高能输送气体及其输送方法

专利名称：：高能输送气体及其输送方法
技术领域：
：本发明通常涉及一种输送能量的方法，更具体地为输送能量和高能输送气体的方法，该方法使设计来输送甲烷和其它低燃烧热的气体的管道或输送容器中的能量量增加。本发明进一步通常涉及高能输送产品，更具体地涉及具有比甲烷更高燃烧热的高能输送气体。2、现有技术天然气通常指甲烷，是全世界的能源。天然气的组成因国家的不同以及具体国家中地区的不同而变化。井口的天然气组成通常含有超过85%的甲烷。一些井口的天然气组，可能含有舰96%的甲烷。尽管术语天然气和甲繊常可以互换，但是通常天然气含有一些乙烷烃)、丙烷(C3烃)和丁烷(C4烃)。表l示出了各国出口的天然气的普遍组成。表l:来自所选国家的天然气出口组成<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>在表1中，HHV是以每标准立方英尺英国热量单位(Btu/scf)g的气体高热值。天然气组成决定高热值。含有相对大量的乙烷、丙烷和丁烷的天然气组成具有比富含甲垸的天然气组成更高的热值(HHV)。考虑到国内的政策、当地的经济和购买天然气的合同约定，可以在出口之前从井口的天然气组合物中除去比甲烷具有更大燃烧热的乙烷、丙烷、丁烷和其它化合物的组^体。乙烷、丙烷、丁烷和其它化合物可以用来制备其它的石化产品和塑料。例如，在表1中，特立尼达岛除去多数乙烷、丙烷和丁烷以用于特立尼达岛当地石化产品和塑料工业，输送含有大于96%甲烷的天然气混合物，该混合物具有的HHV为1048(Btu/scf)。类似地，北美市场在将天然气混合物输送和分配至市场之前除去一些乙烷、丙烷和丁烷。力口工过的北美天然气通常含有超过96X的甲烷并具有的HHV为1029(Btu/scf)。其它国家例如日本用于商业分配的天然气具有皿1330的(Btu/scf)。下面讨论日本和北美之间用于天然气输送的经济差异。在最近一些年，对于世界经济而言，天然气已经成为不断增长的能源。预期未来用于能源需要的天然气消耗决速增长。例如，美国能源部(USDoE)指出，在美国，用作发电燃料的天然气的计划使用(作为能源)将急剧增长。在2001到2020年要求用于发电的天然气预期增加90%。但是，在美国和世界的天然气管线中存在许多瓶颈，美国和加拿大之间的天然气管线已经满负荷。参见NationalEnergyPolicyDevelopmentGroupoftheUS的报告"Reliable,Affordable,andEnvironmentallySoundEnergyforAmerica'sFuture"。许多国家包括日本、欧盟(EU)和美国正在开发使用氢气作为燃料的运输车辆。对于天然气和氢气的需求是受到目前和未来环境、经济和国家安全考虑的驱动。世界上发电主要靠煤；但是，预期未来的发电对天然气的需求增加。今天，美国发电大约是52%煤、20%核、16%^^然气、7%7尺电、平衡量的油和可再生能源如风、太阳能和生物质。到2020年，USDoE预期美国将更加l^ffl于电力、运输、工业加工和住宅供热的天然气能源。天然气产生的电将从今天的16%增加到2020年的33%。对于发电，天然气(甲烷)被认为是丰富的能源，比煤对环境更有利，是用于发电更有效的能源，这种发电设备具有更低的设备成本资本和更短的，交货时间，由于发电经济的变化将受到发电公司的欢迎。天然气(甲烷)是美国和世界范围的一种丰富的天然能源。估计世界的天然气储备是巨大的。己知的标准气体储备量的评估己经由合成燃料制造商例如Syntroleum,Inc.确定，如果将这些储备由甲烷气体转化成烃液体燃料，这些标准气体的储备量等于沙特阿拉伯的油储备。这些储备如果使用费一托合成方法生成烃液体燃料，将可以为美国的全部汽车和卡车提供超过80年的燃料。其它用于甲垸生产的方法包括将氢气和煤反应。除了其作为能源丰富以外，天然气(甲垸)还因环境、经济和能源效率的原因被关注。将发电的能源变化为天然气(甲烷)，比煤和核能源提供许多环境的优势。当将甲烷用做电力和燃气轮机产生的能源的主要来源时，发电比煤产生更少的导致污染和空，量变差的排出物。和煤不同，由燃烧天然气的燃气轮机发电产生低的氮氧化物(NOx)和二氧化硫(S02)排放，并且几乎没有有t顺粒、氯化物、氟化物、汞、危险金属和其它污染物的排放。此外，由甲烷发电产生比煤更少的二氧化碳(C02)排放。科学界中很多人认为二氧化碳排放导致全球变暖。核育拨电没有污染或二氧化碳排放，但源自燃料制备的副产物和废弃燃料产生环境危险。核燃料制备过程中将大量对环境有害的化学品和同位素引入到环境中，废弃燃料含有可以持续数千年的高度放射性的副产物。相比煤而言，由甲烷发电产生的另一个环境优势是由天然气轮机发电更加能量有效。天然气发电可以非常能量有效。燃烧天然气的涡轮机可以在有或没有热电联产(cogeneration)盼瞎况下发电。热电联产可以由蒸汽涡轮机产生蒸汽或蒸汽和电。热电联产，也称作热和电的组合(CHP)，可以实现大于80%的效率，然而最新的燃煤电厂只肖站到刚刚超过40%的效率。但是，大多数传统的燃煤电厂在大约30%的效率下运行。对于天然气(甲烷)能量的未来需求不仅仅受到电力需求的影响。来自甲烷的能量消耗占美国所用总能量的24%。天然气是许多产品的原料和许多制备方法的能源。这些产品包括纺织品、化学制品、橡胶和家具。严重依赖于天然气的制备方法包括制备砖、制备玻璃和生产纸。住宅供热也对来自天然气的能i^生大量的需求。根据ReportofUSNationalEnergyPolicyDevelopmentGroup:在2000到2020年间，EnergyInformationAdministration预期美国天然气需求增长皿50%，从22.8增至34.7万亿立方英尺。其它的机构例如CambridgeEnergyResearchAssociates预期这个时期内天然气消耗增加约37%。预期在所有的部门一工业、商业、住宅、运输和发电一都会增长。在整体气体消耗中超过一半的增加是由发电需求的增加产生。报告进一步指出了与使甲烷能量到达市场相关的目前和未来的问题为了解决这个长期的挑战，美国不仅需要扩大生产，而且必须确保天然气管线网络扩大至需要的程度。例如，尽管NewEngland的天然气发电预期到[2020]年增加16000MW,但瓶颈可能防碍必需供给的传送。除非消除管线的制约，否则它们纟絵导致供给短缺和价格高，并阻止发电的增加。报告进一步指出目前国内约23万亿立方英尺(tof)的天然气输送能力将不足以满足美国预期到2020年增加50%的消耗。一些州如California和NewEngland的部分己经面临输送能力短缺。...延迟已经限制将天然气输送至加利福尼亚的能力，导致高价。此外，连接加拿大的天然气管线也接近容量，所以美国对加拿大天然气任何更多的依赖都要求增加管线的容量。天然气(甲垸)育疆的输送被认为是解决天然气预期需求的主要障碍之一。甲烷能量需求的预期增加预期要求263,000英里分布管线和38,000英里新的输送管线。这些英里的管线建设将面临P章碍。这些障碍包括，但不限于，对现有通行权的侵犯和社区对建设管线的强烈抵制。液化甲烷是一种增加甲烷能量密度以用于甲垸能量输送的方法。通过液化天然气，将1000立方米(1000m3)甲烷气体在标准温度和压力下(STP)含有的能量压縮到约1立方米(lm3)体积液态甲烷中。可以通过管线或特殊设计的轮船输送液化天然气(LNG)。所述轮船通常输送液化天然气。轮船输送4顿液化天然气来增加轮船r:存体积的能量密度，从而使轮船能錢的能量量增加。上述对发电的甲烷能量的需求增加可能要求大量LNG进口。目前对甲烷能量的需求已经开始证明这个趋势。在NewEngland地区的目前美国市场上，已经出现了在1998年到1999年之间i!3i轮船进口LNG的350%的增加。几家公司己经考虑重新开启乔治亚州和马里兰州的码头用于进口液化气。其他石油公司己经宣布了创塵进口LNG的码头的计划。用于液化甲垸的常规设鹏向于非常大而且建造昂贵。通常離LNG工艺设施要求上亿美元。更新的技术己经降低了LNG工艺设施的成本。一种新技术是在LoSAlamos国家图书馆(LANL)的USDoE发明的小的、天然气驱动压縮机。这禾中技术被称为热声(thermoacoustic)天然气液化。这种技术的美国专利有美国专利号US4953366和美国专利号US4858441。该技术已知为ThermoacousticSterlingHybridEngineRefrigerator(热声纯正混合发动机冷冻机，TASHER)。USDoE和他的工业合作者己经花了超过2千万美元来证实这项热声技术。该技斜目当小而且对液化天然气十分有效。该技术的主要市场是在海上的钻探平台液化甲烷以用于轮船输送，液化"束手无策(stranded)"的煤层甲烷以用于通过管线、铁路或卡车输送，和在管端、管线末端或者市场位置液化天然气以增加用于车辆运输(依靠甲烷育嬉操作)的燃沐斗容器的會讀容量。现有的另一项输送甲烷能量的方法是4顿利用费-托(Fischer-Tropsch)催化剂的蒸汽重整和甲烷自催化氧化，以将甲垸转化成液体燃料。该方法对输送"束手无策"的甲烷气体是十分常用的，并使那些油产量下降的成熟油田的油运输管路的压力增加。"束手无策"的甲烷气体是指没有常见的经济手段从遥远的地方输送到市场的甲烷气体。例如，不存在将天然气输送到港口或市场的管线的地方。为了用费-托方法补充阿拉斯加州NorthSlope的持续下降的油，气体到液体烃(气体到液体，g到l)技斜n方法已经受到USDoE的许多关注。由甲烷衍生的液体烃燃料被用于保持阿拉斯加州管线足够的压力以在生产连续下降的时候输送NorthSlope的剩余油。其它的公司，例如Syntroleum公司，采用甲垸自催化氧化制造超低硫含量液体燃料做为添加齐,于普通汽油以满足新美国环境保护机构(USEPA)对于汽油和常规柴油燃料的硫标准。Syntroleum公司已经获得这^^员域的许多美国专利，包括用于甲烷高压自热氧化催化方法的美国专利US6344491，和用于其它费-托技术的美国专利US6085512。USDoE和他们的工业和大学合作者的通过将甲烷气体转化成液体烃;)t料来转变和输送甲垸能量的其他方法和技术包括离子输送陶瓷膜(IonTransportCeramicMembrane)和甲烷的稳态和瞬时催化氧化和耦合。参见，例如，<www.fe.doc.gov/fod/gas-to~liquids.shtml〉。市场现有的用于增加天然气(甲烷)育瞳量的其它方法采用的是与目前的能量麟和常规的f瞳输送方法相关的现有技术。这些方法提供合理的、常规的方案解决将甲烷能量传送至市场的限制。一种方法是麟更多的管线一分布管线和输送管线。另一种方法是通过增加管线中气体的压力来增加天然气管线的育S量容量。如同在ReportoftheUS'sNationalEnergyPolicyDevelopmentGroup中陈述的，这些常规方法要求M^m数万英里新的输送管线和几十万英里新的分布管线来增加由天然气(甲垸)供给的能量量。用于输送甲烷能量的新的基本设施的成本估计皿百亿美元。与天然气(甲烷)相关的另一种输送能量的方法是将天然气中的甲烷转化为甲醇。甲醇，一种液态醇，可以增加管线的能量密度，但是甲醇能量经济将要求国家能量基本设施的激烈变化。此外，甲醇不是环境友好的化学品。甲醇可以使地下水中毒。其它的现有技术包括在難的末端、管线的末端或在市场加工天然气(甲烷)的技术。这些技术将天然气(甲烷)转换成用作其它方法的原料的化学物种，一共末端使用。所述使用包括用于塑料比如聚乙烯和聚丙烯的原料例如乙烷和乙烯。其它的技术被用来将甲烷转化至乙炔以及将甲烷用于气体到液体烃的加工。这些技术采用其中使用催化剂、电磁能量、非热等离子体和等离子抑制齐啲方法。有些技术将这些方法相互结合j顿。这些技术^柳甲烷、煤、碳源、水和氢作为输入化学物种用于生产工业加工用的原料化学品。甲烷可以和煤、碳物种或含碳物种一起加工。甲烷还可以被单独加工，与水或与氢或氧一起加工。煤可以与氢、7jC、或氢和水一起加工。所述在管线的末端或者在市场上的其它技术现有方法，包括美国专利No.5328577和No.5277773，其公开了釆用通过微波能量排出的等离子体引发齐l將甲烷和氢气转化成乙炔、乙烯和乙烷。美国专利No.5972175公开了用微波能量加热的催化剂来转化气态烃、甲烷和丙烷，与碳一起合成包括乙烯和乙炔的更高级有机物种。美国专利No.4574038公开了用微波能量和金属催化剂加工100%甲烷而生产51.3%乙烯、21.8甲烷和26.7氢气的产物混合物。美国专利No.5472581公幵了j柳微波能敦加热活性炭j跌和甲烷反应来生产乙烷、乙烯和乙炔。同样，美国专利No.5472581公开了用微波能量来加热活性炭和水以生产甲烷、乙烷、乙烯和乙炔。美国专利No.5900521公开了生产一种金属催化剂，该催化剂使用常规的加热的催化齐腕以将甲烷转化成乙烯和氢气。美国专利No.5131993和No.5015349公开了用非热等离子体、催化剂和微波能量以将甲烷合成更高级烃。Bod等己经^ffi微波能量做催化剂使氧气和甲烷反应生成乙烯、一氧化碳禾口乙炔。Bool，CJ.等盼'TheApplicationofMicrowavestotheOxidativeCouplingofMethaneoverRare-EarthOxideCatalyst",未知^l^源，39~42页，SchoolofChemistry,UniversityofHull,Hull,NorthHumberside，UnitedKingdom，HU67RXo所述许多方法由甲烷、甲烷和煤、甲烷和水、甲烷和氧气、甲烷和氢气、煤和氢气、煤和水生产更高能量的气体，其具有比甲烷更高的燃烧热，比甲垸具有更高的沸点。如果将氢气/A^述混合物中除去，这m体混合物比单独的天然气(甲垸)具有更低的摩尔数。即使用这些方法，仍需要使用输送甲烷和其它气体的更有效的方法，从而以更小的气体体积提供更高能量容量。本发明针对的是这种需要和其它需要。发明简述l、输送育疆的方法。本发明的一个方面是可以通过由低能气体合成高能气体(HEG)，然后将这些更高能气体通过常规能量输送的方法，比如例如但不限于，气体管线、液化气管线、高压容器等等来输送，以使可以通过(1)管线或(2)储存容器输送的能量量增加。本发明涉及将低能气体例如甲烷和合成气(CO和H2)转化成更高级的分子。这些更高级的气体具有比甲烷和其它气体及气体混合物更大的燃烧热。还有，这些高能气体具有更高的沸点，其要求更低的能量以将它们冷凝成液体o合成高能气体的典型副产品是氢气(H2)。氢气被认为是对环境友好的能源，絲来用于燃料电池电力和用于机动车辆的清洁燃料源的能源，并对美国构建氣能经济的努力提供支持。本发明解决用于输送丰富的甲烷能源以满12足世界能量和环境需求的基本设施的现有和预期的不足，并解决未5l^t清洁燃烧能源例如氢气的需求。2、输送气，经济多样性和经济益处本发明使得国家和能量公司可以使其产品多样化并发展源自天然资源，天然气，的新工业。本发明具有使国内生产总值禾啯民生产总值增加的潜能。目前，在世界上对天然气的需求和生产的总趋势增加的同时，源自天然气的产品也日益多样化。天然气用于使用燃气轮机发电，这样对环境有益处，具剤氐的投资成本并具有用快速在线时间解决高峰电力需求的理想特性。另一种对天然气的需求受至忾一液产品、柴油燃料、石脑油和其它润滑剂的驱使。目前，印尼和卡塔尔已经收至,于气一液设施的总计超过200亿美元的g投资。气一液技术有助于生产天然气的国家使天然气生产线多样化。所用的气一液技术生产液体状的柴油燃料，其适合单独或与常规柴油燃料混合用于柴油发动机以降低柴油燃料中的硫含量在世界上的一些地区，需要这些低硫燃料鄉过降低空气中的硫基颗粒来以改进当地的空气质量。本发明的一个益处是生产天然气的国家可以使M:天然气生产的其它产品多样化。本发明通il使用气一气技术(气体至气体)提供产品多样化。本发明的另一个方面是生产天然气的国家可以生产一种输送气体，其在本发明中记为高能输送气体。与生产天然气国家天然产生的气体相比，本发明的高能输送气体可以制备具有更高单位体积Btu含量(不包括氢气(H2))的气体混合物，同时生产氢气(H2)。本发明的另一方面是本发明使得可以生产氢气(H2)而不产生使，变暖的气体，二氧化碳(C02)。通常，可以舰以下优化反应生产氢气等式(1)CH4+02—C02+2H2在等式1中，使用了甲烷(CH》中碳原子的热值，并且全球变暖的气体，二氧化碳(C02)，作为废气产生。在本发明中，生产氢气而不使用与碳原子有关的能量。用于能量输送方法的、可以通过本发明制备氢气的数个反应的一个实例如下所示，其中所述实例是制备高能输送气体的式子等式(2)2CH4+能量一H^C^在本发明中，没有产生作为废气的使，变暖的气体，C02。用于驱动等式2中的反应的能量可以是可再生能量例如太阳肯巨或者风。还有，白天或祉常规发电的iif瞎量可用于等式2中的反应。本发明另一个方面使得生产氢气(H2)的同时保留重整分子中碳原子的燃烧热并将所述碳原子用于本发明产生的高肖疆输送气体的混合物中的肝。本发明的另一方面是本发明使得生产天然气的国家可以在本土具有氢经济，同时由于通过高能输送气体在管线或者LNG船中可以容纳更高的能量，因而和常规天然气出口经济相比，可以用更有利地出口经济出口高能输送气体。M31制备高能输送气体生产的氢气可以用于本地的国家经济。氢气可以用于在往复发动机例如操作氢气和汽油的BMW700系列中或在燃料电池汽车中，由具有高能量效率的燃料电池发电。使用燃料电池的汽车比常规的往复式发动机具有更高的能量效率。本发明的另一个益处是生产天然气的国家可以M31出口氢气使源自天然气的产品多样化。美国Millennium电池公司证明，氢气可以在硼,溶液中输出，该溶液具有和汽油相同的育巨量密度。本发明的另一方面是本发明使得生产天然气的国家可以具有更有益的、用于加热和发电的输送和分配天然气的基本设施。对于生产天然气的国家而言，本发明的另一个益处是天然气生产国在经济增长的同时可以降低未来局部空气污染的可能性，这个益处M用本输送能量的方法以及使用高能气体做出口物时并非显而易见。该非显而易见的方面对中东国家、非洲国家和其它具有干燥、热空气、鹏的地区是最有益的。在干燥、热空气a^斜牛下，通过太阳光和臭氧前体化学品、挥发的有机化合物(VOC)和氮氧化物(NOx)之间交互作用更有利于生成臭氧。由于本发明可以促进基于氢气的经济，所以采用本发明的本地经济将具有更少的源自烃燃烧的NOj口更少的来自车辆的VOC的蒸发性排放物，这是因为氢可以用作it料。本发明的另一个益处是采用来自可再生能量，太阳光电和风力涡轮机，的电制备氢气，同时为其它工业提供经济上的益处。常规的技术要求使用太阳光电方法或风力涡轮mM过水的电解懒f的方法生产氢气。在中东国家，德国公司BMW建议中东国家可以出口它们的烃，同时采用水的太阳光电电解以生产氢而发展国内能量经济。尽管水的电解是一种方法，本发明将给中东国家提供用于国内消耗的氢气，同时通过使用本发明的高能输送气体为输送能量提供额外的经济益处。作为辅助益处的本发明另一个方面是會疆贮存。取决于国家的日常育遣循环、消耗和能量经济，本发明允许在晚上或白天电力需求水刑氏时生产和忙存氢气。贮存的能量可以通过燃料电池被使用来针对白天高峰需求发电。一个这样的例子是在西欧和东欧部分地方发现的能量经济类型。西欧和东欧的几个国M过核能生产了大量的电。在晚上，电力需求低，剩余的电是富裕的。保加利亚和法国是具有这种核电经济国家的例子。在这些国家中，当晚上电力需求低时，天然气或煤气甲烷可以转化成高能输送气体和氢气，氢气可以ie存。在白天高峰需求时，贮存的氢气可以用于由燃料电池发电。本发明的另一个益处是更好的资产利用以及更好的返还用于天然气输送资产例如管线或LNG船的投资。使用这种输送能量的方法和用高能气代替常规天然气可实现更好的资产利用，因为管线或轮船资产中每单元体积可以装入更多肖遣。因为每单位体积管线或轮船可卖出更多的能量，所以更好的资产利用将导致投资更高的回报。本发明的另一个益处是本发明允许发生天然气需求的增长，而无需，更多的管线颇多的容器轮船以适应消费者日益增长的需求。另一种用于输送天然气的现有技术方法在日本和北美市场之间不同的方法中得到了验证，其用于将生产天然气国家的天然气输送至这两个不同的市场。目前，进口至美国的大部欣然气来自特立尼达岛。在日本，大量的天然气从印尼和其它亚洲输出国进口。特立尼达岛分离大部分具有C2和更高碳含量的烃气体，该气体具有比甲烷高的燃烧热。这些更高燃烧热的气体，&和&或更高级烃，保留在生产天然气的国家中用于合成更高值产品，该产品通常由石化产品和烃聚合物产品组成，而更低热值的气体，主要是甲烷，被出口至北美用于加热、电力和工业需要。这种输送气1斩主往具有1047Btu的热值。可选择地，日本天然气市场j顿不同的经济结构。在日本，通过管线输送以服务于加热和电力的肯遣需要的气体具有约1330Btu的热值。日本气体公司从制备国购买天然气，这些国家对来自源天然气生产国的天然&和C3或更高级的烃几乎没有或者没有净化，结果使得在LNG容器船中输送至日本并通过日本的管线的天然气混合物通常具有大于1050Btu的热值。实际上，日本公司购买已经在井口从天然气中分离出的丙烷和丁烷，随后将丙烷和丁烷加入到天然气混合物中以生产气体混合物，该混合物在日本输送和分布管线中具有约1330BTU的热值。因而，日本输送气体混合物具有高于北美输送气体27%的热值(1330Btu相对于1047Btu)。在日本和北美，将天然气基于Btu使用加载量(usecharge)销售给末端用户，即消费者。日本气体公司在1330Btu的更高热值下输送气体，从而使得日本气体公司可以通过^ffl采用高Btu值输送的天然气体混合物来填充管线和销售，以增加其管线容量值，其中所述高Btu值是与净化后(例如用于北美)具有超过99%的甲烷含量的天然混合物气体相比而言。。因而，用于管线和气体输送的日本经济结构提供由通过输送和分布加载量的管线获得的更多的益处，因为管线中存在了更多的能量。换句话说，与用于己经净化过的天然产生的气体混合物的输送的北美经济结构中填充有气体的相同管线相比，用于天然产生的气^t昆合物输送的日本经济结构可以具有更多的益处。在3t美经济结构下，管线将需要约27%的额外体积以在输送的气体中携带相同的Btu含量，或者对于日本每四(4)条天然气管线，北美将需要约五条(5)。本发明的输送气体使得气体可以具有更高热值。附图简述图1是用于高能气体(HEG)输送的基本方法的流程图。图2是具有氢气分离的用于高能气体(HEG)输送的流程图。图3是具有甲烷循环和氢气分离的用于高能气体(HEG)输送的流程图。图4是具有甲垸和氢气循环的用于高能气体(HEG)输送的流程图。图5是具有氢分离并随后具有甲烷和高能气体的管分离的用于高能气体(HEG)输送的流程图。图6是描述甲烷分布管线中瓶颈的流程图。16图7是描述施用高能气体(HEG)合成来除去甲烷分布管线中并顿的流程图。图8是描述甲烷输送管线中瓶颈的流程图。图9是描^M用高能气体(HEG)合成来除去甲^T送管线中瓶颈的流程图。im实施方案详述本发明涉及通过生成高能气体(HEG)然后通过常规输送手段输送HEG的输送能量的新方法。本发明中HEG是指高能输送气体。本输送方法允许将更大量的能量输送至末端使用。如图1中流程图所示，通常用于提供能量的常规气体的源首先通过一定手段处理以合成HEG，然后通过常规和现有的输送手段输送至育疆的末端j顿。用于示例目的的源可以是天然产生的甲烷(Qp、合成气(CO和H2)、与气体或液体物种反应的固源，通过生物质分解生产的甲烷，和通过垃圾掩埋生产的甲烷。当源是固体碳物种时，碳可以与水(H20)、甲烷(CH4)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(C02)體气(H2)反应。用于示例目的的碳源可以是煤、炭(char)或生物质。HEG是由燃烧热低于或等于甲烷燃烧热(890.9千傲摩尔)的含碳物种重整的气体，合成的高能气体具有大于甲垸(CHP的燃烧热。HEG可以是一种气体或气体混合物。表2列出了育,用来合成HEG的气体和HEG气体的燃烧热。一氧化碳(CO)、氢气(H2)和甲烷(CH4〉是用来形成HEG的源气体。乙炔(CAX乙烯(C凡)、乙垸(CA)和丙烯((:3&)是HEG。其他燃烧热大于甲烷的气体也可以被合成。这些其它的气体也是HEG，应当理解上述HEG可以循环iSA合成HEG的设备以将循环的气体重整为HEG，其具有比乙炔更大的燃烧热。来自源气体或者与固#/种反应的源气体的HEG可以通过已知的手段合成，所述手段比如例如，示例但不限于，美国专利No.4574038、5972175、5900521、5131993、5015349中公开的内容，所有这些在这里通过引用而结合棘。这些方法包括使用自热催化、热催化、电磁能量、等离子、蒸汽重整和其它手段。在HEG合成后，将HEG输送至图l所示的末端^ffi或用户。输送方式可以是传统的常规方式和方法，包括但不限于，输送管线、分布管线、高压容器、^^化和其它的^il和贮存方法。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>在本发明中，HEG可以在和甲垸与氢气的混合物中通过常规的输送手段输送。本发明使得可以舰常规的输送手段输送更多的能量。表3提供HEG混合物的例子和与10摩尔每种混合物相关的能量量。表3还提供了10摩尔气体的归一化能量含量。归一化的能量含量被归一化为来自输送天然气(甲烷)中气态能量的常规方法的能量量。甲垸(Op10摩尔(10mol)的总燃烧热(△JH0》为8909千焦。如表3所示，禾佣HEG混合繊送能量的本发明育,l;爐过常规方法输送更大的能量。当HEG与甲烷混合时，最终能量量大于8909千焦。例子的范围从7摩尔甲烷与3摩尔乙烯的混合物、到10摩尔乙烯、到2摩尔甲烷与2摩尔乙炔、4摩尔乙烯和2摩尔丙烯的混合物。这些混合物的10摩尔气体具有大于10摩尔甲垸的总燃烧热。这些混合物的燃烧热为10500千焦到14125千焦。<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>当这些HEG混糊的能量含量相对于斜虫甲垸的能量量归一化时，兽巨量量比^^虫的甲烷大18%到59%。与HEG混合物相关的能量量越大，M5iJ见存的常规管线输送的育g量就可以越多。如USReportoftheNationaloftheNationalEnergyPolicyDevelopmentGroup中所述，在2000到2020年间，对天然气的能量需求预期提高37%到50%。根据这个报告，能量需求的增加预期要求超过38,000英里的新输送管线和263,000英里的新分布管线，这些新管线的建it预期成本远皿IOO亿美元。如表3所示，HEG允许比常规手段输送的能量更多，因而与HEG混合物相关的能量可以消除或大大降低对新管线的需要，因此在管线的建造中节省数十亿美元。使用HEG混合物，将更多的能量更有效地输送至末端用户以满足增长的能量需要，而不会显著地增加输送的基本设施。本发明与通过使用不止一个频率输送数据来提高容量而在光纤上输送更多的M类似。但是多模式光纤增加的是单一光纤的容量，HEG增加的是管线或其它常规输送设备(例如承载LNG的船)的能量容量。本发明还有M增加管线能量容量降低输送成本从而使电力和住宅供热的成本附氏的潜能。本发明的辅助益处是针对基于氢的能量经济生产大量的氢气。预计氢气作为环境友好的能量燃料源用于燃料电池发电和为机动车辆提供能量的需求越来越大。如表3中的示例，含和不含甲垸的HEG混合物生产氢气。在这些实施例中，基于合成10摩尔HEG混合物，HEG混合物生产6摩尔到20摩尔的氢气(H2)。M31将甲烷转换成HEG混合物获得了氢气的所述量。以下给出了计算生产的氢气量的例子等式(3)20CH4—2CH4+2C2H2+4C2H4+2C3H6+10H2或者等式(4)20摩尔甲烷一2摩尔甲^f2摩尔乙炔+4摩尔乙烯+2摩尔丙烯+10摩尔氢气Jl^反应可以通过提及的HEG合成方法生产，该方法中非重整甲烷循环通过反应器。本发明的另一个益处是能量储存在液化气中。如表4所示，HEG的沸点大于甲烷。乙炔、乙烯、乙烷和丙烯都具有比甲烷高的沸点。这些更高的沸点使得可以在樹氏能量下将不含甲烷或氢气的HEG或HEG的混合物压缩为液体。表4<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>本发明可以使用多种变,送能量。图2的流程图示出了一种变化，在HEG合成后分离出氢气，并输送甲烷和HEG的混合物。分离的氢气可以用作发电的能源或机动车燃料。图3的流程图示出了一种变化，其中一些或全部甲烷可以从HEG合成的产物中分离并循环回HEG合成过程中以产生HEG。在分离出甲烷后，在输^前从HEG中除去氢气。图4的流程图示出了将一些或全部氢气和一些或全部甲^/人HEG合成方法的产物中分离^f盾环至HEG合成过程中的方法。然后将HEG或HEG混合，末端使用。图5的流程图示出了在HEG合成过程之后从产物流中分离氢气的方法。将甲烷和HEG—起输送。在混合送的后续时间，可以将一些或全部甲烷从输送方法中分离以用于预期的末端使用。例如，可以将从混合物中分离的甲烷(Op用于住宅供热，同时乘IJ下的甲烷和HEG的混合物用于发电。虽然在图2_图5中没有显示，应当理解为在本发明的范围内HEG在输送期间可以与甲烷混合。本发明的另一个益处是可以消除输送管线和分布管线中的瓶颈。本发明使得可以采用针对HEG合成的辅助操作(satelliteoperation)来消除能量输送中的瓶颈。本发明使得可以将能量输送至末端使用而无需皿新的管线。如图6的流程图所示，输送管线T-CH4将甲^送至两个(2)分布管线Dl-CH4和D2陽CH4，二者都繊甲烷。D2-CH4中存在的并砂郧且诚端^顿接喊端使用所要求的肖疆量。如图7的流程图所示，4顿HEG方法31^提供更多的育遣来,02-CH4中的并股页。M31本发明，消除了并股页。在HEG合成过程之后，分布管线D2-CH4现在皿甲烷和HEG的混合物。HEG合成之后的分布管线标示为D2-CH4和HEG，因为其由所述育遣输送方法远送更多的能量。不要求建造额外的分布管线来满足末端4顿的能量需求。图7中还显示，在HEG合成MI呈之后分离氢气。例如，氢气可以用作机动车的能源細于燃料电池发电。如图8的流程图所示，输送管线T-CH4中存在瓶颈。T-CH4仅运送甲烷。如图9的流程图所示，M^ffiffl31输送管线输送更高能量容量的HEG方法消除瓶颈。在HEG合成之前，输送管线T-CH4仅远送甲烷。在HEG合成之后，输送管线现在織更多的能量以满战端4顿的要求。输送管线标示为T-CH4和HEG，因为其现在錢HEG和甲烷的混合物。同样，两个(2)分布管线重新标示，因为它们都运输甲烷和HEG的混合物。一个标示为D1-CH4和HEG。另一个标示为D2-CH4和HEG。图9也描述了氢气的分离方法。氢气可以用作发电能源銅作机动车燃料。电力输送和电力销售的新规则(反常)使本发明可以使用丰富和未使用的，U能量，该能量在美国可以在晚上由核动力和煤动力发电获得。与电力能量不同，来自气体的能量可以很容易地大ST:存以用于后来电力需求大时。例如，高能气体可以在晚上用晚上过剩的可获得的电力合成，并储存起来在以后使用。以上描述提出了发明人此时已知的本发明最佳的实施方式，其仅用于示例，本领域技术人员可以对这些方法做出改变而不脱离本发明和所附权利要求中给出的等同物的精神和范围。权利要求1、一种输送能量的方法，其包括以下步骤a、提供包括至少一种气体物种的输入化学物种，所述气体物种含有碳并具有等于或低于甲烷的燃烧热；b、使用重整工艺将至少部分所述输入化学物种流转化成输出化学物种，所述输出化学物种具有至少一种燃烧热比甲烷高的新气体物种，其中所述输入化学物种的摩尔总数大于所述输出化学物种的摩尔总数减去所述输出化学物种中氢气的摩尔数；和c、通过常规的输送方式将所述输出化学物种输送至末端使用。2、如权利要求1所述的输送能量的方法，其中所述输入化学物种进一步包括选自甲烷、氢气、1化碳、二氧化碳、7K、含碳物种及其组合的组分。3、如权利要求2所述的输送能量的方法，其中含碳物种是固体。4、如权利要求3所述的输送能量的方法，其中含碳物种选自煤、活性炭、炭、生物质及其组合。5、如权利要求1所述的输送能量的方法，其中在通过常规方式输送至末端4OT之制各氢气AA^述输出化学物种中分离。6、如权利要求1所述的输送能量的方法，其中将甲烷AA^f述输出化学物种中分离并循环回所述输入化学物种中用于重整。7、如权利要求5所述的输送能量的方法，其中将氢气从所述输出化学物种中分离并循环回所述输入化学物禾中中用于重整。8、如权利要求1所述的输送能量的方法，其中将氢气和甲烷从所述输出化学物种中分离并循环回所述输入化学物种中用于重整。9、如权利要求1所述的输送能量的方法，其中所述工艺经优化来生产氢气。10、如权利要求1所述的输送能量的方法，其中生产氢气而不生成二氧化碳。11、如权利要求1所述的输送能量的方法，其中在重整的物种中保持碳的^t^而不产生一氧化碳或二氧化碳。12、如权利要求1所述的输送育遣的方法，其中所述工艺经优化以{妙万述输出化学物种的总燃烧热最大化。13、如权禾腰求1所述的输送能量的方法，其中所述输出化学物种含有至少一部分甲烷。14、如权利要求1所述的输送育遣的方法，其中所述输出化学物种不含甲烷。15、如权利要求1所述的输送能量的方法，其中所述方法被用于减少输送管线或分布管线中的瓶颈。16、如权利要求5所述的输送肖讀的方法，其中从所述输出化学物种中分离氢气并将所述氢气用做能源以发电或为机动糊提供燃料。17、如权利要求1所述的输送能量的方法，其中所述输出化学物种具有比甲烷高的燃烧热并包括选自乙炔、乙烯、乙烷、丙烯及其组合的化合物。18、如权禾腰求1所述的输送能量的方法，其中所述输出化学物种具有比乙炔大的it烧热。19、如权利要求1所述的输送能量的方法，其中将燃烧热等于或大于乙炔的部分所述输出化学物种M^述输出化学物禾中中分离并循环回所述输入化学物种。20、一种源自以下步骤的高能输送气体a、提供包括至少一种气体物种的输入化学物种，所述气体物种含有碳并具有等于或低于甲垸的燃烧热；和b、使用重整工艺将至少部分所述输入化学物种流转化成输出化学物种，所述输出化学物种具有至少一种燃烧热比甲烷高的新的气体物种，其中所述输入化学物种的摩尔总数大于高能输送气体的摩尔总数减去高能输送气体和氢气的混合物中氢气的摩尔数。21、如权利要求20所述的高能输送气体其中所述输入化学物种进一步包括选自甲烷、氢气、一氧化碳、二氧化碳、水、含碳物种及其组合的组分。22、如权禾腰求20所述的高能输送气体，其中所述含碳物种为固体。23、如权利要求22所述的高能输送气体，其中所述含碳物种选自煤、活性炭、炭、生物质及其组合。24、如权利要求20所述的高能输送气体，其中在通过常规手段输超末端使用之劍各氢气和所述输出化学物种分离。25、如权利要求20所述的高能输送气体，其中优化所述高能输送气体以^^f述高能输送气体的总燃烧热最大化。26、如权禾腰求20所述的高能输送气体，其中所述高能输送气体含有至少一部分甲烷。27、如权利要求20所述的高能输送气体，其中所述高能输送气軒含甲烷。28、如权利要求20所述的高能输送气体，其中所述高能输送气体被用来M^输送管线或分布管线中的瓶颈。29、如权利要求20所述的高能输送气体，其中从所述输出化学物种中分离氢气并将所述氢，作能源以发电或给机动糊提供燃料。30、如权利要求20所述的高能输送气体，其中所述高能输送气体具有比甲垸高的燃烧热并包括选自乙炔、乙烯、乙烷、丙烯及其组合的化合物。31、如权利要求20所述的高能输送气体，其中高能输送气体具有燃烧热比乙炔大的化学物种。32、一种源自如下步骤的高能输送气体a、提供输入气体物种，其包含(i)选自甲烷、氢气、一氧化碳、二氧化碳、水、含碳物种及其组合的组分，和(ii)至少一种含碳的气体物种，其具有等于或低于甲烷的燃烧热；禾口b、^ffl重整工艺将至少部分所述输入化学物种流转化成输出化学物种，所述输出化学物种具有至少一种燃烧热比甲烷高的新的气体物种，其中所述输入化学物种的摩尔总数大于所述输出化学物种的摩尔总数减去所述输出化学物种中氢气的摩尔数。33、如权禾腰求32所述的高能输送气体，其中所述含碳物种为选自煤、活性炭、炭、生物质及其组合的固体。34、如权利要求32所述的高能输送气体，其中在被M常规手段输送至末端使用之前将氢气和所述输出化学物种分离。35、如权利要求32所述的高能输送气体，其中所述高能输送气体经优化以使所述高能输出气体的总;)t烧热最大化。36、如权禾腰求32所述的高能输送气体，其中所述高能输送气体含有至少一部分甲烷。37、如权利要求32所述的高能输送气体，其中所述高能输送气軒含甲烷o38、如权禾腰求32所述的高能输送气体，其中所述高能输送气体被用来M^输送管线或分布管线中的并肢员。39、如权利要求32所述的高能输送气体，其中将氢气和所述输出化学物种分离并将所述氢气用作能源以发电或给机动提供燃料。40、如权利要求32所述的高能输送气体，其中所述高能输送气体具有比甲烷高的燃烧热并包括选自乙炔、乙烯、乙烷、丙烯及其组合的化合物。41、如权利要求32所述的高能输送气体，其中所述高能输送气体具有燃烧热比乙炔大的化学物种。42、一种输送能量的方法，包括以下步骤a、提供输入气,种，其包含(i)选自甲烷、氢气、一氧化碳、二氧化碳、水、含碳物种及其组合的组分，和(ii)至少一种含碳气体物种，其具有等于或小于甲烷的燃烧热；和b、使用重整工艺将至少部分所述输入化学物种流转化成输出化学物种，所述输出化学物种具有至少一种燃烧热比甲垸高的新的气体物种，其中所述输入化学物种的摩尔总数大于所述输出化学物种的摩尔总数减去所述输出化学物种中氢气的摩尔数；和c、ffl5i常规输送手段将所述输出化学物种输^M末端^ffl。43、如权利要求42所述的输送能量的方法，其中所述含碳物种为选自煤、活性炭、炭、生物质及其组合的固体。全文摘要一种用来增加管线和其它容器的能量容量的高能输送气体和输送所述高能输送气体的方法，所述管线和容器被设计在环境条件下以压缩状态或液化状态运送天然气。甲烷和其它气体用作原料，甲烷来自天然气田、煤床或由氢气与作为一级能源的煤反应衍生。另外，所述气体和方法可以给氢气生产提供丰富的来源，而且来自氢气的能量可以用于燃料电池领域进行发电和为机动车辆提供动力。所述气体和方法能够增加目前天然气管线及其它贮存和输送容器的能量容量。文档编号F28D15/00GK101432399SQ200580033452公开日2009年5月13日申请日期2005年8月2日优先权日2004年8月2日发明者罗伯特·C·多尔顿申请人:罗伯特·C·多尔顿