[发明专利]含碳材料的溶解以及转化成烃和其他有用的产物

说明书

本申请要求2010年4月21日提交的美国临时申请61/342,916和2010年8月31日提交的美国临时申请61/378,590的优先权，其公开的内容以参阅的方式全文并入于此。

技术领域

本发明涉及由含碳材料，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。

背景技术

有机溶剂例如二硫化碳、四氢呋喃、吡啶、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 Coal To 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。

本发明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)。

发明概述

在一个方面，本发明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