一种将生物质原料转化为清洁柴油的系统及方法技术方案

一种将生物质原料转化为清洁柴油的系统及方法，所述系统包括生物质气化单元、合成气净化单元、费托合成反应单元、加氢精制单元和加氢异构裂化单元。本发明专利技术提供的系统具有工艺流程短、集成度高、能效高、经济性好等优点。采用本发明专利技术提供的系统和方法，可以实现生物质的高效转化利用。

System and method for converting biomass feedstock into clean diesel oil

A system and method for converting biomass into clean diesel oil, including biomass gasification unit, syngas purification unit, Fisher unit, hydrofining unit and hydroisomerization unit. The system provided by the invention has the advantages of short process flow, high integration, high energy efficiency, and good economic performance. The system and method provided by the invention can realize efficient conversion and utilization of biomass.

【技术实现步骤摘要】
一种将生物质原料转化为清洁柴油的系统及方法
本专利技术涉及一种将生物质原料转化为清洁柴油的系统和方法。
技术介绍
生物燃料作为一种新型的环境友好的替代燃料将是降低化石燃料依存度和缓解温室气体排放等问题的较好选择。生物质可以通过生物化学转化、热解、费托合成和加氢脱氧等技术进行转化，其中费托合成是目前看来较为成熟和经济的技术路线。主要流程为生物质通过热化学工艺转化为含有氢气和一氧化碳的合成气，再通过费托合成反应生成烃类，烃类经过深加工可得到优质液体燃料。中国专利CN101845319B公开一种以生物质为原料生产蜡以及燃料油的工艺，其特征是采用氧气法气化生物质，合成气经过焦油重整合净化后用于费托合成，采用三级固定床反应器串联形式进行费托合成，但是工艺复杂、流程长，需要较多的设备，投资较大。中国专利CN102703107B公开了一种生物质生产液体烃的方法，其特征是生物质气化得到的合成气与氢气混合，经过脱水和脱碳后进行费托合成，大部分尾气循环，少量尾气用于燃烧发电，该方法中氢气和合成气混合比例为1.1～1.7，需要匹配较大的制氢装置，大量的尾气循环能耗高。费托合成反应传质和传热过程优化一直是研究的重点内容。虽然固定床和浆态床反应器费托合成技术已经在工业上应用，但传质和传热过程仍存在各种各样的问题。微通道反应器技术为费托合成提供了新的技术平台，可以实现高性能费托合成催化剂在等温条件反应，既克服了固定床反应器传热差、不能应用小粒度催化剂的缺点，也解决了浆态床反应器液相传质阻力和催化剂与产品分离的问题，使得微反应器费托合成技术在近些年来颇受关注。中国专利CN103418321B公开一种层叠型微通道反应器，反应器由上盖板、第一反应板、第二反应板、下盖板组成，两块反应板交替叠置可根据需要设置多组，并采用一个进口两个出口的设计，具有较高的反应均匀性，反应效率高，流体压力损失小的特点。但是流体的分布特别是多层反应板之间的流体分布没有考虑，容易产生流体偏流。中国专利CN101460395B公开了一种微通道反应器系统，该系统具有在其中进行放热反应的第一通道板组件和用于热交换的第二通道板组件，该反应器应用于水煤气变换反应，能有效的散去反应时产生的热量，提高催化剂寿命和转化率。中国专利CN100529020C公开了一种用于费托合成的微通道反应器，该反应器采用高度或宽度为10mm的处理微通道和热交换通道组成，在含有催化剂的处理微通道中发生费托合成反应，将H2和CO转化为烃类，其中处理微通道和热交换通道形成热交换区，反应产生的热量由在热交换区由热交换通道内的介质吸收，处理微通道中催化剂负载于鳍状结构上。
技术实现思路
本专利技术的目的是在现有技术基础上提供一种将生物质原料转化为清洁柴油的系统和相关的应用方法。本专利技术所提供的系统，包括生物质气化单元、合成气净化单元、费托合成反应单元、加氢精制单元和加氢异构裂化单元，其中：(1)生物质气化单元内设置气化炉，气化炉具有生物质原料入口和粗合成气抽出线，粗合成气抽出线与合成气净化单元入口相连，合成气净化单元出口与净化合成气抽出线相连；(2)费托合成反应单元内设置具有三维通道结构的费托合成反应器，净化合成气抽出线与费托合成反应器入口相连，费托合成反应器内具有费托合成催化剂，费托合成反应器的反应生成物抽出线与分离单元I入口相连，分离单元I具有重质烃抽出线和轻质烃抽出线；(3)加氢精制单元内设置加氢精制反应器，轻质烃抽出线与加氢精制反应器入口相连，加氢精制反应器内具有加氢精制催化剂，加氢精制反应器的反应生成物抽出线与分离单元II入口相连，分离单元II具有石脑油抽出线、柴油抽出线和尾油抽出线；(4)加氢异构裂化单元内设置加氢异构裂化反应器，重质烃抽出线和尾油抽出线与加氢异构裂化反应器入口相连，加氢异构裂化反应器内具有加氢异构裂化催化剂，加氢异构裂化反应器的反应生成物抽出线与分离单元II入口相连。生物质气化单元的气化炉可采用任何气化炉形式，例如固定床气化炉或流化床气化炉。气化过程采用空气为气化剂，优选采用空气-蒸汽气化剂。合成气净化单元可采用常规的净化形式和净化设备。费托合成反应单元内设置具有三维通道结构的费托合成反应器，所述的具有三维通道结构的费托合成反应器包括反应通道、流体通道、流体入口分布腔和流体出口收集腔，所述反应通道为直线型通道，所述流体通道为非直线型通道，n个平行反应通道构成单个反应通道层，m个平行流体通道构成单个流体通道层，x个反应通道层和y个流体通道层组成交错的三维通道结构，其中n为5-10000，m为5-10000，其中x为1-10000，y为2-10000，流体通道的入口与流体入口分布腔相连，流体通道的出口与流体出口收集腔相连，所述的三维通道结构的反应器中，单位体积内的所有通道面积之和为500m2/m3-10000m2/m3。所述的具有三维通道结构的费托合成反应器中，优选单位体积内的所有通道面积之和为500m2/m3-5000m2/m3。所述的反应通道的最小边长为10-1000微米，优选为100-800微米。在本专利技术中，所述最小边长是指单一通道横截面上的最小的高度或宽度。在本专利技术中，所述直线型通道是指沿着反应介质的流动方向，通道的边线为直线型，该直线型通道便于反应物料的进出和催化剂的填充。所述的流体通道是强化传热的非直线型形状设计。本专利技术中，所述的强化传热是指通过改变流体通道的流通截面形状或流动方向而提高了传热效率的情况。非直线型形状是指沿着流体流动方向，流体通道的走向为折线型、波浪型、轴对称曲面型等形状。本专利技术中，通过流体通道流通面积和走向的变化，加强流体的扰动，从而加强换热。不同流体通道内流体可以并流或者逆流方向流动。所述流体通道与反应通道相邻，以实现与反应通道的热量交换。所述相邻的反应通道和流体通道的中心轴间的垂直距离为10-10000微米，优选为100-8000微米。所述的流体通道的最小边长为10-1000微米，优选为100-800微米。为达到良好的传热效果，在费托合成反应器内，总流体通道面积与总反应通道面积之比为0.5-3.0，优选为1.0-2.0。反应通道层和流体通道层组成交错的三维通道结构，其中一种优选的实施方式为，在投影面上，反应通道的中心轴与流体通道的中心轴成十字交叉排列。在本专利技术其中一种实施方式中，所述反应通道内装填费托合成催化剂，费托合成催化剂粒径为反应通道最小边长的1/10-1/2。本专利技术中，催化剂粒径是指催化剂横截面上任意两点间距离的最大值。在本专利技术其中一种实施方式中，所述反应通道内涂覆费托合成催化剂，涂覆的费托合成催化剂层厚度为反应通道最小边长的1/10-1/2。所述的三维通道结构的反应器由钢、钛、合金、铜或玻璃制成。所述的三维通道结构的由平面结构堆造例，如采用扩散焊接或者钎焊将板式结构封装在一起；或者采用3D制造技术进行浇筑。所述的费托合成反应器可以采用公知的任何技术进行加工，例如通过机械加工、激光加工、电化学加工、蚀刻等技术在基材板上的形式通道和孔，再通过扩散焊接、激光焊接、钎焊以及类似方法将基材板片进行组装而得到。本专利技术中，反应通道为直线型，可以方便地加载和去除催化剂。流体通道可以通过内部的流体对催化剂通道进行加热或冷却。流体通道具有更好的流体分布和强本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将生物质原料转化为清洁柴油的系统，包括生物质气化单元、合成气净化单元、费托合成反应单元、加氢精制单元和加氢异构裂化单元，其中：(1)生物质气化单元内设置气化炉，气化炉具有生物质原料入口和粗合成气抽出线，粗合成气抽出线与合成气净化单元入口相连，合成气净化单元出口与净化合成气抽出线相连；(2)费托合成反应单元内设置具有三维通道结构的费托合成反应器，净化合成气抽出线与费托合成反应器入口相连，费托合成反应器内具有费托合成催化剂，费托合成反应器的反应生成物抽出线与分离单元I入口相连，分离单元I具有重质烃抽出线和轻质烃抽出线；(3)加氢精制单元内设置加氢精制反应器，轻质烃抽出线与加氢精制反应器入口相连，加氢精制反应器内具有加氢精制催化剂，加氢精制反应器的反应生成物抽出线与分离单元II入口相连，分离单元II具有石脑油抽出线、柴油抽出线和尾油抽出线；(4)加氢异构裂化单元内设置加氢异构裂化反应器，重质烃抽出线和尾油抽出线与加氢异构裂化反应器入口相连，加氢异构裂化反应器内具有加氢异构裂化催化剂，加氢异构裂化反应器的反应生成物抽出线与分离单元II入口相连。

【技术特征摘要】
1.一种将生物质原料转化为清洁柴油的系统，包括生物质气化单元、合成气净化单元、费托合成反应单元、加氢精制单元和加氢异构裂化单元，其中：(1)生物质气化单元内设置气化炉，气化炉具有生物质原料入口和粗合成气抽出线，粗合成气抽出线与合成气净化单元入口相连，合成气净化单元出口与净化合成气抽出线相连；(2)费托合成反应单元内设置具有三维通道结构的费托合成反应器，净化合成气抽出线与费托合成反应器入口相连，费托合成反应器内具有费托合成催化剂，费托合成反应器的反应生成物抽出线与分离单元I入口相连，分离单元I具有重质烃抽出线和轻质烃抽出线；(3)加氢精制单元内设置加氢精制反应器，轻质烃抽出线与加氢精制反应器入口相连，加氢精制反应器内具有加氢精制催化剂，加氢精制反应器的反应生成物抽出线与分离单元II入口相连，分离单元II具有石脑油抽出线、柴油抽出线和尾油抽出线；(4)加氢异构裂化单元内设置加氢异构裂化反应器，重质烃抽出线和尾油抽出线与加氢异构裂化反应器入口相连，加氢异构裂化反应器内具有加氢异构裂化催化剂，加氢异构裂化反应器的反应生成物抽出线与分离单元II入口相连。2.按照权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的具有三维通道结构的费托合成反应器包括反应通道、流体通道、流体入口分布腔和流体出口收集腔，所述反应通道为直线型通道，所述流体通道为非直线型通道，n个平行反应通道构成单个反应通道层，m个平行流体通道构成单个流体通道层，x个反应通道层和y个流体通道层组成交错的三维通道结构，其中n为5-10000，m为5-10000，其中x为1-10000，y为2-10000，流体通道的入口与流体入口分布腔相连，流体通道的出口与流体出口收集腔相连，所述的三维通道结构的反应器中，单位体积内的所有通道面积之和为500m2/m3-10000m2/m3。3.按照权利要求2所述的系统，其特征在于，所述的费托合成反应器中，单位体积内的所有通道面积之和为500m2/m3-5000m2/m3。4.按照权利要求2所述的系统，其特征在于，所述的反应通道的最小边长为10-1000微米，优选为100-800微米。5.按照权利要求2所述的系统，其特征在于，所述的流体通道是强化传热的非直线型形状设计。6.按照权利要求2所述的系统，其特征在于，所述的流体通道的最小边长为10-1000微米，优选为100-800微米。7.按照权利要求2所述的系统，其特征在于，所述相邻的反应通道和流体通道的中心轴间的垂直距离为10-10000微米，优选为100-8000微米。8.按照权利要求2所述的系统，其特征在于，所述的费托合成反应器内，总流体通道面积与总反应通道面积之比为0.5-3.0，优选1.0-2.0。9.按照权利要求2所述的系统，其特征在于，所述反应通道内装填费托合成催化剂，费托合成催化剂粒径为反应通道最小边长的1/10-1/2。10.按照权利要求2所述的系统，其特征在于，所述反应通道内涂覆费托合成催化剂，涂覆的费托合成催化剂层...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐润，牛传峰，胡志海，夏国富，侯朝鹏，田鹏程，孙霞，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11