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通过 煤的催化温和 温度 热解制造 烃和改质煤的系统和方法

阅读：605发布：2021-08-06

专利汇可以提供通过煤的催化温和温度热解制造烃和改质煤的系统和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种固体碳质材料的改质方法，包括在催化剂存在下和在部分热解条件下加热固体碳质材料，并获得改质固体碳质产物、气体产物和废催化剂。，下面是通过煤的催化温和温度热解制造烃和改质煤的系统和方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种固体碳质材料的改质方法，包括：
在催化剂存在下和在部分热解条件下加热固体碳质材料，以及
获得改质固体碳质产物、气体产物和废催化剂。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述固体碳质材料是煤，并且所述改质固体碳质产物是改质煤产物。
3.如权利要求1所述的方法，其中保留在所述改质固体碳质产物中的固定碳重量为所述固体碳质材料中固定碳重量的至少50％。
4.如权利要求1所述的方法，其中保留在所述改质固体碳质产物中的灰分重量为所述固体碳质材料中灰分重量的至少60％。
5.如权利要求2所述的方法，其中保留在所述改质煤产物中的灰分重量为煤中灰分重量的至少60％。
6.如权利要求1所述的方法，其中保留在所述改质固体碳质产物中的挥发性物质的重量为所述固体碳质材料中挥发性物质重量的约10％至约90％。
7.如权利要求2所述的方法，其中保留在所述改质煤产物中的挥发性物质的重量为煤中挥发性物质重量的约10％至约90％。
8.如权利要求1所述的方法，还包括：在部分热解条件下进行加热之前，使用干燥器、脱灰机和洗涤器中的至少一种对起始固体碳质材料进行预处理。
9.如权利要求1所述的方法，还包括：获得CO2，其量大于起始固体碳质材料中挥发性物质的约10wt％。
10.如权利要求1所述的方法，还包括：将气体产物与所述改质固体碳质产物进行分离。
11.如权利要求11所述的方法，还包括：将分离的气体产物冷凝成气体流和液体流。
12.如权利要求11所述的方法，还包括：将分离的气体产物压缩，形成气体流和液体流。
13.如权利要求1所述的方法，还包括：获得不可冷凝燃料气体，其量是起始固体碳质材料中挥发性物质的约1wt％至约40wt％。
14.如权利要求2所述的方法，还包括：获得不可冷凝燃料气体，其量是起始煤中挥发性物质的约1wt％至约40wt％。
15.如权利要求1所述的方法，还包括：获得LPG，其量大于起始固体碳质材料中挥发性物质的约1wt％至约40wt％。
16.如权利要求2所述的方法，还包括：获得LPG，其量大于起始煤中挥发性物质的约
1wt％至约40wt％。
17.如权利要求1所述的方法，还包括：获得BTEX，其量是起始固体碳质材料中挥发性物质的约0.5wt％至约40wt％。
18.如权利要求2所述的方法，还包括：获得BTEX，其量是起始煤中挥发性物质的约
0.5wt％至约40wt％。
19.如权利要求1所述的方法，还包括：获得高级烃，其量是起始固体碳质材料中挥发性物质的约0.3wt％至约20wt％。
20.如权利要求2所述的方法，还包括：获得高级烃，其量是起始煤中挥发性物质的约
0.3wt％至约20wt％。
21.如权利要求1所述的方法，还包括：获得含杂原子的有机物，其量不大于起始固体碳质材料中挥发性物质的5wt％。
22.如权利要求2所述的方法，还包括：获得含杂原子的有机物，其量不大于起始固体碳质材料中挥发性物质的5wt％。
23.如权利要求1所述的方法，其中所述废催化剂和所述改质固体碳质产物作为混合物回收。
24.如权利要求2所述的方法，其中所述废催化剂和所述改质固体煤作为混合物回收。
25.如权利要求1所述的方法，其中所述废催化剂和所述改质固体碳质产物分别回收。
26.如权利要求26所述的方法，还包括：通过使所述废催化剂与含有至少一种氧化气体的气体混合物接触以形成再生催化剂而再生所述废催化剂。
27.如权利要求27所述的方法，其中至少一部分所述再生催化剂在另外的固体碳质材料的存在下在随后的部分热解反应中被加热。
28.如权利要求26所述的方法，还包括：通过用酸性溶液酸洗所述废催化剂以形成再生催化剂而再生所述废催化剂。
29.如权利要求29所述的方法，其中至少一部分所述再生催化剂在另外的固体碳质材料的存在下在随后的部分热解反应中被加热。
30.如权利要求1所述的方法，其中保留在所述改质固体碳质产物中的总硫的重量不超过起始固体碳质材料中的总硫重量的80％。
31.如权利要求1所述的方法，其中保留在所述改质固体碳质产物中的有机硫的重量不超过起始固体碳质材料中的有机硫的重量的50％。
32.如权利要求1所述的方法，其中保留在所述改质固体碳质产物中的硫酸盐的重量不超过起始固体碳质材料中的硫酸盐的重量的50％。
33.一种将选矿系统中的固体碳质材料转化为改质固体碳质产物的方法，所述方法包括：
将固体碳质材料和催化剂引入到热解反应器中以产生气体产物流和固体产物流，其中所述固体产物流包含所述改质固体碳质产物；
从所述反应器中回收所述气体产物流；和
从所述反应器中回收所述固体产物流。
34.如权利要求34所述的方法，其中所述固体碳质材料是煤，并且所述改质固体碳质产物是改质煤产物。
35.如权利要求34所述的方法，其中所述催化剂固定在所述热解反应器中；并且所述方法还包括：从所述热解反应器内的所述催化剂中分离所述改质固体碳质产物。
36.如权利要求36所述的方法，还包括：
从所述热解反应器中回收分离的废催化剂；
将所述废催化剂转移到再生器；和
在所述再生器中再生所述废催化剂，其中除去废催化剂中的未热解的煤、焦炭和碳质材料。
37.如权利要求36所述的方法，还包括：
将所述气体产物流转移到分离器；和
在所述分离器中至少部分地冷凝所述气体产物流，产生精制气流、烃液体流和水性液体相流。
38.如权利要求34所述的方法，其中所述固体产物流还包含废催化剂，所述方法还包括：
从所述热解反应器回收所述固体产物流之后，将所述固体产物流分离成所述改质固体碳质产物和所述废催化剂，其中该分离的废催化剂包含所述催化剂以及未热解的煤、焦炭和碳质材料中的至少一种。
39.如权利要求39所述的方法，还包括：
将分离的催化剂转移到再生器中，其中除去催化剂中至少一部分的未热解的煤、焦炭和碳质材料中的至少一种；和
将所述气体产物流转移到分离器中，其中在分离器中将所述气体产物流至少部分地冷凝，产生精制气流、烃液体流和水性液体相流。
40.如权利要求40所述的方法，其中通过燃烧、蒸汽和还原气体中的至少一种，除去催化剂中至少一部分的未热解的煤、焦炭和碳质材料中的至少一种。
41.如权利要求39所述的方法，其中所述热解反应器配置为HERB、流化床、移动床或夹带流动床中的一种，并且其中煤和催化剂移动通过所述热解反应器。
42.如权利要求39所述的方法，其中所述固体产物流从所述热解反应器转移出去到固体-固体分离器，该固体-固体分离器分离所述改质固体碳质产物和所述废催化剂。
43.如权利要求39所述的方法，其中所述固体-固体分离器包括分级器，该分级器根据粒度、质量或密度之一，将所述固体碳质产物从所述废催化剂中分离。
44.如权利要求44所述的方法，其中所述废催化剂的尺寸和密度中的至少一种与所述改质固体碳质产物的尺寸和密度中的至少一种不同，并且其中所述固体-固体分离器的分级器根据尺寸和密度中的至少一种分离所述改质固体碳质产物和所述废催化剂。
45.如权利要求34所述的方法，还包括：
引入热解反应器之前，在粉碎机中减小所述固体碳质材料的颗粒的尺寸；和在预处理装置中对所述固体碳质材料进行预处理，该预处理装置包括以下至少一种：
干燥器，其配置为利用加热流体流干燥来自粉碎机的煤；洗涤器，其配置为洗涤来自粉碎机的煤；脱灰机，其配置为除去煤中的灰分，其中所述预处理装置设置在所述粉碎机和所述热解反应器之间。
46.如权利要求46所述的方法，其中所述加热流体流是在使用携带氧气的气体除去废催化剂中至少一部分的任何未热解的煤、焦炭和碳质材料期间由再生器产生的热烟道气。
47.如权利要求40所述的方法，其中所述分离器还包括酸性气体去除系统，该酸性气体去除系统从所述气体产物流中分离以下的至少一种：携带硫的化合物、携带氮的化合物和二氧化碳。
48.如权利要求34所述的方法，其中引入所述热解反应器的所述催化剂包括：第一部分，其包含从再生器接收的再生催化剂，以及第二部分，其包含未再生的新催化剂，并且其中所述第一部分的再生催化剂具有比所述新催化剂和煤更高的相对温度，使得所述再生催化剂为加热介质以加热引入到所述热解反应器中的煤。
49.如权利要求34所述的方法，其中所述固体碳质材料的催化热解在约350℃至约850℃的温度下发生。
50.如权利要求50所述的方法，其中引入所述热解反应器中的固体碳质材料具有约0.2至约25kg/hr/kg催化剂的重量时空速度。
51.如权利要求50所述的方法，其中所述固体碳质材料在催化过程中具有约0.1秒至约
1分钟的停留时间。
52.如权利要求34所述的方法，其中引入所述热解反应器中的催化剂与固体碳质材料的重量比为约0至约100。
53.如权利要求34所述的方法，还包括：
提供酸性气体去除系统，其被配置为从来自所述热解反应器的气体产物和来自再生器的气体中的至少一种捕获和分离CO2，其中所述再生器被配置成再生来自所述热解反应器的废催化剂；和
获得CO2，其量大于干燥无灰煤的约4wt％。
54.如权利要求34所述的方法，还包括：获得CO2，其量大于起始固体碳质材料中挥发性物质的约10wt％。
55.如权利要求34所述的方法，还包括：获得CO2，其量大于干燥无灰煤的约4wt％。
56.如权利要求34所述的方法，还包括：
在再生器中再生废催化剂，该再生器配置成在再生期间产生热烟道气；和将所述热烟道气的至少一部分转移到所述热解反应器以使所述热解反应器流化。
57.如权利要求57所述的方法，其中将包含CO、CO2、水、氢气和氧气中的至少一种的气体流体引入所述再生器中，以促进除去废催化剂中的未热解的煤、焦炭和碳质材料。
58.如权利要求58所述的方法，还包括：收集包括CO2的所述热烟道气以用于碳螯合或提高采收率法采油的一种。
59.如权利要求58所述的方法，还包括：使所述热烟道气通过热交换器以产生用于加热所述热解反应器中的固体碳质材料的热。
60.如权利要求57所述的方法，其中所述再生器除了使用空气之外或代替空气，还使用蒸汽以通过水解和蒸汽气化中的至少一种除去废催化剂中的煤、焦炭和碳质材料。
61.如权利要求57所述的方法，其中所述再生器使用氢气或至少一种包括烃在内的其它含氢化学品，从废催化剂中还原除去煤、焦炭和碳质材料。
62.如权利要求34所述的方法，其中将气体共进料到所述热解反应器中，其中所述气体包括从所述气体产物流回收的至少一种轻质烃化合物。
63.如权利要求63所述的方法，其中所述至少一种轻质烃化合物循环回到所述热解反应器。
64.如权利要求63所述的方法，还包括：获得BTEX，其量是起始固体碳质材料中挥发性物质的约0.5wt％至约80wt％。
65.如权利要求34所述的方法，其中将生物质共进料到所述热解反应器中。
66.如权利要求34所述的方法，其中将油页岩、煤衍生液体、焦油砂和石油中的至少一种共进料到所述热解反应器中。
67.如权利要求34所述的方法，其中将湿气和天然气中的至少一种共进料到所述热解反应器中。
68.如权利要求34所述的方法，其中所述热解反应器包括固定催化剂，使得所述固体碳质材料相对于催化剂移动通过反应器，以产生所述气体产物流和所述固体产物流，所述方法还包括：
将所述气体产物流转移到分离器以将至少一部分所述气体产物流至少部分地冷凝成液体产物和气体产物；并且
其中所述固体产物流含有小于1重量份催化剂/100重量份改质碳质产物。
69.一种将选矿系统中的生物质转化为改质固体产物的方法，所述方法包括：
将所述生物质和催化剂引入热解反应器中以产生气体产物流和改质固体产物流，所述固体产物流包含废催化剂和所述改质固体产物；
分离所述改质煤产物和所述废催化剂；
将分离的废催化剂转移到再生器，该再生器除去所述废催化剂中的至少一部分的任何未热解的煤、焦炭和碳质材料；和
将所述气体产物流转移到产生液体产物和气体产物的分离器；
其中保留在所述改质固体产物中的灰分的重量为引入所述热解反应器的生物质中灰分的重量的至少60％。
70.如权利要求1所述的方法，其中按重量计，产生的苯酚的量小于产生的甲苯的量。
71.如权利要求1所述的方法，其中按重量计，产生的焦油的量小于产生的轻油的量。

说明书全文

通过煤的催化温和 温度 热解制造 烃和改质煤的系统和方法

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 本申请是2015年5月22日提交的国际(PCT)申请序列号PCT/US 2015/032252的中国国家阶段申请，该PCT申请要求2014年5月23日提交的美国临时专利申请序列号62/002,674的权益和优先权。前述申请通过引用以其全文结合于此。

技术领域

[0003] 本技术一般地涉及一种系统和方法，其可用于将固体碳质材料转化为一组有用的产物。更具体地，本技术涉及一种系统和方法，其利用催化剂来将固体碳质材料转化成气体产物、液体产物、和/或改质固体产物(例如，改质固体碳质产物)。

背景技术

[0004] 鉴于原油储量的全球分布不均匀和公众关注的原油储量的有限性质，对基于可替代原料(例如：煤、生物质等)来开发替代生产技术的需求不断增长。在过去的数十年中，煤制油(CTL)技术已经取得了一些进展。技术上最佳确定的生产烃液体的途径包括气化，其一般包括较高温度的蒸汽和氧共进料产生合成气。在进一步转化为甲醇中间体或用于直接合成之前，需要对所得合成气进行显著清洁，并且因此通常包括一种集成的多步骤途径的基于气化的设备，其典型地建造以及操作昂贵。另一种从煤生产烃液体的途径是所谓的直接煤液化(DCL)途径，其包括通过将煤固体与纯氢气进行高压处理来将其直接液化。即使该DCL方法典型地会利用催化剂，但是从催化反应器出来的所需烃产物流的选择性低并且需要进一步处理。换言之，该DCL方法不能被调节以产生特定烃产物，并且特别是产生较低分子量的烃。因此，该DCL产物流需要显著的另外的化学改质步骤，这导致设施的构建和操作需要花费大量成本。另一种从煤生产烃液体的常规途径是通过温和温度气化或热解。通过常规的热解得到的液体产物流包含相对较高浓度的高分子量焦油，其需要大幅度改质，典型地通过催化加氢进行。相对于含非杂原子的C1-C12烃产物的总热解产物的选择性相对较低。发明内容

[0005] 在一个方面，提供了一种固体碳质材料的改质方法。该方法包括在催化剂存在下、在部分热解条件下加热固体碳质材料，并获得改质固体碳质产物、气体产物和废催化剂。固体碳质材料的一种非限制性实例是煤，因此，一种改质固体碳质产物的实例是改质煤产物。

[0006] 在另一方面，提供了将选矿系统中的固体碳质材料转化为改质固体碳质产物的方法。该方法包括将固体碳质材料和催化剂引入热解反应器中，产生气体产物流和固体产物流，其中该固体产物流包括改质固体碳质产物。该方法还包括：从该反应器中回收该气体产物流，并且从该反应器中回收该固体产物流。固体碳质材料的一种非限制性实例是煤，因此，改质固体碳质产物的一种实例是改质煤产物。

[0007] 在另一方面，提供了将选矿系统中的生物质转化为改质固体产物的方法。该方法包括将生物质和催化剂引入热解反应器中，产生气体产物流和改质固体产物，其中固体产物流包括废催化剂和该改质固体产物。该方法还包括：分离该改质固体产物和废催化剂，以及将该分离的废催化剂转移到再生器，该再生器除去废催化剂中的至少一部分的任何未热解的煤、焦炭和其他的碳质材料。保留在改质固体产物中灰分的重量为引入到热解反应器中的生物质的灰分重量的至少60％。该方法还包括：将气体产物流转移到分离器，其产生液体产物和气体产物。

[0008] 热解反应器可以在约300℃至约1100℃下操作。在一些实施方式中，这可以包括约350℃至约850℃、或约400℃至约700℃。碳质材料可以具有约0.01秒至约5小时的停留时间。在一些实施方式中，停留时间为约0.1秒至约1分钟。热解反应器的催化剂装载量可以是从约0(零)至约100g催化剂/g碳质进料材料。在一些实施方式中，催化剂装载量可为从大约
0.05g催化剂/g进料材料至约10g催化剂/g进料材料。反应器中碳质材料的加热速率可以为约0.1℃/秒至约1000℃/秒。

[0009] 在至少一个实施方式中，起始碳质材料直接进入热解反应器。在其他实施方式中，进入该热解反应器之前，可以通过如粉碎机、干燥器、和/或任何下文讨论的其他合适的预处理器及预处理方法对碳质材料进行预处理。

[0010] 在至少一个实施方式中，将起始碳质材料与催化剂一起引入热解反应器中，所述催化剂可在进入反应器之前或在反应器内与碳质材料进行混合。离开反应器的固体流包括废催化剂和改质固体产物。然后将固体流分离成主要含有改质固体产物的第一固体流，其可以作为改质固体燃料送去进一步处理或燃烧，以及主要含有废催化剂的第二固体流，其可以送至再生反应器，然后再循环返回到热解反应器。例如，改质碳质材料和催化剂的粒度分布可以有意地不同，这允许通过适当的分级技术根据粒度、重量和/或密度的差异来分离两种固体。其他技术可以替代分级器或者与分级器结合使用，其包括但不限于其他分级器技术、静电分离、电动分离、摩擦电分离和/或磁分离。本申请的系统可以使用高梯度磁性分离器，其使用高磁梯度吸引弱顺磁性颗粒或非常细的铁磁性颗粒。本文所述的系统可以使用开放式梯度磁性分离器，其根据其磁特性在下落流中分离落下的颗粒。本文所述的系统可以使用电动分离器，其中进料颗粒从离子轰击中带电并固定于旋转鼓上。在这种电动分离器中，具有较高导电性的颗粒倾向于更快地失去其电荷，而具有较小导电性的那些颗粒(即更绝缘的颗粒)趋于保持附着，导致颗粒的分离。摩擦电分离器通过摩擦使颗粒带电，然后使颗粒通过电场以根据其电荷的符号和大小而偏转。

[0011] 根据另一个实施方式，固体(例如催化剂和碳质材料)可以在热解反应器内保持分离。一个实施例是：催化剂固定在反应器中，例如其中催化剂通过电镀固定在反应器的壁上，而碳质材料进入和离开热解反应器。在这样的系统中，基本上不需要在反应器外部将催化剂与改质固体产物进行固体-固体分离，因为这些固体在反应器内保持分离。

[0012] 根据另一个实施方式，将固体混合，然后在反应器内分离。一个这样的实施例是：反应器为流化床的形式，其中将催化剂和起始碳质材料在反应器内部(或在进入反应器之前)进行混合(例如，掺杂)。在碳质材料与催化剂紧密相互作用之后，混合的固体产物流通过位于反应器内部的固体-固体分离器(例如内部分级器)以分离催化剂和碳质材料。在这样的系统中，基本上不需要在反应器外部将催化剂从固体产物中进行固体-固体分离，因为它们已经在反应器内发生分离。

[0013] 气体产物流可以转移到一个或多个分离单元，例如冷凝液体产物流并将产物分离成所需的馏分。分离单元的一个这样的实施例是：酸性气体去除系统，其中将含硫化学品和大部分二氧化碳除去，各自变成高纯度(例如浓缩)流。可以使用其他分离器，并且可以除去其他化合物，例如氰化氢(HCN)或氨(NH3)。可以俘获高度浓缩的二氧化碳流用于螯合或者用于设备中或管道输送以外部使用，例如用于提高采收率法采油。高度浓缩的含硫化合物流可以被处理用于填埋，以产生可用的固体硫，或者产生可用的含硫化合物，例如硫酸。

[0014] 气体产物流可以包括：一种或多种不可冷凝气体或化学品，例如甲烷、乙烷、乙烯、一氧化碳、二氧化碳和/或氢气。不可冷凝物流还可以进一步加工以产生用于生产其他化学产物(例如但不限于甲醇、混合醇和/或费托(Fischer Tropsch)产物)的合成气。这种不可冷凝物流可以用作过程中的燃料，例如为过程或者设备的其它操作单元提供热量。例如，将气体产物(例如甲烷、乙烯、乙烷、氢气等)作为循环气体或第二通过流穿过热解器可以是有益的。再循环气体产物可以向反应器中提供另外的热和/或氢(因为煤通常含氢量低)。液体流可以作为合成原油俘获，或被进一步分离以将可用的烃化学品提取成两个或更多个化学品流。

[0015] 此外，将燃料气体从外部源引入热解器可能是有利的。例如，可以从外部来源添加天然气和/或天然气液体(例如丙烷、丙烯、丁烷、丁烯、异丁烷、异丁烯等)。这些添加的燃料气体将用于提供流化气体和增加有用燃料的产量的双重目的。如果设施(例如，设备)靠近所谓的“闲置气体”储备，其中这样的组分通常通过火炬处理，这将是特别有益的。这种天然气、天然气液体和其他可冷凝烃的混合物通常被称为“湿气”。为了本专利的目的，“湿气”将被理解为天然气、天然气液体和其它可冷凝烃的混合物。

[0016] 这种共生产可有利地提供协同益处。在该方法中，在煤和高级烃中存在的自由基将催化这些燃料气体的热解，有效地与选煤同时进行气体-液体转化。这对甲烷热解特别有利，甲烷热解在没有自由基存在的情况下极难进行。自由基将从甲烷到高级燃料的单程热解转化率从<1％增加到约10％。

[0017] 另一个实施方式涉及使用催化剂将碳质材料转化为多种可用产物的系统和方法。碳质材料可以包括煤(例如，低级煤)、生物质、废物、沥青或任何两种或更多种碳质材料的组合。在进入热解反应器之前，可以对碳质原料进行预处理，例如通过粉碎以调整(例如，研磨、还原等)原料碳质材料的颗粒大小和/或者进行干燥以降低原料碳质材料中的水分含量。

[0018] 热解反应器可以配置为移动床、夹带流动床、流化床或任何合适的反应器，其中所有固体材料(例如碳质材料、催化剂等)移动通过这些反应器。可替代地，热解反应器可以配置为固定床或任何合适的系统，其中催化剂在与进入和离开反应器的碳质材料进行反应的期间保持静止。

[0019] 除了固定化催化剂反应器(其中只有改质固体产物流的单一固体流离开反应器)外，离开热解反应器的固体材料，包括改质固体产物和废催化剂，被分离成至少两个固体流(即固体-固体分离)，其包括主要为改质固体产物的第一流和主要为废催化剂的第二流(例如，催化剂流)。固体材料的固体-固体分离可以部分或完全地在热解反应器内部原位进行和/或在离开反应器之后进行。换句话说，离开热解反应器的固体材料可以在反应器内部或外部分离。第一和第二流的固体-固体分离可以使用分级器或类似技术进行，例如根据粒度、质量和/或密度分离固体、静电分离技术或磁分离技术。

[0020] 包括废催化剂的催化剂流可以被送到再生器(例如，再生装置)，其中废催化剂通过燃烧任何残余的(例如，保留的或剩余的等)碳质材料被再生以主要产生再生的催化剂和燃烧的碳质材料的灰残余物。一部分废催化剂可以被送回反应器而不再生，或者可以被丢弃。可将携带氧气的气体(例如空气)引入再生反应器中以再生废催化剂并在再生反应器中燃烧剩余的碳质材料。从再生器离开的气流可以包括所得到的烟道气。离开再生器的部分或全部烟道气可以用于直接或间接地向热解反应器、干燥器和/或系统的其它元件提供热量。离开再生器的一些或全部气体可用于将再生的催化剂输送到热解反应器。

[0021] 从热解反应器流出的非固体产物可以分离成至少两个流(例如，气体产物流和液体产物流)。液体产物流可以通过分离过程的化学改质进行作为进一步处理，或收集作为合成粗产物流，其可以被精制成化学成分(例如C5-C12)或烃，包括芳烃。气体产物流可以通过分离处理成多个可用工艺流(包括不可冷凝流)来进行化学改质进一步处理，或者将气体产物流在设备内使用，例如作为气体燃料或作为另一产物流收集。

[0022] 一些或所有不可冷凝气体产物流可以为了热值而燃烧。该热可以用于碳质原料的预处理、热解反应器中或设备中的其他地方。

[0023] 一些或所有气体产物流可以被引入酸性气体去除系统中，其中携带硫的化合物和/或含氮化合物(例如氨和氰化氢)和/或二氧化碳被分离。含硫化合物可以进一步处理并作为可用的含硫化合物(例如但不限于元素硫和/或硫酸)销售。二氧化碳流可以被隔离，或用作可用产物，例如但不限于用于提高采收率法采油。

[0024] 在至少一个实施方式中，提供了用于将煤转化为改质煤产物的选矿系统，并且所述选矿系统包括热解反应器、第一分离器、再生器和第二分离器。热解反应器具有一个入口，该入口接收煤和催化剂。热解反应器从煤和催化剂产生气体产物流和改质煤产物流(其包含废催化剂和改质煤产物)。第一分离器分离改质煤产物和废催化剂。再生器具有一个入口，该入口接收从第一分离器分离的废催化剂。再生器除去废催化剂中的至少一部分的任何未热解的煤、焦炭和其它碳质材料。第二分离器具有一个入口，该入口接收来自热解反应器的气体产物流，并且第二分离器从气体产物流中产生液体产物和气体产物。保留在改质煤产物中的灰的重量可以是引入热解反应器中的煤中的灰的重量的至少60％。附图说明

[0025] 图1是将碳质材料转化成一种或多种可用产物的系统和方法流程的一个说明性实施例的示意图。

[0026] 图2是将碳质材料转化成一种或多种可用产物的系统和方法流程的另一个说明性实施例的示意图。

[0027] 图3是将碳质材料转化成一种或多种可用产物的系统和方法流程的另一个说明性实施例的示意图。

[0028] 图4是将碳质材料转化成一种或多种可用产物的系统和方法流程的又一个说明性实施例的示意图。

[0029] 图5是一个图表，比较了通过分别使用催化剂和砂的实验系统产生的各种产物的产率。

[0030] 图6是另一个图表，比较了通过分别使用催化剂和砂的实验系统产生的各种产物的产率。

[0031] 图7是又一个图表，比较了通过分别使用催化剂和砂的实验系统产生的各种产物的产率。

[0032] 图8是配置成提供固体-固体分离的热解反应器的一个示例性实施例的横截面图。

[0033] 图9是图8的热解反应器的一部分的透视图。

[0034] 图10是图8的热解反应器的一部分的另一透视图。

[0035] 图11是配置成提供固体-固体分离的热解反应器的另一个示例性实施例的局部横截面/透视图。

[0036] 图12是配置成提供固体-固体分离的热解反应器的另一个示例性实施例的示意图。

具体实施方式

[0037] 为清楚起见，在讨论本申请中公开的各种实施方式之前，将详细地定义和讨论本申请中使用的若干术语。术语“固体碳质材料”(例如：SCM、碳质材料或CM)是在标准温度和压力下(25℃、1巴绝对压力)为固体的材料，其包括和/或产生碳和/或烃。固体碳质材料的非限制性实例包括煤、泥炭、褐煤、生物质、焦炭，半焦炭、石油焦炭、焦油或沥青。除非另有说明，术语“碳质材料”是指“固体碳质材料”。固体碳质材料的术语“挥发性物质”、“水分”(例如水)、“固定碳”和“灰分含量”应意指如美国材料与试验协会3172标准(ASTM 3172)中定义的近似分析确定的值。术语“改质固体碳质产物”(例如，改质固体碳质材料)是指相对于起始碳质材料具有以下九种特性中的一种或多种的任何材料。第一，根据ASTM D5865方法(按收到基样，例如包括水分、灰分和其它不可燃材料)确定的较高的热值(在本申请中缩写为“HHV”)。第二，根据ASTM D5865方法(干基，其中水分通过ASTM 3172方法测定)确定的较高的热值。第三，根据ASTM D5865方法(干燥、无灰基，其中水分和灰分通过ASTM 3172方法测定)确定的较高的热值。第四，根据ASTM D3172方法确定的较低挥发性物质。第五，根据ASTM D4239方法确定的较低的总硫含量。第六，根据ASTM D2492方法确定的较低的有机硫含量。第七，根据ASTM D2492方法确定的较低的硫酸盐含量。第八，根据ASTM D2492方法确定的较低的黄铁矿硫含量。第九，根据ASTM D3172方法确定的较低的水分。此外，与任何特定材料(例如，煤、生物质等)一起使用的术语“改质”也将如上所述来定义。应当理解，除非另有说明，否则术语“改质碳质产物”指的是“改质固体碳质产物”。

[0038] 当提及“保留”和其它相当的术语(例如，保留的和留住的)时，应注意，如本申请中所公开的方法，其从根本上将原料材料(包括固体碳质材料)转化为固体碳质产物。因此，通常来说考虑固体碳质原料中的每种组分保留在固体碳质产物中的多少比考虑固体碳质产物中组分的绝对重量分数更加准确。因此，术语“保留”表示给定组分的一部分，该给定组分在包含改质碳质产物中的固体碳质原料中。例如，组分X的保留，可以在本文中(例如，在表中)作为包含在改质碳质产物中的kg组分X除以包含在固体碳质原料中的100kg组分X来讨论。因此，它可以被认为是未转化的重量分数。例如，如果将100kg含按重量计3％硫的煤转化为60kg含按重量计3％硫的改质煤，则硫的保留为60kg/100kg硫原料，因为煤原料含有3kg硫，而改质煤产物含有1.8kg硫。术语“脱灰机”是指降低固体碳质材料中的灰分含量的任何装置。

[0039] 固体碳质材料热解的一个目的是形成更高价值的燃料和有机化学品。因此，期望使原料固体碳质材料中的有机组分的转化率最大化至所需的最终状态。然而，实际上，几乎所有天然存在的(例如，生物质基和化石基)固体碳质原料含有结合到固体碳质材料中的灰分-无机材料。这种灰分是非常稳定的，并且在固体碳质材料的大多数化学转化(例如燃烧、气化、热解)中，当固体碳质材料转化时，灰分从固体碳质材料中释放出来。例如，在燃煤蒸汽发电站中，这种灰分可以表现为炉渣或飞灰副产物。

[0040] 这种释放的灰分(例如“游离灰分”)在催化转化中尤其成问题。催化材料通常高度设计用于具体的和/或受控的选择性和活性。这是通过设计催化剂表面化学和形态、包括其孔隙率和结构来实现的。灰分干扰所有这些关键特征。灰分中的无机离子可以操纵活性位点的表面化学，并且灰细粉通常可阻塞孔隙并改变形态。这导致许多不利影响，其中几个在本文中讨论。第一，由于催化剂的活性和/或可用表面积的减少而造成的活性降低可导致反应器的生产率降低和产物的产率降低。第二，可能发生中毒，需要更频繁的催化剂再生，或者甚至更严重的是，废催化剂的不可逆失活需要用新催化剂补充，这造成过多的浪费和不经济的方法。第三，对所需产物的选择性可能降低。例如，对所需轻质烃和BTEX(如下文定义)的选择性由催化剂的形状和表面活性决定。孔径的变化将降低对这些材料的选择性，导致不受控制的热裂解。第四，不需要的副产物可能会增加。在不存在催化剂的情况下，不受控制的热裂解导致产生许多不需要的材料，例如焦油和含杂原子的有机物(例如苯酚，其对人有毒，并且在许多下游精制操作中也是毒物)。

[0041] 各种焦油馏分是已知的。例如，这些包括氨液(沸程约100℃)，轻油(沸点范围100℃至约170℃)并且可能含有苯、甲苯和二甲苯等材料，中间油(沸程170℃至约230℃并且可能含有较低的萘馏分，重油(沸点范围为230℃至约270℃)并且可能含有较高的萘馏分，绿油(沸点范围为270℃至约360℃)并且可能含有任何馏分，以及沸点高于360℃的残留物或“沥青”。

[0042] 同样地，古德曼(Goodman)等人在其1953年题为“在精密实验室设备中的煤低温碳化试验(Low Temperature Carbonization Assay of Coal in a Precision Laboratory Apparatus)”的报告中，针对炭、焦油、水、轻油和气体组分的产物产率，使用费歇尔(Fischer)测定方法来确定各种类型的煤的主要热解产物。轻油组分被描述为包含不同量的苯、甲苯、二甲苯和芳香族石脑油以及少量的二硫化碳、萘、不饱和烃以及饱和链烷烃。基于费歇尔分析法，焦油含有比轻油更高的烃组分，高级烃主要由大于约C10的碳原子、沸程高于约270℃的烃分子组成。为了本申请的目的，“焦油”或“焦油产物”应理解为由该参考文献定义(即含有大于10个碳原子的烃，和“非焦油轻油”或“非焦油轻油产物”或简称为“轻油”、“轻油产物”应理解为是指含有10个或更少碳的任何烃。典型的未催化的煤热解方法倾向于轻油产物与焦油产物获得相对低的产物重量比，其在大约0.08-0.25的范围内远小于1；而本申请的方法倾向于轻油产物与焦油产物获得相对高的产物重量比，其远大于1，在约5-1000或更大的范围内。另外，在本申请的方法中，产生较低水平的苯酚(和其它含杂原子的有机物)。不希望被任何具体理论或解释的束缚，活性催化剂的存在似乎降低了产生的苯酚的量。例如，在图7中，我们可以看出，与使用催化剂相比，当使用砂(很少或没有使用催化活性)时，酚水平更高。甚至更有利的是，当使用催化剂时(与当使用具有很少或没有催化活性的砂时相比)，产生的甲苯水平增加，使得产生的甲苯按重量计大于产生的苯酚(即，产生的苯酚按重量计小于产生的甲苯)。另外，在表2(下文)中，我们可以看出，没有在任一示例性实施例中观察到苯酚或任何其它杂原子。总之，不希望受任何理论或解释的束缚，我们认为两个主要因素有助于这种优越的性能：1)存在活性催化剂，和2)任何在改质碳质材料产物中产生的焦油的螯合(例如吸收和/或吸附)，通常改质碳质材料产物随后作为燃料被无害化燃烧。

[0043] 根据我们的工作解释，活性催化剂的存在对于该方法的优异性能是重要的。进一步相信，与以前的方法相比，本申请的方法对所需产物具有优异的可操作性和选择性，因为与之前的方法相比，释放的灰分少得多。灰分释放的减少被认为部分是由于有意限制原料固体碳质材料的转化水平以使产物碳质材料中的大部分灰分得以保留。因此，催化剂暴露于比先前方法少得多的“游离灰分”中。有意限制固体碳质原料的转化是一个独特的方面(并且有些违反直觉)。尽管转化尽可能多的固体碳质原料的经济性和生产率可能是引人注目的，但是相信控制转化率使得产生最小化的游离灰分比最大化固体碳质原料的转化具有更大的益处。

[0044] 术语“不可冷凝(燃料)气体”是指任何不能在40℃下通过加压成液体(即具有低于40℃的临界温度的气体)而冷凝的材料。此外，在与空气或氧气反应时释放热量的不可冷凝气体在本文中被称为“不可冷凝燃料气体”。

[0045] 术语“可冷凝燃料”，例如：液化石油气(LPG)，是在与空气或氧气反应时释放热量、并且在40℃下通过加压可冷凝、但不具有多于7个碳原子且不是芳族的气体。

[0046] 术语“轻质烃”是任何如本文所定义的不可冷凝燃料气体或轻质可冷凝燃料。

[0047] 术语“BTEX”表示苯、甲苯、乙苯、间二甲苯、对二甲苯或邻二甲苯。

[0048] 术语“含杂原子的有机物”是带有硫、氧和/或氮的任何有机分子。

[0049] 术语“高级烃”是任何如本文所定义的不是轻质烃或BTEX的烃。

[0050] 术语“重量时空速度”(WHSV)表示底物的进料速率(重量/小时)除以包含在反应器中的催化剂的重量。重量时空速度具有单位hr-1。如本文所用，重量时空速度将基于以干重计的煤的每小时进料和反应器中所含的催化剂的重量。催化剂的重量将以两种方式之一来确定。对于没有除去或加入催化剂的反应器(例如间歇式或固定床反应器)，催化剂重量将是加入反应器中的催化剂的初始重量。对于某些反应器(其中的一些或所有催化剂被连续地淘析)，催化剂重量将是反应器中催化剂的稳态重量，其中稳态由通过输入等于离开量(按重量计)的新鲜催化剂来定义。这通常被称为催化剂“滞留”，并且可以通过流化床或提升管反应器的已知相关性来测量或估计。

[0051] 术语“催化剂活性”表示在给定量的时间内由每催化剂重量转化的挥发性物质的重量。催化剂活性可以通过将WHSV乘以反应器中挥发性物质的分数转化率来计算，或者通过等效地WHSV*(1-挥发性物质的保留)来计算。

[0052] 术语“新鲜催化剂”表示在反应条件下从未暴露于反应物的催化剂，例如从供应商处获得的新催化剂。

[0053] 术语“废催化剂”表示在相同的反应条件(例如：温度、压力、入口流量)下，相比于其最初暴露于该方法时具有更低活性的任何催化剂。这可能是由于多种原因造成的，催化剂失活的原因的几个非限制性实例是：焦化或碳质材料吸附或积聚，金属(和灰分)吸附或积累，磨损，形态变化(包括孔径变化、阳离子或阴离子取代)，和/或化学或组成变化。

[0054] 术语“再生催化剂”表示将如上所定义的已经失效的催化剂进行将其活性增加至高于其作为废催化剂的水平的方法，如上所述。这可能包括例如如上所述的逆转化或除去污染物作为活性降低的可能原因。再生的催化剂可以具有大于或等于新鲜催化剂的活性，但是典型地，再生催化剂具有在废催化剂和新鲜催化剂之间的活性。

[0055] 术语“HERB”是代表混合、淘析、提升床的首字母缩略词。具有两种固体(这两种固体具有不同密度或粒度)的任何反应器以这样的方式操作：将固体之一基本上从反应器中淘析(即，大部分颗粒夹带在流体中并以提升管模式进行)而另一种固体基本上是流化的、但在反应器中没有被淘析，如在鼓泡床反应器的非限制性实例中。图9-13是HERB热解反应器的非限制性实施例。

[0056] 术语“热解”是指在不存在氧的情况下、在升高的温度下的有机物质的热化学分解。通常，有机物质的热解产生气体(和当气体产物温度降低时的液体产物)，并留下富含碳含量的固体残余物：炭。热解不同于其它高温工艺，如燃烧和水解，因为它通常不涉及与氧、水或任何其它试剂的反应。如本文所用，热解应进一步规定以排除高压(超过4巴)蒸汽的有目的地添加(通常称为“重整”)，以及高压(超过4巴)氢气的有目的地添加(通常称为“加氢处理”)，但这些技术可用于热解产物的后热解以进一步改质。此外，如本文所使用的，热解不应排除：在较低压力下与试剂一起添加的水或氢，或作为与试剂的混合物的一部分的水或氢(包括但不限于加入到气体流化介质中的水或吸附在固体碳质材料或催化剂上而携带到热解反应中的水)。

[0057] 煤的所谓近似分析是对通过一系列规定或标准测试方法来确定的水分、灰分、挥发性物质和固定碳的测定。它是确定当煤样品在特定条件下加热时获得的产物的分布的简单方法。根据定义，煤的近似分析将产物分成四组，其为(1)水分；(2)挥发性物质，其由在热解期间驱除的气体和蒸气组成；(3)固定碳——煤的非挥发成分；和(4)灰分——燃烧后剩余的无机残留物。用于近似分析的标准测试方法(ASTM D-3172)涵盖与煤和焦炭的近似分析相关联的分析方法，并且实际上是三种性质的每一种的确定和第四种的计算的组合。水分、挥发性物质和灰分都通过使煤在规定的时间间隔内经受规定的温度水平来确定。根据规定，重量损失是由于水分损失(在约107℃下1小时)和挥发性物质损失(在约950℃下7分钟)。在最终温度下点燃后剩余的残余物称为灰分。固定碳是100减去这三个值的总和后的差。在低挥发性材料(例如焦炭和无烟煤)中，固定碳值近似等于样品的元素碳含量。虽然这些程序最初是为煤开发的，但是相同的ASTM方法已经广泛用于生物质和其他有机物质。在本申请中，任何提及到关于接收或合成任何固体碳质材料上的挥发性物质、固定碳、灰分和水分将被理解为通过该方法测量。

[0058] 因为如上所述的挥发性物质的测试方法以这样的方式设计，以基本上驱除包含在起始材料中的所有挥发性物质，该方法可以被描述为完全热解；而部分热解的特征在于挥发性物质的部分释放，并且部分热解通过将热解条件调节到更温和的条件(例如，<950℃的较低热解温度和/或<7分钟的较低的热解时间)来实现。

[0059] 煤的挥发物值对于选择特定类型的燃煤设备和与设备一起使用的煤之间的最佳匹配来说很重要。这些值对于燃料工程师在建立和保持适当的燃烧速率方面是有价值的。作为一般观察，低挥发性无烟煤不像高挥发性烟煤一样快地燃烧，因此，这两种燃料类型在给定的锅炉配置上不一定可互换。因此，热解煤中保留的挥发性物质的量是重要的品质因素，包括在确定其作为锅炉燃料的适合性上。例如，如果产物煤过热解为半焦炭或焦炭状产物，则这可能限制其作为锅炉燃料的流出选择，即使其可以用于冶金应用，例如炼钢。

[0060] 固体碳质材料可以在进入催化热解器之前进行预处理。预处理步骤可以以提高起始碳质材料在催化热解器中的反应性和/或提高催化热解器中产生的产物的总质量的方式的目的来进行。一个这样的预处理实施例可以包括粉碎(例如，研碎)和分级起始碳质材料以增强起始碳质材料的热特性和传质特性。其它实施例可以包括：除去起始碳质材料中的水分(例如干燥)和/或灰分和矿物质组分(例如洗涤)，以促进预处理的碳质材料在催化热解器中的高反应性(例如，增强催化热解器中挥发性物质的释放和反应性)。

[0061] 当涉及反应器中的催化剂时，术语“固定”(例如“固定化”等)是指阻止催化剂离开反应器，不一定是催化剂在反应器内保持静止或固定。催化剂的固定可以通过许多方法实现，包括但不限于以下方法：第一，可以通过沉积、电镀或粘附将催化剂固定在反应器的填料、整料或壁上。第二，可以使用挤出物或者较大的催化剂颗粒或晶粒，使得催化剂不能被气流流化或夹带。第三，可以采用尺寸或质量排阻，其中催化剂可以被流化，但是不被流化气体携带或夹带，但是碳质反应物由流化气体携带(即“淘析”)。第四，尺寸排阻，通过筛孔尺寸(允许较小尺寸的碳质反应物通过但不允许催化剂通过)来阻止催化剂离开反应器。对于第三和第四种方法，催化剂没有固定位置，并且可以在反应器内移动，但是其限制在反应器中移动。

[0062] 当涉及改质固体产物或催化剂时，例如在主要为改质固体产物/催化剂的流中，术语“主要”是指多于50％。因此，主要为改质煤产物的流包括超过50％的改质煤产物。

[0063] 缩写HC用于指烃类，通常用于定义任何含有氢和碳原子的分子。我们也通常通过分子中包含的以Cx形式表示的碳原子数来表示烃，其中x是烃中所含的碳原子数。例如，C1、C2和C3将被理解为分别表示含有1、2或3个碳的任何烃。

[0064] 当提及固体、液体、气体或其任何组合的分离时，术语“分离”不一定意味着发生100％的分离。即使当纯分离可能是理想的时，应当理解，通常不能获得100％分离，因此实际上术语“分离”意指尽可能接近100％的分离。

[0065] 一般地参考附图，公开了煤的集成式热裂解和催化转化的系统和方法，以获得精选煤产物流，其水分、硫、汞、氮和氧含量显著降低，和获得基本上没有高分子量焦油和含杂原子化合物的富烃产物流。该方法将一组单元操作(包括催化热解反应器、催化剂再生单元和至少部分产物分离)与气体、液体和固体产物流结合。在该方法中包括固体-固体分离步骤，以将改质(例如，精选的)煤产物与废催化剂分离。该方法还可以包括气体分离器，例如酸性气体脱除装置(AGR)系统，其除去或分离气体产物流中不期望的化合物和/或元素。酸性气体脱除装置可以用于除去或分离例如二氧化碳(CO2)(没有热值)、硫化氢(H2S)、氨(NH3)、氰化氢(HCN)以及任何其他污染和/或携带硫的化合物中的任何一种或组合。通过气体分离(例如，酸性气体脱除装置)来分离的产物可以包括：含硫化合物流和/或高浓度CO2流，其可以用于提高采收率法采油、CO2封存或其它合适目的。

[0066] 如本文所公开的系统和方法可以将碳质材料(例如低级煤、生物质、沥青、固体废物或任何合适的携带碳的材料)转化为一组可用的产物，包括改质碳质产物以及气体和液体产物。当加热到热解温度时，碳质原料释放挥发性物质。较不合适的碳质材料将包括诸如焦炭，其基本上耗尽了其挥发物含量。催化热解反应器将部分或全部地把挥发性物质转化为气体产物，并且一些部分挥发性物质也可被转化为固体炭或焦炭残余物。与起始碳质材料相比，剩余固体材料是具有较高热值(较高能量密度)和较低污染元素(例如硫、汞和/或氮)的改质固体流。一些轻质烃化合物(例如C1至C3)可以共进料到热解器和/或从烃产物流回收并再循环回到热解器。

[0067] 如本文所公开的系统和方法可以利用例如热解反应器(例如，系统、单元等)、催化剂再生反应器(例如，系统、单元等)和/或固体-固体分离系统(例如，单元)的任何组合。可以在系统和方法中使用催化剂以将固体碳质材料转化为可用的气体产物、可用的液体产物、可用的固体产物或其任何组合。

[0068] 如本文所公开的热解反应器可以利用相对温和的温度并且持续时间短的方法，由此促进部分催化热解，与完全除去固体碳质材料的挥发性物质相反。温和温度热解反应器可以在约300℃约1100℃下操作。在一些实施方式中，热解反应器可以在约350℃至约850℃下操作。在其它实施方式中，热解反应器可以在约400℃至约700℃下操作。与其它技术相比，利用温和温度条件和部分热解方法的热解反应器提供了许多优点，本文中讨论了其中几种优点。第一，较温和的操作条件(例如，温度)的能量强度较低。第二，回收的气体产物流含有较少的焦油。例如，本申请的方法产生的轻油(例如，非焦油，其可以包括LPG)的量大于产生的焦油的量。根据一些实施方式，在(本申请的)方法中产生的轻油的重量与方法中产生的焦油的重量的比率大于0.3。根据其他实施方式，该比率大于1。如本文所公开的，热解反应器可以产生相对高的轻油产物与焦油产物的产物重量比，其远远大于1(例如5-1000，或更大)。这简化了产物处理和/或消除了在其它煤热解方法中遇到的焦油产生。第三，这些系统可以产生三个不同相的可用产物，其中每个可用于各种目的(包括但不限于燃料或化学前体)。例如，这些系统可以产生可用的固体产物(例如固体流)、可用的液体产物(例如液体流)、可用的气体产物(例如气体流)或其任何组合。固体流含有质量明显提高的固体碳质物质，其可以用作燃料或进一步加工，例如用于完全气化。流体流的物质的物理状态可以是液体或气体，这取决于具体流的温度和压力。流体流可包含一小部分高价值烯烃和芳烃，它们可作为现有炼油厂中待加工的合成原油而分离或批量出售。流体流还可以包含多种化学品，其可以在设备内用作燃料，或者可以分离为可销售的燃料(例如氢气、一氧化碳、LPG、液化天然气(NGL)等)，作为单体和/或后续化学方法的中间体。第四，通过在温和的温度条件下运行热解反应器，只有一部分挥发性物质将从起始固体碳质材料中释放出来，其余部分将保留在改质固体产物例如改质固体煤产物中，使得改质固体煤产物更适合下游燃烧操作。

[0069] 图1图解配置成使用固体碳质材料(例如低级煤)的系统100的说明性实施方式。如图所示，该系统包括粉碎机101，干燥器102，用于进行热解的组件(例如：热解反应器103、热解器等)，分离器(例如：冷凝器104、分级器105、产物分离单元106等)和再生器107(例如，再生组件、再生器单元、再生反应器)。煤通过管111(例如，输送机、管道等)被引入到粉碎机101中来进行预处理，以将煤的尺寸减小为合适尺寸的颗粒，然后将其传送到干燥器102中，例如通过管112。粉碎机101可包括入口113，其配置成将空气(例如，相对干燥的空气)引入到粉碎机中以帮助在粉碎期间干燥煤，和出口114，其配置成除去粉碎机101中相对湿的空气。在干燥器102中，煤颗粒经受干燥气体(例如空气)以降低煤颗粒中的水分含量。干燥器
102包括入口121(用于引入相对干燥的空气)和入口122(配置为从干燥器102流出相对湿的空气)。然后将干燥的煤从干燥器102传送到热解反应器103，例如通过入口管123(例如，第一入口)，入口管123将干燥器102的出口流体连接到热解反应器103的入口。

[0070] 在热解反应器103中，煤和催化剂接触。催化剂可以通过第二入口引入。根据一个非限制性实施例，反应器103包括第二入口132(配置为引入新鲜催化剂(例如，先前未反应的催化剂))和第三入口133(配置为将再生催化剂引入反应器103)。催化剂可以是酸催化剂、流化裂化催化剂、加氢裂化催化剂等。可以同时使用一种或多种催化剂类型。这种催化剂和载体可以包括但不限于：金属如Mo、Zn、Ga、Pt、W、Ni、V、Co、Mn或Cu；金属氧化物；碳基材料；和以上任何两种或更多种的混合物。此类催化剂和催化剂载体的示例性实例可以包括但不限于：钼、钯、钌、锇、镍、钴、铼、钼、锌、镓、钨、钒、锰、铜、或任何两种或更多种这样的金属的混合物或合金、天然沸石、合成沸石、碳纳米管、石墨烯、石墨、氧化铝和二氧化硅。在一些实施方式中，催化剂可以是微孔的(孔径最高至2纳米)。在其它实施方式中，催化剂可以是介孔的(孔径为2至50纳米)或大孔的(孔径大于50纳米)。并且在其它实施方式中，催化剂材料可以是微孔、中孔和大孔结构的任何组合的混合。

[0071] 虽然不一定是全部，但一些沸石可以具有通式Mx/n[(AlO2)x(SiO2)y]·mH2O，其中M是碱金属或碱土金属，x和y是每单位晶胞的四面体总数，其中对于氧化铝基沸石，y/x的比值为约1至约5，对于硅沸石，y/x为约10至约100。M为碱金属或碱土金属，n为1或2。式中Si/Al的比值可以在12:1至1000:1的范围内。在一些实施方式中，式中Si/Al的比值为14:1至500:1。在一些实施方式中，式中Si/Al的比值为15:1至250:1。在通式中，m是结晶的水分子数。其它合成沸石通常是已知的并且也可以使用。示例性沸石包括但不限于：具有AEL、BEA、CHA、EUO、FAO、FAU、FER、KFI、LTA、LTL、MAZ、MOR、MEL、MTW、LEV、OFF、TON、MWW、MCM和MFII拓扑结构的沸石。沸石还可包括例如但不限于：ZSM-5、PSH-3、ITQ-2、ZSM-12、MCM-22、MCM-36、MCM-49、MCM-56、MCM-58、MCM-68、H-β、HY、H-USY、H-MOR和HZSM-5。沸石的说明性晶胞组成包括但不限于：Na12[(AlO2)12(SiO2)12]·27H2O；Na6[(AlO2)6(SiO2)10]·12H2O；(Na,TPA)3[(AlO2)3(SiO2)93]·16H2O；Na86[(AlO2)86(SiO2)106]·264H2O；Na56[(AlO2)56(SiO2)136]·
250H2O；和Na8[(AlO2)8(SiO2)40]·24H2O，其中TPA是四丙基铵。也可以使用由框架类型代码(FTC)描述的其他框架。

[0072] 虽然不一定是全部，但是一些沸石具有式|Mx/n(H2O)y|[AlxSi(t-x)O2t]-IZA，其中客体种类列于大括号(“|…|”)之间，并且主体框架列于大括号(“[…]”)之间。M表示电荷平衡阳离子，x是晶胞中骨架铝原子的数目，n是阳离子电荷，y是吸附的水分子的数目，t是晶胞中骨架四面体原子的总数(Al+Si)，IZA是由国际沸石协会结构委员会(Structure Commission of the International Zeolite Association)指定的框架类型代码。

[0073] 如本文所公开的，用于系统和方法中的沸石可以进行后处理(例如通过脱铝或通过离子交换(例如将钠形式转化为H-形式(例如，H-β、H-Y、H-USY、H-MOR和HZSM-5)))。这样的脱铝沸石可以用于例如帮助促进乙烯低聚。另外，例如，沸石颗粒可以致密化(例如，后处理以增加颗粒的堆积密度)。

[0074] 催化剂可具有大范围的孔径(例如，平均孔径)。例如，催化剂可以具有约0.26至约0.74nm的孔径。这包括具有约0.26至约0.57nm、约0.28至约0.48nm、约0.31至约0.45nm、以及约0.51至约0.55nm、约0.53至约0.56nm，并且约0.65至约0.70nm的孔径的催化剂。例如，A沸石(例如，具有LTA结构)可以具有约0.41nm的孔径。另外，例如，P沸石(例如，具有GIS结构)可以具有约0.31×0.45nm的孔径。另外，例如，ZSM-5沸石(例如，具有MFI结构)可以具有约0.53×0.56nm的孔径。另外，例如，ZSM-5沸石(例如，具有MFI结构)可以具有约0.53×
0.56nm或约0.51×0.55nm的孔径。另外，例如，X沸石(例如，具有FAU结构)可以具有约
0.74nm的孔径。另外，例如，Y沸石(例如，具有FAU结构)可以具有约0.74nm的孔径。另外，例如，丝光沸石(例如，具有MOR结构)可以具有约0.65×0.70nm或约0.26×0.57nm的孔径。在本申请中提供的孔径是实例，并且本质上不是限制性的。

[0075] 热解反应器可以在约300℃至约1100℃下操作。碳质材料可以具有0.01秒至约5小时的停留时间。在一些实施方式中，停留时间为约0.1秒至约1分钟。热解反应器的催化剂装载量可以为约0.01g催化剂/g碳质进料至约100g催化剂/g碳质进料。在一些实施方式中，催化剂负载量为约0.05g催化剂/g进料至约20g催化剂/g进料。在又其它实施方式中，催化剂装载量为约0.1g催化剂/g进料至约10g催化剂/g进料。引入热解反应器中的碳质材料的加热速率可以为约0.1℃/秒至约1000℃/秒。然而，应注意的是，快速热解可涉及反应器中超过1000℃/秒的加热速率。

[0076] 同样如图1所示，固体通过管134从热解反应器103的出口到分级器105。热解反应器103可以包括其他出口。例如，气体产物可以从热解反应器103的第二出口通过管线135(例如，管)到达例如冷凝器104而移出，用于进一步处理(例如分离)。分级器105配置成分离通过由分级器的第一出口151回收的改质煤产物和通过分级器的第二出口171回收的废催化剂。

[0077] 根据一个示例性实施方式，热解反应器是流化床，其中煤和催化剂在所需的反应停留时间内悬浮在气相中并混合。可以在反应器中分离固体以产生主要含有改质煤的第一固体流和主要含有废催化剂的第二固体流。改质煤通常是指：当烧掉(例如，燃烧)时，通过例如除去水分和/或污染物以提高效率和/或减少煤排放而改变(例如改进)的低级煤(例如，次烟煤、褐煤等)。作为一个实施例，煤的催化热解可以在约350℃至约850℃的温度下进行，并且其在催化过程期间可具有0.1秒至约1分钟的停留时间。

[0078] 可以将改质煤的第一固体流从反应器中取出用于进一步处理或使用。例如，为了将改质煤运输至别处，改质煤可以是粒状的或块状的。另外，例如，改质煤可以在设备内用作固体燃料。固体产物流可以携带一定量的废催化剂。可以含有一些改质煤的第二固体流(例如，用过的催化剂流)通过例如管道或输送器转移(例如，输送)到再生器，其在再生器中与空气或任何合适的含氧气体混合以除去废催化剂上的任何焦炭和/或残余煤，以再生催化剂。

[0079] 如图1所示，废催化剂通过分级器105分离，并经由管线171(例如管)送入再生器107，以废催化剂流的形式用于再生(例如恢复(rejuvenation)等)。废催化剂流可以直接来自热解反应器，例如用于在内部执行固体-固体分离的热解反应器。可以将含氧气流引入再生器107，再生器107可以用于燃烧废催化剂流中被携带到再生器107的所有或几乎所有可燃物质(例如焦炭、煤等)。再生器107包括一个入口，气流通过该入口进入再生器。气体入口可以与废催化剂流入口相同或不同。例如，气体(例如，空气)可以通过气体入口172引入。再生器还包括：出口管线174(例如，管)，再生的催化剂流通过管线174流出以进入热解反应器。在再生器中，引入空气或另一种合适的携带氧气的气体用于燃烧废催化剂中至少一部分焦炭/煤，以再生废催化剂。再生器107可以包括出口173，再生器通过其流出气体，例如烟道气通过出口173离开再生器。任选地，至少一部分再生器出口气体可用于将再生的催化剂携带到热解反应器。再生催化剂的少量吹扫可用于阻止灰分或其它杂质的积累。例如，吹扫阀175可以在出口管线174和管道(其将吹扫阀175的第一出口连接到热解反应器103的第三入口133)之间以串联方式提供。吹扫阀175的第二出口176配置成使已吹扫的催化剂从系统中通过。

[0080] 一旦再生，催化剂可以返回到热解反应器103用于煤的进一步催化热解。例如，再生的催化剂可以经由第三入口133再引入热解反应器103中。热解反应器103可以包括另外的或更少的入口和/或出口。例如，反应器可以包括第一和第二出口，其中固体流被配置成通过第一出口离开反应器，并且流体流被配置成通过第二出口离开反应器。

[0081] 离开再生器的一部分气体可以包括：一部分催化剂(例如细粒)，其可以被回收并与再生催化剂流中的再生催化剂的一部分进行再结合、或直接引入热解反应器中以保持期望的催化剂-煤比例。催化剂与煤的比例可以为例如约0.001g催化剂/g碳质进料至约100g催化剂/g碳质进料。在一些实施方式中，催化剂与煤的比为约0.01g催化剂/g碳质进料至约100g催化剂/g碳质进料。在其它实施方式中，催化剂与煤的比率为约0.05g催化剂/g碳质进料至约20g催化剂/g碳质进料。在其它实施方式中，催化剂与煤的比率为约0.1g催化剂/g碳质进料至约10g催化剂/g碳质进料。在催化剂再生循环中可以包括其它反应性或非反应性固体作为热源。例如，砂可以与催化剂一起再循环，其中砂在再生器中吸收过量的热。热砂被携带到热解反应器中，其中其热量被进入的碳质固体材料吸收。

[0082] 从热解反应器出来的流体产物流可以被转移到下游用于进一步处理。例如，流体产物流可以被转移到一组单元操作，其中流体产物流被分离成一个或多个液体烃产物流、一种或多种气体产物流、一种或多种水性流、和/或以上这些流中任何两个或更多个的组合。如图1所示，流体产物流从热解反应器103传送到配置成用作影响气体-液体分离的部分冷凝器的系统(例如冷凝器104)。冷凝器104还可以起到液体-液体滗析器的作用，由于不混溶性，其允许水性液体相与烃液体相分离。如图所示，气流通过例如管线141(例如，出口管)从冷凝器104的出口通到产物分离单元106，以用于进一步处理。根据示例性实施方式，有机液体通过冷凝器104从水性液体中分离，其中有机液体经由第二出口管线142(例如，管)从冷凝器104除去，并且水性液体经由第三出口管线143(例如，管)除去。部分或全部的每种水性液体流和/或烃液体流可以在例如设备(例如设施)中的其它系统或方法的下游使用。在一个这样的实施例中，至少一部分水性液体流和/或一部分烃流可用于压块煤产物流。液体烃流可以包装为合成原油，或者进一步分离成特定的产物流，例如富含BTEX和/或BTX(例如，芳族烃(例如但不限于苯、甲苯和三种二甲苯异构体)的混合物)的流。液体烃流也可以通过在其它化学反应器中的化学改质进行进一步处理，例如用于任何携带氧的产物的脱氧目的。气体产物流可以在设备中用作燃料或分离成一种或多于一种可用产物流。

[0083] 作为气体和液体产物的分离单元的一部分，产物流可以通过酸性气体去除系统处理，以捕获携带硫的化合物、含氮化合物(例如氨或氰化氢)和/或二氧化碳。富含二氧化碳的流可以被隔离、销售和运输，或用于提高采收率法采油。如图1所示，CO2流可以通过产物分离单元106来分离并经由第一出口管线161(例如，管)除去。含硫化合物可以在作为载硫产物(例如，作为元素固体硫、硫酸等)包装之前进一步加工，或送至填埋场。同样如图1所示，含硫化合物可以通过产物分离单元106分离并经由第二出口管线162(例如，管)除去。酸性气体去除系统可以是流体产物流离开热解反应器的第一分离方法之一，或者可以在分离方法中的更下游。其他化合物/产物也可以被回收。例如，产物分离单元106可以配置为从气流中分离烃，并且使回收的烃经由第三出口管线163(例如，管)通过。

[0084] 来自系统中其它过程的热量可以用作输入热量到热解反应器中，例如加热碳质材料。例如，来自热再生催化剂的热量可用于提供热量并在热解反应器中保持所需的温度。另外，例如，离开催化剂再生器的烟道气可以用于直接或间接地向干燥器和/或热解反应器提供热量。离开再生单元的烟道气可与一些气体产物流混合并燃烧以产生用于干燥器、热解反应器和/或设备中的其它装置、方法或单元的热量。烟道气与一些可燃气体的混合可以有利地进一步降低烟道气中的氧含量。不可冷凝气流可以与来自设备内的空气、新鲜空气和/或过程中的空气燃烧以向干燥器、热解反应器、再生反应器和/或设备内的其它装置、方法或单元提供热量。该燃烧气体也可以用于产生蒸汽，例如用于在设施内使用。

[0085] 根据一个实施方式，再生反应器使用纯氧气流或富氧气流来燃烧废催化剂或携带到再生反应器中的碳质物质上的全部或大部分可燃物质。根据另一个实施方式，将贫氧(例如，其中氧含量稀释至小于2％)流与再生器一起使用。根据其它实施方式，使用氢气、蒸汽、CO2、CO或其任何这些的组合来除去废催化剂中碳。在又一个实施方式中，将氧气与前述化学品混合以除去废催化剂上的焦炭。在所有这些实施方式中，离开的气流可以富含CO2，并且可以分离用于螯合、提高采收率法采油或其它合适的目的。根据一个实施方式，通过燃烧、蒸汽和还原气体中的至少一种，除去催化剂中的至少一部分的任何未热解的煤、焦炭和碳质材料。

[0086] 根据一个实施方式，将热解反应器中的固体从反应器中移出并且非原位分离成主要的固体流和主要的废催化剂流(例如，具有大于50％催化剂的流)。由于催化剂的成本明显高于碳质材料，因此希望催化剂尽可能多的保持和循环。因此，可以调整固体-固体分离以使与固体流混合的催化剂的量最小化，甚至以增加与废催化剂流混合的碳质材料的量为代价。根据示例性实施方式，在固体-固体分离期间，捕获按重量计百分之八十(80％)或更多的废催化剂。优选地，在固体-固体分离期间捕获按重量计90％或更多的废催化剂。

[0087] 这种固体-固体分离可以通过许多分离方法进行，包括但不限于分级器、磁分离、静电分离或任何两种或更多种这样的分离方法的组合。例如，碳质材料和催化剂的粒度分布有意地不同，允许适当的分级技术根据粒度、重量和/或密度的差异来分离两种固体。在一个这样的实施例中，进入热解反应器的碳质材料的平均粒径为约100μm至约300μm。在另一个这样的实施例中，碳质材料具有约10μm至约100μm的平均粒径。在一个实施例中，进入热解反应器的催化剂的平均粒径为约300μm至约500μm。在另一个这样的实施例中，催化剂具有约500μm至约1000μm的平均粒径。分级器用于有效地将改质固体产物与催化剂分离。在另一个实施方式中，在再生的催化剂流返回到热解反应器之前，还可以分离离开再生器的固体流，以除去全部或一些灰分和/或杂质。例如，固体流可以脱矿质和/或脱金属以除去杂质。湿法、固液法或任何其它合适的方法可用于再生废催化剂。作为补充催化剂的“新鲜”催化剂可以由供应商提供，其已经通过其它来源(例如，重新使用本申请中讨论的热解方法中的催化剂或重新使用来自常规流化催化裂化(FCC)方法)将废催化剂进行再生和/或脱金属。换句话说，“新鲜”催化剂不必仅由“新鲜”(例如未反应的)催化剂组成，而可以是“新鲜”催化剂和再生催化剂的混合物。

[0088] 一些或所有空气流可以在系统(例如，系统的过程)或设施中的其他地方使用。例如，离开粉碎机的空气可以用作锅炉中的过度燃烧空气以减少炉中的NOx(例如一氧化二氮、一氧化氮等)的产生。类似地，来自再生器的烟道气和来自热解反应器的轻质气体产物(CO、H2、甲烷、乙烷和乙烯)可以在炉中使用，并且可以与其它化学物质混合，以获得其热值和作为再熔流或化学剂注入来用于脱-NOx的目的。

[0089] 在任何上述实施方式中，热解反应器可以配置为使得催化剂和碳质固体材料以受控的速率(例如，流速、移动速率等)进入和离开热解反应器。在另一个实施方式中，热解反应器可以配置为使得当固体碳质材料进入和离开反应器时催化剂固定在热解反应器内。在任一实施方式中，载气可以用于或不用于通过反应器来气动输送可移动固体，并且可以用于或不用于流体动力学地增强反应器中的混合和化学转化。使用反应器中的固定化催化剂，不需要进行非原位固体-固体分离。

[0090] 图2和图3图解了说明性实施方式，其是配置成从原料(例如，碳质原料(例如煤))产生可用固体流、可用液体流和/或可用气体流的系统。除了每个系统配置为将再循环气体(其取自系统中的另一过程)引入热解器中之外，图2和图3显示的系统类似于图1的系统。因此，在图1至3中使用相同参考数字，以识别相同元件(例如，部件、组件等)。

[0091] 图2的系统利用再循环气体，其已经通过气体-气体分离器(例如，产物分离单元106、酸性气体脱除装置)与其它气体分离。然后将气流——其在气体-液体分离器(例如冷凝器)中与可用液体分离——分成两个或更多个可用气流，并且之后至少一部分的一个或多个可用气流作为回收气体回到热解器。如图2所示，来自气体-液体分离器的气流通过产物分离单元106分离成三个可用的气流，其中第一个是CO2流161，第二个是含硫气流162(例如H2S)，而第三个是烃气流163。烃气流163的至少一部分通过例如管线265(例如，管)输送到热解器203以在其中使用。例如，气体-气体分离器可以分离甲烷，其中一部分被引导到热解器203，并且剩余部分被回收用于别处。系统200可以可选地包括阀或其它合适的装置，这些装置将例如可用的气流(例如，烃气流)分离成两个单独的流，使得一部分用作再循环气体而另一个用于其他地方。系统200可以可选地包括阀，以吹扫部分在产物分离单元和热解器之间的再循环气流。如图2所示，第一阀264配置成控制通过管线265朝向热解器203的烃气流163的流动和用于其它目的而回收的烃气体的流动，并且第二阀266设置在管线265下游、以控制经由吹扫出口268来吹扫的气流的流动以及经由再循环管线267(例如，管)再循环回到热解器203的气流的流动。

[0092] 同样参见图2，并且根据一个实施方式，通过气体出口离开热解反应器203的气流包含不可冷凝的燃料气体。该气流可以进入例如酸性气体脱除装置系统，并且在其中除去所有的硫化合物和至少大部分二氧化碳气体。硫化合物可以被处理(例如填埋)或转化成可用的产物，例如固体元素硫或硫酸。CO2流可以进一步纯化或转移到其他地方用于其它目的，例如提高采收率法采油。然后可以进一步处理净化的气流以回收轻质分子量气体(主要是甲烷、乙烷、乙烯、氢气、CO)并用于流化热解反应器。将轻质分子量气体再循环回到热解器中的一个优点是：这些气体在热解器中具有第二相互作用，促使液体烃馏分的产率增加。将这些气体再循环回到热解器的另一个优点是它不需要引入另一种原料(例如用于流化和作为载气的氮气)，这降低了操作和设备成本。未在热解反应器中再循环的不可冷凝气体部分也可用于再生反应器、干燥器、热解反应器、或用于在锅炉中燃烧来进行添加热量和/或脱-NOx技术。不可冷凝气体也可以通过低温蒸馏或其它合适的方式分馏成单独的组分(例如甲烷、乙烷、乙烯、氢气、一氧化碳)并进一步加工、再循环或销售。

[0093] 图3所示的系统利用了未经气体-气体分离器(例如，产物分离单元、酸性气体脱除装置)分离的再循环气体。换句话说，至少一部分气流——其在气体-液体分离器(例如，冷凝器)中与可用液体分离——被直接送到(在气体-气体分离之前)热解器303作为再循环气体。气流的其余部分可以向下游送入分馏单元，例如低温蒸馏或其它合适的分离装置，以进一步将气流分离成多于一个的可用气体产物流。如图3所示，离开冷凝器104的气流经由管线341(例如，管)被管道输送到阀364，阀364控制经由管线366(例如，管)到产物分离单元106的气流的流动和经由管线365(例如，管)到热解器303的气流的流动。因此，阀364控制多少离开冷凝器104的气体作为再循环气体分配到热解器303，以及多少气体由产物分离单元
106在下游分配进一步处理。

[0094] 同样参照图3，根据说明性实施方式，再循环气体在进入产物分离单元106之前从第一冷凝器104出来。在分离单元之前回收再循环气体的主要优点是：分离单元的尺寸可以较小，因为它们不处理再循环气体。较小的尺寸减小了设备尺寸和成本，并且降低了分离的能量需求。与图2中的实施方式一样，进入热解反应器的轻分子量气体促进液体烃馏分的热解产率增加。

[0095] 在其他实施方式中，热解反应被分段到多于一个反应器系统中。图4示出了这种分段反应器系统的实施例。如图所示，系统包括第一热解组件403(例如，第一热解器、第一反应器等)，其中碳质原料材料(例如煤)被热解以产生气体热解产物流和固体产物。气体产物流经由第一出口管435从第一热解组件403传送到第二热解组件408。固体产物经由第二出口管434从第一热解组件403转移到分级器105。

[0096] 如图4所示，第一热解组件403中的热解反应是催化反应。在催化的第一热解组件中，催化剂可以是新鲜的(即新的)催化剂、再生的催化剂(例如来自再生器的)或其任何组合。由第一热解组件403产生的固体产物经由管线434(例如，管)输送到下游固体-固体分离器(例如分级器105)，以分离废催化剂和改质固体产物(例如改质煤)。由第一热解组件403产生的气体热解产物流经由管线435(例如，管)输送到下游的第二热解组件408(例如，第二热解器、第二反应器等)。类似于图2和图3，图4还包括：与图1至图3中使用的数字相同的参考数字，其旨在标识类似或共同的元件(例如，部件、组件等)。因此，在此不重复描述相同参考数字。

[0097] 如图4所示，第二热解组件408包括一个入口，其配置为接收来自第一热解组件(例如通过入口管线435)的气体产物流，并且在其中将气体产物流催化处理成气体产物和液体产物。第二热解组件408可以包括另外的入口。例如，第二热解组件408可以包括配置成经由管线481(例如，管)接收新鲜催化剂的第二入口和配置成经由管线482(例如，管)接收再生催化剂的第三入口。第二热解组件408可以包括一个或多个出口。例如，第二热解组件408可以包括：第一出口，通过该第一出口，气体产物经由管线484(例如，管)传送到冷凝器104；第二出口，废催化剂通过其经由管线483(例如，管)转移到再生器。因此，废催化剂可以被输送到再生器以再生废催化剂。图4图解了：第一催化剂再生器107，其配置为再生在第一热解组件403中使用的废催化剂；和第二催化剂再生器409，其与第一催化剂再生器107分离，并且配置为再生在第二热解组件408中使用的废催化剂。具有两个单独的再生器对于在两个热解组件中使用不同催化剂的系统来说可能是有利的。

[0098] 第二催化剂再生器409经由来自第二热解组件408的入口管线483(例如，管)接收废催化剂。含氧气流可以通过入口管线492引入再生器409，并且可以用于燃烧来自第二热解组件408的废催化剂中携带的所有或几乎所有可燃物质。再生器409还包括：出口管线494(例如，管)，再生的催化剂通过出口管线494离开再生器409。至少一部分再生的催化剂可以被送至第二热解组件408。再生器409可以包括第二出口491，再生器出口气体例如烟道气通过第二出口491离开再生器。任选地，至少一部分再生器出口气体可用于将再生的催化剂携带到热解反应器。再生催化剂的少量吹扫可用于阻止灰分或其它杂质的积累。例如，吹扫阀495可以以出口管线494串联方式，以使系统中已吹扫的催化剂经由管线496通过。管线482可以配置为将再生的催化剂引回到第二热解组件408。管线482可以在吹扫阀495的下游。

[0099] 尽管图4示出了两个单独的再生器，但是该系统可以配置为具有单个再生器，例如在两个热解器中使用相同的催化剂的情况。固体产物可以被送到第一下游工艺，液体产物可以被送到第二下游工艺，并且气体产物可以被送到第三下游工艺。例如，该系统可以包括产物分离单元，例如冷凝器、AGR或任何其它合适的分离器，以进一步精制从系统输出的产物。

[0100] 在热解反应器/步骤中，固体碳质原料的一部分挥发性物质在固体催化剂的存在下产生。作为实例，该原料可以是任何级别的煤(包括褐煤)、生物质或泥炭。在反应器中，期望使催化剂和固体原料之间的接触最大化，以便尽可能最大程度地控制产率和选择性。从这个观点来看，流化床或提升管反应器是理想的。这种床的设计使混合最大化并避免两种固体底物(催化剂和原料)的自发分离。假定在流化床和提升管反应器中的混合主要由每个固体的流化特性决定，而流化特性又由颗粒尺寸和形状决定，通常期望匹配催化剂和固体原料的尺寸和形状。另一方面，期望在热解步骤之后将废催化剂与原料分离，因为废催化剂需要再生和重新使用(例如，由于其与原料相比相对高的成本)，并且来自碳质原料的剩余固体需要被除去并作为可销售的副产物(与热解气体一起)加工。最标准的工业上可获得的固体-固体分离器通常依赖于尺寸、密度和形状的差异，并且通过使用尺寸排阻、流化或分级以实现分离。因此，在这两个单元操作的组合中存在固有的权衡。使两种固体的形态相似，从而在牺牲有效分离而导致产物损失、催化剂损失或昂贵的和/或外来的分离方案的同时，在热解器中提供良好的反应性接触；或者使在反应器中混合不良，导致所需产物的低单程产率和/或低选择性。由于这些权衡，通常使用两个单独的单元操作来完成反应和产物分离。

[0101] 消除下游固体-固体分离器(例如分级器)的一种方法是使用热解反应器，其配置为利用固定催化剂而碳质材料进入和离开反应器(例如经由入口和出口)。固定可有利地允许碳质反应物从催化剂内在分离，而不需要在反应器下游提供另外的分离单元操作。然而，还必须解决催化剂再生的需要，因为催化剂作为进行热解反应的正常结果而焦化。

[0102] 根据一个说明性方法，使用三个循环。在第一循环中，热解反应器装有催化剂，其可以被预热到反应器温度。将反应器加热至所需的热解温度，并且将煤与流化气体一起引入。流化气体可以是任何非氧化气体，包括但不限于氮气、氦气、氖气、氩气、烃气体、再循环的或新鲜的燃料气体、再循环的或新鲜的液化石油气体、二氧化碳或氢气。流化提供碳质反应物和催化剂固体之间的混合。反应器可以以(a)真实分批模式运行，其中最初引入限定量的碳质反应物并在热解反应器中保持一定时间；或者以(b)半分批模式运行，其中将反应物连续加入热解反应器，并通过夹带与流化和产物气体一起从热解反应器中连续除去。在情况(a)中，通过固定进料的驻留时间(dwell time)控制停留时间(residence time)，然后增加流化气体速度以夹带固体产物并将固体产物气动输送出反应器，由此使其再次与新的碳质反应物原料一起再次装入。在情况(b)中，流化气体的气体速度必须超过固体碳质反应物的夹带速度，并且通过将气体速度调节到所需量来控制停留时间(但应该总是大于固体碳质原料的夹带速度)。在真实分批和半分批模式中，催化剂将最终焦化。这将是显而易见的，因为产物选择性将改变。产生的烃产物将下降，并且通常选择性也将改变。当这发生时，停止新鲜原料(或不再添加批料)，并将反应器置于第二循环中。

[0103] 在第二循环中，分离废催化剂和改质碳质产物。如果其作为真实的分批运行，则流化速度增加，使得改质碳质产物被带出反应器。如果其以半分批模式运行，则停止碳质材料原料流入反应器中，并且可以提高流化速度(即，表观气体速度)。在任一情况下，一旦改质碳质产物流停止或者改质产物的可接受部分已经离开反应器，则反应器准备用于第三循环。

[0104] 在第三循环中，然后将反应器置于再生模式。反应器流化气体从非氧化气体变为氧化气体，包括但不限于空气、氧气、一氧化二氮或其它氮氧化物。氧化气体可以通过任何惰性气体进一步稀释。然后在放热反应中从废催化剂上烧掉焦炭。这将产生热的烟道气，并且反应器可能需要冷却。这种热和热烟道气可以被捕获并用于该方法中的其它地方，包括但不限于：干燥煤、提高蒸汽用于除去下游酸性气体、预热用于热解循环的反应物、或直接将烟道气注入燃煤锅炉或热回收蒸汽发生器中。

[0105] 一旦催化剂再生，则反应器可以返回到第一循环，并且再次开始热解。应注意，通过使用多个反应器和阀转换，该方法可以以这样的方式配置，即可以有利地以连续或接近连续的方式(在分批热解的情况下)进行生产。例如，三个反应器可以以循环变动配置使用，其中三个反应器中的一个在每个循环中始终运行(即，在第一个热解循环中的一个反应器，在第二个分离循环中的一个反应器，以及在第三个再生循环中的一个反应器)。

[0106] 图8-12图解了热解反应器的示例性实施方式，其配置为在热解反应器中提供固体-固体分离，且不需要提供下游固体-固体分离器。热解反应器设计成允许不同(例如，尺寸、密度、形状)催化剂和原料的最大接触，以解决上述许多问题。例如，图8-12的热解反应器被配置成：利用不同的尺寸、密度和形状以最大化接触；允许独立控制固体原料和催化剂的反应器停留时间，这可以通过使催化剂吸收更多的焦炭和副产物而不是在需要之前被迫离开反应器而明显减少催化剂再循环的量；并在反应器内提供分离，其可能不需要单独单元操作影响固体/固体分离。反应器可以配置为使用流场、筛、板、倾斜和/或固体传送阀来连续接触和分离固体。每个反应器可以包括具有基本上不同粒径分布(PSD)的两种固体，所以适当大小的筛不会让大部分具有较大粒径分布的固体通过，而使大部分具有较小粒径分布的固体通过。这两种固体可以具有基本上不同的流化特性，使得在一种固体上升(较大浮力固体)和一种固体下降(较小浮力固体)时存在气体流化速度。气体流场可以配置为促使较小浮力固体向下，并且较大浮力固体向上。每个反应器可以包括一个或多个障碍物，所述障碍物配置为促进两种不同固体在其通过反应器的各自行程上的接触。可以通过逆流进料(即，顶部处较小浮力固体从底部移出，而将较大浮力固体从底部反应器加入并从顶部移出)进一步增加接触。每个反应器具有调整颗粒的流场和路径以提供对固体原料和催化剂在反应器中的停留时间的独立控制的能力。催化剂可以比固体原料更大且具有更小浮力，并且可能希望，保持催化剂停留时间基本上大于固体原料的停留时间。然而，每个反应器可以是可调节的，以适应多种可能性，包括但不限于：提供比催化剂停留时间更长的固体原料的停留时间或与催化剂停留时间相等的固体原料停留时间，以及提供比催化剂浮力小的固体原料。

[0107] 图8-10示出了热解反应器503，其配置为提供原料和催化剂的固-固分离。反应器503包括：具有大致细长管形状的壳体530，其限定内部中心室532可被分成具有变化流场的多个子室532a-532g，以在每个室中提供混合和脱离。壳体530具有一个入口端533，入口端
533配置成将诸如低级粉煤的原料引入壳体中。壳体530在与入口端533相对的端部处具有一个出口534。改质原料例如改质煤产物，通过夹带与任何经由出口端离开反应器的气体一起离开。任选地，反应器可以在中心室中包括一个或多个固定板。如图8所示，反应器503包括第一固定板536，其设置在入口端533和第一板组件541之间的，并且还包括：第二固定板
537，其设置在出口端534和第六板组件546之间。每个固定板536、固定板537可配置成具有与下面讨论的筛板类似、具有相同的多个小孔(例如，孔、开口、孔口等)。

[0108] 中心室532可以通过一个或多个可移动板组件分成子室532a-532g。如图8所示，反应器包括六个板组件541-546。然而，反应器的其他实施例可以配置为具有更多或更少数量的板组件。

[0109] 每个板组件541-546可以包括至少一个板。如图9和10所示，每个板组件包括实心板548(例如，没有孔口、小孔或孔的板)和筛板549(例如，具有至少一个孔口、小孔或孔的板，并且根据示例性实施方式，具有多个孔的板)，其中每个板(例如，实心板、筛板)可相对于壳体530(和中心室)独立移动以控制反应器503的一对相邻子室之间的流动。例如，每个板548、板549可以被配置成在完全打开位置和完全关闭位置之间滑动，在完全打开位置、整个板位于中心室532外部(例如，在壳体外部)，在完全关闭位置、整个板覆盖了中心室的整个横截面积。每个板可以定位在完全打开位置和完全关闭位置之间的多个中间位置。当固体板548处于完全关闭位置时，通过中心室的流动被固体板完全阻挡。当筛板549处于完全关闭位置时，禁止围绕板流动，但是可能发生通过筛板的一个或多个孔的流动。在各个中间位置，板影响流动(例如，增加流动、限制流动)。筛板549配置成阻止催化剂通过的同时可以使原料(例如，碳质材料(例如低级煤))通过。每个板组件可以配置为从壳体的相同侧(例如，顶侧)移动，使得当板至少部分地打开时，板的远端和壳体之间的间隙形成在与壳体530相同的相对侧(例如，底侧)上。可替代地，具有两个或更多个板组件的反应器可以配置为具有从壳体的不同侧移动的板组件，以便在反应器的交替侧提供间隙。

[0110] 可以改变反应器503的对准，例如相对于垂直和水平，以改变反应器的相对角度。例如，反应器的角度可以调节为从0(零)度到90(九十)度的任何角度。反应器可以配置为通过调节反应器的板和角度来形成具有不同尺寸的催化剂床(例如催化剂颗粒结块)。反应器的角度用于在每个室中产生变化的横截面面积。这改变了整个室的有效流化速度。可以通过改变筛板和/或固体板位置来进一步操纵速度流场。换句话说，催化剂床的尺寸可以通过调节反应器的板和角度来定制。这种布置提供了非常灵活的几何形状，其有利地帮助操纵固体和流化介质(通常为气体，但可能为液体)，以产生最大混合的同时避免固体流中的堵塞和桥接。图9示出壳体530和中心室532的一部分，其具有包括筛板549和固体板548的单板组件，并且能够相对于壳体530移动且彼此独立。如图所示，筛板549和实心板548都处于中间位置。

[0111] 图10示出了混合室的几何形状(例如，子室532b内的混合)的一些特征。显而易见的是，可用的流动横截面积在室中明显变化。为了理解流动，但并非以任何具体理论或解释限制对反应器的理解，对控制流动和混合的四个方面/特征进行了进一步描述。第一，管线A1表示可用于较小浮力固体落入下室的横截面面积。第二，管线A2表示可用于较大浮力固体和流化介质从下室上升的横截面面积。第三，管线A3表示可用于在室中输送的最宽横截面积。第四，箭头Q流体表示子室中的流化介质的流动。流化气体或任一固体的速度(u)可以通过将其体积流量除以可用于流动的横截面积来粗略估计。因此，较少浮力的固体在其最大阻塞点处的向下流动将由位置1给出，并且可以使用下面的计算方法(1)来计算。

[0112] u1较小浮力固体＝Q较小浮力固体/A-

[0113] (1)

[0114] 这一点的重要性在于，由于在固体转移和储存期间的桥接，固体可能堵塞。然而，所述向上流化速度可以确保这些固体不停滞在子室。流化速度由位置2处的横截面积确定，并且可以使用下面的计算方法(2)来计算。

[0115]

[0116] 优选地，流化速度大于或等于较大浮力固体的临界夹带速度。在一些实施方式中，流化速度大于或等于较小浮力固体的最小流化速度。当固体被流化介质向上推动时，产生搅动的湍流区，这阻止固体堵塞，因为较少浮力的颗粒从室中流出、并通过湍流混合两种不同的固体。

[0117] 图10中的位置3(例如，管线A3)是可用于流动的最大横截面积的点。在点3处，流化速度最低，其可以使用下面的计算方法(3)来计算。这允许大量的独立调谐以允许分离和增加接触时间。如果需要分离程度和良好接触，则该速度可以调节为小于较小浮力固体的流化速度，从而产生轻微起泡的较少浮力颗粒的静止区域，并迫使具有较大浮力颗粒通过。

[0118]

[0119] 倾斜反应器(例如，相对于垂直的倾斜)的一个优点是倾斜可用于调节这些不同的速度以最大化混合和分离。另外，对于热解的实施例，热解气体在反应期间放出，并与流化气体在相同方向上一起流动，增加沿着反应器长度的气体流的总量，导致沿着反应器长度的表观气体速度的增加。这可以通过改变每个室中的倾斜或体积(例如，通过调节板间隔)来解决。变化的倾斜也可以通过串联反应器或通过弯曲管道来实现。另外，图8-10的反应器的配置允许独立地控制较大浮力固体和浮体固体的停留时间，因为它们通过容器的路径是不同的。在并流的夹带提升管中，所有固体和流化介质的停留时间大致相同并且由流化特性决定。对于其中一种固体是催化剂并且其它固体碳质材料是待反应的原料的情况，期望独立地控制这些停留时间。最后，在具有多个阶段的容器中，可以通过在比最底层更高的阶段处供给较大浮力材料来实现额外煤分离，并且使得更有机会从较少浮力材料脱离。在这种情况下，较低阶段(下面注入固体碳质原料煤)可以用于使用氧化气体再生废催化剂。

[0120] 反应器503可以包括第二出口538，该第二出口538配置成将废催化剂传递到再生器。如图8所示，第二出口538设置在壳体530的入口端533附近。例如，第二出口538可以设置在第一固定板和第一板组件之间的第一子室的底侧。反应器503可以包括第二入口539，其配置为引入催化剂(例如，新催化剂、再生催化剂、这些催化剂的组合)。如图8所示，第二入口539可以设置在壳体530的出口端534附近。例如，第二入口539可以设置在第七固定板和第六板组件之间的第七子室的顶侧。这种布置可有利地利用重力将催化剂从第二入口引向第二出口。

[0121] 图11示出了热解反应器603的另一个说明性实施方式，其配置为提供原料和催化剂的固体-固体分离。反应器603包括壳体630，其具从第一端631延伸到第二端632，并且大致呈细长管形状。根据一个实施方式，反应器603基本垂直地对准，其中第一端631在底侧，第二端632在顶侧。根据其他实施方式，反应器603可以倾斜，例如以相对于垂直方向成倾斜角度对准。反应器603可以包括一个或多个板组件，其配置为将内部中心室640分成多个子室(例如，子室641-646)。

[0122] 反应器603可以包括一个或多个入口。如图11所示，设置在第一端631的是配置成接收流化气体的第一入口633。同样，设置在第一端631附近的是第二入口634，其配置成将原料(如低级煤)引入反应器603中。例如，第二入口634可以配置为将原料引入反应器603的第二子室642中。设置在第二端632附近的是第三入口635，其配置为将催化剂(例如，新催化剂、再生催化剂、这些催化剂的组合)引入反应器603中。例如，第三入口635可以配置为将催化剂引入第六子室646中。

[0123] 反应器603可以包括一个或多个出口。如图11所示，反应器603包括：第一出口636，其配置为除去反应器中的废催化剂；第二出口637，其通过该第二出口637回收改质原料，例如改质煤产物。第一出口636可以设置在第一端631附近。例如，第一出口636可以配置成除去第一子室641中的废催化剂。第二出口637可以设置在第二端632附近。例如，第二出口637可以配置为从第六子室646的下游的出口子室除去改质煤产物和除去废气(例如，热解产物气体和/或流化气体)。根据另一个实施方式，废气可以经由第二出口637排放，使得改质原料和废气一起离开反应器603。因此，废气和改质原料可在反应器603内部或外部分离。

[0124] 如上所述，反应器603可以包括一个或多个板组件，其配置成将反应器限定为子室。如图11所示，反应器603包括七个板组件651-657，其将反应器603分成子室641-646，连接入口子室和出口子室。每个板组件包括一个或多个板。如图所示，第一板组件651和第七板组件657都包括一个单板，其配置为板上具有多个孔的筛板。孔的尺寸可以是定制的。根据示例性实施方式，孔的尺寸配置为：允许原料的颗粒通过。但同时阻止催化剂颗粒通过。因此，筛板可以分离催化剂和原料，同时原料通过反应器从子室到子室流动。第一板组件
651和第七板组件657的板相对于壳体630固定。第二板组件652至第六板组件656可以配置为包括筛板和邻近筛板设置的第二板，其中第二板具有设置在实心部分中的开口。原料可以通过筛板和第二板中的开口。根据另一个实施方式，第二板组件652至第六板组件656中的每一个都包括单板，其具有实心部分和筛部分，并且其中筛部分配置为限制催化剂的流动、但允许原料流过筛部分的孔。第二板组件652至第六板组件656的筛部分可以从纵向轴线658偏移，例如，以如图11所示的交替方式，其中第二、第四和第六筛板在纵向轴线上的相似侧，并且第三和第五筛板在与第二、第四和第六筛板相对的相似侧上。筛部分的这种偏移布置可以有利地诱导原料通过反应器603的交替流动，这可以使更多地原料暴露于催化剂并且增加了停留时间。

[0125] 如图所示，第二子室642至第六子室646中的每一个都用作分段反应区，其中原料暴露于催化剂，反应后形成改质原料。第一子室641用作分离区，使得通过第二板组件652的废催化剂可以通过出口636被再捕获以用于再生。

[0126] 反应器603可以配置为包括一个或多个转移阀(例如，旁通阀、滑阀、闸阀等)，其配置为控制通过反应器603的流动。例如，可以提供阀660以控制催化剂在每对相邻的子室之间的流动。第一阀660通过第一管(从第一子室641延伸到阀660)和第二管(从第二子室642延伸到阀)流体连接第一子室641和第二子室642。类似地，第二、第三、第四和第五阀660分别流体连接第二子室642和第三子室643、第三子室643和第四子室644、第四子室644和第五子室645、以及第五子室645和第六子室646。第二、第三、第四和第五阀660中的每一个包括将每个子室与阀连接的管。每个阀660可调节以改变(例如，增加、减少)通过阀的流速。

[0127] 可以提供阀以控制通过反应器603的每个入口和/或出口的流动。例如，可以提供阀以控制通过第一入口634的原料流动和/或通过第二入口635的催化剂流动。另外，例如，可以提供阀以控制通过第一出口636的废催化剂的流动和/或通过第二出口637的改质原料的流动。

[0128] 图11的反应器603通过手动控制较大浮力颗粒(包括固体碳质材料原料的颗粒)的固体流动、使用控制较小浮力颗粒(包括催化剂)向下流动的转换阀，和通过将中心室完全分成具有板组件(包括板)的子室来防止催化剂的向上流动，来实现本申请中公开的许多期望效果。在这种配置中，没有允许固体完全自由流动的开放截面区域，因为催化剂颗粒的流动受到限制。与斜构流化床一样，该反应器被设计成迫使较大浮力颗粒向上，并且使用筛在每个子室中捕获较小浮力颗粒。

[0129] 图11反应器603可以通过将反应器分隔成多个区域(例如，子室)来避免底部的催化剂堆积。这些区域可以具有可变体积以应对增加的气流，因为在反应过程中裂解气体逸出并且与流化气体混合并一起流动，所以沿着反应器长度的气体流的总量增加。通过具有主要是固体、但是包括筛(筛的一部分板设计成仅允许原料(例如，煤)通过)的板，反应器分离固体(例如原料、催化剂)，这可以有利地在消除对于在反应器603外部进行固体-固体分离的需要。优选地，部分筛的横截面积产生的局部速度高于较大浮力颗粒的临界夹带速度。更优选地，部分筛的横截面面积可设计成产生的局部速度大于较小浮力颗粒的最小流化速度，从而强制进行搅动运动。筛开孔/筛孔的位置可以在筛之间变化，以迫使原料通过反应器中的曲折路径。滑动阀或门阀偶尔也可以打开，以允许催化剂在反应器中向下通过。频率可以由焦化率确定。这些催化剂也可以简单地排放到常见的催化剂收集容器中。这也可以通过典型的固体计量阀(例如旋转阀或螺旋钻)来连续计量。有利地，最低的子室(例如，第一子室641)设置在煤原料点(例如，入口634)的下方，以允许任何夹带煤时间脱离。有利地，分离区可变成再生区，允许热烟道气进入热解器。在这种情况下，流化气体可以包含氧化组分，例如氧。另外，氧化气体可以优选是富含空气或氧气，以避免系统被氮气过载。

[0130] 图12示出了热解反应器703的另一个说明性实施方式，其配置为提供固体碳质材料原料和催化剂的固体-固体反应器。热解反应器703还提供改质固体碳质产物和废催化剂的固体-固体分离。特别地，如上所述，反应器703配置成利用不被夹带的流化催化剂(例如催化剂的鼓泡床)。

[0131] 反应器703包括壳体730，其具有第一(例如，下部)部分731和第二(例如，上部)部分732。第一部分731具有限定内部下室的大致管状形状，并且第二部分732具有限定内部上室的大致圆锥形形状。截头圆锥形中间部分可以互连第一部分731和第二部分732。反应器703可以包括一个或多于一个入口。第一进料管741设置在第二部分732的端部并且流体连接到第一浸入管751(其延伸到流化状态735中)。第二进料管742设置在第二部分732的端部并且流体连接到第二浸入管752(其延伸到流化状态735中)。原料可以通过第一进料管741和第二进料管742之一引入反应器703的内室中，而催化剂可以通过第一和第二进料管中的另一个引入内室中。如图所示，反应器703包括一个第三入口，其设置在第一部分731的端部(例如，与第二部分732的端部相对的端部)，并且配置成从管743接收流化气体。第三入口被配置为经由流化气体分配器745将流化气体引入到内室中。参考数字“739”表示流化床水平(例如，密相床下面与稀相固体上面的可调接口)。

[0132] 反应器703可以包括一个或多于一个的出口如图12所示，第一出口管761设置在第二部分732(例如，其端部)。第一出口管761配置成流出流化气体、热解产物气体和改质碳质产物。第二出口管762设置在第一部分731(例如，其端部)处并且配置成流出废催化剂。例如，第二出口管762可以围绕第三入口和管743。因此，改质碳质产物经由第一出口761离开反应器703，并且废催化剂经由第二出口管762离开反应器703。在该反应器的实验研究中，我们已经证明反应器可以运行，使得通过出口761离开反应器的固体含有小于1重量份催化剂/100重量份碳质产物的重量比。

[0133] 现在，将讨论实际数据的比较，包括从与反应器703(其被配置为首先作为提升管反应器(即实施例1)，然后第二作为混合淘析提升床(HERB)反应器(即实施例2))类似的反应器回收的实际数据。在第一次运行中，提升管反应器被配置为操作以提供煤的部分催化热解。反应器配置成具有直径为3/4英寸的热解反应器，其具有8英尺的加热高度，并且进料煤和催化剂混合物。反应器还具有未加热的分离区(设置在加热区上方)，其为约7英尺高x 3/4英寸直径。催化剂和煤从底部进入反应器。另外，通过反应器底部的分布器提供氮气作为流化气体。将气体和固体从反应器顶部取出，在那里它们进入旋风分离器，其中固体和气体在热解反应器的流出温度下分离。然后用气相色谱仪(GC)对产物气体进行取样以确定轻组分(例如，低于苯的组分)，并且将较重组分在捕液器中冷凝，然后注入GC柱以进行定量分析。称量废催化剂和改质煤产物以确定催化剂回收效率和煤转化率。分析改质煤产物中的碳含量、挥发性物质、灰分和硫。在本申请中描述的实施方式中，我们通常将催化剂描述为比碳质材料更大、更致密或更固定。这种选择是由经济而不是技术考虑驱动的。经济驱动因素有利于将催化剂配置为较大、较致密或较固定的材料，因为较大、较致密或较固定的材料倾向于较少处理且倾向于较少输送。由于减少的处理，损失将被最小化，并且由于催化剂通常比碳质材料更昂贵，通常最好使催化剂损失最小化。然而，它也可以逆转催化剂和碳质材料的作用。需要的材料较大、较致密或较固定对该方法的可操作性或有效性没有影响的密度、尺寸或移动性差异，。因此，应当理解，任何具体涉及比碳质材料更大、更固定或更致密的催化剂的实施例也隐含地公开了碳质材料比催化剂更大、更固定或更致密的配置。相应地，过程示意图中的碳质材料和催化剂的所有位置也将被反转。

[0134] 在启动期间，通过在研究期间附接的加热再生器容器(作为催化剂储存器)供应热催化剂来加热反应器。催化剂在再生器容器和热解反应器之间再循环，直到达到稳定状态温度。催化剂流由在再生器容器和热解反应器之间的闸阀控制。流速预先通过闸阀位置和重量校准，并由运行前后的总重量验证。一旦达到温度，就用螺旋钻在热解反应器的底部引入煤原料。煤的进料速率由螺旋钻的速度控制。同时，来自提升管的改质煤产物和废催化剂的合并流被释放到产物收集容器。进行运行直到再生器容器(储存器)中的催化剂耗尽。

[0135] 工艺条件和结果包含在表1中(见下文)。虽然实验运行稳定并且可以控制，但是这种配置被鉴定具有一些缺陷。首先，作为实际问题，因为该催化剂消耗高，它难以运行较长的时间。催化剂与产物一起出现，所以不得不在另一步骤中进行分离。第二，从结果清楚的看到，没有提供催化热解反应的最佳接触时间。当与较小的实验室装置(图5-图7)中的结果相比时，煤的转化率低，并且所有烃和燃料产物的产率低。

[0136] 在实施例1的配置中，很难增加停留时间，因为这需要降低流化速度，而降低流化速度会导致催化剂夹带损失。然而，确定通过调节流化速度可以成功地将改质煤产物与催化剂分离，从而使煤颗粒淘析通过催化剂的鼓泡床。在容器中，在下鼓泡床区域中煤与催化剂充分混合，并且因为煤的密度较小并且平均粒度较小，所以煤将从床中淘析出来的同时将催化剂留在后面。假定发生这种情况，将流化速度调节到中间速度，即两种类型(煤和催化剂)的颗粒各自的夹带速度之间的速度。这种容器被认为是混合反应器，因为它完成淘析分离的同时用作关于煤流和鼓泡的提升管、关于催化剂的流化床。因此，该反应器在本申请中被描述为HERB反应器。

[0137] 在实施例2中，使用与实施例1相同的反应器配置，但是改变程序以使其能够作为HERB反应器运行、以进行煤的部分热解。首先，向提升管的8英尺加热区内填充流化催化剂。然后将煤送入热解器的底部。在运行期间，不加入新鲜的催化剂。

[0138] 尽管实施例1和实施例2之间存在差异，但实施例2提供了优于实施例1的许多优点。首先，与实施例1相比，实施例2能够运行长得多的时间，同时使用少得多的催化剂。第二，实施例2可用于双重目的，除了进行催化热解反应之外，还将改质煤产物与催化剂分离。结果显示：在运行期间很少的催化剂逃离热解反应器。不受理论或解释的限制，相信在实施例2(即HERB热解反应器配置)中实现良好选择性和转化率的最相关因素是煤中催化剂的浓度高，以促进更有利于控制选择性和转化率的条件。这得到表1中的结果的支持，其中燃料产率从实施例1中的8.43％增加到实施例2中的22.80％，更有价值的燃料(例如可冷凝燃料)随着较轻组分从实施例1中的3.74％增加到实施例2中为7.42％，最有价值的BTEX组分从实施例1中的0.29％上升至实施例2中的2.18％。结果表明固体碳质原料(例如煤)与选择性和活性催化剂的有效接触。

[0139] 应注意的是，虽然在表面基础上，实施例2中的固体碳质材料和催化剂的停留(即接触)时间比实施例1长(参见表1的14行)，如果校正具有催化剂的反应器的体积百分比，则在实施例2中煤与催化剂的计算有效接触时间实际上较低。例如，进行这样的校正，假设反应器体积的约76％是催化剂，实施例2中煤的有效接触时间为0.65秒，而实施例1中为3.77秒。因此，虽然我们开始增加与反应器的接触时间以期望增加反应程度，但是事实上我们减少了煤的停留时间，然而令人惊讶的是，反应的程度明显增加。这可以部分地通过理论解释，在实施例2中，原料煤与催化剂有效接触的有效停留时间实际上更长。

[0140] 表1：上述实施例1和实施例2的反应器的工作参数，以及根据这两个实施例的回收产物。

[0141]

[0142]

[0143]

[0144] 应当理解，该方法可以用于各种碳质材料，其可具有不同量的挥发性物质、灰分、固定碳、硫和热值(通常称为等级)。然而，通过测试各种煤，我们发现：即使不同级别的煤和碳质材料也可以通过观察基于原料碳质材料的转化率和产率来进行比较。

[0145] 为了更好地阐明这一点，基于上述数据，下表包含产量计算和其它品质因数。另外，基于我们的经验知识和基于模拟(该模拟基于质量平衡和能量平衡)的预测范围，我们在下表中总结了所有反应器连续运行观察到的范围。应当强调的是，这些是用于本申请的方法/系统的实践的非限制性范围。

[0146] 表2：过程性能品质因数由表1中的数据计算。

[0147]

[0148] 表3：在连续运行(HERB和提升管配置)中观察到的，并且基于实验室数据、连续运行和模拟(该模拟基于质量平衡和能量平衡)计算的过程性能品质因数范围。

[0149]

[0150]

[0151] 这些品质因数说明了本申请的该方法/系统的独特能力，即在进行碳质材料改质的同时提供有益材料，并且该方法具有优于现有方法的可操作性。行号码的意义进一步解释如下：

[0152] 行2是保留在改质碳质材料中的硫的重量分数的量度。该方法降低了改质碳质材料中的硫。不希望受任何理论或解释的束缚，我们的结果表明：碳质材料中的有机硫和硫酸盐作为硫化氢释放，并且仅保留了黄铁矿硫。我们预期黄铁矿硫附着于灰分，因此黄铁矿中保留的硫与改质碳质材料中保留的灰分相似。

[0153] 行3是保留在改质碳质材料中的灰分的重量分数的量度。该方法的独特之处在于碳质材料中的大部分灰分保留在碳质材料中。这是该方法的关键优点：任意吸附在催化剂上并堵塞催化剂孔的灰分非常少。催化剂上的灰分积累是大多数热解催化剂的已知的不可逆失活机制，因此我们的方法不会遇到这个问题。

[0154] 行4是保留在改质碳质材料中的固定碳的重量分数的量度。所有的(在许多情况下)或大多数的固定碳保留在改质碳质产物中。已知固定碳难以热解，特别是在本方法的温度下，因此不受任何具体理论或解释的束缚，我们认为未保留在改质碳质材料中的固定碳被碳质材料中的氧氧化或变成催化剂上的焦炭。换句话说，没有固定碳转化成烃产物。

[0155] 行5是保留在改质碳质材料中的挥发性物质的重量分数的量度。不受任何具体理论或解释的束缚，我们认为挥发性物质是在本方法中释放的所有烃的主要来源，因为固定碳更难以热解。从我们的实验观察到的范围可以看出，我们通常保留一部分挥发性物质。然而，我们选择在产物煤中保留一些挥发性物质，因为在这些实验中我们期望的最终产物是能够在锅炉中有效燃烧的煤。(在锅炉中有效燃烧的煤通常被称为“蒸汽煤”)。蒸汽煤需要一些挥发性物质，使得它们可以容易地被点燃。没有挥发性物质，煤不会有效燃烧。然而，具有低挥发性物质的煤通常用作炼钢中使用的炼焦煤。我们的方法可以在更不利的条件(例如，更高的温度、更长停留时间)下进行，以转化大部分或全部挥发性物质，得到适合用于炼钢的炼焦煤。

[0156] 在行6-行10中，我们基于碳质材料中的挥发物质而不是总碳质材料重量来重新计算分数产率。基于我们的非限制性工作理论，我们认为，由于大多数烃来自挥发性物质，因此基于挥发物含量的产率和选择性是有意义的。我们已经看到，这允许我们可预测地比较不同等级的碳质原料的性能。

[0157] 在行11-行15中，我们基于在该过程中转化的挥发物质，按重量计算分数选择性。对烃的总选择性(行#15)是该方法如何有效地利用转化的挥发性物质的良好量度。完美的方法将接近100％。可以容易地看出以HERB配置运行反应器的有效性，因为超过70％的转化的挥发性物质产生烃。

[0158] 行16中，我们计算改质指数。该改质指数定义为改质碳质产物的热值与原料碳质材料的热值的比(基于收到的)。许多因素决定了这个指数，虽然我们经常增加热值，但不一定是更高的值，因为许多因素使得该值往相反的方向移动。例如，除去原料材料中的几乎所有水分。这将增加热值并提高锅炉的效率。另外，例如，除去原料材料中的大部分挥发性物质。根据挥发性物质相对于碳质材料中其余组分的相对热值，可以增加或降低产物的热值。例如，如果原料中的灰分含量高，则碳质材料(固定碳+灰分)中的非挥发性内容物相对于挥发性物质较低，因此挥发性物质的减少将降低热值。另外，例如，除去原料材料中的大部分氧。这可以增加产物相对于原料的热值。基于上述因素，我们预期，高氧、高水分和低灰分的碳质原料具有更高的改质指数，反之亦然。

[0159] 在(表3的)行19和行20中，应注意，CO2的产生可根据所使用的碳质物质的类型而变化。

[0160] 现在，将描述温和催化热解反应器的说明性产物组成。热解反应器的说明性结果呈现于表4(见下文)中。产物组成基于对在400℃下使用沸石催化剂催来化热解低级煤的实验室实验结果的分析。大约45％的挥发性物质转化为气体、液体和改质固体产物，例如改质煤产物。可以调节(例如，增加、降低)转化水平，例如通过增加或降低反应温度和/或反应器停留时间。可用的产物含有有价值的烯烃和芳烃。催化热解的结果表明：没有大于C12的化合物，这表明，如果这种催化热解反应放大至更大的商用规模并且如在小规模实验室实验中那样精确地实施，则焦油或其它高粘度材料很少或不需要进行处理。

[0161] 表4：用沸石催化剂催化热解的低级煤样品的产物(仅烃)的估计化学组成。

[0162]

[0163] 现在，使用实验测试装置的实验结果在图5-图7中以图形方式示出。实验系统包括流化床反应器。图5比较了在400℃下使用催化剂和砂的系统中包括较低分子量烃的各种化合物的产率。图6比较了在400℃下使用催化剂、在400℃下使用砂和在600℃下使用催化剂的系统中包括较低分子量烃的各种化合物的产率。图7比较了在400℃下使用催化剂、在400℃下使用砂和在600℃下使用催化剂的系统中各种化合物的产率。

[0164] 如本文所公开的系统和过程可以与其他工业应用整合。这种工业应用的实例包括但不限于：燃煤发电设施(例如，工厂)、气体-液体转化(GTL)设施、煤/焦炭/生物质气化(CCBG)设施，高炉(BF)设施，和炼油和/或蒸汽裂解设备。燃煤发电设施可以用作出口，用于例如：来自系统的余热、来自系统的过量蒸汽、用于共燃锅炉的燃料气体、用于分段NOx还原的燃料气体(例如，作为所谓的“再烧”流的富还原剂喷射技术等)、和/或锅炉中的改质煤。GTL设施可以与系统一起使用，以通过任何合适的方法，将较低价值的燃料气体和/或其他烃(特别是轻质烃(例如，C1-C4))改质成其他更高价值的有用的更重的液体烃(例如液体运输燃料)。例如，GTL设备可以与系统一起使用以将烃转化为合成气和合成气转化为费托液体，将合成气转化为甲醇和甲醇转化为汽油，作为轻质烯烃(例如乙烯-丙烯-丁烯)的低聚物转化为汽油范围烃，用于异丁烯与丁烷的烷基化以形成异辛烷燃料添加剂，以及用于其它转化。CCBG设施可以用作出口，流出：来自系统的余热、来自系统的过量蒸汽、气化炉中用于共进料的燃料气体、作为气化炉原料的改质煤、粗合成气(例如，H2和CO的供应)中作为共进料的燃料气体、和/或重整蒸汽(以供应另外的H2/CO)中的燃料气体和烃。BF设施可以使用来自系统的改质煤作为冶金焦炭原料的替代物或作为设备中的粉煤喷射(PCI)原料。炼油和/或蒸汽裂解装置可以用作出口，用于：来自系统的余热和/或过量蒸汽，以及用于产生氢气、CO、甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丁烷、丁烯、戊烷、戊烯及其所有衍生物(包括燃料、溶剂、单体、聚合物、专用化学品和大量精致产物)的烃和燃料气体原料。

[0165] 现在，将对根据一个实施方式的过程的计算实例进行描述。以下实施方式包括：整合粉煤燃烧发电厂的煤选矿厂。对于这个实例，煤选矿厂设计为使用北达科他州的褐煤，标称50吨/小时原煤容量。北达科他州褐煤的元素分析和近似分析(基托&斯塔尔茨(Kitto&Stultz)，2005)呈现于表5中。

[0166] 表5：北达科他州褐煤的煤分析(基托&斯塔尔茨(Kitto&Stultz)，2005)：

[0167]

[0168] 计算实例使用图2所示的系统(使用再循环气体(例如甲烷)进入热解反应器)来进行计算。使用低级煤作为固体碳质材料以产生一种或多种可用产物来计算选矿系统。低级煤进入粉碎机，在其中将粒度减小到合适的粒度分布。将空气引入粉碎机中以在粉碎机内移动煤并除去煤中一些水分。作为一个实例，离开粉碎机的粉煤可具有约29％的水分含量。为了进一步降低煤的水分含量，将煤与粉碎机空气分离，然后通过例如管道输送到干燥器，在那里用热空气干燥煤，直到其含水量为约3％。因此，空气可以通过干燥器以干燥煤。该系统可配置成利用来自催化剂再生器的烟道气直接或间接干燥粉煤。该系统可以被配置成利用通过燃烧燃料产生的热烟道气，以直接或间接地干燥粉煤。在煤被转移到热解器(例如，催化热解反应器)之前，煤可以与气体分离。

[0169] 煤进入热解器，其中再生催化剂和新鲜催化剂与煤一起流化，具有足够的停留时间用于热解，以在约400℃达到所需的反应程度。在一个实例中，煤中45％的挥发性物质转化成气体产物组合物，类似于上述实验实施例中的结果。在热解反应器中除去煤中所有或几乎所有的剩余水分。煤中的所有或几乎所有的硫都转化为H2S、COS和SO2，导致改质煤具有明显更低的硫含量。甲烷回路可用于使热解反应器内的颗粒流化并将固体和气体产物输送出反应器。首先将固体流与气流分离，然后进一步分离成主要改质煤流和主要失效(例如失活)催化剂流。反应器中的催化剂失活，主要是通过焦炭沉积在催化剂上。分级器可用于将固体产物分离成改质煤流和废催化剂流。

[0170] 通常为粉末形式的改质煤产物可以被运输用于进一步加工，以将煤粉转化为易于运输的产物(例如小球或煤砖)。改质煤也可以注入锅炉中用于燃烧和产生蒸汽的目的。由于改质煤的质量，改质煤比引入到粉碎机中的原始原煤(例如，低级煤)更清洁并且更有效地燃烧。改质煤具有较高的热值，根据一个实例，其为约11,760Btu/lb(与7,090Btu/lb相比)，生产速率为24.2吨/小时。煤特性(已计算)呈现于表6中。在该实施例中，改质煤保持其原始热值的80％以上，而大部分剩余热值为气体产物和液体产物中的热值。

[0171] 表6：改质煤的预期煤分析。

[0172]

[0173] 主要废催化剂流通过入口转移到再生器，而空气通过第二入口引入再生器。在该计算实例中，废催化剂具有按重量计约5％的来自炼焦的碳。另外，固体-固体分离导致废催化剂流在废催化剂中具有小于约3％的改质煤。空气在再生器中在约600℃下燃烧废催化剂的焦炭。预期用废催化剂进入再生器后的任何改质煤将完全燃烧，仅留下煤灰分和再生的催化剂。来自再生器的流出气流是具有约4％氧气的烟道气，其水平促进进入再生器的所有碳质材料(包括在废催化剂上的焦炭)几乎完全燃烧。烟道气具有约20体积％的CO2。气体和固体从再生反应器分开地流出。少量再生或再循环的催化剂流(例如约3％或更少)可以通过流体连接到再生器出口的吹扫装置吹扫。净化的催化剂流防止煤灰在催化剂再循环回路中的积聚。剩余的再循环或再生的催化剂流可以被转移到系统中的其它元件，例如再循环催化剂流输入通过热解器。

[0174] 热解器还可以配置成利用新鲜催化剂(即，非再循环或再生催化剂)以保持所需的催化剂与煤的比。将新鲜催化剂通过入口引入热解器中，并且可以计量或控制新鲜催化剂的量以保持热解器中的催化剂与煤的比。

[0175] 基于图5中呈现的计算数据，在400℃下，50吨/小时煤输入，流出热解反应器和下游分离单元的预期的最终气体产物流和液体产物：

[0176]

[0177] 另一系统可以包括烟道气热解流化，其中来自再生反应器的全部或部分烟道气可用于流化热解反应器。优选地，将使用足够的烟道气来为热解反应器提供任何必要的热量，并且帮助使煤和催化剂以及气体产物的载气流出热解反应器。由于进入再生反应器的空气，烟道气将主要由N2、H2O、CO2、CO和SO2的组合组成。可以在催化剂的再生中使用任何一种或多种O2、氢气、CO2、CO和/或蒸汽。可替代地，来自再生器的烟道气可以保持与热解反应器分离。

[0178] 通常，例如在烟道气中，如果CO2的浓度太稀时，例如在氮气存在下和/或在痕量氧存在下，则CO2捕获和纯化更加困难。因此，当CO2被氮气和氧气污染时，用于CO2捕集和净化的所需工艺设备较大。并且当CO2浓度太稀时，许多处理系统(例如酸性气体回收系统)不能回收CO2。在如本文所公开的系统和方法中，在热解反应器中产生高浓度的基本上无氮且无氧的CO2。因此，专用于从热解反应器捕获CO2的酸性气体去除系统将具有相对较小的设备，并且与再生器是空气燃烧、并且所得的含氮气和氧气的烟道气(来自再生器)与热解气体混合的情况相比，该系统可以采用更多的回收技术选择。

[0179] 应当注意，尽管已经讨论了煤作为碳质材料且其可用于本申请中描述的系统和方法中的原料的实例，但是其它合适的材料可以用于该系统和方法中。例如，可用作本申请中描述的系统和方法中的原料的其它类型的煤包括但不限于：褐煤或褐色煤、亚烟煤，沥青、无烟煤、泥煤或其任何组合。煤衍生的液体或油包括但不限于：热解衍生油、油性煤浆、焦化衍生油、气化衍生油、氢化衍生油或其任何组合，都可以用作原料。焦油砂包括但不限于：粗焦油砂、焦油砂衍生液体，沥青、沥青或其任何组合，都可以用作原料。油页岩包括但不限于：原油页岩、油页岩衍生液体、油母质或其任何组合，都可以用作原料。废油，包括但不限于：烹饪油、机油等、以及它们的组合，都可以用作原料。城市废弃物，例如固体废物或废水处理污泥，都可以用作原料。废塑料，例如再循环塑料，都可以用作原料。生物质包括但不限于：木质纤维素生物质(例如：各种农业残余物、小麦和稻草、玉米秸秆、林业残余物、锯末、木屑和树皮等)，木质纤维素生物质衍生油(例如：热解衍生油、加氢热解油、生物原油等)，各种含脂质的油(例如：植物衍生脂质油，麻风树、棕榈、藻类衍生的脂质油等)及其任何组合，都可以用作原料。石油包括但不限于：各种石油衍生油、原油、炼油衍生油、沥青、合成原油、底油，残留油、重质油及其任何组合，都可以用作原料。其它合适的材料也可以用作原料。优选地，当暴露于热裂解条件(例如，加热至热解温度)时，碳质原料释放挥发性物质。较不合适的碳质材料将包括基本上耗尽挥发性物质含量的那些，例如：焦炭。此外，上述任何原料可以单独使用或作为共进料(例如，共进料原料)与一种或多种其它原料(可以取自上述原料)一起使用。

[0180] 段落A.一种固体碳质材料的改质方法，包括在催化剂存在下和在部分热解条件下加热固体碳质材料，并获得改质固体碳质产物、气体产物和废催化剂。

[0181] 段落B.如段落A中所述的方法，其中固体碳质材料是煤，并且改质固体碳质产物是改质煤产物。

[0182] 段落C.如段落A或B中所述的方法，其中保留在改质固体碳质产物中的固定碳重量为固体碳质材料中固定碳重量的至少50％。

[0183] 段落D.如段落A-C中任一项所述的方法，其中保留在改质固体碳质产物中的灰分重量为固体碳质材料中灰分重量的至少60％。

[0184] 段落E.如段落A-D中任一项所述的方法，其中保留在改质固体碳质产物中的挥发性物质的重量为固体碳质材料中挥发性物质重量的约10％至约90％。

[0185] 段落F.如段落A-E中任一项所述的方法，其中保留在改质煤产物中的挥发性物质的重量为煤中挥发性物质重量的约10％至约90％。

[0186] 段落G.如段落A-F中任一项所述的方法，还包括：在部分热解条件下进行加热之前，使用干燥器、脱灰机和洗涤器中的至少一种对所述起始固体碳质材料进行预处理。

[0187] 段落H.如段落A-G中任一项所述的方法，还包括：获得CO2，其量大于起始固体碳质材料中挥发性物质的约10wt％。

[0188] 段落I.如段落A-H中任一项所述的方法，还包括：将气体产物与改质固体碳质产物进行分离。

[0189] 段落J.如段落I中任一项所述的方法，还包括：将分离的气体产物冷凝成气体流和液体流。

[0190] 段落K.如段落A-J中任一项所述的方法，还包括：获得不可冷凝燃料气体，其量是起始固体碳质材料中挥发性物质的约1wt％至约40wt％。

[0191] 段落L.如段落A-K中任一项所述的方法，还包括：获得不可冷凝燃料气体，其量是起始煤中挥发性物质的约1wt％至约40wt％。

[0192] 段落M.如段落A-L中任一项所述的方法，还包括：获得LPG，其量是起始固体碳质材料中挥发性物质的约1wt％至约40wt％。

[0193] 段落N.如段落A-M中任一项所述的方法，还包括：获得BTEX，其量是起始固体碳质材料中挥发性物质的约0.5wt％至约40wt％。

[0194] 段落O.如段落A-N中任一项所述的方法，还包括：获得高级烃，其量是起始固体碳质材料中挥发性物质的约0.3wt％至约20wt％。

[0195] 段落P.如段落A-O中任一项所述的方法，还包括：获得含杂原子的有机物，其量不大于起始固体碳质材料中挥发性物质的5wt％。

[0196] 段落Q.如段落A-P中任一项所述的方法，其中废催化剂和改质固体碳质产物作为混合物回收。

[0197] 段落R.如段落A-Q中任一项所述的方法，其中废催化剂和改质固体碳质产物分别回收。

[0198] 段落S.如段落A-R中任一项所述的方法，还包括：通过使废催化剂与含有至少一种氧化气体的气体混合物接触以形成再生催化剂而再生废催化剂。

[0199] 段落T.如段落S中任一项所述的方法，其中至少一部分再生催化剂在另外的固体碳质材料的存在下在随后的部分热解反应中加热。

[0200] 段落U.如段落A-T中任一项所述的方法，还包括：通过用酸性溶液酸洗废催化剂以形成再生催化剂而再生废催化剂。

[0201] 段落V.如段落S-U中任一项所述的方法，其中至少一部分再生催化剂在另外的固体碳质材料的存在下在随后的部分热解反应中加热。

[0202] 段落W.如段落A-V中所述的方法，其中保留在改质固体碳质产物中的总硫的重量不超过起始固体碳质材料中总硫的80wt％。

[0203] 段落X.如段落A-V中任一项所述的方法，其中保留在改质固体碳质产物中的有机硫的重量不超过起始固体碳质材料中有机硫的50wt％。

[0204] 段落AA.一种将选矿系统中的固体碳质材料转化为改质固体碳质产物的方法，所述方法包括：

[0205] 将固体碳质材料和催化剂引入到热解反应器中以产生气体产物流和固体产物流，其中该固体产物流包含改质固体碳质产物；

[0206] 从反应器中回收气体产物流；和

[0207] 从反应器中回收固体产物流。

[0208] 段落AB.如段落AA中所述的方法，其中固体碳质材料是煤，并且改质固体碳质产物是改质煤产物。

[0209] 段落AC.如段落AA-AB中任一项所述的方法，其中催化剂固定在热解反应器中；并且该方法还包括：从在热解反应器内的催化剂中分离改质固体碳质产物。

[0210] 段落AD.如段落AA-AC中任一项所述的方法，还包括：

[0211] 从热解反应器中回收分离的废催化剂；

[0212] 将废催化剂转移到再生器；和

[0213] 在再生器中进行废催化剂再生，其中除去废催化剂中的未热解的煤、焦炭和碳质材料。

[0214] 段落AE.如段落AA-AD中任一项所述的方法，还包括：

[0215] 将气体产物流转移到分离器；和

[0216] 在分离器中至少部分地冷凝气体产物流，产生精制气流、烃液体流和水性液体相流。

[0217] 段落AF.如段落AA-AE中任一项所述的方法，其中固体产物流还包含废催化剂，该方法还包括：

[0218] 从热解反应器回收固体产物流之后，将该固体产物流分离成改质固体碳质产物和废催化剂，其中该分离的废催化剂包含催化剂以及未热解的煤、焦炭和碳质材料中的至少一种。

[0219] 段落AG.如段落AF中所述的方法，还包括：

[0220] 将分离的催化剂转移到再生器中，其中除去催化剂中至少一部分的未热解的煤、焦炭和碳质材料中的至少一种；和

[0221] 将气体产物流转移到分离器中，其中在分离器中将该气体产物流至少部分地冷凝，产生精制气流、烃液体流和水性液体相流。

[0222] 段落AH.如段落AA-AG中任一项所述的方法，其中通过燃烧、蒸汽和还原气体中的至少一种，除去催化剂中至少一部分的未热解的煤、焦炭和碳质材料中的至少一种。

[0223] 段落AI.如段落AA-AH中任一项所述的方法，其中热解反应器配置为HERB、流化床、移动床或夹带流动床中的一种，并且其中煤和催化剂移动通过热解反应器。

[0224] 段落AJ.如段落AA-AI中任一项所述的方法，其中固体产物流被转移出热解反应器至固体-固体分离器，该固体-固体分离器对改质固体碳质产物和废催化剂进行分离。

[0225] 段落AK.如段落AA-AJ中任一项所述的方法，其中固体-固体分离器包括分级器，该分级器根据粒度、质量或密度之一，将改质固体碳质产物从废催化剂中分离。

[0226] 段落AL.如段落AA-AK中任一项所述的方法，其中废催化剂的尺寸和密度中的至少一个与所述改质固体碳质产物的尺寸和密度中的至少一个不同，并且其中固体-固体分离器的分级器根据粒度、质量或密度之一，将改质固体碳质产物和废催化剂进行分离。

[0227] 段落AM.如段落AA-AL中任一项所述的方法，还包括：

[0228] 引入热解反应器之前，在粉碎机中减小固体碳质材料的颗粒的尺寸；和

[0229] 在预处理装置中对固体碳质材料进行预处理，该预处理装置包括以下至少一个：干燥器，其配置为利用加热流体流干燥来自粉碎机的煤；洗涤器，其配置为洗涤来自粉碎机的煤；以及脱灰机，其配置为除去煤中的灰分，其中所述预处理装置设置在所述粉碎机和所述热解反应器之间。

[0230] 段落AN.如段落AM中任一项所述的方法，其中加热的流体流是在使用携带氧气的气体除去废催化剂中的至少一部分的任何未热解的煤、焦炭和碳质材料期间、由再生器产生的热烟道气。

[0231] 段落AO.如段落AE-AN中任一项所述的方法，其中分离器还包括酸性气体去除系统，该酸性气体去除系统从气体产物流中分离以下的至少一种：携带硫的化合物、携带氮的化合物和二氧化碳。

[0232] 段落AP.如段落AA-AO中任一项所述的方法，其中引入热解反应器的催化剂包括：第一部分，其包含从再生器接收的再生催化剂；以及第二部分，其包含未再生的新催化剂，并且其中所述第一部分的再生催化剂具有比所述新催化剂更高的相对温度，使得再生催化剂成为加热介质以加热引入到热解反应器中的煤。

[0233] 段落AQ.如段落AA-AP中任一项所述的方法，其中固体碳质材料的催化热解在约350℃至约850℃的温度下进行。

[0234] 段落AR.如段落AA-AQ中任一项所述的方法，其中引入热解反应器中的固体碳质材料具有约0.2至约25kg/hr/kg催化剂的重量时空速度。

[0235] 段落AS.如段落AA-AR中任一项所述的方法，其中固体碳质材料在催化过程中具有约0.1秒至约1分钟的停留时间。

[0236] 段落AT.如段落AA-AS中任一项所述的方法，其中引入热解反应器中的催化剂与固体碳质材料的重量比为约0至约100。

[0237] 段落AU.如段落AA-AS中任一项所述的方法，还包括：

[0238] 提供酸性气体去除系统，其被配置为从来自热解反应器的气体产物和来自再生器的气体中的至少一种捕获和分离CO2，其中再生器被配置成再生来自热解反应器的废催化剂；和

[0239] 获得CO2，其量大于干燥无灰煤的约4wt％。

[0240] 段落AV.如段落AA-AU中任一项所述的方法，还包括：获得CO2，其量大于起始固体碳质材料中挥发性物质的约10wt％。

[0241] 段落AW.如段落AA-AV中任一项所述的方法，还包括：获得CO2，其量大于干燥无灰煤的约4wt％。

[0242] 段落AX.如段落AA-AW中任一项所述的方法，还包括：

[0243] 在再生器中再生废催化剂，其中该再生器配置成在再生期间产生热烟道气；和[0244] 将该热烟道气的至少一部分转移到热解反应器以使热解反应器流化。

[0245] 段落AY.如段落AX中任一项所述的方法，其中将包含CO、CO2、水、氢气和氧气中的至少一种的气体流体引入再生器中，以促进除去废催化剂中的未热解的煤、焦炭和碳质材料。

[0246] 段落AZ.如段落AY中任一项所述的方法，还包括：收集包括CO2的热烟道气以用于碳螯合或提高采收率法采油。

[0247] 段落BA.如段落AX-AZ中任一项所述的方法，还包括：使热烟道气通过热交换器以产生用于加热热解反应器中的固体碳质材料的热。

[0248] 段落BB.如段落AX-BA中任一项所述的方法，其中再生器除了使用空气之外或代替空气，还使用蒸汽以通过水解和蒸汽气化中的至少一种除去废催化剂中的煤、焦炭和碳质材料。

[0249] 段落BC.如段落AX-BB中任一项所述的方法，其中再生器使用氢气或至少一种包括烃在内的其它含氢化学品，从废催化剂中还原除去煤、焦炭和碳质材料。

[0250] 段落BD.如段落AA-BC中任一项所述的方法，其中将气体共进料到热解反应器中，其中所述气体包括从气体产物流回收的至少一种轻质烃化合物。

[0251] 段落BE.如段落AA-BD中任一项所述的方法，其中至少一种轻质烃化合物循环回到热解反应器。

[0252] 段落BF.如段落AA-BE中任一项所述的方法，还包括：获得BTEX，其量是起始固体碳质材料中挥发性物质的约0.5wt％至约80wt％。

[0253] 段落BG.如段落AA-BF中任一项所述的方法，其中将生物质共进料到热解反应器中。

[0254] 段落BH.如段落AA-BG中任一项所述的方法，其中将油页岩、煤衍生液体、焦油砂和石油中的至少一种共进料到热解反应器中。

[0255] 段落BI.如段落AA-BH中任一项所述的方法，其中将湿气和天然气中的至少一种共进料到热解反应器中。

[0256] 段落BJ.如段落AA-BI中任一项所述的方法，其中热解反应器包括固定催化剂，使得固体碳质材料相对于催化剂移动通过反应器，以产生气体产物流和固体产物流，该方法还包括：

[0257] 将气体产物流转移到分离器以将至少一部分气体产物流至少部分地冷凝成液体产物和气体产物；并且

[0258] 其中所述固体产物流含有小于1重量份催化剂/100重量份改质碳质产物。

[0259] 段落CA.一种将选矿系统中的生物质转化为改质固体产物的方法，该方法包括：

[0260] 将该生物质和催化剂引入热解反应器中以产生气体产物流和改质固体产物流，该固体产物流包含废催化剂和改质固体产物；

[0261] 分离改质固体产物和废催化剂；

[0262] 将分离的废催化剂转移到再生器，该再生器除去废催化剂中的至少一部分的任何未热解的煤、焦炭和碳质材料；和

[0263] 将气体产物流转移到产生液体产物和气体产物的分离器；

[0264] 其中保留在改质固体产物中灰分的重量为引入热解反应器的生物质中灰分的至少60wt％。

[0265] 段落CB.如段落CA中任一项所述的方法，其中按重量计，产生的苯酚的量小于产生的甲苯的量。

[0266] 段落CC.如段落CA或CB中任一项所述的方法，其中按重量计，产生的焦油的量小于产生的轻油的量。

[0267] 如本文所使用的，术语“大约”、“约”、“基本上”和类似术语旨在具有与本披露的主题的所属领域的普通技术人员的通用和公认用法相一致的广泛含义。对本披露进行审查的本领域技术人员应理解，这些术语旨在对某些特征进行说明，其中这些特征的描述和要求没有将其范围限制在所提供的精确的数值范围内。相应地，这些术语应理解为：表明对所描述和要求保护的主题的非实质性的或无关紧要的修改或改变被视为属于所附权利要求书中所述的本发明的范围。

[0268] 如本文所使用的术语“耦连”、“连接”等意味着两个构件直接或间接地彼此连接。这样的结合可以是静止的(例如，永久的)或活动的(例如，可拆除的或可释放的)。这样的结合可以通过将这两个构件或这两个构件以及任何额外的中间构件彼此一体地形成为单一的整体式主体，或者通过将这两个构件或这两个构件以及任何另外的中间构件彼此附接来实现。

[0269] 本文中对元件的位置(例如：“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”等)的引用仅用于描述附图中各种元件的取向。应该注意的是：根据其他说明性实施例，各种元件的取向可以不同，并且这些变化是旨在由本披露所涵盖。

[0270] 如说明性实施例中所示的系统的元件(例如，选矿系统)的构造和布置仅是说明性的。尽管仅详细描述了本披露的几个实施例，但阅读本披露的本领域技术人员容易了解到，在本质上不偏离所引用主题的新颖的传授内容和优点的情况下，许多修改都是可能的(例如，各个元件的大小、尺寸、结构、形状和比例方面的变化，参数值，安装安排，材料使用，颜色，取向等等方面的变化)。例如，显示为一体形成的多个元件可以是由多个部分或元件构成的，元件的位置可以颠倒或以其他方式改变，并且可以修改或改变离散元件或位置的性质或数量。

[0271] 另外，文中使用的词语“说明性”的意思是用作实例、例子或示例。本文描述为“说明性”的任何实施方式或设计不一定被解释为较其他实施方式或设计而言是优选或有利的(并且这样的术语并不意味着这样的实施方式必然是特别的或最高级的示例)。相反，词“说明性”的使用旨在以具体的方式呈现概念。相应地，所有这样的修饰旨在包括于本披露的范围之内。在不偏离所附权利要求的范围的情况下，可以在优选的和其它示例性实施例的设计、操作条件和布置中进行其它替换、修改、改变和省略。

[0272] 如本文所使用的“约”将被本领域普通技术人员理解，并且将根据其使用的上下文而在一定程度上变化。如果存在本领域普通技术人员不清楚的术语的使用，考虑到其使用的上下文，“约”将意味着相比于具体术语高达10％的正负范围。

[0273] 在描述要素的上下文中(特别是在所附权利要求的上下文中)，术语“一个/种”和“该”以及类似指称对象的使用应解释为包括单数和复数二者，除非本文另有说明或上下文明显矛盾。本文数值范围的叙述仅旨在用作单独指示落入该范围内的每个单独数值的速记方法，除非本文另外说明，每个单独的数值引用结合在本说明书中，就如同它是单独在此处叙述的一样。在此说明的所有方法能够以任何适当顺序进行，除非本文另外说明或另外与上下文明显矛盾。除非另有说明，本文提供的任何和所有实例或示例性语言(例如，“诸如”)的使用仅旨在更好地说明实施例，而不对权利要求的范围构成限制。说明书中的语言不应当被解释为指示任何未要求保护的要素为必需的。

[0274] 虽然已经示出和描述了某些实施方式，但是应当理解，根据本领域的普通技术人员，在不偏离如以下权利要求书中所定义的广义方面的技术的情况下，可以在其中进行改变和修改。

[0275] 在本文中示例性描述的实施方式在不存在本文未披露的任何一个或多个要素、一个或多个限制的情况下可以适当地实施。因此，例如，术语“包含”、“包括”、“含有”等将被广泛地且无限制地理解。另外，本文中采用的术语和表达已经用作描述性术语而不是限制性术语，并且在使用这些术语和表达时不意图排除所示和所描述的、特征或其部分的任何等效物，而是认识到在所要求保护的技术的范围内的各种修改是可能的。另外，短语“基本上由......组成”将被理解为包括具体陈述的那些要素和另外的要素，这些另外的要素不会实质上影响所要求保护的技术的基本的且新颖的特征。短语“由...组成”排除任何未指明的要素。

[0276] 本披露不限于本申请中描述的具体实施方式。在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以进行许多修改和变化，这对于本领域的技术人员来说是显而易见的。通过以上的说明，除了本文列举的那些以外，在本披露范围内的功能上等效的方法和组合物对于本领域的技术人员来说是显而易见的。这样的修改和变化旨在落入所附权利要求的范围内。本披露仅由所附权利要求中的条款以及这些权利要求有权要求的等效物的全部范围来限制。应当理解，本披露并非限于具体的方法、试剂、化合物组合物或生物系统，当然它们可以发生变化。还应当理解，本文使用的术语仅是为了对具体的实施方式进行说明的目的，并不旨在进行限制。

[0277] 如本领域技术人员将理解的，出于任何和所有目的，特别是在提供书面描述方面，本文公开的所有范围还包括：任何和所有可能的子范围及其子范围的组合。任何列出的范围可以容易地被认为是：充分地描述和使得相同范围被分解为至少相等的一半、三分之一、四分之一、五分之一、十分之一等。作为非限制性实例，本文所讨论的每个范围可以容易地分解成下三分之一、中三分之一和上三分之一等。本领域技术人员还将理解，诸如“至多”、“至少”、“大于”、“小于”等所有语言，包括所叙述的数值，并且是指可以随后分解成如上所述的子范围的范围。最后，如本领域技术人员将理解的，范围包括每个单独的成员。

[0278] 在本说明书中引用的所有出版物、专利申请、发布的专利和其它文件引用结合于此，如同每个单独的出版物、专利申请、发布的专利或其它文件被确切地并且单独地指明为通过引用而结合。包含在通过引用并入到文本中的定义排除那些与本披露相矛盾的定义范围。

[0279] 在不偏离本发明的范围的情况下，还可以对各种说明性实施方式的设计、操作条件和布置进行其它替换、修改、改变和省略。例如，在一个实施方式中公开的任何要素可以并入或与本文公开的任何其它实施方式一起使用。另外，例如，任何过程或方法步骤的次序或顺序可以根据替代性实施方式进行改变或重新排序。任何手段加功能条款都旨在覆盖在此描述的执行所述功能的结构，并且不但覆盖结构等效物而且还覆盖等效的结构。在不偏离所附权利要求的范围的情况下，可以在优选的和其他示例性实施方式的设计、操作配置和布置中进行其它替换、修改、改变和省略。

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