[发明专利]生物质水热处理中的催化剂回收

说明书

发明领域

本发明涉及各类生物质如藻类的水热处理以产生烃产物，例如馏出物燃料。

发明背景

燃料和润滑剂的常规生产仍受矿物石油进料向所需产物的转化控制。为了用可再生形式的能量补偿和/或代替常规来源，必须克服多种问题。

常规燃料和润滑剂的一个选择是生产基于生物质的相似燃料和润滑剂。生物质基燃料的一个优点是所得燃料产品可与现有基础结构和技术相容。理想地，生物质基燃料和润滑剂可以以“落入(drop-in)”方式使用以代替常规产品，容许使用可再生产物而不必改进现有设备。

加工生物质类进料的一个选择是水热加工。水热加工涉及使进料在升高的温度和压力条件下暴露于水。美国专利No.6,180,845提供了这类方法的实例。该专利描述了使用近临界或超临界水将生物质转变成烃混合物的方法。该方法可用于多种初始生物质材料。将该生物质在200巴(20MPa)至500巴(50MPa)的压力和320-500℃的温度下加工。反应器中的气氛描述为非氧化性的，且在实施例中包括氢气。指出约4小时为优选的加工时间。水热加工描述为生产“石油状液体”，其显示出包含实质部分的芳族和聚合物种，以及一些煤烟和/或碳化残渣。该说明书提到存在于生物质进料中的一些金属(如Ni和Fe)可改变产生的产物的类型。说明书还提到金属可用于简化产物混合物的组分，或者除去不想要的化合物。作为添加剂具体提到的唯一金属为Cu金属用于除去硫化合物如噻吩。氮化合物确定为可通过用金属沉淀而除去的另一产物，但没有提供合适金属的实例。说明书中显示所用添加剂金属为与氧化态的金属相反的“经还原金属”。

PCT公开No.WO96/30464提供了在超临界条件下加工生物质的另一实例。该申请描述了湿生物质如藻类或水葫芦的加工以产生气态烃和氢气。转化条件包括使生物质与水在超临界条件下接触，所述超临界条件定义为具有大于374℃的温度和大于22.1MPa的压力。转化在碳基催化剂如具有高表面积的木炭或活性碳的存在下进行。该方法描述为提供原料中有机物质的快速和基本完全气化。

发明概述

在本发明的一个方面中，提供水热加工生物质的方法。该方法包括使基于藻类的进料与水在有效水热加工条件下在催化剂颗粒的存在下接触以产生多相产物，其中催化剂颗粒包含催化剂金属且具有至少约1000μm的平均粒度。可分离多相产物以至少产生气相部分、液态烃部分、水性部分和固体部分，其中固体部分包含催化剂颗粒和基于藻类的固体。也可将催化剂颗粒与基于藻类的固体分离。

在本发明的另一方面中，提供水热加工生物质的另一方法。该方法包括使基于藻类的进料与水在有效水热加工条件下在催化剂颗粒的存在下接触以产生多相产物，其中催化剂颗粒包含催化剂金属且具有至少约1000μm的最小平均颗粒尺寸。可分离多相产物以至少产生气相部分、液态烃部分、水性部分和固体部分，其中固体部分包含催化剂颗粒和基于藻类的固体。也可将催化剂颗粒与基于藻类的固体分离。

附图简述

图1描述适于进行根据本发明实施方案的方法的反应系统。

图2示意性地显示根据本发明实施方案的反应方案。

图3描述适于进行本发明另一实施方案的方法的反应系统。

图4a和4b显示水热处理的烃产物的蒸馏特征。

图5显示水热处理以前和以后藻类样品的粒度特征。

实施方案详述

概述

在各个实施方案中，提供将藻类进料(或其它生物质基基料)水热处理以产生馏出物沸程产物的催化方法。水热处理可包括在超临界或近超临界温度和压力下在水的存在下加工生物质进料。藻类进料在催化剂存在下的水热处理可容许将生物质转化成具有所需沸程的分子，同时还除去至少一部分在馏出物产物中可能较不理想的杂质，例如氮杂质、氧杂质、烯烃杂质、芳族杂质等。

在一些实施方案中，可选择催化剂以促进催化剂颗粒与由水热处理方法产生的其它固体的分离。例如，可选择催化剂的粒度使得催化剂颗粒可通过过滤和/或通过其它物理方式如旋液分离器与其它固体分离。附加地或者作为选择，可选择耐磨耗和/或对水热处理方法内的其它破裂机制具有抗性的催化剂。这可使催化剂颗粒保持催化剂的初始性能，例如有利于将催化剂颗粒与其它固体分离的性能。