CN114836232A - 一种将固体生物质废料转化为碳氢化合物的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种将固体生物质废料转化为碳氢化合物的方法，包括将固体生物质与在约50°C至约200°C温度范围内操作的第一提升管中的催化剂接触，从而产生第一生物质催化剂混合物和包含碳氢化合物的第一产物；从第一生物质催化剂混合物中分离第一产物；将所述第一生物质催化剂混合物装入在约200℃至约400℃范围内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包含碳氢化合物的第二产物。

Description

一种将固体生物质废料转化为碳氢化合物的方法

技术领域

本发明涉及一种将固体生物质废料转化为碳氢化合物的方法，具体涉及一种制备用于催化转化的固体生物质，以及除氧、催化裂化和将生物质转化为燃料或特殊化学产品的方法。

背景技术

目前植物来源的生物质，被认为是燃料和特种化学品的丰富潜在来源。精炼的生物质原料如植物油、淀粉和糖，可基本转化为液体燃料，包括生物柴油（如脂肪酸甲酯或乙酯）和乙醇。然而将一些生物质原料用于燃料和特种化学品可能会转移动物和人类消费的食物来源，造成经济损失。

不可食用生物质来源的例子包括农业废物（如甘蔗渣、稻草、玉米秸秆、玉米壳等）和专门种植的能源作物（如柳枝稷和锯草）。其他例子包括树木、林业废物，如伐木作业产生的木屑和锯屑，或造纸厂产生的废物。此外，藻类等生物质的水产养殖来源也是生产燃料和化学品的潜在原料。不可食用的生物质通常包括三个主要成分：木质素、无定形半纤维素和结晶纤维素。

发明内容

在各种实施例中，本发明包括用于在能够减轻设备成本、能源成本和化产物的降解或不良反应的条件下将生物质中的纤维素（包括木质素和半纤维素）材料（包括可食用和不可食用成分）转化为燃料或特种化学品的方法以及装置。

燃料的示例包括轻质气体（乙烷、丙烷、丁烷）、石脑油和馏分（喷气燃料、柴油、取暖油）。化学品的示例包括轻烯烃（乙烯、丙烯、丁烯）、酸（如甲酸和乙酸）、醛、醇（乙醇、丙醇、丁醇、苯酚）、酮、呋喃等。该技术包括制备用于催化转化的固体生物质颗粒，这可以改善生物质在传统石油精炼工艺中转化为燃料或特种化学品的现状。该技术还包括改造现有炼油厂处理生物质的工艺（改变操作参数、催化剂和原料），改造现有炼油厂处理生物质的工艺装置（为生物质催化裂化添加额外的提升管或添加固体生物质进料系统以引入生物质），以及建造新的，专用的生物质反应器。所述方法和装置可以降低成本并增加源自生物质的燃料或特殊化学品的可用性。制备可具有协同效应，降低生物质催化或热解转化所需的温度以及提高生物质的转化效率，促进常规精炼装置中的加工。

在一个方面，该技术的特点是一种将固体生物质转化为燃料或特殊化学产品的方法。首先该方法包括在低于约200℃的温度下预处理多个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，该方法包括用蒸汽和低于约400℃的温度对生物质催化剂混合物进行除氧和裂解，以产生除氧产物。第三，该方法包括用蒸汽和高于约450℃的温度转化脱氧产物和剩余的生物质催化剂混合物，以生产燃料或特种化学品。

在另一方面，该技术的特点是一种将固体生物质转化为燃料或特殊化学产品的方法。该方法包括在低于约200℃的温度下搅拌多个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。该方法还包括用蒸汽和低于约400℃的温度对生物质催化剂混合物进行除氧和裂解，以生产燃料或特殊化学产品。

在各种实施例中，预处理包括搅拌多个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。

附图说明

图1为适用于生物质转化过程的示例性催化裂化系统以及用于操作该系统的方法。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，适用于生物质转化过程的示例性催化裂化系统100和用于操作系统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、第一分离罐130、第二分离罐135、再生器140、催化剂冷却器145和塔150。在低于约200℃的温度下搅拌多个固体生物质颗粒和催化剂。在第一提升管105中，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。其次，在第二提升管110中，生物质催化剂混合物与蒸汽一起在低于约400°C的温度下脱氧并裂解，以产生脱氧产物；脱氧产物和剩余生物质催化剂混合物与蒸汽一起在约450°C以上的温度下在第三提升管115中转化，以生产燃料或特种化学品。

在各种实施例中，生物质的脱水也可在第一提升管105中发生（例如，通过蒸发、机械作用或两者）。可通过加热固体生物质颗粒来促进干燥。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（例如，低于约150、160、170、180、190或200℃）的温度下操作。第一分离罐130可以冷却和液化来自第一提升管105的气体部分，这允许水相和疏水相分离。可使用分离器（未显示）去除水相（如水），并将疏水相分离为液体产品（如燃料、特种化学品、其他中间体）。在第一提升管105的功能为物理预处理且化学转化最小化（通过相对较低的温度）的各种实施例中，可能不需要燃料或特殊化学产品或分离罐130本身的液化。

在系统100中，生物质催化剂混合物、固体生物质颗粒和催化剂可从第一分离罐130、催化剂冷却器145、再生器140或其组合接收。在各种实施例中，冷催化剂约为105°C。第二提升管110还可接收、可加热第二提升管110的气体（蒸汽、烟气或湿气）。

Claims (9)

1.一种将固体生物质废料转化为碳氢化合物的方法，其特征在于：包括将所述固体生物质与在约50°C至约200°C温度范围内操作的第一提升管中的催化剂接触，从而产生第一种生物质催化剂混合物和包含碳氢化合物的第一种产物；从所述第一生物质催化剂混合物中分离第一产物；将所述第一生物质催化剂混合物装入在约200°c至约400°c温度范围内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包含碳氢化合物的第二产物；从所述第二生物质催化剂混合物中分离第二产物；将所述第二生物质催化剂混合物加料至在约450℃以上温度下操作的第三提升管，从而产生废催化剂和包含碳氢化合物的第三产物；最后从所述废催化剂中分离第三产物。

2.根据权利要求1所述的一种将固体生物质废料转化为碳氢化合物的方法，其中所述第一提升管在约100至约150°C的温度范围内运行，所述第二提升管在约200至约350°C的温度范围内运行。

3.根据权利要求1所述的一种将固体生物质废料转化为碳氢化合物的方法，将所述第一产物、所述第二产物和所述第三产物混合在一起，形成最终产物，所述最终产物由以下组分组成：乙烷、丙烷、丁烷和在石脑油、柴油、加热油及其组合范围内沸腾的碳氢化合物。

4.根据权利要求1所述的一种将固体生物质废料转化为碳氢化合物的方法，其中所述固体生物质通过气流搅拌与催化剂接触，从而使固体生物质与催化剂紧密接触。

5.根据权利要求1所述的一种将固体生物质废料转化为碳氢化合物的方法，其中所述催化剂选自催化金属、难熔氧化物、粘土、水滑石、结晶铝硅酸盐、层状羟基盐及其组合。

6.根据权利要求1所述的一种将固体生物质废料转化为碳氢化合物的方法，其中所述第二产品的重馏分从第二产品中分离出来，并与第二生物质催化剂混合物一起装入所述第三提升管中，以转化为较轻的碳氢化合物；所述第三产品的重馏分从第三产品中分离出来，并再循环到所述第三提升管中，以转化为较轻的碳氢化合物。

7.根据权利要求1所述的一种将固体生物质废料转化为碳氢化合物的方法，所述废催化剂被装填到再生器中，其中焦炭从废催化剂中燃烧，形成再生催化剂，并且其中再生催化剂的部分被再循环到第二提升管和第三提升管中。

8.根据权利要求1所述的一种将固体生物质废料转化为碳氢化合物的方法，所述第二生物质催化剂混合物包含液化生物质原料，液化生物质原料来自第一生物质催化剂混合物中所含的固体生物质的至少一部分的转化。

9.根据权利要求1所述的一种将固体生物质废料转化为碳氢化合物的方法，其中所述固体生物质包括半纤维素、纤维素和木质素。

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