[发明专利]一种将含碳材料液化成液态烃的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种液化含碳材料以产生液态烃的方法。在一个实施例中，本发明涉及一种将含碳材料液化成液态烃的方法。在一个实施例中，本发明涉及一种原位液化成型含碳材料的方法，而不需要先把煤从地里取出。

优先权文件

本申请要求了以下优先权：

2008年7月28日提交的申请号为2008903845的澳大利亚临时专利申请，其发明名称为“一种原位液化煤的方法”；

2008年7月28日提交的申请号为2008903840的澳大利亚临时专利申请，其发明名称为“创新的喷射泵”；

以上申请的全部内容都在此被引入。

以引用的方式纳入

在以下的说明中引入随后的同时待审申请：由本申请的发明人于2009年07月28日提交的PCT申请，发明名称为：含碳材料的液化设备。该专利的全部内容在此被引入。

背景技术

逐渐减少的石油储备和高涨的石油价格提高了使用替代性燃料的商业利益。煤、油砂和油页岩相对来说更为丰富。这些含碳材料可以被“液化”（转化成液态烃），而产生的液态烃可以加工形成许多石油产品，例如汽油和柴油，以此提供一种代替传统油和石油产品的替代性燃料来源。

煤可以具有许多不同的形式，这取决于其有机质成熟度，形成得越成熟，品质或者等级就会越高，煤的成熟途径从泥煤开始，然后变成褐煤(或棕煤)，这种煤是初期的，而且等级比较低。褐煤接着变成次烟煤。褐煤和次烟煤都是较软、等级较低的煤，并具有高水分含量和低碳含量的特点，因此能源价值低。较高等级的煤,如烟煤和无烟煤通常来说比较硬和坚固，水分含量较低，具有较高碳含量，因此具有较高的能源价值。石墨是最高等级的煤。较低等级的煤通常位于接近地面的地方，煤的等级随着深度增加而增加。工业上已经开始关注开采靠近地面的高等级煤。

液态烃也可以油页岩中提取得到，油页岩为一种沉积岩，含有大量油母岩质（一种有机化合物的固体混合物，其中可以提取液态烃）。液态烃也能从油砂（又叫柏油砂或者沥青砂）中提取出来，油砂是由砂，黏土，水和浓稠或粘稠形式的，通常称为沥青的石油自然混合而成，其主要被认为是非常规油的主要来源。

煤的形成过程是复杂多样的，并且混有不同等级的煤。油页岩和/或油砂通常存在于同一种煤的形成中。煤的形成通常伴有多种杂质，包括矿化物，例如芘，黄铁矿和吡啶。煤包括“挥发性物质”，这里是指煤的成分（而不是水分），这些成分会在没有空气的高温情况下从煤中挥发出来。该挥发性物质通常是一些短链和长链的烃，芳香烃和硫。从化学角度来说，煤具有一种矩阵结构，其主要含有芳香族以及氢化芳香环的化合物，包含碳，氢和氧原子，通过醚或亚甲基桥形成原子簇。把煤转变成液态烃需要打断煤分子中某些原子的化学键，包括醚或亚甲基桥。

煤能够通过费托工艺（Fischer-Tropsch process）或者“间接”法转变成液态烃。在费-托法中，煤矿和煤粉首先经过“裂解”（指在高温下分解物质）进行“气化”（即转变成气态形式），然后在地面专门建造的反应器中进行液化。煤矿和煤粉与水混合形成煤浆，煤浆在高温（700-1000℃）高压，具有催化剂，以及严格控制氧浓度的情况下在气化器内气化成一氧化碳和氢气（这种混合物叫合成的气体或者叫合成气）。随后发生费-托反应（Fischer-Tropsch reaction），该反应通常在反应器中进行，在催化剂（通常为铁或钴催化剂）的作用下，合成气混合物反应生成生成液态烃，水和二氧化碳。然后将得到的烃提纯以形成所需的合成燃料。

同样也可以通过伯吉尤斯法（Bergius）将煤直接液化成液态烃。在Bergius方法中，煤矿和煤粉通过氢化作用直接被液化。其中化学键（在煤分子中的碳碳双键)通过在地面专门建造的反应器中进行加氢反应从而被还原。细磨的褐煤和次烟煤与回收的重油混合，在催化剂（例如：钨，钼的硫化物，锡，或油酸镍催化剂）的作用下，将混合物抽入反应器后，在高温(例如：400-500℃)和高压(eg 20-70MPa 氢气压力)下进行加氢反应，煤在高压气态氢的作用下转化成液态烃。

上述将煤液化成液态烃的方法不能够有效地利用成型煤。这部分由于成型煤是复杂的，上述的液化方法倾向于利用成形煤中较容易得到的高等级煤。另外，在液化前煤经过开采，粉碎并且纯化，除去了许多在成型煤中夹杂的矿物质，水，有机化合物和挥发性物质。此外，相对于获得的液态烃来说，使用该方法的成本以及投入的能源较高，同时对环境造成严重的污染。