[发明专利]用于具有增加的转化时间的蒸汽加氢气化的方法和装置

说明书

相关申请的交叉参考

本申请是2006年7月18目提交的美国专利申请系列号11/489,353和2007年7月16日提交的美国专利申请系列号11/879,267的部分连续案，并要求它们的优先权，以上专利申请的全部内容作为参考引入本文。

技术领域

本发明的领域为由含碳原料合成运输燃料。

背景技术

受到包括环境、健康、安全问题以及基于石油的燃料供应的不可避免的未来稀缺性的关注的驱动，需要辨别新的化学能源以及将其转化为替代运输燃料的方法。全球以内燃机燃料驱动的车辆数目持续增长，特别是在中等程度的发展中国家。主要使用柴油燃料的美国以外的全球车辆数目比美国内部增长得更快。随着使用混合和/或柴油机技术的燃料更有效的车辆被引入以减少燃料消耗和总排放，可能改变这种情况。由于用于制造基于石油的燃料的资源正在枯竭，对石油的依赖性将成为主要问题，除非开发非石油替代燃料，特别是清洁燃烧的合成柴油燃料。而且，常规发动机中基于石油的燃料的正常燃料可导致严重的环境污染，除非使用严格的排气控制方法。清洁燃烧的合成柴油燃料可帮助减少柴油机的排放。

清洁燃烧的运输燃料的制造需要现有的基于石油的燃料的重整或者发现由未使用的材料产生能量或合成燃料的新方法。存在许多来自可再生有机或废弃含碳物质的可用来源。利用含碳废弃物来制造合成燃料是经济上可行的方法，因为输入的原料已认为没有什么价值而作为废弃物丢弃，并且处理通常是有污染的。

液体运输燃料相对于气体燃料具有内在优势，在相同的压力和温度下其比气体燃料具有更高的能量密度。液体燃料可在大气压或低压下储存而实现液体燃料能量密度，气体燃料则必须在高压下储存在车辆上的罐中，这在泄漏或突然破裂的情况下可成为安全问题。使用简单泵和管道的液体燃料的分配比气体燃料容易得多。现有运输部门的液体燃料基础设施确保容易地整合到任何制造清洁燃烧的合成液体运输燃料的现有市场中。

清洁燃烧的液体运输燃料的可用性是国家优先考虑的事。由含碳源清洁有效地制造合成气(其为氢气和一氧化碳的混合物)将有利于运输部门和社会健康，所述合成气可进行费-托型工艺以制造清洁有价值的合成汽油和柴油燃料。费-托型工艺或反应器在本文中定义为分别包括费-托工艺或反应器，其为使用合成气制造液体燃料的任何工艺或反应器。类似地，费-托型液体燃料是通过这种工艺或反应器制造的燃料。这种工艺允许将目前现有技术的发动机排气后处理方法应用于NO_x还原，除去存在于柴油发动机排气中的有毒颗粒，并减少常规燃烧产物污染物，这在目前是通过催化剂实现的，但在来自石油的柴油燃料的普通原料中的情形是该催化剂由于存在的任何硫而快速中毒，降低催化剂效率。通常，由来自生物质(biomass)的合成气制造的费-托型液体燃料不含硫、不含芳烃，并且在合成柴油燃料的情况下具有超高的辛烷值。

生物质材料是最常处理的用于制造可再生燃料的含碳废弃原料。废弃塑料、橡胶、肥料、作物残留物、林木、树木和草屑以及来自废水(污水)处理的生物固体也是用于转化工艺的备选原料。生物质原料可转化以制造电、热、有价值的化学品或燃料。加州在数种生物质利用技术的使用和开发方面在全国名列前茅。在加州，每年抛弃超过4500万吨的城市固体废弃物由废弃物管理设施进行处理。这些废弃物中大约一半最终被填埋。例如，仅在加州的河边县地区，估计每天处理约4000吨废弃木材。根据另一估计，每天有超过100,000吨的生物质倒入河边县收集区的填埋场。这种城市废弃物包括约30％的废纸或废纸板，40％有机(绿色和食品)废弃物，以及30％的木材、纸张、塑料和金属废弃物的组合。如果这种废弃材料可以转化为清洁燃烧的燃料，则这种废弃材料的含碳组分具有可以用于减少对其它能源的需求的化学能。这些含碳物质的废弃物来源不是唯一可以利用的来源。虽然可对许多现有的含碳废弃物材料(例如纸张)进行分类、再次利用和循环，对于其它材料而言，废弃物制造者如果将废弃物直接输送到转化设施，则无需支付倾倒费用。通常废弃物管理机构目前收取每吨30～35美元的倾倒费用以抵消处理成本。因此，通过将废弃物运送至废弃物-合成燃料处理工厂不仅可以降低处理成本，而且还可以因为降低的处理成本而获得额外的废弃物。

在柴炉中燃烧木材是利用生物质来产生热能的一个简单实例。不幸的是，露天燃烧生物质废弃物来获得能量和热量不是利用热当值的清洁和有效的方法。目前，发现许多利用含碳废弃物的新方法。例如，一种方法是制造合成液体运输燃料，而另一种方法是制造用于转化为电的高能气体。