[發(fā)明專利]加速?gòu)纳镔|(zhì)生產(chǎn)甲烷的方法和系統(tǒng)

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200780046798.1
• 申請(qǐng)日: 2007-11-20
• 公開（公告）號(hào): CN101563439A
• 公開（公告）日: 2009-10-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: M·J·卡斯塔爾迪;K·坎德蘭
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 紐約市哥倫比亞大學(xué)理事會(huì)
• 主分類號(hào): C10L3/08
• 分類號(hào): C10L3/08
• 代理公司: 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 柳 冀

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求2006年11月21日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng) No.60/860,422的權(quán)益，該專利以全文公開的方式經(jīng)此引用并入本文。

背景技術(shù)

對(duì)能量日益增長(zhǎng)的全球需求已經(jīng)重新引起了關(guān)于可持續(xù) 替代能源的研究的興趣。結(jié)果，對(duì)于具有較低碳足跡(carbon footprint)的燃料例如甲烷(CH₄)、氫氣(H₂)等的需求增加。

通常將天然氣形式的甲烷用作加熱燃料或用于機(jī)械和機(jī)動(dòng) 車輛中的發(fā)動(dòng)機(jī)的替代燃料。也將甲烷用于燃料電池中和作為原料以 生產(chǎn)氫氣和甲醇。將甲烷作為碳燃料源的替代物的成功應(yīng)用可以向環(huán) 境提供明顯的好處，并通過降低各國(guó)對(duì)石油燃料的依賴而影響世界政 治。甲烷比其它燃料燃燒更清潔并產(chǎn)生更少的二氧化碳(CO₂)或溫室氣 體。

通常通過從天然氣田提取甲烷而獲得它，但也可通過收集 在有機(jī)物質(zhì)發(fā)酵期間產(chǎn)生的生物氣(例如生物反應(yīng)器中產(chǎn)生的氣體)而 生產(chǎn)。然而，傳統(tǒng)的生物反應(yīng)器通常需要過長(zhǎng)的停留時(shí)間以生產(chǎn)甲烷 和通常難以操作。

發(fā)明概述

公開了加速?gòu)纳镔|(zhì)生產(chǎn)甲烷的方法。在一些實(shí)施方案中， 所述方法包括以下：分解生物質(zhì)以生產(chǎn)含甲烷的氣態(tài)流出物；在催化 劑的存在下分解一部分氣態(tài)流出物，以形成含氫氣、二氧化碳和一氧 化碳的分解的物流；將分解的物流中基本上所有的一氧化碳轉(zhuǎn)化成二 氧化碳，以生產(chǎn)含氫氣和二氧化碳的原料物流；和使原料物流與生物 質(zhì)混合以促進(jìn)生物質(zhì)的分解。

公開了加速?gòu)纳镔|(zhì)生產(chǎn)可消耗的能量的方法。在一些實(shí) 施方案中，所述方法包括以下：分解生物質(zhì)以生產(chǎn)含甲烷的氣態(tài)流出 物；在催化劑的存在下分解一部分氣態(tài)流出物，以形成含氫氣、二氧 化碳和一氧化碳的分解的物流；將分解的物流中的基本上所有的一氧 化碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳，以生產(chǎn)含氫氣和二氧化碳的原料物流；使原料 物流與生物質(zhì)混合以促進(jìn)生物質(zhì)的分解；將一部分氣態(tài)流出物進(jìn)料到 發(fā)電廠；和用一部分氣態(tài)流出物產(chǎn)生可消耗的能量。

公開了加速?gòu)纳镔|(zhì)生產(chǎn)甲烷的系統(tǒng)。在一些實(shí)施方案 中，所述系統(tǒng)包括以下：生物反應(yīng)器，其用于分解生物質(zhì)以生產(chǎn)含甲 烷的氣態(tài)流出物；催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)器，其用于在催化劑的存在下分解一 部分氣態(tài)流出物，以形成含氫氣、二氧化碳和一氧化碳的分解的物流； 變換反應(yīng)器，其用于將分解的物流中的基本上所有的一氧化碳轉(zhuǎn)化成 二氧化碳，以生產(chǎn)含氫氣和二氧化碳的原料物流；和從變換反應(yīng)器至 生物反應(yīng)器的導(dǎo)管，其用于將原料物流導(dǎo)向生物反應(yīng)器，以促進(jìn)生物 質(zhì)的分解。

附圖簡(jiǎn)述

附圖顯示了用于說明本發(fā)明的公開的主題的實(shí)施方案。然 而，應(yīng)理解本申請(qǐng)不限定于附圖中顯示的精確排列和手段，其中：

圖1是根據(jù)公開的主題的一些實(shí)施方案的系統(tǒng)的圖；和

圖2是根據(jù)公開的主題的一些實(shí)施方案的方法的圖。

發(fā)明詳述

公開的主題通常涉及加速?gòu)纳镔|(zhì)生產(chǎn)甲烷的系統(tǒng)和方 法。分解生物質(zhì)并收集含甲烷的生物氣。將所收集的生物氣的第一部 分用作燃料源以產(chǎn)生能量。進(jìn)一步處理所收集的生物氣的第二部分以 生產(chǎn)氫氣和去除一氧化碳。然后使所述第二部分與生物質(zhì)混合以幫助 促進(jìn)甲烷的產(chǎn)生。

現(xiàn)在參考圖1，公開的主題的一個(gè)實(shí)施方案是用于加速?gòu)纳? 物質(zhì)104(例如衛(wèi)生廢水、城市固體廢物(MSW)等)生產(chǎn)甲烷102的系統(tǒng) 100。

在一些實(shí)施方案中，系統(tǒng)100包括生物反應(yīng)器106以分解 生物質(zhì)104從而生產(chǎn)氣態(tài)流出物108，例如含甲烷102的生物氣108。 通常但不總是將生物反應(yīng)器106限定于封閉容器110，所述封閉容器 110配置用于存儲(chǔ)生物質(zhì)104。容器110包括出口112和出口114，出 口112用于在分解生物質(zhì)104的同時(shí)從生物質(zhì)104中去除液體113， 出口114用于移出生物氣108。容器110也包括用于向生物反應(yīng)器106 添加原料物流118的入口116。