美国再生能源实验室提出两种方法使生物质热解油改质为烃类燃料
添加时间：2012-07-06 11:25:37
来源：国际新能源网
在2012年6月世界可再生能源论坛上，美国国家再生能源实验室（NREL）的研究人员提出了两种不同的方法，可使生物质热解油改质为烃类燃料或燃料中间体。
快速热解是在缺氧条件下使生物质快速加热到中间温度（400-600℃），并将所产生的蒸气快速冷却为生物油，它可将所有生物质成分，包括木质素，都能转化为液体产品：热解油的有效方法。快速热解可使质量和能量的约70％转化成液体产品。然而，生物油即热解油，包含许多与水互溶的含氧有机化学品和与油互溶的组分。
而作为可燃物，它不是100％与烃类互溶的。它只有适度的热值~17 MJ/kg；高的密度~1.2 kg/l；它为酸性（pH值约2.5）；并且易于变质，随着时间的推移粘度会增大。总之，生物油需要进行改质，以产生一种可替代的液体运输燃料。
Kristiina Iisa, Alexander Stanton, Stefan Czernik等人组成的NREL团队在他们的研究中发现，釆用气相改质的催化快速热解产生的烃类可与目前的运输燃料相比拟。
NREL研究员Richard French发现，生物油的部分加氢可产生可被接受的物理和化学性质的液体，然后在石油炼制厂中完成改质，石油炼制厂的规模经济性和现有的基础设施可以加以利用，具有可降低改质成本的优点。
采用气相改质的催化快速热解：
在没有催化剂的情况下的快速热解可生产生物油的高产率，该产品高含氧（通常含有40％的O）、呈酸性，且化学上不稳定。
Iisa 等人指出，采用催化剂可促进新产生的热解蒸气的脱氧，并将其转化成高度脱氧的油，主要是烃类组分。
研究了从木质生物质和生物质组分藉助分子筛催化剂生成的液态烃。类似的烃类质量产率，可在小规模实验中从纤维素和木质素获得。在最佳条件下，木质生物质可有高达36％的碳转化成纯烃类。经烷基化的单环和双环芳香族化合物，是主要的产品，尽管有一些酚类化合物在较低的催化剂/生物质比负荷时会有存在。小于3％氧含量的油已成功地在小规模的流化床反应器中被生产出来。
研究人员指出，对于使热解油脱氧为烃类，使用择形沸石催化剂的研究自20世纪80年代初以来业已进行过。中等孔径的沸石，如ZSM-5已经证明可得到最高的烃类产率。该团队的目标是通过快速热解和与气相改质相结合，确立较高烃类产率和较低氧含量的可行性。
在他们的研究结果中，对于松木，平均的使碳转化为液体范围烃类的转化率为36％，在600°C下采用生物质/催化剂的比例为10:1。这一转化的理论产率超过50％。如果生物质转化为烃类，在大规模内有类似的转化率，则每干吨生物质可望得到50-60加仑的烃类。
结果表明，如果成功地开发气相改质而进入商业化过程，则可以生产重大数量的可再生运输燃料。这项工作的实验室规模转化，如果适用于工业规模，可转化生产50-60加仑烃类液体/每干吨生物质。今后的工作仍需要开发更高效率和更耐用的催化剂和开发一体化的过程。最大限度地减少焦炭的形成和克服生物质氢的不足仍然存在挑战。
生物油部分加氢生产中间体：
生物油液体可通过过程中采用氢气和催化剂，被改质成为汽油或柴油状液体，与石油加氢类似。然而，研究人员注意到，氢和运输成本均较高。
休斯敦大学全球能源管理研究所（GEMI）建议降低成本的方法是生物油缓和加氢处理，然后在炼油厂中与石油衍生的材料共同处理部分脱氧的产品，从而可具有规模经济性优点和可高效利用现有炼油厂的基础设施。GEMI建议使加氢处理的苛刻度减少至使生物油中存在约7％的氧（代替原来的35-40％），从而可避免了芳烃加氢，同时可减少氢耗、催化剂成本和加氢投资成本。油的剩余酸性，然后可釆用与原油或内部炼油厂物流（石脑油，瓦斯油等）进行稀释来达到。
然而，这种做法可为炼油厂接受的途径，来自缓和或部分加氢的产品应符合多项标准，包括：
生物油的酸度，必须从典型的TAN（总酸度）值超过100减少到约15，假设加氢后生物油将以1:8的比例调合；
加氢后生物油必须与烃类能混溶； 加氢后生物油必须有高度挥发性，以便它能进行分馏。
研究人员的目的是评估催化剂类型（贵金属与传统的NIMO催化剂）对加氢处理过程的影响。生物油在4种贵金属催化剂存在下，在不同的温度和压力下被加氢，与标准的NIMO催化剂的结果进行了比较。其目的是使生产的油能适合作为炼油厂的中间料，使碳转化率为55％或以上。该油的质量范围，有好的挥发性（> 90％的挥发性物质），低的氧含量（<10％），低的TAN（<15，使调合后酸值<2）和在有代表性的烃类中至少有1:10的混容性。
这些结果表明，挥发性和混容性范围与所需的氧含量可以采用几种催化剂来实现。采用镍催化剂的苛刻条件也可符合酸度目标。氢消耗量与设计情况使用的5％相比，大大较低（1.2-2.0％）。因此，可合理的预期，产品的满意度用于至炼油厂进行调合，可以在产率上（以碳计）达到55％。贵金属催化剂也可产生满意的产品，该产品用水洗涤可去除酸。
因此，两种可能性都可提出用于改进的过程：使用镍载在稳定的载体上或使用贵金属催化剂，随后用水洗涤轻质产品。加入铂有促进作用，因为它可减少氢耗。