加工纤维素生物质的方法和系统技术方案

纤维素生物质固体的消化产物的分离可能因其中所含的各种组分而具挑战性。加工纤维素生物质、特别是含有例如酚类化合物等木质素衍生产物的水热反应的反应产物的方法和系统包括将反应产物提供到包括液‑液相分离单元的分离区。所述液‑液相分离单元可以提供水性部分和非水性部分，其中这些部分可以被个别地分成各种馏分。举例来说，水性部分和非水性部分中合乎需要的化合物可以个别地从所述部分被回收并任选地组合以进一步加工成燃料产物。水性部分和非水性部分中的较重组分可以个别地从所述部分被回收并用于工艺中，例如可以用作消化溶剂的酚类化合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】加工纤维素生物质的方法和系统
此部分意在介绍可能与本专利技术的示例性实施例相关联的领域的各个方面。相信此论述有助于提供一个框架来帮助更好地理解本专利技术的具体方面。因此，应了解，应以此角度来阅读此部分，而不必解读为是对任何现有技术的承认。
技术介绍
本公开大体上涉及纤维素生物质固体的加工，并且更确切地说，涉及加工可以通过纤维素生物质的水热反应来获得的包括木质素的反应产物的方法和系统。可以由包括生物质在内的天然来源产生多种在商业上具有重要意义的物质。在此方面，纤维素生物质特别有利，因为在其中发现的大量的各种形式的碳水化合物具有通用性。如本文所用，术语“纤维素生物质”是指含有纤维素的活的生物材料或曾经是活的生物材料。在高等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。通常由纤维素生物质产生的材料可以包含例如经由部分消化的纸和制浆木材、包含通过发酵产生的生物乙醇在内的生物燃料。近来，来源于可再生资源的化石燃料替代物的发展受到关注。在此方面，纤维素生物质尤其获得关注，因为其含量丰富并且其中发现的各种成分具有通用性，特别是纤维素和其它碳水化合物。尽管很有前景并且密切关注，但生物基燃料技术的发展和实施已经减慢。迄今为止，现有的技术已经产生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、费舍尔-托普希柴油(Fischer-Tropschdiesel)、氢和甲烷)。此外，常规的生物基方法通常已经产生呈稀的水溶液(按重量计>50％水)形式的中间物，其难以进一步加工。非常需要具有能量和成本效益的将纤维素生物质加工成组成与化石燃料类似的燃料掺合物的方法来解决上述问题等等。此外，除所需碳水化合物外，其它物质可能存在于纤维素生物质内，这些物质尤其难以通过具有能量和成本效益的方式来处理。举例来说，在纤维素生物质加工期间，存在于纤维素生物质中的显著量的木质素会引起加工设备结垢，可能导致代价高的系统停工时间。木质素还会导致每单位重量原料的纤维素生物质转化成可用物质的转化率相对较低。如上述所证明，纤维素生物质有效转化成燃料掺合物和其它材料是一个呈现出巨大工程挑战的复杂问题。本公开解决了这些挑战并且还提供了相关优点。
技术实现思路
从包括纤维素生物质的反应产物回收各种化合物具有挑战性，因为其中含有各种组分，包括木质素。本公开提供了加工纤维素生物质，特别是分离含有木质素和木质素衍生产物的水热反应的反应产物的方法和系统，其中反应产物是各种化合物的混合物并且通常呈超过一个液相。反应产物的一个相通常是水。虽然将具有含有水的多个液相的反应产物蒸馏成多种产物可行，但会引起较差的产物分离和汽提，其中水蒸气携带如酚类等较重质化合物到顶部馏分。虽然此可以通过在可以减少多个相或将多个相减到最少的较高压力和温度下进行蒸馏来解决，但较高压力和温度带来包括设备成本在内的额外费用，以及产物在较高温度下开始非所期望的降解反应的风险。虽然反应产物中的水可以通过在全精馏成产物馏分前闪蒸来去除，但这样做也会产生汽提，因此导致随后蒸馏过程中产物分离不太有效。本公开中提供的方法和系统通过提供液-液相分离来分离各相，以便各相可以彼此独立地进行进一步加工，解决了上述问题。一旦分离，水相就可以进行闪蒸，其中包含酚类和各种油在内的不太挥发的有机组分减少残留在顶部馏出物，因为大部分的过量的不可溶于水的这些组分已经被去除。剩余的低浓度的可溶于水的有机组分进行稀释作用，此举将气化减到最少。水相的闪蒸可以回收可以进一步加工成燃料产物的各种轻质化合物。轻质化合物可以包含标准沸点低于约150℃的化合物，包含(但不限于)一元醇(例如单氧化合物)、醛、酮、酸和其任何组合。水浓度减少的非水相的单相的闪蒸或蒸馏可以在较低温度下实现充分的产物分离，而在较高水浓度下获得单一液相需要较高的温度来实现蒸馏中类似的有效产物分离。来自非水相的蒸馏的产物馏分可以至少包含包括轻质化合物的顶部馏分、包括木质素和木质素衍生产物的中间馏分(包括酚类在内)和包括标准沸点超过约350℃的重质化合物的底部馏分。可以进行蒸馏以提供超过一种中间馏分。举例来说，可以操作蒸馏以提供具有约150℃到250℃的标准沸点的第一中间馏分和具有200℃到350℃的更高的标准沸点的第二中间馏分。还可以操作蒸馏以提供具有约150℃到350℃的标准沸点的中间馏分。从水相和非水相回收的轻质化合物可以任选地组合，以进一步加工成燃料产物。从非水相回收的中间馏分可以通过各种方式在工艺中再循环，此类方式包含用作溶剂或用于进一步转化成其它所欲产物。举例来说，中间馏分可以提供到一个或多个产生反应产物的水热反应步骤。具体地说，包括酚类的中间馏分可以用作水热反应中的消化溶剂。任选地，为改善产物分离，在全精馏前非水相可以进行粘度降低反应，包含一个或多个木质素解聚反应。具体地说，本公开提供了一种方法，所述方法包括：在第一反应区中在反应器中加热纤维素生物质固体、分子氢、能够活化分子氢的催化剂和消化溶剂以产生第一反应产物；将第一反应产物的至少一部分提供到包括液-液相分离单元的分离区以回收水性物流和非水性物流，其中水性物流包括第一反应产物的所述部分中的大部分的水；以及将非水性物流的至少一部分提供到蒸馏单元以回收顶部馏分、中间馏分和底部馏分；以及将中间馏分的至少一部分提供到第一反应区中的反应器。另外，本公开提供了另一种方法，所述方法包括：在第一反应区中在反应器中加热纤维素生物质固体、分子氢、能够活化分子氢的催化剂和消化溶剂以产生第一反应产物；在第二反应区中在反应器中加热第一反应产物的至少一部分、分子氢和能够活化分子氢的催化剂以产生第二反应产物；将第二反应产物的至少一部分提供到包括液-液相分离单元的分离区以回收水性物流和非水性物流，其中水性物流包括第二反应产物的所述部分中的大部分的水；将非水性物流的至少一部分提供到蒸馏单元以回收顶部馏分、中间馏分和底部馏分；以及将中间馏分的至少一部分提供到第一反应区中的反应器与第二反应区中的反应器中的至少一者。另外，本公开提供了一种系统，所述系统包括：第一反应区，其包括被配置用于加热纤维素生物质固体、分子氢、能够活化分子氢的催化剂和消化溶剂以形成第一反应产物的反应器；以及分离区，其包括：液-液相分离单元，其具有与第一反应区中的反应器的出口流体连通的入口以接收第一反应产物，其中液-液相分离单元被配置用于提供水性物流和非水性物流，其中水相包括第一反应产物的所述部分中的大部分的水；以及蒸馏单元，其具有与液-液相分离单元的出口流体连通的入口以接收非水性物流的至少一部分，其中蒸馏单元被配置用于至少提供顶部馏分、中间馏分和底部馏分；其中蒸馏单元与第一反应区中的反应器的入口流体连通以提供中间馏分的至少一部分。另外，本公开提供了另一种系统，所述系统包括：第一反应区，其包括被配置用于加热纤维素生物质固体、分子氢、能够活化分子氢的催化剂和消化溶剂以形成第一反应产物的反应器；第二反应区，其包括与第一反应区中的反应器的出口流体连通以接收第一反应产物的反应器，其中第二反应区中的反应器被配置用于加热包括第一反应产物、分子氢和能够活化分子氢的催化剂的第二反应内含物以形成第二反应产物；以及分离区，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，其包括：在第一反应区中在反应器中加热纤维素生物质固体、分子氢、催化氢的催化剂和消化溶剂以产生第一反应产物；将所述第一反应产物的至少一部分提供到包括液‑液相分离单元的分离区以回收水性物流和非水性物流，其中所述水性物流包括所述第一反应产物的所述部分中的大部分的水；以及将所述非水性物流的至少一部分提供到蒸馏单元以至少回收顶部馏分、中间馏分和底部馏分，将所述中间馏分的至少一部分提供到所述第一反应区中的所述反应器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.30 US 62/097,6691.一种方法，其包括：在第一反应区中在反应器中加热纤维素生物质固体、分子氢、催化氢的催化剂和消化溶剂以产生第一反应产物；将所述第一反应产物的至少一部分提供到包括液-液相分离单元的分离区以回收水性物流和非水性物流，其中所述水性物流包括所述第一反应产物的所述部分中的大部分的水；以及将所述非水性物流的至少一部分提供到蒸馏单元以至少回收顶部馏分、中间馏分和底部馏分，将所述中间馏分的至少一部分提供到所述第一反应区中的所述反应器。2.一种方法，其包括：在第一反应区中在反应器中加热纤维素生物质固体、分子氢、催化氢的催化剂和消化溶剂以产生第一反应产物；在第二反应区中在反应器中加热所述第一反应产物的至少一部分、分子氢和催化氢的催化剂以产生第二反应产物；将所述第二反应产物的至少一部分提供到包括液-液相分离单元的分离区以回收水性物流和非水性物流，其中所述水性物流包括所述第二反应产物的所述部分中的大部分的水；将所述非水性物流的至少一部分提供到蒸馏单元以至少回收顶部馏分、中间馏分和底部馏分，以及将所述中间馏分的至少一部分提供到所述第一反应区中的所述反应器与所述第二反应区中的所述反应器中的至少一者。3.根据任一前述权利要求所述的方法，其进一步包括：将所述水性物流提供到水性物流分离区以从所述水相的至少一部分回收轻质化合物于顶部馏分中，其中所述顶部馏分包括所述水性物流的所述部分中的大部分的标准沸点小于150℃的化合物。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述水性物流分离区包括至少一个闪蒸器以回收所述顶部馏分。5.根据权利要求3所述的方法，其中所述水性物流分离区包括第一闪蒸器和第二闪蒸器，其中所述方法进一步包括∶将所述水性物流提供到所述第一闪蒸器以回收第一顶部馏分和第一底部馏分；将所述第一底部馏分提供到所述第二闪蒸器以回收中间沸点化合物于第二顶部馏分和第二底部馏分中，其中所述第一顶部馏分包括所述水性物流的所述部分中的大部分的标准沸点小于150℃的化合物，并且其中所述第二顶部馏分包括标准沸点为150℃或更高的化合物。6.根据权利要求5所述的方法，其进一步包括：将所述第二顶部馏分中的所述中间沸点化合物的至少一部分提供到所述第一反应区中的所述反应器与所述第二反应区中的所述反应器中的至少一者。7.根据任一前述权利要求所述的方法，其进一步包括∶通过在提供到所述蒸馏单元前将所述非水性物流的至少一部分提供到木质素解聚单元，使所述非水性物流中的木质素至少部分解聚。8.根据权利要求7所述的方法，其进一步包括：将来自所述蒸馏单元的所述中间馏分的至少一部分提供到所述木质素解聚单元。9.根据任一前述权利要求所述的方法，其进一步包括∶通过使与进入所述液-液相分离单元的所述第一反应产物和/或所述第二反应产物一起离开所述液-液相分离单元的所述非水性物流的至少一部分再循环来增强所述液-液相分离单元中的相分离。10.根据任一前述权利要求所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·B·鲍威尔，G·C·康姆普林，J·N·驰赫达，
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