[發明專利]用于生物質的熱催化轉化的耐火混合的金屬氧化物和尖晶石的組合物

無效

• 申請號: 201280012419.8
• 申請日: 2012-03-01
• 公開（公告）號: CN103415591A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: R·巴特克;M·布拉迪;D·施塔米爾斯
• 申請（專利權）人: 科伊奧股份有限公司
• 主分類號: C10B53/02
• 分類號: C10B53/02;C10G3/00;B01J23/02;B01J21/10;B09B3/00
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 張靜

技術領域

本發明涉及在催化過程中使用的催化劑，更具體地涉及在固體生物質材料的催化熱解過程或氣化中使用的催化劑。

技術背景

生物質，尤其是植物來源的生物質，被認為是一種燃料和專用化學品的充足潛在來源。參見例如P.McKendry編著的“來自生物質的能源生產(Energy?production?from?biomass)”，《生物來源技術(Bioresource?Technology)》83(2002)，第37-46頁和Wyman等人編著的“領先的生物質預處理技術的協調發展(Coordinated?development?of?leading?biomass?pretreatment?technologies)”，《生物來源技術》96(2005)1959-1966。精制生物質原料(如植物油、淀粉和糖)基本能被轉化為液體燃料，所述液體燃料包括生物柴油(如脂肪酸的甲基酯或乙基酯)和乙醇。然而，將精制的生物質原料用于燃料和專用化學品會從動物和人消費中分流食物資源，從而產生經濟和道德問題。

或者，不可食用的生物質能夠用于生產液體燃料和專用化學品。不可食用的生物質例子包括農業廢料(如甘蔗渣、秸稈、玉米秸、玉米殼等)和專門種植的能源作物(像柳枝稷(switch?grasses)和鋸齒草)。其它例子包括樹木、林業廢料(如采伐作業產生的木屑和鋸屑)、或來自紙和／或造紙廠的廢料。另外，生物質的水產養殖來源(如藻類)也是生產燃料和化學品的潛在原料。不可食用的生物質通常包括三種主要組分：木質素、無定形半纖維素和結晶纖維素。某些組分(如木質素)能降低生物質的化學和物理可及性，從而降低化學和／或酶轉化的易感性(susceptibility)。

由生物質生產燃料和專用化學品的嘗試能得到低價值的產品(如不飽和的、含氧的、和／或環狀烴)。雖然這些低價值產品能被升級為較高價值產品(如，常規汽油、航空燃料)，但是升級需要專門的和／或昂貴的轉化方法和／或精煉裝置，這與常規基于石油的轉化方法和精煉裝置不同而且不兼容。由于大規模的生產設施并非廣泛可得并且其造價可能十分昂貴，因此生物質的廣泛使用和實施以生產燃料和專用化學品面臨很多挑戰。另外，現有方法可能需要極端條件(如，高溫和／或高壓、昂貴的工藝氣體如氫氣，這增加了投資和操作成本)、需要昂貴的催化劑、轉化效率低下(如，不完全轉化或無法轉化木質素-纖維素和半纖維素材料)，和／或產物選擇性差。

迄今為止，人們一直需要轉化固體生物質材料用以生產燃料和專用化學品的新穎的且改良的方法。

發明內容

本發明的一些方面涉及一種纖維素生物質的催化熱解的方法，該方法包括在催化劑體系存在的情況下加熱纖維素生物質至轉化溫度，其中所述催化劑體系包括混合的金屬氧化物催化劑，其表示為化學式X₁O·(X₂O)_a(X₃Y_bO₄)，其中X₁、X₂和X₃是選自Mg、Ca、Be、Ba及其混合物的堿土元素，并且Y是選自Al、Mn、Fe、Co、Ni、Cr、Ga、B、La、P及其混合物的金屬。在一些實施方式中a能夠是0或1，b能夠是1或2。在優選的實施方式中，催化劑體系通過煅燒一種或多種含有選自堿土元素和金屬元素的元素的化合物形成。X₁、X₂和X₃能夠是相同或不同的元素。在一些實施方式中，化合物包含至少一種堿土元素和鋁并且是陰離子或陽離子粘土。例如，陰離子粘土是水滑石或水滑石狀的化合物。在一個示例性的實施方式中，陽離子粘土選自蒙皂石、膨潤土、高嶺土及其混合物。

在一些實施方式中，堿土元素X是Ca或Mg并且金屬元素Y是Al。例如，催化劑包含混合的氧化物，其表示為化學式CaO·MgO·(MgAl₂O₄)。

在一些實施方式中，熱解在氫氣存在下實施。在一些實施方式中，熱解在蒸汽和循環氣態產物存在下實施。

在一些實施方式中，催化劑體系從至少兩種化合物形成，其中包括X元素的第一化合物是第一種金屬氧化物前體并且包括Y元素的第二化合物是第二金屬氧化物前體。第一和第二金屬氧化物前體各自獨立選自金屬氧化物、金屬氫氧化物、金屬羥基碳酸鹽、金屬碳酸鹽及其組合。在一些實施方式中，混合至少2種化合物以形成中間體混合物，并且其中所述的中間體混合物是均勻的。