含碳材料的溶解以及转化成烃和其他有用的产物制造技术

本申请公开了一种由含碳材料生产有用的产物如烃和其他可用作燃料的分子的方法。该方法包括，从沉积层获得含碳材料如煤，单独或组合地用一种或多种化学品，包括乙酸、乙酸的盐、乙酸的酯、氢氧化物和过氧化物，处理该含碳材料以溶解该材料为进一步加工如生物转化做准备，从而生产有用的产物，或者，使用上述化学品将该含碳材料溶解于地层中，将所述溶解的材料从所述地层中移除并将其生物转化以生产有用的产物，或者，在地层中使用上述化学品溶解所述材料并生物转化至少一部分溶解的材料，然后从所述地层中回收有用的产物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及由含碳材料，例如煤，生产有用的产物如甲烷、二氧化碳、气态烃和液态烃以及其他有价值的产物的领域，其通过煤的溶液开采，将化学品直接引入到地层中，和/或用进一步的处理提取煤，以生产所述的化学品，包括使用厌氧发酵如使用非本土的(non-indigenous)的微生物菌群。
技术介绍
有机溶剂例如二硫化碳、四氢呋喃、吡唆、四氰乙烯、N-甲基-2-吡咯烷酮已经被分别和组合地用于提取例如煤成分。用吡啶提取煤也已经完全用于煤工业中。 当生物质被埋藏并在越来越缺氧的条件下经历压力和温度时，该生物质转化成泥煤，然后转化成低等级煤(称作褐煤)。褐煤包含了部分煤化的植物材料，包括木质素。随着煤化作用的增加，煤中的氧含量降低，碳含量增加，木质素含量降低。煤在沉积层本身中溶解也是有利的。例如，根据美国地质调查，美国含有煤的盆地包含了大于6万亿吨的煤沉积层。由于技术和经济的限制，大部分这些煤沉积层不能开采，但是这些煤沉积层中存储的能量超过了美国在2000-年的时期内每年的原油消耗。经济和环境上可行地回收和使用一些这样存储的能量能够降低美国对于外国石油和天然气的依赖，改善美国的经济并提供改善的美国国家安全。这些煤沉积层大约一半是褐煤或者次烟煤等级的，并且位于地面下不到3000英尺的深度处。这些低等级煤沉积层在几个地区是经由露天矿来开采的，在那里移走表面覆土，开采煤，然后将表面覆土放回原处。这些沉积层中的煤具有比烟煤低的Btu含量(通常是5000-9000Btu/磅)和低的市场价值(通常每吨低于$11)。这些煤沉积层低的Btu含量和低的市场价值使得它们的回收不经济。此外，许多的这些煤沉积层是地质学分布的，因而常规的地面或地下开采是不切实际的。美国专利No. 3，990，513在此引入作为参考，其公开了一种煤的溶液开采方法。该专利公开了使用选自菲、荧蒽、芘和苯并菲的溶剂，并且加热到250° C-400° C的温度。美国专利No. 4, 501, 445在此引入作为参考,其公开了一种原位氢化含碳材料如煤、油页岩和重油沉积层的方法。该专利公开了一种方法，用于对地层进行水力破碎并密封，随后将液体溶剂流和气态氢流注入到所述破碎的地层中，进行反应并将煤转化成较轻的氢化产物。美国专利No. 5，120, 430在此引入作为参考,其公开了一种方法,用于通过使用氢氧化钾和所选择的溶剂来提取煤的有机物部分。同样相关的是共同未决的2010年12月10日提交的美国专利申请No. 12/965，285，标题为“将煤生物气化为甲烷和其他有用产物(Biogasification Of CoalTo Methane and Other Useful Products)，，。先前的研究已经测试了一定范围的与煤进行反应的化学化合物，特别是用于对煤进行增溶。还对用于煤的液化的化学品和方法进行了研究。主要集中在煤向烃化合物的化学转化上，所述烃化合物被直接用作燃料或化学产品或用于生产其他化学品或燃料的化学原料。因此煤可以容易地溶解到含碳材料中，该含碳材料可以通过产甲烷菌菌群代谢转化成甲烷、二氧化碳和其他烃。当生物质经历煤化过程时，细菌和真菌会被夹带或进入生物质沉积层中，并且能够将生物质或褐煤或煤中的碳转化成甲烷、二氧化碳和其他产物。所述煤的转化是一种缓慢的和不完全的过程。本专利技术通过提供处理煤和煤沉积层以溶解煤的方法解决上述问题，在一个优选的实施方案中，处理煤以使得煤更容易通过细菌和真菌转化成甲烷和其他有用的产物。这样 的溶解是在沉积层本身进行的(称作原位溶解)或在从沉积层中移除之后，在煤本身上进行的(称作非原位溶解)。专利技术概述在一个方面，本专利技术涉及一种由含碳材料生产有用产物的方法。该方法包括(i)将来自沉积层的含碳材料如煤与一种或多种化学品接触，以溶解该材料为进一步加工如生物转化做准备，从而生产有用的产物，或(ii)使用化学品将该含碳材料溶解于地层中，从所述地层中移除该溶解的材料，并且将其生物转化以生产有用的产物，或(iii)通过加入化学品溶解地层中的含碳材料，然后将至少一部分溶解的材料在其仍然处于地层中时用内源或外源添加剂进行生物转化，从而生产可从所述地层中回收的有用产物。在分别的实施方案中，该增溶化学品包括多达4个碳原子的有机酸(例如羧酸)或苯甲酸，或者这些酸任意的酯或盐。优选的实施方案使用乙酸的酯。可以使用钻井或钻井孔将化学品和其他试剂加入到地层中，然后，所述钻井或钻井孔也可以用于移除溶解的材料或溶解的和生物转化的材料。本专利技术的另一个方面涉及一种组合物，其包含溶解的含碳材料的衍生物，然后该衍生物可以用于生物转化成烃如甲烷，以及其他能够用作能量工业中燃料的衍生物。用于实施本专利技术的地质地层包括含有有用含碳材料的地层如煤层、页岩和油砂。本专利技术的方法包括这样的过程，其中将化学品加热，然后注入到含有煤的地层中以溶解其中所含有的煤。在另一实例中，这样的注入与声波处理结合进行以溶解煤。这样的方法还可以用于首先将含碳材料从地质地层中开采出来，然后对它进行处理。在该含碳材料为煤的情况下，这样的煤优选含有最大量固定碳和最小量水分和挥发性物质的煤种类。附图说明图I是烃床的地下沉积层的代表性平面示意图，其用于解释本专利技术的某些原理。ISBC方法包括注入井和生产井的“图案”，和任选的包括另外的钻井，其可以用于监控所述方法一记录压力、温度和流动数据，并对地层流体进行取样。监控井的数目和位置将根据多种因素仔细确定。图2是图I的一部分沉积层和相关地域的等距视图。为了将含碳材料优选煤原位生物转化成甲烷(“ISBC”)，必须在煤层中钻入一系列的钻井孔，并且在煤层和钻井孔之间建立液压连接。然后装备每个注入钻井孔使得水、营养物和化学品能够从地面注入到煤层中，并且具有能够测定和记录数据如压力、温度和流速的装置。然后装备每个生产井，以便能够生产水和产生的气体，并且具有能够测定和记录生产的流体和气体的数据如压力、温度和流速的装置。在地面设施中提供另外的装置，其能够对注入和生产的流体和气体进行取样，用于一定范围的分析，该分析提供了关于流体中的微生物群落、流体组成和流体中营养物组成的数据。图3a、3b和3c是所述方法的等距示意图，其经由使用从地面延伸到含碳材料沉积层的两个或多个钻井孔，用于溶解含碳材料和回收所述溶解的含碳材料。平面图和所示的剖面图表示了 ISBC方法。将水、营养物和化学品注入到注入井中，并且由探边生产井 (offsetproducing well)生产水和所产生的气体。将在存储库中流动的流体的量和方向进行优化，用于将营养物移动到煤层中，微生物、营养物和所产生的气体在煤层中的移动，以及水和气体的生产。在存储库中任何点上的煤层压力的调整是通过调整注入井和生产井中的注入和生产压力来进行的。图4所示为在Falcon离心管测试中，通过在一系列的步骤中使用增溶化学品从来自保德河(Powder River)流域煤源的颗粒中提取的可溶性碳的量。图5所示为在Falcon离心管测试中，通过在一系列的步骤中使用增溶化学品从来自路易斯安娜次烟煤源的颗粒中提取的可溶性碳的量。图6所示为在流量管测试中，通过在一系列的步骤中使用增溶化学品从煤中提取的可溶性碳的量。图7是用于将溶解的含碳材料生物转化成甲烷、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特·A·唐尼，
申请(专利权)人：克里斯能量有限公司，
类型：
国别省市：