Система и способ получения углеводородов и обогащенного угля посредством каталитического пиролиза угля при умеренной температуре - заявка 2016149452 на патент на изобретение в РФ

1. Способ обогащения твердого углеродсодержащего материала, включающий:
нагревание твердого углеродсодержащего материала в присутствии катализатора в условиях частичного пиролиза, и
получение обогащенного твердого углеродсодержащего продукта, газообразного продукта и отработанного катализатора.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что твердый углеродсодержащий материал представляет собой уголь, и обогащенный твердый углеродсодержащий продукт представляет собой обогащенный угольный продукт.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что:
масса связанного углерода, сохраненного в обогащенном твердом углеродсодержащем продукте, составляет по меньшей мере 50 массовых процентов связанного углерода в твердом углеродсодержащем материале,
масса золы, сохраненной в обогащенном твердом углеродсодержащем продукте, составляет по меньшей мере 60 массовых процентов золы в твердом углеродсодержащем материале, и
масса летучих веществ, сохраненных в обогащенном твердом углеродсодержащем продукте, составляет от примерно 10 до примерно 90 массовых процентов летучих веществ в твердом углеродсодержащем материале.
4. Способ по п. 2, дополнительно включающий по меньшей мере один из этапов:
получение такого количества LPG (сжижаемых нефтяных газов), которое составляет более, чем от примерно 1 до примерно 40 мас. % от массы летучих веществ в исходном угле;
получение такого количества ВТЕХ (бензола, толуола, этилбензола, м-ксилола, п-ксилола или о-ксилола), которое составляет от примерно 0,5 до примерно 40 мас. % от массы летучих веществ в исходном угле;
получение такого количества высших углеводородов, которое составляет от примерно 0,3 до примерно 20 мас. % от массы летучих веществ в исходном угле;
получение такого количества содержащих гетероатом органических соединений, которое составляет не более 5 мас. % от массы летучих веществ в исходном угле.
5. Способ по п. 1, дополнительно включающий:
предварительную обработку исходного твердого углеродсодержащего материала перед нагреванием в условиях частичного пиролиза с применением по меньшей мере одного из следующих устройств: сушилки, устройства для удаления золы и устройства для промывки; и
получение такого количества CO2, которое составляет более примерно 10 мас. % от массы летучих веществ в исходном твердом углеродсодержащем материале.
6. Способ по п. 1, дополнительно включающий:
отделение газообразного продукта от обогащенного твердого углеродсодержащего продукта;
конденсацию отделенного газообразного продукта в газовый поток и жидкий поток;
сжатие отделенного газообразного продукта в газовый поток и жидкий поток; и
получение такого количества неконденсируемого топливного газа, которое составляет от примерно 1 до примерно 40 мас. % от массы летучих веществ в исходном твердом углеродсодержащем материале.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отработанный катализатор и обогащенный твердый углеродсодержащий продукт выделяют в виде смеси.
8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отработанный катализатор и обогащенный твердый углеродсодержащий продукт выделяют по отдельности; и указанный способ дополнительно включает регенерацию отработанного катализатора посредством по меньшей мере одного из этапов:
(a) приведения в контакт отработанного катализатора со смесью газов, содержащей по меньшей мере один окислительный газ, или
(b) приведения в контакт отработанного катализатора с кислотным моющим раствором с получением регенерированного катализатора.
9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что по меньшей мере часть регенерированного катализатора нагревают в присутствии дополнительного количества твердого углеродсодержащего материала в последующей реакции частичного пиролиза.
10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере один из:
массы общей серы, сохраненной в обогащенном твердом углеродсодержащем продукте, составляет не более 80 массовых процентов от общей серы в исходном твердом углеродсодержащем материале;
массы органической серы, сохраненной в обогащенном твердом углеродсодержащем продукте, составляет не более 50 массовых процентов от органической серы в исходном твердом углеродсодержащем материале; или
массы сульфатов, сохраненных в обогащенном твердом углеродсодержащем продукте, составляет не более 50 массовых процентов сульфатов в исходном твердом углеродсодержащем материале.
11. Способ превращения твердого углеродсодержащего материала в обогатительной системе в обогащенный твердый углеродсодержащий продукт, включающий:
подачу твердого углеродсодержащего материала и катализатора в реактор пиролиза с получением потока газообразного продукта и потока твердого продукта, где указанный поток твердого продукта содержит обогащенный твердый углеродсодержащий продукт;
выделение потока газообразного продукта из реактора; и
выделение потока твердого продукта из реактора.
12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что твердый углеродсодержащий материал представляет собой уголь, и обогащенный твердый углеродсодержащий продукт представляет собой обогащенный угольный продукт; и
в котором реактор пиролиза выполнен в виде одного из следующих реакторов: HERB (гибридный декантирующий лифт-реактор), реактор с псевдоожиженным слоем, реактор с движущимся слоем или реактор с перемещающимся слоем, и
в котором уголь и катализатор пропускают через реактор пиролиза.
13. Способ по п. 11, отличающийся тем, что катализатор зафиксирован в реакторе пиролиза, при этом указанный способ дополнительно включает:
отделение обогащенного твердого углеродсодержащего продукта от катализатора внутри реактора пиролиза;
выделение отделенного отработанного катализатора из реактора пиролиза;
подачу отработанного катализатора в регенератор; и
регенерацию отработанного катализатора в регенераторе, в котором из отработанного катализатора выделяют не подверженный пиролизу уголь, кокс и углеродсодержащий материал;
подачу потока газообразного продукта в сепаратор; и
по меньшей мере частичную конденсацию потока газообразного продукта в сепараторе с получением очищенного газового потока, потока жидких углеводородов и потока жидкой водной фазы.
14. Способ по п. 11, отличающийся тем, что поток твердого продукта дополнительно содержит отработанный катализатор, при этом указанный способ дополнительно включает:
разделение потока твердого продукта на обогащенный твердый углеродсодержащий продукт и отработанный катализатор после выделения потока твердого продукта из реактора пиролиза,
в котором отделенный отработанный катализатор содержит катализатор и по меньшей мере один из не подверженного пиролизу угля, кокса и углеродсодержащего материала;
подачу отработанного катализатора в регенератор, в котором часть по меньшей мере одного из не подвергнутого пиролизу угля, кокса и углеродсодержащего материала удаляют из катализатора посредством по меньшей мере одного из сжигания, действия пара и восстановительного газа; и
подачу потока газообразного продукта из реактора пиролиза в сепаратор, в котором поток газообразного продукта по меньшей мере частично конденсируют в сепараторе с получением очищенного потока газа, потока жидких углеводородов, и потока жидкой водной фазы,
в котором сепаратор дополнительно содержит систему удаления кислых газов, обеспечивающую выделение по меньшей мере одного из серосодержащего соединения, азотсодержащего соединения и диоксида углерода из потока газообразного продукта или потока продукта очищенного газа.
15. Способ по п. 11, отличающийся тем, что поток твердого продукта подают из реактора пиролиза в сепаратор твердых частиц, где разделяют обогащенный твердый углеродсодержащий продукт и отработанный катализатор,
в котором сепаратор твердых частиц содержит классификатор, обеспечивающий отделение обогащенного твердого углеродсодержащего продукта от отработанного катализатора на основании одного из параметров: размера частиц, массы или плотности, и
в котором по меньшей мере один из параметров: размера и плотности отработанного катализатора отличен от по меньшей мере одного из параметров: размера и плотности обогащенного твердого углеродсодержащего продукта, и
в котором классификатор сепаратора твердых частиц обеспечивает разделение обогащенного твердого углеродсодержащего продукта и отработанного катализатора на основании по меньшей мере одного из параметров: размера и плотности.
16. Способ по п. 11, дополнительно включающий:
уменьшение размера частиц твердого углеродсодержащего материала в распылителе перед его подачей в реактор пиролиза; и
предварительную обработку твердого углеродсодержащего материала в устройстве предварительной обработки, которое содержит по меньшей мере одно из устройств: сушилки, выполненной с возможностью сушки угля из распылителя с применением потока нагретой текучей среды; устройства для промывки, выполненного с возможностью промывания угля из распылителя, и устройства для удаления золы, выполненного с возможностью удаления золы из угля,
отличающийся тем, что устройство предварительной обработки обеспечено между распылителем и реактором пиролиза,
в котором поток нагретой текучей среды для подачи тепла, требуемого для сушки углеродсодержащего материала на этапе сушки включает горячий дымовой газ, образованный в регенераторе во время удаления по меньшей мере части любого из не подверженного пиролизу угля, кокса и углеродсодержащего материала из отработанного катализатора с применением кислородсодержащего газа.
17. Способ по п. 11, отличающийся тем, что
катализатор, подаваемый в реактор пиролиза, содержит первую часть, которая содержит регенерированный катализатор, полученный из регенератора, и вторую часть, которая содержит новый катализатор, не подверженный регенерации, и
в котором первая часть регенерированного катализатора имеет более высокую относительную температуру, чем новый катализатор и уголь, так что регенерированный катализатор представляет собой нагревательную среду для нагревания угля, подаваемого в реактор пиролиза;
каталитический пиролиз твердого углеродсодержащего материала осуществляют при температуре от примерно 350 до примерно 850°С;
твердый углеродсодержащий материал, подаваемый в реактор пиролиза, имеет объемную скорость от примерно 0,2 до примерно 25 кг/ч. на кг катализатора;
твердый углеродсодержащий материал имеет время пребывания в каталитическом процессе от примерно 0,1 секунды до примерно 1 минуты; и
массовое отношение катализатора к твердому углеродсодержащему материалу, подаваемому в реактор пиролиза, составляет от примерно 0 до примерно 100.
18. Способ по п. 11, дополнительно включающий:
обеспечение системы удаления кислых газов, выполненной с возможностью улавливания и выделения CO2 из по меньшей мере одного из газообразного продукта реактора пиролиза и газа из регенератора, выполненного с возможностью регенерации отработанного катализатора из реактора пиролиза; и
получение такого количества CO2, которое составляет более примерно 4 мас. % от массы сухого угля, не содержащего золы или примерно 10 мас. % от массы летучих веществ в исходном твердом углеродсодержащем материале.
19. Способ по п. 11, дополнительно включающий:
регенерацию отработанного катализатора в регенераторе, выполненном с возможностью получения горячего дымового газа во время регенерации;
подачу по меньшей мере части горячего дымового газа в реактор пиролиза для псевдоожижения и/или нагревания реактора пиролиза;
сбор горячего дымового газа, содержащего CO2 для одного из: извлечения диоксида углерода или повышения нефтеотдачи при добыче; и
пропускание горячего дымового газа через теплообменник для получения тепла, которое используют для нагревания твердого углеродсодержащего материала в реакторе пиролиза,
отличающийся тем, что в регенераторе используют по меньшей мере один из воздуха, пара, водорода, или газообразной текучей среды, содержащих по меньшей мере один из СО, CO2, воды, водорода, и кислорода для удаления угля, кокса и углеродсодержащего материала из отработанного катализатора.
20. Система для превращения биомассы в обогащенный твердый продукт, включающая:
реактор пиролиза, имеющий входное отверстие, через которое подают биомассу и катализатор,
где реактор пиролиза обеспечивает получение из биомассы и катализатора потока газообразного продукта и потока обогащенного твердого продукта, который содержит отработанный катализатор и обогащенный твердый продукт;
первый сепаратор, который разделяет обогащенный твердый продукт и отработанный катализатор;
имеющий входное отверстие, через которое подают отделенный отработанный катализатор из первого сепаратора регенератор, удаляющий по меньшей мере часть из любого не подверженного пиролизу угля, кокса и другого углеродсодержащего материала из отработанного катализатора; и
имеющий входное отверстие, через которое подают поток газообразного продукта из реактора пиролиза второй сепаратор, обеспечивающий получение жидкого продукта и газообразного продукта из потока газообразного продукта;
где масса золы, оставшейся в обогащенном твердом продукте, составляет по меньшей мере 60 массовых процентов золы в биомассе, введенной в реактор пиролиза.
Наверх