[发明专利]由生物质生产氨的方法

说明书

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29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。

背景技术

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。高利润可允许从本发明获益，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，并且本发明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。

发明内容

本发明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(H₂S)可以保持在300-500ppm的水平。通过将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H₂S并且可能经历水煤气转换(WGS)反应，之后可以从气体混合物中去除二氧化碳(CO₂)、硫化氢(H₂S)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发明时，将会更好地明白和理解本发明的其他目的和优势。尽管以下描述可能包含本发明特定实施方案的具体细节，但这不应该被理解为限制本发明的范围，而是用于阐明本发明的优选实施方案。对于本发明的每一方面而言，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。因而可在不偏离本发明精神的前提下，在本发明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