通過合成氣將生物質轉變為乙醇的系統和方法技術方案

公開了利用通過合成氣的合成途徑合成乙醇的方法和裝置。描述了用于氣化生物質，諸如使用流化床的蒸汽氣化器中的生物質，和利用來自合成氣燃燒的熱煙道氣進行加熱的方法和裝置。還公開了利用催化劑，包括乙酸銥，利用逐步催化反應將一氧化碳和氫轉變為乙醇，從而將合成氣轉變為乙醇的方法和裝置。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及合成氣的加工，且具體地，涉及由生物質生產乙醇的方法。 該方法涉及由生物質材料生成乙醇(乙醇)。通過選擇高效的催化步驟使 乙醇的收率最大化。
技術介紹
合成氣(Synthesis gas)，或"合成氣(syngas)"，是對包含多種量的 碳氧化物(諸如一氧化碳)和氫的氣體混合物給定的名稱。該名稱來自于 它們在產生合成的天然氣、氨、甲醇(甲醇)、或燃料中作為中間體的用 途。可以通過許多方法產生合成氣，例如，通過將含碳的燃料氣化為具有 熱值的其它產物，例如煤、生物質或市政廢料的氣化。其它實例包括天然 氣、來自多種來源的甲烷、或液體烴的蒸汽轉化。合成氣是易燃的，并通 常用作燃料來源或用作產生其它化學品的中間體。合成氣還在通過利用費 -托(Fisher-Tropsch)催化劑的催化作用生產用作燃料或潤滑劑的合成石油 中，作為中間體使用。最經常通過煤或市政廢物的氣化產生用作燃料的合 成氣。當用作氫和氨的大規模工業合成中的中間體時，它還由天然氣產生(通 過蒸汽轉化反應)。在大型廢物-到-能源氣化設備中生產的合成氣用作燃料 來發電。煤的氣化方法是相當高效的，且多年來用于制造過去稱為"照明" 氣或煤氣的物質，在廣泛使用電以前，用于路燈和家庭照明。合成氣廣泛用于產生甲醇。來自煤的合成氣還用于產生一批化學制品。可以對其進行催化產生一類柴油燃料，叫做"費-托(Fisher-Tropsch)燃料"。 最近，開發了用于將合成氣轉變為乙醇和乙酸混合物的專門細菌。在 這些單一步驟方法中，轉變為乙醇的化學途徑不是高效的。還公開了許多利用發酵或其它生物方法從生物質直接合成乙醇的方 法。雖然已將這些方法用于從生物質中包含的纖維素生產乙醇，但是該方 法嚴重地受到，除了其它以外，它們不能將木質纖維素生物質中包含的木 質素轉變為有用產物的限制。公開了這樣的方法，通過所述方法，合成氣高效地將轉變為乙醇，其 幾乎不需要純化和除去水。該乙醇適合于作為工業應用的備選燃料，作為 化學品前體，或作為藥物或飲料的添加劑。乙醇(酒精)是用于飲料、工業方法和更近期地作為比汽油更干凈燃燒 的內燃機燃料的全球產品。因為世界對乙醇的需要是如此巨大，并且由于在北美試圖大規模使用 其作為燃料添加劑，目前還會驚人地增長，所以利用完全生物質的方法會 增加全球的乙醇生產能力。本專利技術描述了這樣的方法，通過該方法，可以將由生物質材料產生的 合成氣高效地轉變為乙醇。專利技術概述本專利技術是從合成氣生產乙醇的方法，該方法包括下列步驟 提供合成氣；將合成氣轉變為甲醇，從而產生甲醇和一氧化碳和氫；使催化劑和助催化劑與甲醇、 一氧化碳和氫進行反應，從而產生包括 乙酸甲酯、氫、甲醇、乙酸、和水的混合物；分離所述混合物以分離所述助催化劑，乙酸甲酯和甲醇的混合物，和 乙酸和水的混合物；將氫添加到乙酸甲酯和甲醇混合物中，并使該混合物與氫化催化劑反 應產生乙醇。公開了另一種方法，該方法將合成氣轉變為乙醇。將合成氣轉變為甲醇、 一氧化碳和氫的混合物；所述甲醇和一氧化碳混合物利用催化劑反應 產生乙酸和一氧化碳，乙酸與乙醇在催化劑存在的條件下反應產生包含乙 酸乙酯和水的混合物；和所述乙酸乙酯與所述氫利用氫化催化劑反應產生 乙醇。公開了這樣的方法，所述方法將由生物質材料產生的合成氣(synthesis gas)(合成氣(syngas))轉變為乙醇。在蒸汽氣化器中氣化生物質產生合 成氣，壓縮該合成氣，并使其與一種或多種催化劑反應產生乙醇。本專利技術 中的生物質氣化器是具有底部的箱形容器，所述底部是分配器板和管，其 中所述管傳送熱氣從而加熱流化床。每個催化步驟應該是利用可用的最佳 方法實現的，并且是需要催化劑、容器、和合適的熱和壓力的催化步驟。公開了利用通過流化床的蒸汽氣化，從干燥的生物質產生合成氣的方 法。該床是箱狀容器，其具有分配器板作為底板，熱氣經過管傳輸，且注 射生物質從而氣化為合成氣。在本專利技術的另一個實施方案中，通過燃燒在 第二吹氣氣化器中產生的低BTU合成氣，加熱所述氣化過程。還公開了用于從合成氣產生乙醇的裝置，其中所述裝置包括甲醇反應 器，具有金屬催化劑的乙酸甲酯反應器，用于分開乙酸乙酯、乙酸、氫、 和甲基碘的蒸餾裝置，和產生甲醇的乙醇反應器。在本專利技術另一個實施方 案中，用于產生乙醇的裝載接收來自蒸汽氣化器的合成氣，所述蒸汽氣化 器具有流化床，所述流化床具有作為燃料的干燥生物質。還公開了用于從生物質產生乙醇的方法，所述方法包括提供合成氣， 將所述合成氣轉變為包含甲醇的混合物，使所述包含甲醇的混合物反應， 從而獲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 混合物與氫反應產生乙醇。附圖簡述通過參考下列關于附圖的詳細描述，應該更容易理解本專利技術的上述特 征，其中附圖說明圖1A是用于從生物質產生合成氣的方法，即本專利技術的方法的優選實 施方案示意圖。圖1B是用于壓縮和轉化合成氣的方法，即本專利技術的方法的優選實施方案示意圖。圖1C是用于從壓縮的和轉化的合成氣產生乙醇的方法，即本專利技術的 方法的優選實施方案示意圖。圖2是顯示蒸汽氣化器，即本專利技術的裝置的端視圖。圖2A是顯示蒸汽氣化器，即本專利技術的裝置的側視圖。圖3是顯示吹氣氣化器，即本專利技術的裝置的視圖。圖4是本專利技術方法中使用的吹氣和蒸汽氣化器中使用的分配器板的圖。圖5是本專利技術的吹氣和蒸汽氣化器中使用的分配器板中的加蓋圓柱體 的圖。圖6是用于從合成氣產生乙醇，即本專利技術的方法的優選實施方案的示 意圖。圖7是蒸汽氣化器加熱管的剖面圖。圖8是顯示使用液體熱傳遞介質以在全部方法中分配熱流的示意圖。具體實施方案的詳述定義。用于本說明書和所附權利要求中時，除非上下文另外需要，下 列術語應該具有指定的含義用于本文時，術語"包括(comprises)"禾B "包括(comprising)"被解釋為包含的和開放的，而非排他的。特別地，當用在包括權利要求的本 說明書中時，術語"包括(comprises)"和"包括(comprising)"及其變 體意指包括該指定的特征、步驟或成分。該術語不被解釋為排除其它特征、 步驟或成分的存在。作為第一優選的實施方案，將生物質轉變為乙醇。參考圖1A，生物質 處理設備101和干燥器102是該方法的第一步。生物質處理設備101，例 如研磨機，處理粗生物質并將其加工為適合于氣化的尺寸。在大多數情形 中，必須將生物質切割、研磨、拱起并切碎為尺寸為2英寸或更小的立方 體。利用加壓的蒸汽干燥器102，例如由BMA (Niro)提供的蒸汽干燥器， 可以將該生物質干燥到濕度30%-1% (優選地，20%或更低)。干燥器10224提供壓力為大約275 kPa (具有225-325 kPa的范圍)的蒸汽。然后，具有 低于30%濕度的干燥生物質通過傳送器排放到干燥原料儲存箱中(未顯 示)。從處于275 kPa的蒸汽干燥器102中回收來自濕生物質的水蒸氣，并 使其過熱，從而為蒸汽氣化器106提供流化蒸汽105。這可以通過使其經 過熱回收蒸汽發生器103而實現，在熱回收蒸汽發生器103中，通過從蒸 汽氣化器106中排出的熱煙道氣IIO對其進行加熱。將一部分干燥生物質進料到吹氣氣化器107中，并產生低BTU合成氣 107a。可以在兩個旋風分離器108a和本文檔來自技高網...

【技術保護點】
從合成氣生產乙醇的方法，所述方法包括：　提供合成氣；　在催化劑存在下轉變所述合成氣，從而產生包括甲醇和一氧化碳和氫的混合物；　通過在助催化劑和金屬催化劑存在下，使所述甲醇、一氧化碳和氫與所述助催化劑反應，產生包括乙酸甲酯、 氫、甲醇、乙酸、和水的混合物，所述金屬催化劑包括選自由銥、鐵、鈷、鎳、釕、鈀、鋨、和鉑組成的組中的一種金屬；　分離所述包括乙酸甲酯、氫、甲醇、乙酸、和水的混合物，從而產生乙酸甲酯和甲醇的混合物和選自由氫級分、助催化劑級分、乙酸級分、和 水級分組成的組中的一種級分；　通過在氫化催化劑的存在下，使所述乙酸甲酯和甲醇混合物與氫反應，產生包含乙醇的混合物。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：拉里杰克梅利尼丘克，卡連韋尼塔凱利，羅伯特S戴維斯，
申請(專利權)人：森林生物燃料有限公司，
類型：發明
國別省市：CA[加拿大]