生化原油的製作方法

2023-05-08 08:01:36 2

專利名稱：生化原油的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種清潔替代能源。
背景技術：
石油、煤炭及生物質是世界的主要能源。目前，中國從中東、北非進口石油已達1.3 億噸，對外依存度已超過56%，而美國只進口 8000多萬噸。從經濟規律看，決定21世紀那個國家能走在前面的關鍵，在於其能否建立一個具有不依賴或少依賴不可再生能源的經濟結構。隨著汙染和不可再生問題的日益嚴峻，轉變經濟發展方式，發展清潔替代能源已刻不容緩。現在國家大力推動經濟進入創新驅動、內生增長的發展軌道。而不依賴化石能源的 「創新驅動」要從源頭上做起。目前世界生物能源都是從成品階段進行替代的，比如燃料乙醇、生物柴油。如果進行顛覆性的技術創新，從原料階段(原油)就替代，讓「生物煉製」原料混配到煤基化學、石油基化學的綠色發展過程之中；在發展生物煉製的同時，推動石油、煤炭重化工業的綠色化；使原本淘汰的落後或汙染產能轉變成「綠色油田」 「低硫煉油廠」和 「綠色化工廠」。不僅投資少、成本低、上馬快，而且在開發的過程中保護環境，還避免了原有的巨大產能變成「廢資產」。促進戰略性新興產業和低碳經濟的跨越發展。生物油是利用各種農林廢棄物(如秸稈、鋸末、甘蔗渣、稻糠等)製備而成的一種類似原油的生物燃料。因和石油相似，被稱作「生物質原油」，區別於在成品油階段混配使用的生物柴油和燃料乙醇。生物燃料是替代石油和實現重化工業綠色化的重要途徑。由於生物油與生物柴油和乙醇一樣具有生態「零」排放的特點，被加工成重油/柴油的一種綠色替代品應用於鍋爐、窯爐等熱工設備以便取暖或發電。由於原油價格的波動將對重化工產生重大影響，尤其是煉油主導型企業和以原油為原料的化工企業，油價的上揚會直接進入成本。 因此假如我們改變生物油的化學組成，在改造過的煉油廠，生物油完全能和原油混配，聯合起來進行加工。再經過煉製，就可得到硫、氧、氮等含量低的車用汽油和柴油，作為汽油發動機和柴油機用清潔燃料；經過深加工，還可以得到高附加值的化學品和化工原料。這一顛覆性的技術創新的好處是
——投資少。中國石油工業重要特點之一是催化裂化加工能力遠遠大於催化重整和催化加氫加工能力，目前提供高質量汽油和柴油組分的能力有限。而中國的煉油廠是按照加工低硫原油設計的，現存的加氫脫硫裝置不足，如改造則投入巨大。中國汽油的主要特點是硫含量和烯烴含量高，同樣柴油硫含量也高。當前，世界主要發達國家都把降低硫的含量作為生產清潔汽、柴油的重中之重，予以高度重視。歐盟把降低汽、柴油硫含量至較低水平看作引入可執行歐III和歐IV排放標準的先進汽車技術的先決條件，並於2005年開始使用硫含量低於IOppm的汽油和柴油，2011年完成向這種低硫燃料的過渡。目前國內外石油化工產業界都在化大力氣爭取提高汽油和柴油產量並改善產品環境指標，但技術難度很高，投資巨大。如果發揮生物油和石油的各自優勢，改變目前僅從成品階段進行替代的工藝，將替代石油的生物油與石油在原料階段混配後再使用，可以很好地解決這些問題，大大降低綠色化改造的成本。
眼下世界上的石油只能用100年，煤的儲量也不多了。但根據估算，全球每年產生的生物質能得儲量為1800億噸，是取之不盡、用之不竭的資源。加速發展替代石油的低硫清潔燃料，降低油耗滿足排放標準，已迫在眉睫。由於燃料乙醇和生物柴油基本上不含硫和芳烴。世界各國均採取在成品油中混配替代的辦法來生產低硫清潔燃料，這樣「重起爐灶」 的投入巨大。與化石石油相比，生物油硫、氧、氮含量低，並且灰分少，對環境汙染小。從原料階段就替代和降低硫、氧、氮等含量與在成品油中替代的效果是一樣的。另外，生物油可以按今天對化石原油完全同樣的方式用泵抽吸、儲存以及通過公路、鐵路和油船運輸，這極大地便利了生物質或清潔原料的處理並減少了巨大的投資。生物油雖然與化石原油的性能、用途、煉製工藝很接近，價格也比燃料乙醇、生物柴油要低，但要使品質接近普通的車用汽油和柴油作為汽油發動機和柴油機用燃料或深加工得到高附加值化學品和化工原料，還要重新投資一套設備，必須有巨大的新投入。為滿足生物油的工業化生產需求量，必須在廣大地區收集秸稈等生物質。然而，能量密度低的佔空間的生物質原料遠距離運輸是不經濟的。因此，要把分散的生物質原料集中轉換為易於處理和存儲的「生物油」，使這一生產設備「小型化」，可進一步降低生物油的生產成本，但也需要新的投入。另外，目前國內「煤變油」的投入產出比僅從設備來講，生產1萬噸油就需要1 億元的投資，而沿海煉油廠擴建的投入產出比是每1萬噸的投入是1000萬元，僅十分之一。 兩筆帳相比，煤炭液化投資過巨，沒有利潤可言。——成本低。當前，影響世界生物燃料發展的關鍵是原料和價格。例如，中國屬於第三代，含5%微藻的生物柴油，將在部分城市銷售。如推廣含5%的「微藻柴油」，需求量將是600萬噸。兩院院士閔恩澤認為，首先是成本。微藻柴油項目的產業鏈很長，藻類的培養成本很高，製成品的價格是目前石油的好多倍；其次，微藻柴油項目要投產，規模要很大才能做，而現在各個研究機構的生產規模都很小；再次，難以找到合適的生產場地。在藻類培養中，藻類的密度只能到 2%，太密，藻類就無法吸收陽光。微藻生長對陽光和水的高要求，需要大型的場地。另外，生物燃料的應用與國際油價密切相關，價格往往是「創新驅動」的關鍵因素。從1982 1993年間，Shell公司利用農林廢棄物開發出了生物油產品， 生產成本約20 40美元/桶。之後，化石原油的生產成本僅為12美元/桶。因此在當時生物油的應用很不經濟。其實，20世紀70年代美國曾出現過許多替代能源項目，以應對當時走高的油價。但是到了 80年代，當油價有所回落時，新能源就被拋到了腦後。一旦油價跌至60 70美元/桶，大家就會跟這些可再生能源的應用說再見了。30年後的今天，國際油價已突破100美元，生物油的低價優勢凸顯。利用「生物質原油」部分代替「化石石油」，從原料階段(原油)就替代，讓「生物煉製」原料混配到煤基化學、石油基化學的綠色發展過程之中，成本最低。特別是利用秸稈和不長糧食的非耕地、鹽鹼地上種植的竹柳、甜高粱、棉花等製造的生物油可獲高得率，其最高轉化率高達70%，每噸成本僅1000多元。而現在每噸原油的價格是4000多元。在原料階段(原油)就替代，在原油中混配生物油以替代化石原油，不僅加工簡單，而且原料售價不到石油的1/3。相比之下， 假如按目前在成品油中混配生物油的辦法計算，加上將生物油精加工成可以用作汽油機和柴油機燃料的成本，按照4噸農林廢棄物可以生產2噸生物油，所得2噸生物油熱值相當1 噸汽油或柴油，可替代1噸汽油或柴油；化石成品油價格為每噸7000元，在成品油中混配的生物油售價大約每噸是6000元。
——上馬快。我國沿江沿海地區要發揮港口運輸的作用，發展一些上馬快的大型石油和煤炭重化工業，對經濟有巨大的推動作用。但由於環保門檻很高，企業和政府往往處在「環保」和「發展」的兩難之中，存在極大的決策風險。與國產原油相比，進口原油的硫含量高，隨著進口高硫原油的比例逐年增加，加快發展低硫清潔燃料，將大大促進我國節能環保產業的發展。煤炭和原油煉製是一種在全世界無數的工廠得到使用的工藝。「低硫原油」 與「高硫原油」 一樣屬不同品質的「老產品」，「生物油+化石原油」，從原料階段(原油)就替代，得到的含有生物質原料的「低硫原油」，經過修訂完全可以使用現有的老工藝和標準。同樣，用「低硫原油」煉製生產的低硫產品，經過修訂也完全可以使用現有的老工藝和標準，這樣，一般當年就能有產品投放市場。而「精製生物油+成品油」所得到的含有生物質原料的 「低硫成品油」，是一種新產品，是不可以使用現有工藝和標準的。同樣，用生物油煉製生產得到的化學品和化工原料，是一種新的生物化學品和化工原料，顯然也不能使用現有老的 「化石原油」工藝和標準。而要將新產品投放市場，除了要各種各樣的手續外，還要制定新的工藝和標準、經過幾年甚至十幾年的試驗和試產、鑑定和報批。一晃幾年，說不定國際油價又回落了，此時大家又會將這一新產品拋到了腦後，跟這些可再生能源的應用說再見了。說到「沿海地區」，人們總會想到發達富足，港口便捷和高速發展的經濟。但日本大地震和海嘯造成的巨大人員和經濟損失，及頻發的核電站事故，促使人們再次思考，把「經濟和能源重心」放在沿海是否合適？沿海離不開石油、煤炭及生物質這些世界的主要能源。 德國化學會主席亨寧 霍普夫在「生物煉製」的序言中指出在煤基化學發展150年、石油基化學發展50年之後，工業化學進入了一個新紀元。21世紀，可再生原材料的利用在工業規模物質的化學轉化中將佔有更重要的地位。將經濟形態調整為以可再生原材料為基礎的經濟，需要使用全新的方法。從基於化石原料的化學向基於生物學的現代科學技術進行必要的轉變，是一項智力挑戰。然而，由於生物化工和化石工業條塊分割，各自為政，相對割裂， 沒有形成緊密聯繫導致既未充分發揮「生物煉製」巨大作用，又造成化石資源的閒置浪費。 到目前為止，「生物煉製」的內容僅是基於微生物學的「生物基經濟」，而對基於綠色原料(清潔、可再生)的替代，即通過源頭上「生物質+化石原油」的方法，改造煤基和石油基化學，進而加快綠色化工進程，卻沒有人涉及。事實上，目前企業和政府即使要發展「生物基經濟」上綠色化工項目，但「重起爐灶」投資巨大，而且產品價格昂貴，還要與原有產能爭市場。這樣就會誘導企業滑向搞小化工、小冶煉，重複走過去低水平建設的老路。因此僅是「生物基經濟」，不利於推動新興產業做大規模、壯大實力、結構優化、質態提升。與燃料乙醇、生物柴油等「生物煉製」相比，「生物質+化石原油」路線具有更好的生態效益。其一，發展「生物質+化石原油」不用水。現有「生物煉製」需要大量的水資源，且煉製產生的廢水既破壞環境又消耗能源，目前國內有資源性短缺；工程性短缺和汙染性短缺等三種水資源的短缺情況。而保護水源問題比「18億畝」耕地紅線更為突出。其二，利用農林廢棄物生產燃料乙醇和生物柴油還不成熟。目前的最好的原料是「糧和油」，這必然要「與人爭地，與糧爭肥」，廢水廢渣還要破壞土壤。以油菜生物柴油為例，一畝地可收 1000斤油菜籽，需要50斤尿素、200 300斤化肥、100斤磷肥。3斤菜籽榨1斤油，一畝地可大約生產333斤能夠作為生物柴油的菜籽油。但是，給這些菜籽施肥的化肥和尿素也來自化石能源，最終一畝地供應的生物柴油不到100公斤，而生物柴油的熱值還不到化石柴油的90%。生物油的最好原料就是農林廢棄物，只要將廢棄物投入到生物油設備中就能出
5油。其三，利用生物油通過較為簡單的工藝能製備肥料和土壤調節劑。它含有多種微量元素，能夠控制土壤酸度，刺激植物生長，同時有可能解決因單獨使用含氮化肥造成的江河湖泊的汙染問題。生物油加工方法之一是粉碎後加熱使其分解為化合物，之後再將這些化合物合成為液體燃料。一般每公斤原料經加工後，能得到0. 5 0. 7公斤生物油、0. 20公斤生物碳(可以收集起來製作肥料還田)和0. 20公斤的可燃燒氣體。生物油廢渣非但不破壞土壤，還能改良土壤，為生態修復作貢獻。生物油的原料還可從中國急需生態修復的鹽鹼地、礦產廢棄地中來。比如，竹柳、 甜高粱、棉花等植物不僅生物量大而且還耐鹽鹼，非常適合鹽鹼或礦產廢棄地的生態修復。 目前，一畝竹柳能源林一年最高能產6 7噸生物油，如以竹柳、甜高粱、秸稈等4年平均每年產1. 6噸計算，2000畝鹽鹼或礦產廢棄地每年能產3200噸生物油，而投資年產3600噸生物油的生產設備不超過500萬元。現在國際上每噸原油的價格是4000多元。假如生物油的價格按1000 3000元銷售，2000畝鹽鹼或廢棄地生物油每年銷售額是320 960萬元。不到一年即可以收回生物油的生產設備成本。據統計，在我國可利用的後備土地中，鹽鹼地就有1. 6億畝。全國礦區累計被破壞的土地達到4320萬畝，僅大中型煤礦就佔2430 畝。此前，全國大中型煤礦建有林場102個，有林地210萬畝。如果利用8000萬畝鹽鹼或礦產廢棄地種竹柳、甜高粱、棉花等，每年能生產1. 28億噸生物油，設備投資不超過2000億元。生物油的價格如按2000元銷售，每年銷售額達2560億元。這樣，通過利用8000萬畝鹽鹼或礦產廢棄地生產的1.28億噸生物油替代從中東、北非進口 1.3億噸石油，將使我國石油對外依存度降到接近於零，從而徹底擺脫對進口石油的依賴。另外，利用8000萬畝生產「生物質原油」，還可以新提供2000萬個原料生產崗位， 26萬個加工生產崗位和320億元的原料加工收入。這就相當把一個個的綠色油田搬到了鹽鹼或礦產廢棄地上，每個2000畝的鹽鹼或礦產廢棄地就相當於每年能產1800 2100噸生物油的「綠色油井」；一個只有鹽鹼或廢棄地的貧困村莊就相當擁有了一口油井的綠色工廠。而建設成本僅相當於中小型油田的1/5，建設周期相當油田的1/2 1/3，而且是永不枯竭的「綠色油田和低碳油井」。另外，如再改造一批大中小型原本閒置或要淘汰的化石原油煉油廠、化工廠，讓它們使用由生物油和原油混配的原料，與生物油聯合起來進行生產。經過煉製可得硫、氧、氮等含量低的汽油和柴油及高附加值的「綠色化學品和化工原料」。醇醚燃料是被世界上普遍看好替代石油的理想清潔燃料。其成本和汙染都低於人們近年來致力開發的液態丙烷和壓縮天然氣等低汙染替代燃料。生物油不能和甲苯、苯等烴類溶劑互溶，但可溶於甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、二甲醚等「醇醚燃料」。生物油作鍋爐燃料使用，特別適合於中小燃煤鍋爐的改造，以其代煤減少煤灰的排放。用前就是加入醇醚燃料降低酸度，增加熱值30%左右，同時降低閃點和黏度。經過分餾還可以得到香料、溶劑、樹脂等。一般甲醇、二甲醚是以生物質或煤或天然氣為原料，通過合成氣(C0/H2)，在一定溫度和壓力下催化轉化而成的含氧燃料。由於醇醚是比較純的化合物，不含硫及其它複雜有機化合物，所以具有環保、熱效率高、適應性強等優點。我國高硫低質煤佔總儲量一半，一般 1. 5 1. 6噸煤可制一噸醇醚燃料，比起直接液化制油噸用煤3. 5噸和間接液化制油噸用煤 4. 5噸有明顯的成本優勢，目前進口煤炭比國產便宜，醇醚燃料生產成本大體在每桶30 50美元左右。利用廉價高硫煤及煉焦時排放的煤氣或進口煤制醇醚燃料生產成本低廉。另外，用合成氣可以制出甲醇，如走通「甲醇制烯烴」的關鍵一步，「醇代油」便成為可能。從石油中可提取液化氣、汽油、柴油和乙烯、丙烯等燃料和工業原料，把乙烯、丙烯進行聚合，可生產各種化工產品。2006年，我國最大的煤炭工業集團神華集團與中國科學院大連化學物理研究所合作成立合資公司，興建世界首套、全球最大的煤制烯烴裝置，可年產烯烴60萬噸。投入180萬噸甲醇，甲醇幾乎100%轉化，獲得60萬噸烯烴，乙烯和丙烯的含量超過80%。由此分離出的乙烯和丙烯變成了合格的聚乙烯、聚丙烯一日常生活中常見的薄膜、塑料盒、電視機外殼等等，都用它們加工生產。「醇代油」將豐富我國的能源儲備方式，同時能「救活」我國的甲醇行業。由於前幾年一哄而上，我國甲醇行業產能過剩且生產成本過高，若新技術得以推廣，可為這些甲醇企業的產品找到新出路。又由於國際市場甲醇價格正處低谷，而甲醇能長期儲存，我國還可考慮收儲甲醇，作為一種資源儲備。
甲醇可以制烯烴，而丙烯可以制丁醇(羰基合成法)還可以制丙酮(直接氧化法)我國生物質氣化合成甲醇、丁醇等有一個獨特的、國外無法比擬的優勢，就在於我國有大中小型甲醇廠200多家，其中絕大部分為中小氮肥企業中的聯醇，而這些聯醇廠家，大部分均採用Shell、GSP、Lurgi和恩德煤氣化技術生產合成氣，或者以天然氣為原料製備合成氣。在替代柴油時發現混入丁醇可明顯改善發動機點火性能，並可防止黑煙的產生。目前丁醇已被美國環保局認定為汽油添加劑，可摻入度高達11%。Argonne國家實驗室的試驗表明，20% 的丁醇-柴油已成功應用於100%燃用柴油的柴油發動機，並可以減少汙染物的排放。丙酮和丁醇與成品油的混合比更高，無需對車輛進行改造，就可使用幾乎100%濃度的丙酮和丁醇，而且混合的經濟性更高。我國是一個多煤、少氣、缺油的國家。煤炭資源總量相對較多， 而東部既是用電大戶，進口煤炭比國產還便宜。按目前技術條件，用250億美元可建成年產 1億噸醇醚燃料，能代替2億噸石油；投資600億美元，可建成年產2. 4億噸醇醚燃料，代替 4. 8億噸石油。因此，利用醇醚燃料替代石油，則有可能確保100年能源安全而且只需進口石油所用外匯的十分之一。

發明內容
本發明的目的在於提供一種用生物質替代化石石油，成本低、保護環境的生化原油。本發明的技術解決方案是
一種生化原油，其特徵是主要由下列重量成份組成 生物油0. 1 50 % ；
石油和/或醇醚燃料50 99. 9 % ；
還含有0 15%重量的添加劑。添加劑是丁醇、丙酮、氫、焦炭、沸石、廢棄油、改性劑或有機硝酸脂化合物。還含有0 49%重量的生物柴油、動植物油或氨。所述的生化原油，由下列重量百分比的成份組成 生物油
石油和/或醇醚燃料添加劑
生物柴油、動植物油或氨0.製造時利用現有的化石石油生產煉製銷售系統及管道或煉油企業、化工廠基礎
0. 1 『 49% ；49 『 99. 7%0. 1 『 15%1 ^ 49%。設施或清潔燃料生產銷售企業基礎設施和專用車輛、設備等作為調配設備。用泵抽吸、儲存以及通過公路、鐵路和油船運輸。由計算機計量，通過調和、攪拌或強制循環或直接加入混配設備中，加入的同時完成了調配。由管道或罐車或槽車分送各供給點銷售。本發明從原料階段就用生物質顛覆性的替代化石石油，建立一個不依賴化石石油的經濟結構，通過鹽鹼和礦產廢棄地的生態修復，在發展生物煉製的同時推動重化工業的綠色化；利用現有的石油生產煉製銷售系統或煉油、化工廠及清潔燃料企業等設備調配； 可用泵抽吸、儲存及通過管道、公路、鐵路和油船運輸。使原本淘汰的落後或汙染產能轉變成「綠色油田」 「低硫煉油廠」和「綠色化工廠」，不僅投資少、成本低、上馬快，在開發的過程中保護環境，避免原有的巨大產能變成「廢資產」，從而促進新興產業和低碳經濟的跨越發展。下面結合實施例對本發明作進一步說明 實施例1
一種生化原油，由下列重量成份組成
生物油20 % ；醇醚燃料18 % ；石油 62 %。利用現有的化石石油生產煉製銷售系統及管道或煉油企業、化工廠基礎設施或清潔燃料生產銷售企業基礎設施和專用車輛、設備等作為調配設備。用泵抽吸、儲存以及通過公路、鐵路和油船運輸。由計算機計量，通過調和、攪拌或強制循環或直接加入混配設備中， 加入的同時完成了調配。由管道或罐車或槽車分送各供給點銷售。實施例2
一種生化原油，由下列重量成份組成
生物油 0. 1 % ； 石油 88.9% ；
生物柴油、動植物油或氨11%。 其餘同實施例1。實施例3
一種生化原油，由下列重量成份組成 生物油50 % ；醇醚燃料3 % ；
石油 47%;其餘同實施例1。實施例4
一種生化原油，由下列重量成份組成
生物油 15 % ；石油85 % ；其餘同實施例1。實施例5
一種生化原油，由下列重量成份組成 生物油 5 % ；石油 70% ；
丁醇(或丙酮、氫、焦炭、沸石、廢棄油、改性劑或有機硝酸脂化合物)15% ；生物柴油、動植物油或氨10 % ；其餘同實施例1。實施例6
一種生化原油，由下列重量成份組成 生物油0. 9 % ； 醇醚燃料50 % ；
丁醇(或丙酮、氫、焦炭、沸石、廢棄油、改性劑或有機硝酸脂化合物)0. 1% ；生物柴油、 動植物油或氨49% ；其餘同實施例1。
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權利要求
1.一種生化原油，其特徵是主要由下列重量百分比的成份組成 生物油0.1 50%;石油和/或醇醚燃料50 99. 9 %。
2.根據權利要求1所述的生化原油，其特徵是還含有0 15%重量的添加劑。
3.根據權利要求2所述的生化原油，其特徵是添加劑是丁醇、丙酮、氫、焦炭、沸石、廢棄油、改性劑或有機硝酸脂化合物。
4.根據權利要求1、2或3所述的生化原油，其特徵是還含有0 49%重量的生物柴油、動植物油或氨。
5.根據權利要求1、2或3所述的生化原油，其特徵是由下列重量百分比的成份組成 生物油0.1 49%;石油和/或醇醚燃料49 99. 7 %添加劑0. 1 15%生物柴油、動植物油或氨0. 1 49%。
全文摘要
本發明公開了一種生化原油，主要由生物油與石油和/或醇醚燃料組成。本發明從原料階段就用生物質顛覆性的替代化石石油，建立一個不依賴化石石油的經濟結構，通過鹽鹼和礦產廢棄地的生態修復，在發展生物煉製的同時推動重化工業的綠色化；利用現有的石油生產煉製銷售系統或煉油、化工廠及清潔燃料企業等設備調配；可用泵抽吸、儲存及通過管道、公路、鐵路和油船運輸。使原本淘汰的落後或汙染產能轉變成「綠色油田」「低硫煉油廠」和「綠色化工廠」，不僅投資少、成本低、上馬快，在開發的過程中保護環境，避免原有的巨大產能變成「廢資產」，從而促進新興產業和低碳經濟的跨越發展。
文檔編號C10L1/02GK102154040SQ20111006912
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月22日 優先權日2011年3月22日
發明者竇觀一 申請人:竇觀一