[发明专利]转化生物油的方法

说明书

发明领域

本发明涉及生物油的转化，由此改变生物油的组成，降低酸度并且改善生物油的稳定性。本发明也涉及在适于氧化的条件下使生物油经过氧化产生氧化产物，并且在适于缩合的条件下使所述氧化产物缩合得到转化的生物油。本发明也涉及可通过所述方法得到的转化的生物油。

发明背景

使用多种方法和工艺得到不同性质和组成的生物油。例如可以使用任意合适的热处理和裂解等从生物质得到生物油。

裂解通常理解为在没有或有限提供的氧化剂如空气或氧的情况下通过加热使得有机物质化学分解。热解能够用于将生物质转化为热解油，其为生物油的一个示例。商业热解应用一般不是集中在炭的产生(慢速热解)就是集中在液体产品，热解油的产生(快速热解)。慢速热解和快速热解工艺都可用于热解油的制造。

在生物质(例如木质纤维素材料)的热解过程中，在400-700℃范围内的温度下进行，大部分的纤维素和半纤维素以及部分木质素一般崩解以形成在热解温度下为蒸气的较小和较轻的分子。在冷却过程中，部分蒸气冷凝以形成液体产物，称为热解油。

生物油是化学化合物，包括反应性醛类和酮类的复杂混合物。所述的反应性化合物互相反应，从而形成具有较高分子量的复杂分子并且生物油的粘度增加。例如，生物质衍生的热解油通常包含水、轻挥发物和非挥发物。另外，热解油具有高酸度，其通常导致腐蚀问题、显著的水含量和高氧含量。

基于木材的热解油是木材或森林残留物的热解产物并且其通常含有羧酸、醛、酮、碳水化合物、热降解的木质素、水和碱金属。含氧化合物(通常40-50重量％)和水(通常15-30重量％)使得热解油在化学和物理上是不稳定的。虽然热解油相比木材具有较高的能量密度，但是它们是酸性的(pH约为2)并且与传统燃料不相容。另外，热解油具有高粘度和高固体含量。弱稳定性和高酸度是使用热解油或较长时间储存中的关键问题之一。

由于其不稳定性，生物油被快速转化为半固体并且逐渐转化为固体物质，其对于任意其它目的而言是很难储存或使用的。因此，按照现有的实践，有必要进一步快速加工生物油以避免与稳定性相关的问题。

由于生物油组分的复杂混合物导致所述生物油并且尤其是热解油的提炼来提供燃料或燃料组分通常是非常困难的。例如，热解油通常由超过200种鉴定的化合物组成，其要求非常不同的条件来将它们进一步转化为燃料组分或燃料的前体。这通常通过在氢存在的条件下，在氢化催化剂上对所述热解油的加氢处理来进行的。由于热解油通常含有最高达50重量％的氧，完全去除氧需要大量的氢，甚至高达1000L／kg热解油。所得的轻组分变为气体产物(氢气、甲烷、乙烷等)而重组分变为焦炭和重油。重油混合物需要进一步提炼以产生燃料馏分并且这个过程需要大量的氢气和通常各种不同的催化剂以得到需要的产物。

尽管有这些涉及生物油的正在进行的研究和开发，仍然存在提供改善的用于以高效和经济的方式将生物油转化为更有价值组分的工艺和方法的需求。

发明内容

本发明涉及转化生物油的方法，由此改变所述生物油的组成，降低酸度并且改善生物油的稳定性。具体地本发明涉及转化生物油的方法，其中使包含生物油的原料在适于氧化的条件下经过氧化产生氧化产物，并且在适于缩合的条件下使所述氧化产物缩合得到转化的生物油。在该方法中，可得到具有改善的稳定性并且组成复杂度较低的转化的生物油，从而转化的生物油能够长时间维持液体形式。

本发明也提供转化的生物油，其可被用作例如加热油，以及作为用于生产燃料、燃料组分、精细化学品和用于化学生产的化学结构模块以及溶剂的方法中的起始材料。

转化生物油的方法包括以下步骤，其中在选自O₂、O₃和H₂O₂的氧化剂存在的情况下，在适于进行所述氧化的条件下使包含生物油的原料经过氧化以产生氧化产物，并且在碱性催化剂存在下使所述氧化产物经过缩合得到转化的生物油。本文中的术语“碱性催化剂”包括碱催化剂。

因此，本发明的一个目的是提供高效和经济地转化生物油的方法，其中改变了所述生物油的组分、降低了粘度并且改善了稳定性。

本发明的另一个目的是提供转化的生物油，其适于如此或在有价值组分，尤其是燃料和燃料组分的制造中使用。

本发明的另一个目的是提供至少部分或完全基于可再生起始材料的转化的生物油，用于如此使用或有价值组分的制造中。

定义

本文中术语“加氢处理”是指所有通过分子氢的方式对有机材料进行催化处理。