[发明专利]生物质向甲烷的转化

说明书

本发明提供一种用于由生物质、含生物质和/或生物质来源的原料生产甲烷的方法，所述方法包括以下步骤：a)在加氢热解反应容器中提供5加氢热解催化剂组合物，所述组合物包括由氧化物类载体承载的一种或多种活性金属，所述一种或多种活性金属包括钴和镍中的至少一种，且所述一种或多种活性金属存在的总量10按所述催化剂组合物的总重量计在2重量％至75重量％范围内；b)使所述原料与所述加氢热解催化剂组合物和分子氢于所述加氢热解反应容器中在300℃至600℃的15范围内的温度和0.50MPa至7.50Mpa范围内的压力下接触，以产生第一产物流，所述第一产物流包括炭、催化剂细粉以及气体，所述气体包括氢气和烃，所述烃的至少70重量％是甲烷，和任选的CO和CO2；以及20 c)从所述第一产物流中除去所述炭和催化剂细粉。

技术领域

本发明涉及一种将生物质基物料转化为甲烷的方法。

背景技术

对减少人类对化石燃料依赖的新技术的需求日益增加。随着寻找和开发新的天然气储量和对碳足迹的不断限制带来的挑战，重要的是开发获得甲烷的新途径，而不是从天然气提取。主要相关领域是将生物质和固体垃圾作为“沼气”或“生物甲烷”生产中可再生碳的来源。与天然气相比，使用这种碳源可以实现二氧化碳排放更可持续的甲烷生产和使用。

因其广泛可得性，生物质基原料，如含有木质纤维素(例如木质生物质、农业残留物、林业残留物、木制品和纸浆和造纸工业的残留物)的原料和含木质纤维素物料(例如旧瓦楞纸箱(OCC)、废纸或食物垃圾)的城市固体废物是非化石燃料来源的能源的重要原料。木质纤维素包括任何比例的木质素、纤维素以及半纤维素的混合物，并且通常还含有灰分和水分。另外，食物垃圾含有淀粉、单糖、脂肪、油以及蛋白质。

本领域已经描述了由生物质生产甲烷的两种主要方法。

首先，沼气可以通过厌氧微生物厌氧消化生物可降解物料来产生，厌氧微生物消化封闭系统内的物料。厌氧消化方法通常需要湿且易消化的生物质作为以高产率生产甲烷的原料。原料可以是能源作物，如玉米青贮饲料或生物可降解废物，包括污水污泥和食物垃圾。所使用的湿生物质必须易于消化以获得高甲烷产量。也就是说，它必须包括相对简单的分子，如糖、淀粉、脂肪/油以及蛋白质。在商业规模上，不会通过厌氧消化途径将不适合用作食品或饲料的硬质固体生物质，如木质生物质、农业残留物以及城市固体废物的木质纤维素组分，转化为甲烷。如J-C Frigon和S.R.Guiot,《生物燃料、生物产品与生物精炼(Biofuels,Bioprod.Bioref.)》2010,4,447-458的文献报道表明可以使用固体生物质原料，但需要在厌氧消化之前进行预处理。这种预处理的目的是解构固体生物质的组分并将纤维素/半纤维素组分转化成分子，所述分子可以通过厌氧过程由微生物群落转化为甲烷。适当的预处理的一些示例是酶水解、酸水解、溶剂基工艺、蒸汽爆破、氨回收渗滤、氨纤维爆破、石灰处理以及有机溶剂法(OrganoSolv)工艺。预处理之后，木质纤维素原料经厌氧微生物消化并转化为沼气。沼气通常包含约50vol％至75vol％的甲烷、25vol％至50vol％的CO2、1vol％至5vol％的水蒸气、0vol％至5vol％的氮、少量的H2S(0vol％至0.5vol％)和NH3(0vol％至0.05vol％)以及微量的H2和CO。木质素通常不会被很好地解构，也不会被微生物作用转化为高产量的沼气。在使用厌氧消化生产的生物甲烷作为天然气的替代品之前，有必要将甲烷从沼气中分离并对其加压。