[发明专利]处理纤维素类生物质的方法和系统

说明书

技术领域

该部分旨在介绍本领域中可能与本发明的示例性实施方案有关的各个方面。相信该讨论有助于提供一个框架以促进更好地理解本发明的特定方面。因此，应该理解该部分应从这个角度阅读，和不作为对任何现有技术的认可。

本发明大体涉及纤维素类生物质固体的消化，和更具体地涉及处理包含可由纤维素类生物质消化获得的木质素的反应产品的方法。

背景技术

具有商业重要性的多种物质可以产自于天然资源，包括生物质。由于在其中发现了各种形式的多种丰富的碳水化合物，纤维素类生物质在这方面可能特别有利。如这里所应用的，术语“纤维素类生物质”指包含纤维素的存活或者以前存活的生物材料。在高级植物的细胞壁中发现的木质纤维素材料是世界上最大的碳水化合物来源。通常由纤维素类生物质生产的材料可以包括例如经部分消化产生的纸和纸浆、生物燃料，包括经发酵产生的生物乙醇。

由可再生来源获得的化石燃料替代物的开发最近已经引起了人们的注意。在这方面，纤维素类生物质由于其存量丰富且在其中存在多种不同组分(特别是纤维素和其它碳水化合物)而获得了特别的注意。尽管很有希望且引起了人们极大的兴趣，但生物基燃料技术的开发和实施仍非常缓慢。直到今天，现有技术产生的燃料仍具有低的能量密度(例如生物乙醇)和/或不能与现有的发动机设计和运输基础设施完全相容(例如甲醇、生物柴油、费-托柴油、氢气和甲烷)。另外，传统的生物基方法通常产生以稀水溶液(>50wt％的水)形式存在的难于进一步处理的中间产物。应对前述和其它问题，用于将纤维素类生物质处理为具有类似化石燃料组成的燃料混合物的能量和成本有效的方法将是特别希望的。

另外，除了所需的碳水化合物外，在纤维素类生物质中可能存在其它物质，这些物质可能对以能量和费用有效的方式进行处理特别成问题。例如，在纤维素类生物质处理的过程中，在纤维素类生物质中存在的大量木质素可能会导致处理设备结垢，很有可能造成昂贵的系统停工期。大量木质素也可能导致单位重量原料中纤维素类生物质转化为可用物质的转化率相对较低。

正如前述所证明的，有效转化纤维素类生物质为燃料混合物和其它物质是具有极大工程挑战的复杂问题。本发明应对这些挑战和提供了相关优点。

发明内容

本发明大体涉及纤维素类生物质固体的消化，和更具体地涉及可与纤维素类生物质固体的水热消化相结合获得的木质素衍生的酚类物质的处理方法。按照某些方面，提供一种方法，所述方法包括：向第一反应区中的反应器提供第一反应内容物，其中所述第一反应内容物包含纤维素类生物质固体、分子氢、活化氢的催化剂和消化溶剂；加热所述第一反应内容物，以形成包含酚类和醇类组分的第一反应产品；向第二反应区中的反应器提供第二反应内容物，其中所述第二反应内容物包含第一反应产品、分子氢和活化氢的催化剂；加热第二反应内容物，以形成包含未转化酚和由酚转化的烃的第二反应产品；使未转化酚馏分从第二反应产品中分离出来；向第一反应区中的反应器提供第一部分的未转化酚馏分；和向第二反应区中的反应器提供第二部分的未转化酚馏分。

在一些实施方案中，所述烃化合物包括如下的至少一种：链烷烃、链烯烃、环烷烃、环烯烃和烷基衍生或取代的环烷烃和/或环烯烃，如以下的任何一种：环己烷、环己烯、丙基环戊烷、丙基环戊烯、丙基环己烷、丙基环己烯、苯甲醚、丙基苯、环己酮、甲基环己酮、甲基丙基苯和它们的任意组合。

已经发现具有低酚浓度的第二反应内容物相比于具有高酚浓度的内容物可以提供更好的烃收率。在一些实施方案中，低酚浓度以第二反应内容物的总重量计为至多50wt％浓度，包括约0.1-50wt％的酚浓度和其间的任何量，包括以第二水热反应内容物的总重量计小于45wt％、小于40wt％、小于35wt％、小于30wt％、小于25wt％、小于20wt％、小于15wt％、小于10wt％、或小于5wt％。

如果转化在水存在下实施，可以改进木质素转化，包括木质素转化为酚和/或酚转化为烃化合物。在一些实施方案中，可以至少部分用水达到至少50wt％或更少的第二反应内容物的酚浓度。在一些实施方案中，以第二水热反应内容物的总重量计，第二反应内容物中水的浓度可以为至少10wt％，包括以第二水热反应内容物的总重量计至少10wt％、至少15wt％、至少20wt％、至少25wt％、至少30wt％、至少35wt％或至少40wt％的水浓度。