JP2020533471A - Systems and methods for refining coal into high-value products - Google Patents

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Abstract

熱分解と溶媒抽出との組合せを使用した、石炭の高価値製品への変換のための統合的熱化学プロセスが本明細書に記載される。記載される系及び方法は、汎用性があり、化学製品(芳香族化合物、アスファルテン類、ナフテン類、フェノール類、ポリアミド類、ポリウレタン類、ポリエステル類)、ポリマー複合材製品(樹脂、コーティング)、黒鉛製品、農業資材、建材、炭素繊維、及び燃焼により生成したエネルギーよりも実質的に価値のある他の製品を含む、様々な高価値製品を生成するために使用することができる。さらに、これらの系及び方法は特に、高度に分岐し、且つ高度にフレキシブルであるように設計され、原料と比較して製品の価値を増大させるための高選択性及び最適化を可能にする。【選択図】図1An integrated thermochemical process for the conversion of coal to high value products using a combination of pyrolysis and solvent extraction is described herein. The systems and methods described are versatile, chemical products (aromatic compounds, asphaltene, naphthenes, phenols, polyamides, polyurethanes, polyesters), polymer composite products (resins, coatings), graphite. It can be used to produce a variety of high value products, including products, agricultural materials, building materials, carbon fiber, and other products that are substantially more valuable than the energy produced by combustion. In addition, these systems and methods are specifically designed to be highly branched and highly flexible, allowing for high selectivity and optimization to increase the value of the product compared to raw materials. [Selection diagram] Fig. 1

Description

発明の詳細な説明Detailed description of the invention

[関連出願の相互参照]
[0001]本特許出願は、2017年9月13日出願の米国特許仮出願第62/557804号の利益及び優先権を主張し、当該出願は、本明細書と矛盾しない限り、参照により本明細書に組み込まれる。
[Cross-reference of related applications]
[0001] This patent application claims the interests and priority of US Patent Provisional Application No. 62/557804, filed September 13, 2017, which application is hereby incorporated by reference, unless inconsistent with this specification. Incorporated into the book.

[発明の背景]
[0002]石炭鉱業及び石炭生産は、米国及び国外の両方において大規模な、価値のある産業である。この石炭の大部分は燃焼されて、エネルギーを生成する。現在、新しい石炭火力発電所の建設に対して多くの経済的且つ政治的圧力が存在している。したがって、燃焼以外で石炭をさらに利用するために、化学製品、プラスチック、建材、及び発電所により生成されるエネルギーの価値よりも顕著に高い価値を有し得る製品の生成のための方法を含む、他の方法のための原料としての使用を検討することは、益々魅力的になっている。
[Background of invention]
[0002] Coal mining and coal production are large, valuable industries both in the United States and abroad. Most of this coal is burned to produce energy. Currently, there is a lot of economic and political pressure on the construction of new coal-fired power plants. Thus, it includes methods for the production of chemicals, plastics, building materials, and products that can have significantly higher value than the value of energy produced by power plants, in order to further utilize coal outside of combustion. Considering its use as a raw material for other methods is becoming more and more attractive.

[0003]化学製品及び他の材料の生成のための原料としての石炭についての研究開発は、およそ50年以上になる。この分野への興味は典型的に、1970年代のように、伝統的な石油原料が高い原油価格のための高価になってきた期間中に増大している。例えば、米国特許第4346077号は、液体炭化水素及び蒸気を生成する石炭の熱分解を説明している。米国特許第9074139号は、液化及び水素化分解を利用する石炭からの芳香族化合物の生成を記載している。これらの参考文献及びほとんどの石炭変換技術で共通することは、コールタールが後に石油製油所で加工され得るように石油系炭化水素を模倣するために、石炭がコールタールに変換されることである。より大量の固形製品を生成し、且つ典型的に、高硫黄含有量及び一部の金属を含有する石炭は、多くの場合、油系原料のために設計されたプロセスについては比較的粗悪な代用品である。 [0003] Research and development of coal as a raw material for the production of chemical products and other materials has been around for more than 50 years. Interest in this area has typically increased during the period, as in the 1970s, when traditional petroleum raw materials became expensive due to high crude oil prices. For example, US Pat. No. 4,346,077 describes the thermal decomposition of liquid hydrocarbons and coals that produce vapors. U.S. Pat. No. 9074139 describes the production of aromatic compounds from coal utilizing liquefaction and hydrocracking. What these references and most coal conversion technologies have in common is that coal is converted to coal tar in order to mimic petroleum hydrocarbons so that coal tar can later be processed in petroleum refineries. .. Coal, which produces larger amounts of solid products and typically contains high sulfur content and some metals, is often a relatively poor price for processes designed for oil-based raw materials. It is an article.

[0004]石炭を中間及び完成高価値製品へ計画的に熱化学変換し、それによって、燃焼により生成される、相当の石炭系エネルギーよりもはるかに価値のある材料を生成するための系及び方法について当該技術分野における要求が残っていることが上記から理解され得る。さらに、製品への有効な変換を達成するために石炭及び石炭系原料について特に適合及び/又は個別化され、収率、効率、変換率、及び販売され得る卓越した商品の製造を考慮する分離及びプロセスの系及び方法が必要とされる。 [0004] Systems and methods for the systematic thermochemical conversion of coal into intermediate and finished high-value products, thereby producing materials that are much more valuable than the considerable carboniferous energy produced by combustion. It can be understood from the above that there are still requirements in the relevant technical field. In addition, separation and separation considering the production of outstanding commodities that are specifically adapted and / or personalized for coal and carboniferous raw materials to achieve effective conversion into products, yields, efficiencies, conversion rates, and can be sold. Process systems and methods are needed.

[発明の概要]
[0005]熱分解と溶媒抽出との組合せを使用した、石炭の高価値製品及び商品への計画的分解、抽出及び変換のための統合的熱化学プロセスが本明細書に記載される。記載される系及び方法は、汎用性があり、計画的であり、化学製品(芳香族化合物;アスファルテン類;ナフタレン類(napthalenes);フェノール類;及びポリアミド類、ポリウレタン類、ポリエステル類、黒鉛材の生成のための前駆体)、ポリマー複合材製品(樹脂、コーティング、接着剤)、農業資材、建材、炭素繊維、グラフェン製品、及び燃焼により生成したエネルギーよりも実質的に価値のある他の材料を含む、様々な中間及び完成高価値製品を生成するために使用することができる。さらに、これらの系及び方法は、高度に分岐するように(すなわち、合わせて、同じ原料から広範な製品タイプ及び仕様を生成するのに適しているプロセスステップ)、且つ相乗的であるように(例えば、石炭から生成された樹脂系を石炭由来の固形炭素材料と組み合わせて、複合材を製造することを可能にすること)、特に設計される。したがって、系及び方法は、市場に高度に適応性でき、且つ製品要求に対応する。したがって、原料と比較して実際の製品の価値を増大させるための、高い選択性及び最適化を可能にする。これらの製品の一部は、金属及び希土類元素などの石炭抽出物であってもよい。
[Outline of Invention]
[0005] An integrated thermochemical process for the planned decomposition, extraction and conversion of coal into high value products and commodities using a combination of pyrolysis and solvent extraction is described herein. The systems and methods described are versatile, planned, and of chemical products (aromatic compounds; asphaltene; naphthalenes; phenols; and polyamides, polyurethanes, polyesters, graphite materials. Precursors for production), polymer composite products (resins, coatings, adhesives), agricultural materials, building materials, carbon fiber, graphene products, and other materials that are substantially more valuable than the energy produced by combustion. It can be used to produce a variety of intermediate and finished high value products, including. Moreover, these systems and methods are highly branched (ie, process steps suitable for producing a wide range of product types and specifications from the same raw material together) and synergistically (ie). For example, it is possible to combine a resin system produced from coal with a solid carbon material derived from coal to produce a composite material), especially designed. Therefore, the systems and methods are highly adaptable to the market and meet product requirements. Therefore, it allows for high selectivity and optimization to increase the value of the actual product compared to the raw material. Some of these products may be coal extracts such as metals and rare earth elements.

[0006]提供される熱化学プロセスは、石炭原料の大部分及び石炭からの抽出物を付加価値製品に変換し、固形材料のうちの高い百分率(例えば、乾燥量基準で50%を超える)の流体への変換に焦点を当てることができる。これらの系及び方法は、高価な、エネルギー集約的水素化分解及び水素化処理プロセスを避けることができる。本明細書に記載される熱化学プロセスは、熱プロセスと化学プロセスとの統合的組合せを使用して、生成された商品の総価格により動機付けられる有利な製造を達成するように最適化され得る高価値製品の選択的且つ切り替え可能な混合物への、石炭の制御された計画的変換及び石炭からの抽出を提供する。 [0006] The thermochemical process provided converts most of the coal raw material and extracts from coal into value-added products, with a high percentage of the solid material (eg, greater than 50% on a dry basis). You can focus on the conversion to fluid. These systems and methods can avoid expensive, energy-intensive hydrocracking and hydrotreating processes. The thermochemical processes described herein can be optimized to achieve favorable manufacturing motivated by the total price of the goods produced using an integrated combination of thermal and chemical processes. It provides a controlled planned conversion of coal and extraction from coal into a selective and switchable mixture of high value products.

[0007]一態様において、石炭を複数の高価値石炭製品に変換するための方法であって、i)少なくとも部分的に石炭に由来する原料を用意するステップと;ii)熱分解と溶媒抽出との組合せを含む原料を加工するステップとを含み、熱分解及び溶媒抽出が複数の高価値石炭製品を生成するための条件下で統合及び実行される、方法が提供される。標準温度圧力で液体である高価値石炭製品の百分率は、乾燥量基準で50%以上、60%以上、又は任意選択で70%以上であることがある。加工するステップは、高度に分岐し、差別化でき、且つ広範囲であってもよく、それでも高度に選択的であってもよい。 [0007] In one embodiment, a method for converting coal into a plurality of high value coal products, i) a step of preparing a raw material derived from coal at least partially; ii) pyrolysis and solvent extraction. Provided are methods in which thermal decomposition and solvent extraction are integrated and performed under conditions for producing multiple high value coal products, including the steps of processing the raw material, including the combination of. Percentages of high-value coal products that are liquid at standard temperature and pressure may be 50% or more, 60% or more, or optionally 70% or more on a dry basis. The steps to be machined may be highly divergent, discriminatory, and extensive, and yet highly selective.

[0008]熱分解は一般に、石炭に通常見られる複雑な分子のサイズ又は長さを低減させるために、且つ抽出物を濃縮するために、記載される系において使用される。本明細書に記載される熱分解とは、例えば、高温で短い滞留時間(秒の単位)を有するフラッシュ熱分解を指すことがある。本明細書に記載される熱分解プロセスは、一部の実施形態において、触媒の使用を特に除外してもよく、一部の実施形態において、触媒の使用を特に含んでもよい。本明細書に記載される熱分解プロセスは、一部の実施形態において、高度に選択的であってもよい。 [0008] Pyrolysis is commonly used in the systems described to reduce the size or length of complex molecules commonly found in coal and to concentrate the extract. The thermal decomposition described herein may refer to, for example, flash thermal decomposition at high temperatures and having a short residence time (in seconds). The pyrolysis process described herein may specifically exclude the use of catalysts in some embodiments and may specifically include the use of catalysts in some embodiments. The thermal decomposition process described herein may be highly selective in some embodiments.

[0009]熱分解は、単一段階熱分解、複数の単一段階熱分解、単一の多段階熱分解、複数の多段階熱分解又は単一段階及び多段階熱分解ステップの組合せであってもよい。各熱分解又は熱分解ステップは独立して、0.5atm〜15atm、0.9atm〜15atm又は0.9atm〜10atmの範囲から選択される圧力で行ってもよい。各熱分解又は熱分解ステップは、400℃〜1200℃、750℃〜1200℃又は任意選択で900℃〜1100℃の範囲から選択される温度で行ってもよい。一実施形態において、熱分解のための滞留時間は、30分間〜0.1秒間及び任意選択で10秒間以下、5秒間以下、2秒間以下又は1秒間以下の範囲にわたり選択される。熱分解は、前処理又は後処理として、溶媒抽出と統合してもよい。各熱分解又は熱分解ステップは独立して、0.5atm〜15atm、0.9atm〜15atm又は0.9atm〜10atmの範囲から選択される圧力で行ってもよい。 [0009] Pyrolysis is a combination of single-step pyrolysis, multiple single-step pyrolysis, single multi-step pyrolysis, multiple multi-step pyrolysis or single-step and multi-step pyrolysis steps. May be good. Each pyrolysis or pyrolysis step may be independently performed at a pressure selected from the range of 0.5 atm to 15 atm, 0.9 atm to 15 atm or 0.9 atm to 10 atm. Each pyrolysis or pyrolysis step may be carried out at a temperature selected from the range of 400 ° C. to 1200 ° C., 750 ° C. to 1200 ° C. or optionally 900 ° C. to 1100 ° C. In one embodiment, the residence time for thermal decomposition is selected over the range of 30 minutes to 0.1 seconds and optionally 10 seconds or less, 5 seconds or less, 2 seconds or less or 1 second or less. Pyrolysis may be integrated with solvent extraction as a pretreatment or posttreatment. Each pyrolysis or pyrolysis step may be independently performed at a pressure selected from the range of 0.5 atm to 15 atm, 0.9 atm to 15 atm or 0.9 atm to 10 atm.

[0010]溶媒抽出は、水蒸気を除外して、25%以下、15%以下、10%以下、5%以下、又は任意選択で3%以下の質量百分率の気体を生成することがある。溶媒抽出は、溶媒それ自体を最大で100%含んでも、除外してもよい質量百分率の液体を生成することがあり、液体それ自体は、商品及び製品へのさらなる加工のための前駆体又は中間体になる。熱分解は、窒素、空気若しくは水素ガスの存在下などの水素供与性環境、メタン、合成ガス又はこれらの任意の組合せにおいて行ってもよい。熱分解は、フラッシュ熱分解であってもよい。 [0010] Solvent extraction may exclude water vapor to produce a gas with a mass percentage of 25% or less, 15% or less, 10% or less, 5% or less, or optionally 3% or less. Solvent extraction may produce a liquid with a mass percentage that may contain up to 100% of the solvent itself or may be excluded, and the liquid itself may be a precursor or intermediate for further processing into commodities and products. Become a body. Pyrolysis may be carried out in a hydrogen donating environment such as in the presence of nitrogen, air or hydrogen gas, methane, syngas or any combination thereof. The pyrolysis may be flash pyrolysis.

[0011]溶媒抽出は一般に、中間体及び最終製品を含む固形原料の様々な成分を除去及び/又は分離するために使用される。一部の場合、溶媒抽出は、固形材料の液体への変換を含む化学反応を促進し、加工される様々な成分を化学変換し得ることに留意するべきである。脂肪族、芳香族、水素供与性、非極性溶媒、極性溶媒及びイオン性液体溶媒を含む、当該技術分野で公知の様々な溶媒を使用することができる。溶媒抽出は、熱分解の前又は後の多段階抽出及び複数の溶媒抽出ステップを含んでもよい。溶媒抽出は、超臨界流体ステップを含んでもよい。また、溶媒抽出は、分画、又は様々な温度及び圧力での複数の溶媒抽出ステップの使用を利用してもよい。溶媒再利用を含む、溶媒回復の様々な使用は、溶媒がそれ自体でさらなる加工のための前駆体又は中間生成物であることに加えて、さらなる効率及びコスト節約を提供することができる。 [0011] Solvent extraction is commonly used to remove and / or separate various components of solid raw materials, including intermediates and final products. It should be noted that in some cases solvent extraction can facilitate chemical reactions, including the conversion of solid materials to liquids, and chemically convert the various components processed. Various solvents known in the art can be used, including aliphatic, aromatic, hydrogen donating, non-polar solvents, protic solvents and ionic liquid solvents. Solvent extraction may include multi-step extraction and multiple solvent extraction steps before or after thermal decomposition. Solvent extraction may include a supercritical fluid step. Solvent extraction may also utilize fractionation or the use of multiple solvent extraction steps at various temperatures and pressures. Various uses of solvent recovery, including solvent reuse, can provide additional efficiency and cost savings, in addition to the solvent itself being a precursor or intermediate product for further processing.

[0012]本明細書に記載される溶媒抽出は、少なくとも1種の液体溶媒で行ってもよい。少なくとも1種の溶媒は、脂肪族溶媒、芳香族溶媒、極性溶媒、水素供与性溶媒、イオン性液体溶媒及びこれらの任意の組合せからなる群から選択することができる。溶媒抽出は、少なくとも2種の液体溶媒を使用してもよい。第1の溶媒は、極性溶媒、別々に適用される極性溶媒及び芳香族溶媒を含み得る溶媒の組合せであってもよい。第2の溶媒は、水素供与性溶媒であってもよく、その反対であってもよい。溶媒抽出物それ自体は、最終製品にさらに加工される中間体であることがある。 [0012] The solvent extraction described herein may be carried out with at least one liquid solvent. At least one solvent can be selected from the group consisting of aliphatic solvents, aromatic solvents, polar solvents, hydrogen donor solvents, ionic liquid solvents and any combination thereof. At least two kinds of liquid solvents may be used for solvent extraction. The first solvent may be a combination of solvents that may include polar solvents, separately applied polar solvents and aromatic solvents. The second solvent may be a hydrogen donating solvent and vice versa. The solvent extract itself may be an intermediate that is further processed into the final product.

[0013]溶媒抽出は、単一段階溶媒抽出、複数の単一段階溶媒抽出、単一の多段階溶媒抽出、複数の多段階溶媒抽出又は単一段階及び多段階溶媒抽出の組合せであってもよい。溶媒抽出は、溶媒の臨界温度未満の温度で行ってもよい。各溶媒抽出又はステップは独立して、400℃以下、350℃以下、又は任意選択で300℃以下の温度で行ってもよい。溶媒抽出は、水蒸気を除外して、10%以下、5%以下、又は任意選択で1%以下の質量百分率の気体を生成することがある。 [0013] Solvent extraction may be a combination of single-step solvent extraction, multiple single-step solvent extraction, single multi-step solvent extraction, multiple multi-step solvent extraction or single-step and multi-step solvent extraction. Good. Solvent extraction may be performed at a temperature below the critical temperature of the solvent. Each solvent extraction or step may be independently performed at a temperature of 400 ° C. or lower, 350 ° C. or lower, or optionally 300 ° C. or lower. Solvent extraction may exclude water vapor to produce a gas with a mass percentage of 10% or less, 5% or less, or optionally 1% or less.

[0014]本明細書に記載される溶媒は、テトラリン(1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン)、1−メチル−ナフタレン、トルエン、ジメチルホルムアミド(DMF)又はこれらの任意の組合せを含んでもよい。溶媒は、例えば、再利用又は分離非効率のために、不純であってもよい。 [0014] The solvents described herein may include tetralin (1,2,3,4-tetrahydronaphthalene), 1-methyl-naphthalene, toluene, dimethylformamide (DMF) or any combination thereof. .. The solvent may be impure, for example due to reuse or separation inefficiency.

[0015]記載される系及び方法はフレキシブルであり、溶媒抽出ステップは、熱分解ステップの前に行ってもよく、その反対でもよい。さらに、より複雑な系は、任意の組合せの複数の熱分解ステップ及び/又は複数の溶媒抽出ステップを利用してもよく、例えば、第1の熱分解ステップに第1の溶媒抽出及びその後第2の熱分解ステップが続いてもよい。加えて、1つのステップ(熱分解又は溶媒抽出のいずれか)からの出力の一部が、再利用され、前のステップ、次のステップ又は現ステップのための入力として、又は入力の一部として使用され得るような、再利用流を利用してもよい。溶媒抽出及び熱分解ステップは、熱分解及び/又は溶媒抽出が単独では達成できない、統合的達成結果として考えることができる。 [0015] The systems and methods described are flexible and the solvent extraction step may be performed prior to the pyrolysis step and vice versa. Further, more complex systems may utilize any combination of multiple pyrolysis steps and / or multiple solvent extraction steps, eg, a first pyrolysis step followed by a first solvent extraction and then a second. The pyrolysis step of may be continued. In addition, a portion of the output from one step (either thermal decomposition or solvent extraction) is reused as input for the previous step, next step or current step, or as part of the input. Reuse streams may be used as they may be used. The solvent extraction and thermal decomposition steps can be considered as an integrated achievement result in which thermal decomposition and / or solvent extraction cannot be achieved alone.

[0016]溶媒抽出は、熱分解の上流で行ってもよい。熱分解は、溶媒抽出の上流で行ってもよい。熱分解ステップからの生成物の一部は、溶媒抽出に再利用してもよい。溶媒抽出からの生成物の一部は、熱分解に再利用するか、又はさらなる下流の加工に移送してもよい。加工ステップは、複数の溶媒抽出を含んでもよく、後の溶媒抽出からの溶媒は、先の溶媒抽出又は熱分解ステップに再利用してもよい。 [0016] Solvent extraction may be performed upstream of thermal decomposition. Pyrolysis may be carried out upstream of solvent extraction. Some of the products from the pyrolysis step may be reused for solvent extraction. Some of the products from solvent extraction may be reused for pyrolysis or transferred to further downstream processing. The processing step may include multiple solvent extractions, and the solvent from the subsequent solvent extraction may be reused in the earlier solvent extraction or pyrolysis step.

[0017]本明細書に記載される主原料は一般に、切込炭及び/又は石炭を含む、石炭又は石炭系であり、石炭又は石炭系は、乾燥及び蒸気回復を含み得る物理、化学及び/又は熱的前加工をされていてもよい。前加工として、粉砕、灰分除去及び/又は乾燥を挙げることができる。記載される系及び方法はフレキシブルであり、亜炭、亜瀝青炭及び瀝青炭を含む任意の主原料と共に使用してもよい。副原料含有物は、バイオマス及び油母頁岩などの他の炭化水素源、並びに/又は下流プロセスからの二次再利用流の含有物、例えば、合成ガス、並びに重炭酸ソーダ石などの他の反応性鉱物資源を含んでもよい。 [0017] The main raw materials described herein are generally coals or coal-based materials, including cutting coal and / or coal, which may include physicochemical, chemical and / / Alternatively, it may be thermally preprocessed. Pre-processing includes milling, ash removal and / or drying. The systems and methods described are flexible and may be used with any main ingredient, including lignite, bituminous coal and bituminous coal. Auxiliary raw material inclusions include other hydrocarbon sources such as biomass and oil shale, and / or inclusions in secondary reuse streams from downstream processes, such as syngas and other reactive mineral resources such as sodium bicarbonate It may be included.

[0018]本明細書に記載される高価値石炭製品は、主原料を燃やすか、又は燃焼させることにより生成されるエネルギーの価値よりも顕著に高い金銭的又は経済的価値を有する。高価値石炭製品は、燃料製品及び/又は混合成分の少量の製造品、例えば、10%以下の燃料製品及び/若しくは混合製品、5%以下の燃料製品及び/若しくは混合製品又は任意選択で以下の燃料製品及び/若しくは混合製品を含んでもよい。高価値石炭製品は、ポリマー又はポリマー前駆体を含んでもよい。高価値石炭製品は、ポリウレタンを含んでもよい。高価値石炭製品は、複合ポリウレタンフォームを含んでもよい。高価値石炭製品は、ポリアミド類を含んでもよい。高価値石炭製品は、ポリエステル類を含んでもよい。高価値石炭製品は、芳香族化合物を含んでもよい。高価値石炭製品は、ベンゼン、トルエン、キシレン類(異性体を含む)、フェノール類、クレゾール類、キシレノール酸類(異性体を含む)、ナフテノール(naphthenol)類、C9単環芳香族化合物(異性体を含む)、C10単環芳香族化合物(異性体を含む)又はこれらの任意の組合せを含む。高価値石炭製品は、パラフィン類、オレフィン類、アスファルテン類、ナフテン類(napthenes)又はこれらの組合せを含んでもよい。高価値石炭抽出製品は、金属及び希土類元素を含んでもよい。 [0018] The high value coal products described herein have significantly higher monetary or economic value than the value of the energy produced by burning or burning the main raw material. High-value coal products are fuel products and / or small-quantity manufactured products of mixed components, for example, 10% or less fuel products and / or mixed products, 5% or less fuel products and / or mixed products, or optionally the following: It may include fuel products and / or mixed products. High value coal products may contain polymers or polymer precursors. High value coal products may include polyurethane. High value coal products may include composite polyurethane foam. High value coal products may include polyamides. High value coal products may include polyesters. High value coal products may contain aromatic compounds. High-value coal products include benzene, toluene, xylenes (including isomers), phenols, cresols, xylenolic acids (including isomers), naphthenols, and C9 monocyclic aromatic compounds (isomers). Includes), C10 monocyclic aromatic compounds (including isomers) or any combination thereof. High-value coal products may include paraffins, olefins, asphaltenes, naphthenes or combinations thereof. High value coal extracts may contain metal and rare earth elements.

[0019]高価値石炭製品は、アスファルテン中間体及び/又は最終製品を含んでもよい。高価値石炭製品は、道路舗装及び屋根ふきの中間体、添加剤又は最終製品を含んでもよい。高価値石炭製品は、コールタール、留出物、ピッチ、アスファルト、黒鉛材、炭素繊維又はこれらの任意の組合せを含んでもよい。高価値石炭製品は、土壌改良材及び肥料製品を含んでもよい。高価値石炭製品は、建材を含んでもよい。高価値石炭製品のかなりの部分は固形物であることがあり、例えば、10%以上の固形物、20%以上の固形物又は任意選択で30%以上の固形物であることがある。固形物は、樹脂、液体、又は本明細書に記載される方法により生成される他の副生成物を組み合わせた場合、黒鉛材、建築材、複合材、液体添加剤又はこれらの任意の組合せに変換されることがある。高価値製品は、合成ガス、尿素、CO及び/又はアセチレンを含んでもよい。 [0019] High value coal products may include asphaltene intermediates and / or final products. High value coal products may include intermediates, additives or final products for road paving and roofing. High value coal products may include coal tar, distillates, pitches, asphalts, graphite materials, carbon fibers or any combination thereof. High value coal products may include soil conditioners and fertilizer products. High value coal products may include building materials. A significant portion of high value coal products can be solids, such as 10% or more solids, 20% or more solids or optionally 30% or more solids. Solids can be combined with resins, liquids, or other by-products produced by the methods described herein into graphite materials, building materials, composites, liquid additives or any combination thereof. May be converted. High value products may include syngas, urea, CO 2 and / or acetylene.

[0020]一態様において、石炭を複数の高価値石炭製品に変換するための方法であって、i)少なくとも部分的に石炭に由来する主原料を用意するステップと;ii)主原料を加工するステップであり、加工の順序がa)10秒間以下の時間行われ、水素リッチ雰囲気において行われる熱分解ステップ;及びb)少なくとも1種の液体溶媒で行われ、液体溶媒が極性溶媒及び/若しくは水素供与性溶媒並びに/又はこれらの任意の組合せからなる群から選択される、溶媒抽出ステップである、加工するステップとを含み;c)熱分解ステップが主原料について行われる第1のプロセスステップであり、溶媒抽出プロセスが熱分解から生成した固形チャーについて行われる第2のプロセスステップであり;d)熱分解及び溶媒抽出プロセスが複数の高価値石炭製品を生成するための条件下で統合及び実行される、方法が提供される。 [0020] In one embodiment, a method for converting coal into a plurality of high value coal products, i) a step of preparing a main raw material derived from coal at least partially; ii) processing the main raw material. Steps, the order of processing is a) a thermal decomposition step performed in a hydrogen-rich atmosphere with a time of 10 seconds or less; and b) performed with at least one liquid solvent, where the liquid solvent is a polar solvent and / or hydrogen. Includes a solvent extraction step, a processing step, selected from the group consisting of donor solvent and / or any combination thereof; c) The thermal decomposition step is the first process step performed on the main ingredient. , The solvent extraction process is a second process step performed on solid chars produced from thermal decomposition; d) The thermal decomposition and solvent extraction processes are integrated and carried out under conditions to produce multiple high value coal products. A method is provided.

[0021]熱分解ステップは、フラッシュ熱分解プロセスであってもよい。溶媒抽出ステップは、単一段階溶媒抽出、複数の単一段階溶媒抽出、単一の多段階溶媒抽出、複数の多段階溶媒抽出又は単一段階及び多段階溶媒抽出の組合せであってもよい。溶媒抽出ステップは、2以上の溶媒を使用してもよい。原料の加工は、熱分解後、溶媒抽出プロセス後又は複数の溶媒抽出の間に行われる1つ又は複数の分離ステップをさらに含んでもよい。 [0021] The pyrolysis step may be a flash pyrolysis process. The solvent extraction step may be a combination of single-step solvent extraction, multiple single-step solvent extraction, single multi-step solvent extraction, multiple multi-step solvent extraction or single-step and multi-step solvent extraction. Two or more solvents may be used in the solvent extraction step. Processing of the raw material may further include one or more separation steps performed after thermal decomposition, after the solvent extraction process or between the solvent extractions.

[0022]任意の特定の理論に束縛されるものではないが、本明細書で開示されるデバイス及び方法に関する根底にある原理の確信又は理解について本明細書の説明が存在し得る。任意の機構的説明又は仮説の最終的な正確さにかかわらず、本発明の実施形態は、それでもなお、有効且つ有用であり得ることが認識される。 [0022] Without being bound by any particular theory, there may be an explanation herein regarding the belief or understanding of the underlying principles of the devices and methods disclosed herein. Regardless of the final accuracy of any mechanical explanation or hypothesis, it is recognized that embodiments of the present invention can nevertheless be valid and useful.

液体及び固形製品を生成するための追加の後加工を含む、記載されるプロセスの概要を示す図である。FIG. 5 outlines the process described, including additional post-processing to produce liquid and solid products. 熱分解に溶媒抽出が続く、加工ステップの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the processing step in which solvent extraction follows thermal decomposition. 抽出有効性を増大させるために2種の異なる溶媒が使用される多段階溶媒抽出ステップの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the multi-step solvent extraction step in which two different solvents are used to increase the extraction effectiveness. 入力及び出力を含む概要を示す図である。It is a figure which shows the outline including input and output. 溶媒抽出及び熱分解を利用する高度に分岐した高選択的プロセスの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the highly branched highly selective process utilizing solvent extraction and thermal decomposition. 溶媒抽出及び熱分解を利用する高度に分岐した高選択的プロセスの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the highly branched highly selective process utilizing solvent extraction and thermal decomposition. 製品及び追加のプロセスについての詳細を有する概要の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the outline which has the details about a product and an additional process. 統合的多段階加工ステップの追加の例を示す図である。It is a figure which shows the additional example of the integrated multi-step machining step. 熱化学加工ステップの例を示す図である。It is a figure which shows the example of a thermochemical processing step.

[発明の詳細な説明]
[0032]一般に、本明細書で使用される用語及び句は、それらの当該技術分野で認識される意味を有し、意味は、当業者に公知の標準のテキスト、雑誌参考文献及び文脈を参照することにより見出すことができる。以下の定義は、本発明の文脈におけるそれらの特定の使用を明確にするために示される。
[Detailed description of the invention]
[0032] In general, the terms and phrases used herein have meanings recognized in their art, and the meanings refer to standard texts, journal references and contexts known to those of skill in the art. Can be found by doing. The following definitions are given to clarify their particular use in the context of the present invention.

[0033]本明細書で使用される場合、「少なくとも部分的に石炭に由来する原料」とは、原炭源から生成された固形物、粉末、スラリー、液体、流体又は他の材料を指す。例えば、原炭は、加工前に粉末に粉砕されることがある。原料は、例えば、フラッシュ熱分解及び溶媒抽出による、原料の加工をさらに促進するための当該技術分野で公知の様々な物理的、熱的及び化学的前処理を有してもよい。また、より価値がないか、又は不必要な中間生成物を再加工することにより追加の製品、例えば、液体製品が販売促進され得るように、原料は、下流プロセス又は中間体(例えば、溶媒抽出後に残る固形材料)のうちの1つ又は複数からの再利用流として機能してもよい。 [0033] As used herein, "raw material derived at least partially from coal" refers to solids, powders, slurries, liquids, fluids or other materials produced from raw coal sources. For example, raw coal may be ground into powder before processing. The raw material may have various physical, thermal and chemical pretreatments known in the art to further accelerate the processing of the raw material, for example by flash pyrolysis and solvent extraction. Also, the raw material is a downstream process or intermediate (eg, solvent extraction) so that additional products, such as liquid products, can be promoted by reworking less valuable or unnecessary intermediate products. It may function as a reusable stream from one or more of the remaining solid materials).

[0034]「石炭」とは、いくらかの量の流体材料を含有し得る主に固形の炭化水素を指す。石炭は一般に、水素、炭素、硫黄、酸素及び窒素からなる。石炭とは、本明細書に記載されるように、瀝青炭、亜瀝青炭及び亜炭を指すことがある。石炭とは、灰又は泥炭を指すこともある。 [0034] "Coal" refers to a predominantly solid hydrocarbon that may contain some amount of fluid material. Coal generally consists of hydrogen, carbon, sulfur, oxygen and nitrogen. Coal may refer to bituminous charcoal, sub-bituminous charcoal and sub-coal, as described herein. Coal may also refer to ash or peat.

[0035]本明細書に記載される「フラッシュ熱分解」とは、原料又は中間生成物が、原料又は中間体を迅速に加熱するのに十分なエネルギーに曝露される熱プロセスを指す。フラッシュ熱分解は、例えば、750℃を超える、900℃を超える、1050℃を超える、又は任意選択で1200℃を超える温度まで熱を供給するか、又は加工される材料を加熱することがある。フラッシュ熱分解とは、60秒間未満、10秒間未満、5秒間未満、1秒間未満又は任意選択で0.5秒間未満の加熱又は共振時間を指すことがある。フラッシュ熱分解は、真空下で、空気の存在下で、又は任意選択で水素若しくはメタンなどの精製気体若しくは合成ガスの存在下で行ってもよい。また、フラッシュ熱分解は、不活性雰囲気において、特に1200℃を超える非常に高温で行ってもよい。 [0035] As used herein, "flash pyrolysis" refers to a thermal process in which a raw material or intermediate product is exposed to sufficient energy to quickly heat the raw material or intermediate. Flash pyrolysis may, for example, supply heat above 750 ° C., above 900 ° C., above 1050 ° C., or optionally above 1200 ° C., or heat the material to be processed. Flash thermal decomposition may refer to heating or resonance time of less than 60 seconds, less than 10 seconds, less than 5 seconds, less than 1 second, or optionally less than 0.5 seconds. Flash pyrolysis may be carried out under vacuum, in the presence of air, or optionally in the presence of a purified gas such as hydrogen or methane or a syngas. Further, the flash pyrolysis may be carried out in an inert atmosphere, particularly at a very high temperature exceeding 1200 ° C.

[0036]「溶媒抽出」とは、原料又は中間生成物を通して、又はこれらにわたり液体溶媒を流動させて、化学反応を介した材料の成分の抽出及び/又は溶媒中での溶解性を介した物質移動を促進するプロセスを指す。本明細書に記載されるように、溶媒抽出は、同じ又は類似する溶媒が材料に対して反復して使用される多段階溶媒抽出における溶媒抽出ステップを含む、1つ又は複数の溶媒抽出ステップにおいて1つ又は複数の固形物を利用することがある。溶媒は、本明細書に記載されるように、本明細書に記載されるプロセスにより生成される液体炭化水素の混合物を含む混合物であってもよい。溶媒は、本明細書に記載されるように、いくつかの溶媒の混合物であってもよい。溶媒は、当該技術分野で公知のように再利用及び再使用してもよい。溶媒抽出は、亜臨界温度であってもよい。溶媒抽出は、減圧、大気圧又は増圧で行ってもよい。 [0036] “Solvent extraction” is a substance that is mediated by extraction of components of a material through a chemical reaction and / or solubility in a solvent by flowing a liquid solvent through or over raw materials or intermediate products. Refers to the process of facilitating movement. As described herein, solvent extraction is carried out in one or more solvent extraction steps, including solvent extraction steps in multi-step solvent extraction in which the same or similar solvent is repeatedly used for the material. One or more solids may be utilized. The solvent may be a mixture containing a mixture of liquid hydrocarbons produced by the processes described herein, as described herein. The solvent may be a mixture of several solvents, as described herein. The solvent may be reused and reused as is known in the art. Solvent extraction may be at subcritical temperature. Solvent extraction may be performed under reduced pressure, atmospheric pressure or increased pressure.

[0037]本明細書に記載される「溶媒」とは、石炭中に存在する炭化水素若しくは他の種及び分子について溶解性を有する液体若しくは液体の混合物又は混液を指す。溶媒とは、一般に沸点範囲により定義される炭化水素混合物を含む、液体の複雑な混合物を指すことがある。溶媒は、本質的に極性、パラフィン系、芳香族、アルコール、イオン性及び/又は水素供与性であってもよい。2以上の溶媒を利用する実施形態において、溶媒は、組成、添加剤、分子設計、沸点範囲又はこれらの組合せにより区別することができる。 [0037] As used herein, the term "solvent" refers to a liquid or mixture or mixture of liquids that is soluble in hydrocarbons or other species and molecules present in coal. Solvents may refer to complex mixtures of liquids, including hydrocarbon mixtures generally defined by the boiling range. The solvent may be polar, paraffinic, aromatic, alcoholic, ionic and / or hydrogen donating in nature. In embodiments that utilize two or more solvents, the solvents can be distinguished by composition, additives, molecular design, boiling range or a combination thereof.

[0038]「高価値石炭製品」とは、石炭又は少なくとも部分的に石炭に由来する原料よりも価値のある、本明細書に記載されるプロセスにより生成される化学製品及び材料(固形物及び液体の両方)について記載する。高価値石炭製品とは、主に固形石炭から生成した液体製品を指すことがある。本明細書に記載される高価値石炭製品は、原料で供給される石炭又は原炭材料と比較して、1.5倍、2倍、3倍、5倍、10倍又は任意選択で少なくとも50倍の金銭的価値を有することがある。高価値石炭製品とは、石炭を燃やすことを介して生成され得るエネルギーよりも1.5倍、2倍、3倍、5倍、10倍又は任意選択で少なくとも50倍価値のある石炭製品を指すことがある。高価値石炭製品とは、燃料(例えば、エネルギーを生成するために燃やす目的のために創出された)ではない製品を指すことがある。高価値石炭製品の例として、ポリマー(例えば、ポリウレタン、ポリエステル類、ポリアミド類)、高価値化学製品(BTX、パラフィン類、オレフィン類、アスファルテン類)、複合材、炭素繊維、グラフェン、建材、道路舗装及び屋根ふき材並びに土壌改良材が挙げられる。高価値石炭製品は、原料から変換された全材料の小部分、例えば、乾燥量基準で全生成物の50%、乾燥量基準で全生成物の70%、乾燥量基準で全生成物の80%又は任意選択により乾燥量基準で全生成物の90%であってもよい。 [0038] "High-value coal products" are chemical products and materials (solids and liquids) produced by the processes described herein that are more valuable than coal or at least partially coal-derived raw materials. Both) will be described. High-value coal products may refer to liquid products produced primarily from solid coal. The high value coal products described herein are 1.5 times, 2 times, 3 times, 5 times, 10 times or at least 50 times optionally compared to the coal or raw coal material supplied as raw material. May have double the monetary value. High-value coal products are coal products that are 1.5 times, 2 times, 3 times, 5 times, 10 times, or optionally at least 50 times more valuable than the energy that can be produced through burning coal. Sometimes. High-value coal products may refer to products that are not fuel (eg, created for the purpose of burning to generate energy). Examples of high-value coal products include polymers (eg polyurethanes, polyesters, polyamides), high-value chemical products (BTX, paraffins, olefins, asphaltenes), composites, carbon fibers, graphenes, building materials, road pavements. And roofing materials and soil improving materials. High-value coal products are small portions of all materials converted from raw materials, such as 50% of total products on a dry basis, 70% of total products on a dry basis, 80% of total products on a dry basis. % Or optionally 90% of the total product on a dry basis.

[0039]「水素リッチ環境」とは、水素ガスの大きな組成を含む雰囲気を指す。水素リッチ環境とは、50モルパーセント以上の水素、又は一部の実施形態では、70モルパーセント以上の水素を含む雰囲気を指すことがある。水素リッチ環境とは、熱分解が行われるチャンバー又は容器の雰囲気又は状態を指すことがある。 [0039] The "hydrogen-rich environment" refers to an atmosphere containing a large composition of hydrogen gas. A hydrogen-rich environment may refer to an atmosphere containing 50 mol percent or more of hydrogen, or, in some embodiments, 70 mol percent or more of hydrogen. The hydrogen-rich environment may refer to the atmosphere or condition of a chamber or container in which thermal decomposition takes place.

[0040]「不活性雰囲気」とは、気相が、存在する原料(複数可)と化学的に不活性である環境を指す。 [0040] The "inactive atmosphere" refers to an environment in which the gas phase is chemically inert to the raw materials (s) present.

[0041]本明細書に記載される圧力値は、別に指定しない限り、絶対圧力値として示される。 [0041] The pressure values described herein are shown as absolute pressure values unless otherwise specified.

[0042]以下の実施例は、本発明をさらに例示するが、もちろん、本発明の範囲を限定するとはいかなるようにも解釈されるべきではない。 [0042] The following examples further illustrate the invention, but of course should not be construed in any way to limit the scope of the invention.

(実施例1−石炭精製プロセスの概要)
[0043]この実施例は、石炭又は石炭系原料の計画的に選択された高価値製品への熱化学分解のための方法の高レベルの概要を説明する。図1は、概要図を示す。図1で、少なくとも部分的に石炭に由来する原料は、熱分解及び溶媒抽出を含む加工ステップ100に供給される。一般に、熱分解及び溶媒抽出のステップは、任意の順序で起こってもよく、多段階プロセス、熱分解及び/又は溶媒抽出の追加のステップ、再利用流及び分離を含んでもよい。プロセス及び方法の観点から、溶媒抽出及び熱分解ステップは統合される。主加工ステップ100は、少なくとも1つの固形物出力及び液体出力を生成するが、主加工ステップ100の構成に基づいて複数の固形物及び液体出力流を生成することがある。一部の場合、液体は、追加の液体加工102を受け、任意選択で、液体再利用流106が、特定の液体画分を主加工100に戻す。一部の場合、溶媒再利用流を含む液体再利用流106は、下流プロセスの中間体として、又は製品として有用であることがあり、別々に販売又は加工されることがある。同様に、固形物は、任意選択の再利用流104を伴う、追加の固形物加工104を受けてもよい。最終結果は、少なくとも1種の高価値液体製品及び少なくとも1種の高価値固形製品であるが、典型的に、記載されるプロセスは、様々な高価値製品及びより低価値の製品(原料コストと比較して)を生成し、より低価値の製品は再加工又は販売しても、しなくてもよい。
(Example 1-Outline of coal refining process)
[0043] This embodiment illustrates a high level overview of methods for thermochemical decomposition of coal or carboniferous raw materials into a systematically selected high value product. FIG. 1 shows a schematic diagram. In FIG. 1, the raw material, at least partially derived from coal, is fed to processing step 100, which includes thermal decomposition and solvent extraction. In general, the pyrolysis and solvent extraction steps may occur in any order and may include a multi-step process, an additional step of pyrolysis and / or solvent extraction, a reuse flow and separation. From a process and method perspective, solvent extraction and pyrolysis steps are integrated. The main machining step 100 produces at least one solid and liquid output, but may generate multiple solid and liquid output streams based on the configuration of the main machining step 100. In some cases, the liquid undergoes additional liquid processing 102 and optionally the liquid recycling stream 106 returns a particular liquid fraction to main processing 100. In some cases, the liquid recycling stream 106, including the solvent recycling stream, may be useful as an intermediate in downstream processes or as a product and may be sold or processed separately. Similarly, the solids may undergo additional solids processing 104 with an optional reuse stream 104. The end result is at least one high-value liquid product and at least one high-value solid product, but typically the processes described are various high-value products and lower-value products (with raw material costs). (Compare) to produce, lower value products may or may not be reprocessed or sold.

[0044]加工ステップ100の一例は、図2で示される。第1に、石炭系原料は、炭素鎖長を低減し、原料の一部を液化又は気化させる熱分解200を介して処理される。この実施例では、熱分解は、400〜1200℃で、且つ大気圧で行われる。フラッシュ熱分解(例えば、1分間未満の共振時間)又は低共振時間(例えば、15分間未満)での熱分解は、エネルギー要求及びそれゆえ、コストを低減させる一方で、効率の増大、製品製造及び収率の変更、及び/又は加工時間の減少のために使用されることがある。熱分解プロセス200からの流体は、下流工程においてさらに加工される(例えば、分離、重合など)ことがある。熱分解プロセス200からの固形物は、溶媒抽出ユニット210に移送される。溶媒抽出210は、固形材料から流体成分をさらに除去し、炭素鎖長を低減する化学反応、水素/炭素比を増大させる化学反応、又は硫黄及び酸素結合と相互作用する化学反応などの一部の化学反応、及び金属及び希土類元素の回復を与えることがある。溶媒抽出ステップ210からの残留固形物は、本明細書に記載されるようにさらに処理してもよく、より軽い化合物への追加の変換のためのプロセスを通して再利用してもよく、他の高価値製品に変換してもよい。溶媒抽出器210からの流体流は、例えば、蒸留カラム220で分離してもよい。流体流は、揮発性に基づいて1つ又は複数の生成物流に分割してもよく、溶媒は、回復し、溶媒抽出器210に戻してもよい。図8は、統合的多段階加工ステップの追加の例を示し、様々なプロセスステップの順序での汎用性をさらに例示する。 [0044] An example of machining step 100 is shown in FIG. First, the coal-based raw material is processed via thermal decomposition 200, which reduces the carbon chain length and liquefies or vaporizes a part of the raw material. In this example, the thermal decomposition is carried out at 400-1200 ° C. and at atmospheric pressure. Flash pyrolysis (eg, resonance time less than 1 minute) or low resonance time (eg, less than 15 minutes) reduces energy requirements and therefore costs while increasing efficiency, product manufacturing and It may be used to change yields and / or reduce processing time. The fluid from the pyrolysis process 200 may be further processed (eg, separation, polymerization, etc.) in the downstream process. The solid from the pyrolysis process 200 is transferred to the solvent extraction unit 210. The solvent extraction 210 is part of a chemical reaction that further removes fluid components from a solid material to reduce carbon chain length, a chemical reaction that increases the hydrogen / carbon ratio, or a chemical reaction that interacts with sulfur and oxygen bonds. May provide chemical reactions and recovery of metals and rare earth elements. Residual solids from solvent extraction step 210 may be further treated as described herein, reused through a process for additional conversion to lighter compounds, and other high. It may be converted into a value product. The fluid flow from the solvent extractor 210 may be separated, for example, by a distillation column 220. The fluid stream may be split into one or more product streams based on volatility, and the solvent may be recovered and returned to the solvent extractor 210. FIG. 8 shows an additional example of an integrated multi-step machining step, further exemplifying its versatility in the order of various process steps.

(実施例2−熱分解)
[0045]記載される系及び方法で使用される熱分解は、石炭に見られる複雑な炭化水素の熱分解を与え、固形石炭材料の一部を液体及び蒸気に変換することを補助する。本明細書に記載される熱分解は一般に、高温であるが燃焼を避けるのに十分に低い、例えば、400℃を超える、800℃を超える、又は任意選択で1000℃を超える温度で行われる。さらに、効率を増大させ、且つエネルギーコストを低減させるために、記載される方法の熱分解は一般に、低滞留時間、例えば、1時間未満、又は一部の場合、15分間未満を有する。本発明の一部の実施形態は、1分間未満、又は好ましくは15秒間未満の滞留時間を有し得るフラッシュ熱分解を利用する。記載される熱分解ステップは、大気圧で、若しくは大気圧付近で、又は加圧環境で行ってもよく、一部の実施形態では、水素ガスを含む水素リッチガス、メタン、天然ガス又は合成ガスの存在下で行うことを含む。
(Example 2-Pyrolysis)
[0045] The pyrolysis used in the systems and methods described provides the complex hydrocarbon pyrolysis found in coal and assists in converting some of the solid coal material into liquids and vapors. The pyrolysis described herein is generally performed at a high temperature but low enough to avoid combustion, eg, above 400 ° C., above 800 ° C., or optionally above 1000 ° C. Moreover, in order to increase efficiency and reduce energy costs, the pyrolysis of the described methods generally has a low residence time, eg, less than 1 hour, or in some cases less than 15 minutes. Some embodiments of the present invention utilize flash pyrolysis, which can have a residence time of less than 1 minute, or preferably less than 15 seconds. The pyrolysis steps described may be performed at or near atmospheric pressure, or in a pressurized environment, and in some embodiments, of hydrogen-rich gas, including hydrogen gas, methane, natural gas or syngas. Including doing in the presence.

[0046]特定の熱分解パラメーターは、入力又は供給流に依存する。例えば、熱分解が記載される方法の第1のステップである実施形態では、供給材料は、主に石炭又は石炭由来材料である。しかしながら、1つ又は複数の溶媒抽出が行われる場合には、残留固形材料は顕著に異なる組成を有することがあり、したがって、プロセスパラメーターは変更する必要がある。 [0046] Certain pyrolysis parameters depend on the input or supply flow. For example, in an embodiment of the first step of the method described by pyrolysis, the feed material is primarily coal or coal-derived material. However, if one or more solvent extractions are performed, the residual solid material may have a significantly different composition and therefore the process parameters need to be changed.

[0047]石炭熱分解実験を、Cordero Rojo亜瀝青炭について行った。25gの石炭を、アルゴン下で100℃にて一晩乾燥させた。乾燥石炭重量を決定し、これは以下の収率計算の基礎になる。その後、内容物を、垂直管炉内で500℃まで40分間加熱した。生成した熱分解蒸気を、0℃の冷却トラップに移送して、タールを濃縮し、残留気体を通気した。 [0047] Coal pyrolysis experiments were performed on Cordero Rojo subbituminous coal. 25 g of coal was dried under argon at 100 ° C. overnight. Determine the weight of dry coal, which is the basis for the following yield calculations. The contents were then heated to 500 ° C. for 40 minutes in a vertical tube furnace. The generated thermal decomposition steam was transferred to a cooling trap at 0 ° C. to concentrate the tar and aerate the residual gas.

[0048]以下は、上記の実験手技に基づく乾燥石炭についての重量基準の収率結果である:

Figure 2020533471
[0048] The following are weight-based yield results for dry coal based on the above experimental procedure:
Figure 2020533471

(実施例3−溶媒抽出)
[0049]溶媒抽出は、主に固形の原料又は中間体から望ましく、且つ価値のある流体成分を回復するための有効なコスト効率的方法を与える。さらに、溶媒の選択及び設計は、いくらかの化学反応性を与えることがあり、石炭に多くの場合見られる複雑な炭化水素分子のサイズ又は長さの低減、及び又は金属及び希土類元素の実利的回復の実現を与えることがある。
(Example 3-solvent extraction)
Solvent extraction provides an effective cost-effective method for recovering desirable and valuable fluid components primarily from solid raw materials or intermediates. In addition, solvent selection and design may confer some chemical reactivity, reducing the size or length of complex hydrocarbon molecules often found in coal, and / or practical recovery of metals and rare earth elements. May give the realization of.

[0050]様々な溶媒は、石炭系原料又は中間石炭生成物(例えば、熱分解後)の処置に有用である。極性溶媒、水素供与性溶媒、脂肪族溶媒、芳香族溶媒、イオン性液体溶媒及び超臨界流体抽出(他の溶媒を含む)の全ては、ある特定の製品又は製品タイプの生成の促進において高い適応性を可能にし、溶媒系又はプロセスパラメーターの変化は、様々な石炭原料間及びタイプ間の差を説明することができる。溶媒抽出の温度及び圧力は多くの場合、使用される溶媒に結び付けられるが、亜臨界及び超臨界溶媒抽出の両方が実施されることがある。 [0050] Various solvents are useful in treating coal-based raw materials or intermediate coal products (eg, after pyrolysis). Polar solvents, hydrogen donor solvents, aliphatic solvents, aromatic solvents, ionic liquid solvents and supercritical fluid extractions (including other solvents) are all highly adapted in promoting the production of certain products or product types. Allowing the nature, changes in solvent system or process parameters can explain the differences between various coal sources and types. The temperature and pressure of solvent extraction are often tied to the solvent used, but both subcritical and supercritical solvent extractions may be performed.

[0051]様々な溶媒系及び/又はプロセスパラメーターでの複数の溶媒抽出は、固形材料を、より容易に加工される、且つ潜在的により価値のある流体出力に変換することにおいてより高い効率を可能にする。複数の単一段階溶媒抽出の一例は、図3に示される。供給材料201(石炭系原料、熱分解及び溶媒抽出の両方を含む複数のプロセスステップを受けた熱分解生成物又は中間体であり得る)は、第1の溶媒抽出器210に供給される。溶媒抽出器210は、特定の溶媒タイプ、例えば、芳香族化合物などのある特定の石炭成分をターゲットにする極性溶媒を使用する。第1の抽出物は、その後、1つ又は複数の分離ステップ220、例えば蒸留カラムで分割され、軽流体出力及び重流体出力の両方をもたらす。溶媒は、再利用して溶媒抽出器210に戻してもよい。溶媒抽出210後に残る固形物は、その後、固形物中に残る追加の流体を抽出するために、異なる溶媒タイプ、例えば、水素供与性溶媒を使用する第2の溶媒抽出プロセス211で加工される。重要なことに、溶媒抽出プロセスの順序は、ある特定の炭化水素の量を増大させ、多様な製品選択を可能にするために逆転又は変更してもよい。また、第2の溶媒抽出211からの抽出物は、分離ステップ221(複数可)に供給され、軽及び重流体出力の両方、並びに溶媒を再利用する能力を与える。多段階溶媒抽出後に残る固形物は、さらに加工してもよく(例えば、熱分解又は追加の溶媒抽出)、本明細書に記載されるように固形製品として加工してもよい。 Multiple solvent extractions with various solvent systems and / or process parameters allow for higher efficiency in converting solid materials into more easily processed and potentially more valuable fluid outputs. To. An example of multiple single-step solvent extractions is shown in FIG. Feed material 201 (which can be a pyrolysis product or an intermediate that has undergone multiple process steps, including both coal-based raw materials, thermal decomposition and solvent extraction) is supplied to the first solvent extractor 210. The solvent extractor 210 uses a polar solvent that targets a particular solvent type, eg, a particular coal component, such as an aromatic compound. The first extract is then divided in one or more separation steps 220, such as a distillation column, to provide both light and heavy fluid power. The solvent may be reused and returned to the solvent extractor 210. The solids remaining after solvent extraction 210 are then processed in a second solvent extraction process 211 using a different solvent type, eg, a hydrogen donating solvent, to extract additional fluid remaining in the solids. Importantly, the order of the solvent extraction process may be reversed or changed to increase the amount of a particular hydrocarbon and allow for a variety of product choices. Also, the extract from the second solvent extraction 211 is fed to separation step 221 (s), providing both light and heavy fluid output, as well as the ability to reuse the solvent. The solids remaining after multi-step solvent extraction may be further processed (eg, pyrolysis or additional solvent extraction) or processed as a solid product as described herein.

[0052]単一溶媒が全抽出及び分画を増大させるために複数回適用され、単一溶媒が様々な温度で適用される多ステップ溶媒抽出も、一部の実施形態で利用することができる。 [0052] Multi-step solvent extraction, in which a single solvent is applied multiple times to increase total extraction and fractionation and the single solvent is applied at various temperatures, is also available in some embodiments. ..

[0053]Cordero Rojoの亜瀝青炭(実施例2及び表1に記載されるのと同じ石炭)でのテトラリン及び1−メチル−ナフタレンの抽出効率を調査するために溶媒抽出実験を行った。実験手技は、石炭を流動アルゴン流下で90℃にて36時間乾燥させることであり;これは、1(重量)%未満の水分を有する石炭をもたらした。乾燥後、乾燥石炭を秤量し、これは、水分0%を仮定して以下の収率計算の基礎になる。約100gの石炭を、圧力容器に入れ、圧力容器をその後、オーブンに入れた。所望の溶媒を毎分0.1ml/乾燥石炭1gの速度で、所望の温度での沸点を超える圧力までポンプ注入する。オーブンを点け、容器を被制御360℃まで加熱する。この温度に達した後2時間、溶媒流を継続する。わずかな(0と仮定される)気体流が認められた。2時間後、溶媒流を停止し、オーブンを切り、このようにして容器を冷却させる。圧力は、大気圧まで降下する。溶媒の沸点未満まで冷却した後、アルゴンを、容器を通して36時間流動させて、固形残留物からの残留溶媒を除去する。得られた残留物を秤量して、収率を決定する。 [0053] A solvent extraction experiment was performed to investigate the extraction efficiency of tetralin and 1-methyl-naphthalene in Cordero Rojo's subbituminous coal (the same coal as described in Example 2 and Table 1). The experimental procedure was to dry the coal under a stream of fluid argon at 90 ° C. for 36 hours; this resulted in coal with a moisture content of less than 1 (weight)%. After drying, the dried coal is weighed, which is the basis for the following yield calculations, assuming 0% moisture. About 100 g of coal was placed in a pressure vessel and the pressure vessel was then placed in the oven. The desired solvent is pumped at a rate of 0.1 ml / min / 1 g of dry coal to a pressure above the boiling point at the desired temperature. Turn on the oven and heat the container to controlled 360 ° C. The solvent flow is continued for 2 hours after reaching this temperature. A slight (assumed to be 0) gas flow was observed. After 2 hours, the solvent flow is stopped, the oven is turned off and the container is cooled in this way. The pressure drops to atmospheric pressure. After cooling to below the boiling point of the solvent, argon is allowed to flow through the vessel for 36 hours to remove the residual solvent from the solid residue. The resulting residue is weighed to determine the yield.

[0054]以下は、上記の実験手技に基づく、乾燥石炭についての重量基準の収率結果である:

Figure 2020533471
[0054] The following are weight-based yield results for dry coal based on the above experimental procedure:
Figure 2020533471

(実施例4−統合的熱化学加工)
[0055]その後、熱分解(実施例2)及び溶媒抽出(実施例3)実験から収集した固形物を、第2の加工選択肢に供した。換言すれば、溶媒抽出固形残留物を熱分解し、熱分解チャーを溶媒抽出した。図1、2及び8を参照されたい。
(Example 4-Integrated thermochemical processing)
[0055] The solids collected from the pyrolysis (Example 2) and solvent extraction (Example 3) experiments were then subjected to a second processing option. In other words, the solvent-extracted solid residue was pyrolyzed and the pyrolyzed char was solvent-extracted. See FIGS. 1, 2 and 8.

[0056]溶媒抽出実験手技及び条件は、乾燥が必要とされないことを除いては、溶媒抽出(実施例)に記載される実験手技及び条件と同じであった。 [0056] Solvent extraction experimental procedures and conditions were the same as those described in Solvent Extraction (Examples), except that drying was not required.

[0057]熱分解実験手技及び条件は、乾燥が必要とされないことを除いては、熱分解実施例に記載される実験手技及び条件と同じであった。 [0057] Pyrolysis experimental procedures and conditions were the same as those described in the Pyrolysis Examples, except that drying was not required.

[0058]以下は、上記の実験手技に基づく、乾燥熱分解チャーについての重量基準のテトラリン溶媒抽出収率結果である:

Figure 2020533471
[0058] The following are weight-based tetralin solvent extraction yield results for dry pyrolysis char based on the above experimental procedure:
Figure 2020533471

[0059]以下は、上記の実験手技に基づく、テトラリンに基づく溶媒抽出乾燥残留物についての重量基準の熱分解収率結果である:

Figure 2020533471
[0059] The following are weight-based pyrolysis yield results for tetralin-based solvent-extracted dry residues based on the above experimental procedure:
Figure 2020533471

[0060]以下は、上記の結果、及び石炭熱分解及び石炭溶媒抽出実施例からの結果に基づく、組み合わせた2段法全体の重量基準の収率結果である。使用された溶媒は、テトラリンであった。

Figure 2020533471
[0060] The following are weight-based yield results for the combined two-step method as a whole, based on the above results and the results from coal pyrolysis and coal solvent extraction examples. The solvent used was tetralin.
Figure 2020533471

[0061]両方の場合において、2段法からのタール収率は、熱分解のみ又は溶媒抽出のみのプロセスからの収率よりも大きいことに留意するべきである。 It should be noted that in both cases, the tar yield from the two-step method is higher than the yield from the pyrolysis-only or solvent-extraction-only process.

(実施例5−分岐プロセス)
[0062]追加の加工ステップを含めることにより、熱分解と溶媒抽出との組合せ後にステップを含めることは、ある範囲の製品の産出、又は製造された同じファミリーの製品タイプについての異なる仕様及び機能性をもたらし得る、高度に分岐したプロセスを実現する。これらの追加のプロセスは、熱化学処理(図2で示される)から得られた中間生成物を変換する。中間体により供給される最終製品製造プロセス(配合)は、製品に基づく市場要求を満たすことを可能にする製品流通及び状態への調整を有して、経済的安定性を確実にする性能を示す製品の量を製造する高選択性能力を実現する。
(Example 5-branch process)
[0062] By including additional processing steps, including steps after the combination of pyrolysis and solvent extraction may produce a range of products, or have different specifications and functionality for the same family of product types manufactured. Realize a highly branched process that can bring about. These additional processes convert the intermediate products obtained from the thermochemical treatment (shown in FIG. 2). The final product manufacturing process (formulation) supplied by the intermediate exhibits performance that ensures economic stability, with product distribution and adjustments to conditions that allow it to meet market demands based on the product. Achieve high selectivity ability to manufacture quantity of products.

[0063]図9は、様々な高価値及び有用製品を生成するための追加の後加工を伴う、高度に分岐した高選択的プロセスの一例を示す。記載されるプロセスは、統合された3段階:熱及び化学分解、蒸気−液体分離、並びに単一の直接的プロセス又は中間生成物の生成後の高価値誘導体又は最終製品を製造するためのさらなる加工であり得る製品製造/配合からなる。 [0063] FIG. 9 shows an example of a highly branched, highly selective process with additional post-processing to produce a variety of high value and useful products. The processes described are three integrated steps: thermal and chemical decomposition, steam-liquid separation, and further processing to produce high value derivatives or final products after the formation of a single direct process or intermediate product. Consists of product manufacturing / formulation which can be.

[0064]熱及び化学分解セクションは、最小で2つの加工ステップ、熱分解及び溶媒抽出からなり、さらなる後処理ステップの追加の可能性を有し、これらは連続で行われる。このプロセスは、(分離セクションからの)最大液体中間体収率を実現し、この液体中間体は、蒸気−液体製品製造又は配合の主供給材料である。熱及び化学分解ステップは、熱分解後の熱分解チャーの溶媒抽出から、又は主原料の溶媒抽出後の溶媒抽出固形残留物の熱分解からなる。熱分解は、中性又は水素供与性雰囲気(水素リッチガス、合成ガス又はメタンなど)における、主原料又は溶媒抽出残留物の直接的又は間接的加熱である。気体及び固形生成物が、熱分解から生じる。溶媒抽出は、主原料、又は複数のステップであり得る石炭熱分解チャーを様々な溶媒と接触させることからなる。溶媒は、分離セクションで回復され、溶媒リッチ流は、溶媒抽出に再利用される。次の加工ステップに持ち越される溶媒は、最小限にされる。溶媒抽出は、ほとんど気体を生成せず、熱分解温度未満の温度で作動し、抽出液体流及び固形残留物流を含有する溶媒を生成する。図8は、統合的熱及び化学分解ステップを例示する。 [0064] The thermal and chemical decomposition section consists of a minimum of two processing steps, thermal decomposition and solvent extraction, with the potential for additional post-treatment steps, which are carried out in succession. This process achieves maximum liquid intermediate yield (from the separation section), which is the main feed material for vapor-liquid product manufacturing or formulation. The thermal and chemical decomposition steps consist of thermal decomposition of the solvent-extracted solid residue after solvent extraction of the thermal decomposition char after thermal decomposition or after solvent extraction of the main raw material. Pyrolysis is direct or indirect heating of the main raw material or solvent extraction residue in a neutral or hydrogen donating atmosphere (such as hydrogen-rich gas, syngas or methane). Gas and solid products result from thermal decomposition. Solvent extraction consists of contacting the main raw material, or coal pyrolysis char, which can be a plurality of steps, with various solvents. The solvent is recovered in the separation section and the solvent-rich flow is reused for solvent extraction. The solvent carried over to the next processing step is minimized. Solvent extraction produces little gas and operates at temperatures below the pyrolysis temperature to produce a solvent containing an extraction liquid stream and solid residual logistics. FIG. 8 illustrates an integrated thermal and chemical decomposition step.

[0065]分離セクションは、熱及び化学分解セクションからの蒸気及び液体中間体を加工して、製品配合セクションに供給される中間体を製造する。熱分解反応器内の雰囲気のタイプにより、分離セクションからの気体を加工し、熱分解反応器に再利用してもよい。溶媒リッチ流は、分離セクションで回復され、溶媒抽出セクションに再利用されるか、又は最終製品へのさらなる加工のための中間生成物として使用される。分離セクションは、変換セクション(温度、圧力、加工順序、熱分解雰囲気及び溶媒スキーム)及び製品配合セクションの両方に依存する。どの高価値製品が計画的に選択されるか、及びどれが副生成物又は共生成物になるかに応じて、熱分解蒸気及び溶媒抽出の抽出物を混合して、単一の分離セクションに供給してもよく、又は熱分解蒸気及び溶媒抽出の抽出物を、別々の並行する分離セクションに供給してもよい。蒸留塔は、熱及び化学分解セクションからの気体生成物を除去し、様々な液体中間体を生成するための、分離セクションにおける第1のユニット工程であることがある。側面ストリッパー及び側面アブソーバーが存在してもよい。この第1の塔からの下部(残留生成物)は、最も重い材料をさらに精製するために、高真空蒸留塔に移送することができる。製品配合の仕様によっては、液体中間体をさらに分離又は加工して、特定の製品配合のための所望の中間供給材料を生成してもよい。これらの下流分離は、吸着、分画、結晶化、共沸分画、抽出蒸留、液体−液体デカンテーション及び抽出からなってもよく、これらの組合せを含む。使用されなかった(製品配合のために)中間体(例えば、より高い沸点範囲の中間体)は、熱及び化学分解セクションに再利用して、この材料をより使用可能な中間体にさらに加工してもよい。 [0065] The separation section processes vapor and liquid intermediates from the thermal and chemical decomposition sections to produce the intermediates supplied to the product formulation section. Depending on the type of atmosphere in the pyrolysis reactor, the gas from the separation section may be processed and reused in the pyrolysis reactor. The solvent-rich flow is recovered in the separation section and reused in the solvent extraction section or used as an intermediate product for further processing into the final product. The separation section depends on both the conversion section (temperature, pressure, processing sequence, pyrolysis atmosphere and solvent scheme) and the product formulation section. Pyrolysis vapor and solvent extraction extracts are mixed into a single separation section, depending on which high value products are systematically selected and which are by-products or co-products. It may be fed, or the pyrolysis vapor and solvent extract extracts may be fed in separate parallel separation sections. The distillation column may be the first unit step in the separation section for removing gas products from the thermal and chemical decomposition sections and producing various liquid intermediates. Side strippers and side absorbers may be present. The lower part (residual product) from this first column can be transferred to a high vacuum distillation column for further purification of the heaviest material. Depending on the product formulation specifications, the liquid intermediate may be further separated or processed to produce the desired intermediate feed material for a particular product formulation. These downstream separations may consist of adsorption, fractionation, crystallization, azeotropic fractionation, extraction distillation, liquid-liquid decantation and extraction, including combinations thereof. Intermediates that have not been used (for product formulation) (eg, intermediates in the higher boiling range) are reused in the thermal and chemical decomposition sections to further process this material into more usable intermediates. You may.

[0066]製品配合は、2つの主要なサブセクション:中間体(液体)及び気体製品配合並びに固形物からなり、これらを後処理配合で加工して、最終製品を製造する。最終配合は、分離セクションからの中間体を加工して、2〜10種の高価値製品及び場合により追加のより低価値の製品を生成する。これらの高価値製品の例は、石油化学製品、炭素繊維、ポリマー、複合材、アスファルテン類、バインダ、コークス及びその他であってもよい。これらの高価値製品の各々は、分離セクションからの個別化供給材料を使用する別々の加工ユニットで生成される。熱及び化学分解セクションからの固形物は、固形物配合に移送される。ここでもまた、いくつかの製品が、別々の加工ユニットで製造される。より低価値の製品の例として、排煙を伴う水、鉱物及び粘土が挙げられる。高価値製品抽出物の例として、金属及び希土類元素が挙げられる。 [0066] The product formulation consists of two main subsections: intermediate (liquid) and gaseous product formulations and solids, which are processed in post-treatment formulations to produce the final product. The final formulation processes the intermediates from the separation section to produce 2-10 high value products and optionally additional lower value products. Examples of these high value products may be petrochemicals, carbon fibers, polymers, composites, asphaltenes, binders, coke and others. Each of these high value products is produced in a separate processing unit that uses a personalized feed material from the separation section. Solids from the thermal and chemical decomposition sections are transferred to the solids formulation. Again, some products are manufactured in separate processing units. Examples of lower value products include water, minerals and clay with flue gas. Examples of high value product extracts include metals and rare earth elements.

[0067]本明細書に記載されるプロセスは、原油精製にいくらか類似しており、原油精製は、原油が供給され、複数の変換ステップ、多くの分離(特に分画)ステップ、生成される多くの中間体、及び一般に主プロセスステップとしての蒸留を使用して製造される多数の誘導生成物が存在して、中間体を製造し、その後不連続の水素化分解、水素化処理及び水素化加工により最終製品を製造する。しかしながら、本明細書に記載されるプロセスは、熱化学プロセスの別個のユニークな統合を必要とする、固形、高炭素含有量原料に特に適合されており、この熱化学プロセスは、技術的若しくは経済的に、又はこれらの両方で、石油精製で派生させることができない顕著な量の固形高価値製品、液体製品を生成し、逆に少量の燃料製品及び/又は燃料混合成分を生成する。 The process described herein is somewhat similar to crude oil refining, in which crude oil is fed, with multiple conversion steps, many separation (particularly fractionation) steps, and many produced. There are a number of inductive products produced using the intermediates, and generally distillation as the main process step, to produce the intermediates, followed by discontinuous hydrocracking, hydrotreating and hydrotreating. To manufacture the final product. However, the processes described herein are particularly adapted for solid, high carbon content feedstocks that require a separate and unique integration of thermochemical processes, which are technical or economical. Produces significant amounts of solid, high-value products, liquid products that cannot be derived by petroleum refining, or both, and conversely produces small amounts of fuel products and / or fuel mixture components.

[0068]図5〜7は、高価値製品の特定の例を提供する、可能性のあるプロセス統合のより詳細な例を示す。図7では、石炭系原料を、乾燥器に入れて、含水量の約90%を除去する。次に、乾燥させた石炭を、この例では完全に統合された2つの溶媒抽出ステップ及び単一の熱分解ステップからなる熱化学加工ステップで変換する。第1の溶媒抽出は、極性溶媒(例えば、DMF、エタノール、水)を利用して、酸素含有分子を回復する。第2の溶媒抽出は、非極性溶媒(例えば、混合硬化油、テトラリン、超臨界燃料、1−メチル−ナフタレン)を使用する。溶媒抽出残留物の熱分解を、400〜1200°Fで行って、土壌改良材製品及び建材、並びにさらなる加工のための中間体としての蒸気を含有する価値のある炭化水素を生成する。 [0068] Figures 5-7 show more detailed examples of possible process integrations that provide specific examples of high value products. In FIG. 7, the coal-based raw material is placed in a dryer to remove about 90% of the water content. The dried coal is then converted in a thermochemical processing step consisting of two fully integrated solvent extraction steps and a single pyrolysis step in this example. The first solvent extraction utilizes polar solvents (eg, DMF, ethanol, water) to recover oxygen-containing molecules. The second solvent extraction uses a non-polar solvent (eg, mixed hydrogenated oil, tetralin, supercritical fuel, 1-methyl-naphthalene). Pyrolysis of solvent extraction residues is performed at 400-1200 ° F to produce soil conditioner products and building materials, as well as worthy hydrocarbons containing vapors as intermediates for further processing.

[0069]熱化学加工後、様々な流れは、例えば、蒸留、真空蒸留、溶媒抽出、結晶化、ワイプ−フィルム蒸発、液体−液体抽出及びデカンテーションを含む公知の技術により分離される。一部の実施形態では、分離される生成物は、所望の組成、変換又は沸点範囲が達成されるまで、熱化学加工ステップに再利用してもよい。一部の場合、分離は、熱化学加工ステップの間に行ってもよい(すなわち、溶媒抽出1−分離−熱分解−溶媒抽出2)。タール流については、真空蒸留を使用して、流れの沸点に基づいて様々な生成物を生成してもよい。分離ステップ(複数可)から出る燃料気体は、望ましくない気体(例えば、二酸化炭素並びにSOx及びNOx汚染物質)を除去するためのアミン処理、スクラビング又は膜濾過などの気体クリーンアップステップで加工してもよい。クリーニング後、また、燃料気体は、ドライメタン改質(DMR)又はメタン水蒸気改質法(SMR)を使用してさらに変換し、加工ステップに配置しても、販売してもよい。 [0069] After thermochemical processing, the various streams are separated by known techniques including, for example, distillation, vacuum distillation, solvent extraction, crystallization, wipe-film evaporation, liquid-liquid extraction and decantation. In some embodiments, the separated product may be reused for thermochemical processing steps until the desired composition, conversion or boiling range is achieved. In some cases, separation may be performed during the thermochemical processing step (ie, solvent extraction 1-separation-pyrolysis-solvent extraction 2). For tar streams, vacuum distillation may be used to produce various products based on the boiling point of the stream. The fuel gas from the separation step (s) may be processed in a gas cleanup step such as amine treatment, scrubbing or membrane filtration to remove unwanted gases (eg carbon dioxide and SOx and NOx contaminants). Good. After cleaning, the fuel gas may be further converted using dry methane reforming (DMR) or methane steam reforming (SMR) and placed in the processing step or sold.

[0070]熱化学加工ステップからの固形生成物は、最終製品に配合してもよく、最終製品が製造又は販売され得る中間体として使用してもよい。生成物の例として、建材のための炭素フィルター副生成物があり、さらに加工して環境管理のための活性炭製品を生成するか、又は土壌改良材を製造するために使用されるか、又はさらにか焼してコークスを生成する。 [0070] The solid product from the thermochemical processing step may be incorporated into the final product or used as an intermediate in which the final product can be manufactured or sold. Examples of products are carbon filter by-products for building materials, which can be further processed to produce activated carbon products for environmental management, or used to produce soil conditioners, or even more. Calcination to produce coke.

(実施例6−熱化学石炭加工からの分岐)
[0071]図5及び6を参照して、この実施例は、本明細書で定義される熱化学プロセスのユニークな統合的且つ相乗的工程に基づいて、多数の特有の製品製造アウトカムを生成するために、石炭の熱化学加工をどのように適合させることができ、石炭の熱化学加工がどのようにフレキシブルあるかを説明する。実施例は、概念の証明、及び石炭系材料の高需要高価値製品への追加の変換の実行可能性を実証する、実験室スケールの実験を記載する。
(Example 6-Branch from thermochemical coal processing)
[0071] With reference to FIGS. 5 and 6, this example produces a number of unique product manufacturing outcomes based on the unique integrated and synergistic steps of the thermochemical process defined herein. In order to explain how the thermochemical processing of coal can be adapted and how the thermochemical processing of coal is flexible. The examples describe laboratory-scale experiments demonstrating the proof of concept and the feasibility of additional conversion of coal-based materials to high-demand, high-value products.

〔石炭剥離物〕
[0072]極性及び非極性分子が高剥離特性及び高表面領域フォームで抽出された、石炭固形物が記載され、これらは、土壌浄化添加剤、気体/流体吸収剤、グラフェンオキシドスプレイスラリー、及び気化及び水素化のためのチャーとして使用することができる。
[Coal stripper]
[0072] Coal solids, in which polar and non-polar molecules have been extracted with high exfoliation properties and high surface region foam, are described, which are soil purification additives, gas / fluid absorbers, graphene oxide spray slurries, and vaporization. And can be used as a char for hydrogenation.

[0073]実験的に、2ステップ実験プロセスは、1)DMFを140℃で1atmにて使用する連続抽出を介した極性分子の除去、及び2)40℃で75atmの超臨界CO2抽出を介した非極性分子の除去を含む。2つのステップは、任意の順序で適用することができる。 [0073] Experimentally, the two-step experimental process was mediated by 1) removal of polar molecules via continuous extraction using DMF at 140 ° C. at 1 atm, and 2) supercritical CO2 extraction at 40 ° C. at 75 atm. Includes removal of non-polar molecules. The two steps can be applied in any order.

〔室温ウレタンフォーム複合材合成〕
[0074]スキン/マトリックス構造複合材における充填材として、又は音響変調、断熱、弾道衝撃軽減又は浮揚性のための独立式フォームとして機能するのに十分な構造的強度を有する補強粒子を充填した有機マトリックスからなる有機複合材が記載される。これらの石炭系機能化炭素粒子は、石炭由来ウレタンマトリックスと共に、非常に望ましい特性を有する低コストポリマーマトリックス複合材(PMC)を生成することができる。
[Room temperature urethane foam composite material synthesis]
[0074] Organic filled with reinforcing particles with sufficient structural strength to function as a filler in skin / matrix composites or as a stand-alone foam for acoustic modulation, adiabatic, ballistic impact mitigation or buoyancy. An organic composite consisting of a matrix is described. These coal-based functionalized carbon particles, along with coal-derived urethane matrices, can produce low-cost polymer matrix composites (PMCs) with highly desirable properties.

[0075]室温で2つの溶液を反応させて、数分のうちに顕著に大量の高耐久性フォームを形成することにより、抽出物のその個々の化学又は沸点範囲構成要素への中間分離を伴わずに、有機石炭抽出物からウレタン複合材を生成するプロセスが本明細書に記載される。このプロセスは、フォーム合成ステップ中に苛性試薬又は危険な試薬を必要とせず、抽出物のアルコール/フェノールOH基を使用し、標準の様式でそれらをジイソシアネート架橋剤と反応させて、優れた熱性能並びに適度な靭性、抗張力及び弾性を有する非差別化ポリウレタンを生成する。また、このプロセスは、Hummer法を介して石炭から生成されたグラフェンオキシド又は石炭から生成された黒鉛状石炭チャーのアルコール/フェノールOH基を利用する。グラフェンオキシド又は黒鉛状石炭チャーの添加は、石炭PMCの強度を大いに増大し得る。 [0075] By reacting the two solutions at room temperature to form a significantly large amount of durable foam within minutes, with intermediate separation of the extract into its individual chemical or boiling range components. Instead, the process of producing urethane composites from organic coal extracts is described herein. This process does not require causative or dangerous reagents during the foam synthesis step, uses the alcohol / phenol OH groups of the extract and reacts them with diisocyanate crosslinkers in a standard manner for superior thermal performance. It also produces non-differentiated polyurethane with moderate toughness, tensile strength and elasticity. The process also utilizes the alcohol / phenol OH groups of graphene oxide produced from coal via the Hummer method or graphitic coal char produced from coal. The addition of graphene oxide or graphitic coal char can greatly increase the strength of coal PMC.

[0076]実験的に生成される石炭抽出物は、ジメチルホルムアミドを溶媒とする標準の蒸発器、凝縮器及びフィルター/サイホンスキームを使用する連続ソックスレープロセスで製造される。その後、石炭抽出物の一部は、850℃で10〜15分間湿式熱分解され、その後、200メッシュサイズまで粉砕される。実験室の例として、グラフェンオキシドは、石炭から標準のHummer法を介して生成される。0.5gの水及び1%(w/w%)グラフェンオキシド又は1%(w/w%)黒鉛状石炭チャー、0.1gのジブチル錫ジラウレート並びに2gの石炭抽出物の混合物を準備する。約14gのトルエンd−イソシアネートを混合物に添加し、手動で激しく撹拌し、これにより溶液を泡立たせ、その後、室温まで冷却させる。 [0076] The experimentally produced coal extract is produced in a continuous Soxhlet process using a standard evaporator, condenser and filter / siphon scheme with dimethylformamide as the solvent. A portion of the coal extract is then wet pyrolyzed at 850 ° C. for 10 to 15 minutes and then milled to a size of 200 mesh. As a laboratory example, graphene oxide is produced from coal via the standard Hummer method. Prepare a mixture of 0.5 g of water and 1% (w / w%) graphene oxide or 1% (w / w%) graphitic coal char, 0.1 g of dibutyltin dilaurate and 2 g of coal extract. Approximately 14 g of toluene d-isocyanate is added to the mixture and manually stirred vigorously to foam the solution and then cool to room temperature.

〔石炭からのポリアミドの生成〕
[0077]抽出物のその個々の化学又は沸点範囲構成要素への中間分離を伴わずに、有機石炭抽出物からポリアミドを生成するプロセスが記載される。このプロセスは、抽出物のカルボン酸基を利用し、標準の様式でそれらをジアミン架橋剤と反応させて、優れた熱性能並びに適度な靭性、抗張力及び弾性を有する非差別化ポリアミドを生成する。
[Production of polyamide from coal]
[0077] A process for producing a polyamide from an organic coal extract is described, without any intermediate separation of the extract into its individual chemical or boiling range components. This process utilizes the carboxylic acid groups of the extract and reacts them with diamine crosslinkers in a standard manner to produce non-differentiated polyamides with excellent thermal performance as well as moderate toughness, tensile strength and elasticity.

[0078]石炭を高温、高圧テトラリンに懸濁することにより、石炭抽出物を製造する。温度及び圧力を低減すると、溶解した抽出物が溶液から沈殿する。実験室スケールの例として、その後0.5gの固形抽出物をDMFに溶解し、0.5gのヘキサメチレンジアミンと共に還流しながら130℃で4時間加熱する。その後、溶液を加熱したペトリ皿に入れ、DMFを蒸発させて、ポリアミドの沈殿物を生成する。 [0078] A coal extract is produced by suspending coal in high temperature, high pressure tetralin. Reducing temperature and pressure causes the dissolved extract to precipitate from the solution. As an example on a laboratory scale, then 0.5 g of solid extract is dissolved in DMF and heated at 130 ° C. for 4 hours while refluxing with 0.5 g of hexamethylenediamine. The solution is then placed in a heated Petri dish and the DMF is evaporated to produce a polyamide precipitate.

[0079]10gの石炭を室温でジメチルホルムアミドに懸濁することにより、ポリアミドの第2の試料を製造する。この溶解した抽出物を、濾過により固形物から分離し、その後0.5gのヘキサメチレンジアミンと150℃及び1気圧で直接反応させる。溶液を、4時間還流し、加熱したペトリ皿に入れて、上記のようにポリアミド沈殿物を形成した。 [0079] A second sample of polyamide is prepared by suspending 10 g of coal in dimethylformamide at room temperature. The dissolved extract is separated from the solid by filtration and then reacted directly with 0.5 g of hexamethylenediamine at 150 ° C. and 1 atm. The solution was refluxed for 4 hours and placed in a heated Petri dish to form a polyamide precipitate as described above.

[0080]化学組成、反応条件及び溶媒系を変化させることにより、得られるポリマーの可撓性、抗張力、ガラス遷移温度のような、様々な物理的、化学的及び本質的特性を有する、改変ポリアミドを生成することができる。 [0080] Modified polyamides with a variety of physical, chemical and intrinsic properties, such as the flexibility, tensile strength and glass transition temperature of the resulting polymer by varying the chemical composition, reaction conditions and solvent system. Can be generated.

〔石炭由来の伝導性複合材〕
[0081]コンピュータCPU、携帯電話、電子レンジなどから発生する電磁放射を遮蔽するために十分な電気伝導性を有する有機複合材について現在技術的な要求が存在している。中コストカーボンブラックを充填した高コスト熱可塑性プラスチックが通常使用されるが、市場は、より低い充填体積でより高い伝導性を有する充填材を求めている。グラフェン及び多重壁又は単一壁カーボンナノチューブは、この役割において完璧に機能する;しかしながら、それらの高価格のために、それらは広範な使用を達成することができない。扁長又は扁円形状を有する石炭系炭素粒子は、顕著により低い価格で、電気伝導性複合材においてより低い体積充填を達成することができる。
[Coal-derived conductive composite material]
[0081] There are currently technical requirements for organic composites having sufficient electrical conductivity to shield electromagnetic radiation generated from computer CPUs, mobile phones, microwave ovens and the like. High-cost thermoplastics filled with medium-cost carbon black are commonly used, but the market is looking for fillers with lower filling volumes and higher conductivity. Graphene and multi-walled or single-walled carbon nanotubes work perfectly in this role; however, due to their high price, they cannot achieve widespread use. Coal-based carbon particles with oblong or oblate shapes can achieve lower volume filling in electrically conductive composites at a significantly lower cost.

[0082]石炭系ポリマーベース及び第2の石炭系炭素充填材を利用して、電気伝導性複合材を形成する、石炭系由来ポリマーマトリックス複合材(PMC)からなる電気伝導性有機複合系を製造するための3段法が記載される。 [0082] Manufactures an electrically conductive organic composite of a coal-based polymer matrix composite (PMC) that forms an electrically conductive composite using a coal-based polymer base and a second coal-based carbon filler. A three-step method for doing so is described.

[0083]プロセススキームは、3段階、つまり1)有機残留物の抽出、2)得られた固形物の機能化黒鉛状チャーへの変換、及び3)残留物及び機能化チャーをジイソシアネートと反応させて、ウレタン系ポリマー複合材を製造することからなる。 The process scheme consists of three steps: 1) extraction of organic residues, 2) conversion of the resulting solids into functionalized graphite-like chars, and 3) reaction of the residues and functionalized chars with diisocyanate. It consists of manufacturing a urethane-based polymer composite material.

[0084]実験的に、石炭残留物を、最高で450℃までの温度で、溶媒としてDMFを使用して抽出し、ここで150℃を超える温度は、圧力容器を必要とし、抽出物体積の収率の増大は高温で達成可能である。その後、この溶液を複合材の製造において使用する。残留物抽出後に残る固形物を、850℃で10〜15分間熱分解し、その後チャーを、200メッシュサイズまで挽き、担体流体としてエタノールを添加してボールミルでさらに挽く。16時間の製粉化後、チャーを濾過して、溶媒を除去し、その後ステンレススチールボムレットに1/10等重量のジイソシアネートと共に入れる。ボムレットを密閉し、400℃まで加熱して、チャーを機能化する。その後、チャーをいくつかの一定分量のアセトンで洗浄して、余分なジイソシアネートを除去し、乾燥させる。 [0084] Experimentally, coal residues were extracted using DMF as a solvent at temperatures up to 450 ° C., where temperatures above 150 ° C. required a pressure vessel and of the extract volume. Increased yields can be achieved at high temperatures. This solution is then used in the production of composites. The solids remaining after extraction of the residue are thermally decomposed at 850 ° C. for 10 to 15 minutes, after which the char is ground to a size of 200 mesh, ethanol is added as a carrier fluid and further ground with a ball mill. After 16 hours of milling, the char is filtered to remove the solvent and then placed in a stainless steel bomblet with 1/10 equal weight of diisocyanate. The bomblet is sealed and heated to 400 ° C to make the char functional. The char is then washed with some aliquots of acetone to remove excess diisocyanate and dried.

〔石炭由来ポリエステル〕
[0085]抽出物のその個々の化学構成要素への中間分離を伴わずに、有機石炭抽出物からポリエステルを生成するプロセスが記載される。このプロセスは、抽出物のカルボン酸基を利用し、標準の様式でそれらをジオール架橋剤と反応させて、優れた熱性能並びに適度な靭性、抗張力及び弾性を有する非差別化ポリエステルを生成する。
[Coal-derived polyester]
[0085] Described is the process of producing a polyester from an organic coal extract without intermediate separation of the extract into its individual chemical constituents. This process utilizes the carboxylic acid groups of the extract and reacts them with diol crosslinkers in a standard manner to produce non-differentiated polyesters with excellent thermal performance as well as moderate toughness, tensile strength and elasticity.

[0086]石炭を高温、高圧テトラリンに懸濁することにより、石炭抽出物を製造する。温度及び圧力を低減すると、溶解した抽出物が溶液から沈殿する。実験的に、0.5gの固形抽出物をDMFに溶解し、0.35gのエチレングリコールと共に還流しながら130℃で4時間加熱する。その後、溶液を加熱したペトリ皿に入れ、DMFを蒸発させて、ポリエステルの沈殿物を生成する。 [0086] A coal extract is produced by suspending coal in high temperature, high pressure tetralin. Reducing temperature and pressure causes the dissolved extract to precipitate from the solution. Experimentally, 0.5 g of solid extract is dissolved in DMF and heated at 130 ° C. for 4 hours while refluxing with 0.35 g of ethylene glycol. The solution is then placed in a heated Petri dish and the DMF is evaporated to produce a polyester precipitate.

[0087]10gの石炭を室温でジメチルホルムアミドに懸濁することにより、ウレタンの第2の試料を製造し、抽出物を、濾過により固形物から分離し、その後0.35gのエチレングリコールと150℃及び1気圧で直接反応させる。溶液を、4時間還流し、加熱したペトリ皿に入れて、上記のようにポリエステル沈殿物を形成した。 [0087] A second sample of urethane was prepared by suspending 10 g of coal in dimethylformamide at room temperature, the extract was separated from the solid by filtration, followed by 0.35 g of ethylene glycol and 150 ° C. And react directly at 1 atm. The solution was refluxed for 4 hours and placed in a heated Petri dish to form a polyester precipitate as described above.

[0088]望ましい特性を制御するために、ポリエチレングリコールなどの他のグリコール、ベンゼンジオール又はビスフェノールでの置換は、同様のポリマーをもたらすことができ、それは、ジオールの混合物と組み合わせて、得られるポリマーの可撓性、抗張力、ガラス遷移温度のような、望ましい特性を制御するために使用することができる。 [0088] Substitution with other glycols such as polyethylene glycol, benzenediol or bisphenol can result in similar polymers to control the desired properties, which can be combined with a mixture of diols of the resulting polymer. It can be used to control desirable properties such as flexibility, tensile strength, glass transition temperature.

〔構造フォーム(STUCTURAL FOAM)複合材〕
[0089]1)低級石炭からの極性有機残留物の液体抽出、2)高揮発性有機物及びトルエン並びに他の選択された芳香族化合物を回復するための極性抽出物の蒸留又は他の分離、3)酸性ニトロ化、その後水素化を介したこれらの残留芳香族化合物のジイソシアネートへの変換、その後ホスゲンカルボキシル化、4)残留固形物の機能化黒鉛状チャーへの変換及び5)残留物、ジイソシアネート及び機能化チャーを反応させて、ウレタン系ポリマー複合材を製造することを含む多段法が記載される。
[Structural foam (STUCTURAL FOAM) composite material]
[0089] 1) Liquid extraction of polar organic residues from lower coals, 2) Distillation or other separation of polar extracts to recover highly volatile organics and toluene and other selected aromatic compounds, 3 ) Acid nitration, then conversion of these residual aromatic compounds to diisocyanates via hydrogenation, then phosgene carboxylation, 4) conversion of residual solids to functionalized graphite-like chars and 5) residues, diisocyanates and A multi-step method comprising reacting a functionalized char to produce a urethane-based polymer composite is described.

[0090]石炭残留物を、最高で450℃までの温度で、溶媒としてDMFを使用して抽出し、ここで150℃を超える温度は、圧力容器を必要とし、抽出物体積の収率は、温度と共に増大する。複合材を形成するための反応前に、溶媒中の残留物濃度は、残留物1g/溶媒2gに近づけるべき、すなわち、可能な限り飽和に近くするべきである。この溶液を使用して、複合材を製造する。 [0090] Coal residues are extracted using DMF as a solvent at temperatures up to 450 ° C., where temperatures above 150 ° C. require a pressure vessel and the yield of extract volume is: It increases with temperature. Prior to the reaction to form the composite, the residue concentration in the solvent should be close to 1 g of residue / 2 g of solvent, i.e. as close to saturation as possible. This solution is used to make composites.

[0091]トルエンを、HNO/H2SO溶液でニトロ化し、二硝酸塩を圧力容器内で500℃にて水素により水素化してジアミンにする。ジアミンを、250℃でのホスゲンへの曝露によりジイソシアネートに変換する。 [0091] Toluene is nitrated in HNO 3 / H2SO 4 solution and dinitrate is hydrogenated with hydrogen at 500 ° C. in a pressure vessel to diamine. Diamines are converted to diisocyanates by exposure to phosgene at 250 ° C.

[0092]その後、残留物抽出後に残る固形物を、850℃で10〜15分間湿式熱分解し、その後200メッシュサイズまで粉砕する。この粉末を、担体流体としてエタノールを添加してボールミルでさらに挽く。16時間の製粉化後、チャーを濾過して、溶媒を除去し、その後ステンレススチールボムレットに等重量の抽出した残留物及び等(残留物+チャー)重量のジイソシアネートと共に入れる。ボムレットを密閉し、180℃まで加熱して、複合材を形成する。 [0092] The solids remaining after the residue extraction are then wet pyrolyzed at 850 ° C. for 10 to 15 minutes and then ground to a size of 200 mesh. This powder is further ground with a ball mill by adding ethanol as a carrier fluid. After 16 hours of milling, the char is filtered to remove the solvent and then placed in a stainless steel bomblet with an equal weight of the extracted residue and an equal weight (residue + char) of diisocyanate. The bomblet is sealed and heated to 180 ° C. to form a composite.

[0093]得られたフォームは、0.33g/ccの密度及び150PSIを超える圧壊強度を有した。 [0093] The resulting foam had a density of 0.33 g / cc and a crush strength of over 150 PSI.

〔石炭由来ウレタン〕
[0094]抽出物のその個々の化学構成要素への中間分離を伴わずに、有機石炭抽出物からウレタンを生成するプロセスが記載される。このプロセスは、抽出物のアルコール/フェノールOH基をジイソシアネート架橋剤と反応させて、優れた熱性能並びに適度な靭性、抗張力及び弾性を有する非差別化ポリウレタンを生成する。
[Coal-derived urethane]
[0094] A process for producing urethane from an organic coal extract is described, without intermediate separation of the extract into its individual chemical constituents. This process reacts the alcohol / phenol OH groups of the extract with a diisocyanate crosslinker to produce a non-differentiated polyurethane with excellent thermal performance as well as moderate toughness, tensile strength and elasticity.

[0095]実験的に、石炭を高温、高圧テトラリン溶液に懸濁することにより、石炭抽出物を製造し、これにより、温度及び圧力を低減すると、溶解した抽出物が溶液から沈殿した。実験的に、その後0.5gの固形抽出物をアセトンに溶解し、0.25gのトルエンジイソシアネートと共に還流しながら60℃で4時間加熱する。その後、溶液を加熱したペトリ皿に入れ、アセトンを蒸発させて、ウレタンのフィルムを生成する。10gの石炭を室温でジメチルホルムアミドに懸濁することにより、ウレタンの第2の試料を製造する。この溶解した抽出物を、濾過により固形物から分離し、その後0.5gのトルエンジイソシアネートと150℃及び1気圧で直接反応させる。溶液を、4時間還流し、加熱したペトリ皿に入れて、上記のようにウレタンフィルムを形成する。 [0095] Experimentally, a coal extract was produced by suspending coal in a hot, high pressure tetraline solution, whereby the dissolved extract precipitated from the solution at reduced temperature and pressure. Experimentally, 0.5 g of the solid extract is then dissolved in acetone and heated at 60 ° C. for 4 hours while refluxing with 0.25 g of toluene diisocyanate. The solution is then placed in a heated Petri dish and the acetone is evaporated to produce a urethane film. A second sample of urethane is prepared by suspending 10 g of coal in dimethylformamide at room temperature. The dissolved extract is separated from the solid by filtration and then reacted directly with 0.5 g of toluene diisocyanate at 150 ° C. and 1 atm. The solution is refluxed for 4 hours and placed in a heated Petri dish to form a urethane film as described above.

[0096]触媒として2滴のジブチル錫ジラウレートをイソシアネート混合物に添加し、溶媒を蒸発させるために、溶液を皿に入れる前に1時間のみ還流することを除いては、試料2と同様に、第3の試料を製造する。 [0096] Similar to Sample 2, except that two drops of dibutyltin dilaurate as a catalyst are added to the isocyanate mixture and the solution is refluxed for only one hour before placing in the dish to evaporate the solvent. 3 Samples are produced.

[0097]1,6−ジイソシアナートヘキサンなどの他のジイソシアネートでの置換は、同様のポリマーをもたらすことができ、イソシアネートのその混合物は、得られるポリマーの可撓性、抗張力、ガラス遷移温度のような、望ましい特性を制御するために使用することができる。 Substitution with other diisocyanates such as 1,6-diisocyanate hexanes can result in similar polymers, the mixture of isocyanates of the resulting polymer with flexibility, tensile strength, glass transition temperature. Can be used to control desirable properties, such as.

〔石炭由来グラフェン/グラフェンオキシドフィルム及び粉末〕
[0098]石炭からのグラフェン粉末及びフィルムの合成のための多段法が記載され、且つ石炭から酸化黒鉛粉末及び還元グラフェンオキシドフィルムを合成するための経路が概略される。プロセスは、1)850℃で30分間の石炭からの有機材料の揮発性物質の焼き切り及び2)ステップ1から得られた固形物を含有する黒鉛るつぼの誘導加熱(2500℃を超える)を介した、得られた固形物の不活性真空環境における高温黒鉛化を含む。
[Coal-derived graphene / graphene oxide film and powder]
[0098] A multi-step method for the synthesis of graphene powder and film from coal is described, and the route for synthesizing graphite oxide powder and reduced graphene oxide film from coal is outlined. The process was via 1) burning off volatiles of organic material from coal for 30 minutes at 850 ° C. and 2) induction heating (above 2500 ° C.) of a graphite crucible containing the solids obtained from step 1. , Including high temperature graphitization of the resulting solid in an inert vacuum environment.

[0099]その後、3)スプレイ親和性溶媒(エタノール及びイソプロピルアルコール)中での得られた材料のチップ式/浴式超音波処理、4)上清中のナノフレーク材料を選択するための材料の遠心分離、その後下部固形材料を除去するための溶液のデカンテーション、5)上清の真空乾燥により、グラフェンフレーク粉末を生成すること(粉末合成)、6)加熱した基材上へのステップ4からの上清の強制的噴霧により、変動可能な厚さ及び伝導性の伝導性フィルムを形成すること、及び7)その後、合成されたフィルムを、800〜1450℃で焼鈍する管状炉を介してさらに焼鈍したこと(フィルム合成)により、グラフェン粉末又はフィルムを生成する。 [0099] Then, 3) chip / bath sonication of the resulting material in a spray-affinitive solvent (ethanol and isopropyl alcohol), 4) a material for selecting the nanoflake material in the supernatant. Centrifugation, then decantation of the solution to remove the lower solid material, 5) vacuum drying of the supernatant to produce graphene flake powder (powder synthesis), 6) from step 4 on a heated substrate. By forced spraying of the supernatant of, to form a conductive film of variable thickness and conductivity, and 7) the synthesized film is then further annealed via a tubular furnace at 800-1450 ° C. Graphene powder or film is produced by annealing (film synthesis).

[00100]或いは、酸化黒鉛粉末及びグラフェンオキシドフィルムは、3)強酸化剤を使用する可変時間の、又は溶液の強酸化が起こるまでの材料の酸化を介して生成することができる。酸化溶液は、98%硫酸、過マンガン酸カリウム及び硝酸ナトリウムからなった。4)固形物を遠心分離により回収し、脱イオン水で3回、各洗浄後に遠心分離して、洗浄し、5)溶液上清を捨て、固形物を凍結乾燥により乾燥させた(粉末合成)。 [00100] Alternatively, the graphite oxide powder and graphene oxide film can be formed through 3) variable time using a strong oxidant or oxidation of the material until strong oxidation of the solution occurs. The oxidation solution consisted of 98% sulfuric acid, potassium permanganate and sodium nitrate. 4) The solids were collected by centrifugation, washed with deionized water three times, centrifuged after each wash, washed, 5) the solution supernatant was discarded, and the solids were dried by freeze-drying (powder synthesis). ..

(実施例7−工業分析及び元素分析)
〔熱分解チャーの分析〕
[00101]試料番号:CE−16−Pc(チャー)

Figure 2020533471
(Example 7-industrial analysis and elemental analysis)
[Analysis of pyrolysis char]
[00101] Sample number: CE-16-Pc (char)
Figure 2020533471

[0100]報告された水素及び酸素値は、試料に伴う付着水分中の水素及び酸素は含まない。報告された結果は、ASTM D3180により計算される。結果は、2回の平均値である。 [0100] The reported hydrogen and oxygen values do not include hydrogen and oxygen in the adhering moisture associated with the sample. The reported results are calculated by ASTM D3180. The result is the average of two times.

〔溶媒抽出石炭の熱分解残留物からの熱分解チャーの分析〕
[0101]試料番号:CE−13−Res−Pc(チャー)

Figure 2020533471
[Analysis of pyrolysis char from solvent-extracted coal pyrolysis residue]
[0101] Sample number: CE-13-Res-Pc (char)
Figure 2020533471

[0102]報告された水素及び酸素値は、試料に伴う付着水分中の水素及び酸素は含まない。報告された結果は、ASTM D3180により計算される。結果は、2回の平均値である。 [0102] The reported hydrogen and oxygen values do not include hydrogen and oxygen in the adhering water associated with the sample. The reported results are calculated by ASTM D3180. The result is the average of two times.

〔表6で試験した熱分解チャーの溶媒抽出からの残留物の分析〕
[0103]試料番号:CE−16−Res

Figure 2020533471
[Analysis of residues from solvent extraction of pyrolysis char tested in Table 6]
[0103] Sample number: CE-16-Res
Figure 2020533471

[0104]報告された水素及び酸素値は、試料に伴う付着水分中の水素及び酸素は含まない。報告された結果は、ASTM D3180により計算される。結果は、2回の平均値である。

Figure 2020533471
[0104] The reported hydrogen and oxygen values do not include hydrogen and oxygen in the adhering water associated with the sample. The reported results are calculated by ASTM D3180. The result is the average of two times.
Figure 2020533471

(参照による組込み及び変形形態についての説明)
[0105]本明細書で引用される出版物、特許出願及び特許を含む全ての参考文献は、各参考文献が個々に、且つ特に参照により組み込まれることが示され、且つ本明細書でその全体が示されているのと同様に参照により本明細書に組み込まれる。
(Explanation of built-in and modified forms by reference)
[0105] All references, including publications, patent applications and patents cited herein, have been shown to be incorporated individually and specifically by reference, and are incorporated herein by reference in their entirety. Is incorporated herein by reference as indicated.

[0106]本発明を記載する文脈における(特に、以下の特許請求の範囲の文脈における)「a」及び「an」及び「the」及び「少なくとも1つ(種)の」という用語並びに同様の指示物の使用は、本明細書で別に指定されるか、又は明らかに文脈により否定されない限り、単数及び複数の両方を含むと解釈されるべきである。1つ又は複数の項目の列挙が後に続く「少なくとも1つの」という用語の使用(例えば、「A及びBのうちの少なくとも1つ」)は、本明細書で別に指定されるか、又は明らかに文脈により否定されない限り、列挙される項目から選択される1つの項目(A又はB)又は列挙される項目のうちの2つ以上の任意の組合せ(A及びB)を意味すると解釈されるべきである。「〜を含む(comprising)」、「〜を有する」、「〜を含む(including)」及び「〜を含有する」という用語は、別に指定されない限り、制限のない用語(すなわち、「〜を含むが、これらに限定されない」を意味する)として解釈されるべきである。本明細書における値の範囲の列挙は、本明細書で別に指定されない限り、範囲内に入る各別々の値を個々に言及する簡略化法として機能することが単に意図され、各別々の値は、その値が本明細書で個々に引用されているのと同様に本明細書に組み込まれる。本明細書に記載される全ての方法は、本明細書で別に指定されるか、又はそうでなければ、明らかに文脈により否定されない限り、任意の適切な順序で行うことができる。本明細書で示される任意及び全ての例又は例示的言語(例えば、「〜などの」)の使用は、単に本発明をより良好に明らかにすることを意図し、別に請求されない限り、本発明の範囲に対して限定を設けるものではない。本明細書中の言語は、任意の請求されない要素を本発明の実施に本質的であるものとして示すとは解釈されるべきではない。 [0106] The terms "a" and "an" and "the" and "at least one (species)" and similar instructions in the context of describing the present invention (particularly in the context of the following patent claims). Use of material should be construed as including both singular and plural, unless otherwise specified herein or explicitly denied by the context. The use of the term "at least one" followed by an enumeration of one or more items (eg, "at least one of A and B") is specified separately herein or is apparent. Unless denied by the context, it should be construed to mean one item (A or B) selected from the listed items or any combination of two or more of the listed items (A and B). is there. The terms "comprising", "having", "inclusion" and "containing" are unrestricted terms (ie, include "including" unless otherwise specified. However, it should be interpreted as "meaning not limited to these"). The enumeration of ranges of values herein is merely intended to serve as a simplification to individually refer to each separate value that falls within the range, unless otherwise specified herein. , The values are incorporated herein as they are individually cited herein. All methods described herein can be performed in any suitable order, unless specified separately herein or otherwise explicitly denied by the context. The use of any and all examples or exemplary languages (eg, "such as") set forth herein is solely intended to better reveal the invention and unless otherwise requested. There is no limitation on the range of. The language herein should not be construed as indicating any unclaimed element as essential to the practice of the present invention.

[0107]本発明を行うための本発明者らに知られる最良の様式を含む、本発明の好ましい実施形態が、本明細書に記載される。それらの好ましい実施形態の変形形態は、上記の記載を読めば当業者に明らかになり得る。本発明者らは、熟練した当業者がそのような変形形態を適宜使用することを予測し、本発明者らは、本発明が本明細書で特に記載されているのとは異なって実施されることを意図する。したがって、本発明は、準拠法により許可される、本明細書に附属の特許請求の範囲で列挙される主題の全ての変更形態及び均等形態を含む。さらに、上記要素の任意の組合せは、その全ての可能な変形形態で、本明細書で別に指定されるか、又はそうでなければ、明らかに文脈により否定されない限り、本発明に包含される。 [0107] Preferred embodiments of the invention are described herein, including the best known embodiments of the invention for performing the invention. Modifications of those preferred embodiments can be apparent to those skilled in the art by reading the above description. We anticipate that skilled artisans will use such variants as appropriate, and we have practiced the invention differently than specifically described herein. Is intended to be. Accordingly, the present invention includes all modified and equivalent forms of the subject matter listed in the claims herein as permitted by applicable law. Moreover, any combination of the above elements, in all possible variations thereof, is included in the present invention unless specified separately herein or otherwise explicitly denied by the context.

[0108]本出願全体を通した全ての参考文献、例えば、発行又は認可された特許を含む特許文書又は同等物;特許出願公開公報;及び非特許文献文書又は他の資料は、各参考文献が本出願における開示と少なくとも部分的に矛盾しない範囲内で、参照により個々に組み込まれているのと同様に、それらを全体として本明細書における参照により本明細書に組み込まれる(例えば、部分的に矛盾する参考文献は、参考文献の部分的に矛盾する部分を除いて、参照により組み込まれる)。 [0108] All references throughout the application, such as patent documents or equivalents, including issued or licensed patents; patent application publications; and non-patent literature documents or other sources, are described in their respective references. They are incorporated herein by reference in their entirety, as they are individually incorporated by reference, at least partially consistent with the disclosures in this application (eg, in part). Conflicting references are incorporated by reference, except for partially conflicting references).

[0109]本明細書で使用された用語及び表現は、説明の用語として使用され、限定の用語としては使用されず、そのような用語及び表現の使用において、示され、説明される特徴又はその部分の任意の均等形態を除外する意図はないが、様々な変更形態が、請求される本発明の範囲内で可能であることが認識される。したがって、本発明は、好ましい実施形態によって詳細に開示されたが、本明細書で開示される概念の例示的な実施形態並びに任意選択の特徴、変更形態及び変形形態に、当業者は頼ることができ、そのような変更形態及び変形形態は、附属の特許請求の範囲により定義される本発明の範囲内であると考えられることが理解されるべきである。本明細書で示される特定の実施形態は、本発明の有用な実施形態の例であり、本発明は、本明細書に示されるデバイス、デバイス構成成分、方法ステップの多数の変形形態を使用して行うことができることが当業者に明らかである。当業者に明らかである通り、本方法に有用な方法及びデバイスは、多数の任意選択の組成並びに加工要素及びステップを含み得る。 [0109] The terms and expressions used herein are used as descriptive terms and not as limiting terms, and in the use of such terms and expressions, the features shown and described or the features thereof. It is not intended to exclude any equivalent form of the portion, but it is recognized that various modifications are possible within the scope of the claimed invention. Thus, although the invention has been disclosed in detail by preferred embodiments, one of ordinary skill in the art may rely on exemplary embodiments of the concepts disclosed herein as well as optional features, modifications and variations. It should be understood that such modifications and variations are considered to be within the scope of the invention as defined by the appended claims. The particular embodiments presented herein are examples of useful embodiments of the present invention, and the present invention uses a number of variants of the devices, device components, and method steps presented herein. It is clear to those skilled in the art that it can be done. As will be apparent to those skilled in the art, methods and devices useful in this method may include a number of optional compositions and processing elements and steps.

[0110]置換基の群が本明細書で開示される場合、任意の異性体を含む、その群及び全ての下位群の全ての個々の構成員が、別々に開示されることが理解される。マーカッシュ群又は他の群が本明細書で使用される場合、群の全ての個々の構成員並びに群の全ての可能性のある組合せ及び下位の組合せが、本開示に個々に含まれると意図される。化合物が、その化合物の特定の異性体が、例えば、式で、又は化学名で特定されずに本明細書に記載される場合、その記載は、個々に記載される化合物の各異性体又は任意の組合せの異性体を含むと意図される。加えて、別に指定されない限り、本明細書で開示される化合物の全ての同位体バリアントは、本開示により包含されると意図される。例えば、開示される分子内の任意の1つ又は複数の水素は、重水素又はトリチウムで置換され得ることが理解される。分子の同位体バリアントは一般に、分子のアッセイにおいて、且つ分子又はその使用に関する化学及び生物学的研究において標準として有用である。そのような同位体バリアントを製造するための方法は、当該技術分野で公知である。当業者が同じ化合物を異なって命名し得ることが公知であるので、化合物の特定の名称は、例示であると意図される。 [0110] When a group of substituents is disclosed herein, it is understood that all individual members of that group and all subgroups, including any isomer, are disclosed separately. .. When the Markush group or other groups are used herein, it is intended that all individual members of the group and all possible and subordinate combinations of the group are individually included in the present disclosure. To. If a compound is described herein as a particular isomer of the compound, eg, not specified by formula or chemical name, the description is for each isomer of the individually described compound or optionally. Is intended to contain isomers of the combination of. In addition, unless otherwise specified, all isotopic variants of the compounds disclosed herein are intended to be incorporated herein. For example, it is understood that any one or more hydrogens in the disclosed molecule can be replaced with deuterium or tritium. Isotopic variants of molecules are generally useful as standards in molecular assays and in chemical and biological studies of molecules or their use. Methods for producing such isotope variants are known in the art. Specific names for compounds are intended to be exemplary, as it is known to those skilled in the art that the same compound can be named differently.

[0111]本明細書で開示される分子の多くは、1つ又は複数のイオン化可能基[プロトンが除去され得る基(例えば、−COOH)若しくはプロトンが付加され得る基(例えば、アミン)又は四級化され得る基(例えば、アミン)]を含有する。そのような分子の全ての可能なイオン形及びその塩は、本明細書の開示において個々に含まれることが意図される。本明細書の化合物の塩について、当業者は、多種多様な使用可能な対イオンの中から、所与の適用のための本発明の塩の調製に適切なものを選択することができる。特定の適用において、塩の調製のための所与のアニオン又はカチオンの選択は、その塩の溶解性の増大又は減少をもたらすことができる。 [0111] Many of the molecules disclosed herein are one or more ionizable groups [groups from which protons can be removed (eg, -COOH) or groups to which protons can be added (eg, amines) or four. It contains a group that can be graded (eg, amine)]. All possible ionic forms of such molecules and salts thereof are intended to be individually included in the disclosure herein. For salts of the compounds herein, one of ordinary skill in the art can select from a wide variety of available counterions suitable for the preparation of the salts of the invention for a given application. In certain applications, the choice of a given anion or cation for the preparation of a salt can result in an increase or decrease in the solubility of that salt.

[0112]本明細書に記載又は例示される構成成分のどの配合又は組合せも、別に示されない限り、本発明を実施するために使用することができる。 [0112] Any combination or combination of components described or exemplified herein can be used to carry out the invention unless otherwise indicated.

[0113]本明細書で範囲、例えば、温度範囲、圧力範囲、時間範囲又は組成若しくは濃度範囲が与えられる場合、全ての中間範囲及び下位範囲並びに与えられるそれらの範囲内に含まれる全ての個々の値は、本開示に含まれると意図される。本明細書中の記載に含まれる任意の下位範囲、又は範囲又は下位範囲内の個々の値は、本明細書の特許請求の範囲から除外され得ることが理解される。 [0113] If ranges are given herein, eg, temperature range, pressure range, time range or composition or concentration range, then all intermediate and subranges and all individual within those given ranges. The values are intended to be included in this disclosure. It is understood that any subrange, or individual values within the range or subrange, contained in the description herein may be excluded from the scope of the claims herein.

[0114]本明細書で言及される全ての特許及び出版物は、本発明が属する技術分野の当業者のレベルを示すものである。本明細書で引用される参考文献は、それらを全体として参照により本明細書に組み込まれ、それらの出版日又は出願日の当該技術分野の状態を示し、この情報は、必要に応じて、先行技術に存在する特定の実施形態を除外するために、本明細書で使用され得ることが意図される。例えば、物質組成が請求される場合、本明細書で引用される参考文献で、特別の機能を与える開示が提供されている化合物を含む、出願人の発明より前の当該技術分野で公知且つ使用可能な化合物は、本明細書の物質組成の請求に含まれないと意図されることが理解されるべきである。 [0114] All patents and publications referred to herein represent the level of one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. References cited herein are incorporated herein by reference in their entirety and indicate the state of the art in their publication or filing date, and this information may precede, if necessary. It is intended that it can be used herein to exclude certain embodiments that exist in the art. For example, when a material composition is requested, it is known and used in the art prior to the applicant's invention, including compounds for which disclosures that provide special functionality are provided in the references cited herein. It should be understood that possible compounds are intended not to be included in the claims for material composition herein.

[0115]本明細書で使用される場合、「〜を含む(comprising)」は、「〜を含む(including)」、「〜を含有する」又は「〜を特徴とする」と同義であり、包括的であるか、又は制限がなく、追加の列挙されていない要素又は方法ステップを除外しない。本明細書で使用される場合、「〜からなる」は、特許請求の範囲の要素で特定されていない任意の要素、ステップ又は成分を除外する。本明細書で使用される場合、「〜から本質的になる」は、特許請求の範囲の基礎的且つ新規の特徴に実質的に影響を与えない材料又はステップを除外しない。本明細書の各場合に、「〜を含む(comprising)」、「〜から本質的になる」及び「〜からなる」という用語のいずれかは、他の2つの用語のいずれかと置換することができる。本明細書で例示的に記載される本発明は適切に、本明細書で特に開示されていない任意の要素(単数又は複数)、限定(単数又は複数)の非存在下で実施することができる。 [0115] As used herein, "comprising" is synonymous with "including," "containing," or "featuring." It is inclusive or unrestricted and does not exclude additional unlisted elements or method steps. As used herein, "consisting of" excludes any element, step or component not specified in the claims. As used herein, "becomes essential from" does not exclude materials or steps that do not substantially affect the underlying and novel features of the claims. In each case of the present specification, any of the terms "comprising", "consisting of" and "consisting of" may be replaced with any of the other two terms. it can. The invention exemplified herein can be appropriately implemented in the absence of any element (s), limitation (s), which is not specifically disclosed herein. ..

[0116]当業者は、特に例示されているもの以外の出発材料、生物学的材料、試薬、合成方法、精製方法、分析方法、アッセイ方法及び生物学的方法を、過度の実験に頼ることなく、本発明の実施において使用することができることを理解する。任意のそのような材料及び方法の全ての当該技術分野で公知の機能的均等形態は、本発明に含まれると意図される。使用された用語及び表現は、説明の用語として使用され、限定の用語としては使用されず、そのような用語及び表現の使用において、示され、説明される特徴又はその部分の任意の均等形態を除外する意図はないが、様々な変更形態が、請求される本発明の範囲内で可能であることが認識される。したがって、本発明は、好ましい実施形態により詳細に開示されたが、本明細書で開示される概念の任意選択の特徴、変更形態及び変形形態に、当業者は頼ることができ、そのような変更形態及び変形形態は、附属の特許請求の範囲により定義される本発明の範囲内であると考えられることが理解されるべきである。 [0116] Those skilled in the art will not rely on undue experimentation for starting materials, biological materials, reagents, synthetic methods, purification methods, analytical methods, assay methods and biological methods other than those specifically exemplified. , Understand that it can be used in the practice of the present invention. All of the functionally equivalent forms of any such material and method known in the art are intended to be included in the present invention. The terms and expressions used are used as descriptive terms and not as limiting terms, and in the use of such terms and expressions, any equivalent form of the feature or part thereof shown and described. Although not intended to be excluded, it is recognized that various modifications are possible within the scope of the claimed invention. Thus, although the invention has been disclosed in detail by preferred embodiments, one of ordinary skill in the art can rely on optional features, modifications and variations of the concepts disclosed herein, such modifications. It should be understood that the forms and variants are considered to be within the scope of the invention as defined by the appended claims.

Claims (50)

石炭を複数の高価値石炭製品及び抽出物に変換するための方法であって、
少なくとも部分的に石炭に由来する原料を用意するステップと、
熱分解と溶媒抽出との組合せを含む前記原料を加工するステップと
を含み、
前記熱分解及び前記溶媒抽出が、複数の高価値石炭製品を生成するための条件下で統合及び実行される、方法。
A method for converting coal into multiple high-value coal products and extracts.
The step of preparing raw materials derived from coal at least partially,
Including steps to process the raw material, including a combination of thermal decomposition and solvent extraction.
A method in which the pyrolysis and solvent extraction are integrated and performed under conditions for producing a plurality of high value coal products.
前記高価値石炭製品の乾燥量基準で50質量%以上が、標準温度圧力で液体である、請求項1に記載の方法。 The method according to claim 1, wherein 50% by mass or more is a liquid at a standard temperature and pressure based on the dry amount of the high-value coal product. 加工する前記ステップが、高度に分岐し、且つ高度に選択的である、請求項1又は2に記載の方法。 The method of claim 1 or 2, wherein the steps to be machined are highly branched and highly selective. 前記熱分解が、0.5atm〜15atmの範囲から選択される圧力で行われる、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the thermal decomposition is carried out at a pressure selected from the range of 0.5 atm to 15 atm. 前記熱分解が、400℃〜1200℃の範囲から選択される温度で行われる、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the thermal decomposition is carried out at a temperature selected from the range of 400 ° C. to 1200 ° C. 前記熱分解が、5秒間以下の時間行われる、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the thermal decomposition is carried out for a time of 5 seconds or less. 前記熱分解が、前記溶媒抽出と統合される、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the thermal decomposition is integrated with the solvent extraction. 前記熱分解が、水蒸気を除外して、25%以下の質量百分率の気体を生成する、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 7, wherein the thermal decomposition excludes water vapor to produce a gas having a mass percentage of 25% or less. 前記熱分解が、水素ガス、メタン、合成ガス又はこれらの任意の組合せの存在下で行われる、請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 8, wherein the thermal decomposition is carried out in the presence of hydrogen gas, methane, syngas or any combination thereof. 前記熱分解が、フラッシュ熱分解である、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 9, wherein the thermal decomposition is a flash thermal decomposition. 前記溶媒抽出が、少なくとも1種の液体溶媒で行われる、請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 10, wherein the solvent extraction is carried out with at least one liquid solvent. 前記少なくとも1種の溶媒が、脂肪族溶媒、芳香族溶媒、極性溶媒、水素供与性溶媒、イオン性液体溶媒及びこれらの任意の組合せからなる群から選択される、請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法。 Any of claims 1 to 11, wherein the at least one solvent is selected from the group consisting of an aliphatic solvent, an aromatic solvent, a polar solvent, a hydrogen donating solvent, an ionic liquid solvent, and any combination thereof. The method described in paragraph 1. 前記溶媒抽出が、少なくとも2種の液体溶媒で行われる、請求項1〜12のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 12, wherein the solvent extraction is carried out with at least two kinds of liquid solvents. 第1の溶媒が、極性溶媒であり、且つ第2の溶媒が、水素供与性溶媒であるか、又はその反対である、請求項13に記載の方法。 13. The method of claim 13, wherein the first solvent is a polar solvent and the second solvent is a hydrogen donating solvent or vice versa. 前記溶媒抽出が、単一段階溶媒抽出、複数の単一段階溶媒抽出、単一の多段階溶媒抽出、複数の多段階溶媒抽出又は単一段階及び多段階溶媒抽出の組合せである、請求項1〜14のいずれか一項に記載の方法。 1. The solvent extraction is a combination of a single-step solvent extraction, a plurality of single-step solvent extractions, a single multi-step solvent extraction, a plurality of multi-step solvent extractions, or a single-step and multi-step solvent extraction. The method according to any one of ~ 14. 前記溶媒抽出が、前記少なくとも1種の溶媒の臨界温度未満の温度で行われる、請求項11〜15のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 11 to 15, wherein the solvent extraction is performed at a temperature lower than the critical temperature of the at least one solvent. 前記溶媒抽出が、350℃以下の温度で行われる、請求項1〜16のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 16, wherein the solvent extraction is performed at a temperature of 350 ° C. or lower. 前記溶媒抽出が、水蒸気を除外して、5%以下の質量百分率の気体を生成する、請求項1〜17のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 17, wherein the solvent extraction excludes water vapor to produce a gas having a mass percentage of 5% or less. 前記少なくとも1種の溶媒のうちの1種が、テトラリン(1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン)、1−メチル−ナフタレン、トルエン、ジメチルホルムアミド(DMF)又はこれらの任意の組合せを含む、請求項11〜18のいずれか一項に記載の方法。 Claimed that one of the at least one solvent comprises tetralin (1,2,3,4-tetrahydronaphthalene), 1-methyl-naphthalene, toluene, dimethylformamide (DMF) or any combination thereof. Item 10. The method according to any one of Items 11 to 18. 前記溶媒抽出が、前記熱分解の上流で行われる、請求項1〜19のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 19, wherein the solvent extraction is performed upstream of the thermal decomposition. 前記熱分解が、前記溶媒抽出の上流で行われる、請求項1〜20のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 20, wherein the thermal decomposition is carried out upstream of the solvent extraction. 前記熱分解ステップの生成物の一部が、前記溶媒抽出に再利用される、請求項1〜21のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 21, wherein a part of the product of the thermal decomposition step is reused for the solvent extraction. 前記加工ステップが、複数の溶媒抽出を含み、且つ後の溶媒抽出からの生成物が、先の溶媒抽出又は前記熱分解に再利用されるか、又は上流のさらなる加工のための中間体として使用される、請求項22に記載の方法。 The processing step comprises multiple solvent extractions, and the product from the later solvent extraction is reused for the earlier solvent extraction or the thermal decomposition, or used as an intermediate for further processing upstream. 22. The method of claim 22. 少なくとも部分的に石炭に由来する前記原料が、90重量%以上の未精製石炭である、請求項1〜23のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 23, wherein the raw material derived from coal at least partially is 90% by weight or more of unrefined coal. 前記未精製石炭が、加工する前記ステップの前に物理、化学又は熱的に前加工される、請求項24に記載の方法。 24. The method of claim 24, wherein the unrefined coal is physically, chemically or thermally preprocessed prior to the step of processing. 前記原料の一部が、前記熱分解、前記溶媒抽出からの1つ若しくは複数の生成物流、再利用流又はこれらの組合せである、請求項1〜25のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 25, wherein a part of the raw material is one or more physical distributions from the thermal decomposition, the solvent extraction, a reuse flow, or a combination thereof. 少なくとも部分的に石炭に由来する前記原料が、亜瀝青炭を含む、請求項1〜26のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 26, wherein the raw material, which is at least partially derived from coal, comprises subbituminous coal. 少なくとも部分的に石炭に由来する前記原料が、切込炭に由来する、請求項1〜27のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 27, wherein the raw material, which is at least partially derived from coal, is derived from cut coal. 前記高価値石炭製品が、10%以下の燃料製品を含む、請求項1〜28のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 28, wherein the high-value coal product comprises 10% or less of a fuel product. 前記高価値石炭製品が、ポリマー又はポリマー前駆体を含む、請求項1〜29のいずれか一項に記載の方法。 The method of any one of claims 1-29, wherein the high value coal product comprises a polymer or a polymer precursor. 前記高価値石炭製品が、ポリウレタンを含む、請求項1〜30のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 30, wherein the high-value coal product comprises polyurethane. 前記高価値石炭製品が、複合ポリウレタンフォームを含む、請求項1〜31のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 31, wherein the high-value coal product comprises a composite polyurethane foam. 前記高価値石炭製品が、ポリアミド類を含む、請求項1〜32のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 22, wherein the high-value coal product contains polyamides. 前記高価値石炭製品が、ポリエステル類を含む、請求項1〜33のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 33, wherein the high-value coal product contains polyesters. 前記高価値石炭製品が、接着剤を含む、請求項1〜34のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 34, wherein the high-value coal product contains an adhesive. 前記高価値石炭製品が、芳香族化合物を含む、請求項1〜35のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 35, wherein the high-value coal product contains an aromatic compound. 前記高価値石炭製品が、ベンゼン、トルエン、キシレン、フェノール類、クレゾール類、キシレノール酸類、ナフテノール(naphthenol)類、C9単環芳香族化合物、C10単環芳香族異性体又はこれらの任意の組合せを含む、請求項36に記載の方法。 The high value coal products include benzene, toluene, xylene, phenols, cresols, xylenolic acids, naphthenols, C9 monocyclic aromatic compounds, C10 monocyclic aromatic isomers or any combination thereof. , The method of claim 36. 前記高価値石炭製品が、パラフィン類、オレフィン類又はこれらの組合せを含む、請求項1〜37のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 37, wherein the high-value coal product comprises paraffins, olefins or a combination thereof. 前記高価値石炭製品が、アスファルテン類を含む、請求項1〜38のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 38, wherein the high-value coal product comprises asphaltenes. 前記高価値石炭製品が、コールタール、留出物、ピッチ、炭素繊維又はこれらの任意の組合せを含む、請求項1〜39のいずれか一項に記載の方法。 The method of any one of claims 1-39, wherein the high value coal product comprises coal tar, distillate, pitch, carbon fiber or any combination thereof. 前記高価値石炭製品が、土壌改良材を含む、請求項1〜40のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 40, wherein the high-value coal product comprises a soil conditioner. 前記高価値石炭製品が、建材を含む、請求項1〜41のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 41, wherein the high-value coal product comprises a building material. 前記高価値石炭製品のかなりの部分が、固形物である、請求項1〜42のいずれか一項に記載の方法。 The method of any one of claims 1-42, wherein a significant portion of the high value coal product is solid. 請求項1〜43のいずれか一項に記載の方法により生成される樹脂、液体又は他の副生成物を組み合わせた場合、前記固形物を、建築材、複合材、液体添加剤又はこれらの任意の組合せに変換することができる、請求項43に記載の方法。 When the resin, liquid or other by-product produced by the method according to any one of claims 1 to 43 is combined, the solid material is used as a building material, a composite material, a liquid additive or any of these. 43. The method of claim 43, which can be converted into a combination of. 前記抽出物が、金属及び希土類元素を含み得る、請求項44に記載の方法。 44. The method of claim 44, wherein the extract may contain metals and rare earth elements. 石炭を複数の高価値石炭製品に変換するための方法であって、
少なくとも部分的に石炭に由来する主原料を用意するステップと;
前記主原料を加工するステップであり、前記加工の順序が、
10秒間以下の時間行われ、水素リッチ雰囲気において行われる熱分解ステップ;及び
少なくとも1種の液体溶媒で行われ、前記液体溶媒が極性溶媒、水素供与性溶媒及びこれらの任意の組合せからなる群から選択される、溶媒抽出ステップ
である、ステップと
を含み、
前記熱分解ステップが前記主原料について行われる第1のプロセスステップであり、前記溶媒抽出ステップが前記熱分解ステップから生成した固形チャーについて行われる第2のプロセスステップであり、
前記熱分解ステップ及び前記溶媒抽出ステップが複数の高価値石炭製品を生成するための条件下で統合及び実行される、方法。
A method for converting coal into multiple high-value coal products,
With the step of preparing the main raw material derived from coal at least partially;
It is a step of processing the main raw material, and the order of processing is
A pyrolysis step performed in a hydrogen-rich atmosphere for a time of 10 seconds or less; and performed in at least one liquid solvent, wherein the liquid solvent consists of a group consisting of polar solvents, hydrogen donor solvents and any combination thereof. Includes steps, which are solvent extraction steps selected.
The pyrolysis step is a first process step performed on the main raw material, and the solvent extraction step is a second process step performed on the solid char generated from the pyrolysis step.
A method in which the pyrolysis step and the solvent extraction step are integrated and carried out under conditions for producing a plurality of high value coal products.
前記熱分解ステップが、フラッシュ熱分解プロセスである、請求項46に記載の方法。 46. The method of claim 46, wherein the pyrolysis step is a flash pyrolysis process. 前記溶媒ステッププロセスが、単一段階溶媒抽出、複数の単一段階溶媒抽出、単一の多段階溶媒抽出、複数の多段階溶媒抽出又は単一段階及び多段階溶媒抽出の組合せである、請求項46又は47に記載の方法。 Claim that the solvent step process is a combination of single-step solvent extraction, multiple single-step solvent extraction, single multi-step solvent extraction, multiple multi-step solvent extraction or single-step and multi-step solvent extraction. 46 or 47. 前記溶媒抽出ステップが、2種以上の溶媒を使用する、請求項46〜48のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 46 to 48, wherein the solvent extraction step uses two or more kinds of solvents. 前記原料を加工するステップが、前記熱分解ステップ後、前記溶媒抽出ステップ後又は複数の溶媒抽出の間に行われる、1つ又は複数の分離ステップをさらに含む、請求項46〜49のいずれか一項に記載の方法。 Any one of claims 46-49, wherein the step of processing the raw material further comprises one or more separation steps performed after the thermal decomposition step, after the solvent extraction step, or between the solvent extractions. The method described in the section.
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