[发明专利]含碳原料的处理方法

说明书

发明领域

本发明涉及将不溶的含碳原料转变为水溶的产物。特别地，本发明涉及含碳原料的氧化从而产生有价值的化学产物和/或生物可降解的底物，以及含碳原料的氧化汽提，所述含碳原料包括煤。

此外，本发明涉及在纸浆厂黑液中的有机化合物的转化。特别地，本发明还涉及用于处理黑液的方法，该方法包括用氧化剂处理黑液从而产生含有约2个至约20个碳原子的有机化合物。

相关技术描述

由于能源价格和环境的关注，各种含碳材料，特别是那些以前一直被认为不太适合用作燃料的含碳材料已经重新得到关注。这些原料可以被处理以产生用于各种工业的从可用燃料至原材料的产物，例如天然气、氢气、甲醇、有机酸和较长的烃。例如，含碳材料能够在升高的温度和压力下气化从而产生能够随后被转化为气体燃料的合成气体流。

作为含碳材料原料的煤转变为有价值的液体燃料和化学物质，已经在本领域中被广泛地研究和描述。这些转变技术主要归类于加氢液化或直接液化、热解和气化。在这些处理中，煤在有氧或无氧、有水或无水的情况下被各种程度地解聚为其有机成分。所有这些技术的目标是通过制造更高价值的燃料或化学物质或所希望的燃料或化学物质的前体的混合物进行选煤。但是，这些处理通常在高温、高压下，和/或使用昂贵的氢气和有机溶剂中任一项发生。

例如，间接的煤的液化(ICL)过程由在氧气或空气的存在下在高于约700摄氏度的温度下的气化步骤以制造合成气(CO和H₂的混合物)，随后是将合成气转变为液体烃的至少一个催化步骤组成。这是一个资本很密集型的过程。

另一方面，直接的煤的液化过程(DCL)，通过使用氢气在高压和高温环境下并应用溶剂和催化剂来分解其有机结构，在没有气化的中间步骤的情况下，直接将煤转化为液体。因为液态烃通常比煤具有更高的氢-碳摩尔比，所以加氢或脱碳(carbon-rejection)的过程被用于ICL和DCL两种技术中。两个过程都需要大量的能量消耗，以及在工业规模下(数千桶/天)，大量的资本投资。

通常，气化过程由以下组成：将含碳材料，连同受控和/或有限量的氧气和任选地蒸汽，供料到加热的室(“汽化器”)中。相比于焚化或燃烧，这两者使用过量的氧气来操作以产生CO₂、H₂O、SO_x(包括产物例如SO、SO₂、SO₃、S₇O₂、S₆O₂、S₂O₂，等)和NO_x(包括诸如NO、NO₂、N₂O这样的产物)，气化过程产生粗气体组合物，其包含CO、H₂、H₂S和NH₃。在净化之后，感兴趣的初级气化产物是H₂和CO。见Demirbas，“RecoveryofEnergyandChemicalsfromCarbonaceousMaterials”，EnergySources，PartA，vol.28，1473-1482页，2006年。

含碳材料也可以被溶解以产生用于各种工业的有价值的起始材料。美国专利号4,345,098公开了一种通过以下步骤制备异构化的苯羧酸盐的方法，即使用氧气，在足够将含碳材料中的至少一部分芳香化合物转化为Ia族或IIa族金属的苯羧酸盐的条件下，处理含碳材料、水和包含Ia族或IIa族金属的水溶性试剂的混合物；以及在异构化之前，在不将苯羧酸盐转化为不同的Ia族或IIa族金属的苯羧酸盐的情况下，通过加热来异构化苯羧酸盐。该苯羧酸盐然后被从反应混合物中回收。用于该过程的优选的温度为200℃至350℃，压力为1700psig。

美国专利申请公布号2012/0064609公开了一种用于将煤或木质纤维材料与包含焦磷酸盐或其衍生物的组合物接触的方法。煤或木质纤维素材料的溶解能够在地下地层、在陆相地层或在非原位反应器中进行。该方法包括以下步骤：将含有焦磷酸盐或其衍生物的组合物引入至煤或木质纤维素材料中，从而引起煤或木质纤维素材料的溶解。