通过合成气将生物质转变为乙醇的系统和方法

专利名称：通过合成气将生物质转变为乙醇的系统和方法
技术领域：
本发明涉及合成气的加工，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。
背景技术：
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。
本发明描述了这样的方法，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。
发明概述
本发明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。本发明 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。在本发明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。在本发明另一个实施方 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，应该更容易理解本发明的上述特 征，其中


图1A是用于从生物质产生合成气的方法，即本发明的方法的优选实 施方案示意图。
图1B是用于压縮和转化合成气的方法，即本发明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，即本发明的 方法的优选实施方案示意图。
图2是显示蒸汽气化器，即本发明的装置的端视图。
图2A是显示蒸汽气化器，即本发明的装置的侧视图。
图3是显示吹气气化器，即本发明的装置的视图。
图4是本发明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是本发明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，即本发明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102
24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108b中净化该低BTU合成气107a， 从而除去任何颗粒物质。然后，净化的低BTU合成气107b在低BTU气 体燃烧器109中燃烧，从而产生高温烟道气110。该烟道气，其以约1090 摄氏度(在1000-1200摄氏度的范围内)离开燃烧器，通过内部热交换器 202对蒸汽气化器提供加热。作为备选的实施方案，燃烧器109可以燃烧 其它燃料产生烟道气，包括甲垸、掩埋气、天然气、或甲垸和由肥料或生 物固体的厌氧消化产生的其它轻质烃。
这里使用的吹气气化器的一个实施方案，如图3所示，己经在佛罗里 达州的昆西(Quincy)以1,000吨/天的气化设备中，证明了商业成功。吹 气气化器可以是容器301，其由金属诸如碳钢的外部，足以经受住内部稳 定的内部耐火衬里构成。在一个实施方案中，容器301是圆柱形的，其具 有垂直壁310和顶板306。优选的实施方案是圆顶形顶板。典型的容器应 该是直径8英尺和高度40英尺，尽管该设计能够按比例放大或縮小。
在优选的实施方案中，容器301具有分配器板305作为其底板和设置 在顶板或垂直壁310上部中的出口 304。反应器在底部具有硅砂或类似矿 物的床303，所述硅砂典型地具有300-400微米的颗粒大小。用床材料装 载气化器室，在燃料堆顶端和顶板之间留出自由空间(freeboard space)307。
分配器板305具有一系列钻入其中的孔，每个孔连接(通过螺纹 (threading)、焊接或一些其它可靠固定技术)金属的加盖圆柱体309。这 些圆柱体中的每一个在底部是空心的，从而从板305下面的正压室308中 抽吸加压的空气308a。
正压室308是这样的室，在所述室中将加压空气进料在分配器板305
25下方。在典型的实施方案中，这应该是上下颠倒圆顶形室，其包括完整的 分配器板，并具有空气入口。
引导加压空气308a进入分配器板下面的正压室中，并迫使其经过加盖 圆柱体309进入所述床，引起该床的流化。对分配器板305上圆柱体的排 列进行设计，以使其均匀地在整个床中流化所述物料。存在许多可以用于 实现这个的构型。 一种方法是以格状模式，即可以是直线性的、三角形的、 或其它模式，将圆柱体309安装在板305上。
吹气气化器还可以是启动燃烧器302a、 302b、和302c的特征，所述 启动燃烧器302a、 302b、和302c加热所述容器到约750-900摄氏度，即 吹气气化器的工作范围。可将启动燃烧器302a和302b定向在气化器壁的 外部，而燃烧器302c直接位于所述床中。当所述床达到其工作温度的温 度时，这些启动燃烧器关闭，并且通过向容器添加干燥的生物质和空气而 保持床的温度。吹气气化器优选地在大气压或接近大气压下，即100-175 kPa的范围中工作。
可以通过锥形螺杆加料器303，将生物质进料到空气气化容器301中， 当床302是流化的时候，所述螺杆加料器将干燥的生物质进料到该床的中 部，且当该床不是流化的时候，进料到该床的顶上。对锥形螺杆加料器311 进行设计，以使生物质经过该螺杆前进时被压縮，由此引起位于其开口附 近的木塞311a进入到容器中，这防止对该容器的反压力。
当床303是流化的时候，其保持在低于顶板306的水平，从而保持充 足的自由空间307，以便没有床材料，诸如硅砂，与低BTU合成气一起经 过出口 304泄漏。理想地，保持容器的条件，以使产生的流出气体在经出 口离开前在自由空间中具有至少2秒的停留时间，其范围是l-5秒。在典 型的实施方案中，其中直径是8英尺且高度是40英尺，当该床流化时， 应该具有小于15英尺的高度，且当为静态时，小于6英尺。
回到优选的系统实施方案，如图1A中所示，由燃烧器109产生的烟 道气110被传递到蒸汽气化器106的内部热交换器202中。
生物质蒸汽气化器106的优选实施方案是专利的流化床系统，如图2 所示。反应器的设计是箱形容器201，其具有壁210和顶板206，尽管可 能有许多其它构型和比例，但是典型的实施方案具有长度为20英尺，宽度为10英尺、和高度为30-40英尺。分配器板205是底板。在典型的实施 方案中，顶板206是圆顶形的或半圆柱形的。在分配器板205中是钻的孔， 其中安装了加盖的圆柱体209，圆柱体209能够以与分配器板平面平行的 方向，将蒸汽从分配器板205下面的正压室208吸到床203中。类似于吹 气气化器，这些加盖的圆柱体具有与分配器板下面的空间连通的空心的进 口，并且具有一个或多个横切该圆柱体的纵轴的出口孔。在该实施方案中， 处于500-600摄氏度范围内的过热蒸汽被迫进入分配器板下面的正压室 208中，并且被迫离开加盖圆柱体209进入床203，按均匀流化所述床的 方式。在其它实施方案中，非过热蒸汽可以用于流化床和促进气化。可以 将加盖圆柱体刻螺纹、焊接、或以其它方式可靠固定在分配器板的开口中。
正压室308是这样的室，在所述室中将过热蒸汽进料在分配器板305 下方。在典型的实施方案中，这应该是上下颠倒的圆顶形室，其包括完整 的分配器板，并具有蒸汽入口。
可以在吹气或蒸汽气化器中使用的圆柱体实例可以参见图5，即分配 器板和正压室的横截面中所示。板503具有间隙，其中由固定在该板中的 圆柱体501填充。典型地，圆柱体501具有约6英寸的长度，其中的l-4 英寸固定在分配器板上方。分配器板通常由碳钢构成，具有约0.5英寸的 厚度。利用螺纹(threading) 502固定该实施方案中的圆柱体，尽管可以 使用其它固定方法，诸如焊接。该圆柱体具有在该圆柱体上刻螺纹的盖 506。板503下面是正压室508，过热蒸汽或空气经过所述正压室508分配 到圆柱体。蒸汽或空气经过圆柱体进入空心区域505。该空心区域具有 1/4-1英寸范围的内径，优选地，0.5英寸。该空心部分指向一个或多个横 切该圆柱体轴钻出的小出口孔506，从而容许蒸汽或空气以与分配器板505 平行的方向进入到床507中。在该实施方案中，圆柱体的盖509，以及由 此的出口孔506在分配器板503上方任何地方延伸1英寸-5英寸。优选的 实施方案中的出口孔具有内径为1/16-1/4英寸。通过压縮气体流出，所述 圆柱体提供流化床材料的足够力量。
回到图2，床203由矿物，例如，粒状硅砂和/或白云石(其抑制焦油 的形成)或橄榄石或它们的组合组成，在该床的顶部上还可以有陶瓷球， 从而将二氧化硅保持在容器中的适当位置。利用锥形螺杆加料器211，将
27生物质原料注射到蒸汽气化器床203中。该锥形螺杆加料器，通过其压縮
生物质的作用，在其出口处产生生物质塞211a，其防止空气进入到容器 201中并防止来自容器内气体的反压力。重要地是，为了在整个方法过程 中防止涉及氮的不希望的化学反应，生物质是基本上无空气的。该螺杆加 料器是定向的，这样当床流化时，将生物质注射在床的中部，且当床不流 化时，注射在床203的顶部上。
添加床和木质原料，以使气化器容器保持在最佳水平。床203和顶板 206之间的自由空间207的量保持在这样的水平，即当是流化时，没有来 自该床的矿物被喷出该容器。理想地，气体在自由空间中的停留时间在1-5 秒的范围内，优选地是2秒。延长的停留时间容许反应，诸如水煤气转换 (其将CO转变为H2和C02)和蒸汽转化的发生，由此使氢的输出最大 化。重要地是，为了在整个方法的过程中防止涉及氮的不希望的化学反应， 生物质是基本无空气的。
将加热到500-600摄氏度温度(优选550摄氏度)的过热蒸汽105经 过分配器板205下面的正压室208和经过加盖圆柱体209，注射到蒸汽气 化器床中，所述过热蒸汽105可以来自热回收蒸汽发生器103。以充足的 压力注射蒸汽，从而均匀地流化所述床。非过热蒸汽也可以用于流化所述 床和促进气化。
分配器板205上的加盖圆柱体209定向的实例见于图4中，其为分配 器板205的顶视图。以格状模式将螺栓209均匀地排列在板的周围，该格 状模式可以是直线性的，如所示，或三角形的，或一些其它规则的排列。 典型地，所述加盖圆柱体相互距离l英寸-6英寸，优选是2英寸。在该方 式中，所述床的全部区域是均匀流化的。可以对吹气气化器的分配器板305 使用类似的模式。
回到图2，通过内部热交换器202加热床203，所述内部热交换器202 由多个穿过流化床轴延伸的不锈钢管组成，从而将来自热烟道气110热传 递到蒸汽气化器的流化床203，所述热烟道气以约1090摄氏度(在 1000-1200摄氏度范围内)的温度离开所述燃烧器。在该方式中，所述床 保持在约815摄氏度的温度，其范围是750-900摄氏度。在图2 (侧视图) 中，可见热交换器管202延伸气化器的长度，并运送来自燃烧器109的热图2A，即蒸汽气化器的端视图，显示所述管如何排列在该床中。将管
202排列在束202a中，所述束202a跨越容器201的宽度延伸。通过支持 物202b将这些束保持在一起，支持物202b是锚定在壁和顶板上的，并保 持所述管处于合适的位置。所述支持物以这样的方式将管保持在一起，所 述方式是可以容易地将它们作为组从气化器中移出，从而进行清洁和维 护。所述管典型地由不锈钢或类似的材料组成。所述管具有内径为0.5-4 英寸，优选为1.5-3英寸。
在优选的实施方案中，管束202a由管排组成，其中所述排相互交错， 这样当俯视管的末端时，该管相对于彼此形成三角形。在该构型中，所述 管不仅辅助流化床的加热，而且辅助气体流经该床。这是通过这样的事实 实现的，所述事实是上升的气体在它们上行时必定经常地撞击所述管表 面，从而打碎大气泡且形成小气泡，这在整个床中改进气体与床材料的混 合。
在优选的排列中，将第一管束安置在距所述床的底部约2-4英尺，如 分配器板所标记的。第二束，如果需要，被放置在第一束上方2-4英尺， 且第三束(如果需要)在第二束上方2-4英尺。所需束的数量依赖于许多 因素，包括容器的尺寸、传热系数、烟道气温度。在该方式中，在整个流 化床的深度上，对其进行加热。在典型的排列中，所述排是间隔的，以便 所述管的中心相隔约6英寸，因此10英尺宽的气化器容器应该具有20个 管的排。所述管束可以在任何地方具有这些排中的2-6个，如上所述彼此 交错，从而使上升气体的表面接触最大化。
需要的管的数量高度依赖于进口烟道气的温度，以及生物质的属性， 所述管和床材料的传热系数，和所需的床温度。如图7中所示，通过向管 中插入条带，可以减少需要的管的数量。在该图中，可见管701的剖面包 含条带702，条带702经由管的长度，以螺旋状模式扭转。该插入的条带 可以由任何热传导金属制成，并且可以将管的传热系数增加2-10倍，由此 减少充分传热所需的管数量。
将所述容器保持在大约大气压下，范围在100-175 kPa。许多流化煤燃 烧的蒸汽锅炉，诸如由Babcock & Wilcox禾卩ABB/燃烧工程
29(ABB/CombustionEngineering)生产的那些，使用床中传热管产生蒸汽。 在蒸汽气化器中，将存在的任何挥发性有机物转变为环境安全的成分。回 到图2，由蒸汽气化器产生的合成气114以815摄氏度(在750-900摄氏 度范围内)经由顶板206中的出口 206离开。
回到图1，将现在以约815摄氏度(在750-900摄氏度范围内)的离 开蒸汽气化器106的内部热交换器202的烟道气110进料到热回收蒸汽发 生器103中，如图1A中所示。该发生器103利用由所述烟道气提供的热 量产生和加热蒸汽。该蒸汽可以用于利用来自干燥器的蒸汽104产生过热 的蒸汽105，或者它可以为了在干燥器102中的使用而产生中等压力的蒸 汽113。备选地，或另外地，形成的蒸汽可以用于外部使用，或用于稍后 的合成步骤，诸如蒸汽转化器117或甲醇反应器120。
合成气114经由出口 206离开蒸汽气化器，并经过两个旋风分离器11 la 和lllb，从而基本除去全部颗粒物质。在第二热回收蒸汽发生器112中冷 却无颗粒的合成气，从而产生另外的加工蒸汽。该加工蒸汽可以用作用于 干燥器113的蒸汽、用于蒸汽气化器106的蒸汽、用于蒸汽转化器117的 转化蒸汽、或用于甲醇反应器120的水煤气转换蒸汽，或者可以用于设备 外部的加工。在优选的实施方案中，将由第二发生器112产生的蒸汽112a 发送到第一发生器103，从而进一步将其加热为用于蒸汽气化器106的过 热蒸汽。
然后，经由洗涤装置113，进一步净化热合成气。这可以利用文丘里 (Venturi)-型湿洗涤器或护床或它们的一些组合来实现。以这样的方式进行 洗涤，所述方式允许合成气不含颗粒物质和对合成序列中使用的催化剂是 潜在毒性的化合物。具体地，合成气应该不含硫、金属、和氮化合物。也 理想地是，合成气组合物含有高比例的一氧化碳和氢，和尽可能少的二氧 化碳、甲垸和其它烃。如果需要，还可以干燥合成气，以除去水含量。最 后，可以在碱性洗涤器113a中处理合成气，从而除去更多的污染物。
当清洁时，主要由一氧化碳和氢，以及较少量的二氧化碳和小烃诸如 甲烷组成的合成气适合于用作燃料，或用作许多合成路线的起始材料。
由此产生的合成气可以用于利用许多己知的合成路线合成乙醇。在一 个实施方案中，由该生物质气化方法产生的合成气与Fischer-Tropsch类型
30的催化剂相接触，从而产生乙醇和烃产物的混合物，从该混合物中利用已 知技术分离乙醇。可以用于该实施方案的催化剂包括众所周知的钴和铁催 化剂，还包括其它化合物，诸如硫化钼、硫化钨、硫化铼、碳化钼。
在另一个实施方案中，由该生物质气化方法产生的合成气与催化剂接 触，从而产生甲醇、 一氧化碳、和氢的混合物。然后，该甲醇、 一氧化碳 和氢的混合物在甲醇均相催化剂，诸如乙酸钌的存在下反应，从而产生包
含乙醇的混合物。将美国专利号4，954,665、4,133，966、4,111,837、4,233，466、 和4,239,924作为参考引入本文。
可以用于该方法中的催化剂的一些实例是Ir4(CO)12、 IrC13, 二羰基二 碘化铑、RhC13、 Rhl3、 Rhl2(CO)2。
作为该进一步实施方案的备选方案，甲醇、 一氧化碳和氢的混合物在 羰基化催化剂的存在下反应，从而产生部分地包含乙酸和氢的混合物。羰 基化催化剂可以是基于VIII族金属的多相或均相催化剂。将美国专利号 5.488,143作为参考引入本文。然后，乙酸和氢在氢化催化剂，诸如Degussa 催化剂的存在下反应产生乙醇。
在另一个备选方案中，合成气混合物可以在150-300摄氏度的温度和 6900-17000 kPa的压力，与卤化铑催化剂反应，产生乙醛，然后乙醛可以 与氢化催化剂催化地接触，从而产生乙醇。将美国专利号4,482,647作为 参考引入本文。
在优选的实施方案中，如图1B和1C所示，利用蒸汽转化由生物质的 气化产生的合成气，将其转变为甲醇，然后通过羰基化转变为乙酸甲酯(和 较小量的乙酸)。该乙酸甲酯在氢化催化剂的存在下与氢反应，产生甲醇 和乙醇。
在该方法中，进一步加工清洁后的合成气流115 (主要地，CO和H2， 以及较少量的C02和甲垸)，从而使乙醇收率最大化。利用压縮机设备116 将合成气压縮到压力为2400-3500 kPa，优选为3200 kPa，并利用热交换 器116b将其加热到温度为220-450摄氏度(优选为225摄氏度)。该压縮 机是在所有级上具有级间冷却的4级往复式压縮机。每一级装备了水分离 器，从而去除每级中冷凝的水。两个额定2240kW的电动机为该压縮机提 供动力。该过程产生冷凝液体116a，为了再循环、进一步的加工、或排放，从所述流中除去该液体。
合成气然后进入蒸汽转化器117中，该蒸汽转化器将合成气中存在的 甲烷和其它轻质烃通过添加蒸汽而转变为另外的一氧化碳和氢。该蒸汽转
化在碱金属催化剂的存在下发生，并且在3200 kPa的压力[范围2900 -3500 kPa]和225C[范围220-450 C]操作。蒸汽转化是己知的技术，可以 选自许多已知的商业设计，并且可以购自该设备的已知营造商，诸如 HaldorTopsoeA/S、 LurgiAG、或ICI。适合于该目的的催化剂包括元素周
期表中众所周知的vni族转化催化剂，包括镍和/或钴、锰-锆氧化物。将
美国专利号7,090,789、和7,074,347作为参考引入本文。在其它实施方案 中，根据由具体生物质原料产生的合成气的组成，不必使用蒸汽转化器。
在该阶段，根据合成气的组成，可以利用二氧化碳去除系统119，诸 如Praxair乙醇胺去除系统，对合成气进行二氧化碳去除。在该阶段，从 合成气中去除由现有技术装置可以实现的一样多的二氧化碳119a，并根据 情况，将其送去储存，在该方法中其它地方使用，或排出到大气中。在另 一个实施方案中，该二氧化碳去除步骤发生在第二压縮步骤118之后。
从蒸汽转化器117离开后，然后合成气进一步被压縮到4700-5500 kPa (优选地，4900 kPa)的压力，并将其加热到220-300摄氏度(优选地， 225摄氏度)的温度，并为了再循环、进一步的加工、或排放而去除任何 的冷凝液体118a。类似于压縮机116，该压縮机118是在所有级上具有级 间冷却的四极往复式压縮机。每一级装备了水分离器，从而去除在每级中 冷凝的水。两个额定2240 kW的电动机为该压縮机提供动力。热交换器 118a用于将气体加热到工作温度。
在这一点，脱离压縮机116的压縮合成气116a处于4900 kPa [范围 4700 - 5500 kPa ]的压力和225C [范围220 - 300摄氏度]，该合成气现在处 于对第一催化步骤最佳的温度和压力。然后将合成气进料到化学反应序列 的第一步骤中，所述化学反应序列是将合成气转变为甲醇120。合成气向 甲醇的转变是充分确定的过程，并且可以通过气相或液相反应完成。甲醇 通常从通过天然气蒸汽转化而产生的合成气产生，并且现今许多商业设备 在运转中。
在甲醇反应器的这个实施方案中， 一氧化碳和氢分别以1: 2的比例结合，形成甲醇。在优选的实施方案中，使用浆料反应器。在浆料的实施方
案中，甲醇反应器120是可从空气产品(Air Products)商购的甲醇反应器，
其应该提供具有商业制造商工程师的附加优势，并确保其表现。空气产品 (Air Products)反应器方法非常有效，且用于位于Kingsport, Term的世界 上最大的煤-到-甲醇设备。在优选的实施方案中，反应器120是具有内部 垂直管的垂直容器。甲醇反应器中的催化剂由碱金属组成，并在压力4900 kPa [范围4700 — 5500 kPa ]和225摄氏度[范围220 — 300摄氏度]工作。 一个实施方案包括氧化铝上的氧化铜和氧化锌，其悬浮在惰性的矿物油 中。加压的合成气经过含有矿物油催化剂的容器鼓泡，并经过垂直容器的 顶部漏出。在优选的实施方案中，进入该容器的合成气应该包含一些甲醇。 这些额外的甲醇是通过将来自乙醇反应器中回收的甲醇再循环而提供的。 将美国专利号3,888,896、 4,031,123、 4，639,470、 4,910,227、 4,628,066、 4,567,204、和4,628,066作为参考进入本文。因为该反应是放热的，所以 为了在管中产生蒸汽，提供冷却水。
由空气产品(Air Products)公布的信息公开了氢 一氧化碳比为0.6-4.0 可以用于产生甲醇。该甲醇反应器能够获得这样的收率，即在该反应器中 将20-90%的一氧化碳转变为甲醇，尽管典型地处于40-70%的范围内。
在该甲醇反应器的实施方案中，在合成气停留在该甲醇反应器中的时 期中，通过向进入甲醇反应器的气体添加蒸汽并且还通过去除二氧化碳， 可以调节所需的氢的浓度。该步骤可能是理想的，因为合成气中的氢对二 氧化碳的比例对于高收率生产乙醇可能不是最佳的。在该实施方案中，甲 醇催化剂应该，在蒸汽的存在下，将一氧化碳转变为氢和二氧化碳，由此 增加氢对一氧化碳的比例。该反应发生在与甲醇转变类似的压力和温度条 件下，并己知其能够以一步方式完成。美国专利号4，946，477公开了这种 类型的组合的甲醇/转移反应，并将其作为参考引入。还将美国专利号 4,980,145作为参考引入。
在组合甲醇和转移反应的实施方案中，将二氧化碳去除设备121插入 到甲醇反应器120的出口处，从而去除水煤气转换中形成的二氧化碳。通 过去除一氧化碳和控制供给的蒸汽的量，以及通过控制再循环到甲醇反应 器127进口处的甲醇和氢的量，可以控制甲醇反应器出口处的氢浓度。其它实施方案存在甲醇反应器。例如，可以使用惰性材料上的催化剂 的填充固体床，并且合成气经过该填充床。在该方法中可以使用通常的甲
醇催化剂。
备选的催化剂可以用于其它实施方案中。本发明方法中使用的甲醇合 成催化剂可以包括选自由下列各项组成的组中的至少一种元素的一种氧 化物铜、银、锌、硼、镁、铝、钒、铬、锰、镓、钯、锇和锆。催化剂 可以是基于铜的催化剂，诸如氧化铜。该方法可以使用基于铜的催化剂， 其还包括选自由下列各项组成的组中的至少一种元素的一种氧化物银、 锌、硼、镁、铝、钒、铬、锰、镓、钯、锇和锆。
该实施方案中的甲醇、CO和氢的混合物，其还可以包含来自水煤气 转换反应的水蒸汽，从甲醇反应器传递到乙酸甲酯反应器122中。该实施 方案中的乙酸甲酯反应器是填充床反应器，其包括一个或多个约1英寸宽
(范围0.5-2英寸)和20英尺长(范围15-30英尺)的垂直管。反应器122 的优选实施方案中使用的催化剂由活化碳上吸附的乙酸铱组成，并将其填 充到垂直管中。反应器在200-300摄氏度(最佳地，220摄氏度)的温度 和1000-1200 kPa (最佳地，1034 kPa)的压力工作。将甲基碘气体作为助 催化剂添加到其中，之后它们进入反应器的进口，并且在所述管中进行反 应，从而在出口处产生主要是乙酸甲酯，以及氢和少量乙酸和水的混合物。 该反应是放热的，且利用经由容器的管中或作为围绕填充管的夹套运行的 热交换介质，诸如道氏热载体间接冷却该反应器容器。
在其它实施方案中，可以使用广泛的多相催化剂。这些催化剂在甲醇 的羰基化中是有用的RhX3， RhX3.3H20, Rh2(CO)4X2， [Rh(CO)X4]Y， Rh2(CO)8， Rh(N03， [Rh(CO)2X2]Y， Rh203, Rh(CH3COO)3> [Rh(C2H4)2X]2， Rh[(C6 H5) 3 P] 2 (CO)X， Rh金属，RhX[(C6 H5)3P]2(CH3X)2, Rh(SnX3)[(C6H5)P]3, RhX(CO)[(C6 H5) 3 Q] 2, (R4 Z)[Rh (CO)2 X] 2, (R4 Z) 2 Rh(CO)X4 ], RhX[(C6H5)3 P.9] 3, RhX[(C6H5).3 P]H2, [(C6 H5) 3 P] 3 Rh(CO)H 和Y4 Rh2 X2 (SnX3)4，其中X是C1、 Br或I; Y是Na、 Li或K;Z是N、 As或P;Q是As、 P或Sb;且R是Q-Q2垸基或芳基基团。
在其它实施方案中，还可以使用第二助催化剂。所述第二催化剂可以 选自CoCl2, RuCl3， PdCl2， PtCl2， CuCl2， AgN03， AuCl3, CdCl2， ZnCl2， OsCl3,
34IrCl3, NiCl2, MnCl2, ReCl5, CrCl3, MoCl3， WC16， VC13, NbCl5, TaCl5， TiCl4， ZrCl4, HfCl4, Lil， Nal， KI, RbCl, BeCl2, MgCl2, CaCl2， SrCl2, BaCl2。将美国 专利号5,414,161作为参考引入。
除甲基碘以外的广泛的助催化剂可以用于其它实施方案中。这些助催 化剂包括但不限于CH3Br， CH3C1,12, Br2， Cl2, HI, HBr， HCl。
在其它的备选实施方案中，反应器可以是液相反应器。在一个实施方 案中，固体催化剂，诸如以上列出的那些，可以悬浮在惰性液体，诸如矿 物油中。在该实施方案中，气态反应物可以经过该惰性液体鼓泡。
在羰基化反应的另一个实施方案中，催化剂是均相催化剂，其由溶液 中溶解的一种或多种VIII族金属配合物组成。在该实施方案中，气态反应 物溶解于包含催化剂的溶液中，并在合适的条件下反应。在该实施方案中， 将反应溶液蒸馏一次或多次，从而从羰基化产物中分离包含催化剂的溶 液。
在该实施方案中，许多VIII族配合物适合于羰基化的均相催化。这些 催化剂包括IrCl3、 M3、 IrBr3、 [Ir(CO)2I]2、 [Ir(CO)2Cl]2、 [Ir(CO)2 Br]2、 [Ir(CO)2I2]-、 [Ir(CO)2 Br2 ]-、 [Ir(CO)212 ]-、 [Ir(CH3)I3 (C0)2 ]—、 Ir4 (C0)12、 IrCl3.4H20、 IrBr3.4H20、 Ir3 (C0)12、铱金属、lr203、 Ir02、 Ir(acac)(CO)2、 Ir(acac)3、 [Ir30(OAc)6(H20)3][OAc]、和六氯铱酸[11211€16]、 [Rh(CO)2Cl]2、 [Rh(CO)2I]2、 [Rh(Cod)Cl]2、氯化铑(III)、三水合氯化铑(III)、溴化铑(III)、
碘化铑(m)、乙酸铑(ni)、 二羰基乙酰丙酮化铑、Rhci3 (pph3)3和
RhCl(CO)(PPh3)2。将美国专利号5,773,642, 5,883,289, 5,877,348, 5,917,089， 5,750,007, 5,874,610, 5,883,295， 5,663,430, 5,625,094,和7,115,774作为参 考引入本文，并且其公开了用于将醇诸如甲醇均相羰基化为酯的方法。
在另一个实施方案中，羰基化反应可以在反应性的蒸馏容器中进行。 将该情形中的反应物冷却并进料到包含催化剂的反应容器中。反应器加热 该容器，除去较轻的沸腾产物，诸如乙酸甲酯，从而推动该反应向着所述 产物的方向进行。
在其它实施方案中，使用备选的催化剂助催化剂，诸如除甲基碘以外 的囟化烷烃，诸如乙基溴、或乙基碘。
回到图1C，从乙酸甲酯反应器120a中排出的混合物必须与助催化剂它合适的分离器中对从乙酸甲酯反 应器中排出的混合物进行急骤蒸馏，其中从混合物的剩余物中去除氢。将
氢123a直接进料到乙醇反应器127。将混合物残余物123b，其包括乙酸 甲酯、甲醇、水、和乙酸，进料到蒸馏柱124中，其中从乙酸和水的混合 物124b中分离甲基碘、乙酸甲酯、氢和甲醇的混合物124a。将甲基碘、 乙酸甲酯、和甲醇的混合物124a传送到蒸馏柱125中，其中将甲基碘125a 回收并将其分离为蒸气相中的共沸混合物。然后，再循环甲基碘助催化剂 125a，从而参与到进入乙酸甲酯反应器122的气体中。将乙酸甲酯和甲醇 混合物125b传送到乙醇反应器127。
在另一个实施方案中，将从乙酸甲酯反应器中排出的混合物进料到蒸 馏柱中，该蒸馏柱分离水和乙酸的液体部分，和乙酸甲酯、甲基碘、氢和 甲醇的蒸气部分。将乙酸甲酯、甲基碘和甲醇的混合物传送到第二蒸馏装 置中，在蒸气相中分离甲基碘，并将其再循环回到乙酸甲酯反应器。将剩 余的乙酸甲酯、甲醇和氢传送到乙醇反应器127。
在优选的实施方案中，将乙酸和水传送到另一个蒸馏柱126，这从乙 酸126b去除大部分水。然后，将乙酸126b汽化进料到乙醇反应器127。 去除水126a，从而在该方法中使用或排出。
乙醇反应器127是在160-300摄氏度的温度范围(最佳地，约260摄 氏度)和3500-4500 kPa的压力范围(最佳地，4000 kPa)工作的填充床反 应器。催化剂是商业已知的氢化催化剂，其由铬、镍和铜组成，可获自德 固赛公司(Degussa)。将催化剂与惰性物质一起装载到填充床中。该实施方 案中的容器是一个或多个垂直管，内径约0.5英寸-2英寸和20英尺(范围 15-30英尺)长。在该反应中使用了过量的氢，在优选的实施方案中10: 1 的氢乙酸甲酯的过量(这可以在从不过量到15: l过量的范围中变化)。 氢已经存在于反应物的混合物中。如果存在不足量的氢，则可以使用外部 的来源。乙醇反应器中的反应是放热的，且利用经由该容器的管中或作为 围绕容器管的夹套运行的热交换介质，诸如道氏热载体间接冷却该反应器 容器。
在其它实施方案中，可以使用多种氢化催化剂。可以在该氢化反应中 使用的氢化催化剂包括包含铜的那些化合物，例如，Cu--Co--Zn、
36Cu—Zn—Fe、 Cu陽画Co画-Zn—Fe、 Cu—Co—Zn—Fe--Ca、 Cu—Co—Zn—Mo—Na和 Cu--Co--Zn-Fe。该催化剂可通过下列步骤制成将溶于蒸馏水中的 (NH4)2C03溶液添加到选自由下列各项组成的组的至少一种金属化合物溶 液中Zn(OAc)2.2H20、 Co(OAc)3.H20、 Cu(OAc)2.H20、 Fe(N03)3,9H20、 (NH4)6Mo7024.4H20、 Ca(N03)2.4H20、 NaOH、 K2PtCl4、 PdCl2、 RhCl3、 RuCl3、 NiCl2、 CrCl3、 WC13、 OsCl3禾B A1C13，在约120摄氏度的温度过夜 干燥由此产生的混合物，并在约450摄氏度的温度煅烧该干燥的物质约16 小时。该金属化合物可以以0.01-95重量％，更优选地0.1-80重量％和最优 选地1-50重量％范围内的量使用。用于这种类型的酯到酸反应的许多其它 催化剂是可以获得和表征的。将美国专利号5,414,161、 5,233,099、 5,233,100、和6,002,054作为参考结合。
回到图1C，来自氢化反应器的流出物流127a由甲醇、乙醇、氢和水 组成。在蒸馏柱128中，通过急骤蒸馏或其它蒸馏，从该混合物分离氢128a， 并且将氢128a再循环回到甲醇反应器120的进口。在蒸馏装置129中蒸 馏剩余的乙醇、甲醇和水的混合物128b，并且将蒸气级分中的甲醇129a 再循环到甲醇反应器的进口。
然后，将剩余的乙醇级分129b，及少于20%的水，传送到全蒸发 (pervaporation)设备130，诸如由Sulzer设计的那些中，从而分离水130b 并产生规定等级的乙醇。然后，将来自乙醇全蒸发设备的无水醇130a定 向到储存罐中。为了乙醇的储存，提供了具有总容量4，700，000升(1.2MM 美制加仑)的两个储存罐(约21天操作)。在储存前，注射用于变性的汽油。 汽油变性剂以5.263%的体积基准与纯乙醇混合。汽油储存罐具有235,000 升(62,500美制加仑)的容量，这足够进行约16天的操作。
在本发明的另一个实施方案中，可以使用通过四反应器羰基化形成乙 醇的路线，如图6中所示。在该实施方案中，如前概述地，在甲醇反应器 120中转变合成气流115。将这些气体传递到液相反应器601，在其中它们
与催化剂，例如碳上的铱接触。铑，以及固体载体上的其它vm族金属也
可以有效地用于该反应中。可以在该羰基化中使用的一些已知的有效催化 剂是Ir4(CO)u、 IrC13、 二羰基二碘化铑、RhC13、 Rhl3、 Rhl2(CO)2。在该 实施方案中，反应物在140-160 psi的压力下，和215-250摄氏度的温度，在助催化剂，诸如烷基卤溶液中反应。甲基碘可以是这样的助催化剂，尽
管还有其它，诸如CH3Br、 CH3C1、 I2, Br2, Cl2, HI, HBr, HC1 。
该反应的产物是乙酸、氢、和水。必须通过在蒸馏器602中蒸馏，从 溶液中去除氢。将氢602a传送到乙醇反应器127。在下一步中，将乙酸和 水传送到反应器603中，其中在氧化催化剂诸如氧化硫的存在下添加乙醇。 该反应在大约大气压(15-25 psi)和90-110摄氏度(优选地，IOO摄氏度) 的温度在液相中发生。最后一步可以发生在产物即乙酸乙酯和水在加热器 604中升温至250-270摄氏度，和在压縮机605中压縮到580-610 psi的压 力之后，这是乙醇反应器606的条件。将氢602a添加到反应物乙酸乙酯 和水，从而产生乙醇和水。在此可以使用与用于乙酸甲酯方法中的那些类 似的氢化催化剂，诸如填充床催化剂中的Cu-Cr-Ni。
由此产生的乙醇和水的流分为两流，其中606a被传递到乙酸乙酯反应 器603中，且其余的606b在Sulzer全蒸发设备130中全蒸发，从而从乙 醇中分离剩余的水。以该方式，由合成气形成乙醇。
先前注意到，图1C的乙醇反应器127、乙酸甲酯反应器122、和甲醇 反应器120是放热的，且乙酸甲酯和乙醇反应器使用液体传递介质，诸如 道氏热载体来冷却反应物。因此液体热交换介质可以用于将该热传递到需 要热的其它过程中。因此，可能设计可以在设备周围传热的液体热交换介 质环路。该方案图解于图8中。该图解显示设备周围的液体热交换介质流 801。将沿着该环路的多种加工设备，诸如蒸馏器或反应器设计为具有能 够接触液体反应介质并传热到所述介质或从所述介质传热的热交换表面。 在一个步骤中，该液体介质将热施加到图1A的干燥器102。该干燥器， 通过冷却其排出的蒸汽，也可以通过使排出的气体与该液体介质接触，而 对液体介质提供热。同时，该干燥器需要热量来产生用于干燥生物质的蒸 汽，并且可以为了该目的使用液体介质。
在该实施方案中，所述环路，其可以通过在设备部件之间运输液体介 质的管道产生，可以被定向到图1B的级间压縮设备116和118，这产生可 以传到介质的热。沿着相同的路线，介质801通过接触图1B的热交换器 116a和118a传热。该介质还可以对C02去除系统119传热。
在进一步的详尽描述中，液体传递介质可以通过与从蒸汽气化器106、甲醇反应器120、乙酸甲酯反应器122、和图1C的乙醇反应器127中排出 的烟道气的进行热接触而接收热。以类似的方式，该介质可以向图1C的 蒸馏装置124、 125、 126、 129和130传热。
在其它实施方案中，为了在外部过程中的使用，该液体介质可以用于 在交换器802中加热蒸汽。该实例仅是说明性的，且不排除使用液体传热 介质的可能性。该蒸馏方法使用冷淬步骤来制造反应组合物液体，且该冷 淬步骤可以用于向该介质传热。该介质的使用当然应该高度依赖于指定的 设备，且必须对其进行校准，从而最佳地平衡经过该系统的热流。
以该方式，连同来自烟道气和合成气的热回收，可以看到生物质向乙 醇的加工最多地利用了可获得的热来进行，并且由此使运行该方法的外部 燃料的量最小化。
在全部所述设备中需要若干应用系统。这些包括高压蒸汽(High Pressure Steam)、 中压蒸汽(Medium Pressure Steam)、低压蒸汽(Low Pressure Steam)、冷却水(Cooling Water)、仪器空气(Instrument Air)、控 制系统(Control System)、电(Electrical)、燃料气体(Fuel Gas)和辅助 光(Auxiliary Flare)、产物水调节(Product Water Conditioning)、和锅炉 进料水调节(Boiler Feed Water Conditioning)。在乙醇蒸馏系统中需要冷却 水。道氏热载体用于为蒸馏柱提供热量，以及从甲醇、乙酸甲酯和乙醇反 应器去除热。两个在760 kPag工作的100%螺杆式空气压縮机提供仪器空 气。基于硅胶脱水技术的仪器空气干燥器应该在-5(TC露点(在700kPag)时 提供仪器空气。在干燥空气接收器中，在正常和最小压力之间累积60-分 钟的仪器空气供给。过程控制通过基于固定在加工设备上的分布式控制系 统(Distributed Control System ， DCS)仪器(变送器/变换器)实现，所 述仪器位于设备室中各处。警报和关闭控制应该通过控制室中到达和来自 DCS传送的场信号(field signal)实现，并应该通过序列事件数据记录器 (S叫uence Event Data Recorder)追踪，用于后续分析。流量计量装置应 该将信息传送到PLC，用于局部显示电流和合计流。由位于设备控制室中 的PLC监控和控制P&ID上显示的来自过程仪器和设备的输入和输出。来 自具有I/0的场控制室的全部过程点适合于该区域。通过在局部控制室中 使用电流限制装置，全部现场布线本质上应该是安全的。到达或来自所述场装置的模拟和数字信号本质上应该是安全的I/O。控制系统应该使用用
于场装置的24VDC控制环路。该控制系统的电池备份由真正的在线(负
载始终与换流器连接)可中断电力系统提供，该能量系统能够维持系统工 作一小时。过程质量应该通过安装的分析器实现，所述分析器提供所需过 程数据的在线指示。随后获得用于分析的数据。完整的控制系统和过程变 量还能够通过操作员远程监控，从而确保维持机械和方法效率。
应该理解，以上描述仅通过实例涉及本发明。许多关于本发明的变化 对于本领域技术人员应该是显然的，并且所述显然的变化无论是否被明确 地记述，属于本文所述的本发明的范围。
权利要求
1. 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。
2. 如权利要求1中所述的生产乙醇的方法，其中所述包括金属的催化 剂是铱催化剂。
3. 如权利要求1或2中所述的生产乙醇的方法，其中所述包括金属的 催化剂是乙酸铱。
4. 如权利要求l-3中任一项所述的生产乙醇的方法，其中所述助催化 剂是烷基卤。
5. 如权利要求4中所述的生产乙醇的方法，其中所述助催化剂是甲基碘。
6. 如权利要求l-5中任一项所述的生产乙醇的方法，其中转变所述合成气还包括压縮所述合成气，从而产生压縮的合成气； 加热所述压縮的合成气，从而产生加热的压縮合成气； 蒸汽转化所述加热的压縮合成气，从而产生转化的合成气； 再压縮所述转化的合成气，从而产生压縮的转化合成气；和将所述压縮的转化合成气转变为包括甲醇、 一氧化碳、二氧化碳和氢 的混合物。
7. 如权利要求l-6中任一项所述的生产乙醇的方法，其中转变所述合 成气还包括从所述混合物中去除所述二氧化碳。
8. 如权利要求I-7中任一项所述的生产乙醇的方法，其中从所述混合物中去除所述二氧化碳至少是利用来自热交换介质的热而部分加热的，其 中所述介质接收从生成包括乙酸甲酯、氢、甲醇、乙酸、和水的混合物， 或从生成包括乙醇的混合物中产生的热量。
9. 如权利要求6-8中任一项所述的生产乙醇加方法，其中所述加热的 压縮合成气的压力是2400-3500 kPa，并且其中所述加热的压缩合成气的温 度是220-450摄氏度。
10. 如权利要求6-9中任一项所述的生产乙醇的方法，其中蒸汽转化 所述压縮的合成气是在2400-3500 kPa的压力，和在220-300摄氏度的温 度进行的。
11. 如权利要求6-10中任一项所述的生产乙醇的方法，其中所述压縮 的转化合成气的压力是4700-5500 kPa，并且所述压縮的转化合成气的温度 是220-300摄氏度。
12. 如权利要求6-11中任一项所述的生产乙醇的方法，其中将所述压 縮的转化合成气转变为包含甲醇的混合物还包括使所述压縮的转化合成气通过淤浆鼓泡，从而产生甲醇，其中所述淤 浆包含悬浮在惰性液体中的金属催化剂。
13. 如权利要求12中所述的生产乙醇的方法，其中将所述压縮的转化 合成气转变为包含甲醇的混合物还包括向所述压缩的转化合成气添加蒸汽，从而产生氢，所述氢被添加到所 述压縮的转化合成气。
14. 如权利要求13中所述的生产乙醇的方法，其中将所述压縮的转化 合成气转变为包含甲醇的混合物还包括去除二氧化碳。
15. 如权利要求6-14中任一项所述的生产乙醇的方法，其中将所述压 縮的转化合成气转变为甲醇是在4700-5500 kPa的压力，和在220-300摄 氏度的温度进行的。
16. 如权利要求1-15中任一项所述的生产乙醇的方法，所述方法还包括助催化剂级分，所述助催化剂级分再循环到所述包括乙酸甲酯、氢、甲 醇、乙酸和水的混合物。
17. 如权利要求1-16中任一项所述的生产乙醇的方法，所述方法还包 括乙酸级分，所述乙酸级分被再循环到所述包括乙醇的混合物。
18. 如权利要求1-17中任一项所述的生产乙醇的方法，其中填充床反 应器用于产生所述包括乙醇的混合物。
19. 如权利要求18中所述的生产乙醇的方法，其中所述填充床反应器 含有由吸附在惰性物质上的铜、镍、铬或其组合组成的一种催化剂。
20. 如权利要求1-19中任一项所述的生产乙醇的方法，其中产生所述 包括乙醇的混合物是在160-300摄氏度的温度，和在3500- 4500 kPa的压 力的气相中进行的。
21. 如权利要求1-19中任一项所述的生产乙醇的方法，其中产生所述 包括乙醇的混合物是以0:1-15:1的氢与乙酸甲酯的比率进行的。
22. 如权利要求l-20中任一项所述的生产乙醇的方法，其中产生包括 乙醇的混合物是以约10:1的氢与乙酸甲酯的比率进行的。
23. 如权利要求l-22中任一项所述的生产乙醇的方法，其中产生所述 包括乙酸甲酯、氢、甲醇、乙酸和水的混合物是在填充床羰基化反应器中 进行的。
24. 如权利要求23中所述的生产乙醇的方法，其中所述填充床羰基化 反应器是用其上吸附所述金属催化剂的活性炭材料填充的。
25. 如权利要求l-24中任一项所述的生产乙醇的方法，其中产生所述 包括乙酸甲酯、氢、甲醇、乙酸和水的混合物是在1000-1500 kPa的压力， 和在200-300摄氏度的温度的气相中进行的。
26. 如权利要求l-25中任一项所述的生产乙醇的方法，其中所述分离 包括蒸馏所述包括乙酸甲酯、氢、甲醇、乙酸和水的混合物，从而分离和 再循环未反应的组分和助催化剂。
27. 按照权利要求26的方法，其中蒸馏还包括蒸馏所述包括乙酸甲酯、 氢、甲醇、乙酸和水的混合物，从而产生氢级分和包括乙酸、乙酸甲酯、甲基碘、甲醇和水的混合物。
28. 按照权利要求27的方法，所述方法还包括蒸馏所述包括乙酸、乙酸甲酯、甲基碘、甲醇和水的混合物，从而产生包括乙酸甲酯和甲基碘的 混合物、和包括乙酸和水的混合物。
29. 按照权利要求28的方法，所述方法还包括蒸馏所述包括乙酸甲酯 和甲基碘的混合物，从而产生乙酸甲酯级分和甲基碘级分；和从所述包括乙酸和水的混合物去除水，从而产生乙酸级分。
30. 按照权利要求1-29中任一项的方法，其中分离所述包括乙酸甲酯、 氢、甲醇、乙酸和水的混合物是至少部分利用来自热交换介质的热加热的， 其中所述介质接收从生成包括乙酸甲酯、氢、甲醇、乙酸、和水的混合物， 或从生成包括乙醇的混合物所产生的热。
31. 如权利要求l-30中任一项所述的生产乙醇的方法，所述方法还包括分离所述包括乙醇的混合物，从而产生乙醇级分、甲醇级分、和第二 氢级分；将所述甲醇蒸汽和所述第二氢级分再循环到将所述合成气转变为所 述包括甲醇的混合物的步骤。
32. 如权利要求31中所述的生产乙醇的方法，其中分离所述包括乙醇 的混合物是至少部分利用来自热交换介质的热加热的，其中所述介质接收 从生成包括乙酸甲酯、氢、甲醇、乙酸、和水的混合物，或从生成包括乙 醇的混合物所产生的热。
33. 如权利要求l-32中任一项所述的生产乙醇的方法，其中提供合成 气还包括在具有流化床的蒸汽气化器中气化生物质，从而产生合成气蒸汽。
34. 如权利要求33中所述的生产乙醇的方法，其中提供合成气还包括在气化所述生物质之前，在蒸汽干燥器中干燥所述生物质到1%-30% 的含湿量。
35. 如权利要求34中所述的生产乙醇的方法，其中在蒸汽干燥器中干 燥所述生物质是至少部分利用来自热交换介质的热加热的，其中所述介质接收从生成包括乙酸甲酯、氢、甲醇、乙酸、和水的混合物，或从生成包 括乙醇的混合物所产生的热。
36. 如权利要求33-35中任一项所述的生产乙醇的方法，其中在蒸汽 气化器中气化生物质是在750-900摄氏度的温度和在100-175 kPa的压力 进行的。
37. 如权利要求33-36中任一项所述的生产乙醇的方法，其中提供合 成气还包括从所述合成气蒸汽中去除颗粒物质。
38. 如权利要求37中所述的生产乙醇的方法，其中提供合成气还包括 在合成气热回收蒸汽发生器中冷却所述合成气，从而生成蒸汽。
39. 如权利要求33-38中任一项所述的生产乙醇的方法，其中提供合 成气还包括清洁所述合成气蒸汽，从而去除含有氮或硫的化合物。
40. 如权利要求33-39中任一项所述的生产乙醇的方法，其中在蒸汽 气化器中气化生物质还包括通过燃烧燃料生成热烟道气；将所述热烟道气传递到在所述蒸汽气化器的流化床中埋置的一系列 管，从而加热所述流化床。
41. 如权利要求40中所述的生产乙醇的方法，其中所述燃料是通过在 吹气气化器中气化生物质所产生的低-BTU合成气。
42. 如权利要求33或41中所述的生产乙醇的方法，其中所述管具有 一个或多个在每个管内部并在每个管长度上延伸的金属插入物。
43. 如权利要求33-42中任一项所述的生产乙醇的方法，其中在蒸汽 气化器中气化生物质还包括将所述热烟道气排出到烟道气热回收蒸汽发生器中； 将来自所述合成气热回收蒸汽发生器的蒸汽转变为所述烟道气热回 收蒸汽发生器中的蒸汽；和将所述蒸汽传递到蒸汽气化器中的气化生物质。
44. 如权利要求43中所述的生产乙醇的方法，其中提供合成气还包括在蒸汽气化器中气化所述生物质前，在蒸汽干燥器中干燥生物质到含 湿量为1%-30%或更低；将来自所述蒸汽干燥器中的冷凝物传递到所述烟道气热回收蒸汽发 生器中，从而产生蒸汽；将通过所述烟道气热回收蒸汽发生器生成的蒸汽传递到蒸汽干燥器 中的干燥生物质。
45. 如权利要求33-44中任一项所述的生产乙醇的方法，其中所述燃 料选自由甲垸、天然气、掩埋气、或由厌氧消化肥料或生物固体获得的气 体组成的组。
46. 按照权利要求l的生产乙醇的方法，所述方法还包括在4700-5500 kPa的压力，和在220-300摄氏度的温度，通过将合成气 经过惰性液体鼓泡，将所述合成气转变为甲醇；在助催化剂的存在下，在填充床反应器中生成所述乙酸甲酯、氢、甲 醇、乙酸和水的混合物，其中所述金属催化剂是吸附在活性炭上的乙酸铱， 并且其中所述反应是在900-1500 kPa的压力，和200-300摄氏度的温度进 行的；在填充床反应器中生成所述包括乙醇的混合物，其中所述氢化催化剂 由吸附在惰性物质上的铜、镍和铬组成，其中产生所述包括乙醇的混合物 是在160-300摄氏度的温度，和在3500-4500 kPa的压力进行的；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 酸级分；将所述乙酸级分添加到所述反应器，从而产生乙醇； 其中提供合成气还包括在蒸汽干燥器中干燥生物质到含湿量为1%-30%; 在蒸汽气化器中气化所述生物质，从而产生合成气，其中所述气化器是箱 形容器，其具有垂直壁和顶板；包括硅砂、白云石或橄榄石、或其组合的 流化床；由具有内表面和许多通孔的分配器板组成的底部，在所述通孔中 安装了具有盖的圆柱体，其中所述加盖圆柱体是空心的，从而具有从所述 分配器板下面的正压室延伸的运送蒸汽的通道，并且其中所述通道延伸并 变窄到一个或多个在所述盖中钻的出口孔，所述出口孔横切所述圆柱体的 纵轴，由此将蒸汽从所述正压室经由所述通孔注射到所述床中，从而通过 所述出口孔，以与由所述分配器板内表面限定的平面平行的方向，均匀地流化所述床；且其中所述容器具有多个埋置在所述床中的管，所述管传输热烟道气，从而加热所述床，且其中所述管与所述分配器板的平面平行， 并被排列成套，其中在所述套中的管彼此平行，并彼此具有三角形取向，且其中所述气化作用是在750-900摄氏度的温度和在100-175 kPa的压力 进行的；且其中所述热烟道气是通过在吹气气化器中气化生物质而产生 的，从而产生低BTU的合成气并燃烧所述低BTU合成气。
47. 用于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、 一氧化碳、和 氢的混合物；通过在一种或多种催化剂存在下，使甲醇、 一氧化碳和氢反应，产生 包括乙酸、 一氧化碳和氢的混合物；通过在一种或多种催化剂存在下，使乙酸、乙醇、和一氧化碳反应， 产生包括乙酸乙酯的混合物；和通过在氢化催化剂的存在下，使乙酸乙酯与氢反应，产生包括乙醇的 混合物。
48. 按照权利要求47的从合成气生产乙醇的方法，其中产生包括乙酸、 一氧化碳、和氢的混合物是在215-250摄氏度的温度和140-160 psi的压力 的气相中进行的。
49. 按照权利要求47或48的从合成气生产乙醇的方法，其中产生包 括乙酸、一氧化碳、和氢的混合物是利用包括VIII族金属的催化剂进行的。
50. 按照权利要求49的从合成气生产乙醇的方法，其中所述催化剂是 铱，且其中所述催化剂吸附在固体碳基质上。
51. 按照权利要求47-50中任一项的从合成气生产乙醇的方法，其中 产生包括乙酸乙酯的混合物是在90-110摄氏度的温度和15-25 psi的液相 中进行的。
52. 按照权利要求47-51中任一项的从合成气生产乙醇的方法，其中 产生包括乙酸乙酯的混合物是利用包括氧化硫的催化剂进行的。
53. 按照权利要求47-52中任一项的从合成气生产乙醇的方法，其中 通过使乙酸乙酯和氢反应产生包括乙醇的混合物是在250-270摄氏度的温度和580-610 psi的压力的气相中进行的。
54. 按照权利要求47-53中任一项的从合成气生产乙醇的方法，其中 通过使乙酸乙酯和氢反应产生乙醇是在包括铜、镍、铬、或其任意组合的 一种催化剂存在下进行的。
55. 按照权利要求47-54中任一项的从合成气生产乙醇的方法，所述 方法还包括进料通过乙酸乙酯和氢反应所产生的一部分乙醇，从而产生包 括乙酸乙酯的混合物。
56. 按照权利要求47-55中任一项的从合成气生产乙醇的方法，所述 方法还包括在产生包括乙酸、 一氧化碳和氢的混合物后分离氢，和添加所 述氢，从而通过乙酸乙酯与氢的反应产生乙醇。
57. 用于从生物质生产乙醇的方法，所述方法包括 在蒸汽气化器中，在存在蒸汽和没有空气的条件下，气化生物质，从而产生合成气，其中所述蒸汽气化器是包括多个管和底部的箱形容器，所 述底部是分配器板；在一种或多种催化剂的存在下，使所述合成气反应，从而产生乙醇； 其中气化生物质包括经由所述管传送热气；将生物质置于所述蒸汽气化器中；和通过经由所述分配器板将蒸汽注射到所述床中，来流化所述床。
58. 按照权利要求57的从生物质生产乙醇的方法，其中使所述合成气 反应包括通过在一种或多种催化剂的存在下，使所述合成气反应，产生甲醇、 一氧化碳和氢的混合物；通过在一种或多种催化剂的存在下，使所述甲醇、 一氧化碳和氢反应， 产生包括乙酸氢和 一氧化碳的混合物；从包括乙酸、氢和水的混合物分离氢；通过在一种或多种催化剂存在下，使所述乙酸与乙醇反应，产生包括 乙酸乙酯和水的混合物；通过在一种或多种催化剂的存在下，使所述乙酸乙酯与氢反应，产生 包括乙醇的混合物。
59. 按照权利要求57的从生物质生产乙醇的方法，其中使所述合成气反应包括通过在一种或多种催化剂的存在下，使所述合成气反应，产生包括甲 醇、 一氧化碳和氢的混合物；通过在一种或多种催化剂的存在下，使所述甲醇、 一氧化碳和氢反应，产生包括乙酸和氢的混合物；通过在一种或多种催化剂的存在下，使所述乙酸与氢反应，产生包括 乙醇的混合物。
60. 按照权利要求57的从生物质生产乙醇的方法，其中使所述合成气 反应包括通过在催化剂的存在下，使所述合成气反应成甲醇，产生包括甲醇、一氧化碳和氢的混合物；通过在催化剂的存在下，使所述甲醇和一氧化碳反应，产生包括乙酸 甲酯和氢的混合物；通过在一种或多种催化剂的存在下，使所述乙酸甲酯和氢反应，产生 包括乙醇和甲醇的混合物。
61. 按照权利要求57的从生物质生产乙醇的方法，其中使所述合成气 反应包括通过在催化剂的存在下，使所述合成气反应成甲醇，产生包括甲醇、 一氧化碳和氢的混合物；通过在一种或多种催化剂的存在下，使所述甲醇、 一氧化碳和氢反应， 产生包括乙醇的混合物。
62. 按照权利要求57的从生物质生产乙醇的方法，其中所述使所述合 成气反应包括通过在一种或多种Fischer-Tropsch催化剂的存在下，使所述合成气反 应，产生包括乙醇的混合物。
63. 按照权利要求57的从生物质生产乙醇的方法，其中所述使所述合 成气反应包括通过在催化剂的存在下，使所述合成气反应，产生包括乙醛的混合物;和通过在氢化催化剂的存在下，使乙醛和氢反应，产生包括乙醇的混合物。
64. 如权利要求57-63中任一项所述的从生物质生产乙醇的方法，其 中在蒸汽气化器中气化生物质是在100-175 kPa的压力和750-900摄氏度 的温度进行的。
65. 如权利要求57-64中任一项所述的从生物质生产乙醇的方法，其 中所述热烟道气是通过在吹气气化器中气化生物质从而产生低BTU合成 气，并燃烧所述低BTU合成气，从而产生热烟道气而提供的。
66. 如权利要求57-66中任一项所述的从生物质生产乙醇的方法，其 中在吹气气化器中气化生物质是在100-175 kPa的压力和750-900摄氏度 的温度进行的。
67. 如权利要求57-66中任一项所述的从生物质生产乙醇的方法，其 中所述蒸汽气化器包括壁和弯曲的顶板，所述顶板为了所述流出气体蒸 汽，在所述顶板中或在壁的上部中具有出口，并且将所述流化床保持在充 分低于所述顶板的高度，以使所述流化床没有任何部分可以经由所述出口 泄漏，并且以使产生的合成气在所述顶板下的空间内停留l-5秒的时期。
68. 如权利要求57-67中任一项所述的从生物质生产乙醇的方法，其 中将所述管排列成与所述板平面平行延伸的管束。
69. 如权利要求68中所述的从生物质生产乙醇的方法，其中当在末端 观察时，所述束中的管相对于彼此形成三角形模式。
70. 如权利要求57-69中任一项所述的从生物质生产乙醇的方法，其 中所述分配器板具有多个安装在所述分配器板中的孔中的加盖圆柱体，并 且每个加盖圆柱体是空心的，从而形成从所述分配器板下面的正压室引出 的通道，所述通道将蒸汽运出，并经由一个或多个与所述分配器板平面平 行定向的出口孔进入所述床。
71. 如权利要求57-70中任一项所述的从生物质生产乙醇的方法，其 中所述加盖圆柱体的空心具有0.25-1.0英寸的内径，且所述加盖圆柱体从 所述分配器板向上延伸l-4英寸的距离。
72. 如权利要求57-71中任一项所述的从生物质生产乙醇的方法，其 中所述加盖圆柱体的出口孔具有1/16-1/4英寸的直径。
73. 如权利要求57-72中任一项所述的从生物质生产乙醇的方法，其 中所述管具有0.5-4英寸的内径。
74. 如权利要求57-73中任一项所述的从生物质生产乙醇的方法，其 中所述热烟道气以1000-1200摄氏度的温度进入所述蒸汽气化器中的管， 并以750-900摄氏度的温度离开所述蒸汽气化器。
75. 从生物质产生合成气的方法，所述方法包括下列步骤 提供具有多个管并包括矿物材料的床，其中所述床容纳在具有底板的箱形容器中，所述底板是分配器板；通过将蒸汽经由所述分配器板注射到所述床中，以均匀流化所述床的 方式流化所述床；通过经由所述管传输热气加热所述床，其中所述热烟道气是通过燃烧 燃料产生的；将生物质注射到所述床中，从而气化所述生物质产生合成气。
76. 如权利要求75中所述的从生物质产生合成气的方法，其中所述容 器具有垂直壁、顶板和设置在所述顶板中或所述壁的上部中的出口。
77. 如权利要求75或76中所述的从生物质产生合成气的方法，其中 以这样的方式进行注射生物质，所述方式是将具有生物质的流化床保持在 没有床物料可以经由所述出口泄漏的高度，且其中所述气体在所述床和所 述顶板之间的空间中停留l-5秒的时期。
78. 如权利要求75-77中任一项所述的从生物质产生合成气的方法， 其中进行所述通过经由所述管传输热气而加热所述床的步骤，以使得所述 热气以900-1200摄氏度的温度进入所述管，并且所述热气以750-900摄氏 度的温度离开所述管。
79. 如权利要求75-78中任一项所述的从生物质产生合成气的方法， 其中所述管具有一个或多个在每个管中的金属插入物，且其中所述插入物 在管的长度上延伸。
80. 如权利要求75-79中任一项所述的从生物质产生合成气的方法， 其中将所述管排列成与所述板的平面平行延伸的管束。
81. 如权利要求80中所述的从生物质产生合成气的方法，其中当在末 端观察时，所述束中的管相对于彼此形成三角形模式。
82. 如权利要求80或81中所述的从生物质产生合成气的方法，其中 所述床包含l-4个管束，在所述管束之间具有2-4英尺的间隔，并且其中 最低的管束在所述分配器板上2-4英尺。
83. 如权利要求75-82中任一项所述的从生物质产生合成气的方法， 其中气化所述生物质是在100-175 kPa的压力，和在750-900摄氏度的温 度迸行的。
84. 如权利要求75-83中任一项所述的从生物质产生合成气的方法， 其中所述分配器板具有多个孔和多个安装在所述孔中的加盖圆柱体，且其 中所述加盖圆柱体是空心的，从而具有从所述分配器板下面的正压室延伸 的运送蒸汽的通道，并且其中所述通道延伸到一个或多个在所述盖中钻的 出口孔，所述盖横切所述圆柱体的纵轴，由此将蒸汽从所述正压室注射到 所述床中，从而经由所述出口孔，以平行于所述分配器板的平面的方向， 流化所述床。
85. 按照权利要求84的从生物质产生合成气的装置，其中将所述加盖 圆柱体排列在所述分配器板上，从而均匀地流化所述床。
86. 按照权利要求84或85的从生物质产生合成气的装置，其中将所 述加盖圆柱体排列在所述分配器板上，从而形成重复的直线性或三角形模 式。
87. 按照权利要求84-86中任一项的从生物质产生合成气的装置，其 中所述加盖圆柱体从所述分配器板向上延伸l-4英寸的距离，且其中所述 出口孔具有1/16-1/4英寸的直径，且其中所述加盖圆柱体的通道具有1/4 英寸-1英寸的直径。
88. 如权利要求75-87中任一项所述的从生物质产生合成气的方法， 其中利用布置在所述容器壁上的锥形螺杆加料器进行将生物质注射到所 述床中，以便当流化所述床时，将所述生物质注射到所述床的中部，且当 所述床是非流化的时候，注射到所述床的顶部上，并且以便在所述生物质 进入所述容器的位点附近，以用于防止空气进入所述床的方式，形成生物 质塞。
89. 如权利要求75-88中任一项所述的从生物质产生合成气的方法， 其中所述管具有0.5英寸-4英寸的内径。
90. 如权利要求75-89中任一项所述的从生物质产生合成气的方法， 其中所述床包括具有300-400微米的粒子大小的矿物材料。
91. 如权利要求75-90中任一项所述的从生物质产生合成气的方法， 其中所述床包括硅砂、白云石、或橄榄石、或它们的组合。
92. 如权利要求71-85中任一项所述的从生物质产生合成气的方法， 所述方法还包括在气化生物质之前，在加压蒸汽干燥器中干燥生物质到30%或更低的 含湿量。
93. 如权利要求92中所述的从生物质产生合成气的方法，所述方法还 包括将所述热烟道气从所述管排出到热回收蒸汽发生器，将由所述干燥器 产生的冷凝物和蒸汽排出到所述热回收蒸汽发生器，在所述热回收蒸汽发 生器中生成蒸汽，和在干燥中或在流化所述床中使用所述蒸汽。
94. 如权利要求75-93中任一项所述的从生物质产生合成气的方法， 所述方法还包括将所述热烟道气从所述管排出到热回收蒸汽发生器中，从 蒸汽源生成蒸汽，和在流化所述床中使用由所述热回收蒸汽发生器生成的 蒸汽。
95. 如权利要求94中所述的从生物质产生合成气的方法，其中生成蒸 汽是利用通过使由气化产生的合成气经过合成气热回收蒸汽发生器而产 生的蒸汽进行的。
96. 按照权利要求75-95中任一项的从生物质产生合成气的方法，其 中所述热气是通过燃烧燃料产生的加热烟道气。
97. 按照权利要求96的从生物质产生合成气的方法，其中所述燃料选 自由由下列各项组成的组掩埋气、天然气、甲烷、源自石油的液体燃料、 燃料油、柴油、源自生物质的燃料、生物柴油、费-托液(Fischer-Tropsch liquids)、或由肥料或生物固体的厌氧消化产生的气体。
98. 如权利要求96中所述的从生物质产生合成气的方法，其中所述燃 料是通过在吹气气化器中气化生物质所产生的低BTU合成气。
99. 如权利要求98中所述的从生物质产生合成气的方法，其中在吹气 气化器中气化生物质包括提供含有硅砂床的容器；通过将空气注射到所述床中，流化所述床；将生物质置于所述床中；气化所述生物质，从而产生低BTU合成气。
100. 如权利要求93中所述的从生物质产生合成气的方法，其中所述 硅砂具有300-400微米的粒子大小。
101. 如权利要求99或100中所述的从生物质产生合成气的方法，其 中注射空气进入所述床包括提供分配器板作为具有多个孔的容器底板，每个孔具有安装在其中的 加盖圆柱体，每个加盖圆柱体是空心的，从而具有运送空气的从所述分配 器板下面的正压室延伸的通道，延伸到一个或多个在所述盖中钻的出口 孔，所述盖横切所述圆柱体的纵轴；以平行于所述分配器板的方向，运输空气经过所述圆柱体并进入所述 床，从而流化所述床。
102. 按照权利要求101的从生物质产生合成气的方法，其中将所述加 盖圆柱体以重复的直线性或三角形模式排列在所述分配器板上。
103. 按照权利要求101或102的从生物质产生合成气的方法，其中所 述加盖圆柱体从所述分配器板向上延伸1/4英寸-1英寸的距离，且其中所 述出口孔具有1/16-1/4英寸的直径，且其中所述加盖圆柱体的通道具有 0.5-1英寸的直径。
104. 如权利要求99-103中任一项所述的从生物质产生合成气的方法， 其中气化所述生物质产生低BTU合成气还包括利用启动燃烧器将所述床加热到运行温度；和 通过向所述床中注射空气和生物质维持所述温度。
105. 用于生产乙醇的装置，这样的设备包括甲醇反应器，所述甲醇反应器具有合成气输入物，并具有包括甲醇、 一氧化碳、和氢的输出物；乙酸甲酯反应器，所述乙酸甲酯反应器具有包括选自由铱、铁、钴、 镍、钌、钯、锇、和铂组成的组的一种金属的催化剂，并且利用助催化剂， 并且具有包括乙酸甲酯、乙酸、氢、水、和甲醇的混合物作为输出物；蒸馏器，所述蒸馏器分离所述包含乙酸甲酯、乙酸、氢、水和甲醇的混合物的组分；和乙醇反应器，所述乙醇反应器具有包括氢、乙酸甲酯、和甲醇的输入 物，并具有包括乙醇的输出物。
106. 按照权利要求105的生产乙醇的装置，其中所述蒸馏器将氢与包 括乙酸甲酯、乙酸、水、和甲醇的混合物分离，其中将所述氢级分进料到 所述乙醇反应器；并且具有分离包括乙酸甲酯、乙酸、水、和甲醇的混合 物的成分的第二蒸馏器。
107. 按照权利要求106的生产乙醇的装置，其中所述第二蒸馏器将乙 酸甲酯和甲醇的混合物从包括乙酸和水的混合物分离；并具有分离包括乙 酸甲酯、甲醇、和所述助催化剂的混合物的成分的第三蒸馏器。
108. 按照权利要求107的生产乙醇的装置，其中所述第三蒸馏器将助 催化剂级分从包括乙酸甲酯和甲醇的混合物分离，且其中将所述乙酸甲酯 和甲醇的混合物进料到所述乙醇反应器，并且其中将所述助催化剂进料到 所述乙酸甲酯反应器。
109. 如权利要求105-108中任一项所述的生产乙醇的装置，其中所述 乙酸甲酯反应器具有包括铱的催化剂。
110. 按照权利要求109的生产乙醇的装置，其中所述乙酸甲酯反应器 具有包括乙酸铱的催化剂。
111. 按照权利要求105-110中任一项的生产乙醇的装置，其中所述助 催化剂是烷基卤。
112. 按照权利要求105-111中任一项的生产乙醇的装置，其中所述乙 酸甲酯反应器在200-300摄氏度的温度和1000-1500 kPa的压力的气相中 工作。
113. 按照权利要求105-112中任一项的生产乙醇的装置，其中所述乙 酸甲酯反应器是填充床反应器，其中所述填充床含有吸附在活性炭上的催 化剂。
114. 按照权利要求105-113中任一项的生产乙醇的装置，其中所述乙 醇反应器使用催化剂，所述催化剂包括吸附在惰性物质上的铜、镍、和铬 或其组合。
115. 按照权利要求105-114中任一项的生产乙醇的装置，其中所述乙醇反应器在225-300摄氏度的温度和3500-4500 kPa的压力的气相中工作。
116. 按照权利要求105-115中任一项的生产乙醇的装置，其中所述乙 醇反应器以0:1-15:1的氢对乙酸甲酯的比率工作。
117. 按照权利要求105-116中任一项的生产乙醇的装置，所述装置具 有用于分离乙酸和水的全蒸发器，其中将所述乙酸添加到所述乙醇反应 器，从而产生乙醇。
118. 按照权利要求105-117中任一项的生产乙醇的装置，其中所述乙 醇反应器是具有多相催化剂的填充床反应器。
119. 按照权利要求105-118中任一项的生产乙醇的装置，其中所述甲 醇反应器包括悬浮在惰性液体中的由金属化合物组成的催化剂，且其中所 述一氧化碳、氢、和甲醇是在气相中。
120. 按照权利要求105-119中任一项的生产乙醇的装置，其中所述甲 醇反应器在200-300摄氏度的温度和4700-5500 kPa的压力，在气相中用 所述反应物和产物工作。
121. 按照权利要求105-120中任一项的生产乙醇的装置，其中所述甲 醇反应器能够接收蒸汽，且所述甲醇反应器能够使一氧化碳与蒸汽反应， 从而产生二氧化物和氢。
122. 按照权利要求105-121中任一项的生产乙醇的装置，所述装置还 包括将合成气压縮到2400-3500 kPa的压力的压縮机和将所述合成气加热 到220-450摄氏度的温度的加热器，并且将所述合成气传递到包括碱金属 催化剂的蒸汽转化器，且其中所述蒸汽转化器将所述合成气中含有的烃转 变为一氧化碳和氢。
123. 按照权利要求105-122中任一项的生产乙醇的装置，所述装置还 包括将合成气压縮到4700-5500 kPa的压力的压縮机，和将所述合成气加 热到220-300摄氏度的温度的加热器，且其中将所述经过所述压縮机的合 成气传递到所述甲醇反应器。
124. 按照权利要求105-123中任一项的生产乙醇的装置，所述装置还 包括接收所述乙醇反应器的输出物并分离氢的急骤蒸馏器，其中所述甲醇 反应器能够接收来自所述急骤蒸馏器的氢，并且包括接收来自所述乙醇反 应器的甲醇和乙醇并分离甲醇的甲醇蒸馏器，其中所述甲醇反应器能够接收来自所述甲醇蒸镏器的甲醇。
125. 按照权利要求105-124中任一项的生产乙醇的装置，所述装置还包括具有流化床的蒸汽气化器，所述流化床接收生物质和蒸汽并输出合成气，其中所述蒸汽气化器具有埋置在接收热气的床中的管，并且另外，其中所述管加热所述床。
126. 按照权利要求125的生产乙醇的装置，其中所述蒸汽气化器是具 有垂直壁的容器，其中所述壁形成矩形，具有分配器板作为底板，且其中 所述分配器板具有多个孔，每个孔由加盖圆柱体占据，其中所述加盖圆柱 体是空心的，从而具有从所述分配器板下面的正压室延伸的运送蒸汽的通 道，并且其中所述通道延伸到一个或多个在所述盖中钻的出口孔，所述盖 横切所述圆柱体的纵轴，其中以平行于所述分配器板的平面方向，将蒸汽 从所述正压室注射到所述床中。
127. 按照权利要求126的生产乙醇的装置，其中将所述加盖圆柱体以 重复的三角形或矩形模式排列在所述分配器板上。
128. 按照权利要求125-127中任一项的生产乙醇的装置，其中所述蒸 汽气化器在750- 900摄氏度的温度和100-175 kPa的压力工作。
129. 按照权利要求125-128中任一项的生产乙醇的装置，其中所述蒸 汽气化器具有包括硅砂、白云石、橄榄石、或它们的组合的床。
130. 按照权利要求128-129中任一项的生产乙醇的装置，所述装置还 包括燃烧燃料从而生产所述热气的燃烧器。
131. 按照权利要求130的生产乙醇的装置，其中所述燃料选自由由下 列各项组成的组甲垸、天然气、掩埋气、源自石油的液体燃料、燃料油、 柴油、源自生物质的燃料、生物柴油、费-托液、或由肥料或生物固体的厌 氧消化产生的气体。
132. 按照权利要求130的生产乙醇的装置，所述装置还包括接收生物 质并产生低BTU合成气的吹气气化器，且其中所述低BTU合成气是在所 述燃烧器中燃烧的燃料。
133. 按照权利要求130-132中任一项的生产乙醇的装置，所述装置还包括接收来自所述蒸汽气化器的热气并且产生蒸汽的热回收蒸汽发生器。
134. 按照权利要求133的生产乙醇的装置，所述装置还包括加压蒸汽 干燥器，所述加压蒸汽干燥器接收来自所述热回收蒸汽发生器的蒸汽和湿 生物质，并输出干燥的生物质、冷却的蒸汽和水冷凝物，其中将所述干燥 的生物质添加到所述蒸汽气化器和所述吹气气化器，并且其中将所述冷凝 物进料到所述热回收蒸汽发生器。
135. 按照权利要求125-134中任一项的生产乙醇的装置，其中将所述 管设置成束，其中将所述束设置成使所述管平行于所述分配器板平面延 伸。
136. 按照权利要求125-135中任一项的生产乙醇的装置，其中当在末 端观察时，所述束中的管形成三角形模式。
137. 按照权利要求125-136中任一项的生产乙醇的装置，其中所述管 具有一个或多个在所述管内部的金属插入物，其中所述插入物沿所述管的 长度延伸。
138. 按照权利要求105的生产乙醇的装置，其中 所述甲醇反应器在4700-5500 kPa的压力和220-300摄氏度的温度工作；其中所述乙酸甲酯反应器是填充床反应器，所述填充床反应器具有由 吸附在活性炭上的乙酸铱组成的催化剂，并且其中所述反应器在900-1500 kPa的压力和200-300摄氏度的温度工作；其中所述乙醇反应器是填充床反应器，所述填充床反应器具有包括吸 附在惰性物质上的铜、镍、和铬的催化剂，且其中所述反应器在160-300 摄氏度的温度和3500-4500 kPa的压力工作，且能够使来自所述乙酸甲酯 反应器的乙酸反应，从而产生乙醇；并且还包括生物质干燥器，所述生物质干燥器将生物质干燥到低于30%的湿度水平；蒸汽气化器，所述蒸汽气化器将生物质气化为合成气，其中所述气化 器是具有床的箱形容器，所述床包括硅砂、白云石或橄榄石、或它们的组 合，所述容器具有底部，所述底部是具有多个孔的分配器板，在所述孔中 安装了具有盖的圆柱体，其中所述加盖圆柱体是空心的，从而具有从所述分配器板下面的正压室延伸的运送蒸汽的通道，并且其中所述通道延伸到 一个或多个在所述盖中钻的出口孔，所述盖横切所述圆柱体的纵轴，以便 将蒸汽从所述正压室注射到所述床中，从而经由所述出口孔，以与由所述 分配器板的平面平行的方向，流化所述床；并且其中所述容器具有多个埋 置在所述床中的管，所述管运送热烟道气，从而加热所述床，并且其中所 述管平行于所述分配器板的平面延伸，且其中将所述管排列成束，其中当在末端观察时，所述管相互具有三角形取向，且所述蒸汽气化器在750-900摄氏度的温度和100-175 kPa的压力工作；吹气气化器，所述吹气气化器将生物质气化为低BTU合成气；和 燃烧器，其燃烧所述低BTU合成气，从而将所述热烟道气提供到所述蒸汽气化器。
139. 用于生产乙醇的方法，所述方法包括 气化生物质，从而产生含有一氧化碳和氢的合成气； 在金属催化剂存在下，使合成气反应，从而产生包括甲醇和一氧化碳的混合物；在第二金属催化剂的存在下，使甲醇和一氧化碳反应，从而产生包括 乙酸甲酯的混合物；禾口在氢化催化剂的存在下，使乙酸甲酯和氢反应，从而产生包括乙醇的 混合物。
140. 用于生产乙醇的方法，所述方法包括在添加蒸汽和没有空气的情况下，在流化床气化室内气化生物质，其 中利用从燃烧燃料形成的热气间接加热所述室，从而产生合成气； 使合成气在逐步催化反应中反应，从而产生乙醇。
全文摘要
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。
文档编号C07C29/151GK101454264SQ200780019192
公开日2009年6月10日 申请日期2007年4月5日 优先权日2006年4月5日
发明者卡连·韦尼塔·凯利, 拉里·杰克·梅利尼丘克, 罗伯特·S·戴维斯 申请人:森林生物燃料有限公司