[发明专利]一种生物质油在线催化裂解精制的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及生物质能领域，特别涉及一种生物质油在线催化裂解精制的方法及使用的装置。

背景技术

随着经济的发展，全球能源需求量逐年增加。作为燃料和有机化学产品主要原料的煤、石油和天然气等有限资源的过渡开采已经使能源问题越来越严峻。作为一种清洁的可再生能源，生物质能的有效利用已引起了人们的广泛关注。

生物质可通过各种裂解方法，如快速裂解、真空裂解、微波裂解等制备液体燃料——生物质油，其中快速裂解技术由于具有广阔的工业化前景而备受人们关注，成为生物质能利用开发的关键技术之一。生物质快速裂解采用超高加热速率(10²～10⁴K/s)，超短产物停留时间(0.2～3s)及适中的裂解温度，使生物质中的有机高聚物分子在隔绝空气的条件下迅速断裂为短链分子，使焦炭和产物气降到最低限度，从而最大限度获得液体产品。在快速裂解工艺中，裂解产物的二次反应被减至最小，生物质的许多官能团被保留，所以，虽然快速热解能够获得了较高的生物油产量，但是从生物质转化为生物油的过程中氧元素的含量变化不大。通过快速裂解制得的生物质油，存在着油品低，粘度高，挥发性低，含氧量高，热值低，具有腐蚀性等缺点，并且其热稳定性差，接触到空气很容易粘结变硬，造成生物质油储存运输难、开发利用难等问题。

生物质油要替代石化原料，必须对其进行精制。目前对生物油进行精制处理的方法主要有2种：①催化加氢，②催化裂解。催化加氢一般是在临氢高压(10～20MPa)条件下及供氢溶剂存在下，在催化剂上对制得的生物质油进行加氢处理，除去生物油的不稳定因素——氧。虽然加氢后的生物质油质量有明显提高，但是加氢处理成本较高、设备复杂、操作过程中经常遇到反应器堵塞和催化剂失活的现象。因此催化加氢被认为并不经济。

催化裂解被认为是经济的替代方法，因而在生物油精制过程中被广泛采用。催化裂解是在有催化剂存在、中温、常压条件下通过催化裂解反应，可以将生物质裂解油中的氧元素以CO，CO₂，H₂O的形式除去，将制得的生物质油中的不稳定的化学物质转化为常温下稳定的物质，使之转化为常温下稳定、油品质量高、能量密度高、可直接应用的液体燃料。

目前，根据原料进料状态，生物质油的催化裂解可分为两种：非在线催化裂解和在线催化裂解。非在线催化裂解精制是指通过快速裂解制取液态的生物质油，再以油相为原料进行催化裂解精制改性。在线催化裂解精制是指快速裂解后的产物不经冷凝，直接以气态产物为原料进行催化裂解精制。非在线催化裂解虽然可以在常压下进行，也不需要还原性气体氢，但其结焦率高，催化剂寿命短。同时，非在线催化裂解进料需要使用计量泵，而且由于生物质油粘度大，需加入溶剂稀释，才能保证稳定连续的进料。在非在线催化裂解过程中需要惰性气体保护和很高的能量消耗。此外，溶剂的使用也增加了能量的消耗，而且增加了后续处理等操作，反应工艺复杂，降低了经济性。现阶段，HZSM-5为催化剂的非在线催化裂解精制，液体产率在40～60％之间，催化剂上的结焦率大于30％(CN 1432625A；郭晓亚，颜涌捷，李庭琛，任铮伟，袁传敏，过程工程学报，2003年2月，第3卷第1期)。