生物油炼厂集成路径探索：面向先进混合电子燃料生产的TRL 5共加氢处理技术

《Processes》：Towards Refinery Integration of Bio-Oils: TRL 5 Co-Hydroprocessing for the Production of Advanced Hybrid e-Fuels

　　

本手稿作为前期工作的延续，介绍了在TRL 5装置上通过将秸秆废弃物部分稳定化热解油与石油馏分共加氢处理（co-hydroprocessing）生产电子燃料（e-fuels）技术的放大研究。研究人员将定量制备的部分稳定化热解油与直馏轻柴油（Straight Run Gas Oil, SRGO）及轻循环油（Light Cycle Oil, LCO）以不同比例掺混，并考察操作参数影响；选取最优掺混方案进行处理，获得240 L混合燃料，经间歇蒸馏装置切分后得到柴油、航煤及汽油沸程内的高品质电子燃料。产物对照EN 590（车用柴油）、EN 1655（航空燃料）与EN 228（汽油）标准评价，仅见轻微偏差，主要源于馏分切割局限导致重质富硫烃类夹带至轻汽油与航煤段。尽管如此，TRL 5加氢处理装置稳定运行30天无压降积累，累计产混合燃料1000 L，为更高TRL等级开发及商业化奠定基础。

研究背景方面，木质纤维素生物质快热解所得粗生物油因高酸度、高黏度、化学不稳定及低发热量无法直接作运输燃料，需经脱氧升级；但全加氢处理成本高，且粗油中活性含氧化合物易在催化剂前聚合结焦、堵塞床层，故需在严苛加氢前设温和预稳定步骤。前期BioMates项目已在TRL 3~4完成秸秆快热解油（Fast Pyrolysis Bio-Oil, FPBO）制备及部分稳定化（70 bar、330 °C、843 nL/L H₂/bio-oil，得氧含量约4 wt%、黏度4.9 cSt的稳定化油），并证实其与SRGO/LCO完全互溶。本研究承接该基础，在TRL 5固定床连续加氢装置上将共加工放大，桥梁实验室可行性与工业现实。

关键技术方法上，研究人员在CERTH的TRL 5连续双固定床加氢中试（液喂料300~600 mL/h，CoMo/碳化硅惰性混合装填525 mL，预硫化+重常压柴油稳态活化）开展四轮试验：前三轮分别评LCO/稳定油掺比与氢油比、温度（340~380 °C）对LCO共处理影响、SRGO及SRGO/LCO共处理；第四轮用90/10 v/v SRGO/稳定油在350与380 °C放大产240 L混合油。原料稳定油来自前期BioMates TRL 5单元（180 L）。产物经模拟蒸馏（ASTM D-7169）、元素分析（ASTM D-5291）、硫氮（ASTM D-5453/D-4629）、硫形态GC-SCD、离线气相色谱衡算氢耗；最终240 L混合油在CERTH间歇蒸馏（20 L/批，真空≤365 °C）切为石脑油/汽油、航煤、柴油、重油，各段按EN 228/ASTM D1655/EN 590评价，并以¹⁴C算生物碳占比。

研究结果部分，3.1节“稳定化生物油与LCO不同掺比共处理”表明：掺入稳定油使产品硫氮上升、HDS（加氢脱硫）与HDN（加氢脱氮）受抑制，氢耗反降；提氢油比至843 nL/L可缓减硫升约100 ppm；20 v/v%掺比运行后期伴ΔP升高与不可逆部分失活。3.2节“稳定油与LCO不同温度共处理”显示：升温利HDS/HDN，但80/20 LCO/Bio在380 °C诱发严重ΔP，氢耗骤降至33 nL/L，证明反应被床层堵塞中止；首末对比纯LCO的HDS衰减约7%、氢耗降近半，证催化剂永久失活。3.3节“稳定油与SRGO及SRGO/LCO共处理”发现：380 °C下硫可降至20~40 ppm，SRGO/Bio优于含LCO体系；理论切馏算得汽油/航煤/柴油段硫近零（重质二苯并噻吩留>360 °C段），选SRGO为最适石油基料。3.4节“稳定油与SRGO共处理放大”中，90/10 SRGO/Bio在350/380 °C连运28天无ΔP，产240 L；380 °C时较纯SRGO氢耗由103.7降至55 nL/L，中间馏分（航煤+柴油）增产，重油减；质量闭合92.8%→95.3%，碳闭合92.1%→93.4%，气产甲烷/乙烷增、无CO₂（甲烷化）、H₂S低于纯SRGO。

讨论部分指出，SRGO体系无ΔP源于LCO中芳烃与重酚类在高温自由基缩合结焦，而稳定油经预稳定已抑活；批次蒸馏切割不准致轻段密度/硫/冰点微偏（如汽油密度806.6 kg/m³超EN 228、航煤硫54 wppm超限、柴油硫偏高），工业连续塔可解；¹⁴C示轻段生物碳占比高（汽油27%、航煤14%、柴油6.5%）。结论部分翻译如下：本研究证实TRL 5尺度部分稳定化生物油与常规石油流共加氢处理可行，SRGO为最适基料（90/10 v/v无ΔP、低结焦）；产物经切馏得汽/煤/柴三段，大体合EN 228、ASTM D1655、EN 590，微偏归批次蒸馏限；共处理较纯SRGO氢耗降、中间馏分增；28天连续与累计1000 L混合油证放大稳健，为TRL 7及炼厂兼容可持续混合电子燃料商用化奠基。