%至5%的范围内。
[0120] 从前述内容将理解的是，可以在本公开内容的广泛实践中宽泛地改变生物质起始 物料的类型、来源和形式。
[0121] 生物质热解可以形成以多种相的化合物的混合物（cocktail)，并且热解产物可以 含有300或更多种的范围中的化合物。在生物质热解的现有方法中，通常在不存在添加的 氧的情况下加热起始生物质材料以产生固体、液体、和气体产物的混合物，所述混合物的特 定的组成取决于生物质在热解反应器中的热解温度和停留时间。当在低温下加热生物质且 持续长时间以产生缓慢的热解时，木炭是主要产物。当在超过700°C的温度下加热生物质 时，气体可以构成按重量计多达80%的热解产物。在已知的快速热解或闪速热解方法中，在 低的停留时间下将生物质迅速地加热至在400 °C至650 °C范围内的温度，并且这样的方法 通常在干燥的进料基础上获得按重量计多达75%有机液体的产物。
[0122] 虽然已知的闪速热解方法可以从多种原料产生生物油，但这些油通常是酸性的、 化学上不稳定的和热不稳定的，且需要升级。本公开内容提供如与传统的快速热解方法的 反应产物相比，对形成具有较低的氧含量的反应产物有效的改进的催化剂和生物质催化热 解方法。来自已知的快速热解方法的反应产物通常包含以氧化材料比如酯、醇、醛、酮、糖和 其他含氧化合物的形式的按重量计35%至50%的氧。来自已知快速热解方法的反应产物 的高氧含量可以导致反应产物的低稳定性并且可以使将反应产物转化成有用的燃料复杂 化，所述有用的燃料通常由非氧化的脂肪族的和芳香族的化合物的混合物形成。
[0123] 因此，产生减少的氧含量反应产物的本公开内容的催化热解方法允许较容易地将 反应产物转化成生物燃料并且实现本领域的主要的进步。
[0124] 在多个实施方案中，本公开内容的催化热解方法产生具有在基于生物油的重量 的0.1 wt. %至30wt. %范围内的氧含量的生物油。催化热解方法的特定的实施方案可以 产生具有在基于生物油的重量的0.1 wt. %至25wt %、0.1 wt. %至20wt. %、0.1 wt. %至 15wt. %、0.1 wt. %至IOwt. %、0.1 wt. %至5wt. %的范围内的氧含量的产物生物油。在 其他实施方案中，生物油的氧含量可以是基于生物油的重量的Iwt. %至5wt%、Iwt. %至 20wt. %、Iwt. %至 15wt. %、Iwt. %至 IOwt. %、2wt. %至 IOwt. %、或 5wt. %至 IOwt. %。
[0125] 本公开内容的热解方法在产生需要较少的在常规的生物质热解中使用的类型的 另外的加工的热解产物中是特别有益的。例如，在从已知的热解方法的反应产物除去氧中， 通常利用导致产生二氧化碳或一氧化碳的催化或非催化方法，这进而减少可以被转变为生 物燃料的生物油的总碳含量。本公开内容的生物质热解方法减少对这样的另外的氧除去处 理的需求。
[0126] 可以将生物质热解方法的碳转化效率描述为生物油产品中的碳的量与生物质起 始物料中的碳的量相比，即，
[0127] 碳转化效率=(生物油中的碳的质量/投入的生物质中的碳的质量）*100 %
[0128] 在本公开内容的潜在的方法构造中，此计算不包括来自可以被用作用于产生功 率、热、或氢的进料的另外的来源的碳。
[0129] 本公开内容的催化热解方法在热解反应期间实现氧除去，并且反应产物具有总体 减少的氧含量。这样的催化热解方法可以呈现低于通过快速热解方法可实现的那种的碳转 化效率，但产生的生物油将具有改进的性质，包括但不限于较低的氧含量、较低的酸度、改 进的热稳定性、和较低的水含量。这样改进的性质积极地影响下游加工，且可以显著地增加 来自生物油的升级的最终产物的收率。
[0130] 在多个实施方案中，本公开内容的催化热解反应方法呈现大于20%、大于30%、 大于40%、大于50%、大于60%、或大于70%的热解反应的碳转化效率。例如，催化热解反 应方法可以具有在20 %至80 %或更多的范围内的碳转化效率。在特定的实施方案中，催化 热解方法的碳转化效率可以在30%至80%、35%至75%、40%至70%、50%至90%的范围 内，或在其他适当的值的范围内。
[0131] 在多个实施方案中，可以通过使生物质起始物料在本公开内容的催化剂的存在下 在热解条件下反应以形成包含以下的流来进行本公开内容的催化热解方法：（i)热解产物 部分和（ii)催化剂/生物质固体/反应产物固体部分。如本文所描述，热解产物部分（或 其另外的部分）可以具有低于指定的量的氧含量。这是热解反应的特别有益的方面，因为 产物的低氧含量增加热解反应产物（在水除去之后）作为生物油的有用性，即，较大比例的 反应产物呈作为生物油有用的形式。
[0132] 现在参考附图，根据本公开内容的一个实施方案，图1是催化生物质热解方法系 统的方框图。如图示，生物质制备单元可以被提供用于制备用于热解方法的未加工的生物 质，包括将未加工的生物质尺寸减少并且干燥至预定的适当的规格。将制备的生物质递送 到其中热解反应被进行的催化生物质热解单元。
[0133] 将反应的热解产物递送到固体/蒸气分离单元。可能存在的蒸气以及液体部分从 分离单元传送到蒸气冷凝/液体收集单元，并且包括催化剂和固体生物质部分的固体从分 离单元传送到催化剂再生单元。在催化剂再生单元，可以收回生物质固体例如灰分，并且然 后将再生催化剂再引入到催化生物质热解单元内。在蒸气冷凝/液体收集单元中，液体生 物原油被形成且传送到液体分离器，用于将生物油产品与水和其他组分分离。任选地，尾气 可以从蒸气冷凝/液体收集单元中收回。可以在方法系统中将这样的尾气再循环到催化生 物质热解单元，或排放用于进一步加工或其他处置。
[0134] 可以在本公开内容的广泛实践中利用对进行快速热解反应有用的任何适当类型 的反应器。理想地，如本文不同地描述，反应器被特别适于使用催化剂组合物。可以在本 公开内容的广泛实践中利用的反应器的例证性的实例包括但不限于鼓泡流化床反应器、 循环流化床/输送反应器、在用于裂化石油烃的提炼厂操作中利用的类型的流化催化裂 化（FCC)反应器、旋转锥热解器、烧蚀热解器、真空热解反应器、和螺旋钻反应器（auger reactor)〇
[0135] 图2是输送反应器系统的示意图，其中本公开内容的催化剂可以被利用以进行催 化生物质热解。
[0136] 在输送反应器系统中，用载气将制备的生物质递送到快速热解反应器。生物质进 入混合区域，其从混合区域被输送经过提升管部分（riser section)，即提升管反应器。载 气可以是任何适当类型，并且例如可以包括氮气或其他惰性气体。以相对于反应器体积的 足够速率提供载气，以便生物质具有适当的持续时间的在提升管部分中的停留时间。在特 定的实施方案中，生物质在提升管部分中的停留时间可以是约5秒或更少、约4秒或更少、 约3秒或更少、约2秒或更少、或约1秒或更少，例如，在任何一个这样的停留时间范围中具 有0.1秒的下限。
[0137] 进入提升管反应器的生物质在适当的热解条件例如温度、停留时间、和催化剂与 生物质的比率下与催化剂进行接触。在特定的实施方案中，热解温度可以在200°C至900°C 的范围内、在200°C至700°C的范围内、在200°C至600°C的范围内、在200°C至550°C的范围 内、在250 °C至500 °C的范围内、或在300 °C至500 °C的范围内。在其他实施方案中，较低的 温度范围对最小化不合意的热效应比如裂化可以是有益的。在还其他实施方案中，可以在 600°C或更小、550°C或更小、或500°C或更小的温度下，或在其他适当的范围内的温度下进 行生物质在催化剂的存在下的反应。在特定的实施方案中，停留时间可以是0.5秒至约5 秒、0. 5秒至4秒、0. 5秒至3秒、或0. 5秒至2秒、或其他适当的停留时间范围。
[0138] 热解反应的压力可以在任何适当的值或水平下。在某些实施方案中，在环境压力 下进行热解。在其他实施方案中，在高压比如从环境压力至25巴（2. 5MPa)、从环境压力至 20巴（2MPa)、或从环境压力至10巴（IMPa)下进行热解。在还其他实施方案中，可以在从 环境压力直到35巴（3. 5MPa)的压力下进行热解。
[0139] 通常，热解条件被用于在催化热解方法中利用的特定的催化剂组合物以实现适于 最大化液体生物油收率同时通过连续的再生维持高的催化剂活性的停留时间和传热速率。 虽然催化剂的分批或间歇的再生被预期在本公开内容的广泛范围内，连续的再生对维持适 当的催化剂活性通常是较合意的。
[0140] 本公开内容的催化剂组合物呈现足够高的活性以使低温热解和热解的反应产物 的同时的低温裂化成为可能。
[0141] 在再生器中再生催化剂。再生器可以是任何适当的类型，并且可以例如包括通过 空气和/或蒸汽流化的鼓泡流化床，例如稀释的空气和/或稀释的蒸汽，其中稀释剂包括 Ar、He、N2、Xe、Ne、或CO2、或其他流化介质。将流化介质注入到再生器内以流化催化剂床。
[0142] 在流化的催化剂床中，通过氧化催化剂上的炭或表面碳（焦炭）使催化剂再生。当 催化剂循环回到混合区时，放热的碳氧化还可以将热赋予催化剂固体以促进吸热的生物质 热解反应。可以进行催化氧化方法以便不需要另外的燃料来驱动方法，即，其中若需要，可 以从炭和焦炭氧化获得用于催化生物质热解所需的所有的热。
[0143] 在某些实施方案中，通过氧化炭和焦炭可以产生超过热解反应器的热要求的过量 的热。这样的过量的热可以通过多种类型的传热装置提取，并且被用于发电、热回收、或其 他处置或应用。
[0144] 在其他实施方案中，在催化剂再生中通过氧化炭和焦炭产生的热可以小于用于催 化氧化方法所需的热，并且对催化热解反应器的补充的热输入可以是必要的。
[0145] 因此，可以在用于总的方法系统的多种热管理模式下操作催化剂再生操作。
[0146] 使用本公开内容的催化剂组合物的催化热解提供在低温下高度选择性地解聚并 且碎裂生物质的纤维素、半纤维素、和木素组分。这样的选择性和低温促进热解反应的高的 生物油收率。本公开内容的催化剂组合物对在生物质热解期间除去氧并且通过产生切断纤 维素、半纤维素、和木素中的特定的键抑制炭形成同时促进烃缩合反应是有效的。
[0147] 通过催化生物质热解方法循环的催化剂材料的量适当地基于系统的生物质生产 量，且固体催化剂的量使得提供用于吸热热解反应的期望的反应热并且催化地控制蒸气相 的化学性质。催化剂与生物质的比率可以以任何适当的值。在特定的实施方案中，这样的比 率可以在基于重量的约1:1至约100:1的范围内。在其他实施方案中，催化剂与生物质生 产量的比率可以是在5:1至约75:1、或约10:1至约50:1，或在其他适当的比率值范围内。
[0148] 在图2热解系统中，离开热解反应器的流（包括循环的固体、蒸气、和气体）被转 移到用于将固体（例如，用过的催化剂和炭）与蒸气和气体分离的旋风分离器。在分离之 后，离开分离器的固体在竖管中收集且流动到再生器反应器内。将空气和/或蒸汽、或其他 再生介质引入到再生器以氧化在催化剂表面上沉积的生物质炭和焦炭。再生器反应器的主 产物是二氧化碳和被赋予再生催化剂的热。二氧化碳可以被收集且从系统中除去用于多价 螯合（sequestration)或其他处置。
[0149] 离开再生器反应器的热的催化剂被返回到热解反应器。
[0150] 与旋风分离器中的固体部分分离的热解蒸气和气体被转移到冷凝器，在冷凝器中 蒸气被冷凝成通常含有水相和有机相的液体。代替旋风分离器，可以利用其他分离装置从 蒸气流除去颗粒，所述其他分离装置包括但不限于过滤器、袋滤室、静电除尘器、以及类似 物。
[0151] 在冷凝器中，冷凝的水相可以主要是具有水溶性的有机材料比如酸（例如乙酸、 苯酚）、和未转化的无水糖的水例如约40-95%水。冷凝的有机相比富水的水相更稠密且通 常具有远远较低的氧含量。将两相物理地分离并且在出口处收集富烃的生物油。
[0152] 尾气比如一氧化碳作为高处流（overhead stream)从冷凝器排放，并且如果期望 和在期望的程度上，可以被单独地加工或以其他方式作为用于再生器和/或热解反应器的 加热燃料来源被用于方法系统。
[0153] 将认识到的是，图1和2中描绘的方法系统具有仅例证性的特性，并且任何其他适 当的热解系统装置可以在本公开内容的范围内利用。
[0154] 更通常地，本公开内容的催化生物质热解方法包括使生物质起始物料在本公开内 容的催化剂的存在下在热解条件下反应以形成可以被容易地加工以形成生物油的生物原 油。生物油可以具有氧含量，并且