[發明專利]生物質原料向烴液體運輸燃料的轉化

有效

• 申請號: 200980135794.X
• 申請日: 2009-08-06
• 公開（公告）號: CN102149660A
• 公開（公告）日: 2011-08-10
• 發明（設計）人: 詹姆斯·P·迪博爾德;史蒂夫·舍伍德;阿瑟·W·利利;羅布·R·瓦爾特
• 申請（專利權）人: 社區電力公司
• 主分類號: C07C27/00
• 分類號: C07C27/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 顧晉偉;張耀宏

相關申請的交叉引用

本申請要求2008年8月8日提交的美國臨時申請No.61/087,327的權益，其全部內容通過引用并入本文用于所有目的。

背景技術

用于將天然氣轉化成烴液體運輸燃料的市售氣至液(GTL)系統常常基于利用天然氣(或其他化石燃料基資源)吹氧轉化為含有氫氣(H₂)和一氧化碳(CO)的合成氣的多重基于復雜精煉的操作。

已有的使用氧氣而非空氣將含碳原料轉化成合成氣需要大大增加了該方法的資產和運營成本。使用空氣將含碳原料氣化為CO和H₂的混合物導致大的分子氮(N₂)含量。CO、H₂、CO和N₂的混合物一般稱作發生爐煤氣。已認定發生爐煤氣中高的N₂含量會妨礙費-托(FT)合成反應。合成氣通過一系列由過渡金屬基催化劑活化激活的費-托合成反應被轉化成液烴燃料和蠟。主要的FT合成反應是氫氣和一氧化碳向液烴燃料和水的轉化：

[反應1]。

如反應1所示，每個CO分子需要兩個H₂分子以產生烴類產品(液體燃料和蠟)和一分子的水(H₂O)。在生物質至液體(BTL)系統中，生物質氣化產生貧含氫的合成氣(含有約1∶1摩爾比的CO∶H₂)而無法使反應1持續。因而，對于BTL系統而言，可通過水煤氣轉換(WGS)反應將氣化生物質中的一部分水蒸氣和CO另外轉化成的H₂和作為副產物的CO₂來調節CO∶H₂的比例：

[反應2]

在許多BTL系統中，WGS反應是通過鐵基費-托催化劑催化的，使得氣體中大約一半的CO與等摩爾量的水蒸氣(其可源自反應1)反應產生H₂和CO。剩余的CO被轉化成FT合成產品。

在大多數大規模GTL和BTL系統中，高度提純的合成氣(主要含有CO和H₂以及一些CO₂，但N₂少于約5％)在250～400psig的壓力下轉化成重質鏈烷烴FT合成蠟。在一系列基于精煉的操作中，然后使FT合成蠟產品裂化成汽油和柴油燃料產品并且氫化以使它們在儲存過程中穩定。市售GTL設施通常非常大(典型地每天產生數千桶汽油和柴油產品)并且具有現場氧氣和氫氣產生設備以支持氣化和燃料升級系統。

遺憾的是，大規模GTL和BTL系統需要大量的建設資本投資。它們還需要監管、環境和區域機構的正當批準，這可能限制在將用來制造FT燃料的生物質源附近建設這些系統的能力。所述系統還需要連接至或位于燃料運輸基礎設施附近以將FT燃料輸送到它們的最終目的地(例如，加油站)。由于這些大規模系統的典型的大量資本投資和困難的原料源至最終應用的統籌安排，存在對以更小型更分布的方式產生FT燃料的更簡單的新方法和系統的需求。

發明內容

習慣思維為，小的生物精煉廠具有差的經濟效益。然而，小規模的生物精煉廠允許在低成本或甚至負成本的原料來源附近使用它們，從而減少或者甚至省去原料和產品的運輸，以及產品大部分的經銷成本。這種小規模范例，結合大大簡化的轉化方法將允許在原料便宜但相對的燃料因運輸成本或缺乏而昂貴的位置快速建立小規模生物精煉廠。與大規模現場建設的生物精煉廠相比，小工廠建立的模塊式生物精煉廠能夠在極短的時間內安裝并運轉。

描述用于現場產生液體FT燃料的小模塊液體燃料產生和加工系統。所述方法和系統可包括由在空氣中氣化的生物質制得的發生爐煤氣的產生，所述發生爐煤氣可轉化成FT液體燃料。該方法的優點在于，發現了空氣(而非昂貴的純氧)可以用來產生FT合成中所用的氣體，大大降低了該方法的成本和復雜性。所述方法和系統還可以包括將初始的FT產品精煉為如汽油、柴油和/或航空燃料的液體燃料產品。這些小規模方法和系統為常規商業GTL和BTL系統的尺寸和成本的一小部分。

本發明的實施方案包括用于將含碳原料轉化成液體運輸燃料的方法。該方法可以包括：將含碳原料轉化成主要含有H₂、CO、CO₂和N₂的發生爐煤氣，并且使所述發生爐煤氣與基底催化劑反應以產生費-托(FT)產品的組合，其中所述FT產品包括液體運輸燃料。所述方法還可以包括催化轉換部分不期望的FT產品以產生另外量的期望液體運輸燃料的步驟。此外，所述方法可以包括使一部分FT產品氫化以產生另外量的穩定化的液體運輸燃料。