由生物质生产的燃料制造技术

本发明专利技术涉及一种由生物质生产含有至少一种烃的燃料的方法，该方法包括如下步骤：Ａ）生物质在溶剂中化学分解为选自己糖、戊糖和木质素衍生物、或其组合的至少一种化学中间体化合物，任选与至少一种其它目标化学品一起生产，以形成第一溶液；Ｂ）采用还原剂将第一溶液完全还原为至少一种烃以形成燃料；其中步骤Ａ）和Ｂ）在低于３００℃下进行。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种由生物质生产含有至少一种烃的燃料的方法。
技术介绍
世界范围内对生物燃料的关注日益增加。这当然是因为环境因素以及伴随高度依 赖来自原油的燃料所产生的其它问题，例如经济因素，例如原油世界范围的现货价格不停 变动并且随着时间逐渐增加。 生物燃料是由活的有机体(生物质)生产的燃料。相反，化石燃料已经在世界上 运转的自然循环之外几百万年，其产生了已知的问题。相对于矿物燃料的燃烧，化石燃料基 本上在大气中不促成二氧化碳的净累积。燃烧时形成的二氧化碳的量与植物生长过程中吸 收的量相同。生物燃料的一个定义是在其制造之前具有衍生自十年之内捕获的活的有机体 的材料的80%最小体积含量的任何燃料。 精制的生物燃料的不同类型是例如生物气和生物柴油，但其它实例是(生物)乙 醇和(生物)甲醇。生物柴油通常指的是柴油等价物，衍生自生物来源，例如植物油的加工 过的燃料，其可用在未改装的柴油发动机车辆中。因此它与用作一些改装柴油车辆中的燃 料的直接燃烧植物油(straightvegetable oil，SV0)或废植物油(WV0)不同。根据一个方 面，术语生物柴油指的是由植物油或动物脂肪的酯交换制备的烷基酯。生物柴油可生物降 解且无毒，并且通常产生比基于石油(矿物油)的柴油相比少约60%的二氧化碳净排放。 生物气同通常指的是由有机物的厌氧消化或发酵生产的(生物燃料)气体。生 物气主要包含甲烷和二氧化碳。作为用于车辆的燃料，生物气与汽油和柴油相比、甚至与 E85(85重量％乙醇/15重量％汽油)和天然气相比在环境上是有利的。 乙醇燃料是汽油的替代物。其可以与汽油以任何浓度混合直至纯的乙醇(E100)。 乙醇可以通过糖的发酵或者通过来自石油和其它来源的乙烯的水化生产。目前，感兴趣的 是来自作物的乙醇生产，即所谓生物乙醇。它易于由多种作物中的淀粉或糖获得。 对于所有的生物燃料而言共同的是它们由生物质生产，在生物质中淀粉和纤维素 是两种最重要的组分。淀粉是在水中可溶的复杂碳水化合物并且它通过物种植物(species plant)作为存储过量的葡萄糖的重要方式进行应用。淀粉包括可以是直链(直链淀粉)或 支化(支链淀粉)的葡萄糖的分子链。换而言之，淀粉是a-葡萄糖的多糖。另一方面，纤 维素是P-葡萄糖的长链多糖。 如何将生物质通过热解(pyrolysis)转化为生物燃料是已知的，所述热解为有机材料在不存在氧气或任何其它试剂，除了可能的蒸汽的情况下通过加热的化学降解。热解为热分解(thermolysis)的特定情况。生物质进料需要快速热解以获得高产率的液体。其特征在于生物质粒子的快速加热和产物水蒸气短的停留时间(0. 5-2s)。快速加热意味着生物质必须研磨成细小的粒子并且必须连续除去在反应的粒子表面形成的隔绝炭层。在低温热解下，将材料加热至温度低于50(TC。因此高温热解在高于50(TC下进行。 通过生物质的热解可获得不同的可能产物。在纤维素的热解下，形成一种气态、一种液态和一种固态馏分。气态馏分包括可燃气体，例如氢气和甲烷。热解油与例如包含甲 醇和乙酸的水馏分是液态馏分的可能组分。固态馏分看似木炭(char coal)，但人们应该理 解原料的无机材料的较大部分包含在该馏分中。热解下的产率取决于许多不同的因素，例 如原料的组成、温度和压力。 生物质至燃料的其它已知的转化类型是，例如催化还原，其中将有机材料与一氧 化碳在约300atm的压力和350-400°C的温度下混合。与热解相比，上述方法的一个优点在 于或多或少仅形成一种产物。另一方面，该方法通常比热解昂贵。 另一种反应类型是甲烷发酵，其为可用在不含有大量木质素的生物质材料上的生 物化学方法。适当的原料是例如农业废弃物或从人得到的废弃物。甲烷发酵在厌氧条件下 在细菌的影响下进行。 不同的生物燃料类型存在不同的问题。 一个问题是例如一些生物燃料的低内能密 度。乙醇是所述生物燃料的一个实例，其原因在于它含有高水平的氧而不仅仅是碳和氢原 子。许多生物燃料的另一个问题是与所生产的生物燃料相比原料的低能量产率。例如，所 得到的生物气仅具有约60%的进入固态生物质中的碳的转化效率。此外，生产过程中的高 物质损失也是普遍问题，其当然不利地影响生产节约。 一些其它生物燃料本身由于相比之 下昂贵的原料、昂贵的工艺设备而昂贵到无法生产。 本专利技术的目的是提供一种解决了上述问题的生产生物燃料的方法，即该方法具有 与产率和工艺成本有关的经济利益并且同时生产了具有高内能水平，即仅具有高氢碳含量 和不含氧。此外，特别地，与通过生产生物燃料的已知方法生产的生物燃料相比，对于根据 本专利技术的方法生产的生物燃料而言，估计的转化效率的数值、最终生物燃料中的能量值和 与场地面积有关的所产生的燃料能量保持较高(参见结论表1)。 专利技术概述 上述目的通过根据本专利技术的由生物质生产含有至少一种烃的燃料的方法得以解 决。该方法包括如下步骤 -A)生物质在溶剂中化学分解为选自己糖、戊糖和木质素衍生物、或其组合的至少 一种化学中间体化合物，任选与至少一种其它目标化学品一起生产，以形成第一溶液； -B)采用还原剂将第一溶液完全还原为至少一种烃以形成燃料；其中步骤A)和B) 在低于300C下进行。 化学分解意思是较长的氢碳链断裂为上述特定的化学品。所述分解还可定义为溶 解与单体化。 当然，可能来自还原的产物包括不同的烃组分和另外可能的其它产物组分，其中一些优选从燃料中除去。在这种情况下还原意思是从第一溶液中除去氧。完全还原意思是基本上不存在键接到来自步骤A)的第一溶液中的目标产物中的氧的还原。 由上可知，根据本专利技术的方法不包括热解步骤。事实上，令人惊奇的是可以仅利用化学分解和完全还原两个步骤就能由生物质生产燃料(生物燃料)。 专利技术详述 下面，参考一些具体的实施方案更为详细地描述本专利技术。提供解释加强对这些具 体实施方案的理解，并且这些实施方案及其解释不应该理解为对本专利技术的限制。本专利技术的 范围由附加的权利要求界 。 在步骤A)中形成不同的可能的主要中间体化合物，当然其取决于生物质的来源 以及化学分解的其它条件。如上所述，可能的化学中间体化合物为己糖、戊糖和木质素衍生 物、或其组合，任选与其它化学品和产物组分一起。 己糖是化学式C6H1206的具有6个碳原子的单糖。己糖通过官能团分类，其中己醛 糖在位置1上具有醛基，并且己酮糖在位置2上具有酮基。对于总共16个可能的己醛糖立 体异构体而言，己醛糖具有4个手性中心。己醛糖的D-或L-构型基于位置5上羟基的取 向。8个D-己醛糖是D-阿洛糖、D-阿卓糖、D-葡萄糖、D-甘露糖、D-古洛糖、D-艾杜糖、 D-半乳糖和D-塔洛糖。其中据说所有的D异构体，除了阿卓糖均天然存在。但是大自然中 未发现L-异构体。根据本专利技术，所有上述的异构体均是来自步骤A)的可能中间体产物组 分，但是葡萄糖是最可能的。己酮糖具有3个手性中心并且因此具有8个可能立体异构体。 其中，已知仅4个D-异构体天然存在，其为D-阿洛酮糖、D-果糖、D-山梨糖和D-塔格糖。 根据本专利技术，己酮糖也是来自步骤A)的可能的中间体产物组分，当然取决于所用生物质的 来源。 另一方面，戊糖是5个碳原子的单糖。它们或在位置1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由生物质生产含有至少一种烃的燃料的方法，该方法包括如下步骤：－Ａ）生物质在溶剂中化学分解为选自己糖、戊糖和木质素衍生物、或其组合组成的组的至少一种化学中间体化合物，任选与至少一种其它目标化学品一起生产，以形成第一溶液；－Ｂ）采用还原剂将第一溶液完全还原为至少一种烃以形成燃料；其中步骤Ａ）和Ｂ）在低于３００℃下进行。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】SE 2007-3-29 0700840-2;US 2007-3-29 60/907,336一种由生物质生产含有至少一种烃的燃料的方法，该方法包括如下步骤-A)生物质在溶剂中化学分解为选自己糖、戊糖和木质素衍生物、或其组合组成的组的至少一种化学中间体化合物，任选与至少一种其它目标化学品一起生产，以形成第一溶液；-B)采用还原剂将第一溶液完全还原为至少一种烃以形成燃料；其中步骤A)和B)在低于300℃下进行。2. 根据权利要求1的生产燃料的方法，其中步骤A)的至少一种化学中间体化合物为己 糖、戊糖和纤维素、或其组合的至少一种。3. 根据权利要求1或2的生产燃料的方法，其中步骤A)的至少一种化学中间体化合物 为对香豆醇、松柏醇、芥子醇、或其组合的至少一种。4. 根据权利要求1-3的任一项的生产燃料的方法，其中生物质包括淀粉、纤维素、半纤 维素、木质素、木质纤维素或其组合。5. 根据权利要求1-4的任一项的生产燃料的方法，其中步骤B)中生产的至少一种烃是 烷烃、烯烃、或其组合的至少一种。6. 根据前述权利要求的任一项的生产燃料的方法，其中生物质具有的干物质含量为至 少85重量％。7. 根据前述权利要求的任一项的生产燃料的方法，其中生物质具有的干物质含量为至 少95重量％。8. 根据前述权利要求的任一项的生产燃料的方法，其中生物质包括至少一种类型的一 年生植物。9. 根据前述权利要求的任一项的生产燃料的方法，其中生物质是大麻或包含大麻的生 物质混合物。10. 根据前述权利要求的任一项的生产燃料的方法，其中步骤A)通过生物质在选自超 临界水(SCW)、超酸、联氨、氨和胺、或其组合组成的组的溶剂中的化学分解进行。11. 根据前述权利要求的任一项的生产燃料的方法，其中步骤A)通过生物质在选自干 燥且加压的氨、超临界氨、干燥且加压的胺和干燥且加压的联氨组成的组的溶剂中的化学 分解进行。12. 根据前述权利要求的任一项的生产燃料的方法，其中步骤B)通过使第一溶液...

【专利技术属性】
技术研发人员：R埃克曼，
申请(专利权)人：雷克燃料公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]