用于加工纤维素类生物质材料的反应产物混合物的方法和系统技术方案

使用回收系统的反应产物混合物的加工，所述反应产物混合物含有至少一种挥发性有机化合物以及木质素、木质素衍生的化合物和/或未提取的纤维素和半纤维素，所述回收系统包括至少两个闪蒸器或至少一个闪蒸器和至少两个再沸器。在一个特定实施方案中，所述反应产物混合物来自包括生物质、特别是含有各种多糖(例如，碳水化合物)和木质素的纤维素类生物质的解构(或消化)的反应。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开内容总体涉及用于加工纤维素类生物质材料的反应产物混合物的方法和系统。具体地，本公开内容涉及燃烧反应产物混合物的至少一部分馏分以生成可以用于蒸发该馏分中的至少一种有机化合物的热。
技术介绍
本部分意图介绍所述技术的不同方面，其可与本专利技术的示例性实施方案有关。该论述被认为有助于为促进更好理解本专利技术的特定方面提供框架。因此，应理解本部分应从这个角度进行解读，而不是必然承认任何现有技术。具有商业重要性的多种物质可以产自于天然资源，包括生物质。由于在其中发现了各种形式的多种丰富的碳水化合物，因而纤维素类生物质在这方面可能特别适合。如本文使用的，术语\纤维素类生物质\指含有纤维素的存活或者以前存活的生物材料。在植物的细胞壁中发现的木质纤维素材料是世界上最大的碳水化合物来源之一。通常由纤维素类生物质生产的材料可以包括，例如，经部分消化产生的纸和纸浆，生物燃料，包括经发酵产生的生物乙醇。衍生自可再生资源的化石燃料替代物的开发已经受到最近关注。在这方面，纤维素类生物质由于其存量丰富且在其中发现了大量不同组分(特别是纤维素和其它碳水化合物)而引起了特别的关注。纤维素类生物质转化为燃料混合物和其它材料通常包括纤维素和其它复杂碳水化合物的提取和转换成用于进一步加工的更简单的有机分子，所述加工包括消化过程。纤维素生物质的加工通常产生含有产物混合物的中间体液体，所述混合物包括期望的有机分子以及其它化合物如木质素和/或其它相关产物。通常分离期望的有机分子，用于进一步反应以生产燃料，而分开处理其它组分。存在加工中间体液体的更有挑战性组分的现有方法，所述更有挑战性组分通常包括木质素和/或其它相关产物。一种典型的方法使用溶剂或其它化合物。在此类方法中，由于溶剂或化合物的利用，通常要求复杂的设备，所述设备操作昂贵。此外，这些其它化合物(通常包括木质素和/或其它相关产物)的分离和过滤，然后去除溶剂，通常在将这些其它组分运输至能够处置它们的地方(通常是燃烧装置)中形成工程问题。在其它现有方法中，预处理(分馏)中的木质纤维素生物质的固体转化和纤维素水解要求高温和适合的溶剂化性质，以完全或部分溶解存在的木质素和/或相关产物。在冷却时，某些木质素和/或相关化合物从溶液中沉淀。回收的木质素和/或相关产物的粒径可以变化，其对于高效燃烧太大，因而要求单独的粉碎步骤。此外，在溶液状态的含有木质素和/或相关化合物的混合物冷却时，其变得发粘(通常在木质素和/或相关产物的玻璃化转变温度范围内，其在环境压力下大约为100℃)且倾向于污染加工设备至使得所述方法不能操作的程度。如前述所证明的，纤维素类生物质的反应产物混合物的有效加工是具有巨大工程挑战的复杂问题。本公开内容提供的实施方案解决了这些挑战且同时提供了相关优点。
技术实现思路
根据一方面，本公开内容提供一种系统，其包括适合于消化纤维素类生物质材料以生成包含至少一种可溶性碳水化合物的消化产物的消化装置；适合于将所述消化产物分离为底部馏分和顶部馏分的分离区；和回收装置。所述底部馏分包含(i)分离点具有约100至600℃范围的温度和约大气压的压力的至少一种化合物，和(ii)至少一种挥发性有机化合物。所述回收装置包括适合于在热交换流体和底部馏分之间传递热能的换热组件；和连接至所述换热组件的第一出口以从所述换热组件接收所述底部馏分的炉组件。在热交换流体和底部馏分之间的热能传递能促进了所述底部馏分中的至少一种挥发性有机化合物的蒸发以生成顶部产物，所述顶部产物可以经由换热组件的第二出口离开换热组件。炉组件适合于燃烧至少一部分所述底部馏分以生成至少一部分所述热交换流体。在一个实施方案中，所述底部馏分包含木质素、木质素衍生的化合物、未提取的纤维素、未提取的半纤维素、聚焦糖和它们的任何组合的至少一种。在一个实施方案中，所述换热组件包括管壳式换热器。在另一个实施方案中，所述换热组件配置在炉组件中。在又一个实施方案中，所述换热组件设置在炉组件的燃烧区的上方。在一个实施方案中，所述炉组件进一步包括允许含氧流体进入用于燃烧的端口。在另一个实施方案中，所述炉组件进一步包括至少一种管衬壁(tube-lined壁)。在又一个实施方案中，所述炉组件包括雾化燃烧器。在一个实施方案中，所述系统进一步包括连接至所述分离区的加工区，所述加工区被配置成将所述顶部馏分中的至少一部分的多种烃和含氧烃分子转化为包含高级烃的产物流。在一个实施方案中，所述回收装置的适合于排出至少一部分所述顶部产物的出口连接至所述加工区的入口。在一个实施方案中，所述系统进一步包括适合于预热至少一部分所述底部馏分的经济器组件。在另一个实施方案中，所述系统进一步包括适合于增加换热组件中的至少一部分所述底部馏分的温度的过热器。在又一个实施方案中，所述系统进一步包括配置在所述消化装置和所述分离区之间的加氢催化系统。在一个实施方案中，所述顶部产物包含至少一种含氧烃分子。在一个实施方案中，所述底部馏分包含分离点具有约100至500℃范围的温度和约1至100托，优选约3至20托范围，例如约10托的压力的至少一种化合物。在一个实施方案中，所述换热组件被配置成将100至600℃范围的温度和0.01至250psi，优选约0.05至150psi范围的压力施加至所述底部馏分。在另一个实施方案中，所述换热组件被配置成提供所述底部馏分的多级蒸馏。根据另一个方面，本公开内容提供一种方法，其包括：提供含有纤维素和水的生物质原料；消化至少一部分所述生物质原料，以生成包含至少一种可溶性碳水化合物的消化产物；将所述消化产物分离为至少一种底部馏分和顶部馏分。所述底部馏分包含(i)分离点具有约100至600℃范围的温度和约大气压的压力的至少一种化合物，和(ii)至少一种挥发性有机化合物。所述方法进一步包括使用至少热交换流体使所述至少一种挥发性有机化合物蒸发，和燃烧至少一部分不具有蒸发的至少一种化合物的底部馏分以生成至少一部分所述热交换流体。在一个实施方案中，所述底部馏分包含木质素、木质素衍生的化合物、未提取的纤维素、未提取的半纤维素、聚焦糖和它们的任何组合的至少一种。根据下述详细说明，由本公开内容提供的实施方案的其它特征将变得明显。然而，应理解，虽然表示本专利技术的优选实施方案，但所述详细说明和具体实施例仅仅是作为说明给出，因为根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种系统，其包括:适合于消化纤维素类生物质材料以生成消化产物的消化装置；适合于将所述消化产物分离为顶部馏分和底部馏分的分离区，其中所述底部馏分包含(i)分离点具有约100至600℃范围的温度和约大气压的压力的至少一种化合物和(ii)至少一种挥发性有机化合物；和回收装置，其包括:适合于在热交换流体和所述底部馏分之间传递热能的换热组件，其中所述换热组件适合于使所述底部馏分中的至少一种挥发性有机化合物蒸发以生成顶部产物；和连接至所述换热组件的出口以从所述换热组件接收所述底部馏分的炉组件，其中所述炉组件适合于燃烧至少一部分所述底部馏分以生成至少一部分所述热交换流体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.20 US 61/919,2211.一种系统，其包括:
适合于消化纤维素类生物质材料以生成消化产物的消化装置；
适合于将所述消化产物分离为顶部馏分和底部馏分的分离区，其
中所述底部馏分包含(i)分离点具有约100至600℃范围的温度和约大
气压的压力的至少一种化合物和(ii)至少一种挥发性有机化合物；和
回收装置，其包括:
适合于在热交换流体和所述底部馏分之间传递热能的换热组件，
其中所述换热组件适合于使所述底部馏分中的至少一种挥发性有机化
合物蒸发以生成顶部产物；和
连接至所述换热组件的出口以从所述换热组件接收所述底部馏分
的炉组件，其中所述炉组件适合于燃烧至少一部分所述底部馏分以生
成至少一部分所述热交换流体。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述换热组件包括管壳式换
热器。
3.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中所述换热组件配置
在所述炉组件中。
4.根据前述权利要求任一项所述的系统，其进一步包括连接至所
述分离区的进一步加工区，所述进一步加工区被配置成将来自所述分
离区的顶部馏分中的至少一部分的多种烃和含氧烃分子转化为包含高
级烃的产物流。
5.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中所述回收装置的适
合于排出至少一部分所述顶部产物的出口连接至所述进一步加工区的
入口。
6.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中来自所述回收装置
的换热组件的顶部产物包含至少一种含氧烃分子。
7.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中所述底部馏分包含
分离点具有约100至500℃范围的温度和约1至100托范围的压力的
化合物。
8.根据前述权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·L·弗拉沃斯，J·B·鲍威尔，L·L·乔佛林，T·P·佩尔提尔，K·A·约翰逊，F·E·卡普托，M·吉尔克莱斯特，
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