[發明專利]將生物油提質為運輸級烴燃料的方法

有效

• 申請號: 201180054737.6
• 申請日: 2011-09-12
• 公開（公告）號: CN103314078A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 德斯蒙德·拉德萊因;J.王;Y.元;A.基尼瓦爾
• 申請（專利權）人: IFP新能源公司;動力能源系統公司;德斯蒙德·拉德萊因
• 主分類號: C10G3/00
• 分類號: C10G3/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 韋欣華;楊思捷

發明領域

本發明涉及生物燃料、生物質液化和生物質熱解領域，以及將液化的生物質轉化成液體烴生物燃料的方法。

具體地，涉及一種通過任選的兩段催化工藝，由生物質來源的液體來生產發動機級(motor-grade)液體生物燃料的方法。

發明背景

生物油是通過木質纖維素生物質材料的熱化學液化所獲得的液體產品。熱化學方法通常將生物質轉化成液態、氣態和固態產品。在它們中，所謂的快速或閃熱解方法目標是使得液體產率最大化。在快速熱解中，將生物質(可能是細微分散的)快速加熱到高于大約400℃的溫度，該液體產品冷凝為生物油。Ringer等人(Large-Scale?Pyrolysis?Oil?Production：A?Technology?Assessment?and?Economic?Analysis，M.Ringer，V.Putsche和J.Scahill，NREL?Technical?Report?NREL/TP-510-37779，2006年11月)已經討論了被用于大規模生物質快速熱解的不同工藝。它們包括鼓泡流化床、循環流化床、燒蝕熱解、真空熱解和轉錐式熱解反應器。他們指出只要滿足傳熱要求，則生物油產品的化學性質在熱解加工之間將是相當一致的。

初步看來，生物油原則上能夠提供低成本的可再生液體燃料；確實，將它們用作鍋爐燃料以及用于固定燃氣渦輪和柴油機已經全部得到證實。此外，快速熱解已經被以相當大的，幾百噸/天量級的規模證實。不過這種工藝在商業上還沒有任何有意義的應用。

原因主要涉及到通常的生物油，特別是快速熱解生物油的差的物理和化學性能。例如，熱解生物油的一些不令人期望的性能是：(1)由于它們高的含水量和含酸量導致的腐蝕性；(2)由高的含氧量(其典型地是大約40質量%)導致的相當低的比熱值；(3)由于豐富的反應性官能團如羰基和酚基(其會導致在存儲時的聚合和因此的相分離)導致的化學不穩定性；(4)在高剪切條件下例如在噴嘴中時，相對高的粘度和易于相分離性；(5)由于在常規烴基燃料中的不溶性而導致的與之不相容性；(6)偶然的焦炭粒子，其總是或多或少地存在于未過濾的生物油中，這會導致噴嘴和管道的堵塞。全部的這些方面相結合使得生物油難以處理、船運存儲和使用，并且是昂貴的，以及使得整合到目前的熱和功率產生系統和工藝中是有問題的。

因此，對于能量應用來說，生物油生產的經濟可行性取決于找到適當的方法，來以足夠低的成本將它提質到更高品質的液體燃料。事實上，近幾十年來已經投入了相當大的努力來尋求能夠克服所述的一些或全部局限的實用工藝。

一種建議的方案是用醇例如乙醇和丁醇來酯化和縮醛化(acetalize)生物油(例如EP0718392和Upgrading?of?Flash?Pyrolysis?Oil?by?Reactive?Distillation?Using?a?High?Boiling?Alcohol?and?Acid?Catalysts，F.H.Mahfud，I.Melián-Cabrera，R.Manurung和H.J.Heeres，Trans.IChemE，B部，85(B5)466–472，2007)。但是，該反應產物仍然具有高的酸度和大的含水量，而比熱值的提高較小。此外，該產品本身傾向于是化學不穩定的和反應性的。

另一種方案是使用合適的表面活性劑來乳化柴油燃料中的生物油(例如US5820640和Development?of?emulsions?from?biomass?pyrolysis?liquid?and?diesel?and?their?use?in?engine-第1章：emulsion?production，D.Chiaramonti等人，Biomass?and?Bioenergy?25，85–99(2003)；Development?of?emulsions?from?biomass?pyrolysis?liquid?and?diesel?and?their?use?in?engines–第2章：tests?in?diesel?engines，D.Chiaramonti等人，Biomass?and?Bioenergy?25，101?–11，(2003))。雖然這解決了與工業烴燃料的相容性問題，但是它引入了新的問題，如乳液穩定性，同時還有與化學穩定性和腐蝕性殘留有關的問題。