[發明專利]用于生物質的熱化學轉化的方法和系統

有效

• 申請號: 201080010711.7
• 申請日: 2010-03-05
• 公開（公告）號: CN102341485A
• 公開（公告）日: 2012-02-01
• 發明（設計）人: 馬修·L·巴比基;布萊恩·G·瑟拉斯;博維·G·基弗;埃迪森·恩格
• 申請（專利權）人: G4因賽特公司
• 主分類號: C10G69/06
• 分類號: C10G69/06;C07B35/02;C10L3/08
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 劉慧;楊青

與相關申請的交叉引用

本申請要求2009年3月5日提交的提交日期較早的美國臨時專利申請No.61/157,877的權益，其在此引為參考。

技術領域

本公開涉及將生物質轉化成有用的氣體和液體烴的方法，更具體來說涉及避免由不想要的焦油形成所引起的問題的方法。

背景技術

將生物質轉化成流體烴產物，是為了提供可持續性工業、化石燃料的使用最小化、提供能量和化學原料安全性的越來越相關的活動。將生物質轉化成烴可以產生與原始生物質相比更加可替代、經濟和可運輸的流體產物料流。最有利的已制成的烴產品是能夠滿足現有的商品工業標準的產品，例如天然氣、液化天然氣、運輸燃料、烯烴和其他可輸出產品。

生物質收獲和運輸與化石燃料原料收集相比通常成本更高和耗能。生物質在生長時也是相對低密度的化學能量源。這驅動了對有效保存碳和能量的生物質轉化方法的需求。

生物質向有用燃料或化學分子的熱化學轉化一般牽涉熱分解過程，例如使含碳材料揮發的氣化或熱解，加上將蒸氣轉化成終產物的化學過程。氣化過程一般使用氧化劑例如空氣或氧氣，通過燃燒一部分進料生物質產生熱量，以便為生物質的初始揮發提供能量。另一方面，熱解使用外部能量源使生物質揮發，并且在加工料流中不引入氧化劑。兩種使生物質揮發的方法都產生氣體、蒸氣、氣溶膠和固體(炭)的混合物。對基本上是流體的料流進行加工以形成目標燃料和化學品，同時將產生的固體與目標燃料和化學品分離開。熱解然后將蒸氣和氣溶膠快速冷卻導致形成生物油。

然而，熱化學轉化從業者受到少量但顯著的同時產生的粘稠、可冷凝化合物的困擾，當流體反應物料流冷卻時，所述化合物傾向于沉積和粘附到下游設備和反應器上。這些化合物一般被稱為焦油。對于本公開來說，焦油是指在加工溫度下可沉積的化合物、典型為有機化合物，其中沉積物可以被表征為不流動的液體、半固體或固體。初級焦油在最初的揮發過程中形成，但是多少有些不穩定并發生化學反應或脫氫以形成次級或三級焦油，其與初級焦油相比更難進行反應或再進行加氫。在某些過程中，焦油形成固體炭粒子并且不再是可冷凝的，但是對于商業化應用來說仍是不理想的。

已經進行了巨大努力，試圖通過各種手段減少這些焦油。移除焦油的機械方法包括濕法洗滌和過濾。濕法洗滌可以在一個或多個階段中使用各種液體在各種溫度下進行，并將焦油冷凝問題從氣相轉移到液相。高溫過濾典型地使用金屬或陶瓷燭式濾器進行，并且盡管通常對炭粒子有效，但一般對焦油移除無效。

焦油的熱轉化典型地需要高于900℃-1100℃的溫度才能實現高轉化效率。獲得這種溫度所需的能量典型源自于一部分加工料流的氧化，其消耗了一些碳并降低了轉化效率。

另一種焦油減少方法是催化轉化。已知的催化劑是經過煅燒的白云石和橄欖石、鎳基催化劑、鋯基催化劑和貴重金屬催化劑，其中銠是最有希望的。

在美國專利No.4,865,625中，Mudge公開了在催化反應器中引入選自空氣、氧氣、水蒸汽及其混合物的氣體氧化劑來消除焦油。然而，氧化劑的添加降低了向烴的轉化率(在該公開中，向烴的轉化率是作為烴的碳與作為生物質的碳的比率)。

在美國專利No.4,822,935中，Scott公開了一種使用直接催化加氫氣化法在大氣壓和低溫下進行的生產富含甲烷的氣體的方法。Scott方法公開了44％至45％的生物質向甲烷的轉化率，同時產生1.33％的極少量焦油(在該公開中，焦油產生水平以無水分和灰分的生物質的重量百分數計)。在隨后發表的使用不同催化劑的試驗中，在22％至26％的非甲烷烴轉化率下，Scott產生了4％至7％之間的焦油水平(Radlein，Mason，Piskorz，Scott，“從生物質催化熱解產生的烴”(Hydrocarbons?from?the?Catalytic?Pyrolysis?of?Biomass)，Energy?and?Fuels，1991，5)。在兩種情況下，焦油水平對于商業化應用來說都太高。

將生物質轉化成烴的已知方法苦于由減少焦油的解決方案所帶來的低轉化效率。因此，對于生物質轉化成烴的高效方法，仍存在著需求。

發明概述