[发明专利]将木质纤维素材料转化为有用的化学品的方法

说明书

发明领域

本发明涉及热化学处理木质纤维素材料以使其转化为挥发性有机化合物、水和木炭的混合物的方法。

发明背景

在本说明书中，在提及或论述文献、法案或知识条款的情况下，该提及或论述并非许可文献、法案或知识条款或其任何组合为在优先日期的：

(i)一部分普通常识；或

(ii)已知与解决本说明书所考虑的任何问题的努力有关。

包括聚合物、医药、除草剂、杀虫剂、染料、颜料和液体运输燃料的大多数合成有机化学品都来源于来自化石来源的原油。原油的储量有限且大多数位于世界上政治不安定的区域。此外，已经显示石油加工燃料在内燃发动机中燃烧是进入大气的人为气态排放物(所谓的“温室气体”)的主要贡献者，已经证实这是全球性气候改变的主因。政府间气候变化专门委员会(IPCC)已经推荐所有国家努力尽可能地减少温室气体的排放。

减少温室气体排放的推荐方法之一是用来源于诸如种植园林业、农业和水产业的可再生资源的有机化合物完全或部分替代诸如运输燃料的石油加工有机化合物。该替代将具有降低有限的剩余化石石油储量的使用率的另外优势且使其利用限于不能由可再生资源成本有效地进行的合成有机化学品的生产。除了每年有限供应的植物油和脂肪以外，可以成本有效的方式收获的大量可再生有机材料通常为非挥发性固体。绝大多数现有内燃发动机需要其燃料在环境压力和温度下为挥发性有机液体或在适度增加的压力下冷凝成液体的气体，诸如丙烷和丁烷。

全世界正积极开发使用热化学处理、生物化学处理和/或生物处理使可再生的固态有机材料转化为有机液体、特别是挥发性能量密集型有机液体的许多方法。现有方法通常具有显著的缺点，特别是关于与现有内燃发动机相容的有用液体燃料的生产的缺点。这些缺点包括使用昂贵的酶、需要在高压下处理、需要使用具有与在大收集区域上运输大量可再生有机材料相关的相关高成本的大型处理设施、低净能值产出、化学复杂性和液体产物的不稳定性及另外需要常常稀缺的淡水资源。

因此，需要开发能够在不使用高压处理且不需要大量淡水的情况下使更充足、可容易收集的可再生有机材料(即，所谓的“木质纤维素材料”)选择性地转化为有机液体的方法。这类有机液体可以直接用作燃料或可以使用现有技术经受进一步处理成可再生的液体燃料、聚合物和其他有机化学品。

在本说明书中使用的术语“木质纤维素材料”和术语“木质纤维素材料”的各形式是指任何植物性物质、木材或木制品、纸张、纸板或纸板、纱线、纺织物或具有大于30％的组合纤维素和半纤维素含量的纺织产品，它们可以充当本文所述的本发明用的原料，且包括但不限于纤维素纤维或纤维素粉、木屑、锯末、细枝、树皮、树叶、籽皮和其他森林地被层、谷物和草秸秆及干草、油籽秆、甘蔗渣、香蕉假茎废物、油椰子废物、一般花园废物、来源于水产业的藻类“饼”及其他植物性物质。

发明说明

本发明一方面提供将微粒木质纤维素材料转化以产生挥发性有机化合物和木炭的方法，其包含：

形成所述微粒木质纤维素材料与含有极性有机液体和酸的催化剂组合物的混合物，

在搅拌所述混合物的同时，将所述混合物加热到足够高的温度且历时足够长的时间以便将所述混合物的所有剩余固相的主要部分转化为木炭，和

将所述挥发性有机化合物和催化剂组合物作为气相与所述固相分离。

合适地，所述混合物在低于常压下反应。所述压力可小于900毫巴。其可在0.1-900毫巴范围内。该压力可合适地在50-150毫巴范围内。

在将固相转化为木炭期间，可将混合物的温度升高到足以蒸发催化剂组合物的水平。

合适地，将混合物加热到在190℃-500℃范围内的温度。该温度可在加热混合物期间改变。

当混合物在诸如旋转螺杆反应器的不断进料的反应器中反应时，可沿反应器的长度控制温度以使得温度从紧靠反应器入口的较低温度升高到紧靠出口的较高温度。

合适地，所述酸占所述催化剂组合物的0.1-10重量％。

在所述混合物中所述催化剂组合物的重量可构成所述混合物中微粒木质纤维素材料重量的1-10倍。

在反应之前，混合物中的木质纤维素材料可通过机械碎木机、机械或热机机械制浆机、单或双螺杆挤压机、辊磨机、碾磨机、碎磨机和锤磨机中的任一种或多种进行剪切和压缩。