在浆料催化剂和可煮解过滤助剂存在下水热煮解纤维质生物质固体的方法技术

在浆料催化剂存在下煮解纤维质生物质可以减少降解产物形成，但是催化剂分布和保留可以是有问题的。煮解方法能够包括：在煮解设备中，提供纤维质生物质固体和能够活化分子氢的浆料催化剂；在煮解设备中提供可煮解过滤助剂；用流体流在纤维质生物质固体中分布浆料催化剂；用可煮解过滤助剂将至少一部分浆料催化剂保留在固定位置；在浆料催化剂、煮解溶剂和分子氢存在下，加热纤维质生物质固体，由此形成包含可溶碳水化合物的液相；和在煮解设备中对可溶碳水化合物进行催化还原反应，由此在煮解设备中至少部分形成包含三醇、二醇、一元醇或其任意组合的反应产物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】在浆料催化剂存在下煮解纤维质生物质可以减少降解产物形成，但是催化剂分布和保留可以是有问题的。煮解方法能够包括：在煮解设备中，提供纤维质生物质固体和能够活化分子氢的浆料催化剂；在煮解设备中提供可煮解过滤助剂；用流体流在纤维质生物质固体中分布浆料催化剂；用可煮解过滤助剂将至少一部分浆料催化剂保留在固定位置；在浆料催化剂、煮解溶剂和分子氢存在下，加热纤维质生物质固体，由此形成包含可溶碳水化合物的液相；和在煮解设备中对可溶碳水化合物进行催化还原反应，由此在煮解设备中至少部分形成包含三醇、二醇、一元醇或其任意组合的反应产物。【专利说明】在浆料催化剂和可煮解过滤助剂存在下水热煮解纤维质生 物质固体的方法 与相关申请的交叉引用 本申请要求2012年6月28日提交的美国专利申请No. 61/665,727的益处。 专利
本申请一般涉及煮解，和更特别地涉及在煮解纤维质生物质固体的同时将浆料催 化剂保留于希望位置的方法。 专利技术背景 许多具有商业意义的物质可以制备自包括生物质的天然来源。在这方面，纤维质 生物质可以是特别有利的，原因在于其中以各种形式存在的丰富碳水化合物的多功能性。 如本文所用，术语"纤维质生物质"是指含有纤维素的活的或最近活的生物学物质。高等 植物细胞壁中发现的木质纤维材料是全世界最大的碳水化合物来源。一般制备自纤维质生 物质的物质可以包括例如经由部分煮解的纸和纸浆用木材，和通过发酵的生物乙醇。 植物细胞壁分为两个部分：初生细胞壁和次生细胞壁。初生细胞壁为扩展中的细 胞提供结构支持并且含有三种主要多糖（纤维素，果胶，和半纤维素）和一组糖蛋白。在细 胞结束生长之后产生的次生细胞壁也含有多糖并且通过共价交联至半纤维素的聚合物木 质素得到强化。半纤维素和果胶一般大量存在，但纤维素是占优势的多糖和最丰富的碳水 化合物来源。与纤维素同时存在的组分的复杂混合物能够使其处理困难，如下文所讨论。 大量注意力已放在开发衍生自可再生资源的化石燃料备择物。在这方面纤维质生 物质已获得特别注意，原因在于其大量存在和其中各种组分特别是纤维素和其它碳水化合 物的多功能性。尽管存在前景且受到密切关注生物基燃料技术的开发和应用已变得缓慢。 现有技术迄今已生产了具有低能量密度的燃料（例如生物乙醇）和/或不完全与现有发动 机设计和运输基础设施相容的燃料（例如，甲醇、生物柴油、Fischer-Tropsch柴油、氢和甲 烷）。为了应对前述问题和其它问题，用于将纤维质生物质处理为具有与化石燃料相似组成 的燃料共混物的能量-和成本-有效的过程将是高度希望的。 在将纤维质生物质转化燃料共混物和其它物质的情况下，其中的纤维素和其它复 合碳水化合物能够被提取和转化为此后能够进一步重整的更简单有机分子。发酵一种方 法，来自生物质的复合碳水化合物可以通过该方法转化为更可用的形式。然而，发酵过程一 般是缓慢的，需要大体积反应器，和产生具有低能量密度的初始反应产物（乙醇）。煮解是 又一种方式，其中纤维素和其它复合碳水化合物可以转化为更可用的形式。煮解过程能够 将纤维质生物质中的纤维素和其它复合碳水化合物分解为更简单的可溶碳水化合物，其适 于通过下游重整反应进一步转化。如本文所用，术语"可溶碳水化合物"是指在煮解过程 中变得溶剂化的单糖或多糖。尽管煮解纤维素和其它复合碳水化合物和进一步将简单碳水 化合物转化为与化石燃料中存在的那些类似的有机化合物所基于的化学知识是已知的，仍 然还是需要开发适于将纤维质生物质转化为燃料共混物的高收率和能量有效的煮解过程。 在这方面，用煮解和其它过程将纤维质生物质转化为燃料共混物的最基础的要求是，进行 转化所需的能量输入不应大于产物燃料共混物可获得的能量输出。该基础要求导致许多次 级问题，它们共同提出迄今仍未解决的巨大工程挑战。 与用煮解将纤维质生物质以能量和成本有效的方式转化燃料共混物有关的问题 不仅复杂，并且它们是完全不同于在一般用于纸和纸浆用木材工业的煮解过程中所遭遇的 那些。由于纸和纸浆用木材工业中纤维质生物质煮解的目的是保留固体物质（例如木浆）， 不完全煮解通常在低温（例如小于100°c )进行相当短的时间段。与之相对，适于将纤维质 生物质转化燃料共混物和其它物质的煮解过程理想地配置成通过以高通过量方式尽可能 溶剂化最初的纤维质生物质加料而使产率最大化。 经由纸和纸浆用木材煮解过程的惯用修饰来产生更大量的用于燃料共混物和其 它物质的可溶碳水化合物是不可行的，原因有许多。从通过量角度，简单将纸和纸浆用木材 工业的煮解过程运行更长时间段以产生更可溶的碳水化合物是不希望的。用煮解助催化剂 比如强碱、强酸或亚硫酸盐来加速煮解速率可以增加过程成本和复杂性，原因在于后处理 分离步骤和可能需要保护下游组分免受这些试剂影响。通过增加煮解温度加速煮解速率可 以实际上降低产率，原因在于在升高的煮解温度，尤其是在延长的时间段能够发生可溶碳 水化合物的热降解。一旦通过煮解产生，可溶碳水化合物是反应性很高的并且能够快速降 解以产生聚焦糖（caramelans)和其它重质尾部馏分降解产物，特别是在较高温度条件比 如高于150°C下。从能量效率角度，使用较高煮解温度也可以是不希望的。这些困难中任一 都能够挫败衍生自纤维质生物质的燃料共混物的经济活力。 使可溶碳水化合物能够免于热降解的方法是使它们进行一种或多种催化还原反 应，其可以包括加氢和/或氢解反应。通过进行一种或多种催化还原反应来稳定化可溶碳 水化合物可以允许纤维质生物质的煮解发生在比其它可能更高的温度下而不过分牺牲产 率。作为对可溶碳水化合物进行一种或多种催化还原反应的结果，可以产生包含三元醇、二 元醇、一元醇及其任意组合的反应产物。这些反应产物可以容易地通过下游重整反应转化 为燃料共混物和其它物质。此外，上述反应产物是良好的溶剂，其中可以进行水热煮解。使 用这种可以包括一元醇、二元醇和酮的溶剂，例如可以加速煮解速率和有助于稳定化纤维 质生物质的其它组分比如木质素，例如否则其能够聚结和污染工艺设备。溶剂的分离和回 收有时可以需要输入大量能量，这能够降低衍生自纤维质生物质的燃料共混物的净能量输 出。通过将反应产物用作溶剂可以增加燃料共混物的净能量输出，原因在于对发生分离步 骤的降低的需要。 与将纤维质生物质处理为燃料共混物和其它物质有关的又一问题构成如下：需要 纤维质生物质加料至可溶碳水化合物的高转化百分比。由于纤维质生物质固体被煮解，它 们的尺寸逐渐降低，直到它们能够变得流体移动的点。如本文所用，流体移动的纤维质生物 质固体，特别是3_或更小尺寸的纤维质生物质固体称为"纤维质生物质细粉〃。除非以某 些方式保留，比如通过使用筛子、过滤器或类似的保留机构，纤维质生物质细粉能够流体地 运输出系统的煮解区和进入其中固体是不希望的和能够有害的一个或多个区。例如，纤维 质生物质细粉具有堵塞催化剂床、传输管线等的潜力。甚至在运用筛子、过滤器、或类似保 留机构的情况下，纤维质生物质细粉可以最终变得过小从而通过它们当中的孔隙。尽管尺 寸小，纤维质生物质细粉可以占纤维质生物质加料的重要部分，所以如果它们未加煮解和 进一步转化为反应产物，则获得令人满意的收率的能力可以受到损害。由于纸和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，包括：在水热煮解设备中，提供纤维质生物质固体和分子氢活化性的浆料催化剂；在水热煮解设备中提供可煮解过滤助剂；用流体流在纤维质生物质固体中分布浆料催化剂；用可煮解过滤助剂将至少一部分浆料催化剂保留在固定位置；在水热煮解设备中，在浆料催化剂、煮解溶剂和分子氢存在下加热纤维质生物质固体，由此形成包含可溶碳水化合物的液相；和在水热煮解设备中，对可溶碳水化合物进行第一催化还原反应，由此在水热煮解设备中至少部分形成包含三元醇、二元醇、一元醇或其任意组合的反应产物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·C·康普林，J·B·鲍威尔，
申请(专利权)人：国际壳牌研究有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL