用于將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成可再生燃料并將副產(chǎn)物再循環(huán)到氣化器的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明一般涉及用于改進(jìn)含碳原料到可再生燃料的轉(zhuǎn)化的方法和系統(tǒng)，并且更具體地說涉及經(jīng)由獨(dú)特方法的獨(dú)特組合將生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化成可再生燃料和其它有用的化學(xué)化合物包括汽油和柴油。更具體地說，此方法的組合包括(a)選擇性熱解生物質(zhì)，其產(chǎn)生揮發(fā)性烴和生物炭；(b)在新型催化工藝中將所述揮發(fā)性烴改質(zhì)成可再生燃料；(c)在低壓下將所述生物炭用來自催化工藝的再循環(huán)殘余氣體氣化，產(chǎn)生合成氣體；(d)在新型催化工藝中將所述合成氣體轉(zhuǎn)化成二甲醚；以及(e)將所述二甲醚再循環(huán)到所述選擇性熱解工藝中。
【專利說明】用于將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成可再生燃料并將副產(chǎn)物再循環(huán)到氣化 器的系統(tǒng)和方法
[000。 相關(guān)申請的引用
[0002] 本申請要求2012年11月22日提交的美國臨時專利申請第61/562, 935號的優(yōu)先 權(quán)，所述申請的全部內(nèi)容W引用的方式并入本文。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 本發(fā)明一般涉及可再生燃料，并且更具體地說涉及一種用于使用原位生成碳和循 環(huán)水、二氧化碳和輕質(zhì)姪將生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化成液體的方法和系統(tǒng)。
[0004] 相關(guān)技術(shù)的描述
[0005] 目前存在對將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成運(yùn)輸燃料的強(qiáng)烈興趣。實現(xiàn)該種轉(zhuǎn)化的兩個主要方式 是酶法和熱化學(xué)方法。酶法的效率往往非常高，但其受關(guān)鍵酶反應(yīng)動力學(xué)所限制。另一方 面，熱化學(xué)方法通常具有極快的動力學(xué)但遭受低轉(zhuǎn)化效率。需要發(fā)現(xiàn)一種高轉(zhuǎn)化效率的熱 化學(xué)方法從而利用快速動力學(xué)的優(yōu)勢。
[0006] 目前，尤其在北美，由于由頁巖氣產(chǎn)生天然氣經(jīng)濟(jì)供應(yīng)提高，對擴(kuò)大化石燃料生產(chǎn) 和利用大量低成本天然氣的需求被預(yù)測到并且增加，在氣體到液體技術(shù)（GTL)方面存在回 潮。一些CTL技術(shù)已出現(xiàn)數(shù)十年并且在商業(yè)上被大規(guī)模實踐。該些技術(shù)都是W合成氣體為 基礎(chǔ)并且W天然氣作為進(jìn)料來開始。主要項目包括卡培爾的Sasol化yx項目、Shell化arl 項目（也是卡培爾的）、特立尼達(dá)和埃及的Methanex甲醇項目和尼日利亞的Sasol化evron Escravos G化項目（目前正在建造中）。Sasol正在進(jìn)行關(guān)于在美國路易斯安那州建立使 用天然氣作為原料的CTL工廠的可行性研究。正在尋找天然氣的替代原料，其將使CTL工 藝更具成本競爭力。
[0007] 具體地說，正做出大量努力W利用生物質(zhì)代替煤或天然氣作為主要原料。該些方 法屬于生物質(zhì)到液體炬TL)轉(zhuǎn)化工藝的范疇。WL研究在世界范圍內(nèi)持續(xù)，但還未獲得商業(yè) 實現(xiàn)。水和二氧化碳是WL工藝的普遍存在的反應(yīng)產(chǎn)物，并且往往被排放到大氣中。該些 化合物的釋放表示生物質(zhì)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的效率低。將該些化合物再循環(huán)回燃料生產(chǎn)中的方法會 提高生物質(zhì)的有效轉(zhuǎn)化。
[0008] 本發(fā)明實施方案的簡要概述
[0009] 與其它WL系統(tǒng)相比，本發(fā)明實施方案實現(xiàn)廢水和二氧化碳流的有效轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生 更多高價值燃料和化學(xué)品。通常，水和二氧化碳的再循環(huán)涉及打斷強(qiáng)鍵W產(chǎn)生氨。如果將 甲焼和輕質(zhì)姪替代地用作氨的來源，那么能量需求將變得更小，使得所述工藝更實用。該種 概念在W下表1中說明，表1顯示針對甲焼和焼姪（包括己焼到下焼）產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)生成熱 和每個氨分子的解離能。表1顯示從水解離氨需要的能量是24化J/mol，而取決于所使用的 焼姪，每個氨分子的解離能從25kJ/mol到37kJ/mol變化。能夠在低壓下代替水從甲焼和 輕質(zhì)姪中提取出氨的方法優(yōu)于在較高壓力下使用蒸汽氣化的系統(tǒng)。
[0010] 表 1.
[0011]

【權(quán)利要求】
1. 一種實現(xiàn)生物質(zhì)到液體燃料的高熱化學(xué)轉(zhuǎn)化的方法，其包括： 分解生物質(zhì)以產(chǎn)生一種或多種揮發(fā)性烴和含碳固體； 將所述揮發(fā)性烴催化改質(zhì)成液體燃料； 氣化所述產(chǎn)出含碳固體以產(chǎn)生合成氣體；以及 將所述合成氣體催化改質(zhì)成燃料或燃料前體。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括再循環(huán)在將所述揮發(fā)性烴催化改質(zhì)成液體 燃料的步驟期間所產(chǎn)生的副產(chǎn)物流。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中分解生物質(zhì)以產(chǎn)生揮發(fā)性烴和含碳固體包括快速熱 解、焙干、太陽能熱化學(xué)工藝或炭化。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其中分解生物質(zhì)以產(chǎn)生揮發(fā)性烴和含碳固體進(jìn)一步包括 生物分餾工藝，所述生物分餾工藝在壓力下在升高的溫度下熱化學(xué)轉(zhuǎn)化所述生物質(zhì)。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述液體燃料選自由以下各項組成的組：汽油、汽油 組分、噴氣燃料、柴油、石腦油、含氧燃料、高級混合醇、二甲醚、甲烷、輕質(zhì)瓦斯油、氨和真空 瓦斯油。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中催化改質(zhì)所述合成氣體包括將所述進(jìn)入合成氣體轉(zhuǎn) 化成一種或多種烴和/或含氧物。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中催化改質(zhì)所述合成氣體是經(jīng)由一種或多種甲醇或 DME合成工藝、費(fèi)-托化學(xué)方法或合成氣體發(fā)酵來完成。
8. 如權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括將所述燃料或燃料前體引到燃料分離工藝 中。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述燃料分離工藝包括將燃料、化學(xué)品和燃料前體 與未反應(yīng)的合成氣體分離，并且將所述未反應(yīng)的合成氣體再引回到所述氣化所述產(chǎn)出含碳 固體的步驟或所述催化改質(zhì)所述合成氣體的步驟中。
10. -種實現(xiàn)生物質(zhì)到液體燃料的高熱化學(xué)轉(zhuǎn)化的系統(tǒng)，其包括： 用于分解生物質(zhì)以產(chǎn)生一種或多種揮發(fā)性烴和含碳固體的裝置； 用于將所述揮發(fā)性烴催化改質(zhì)成液體燃料的裝置； 用于氣化所述含碳固體以產(chǎn)生合成氣體的裝置；以及 用于將所述合成氣體催化改質(zhì)成燃料或燃料前體的裝置。
11. 如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括用于再循環(huán)副產(chǎn)物流的裝置，所述副產(chǎn) 物流通過所述用于將所述揮發(fā)性烴催化改質(zhì)成液體燃料的裝置所產(chǎn)生。
12. 如權(quán)利要求10所述的方法，其中用于分解生物質(zhì)的裝置包括快速熱解裝置、焙干 裝置、太陽能熱化學(xué)裝置或炭化裝置。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中用于分解生物質(zhì)的裝置包括用于在壓力下在升高 的溫度下熱化學(xué)轉(zhuǎn)化所述生物質(zhì)的生物分餾裝置。
14. 如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述液體燃料選自由以下各項組成的組：汽油、汽 油組分、噴氣燃料、柴油、石腦油、含氧燃料、高級混合醇、二甲醚、甲烷、輕質(zhì)瓦斯油、氨和真 空瓦斯油。
15. 如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述用于催化改質(zhì)所述合成氣體的裝置包括用于 將所述進(jìn)入合成氣體轉(zhuǎn)化成一種或多種烴和/或含氧物的裝置。
16. 如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述用于催化改質(zhì)所述合成氣體的裝置經(jīng)由一種 或多種甲醇或DME合成工藝方法、費(fèi)-托化學(xué)方法或合成氣體發(fā)酵來完成。
17. 如權(quán)利要求10所述的方法，其進(jìn)一步包括用于將所述燃料或燃料前體引到用于燃 料分離裝置中的裝置。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述用于燃料分離的裝置包括用于將燃料、化學(xué) 品和燃料前體與未反應(yīng)的合成氣體分離的裝置，和用于將所述未反應(yīng)的合成氣體再引回到 所述用于氣化所述產(chǎn)出含碳固體的裝置或再引回所述用于催化改質(zhì)所述合成氣體的裝置 中的裝置。
【文檔編號】C12N9/98GK104302766SQ201280067401
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2012年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月22日
【發(fā)明者】邁克爾·謝赫, 拉哈斯赫哈拉姆·馬爾亞拉, 弗恩·S·特拉克斯勒 申請人:酷星能源系統(tǒng)公司