[发明专利]用于通过转化成甲酸来再循环热解尾气的方法和系统

说明书

本公开内容描述了用于使用热解尾气作为在热解反应中待使用的另外的氢来源的系统和方法。将尾气从热解产物中分离，并且将尾气的一部分转化为甲酸(HCOOH)。然后将甲酸注入到热解反应器中，在该热解反应器中甲酸变成两个单氢原子的供体，并且在反应条件下最终转化为CO₂。以这种方式，可以利用衍生自热解反应产物的通常无毒的中间体来产生闭环热解氢供体系统。本公开内容还描述了使用负载在活性炭的颗粒上的钌催化剂来改进热解反应的收率。

相关申请的交叉引用

本申请作为PCT申请于2018年3月23日提交，并且要求于2017年3月24日提交的标题为“Method and System for Recycling Pyrolysis Tail Gas through Conversioninto Formic Acid”的美国临时专利申请第62/476,264号的优先权的权益，该申请据此通过引用并入本文。

引言

热解指的是在不存在氧的情况下在升高的温度，有机材料的热化学分解。煤和其他生物质原料的热解已经被用于生成烃产物。通过在热解期间提供另外的氢，可以获得比以其他方式产生的更高价值的烃产物。例如，为了从煤热解中制备‘较轻’的油，氢需要以单原子形式(相对于双原子H2分子)可获得，以便能够被转移至经由热裂解产生的热解自由基。

现有方法利用四氢化萘(tetralin)(萘的氢化形式)以在热解期间提供另外的氢。四氢化萘在煤中以高的量混合(按质量计，至少一份四氢化萘对应于一份煤)。脱氢的四氢化萘(萘)通常被再循环和再氢化。该工艺是昂贵的，并且是煤液化的商业成功的障碍。四氢化萘和萘对于人类和环境也具有毒理学问题。

附图简述

构成本申请的一部分的以下附图图示出了所描述的技术，并且不意味着以任何方式限制如所要求保护的本发明的范围，该范围应基于所附的权利要求。

图1以高水平图示出了从热解反应的尾气中生成供体氢的热解方法的的简化的实施方案。

图2图示出了使用在sCO₂气氛中热解的煤的图1的热解方法的更详细的实施方案。

图3是实施上文描述的甲酸生成方法的实施方案的热解系统的实例。

图4图示出了热解原料诸如煤的另一个方法的实施方案。

图5图示出了使用钌催化剂来热解原料诸如煤的还另一个方法的实施方案。

图6图示出了使用钌催化剂和甲酸来热解原料诸如煤的还另一个方法的实施方案。

详细描述

在公开和描述热解方法和系统之前，应当理解，本公开内容不限于本文公开的特定结构、工艺步骤或材料，而是被扩展到其等同物，如将被相关领域的普通技术人员所认识到的。还应当理解，本文采用的术语仅用于描述特定实施方案的目的，并且不意图是限制性的。必须注意，如本说明书中所使用的，除非上下文另外清楚地指示，否则单数形式“一(a)”、“一(an)”和“所述(the)”包括复数指示物。因此，例如，提及“氢氧化锂”不应被视为数量或来源限制，提及“步骤”可以包括多个步骤，提及反应的“产生”或“产物”不应被视为是反应的所有产物，以及提及“反应”可以包括提及这样的反应步骤中的一个或更多个。因此，反应的步骤可以包括类似材料的多次反应或重复反应以产生确定的反应产物。

本公开内容描述了用于使用热解尾气作为待在热解反应中使用的另外的氢来源的系统和方法。将尾气从热解产物中分离，并且将尾气的一部分转化为甲酸(HCOOH)。然后将甲酸注入到热解反应中，在该热解反应中甲酸成为两个单氢原子的供体，并且在反应条件下最终被转化为CO₂。以这种方式，可以利用衍生自热解反应产物的通常无毒的中间体来产生闭环热解氢供体系统。