處理有機(jī)材料以生產(chǎn)甲烷氣體的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種處理有機(jī)材料以生產(chǎn)甲烷氣體的方法，該方法包括以下步驟：a)使含有有機(jī)材料的有機(jī)原料在至少一個(gè)反應(yīng)階段內(nèi)在亞臨界條件下經(jīng)受液化過程，以獲得含有低分子量材料和任選的木質(zhì)素的混合物；b)使所獲得的含有低分子量材料和任選的木質(zhì)素的混合物經(jīng)受甲烷發(fā)酵過程；其中所述有機(jī)原料在所述液化之前和/或所述液化期間含有液態(tài)水和/或與液態(tài)水結(jié)合，以及在a)中對(duì)于所述至少一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)階段內(nèi)的亞臨界條件是在小于1分鐘的反應(yīng)時(shí)間期間內(nèi)280-374℃的溫度，其中如果在步驟a)中使用超過一個(gè)反應(yīng)階段，那么使每個(gè)反應(yīng)階段之后獲得的混合物經(jīng)受產(chǎn)生的低分子量材料與處理過的原料的剩余固體材料的分離。
【專利說明】處理有機(jī)材料以生產(chǎn)甲烷氣體的方法
發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種降解有機(jī)材料和生產(chǎn)甲烷氣體的工藝。
技術(shù)背景
[0002]用于將有機(jī)材料降解并轉(zhuǎn)化成增值的化合物的不同的工藝是已知的。有機(jī)物在亞臨界條件中或超臨界條件中的降解是已知的。有機(jī)材料例如生物質(zhì)和廢料的厭氧發(fā)酵、消化是生產(chǎn)呈能夠升級(jí)為甲烷的主要含有甲烷和二氧化碳的沼氣形式的能量的越來越普遍的方法。同時(shí)，在厭氧發(fā)酵之前的不同的預(yù)處理是已知的，例如在亞臨界條件或超臨界條件中使用超聲進(jìn)行研磨處理，使用N-甲基嗎啉-N-氧化物(NMMO)進(jìn)行蒸汽閃爆(steamexplosion)處理。
[0003]廢水污泥的厭氧消化是減少污泥體積并且同時(shí)獲得增值產(chǎn)品、能源的常用方法。中溫消化通常發(fā)生在大約35°C持續(xù)20-25天。高溫消化發(fā)生在大約50°C且具有較短的保持時(shí)間。中溫消化使用的更普遍些但是污泥的高溫消化隨著對(duì)沼氣的需求和使用的增加而增加。另一個(gè)因素是對(duì)消毒污泥的需要以便使污泥能夠應(yīng)用到農(nóng)田中。對(duì)于這樣的應(yīng)用，高溫消化可能是令人關(guān)注的。最常用的底物(substrate)是玉米和生物質(zhì)。
[0004]甲烷發(fā)酵是在具有細(xì)菌影響的厭氧條件下進(jìn)行的。合適的起始材料是例如農(nóng)業(yè)廢料或來自人、有機(jī)材料的廢料，優(yōu)選不含大量的木質(zhì)素。這些底物的共同特征是消化的保持時(shí)間可以非常長，有時(shí)達(dá)到6個(gè)月。
[0005]JP2001-262162公開了一種從生物質(zhì)生產(chǎn)燃料的方法。該方法包括提供生物質(zhì)，降解原材料，在亞臨界或超臨界狀態(tài)用水將原材料制成漿體以降低分子量并且其后通過使用細(xì)菌在降解后獲得的液體上進(jìn)行甲烷發(fā)酵。第一降解過程在亞臨界狀態(tài)或超臨界狀態(tài)在大約200-500°C的溫度、大約10-30MPa的壓力和在I分鐘到10小時(shí)期間進(jìn)行。隨后的發(fā)酵進(jìn)行10-100小時(shí)。
[0006]EP1561730公開了一種用于生產(chǎn)甲烷氣體的方法。該方法包括用超臨界水和亞臨界水中的至少一種處理有機(jī)廢料以轉(zhuǎn)化有機(jī)廢料成低分子量物質(zhì)，然后使液體低分子量物質(zhì)經(jīng)受甲烷發(fā)酵。在亞臨界處理中溫度為大約440-553K且在大約0.8-6.4MPa的壓力和1-20分鐘期間。甲烷發(fā)酵在常規(guī)條件下在大約37-55°C的溫度下進(jìn)行大約5-48小時(shí)。
[0007]當(dāng)進(jìn)行有機(jī)材料的降解時(shí)，常常要么反應(yīng)沒有被驅(qū)動(dòng)得足夠充分以致僅部分固體被分解，要么反應(yīng)被過度驅(qū)動(dòng)，導(dǎo)致有價(jià)值的中間組分被進(jìn)一步分解成二氧化碳，如果將要獲得增值產(chǎn)品這是不可取的。
[0008]仍然存在對(duì)發(fā)現(xiàn)以資源有效的并因此在經(jīng)濟(jì)上有利的方式來增加有機(jī)物的降解和獲得高產(chǎn)量的高價(jià)值最終產(chǎn)物的新方式的需要。
[0009]發(fā)明概述
[0010]本發(fā)明的目的是提供一種能夠有效利用有機(jī)物的有效工藝。本發(fā)明提供了一種用于有機(jī)材料的快速降解和所獲得的降解的材料發(fā)酵的工藝。初始降解過程是液化，其中有機(jī)材料被降解成單體和/或低聚物， 并且如果有機(jī)材料含有木質(zhì)纖維素材料，還獲得木質(zhì)素。發(fā)酵這些短鏈單體和/或低聚物以及任選的木質(zhì)素以獲得作為增值最終產(chǎn)物的甲烷。
[0011]本發(fā)明涉及一種處理有機(jī)材料以生產(chǎn)甲烷氣體的方法，該方法包括以下步驟:
[0012]a)使含有有機(jī)材料的有機(jī)原料在至少一個(gè)反應(yīng)階段內(nèi)在亞臨界條件下經(jīng)受液化過程，以獲得含有低分子量材料和任選的木質(zhì)素的混合物；
[0013]b)使所獲得的含有低分子量材料和任選的木質(zhì)素的混合物經(jīng)受甲烷發(fā)酵過程；
[0014]其中所述有機(jī)原料在所述液化之前和/或所述液化期間含有液態(tài)水和/或與液態(tài)水結(jié)合，以及在a)中對(duì)于所述至少一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)階段內(nèi)的亞臨界條件是在小于I分鐘的反應(yīng)時(shí)間期間內(nèi)280-374°C的溫度。
[0015]發(fā)明詳述
[0016]術(shù)語亞臨界水指的是在水的常壓沸點(diǎn)和臨界溫度(3740C )之間的溫度下的液態(tài)水。通過在亞臨界條件(其中溫度是在280-374°C范圍內(nèi))處理有機(jī)底物(原料)短的時(shí)間段，例如I分鐘以下，在液相中生成糖的單體和/或低聚物的混合物。優(yōu)選地，所獲得的液相含有單體和/或低聚物的混合物。木質(zhì)纖維素材料液化之后剩余的固體殘留物主要含有木質(zhì)素以及微量的其他化合物。有機(jī)底物可以添加到水或含水相中或添加水或含水相，并隨后根據(jù)本發(fā)明加熱到亞臨界條件。有機(jī)底物還可以添加熱加壓的水，并因此通過此添加而獲得所述亞臨界條件。
[0017]木質(zhì)素中的單體由不同類型的醚和碳-碳鍵連接，它們是無規(guī)分布的。木質(zhì)素也形成鍵合至多糖且尤其是半纖維素的許多鍵。由于這些交鍵，含有木質(zhì)素的材料與削弱的可消化性有關(guān)。根據(jù)本發(fā)明的液化過程改變了材料的結(jié)構(gòu)；其打開了有機(jī)材料的結(jié)構(gòu)使得有機(jī)材料更容易受不同的組分和條件影響。如果有機(jī)材料含有木質(zhì)纖維素材料，那么液化會(huì)破碎或打開木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)，使得纖維素和半纖維素容易降解成較低碳原子含量的糖。進(jìn)一步地，存在于木質(zhì)纖維素材料中的木質(zhì)素在液化期間與多糖的鍵合變得不太緊密且因此獲得更開放且更不纏結(jié)(untangled)的結(jié)構(gòu)。木質(zhì)素的這種更開放且更不纏結(jié)的結(jié)構(gòu)也可以使得以后降解木質(zhì)素本身成為可能，因?yàn)樗ㄟ^液化過程更容易用于隨后的發(fā)酵。通常從待發(fā)酵的材料中分離出木質(zhì)素，但是根據(jù)本發(fā)明，木質(zhì)素可以存在于發(fā)酵期間并且因此可有助于進(jìn)一步降解，導(dǎo)致獲得的增值產(chǎn)品的量增加。
[0018]木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)在280_374°C的溫度下變得不纏結(jié)并且在這種狀態(tài)下木質(zhì)素對(duì)甲烷發(fā)酵敏感。本發(fā)明不僅可以能夠降解木質(zhì)纖維素材料的纖維素和半纖維素，而且還能夠?qū)⒛举|(zhì)素降解成增值產(chǎn)品，例如甲烷。因此，無需分離處理來分離木質(zhì)素就增強(qiáng)了有機(jī)原料完全轉(zhuǎn)化成甲烷。
[0019]在隨后的發(fā)酵之前，通過在亞臨界條件下采用液化，使得原始有機(jī)材料(原料)更容易消化并且原始有機(jī)材料可以從大范圍的底物中選擇。并且，隨后甲烷發(fā)酵的保持時(shí)間可以通過最初采用液化而顯著地降低并且因此根據(jù)本發(fā)明的工藝減少了整個(gè)工藝時(shí)間。進(jìn)一步地，甲烷或其他增值產(chǎn)品的產(chǎn)量可以通過使用根據(jù)本發(fā)明的工藝增加。如果污泥用作引入的有機(jī)材料，將對(duì)污泥消毒以及消除細(xì)菌，甚至可能消除病毒。液化帶來了優(yōu)化能量和水平衡的條件。與傳統(tǒng)方法相比，由于結(jié)合之前的液化過程，甲烷發(fā)酵步驟之后剩余的殘留物減少。在甲烷發(fā)酵步驟之前采用液化可以在甲烷發(fā)酵期間減少酶、酸和/或凝結(jié)劑的需要量。在甲烷發(fā)酵過程之前采用液化過程的另一個(gè)積極的特征是含有抑制劑(例如抑制重金屬，如鎘)的有機(jī)材料，與沒有這種預(yù)處理相比，可在液化的幫助下對(duì)甲烷發(fā)酵步驟中的細(xì)菌起到更好的作用。
[0020]在液化過程中原料的降解可以在沒有添加化學(xué)品到加工原料中的情況下進(jìn)行。纖維素和半纖維素降解之后，剩余的木質(zhì)素不是保持在加工物流中并且可以在下面的甲烷發(fā)酵步驟中降解，或從加工物流中分離。如果分離，木質(zhì)素然后能夠被進(jìn)一步加工用作燃料或化學(xué)品。如果木質(zhì)素被保持在加工物流中，在下面的甲烷發(fā)酵步驟中可能的降解可以為本發(fā)明的工藝增加增值產(chǎn)品例如甲烷的總產(chǎn)量而無需做額外的處理。
[0021]不僅是液化過程之后獲得的液相可以被轉(zhuǎn)移到隨后的甲烷發(fā)酵步驟以生產(chǎn)甲烷。漿體中的木質(zhì)素已經(jīng)通過液化更容易利用并且可能在隨后的甲烷發(fā)酵步驟中降解，并且在這種情況下有助于增加增值產(chǎn)品甲烷的量，因此也將意味著對(duì)于整個(gè)工藝總殘留物的量減少。
[0022]液化過程可以作為一個(gè)單獨(dú)階段或以幾個(gè)隨后的階段進(jìn)行。如果進(jìn)行超過一個(gè)階段，獲得的液相可以從那個(gè)階段的有機(jī)材料殘留物中分離，并且隨后所述有機(jī)材料殘留物可以經(jīng)受進(jìn)一步地液化階段，優(yōu)選每個(gè)階段后分離液相。另外，如果采用超過一個(gè)階段，在不同的液化階段的條件可以不同。階段可以存在不同的溫度或溫度曲線，例如，液化過程從具有較低溫度的階段開始，并且隨后每個(gè)階段具有與之前階段相比增加的溫度。在一個(gè)或多個(gè)根據(jù)本發(fā)明的液化階段期間的溫度為大約280-374°C，優(yōu)選290-370°C，例如290-330°C。對(duì)于一些材料溫度優(yōu)選為300-360°C，更優(yōu)選300-350°C，例如310_340°C、320-340°C或330-350°C。工藝的溫度可以迅速地或緩慢地增加但是無論如何溫度必須達(dá)到280-374?的溫度以確保根據(jù)本發(fā)明的液化。通常，液化過程的溫度取決于引入的有機(jī)材料。材料越硬，溫度應(yīng)當(dāng)越高。每個(gè)隨后的階段的溫度相比于前一階段的溫度可能增加或者在某一溫度保持不變。在整個(gè)液化過程中可能存在對(duì)于將有機(jī)組分分解成合適的低聚物和/或單體來說是最佳的溫度梯度。
[0023]如果獲得的液相將從液化步驟的有機(jī)材料殘留物中分離，那么液化之后溫度立即降到至多200°C以便于分離。優(yōu)選分離期間溫度是在160-200°C范圍內(nèi)，更優(yōu)選160_180°C，該溫度取決于進(jìn)一步的分解在`分離期間應(yīng)當(dāng)被抑制。此外，至多200°C的溫度是目前現(xiàn)有的分離設(shè)備在沒有對(duì)設(shè)備施加太高壓力的情況下能夠處理的水平。合適的分離設(shè)備的例子是離心機(jī)和旋液分離器。
[0024]如果在液化期間存在超過一個(gè)的反應(yīng)階段，每個(gè)階段應(yīng)當(dāng)在比之前的階段增加的溫度下進(jìn)行。每個(gè)反應(yīng)階段后，溫度應(yīng)當(dāng)降到至多200°C以停止進(jìn)行的反應(yīng)。
[0025]任選地，在上述提到的在至少280°C的溫度進(jìn)行液化之前，有機(jī)原料可以在大約230-280°C，優(yōu)選230-270°C或240_260°C的較低溫度經(jīng)受預(yù)處理步驟。這樣的預(yù)處理步驟可以在所述溫度進(jìn)行I秒到2分鐘，例如5秒到I分鐘或10-30秒之間的時(shí)間段。如果預(yù)處理步驟在280-374°C的所述液化之前進(jìn)行，從預(yù)處理步驟獲得的任何液相必須在進(jìn)行280-374°C的液化之前從有機(jī)材料殘留物中分離。從預(yù)處理步驟獲得的任何液相可以進(jìn)行至甲烷發(fā)酵步驟用于進(jìn)一步生產(chǎn)增值產(chǎn)品。
[0026]工藝可能涉及在通過熱加壓的水(HCV)處理的有機(jī)原料的亞臨界溫度下反復(fù)液化，所述工藝包括:
[0027]-將有機(jī)原料供給到I號(hào)反應(yīng)器中，其中部分原料是液化的；
[0028]-分離I號(hào)中的液相溶液，并且因此來自處理過的原料漿體的水和水溶性組分從所述I號(hào)反應(yīng)器中排出；
[0029]- 將含有固體材料的處理過的原料漿體供給到2號(hào)反應(yīng)器中，其中部分剩余的有機(jī)材料是液化的；以及
[0030]-分離2號(hào)中的液相溶液，并且因此來自進(jìn)一步處理過的原料漿體的水和水溶性組分從所述2號(hào)反應(yīng)器中排出。
[0031]在工藝中涉及附加的和隨后的反應(yīng)器并且因此供給和分離步驟，以便在各個(gè)反應(yīng)器3到N之后分離液相溶液3到N。反應(yīng)器的數(shù)目可以根據(jù)本發(fā)明變化，取決于原料和在分離的產(chǎn)品中期望的組成。
[0032]選擇使用亞臨界條件的水，因?yàn)榕c使用超臨界條件的水相比，從能量角度認(rèn)為是更好的，以及對(duì)設(shè)備的腐蝕較小并且過度促進(jìn)反應(yīng)獲得水和二氧化碳的風(fēng)險(xiǎn)較低。
[0033]反應(yīng)時(shí)間是本發(fā)明的重要特征。如果反應(yīng)時(shí)間設(shè)置的太短，轉(zhuǎn)化進(jìn)行的不充分，不能獲得高收率的期望的單體和/或低聚物，并且如果反應(yīng)時(shí)間設(shè)置的太長，太高百分率的單體進(jìn)一步降解成二氧化碳和水，即導(dǎo)致所謂的持續(xù)有害的分解。在液化過程中的所述一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)階段內(nèi)的反應(yīng)時(shí)間小于I分鐘，優(yōu)選0.05-55秒，優(yōu)選0.5-50秒，優(yōu)選1_40秒，優(yōu)選5-40秒，以及最優(yōu)選10-30秒。
[0034]液化過程的階段可以按照間歇式、半-間歇式或連續(xù)工藝進(jìn)行。優(yōu)選為連續(xù)工藝。使用的反應(yīng)器可以是單獨(dú)的或一系列的間歇式反應(yīng)器，或者流動(dòng)反應(yīng)器例如管式反應(yīng)器。任選地，可以使用幾個(gè)流動(dòng)反應(yīng)器，例如不同步的兩個(gè)反應(yīng)器，其中在一個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行生物質(zhì)的裝載而在第二個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，因此能夠獲得連續(xù)凈流。如果使用流動(dòng)反應(yīng)器，在高壓下將有機(jī)材料的漿體泵送通過加熱區(qū)域，使其暴露于使水處于亞臨界條件的溫度下。優(yōu)選在加熱區(qū)域內(nèi)漿體處于之前公開的亞臨界條件下的停留時(shí)間與上述提到的反應(yīng)時(shí)間是相同的。
[0035]液化需要的亞臨界條件是通過加熱和任選地加壓有機(jī)物質(zhì)和含水液體的混合物到需要的溫度，和/或有機(jī)物質(zhì)經(jīng)受熱加壓的水達(dá)到需要的溫度獲得的。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，加熱和加壓有機(jī)材料和液態(tài)水的漿體直至達(dá)到根據(jù)本發(fā)明的亞臨界條件。在另一個(gè)實(shí)施方式中將有機(jī)材料與加壓的液態(tài)水混合然后加熱直至達(dá)到根據(jù)本發(fā)明的亞臨界條件。在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施方式中，將有機(jī)材料與加壓的液態(tài)水混合然后加熱，其后添加所制備的熱加壓的水直至達(dá)到根據(jù)本發(fā)明的亞臨界條件。又另一個(gè)實(shí)施方式涉及有機(jī)材料與加壓的液態(tài)水混合然后加熱；其后添加所制備的熱加壓的水直至達(dá)到根據(jù)本發(fā)明的亞臨界條件。HCW通過一個(gè)循環(huán)或重復(fù)的循環(huán)注入到間歇式反應(yīng)器；通過一個(gè)循環(huán)或重復(fù)的循環(huán)注入到一系列的間歇式反應(yīng)器；或者通過一個(gè)循環(huán)注入到流動(dòng)反應(yīng)器。
[0036]當(dāng)原料的液化僅在一個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行時(shí)，反應(yīng)可能沒有被驅(qū)動(dòng)得足夠充分以至于僅部分固體被液化，或者當(dāng)反應(yīng)被過度驅(qū)動(dòng)時(shí)，有價(jià)值的組分進(jìn)一步分解，這是不期望的。因此，有意義的是，在反復(fù)的步驟中進(jìn)行液化，并且當(dāng)液化剩余的固體時(shí)，在將要進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)之前，在每個(gè)反應(yīng)器之后對(duì)有價(jià)值的部分進(jìn)行分離。如此，與試圖在僅一個(gè)或可能兩個(gè)步驟中液化相比，根據(jù)本發(fā)明可以不同地且更經(jīng)濟(jì)有利地優(yōu)化每個(gè)反應(yīng)步驟。通過使用幾個(gè)液化步驟，獲得的特定部分可以被優(yōu)化以生產(chǎn)特定的降解的化合物，該化合物可以認(rèn)為是增值產(chǎn)品，而且可以在其他工藝或應(yīng)用中進(jìn)一步使用。在根據(jù)本發(fā)明的工藝中使用幾個(gè)反應(yīng)器，可以優(yōu)化有機(jī)漿體原料的精制并且因此從原料中分離組分。通過使用幾個(gè)反應(yīng)器步驟，可以在根據(jù)本發(fā)明的工藝期間涉及不同加熱和冷卻步驟以及溫度范圍。這樣做為了優(yōu)化整個(gè)原料的分餾以及最小化不期望的分解產(chǎn)物的水平。此外，作為工藝驅(qū)動(dòng)參數(shù)，壓力在工藝期間也變化，要么在溫度升高和降低期間自然地變化，要么在不同反應(yīng)器中或之間主動(dòng)地變化。
[0037]厭氧條件下的甲烷發(fā)酵能夠?qū)缀跛蓄愋偷木酆衔锊牧限D(zhuǎn)化成甲烷和二氧化碳。這因?yàn)榫酆衔镌诃h(huán)境中連續(xù)生化分解成甲烷和二氧化碳而得以實(shí)現(xiàn)，其中包括發(fā)酵微生物(產(chǎn)酸菌)；產(chǎn)氫的、形成乙酸酯的微生物(產(chǎn)乙酸菌)和產(chǎn)甲烷的微生物(產(chǎn)甲烷菌)的多種微生物和諧地生長并且產(chǎn)生減少的最終產(chǎn)物。本發(fā)明中的甲烷發(fā)酵沒有特別限制并且能夠通過應(yīng)用適當(dāng)?shù)膫鹘y(tǒng)方法進(jìn)行。
[0038]例如，將獲得的低分子量物質(zhì)，任選的木質(zhì)素和產(chǎn)生發(fā)酵甲烷的微生物(例如細(xì)菌)的混合物供給入甲烷發(fā)酵反應(yīng)器中。甲烷發(fā)酵反應(yīng)器保持在預(yù)定的溫度，以及甲烷發(fā)酵進(jìn)行預(yù)定的保持時(shí)間同時(shí)適當(dāng)?shù)財(cái)嚢璺磻?yīng)器的內(nèi)含物。以常規(guī)方式收集產(chǎn)生的甲烷氣體。甲烷發(fā)酵或者可以是間歇型甲烷發(fā)酵，或者是連續(xù)型甲烷發(fā)酵。
[0039]作為用于甲烷發(fā)酵的微生物，可以使用通常已知的產(chǎn)甲烷菌或類似物。為了優(yōu)化甲烷的產(chǎn)量，細(xì)菌應(yīng)當(dāng)適于有利于甲烷形成細(xì)菌。然而，如果更強(qiáng)調(diào)減少甲烷發(fā)酵步驟之后留下的廢殘留物的量，那么其他細(xì)菌也可以是有利的。這對(duì)于盡可能多得減少廢料體積是令人滿意的。
[0040]甲烷發(fā)酵反應(yīng)器中的溫度可以設(shè)定為適用于甲烷發(fā)酵中的微生物的通常已知的溫度。中溫消化在20°C和40°C之間，通常約35-37°C的溫度進(jìn)行。高溫消化在50°C以上例如50-70 V的溫度進(jìn)行。如果在本發(fā)明中處理的原料是廢料例如像污泥，處理之后應(yīng)用到農(nóng)田可以是令人滿意的并且因此鑒于消毒污泥，將使甲烷發(fā)酵在優(yōu)選約50-55°C的更高溫度進(jìn)行。
[0041]甲烷發(fā)酵在傳統(tǒng)的溫度條件下進(jìn)行并且由于甲烷發(fā)酵之前的液化，保持時(shí)間可以顯著地減少。如果僅液相進(jìn)行甲烷發(fā)酵，與如果存在像比如木質(zhì)素的固體相比，保持時(shí)間是較低的。甲烷發(fā)酵的保持時(shí)間的示例是10-20天或10-48小時(shí)。
[0042]通過添加少量的鐵凝結(jié)劑和/或微量的重金屬像例如鈷，甲烷發(fā)酵期間產(chǎn)生的甲烷的量增加。此類化合物在本發(fā)明的液化之前可以添加到原料中并且初始有機(jī)物的整體降解可以進(jìn)一步增加。鐵凝結(jié)劑和/或重金屬的微量元素可以在液化過程之前、期間和/或之后添加到有機(jī)材料中。
[0043]用作根據(jù)本發(fā)明的工藝中的原料的有機(jī)材料是各種植物和廢料。植物可以是一年生植物或多年生植物。一年生植物的例子是玉米、萵苣、豌豆、花椰菜、豆和大麻。優(yōu)選使用木質(zhì)纖維素生物質(zhì)或含有聚合物的廢料，例如含有淀粉、纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、木素纖維素或他們的組合的材料。合適的材料的例子是來自農(nóng)業(yè)、廢水處理、屠宰場、食品工業(yè)、餐館和家庭的廢料；塑料；紙板；紙；肥料；玉米；稻米；稻米殼；木材；樹樁；根；稻草；大麻；柳屬；蘆葦；堅(jiān)果殼；甘蔗；甘蔗渣；草；甜菜；小麥；大麥；黑麥；燕麥；土豆；木薯淀粉；稻米和藻類。
【權(quán)利要求】
1.一種處理有機(jī)材料以生產(chǎn)甲烷氣體的方法，包括以下步驟: a)使含有有機(jī)材料的有機(jī)原料在至少一個(gè)反應(yīng)階段內(nèi)在亞臨界條件下經(jīng)受液化過程，以獲得含有低分子量材料和任選的木質(zhì)素的混合物； b)使所獲得的含有低分子量材料和任選的木質(zhì)素的混合物經(jīng)受甲烷發(fā)酵過程； 其中所述有機(jī)原料在所述液化之前和/或所述液化期間含有液態(tài)水和/或與液態(tài)水結(jié)合，以及在a)中對(duì)于所述至少一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)階段內(nèi)的亞臨界條件是在小于I分鐘的反應(yīng)時(shí)間期間內(nèi)280-374°C的溫度，并且 其中如果在步驟a)中使用超過一個(gè)反應(yīng)階段，那么使每個(gè)反應(yīng)階段之后獲得的混合物經(jīng)受產(chǎn)生的低分子量材料與處理過的原料的剩余固體材料的分離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述液化過程中，在所述一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)階段內(nèi)的反應(yīng)時(shí)間為0.05-55秒，優(yōu)選0.5-50秒，優(yōu)選1_40秒，優(yōu)選5_40秒以及最優(yōu)選10-30秒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中在所述液化過程中，在所述一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)階段內(nèi)的反應(yīng)溫度是在290和370°C之間，優(yōu)選300-360°C，以及更優(yōu)選300_350°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，其中在所述液化之前和/或所述液化期間，通過添加熱加壓的液態(tài)水使所述有機(jī)原料與所述液態(tài)水結(jié)合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述分離在至多200°C的溫度下進(jìn)行。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的方法，其中如果在步驟a)中使用超過一個(gè)反應(yīng)階段，那么在每個(gè)反應(yīng)階段內(nèi)的溫度是相同的或者每個(gè)隨后的階段內(nèi)的溫度是增加的。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中有機(jī)原料選自植物和廢料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中有機(jī)原料為木質(zhì)纖維素生物質(zhì)或含有聚合物的廢料。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中有機(jī)原料選自來自農(nóng)業(yè)、廢水處理、屠宰場、食品工業(yè)、餐館和家庭的廢料；塑料；紙板；紙；肥料；玉米；稻米；稻米殼；木材；樹樁；根；稻草；大麻；柳屬；蘆華；堅(jiān)果殼；甘鹿；甘鹿S ;草；甜菜；小麥；大麥；黑麥；燕麥；土豆；木薯淀粉；稻米；和藻類；或其任意組合。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述液化過程在至少一個(gè)間歇式反應(yīng)器或至少一個(gè)流動(dòng)反應(yīng)器中進(jìn)行。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中熱加壓的水通過一個(gè)循環(huán)或重復(fù)的循環(huán)注入到間歇式反應(yīng)器內(nèi)；通過一個(gè)循環(huán)或重復(fù)的循環(huán)注入到一系列的間歇式反應(yīng)器內(nèi)；或者通過一個(gè)循環(huán)注入到流動(dòng)反應(yīng)器內(nèi)。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中在280-374?的溫度下的所述液化過程之前進(jìn)行在大約230-280°C的溫度下持續(xù)I秒和2分鐘之間的時(shí)間段的預(yù)處理步驟。
【文檔編號(hào)】C02F11/04GK103687953SQ201280017686
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2012年4月13日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月15日
【發(fā)明者】戈蘭·卡爾森, 安德斯·卡利尤斯 申請(qǐng)人:雷克燃料公司