[發明專利]通過煤的催化溫和溫度熱解制造烴和改質煤的系統和方法

在審

• 申請號: 201580033375.0
• 申請日: 2015-05-22
• 公開（公告）號: CN107075388A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: W·拉塔;M·塔吉特;H·加達拿;W·威廉斯;J·阿斯曼;R·貝林豪森;L·姆萊奇科
• 申請（專利權）人: LP雅米納有限責任公司
• 主分類號: C10G11/00
• 分類號: C10G11/00;C10G2/00
• 代理公司: 北京邦信陽專利商標代理有限公司11012
• 代理人: 尹吉偉

相關申請的交叉引用

本申請是2015年5月22日提交的國際(PCT)申請序列號PCT/US 2015/032252的中國國家階段申請，該PCT申請要求2014年5月23日提交的美國臨時專利申請序列號62/002,674的權益和優先權。前述申請通過引用以其全文結合于此。

技術領域

本技術一般地涉及一種系統和方法，其可用于將固體碳質材料轉化為一組有用的產物。更具體地，本技術涉及一種系統和方法，其利用催化劑來將固體碳質材料轉化成氣體產物、液體產物、和/或改質固體產物(例如，改質固體碳質產物)。

背景技術

鑒于原油儲量的全球分布不均勻和公眾關注的原油儲量的有限性質，對基于可替代原料(例如：煤、生物質等)來開發替代生產技術的需求不斷增長。在過去的數十年中，煤制油(CTL)技術已經取得了一些進展。技術上最佳確定的生產烴液體的途徑包括氣化，其一般包括較高溫度的蒸汽和氧共進料產生合成氣。在進一步轉化為甲醇中間體或用于直接合成之前，需要對所得合成氣進行顯著清潔，并且因此通常包括一種集成的多步驟途徑的基于氣化的設備，其典型地建造以及操作昂貴。另一種從煤生產烴液體的途徑是所謂的直接煤液化(DCL)途徑，其包括通過將煤固體與純氫氣進行高壓處理來將其直接液化。即使該DCL方法典型地會利用催化劑，但是從催化反應器出來的所需烴產物流的選擇性低并且需要進一步處理。換言之，該DCL方法不能被調節以產生特定烴產物，并且特別是產生較低分子量的烴。因此，該DCL產物流需要顯著的另外的化學改質步驟，這導致設施的構建和操作需要花費大量成本。另一種從煤生產烴液體的常規途徑是通過溫和溫度氣化或熱解。通過常規的熱解得到的液體產物流包含相對較高濃度的高分子量焦油，其需要大幅度改質，典型地通過催化加氫進行。相對于含非雜原子的C₁-C₁₂烴產物的總熱解產物的選擇性相對較低。

發明內容

在一個方面，提供了一種固體碳質材料的改質方法。該方法包括在催化劑存在下、在部分熱解條件下加熱固體碳質材料，并獲得改質固體碳質產物、氣體產物和廢催化劑。固體碳質材料的一種非限制性實例是煤，因此，一種改質固體碳質產物的實例是改質煤產物。

在另一方面，提供了將選礦系統中的固體碳質材料轉化為改質固體碳質產物的方法。該方法包括將固體碳質材料和催化劑引入熱解反應器中，產生氣體產物流和固體產物流，其中該固體產物流包括改質固體碳質產物。該方法還包括：從該反應器中回收該氣體產物流，并且從該反應器中回收該固體產物流。固體碳質材料的一種非限制性實例是煤，因此，改質固體碳質產物的一種實例是改質煤產物。

在另一方面，提供了將選礦系統中的生物質轉化為改質固體產物的方法。該方法包括將生物質和催化劑引入熱解反應器中，產生氣體產物流和改質固體產物，其中固體產物流包括廢催化劑和該改質固體產物。該方法還包括：分離該改質固體產物和廢催化劑，以及將該分離的廢催化劑轉移到再生器，該再生器除去廢催化劑中的至少一部分的任何未熱解的煤、焦炭和其他的碳質材料。保留在改質固體產物中灰分的重量為引入到熱解反應器中的生物質的灰分重量的至少60％。該方法還包括：將氣體產物流轉移到分離器，其產生液體產物和氣體產物。

熱解反應器可以在約300℃至約1100℃下操作。在一些實施方式中，這可以包括約350℃至約850℃、或約400℃至約700℃。碳質材料可以具有約0.01秒至約5小時的停留時間。在一些實施方式中，停留時間為約0.1秒至約1分鐘。熱解反應器的催化劑裝載量可以是從約0(零)至約100g催化劑/g碳質進料材料。在一些實施方式中，催化劑裝載量可為從大約0.05g催化劑/g進料材料至約10g催化劑/g進料材料。反應器中碳質材料的加熱速率可以為約0.1℃/秒至約1000℃/秒。

在至少一個實施方式中，起始碳質材料直接進入熱解反應器。在其他實施方式中，進入該熱解反應器之前，可以通過如粉碎機、干燥器、和/或任何下文討論的其他合適的預處理器及預處理方法對碳質材料進行預處理。