通过合成气将生物质转变为乙醇的系统和方法技术方案

公开了利用通过合成气的合成途径合成乙醇的方法和装置。描述了用于气化生物质，诸如使用流化床的蒸汽气化器中的生物质，和利用来自合成气燃烧的热烟道气进行加热的方法和装置。还公开了利用催化剂，包括乙酸铱，利用逐步催化反应将一氧化碳和氢转变为乙醇，从而将合成气转变为乙醇的方法和装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及合成气的加工，且具体地，涉及由生物质生产乙醇的方法。 该方法涉及由生物质材料生成乙醇(乙醇)。通过选择高效的催化步骤使 乙醇的收率最大化。
技术介绍
合成气(Synthesis gas)，或"合成气(syngas)"，是对包含多种量的 碳氧化物(诸如一氧化碳)和氢的气体混合物给定的名称。该名称来自于 它们在产生合成的天然气、氨、甲醇(甲醇)、或燃料中作为中间体的用 途。可以通过许多方法产生合成气，例如，通过将含碳的燃料气化为具有 热值的其它产物，例如煤、生物质或市政废料的气化。其它实例包括天然 气、来自多种来源的甲烷、或液体烃的蒸汽转化。合成气是易燃的，并通 常用作燃料来源或用作产生其它化学品的中间体。合成气还在通过利用费 -托(Fisher-Tropsch)催化剂的催化作用生产用作燃料或润滑剂的合成石油 中，作为中间体使用。最经常通过煤或市政废物的气化产生用作燃料的合 成气。当用作氢和氨的大规模工业合成中的中间体时，它还由天然气产生(通 过蒸汽转化反应)。在大型废物-到-能源气化设备中生产的合成气用作燃料 来发电。煤的气化方法是相当高效的，且多年来用于制造过去称为"照明" 气或煤气的物质，在广泛使用电以前，用于路灯和家庭照明。合成气广泛用于产生甲醇。来自煤的合成气还用于产生一批化学制品。可以对其进行催化产生一类柴油燃料，叫做"费-托(Fisher-Tropsch)燃料"。 最近，开发了用于将合成气转变为乙醇和乙酸混合物的专门细菌。在 这些单一步骤方法中，转变为乙醇的化学途径不是高效的。还公开了许多利用发酵或其它生物方法从生物质直接合成乙醇的方 法。虽然已将这些方法用于从生物质中包含的纤维素生产乙醇，但是该方 法严重地受到，除了其它以外，它们不能将木质纤维素生物质中包含的木 质素转变为有用产物的限制。公开了这样的方法，通过所述方法，合成气高效地将转变为乙醇，其 几乎不需要纯化和除去水。该乙醇适合于作为工业应用的备选燃料，作为 化学品前体，或作为药物或饮料的添加剂。乙醇(酒精)是用于饮料、工业方法和更近期地作为比汽油更干净燃烧 的内燃机燃料的全球产品。因为世界对乙醇的需要是如此巨大，并且由于在北美试图大规模使用 其作为燃料添加剂，目前还会惊人地增长，所以利用完全生物质的方法会 增加全球的乙醇生产能力。本专利技术描述了这样的方法，通过该方法，可以将由生物质材料产生的 合成气高效地转变为乙醇。专利技术概述本专利技术是从合成气生产乙醇的方法，该方法包括下列步骤 提供合成气；将合成气转变为甲醇，从而产生甲醇和一氧化碳和氢；使催化剂和助催化剂与甲醇、 一氧化碳和氢进行反应，从而产生包括 乙酸甲酯、氢、甲醇、乙酸、和水的混合物；分离所述混合物以分离所述助催化剂，乙酸甲酯和甲醇的混合物，和 乙酸和水的混合物；将氢添加到乙酸甲酯和甲醇混合物中，并使该混合物与氢化催化剂反 应产生乙醇。公开了另一种方法，该方法将合成气转变为乙醇。将合成气转变为甲醇、 一氧化碳和氢的混合物；所述甲醇和一氧化碳混合物利用催化剂反应 产生乙酸和一氧化碳，乙酸与乙醇在催化剂存在的条件下反应产生包含乙 酸乙酯和水的混合物；和所述乙酸乙酯与所述氢利用氢化催化剂反应产生 乙醇。公开了这样的方法，所述方法将由生物质材料产生的合成气(synthesis gas)(合成气(syngas))转变为乙醇。在蒸汽气化器中气化生物质产生合 成气，压縮该合成气，并使其与一种或多种催化剂反应产生乙醇。本专利技术 中的生物质气化器是具有底部的箱形容器，所述底部是分配器板和管，其 中所述管传送热气从而加热流化床。每个催化步骤应该是利用可用的最佳 方法实现的，并且是需要催化剂、容器、和合适的热和压力的催化步骤。公开了利用通过流化床的蒸汽气化，从干燥的生物质产生合成气的方 法。该床是箱状容器，其具有分配器板作为底板，热气经过管传输，且注 射生物质从而气化为合成气。在本专利技术的另一个实施方案中，通过燃烧在 第二吹气气化器中产生的低BTU合成气，加热所述气化过程。还公开了用于从合成气产生乙醇的装置，其中所述装置包括甲醇反应 器，具有金属催化剂的乙酸甲酯反应器，用于分开乙酸乙酯、乙酸、氢、 和甲基碘的蒸馏装置，和产生甲醇的乙醇反应器。在本专利技术另一个实施方 案中，用于产生乙醇的装载接收来自蒸汽气化器的合成气，所述蒸汽气化 器具有流化床，所述流化床具有作为燃料的干燥生物质。还公开了用于从生物质产生乙醇的方法，所述方法包括提供合成气， 将所述合成气转变为包含甲醇的混合物，使所述包含甲醇的混合物反应， 从而获得包含乙酸甲酯和甲醇的混合物；和使所述包含乙酸甲酯和甲醇的 混合物与氢反应产生乙醇。附图简述通过参考下列关于附图的详细描述，应该更容易理解本专利技术的上述特 征，其中附图说明图1A是用于从生物质产生合成气的方法，即本专利技术的方法的优选实 施方案示意图。图1B是用于压縮和转化合成气的方法，即本专利技术的方法的优选实施方案示意图。图1C是用于从压縮的和转化的合成气产生乙醇的方法，即本专利技术的 方法的优选实施方案示意图。图2是显示蒸汽气化器，即本专利技术的装置的端视图。图2A是显示蒸汽气化器，即本专利技术的装置的侧视图。图3是显示吹气气化器，即本专利技术的装置的视图。图4是本专利技术方法中使用的吹气和蒸汽气化器中使用的分配器板的图。图5是本专利技术的吹气和蒸汽气化器中使用的分配器板中的加盖圆柱体 的图。图6是用于从合成气产生乙醇，即本专利技术的方法的优选实施方案的示 意图。图7是蒸汽气化器加热管的剖面图。图8是显示使用液体热传递介质以在全部方法中分配热流的示意图。具体实施方案的详述定义。用于本说明书和所附权利要求中时，除非上下文另外需要，下 列术语应该具有指定的含义用于本文时，术语"包括(comprises)"禾B "包括(comprising)"被解释为包含的和开放的，而非排他的。特别地，当用在包括权利要求的本 说明书中时，术语"包括(comprises)"和"包括(comprising)"及其变 体意指包括该指定的特征、步骤或成分。该术语不被解释为排除其它特征、 步骤或成分的存在。作为第一优选的实施方案，将生物质转变为乙醇。参考图1A，生物质 处理设备101和干燥器102是该方法的第一步。生物质处理设备101，例 如研磨机，处理粗生物质并将其加工为适合于气化的尺寸。在大多数情形 中，必须将生物质切割、研磨、拱起并切碎为尺寸为2英寸或更小的立方 体。利用加压的蒸汽干燥器102，例如由BMA (Niro)提供的蒸汽干燥器， 可以将该生物质干燥到湿度30%-1% (优选地，20%或更低)。干燥器10224提供压力为大约275 kPa (具有225-325 kPa的范围)的蒸汽。然后，具有 低于30%湿度的干燥生物质通过传送器排放到干燥原料储存箱中(未显 示)。从处于275 kPa的蒸汽干燥器102中回收来自湿生物质的水蒸气，并 使其过热，从而为蒸汽气化器106提供流化蒸汽105。这可以通过使其经 过热回收蒸汽发生器103而实现，在热回收蒸汽发生器103中，通过从蒸 汽气化器106中排出的热烟道气IIO对其进行加热。将一部分干燥生物质进料到吹气气化器107中，并产生低BTU合成气 107a。可以在两个旋风分离器108a和本文档来自技高网...

【技术保护点】
从合成气生产乙醇的方法，所述方法包括：　提供合成气；　在催化剂存在下转变所述合成气，从而产生包括甲醇和一氧化碳和氢的混合物；　通过在助催化剂和金属催化剂存在下，使所述甲醇、一氧化碳和氢与所述助催化剂反应，产生包括乙酸甲酯、 氢、甲醇、乙酸、和水的混合物，所述金属催化剂包括选自由铱、铁、钴、镍、钌、钯、锇、和铂组成的组中的一种金属；　分离所述包括乙酸甲酯、氢、甲醇、乙酸、和水的混合物，从而产生乙酸甲酯和甲醇的混合物和选自由氢级分、助催化剂级分、乙酸级分、和 水级分组成的组中的一种级分；　通过在氢化催化剂的存在下，使所述乙酸甲酯和甲醇混合物与氢反应，产生包含乙醇的混合物。

【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：拉里杰克梅利尼丘克，卡连韦尼塔凯利，罗伯特S戴维斯，
申请(专利权)人：森林生物燃料有限公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]