[發明專利]一種生物油催化轉化制備含氧液體燃料的裝置和方法

有效

• 申請號: 201210048810.5
• 申請日: 2012-02-29
• 公開（公告）號: CN102653691A
• 公開（公告）日: 2012-09-05
• 發明（設計）人: 肖睿;張會巖;張勇;沈德魁
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C10L1/02
• 分類號: C10L1/02;C10B53/02;C10B57/00;C10B49/22;C01B3/02;C01B3/10
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.?一種生物油催化轉化制備含氧液體燃料的裝置，其特征在于：該裝置包括：生物質快速熱裂解制油系統（Ⅰ），用于制備生物油；

生物油油水相分離系統（Ⅱ），用于接收上述生物油，并將該生物油分離成油相生物油和水相生物油分別輸出給油相生物油化學鏈制氫系統（Ⅲ）和水相生物油催化加氫系統（Ⅳ）；

油相生物油化學鏈制氫系統（Ⅲ），用于接收上述油相生物油，并將其生成氫氣和低價金屬氧化物，氫氣輸出給水相生物油催化加氫系統（Ⅳ）；

水相生物油催化加氫系統（Ⅳ），用于接收上述水相生物油和氫氣，并與催化劑一起經過低溫催化加氫反應，生成加氫氣相產物；?

含氧液體燃料分餾與提純系統（Ⅴ）用于接收上述氣相產物，并將其轉化成含氧液體燃料，同時，冷卻水吸熱變成水蒸氣，送入油相生物油化學鏈制氫系統（Ⅲ）。

2.?根據權利要求1所述的生物油催化轉化制備含氧液體燃料的裝置，其特征在于：?

生物質快速熱裂解制油系統（Ⅰ）包括快速熱裂解裝置（1）、氣固分離器（2）和快速冷凝器（3），其中，快速熱裂解裝置（1）出口與氣固分離器（2）相連，氣固分離器（2）出口與快速冷凝器（3）相連；

生物油油水相分離系統（Ⅱ）包括油水相分離器（4），油水相分離器（4）入口與快速冷凝器（3）的出口相連，油水相分離器（4）出口處的水相端與漿態床低溫催化加氫反應器（10）相連，油水相分離器（4）出口處的油相端與還原反應器相連（5）的油相端入口；

油相生物油化學鏈制氫系統（Ⅲ）包括還原反應器（5）、蒸汽制氫器（6）和空氣反應器（7），還原反應器相連（5）的油相端入口與油水相分離器（4）出口處的油相端相連，還原反應器（5）出口與蒸汽制氫器（6）相連，蒸汽制氫器（6）的H2出口端與第一壓氣機（8）的入口端和第二壓氣機（9）的入口端相連，蒸汽制氫器（6）低價金屬氧化物出口端與空氣反應器（7）相連，蒸汽制氫器（6）的水蒸氣進口端與分餾與提純系統（14）相連，空氣反應器（7）出口端與還原反應器（5）的入口端相連；

水相生物油催化加氫系統（Ⅳ）包括第一壓氣機（8）、第二壓氣機（9）、漿態床低溫催化加氫反應器（10）、漿態床高溫催化加氫反應器（11）、固液分離裝置（12）和催化劑還原裝置（13），漿態床低溫催化加氫反應器（10）H₂入口端與第一壓氣機（8）相連，漿態床低溫催化加氫反應器（10）的產物出口端與漿態床高溫催化加氫反應器（11）相連，漿態床高溫催化加氫反應器（11）H₂入口端與第二壓氣機（9）相連，漿態床高溫催化加氫反應器（11）的固液產物出口端與固液分離裝置（12）相連，固液分離裝置（12）的固相出口端與催化劑還原裝置（13）相連，固液分離裝置（12）的氣相出口端與分餾與提純系統（14）相連；

含氧液體燃料分餾與提純系統（Ⅴ）包括分餾與提純系統（14），其氣相進口端與固液分離裝置（12）的氣相出口端相連，其分餾與提純產物即為含氧液體燃料。

3.?根據權利要求2所述的生物油催化轉化制備含氧液體燃料的裝置，其特征在于：油相生物油化學鏈制氫系統（Ⅲ）采用鐵基載氧體Fe₂O₃/Al₂O₃，載體為活性氧化鋁，活性成分為Fe₂O₃，還原反應器（5）工作溫度為900~950℃；蒸汽制氫器（6）的工作溫度為800~850℃；空氣反應器（7）工作溫度為950~970℃。

4.?根據權利要求2所述的生物油催化轉化制備含氧液體燃料的裝置，其特征在于：漿態床低溫催化加氫反應器（10）工作溫度為120~160℃，工作壓力為3~5MPa，漿態床高溫催化加氫反應器（11）工作溫度為200~300℃，工作壓力為8~15MPa。

5.?一種生物油催化轉化制備含氧液體燃料的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：首先將生物質進行熱裂解制油，獲得的生物油進行水相與油相分離，對油相生物油通過化學鏈方法制氫，提供“氫源”給水相生物油在漿態床中兩步催化加氫，加氫后的產物直接分離提純獲得含氧液體燃料。

6.?根據權利要求5所述的生物油催化轉化制備含氧液體燃料的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：首先，將生物質原料從快速熱裂解裝置（1）頂部加入，在下行過程中，作為熱裂解熱源的載熱體與生物質自混合并加熱生物質，當加熱到500~600℃后生物質發生快速熱裂解反應；快速熱裂解裝置（1）出口與氣固分離器2相連，熱裂解產物經氣固分離器（2）將固體顆粒和油氣分離，純凈的油氣通入快速冷凝器（3），經快速冷凝而獲得生物油；

將熱裂解制得的生物油和水分別通入油水相分離器（4），分離成油相生物油和水相生物油；其中，油相生物油采用化學鏈方法制氫：首先，將油相生物油與高價態金屬氧化物放入還原反應器（5），兩者在其中發生氧化還原反應，反應溫度為900~950℃，高價態金屬氧化物被還原成高溫金屬單體；還原反應器（5）與蒸汽制氫器（6）相連接，將高溫金屬單體與水蒸氣分別送入蒸汽制氫器（6），兩者充分混合并發生反應，反應溫度保持為800~850℃，生成氫氣和低價金屬氧化物；蒸汽制氫器（6）與空氣反應器（7）相連接；再將低價金屬氧化物和空氣分別送入空氣反應器（7），兩者充分混合，低價金屬氧化物與空氣中的氧氣發生氧化反應，反應溫度為950~970℃，生成高價金屬氧化物，即載氧體；空氣反應器（7）與還原反應器（5）相連，將高價金屬氧化物再送入還原反應器（5）循環使用；

水相生物油采用漿態床催化加氫制備含氧液體燃料；首先，將從蒸汽制氫器（6）制得的氫氣通過第一壓氣機（8）加壓，通入漿態床低溫催化加氫反應器（10），同時分別加入水相生物油和鎳基分子篩催化劑，保持反應溫度為120~160℃，反應壓力為3~5MPa；經過三相低溫催化加氫反應后，將生成的固液產物送入漿態床高溫催化加氫反應器（11），三相即指固相：催化劑，液相：水相生物油，氣相：氫氣；然后，將從蒸汽制氫器（6）制得的氫氣通過第二壓氣機（9）加壓，通入漿態床高溫催化加氫反應器（11），同時加入鎳基分子篩催化劑，保持反應溫度為200~300℃，反應壓力在為8~15MPa；經過三相高溫催化加氫反應后，將生成的固液產物送入固液分離裝置（12）分離固相產物即催化劑；然后將催化劑送入催化劑還原裝置（13），去除催化劑表面積炭，經再生后的催化劑又被分別送入漿態床催化低溫加氫反應器（10）和漿態床催化高溫加氫反應器（11），進行循環使用，液相產物在固液分離裝置（12）中被加熱蒸發而變成氣相產物；

最后，將氣相產物與冷卻水分別送入分餾與提純系統（14），經過冷卻、分餾、提純過程，氣相產物最終轉化成含氧液體燃料，而冷卻水吸熱后變成水蒸氣，這些水蒸氣送入蒸汽制氫器（6），作為制氫用的蒸汽源。