[發(fā)明專利]生產(chǎn)霍奇羰基化合物和低聚木質(zhì)素的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810169107.3
• 申請日: 2008-10-27
• 公開（公告）號: CN101440026A
• 公開（公告）日: 2009-05-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 讓·皮斯科日;彼得·馬耶斯基
• 申請（專利權(quán)）人: 讓·皮斯科日;彼得·馬耶斯基
• 主分類號: C07C45/51
• 分類號: C07C45/51;C07D307/50;C07G1/00;C05F11/00;C01B31/00
• 代理公司: 中原信達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 劉 慧;楊 青

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及通過在蒸汽存在下熱分解物料(含水熱解)對生物質(zhì)進(jìn)行轉(zhuǎn)化以生產(chǎn) (1)水溶性霍奇羰基化合物(Hodge’carbonyls)物流，(2)水不溶性低聚木質(zhì)素物流，和(3) 木炭粒子物流。

背景技術(shù)

自從70年代末期以來，許多研究者和開發(fā)人員鉆研于生物質(zhì)的快速熱解，也稱作 生物質(zhì)的閃熱解、超熱解、迅速熱解和燒蝕熱解。最通常是，授權(quán)給H.S.Bauer的美國專利4, 260,473中所述的“由以下操作組成的閃熱解：其中經(jīng)過干燥和粉碎的實質(zhì)上的有機(jī)級份與 粒狀固體熱源和相對于熱解產(chǎn)品無反應(yīng)活性或無不利反應(yīng)活性的載氣，在渦流條件下，在 通過流過其中的粒狀固體熱源而被維持在約600℉到約200℉溫度的閃熱解區(qū)中混合”。

由OccidentalResearchCorporation進(jìn)行的使廢料閃熱解過程商業(yè)化的努力以 失敗告終。

在OccidentalResearchCorporation的努力之后，大部分涉及快速熱解的動機(jī) 以生產(chǎn)生物質(zhì)基的均質(zhì)液體(其被認(rèn)為在電站應(yīng)用中是潛在的液體燃料)為目的。在約25年 的研究之后，還沒有完全實現(xiàn)通常被稱作“生物油(bio-oil)”的商業(yè)上可能的液體燃料，盡 管報導(dǎo)了一些試圖取代船用C級鍋爐燃料油和2號取暖用油的嘗試。

通過快速熱解生產(chǎn)的“生物油”被認(rèn)為不適合用作運輸燃料。它們具有的發(fā)熱值與 原始生物質(zhì)的發(fā)熱值類似(但是以容積計算，它們僅僅是船用C級鍋爐燃料油的更高發(fā)熱值 (HHV)的約60％)。因此，如果這些油不是運輸燃料，那么很難理解為什么經(jīng)過干燥和研磨的 生物質(zhì)不直接(在各種鍋爐中)被燃燒而不是首先經(jīng)歷成本相當(dāng)高的熱解步驟用來生產(chǎn)新 的液體鍋爐燃料-生物油。另一方面，直接熱解法似乎能成立的策略是以特定級份或具體化 學(xué)物質(zhì)作為目的。對于這種策略而言，如果被采用，在燃料應(yīng)用中具有重要性的諸如均質(zhì)性 或低含水量等關(guān)鍵性要求不再作為有關(guān)的或必要條件。

從本領(lǐng)域的早期工作發(fā)現(xiàn)了以下的熱解相關(guān)產(chǎn)品：

1.霍奇羰基化合物—主要的生物質(zhì)碳水化物聚合物、纖維素和半纖維素(全纖維 素)在快速熱解條件下在480℃以上被轉(zhuǎn)化成碳水化物片段，如醇醛、乙二醛、甲基乙二醛、 丙酮醇、甲醛(霍奇羰基化合物)。這些組分具有高親水性，并且可溶于水。霍奇羰基化合物 可用在以下方面：食品工業(yè)，作為水基溶劑，作為殺蟲劑，在含銀噴墨油墨制劑中，作為脫硫 劑和除味劑，作為聚合物前體(高沸點聚酯)，在乙醇酸生產(chǎn)中，等等。

2.低聚木質(zhì)素—本質(zhì)上最富有芳族聚合物的木質(zhì)素在快速熱解條件下斷裂得到 低聚分子片段—含有分子量為400-2500道爾頓的約2-20個芳環(huán)的“低聚木質(zhì)素”。該化學(xué)級 份可溶于水，無味，并且具有相當(dāng)?shù)姆菗]發(fā)性。在低聚木質(zhì)素和腐殖酸類之間存在強(qiáng)烈的相 似性/類似性。腐殖酸類可被證明是土壤的最重要部分。低聚木質(zhì)素和腐殖酸類二者都是木 質(zhì)素-聚合物降解的產(chǎn)物。兩種物質(zhì)的確切化學(xué)結(jié)構(gòu)還未確定。

3.熱解木炭：參見授權(quán)給Radlein的美國專利5,676,727—“熱解木炭，其作為熱解 過程的副產(chǎn)物，具有大量被氧化的官能團(tuán)，并且實際上提供了部分活化的炭，因此，其可能 不僅作為吸附劑，還可通過與NH₂基反應(yīng)直接與氮結(jié)合”。

4.熱解水—在所有的(生物質(zhì)的)熱解加工中，主要產(chǎn)物是‘熱解水’，其是熱脫水 的產(chǎn)物。脫水反應(yīng)可以得到很多不希望的產(chǎn)物，如多環(huán)芳烴(PAH)，煤煙和焦木炭。

被新興的能量公司所采用的生物質(zhì)快速熱解法使用幾乎干燥的生物質(zhì)物料并且 通常獲得均質(zhì)的“油”，其通常被稱作生物油。該油主要含有各種羰基化合物/酸、熱解木質(zhì) 素和水。木炭被認(rèn)為是副產(chǎn)物。熱解水收率(通過被研究人員所低估)按干燥生物質(zhì)計算通 常為12-16重量％。這種熱解水收率表明了在熱解期間發(fā)生了脫水反應(yīng)。

如美國專利申請2004/0108251中所述的，對快速熱解方案的批評是需要循環(huán)非常 大量的惰性氣體用來傳輸與含碳原料的質(zhì)量比在12:1到200:1范圍內(nèi)的無機(jī)供熱材料。

當(dāng)要求在如此體積下的再循環(huán)氣體流來傳輸沙和生物質(zhì)時，這種氣體傳輸增加了 整個熱解回收系統(tǒng)的尺寸和復(fù)雜性。使循環(huán)鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)工作所需的能源消耗使得熱解 操作的噪聲嚴(yán)重，能量效率低，并且通常易出故障。鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)的臟污更是工業(yè)中報導(dǎo) 的常發(fā)事件。