用于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解产物的分离可能因其中含有的各种组分而具有挑战性。用于加工纤维素生物质，确切地说，用于加工含有如酚类化合物等木质素衍生产物及有机盐的水热反应的反应产物的方法和系统包括将酸溶液提供至含有所述有机盐的工艺物流中以将所述有机酸盐转化成酸用于进一步加工。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于加工纤维素生物质的方法和系统相关申请的交叉引用本申请要求2014年12月30日提交的申请中的美国临时申请第62/097744号的权益。
技术介绍
本节意在介绍本领域中可能与本专利技术的示例性实施例相关的各个方面。相信此论述有助于提供框架以便利更好地理解本专利技术的特定方面。因此，应了解，应以这个角度阅读本节，而不必视为认可任何现有技术。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，涉及用于加工可以通过纤维素生物质的水热反应获得的包含木质素的反应产物的方法和系统。多种在商业上具有重要意义的物质都可以由包括生物质在内的天然来源制造。就这一点而言，纤维素生物质是特别有利的，因为在其中发现的呈各种形式的大量碳水化合物具有多样性。如本文所使用，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制造的材料可以包括例如经由部分消解得到的纸和制浆木材、生物燃料，包括通过发酵产生的生物乙醇。近来，来源于可再生资源的化石燃料替代物的开发引起关注。就这一点而言，纤维素生物质尤其值得关注，因为其含量丰富并且其中发现的各种成分具有多样性，特别是纤维素和其它碳水化合物。尽管很有前景并且引起强烈关注，但生物基燃料技术的开发和实施已经减慢。迄今为止，现有的技术已经制造出具有低能量密度(例如生物乙醇)和/或与现有发动机设计和运输基础设施不完全相容的燃料(例如甲醇、生物柴油、费舍尔-托普希柴油(Fischer-Tropschdiesel)、氢及甲烷)。此外，常规的生物基方法典型地已经制造出呈稀水溶液(按重量计>50％水)形式的中间物，这些中间物难以进一步加工。特别需要用于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具有能量和成本效益的方法来解决上述问题等等。此外，除所需碳水化合物外，其它物质也可能存在于纤维素生物质内，这些物质可能尤其难以通过具有能量和成本效益的方式进行处理。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大量木质素可能引起加工设备结垢，从而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，将纤维素生物质高效转化成燃料掺合物和其它材料是一个复杂的问题，提出了巨大工程挑战。本公开解决了这些难题并且还提供了相关优势。
技术实现思路
从涉及纤维素生物质的反应的产物回收各种化合物由于其中所含的各种组分，包括来自生物质的木质素及盐而变得具有挑战性。本公开提供了用于加工纤维素生物质的方法和系统，其中将所述方法中的不可溶有机盐转化成可以进一步加工成有价值产品的易溶酸。因此，提供一种方法，所述方法包括：在第一反应区中的反应器中加热纤维素生物质固体、分子氢、催化氢的催化剂及消解溶剂以产生第一反应产物；将酸溶液提供至所述第一反应产物中以产生酸化的第一反应产物；将所述酸化的第一反应产物的至少一部分提供至包括液-液相分离单元或液-液萃取单元的分离区中以回收水性物流和非水性物流，其中所述水性物流包含所述第一反应产物的所述部分中的大部分水；将所述水性物流提供至水性物流分离区中以将所述水相的至少一部分中的轻质化合物回收于塔顶馏分中，其中所述塔顶馏分包含所述水性物流的所述部分中标准沸点小于150℃的大部分化合物；以及将所述非水性物流的至少一部分提供至蒸馏单元中以获得至少塔顶馏分、中间馏分及塔底馏分。因此，提供一种方法，所述方法包括：在第一反应区中的反应器中加热纤维素生物质固体、分子氢、催化氢的催化剂及消解溶剂以产生第一反应产物；在第二反应区中的反应器中加热所述第一反应产物的至少一部分、分子氢及催化氢的催化剂以产生第二反应产物；将酸溶液提供至所述第二反应产物中以产生酸化的第二反应产物；将所述酸化的第二反应产物的至少一部分提供至包括液-液相分离单元或液-液萃取单元的分离区中以回收水性物流和非水性物流，其中所述水性物流包含所述第二反应产物的所述部分中的大部分水；将所述水性物流提供至水性物流分离区中以将所述水相的至少一部分中的轻质化合物回收于塔顶馏分中，其中所述塔顶馏分包含所述水性物流的所述部分中标准沸点小于150℃的大部分化合物；以及将所述非水性物流的至少一部分提供至蒸馏单元中以获得至少塔顶馏分、中间馏分及塔底馏分。因此，提供一种方法，所述方法包括：在第一反应区中的反应器中加热纤维素生物质固体、分子氢、催化氢的催化剂及消解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至包括液-液相分离单元或液-液萃取单元的分离区中以回收水性物流和非水性物流，其中所述水性物流包含所述第一反应产物的所述部分中的大部分水；在将所述水性物流提供至水性物流分离区中之前，将酸溶液提供至所述水性物流中；将所述水性物流提供至水性物流分离区中以从所述水相的至少一部分中的轻质化合物回收于塔顶馏分中，其中所述塔顶馏分包含所述水性物流的所述部分中标准沸点小于150℃的大部分化合物；以及将所述非水性物流的至少一部分提供至蒸馏单元中以获得至少塔顶馏分、中间馏分及塔底馏分。因此，提供一种方法，所述方法包括：在第一反应区中的反应器中加热纤维素生物质固体、分子氢、催化氢的催化剂及消解溶剂以产生第一反应产物；在第二反应区中的反应器中加热所述第一反应产物的至少一部分、分子氢及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至包括液-液相分离单元或液-液萃取单元的分离区中以回收水性物流和非水性物流，其中所述水性物流包含所述第二反应产物的所述部分中的大部分水；在将所述水性物流提供至水性物流分离区中之前，将酸溶液提供至所述水性物流中；将所述水性物流提供至水性物流分离区中以将所述水相的至少一部分中的轻质化合物回收于塔顶馏分中，其中所述塔顶馏分包含所述水性物流的所述部分中标准沸点小于150℃的大部分化合物；以及将所述非水性物流的至少一部分提供至蒸馏单元中以获得至少塔顶馏分、中间馏分及塔底馏分。在一些实施例中，提供液-液萃取(或溶剂萃取)来分离各相以使得各相可以彼此独立地进行进一步加工，或提供液-液相分离来分离各相。如本文所使用，液-液萃取是指基于一种物质在各相中的相对溶解性，将物质从一个液相(例如水相)萃取到不同液相(例如非水相)中。因此，液-液萃取可以从水相萃取一定量的各种化合物。这些化合物可以包括能进一步加工成燃料产品的某些轻质化合物，并且可以包括标准沸点低于约150℃的化合物，包括但不限于一元醇(例如单氧合物)、醛、酮、酸及其任何组合。液-液萃取溶剂可以由所述方法中的各种工艺物流及产物流提供。一旦分离，即可以对水相进行闪蒸，减小蒸汽汽提影响，因为大部分不可与水混溶的化合物，如酚和各种油都在非水相中，使得此水相所含不可与水混溶的化合物的量相较于具有多个液相的反应产物有所减小。如果在液-液萃取或分离之后，水相中仍存在足量的轻质化合物，那么闪蒸水相可以回收这些轻质化合物。为了改善产物分离，非水相可以经历粘度降低反应，包括一个或多个木质素解聚合反应。含有较少水的非水相的蒸馏可以在较低温度下实现充分的产物分离，其中在蒸馏未去除水的反应产物或在蒸馏前已经进行闪蒸的反应产物时需要较高的温度来实现本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，所述方法包括：在第一反应区中的反应器中加热纤维素生物质固体、分子氢、催化氢的催化剂及消解溶剂以产生第一反应产物；将酸溶液提供至所述第一反应产物中以产生酸化的第一反应产物；将所述酸化的第一反应产物的至少一部分提供至包括液‑液相分离单元或液‑液萃取单元的分离区中以回收水性物流和非水性物流，其中所述水性物流包含所述第一反应产物的所述部分中的大部分水；将所述水性物流提供至水性物流分离区中以将所述水相的至少一部分中的轻质化合物回收于塔顶馏分中，其中所述塔顶馏分包含所述水性物流的所述部分中标准沸点小于150℃的大部分化合物；以及将所述非水性物流的至少一部分提供至蒸馏单元中以获得至少塔顶馏分、中间馏分及塔底馏分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.30 US 62/097,7441.一种方法，所述方法包括：在第一反应区中的反应器中加热纤维素生物质固体、分子氢、催化氢的催化剂及消解溶剂以产生第一反应产物；将酸溶液提供至所述第一反应产物中以产生酸化的第一反应产物；将所述酸化的第一反应产物的至少一部分提供至包括液-液相分离单元或液-液萃取单元的分离区中以回收水性物流和非水性物流，其中所述水性物流包含所述第一反应产物的所述部分中的大部分水；将所述水性物流提供至水性物流分离区中以将所述水相的至少一部分中的轻质化合物回收于塔顶馏分中，其中所述塔顶馏分包含所述水性物流的所述部分中标准沸点小于150℃的大部分化合物；以及将所述非水性物流的至少一部分提供至蒸馏单元中以获得至少塔顶馏分、中间馏分及塔底馏分。2.一种方法，所述方法包括：在第一反应区中的反应器中加热纤维素生物质固体、分子氢、催化氢的催化剂及消解溶剂以产生第一反应产物；在第二反应区中的反应器中加热所述第一反应产物的至少一部分、分子氢及催化氢的催化剂以产生第二反应产物；将酸溶液提供至所述第二反应产物中以产生酸化的第二反应产物；将所述酸化的第二反应产物的至少一部分提供至包括液-液相分离单元或液-液萃取单元的分离区中以回收水性物流和非水性物流，其中所述水性物流包含所述第二反应产物的所述部分中的大部分水；将所述水性物流提供至水性物流分离区中以将所述水相的至少一部分中的轻质化合物回收于塔顶馏分中，其中所述塔顶馏分包含所述水性物流的所述部分中标准沸点小于150℃的大部分化合物；以及将所述非水性物流的至少一部分提供至蒸馏单元中以获得至少塔顶馏分、中间馏分及塔底馏分。3.一种方法，所述方法包括：在第一反应区中的反应器中加热纤维素生物质固体、分子氢、催化氢的催化剂及消解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至包括液-液相分离单元或液-液萃取单元的分离区中以回收水性物流和非水性物流，其中所述水性物流包含所述第一反应产物的所述部分中的大部分水；在将所述水性物流提供至水性物流分离区中之前，将酸溶液提供至所述水性物流中；将所述水性物流提供至水性物流分离区中以将所述水相的至少一部分中的轻质化合物回收于塔顶馏分中，其中所述塔顶馏分包含所述水性物流的所述部分中标准沸点小于150℃的大部分化合物；以及将所述非水性物流的至少一部分提供至蒸馏单元中以获得至少塔顶馏分、中间馏分及塔底馏分。4.一种方法，所述方法包括：在第一反应区中的反应器中加热纤维素生物质固体、分子氢、催化氢的催化剂及消解溶剂以产生第一反应产物；在第二反应区中的反应器中加热所述第一反应产物的至少一部分、分子氢及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至包括液-液相分离单元或液-液萃取单元的分离区中以回收水性物流和非水性物流，其中所述水性物流包含所述第二反应产物的所述部分中的大部分水；在将所述水性物流提供至水性物流分离区中之前，将酸溶液提供至所述水性物流中；将所述水性物流提供至水性物流分离区中以将所述水相的至少一部分中的轻质化合物回收于塔顶馏分中，其中所述塔顶馏分包含所述水性物流的所述部分中标准沸点小于150℃的大部分化合物；以及将所述非水性物流的至少一部分提供至蒸馏单元中以获得至少塔顶馏分、中间馏分及塔底馏分。5.根据任一前述权利要求所述的方法，所述方法另外包括：将所述第一反应产物和所述第二反应产物中的至少一种提供至气体分离器单元中以回收包含标准沸点是100℃或更低沸点的化合物的蒸气馏分。6.根据权利要求1或2所述的方法，所述方法另外包括：将所述酸化的第一反应产物和所述酸化的第二反应产物中的至少一种提供至气体分离器单元中以回收包含标准沸点是100℃或更低沸点的化合物的蒸气馏分。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，所述方法另外包括：将所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·B·鲍威尔，G·C·康普林，J·N·切达，
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