处理有机材料以生产甲烷气体的方法技术

本发明专利技术涉及一种处理有机材料以生产甲烷气体的方法，该方法包括以下步骤：a)使含有有机材料的有机原料在至少一个反应阶段内在亚临界条件下经受液化过程，以获得含有低分子量材料和任选的木质素的混合物；b)使所获得的含有低分子量材料和任选的木质素的混合物经受甲烷发酵过程；其中所述有机原料在所述液化之前和/或所述液化期间含有液态水和/或与液态水结合，以及在a)中对于所述至少一个或多个反应阶段内的亚临界条件是在小于1分钟的反应时间期间内280-374℃的温度，其中如果在步骤a)中使用超过一个反应阶段，那么使每个反应阶段之后获得的混合物经受产生的低分子量材料与处理过的原料的剩余固体材料的分离。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术涉及一种，该方法包括以下步骤：a)使含有有机材料的有机原料在至少一个反应阶段内在亚临界条件下经受液化过程，以获得含有低分子量材料和任选的木质素的混合物；b)使所获得的含有低分子量材料和任选的木质素的混合物经受甲烷发酵过程；其中所述有机原料在所述液化之前和/或所述液化期间含有液态水和/或与液态水结合，以及在a)中对于所述至少一个或多个反应阶段内的亚临界条件是在小于1分钟的反应时间期间内280-374℃的温度，其中如果在步骤a)中使用超过一个反应阶段，那么使每个反应阶段之后获得的混合物经受产生的低分子量材料与处理过的原料的剩余固体材料的分离。【专利说明】专利
本专利技术涉及一种降解有机材料和生产甲烷气体的工艺。技术背景用于将有机材料降解并转化成增值的化合物的不同的工艺是已知的。有机物在亚临界条件中或超临界条件中的降解是已知的。有机材料例如生物质和废料的厌氧发酵、消化是生产呈能够升级为甲烷的主要含有甲烷和二氧化碳的沼气形式的能量的越来越普遍的方法。同时，在厌氧发酵之前的不同的预处理是已知的，例如在亚临界条件或超临界条件中使用超声进行研磨处理，使用N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)进行蒸汽闪爆(steamexplosion)处理。废水污泥的厌氧消化是减少污泥体积并且同时获得增值产品、能源的常用方法。中温消化通常发生在大约35°C持续20-25天。高温消化发生在大约50°C且具有较短的保持时间。中温消化使用的更普遍些但是污泥的高温消化随着对沼气的需求和使用的增加而增加。另一个因素是对消毒污泥的需要以便使污泥能够应用到农田中。对于这样的应用，高温消化可能是令人关注的。最常用的底物(substrate)是玉米和生物质。甲烷发酵是在具有细菌影响的厌氧条件下进行的。合适的起始材料是例如农业废料或来自人、有机材料的废料，优选不含大量的木质素。这些底物的共同特征是消化的保持时间可以非常长，有时达到6个月。JP2001-262162公开了一种从生物质生产燃料的方法。该方法包括提供生物质，降解原材料，在亚临界或超临界状态用水将原材料制成浆体以降低分子量并且其后通过使用细菌在降解后获得的液体上进行甲烷发酵。第一降解过程在亚临界状态或超临界状态在大约200-500°C的温度、大约10-30MPa的压力和在I分钟到10小时期间进行。随后的发酵进行10-100小时。EP1561730公开了一种用于生产甲烷气体的方法。该方法包括用超临界水和亚临界水中的至少一种处理有机废料以转化有机废料成低分子量物质，然后使液体低分子量物质经受甲烷发酵。在亚临界处理中温度为大约440-553K且在大约0.8-6.4MPa的压力和1-20分钟期间。甲烷发酵在常规条件下在大约37-55°C的温度下进行大约5-48小时。当进行有机材料的降解时，常常要么反应没有被驱动得足够充分以致仅部分固体被分解，要么反应被过度驱动，导致有价值的中间组分被进一步分解成二氧化碳，如果将要获得增值产品这是不可取的。仍然存在对发现以资源有效的并因此在经济上有利的方式来增加有机物的降解和获得高产量的高价值最终产物的新方式的需要。专利技术概述本专利技术的目的是提供一种能够有效利用有机物的有效工艺。本专利技术提供了一种用于有机材料的快速降解和所获得的降解的材料发酵的工艺。初始降解过程是液化，其中有机材料被降解成单体和/或低聚物， 并且如果有机材料含有木质纤维素材料，还获得木质素。发酵这些短链单体和/或低聚物以及任选的木质素以获得作为增值最终产物的甲烷。本专利技术涉及一种，该方法包括以下步骤:a)使含有有机材料的有机原料在至少一个反应阶段内在亚临界条件下经受液化过程，以获得含有低分子量材料和任选的木质素的混合物；b)使所获得的含有低分子量材料和任选的木质素的混合物经受甲烷发酵过程；其中所述有机原料在所述液化之前和/或所述液化期间含有液态水和/或与液态水结合，以及在a)中对于所述至少一个或多个反应阶段内的亚临界条件是在小于I分钟的反应时间期间内280-374°C的温度。专利技术详述术语亚临界水指的是在水的常压沸点和临界温度(3740C )之间的温度下的液态水。通过在亚临界条件(其中温度是在280-374°C范围内)处理有机底物(原料)短的时间段，例如I分钟以下，在液相中生成糖的单体和/或低聚物的混合物。优选地，所获得的液相含有单体和/或低聚物的混合物。木质纤维素材料液化之后剩余的固体残留物主要含有木质素以及微量的其他化合物。有机底物可以添加到水或含水相中或添加水或含水相，并随后根据本专利技术加热到亚临界条件。有机底物还可以添加热加压的水，并因此通过此添加而获得所述亚临界条件。木质素中的单体由不同类型的醚和碳-碳键连接，它们是无规分布的。木质素也形成键合至多糖且尤其是半纤维素的许多键。由于这些交键，含有木质素的材料与削弱的可消化性有关。根据本专利技术的液化过程改变了材料的结构；其打开了有机材料的结构使得有机材料更容易受不同的组分和条件影响。如果有机材料含有木质纤维素材料，那么液化会破碎或打开木质纤维素结构，使得纤维素和半纤维素容易降解成较低碳原子含量的糖。进一步地，存在于木质纤维素材料中的木质素在液化期间与多糖的键合变得不太紧密且因此获得更开放且更不缠结(untangled)的结构。木质素的这种更开放且更不缠结的结构也可以使得以后降解木质素本身成为可能，因为它通过液化过程更容易用于随后的发酵。通常从待发酵的材料中分离出木质素，但是根据本专利技术，木质素可以存在于发酵期间并且因此可有助于进一步降解，导致获得的增值产品的量增加。木质素的结构在280_374°C的温度下变得不缠结并且在这种状态下木质素对甲烷发酵敏感。本专利技术不仅可以能够降解木质纤维素材料的纤维素和半纤维素，而且还能够将木质素降解成增值产品，例如甲烷。因此，无需分离处理来分离木质素就增强了有机原料完全转化成甲烷。在随后的发酵之前，通过在亚临界条件下采用液化，使得原始有机材料(原料)更容易消化并且原始有机材料可以从大范围的底物中选择。并且，随后甲烷发酵的保持时间可以通过最初采用液化而显著地降低并且因此根据本专利技术的工艺减少了整个工艺时间。进一步地，甲烷或其他增值产品的产量可以通过使用根据本专利技术的工艺增加。如果污泥用作引入的有机材料，将对污泥消毒以及消除细菌，甚至可能消除病毒。液化带来了优化能量和水平衡的条件。与传统方法相比，由于结合之前的液化过程，甲烷发酵步骤之后剩余的残留物减少。在甲烷发酵步骤之前采用液化可以在甲烷发酵期间减少酶、酸和/或凝结剂的需要量。在甲烷发酵过程之前采用液化过程的另一个积极的特征是含有抑制剂(例如抑制重金属，如镉)的有机材料，与没有这种预处理相比，可在液化的帮助下对甲烷发酵步骤中的细菌起到更好的作用。在液化过程中原料的降解可以在没有添加化学品到加工原料中的情况下进行。纤维素和半纤维素降解之后，剩余的木质素不是保持在加工物流中并且可以在下面的甲烷发酵步骤中降解，或从加工物流中分离。如果分离，木质素然后能够被进一步加工用作燃料或化学品。如果木质素被保持在加工物流中，在下面的甲烷发酵步骤中可能的降解可以为本专利技术的工艺增加增值产品例如甲烷的总产量而无需做额外的处理。不仅是液化过程之后获得的液相可以被转移到随后的甲烷发酵步骤以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种处理有机材料以生产甲烷气体的方法，包括以下步骤：a)使含有有机材料的有机原料在至少一个反应阶段内在亚临界条件下经受液化过程，以获得含有低分子量材料和任选的木质素的混合物；b)使所获得的含有低分子量材料和任选的木质素的混合物经受甲烷发酵过程；其中所述有机原料在所述液化之前和/或所述液化期间含有液态水和/或与液态水结合，以及在a)中对于所述至少一个或多个反应阶段内的亚临界条件是在小于1分钟的反应时间期间内280‑374℃的温度，并且其中如果在步骤a)中使用超过一个反应阶段，那么使每个反应阶段之后获得的混合物经受产生的低分子量材料与处理过的原料的剩余固体材料的分离。

【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：戈兰·卡尔森，安德斯·卡利尤斯，
申请(专利权)人：雷克燃料公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE