[发明专利]包括生物质氢解及随后脱氢和醇醛缩合以生产链烷烃的方法

说明书

技术领域

本发明涉及由生物基原料生产适用于运输燃料和工业化学品的高级烃。

背景技术

目前已经投入了大量努力开发由非化石燃料源提供能量的新方法和系统。生物基原料是有希望用于生产燃料和化学品的可再生替代烃源。

包括碳水化合物和“生物质”的生物基原料为衍生自活生物材料或近期的活生物材料的物质。一类生物质为纤维素生物质。由于组成细胞壁的木质纤维素材料使纤维素生物质成为世界上最丰富的碳水化合物源。预期将生物质转化为燃料、化学品、能量和其它物质的能力将增强经济、减少对油气源的依赖、减少空气和水污染、和减少二氧化碳的净产出率。

在开发将碳水化合物转化为适用于运输燃料的高级烃的方法中要克服许多挑战。例如，所应用的方法成本高且复杂，使其很难与应用传统资源如化石燃料相竞争。美国专利申请公开No.2007/0142633(Yao等)提出一种转化碳水化合物为高级烃的方法。提供一种离子交换树脂将碳水化合物转化为有用的反应产物。使反应产物加氢，和然后与包含沸石的催化剂接触以形成高级烃。由于形成了不希望的副产品如焦炭、二氧化碳和一氧化碳，在该系统中碳水化合物转化为烃导致所需烃产品的损失增加。因此，促进和持续生物质应用的另一个挑战是不再形成不希望的副产品如一氧化碳、二氧化碳和焦炭。另一个挑战是在有限步骤中完全转化碳水化合物为高级烃，以用最小的投资达到高收率。

转化糖为燃料的现有方法通过生物路线例如通过酵母发酵形成乙醇。但与标准运输燃料相比时，乙醇不具有高的能量密度。目前需要形成比乙醇能量密度更大的可以利用现有的燃料基础设施的液体生物燃料。另外，需要由生物基原料有效和高收率地生产适用于运输燃料和工业化学品的高级烃同时避免或减少不希望副产品的生产的方法和系统。

发明内容

在一个实施方案中，提供一种方法，所述方法包括：提供碳水化合物原料；在氢解催化剂存在下使至少部分碳水化合物原料与氢直接接触，以生产包含稳定的羟基中间产物的第一反应产物；使至少部分包含稳定的羟基中间产物的第一反应产物与脱氢催化剂接触，以形成第二反应产物；和使至少部分第二反应产物与包含碱官能度的缩合催化剂接触，以形成燃料共混物。

在另一个实施方案中，提供一种方法，所述方法包括：提供生物基原料源；处理生物基原料以形成包含碳水化合物的物流；在氢解反应中使至少部分包含碳水化合物的物流反应，以产生包括稳定的羟基中间产物物流的第一反应产物物流，其中所述稳定的羟基中间产物物流包含高级多元醇；将至少第一部分的高级多元醇与稳定的羟基中间产物物流分离；循环第一部分的高级多元醇通过氢解反应，以生产更多的稳定中间产物；使至少部分稳定的羟基中间产物与脱氢催化剂接触，以形成第二反应产物物流；和使至少部分第二反应产物物流与包含碱官能度的缩合催化剂接触，以形成燃料共混物。

在另一个实施方案中，提供一种系统，所述系统包括：包含氢解催化剂的第一容器，所述第一容器接收碳水化合物和生产稳定的羟基中间产物；包含脱氢催化剂的第二容器，所述第二容器接收稳定的羟基中间产物和生产含羰基化合物；和包含缩合催化剂的处理反应器，所述处理反应器接收含羰基化合物和生产燃料共混物，和其中所述缩合催化剂包含碱官能度。

本发明的特征和优点对本领域的熟练技术人员来说很明显。虽然本领域的熟练技术人员可以进行多种改变，但这些改变在本发明的实质范围之内。

附图说明

这些附图描述了本发明一些实施方案的一些方面，但不用于限制或定义本发明。

图1示意性描述了本发明的高级烃制备方法的实施方案的方块流程图。

图2示意性描述了本发明的高级烃制备方法的另一个实施方案的方块流程图。

图3示意性描述了本发明的高级烃制备方法的另一个实施方案的方块流程图。

具体实施方式

本发明涉及由生物基原料如碳水化合物制备高级烃的方法和系统，从而形成适用于运输燃料和工业化学品的高级烃，同时减少不希望副产品如焦炭、二氧化碳和一氧化碳的形成，其中所述碳水化合物包括糖、糖醇、纤维素、木质纤维素、半纤维素、木质纤维素生物质和它们的任意组合。所产生的高级烃可用于形成运输燃料如合成汽油、柴油燃料和航空煤油以及工业化学品。正如这里所应用的，术语“高级烃”指氧碳比小于生物基原料的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(即氧或硫)，因此术语“烃”还可以包括取代烃。