[发明专利]用于燃料生产的包含衍生化木质素的组合物

说明书

本发明涉及包含木质素和溶剂的组合物，其中木质素用醚基团官能化。

技术领域

本发明涉及木质素和溶剂的组合物，其中木质素已经被含烷基的基团经由连接子改性以便增加木质素在合适溶剂中的溶解度。

背景技术

使用生物质作为燃料生产来源的兴趣日益增加。生物质包括但不限于植物部分、水果、蔬菜、加工废料、木屑、谷壳、谷物、草、玉米、玉米皮、杂草、水生植物、干草、纸、纸制品、再生纸和纸制品、木质纤维素材料、木质素以及任何含纤维素的生物材料或生物来源的材料。

生物质的重要组分是存在于生物质的固体部分中的木质素。木质素包含芳族和含氧成分的链，形成不易处理的较大分子。难以处理木质素的主要原因是不能分散木质素以与能够破坏木质素的催化剂接触。

木质素是地球上最丰富的天然聚合物之一。制备木质素的一种常见方式是在制浆过程中与木材分离。只有少量(1-2％)用于特殊产品，而其余主要用作燃料。即使燃烧木质素是减少化石燃料用量的有价值的方式，但木质素作为原料对于化学品和液体燃料的可持续生产具有巨大的潜力。

各种木质素根据原料来源和后续加工而结构不同，但是一个共同的特征是由通过芳基醚或碳-碳键彼此结合的各种取代的苯基丙烷单元组成的主链。它们通常被甲氧基基团取代，并且酚羟基和脂族羟基提供用于例如进一步官能化的位点。已知木质素与例如亲水性纤维素相比具有低吸水能力。

如今木质素可以用作例如颗粒燃料中的组分作为粘合剂，但是由于其高能量含量，它也可以用作能源。木质素比纤维素或半纤维素具有更高的能量含量，并且1克木质素具有平均22.7KJ，比纤维素碳水化合物的能量含量多30％。木质素的能量含量与煤相似。如今，由于其燃料价值，在纸浆或造纸厂利用牛皮纸浆制法、硫酸盐法去除的木质素通常被烧掉，以便提供能量来运行生产过程并从蒸煮液中回收化学品。

在生产过程期间，有几种方式分别从在牛皮纸浆法或亚硫酸盐法中分离纤维素纤维后得到的黑液或红液中分离木质素。最常见的策略之一是超滤。是由Innventia AB开发的一种分离法，并且该方法已显示使用较少的硫酸增加木质素收率。在法中，采用来自生产过程中的黑液，通过添加酸(通常为二氧化碳(CO₂))并与其反应使木质素沉淀，然后过滤出木质素。然后通常使用硫酸将木质素滤饼重新分散并酸化，然后将所得浆料过滤并利用置换洗涤进行洗涤。然后通常将木质素干燥并粉碎以便使其适合于石灰窑燃烧器或者在之前将它造粒成颗粒燃料。

生物燃料，例如生物汽油和生物柴油，是其中能量主要来源于生物质材料或气体例如木材、玉米、甘蔗、动物脂肪、植物油等的燃料。然而，生物燃料行业正在与诸如食品对燃料争议、效率以及原料的总供应等问题做斗争。同时，纸浆或造纸业产生大量的木质素，其如上所述通常仅在磨机中燃烧。探索生物质作为燃料或燃料组分的两种常见策略是使用热解油或氢化木质素。

为了使木质素更有用，必须解决木质素在有机溶剂中溶解度低的问题。使用木质素作为燃料生产来源的一个缺点是提供在形式上适合于加氢器或裂化器的木质素的问题。问题在于木质素不溶于油或脂肪酸，而这即使不是必要，也是非常需要的。

现有技术提供了各种策略用于将木质素降解成小单元或分子以便制备可加工的木质素衍生物。这些策略包括氢化、脱氧和酸催化剂水解。WO2011003029涉及一种催化裂解木质素中的碳-碳键和碳-氧键的方法。US20130025191涉及解聚和脱氧方法，其中木质素用氢连同催化剂一起在含芳烃的溶剂中处理。所有这些策略都涉及在脂肪酸或油中最终混合之前进行降解的方法。WO2008157164公开了一种替代策略，其中使用第一分散剂形成生物质悬浮液以获得与催化剂更好的接触。这些策略通常还需要分离降解产物以将它们与不需要的试剂如溶剂或催化剂分离。

从生物质生产燃料的经济效益取决于例如制备木质素的有效方法以及木质素或木质素衍生物的制备，使得燃料生产尽可能高效。例如，氧量应尽可能低并且制备步骤的数量应尽可能少。