[发明专利]具有杂质去除的改善的催化快速热解方法

说明书

本发明提供了有用的和期望的产物增加的产率的改善的催化快速热解方法。尤其是，所述方法包括用于由包含杂质例如碱金属和碱土金属、硫和氮组分的生物质给料生产芳族化合物例如苯、甲苯和二甲苯的改善的催化快速热解方法。

发明领域

本发明涉及改善的催化快速热解方法。尤其是，其涉及用于从包含杂质如碱金属和碱土金属、硫和氮组分的生物质生产芳族化合物例如苯、甲苯和二甲苯的改善的催化快速热解方法。

发明背景

从可再生生物质获得有用的化学品、燃料和能量是重要挑战，因为这些原料的常规化石来源在慢慢枯竭。因为木质纤维素生物质的低成本和全球可得性，已广泛研究其作为可再生液体生物燃料和化学品的可行的给料。如果用最少量地使用化石燃料生产，则预期生物质来源的燃料和化学品还实质上减少净CO₂排放。

为了迎接该挑战，已经有大量努力来将生物质转化成燃料和其它有用的化学品。从生物质生产燃料和化学品由于给料和产物的特性而需要不同于常规石油基转化方法的专业的转化方法。高温、固体进料、高水浓度、非常规的分离、污染物和氧化的副产物是生物质转化不同于在石油提质中所面对的一些特征。因此，存在许多必须克服以从生物质有效生产化学品的挑战。

木质纤维素生物质(木材、草、农业废弃物等)是具有明显潜力以满足对替代性液体燃料和“绿色”化学品的日益增长的需求的替代性的、可再生和可持续的进料来源。这些给料并不与食物供应直接竞争，而是由于它们的固有特性和储存限制而具有有限的应用。给料供应和木质纤维素生物质提质的物流由于进料的低体积密度、低能量密度和高灰分含量而具有挑战性。给料的化学和物理不一致性是限制设计单独的可广泛应用的用于将生物质提质成燃料和化学品的方法的能力的实质性障碍。

生物质原料通常包括纤维素(35％-60％)、半纤维素(15％-40％)和木质素(10％-40％)作为主要组分，各种较小的有机原料、水和一些矿物或金属元素。可以将一系列生物质来源的原料热解以生产烃、含氧化合物、CO、CO₂、水、木炭、焦炭和其它产物的混合物。热解的特别理想的形式被称为催化快速热解(CFP)，其包括在流化床反应器中在催化剂存在下转化生物质。催化剂通常为酸性多孔结晶材料，通常为沸石。所述沸石对于生物质分解的初级热解产物的提质而言是活性的并且将它们转化成芳香烃、烯烃、CO、CO₂、木炭、焦炭、水和其它有用的原料。芳香烃尤其包括苯、甲苯、二甲苯(总称为BTX)和萘。烯烃包括乙烯、丙烯和较少量的较高分子量的烯烃。BTX芳香烃由于它们的高价值和易于运输而是理想的产物。

生物质中作为污染物存在的矿物或金属元素有时被总称为碱金属和碱土金属元素(AAEM)，尽管它们可以包含许多其它元素，存在对催化方法的挑战。这些元素可以通过许多机理使催化剂失活或干扰CFP方法的顺畅运行。因此理想的是限制引入CFP方法的AAEM的量或去除AAEM或这二者，从而提供用于将生物质提质成燃料和化学品的商业上可行的方法。存在于生物质中的其它杂质元素，主要是硫和氮对于将生物质转化成有用的化学品和燃料是有害的。硫和氮可以抑制催化剂活性，使产物纯化复杂化和污染流出物料流。还需要用于去除硫和氮的方法。本发明提出了方法用于减少生物质进料到CFP方法中的杂质，包括AAEM以及硫和氮。

在美国专利号8,022,260中描述了一种方法，其利用引入添加剂以使生物质更易于转化的活化步骤，然后将经活化的生物质转化成包括生物油的产物。在一个实施例中在湿磨步骤中将镁和铝盐引入生物质。

美国专利申请公开2013/0340746描述了用于在生物质热解方法的制备中使用盐酸、硫酸或磷酸将存在于生物质中的AAEM转化成热稳定的催化惰性的盐的方法。