本发明专利技术涉及一种利用有机废弃物生产乙炔或乙烯的方法。该方法包括以下步骤：分别提供氢气、水、一氧化碳、二氧化碳和甲烷的供给；提供一催化体系，其首先具有从第VIII族过渡金属氧化物中选择的催化剂，其次具有催化剂载体；使用所述催化体系处理所述甲烷的供给以制备第一反应物；提供第二反应物；以及所述第一反应物与第二反应物发生反应以产生一中间体，其中所述中间体是碳化钙（CaC2）。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种利用有机废弃物生产乙炔或乙烯的方法及系统。
技术介绍
现今处理城市和工业有机废弃物的常用方法为厌氧消化和气化。这些方法的输出 包括一氧化碳（C0)、氢气（?)、甲烧（CH4)和二氧化碳（C02)。一氧化碳（C0)、氢气（?)、甲烧 (CH4)通常用于发电。所发的电用作原位消耗或供给电网给公众。然而，过去所发的电只能 提供少于本地电力消费的1%。仅供给电网的电在很近的距离下，其价格是没竞争力的， 这导致以这种方式处理有机废物在经济上缺乏吸引力。通过一氧化碳（C0)、氢气（?)、甲烷 (ch4)回收电能通常被认为基本负荷较低，且比水力发电、风力发电和核发电成本高。因此， 它们往往只是被释放到大气中。这些含碳气体，即，甲烷这将增加大气中的碳含量，并被认 为是对全球气候有害的。所以，我们的环境需要一种新方法以捕获生命周期物质中有机端 的碳以及重新捕获已经释放到大气中的碳。 乙炔和乙烯是分别具有化学式C2H2和C2H4的烃。它们广泛应用于化工领域中，其 遍布全球的生产超过任何其他有机化合物。在美国和欧洲，约90%的乙烯被用于生产环氧 乙烷、二氯乙烷、乙苯和聚乙烯。乙烯的主要生产包括通过聚合作用制备聚合物以及这些聚 合物均产生于750-950°C下的原油中蒸汽裂解。虽然利用化石能源来制造乙炔或乙烯效率 高，但是却整造了大量的温室气体。 由于有很大的乙炔或乙烯需求，而用于乙炔或乙烯生产的原料气体的大量供给可 通过厌氧消化和气化由有机物分解转化为高能气体提供，因此，大量的有机物完全有可能 在闭环系统中转化为乙炔或乙烯，以便下游的化学合成从而实现大气中的碳再生。 本专利技术的目的是更有效地和高效率地利用有机废弃物生产乙炔或乙烯，以捕获来 自生命周期中有机端的碳以及重新捕获已经被释放到大气中的碳，提供给公众一种有用的 备选方案。此举不单解决了废弃物处理的问题，更开拓了利用废弃物来制造化工下游的合 成，融合了两个本来独立的领域为一个新的领域。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供一种生产乙炔或乙烯的方法，其利用有机废弃物生 产乙炔或乙稀，包括以下步骤：a)提供氢气、水、一氧化碳和/或二氧化碳的供给；b)提供甲 烷的供给；c)提供一种催化体系，其首先具有选自第VIII族过渡金属氧化物的催化剂，其 次具有催化剂载体；d)使用该催化体系处理该甲烷的供给以制备第一反应物；e)提供第二 反应物；以及f)所述第一反应物与第二反应物发生反应以产生一中间体，其中所述中间体 是碳化1丐（CaC2)。 优选地，所述催化剂载体和所述第二反应物可以是氧化钙。 在某些实施例中，所述催化剂可以是镍、钴、或铁的氧化物、或它们的组合。 在其他实施例中，所述催化剂可以选自第VIII族过渡金属元素。所述催化剂可以 选自包括铁、镍、钴、钼及它们的混合物的组合。 合适地，所述催化剂载体可以选自包括碱金属氧化物、碱土金属氧化物、硅、氧化 硅、氧化铝、碳化硅、碳及它们的混合物的组合。所述催化剂载体可具有管状或片状的形态， 以增加其表面积。 在一个实施例中，所述第二反应物可以选自包括碱金属氧化物、碱土金属氧化物、 硅、氧化硅、氧化铝、碳化硅、石墨及它们的混合物的组合。 有利的是，所述方法可包括使用第VIII族过渡金属氧化物溶液的湿化学浸渍将 所述催化剂沉积到所述催化剂载体上的步骤。在一个实施例中，所述催化剂可通过挥发性 过渡金属前体络合物的分解沉积到所述催化剂载体上，其中包括通过挥发性过渡金属前体 的分解将所述催化剂沉积到所述催化剂载体上的步骤。例如，金属前体络合物中的金属可 具有零氧化态。 在一个实施例中，每个所述氢气、水、一氧化碳、二氧化碳和甲烷的供给来自外部 来源和内部来源，所述内部来源为所述乙炔或乙烯生产过程中产生的气体；所述外部来源 和所述内部来源的组合作为所述氢气、水、一氧化碳、二氧化碳和甲烷的供给以作所述生产 方法的消耗。 该方法可以包括利用含有能量的第一种原料基质的步骤，其中，所述含有能量的 第一种原料基质包括可发酵物。该可发酵物可包括污水污泥，食品和厨余垃圾或它们的组 合。该方法可以包括使含有能量的第一种原料基质进行厌氧消化，以生产所述外部来源的 供给的二氧化碳和甲烷。 该方法可以包括利用含有能量的第二种原料基质的步骤，其中，该含有能量的第 二种原料基质包括可燃物。该可燃物可以包括垃圾衍生燃料、煤、生物质、发酵可消化物或 它们的组合。 优选地，该含能量的第二种原料基质具有至少10GJ/t的输入热值。 该方法可以包括使含有能量的第二种原料基质进行热化学处理的步骤以分别生 产甲烷、氢气、一氧化碳和二氧化碳和产生所述甲烷、所述氢气、所述一氧化碳和所述二氧 化碳的外部来源。 该方法可以包括，在上述步骤d)过程中形成纳米碳及作为所述氢气的供给的一个 内部来源的氢气。 该方法可以包括，在形成碳化钙（CaC2)的过程中，所述纳米碳与所述氧化钙发生 反应以产生一氧化碳作为所述一氧化碳的供给的一个内部来源。 该方法可以包括使一氧化碳进行水煤气变换反应以产生氢气和二氧化碳作为所 述氢气和所述二氧化碳的供给的内部来源的步骤。 该方法可以包括使氢气和二氧化碳进行Sabatier反应以产生甲烷为所述甲烷的 供给的内部来源和产生水为所述水的供给的内部来源的步骤。 该方法可以包括使纳米碳和二氧化碳进行Boudouard反应的步骤，以产生提供一 氧化碳的供给的一氧化碳的内部来源。 该方法可以包括裂解烃类气体并在烃类气体裂解中提供必需的加热的步骤，其中 该加热是来自内部或外部的废热。 该方法可以包括重复使用外部烃类气体以生产提供甲烷的供给的甲烷的步骤。 根据本专利技术的第二方面，提供一种生产乙炔或乙烯的系统，其利用有机废弃物生 产乙炔或乙烯，包括：a)用于氢气、水、一氧化碳和/或二氧化碳的供给的容器，b)用于甲烷 的供给的容器，c)包括催化剂和用于所述催化剂的催化剂载体的催化体系，d)选自第VIII 族过渡金属氧化物的催化剂，e)用于处理所述甲烷的供给以产生第一反应物的第一反应 器，f)用于第二反应物与所述第一反应物反应以产生中间体的第二反应器，且其中所述催 化剂载体和第二反应物均为氧化钙，中间体为碳化钙（CaC2)。 优选地，每个甲烷的供给和二氧化碳的供给可以来自所述生产方法的操作产生的 外部来源和内部来源，外部来源和内部来源的组合分别形成氢气、水、一氧化碳、二氧化碳 和甲烷，用于所述系统的消耗。【附图说明】 本专利技术的一些实施例将通过参照附图进行说明，其中： 图1是根据本专利技术用于将可燃物和可发酵物转化为原料气体以生产乙烯的装置示意 图； 图2是显示乙烯生产的系统示意图； 图3是显示图2的系统操作过程中发生的反应的概要；以及 图4是显示采用金属络合物前体的方法沉积于纳米碳(或碳纳米管)的催化剂的SEM图 像，包括A，B，C，D，E和F。 其中，术语汇总： 101 过渡金属催化剂容器； 102 催化剂载体容器； 103 反应器I; 当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用有机废弃物生产乙炔或乙烯的方法，包括以下步骤：a)提供氢气、水、一氧化碳和/或二氧化碳的供给；b)提供甲烷的供给；c)提供一催化体系，其首先具有选自第VIII族过渡金属氧化物的催化剂，其次具有催化剂载体；d)使用所述催化体系处理所述甲烷的供给以制备第一反应物；e)提供第二反应物;以及f)所述第一反应物与所述第二反应物发生反应以产生一中间体，其中所述中间体是碳化钙（CaC2）。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂芬·彼得斯，克劳斯·莫特纳，谢嘉骏，
申请(专利权)人：栢坚国际有限公司，
类型：发明
国别省市：中国香港;81
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