由生物质生产氨的方法技术

本发明专利技术提供一种由生物质制备氨的方法。该生物质可以首先与氧和蒸汽反应以生成含有作为活性成分的氢（Ｈ２）和一氧化碳（ＣＯ）的生物合成气。可以调控气化步骤以减少可能离开气化器的生物合成气中甲烷的量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】交叉引用本申请要求2008年8月18日提交的美国临时申请No. 61/089，883和2009年4 月四日提交的美国临时申请No. 61/173，970的优先权，该美国临时申请整体以引用的方式并入本文。
技术介绍
生物氨可以是100%天然的肥料，它能够由生物质和从空气中获得的氧制备。世界总能量消耗的1.5%以上目前用于氨的生产。由于在印度和中国的需求日益增长，这一数字预计将增加到3%。由非矿物燃料生产氨，通过减少用于该目的的天然气和其它矿物燃料的量，可对全球变暖具有重要影响。高利润可允许从本专利技术获益，甚至在与纤维素原料存在价格竞争时。对于纤维素原料的应用来说肥料是高获利的机会，并且本专利技术可以允许针对其它所有纤维素商业的有利竞争。世界上对肥料的需求不断增长，而供应却受到限制。天然气的价格抬高了氨的价格。在美国，天然气的供应受到限制，我们的国家进口大量的液化天然气(LNG)，这又造成了更大的推动氨价格上涨的压力。生物氨的生产具有当地意义。产物可以利用当地的可再生资源、当地的生产设施和氨向当地市场的当地分配，从而产生地区农业经济效益。因为这种产品可以由生物质生产，生物氨可以被认为是一种有机肥料。生物氨可以100%回收并且是100%环境清洁的， 因为它可以由生物质生产并且可以终止于土壤中以产生更多的生物质。氢由大地的生物质产生，而氮来源于大气。最后，产生的生物氨可以循环回到大地土壤中。美国专利申请No. US 2006/0228284A1提供了一种利用高压气化从含碳材料制备合成气来生产氨的方法。热力学平衡的快速分析表明可以同时产生显著量的甲烷。这种甲烷是不希望的成分，它能够用作氨回路中的反应稀释剂，从而能够导致明显的效率损失。因此需要改善的由生物质制备氨的方法。进一步需要减少在由生物质制备氨的过程中可能离开气化器的生物合成气中甲烷的量。
技术实现思路
本专利技术提供一种由生物质制备氨的方法。生物质可以首先与氧和蒸汽反应以生成含有作为活性成分的氢(H2)和一氧化碳(CO)的生物合成气。可以调控气化步骤以减少可能离开气化器的生物合成气中甲烷、焦油和苯-甲苯-二甲苯(BTX)的量。生物质作为起始原料的应用可以造成对可能加入和整合了一系列特殊单元操作的方法的需求，这些单元操作可能不包括在制备氨的常规方法中·生物合成气中含有的焦油和苯-甲苯-二甲苯(BTX)可以利用基于氧的自热重整炉除去，并且甲烷显著减少。 离开气化器的合成气中的硫化氢( 可以保持在300-500ppm的水平。通过将4少量且适量的元素硫引入气化器中来实现保持在该水平。该硫化氢水平可能是保持下游水煤气转换反应器的适当活动所必需的。生物合成气(可能不含焦油和BTX)可以仍然含有适当水平的并且可能经历水煤气转换(WGQ反应，之后可以从气体混合物中去除二氧化碳(CO2)、硫化氢( 和水。 WGS操作可以使用具有中间散热的分级绝热反应器，中间散热可以特别设计为处理含有超过20% CO的气流。以变压吸附模式使用分子筛的最终抛光步骤可以去除所有的惰性物质和寄生物， 并且可以产生纯度为99. 9%或更高的氢气流。氢可以与氮(99. 9%或更高的纯度)合并，并且催化反应以生成希望的终产物，即氨。提出的方法也可以包括纯氮的来源。该方法可包括深冷空气液化和分离单元，它可以提供纯氧和纯氮的同时供应。氧可以用作生物质气化器中的反应物，而纯氮可以进料到氨合成反应器回路中。当根据以下描述和所附附图理解本专利技术时，将会更好地明白和理解本专利技术的其他目的和优势。尽管以下描述可能包含本专利技术特定实施方案的具体细节，但这不应该被理解为限制本专利技术的范围，而是用于阐明本专利技术的优选实施方案。对于本专利技术的每一方面而言， 如本文所示的，本领域普通技术人员所熟知的多种变型是可能的。因而可在不偏离本专利技术精神的前提下，在本专利技术的范围内做出多种改变和变型。援引加入本说明书中提到的所有出版物、专利和专利申请均通过引用方式结合在本文中， 就好像这些出版物、专利或专利申请的每一个均具体和单独地通过引用方式结合在本文中一样。附图说明通过所附权利要求书具体阐明本专利技术的新特征。通过参考以下阐述利用了本专利技术原理的示例性实施方案的详细描述和附图，将会更好地理解本专利技术的特征和优势，在附图中图1是方块流程图，显示从生物质的氧气化开始生产氨的综合方法。图2是以生物质和空气作为两种基本原料制备氨的平衡综合方法的流程示意图。图3是将生物质进料到加压气化器中的方法的方块示意图。图4是显示不同压力下作为氧化剂注入速度的函数的反应阶段床直径的图。图5是显示不同压力下作为反应产物速度的函数的流化阶段床直径的图。图6是加压流化床气化器的略图，示出了一套设计标准。图7是减少焦油、BTX和减少甲烷的氧吹(oxyblown)自热重整炉的示意图。图8是显示氧吹自热重整炉中作为氧进料速率的函数的气体摩尔流的图。图9是显示作为氧进料速率的函数的氧吹自热重整炉出口成分浓度的图。图10显示低温水煤气转换催化剂上的平衡CO逃逸(slip)，其中含有H2S的生物合成气是适用的进料流。图11显示作为温度的函数的H2S水解反应平衡常数(Kp)。图12显示对于2-段绝热反应器系统，进料中的硫、反应床温度和CO水平之间的关系。图13是2-段绝热耐硫水煤气转换反应器系统的示意图。图14显示氢/氮反应系统在不同压力下，作为催化剂床出口温度的函数的氨平衡的摩尔百分比。专利技术详述尽管已经显示和在此描述了本专利技术的优选实施方案，本领域普通技术人员理解， 这些实施方案仅是作为示例提供的。在不偏离本专利技术的情况下，本领域普通技术人员可以做出不同的改变、变化和替代。应该明白，可以使用本文描述的本专利技术实施方案的不同替代方式实施本专利技术。本专利技术提供了由生物质制备氨的系统和方法。本文所描述的本专利技术的不同方面可应用到下述任何特定应用中或任何其他类型的氨生产系统中。本专利技术可作为单独的系统或方法或应用的一部分应用。应该明白，本专利技术的不同方面可以单独、共同或相互组合想到。I.概沭提出的由生物质生产氨的生产设施可以包括(a)可产生高纯度氧和氮的空气分离装置，(b)氧吹气化器的设计，(c)气体清洁级，(d)由水煤气转换步骤加氢分离和压缩组成的氢气增强级，和(e)可催化混合氢和氮的氨形成级。该计划的一个例子在本文中进一步描述。图1是显示从生物质的氧气气化开始生产氨的集成方法的方块流程图。该方法通常可以包括向加压生物质气化器中进料生物质，可以包括室外干燥的玉米秸或玉米棒，或任何其它如本文所述的生物质材料。该方法也可以包括来自氧气发生器的氧。在某些情况下，氧可以具有任意纯度，例如80%或更高，85%或更高，90%或更高，95%或更高，97%或更高，99%或更高的纯度。氧也可以进料到气化器中。气化器可以产生混合的(formulated) 生物炭或灰分，它们可以使用，因为它是肥料或者转化为肥料。气化器也可以产生生物合成气。生物合成气可以被清洁。各种杂质可以从生物合成气中去除。在某些情况下，可以纯化来自生物合成气的氢。纯化的生物合成气可以进入废热锅炉。然后废热锅炉的产物可以在一个或多个水煤气转换反应器中与蒸汽混合。然后水煤气转换反应器的产物可以被导至水冷式热交换器，在这里大部分水蒸汽可以冷凝、收集和纯化，以重新用作锅炉给水。本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种生产氨的方法，包括以下步骤：使用生物质气化器将生物质气化为生物合成气；从生物合成气中纯化氢，其中生物合成气从生物质气化器中放出；和通过合并氢和氮生成氨。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：萨拉布杰特·S·兰德哈瓦，
申请(专利权)人：辛吉斯特公司，
类型：发明
国别省市：US