[發明專利]一種生物質熱解蒸氣在線催化裂解快速制取生物油裝置及方法

無效

• 申請號: 201410262067.2
• 申請日: 2014-06-12
• 公開（公告）號: CN104046374A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發明（設計）人: 蔡憶昔;樊永勝;李小華;趙衛東;尹海云;俞寧
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C10G1/00
• 分類號: C10G1/00
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術領域

本發明屬于新能源研究領域，更具體地，涉及一種生物質熱解蒸氣在線催化裂解快速制取生物油裝置及方法。

背景技術

隨著世界經濟的持續發展，大量化石能源被不斷消耗，導致了能源的日益枯竭以及環境污染的日趨嚴重。豐富的生物質資源在利用過程中具有CO₂凈排放為零，SO_x、NO_x排放量少的優點。生物質熱解獲得生物油的技術自上世紀80年代提出以來，得到迅速發展。然而，由于生物原油與碳氫燃料的物理化學性質差別很大，它的高含水量、高含氧量、高黏度、低熱值等性質大大阻礙了其燃料的廣泛使用，因此必須對其進行改性精制，以提高生物油的品質。目前，精制改性方法主要有催化裂解、催化加氫、催化酯化和添加溶劑等方法，其中，催化裂解精制方法是中溫、常壓和在催化劑作用下，通過催化裂解反應將生物原油中的大分子含氧組分裂解成小分子烴類的精制方法。裂解反應安全性高，反應條件溫和，受到國內外學者的廣泛關注。

傳統沸石分子篩HZSM-5及經金屬改性的HZSM-5分子篩均表現出較好的催化裂解和芳構化性能(郭曉亞，顏涌捷，生物質快速裂解油的催化裂解精制，化學反應工程與工藝，2005，21(3)：227-233；S.Leng,X.Wang,Q.Cai,et?al.Selective?production?of?chemicals?from?biomas??s?pyrolysis?over?metal?chlorides?supported?on?zeolite,Bioresource?Technology,2013,149:341-345)，但傳統的催化裂解將生物油快速加熱蒸發進行催化提質，不但浪費能量，而且加熱易導致生物油聚合結焦，且催化裂解過程中生物油中含有的未裂解完全的大分子會在分子篩催化劑的表面和內孔凝結，形成焦炭，導致催化劑易結焦失活，催化使用壽命較短(Adjaye?J?D,Bakhshi?N?N.Catalytic?conversion?of?a?biomass-derived?oil?to?fuels?and?chemicals:II.Chemical?kinetics,parameter?estimation?and?model?prediction.Biomass?and?Bioenergy,1995,8(4):265-277)。因此，如何實現催化劑高效快速再生及精制生物油的高效制取成為一個亟待解決的研究課題。

Zhang等提出將HZSM-5分子篩催化劑與生物質直接進行混合催化熱解的方法(H.Y.Zhang,R.Xiao,H.Huang,G.Xiao,Comparison?of?non-catalytic?and?catalytic?fast?pyrolysis?of?corncob?in?a?fluidized?bed?reactor,Bioresource?Technology,2009,100:1428-1434)。該方法的主要缺點為：催化劑與生物質熱解殘炭難以有效分離，且存在催化劑分布不均勻，催化劑使用效率較低等缺點。而在催化劑再生方面：郭曉亞和Vitolo等均提出采用空氣高溫焙燒的方式再生HZSM-5催化劑的方法(郭曉雅，顏涌捷，生物質油精制中失活催化劑的再生及焦炭前驅物分析，高效化學工程學報，2006，20(2)：222-226；Vitolo?S,Bresei?B,Seggiani?M,et?al.Catalytic?upgrading?of?pyrolytic?oils?over?HZSM-5zeolite:Behavior?of?the?catalytic?when?used?in?repeated?upgrading-regenerating?cycles.Fuel,2001,80:17-26)。該方法的主要缺點為：將結焦催化劑在空氣氣氛中于600℃灼燒12h，再生溫度較高，再生耗時較長，且再生后的催化性能顯著降低，長時間高溫焙燒易造成催化劑表面酸性位點永久失活，并且活性隨再生次數的增加而明顯降低。

NTP(non-thermal?plasma，NTP)發生器，是低溫等離子體發生器，近年來，低溫等離子體在臭氧發生技術、輻射光源和揮發性有機物降解處理等方面得到了廣泛的應用，但在本發明的催化還原領域未見有應用。

因此，克服現有生物油的制取中存在的缺陷和不足，就成為本發明需解決的關鍵問題。

發明內容

為了克服現有精制生物油的制取技術中存在的缺陷，本發明提出一種生物質熱解蒸氣在線催化裂解快速制取生物油裝置及方法。