[发明专利]用于木素转化的氢化和碱催化解聚的组合

说明书

发明领域

本发明涉及用于由生物质得到烃的方法。更特别地，本发明涉及处理木素和纤维素类废物以生产化学品或燃料。

发明背景

可再生能源越来越重要。它们是降低对进口油的依赖的方法并提供化石燃料的替代品。可再生资源还可提供要用于其它工业中的基础化学组分，例如用于制备塑料的化学单体。生物质是可提供一些关于化学品和燃料来源的需要的可再生资源。

生物质包括但不限于植物部分、果实、蔬菜、植物加工废物、木屑、谷壳、谷粒、禾草、玉米、玉米壳、杂草、水生植物、干草、纸、纸产品、再循环纸和纸产品，和任何含有生物材料或生物来源的材料的纤维素。经济性取决于在边际土地上或在水环境中生产大量生物质的能力，其中极少存在土地和水环境的其它显著竞争性经济用途。经济性也可取决于正常置于填埋场的生物质的处理。

水环境中的生物质的生长、收获和加工提供了存在许多日光和营养，同时不减损更多生产性替代用途的空间。另外，当生物质生长时，生物质有助于从大气中除去二氧化碳。生物质的使用可以为大气碳再循环，同时生产燃料和化学前体的一种方法。当在具有低或无氧的环境中加热时，生物质会产生称为热解油的液体产物。生物质还含有显著量的木素，其含有显著量的可用作化学前体和燃料的材料。木素结构含有通过碳-碳键和碳-氧键连接在一起的芳环。具有高价值的化合物为可从生物质中回收的烷基苯化合物和酚类化合物。

将木素转化成燃料或化学品的一个途径是通过碱催化解聚，其后加氢处理。该方法使用强碱以使木素化合物部分分解。该路线的一个主要问题是强碱如NaOH的高消耗量，这使得从经济观点看它不是非常有吸引力。我们最近的研究显示需要反应产物的最终pH为12.4以上，以便具有高木素转化率。这使得使用低成本碱性材料如锅炉灰是不切实际的。

避免对强碱的这一需要的方法可将由生物质回收有机前体转向经济可行的方法，以及减少关于生物转化方法的环境保护费用。

发明概述

在用于回收有价值化学产品的生物质加工中，在生物质中发现的木素的碱催化解聚提供用于回收许多这些化学品的路线。用于解聚的碱的量和强度的降低在该方法的经济性和安全性方面是重要的。用于从木素中回收化学品的本发明包括使木素与氢化催化剂在氢气气氛下结合以形成混合物。使混合物在水解工艺条件下反应以形成具有降低氧含量的中间产物料流，并产生氧合物(oxygenate)和烃的更小酸性混合物。使中间产物料流与脱氢和脱氧催化剂在脱氢和脱氧反应条件下接触，由此产生包含芳族化合物的产物料流。除脱氢外，存在一些残余木素聚合物的另外裂解。

本发明的其它目的、优点和应用由以下详述和附图变得为本领域技术人员所了解。

附图简述

图1显示应用于理想化情况的方法的基本步骤，其中将酚类化合物氢化，然后脱氧；和

图2显示pH对两种木素试样的不溶物收率的影响。

发明详述

生物质包含显著量的可转化成烃的含碳材料。通常，生物质材料包含碳水化合物和其它氧合物。一种重要的有机材料为在大多数植物生物质中找到的木素。木素包含有用的芳环化合物，使得当木素分解时，芳环化合物可回收并用作聚合物、燃料或其它材料的前体。

用于木素解聚的碱催化可分解木素以回收苯酚和其它芳族化合物。然而，碱催化使用大量用于该方法的强碱材料。需要强碱的高使用率以得到足够的木素溶解度，以便进行加氢脱氧反应。碱的大消耗量的一个主要原因是反应产物包含苯酚和酚类衍生物和二氧化碳。这些为酸性化合物并在该方法期间中和碱。

对于强碱的需要的降低可降低强化学品的成本和加工。来自芳族氧合物衍生物的酸性环境可通过将芳环氢化并除去一些氧以将芳族氧合物转化成较小酸性的饱和烃化合物而降低。一个实例是将酚类化合物转化成较小酸性的醇如环己醇。氢化化合物可随着除去氧原子而进一步脱氧成环烷烃化合物如环己烷。另外，当碱用于该方法中时，它被释放并可被回收并再使用。氢气可在随后的脱氢和脱氧步骤中回收以将环状烃转化回芳烃。