使用微通道工艺技术将碳质材料转化为甲烷、甲醇和／或二甲醚的方法技术

本发明专利技术涉及一种将碳质材料转化为含有甲烷、甲醇和／或二甲醚的目标产物的方法，该方法包括：在大于约７００℃的温度下气化所述碳质材料以形成合成气；以及使所述合成气流过微通道反应器中的两个或更多个反应区域以将所述合成气转化为所述目标产物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种使用微通道工艺技术将碳质材料(例如生物质、固体废弃物等) 转化为甲烷、甲醇和/或二甲醚(DME)的方法。
技术介绍
甲烷、甲醇和二甲醚是具有多种用途的化学物质。
技术实现思路
提供这样的化学物质的问题涉及到为其生产提供丰富的和相对廉价的原材料。本 专利技术提供了解决上述问题的方案。本专利技术涉及一种将碳质材料例如生物质、固体废弃物等 转化为含甲烷、甲醇和/或二甲醚的产物的方法。所述方法包括使用微通道反应器将所述 碳质材料转化为合成气，然后将所述合成气转化为甲烷、甲醇和/或二甲醚。所述微通道反 应器可以是构型紧凑且易于运送的。因此，本专利技术方法可适合于在位于或靠近原材料源的 地点处使用。例如，通过本专利技术方法，可以以相对小规模的每天约50-约500立方米气体或 约50-约500升液体的产量将废弃物(例如垃圾、废物等)转化为甲烷、甲醇和/或二甲醚。 本专利技术方法也可适用于大规模的操作。例如，可以以每天成千上万立方米气体或成千上万 升液体的规模的产量将碳质材料例如生活固体废弃物转化为甲烷、甲醇和/或二甲醚。本专利技术涉及一种将碳质材料转化为含有甲烷、甲醇和/或二甲醚的目标产物的方 法，所述方法包括(A)在至少约700°C的温度下气化所述碳质材料以形成合成气；(B) (I) 在第一反应温度下使所述合成气流过微通道反应器中的第一反应区域与第一催化剂接触 以形成中间产物组合物，所述中间产物组合物包含合成气和所述目标产物，所述合成气在 所述第一反应区域中的接近平衡的转化率为至少约5%，并且在所述第一反应区域与热交 换器之间交换热量；以及(B) (II)在另一个反应温度下使来自前述步骤的所述中间产物组 合物流过所述微通道反应器中的另一个反应区域与另一种催化剂接触以形成所述目标产 物，所述合成气在所述另一个反应区域中的接近平衡的转化率为至少约5% ；并且在所述另 一个反应区域与所述热交换器之间交换热量。附图说明在附图中，相同的部件和特征具有相同的附图标记。其中的多数图是示意图，可以 不必按比例绘制。图1是以具体的形式表示的本专利技术方法的流程图。所述方法包括使用气化炉以及 微通道反应器将碳质材料转化为甲烷、甲醇和/或二甲醚。在气化炉中将所述碳质材料转化为合成气。在所述微通道反应器中将所述合成气转化为甲烷、甲醇和/或二甲醚。所述 微通道反应器包含一个或多个工艺微通道。每一个工艺微通道含有第一反应区域和位于所 述第一反应区域下游的第二反应区域或另一个反应区域。使热交换流体流过一个或多个与 所述工艺微通道相邻和/或热力学接触的热交换通道。使所述热交换流体按照与所述一个 或多个工艺微通道中的工艺流体的流动错流的方向流动。除了将在所述微通道反应器中用作热交换流体的蒸汽也用作所述气化炉中的气 化剂之外，图2是与图1中所示例的方法相同的方法的流程图。除了图3中所示例的方法包括在所述气化炉的上游使用氮气分离器之外，图3是 与图1中所示例的方法相同的方法的流程图。在所述氮气分离器中使氮气与空气分离。将 保留的富氧空气或纯化的氧气用作所述气化炉中的气化剂。除了图4中所示例的方法使用了热解反应器之外，图4是与图1中所示例的方法 相同的方法的流程图。在所述热解反应器中将所述碳质材料转化为热解油。将所述热解油 用作所述气化炉中的碳质原料。除了使液态烃例如焦油与流出所述气化炉的合成气分离并回收至所述热解反应 器之外，图5是与图4中所示例的方法相同的方法的流程图。除了使流过所述微通道反应器的所述热交换流体按照与工艺流体的流动逆流的 方向流动之外，图6是与图1中所示例的方法相同的方法的流程图。除了图7中示出的所述微通道反应器中的工艺微通道包含三个反应区域而在图1 中示出的所述微通道反应器中的工艺微通道包含两个反应区域之外，图7是与图1中所示 例的方法相同的方法的流程图。图8和图9是用于容纳多个图1中所示例的所述微通道反应器的容器的构造示意 图。在图8和图9中，示出了五个微通道反应器。图10-13是可用在图1中所示例的所述微通道反应器中的重复单元的构造示意 图。图10-13中所示例的重复单元中的每一个重复单元包括含有两个反应区域的工艺微通 道。所述反应区域中的一个区域可以指所述第一反应区域，并且另一个反应区域可以指第 二或另一个反应区域。所述第二或另一个反应器位于所述第一反应区域的下游。每一个重 复单元包含一个或多个与所述工艺微通道相邻的热交换通道。使在图10中所示例的热交 换通道内流动的热交换流体按照与所述工艺微通道中的工艺流体的流动错流的方向流动。 使在图11中所示例的热交换通道内流动的热交换流体按照与所述工艺微通道中的工艺流 体的流动逆流的方向流动。图12和图13中所示例的热交换通道提供热交换流体的按照与 所述工艺微通道中的工艺流体的流动错流的方向的流动。图12和图13中所示例的重复单 元在所述第二和/或另一个反应区域中提供比所述第一反应区域更多的热交换通道。通过 控制与所述反应区域相邻的热交换通道的数量，采用这些重复单元中的每一个重复单元可 以提供适合的热交换特性。例如，可以在所述第二和/或另一个反应区域中设置比所述第 一反应区域更多的冷却通道。这示于图12和13中。通过控制所述热交换通道中的热交换 流体的流速，也可以调节热交换特性。例如，在与所述第二和/或另一个反应区域相邻的热 交换通道中的热交换流体可以使用相对高流速，结合在与所述第一反应区域相邻的热交换 通道中的热交换流体的相对低流速。图14-19是可以用于所述微通道反应器中所使用的所述工艺微通道中的催化剂或催化剂载体的构造示意图。图14中所示例的催化剂是颗粒状固体床的形式。图15中所 示例的催化剂具有流经(flow-by)设计。图16中所示例的催化剂具有流过(flow-through) 结构。图17-19是可以用于担载所述催化剂的翅片组件的构造示意图。图20-21是可以用在本专利技术方法使用的微通道反应器中所用的工艺微通道或热 交换通道中的表面特征的构造示意图。图22是实施例中所披露的方法的流程图。具体实施例方式在本申请的说明书和权利要求书中披露的所有范围和比例阈限可以以任意的方 式组合。可以理解的是，除非另有规定，“一个(a)”、“一个(an)”和/或“所述”的语义可以 包含一个或多于一个，并且以单数形式表示的名称的语义还可以包含该名称的复数形式。 所有在权利要求书中定义的组合可以以任意的方式组合。术语“微通道”可以指一种具有至少一个内部尺寸的通道，该尺寸的高度或宽度上 至约10毫米(mm)，在一个实施方案中上至约5mm，在一个实施方案中上至约2mm，以及在一 个实施方案中上至约1mm。所述微通道可包括至少一个入口和至少一个出口，其中所述至少 一个入口与所述至少一个出口是分开的。所述微通道可能不仅是一种孔。所述微通道可以 不仅是穿过沸石或介孔材料的通道。所述微通道的长度可以是高度或宽度的至少约两倍， 在一个实施方案中是高度或宽度的至少约五倍，并且在一个实施方案中是高度或宽度的至 少约十倍。所述微通道的内部高度或宽度可以在约0.05-约IOmm的范围内，在一个实施方 案中在约0. 05-约5mm的范围内，在一个实施方案中在约0. 05-约2mm的范围内，在一个实 施方案中在约0. 05本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将碳质材料转化为含有甲烷、甲醇和／或二甲醚的目标产物的方法，所述方法包括：　　（Ａ）在至少约７００℃的温度下气化所述碳质材料以形成合成气；　　（Ｂ）（Ⅰ）在第一反应温度下使所述合成气流过微通道反应器中的第一反应区域与第一催化剂接触以形成中间产物组合物，所述中间产物组合物包含合成气和所述目标产物，所述合成气在所述第一反应区域中的接近平衡的转化率为至少约５％，并且在所述第一反应区域与热交换器之间交换热量；以及　　（Ｂ）（Ⅱ）在另一个反应温度下使来自前述步骤的所述中间产物组合物流过所述微通道反应器中的另一个反应区域与另一种催化剂接触以形成所述目标产物，所述合成气在所述另一个反应区域中的接近平衡的转化率为至少约５％；并且在所述另一个反应区域与所述热交换器之间交换热量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦恩W西蒙斯，罗伯特德韦恩利特，特里马扎内茨，安娜利通科维奇，
申请(专利权)人：万罗赛斯公司，
类型：发明
国别省市：US