用于制造可再生燃料的系統的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關申請引用
[0002] 本申請是在2012年1月30日提交的美國專利申請第13/361,828號（現在的美 國專利第8,383, 049號）的部分連續，美國專利申請第13/361,828號是在2011年3月24 日提交的美國專利申請第13/071，038號（現在的美國專利申請第8, 137, 628號）的連續， 其全部內容通過引用并入本文。
技術領域
[0003] 本發明通常涉及用于制造可再生燃料的系統，并且更特別地涉及利用可編程系統 通過一系列的催化劑將生物質熱化學轉化成可再生燃料和其它有用的化合物，包括汽油和 柴油。
【背景技術】
[0004] 隨著世界繼續通過其珍貴的化石燃料資源來運行，其將被迫轉向其他能源。目前 的全球目標包括低廉和快速地獲取能量。古往今來，人類已經轉向生物質以通過燃燒木材 和其他生物質來提供熱方面的能量。這本質上是一種非常低效的過程。通過引入可編程性 可以使得燃燒更有效。其類似于將計算機引入到需要進行加熱的建筑物。為了只有當人出 現時才加熱該建筑物，在該建筑物中放置傳感器以便當傳感器檢測到人時發動加熱器。這 是可編程系統的一個實例。類似地，可以引入可編程系統用于化學鍵斷裂，導致生物質高效 轉化成更高附加值產品，其中，只有最小數目的鍵斷裂，并因此，斷裂這些鍵耗費最小量的 能量。
[0005] 鍵斷裂和形成是生物質轉化為工業上有用的產品（如汽油和柴油）的基本方 面。已經開發了各種形式的實驗室和小規模商用生物質熱解器以通過范圍從木肩到污水污 泥的生物材料的控制熱解生成有用的化學產品。盡管一些熱解器僅僅集中于生產合成氣 (syngas)(有時也稱為合成氣（synthesis gas))，但是在通常得到稱為生物油或熱解油的 濃縮液的溫和熱解條件的發展中有相當大的努力。已經在實驗室水平上開發了許多形式的 熱解器以產生這些統稱為生物油或熱解油的中間化合物。配置包括其中生物質在陶瓷船中 烘烤的簡單管式爐、其中木材依靠熱表面摩擦的燒蝕熱解器、其中生物質與熱砂混合的各 種形式的流化床熱解器和基于早期焦化爐設計的各種更簡單的配置。
[0006] 所得熱解油的基本問題在于其由數百到數千種化合物組成，這是使原料生物質大 批經歷寬范圍的溫度、時間和壓力分布的結果。當該過程由于原始生物原料中的成千上萬 的主要生物化合物變得復雜時，結果是幾乎難以處理的一批全部混合在一起的所得化合 物。這樣的方法得到的熱解油通常不是熱力學穩定的。它們包含由有機酸和堿催化的活性 含氧自由基，從而使得這些油通常歷時幾天從淺色液體演變成深色混合物，該混合物中夾 帶著焦油和樹脂物質。另外，嘗試重新氣化熱解油通常會導致額外的化學反應，其在得到的 氣體流中產生額外的生物炭和向較低分子量組分的轉移。雖然可以在實驗室規模的試驗中 實現熱解油的相當高的產率，較大工業規模的示范項目通常會產生低得多的產率。據推測 這是由于如此放大的架構的大得多的加熱的三維體積內更寬范圍的溫度、保持時間和局部 壓力。
[0007] 向催化體系引進可編程的適應性的先前努力包括建立幾個類似于微處理器總線 的并聯的反應器以研究催化氣體反應的Gehrer設計。（Journal of Physics E:Scientific Instruments 18 (1985) 836)。Dales等人的美國專利6548026和Saf ir等人的美國專 利6994827公開了能夠控制容器攪拌速度、溫度和壓力的可編程并聯反應器。另外， Garcia-Perez等人的美國專利申請2010/0223839公開了加熱生物質至第一溫度，其目的 是提高在生物質熱解產物的油部分中發展的后續脫水糖含量。目的是為了提高用于后續乙 醇生產的油部分的發酵能力。這是用于生物質轉化的稍微有點可編程系統的實例。
【發明內容】
[0008] 本發明的實施方案提供用于將生物質轉化為可再生燃料的系統和方法。可再生燃 料的意思是衍生自生物質且可用于運輸或其他目的的任何可燃燃料，包括例如汽油、柴油、 噴氣燃料或其他有用的燃料摻合物（如苯、甲苯和二甲苯的摻合物（BTX))的這樣的燃料。 在一個實施方案中，所述系統包括含可編程的多個處理臺（N)和大量催化劑，用于使在這 些臺中的生物質經受可編程溫度（I fete)的裝置，用于使單個處理臺溫度增加可編程的增量 (ΔΤ)以產生揮發性和不揮發性組分的裝置，用于使不揮發性組分的溫度增加△ T以進一 步產生額外的揮發性和不揮發性組分的裝置，和用于使在各臺中產生的揮發性組分經受通 過選自脫水催化劑、芳構化催化劑、氣體改質催化劑（gas-upgrading catalyst)組的一系 列催化劑以產生至少一種可再生燃料的裝置。
[0009] 本發明的一些實施方案涉及用于創建可編程工藝的系統和方法，在所述可編程工 藝中來自生物質分解的化合物被送到不同的催化劑鏈以產生含有可再生燃料和其他增值 產品的產物。
[0010] 本發明的進一步的實施方案針對一種用于生物質熱解產物轉化的高效系統。
[0011] 另外的實施方案針對一種取決于生物質的脫揮發份作用的溫度、用于從用于轉化 成汽油或柴油的生物質中提取最大量能量的工藝。
[0012] 本發明的另一個實施方案涉及一種取決于特定溫度下平衡催化劑輸出的負載、用 于從用于轉化成的汽油或柴油的生物質中提取最大量的能量的工藝。
[0013] 本發明的一些實施方案涉及用于將生物質轉化成可再生燃料的系統，其包括：用 于使生物質經受至少一個可編程起始溫度（T fete)和用于將所述溫度增加可編程的增量 (ΔΤ)以產生揮發性和不揮發性組分的可編程的多個處理臺（N)、一系列催化劑柱、用于使 在各臺中產生的揮發性組分經受通過所述系列催化劑柱以產生至少一種可再生燃料的裝 置、氫化處理催化劑和用于使至少一種可再生燃料經受氫化處理催化劑以產生至少一種氫 化處理的可再生燃料的裝置。
[0014] 本發明的一些實施方案涉及用于將生物質轉化成可再生燃料的系統，其包括：用 于使生物質經受至少一個可編程起始溫度（T fete)和用于將所述溫度增加可編程的增量 (ΔΤ)以產生揮發性和不揮發性組分的可編程的多個處理臺（N);-系列催化劑柱；用于使 在各臺中產生的揮發性組分經受通過所述系列催化劑柱以產生至少一種可再生燃料的裝 置；合成氣轉化催化劑；和甲醇/二甲醚合成催化劑；其中共溶劑添加至揮發性組分中或添 加至至少一個處理臺中，其中所述溶劑選自由醇、醛、酮、醚、羧酸和烴組成的組，且其中所 述共溶劑通過使用合成氣轉化催化劑的以產生合成氣的不揮發性組分的處理和使用甲醇/ 二甲醚合成催化劑的部分合成氣的后續處理產生。
[0015] 本發明的一些實施方案涉及用于將生物質轉化成可再生燃料的系統，其包括：用 于使生物質經受至少一個可編程起始溫度（Tfete)和用于將所述溫度增加可編程的增量 (ΔΤ)以產生揮發性和不揮發性組分的可編程的多個處理臺（N);-系列催化劑柱；用于使 在各臺中產生的揮發性組分經受通過所述系列催化劑柱以產生至少一種可再生燃料的裝 置；合成氣轉化催化劑；和Fischer-Tropsch催化劑；其中所述合成氣轉化催化劑用于將部 分不揮發性組分轉化為合成氣，且其中結果是合成氣的一部分經受Fischer-Tropsch催化 劑以產生合成石蠟煤油。
[0016] 從以下結合附圖作出的詳細描述中本發明的其他特征和方面將變得明顯，附圖舉 例說明了，根據本發明的實施方案的特征。該概述不旨在限制本發明的范圍，本發明的范圍 僅由所附的權利要求書限定。
【附圖說明】
[0017] 根據一個或多個各種實施方案，參照以下附圖詳細描述本發明。提供附圖僅僅用 于說明的目的并且只描述本發明的典型或示例實施方案。提供這些附圖是為了便于讀者理 解本發明而不應認為是限制本發明的寬度、范圍或適用性。應當注意的是，為了清楚和便于 說明，這些附圖不一定按比例繪制。
[0018] 圖1是表明軌道（race track)上的N個處理臺的圖，其中各處理臺在特定溫度下 運行。
[0019] 圖2是表明根據本發明的原理具有三個臺的可編程催化劑鏈的流程圖。
[0020] 圖3是根據本發明的原理的圖2的可編程催化劑鏈的更詳細的流程圖。