用于将生物质转化成可再生燃料并将副产物再循环到气化器的系统和方法
【专利摘要】本发明一般涉及用于改进含碳原料到可再生燃料的转化的方法和系统，并且更具体地说涉及经由独特方法的独特组合将生物质热化学转化成可再生燃料和其它有用的化学化合物包括汽油和柴油。更具体地说，此方法的组合包括(a)选择性热解生物质，其产生挥发性烃和生物炭；(b)在新型催化工艺中将所述挥发性烃改质成可再生燃料；(c)在低压下将所述生物炭用来自催化工艺的再循环残余气体气化，产生合成气体；(d)在新型催化工艺中将所述合成气体转化成二甲醚；以及(e)将所述二甲醚再循环到所述选择性热解工艺中。
【专利说明】用于将生物质转化成可再生燃料并将副产物再循环到气化 器的系统和方法
[000。 相关申请的引用
[0002] 本申请要求2012年11月22日提交的美国临时专利申请第61/562, 935号的优先 权，所述申请的全部内容W引用的方式并入本文。
【技术领域】
[0003] 本发明一般涉及可再生燃料，并且更具体地说涉及一种用于使用原位生成碳和循 环水、二氧化碳和轻质姪将生物质热化学转化成液体的方法和系统。
[0004] 相关技术的描述
[0005] 目前存在对将生物质转化成运输燃料的强烈兴趣。实现该种转化的两个主要方式 是酶法和热化学方法。酶法的效率往往非常高，但其受关键酶反应动力学所限制。另一方 面，热化学方法通常具有极快的动力学但遭受低转化效率。需要发现一种高转化效率的热 化学方法从而利用快速动力学的优势。
[0006] 目前，尤其在北美，由于由页岩气产生天然气经济供应提高，对扩大化石燃料生产 和利用大量低成本天然气的需求被预测到并且增加，在气体到液体技术（GTL)方面存在回 潮。一些CTL技术已出现数十年并且在商业上被大规模实践。该些技术都是W合成气体为 基础并且W天然气作为进料来开始。主要项目包括卡培尔的Sasol化yx项目、Shell化arl 项目（也是卡培尔的）、特立尼达和埃及的Methanex甲醇项目和尼日利亚的Sasol化evron Escravos G化项目（目前正在建造中）。Sasol正在进行关于在美国路易斯安那州建立使 用天然气作为原料的CTL工厂的可行性研究。正在寻找天然气的替代原料，其将使CTL工 艺更具成本竞争力。
[0007] 具体地说，正做出大量努力W利用生物质代替煤或天然气作为主要原料。该些方 法属于生物质到液体炬TL)转化工艺的范畴。WL研究在世界范围内持续，但还未获得商业 实现。水和二氧化碳是WL工艺的普遍存在的反应产物，并且往往被排放到大气中。该些 化合物的释放表示生物质转化系统的效率低。将该些化合物再循环回燃料生产中的方法会 提高生物质的有效转化。
[0008] 本发明实施方案的简要概述
[0009] 与其它WL系统相比，本发明实施方案实现废水和二氧化碳流的有效转化，产生 更多高价值燃料和化学品。通常，水和二氧化碳的再循环涉及打断强键W产生氨。如果将 甲焼和轻质姪替代地用作氨的来源，那么能量需求将变得更小，使得所述工艺更实用。该种 概念在W下表1中说明，表1显示针对甲焼和焼姪（包括己焼到下焼）产生的标准生成热 和每个氨分子的解离能。表1显示从水解离氨需要的能量是24化J/mol，而取决于所使用的 焼姪，每个氨分子的解离能从25kJ/mol到37kJ/mol变化。能够在低压下代替水从甲焼和 轻质姪中提取出氨的方法优于在较高压力下使用蒸汽气化的系统。
[0010] 表 1.
[0011]
【权利要求】
1. 一种实现生物质到液体燃料的高热化学转化的方法，其包括： 分解生物质以产生一种或多种挥发性烃和含碳固体； 将所述挥发性烃催化改质成液体燃料； 气化所述产出含碳固体以产生合成气体；以及 将所述合成气体催化改质成燃料或燃料前体。
2. 如权利要求1所述的方法，其进一步包括再循环在将所述挥发性烃催化改质成液体 燃料的步骤期间所产生的副产物流。
3. 如权利要求1所述的方法，其中分解生物质以产生挥发性烃和含碳固体包括快速热 解、焙干、太阳能热化学工艺或炭化。
4. 如权利要求3所述的方法，其中分解生物质以产生挥发性烃和含碳固体进一步包括 生物分馏工艺，所述生物分馏工艺在压力下在升高的温度下热化学转化所述生物质。
5. 如权利要求1所述的方法，其中所述液体燃料选自由以下各项组成的组：汽油、汽油 组分、喷气燃料、柴油、石脑油、含氧燃料、高级混合醇、二甲醚、甲烷、轻质瓦斯油、氨和真空 瓦斯油。
6. 如权利要求1所述的方法，其中催化改质所述合成气体包括将所述进入合成气体转 化成一种或多种烃和/或含氧物。
7. 如权利要求1所述的方法，其中催化改质所述合成气体是经由一种或多种甲醇或 DME合成工艺、费-托化学方法或合成气体发酵来完成。
8. 如权利要求1所述的方法，其进一步包括将所述燃料或燃料前体引到燃料分离工艺 中。
9. 如权利要求8所述的方法，其中所述燃料分离工艺包括将燃料、化学品和燃料前体 与未反应的合成气体分离，并且将所述未反应的合成气体再引回到所述气化所述产出含碳 固体的步骤或所述催化改质所述合成气体的步骤中。
10. -种实现生物质到液体燃料的高热化学转化的系统，其包括： 用于分解生物质以产生一种或多种挥发性烃和含碳固体的装置； 用于将所述挥发性烃催化改质成液体燃料的装置； 用于气化所述含碳固体以产生合成气体的装置；以及 用于将所述合成气体催化改质成燃料或燃料前体的装置。
11. 如权利要求10所述的系统，其进一步包括用于再循环副产物流的装置，所述副产 物流通过所述用于将所述挥发性烃催化改质成液体燃料的装置所产生。
12. 如权利要求10所述的方法，其中用于分解生物质的装置包括快速热解装置、焙干 装置、太阳能热化学装置或炭化装置。
13. 如权利要求12所述的方法，其中用于分解生物质的装置包括用于在压力下在升高 的温度下热化学转化所述生物质的生物分馏装置。
14. 如权利要求10所述的方法，其中所述液体燃料选自由以下各项组成的组：汽油、汽 油组分、喷气燃料、柴油、石脑油、含氧燃料、高级混合醇、二甲醚、甲烷、轻质瓦斯油、氨和真 空瓦斯油。
15. 如权利要求10所述的方法，其中所述用于催化改质所述合成气体的装置包括用于 将所述进入合成气体转化成一种或多种烃和/或含氧物的装置。
16. 如权利要求10所述的方法，其中所述用于催化改质所述合成气体的装置经由一种 或多种甲醇或DME合成工艺方法、费-托化学方法或合成气体发酵来完成。
17. 如权利要求10所述的方法，其进一步包括用于将所述燃料或燃料前体引到用于燃 料分离装置中的装置。
18. 如权利要求17所述的方法，其中所述用于燃料分离的装置包括用于将燃料、化学 品和燃料前体与未反应的合成气体分离的装置，和用于将所述未反应的合成气体再引回到 所述用于气化所述产出含碳固体的装置或再引回所述用于催化改质所述合成气体的装置 中的装置。
【文档编号】C12N9/98GK104302766SQ201280067401
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2012年11月19日 优先权日:2011年11月22日
【发明者】迈克尔·谢赫, 拉哈斯赫哈拉姆·马尔亚拉, 弗恩·S·特拉克斯勒 申请人:酷星能源系统公司