甲烷的生產(chǎn)的制作方法
【專利說(shuō)明】甲燒的生產(chǎn)
[oow] 發(fā)明背景
[0002] 目前行星地球被兩個(gè)對(duì)其及其居民有嚴(yán)重影響的主要問(wèn)題所困擾，即：
[0003] 由產(chǎn)生二氧化碳過(guò)多引起的全球變暖；和
[0004] 過(guò)高的原油價(jià)格W及因此高的汽油和柴油價(jià)格。 陽(yáng)〇化]本發(fā)明的一個(gè)目的是緩解運(yùn)些問(wèn)題。
[0006] 使用化石燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)的產(chǎn)量增長(zhǎng)導(dǎo)致對(duì)原油過(guò)多的需求，進(jìn)而導(dǎo)致過(guò)高的價(jià) 格。運(yùn)些燃料和燃油、燃?xì)夂腿济喊l(fā)電站等的消耗增加了產(chǎn)生的二氧化碳量，運(yùn)導(dǎo)致全球變 暖。樹(shù)對(duì)二氧化碳的吸收和所產(chǎn)生的氧氣釋放因大量森林被除去而減弱。運(yùn)種失衡已使且 持續(xù)累積地使世界生態(tài)失常。
[0007] 由于呈指數(shù)增長(zhǎng)的人口和他們的期望，提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率和減少化石燃料產(chǎn)品消耗 的努力幾乎沒(méi)有改善狀況的可能。其它技術(shù)正在積極的尋求中。
[0008] 解決上述問(wèn)題的方式包括：
[0009] 減少大氣中的二氧化碳；
[0010] 減少"碳足跡"（碳產(chǎn)品的使用）；和
[0011] 減少對(duì)原油和其它化石燃料的需求（通過(guò)找到替代品，導(dǎo)致它們的價(jià)格降低）。
[0012] 本發(fā)明的一個(gè)目的是提供有助于W上減少并進(jìn)一步提供甲燒生產(chǎn)的方法和設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明設(shè)及在氨氣和一種或更多種產(chǎn)甲燒菌的存在下由二氧化碳和水生產(chǎn)控的 方法。該一種或更多種產(chǎn)甲燒菌在含水生長(zhǎng)基質(zhì)中提供，該含水生長(zhǎng)基質(zhì)用包含二氧化碳 的加壓流體加壓到5至1000己，通常5至500己，優(yōu)選5至200己，更優(yōu)選10至150己，更 優(yōu)選20至150己，最優(yōu)選40至150己的壓力。
[0014] 優(yōu)選地，該方法在反應(yīng)容器中進(jìn)行，在所述反應(yīng)容器中提供充足的含水生長(zhǎng)基質(zhì)， W提供含水生長(zhǎng)基質(zhì)相對(duì)頂部空間的體積比為1 : 1至3 : 1，通常體積比為2 : 1至 3:1。
[0015] 含水生長(zhǎng)基質(zhì)可W用氨氣和二氧化碳的混合物來(lái)加壓，所述氨氣和二氧化碳可W W如下摩爾比存在：4 : 1至1 : 4,2 : 1至1 : 4,大于1 : 1至1 : 4,或甚至1 : 2至 1:4。
[0016] 含水生長(zhǎng)介質(zhì)的抑優(yōu)選保持在6至7. 5,優(yōu)選6. 5至7的范圍。
[0017] 一種或更多種產(chǎn)甲燒菌可W是厭氧古菌，其可W是超嗜熱的超嗜極菌或嗜冷菌/ 嗜寒菌和/或胞外產(chǎn)電（exoelectrogenic)微生物有機(jī)體。
[0018] 該方法在對(duì)一種或更多種產(chǎn)甲燒菌生長(zhǎng)而言最佳或接近最佳的溫度下進(jìn)行。
[0019] 在一種或更多種產(chǎn)甲燒菌是超嗜熱的超嗜極性厭氧古菌的情況下，反應(yīng)容器可W 在50°C至400°C，優(yōu)選80°C至200°C，更優(yōu)選80°C至150°C的溫度下操作。
[0020] 在一種或更多種產(chǎn)甲燒菌是嗜冷性/嗜寒性厭氧古菌的情況下，反應(yīng)容器可W 在-50°C至50°C，優(yōu)選-5°C至-20°C，最優(yōu)選約-15°C的溫度下操作。
[0021] 優(yōu)選地，控制含水生長(zhǎng)介質(zhì)的抑。
[0022] 可W通過(guò)在反應(yīng)容器中提供陰極并且使電流通過(guò)含水生長(zhǎng)介質(zhì)W生成氨氣且還 控制抑來(lái)控制含水生長(zhǎng)介質(zhì)的抑。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，在氨氣和一種或更多種產(chǎn)甲燒菌的存在下由二氧化 碳和水生產(chǎn)甲燒的方法包括W下步驟：
[0024]a)提供陽(yáng)極反應(yīng)容器（14)，其含有正極（陽(yáng)極）W及包含水和電離材料的液體電 解介質(zhì)；
[00巧]b)提供陰極反應(yīng)容器（12)，其含有負(fù)極（陰極）、電解含水生長(zhǎng)基質(zhì)、一種或更多 種產(chǎn)甲燒菌和二氧化碳；
[00%]C)用連接方式連接第一反應(yīng)容器和第二反應(yīng)容器，所述連接方式允許電子和/或 離子在所述陽(yáng)極反應(yīng)容器和所述陰極反應(yīng)容器的電解介質(zhì)之間通過(guò)；
[0027]d)向所述正極和所述負(fù)極施加直流電流W:
[002引 ?影響陰極反應(yīng)容器（12)中的氨電離W產(chǎn)生氨氣并且還提高電解含水生長(zhǎng)基質(zhì) 的抑訊
[0029] ?影響第一反應(yīng)容器（14)中的經(jīng)電離的氧W形成氧氣。
[0030] 從陰極反應(yīng)容器（12)回收甲燒。
[0031] 從第一反應(yīng)容器（14)回收氧氣。
[0032] 反應(yīng)容器（12)和（14)在相同的內(nèi)部壓力下操作，并且可W在不同的溫度下操作。
[0033] 連接方式優(yōu)選是電解介質(zhì)，在此情況下提供允許電子和可能的一些離子通過(guò)的 膜。
[0034] 優(yōu)選地，連接方式具有與電解質(zhì)絕緣的閥。
[0035] 反應(yīng)容器可W在不同的條件下操作，例如陽(yáng)極反應(yīng)容器（14)可W在約25°C的環(huán) 境溫度下操作，而陰極反應(yīng)容器（12)可W在對(duì)一種或更多種產(chǎn)甲燒菌生長(zhǎng)而言最佳或接 近最佳的溫度下操作。
[0036] 在一種或更多種產(chǎn)甲燒菌是超嗜熱的超嗜極性厭氧古菌的情況下，陰極反應(yīng)容器 (12)可W在50°C至400°C，優(yōu)選80°C至200°C，更優(yōu)選80°C至150°C的溫度下操作。
[0037] 在一種或更多種產(chǎn)甲燒菌是嗜冷性/嗜寒性厭氧古菌的情況下，陰極反應(yīng)容器 (12)可W在-50°C至50°C，優(yōu)選-5°C至-20°C，最優(yōu)選約-15°C的溫度下操作。
[0038] 陰極反應(yīng)容器（12)和陽(yáng)極反應(yīng)容器（14)可W用包含液體二氧化碳和氨氣的加壓 流體加壓到5至1000己，通常5至500己，優(yōu)選5至200己，更優(yōu)選10至150己，更優(yōu)選20 至150己，最優(yōu)選40至150己的壓力。
[0039] 陰極反應(yīng)容器（12)可W用氨氣和二氧化碳的混合物來(lái)加壓，所述氨氣和二氧化 碳可如下摩爾比存在：4 : 1至1 : 4,2 : 1至1 : 4,大于1 : 1至1 : 4,或甚至 1 : 2 至 1 : 4。
[0040] 優(yōu)選地，在陰極反應(yīng)容器（12)中提供充足的含水生長(zhǎng)基質(zhì)，W提供含水生長(zhǎng)基質(zhì) 相對(duì)頂部空間的體積比為1 : 1至4 : 1，通常體積比是2 : 1至3 : 1。
[0041] 含水生長(zhǎng)介質(zhì)的抑優(yōu)選保持在6至7. 5,優(yōu)選6. 5至7的范圍。
[0042] 跨經(jīng)正極和負(fù)極施加的電壓可W是-0. 2v至-40v，-2v至-40v，-lOv至-40v，-20v 至-40v，通常是-25v至-35v。
[0043] 跨經(jīng)正極和負(fù)極流動(dòng)的直流電流可W是約75至125毫安培。
[0044] 根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方案，提供了用于在氨氣和一種或更多種產(chǎn)甲燒菌的存在 下由二氧化碳和水生產(chǎn)甲燒的設(shè)備，所述設(shè)備包括：
[0045] 用于容納二氧化碳和電解水的陰極反應(yīng)容器（12);
[0046] 用于容納電解水的陽(yáng)極反應(yīng)容器（14);
[0047] 位于陰極反應(yīng)容器（12)內(nèi)的能夠支持產(chǎn)甲燒菌的負(fù)極（陰極）； W48] 位于陽(yáng)極反應(yīng)容器（14)內(nèi)的正極（陽(yáng)極）；和 W例連接裝置，所述連接裝置用于連接陰極反應(yīng)容器和陽(yáng)極反應(yīng)容器（14)中的 電解水，W使電流可W在兩者之間流動(dòng)。
[0050] 優(yōu)選地，陰極反應(yīng)容器（12)和陽(yáng)極反應(yīng)容器（14)適合于被加壓到5至1000己， 通常5至500己，優(yōu)選5至200己，更優(yōu)選10至150己，更優(yōu)選20至150己，最優(yōu)選40至 150己的壓力。
[0051] 優(yōu)選地，連接裝置是含有液體電解質(zhì)的導(dǎo)管。
[0052] 該導(dǎo)管可W包括半透膜，所述半透膜允許離子在陽(yáng)極反應(yīng)容器（14)和陰極反應(yīng) 容器（12)中的電解水之間通過(guò)。
[0053] 優(yōu)選地，該導(dǎo)管具有不與電解質(zhì)進(jìn)行電接觸的閥。
[0054] 優(yōu)選地，陰極反應(yīng)容器（12)中的負(fù)極呈能夠支持產(chǎn)甲燒菌和它們可產(chǎn)生的生物 膜的多孔結(jié)構(gòu)形式。例如，第二反應(yīng)容器（12)中的負(fù)極是中空微孔圓筒，所述中空微孔圓 筒在一端是封閉的并且由Pt隸合金或Pt，或銷族金屬，或鐵，或鍛有銷族金屬的鐵制成。 陽(yáng)05引優(yōu)選地，陽(yáng)極反應(yīng)容器（14)的正極由Pt或銷族金屬，或經(jīng)電鍛的鐵制成。
[0056] 反應(yīng)容器的內(nèi)表面可W由不導(dǎo)電的耐高溫高壓的材料制成，例如由PEEK(聚酸酸 酬）制成，所述不導(dǎo)電的耐高溫高壓的材料使電解介質(zhì)與設(shè)備的其余部分絕緣，但在反應(yīng) 容器內(nèi)與溶液接觸的陰極和陽(yáng)極除外。
[0057] 優(yōu)選地，陰極反應(yīng)容器適合于用加壓流體來(lái)加壓。
[0058] 優(yōu)選地，該設(shè)備包括用于平衡陰極反應(yīng)容器（12)和陽(yáng)極反應(yīng)容器（14)中的壓力 的裝置。
[0059] 優(yōu)選地，壓力平衡裝置通過(guò)所用的加壓流體來(lái)加壓，W對(duì)陰極反應(yīng)容器（14)加 壓，也同時(shí)對(duì)陽(yáng)極反應(yīng)容器（12)加壓。
[0060] 優(yōu)選地，壓力平衡裝置提供在陰極反應(yīng)容器（12)和陽(yáng)極反應(yīng)容器（14)之間的電 絕緣。
[0061] 壓力平衡裝置可W包括具有位于其內(nèi)的活塞的不導(dǎo)電、高抗拉、耐高溫的管，和用 于指示活塞在管內(nèi)位置的指示器。
[0062] 優(yōu)選地，該設(shè)備包括用于加熱或冷卻陰極反應(yīng)容器（12)的熱控制裝置。
[0063] 優(yōu)選地，在陰極反應(yīng)容器（12)內(nèi)提供攬拌器。
[0064] 導(dǎo)管可W位于在陰極反應(yīng)容器（12)和陽(yáng)極反應(yīng)容器（14)之間的不導(dǎo)電的耐熱屏 障中。
【附圖說(shuō)明】
[0065]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的反應(yīng)器的側(cè)視圖；
[0066] 圖2是圖1所示的反應(yīng)器沿線2-2的截面圖；
[0067] 圖3是在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的反應(yīng)器上用于平衡反應(yīng)容器內(nèi)壓力的設(shè) 備的截面圖； W側(cè)圖4是示出測(cè)定％對(duì)電解含水生長(zhǎng)基質(zhì)的抑的影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。
[0069] 圖5是示出測(cè)定電解對(duì)本發(fā)明所用電解介質(zhì)的抑的影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。
[0070] 圖6是示出利用熱自養(yǎng)甲燒嗜熱球菌（Me.thermolithotro地i州S)，5己，30V， 65°C的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖；
[0071] 圖7是示出利用熱自養(yǎng)甲燒嗜熱球菌，5己，12V，65°C的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖； 陽(yáng)072] 圖8是示出利用熱自養(yǎng)甲燒嗜熱球菌，10己，30V，65°C的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖；
[007引圖9是示出利用熱自養(yǎng)甲燒嗜熱球菌，20己，30V，65°C的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖；
[0074]圖10是示出實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖，該實(shí)驗(yàn)示出氧在本發(fā)明的陽(yáng)極反應(yīng)容器中產(chǎn)生。 陽(yáng)0巧]圖11是示出利用坎氏甲燒火菌（M.kandleri)，10己，30V，97°C的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖； 陽(yáng)076] 圖12是示出利用坎氏甲燒火菌，20己，30V，97°C的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖；
[0077]圖13是示出利用坎氏甲燒火菌，20己，30V，105°C的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖； 陽(yáng)07引圖14是示出利用詹氏甲燒暖球菌（Me.jannaschU)，