向加氢催化反应供应氢的方法和系统技术方案

气化加氢催化反应产品的底部馏分，以产生用于进一步加氢催化反应的氢。在一个实施方案中，一种或多种挥发性有机化合物还利用气化过程中产生的热蒸发出来。在一个实施方案中，将加氢催化反应的顶部馏分进一步处理以产生更高分子量的化合物。在另一个实施方案中，将进一步处理的产品分离为底部馏分和顶部馏分，其中还使所述底部馏分气化，以产生用于进一步加氢催化反应的氢。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
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。
技术介绍
这部分用于介绍可能与本专利技术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专利技术的特定方面。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。本专利技术致力于这些挑战并同时提供相应的优点。
技术实现思路
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&4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。 按照一个方面，本公开内容提供一种方法，包括：（a)提供含纤维素和水的生物质 原料；（b)在能够活化分子氢的催化剂的存在下使生物质原料与氢接触以形成加氢催化处 理后的混合物；（c)将加氢催化处理后的混合物分离为至少第一底部馏分和第一顶部馏分， 所述第一底部馏分包含（i)至少一种分离点在温度为约100_600°C和压力为约常压的化合 物和（ii)至少一种挥发性有机化合物。所述方法进一步包括(d)应用至少一种换热介质使 至少一种挥发性有机化合物从底部馏分中蒸发出来；（e)使至少一部分不含蒸发的至少一 种化合物的底部馏分部分氧化以产生包含氢一氧化碳和氢的气体混合物，其中所述换热介 质包括至少一部分所述气体混合物；（f)使至少一部分所述气体混合物进行水煤气变换反 应以产生氢和二氧化碳;和(g)将步骤(f)的至少一部分氢提供用于步骤(b)。在一个实施方 案中，第一底部馏分包含至少一种木质素、木质素衍生的化合物、未提取的纤维素、未提取 的半纤维素、焦糖和它们的任意组合。 在一个实施方案中，所述第一底部馏分包含至少一种分离点在温度为约100-500 °C和压力为约l-100Torr、优选约3-20Torr如约lOTorr的化合物。在另一个实施方案中，所 述第一底部馏分包含至少一种分离点在温度为约200-450 °C和压力为约l-100T〇rr、优选约 3_20Torr如约lOTorr的化合物。 在一个实施方案中，所述加氢催化处理后的混合物包含多种烃和含氧烃分子，所 述方法进一步包括处理至少一部分多种烃和含氧烃分子，以形成包含更高级烃的燃料混合 物。在一个实施方案中，使至少一部分第一顶部馏分经历进一步的处理反应，以产生包含更 高分子量化合物的产品物流。 在另一个实施方案中，所述方法还包括将包含更高分子量化合物的至少一部分产 品物流分离为第二顶部馏分和第二底部馏分，其中所述第二底部馏分包含至少一种分离点 在温度为约100_500°C和压力为约0.10_7bar的化合物;使至少一部分第二底部馏分部分氧 化以产生包含一氧化碳和氢的气体混合物;使由至少一部分第二底部馏分部分氧化产生的 至少一部分气体混合物经历水煤气变换反应，以产生氢和二氧化碳;和将来自第二底部馏 分的至少一部分氢提供给步骤(b)。 在一个实施方案中，第二底部馏分包含至少一种分离点在温度为约150-400°c和 压力为约0. l〇-7bar的化合物。在一个实施方案中，第二底部馏分包含至少一种分离点在温 度为约200-400°C和压力为约0.10_7bar的化合物。在一个实施方案中，经历部分氧化的部分第一底部馏分在温度约75°C下具有约1- 10，000厘泊（Cp)的粘度。在另一个实施方案中，经历部分氧化的部分第一底部馏分在温度 约75°C下具有约100-5,000厘泊(CP)的粘度。在另一个实施方案中，经历部分氧化的部分第 一底部馏分在温度约75°C下具有约500-1，000厘泊(cP)的粘度。在又一个实施方案中，经历 部分氧化的部分第一底部馏分具有约320厘沲或更低的粘度。 在一个实施方案中，所述加氢催化处理在液相中发生。在另一个实施方案中，所述 加氢催化处理在含水相溶剂中发生。在另一个实施方案中，所述加氢催化处理在有机相溶 剂中发生。在另一个实施方案中，所述蒸发步骤包括向底部馏分施用约100-600°C的温度和 0.01-250psi 的压力。 按照本专利技术的另一个方面，本公开内容提供一种生物质转化系统，所述系统包括： 加氢催化处理系统，构造所述加氢催化处理系统用于在能够活化分子氢的催化剂的存在下 使生物质原料与氢接触以形成加氢催化处理后的混合物;与加氢催化处理系统的出口偶连 的第一分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，包括：(a)提供含纤维素和水的生物质原料；(b)在能够活化分子氢的催化剂的存在下使生物质原料与氢接触以形成加氢催化处理后的混合物；(c)将加氢催化处理后的混合物分离为至少第一底部馏分和第一顶部馏分，其中第一底部馏分包含(i)至少一种分离点在温度为约100‑600℃和压力为约常压的化合物和(ii)至少一种挥发性有机化合物；(d)应用至少一种换热介质使至少一种挥发性有机化合物从底部馏分中蒸发出来；(e)使不含蒸发的至少一种化合物的第一底部馏分部分氧化以产生包含氢和一氧化碳的气体混合物，其中所述换热介质包括所述气体混合物；(f)将所述气体混合物提供给水煤气变换反应区以产生氢和二氧化碳，所述水煤气变换反应区位于生物质原料与氢接触的区域的外部；和(g)提供步骤(f)的氢用于步骤(b)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·B·鲍威尔，L·L·约夫里昂，T·P·佩尔蒂尔，K·A·约翰逊，T·L·弗拉沃斯，F·E·卡布托，H·W·申克，M·吉尔希勒斯特，A·Q·M·博恩，
申请(专利权)人：国际壳牌研究有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL