用于还原有机材料以产生甲烷和/或氢气的方法与流程

技术特征：
1.一种用于还原有机材料以产生甲烷和/或氢气的方法，所述方法包括：(a)在环境温度下在封闭还原室中使所述有机材料与过量的氢气接触，其中所述还原室基本上不含氧气，并且加热所述还原室，以在正压下以至多约8℃/分钟的速率使所述有机材料的温度从环境温度升高到至多425℃，从而形成包含甲烷、氢气、酸和部分还原的挥发性有机分子的第一气体混合物；(b)在存在过量的氢气的情况下将所述第一气体混合物加热至约675℃至约875℃的温度以形成第二气体混合物，所述第二气体混合物包含：甲烷和/或氢气，和酸；以及(c)用碱中和所述第二气体混合物。2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(a)以间歇法进行。3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述方法在大于约1atm且小于约5atm的压力下进行。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述方法在至少约2atm且小于约5atm的压力下进行。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述方法在约2atm至约3atm的压力下进行。6.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中在步骤(a)中，所述方法还包括：如果发生快速压力升高和/或如果所述还原室中的压力接近约5atm，则减少所述还原室的所述加热。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述有机材料包含水，并且在步骤(a)中，所述方法还包括：加热所述还原室以使所述有机材料中的温度升高到约100℃至约105℃，并将所述有机材料的温度保持在约100℃至约105℃以从所述有机材料中蒸发水并形成蒸汽；以及在进一步升高所述有机材料的温度之前从所述还原室中除去所述蒸汽。8.根据权利要求7所述的方法，其中所述方法还包括冷却从所述还原室中除去的所述蒸汽以重整水，中和所述水以中和存在的任何酸，以及处理所述水以除去存在的任何有机分子和/或金属。9.根据权利要求8所述的方法，其中处理所述水包括通过活性炭过滤器过滤所述水。10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中步骤(b)在基本上不含氧气的封闭反应器容器中进行。11.根据权利要求10所述的方法，其中步骤(b)在连续混合条件下进行。12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中步骤(b)包括将所述第一气体混合物加热至约750℃至约850℃的温度。13.根据权利要求12所述的方法，其中步骤(b)包括将所述第一气体混合物加热至约800℃至约850℃的温度。14.根据权利要求10至13中任一项所述的方法，其中所述方法的步骤(b)在存在催化剂的情况下进行。15.根据权利要求14所述的方法，其中所述催化剂为金属催化剂，其中所述金属选自
镍、铜、铁、镍合金、锡(诸如粉状锡)、铬和贵金属中的一种或多种。16.根据权利要求15所述的方法，其中所述催化剂嵌入所述封闭反应器容器的一个或多个壁中。17.根据权利要求16所述的方法，其中所述封闭反应器容器由含镍的钢合金构成。18.根据权利要求14至17中任一项所述的方法，其中步骤(b)还包括在存在过热蒸汽的情况下加热所述第一气体混合物。19.根据权利要求1至18中任一项所述的方法，其中步骤(c)包括在约70℃至约100℃或约85℃的温度下用碱中和所述第二气体混合物以形成中和的第二气体混合物。20.根据权利要求19所述的方法，其中所述碱选自碱金属氢氧化物、碱土金属氢氧化物、碱金属碳酸盐或碱土金属碳酸盐。21.根据权利要求20所述的方法，其中所述碱选自氢氧化钠或碳酸钙。22.根据权利要求19至21中任一项所述的方法，所述方法还包括冷却所述中和的第二气体混合物。23.根据权利要求22所述的方法，其中将所述中和的第二气体混合物冷却至约5℃至约35℃的温度。24.根据权利要求22或权利要求23所述的方法，其中使所述中和的第二气体混合物与包含高锰酸钾的溶液接触以从所述中和的第二气体混合物中除去含磷分子。25.根据权利要求1至24中任一项所述的方法，所述方法还包括在中和所述第二气体混合物之后将所述过量氢气与所述甲烷分离。26.根据权利要求25所述的方法，所述方法还包括将所述过量氢气再循环到步骤(a)和/或步骤(b)。27.根据权利要求1至26中任一项所述的方法，其中所述有机材料是有机废料、生物质、化学战剂、病原体或军需品。28.根据权利要求27所述的方法，其中所述有机废料包括污水污泥；城市和工业固体废物或垃圾；填埋气；农业废料；被霉菌和相关毒素污染的玉米和其他作物；有机溶剂；卤代有机化合物；有机磷酸酯化合物；轮胎；塑料；自动粉碎机残留物(asr)；精炼厂和化学制造/加工废物；或化石燃料。29.根据权利要求27所述的方法，其中所述生物质包括废木、废纸、废纸板、木屑、废纸浆或农业生物质。30.根据权利要求27所述的方法，其中所述化学战剂包括卤代化学战剂或有机磷酸酯化学战剂，诸如沙林或vx。31.根据权利要求27所述的方法，其中所述病原体包括病毒或细菌。32.根据权利要求27所述的方法，其中所述军需品包括含有爆炸性有机材料和/或推进剂诸如三硝基甲苯(tnt)或环三亚甲基三硝胺(rdx)的火箭或炮弹。33.一种用于还原有机材料以产生甲烷的方法，所述方法包括：(a1)在环境温度下在封闭还原室中使所述有机材料与过量的氢气接触，其中所述还原室基本上不含氧气，并且加热所述还原室，以在正压下以至多约8℃/分钟的速率使所述有机材料的温度从环境温度升高到至多425℃，从而形成包含甲烷、氢气、酸和部分还原的挥发性有机分子的第一气体混合物；以及
(b1)用碱中和所述第一气体混合物。34.根据权利要求33所述的方法，其中步骤(a1)以间歇法进行。35.根据权利要求33或权利要求34所述的方法，其中所述方法在大于约1atm且小于约5atm的压力下进行。36.根据权利要求33至35中任一项所述的方法，其中所述方法在以下压力下进行：至少约2atm且小于约5atm；或约2atm至约3atm。37.根据权利要求33或权利要求34所述的方法，其中在步骤(a1)中，所述方法还包括：如果发生快速压力升高和/或如果所述还原室中的压力接近约5atm，则减少所述还原室的所述加热。38.根据权利要求33至37中任一项所述的方法，其中步骤(b1)包括在约70℃至约100℃或约85℃的温度下用碱中和所述第一气体混合物以形成中和的第一气体混合物。39.根据权利要求38所述的方法，其中所述碱选自碱金属氢氧化物、碱土金属氢氧化物、碱金属碳酸盐或碱土金属碳酸盐。40.根据权利要求39所述的方法，其中所述碱选自氢氧化钠或碳酸钙。41.根据权利要求38至40中任一项所述的方法，所述方法还包括冷却所述中和的第一气体混合物。42.根据权利要求41所述的方法，其中将所述中和的第一气体混合物冷却至约5℃至约35℃的温度。43.根据权利要求41或42所述的方法，其中使所述中和的第一气体混合物与包含高锰酸钾的溶液接触以从所述中和的第一气体混合物中除去含磷分子。44.根据权利要求33至43中任一项所述的方法，其中所述有机材料中的温度升高是从环境温度到至多约400℃。45.根据权利要求44所述的方法，其中所述有机材料是沥青，所述第一气体混合物包含合成原油的较轻馏分，并且步骤(a1)产生包含合成原油的非挥发性产物。46.根据权利要求45所述的方法，所述方法还包括在中和所述第一气体混合物之后将所述过量氢气与所述甲烷和所述合成原油的较轻馏分分离。47.根据权利要求46所述的方法，所述方法还包括将所述过量氢气再循环到步骤(a1)和/或步骤(b1)。

技术总结
本发明公开了一种用于还原有机材料以产生甲烷和/或氢气的方法。所述方法包括：(a)在环境温度下在封闭还原室中使所述有机材料与过量的氢气接触，其中所述还原室基本上不含氧气，并且加热所述还原室，以在正压下以至多约8℃/分钟的速率使所述有机材料的温度从环境温度升高到至多425℃，从而形成包含甲烷、氢气、酸和部分还原的挥发性有机分子的第一气体混合物；(b)在存在过量的氢气的情况下将所述第一气体混合物加热至约675℃至约875℃的温度以形成包含甲烷、氢气和酸的第二气体混合物；以及(c)用碱中和所述第二气体混合物。在另一方面，所述方法包括：(a1)在环境温度下在封闭还原室中使所述有机材料与过量的氢气接触，其中所述还原室基本上不含氧气，并且加热所述还原室，以在正压下以至多约8℃/分钟的速率使所述有机材料的温度从环境温度升高到至多425℃，从而形成包含甲烷、氢气、酸和部分还原的挥发性有机分子的第一气体混合物；以及(b1)用碱中和所述第一气体混合物。中和所述第一气体混合物。中和所述第一气体混合物。


技术研发人员：道格拉斯
受保护的技术使用者：大卫
技术研发日：2020.06.26
技术公布日：2022/7/9