[发明专利]提高木质纤维生物质的转化率

说明书

发明领域

[0001]本发明涉及从生物质(biomass)中获得烃的方法。更具体地说，本发明涉及对木质素和纤维素生物质的处理，来生产在汽油和柴油燃料中有用的芳烃，以及来生产化学工业中有用的化合物前体。

发明背景

[0002]可再生的化学物质来源越来越重要了。它们意味着降低对用于转化为塑料前体的进口油的依赖，并且提供对基础化学物质前体的替代物。可再生资源能够在许多工业上使用的基础化学物质组分，诸如用于塑料制造的化学物质单体，而生物质是一种能够为提供一些化学物质和燃料的来源的可再生资源。

[0003]生物质包括，但不限于，植物体、果实、蔬菜、植物加工废料、木屑、糠、谷粒、草、玉米、玉米壳、杂草、水草、干草、纸、纸产品、再生的纸和纸产品，以及任何含有生物材料或源自生物的材料的纤维素。其经济性取决于通过增加每英亩产量，在贫瘠土地上或者在水环境生产大量生物质的能力，所述贫瘠土地或水环境指的是那些很少或者没有其他显著经济竞争力用途的土地或者水域。经济性还取决于那些通常会被废弃在填埋场的生物质的处理。

[0004]在并未有损于其他更有生产效率的用途的情况下，在水环境中生物质的生长、采集以及加工提供了在有许多阳光和营养物的空间。另外，当生物质生长时，生物质有助于从大气中移除二氧化碳。在生产燃料和化学物质前体时，生物质的使用是大气碳循环的一个过程。

[0005]生物质的重要组分是存在于生物质固体部分的木质素。木质素包括不是很容易处理的芳族链和氧合物组分形成的较大分子。木质素难以处理的主要原因是无法分散木质素，使其与能够与分解木质素的催化剂发生接触。

发明概述

[0006]本发明提供了直接处理生物质的方法，而不使用热解作为分解木质素分子的第一步骤。该方法包括添加分散剂到固态生物质中，来制成生物质悬浮液。然后将悬浮液用催化剂进行处理，来将生物质分解成较小的有机分子。在优选的实施方案中，分散剂是极性质子化合物。

[0007]在另一个实施方案中，该方法还包括添加一种另外的溶剂，该溶剂具有比第一溶剂低的挥发性。第二溶剂可以是极性质子溶剂诸如长链有机酸、极性无质子溶剂比如脂肪酸甲酯、或者非极性溶剂诸如链烷烃。在不必首先热解生物质情况下的悬浮液的制备改善了产率并且降低了能量消耗。

[0008]通过下列详细说明，本领域技术人员可以了解本发明的其它目的、优势和应用。

发明的详细说明

[0009]生物质作为燃料和化学物质源的发展取决于加工大量可利用的木质纤维生物质的能力。

[0010]生物质的加工具有一些与重油原料加工相类似的特性，并且生物质的直接转化能够生产出较高产率的燃料和化学物质。然而，生物质并不容易地适用于加工重油原料的方法。要克服的最大问题是如何制造适合加工的液体，以及在何种温度和压力下操作，才使得其可经济地从生物质中回收化学物质。所以，本发明提供了通过用生物质制造淤浆料流的方式来处理生物质的方法，以便进行直接转化。通过加入分散剂到固态生物质中在制造悬浮相的方式，制备用于淤浆加工的生物质。然后将悬浮相与催化剂进行接触，来生成含有氧合物和芳香族化合物的加工料流。通过使用加氢处理催化剂使碳氧键断裂来处理生物质，氢化分子或者氢化裂解大分子来生产小分子。

[0011]生物质具有极性，能阻止其与许多通常能形成液体悬浮相的液体诸如非极性烃溶剂进行有力的相互作用。尽管可用于萃取有机物，此类溶剂的使用，通常是失败的，因为生物质和生物质焦化物的凝块，甚至在加热到通常的加氢处理温度时都会阻止其与催化剂的良好接触。为了克服这一问题，生物质中的固体必须进行分散来得到与催化剂的更好接触。这可以通过如下方式来达到，即使用合适的溶剂，其能促进生物质的粉碎和分散，然后使用另一种溶剂来促进生物质的悬浮，使其改善与催化剂的接触。分散剂需要考虑其极性，该试剂包括极性无质子溶剂、氧合物(oxygenate)和水溶性有机化合物。较长链的烃诸如正烷烃，提供了提高的粘度，其能帮助维持分散固体的悬浮。