[發明專利]轉換生物質為氣體燃料碳氫化合物的方法

無效

• 申請號: 201080008981.4
• 申請日: 2010-02-23
• 公開（公告）號: CN102333848A
• 公開（公告）日: 2012-01-25
• 發明（設計）人: 瑪麗亞·弗萊贊尼-斯特凡諾普洛斯;布蘭科·左吉克;布賴恩·里克斯;格雷戈里·斯特凡諾普洛斯
• 申請（專利權）人: 塔夫茨大學
• 主分類號: C10G11/00
• 分類號: C10G11/00;C07C1/22;C10G3/00
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 徐金國

相關申請的交叉引用

本申請主張分別于2009年2月23日和2009年5月8日遞交的美國臨時申請系列號NO.61/154,598和61/176,605的優先權，在此將它們的全部內容引入本文。

連邦資助研究聲明

本發明得到National?Science?Foundation第0304515號的支持。美國政府對本發明擁有某些權利。

技術領域

本發明涉及轉換生物質成為氣體燃料碳氫化合物的方法。

背景技術

日益減少的石油資源已提高了以生物質作為可再生能源的興趣。已經研究了對于生物質的各種處理選擇，包括：氣化以形成合成氣、熱裂解及液化以產生生質油(bio-oil)以及經由纖維素及半纖維素生物質水解而形成的糖類發酵。上述處理選擇詳細描述于Huber，G.W.等人，Chem.Rev.第106期(2006)，第4044-4098頁中。目前仍有需要尋找其他便宜且有效率轉換生物質為燃料的可能方法。

發明內容

一方面，本發明涉及一種轉換生物質為燃料(例如：短鏈碳氫化合物燃料)的方法，尤其是一種將C_2-6羧酸或C_2-6羧酸鹽脫羧的方法。更具體而言，該方法包括提供含有得自生物質的C_2-6羧酸或C_2-6羧酸鹽的溶液，以及將該溶液與固體催化劑接觸以形成C_1-5碳氫化合物。

術語“生物質”包括，但不限于：整株植物或其部分、都市固體廢棄物中的有機物質、光合作用有機體(例如：藍綠藻、巨藻類及微藻類)或其部分、碳水化合物，例如單糖(例如：葡萄糖、木糖、甘露糖及樹膠糖)及其聚合物，例如：淀粉、纖維素、半纖維素及木質素。術語“固體催化劑”指一種在室溫及一大氣壓(atm)下為固體形式的催化劑。術語“羧酸鹽”指對應羧酸的共軛堿或鹽(例如：羥丁酸鹽、醋酸鈉、丁酸鉀或丙酸乙酯)。

所述羧酸可通過各種方法自生物質取得，例如：熱化學、催化劑及生化方法。參見例如Corma，A.等人，J.Catal.第257期(2008)：第163-171頁。舉例而言，短鏈脂肪族羧酸(例如：丁酸)或其鹽類(例如：丁酸鹽)可自糖類通過發酵后水解而取得。在另一實例中，先將都市廢棄物轉換成合成氣，然后將該合成氣轉換成羧酸混合物。

本發明的方法可在不同條件下執行。該含有羧酸或羧酸鹽的溶液可由氣體攜帶以與固體催化劑接觸。該氣體可為氫氣、惰性氣體或惰性氣體與氫氣的混合物?？蓪⒃撊芤?例如：水溶液)在25-500℃(例如：200-350℃或250-400℃)及在1-30atm(例如：1-10atm或5-15atm)下與該固體催化劑接觸。該固體催化劑包括金屬(例如：Fe、Co、Ni、Mn、Ru、Rh、Pd、Re、Os、Ir、Pt、Sn、Cu、Ag、Au或其組合)及基質(例如：金屬氧化物、金屬硫化物、金屬氮化物、金屬碳化物、沸石、分子篩、鈣鈦礦、黏土、含碳材料或其組合)。

該方法可進一步包括經由液化、中和或任何其他適當技術來移除另一產物二氧化碳(CO₂)以純化所得的C_1-5碳氫化合物。也可包括將該氣態載體氣體回收至反應器；和/或使用該部分回收物與產生的CO₂以制造燃料或化學品。經濃縮的液體流出物可進一步被處理及排放，或返回所述發酵罐下游處理單元。

術語“金屬”指元素金屬、金屬合金及含金屬化合物(例如：金屬氧化物或以其氧化物涂布的元素金屬)，其可在本文所述的條件下還原以形成元素金屬。術語“含碳材料”指富含碳的材料，例如：具有重量占70％或更多的元素碳。含碳材料的示例包括，但不限于：活性碳、石墨、木炭、碳黑、納米碳管、碳纖維或其組合。

上述方法的一個優點為以此方法產生的燃料富含氣態碳氫化合物，例如：丙烷及丁烷。由于該氣態碳氫化合物可容易地被結合至目前的管路基礎構造內，因此在此特別描述。事實上，丙烷及丁烷混合物包含液化石油氣(Liquified?Petroleum?Gas，LPG)。另一優點為該方法意想不到地對脫羧作用具有高選擇度。即，不太可能發生其他反應，例如去羰化作用。當使用氫氣作為載體氣體時，可產生富含烷的碳氫化合物產物。然而，通過使用惰性載體氣體可能產生烷和烯的混合物(例如：丙烷及丙烯)。

上述固體催化劑也在本發明的范疇內。