用于水热加氢催化转化的生物质处理制造技术

本发明专利技术提供了在进行生物质的催化氢化/氢解/加氢脱氧之前以不降低水热加氢催化处理的有效性同时最小化工艺中使用的水的量的方式从生物质进料选择性除去对后续水热加氢催化转化有害的金属及其阴离子物质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本申请要求2013年12月18日提交的待决美国临时专利申请序列号61/917393的权益。
本专利技术涉及在从生物质生产适合用于运输燃料和工业化学品的高级烃中，用于水热加氢催化处理的生物质的处理。更具体而言，本专利技术涉及自生物质除去有害物质以实现有效的生物质水热加氢催化转化。
技术介绍
对从除化石燃料之外的资源提供能量的新技术的开发已投入了大量的关注。生物质是显示出作为化石燃料替代物的前景的资源。与化石燃料相反，生物质还是可再生的。生物质可用作可再生燃料的来源。一种类型的生物质是植物生物质。由于构成高等植物中细胞壁的木质纤维素材料，植物生物质是世界上碳水化合物最丰富的来源。植物细胞壁分为两部分：初生细胞壁和次生细胞壁。初生细胞壁提供扩大细胞的结构并由三种主要的多糖(纤维素、果胶和半纤维素)和一组糖蛋白组成。次生细胞壁在细胞已完成生长后产生，也含多糖并通过共价交联到半纤维素的聚合木质素增强。半纤维素和果胶通常发现是丰富的，但纤维素是主要的多糖和最丰富的碳水化合物来源。然而，自纤维素生产燃料提出了一个技术难题。此难题的一些因素在于木质纤维素(例如木头)的物理密度和木质纤维素的化学复杂性，所述物理密度可能使得使用化学品难以穿透木质纤维素的生物质结构，所述化学复杂性在将纤维素的长链聚合物结构分解成可用来生产燃料的碳水化合物中造成困难。此难题的另一因素在于生物质中所含的氮化合物和硫化合物。生物质中所含的氮和硫化合物可使后续加工
中使用的催化剂中毒。大多数运输车辆需要内燃和/或推进发动机所提供的高功率密度。这些发动机需要通常呈液体形式或在较小程度上呈压缩气体形式的清洁燃料。由于其高的能量密度及其被泵送的能力，这使得更容易操作，故液体燃料更便携。目前，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物。不幸的是，开发用于生产液体生物燃料的新技术的进展发展缓慢，尤其是对于适应当前基础设施的液体燃料产品。虽然可自生物质资源生产多种燃料如乙醇、甲醇和植物油及气体燃料如氢气和甲烷，但这些燃料需要适合其特性的新的分配技术和/或燃烧技术。一些这些燃料的生产还往往昂贵并在它们的净碳节省方面产生问题。需要直接将生物质加工成适应现有基础设施的液体燃料。生物质作为进料的加工受到需要直接将释放糖的生物质水解与糖的催化氢化/氢解/加氢脱氧结合在一起以防止分解成重尾馏分(焦糖或焦油)的挑战。此外，最小化废产物的生成是一个挑战，废产物可能需要在处置前进行处理和/或使催化剂因中毒而失活。
技术实现思路
发现需要在进行生物质的催化氢化/氢解/加氢脱氧之前以不降低水热加氢催化处理的有效性的同时最小化工艺中使用的水的量的方式而从生物质进料除去有害物质。在一个实施方案中，提供了从含有害物质的纤维素生物质固体选择性除去至少一部分有害金属及其阴离子(“有害物质”)的方法，所述方法包括：a.提供第一部分的纤维素生物质固体，其通过分散的或半连续的第一液相和连续的第一气相在约0℃至约60℃的范围内的温度下于第一接触区中接触，其中所述液相包含pH为最大4的酸溶液，其中所述第一液相的通量为至少1kg/(m2s)；b.提供经所述分散的或半连续的第一液相处理的纤维素生物质固
体，其通过分散的或半连续的第二液相和连续的第二气相在约0℃至约60℃的范围内的温度下于第二接触区中接触，其中所述液相包含pH为至少5的水性溶液，其中所述第二液相的通量为至少1kg/(m2s)；c.自所述第一接触区移除所述分散的或半连续的第一液相，为酸性流出物；d.自所述第二接触区回收所述分散的或半连续的第二液相，为水性流出物；e.再循环所述水性流出物的至少一部分作为所述第一接触区中的液相的一部分；f.将经所述分散的或半连续的第二液相处理的纤维素生物质固体的至少一部分转移到消解和/或反应区。在另一个实施方案中，提供了从含有害物质的纤维素生物质固体选择性除去至少一部分有害金属及其阴离子的方法，所述方法包括：a.提供第一部分的纤维素生物质固体，其通过分散的或半连续的第一液相和连续的第一气相在约0℃至约60℃的范围内的温度下于第一接触区中接触，其中所述液相包含pH最大为4的酸溶液，其中所述第一液相的通量为至少1kg/(m2s)；b.提供经所述分散的或半连续的第一液相处理的纤维素生物质固体，其通过分散的或半连续的第二液相和连续的第二气相在约0℃至约60℃的范围内的温度下于第二接触区中接触，其中所述液相包含pH至少为5的水性溶液，其中所述第二液相的通量为至少1kg/(m2s)；c.提供经所述分散的或半连续的第二液相处理的纤维素生物质固体，其通过分散的或半连续的第三液相和连续的第三气相在约0℃至约60℃的范围内的温度下于第三接触区中接触，其中所述第三液相包含pH大于9的碱溶液，其中所述第三液相的通量为至少1kg/(m2s)；d.提供经所述分散的或半连续的第三液相处理的纤维素生物质，其通过分散的或半连续的第四液相和连续的第四气相在约0℃至约60℃的范围内的温度下于第四接触区中接触，其中所述液相包含pH为最大8的水性溶液，其中所述第四液相的通量为至少1kg/(m2s)；e.自所述第一接触区移除所述分散的或半连续的第一液相，为酸性流出物；f.自所述第二接触区回收所述分散的或半连续的第二液相，为第一水性流出物；g.自所述第三接触区移除所述分散的或半连续的第三液相，为碱性流出物；h.自所述第四接触区回收所述分散的或半连续的第四液相，为第二水性流出物；i.再循环所述第一水性流出物的至少一部分作为所述第一接触区中的液相的一部分；j.再循环所述第二水性流出物的至少一部分作为所述第三接触区中的液相的一部分；k.将经所述分散的或半连续的第四液相处理的纤维素生物质固体的至少一部分转移到消解和/或反应区。在又一个实施方案中，提供了从含有害物质的纤维素生物质固体选择性除去至少一部分有害金属及其阴离子的方法，所述方法包括：a.提供第一部分的纤维素生物质固体，其通过分散的或半连续的第一液相和连续的第一气相在约0℃至约60℃的范围内的温度下于第一接触区中接触，其中所述液相包含pH大于9的碱溶液，其中所述第一液相的通量为至少1kg/(m2s)；b.提供经所述分散的或半连续的第一液相处理的纤维素生物质固体，其通过分散的或半连续的第二液相和连续的第二气相在约0℃至约60℃的范围内的温度下于第二接触区中接触，其中所述液相包含pH为最大8的水性溶液，其中所述第二液相的通量为至少1kg/(m2s)；c.提供经所述分散的或半连续的第二液相处理的纤维素生物质固体，其通过分散的或半连续的第三液相和连续的第三气相在约0℃至约60℃的范围内的温度下于第三接触区中接触，其中所述第三液相包含pH最大为4的酸溶液，其中所述第三液相的通量为至少1kg/(m2s)；d.提供经所述分散的或半连续的第三液相处理的纤维素生物质，其
通过分散的或半连续的第四液相和连续的第四气相在约0℃至约60℃的范围内的温度下于第四接触区中接触，其中所述液相包含pH为至少5的水性溶液，其中所述第四液相的通量为至少1kg/(m2s)；e.自所述第一接触区移除所述分散的或半连续的第一液相，为碱性流出物；f.自所述第二接触区回收本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于从含有害物质的纤维素生物质固体选择性除去至少一部分有害金属及它们的阴离子的方法，所述方法包括：a.提供第一部分的纤维素生物质固体，其与分散的或半连续的第一液相和连续的第一气相在约0℃至约60℃的范围内的温度下于第一接触区中接触，其中所述液相包含pH最大为4的酸溶液，其中所述第一液相的通量为至少1kg/(m2s)；b.提供经所述分散的或半连续的第一液相处理的纤维素生物质固体，其与分散的或半连续的第二液相和连续的第二气相在约0℃至约60℃的范围内的温度下于第二接触区中接触，其中所述液相包含pH至少为5的水性溶液，其中所述第二液相的通量为至少1kg/(m2s)；c.自所述第一接触区移除所述分散的或半连续的第一液相，为酸性流出物；d.自所述第二接触区回收所述分散的或半连续的第二液相，为水性流出物；e.再循环所述水性流出物的至少一部分作为所述第一接触区中的所述液相的一部分；f.将经所述分散的或半连续的第二液相处理的纤维素生物质固体的至少一部分转移到消解和/或反应区。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.18 US 61/917,3931.用于从含有害物质的纤维素生物质固体选择性除去至少一部分有害金属及它们的阴离子的方法，所述方法包括：a.提供第一部分的纤维素生物质固体，其与分散的或半连续的第一液相和连续的第一气相在约0℃至约60℃的范围内的温度下于第一接触区中接触，其中所述液相包含pH最大为4的酸溶液，其中所述第一液相的通量为至少1kg/(m2s)；b.提供经所述分散的或半连续的第一液相处理的纤维素生物质固体，其与分散的或半连续的第二液相和连续的第二气相在约0℃至约60℃的范围内的温度下于第二接触区中接触，其中所述液相包含pH至少为5的水性溶液，其中所述第二液相的通量为至少1kg/(m2s)；c.自所述第一接触区移除所述分散的或半连续的第一液相，为酸性流出物；d.自所述第二接触区回收所述分散的或半连续的第二液相，为水性流出物；e.再循环所述水性流出物的至少一部分作为所述第一接触区中的所述液相的一部分；f.将经所述分散的或半连续的第二液相处理的纤维素生物质固体的至少一部分转移到消解和/或反应区。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一接触区和所述第二接触区在一个容器中或在分开的容器中。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述第一液相和第二液相二者均向下流动。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述第一气相为静态气层以保持压力。5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述第一气相与所述第一液相同向或逆向流动。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述第一气相和
\t所述第二气相相同。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一液相的通量为至少3kg/(m2s)和/或所述第二液相的通量为至少3kg/(m2s)。8.用于从含有害物质的纤维素生物质固体选择性除去至少一部分有害金属及它们的阴离子的方法，所述方法包括：a.提供第一部分的纤维素生物质固体，其与分散的或半连续的第一液相和连续的第一气相在约0℃至约60℃的范围内的温度下于第一接触区中接触，其中所述液相包含pH最大为4的酸溶液，其中所述第一液相的通量为至少1kg/(m2s)；b.提供经所述分散的或半连续的第一液相处理的纤维素生物质固体，其通过分散的或半连续的第二液相和连续的第二气相在约0℃至约60℃的范围内的温度下于第二接触区中接触，其中所述液相包含pH至少为5的水性溶液，其中所述第二液相的通量为至少1kg/(m2s)；c.提供经所述分散的或半连续的第二液相处理的纤维素生物质固体，其与分散的或半连续的第三液相和连续的第三气相在约0℃至约60℃的范围内的温度下于第三接触区中接触，其中所述第三液相包含pH大于9的碱溶液，其中所述第三液相的通量为至少1kg/(m2s)；d.提供经所述分散的或半连续的第三液相处理的纤维素生物质，其与分散的或半连续的第四液相和连续的第四气相在约0℃至约60℃的范围内的温度下于第四接触区中接触，其中所述液相包含pH最大为8的水性溶液，其中所述第四液相的通量为至少1kg/(m2s)；e.自所述第一接触区移除所述分散的或半连续的第一液相，为酸性流出物；f.自所述第二接触区回收所述分散的或半连续的第二液相，为第一水性流出物；g.自所述第三接触区移除所述分散的或半连续的第三液相，为碱性流出物；h.自所述第四接触区回收所述分散的或半连续的第四液相，为第二水性流出物；i.再循环所述第一水性流出物的至少一部分作为所述第一接触区中的所述液相的一部分；j.再循环所述第二水性流出物的至少一部分作为所述第三接触区中的所述液相的一部分；k.将经所述分散的或半连续的第四液相处理的纤维素生物质固体的至少一部分转移到消...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·B·鲍威尔，J·N·彻达，
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