生物质费托合成柴油的制备方法 |
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| 申请号 | CN202311647147.5 | 申请日 | 2023-12-04 | 公开(公告)号 | CN117757507A | 公开(公告)日 | 2024-03-26 |
| 申请人 | 俏东方生物燃料集团有限公司; | 发明人 | 颉二旺; 钟宇翔; 颉宇; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种 生物 质 费托合成柴油的制备方法，包括：以木质 纤维 类生物质原料经过 过热 蒸汽 降压 水 热炭化，将生物质中的 纤维素 和木质素转化为生物质合成喷吹粉 燃料 ；生物质合成喷吹粉燃料加压气流床高温 气化 生产生物质 合成气 ，气化剂为 氧 气和水蒸气，生物质合成气调整H/C＝2‑3:1；生物质合成气经费托合成工艺生产生物质费托合成柴油。本发明利用生物质经 过热蒸汽 降压水热炭化后得到生物质合成喷吹粉燃料，能够大规模连续化生产生物质费托合成柴油。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种生物质费托合成柴油的制备方法，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 生物质费托合成柴油的制备方法技术领域背景技术[0002] 人类能源主要经历了生物质(释放能量：1.2×107J/kg)、煤炭(无烟煤释放能量：7 7 3.4×10J/kg)、石油(汽油释放能量：4.6×10J/kg)的三个阶段，能源转换的核心驱动力都是能量密度的提高。 [0003] 目前推崇的光电、风电、蓄电池、氢能(释放能量：1.4×10^7J/kg)等均为低能量密度能源。生物质早期之所以被淘汰，根本原因在于其能量密度低，本征缺陷终将使其重蹈覆辙。寻找可持续高能量密度的可再生能成为全球竞相追逐的热点。 [0004] 太阳能是最廉价的可再生能源，已成为人类使用能源的重要组成方式，而生物质是最为理想的太阳能热储能载体，同时也是国际公认的零碳能源。它在固定吸收太阳能时依靠的是植物的光合作用，而且能量收支平衡，在能源返还时间(Energy payback time，EPT)方面，生物质仅为5～75天，光伏发电长达2～3年。将生物质采用现代高新技术转化为高能量密度能源是必经之路。 [0005] 煤炭是千百万年来植物的枝叶和根茎，在地面上堆积而成的一层极厚的黑色的腐植质，由于地壳的变动不断地埋入地下，长期与空气隔绝，并在高温高压下，经过一系列复杂的物理化学变化等因素，形成的黑色可燃沉积岩。一般以块状形式存在，使用前磨成喷吹微粉，通过气力输送来应用，如燃煤热电联供、煤气化、高炉炼铁等，块煤已无法直接使用。生物质与煤炭最大的区别在于其高水分难利用、氧含量极高(45％以上)、密度小热值低、粉末无法气力输送、储存运输难等，所以同为固体燃料，但却代替不了煤。 发明内容[0008] 为达到上述目的，本发明使用的技术解决方案是： [0009] 生物质费托合成柴油的制备方法，包括： [0011] 生物质合成喷吹粉燃料加压气流床高温气化生产生物质合成气，气化剂为氧气和水蒸气，生物质合成气调整H/C＝2‑3:1； [0012] 生物质合成气经费托合成工艺生产生物质费托合成柴油。 [0013] 进一步，原料经过热蒸汽高温高压反应将生物质中的半纤维素转化为糠醛，温度为260‑280℃，压力为2.4‑2.6MPa，时间0.5‑5分钟，反应将生物质中的半纤维素转化为糠醛；糠醛降压反应合成喷吹粉燃料，温度为160‑180℃、压力为1.0‑1.2MPa，时间5‑30分钟，反应将生物质中的纤维素和木质素最终转化为生物质合成喷吹粉燃料。 [0014] 进一步，使用加压气流床高温气化炉利用生物质合成喷吹粉燃料生产生物质合成气，原料为生物质合成喷吹粉燃料，气化剂为氧气和水蒸气，气化温度1200‑1800℃，气化压力2.5‑3.5MPa，生产以H2和CO为主的生物质合成气。 [0015] 进一步，费托合成工艺采用浆态床反应器生产生物质费托合成柴油，反应温度为230‑260℃，压力为2.5‑3.5MPa，催化剂为铁基催化剂。 [0016] 本发明技术效果包括： [0017] 1、本发明利用生物质经过热蒸汽降压水热炭化后得到生物质合成喷吹粉燃料，能够替代喷吹煤使用，生物质合成喷吹粉燃料能够实现高温气化，可连续化生产生物质合成气。 [0018] 2、本发明利用生物质合成气，采用费托合成工艺生产生物质费托合成柴油。 [0019] 本发明利用生物质合成喷吹粉燃料经加压气流床高温气化工艺生产生物质合成气，替代煤基生物质合成气使用。以生物质合成气为原料，采用煤基生物质合成气延伸产品现有的工艺及装备，顺利生产一系列生物质产品，如生物质费托合成柴油、生物质合成天然气、生物氢、生物氨、生物尿素等。 [0020] 3、本发明以生物质为原料，开发出生物质合成喷吹粉燃料和生物质合成气两个平台，延伸生产生物质费托合成柴油，原料来源广泛，过程绿色，适合工业化生产，可全面替代煤基产品。 [0021] 以木质纤维素类生物质为原料，原料廉价易得，来源广泛，使用的原料多数为农林剩余物、有机生活垃圾，属于低质资源高值化循环利用。 [0022] 4、采用过热蒸汽降压水热炭化工艺，将半纤维素转化为糠醛，纤维素和木质素转化为生物质合成喷吹粉燃料，实现生物质全组分利用。 [0023] 5、使用加压气流床高温气化工艺具有气化效率高、气化温度高，生物质合成气品质高，尤其适合费托合成工艺、甲烷化工艺，能够大规模连续化生产生物质费托合成柴油。 [0024] 生物质费托合成柴油具有十六烷值高、热值高、燃烧充分、低温流动性好等特点，可替代煤基费托合成柴油、天然气基费托合成柴油及其它化石基柴油，生物质费托合成柴油能够用于柴油机动力装备。 具体实施方式[0025] 以下描述充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践和再现。 [0026] 本发明以木质纤维素类生物质为原料(农林剩余物、有机生物质垃圾、资源作物)经过热蒸汽降压水热炭化后得到的生物质合成喷吹粉燃料为原料，经加压气流床高温气化工艺生产生物质合成气，再经费托合成工艺生产生物质费托合成柴油。 [0027] 生物质费托合成柴油的制备方法，具体步骤如下： [0028] (1)、以木质纤维类生物质原料经过过热蒸汽降压水热炭化，将生物质中的纤维素和木质素转化为生物质合成喷吹粉燃料； [0029] 以木质纤维素类生物质为原料(农林剩余物、有机生物质垃圾、资源作物)，经过热蒸汽降压水热炭化后得到的生物质合成喷吹粉燃料，步骤包括： [0030] 原料经过热蒸汽高温高压反应将生物质中的半纤维素转化为糠醛，温度为260‑280℃，压力为2.4‑2.6MPa，时间0.5‑5分钟，反应将生物质中的半纤维素转化为糠醛； [0031] 糠醛降压反应合成喷吹粉燃料，温度为160‑180℃、压力为1.0‑1.2MPa，时间5‑30分钟，反应将生物质中的纤维素和木质素最终转化为生物质合成喷吹粉燃料。 [0032] (2)、生物质合成喷吹粉燃料加压气流床高温气化生产生物质合成气，气化剂为氧气和水蒸气，生物质合成气调整H/C＝2‑3:1； [0033] 使用加压气流床高温气化炉利用生物质合成喷吹粉燃料生产生物质合成气，原料为生物质合成喷吹粉燃料，气化剂为氧气和水蒸气，气化温度1200‑1800℃，气化压力2.5‑3.5MPa，生产以H2和CO为主的生物质合成气；气体继续调整H/C＝2‑3:1。 [0034] (3)、生物质合成气经费托合成工艺生产生物质费托合成柴油。 [0035] 费托合成工艺生产生物质费托合成柴油，原料为生物质合成气，采用浆态床反应器，反应温度为230‑260℃，压力为2.5‑3.5MPa，催化剂为铁基催化剂。 [0036] 实施例1： [0037] (1)、200kg树木剪枝(含水率21％)粉碎至1cm以下，进入第一阶段的过热蒸汽高温高压反应器反应，包括：温度为265℃、压力为2.4MPa，时间4分钟，秸秆中的半纤维素转化为糠醛气体排出，纤维素和木质素进入第二阶段降压反应器；包括温度为170℃、压力为1.05MPa，时间24分钟，将纤维素和木质素分别转化为生物质合成喷吹粉燃料149kg(含水率为8.95％)。 [0038] 生物质合成喷吹粉燃料特性指标如下： [0039] [0040] (2)、将149kg生物质合成喷吹粉燃料放入加压气流床高温气化炉生产生物质合成气，包括生物质合成喷吹粉燃料粒径为100目，气化剂为氧气和水蒸气，气化温度1450℃，气化压力2.8MPa，气体继续进入净化装置、水蒸气重整装置后调整H/C＝2.1:1，得到生物质合3 成气149Nm。 [0041] 生物质合成气特性指标如下： [0042] 项目 技术指标H2/％ 62.1 CO/％ 37.8 CO2/％ 0.05 CH4/％ 0.05 [0043] (3)、费托合成生物质费托合成柴油，进气量为149Nm3；采用浆态床反应器，将生物质合成气通入反应器，反应温度为240℃，反应压力2.8MPa；催化剂为铁基催化剂；产物选取C12‑C22的组分，共得到产物生物质费托合成柴油52.5kg。 [0044] 生物质费托合成柴油特性指标如下： [0045] [0046] 实施例2： [0047] (1)、200kg竹子(含水率22％)粉碎至1cm以下，进入第一阶段的过热蒸汽高温高压反应器反应，包括：温度为270℃、压力为2.5MPa，时间4.5分钟，竹子中的半纤维素转化为糠醛气体排出，纤维素和木质素进入第二阶段降压反应器；包括温度为165℃、压力为1.1MPa，时间20分钟，将纤维素和木质素分别转化为生物质合成喷吹粉燃料150.5kg(含水率为9.02％)。 [0048] 生物质合成喷吹粉燃料特性指标如下： [0049] [0050] (2)、将150.5kg生物质合成喷吹粉燃料放入加压气流床高温气化炉生产生物质合成气，包括生物质合成喷吹粉燃料粒径为100目，气化剂为氧气和水蒸气，气化温度1600℃，气化压力3.0MPa，气体继续进入净化装置、水蒸气重整装置后调整H/C＝2.2:1，得到生物质3 合成气152Nm。 [0051] 生物质合成气特性指标如下： [0052] [0053] [0054] (3)、费托合成生物质费托合成柴油，包括进气量为152Nm3；采用浆态床反应器，将生物质合成气通入反应器，反应温度为245℃，反应压力3.2MPa；催化剂为铁基催化剂；产物选取C12‑C22的组分，共得到产物生物质费托合成柴油52.7kg。 [0055] 生物质费托合成柴油特性指标如下： [0056] [0057] 实施例3： [0058] (1)、200kg废旧木家具(含水率8％)粉碎至1cm以下，进入第一阶段的过热蒸汽高温高压反应器反应，包括：温度为280℃、压力为2.6MPa，时间5分钟，废旧木家具中的半纤维素转化为糠醛气体排出，纤维素和木质素进入第二阶段降压反应器；包括温度为180℃、压力为1.2MPa，时间30分钟，将纤维素和木质素分别转化为生物质合成喷吹粉燃料179.5kg(含水率为8.92％)。 [0059] 生物质合成喷吹粉燃料特性指标如下： [0060] [0061] (2)、将179.5kg生物质合成喷吹粉燃料放入加压气流床高温气化炉生产生物质合成气，包括生物质合成喷吹粉燃料粒径为100目，气化剂为氧气和水蒸气，气化温度1650℃，气化压力3.5MPa，气体继续进入净化装置、水蒸气重整装置后调整H/C＝2.5:1，得到生物质3 合成气185Nm。 [0062] 生物质合成气特性指标如下： [0063] 项目 技术指标H2/％ 62.5 CO/％ 37.4 CO2/％ 0.02 CH4/％ 0.08 [0064] (3)、托合成生物质费托合成柴油，包括进气量为185Nm3；采用浆态床反应器，将生物质合成气通入反应器，反应温度为260℃，反应压力3.5MPa；催化剂为铁基催化剂；产物选取C12‑C22的组分，共得到产物生物质费托合成柴油62.8kg。 [0065] 生物质费托合成柴油特性指标如下： [0066] [0067] 实施例4： [0068] (1)、200kg玉米秸秆(含水率22％)粉碎至1cm以下，进入第一阶段的过热蒸汽高温高压反应器反应，包括：温度为240℃、压力为2.4MPa，时间3分钟，玉米秸秆中的半纤维素转化为糠醛气体排出，纤维素和木质素进入第二阶段降压反应器；包括温度为160℃、压力为1.1MPa，时间20分钟，将纤维素和木质素分别转化为生物质合成喷吹粉燃料130.5kg(含水率为9.45％)。 [0069] 生物质合成喷吹粉燃料特性指标如下： [0070] [0071] (2)、将130.5kg生物质合成喷吹粉燃料放入加压气流床高温气化炉生产生物质合成气，包括生物质合成喷吹粉燃料粒径为100目，气化剂为氧气和水蒸气，气化温度1550℃，气化压力2.5MPa，气体继续进入净化装置、水蒸气重整装置后调整H/C＝2.3:1，得到生物质3 合成气135Nm。 [0072] 生物质合成气特性指标如下： [0073] 项目 技术指标H2/％ 62.0 CO/％ 37.9 CO2/％ 0.07 CH4/％ 0.03 [0074] (3)、费托合成生物质费托合成柴油，包括进气量为135Nm3；采用浆态床反应器，将生物质合成气通入反应器，反应温度为250℃，反应压力3.0MPa；催化剂为铁基催化剂；产物选取C12‑C22的组分，共得到产物生物质费托合成柴油45.6kg。 [0075] 生物质费托合成柴油特性指标如下： [0076] [0077] 本发明所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离技术方案的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。 |
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