[发明专利]亲有机物质的生物质的催化加氢热解

说明书

技术领域

本发明一般涉及从生物质中生产燃料的方法。

技术背景

生物质，尤其是植物来源的生物质，被认为是一种燃料和专用化学品充足的潜在来源。参见例如P.McKendry编著的“来自生物质的能源生产(Energy production from biomass)”，《生物来源技术(Bioresource Technology)》83(2002),第37-46页和Wyman等人编著的“领先的生物质预处理技术的协调发展(Coordinated development of leading biomass pretreatment technologies)”，《生物来源技术》96(2005)1959-1966。精制生物质原料(如植物油、淀粉和糖)基本能被转化为液体燃料，所述液体燃料包括生物柴油（如脂肪酸的甲基酯或乙基酯）和乙醇。然而，将精制的生物质原料用于燃料和专用化学品会从动物和人消费中分流食物资源，从而产生经济和道德问题。

或者，不可食用的生物质能够用于生产液体燃料和专用化学品。不可食用的生物质例子包括农业废料（如甘蔗渣、秸秆、玉米秸、玉米壳等）和专门种植的能源作物（像柳枝稷（switch grasses）和锯齿草）。其它例子包括树木、林业废料(如采伐作业产生的木屑和锯屑)、或来自纸和/或造纸厂的废料。另外，生物质的水产养殖来源(如藻类)也是生产燃料和化学品的潜在原料。不可食用的生物质通常包括三种主要成分：木质素、无定形半纤维素和结晶纤维素。某些成分（如木质素）能降低生物质的化学和物理可及性，从而降低化学和/或酶转化的易感性。

由生物质生产燃料和专用化学品的尝试能得到低价值的产品（如不饱和的、含氧的、和/或环状烃）。虽然这些低价值产品能被升级为较高价值产品（如，常规汽油、航空燃料），但是升级需要专门的和/或昂贵的转化方法和/或精炼装置，这与常规基于石油的转化方法和精炼装置不同而且不兼容。由于大规模的生产设施并非广泛可得并且其造价可能十分昂贵，因此生物质的广泛使用和实施以生产燃料和专用化学品面临很多挑战。另外，现有方法可能需要极端条件（如，高温和/或高压、昂贵的工艺气体如氢气，这增加了投资和操作成本）、需要昂贵的催化剂、转化效率低下（如，不完全转化或无法转化木质素-纤维素和半纤维素材料），和/或产物选择性差。

迄今为止，人们一直需要转化固体生物质材料用以生产燃料和专用化学品的新颖的且改良的方法。

发明内容

本发明涉及在存在或不存在氢气的条件下对生物质原料和有机液体溶剂（如生物油、烃液或其混合物）进行共处理的方法。本发明的某些方面涉及用氢供体（如精练原料、氢气或其组合）来处理生物质，例如，与氢供体一起将生物质转化为燃料、专用化学品、或中间产物。本发明包括对生物质原料和有机液体溶剂（如在存在或不存在氢气的条件下）进行共处理的精练装置。本发明还包括对生物质原料和有机液体溶剂（如在存在或不存在氢气的条件下）进行共处理的方法。通过共处理，生物质原料产生更富含氢、含较少不希望的含氧和酸性基团、和较少不希望的芳族化合物的烃产物。因此，共处理能够使由这两种原料产生的产物流具有协同效应并增加由这两种原料产生的产物流的商业价值和效用。

在某些实施方式中，所述方法包括在约80℃-300℃的温度下对生物质材料进行烘焙以形成平均粒度约为1-1000微米的颗粒状生物质。所述颗粒状生物质可与有机液体溶剂混合以形成悬浮液，其中所述悬浮液包含约1-40重量％的颗粒状生物质或者约5-25重量％的颗粒状生物质。所述悬浮液在存在氢气的条件下进料至加氢热解反应器中。在某些实施方式中，所述方法还包括将氢气循环至所述加氢热解反应器中。在某些实施方式中，所述方法产生含有轻质烃部分的气态产物。所述轻质烃部分能用于重整工艺以产生氢气并且将氢气循环用于加氢热解反应器中。在某些实施方式中，当经受至少300℃的温度和约1-200atm的压力时，所述悬浮液的至少一部分颗粒状生物质被转化为燃料。在某些实施方式中，对生物质材料进行焙烤的步骤在约80-200℃、约110-200℃或约200-300℃的温度下进行。