[发明专利]一种生物油催化转化制备含氧液体燃料的装置和方法

权利要求书

1. 一种生物油催化转化制备含氧液体燃料的装置，其特征在于：该装置包括：生物质快速热裂解制油系统（Ⅰ），用于制备生物油；

生物油油水相分离系统（Ⅱ），用于接收上述生物油，并将该生物油分离成油相生物油和水相生物油分别输出给油相生物油化学链制氢系统（Ⅲ）和水相生物油催化加氢系统（Ⅳ）；

油相生物油化学链制氢系统（Ⅲ），用于接收上述油相生物油，并将其生成氢气和低价金属氧化物，氢气输出给水相生物油催化加氢系统（Ⅳ）；

水相生物油催化加氢系统（Ⅳ），用于接收上述水相生物油和氢气，并与催化剂一起经过低温催化加氢反应，生成加氢气相产物； 

含氧液体燃料分馏与提纯系统（Ⅴ）用于接收上述气相产物，并将其转化成含氧液体燃料，同时，冷却水吸热变成水蒸气，送入油相生物油化学链制氢系统（Ⅲ）。

2. 根据权利要求1所述的生物油催化转化制备含氧液体燃料的装置，其特征在于： 

生物质快速热裂解制油系统（Ⅰ）包括快速热裂解装置（1）、气固分离器（2）和快速冷凝器（3），其中，快速热裂解装置（1）出口与气固分离器（2）相连，气固分离器（2）出口与快速冷凝器（3）相连；

生物油油水相分离系统（Ⅱ）包括油水相分离器（4），油水相分离器（4）入口与快速冷凝器（3）的出口相连，油水相分离器（4）出口处的水相端与浆态床低温催化加氢反应器（10）相连，油水相分离器（4）出口处的油相端与还原反应器相连（5）的油相端入口；

油相生物油化学链制氢系统（Ⅲ）包括还原反应器（5）、蒸汽制氢器（6）和空气反应器（7），还原反应器相连（5）的油相端入口与油水相分离器（4）出口处的油相端相连，还原反应器（5）出口与蒸汽制氢器（6）相连，蒸汽制氢器（6）的H2出口端与第一压气机（8）的入口端和第二压气机（9）的入口端相连，蒸汽制氢器（6）低价金属氧化物出口端与空气反应器（7）相连，蒸汽制氢器（6）的水蒸气进口端与分馏与提纯系统（14）相连，空气反应器（7）出口端与还原反应器（5）的入口端相连；

水相生物油催化加氢系统（Ⅳ）包括第一压气机（8）、第二压气机（9）、浆态床低温催化加氢反应器（10）、浆态床高温催化加氢反应器（11）、固液分离装置（12）和催化剂还原装置（13），浆态床低温催化加氢反应器（10）H₂入口端与第一压气机（8）相连，浆态床低温催化加氢反应器（10）的产物出口端与浆态床高温催化加氢反应器（11）相连，浆态床高温催化加氢反应器（11）H₂入口端与第二压气机（9）相连，浆态床高温催化加氢反应器（11）的固液产物出口端与固液分离装置（12）相连，固液分离装置（12）的固相出口端与催化剂还原装置（13）相连，固液分离装置（12）的气相出口端与分馏与提纯系统（14）相连；

含氧液体燃料分馏与提纯系统（Ⅴ）包括分馏与提纯系统（14），其气相进口端与固液分离装置（12）的气相出口端相连，其分馏与提纯产物即为含氧液体燃料。

3. 根据权利要求2所述的生物油催化转化制备含氧液体燃料的装置，其特征在于：油相生物油化学链制氢系统（Ⅲ）采用铁基载氧体Fe₂O₃/Al₂O₃，载体为活性氧化铝，活性成分为Fe₂O₃，还原反应器（5）工作温度为900~950℃；蒸汽制氢器（6）的工作温度为800~850℃；空气反应器（7）工作温度为950~970℃。

4. 根据权利要求2所述的生物油催化转化制备含氧液体燃料的装置，其特征在于：浆态床低温催化加氢反应器（10）工作温度为120~160℃，工作压力为3~5MPa，浆态床高温催化加氢反应器（11）工作温度为200~300℃，工作压力为8~15MPa。

5. 一种生物油催化转化制备含氧液体燃料的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：首先将生物质进行热裂解制油，获得的生物油进行水相与油相分离，对油相生物油通过化学链方法制氢，提供“氢源”给水相生物油在浆态床中两步催化加氢，加氢后的产物直接分离提纯获得含氧液体燃料。

6. 根据权利要求5所述的生物油催化转化制备含氧液体燃料的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：首先，将生物质原料从快速热裂解装置（1）顶部加入，在下行过程中，作为热裂解热源的载热体与生物质自混合并加热生物质，当加热到500~600℃后生物质发生快速热裂解反应；快速热裂解装置（1）出口与气固分离器2相连，热裂解产物经气固分离器（2）将固体颗粒和油气分离，纯净的油气通入快速冷凝器（3），经快速冷凝而获得生物油；

将热裂解制得的生物油和水分别通入油水相分离器（4），分离成油相生物油和水相生物油；其中，油相生物油采用化学链方法制氢：首先，将油相生物油与高价态金属氧化物放入还原反应器（5），两者在其中发生氧化还原反应，反应温度为900~950℃，高价态金属氧化物被还原成高温金属单体；还原反应器（5）与蒸汽制氢器（6）相连接，将高温金属单体与水蒸气分别送入蒸汽制氢器（6），两者充分混合并发生反应，反应温度保持为800~850℃，生成氢气和低价金属氧化物；蒸汽制氢器（6）与空气反应器（7）相连接；再将低价金属氧化物和空气分别送入空气反应器（7），两者充分混合，低价金属氧化物与空气中的氧气发生氧化反应，反应温度为950~970℃，生成高价金属氧化物，即载氧体；空气反应器（7）与还原反应器（5）相连，将高价金属氧化物再送入还原反应器（5）循环使用；

水相生物油采用浆态床催化加氢制备含氧液体燃料；首先，将从蒸汽制氢器（6）制得的氢气通过第一压气机（8）加压，通入浆态床低温催化加氢反应器（10），同时分别加入水相生物油和镍基分子筛催化剂，保持反应温度为120~160℃，反应压力为3~5MPa；经过三相低温催化加氢反应后，将生成的固液产物送入浆态床高温催化加氢反应器（11），三相即指固相：催化剂，液相：水相生物油，气相：氢气；然后，将从蒸汽制氢器（6）制得的氢气通过第二压气机（9）加压，通入浆态床高温催化加氢反应器（11），同时加入镍基分子筛催化剂，保持反应温度为200~300℃，反应压力在为8~15MPa；经过三相高温催化加氢反应后，将生成的固液产物送入固液分离装置（12）分离固相产物即催化剂；然后将催化剂送入催化剂还原装置（13），去除催化剂表面积炭，经再生后的催化剂又被分别送入浆态床催化低温加氢反应器（10）和浆态床催化高温加氢反应器（11），进行循环使用，液相产物在固液分离装置（12）中被加热蒸发而变成气相产物；

最后，将气相产物与冷却水分别送入分馏与提纯系统（14），经过冷却、分馏、提纯过程，气相产物最终转化成含氧液体燃料，而冷却水吸热后变成水蒸气，这些水蒸气送入蒸汽制氢器（6），作为制氢用的蒸汽源。