[发明专利]活性受控的热解催化剂

说明书

发明背景

1.发明领域

本发明一般涉及用于催化热解过程的催化剂，更具体地涉及在催化热解过程中用来转化固体生物质材料的催化剂。

2.背景技术

人们亟须找到将固体生物质材料转化为液体燃料的方法，将其作为一种途径，降低人类对原油的依赖性，扩大可再生能源的利用，减少地球大气中二氧化碳的积聚。

一般认为热解过程，尤其是急骤热解过程是将固体生物质材料转化为液体产品的最具潜力的途径，这种产品通常称作生物油或生物原油。除液体反应产物外，这些过程还产生气体反应产物和固体反应产物。气体反应产物包括二氧化碳、一氧化碳和量相对较少的氢气、甲烷和乙烯。

固体反应产物包括焦炭。

为了尽量提高液体产率而减少固体和气体反应产物，热解过程应快速加热生物质原料，缩短其在反应器中的停留时间，并快速冷却反应产物。近来的研究焦点是烧蚀反应器、旋风反应器和流化反应器，用来提供快速加热。流化反应器包括流化固定床反应器和输送反应器。

输送反应器给反应器进料供热的方式是向反应区注入热的粒状载热材料。该技术能对原料进行快速加热。原料的流化确保了热在反应器混合区内的均匀分布。

美国专利5961786披露了一种将木材颗粒转化为液体烟熏香味料产品的方法。该方法采用输送反应器，热量由热的传热颗粒提供。文献提到沙、沙/催化剂混合物和氧化硅-氧化铝催化剂作为有潜力的传热材料。所有实施例基于沙作为热载体，而比较例采用炭。文献报告较高的液体产率在50％-65％的范围内。液体反应产物的pH低(3左右)，含氧量高。液体反应产物需要大规模的升级处理，以便用作液体运输燃料，如汽油替代品。

PCT/EP20009/053550披露了一种固体生物质材料的催化热解方法。用第一催化剂预处理固体生物质材料，然后在第二催化剂存在下，在输送床里转化。产物是经低总酸值(TAN)读数证实具有低含氧量的液体反应产物。反应器中存在两种催化剂增大了生物质原料和/或初级反应产物过度裂解的风险。在该过程的不同阶段使用两种催化剂需要复杂的催化剂回收系统。

因此，需要一种用于催化热解固体生物质材料的催化剂体系，能够产生得油率高而含氧量低的液体反应产物，同时降低生物质原料和/或初级反应产物过度裂解的风险。

单一催化剂体系是尤其需要的。

人们还需要这种催化剂体系能以低成本获得。

发明概述

本发明提供了一种用于催化热解固体生物质材料的催化剂体系，所述催化剂体系包含至少一种金属氧化物或类金属氧化物，其介观和宏观总比表面积在1-100米²/克的范围内，由此解决了上述问题。

本发明另一方面包括一种利用所述催化剂体系对固体生物质材料进行催化转化的方法。

具体实施方式

下面描述本发明的一些实施方式，这些实施方式仅仅是给出的示例。

生物质材料的热解可以通过加热进行，即不使用催化剂。加热热解过程的一个例子是将木材转化为木炭，其历史几乎与人类一样久远。应当记住，固体生物质材料本来就不可避免地至少包含一些矿物质，即“灰分”。一般认为，灰分的一些成分在“加热”热解过程中具有催化活性。尽管如此，若不添加催化剂，则热解过程视为加热热解。

制备木炭的过程涉及缓慢加热，产生气体产物和固体产物，后者就是木炭。可对热解过程加以改进，以产生较少的焦炭而产生较多的液体产物。一般地，要提高生物质热解过程的液体产率，就需要快速加热，缩短反应时间，急速冷却液体反应产物。

人们建议生物质热解过程使用流化床反应器和输送反应器，因为已经知道这两类反应器能提供快速加热。一般地，热量是通过向反应器内注入热的粒状传热介质提供的。

美国专利4153514披露了一种热解反应器，它用炭颗粒作为传热介质。

美国专利5961786披露了一种输送反应器型热解反应器，它用沙作为传热介质。虽然该专利提到用沙和催化剂颗粒或者氧化硅-氧化铝的混合物作为传热介质的可能性，但该专利中所有实施例均基于用沙作为唯一传热介质的实验。根据’786专利中的数据，用沙作为传热介质比用炭产生的结果更好。