[发明专利]催化剂/生物质在输送反应器内的改进混合

说明书

发明背景

1.发明领域

本发明一般涉及用于热解固体粒状生物质材料的改进反应器，更具体地涉及用于混合固体生物质材料与提升介质和传热介质的混合区。

2.背景技术

气流床反应器(entrained bed reactor)也称输送反应器，在流化催化裂化(FCC)领域是众所周知的。此工艺在原油精炼中用来裂化较重的原料，如真空瓦斯油(VGO)，生成沸点在例如汽油和柴油范围内的烃化合物。

在典型的FCC反应器中，热颗粒催化剂在混合段与非氧化提升气体混合。提升气体流夹带热催化剂颗粒。将液体原料喷射到该夹带的催化剂颗粒流中。原料液滴接触催化剂颗粒的热量后，迅速蒸发。原料蒸气的形成导致催化剂颗粒进一步加速。蒸气里的烃催化裂化到所需分子量范围。

Freel等的美国专利第5961786号揭示了一种FCC-型反应器，用于各种原料的热裂解或催化裂化，所述原料包括液体和固体生物质材料。该反应器是一种上流式气流床反应器，包含具有第一进口装置和第二进口装置的混合段。通过第一进口装置将热的传热介质颗粒加入混合区。提升气体携带传热颗粒，将其向上输送。通过第二进口装置将原料注射到热的传热颗粒流中。

第’786号专利包含将该反应器用于热解木材颗粒的实施例，它们用沙作为传热介质。该专利声称的目标是生产木材蒸馏产品，所述产品可用作“烟熏液”产品，用来给食品如肉类调味。木材蒸馏产品的特征是pH低(约3.0)而含氧量高，使得它们不适合用作液体燃料或者液体燃料的掺合料。

人们需要一种气流床反应器，用来将固体生物质材料热解为含氧量低的液体产物。

因此，特别需要一种用于固体生物质材料的催化热解工艺的气流床反应器。

发明内容

本发明通过提供用于流化裂化固体粒状生物质材料的反应器而解决了这些问题，所述反应器包含：

(i)第一混合区，用于混合包含粒状固体生物质材料的第一颗粒流和提升介质，以及用于流化和输送提升介质中的第一颗粒流，形成经流化的第一颗粒流；

(ii)第二混合区，用于注射包含载热材料的第二颗粒流，以及用于混合所述第二颗粒流和经流化的第一颗粒流，所述第二混合区位于第一混合区下游。

在一个优选的实施方式中，固体生物质材料包含纤维素，特别是木质纤维素。

优选的载热材料是对固体生物质材料的裂化具有催化活性的材料。

附图说明

本发明的特征和优点可结合下面的附图理解，其中：

图1是本发明反应器的混合区的示意图，图中显示了第一和第二颗粒流。

发明详述

在常规FCC设备中，混合区一般称作“Y形区(wye)”，因为许多情况下它包含Y形管组件。参见例如Upson的美国专利第6616899号，特别是其中的图1，从再生器出来的热催化剂颗粒计量进入Y形区的一个分支。热颗粒在交叉处遇到上行提升气体流，并被其夹带。在Y形区交叉点上方某处将原料注射到热颗粒流中。一般地，原料注入位置充分高于Y形区交叉点，以便催化剂颗粒在接触原料之前与提升气体充分混合。

Freel等的美国专利第5961786号揭示了一种气流床反应器，用于包括固体或液体生物质材料在内的各种材料的热解或催化热解。该反应器包含具有第一进口和第二进口的混合区。该混合区被设计成常规FCC Y形区。具体地，提升气体首先与热的载热材料混合，然后将原料加入此提升气体/载热剂流。

第’786号专利所报告的热解产物的目标用途是用作“烟熏液”，一种用来给食品，特别是肉类调味的产品。这些烟熏液产品的特征是低pH(约3)、高含氧量(约26重量％)和形成棕色的倾向。虽然这些性质对于烟熏液产品来说是需要的，但对于液体燃料以及液体燃料的掺合料来说是非常不利的。

特别地，形成棕色的倾向意味着该烟熏液产品包含生物质材料过度裂化产生的成分。我们发现，导致第’786号专利的反应器中发生过度裂化的一个因素是所报告的混合区设计。

与液体FCC进料不同，固体粒状生物质材料不能喷射到混合区。因此，与液体FCC进料相比，固体粒状生物质材料与提升气体充分混合需要更长的时间。在FCC装置中，液体进料的快速蒸发加速了混合过程。混合固体粒状生物质与提升气体时不存在这种效应。在产生任何蒸气之前，生物质颗粒需要部分热解。因此，就蒸发有助于生物质颗粒与提升气体的混合来说，该效应比在常规FCC工艺中启动慢，而且没那么显著。结果，与液体进料相比，固体粒状进料需要更多的时间实现良好混合。