SE535702C2 - Förfarande för behandling av organiskt material för att framställa metangas - Google Patents

Förfarande för behandling av organiskt material för att framställa metangas Download PDF

Info

Publication number
SE535702C2
SE535702C2 SE1150332A SE1150332A SE535702C2 SE 535702 C2 SE535702 C2 SE 535702C2 SE 1150332 A SE1150332 A SE 1150332A SE 1150332 A SE1150332 A SE 1150332A SE 535702 C2 SE535702 C2 SE 535702C2
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
organic
stage
liquefaction
seconds
materials
Prior art date
Application number
SE1150332A
Other languages
English (en)
Other versions
SE1150332A1 (sv
Inventor
Goeran Karlsson
Anders Carlius
Original Assignee
Reac Fuel Ab
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Reac Fuel Ab filed Critical Reac Fuel Ab
Priority to SE1150332A priority Critical patent/SE535702C2/sv
Priority to CA2832681A priority patent/CA2832681A1/en
Priority to PCT/SE2012/050406 priority patent/WO2012141652A1/en
Priority to US14/111,635 priority patent/US20140287474A1/en
Priority to CN201280017686.4A priority patent/CN103687953A/zh
Priority to BR112013025810A priority patent/BR112013025810A8/pt
Priority to EP12771085.3A priority patent/EP2697380A4/en
Priority to KR1020137027219A priority patent/KR20140039180A/ko
Publication of SE1150332A1 publication Critical patent/SE1150332A1/sv
Publication of SE535702C2 publication Critical patent/SE535702C2/sv

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P5/00Preparation of hydrocarbons or halogenated hydrocarbons
    • C12P5/02Preparation of hydrocarbons or halogenated hydrocarbons acyclic
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/02Biological treatment
    • C02F11/04Anaerobic treatment; Production of methane by such processes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/06Treatment of sludge; Devices therefor by oxidation
    • C02F11/08Wet air oxidation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/18Treatment of sludge; Devices therefor by thermal conditioning
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P5/00Preparation of hydrocarbons or halogenated hydrocarbons
    • C12P5/02Preparation of hydrocarbons or halogenated hydrocarbons acyclic
    • C12P5/023Methane
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09BDISPOSAL OF SOLID WASTE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B09B3/00Destroying solid waste or transforming solid waste into something useful or harmless
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/26Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from the processing of plants or parts thereof
    • C02F2103/28Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from the processing of plants or parts thereof from the paper or cellulose industry
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2301/00General aspects of water treatment
    • C02F2301/10Temperature conditions for biological treatment
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2301/00General aspects of water treatment
    • C02F2301/10Temperature conditions for biological treatment
    • C02F2301/106Thermophilic treatment
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P2203/00Fermentation products obtained from optionally pretreated or hydrolyzed cellulosic or lignocellulosic material as the carbon source
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Treatment Of Sludge (AREA)

Abstract

Föreliggande uppfinning hänför sig till ett förfarande för behandling avorganiska material för att framställa metangas, innefattande stegen att: a)utsätta ett organiskt utgångsmaterial innefattande organiska material för ettupplösningsförfarande vid subkritiska betingelser i minst ett reaktionssteg, föratt erhålla en blandning innehållande material med låg molekylvikt ocheventuellt Iigniner; b) utsätta den erhållna blandningen innehållande materialmed låg molekylvikt och eventuellt ligniner, för ett metanfermenteringsför-farande; varvid nämnda organiska utgångsmaterial innefattar flytande vattenoch/eller är kombinerat med flytande vatten före och/eller under nämndaupplösning, och de subkritiska betingelserna för nämnda minst ett eller flerareaktionssteg i a) är en temperatur av 280-400°C under en reaktionstid avmindre än 1 minut.

Description

535 702 2 -30 MPa och under 1 minut till 10 h. Den följande fermenteringen utförs under 10-100 h.
EP 1 561 730 beskriver ett förfarande för franställning av metangas.
Förfarandet innefattar behandling av organiska avfall med minst ett av super- kritiskt vatten och subkritiskt vatten för att omvandla de organiska avfallen till substanser med låg molekylvikt, och sedan utsätta de flytande substanserna med låg molekylvikt för metanfermentering. Vid subkritisk behandling är temperaturen ca 440-553 K och vid ett tryck av ca 0.8-6.4 MPa och under 1- minuter. Metanfermenteringen utförs under konventionella betingelser vid en temperatur av ca 37-55°C under ca 5-48 h.
Då nedbrytning av organiska material utförs, drivs ofta reaktionen inte tillräckligt långt så att endast delar av fastämnena bryts ned, eller så drivs reaktionen för långt, vilket resulterar i att värdefulla mellankomponenter bryts ned ytterligare till koldioxid, vilket inte är önskvärt om värdeskapande produk- ter ska erhållas.
Det förekommer fortfarande ett behov av att finna nya sätt att öka nedbrytningen av organiskt material och för att uppnå ett högt utbyte av slutprodukter med högt värde på ett resurseffektivt och således ekonomiskt fördelaktigt sätt.
Sammanfattning av uppfinningen Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett effektivt förfarande, vilket möjliggör effektivt uttnyttjande av organiskt material.
Föreliggande uppfinning tillhandahåller ett förfarande för snabb nedbrytning av organiska material och fermentering av de erhållna nedbrutna materialen.
Det initiala nedbrytningsförfarandet är en upplösning, varvid organiska material bryts ned till monomerer och/eller oligomerer, och om de organiska materialen innefattar lignocellulosamaterial, även ligniner, erhålls. Dessa monomerer och/eller oligomerer med korta kedjor och eventuellt ligniner fermenteras för att erhålla metan som en värdeskapande slutprodukt.
Föreliggande uppfinning hänför sig till ett förfarande för behandling av organiska material för att framställa metangas, innefattande stegen att: a) utsätta ett organiskt utgångsmaterial innefattande organiska material för ett upplösningsförfarande vid subkritiska betingelser i minst ett reaktionssteg, för att erhålla en blandning innehållande material med låg molekylvikt och eventuellt ligniner; b) utsätta den erhållna blandningen innehållande material med låg molekylvikt och eventuellt ligniner, för ett metanfermenteringsförfarande; 535 702 3 varvid nämnda organiska utgångsmaterial innefattar flytande vatten och/eller är kombinerat med flytande vatten före och/eller under nämnda upplösning, och de subkritiska betingelserna för nämnda minst ett eller flera reaktionssteg i a) är en temperatur av 280-360°C under en reaktionstid av mindre än 1 minut, varvid om mer än ett reaktionssteg används i steg a) så utsätts den erhållna blandningen efter varje reaktionssteg för en separation av de framställda materialen med låg molekylvikt från de kvarvarande fasta materialen av det behandlade utgångsmaterialet.
Detaljerad beskrivning av upgfinningen Genom att behandla ett organiskt substrat, ett utgångsmaterial, under en kort tidsperiod, d.v.s. under 1 minut, vid subkritiska betingelser, varvid temperaturen är i området 280-360°C skapas en monomer- och/eller oligomerblandning av sockerarter i vätskefasen. Företrädesvis innefattar den erhållna vätskefasen en blandning av monomerer och/eller oligomerer. Den fasta återstoden som kvarstår från lignocellulosamaterialet efter upplösningen innehåller huvudsakligen ligniner och spårmängder av andra föreningar. Det organiska substratet kan tillsättas till eller tillsätts vatten eller en vatteninne- hållande fas, och därefter värmas till de subkritiska betingelserna enligt före- liggande uppfinning. Det organiska substratet kan också tillsättas varmt trycksatt vatten, och sålunda genom denna tillsats erhålla nämnda subkritiska betingelser.
Monomerer i lignin är förbundna genom olika typer of eter- och kol-kol- bindningar, vilka är slumpmässigt fördelade. Lignin bildar också flertaliga bindningar till polysackarider, och i synnerhet hemlcellulosor. På grund av dessa tvärbindningar associeras dessa lignininnehållande material med nedsatt rötbarhet. Upplösningsförfarandet enligt föreliggande uppfinning förändrar strukturen hos materialet; det öppnar upp strukturen hos det organiska materialet och gör det organiska materialet mera tillgängligt för olika komponenter och betingelser. Om det organiska materialet innehåller lignocellulosamaterial, så bryter eller öppnar upplösningen upp lignocellulosa- strukturen, vilket gör cellulosor och hemlcellulosor lättlillgängliga för nedbryt- ning till sockerarter med lägre kolatominnehåll. Vidare blir ligninerna som förekommer i lignocellulosamaterialen under upplösningen mindre tätt bundna till polysackarider och erhåller en mer öppen och lösgjord struktur. Denna mer öppna och lösgjorda struktur hos ligninet kan också göra det möjligt att senare bryta ned själva ligninet eftersom det gjorts mer lättillgängligt genom upplösningsförfarandet för en efterföljande fermentering. Normalt separeras 535 702 4 ligniner från material som ska ferrnenteras men enligt föreliggande uppfinning I kan ligniner förekomma under fermenteringen och kan sålunda bidra till den vidare nedbrytningen, vilket resulterar i en ökad mängd erhållna värde- skapande produkter.
Vid en temperatur av 280-400°C blir strukturen hos Iignin lösgjord och i ett sådant tillstånd är det mottagligt för metanfermentering. Föreliggande uppfinning kan bryta ned inte bara cellulosor och hemicellulosor av lignocellulosamaterial utan också Iignin till en värdeskapande produkt, d.v.s. metan. Sålunda ökar den totala omvandlingen av det organiska utgångsmaterialet till metan utan ett behov av separation av ligninet för separata behandlingar.
Genom användning av upplösning vid subkritiska betingelser, före en efterföljande ferrnenterlng, så görs det ursprungliga organiska materialet, utgångsmaterialet, mera lättillgängligt för rötning och det ursprungliga organiska materialet kan väljas från ett brett utbud av substrat. Även uppe- hållstiderna för den efterföljande metanfermenteringen kan kraftigt reduceras genom att initialt använda en upplösning och sålunda reducerar förfarandet enligt föreliggande uppfinning den totala bearbetningstiden. Vidare kan ut- matningen av metan eller andra värdeskapande produkter kan ökas genom användning av förfarandet enligt föreliggande uppfinning. Om slam används som ingående organiskt material, så kommer slammet att saneras och bakterier elimineras, och till och med virus kan elimineras. Upplösningen presenterar betingelser för optimering av energi- och vattenbalanser. Åter- stoden som kvarstår efter metanferrnenteringssteget reduceras på grund av kombinationen med ett tidigare upplösningsförfarande jämfört med konven- tionella förfaranden. Användningen av en upplösning före ett metanfermen- teringssteg kan minska de erfordrade mängderna av enzymer, syror och/eller koaguleringsmedel under metanferrnenteringen. En annan positiv egenskap med att använda ett upplösningsförfarande före ett metanferrnenteringsför- farande är att organiska material innehållande hämmare, såsom hämmande tungmetaller, t ex kadmium, kan med hjälp av upplösningen arbeta bättre för bakterierna i metanfermenteringssteget jämfört med utan ett sådant förbe- handlingssteg.
Nedbrytningen av utgångsmaterialet i upplösningsförfarandet kan utföras utan tillsats av kemikalier till bearbetningsutgångsmaterialet. Efter nedbrytningen av cellulosa och hemicellulosa hålls kvarvarande ligniner antingen kvar i procesströmmen och kan brytas ned i det efterföljande metan- 535 702 fermenterinssteget, eller separeras från procesströmmen. Om de separeras så kan ligninerna sedan bearbetas ytterligare för att användas som bränsle eller som kemikalier. Om ligninerna hålls kvar i procesströmmen så kan den potentiella nedbrytningen i det efterföljande metanfermenteringssteget öka den totala utmatningen av värdeskapande produkter, t ex metan, för förfaran- det enligt föreliggande uppfinning utan att extra behandlingar behöver göras. inte bara vätskefasen erhållen efter upplösningsförfarandet, kan överföras till det efterföljande metanfermenteringssteget för att framställa metan. Ligniner i uppslamningen har gjorts mera lättillgängliga genom upplösningen och kan brytas ned i det efterföljande metanfermenterings- steget och isåfall bidra till en ökad mängd värdeskapande produkt, metan, vilket sålunda också skulle innebära en minskad total mängd återstod för den totala processen.
Upplösningsförfarandet kan utföras som ett enda steg eller i flera efterföljande steg. Om mer än ett steg är utförs kan den erhållna vätskefasen separeras från återstoden av det organiska materialet i det steget, och där- efter kan nämnda àterstod av organiska material utsättas för ytterligare upp- lösningsteg, företrädesvis med separation av den vätskefasen efter varje steg. Dessutom, om mer än ett steg används kan betingelserna i de olika upplösningsstegen skilja sig åt. Stegen kan uppvisa olika temperaturer eller temperaturprofiler, tex upplösningsförfarandet börjar med ett steg vid en lägre temperatur och därefter har varje steg en ökande temperatur jämfört med steget före. Temperaturen under nämnda ett eller flera upplösningsteg enligt föreliggande uppfinning är ca 280 till 360°C, tex 290-330°C. För några material är temperaturen företrädesvis SCO-360°C, mera föredraget 300- 350°C, såsom 310-340°C, 320-340°C eller 330-350°C. Temperaturen vid förfarandet kan ökas snabbt eller långsamt men i vilket fall som helst måste temperaturen nå en temperatur av 280 till 360°C för att säkerställa upplösning enligt föreliggande uppfinning. I allmänhet beror temperaturen i Upplösningsförfarandet på det ingående organiska materialet. Ju hårdare materialet är desto högre bör temperaturen vara. Temperaturen för varje efterföljande steg kan ökas jämfört med föregående steg eller hållas konstant vid en bestämd temperatur. Det kan förekomma en temperaturgradient i det totala upplösningsförfarandet som är optimerat för nedbrytning av de organiska komponenterna till lämpliga oligo- och/eller monomerer.
Om den erhållna vätskefasen ska separeras från återstoden av organiskt material vid ett upplösningsteg så minskas temperaturen omedel- 535 702 6 bart efter upplösningen till att vara maximalt 200°C för separationen. Före- trädesvis är temperaturen under separationen i området 160-200°C, mera föredraget 160-180°C, vilken temperatur är beroende av att vidare nedbryt- ning under separationen bör undertryckas. Dessutom är en temperatur av maximalt 200°C en nivå vilken idag kan hanteras med befintlig separationsut- rustning, utan att utsätta utrustningen för för mycket belastning. Exempel på lämplig separationsutrustning är centrifuger och hydrocykloner.
Om det förekommer mer än ett reaktionssteg under upplösningen bör varje steg utföras vid en ökande temperatur jämfört med föregående steg.
Efter varje reaktionssteg bör temperaturen minskas till att vara maximalt 200°C för att stoppa de pågående reaktionerna.
Förfarandet kan involvera en iterativ upplösning vid sub-kritisk temperatur av ett organiskt utgångsmaterial genom behandling i varmt trycksatt vatten (HCW), nämnda förfarande innefattande: - mata in ett organiskt utgångsmaterial i en reaktor nr 1, i vilken delar av utgångsmaterialet upplöses; - separera en vätskefaslösning nr 1, och sålunda vatten och vattenlösliga komponenter, från den behandlade utgångsmaterialupplamningen som töms ut ur nämnda reaktor nr 1; - mata in den behandlade utgångsmaterialupplamningen innehållande det fasta materialet i en reaktor nr 2, i vilken delar av det kvarvarande utgångsmaterialet upplöses; och - separera en vätskefaslösning nr 2, och sålunda vatten och vattenlösliga komponenter, från den vidare behandlade utgångsmaterialupplamningen som töms ut ur nämnda flödesreaktor nr 2.
Ytterligare och efterföljande reaktor(er) och sålunda inmatnings- och separationssteg involveras i förfarandet så att vätskefaslösningar nr 3 till N separeras efter respektive reaktor nr 3 till N. Antalet reaktorer kan variera enligt föreliggande uppfinning, beroende på utgångsmaterialet och önskad komposition på de separerade produkterna.
Användningen av vatten vid sub-kritiskt tillstånd väljs eftersom det anses vara bättre ur energisynpunkt och att korrosionen är lägre på utrustning och risken att driva reaktionen för långt och då erhålla vatten och koldioxid är lägre jämfört med användning av vatten vid superkritiskt tillstånd.
Reaktionstiden är en viktig egenskap hos föreliggande uppfinning. Om reaktionstiden sätts att vara för kort så blir inte omvandlingen tillräcklig för att erhålla ett högt utbyte av önskade monomerer och/eller oligomerer, och om 535 702 7 reaktionstiden sätts att vara för lång så har en för hög andel av monomererna brutits ned ytterligare till koldioxid och vatten, d v s resulterat i så kallad fortsatt skadlig nedbrytning. Reaktionstiden vid nämnda ett eller flera reaktionssteg i upplösningsförfarandet är mindre än en minut, företrädesvis 0.05 till 55 sekunder, företrädesvis 0.5 till 50 sekunder, företrädesvis 1 till 40 sekunder, företrädesvis 5 till 40 sekunder, företrädesvis 10 till 30 sekunder, och mest föredraget 10 till 30 sekunder.
Upplösningsförfarandets steg kan utföras i termer av satsvist, semi- satsvist eller kontinuerligt förfarande. Ett kontinuerligt förfarande är före- draget. Reaktorerna som används kan vara satsreaktorer, ensamma eller i serie, eller flödesreaktorer, såsom tubreaktorer. Eventuellt kan flera flödes- reaktorer användas, t ex tvä reaktorer som är osynkroniserade, där inmatning av biomassa utförs i en reaktor medan reaktionen utförs i en andra reaktor, vilket sålunda möjliggör ett kontinuerligt nettoflöde. Om en flödesreaktor används så pumpas en uppslamning av organiskt material vid högt tryck genom ett värmeområde där den exponeras för temperaturer som för vattnet till sub-kritiskt tillstånd. Företrädesvis är uppehàllstiden för upplamningen i värmeområdet vid de förutbeskrivna sub-kritiska betingelserna samma som reaktionstiden som nämns ovan.
De sub-kritiska betingelserna som erfordras för upplösningen erhålls genom värmning och eventuellt trycksättning av en blandning av organiska substanser och en vatteninnehållande vätska, till den erfordrade tempera- turen, och/eller organiska substanser utsätts för varmt trycksatt vatten för att uppnå erfordrad temperatur. len utföringsforrn av föreliggande uppfinning värms en uppslamning av organiskt material och flytande vatten och tryck- sätts tills sub-kritiskt tillstànd enligt föreliggande uppfinning har uppnåtts. I en annan utföringsform blandas organiskt material med trycksatt flytande vatten och sedan värms tills sub-kritiskt tillstånd enligt föreliggande uppfinning har uppnåtts. I ytterligare en utföringsform av föreliggande uppfinning blandas organiskt material med trycksatt flytande vatten och sedan värms, därefter tillsätts varmt trycksatt vatten tills sub-kritiskt tillstånd enligt föreliggande uppfinning har uppnåtts. Ännu en utföringsform hänför sig till organiskt material som blandas med trycksatt flytande vatten och sedan värms; därefter tillsätts varmt trycksatt vatten tills sub-kritiskt tillstànd enligt föreliggande uppfinning har uppnåtts. HCW sprutas in i en satsreaktor genom en cykel eller upprepade cykler; en serie av satsreaktorer genom en cykel eller genom upprepade cykler; eller en flödesreaktor genom en cykel. 535 702 8 Då upplösning av ett utgångsmaterial utförs i endast en reaktor så kan reaktionen drivas inte tillräckligt långt så att endast delar av fastämnena upplöses eller värdefulla komponenter brytas ned ytterligare, vilket inte är önskvärt, då reaktionen drivs för långt. Därför är det intressant att utföra upplösningen i iterativa steg och separera värdefulla fraktionerna efter varje reaktor innan man går vidare till nästa loop vid upplösning av de kvarvarande fastämnena. Genom att göra så är det enligt föreliggande uppfinning möjligt att optimera varje reaktionssteg på olika sätt och mer ekonomiskt fördelaktigt i jämförelse med att försöka att lösa upp i endast ett eller möjligtvis två steg.
Genom att använda flera upplösningssteg så kan de erhållna specifika frak- tionerna optimeras för att framställa specifika nedbrutna föreningar som kan anses vara vårdeskapande produkter och kan vidare användas i andra processer eller applikationer. Genom att använda fiera reaktorer i förfarandet enligt föreliggande uppfinning så är det möjligt att optimera utvinningen från ett organiskt uppslamningsutgångsmaterial och sålunda separationen av komponenter från utgångsmaterialet. Genom användning av flera reaktorsteg så är det möjligt att involvera olika värmnings- och kylningssteg och tempera- turområden under förfarandet enligt föreliggande uppfinning. Detta görs för att optimera hela fraktioneringen av utgångsmaterialet och för att minimera nivån av oönskade nedbrytningsprodukter. Dessutom förändras även trycket under förfarandet, antingen naturligt under temperaturökningen och -minskningen eller aktivt i eller mellan olika reaktorer som en drivande parameter förför- farandet.
Metanfermentering är i stånd att omvandla nästan alla typer av polymera material till metan och koldioxid under anaeroba betingelser. Detta uppnås som ett resultat av den på varandra följande biokemiska nedbryt- ningen av polymerer till metan och koldioxid i en omgivning vid vilken varianter av mikroorganismer, vilka inkluderar fermentativa míkrober (acido- gener); väteproducerande, acetatbildande míkrober (acetogener); och metan- producerande míkrober (metanogener) harmoniskt växer och producerar reducerade slutprodukter. Metanfermenteringen enligt föreliggande upp- finning är inte särskilt begränsad och kan utföras genom att använda ett konventionellt förfarande som är lämpligt.
Som ett exempel matas den erhållna blandningen av substanser med låg molekylvikt, eventuellt ligniner, och fermenterande metanproducerande mikroorganismer, tex bakterier, in i en metanfermenteringsreaktor.
Metanfermenteringsreaktorn hålls vid en förbestämd temperatur, och 535 702 9 metanfermentering utförs under en förbestämd uppehàllstid medan innehållet i reaktorn omröres på lämpligt sätt. Den generade metangasen samlas upp på ett konventionellt sätt. Metanfermenteringen kan antingen vara en metan- fermentering av satstyp eller metanfemientering av kontinuerlig typ.
Som mikroorganismer för användning vid metanfermenteringen kan konventionellt kända metanogener eller liknande användas. För att optimera metanutmatnlngen bör bakterierna anpassas för att gynna metanbildande bakterier. Emellertid kan andra bakterier också gynnas om fokus ligger på att reducera mängden restavfall som kvarstår efter metanfermenteringssteget.
Det är önskvärt att reducera avfallsvolymerna så mycket som möjligt.
Temperaturen i metanfermenteringsreaktor kan ställas in på konven- tionellt kända temperaturer lämpliga för mikroorganismer för användning vid metanfermentering. Mesofil rötning utförs vid temperaturer mellan 20°C och 40°C, typiskt ca 35-37°C. Termofil rötning utförs vid temperaturer över 50°C, tex 50-70°C. Om utgångsmaterialet vid förbehandlingen enligt föreliggande uppfinning är ett avfallsmaterial, tex som slam, så kan anbringning på jord- bruksmark efter behandling vara önskvärt och sålunda skulle en metanfer- mentering vid en högre temperatur av ca 50-55°C föredras med tanke på att slammet blir sanerat.
Metanfermenteringen utförs under konventionella temperaturbetingel- ser och på grund av upplösningen som föregår metanfermentering kan uppe- hållstiderna minskas avsevärt. Om endast vätskefas metanfermenteras är uppehållstiderna lägre jämfört med om fastämnen, såsom t ex ligniner, förekommer. Exempel på uppehållstider för metanfermenteringen är 10-20 dagar, eller 10-48 h.
Genom tillsats av små mängder järnkoaguleringsmedel och/eller spårmängder av tungmetaller såsom tex kobolt, så ökar mängden framställd metan under metanferrnentering. Sådana föreningar kan tillsättas till utgångs- materialet före upplösningen enligt föreliggande uppfinning och den totala nedbrytningen av det ursprungliga organiska materialet ökas ytterligare.
Järnkoaguleringsmedel och/eller spårämnen av tungmetaller kan tillsättas till det organiska materialet före, under och/eller efter upplösningsförfarandet.
Det organiska materialet som används som utgångsmaterial vid förfarandet enligt föreliggande uppfinning är olika vegetationer och avfall.
Vegetationen kan vara årlig eller perenn. Exempel på årliga växter är majs, sallad, ärtor, blomkål, bönor och hampa. Företrädesvis används lignocellu- losabiomassa eller avfall innehållande polymerer, tex material omfattande 535 702 stärkelse, cellulosa, hemicellulosa, lignin, lignocellulosa eller en kombination därav. Exempel på lämpliga material är avfall från jordbruk, avloppsbehandling, slakterier, livsmedelsindustri, restauranger och hushåll, plast; kartong; papper; gödsel; majs; ris; risskal; trä; Stubbar; rötter; halm; hampa; salix; vass; nötskal; sockerrör; bagass; gräs; sockerbetor; vete; korn; råg; havre; potatis; tapioka; ris; och alger.

Claims (12)

10 15 20 25 30 35 535 702 11 PATENTKRAV
1. Förfarande för behandling av organiskt material för att framställa metangas, innefattande stegen att: a) utsätta ett organiskt utgångsmaterlal innefattande organiska material för ett upplösningsförfarande vid subkritiska betingelser i minst ett reaktionssteg, för att erhålla en blandning innehållande material med låg molekylvikt och eventuellt ligniner; b) utsätta den erhållna blandningen innehållande material med låg molekylvikt och eventuellt ligniner, för ett metanfermenteringsförfarande; varvid nämnda organiska utgångsmaterlal innefattar flytande vatten och/eller är kombinerat med flytande vatten före och/eller under nämnda upplösning, och de subkritiska betingelserna för nämnda minst ett eller flera reaktionssteg i a) är en temperatur av 280-360°C under en reaktionstid av mindre än 1 minut, varvid om mer än ett reaktionssteg används i steg a) så utsätts den erhållna blandningen efter varje reaktionssteg för en separation av de framställda materialen med låg molekylvikt från de kvarvarande fasta materialen av det behandlade utgångsmaterialet.
2. Förfarande enligt krav 1, varvid reaktionstiden i nämnda ett eller flera reaktionssteg i upplösningsförfarandet är 0.05 till 55 sekunder, före- trädesvis 0.5 till 50 sekunder, företrädesvis 1 till 40 sekunder, företrädesvis 5 till 40 sekunder och mest föredraget 10 till 30 sekunder.
3. Förfarande enligt krav 1 eller 2, varvid reaktionstemperaturen i nämnda ett eller flera reaktionssteg i upplösningsförfarandet är 300-360°C, och mera föredraget 300-350°C.
4. Förfarande enligt något av krav 1-3, varvid nämnda organiska utgångsmaterlal är kombinerat med flytande vatten före och/eller under nämnda upplösning genom tillsats av varmt trycksatt flytande vatten.
5. Förfarande enligt något av krav 1-4, varvid nämnda separation utförs vid en temperatur av maximalt 200°C.
6. Förfarande enligt något av krav 1-5, varvid om mer än ett reaktions- steg används i steg a) så är temperaturen i varje reaktionssteg samma eller högre för varje efterföljande steg.
7. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid det organiska utgångsmaterialet är valt från vegetation och avfall. 10 15 535 702 12
8. Förfarande enligt krav 7, varvid det organiska utgångsmaterialet är lignocellulosabiomassa eller avfall innefattande polymerer.
9. Förfarande enligt krav 7, varvid det organiska utgångsmaterialet är valt från avfall från jordbruk, avloppsbehandling, slakterier, livsmedelsindustri, restauranger och hushåll; plast; kartong; papper; gödsel; majs; ris; risskal; trä; stubbar; rötter; halm; hampa; salix; vass; nötskal; sockerrör; bagass; gräs; sockerbetor; vete; korn; ràg; havre; potatis; tapioka; ris; och alger, eller en kombination därav.
10. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid upplösninge- förfarandet utförs i minst en satsreaktor eller minst en flödesreaktor.
11. Förfarande enligt krav 4 och 10, varvid det varma trycksatta vattnet sprutas in i en satsreaktor genom en cykel eller upprepade cykler; en serie av satsreaktorer genom en cykel eller genom upprepade cykler; eller en flödesreaktor genom en cykel.
SE1150332A 2011-04-15 2011-04-15 Förfarande för behandling av organiskt material för att framställa metangas SE535702C2 (sv)

Priority Applications (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE1150332A SE535702C2 (sv) 2011-04-15 2011-04-15 Förfarande för behandling av organiskt material för att framställa metangas
CA2832681A CA2832681A1 (en) 2011-04-15 2012-04-13 Method of treating organic material to produce methane gas
PCT/SE2012/050406 WO2012141652A1 (en) 2011-04-15 2012-04-13 Method of treating organic material to produce methane gas
US14/111,635 US20140287474A1 (en) 2011-04-15 2012-04-13 Method of treating organic material to produce methane gas
CN201280017686.4A CN103687953A (zh) 2011-04-15 2012-04-13 处理有机材料以生产甲烷气体的方法
BR112013025810A BR112013025810A8 (pt) 2011-04-15 2012-04-13 Método de tratamento de materiais orgânicos para produção de gás metano
EP12771085.3A EP2697380A4 (en) 2011-04-15 2012-04-13 METHOD OF TREATING AN ORGANIC MATERIAL FOR OBTAINING METHANGAS
KR1020137027219A KR20140039180A (ko) 2011-04-15 2012-04-13 메탄가스를 제조하기 위한 유기물질의 처리방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE1150332A SE535702C2 (sv) 2011-04-15 2011-04-15 Förfarande för behandling av organiskt material för att framställa metangas

Publications (2)

Publication Number Publication Date
SE1150332A1 SE1150332A1 (sv) 2012-10-16
SE535702C2 true SE535702C2 (sv) 2012-11-13

Family

ID=47009582

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE1150332A SE535702C2 (sv) 2011-04-15 2011-04-15 Förfarande för behandling av organiskt material för att framställa metangas

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20140287474A1 (sv)
EP (1) EP2697380A4 (sv)
KR (1) KR20140039180A (sv)
CN (1) CN103687953A (sv)
BR (1) BR112013025810A8 (sv)
CA (1) CA2832681A1 (sv)
SE (1) SE535702C2 (sv)
WO (1) WO2012141652A1 (sv)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2635713A4 (en) 2010-11-01 2017-07-05 Renmatix, Inc. Process for controlled liquefaction of a biomass feedstock by treatment in hot compressed water
CA2854291A1 (en) 2011-11-08 2013-05-16 Reac Fuel Ab Liquefaction of biomass at low ph
WO2024015306A2 (en) * 2022-07-10 2024-01-18 Czero, Inc. Carbon formation chemical looping using oxygen

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4533496B2 (ja) * 2000-03-15 2010-09-01 三菱重工業株式会社 バイオマスからの燃料製造方法
JP2001300486A (ja) * 2000-04-26 2001-10-30 Babcock Hitachi Kk 有機性廃棄物のメタン発酵処理装置及び方法
WO2004037731A1 (ja) * 2002-10-22 2004-05-06 Osaka Industrial Promotion Organization メタンガスの製造方法
JP4061544B2 (ja) * 2003-09-11 2008-03-19 財団法人大阪産業振興機構 植物由来廃棄物の処理方法
RU2399410C2 (ru) * 2004-02-13 2010-09-20 Осака Индастриал Промоушн Организейшн Способ и установка для получения продуктов разложения с использованием воды при докритических параметрах
JP4822800B2 (ja) * 2005-10-24 2011-11-24 公立大学法人大阪府立大学 生ゴミ又は食品残渣のメタン発酵処理方法
JP2009178657A (ja) * 2008-01-31 2009-08-13 Osaka Prefecture Univ 製油所廃水有機汚泥の亜臨界水処理方法
CA2660990C (en) * 2008-02-01 2014-01-14 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Biomass hydrothermal decomposition apparatus, method thereof, and organic material production system using biomass material
CN101709227B (zh) * 2009-09-27 2015-05-06 新奥科技发展有限公司 利用含碳有机质的综合方法及***

Also Published As

Publication number Publication date
BR112013025810A2 (pt) 2016-08-23
SE1150332A1 (sv) 2012-10-16
CA2832681A1 (en) 2012-10-18
EP2697380A1 (en) 2014-02-19
CN103687953A (zh) 2014-03-26
EP2697380A4 (en) 2014-10-01
WO2012141652A1 (en) 2012-10-18
BR112013025810A8 (pt) 2018-02-06
KR20140039180A (ko) 2014-04-01
US20140287474A1 (en) 2014-09-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Patinvoh et al. Innovative pretreatment strategies for biogas production
US10533203B2 (en) System for the treatment of biomass
JP6291138B2 (ja) バイオマスおよび有機性廃棄物を処理する方法および装置
Montgomery et al. Pretreatment of feedstock for enhanced biogas production
US20230212471A1 (en) Cellulosic biofuel
US8597431B2 (en) Biomass pretreatment
Fernández-Cegrí et al. Impact of ultrasonic pretreatment under different operational conditions on the mesophilic anaerobic digestion of sunflower oil cake in batch mode
Roda et al. Vinegar production from pineapple wastes–preliminary saccharification trials
Najafi et al. Biorefining for olive wastes management and efficient bioenergy production
US20140234911A1 (en) Systems and methods for hydrolysis of biomass
Arisht et al. Biotoxicity assessment and lignocellulosic structural changes of phosphoric acid pre-treated young coconut husk hydrolysate for biohydrogen production
Soares et al. Fed-batch production of green coconut hydrolysates for high-gravity second-generation bioethanol fermentation with cellulosic yeast
Ma et al. Effects of different pretreatments on pumpkin (Cucurbita pepo) lignocellulose degradation
SE535702C2 (sv) Förfarande för behandling av organiskt material för att framställa metangas
JP5278991B2 (ja) リグノセルロース系バイオマスからエタノール原料およびエタノールを製造する方法
Martin et al. Orange peel: organic waste or energetic resource
Sabri et al. Comparison of methane production utilizing raw and acidogenic effluent coming from sago starch processing in anaerobic sequencing batch reactor (ASBR)
Jung et al. The chemical and physical properties of steam-exploded wood at different temperatures and times at the same severity as a dietary fiber source
WO2015174518A1 (ja) バイオマスを用いた液体燃料製造方法
Salem et al. Semi-continuous mesophilic anaerobic digestion of date palm (Phoenix dactelifyra L.) leaflets of the H'mira cultivar from the Adrar region of Southern Algeria using an alkaline pre-treatment
Kamau et al. Effect of thermo-chemical pretreatment of Kenyan market waste on mesophillic biogas production
Wise et al. A review of bioconversion systems for energy recovery from municipal solid waste part I: Liquid fuel production
Cantero Sposetti et al. Pretreatment Processes of Biomass for Biorefineries: Current Status and Prospects
Sediawan et al. Pseudo-Homogeneous Kinetic of Dilute-Acid Hydrolysis of Rice Huskfor Ethanol Production: Effect of Sugar Degradation

Legal Events

Date Code Title Description
NUG Patent has lapsed