藻源水热液化生物原油与沥青质延迟焦化共处理：提升可再生资源炼化整合效率的创新路径

为解决生物原油与石油原料共处理中的兼容性及杂质去除难题，研究人员探索了藻源HTL生物原油与沥青质在延迟焦化中的协同转化。实验表明，10-40 wt%生物原油混合可降低焦炭产率（60-62 wt%液体产物），提升高热值（45-46 MJ kg?1），并显著减少杂原子含量（4.1-5.5 wt%），为生物质炼化一体化提供了非催化预处理新策略。

　　

随着全球对碳中和目标的推进，如何将可再生生物质资源高效整合到传统石油炼化体系中成为关键挑战。藻类因其高生长速率和CO₂固定能力被视为理想生物质来源，但其衍生的水热液化（Hydrothermal Liquefaction, HTL）生物原油存在高粘度、高杂原子（氮、氧含量达10-17 wt%）等问题，直接催化处理易导致催化剂失活。现有研究多聚焦于生物原油与轻质油（如VGO）的催化共处理，但面临转化率下降、设备腐蚀等瓶颈。

加拿大国家研究理事会（National Research Council of Canada）的Devinder Singh团队在《Biomass and Bioenergy》发表研究，首次系统评估了藻源HTL生物原油与重质沥青质在延迟焦化（Delayed Coking）中的非催化共处理效果。该技术利用现有炼厂基础设施，通过高温（450°C）热裂解实现生物原油的初步提质，避免了昂贵的加氢处理步骤。

研究采用密封间歇式高压釜模拟工业延迟焦化条件，对10-40 wt%生物原油混合物料进行5分钟快速焦化。关键发现包括：混合进料使液体产物收率提升至60-62 wt%，显著高于纯生物原油处理；产物高热值达45-46 MJ kg^?1，接近传统燃料标准；杂原子总量降至5.5 wt%以下，其中硫占比超50%，而难处理的含氮化合物（如吡啶类）结构被破坏。这些变化归因于生物原油中的氢供体有机物抑制了焦炭生成，同时高温促使N₁O₁类杂环化合物分解。

在材料与方法部分，研究选用Nannochloropsis藻（蛋白质58.6 wt%）经HTL制取生物原油（HHV 36.9 MJ kg^?1），与加拿大阿尔伯塔沥青质（硫含量4.7 wt%）混合。通过元素分析、沸点分布测定等技术追踪转化路径。

研究结果部分揭示：

1. 物料特性：HTL使藻类能量密度提升122%，但生物原油氮含量（4.2 wt%）仍是后续催化升级的主要障碍。
2. 产物分布：40 wt%生物原油混合时焦炭产率较纯沥青质降低12%，证实生物组分对结焦的抑制作用。
3. 组分演变：焦化后含氧化合物几乎完全消除，氮化合物从4.2 wt%降至1.8 wt%，但硫因沥青质贡献仍占主导。

结论指出，延迟焦化可作为生物原油炼化序列的"预处理门户"，通过热力学驱动而非催化剂依赖的方式降低后续工艺负荷。该成果为生物质-石油共处理提供了新思路，尤其适用于重质油占主导的炼厂体系，有望加速可再生能源在传统能源基础设施中的渗透。研究同时提示，焦化产物的硫残留问题仍需通过后续加氢脱硫（HDS）进一步解决。