[发明专利]用于水热加氢催化转化的连续或者半连续生物质清洗系统

说明书

本申请要求2014年12月12日提交的待决美国临时专利申请系列No.62/090961，2013年12月18日提交的61/917382和61/917400的权益。

发明领域

本发明涉及连续或者半连续地清洗生物质，其用于适用于来自于生物质的运输燃料和工业化学品的高级烃的生产中的水热加氢催化处理。更具体的，本发明涉及从生物质中除去有害物质，来用于有效的生物质水热加氢催化转化。

发明背景

大量的关注已经放在开发新的技术，用于提供来自于非化石燃料的资源的能量。生物质是一种资源，其表现出作为化石燃料的替代选项的前景。与化石燃料相反，生物质还是可再生的。

生物质可以用作可再生燃料的来源。生物质的一种类型是植物生物质。植物生物质是世界上最丰富的碳水化合物来源，这归因于构成高等植物的细胞壁的木质纤维素材料。植物细胞壁分为两部分，初生细胞壁和次生细胞壁。初生细胞壁提供了用于扩张细胞的结构，并且包含三种主要的多糖(纤维素，果胶和半纤维素)和一组糖蛋白。次生细胞壁(其是在细胞完成生长后产生的)也包含多糖，并且是通过共价交联到半纤维素上的聚合木质素来增强的。半纤维素和果胶是典型的被发现是丰富的，但是纤维素是主要的多糖和碳水化合物最丰富的来源。但是，由纤维素来生产燃料具有技术难题。造成这种难度的一些因素是木质纤维素(如木材)的物理密度，其会使得化学品难以渗入木质纤维素的生物质结构中，和木质纤维素的化学复杂性，其导致了纤维素的长链聚合结构难以断裂成碳水化合物(其可以用于生产燃料)。造成这种难度的另一因素是生物质所含的氮化合物和硫化合物。生物质所含的氮和硫化合物会使得随后加工中所用的催化剂中毒。

大部分运输车辆需要内燃机和/或推进发动机提供高功率密度。这些发动机需要清洁燃烧燃料，其通常处于液体形式，或者在较少的程度上处于压缩气体形式。液体燃料是更便携的，这归因于它们的高能量密度和它们的泵送能力，其使得处理更容易。

目前，生物基给料例如生物质仅仅提供了用于液体运输燃料的可再生的选项。不幸地是，开发用于生产液体生物燃料的新技术的进展在开发方面已经减慢了，特别是符合目前的基础设施的液体燃料产物。虽然多种燃料可以由生物质资源例如乙醇，甲醇和植物油，和气态燃料例如氢和甲烷来生产，但是这些燃料需要适于它们特性的新的分配技术和/或燃烧技术。这些燃料的一些的生产也倾向于是昂贵的和在它们的净碳节约方面出现问题。需要将生物质直接加工成液体燃料，适应现有基础设施。

加工生物质供料的挑战在于需要直接偶合生物质水解来释放糖，和催化氢化/氢解/加氢脱氧该糖，来防止分解成重质终端物(焦糖或者焦油)。此外，一个挑战是使得废物的产生最小化，其可需要在处置和/或催化剂被毒物失活之前进行处理。

发明内容

已经发现令人期望地是在对生物质有效进行催化氢化/氢解/加氢脱氧之前，以一定方式从生物质供料中除去有害物质，其没有降低水热加氢催化处理的有效性，同时使得该方法中所用的水量最小化。已经发现用有机溶剂至少部分除去清洗水在这样的清洗方法中是有效的，但是需要控制用于连续或者半连续方法的溶剂的流动，来避免溶剂向流出物的过度损失，同时仍然提供了从供给到所述方法的生物质流中除去大部分的清洗水。

在一种实施方案中，连续或者半连续地清洗生物质从包含有害物质的纤维素生物质固体中选择性除去有害金属和它们的阴离子(“有害物质”)的至少一部分以用于在水热消解单元中进一步加工的方法，包括：

a.将包含有害物质的纤维素生物质固体连续或者半连续地提供到包括腔室的大体圆筒形的容器中，所述腔室的高度大于它的宽度，所述高度从顶到底包括高度L0，L1，L2和L3；所述腔室具有适于引入固体的、位于L0中的开口，一个或多个第一流体管道，其在L1内其高度的下部20％内连接到所述腔室，一个或多个第二流体管道，其在L1内其高度的上部20％内连接到所述腔室，所述纤维素生物质固体在所述腔室内以仅一个方向流动，并且相对于所述腔室内流体流动方向逆流流动，一个或多个第三流体管道，其在L2内其高度的下部20％内连接到所述腔室，一个或多个第四流体管道，其在L3内其高度的下部20％内连接到所述腔室，所述腔室具有适于生物质提取的开口，所述开口位于L3内其高度的下部20％内、处于用于纤维素生物质固体的一个或多个第四流体管道的下游；