EA 029582B1 20180430

	Патентная документация ЕАПВ
Запрос:	ea000029582b*\id
Результат:	ID\|Номер и дата охранного документа

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

[RU]

1. Способ генерирования синтез-газа, содержащий следующие стадии: разложение углеводородсодержащей текучей среды на углерод и водород с помощью подвода энергии, причем энергия, по меньшей мере, частично обеспечивается за счет подвода тепла, причем углерод и водород имеют температуру по меньшей мере 200 °С после стадии разложения; приведение воды в контакт по меньшей мере с частью углерода, образованного на стадии разложения при температуре между 800-1700 °С, причем при приведении углерода в контакт с водой углерод, полученный на стадии разложения, охлаждается не более чем на 50% по отношению к его температуре после стадии разложения; преобразование по меньшей мере части углерода, полученного на стадии разложения, и воды в синтез-газ, в котором углерод, полученный на стадии разложения, и водород, полученный на стадии разложения, совместно приводятся в контакт с водой.

2. Способ генерирования синтез-газа, содержащий следующие стадии: разложение углеводородсодержащей текучей среды на углерод и водород с помощью подвода энергии, причем энергия, по меньшей мере, частично обеспечивается за счет подвода тепла, причем углерод и водород имеют температуру по меньшей мере 200 °С после стадии разложения; приведение воды в контакт по меньшей мере с частью углерода, образованного на стадии разложения при температуре между 800-1700 °С, причем при приведении углерода в контакт с водой углерод, полученный на стадии разложения, охлаждается не более чем на 50% по отношению к его температуре после стадии разложения; преобразование по меньшей мере части углерода, полученного на стадии разложения, и воды в синтез-газ, причем углерод, полученный на стадии разложения, отделяется, по меньшей мере, частично от водорода, полученного на стадии разложения, перед стадией приведения углерода в контакт с водой, и причем по меньшей мере часть отделенного водорода вводится в синтез-газ, генерированный при преобразовании.

3. Способ генерирования синтез-газа по п.1 или 2, в котором стадия разложения имеет место при температуре выше 1000 °С и в котором углерод приводится в контакт с водой при температуре по меньшей мере 1000 °С, в частности при температуре в интервале от 1000 до 1200 °С.

4. Способ генерирования синтез-газа по любому из пп.1-3, в котором тепло, необходимое для достижения температуры в интервале 800-1700 °С для преобразования, обеспечивается, по существу, полностью за счет тепла, которое подводят для разложения углеводородсодержащей текучей среды.

5. Способ генерирования синтез-газа по любому из пп.1-4, в котором по меньшей мере часть тепла по меньшей мере части углерода, полученного на стадии разложения, и/или части водорода, полученного на стадии разложения, и/или части синтез-газа используется для нагревания воды до приведения воды в контакт с углеродом, и/или используется для нагревания технологической камеры, в которой вода приводится в контакт с углеродом, и/или используется для генерирования электричества, причем электричество, в частности, может быть предусмотрено как энергоноситель для введения энергии для разложения углеводородсодержащей текучей среды.

6. Способ генерирования синтез-газа по любому из пп.1-5, в котором энергия для разложения углеводородсодержащей текучей среды главным образом обеспечивается с помощью плазмы и стадия разложения осуществляется в Kvaerner-реакторе.

7. Способ генерирования синтез-газа по п.6, в котором углерод, образованный при разложении, и водород, образованный при разложении, приводятся в контакт с водой в форме аэрозоля.

8. Способ генерирования синтез-газа по п.2, в котором по меньшей мере один из дополнительного водорода или дополнительного монооксида углерода вводятся в синтез-газ и причем по меньшей мере часть дополнительного водорода генерируется при разложении углеводородсодержащей текучей среды при температуре ниже 1000 °С, в частности ниже 600 °С, с помощью микроволновой плазмы.

9. Способ генерирования синтетических углеводородов, содержащих и/или не содержащих функциональную группу, в котором сначала генерируется синтез-газ согласно способу по любому из пп.1-8 и в котором синтез-газ приводится в контакт с подходящим катализатором для того, чтобы вызвать преобразование синтез-газа в указанные синтетические углеводороды, причем температура катализатора и/или синтез-газа открыто-контурно контролируется или закрыто-контурно регулируется в заданном интервале температур.

10. Способ по п.9, в котором преобразование синтез-газа выполняется с помощью одного из следующего: способа Фишера-Тропша, ШСДС (SMDS)-способа, способа Бергиуса-Пьера (Bergius-Pier), способа Пьера (Pier) или комбинации способа Пьера (Pier) и МвЖ (MtL)-способа.

11. Способ по любому из пп.1-10, в котором углеводородсодержащей текучей средой, подлежащей разложению, является природный газ, метан, жирные газы, тяжелая нефть или их смесь.

12. Устройство для генерирования синтез-газа, предназначенное для осуществления способа по п.1, которое содержит углеводородный конвертер для разложения углеводородсодержащей текучей среды на углерод и водород, причем углеводородный конвертер содержит по меньшей мере одну технологическую камеру, имеющую по меньшей мере один впуск углеводородсодержащей текучей среды и по меньшей мере один выпуск углерода и/или водорода и по меньшей мере одно устройство подвода энергии к технологической камере, причем указанная энергия, по меньшей мере, частично является тепловой; С-конвертер для преобразования воды и углерода, причем С-конвертер содержит по меньшей мере одну дополнительную технологическую камеру, имеющую по меньшей мере один впуск воды, по меньшей мере один впуск, по меньшей мере, углерода и по меньшей мере один выпуск, причем упомянутый впуск, по меньшей мере, углерода непосредственно соединен с упомянутым по меньшей мере одним выпуском углеводородного конвертера, причем упомянутый углеводородный конвертер, упомянутый по меньшей мере один выпуск углеводородного конвертера, упомянутый С-конвертер и по меньшей мере один впуск С-конвертера предназначены для согласованного направления указанного углерода и указанного водорода, полученных в упомянутом углеводородном конвертере, в упомянутый С-конвертер.

13. Устройство для генерирования синтез-газа, предназначенное для осуществления способа по п.2, которое содержит углеводородный конвертер для разложения углеводородсодержащей текучей среды на углерод и водород, причем углеводородный конвертер содержит по меньшей мере одну технологическую камеру, имеющую по меньшей мере один впуск углеводородсодержащей текучей среды и по меньшей мере один выпуск углерода и/или водорода и по меньшей мере одно устройство подвода энергии к технологической камере, причем указанная энергия, по меньшей мере, частично является тепловой; С-конвертер для преобразования воды и углерода, причем С-конвертер содержит по меньшей мере одну дополнительную технологическую камеру, имеющую по меньшей мере один впуск воды, по меньшей мере один впуск, по меньшей мере, углерода и по меньшей мере один выпуск, причем упомянутый впуск, по меньшей мере, углерода непосредственно соединен с упомянутым по меньшей мере одним выпуском углеводородного конвертера, причем сепарационная установка предусмотрена для разделения углерода, полученного при разложении, и водорода, полученного при разложении, причем сепарационная установка имеет отдельные выпуски для разделенных материалов, идущих из сепарационной установки, причем упомянутый выпуск углерода соединен с упомянутым С-конвертером, причем предусмотрена отдельная впускная труба водорода, идущего из сепарационной установки, и упомянутая впускная труба для водорода соединена с упомянутым С-конвертером, со смесительной камерой, расположенной ниже по потоку.

14. Устройство для генерирования синтез-газа по п.12 или 13, в котором по меньшей мере одно устройство подвода энергии к технологической камере сконструировано таким образом, что оно может образовать, по меньшей мере локально, температуры выше 1000 °С.

15. Устройство для генерирования синтез-газа по любому из пп.12-14, в котором по меньшей мере одно устройство подвода энергии к технологической камере содержит плазменное устройство, в частности устройство микроволновой плазмы.

16. Устройство для генерирования синтез-газа по любому из пп.12-15, в котором технологическая камера С-конвертера образована выпускной трубой углеводородного конвертера, причем выпускная труба соединена с впуском воды.

17. Устройство для генерирования синтез-газа по любому из пп.12-16, в котором углеводородный конвертер содержит Kvaerner-реактор.

18. Устройство для генерирования синтез-газа по п.15 или 17, в котором углеводородный конвертер дополнительно предназначен для получения аэрозоля, содержащего углерод и водород.

19. Устройство для генерирования синтез-газа по любому из пп.12-18, которое имеет по меньшей мере один дополнительный углеводородный конвертер для разложения углеводородсодержащей текучей среды на углерод и водород, причем дополнительный углеводородный конвертер содержит по меньшей мере одну технологическую камеру, имеющую по меньшей мере один впуск для углеводородсодержащей текучей среды; по меньшей мере одно устройство подвода энергии к технологической камере, причем энергия состоит, по меньшей мере, частично из тепла; сепарационную установку для разделения углерода, полученного разложением, и водорода, полученного разложением, причем сепарационная установка имеет отдельные выпуски для углерода и водорода, причем выпуск водорода соединен с отдельной впускной трубой для водорода.

20. Устройство для генерирования синтез-газа по п.19, в котором по меньшей мере один дополнительный углеводородный конвертер предназначен для выполнения разложения при температурах ниже 1000 °С, в частности ниже 600 °С, с помощью микроволновой плазмы.

21. Устройство для преобразования синтез-газа в синтетические углеводороды, включающие и/или не включающие функциональную группу, содержащее устройство для получения синтез-газа по любому из пп.12-20; и СО-конвертер, имеющий технологическую камеру, в которой расположен катализатор, и средство приведения полученного синтез-газа в контакт с катализатором, и контрольное устройство для открыто-контурного контроля или закрыто-контурного регулирования температуры катализатора и/или синтез-газа до заданной температуры.

22. Устройство по п.21, в котором СО-конвертер содержит одно из следующего: конвертер Фишера-Тропша, ШСДС (SMDS)-конвертер, конвертер Бергиуса-Пьера (Bergius-Pier), конвертер Пьера (Pier) или комбинацию конвертера Пьера (Pier) с МвЖ (MtL)-конвертером.

Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:

Евразийское
патентное
ведомство
029582
(13) B1
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2018.04.30
(21) Номер заявки 201491220
(22) Дата подачи заявки
2012.12.20
(51) Int. Cl.
C01B 3/24 (2006.01) C10J3/00 (2006.01) C10J3/72 (2006.01)
(54) СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ГЕНЕРИРОВАНИЯ СИНТЕЗ-ГАЗА
(31)
(32) (33) (43)
(86) (87)
10 2011 122 562.9; 10 2012 008 933.3; 10 2012 010 542.8
2011.12.20; 2012.05.04; 2012.05.29
2014.12.30
PCT/EP2012/005310 WO 2013/091879 2013.06.27 (71)(73) Заявитель и патентовладелец:
ССП ТЕКНОЛОДЖИ ГМБХ (DE)
(72) Изобретатель:
Кюль Олаф (DE)
(74) Представитель:
Медведев В.Н. (RU)
(56) EP-A2-0219163 WO-A1-0006671 GB-A-2265382 GB-A-2265380 GB-A-365912 DE-A1-102007005965 EP-A1-1270508 US-A1-2003024806
(57) Рассматриваются способ и устройство для генерирования синтез-газа с использованием углеводородов и воды. В других вариантах способа и устройства генерируются синтез-газы, имеющие любое желаемое соотношение СО/водород, и/или синтетические содержащие и/или не содержащие функциональную группу углеводороды. Указанным способом углеводородсодержащая текучая среда может быть преобразована в синтез-газ, имеющий варьируемое содержание водорода без генерирования значительных количеств CO2. Кроме того, водород и различные формы углерода могут быть получены как побочные продукты.
Настоящее изобретение относится к способу и системе для генерирования синтез-газа из углеводородов и воды.
Значительные отрасли мировой экономики основаны на сырой нефти в качестве исходного материала или в качестве источника энергии. Так бензиновое и дизельное топливо для личного и грузового транспорта, тяжелое дизельное топливо для судов и топливо для электростанций, а также светлые нефтепродукты для нагревания семейных жилищ получают из сырой нефти. Кроме того, многие исходные материалы для химической промышленности получают прямо или непрямо из сырой нефти. В настоящее время многие усилия предпринимаются для замены продуктов сырой нефти другими исходными материалами или альтернативными способами. В энергетической отрасли природный газ и возобновляемые источники энергии используются вместо сырой нефти для работы электростанций. Электрические двигатели, двигатели на природном газе и водородные топливные элементы испытываются для транспортных применений, но они не могут быть коммерчески подтверждены.
Имеются попытки получить нефтяные продукты из природного газа и угля на промышленном уровне. Например, известны способы преобразования природного газа в жидкие топлива (так называемые способы газ-в-жидкость или ГВЖ-способы). Тем не менее, указанные способы обычно имеют значительные СО2-выделения и высокие затраты. Кроме того, они обычно не способны обеспечивать водород независимо от СО или СО2. Поэтому указанные попытки обычно ограниваются по экономическим и экологическим причинам немногими отдельными применениями.
Синтез-газ, или сокращенно сингаз, представляет собой газовую смесь монооксида углерода и водорода, которая может также содержать диоксид углерода. Например, сингаз генерируется газификацией углеродсодержащего топлива в газообразный продукт сингаз, имеющий определенную теплотворную способность. Синтез-газ имеет приблизительно 50% плотности энергии природного газа. Синтез-газ может гореть и, таким образом, использоваться как источник топлива. Синтез-газ может также использоваться в качестве промежуточного продукта в получении других химических продуктов. Например, синтез-газ может генерироваться газификацией каменного угля или отходов. При генерировании синтез-газа углерод может взаимодействовать с водой, или углеводород может взаимодействовать с кислородом. Имеются коммерчески доступные технологии переработки синтез-газа для того, чтобы генерировать промышленные газы, удобрения, химические вещества и другие химические продукты. Однако большинство известных технологий (например, реакция конверсии воды) для генерирования и преобразования синтез-газа имеют проблему в том, что синтез требуемого количества водорода вызывает генерирование большого количества избыточного CO2, которое в конце концов испускается в атмосферу в качестве газа, опасного для климата. Другая известная технология получения синтез-газа - частичное окисление метана согласно уравнению 2 СН4+О2-2СО+4Н2 может достигать максимального соотношения Н2:СО=2,0. Однако недостатком является использование чистого кислорода, который получается энергозатратным.
ЕР 0219163 А рассматривает способ генерирования синтез-газа, в котором углеводороды разлагаются в первой реакционной камере с тем, чтобы образовать углерод и водород, и где углерод транспортируется во вторую реакционную камеру и приводится в контакт с водой для реакции.
WO 00/06671 A1 рассматривает способ генерирования синтез-газа, в котором в присутствии воздуха биологический материал преобразуется в углерод и отходящие газы, такие как вода и CO2, в первой реакционной камере, и в котором синтез-газ образуется из указанного углерода и водяного пара во второй реакционной камере.
Поэтому первой проблемой, решаемой настоящим изобретением, является преобразование углево-дородсодержащей текучей среды в синтез-газ с различным содержанием водорода без генерирования значительных количеств CO2.
Проблема решается способами согласно пп.1, 2 и 13 формулы изобретения, а также устройством по пп.17, 18 и 26 формулы изобретения. Другие варианты могут быть выведены из зависимых пунктов формулы изобретения.
В частности, способ генерирования синтез-газа содержит разложение углеводородсодержащей текучей среды на углерод и водород с помощью подвода энергии, которая, по меньшей мере, частично обеспечивается теплом, где углерод и водород имеют температуру по меньшей мере 200°С после стадии разложения. Часть углерода, образованного на стадии разложения, затем приводится в контакт с водой при температуре в интервале 800-1700°С, где углерод, образованный на стадии разложения, охлаждается не более чем на 50% в °С по сравнению с его температурой после стадии разложения при приведении углерода в контакт с водой. Здесь по меньшей мере часть воды вместе с углеродом, образованным при расщеплении, преобразуется в синтез-газ. Данный способ обеспечивает преобразование углеводородсо-держащей текучей среды в синтез-газ, имеющий различное содержание водорода, без образования значительных количеств СО2. В предпочтительном способе по меньшей мере часть энергии, требуемой для обеспечения углерода (при расщеплении углеводорода), вводится в форме тепла для преобразования. Кроме того, водород и различные разновидности углерода могут быть получены как побочные продукты.
Это особенно справедливо, если стадия разложения имеет место при температуре свыше 1000°С, в
частности, при температуре в интервале 1000-1200°С, так как в данном случае не требуется или требуется только небольшое дополнительное количество тепла, необходимого для обеспечения преобразования. Предпочтительно тепло, требуемое для достижения температуры 800-1700°С (в частности, от 1000 до 1200°С) преобразования, по существу полностью обеспечивается теплом, которое используется для расщепления углеводородсодержащей текучей среды. Здесь "по существу полностью" означает, что по меньшей мере 80%, в частности, по меньшей мере 90% требуемого тепла происходит от стадии разложения.
В одном варианте углерод, полученный на стадии разложения, и водород, полученный на стадии разложения, оба вместе приводятся в контакт с водой. Водород не подвергается преобразованию и может служить в качестве дополнительного теплоносителя. Особенно предпочтительно, если углерод и водород имеют температуру 1000°С (предпочтительная температура преобразования) или выше. В данном случае газ после преобразования является не чистым водяным газом, но синтез-газом с различным соотношением смешения.
Альтернативно, углерод, полученный на стадии разложения, может быть отделен от водорода, полученного на стадии разложения, перед стадией приведения углерода в контакт с водой.
Для того чтобы увеличить энергетическую эффективность способа, по меньшей мере часть тепла по меньшей мере части углерода и/или части водорода, полученных со стадии разложения, может быть использована для нагревания воды перед стадией приведения воды в контакт с углеродом и/или может быть использована для нагревания технологической камеры, в которой вода приводится в контакт с углеродом. В данном смысле должно быть отмечено, что синтез-газ имеет температуру 800-1700°С после преобразования и что по меньшей мере часть его тепла может быть использована для предварительного нагревания воды перед стадией приведения воды в контакт с углеродом. Также возможно, что по меньшей мере часть тепла по меньшей мере части углерода и/или части водорода, полученных со стадии разложения, и/или части синтез-газа после преобразования может быть использована для генерирования электричества, которое может быть использовано в качестве энергоносителя для подвода энергии на стадию разложения углеводородсодержащей текучей среды.
Предпочтительно энергия разложения углеводорода, главным образом, вводится через плазму. Это является особенно прямым и, таким образом, эффективным способом подвода энергии. Предпочтительно стадия разложения осуществляется в Kvaerner-реакторе, который обеспечивает непрерывное разложение потока углеводородов.
В способе генерирования синтез-газа дополнительный водород, и/или монооксид углерода, и/или дополнительный синтез-газ могут быть введены в синтез-газ для получения желаемого состава. В случае приведения в контакт с водой как углерода, так и водорода можно, в частности, использовать введение дополнительного монооксида углерода в синтез-газ для того, чтобы снизить соотношение СО/Н2. В ходе стадии приведения в контакт с водой по существу чистого углерода можно использовать введение дополнительного монооксида углерода для того, чтобы снизить соотношение СО/Н2. В частности, можно смешивать потоки двух синтез-газов, генерированных раздельно в соответствии с вышеуказанным способом (один с, а другой без предварительного разделения углерода и водорода) для того, чтобы получить желаемое соотношение смешения СО/Н2.
Предпочтительно дополнительный водород происходит от стадии разложения углеводородсодер-жащей текучей среды на углерод и водород при подводе энергии, что, по меньшей мере, частично осуществляется теплом. Поэтому стадия разложения может обеспечить углерод, необходимый для преобразования углерод/вода, и необходимый водород на одной стадии. В одном варианте по меньшей мере часть водорода образуется на стадии разложения углеводородсодержащей текучей среды при температуре ниже 1000°С, в частности, ниже 600°С, с помощью микроволновой плазмы.
Когда дополнительный водород (больше, чем количество, которое получается при получении углерода, необходимого для преобразования углерод/вода) требуется для получения определенного соотношения смешения синтез-газа, предпочтительно генерировать указанный водород энергоэффективным образом при низких температурах из углеводородсодержащей текучей среды. Предпочтительно соотношение СО:водород в синтез-газе регулируется до значения в интервале от 1:1 до 1:3, в частности, до значения 1:2,1.
В способе генерирования синтетических функционализированных и/или нефункционализирован-ных углеводородов (углеводородов, содержащих и/или не содержащих функциональную группу) на первой стадии синтез-газ генерируется, как описано выше, и синтез-газ приводится в контакт с подходящим катализатором для того, чтобы вызвать преобразование синтез-газа в функционализированные и/или не-функционализированные углеводороды, где температура катализатора и/или синтез-газа устанавливается или регулируется в предопределенном температурном интервале. Таким образом, синтез-газ может быть генерирован при смешении СО с водородом либо перед, либо при приведении в контакт с катализатором.
В одном варианте преобразование синтез-газа осуществляется способом Фишера-Тропша, в частности ШСДС ^]УП^)-способом. Альтернативно, преобразование синтез-газа может быть осуществлено Bergius-Pier-способом или комбинацией Pier-способа с (МвЖ) MtL-способом. Выбор способа в значи
тельной степени определяет природу синтетических функционализированных и/или нефункционализи-рованных углеводородов.
Предпочтительно углеводородсодержащей текучей средой, которая должна разлагаться, является природный газ, метан, жирный газ, тяжелая нефть или их смесь.
Устройство генерирования синтез-газа содержит углеводородный конвертер для разложения угле-водородсодержащей текучей среды на углерод и водород, углеводородный конвертер содержит по меньшей мере одну технологическую камеру, имеющую по меньшей мере один впуск углеводородсо-держащей текучей среды и по меньшей мере один выпуск углерода и/или водорода и по меньшей мере одно устройство подвода энергии в технологическую камеру, причем указанная энергия, по меньшей мере, частично является тепловой. Кроме того, устройство содержит конвертер С для преобразования воды и углерода, причем конвертер С содержит по меньшей мере одну дополнительную технологическую камеру, имеющую по меньшей мере один впуск воды, по меньшей мере один впуск, по меньшей мере, для углерода и по меньшей мере один выпуск, где впуск, по меньшей мере, углерода непосредственно соединен с по меньшей мере одним выпуском углеводородного конвертера. Здесь термин "непосредственно соединен" описывает, что углерод, выходящий из углеводородного конвертера, не охлаждается более чем на 50% от его температуры в °С, предпочтительно не более чем на 20%, на его пути к конвертеру С без использования дополнительной энергии для нагревания углерода. Сепарационная установка, которая отделяет углерод от водорода, может быть предусмотрена между расположением стадии разложения и по меньшей мере одним выпуском углеводородного конвертера. Указанная сепарационная установка может образовывать часть углеводородного конвертера или может быть расположена снаружи углеводородного конвертера как отдельная установка. Сепарационная установка между выпуском углеводородного конвертера и впуском конвертера С не подвергается непосредственному соединению, пока выполняется вышеуказанное условие.
Предпочтительно по меньшей мере одно устройство подвода энергии в технологическую камеру сконструировано таким образом, что оно способно, по меньшей мере, локально образовывать температуры выше 1000°С, в частности выше 1500°С. В одном варианте, по меньшей мере одним устройством подвода энергии в технологическую камеру является плазменное устройство. В частности, если температура разложения должна поддерживаться ниже 1000°С, по меньшей мере одно устройство подвода энергии в технологическую камеру предпочтительно содержит микроволновое плазменное устройство.
Для особенно простого варианта устройства технологическая камера конвертера С образуется выпускной трубой углеводородного конвертера, который соединен с трубой подачи воды.
В одном варианте изобретения сепарационная установка для разделения углерода и водорода, образованных при разложении, предусматривается около углеводородного конвертера, и отдельные выпуски сепарационной установки предусматриваются для отдельных материалов, где выпуск углерода соединен с С-конвертером.
Предпочтительно углеводородным конвертером является Kvaerner-реактор, который может обеспечивать необходимые температуры для непрерывного расщепления углеводородсодержащей текучей среды в течение длительных периодов работы.
Для простого и эффективного генерирования синтез-газа, имеющего варьирующееся соотношение смешения, устройство может содержать по меньшей мере одну отдельную трубу питания для подачи водорода и/или углерода и/или отдельного синтез-газа в С-конвертер или смесительную камеру ниже по потоку.
В одном варианте устройство генерирования синтез-газа содержит по меньшей мере один дополнительный углеводородный конвертер для разложения углеводородсодержащей текучей среды на углерод и водород. По меньшей мере один дополнительный углеводородный конвертер снова содержит по меньшей мере одну технологическую камеру, имеющую по меньшей мере один впуск углеводородсодержа-щей текучей среды, по меньшей мере одно устройство подвода энергии в технологическую камеру, где причем указанная энергия, по меньшей мере, частично является тепловой, и сепарационную установку для отделения углерода от водорода, которые были получены при разложении, причем сепарационная установка имеет отдельные выпуски углерода и водорода, причем выпуск водорода соединен с отдельной трубой подачи водорода. По причинам энергоэффективности по меньшей мере один дополнительный углеводородный конвертер является, предпочтительно, типа, который осуществляет разложение при температурах ниже 1000°С, в частности ниже 600°С, с помощью микроволновой плазмы.
Устройство для преобразования синтез-газа в синтетические функционализированные и/или не-функционализированные углеводороды (углеводороды, содержащие и/или не содержащие функциональную группу) содержит устройство генерирования синтез-газа вышеуказанного специального типа и СО-конвертер. СО-конвертер содержит технологическую камеру, снабженную катализатором, средством приведения синтез-газа в контакт с катализатором и контрольным устройством для контроля и регулирования температуры катализатора и/или синтез-газа до предопределенной температуры. Таким образом, части устройства генерирования синтез-газа могут быть интегрированы в СО-конвертер, например, камера смешения СО и дополнительных водорода, углерода и/или другого синтез-газа. В одном варианте
конвертер СО содержит конвертер Фишера-Тропша, в частности, ШСДС (SMDS)-конвертер. Альтернативно, конвертер СО может содержать Bergius-Pier-конвертер, Pier-конвертер или комбинацию Pier-конвертера и МвЖ (MtL)-конвертера. Также возможно, что в устройстве присутствуют несколько СО-конвертеров одинакового типа или различных типов.
Предпочтительно устройство содержит контрольное устройство для контроля или регулирования давления синтез-газа внутри конвертера СО.
Ниже изобретение описывается более подробно со ссылкой на некоторые варианты и чертежи, на которых:
на фиг. 1 представлена схема установки для генерирования синтез-газа;
на фиг. 2 представлена схема альтернативной установки для генерирования синтез-газа;
на фиг. 3 представлена схема установки для генерирования функционализированных и/или нефунк-ционализированных углеводородов;
на фиг. 4 представлена схема другой установки для генерирования функционализированных и/или нефункционализированных углеводородов согласно другому варианту;
на фиг. 5 представлена схема другой установки для генерирования функционализированных и/или нефункционализированных углеводородов согласно другому варианту;
на фиг. 6 представлена схема другой установки для генерирования функционализированных и/или нефункционализированных углеводородов согласно другому варианту;
на фиг. 7 представлена схема установки для генерирования синтез-газа согласно другому варианту;
на фиг. 8 представлена схема другой установки для генерирования функционализированных и/или нефункционализированных углеводородов согласно другому варианту.
Необходимо отметить, что термины "верх", "низ", "право" и "лево", а также подобные термины в последующем описании относятся к ориентациям и размещениям, соответственно, показанным на фигурах, и являются только средством описания вариантов. Указанные термины могут показывать предпочтительные размещения, но не являются ограничением. Кроме того, на различных фигурах одинаковые ссылочные номера используются для обозначения одинаковых или подобных частей.
В последующем описании описываются способы и устройства, которые обрабатывают "горячие" материалы или выполняют "горячие" способы. В контексте данного описания выражение "горячий" описывает температуру выше 200°С и предпочтительно выше 300°С.
Синтез-газ представляет собой любой газ, который состоит, главным образом, из монооксида углерода и водорода. Синтез-газ, который состоит из почти равных частей монооксида углерода и водорода (1:1), называется водяным газом. Выражение "синтез-газ", как использовано здесь, охватывает водяной газ как специальную смесь синтез-газа.
На фиг. 1 представлена схема установки 1 для генерирования синтез-газа. Фиг. 1 также делает ясными основные стадии способа генерирования синтез-газа согласно данному описанию.
Установка 1 генерирования синтез-газа содержит углеводородный конвертер 3, который содержит углеводородный впуск 4 и первый углеродный выпуск 5, необязательный водородный выпуск 6, а также необязательный второй углеродный выпуск 7. Установка 1 генерирования синтез-газа дополнительно содержит С-конвертер 9, имеющий впуск 10 воды, углеродный выпуск 11 (также называемый как С-впуск) и выпуск 12 синтез-газа (выход синтез-газа). Углеводородный конвертер 3 и С-конвертер 9 расположены так, что углеродный выпуск 5 углеводородного конвертера 3 соединен с углеродным впуском 11 С-конвертера 9 прямым соединением 8, где выпуск 5 может непосредственно определять углеродный впуск 11 С-конвертера 9. Таким образом, углерод может прямо транспортироваться из углеводородного конвертера 3 в С-конвертер 9.
Углеводородный конвертер 3 представляет собой любой углеводородный конвертер, который может преобразовывать или разлагать введенные углеводороды на углерод и водород. Углеводородный конвертер 3 содержит технологическую камеру, имеющую впуск углеводородсодержащей текучей среды, по меньшей мере одно устройство подвода энергии разложения в текучую среду и по меньшей мере один выпуск. Энергия разложения обеспечивается, по меньшей мере, частично теплом, которое обеспечивается, например, плазмой. Тем не менее, энергия разложения может также обеспечиваться другими средствами, и, если разложение главным образом осуществляется теплом, текучая среда должна нагреваться выше 1000°С и, в частности, до температуры выше 1500°С.
В описанном варианте используется Kvaerner-реактор, который обеспечивает требуемое тепло с помощью плазменной дуги. Однако известны другие реакторы, которые работают при более низких температурах, в частности, ниже 1000°С, и вводят дополнительную энергию, кроме тепла, в углеводороды, например, с помощью микроволновой плазмы. Как дополнительно описано ниже, изобретение рассматривает оба типа реакторов (и также реакторы, которые работают без плазмы), в частности, также оба типа реакторов в комбинации друг с другом. Углеводородные конвертеры, которые работают при температуре выше 1000°С, называются высокотемпературными реакторами, тогда как конвертеры, которые работают при температурах ниже 1000°С, в частности, при температурах в интервале 200-1000°С, называются низкотемпературными реакторами.
В углеводородном конвертере углеводороды (CnHm) разлагаются на водород и углерод с помощью тепла и/или плазмы. Указанные углеводороды, предпочтительно, вводятся в реактор как газы. Углеводороды, которые являются жидкостями в стандартных условиях, могут быть выпарены перед введением в реактор, или они могут быть введены как микрокапли. Далее обе формы обозначаются как текучие среды.
Разложение углеводородов выполняется, если возможно, при отсутствии кислорода для того, чтобы подавить образование оксидов углерода или воды. Тем не менее, небольшое количество кислорода, которое может быть введено вместе с углеводородами, не является вредными для способа.
Kvaerner-реактор, описанный выше, разлагает углеводородсодержащие текучие среды в плазменной горелке при высоких температурах на чистый углерод (например, активированный уголь, углеродную сажу, графит или промышленную сажу) и водород и возможно примеси. Углеводородсодержащими текучими средами, используемыми в качестве исходного материала для углеводородного конвертера 3, являются, например, метан, природный газ, биогазы, жирные газы или тяжелая нефть. Однако синтетические функционализированные и/или нефункционализированные углеводороды (углеводороды, содержащие и/или не содержащие функциональную группу) могут также использоваться в качестве исходного материала для углеводородного конвертера 3. После начальной стадии разложения элементы обычно присутствуют как смесь, в частности, в форме аэрозоля. Указанная смесь, как описано ниже, может быть введена в другой способ в указанной форме, или смесь может быть разделена на свои отдельные элементы в сепарационной установке, которая не показана. В контексте данной заявки на патент такая сепара-ционная установка рассматривается как часть углеводородного конвертера 3, хотя сепарационная установка может быть сконструирована как отдельная единица. Если сепарационная установка не предусмотрена, углеродный выпуск 5 является только выпуском углеводородного конвертера 3 и направляет смесь (аэрозоль) углерода и водорода непосредственно в С-конвертер 9. Если сепарационная установка предусмотрена, углерод, который, по меньшей мере, частично отделен от водорода, может быть направлен в С-конвертер 9 с использованием углеродного выпуска 5. Отделенный водород и возможно дополнительный углерод могут быть выгружены с помощью необязательных выпусков 6 и 7.
С-конвертером 9 может быть любой подходящий С-конвертер, который может генерировать синтез-газ (сингаз) из углерода (С) и воды (H2O). В варианте, показанном на фиг. 1, с С-конвертером 9 H2O пропускается через углерод, или водяной пар вводится в поток углерода и водорода и смешивается с потоком с тем, чтобы быть преобразованным согласно химическому уравнению С+Н2О- СО+Н2. В С-конвертере 9 имеют место следующие реакции:
С+Н20-СО+Н2 +131,38 кДж/моль эндотермич.
СО+Н20-^С02+Н2 -41,19 кДж/моль экзотермич.
В Boudouard-равновесии имеет место следующая реакция:
2С+02^2СО +172,58 кДж/моль эндотермич.
Поскольку все три реакции находятся в равновесии друг с другом, способ в С-конвертере 9 имеет место предпочтительно при высоких температурах от 800 до 1700°С, предпочтительно от 1000 до 1200°С, так как вторая реакция была бы преобладающей при более низких температурах, где тепло, требуемое для достижения температуры выше, главным образом обеспечивается материалом, выходящим из углеводородного конвертера 3, как описано более подробно ниже. В указанных условиях вода (Н2О) в С-конвертере 9 является паром, и вода может быть уже введена как пар. Подача воды в процессе работы регулируется так, что удается избежать избытка воды с тем, чтобы избежать сильного охлаждения. В случае избыточного охлаждения в С-конвертере 9 реакция 2, указанная выше, будет также преобладающей.
С-конвертер 9 работает лучше при высоких температурах от 1000 до 1200°С для того, чтобы подавлять реакцию водной конверсии СО+Н2О- СО2+Н2 и, таким образом, оптимизировать долю монооксида углерода в синтез-газе. Реакции в С-конвертере 9 являются известными специалисту в данной области техники и поэтому не рассматриваются здесь более подробно.
Работа установки 1 для генерирования синтез-газа описывается более подробно ниже со ссылкой на фиг. 1. Далее принимается, что углеводородным конвертером 3 является высокотемпературный реактор Kvaerner-типа.
Углеводородсодержащие текучие среды (особенно в газообразной форме) вводятся в углеводородный конвертер 3 через углеводородный впуск 4. Если углеводородом является, например, метан (СН4), тогда 1 моль углерода и 2 моль водорода генерируются из 1 моль метана. Углеводороды преобразуются при приблизительно 1600°С в факеле плазмы углеводородного конвертера 3 согласно следующему уравнению реакции, где вводимой энергией является тепло, которое образуется в плазме с помощью электрической энергии:
ОДп+Энергия-mC+m/2H2.
С соответствующим контролем способа Kvaerner-реактор способен преобразовывать почти 100% углеводородов в их компоненты при непрерывной работе.
Далее принимается, что углерод и водород разделяются в углеводородном конвертере 3, и они вы
гружаются в значительной степени разделенными. Однако также возможно, что разделение не имеет место, и углерод и водород выгружаются и вводятся в С-конвертер 9 как смесь. Водород не участвует в способе преобразования в С-конвертере 9, но может служить в качестве дополнительного теплоносителя. Углерод, по меньшей мере, частично направляется непосредственно из углеродного выпуска 5 в углеродный впуск 11 С-конвертера 9. Термин "непосредственное" направление из выпуска 5 углеводородного конвертера 3 в углеродный впуск 11 С-конвертера 9 включает в себя все такие варианты, которые не претерпевают охлаждение более чем на 50% от температуры (предпочтительно, не более 20%) направленных материалов. Поскольку углерод, который выходит из углеводородного конвертера 3, имеет высокую температуру, предпочтительно свыше 1000°С, тепловая энергия, содержащаяся в нем, может быть использована для поддержания температуры, необходимой для способа преобразования в С-конвертере 9, который работает при температуре, например, примерно 1000°С.
Соединение 8 между углеводородным конвертером 3 и С-конвертером 9 разработано так, что углерод не намного охлаждается (менее 50%, предпочтительно менее 20% по отношению к температуре) на своем пути от углеводородного конвертера 3 до С-конвертера 9. Например, соединение 8 может специально изолироваться и/или активно нагреваться, где система предпочтительно не обеспечивается дополнительным теплом, т.е. в дополнение к подводу тепла в углеводородный конвертер 3. Водород, который образуется в углеводородном конвертере 3, также содержит тепловую энергию благодаря рабочей температуре в углеводородном конвертере 3. Поэтому одной возможностью нагревания соединения 8 является использование тепловой энергии водорода, который выходит через водородный выход 6, для нагревания соединения 8 между углеводородным конвертером 3 и С-конвертером 9 либо прямо, либо непрямо с помощью теплообменника.
В С-конвертере вода, в частности, в форме водяного пара, который вводится через впуск 10 воды С-конвертера 9, направляется через горячий углерод и/или смешивается с горячим углеродом. С-конвертер 9 работает лучше при высоких температурах, так как реакция в нем является эндотермической, а конкурирующая реакция водной конверсии является экзотермической реакцией. Реакция, которая известна специалисту в данной области техники, зависит от давления и температуры и не будет описываться подробно. Либо количество вводы, вводимой в С-конвертер 9, либо количество углерода может контролироваться (открытый контур) и/либо регулироваться (закрытый контур) соответствующими средствами.
С+Н20-~СО+Н2 ДН=+131,38 кДж/моль
Здесь также Boudouard-равновесие является ограничивающим фактором. Вот почему при температурах выше 1000°С и при отсутствии избытка воды смесь состоит почти исключительно из монооксида углерода и водорода. Предпочтительно предварительно нагревать воду, вводимую во впуск 10 воды С-конвертера 9, так как С-конвертер 9 работает предпочтительно при температурах > 1000°С. Например, предварительное нагревание воды может быть осуществлено при использовании тепловой энергии, содержащейся в горячем водороде, либо прямо, либо непрямо с помощью теплообменника для предварительного нагревания воды. Предпочтительно тепло, содержащееся в углероде, является достаточным для нагревания воды до желаемой температуры. Только в случае, когда тепло, генерируемое в углеводородном конвертере 3, является недостаточным для достижения желаемой температуры преобразования примерно 1000°С, может быть предусмотрено необязательное устройство дополнительного нагревания для нагревания С-конвертера 9 или элементов, содержащихся в нем.
Такое устройство может быть также предусмотрено как устройство предварительного нагревания вблизи линии подачи воды или углерода. Такое устройство может быть также предусмотрено для пусковой фазы установки для того, чтобы довести С-конвертер 9 или содержащие среду части установок до стартовой температуры с тем, чтобы система могла быстрей достигнуть желаемого температурного состояния. Нагревание всех содержащих среду частей исключительно теплом, генерированным в углеводородном конвертере 3, может сделать слишком длительной начальную стадию.
Горячий синтез-газ (СО+Н2) выходит из С-конвертера 9 при температуре > 1000°С (в зависимости от рабочей температуры С-конвертера 9). Синтез-газ, который выходит из С-конвертера 9, также содержит тепловую энергию, которая может использоваться, например, для предварительного нагревания воды, введенной во впуск 10 воды, либо прямо, либо непрямо с помощью теплообменника (не показано на фиг. 1). С соответствующими рабочими параметрами, т.е. температурой в интервале 1000-1200°С (и разделением водорода и углерода в углеводородном конвертере 3), генерируется синтез-газ, в котором СО и Н2 имеют соотношение 1:1, который называется водяным газом. Без разделения водорода и углерода в углеводородном конвертере 3 и без соответствующих рабочих параметров в С-конвертере 9, т.е. температуры в интервале 1000-1200°С, получается синтез-газ, имеющий соотношение СО:Н2 приблизительно
1:3.
Как указано выше, углеводородный конвертер 3 может иметь второй углеродный выпуск 7 для выгрузки углерода. Углерод, полученный в углеводородном конвертере 3, может быть выгружен после соответствующего разделения (или как смесь СО-Н2) в различных пропорциях через первый углеродный выпуск 5 и второй углеродный выпуск 7. Второй углеродный выпуск 7 используется для выгрузки части полученного углерода, которая не используется в С-конвертере 9 для генерирования синтез-газа. Коли
чество неиспользованного углерода зависит от желаемого состава синтез-газа, который должен выгружаться из С-конвертере 9. Углерод, выгружаемый через второй углеродный выпуск 7, может выгружаться как активированный уголь, графит, углеродная сажа или другая модификация, такая как углеродные конусы или углеродные диски. В зависимости от формы и качества выгружаемого углерода выгружаемый углерод может использоваться в качестве исходного материала химической промышленности или электронной промышленности. Возможными применениями являются, например, применения для получения полупроводников, получения шин, чернил, тонера или подобных продуктов. Углерод, полученный в углеводородном конвертере 3, является исходным материалом высокой чистоты, который может перерабатываться очень хорошо.
С помощью описанного выше способа генерирования синтез-газа можно преобразовывать горячий углерод из углеводородного конвертера 3 в С-конвертере 9 с теплой или горячей водой в синтез-газ без или, по меньшей мере, без подачи значительной внешней энергии. Предпочтительно по меньшей мере 80%, особенно по меньшей мере 90% тепла, необходимого для достижения температуры преобразования, происходит от углеводородного конвертера 3.
На фиг. 2 показана установка 20 для генерирования синтез-газа, которая содержит описанные выше элементы установки 1 для генерирования синтез-газа и смесительную камеру 21, причем смесительная камера 21 имеет впуск 22 синтез-газа для введения синтез-газа и водородный впуск 23 для введения водорода, а также выпуск 24 синтез-газа для выгрузки синтез-газа. Впуск 22 синтез-газа соединен с выпуском 12 синтез-газа С-конвертера 9. Водородный впуск 23 смесительной камеры 21 соединен с водородным выпуском 6 углеводородного конвертера 3. Как очевидно для специалиста в данной области техники, вариант, который вводит смесь С-Н2 в С-конвертер 9 через углеродный выпуск 5, автоматически генерирует синтез-газ, имеющий соотношение смешения СО:Н2 примерно 1:3. В таком случае смесительная камера 21 может не присутствовать, или смесительная камера 21 может использоваться для получения различного соотношения смешения, или СО может быть введен в смесительную камеру для того, чтобы снизить Н2-содержание синтез-газа.
Смесительной камерой 21 может быть любое подходящее устройство для смешения газов, и в простом случае смесительная камера 21 может быть в форме трубы с соответствующими впусками и выпуском. С помощью смесительной камеры 21 и, в частности, с помощью контроля/регулирования (открытый/закрытый контур) количества (дополнительного) водорода, введенного через водородный впуск 23 смесительного устройства 21 и/или через впуск (не показано), соединенный с источником СО (не показано) и/или соединенный со вторым источником синтез-газа, смесь синтез-газа на выпуске 24 синтез-газа может быть изменена так, что может быть достигнут состав, который является подходящим для последующей переработки. В частности, вторым источником синтез-газа может быть второй С-конвертер 9, работающий параллельно с первым С-конвертером 9. Оба С-конвертера 9 могут питаться углеродом и/или водородом из совместно участвующего углеводородного конвертера 3 или из отдельных конвертеров. В частности, первый конвертер может питаться по существу чистым углеродом (после отделения водорода), а второй конвертер может питаться смесью углерода и водорода. Здесь первый С-конвертер будет давать по существу водяной газ, имеющий соотношение смешения СО:Н2 примерно 1:1, а второй С-конвертер будет давать синтез-газ, имеющий соотношение смешения СО:Н2 примерно 1:3. Объединение указанных двух синтез-газов будет давать соотношение смешения СО:Н2 примерно 1:2, где избыточный водород (со стадии разделения перед введением в первый С-конвертер) будет еще доступным для дополнительного увеличения соотношение смешения.
Для многих способов, например, синтеза Фишера-Тропша, соотношение водорода с СО должно быть высоким. С помощью смесительной камеры 21 любое желаемое соотношение водорода с СО может быть достигнуто на выпуске 24 синтез-газа, например, соотношение 1:1, которое соответствует водяному газу. Считается, что только часть синтез-газа и/или часть водорода подается в смесительную камеру 21, тогда как те части синтез-газа и водорода, которые не вводятся в смесительную камеру, каждые выводятся из способа как чистые газы. Поэтому, например, можно а) выгружать только синтез-газ, b) выгружать только водород, с) выгружать смесь СО и водорода синтез-газа, или d) выгружать поток водяного газа, поток водорода и поток смеси синтез-газа (любое соотношение между СО и водородом) или несколько синтез-газов с различными соотношениями между монооксидом углерода и водородом, соответственно.
Кроме того, установка 20 для генерирования синтез-газа на фиг. 2 содержит С-теплообменник 25, теплообменник 26 для синтез-газа и теплообменник 27 для водорода. С-теплообменник 25 находится в теплопроводящем контакте с соединением 8 между углеводородным конвертером 3 и С-конвертером 9 и предназначен, если необходимо, извлекать избыточное тепло, не требуемое для достижения температуры преобразования в С-конвертере 9 от соединения или вводить тепло от других зон установки, если требуется.
Теплообменник 26 синтез-газа находится в теплопроводящем контакте с соединением между С-конвертером 9 и смесительной камерой 21 и предназначен извлекать избыточное тепло от соединения и, таким образом, извлекать избыточное тепло, содержащееся в горячем синтез-газе. Извлеченное тепло может использоваться, например, для предварительного нагревания воды, которая вводится в С-конвертер 9. Для указанной теплопередачи особенно подходящим является так называемый противоточ
ный теплообменник, как известно в технике.
Теплообменник 27 для водорода находится в теплопроводящем контакте с соединением между углеводородным конвертером 3 и смесительной камерой 21 и предназначен для извлечения избыточного тепла от соединения и, таким образом, от горячего водорода, содержащегося в ней. Извлеченное тепло в одном из теплообменников 25, 26 или 27 может быть использовано для нагревания других зон установки и, особенно, для поддержания С-конвертера теплым или для предварительного нагревания воды, которая вводится в С-конвертер. Часть тепла может быть превращена в электричество, например, парогенераторами, паровой турбиной или другим подходящим устройством.
Работа установки 20 по генерированию синтез-газа в отношении работы углеводородного конвертера 3 и С-конвертера 9 является подобной вышеописанной работе установки 1 согласно фиг. 1. В установке 20 для генерирования синтез-газа желаемое соотношение смешения водорода и СО устанавливается в смесительной камере и отводится через выпуск 24 синтез-газа смесительной камеры 21 в зависимости от желаемого состава синтез-газа. Предпочтительно, но необязательно, водород, как описано, обеспечивается углеводородным конвертером 3. Могут рассматриваться другие источники водорода, в частности, второй углеводородный конвертер 3, в частности, низкотемпературный углеводородный конвертер. Если используется не все доступное количество синтез-газа и/или все доступное количество Н2, те части газов, например, синтез-газа и/или Н2, которые не смешиваются в смесительной камере, могут быть переработаны отдельно.
На фиг. 3 показана установка 30 для генерирования синтетических функционализированных и/или нефункционализированных углеводородов(углеводородов, содержащих и/или не содержащих функциональную группу), которая содержит установку 10 для генерирования водяного газа (как показано на фиг. 1) и СО-конвертер 31. Такие части установки, соответствующие установке 1, не поясняются подробно для того, чтобы избежать повторения. СО-конвертер 31 расположен ниже по потоку от С-конвертера 9 и имеет впуск 32 синтез-газа для введения синтез-газа, Н2-впуск 33 для введения водорода и углеводородный выпуск 34 для выгрузки синтетических функционализированных и/или нефункционализированных углеводородов(углеводородов, содержащих и/или не содержащих функциональную группу). Впуск 32 синтез-газа СО-конвертера 31 соединен с выпуском 12 синтез-газа С-конвертера 9 соединением 35 синтез-газа. Н2-впуск 33 СО-конвертера 31 соединен с Н2-выпуском 6 углеводородного конвертера 3 Н2-соединением 36.
Должно быть отмечено, что Н2-впуск 33 СО-конвертера 31 и Н2-соединение 36 являются необязательными элементами. В зависимости от состава синтез-газа, который выходит из С-конвертера 9, и в зависимости от синтетических функционализированных и/или нефункционализированных углеводородов, генерируемых в СО-конвертере 31, синтез-газ имеет уже правильный состав для дальнейшей переработки СО-конвертером 31 во время, когда синтез-газ выходит из выпуска 12 синтез-газа С-конвертера 9. В данном случае нет необходимости вводить водород через Н2-соединение 36. Необязательно, Н2-соединение 36 может также служить для введения другого материала, например, СО для снижения Н2-содержания синтез-газа или алкена для синтеза альдегида (гидроформилирование).
Установка 30 для генерирования углеводородов, необязательно, также содержит теплообменники 25, 26, 27, описанные в связи с установкой 20 (фиг. 2), т.е. С-теплообменник 25, теплообменник 26 для синтез-газа и теплообменник 27 для водорода, все работающие вышеописанным образом (см. описание
фиг. 2).
СО-конвертером 31 может быть любой СО-конвертер для генерирования синтетических функцио-нализированных и/или нефункционализированных углеводородов. В варианте, показанном на фиг. 3, СО-конвертером является предпочтительно конвертер Фишера-Тропша, Bergius-Pier-конвертер или Pier-конвертер с подходящим катализатором и устройством регулирования температуры и/или давления.
В одном варианте СО-конвертер 31 содержит конвертер Фишера-Тропша. Конвертер Фишера-Тропша каталитически преобразует синтез-газ в углеводороды и воду. Некоторые варианты реакторов Фишера-Тропша и способов Фишера-Тропша известны специалисту в данной области техники и не поясняются подробно. Уравнения главных реакций являются следующими:
nCO+(2n+1)H2-CnH2n+2+nH2O - для алканов;
nCO+2nH2-CnH2n+nH2O - для алкенов;
nCO+2nH2-CnH2n+10H+(n-1 )Н2О - для спиртов.
Способы Фишера-Тропша могут осуществляться как высокотемпературные способы или как низкотемпературные способы, в которых температуры способа находятся обычно в интервале 200-400°С. Известными вариантами способа являются среди прочих Hochlast-синтез, Synthol-синтез и SMDS-способ Шелл (SMDS - Шелл среднедистиллятный синтез (ШСДС)). Конвертер Фишера-Тропша обычно дает углеводородное соединение жирных газов (пропан, бутан), бензин, керосин, мягкий парафин, твердый парафин, метан, дизельное топливо или смесь нескольких из них. Специалисту в данной области техники известно, что синтез Фишера-Тропша является экзотермическим. Тепло реакции из способа Фишера-Тропша может быть использовано, например, с помощью теплообменника (не показано на фигурах) для предварительного нагревания воды. Например, рассматривается двухстадийный способ предварительно
го нагревания воды, вводимой в С-конвертер 9, в котором первая стадия предварительного нагревания реализуется избыточным теплом СО-конвертера 31 (в варианте конвертера Фишера-Тропша), и последующая стадия дополнительного нагревания воды реализуется с помощью тепла от одного или более теплообменников 25, 26, 27.
В альтернативном варианте СО-конвертер 31 содержит Bergius-Pier-конвертер или комбинацию Pier-конвертера с МвЖ (MtL) (метанол-в-жидкость) конвертером.
В Bergius-Pier-конвертере осуществляется Bergius-Pier-способ, который хорошо известен специалисту в данной области техники, в котором углеводороды образуются при гидрогенизации углерода водородом в экзотермической химической реакции. Ряд продуктов от Bergius-Pier-способа зависит от условий реакции и контроля реакционного способа. Получаются многие жидкие продукты, которые могут использоваться как топлива, например, тяжелые и средние нефти. Известными вариантами Bergius-Pier-способа являются, например, Konsol-способ и H-Coat-способ.
В вышеуказанной комбинации Pier-конвертера с МвЖ-конвертером сначала синтез-газ преобразуется в метанол в соответствии с Pier-способом. МвЖ-конвертером является конвертер, который преобразует метанол в бензин. Широко распространенным способом является МвЖ-способ ExxonMobil, соответственно, Esso. Исходным материалом МвЖ-конвертера является обычно метанол, например, из Pier-конвертера. Выходящим продуктом, образованным в МвЖ-конвертере, обычно является бензин, который является подходящим для работы бензинового двигателя.
В заключение можно сказать, что СО-конвертер 31, несмотря на принципы работы, описанные выше, генерирует функционализированные и/или нефункционализированные углеводороды из СО и Н2 как его выпускные или конечные продукты. С помощью теплообменника тепло способа, полученное в процессе экзотермического преобразования в СО-конвертере 31, может быть использовано для нагревания различных секций установки или для генерирования электричества для того, чтобы увеличить эффективность описанной установки.
Поскольку смесь углеводородов, которая не может быть дополнительно переработана прямо или выгодно продана как конечный продукт после разделения и определения характеристик, получается как выходные продукты СО-конвертера 31, указанные углеводороды, например, метан или коротко цепочечные алканы, могут быть рециклированы в описанный выше способ. Для этой цели установка 30 имеет соединение 39 рециклирования, которое может направлять часть синтетически образованных углеводородов обратно на углеводородный впуск 4 углеводородного конвертера 3. В зависимости от состава ре-циклированных синтетически образованных углеводородов стадия обработки или разделения неподходящих углеводородов осуществляется перед введением неподходящих углеводородов на углеводородный впуск 4.
На фиг. 4 показан другой вариант установки 40 для генерирования функционализированных и/или нефункционализированных углеводородов (углеводородов, содержащих и/или не содержащих функциональную группу). Установка 40 содержит вышеописанную установку 20 для генерирования синтез-газа, а также СО-конвертер 31, как описано выше со ссылкой на вариант на фиг. 3. Выпуск 24 синтез-газа смесительной камеры 21 соединен с впуском 32 синтез-газа СО-конвертера 31. Смесительная камера 21 установлена таким образом, что она обеспечивает синтез-газ, предназначенный для нужд СО-конвертера 31 при использовании на выпуске 24 синтез-газа. Другие элементы установки 40 являются такими же, как описано выше, и работа отдельных элементов по существу имеет место описанным выше образом.
Считается, что в зависимости от размера установки множество углеводородных конвертеров работают параллельно для того, чтобы обеспечить требуемую производительность преобразования. Как указано выше, углеводородные конвертеры могут быть сконструированы как высокотемпературные углеводородные конвертеры и/или как низкотемпературные углеводородные конвертеры. Высокотемпературный углеводородный конвертер работает при температурах выше 1000°С, а низкотемпературный углеводородный конвертер работает при температурах в интервале 200-1000°С, где дополнительный источник энергии, например, микроволновая установка может быть предусмотрена для прямого подвода энергии к углеводородам для того, чтобы достигнуть разложения углеводорода на углерод и водород.
В качестве примера установки с множеством параллельно работающих углеводородных конвертеров на фиг. 5 показан другой вариант установки 30 для генерирования функционализированных и/или нефункционализированных углеводородов. На фиг. 5 используются такие же ссылочные номера, как в более ранних вариантах, поскольку описываются одинаковые или подобные элементы. В варианте, представленном на фиг. 5, комбинация высокотемпературного углеводородного конвертера 3а и низкотемпературного углеводородного конвертера 3b показана вместо единственного углеводородного конвертера
Высокотемпературный углеводородный конвертер 3а имеет углеводородный впуск 4а, первый выпуск 5а для выгрузки углерода и второй выпуск 6а для выгрузки водорода. Снова единственный выпуск 5а может быть предусмотрен для смеси (в частности, аэрозоля) углерода и водорода. Первый выпуск 5а соединен с С-выпуском 11 С-конвертера 9 соединением 8. Необязательный второй выпуск 6а высокотемпературного углеводородного конвертера 3а соединен с Н2-впуском 33 СО-конвертера 31. Высоко
температурный углеводородный конвертер 3а может, необязательно, иметь другой выпуск для углерода (не показано на фиг. 5).
Низкотемпературный углеводородный конвертер 3b содержит технологическую камеру, имеющую углеводородный впуск 4b, первый выпуск 5b для выгрузки углерода, второй выпуск 6а для выгрузки водорода и необязательный третий выпуск 7b для выгрузки углерода. Предпочтительно низкотемпературный углеводородный конвертер 3b содержит сепарационную установку для разделения водорода и углерода после разложения и для направления водорода и углерода к их соответствующим выпускам. Первый выпуск 5b необязательно соединен с С-впуском 11 С-конвертера 9 соединением 8, но может быть также соединен с установкой сбора углерода. Второй выпуск 6b низкотемпературного углеводородного конвертера 3b соединен с Н2-впуском 33 СО-конвертера 31. Необязательный третий выпуск 7b соединен с установкой сбора углерода, из которой собранный углерод может быть выведен, например, как углеродная сажа, активированный уголь или в другой форме.
Как отмечено выше, Н2-впуск 33 СО-конвертера 31 и Н2-соединения 36а, 36b являются необязательными элементами, если введение водорода через соединения 36а, 36b не требуется.
Углеводород, вводимый в углеводородный впуск 4а, и углеводород, вводимый в углеводородный впуск 4b, могут быть одним и тем же углеводородом или могут быть различными углеводородами. Углеводород из первого углеводородного источника может вводиться в первый углеводородный впуск 4а, например, природный газ из источника природного газа. Однако, например, синтетически генерированный функционализированный и/или нефункционализированный углеводород может быть введен в углеводородный впуск 4b низкотемпературного углеводородного конвертера 3b, например, через указанное ранее необязательное рецикл-соединение 39. Благодаря использованию нескольких параллельно работающих углеводородных конвертеров 3, 3а, 3b, установка 30 может быть легче масштабирована, может легче регулироваться, и могут быть получены различные виды углерода.
Кроме того, высокотемпературный углеводородный конвертер 3а может, например, использоваться, предпочтительно для генерирования "горячего" углерода, предпочтительно, при температуре свыше 1000°С для способа преобразования в С-конвертере 9. В частности, высокотемпературный углеводородный конвертер 3а может работать в данном случае без сепарационной установки, так как С/Н2-смесь, полученная при разложении, может быть введена непосредственно в С-конвертер. В данном случае С-конвертер 9 дает синтез-газ, имеющий соотношение смешения С/Н2, например, около 1:1 на выпуске.
Низкотемпературный углеводородный конвертер 3b, однако, главным образом используется для того, чтобы обеспечить дополнительный водород для генерирования синтез-газа или С/Н2-смеси, имеющей соотношение смешения С/Н2 более 1:3 в СО-конвертере 31. Так как отсутствует теплопередача от низкотемпературного углеводородного конвертера 3b к последующему способу необходимо, чтобы низкотемпературный углеводородный конвертер 3b мог преимущественно работать при температурах ниже 1000°С и, предпочтительно, при самой низкой возможной температуре.
Таким образом, часть углерода, полученного в углеводородных конвертерах 3а, 3b (предпочтительно часть из высокотемпературного углеводородного конвертера 3а), может быть введена в С-конвертер 9 в процессе работы установки 30, тогда как другая часть (предпочтительно часть из низкотемпературного углеводородного конвертера 3b) может быть отведена от способа в качестве исходного материала для получения других продуктов. Такими продуктами являются, например, углеродная сажа или промышленная сажа, активированный уголь, специальные виды углерода, такие как углеродные диски и углеродные конусы и т.д., которые получаются как черный порошкообразный твердый материал. Указанный углерод является важным техническим продуктом, который может использоваться, например, как наполнитель в резинотехнической промышленности, в качестве пигментной сажи для печатных красителей, чернил, красок или в качестве исходного материала для получения электрических компонентов, например, цинк-углеродных аккумуляторов и для получения катодов или анодов. Любой избыточный водород может быть отведен для химической промышленности или может быть использован для генерирования электричества (при сжигании или с помощью топливного элемента), где низкотемпературный углеводородный конвертер 3b предпочтительно работает таким образом, что он обеспечивает только необходимый дополнительный водород.
На фиг. 6 показан альтернативный вариант описанной выше установки 40 для генерирования синтетических функционализированных и/или нефункционализированных углеводородов (углеводородов, содержащих и/или не содержащих функциональную группу), для которых также предусматривается множество работающих параллельно высокотемпературных и/или низкотемпературных углеводородных конвертеров. Установка 40 для генерирования углеводородов, показанная на фиг. 6, отличается от установки 30, показанной на фиг. 5, тем, что смесительная камера 21 расположена выше по потоку от СО-конвертера 31. Смесительная камера 21 смешивает синтез-газ, специально предназначенный для СО-конвертера 31, и подает синтез-газ в СО-конвертер 31. Элементы, изображенные на фиг. 6, уже описаны выше и работают в соответствии с принципами, описанными выше. Поэтому подробное описание не дается для того, чтобы избежать повторения.
На фиг. 7 и 8 показаны варианты установок 20 и 30, содержащих С-теплообменник 25, теплообмен
ник 26 синтез-газа и Н2-теплообменник 27, из которых каждый соединен с двигателем/генератором 45. Двигатель/генератор 45 является подходящим, по меньшей мере, для частичного генерирования электричества из избыточного тепла от различных секций установки, где указанное электричество либо может быть подано в главную сеть, либо может быть использовано для работы установки 20, особенно углеводородного конвертера (конвертеров). Кроме того, двигатель/генератор 45 может быть соединен с теплообменником (не показано на фиг. 8), который рассеивает тепло, генерированное способом экзотермического преобразования, имеющим место внутри СО-конвертера 31. Таким образом, с одной стороны, СО-конвертер может быть охлажден контролируемым и регулируемым образом, что является предпочтительным для работы способа, а, с другой стороны, может быть генерировано электричество. Двигателем/генератором 45 может быть любое устройство, которое является подходящим для преобразования тепловой энергии в электричество, например, комбинация паровой турбины и генератора или плунжерного двигателя и генератора.
В процессе работы двигатель/генератор 45 преобразует избыточное тепло установки в электричество, т.е. тепло, которое не требуется для преобразования углерод-вода.
Двигатель/генератор 45 и теплообменники 25, 26 и 27 являются необязательными элементами, которые могут использоваться во всех установках, описанных выше. Благодаря рабочей температуре в соответствующем углеводородном конвертере 3, 3а, 3b, углерод, отведенный из соответствующих вторых углеродных выпусков 7, 7а, 7b, также содержит значительные количества тепловой энергии. В зависимости от желаемой температуры отведенного углерода большое количество указанной тепловой энергии может быть рассеяно с помощью теплообменников, не показанных на фигурах, и тепло может быть повторно использовано в способах, описанных здесь, и/или может быть преобразовано в электричество с использованием двигателя/генератора 45.
В установках 30 и 40 для генерирования функционализированных и/или нефункционализированных углеводородов (углеводородов, содержащих и/или не содержащих функциональную группу) охлаждение водорода из углеводородных конвертеров 3, 3а, 3b и/или охлаждение синтез-газа из С-конвертера 9 осуществляется, поскольку температура углеводородов и водорода не падает ниже рабочей температуры СО-конвертера 31. Рабочая температура СО-конвертера 31 обычно находится в интервале 200-400°С в зависимости от выбранного способа.
Во всех установках, описанных выше, углеводородным конвертером 3 может быть высокотемпературный реактор, работающий при температуре выше 1000°С (например, высокотемпературный Kvaerner-реактор), или низкотемпературный реактор, работающий при температуре в интервале 200-1000°С (например, низкотемпературный Kvaerner-реактор). Испытанный в настоящее время низкотемпературный реактор работает при температурах в интервале 400-900°С. В случае низкотемпературного реактора, работающего при температурах в интервале 200-900°С, считается, что вводимый углерод предварительно нагревается в соединении 8 между углеводородным конвертером 3 и С-конвертером 9, так как С-конвертер 9 работает при температурах в интервале 800-1700°С и предпочтительно 1000-1200°С. Кроме того, становится ясно из фиг. 7 и 8, что комбинация высокотемпературного и/или низкотемпературного контейнеров может быть использована во всех установках 1, 20, 30 и 40, описанных выше.
Во всех установках 1, 20, 30 и 40, описанных выше, часть углерода, образованного в углеводородных конвертерах 3, 3а, 3b, может быть отведена как углеродная сажа, активированный уголь или как другой исходный материал, если указанный углерод не превращается в С-конвертере 9 установок 1, 20, 30 и 40. Должно быть дополнительно отмечено, что в каждой из вышеописанных установок может быть предусмотрено множество С-конвертеров, где каждый из указанных С-конвертеров может преобразовывать часть углерода в синтез-газ, когда вводится вода. Кроме того, необязательно рециклирование нежелательных синтетических функционализированных и/или нефункционализированных углеводородов, полученных в СО-конвертере 31 при подаче нежелательных углеводородов в углеводородные впуски 4, 4а, 4b углеводородного конвертера 3, может быть выполнено во всех установках 30 и 40, описанных выше.
В установках 1, 20, 30 и 40 и способах генерирования синтез-газа и/или синтетических функциона-лизированных и/или нефункционализированных углеводородов может быть получен избыточный водород. Избыточный водород остается в дополнение к, например, синтез-газу, имеющему низкое Н2-содержание, и в зависимости от синтетических углеводородов, образованных в СО-конвертере 31, введение водорода в смесительную камеру 21 или в СО-конвертер 31 может быть ненужным. В указанных случаях избыточный или излишний водород может быть преобразован в электричество или непосредственно с помощью сжигания, или с помощью топливного элемента. Таким образом, способ может работать по существу без подачи внешней энергии. Это особенно предпочтительно в случае установок, которые работают при удаленных расположениях, где мощная общая сеть является недоступной. Кроме того, должно быть отмечено, что часть водорода, получаемого в углеводородном конвертере 3, может быть извлечена непосредственно из способа и продана как товар.
Во всех установках потоки углерода, синтез-газа и водорода и внешнего СО, соответственно, между конвертерами 3, 9, 31 и смесительной камерой 21 могут регулироваться с помощью клапанов, затворов, задвижек и т.д. В частности, считается, что приток синтез-газа и водорода, соответственно, СО в СО
конвертер 31 может регулироваться клапанами. Затем смешение синтез-газа и водорода, соответственно, СО в желаемом соотношении имеет место непосредственно в СО-конвертере 31.
Во всех установках, описанных выше, СО-конвертер 31 может состоять из множества СО-конвертеров (не показано на фигурах), где общие количества генерированного и выделенного водорода в углеводородных конвертерах 3, 3а, 3b и синтез-газа, генерированного в С-конвертере 9, могут быть произвольно поделены среди множества СО-конвертеров. Отдельный СО-конвертер имеет одну из вышеописанных конструкций и вариант работы. СО-конвертеры могут иметь одинаковую конструкцию или различные конструкции или варианты работы. В варианте, имеющем различные СО-конвертеры, отдельные СО-конвертеры могут каждый работать с синтез-газом различного состава и давать различные конечные продукты.
Для иллюстрации способов далее приводятся несколько примеров.
Пример 1.
Если 1 ч. метана разлагается в углеводородном конвертере, тогда получают одну часть углерода и две части водорода. Углерод взаимодействует с одной частью воды в С-конвертере и образует одну часть монооксида углерода и одну часть водорода. После введения 1,1 ч. водорода синтез-газ может взаимодействовать с парафином в СО-конвертере. После этого еще достаточно водорода является доступным для крекинга парафина на дизельное топливо, бензин или керосин на дальнейшей стадии.
Пример 2.
Если 1 ч. пропана (бутана) разлагается в углеводородном конвертере, тогда получают 3 (4) ч. углерода и 4 (5) ч. водорода. Углерод взаимодействует с 3 (4) ч. воды в С-конвертере и образует 3 (4) ч. монооксида углерода и 3 (4) ч. водорода. После введения 3,3 (4,4) ч. водорода синтез-газ может взаимодействовать с парафином в СО-конвертере. В обоих случаях количество остаточного водорода является еще достаточным для крекинга парафина на дизельное топливо, бензин или керосин на дальнейшей стадии.
Пример 3.
Если 1 ч. тяжелой нефти (например, С20Н42) разлагается в углеводородном конвертере, тогда получают 20 ч. углерода и 21 ч. водорода. Углерод взаимодействует с 20 ч. воды в С-конвертере и образует 20 ч. монооксида углерода и 20 ч. водорода. После введения 21 ч. водорода синтез-газ может взаимодействовать с 20 ч. метанола в СО-конвертере.
Так как в описанных здесь способах водород, образованный при разложении углеводородов в углеводородном конвертере 3, отделяется от углерода, также образованного на стадии разложения, выделенный водород может быть введен в любом желаемом соотношении в синтез-газ, имеющий низкое водоро-досодержание, после образования указанного синтез-газа, имеющего низкое водородосодержание. Таким образом, может быть достигнут интервал соотношений водорода к СО от 1,0 до 3,0. С помощью частичного окисления избыточного углерода может быть получено соотношение <1,0, а с помощью неиспользования избыточного углерода может быть получено соотношение > 3,0.
Настоящее изобретение было описано довольно подробно в отношении предпочтительных вариантов, в которых отдельные характеристики описанных вариантов могут быть свободно объединены друг с другом, если они являются совместимыми. Также отдельные характеристики описанных вариантов могут быть опущены, если указанные характеристики не являются абсолютно необходимыми. Многие модификации и вариации будут очевидны для специалиста в данной области техники без отступления от объема изобретения. В особенно простом варианте установки генерирования синтетических функционали-зированных и/или нефункционализированных углеводородов (углеводородов, содержащих и/или не содержащих функциональную группу) С-конвертер может быть сконструирован, например, как простая труба (например, как выпускная труба высокотемпературного углеводородного конвертера без сепара-ционной установки), где впуск воды ведет к указанной трубе. Впуск воды должен соединяться с указанной трубой так, что два потока среды получаются хорошо смешанными. Труба должна быть неизолированной и может быть соединена с нагревательным устройством, например, во впускной секции, для того чтобы нагреть трубу особенно в начале работы до рабочей температуры. Далее ниже по потоку труба может быть соединена с теплообменником, предназначенным для извлечения избыточного тепла и для использования указанного тепла для нагревания других секторов установки и/или для генерирования электричества. Дополнительно труба может содержать впускную трубу водорода (например, ниже по потоку от теплообменника), так что одна и та же труба не только функционирует как С-конвертер, но также функционирует как смесительная камера для генерирования синтез-газа, имеющего частное соотношение смешения. Впускная труба водорода может начинаться, например, от выпуска воды низкотемпературного углеводородного конвертера (имеющего сепарационную установку). В данном случае выпускной конец трубы, где синтез-газ, имеющий предопределенное соотношение смешения, может разгружаться, может оканчиваться в СО-конвертере.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ генерирования синтез-газа, содержащий следующие стадии:
разложение углеводородсодержащей текучей среды на углерод и водород с помощью подвода энергии, причем энергия, по меньшей мере, частично обеспечивается за счет подвода тепла, причем углерод и водород имеют температуру по меньшей мере 200°С после стадии разложения;
приведение воды в контакт по меньшей мере с частью углерода, образованного на стадии разложения при температуре между 800-1700°С, причем при приведении углерода в контакт с водой углерод, полученный на стадии разложения, охлаждается не более чем на 50% по отношению к его температуре после стадии разложения;
преобразование по меньшей мере части углерода, полученного на стадии разложения, и воды в синтез-газ,
в котором углерод, полученный на стадии разложения, и водород, полученный на стадии разложения, совместно приводятся в контакт с водой.
2. Способ генерирования синтез-газа, содержащий следующие стадии:
разложение углеводородсодержащей текучей среды на углерод и водород с помощью подвода энергии, причем энергия, по меньшей мере, частично обеспечивается за счет подвода тепла, причем углерод и водород имеют температуру по меньшей мере 200°С после стадии разложения;
приведение воды в контакт по меньшей мере с частью углерода, образованного на стадии разложения при температуре между 800-1700°С, причем при приведении углерода в контакт с водой углерод, полученный на стадии разложения, охлаждается не более чем на 50% по отношению к его температуре после стадии разложения;
преобразование по меньшей мере части углерода, полученного на стадии разложения, и воды в синтез-газ,
причем углерод, полученный на стадии разложения, отделяется, по меньшей мере, частично от водорода, полученного на стадии разложения, перед стадией приведения углерода в контакт с водой, и
причем по меньшей мере часть отделенного водорода вводится в синтез-газ, генерированный при преобразовании.
3. Способ генерирования синтез-газа по п.1 или 2, в котором стадия разложения имеет место при температуре выше 1000°С и в котором углерод приводится в контакт с водой при температуре по меньшей мере 1000°С, в частности при температуре в интервале от 1000 до 1200°С.
4. Способ генерирования синтез-газа по любому из пп.1-3, в котором тепло, необходимое для достижения температуры в интервале 800-1700°С для преобразования, обеспечивается, по существу, полностью за счет тепла, которое подводят для разложения углеводородсодержащей текучей среды.
5. Способ генерирования синтез-газа по любому из пп.1-4, в котором по меньшей мере часть тепла по меньшей мере части углерода, полученного на стадии разложения, и/или части водорода, полученного на стадии разложения, и/или части синтез-газа
используется для нагревания воды до приведения воды в контакт с углеродом, и/или используется для нагревания технологической камеры, в которой вода приводится в контакт с углеродом, и/или
используется для генерирования электричества, причем электричество, в частности, может быть предусмотрено как энергоноситель для введения энергии для разложения углеводородсодержащей текучей среды.
6. Способ генерирования синтез-газа по любому из пп.1-5, в котором энергия для разложения угле-водородсодержащей текучей среды главным образом обеспечивается с помощью плазмы и стадия разложения осуществляется в Kvaerner-реакторе.
7. Способ генерирования синтез-газа по п.6, в котором углерод, образованный при разложении, и водород, образованный при разложении, приводятся в контакт с водой в форме аэрозоля.
8. Способ генерирования синтез-газа по п.2, в котором по меньшей мере один из дополнительного водорода или дополнительного монооксида углерода вводятся в синтез-газ и причем по меньшей мере часть дополнительного водорода генерируется при разложении углеводородсодержащей текучей среды при температуре ниже 1000°С, в частности ниже 600°С, с помощью микроволновой плазмы.
9. Способ генерирования синтетических углеводородов, содержащих и/или не содержащих функциональную группу, в котором сначала генерируется синтез-газ согласно способу по любому из пп.1-8 и в котором синтез-газ приводится в контакт с подходящим катализатором для того, чтобы вызвать преобразование синтез-газа в указанные синтетические углеводороды, причем температура катализатора и/или синтез-газа открыто-контурно контролируется или закрыто-контурно регулируется в заданном интервале температур.
10. Способ по п.9, в котором преобразование синтез-газа выполняется с помощью одного из сле-
дующего: способа Фишера-Тропша, ШСДС (SMDS)-способа, способа Бергиуса-Пьера (Bergius-Pier), спо-
соба Пьера (Pier) или комбинации способа Пьера (Pier) и МвЖ (MtL)-способа.
11. Способ по любому из пп.1-10, в котором углеводородсодержащей текучей средой, подлежащей разложению, является природный газ, метан, жирные газы, тяжелая нефть или их смесь.
12. Устройство для генерирования синтез-газа, предназначенное для осуществления способа по п.1, которое содержит
углеводородный конвертер для разложения углеводородсодержащей текучей среды на углерод и водород, причем углеводородный конвертер содержит по меньшей мере одну технологическую камеру, имеющую по меньшей мере один впуск углеводородсодержащей текучей среды и по меньшей мере один выпуск углерода и/или водорода и по меньшей мере одно устройство подвода энергии к технологической камере, причем указанная энергия, по меньшей мере, частично является тепловой;
С-конвертер для преобразования воды и углерода, причем С-конвертер содержит по меньшей мере одну дополнительную технологическую камеру, имеющую по меньшей мере один впуск воды, по меньшей мере один впуск, по меньшей мере, углерода и по меньшей мере один выпуск, причем упомянутый впуск, по меньшей мере, углерода непосредственно соединен с упомянутым по меньшей мере одним выпуском углеводородного конвертера,
причем упомянутый углеводородный конвертер, упомянутый по меньшей мере один выпуск углеводородного конвертера, упомянутый С-конвертер и по меньшей мере один впуск С-конвертера предназначены для согласованного направления указанного углерода и указанного водорода, полученных в упомянутом углеводородном конвертере, в упомянутый С-конвертер.
13. Устройство для генерирования синтез-газа, предназначенное для осуществления способа по п.2, которое содержит
углеводородный конвертер для разложения углеводородсодержащей текучей среды на углерод и водород, причем углеводородный конвертер содержит по меньшей мере одну технологическую камеру, имеющую по меньшей мере один впуск углеводородсодержащей текучей среды и по меньшей мере один выпуск углерода и/или водорода и по меньшей мере одно устройство подвода энергии к технологической камере, причем указанная энергия, по меньшей мере, частично является тепловой;
С-конвертер для преобразования воды и углерода, причем С-конвертер содержит по меньшей мере одну дополнительную технологическую камеру, имеющую по меньшей мере один впуск воды, по меньшей мере один впуск, по меньшей мере, углерода и по меньшей мере один выпуск, причем упомянутый впуск, по меньшей мере, углерода непосредственно соединен с упомянутым по меньшей мере одним выпуском углеводородного конвертера,
причем сепарационная установка предусмотрена для разделения углерода, полученного при разложении, и водорода, полученного при разложении, причем сепарационная установка имеет отдельные выпуски для разделенных материалов, идущих из сепарационной установки, причем упомянутый выпуск углерода соединен с упомянутым С-конвертером, причем предусмотрена отдельная впускная труба водорода, идущего из сепарационной установки, и упомянутая впускная труба для водорода соединена с упомянутым С-конвертером, со смесительной камерой, расположенной ниже по потоку.
14. Устройство для генерирования синтез-газа по п.12 или 13, в котором по меньшей мере одно устройство подвода энергии к технологической камере сконструировано таким образом, что оно может образовать, по меньшей мере локально, температуры выше 1000°С.
15. Устройство для генерирования синтез-газа по любому из пп.12-14, в котором по меньшей мере одно устройство подвода энергии к технологической камере содержит плазменное устройство, в частности устройство микроволновой плазмы.
16. Устройство для генерирования синтез-газа по любому из пп.12-15, в котором технологическая камера С-конвертера образована выпускной трубой углеводородного конвертера, причем выпускная труба соединена с впуском воды.
17. Устройство для генерирования синтез-газа по любому из пп.12-16, в котором углеводородный конвертер содержит Kvaerner-реактор.
18. Устройство для генерирования синтез-газа по п.15 или 17, в котором углеводородный конвертер дополнительно предназначен для получения аэрозоля, содержащего углерод и водород.
19. Устройство для генерирования синтез-газа по любому из пп.12-18, которое имеет по меньшей мере один дополнительный углеводородный конвертер для разложения углеводородсодержащей текучей среды на углерод и водород, причем дополнительный углеводородный конвертер содержит
по меньшей мере одну технологическую камеру, имеющую по меньшей мере один впуск для угле-водородсодержащей текучей среды;
по меньшей мере одно устройство подвода энергии к технологической камере, причем энергия состоит, по меньшей мере, частично из тепла;
сепарационную установку для разделения углерода, полученного разложением, и водорода, полученного разложением, причем сепарационная установка имеет отдельные выпуски для углерода и водорода, причем выпуск водорода соединен с отдельной впускной трубой для водорода.
20. Устройство для генерирования синтез-газа по п.19, в котором по меньшей мере один дополнительный углеводородный конвертер предназначен для выполнения разложения при температурах ниже
20.
1000°С, в частности ниже 600°С, с помощью микроволновой плазмы.
21. Устройство для преобразования синтез-газа в синтетические углеводороды, включающие и/или не включающие функциональную группу, содержащее
устройство для получения синтез-газа по любому из пп. 12-20; и
СО-конвертер, имеющий технологическую камеру, в которой расположен катализатор, и средство приведения полученного синтез-газа в контакт с катализатором, и контрольное устройство для открыто-контурного контроля или закрыто-контурного регулирования температуры катализатора и/или синтез-газа до заданной температуры.
22. Устройство по п.21, в котором СО-конвертер содержит одно из следующего: конвертер Фишера-Тропша, ШСДС (SMDS)-конвертер, конвертер Бергиуса-Пьера (Bergius-Pier), конвертер Пьера (Pier) или комбинацию конвертера Пьера (Pier) с МвЖ (MtL)-конвертером.
22.
Ч функциональные группы 1 углеводород 34
Фиг. 4
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
029582
- 1 -
029582
- 1 -
029582
- 1 -
029582
- 1 -
029582
- 4 -
029582
- 16 -
029582
- 17 -