用于生產(chǎn)氫或液態(tài)燃料的c-o-h化合物處理方法
【專利說(shuō)明】用于生產(chǎn)氨或液態(tài)燃料的C-O-H化合物處理方法
【背景技術(shù)】
[0001] 已有若干種從纖維素（CeHw〇5)提取氨的方法。方法之一致力于使用微生物細(xì)菌W 及氨氧化鋼（化0H)和催化劑來(lái)引起反應(yīng)，釋放纖維素中的氨并且將纖維素中的碳捕獲為 碳酸鋼（Na2C〇3)。仍然存在其他需求；開發(fā)一種較簡(jiǎn)便且有成本效益的方法，該方法更一般 地并且W如下方式從存在于纖維素類生物質(zhì)中的所有C-0-H化合物生成氨氣，該方式為能 夠有效使用得到的氨W用于現(xiàn)場(chǎng)使用，用于提純、封存和分配或者用于使用往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)、 禍輪或燃料電池來(lái)從反應(yīng)產(chǎn)物氨氣發(fā)電。
[0002] 雖然現(xiàn)有技術(shù)中存在各種纖維素類生物質(zhì)氨提取技術(shù)，但仍然存在開發(fā)如下替代 技術(shù)的普遍需求，該替代技術(shù)可W是有成本效益的、能量有效的，并且適用于使用氨（包括 需求的氨）的應(yīng)用W及適用于向可W直接燃燒W產(chǎn)生電力和熱的富氨氣體流的轉(zhuǎn)化。來(lái)自 有效生成的氨而非化石燃料的熱及電力應(yīng)用適用于減小需要熱或電力的其他應(yīng)用（包括 液態(tài)生物燃料的生產(chǎn)）的溫室氣體排放。該需求可W至少部分地通過(guò)使用氨的各式各樣的 應(yīng)用來(lái)推動(dòng)，上述應(yīng)用中的一些具有與其他應(yīng)用相比顯著不同的操作條件。滿足需求的氨 為；應(yīng)需要生產(chǎn)；能夠在生成其的現(xiàn)場(chǎng)獲得W使用，從而不需要用于運(yùn)輸其的大量基礎(chǔ)設(shè) 施；并且在大氣壓W及與現(xiàn)有技術(shù)相比較低的溫度下生產(chǎn)。
[0003] 此外，在將纖維素（C-0-H化合物的一個(gè)實(shí)例）轉(zhuǎn)化成己醇（分子式；C2&0H)方面 已經(jīng)進(jìn)行了大量工作。已知己醇為存在于酒水中的飲用酒精。己醇是易燃溶劑并且與水 和許多有機(jī)溶劑互溶。己醇的最大用處是作為發(fā)動(dòng)機(jī)燃料和燃料添加劑。在美國(guó)，最普遍 地將己醇與汽油共混成10%己醇的共混物。該共混物在遍及美國(guó)中西部地區(qū)W及1990年 《清潔空氣法案》關(guān)于冬季期間氧化汽油方面有要求的城市中廣泛銷售。在美國(guó)，由谷物生 產(chǎn)己醇所投入的能量所返回的能量為1.34。該意味著與生產(chǎn)己醇所消耗的能量相比多得到 了 34%的能量。
[0004] 雖然在現(xiàn)有技術(shù)中確實(shí)存在用于從C-0-H化合物生產(chǎn)液態(tài)燃料的各種技術(shù)，但是 仍然存在開發(fā)替代技術(shù)的普遍需求。該需求可W至少部分地通過(guò)利用液態(tài)燃料的廣泛多樣 的應(yīng)用來(lái)推動(dòng)，上述應(yīng)用中的一些具有與其他應(yīng)用相比顯著不同的操作條件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 公開了用于從包含碳、氧和氨的化合物（"C-0-H")提取氨和/或液態(tài)燃料的方 法和系統(tǒng)。例如，化合物可W包括纖維素、木質(zhì)素和/或半纖維素?；衔锟蒞包括含有至 少一種C-0-H化合物的廢棄物流?？蒞將水與C-0-H化合物組合W產(chǎn)生濕形式的C-0-H化 合物?？蒞將濕形式的C-0-H化合物移送至反應(yīng)處理室中?？蒞在反應(yīng)室內(nèi)加熱濕形式的 C-0-H化合物，使得濕形式的C-0-H化合物的元素離解并反應(yīng)，其中一種反應(yīng)產(chǎn)物包括至少 氨氣和/或液態(tài)燃料。一些實(shí)施方案可W利用非氧化反應(yīng)來(lái)生產(chǎn)氨和/或液態(tài)燃料，例如 含水熱解化y化OUS pyrolysis)反應(yīng)?？蒞采用氨氣和/或液態(tài)燃料來(lái)生成電能、熱或者 驅(qū)動(dòng)不同類型的發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0006] 一些實(shí)施方案可W提供若干優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)各種實(shí)施方案從C-0-H化合物生成氨可 w設(shè)及可w在包括大氣壓條件下進(jìn)行的反應(yīng)。根據(jù)對(duì)產(chǎn)物氨的形式的要求，反應(yīng)溫度也可 W包括范圍從300°C至1200°C的溫度。除W水蒸氣的形式進(jìn)行反應(yīng)之外，實(shí)施方案還可W 包括將水與液態(tài)形式的生物質(zhì)混合；因而實(shí)施方案可W不設(shè)及水轉(zhuǎn)移反應(yīng)（water shift reaction)。實(shí)施方案還可W使用各種不同材料，包括但不限于纖維素、木質(zhì)素、半纖維素或 上述S者中任一者的組合。一些實(shí)施方案可W采用包括C-0-H的其他物料和/或廢棄物 流，例如廢紙、各式各樣木材種類的銀末、卡紙板、草料、禾桿、柳枝稷、城市固體垃圾、消毒 垃圾、模擬核廢料、拆除及建造的木材廢料；一般可W將該些各式物料稱為廢品。僅作為實(shí) 例，實(shí)施方案可W用于通過(guò)將&與C0 2和其他副產(chǎn)物分離來(lái)生產(chǎn)氨，或者將H 2和C0 2-起燃 燒W用于熱、電力、CHP和/或液態(tài)燃料生產(chǎn)。
[0007] -些實(shí)施方案包括用于從包含碳、氧和氨的化合物提取氨的方法。該方法可W包 括；將水與化合物組合W產(chǎn)生濕形式的化合物；將濕形式的化合物移送至反應(yīng)處理室中； 在反應(yīng)室內(nèi)加熱濕形式的化合物，使得濕形式的化合物所包含的元素離解并反應(yīng)，其中一 種反應(yīng)產(chǎn)物包括氨氣；和/或提取氨氣。
[000引在一些實(shí)施方案中，可W在反應(yīng)室內(nèi)加熱濕形式的化合物，使得濕形式的化合物 所包含的元素可W離解并通過(guò)非氧化反應(yīng)進(jìn)行反應(yīng)。非氧化反應(yīng)可W包括含水熱解反應(yīng)。 在反應(yīng)室內(nèi)加熱濕形式的化合物可W在大氣壓條件下進(jìn)行。
[0009] 化合物可W由碳、氧和氨組成?；衔锟蒞包括纖維素?；衔锟蒞包括木質(zhì)素。 化合物可W包括半纖維素?；衔锟蒞包括含有C-0-H化合物的廢棄物流。在一些實(shí)施方 案中，水包括液態(tài)水。
[0010] 一些實(shí)施方案向反應(yīng)室提供惰性氣體流。惰性氣體可W包括至少氣氣或氮?dú)狻？?W對(duì)所提取的氨氣進(jìn)行處理W生成至少電能或熱?？蒞對(duì)所提取的氨氣進(jìn)行處理W生產(chǎn)液 態(tài)燃料?？蒞通過(guò)燃燒氨氣來(lái)對(duì)所提取的氨氣進(jìn)行處理?？蒞通過(guò)將氨氣進(jìn)料至燃料電池 中來(lái)對(duì)所提取的氨氣進(jìn)行處理。
[0011] 對(duì)氨氣進(jìn)行處理可W包括使反應(yīng)產(chǎn)物氣體通過(guò)減壓室W去除微量的未反應(yīng)的碳。 對(duì)氨氣進(jìn)行處理可W包括使反應(yīng)產(chǎn)物氣體通過(guò)水冷室W去除未反應(yīng)的水。加熱濕形式的化 合物可W包括將濕形式的化合物加熱至700°c和llOOC之間的溫度。
[0012] 可W連續(xù)地進(jìn)行將濕形式的化合物移送至反應(yīng)處理室中。將濕形式的化合物連續(xù) 移送至反應(yīng)器中可W利用減少空氣存在的幾何結(jié)構(gòu)。
[0013] 一些實(shí)施方案包括一種用于從包含碳、氧和氨的化合物提取氨的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可 W包括；處理室；與處理室的內(nèi)部熱連通的加熱源；設(shè)置在處理室內(nèi)的化合物的源；用于與 化合物進(jìn)行反應(yīng)的水的源；和/或用于從處理室提取得到的氨氣的抽氣系統(tǒng)。
[0014] 處理室和/或加熱源可W被構(gòu)造成在處理室內(nèi)加熱濕形式的化合物使得濕形式 的化合物所包含的元素離解并且通過(guò)非氧化反應(yīng)進(jìn)行反應(yīng)。非氧化反應(yīng)可W包括含水熱解 反應(yīng)。水的源可W被構(gòu)造成在處理室外部將水與化合物組合W產(chǎn)生濕形式的化合物。
[0015] 該系統(tǒng)可W包括傳送裝置，該傳送裝置用于將濕形式的化合物傳送至處理室中。 處理室可W被構(gòu)造成在大氣壓條件下操作。
[0016] 對(duì)于該系統(tǒng)，化合物可W由碳、氧和氨組成?；衔锟蒞包括纖維素?；衔锟蒞 包括木質(zhì)素?；衔锟蒞包括半纖維素。化合物可W包括含有C-0-H化合物的廢棄物流。 水可W包括液態(tài)水。
[0017] 該系統(tǒng)可W包括氣體輸送系統(tǒng)，該氣體輸送系統(tǒng)被構(gòu)造成給處理室提供惰性氣體 流。惰性氣體可W包括至少氣氣或氮?dú)?。可W對(duì)所提取的氨氣進(jìn)行處理W生成至少電能或 熱?？蒞對(duì)所提取的氨氣進(jìn)行處理W生產(chǎn)液態(tài)燃料?？蒞通過(guò)燃燒氨氣來(lái)對(duì)所提取的氨氣 進(jìn)行處理?？蒞通過(guò)將氨氣進(jìn)料至燃料電池中來(lái)對(duì)所提取的氨氣進(jìn)行處理。
[0018] 在一些實(shí)施方案中，用于從處理室提取得到的氨氣的抽氣系統(tǒng)被構(gòu)造成使反應(yīng)產(chǎn) 物氣體通過(guò)減壓室W去除微量的未反應(yīng)的碳。在一些實(shí)施方案中，用于從處理室提取得到 的氨氣的抽氣系統(tǒng)被構(gòu)造成使反應(yīng)產(chǎn)物氣體通過(guò)水冷室W去除未反應(yīng)的水。
[0019] 在一些實(shí)施方案中，至少處理室或加熱源被構(gòu)造成將濕形式的化合物加熱至 700°C和llOOC之間的溫度。一些實(shí)施方案包括傳送裝置，該傳送裝置被構(gòu)造成將濕形式 的化合物移送至處理室中。傳送裝置可W被構(gòu)造成將濕形式的化合物連續(xù)地移送至處理室 中。該可W利用減少空氣存在的幾何結(jié)構(gòu)。
[0020] 一些實(shí)施方案包括用于提取氨W用于進(jìn)一步處理的方法。該方法可W包括；加熱 濕化合物，使得濕化合物所包含的元素離解并反應(yīng)W形成至少氨氣，其中該化合物包含碳、 氧和氨；和/或?qū)Π睔膺M(jìn)行處理。
[0021] 加熱濕化合物使得濕化合物所包含的元素離解并且通過(guò)非氧化反應(yīng)進(jìn)行反應(yīng)W 形成至少氨氣。非氧化反應(yīng)可W包括含水熱解反應(yīng)。可W對(duì)氨氣進(jìn)行處理W生成至少電能 或熱?？蒞對(duì)氨氣進(jìn)行處理W生產(chǎn)液態(tài)燃料。
[0022] 在一些實(shí)施方案中，化合物由碳、氧和氨組成?；衔锟蒞包括纖維素?；衔锟?W包括木質(zhì)素。化合物可W包括半纖維素。化合物可W包括含有C-0-H化合物的廢棄物流。
[0023] 對(duì)氨氣進(jìn)行處理可W包括燃燒氨氣。對(duì)氨氣進(jìn)行處理可W包括將氨氣進(jìn)料至燃料 電池中。
[0024] 一些實(shí)施方案可W包括在加熱濕化合物之前通過(guò)將水與包含碳、氧和氨的化合物 混合來(lái)形成濕化合物。
[00巧]一些實(shí)施方案包括用于提取氨W用于進(jìn)一步處理的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可W包括；與熱 源熱連通的處理室，該處理室被構(gòu)造成加熱濕化合物，使得濕化合物所包含的元素離解并 反應(yīng)W形成至少氨氣，其中化合物包含碳、氧和氨；和/或被構(gòu)造成處理所述氨氣的抽氣系 統(tǒng)。
[0026] 與熱源熱連通的處理室可W被構(gòu)造成加熱濕化合物，使得濕化合物所包含的元素 離解并且通過(guò)非氧化反應(yīng)進(jìn)行反應(yīng)W形成至少氨氣。非氧化反應(yīng)可W包括含水熱解反應(yīng)。
[0027] 被構(gòu)造成處理氨氣的抽氣系統(tǒng)可W被構(gòu)造成處理氨氣W生成至少電能或熱。被構(gòu) 造成處理氨氣的抽氣系統(tǒng)可W被構(gòu)造成處理氨氣W生產(chǎn)液態(tài)燃料。
[002引對(duì)于該系統(tǒng)，化合物可W由碳、氧和氨組成?；衔锟蒞包括纖維素?；衔锟蒞 包括木質(zhì)素?；衔锟蒞包括半纖維素?；衔锟蒞包括含有C-0-H化合物的廢棄物流。
[0029] 被構(gòu)造成處理氨氣的抽氣系統(tǒng)可W被構(gòu)造成燃燒氨氣。被構(gòu)造成處理氨氣的抽氣 系統(tǒng)可W被構(gòu)造成將氨氣進(jìn)料至燃