解聚方法技术

本发明专利技术公开了一种用于溶解碳质原料的方法。该方法包括以下步骤：使碳质原料的混合物与包含处于第一较高氧化态的金属的金属氧化物反应，以通过从金属氧化物中释放至少一个氧原子将金属氧化物的金属还原成第二较低氧化态。从金属氧化物释放的氧被用于氧化碳质原料。然后，将至少一部分金属或含有处于第二较低氧化态的金属的金属氧化物氧化成含有处于第一较高氧化态的金属的金属氧化物，以在反应步骤中重新使用。

Depolymerization method

A process for dissolving carbonaceous material is disclosed. The method comprises the following steps: the mixture of carbonaceous materials and metal oxide containing in the first high oxidation state of the metal reaction by metal oxides from the release of at least one oxygen atom to the metal oxide metal is reduced to second lower oxidation state. Oxygen released from metal oxides is used to oxidize carbonaceous material. Then, at least a portion of the metal or metal oxide containing in second low oxidation state of the metal containing metal oxide in the first high oxidation state of the metal, in the reaction step to use.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及将不溶性碳质原料转化为水溶性产物。特别地，本专利技术涉及使用金属氧化物作为氧载体来氧化碳质原料以产生可溶性化学产物和/或可生物降解的底物。
技术介绍
碳质(carbonaceous)原料，特别是以前被认为不太适合用作燃料的原料，已经得到了新的关注。这些碳质原料可以转化成从清洁燃料到用于各种工业的产物，例如天然气、氢气、醇类、有机酸和短链烃类。例如，碳质原料可以在升高的温度和压力下气化，以产生可随后转化为气体燃料的合成气流。将煤或木质纤维素材料转化为有价值的燃料和原料化学品已被广泛研究和描述。通常，在这种转化过程中，煤或木质纤维素材料不同程度地解聚成其有机成分。这些转化技术分为三个主要类型：加氢液化或直接液化、热解和气化。所有这些技术的目标是通过混合使用更高价值燃料、原料化学品或所需燃料或原料化学品的前体来选择煤或木质纤维素材料。然而，这些方法通常在高温和/或高压下进行和/或它们使用昂贵的氢和有机溶剂。例如，间接的煤或木质纤维素材料的液化过程包括在氧气或空气存在下在大于约700℃的温度下进行气化步骤，以制备合成气(CO和H2的混合物)，然后进行至少一个催化步骤将合成气转化为液态烃。煤或木质纤维素材料气化步骤需要将煤或木质纤维素材料与受控和/或有限量的氧气和任选的蒸汽一起进料到加热室(“气化器”)中。与使用过量氧气的焚烧或燃烧产生CO2、H2O、SOx(包括SO、SO2、SO3、SO2、S2O2、S2O2、S2O2等)和NOx(包括NO，NO2，N2O)相比，煤或木质纤维素材料气化产生包含CO、H2、H2S和NH3的原料气体组合物。清理后，主要的气化产物是H2和CO。参见Demirbas，“碳质材料的能源和化学物质的回收(RecoveryofEnergyandChemicalsfromCarbonaceousMaterials)”，EnergySources，PartA,vol.28，第1473-1482页，2006年。这个过程是完全的资本密集型的。直接的煤或木质纤维素材料液化过程通过在高压和高温环境下在氢气存在下，用溶剂和催化剂分解煤或木质纤维素材料中的高分子量有机分子而将煤或木质纤维素材料直接转化成液体产物，而不需要中间的气化步骤。由于诸如液态烃的液体产物通常具有比煤或木质纤维素材料更高的氢-碳摩尔比，所以在直接的煤或木质纤维素材料液化过程中采用氢化或脱氧和脱碳方法。这个方法需要大量的能源消耗，而在工业规模上(千桶/天)，需要大量的资本投资。其他碳质原料也可以被溶解以产生用于各种工业应用的有价值的起始材料。美国专利第4,345,098号公开了一种方法，其通过在足以将碳质原料中的至少一部分芳香族化合物转化成金属的苯羧酸盐的条件下，用氧气处理碳质原料、水和包含Ia族金属或IIa族金属的水溶性试剂的混合物，并通过加热使苯羧酸盐异构化来生产异构化苯羧酸盐。然后从反应混合物中回收异构化的苯羧酸盐。该方法使用优选的温度范围为200℃至350℃，压力为1700psig。US2012/0064609公开了一种通过用包含焦磷酸盐或其衍生物的组合物处理煤或木质纤维素材料来溶解煤或木质纤维素材料的方法。煤或木质纤维素材料的溶解可以在地下地层、陆地地层或非原位反应器中进行。溶解过程需要从环境温度到高达500℃的温度和在大气压至约100psi范围的压力。美国专利第2,193,337号公开了一种方法，其通过用含氧气体在升高的压力和温度下，在至少10倍重量碳质原料的水和总量为原料重量1.5-4倍的优选碱金属或碱土金属的氧化物或氢氧化物存在下，将碳质原料如锯屑、木屑、泥炭或煤等与含氧气体一起加热。然后可以从得到的反应产物中分离产生的草酸，以及其他有机酸如苯六酸、苯甲酸或乙酸。该专利中的实施例显示，溶解是在优选180℃的温度和优选20个大气压的压力下操作约2小时。美国专利第8,435,920号公开了一种用于气化诸如柴油、汽油、喷气燃料、醇、甘油和植物油的燃料的方法。该方法包括在高达900℃的温度下使燃料与载氧催化剂接触，然后与氧化气体接触以产生H2、CO、CO2或CH4。交替地将催化剂还原，然后在该过程中再生成氧化状态。该催化剂包含至少一种下式的含金属氧化物的组合物：(a)CexByB'zB”Oδ，其中B＝Ba、Sr、Ca或Zr；B'＝Mn、Co，和/或Fe；B”＝Cu；0.01<x<0.99；0<y<0.6；0<z<0.5；(b)Ce1-x-yNixByO2-*，其中B＝Zr、Ba、Ca、La或K；0.02<x<0.1；0<y<0.1；0.02<*<0.15；1<δ<2.2；(c)煤灰本身作为催化剂材料或作为金属氧化物的载体。US2012/0199054公开了一种用于从燃料生产能量的方法，包括通过使燃料与至少一种含氧固体化合物接触而使燃料氧化，伴随固体化合物的还原；回收还原的固体化合物；通过使回收的固体化合物与含氧气体接触来放热地再氧化至少一部分回收的固体化合物；以及回收待再利用的再氧化固体化合物。含氧气体可以是空气或包含氧体积浓度在22％-100％之间的气体。US2012/0319051公开了一种从烃生产合成气的循环方法，其包括以下连续步骤：氧化作为氧载体和热载体的可氧化固体，从氧化的固体清除空气，燃烧氧化的固体与碳氢化合物以生产二氧化碳，并通过混合CO2、蒸汽和甲烷生产合成气。可氧化固体是含有选自Ni、W、Mn、Rh、Co、Sr、Ba、Pt、Fe、Cu、Mo、Pd、Ag及其混合物的金属的含氧固体。该方法中使用的温度通常在700℃-1000℃之间，压力在20巴-100巴的范围内。美国专利第7,922,782号公开了一种用于将含碳材料转化成甲烷的气化方法和用于执行该气化方法的设备。气化过程包括在气化反应器中在碱金属催化剂存在下使蒸汽和碳质材料反应以产生可燃气体和炭颗粒，在碱金属催化剂回收系统中处理这种炭颗粒的流以重新获得催化剂组分如碱金属化合物，并回收重新获得的碱金属催化剂。碱金属催化剂可以是无机碱金属盐、有机碱金属盐、碱金属氢氧化物、碱金属氧化物、碱金属碳酸盐、碱金属碳酸氢盐或纯金属，或这些化合物/金属的两种或更多种的组合。在上述专利中描述的现有技术中公开的方法的一个主要缺点是使用相对高的温度、压力和/或昂贵的溶剂，例如碱金属氢氧化物或氧化剂如纯O2或其他昂贵的溶剂氧化剂。这种苛刻的条件导致原料和/或能源成本过高，使得这种过程在工业规模上不经济。这些方法还通常导致与随后的微生物转化步骤不相容的产物流或气态产物。需要一种改进的方法，其利用更温和的条件并且还提供碳质原料的有效的氧化解聚，并且增强所得产物对化学品和沼气的生物降解性。这种改进的方法可以降低从碳质原料生产清洁燃料和工业原料的成本，从而提高这些方法的经济可行性。
技术实现思路
[1]本专利技术提供一种溶解碳质原料的方法，包括以下步骤：a.使碳质原料与包含处于第一较高氧化态的金属的金属氧化物的混合物反应，以通过释放至少一个氧原子将金属氧化物的金属还原成处于第二较低氧化态，以氧化至少一种碳质原料；b.将至少一部分金属或含有处于第二较低氧化态的金属的金属氧化物氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于溶解碳质原料的方法，其包括以下步骤：a.使所述碳质原料的混合物与包含处于第一较高氧化态的金属的金属氧化物反应，以通过释放至少一个氧原子将金属氧化物的金属还原成第二较低氧化态，从而氧化所述碳质原料的至少一种组分；和b.将至少一部分金属或含有处于第二较低氧化态的金属的金属氧化物氧化成第一较高氧化态，以及c.将来自步骤(b)的包含处于第一较高氧化态的金属的金属氧化物的至少一部分再循环至步骤(a)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.02.10 US 62/114,2991.一种用于溶解碳质原料的方法，其包括以下步骤：a.使所述碳质原料的混合物与包含处于第一较高氧化态的金属的金属氧化物反应，以通过释放至少一个氧原子将金属氧化物的金属还原成第二较低氧化态，从而氧化所述碳质原料的至少一种组分；和b.将至少一部分金属或含有处于第二较低氧化态的金属的金属氧化物氧化成第一较高氧化态，以及c.将来自步骤(b)的包含处于第一较高氧化态的金属的金属氧化物的至少一部分再循环至步骤(a)。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属氧化物包含选自镧系元素和锕系元素的过渡金属。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属氧化物包括选自Fe、Ti，Cu、Ni、V、Cr、Mn、Co、Mo、La、Ce、Zr、Sr、W、Rh、Ba、Pt、Pd和Ag的金属。4.根据权利要求1所述的方法，其中在所述反应步骤中，金属氧化物与所述碳质原料的重量比为约0.1:100至约10:100，或约0.5:100至约5:100，或约1:100至约3:100。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属氧化物在惰性载体上。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述惰性载体包括选自下组的材料：碳、活性炭、浮石、氧化铝、二氧化硅、二氧化硅-氧化铝、氧化镁、硅藻土、铝土矿、二氧化钛、氧化锆、粘土、硅酸镁、碳化硅、沸石，陶瓷、金刚砂、石英、氧化钍、铬铁矿、金红石、钛铁矿锆石、铝土矿及其组合。7.根据权利要求5所述的方法，进一步包括在步骤(a)之前加热所述惰性载体以在步骤(a)中能够将热量从所述惰性载体传递到所述混合物的步骤。8.根据权利要求5所述的方法，其中所述惰性载体是选自颗粒、挤出物、整料、纤维、网状物和网的形式。9.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特·巴尔泰克，巴赫曼·雷加，
申请(专利权)人：克里斯能量有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US