固体含烃材料的催化热解及相关的生物燃料和芳烃化合物制造技术

本发明专利技术涉及用于制造流体烃产物的组合物和方法，更具体地涉及通过催化热解制造流体烃产物的组合物和方法。一些实施方案涉及通过催化热解制造特定芳烃产物的方法。一些这样的方法可以包括使用包含固体含烃材料和多相热解催化剂组分的混合物的组合物。一些实施方案涉及以高的速率加热催化剂和含烃材料的混合物。本文所述的方法还可以涉及使用专用催化剂，例如，可以使用沸石催化剂；本文所用的催化剂任选地可以具有高的二氧化硅与氧化铝摩尔比。在一些情况下，送入热解反应器的组合物可具有相对高的催化剂与含烃材料质量比。

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请日为2009年3月3日、申请号为“200980116001.X”、专利技术名称为“固体生物质的催化热解及相关的生物燃料、芳烃化合物和烯烃化合物”的中国专利申请的分案申请，原申请是国际申请PCT/US2009/001382的中国国家阶段申请。
本专利技术涉及用于制造生物化学品，如生物燃料、芳烃化合物和烯烃化合物的组合物和方法，更具体地涉及通过催化热解制造生物化学品的组合物和方法。
技术介绍
因其低成本和广范的可获得性，全世界都在研究木质纤维素类生物质作为可再生液体生物燃料的原料。一种推动力特别在于，如果不使用化石燃料制造的话，生物质衍生燃料的净CO2排放为零。但是，木质纤维素类生物质目前没有被普遍用作液体燃料源，这是因为典型的现有转化方法被认为在经济上不可行。研究了几种将固体生物质转化成液体燃料的途径。在低温下(例如200-260℃)，可以通过包括脱水、醛醇缩合和脱水/氢化的碳水化合物水溶液的多步水相处理(APP)制造柴油级烷烃(G.W.Huber，J.A.Dumesic，Catalysis Today 2006，111，119-132.)。但是，APP要求首先将固体木质纤维素类生物质转化成碳水化合物水溶液。在更高温度(～800℃)下，可以在自热填充床反应器中利用催化剂通过部分氧化重整固体生物质以制造合成气(P.J.Dauenhauer，J.D.Dreyer，N.J.Degenstein，L.D.Schnudt，Angew.Chem.Iht.Ed.2007，46，5864-5867.)。由该反应制成的合成气可以进料到次级工艺中以制造燃料和化学品。对某些应用而言，固体生物质转化的理想方法可以包括在单个步骤中以短停留时间由固体生物质制造适用于现有基础设施的液体燃料。不幸的是，APP和合成气法都不符合这个标准。另一种生物燃料生产途径是快速热解，其可以包括例如将生物质快速加热(例如～500℃/秒)至中等温度(例如～400-600℃)，随后快速冷却(例如停留时间1-2秒)(参见A.V.Bridgwater，Fast Pyrolysis of Biomass：A Handbook Volume 2，CPL Press，Newbury，UK，2002.)。常规的快速热解通常产生被称为生物油的热不稳定的液体产品混合物，即随时间降解的超过300种化合物的酸性易燃液体混合物。但是，生物油与现有的液体运输燃料如汽油和柴油不相容，且产率低。因此，在本领域仍在研究由固体生物质生产有用生物燃料与相关化合物的经济、有效的途径。
技术实现思路
本专利技术一般涉及用于制造生物化学品，如生物燃料、芳烃化合物和烯烃化合物的组合物和方法。本专利技术的主题在一些情况下涉及相互关联的产品、对特定问题的替代解决方案、和/或一种或更多种系统和/或制品的多种不同用途。在一组实施方案中，由固体含烃材料制造一种或更多种流体烃产物的方法包括：在流化床反应器中提供固体催化剂；以大约0.01小时-1至大约10小时-1的质量归一化空速将固体含烃材料送入该流化床反应器；在足以产生一种或更多种热解产物的反应条件下，在该流化床反应器中热解至少一部分该含烃材料；和在足以产生所述一种或更多种流体烃产物的反应条件下，利用该固体催化剂使至少一部分所述一种或更多种热解产物进行催化反应。在某些情况下，由固体含烃材料制造一种或更多种流体烃产物的方法包括：在反应器中提供固体催化剂；在该反应器中提供固体含烃材料；在足以产生一种或更多种热解产物的反应条件下在该反应器中热解至少一部分该含烃材料；在足以产生所述一种或更多种流体烃产物的反应条件下，利用该固体催化剂使至少一部分所述一种或更多种热解产物进行催化反应；和通过使该催化剂和所述一种或更多种烃产物以至少大约1秒的分离器停留时间和在高于大约500℃的分离器温度下通过分离器，将所述一种或更多种烃产物与该催化剂分离。在一些情况下，由含烃材料制造一种或更多种流体烃产物的方法包括：在包括循环流化床反应器或湍动流化床反应器的第一反应器中提供含烃材料；在足以产生一种或更多种热解产物的反应条件下，在第一反应器中热解至少一部分该含烃材料；和在第二反应器中使用催化剂在足以产生一种或更多种流体烃产物的反应条件下，使至少一部分所述一种或更多种热解产物进行催化反应。在一些实施方案中，由固体含烃材料制造一种或更多种流体烃产物的方法包括：在包括流化床反应器的第一反应器中提供固体含烃材料；在足以产生一种或更多种热解产物的反应条件下，在该第一反应器中热解至少一部分该含烃材料；和在第二反应器中使用催化剂在足以产生所述一种或更多种流体烃产物的反应条件下，使至少一部分所述一种或更多种热解产物进行催化反应。在一些实施方案中，由固体含烃材料制造一种或更多种流体烃产物的方法包括：将流化流体引入流化床反应器，该流化流体在该反应器中具有至少大约1秒的平均流化流体停留时间；在该流化床反应器中提供固体催化剂；将固体含烃材料送入该流化床反应器；在足以产生一种或更多种热解产物的反应条件下，在该流化床反应器中热解至少一部分该含烃材料，其中该流化床反应器具有大约500℃至大约1000℃的温度；和在足以产生所述一种或更多种流体烃产物的反应条件下，用该固体催化剂使至少一部分所述一种或更多种热解产物进行催化反应。在一些实施方案中，流体烃产物包含固体含烃材料的反应产物的流体部分，该流体烃产物包含一定量的芳烃化合物，其为用于形成该反应产物的固体含烃反应物材料总量的至少15重量％，并以该流体烃产物中存在的芳烃化合物的重量除以用于形成该反应产物的含烃材料的重量来计算。在一些实施方案中，由固体含烃材料制造流体烃产物的方法包括：在反应器中提供固体含烃材料和催化剂；在足以产生一种或更多种热解产物的反应条件下，在该反应器中热解至少一部分该含烃材料；和在足以产生该流体烃产物的反应条件下，利用该催化剂使至少一部分所述一种或更多种热解产物进行催化反应，其中该流体烃产物包含一定量的芳烃化合物，其为用于形成该热解产物的固体含烃材料总量的至少15重量％，并以该流体烃产物中存在的芳烃化合物的重量除以用于形成该热解产物的含烃材料的重量来计算。在一些情况下，由固体含烃材料制造流体烃产物的方法包括：在反应器中提供固体含烃材料和催化剂；在足以产生一种或更多种热解产物的反应条件下，在该反应器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由固体含烃材料制造流体烃产物的方法，包括：在流化床反应器中提供固体催化剂；将所述固体含烃材料送入所述流化床反应器；在足以产生热解产物的反应条件下，在所述流化床反应器中热解至少一部分所述含烃材料；和在足以产生所述流体烃产物的反应条件下，利用所述固体催化剂使至少一部分所述热解产物进行催化反应；所述催化剂为沸石催化剂，其包含二氧化硅和氧化铝，并且还包含包括镍、铂、钒、钯、锰、钴、锌、铜、铬、镓、铁的金属和/或金属氧化物、或其两种或更多种的混合物；其中所述流体烃产物包含至少约7.2重量％的一种或更多种芳烃化合物，所述芳烃化合物的重量百分比以所述流体烃产物中存在的所述芳烃化合物的重量除以用于制造所述热解产物的所述含烃材料的重量来计算，所述芳烃化合物包含苯、甲苯和/或二甲苯。

【技术特征摘要】
2008.03.04 US 61/068,001;2008.09.19 US 61/098,2841.一种由固体含烃材料制造流体烃产物的方法，包括：
在流化床反应器中提供固体催化剂；
将所述固体含烃材料送入所述流化床反应器；
在足以产生热解产物的反应条件下，在所述流化床反应器中热解
至少一部分所述含烃材料；和
在足以产生所述流体烃产物的反应条件下，利用所述固体催化剂
使至少一部分所述热解产物进行催化反应；
所述催化剂为沸石催化剂，其包含二氧化硅和氧化铝，并且还包
含包括镍、铂、钒、钯、锰、钴、锌、铜、铬、镓、铁的金属和/或金
属氧化物、或其两种或更多种的混合物；
其中所述流体烃产物包含至少约7.2重量％的一种或更多种芳烃
化合物，所述芳烃化合物的重量百分比以所述流体烃产物中存在的所
述芳烃化合物的重量除以用于制造所述热解产物的所述含烃材料的重
量来计算，所述芳烃化合物包含苯、甲苯和/或二甲苯。
2.一种由固体含烃生物质材料制造辛烷值为至少约90的生物燃料或
燃料添加剂组合物的方法，包括：
在流化床反应器中提供固体催化剂；
将所述固体含烃生物质材料送入所述流化床反应器；
在足以产生热解产物的反应条件下，在所述流化床反应器中热解
至少一部分所述含烃生物质材料；和
在足以产生所述生物燃料或燃料添加剂组合物的反应条件下，利
用所述固体催化剂使至少一部分所述热解产物进行催化反应；
其中所述生物燃料或燃料添加剂组合物包含至少约10重量％的一
种或更多种芳烃化合物，所述芳烃化合物包含苯、甲苯、乙基苯、二
甲苯、甲基乙基苯、三甲苯、或其两种或更多种的混合物，所述芳烃
化合物的量以所述生物燃料或燃料添加剂组合物中存在的所述芳烃化

\t合物的重量除以用于制造所述热解产物的所述固体含烃生物质材料的
重量来计算。
3.一种由固体含烃材料制造流体烃产物的方法，包括：
在流化床反应器中提供固体催化剂；
在将所述含烃材料送入所述流化床反应器之前，将所述固体含烃
材料冷却至低于约20℃的温度以减少或防止所述固体含烃材料的分
解；
将经冷却的固体含烃材料送入所述流化床反应器；
在足以产生热解产物的反应条件下，在所述流化床反应器中热解
至少一部分所述含烃材料；和
在足以产生所述流体烃产物的反应条件下，利用所述固体催化剂
使至少一部分所述热解产物进行催化反应；
其中所述流体烃产物包含至少约7.2重量％的一种或更多种芳烃
化合物，所述芳烃化合物的重量百分比以所述流体烃产物中存在的所
述芳烃化合物的重量除以用于制造所述热解产物的所述含烃材料的重
量来计算，所述芳烃化合物包含苯、甲苯和/或二甲苯。
4.一种由固体含烃材料制造流体烃产物的方法，包括：
在流化床反应器中提供固体催化剂和固体含烃材料，将所述催化
剂和所述含烃材料混合在一起并送入所述反应器，所述催化剂与所述
含烃材料的质量比为约0.5∶1至约20∶1；
在足以产生热解产物的反应条件下，在所述流化床反应器中热解
至少一部分所述含烃材料；
在足以产生所述流体烃产物的反应条件下，利用所述固体催化剂
使至少一部分所述热解产物进行催化反应；和
将所述流体烃产物与所述催化剂分离；
其中所述流体烃产物包含一定量的芳烃化合物，所述芳烃化合物
的量为在制造所述热解产物中使用的所述含烃材料总量的至少约10重

\t量％并以所述流体烃产物中存在的所述芳烃化合物的重量除以用于制
造所述热解产物的所述含烃材料的重量来计算，所述芳烃化合物包含
苯、甲苯和/或二甲苯。
5.一种由固体含烃材料制造流体烃产物的方法，所述方法包括：
在流化床反应器中提供固体沸石催化剂，所述催化剂包含平均孔
径为约5.5至约6.5埃的孔隙；
在所述流化床反应器中提供所述固体含烃材料；
在足以产生热解产物的反应条件下，在所述流化床反应器中热解
至少一部分所述含烃材料；和
在足以产生所述流体烃产物的反应条件下，利用所述催化剂使至
少一部分所述热解产物进行催化反应；
其中所述流体烃产物包含至少约10重量％的一种或更多种芳烃化
合物和任选的一种或更多种氧化化合物，所述一种或更多种芳烃化合
物包含苯、甲苯、乙基苯、二甲苯、甲基乙基苯、三甲苯、或...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔治·W·胡贝尔，图沙尔·维斯普特，托伦·卡尔松，在政皓，程俞廷，杰弗瑞·滕普塞特，
申请(专利权)人：马萨诸塞大学，
类型：发明
国别省市：美国;US