[发明专利]在源于非化石资源的氢气存在下由直接液化和间接液化结合的杂化途径转化碳基材料的方法

说明书

本发明涉及将碳基材料转化成为燃料基质，特别是中间馏分和/或化学品的方法。更具体地，其涉及一种借助于杂化途径转化碳基材料的方法，其中沸腾床中的直接液化与通过气化随后Fischer-Tropsch合成的间接液化相结合。本发明的方法包括生产由非化石资源产得到的氢气的步骤和反向水煤气反应步骤，使得能够限制温室气体排放。 

交通运输部门消耗大量能源，并且如今主要依赖于不可再生石油资源。在环境水平下，燃料燃烧对于温室气体(GHG)，特别是CO₂的排放起主要作用。在气候变化和对原油的依赖的背景下，因此使燃料多样化是必要的。对于原油的使用存在许多潜在替代方案：天然气，煤炭，生物质，水力，风力，太阳能，海洋能或核能。 

鉴于丰富的煤炭储量，一种有吸引力的替代方案是煤炭液化。煤炭液化，以术语“煤-液”或“CTL”公知，由煤炭向液态烃，例如燃料或石油化学品的转化构成。煤炭液化基于两种不同的概念途径： 

“间接”途径在于在第一步中将煤炭气化，产生由一氧化碳和氢气组成的被称为合成气的气体。该气体随后通过Fischer-Tropsch法转化为液态烃。间接途径也被称为术语“间接煤炭液化”或“ICL”。

“直接”途径在于使煤炭在氢气存在下在高的温度和压力下在溶剂中反应，以产生液态烃。直接途径也被称为术语“直接煤炭液化”或“DCL”。 

最近，已经发展一种新的构思，其中将直接途径和间接途径相结合。这种“杂化”途径通过将一部分煤炭借助于直接途径转化以及将另一部分煤炭借助于间接途径转化而将两种途径相结合。 

借助于间接或直接途径获得的产物显示非常不同，但还经常互补的化学结构： 

在最终精制之前，直接途径产生高密度和较低十六烷值(柴油馏分)或发烟点(煤油)，但是具有优异低温性能的环烷/芳族特性的燃料基质。

在最终精制之前，间接途径产生链烷特性的馏分，即具有低密度并显示比规格大的多的十六烷指数或发烟点，因此具有优异的燃烧性能，但是具有很差的低温性能。 

作为由彼此互补的两种途径获得的产物，杂化途径经证明是特别有利于产生满足或非常接近于实施中的规格(the specifications in force)的燃料基质。 

着重强调的是不论是直接、间接或借助于杂化途径，煤炭液化最重要的是氢气含量的问题。煤炭的组成缺乏氢(H/C比率大约为0.6-0.8)，在没有大量氢气作用的情况下，不能获得燃料基质(H/C比率大约为2)。煤炭转化反应(直接途径)和液化产物精制所需的氢气通常通过蒸汽转化，或者如果唯一的可用初始能量源为煤炭(这通常是对于紧靠矿场附近建立的工厂的情况)，也通过煤炭气化，由天然气提供。不过，煤炭气化除了产生所需氢气之外，还产生十分大量的CO₂，这样引起温室气体的额外排放，这是在减少这种气体的国际环境中难以接收的，除非将其捕获并螯合，这意味着重大的额外成本。 

因此，煤炭液化工业将仅能在基于引入CO₂的捕获和存储，或至少部分使用由不释放温室气体的来源产生的氢气，或还有将这两种途径相结合的生态友好条件下经历显著工业增长。对于CO₂平衡，使用由不释放GHG的资源产生的氢气将是有利的。 

申请US2009/0286889描述一种借助于杂化途径的煤炭转化的方法，其中一部份煤炭借助于直接途径转化，另一部份利用生物质气化并行气化，以产生合成气，随后借助于Fischer-Tropsch合成转化。这种方法目标在于通过使用该方法中产生的CO₂来产生藻类和/或化学品而减少CO₂排放。 

虽然已经研发本发明的方法用于煤炭液化，但是其也可以被用于任何碳基材料的液化。 

本发明的目的是提供借助于杂化途径液化碳基材料的方法，其限制了GHG和特别是CO₂的排放，同时改善了碳基材料的转化，以产生纯化的液态烃基质（base）。 

在最宽泛的形式中，本发明定义为将碳基材料转化成为燃料基质的方法，包括以下步骤： 

a) 在氢气存在下，在包括担载催化剂作为沸腾床的至少一个反应器中将至少一部分所述碳基材料液化，

b) 将基于步骤a)结束时获得的排出物分离成为至少一个燃料基质烃类的轻馏分和包括在至少340℃沸腾的化合物的残余馏分，

c) 使用至少一个非化石资源产生氢气，将由此产生的氢气至少部分引入液化步骤a)，和随后的反向水煤气反应步骤e)和随后的Fischer-Tropsch反应步骤f)，