[發明專利]處理纖維素類生物質的方法和系統

在審

• 申請號: 201580053372.3
• 申請日: 2015-09-29
• 公開（公告）號: CN107075125A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: J·B·鮑威爾;J·N·切達;L·L·約夫里昂;P·W·安德森
• 申請（專利權）人: 國際殼牌研究有限公司
• 主分類號: C08H7/00
• 分類號: C08H7/00;C08H8/00;C08L97/00;C10G1/00;C10G1/08;C10G3/00;D21C3/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所11038
• 代理人: 王長青

技術領域

該部分旨在介紹本領域中可能與本發明的示例性實施方案有關的各個方面。相信該討論有助于提供一個框架以促進更好地理解本發明的特定方面。因此，應該理解該部分應從這個角度閱讀，和不作為對任何現有技術的認可。

本發明大體涉及纖維素類生物質固體的消化，和更具體地涉及處理包含可由纖維素類生物質消化獲得的木質素的反應產品的方法。

背景技術

具有商業重要性的多種物質可以產自于天然資源，包括生物質。由于在其中發現了各種形式的多種豐富的碳水化合物，纖維素類生物質在這方面可能特別有利。如這里所應用的，術語“纖維素類生物質”指包含纖維素的存活或者以前存活的生物材料。在高級植物的細胞壁中發現的木質纖維素材料是世界上最大的碳水化合物來源。通常由纖維素類生物質生產的材料可以包括例如經部分消化產生的紙和紙漿、生物燃料，包括經發酵產生的生物乙醇。

由可再生來源獲得的化石燃料替代物的開發最近已經引起了人們的注意。在這方面，纖維素類生物質由于其存量豐富且在其中存在多種不同組分(特別是纖維素和其它碳水化合物)而獲得了特別的注意。盡管很有希望且引起了人們極大的興趣，但生物基燃料技術的開發和實施仍非常緩慢。直到今天，現有技術產生的燃料仍具有低的能量密度(例如生物乙醇)和/或不能與現有的發動機設計和運輸基礎設施完全相容(例如甲醇、生物柴油、費-托柴油、氫氣和甲烷)。另外，傳統的生物基方法通常產生以稀水溶液(>50wt％的水)形式存在的難于進一步處理的中間產物。應對前述和其它問題，用于將纖維素類生物質處理為具有類似化石燃料組成的燃料混合物的能量和成本有效的方法將是特別希望的。

另外，除了所需的碳水化合物外，在纖維素類生物質中可能存在其它物質，這些物質可能對以能量和費用有效的方式進行處理特別成問題。例如，在纖維素類生物質處理的過程中，在纖維素類生物質中存在的大量木質素可能會導致處理設備結垢，很有可能造成昂貴的系統停工期。大量木質素也可能導致單位重量原料中纖維素類生物質轉化為可用物質的轉化率相對較低。

正如前述所證明的，有效轉化纖維素類生物質為燃料混合物和其它物質是具有極大工程挑戰的復雜問題。本發明應對這些挑戰和提供了相關優點。

發明內容

本發明大體涉及纖維素類生物質固體的消化，和更具體地涉及可與纖維素類生物質固體的水熱消化相結合獲得的木質素衍生的酚類物質的處理方法。按照某些方面，提供一種方法，所述方法包括：向第一反應區中的反應器提供第一反應內容物，其中所述第一反應內容物包含纖維素類生物質固體、分子氫、活化氫的催化劑和消化溶劑；加熱所述第一反應內容物，以形成包含酚類和醇類組分的第一反應產品；向第二反應區中的反應器提供第二反應內容物，其中所述第二反應內容物包含第一反應產品、分子氫和活化氫的催化劑；加熱第二反應內容物，以形成包含未轉化酚和由酚轉化的烴的第二反應產品；使未轉化酚餾分從第二反應產品中分離出來；向第一反應區中的反應器提供第一部分的未轉化酚餾分；和向第二反應區中的反應器提供第二部分的未轉化酚餾分。

在一些實施方案中，所述烴化合物包括如下的至少一種：鏈烷烴、鏈烯烴、環烷烴、環烯烴和烷基衍生或取代的環烷烴和/或環烯烴，如以下的任何一種：環己烷、環己烯、丙基環戊烷、丙基環戊烯、丙基環己烷、丙基環己烯、苯甲醚、丙基苯、環己酮、甲基環己酮、甲基丙基苯和它們的任意組合。

已經發現具有低酚濃度的第二反應內容物相比于具有高酚濃度的內容物可以提供更好的烴收率。在一些實施方案中，低酚濃度以第二反應內容物的總重量計為至多50wt％濃度，包括約0.1-50wt％的酚濃度和其間的任何量，包括以第二水熱反應內容物的總重量計小于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％。

如果轉化在水存在下實施，可以改進木質素轉化，包括木質素轉化為酚和/或酚轉化為烴化合物。在一些實施方案中，可以至少部分用水達到至少50wt％或更少的第二反應內容物的酚濃度。在一些實施方案中，以第二水熱反應內容物的總重量計，第二反應內容物中水的濃度可以為至少10wt％，包括以第二水熱反應內容物的總重量計至少10wt％、至少15wt％、至少20wt％、至少25wt％、至少30wt％、至少35wt％或至少40wt％的水濃度。