[发明专利]一种生物质热解蒸气在线催化裂解快速制取生物油装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于新能源研究领域，更具体地，涉及一种生物质热解蒸气在线催化裂解快速制取生物油装置及方法。

背景技术

随着世界经济的持续发展，大量化石能源被不断消耗，导致了能源的日益枯竭以及环境污染的日趋严重。丰富的生物质资源在利用过程中具有CO₂净排放为零，SO_x、NO_x排放量少的优点。生物质热解获得生物油的技术自上世纪80年代提出以来，得到迅速发展。然而，由于生物原油与碳氢燃料的物理化学性质差别很大，它的高含水量、高含氧量、高黏度、低热值等性质大大阻碍了其燃料的广泛使用，因此必须对其进行改性精制，以提高生物油的品质。目前，精制改性方法主要有催化裂解、催化加氢、催化酯化和添加溶剂等方法，其中，催化裂解精制方法是中温、常压和在催化剂作用下，通过催化裂解反应将生物原油中的大分子含氧组分裂解成小分子烃类的精制方法。裂解反应安全性高，反应条件温和，受到国内外学者的广泛关注。

传统沸石分子筛HZSM-5及经金属改性的HZSM-5分子筛均表现出较好的催化裂解和芳构化性能(郭晓亚，颜涌捷，生物质快速裂解油的催化裂解精制，化学反应工程与工艺，2005，21(3)：227-233；S.Leng,X.Wang,Q.Cai,et al.Selective production of chemicals from biomas  s pyrolysis over metal chlorides supported on zeolite,Bioresource Technology,2013,149:341-345)，但传统的催化裂解将生物油快速加热蒸发进行催化提质，不但浪费能量，而且加热易导致生物油聚合结焦，且催化裂解过程中生物油中含有的未裂解完全的大分子会在分子筛催化剂的表面和内孔凝结，形成焦炭，导致催化剂易结焦失活，催化使用寿命较短(Adjaye J D,Bakhshi N N.Catalytic conversion of a biomass-derived oil to fuels and chemicals:II.Chemical kinetics,parameter estimation and model prediction.Biomass and Bioenergy,1995,8(4):265-277)。因此，如何实现催化剂高效快速再生及精制生物油的高效制取成为一个亟待解决的研究课题。

Zhang等提出将HZSM-5分子筛催化剂与生物质直接进行混合催化热解的方法(H.Y.Zhang,R.Xiao,H.Huang,G.Xiao,Comparison of non-catalytic and catalytic fast pyrolysis of corncob in a fluidized bed reactor,Bioresource Technology,2009,100:1428-1434)。该方法的主要缺点为：催化剂与生物质热解残炭难以有效分离，且存在催化剂分布不均匀，催化剂使用效率较低等缺点。而在催化剂再生方面：郭晓亚和Vitolo等均提出采用空气高温焙烧的方式再生HZSM-5催化剂的方法(郭晓雅，颜涌捷，生物质油精制中失活催化剂的再生及焦炭前驱物分析，高效化学工程学报，2006，20(2)：222-226；Vitolo S,Bresei B,Seggiani M,et al.Catalytic upgrading of pyrolytic oils over HZSM-5zeolite:Behavior of the catalytic when used in repeated upgrading-regenerating cycles.Fuel,2001,80:17-26)。该方法的主要缺点为：将结焦催化剂在空气气氛中于600℃灼烧12h，再生温度较高，再生耗时较长，且再生后的催化性能显著降低，长时间高温焙烧易造成催化剂表面酸性位点永久失活，并且活性随再生次数的增加而明显降低。

NTP(non-thermal plasma，NTP)发生器，是低温等离子体发生器，近年来，低温等离子体在臭氧发生技术、辐射光源和挥发性有机物降解处理等方面得到了广泛的应用，但在本发明的催化还原领域未见有应用。

因此，克服现有生物油的制取中存在的缺陷和不足，就成为本发明需解决的关键问题。

发明内容

为了克服现有精制生物油的制取技术中存在的缺陷，本发明提出一种生物质热解蒸气在线催化裂解快速制取生物油装置及方法。