效果。例如，可选择细组分，使其包括具有约为预定尺寸的颗粒、约低于预定尺寸的颗粒和/或在预定尺寸范围之内的颗粒。在一些实施方式中，可选择细组分，使其基本上由约为预定尺寸的颗粒、约低于预定尺寸的颗粒和/或在预定尺寸范围之内的颗粒构成。此外，粗组分可再循环，以进一步减小尺寸和/或产生更细的组分。

可基于后续反应的一种或多种要求选择预定尺寸。例如，可选择预定尺寸，以促进该细组分在后续反应中的充分催化转化。可选择预定尺寸，以促进催化剂与生物质接触、浸渍和/或相互作用。在一些实施方式中，预定尺寸可以约为1000、900、800、700、600、500、450、400、350、300、250、200、150、100、50、45、40、35、30、25、20、15、10或5微米。在一个实施方式中，预定尺寸是约15微米。在一个实施方式中，预定尺寸是约10微米。预定尺寸可在约5微米到约1000微米之间。

可通过旋风作用促进分离。分离器可包括单个旋风分离机。或者，分离器可包括并列、串联、作为第三级分离器或作为第四级分离器的多个旋风分离机。Polifka的美国专利6,971,594公开了本发明可改装和使用的旋风作用以及旋风分离机，其内容通过引用全文纳入本文。具体而言，美国专利6,971,594的图2、对应于图2的内容以及对应于第4栏第55行到第11栏第55行的内容通过引用纳入本文。

可采用其它已知的方法实现分离。例如，可通过筛分、沉降、澄清等方法实现分离。

催化剂和无机颗粒状材料

催化剂可以是促进生物质的有机组分转化成燃料、特殊化学品或其前体的任何材料。在各实施方式中，催化剂包括固体颗粒状催化剂，生物质-催化剂混合物包括与至少一部分固体生物质颗粒具有机械化学相互作用的至少一部分催化剂。在一些实施方式中，催化剂包括能至少部分溶解或悬浮在液体中的催化剂，生物质-催化剂混合物包括浸渍至少一部分固体生物质颗粒的至少一部分催化剂。

在各实施方式中，催化剂是颗粒状无机氧化物。该颗粒状无机氧化物可以是高熔点氧化物、粘土、水滑石、结晶铝硅酸盐、分层的羟基盐或其混合物。合适的高熔点无机氧化物包括氧化铝、二氧化硅、二氧化硅-氧化铝、二氧化钛、氧化锆等。在一个实施方式中，高熔点的无机氧化物具有高比表面(如采用布鲁厄-埃米特-特勒(Brunauer Emmett Teller)(“BET”)方法测定的比表面积至少为50m²/g)。合适的粘土材料包括阳离子和阴离子粘土，例如蒙脱石、膨润土、海泡石、凹凸棒石(atapulgite)、水滑石等。合适的金属氢氧化物和金属氧化物包括铝土矿、三水铝石和它们的过渡形式。其它合适的(和廉价的)催化剂包括石灰、盐水、和/或溶解在碱(如NaOH)中的铝土矿，或溶解在酸或碱中的天然粘土，或细粉胶泥(如获自窑的细粉胶泥)。合适的水滑石类包括水滑石、具有水滑石样结构的混合的金属氧化物和氢氧化物、以及金属羟基盐。

在一些实施方式中，催化剂可以是催化金属。催化金属可单独使用，或与另一催化剂一起使用。催化金属可以金属、氧化物、氢氧化物、羟基氧化物或盐的形式使用，或者作为金属有机化合物使用，或作为包含稀土金属的材料(如氟碳铈镧矿)使用。在某些实施方式中，催化金属是过渡金属。催化金属可以是非贵过渡金属。例如，催化金属可以是铁、锌、铜、镍和锰。在一个实施方式中，催化金属是铁。

可采用各种方法使催化金属与生物质接触。在一个实施方式中，以采用小颗粒形式的其金属形式加入该催化剂。或者，可以氧化物、氢氧化物或盐的形式加入该催化剂。在另一个实施方式中，将该金属的水溶性盐与生物质和惰性颗粒状无机材料混合，形成水性浆液。可在加入上述惰性颗粒状无机材料前先混合该生物质和该金属盐的水溶液，以促进金属浸渍到生物质中。还可在加入该金属盐的水溶液之前先混合该生物质与该惰性颗粒状无机材料。在又一个实施方式中，混合金属盐的水溶液与惰性无机材料，在将该材料与该颗粒状生物质混合前先干燥该材料，然后将该惰性无机材料转化成异质的催化剂。

该生物质-催化剂混合物可包含无机颗粒状材料。无机颗粒状材料可以是惰性的或具有催化活性。无机材料可以以结晶或准结晶形式存在。示例性的惰性材料包括无机盐，如碱金属和碱土金属的盐。虽然这些材料并不一定对聚合材料的后续化学转化起作用，但据信在生物质内形成的这些材料的分散颗粒可用作楔，以机械破碎或砸开该生物质的结构，这可增加微生物和/或催化剂容易接近的生物质表面。在一个实施方式中，通过结晶或准结晶颗粒促进该破碎或砸开。

无机颗粒材料可具有催化特性。例如，催化性无机颗粒材料可以是金属氧化物或氢氧化物，如氧化铝、二氧化硅、氧化硅铝、粘土、沸石、离子性粘土、阳离子型分层材料、分层的双氢氧化物(layered double hydroxide)、蒙脱石、皂石、海泡石、金属羟基盐等。碱金属的碳酸盐和氢氧化物以及碱土金属的氧化物、氢氧化物和碳酸盐也可具有催化特性。无机颗粒状材料可含有无机材料的混合物。无机颗粒状材料可含有含废弃的(渣油)液体催化裂化催化剂的(热处理的)分层材料。使用废催化剂可包括再利用废弃材料。可将废催化剂粉碎成较小的颗粒，以增加其可分散性。无机颗粒状材料还可包含喷砂砂粒。使用喷砂砂粒可包括再利用废弃物质，该废弃物质可包括铁、和较少量的其它合适金属如镍、锌、铬、锰等的颗粒(如来自钢铁喷砂的砂粒)。

可采用各种方法使催化剂和任选的无机颗粒状材料与生物质接触。一种方法包括加热和流化该颗粒状生物质材料与惰性无机材料的混合物，并将催化剂加入到该混合物中，形成细的固体颗粒。另一种方法包括将催化性材料分散在溶剂(如水)中，并将该溶剂加入到颗粒状生物质材料和惰性无机材料的混合物中。

O′Connor的欧洲专利申请EP 1852466 A1公开了催化剂以及催化剂与生物质的接触，其内容通过引用全文纳入本文。具体而言，本文将EP 1852466 A1的第0011到0043段通过引用纳入本文。

O′Connor的欧洲专利申请公开WO 2007/128799 A1公开了催化剂以及催化剂与生物质的接触，其内容通过引用全文纳入本文。具体而言，本文将WO 2007/128799 A1的第0015到0054段通过引用纳入本文。

金属和/或矿物质的去除

在各实施方式中，预处理可降低生物质的灰分含量，或降低灰分可能会在后续步骤中产生的有害的处置特性。从生物质中除去矿物质(如灰分前体)可减少灰分含量。去除金属(如灰分前体)，尤其是重金属，也可以减少灰分含量，并防止废弃产物中的金属污染，从而通过提供未受污染的废弃产物而促进废物处置和减少处置废弃产物的成本。

用于降低灰分含量的预处理可包括用溶剂溶胀生物质，然后通过向该溶胀的生物质材料提供机械作用而从该溶胀的生物质材料中除去溶剂。灰分前体，如溶解的矿物质和/或金属，由此将与溶剂一起被除去。溶剂可以是水性的。溶剂可包含酸或碱(如无机酸或碱)。机械作用可在搅拌器和/或捏和机中发生。机械作用可通过设备(如高剪切力混合器、捏和机、胶体磨、行星式混合器、混磨器(mix-miller)或球磨机)施加。用于降低灰分含量的预处理可包括用pH高于或低于中性pH的水相清洗或调成浆状，离子交换(如用能用金属离子与氢离子交换的铵溶液)，汽提也是可行的方法。

预处理可将灰分含量降低至低于约10wt％、9wt％、8wt％、7wt％、6wt％、5wt％、4wt％、3wt％、2wt％或1wt％，基于生物质材料的干重计。预处理可将金属(如铁)含量降低至低于约3000、2500、2000、1500、1000或500mg/kg，基于生物质的干重计。

捏和机

可使用捏和机捏和固体生物质颗粒和催化剂，以使至少一部分催化剂可容易地接近至少一部分固体生物质颗粒。捏和机可以是挤出机、研磨机、混合器或碾磨机。捏和机可在大于环境温度的温度下运作，以促进例如水和/或其它溶剂的去除。例如，可加热捏和机，和/或可提供加热的气体(如蒸汽)以加热生物质和催化剂。

在各实施方式中，捏和机使用溶剂。溶剂可以是水、醇(如乙醇或甘油)、转化该生物质获得的生物油或其它产物、液态酸、酸或碱的水溶液、液态CO₂等。在一个实施方式中，溶剂是水(如添加的水和/或固有地存在与生物质中的水)，可根据其可获得性、低成本和/或易于处理而选择。在另一个实施方式中，溶剂是后续的生物质转化中产生的液体，可根据其可获得性而选择。可选择溶剂，以增加催化剂向生物质的渗透。溶剂还可增加催化剂向生物质的渗透，因为干的生物质更难以渗透。还可选择溶剂以除去灰分前体。可在后续处理和/或转化之前除去溶剂(如通过干燥)。捏和机可除去吸附在生物质中的至少一部分溶剂(如通过机械作用和排水)。使用捏和机和溶剂的实施方式可减少生物质的灰分和/或矿物质和/或金属含量。

在各实施方式中，生物质可与一种或多种固体催化剂和/或无机颗粒状材料捏和。在一些实施方式中，生物质可与溶解的和/或悬浮的催化剂捏和。该溶解的和/或悬浮的催化剂可与一种或多种固体催化剂和/或无机颗粒状材料一起使用。可继续和/或重复捏和，以产生具有所需特性(如粒径和/或敏化程度)的生物质-催化剂混合物。

O′Connor的国际专利申请公开WO 2007/128800 A1公开了催化剂与敏化生物质，以及通过捏和实现敏化，其内容通过引用全文纳入本文。具体而言，WO 2007/128800 A1涉及催化剂和敏化生物质的第0025-0074段以及涉及通过捏和实现敏化的第0076-0086段通过引用纳入本文。

粉碎机

粉碎机在靠近生产植物物质的农业地点的地方处理植物物质，以生产固体生物质颗粒。在操作时，粉碎机可用于改变如生物质原料的一致性，和/或降低其平均粒径。粉碎机可包括研磨机、打碎机(fragmenter)、筛分机(fractionator)、制粒机、磨粉机、切片机、切碎机、碾磨机、撕碎机、剁碎机和压碎机中的至少一种。包括粉碎机的设备可在靠近生产植物物质的农业地点的地方处理植物物质，以生产固体生物质颗粒。Bransby的美国专利6485774公开了一种制备和处理切碎的植物材料的方法，其内容通过引用全文纳入本文。具体而言，美国专利6485774对应于第1栏第45行到第4栏第65行的内容通过引用纳入本文。

实施例

图1和2显示用催化剂制备和加工生物质的示例性系统。该技术还包括对应于根据图1和2操作该系统(即设备)的方法。该技术还包括用于设置该设备和根据图1和2实施该方法的成套工具。该技术还包括对应于图1和2的产物和中间产物及其馏分。应理解，本领域技术人员能够改变或改装该示例性的系统，或本文所述的任何其它系统，以将生物质转化成燃料或特殊化学品。例如，可基于生物质的类型和所需的产物选择催化剂、反应容器、预处理和反应条件。在一些实施方式中，可在单个容器中进行加工。在其它实施方式中，可使用两个或多个容器。

在各实施方式中，中间产物包括氧(如以CO、CO₂、H₂O的形式)已被汽提的烃，以制备传统的燃料或特殊化学产品，如轻气体、石脑油、取暖用油等。通常，通过裂化和脱氧(根据需要)生物质中的聚合化合物形成燃料或特殊的化学产品而实施加工。在各实施方式中，可从催化剂和未转化的生物质中迅速汽提中间产物，以限制次级(如不需要的)反应。

图1显示了适用于生物质转化方法的示例性催化裂化系统100和用于操作该系统100的方法。系统100包括第一提升管105、第二提升管110、第三提升管115、第一汽提塔120、第二汽提塔125、第一分离转筒(knock out)130、第二分离转筒135、再生器140、催化剂冷却器145和塔150。

在各实施方式中，根据下述方法操作系统100，其中：

·第一，在第一提升管105中在低于约200℃的温度搅拌大量的固体生物质颗粒和催化剂，以产生在固体生物质颗粒和催化剂之间具有机械化学相互作用的生物质-催化剂混合物。

·第二，在第二提升管110中，使用蒸汽并在低于约400℃的温度使该生物质-催化剂混合物脱氧和裂化，以产生脱氧产物。

·第三，在第三提升管115中，使用蒸汽并在高于约450℃的温度转化该脱氧产物和余下的生物质-催化剂混合物，以产生燃料或特殊化学产品。

在各实施方式中，脱氧包括降低生物质-催化剂混合物中的氧含量。氧减少不需要完全，虽然它在一些实施方式中可基本上完全(如大约100％除去)。在一个实施例中，脱氧产物包括低于约10wt％的氧。在各实施方式中，脱氧产物可包含约0-5、5-10、10-15、15-20、或20-25wt％氧。在一个实施方式中，使生物质-催化剂混合物脱氧包括从生物质中除去至少约90％的氧。在各实施方式中，使生物质-催化剂混合物脱氧包括从生物质中除去约75-80、80-85、85-90、90-95或95-100wt％的氧。

脱氧产物可包括产品、中间产物或两者兼有。脱氧产物可包括温度低于约400℃(即脱氧和裂化温度)的蒸汽相。脱氧产物可包括温度低于约20℃(即室温)的液相。

在各实施方式中，转化脱氧产物包括将脱氧产物的重馏分转化。例如，可使用由脱氧和裂化步骤获得的轻馏分(如直接使用或分离后使用)，而可将重馏分(如油)用于进一步的转化，以产生燃料或特殊化学产品。余下的生物质可含有未转化的生物质。

第一提升管105可接受大量的固体生物质颗粒和催化剂，并搅拌该固体生物质颗粒。催化剂可以是新的(如可流体化的，微球的，或在一些实施方式中，FFC或FCC样)催化剂和/或冷却的循环催化剂。搅拌固体生物质颗粒可减小该固体生物质颗粒的尺寸(如第一提升管105可接收运送该固体生物质颗粒的气体，如蒸汽、废气、湿气或其组合)。在各实施方式中，固体颗粒可被减小到足以溶解或悬浮于液体原料(如生物质，常规的，或其混合物)的尺寸。在一些实施方式中，固体生物质颗粒的尺寸可减小到该固体生物质颗粒足以像液体一样流动且可以靠重力作用进料(或通过运送而进料)到后续的反应容器的程度。搅拌可产生在固体生物质颗粒和催化剂之间具有机械化学相互作用的生物质-催化剂混合物。在一些实施方式中，该生物质-催化剂混合物还含有无机颗粒状材料。

气体可搅拌固体生物质颗粒和催化剂，向至少一部分固体生物质颗粒提供足以减小这些颗粒的尺寸(如通过摩擦或碾磨作用)的速度。例如，使气体流过可向所述大量的固体生物质颗粒提供约10英尺/秒(3m/秒)到约40英尺/秒(12m/秒)的平均速度。使气体流过可向所述大量的固体生物质颗粒提供约40英尺/秒(12m/秒)到约80英尺/秒(24m/秒)的平均速度。所产生的固体生物质颗粒基本上可表征为具有约50到约70微米或约100到约500微米的平均尺寸。所得到的固体生物质颗粒可基本上表征为单个颗粒的尺寸在约5到约250微米之间。

在各实施方式中，在第一提升管105中也可发生生物质的脱水(如，通过蒸发、机械作用，或两者)。可通过加热该固体生物质颗粒而促进干燥。但是，第一提升管105可在低于第二提升管110和第三提升管115的温度的温度(如，低于约150、160、170、180、190或200℃)下操作，以减少第一提升管105中生物质发生不需要的转化。还可通过搅拌的机械作用(如压制或榨出)促进干燥。可放出或排出该水和/或其它溶剂。

在操作中，来自第一提升管105的生物质-催化剂混合物最终被第二提升管110接收。但是，该方法在第一提升管105和第二提升管110之间可包括各种步骤和工艺。例如，在该生物质-催化剂混合物被第二提升管110接收之前，第一分离转筒130可从第一提升管105接收该生物质-催化剂混合物。

第一分离转筒130可冷却和液化来自第一提升管105的至少一部分气体馏分(提供冷却，但未显示)，这使得水相和疏水相分离。可除去水相(如水)，可使用分离器(未显示)将疏水相分离为液体产品(如燃料、特殊化学品、其它中间产物)。气体馏分的另一部分(如来自该分离转筒的顶部)可能含有未液化的所需产物(如轻气体、液化的石油气体)以及氧化的气体(如H₂O、CO、CO₂)，但该所需的产物可被分离和利用。在一些实施方式中，氧化的气体也可被利用(如，使用CO₂促进藻类生长，这对减少温室气体/碳排放有额外的益处)。但是，在第一提升管105起物理预处理作用且尽可能减少化学转化(如通过相对低的温度)的各实施方式中，燃料或特殊化学产品的液化和/或该分离转筒130本身可能不是必要的。

在各实施方式中，第一分离转筒130可干燥生物质颗粒。

第二提升管110可接收生物质-催化剂混合物、固体生物质颗粒、催化剂(如，如本文所述的冷却的新催化剂，冷却的新FCC催化剂，和/或冷却的循环催化剂，或热的催化剂)，或其组合。在系统100中，可从第一分离转筒130、催化剂冷却器145、再生器140或其组合接收生物质-催化剂混合物、固体生物质颗粒和催化剂。在各实施方式中，冷却的催化剂为约105℃。第二提升管110也可接收气体(如，蒸汽、废气和/或湿气)，该气体可加热该第二提升管110。例如，第二提升管110可在低于约400℃的温度操作。可加热该第二提升管110，例如，通过热的催化剂或气体。

生物质的脱氧和裂化可发生在第二提升管110中。在各实施方式中，第二提升管110可在低于常规反应器(如石油化学的反应器)的温度(如低于约400℃，或约200到约350℃)下操作。较低的温度可促进由固体生物质到液化的生物质原料的转化和产物选择性。

在各实施方式中，生物质的脱氧和裂化包括在选自下组的温度下操作该第二提升管110(或，更一般地说，反应容器)：约400℃、约375℃、约350℃、约325℃、约300℃、约275℃、约250℃、约225℃、约200℃、约400到375℃、约375到350℃、约350到325℃、约325到300℃、约300到275℃、约275到250℃、约250到225℃、约225到200℃、约200到175℃、和约175到150℃。

在各实施方式中，可控制第二提升管110中的化学反应。例如，可控制第二提升管110中的脱氧和裂化，这样化学反应通过水-气变换反应进行。可控制第二提升管110中的反应，以与H₂O相比优先将生物质中的氧转化成CO和CO₂中的至少一种。可将使生物质脱氧所产生的CO用于气体转变为液体的过程。可将使生物质脱氧所产生的CO₂用于培育新的生物质(如给予罐中的藻类)。在一个实施方式中，第二提升管110中的反应可例如通过裂化或脱氧温度而调节，以使脱羧作用最大化，尽可能增加CO₂的形成，且尽可能减少氢转移反应，以尽可能减少H₂O的形成。

在各实施方式中，可从裂化和脱氧产物中分离燃料或特殊化学产品(如通过汽提塔120和第二分离转筒135，或通过汽提塔120、第二分离转筒135和塔150)。

在各实施方式中，可再循环裂化和脱氧的产物，以进一步裂化和脱氧(例如，通过汽提塔或分离转筒)。

在操作中，来自第二提升管110的脱氧产物最终被第三提升管115接收。但是，该方法在第二提升管110和第三提升管115之间可包括各种步骤或工艺。例如，第一汽提塔120、第二分离转筒135、塔150可接收来自第二提升管110的脱氧产物，并在该脱氧产物被第三提升管115接收之前对其进行加工。

第一汽提塔120可接收来自第一提升管105的生物质和催化剂(如余下的生物质-催化剂混合物)，可液化该催化剂，并可从该催化剂表面汽提烃。可使用蒸汽促进汽提(如，蒸汽可去除催化剂颗粒上或之间的空隙中的烃)。

第二分离转筒135可接收来自第一汽提塔120和/或第二汽提塔125顶部的气体馏分。第二分离转筒135可独立地包括针对第一分离转筒130所述的任何特征或功能。

第三提升管115可接收来自第一汽提塔115、塔150、或这两者的液化馏分(如脱氧产物、其重馏分、未转化的生物质)。第三提升管115可接收(如再循环)来自再生器140的热催化剂，且可被该热的催化剂加热。第三提升管115还可接收热的气体(如蒸汽、废气、湿气)，并可被该热的气体加热。在一些实施方式中，第三提升管115在高于约450℃的温度运作。在各实施方式中，第三提升管115可基本上作为常规的反应器(即设计用于加工常规的石油原料而非液化生物质原料的反应器)操作。第三提升管115还可适用于再循环中间产物，以进一步将其转化成燃料或特殊化学产品。

在一些实施方式中，第三提升管115还可接收常规(如石油化学)原料。因此，第三提升管115可共加工液化的生物质原料(如脱氧产物，其重馏分)和常规的石油原料。在各实施方式中，液化的生物质原料为共加工中使用的生物质-常规石油给料的约1wt％到约100wt％。液化的生物质给料可以为共加工中使用的生物质-常规石油给料的约5wt％到约50wt％。液化的生物质给料可以为共加工中使用的生物质-常规石油给料的约10wt％到约20wt％。

第二汽提塔125可接收第三提升管115的产物，从催化剂的表面汽提烃，向第二分离转筒135提供气体和/或液体馏分，并向再生器140提供任何废催化剂。与第一汽提塔120一样，可使用蒸汽促进汽提。第一汽提塔120和第二汽提塔125的操作参数可以相同，或独立选择和控制。在各实施方式中，可在常规催化裂化系统的操作参数范围内(如约450℃到约550℃)操作汽提塔120和125。可通过在汽提塔底部引入高温蒸汽而实现汽提，该高温蒸汽可将汽提塔的温度提高至约300℃到约350℃。这样的温度可引起脱氧。汽提温度通常可以约为或约低于第三提升管115的温度。

再生器140可接收来自第二汽提塔125的废催化剂，并可用于再生催化剂，用于再利用。在此安排中，第二汽提塔125增加产率，减少焦炭，降低废气产生，并降低必需的再生器温度，因为该汽提塔减少了进入并在再生器140中燃烧的烃的量。可通过蒸汽(如分散蒸汽)将再生器140加热至低于约800℃的温度。再生器140产生废气，该废气可用于系统的其它部分(例如提升管110和115)。

催化剂冷却器145可接收来自再生器140的热的再生催化剂，并冷却该催化剂。冷却的催化剂可被再引入系统100的第一提升管105、第二提升管110或两者之中。通常，可采用已知的方法(例如，如在常规的FCC系统中那样)操作催化剂冷却器145。但是，可基于被冷却的催化剂将被运送到的反应器的操作参数来选择催化剂冷却器将催化剂冷却到的温度。例如，如果冷却的催化剂将被运送到脱氧反应器，则该冷却的催化剂应与在低于约350℃的温度运作的反应器相适应。例如，如果冷却的催化剂将被运送到脱水和减小粒径的反应器(如三个提升管系统)，则该冷却的催化剂应与在低于约200℃的温度运作的反应器相适应。

在各实施方式中，可根据下述方法改变和操作系统100：

·第一，在低于约200℃的温度在第一提升管105中搅拌大量的固体生物质颗粒和催化剂，以产生在该固体生物质颗粒和催化剂之间具有机械化学相互作用的生物质-催化剂混合物。

·第二，在第二提升管110中，使用蒸汽并在低于约400℃的温度使该生物质-催化剂混合物脱氧和裂化，以产生脱氧产物。

在这些实施方式中，可去除第三提升管115，中间产物或烃产物可从至少一部分脱氧产物中分离。

在各实施方式中，第一提升管105、第二提升管110、第三提升管115、第一汽提塔120、第二汽提塔125、第一分离转筒130、第二分离转筒135、再生器140、催化剂冷却器145和塔150中的一个或多个可以是现有的催化裂化系统的一部分。也可与现有设备的部件如送风机、气体压缩机、泵等一起使用现有的催化裂化系统的分离部分。可改进现有的催化裂化系统，以用于加工固体生物质颗粒。改进可包括，例如，加入催化剂冷却器145、塔150、第一提升管105和第二分离转筒135。改进可包括调整现有的催化裂化系统的一个或多个组件的操作参数。

图2显示适用于生物质转化方法的示例性催化裂化系统200和操作该系统200的方法。系统200包括捏和机205、第二提升管210、第三提升管215、第一汽提塔220、第二汽提塔225、分离转筒235、再生器240、催化剂冷却器245和塔250。

在各实施方式中，根据下述方法操作系统200：

·第一，在低于约200℃的温度在预处理器205中预处理大量的固体生物质颗粒和催化剂，以产生生物质-催化剂混合物。

·第二，在第二提升管210中，使用蒸汽并在低于约400℃的温度使该生物质-催化剂混合物脱氧和裂化，以产生脱氧产物。

·第三，在第三提升管215中，使用蒸汽并在高于450℃的温度转化该脱氧产物和余下的生物质-催化剂混合物，以产生燃料或特殊化学产品。

在系统200中，预处理器205可以是，例如，捏和机、旋风分离机，或两者。但是，合适的预处理器205仅要求减小粒径，而在各实施方式中，要求脱水并在固体生物质颗粒和催化剂之间形成机械化学相互作用。因此，也可包括其它预处理器，例如研磨机和碾磨机。

注意图2所示的系统200与图1所示的系统100类似，不同之处在于系统200包括预处理器205，代替第一提升管105。

预处理器205可接收生物质，并对其进行物理预处理，从而增加可获得的暴露表面积，并开始分离其组分。在各实施方式中，预处理器205包括用于捏和该大量固体生物质颗粒和催化剂的捏和机。预处理器205还可接收溶剂(如H₂O、乙醇)，该溶剂可促进生物质中灰分(如矿物质、金属)的去除，如前文所述。在预处理器205中，至少一部分溶剂和/或未加工生物质固有的其它液体也可从生物质中移除。在各实施方式中，预处理器205可接收催化剂，并捏和该固体生物质颗粒和催化剂，以使至少一部分催化剂可容易接近至少一部分固体生物质颗粒(如，产生为催化转化而活化的生物质)。在各实施方式中，预处理器205可实现固体生物质颗粒的尺寸减小。例如，预处理器205可包括与旋风分离机相连的捏和机，以实现粒径减小以及基于粒径的分离。也可在旋风处理后捏和或再捏和固体生物质颗粒。

旋风分离机可接收来自捏和机的捏和生物质，并搅拌该固体生物质颗粒。搅拌该固体生物质颗粒可减小固体生物质颗粒的尺寸(如，旋风分离机可接收运送该固体生物质颗粒的气体)。在各实施方式中，固体颗粒可减小至足以溶解或悬浮于液体原料(如生物质、常规石油、或其混合物)中并被直接引入到第二提升管210中的尺寸。在一些实施方式中，固体生物质颗粒减小至该固体生物质颗粒足以像液体一样流动并可经重力作用流入后续反应容器的尺寸。旋风分离机可干燥(如脱水和/或去除其它溶剂)固体生物质颗粒。可通过加热固体生物质颗粒(如与热气体一起搅拌)促进干燥。还可采用机械作用促进干燥。可放出(如采用气相)和/或排出(如采用液相)水和/或其它溶剂。

在各实施方式中，第二提升管210、第三提升管215、第一汽提塔220、第二汽提塔225、分离转筒235、再生器240、催化剂冷却器245和塔250基本上分别如图1所述的第二提升管110、第三提升管115、第一汽提塔120、第二汽提塔125、分离转筒135、再生器140、催化剂冷却器145和塔150发挥作用。

在各实施方式中，预处理器205、第二提升管210、第三提升管215、第一汽提塔220、第二汽提塔225、分离转筒235、再生器240、催化剂冷却器245和塔250中的一个或多个可以是现有催化裂化系统的一部分。可改进现有的催化裂化系统，以用于加工固体生物质颗粒。改进可包括，例如，加入预处理器205、第二提升管210、第三提升管215、第一汽提塔220、第二汽提塔225、分离转筒235、再生器240、催化剂冷却器245和塔250。改进可包括调整现有的催化裂化系统的一个或多个组件的操作参数。

虽然已结合具体实施例特别显示和描述了该技术，应理解，在不偏离所附权利要求书所限定的该技术的精神和范围的情况下本领域技术人员可进行各种形式和细节的改变。

Claims (17)

1.一种将固体生物质转化成烃的方法，所述方法包括：

a.在于约50℃到约200℃的温度操作的第一提升管中使所述固体生物质与催化剂接触，从而产生第一生物质-催化剂混合物和含烃的第一产物所述；

b.从所述第一生物质-催化剂混合物中分离所述第一产物；

c.将所述第一生物质-催化剂混合物加入到在约200℃到约400℃的温度操作的第二提升管中，从而产生第二生物质-催化剂混合物和含烃的第二产物所述；

d.从所述第二生物质-催化剂混合物分离所述第二产物；

e.将所述第二生物质-催化剂混合物加入到在大于约450℃的温度操作的第三提升管中，从而产生废催化剂和含烃的第三产物所述；和

f.从所述废催化剂中分离第三流出物。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一提升管在约100℃到约150℃的温度范围内操作，所述第二提升管在约200℃到约250℃的温度范围内操作。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，混合所述第一产物、第二产物和第三产物，形成含有选自下组的组分的最终产物：乙烷、丙烷、丁烷和在石脑油、喷气燃料、柴油、取暖用油范围中沸腾的烃，和其组合。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过在气流中搅拌而使所述固体生物质与所述催化剂接触，在所述固体生物质和所述催化剂之间产生紧密的接触。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂选自下组：催化性金属、高熔点氧化物、粘土、水滑石、结晶铝硅酸盐、分层的羟基盐、和其组合。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，从所述第二产物分离出该第二产物的重馏分，并将该重馏分与所述第二生物质-催化剂混合物加入到所述第三提升管中，以转化成较轻的烃。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，从所述第三产物中分离出该第三产物的重馏分，并将该重馏分再循环到所述第三提升管中，以转化成较轻的烃。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述废催化剂加入到再生器中，其中，将所述废催化剂中的焦炭烧掉，形成再生催化剂，且其中在进行或不进行中间产物冷却的情况下将一部分所述再生催化剂再循环到所述第二提升管和所述第三提升管。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在进行或不进行中间产物冷却的情况下将一部分所述再生催化剂再循环到所述第一提升管。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二生物质-催化剂混合物含有液化的生物质原料，所述液化的生物质原料由转化所述第一生物质-催化剂混合物中含有的至少一部分所述固体生物质而获得。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固体生物质含有半纤维素、纤维素和木质素。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，至少一部分所述半纤维素在所述第一提升管中转化为烃。

13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，至少一部分所述纤维素在所述第二提升管中转化为烃。

14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，至少一部分所述木质素在所述第三提升管中转化为烃。

15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在蒸汽的存在下实施所述步骤e)。

16.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤a)期间至少部分干燥所述固体生物质。

17.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将石油原料与所述第二生物质-催化剂混合物一起加入到所述第三提升管中。

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