使用射频或微波能量的重化石烃转化和改质制造技术

可以使用微波(MW)和/或射频(RF)能量增强重化石烃(HFH)向多种增值的化学品和/或燃料的转化。反应物、过程参数、和反应器设计的变化可显著影响作为产物产生的化学品和燃料的相对分布。在一个实例中，用于HFH的瞬时微波转化的系统包括：将微波或RF能量聚集到具有大于0.9atm压力的反应区中的源，通过所述反应区的具有HFH和工艺气体的连续进料，至少在所述反应区中接触HFH的HFH‑至‑液体催化剂，和所述反应区内的电介质放电。所述HFH和所述催化剂具有小于30秒的在所述反应区中的停留时间。在一些情况下，等离子体可以在所述反应区之中或附近形成。

Conversion and upgrading of heavy hydrocarbons using radiofrequency or microwave energy

Microwave (MW) and/or radio frequency (RF) energy can be used to enhance the conversion of heavy fossil hydrocarbons (HFH) to a variety of value-added chemicals and/or fuels. Changes in reactants, process parameters, and reactor design can significantly affect the relative distribution of chemicals and fuels produced as products. In one example, a system for instantaneous microwave conversion of HFH includes: a source of microwave or RF energy gathered in a reaction region having a pressure greater than 0.9 atm, a continuous feed of HFH and process gases through the reaction region, at least a HFH-to-liquid catalyst in contact with HFH in the reaction region, and the reaction region. Dielectric discharge inside. The HFH and the catalyst have residence time in the reaction zone less than 30 seconds. In some cases, the plasma can be formed in or near the reaction zone.

【技术实现步骤摘要】
使用射频或微波能量的重化石烃转化和改质本申请是申请日为2012年11月20日、专利技术名称为“使用射频或微波能量的重化石烃转化和改质”、国际申请号为PCT/US2012/066025并且中国国家申请号为201280070320.3的申请的分案申请。优先权本专利技术要求2012年2月21日提交的标题为使用射频或微波能量的重化石烃转化和改质的美国专利号13/401,216的优先权。关于联邦资助的研究或开发的声明本专利技术是在由DARPA/CMO在协议HR0011-10-0088下发布的ARPA订单号Z075/00，计划代码9620下在政府支持下完成的。美国政府在本专利技术中具有某些权利。背景可以将用于煤和其他重化石烃(HFH)的传统的液化方法分为两种一般类别。第一种是间接液化，其中首先将煤气化为合成气，然后所述合成气用于化学品和燃料生产。第二种方法是直接液化，其中将煤化学品和燃料从煤中提取/精炼或者煤经历一系列热化学反应。大多数这些煤液化的传统方法具有相当大的能量需求和环境影响。与间接技术相比，用于直接煤液化的常规技术通常将导致较低的CO2排放，但典型地将需要相对更高的温度和更高压力的氢以获得有效的产品产量和质量。在高温和高压运行导致高的能量需求、水消耗和基本投资。因此，需要用于将HFH转化为增值的化学品和燃料的替代方法，以降低基本投资、运行成本和HFH液化的环境影响并且为了使得设备如煤-至-液体(CTL)设备可用。概述本文件描述了利用微波(MW)和/或射频(RF)能量以将HFH转化为多种增值的化学品和/或燃料的系统。例如，已观察到由煤在惰性气氛中的瞬时转化直接产生乙炔、烯烃、石脑油、萘、苯、甲苯、二甲苯(BTX)、聚芳塑料、链烷烃和燃料前体。添加氢和/或甲烷可以进一步增加直接燃料生产和源自HFH的液体的加氢，即使是在大气压和在适中的温度下运行时。在本专利技术范围内反应物、过程参数和反应器设计的变化，可显著影响作为产物产生的化学品和燃料的相对分布。一个实施方案是用于使用微波和/或射频能量的HFH的连续瞬时转化的系统。所述系统包括：发射被聚集在具有大于0.9atm的压力的反应区中和/或通过所述反应区的微波或RF能量的源，流动通过所述反应区的包含HFH和工艺气体的连续进料，至少在所述反应区中接触HFH的HFH-至-液体(HFHTL)催化剂，和在所述反应区中的电介质放电。HFH和催化剂之间的接触可以包括：气体中携带的分开的粒子(或液体)之间的物理接触，在工艺气体内的包含极为接近的HFH和催化剂的混合物的粒子，和/或具有直接充满在HFH粒子上和/或HFH的孔隙内的催化活性物种的HFH。例如，可以使用水性溶剂或有机溶剂将可以包括各种金属/金属氧化物盐、有机金属物种、或纳米金属/金属氧化物粒子的催化剂或催化剂前体充满HFH中。HFH和催化剂具有小于5分钟的在反应区中停留时间。优选地，所述停留时间小于30秒，并且可以为大约数十微秒，在一些情况下，等离子体可以在反应区之中或附近形成。另一个实施方案包括用于HFH的连续瞬时转化的方法。所述方法包括使包含HFH和工艺气体的连续进料流动通过反应区的步骤。反应区中的压力大于0.9atm。将HFH和HFHTL催化剂至少在所述反应区中接触。所述方法还包括在反应区聚集微波或RF能量并在所述反应区产生电介质放电。HFH和催化剂具有小于30秒的在反应区中的停留时间。当在本文使用时，连续指的是其中反应物以流动物流的形式连续通过反应区进料并作为产物和/或废物连续排出的系统和方法。适合的工艺气体的实例包括，但不限于，氮、二氧化碳、甲烷、天然气、循环气、一氧化碳、氩、氦、水蒸气、氧、以及它们的组合。优选地，所述工艺气体包括含氢气体。当在本文使用时，热解指的是在无O2参与的情况下HFH材料的热化学分解。在工艺气体包括水蒸气和/或O2的情况下，可能发生一些燃烧。然而，O相对C的比例小于一并且热解仍然是占优势的反应，并且该过程在本文广泛地被称为“热解”或“转化”。通常，总工艺气体中的HFH浓度对于反应器运行应该是足够的，同时气体进料可以尽可能低以保证稳定运行。在一个特别的实施方案中，总气流中的HFH浓度大于或等于0.1重量％且小于100重量％。当所述工艺气体包括含氢的反应性气体时，优选所述浓度大于3克HFH/克反应性气体。在一些实施方案中，所述浓度可以大于6克HFH/克反应性气体。所述反应区可以存在于具有多种布局的反应器中，所述反应器包括但不限于流化床反应器、携带流(entrainedflow)反应器、自由下落反应器(freefallreactor)或移动床反应器。反应区中的压力，优选地，小于7大气压。反应物在反应区中的停留时间，优选大于或等于5毫秒并且低于30秒。可以将源布置为以从平行于到垂直于反应区中的流动方向的任何角度发射微波或RF能量。此外，能量可以通过部分限定所述反应区的反应器壁。备选地，可以通过在反应区处或反应区内的适当放置源或适当放置天线或波导，将能量从直接从反应区发射或发射至反应区。直接向反应区的发射提高了效率并且排除了通过反应器壁传输的需要。在不同实施方案中，催化剂包括加氢促进剂、放电促进剂和/或氢形成促进剂。催化剂还可以是稀释材料。催化剂的实例可以包括，但不限于含有铁、镍、钴、钼、碳、铜、氧化铝、二氧化硅、氧和组合的材料。其他催化剂可以包括铁和/或炭。在一些实施方案中，可以将催化剂和HFH混合。在一些实施方案中，工艺气体中催化剂的浓度可以在0重量％至30重量％之间或在0.5重量％至10重量％之间。当在本文使用时，HFH可以指沥青，任何等级的煤(即，烟煤、次烟煤、褐煤、等等)，油砂(即，含沥青的矿石)，油页岩，石油渣油，沥青质和前沥青质，和任何其他含干酪根的材料。HFH还可以指生物质、塑料、城市废物、淤渣或其他富碳材料。在前的摘要的目的是通常使美国专利商标局和公众，尤其是对专利或法律术语或措辞不熟悉的本领域科学家、工程师和从业者能够从粗略的审阅快速确定本申请的技术公开的性质和本质。摘要既不意在限定由权利要求衡量的本申请的专利技术，其也不意在以任何方式限制本专利技术的范围。本文中描述了本专利技术各种优势和新特征并且从以下详细描述将对本领域技术人员变得进一步显而易见。在之前和以下的描述中，已显示和描述包括优选的实施方案在内的各种实施方案。本文中包括的是为了进行本专利技术所考虑的最佳方式的描述。如将被认识到的，本专利技术能够在不偏离的本专利技术的情况下在各种方面更改。因此，在本文以下陈述的实施方案的附图和描述将被认为实质上是说明性的，而不是限制性的。附图说明以下参照以下附图描述本专利技术的实施方案。图1是使用微波能量的用于煤转化的静态半分批系统的图。图2是显示微波转化后来自两种样品(MWPy011和MWPy012)的产品的气相色谱-质谱法(GCMS)的色谱图。图3是说明氮和氢吹扫气对戊烷可溶的部分的组成的影响的GCMS色谱图。图4是根据本专利技术的一个实施方案用于HFH的连续瞬时转化的系统的图。图5是描述根据本专利技术实施方案的HFH的连续转化的过程的图。详细描述以下描述包括本专利技术一个实施方案的优选的最佳方式。从本专利技术的该描述，将清楚本专利技术不限于这些举例说明的实施方案，而本专利技术还包括多种对其的更改和实施。因此，本描述应该被看作为说本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于重化石烃(HFH)的连续瞬时转化的方法，所述方法包括：同时向反应区提供连续HFH进料和含氢工艺气体进料两者，其中所述HFH进料与所述含氢工艺气体进料的质量比大于3∶1；将所述HFH进料分散在所述工艺气体中，同时在所述反应区内保持大于0.9atm的压力；以及使用微波或RF能量源将微波或RF能量聚集在所述反应区中，以在所述反应区内生成电介质放电，以瞬时转化所述HFH。

【技术特征摘要】
2012.02.21 US 13/401,2161.一种用于重化石烃(HFH)的连续瞬时转化的方法，所述方法包括：同时向反应区提供连续HFH进料和含氢工艺气体进料两者，其中所述HFH进料与所述含氢工艺气体进料的质量比大于3∶1；将所述HFH进料分散在所述工艺气体中，同时在所述反应区内保持大于0.9atm的压力；以及使用微波或RF能量源将微波或RF能量聚集在所述反应区中，以在所述反应区内生成电介质放电，以瞬时转化所述HFH。2.权利要求1所述的方法，其中所述HFH进料与所述含氢工艺气体进料的质量比大于6∶1。3.权利要求1所述的方法，其中所述HFH进料包含以下各项中的一种或多种：煤、煤/生物质共混物、油砂、石油馏分、焦炭、炭再循环物、源自煤的材料。4.权利要求1所述的方法，其中所述HFH进料包含煤。5.权利要求4所述的方法，所述方法还包括将所述煤连续进料。6.权利要求1所述的方法，其中所述HFH进料包含在反应性工艺气体中携带的煤。7.权利要求1所述的方法，其中所述含氢工艺气体包含以下各项中的一种或多种：氮气、二氧化碳、甲烷、天然气、循环气、一氧化碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯·J·斯特罗姆，约翰·C·莱恩汉，本杰明·Q·罗伯茨，道格拉斯·L·麦克马金，戴维·M·希恩，杰弗里·W·格里芬，詹姆斯·A·弗朗兹，
申请(专利权)人：巴特尔纪念研究院，
类型：发明
国别省市：美国,US