[发明专利]从生物质生产生物燃料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及从生物质生产适合用于运输燃料和工业化学品的高级烃。

背景技术

开发从非化石燃料资源提供能量的新技术受到了大量关注。生物质是有前途的化石燃料替代资源。与化石燃料不同，生物质还可再生。

生物质可以用作可再生燃料的来源。生物质的类型之一为植物生物质。由于木质纤维材料构成高等植物的细胞壁，所以植物生物质是世界上最丰富的碳水化合物来源。植物细胞壁分为两个部分，原生细胞壁和次生细胞壁。原生细胞壁提供用于扩张细胞的结构，和由三种主要的多糖(纤维素、果胶和半纤维素)和一些糖蛋白组成。次生细胞壁在细胞停止生长后产生，它也包含多糖和通过共价交联到半纤维素上的聚合木质素得到增强。半纤维素和果胶通常大量存在，但是纤维素才是占主导地位的多糖和碳水化合物的最充足来源。但是从纤维素生产燃料产生困难的技术问题。该困难的一些因素为：木质纤维(像木头)的物理密度使得化学品渗透木质纤维素的生物质结构可能存在困难；和木质纤维素的化学复杂性导致纤维素的长链聚合结构难以分解为可用来生产燃料的碳水化合物。

大部分运输车辆需要由内燃机和/或喷气发动机提供的高功率密度。这些发动机需要清洁燃烧的燃料，这些燃料通常为液体形式，或者在较小的程度上为压缩气体。由于液体燃料能量密度高和能够被泵送，所以它们更便于运送，和更易于处理。

当前，生物基原料如生物质提供了液体运输燃料的唯一可再生替代品。不幸的是，开发生产液体生物燃料的新技术的过程进展缓慢，特别是在适应当前基础设施的液体燃料产品方面。尽管可以从生物质资源生产各种燃料，如乙醇、甲醇和植物油以及气体燃料如氢和甲烷，但是这些燃料需要适合它们特性的新的分配技术和/或燃烧技术。生产这些燃料中的一些还成本高昂和产生与它们的净节碳相关的问题。需要直接将生物质加工为液体燃料。

发明内容

在一个实施方案中，一种方法包括：(i)提供包含纤维素、半纤维素和木质素的生物质；(ii)将生物质与水性介质接触以形成包含纤维素、半纤维素、可溶性碳水化合物和木质素的经提取的生物质；(iii)将至少一部分水性液体与经提取的生物质分离，由此提供包含可溶性碳水化合物的水性液体物流和包含纤维素、半纤维素和木质素的经提取的生物质固体物流；(iv)将所述经提取的生物质固体物流与第一蒸煮溶剂接触以形成包含纤维素和残留半纤维素的经预处理的生物质；(v)将所述经预处理的生物质与第二蒸煮溶剂接触以形成包含可溶性碳水化合物的溶液化浆料；(vi)将水性液体物流与有效脱除硫化合物和氮化合物的纯化基质接触，由此生成经处理的碳水化合物物流，该经处理的碳水化合物物流的硫含量小于35%和氮含量小于35%，基于未经处理的水性液体物流计；(vii)在氢解催化剂存在下，将经处理的碳水化合物物流和溶液化浆料物流直接与氢接触，以形成多种含氧中间体，其中将含氧中间体的第一部分循环以形成第二蒸煮溶剂；和(viii)处理含氧中间体的至少第二部分以形成液体燃料。

在另一个实施方案中，一种方法包括：(i)提供包含纤维素、半纤维素和木质素的生物质；(ii)将生物质与水性介质接触以形成包含纤维素、半纤维素、可溶性碳水化合物和木质素的经提取的生物质；(iii)将至少一部分水性液体与经提取的生物质分离，由此提供包含可溶性碳水化合物的水性液体物流和包含纤维素、半纤维素和木质素的经提取的生物质固体物流；(iv)将所述经提取的生物质固体物流与第一蒸煮溶剂接触以形成包含纤维素和残留半纤维素的经预处理的生物质；(v)将所述经预处理的生物质与第二蒸煮溶剂接触以形成包含可溶性碳水化合物的溶液化浆料，其中将至少一部分溶液化浆料提供至水性液体物流；(vi)将水性液体物流与有效脱除硫化合物和氮化合物的纯化基质接触，由此生成经处理的碳水化合物物流，该经处理的碳水化合物物流的硫含量小于35%和氮含量小于35%，基于未经处理的水性液体物流计，由此提供经处理的水性液体碳水化合物物流；(vii)在氢解催化剂存在下，将经处理的水性液体碳水化合物物流直接与氢接触，以形成多种含氧中间体，其中将含氧中间体的第一部分循环以形成第二蒸煮溶剂；和(viii)处理含氧中间体的至少第二部分以形成液体燃料。