[发明专利]用于制造负碳燃料的方法

说明书

技术领域

本发明大体涉及生物燃料，并且更具体地涉及通过从生物质同时制造呈非混合形式的生物燃料和可隔离生物炭来制造负碳生物燃料的方法。

发明背景

将负碳燃料定义为通过还隔离用以制造燃料的含碳原料中所含的一些碳的工艺所制造的燃料。类似又相关的概念是碳负燃料的概念，它是指在制造时从大气除去的二氧化碳多于从燃烧排放的二氧化碳以及因用以制造所述燃料的工艺而添加的二氧化碳的燃料。如果将来自含碳给料（例如生物质）的一些碳以近乎永久的形式除至地下，同时将来自给料的其余碳转化成燃料，那么两种情况都是可能的。因为生物圈目前因化石燃料所致的碳排放而过度负荷，所以需要制造负碳燃料或碳负燃料。目前，燃料的燃烧致使每年有40亿公吨的二氧化碳释放到大气中以及20亿公吨的二氧化碳注入世界的海洋中。已经充分记录到，这些碳排放会负面影响海洋中以及陆地上活的生物体。

目前，对从多种原料制造生物燃料以提供化石燃料的合适替代物存在强烈的兴趣。具体来说，需要组合生物燃料制造与碳隔离，从而得到负碳或碳负产品。先前已经讨论了碳负燃料的理念。参见例如J.A.Mathews,“Carbon-negative biofuels”,Energy Policy36(2008),第940-945页。然而，生物燃料的典型制造利用热解工艺，其会产生油和碳以及大量CO2的树脂混合物。所产生的气流被各种试剂如硫所污染。碳还被焦油产物污染。需要发现一种制造负碳或碳负燃料的工艺，其中燃料和碳是作为独立且不受污染的产品来制得。

针对制造碳负燃料的方法包括美国专利公布2010/0311157中所述的那些方法，该美国专利公布教导了从作为原料的藻类制造生物燃料。声称该工艺因藻类会高度吸收CO₂而具有碳负性。美国专利公布2010/0040510公开了一种在780℃和1100℃之间操作的多级加压流化床气化器，其将生物质转化成合成气和生物炭。据说该生物炭能够加到土壤中。明确地避免了甲烷、汽油状挥发物如BTX（苯、甲苯和二甲苯）和焦油的形成。据说该气化器可能制得碳负燃料。美国专利公布2008/0317657公开了一种系统和方法，其用于隔离呈通过在未指定的反应容器中气化生物质产生的炭形式的碳。低热值发生炉煤气是该工艺的副产物。美国专利公布2004/0111968讨论了热解生物质以产生炭和热解气体，将所述热解气体蒸气重整得氢气。处理炭以使其变成碳基肥料。

发明的实施方案的概要

在其最一般的形式中，本发明公开了一种通过从含碳给料同时制造呈非混合形式的可燃燃料（和化学物质）和碳来制造负碳燃料的方法。在本发明的一个实施方案中，含碳给料可以包括生物质。在另一实施方案中，该工艺可以包括在新型反应器中使用不连续的递增温度在压力下对生物质进行选择性热解。将这种工艺称作生物分级。该新型反应器已经详细描述于共同拥有的名称为“Method for Biomass Fractioning by Enhancing Thermal Conductivity”的美国专利申请号13/103,905以及共同拥有的名称为“System and Method for Biomass Fractioning”的美国专利申请号13/019,236中，这些美国专利申请的内容以引用的方式整体并入本文。

将从这种生物分级工艺产生的碳隔离。在使用这种工艺的情况下，所得燃料是负碳。燃料和碳会分别出现并且基本上不受污染，从而避免了标准工艺的树脂混合物。在又一个实施方案中，生物分级工艺制得碳负燃料。

本发明的一个实施方案是针对一种用于制造负碳燃料的方法，其包括：将含碳给料同时转化成：(a)可燃燃料、精炼原料或化学物质；以及(b)可隔离碳；其中可燃燃料、精炼原料或化学物质会以基本上独立且不受污染的形式从该可隔离碳产生。在一些情况下，含碳给料可以包含生物质。转化含碳给料的步骤可以包括例如使生物质在压力下经受温度匀变，其中压力会增大部分碳化的生物质的热导率。在一种实现方式中，使用移动设备使生物质在压力下经受温度匀变。该方法可以进一步包括依据生物质的组成选择生物质转化途径和/或以薄片形式分配该生物质。