[发明专利]从固体生物质生产富含芳香烃的高级烃

说明书

提供用于由固体生物质生产可用作汽油组分的富含芳香烃的烃的方法。该方法通过使由固体生物质的消化和氢化脱氧产生的稳定的含氧烃中间体与无粘结剂的成形ZSM‑5催化剂接触，提供更长的缩合催化剂寿命。

本申请要求2016年7月28日提交的待审美国临时申请62/367,761的权益。

技术领域

本发明涉及生物质向烃的转化。更具体地，本发明涉及从固体生物质改进生产用作液体生物燃料的高级烃。

背景技术

大量的注意已集中在发展用于从非化石燃料资源提供能量的新技术上。生物质为展示出作为化石燃料替代物的有前景的资源。相对于化石燃料，生物质还是可再生的。

生物质可用作可再生燃料的来源。一种类型的生物质为植物生物质。由于组成高等植物中的细胞壁的木质纤维素材料，植物生物质为世界上最丰富的碳水化合物来源。植物细胞壁分成两个部分，初生细胞壁和次生细胞壁。初生细胞壁提供用于使细胞膨胀的结构并且由三种主要的多糖(纤维素、果胶和半纤维素)和一组糖蛋白组成。在细胞生长结束之后产生的次生细胞壁也含有多糖并且通过与半纤维素共价交联的聚合木质素强化。半纤维素和果胶通常大量存在，但是纤维素为主要的多糖以及碳水化合物的最丰富来源。然而，由纤维素产生燃料造成有困难的技术难题。此困难的一些因素是可使得用化学品渗透木质纤维素的生物质结构困难的木质纤维素(如木材)的物理密度，和导致难以将纤维素的长链聚合结构分解为可用于产生燃料的碳水化合物的木质纤维素的化学复杂性。此困难的另一因素是生物质中含有的氮化合物和硫化合物。生物质中含有的氮化合物和硫化合物可使用于随后加工的催化剂中毒。

大部分运输车辆需要通过内燃机和/或推进发动机来提供的高功率密度。这些发动机需要一般呈液体形式，或呈较轻微程度的压缩气体形式的清洁燃烧燃料。液体燃料由于其高能量密度和其被泵送的能力更便于携带，这使得管理更容易。

目前，如生物质的生物基原料提供液体运输燃料的唯一可再生替代物。不利的是，在开发用于产生液体生物燃料的新技术中的进展在开发尤其是适合在目前基础设施内的液体燃料产物方面已减缓。尽管多种燃料可由生物质资源(如乙醇、甲醇和植物油)和气态燃料(如氢气和甲烷)产生，但是这些燃料需要适合于其特征的新分配技术和/或燃烧技术。生产这些燃料中的一些还往往是昂贵的并且引起关于它们的净碳节省的问题。需要将生物质直接加工成适合于现有基础设施的液体燃料。

将生物质加工为进料的挑战在于需要直接将释放糖的生物质水解与糖的催化氢化/氢解/氢化脱氧结合以防止分解成重尾馏分(焦糖或焦油)。另外，挑战在于将可能需要在处置和/或通过毒物催化剂去活化之前处理的废产物的产生最小化。

发明内容

据发现，在通过在液体消化溶剂中使固体生物质消化和氢化脱氧产生的含氧烃中间体往往使在产生高级烃的随后缩合反应中的缩合催化剂快速焦化。申请人发现，使含氧烃中间体与作为缩合催化剂的某些不含粘结剂的ZSM-5催化剂接触可提供更长的催化剂寿命。

提供了一种用于由固体生物质生产高级烃的方法，所述方法包含：

a.提供含有纤维素、半纤维素和木质素的生物质固体；

b.在110℃到小于300℃范围内的温度下和在20巴到200巴范围内的压力下在水热临氢催化催化剂和氢气存在的情况下在液体消化溶剂中使所述生物质固体消化和氢化脱氧，以形成稳定的含氧烃中间产物，所述稳定的含氧烃中间产物具有至少60％的碳在具有9个或更少碳原子的分子中；

c.在325℃到约425℃范围内的温度下使至少一部分稳定的含氧烃中间产物与沸石含量大于98％、二氧化硅与氧化铝摩尔比最多为28比1的无粘结剂的成形ZSM-5催化剂接触，产生水和富含芳香烃的高级烃流，所述高级烃流具有以所述富含芳香烃的烃流计至少50wt％的含有芳香烃的烃。