[发明专利]向加氢催化反应供应氢的方法和系统

说明书

技术领域

本公开内容总体涉及加氢催化反应和更具体地涉及通过气化加氢 催化反应的部分产品物流而向加氢催化反应供应氢和回收所述部分产 品物流中的一种或多种有机挥发化合物的方法和系统。

背景技术

这部分用于介绍可能与本发明的示例性实施方案相关的本领域的 各方面。相信这一讨论有助于提供一个框架以利于更好地理解本发明 的特定方面。因此，应理解这部分应基于这一点进行解读，而不是对 任何现有技术的认可。

工业上重要的多种物质均可以由包括生物质的天然来源产生。在 这一方面，纤维素生物质由于在其中存在有各种形式的丰富的多种碳 水化合物而特别适合。正如这里所应用的，术语“纤维素生物质”指 包含纤维素的活着的或以前活着的生物物质。在高级植物的细胞壁内 发现的木质纤维素物质是世界上碳水化合物的最大来源之一。通常由 纤维素生物质产生的材料可以包括例如通过部分消化产生的纸和木质 纸浆、生物燃料(包括通过发酵产生的生物乙醇)。

由可再生来源衍生的化石燃料替代物的开发最近引起了人们的注 意。在这一方面，由于其丰富性和在其内发现的各种组分(特别是纤维 素和其它碳水化合物)的多样性，纤维素生物质获得了特别的注意。尽 管很有前途且引起了人们的很大兴趣，但生物基燃料技术的开发和实 施却比较慢。迄今为至，现有技术产生的燃料能量密度较低(如生物乙 醇)和/或不能与现有发动机的设计和运输基础设计完全兼容(如甲醇、 生物柴油、费-托柴油、氢和甲烷)。另外，常规的生物基方法通常产 生难以进一步处理的在稀水溶液中(>50wt％的水)的中间产品。对于解 决前述问题和其它问题来说，特别希望的是用于处理纤维素生物质为 具有与化石燃料类似组成的燃料混合物的能量和成本有效的方法。

当将纤维素生物质转化为燃料混合物和其它物质时，可以提取其 中的纤维素和其它复杂碳水化合物，并将其转化为随后可以进一步处 理的更简单的有机分子。随后的转化反应包括各种加氢催化反应，如 需要氢的加氢和/或氢解反应。虽然可以提供外部氢，但这种氢源对于 减小任意最终燃料产品的碳排放量来说没有帮助，例如当它基于天然 气重整时。

另外，除了所需的碳水化合物，在纤维素生物质内可能存在其它 物质，这些物质在以能量和成本有效的方式处理时可能特别有问题。 例如，在纤维素生物质的处理过程中，在纤维素生物质中存在的大量 木质素和/或木质素衍生化合物可能会导致处理设备结垢，有可能导致 成本较高的系统停车时间。大量的木质素也可能造成纤维素生物质单 位重量原料相对较低的至可应用的物质的转化率。

正如前文所证实的，纤维素生物质有效地转化为燃料混合物和其 它物质是存在巨大工程挑战的复杂问题。本发明致力于这些挑战并同 时提供相应的优点。

发明内容

本公开内容描述了通过使加氢催化反应的部分产品物流气化(也称 作不完全燃烧)而为生物质加氢催化转化反应提供氢的方法和系统。在 一个实施方案中，本公开内容还提供用于从所述部分产品物流中回收 一种或多种有机化合物。在一个优选的实施方案中，所述部分产品物 流包含木质素、木质素衍生的化合物、和/或未提取量的纤维素和半纤 维素。在另一个实施方案中，经历气化的部分产品物流可以进一步包 含C₁₄或更重烃，如烯烃、链烷烃、芳烃、环烷烃、焦糖和/或其它含 氧化合物缩合产品。在一个实施方案中，所述一种或多种有机化合物 包括为挥发性有机化合物的有机中间产物，如含氧的中间产物，包括 一种或多种多元醇、醇、酮、单含氧化合物、二醇和/或具有至少一个 氧原子的任何其它烃。