生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為合成氣的方法
【專利摘要】本發(fā)明通過生物質(zhì)分餾系統(tǒng)加工生物質(zhì)，所述生物質(zhì)分餾系統(tǒng)通過施加選擇性溫度坡度和壓力沖擊來產(chǎn)生一系列有用的揮發(fā)性組分和BMF炭，其中BMP炭與甲烷、二氧化碳、蒸汽或氧的任一流犧牲反應(yīng)以產(chǎn)生具有可控的組成范圍的高純合成氣。得到的合成氣可以任何希望的方式使用，包括轉(zhuǎn)化成含氧物，例如甲醇和二甲醚，和轉(zhuǎn)化成烴。
【專利說明】生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為合成氣的方法
[0001]相關(guān)申請的參考
[0002]本申請要求2011年5月9日提交的美國專利申請?zhí)?3/103，922的優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容通過引用整體并入本文。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明一般涉及用于制備可再生燃料的系統(tǒng)，并且更具體涉及使用反應(yīng)器產(chǎn)生的炭的轉(zhuǎn)化以產(chǎn)生高純合成氣，其可最終產(chǎn)生增值的化學(xué)品和可再生燃料。
[0004]相關(guān)技術(shù)說明
[0005]地球正在變暖，并且正在尋求降低該效應(yīng)大小的解決方案。預(yù)期全球溫度到本世紀(jì)中葉增加至少2攝氏度。預(yù)期全球溫度的增加對全球生態(tài)系統(tǒng)和地球上數(shù)百萬個體生命產(chǎn)生嚴(yán)重破壞。迫切需要以顯著方式減少碳排放的方法。Fischer-Tropsch方法將一氧化碳和氫的混合物(合成氣)轉(zhuǎn)化成不同數(shù)目碳的烴，其然后可以被升級為柴油、汽油、航空燃料、潤滑劑和化學(xué)品。非常希望利用可再生來源作為原料的Fischer-Ti^psch方法實現(xiàn)全球碳排放的減少。合成氣還可以另一種加工途徑轉(zhuǎn)化成新興燃料甲醇和二甲醚(DME)，其可以被轉(zhuǎn)化成汽油。只要用于該方法的合成氣源自可再生資源，則該方法可以在控制碳排放中具有重要作用。
[0006]目前的Fischer-Tropsch或甲醇方法依賴于不同質(zhì)量程度的不同原料,其大部分源自天然氣的蒸汽重整或者源自煤的氣化。Fischer-Tropsch方案一般由合成氣產(chǎn)生、Fischer-Tropsch合成和產(chǎn) 品升級組成。這些方法的問題在于從煤和供蒸汽重整的天然氣原料產(chǎn)生的合成氣具有高雜質(zhì)(特別是含硫化合物)，或者需要復(fù)雜且昂貴設(shè)備以清潔產(chǎn)生的合成氣中的雜質(zhì)。這些雜質(zhì)源自源甲燒或源煤。由于Fisher-Tropsch催化劑對雜質(zhì)、例如硫和氯化物的極度靈敏度，希望高純度的合成氣。
[0007]目前的Fischer-Tropsch或甲醇方法依賴于具有希望的氫:一氧化碳(H2/C0)比例的合成氣。Fischer-Tropsch方法的優(yōu)選的H2/C0比例是約2。從蒸汽甲燒重整直接獲得的合成氣具有過量的氫。直接由煤氣化獲得的合成氣的氫不足。因此，必須使用復(fù)雜且昂貴的設(shè)備調(diào)節(jié)仏/CO比例。目前的方法允許通過改變反應(yīng)物的來源和量來調(diào)節(jié)氫與一氧化碳之比例。
[0008]已經(jīng)開發(fā)了各種形式的實驗室和小規(guī)模商業(yè)化生物質(zhì)熱解爐，以通過范圍從木片到污水淤泥的生物材料的控制熱解產(chǎn)生有用的化學(xué)產(chǎn)品。雖然一些熱解爐簡單地集中于產(chǎn)生合成氣，但是在溫和熱解條件的發(fā)展中有相當(dāng)大的努力，溫和熱解條件通常得到常稱為生物油或熱解油的濃縮液。已經(jīng)在實驗室水平上開發(fā)了許多形式的熱解爐以產(chǎn)生這些中間體化合物，其被統(tǒng)稱為生物油或熱解油。配置包括其中生物質(zhì)在陶瓷船中烘烤的簡單管式爐、其中木料依靠熱表面摩擦的燒蝕熱解爐、其中生物質(zhì)與熱砂混合的各種形式的流化床熱解爐、和基于較早的焦?fàn)t設(shè)計的各種更簡單的配置。
[0009]得到的熱解油的基本問題在于其由數(shù)百至數(shù)千種化合物構(gòu)成，這是由于原料生物質(zhì)大塊中經(jīng)歷寬范圍的溫度、時間和壓力分布。當(dāng)該方法被最初生物原料中數(shù)千種主要生物化合物復(fù)雜化時，結(jié)果是幾乎難以處理的一批全部混合在一起的得到的化合物。炭(還稱為生物炭)也以混合物生成。來自該方法的熱解油通常不是熱動力學(xué)穩(wěn)定的。它們含有被有機(jī)酸和堿催化的活性含氧自由基，使得這些油通常在幾天時段內(nèi)從淺色液體演變成深色混合物，混合物中帶有焦油和樹脂狀物質(zhì)。而且，再氣化熱解油的嘗試通常導(dǎo)致額外的化學(xué)反應(yīng)，其在得到的氣體流中產(chǎn)生額外的生物炭和向較低分子量組分的轉(zhuǎn)移。盡管可以實驗室規(guī)模試驗實現(xiàn)相當(dāng)高的熱解油產(chǎn)率，但是更大的工業(yè)規(guī)模示范項目通常產(chǎn)生低得多的產(chǎn)率。這主要是由于這種放大結(jié)構(gòu)的大得多的加熱的三維容積內(nèi)更寬范圍的溫度、保持時間和局部壓力。因此，對于不需要復(fù)雜且昂貴的去除合成氣中雜質(zhì)的設(shè)備的進(jìn)一步加工而言，熱解油不夠穩(wěn)定，生物炭也不夠純。
[0010]自從工業(yè)革命開始以來，已知木炭的產(chǎn)生和反應(yīng)。以下討論限于由生物質(zhì)產(chǎn)生合成氣。存在幾種由生物質(zhì)產(chǎn)生合成氣的方法。美國專利號6，133，328公開了生物質(zhì)藉以被儲存的熱空氣在1000°C下分解成白熾碳的方法。截止熱空氣并引入蒸汽以與碳反應(yīng)生成氫和一氧化碳。引入額外的蒸汽以與存在的一氧化碳反應(yīng)成二氧化碳和額外的氫，從而使H2/CO比例達(dá)到2.0。美國專利號4，497，637公開了通過用熱解油和預(yù)熱空氣熱解生物質(zhì)的系統(tǒng)來講生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成合成氣。產(chǎn)生炭、熱解油和熱解氣。將熱解氣轉(zhuǎn)用以干燥進(jìn)入的生物質(zhì)，同時用蒸汽和氧氣化炭和熱解油以產(chǎn)生合成氣。
[0011]美國專利號7，226，566教導(dǎo)了由生物質(zhì)產(chǎn)生燃料和木炭的方法，其需要由多級反應(yīng)室構(gòu)成的裝置、生物質(zhì)遞送系統(tǒng)、木炭去除系統(tǒng)、燃料氣體去除系統(tǒng)、濾器、泵、去霧器、換熱器和燃料庫。反應(yīng)室的上一級實現(xiàn)生物質(zhì)輸入，中間層包括產(chǎn)生合成氣和水蒸氣的熱解區(qū)，并且下一級包括木炭床。據(jù)稱該系統(tǒng)是用于由生物質(zhì)產(chǎn)生燃料的單容器系統(tǒng)。美國專利號4，268，275,4, 421，524和4，530，702中表達(dá)了類似的概念。
[0012]Melnichuk等人的美國專利號6，747，067教導(dǎo)了由生物質(zhì)產(chǎn)生合成氣的方法，其中纖維素原料在不存在氧的情況下被連續(xù)進(jìn)料入675°C至900°C的加熱容器。加熱容器接收蒸汽的連續(xù)輸入，其將所述纖維素原料破碎成飛灰、碳、一氧化碳和氫。碳粒子被機(jī)械去除并與蒸汽在400-500°C和3-15大氣壓下反應(yīng)以引起水氣轉(zhuǎn)換。韓國專利100819505教導(dǎo)了用于將焦油和煤煙蒸汽重整為合成氣的一體式系統(tǒng)，其利用了大直徑生物質(zhì)氣化器。
[0013]美國專利申請?zhí)?010/0270505和2009/0151251公開了熱解含碳原料以形成熱解的原料流，例如炭，其然后通常通過水轉(zhuǎn)換反應(yīng)而被轉(zhuǎn)化為合成氣。美國專利申請?zhí)?009/0183430教導(dǎo)了由生物質(zhì)產(chǎn)生合成氣的系統(tǒng)，利用了用于以下的部件:壓縮生物質(zhì)，在壓縮期間從所述生物質(zhì)去除空氣，并在足夠高的溫度(大于950°C)下加熱生物質(zhì)以產(chǎn)生合成氣和灰。據(jù)稱沒有形成炭。
[0014]通常通過甲烷的蒸汽重整來獲得合成氣。甲烷重整需要原料純化裝置以減少容易污染催化劑的硫和氯化物水平。重整之后，為了獲得高純度的產(chǎn)品組分，經(jīng)常在形成這些組分之后開始分離或額外過程。通常的步驟是從CO和CO2分離氫。另一步驟是從CO2分離CO。因此，美國專利號4，861，351公開了在用不同吸附劑選擇性吸附CO和CO2之后98+%純度的氫產(chǎn)品。其他方法依賴于CO2的深低溫分離。美國專利號7，846，979公開了使用生物質(zhì)原料產(chǎn)生合成氣和C02。通過與蒸汽重整獲得的氫富集混合物反應(yīng)來回收CO2以產(chǎn)生CO和H2O。以該方式，獲得具有2.15的H2/C0比例的合成氣。
[0015]本發(fā)明實施方案的概述[0016]上述由生物炭產(chǎn)生合成氣的方法實質(zhì)上不同于本發(fā)明的方法，本發(fā)明方法利用了稱為生物質(zhì)分懼(BMF)炭的新型炭。可以根據(jù)名稱為“Method for Biomass Fractioningby Enhancing Thermal Conductivity”的共同申請的美國專利申請?zhí)?3/103，905中公開的原理產(chǎn)生BMF炭。使用生物質(zhì)分餾反應(yīng)器以獨特方式產(chǎn)生BMF炭，其中將生物質(zhì)分餾成薄片，并使所述薄片經(jīng)歷特定溫度坡度和壓力沖擊。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的不同實施方案，合成氣比例的調(diào)節(jié)是獨特的，因為其受原料性質(zhì)和質(zhì)量的控制。根據(jù)原料是氫富集的還是氧富集的，可以獲得廣譜的合成氣組成。
[0018]另一實施方案特別描述了用于由生物質(zhì)產(chǎn)生合成氣的方法，包括:研磨生物質(zhì)原料以產(chǎn)生研磨的生物質(zhì)顆粒；將所述研磨的生物質(zhì)顆粒分配成薄片；使研磨的生物質(zhì)的薄片經(jīng)歷包括順序或同時的溫度坡度和壓力沖擊的處理；和從所述處理回收殘余的非揮發(fā)性生物質(zhì)組分，并使所述組分與甲烷、氧、蒸汽和二氧化碳的至少一種在高溫下反應(yīng)。
[0019]另一實施方案涉及用于調(diào)節(jié)合成氣中氫與一氧化碳比例的方法，包括:研磨生物質(zhì)原料以產(chǎn)生具有.001英寸至I英寸范圍內(nèi)的直徑的研磨的生物質(zhì)顆粒；將研磨的生物質(zhì)分配成厚度是所述研磨的生物質(zhì)顆粒直徑的倍數(shù)的薄片；使所述研磨的生物質(zhì)經(jīng)歷順序或同時的溫度坡度和壓力沖擊；選擇性收集從所述生物質(zhì)釋放的各組揮發(fā)性化合物；收集所述薄片的剩余的非揮發(fā)性組分；使所述非揮發(fā)性組分與氧、甲烷、蒸汽和二氧化碳的一種反應(yīng)；和調(diào)節(jié)反應(yīng)的氧、甲烷、蒸汽或二氧化碳的比例以產(chǎn)生具有O至100范圍內(nèi)的氫/碳比例的合成氣。
[0020]本發(fā)明實施方案使用從生物質(zhì)分餾器產(chǎn)生的新型炭(B卩，BMF炭)來生成高純度合成氣。
[0021]本發(fā)明其他實施方案使用BMF炭產(chǎn)生具有寬的氫和一氧化碳組成的合成氣混合物。
[0022]本發(fā)明其他實施方案涉及使大量儲存的甲烷與BMF炭反應(yīng)以最終產(chǎn)生增值的化學(xué)品的方法。
[0023]本發(fā)明其他實施方案涉及使用基于BMF炭的反應(yīng)來合成汽油的方法。
[0024]通過示例說明根據(jù)本發(fā)明實施方案的特征的結(jié)合附圖的以下詳述，本發(fā)明的其他特征和方面將變得明顯。概述不是要限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求書來限定。
[0025]附圖簡述
[0026]參考附圖詳細(xì)描述根據(jù)一個或多個不同實施方案的本發(fā)明。附圖僅為了示例說明而提供，并且僅描繪了本發(fā)明的典型或示例實施方案。提供這些附圖以幫助讀者理解本發(fā)明，并且不應(yīng)被解釋為本發(fā)明寬度、范圍或適用性的限制。應(yīng)該注意，為了清楚和容易說明，這些附圖不一定按比例制作。
[0027]圖1是顯示利用在BMF炭反應(yīng)器中的隨后反應(yīng)將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成BMF炭的流程圖。
[0028]圖2示例說明了將生物質(zhì)加載到支撐生物質(zhì)反應(yīng)室的旋轉(zhuǎn)盤上的可選方法。
[0029]圖3是示例說明用于產(chǎn)生BMF炭的方法的圖。
[0030]圖4示例說明了施加的壓力和溫度幫助相應(yīng)生物質(zhì)反應(yīng)的實施方案。
[0031]圖5示例說明了其中BMF炭反應(yīng)室位于旋轉(zhuǎn)盤內(nèi)的實施方案。
[0032]圖6是來自玉米的BMF炭在其形成之后的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。[0033]圖7a和7b顯示分別來自紅杉和玉米芯的BMF炭的XRF數(shù)據(jù)。
[0034]圖8a_8d顯示BMF炭與不同反應(yīng)物的反應(yīng)產(chǎn)物的質(zhì)譜數(shù)據(jù)。
[0035]附圖不是要窮盡或限制本發(fā)明至公開的精確形式。應(yīng)該理解，本發(fā)明的實施可以具有調(diào)整和改變，并且本發(fā)明僅由權(quán)利要求及其等同替代所限制。
[0036]本發(fā)明實施方案的詳述
[0037]本發(fā)明涉及生物質(zhì)分餾，藉此通過生物質(zhì)分餾系統(tǒng)加工生物質(zhì)，所述生物質(zhì)分餾系統(tǒng)通過施加選擇性溫度坡度和壓力沖擊來產(chǎn)生一系列有用的揮發(fā)性組分和BMF炭。具體地，BMF炭與甲烷、二氧化碳、蒸汽或氧的任一流反應(yīng)以產(chǎn)生具有可控的組成范圍的高純合成氣。得到的合成氣可以任何希望的方式使用，包括轉(zhuǎn)化成含氧物，例如甲醇和二甲醚，和轉(zhuǎn)化成Fischer-Tropsch產(chǎn)物,例如汽油、柴油、潤滑劑和石腦油。
[0038]不同于產(chǎn)生具有高雜質(zhì)的合成氣的常規(guī)方法，本發(fā)明實施方案通過BMF炭的轉(zhuǎn)化產(chǎn)生高純度合成氣。此外，一些實施方案允許通過改變反應(yīng)物的來源和數(shù)量來調(diào)節(jié)氫與一氧化碳的比例。本發(fā)明的其他實施方案采用新的炭，該新的炭足夠清潔以進(jìn)一步加工用于產(chǎn)生高純度合成氣。[0039]BMF炭的產(chǎn)牛
[0040]本發(fā)明實施方案涉及由BMF炭產(chǎn)生合成氣。具體地，該炭可以根據(jù)名稱為“Methodfor Biomass Fractioning by Enhancing Thermal Conductivity” 的共同擁有的共同待決的美國專利申請?zhí)?3，103，905中公開的原理產(chǎn)生，其內(nèi)容通過引用整體并入本文。以下討論示例說明了 BMF炭的產(chǎn)生?，F(xiàn)在參考圖1，將生物質(zhì)50 —片一片加載到多個可移動生物質(zhì)反應(yīng)室51上。作為例子，可以使用常規(guī)驅(qū)動機(jī)構(gòu)例如齒輪驅(qū)動、鏈驅(qū)動、棘輪鏈輪等使隔室制成可移動的。除了線性位移，還可以將反應(yīng)室51安排在連續(xù)或以逐步方式旋轉(zhuǎn)的盤上，如圖2所示。然后使生物質(zhì)50運輸至生物質(zhì)分餾反應(yīng)器60，其允許產(chǎn)生高產(chǎn)率生物中間體化合物61和殘余炭52 (BP, BMF炭)。
[0041 ] 如本文使用的，術(shù)語“生物質(zhì)”包括源自或容易獲自植物來源的任何材料。這種材料可以包括但不限于:(i)植物產(chǎn)品，例如樹皮、葉、樹枝、樹樁、硬木片、軟木片、葡萄浮石(grape pumice)、甘鹿洛、柳枝；和(:[；0團(tuán)粒材料例如草、木和干草團(tuán)粒，作物產(chǎn)品例如玉米、小麥和南非槿麻。該術(shù)語還可以包括種子，例如植物種子、向日葵種子、水果種子和豆科植物種子。
[0042]術(shù)語“生物質(zhì)”還可以包括:(i)廢產(chǎn)物，包括動物糞便，例如家禽衍生的廢物；
(ii)商品化或回收的材料，包括塑料、紙、紙漿、硬紙板、鋸末、木材殘渣、木材刨花和布料；
(iii)城市廢物，包括污水廢物；(iv)農(nóng)業(yè)廢物，例如椰子殼、山核桃殼、杏仁殼、咖啡渣；和(V)農(nóng)業(yè)飼料產(chǎn)品，例如稻草、麥桿、稻殼、玉米秸桿、玉米秸桿和玉米芯。
[0043]進(jìn)一步參考圖1，可以通過許多技術(shù)將生物質(zhì)研磨成適合分配入反應(yīng)室51的粒度。粒度可以是直徑范圍從0.001英寸至I英寸，由加工設(shè)備大小和熱傳輸速率限制。
[0044]本發(fā)明實施方案特別說明了比其厚度更寬且更長的生物質(zhì)室51，在一些情況下，將生物質(zhì)分配成其總厚度是生物質(zhì)粒度的I至30倍的薄片。未經(jīng)壓縮的生物質(zhì)(其被研磨或切碎至1/8"或更小)的室的優(yōu)選厚度是大約3/4"厚度。隨著生物質(zhì)被加熱并進(jìn)一步熱解(如下討論的)，新興的BMF炭快速濃縮至約1/10〃厚的層。該長寬比保證了允許收集稱為生物中間體化合物的有用化合物以及產(chǎn)生BMF炭的溫和熱解條件。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，這些生物質(zhì)室的寬度和長度以及其相應(yīng)的驅(qū)動盤的直徑的尺寸可以是適合生物質(zhì)分餾器的希望生產(chǎn)量的任何尺寸，而不背離本發(fā)明范圍。
[0045]參考圖3，研磨的生物質(zhì)被運輸至生物質(zhì)分餾反應(yīng)器60，其使生物質(zhì)經(jīng)歷一系列溫度坡度譜(Δ Tn)和壓力沖擊譜(ΛΡη)，其中η是大于I的整數(shù)，其描述了生物質(zhì)逐步分解中的階段。具體地，首先通過在加工站58的加熱劑、例如金屬砧使生物質(zhì)經(jīng)歷加熱譜ΔΤ1，通常是線性溫度坡度。通常，該第一 Λ Tl譜的目的是使生物質(zhì)脫水。隨后的ATrUf以漸高的溫度終止，并且服務(wù)于除氣和將固體生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化至揮發(fā)性生物化合物的目的。這些有用的生物化合物具有漸高的脫揮發(fā)溫度。為了以選擇性方式完成該脫揮發(fā)作用，通過壓力處理來完成溫度處理。在示例的實施方案中，這使用壓縮站59 (例如，一系列砧)來實現(xiàn)，壓縮站59用于使生物質(zhì)經(jīng)歷伴隨的壓力譜ΛΡη，包括利用碳的固有壓縮特征的一系列壓力沖擊。
[0046]在一些實施方案中，溫度譜是范圍從0.0Ol0C /秒至1000°C /秒、且優(yōu)選從1°C /秒至100°C /秒的線性坡度。加工加熱站58可以通過電加熱元件、直接火焰燃燒或者通過定向噴射加熱的工作氣體或超臨界流體來加熱。加熱譜和壓力壓縮譜可以通過反饋回路連接，并且可以通過相同的劑同時應(yīng)用。壓縮站59可以通過電驅(qū)動裝置、空氣壓縮裝置或用于壓縮加載生物質(zhì)的任何其他形式的能量來控制。在這些加工步驟之后，BMF炭52保留。
[0047]生物質(zhì)的選擇性熱解產(chǎn)生于施加的壓力脈沖、施加的溫度和生物質(zhì)經(jīng)歷的得到的壓力和溫度之間的相互作用。該過程以圖表方式示例說明于圖4，圖4顯示了作為時間函數(shù)的施加的壓力、生物質(zhì)溫度、生物質(zhì)壓力和砧位置。要理解，可以施加多種不同類型的壓力脈沖，并且完整的示例說明是教學(xué)式裝置。在圖4中，通過壓縮站59施加的壓力沖擊顯示為一系列三角形壓力脈沖，具有未指定的休息時間。通過利用水的熱導(dǎo)率開始該過程。首先使生物質(zhì)經(jīng)歷足以引起生物質(zhì)釋放水的溫度坡度。然后使釋放的加熱的水經(jīng)歷壓縮蒸汽的壓力沖擊，從而加速生物質(zhì)分解。對于蒸汽而言，可能獲得超臨界形式，盡管這不是本發(fā)明所必需的。
[0048]繼續(xù)參考圖4，壓力沖擊還幫助破壞生物質(zhì)。在施加峰值壓力后的短時間，砧被萃取的揮發(fā)性化合物的壓力推回。當(dāng)揮發(fā)性化合物與蒸汽一起去除時，生物質(zhì)內(nèi)的壓力突然降低。生物質(zhì)溫度快速返回至基礎(chǔ)水平，砧返回其未延伸的基礎(chǔ)位置。在已經(jīng)從生物質(zhì)完全去除水之后，施加的溫度使生物質(zhì)內(nèi)熱集中區(qū)域開始碳形成。對新形成的碳的壓縮性沖擊反過來增加碳的熱導(dǎo)率。增加的熱導(dǎo)率用于有效傳輸裂解生物質(zhì)所需的熱能至其分解的下一階段。而且，因為碳表現(xiàn)出壓縮記憶，壓縮性沖擊足以發(fā)揮對熱導(dǎo)率的這種作用。
[0049]在商業(yè)化碳電阻器作為低壓力表的研究中已經(jīng)間接說明了碳的壓縮記憶。參見Rosenberg, Z 等人 International Journal of Impact Engineering34(2007)732_742o 在這些研究中，以高速度從氣槍發(fā)射金屬盤，并且沖擊其中嵌入碳電阻器的環(huán)氧或Plexiglas目標(biāo)。測量電阻變化，作為沖擊之后的時間的函數(shù)。注意，電阻在不到一微秒內(nèi)十分快速地下降，并且在低位保持?jǐn)?shù)微秒、在一些情況下超過10微秒，直至它開始逐漸增加至沖擊前的水平。基本上在沖擊之后存在記憶效應(yīng)或緩慢松弛。如金屬一樣，碳的電阻和熱導(dǎo)率負(fù)相關(guān)(參見例如 Buerschaper, R.A.Journal of Applied Physicsl5 (1944) 452-454 和Encyclopedia of Chemical Technology,第5版),這些研究揭示了基于碳部分的壓縮記憶。該壓縮記憶至少部分用于本發(fā)明實施方案。[0050]本發(fā)明實施方案還在利用碳被壓縮時熱導(dǎo)率的增加。碳麥克風(fēng)中電阻隨壓力的變化是碳電話和碳擴(kuò)音器利用的公知效應(yīng)。Thomas Edison的美國專利號203，016、美國專利號222，390和美國專利號474，230描述了將聲音壓縮(振動)轉(zhuǎn)化為碳顆粒電阻變化的裝置。碳在電阻與熱導(dǎo)率之間的負(fù)相關(guān)方面甚至比大多數(shù)金屬更敏感。以下是指示各種物質(zhì)(CRC Handbook of Chemistry and Physics,第87版)熱導(dǎo)率與BMF碳的測量熱導(dǎo)率對比的數(shù)據(jù):
[0051]表1.選擇熱導(dǎo)率W/ (m.K)
【權(quán)利要求】
1.一種由生物質(zhì)產(chǎn)生合成氣的方法，包括: 研磨生物質(zhì)原料以產(chǎn)生研磨的生物質(zhì)顆粒； 將所述研磨的生物質(zhì)顆粒分配成薄片； 使研磨的生物質(zhì)的薄片經(jīng)歷包括順序或同時的溫度坡度和壓力沖擊的處理；和由所述處理回收殘余的非揮發(fā)性生物質(zhì)組分，并使所述組分與甲烷、氧、蒸汽和二氧化碳的至少一種在高溫下反應(yīng)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述生物質(zhì)顆粒被研磨成.0Ol英寸至I英寸范圍內(nèi)的直徑，并且其中所述薄片的厚度是所述研磨的生物質(zhì)顆粒的直徑的倍數(shù)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述薄片的厚度是所述生物質(zhì)顆粒直徑的I至30倍。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述溫度坡度從約ο.0orc /秒至約iooo°c /秒變化。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述溫度坡度在范圍從約I微秒至約I周的時段內(nèi)變化。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述壓力沖擊在一個壓力范圍內(nèi)增加。
7.如權(quán)利要 求1所述的方法，其中所述壓力沖擊在從約I微秒至約I周變化的時間范圍內(nèi)施加。
8.如權(quán)利要求1所述的方法,其中所述壓力沖擊以從約0.2MPa至約IOGPa的大小變化。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中在一個時間范圍內(nèi)施加不同大小的壓力沖擊的混口 ο
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述生物質(zhì)經(jīng)歷受控的氣體氛圍或超臨界流體，同時經(jīng)歷溫度坡度。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述生物質(zhì)經(jīng)歷受控的氣體氛圍或超臨界流體，同時經(jīng)歷壓力沖擊。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中至少一種收集的氣體組分選自由以下組成的組:月旨質(zhì)、呋喃、烴或烴片段和合成氣。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述溫度坡度包括足以在所述生物質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生非揮發(fā)性碳質(zhì)材料的高溫。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述溫度高于300°C。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述壓力沖擊增加所述生物質(zhì)內(nèi)形成的非揮發(fā)性碳質(zhì)材料的熱導(dǎo)率。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述非揮發(fā)性生物質(zhì)組分與甲烷犧牲且催化地反應(yīng)。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述甲烷源自濕氣源。
18.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述氧是氧和惰性劑的混合物的一部分，或者源自含氧物類的分解，所述含氧物類選自由以下組成的組:H20、H202和N20。
19.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述非揮發(fā)性組分在進(jìn)行合成氣生成反應(yīng)之前被活化。
20.一種調(diào)節(jié)合成氣中氫與一氧化碳比例的方法，包括: 研磨生物質(zhì)原料以產(chǎn)生具有.001英寸至I英寸范圍內(nèi)的直徑的研磨的生物質(zhì)顆粒； 將研磨的生物質(zhì)分配成厚度是所述研磨的生物質(zhì)顆粒直徑的倍數(shù)的薄片； 使所述研磨的生物質(zhì)經(jīng)歷順序或同時的溫度坡度和壓力沖擊； 選擇性收集從所述生物質(zhì)釋放的各組揮發(fā)性化合物； 收集所述薄片的剩余的非揮發(fā)性組分； 使所述非揮發(fā)性組分與氧、甲烷、蒸汽和二氧化碳的一種反應(yīng)；和調(diào)節(jié)反應(yīng)的氧、甲烷、蒸汽或二氧化碳的比例以產(chǎn)生具有O至100范圍內(nèi)的氫/碳比例的合成氣。`
【文檔編號】C01B3/32GK103874652SQ201280034154
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年2月23日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月9日
【發(fā)明者】邁克爾·謝赫, 拉哈斯赫哈拉姆·馬爾亞拉, 羅納爾·A·西爾斯 申請人:酷星能源系統(tǒng)公司