用于产生合成气体的过程和系统的制作方法

用于产生合成气体的过程和系统的制作方法
【专利摘要】描述一种用于使用碳氢化合物和水来产生合成气体的过程和设备。在所述过程和所述装置的进一步的实施例中，按CO与氢气的任何所需比率和/或合成官能化和/或非官能化碳氢化合物来产生合成气体。借助于此方法，可在不产生显著量的CO2的情况下将含有碳氢化合物的流体转化为具有可变氢气含量的合成气体。此外，可获得氢气和各种形式的碳作为副产物。
【专利说明】用于产生合成气体的过程和系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于从碳氢化合物和水产生合成气体的过程和系统。
【背景技术】
[0002]世界经济的重要组成部分是基于作为原材料或作为能量源的原油。因此，从原油生产用于个人和货物运输的奥托(Otto)和柴油燃料、用于船只且作为电机具的燃料的重油以及用于家庭住宅的供热的轻油。而且，可从原油直接或间接衍生出用于化学工业的许多原材料。目前，进行了重大的努力以用其它原材料或替代的过程来替代原油产物。在能源部门，使用天然气和可再生能源(renewable energy)来代替发电机具的操作中的原油。针对交通应用来测试电发动机、天然气发动机和氢燃料电池，但所述发动机不可在商业基础上建立。
[0003]尝试在工业规模上从天然气或煤中生产油。举例来说，用于将天然气转变为液体燃料的过程是已知的(所谓的气体到液体(Gas-to-Liquid)或GtL过程)。然而，这些过程一般涉及显著的CO2排放和高成本。另外，所述过程通常不能够独立于CO或CO2来提供氢气。因此，这些尝试通常归因于经济和生态原因而限于几个孤立的应用。
[0004]合成气体(或简称为合成气(syngas))为一氧化碳与氢气的气体混合物,其还可含有二氧化碳。举例来说，合成气是通过将含碳燃料气化为气态产物(具有一定热值(calorific value)的合成气)而产生的。合成气体具有大致50%的天然气的能量密度。合成气体可燃烧且因此用作燃料源。合成气体还可在其它化学产物的产生中用作中间产物(intermediate product ) 0举例来说,合成气体可通过煤或废料的气化而产生。在合成气体的产生过程中，碳可与水反应，或碳氢化合物可与氧反应。存在用于处理合成气体以便产生工业气体、肥料、化学制品和其它化学产物的商业上可用的技术。然而，用于产生和转变合成气体的大多数已知的技术(例如，水移反应(water-shift-react1n))具有以下问题:合成所需量的氢气导致产生较大量的过剩的CO2，这些CO2最终作为对气候有害的气体被排放到大气中。用于生产合成气体的另一已知技术，根据方程式2CH4+02 — 2C0+4H2的甲烷的部分氧化能够达到H2: CO的最大比为2.0。然而，缺点在于产生纯氧使用的密集能量。
[0005]因此，将通过本发明解决的第一问题是在不产生显著量的CO2的情况下将含有碳氢化合物的流体转变为具有可变氢气含量的合成气体。

【发明内容】

[0006]所述问题通过根据权利要求1、14和15所述的方法并且通过根据权利要求19和28所述的设备来解决。其它实施例可从附属权利要求得出。
[0007]具体来说，一种用于产生合成气体的方法包括:借助于引入至少部分由热提供的能量而将含有碳氢化合物的流体分解为碳和氢气，其中在分解步骤之后碳和氢气具有至少200°C的温度。接着在介于800与1700°C之间的温度下使通过分解步骤而产生的碳的一部分与水接触，其中在使通过分解步骤而产生的碳与水接触之后所述碳相对于其在分解步骤之后的温度冷却不超过以。C为单位的50%。此处，水的至少部分与通过分裂过程而产生的碳一起转变为合成气体。此方法能够在不产生显著量的CO2的情况下将含有碳氢化合物的流体转变为具有可变氢气含量的合成气体。在有利方式中，用于提供碳(通过碳氢化合物的分裂)所需的能量的至少部分以热的形式被引入以用于转变。另外，可产生氢气和不同种类的碳作为副产物。
[0008]这在以下情况下尤其成立:分解步骤在高于1000°C的温度下发生且碳与水在至少1000°C的温度下、确切地说在介于1000°C与1200°C之间的温度下接触，这是因为在此情况下，不需要额外的热或仅少量额外的热需要提供用于所述转变。优选地，用于所述转变的达到800到1700°C (确切地说从1000°C到1200°C )的温度所需的热基本上完全由用于分裂含有碳氢化合物的流体的热来提供。此处，“基本上完全”意味来源于分解步骤的所需热的至少80%、具体来说至少90%。
[0009]在一个实施例中，使在分解步骤中获得的碳和在分解步骤中获得的氢气这两者均与水共同接触。氢气不会损害所述转变而可充当额外的热传递物质。在碳和氢气具有1000C (优选转变温度)或1000°c以上的温度的情况下，这是尤其有利的。在此情况下，在转变之后的气体并非纯水煤气(water gas)而是具有不同的混合比率的合成气体。
[0010]或者，可在使从分解步骤获得的碳与水接触的步骤之前使所述碳与从分解步骤获得氢气分离。
[0011]为了增加方法的能量效率，从分解步骤获得的碳的至少部分和/或氢气的部分的热的至少部分可用于在使水与碳接触的步骤之前来加热水、和/或可用于加热使水与碳接触的处理腔室。在此意义上，应注意，合成气体在转变后具有800到1700°C的温度，且其热的至少部分可用于在使水 与碳接触的步骤之前预加热水。还有可能的是，从分解步骤获得的碳和/或氢气的至少部分和/或在转变之后的合成气体的部分的热的至少部分可用于产生电力，所述电力可用作用于引入用于含有碳氢化合物的流体的分解步骤的能量的能量载体。
[0012]优选地，用于分解碳氢化合物的能量主要经由等离子引入。这是用于引入能量尤其直接且因此有效的方法。优选地，分解步骤在克瓦纳(Kvaerner)反应器中执行，所述反应器能够持续分解碳氢化合物的流。
[0013]在用于产生合成气体的方法中，可将额外的氢气和/或一氧化碳和/或另外的合成气体添加到合成气体以便获得所需的组成。在使碳和氢气两者与水接触的情况下，将额外的一氧化碳添加到合成气体以便降低co/h2比率是尤其有用的。在使基本上纯碳与水接触的步骤期间，添加额外的一氧化碳以便增加co/h2比率可为有用的。具体来说，可能混合根据上文提及的方法(一者有，另一者没有碳与氢气的先前分离)而分开产生的两合成气体的流以便获得co/h2的所需混合比率。
[0014]优选地，额外的氢气来源于通过引入至少部分由热呈现的能量而将含有碳氢化合物的流体分解为碳和氢气的步骤。因此，分解步骤可在一个步骤中提供碳水转变所必需的碳以及必需的氢气。在一个实施例中，氢气的至少部分通过在1000°c以下的温度下(具体来说在600°C以下)借助于微波等离子来分解含有碳氢化合物的流体的步骤而产生。在需要额外的氢气(超过通过生产用于碳水转变所必需的碳而获得的量)来获得合成气体的特定混合比率的情况下，优选从含有碳氢化合物的流体中在低温下以具有能量效率的方式来生产所述氢气。优选地，将合成气体中CO与氢气的比率调整到介于1:1与1: 3之间的值，具体来说调整到1: 2.1的值。
[0015]在用于产生合成官能化和/或非官能化的碳氢化合物的方法中，在第一步骤中，如上所述地产生合成气体，且使所述合成气体与适合的催化剂接触以便致使合成气体转变为合成官能化和/或非官能化的碳氢化合物，其中催化剂和/或合成气体的温度被设置或调节到预先界定的温度范围。以此方式，合成气体可通过在使其与催化剂接触之前或同时使CO与氢气混合而产生。
[0016]在一个实施例中，合成气体的转变通过费托(Fischer-Tropsch)过程、具体来说SMDS过程而执行。或者，合成气体的转变可通过柏吉斯-皮尔(Bergius-Pier)过程、皮尔过程或皮尔过程与MtL过程的组合来执行。过程的选择主要确定了合成官能化和/或非官能化碳氢化合物的性质。
[0017]优选地，待分解的含有碳氢化合物的流体为天然气、甲烷、湿气、重油或其混合物。
[0018]用于产生合成气体的设备包括用于将含有碳氢化合物的流体分解为碳和氢气的碳氢化合物转化器，其中碳氢化合物转化器包括至少一个处理腔室以及用于将能量引入到处理腔室中的至少一个单元，所述至少一个处理腔室具有用于含有碳氢化合物的流体的至少一个入口和用于碳和/或氢气的至少一个出口，所述能量至少部分由热组成。此外，所述设备包括用于水和碳的转变的C转化器，C转化器包括至少一个额外处理腔室，所述额外处理腔室具有用于水的至少一个入口、至少用于碳的至少一个入口和至少一个出口，其中至少用于碳的入口直接连接到碳氢化合物转化器的至少一个出口。此处，术语“直接连接到”描述从碳氢化合物转化器出来的碳在其前往C转化器的路上且未利用额外热来加热碳的情况下并未冷却超过其温度的以。C为单位的50%，优选不超过20%。可在分解步骤的位置与碳氢化合物转化器的至少一个出路之间提供将碳与氢气分离的分离单元。此单元可形成碳氢化合物转化器的部分，或可位于碳氢化合物转化器外部作为单独的单元。只要上述条件得以满足，位于碳氢化合物转化器的出路与C转化器的入口之间的分离单元不会损害直接连接。
[0019]优选地，用于将能量引入到处理腔室中的至少一个单元是以得以至少局部地产生1000°C以上、具体来说1500°C以上的温度的方式来构建的。在一个实施例中，用于将能量引入到处理腔室中的至少一个单元为等离子单元。确切地说，如果分解温度应保持在1000°c以下，那么用于将能量引入到处理腔室中的至少一个单元优选包括微波等离子单元。
[0020]对于设备的尤其简单的实施例，C转化器的处理腔室是由连接到水的供应管的碳氢化合物转化器的出口管形成的。
[0021]在本发明的一个实施例中，用于分离通过分解而产生的碳和氢气的分离单元设置在碳氢化合物转化器的附近，且提供来自分离单元的分离出口用于经分离的材料，其中用于碳的出口连接到C转化器。
[0022]优选地，碳氢化合物转化器为克瓦纳反应器，其可提供在长的操作周期中持续分裂含有碳氢化合物的流体的必需温度。
[0023]为了使具有可变混合比率的合成气体简单且有效地产生，所述设备可包括用于将氢气和/或碳和/或单独合成气体供应到C转化器中或下游混合腔室中的至少一个单独供应管。[0024]在一个实施例中，用于产生合成气体的设备包括用于将含有碳氢化合物的流体分解为碳和氢气的至少一个额外碳氢化合物转化器。所述至少一个额外碳氢化合物转化器还包括具有用于含有碳氢化合物的流体的至少一个入口的至少一个处理腔室、用于将能量引入到处理腔室中的至少一个单元(其中能量至少部分由热组成)、以及用于分离碳与氢气(碳和氢气通过分解而获得)的分离单元，分离单元具有用于碳和氢气的单独出口，其中用于氢气的出口连接到用于氢气的单独供应管。出于能量效率的原因，至少一个额外碳氢化合物转化器优选为借助于微波等离子在1000°c以下、具体来说600°C以下的温度下来进行分解的类型。
[0025]用于将合成气体转变为合成官能化和/或非官能化碳氢化合物的设备包括用于产生上述指定类型的合成气体的设备和CO转化器。CO转化器包括配备有催化剂的处理腔室、用于使合成气体与催化剂接触的构件和用于将催化剂和/或合成气体的温度控制或调节到预定温度的控制单元。以此方式，用于产生合成气体的设备的部分可集成到CO转化器中，例如用于CO和额外氢气、碳和/或另一合成气体的混合腔室。在一个实施例中，CO转化器包括费托转化器，确切地说SMDS转化器。或者，CO转化器可包括柏吉斯-皮尔转化器、皮尔转化器或皮尔转化器与MtL转化器的组合。还可能的是在设备中存在相同类型或不同类型的若干CO转化器。
[0026]优选地，所述设备包括用于控制或调节CO转化器内部的合成气体的压力的控制单元。
【专利附图】

【附图说明】
[0027]在下文中，参考 特定实施例和附图来更详细地解释本发明，其中
[0028]图1为用于产生合成气体的机具的不意表不图。
[0029]图2为用于产生合成气体的替代机具的不意表不图。
[0030]图3为用于产生官能化和/或非官能化碳氢化合物的机具的示意表示图。
[0031]图4为根据另一实施例的用于产生官能化和/或非官能化碳氢化合物的另一机具的示意表示图。
[0032]图5为根据另一实施例的用于产生官能化和/或非官能化碳氢化合物的机具的示意表示图。
[0033]图6为根据另一实施例的用于产生官能化和/或非官能化碳氢化合物的机具的示意表示图。
[0034]图7为根据另一实施例的用于产生合成气体的机具的不意表不图。
[0035]图8为根据另一实施例的用于产生官能化和/或非官能化碳氢化合物的机具的示意表示图。
【具体实施方式】
[0036]应注意，在以下描述中的术语顶部、底部、右边和左边以及类似术语分别涉及附图中示出的定向和布置，且仅意味所述实施例的描述。这些术语可示出优选布置，但并非限制性的。此外，在不同附图中，相同参考标号用于描述相同或类似部分。
[0037]在以下说明书中，描述了处置“热”材料或进行“热”过程的过程和设备。在本描述的上下文中，表达“热”应描述在200 V以上且优选300°C以上的温度。
[0038]合成气体为主要由一氧化碳和氢气组成的任何气体。由几乎相等部分的一氧化碳和氢气(1:1)组成的(合成)气体被称作水煤气。如本文所使用，表达合成气体包含水煤气作为合成气体的特殊混合物。
[0039]图1示意性示出用于产生合成气体的机具I。图1还阐明根据本描述的用于产生合成气体的基础过程步骤。
[0040]用于产生合成气体的机具I包括碳氢化合物转化器3,碳氢化合物转化器3包括碳氢化合物入口 4和第一碳出口 5、可选氢气出口 6以及可选第二碳出口 7。用于产生合成气体的机具I还包括C转化器9，其具有水入口 10、碳出口 11 (还称作C入口)和合成气体出口 12 (合成气体出路)。碳氢化合物转化器3和C转化器9经布置而使得,碳氢化合物转化器3的碳出口 5经由直接连接8而连接到C转化器9的碳入口 11，其中出口 5可直接界定C转化器9的碳入口 11。以此方式，碳可从碳氢化合物转化器3直接传送到C转化器9中。
[0041]碳氢化合物转化器3为可将所引入的碳氢化合物转变或分解为碳和氢气的任何碳氢化合物转化器。碳氢化合物转化器3包括处理腔室，其具有用于含有碳氢化合物的流体的入口、用于将分解能量引入到流体中的至少一个单元和至少一个出口。分解能量至少部分由热来提供，其例如通过等离子来提供。然而，分解能量还可通过其它方法来提供，且如果分解主要受热的影响，那么流体应被加热到1000°C以上且确切地说到1500°C以上的温度。
[0042]在所描述实施例中，使用克瓦纳反应器，其借助于等离子电弧来提供所需的热。然而，其它反应器是已知的， 所述其它反应器以较低温(确切地说1000°c以下)操作，且(例如)借助于微波等离子而将除了热之外的额外能量引入到碳氢化合物中。如下文进一步解释，本发明考虑两种类型的反应器(而且还有在没有等离子的情况下操作的那些反应器)，具体来说还有两种类型彼此组合的反应器。在1000°c以上的温度下操作的碳氢化合物转化器被称作高温反应器，而在1000°c以下的温度下(确切地说在介于200°C与1000°C之间的温度下)操作的那些转化器被称作低温反应器。
[0043]在碳氢化合物转化器内，借助于热和/或等离子而将碳氢化合物(CnHni)分解为氢气和碳。这些碳氢化合物优选作为气体而被引入到反应器中。在标准条件下为液体的碳氢化合物可能在引入到反应器中之前汽化，或其可作为微液滴被引入。这两种形式在下文中都被称为流体。
[0044]碳氢化合物的分解在可能的情况下应在没有氧的情况下进行，以便抑制碳氧化物或水的形成。然而，可能与碳氢化合物一起引入的少量的氧不会对所述过程有害。
[0045]上文描述的克瓦纳反应器在高温下在等离子燃烧器中将含有碳氢化合物的流体分解为纯碳(例如，活性碳、碳黑、石墨或工业烟灰)和氢气，并且可能还有杂质。用作碳氢化合物转化器3的起始材料的含有碳氢化合物的流体例如为甲烷、天然气、沼气、湿气或重油。然而，合成官能化和/或非官能化碳氢化合物也可用作碳氢化合物转化器3的起始材料。在初始分解步骤之后，元素通常呈现为混合物，确切地说呈悬浮微粒的形式。如下文描述，此混合物可以此形式被引入到另一过程中，或所述混合物可在未图示的分离单元中被分离为其的个体元素。在此专利申请案的上下文中，此类分离单元被看作碳氢化合物转化器3的部分，但可将分离单元可构建为单独单元。如果不提供分离单元，那么碳出口 5为碳氢化合物转化器3的唯一的出口，且将碳与氢气的混合物(悬浮微粒)直接引导到C转化器9中。如果提供分离单元，那么可使用碳出口 5来将至少部分与氢气分离的碳引导到C转化器9中。可借助于可选出口 6和7来将经分离的氢气和可能的额外的碳排出。
[0046]C转化器9可为可从碳(C)和水(H2O)产生合成气体(合成气)的任何适合的C转化器。在图1的实施例中，在C转化器9内，在碳上传递H2O,或将水蒸汽引入到碳和氢气的流中且与所述流混合以便根据化学方程式C+H20 — CCHH2来转变。在C转化器9中，发生以下反应:
[0047]C+H20 — C0+H2 +131.38kJ/ 摩尔吸热
[0048]CCHH2O — C02+H2 -41.19kJ/ 摩尔放热
[0049]在鲍氏平衡(Boudouardequilibrium)中，发生以下反应:
[0050]2C+02 — 2C0 +172.58kJ/ 摩尔吸热
[0051]由于所有三个反应处于相互平衡中，所以C转化器9中的过程优选在从800到1700°C、优选从1000到1200°C的高温下发生，这是因为第二反应将在较低温下占优势，其中达到上述温度所需的热主要由从碳氢化合物转化器3放出的材料提供，如下文更详细描述。在这些条件下，C转化器9中的水(H2O)为蒸汽，且水可能已经作为蒸汽而被引入。控制在操作期间的水的供应从而避免水的过剩，以便避免强冷却。在C转化器9中的过度冷却的情况下，上述反应2也将占优势。
[0052]CO2转化器9最 佳在从1000到1200°C的高温下操作，以便抑制放热的水移反应CCHH2O — C02+H2,且因此优化一氧化碳在合成气体中的共享。C转化器9中的反应是所属领域的技术人员已知的且因此在此处不进一步详细论述。
[0053]下文参看图1更详细描述用于产生合成气体的机具I的操作。在下文中，假定碳氢化合物转化器3为克瓦纳类型的高温反应器。含有碳氢化合物的流体(具体来说呈气态形式)经由碳氢化合物入口 4而引入到碳氢化合物转化器3中。如果碳氢化合物为例如甲烷(CH4)，那么将从I摩尔甲烷产生I摩尔碳和2摩尔氢气。根据以下反应方程式在碳氢化合物转化器3的等离子炬(plasma torch)中在约1600°C下转变碳氢化合物,其中所引入能量为在等离子中借助于电能而产生的热:
[0054]CnHm+ 能量—n C+m/2H2
[0055]通过适当的过程控制，克瓦纳反应器能够在持续操作中将几乎100%的碳氢化合物转变为其组分。
[0056]在下文中，假定碳和氢气在碳氢化合物转化器3中分离，且所述碳和氢气将大部分分开排出。然而，还可能的是并未发生分离，且碳和氢气作为混合物被排出且引入到C转化器9中。氢气不会损害C转化器9中的转变过程而可充当额外的热传递物质。碳至少部分从碳出口 5直接引导到C转化器9的碳入口 11中。术语从碳氢化合物转化器3的出口
5“直接”引导到C转化器9的碳入口 11应包含不经历所引导材料的温度的超过50% (优选不超过20%)的冷却的所有此类变体。由于从碳氢化合物转化器3排出的碳具有高温(优选高于1000°C )，所以其中所含的热可用于维持C转化器9中的转变过程所必需的温度，所述转化器在例如约1000°C的温度下操作。
[0057]碳氢化合物转化器3与C转化器9之间的连接8经设计使得碳在其从碳氢化合物转化器3到C转化器9的路上并未冷却太多(就温度而言小于50%，优选地小于20% )。举例来说，连接8可经特殊绝缘和/或主动加热，其中系统优选不具备额外的热，即没有除引入到碳氢化合物转化器3中的热之外的热。在碳氢化合物转化器3中产生的氢气由于碳氢化合物转化器3中的操作温度而还含有热能。因此，用于加热连接8的一个可能性是使用经由氢气出口 6排出的氢气的热能来直接或间接地经由热交换器单元来加热碳氢化合物转化器3与C转化器9之间的连接8。
[0058]在C转化器中，尤其是经由C转化器9的水入口 10引入的呈蒸汽形式的水在热碳上经引导和/或与热碳混合。C转化器最佳地在高温下操作，这是因为其为吸热反应，且竞争性的水移反应为放热反应。所属领域的技术人员已知反应取决于压力和温度，且将不会对其进行详细描述。引入到C转化器9中的水的量或碳的量可通过适当的构件来(开放循环)控制和/或(封闭循环)调节。
[0059]C+H20 — C0+H2 ； ΔΗ = +131.38kJ/ 摩尔
[0060]而且在此处，鲍氏平衡是限制因素。这是为何在1000°C以上的温度下且在不存在过剩的水的情况下，混合物几乎完全由一氧化碳和氢气组合。因为C转化器9优选在>1000°C的温度下操作，有利地是预加热引入到C转化器9的水入口 10中的水。举例来说，水的预加热可通过使用热氢气中所含的热能来直接或间接地经由热交换单元来预加热水来实现。优选地，碳中所含的热足以将水加热到所需的温度。仅在碳氢化合物转化器3中所产生的热不足以达到约1000°C的所需转变温度的情况下，可提供用于加热C转化器9或其中所含的元件的可选的额外加热单元。此类单元还可以作为水或碳的供应线附近的预加热单元来提供。此类单元还可仅针对机具的启动阶段来提供，以便使C转化器9或机具的含有介质的部分达到起始温度，使得系统可更快地达到所需的温度状态。专门经由碳氢化合物转化器3中所产生的热来加热所有含有介质的部分可能在一开始会耗费较长的时间。
[0061]热的合成气体(CCHH2)在> 1000°C的温度下排出C转化器9(取决于C转化器9的操作温度)。从C转化器9排出的合成气体也含有热能，所述热能可(例如)用于直接或间接地经由热交换单元(图1中未示出)来预加热引入到水入口 10中的水。在适当的操作参数下，即介于1000与1200°C之间的温度(以及碳氢化合物转化器3中氢气与碳的分离)，产生合成气体，其中CO和H2具有1:1的比率，其被称为水煤气。在碳氢化合物转化器3中的氢气与碳没有分离且没有C转化器9中的相应的适当操作参数(即，介于1000°C与1200°C之间的温度)的情况下，将生产具有近似1: 3的C0/H2比率的合成气体。
[0062]如上文所提及，碳氢化合物转化器3可包括用于排出碳的第二碳出口 7。碳氢化合物转化器3中所产生的碳可在相应的分离之后(或作为C-H2混合物)经由第一碳出口 5和第二碳出口 7按不同的比例排出。第二碳出口 7用于排出在C转化器9中未使用的所产生的碳的一部分以产生合成气体。未使用的碳的量取决于应从C转化器9排出的合成气体的所需的组成。经由第二碳出口 7排出的碳可作为活性碳、石墨、碳黑或另一变形(例如碳圆锥体或碳盘)而排出。取决于所排出碳的形式和质量，所排出碳可用作化学工业或电子工业的原材料。可能的应用例如为制造半导体、生产轮胎、油墨、调色剂或类似产品。由碳氢化合物转化器3产生的碳为可经非常良好地处理的高纯度的原材料。
[0063]借助于上 文所述的用于产生合成气体的方法，可能在没有或至少没有显著的外部能量供应的情况下通过温的或热的水而在C转化器9中将来自碳氢化合物转化器3的热碳转变为合成气体。优选地，达到转变温度所需的热的至少80% (具体来说至少90%)应来源于碳氢化合物转化器3。
[0064]图2示出用于产生合成气体的机具20，其包括上述用于产生合成气体的机具I的元件以及混合腔室21，混合腔室21包括用于引入合成气体的合成气体入口 22和用于引入氢气的H2入口 23以及用于排出合成气体的合成气体出口 24。合成气体入口 22连接到C转化器9的合成气体出口 12。混合腔室21的H2入口 23连接到碳氢化合物转化器3的H2出口 6。如所属领域的技术人员显而易见的，本实施例经由碳出口 5将C-H2混合物引入到C转化器9中而自动产生具有约为1: 3的CO-H2的混合比率的合成气体。在此类情况下，混合腔室21可不存在，或混合腔室21可用于生产不同的混合比率，或可将CO引入到混合腔室中以便降低合成气体的H2含量。
[0065]混合腔室21可为用于混合气体的任何合适的设备，且在简单情况下，混合腔室21可呈具有合适的入口和出口的管的形式。借助于混合腔室21且具体来说借助于控制/调节(开放循环/封闭循环)经由混合单元21的H2入口 23和/或经由连接到CO源(未图示)和/或连接到第二合成气体源的入口(未图示)引入氢气的(额外)量，可能会影响在合成气体出口 24处的合成气体的混合物而可使得适于后续过程的组成实现。具体来说，第二合成气体源可为与第一 C转化器并行操作的第二 C转化器9。两个C转化器9可用来自共同共享的碳氢化合物转化器3或来自单独转化器单元的碳和/或氢气来供给。具体来说，第一转化器可被供应实质上纯碳(在与氢气分离之后)，且第二转化器可被供应碳与氢气的混合物。此处，第一 C转化器将生产具有约1:1的CO: H2的混合比率的实质上水煤气，且第二 C转化器将生产具有约1: 3的CO: H2的混合比率的合成气体。组合这两种合成气体将产生约1: 2的CO: H2的混合比率，其中过剩的氢气(来自在引入到第一 C转化器中之前的分离步骤)将仍可用于进一步增大混合比率。
[0066]对于许多过程，例如费托合成，氢气与CO的比率应为较高的。借助于混合腔室21，可在合成气体出口 24处获得氢气与CO的任何所需比率，例如对应于水煤气的1:1的比率。考虑到仅将部分的合成气体和/或部分的氢气供应到混合腔室21，而合成气体和氢气的未引入到混合腔室中的那些部分各自作为纯气体而从该过程排出。因此，例如以下情况是可能的:a)仅排出合成气体，b)仅排出氢气，c)排出CO与氢气的合成气体混合物，或d)排出水煤气的流、氢气的流和合成气体混合物(CO与氢气之间的任何比率)的流，或在一氧化碳与氢气之间分别具有不同比率的若干合成气体。
[0067]此外，图2中的用于产生合成气体的机具20包括C热交换单元25、合成气体热交换单元26和H2热交换单元27。C热交换器单元25和碳氢化合物转化器3与C转化器9之间的连接8热导接触，且适于(在必要时)从所述连接提取达到C转化器9中的转变温度所不需要的过剩的热或在必要时从机具的其它区域引入热。
[0068]合成气体热交换器单元26和C转化器9与混合腔室21之间的连接热导接触，且适于从所述连接提取过剩的热且因此提取热合成气体中所含的过剩的热。所提取的热可用于(例如)预加热引入到C转化器9中的水。对于此热传递，如此项技术中已知的所谓的逆流热交换器将为尤其合适的。
[0069] H2热交换器单元27和碳氢化合物转化器3与混合腔室21之间的连接热导接触，且适于从所述连接提取过剩的热且因此从其中所含的热氢气提取过剩的热。在热交换器单元25、26或27中的一者处提取的热可用于加热机具的其它区域，且具体来说用于保存C转化器的温暖或用于预加热引入到C转化器中的水。一部分的热可以(例如)通过蒸汽发电机和蒸汽涡轮机或通过另一合适设备而转化为电力。
[0070]机具20的用于产生合成气体的操作相对于碳氢化合物转化器3和C转化器9的操作而类似于根据图1的机具I的上述操作。在用于产生合成气体的机具20中，取决于合成气体的所需的组成，所需混合比率的氢气与CO在混合腔室中设置且经由混合腔室21的合成气体出口 24转移。优选地,但非必要地,通过碳氢化合物转化器3来提供氢气,如上文所述。可考虑其它氢气源，确切地说第二碳氢化合物转化器3，确切地说低温碳氢化合物转化器。如果未使用合成气体的全部可用量和/或H2的全部可用量，那么可分开处理在混合腔室中气体(例如，合成气体和/或H2)未被混合的那些部分。
[0071]图3示出用于产生合成官能化和/或非官能化碳氢化合物的机具30，其包括用于产生水煤气的机具10(如图1中所示)和CO转化器31。未详细解释所述机具的对应于机具I的那些部分以便避免重复。CO转化器31位于C转化器9的下游，且包括用于引入合成气体的合成气体入口 32、用于引入氢气的H2入口 33和用于排出合成官能化和/或非官能化碳氢化合物的碳氢化合物出口 34。CO转化器31的合成气体入口 32通过合成气体连接35而连接到C转化器9的合成气体出口 12。CO转化器31的H2入口 33通过H2连接36而连接到碳氢化合物转化器3的H2出口 6。
[0072]应注意，CO转化器31的H2入口 33和H2连接36为可选元件。取决于从C转化器9排出的合成气体的组成且取决于将在CO转化器31中产生的合成官能化和/或非官能化碳氢化合物，合成气体在所述合成气体从C转化器9的合成气体出口 12排出时已经具有用于由CO转化器31进一步处理的正确组成。在此情况下，没有必要经由H2连接36来引入氢气。任选地，H2连接36还可用于引入另一材料，例如用于减少合成气体的H2含量的CO或用于醛的合成的烯烃( 醛化作用)。
[0073]用于产生碳氢化合物的机具30可选地还包括(图2)结合机具20描述的热交换器单元25、26、27，其为C热交换器25、合成气体热交换器26和H2热交换器27，所有热交换器单元均以上述方式操作(参见图2的描述)。
[0074]CO转化器31可为用于产生合成官能化和/或非官能化碳氢化合物的任何CO转化器。在图3中所示的实施例中，CO转化器优选为具有合适的催化剂和用于温度和/或压力的控制单元的费托转化器、柏吉斯-皮尔转化器或皮尔转化器。
[0075]在一个实施例中，CO转化器31包括费托转化器。费托转化器催化地将合成气体转变为碳氢化合物和水。费托反应器和费托过程的若干实施例是所属领域的技术人员已知的，且不将详细解释。主要反应方程式如下:
[0076]η CO+ (2n+l) H2 — CnH2n+2+n H2O 对于烷烃
[0077]n C0+2n H2 — CnH2n+n H2O对于烯烃
[0078]n C0+2n H2 ^ CnH2n+1OH+(η-1) H2O 对于醇类
[0079]费托过程可高温过程或低温过程一样进行，其中过程温度通常在200到400°C的范围中。费托过程的已知变体尤其是洪切斯特(Hochlast)合成、辛托(Synthol)合成和切耳(Shell)的SMDS过程(SMDS =切耳中间馏分合成(Shell Middle DistillateSynthesis))。费托转化器通常生产湿气(丙烷、丁烷)、汽油、煤油、软石蜡、硬石蜡、甲醇、甲烷、柴油燃料的碳氢化合物或若干这些物质的混合物。所属领域的技术人员已知费托合成是放热的。来自费托过程的反应的热可(例如)借助于热交换器单元(附图中未示出)来用于预加热水。举例来说，考虑用于待引入到C转化器9中的水的两步骤预加热过程，其中第一预加热步骤通过CO转化器31的过剩的热来实现(在费托转化器的实施例中)，且随后水的进一步加热的步骤借助于来自热交换器单元25、26、27中的一个或多个的热来实现。
[0080]在替代实施例中，CO转化器31包括柏吉斯-皮尔转化器或皮尔转化器与MtL转化器(MtL =甲醇到液体(Methanol-to-Liquid))的组合。
[0081]在柏吉斯-皮尔转化器中，进行所属领域的技术人员众所周知的柏吉斯-皮尔过程，其中通过在放热化学反应中碳与氢气的氢化作用而产生碳氢化合物。来自柏吉斯-皮尔过程的产物的范围取决于反应条件和反应过程的控制。主要获得液体产物，其可用作燃料，例如重油和中油。柏吉斯-皮尔过程的已知变体例如为肯受(Konsol)过程和氢-煤(H-Coal)过程。
[0082]在皮尔转化器与MtL转化器的上述组合中，首先根据皮尔过程将合成气体转变为甲醇。MtL转化器为将甲醇转变为汽油的转化器。普遍过程为埃克森美孚公司(ExxonMobil)(相应地为埃索公司(Esso))的MtL过程。MtL转化器的起始材料通常为(例如)来自皮尔转化器的甲醇。MtL转化器所产生的排出产物通常为汽油，其适于奥托发动机的操作。
[0083]总之:不管上文所解释的操作原理如何，可以说CO转化器31从CO和H2产生合成官能化和/或非官能化碳氢化合物作为其输出或最终产物。借助于热交换器单元，在CO转化器31中的放热转变期间所产生的过程热可用于加热机具的不同区或产生电力以便增加所描述的机具的效率。
[0084]至于碳氢化合物的混合物(其不可在分离和分类之后作为最终产物而进一步直接处理或有盈利地售卖)是作为CO转化器31的排出产物而获得的，这些碳氢化合物(例如甲烷和短链烷烃)可再循环到上述过程中。为此目的，机具30包括再循环连接39，其可引导合成产生的碳氢化合物的一部分返回到碳氢化合物转化器3的碳氢化合物入口 4。取决于再循环、合成产生的碳氢化合物的组成，在将不适合的碳氢化合物弓丨入到碳氢化合物入口 4中之前进行不适合的碳氢化合物的处理或分离步骤。
[0085]图4示出用于产生官能化和/或非官能化碳氢化合物的机具40的另一实施例。机具40包括用于产生合成气体的上述机具20以及如上文参考图3中的实施例描述的CO转化器31。混合腔室21的合成气体出口 24连接到CO转化器31的合成气体入口 32。混合腔室21以在合成气体出口 24处提供适于使用中的CO转化器31所需要的合成气体的方式来进行设置。机具40的其它元件与上述内容相同，且个体元件的操作基本上按上述方式来进行。
[0086]认为取决于机具的大小，可并行操作多个碳氢化合物转化器以便提供所需的转变容量。如上文所提及，可将碳氢化合物转化器构建为高温碳氢化合物转化器和/或低温碳氢化合物转化器。高温碳氢化合物转化器在100°c以上的温度下操作,且低温碳氢化合物转化器在介于200与1000°C之间的温度下操作，其中可提供例如微波单元的额外能量源以用于将能量直接输入到碳氢化合物中以便实现将碳氢化合物分解为碳和氢气。
[0087]作为用于具有多个并行操作的碳氢化合物转化器的机具的实例，图5示出用于产生合成官能化和/或非官能化碳氢化合物的机具30的另一实施例。至于描述相同或类似的元件时，图5使用与先前实施例中相同的参考标号。在图5中所示的实施例中，示出高温碳氢化合物转化器3a与低温碳氢化合物转化器3b的组合来代替单个碳氢化合物转化器3。
[0088]高温碳氢化合物转化器3a包括碳氢化合物入口 4a、用于排出碳的第一出口 5a和用于排出氢气的第二出口 6a。此外，可提供用于碳和氢气的混合物(确切地说悬浮微粒)的单个出口 5a。第一出口 5a通过连接8而连接到C转化器9的C入口 11。高温碳氢化合物转化器3a的可选第二出口 6a连接到CO转化器31的H2入口 33。高温碳氢化合物转化器3a可任选地包括用于碳的另一出口(图5中未不出)。
[0089]低温碳氢化合物转化器3b包括处理腔室,其具有碳氢化合物入口 4b、用于排出碳的第一出口 5b、用于排出氢气的第二出口 6b和用于排出碳的可选第三出口 7b。优选地,低温碳氢化合物转化器3b包括用于在分解之后分离氢气与碳且用于将氢气和碳引导到其相应出口的分离单元。第一出口 5b可选地经由连接8而连接到C转化器9的C入口 11，但还可连接到碳收集单元。低温碳氢化合物转化器3b的第二出口 6b连接到CO转化器31的H2入口 33。可选第三出口 7b连接到碳收集单元，可从所述碳收集单元提取所收集的碳，例如作为碳黑、活性碳或以另一形式。
[0090]如上所述，如果经由H2连接36a、36b的氢气的引入并非必要的，那么CO转化器31的H2入口 33和H2连接36a、36b为可选元件。
[0091 ]弓丨入到碳氢化合物入口 4a中的碳氢化合物和弓丨入到碳氢化合物入口 4b中的碳氢化合物可为相同的碳氢化合物或可为不同的碳氢化合物。可将来自第一碳氢化合物源的碳氢化合物引入到碳氢化合物入口 4a中，例如来自天然气源的天然气。然而，可(例如)经由先前提及的可选再循环 连接39将例如合成产生的官能化和/或非官能化碳氢化合物引入到低温碳氢化合物转化器3b的碳氢化合物入口 4b中。因为利用若干并行操作的碳氢化合物转化器3、3a、3b，所以机具30可较容易按比例绘制、可较容易受控制，且可生产不同种类的碳。
[0092]此外，对于C转化器9中的转变过程，例如高温碳氢化合物转化器3a可优选地在高于1000°C的温度下被有利地用来产生“热”碳。具体来说，高温碳氢化合物转化器3a可在没有分离单元的情况下操作，这是因为可将通过分解而获得的C-H2混合物直接引入到C转化器中。在此情况下，C转化器9生产在出口处具有C-H2混合比率为例如约1:1的合成气体。
[0093]然而，主要使用低温碳氢化合物转化器3b以便提供额外的氢气以用于产生合成气体或C-H2混合物，所述C-H2混合物在CO转化器31中具有大于1: 3的C-H2混合比率。由于从低温碳氢化合物转化器3b到后续过程的热传递是不必要的，所以低温碳氢化合物转化器3b可有利地在低于1000°C的温度下且优选在最低可能温度下操作。
[0094]因此，在碳氢化合物转化器3a、3b中生产的一部分的碳(优选地来自高温碳氢化合物转化器3a的部分)可在机具30的操作期间被引入到C转化器9中，而另一部分(优选地来自低温碳氢化合物转化器3b的部分)可从过程中转移作为用于生产其它产物的原材料。此类产物例如为碳黑或工业烟灰、活性碳、特殊种类的碳(例如作为黑色粉末固体物质而获得的碳盘和碳圆锥体等)。此碳为重要的技术产物，其可用作(例如)橡胶工业中的填充物、作为用于印刷颜色、油墨、油漆的颜料烟灰，或作为用于生产电组件(例如，锌碳电池)和用于生产阴极或阳极的起始材料。任何过剩的氢气可经转移用于化学工业或可用于产生电力(通过燃烧或借助于燃料电池)，其中低温碳氢化合物转化器3b优选以其仅提供必要的额外氢气的方式来操作。
[0095]图6示出用于产生合成官能化和/或非官能化碳氢化合物的上述机具40的替代实施例，针对所述机具还提供多个并行操作的高温和/或低温碳氢化合物转化器。图6中所示出的用于产生碳氢化合物的机具40与图5中所示出的机具30不同，不同之处在于混合腔室21位于CO转化器31的上游。混合腔室21混合特定适于CO转化器31的合成气体，且将所述合成气体递送到CO转化器31。图6中所描绘的元件在上文已描述且根据上述原理而工作。因此，未给出详细描述以便避免重复。
[0096]图7和图8示出机具20和30的实施例，其包括C热交换器单元25、合成气体热交换器单元26和H2热交换器单元27，其中每一热交换器单元连接到发动机/发电机装置45。发动机/发电机装置45适于从来自机具的不同区的过剩的热中至少部分地产生电力，其中所述电力可供给到主电网中或可用于操作机具20，尤其是碳氢化合物转化器。此外，发动机/发电机装置45可连接到热交换器单元(图8中未示出)，所述热交换器单元对由在CO转化器31内部发生的放热转变过程所产生的热进行耗散。因此，在一方面，CO转化器可以受控且受调节的方式得到冷却，这对于过程的操作是有利的，且在另一方面可产生电力。发动机/发电机装置45可为适于将热能转变为电力的任何装置，例如蒸汽涡轮机与发电机或活塞发动机与发电机的组合。
[0097]在操作期间，发动机/发电机装置45将机具的过剩的热转变为电力，即碳水转变不必要的热。
[0098]发动机/发电机装置45和热交换器单元25、26和27为可在上述所有机具使用的可选元件。归因于相应碳 氢化合物转化器3、3a、3b中的操作温度，从相应第二碳出口 7、7a、7b转移的碳也含有显著量的热能。取决于所转移碳的所需温度，大量的此热能可借助于热交换器单元(附图中未示出)耗散，且热可在本文所述的过程中重新使用，和/或可使用发动机/发电机装置45而转变为电力。
[0099]在用于产生合成官能化和/或非官能化碳氢化合物的机具30和40中，来自碳氢化合物转化器3、3a、3b的氢气的冷却和/或来自C转化器9的合成气体的冷却仅在碳氢化合物的温度和氢气的温度未降到CO转化器31的操作温度以下的情况下执行。取决于所选择的过程，CO转化器31的操作温度通常介于200与400°C之间。
[0100]在上述所有机具中，碳氢化合物转化器3可为在超过1000°C的温度下操作的高温反应器(例如，高温克瓦纳反应器)或在介于200°C与1000°C之间的温度下操作的低温反应器(例如，低温克瓦纳反应器)。当前测试的低温反应器在介于400与900°C之间的温度下操作。在介于200与900°C之间的温度下操作的低温反应器的情况下，认为所引入碳在碳氢化合物转化器3与C转化器9之间的连接8中预加热，这是因为C转化器9在介于800与1700°C之间、优选在介于1000到1200°C之间的温度下操作。此外，从图7和图8明显可见，可在上述所有机具1、20、30和40中使用高温和/或低温转化器之间的组合。
[0101]在上述所有机具1、20、30和40中，在碳氢化合物转化器3、3a、3b中产生的碳的部分可作为碳黑、作为活性碳或作为另一原材料而转移，只要所述碳在机具1、20、30、40的C转化器9中并未转化即可。应进一步注意，在上述所有机具中，可提供多个C转化器，其中在添加水时，这些C转化器中的每一者可将碳的一部分转变为合成气体。此外，可任选地在上述所有机具30和40中对通过将不期望的碳氢化合物供给到碳氢化合物转化器3的碳氢化合物入口 4、4a、4b中而在CO转化器31中所生产的不期望的合成官能化和/或非官能化碳氢化合物进行再循环。
[0102]在机具1、20、30、40中且在用于产生合成气体和/或合成官能化和/或非官能化碳氢化合物的方法中，可生产出过剩的氢气。可剩下过剩的氢气和(例如)具有低H2含量的合成气体，且取决于在CO转化器31中产生的合成碳氢化合物，将氢气引入到混合腔室21或CO转化器31中可为不必要的。在这些情况下，可直接借助于燃烧或借助于燃料电池而将过剩的或过量的氢气转变为电力。因此，所述方法可在实质上无外部电力输入的情况下操作。这尤其有利于在远端位置(该处无法取得强大的普通电网(general grid))操作的机具。应进一步注意到，在碳氢化合物转化器3中生产的氢气的一部分可直接从过程中提取且作为商品出售。
[0103]在所有机具中，在转化器3、9、31与混合腔室21之间的碳流、合成气体流和氢气流以及外部CO分别可借助于阀、挡板、滑板等来控制。确切地说，认为可由阀来控制合成气体和氢气对应CO到CO转化器31中的流入量。接着，在CO转化器31中直接发生所需比率的合成气体和氢气对应CO的混合。
[0104]在上述所有机具中，CO转化器31可由多个CO转化器(图中未示出)组成，其中在碳氢化合物转化器3、3a、3b中的所产生且分离的氢气以及在CO转化器9中所产生的合成气体的总量可在所述多个CO转化器当中任意划分。各CO转化器具有上述设计和操作模式中的一者。CO转化器可具有相同的设计或不同的设计或操作模式。在具有不同CO转化器的实施例中，各CO转化器可各自与不同构成的合成气体操作且生产出不同的最终产物。
[0105]为了说明其它方法，几个实例如下:
[0106]实例1[0107]如果在碳氢化合物转化器中分解1份甲烷，那么将获得一份碳和两份氢气。碳与一份水在C转化器中反应，且形成一份一氧化碳和一份氢气。在添加1.1份氢气后，合成气体可在CO转化器中与石蜡反应。其后，仍有足够的氢气可用于在另一步骤中将石蜡裂化为柴油、奥托燃料或煤油。
[0108]实例2
[0109]如果在碳氢化合物转化器中分解1份丙烷(丁烷)，那么将获得3 (4)份碳和4 (5)份氢气。碳与3 (4)份水在C转化器中反应，且形成3 (4)份一氧化碳和3 (4)份氢气。在添加33(4.4)份氢气后，合成气体可在CO转化器中与石蜡反应。在两种情况下，剩余氢气的量仅足够在另一步骤中将石蜡裂化为柴油、奥托燃料或煤油。
[0110]实例3
[0111] 如果在碳氢化合物转化器中分解1份重油(例如，C2tlH42),那么将获得20份碳和21份氢气。碳与20份水在C转化器中反应,且形成20份一氧化碳和20份氢气。在添加21份氢气后，合成气体可在不同的CO转化器中与20份甲醇反应。
[0112]在本文所述的方法中，由于在碳氢化合物转化器3中通过分解碳氢化合物而产生的氢气与也在分解步骤中形成的碳分离，所以在形成具有低氢气含量的所述合成气体之后，可以任何所需比率将分离的氢气添加到具有低氢气含量的合成气体中。因此，可实现介于1.0与3.0之间的氢气与CO的比率范围。在借助过剩的碳的部分氧化的情况下，可获得< 1.0的比率，且在不利用过剩的碳的情况下，可获得> 3.0的比率。
[0113]本发明已关于优选实施例来相当详细地进行解释，其中所描述实施例的个体特征可在兼容的情况下彼此自由组合。而且，所描述实施例的个体特征可被省略，只要这些特征并非绝对必要的即可。在不偏离本发明的范围的情况下，许多修改和偏差对于所属领域的技术人员而言将是显而易见的。在用于产生合成官能化和/或非官能化碳氢化合物的机具的尤其简单的实施例中，C转化器可设计(例如)为简单的管(例如，作为不具有分离单元的高温碳氢化合物转化器的出口管)，其中水入口通向所述管。水入口应与所述管接合而使得两介质流得到良好地混合。所述管应绝缘且可在(例如)入口区连接到加热单元以便将所述管加热到操作温度(尤其在操作的开始)。至于在下游处，所述管可连接到热交换器，所述热交换器适于提取过剩的热并使用此热用于加热所述机具的其它部件和/或用于产生电力。另外，所述管可包括用于氢气的入口管(例如在热交换器单元的下游)，使得同一管不仅充当C转化器而且还充当用于产生具有特定混合比率的合成气体的混合腔室。用于氢气的入 口管可来源于(例如)低温碳氢化合物转化器(具有分离单元)的用于氢气的出口。在此情况下，可排出具有预定混合比率的合成气体的所述管的输出端可在CO转化器中终止。
【权利要求】
1.一种用于产生合成气体的方法，其包括以下步骤: 借助于引入能量而将含有碳氢化合物的流体分解为碳和氢气，所述能量至少部分由热来提供，其中所述碳和所述氢气在所述分解步骤之后具有至少200°c的温度； 在介于800与1700°C之间的温度下使水与通过所述分解步骤而产生的所述碳的至少部分接触，其中在使所述碳与水接触之后，通过所述分解步骤而获得的所述碳已相对于其在所述分解步骤之后的温度冷却不超过以1:为单位的50% ； 将水和通过所述分解步骤而获得的所述碳的至少部分转变为合成气体； 其中使通过所述分解步骤而获得的所述碳和通过所述分解步骤而获得的所述氢气以碳氢悬浮微粒的形式与水接触，和/或； 其中在使通过所述分解步骤而获得的所述碳与水接触的所述步骤之前所述碳与通过所述分解步骤而获得的所述氢气分离，且其中将所述经分离的氢气的至少部分添加到通过所述转变而产生的所述合成气体。
2.根据权利要求1所述的用于产生合成气体的方法，其中所述分解步骤在1000°C以上的温度下发生，且其中在至少1000°C下、确切地说在介于1000°C与1200°C之间的温度下使所述碳与水接触。
3.根据权利要求1或2所述的用于产生合成气体的方法，其中用于达到用于所述转变的介于800与1700°C之间的所述温度所需的热基本上完全来源于提供用于分解所述含有碳氢化合物的流体的热。
4.根据前述权利要求中任一权利要求所述的用于产生合成气体的方法，其中使通过所述分解步骤而获得的所述碳和通过所述分解步骤而获得的所述氢气共同与水接触。
5.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的用于产生合成气体的方法，其中在使通过所述分解步骤而获得的所述碳与水接触的所述步骤之前使所述碳与通过所述分解步骤而获得的所述氢气分离。
6.根据前述权利要求中任一权利要求所述的用于产生合成气体的方法，其中使用通过所述分解步骤而获得的所述碳的至少部分和/或通过所述分解步骤而获得的所述氢气的部分的热的至少部分用于在使水与碳接触之前来加热水、和/或用于加热在其中使水与所述碳接触的处理腔室。
7.根据前述权利要求中任一权利要求所述的用于产生合成气体的方法，其中所述合成气体在转变之后具有800到1700°C的温度，且其中使用其热的至少部分来预加热水和/或用于所述过程的其它介质。
8.根据前述权利要求中任一权利要求所述的用于产生合成气体的方法，其中使用通过所述分解步骤而获得的所述碳的至少部分和/或通过所述分解步骤而获得的所述氢气的部分和/或所述合成气体的部分的热的至少部分以产生电力，其中所述电力尤其可提供为用于引入用于分解所述含有碳氢化合物的流体的能量的能量载体。
9.根据前述权利要求中任一权利要求所述的用于产生合成气体的方法，其中主要借助于等离子来引入用于分解所述含有碳氢化合物的流体的所述能量。
10.根据前述权利要求中任一权利要求所述的用于产生合成气体的方法，其中所述分解步骤是在克瓦纳反应器中执行的。
11.一种用于产生合成气体的方法，其中将额外的氢气和/或一氧化碳添加到通过转变而产生的合成气体。
12.根据权利要求11所述的用于产生合成气体的方法，其中所述额外的氢气是通过由引入至少部分由热所提供的能量而将含有碳氢化合物的流体分解为碳和氢气而产生的。
13.根据权利要求12所述的用于产生合成气体的方法，其中所述额外的氢气的至少部分是借助于微波等离子通过在低于100(TC、确切地说低于600°C下的温度下来分解所述含有碳氢化合物的流体而产生的。
14.根据权利要求11至13中任一权利要求所述的用于产生合成气体的方法，其中所述合成气体的CO与氢气的比率具有1:1到1: 3的值，确切地说约1: 2.1的值。
15.一种用于产生合成官能化和/或非官能化的碳氢化合物的方法，其中首先根据权利要求I至14中任一权利要求所述的方法来产生合成气体，且其中使所述合成气体与适合的催化剂接触以便致使所述合成气体转变为所述合成官能化和/或非官能化的碳氢化合物，其中将所述催化剂和/或所述合成气体的温度开放循环控制或封闭循环调节到预定的温度范围。
16.根据权利要求15所述的用于产生合成官能化和/或非官能化的碳氢化合物的方法，其中借助于费托过程、确切地说SMDS过程来进行所述合成气体的所述转变。
17.根据权利要求15所述的用于产生合成官能化和/或非官能化的碳氢化合物的方法，其中借助于柏吉斯-皮尔过程、皮尔过程或皮尔过程与MtL过程的组合来进行所述合成气体的所述转变。
18.根据前述权利 要求中任一权利要求所述的方法，其中待分解的所述含有碳氢化合物的流体为天然气、甲烷、湿气、重油或其混合物。
19.一种用于产生合成气体的设备，其包括: 碳氢化合物转化器，其用于将含有碳氢化合物的流体分解为碳和氢气，其中所述碳氢化合物转化器包括至少一处理腔室和用于将能量引入到所述处理腔室中的至少一单元，所述处理腔室具有用于含有碳氢化合物的流体的至少一入口和用于碳和/或氢气的至少一出口，所述能量至少部分由热组成； C转化器，其用于水和碳的转变，所述C转化器包括至少一其它处理腔室，所述其它处理腔室具有用于水的至少一入口、至少用于碳的至少一入口和至少一出口，其中至少用于碳的所述入口直接连接到所述碳氢化合物转化器的所述至少一出口。
20.根据权利要求19所述的用于产生合成气体的设备，其中用于将能量引入到所述处理腔室中的所述至少一单元以其得以至少局部地产生1000°c以上的温度的方式来进行设计。
21.根据权利要求19或20所述的用于产生合成气体的设备，其中用于将能量引入到所述处理腔室中的所述至少一单元包括等离子单元，确切地说是微波等离子单元。
22.根据权利要求19至21中任一权利要求所述的用于产生合成气体的设备，其中所述C转化器的所述其它处理腔室由所述碳氢化合物转化器的出口管形成，其中所述出口管连接到用于水的所述入口。
23.根据权利要求19至22中任一权利要求所述的用于产生合成气体的设备，其还包括分离单元，所述分离单元用于将通过分解而获得的所述碳与通过分解而获得的所述氢气分离且具有用于来自所述分离单元的所述经分离材料的单独出口，其中用于碳的所述出口连接到所述C转化器。
24.根据权利要求19至23中任一权利要求所述的用于产生合成气体的设备，其中所述碳氢化合物转化器包括克瓦纳反应器。
25.一种用于产生合成气体的设备还包括至少一单独入口管，其用于将氢气或一氧化碳引导到C转化器中或位于下游的混合腔室中。
26.根据权利要求25所述的用于产生合成气体的设备，其具有用于将含有碳氢化合物的流体分解为碳和氢气的至少一额外碳氢化合物转化器，所述额外碳氢化合物转化器包括: 至少一处理腔室，其具有用于所述含有碳氢化合物的流体的至少一入口 ； 至少一单元，其用于将能量引入到所述处理腔室中，所述能量至少部分由热组成； 分离单元，其用于分离通过分解而获得的所述碳与通过分解而获得的所述氢气，其中分离单元具有用于碳和氢气的单独出口，其中用于氢气的所述出口连接到用于氢气的单独入口。
27.根据权 利要求26所述的用于产生合成气体的设备，其中所述至少一额外碳氢化合物转化器为借助于微波等离子在低于1000°c、确切地说低于600°C下的温度下进行分解的类型。
28.一种用于将合成气体转变为合成官能化和/或非官能化碳氢化合物的设备，包括: 根据权利25至27中任一权利要求所述的设备；以及 CO转化器，其具有包括其中具有催化剂的处理腔室、和用于使所述合成气体与所述催化剂接触的构件，以及用于将所述催化剂和/或所述合成气体的温度开放循环控制或封闭循环调节到预定温度的控制单元。
29.根据权利要求28所述的设备，其中所述CO转化器包括费托转化器，确切地说SMDS转化器。
30.根据权利要求28所述的设备，其中所述CO转化器包括柏吉斯皮尔转化器、皮尔转化器或皮尔转化器与MtL转化器的组合。
31.根据权利要求28至30中任一权利要求所述的设备，其还包括用于开放循环控制或封闭循环调节所述CO转化器中的所述合成气体的压力的控制单元。
【文档编号】C10J3/00GK104039689SQ201280063147
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2012年12月20日 优先权日:2011年12月20日
【发明者】欧拉芙·库尔 申请人:Ccp技术有限公司