[发明专利]一种利用生物质和生物油制生物质基混合液体燃料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及液体燃料领域，尤其是涉及一种制备生物质基混合液体燃料的方法。

背景技术

能源是人类生存和社会经济可持续发展的重要支柱。随着能源需求和环境保护的压力迅速增长，利用可再生的生物质能受到人们极大的关注。生物质以其资源丰富、环境友好、可再生等优点而成为一种很有前途的生产高品位清洁液体燃料(如汽油、柴油、醇等)原材料，从资源有效利用和绿色循环经济角度来看，通过生物质气化或者生物油重整生产的合成气制取高品位液体燃料具有广阔的应用前景，目前以生物质为基础的生物燃料(如生物乙醇和生物柴油)已经被应用于作为车用混合燃料。

生物质基液体燃料通常是指通过热化学或者生物化学过程将固态的生物质转化为液态的化学产品(如液体生物油、汽油、柴油、液化石油气等烃类产品，甲醇、乙醇、混合醇等醇类产品，二甲醚或者脂类产品等)。目前仅有一小部分的生物质被应用于工业发电、生产生物柴油和生物乙醇(James J.Spivey and Adefemi Egbebi，Chem.Soc.Rev.，2007，36，1514-1528；Velu Subramani and Santosh K.Gangwal，Energy & Fuels 2008，22，814-839)，需要进一步研发利用生物质生产高品位液体燃料和高附加值的工业产品。至今为止，来自生物质的可用于机动车的生物质基液体燃料主要有生物乙醇和生物柴油(Ayhan Demirbas，“Progress and recent trends in biofuels”，Progress in Energy and Combustion Science 33(2007)1-18)，但现有技术中这些生物燃料都是以可食用作物为生产原料的，上述原料既是人们日常生活中的食用物质，而且还存在产量和地域的限制问题，因此，必须考虑使用食用作物以外的生物质来进行液体燃料的生产。

生物质中木质素、纤维素和半纤维素可通过快速裂解液化过程生产液体生物油(Bio-oil)，不受生物质类型的限制，但是生物油是一种由数百种有机物组成的液体混合物，其热值低、含氧量高、热稳定性差、偏酸性、固态灰分高，需要经过精炼提质或者进一步热化学转化为高热值的清洁燃料才能用于作为内燃机使用(George W.Huber，Sara Iborra，and Avelino Corma，“Synthesis of Transportation Fuels from Biomass：Chemistry，Catalysts，and Engineering”，Chem.Rev.2006，106，4044-4098)。

费托合成(Fischer-Tropsch synthesis，FTS)是煤间接液化技术之一，它以合成气(CO和H₂)为原料在催化剂(主要是铁系)和适当反应条件下合成以直链烷烃或者支链异构烷烃(主要是直链烷烃)的碳氢化合物为主的液体燃料的工艺过程。FTS的原料通常是天然气基合成气或者煤基合成气，而这些原料均是不可再生的能源，从这个意义上讲，并不符合节能环保的要求。为了降低天然气基或者煤基费托燃料中硫含量，需要对天然气基合成气或者煤基合成气原料进行脱硫处理并对FTS产物进行精馏(如加氢裂化或者催化裂化)，工艺过程的复杂程度会增加。并且其产物的辛烷值很低，而辛烷值是衡量车用燃烧性能的重要指标，因此通过FTS生产的汽油馏分不能作为汽油直接使用，需要通过加入添加剂的方法来提高汽油的辛烷值(如添加混合醇)。

生物质基FTS燃料具有原料可再生、硫含量低和不受生物质类型限制的优点，但目前尚处于研发阶段，需要解决的关键技术问题是提高FTS燃料产率和产物选择性。实际的生物质基合成气组分复杂并且与生物质原料类型、制备合成气反应工艺、载气、反应条件等因素相关，一般包括H₂、CO、CO₂、多种碳氢物(如CH₄、C₂H₄)和水分等组分，特别是通过生物质气化或者生物油重整生产的合成气中一般包含较高比例的20-35vol％CO₂(CN101177239A；CN101306370；CN200910116098.6)，需要解决CO₂加H₂催化合成问题；此外，与甲醇合成相比，利用现有的制取FTS燃料、混合醇等工艺获得的目标产物的产率和选择性偏低，远达不到工业化生产的水平。