与金属矿石的生物还原、氢生产和/或活性炭生产集成的生物质热解制造技术

本发明专利技术公开了用于生产适用于还原金属矿石的可再生氢以及用于生产活性炭的改进方法和系统。一些变型形式提供了一种方法，该方法包括：热解生物质以产生包含碳的生物源试剂和热解废气；将该热解废气转化为另外的还原气体和/或热；使至少一些该生物源试剂与反应物反应以产生还原气体；以及在该还原气体的存在下化学还原金属氧化物。一些变型形式提供了一种用于通过以下方式生产可再生氢的方法：生物质热解以产生生物源试剂，将该生物源试剂转化为还原气体，以及从该还原气体中分离和回收氢。本发明专利技术提供了用于还原金属氧化物的还原气体组合物，根据氢同位素分析，该还原气体组合物包含可再生氢。反应的生物源试剂也可被回收为活性炭产物。本发明专利技术公开了许多变型形式。本发明专利技术公开了许多变型形式。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】与金属矿石的生物还原、氢生产和/或活性炭生产集成的生物质热解
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2020年11月20日提交的美国临时专利申请号63/116,403和2020年12月24日提交的美国临时专利申请号63/130,460的权益，这两个申请均全文以引用方式并入本文。


[0003]本公开涉及用于使用含碳试剂加工金属矿石以生产金属的方法、系统和设备，以及用于由含碳试剂生产氢和生产活性炭的方法、系统和设备。

技术介绍

[0004]碳基试剂传统上由化石燃料生产。含碳材料包括化石资源(诸如天然气、石油、煤和褐煤)或可再生资源(诸如木质纤维素生物质和各种富碳废料)。将可再生资源转化为碳基试剂带来了源于原料变化、操作困难和资本密集度的技术和经济挑战。与化石资源相关的日益增加的经济、环境和社会成本使得在碳基试剂的生产中可再生资源成为有吸引力的化石资源替代品。
[0005]历史上，木材的缓慢热解以大堆形式和简单的分批方法进行，没有排放控制。传统的木炭制造技术是低能效的以及高度污染的。扩大这种方法以用于商业规模连本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种金属产物，所述金属产物通过包括以下步骤的方法生产：(a)提供生物质原料；(b)热解所述生物质原料，从而产生生物源试剂和热解废气，其中所述生物源试剂包含碳；(c)任选地，氧化所述热解废气，从而产生热；(d)使所述生物源试剂与选定反应物反应，从而产生还原气体；(e)在来自步骤(d)的所述还原气体的存在下化学还原选定金属氧化物，从而产生所述选定金属氧化物的还原形式；(f)回收金属产物，其中所述金属产物包含所述选定金属氧化物的所述还原形式；以及(g)任选地，在步骤(d)期间或最终在步骤(d)之后连续地或周期性地回收所述生物源试剂，从而产生回收的生物源试剂，其中所述回收的生物源试剂是活性炭。2.根据权利要求1所述的金属产物，其中步骤(e)在至少500℃至至少2000℃的还原温度下进行。3.根据上述权利要求中任一项所述的金属产物，其中所述还原温度为至少700℃至至多1800℃。4.根据上述权利要求中任一项所述的金属产物，其中步骤(e)进行的还原时间为至少30分钟至至多48小时。5.根据上述权利要求中任一项所述的金属产物，其中所述选定金属氧化物包括氧化铁、氧化铜、氧化镍、氧化镁、氧化锰、氧化铝、氧化锡、氧化锌、氧化钴、氧化铬、氧化钨、氧化钼或它们的组合。6.根据上述权利要求中任一项所述的金属产物，其中所述选定金属氧化物是铁矿石。7.根据权利要求6所述的金属产物，其中所述铁矿石包括赤铁矿、磁铁矿、褐铁矿、铁燧岩或它们的组合。8.根据上述权利要求中任一项所述的金属产物，其中所述选定金属氧化物的所述还原形式是完全还原的金属。9.根据上述权利要求中任一项所述的金属产物，其中所述选定金属氧化物的所述还原形式是具有比所述选定金属氧化物低的氧化态的第二金属氧化物。10.根据上述权利要求中任一项所述的金属产物，其中步骤(d)中的所述选定反应物是水。11.根据上述权利要求中任一项所述的金属产物，其中步骤(d)中的所述选定反应物是氧，并且其中所述氧包含在空气、纯氧、富氧、臭氧或它们的组合内。12.根据上述权利要求中任一项所述的金属产物，其中步骤(d)中的所述选定反应物包含水与氧的组合。13.根据上述权利要求中任一项所述的金属产物，其中所述还原气体包含至少10摩尔％的氢。14.根据上述权利要求中任一项所述的金属产物，其中所述还原气体包含至少25摩尔％的氢。15.根据权利要求1所述的金属产物，其中所述还原气体包含至少10摩尔％的一氧化碳。
16.根据权利要求1所述的金属产物，其中所述还原气体包含至少25摩尔％的一氧化碳。17.根据上述权利要求中任一项所述的金属产物，其中所述方法还包括经由水煤气变换反应增加所述还原气体的氢含量。18.根据上述权利要求中任一项所述的金属产物，其中部分地氧化所述热解废气，从而产生另外的还原气体和热。19.根据权利要求18所述的金属产物，其中步骤(e)还包括在所述另外的还原气体的存在下化学还原所述选定金属氧化物。20.根据上述权利要求中任一项所述的金属产物，其中所述金属产物包含铁、铜、镍、镁、锰、铝、锡、锌、钴、铬、钨、钼或它们的组合。21.一种可再生氢产物，所述可再生氢产物通过包括以下步骤的方法生产：(a)提供生物质原料；(b)热解所述生物质原料，从而产生生物源试剂和热解废气，其中所述生物源试剂包含碳；(c)任选地，氧化所述热解废气，从而产生热；(d)使所述生物源试剂与选定反应物反应，从而产生还原气体；(e)从所述还原气体分离氢，任选地其中所述分离使用变压吸附、分子筛膜分离或低温蒸馏来实现；(f)回收可再生氢产物，其中所述可再生氢产物包含所述氢；以及(g)任选地，在步骤(d)期间或最终在步骤(d)之后连续地或周期性地回收所述生物源试剂，从而产生回收的生物源试剂，其中所述回收的生物源试剂是活性炭。22.根据权利要求21所述的可再生氢产物，其中根据氢同位素2H/1H分析，所述氢被表征为至少50％可再生的氢。23.根据权利要求21所述的可再生氢产物，其中所述氢被表征为至少90％可再生的氢。24.根据权利要求21所述的可再生氢产物，其中所述氢被表征为至少95％可再生的氢。25.根据权利要求21所述的可再生氢产物，其中所述氢被表征为完全可再生的氢。26.根据上述权利要求中任一项所述的可再生氢产物，其中步骤(d)中的所述选定反应物是水。27.根据上述权利要求中任一项所述的可再生氢产物，其中步骤(d)中的所述选定反应物是氧，并且其中所述氧包含在空气、纯氧、富氧、臭氧或它们的组合内。28.根据上述权利要求中任一项所述的可再生氢产物，其中步骤(d)中的所述选定反应物包含水与氧的组合。29.根据上述权利要求中任一项所述的可再生氢产物，其中所述还原气体包含至少10摩尔％的所述氢。30.根据上述权利要求中任一项所述的氢产物，其中所述还原气体包含至少25摩尔％的所述氢。31.根据上述权利要求中任一项所述的可再生氢产物，其中所述还原气体包含至少10摩尔％的所述一氧化碳。32.根据上述权利要求中任一项所述的可再生氢产物，其中所述方法还包括经由水煤
气变换反应增加所述还原气体的氢含量。33.根据上述权利要求中任一项所述的可再生氢产物，其中部分地氧化所述热解废气，从而产生另外的还原气体和热。34.根据上述权利要求中任一项所述的可再生氢产物，其中经由所述变压吸附来分离所述氢。35.根据上述权利要求中任一项所述的可再生氢产物，其中经由所述分子筛膜分离来分离所述氢。36.根据上述权利要求中任一项所述的可再生氢产物，其中经由所述低温蒸馏来分离所述氢。37.根据上述权利要求中任一项所述的可再生氢产物，其中所述氢产物包含至少50摩尔％的氢。38.根据上述权利要求中任一项所述的可再生氢产物，其中所述氢产物包含至少90摩尔％的氢。39.根据上述权利要求中任一项所述的可再生氢产物，其中所述氢被表征为完全可再生的氢，并且其中如由
14
C/
12
C同位素比率的测量所确定，所述氢产物内所含的残余碳是基本上完全可再生的碳。40.根据上述权利要求中任一项所述的可再生氢产物，其中所述氢产物基本上不含氮。41.一种活性炭产物，所述活性炭产物通过包括以下步骤的方法生产：(a)提供生物质原料；(b)热解所述生物质原料，从而产生生物源试剂和热解废气，其中所述生物源试剂包含碳；(c)任选地，氧化所述热解废气，从而产生热；(d)使所述生物源试剂与选定反应物反应，从而产生还原气体；(e)任选地，在来自步骤(d)的所述还原气体的存在下化学还原选定金属氧化物，从而产生所述选定金属氧化物的还原形式；以及(f)在步骤(d)期间或最终在步骤(d)之后连续地或周期性地回收所述生物源试剂，从而产生回收的生物源试剂，其中所述回收的生物源试剂是活性炭。42.根据权利要求41所述的活性炭产物，其中步骤(b)在至少250℃至至多1250℃的热解温度下进行。43.根据上述权利要求中任一项所述的活性炭产物，其中所述热解温度为至少300℃至至多700℃。44.根据上述权利要求中任一项所述的活性炭产物，其中步骤(b)进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：卡本科技控股有限责任公司，
类型：发明
国别省市：