СПОСОБ ПРЯМОГО СЖИЖЕНИЯ БИОМАССЫ Российский патент 2019 года по МПК C10G1/00 C10G65/02 C10B53/02 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Данное изобретение относится к области техники сжижения биомассы, и в частности, к способу прямого сжижения биомассы.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В широком смысле биомасса включает в себя все растения, микроорганизмы и животных, питающихся растениями и микроорганизмами, и их отходы; вместе с тем в узком смысле биомасса, в основном, относится к лигноцеллюлозе (кратко называемой лигнин), например, в виде стеблей, деревьев и т.п. за исключением зерновых и фруктов, из производственных агролеснических процессов, к остаткам переработки сельскохозяйственной продукции, отходам сельского хозяйства и лесного хозяйства, продуктам жизнедеятельности домашнего скота и домашней птицы и отходам производственного процесса животноводства. В общем, представителями биомассы являются: сельскохозяйственные культуры, отходы земледелия, лесоматериалы, отходы лесоматериалов, продукты жизнедеятельности животных и т.п. Биомасса становится важной частью возобновляемых источников энергии благодаря таким ее свойствам как возобновляемость, низкий уровень загрязнения окружающей среды и широкая распространенность. Таким образом, высокоэффективная разработка и использование энергии биомассы будет играть большую положительную роль в решении проблем, связанных с источниками энергии и экологической средой.

В данное время энергию биомассы, главным образом, развивают и используют следующими способами: (1) непосредственное сжигание: биомассу непосредственно сжигают, при этом тепло, полученное посредством сжигания, используют напрямую или для дальнейшего получения электроэнергии; (2) физико-химический процесс: биомассу перерабатывают в брикеты посредством физико-химической обработки и компрессионной формовки; (3) биохимический процесс: биомассу подвергают гидролизу и ферментируют для получения этанола или биомассу перерабатывают посредством биогазовой технологии для получения биогаза; и (4) термохимический процесс: биомассу газифицируют для получения топливного газа биомассы или подвергают пиролизу для получения древесного угля или пиролитического масла из биомассы или биомассу непосредственно сжижают для получения сжиженной нефти и т.п., при этом указанный процесс непосредственного сжижения биомассы для получения сжиженной нефти, как правило, осуществляется следующим образом: биомасса и газообразный водород непосредственно вступают в реакцию под действием катализатора и высокого давления, при этом биомасса превращается в жидкое топливо.

В китайском патенте CN 102127462 А раскрыт способ прямого гидроожижения, включающий две стадии гидропереработки кипящего слоя. Способ включает следующие стадии: стадию а), в которой готовят суспензию из частиц биомассы в растворителе, предпочтительно, в растворителе-доноре водорода; стадию b), в которой проводят первую гидропереработку в присутствии газообразного водорода посредством приведения суспензии в контакт по меньшей мере в одном реакторе, содержащем кипящий слой катализатора и осуществляющем работу при температуре 300-440°С под общим давлением 15-25 МПа с постоянным массовым расходом 0,1-5 ч^-1 и с коэффициентом подачи водорода 0,1-2 н.м /кг; и стадию с), в которой проводят вторую гидропереработку в присутствии газообразного водорода посредством приведения в контакт по меньшей мере части выходящего потока, полученного на стадии b) по меньшей мере в одном реакторе, содержащем кипящий слой катализатора и осуществляющем работу при температуре 350-470°С под общим давлением 15-25 МПа с постоянным массовым расходом 0,1-5 ч^-1 и с коэффициентом подачи водорода 0,1-2 н.м³/кг. Наконец, выходящий поток, полученный в конце второй стадии гидропереработки, подвергают разделению для отделения газовой фазы, водной фазы, по меньшей мере одной легкой фракции жидких углеводородов, состоящей из бензиновых, керосиновых и/или дизельных жидких углеводородов, остатка и т.п. В соответствии с описанными выше процессами, сырье биомассы непосредственно сжижают в жидкие вещества посредством двух вторых стадий гидропереработки, и остаток отделяют в нижней части реактора в конце второй стадии гидропереработки, однако, такой режим работы имеет следующие недостатки: 1) в остатке содержится слишком много жидких веществ, что приводит к безвозвратным потерям жидких веществ и влияет на выход жидких веществ; и 2) часть остатка суспендирует в жидкофазных веществах и поступает на следующую рабочую операцию, что приводит к высокому содержанию твердого остатка в конечном легком масле.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Следовательно, данное изобретение заключается в устранении недостатков, состоящих в том, что существующий способ сжижения биомассы имеет низкий выход жидкости и высокое содержание твердого остатка, при этом предложен способ прямого сжижения биомассы, дающий высокий выход жидкости и низкое содержание твердого остатка.

Способ прямого сжижения биомассы, предложенный в данном изобретении, включает следующие стадии:

(1) смешивают биомассу, катализатор гидрирования и растворитель-донор водорода для приготовления суспензии биомассы;

(2) проводят первую реакцию сжижения с суспензией биомассы и газообразным водородом для получения первого продукта реакции;

(3) проводят вторую реакцию сжижения с первым продуктом реакции и газообразным водородом для получения второго продукта реакции;

(4) второй продукт реакции подвергают первому разделению на газ и жидкость при температуре 290-460°С для получения первой жидкой фазы и первой газовой фазы;

(5) первую газовую фазу подвергают второму разделению на газ и жидкость при температуре 30-60°С для получения второй жидкой фазы, при этом смешивают первую жидкую фазу со второй жидкой фазой для получения смеси жидкой фазы;

(6) проводят первую перегонку смеси жидкой фазы для получения легкой фракции и тяжелой фракции; и

(7) проводят вторую перегонку тяжелой фракции для отделения дистиллятного масла и остатка, при этом легкая фракция и дистиллятное масло являются конечной жидкостью сжижения.

Предпочтительно, стадия (1) включает следующие этапы:

этап (а), в котором биомассу сушат для получения высушенной биомассы, и высушенную биомассу измельчают для получения измельченного материала;

этап (b), в котором смешивают измельченный материал с катализатором гидрирования для получения смеси; и

этап (с), в котором смешивают смесь с растворителем-донором водорода для приготовления суспензии биомассы.

Предпочтительно, на стадии (1) массовое соотношение биомассы к катализатору гидрирования составляет 100:(1-5);

размер частиц измельченного материала составляет 5-2000 микрон;

размер частиц катализатора гидрирования составляет 10-20 микрон; и

катализатор гидрирования содержит по меньшей мере один, выбранный из группы, содержащей следующие катализаторы:

1) аморфный оксид железа и/или аморфный оксид-гидроксид железа; и

2) аморфный оксид алюминия, несущий активный компонент, при этом активный компонент содержит по меньшей мере один оксид, выбранный из оксидов металлов группы VIB, группы VIIB и группы VIII, при этом содержание активного компонента составляет 10-25% мас.

Предпочтительно, на стадии (2) условия реакции для первой реакции сжижения следующие:

температура реакции 300-470°С;

давление реакции 13-25 МПа;

соотношение газ-жидкость составляет 800-1500 н.л/кг; и

объемный расход суспензии биомассы составляет 0,3-2 т/м³⋅ч.

Также предпочтительно, условия реакции для первой реакции сжижения следующие:

температура реакции 450-470°С;

давление реакции 13-14 МПа;

соотношение газ-жидкость составляет 800-1500 н.л/кг; и

объемный расход суспензии биомассы составляет 0,3-2 т/м³⋅ч.

Предпочтительно, на стадии (3) условия реакции для второй реакции сжижения следующие:

температура реакции 300-470°С;

давление реакции 13-25 МПа;

соотношение газ-жидкость составляет 800-1500 н.л/кг; и

объемный расход суспензии биомассы составляет 0,3-2 т/м³⋅ч.

Также предпочтительно, на стадии (3) условия реакции для второй реакции сжижения следующие:

температура реакции 300-340°С;

давление реакции 13-14 МПа;

соотношение газ-жидкость составляет 800-1500 н.л/кг; и

объемный расход суспензии биомассы составляет 0,3-2 т/м³⋅ч.

Предпочтительно, на стадии (6) первую перегонку проводят при температуре 260-400°С под давлением 0,1-0,7 МПа; и

на стадии (6) вторую перегонку проводят при температуре 300-400°С под давлением 5-20 кПа.

Предпочтительно, стадия (5) дополнительно включает этапы, в которых собирают вторую газовую фазу, полученную после второго разделения на газ и жидкость, смешивают вторую газовую фазу с газообразным водородом на стадии (2) и/или на стадии (3) для получения газовой смеси, и газовую смесь вводят в реакционную систему.

Предпочтительно, способ дополнительно включает следующие стадии: стадию, в которой проводят реакцию гидрирования конечной жидкости для получения продукта гидрирования, и стадию, в которой продукт гидрирования подвергают операции фракционирования для получения легкого масла и тяжелого масла; при этом тяжелое масло возвращают на стадию (1) для использования в качестве растворителя-донора водорода.

Предпочтительно, условия реакции гидрирования следующие:

температура реакции 300-430°С;

давление реакции 13-25 МПа;

соотношение газ-жидкость составляет 800-1500 н.л/кг;

объемный расход составляет 0,5-2 ч^-1; и

фракционирование проводят при температуре 280-390°С.

Предпочтительно, перед тем, как продукт гидрирования подвергают операции фракционирования, способ дополнительно включает следующие стадии: стадию, в которой продукт гидрирования подвергают третьему разделению на газ и жидкость для получения третьей газовой фазы и третьей жидкой фазы; стадию, в которой третью газовую фазу смешивают с газообразным водородом на стадии (2) и/или на стадии (3) для получения газовой смеси, при этом газовую смесь вводят в реакционную систему, или третью газовую фазу выпускают из системы, и стадию, в которой третью жидкую фазу подвергают операции фракционирования.

Предпочтительно, содержание биомассы в суспензии биомассы составляет 10-50% мас.

Биомасса представляет собой материал, полученный посредством сушки и измельчения из растений, микроорганизмов и животных, употребляющих в пищу растения и микроорганизмы, и их отходов.

Растворитель-донор водорода содержит по меньшей мере один углеводород, выбранный из группы, состоящей из тяжелого масла, полученного посредством операции фракционирования, которой подвергли продукт гидрирования, растительного масла, жидкого масла животного происхождения, каменноугольной смолы и суспензии установки каталитического крекинга.

По сравнению с известным уровнем техники, данное изобретение имеет следующие положительные эффекты:

1) согласно способу прямого сжижения биомассы, предложенному в вариантах реализации данного изобретения, суспензию биомассы последовательно подвергают первой реакции сжижения и второй реакции сжижения, что обеспечивает полное сжижение биомассы в жидкую фазу, при этом выход жидкости улучшается; полученный второй продукт реакции последовательно подвергают первому разделению на газ и жидкость при температуре 290-460°С и второму разделению на газ и жидкость при температуре 30-60°С, причем предварительно отделяют газофазный водород, при этом первую жидкую фазу и вторую жидкую фазу смешивают для получения смеси жидкой фазы; благодаря двум стадиям разделения на газ и жидкость маслопродукты обогащаются, при этом остаток в маслопродуктах скапливается и спекается; затем маслопродукты подвергают первой перегонке для получения легкой фракции и тяжелой фракции; и, наконец, тяжелую фракцию подвергают второй перегонке для получения дистиллятного масла и остатка, при этом легкая фракция и дистиллятное масло являются конечным жидким маслом, причем жидкое масло является полностью перегнанным посредством первой перегонки и второй перегонки, особенно это касается жидкого масла в остатке, которое также может быть отогнанным посредством двух стадий перегонки, таким образом, выход жидкого масла дополнительно улучшается; при этом, посредством двух стадий операций перегонки, остаток в жидком масле дополнительно скапливается и спекается и его выгружают из системы через нижнюю часть установки для перегонки, предотвращая, таким образом, попадание остатка в последующие рабочие процессы и уменьшая содержание твердого остатка в жидком масле; причем, исходя из испытаний, выход жидкого масла из биомассы составляет более, чем 98% мас., а содержание твердого остатка в жидком масле составляет менее, чем 0,5% мас.;

2) согласно способу прямого сжижения биомассы, предложенному в вариантах реализации данного изобретения, параметры реакции на стадиях реакций сжижения, температура на стадиях разделения и параметры реакции на стадиях перегонки ограничены таким образом, что выход жидкого масла из биомассы увеличивается в максимальной степени, а содержание твердого остатка в жидком масле уменьшается;

3) согласно способу прямого сжижения биомассы, предложенному в вариантах реализации данного изобретения, проводят второе разделение на газ и жидкость для получения второй газовой фазы, при этом вторую газовую фазу смешивают с газообразным водородом на стадии (2) и/или на стадии (3) для получения газовой смеси, и газовую смесь вводят в реакционную систему, таким образом, вторая газовая фаза является используемой, а затраты на сжижение уменьшаются; и

4) согласно способу прямого сжижения биомассы, предложенному в вариантах реализации данного изобретения, полученное жидкое масло может быть дополнительно подвергнуто реакции гидрирования для получения продукта гидрирования, при этом продукт гидрирования подвергают операции фракционирования для получения легкого масла и тяжелого масла; причем тяжелое масло возвращают на стадию (1) для использования в качестве растворителя-донора водорода; посредством упомянутых выше стадий достигают превращения жидкого масла в легкую фракцию, а также используют тяжелое масло, полученное после операции фракционирования; при этом перед проведением операции фракционирования продукт гидрирования сначала подвергают третьему разделению на газ и жидкость для получения третьей газовой фазы и третьей жидкой фазы; причем третью газовую фазу смешивают с газообразным водородом на стадии (2) и/или на стадии (3) для получения газовой смеси, газовую смесь вводят в реакционную систему, а третью жидкую фазу подвергают операции фракционирования, таким образом, различные продукты и сырьевые материалы являются полностью используемыми в реакциях.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Для того, чтобы более наглядно проиллюстрировать технологические решения, описанные в вариантах реализации данного изобретения или в известном уровне техники, ниже дано краткое описание сопроводительных чертежей, необходимых для описания вариантов реализации изобретения или известного уровня техники. Очевидно, что сопроводительные чертежи в представленном ниже описании представляют собой лишь некоторые из вариантов реализации данного изобретения, на основе которых специалистами в данной области техники без каких-либо творческих усилий могут быть получены другие чертежи.

На Фиг. 1 и Фиг. 2 проиллюстрирована принципиальная технологическая схема способа прямого сжижения, предложенного в данном изобретении Ссылочные позиции:

1 - биомасса; 2 - установка предварительной обработки биомассы; 3 - сырье катализатора гидрирования; 4 - установка приготовления катализатора гидрирования; 5 - установка приготовления суспензии биомассы; 6 - газообразный водород; 7 - первый реактор с принудительной циркуляцией суспендированного слоя; 8 - второй реактор с принудительной циркуляцией суспендированного слоя; 9 - горячий сепаратор; 10 - холодный сепаратор; 11 - колонна перегонки; 12 - колонна вакуумной перегонки; 13 - реактор гидрогенизации сжиженной нефти с принудительной циркуляцией суспендированного слоя; 14 - газожидкостный сепаратор; 15 - колонна фракционирования продукта; и 16 - тяжелое масло.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Чтобы сделать цели, технические решения и преимущества данного изобретения более наглядными, данное изобретение в сочетании с вариантами реализации изобретения дополнительно описано ниже. Следует понимать, что данное изобретение может быть осуществлено в различных формах, но не должно быть ограничено описанными вариантами реализации изобретения. Напротив, эти варианты реализации изобретения предложены таким образом, чтобы данное изобретение было исчерпывающим и полным, и концепции данного изобретения будут полностью переданы специалистам в данной области техники. Данное изобретение будет ограничено только прилагаемой формулой изобретения.

Кроме того, технические характеристики, связанные с различными вариантами реализации данного изобретения, описанными ниже, могут быть совместно объединены, если они не противоречат друг другу.

В каждом из следующих вариантов реализации изобретения и сравнительных примеров, расчетные формулы для коэффициента сжижения биомассы и содержания остатка следующие:

коэффициент сжижения биомассы = (общая масса жидкости в продукте - масса катализатора гидрирования - масса растворителя-донора водорода) / масса биомассы,

содержание остатка = масса остатка / (легкая фракция + дистиллятное масло).

Вариант реализации изобретения 1

Способ прямого сжижения биомассы, предложенный в этом варианте реализации данного изобретения, включает следующие стадии:

(1) биомассу 1 подают в установку 2 предварительной обработки биомассы, чтобы высушить для получения высушенной биомассы, причем высушенную биомассу измельчают для получения измельченного материала с размером частиц 10 микрон, при этом измельченный материал представляет собой частицы пшеничной соломы;

(2) сырье 3 катализатора гидрирования подают в установку 4 приготовления катализатора гидрирования для осуществления нанесения и получения катализатора гидрирования (с размером частиц 20 микрон и количеством нанесения 15% мас.), который представляет собой аморфный оксид алюминия, несущий оксид Мо и оксид Ni, причем полученный катализатор гидрирования, измельченный материал и серу подают в установку 5 приготовления суспензии биомассы, чтобы смешать в соответствии с массовым соотношением 3:100:0,3 для получения смеси;

(3) смесь и растворитель-донор водорода смешивают для получения суспензии биомассы с содержанием твердых веществ 25% мас., при этом растворителем-донором водорода является каменноугольная смола средней / низкой температуры;

(4) суспензию биомассы и газообразный водород 6 вводят в первый реактор 7 с принудительной циркуляцией суспендированного слоя для проведения первой реакции сжижения и получения первого продукта реакции, причем условия реакции для первой реакции сжижения следующие: температура реакции 390°С, давление реакции 18 МПа, соотношение газ-жидкость составляет 1100 н.л/кг и объемный расход суспензии биомассы составляет 1,2 т/м³⋅ч;

(5) первый продукт реакции и газообразный водород вводят во второй реактор 8 с принудительной циркуляцией суспендированного слоя для проведения второй реакции сжижения и получения второго продукта реакции, причем условия реакции для второй реакции сжижения следующие: температура реакции 380°С, давление реакции 20 МПа, соотношение газ-жидкость составляет 1100 н.л/кг и объемный расход суспензии биомассы составляет 1,3 т/м³⋅ч;

(6) второй продукт реакции подают в горячий сепаратор 9 и подвергают первому разделению на газ и жидкость при температуре 320°С для получения первой жидкой фазы и первой газовой фазы;

(7) первую газовую фазу вводят в холодный сепаратор 10 и подвергают второму разделению на газ и жидкость при температуре 45°С для получения второй жидкой фазы, причем первую жидкую фазу и вторую жидкую фазу смешивают для получения смеси жидкой фазы;

(8) смесь жидкой фазы подают в колонну 11 перегонки и подвергают первой перегонке при температуре 320°С под давлением 0,5 МПа для получения легкой фракции и тяжелой фракции; и

(9) тяжелую фракцию подают в колонну 12 вакуумной перегонки и подвергают второй перегонке при температуре 350°С под давлением 15 кПа для отделения дистиллятного масла и остатка, при этом легкая фракция и дистиллятное масло являются конечной жидкостью сжижения.

На основании испытаний, выход жидкого масла из биомассы составляет 99% мас., а содержание твердого остатка в жидком масле составляет менее, чем 0,2% мас.

Вариант реализации изобретения 2

Способ прямого сжижения биомассы, предложенный в этом варианте реализации данного изобретения, включает следующие стадии:

(1) биомассу 1 подают в установку 2 предварительной обработки биомассы, чтобы высушить для получения высушенной биомассы, причем высушенную биомассу измельчают для получения измельченного материала с размером частиц 100 микрон, при этом измельченный материал представляет собой частицы соломы тростника;

(2) сырье 3 катализатора гидрирования подают в установку 4 приготовления катализатора гидрирования для осуществления нанесения и получения катализатора гидрирования (с размером частиц 100-150 микрон и количеством нанесения 10% мас.), который представляет собой аморфный оксид алюминия, несущий оксид W и оксид Ni, причем катализатор гидрирования, измельченный материал и серу подают в установку 5 приготовления суспензии биомассы, чтобы смешать в соответствии с массовым соотношением 1:100:0,4 для получения смеси;

(3) смесь и растворитель-донор водорода смешивают для получения суспензии биомассы с содержанием твердых веществ 10% мас., при этом растворителем-донором водорода является соевое масло;

(4) суспензию биомассы и газообразный водород 6 вводят в первый реактор 7 с принудительной циркуляцией суспендированного слоя для проведения первой реакции сжижения и получения первого продукта реакции, причем условия реакции для первой реакции сжижения следующие: температура реакции 300°С, давление реакции 25 МПа, соотношение газ-жидкость составляет 800 н.л/кг и объемный расход суспензии биомассы составляет 2 т/м³⋅ч;

(5) первый продукт реакции и газообразный водород вводят во второй реактор 8 с принудительной циркуляцией суспендированного слоя для проведения второй реакции сжижения и получения второго продукта реакции, причем условия реакции для второй реакции сжижения следующие: температура реакции 470°С, давление реакции 13 МПа, соотношение газ-жидкость составляет 1500 н.л/кг и объемный расход суспензии биомассы составляет 0,3 т/м³⋅ч;

(6) второй продукт реакции подают в горячий сепаратор 9 и подвергают первому разделению на газ и жидкость при температуре 290°С для получения первой жидкой фазы и первой газовой фазы;

(7) первую газовую фазу вводят в холодный сепаратор 10 и подвергают второму разделению на газ и жидкость при температуре 60°С для получения второй жидкой фазы, причем первую жидкую фазу и вторую жидкую фазу смешивают, получая смесь жидкой фазы;

(8) смесь жидкой фазы подают в колонну 11 перегонки и подвергают первой перегонке при 400°С под давлением 0,1 МПа для получения легкой фракции и тяжелой фракции; и

(9) тяжелую фракцию подают в колонну 12 вакуумной перегонки и подвергают второй перегонке при температуре 300°С под давлением 20 кПа для отделения дистиллятного масла и остатка, при этом легкая фракция и дистиллятное масло являются конечной жидкостью сжижения.

На основании испытаний выход жидкого масла из биомассы составляет 98,5% мас., а содержание твердого остатка в жидком масле составляет менее, чем 0,21% мас.

Вариант реализации изобретения 3

Способ прямого сжижения биомассы, предложенный в этом варианте реализации данного изобретения, включает следующие стадии:

(1) биомассу 1 подают в установку 2 предварительной обработки биомассы, чтобы высушить для получения высушенной биомассы, причем высушенную биомассу измельчают для получения измельченного материала с размером частиц 500 микрон, при этом измельченный материал представляет собой частицы соломы тростника;

(2) сырье 3 катализатора гидрирования подают в установку 4 приготовления катализатора гидрирования для осуществления нанесения и получения катализатора гидрирования (с размером частиц 100-150 микрон и количеством нанесения 25% мас.), который представляет собой аморфный оксид алюминия, несущий оксид Pd и оксид Ni, причем катализатор гидрирования, аморфный оксид железа, измельченный материал и серу подают в установку 5 приготовления суспензии биомассы, чтобы смешать в соответствии с массовым соотношением 2:2:100:0,3 для получения смеси;

(3) смесь и растворитель-донор водорода смешивают для получения суспензии биомассы с содержанием твердых веществ 50% мас., при этом растворителем-донором водорода является соевое масло;

(4) суспензию биомассы и газообразный водород 6 вводят в первый реактор 7 с принудительной циркуляцией суспендированного слоя для проведения первой реакции сжижения и получения первого продукта реакции, причем условия реакции для первой реакции сжижения следующие: температура реакции 470°С, давление реакции 13 МПа, соотношение газ-жидкость составляет 1500 н.л/кг и объемный расход суспензии биомассы составляет 0,3 т/м³⋅ч;

(5) первый продукт реакции и газообразный водород вводят во второй реактор 8 с принудительной циркуляцией суспендированного слоя для проведения второй реакции сжижения и получения второго продукта реакции, причем условия реакции для второй реакции сжижения следующие: температура реакции 300°С, давление реакции 25 МПа, соотношение газ-жидкость составляет 800 н.л/кг и объемный расход суспензии биомассы составляет 2 т/м³⋅ч;

(6) второй продукт реакции подают в горячий сепаратор 9 и подвергают первому разделению на газ и жидкость при температуре 460°С для получения первой жидкой фазы и первой газовой фазы;

(7) первую газовую фазу вводят в холодный сепаратор 10 и подвергают второму разделению на газ и жидкость при температуре 30°С для получения второй жидкой фазы, причем первую жидкую фазу и вторую жидкую фазу смешивают для получения смеси жидкой фазы;

(8) смесь жидкой фазы подают в колонну 11 перегонки и подвергают первой перегонке при температуре 260°С под давлением 0,7 МПа для получения легкой фракции и тяжелой фракции; и

(9) тяжелую фракцию подают в колонну 12 вакуумной перегонки и подвергают второй перегонке при температуре 300°С под давлением 20 кПа для отделения дистиллятного масла и остатка, при этом легкая фракция и дистиллятное масло являются конечной жидкостью сжижения.

На основании испытаний выход жидкого масла из биомассы составляет 98,7% мас., а содержание твердого остатка в жидком масле составляет менее, чем 0,25% мас.

Вариант реализации изобретения 4

Способ прямого сжижения биомассы, предложенный в этом варианте реализации данного изобретения, включает следующие стадии:

(1) биомассу 1 подают в установку 2 предварительной обработки биомассы, чтобы высушить для получения высушенной биомассы, причем высушенную биомассу измельчают для получения измельченного материала с размером частиц 2000 микрон, при этом измельченный материал представляет собой частицы древесной щепы;

(2) сырье 3 катализатора гидрирования подают в установку 4 приготовления катализатора гидрирования для осуществления нанесения и получения катализатора гидрирования (с размером частиц 100-150 микрон и количеством нанесения 20% мас.), который представляет собой аморфный оксид алюминия, несущий оксид Мо и оксид Со, причем катализатор гидрирования, измельченный материал и серу подают в установку 5 приготовления суспензии биомассы, чтобы смешать в соответствии с массовым соотношением 3:100:0,2 для получения смеси;

(3) смесь и растворитель-донор водорода смешивают для получения суспензии биомассы с содержанием твердых веществ 50% мас., при этом растворителем-донором водорода является жидкое масло животного происхождения низкой температуры;

(4) суспензию биомассы и газообразный водород 6 вводят в первый реактор 7 с принудительной циркуляцией суспендированного слоя для проведения первой реакции сжижения и получения первого продукта реакции, причем условия реакции для первой реакции сжижения следующие: температура реакции 430°С, давление реакции 18 МПа, соотношение газ-жидкость составляет 1200 н.л/кг и объемный расход суспензии биомассы составляет 0,9 т/м³⋅ч;

(5) первый продукт реакции и газообразный водород вводят во второй реактор 8 с принудительной циркуляцией суспендированного слоя для проведения второй реакции сжижения и получения второго продукта реакции, причем условия реакции для второй реакции сжижения следующие: температура реакции 330°С, давление реакции 22 МПа, соотношение газ-жидкость составляет 1000 н.л/кг и объемный расход суспензии биомассы составляет 1,3 т/м³⋅ч;

(6) второй продукт реакции подают в горячий сепаратор 9 и подвергают первому разделению на газ и жидкость при температуре 400°С для получения первой жидкой фазы и первой газовой фазы;

(7) первую газовую фазу вводят в холодный сепаратор 10 и подвергают второму разделению на газ и жидкость при температуре 42°С для получения второй жидкой фазы, причем первую жидкую фазу и вторую жидкую фазу смешивают для получения смеси жидкой фазы;

(8) смесь жидкой фазы подают в колонну 11 перегонки и подвергают первой перегонке при температуре 320°С под давлением 0,6 МПа для получения легкой фракции и тяжелой фракции; и

(9) тяжелую фракцию подают в колонну 12 вакуумной перегонки и подвергают второй перегонке при температуре 330°С под давлением 15 кПа для отделения дистиллятного масла и остатка, при этом легкая фракция и дистиллятное масло являются конечной жидкостью сжижения.

На основании испытаний выход жидкого масла из биомассы составляет 98% мас., а содержание твердого остатка в жидком масле составляет менее, чем 0,3% мас.

Вариант реализации изобретения 5

Способ прямого сжижения биомассы, предложенный в этом варианте реализации данного изобретения, включает следующие стадии:

(1) биомассу 1 подают в установку 2 предварительной обработки биомассы, чтобы высушить для получения высушенной биомассы, причем высушенную биомассу измельчают для получения измельченного материала с размером частиц 8 микрон, при этом измельченный материал представляет собой частицы древесной щепы;

(2) сырье 3 катализатора гидрирования подают в установку 4 приготовления катализатора гидрирования для осуществления нанесения и получения катализатора гидрирования (с размером частиц 250-350 микрон и количеством нанесения 18% мас.), который представляет собой аморфный оксид алюминия, несущий оксид W и оксид Со, причем катализатор гидрирования, измельченный материал и серу подают в установку 5 приготовления суспензии биомассы, чтобы смешать в соответствии с массовым соотношением 4:100:0,3 для получения смеси;

(3) смесь и растворитель-донор водорода смешивают для получения суспензии биомассы с содержанием твердых веществ 40% мас., при этом растворителем-донором водорода является жидкое масло животного происхождения низкой температуры;

(4) суспензию биомассы и газообразный водород 6 вводят в первый реактор 7 с принудительной циркуляцией суспендированного слоя для проведения первой реакции сжижения и получения первого продукта реакции, причем условия реакции для первой реакции сжижения следующие: температура реакции 320°С, давление реакции 21 МПа, соотношение газ-жидкость составляет 780 н.л/кг и объемный расход суспензии биомассы составляет 1,5 т/м³⋅ч;

(5) первый продукт реакции и газообразный водород вводят во второй реактор 8 с принудительной циркуляцией суспендированного слоя для проведения второй реакции сжижения и получения второго продукта реакции, причем условия реакции для второй реакции сжижения следующие: температура реакции 330°С, давление реакции 22 МПа, соотношение газ-жидкость составляет 1000 н.л/кг и объемный расход суспензии биомассы составляет 1,3 т/м³⋅ч;

(6) второй продукт реакции подают в горячий сепаратор 9 и подвергают первому разделению на газ и жидкость при температуре 320°С для получения первой жидкой фазы и первой газовой фазы;

(7) первую газовую фазу вводят в холодный сепаратор 10 и подвергают второму разделению на газ и жидкость при температуре 51°С для получения второй жидкой фазы, причем первую жидкую фазу и вторую жидкую фазу смешивают для получения смеси жидкой фазы;

(8) смесь жидкой фазы подают в колонну 11 перегонки и подвергают первой перегонке при температуре 350°С под давлением 0,3 МПа для получения легкой фракции и тяжелой фракции; и

(9) тяжелую фракцию подают в колонну 12 вакуумной перегонки и подвергают второй перегонке при температуре 370°С под давлением 7 кПа для отделения дистиллятного масла и остатка, при этом легкая фракция и дистиллятное масло являются конечной жидкостью сжижения.

На основании испытаний выход жидкого масла из биомассы составляет 98% мас., а содержание твердого остатка в жидком масле составляет менее, чем 0,2% мас.

Вариант реализации изобретения 6

Способ прямого сжижения биомассы, предложенный в этом варианте реализации данного изобретения, проиллюстрированном на Фиг. 2, включает следующие стадии:

(1) биомассу 1 подают в установку 2 предварительной обработки биомассы, чтобы высушить для получения высушенной биомассы, причем высушенную биомассу измельчают для получения измельченного материала с размером частиц 500 микрон, при этом измельченный материал представляет собой частицы соломы тростника;

(2) сырье 3 катализатора гидрирования подают в установку 4 приготовления катализатора гидрирования для осуществления нанесения и получения катализатора гидрирования (с размером частиц 100-150 микрон и количеством нанесения 25% мас.), который представляет собой аморфный оксид алюминия, несущий оксид Pd и оксид Ni; причем катализатор гидрирования, аморфный оксид железа, измельченный материал и серу подают в установку 5 приготовления суспензии биомассы, чтобы смешать в соответствии с массовым соотношением 2:2:100:0,3 для получения смеси;

(3) смесь и растворитель-донор водорода смешивают для получения суспензии биомассы с содержанием твердых веществ 50% мас., при этом растворителем-донором водорода является соевое масло;

(4) суспензию биомассы и газообразный водород 6 вводят в первый реактор 7 с принудительной циркуляцией суспендированного слоя для проведения первой реакции сжижения и получения первого продукта реакции, причем условия реакции для первой реакции сжижения следующие: температура реакции 470°С, давление реакции 13 МПа, соотношение газ-жидкость составляет 1500 н.л/кг и объемный расход суспензии биомассы составляет 0,3 т/м³⋅ч;

(5) первый продукт реакции и газообразный водород вводят во второй реактор 8 с принудительной циркуляцией суспендированного слоя для проведения второй реакции сжижения и получения второго продукта реакции, причем условия реакции для второй реакции сжижения следующие: температура реакции 300°С, давление реакции 25 МПа, соотношение газ-жидкость составляет 800 н.л/кг и объемный расход суспензии биомассы составляет 2 т/м³⋅ч;

(6) второй продукт реакции подают в горячий сепаратор 9 и подвергают первому разделению на газ и жидкость при температуре 460°С для получения первой жидкой фазы и первой газовой фазы;

(7) первую газовую фазу вводят в холодный сепаратор 10 и подвергают второму разделению на газ и жидкость при температуре 30°С для получения второй жидкой фазы и второй газовой фазы, причем первую жидкую фазу и вторую жидкую фазу смешивают для получения смеси жидкой фазы; а вторую газовую фазу и газообразный водород стадии (4) и/или на стадии (5) смешивают для получения газовой смеси, при этом газовую смесь вводят в реакционную систему;

(8) смесь жидкой фазы подают в колонну 11 перегонки и подвергают первой перегонке при температуре 260°С под давлением 0,7 МПа для получения легкой фракции и тяжелой фракции;

(9) тяжелую фракцию подают в колонну 12 вакуумной перегонки и подвергают второй перегонке при температуре 300°С под давлением 20 кПа для отделения дистиллятного масла и остатка, при этом легкая фракция и дистиллятное масло являются конечной жидкостью сжижения.

(10) конечную жидкость, полученную на стадии (9), подают в реактор 13 гидрогенизации сжиженной нефти с принудительной циркуляцией суспендированного слоя для проведения реакции гидрирования и получения продукта гидрирования, причем условия реакции гидрирования следующие: температура реакции 360°С, давление реакции 19 МПа, соотношение газ-жидкость составляет 1100 н.л/кг и объемный расход составляет 1,5 ч^-1;

(11) продукт гидрирования подают в газожидкостный сепаратор 14 и подвергают третьему разделению на газ и жидкость для получения третьей газовой фазы и третьей жидкой фазы; причем третью газовую фазу и газообразный водород стадии (2) и/или на стадии (3) смешивают для получения газовой смеси, при этом газовую смесь вводят в реакционную систему, или третью газовую фазу выпускают из системы; и

(12) третью жидкую фазу подают в колонну 15 фракционирования продукта и подвергают операции фракционирования для получения легкого масла и тяжелого масла 16; причем тяжелое масло 16 возвращают на стадию (3) для использования в качестве растворителя-донора водорода, при этом фракционирование проводят при температуре 330°С.

На основании испытаний, выход жидкого масла из биомассы составляет 98,7% мас., а содержание твердого остатка в жидком масле составляет менее, чем 0,25% мас.

Вариант реализации изобретения 7

Способ прямого сжижения биомассы, предложенный в этом варианте реализации данного изобретения, проиллюстрированном на Фиг. 2, включает следующие стадии:

(1) биомассу 1 подают в установку 2 предварительной обработки биомассы, чтобы высушить для получения высушенной биомассы, причем высушенную биомассу измельчают для получения измельченного материала с размером частиц 2000 микрон, при этом измельченный материал представляет собой частицы древесной щепы;

(2) сырье 3 катализатора гидрирования подают в установку 4 приготовления катализатора гидрирования для осуществления нанесения и получения катализатора гидрирования (с размером частиц 100-150 микрон и количеством нанесения 20% мас.), который представляет собой аморфный оксид алюминия, несущий оксид Мо и оксид Со; причем катализатор гидрирования, измельченный материал и серу подают в установку 5 приготовления суспензии биомассы, чтобы смешать в соответствии с массовым соотношением 3:100:0,2 для получения смеси;

(3) смесь и растворитель-донор водорода смешивают для получения суспензии биомассы с содержанием твердых веществ 50% мас., при этом растворителем-донором водорода является жидкое масло животного происхождения низкой температуры;

(4) суспензию биомассы и газообразный водород 6 вводят в первый реактор 7 с принудительной циркуляцией суспендированного слоя для проведения первой реакции сжижения и получения первого продукта реакции, причем условия реакции для первой реакции сжижения следующие: температура реакции 430°С, давление реакции 18 МПа, соотношение газ-жидкость составляет 1200 н.л/кг и объемный расход суспензии биомассы составляет 0,9 т/м³⋅ч;

(5) первый продукт реакции и газообразный водород вводят во второй реактор 8 с принудительной циркуляцией суспендированного слоя для проведения второй реакции сжижения и получения второго продукта реакции, причем условия реакции для второй реакции сжижения следующие: температура реакции 330°С, давление реакции 22 МПа, соотношение газ-жидкость составляет 1000 н.л/кг и объемный расход суспензии биомассы составляет 1,3 т/м³⋅ч;

(6) второй продукт реакции подают в горячий сепаратор 9 и подвергают первому разделению на газ и жидкость при температуре 400°С для получения первой жидкой фазы и первой газовой фазы;

(7) первую газовую фазу вводят в холодный сепаратор 10 и подвергают второму разделению на газ и жидкость при температуре 42°С для получения второй жидкой фазы и второй газовой фазы, причем первую жидкую фазу и вторую жидкую фазу смешивают для получения смеси жидкой фазы; а вторую газовую фазу и газообразный водород стадии (4) и/или на стадии (5) смешивают для получения газовой смеси, при этом газовую смесь вводят в реакционную систему;

(8) смесь жидкой фазы подают в колонну 11 перегонки и подвергают первой перегонке при температуре 320°С под давлением 0,6 МПа для получения легкой фракции и тяжелой фракции;

(9) тяжелую фракцию подают в колонну 12 вакуумной перегонки и подвергают второй перегонке при температуре 330°С под давлением 15 кПа для отделения дистиллятного масла и остатка, при этом легкая фракция и дистиллятное масло являются конечной жидкостью сжижения.

(10) конечную жидкость, полученную на стадии (9), подают в реактор 13 гидрогенизации сжиженной нефти с принудительной циркуляцией суспендированного слоя для проведения реакции гидрирования и получения продукта гидрирования, причем условия реакции гидрирования следующие: температура реакции 430°С, давление реакции 13 МПа, соотношение газ-жидкость составляет 1500 н.л/кг и объемный расход составляет 0,5 ч^-1;

(11) продукт гидрирования подают в газожидкостный сепаратор 14 и подвергают третьему разделению на газ и жидкость для получения третьей газовой фазы и третьей жидкой фазы; причем третью газовую фазу и газообразный водород стадии (2) и/или на стадии (3) смешивают для получения газовой смеси, а газовую смесь вводят в реакционную систему, или третью газовую фазу выпускают из системы; и

(12) третью жидкую фазу подают в колонну 15 фракционирования продукта и подвергают операции фракционирования для получения легкого масла и тяжелого масла 16; причем тяжелое масло 16 возвращают на стадию (3) для использования в качестве растворителя-донора водорода, при этом фракционирование проводят при температуре 390°С.

На основании испытаний выход жидкого масла из биомассы составляет 98% мас., а содержание твердого остатка в жидком масле составляет менее, чем 0,3% мас.

Вариант реализации изобретения 8

Способ прямого сжижения биомассы предложенный в этом варианте реализации данного изобретения, проиллюстрированном на Фиг. 2, включает следующие стадии:

(1) биомассу 1 подают в установку 2 предварительной обработки биомассы, чтобы высушить для получения высушенной биомассы, причем высушенную биомассу измельчают для получения измельченного материала с размером частиц 8 микрон, при этом измельченный материал представляет собой частицы древесной щепы;

(2) сырье 3 катализатора гидрирования подают в установку 4 приготовления катализатора гидрирования для осуществления нанесения и получения катализатора гидрирования (с размером частиц 250-350 микрон и количеством нанесения 18% мас.), который представляет собой аморфный оксид алюминия, несущий оксид W и оксид Со; причем катализатор гидрирования, измельченный материал и серу подают в установку 5 приготовления суспензии биомассы, чтобы смешать в соответствии с массовым соотношением 4:100:0,3 для получения смеси;

(3) смесь и растворитель-донор водорода смешивают для получения суспензии биомассы с содержанием твердых веществ 40% мас., при этом растворителем-донором водорода является жидкое масло животного происхождения низкой температуры;

(4) суспензию биомассы и газообразный водород 6 вводят в первый реактор 7 с принудительной циркуляцией суспендированного слоя для проведения первой реакции сжижения и получения первого продукта реакции, причем условия реакции для первой реакции сжижения следующие: температура реакции 320°С, давление реакции 21 МПа, соотношение газ-жидкость составляет 780 н.л/кг и объемный расход суспензии биомассы составляет 1,5 т/м³⋅ч;

(5) первый продукт реакции и газообразный водород вводят во второй реактор 8 с принудительной циркуляцией суспендированного слоя для проведения второй реакции сжижения и получения второго продукта реакции, причем условия реакции для второй реакции сжижения следующие: температура реакции 330°С, давление реакции 22 МПа, соотношение газ-жидкость составляет 1000 н.л/кг и объемный расход суспензии биомассы составляет 1,3 т/м³⋅ч;

(6) второй продукт реакции подают в горячий сепаратор 9 и подвергают первому разделению на газ и жидкость при температуре 320°С для получения первой жидкой фазы и первой газовой фазы;

(7) первую газовую фазу вводят в холодный сепаратор 10 и подвергают второму разделению на газ и жидкость при температуре 51°С для получения второй жидкой фазы и второй газовой фазы, причем первую жидкую фазу и вторую жидкую фазу смешивают для получения смеси жидкой фазы; а вторую газовую фазу и газообразный водород стадии (4) и/или на стадии (5) смешивают для получения газовой смеси, при этом газовую смесь вводят в реакционную систему;

(8) смесь жидкой фазы подают в колонну 11 перегонки и подвергают первой перегонке при температуре 350°С под давлением 0,3 МПа для получения легкой фракции и тяжелой фракции;

(9) тяжелую фракцию подают в колонну 12 вакуумной перегонки и подвергают второй перегонке при температуре 370°С под давлением 7 кПа для отделения дистиллятного масла и остатка, при этом легкая фракция и дистиллятное масло являются конечной жидкостью сжижения.

(10) конечную жидкость, полученную на стадии (9), подают в реактор 13 гидрогенизации сжиженной нефти с принудительной циркуляцией суспендированного слоя для проведения реакции гидрирования и получения продукта гидрирования, причем условия реакции гидрирования следующие: температура реакции 300°С, давление реакции 25 МПа, соотношение газ-жидкость составляет 800 н.л/кг и объемный расход составляет 2 ч^-1;

(11) продукт гидрирования подают в газожидкостный сепаратор 14 и подвергают третьему разделению на газ и жидкость для получения третьей газовой фазы и третьей жидкой фазы; причем третью газовую фазу и газообразный водород стадии (2) и/или на стадии (3) смешивают для получения газовой смеси, при этом газовую смесь вводят в реакционную систему, или третью газовую фазу выпускают из системы; и

(12) третью жидкую фазу подают в колонну 15 фракционирования продукта и подвергают операции фракционирования для получения легкого масла и тяжелого масла 16; причем тяжелое масло 16 возвращают на стадию (3) для использования в качестве растворителя-донора водорода, при этом фракционирование проводят при температуре 280°С.

На основании испытаний выход жидкого масла из биомассы составляет 98% мас., а содержание твердого остатка в жидком масле составляет менее, чем 0,2% мас.

Вариант реализации изобретения 9

Способ прямого сжижения биомассы, предложенный в этом варианте реализации данного изобретения, включает следующие стадии:

(1) биомассу 1 подают в установку 2 предварительной обработки биомассы, чтобы высушить для получения высушенной биомассы, причем высушенную биомассу измельчают для получения измельченного материала с размером частиц 10 микрон, при этом измельченный материал представляет собой частицы пшеничной соломы;

(2) сырье 3 катализатора гидрирования подают в установку 4 приготовления катализатора гидрирования для осуществления нанесения и получения катализатора гидрирования (с размером частиц 20 микрон и количеством нанесения 15% мас.), который представляет собой аморфный оксид алюминия, несущий оксид Мо и оксид Ni, причем катализатор гидрирования, измельченный материал и серу подают в установку 5 приготовления суспензии биомассы, чтобы смешать в соответствии с массовым соотношением 3:100:0,3 для получения смеси;

(3) смесь и растворитель-донор водорода смешивают для получения суспензии биомассы с содержанием твердых веществ 25% мас., при этом растворителем-донором водорода является каменноугольная смола средней/ низкой температуры;

(4) суспензию биомассы и газообразный водород 6 вводят в первый реактор 7 с принудительной циркуляцией суспендированного слоя для проведения первой реакции сжижения и получения первого продукта реакции, причем условия реакции для первой реакции сжижения следующие: температура реакции 450°С, давление реакции 14 МПа, соотношение газ-жидкость составляет 1100 н.л/кг и объемный расход суспензии биомассы составляет 1,2 т/м³⋅ч;

(5) первый продукт реакции и газообразный водород вводят во второй реактор 8 с принудительной циркуляцией суспендированного слоя для проведения второй реакции сжижения и получения второго продукта реакции, причем условия реакции для второй реакции сжижения следующие: температура реакции 340°С, давление реакции 14 МПа, соотношение газ-жидкость составляет 1100 н.л/кг и объемный расход суспензии биомассы составляет 1,3 т/м³⋅ч;

(6) второй продукт реакции подают в горячий сепаратор 9 и подвергают первому разделению на газ и жидкость при температуре 320°С для получения первой жидкой фазы и первой газовой фазы;

(7) первую газовую фазу вводят в холодный сепаратор 10 и подвергают второму разделению на газ и жидкость при температуре 45°С для получения второй жидкой фазы, причем первую жидкую фазу и вторую жидкую фазу смешивают для получения смеси жидкой фазы;

(8) смесь жидкой фазы подают в колонну 11 перегонки и подвергают первой перегонке при температуре 320°С под давлением 0,5 МПа для получения легкой фракции и тяжелой фракции; и

(9) тяжелую фракцию подают в колонну 12 вакуумной перегонки и подвергают второй перегонке при температуре 350°С под давлением 15 кПа для отделения дистиллятного масла и остатка, при этом легкая фракция и дистиллятное масло являются конечной жидкостью сжижения.

На основании испытаний выход жидкого масла из биомассы составляет 98,8% мас., а содержание твердого остатка в жидком масле составляет менее, чем 0,23% мас.

Сравнительный пример 1

Способ прямого сжижения биомассы, предложенный в этом сравнительном примере, включает следующие стадии:

(1) биомассу 1 подают в установку 2 предварительной обработки биомассы, чтобы высушить для получения высушенной биомассы, причем высушенную биомассу измельчают для получения измельченного материала с размером частиц 10 микрон, при этом измельченный материал представляет собой частицы пшеничной соломы;

(2) сырье 3 катализатора гидрирования подают в установку 4 приготовления катализатора гидрирования для осуществления нанесения и получения катализатора гидрирования (с размером частиц 20 микрон и количеством нанесения 15% мас.), который представляет собой аморфный оксид алюминия, несущий оксид Мо и оксид Ni, причем катализатор гидрирования, измельченный материал и серу подают в установку 5 приготовления суспензии биомассы, чтобы смешать в соответствии с массовым соотношением 3:100:0,3 для получения смеси;

(3) смесь и растворитель-донор водорода смешивают для получения суспензии биомассы с содержанием твердых веществ 25% мас., при этом растворителем-донором водорода является каменноугольная смола средней/низкой температуры;

(4) суспензию биомассы и газообразный водород 6 вводят в первый реактор 7 с принудительной циркуляцией суспендированного слоя для проведения первой реакции сжижения и получения первого продукта реакции, причем условия реакции для первой реакции сжижения следующие: температура реакции 390°С, давление реакции 18 МПа, соотношение газ-жидкость составляет 1100 н.л/кг и объемный расход суспензии биомассы составляет 1,2 т/м³⋅ч;

(5) первый продукт реакции и газообразный водород вводят во второй реактор 8 с принудительной циркуляцией суспендированного слоя для проведения второй реакции сжижения и получения второго продукта реакции, причем условия реакции для второй реакции сжижения следующие: температура реакции 380°С, давление реакции 20 МПа, соотношение газ-жидкость составляет 1100 н.л/кг и объемный расход суспензии биомассы составляет 1,3 т/м³⋅ч;

(6) второй продукт реакции подают в горячий сепаратор 9 и подвергают разделению на газ и жидкость при температуре 320°С для получения жидкой фазы и газовой фазы; и

(7) жидкую фазу подают в колонну перегонки и подвергают перегонке при температуре 320°С под давлением 0,5 МПа для получения легкой фракции и тяжелой фракции;

На основании испытаний, выход жидкого масла из биомассы составляет 70% мас., при этом содержание остатка в легкой фракции составляет 5% мас.

Очевидно, что описанные выше варианты реализации изобретения являются всего лишь примерами для наглядности описания, но не предназначены для ограничения вариантов осуществления данного изобретения. Для специалистов в данной области техники на основании вышеприведенного описания могут быть сделаны разные вариации или изменения в различных формах. В контексте данного изобретения все варианты осуществления не должны и не могут быть исчерпывающими. Любые произведенные очевидные вариации или изменения также находятся в пределах объема защиты данного изобретения.

Изобретение относится к способу сжижения биомассы. Способ прямого сжижения биомассы включает стадии, на которых: (1) смешивают биомассу, катализатор гидрирования и растворитель-донор водорода для приготовления суспензии биомассы, причем стадия (1) включает следующие этапы: (a) биомассу сушат для получения высушенной биомассы, которую измельчают для получения измельченного материала; (b) смешивают измельченный материал с катализатором гидрирования для получения смеси; и (c) смешивают смесь с растворителем-донором водорода для приготовления суспензии биомассы; (2) проводят первую реакцию сжижения с суспензией биомассы и газообразным водородом для получения первого продукта реакции; (3) проводят вторую реакцию сжижения с первым продуктом реакции и газообразным водородом для получения второго продукта реакции; (4) второй продукт реакции подвергают первому разделению на газ и жидкость при температуре 290-460°С для получения первой жидкой фазы и первой газовой фазы; (5) первую газовую фазу подвергают второму разделению на газ и жидкость при температуре 30-60°С для получения второй жидкой фазы и смешивают первую жидкую фазу со второй жидкой фазой для получения смеси жидкой фазы; (6) проводят первую перегонку смеси жидкой фазы для получения легкой фракции и тяжелой фракции; (7) проводят вторую перегонку тяжелой фракции для отделения дистиллятного масла и остатка, при этом легкая фракция и дистиллятное масло являются конечной жидкостью сжижения; причем способ дополнительно включает стадии, на которых проводят реакцию гидрирования конечной жидкости для получения продукта гидрирования, который подвергают фракционированию для получения легкого масла и тяжелого масла; при этом тяжелое масло возвращают на стадию (1) для использования в качестве растворителя-донора водорода, и реакцию гидрирования проводят при следующих условиях: температура реакции 300-430°С; давление реакции 13-25 МПа; соотношение газ-жидкость составляет 800-1500 н.л/кг; объемный расход составляет 0,5-2 ч^-1; и фракционирование проводят при температуре 280-390°С. Технический результат - при использовании способа прямого сжижения биомассы получают высокий выход продуктов и низкое содержание твердого остатка. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ прямого сжижения биомассы, включающий стадии, на которых:

(1) смешивают биомассу, катализатор гидрирования и растворитель-донор водорода для приготовления суспензии биомассы,

причем стадия (1) включает следующие этапы:

(a) биомассу сушат для получения высушенной биомассы, которую измельчают для получения измельченного материала;

(b) смешивают измельченный материал с катализатором гидрирования для получения смеси; и

(c) смешивают смесь с растворителем-донором водорода для приготовления суспензии биомассы;

(2) проводят первую реакцию сжижения с суспензией биомассы и газообразным водородом для получения первого продукта реакции;

(3) проводят вторую реакцию сжижения с первым продуктом реакции и газообразным водородом для получения второго продукта реакции;

(4) второй продукт реакции подвергают первому разделению на газ и жидкость при температуре 290-460°С для получения первой жидкой фазы и первой газовой фазы;

(5) первую газовую фазу подвергают второму разделению на газ и жидкость при температуре 30-60°С для получения второй жидкой фазы и смешивают первую жидкую фазу со второй жидкой фазой для получения смеси жидкой фазы;

(6) проводят первую перегонку смеси жидкой фазы для получения легкой фракции и тяжелой фракции; и

(7) проводят вторую перегонку тяжелой фракции для отделения дистиллятного масла и остатка, при этом легкая фракция и дистиллятное масло являются конечной жидкостью сжижения;

причем способ дополнительно включает стадии, на которых проводят реакцию гидрирования конечной жидкости для получения продукта гидрирования, который подвергают операции фракционирования для получения легкого масла и тяжелого масла; при этом тяжелое масло возвращают на стадию (1) для использования в качестве растворителя-донора водорода и реакцию гидрирования проводят при следующих условиях:

температура реакции 300-430°С;

давление реакции 13-25 МПа;

соотношение газ-жидкость составляет 800-1500 н.л/кг;

объемный расход составляет 0,5-2 ч^-1; и

операцию фракционирования проводят при температуре 280-390°С.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на стадии (1) отношение биомассы к катализатору гидрирования по массе составляет 100:(1-5), а

размер частиц измельченного материала составляет 5-2000 микрон;

размер частиц катализатора гидрирования составляет 10-20 микрон; и

катализатор гидрирования содержит по меньшей мере один выбранный из группы, содержащей следующие катализаторы:

(1) аморфный оксид железа и/или аморфный оксид-гидроксид железа; и

(2) аморфный оксид алюминия, несущий активный компонент, причем активный компонент содержит по меньшей мере один оксид, выбранный из оксидов металлов группы VIB, группы VIIB и группы VIII, и содержание активного компонента составляет 10-25% масс.

3. Способ по любому из пп. 1, 2, отличающийся тем, что на стадии (2) реакцию проводят для первой реакции сжижения при следующих условиях:

температура реакции 300-470°С;

давление реакции 13-25 МПа;

соотношение газ-жидкость составляет 800-1500 н.л/кг; и

объемный расход суспензии биомассы составляет 0,3-2 т/м³⋅ч.

4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что на стадии (3) реакцию проводят для второй реакции сжижения при следующих условиях:

температура реакции 300-470°С;

давление реакции 13-25 МПа;

соотношение газ-жидкость составляет 800-1500 н.л/кг; и

объемный расход суспензии биомассы составляет 0,3-2 т/м³⋅ч.

5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что на стадии (6) первую перегонку проводят при температуре 260-400°С под давлением 0,1-0,7 МПа; и

на стадии (7) вторую перегонку проводят при температуре 300-400°С под давлением 5-20 кПа.

6. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что стадия (5) дополнительно включает этапы, на которых собирают вторую газовую фазу, полученную после второго разделения на газ и жидкость, смешивают вторую газовую фазу с газообразным водородом на стадии (2) и/или на стадии (3) для получения газовой смеси и вводят газовую смесь в реакционную систему.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно включает следующие стадии перед тем, как продукт гидрирования подвергают операции фракционирования:

продукт гидрирования подвергают третьему разделению на газ и жидкость для получения третьей газовой фазы и третьей жидкой фазы;

третью газовую фазу смешивают с газообразным водородом на стадии (2) и/или на стадии (3) для получения газовой смеси, которую вводят в реакционную систему, или

третью газовую фазу выпускают из системы, и стадию, в которой третью жидкую фазу подвергают операции фракционирования.