Гидропиролиз сырьевых материалов, содержащих биомассу - заявка 2017103128 на патент на изобретение в РФ

1. Способ получения жидких продуктов из сырьевого материала, содержащего биомассу, включающий стадии:
a) удаления летучих веществ из сырьевого материала в предварительном реакторе, содержащем водород и материал сплошного слоя, выбранный из группы, состоящей из катализатора предварительной обработки, сорбента, теплопередающей среды и их смесей, с получением потока пара предварительного реактора, содержащего захваченные им твердые частицы; и
b) гидропиролиза по меньшей мере части указанного потока пара из предварительного реактора в реакторе гидропиролиза, содержащем водород и катализатор дезоксигенирования, с получением продукта реактора гидропиролиза, содержащего по меньшей мере один неконденсирующийся газ, частично дезоксигенированный продукт гидропиролиза и частицы обуглившегося вещества.
2. Способ по п. 1, дополнительно включающий:
c) удаление по существу всех частиц обуглившегося вещества из продукта реактора гидропиролиза с получением потока очищенного пара реактора гидропиролиза с пониженным содержанием обуглившегося вещества; и
d) гидропревращение по меньшей мере части указанного потока очищенного пара реактора гидропиролиза в реакторе гидропревращения, содержащем водород и катализатор гидропревращения, с получением продукта реактора гидропревращения; и
e) извлечение по существу полностью дезоксигенированной углеводородной жидкости и газовой смеси из продукта реактора гидропревращения.
3. Способ по п. 1 или 2, дополнительно включающий перед стадией b) гидропиролиза:
выделение из потока пара предварительного реактора потока, обогащенного твердыми частицами, и потока очищенного пара предварительного реактора, при этом твердые частицы в потоке, обогащенном твердыми частицами, имеют больший средний размер или большую среднюю массу по сравнению с твердыми частицами в потоке очищенного пара предварительного реактора, и при этом поток очищенного пара предварительного реактора представляет собой часть потока пара предварительного реактора для осуществления гидропиролиза на стадии b).
4. Способ по п. 2 или 3, дополнительно включающий стадии:
f) парового риформинга по меньшей мере части газовой смеси с получением риформинг-водорода.
5. Способ по п. 4, дополнительно включающий стадию:
g) введения по меньшей мере первой части риформинг-водорода в реактор гидропиролиза для осуществления гидропиролиза по меньшей мере части потока пара предварительного реактора.
6. Способ по любому из пп. 2-5, отличающийся тем, что стадии b) и d) проводят в условиях, при которых по меньшей мере примерно 20% кислорода (O) в сырьевом материале превращается в CO и CO2, с последующим проведением стадий удаления летучих веществ, гидропиролиза и гидропревращения a), b) и d).
7. Способ по п. 5 или 6, дополнительно включающий стадию:
h) введения второй части риформинг-водорода в предварительный реактор.
8. Способ по п. 7, дополнительно включающий перед стадией h) нагревание указанной второй части риформинг-водорода.
9. Способ по любому из пп. 2-8, отличающийся тем, что стадия удаления летучих веществ a) является эндотермической.
10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что стадия гидропиролиза b) и стадия гидропревращения d) обе являются экзотермическими.
11. Способ по любому из пп. 1-10, отличающийся тем, что материал сплошного слоя в предварительном реакторе представляет собой катализатор предварительной обработки, проявляющий активность в отношении крекинга или гидродезоксигенирования сырьевого материала или их комбинации.
12. Способ по любому из пп. 1-11, отличающийся тем, что материал сплошного слоя в предварительном реакторе представляет собой сорбент, способный адсорбировать вызывающие коррозию вещества, яды для катализатора дезоксигенирования, яды для катализатора гидропревращения или их комбинации.
13. Способ по любому из пп. 1-12, дополнительно включающий:
a1) удаление части материала сплошного слоя из предварительного реактора и приведение указанной части в контакт с потоком ожижающего водородсодержащего газа для превращения кокса и углерода, скопившихся на материале сплошного слоя во время стадии удаления летучих веществ a), в метан; и
a2) возврат части материала сплошного слоя с пониженным содержанием кокса и углерода в предварительный реактор.
14. Способ по любому из пп. 2-13, отличающийся тем, что материал сплошного слоя содержит отработанный или частично отработанный катализатор дезоксигенирования, перенесенный из реактора гидропиролиза, отработанный или частично отработанный катализатор гидропревращения, перенесенный из реактора гидропревращения, или их комбинацию.
15. Способ по любому из пп. 1-14, дополнительно включающий удаление по существу всех захваченных твердых частиц из потока пара предварительного реактора с получением потока очищенного пара предварительного реактора, при этом поток очищенного пара предварительного реактора представляет собой часть продукта предварительного реактора для проведения гидропиролиза на стадии b).
16. Способ по п. 15, отличающийся тем, что захваченные твердые частицы содержат и часть материала сплошного слоя, и обуглившееся вещество, образовавшееся из сырьевого материала, при этом указанный способ дополнительно включает (a1) выделение из захваченных твердых частиц первой фракции, обогащенной обуглившимся веществом, и второй фракции, обогащенной материалом сплошного слоя, (a2) нагревание по меньшей мере части второй фракции, и (a3) возврат указанной части второй фракции, нагретой на стадии (a2), в предварительный реактор.
17. Способ по любому из пп. 1-16, отличающийся тем, что стадию удаления летучих веществ из сырьевого материала в предварительном реакторе осуществляют в предварительном реакторе с применением псевдоожиженного слоя сырьевого материала и материала сплошного слоя.
18. Способ по п. 17, отличающийся тем, что псевдоожижение в предварительном реакторе осуществляют с применением ожижающего газа предварительного реактора, содержащего водород и имеющего поверхностную скорость более примерно 10 футов/сек (примерно 3 м/сек).
19. Способ по любому из пп. 1-18, отличающийся тем, что стадию b) гидропиролиза осуществляют с применением псевдоожиженного слоя катализатора дезоксигенирования с помощью гидропиролизного ожижающего газа, содержащего по меньшей мере часть потока технологического пара предварительного реактора, подвергаемого гидропиролизу на стадии b).
20. Способ по п. 19, отличающийся тем, что поверхностная скорость гидропиролизного ожижающего газа составляет от примерно 1 (примерно 0,30 м/сек) до примерно 5 футов/сек (примерно 1,5 м/сек).
21. Способ по любому из пп. 1-20, отличающийся тем, что стадию удаления летучих веществ a) осуществляют в условиях непрерывного, периодического или локального перемешивания, позволяющих уменьшить образование агломератов частиц материала сплошного слоя в предварительном реакторе.
22. Способ получения жидкого продукта повышенной ценности из исходного сырьевого материала, включающий стадии:
a) предварительной обработки исходного сырьевого материала с получением предварительно обработанного сырьевого материала, при этом указанный предварительно обработанный сырьевой материал имеет по меньшей мере одну улучшенную характеристику по сравнению с исходным сырьевым материалом, выбранную из группы, состоящей из пониженного содержания небиологического материала, более высокой температуры, меньшего среднего размера частиц, меньшего среднего аэродинамического диаметра частиц, повышенного отношения средней площади поверхности частиц к их массе, более однородного размера частиц, пониженного содержания веществ, вызывающих коррозию, пониженного содержания яда для катализатора гидропиролиза и пониженного содержания яда для катализатора гидропревращения; и
b) гидропиролиза предварительно обработанного сырьевого материала в реакторе гидропиролиза, содержащем водород и катализатор дезоксигенирования, с получением продукта реактора гидропиролиза, содержащего по меньшей мере один неконденсирующийся газ, частично дезоксигенированный продукт гидропиролиза и частицы обуглившегося вещества.
23. Способ по п. 22, отличающийся тем, что стадия предварительной обработки включает удаление по меньшей мере части небиологических материалов из исходного сырьевого материала.
24. Способ по п. 22 или 23, отличающийся тем, что улучшенная характеристика представляет собой пониженное содержание небиологического материала, при этом предварительно обработанный сырьевой материал имеет пониженное содержание одной или более примеси, выбранной из группы, состоящей из (A) общего содержания хлорида, (B) общего содержания пластмассы, (C) общего содержания стекла, (D) общего содержания металлов и (E) общего содержания азота и серы.
25. Способ по любому из пп. 22-24, отличающийся тем, что стадия предварительной обработки включает удаление летучих веществ из исходного сырьевого материала в псевдоожиженном слое, при этом по меньшей мере одна улучшенная характеристика включает пониженное содержание небиологического материала, и при этом указанный небиологический материал удаляют в одном или более местах для отвода, соответствующих одной или более осевым высотам в псевдоожиженном слое.
26. Способ по п. 25, отличающийся тем, что небиологический материал содержит золу.
27. Способ по любому из пп. 22-26, отличающийся тем, что предварительная обработка включает сортировку частиц исходного сырьевого материала, при этом частицы предварительно обработанного сырьевого материала имеют более высокое отношение средней площади поверхности к массе по сравнению с частицами исходного сырьевого материала.
28. Способ по любому из пп. 22-27, отличающийся тем, что предварительно обработанный сырьевой материал имеет пониженное общее содержание хлорида, пониженное общее содержание металлов или комбинацию пониженного общего содержания хлорида и пониженного общего содержания металлов, при этом стадия предварительной обработки включает приведение исходного сырьевого материала в контакт с твердым сорбентом в условиях предварительной обработки, посредством чего хлорид и металлы, присутствующие в исходном сырьевом материале, адсорбируются твердым сорбентом.
29. Способ по п. 28, отличающийся тем, что пониженное общее содержание металлов включает пониженное содержание натрия.
30. Способ по п. 28 или 29, отличающийся тем, что реактор гидропиролиза содержит твердый сорбент, и стадию предварительной обработки a) осуществляют в реакторе гидропиролиза.
31. Способ по любому из пп. 22-30, дополнительно включающий:
c) удаление по существу всех частиц обуглившегося вещества из продукта реактора гидропиролиза с получением потока очищенного пара реактора гидропиролиза с пониженным содержанием обуглившегося вещества;
d) гидропревращение потока очищенного пара реактора гидропиролиза в реакторе гидропревращения в присутствии катализатора гидропревращения с получением продукта реактора гидропревращения; и
e) извлечение по существу полностью дезоксигенированной углеводородной жидкости и газовой смеси из продукта реактора гидропревращения,
при этом продукт реактора гидропревращения, полученный на стадии d), и газовая смесь, полученная на стадии e), содержат один или более загрязняющих газов, образовавшихся в результате гидрогенизации содержащих гетероатом соединений, содержащихся в исходном сырьевом материале, при этом один или более загрязняющих газов выбраны из группы, состоящей из HCl, H2S, и NH3, и при этом указанный способ дополнительно включает:
f) удаление по меньшей мере части указанных одного или более загрязняющих газов из продукта реактора гидропревращения, полученного на стадии d), или газовой смеси, полученной на стадии e).
32. Способ по п. 31, отличающийся тем, что загрязняющий газ содержит HCl, при этом стадия f) включает приведение по меньшей мере части реакторного продукта, полученного на стадии d), или газовой смеси, полученной на стадии e), в контакт с твердым сорбентом, адсорбирующим HCl.
33. Способ по любому из пп. 22-32, отличающийся тем, что стадию b) гидропиролиза осуществляют в условиях непрерывного, периодического или локального интенсивного перемешивания, позволяющих уменьшить образование агломератов частиц катализатора дезоксигенирования.
34. Способ по п. 33, отличающийся тем, что условия интенсивного перемешивания включают непрерывное, периодическое или локальное применение скорости газового потока, которая в комбинации со средним размером частиц и распределением по размерам частиц катализатора дезоксигенирования и их агломератов в реакторе гидропиролиза обеспечивает разрушение образовавшихся агломератов частиц катализатора дезоксигенирования.
35. Способ по п. 34, отличающийся тем, что условия интенсивного перемешивания включают периодическое и локальное применение скорости газового потока, превышающей общую поверхностную скорость ожижающего газа в реакторе гидропиролиза.
36. Способ по любому из пп. 22-35, отличающийся тем, что предварительная обработка включает разделение исходного сырьевого материала на по меньшей мере первую и вторую фракции, содержание пластмассы в которых является более низким и более высоким, соответственно, по сравнению с содержанием пластмассы в исходном сырьевом материале.
37. Способ по п. 36, дополнительно включающий раздельную подачу указанных первой и второй фракций в реактор гидропиролиза в разных местах.
38. Способ по п. 37, отличающийся тем, что первую фракцию подают в реактор гидропиролиза через охлаждаемое шнековое устройство, при этом вторую фракцию подают в реактор гидропиролиза через обогреваемый экструдер.
39. Способ по любому из пп. 22-38, отличающийся тем, что предварительная обработка включает:
a1) удаление летучих веществ из исходного сырьевого материала в предварительном реакторе, содержащем водород и материал сплошного слоя, выбранный из группы, состоящей из катализатора предварительной обработки, сорбента, теплопередающей среды и их смесей, с получением потока технологического пара предварительного реактора, содержащего захваченные твердые частицы; и
a2) выделение из указанного потока технологического пара предварительного реактора потока, обогащенного твердыми частицами, и потока очищенного пара предварительного реактора, при этом твердые частицы в потоке, обогащенном твердыми частицами, имеют больший средний размер или большую среднюю массу по сравнению с твердыми частицами в потоке очищенного пара предварительного реактора, при этом поток очищенного пара предварительного реактора представляет собой предварительно обработанный сырьевой материал для осуществления гидропиролиза на стадии b).
40. Способ получения жидких продуктов из потока пара предварительного реактора, включающий гидропиролиз по меньшей мере части потока пара предварительного реактора в реакторе гидропиролиза, содержащем водород и катализатор дезоксигенирования, с получением продукта реактора гидропиролиза, содержащего по меньшей мере один неконденсирующийся газ, частично дезоксигенированный продукт гидропиролиза и частицы обуглившегося вещества,
при этом поток пара предварительного реактора получают путем удаления летучих веществ из сырьевого материала, содержащего биомассу, в предварительном реакторе, содержащем водород и материал сплошного слоя, выбранный из группы, состоящей из катализатора предварительной обработки, сорбента, теплопередающей среды и их смесей, с получением потока пара предварительного реактора.
41. Способ получения жидкого продукта повышенной ценности из предварительно обработанного сырьевого материала, включающий гидропиролиз предварительно обработанного сырьевого материала в реакторе гидропиролиза, содержащем водород и катализатор дезоксигенирования, с получением продукта реактора гидропиролиза, содержащего по меньшей мере один неконденсирующийся газ, частично дезоксигенированный продукт гидропиролиза и частицы обуглившегося вещества,
при этом указанный предварительно обработанный сырьевой материал получают путем предварительной обработки исходного сырьевого материала с получением предварительно обработанного сырьевого материала, и
при этом указанный предварительно обработанный сырьевой материал имеет по меньшей мере одну улучшенную характеристику по сравнению с исходным сырьевым материалом, выбранную из группы, состоящей из пониженного содержания небиологического материала, более высокой температуры, меньшего среднего размера частиц, меньшего среднего аэродинамического диаметра частиц, повышенного отношения средней площади поверхности частиц к их массе, более однородного размера частиц, пониженного содержания яда для катализатора гидропиролиза и пониженного содержания яда для катализатора гидропревращения.
Наверх