将生物气转化为液体燃料的方法技术

通过一种方法将生物气，如天然气及其他能以生物方式通过消化有机物质衍生的气体转化为可清洁燃烧的烃类液体燃料，所述方法是将生物气送入反应釜，所述生物气在反应釜中接触液体石油馏分和浸没在液体中的过渡金属催化剂，从液面上方的蒸气空间抽出气化产物气，冷凝，然后送入产物釜，冷凝物在产物釜中与未冷凝的气体分离，并以液体产物燃料的形式抽出。未冷凝的气体再循环到反应釜中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术属于生物气、其作为能源的应用及其转化为液体燃料的领域。2.
技术介绍
随着原油价格波动，以及政府和公众普遍愈来愈关注原油加工释放的气体排放物 对环境的不良影响，人们对替代能源的需求日益扩大。原油的一类主要替代品是通常称作 “生物气”的气体，它一般指有机物质无氧分解产生的气体。所述分解一般发生在处理城市 废物和一般废品的废物处理厂，分解方法一般包括可生物降解材料如生物质、粪便、污水、 城市废物和能源型作物的厌氧消化和发酵。分解也可在地质构层(geological formation) 中自然发生。生物气视其来源包括氢气、甲烷、一氧化碳以及相对温和的气体如氮气和二氧 化碳。天然气是生物气的形式之一。
技术实现思路
现在已经发现，生物气可转化为可清洁燃烧的液体燃料，用于驱动通常靠石油基 燃料运行的发动机或其他任何机械或装置。用来描述液体燃料时，“清洁燃烧” 一词是指液 体燃料燃烧时产生的气体燃烧产物至少基本上不含微粒释放物和气味。根据本专利技术，生物 气转化为这样的燃料是按照以下方式实现的在升高但低于沸腾温度的温度下，使生物气 通过含石油馏分的液体反应介质，同时使反应介质接触过渡金属催化剂。接触产生的气体 产物包含可冷凝为液体燃料的蒸气。当该过程连续进行时，所得产物的量远远超过反应介 质的起始量。根据优选设计，实施本专利技术方法的化学装置包括气_液反应釜和产物釜，反应釜 上有一个用于引入生物气的气体进料口，产物釜上有一个用于收集液体产物的端口。两釜 用流体转移导管连接，其中一根导管将气化产物从反应釜经冷凝器转移至产物釜，另一根 导管将未冷凝的气体从产物釜送回反应釜。反应釜内装有位于液面以下、用于进料气和循 环气的过渡金属催化剂网格和气体分布器。任选特征包括位于气_液反应釜下游和冷凝器 上游的补充气相反应釜，补充反应釜本身含有过渡金属催化剂网格，使来自反应釜的气化 产物流中的未反应物质发生反应。装置设计的其他特征将在下文描述。气-液反应釜中的反应介质是液体石油馏分，产物釜中的液体产物是组成不同于 液体石油馏分的烃燃料。该装置连续运行，反应可长期进行，连续产生产物，无须向反应釜 中加入更多的液体石油馏分，但也可以根据需要加入更多的液体石油馏分，以补足液面或 补偿被气化产物带走的液体。在任一情况下，产物的量都很容易远远超过液体石油馏分的 起始量。本专利技术的上述及其他目标、优点和特征都包括在以下描述中。附图简要说明附图是工艺流程图，显示了实施本专利技术的一个例子。专利技术详述及优选实施方式本文所用术语“生物气”包括可由有机物质的生物降解产生的任何非惰性气体。如 上文所述，生物气的例子主要有氢气、甲烷和一氧化碳，但其他气态石油基产品如乙烷和乙 烯，以及农业废物如木屑、谷物、草、叶子等的分解产物，也包括在该术语所指范围之内。该 术语在本文中也用来指由其他来源获得的同样的气体。一个例子是与煤相关的甲烷，通常 称作“煤床甲烷”“煤矿甲烷”和“弃矿甲烷”。这种甲烷可由细菌活动或通过加热产生。含 90摩尔％至100摩尔％甲烷的气体特别有用，它包括天然气，其中甲烷通常约占95摩尔％。在本专利技术方法中，液体反应介质中的石油馏分包括化石燃料、原油馏分以及自这 些来源衍生的许多组分。化石燃料包括衍生自石油、煤或其他任何天然材料的任何含碳液 体，经加工的燃料如汽油，以及流体床催化裂化装置、加氢裂化装置、热裂化装置和焦化装 置的产品。这些燃料包括机动车燃料如汽油、柴油燃料、喷气燃料和火箭燃料，以及基于石 油残渣的燃料油，包括船用燃料和残余燃料。柴油范围内的馏分或产品也可使用，如直馏柴 油燃料、饲槽(feed-rack)柴油燃料(消费者可从汽油站购得的柴油)、轻循环油以及直馏 柴油和轻循环油的掺混物。原油馏分包括原油通过常压蒸馏或真空蒸馏产生的任何精炼产 品，经加氢裂化、催化裂化、热裂化或焦化处理的馏分，以及经脱硫的馏分。这种馏分的例 子包括轻直馏石脑油、重直馏石脑油、轻蒸汽裂化石脑油、轻热裂化石脑油、轻催化裂化石 脑油、重热裂化石脑油、重整石脑油、烷化石脑油、煤油、加氢处理煤油、汽油和轻直馏汽油、 直馏柴油、常压瓦斯油(gas oil)、轻真空瓦斯油、重真空瓦斯油、残油、真空残油、轻焦化汽 油、焦化馏出油、FCC(流化床催化裂化器)循环油和FCC淤浆油。优选的反应介质是矿物 油、柴油、石脑油、煤油、瓦斯油和汽油。过渡金属催化剂可以是任何单一过渡金属或多种过渡金属的组合物，其形式为金 属盐、纯金属或金属合金，也可以与过渡金属以外的金属组合使用。用于本专利技术的优选催化 剂是金属和金属合金。优选原子序数在23-79范围内的过渡金属，更优选原子序数在24-74 范围内的过渡金属。最优选钴、镍、钨和铁，特别是其组合。可额外加入的金属的例子是铝。金属催化剂以固体形式使用，优选在反应釜内保持在液面以下，生物气鼓入液体 后可穿过或通过催化剂。催化剂可具有任何形式，只要它能同时密切接触液体石油馏分和 生物气，使气体从催化剂上方自由流过。催化剂的合适形式的例子有球粒、颗粒、丝、网筛、 多孔板、棒和条。沿着板或在网基质如钢丝绒或铁丝绒之间悬吊着的颗粒和丝是优选的，因 为它们具有较高的可接触表面积。当使用颗粒时，颗粒可在反应介质中保持流化状态，或者 以固定床的形式保持静止。当使用丝时，直径和长度大致相等的例如各条钴丝、镍丝、铝丝 和钨丝可沿铸铁框架系住，形成开孔网络，然后将其支撑在反应器内。反应器可包含按这种 方式系着金属丝的单个框架，或者两个或更多个这样的框架，具体取决于反应器的大小。可 用的催化剂配置的另一种变化形式为金属丝卷或其他包绕管道周围或之上的形式，所述管 道用作进气的气体分布器。如上面在“
技术实现思路
”部分所提到的，反应釜通常包含一个或多 个进气分布器，在下文将要解释的本专利技术的某些实施方式中，分布器可具有轮-辐配置或 其他任何形状，包括具有孔阵列的空心管网络，使气体形成小气泡后再释放到反应釜中。这 些管子，或者至少这些孔，可覆盖例如钢丝网或钢丝绒和上面列出的各种金属丝，在气泡进 入反应介质之前截击它们。本文所用术语“金属网格”表示任何浸没在反应介质中的固定形式的金属催化剂，使气体鼓泡后通过网格。因此，该术语包括固定(与流化相反)床、丝 网、粗孔(open-weave)丝线网络，以及上面描述的任何其他形式。金属可以是裸金属形式 或负载在惰性载体如陶瓷涂层或层合物上。反应在非沸腾条件下进行，使液体石油馏分始终用作液态反应介质，避免液体气 化并随产物离开反应釜，或至少最大程度减少气化并离开反应釜的液体的量。采用升高的 温度，即高于环境温度的温度，优选约80°C或更高的温度，更优选在约100°C至约250°C范 围内的温度。在某些实施方式中，最优选的温度范围是约100°C至约150°C ；在其他某些实 施方式中，最优选的温度范围是约150°C至约200°C。运行压力也可变化，可以是常压、低于 常压或高于常压。该过程在常压或适当高于常压的压力下容易进行，也最方便。优选的运 行压力在1个大气压至2个大气压的范围内。上面提到的作为本专利技术任选特征的补充气相反应釜是装有金属催化剂网格的流 通型反应釜，其中术语“网格”的含义范围与上面结合气-液反应釜叙述的范围相同。不 过，在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由生物气生产液体燃料的方法，所述方法包括：　　（ａ）使所述生物气在约８０℃或更高但低于沸腾温度的温度下通过液体石油馏分，同时使所述生物气和所述液体石油馏分接触过渡金属，产生气体流出物；以及　　（ｂ）将所述流出物冷凝到液体形式。

【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：鲁道夫W贡纳曼，彼得W贡纳曼，
申请(专利权)人：鲁道夫W贡纳曼，彼得W贡纳曼，
类型：发明
国别省市：US[美国]