[发明专利]使用得自生物质的溶剂的木质素到液体燃料和多元醇的转化

说明书

从木质素产生馏分燃料的方法，其包括：制备得自生物质的木质素溶剂；将木质素溶解于得自生物质的溶剂中；并且分离未溶解的木质素和矿物质，以产生合成原油。在某些实施方案中，该方法进一步包括使合成原油经受加氢处理/氢化过程，以产生馏分燃料。改进直接木质素液化的方法，其包括：在直接木质素液化过程中使用未经氢化的脂类，以促进木质素解聚。使用得自生物质的原料作为供氢体的方法，其包括：提供得自生物质的原料；对该原料进行改性，以改进其作为供氢体的有效性；以及使用经改性的原料作为供氢体进行转移氢化处理。

相关申请交叉引用

本申请要求2017年7月14日提交的题目为“使用得自生物质的溶剂由煤、 木质素和石油残渣产生液体燃料和多元醇的方法”的美国临时申请第62/532,801号；和2018年3月14日提交的题目为“使用得自生物质的溶剂对煤或木质素的直接液化用于船用燃料和其它中速或低速柴油发动机”的美国临时申请第62/642,709号的权益，所述临时申请中的每一篇以其整体并入本文。

政府权利的声明

本发明是依据美国能源部授予的合同第DE-FE0023963号在政府支持下作出的。政府在本发明中具有某些权利。

本发明一般涉及将木质素（任选与一些煤一起）转化成液体烃的方法和系统，更具体地涉及液体燃料的产生。本发明还涉及归因于得自生物质的供氢溶剂的作用，通过转移氢化来改进木质素的溶解的方法。

背景

随着美国和全世界的能量消耗持续增加，希望能将木质素、生物质或其它固体或非常规重质烃能源转化为合成燃料、氢气和化学品的环境清洁能量转化的额外方法。对于由许多常规能量转化方法所产生的增加的废物和污染物以及此类方法的低效率的关注已导致对更清洁、更有效的方法的进一步研究。

木质素是木质纤维素生物质的主要组分(按重量计15–30% ，按能量计至多约40% )，并且是地球上最丰富的可再生碳源之一。原生木质素(在植物中发现的未经处理的木质素)的确切结构仍然是未知的，因为它受到提取方法的影响。然而，基于生物合成，认为木质素涉及三种主要单体的聚合：对香豆醇、松柏醇和芥子醇。目前，木质素的全球商业生产是造纸的结果，但是其产量可随着建造更多的生物精炼厂而显著增加。硫酸盐法制浆本身生产超过5千万MT /年的木质素，其中98%被燃烧。

已经评价了将木质素转化为更有价值的材料（例如燃料）的各种方法，但是这些方法的开发比碳水化合物转化的方法少得多。最重要地，任何转化木质素的方法必须能够广泛地处理由不同原料和不同提取方法产生的木质素，所述方法例如硫酸盐法、有机溶剂法、纤维素乙醇或水热分馏。转化木质素的主要方法是加氢处理、热解、气化(包括经由费-托(FT)间接液化)和直接液化。

木质素加氢处理已经被评价多年，但是由于催化剂失活，该方法存在难度。条件通常为200-400℃，在过渡金属催化剂的存在下，使用1000-2000 psi的氢气。转化率通常为49-71%，其中80%的最佳转化率来自有机溶剂木质素，且较低的转化率来自硫酸盐木质素。低催化剂活性和再生前的短时间导致成本增加。

还已评价了木质素热解。其由以下组成：将木质素暴露于160-900℃的温度达相对短的时间，产生具有残余炭的油产物。可以在存在或不存在催化剂的情况下进行热解。虽然酸水解和苏打木质素分别得到63%和70%的转化率，但是硫酸盐木质素仅被转化至多44%，并且它倾向于产生更多的炭。

木质素气化是由此木质素完全分解以产生合成气的过程，所述合成气用作燃气轮机的进料以产生热量和动力，或者在过渡金属催化剂上反应以产生液体燃料。针对常规气化的主要挑战在于产物具有较低价值，并且任何残留的碱导致设备腐蚀。超临界水气化能在较低温度(＞350℃)下运行，但是其要求非常高的压力(约3600 psi)，且其通常涉及过渡金属催化剂。已发现木质素抵制超临界水气化，这导致低的产率/转化率。