生物质转化的逆流过程制造技术

一种用于转化固态生物质材料的逆流过程。固态生物质材料与灼热热载体材料，例如颗粒状热载体材料和热气逆流通过反应器系统。固态生物质材料在第一温度Ｔ１下经历第一转化，在第二温度Ｔ２下经历第二转化，Ｔ２＞Ｔ１。Ｔ１下产生的生物油不接触更高温度Ｔ２。结果，生物油成分的二级反应被最小化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】生物质转化的逆流过程
技术介绍
1.专利
本专利技术一般涉及生物质材料转化，更具体地，涉及生物质材料催化转化成液体燃料广品。2.相关领域描述已经提出了数种热裂解过程用于将生物质材料转化成液态或气态产品。一般认为，特别是液态热裂解产品(常称作生物油)是不稳定的。为此，重要的是使生物油尽可能不接触升高的温度。已经提出了各式各样的快速热裂解过程。这些过程共同的主要特征如下将生物质材料引入热反应室，其中包含或不包含颗粒状热载体材料。如果使用热载体材料，该材料可以是惰性材料、催化材料、或两者的组合。用惰性气体从反应室中通过体积置换除去汽化和气态的反应产物。汽化反应产物和气态反应产物夹带在惰性气流中，到达冷凝室，其中汽化反应产物冷凝成液态，从惰性气流和气态反应产物中分离。虽然反应产物在反应室中停留的时间相当短(许多作者提出停留时间短于1秒钟)，但反应产物在到达冷凝室前仍然维持在高温下。因此，不稳定的生物油成分有相当大的机会发生二次反应。为了获得可接受的产率，反应器通常保持在或接近500°C的高温下。 这一事实加重了该问题。因此，特别需要一种生物质材料的转化过程，其中转化反应的反应产物接触高温的时间与现有技术的快速热裂解过程相比被缩短。专利技术概述本专利技术通过提供一种生物质材料的催化转化的逆流过程解决了这些问题，所述过程包括步骤(i)提供固态颗粒状生物质材料；(ii)将生物质材料加热到第一温度Tl ；(iii)使生物质材料与热气和/或灼热颗粒状热载体材料逆流接触，从而提供第二温度T2，其中T2 > Tl。本专利技术的另一个方面是该逆流过程产生的生物油。附图简要说明本专利技术的特征和优点可根据下列附图进一步理解，其中附图说明图1是现有技术的快速热裂解单元的示意图；图2是本专利技术所述过程的第一种实施方式的示意图。图3是图2的实施方式的变体的示意图；图4是本专利技术所述过程的第二种实施方式的示意图。图5、6、7是本专利技术所述过程的独立实施方式的示意图。专利技术详述本专利技术涉及一种生物质材料的催化转化的逆流过程，所述过程包括步骤(i)提供固态颗粒状生物质材料；(ii)将生物质材料加热到第一温度Tl ；(iii)使生物质材料与热气和/或灼热颗粒状热载体材料逆流接触，从而提供第二温度T2，其中T2 > Tl。本专利技术的一个主要方面是生物质转化反应的重要部分在较低温度Tl下发生，而该温度下形成的反应产物不接触较高温度T2。在较低温度Tl下不转化的生物质材料然后接触较高温度T2，以进一步转化。Tl和T2通常差50-200°C。在本专利技术的一个实施例中，步骤(ii)包括将固态颗粒状生物质材料与灼热的热载体材料混合。在步骤(ii)和该过程以后的阶段中，焦炭和/或炭沉积在热载体材料上。 在一个优选例中，焦炭和炭沉积在换热器中从颗粒状热载体材料上被烧尽。用焦炭和炭燃烧热提供热载体材料的必需反应热。颗粒状热载体材料可以是惰性材料，例如沙，或可以是催化材料。本文所用的术语 “催化材料”指一种材料，其在反应区中的存在影响至少一个转化反应参数、产率和产品分布，而本身不被反应消耗。催化材料的例子包括碱金属和碱土金属的盐、氧化物、和氢氧化物，氧化铝，铝硅酸盐，粘土，水滑石和水滑石样材料，来自生物质转化反应的灰烬等。也可使用此类材料的混合物。本文所用的术语“水滑石”指具有经验式Mg6Al2(CO3) (OH)16 · χΗ20的羟基碳酸盐， 其中X通常是4。术语“水滑石样材料”指具有经验通式M(II)6M(III)2 (CO3) (OH) W^H2O的物质，其中M(II)是二价金属离子，而M(III)是三价金属离子。这些材料与水滑石本身具有相同的主要晶体性质。颗粒状生物质材料可以与催化剂在步骤(ii)之前、步骤(ii)期间、或在步骤(ii) 之前和期间接触。例如，如果催化剂是水溶性材料，即在碱金属和碱土金属化合物的情况下，催化剂可以溶于水相溶剂，可在步骤(ii)前用催化剂水溶液浸渍生物质材料。催化剂可以是颗粒形式。颗粒状固态催化剂可以与颗粒状生物质材料在步骤(ii)前，在一个单独的机械处理步骤中接触。这样的机械处理可包括颗粒状生物质材料和颗粒状催化材料混合物的碾磨、研磨、捏合等。可将颗粒状固体形式的催化材料与颗粒状生物质材料在步骤(ii)期间接触。在一个优选例中，热载体材料包含或由颗粒状固态催化剂组成。炭和焦炭沉积在颗粒状热载体材料上。存在于颗粒状生物质起始材料中的无机物质在转化反应中转化成灰分。本专利技术的过程产生固态副产物，其主要由颗粒状热载体材料组成，该材料可包含，或由固态催化剂材料、焦炭、炭和灰分组成。虽然炭本身可以是液体， 但是当沉积在颗粒状固态材料上时，它被认为是过程的固态副产物。在一个优选例中，这些固态副产物在换热器中经历高温和含氧气氛(例如空气)。炭和焦炭可被燃烧，产生的热用于提高热载体材料的温度。该热被传输回本专利技术的过程。过程的主要反应产物是汽化的液体，即可冷凝的气体，以及气态反应产物。可冷凝的气体和气态反应产物夹带在步骤(iii)的热气中到达第一冷凝室，其中至少部分可冷凝气体转化成液体。从冷凝室逸出的不可冷凝的气体可燃烧产生热废气。热废气可用作热气，其在过程的步骤(iii)中与生物质材料接触。来自该燃烧过程的过量热可用于加热热载体材料。 来自换热器的废气也可用作热气，其与生物质材料在过程的步骤(iii)中接触。理想的是在步骤(iii)中提供具有还原型的热气。这可通过操纵换热器和/或不可冷凝气体的燃烧，从而产生含有显著量一氧化碳(CO)的废气。一般CO在含碳物质与亚化学计量量的氧一起燃烧时产生。理想的是可通过加入氢供体气体，例如甲烷或其它烃类进一步提高用于步骤 (iii)的热气的还原性。本专利技术的过程可以在至少两个反应器级联中进行，其中第一反应器用于步骤(ii)。第一反应器可以是漩流，其中生物质颗粒与固态热载体颗粒高速接触。第一反应器中的合适温度维持在200-450°C，优选300-400°C，更优选320_380°C。在另一个实施例中，过程在逆流(气升式(gas-up))下行床(downer)中进行，其是垂直管，其中颗粒状固态物质从顶部运行到底部，与向上流动的热气呈逆流方向。管底部的温度范围是450-550°C，优选480-520°C。管顶部附近的温度范围是250_350°C。具体实施例方式下面参考附图描述了本专利技术的一些实施例，其仅用于举例。根据图1，示意图显示了代表现有技术过程的快速热裂解单元100。颗粒状固态生物质115被引入反应器110，其维持在所需的转化温度，通常达到或接近500°C。惰性气体116，例如水蒸气、氮气或水蒸气 /氮气混合物被引入反应器110，以夹带气态反应产物111到冷凝室150，其中可冷凝气体转化为液态生物油152。从不可冷凝的气体151中分离出生物油，送到储藏容器170。来自反应器110的固体和炭112被送入换热器140，与空气113接触。换热器140 中的温度通常是约650°C。废气141主要是C02。来自换热器140的灼热热载体颗粒142回收入反应器110。当还存在于反应器110中时，反应产物接触的反应温度达到或接近500°C。即使在到达冷凝室150后，也需要一定时间使反应产物的温度降低到350°C以下。因此，反应产本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种催化转化生物质材料的逆流过程，所述过程包括步骤：（ｉ）提供固态颗粒状生物质材料；（ｉｉ）将生物质材料加热到第一温度Ｔ１；（ｉｉｉ）使生物质材料与灼热气体和／或灼热颗粒状热载体材料逆流接触，从而提供第二温度Ｔ２，其中Ｔ２＞Ｔ１。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·欧康纳，
申请(专利权)人：科伊奥股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US