[发明专利]一种处理碳质材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及处理碳质材料的方法，且更具体地，本发明涉及利用流化床反应器、天然气和微波能量处理所述碳质材料的方法。

背景技术

热解（裂解）工艺是在不存在氧气的外部供应的情况下低温加热有机材料。所述材料的加热导致脱挥发分（devolatilization）并产生轻质气体、焦油和焦炭（char）的混合物。与气化相比，热解通常在低温下实施，以使焦油的产量（yield）最大化。热解组合物（称作热解油）的特性取决于许多因素例如有机材料的组成、工艺温度、停留时间、压力、加热速率等。由热解产生的液体在品质方面通常是低的且需要显著的升级以除去芳族化合物并提高氢的组成。然而，热解油可转化成有价值的产品。常规的供应用于热解的热的方法提供一部分原料或其它轻质烃的外部燃烧，然后将热量传递到热解容器。由于该方法依赖于常规的热量传递，其需要慢的原料加热速率，且这些油的产量低（通常小于20重量%）。所述低的产量可负面影响过程经济。材料如煤和生物质（biomass）的闪热解（flash pyrolysis）导致快得多的原料加热速率，且通常是基于微粉化的原料颗粒向热的气体中的注入，导致热解油的更高产量。然而，该方法的缺点在于粒度减小是能量密集工艺，且通常是昂贵的。

微波加热是向材料传递热量的更有效的方式。典型地，电转换成微波能量的效率为约80%。微波将热量直接传递到材料，且所述波被材料体积吸收，且不是像在常规的加热中那样仅被表面吸收。由于微波处理的潜在好处，包括均匀的加热、快的反应时间和良好的能量效率，其已被用在宽范围的应用中。微波工艺具有优点，因为与常规的基于化石燃料的加热方法相反，其可潜在地使用电形式的可再生能量。另外，微波工艺在许多情况下是比常规的加热方法更清洁、更快且更均匀的工艺。微波工艺可用在范围从约20℃到超过6000℃的宽范围的温度中。微波处理已被应用于多种应用，例如打碎油和水乳液、精制、和工业化学品的升级。微波还已被用在用于灭菌、巴氏灭菌法、以及热敏材料（典型地在50℃至2000℃范围内）的其它处理的工业加热过程中。

存在对于使加热条件最优化、同时产生高的热解油产量的用于处理碳质材料的方法的持续需要。至少，为了在商业上是可行的，这样的技术将合意地以相对低的成本利用，且还将利用碳质材料以便以高产量的方式获得油。

发明内容

现有技术的这些和其它缺点被本发明所克服，本发明提供处理碳质材料的方法。

根据一个实施方案，提供处理碳质材料的方法。所述方法包括：将碳质材料输入到流化床反应器中；用流化介质使所述碳质材料流化以在所述流化床反应器中形成碳质材料的流化床；和在小于约5个大气压的压力下且在不存在氧气的外部供应的情况下用微波能量加热所述流化床反应器中的所述碳质材料的流化床，以产生包括焦炭、油和气体的混合物。

进一步的，所述流化介质为天然存在的烃气体或气体混合物。

进一步的，所述流化介质为甲烷。

进一步的，所述流化介质由甲烷、乙烷和丙烷中的至少两种的混合物组成。

进一步的，所述流化介质为包括再循环的热解气体的气体混合物。

进一步的，所述加热在约400℃至约800℃范围内的温度实施。

进一步的，包括分离所述焦炭、油和气体的混合物。

进一步的，包括在设置于所述流化床反应器下游的旋风分离器中从所述焦炭、油和气体的混合物分离出焦炭。

进一步的，将所述焦炭再循环到所述流化床反应器。

进一步的，所述碳质材料包括煤和生物质的混合物。

进一步的，所述碳质材料包括烟煤、粉河盆地煤、褐煤、或其混合物。

进一步的，所述加热步骤包括热解。

进一步的，所述油包括热解油。

进一步的，加热所述流化床反应器中的所述碳质材料的流化床另外包括使用热能进行加热。

进一步的，所述微波能量提供总的加热能量的至少50%且所述热能提供加热能量的剩余部分。

进一步的，获得的油的产量为至少约35%。

根据另一实施方案，提供处理碳质材料的方法，其包括：将碳质材料输入到流化床反应器中；用天然存在的烃气体或气体混合物使所述碳质材料流化以在所述流化床反应器中形成碳质材料的流化床；和在小于约5个大气压的压力下、在约400℃至约800℃范围内的温度且在不存在氧气的外部供应的情况下，用微波能量加热所述流化床反应器中的所述碳质材料的流化床，以产生包括焦炭、油和气体的混合物。