[发明专利]通过生物质的有机相热加氢催化处理生产生物燃料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及由生物质生产适用于运输燃料和工业化学品的更高级烃。

背景技术

已经有大量的注意力放在了开发用于由非化石燃料源提供能量的新技术上。生物质是作为化石燃料替代品的很有希望的资源。与化石燃料不同，生物质是可再生的。

生物质可用作可再生燃料源。一类生物质是植物生物质。由于组成高级植物细胞壁的木质纤维素材料，植物生物质是世界上最丰富的碳水化合物来源。植物细胞壁被分为两部分，即初生细胞壁和次生细胞壁。初生细胞壁提供用于细胞膨胀的结构和由三种主要的多糖(纤维素、胶质和半纤维素)和一组糖蛋白组成。次生细胞壁在细胞完成生长后产生，还包含多糖和通过与半纤维素共价交联的聚合性木质素强化。半纤维素和胶质通常含量丰富，但纤维素是主要的多糖和最丰富的碳水化合物来源。但由纤维素生产燃料提出一个技术难题。该难题的一些因素是木质纤维素(比如木材)的物理密度使得用化学品很难穿透生物质的木质纤维素结构，和木质纤维素的化学复杂性导致很难将纤维素的长链聚合结构分解为可用于生产燃料的碳水化合物。

大多数运输车辆需要由内燃式和/或推进式发动机提供的高功率密度。这些发动机需要通常为液体形式或在较小程度上为压缩气体的清洁燃烧燃料。液体燃料由于它们的高能量密度和能够泵送(使得它更容易处理)而更易于携带。

近来，生物基原料如生物质提供了液体运输燃料的唯一可再生替代品。不幸的是，在开发用于生产液体生物燃料的新技术时进展很慢，特别是对于适应现有基础设施的液体燃料产物。虽然由生物质来源可以生产多种燃料如乙醇、甲醇和植物油、以及气态燃料如氢和甲烷，但这些燃料需要适合于它们特性的新的分配技术和/或燃烧技术。这些燃料中有一些的生产还可能很昂贵和提出了针对它们在净碳节约方面的问题。仍需要直接处理生物质为液体燃料。

发明内容

在一个实施方案中，所述方法包括：

(a)提供含纤维素和水的生物质原料；

(b)在25℃下使生物质原料与部分与水混溶的有机溶剂接触，形成含有机溶剂和水的消化后生物质物流，其中有机溶剂与水的质量比大于1:1；

(c)在分子氢活化金属催化剂存在下，在有机相水热条件下，使消化后生物质物流与分子氢接触，形成含多个烃分子和含氧烃分子的加氢催化处理混合物；

(d)通过液-液分离将加氢催化处理混合物相分离为富烃有机相和含水溶性含氧烃的水相；

(e)向步骤(b)提供至少部分富烃有机相，以形成至少部分有机溶剂；和

(f)处理至少部分水相、至少部分富烃有机相、或至少部分水相和富烃有机相两者，以形成包含更高级烃的燃料共混物。

本发明的特征和优点对于本领域的熟练技术人员来说是明显的。虽然本领域的熟练技术人员可以作很多改变，但这些改变在本发明的实质范围内。

附图说明

所述附图描述了本发明一些实施方案的一些方面，和不应该用来限制或定义本发明。

所述附图示意性描述了本发明的更高级烃生产方法100的一个实施方案的流程图。

具体实施方式

本发明涉及由生物质生产适用于运输燃料和工业化学品的更高级烃。所产生的更高级烃可用于形成运输燃料如合成汽油、柴油燃料和航空燃料以及工业化学品。正如这里所应用的，术语“更高级烃”指氧碳比小于生物质原料至少一种组分的氧碳比的烃。正如这里所应用的，术语“烃”指主要包含氢和碳原子的有机化合物，其也是未取代烃。在某些实施方案中。本发明的烃还包含杂原子(即氧、硫、磷或氮)和因此术语“烃”还包括取代烃。术语“可溶性碳水化合物”指在消化溶剂中可溶和可用作氢解反应原料的低聚糖和单糖(如戊糖和己糖)。

“水相”指在不分离成第二液相的条件下可被水以1:1或更大的水/液相比稀释的液相。第二液相定义为相对于第一相界面张力大于零的相。对于可以通过密度差分离或作为乳液保持混合的两相来说，第二相的形成可以通过形成反射和折射光、声或其它波的液-液界面得到确认。如果相对于总混合物在加入大于5wt％水时形成第二液相，则具有最高水浓度的相被称为“水相”，而另一相则被称为“有机相”。对于“加氢催化处理”或“有机相加氢催化”处理，反应利用有机溶剂进行，如果所述有机溶液与水以大于1:1的质量比混合，它将分离为富烃有机相和水相。有机相必须溶解一些水以实施水解和“重整”反应。在反应温度下在有机溶剂相中下限为约1wt％的水的溶解度定义了适用于加氢催化处理的溶剂相。