[发明专利]由生物质产生甲烷和/或甲烷水合物的方法

说明书

本发明涉及一种由生物质产生甲烷和/或甲烷水合物的方法。

术语“生物质”意指植物的或动物的物质。例如可列举木材、粪肥、污泥(G ülle)、植物茎、草、藻类、污水过滤后产生的淤泥和宰牲废物。

但是本方法也适用于其它含有机组分的物质如：塑料废物、废水、垃圾、废轮胎、废纸、废油、有机溶剂、化石生物质(泥炭、煤，石油)。近来，瑞士联邦能源局(BFE，瑞士)给大学的研究任务“Scheurer，K.；Baier，U.Biogene G üter in der Schweiz.Massen-undEnergiefl üsse。Waedenswil大学，受BFE委托，生物质计划，总结报告，2001年2月”中，论证了污泥的巨大的远未被应用的能量潜力。全部庭院肥料废物(粪便+污泥)在1998/1999为2.283百万吨TS(干物质)，其相应于37PJ的能量。在1998发酵4700t TS的庭院肥料可提供约48TJ的生物气形态的能量，这仅为庭院肥料的总能量潜力的约0.1％。此外，在发酵过程中还产生较大量的不可发酵的固体。木质类生物质实际上是不可发酵的。

下面的术语“水热的”意指在压力和高温下的含水体系，通常接近或高于水的临界点(374℃，221bar)。近临界或超临界的水形成一种对进行化学反应有利的反应介质。该介质特别适用于将生物质水解和转变成液态和气态产物。因为在压力下液态体系转变到超临界不发生真正的相变，所以在生物质中所含的水不必耗费蒸发焓，这与气相过程是不同的(如湿生物质的大气压下的气化)。因此水热过程具有高的热效率潜力。

将生物质转变成甲烷的最优选的反应可对木材示例性地用下面的化学计量描述：

CH_1.52O_0.64(s)+0.3H₂O(g)→0.53CH₄(g)+0.47CO₂(g)  (1)

在正常条件(低的水分压)下，生物质与水反应不按或不完全按式(1)进行，而产生副产物如焦油或固体碳(焦炭)。如果成功地反应条件的选择，使得反应(1)能完全进行，则可预计有高的热效率，因为反应(1)是轻微放热反应。理论上的最大可能的效率为95％(按木材的低热值H_u计)。本申请人对工业过程所进行的系统分析表明木材可实现的效率为70-80％。其详述于文献“Vogel，F.和F.Hildebrand，Catalytic HydrothermalGasification of Woody Biomass at High Feed Concentrations.Chem.Eng.Trans.2，2002，771-777”。这明显高于用于将木材转变成甲烷的其它方法的效率。

但总的看来，用于由生物质产生甲烷的目前已知方法在可达到的效率方面低于理论预计值，以致这些方法目前不能经济地应用。

因此，本发明的目的在于提供一种由生物质产生甲烷的方法，该方法可在水热条件下达到高的效率，该效率足以满足经济使用的要求。

本发明的目的是通过权利要求1的措施实现的。本发明的有利的实施方案列于其它权利要求中。

用于由生物质产生甲烷的本发明方法具有下列方法步骤：

a)由生物质制备调节到最佳干物质含量的生物质浆料，

b)使该生物质浆料处于压力下，

c)在压力下加热该生物质浆料以液化该生物质浆料的固体有机成分，

d)将该处于压力下和经加热的生物质浆料再至少加热到该混合物特有的临界温度，

e)在压力和提高温度下从流体相中分离出沉积的固体，和

f)在压力和提高温度下用催化反应器使至少一部分流体相气化成富甲烷气体。

以此方式提供了一种具有非常高效率的方法，因为大部分干扰催化气化的物质，特别是盐，通过在超临界条件下的沉积可从该混合物中分离。以此方法使催化气化产生高的甲烷产率和高的反应率，同时还达到高的催化剂的使用寿命。