[發(fā)明專利]生物質(zhì)的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201080038014.2
• 申請日: 2010-06-22
• 公開（公告）號: CN102686704A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: T·維爾納
• 申請（專利權(quán)）人: 耐克斯奧爾股份公司
• 主分類號: C10B53/02
• 分類號: C10B53/02;C10L1/02;C10G1/06;C10G1/04
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司 72002
• 代理人: 李振東;過曉東

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及將生物質(zhì)和生物來源的廢料處理成為原料油的方法。

背景技術(shù)

所謂生物質(zhì)表示包括生物來源的廢料和污泥中所含物質(zhì)在內(nèi)的全部有機(jī)物質(zhì)。

植物性生物質(zhì)基本上由纖維素、半纖維素(也稱作多糖)和木質(zhì)素這三種生物聚合物構(gòu)成，其含量在溫帶木材中通常占到木材物質(zhì)的97至99％，其中30至35％是纖維素，15至35％是半纖維素，20至35％是木質(zhì)素。很少部分具有1至3％萃取物以及0.1至0.5％無機(jī)成分(灰分)。針葉木材中的木質(zhì)素含量通常高于闊葉木材，闊葉木材中的半纖維含量略微高一些。

最為簡單的方式是通過直接液化法將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為含氧的原料油作為液態(tài)中間產(chǎn)物。直接液化法是在250至550℃范圍內(nèi)進(jìn)行的單步低溫轉(zhuǎn)化法，主要產(chǎn)生以下產(chǎn)物：

●液態(tài)冷凝物相，含有作為目標(biāo)產(chǎn)物的原料油以及反應(yīng)水，

●作為副產(chǎn)物的可燃?xì)庀啵约?/p>

●作為副產(chǎn)物的固體殘余物。

在有利的情況下可形成疏水性原料油，這意味著原料油不會與水混合，也就是與水接觸將會形成至少兩種不可混合的液相，一個(gè)是油相，一個(gè)是水相。

通過熱值確定原料油的品質(zhì)。熱值是燃燒過程中相對于燃料用量的最大可利用熱量，這時(shí)廢氣中所含的水蒸汽不會發(fā)生液化。燃料中較高的氧含量不利于熱值(Hi)，從以下公式即可看出：

H_i＝(34.0·m(C)+101.6·m(H)+6.3·m(N)+19.1·m(S)

-9.8·m(O)-2.5·m(H₂O))MJ/kg

式中m(C)、m(H)、m(N)、m(S)、m(O)和m(H₂O)是除以100之后碳、氫、氮、硫、氧和水的質(zhì)量百分含量。

Frank?Behrendt教授在生物質(zhì)直接液化研究文章《反應(yīng)機(jī)理和產(chǎn)物分布》(114-50-10-0337/05-B)中非常全面地描述了所有現(xiàn)有的直接液化方法。

匹茲堡能源研究中心曾經(jīng)采用的PERC法需要大約200bar極高的壓力下利用水介質(zhì)、溶解催化劑、循環(huán)油和一氧化碳-氫混合氣進(jìn)行工作。勞倫斯伯克利實(shí)驗(yàn)室曾經(jīng)采用的LBL法不使用循環(huán)油，但是與PERC法一樣也要在同樣復(fù)雜的條件下執(zhí)行該方法。由于這兩種方法極其復(fù)雜，出于技術(shù)和生態(tài)方面的原因已不再采用。

SHELL公司曾經(jīng)采用的HTU法(Hydrothermal?Upgrading)可以在大約180bar極高的壓力下液化許多不同的生物質(zhì)(也包括水分含量很高的生物質(zhì))，產(chǎn)生一種焦油狀的含氧產(chǎn)物，需要將其繼續(xù)處理成液態(tài)油。

按照BFH方法，需要在很高的氫壓力并且使用昂貴貴金屬催化劑的條件下直接催化加壓液化。

按照Willner的加壓氫化法/DoS(直接液化有機(jī)物質(zhì))，同樣也是在氫壓力下執(zhí)行該方法，但不使用催化劑。

迄今為止所提及的直接液化方法包括曾經(jīng)使用過的方法均需要在壓力下工作，因此非常復(fù)雜。從已進(jìn)入到反應(yīng)器之中的生物質(zhì)的稠度以及工藝過程的可行性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性來看，將固體生物質(zhì)加入到壓力反應(yīng)器之中始終是個(gè)問題。此外壓力設(shè)備總體上比較昂貴，并且在運(yùn)行過程中比大氣壓設(shè)備更容易受到影響。

此外還有以下在大氣壓下工作的直接液化方法：

Alphakat公司的KDV法(催化無壓裂解油化)以及Willner所述的變型方法均需要源于石油的不含氧的重油相作為反應(yīng)介質(zhì)，需要使用粉末化固體催化劑在大氣壓下執(zhí)行這些方法。后者牽扯到經(jīng)濟(jì)性問題，因?yàn)榇呋瘎┖馨嘿F，而且在反應(yīng)器中很快就會因?yàn)榻Y(jié)焦而失去活性。此外KDV法還必須連續(xù)供應(yīng)新的重油，因?yàn)榧尤肷镔|(zhì)時(shí)不會自身再生反應(yīng)器塔底油相。KDV法還要利用內(nèi)部重油循環(huán)進(jìn)行工作，通過循環(huán)泵維持重油循環(huán)。一個(gè)根本性問題是循環(huán)油具有反應(yīng)溫度，泵會因此而承受很高的熱負(fù)荷及腐蝕負(fù)荷，并且有經(jīng)常失效的傾向。此外如果采用KDV法，循環(huán)油中的催化劑負(fù)荷以及生物礦物質(zhì)負(fù)荷尤其會大大增加固體物質(zhì)負(fù)荷，因此泵將會遭受很高的磨損負(fù)荷，從而導(dǎo)致過高的磨損，需要使用特別昂貴的材料。如果采用KDV法，當(dāng)加入生物質(zhì)的時(shí)候，無論是否使用催化劑，均不會形成穩(wěn)定的、可以自身再生的塔底相，因此必須從外部連續(xù)供應(yīng)新的重油。此外采用KDV法還會獲得極多的固體殘余物，作為目標(biāo)產(chǎn)物的原料油則比較少。此外如果采用KDV法，還要觀察冷凝物中多達(dá)四種不可混合的液相，因此很難實(shí)現(xiàn)技術(shù)可行的應(yīng)用。