[发明专利]用于生产包括汽油、柴油和喷气燃料的可再生燃料的系统

说明书

相关申请

本申请要求于2012年12月7日提交的PCT申请第PCT/US2012/068616号的优先权并且是其部分连续申请，PCT申请第PCT/US2012/068616号要求于2012年1月30日提交的美国申请第13/361840号(现美国专利第8431757号)和2012年1月30日提交的美国申请第13/361828号(现美国专利第8383049号)的优先权，其全部内容通过引用并入本文。该申请还要求于2012年8月21日提交的美国临时申请第61/691713号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明大体上涉及用于制造可再生燃料的系统，并且更具体地涉及利用任选地可编程系统，通过一系列的催化剂将生物质热化学转化成可再生燃料和其它有用的化学化合物，包括汽油、柴油和喷气燃料。

背景技术

随着世界继续通过其珍贵的化石燃料资源来运行，其将被迫转向其他能源。目前的全球目标包括低廉和快速地获取能量。古往今来，人类已经转向生物质以通过燃烧木材和其他生物质来提供热方面的能量。这本质上是一种非常低效的过程。通过引入可编程性可以使得燃烧更有效。其类似于将计算机引入到需要进行加热的建筑物。为了只有当人出现时才加热该建筑物，在该建筑物中放置传感器以便当传感器检测到人时接通加热器。这是可编程系统的一个例子。类似地，可以引入可编程系统用于导致生物质高效转化成高附加值产品的化学键断裂，其中，只有最小数目的键断裂，因此，耗费最小量的能量用于断裂这些键。

键断裂和形成是生物质转化为工业上有用的产品(如汽油和柴油)的重要方面。各种形式的实验室和小规模商用生物质热解器已经发展到从生物材料(从木屑到污水污泥)的受控热解生成有用的化学产品。尽管一些热解器仅仅集中于生产合成气，在开发较温和的热解条件方面存在相当大的努力，这通常导致被称为生物油或热解油的冷凝液。用温和的热解条件操作的可编程系统可以是有效的键断裂和形成的例子。已经在实验室水平上开发了许多形式的热解器以产生这些统称为生物油或热解油的中间化合物。配置包括其中在陶瓷船中烘烤生物质的简单的管式炉、其中木材相对于热表面摩擦的烧蚀热解器、其中生物质与热砂混合的各种形式的流化床热解器和各种基于早期焦化炉设计的更简单的配置。

所得热解油的基本问题是其由数百到数千种化合物组成，这是使未加工的生物质大批经历范围广泛的温度、时间和压力分布的结果。当该过程由于原始生物原料中的成千上万的主要生物化合物变得复杂时，结果是一大批几乎棘手的所有混合在一起的所得化合物。这样的方法得到的热解油通常不是热力学稳定的。它们包含由有机酸和碱催化的活性含氧自由基，从而使得这些油通常历时几天从浅色液体演变成深色混合物，该混合物中夹带着焦油和树脂物质。另外，尝试重新气化热解油通常会导致额外的化学反应，这产生额外的生物焦炭并导致转化成所得气体流中的低分子量组分。虽然可以在实验室规模的试验中实现热解油的相当高的产率，大工业规模的示范项目通常会产生低得多的产率。据推测这是由于这种增加的架构的大得多的加热的三维体积内的更宽范围的温度、保持时间和局部压力。

向催化体系引进可编程的适应性的先前努力包括建立几个并联的反应器(类似于微处理器总线)以研究催化气体反应的Gehrer设计。(JournalofPhysicsE:ScientificInstruments18(1985)836)。Dales等人的美国专利6548026和Safir等人的美国专利6994827公开了能够控制容器搅拌速度、温度和压力的可编程并联反应器。另外，Garcia-Perez等人的美国专利申请2010/0223839公开了加热生物质至第一温度，其目的是提高在生物质热解产物的油部中发展的后续脱水糖含量。目的是为了提高用于随后的乙醇生产的油部的发酵能力。这是用于生物质转化的一些可编程系统的例子。

发明内容

本申请的实施方案提供用于将生物质转化为可再生燃料的系统和方法，可再生燃料的意思是衍生自生物质的任何可燃烧的燃料。可再生燃料可以用于运输、加热或其他目的，并且可以用于例如汽油、柴油、喷气燃料、煤油或其他有用的燃料掺合物(如苯、甲苯和二甲苯的掺合物(BTX))的这些燃料的制备、掺合或者形成。

本发明的一些实施方案涉及用于创建任选地可编程工艺的系统和方法，在该工艺中衍生自生物质分解的化学化合物被送到不同的催化工艺以产生含有可再生燃料和其他增值产品的产物。