專利名稱：用于將有機物質(zhì)轉(zhuǎn)變成產(chǎn)品的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
公開了用于將有機物質(zhì)轉(zhuǎn)變成產(chǎn)品的方法和裝置。所述方法能夠被應(yīng)用于具有不 同水分含量和化學(xué)組成的多種類型的有機物質(zhì)。一種具體的示例性方法是將褐煤轉(zhuǎn)變成各 種燃料產(chǎn)品。所述方法的其它示例性用途能夠包括將諸如木質(zhì)纖維和塑料或聚合物原料等 有機物質(zhì)分解。
背景技術(shù)：
褐煤(lignite)，通常被稱為褐煤(brown coal)，是最低品位的煤，并且?guī)缀鮾H用 作蒸汽發(fā)電的燃料。它是棕黑色的并且具有高的固有水分含量，有時高達(dá)66%，并且與煙煤 相比其具有非常高的灰分含量。它還是不能用單一的結(jié)構(gòu)式來表示的多種化合物的非均勻 混合物。褐煤的特征使其介于黑煤和泥煤之間。當(dāng)被干燥時，它很容易破碎。它被大量地 發(fā)現(xiàn)于包括美國、澳大利亞、加拿大、希臘和德國在內(nèi)的世界上許多地區(qū)，在這些地區(qū)它通 常被用作發(fā)電的燃料。這些國家中所產(chǎn)生的大量電力來自褐煤的燃燒。褐煤的潛在熱含量根據(jù)水分含量、來源和燃燒技術(shù)而有很大變化。由于其低的能 量密度，褐煤的運輸效率低，并且與諸如黑煤等較高品位的煤相比，其在國際市場上不被大 量交易。褐煤通常在建造得與任何礦非常近的發(fā)電站中燃燒，例如在澳大利亞的拉特羅布 山谷中。因為煤的位置接近于地表，所以這些礦很少是地下的，并且通常采用露天開采。與 類似的黑煤電廠相比，來自褐煤火電廠的每單位發(fā)電量的二氧化碳排放通常高得多。褐煤 的水分含量通常使得有必要在發(fā)電站中燃燒之前將給料干燥，這增加了方法的成本和復(fù)雜 性。褐煤電廠，尤其是與露天開采相結(jié)合的褐煤電廠，的持續(xù)運轉(zhuǎn)受到基于環(huán)境的廣 泛批評。因此，需要找到由褐煤礦床產(chǎn)生高價值的產(chǎn)品燃料流的方法。應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)本文中提及任何現(xiàn)有技術(shù)信息時，這樣的提及并不構(gòu)成承認(rèn)這些公 開形成了澳大利亞或任何其它國家的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的公知常識的一部分。

發(fā)明內(nèi)容
第一方面，提供處理有機物質(zhì)以將其轉(zhuǎn)變成產(chǎn)品的方法，所述方法包括使有機物 質(zhì)與超臨界液體接觸從而使其反應(yīng)以形成產(chǎn)品的步驟，其中所述液體可以通過外部加熱介 質(zhì)加熱，或者可以通過將氧化劑與該液體共同給料而在方法內(nèi)部加熱，該氧化劑的量是預(yù) 先確定的，以控制反應(yīng)混合物被加熱的程度。在該方法中，提供熱量以提供足夠的活化能，使方法反應(yīng)以足夠的速度發(fā)生，并且 使液體獲得足夠的有助于方法反應(yīng)的特性。在整個本說明書中，當(dāng)使用術(shù)語“超臨界”時，它是指這樣的溫度和壓力條件其中 至少一部分的處理液達(dá)到其臨界點并且成為具有獨特性質(zhì)的流體。所得流體的密度介于標(biāo) 準(zhǔn)條件下的其氣相和其液相之間，并且表現(xiàn)出高的類似氣體的擴散速率和類似液體的溶劑 化行為。在水的情況下，這意味著，例如，烴類能夠在水中可溶并且鹽類可能從溶液中析出。
通常，這些反應(yīng)條件的特征是高于液體的沸點并至少接近其臨界溫度的溫度以及 遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于大氣壓并至少接近臨界狀態(tài)的壓力。此外，當(dāng)使用術(shù)語“超臨界”時，應(yīng)當(dāng)理解，這還能夠包括僅稍低于臨界條件的條 件，此時液體不保持“正常的”液體性質(zhì)，但也還不是完全超臨界的。在本領(lǐng)域中，該條件有 時被稱為“亞臨界液體”，并且由于轉(zhuǎn)化反應(yīng)的發(fā)生，預(yù)計本方法有時會落入該范圍，即使系 統(tǒng)通常在超臨界條件下操作。換言之，在本方法的某些階段的過程中，至少會有超臨界狀態(tài) 至亞臨界狀態(tài)的臨時改變。這甚至可以是優(yōu)選的操作方式，因為，例如，在亞臨界范圍內(nèi)操 作一段時間對所選的工藝設(shè)備可以具有較少的物理要求。在整個本說明書中，當(dāng)使用術(shù)語“有機物質(zhì)”時，應(yīng)當(dāng)理解，這能夠包括有機固體或 有機固體在液體中的混合物，其中所述液體可以是水性的或者甚至是有機液體，如溶劑或 醇。還應(yīng)當(dāng)理解，所述方法可以在形成產(chǎn)品固體和產(chǎn)品液體的化學(xué)分解步驟之前將至少一 部分的有機固體轉(zhuǎn)變成有機液體。在這個意義上，“有機物質(zhì)”可以包括在處理前、處理時或 處理過程中被轉(zhuǎn)變成有機液體的固體。給料的“有機物質(zhì)”甚至能夠是固體物質(zhì)在液體中 懸浮液或溶液。在某些情況下，這樣的懸浮液或溶液甚至能夠被再循環(huán)或反復(fù)使用以便被 所述方法再次處理。所述方法提供了用于有機物質(zhì)的可控化學(xué)分解的技術(shù)。當(dāng)隨后進(jìn)行分解產(chǎn)品的收 集和分離時，分離的產(chǎn)品能夠共同地比未處理的有機物質(zhì)具有更高的價值，并且能夠適用 于特定的最終用途。所述方法還能夠有效地處理濕的有機固體，而不需要將固體預(yù)先干燥。能夠?qū)⒂?機固體簡單地碾碎并制成漿，然后通過與超臨界液體接觸而進(jìn)行處理?？梢酝ㄟ^加熱固定體積的液體使得能夠產(chǎn)生壓力來達(dá)到超臨界液體條件，這或者 是通過自發(fā)方式(靜態(tài)系統(tǒng))來實現(xiàn)，其中通過在固定的體積中加熱液體而產(chǎn)生壓力；或者 是通過應(yīng)用諸如漿液泵等高壓泵(連續(xù)系統(tǒng))來實現(xiàn)，或使用其它特定類型的加壓裝置或 容器來實現(xiàn)，如基于重力的裝置。在其一個形式中，液體能夠被外部加熱介質(zhì)加熱。在其另一個形式中，液體能夠通過使用氧化劑使一部分有機物質(zhì)燃燒而在方法本 身內(nèi)被內(nèi)部加熱。例如，在超臨界水(‘濕’)氧化中，能夠在介質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生‘火焰’以產(chǎn)生 不穩(wěn)定并進(jìn)一步產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。氧化劑能夠僅以足夠的量存在，以允許小百分比的有機物 質(zhì)被燃燒，以便產(chǎn)生適量的熱以確立適于使液體獲得其亞臨界/超臨界特性并且適于使所 述方法以足夠的速度形成產(chǎn)品的溫度范圍。在方法的一實施方案中，能夠通過靜水加壓達(dá)到超臨界液體條件。在其一個形式 中，可以通過將液體置于地下容器或海底容器中而實現(xiàn)所述加壓。在方法的一實施方案中，氧化劑能夠選自氧、過氧化氫和硝酸鈉中的一種或多種。 其它氧化劑，例如氧的其它來源，也在本公開的范圍內(nèi)。在方法的一實施方案中，超臨界液體能夠是水，其壓力超過約220bar并且有時高 達(dá)300bar。此外，在方法的一實施方案中，超臨界液體可以是水，其溫度為350°C至420°C， 例如400°C。在方法的一實施方案中，有機固體能夠是褐煤(lignite)或褐煤(brown coal)、 木質(zhì)素、纖維素、半纖維素、有機廢物以及塑料或普通的任何聚合物中的一種或多種。
在方法的一實施方案中，液體能夠是水、甲醇和乙醇中的一種或多種。例如，液體能夠是100%的任何這些液體，或其混合物。示例性的水-醇混合物包括比例為100 0、 90 10,80 20,70 30和20 80、10 90和0 100的那些。在這樣的情況下，反 應(yīng)條件的特征在于，溫度高于任何上述液體的沸點并且通常接近于上述液體中至少一種液 體的亞臨界或超臨界溫度。反應(yīng)壓力也能夠大大高于大氣壓并接近亞_或超臨界狀態(tài)的壓 力。在方法的一實施方案中，化學(xué)分解的產(chǎn)品能夠包含燃料。在一實施方案中，化學(xué)分解的產(chǎn)品能夠包含液相的石油產(chǎn)品，主要為例如取代的 芳香族類化合物、柴油、浙青質(zhì)和前浙青質(zhì)。這些產(chǎn)品中的一部分還能夠是相對不含硫的以 及比常規(guī)的汽油和柴油燃料具有更高的辛烷值或十六烷值。這可以是高價值的商品。在方法的一實施方案中，化學(xué)分解的產(chǎn)品能夠包含主要包括炭在內(nèi)的固相。這是 與液相產(chǎn)品相比相對較低價值的商品。在方法的一實施方案中，化學(xué)分解的產(chǎn)品能夠包含主要包括甲烷、氫、一氧化碳和 二氧化碳在內(nèi)的氣相。在方法的一實施方案中，有機固體能夠以適于被混入漿液中的磨碎的顆粒形式存 在。在這樣的實施方案中，有機固體可被碾碎或磨碎至相對精細(xì)的粒度分布，以使得能夠形 成漿液。在方法的一實施方案中，當(dāng)有機物質(zhì)作為漿液存在時，漿液中液體與固體的比例 能夠低于約12 1。在一具體形式中，漿液中液體與固體的比例能夠高于約2 1。在方法的一實施方案中，有機物質(zhì)的化學(xué)分解是通過解聚，這表示使起始物質(zhì)分 解成更小的、更簡單的化合物。第二方面，提供了用于處理有機物質(zhì)的裝置，所述裝置被設(shè)置為通過與超臨界液 體接觸而將有機物質(zhì)轉(zhuǎn)變成產(chǎn)品，并且包括-氧化劑引入裝置，用于引入預(yù)定量的氧來源，使之與有機物質(zhì)接觸；以及-反應(yīng)器，其中所述反應(yīng)器包括反應(yīng)區(qū)，有機物質(zhì)在反應(yīng)區(qū)中發(fā)生化學(xué)分解以形成產(chǎn)品，反 應(yīng)區(qū)被設(shè)置為在使用中用于容納超臨界液體。在一實施方案中，氧化劑引入裝置能夠包含計量裝置，其被設(shè)置為將足以使一部 分有機物質(zhì)部分燃燒或可控燃燒的氧化劑來源輸送至反應(yīng)器中或反應(yīng)器之前。在一實施方案中，反應(yīng)器能夠是以一定深度置于地下或海底的容器，從而在使用 中將液體充分加壓(通過地面泵送壓力確定)至超臨界條件。在其一個形式中，反應(yīng)區(qū)可 以位于容器的經(jīng)受最大壓力的最低區(qū)域。地下容器的一個實例能夠是垂直豎井。在一個形式中，豎井能夠配置有與井筒同 心的管道，并且其被配置為在使用中將有機物質(zhì)流輸送至反應(yīng)區(qū)。在其一個形式中，在管道 周圍并在豎井內(nèi)部的環(huán)形同心空間可被配置為在使用中將產(chǎn)品流從反應(yīng)區(qū)輸送至容器的
最尚端。在裝置的另一實施方案中，海底容器能夠是柔性管。在其一個形式中，管配置有與 管同心的管道，并且其被配置為在使用中將有機固體流輸送至反應(yīng)區(qū)。在這樣的管的一種配置中，裝置能夠具有在管道周圍并在管內(nèi)部的環(huán)形同心空間，其被配置為在使用中將產(chǎn)品流從反應(yīng)區(qū)輸送至容器的最高端。在另一實施方案中，反應(yīng)器能夠是蛇管式反應(yīng)器類型，其被設(shè)計為避免漿液中存 在的固體沉降。這樣的反應(yīng)器包括許多相對狹窄的管，其能夠以高的容積流速在其中輸送 漿液。這樣的反應(yīng)器還可以包括交替配置的大直徑管和窄直徑管以調(diào)節(jié)停留時間，同時確 保足夠的流型以避免沉降。在另一可選實施方案，反應(yīng)器能夠是高于地面的、能夠被加壓的高塔式反應(yīng)器。
在一實施方案中，裝置還包含位于容器之后的減壓器，其被配置為在將產(chǎn)品排出 以進(jìn)行后續(xù)處理和產(chǎn)品分離之前使產(chǎn)品減壓。附圖的簡要說明盡管有可以落入發(fā)明內(nèi)容中所述的方法和裝置的范圍內(nèi)的任何其它形式，現(xiàn)在將 僅通過實例的方式并參考附圖來描述所述方法和裝置的具體實施方案，其中

圖1顯示根據(jù)一實施方案的通過與超臨界液體接觸而將有機物質(zhì)轉(zhuǎn)變成產(chǎn)品的 工藝流程圖；圖2顯示根據(jù)另一實施方案的通過與超臨界液體接觸而將有機物質(zhì)轉(zhuǎn)變成產(chǎn)品 的工藝流程圖。具體實施方案的詳細(xì)說明參照附圖，給出了某些通過使褐煤與超臨界液體(SCL)接觸而處理褐煤形式的有 機物質(zhì)的工藝流程圖。SCL處理將褐煤轉(zhuǎn)變成可用的燃料產(chǎn)品。所述方法涉及使褐煤(其 能夠以漿液狀的固體和水的混合物的形式存在)與SCL接觸，SCL可以被外部加熱介質(zhì)加 熱，或者可以通過一定量的氧化劑而被內(nèi)部加熱。在內(nèi)部加熱的情況下，預(yù)先確定被引入的氧化劑的量，以便在可控燃燒步驟中控 制褐煤被燃燒的程度，并且因此控制能夠產(chǎn)生多少熱量用于使剩余的未燃燒的褐煤化學(xué)分 解或解聚(在超臨界條件下)。褐煤漿液中的液體被加熱，并且，與高壓氣氛相結(jié)合，產(chǎn)生了 引起化學(xué)反應(yīng)的條件，所述化學(xué)反應(yīng)之一是一部分褐煤的液化。在內(nèi)部加熱方式中，為了產(chǎn) 生足夠的熱量以達(dá)到亞_/超臨界條件，僅需要燃燒相對小百分比的褐煤。現(xiàn)在參照圖1所示的示意性工藝流程圖，顯示了使用超臨界液體從褐煤中提取燃 料的示例性設(shè)計，所述超臨界液體可以是水或水與醇的混合物。工廠10使用碾碎的分級的 褐煤和例如水，并將這些物質(zhì)計量供應(yīng)至漿液槽12，然后給料至高壓泵14，高壓泵14將漿 液送至反應(yīng)器16。漿液混合槽12內(nèi)的液位通過液位控制器18來監(jiān)控。流量控制器20和 閥22將水計量供應(yīng)至槽12內(nèi)。能夠供應(yīng)已經(jīng)碾碎的并篩選至用于工廠使用的選定尺寸的適當(dāng)褐煤，例如100% 低于40微米的適當(dāng)褐煤。應(yīng)當(dāng)避免塊或較大的顆粒，以防止反應(yīng)器管的堵塞。通過控制振 動給料機24來測量并分配給料褐煤的流速，振動給料機24將粉末狀的褐煤輸送至漿液混 合槽12內(nèi)。使用外部離心漿液泵26混合該槽12的內(nèi)容物，盡管能夠使用其它配置的攪拌 器/高速攪拌機。當(dāng)該槽12的液位過高，控制器18關(guān)閉水和褐煤。漿液泵14能夠以約250bar并且高至超過300bar的壓力將漿液輸送進(jìn)入反應(yīng)器。 在操作過程中，該泵14的輸出可經(jīng)由啟動閥28引入至工藝反應(yīng)器16，并且在一操作配置 中，一部分物流被循環(huán)回漿液槽12中。啟動涉及將水僅給料至反應(yīng)器16，使得液體流在穩(wěn)定狀態(tài)下流動。三通閥允許來 自工藝反應(yīng)器16的排出物置于進(jìn)料中。在該點，漿液混合槽12中沒有褐煤。開啟輸送褐煤流的振動給料機24，并且通過加入所需比例的水和褐煤而使?jié){液槽12中的液位自動保 持恒定。褐煤濃度穩(wěn)定增加，并且流至反應(yīng)器16的漿液的褐煤濃度同樣隨之增加。保持漿 液流動以防止固體沉降并堵塞管道或槽。對于關(guān)閉，使用相反的操作，其中水流繼續(xù)，而固 體被關(guān)閉并進(jìn)行充分清洗。工藝反應(yīng)器16需要在不堵塞漿液流的條件下操作。在一形式中，反應(yīng)器能夠是蛇 管式反應(yīng)器類型，其由具有180度角彎曲的垂直定向的管路制成，這些管路被完全包含在 隔熱結(jié)構(gòu)內(nèi)部。這樣的配置允許固體存在于給料漿液中，而不產(chǎn)生固體在管路中沉降并造 成阻塞的顯著風(fēng)險。當(dāng)漿液被垂直泵送時，顆粒確實沉淀，但不是在表面上。通常，物流的 速度需要大于漿液的受阻的沉降速度。反應(yīng)器還需要是適于在使用中在反應(yīng)區(qū)中容納超臨界液體的類型。這在溫度和壓 力方面均是有挑戰(zhàn)性的環(huán)境。在這樣的反應(yīng)器中，設(shè)計的工作壓力為500°C下高達(dá)315bar， 安全系數(shù)為300%。當(dāng)褐煤漿液流經(jīng)工廠10并且漿液被方法內(nèi)部加熱時，將氧化劑計量供應(yīng)至反應(yīng) 器入口流中，其量足以允許在反應(yīng)器中燃燒約2%至5%的褐煤以產(chǎn)生熱量。在一實施方案 中，氧氣由鋼瓶來源38經(jīng)計量泵40輸送。在圖2所示的另一配置中(除了氧輸入的來源 之外，其在所有方面與圖1類似)，氧來源能夠是過氧化氫濃縮液42的形式，其被直接計量， 與水和褐煤一起經(jīng)由皮托管、氣體入口等等進(jìn)入漿液泵14的入口。為了避免操作過程中的過熱，逐漸增加氧或過氧化物的濃度以允許反應(yīng)器16的 溫度穩(wěn)定。隨著燃燒附加熱的釋放和反應(yīng)器溫度的增加，對電微調(diào)加熱器的需求會下降，因 為加熱的漿液返回至給料流。最終，氧或過氧化物濃度(以及發(fā)生的氧化)允許所有需要 的熱量通過褐煤的內(nèi)部氧化而在反應(yīng)器中產(chǎn)生。在該點，能夠使電微調(diào)加熱器44脫機。與SCL有關(guān)的挑戰(zhàn)來自其低密度。在與此類似的兩相流動體系中，流體相為固體 提供原動力。通過為其提供充分的攪拌，普通的水-褐煤漿液能夠保持懸浮液形式。相反， 超臨界水的比重僅為約0. 2，這與環(huán)境溫度和壓力下水的1. 0的比重相反，從而固體沉降的 趨勢大大增加。反應(yīng)器設(shè)計的分歧是顯著的。流動需要使固體在任何管道表面上的沉降最 小化。如果將褐煤的顆粒碾碎得非常小，使得它們更慢地沉降，這也能夠是有幫助的。在反應(yīng)器16中使用超臨界水(> 220bar以及> 350°C并且< 420°C )將褐煤轉(zhuǎn) 變成類似于重石油餾分的、通常被稱為油、浙青質(zhì)和前浙青質(zhì)的更小分子，并且還得到殘余 的炭、氣體(主要是二氧化碳)，并且產(chǎn)生作為主要產(chǎn)品的水。能夠在方法的尾端使用減壓機46。然后能夠?qū)a(chǎn)品傳遞至旋風(fēng)分離器或分離槽48，使得氣體B能夠排出并且能夠收 集液體A和固體C。然后，能夠通過過濾從液體產(chǎn)品A中分離固體產(chǎn)品C。液體產(chǎn)品A接近 于柴油石油產(chǎn)品，并且能夠包括取代的芳香族類化合物、柴油、浙青質(zhì)和前-浙青質(zhì)。這可 以是高價值商品，其能夠被直接出售給煉油企業(yè)。固體產(chǎn)品C主要包括高質(zhì)量炭，相當(dāng)于低 硫、高品位的多孔黑煤。該產(chǎn)品可以作為一般的可燃物銷售至最近的干褐煤發(fā)電站，其價格 可以與干褐煤本身的成本相競爭。最后，氣體產(chǎn)品B包括氫、甲烷、一氧化碳和二氧化碳，并 且取決于其組成，其可以作為燃料出售或簡單地排放至大氣中?？傮w上，分離的產(chǎn)品比未處 理的褐煤材料具有更高的價值。應(yīng)當(dāng)注意，在其它實施方案中，所述方法還能夠有效地處理濕的有機固體，而不需要將該固體預(yù)先干燥。能夠使用碾碎的并且漿液形式的褐煤而不是干的粉末狀褐煤作為原料，用于通過與SCL接觸而進(jìn)行處理。以這樣的方式，以其自然的濕狀態(tài)開采的褐煤能夠被 處理并使用，而不需要預(yù)先干燥的步驟。上述的“地表”工廠在非常高的壓力和高溫的超臨界條件下操作。這意味著設(shè)備 的資本成本可能很高，并且對材料規(guī)格的要求很高。另一可選配置是深井地下反應(yīng)器/熱 交換器，其依賴于由井筒中長的水柱產(chǎn)生的地下壓力。另一可選配置是海底裝置，其使用海 洋的深度來提供壓力。這些概念的主要優(yōu)點是(i)僅要求低壓設(shè)備，因為整個反應(yīng)器和熱交換器被外 部加壓，以及(ii)消除了泵送至高壓的運行成本(加上再次降低壓力的資本成本)。設(shè)想 地下井筒會在3至4公里深的量級(或者當(dāng)與高壓地表泵結(jié)合使用時為0. 5至1. 5km)，而 海底選項需要建造在船上的工廠。在3km深的地下井筒的底部，液體水柱的壓力會是約300bar。位于此處的反應(yīng)器 不需要由壓力等級的設(shè)備制成。壓力可以由在它上面的水柱產(chǎn)生。類似地，熱交換器不需 要被建造成壓力等級的。與較大的井筒同心的管道能夠?qū)⑺甠褐煤漿液輸送至在井筒底部 的反應(yīng)器。環(huán)形同心空間允許將產(chǎn)品返回至地表。因此，該配置作為出來的產(chǎn)品與進(jìn)入的 給料之間的熱交換器起作用。此外，不需要高壓泵，因為井筒中的水柱提供壓力。與在地表使用高壓設(shè)備相比， 由于較低的泵送成本和高度安全性，操作成本更低。當(dāng)置于地下時，高壓故障或爆炸的風(fēng)險 非常低。通過在井筒底部將空間挖掘至需要的停留容積，反應(yīng)器容積可以被制造得更大。井 筒容積可以很大，但地下反應(yīng)器的優(yōu)點是有可能在諸如500°C較高溫度下運行反應(yīng)(比基 于地表的形式16更熱約100°C )，其影響會是降低停留時間，并從而降低成本。向漿液中加 入預(yù)定量的氧化劑來源以氧化一部分褐煤，能夠提高漿液溫度至需要的水平。氧化劑的計 量能夠被用作溫度控制參數(shù)?？傮w來講，該技術(shù)適合于使用較高的溫度，并因此使用較小的 反應(yīng)器空間。在另一實例中，反應(yīng)器和熱交換器能夠被制成模塊，將其從船上降低至深海溝中。 模塊能夠相對廉價地由低壓設(shè)備制造，因為海水深度會提供反壓。廉價的柔性橡膠管會提 供給料和產(chǎn)品流的回流線路。同樣，不需要高壓給料，因為工廠的深度自動做這件事。海底 模塊的一個優(yōu)點是，若需要，能夠?qū)⒄麄€模塊拉起進(jìn)行維護(hù)。海底選項的另一優(yōu)點能夠是使用陶瓷代替不銹鋼作為反應(yīng)器主體本身。陶瓷通常 不具有良好的壓力等級，并且使用厚金屬管作為代替。為了該目的而在約300bar使用陶瓷 是不可能的。然而，由于在海底配置中反應(yīng)器上沒有凈壓力，若反應(yīng)器由陶瓷制造，則它能 夠在高得多的溫度下操作(如在深井反應(yīng)器的情況下)。這能夠降低反應(yīng)停留時間并降低 反應(yīng)器成本。盡管已參考多個優(yōu)選的實施方案描述了用于將有機物質(zhì)轉(zhuǎn)變成產(chǎn)品的方法和裝 置，但應(yīng)當(dāng)理解，所述方法和裝置能夠以許多其它形式實現(xiàn)。在所附的權(quán)利要求中和發(fā)明的前述中，除非上下文因語言表達(dá)或必要的含義而另 外要求，措辭“包含(comprise)”或諸如“包含(comprises) ”或“包含(comprising) ”的變 體是以包括的含義使用，即為了明確指明了所述特征的存在，但不排除所述方法和裝置的 各種實施方案中另外特征的存在或增加。
權(quán)利要求
處理有機物質(zhì)以將其轉(zhuǎn)變成產(chǎn)品的方法，所述方法包括使所述有機物質(zhì)與超臨界液體接觸從而使所述有機物質(zhì)反應(yīng)以形成所述產(chǎn)品的步驟，其中所述液體可以通過外部加熱介質(zhì)加熱，或者可以通過將氧化劑與所述液體共同給料而在所述方法內(nèi)部加熱，所述氧化劑的量是預(yù)先確定的以控制反應(yīng)混合物被加熱的程度。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中通過在氧的存在下燃燒一部分所述有機物質(zhì)來加熱 所述液體。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中通過加壓達(dá)到超臨界液體條件。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中通過將所述液體置于地下容器中或海底容器中實現(xiàn) 所述加壓。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其中通過使用泵實現(xiàn)所述加壓。
6.如前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述氧化劑選自氧、過氧化氫和 硝酸鈉中的一種或多種。
7.如前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述超臨界液體是壓力超過約 220bar 的水。
8.如前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述超臨界液體是溫度為350°C 至420°C的水。
9.如前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述有機物質(zhì)是褐煤、木質(zhì)素、纖 維素、半纖維素、有機廢物以及塑料或普通聚合物中的一種或多種。
10.如前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述液體是水、甲醇和乙醇中的 一種或多種。
11.如前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述化學(xué)分解的產(chǎn)品包含燃料。
12.如前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述化學(xué)分解的產(chǎn)品包含液相 的石油產(chǎn)品，主要例如為取代的芳香族類化合物、柴油、浙青質(zhì)和前浙青質(zhì)。
13.如前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述化學(xué)分解的產(chǎn)品包含主要 包括炭在內(nèi)的固相。
14.如前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述化學(xué)分解的產(chǎn)品包含主要 包括甲烷、氫、一氧化碳和二氧化碳在內(nèi)的氣相。
15.如前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述有機物質(zhì)以適于被混入漿 液中的磨碎的顆粒形式存在。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述漿液中液體與固體的比例低于約12 1。
17.如權(quán)利要求15或16所述的方法，其中所述漿液中液體與固體的比例高于約2 1。
18.如前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述有機物質(zhì)的化學(xué)分解是通 過解聚。
19.用于處理有機物質(zhì)的裝置，所述裝置被設(shè)置為通過與超臨界液體接觸而將所述有 機物質(zhì)轉(zhuǎn)變成產(chǎn)品，并且包括-氧化劑引入裝置，其用于引入預(yù)定量的氧來源，使氧來源與所述有機物質(zhì)接觸；以及-反應(yīng)器，其中所述反應(yīng)器包括反應(yīng)區(qū)，所述有機物質(zhì)在所述反應(yīng)區(qū)中發(fā)生化學(xué)分解以形成所述 產(chǎn)品，所述反應(yīng)區(qū)被設(shè)置為在使用中用于容納超臨界液體。
20.如權(quán)利要求19所述的裝置，其中所述氧化劑引入裝置是計量裝置，其被設(shè)置為將 氧來源輸送至所述反應(yīng)器內(nèi)或所述反應(yīng)器之前。
21.如權(quán)利要求19或20所述的裝置，其中所述反應(yīng)器是以一定深度置于地下或海底的 容器，從而在使用中將液體加壓至超臨界條件。
22.如權(quán)利要求21所述的裝置，其中所述反應(yīng)區(qū)位于所述容器的經(jīng)受最大壓力的最低 區(qū)域。
23.如權(quán)利要求21或22所述的裝置，其中所述地下的容器是垂直的豎井。
24.如權(quán)利要求23所述的裝置，其中所述豎井被配置有管道，所述管道與井筒同心并 且被配置為在使用中將有機物質(zhì)流輸送至所述反應(yīng)區(qū)。
25.如權(quán)利要求24所述的裝置，其中在所述管道周圍并在所述豎井內(nèi)部的環(huán)形同心空 間被配置為在使用中將產(chǎn)品流從所述反應(yīng)區(qū)輸送至所述容器的最高端。
26.如權(quán)利要求21或22所述的裝置，其中所述海底的容器是柔性管。
27.如權(quán)利要求26所述的裝置，其中所述管配置有管道，所述管道與所述管同心并且 被配置為在使用中將有機物質(zhì)流輸送至所述反應(yīng)區(qū)。
28.如權(quán)利要求27所述的裝置，其中在所述管道周圍并在所述管內(nèi)部的環(huán)形同心空間 被配置為在使用中將產(chǎn)品流從所述反應(yīng)區(qū)輸送至所述容器的最高端。
29.如權(quán)利要求19或20所述的裝置，其中所述反應(yīng)器是蛇管式反應(yīng)器。
30.如權(quán)利要求19或20所述的裝置，其中所述反應(yīng)器是加壓的塔式反應(yīng)器。
31.如權(quán)利要求19至30中任一權(quán)利要求所述的裝置，其還包含位于所述容器之后的被 配置為使所述產(chǎn)品減壓的減壓器。
全文摘要
用于處理有機物質(zhì)以將其轉(zhuǎn)變成產(chǎn)品的方法，該方法包括使有機物質(zhì)與超臨界液體接觸從而使其反應(yīng)以形成產(chǎn)品的步驟。該液體可以通過外部加熱介質(zhì)加熱，或者可以通過將氧化劑與液體共同給料而在方法內(nèi)部加熱。該氧化劑的量是能夠預(yù)先確定的，以控制反應(yīng)混合物被加熱的程度。能夠提供熱量以提供足夠的活化能，使方法反應(yīng)以足夠的速度發(fā)生，并且使液體獲得足夠的引發(fā)反應(yīng)的特性。
文檔編號C10G1/00GK101827645SQ200880100837
公開日2010年9月8日 申請日期2008年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月27日
發(fā)明者倫納德·詹姆士·漢弗萊 申請人:艾格耐特能量資源有限公司;萊斯拉有限公司