[发明专利]纤维素生物质的直接液化方法

说明书

技术领域

本发明涉及纤维素生物质精炼领域，更具体地说涉及纤维素生物质的直接液化。

背景技术

目前，人类对化石能源如煤炭、石油、天然气等不可再生性能源的消耗速度迅速增长， 人类面临历史中最重大的转折关头。这不仅在于可能出现能源短缺危机，而且还在于大量 来自化石能源的二氧化碳造成全球变暖。全球变暖已被公认为是最近这几年全球灾难性天 气现象的元凶。为确保人类的生存与可持续发展，必须开发利用新的可再生形式的能源。

另外，由于人类现代化工产业的绝大多数原材料均来自于石油，减少温室效应气体二 氧化碳的排放不仅需要减少石油液体燃料的使用，同时现代化工产业也需要尽可能地使用 再生性的原材料取代石油原材料。

纤维素生物质内含有大量的直链有机物和多种芳香化合物，是一种来源丰富的可再生 能源材料。根据联合国专家组的评估，只有纤维素生物质再生性能源具备支撑人类生存与 发展的能力。纤维素生物质的致命缺陷是它的密度太小，对纤维素生物质精炼而得到高热 值的产物是生物再生能源必须解决的问题。

一种方法是对纤维素生物质进行液化。纤维素经液化处理后，可得到许多简单有机化 合物，这些简单有机化合物既是很好的液体燃料的原材料，也是现代化工产业的原材料。

PCT/CN2006/000120中公开了一种纤维素生物质精炼生产工艺，使商业化纤维素生物 质燃料乙醇的生产成本有望等同淀粉燃料乙醇。但是，该方法的生产过程涉及多个步骤， 工艺仍较复杂，生产成本仍然很高。

因此，本领域迫切需要开发步骤简便的、高效的纤维素生物质的直接液化方法，但是 迄今为止还未见纤维素生物质直接液化方法的报道。

发明概述

本发明的目的在于提供一种步骤简便的、高效的纤维素生物质的直接液化方法。 所述的方法包括以下步骤：

(a)提供一混合物，所述的混合物包括纤维素生物质、催化剂和任选的极性溶剂；

其中，所述的催化剂选自下组：

(i)第一催化剂，所述的第一催化剂是碱性物质，并且包括：碱金属的氢氧化物、 碱土金属的氢氧化物、碱金属的氧化物、碱土金属的氧化物、碱金属的碳酸盐、或碱土金 属的碳酸盐；和/或

(ii)第二催化剂，所述的第二催化剂包括：过渡金属的氧化物、过渡金属的硫化物、 过渡金属的双金属盐类、蒽醌(anthraquinone)及其衍生物或脱甲基木质素；和/或

(iii)由第一催化剂和第二催化剂构成的组合催化剂；

附件条件是，当混合物中来自纤维素生物质的水含量大于6％(w/w)时，混合物可不 含有极性溶剂；

(b)在液化条件下，对所述混合物进行直接液化，从而获得液化产物。

发明详述

本发明人经过广泛而深入的研究，首次发现，在特定催化剂存在下，可在较温和的条 件下、在较短的时间内实现纤维素生物质的直接液化。在此基础上完成了本发明。

具体地，本发明提供了一种纤维素生物质直接液化的方法，该方法能够在较温和的条 件下、在较短的时间内将纤维素生物质中的绝大多数(或所有)有机物成分转化为小分子 的有机化合物，同时避免了纤维素生物质中有机物的碳化(变为无机物)，也避免了纤维 素生物质中的有机物的气化(即防止被转化为小分子的气体，如甲烷、乙烷、丙烷、一氧 化碳、二氧化碳等等)，造成有机碳的严重损失。

本发明的纤维素生物质(BIOMASS)原料的定义是：含有纤维素的生物质，生物质是 指剔除可食用部分后其它的富含生物质能的物质，如各种硬木，软木，树皮、树叶、树根、 藤条，野草，芦苇，竹子，水生植物；农、林、蔬菜与水果加工业的含纤维素的下脚料、 各种动物的粪便、和中药加工产业的含纤维素的下脚料；农作物的废弃物如玉米秸秆、高 粱秸秆、麦秸、豆秸、油菜秸、花生秧、薯类的秧、草本水果秧、和棉花秸、等等。这些 纤维素生物质的主要构成成分为多聚糖纤维素和半纤维素，以及多聚芳香化合物的木质 素。

本发明中揭示的纤维素生物质直接液化的方法，适用于所有的含纤维素的生物质，包 括但不局限于新鲜的纤维素生物质，或者是干燥的纤维素生物质，如上所述。