專利名稱：由經液化的生物質生產合成氣的方法
技術領域：
本申請涉及由生物質生產合成氣的方法。本發(fā)明的方法通常包含下述 步驟熱預處理，包括堿性化合物的去除；然后進行干物質含量較高的生
物質的酶處理，產生小顆粒，隨后通過高壓泵送將其轉移到加壓氣體發(fā)生 器中用于隨后的合成氣的生產。因此，本發(fā)明的方法使得能夠通過使用氣 體發(fā)生器形成合成氣而將具有較高的干物質(例如木材、秸稈和植物沉積 物)含量的經預處理的生物質轉化為替代諸如汽油、柴油等石油產品以及 化學品和塑料。本發(fā)明的方法的預處理通常包括采用加壓的高溫蒸汽和/或
微波將生物質加熱到17(TC 22CTC，也可以添加酸、堿或氧化劑。本發(fā)明 的方法的酶處理使得能夠將纖維素轉化為聚合物和低聚物，導致生物質的 液化。本發(fā)明的方法可包括從生物質中除去諸如氯化物、鈉鹽和鉀鹽等堿 性鹽的步驟，隨后可將所除去的這些鹽作為用于農業(yè)的營養(yǎng)源出售。由本 發(fā)明的方法預處理和酶處理獲得的生物質漿料通常由小于1 mm的顆粒組 成，使得它們適合以僅數(shù)秒的停留時間和不產生不需要的焦油的最佳狀況 應用于氣體發(fā)生器，所得的氣體可隨后用于能量、燃料、化學品和熱的產 生。
背景技術：
由于希望將對煤、油和天然氣等的依賴降至最小并減低C02排放量， 所以關于下述領域的研究得以加強通過合成氣的形成將諸如木材、秸稈 和植物沉積物等可再生生物質開發(fā)為諸如汽油、柴油等石油產品、化學品 和塑料。
許多工業(yè)加工和農業(yè)加工(例如市政運作、食品和飼料加工和林業(yè)) 會產生含聚合糖(例如淀粉、纖維素和半纖維素形式)的生物質、廢料和副產品。農業(yè)綜合企業(yè)和化學品工業(yè)以及公共組織對于開發(fā)將這樣的生物 質轉化為具有更高價值的物質的工藝相當感興趣。不過，多數(shù)目前已知的 工藝因其高生產成本和高能量需求以及因而具有的潛在而不確定的經濟可 行性而無法進行大規(guī)模商業(yè)實踐。
除了作為食品和飼料這一重要用途外，通過合成氣的生產而來自生物 質的碳水化合物可用作許多工業(yè)過程的原料，所述工業(yè)過程生產在諸如汽 油、柴油等石油產品、化學品和塑料的生產方面有價值的產品。
因此，顯然地，如果可將成本低廉、來源豐富的碳水化合物以較低的 能量消耗加工成合成氣，并因而將碳水化合物用于工業(yè)加工，則可具有重 大經濟潛力。
可通過使用氣體發(fā)生器形成合成氣而將諸如木材、秸稈和植物沉積物
等生物質轉化為諸如汽油、柴油等石油產品、化學品和塑料。合成氣由co、
C02、 H2、 N2、 CH4、 H20和諸如H2S和焦油等雜質組成。氣化是已知技術， 在添加氧氣和蒸汽的條件下烴鍵斷裂從而產生合成氣，該反應優(yōu)選為在高 壓高溫下進行。氣體發(fā)生器與燃燒室的不同之處在于氣體發(fā)生器中可用的 空氣或氧氣的量經仔細控制以使僅有較少部分的燃料完全燃燒?？刂蒲鯕?水平使得烴類不會燃燒生成C02，而是僅部分氧化。
與煤相比，從生物質的氣化獲得全部利益的主要障礙是如何以一種方 式對生物質預處理，從而使生物質適于被經濟地氣化(ECN， 2004)。由煤的 氣化生產合成氣是已有50多年歷史的商業(yè)可行的技術。煤較易磨碎并供給 至加壓的氣體發(fā)生器中，但一般而言，生物質往往非常難以磨碎了供給至 加壓的氣體發(fā)生器中。這是由于與煤相比，多數(shù)生物質是極其非均質的， 因此難以將其磨碎為夾帶流(entrained flow)氣化所需的較均勻的粒徑，在該 夾帶流中顆粒的停留時間非常短，僅為數(shù)秒數(shù)量級。此外，因為顆粒非常 不均勻且粒徑較大，所以非常難以將其壓制成固體物質。
通常而言，已采用諸如直接粉碎法、燃燒粉碎法、通過閃速熱解產生
6碳化渣或通過低溫流化床氣化產生氣體燃料等方法實現(xiàn)了待供給至氣體發(fā) 生器的生物質的預處理，這些方法都有與能量消耗和/或經濟成本相關的不 同的缺陷。
本發(fā)明涉及液化生物質的方法，在所述方法中，生物質變?yōu)榱较喈?小、干物質含量仍然相當高(高于20%)的"均質液體"?？舍娪霉I(yè)泵將 該均質液體經濟地加壓，結果，可將諸如甘蔗渣、秸稈等生物質供給至加 壓的夾帶流氣體發(fā)生器。
取決于待使用的生物質的種類，存在幾種不同的"預處理"選擇方案 用于液化生物質。
如果隨后的多糖的水解(例如，酶水解)需要斷裂植物材料的其他保 護性結構(例如，木質素)，則需要進行預處理。已經知道有多種預處理技 術。對于谷類和谷物物質，該預處理可以是簡單的干法碾磨方式以使表面 易于處理，而對于木質纖維生物質，則需要進行熱處理和/或化學處理。由 例如精制淀粉組成的含多糖的生物質在進行酶處理之前不需要所述預處理 方法。預處理工藝可基于酸性水解、蒸汽噴發(fā)、氧化、以堿或乙醇提取等。 預處理技術的共同特征是它們結合有可能的加入的反應物的作用，其利于
在高于IO(TC的溫度發(fā)生的植物材料的軟化和松散。
除了淀粉，植物生物質的三個主要成分是纖維素、半纖維素和木質素， 這三者通常統(tǒng)稱為木質纖維素。作為通用術語，"含多糖的生物質"包含淀 粉生物質和木質纖維生物質。
纖維素、半纖維素和木質素在不同的植物和植物的不同部位中的存在
量不同，并且它們與形成植物的結構骨架密切相關。
纖維素是完全由通過P-l,4-糖苷鍵連接在一起的D-葡萄糖構成的、聚 合度高達10000的同聚多糖。纖維素的線性結構使得能夠形成分子內氫鍵 和分子間氫鍵，導致纖維素鏈凝集為微纖絲。微纖絲內的高序區(qū)域稱為結 晶區(qū)，序列性較差的區(qū)域稱為無定形區(qū)。微纖絲聚集為纖絲，然后形成纖
7維素纖維。纖維素的部分結晶結構以及微纖絲狀排列賦予纖維素較高的拉 伸強度，使得纖維素不溶于大多數(shù)溶劑，并且是纖維素耐受微生物降解(即， 酶水解)的部分原因。
半纖維素是由多個下述單體殘基組成的復合雜多糖D-葡萄糖、D-半
乳糖、D-甘露糖、D-木糖、L-阿拉伯糖、D-葡萄糖醛酸和4-0-甲基-D-葡萄 糖醛酸。半纖維素的聚合度低于200，具有側鏈，并且可被乙?；?。在諸如 冷杉、松樹和云杉等針葉樹中，半乳葡萄甘露聚糖和阿拉伯-4-0-甲基-葡萄 糖醛酸木聚糖是主要的半纖維素組分。在諸如樺樹、楊樹、白楊或橡樹等 闊葉樹中，4-0-乙?；?4-甲基-葡萄糖醛酸木聚糖和葡萄甘露聚糖是半纖維 素的主要成分。諸如水稻、小麥、燕麥和雜草(switch gmss)等禾本科植物具 有主要由葡萄糖醛酸阿拉伯木聚糖構成的半纖維素。
木質素是由苯基丙垸單元的聚合形成的復合網架，構成了木質纖維素 中的大多數(shù)非多糖組分。木質素中的三種單體是對香豆醇、松柏醇和芥子 醇，它們通常通過芳基甘油基-P-芳基醚鍵結合。木質素與半纖維素連接， 并埋入碳水化合物中，因而提供防止微生物降解和化學降解的保護。
淀粉是植物中被最廣泛儲存的碳水化合物，以顆粒形式出現(xiàn)，不同物 種的淀粉顆粒在尺寸和物理特性方面明顯不同。淀粉顆粒通常對水滲透和 水解酶滲透極為抵制，這是因為相同的分子內以及分子與其他相鄰分子間 形成有氫鍵。不過，當懸浮液溫度升高時，這些分子間氫鍵和分子內氫鍵 會變弱。當加熱淀粉的水懸浮液時，氫鍵變弱，水被吸收，并且淀粉顆粒 膨脹。該過程通常稱為膠凝化，因為所形成的溶液具有凝膠狀的高粘性稠 度。從化學方面講，淀粉是葡萄糖的天然聚合物，室溫時通常不溶于水， 而是分散在水中，淀粉由與纖維素類似的重復單元構成，并通過cc-l，4-糖苷 鍵和a-l,6-糖苷鍵連接在一起，這與纖維素由卩-l,4-糖苷鍵連接完全不同。 所述單元形成稱為直鏈淀粉的直鏈組分或稱為支鏈淀粉的支鏈組分。大多 數(shù)植物種子、谷物和塊莖含有約20% 25%的直鏈淀粉，但有一些植物淀
8粉(例如豌豆淀粉)具有60%的直鏈淀粉，某些玉米物種具有80%的直鏈 淀粉，諸如稻米等糯性品種的谷物的直鏈淀粉含量較低。
預處理后，利用含生物質的多糖生產合成氣的下一步是將被釋放的淀 粉、纖維素和半纖維素水解為聚合物和低聚物。
該步驟可以通過具有不同作用方式的不同的酶來實現(xiàn)。酶可以外部添 加，或者可由生長在生物質上的微生物來提供。
纖維素通過糖水解纖維素酶(carbohydrolyticcdlusases)被水解為葡萄 糖。根據(jù)通常的理解，可水解纖維素體系將纖維素酶分為三類:外切-1,4+0-葡萄糖苷酶或纖維二糖水解酶(CBH) (EC 3.2丄91)，其從纖維素鏈的末端切 除纖維二糖單元；內切-l,4-卩-D-葡萄糖苷酶(EG) (EC 3.2丄4)，其隨機地水 解纖維素鏈中的P-l,4-糖苷鍵；1,4-(3-D-葡萄糖苷酶(EC3.2丄21)，其將纖維 二糖水解為葡萄糖，還從纖維低聚糖中切除葡萄糖單元。
半纖維素酶釋放半纖維素中的不同的糖。由于半纖維素的異質性，半 纖維素體系比纖維素體系更復雜。除了其他物質外，所述體系含有內切 -1,4-(3-0-木聚糖酶(￡0 3.2丄8)，其水解木聚糖鏈中的內部鍵；1,4-P-D-木糖 苷酶(EC 3.2丄37)，其從非還原末端進攻低聚木糖并釋放木糖；內切-l,4-P-D-甘露聚糖酶$€3.2丄78)，其切除內部鍵；1，4-卩-D-甘露糖苷酶(EC3.2丄25)， 其將低聚甘露糖切斷成甘露糖。側基則通過下述多種酶被除去a-D-半乳 糖苷酶(EC 3.2丄22)、 a-L-阿拉伯呋喃糖苷酶(EC3.2丄55)、 a-D-葡萄糖醛酸 酶(EC 3.2丄139)、肉桂酰酯酶(EC3丄1.)、乙?；揪厶酋ッ?EC 3丄1.6)和 阿魏酰酯酶(EC3丄1.73)。
用于淀粉水解的最重要的酶是a-淀粉酶(l,4-a-D-葡聚糖-葡聚糖水解酶 (EC 3.2丄1))。這些酶是切除1，4-a-D-葡萄糖苷鍵的內切作用水解酶，可繞 幵而不水解1，6-a-D-葡萄糖苷分支點。不過，也可將諸如P-淀粉酶(EC 3.2丄2) 和支鏈淀粉酶(EC 3.2丄41)等外切作用糖化淀粉酶用于淀粉水解。淀粉水解 的產物主要是葡萄糖、麥芽糖、麥芽三糖、a-糊精和不同量的低聚糖。之前已說明了酶液化和生物質的水解。不過，在經預處理的木質纖維
生物質的情況中，僅僅是那些由纖維和平均粒徑小于1英寸(25.4mm)的顆 粒構成的、并且具有較低的干物質含量(即，低于20%(重量/重量))的材料通 過這樣的方法被成功地液化。
US2004/0262220描述了用于生產沼氣的生物質厭氧消化法。該方法不 適合生產合成氣，因為其是厭氧性的并且針對生產沼氣而設計，沼氣主要 由CH4和C02構成，這與合成氣不同。生物質的預處理包括預加熱和水解， 不過，與本發(fā)明不同，生物質的預加熱不超過10CTC,并且水解主要產生適 合于發(fā)酵的單糖。
US5424417涉及用于獲得適合進一步發(fā)酵的生物質的木質纖維素預水 解法。該方法基于在120'C 24(TC的熱處理以及將堿或酸添加到流通體系 中，并且包含除去固體的步驟。由于全部漿料都將被泵入氣體發(fā)生器中， 所以該流通體系不利于針對合成氣生產所用生物質的預處理。
US4645541涉及由木質纖維材料生產微晶纖維素和葡萄糖的多步法。 該方法包括在185X: 24(TC的熱預處理、所述材料的爆發(fā)性排出、采用有 機溶劑提取木質素、過濾并將所述材料分離成纖維素和半纖維素部分。由 于該處理的目的是將木質素與纖維素和半纖維素分開，所以所述預處理比 合成氣生產所需的操作更加費力且耗能，在爆發(fā)性步驟后就已經形成了 1 微米 10微米的顆粒。
US4916242涉及熱處理和化學處理含木質纖維素的生物質的方法，目 的是生產糠醛。該方法包括在含戊糖的蒸煮液中加熱生物質。在生產糠醛 的單獨的生產車間中蒸餾所述液體，并將經熱處理的生物質排出，因此該 方法無法用于例如合成氣的進一步生產。
氣化是眾所周知的技術，在該技術中，含碳物質被供給至添加有氧氣 和蒸汽的容器中。通常而言，優(yōu)選的是將磨細的煤作為烴原料。發(fā)生產生 過量熱的反應，使碳鍵斷裂并產生了合成氣。根據(jù)合成氣的進一步的用途，可能需要從顆粒中除去諸如硫、堿和汞等物質。如果在燃氣渦輪中燃燒合
成氣，則氣體的清除不太重要；如果將合成氣用于制備諸如FT柴油(費托 法合成的柴油)、汽油或甲醇等合成產品，則氣體的清除比較重要。氣化比 直接燃燒更加靈活、有效和環(huán)境友好。氣體發(fā)生器也可用于整體煤氣化聯(lián) 合循環(huán)(IGCC)發(fā)電站，使得能夠以比通常的燃煤鍋爐和蒸汽鍋爐更高的效 率發(fā)電。
通常而言，煤、原油、高硫燃油、石油和其他煉廠殘余物是優(yōu)選的氣 化用原料。在新式氣體發(fā)生器中，在高溫高壓下以熱蒸汽處理煤，并仔細 控制空氣或氧氣的量。這些條件使得煤中的碳分子斷開，開始產生氫氣、 一氧化碳和其他氣體化合物的混合物的化學反應(RJRI, 2005)。煤氣化的最重 要的階段是20世紀80年代和90年代。受對煤燃燒的環(huán)境關注的驅動，氣 化己知為一種產生電能的干凈的途徑。第一個煤氣化發(fā)電站目前己商業(yè)化 運作(RRI, 2005)。
不過，通過諸如木質纖維生物質源等可再生的能量資源和碳資源代替 日益減少的化石燃料在未來將是有利的。來自農業(yè)的草本副產物(主要是 禾本類秸稈和秸稈類殘余物)價廉且可再生。木材是較干凈的燃料，并且 木材燃燒和氣化的傳統(tǒng)技術得到良好的發(fā)展，而使用草本生物質更加復雜， 并且未經良好發(fā)展(Henrich和Dinjus, 2002)。生物質在許多方面都與煤不同。
最為相關的不同是灰化行為、給料性質和加壓性質。
生物質通常在結構、水含量、堿含量和粒徑方面都有很大變化。這使 生物質的加工復雜化，尤其是當在加壓條件下處理生物質時。因此，最佳 地受益于氣化的最大的挑戰(zhàn)之一是以使生物質適于供給至氣體發(fā)生器的方 式預處理生物質。與其他可能的合成氣生產用生物質相比，通過本方法獲 得的經酶液化的木質纖維生物質具有最大的優(yōu)勢該木質纖維生物質已經 被部分加工，并且以可泵送、含有受限粒徑(通常小于lmm)的懸浮顆粒的 液體形式存在。生物質的熱值很大程度上取決于水含量，因此水含量是所開發(fā)的合成 氣的品質的一個限制性因素。較高的燃燒溫度產生含有較少量的焦油產品 和甲烷的合成氣。另一方面，.高水含量抑制煙灰的產生，并且在限制CH4 逸出氣體發(fā)生器方面是熱動學有利的。諸如秸稈等生物質具有高含量的堿， 例如鉀和鈉。
在氣化過程中，某些物質以氣相形式釋放，然后在氣體冷卻過程中將 會凝結并引發(fā)與污損和腐蝕有關的問題。在基于氧氣的夾帶流氣體發(fā)生器
中，在燃燒區(qū)可達到250(TC的溫度，由此，生物質中的主要礦物被熔化為 熔渣，因此不會被再次傳送入環(huán)境中。
有幾種可用的氣化方法，但是，在高溫高壓下采用純氧的氣化產生最 高效率和最佳質量的合成氣(Hamelinck等，2003)。核心部件是調節(jié)氧氣流 以使烴不完全燃燒成co2、而僅是部分氧化的氣體發(fā)生器。
氣化工藝可分為下述四種主要類型，這四種類型都釆用高達約400巴 的操作壓力
-移動床/移動固定床
-流化床
-夾帶流
-超臨界氣化
移動床氣體發(fā)生器的分布較廣，但主要適用于固體燃料。該氣體發(fā)生
器包括在氣體發(fā)生器的頂部引入粗固體，同時在氣體發(fā)生器的底部引入 氧化性氣體和蒸汽。該氣體發(fā)生器的熱效率較高，但由于該氣體發(fā)生器產 生焦油和油類，所以氣體凈化較為復雜。諸如秸稈和經液化的生物質等生 物質不適用于該種氣體發(fā)生器。
流化床氣體發(fā)生器在懸浮于流動空氣中的熱顆粒的床層中燃燒烴原 料?？諝馑俣茸銐蚋邥r，所述床層作為導致顆粒的快速混合的流體。流化
作用促進了在較低溫度(760°C 1040°C)的完全燃燒，提供了將燃燒熱有效
12地從所述床層轉移至蒸汽管的手段。諸如石灰石和白云石等吸硫化學品的 使用是必不可少的。不過，由于吸收劑會與生物質的堿性化合物反應，從 而形成低熔點的懸浮物，有堵塞氣體發(fā)生器的危險，因此，在將生物質供 給至氣體發(fā)生器之前將堿從生物質中除去應該是有益的。由于低溫，流化 床氣體發(fā)生器的殘余物比移動床氣體發(fā)生器中所產生的灰分惰性更低，可 能需要更加注意將它們放入環(huán)境安全的儲存物中而處理。
夾帶流氣體發(fā)生器是最廣泛應用于商業(yè)目的的氣體發(fā)生器。這樣的氣 體發(fā)生器的供料通常是煤和水漿，但也可通過利用氣體力學和/或鎖斗來處 理干煤。使用夾帶流反應器的最大優(yōu)勢是較高的出口溫度使產生的合成氣 中焦油和甲垸含量非常低。夾帶流氣體發(fā)生器的特征還在于具有1秒 2秒 的相當短的停留時間。這樣短的停留時間的優(yōu)勢是可以在相對較小的氣體 發(fā)生器體積中轉化大量的煤/生物質，這是選擇夾帶流氣體發(fā)生器用于大規(guī) 模商業(yè)應用的驅動力。另一方面，缺陷是為了使煤/生物質在離開氣體發(fā)生 器之前完成化學反應，必須將其磨碎成非常小的顆粒。夾帶流氣體發(fā)生器 非常適合于生產氫氣和合成氣產品。取決于生物質的可能的含灰量，在該 種氣體發(fā)生器中的燃燒可能產生結渣殘余物。在結渣氣體發(fā)生器中，成灰 成分在氣體發(fā)生器中熔化，沿反應器壁流下，最終作為液體熔渣離開該反
應器(ECN， 2004)。
基于煤的常規(guī)且經良好測試的體系需要預先將煤粉碎成40^im 100^im 的顆粒。諸如木材等生物質的類似的機械性預處理使用高達0.08kW電/kW 木材，相當于約20M的原始能量(ECN， 2004)，這是無法接受的較高代價。
對將要在夾帶流氣體發(fā)生器中進行轉化的生物質的不同的預處理進行 了測試，包括通過烘焙和隨后的磨細對易碎固體直接進行木材粉碎生產， 通過閃速熱解產生油/炭漿，以及通過低溫流化床氣化產生氣體燃料(ECN, 2004)。通常而言，燒煤的夾帶流氣體發(fā)生器對粒徑通常為50^m 10(^m 的煤粉起作用，這確保了完全轉化。由于生物質比煤更具反應性，所以期待生物質所需的粒徑不是這么嚴格。ECN(2004)報告指出，就完全轉化而言， 生物質顆?？梢允莑mm大。
快速熱解或閃速熱解是較簡單的方法，該方法將約一半甚至更多的木 質纖維生物質轉化為熱解液。將易碎的熱解炭粉碎并懸浮在油中，從而產 生可泵送的漿料(Henrich和Dinjus，2002)。不過，快速熱解需要將生物質干 燥、砍劈并采用錘式粉碎機進一步減小尺寸，從而確保在熱解過程中快速 加熱。大多數(shù)適合用于快速熱解的反應器都采用諸如沙子等固體熱載體。 通過機械手段實現(xiàn)流化。將生物燃料顆粒與高于50(TC的過量熱沙混合，并 將其轉移到具有較低軸向混合和良好徑向混合的并流中(Henrich和Dinjus， 2002)。
生物質的預處理(低溫熱解或燃燒)意味著材料中遺留有鹽，而鹽會 在氣體發(fā)生器中產生問題。作為選擇，將通常可用作肥料的鹽收納在殘余 物中，因此不再有它們再次循環(huán)入環(huán)境中的可能性。此外，因為效率較低， 基于熱解的預處理并非很具有吸引力的方法。
可采用鎖斗或活塞給料器將生物質供給至夾帶流氣體發(fā)生器中。在鎖 斗體系中，于大氣壓力下以生物質填充鎖斗，采用惰性氣體將鎖斗加壓至 4000psi，并借助回轉式給料器(LLC， 2006)、螺旋給料器或者通過氣動輸送 將固體供給至反應器。
活塞給料器是鎖斗體系的替代方式，優(yōu)勢是體積較小并且惰性氣體消 耗量較少。已針對經烘焙的木片對該方法進行了測試(ECN, 2004)。所述活 塞給料器由供氣料斗、活塞給料器和加壓罐組成。隨后可通過螺桿將生物 質供給至氣體發(fā)生器中。實驗顯示，如果活塞給料器替代鎖斗，則惰性氣 體消耗量減少，且對于lmm的固體，能量損失(energypenalty)低于30/。。
不過，對于液化的生物質而言，加壓體系可由作為現(xiàn)有技術的漿料泵 代替。與固體燃料粉末一樣，隨后將液體燃料霧化并供給至燃燒器。
超臨界氣化是這樣一種工藝:將原料加熱并加壓至高于水的臨界點(221巴和375'C)的值，當原料被充分加熱并加壓時，有機物部分分解成氫、甲 烷、 一氧化碳和二氧化碳的混合物。如果與有機物質的量相比水量較高， 則所有的CO都因水煤氣變換反應而轉化為氫氣和二氧化碳。目前，德國卡 爾斯魯研究中心(Forschungszentrum Karlsruhe)正在研究超臨界氣化 (DE10210178)。由于需要將生物質加壓至高達約300巴，因此生物質需要 可泵送。迄今為止，這己經通過下述方法得以解決將生物質細細砍碎并 以水將其稀釋，得到干物質含量僅為約10重量％的生物質水漿。從效率和 經濟的觀點考慮，將干物質含量增加至約20% 30°/。將非常有利，這可通 過本發(fā)明得以實現(xiàn)。
發(fā)明概述
本發(fā)明涉及由生物質生產合成氣的方法。該方法包括下述步驟液化 生物質，所述生物質含有多糖、具有較高的干物質含量且優(yōu)選具有平均尺 寸較大的纖維和顆粒，并進一步使用經這樣加工的生物質進行隨后的氣化 成為合成氣，該合成氣適合加工成汽油、塑料和化學品，或者可用于電力 生產用的燃氣渦輪機。
本發(fā)明涉及液化含多糖的生物質以及隨后由其生產合成氣的工藝，所 述生物質具有較高的干物質含量，優(yōu)選為高于20°/。。此外，所述工藝特別 適合于液化主要由淀粉、精制淀粉、纖維素、半纖維素和木質素構成的含 多糖的生物質(例如，谷物秸稈或麥稈)和隨后由其生產合成氣。當該生
物質是木質纖維生物質，優(yōu)選的是以在110'C 25(TC的溫度處理1分鐘 60分鐘的方式預處理這些生物質，這確保了酶與纖維素的接觸。在熱預處 理中，使用加壓蒸汽且可選擇使用微波?？赏瑫r進行或者隨后對預處理的 生物質的進行洗滌，由此洗去營養(yǎng)物質鹽和諸如C5糖等較小的糖。這些營 養(yǎng)物質可收集起來并適合作為飼料添加劑，從而再次循環(huán)入自然界。在不 考慮例如抑制發(fā)酵的產物增加的情況下進行所述預處理，可添加化學品以 提高木質素降解的速度，而不必考慮這些化學品(或者由該添加導致的副
15產物)是否會對例如隨后的發(fā)酵步驟有負面影響。本發(fā)明將酶水解(基于 多種糖水解酶的組合)與依賴于重力原理的混合類型結合起來，確保將機 械力、初始剪切力和撕裂力應用于生物質。優(yōu)選的混合類型是例如，諸如 圓筒混合機、翻轉式混合機等自由下落混合機或類似的混合裝置。
經液化的生物質的干物質含量為20% 50%，將其泵送入諸如夾帶流 氣體發(fā)生器等加壓氣體發(fā)生器或適用于超臨界氣化的氣體發(fā)生器中。如果 經液化的生物質的熱值過低，則為了獲得離開氣體發(fā)生器的高的出口溫度， 可能必須將一些"額外的"烴添加到該氣體發(fā)生器中。這樣的烴可以來自 石油或柴油生產的再循環(huán)副產物，或者其他低價值的烴產物。
一般而言，優(yōu)選的是干物質含量較高的漿料。較高的干物質含量會增 加粘性并降低可泵送性?？赏ㄟ^將油添加到經液化的生物質中來進行粘度 的調節(jié)，同時調節(jié)熱值。獲得同樣效果的另一種方法是干燥與延長液化時 間的組合。
將生物質加工為合成氣的工藝如圖1中所顯示。合成氣可用于生產例 如甲醇、合成燃料或用于費托合成。當將合成氣轉化為柴油或汽油時，20% 的最終產品由不可用氣體組成。由于這些氣體具有較高的熱值，因此有利 的是將其再循環(huán)入氣體發(fā)生器中以獲得高溫。
發(fā)明詳述
此處所用的術語"生物質"是指下述產品的可生物降解部分來自農 業(yè)(包括植物來源和動物來源的化合物)、林業(yè)和密切相關的產業(yè)的產品、 廢棄物和殘余物的可生物降解部分，以及來自工業(yè)和家庭的廢棄物的可生 物降解部分。
本發(fā)明的工藝提供一定程度的酶水解，通常為30% 50%。因此，經 液化的生物質將含有較大量的葡萄糖、木糖、纖維二糖、木質素、未降解 纖維素和半纖維素。
如果含多糖的生物質是木質纖維生物質，則預處理必須確保木質纖維
16成分的結構能使酶易于接近。有幾種策略來實現(xiàn)該目的，這些策略都需要
將木質纖維材料在110'C 250'C的溫度處理1分鐘 60分鐘，所述策略例
如是
熱水提取 多步稀酸水解
在相對較寬松的條件下進行稀酸水解 堿性濕法氧化 蒸汽噴發(fā)
本發(fā)明的含多糖的生物質包括含聚合糖(例如，淀粉以及精制淀粉、 纖維素和半纖維素形式)的任何材料。
用于本發(fā)明的酶水解和混合的生物質的相關種類可包括得自農作物的
生物質，例如
淀粉，例如含淀粉的谷物，和精制淀粉
DGS(酒糟及其殘液)(來自常規(guī)乙醇生產的殘余物)
玉米稈 甘蔗渣
秸稈，來自例如水稻、小麥、黑麥、燕麥、大麥、黑麥、葡萄渣、高粱 針葉樹，如樟子松、輻射松 闊葉樹，如柳屬植物、桉屬植物 塊莖，如甜菜根、馬鈴薯
谷物，來自例如水稻、小麥、黑麥、燕麥、大麥、黑麥、葡萄渣、高 粱和玉米
廢紙、來自生物氣加工的纖維部分、肥料、來自油棕櫚加工的殘余物、 市政固體廢棄物或者具有相似干物質含量的類似物
如果含多糖的生物質是木質纖維生物質，則可在預處理前將該材料切
成片狀，其中20°/。(重量/重量)的生物質優(yōu)選為26mm 70mm。優(yōu)選的是，在進入混合裝置實施液化作用之前，經預處理的材料的干物質含量高于
20%。除了從生物質中釋放碳水化合物之外，預處理工藝還有對生物質殺菌
和使生物質部分溶解，同時洗出氯化鉀。
本發(fā)明的液化工藝中所進行的混合至少起到四重效果
首先，它確保了所用的酶和含多糖的生物質(底物)之間的緊密接觸， 因為該生物質在大多數(shù)情況下是不溶解或者僅略微溶解的。
其次，混合過程中對所述材料所做的機械功有助于搗毀較大的生物質 纖維和顆粒，因此幫助增加材料的表面積，這將增加例如纖維素和半纖維 素對所用的酶的可接近性。為了進一步增加對所述材料的機械功，可將會 與所述材料碰撞的鋼珠或類似的工具添加到圓筒中。
第三，實現(xiàn)材料的混合防止高濃度纖維二糖的局部積聚，如同本領域 技術人員所知，這會抑制例如纖維素酶，尤其是纖維二糖水解酶。
第四，纖維素酶的一個重要特征是纖維素結合結構域(CBD)對酶性能的 影響。CBD是纖維素降解酶的功能部分，CBD使水溶性酶能附著到不溶的 底物表面(纖維素)上。由CBD所提供的酶和纖維素之間的緊密聯(lián)系增加了 酶的催化速度和穩(wěn)定性。為了水解纖維素，酶必須改變纖維素鏈上的CBD 的位置。據(jù)信，機械作用(即，混合)對CBD的移動很重要，因此對于酶 作用于纖維素鏈的酶活性也很重要。
除此以外，應當注意，生物質的酶水解通常在裝備有葉輪(例如，Rushton 渦輪或Intemig葉輪)的攪拌罐式反應器中進行，與發(fā)酵工業(yè)所使用的反應 器類似，所述葉輪安裝在中心設置的葉輪軸上。受限于該裝備，高粘性、 非常粘或非常干的物質的溶液不能被有效地攪拌，由此導致混合很差或未 經混合的區(qū)域。此外，攪拌這樣的溶液需要非常大的能量輸入，這對工藝 的經濟性不利。操作含多糖的生物質時，已經預先限制了將干物質含量的 可能上限限制為約20°/。。本發(fā)明的基于重力的混合原理則克服了該問題， 可用于干物質含量高達80%，優(yōu)選為20% 50%的含多糖的生物質。本發(fā)
18明的重力原理的混合易于大規(guī)模化，并且該混合可應用于除精制淀粉外的
含高達多于80%的纖維素的各種生物質。
與通常用于酶水解的常規(guī)的攪拌罐式反應器不同，基于重力原理的混 合裝置，即，圓筒混合機、具有提升生物質的旋轉軸的混合機或采用自由 下落原理的類似的混合裝置，使得即使以較小的能量輸入、即使具有較高 的干物質含量，仍能有效地進行混合，并且通過重力(包括材料和圓筒之 間的剪切力和撕裂力，以及因下落材料和圓筒底部之間的碰撞而產生的力)
進行機械加工/降解，同時對纖維素結合結構域(CBD)對酶特性的影響產生 正面效果。
雖然不易混合的植物材料(例如，具有較高的干物質含量和平均尺寸 較大的纖維和顆粒的含多糖的生物質)的加工對于固態(tài)發(fā)酵或生物反應器 (其中翻轉式混合機用于共混(Giovanozzi等，2002))是己知的，但之前，在 用于隨后的合成氣生產的專用液化工藝中，沒有實施該原理。
本發(fā)明提供了一種用于液化干物質含量較高(例如，干物質含量為 20°/。 80%，優(yōu)選為20% 50%)的生物質的工藝。此外，本發(fā)明的工藝將 有效的液化與直接在氣體發(fā)生器中使用終產品相結合。
將能夠使淀粉、纖維素和半纖維素或它們的多個部分轉化為低聚物和 聚合物的酶添加到生物質中，所添加的酶可以是天然形式或者是使這樣的 酶積聚的微生物體形式。參照所應用的酶的最適宜的pH和最適宜的溫度調 節(jié)生物質的pH和溫度。
取決于酶量，生物質將在3小時 24小時內被液化為不具有任何大纖 維和大顆?；騼H具有少量的大纖維和大顆粒的液體。與隨后的所釋放的糖 的發(fā)酵所用的液化和水解工藝相比，預期可減少酶量。
高度的重力液化的結果是產生干物質含量為20% 50%、適合泵送入 氣體發(fā)生器的漿料。當生物質來自家庭廢棄物時，在將漿料泵送入氣體發(fā) 生器之前將難處理的固體從液相中分離出來是特別有利的。
19理想的是，將漿料泵送入夾帶流氣體發(fā)生器中。由于這樣的氣體發(fā)生器 中需要高溫，所以可將源自下游工序的副產物的烴再次循環(huán)至氣體發(fā)生器。
所述工藝帶來的結果是產生具有較低的堿含量的氣體，所述氣體可以 在僅產生較少的腐蝕問題的情況下被冷卻，以及隨后除去硫和其他顆粒而 被凈化。該凈化后的氣體可以用作合成氣，用于柴油、甲醇、汽油或其他 化學品或用于在電力生產用燃氣渦輪機中燃燒。
所述方法是經濟學有利的，并且適合處理多種多樣的生物質，這使得 有效地生產合成氣成為可能。本發(fā)明的優(yōu)勢是經液化的生物質具有合適的 粒徑和干物質含量，適宜于供給至氣體發(fā)生器并在氣體發(fā)生器中氣化。熱 預處理、酶水解和氣化的這種結合開發(fā)出具有比之前可能的碳利用更有效 的碳利用的生物燃料。此外，可能將堿性化合物以原料添加劑的形式再次 傳送至環(huán)境中。


圖1顯示了本發(fā)明的從生物質轉化為合成氣的流程圖，其中(l)最終 對生物質進行了預處理，目的是為了分解木質素，也為了洗去諸如堿等雜 質；(2)通過使用酶將生物質液化為干物質含量高于20%的可泵送漿料；(3) 通過使用可商購的泵對所述漿料加壓；(4)如果需要，通過添加煤、油或其 他烴調節(jié)粘度和/或熱值；(5)將所述漿料氣化，優(yōu)選的是在加壓的吹氧夾帶 流氣體發(fā)生器中進行氣化；(6)將合成氣冷卻并凈化；和(7)將合成氣轉化為 液體燃料、其他氣體、化學品、塑料或電力。
圖2顯示了 5-室水解反應器的縱向視圖和橫向視圖。 圖3顯示了不同干物質含量的經預處理的麥稈在液化和水解過程中的 葡萄糖濃度。
圖4顯示了具有水壓驅動的無閥門輸送管的雙缸單動式活塞泵。
具體實施例方式
本發(fā)明的方法可釆用下述優(yōu)選的技術參數(shù)進行。
20 進入基于重力的液化工序的生物質的干物質含量20% 80%，優(yōu)選 為25% 70°/。，更優(yōu)選為25°/。 60°/。，甚至更優(yōu)選為25% 50%或者25°/。
40%，最優(yōu)選為25% 35%。木質纖維生物質的纖維和顆粒尺寸的分布 0mm 150mm，優(yōu)選為5mm 125mm，更優(yōu)選為10mm 100mm，甚至更 優(yōu)選為15mm 90mm或者20mm 80mm，最優(yōu)選為26mm 70mm。將纖 維和顆粒尺寸的優(yōu)選的分布定義為至少20%(重量/重量)的木質纖維生物質 落入優(yōu)選區(qū)間內。
如果含多糖的生物質是木質纖維生物質，則必須通過例如熱水提取將 其預處理。如果選擇水熱預處理，則下述技術設置是優(yōu)選的
預處理溫度110°C 250°C,優(yōu)選為120°C 240°C，更優(yōu)選為130 。C 23(TC，更優(yōu)選為140°C 220°C，更優(yōu)選為150°C 210°C，更優(yōu)選為 160。C 200。C，甚至更優(yōu)選為170。C 200。C，最優(yōu)選為180。C 200。C。
預處理時間l分鐘 60分鐘，優(yōu)選為2分鐘 55分鐘，更優(yōu)選為3 分鐘 50分鐘，更優(yōu)選為4分鐘 45分鐘，更優(yōu)選為5分鐘 40分鐘，更 優(yōu)選為5分鐘 35分鐘，更優(yōu)選為5分鐘 30分鐘，更優(yōu)選為5分鐘 25 分鐘，更優(yōu)選為5分鐘 20分鐘，最優(yōu)選為5分鐘 15分鐘。
預處理后的干物質含量為至少20重量/重量％，優(yōu)選為25重量/重量 % 45重量/重量％。
含多糖的生物質在重力混合機中的酶處理
如果使用基于自由下落混合理念的、反應器形式的、具有提升生物質的 水平放置的攪拌軸的容器或者類似的混合裝置，則下述技術設置是優(yōu)選的-
轉速0rpm 30rpm，優(yōu)選為0 rpm 20 rpm，更優(yōu)選為0rpm 15 rpm， 甚至更優(yōu)選為0rpm 10rpm，最優(yōu)選為0 rpm 5 rpm。
以周期性交替的旋轉方向旋轉。
以預定的間隔旋轉。
最佳轉速取決于容器的體積，因此當在相對較小的容器中進行該工序時，優(yōu)選的轉速可以相對較高，而在相對較大的容器中進行該工序時，轉 速可以較低。
用于木質纖維生物質的酶
- 纖維二糖酶(例如，Novozym188)
- 纖維素酶(例如，Celluclastl.5FGL)
以濾紙酶活單位(FPU)/g DM(干物質)表示酶量。1FPU等于在本領域 技術人員所公知的特定條件下在Whatmann#l濾紙上每分鐘水解lpmol的 葡萄糖苷鍵所需的酶量。不過，原則上可以以任何可能的形式提供酶活性， 包括通過添加產生所需酶活性的微生物相當于0.001FPU/g干物質 15FPU/g干物質，優(yōu)選為0.01FPU/g干物質 10FPU/g干物質，更優(yōu)選為 0.1FPU/g干物質 8FPU/g干物質，更優(yōu)選為lFPU/g干物質 4FPU/g干物 質，最優(yōu)選為小于3FPU/g干物質。
用于含淀粉的生物質的酶
- 在淀粉處理中的酶a-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶。
酶水解的處理時間0小時 72小時，優(yōu)選為1小時 60小時，更 優(yōu)選為2小時 48小時，更優(yōu)選為3小時 24小時，例如4小時 24小時， 例如6小時 24小時，例如8小時 24小時，例如10小時 24小時，例 如12小時 24小時，例如18小時 24小時或者22小時。參考所應用的 酶活性的最佳溫度調節(jié)酶水解的溫度。
參考所應用的酶活性的最佳pH調節(jié)生物質的pH:優(yōu)選為4 12，例 如3 11，例如5 10'例如6 9，例如7 S。
添加諸如氧氣或氫氣等化學物質以增加木質素的分解。
酶處理可分批進行、補料分批進行或連續(xù)進行，所得的經液化的可泵 送漿料適合泵送入諸如夾帶流氣體發(fā)生器等加壓氣體發(fā)生器中。因此，所 述生物質漿料主要僅包含尺寸低于lmm的顆粒，所述尺寸優(yōu)選低于0.9mm， 更優(yōu)選低于0.8mm，例如低于0.7mm，優(yōu)選低于0.6mm，更優(yōu)選低于0.5mm，例如低于0.4mm，優(yōu)選低于0.3mm，更優(yōu)選低于0.2mm，例如低于O.lmm。如果經液化的生物質的熱值過低，則為了獲得離開氣體發(fā)生器的較高的出口溫度，可能必須將一些"額外的"烴添加至氣體發(fā)生器中。這樣的烴可以是石油或柴油生產的再循環(huán)副產物，或者其他低價值的烴產物。
一般而言，優(yōu)選的是干物質含量較高的漿料。較高的干物質含量會增加粘性并降低可泵送性?？赏ㄟ^將油添加到經液化的生物質中來進行粘度的調節(jié)，同時調節(jié)熱值。獲得同樣效果的另一種方法是干燥與延長液化時間的組合。
實施例
實施例l:經預處理的麥稈的酶液化
將相當于7kg DW(= 20kg經預處理的秸稈)的平均尺寸為約40mm的壓制的經預處理的麥稈(通過在18(TC 20(TC逆流水提5分鐘 10分鐘來進行預處理，水和干物質流的比例為5:1)放入常規(guī)的旋轉水泥混合機中，并將水平軸傾斜約10度。該混合機沿長軸具有兩根內部肋筋，從而確保材料的混合。在開口處加蓋以避免材料從混合機中蒸發(fā)。混合機圓筒以29rpm的速度沿水平軸旋轉。
將200mL 1150mL的Celluclast 1.5FG L和40mL 225mL的Novozym188添加到秸稈中，最終的干物質含量為30%，酶量相當于3FPU/g DM 15FPU/gDM。通過添加碳酸鈉將pH調節(jié)為4.8 5.0。
通過使用熱風機將水泥混合機加熱到40°C 45°C。對材料的混合/水解進行22小時。取決于酶量，該過程產生了沒有任何大纖維殘留的或多或少具有粘性的液體。經預處理的秸稈在約3小時 5小時內被降解成糊狀物?；旌?小時 24小時后，該糊狀物變?yōu)檎承砸后w。僅以經預處理的麥稈或者在僅16(TC但使用相同酶量的條件下預處理的麥稈進行的對照實驗表明沒有秸稈液化的跡象。
將所得的材料以2500rpm離心15分鐘，通過0.45jnm的過濾器過濾上清液，并在HPLC上對糖進行分析。在15FPU/g DM的酶量水解24小時后，上清液含70g/L葡萄糖、30g/L木糖。這相當于原本存在于秸稈中的纖維素和半纖維素的50%發(fā)生水解。
實施例2: 20%DM 40°/。DM的生物質的酶液化和酶水解為了進行固體濃度高于20%DM的液化和水解實驗，設計了水解反應器。該反應器(圖2)由水平放置的圓筒構成，所述圓筒分成5個單獨的室，每個20cm寬、直徑為60cm，利用每個室中的設置有三個槳葉的水平旋轉軸進行混合/攪動。使用l.lkW電動機作為驅動器，并將轉速調節(jié)為2.5rpm 16.5rpm。將旋轉方向設定為每分鐘在順時針方向和逆時針方向之間變換兩次。反應器外部的充水加熱套能控制溫度達到8(TC。
將平均尺寸為約40mm的壓制的經預處理的麥稈(通過在180°C 200'C逆流水提5分鐘 10分鐘來進行預處理，水和干物質流的比例為5:1)和水填充入所述室中，使得初始DM含量為20% 40%。添加比例為5:1的Celluclast 1.5FGL和Novozym 188，使得酶量為7FPU每g DM。在50。C和pH4.8 5.0進行液化和水解?；旌纤俣葹?.6rpm。初始DM含量高達40%DM時仍可能進行液化和水解(圖3)。
實施例3:完整農作物的液化(淀粉和木質纖維素)可同時采用重力混合以及纖維素酶、半纖維素酶和淀粉酶的混合物加工含木質纖維和淀粉的生物質。所述木質纖維生物質得自農作物，所述農作物包括例如玉米桿，來自水稻、小麥、黑麥、燕麥、大麥、黑麥、葡萄渣和高粱的秸稈；塊莖，例如甜菜根、馬鈴薯；谷類，所述谷類來自例如水稻、小麥、黑麥、燕麥、大麥、黑麥、葡萄渣和高粱；木材，所述木材由針葉樹(如樟子松、輻射松)和闊葉樹(如柳屬植物、桉屬植物)組成；市政固體廢棄物，廢紙和類似的生物質。
將實施例3中描述的水解反應器用于實驗。通過在180。C 20(TC逆流水提5分鐘 10分鐘來預處理麥稈(主要的木質纖維素來源)，其中水和干物質流的比例為5:1。采用Kongskiide輥磨機將麥粒(主要的淀粉來源)干式碾磨。將所述麥粒和平均尺寸為約40mm的經預處理的秸稈基于干重以1:1的比例混合。通過添加水將DM調節(jié)為30%DM 40%DM。添加比例為5:1的Celluclast 1.5FGL和Novozym 188，使得酶量為7FPU每g麥稈DM。以3.5g每kg麥粒的量使用冷的麥芽漿酶(mash enzyme)NS50033(NovozymesA/S, Bagsvard，丹麥)進行淀粉水解。在5(TC和pH4.8 5.0進行液化和水解。與僅使用秸稈相比，將秸稈與谷物混合導致快速液化和葡萄糖的快速積聚。隨后，可通過將所得的經液化的生物質漿料泵送入諸如中試規(guī)模的5MW加壓夾帶流氣體發(fā)生器等熔渣夾帶流氣體發(fā)生器中來獲得合成氣。可使用具有專用的、鋒利的、加載有彈簧的錐形閥的栓塞泵來獲得所需的壓力。具有機械操作或電力操作的抽氣機和提供強制開啟和關閉功能的排出閥的泵將使堵塞問題最小化?？梢砸月菪帽３质?jié){料定量流向加壓至26巴的氣體發(fā)生器室。一種市售泵示于圖4 中
畫D-23306-56832,html)。通過空氣作用以加壓的純02將漿料霧化。為了安
全起見，可以可選地保持以天然氣引燃火焰，以補償輻射屏障中的熱損失。
在商業(yè)規(guī)模的氣體發(fā)生器中，這可以忽略不計。
所生產的合成氣幾乎不含焦油和CH4。所述合成氣包含，例如
CO 40體積％ 50體積％; H2 25體積％ 30%體積°/。； C02 15體積％
20體積％; N2 7體積。/。 U體積％; CH4小于0.1體積％; H2S 15 ppm
30ppm;
尤其是N2和H2S含量很大程度上取決于所用的生物質類型。在商業(yè)用熔渣夾帶流氣體發(fā)生器中，40巴的壓力和130(TC 1500。C就足夠了。熔渣和灰分被回收。如果經液化的生物質的熱值過低，則為了獲得離開氣體發(fā)生器的高出口溫度，可能必須將一些"額外的"烴添加到該氣體發(fā)生器中。這樣的烴可以是石油或柴油生產的再循環(huán)副產物，或者其
25他低價值的烴產物。
一般而言，優(yōu)選的是干物質含量較高的漿料。較高的干物質含量會增加粘性并降低可泵送性?？赏ㄟ^將油添加到經液化的生物質中來進行粘度的調節(jié)，同時調節(jié)熱值。獲得同樣效果的另一種方法是干燥與延長液化時間的組合。
所引用的參考文獻
DE 10210178. Treating flowable materials in super-critical water comprisesproducing aqueous educt stream from flowable materials and heating, heatingwater stream to super-critical temperature and mixing both streams in reactor,德國卡爾斯魯研究中心(ForschungszentrumKarlsruhe GmbH).
ECN: van der Drift, A., Boerrigter H., Coda B.， Cieplik M.K.， Hemmes K.Entrained flow gasification of biomass. Ash behaviour, feeding issues, andsystem analysis. ECN- report C—04-039， 2004.
Giovannozzi-Sermanni， G" D'Annibaie, A., Perani， C， Porri， A., Falesiedi， G.(2002). Solid-state bioreactors for the sustainability.
http :〃www. unitus. it/dipartimenti/dabac/progetti/ssbioreactors/solidstatebioreactor.htm
Hamelinck CN， Faaij APC， Uil H， Boerrigter H. Production of FT fUels frombiomass, 2003年3月，ISBN 90-393-3342-4
Henrich E.， Dinjus E. Tar-free， high pressure synthesis gas from biomass. Expert
Meeting on Pyrolysis and Gasification of Biomass;斯特拉斯堡，法國；2002
年9月30日 10月1曰。
LLC: Frontline BioEnergy， LLC. What is biomass
http:〃www.frontlinebioengergy.com/id 15.html (16，05,2006)
RRI: Research Reports International. Gasification for Power Generation, 第一
版，2005年9月。
2權利要求
1、一種由含多糖的生物質生產合成氣的方法，所述方法包括使所述生物質經歷下述步驟-在干物質含量高于20％的條件下將所述生物質酶液化和酶水解為低聚物和聚合物，由此得到干物質含量為20％～50％的生物質漿料；和隨后通過泵送將所述生物質漿料轉移入加壓的氣體發(fā)生器中，從而進行隨后的合成氣生產。
2、 如權利要求l所述的方法，其中，在泵送液相之前，另外將至少部分固相從所述生物質槳料中除去。
3、 如權利要求1 2任一項所述的方法，其中，得自所述酶水解的所述液體生物質漿料僅含有尺寸小于lmm的顆粒。
4、 如權利要求1 3任一項所述的方法，其中，在將所述生物質漿料泵送入所述加壓的氣體發(fā)生器之前，調節(jié)所述生物質漿料的粘度。
5、 如權利要求4所述的方法，其中，所述粘度的調節(jié)是通過干燥或通過添加油類而實現(xiàn)的。
6、 如權利要求1 5任一項所述的方法，其中，將烴和所述生物質一起添加到所述加壓的氣體發(fā)生器中。
7、 如權利要求6所述的方法，其中，所述烴是通過下游副產物例如廢氣的再循環(huán)而獲得的。
8、 如權利要求i 7任一項所述的方法，其中，在將所述生物質漿料轉移至所述加壓的氣體發(fā)生器之前，將造渣添加劑添加到所述生物質漿料中。
9、 如權利要求1 8任一項所述的方法，其中，在將所述生物質漿料轉移至所述加壓的氣體發(fā)生器之前，從所述生物質中除去堿性鹽。
10、 如權利要求9所述的方法，其中，所述堿性鹽與糖一起以適合用于飼料的營養(yǎng)性添加劑的形式被除去并收集。
11、 如權利要求1 10任一項所述的方法，其中，所述液化和水解在超重力條件下進行。
12、 如權利要求ll所述的方法，其中在所述液化和水解過程中，所述含多糖的生物質的混合依賴于自由下落混合機，例如轉鼓混合機、翻轉混合機或類似的混合裝置。
13、 如權利要求1 12任一項所述的方法，其中，所述干物質含量高于20%的含多糖的生物質漿料得自下述物質來自農業(yè)(包括植物來源和動物來源的化合物)、林業(yè)和密切相關的產業(yè)的產品、廢棄物和殘余物的可生物降解部分，或者來自工業(yè)和家庭的廢棄物的可生物降解部分。
14、 如權利要求1 13任一項所述的方法，其中，所述干物質含量高于20%的含多糖的生物質漿料是木質纖維生物質或者部分是木質纖維生物質，所述木質纖維生物質得自農作物，所述農作物包括例如玉米桿，甘蔗渣，來自水稻、小麥、黑麥、燕麥、大麥、黑麥、葡萄渣和高粱的秸稈；塊莖，例如甜菜根、馬鈴薯；谷類，所述谷類來自例如水稻、小麥、黑麥、燕麥、大麥、黑麥、葡萄渣和高粱；木材，所述木材由例如樟子松、輻射松等針葉樹和例如柳屬植物、桉屬植物等闊葉樹組成；或者市政固體廢棄物、廢紙；來自生物氣加工的纖維部分、肥料以及類似的生物質。
15、 如權利要求1 13任一項所述的方法，其中.，所述干物質含量高于20%的含多糖的生物質漿料是淀粉，例如含淀粉的谷物或精制淀粉。
16、 如權利要求1 13任一項所述的方法，其中，所述干物質含量高于20°/。的含多糖的生物質漿料是例如含淀粉的谷物或精制淀粉的淀粉和木質纖維生物質的混合物，所述木質纖維生物質得自農作物，所述農作物包括例如玉米桿；來自例如水稻、小麥、黑麥、燕麥、大麥、黑麥、葡萄渣和高粱的秸稈；塊莖，例如甜菜根、馬鈴薯；谷類，所述谷類來自例如水稻、小麥、黑麥、燕麥、大麥、黑麥、葡萄渣和高粱；木材，所述木材由例如樟子松、輻射松等針葉樹和例如柳屬植物、桉屬植物等闊葉樹組成；市政固體廢棄物，廢紙和類似的生物質。
17、 如權利要求12 16任一項所述的方法，其中，對所述干物質含量高于20%的含多糖的生物質漿料進行熱預處理。
18、 如權利要求17所述的方法，其中，所述熱預處理包括添加誘發(fā)木質素降解的化學品。
19、 如權利要求1 18任一項所述的方法，其中，預處理和液化后，所述含多糖的生物質的干物質含量是25% 80%。
20、 如權利要求1 19任一項所述的方法，所述方法分批進行、補料分批進行、連續(xù)進行或以類似工藝進行。
全文摘要
本發(fā)明涉及由生物質生產合成氣的方法，該方法使得能夠通過合成氣的形成將經預處理的具有較高干物質含量的生物質轉化為諸如汽油、柴油、化學品和塑料等電學類產品或油類產品。生物質被轉化為具有合適的粒徑和干物質含量的生物質漿料，從而能夠在加壓氣體發(fā)生器中進行理想的給料和氣化。
文檔編號C12P5/02GK101501201SQ200780026403
公開日2009年8月5日 申請日期2007年5月24日 優(yōu)先權日2006年5月26日
發(fā)明者揚·拉森, 紐爾斯·亨利臣, 馬丁·豪治·姆拿 申請人:艾爾薩姆紙業(yè)有限公司