一种负碳排放油品的生产方法

技术领域

本发明涉及碳排放技术领域，尤其涉及一种负碳排放油品的生产方法。

背景技术

对于运输行业，无论是航空、航海、河运还是陆地交通，高能量密度的碳氢燃料油品(如航空煤油、柴油和汽油)是最基本燃料，这些燃料通过燃烧转换为热能，再将热能转换为机械能，推动飞机、船和车的运行。现有的这些燃料油品大部分是以化石能源(如原油)为原料炼制而成，这些燃料油品在燃烧过程中会排放二氧化碳，成为了交通领域的碳排放源。以航空为例，燃烧航空煤油将排出二氧化碳和水蒸气，以及微量的包括氮氧化物、未燃碳氢、一氧化碳、碳烟和非挥发性颗粒物的污染排放物，其中，二氧化碳对气候变化影响最大，每燃烧1吨航空煤油将排放3.15吨二氧化碳。

生物质是一种可再生资源，其可以把大气中的二氧化碳经过光合作用固定下来，相当于是采用生物方法进行碳捕捉。相关技术中，也有采用生物质为原料制备燃料油品，具体是将含生物质气化成合成气，再以合成气的形式分解为不同的单元构建，再组合成可持续航空燃料和其他燃料，这种方法合成的燃料油品在燃烧过程中排放的二氧化碳基本与生物质在生产过程中捕捉的大气中的二氧化碳相当，无法形成负碳排放的生产油品的方法。

发明内容

为了解决本发明的上述技术问题，本发明提供一种负碳排放油品的生产方法。

根据本发明的第一方面，本发明提供一种负碳排放油品的生产方法，包括如下步骤：

将生物质原料进行绝氧热解产生热解气和生物炭；

将产生的所述热解气经过净化和变换，形成合成气；

将形成的合成气加入到费托反应器中进行费托合成制备费托合成油；将制备的所述费托合成油进行油品炼制，获得负碳排放油品。

上述方案中，本发明一种负碳排放油品的生产方法采用绝氧热解方式对生物质原料进行处理，生物质原料在绝氧过程中进行热解，没有氧气和空气的进入，可以防止热解产物在高温条件下发生燃烧反应，最终产生热解气和生物炭，其中，形成的生物炭可用于土壤改良剂，能帮助植物生长，形成碳封存，生物炭封存在土地中，封存量为0.6-0.9吨二氧化碳/吨生物质原料。形成的热解气经过净化和变换形成合成气用于费托合成制成油品，使得生物质原料从大气中捕获的二氧化碳比获得的油品燃烧后排放的二氧化碳多，能够实现负碳排放生产油品，具有很好的应用前景，本发明的负碳排放油品产量为0.1-0.2吨/吨生物质原料。本发明的生产方法，生物质原料从大气中捕获的二氧化碳以生物炭形式封存，相当于每吨负碳排放油品的负碳排放为3-9吨二氧化碳/吨负碳排放油品，形成了负碳工艺的油品生产。同时，生物质原料得到了负碳化利用，能够有效缓解生物质原料所带来的环境和处理问题。

进一步地，所述绝氧热解是在常压下加热，加热方式为间接加热方式，加热温度为600℃-1000℃，加热时间为1s-20s。可选地，间接加热方式可以使用辐射管加热、辐射壳体加热等方式。

上述方案中，通过将绝氧热解的压力、加热方式、加热温度和加热时间限定在合理的范围值内，使得生物质原料能高效地转化成热解气和生物炭。

进一步地，所述净化过程中，采用旋风分离器在常压、温度为500℃-950℃下进行固体小颗粒杂质分离，旋风分离器进口速度15m/s-40m/s；所述变换过程中，将所述合成气中的甲烷重整为氢气和一氧化碳；所述的重整工艺包括甲烷水汽重整和甲烷二氧化碳干重整，压力为1MPa-5MPa，温度为700℃-1000℃。通过热解气成分监测，控制水汽重整的水蒸气量，以及甲烷二氧化碳干重整时的浓度比例，实现合成气中氢和一氧化碳的比例。

上述方案中，净化是将所述热解气经过除尘器和喷淋塔除去固体杂质和有害气体成分，变换是将热解气中的甲烷等烃类重整为一氧化碳和氢，一氧化碳通过水气变换，甲烷和二氧化碳进行干重整，调整氢和一氧化碳的摩尔比例在合理的范围值，以适合下游的费托合成工艺。通过将净化工艺和变换工艺的工艺参数限定在合理的范围值内，有利于将热解气更有效地转换成费托合成所需要的气体类型，有利于后续费托反应的进行，形成优质的油品。

进一步地，按体积百分数计，所述热解气包括：氢气25％-30％、一氧化碳30％-50％、甲烷10％-20％、二氧化碳10％-15％，余量为氧气、氮气和碳数为2-5的烃类物质。

上述方案中，通过绝氧热解工艺进行严格控制，是得到的热解气中各气体的比例处于合理的范围值内，有利于后续净化和变换，提高净化和变换效率。

进一步地，所述合成气中，氢气和一氧化碳的摩尔比为(0.5-5)：1。

上述方案中，通过将合成气中氢气和一氧化碳的摩尔比限定在合理的范围值，以更好地适合下游的费托合成工艺。

进一步地，所述生物质原料是将含水量低于30％的干基生物质经过破碎、粉碎和干燥后形成；所述生物质原料的粒径为0.1mm-10mm。

上述方案中，通过选用合适原料采用特定的工艺性能特定粒径的生物质原料，有利于提高绝氧热解效率。

进一步地，所述干基生物质包括农林废弃物和/或专门种植能源作物。

可选地，农林废弃物包括秸秆、加工过程废弃物如皮、糠、壳等，树枝、枝叶、树皮、锯末等，种植能源作物包括专门种植的能源作物如芦竹、芒草等。

进一步地，所述生物炭的质量为所述生物质原料的20％-40％；所述热解气的质量为所述生物质原料的40％-60％。

进一步地，所述负碳排放油品的质量为所述生物质原料的10％-20％。

进一步地，所述费托合成包括低温费托工艺、中温费托工艺或高温费托工艺；

和/或，所述油品炼制方式包括加氢精制方式、加氢裂解方式、异构方式、齐聚方式或芳构化方式。

可选地，费托合成所用催化剂包括铁基催化剂和钴基催化剂，反应器形式包括固定床、浆态床和沸腾床等各类反应器形式。

本发明提供的技术方案具有如下有益效果：

本发明一种负碳排放油品的生产方法采用绝氧热解方式对生物质原料进行处理，生物质原料在绝氧过程中进行热解，没有氧气和空气的进入，可以防止热解产物在高温条件下发生燃烧反应，最终产生热解气和生物炭，其中，形成的生物炭可用于土壤改良剂，能帮助植物生长，形成碳封存，形成的热解气经过净化和变换形成合成气用于费托合成制成油品，使得生物质原料从大气中捕获的二氧化碳比获得的油品燃烧后排放的二氧化碳多，能够实现负碳排放生产油品，具有很好的应用前景。同时，生物质原料得到了负碳化利用，能够有效缓解生物质原料所带来的环境和处理问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中一种负碳排放油品的生产方法的工艺流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例提供一种负碳排放油品的生产方法，其生产方法工艺流程如图1所示，生产方法具体包括如下步骤：

以71.5万吨专门种植能源作物芦竹为原料，水分含量为30％，经过破碎、粉碎和干燥形成粒径为3-6mm的芦竹原料50万吨。

将生物质原料在绝氧、常压、900℃热解条件下热解9s，间接加热方式为辐射管加热，生成29万吨热解气和15万吨生物炭。其中，热解气生成量占生物质原料质量的58％，生物炭占生物质原料质量的30％。热解气中，包括氢气、一氧化碳、甲烷和二氧化碳等产物，按体积百分数计，氢气体积比占28.31％，一氧化碳占比40.06％，甲烷占比15.24％，二氧化碳占比12.61％，氧气0.25％、氮气0.97％，C22.53％、C3 0.02％、C4 0.01％。

热解气经过除尘器和喷淋塔除去各类固体杂质，采用旋风分离器在常压、温度为500℃-950℃下进行固体小颗粒杂质分离，旋风分离器进口速度为15m/s-40m/s，包括碳粉、飞灰等。经过变换系统将其中的甲烷等烃类进行重整，甲烷和二氧化碳进行干重整，压力为2.5MPa，温度为950℃，调整氢和一氧化碳的体积比例为2:1的合成气24万吨。将合成气通入到浆态床反应器进行费托合成反应，浆态反应器的温度260℃-290℃，压力3MPa，生产宽馏分费托原油，以及一些副产物水和二氧化碳。未转化的合成气与反应产物从反应器排出后，与循环气换热和空气冷却，分离出大部分冷凝物重油、轻油和水，之后大部分未冷凝的气体经压缩机循环回主气体回路，一少部分作为尾气排放。费托合成单元生成的油品先经加氢精制反应器进行加氢饱和，再经加氢裂化反应器进行裂化，从而生产汽油、煤油和柴油等产品。按照上述方法，获得9.5万吨负碳排放油品，能够实现55万吨的二氧化碳负排放。

实施例2

本实施例提供一种负碳排放油品的生产方法，其生产方法工艺流程如图1所示，生产方法具体包括如下步骤：

以5万吨林业加工的剩余物木屑为原料，水分含量为16％，经过破碎、粉碎和干燥形成粒径为1-3mm的木屑原料4.5万吨。

将生物质原料在绝氧、常压、900℃热解条件下热解6s，间接加热方式为辐射管加热，生成2.65万吨热解气和1.26万吨生物炭。其中，热解气生成量占生物质原料质量的59％，生物炭占生物质原料质量的28％。热解气中，包括氢气、一氧化碳、甲烷和二氧化碳等产物，按体积百分数计，氢气体积比占30.88％，一氧化碳占比38.26％，甲烷占比14.47％，二氧化碳占比13.13％，氧气0.25％，氮气1％、C2 1.99％、C3 0.01％、C4 0.01％。

热解气经过除尘器和喷淋塔除去各类固体杂质，采用旋风分离器在常压、温度为500℃-950℃下进行固体小颗粒杂质分离，旋风分离器进口速度15m/s-40m/s，包括碳粉、飞灰等。经过变换系统将其中的甲烷等烃类进行重整，甲烷和二氧化碳进行干重整，压力2.5MPa，温度950℃，调整氢和一氧化碳的体积比例为2:1的合成气2.3万吨。将合成气通入到浆态床反应器进行费托合成反应，浆态反应器的温度260℃-290℃，压力3MPa，生产宽馏分费托原油，以及一些副产物水和二氧化碳。未转化的合成气与反应产物从反应器排出后，与循环气换热和空气冷却，分离出大部分冷凝物重油、轻油和水，之后大部分未冷凝的气体经压缩机循环回主气体回路，一少部分作为尾气排放。费托合成单元生成的油品先经加氢精制反应器进行加氢饱和，再经加氢裂化反应器进行裂化，从而生产汽油、煤油和柴油等产品。按照上述方法，获得0.9万吨负碳排放油品，能够实现4.6万吨的二氧化碳负排放。

实施例3

本实施例提供一种负碳排放油品的生产方法，其生产方法工艺流程如图1所示，生产方法具体包括如下步骤：

以71.5万吨专门种植的能源作物芦竹为原料，水分含量为30％，经过破碎、粉碎和干燥形成粒径为3-6mm的芦竹原料50万吨。

将生物质原料在绝氧、常压、800℃热解条件下热解9s，间接加热方式为辐射管加热，生成26万吨热解气和16万吨生物炭。其中，热解气生成量占生物质原料质量的52％，生物炭占生物质原料质量的32％。热解气中，包括氢气、一氧化碳、甲烷和二氧化碳等产物，按体积百分数计，氢气体积比占22.14％，一氧化碳占比37.38％，甲烷占比17.29％，二氧化碳占比17.8％，氧气0.23％，氮气0.94％，C2 4.01％，C3 0.15％，C4 0.04％，C5 0.02％。

热解气经过除尘器和喷淋塔除去各类固体杂质，采用旋风分离器在常压、温度为500-950℃下进行杂质分离，行固体小颗粒杂质分离，旋风分离器进口速度15-40m/s，包括碳粉、飞灰等。经过变换系统将其中的甲烷等烃类进行重整，压力2.5MPa，温度950℃，一氧化碳进行水汽变换，压力2.5MPa，温度350℃，调整氢和一氧化碳的体积比例为2:1的合成气12万吨，排放二氧化碳12.8万吨。将合成气通入到浆态床反应器进行费托合成反应，浆态反应器的温度260℃-290℃，压力3MPa，生产宽馏分费托原油，以及一些副产物水和二氧化碳。未转化的合成气与反应产物从反应器排出后，与循环气换热和空气冷却，分离出大部分冷凝物重油、轻油和水，之后大部分未冷凝的气体经压缩机循环回主气体回路，一少部分作为尾气排放。费托合成单元生成的油品先经加氢精制反应器进行加氢饱和，再经加氢裂化反应器进行裂化，从而生产汽油、煤油和柴油等产品。按照上述方法，获得4.7万吨负碳排放油品，由于采用了甲烷重整和一氧化碳水汽变换，会排放12.7万吨二氧化碳，因此能够实现46万吨的二氧化碳负排放。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。