[發(fā)明專利]用揮發(fā)性有機(jī)金屬化合物作為生物質(zhì)氣化催化劑的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201080024903.3
• 申請日: 2010-04-21
• 公開（公告）號: CN102449122A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: A·阿拉迪;J·魯斯;T·堯
• 申請（專利權(quán)）人: 雅富頓公司
• 主分類號: C10J3/46
• 分類號: C10J3/46
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李進(jìn);楊思捷

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于提高生物質(zhì)氣化工藝效率和產(chǎn)量的方法。根據(jù)本發(fā)明，在氣化處理之前和/或期間將揮發(fā)性有機(jī)金屬化合物與生物質(zhì)接觸。本發(fā)明提供一種提高氣體產(chǎn)量、減少由氣化產(chǎn)生的殘余焦油、原位產(chǎn)生甲醇和另外改善氣化工藝的方法。

發(fā)明背景

氣化是用于通過將原料在高溫下與有限但測量量的氧和/或蒸汽反應(yīng)使含碳物質(zhì)轉(zhuǎn)化為一氧化碳和氫的工藝。如果生物質(zhì)天然地被充分氧化，那么氣化中將不需要使用氧和/或蒸汽。得到的一氧化碳和氫氣體混合物被稱為合成氣體或合成氣。基本上，氣化是用于從不同類型的有機(jī)材料提取能量的方法。得到的合成氣與原始材料相比可能是更高效率的燃燒源。

可將合成氣直接用于能量生產(chǎn)。合成氣亦用于經(jīng)由額外的處理產(chǎn)生甲醇和氫，或經(jīng)由Fischer-Tropsch法轉(zhuǎn)化為合成燃料，例如合成生物柴油。氣化也能夠利用以其它方式不能用作燃料的材料開始。例如，可將生物質(zhì)/有機(jī)廢棄物用作原料。

引入到氣化工藝的能量量是從合成氣減去凈電力生產(chǎn)的主要的消耗。對產(chǎn)生氣化所必需的能量亦有環(huán)境影響。另一方面，生物質(zhì)氣化和燃燒是CO₂中性的潛在的可再生能量。也就是說，生物質(zhì)氣化能夠從大氣中消耗與氣化和燃燒排出的相同量的CO₂。

存在改進(jìn)化學(xué)生物質(zhì)氣化工藝的需要。理想地，這樣的改進(jìn)將提高氣體產(chǎn)量、減少焦油產(chǎn)生和另外產(chǎn)生改進(jìn)的生物質(zhì)氣化工藝。另外，對于得到液體產(chǎn)物的氣化產(chǎn)物部分，改進(jìn)的氣化工藝應(yīng)該理想地產(chǎn)生甲醇，以制備更穩(wěn)定的液體產(chǎn)物。

發(fā)明簡述

本發(fā)明方法提供改進(jìn)的生物質(zhì)氣化，包括較高的氣體產(chǎn)量、降低固體產(chǎn)量(包括減少焦油產(chǎn)生)和減少液體產(chǎn)量。所述方法包括在氣化處理之前和/或期間使生物質(zhì)接觸揮發(fā)性有機(jī)金屬化合物，例如MMT、CMT、二茂鐵等。另外，揮發(fā)性有機(jī)金屬化合物與生物質(zhì)中的木質(zhì)素相互作用產(chǎn)生甲醇，進(jìn)而從氣化過程產(chǎn)生穩(wěn)定的液體和/或油產(chǎn)物。此外，可捕獲和使用得到的甲醇，或進(jìn)一步加工。相對于不實(shí)施本發(fā)明方法的氣化，通過本發(fā)明方法的生物質(zhì)氣化導(dǎo)致增加合成氣生產(chǎn)。氣化過程潛在是CO₂中性的。

本發(fā)明方法還提供在較低溫度下增加氣體產(chǎn)量。如此，能量輸入總體減少同時(shí)提供增加的氣體產(chǎn)量。能量減少降低了與氣化過程相關(guān)的成本和環(huán)境影響。

關(guān)于增加的氣體產(chǎn)量，意想不到地發(fā)現(xiàn)揮發(fā)性有機(jī)金屬化合物以生物質(zhì)質(zhì)量4％的有機(jī)金屬化合物的處理率，將總氣體產(chǎn)量從450℃的41.5％(不用化合物的氣化)提高到400℃的63.41％。生物質(zhì)質(zhì)量1％的有機(jī)金屬化合物的處理率，將氣體產(chǎn)量從450℃的41.5％增加到僅400℃的53.94％。傳統(tǒng)上，為了獲得較高的氣體產(chǎn)量，采用較高的氣化反應(yīng)溫度。然而，增加的能量輸入非常昂貴，并引起相應(yīng)的負(fù)面環(huán)境影響(即為產(chǎn)生較高輸入溫度消耗更多燃料)。本發(fā)明方法意想不到地在降低的反應(yīng)溫度下提供增加的氣體產(chǎn)量。

生物質(zhì)主要包含糖、碳水化合物、纖維素木質(zhì)素、水和礦物質(zhì)。業(yè)已發(fā)現(xiàn)盡管揮發(fā)性有機(jī)金屬化合物不裂解和解聚木質(zhì)素，但能裂解木質(zhì)素單體(即結(jié)合形成木質(zhì)素聚合物的分子)上的甲氧基。裂解木材木質(zhì)素中的愈創(chuàng)木基單木質(zhì)醇(monolignol)和丁香基單木質(zhì)醇上的甲氧基導(dǎo)致甲醇產(chǎn)生。

如下所顯示，用于本發(fā)明的揮發(fā)性有機(jī)金屬化合物對生物質(zhì)中的碳水化合物極具活性。換言之，揮發(fā)性有機(jī)金屬化合物極為有效地使碳水化合物(糖、淀粉和纖維素)氣化。本發(fā)明有機(jī)金屬化合物以降低因氣化而產(chǎn)生的焦油形成的方式與有機(jī)物相互作用。降低焦油產(chǎn)量導(dǎo)致增加氣體產(chǎn)量。焦油/固體也阻塞氣化反應(yīng)器或系統(tǒng)。反應(yīng)器必須離線周期性清理焦油。因此，本發(fā)明減少焦油或固體產(chǎn)物有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明還涉及提高(降低)液體產(chǎn)量的方法。然而某些液體和/或油產(chǎn)生是不可避免的。由于產(chǎn)生甲醇，從本發(fā)明方法得到的液體比不添加本發(fā)明有機(jī)金屬化合物由生物質(zhì)氣化產(chǎn)生的液體/油更穩(wěn)定。

本文“有機(jī)金屬化合物”意即含有碳-金屬部分的任何分子。這些化合物可是“揮發(fā)性的”，因?yàn)樗鼈兡軌蛟诃h(huán)境條件直至約450℃升華或蒸發(fā)。因此，揮發(fā)性有機(jī)金屬化合物可為例如但不限于：環(huán)化(cyclomatic)羰基錳化合物，例如甲基環(huán)戊二烯基三羰基錳、環(huán)戊二烯基三羰基錳、羰基錳物質(zhì)；二茂鐵和羰基鐵物質(zhì)；含鈰化合物；鉑基金屬化合物；等或其混合物。