生物质转化为油气生产液体燃料通过热蒸汽过滤快速热解和催化加氢

该工艺的总体目标是展示在包括快速热解和加氢处理在内的两步工艺中从木质纤维素生物质生产碳氢化合物燃料。这种方法可以帮助回答生物燃料领域的关键问题，例如原料和作条件对热解生物油和碳氢化合物产品的质量和产量的影响。该技术的主要优点是它允许在工业相关反应器中生产石油，并且有足够的数量来评估完全集成的工艺。

热解作的一般问题是：可靠地给入生物质，防止冷凝蒸汽堵塞冷凝器入口中的加热传输管线，并实现完全冷凝。在加氢处理过程中，由于产品的不稳定性而导致催化剂堵塞是通过油，只需使用包括稳定阶段在内的两阶段工艺即可。演示热解程序的是来自国家可再生能源实验室的 Kellene Orton。

使用的热解反应器是实验室建造的 5.0 厘米内径鼓泡流化床反应器，配备玻璃冷凝系统。按照文本协议中的说明组装热解反应器、带焦油接收器的旋风分离器和热过滤器。对于第一个冷凝器，使用压缩接头中的石墨密封垫圈将不锈钢管耦合到一根熔合到标准锥形接头的硼硅酸盐玻璃管上。

避免过度拧紧。将硅脂或特氟龙套管涂抹在标准锥形接头上。将第一个冷凝器连接到放置在容器中的双口烧瓶上，该培养瓶将用作冰浴。

在此点下游的容器之间用 9-12 毫米透明乙烯基管进行连接。用软管夹将管道固定在磨砂玻璃接头、球形接头和玻璃器皿上的软管倒钩上。将第一个冷凝瓶的出口连接到静电除尘器 （ESP） 的入口。

将 ESP 的出口连接到冷手指冷凝器的上部连接。然后，将 U 型管泄压装置连接到 ESP 和冷指式冷凝器之间的管路。将 U 型管装满半满。

接下来，将接收器连接到一个 500 毫升双口烧瓶上，该烧瓶放置在用作干冰浴的容器中。将敲落孔连接到培养瓶上。将敲落孔的出口连接到聚结过滤器外壳的入口。

在过滤器外壳底部放置一个盛装干冰的容器。将 200 毫升沙子倒入反应器中。然后，将两公斤磨碎的生物质倒入进料斗中。

执行泄漏检查，加热反应器，并准备按照文本协议中的说明进行作。最后，在冷凝器系中加入冰和干冰。要开始热解实验，请打开长铜阀和螺旋钻。

打开进料系统振动器。打开 ESP。根据需要将电压设置为 5-10 千伏，至少每两秒观察一次电弧。

以低速率打开输稿器。并确保生物质正在喂养。观察床层温度，并根据需要增加设定点以补偿增加的热负荷。

当温度恢复到设定点的 2 摄氏度以内时，将进料速度提高每小时 100 克。重复该过程，直到达到所需的进给速率。每 15 分钟记录一次柱床温度、进料速率、干式测试仪速率和系统压力。

验证 ESP 是否仍正确电弧。根据需要响应变化，重新装满冰块和干冰，根据需要将 ESP 排入产品收集罐中。在喂食足够的生物质以获得良好的质量平衡闭合后停止饲喂。

避免 tar 接收器或冷凝器接收器装得太满。称量冷凝器系统的所有部件以获得总液体产量。将冷凝器接收器中的液体倒入普通的罐子或瓶子中。

将系统冷却到 50 摄氏度以下后，从接收器和热过滤器中收集焦油。使用带有分离容器的 HEPA 真空吸尘器取出并称重床材料。氧化系统，并按照文本协议中的说明计算产量。

按照文本协议中的说明分析热解油。使用的加氢处理系统是实验室建造的 1.3 厘米内径固定床连续流反应器，带有气体和液体进料组件以及气液产品分离组件。粉碎两种催化剂，使用碳负载的钌作为热解油稳定的第一阶段催化剂，并使用氧化铝负载的钴钼作为热解油加氢脱氧的第二阶段催化剂。

筛分以保留 0.25 至 0.60 毫米的颗粒。使用不锈钢管和筛网作为催化剂床的支撑介质。缓慢地按顺序倒入第二阶段催化剂颗粒、第一阶段催化剂颗粒和原始第一阶段催化剂挤出到反应器中，同时敲击反应器外部以形成填充催化剂床。

每种催化剂加载 32 毫升，形成两级催化剂床，每种催化剂 24 毫升位于等温区。首先安装两个加热器，将反应器放入加氢处理系统。然后，将反应器连接到气液进料组件和气液产品分离组件。

按照文本方案中的说明通过硫化进行催化剂预处理后，将氢气流量调节至每分钟 153 毫升，并将系统压力保持在 10.3 兆帕。将第一阶段催化剂床的温度设置为 220 摄氏度，将第二阶段催化剂床的温度设置为 400 摄氏度。当温度、压力和氢气流量变得稳定时，记录床层温度和氢气流量基线。

将二叔丁基二硫化物添加到热解油进料中，其量等于热解油中硫的量为 150 ppm。用热解油进料填充其中一个进料泵，并吹扫进料管线，直到达到无气泡的液体流动。将泵加压至 10.3 兆帕，然后打开连接阀连接到反应器。

开始以每小时 4.8 毫升的流速喂入热解油。此作开始热解油加氢处理测试。检查反应器的状态，并定期记录温度、压力、流速和体积等参数。

确保催化剂床温度在所需温度的正负 2 度以内，气体和液体流速与所需设置完全相同，并且反应器压力在所需压力的正负 0.15 兆帕范围内。此外，请确保催化剂床层的压降小于 0.35 兆帕。每 6 小时收集一次液体样品，首先将取样阱切换到旁路取样阱，并降低取样阱的压力。

然后，将液体样品排空至收集瓶中。吹扫采样阱，并用氮气对采样阱加压。最后，将产品流重定向到取样阱。

使用微气色谱法每两小时分析一次气体样品。在流中进行测试 60 小时，将反应器温度设置为 100 摄氏度，将氢气流速设置为每分钟 100 毫升。通过停止热解油进料来终止测试。

按照文本方案中的说明处理和分析液体产品。该图比较了原料、热解油和升级燃料的碳、氢和氧含量的元素分析。它展示了在两步过程中将生物质原料成功转化为碳氢化合物液体燃料。

这里演示了冷凝前热气过滤热解蒸气的影响。热气过滤可消除无机残留物，但也会影响热解油产量和油特性，例如油氧含量。详细结果表明，加氢处理后升级燃料的产量和特性。

热蒸汽过滤的生物油导致水燃料比略高，两种生物油的升级燃料特性非常相似。两种热解油加氢处理的主要区别在于，热蒸汽过滤生物油的催化剂床显示出更少的矿物质沉积。该技术展示了通过快速热解和加氢处理将木质纤维素生物质转化为碳氢化合物燃料，利用所需的条件生产出产量高的高质量生物燃料。

在此发展之后，这项技术为研究人员探索生物燃料生产的生物质原料、政策和参数以及对整体碳效率影响最大的加氢处理催化剂和参数铺平了道路。不要忘记，使用热解油和在热反应器系统上工作可能非常危险。执行此技术时应始终采取预防措施。

此外，应严格遵守安全规则和程序。