[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

说明书

技术领域

本发明公开了一种生物油催化转化制备含氧液体燃料的方法和装置，涉及生物质资源利用领域。

背景技术

生物质能是唯一一种可以转化为气体、固体以及液体燃料的、实现化石能源全替代的“多功能型”可再生能源，重点发展可替代石油基液体燃料与化学品的生物质基高端产品（含氧液体燃料与高价值化学品），有助于从根本上缓解我国石油短缺的局势，保障国家能源安全，符合我国国家发展重大战略需求。目前，国内外将生物质转化为液体燃料的主流技术包括了生物化学转化法与热化学转化法，其中，生物质热解液化技术是热化学转化法中最具有发展潜力的生物质利用技术之一。

相比生物质原料而言，生物质热解液化产物—生物油具有能量密度高、易储存和运输方便等显著优点。生物油可以直接应用于工业锅炉、燃气轮机等设备，对生物油进行精制后可以用来代替汽车燃油。但是，生物油中氧含量高达30-40 wt%（一般重油的含氧量在1wt%左右），高位热值为16-19 MJ/kg，不到石油的一半，此外，由于大量含氧不稳定化合物的存在，油加热到80℃就会发生聚合分解反应，因此油的应用范围受到很大的限制。一般而言，要想提高生物油的利用价值，必须对生物油进行精制处理。

生物油品质提升工艺主要有物理方法和热化学（催化）法。物理方法有乳化法和分馏精制法，可以实现对生物油有机组分的有效分离与应用，但是并没有根本改变生物油含氧量高、热值低以及热稳定性差的缺点。热化学（催化）方法主要有生物油催化裂化法以及生物油催化加氢法，催化裂化可以实现生物油的脱氧，提高生物油热值而获得较高品质的液体燃料与化学品；生物油催化加氢的方法可以对生物油进行部分脱氧、饱和不饱和键、提升液体产物中多元醇等目标产物比例且碳转化率高，实现整体提升生物油品质，获得高品质生物质基液体燃料以及高价值平台化合物，美国生物油品质提升领域专家Elliott教授更指出生物油催化加氢工艺，将成为生物油升级为“高品质液体燃料与化学品”的一个重要方向。值得一提的是，目前大部分的热化学催化升级生物油品质的方法（催化加氢与催化裂化）都是针对生物油全组分（水相与水不溶相或油相）进行的，大量的研究表明生物油中的油相（水不溶相）组分主要由木质素的衍生物以及一些含氧杂环类有机物组成，热稳定性差，在转化过程中极易造成催化剂的结焦而使得其催化性能丧失，带来工艺的稳定性与连续性降低；还有一些方法只是针对生物油中的水相或是油相组分单独进行热化学催化转化升级，没有实现生物油的全组分利用。

因此，从生物油不同组分（水相与油相）的理化特性出发，通过热化学催化方法与其他新方法的结合，对生物油进行“分级转化”，降低催化剂结焦、增强工艺的连续性与稳定性，是实现生物油走向高值化与规模化利用的必经之路，需求十分迫切。

发明内容

技术问题：本发明旨在解决针对生物油全组分进行的热化学催化方法升级生物油品质过程中，催化剂易结焦而丧失催化性能，带来工艺的稳定性与连续性降低问题，以及针对生物油中的水相或油相组分单独进行热化学催化转化升级，没有实现生物油的全组分利用问题，提出了一种将油相（非水溶相，这里简称“油相”）生物油和水相生物油分级利用、互补氢源的生物油催化转化制备含氧液体燃料的方法和装置，即一种生物油催化转化制备含氧液体燃料的装置和方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供了一种生物油催化转化制备含氧液体燃料的装置，该装置包括生物质快速热裂解制油系统，用于制备生物油；

生物油油水相分离系统，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和水相生物油催化加氢系统；

油相生物油化学链制氢系统，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；

水相生物油催化加氢系统，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。

优选的，生物质快速热裂解制油系统包括快速热裂解装置、气固分离器和快速冷凝器，其中，快速热裂解装置出口与气固分离器相连，气固分离器出口与快速冷凝器相连；