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专利名称：高压提取的利记博彩app
技术领域：
本发明领域本发明涉及用于化学反应的反应器。本发明特别涉及在井孔(borehole)中形成的反应器，从而在比较安全的条件下，提供一种产生高压和最大化热效率的环境。
本发明背景许多过程需要在上升的温度条件下处理物质的浆液。这些过程中的许多涉及至少一种固体试剂，试剂在适当的流体或者溶剂、通常为水中被调成浆以用于处理。
因为通常希望限制蒸发带来的溶剂的损失，所以，在溶剂不蒸发的压力下进行操作。
这种过程的典型实例是含有红土的镍矿的氧化浸提(leaching)、在拜耳法设备(plant)中矾土的浸提(digestion)、煤炭的超临界溶剂提取、煤炭的氢化液化(hydro-liquefaction)以及褐煤的水热脱水。
这些过程通常是在表面安装的压力容器中进行的。遭受的压力条件通常高达60巴(bar)，但在超临界操作时可以更高(例如，对超临界水为+220巴)。许多过程的温度理想地介于100-200℃的范围内，但有时希望操作温度可为300℃或者更高。
在许多工厂，高压操作的操作压力是快速增长的资本和针对更理想的处理结果(例如更好的浸提动力学、更快速的反应、更好的提取)而进行更高压力操作的操作成本之间的折衷。
一些反应容器为了承受压力具有这样厚的容器壁以至于其用包覆材料制备。例如，如果需要金属钛同处理液体接触，将具有这样的容器壁厚，在其之上，将单纯的钛材板片转换为在钛中包钢是经济的。厚的特殊材料或者特型结构技术、例如复合包层金属板的使用大量增加了这种压力容器的复杂性和成本。
这里还有一个安全问题。带有侵蚀性处理液体、具有很高压力的容器会导致容器故障，具有严重的人员和财产安全后果。
通常，安装在地面以进行这些操作的压力容器具有高压进料泵。用于浆时其相当复杂。为达到最适中的压力，可连续使用一个或多个离心泵，但为达到很高的压力，需要特殊的泵，而且非常昂贵。于是由于这些很高压力的泵、例如活塞式、膜式或者柱塞式泵经常限制可以处理的颗粒的上限大小而带来额外的缺陷。
在US专利No.3606999(已不具有法律效力的)中报道通过在一个适宜的深度形成一个反应容器以使用输送管中的静水压力从而在上升的压力和希望的温度接触固体液体和气体。公开了一个单一的反应器，其一种形态为装备在垂直通道中的等压U型管。还公开了一种从出口液体到入口液体传递热的方法，其中，入口管设置的同出口液流相接触。这种已不具有法律效力的装置仅能被用于在任意一次的单一的反应过程。
本发明概要除非内容清楚需要，否则，整个说明书和权利要求中，“包括”以及类似词与“排他的”或者“穷举的”意思相反，都将被解释为“包括”的意思，也就是说，是“包括，但不局限于”的意思。
在第一个宽的方面，本发明在于一种用于处理一种或多种物质的处理装置，该装置包括两个或多个设置在地面以下、容纳有一种或多种物质中至少一种的容器，所述两个或多个容器中的每一个都包括一个反应区、将至少一种物质供给反应区的进入装置(entry means)以及在物质被处理后将其回收的排出装置(exit means)，其中，容器延伸到地面以下足够的深度以在进入和/或排出装置中，由静水压头产生高的压力以及容器中的至少两个适合其间(therebetween)的热交换。处理可以包括给一种或者多种物质施加压力和/或热。
对于至少两个容器中每一个容器来说，至少一种物质优选包括一种不同物质或者几种物质的组合。所述容器可以延伸至地面以下任何适合的距离，优选在地面以下100米或者更深。容器优选延伸至地面以下500米或者更多。至少一种物质包含煤炭。
进入装置可被构造成连续管。进入管的至少部分侧壁可用岩石形成。进入管的至少部分侧壁可用相互连接的管状部分、优选金属形成。优选地，进入管将反应区连接到地面(surface)。优选进入装置被构造成包括两个或多个连续管的管列。所述两个或多个管子可以相互平行和连接。在一个优选实施方案中，所述管列可以包括100个或更多个管子。每一个管子的直径优选为约5厘米。
排出装置可被构造成连续排出管。排出管的至少部分侧壁可用岩石形成。排出管的至少部分侧壁可用金属、优选相互连接的管状部分形成。优选地，排出管将反应区连接到地面。排出装置包括含有两个或多个管子的管列。所述两个或多个管子可以相互平行。所述管列可以包括100个或更多个管子。每一个管子的直径约为5cm。
在至少一个向下的井孔，优选垂直井孔中可以形成进入装置和排出装置。通过将两个容器的至少部分设置的彼此很近而可进行热交换，使得至少两个容器适于热交换。所述容器可以共享至少一个共有的热传递壁部分，该部分可以是金属的。在至少两个容器中的每一个的反应区设置所述热传递壁部分，但通常热传递的发生与再生热步骤有关，且其可被设置在反应区的外部。
作为选择地，容器可适合于通过热交换装置进行热传递。所述热交换装置包括位于循环系统的液体，其中，将液体从与第一容器的热交换接触循环至与第二容器的热交换接触。用于接触的各个容器的部分可以是任何适合的部分，例如反应区与反应区，进入管与反应区，或者进入管与排出管。
所述处理装置可进一步包括一个适合给至少一个容器提供通道的进入井(access shaft)。该装置可以包括三个或者多个反应容器。所述3个或多个反应容器设置在给容器、特别是位于深处的容器提供通道的进入井周围。
在第二个方面，本发明在于一个反应器装置，其包括至少2个反应室，每一个反应室形成有一个将反应物质输送给反应区的输入装置和一个从反应区回收处理过的反应物质的输出装置，其中，在向下延伸的地下通道内形成输入装置和输出装置，且至少两个反应室适合其间的热交换。
一个或多个反应室可被形成为一个延伸的U形结构形状。至少两个反应室中可以共用一个共有的热传递壁部分。至少一个反应室被基本设置在至少一个其它的反应室的范围之内。
在第三个方面，本发明在于实施两个需要加压条件的过程，所述方法包括的步骤为将用于第一过程的物质引入到基本设置在地下且通过一个向下下降的输入管装置、一个处理区以及一个向上延伸的输出管装置形成的第一反应器中；将用于第二过程的另外的物质引入到基本设置在地下且通过一个向下下降的输入管装置、一个处理区以及一个向上延伸的输出管装置形成的第二反应器中；开始第一和第二过程；以及在反应器之间传递热。
管装置可以包括一个单一的管装置或者多个管，优选以平行方式设置。
开始第一和第二过程包括给至少一个反应器加热的步骤。优选第一过程为煤炭、尤其是褐煤的水热脱水。第二过程可适宜地包括煤炭的液化。在一个优选实施方案中，在第一反应器中进行过水热脱水的煤炭在第二反应器中进行液化。
在一个可选择的方面，一个反应容器或者一个反应室包括一个或多个用于在地下实施过程的至少一部分的井孔。通过这种方式，将待处理的流体或者浆泵送到地下一个足够深的深度以产生一个适当的压力，在这个压力下实施希望的过程。如此设计井孔和地下装置，使得优选通过静水压力产生压力的主要部分(＞50％)。还有一个选择就是在进入和流出的流体间、流体和用于加热或冷却的动力流间提供热交换，以及提供与井孔所沉入的材料的交换。进行热交换是为了回收能量，加热或冷却或从周围吸热。
以其最简单的形式，容器可以包括一个带有同心安装的管的单一的井孔。内管被用于将流体向下输送至井孔底部，外部环状空间(annulus)被用于返回流体。因为一个共有的壁将两股流体分离，所以在进料混合物和经过高压区后返回到地面的流体之间获得热交换，其中，进料混合物在流到位于井孔底部的高压区期间被加压。在很多过程中，可有利的使用所述热交换。在一个优选实施方案中，内管装置包括两个或多个用于传送物质的管。所述两个或多个管子为从引出的物质到引入的物质之间的热传递提供了增加的表面接触面积，从而在热传递中增加了效率。可相互连接或单独设置所述两个或多个管子。有时候，所述过程在高压区需要被加热或被冷却。可通过许多方式例如电力地、化学地、例如同蒸汽的直接热传递或者同蒸汽或其它流体地直接热传递来提供热。
可在高压区进行化学过程或反应。另外，为了达到期望的反应条件，需要将其它反应物添加到高压区。这些反应物可包括氧、氢或类似物质。一种变化是在地面下一定深度注射气态反应物，在所述深度形成了充足的压力使得已注射到流体中的气体的气泡大小足够小以至于通过流体的速度可将气泡冲到更深的深度。这使得不再需要必须将气体压缩到在高压反应中所需要的最终压力，且这有助于节省用于昂贵的气体压缩设备的主要设备。
在更复杂的处理设备(processing plant)中，可用许多井孔和地下大洞或者压力容器进行复杂的处理操作。这些处理设备的主要特征就是重力被用于大部分的加压需要。此外，在将物质返回到地面可恢复压力。
通过联合使用钻孔和在至少部分长度使用母岩材料作为容器的物理手段形成地下处理设备。其它选择包括采用薄壁管作孔的内衬，该薄壁管在液柱的压力下被液压变形从而占据了很多主孔径，在不适宜用母岩的区域安装厚壁管，以及在井孔的岩石内电沉积金属作衬里。可以设想地下处理装置可由大量互相连接的孔和管子组成，所述孔和管子具有用于容器、热交换部分和其它功能结构的扩大部分。上述装置不仅仅从地面进入是可能的。例如，将地下装置安装在采矿进入隧洞或者中心设施供给孔附近以允许将动力供应、专用设备或使用仪器送到处理设备的选中部分是方便的。在极端情况下，将用于地面上的主要压力容器放置在地下，大量使用从地面延伸下来并返回的管子以完成加压和可能的热交换。这样，地下环境有助于解决泵送困难和潜在的热回收问题。由于具有成本优势，所以优选实施方案是使用上述处理设备进行至少部分处理。
将额外成分添加到进料流体混合物中以促进反应是可能的。一个实例是添加催化剂参与期望的反应。
在另一个方面，本发明提供一种物理地和/或化学地改变物质的方法，包括将所述物质提供到地下预定位置，在所述位置施加期望的压力和/或热，维持所述物质在所述位置达充分时间以物理地和/或化学地改变物质并从所述位置回收所述改变后的物质。
本领域技术人员公知，施加的压力和热不可能全部来自于地下位置。可以提供一些对“自然”压力和/或热人工增加。例如，施加给物质的总压力可以是由进入或离开容器的物质柱施加的静水压、所述位置的气压/地压以及任何额外的、增压或降压的“人工”压力的共同作用。
在另一个方面，本发明在于一种处于地下反应器的煤炭的水热脱水方法，所述反应器包括一个或多个同反应室相通的输送管，所述反应室反过来又同一个或多个出口管相通。所述方法包括的步骤为将煤炭浆通过一个或多个输送管输送到反应区；开始水热脱水过程；其中在由于物质上升到一个或多个出口管导致压力降低的条件下，水热脱水过程大量发生。
煤炭优选为褐煤。实质上，这一点意味着至少50％的反应发生在压力降低的条件下。上述方法包括将物质的速度控制为0.5-3.0米/秒，优选为约1米/秒的步骤。上述方法包括在40％重量百分比作为开采的煤炭和65％重量百分比作为开采的煤炭之间改变浆中煤炭的浓度。煤炭的百分比优选为约50％重量百分比。
附图的简要说明

图1为地下反应器装置的示意剖视图。
图2为两个布置成协同工作关系的地下反应器的示意剖视图。
图3为两个地下反应器和用于处理煤炭的有关设备的示意剖视图。
图4为两个地下反应器和相互连接的热传递系统的示意剖视图。
图5为地下反应器装置的俯视图。
附图的详细说明通过说明，将参考图1讨论工艺实例，其中，在反应容器或反应室中，褐煤被水热脱水。这种处理未被广泛的商业化的原因主要是由于用装配在表面的设备——尤其是进料加压和产物释放机械装置进行操作很困难。上述处理是已经期满的澳大利亚专利430626的主题。该专利公开了褐煤(以及其它有机物质)的特性，藉由压力和温度的施加，煤炭的物质特性发生变化。煤炭发生了物理/化学变化且不需要蒸发即可将水从煤炭中排除。
某些类型的褐煤可含有高达70％重量的水。褐煤可被理解为包括次烟煤、褐煤以及松散的褐煤。在高温、高压及有水存在时，煤炭失掉大百分比量的游离水并历经阻止水的彻底再吸收的变化。这种过程还可产生CO2。可在任何适合的范围进行热处理，但优选在200℃以上。
首先期望通过传送装置10将褐煤输送到水11中使之变成浆，水可以是被再循环的处理水，并且将所述褐煤浆加压和加热到约250℃或者更高温度致使煤炭发生不可逆的变化。为了避免水的汽化，在选定温度，应将压力维持在水的蒸气压以上。在沿着反应器流程的所有位置，当物质温度增加时，压力也增加。在这种情况下，250℃时达到的最终压力至少为40巴，且更高温度时相应更高的压力。所参考的专利公开了一种热回收差、机械和操作都很复杂的系统，其包括一个加压螺旋挤压机、一个高压釜以及一个也由螺杆组成的排放器。所述系统折衷考虑了设备成本(以及考虑了安全性)和为了加快反应动力对在高温(因而也在高压)下操作的期望。
根据本发明，当实施相同反应时，将操作进行到更高温度是安全和便利的。为此目的的实例选择280℃的温度。公知在这种条件下，水热脱水进行得很快。为了阻止水的蒸发，当温度为接近250℃时压力应该至少为65巴。通过在形成反应器或反应容器12的管装置中实施根据本发明的处理可达到这一点，所述反应器或反应容器12延伸到地面13以下至少650m。注意存在一些通过提供背压和/或在地面升高排放管来缩短浸没长度的机动性。
在考虑到摩擦压力下降和煤炭/水浆的密度增加时，在所有时间，流体在从地面变成浆的设备、通过离心进料泵、通过地下反应器、返回到地面以及通过产物排放装置的整个进程中都在其饱和压力之上。
实施上述处理的管子由两个同心设置相对薄的薄壁管组成。浆混合物通过内管14向下流到井孔的底部并通过环状空间15返回。提供加热以开始反应，并且如果需要，维持操作条件。这可通过邻近上述过程(process)底部的电加热器或者通过任何其它的方式(例如分离的热油或液体金属回路16)进行。注意褐煤的热脱水是不同寻常的，因为随着一些二氧化碳17的释放，发生的反应有些轻微放热。假如适当设计，通过从所述过程释放的热满足大部分(假如不是全部的)热需要使得反应自支持(self-supporting)是可能的。多个更小直径的内管可用于增加热传递的表面面积，如果需要，还可提供外部热传递设备。
通过泵18将浆(slurry)输送到内管14。当浆沿管14下降时，通过管14的壁发生热传递，管14的壁可为任何合适的、具有足够强度特性的导热材料。优选壁是金属。随着压力的增加，浆下降到反应区19，在此处为了期望的过程，可获得足够的温度和压力。尽管不是必要的，但可通过钢筋混凝土20支撑反应区19和反应容器12。由于在物质下降和获得热量期间可以获得开始的条件，所以，反应区可以包括内管和/或环状空间15的部分。反应也可以继续通过反应区的最低部分和至少部分沿环状空间15形式的出口装置上升的路径。
通过输送自加热系统16、经管子21到达热交换器22的热油可有效地补充热量。然后处理过的物质沿着环状空间15向上流动，将热量传递回给在管子14中输送的物质。
将处理过的物质输送到可促进二氧化碳17排出的分离器23。将处理过的浆输送到可将多余的水排泄到收集表面25上并随后容纳在槽26中的传送装置24。一部分水通过管线27再循环，将多余的水在排泄之前送往处理28。根据需要传送处理过的煤炭29。
上述处理特别有利，当选择适宜的条件时，它可由褐煤制备高质量、低孔隙率的物质。优选的温度在250-350℃的范围内，最优选为约320℃。在这种条件下，处理时间为5分钟或更多。在某些条件下，处理时间甚至可以更少。优选将反应器如此安装使得大部分超过250℃的加热在压力降低的区域进行。最常见地，这发生在出口管处，此处，压力的降低是反应器中物质上升的产物。控制反应位置使得穿过反应区的煤炭颗粒确实处于降低的静压条件下，这可导致产生更密集、更干燥、具有减少的颗粒内孔隙率的产物。物质向下和向上流动的优选速度为约1米/秒。尽管将大量泵逐次连接起来使用很有利，但上述速度的一个好处就是通过常规的离心泵就可相对容易的满足摩擦压力的降低。速度的优选范围在0.5-3米/秒之间。本发明进一步控制的方面起因于改变浆中煤炭浓度的能力(capacity)。通过降低浓度，在浆中上升的温度也可以降低。这提供了一种操纵反应区中热条件的手段。通过本系统可避免高成本、高能量输入的地面系统，本系统具有以稳定、受控、成本和能量有效的(effective)方式进行一般操作的能力。
图2显示了两个组合的反应器的示意图，所述反应器总体上被标记为30。煤炭浆31被输送到入口管32的形式的入口装置中，在重力的作用下下降并被泵送到反应区33。尽管该示意图公开了两个入口管，但应该意识到有效的热传递最好由一排数量高达100-200个、或任何其它适宜数量的管子产生。管子的数量随着所需要的热量的量而改变，且根据需要，可使用热交换公式计算。例如，如果使用较大直径的管子，可将入口管设置的更深以增加热传递的机会。操作者可选择在管子32中的传压柱中增加泵的作用以增强入口供应(inlet supply)的压力作用。水热脱水期间的脱羧基反应是放热反应，其可提供至少一些和潜在地，所有在反应器底部所需要的升高温度的能力。操作期间提供启动热和促进热产生是必需的。使用适当的热量供应装置或系统对本领域技术人员而言是公知的。处理过的煤炭浆然后上升到以出口管或者出口室34的形式设置的出口装置中，其导致水热脱水过的煤炭浆35的排放，浆可被进一步的处理以回收。外管34被形成为其横截面形状为两个间隔的同心圆，最里面定位的圆被设置在中央动力设施(utility)进入孔41的周围。
通过第二个入口管37、第二反应区38和第二个出口管39形成第二反应室或反应容器36。
将第二反应室的位置设置成可在第一反应容器或反应器的反应区38中的物质和第二反应容器或反应器中的物质之间提供适宜的热传递。显然，在物质沿第二入口管37向下通过期间也可以发生热传递。还可提供一个辅助热源以向第一反应室和/或第二反应室提供热量。在一个优选过程中，第二反应室36被用于煤炭的氢化液化。上述过程优选在高压氢和适中温度(可以是约350-470℃)下制备物质，其例如为煤炭分解的产物、来自煤炭的石油和轻油，因此制备的油为低分子重量的芳香族和脂肪族碳氢化合物的混合物。煤炭的液化反应高度依赖于煤炭的类型。油和其它产物的产量随煤炭成分而变化。
在本发明的装置中，煤炭水热脱水的放热反应所产生的热对整个过程的能量而言是不够的。因此，通过提供一个基本上封闭、自我维持的系统且同时实施两个独立的过程，可从放热的煤炭液化过程中产生热量。结合煤炭的水热脱水和煤炭的液化，产生两个工作反应器的有效的、协同操作的交互作用，以提供一个有益的产出。使用协同操作的、离地面很深的反应器可安全地产生高压和有效的使用热量。很长的流程支持着很大程度上是栓塞流的反应器系统。
图2的布置还公开了一个中央动力设施进入孔41，其促进了反应器的构造和维护。这样的装置有助于提供动力设施和监测设备的通道。
图3是协同操作反应器的一个可供选择的布置示意图。其中，第一反应器43形成有相对窄的入口管44，入口管通过最底下的孔45把料排放进入反应区46。导入的物质在沿出口环状空间或出口室47上升之前，流动通过反应区46。
第二反应器当然可为任何适合的形状，并且实际上，可将几个反应器设置在第一反应器的范围之内。
操作时，可通过任何适合的机械装置50从原料堆49中收集煤炭并将之传送到槽51中同水混合形成浆。泵53将浆传送到入口管44以通过第一反应器。处理过的物质以水热脱水过的煤炭浆的形式存在，并将其从反应器中排出并传送到离心分离机54，离心分离机将处理过的煤炭与水分离开。将多余的水收集在废液槽55中并被再循环到槽51和/或废水管(waste)56。
将来自离心分离机54的处理过的煤炭输送到传送装置57以供入流化床干燥器58中。然后，干燥过的煤炭可被用于任何适合的用途。
在本系统中，干燥煤炭被传送到收集槽59中，在此处其准备进行氢化液化处理。可将天然气60输送到制备氢气的氢设备61中，氢气被用在氢化反应器63中以将一部分产物油氢化使之适宜用作供氢体溶剂。将所述供氢体溶剂传送到收集槽59中同处理过的煤炭混合以形成浆。泵64将浆传送到第二反应器48中，在此处所述混合物在通过反应器期间经历进一步的加压、预热和液化。将来自第二反应器的处理过的煤炭通过管线65传送到第二离心分离机66，其将液体和固体成分分离。在通过泵68将之输送到再循环和产物油74中之前，将多余的油在附加槽67中分离和收集。在洗涤台(washing stage)69中用适宜的溶剂洗涤来自离心分离机66的固体。将洗涤过的固体在70中干燥并作为易燃炭被输送到、例如发电厂。
将洗涤液体输送到分离单元73，油74在其中被分离(例如通过蒸馏)和储存使用，将再循环的溶剂返回到洗涤台69中。本系统提供了一个双重处理反应器装置的良好实例，其以成本有效、有热效率和安全的方式提供具有相当大价值的重要产物。
图4为通过热传递装置进行热交换的两个反应器的示意图。再一次，参考煤炭的水热脱水和氢化液化的双过程。但是，并未打算将协同操作反应器的应用限制为上述应用。
将煤炭浆输送到第一反应器75的进入口76，然后进入多个下降的入口管77，所述管经选择以提供期望量的再生热交换，而为保证这一点，在所有位置，主要压力超过流体蒸汽压。浆作为液柱沿着管子77下降，在这个过程中提供静水压力并通过热传递壁、例如金属从在出口管78中上升的被处理的物质中受热，所述出口管围绕在入口管77的周围。管子当然可为任何适宜的形状以有助于随着岩石和土壤剖面而变化。在一个实施方案中，通过不可渗透的岩石或处理过的密封岩石形成一个或多个反应器的外壁。向下箭头79显示了待处理物质的排放。向上箭头80总地显示被处理的物质通过反应区81时的流动。反应区并不是一个特别限定的区域，其仅是一个术语，用来总地代表获得开始温度条件的区域。它可以包括入口管和出口管的部分。增加压力以保证总是超过水的蒸汽压从而阻止汽化。实际压力可超过蒸汽压许多倍。简单地通过增加反应器的深度和因此而增加静水压头就可获得所述压力。
为了处理那些气体产物，可在出口管78中设置一个或多个收集器82以收集气体并将之直接引入到排放管线83。可将收集器设置在反应器中一系列不同的深度处。在本反应中，二氧化碳被形成并被分离。优选具有一系列位于不同位置的收集器以促进气体的去除，因而当环绕高压气泡周围的压力降低时，可避免气泡效应。安全方面，这也提供已为高纯二氧化碳的分离，所述高纯二氧化碳可用于其它工业或商业用途。还可优选给出口装置添加一个或多个节流阀。所述阀可用于控制出口管的压力，从而控制入口管的压力。可在出口和入口装置中提供压力监测系统。假如在反应区的气体产物降低了出口装置中物质的密度，在入口装置中静水压力的降低可以导致和产生速度的增加，因为更密集的进入物质会产生更大的净流动压力。如果在进入装置中达到了预设的压力限度，一个或数个节流阀可以起动以影响排出速度，从而将系统内的压力维持在优选限度内。这提供了另一个控制在系统内发生的过程的机构。
通过排出口84将处理过的物质排出。第二反应器85显示具有一个设置在外部环状空间中心的入口管86，外部环状空间形成出口管87。
干燥煤炭在供氢体流体中形成浆并被输送到入口管86中。氢化液化是一个放热反应，所产生的热量可被利用或通过热传递装置传递。在图4中，将第一热交换装置88设置在第二反应器内并将之设置在适宜的位置。
将热传递给适宜的流体，例如液体钠或者热传递油，液体钠或热传递油通过泵90环绕着一个回路循环。含热量流体被输送通过一个热量分配交换器91流入以补充在反应区81中产生的热量。
尽管水热脱水过程自身放热，但不能通过依赖自身内在生热来充分满足大处理进度时的能量需求。利用来自另一个放热过程的多余热量在以有效和有生产价值的操作来维持处理装置方面具有很大的好处。
在从入口管86通过较低开口93排出并沿环状空间87向上流动之后，将液化的煤炭产物从第二反应器85的出口92排出。进、出物质之间的热传递也相当的有利。通过使用多个平行的管子可以达到期望的热交换面积。
图5是环绕中心进入井(access shaft)95设置的一组反应器的顶视示意图。根据需要布置每一个反应器。反应器96被专门用于煤炭的氢化液化。多余的热量通过一个热传递机构(未示出)被传导到专门用于水热脱水的反应器97。一个组合反应器98也被提供有设置成结合作业的第一和第二反应器。此外，具有相同或不同布置的其他反应器99环绕中心井95分布。通过形成在地面以下任何适宜深度的侧井(lateral shafts)100(未显示细节)，形成与中心进入井95的相通。
本发明大优点之一是物理上失配的反应器彼此之间可处于工作关系。即，一个很深的高压反应器可同一个较浅的低压装置进行协同操作。其中两者之间的热传递可以使双重处理的效率最优化。
尽管未显示，但装配一个复杂的处理装置是可能的，其中在相互连接的反应器中进行处理的连续步骤。在一个反应器的出口管和下一个连续连接的反应器的入口管之间提供横向相通的通道。在一深度形成这样连通的通道，以将物质保持在需要压力或者优选压力下。例如，可很便利地将在压力下形成的氢提供给另一个反应器，而不是将之传送到地面并为后来的使用，试图再加压或者维持其压力。通过一系列设在不同深度处的传递通道连接相邻的反应器，并具有一个控制系统用来在操作期间选择一个或多个期望的通道。
图5所示的反应器系统为安全地实施高压反应提供了一个集中的增强处理设备。另外，反应器的相互作用提供了一个持续的(ongoing)热效率。显然，可以提供多于两个的、协同作业的反应器。
其它可使用本发明的处理实例(不完全列举)为美国专利5312462煤炭的湿式碱腐蚀性浸提。煤炭同NaOH和KOH混合形成浆，并在压力下加热以减少灰分和硫。
US5214015，铁基氢化裂解催化剂的合成。在180-240℃范围内，氧化铁和硫同液态供氢体反应。
US5369214，卤化聚芳香化合物选择性脱卤的方法。卤化聚芳香化合物同供氢体溶剂和炭催化剂混合，并且加压和加热导致化合物的脱卤。
US4695372，物理选矿前含碳物质的处理(conditioning)。通过同超临界流体(例如，通常为高温和高压)接触来处理煤炭。提取次要溶质馏分导致选矿的改善。
其它实例存在于实现固体相转换、浸提、提取、反应、聚合、液化、氧化、还原、涉及供氢体溶剂反应、分解、沉淀处理的领域。
在一些情况下，将母岩同处理流体适当地接触。
显然，在所述系统中还可进行大量的后备过程，在所述地下处理系统的装配和使用方式上具有很多种变化。
整个说明书的目的在于公开本发明的优选实施方案，本发明不被限制为任何一个实施方案或者特殊的特征组合。因此，本领域技术人员将意识到根据直接公开的内容，不脱离本发明范围可以特殊实施方案进行多种修改和改变。所有这些修改和改变应被包含在公开的范围之内。
权利要求
1.一种处理一种或多种物质的处理装置，所述装置包括两个或多个设置在地面以下的容器，每一个容器适合容纳一种或多种物质或其部分，所述两个或多个容器中的每一个都包括一个反应区、用于将至少一种物质供入各自反应区的进入装置以及从反应区回收处理过的物质的排出装置，其中所述容器延伸到地面以下足够深度以在进入和/或排出装置中，由静水压头产生压力，并且容器中的至少两个适合其间的热交换。
2.权利要求1的处理装置，其中，容器中的一个或多个延伸到地面以下至少100米。
3.权利要求2的处理装置，其中，容器中的一个或多个延伸到地面以下至少500米。
4.权利要求1的处理装置，其中，至少一个容器的进入装置被形成为连续管。
5.权利要求4的处理装置，其中，进入管的至少部分侧壁由岩石形成。
6.权利要求4的处理装置，其中，进入管由相互连接的金属管状部分形成。
7.权利要求1的处理装置，其中，至少一个容器的进入装置被形成为两个或多个管子。
8.权利要求7的处理装置，其中，至少一个容器的进入装置包括一列管子，该列管子具有50-200个管子。
9.权利要求7或8中任一的处理装置，其中，每一个管子的直径在2.5cm-7.5cm的范围内。
10.权利要求9的处理装置，其中，每一个管子的直径为约5cm。
11.权利要求1的处理装置，其中，进入装置将反应区连接到地面。
12.权利要求1的处理装置，其中，至少一个容器的排出装置被形成为连续的排出管。
13.权利要求12的处理装置，其中，排出管的至少部分侧壁由岩石形成。
14.权利要求1的处理装置，其中，至少一个容器的排出装置由相互连接的管状部分形成。
15.权利要求1的处理装置，其中，排出装置将反应区连接到地面。
16.权利要求1的处理装置，其中，至少一个容器的排出装置包括一个或多个气体收集器。
17.权利要求1的处理装置，其中，至少一个容器的排出装置包括一个节流阀以控制在被处理的物质上的背压。
18.权利要求1的处理装置，其中，进入装置和排出装置被形成在向下指向的孔内。
19.权利要求18的处理装置，其中，所述孔实质上垂直。
20.权利要求1的处理装置，其中，至少两个容器彼此接近进行热交换。
21.权利要求1或20中任一的处理装置，其中，至少两个容器适合通过热交换装置进行其间的热交换。
22.权利要求21的处理装置，其中，所述热交换装置是至少两个容器共有的热传递壁部分。
23.权利要求21的处理装置，其中，热交换装置包括位于循环系统内的液体，其中，所述液体被循环至与至少两个容器接触进行热交换。
24.权利要求1的处理装置，还包括一个适合给至少一个容器提供在地面以下的通道的进入井。
25.一种反应器装置，包括至少两个反应室，每一个形成有一个用于将处理物质输送到反应区的输入装置，一个用于从反应区回收处理过的物质或其产物的输出装置，其中，所述输入装置和输出装置位于向下延伸的地下通道内，并且至少两个反应室适合其间的热交换。
26.权利要求25的反应器装置，其中反应室中的一个或多个被形成有一个延伸的U形结构形状。
27.权利要求25的反应器装置，其中，至少两个反应室共享一个共有的热传递壁部分。
28.权利要求25的反应器装置，其中，一个反应室中被基本上设置在至少另一个反应室的范围之内。
29.权利要求25的反应器装置，其中，反应室适于通过热交换装置进行热交换。
30.权利要求29的反应器装置，其中，热交换装置包括一个用于将热传导液体循环至与至少两个反应室接触以进行热交换的循环系统。
31.权利要求25-30中任一反应器装置，还包括一个或多个地下连通通道，其为将在一个反应室的输出装置内的流体传送到另一个反应室的输入装置而提供通道。
32.一种在加压条件下实施两个过程的方法，包括的步骤为将用于第一个过程的物质引入基本设置在地下并通过向下延伸的、与一处理区相通的输入管装置形成的第一反应器，所述处理区同一向上延伸的输出管装置相通将用于第二过程的另外的物质引入基本设置在地下并通过向下延伸的、与一处理区相通的输入管装置形成的第二反应器，所述处理区同向上延伸的输出管装置相通，开始第一和第二过程；以及在反应器之间传递热。
33.权利要求32的方法，其中，用于第一反应器和第二反应器的物质是流态化的固体。
34.权利要求32的方法，其中，所述过程中的一个是煤炭的水热脱水。
35.权利要求34的方法，其中，所述过程中的另一个煤炭的液化。
36.权利要求35的方法，其中，在第一过程中经过水热脱水的煤炭在第二过程中进行液化。
37.一种在地下反应器中进行的煤炭的水热脱水的方法，所述反应器包括一个或多个同一反应室相通的输送管，而所述反应室又同一个或多个排出管相通，所述方法包括的步骤为通过一个或多个输送管将煤炭浆输送到反应区；以及开始水热脱水过程使得过程基本上在随着物质在一个或多个排出管中上升而使压力降低的条件下而发生。
38.权利要求36的方法还包括的步骤为；基本上在煤炭水热脱水的整个过程中，维持浆的向上流动。
39.权利要求38的方法，其中，通过泵压控制物质的速度。
40.权利要求38的方法，其中，在至少50％的煤炭水热脱水的整个过程中，维持浆的向上流动。
41.权利要求37的方法，其中，浆的速度在0.5米/秒-3米/秒的范围内。
42.权利要求41的方法，其中，速度为约1米/秒。
43.权利要求37的方法，其中，选择浆中煤炭的浓度以控制反应的热产量，从而控制反应区的温度。
44.权利要求42的方法，其中，浆中作为开采的煤炭浓度在40％重量百分比和65％重量百分比之间。
45.权利要求44的方法，其中，浆中煤炭浓度为约50％重量百分比。
46.权利要求37-45中任一方法，其中，所述煤炭是褐煤。
全文摘要
一种反应器系统，包括两个或多个用于物质的高压处理的地下反应器。每一个反应器包括一个入口管、一个反应区以及一个出口管并具有足够的深度使得位于进口和出口管的物质产生高的静水压力。反应器适于通过共享的热传递壁或者含有循环液体的热交换器进行交换热。本发明还涉及一种在反应器系统中同时进行两个过程的方法。优选过程是煤炭、特别是褐煤的水热脱水和煤炭液化，其中一个过程的放热产物贡献给另一个过程的热需要。本发明还涉及一种在减压条件下，当在地下反应器中实施时，煤炭的水热脱水方法。
文档编号B01J19/24GK1525882SQ02813741
公开日2004年9月1日 申请日期2002年6月4日 优先权日2001年6月4日
发明者唐纳德·J·尼克林, 彼得·J·泰特, J 泰特, 唐纳德 J 尼克林 申请人:埃克塞根合伙有限公司