【技术实现步骤摘要】
本申请是申请日为2009年4月9日、申请号为200980121326.7、专利技术名称为“使用微通道工艺技术升级碳质材料的方法”的中国专利技术专利申请的分案申请。根据35U.S.C.§119(e)，本申请请求2008年4月9日提交的申请号为61/043,465的美国临时专利申请、2008年10月10日提交的申请号为61/104,432的美国临时专利申请和2009年2月13日提交的申请号为61/152,645的美国临时专利申请的优先权。这些在先申请的内容以引文方式并入本专利申请。
本专利技术涉及一种使用微通道工艺技术升级碳质材料的方法。所述方法可用于将碳质材料(例如生物质、固体废弃物等)转化为一种或多种烃或醇。所述烃或醇可用作合成燃料。
技术介绍
美国军方每年使用几十亿加仑石油基燃料。将这些燃料输送至遥远的军事基地是昂贵和耗时的，并且这样的燃料通常是袭击者的首选目标。因此，问题是提供一种更廉价并且更安全的燃料源。
技术实现思路
本专利技术提供了解决上述问题的方案。本专利技术涉及一种将碳质材料例如生物质、固体废弃物等转化为可以用作合成燃料(例如汽车燃料、柴油和航空燃料等)的烃和醇的方法。本专利技术方法使用了结构紧凑且易于运送的微通道反应器。因此，本专利技术方法可适用于能够容易地被运送至遥远的地点例如军事基地等的装置。通过本专利技术方法，可以将在这样的军事基地所产生的废弃物转化为燃料，例如汽车...
【技术保护点】
一种将碳质材料转化为含有一种或多种烃或一种或多种醇的目标产物的方法，所述方法包括：(A)在至少约700℃的温度下气化所述碳质材料以形成合成气，所述碳质材料包括煤、油、生物质、固体废弃物、食物源或上述两种或更多种物质的混合物；以及(B)使所述合成气流入微通道反应器与催化剂接触以将所述合成气转化为目标产物。
【技术特征摘要】
2008.04.09 US 61/043,4651.一种将碳质材料转化为含有一种或多种烃或一种或多种醇的目标产
物的方法，所述方法包括：
(A)在至少约700℃的温度下气化所述碳质材料以形成合成气，所述
碳质材料包括煤、油、生物质、固体废弃物、食物源或上述两种或更多种
物质的混合物；以及
(B)使所述合成气流入微通道反应器与催化剂接触以将所述合成气转
化为目标产物。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述碳质材料包括生活固体废弃
物、有害废弃物、垃圾衍生燃料、轮胎、垃圾、污水污泥、动物排泄物、
石油焦炭、垃圾、废物、农业废弃物、玉米秸秆、柳枝稷、木屑、木材、
草屑、建筑垃圾材料、塑料材料、轧棉废弃物、堆填区沼气、沼气、天然
气或上述两种或更多种物质的混合物。
3.根据权利要求1所述的方法，其中在逆流固定床气化炉、并流固定
床气化炉、流化床气化炉、气流床气化炉、熔融金属反应器或等离子气化
系统中气化所述碳质材料。
4.根据权利要求1所述的方法，其中在气化剂的存在下气化所述碳质
材料。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述气化剂包括蒸汽、氧气、空
气或上述两种或更多种物质的混合物。
6.根据权利要求1所述的方法，其中在熔融金属反应器中所述碳质材
料与蒸汽和熔融金属接触并反应生成所述合成气。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述合成气包括H2和CO。
8.根据权利要求7所述的方法，其中H2与CO的比在约0.5至约4的
范围内。
9.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(A)中制得的合成气包
括H2与CO，并在步骤(B)之前将额外量的H2添加至所述合成气。
10.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(A)中制得的合成气进
一步包括固体颗粒，在步骤(B)之前从所述合成气中除去所述固体颗粒。
11.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(A)中制得的合成气进
一步包括水，在步骤(B)之前从所述合成气中除去所述水的至少一部分。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述微通道反应器包含至少一
个与热交换器热力学接触的工艺微通道，所述催化剂存在于所述工艺微通
道中。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述微通道反应器包含多个工
艺微通道和多个热交换通道，所述催化剂存在于所述工艺微通道中。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述微通道反应器包含多个工
艺微通道和多个热交换通道，所述催化剂存在于所述工艺微通道中，每一
个热交换通道与至少一个工艺微通道热力学接触，至少一根使合成气流入
所述工艺微通道的歧管，至少一根使产物流出所述工艺微通道的歧管，至
少一根使热交换流体流入所述热交换通道的歧管以及至少一根使所述热交
换流体流出所述热交换通道的歧管。
15.根据权利要求1所述的方法，其中将多个所述微通道反应器设置
在容器内，每一个微通道反应器包含多个工艺微通道和多个热交换通道，
所述催化剂存在于所述工艺微通道中，每一个热交换通道与至少一个工艺
微通道热力学接触，在所述容器中设有使所述合成气流至所述工艺微通道
的歧管、使所述产物流出所述工艺微通道的歧管、使热交换流体流至所述
热交换通道的歧管以及使热交换流体流出所述热交换通道的歧管。
16.根据权利要求15所述的方法，其中每一个微通道反应器包含约
100至约50,000个工艺微通道，并且所述容器包含1至约1000个微通道反
应器。
17.根据权利要求1所述的方法，其中所述微通道反应器包含至少一
个工艺微通道，所述工艺微通道的内部尺寸的宽度或高度上至约10mm。
18.根据权利要求1所述的方法，其中所述微通道反应器包含至少一
个工艺微通道，所述工艺微通道的长度上至约10米。
19.根据权利要求1所述的方法，其中所述微通道反应器包括至少一
个工艺微通道和至少一个热交换通道，所述工艺微通道和热交换通道由下
述材料制成：铝、钛、镍、铜、前述金属中的任意金属的合金、钢、蒙乃
尔合金、因康镍合金、黄铜、石英、硅或者前述两种或更多种物质的组合。
20.根据权利要求1所述的方法，其中所述微通道反应器包括至少一
个工艺微通道，在所述工艺微通道中流动的流体与所述工艺微通道中的表
面特征接触，与所述表面特征的接触将干扰性的流动引入所述流体。
21.根据权利要求1所述的方法，其中所述微通道反应器包含至少一
个工艺微通道和至少一个热交换通道，所述热交换通道包括微通道。
22.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(B)中使用的催化剂为
费-托催化剂，在步骤(B)的过程中在所述微通道反应器中进行的反应是
费-托反应，并且所述目标产物包含一种或多种烃。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述费-托催化剂包括Co、Fe、
Ni、Ru、Re、Os中的一种或多种和/或其氧化物，或上述两种或更多种物
质的混合物。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述费-托催化剂进一步包括
元素周期表的IA、IIA、IIIB或IVB族金属中的一种或多种和/或其氧化物，
镧系金属和/或其氧化物，锕系金属和/或其氧化物，或上述两种或更多种物
质的混合物。
25.根据权利要求23所述的方法，其中所述费-托催化剂进一步包括
Li、B、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、La、Ac、Ti、Zr、
Ce或Th中的一种或多种和/或其氧化物，或上述两种或更多种物质的混合
物。
26.根据权利要求23所述的方法，其中所述费-托催化剂进一步包括
载体，所述载体包括氧化铝、氧化锆、二氧化硅、氟化铝、氟化氧化铝、
膨润土、氧化铈、氧化锌、二氧化硅-氧化铝、碳化硅、分子筛中的一种或
多种，或上述两种或更多种物质的混合物。
27.根据权利要求22所述的方法，其中所述费-托催化剂包含以下式
表示的组合物
CoM1aM2bOx其中
M1是Fe、Ni、Ru、Re、Os或上述两种或更多种物质的混合物；
M2是Li、B、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、La、Ac、
Ti、Zr、Ce或Th，或上述两种或更多种物质的混合物；
a是0至约0.5范围内的数；
b是0至约0.5范围内的数；以及
x是满足式中的元素价态平衡所需的氧的数目。
28.根据权利要求22所述的方法，其中所述费-托催化剂包含担载在
氧化铝上的Co，所述Co装载量以重量计为至少约5％。
29.根据权利要求28所述的方法，其中所述费-托催化剂进一步包括
Re、Ru或其混合物。
30.根据权利要求22所述的方法，其中所述微通道反应器内的压力在
上至约50个大气压的范围内。
31.根据权利要求22所述的方法，其中所述微通道反应器内的温度在
约150至约300℃的范围内。
32.根据权利要求22所述的方法，其中所述微通道反应器内的接触时
间为上至约2000毫秒。
33.根据权利要求22所述的方法，其中所述微通道反应器内的CO转
化率在约10至约99％的范围内。
34.根据权利要求22所述的方法，其中所述目标产物中的甲烷选择率
为上至约25％。
35.根据权利要求22所述的方法，其中所述目标产物包含一种或多种
常压下的沸点为至少约30℃的烃。
36.根据权利要求22所述的方法，其中所述目标产物包含一种或多种
常压下的沸点大于约175℃的烃。
37.根据权利要求22所述的方法，其中所述目标产物包含含有约5至
约100个碳原子的一种或多种烷烃和/或一种或多种烯烃。
38.根据权利要求22所述的方法，其中所述目标产物包含一种或多种
烯烃、一种或多种正烷烃、一种或多种异构烷烃或上述两种或多种物质的
混合物。
39.根据权利要求22所述的方法，其中采用分离、分馏、加氢裂解、
加氢异构化、脱蜡或上述两种或更多种的组合进一步处理所述目标产物。
40.根据权利要求22所述的方法，其中进一步处理所述目标产物以形
成具有润滑粘性的油或中间馏分燃料。
41.根据权利要求22所述的方法，其中进一步处理所述目标产物以形
成燃料。
42.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(B)中使用的催化剂为
生成醇的催化剂，在步骤(B)的过程中在所述微通道反应器中进行的反应
是生成醇的反应，并且所述目标产物包含一种或多种醇。
43.根据权利要求42所述的方法，其中所述生成醇的催化剂包含催化
剂金属Nb、Ta、Mo、W、Tc、Re或者由上述两种或更多种物质以自由形
式或组合形式的混合物。
44.根据权利要求43所述的方法，其中所述催化剂进一步包含协同催
化剂金属钇、镧系金属、锕系金属或者上述两种或更多种物质以自由形式
或组合形式的混合物。
45.根据权利要求42所述的方法，其中所述微通道反应器内的压力在
上至约100个大气压的范围内。
46.根据权利要求42所述的方法，其中所述微通道反应器内的温度在
约200至约500℃的范围内。
47.根据权利要求42所述的方法，其中所述目标产物包含一种或多种
含有1至约10个碳原子的醇。
48.根据权利要求42所述的方法，其中所述目标产物包含甲醇。
49.根据权利要求42所述的方法，其中所述目标产物包含甲醇、乙醇、
1-丙醇、2-丙醇、1-丁醇、2-丁醇、2-甲基-1-丙醇、2-甲基-2-丙醇、1-戊醇、
2-戊醇或上述两种或更多种物质的混合物。
50.根据权利要求1所述的方法，其中所述催化剂是颗粒状固体的形...
【专利技术属性】
技术研发人员：韦恩·W·西蒙斯，罗伯特·德韦恩·利特，安娜·利·通科维奇，劳拉·J·席尔瓦，丹尼尔·弗朗西斯·瑞安，布鲁斯·施坦格兰，约翰·布罗菲，杰弗里·S·麦克丹尼尔，
申请(专利权)人：万罗赛斯公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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