从稀薄的二氧化碳源合成燃料的方法和系统与流程

本公开一般涉及用于从稀薄的二氧化碳(co2)源合成燃料的方法和系统。

背景技术：

减少co2排放的全球激励措施正在获得动力。然而，运输部门的减排已被公认为特别具有挑战性且成本高昂。绝大多数车辆，包括汽车、轮船、飞机和火车，燃烧高能量密度的烃燃料，全球约有50万亿美元的基础设施用于生产、分配和消费这些燃料。

直接合成液态烃燃料为减少co2排放提供了一种有前景的方法。已知的燃料合成方法也称为“燃料合成”、“合成燃料”或“太阳能燃料”，其涉及使碳源(例如co2)与氢源反应以形成烃分子。本公开的目的是提供一种用于从稀薄的co2源合成燃料的新方法和系统。

技术实现要素：

根据本公开的一个方面，提供了一种由氢气和二氧化碳制备合成燃料的方法。该方法包括：从氢原料中提取氢分子以产生含氢进料流；从二氧化碳原料中的稀薄气体混合物中提取二氧化碳分子，以产生含二氧化碳进料流；并处理含氢进料流和含二氧化碳进料流以产生合成燃料。在一些方面，在至少一个前述步骤中使用的至少一些材料是从在另一个步骤中产生的材料获得的。可选地或另外地，用于至少一个步骤的至少一些能量能够从另一个步骤产生的能量获得。

在提取氢分子和提取二氧化碳的步骤中，氢原料和稀薄气体混合物可以分别是水和空气。

在本公开的另一方面，所产生的材料可包括在提取二氧化碳分子的步骤或处理含氢进料流和含二氧化碳进料流的步骤中产生的水，和至少一些水用于至少一些氢原料。产生的水可以是蒸汽。特别地，提取二氧化碳分子的步骤可包括：使稀薄气体混合物与二氧化碳捕获液接触；使至少一部分捕获的二氧化碳沉淀到caco3固体中；煅烧caco3固体以产生煅烧炉产物气流，并从煅烧炉产物气流提取水以产生至少一些产出水。此外，处理含氢进料流和含二氧化碳进料流的步骤可包括组合和加热含氢进料流和含二氧化碳进料流，产生合成气流，并从合成气流中提取水以产生至少一些产出水。提取二氧化碳分子的步骤还可包括将至少一部分煅烧炉产物气流进料到在提取氢分子的步骤中使用的固体氧化物电解槽中。

提取二氧化碳分子的步骤还可包括使用消化器，其中所产生的材料可包括在处理含氢进料流和含二氧化碳进料流的步骤中产生的水，并且至少一些产生的水被消化器使用。

在本公开的另一方面，所产生的材料可以包括在提取氢分子的步骤中产生的氧分子，且该方法可以进一步包括在提取二氧化碳分子和处理含氢进料流和含二氧化碳进料流步骤的至少一个步骤期间使用至少一部分所产生的氧分子燃烧燃料。

在本公开的另一方面，至少一部分所产生的氧分子和燃料的燃烧可产生热量，用于在提取二氧化碳分子的步骤中产生煅烧炉产物气流。可选地或另外地，在处理含氢进料流和含二氧化碳进料流的步骤中，该热量能够用于产生合成气流。

在本公开的又一方面，该方法可以进一步包括在使用至少一部分所产生的氧分子和燃料提取二氧化碳分子的步骤中再生富含二氧化碳的水性捕获液。该燃料可以是产生的燃料。

所产生的材料可包括在处理含氢进料流和含二氧化碳进料流的步骤中产生的燃料，和该方法可进一步包括在提取二氧化碳分子和处理含氢进料流和含二氧化碳进料流步骤的至少一个中燃烧至少一部分所产生的燃料。

在本公开的另一方面，用于执行提取氢分子、提取二氧化碳分子和处理含氢进料流和含二氧化碳进料流的步骤的至少一些能量可以由电源提供。

在本公开的另一方面，提取二氧化碳分子的步骤可包括操作煅烧炉以产生含二氧化碳进料流，并且其中处理含氢进料流和含二氧化碳进料流的步骤包括在选定的压力下操作合成气生成反应器(sgr)单元，使sgr单元能够接收来自煅烧炉的含二氧化碳进料流而使其在煅烧炉与sgr单元之间基本上不被冷却和压缩。可以在1至10巴的压力下操作sgr单元，并且所接收的含二氧化碳进料流可以具有850-900℃的温度。

在本公开的又一方面，该方法可以进一步包括将含二氧化碳进料流和一种或多种反应物进料流进料到sgr单元中。所述一种或多种反应物进料流可包含氢反应物进料流、ch4反应物进料流、水反应物进料流或费托(fischertropsch)轻质烃反应物进料流中的至少一种。

可以操作sgr单元以通过逆水煤气变换(rwgs)反应、蒸汽甲烷重整(smr)反应和直接甲烷重整(dmr)反应中的一种或多种来产生合成气产物流。

在本公开的另一方面，可以处理合成气产物流以产生一种或多种循环流，其为sgr单元提供反应物。可以电加热循环流和反应物进料流中的至少一种或多种。

在本公开的又一方面，该方法可以进一步包括利用由电产生的热能加热sgr单元。可选地，sgr单元可以用氧化剂和燃料燃烧产生的热能加热，所述燃料包括来自含氢进料流、天然气或费托轻质烃的氢中的至少一种。

提取二氧化碳分子的步骤可包括用氧化剂和燃料燃烧产生的热能加热煅烧炉，所述燃料包括来自含氢流、天然气或费托轻质烃的氢中的至少一种。

在本公开的另一方面，提取氢分子的步骤可以进一步包括产生含氧流，其中至少一些被sgr单元和煅烧炉中的一个或两个用作氧化剂。

在本公开的另一方面，caco3材料流可以被加热并用在利用来自sgr单元的合成气产物流的热能提取二氧化碳分子中。caco3材料流可以直接与合成气产物流接触并以rwgs模式操作sgr且带有smr模式、dmr模式或其组合中的一种或多种。

在本公开的另一方面，该方法可以进一步包括用电产生的热能加热煅烧炉。

提取二氧化碳分子的步骤还可包括在煅烧炉的流化床反应器容器中煅烧caco3材料，并从煅烧炉中排出热的cao固体流。可以在进入煅烧炉之前用来自煅烧炉产物气流的热能预热caco3材料。在本公开的另一方面，该方法可包括从煅烧炉产物气流中提取水，煮沸提取的水以产生蒸汽，然后用蒸汽使流化床反应器容器流化。

处理含氢进料流和含二氧化碳进料流的步骤可包括操作sgr单元，并且该方法可进一步包括在进料至sgr单元之前，使用来自从sgr单元排出的合成气产物流的热能来预热一种或多种sgr反应物进料流。sgr反应物进料流可包含二氧化碳反应物进料流、氢反应物进料流、ch4反应物进料流、水反应物进料流或费托轻质烃反应物进料流中的至少一种，其中二氧化碳反应物进料流包括至少一些二氧化碳进料流，和氢反应物进料流包含至少一些含氢进料流。

在本公开的另一方面，该方法可包括在sgr单元的sgr燃烧器中燃烧氧化剂和燃料并产生热燃烧器排气流，然后使用来自热燃烧器排气流的热能加热sgr燃烧器的氧化剂进料流和进料到sgr单元的水反应物进料流中的至少一种。

在本公开的另一方面，提取氢分子、提取二氧化碳分子和处理含氢进料流和含二氧化碳进料流中使用的至少一部分能量是由外部能源供应的电力。

在本公开的又一方面，至少一些能量是在提取氢分子、提取二氧化碳分子和处理含氢进料流和含二氧化碳进料流步骤的至少一个中使用的热能。

在处理含氢进料流和含二氧化碳进料流中使用的至少一些热能可以在提取二氧化碳分子的煅烧操作中产生，并且产生的热能能被含二氧化碳进料流转移。

在本公开的另一方面，氧分子可以在提取氢分子的步骤中产生，并且该方法可以进一步包括用提取二氧化碳分子的步骤中产生的热能来加热氧分子。

在提取二氧化碳分子的步骤中，加热的氧分子和燃料可以在燃烧操作中燃烧。燃烧操作可以为煅烧炉提供热量，和来自煅烧炉中产生的氧化钙材料的一些热能可以用于加热氧分子。

在本发明的另一方面，该方法还包括蒸馏和精制合成燃料，和在提取二氧化碳分子的步骤中产生的至少一些热能可以用在合成燃料的蒸馏和精制过程中或用于发电。

在本公开的又一方面，氢原料可包含水，和该方法可进一步包括使用在提取二氧化碳分子的步骤中产生的至少一部分热能加热至少一部分水。在提取二氧化碳分子的步骤中可以产生至少一些加热的水。

该方法进一步包括使用在处理含氢进料流和含二氧化碳进料流的步骤中产生的至少一些热能来加热在提取二氧化碳分子的步骤中产生的材料流。

在本公开的另一方面，该方法可以进一步包括在处理含氢进料流和含二氧化碳进料流的步骤中预热流入sgr单元的材料流，并使用由sgr单元产生的热能。

在本公开的另一方面，该方法还包括使用在处理含氢进料流和含二氧化碳进料流的步骤中产生的热能再生在提取二氧化碳分子的步骤中使用的吸附剂。

根据本公开的一个方面，提供了一种用于由氢气和二氧化碳生产合成燃料的系统，包括：氢生产子系统，其配置成从氢原料中的氢化合物中提取氢分子以产生含氢进料流；二氧化碳捕获子系统，其配置成从二氧化碳原料中的稀薄气体混合物中提取二氧化碳分子，以产生含二氧化碳进料流；和合成燃料生产子系统，其配置成处理含氢进料流和含二氧化碳进料流以产生合成燃料。在一些方面，至少一个子系统通过材料转移耦合器与至少另一个子系统物理耦合，用于将在一个子系统中产生的至少一些材料转移到至少另一个子系统以供在其中使用。可选地或另外地，至少一个子系统可以与至少另一个子系统热耦合，使得由一个子系统产生的至少一些热能可以传递到至少另一个子系统。

氢原料可以是水，氢生产子系统可以包括电解器，且材料转移耦合器可以包括将电解器与二氧化碳捕获子系统或合成燃料生产子系统流体耦合的氧化剂管，使得由电解器产生的氧分子可通过氧化剂管转移到二氧化碳捕获子系统或合成燃料生产子系统，以用于燃烧操作。

二氧化碳捕获子系统可包括与氧化剂管耦合的煅烧炉加热器，使得至少一些氧分子用于煅烧炉加热器中的燃烧操作。合成燃料生产子系统可包括与氧化剂管流体耦合的sgr加热器，使得至少一些氧分子用于sgr加热器中的燃烧操作。

在本公开的另一方面，材料转移耦合器可包括第一水管，和合成燃料生产子系统可包括通过第一水管与氢生产子系统流体耦合的sgr单元，使得sgr单元产生的水能转移到氢生产子系统作为氢原料。

在本公开的另一方面，材料转移耦合器可包括第二水管，二氧化碳捕获子系统可包括消化器，和合成燃料生产子系统可包括sgr单元。sgr单元可以通过第二水管与消化器流体耦合，使得sgr单元产生的水能转移到消化器。

在本公开的又一方面，材料转移耦合器可包括第三水管，和二氧化碳捕获子系统包括通过第三水管与氢生产子系统流体耦合的消化器，使得消化器输出的水能转移到氢生产子系统作为氢原料。

在本公开的另一方面，材料转移耦合器可包括第四水管，煅烧炉可通过煅烧炉产物管与高温固体去除单元流体耦合，和高温固体去除单元可通过第四水管与氢生产子系统流体耦合，使得煅烧炉产生的水能转移到氢生产子系统。

在本公开的另一方面，材料转移耦合器可包括第一燃料管，和二氧化碳捕获子系统可包括通过第一燃料管与合成燃料生产子系统流体耦合的煅烧炉，使得合成燃料生产子系统产生的至少一些合成燃料能转移到煅烧炉用于燃烧操作。

高温固体去除单元可包括与煅烧炉产物管和第四水管流体连通的除水膜，使得从接触除水膜的煅烧炉产物流中提取水，提取的水引入第四水管中，剩余的煅烧炉产物流中的至少一些二氧化碳被引入合成燃料生产子系统的合成气生成反应器。

在本公开的又一个方面，材料转移耦合器可以包括产物管，煅烧炉可以通过煅烧炉产物管与高温固体去除单元耦合，和高温固体去除单元可以通过产物管与氢生产子系统耦合，使得煅烧炉产生的产物气体能转移到氢生产子系统。

在本公开的另一方面，二氧化碳捕获子系统可包括空气接触器和溶液处理单元，其通过co2水性捕获液与空气接触器流体连通。co2水性捕获液可以与合成燃料生产子系统热耦合，使得热量能够从合成燃料生产子系统转移到co2水性捕获液中。二氧化碳捕获系统可以进一步包括用于再生吸附剂的再生单元，和材料转移管可以包括第二燃料管，其将再生单元与合成燃料生产子系统的燃料输出流体耦合，使得至少一部分由合成燃料生产子系统产生的燃料能转移到再生单元用于燃烧操作。材料转移管可包括氧化剂管，其将氢生产子系统与再生单元流体耦合，使得由氢生产子系统产生的至少一部分氧分子能转移到再生单元用于燃烧操作。合成燃料生产子系统可包括与再生单元流体耦合的sgr单元或费托单元中的至少一个，使得由sgr单元或费托单元中的至少一个产生的水能转移到再生单元。

根据本公开的另一方面，氢生产子系统可包括电解器，合成燃料生产子系统可包括sgr单元，和二氧化碳捕获子系统可包括煅烧炉，其中电解器、sgr单元或煅烧炉中至少一个是电驱动或电加热的。sgr单元可以具有选定的操作压力，以使sgr单元能够接收含二氧化碳进料流而使其在煅烧炉与sgr单元之间基本上不被冷却和压缩。sgr单元可具有1至10巴的操作压力，并且所接收的含二氧化碳进料流可具有850-900℃的温度。sgr单元可包括一个或多个反应物入口，所述反应物入口与一个或多个反应物进料流流体耦合，所述反应物进料流包括二氧化碳反应物进料流、氢反应物进料流、ch4反应物进料流、水反应物进料流或费托轻质烃反应物进料流中的至少一种。

二氧化碳反应物进料流可包含至少一些所产生的含二氧化碳进料流。

在本公开的另一方面，合成燃料生产子系统可进一步包括合成气处理单元，其接收来自sgr单元的合成气产物流并输出一个或多个循环流，其中所述循环流包括供sgr单元使用的水、氢或二氧化碳中的至少一种。该系统可进一步包括至少一个电加热器，其与循环流和反应物进料流中的一个或多个热耦合。所述电加热器可包括管线上电加热器、电加热带、电阻加热丝、线圈或元件中的至少一种。

根据本公开的另一方面，sgr单元可以热耦合到包括电加热器的电热源。或者，sgr单元可包括sgr燃烧器和热耦合到sgr燃烧器的sgr容器，其中sgr燃烧器包括与含氢进料流耦合的燃料入口，以接收氢气作为燃烧燃料。sgr燃烧器可以产生热燃烧器排气流，其热耦合到用于加热sgr燃烧器的氧化剂进料流的热交换器和用于加热进入sgr容器的水进料流的锅炉中的至少一个。

在本公开的另一方面，煅烧炉可包括煅烧炉燃烧器和热耦合到煅烧炉燃烧器的煅烧炉反应器容器，其中煅烧炉燃烧器包括与含氢进料流耦合的燃料入口，以接收氢气作为燃烧燃料。

在本发明的另一方面，sgr燃烧器和煅烧炉燃烧器的燃料入口中的一个或两个可以与天然气流和费托轻质烃流中的一种或多种流体耦合。在本公开的又一方面，氢生产子系统可包括电解器，其从氢原料产生含氢进料流和含氧流，并且其中含氧流可与sgr燃烧器和煅烧炉燃烧器中的一个或两个流体耦合，以提供至少一些用于燃烧的氧化剂。

在本公开的另一方面，二氧化碳捕获子系统可包括煅烧炉，其中煅烧炉包括流化床反应器容器。煅烧炉可包括窑反应器容器和电加热元件或热耦合到窑反应器容器的燃烧器。

在本公开的又一方面，合成燃料生产子系统可包括sgr单元和热交换器，热交换器热耦合到来自sgr单元的合成气产物流和来自二氧化碳捕获子系统的caco3材料流，使得热能能够从合成气产物流转移到caco3材料流。热交换器可包括鼓泡流化床(bfb)热交换器或旋风热交换器中的至少一个。bfb或旋风热交换器可包括耐火或陶瓷衬里的容器，其中caco3材料流和合成气产物流在其中直接接触。sgr单元可以被配置为以rwgs模式操作且带有smr模式、dmr模式或其组合中的一种或多种。

在本公开的另一方面，二氧化碳捕获子系统可包括煅烧炉，并且煅烧炉可热耦合到电热源。煅烧炉可包括流化床反应器容器，其具有用于接收caco3材料的固体进料入口，用于接收包含蒸汽的煅烧炉流化流体的流化流入口，用于排出煅烧炉产物气流的产物气流出口，以及用于排出生成的cao固体流的固体产物出口。煅烧炉还可包括热耦合到反应器容器的电加热元件，用于加热其中的流化流和caco3材料。电加热元件可以装在延伸到反应器容器的鼓泡床区域的金属护套中，或者可以热耦合到反应器容器的耐火材料衬里的壁上。

在本发明的另一方面，该系统还可包括：水分离和固体去除单元；压缩机；和锅炉单元。水分离和固体去除单元可具有与煅烧炉产物气流流体耦合的入口，用于排出从产物气流中除去的水的出水口，用于排出从产物气流中除去的灰尘的出口，以及用于排出co2产物流的co2出口。压缩机可具有用于接收co2产物流的入口并将其压缩。锅炉单元可以具有用于接收排出水的入口，以及用于排出用于煅烧炉流化流体的蒸汽的出口。

在本公开的又一方面，合成燃料生产子系统可包括sgr单元和陶瓷热交换器，该交换器热耦合到从sgr单元排出的合成气产物流和供给sgr单元的一个或多个sgr反应物进料流，使得一种或多种sgr反应物进料流在进料到sgr单元之前被来自合成气产物流的热能预热。sgr反应物进料流可包括二氧化碳反应物进料流、氢反应物进料流、ch4反应物进料流、水反应物进料流或费托轻质烃反应物进料流中的至少一种。

在本公开的另一方面，二氧化碳捕获子系统可包括煅烧炉，二氧化碳反应物进料流可包含由煅烧炉产生的含二氧化碳进料流，并且氢反应物进料流可包含氢生产子系统产生的含氢进料流。

在本公开的另一方面，合成燃料生产子系统可以进一步包括费托单元，其具有与从陶瓷热交换器冷却和排出的合成气产物流耦合的入口和用于排出费托轻质烃进料流和水流的至少一个出口。

在本公开的另一方面，二氧化碳捕获子系统可包括具有煅烧炉燃烧器的煅烧炉，和氢生产子系统可包括电解器，其从氢原料产生含氢进料流和含氧流，并且其中含氧流与sgr燃烧器或煅烧炉燃烧器中的至少一个流体耦合，以提供氧化剂。

二氧化碳捕获子系统可包括热耦合到合成燃料生产子系统的煅烧炉，使得煅烧炉输出的热能能转移到合成燃料生产子系统。合成燃料生产子系统可包括与煅烧炉热耦合和流体耦合的sgr单元，使得从煅烧炉输出的热能和二氧化碳能转移到sgr单元。煅烧炉和sgr单元中的至少一个可以与氢生产子系统的氧气输出流体耦合，使得由氢生产子系统产生的至少一些氧气能够用于燃烧操作中以加热至少一个煅烧炉和sgr单元。或者，煅烧炉和sgr单元中的至少一个可以与氢燃料源流体耦合，使得来自氢燃料源的氢能够用于燃烧操作，以加热煅烧炉和sgr单元中的至少一个。

在本公开的另一方面，该系统可包括与由氢气和二氧化碳生产合成燃料的系统流体耦合的蒸馏和精制单元或发电单元中的至少一个，其中二氧化碳捕获子系统包括煅烧炉和消化器中的一个或两个，并且煅烧炉和消化器中的至少一个热耦合到蒸馏和精制单元或发电单元中的至少一个，使得通过煅烧炉和消化器中至少一个输出的热能能转移到蒸馏和精制单元或发电单元中的至少一个。

在本公开的另一方面，来自煅烧炉的材料流热耦合到从氢生产子系统流到煅烧炉的氧气流，使得煅烧炉输出的热能转移到氧气流。

在本公开的又一方面，二氧化碳捕获子系统可包括煅烧炉，其与氢生产子系统热耦合和流体耦合，使得煅烧炉输出的热能和产物流能转移到氢生产子系统。在本公开的另一方面，煅烧炉可以热耦合到水源，该水源与氢生产子系统流体耦合，使得煅烧炉输出的热能能够用于产生蒸汽。

在本公开的另一方面，二氧化碳捕获子系统可包括具有水输出的消化器，其与氢生产子系统流体耦合和热耦合，使得消化器输出的水和热能能转移到氢生产子系统。

在本公开的另一方面，二氧化碳捕获子系统可包括与合成燃料生产子系统的燃料输出流体耦合的煅烧炉，使得由合成燃料生产子系统生产的至少一些合成燃料能被煅烧炉燃烧以产生热能。

在本公开的另一实施方案中，二氧化碳捕获子系统可包含caco3材料流，和合成燃料生产子系统包括产生合成气流的sgr单元和热耦合到合成气流和材料流的热交换器，其中由sgr单元产生并由合成气流携带的热能能通过热交换器转移到caco3材料流中。

在本公开的另一方面，从煅烧炉输出的产物气体流体耦合和热耦合到氢生产子系统，使得由煅烧炉产生的产物气体和热能能转移到氢生产子系统。

在本公开的又一方面，煅烧炉的产物流与高温固体去除单元流体耦合和热耦合，并且高温固体去除单元与氢生产子系统流体耦合和热耦合，使得由煅烧炉产生的水和热能能转移到氢生产子系统。

煅烧炉的二氧化碳输出可以流体耦合和热耦合到sgr单元，使得二氧化碳和热能能转移到sgr单元。

在本公开的另一方面，合成燃料生产子系统可包括第一热交换器和第一sgr单元，其中第一热交换器与sgr进料流(该sgr进料流包括从氢生产子系统流到第一sgr单元的氢进料流)流体耦合并且与第一sgr单元的产物流输出热耦合，使得由第一sgr单元产生并由来自第一sgr单元的产物流携带的热能能被第一热交换器转移以预热进料流。

在本公开的另一方面，二氧化碳捕获子系统可包括消化器，并且产物流可与消化器流体耦合，使得产物流中的至少一部分水在消化器中被去除。

合成燃料生产子系统可以进一步包括与产物流流体耦合的第二热交换器，以及与产物流流体耦合并且与热交换器热耦合的第二sgr单元，使得第二sgr单元产生的至少一部分热能能被第二热交换器转移，以预热第二sgr单元上游的产物流。

在本公开的另一方面，二氧化碳捕获子系统可包括煅烧炉，并且合成燃料生产子系统可包括多级sgr组件，其具有与氢生产子系统的产物出口流体连通的入口，并且包括处于顺序流体耦合的至少两个sgr单元和高温氢单元级，其中每个高温氢单元从每个sgr单元输出的产物流中除去至少一部分水。

在本公开的另一方面，二氧化碳捕获子系统可包括空气接触器和溶液处理单元，其通过co2水性捕获液与空气接触器流体连通，其中co2水性捕获液与合成燃料生产子系统热耦合，使得热能能够从合成燃料生产子系统转移到co2水性捕获液中。

二氧化碳捕获子系统可以进一步包括含有吸附剂的再生单元并通过富co2水性捕获液与溶液处理单元流体耦合，并且与合成燃料生产子系统热耦合，使得来自合成燃料生产子系统的热能能转移到再生单元以再生吸附剂。再生单元可以与合成燃料生产子系统的燃料输出流体耦合，使得由合成燃料生产子系统产生的燃料的至少一部分能被再生单元燃烧。再生单元还可以热耦合到氢生产子系统，使得由氢生产子系统产生的热能能转移到再生单元以再生吸附剂。

在本公开的另一方面，sgr单元和再生单元中的至少一个热耦合到包括电加热器的电热源。

附图说明

图1是用于由氢气和二氧化碳生产合成燃料的系统的示意性框图，根据本发明的一些实施方案，所述系统包括co2捕获子系统、氢生产子系统和合成燃料生产子系统。

图2是用于由氢气和二氧化碳生产合成燃料的系统的示意性框图，根据第一实施方案，其中氢生产子系统产生的氧气和合成燃料生产子系统产生的燃料被co2捕获子系统利用。

图3是用于由氢气和二氧化碳生产合成燃料的系统的示意性框图，根据第二实施方案，其中co2捕获子系统中co2的至少一部分能量来自可再生资源co2。

图4是用于由氢气和二氧化碳生产合成燃料的系统的示意性框图，根据第三实施方案，其中由co2捕获子系统产生的热能用于加热氢生产子系统产生的氧气，和用于发电。

图5是用于由氢气和二氧化碳生产合成燃料的系统的示意性框图，根据第四实施方案，其中由co2捕获子系统产生的热能用于为系统的蒸馏和精制单元产生能量。

图6是用于由氢气和二氧化碳生产合成燃料的系统的示意性框图，根据第五实施方案，其中由co2捕获子系统产生的热产物气体和热能被输送到氢生产子系统，和co2捕获子系统和合成燃料生产子系统产生的水可以用作氢生产子系统的氢原料，也可以用作系统内其他用水器的原料。

图7是用于由氢气和二氧化碳生产合成燃料的系统的示意性框图，根据第六实施方案，其中由co2捕获子系统产生的热产物气体被分离，使得蒸汽可用作氢生产子系统的输入能量和氢原料，和剩余的热产物气体用作合成燃料生产子系统co2的输入能量和原料。

图8是用于由氢气和二氧化碳生产合成燃料的系统的示意性框图，根据第七实施方案，其中在co2捕获子系统中的材料流中的热能用于加热氢生产子系统使用的水，由合成燃料生产子系统产生的水可用作氢生产子系统的氢原料或作为co2捕获子系统的水输入。

图9是用于由氢气和二氧化碳生产合成燃料的系统的示意性框图，根据第八实施方案，其中来自合成燃料生产子系统的热能用于加热co2捕获子系统中的材料流，由co2捕获子系统产生的热能和水可由氢生产子系统使用，并向合成燃料生产子系统提供热的co2产物气体。

图10是用于由氢气和二氧化碳生产合成燃料的系统的示意性框图，根据第九实施方案，其中来自co2捕获子系统的热产物气体被供给到氢生产子系统，来自合成燃料生产子系统用于加热co2捕获子系统co2中的材料流。

图11是用于由氢气和二氧化碳生产合成燃料的系统的示意性框图，根据第十实施方案，其中合成燃料生产子系统中的材料流中的水被co2捕获子系统去除，和使用合成燃料生产子系统中的合成气生成反应器(“sgr”)单元的热量来预热合成燃料生产子系统中的材料流。

图12是用于由氢气和二氧化碳生产合成燃料的系统的示意性框图，根据第十一实施方案，其中合成燃料生产子系统中的材料流中的水被co2捕获子系统去除，和使用来自合成燃料生产子系统中的多个sgr单元的热量进行预热合成燃料生产子系统中的材料流。

图13是用于由氢气和二氧化碳生产合成燃料的系统的示意性框图，根据第十二实施方案，其中来自co2捕获子系统的热产物气体被供给到第一氢生产子系统，来自合成燃料生产子系统内多级sgr单元的产物流中的水被sgr级之间交替排列的多级高温氢单元去除，来自氢生产子系统级的热o2被混合并被co2捕获子系统用于燃烧，以及co2捕获子系统产生的热能和水可被氢生产子系统利用。

图14是用于由氢气和二氧化碳生产合成燃料的系统的示意性框图，根据第十三实施方案，其中来自合成燃料生产子系统的热能用于加热co2捕获子系统中的材料流，在co2捕获子系统中所需能量的至少一部分由可再生资源提供，和由co2捕获子系统产生的热能用于为合成燃料生产子系统提供热co2。

图15是用于由氢气和二氧化碳生产合成燃料的系统的示意性框图，根据第十四实施方案，该系统包括与图2至图14中所示的co2捕获子系统不同的co2捕获子系统。

图16是用于由氢气和二氧化碳生产合成燃料的系统的示意性框图，根据第十六实施方案，该系统包括与图2至图15中所示的co2捕获子系统不同的co2捕获子系统。

图17是从co2和氢原料生产燃料的不同化学途径的示意性框图。

图18是由氢气和二氧化碳生产合成燃料的系统的示意性框图，根据第十七实施方案，其中合成燃料生产子系统包括低压sgr。

图19是由氢气和二氧化碳生产合成燃料的系统的示意性框图，根据第十八实施方案，其中合成燃料生产子系统包括低压sgr，并且其中合成燃料生产子系统需要的至少一部分能量来自电源。

图20是由氢气和二氧化碳生产合成燃料的系统的示意性框图，根据第十九实施方案，其中co2捕获子系统和合成燃料生产子系统中所需的一部分能量来自燃料的氧燃烧，该燃料包括氢。

图21是由氢气和二氧化碳生产合成燃料的系统的示意性框图，根据第二十实施方案，其中co2捕获子系统和合成燃料生产子系统中所需的一部分能量来自燃料的氧燃烧，该燃料包括费托轻质烃。

图22是由氢气和二氧化碳生产合成燃料的系统的示意性框图，根据第二十一实施方案，示出了将合成燃料生产子系统中的产物流中的热能转移到co2捕获子系统中的至少一部分材料流的方法。

图23是由氢气和二氧化碳生产合成燃料的系统的示意性框图，根据第二十二实施方案，示出了将合成燃料生产子系统中的产物流中的热能转移到co2捕获子系统中的至少一部分材料流的另一种方法。

图24描绘了用于煅烧碳酸钙以产生co2气体和氧化钙的说明性系统2300，其包括电加热煅烧炉系统。

图25描绘了用于煅烧碳酸钙以产生co2气体和氧化钙的说明性系统2500，其包括另一电加热煅烧炉系统。

图26描绘了用于煅烧碳酸钙以产生co2气体和氧化钙的说明性系统2600，其包括另一电加热煅烧炉系统。

图27是用于由氢气和二氧化碳生产合成燃料的系统的示意性框图，根据第二十六实施方案，示出了将合成燃料生产子系统中的产物流中的热能转移以加热合成燃料生产子系统中的至少一部分进料流的方法，其中合成燃料生产子系统中所需的至少一部分热量来自电源。

图28是用于由氢气和二氧化碳生产合成燃料的系统的示意性框图，根据第二十七实施方案，示出了将合成燃料生产子系统中的产物流中的热能转移，以在合成燃料生产子系统中加热至少一部分进料流或者产生蒸汽流或两者的方法，其中合成燃料生产子系统中所需的至少一部分热量由燃烧供应。

图29是用于由氢气和二氧化碳生产合成燃料的系统的示意性框图，根据第二十八实施方案，示出了将合成燃料生产子系统中的产物流中的热能转移，以在合成燃料生产子系统中加热至少一部分进料流或者产生蒸汽流或两者的方法，其中合成燃料生产子系统中所需的至少一部分热量由氧燃烧供应。

图30是用于由氢气和二氧化碳生产合成燃料的系统的示意性框图，根据第二十九实施方案，其包括另一个co2捕获子系统，并且其中合成燃料生产子系统和co2捕获子系统中所需的至少一部分能量来自电源。

具体实施方式

概观

参考图1，本文描述的本发明的实施方案涉及用于从稀薄的co2源合成燃料(“合成燃料(synfuel)”)的方法和系统，稀薄的co2源例如来自大气或另一种气体混合物，例如co2含量小于约1vol％的气体等。系统100包括三个子系统，即，用于从co2原料中提取co2分子的co2捕获子系统101，用于从氢原料中提取氢分子的氢生成子系统103，以及使用氢生产子系统103产生的氢分子和co2捕获子系统101产生的co2分子生产合成燃料的合成燃料生产子系统102。此外，一个子系统使用的至少一些能量(如图1中的黑色箭头所示)和/或至少一些流体(如图1中的白色箭头所示)可以从另一个子系统获得。在一些实施方案中，由co2捕获子系统101和/或合成燃料生产子系统102产生的水被氢生产子系统103用作氢原料。在一些其他实施方案中，由co2捕获子系统101产生的热能用在合成燃料生产子系统102或氢生产子系统103的方法中。在一些其他实施方案中，由合成燃料生产子系统102产生的热能用于预热流过co2捕获子系统101的材料流。在一些其他实施方案中，在co2捕获子系统101内发生的反应用来去除来自合成燃料生产子系统102中的材料流的水。在另一些实施方案中，由氢生产子系统103产生的热和氧用于合成燃料生产子系统102和/或co2捕获子系统101内的燃烧过程。

在每一个这些实施方案中，预期通过使一个子系统使用由另一个子系统产生的能量和/或流体而不是从外部来源获得能量和/或流体，可以提高整个系统的成本效率、操作效率和操作灵活性中的一种或多种。同样有利的是，该系统可以用于提供这种能量和/或流体的外部源存在挑战(例如缺水的地方)的应用中。此外，与常规化石燃料相比，该系统可潜在地降低所产生的合成燃料的碳强度。

当与可再生电力制成的氢结合使用时，从大气中捕获的二氧化碳(也称为直接空气捕获(dac))可以生产碳中性合成燃料，如汽油、柴油和jet-a，它们与当今的燃料和运输基础设施完全兼容。这些合成燃料还可以克服基于脂肪和生物质的生物燃料的一些当前限制，包括例如原料的安全性、规模限制、燃料混合限制、土地利用和粮食作物替代。此外，通过本文所述方法生产的合成燃料可以有利地与其他可再生柴油选择相比，因为它们可以例如具有更高能含量、更高十六烷值、更低nox排放和无硫含量中的一种或多种。通过本文所述方法生产的较高十六烷合成柴油可以允许与较低质量的化石原料混合。

当系统使用大气作为co2原料并使用可再生的零和/或低碳电源来操作系统时，可以特别降低合成燃料的碳强度。使用这种低碳强度合成燃料在电力、生物燃料或其他低碳选择不可行的那些运输应用中尤其有利，例如为包括卡车、飞机、轮船和火车的长途车辆提供动力。此外，通过本文所述方法生产的低碳强度合成燃料可能有资格获得许多政府政策收入和/或信贷计划，包括来自lcfs(加利福尼亚州)、rin(d3，美国)和red(欧盟)计划的那些。

例如在燃油设备中使用的可再生电力和燃料对生产的合成燃料的碳强度的影响已经通过表1中所示的实例得到证实。为简单起见，假设合成燃料生产系统的燃料和电力需求是该系统直接和间接排放的主要贡献者。由系统中燃烧设备中使用的燃料燃烧产生的排放导致直接排放，而与燃料/电力的生产、回收或运输/分配相关的排放导致间接排放。据推测，生产每种megajoule(mj)合成燃料，合成燃料生产系统中的氧燃烧过程利用0.4mj的能量，并且系统中的其他操作使用0.6kwh的电。

在使用h2作为燃烧器的燃料的情况下(情况3)，使用利用电力进行操作的h2生产单元(例如电解器)在现场生产h2。因此，表1的电力部分已经考虑了与h2生产相关的排放。

如表1中的情况1和2所示，在天然气回收(生产)和运输过程中释放约3gco2e用于生产1mj的合成燃料，即使在sgr和煅烧炉燃烧器中天然气燃烧过程中释放的二氧化碳排放量被捕获并将其与从空气中捕获的co2一起送至sgr反应器以生产合成燃料。

在煅烧炉和sgr使用氢进行氧燃烧(情况3)或电气(“全电”情况4和/或5)的情况下，燃烧器的二氧化碳排放没有被捕获，这允许从空气中捕获更多的二氧化碳并用于生产合成燃料产品。

表1中的数值清楚地表明，虽然燃煤电厂的发电是碳密集型的，并且显著增加了合成燃料的碳强度，但使用水电、太阳能和风能等可再生能源可以显著降低燃料的碳强度，在某些情况下，低于10克co2e/mj燃料。

表1-显示燃烧器燃料类型和电力来源对合成燃料碳强度影响的案例研究

co2e：co2当量-以通用单位描述不同温室气体的术语

ng：天然气；水：水电

如本文所述的一些实施方案中所示，合成燃料生产子系统可利用经修改的gtl平台，其可在将合成气送至费托(ft)反应器生产合成烃之前通过已知称为逆水煤气变换(rwgs)的方法，将co2和氢气转化为合成气。该技术途径允许将新型dac技术与能源部门中已存在的工业ft先例相结合，并在二氧化碳减排选择性很小的运输部门中扩大由此产生的空气-燃料(a2f)工艺/平台(因此在这种情况下减排值是最高的)。

替代生物柴油的碳强度范围为30-70gco2e/mj生物柴油，而传统汽油和柴油的碳强度高达90-100gco2e/mj。如本文所述生产的合成燃料可具有小于典型生物燃料的一半的碳强度，这意味着这些合成燃料从基于市场的排放计划获得高收入。

当与可再生能源和优化的热集成相结合时，这些合成燃料可具有低碳强度或零碳强度。

由于这些合成燃料是由清洁的原料成分(如大气中的二氧化碳和氢气)构成的，因此它们比化石燃料产生更清洁的燃烧燃料产品，例如它们的硫含量低至零。

合成燃料，例如柴油和汽油产品，与当前的基础设施和发动机兼容，并且能量密度比电池高出约30倍，以及土地/水的使用影响比生物燃料低约100倍。

由于在合成燃料系统中描述的大多数(如果不是全部)单元选择商业上可获得的设备，这些系统可以是高度可扩展的，因此适用于包括运输燃料市场在内的一系列市场。

co2捕获、h2生产和合成燃料生产子系统

co2捕获子系统101是从稀薄源(例如大气)中提取co2的机器，并且可以包括设备，例如美国专利9,095,813(通过引用并入本文)中描述的那些空气接触器，或者气体洗涤器、喷雾塔或任何其他设计形式的空气接触器，其中气体与捕获液或吸附剂接触。如本文所用，“吸附剂”是指经历目标物质吸附的材料。如本文所用，“吸附”是指一种物质在一段时间内与另一种物质耦合的物理、化学或两者组合的过程。特定类别的吸附的实例可包括吸附(物理粘附或离子和/或分子键合到另一种材料的表面上)、吸收(将一种状态-气体、液体、固体的物质结合到不同状态的另一种物质中)和离子交换(电解质之间或电解质溶液和复合物之间的离子交换)。

co2捕获子系统101可以通过使大气与碱性水溶液、胺水溶液、碳酸氢盐水溶液和/或碳酸氢盐溶液接触而起作用，有或没有催化剂，例如碳酸酐酶、固体材料多孔吸附剂材料，包括但不限于非碳质来源(沸石、二氧化硅、金属有机骨架和多孔聚合物、碱金属和金属氧化物碳酸盐)和碳质来源(活性炭和/或碳纤维、石墨烯、有序多孔碳、纤维)，具有化学吸附剂材料的固体结构，包括具有或不具有纤维素的官能胺基材料，包括聚乙烯亚胺二氧化硅的固体聚合物基材料，与阴离子交换树脂结合的水溶液，或上述任何的组合。co2捕获子系统101可以基于已知的co2捕获机器，其包括但不限于美国专利9,095,813，美国专利8,119,091，美国专利8,728,428，美国专利申请2014/14281430，美国专利8,871,008，美国专利9,283,510，美国专利8,702,847，美国专利9,387,433，美国专利9,266,051，美国专利8,435,327，美国专利8,999,279，美国专利8,088,197，美国专利8,133,305，美国专利9,266,052，欧洲专利2,668,992，美国专利7,833,328，美国专利8,262,774，美国专利8,133,305，美国专利9,227,153，美国专利8,894,747，美国专利8,696,801，美国专利7,699,909，美国专利申请2015/0283,501，美国专利申请2015/0273,385，美国专利8,491,705，国际申请号2015/061807，国际申请号2015/064791，欧洲专利2,782,657，美国专利申请2016/074803，美国申请2014/134088，美国专利申请2012/076711和美国专利9,205,372中描述的那些，其公开内容通过引用整体并入本文。

在如图1至14和17至23和27至29所示的实施方案中，co2捕获子系统101可包括空气接触器、颗粒反应器、煅烧炉、消化器和固体去除和净化单元中的一种或多种。在如图15和16所示的实施方案中，co2捕获子系统101包括空气接触器、溶液处理单元、再生反应器单元和除水和净化单元。

空气接触器是一种通过使大气与co2捕获吸附剂接触而从大气接触和提取co2的机器，使得空气中的至少一些co2被转移到捕获吸附剂。粒料反应器是从水溶液中沉淀出碳酸盐的机器，并可以包括设备，例如流化床反应结晶器，例如美国专利8,728,428，美国申请2014/14281430中所述，或者如royalhaskoningdhv提供的商业产品中所见。煅烧炉是通过煅烧处理材料的装置，其中处理是在受控气氛中在高温(通常在约550-1150℃的范围内)下进行。消化器是进行水合反应以将固体氧化钙(cao)转化为固体氢氧化钙(ca(oh)2)或ca(oh)2浆液的机器，并可以包括设备，诸如高温的水化器、蒸汽消化器、糊状消毒器、混合和稀薄罐或上述任何一种的组合。固体去除和净化单元从材料流中去除水和杂质，并可以包括袋滤室、静电除尘器、冷却器、热交换器、冷凝器或这些部件的组合。

氢生产子系统103是从含氢材料产生氢分子的机器，其通常处于流体状态(氢原料)。电解器是一种已知类型的制氢机，其从水中提取氢分子。存在许多用于电解的已知氢生产途径，例如碱性电解、质子交换膜(也称为聚合物电解质膜)(pem)、电解制氢和燃料电池技术，以及固体氧化物电解电池(soec)电解。氢生产技术的实例描述于美国专利6,727,012，加拿大专利2,396,402，加拿大专利2,444,313，美国专利申请2005/074657，美国专利6,541,141，日本专利5,618,485，美国专利申请2016/222524，欧洲专利2,457,635，国际专利申请2015/180752，欧洲专利申请2,491,998，中国专利105,329,855，美国专利申请2016/0083251和105,163,832以及美国专利申请2015/0122128中，其公开内容通过引用整体并入本文。

从气流中提取水可以包括通过化学物质或物理方法中的一种或多种进行水提取。这些方法的实例包括但不限于从soec的合成气中提取水，从消化器中的合成气中提取水，以及从煅烧炉产物气体中除去水。水提取可以包括化学方法，例如将气流(例如合成气产物流、煅烧炉产物气体)与可以与水反应的材料(例如cao)接合，以形成另一种产物，例如ca(oh)2，或某种干燥剂。另一种化学提取方法可以是将水分解成h2和o2，作为氢生产单元(例如soec)的一部分。物理方法可包括通过冷却，通过冷凝、过滤或通过膜分离除去水。水管用作产品管的形式，其包括水，例如蒸汽，并且可以包括另外的气态物质，例如co、h2、co2和o2。将一个子系统中产生的材料转移到另一个子系统，或子系统内的单元之间的转移，可以作为材料转移耦合。材料转移耦合的实例包括材料通过水管、氧化剂管或燃料管的转移。

合成燃料生产子系统102是从氢分子和碳分子，特别是由co2捕获子系统101提供的co2气体生产合成燃料的机器。如本文所用，“合成燃料”包括“燃料合成产物”、“合成原油”、“费托”、“合成燃料”、“空气-燃料产品”和“太阳能燃料”，并且是指可能包括轻质烃、重质烃或这些成分的组合的产品。轻质烃可以被认为是在大气压和环境温度下以气相存在的烃。重质烃可以被认为是在大气压和环境温度下基本上以液相或固体(即蜡)相存在的烃。合成燃料轻质烃的实例包括但不限于氢、甲烷、丁烷和丙烷。合成燃料轻质烃的氢组分可以或可以不使用膜分离并作为原料单独再循环到其他单元，例如合成燃料生产子系统102内的sgr单元。合成燃料重质烃的实例包括但是不限于汽油、柴油、喷气燃料、航空涡轮燃料和蜡。以本文所述方法生产的费托燃料合成产物可进一步精制以生产特定燃料类型以及塑料和聚合物。

合成燃料生产子系统102利用已知的燃料合成技术(称为“途径”)，其涉及使碳源(例如co2)与氢源反应。已知许多途径使用不同的中间体，例如合成气(一氧化碳(co)和氢气(h2)的混合物)、甲醇(meoh)、“费托liquids”(或“ftl”)，其组成类似于轻质原油等。在每种情况下，产品可以被精炼以提供最终可销售的燃料，例如汽油、喷气燃料、航空涡轮燃料或柴油，以用于现有的车辆发动机。与等效的基于化石的喷气燃料、航空涡轮燃料、柴油或汽油产品相比，合成燃料产品，例如喷气燃料、航空涡轮燃料、柴油或汽油，往往会大大减少污染物的含量，例如硫、sox、nox、芳烃和颗粒物。合成燃料产品具有更高的纯度水平，使其更适合作为运输燃料来源。此外，来自大气二氧化碳来源的合成燃料产品往往在中间阶段处理的杂质较少，因为大气中的二氧化碳来源往往不具有与传统碳源如天然气、生物质或煤炭相同的杂质。“气-液”(或gtl)途径是从电、水和诸如天然气的碳源化学合成液体燃料的已知技术。gtl技术的实例描述于美国专利9,321,641，美国专利9,062,257，欧洲专利2,463,023，日本专利5,254,278，国际专利申请2006/044819，美国专利8,062,623，美国专利7,566,441，加拿大专利2,936,903，美国专利申请2015/275097，和美国专利申请2015/291888，其公开内容通过引用整体并入本文。合成气反应器系统和部件的实例描述于美国专利9,321,641，美国专利9,034,208，美国专利6,818,198和中国专利102,099,445中，其公开内容通过引用整体并入本文。合成燃料系统和部件的实例描述于美国专利9,358,526和美国专利9,180,436中，其公开内容通过引用整体并入本文。用于合成气生产的重整器交换器的实例描述于美国专利9,126,172和美国专利9,321,655中，其公开内容通过引用整体并入本文。

图1至图23，27-30中所示的合成燃料生产子系统102的实施方案从co2合成燃料，并包括合成气生成反应器(“sgr”)单元和费托反应器。sgr单元是一种使各种原料反应的机器，包括但不限于氢气、co2、甲烷、天然气、氧气、蒸汽、轻质烃和生物甲烷，以产生合成气体或“合成气”。如本文所用，合成气是co和h2气体的混合物，可能有少量的co2，甲烷和水蒸气，以及其他痕量气体，这取决于生产方法。sgr单元可以在高温下操作，例如高于500℃，可以在大气压或高达200巴的更高压力下操作，这取决于工艺，可能需要或可能不需要产物气体的再循环，并且可以包含参与关键反应的多种催化剂。费托反应器是一种利用费托工艺将一氧化碳和氢气的混合物转化为一系列合成燃料产品(包括液态烃)的机器。

费托工艺采用h2和co的原料并将它们转化为线性和支化烃和氧化产物(也称为脂族烃)的多组分混合物。在一些方面，一部分产物可具有低芳香性和低至零硫含量。费托产品还可包括线性链烷烃和α-烯烃，即：氢和低分子量烃(c1-c4)、中分子量烃(c4-c13)和高分子量烃(c13+)。氢和低分子量烃可用于制造燃烧燃料、聚合物和精细化学品。具有例如与汽油类似组成的中等分子量烃可用作润滑剂和柴油燃料的原料。高分子量烃是蜡或石蜡，可以是润滑剂的原料，并且还可以进一步精制或加氢裂化成柴油燃料。

在一些实施方案中，费托反应器可在200℃至350℃和10巴至60巴之间操作。

在一些实施方案中，费托合成可以采用合成气(来自多种来源，包括例如smr、atr、pox、rwgs单元)并将其转化为主要为链烷烃(高分子量)的烃产物。在一些方面，所得产物可包括例如两个流：重质和轻质产物。在环境温度下，这些重质和轻质产物可分别为固体和液体。

虽然图1-23、27-30中所示的合成燃料生产子系统102的实施方案使用从co2合成燃料的途径，其涉及产生合成气，但合成燃料生产子系统102可使用其他途径合成燃料，包括使用可再生或低碳能源，例如太阳能、风能、水能、地热能、核能或这些成分的组合从二氧化碳合成燃料的途径。参考图17，这些途径中的许多还利用合成气作为中间成分。然而，合成燃料也可以从合成气合成甲醇，然后甲醇-汽油(mtg)转化来产生。mtg工艺在约400℃和10-15巴下使用沸石催化剂。首先将甲醇转化为二甲醚(dme)，然后转化为轻质烯烃的混合物。然后，这些物质反应以产生烃分子的混合物。用于甲醇合成的方法的实例描述于中国专利103,619,790，中国专利102,770,401，美国专利申请2014/0323600和德国专利102,007,030,440中，其公开内容通过引用整体并入本文。mtg加工方法的实例描述于加拿大专利2,913,061和美国专利9,133,074中，其公开内容通过引用整体并入本文。

合成燃料生产子系统102还可以使用其中使用甲醇-烯烃(mto)工艺产生合成燃料的途径，该工艺类似于mtg工艺但是优化为首先生产烯烃。然后将这些物质进料到另一种沸石催化剂工艺中，如美孚的烯烃-汽油和馏分工艺(mogd)，以生产汽油。如本文所用，首字母缩略词“mto”是指mto和mogd的组合。由于其更具选择性的催化剂，mtg和mto产生比费托更紧密的碳链长度分布。这种选择性降低了后处理/升级的需要，并且可以实现更节能的转化途径。

合成燃料生产子系统102还可以使用其中直接氢化产生合成燃料的途径。这里，甲醇直接由co2和氢气合成，然后进行mtg转化。在美国专利申请2014/0316016中描述了co2的直接氢化的实例，其公开内容通过引用整体并入本文。在日本专利2,713,684，专利3376380和欧洲专利864,360中描述了co2加氢技术的实例，其公开内容通过引用整体并入本文。

参考图17，示出了可用于生产合成燃料的实施方案的流程图。可以组合使用这些流程块的任何组合。例如，氢可以通过电解产生，例如聚合物电解质膜(pem)、碱性或固体氧化物(soec)电解，或者可以从其他来源提供，例如来自氯碱厂的废氢。稀薄源co2捕获产生的二氧化碳可以使用各种化学或电化学还原方法还原为一氧化碳，包括但不限于逆水煤气变换过程。在这种情况下，可将一氧化碳和氢气供入合成燃料生产过程，包括但不限于费托法或甲醇合成法。在使用甲醇合成方法的情况下，然后可以使用诸如甲醇-汽油(mtg)或甲醇-烯烃(mto)的方法生产合成燃料。在更进一步的实施方案中，来自稀薄源捕获的二氧化碳可以直接进料到氢化过程，与氢气结合，然后进料到基于甲醇的燃料合成过程中。以上实例是本文所述的空气-燃料过程的实施方案的说明性而非规定性的实例。

如上所述，来自101、102、103一个子系统的热能可以被101、102、103另一个子系统用作输入能量。例如，合成燃料生产子系统102在执行燃料合成的同时产生中等热量(例如费托～250-350℃，甲醇合成～200-300℃，甲醇至汽油～300-400℃，甲醇至烯烃～340-540℃)，其可用于系统100中的各种机器，包括用于预热进料流的煅烧炉，用于在消化反应中产生蒸汽的消化器，用于再生吸附剂和释放co2的空气接触器，用于预热锅炉给水的sgr，以及用于预热反应器进料流的费托反应器。此外，co2捕获子系统101、氢生产子系统103和合成燃料生产子系统102在操作期间也产生高等级的热量(例如，煅烧炉-约850-950℃，soec电解～800℃，sgr～800℃-900℃)，其可以被系统100中的各种机器使用，包括煅烧炉、soec电解槽和sgr。这种中等和高等级的热量也可用于发电，以及为下游精炼和蒸馏系统提供蒸汽热量。

类似地，由101、102、103一个子系统产生或排出的流体可用作原料或用于另一子系统中的其他过程。例如，合成燃料生产子系统102产生蒸汽(均由sgr和费托反应器)和co2捕获子系统101产生水(例如通过煅烧炉中的燃烧反应和在沉淀期间摄取水的空气接触器)，可以被系统100中的各种机器使用，包括在空气接触器中以代替由于蒸发造成的水分损失，和消化器用于生产石灰浆，在进料到煅烧炉之前洗涤颗粒以除去碱含量，再生吸附剂并在吸附剂再生单元中释放co2，并在氢生产子系统103中用作氢原料。

表2说明了可能涉及空气到燃料途径的co2捕获过程、h2生产过程以及合成气或合成燃料生产过程中的一些关键化学反应以及近似反应热。如将参考图1至30进一步讨论的，这些途径表明如何在执行这些过程的子系统101,102和103之间有利地交换热能和/或材料。

表2：与空气-燃料过程相关的化学反应和近似热

实施方案

根据第一实施方案并参考图2，合成燃料生产系统100包括co2捕获子系统101、氢生产子系统103和合成燃料生产子系统102。在co2捕获子系统101中，空气接触器104吸收大气(包括例如co2、o2、n2和杂质)120并使其与co2捕获液(包括例如k2co3、h2o、koh、痕量caco3)124接触。然后将富含co2的捕获液122送至粒料反应器105，其取出ca(oh)2浆料128并使其与富含co2的捕获液122在约10℃下反应以将co2作为碳酸盐沉淀到碳酸钙粒料上，所述碳酸钙粒料是包括湿caco3和痕量k2co3、h2o、koh的料流126的一部分。贫co2流离开粒料反应器105并作为co2捕获液124返回到空气接触器104。碳酸钙粒料通过消化器106处理、干燥和预热，并通过粒料流130最终送至热的氧燃烧煅烧炉107。由于煅烧炉107中的高温，粒料煅烧，在气流132中释放co2，气流132还可包括h2o、o2、杂质等中的一种或多种(煅烧炉气态产物气流)。热的氧化钙(cao)固体131返回到消化器106，其中来自热cao的热量可用于干燥和预热碳酸钙粒料粒，并且cao与水反应(水合)以重整ca(oh)2浆料128。由此交换由水合反应产生的热量。将得到的ca(oh)2浆料128送回粒料反应器105中以生长更多粒料。在消化器106中发生的反应是轻微放热的，并且在该单元中产生的废热可以通过蒸汽/水流140再循环到可选的发电单元117。发电单元117可以包括废热锅炉、蒸汽涡轮机、蒸汽过热器或这些部件的组合。除了碳酸钙粒料之外，氧燃烧煅烧炉107还供给氧气，其可以部分或全部由氢生产子系统103的副产物氧气流143提供。将一个子系统中产生的材料转移到另一个子系统或子系统内的单元之间的材料转移可用作材料转移耦合。材料转移耦合的实例包括通过导管转移材料。在这个意义上，氧气副产物流143用作氧化剂管，其将材料从一个子系统(氢生产子系统)转移到另一个子系统(co2捕获子系统)。

煅烧炉107还需要燃料与氧气一起燃烧以提供约900℃的煅烧温度。燃料可以由来自外部供应的天然气流152和/或来自合成燃料生产子系统102内的费托单元112的轻质副产物流154提供。煅烧是高度吸热的反应，并且由于该过程在高温下进行，所以离开该单元的氧化钙固体和煅烧炉气态产物流的温度约为900℃。将热的煅烧炉气态产物流132冷却并通过固体去除和净化单元108输送，该单元可包括袋式除尘器、静电除尘器、冷却器、热交换器、冷凝器或这些部件的组合，在那里，在co2产物流150被送到合成燃料生产子系统102内的sgr单元111之前，任何水和杂质如灰尘可分别作为流134和138被除去。

来自固体去除和净化单元108的水134被送到水处理和源单元109，在那里它被净化并再循环回到整个系统100中。可以通过外部源136向水处理和源单元109提供构造水或补充水。来自水处理和源单元109的水可以提供给系统100内的其他单元，例如作为水163到达消化器单元106和/或水142到氢生成单元110。

氢生成子系统103包括诸如水电解器的氢生成单元110，并且由诸如可再生电源的电源供电。该氢产生单元110从氢原料流144(例如水)产生氢产物流146和副产物氧气流143。至少一部分副产物氧气流143被送至氧燃烧煅烧炉107，并且氢产物流146可被送至合成燃料生产子系统102内的sgr单元111和费托单元112，分别作为单独的流1764和1753，或者作为首先送到sgr单元111的单个流，其中任何未反应的氢与流148中的产物sgr气体离开sgr单元111，然后被送到费托单元112。在将氢产物流146送入sgr单元111之前，通过热交换器116将氢产物流146加热至约800℃。氢产物流146与sgr单元111中的co2产物流150反应以产生产物气流148，称为合成气，其可包括例如co、h2o、h2、ch4和co2。在sgr单元111中反应产生的水可以经由流156供给氢产生单元110以用作氢原料；这种水可以通过热交换器115冷却。在这种意义上，流156用作水管，其将材料从一个子系统(合成气生产子系统)转移到另一个子系统(h2生产子系统)。合成气148在进入费托单元112之前在热交换器114中冷却。

氢产物流146和合成气148在费托单元112内反应以产生烃产物。由费托单元112产生的较轻烃和任何未反应的氢在系统100内被送回，例如经由流154送回到氧燃烧煅烧炉107用作燃料。

在一些实施方案中，由合成燃料生产子系统102(例如由费托单元112)产生的较轻烃可在合成燃料生产子系统102内再循环回，例如再循环回sgr单元111(未示出)。较重的烃被送至下游进行进一步处理或作为流160的最终产物。该产物流中的水被费托单元112清除并通过水流158送出，以便在净化单元113中净化；该水可以经由流157再循环回到氢生产子系统110，或者经由流162再循环到系统100中的其他地方。

热交换器(114、115和116)可以或可以不包括来自整个系统中其他地方的废热，以加热116或冷却114,115从中通过的过程流。

在一些实施方案中，co2捕获子系统101可以在消化器单元106内包含高温水合器或蒸汽消化器(未示出)。在其他实施方案中，合成燃料生产子系统102的sgr单元111可以是逆水煤气变换(rwgs)反应器，或包括不同的合成气生成反应器(sgr)单元替代sgr单元111或与sgr单元111组合，例如自热重整器(atr)、部分氧化反应器、干式甲烷重整器(dmr)或蒸汽甲烷重整器(smr)。在一些实施方案中，合成燃料生产系统102的氢原料可至少部分地由来自sgr单元的产物提供(未示出)。

现在参考图3并根据第二实施方案，合成燃料生产系统200包括捕获子系统101、氢生产子系统103和合成燃料生产子系统102。系统200的所有部件基本上与图1中所示的系统100的第一实施方案相同，除了在co2捕获子系统101内，煅烧炉207现在用可再生能源252而不是来自费托单元112的天然气或轻质产物加热；这种可再生能源252的实例包括水电、太阳热能、风能、地热能或核能热源(例如熔盐反应堆)中的一种或多种。使用可再生能源为煅烧炉单元207提供热量意味着热的co2产物流132不含通常的氧燃烧产物(h2o、co2、痕量o2)；而是它主要包含煅烧炉产物，例如二氧化碳和痕量杂质。在这个意义上，热co2产物流132用作煅烧炉产物管，其将产物流从煅烧炉转移到固体去除单元。这在送到下游单元(例如sgr111)之前消除了除水的需要。此外，在该实施方案中，固体去除和净化单元208在比第一实施方案中的单元108更高的温度下操作，例如高达大约800℃-950℃，并且因此包含可以处理更高温度的过滤材料，例如陶瓷纤维元件、耐火材料、陶瓷硅灰石、铝硅酸盐组合物的陶瓷纤维，如挪威专利960,955中所述，其公开内容该文献以引用的方式整体并入本文。在该实施方案中，固体去除和净化单元208不需要除水部件。

然后可以将离开高温固体去除和净化单元208的热co2产物流150直接进料到sgr单元111中，而不需要预热交换器和/或需要供应到sgr单元111的热量较少，只要sgr单元111在低压下操作。

sgr单元111在低压下操作，例如略高于大气压，使得来自也可以在接近大气压力下操作的煅烧炉单元105的热co2产物流150也可以适当地进入sgr单元111。进料到sgr单元111所需的显著压缩将涉及冷却流150，这将消除使热产物流150直接进料到sgr单元111中的优点。所述气流可以使用低压在单元之间移动，如果需要/根据需要使用高温鼓风机。

在一些方面，热co2产物流150以最小的热损失进行转移，从而可以保留大量的流的热量，从而减少对sgr单元的外部热能的需要。换句话说，热的co2产物流150以避免实质上对流进行冷却的方式转移到sgr单元111；例如，由于需要通过管转移可能存在一些冷却/热量损失，因此将注意使热量损失最小化和流150不会被有意地冷却到消除大量热能的程度。

在一些方面，煅烧炉单元可以在略高于大气压的压力下操作，即高达几巴的压力，以减轻煅烧炉和sgr单元之间的压缩，同时仍然保持两个单元之间的更高温度的气体交换。然而，在这些情况下，需要注意的是，当压力升高时，所需的煅烧温度呈指数上升，因此即使在高达2巴的压力下操作煅烧炉也需要显著提高煅烧炉的工作温度，这会迅速影响输入系统的能量。另外，由于熔化温度和杂质污染，煅烧炉操作温度存在实际上限。

低压sgr单元及其如何接口的实施方案在图18和19中更详细地描述。来自氢生产子系统103的副产物氧气流143不被送到煅烧炉单元207，而是可以用于氧燃烧涡轮机以提供动力，或用于sgr单元111的氧燃烧加热需求，或者可以送出系统用于其他目的(未示出)。sgr单元111可以是修改的rwgs单元，以操作氧燃烧(未示出)。

现在参考图4并根据第三实施方案，合成燃料生产系统300包括co2捕获子系统101、氢生产子系统103和合成燃料生产子系统102。系统300中的所有部件基本上与图1中所示的系统100的第一实施方案相同相同，除了在co2捕获子系统101内，热煅烧炉气体332通过第一热交换器301以提取多余热量并将其通过热交换流体333提供给发电系统317以产生电力。另外地或可选地，来自消化器单元106的多余热量被提取并以蒸汽334的形式送到发电系统317以产生电力。

此外，co2捕获子系统101包括第二热交换器302，其用于热回收过程，以使用来自热氧化钙(cao)固体的热量将氧产物气流143从约20℃加热至约600℃(从而使固体的温度从约950℃降至约550℃)。然后将加热的氧产物气流143送入煅烧炉107中以用于燃烧。

现在参考图5并根据第四实施方案，合成燃料生产系统400包括co2捕获子系统101、氢生产子系统103和合成燃料生产子系统102。系统400中的所有部件基本上与图1中示出的系统100的第一实施方案相同，除了在co2捕获子系统101内，热煅烧炉气体132通过热交换器401以提取多余热量并通过第一传热流体403将其提供给废热收集系统417。废热被收集并通过第二传热流体405送至下游蒸馏和精制单元402。蒸馏和精制单元402也可接受来自合成燃料生产子系统102内的费托单元112的液体产物流160。

现在参考图6并根据第五实施方案，合成燃料生产系统500包括co2捕获子系统101、氢生产子系统103和合成燃料生产子系统102。系统500中的所有部件基本上与图1中所示的系统100的第一实施方案相同，除了在co2捕获子系统101内，煅烧炉热产物气体132(包括co2、h2o和o2)通过高温固体去除和净化单元508输送，其类似于单元208的第二实施方案，但其仅将颗粒作为颗粒流509移除，之后将所有气体511(包括co2、h2o、o2)直接送至氢生产子系统103，在其中被进料到高温固体氧化物电解槽(soec)单元510中用作氢原料。在这个意义上，热产物流132用作煅烧炉产物管，其将材料从煅烧炉转移到固体去除单元(在这种情况下为单元508)，而流511用作产物管将材料从一个子系统(co2捕获子系统)转移到另一个子系统(h2生产子系统)。热气流511中的热能可以用作soec单元510的输入能量。还可以提供来自外部源的能量以为soec单元510供电，soec单元510可以例如由可再生能源提供。如果需要，氢生产子系统103的蒸汽供应可以补充有在消化器单元106中产生的蒸汽512，来自水处理和源单元109的水142，或这些来源的组合。在这个意义上，流512和142用作水管，其将材料从一个子系统(co2捕获子系统)转移到另一个子系统(h2生产子系统)。

soec单元510操作以产生包含co2、h2和co的产物流546，然后将其送到sgr单元111(在该实施方案中可以是rwgs反应器)和氧气副产物流143。至少一部分副产物氧气流143被送到氧燃烧煅烧炉107。

水156在sgr单元111中被移除并且在通过净化单元113之前在热交换器单元515中被冷却，然后作为水流550的一部分再循环到水处理和源单元109以供在系统500中根据需要使用。可选地或另外地，至少一部分水流557可以直接转移到热交换器515上游的soec单元510，以提供热能和氢原料。

现在参考图7并根据第六实施方案，合成燃料生产系统600包括co2捕获子系统101、氢生产子系统103和合成燃料生产子系统102。系统600中的所有部件基本上与图1中所示的系统100的第一实施方案相同，除了在co2捕获子系统101内，煅烧炉热产物气体132(包括co2、h2o、o2)通过高温固体去除和净化单元608输送，其中任何固体颗粒作为流509被除去，水(蒸汽)使用高温除水膜作为流609分离。流609被送到氢气生产系统103内的soec单元610，而其他热产物气体611(包括例如co2、o2)被送到合成燃料系统102内的sgr单元111。在这个意义上，流609用作水管，其将材料从一个子系统(co2捕获子系统)转移到另一个子系统(h2生产子系统)。类似于第二实施方案，该实施方案中的sgr单元111必须在略高于大气压的低压下操作，因为来自煅烧炉单元107的热co2产物流132处于接近大气压力下，进料到更高压力sgr单元111所需的任何压缩将涉及显著地冷却流611，从而消除了使热产物流611直接进入sgr单元111的优点。如此完成了这种直接进给方法从而避免大幅冷却流611。如果需要，氢生产子系统103的蒸汽供应可以补充有在消化器单元106中产生的蒸汽512，来自水处理和源单元109的水142，或两个源的组合。氢生成子系统103产生氢气流146和氧气流143。至少一部分氧气流143被送入煅烧炉107，氢气流146直接供给sgr单元111，在那里供给足够的剩余物，这样在合成气产物流148中存在氢气，然后冷却并进入费托工作单元112。在sgr单元111中除去水156并在通过净化单元113之前在热交换器单元615中冷却，然后作为水流550的一部分再循环到水处理和源单元109，以便在系统600中根据需要使用。可选地或另外地，至少一部分水可以作为流657直接转移到热交换器615上游的soec单元610以提供热能和氢原料。

现在参考图8并根据第七实施方案，合成燃料生产系统700包括co2捕获子系统101、氢生产子系统103和合成燃料生产子系统102。系统700中的所有部件基本上与图1中所示的系统100的第一实施方案相同，除了在co2捕获系统101内，热煅烧炉气态产物流132通过热交换器单元701输送，其中热量被转移到传热流体703，然后流入蒸汽单元717；因此，将煅烧炉气体产物流从约950℃冷却至低于约450℃。来自消化器106的蒸汽140也被送到蒸汽单元717，并且所得到的蒸汽702可以被送到soec单元710以提供热能和氢原料。如果需要，蒸汽单元717可以补充有来自水处理和源单元109的水705。

一旦通过热交换器单元701，冷却的煅烧炉气态产物流132然后被送到固体去除和净化单元108，并以与第一种实施方案相同的方式进行处理。氢生成子系统103产生氢气流146和氧气流143。至少一部分氧气流143被送入煅烧炉107并且氢产物流146被分流；部分1764进入sgr单元111和部分1753被送到下游，以便在热交换器单元114中冷却之前与合成气148混合并被送到费托单元112。在sgr单元111中去除水156并在再循环之前在热交换器715中冷却，连同来自费托单元112的任何过量的水，作为水850到达h2o源单元109，以在系统700中根据需要使用，例如在消化器106和氢生产子系统103中使用。可选地或另外地，水157可以直接转移到热交换器715上游的soec单元710，以提供热能和氢原料。

现在参考图9并根据第八实施方案，合成燃料生产系统800包括co2捕获子系统101、氢生产子系统103和合成燃料生产子系统102。系统800中的所有部件基本上与图1中所示的第一实施系统100相同，除了在co2捕获子系统101内，煅烧炉气态产物流132通过高温固体去除和净化单元808被输送，在那里任何固体颗粒被移除809和使用高温除水膜分离水(蒸汽)。蒸汽811被送到氢生产子系统103内的soec单元810，以提供热能和氢原料。在这个意义上，流811被用作水管，其将材料从一个子系统(co2捕获子系统)转移到另一个子系统(h2生产子系统)。其他热产物气体813(co2、痕量o2)被送到合成燃料系统102内的sgr单元111，用作热能和co2原料。类似于第二和第六实施方案，该实施方案中的sgr单元111必须在略高于大气压的低压下操作，因为来自煅烧炉单元107的热co2产物流132在接近大气压力的条件下操作，并且进料到更高压力的sgr单元111需要的任何压缩将涉及显著地冷却流813，从而消除了使热产物流813直接进料到sgr单元111中的优点。如此完成了这种直接进给方法从而避免大幅冷却流813。。如果需要，在消化器单元106中产生的蒸汽512，来自水处理和源单元109的水142，或这两个源的组合，可以补充氢生产子系统103的蒸汽供应。供应的蒸汽提供热能和至少一部分氢原料，并且供应的水可以提供至少一部分氢原料。

氢生成子系统103产生氢气流146和氧气流143。至少一部分氧气流143被送入煅烧炉107并且氢气流146被分流；一部分作为流1764直接供给sgr单元111，其余部分作为流1753绕过sgr单元111，并且在热交换器单元814的上游加入合成气流148，其中热量从合成气流148传递到caco3粒料流130，使得合并的合成气和氢气流821从约800℃冷却至约350℃，并在进料到煅烧炉107之前将粒料流130从约350℃预热至约750℃。在图22、23、27-29中描述了几种类型的热交换设计的实例，这些设计可用于实现这种形式的过程热交换而不会引起合成气通常遇到的金属粉化问题。合并的合成气和氢气流821进入费托单元112。水156在sgr单元111中被移除并在通过净化单元113之前在热交换器单元815中冷却，然后作为水550再循环到水处理和源单元109，在系统800中根据需要使用。可选地或另外地，水157可以直接转移到热交换器815上游的soec单元810，以提供热能和氢原料。

现在参考图10并根据第九实施方案，合成燃料生产系统900包括co2捕获子系统101、氢生产子系统103和合成燃料生产子系统102。系统900中的所有部件基本上与图1中所示的系统100的第一实施方案相同，除了在co2捕获子系统101内，热煅烧炉气态产物流132通过高温固体去除和净化单元908输送，类似于第二和第五种实施方案，其仅去除颗粒909，之后将热气流911(包括co2、h2o、o2)直接送到氢生产子系统103，在其中气流被送入高温soec单元910，用作输入能量和氢原料。额外的能量1052可以通过外部源(例如可再生能源)提供给soec单元910。如果需要，在消化器单元106中产生的蒸汽512，来自水处理和源单元109的水142，或这两个源的组合，可以补充氢生产子系统103的蒸汽供应。

来自soec单元910的至少一部分副产物氧气流143被送至氧燃烧煅烧炉107，而含有co2、h2和co的另一产物流913被送至sgr单元111。来自sgr单元111的副产物水流156在热交换器单元915中冷却，然后在净化单元113中净化并作为流917的一部分送回h2o源单元109，以便在整个系统100内重复使用。另外，至少一部分副产物水流157可以在热交换器单元915的上游转移并直接供给soec单元910。来自sgr单元111的合成气产物流148被送到热交换器单元901，在其中它与来自消化器单元106的caco3粒料流130交换热量，使合成气产物流148从约800℃冷却到约350℃，并使粒料流从约350℃预热到约750℃。冷却的产物气流948可以在被送到费托单元112之前在热交换器单元902中进一步冷却，同时将加热的粒料流130进料到煅烧炉107中。

现在参考图11并根据第十实施方案，合成燃料生产系统1000包括co2捕获子系统101、氢生产子系统103和合成燃料生产子系统102。系统1000中的所有部件基本上与图1中所示的系统100的第一实施方案相同，不同之处在于来自氢生产子系统103的一些氢产物流146与来自固体去除和净化单元108的包括co2、o2的冷却产物流1002组合，产生组合产物流(“sgr进料流”)1004，包括气体物质如h2、co2、o2，然后通过预热交换器单元1001送入sgr单元111，在该实施方案中该sgr单元111包括rwgs反应器。sgr单元111输出热sgr产物流1005(包括诸如co、h2、h2o和co2的气体物质)，然后将其输送到预热交换器单元1001，其中热量从sgr产物流1005传递到sgr进料流1004，从而将sgr进料流1004从约350℃预热至约750℃，并将sgr产物流1005从约800℃冷却至300℃。

在sgr产物流1005离开热交换器单元1001之后，它流过co2捕获子系统101内的消化器1006，在那里从中除去水；这种水可以由消化器1006在水合反应中用于形成ca(oh)2浆料128。在这种意义上，sgr产物流1005用作水管将材料从一个子系统(合成气生产子系统)转移到另一个子系统(co2捕获子系统)。蒸汽消化器单元1006将任何多余的蒸汽140送到蒸汽单元1017，蒸汽单元1017可用于产生电力或向系统1000的其他部分提供输入能量、水或两者的组合。脱水的sgr产物流1014离开蒸汽消化器并返回合成燃料生产子系统102，在那里它与来自氢生产子系统103的其余氢气流1753结合，然后合并流进入费托单元112。

现在参考图12并根据第十一实施方案，合成燃料生产系统1100包括co2捕获子系统101、氢生产子系统103和合成燃料生产子系统102。系统1100中的所有部件基本上与图1中所示的系统100的第一次实施相同，除了来自氢生产子系统103的氢产物流146与包括来自固体去除和净化单元108的气体物质如co2、o2的产物流1102组合，产生组合的气体产物流(“第一sgr进料流”)1104(包括气体物质如h2、co2、o2)，然后通过第一预热交换器单元1103输送。该第一预热交换器单元1103从第一级sgr单元1101(“第一sgr产物流”)的热产物气流(包括诸如h2o、co、co2的气体种类)1105取热并用它将第一进料流1104从约350℃预热至约750℃。在第一sgr产物流1105离开第一预热交换器单元1103并从约800℃冷却至350℃之后，然后将其送至co2捕获子系统101内的蒸汽消化器单元1106，在那里从中除去水并且可以用于水合反应以形成ca(oh)2浆料128。蒸汽消化器单元1106将任何多余的蒸汽1107送到蒸汽单元1117，蒸汽单元1117可产生电力或向系统1100的其他部分提供输入能量、水或两者。脱水的第一sgr产物流1115离开蒸汽消化器单元1106并返回合成燃料生产子系统102，在那里它用作第二预热交换器单元1114的进料流，其具有与第一热交换器单元1103相同的功能。预热的进料流1115进入第二级sgr单元1102，并且所得的第二sgr产物流1108通过预热交换器单元1114，然后进料到费托单元112中。

虽然图12中示出了可以用作多级sgr组件的两级sgr/热交换器装置，但是在可选择的实施方案中，可以提供更多或更少的sgr级和中间冷却或预热交换器。

现在参考图13并根据第十二实施方案，合成燃料生产系统1200包括co2捕获子系统101、氢生产子系统103和合成燃料生产子系统102。系统1200中的所有部件基本上与图1中所示的系统100，除了在co2捕获子系统101内，热煅烧炉气态产物流132通过高温固体去除和净化单元1208输送，类似于第二、第五和第九实施方案中所述的那样，在产物气流1211(包括例如co2、h2o、痕量o2)直接送到氢生产子系统103之后，在其中被送入第一高温soec单元1210。热产物流1211为soec单元1210提供输入能量和氢原料。外部源1220可以提供额外的能量，例如来自可再生能源。如果需要，在消化器单元106中产生的蒸汽512，来自水处理和源单元109的水142，或两者的组合可以补充氢生产子系统103的蒸汽供应。

至少一部分副产物氧气流143被送至氧燃烧煅烧炉107，其另一产物气流1213(第一soec产物流)，包括例如co2、h2和co，被送至第一阶段sgr单元1201，在该实施方案中该sgr单元包括rwgs反应器。然后将得到的第一sgr产物气流1215(包括例如h2o、co、co2、o2、h2)输送通过第二高温soec单元1203以将水转化为h2和o2，从而产生第二soec产物气流1217包括诸如co、co2，h2和o2的物质。来自soec单元1203的至少一部分副产物氧气流1219被送至煅烧炉单元107，而第二soec产物流1217被送至第二级rwgs单元1202。包括例如h2o、co、h2的来自第二级rwgs单元1202的产物气流1221(“第二sgr产物流”)可被送到第三高温soec单元1204。所得到的副产物氧气流1223的至少一部分可以送到煅烧炉单元107和剩余的合成气1225被送到热交换器单元1205，在那里它与来自二氧化碳捕获子系统101内的消化器单元106的caco3粒料流130进行热交换。冷却的合成气流1225从热交换器单元1205前进到费托单元112中，加热的粒料流130前进到煅烧炉单元107。

虽然图13中示出了可以用作多级sgr组件的三级sgr/热交换器装置，但是在可选择的实施方案中，可以提供更多或更少的sgr级和中间冷却或预热交换器。

现在参考图14并根据第十三实施方案，合成燃料生产系统1300包括co2捕获子系统101、氢生产子系统103和合成燃料生产子系统102。系统1300中的所有部件基本上与在图1中示出的系统100的第一实施方案相同，不同之处在于在co2捕获子系统101内，使用煅烧炉207的第二实施方案和固体去除和净化单元208。如前所述，煅烧炉207由可再生能源提供动力，并且固体去除和净化单元208在比第一实施方案的单元高得多的温度下操作，并且因此结合了可以处理更高温度的过滤材料，例如陶瓷纤维元素、耐火材料、陶瓷硅灰石或铝硅酸盐组成的陶瓷纤维。离开固体去除和净化单元208的热co2产物流150然后可以直接进料到sgr单元111中，而不需要预热交换器和/或需要供应给sgr单元111的热量较少。来自h2生产单元103的氢气流146被分开；一部分可以作为流1764直接供给sgr单元111，一部分可以作为流1753绕过sgr单元111，与来自热交换器单元1314上游的sgr单元111的产物气流148结合。然后气体混合物被送入热交换单元1314，其在气流和来自颗粒反应器单元105的caco3粒料流126之间进行热交换。氢气和合成气流1301的冷却混合物从热交换器单元1314流到费托单元112，然后加热的粒料流126流向消化器单元106。来自氢生产子系统103的副产物氧气流143不被送到煅烧炉单元，而是可以用于燃烧涡轮机以提供动力、用于sgr111的氧燃烧加热需求，送给外部终端使用者，或这些选项的组合。

在一些实施方案中，首先将caco3粒料送至消化器然后送至热交换器单元1314。在其他实施方案中，合成燃料生产子系统102可包括代替sgr单元111或与sgr单元111组合的不同sgr单元，例如atr、部分氧化反应器、dmr、smr或改进的rwgs单元，以适当地处理氧燃烧。

参考图15并根据第十四实施方案，合成燃料生产系统1500包括与先前实施方案中相同的氢生产子系统103和合成燃料生产子系统102，但是不同类型的co2捕获子系统1501。更具体而言，co2捕获子系统1501使用不同的液体化学过程和设备从空气中提取co2分子，即贫co2水性捕获液1503。使用空气接触器1504从空气中提取co2，其将富含co2的水性捕获液1510输出到溶液处理单元1505。处理过的富含co2的水性捕获液1514然后进料至dac再生单元1507，其产生再生捕获液1513和包含co2和h2o的产物流1515，然后将其进料至水回收单元1508，用于提取水和干燥的co2产物流1517。水经由水流1534进料到水处理和源单元109，在整个系统中根据需要使用，例如水1519到溶液处理单元1505和/或作为氢生产子系统103的原料。co2产物流1517被送到合成燃料生产子系统102的sgr1511以与先前实施方案中相同的方式使用。

dac再生单元1507可包括汽提反应器、热回收蒸汽发生器、锅炉、再沸器、冷凝物处理单元、热交换器和补充的化工产品。溶液处理单元1505可包括一个或多个电动膜单元，包括例如电渗析、反渗透和纳滤单元、热驱动蒸发器和过滤单元。

在合成燃料生产子系统102中产生的蒸汽1521可用于剥离co2并在co2捕获子系统1501中再生吸附剂(例如从费托单元1512和sgr1511中的一个或多个)。而且，由费托单元1512产生的轻质烃副产物1523可以由被再生单元1507用作燃料。在这种意义上，流1523用作将燃料从合成燃料生产子系统转移到再生单元1507的燃料管。另外或可选择地，由氢生产子系统103产生的一些h2和o2可用于通过h2流1525和o2流1527的燃烧来加热再生单元1507。

燃料合成机器，例如费托反应器，可以直接用作dac再生单元1507中的再沸器。再生单元1507可以是氧燃烧的、电加热的或可以使用来自其他子系统的废热和/或蒸汽。另外，富含co2的水性捕获液1510可以用作合成燃料生产子系统102的冷却液，例如通过费托单元1512(未示出)。参考图16并根据第十五实施方案，合成燃料生产系统1600包括与先前实施方案中相同的氢生产子系统103和合成燃料生产子系统102，但是不同类型的co2捕获子系统1601。更具体而言，co2捕获子系统1601使用固体吸附剂技术，并包括固体吸附剂空气接触器1604，蒸汽发生单元1607和除水单元1608。co2捕获子系统1601仍然将co2流1617送到合成燃料生产子系统102，如先前的实施方案。在该co2捕获子系统1601中，蒸汽1609用作热源以释放co2并再生固体吸附剂。蒸汽可以通过热回收蒸汽发生器、锅炉、再沸器，直接通过来自燃料合成单元的蒸汽而产生和/或可以包括冷凝物处理单元、热交换器和补充的化工产品。特别地，为此目的，可以将在合成燃料生产子系统102中产生的蒸汽1621(例如来自费托单元1612和来自sgr1611)产生的蒸汽1621供给蒸汽发生单元1607。

蒸汽发生单元1607可以是氧燃烧的，电加热的或使用来自其他子系统的废热/蒸汽。而且，由费托单元1612产生的轻质烃副产物1623可以被蒸汽发生器单元1607用作燃料。另外或可选地，由氢生产子系统103产生的一些h2和o2可用于通过h2流1625和o2流1627来加热蒸汽发生单元1607。

产物流1615包括co2和h2o，然后将其供给除水单元1608，以提取水和干燥的co2产物流1617。水经由水流1634供给水处理和源单元109，在整个系统中根据需要使用，例如水1619到蒸汽发生单元1607和/或作为氢生产子系统103的原料。

现在参考图18并根据第十七实施方案，合成燃料生产系统1700包括co2捕获子系统101、氢生产子系统103和合成燃料生产子系统102。在co2捕获子系统101内，存在煅烧炉单元1707，来自煅烧炉单元1707的热产物气流132被送到高温固体去除和净化单元208。高温固体去除单元208类似于图3、7、9和14中描述的高温固体去除单元，基本特征是该单元能够将热的煅烧炉产物气体从co2捕获子系统101转移到sgr单元1711。在这个实施方案中，sgr单元1711是低压sgr单元，在略高于大气压的压力下操作。在这个实施方案中，合成燃料生产子系统102还包括合成气处理单元1745、压缩单元1737和费托单元112。

在一些方面，热煅烧炉产物流150在大约850℃-900℃下离开co2捕获子系统101，然后可以直接进料到在略高于大气压的低压下操作的sgr单元1711，而不需要冷却和压缩、预热交换器和/或需要供给sgr单元1711的热量很少。如此完成了将热煅烧炉产物流150直接送入sgr单元1711的方法，从而避免大幅冷却送入sgr单元1711的流。

在一些方面，在较低压力下(例如等于或低于约10巴的压力)操作sgr单元1711还可以实现sgr单元1711内的甲烷化抑制。此外，在较低压力下操作可以使sgr单元1711的操作温度从大约900℃降低到大约850℃，这可以使更多的材料选择用于容器构造成为可能，这反过来提供了sgr单元1711的更具成本竞争力的资本成本。

在一些情况下，离开sgr单元1711的sgr热合成气产物流148被送到合成气处理单元1745，在那里通过除去一部分h2o、co2和h2组分中的一种或多种来调节气态组分，使得离开合成气处理单元1745的合成气流1735具有所需的h2:co比率，用于供给下游费托合成单元112。在一些方面，合成气处理单元可包括普通气体分离设备，例如膜、分子筛、变压吸附、热摆动吸附等。

在一些情况下，接着可以将经处理的合成气产物合成气流1735送至压缩单元1737，在那里将其压缩至费托单元112的进料压力，约为20至30巴。在压缩期间作为副产物产生的水作为流1741离开压缩机。从合成气处理单元1745内的合成气流148分离的组分，例如co2流1749、h2流1751、h2o流1747或这些组分的组合，可以单独或混合地将其作为循环流送回sgr单元1711。

由h2生成单元110产生的h2流146可以分成一个或多个氢进料流，例如流1764和1753，其可以分别被送到sgr单元1711和费托单元112。

在一些实施方案中，sgr单元1711所需的一部分必要热流1729可来自燃烧操作，例如来自燃料源1761的空气或氧气燃烧中的一种或多种。燃料源流1761可包括诸如氢气、天然气、来自费托合成单元112的轻质烃或上述组合的组分。

在一些情况下，sgr单元1711所需的热流1729可以是电生成的，例如通过使用市售的电气元件或加热器，包括例如在线管电预热器。

在一些方面，除了来自捕获子系统101的热co2进料流150之外，sgr单元1711可以进料一个或多个另外的进料流，包括例如h2分流1764，来自合成气处理单元1745的再循环流、反应物进料流如ch4流1759、蒸汽流1755、费托轻质烃流1754或这些组分的组合。此外，这些进料流中的一种或多种可以用作合成生产子系统101的氢源，另外地或可选地，使用一种或多种可选原料流可以减少或消除使用来自氢生成单元110的氢气流1764。

在一些实施方案中，ch4流1759可以作为较便宜的反应物进料流获得，并且当ch4流1759、蒸汽流1755、轻质烃流1754或这些流的任何组合被供给至sgr单元1711时，然后，sgr单元1711将包括rwgs、smr反应、dmr反应或这些反应的组合的至少一部分，以产生合成气产物流148。在一些方面，使用ch4流1759可能比使用h2流1764更经济，例如当可再生电力不可得或昂贵，和使用ch4或费托轻质烃源作为到sgr单元1711的反应物原料(并且至少部分地作为smr或dmr单元操作sgr单元1711)时比运行电驱动的氢生产子单元110并将所得的h2流146作为原料供给合成燃料生产子系统102更具成本效益。

在一些方面，在该实施方案中描述的低压sgr单元1711可以结合到图3,7,9,14,19,22和23中描述的任何其他实施方案中，其中热煅烧炉产物气体被直接送到(用或者没有首先通过高温固体去除单元转移)sgr单元1711(即，在煅烧单元和sgr单元之间不被冷却、压缩和再加热)。

在图18所示的实施方案中，sgr单元1711和煅烧炉单元1707中的一个或多个可能需要燃料与相应的氧气分流1765和1766燃烧，以分别为合成气生产和煅烧提供操作热量。在这个意义上，氧分流1765和1766用作氧化剂管，其将材料从氢生产子系统分别转移到合成燃料生产子系统和co2捕获子系统。可以通过非现场氢气供应，来自氢生产子系统110的氢气、天然气，来自费托单元112的费托合成轻质烃或这些组分的组合作为流1761来提供燃料。

在图18所示的实施方案中，煅烧炉单元1707可选地如图3、14和24至26所述进行电加热。在这些情况下，co2进料流132从煅烧炉1707流到sgr单元1711，与使用燃料源的燃烧加热煅烧炉单元1707时相比可能水含量显著更少或不含水，结果，煅烧炉产物气流132在送到sgr单元1711之前可能不需要相同的下游部件，例如除水。

现在参考图19并根据第十八实施方案，合成燃料生产系统1800包括co2捕获子系统101、氢生产子系统103和合成燃料生产子系统102。系统1800的所有部件基本上与在图18所示的系统1700的第十七实施方案相同，除了低压sgr单元1711利用电力产生所有必要的过程热量之外。合成燃料生产子系统102包括电间接加热器单元1818，其向sgr单元1711提供热流1729。

在一些方面，使用高温电加热部件1863加热进料到低压sgr单元1711的一个或多个进料流，例如内联电加热器、电加热带或电阻加热丝、线圈或元件，在一些情况下构造来自例如镍铬合金。在一些方面，这些类型的电加热部件可以在高达约900℃的温度下操作。在一些情况下，某些类型的加热丝可以在较高温度下操作，以保持约900℃的流动气体温度。

用于加热气态进料流的市售类型的内联电加热产品的一个实例可包括由不锈钢构成的加热器主体，提供高达约900℃的热量并且操作高达4巴的气体压力，利用高达36kw的功率范围，单相或三相380或480电压。

在一些方面，可将内联电加热器并联放置在进料流管内，以使多于一个加热器能够共享加热负载。可选地，根据热负荷，可以使用总长度更长的加热器元件。

电加热器的能量需求可通过以下简单公式计算：

eh＝(q*△t)/2500

其中eh＝加热器能量需求(kw)

q＝气体流速(scfm)

△t＝温度变化(℉)

在一些方面，当sgr单元1711在较低的压力和温度(分别达约10巴和850℃)下操作时，上述的进料流的内联电加热方法是可能的。除了sgr单元1711进料流的内联加热之外，sgr单元1711的较低操作压力使得sgr单元1711能够在较低的操作温度下操作，例如当sgr单元1711作为rwgs反应器操作时，其中然后可以使rwgs反应绝热地进行以形成合成气(例如通过使用入口进料流中的显热来驱动反应)。在某些方面，这可导致约700℃的较低的产品出口温度。在一些情况下，这种加热(电)方法不是通过在辐射传热区中燃烧燃料的燃烧器单元直接向sgr单元1711提供热量。

当在较低压力下操作时，sgr单元1711然后可以在较低温度下操作而不降低目标合成气产物的选择性。

另外，当sgr单元1711在较低压力下操作时，这使得能够在较低温度下操作而不存在目标合成气产物选择性较低的风险。例如，当在较低压力下操作时，sgr单元中发生的一些典型副反应，例如甲烷化副反应在较低温度下会减少。

在一些实施方案中，由于电加热设备的温度限制，例如在sgr单元在20巴至40巴的较高压力下操作时遇到的这些间接和电源加热方法可能在较高温度下也不起作用。

在该实施方案中，热煅烧炉产物流150在大约850℃-900℃下离开co2捕获子系统101，然后可以直接进料到在略高于大气压的低压下操作的sgr单元1711，而不需要冷却和压缩、预热交换器和在一些情况下需要提供给sgr单元1711外部热量的较少。如此完成了将热煅烧炉产物流150直接供给到sgr单元1711的方法，从而避免大幅冷却输送到sgr单元1711的流。

此外，在较低压力下操作可以将sgr单元1711的操作温度从大约900℃降低到大约700℃，这也可以使更多的材料选择用于容器构造成为可能，这反过来提供了更具成本竞争力的资本成本sgr单位1711。

在一些方面，在该实施方案中描述的低压电加热sgr单元1711可以结合到图3、7、9、14、18、22和23中描述的任何其他实施方案中，其中热煅烧炉产物气体被直接送到(用或者没有首先通过高温固体去除单元208转移)sgr单元1711(即，在煅烧炉单元和sgr单元之间不被冷却、压缩和再加热)。

在图19所示的实施方案中，煅烧炉单元1707可能需要燃料与氧源流1766燃烧以提供煅烧的操作温度。燃料可以通过非现场氢气供应，来自氢生产子系统110的氢气、天然气，来自费托单元112的费托合成轻质烃或这些组分的组合作为流1761来提供。

在一些方面，本文所述的低压电加热sgr单元1711可以结合到包含电加热煅烧炉的任何其他实施方案中，例如图3,14和24至26，使得合成燃料生产系统100的大多数(如果不是全部)外部热力加热需求由电源供应，而不是由燃料燃烧供应。在一些方面，这可以降低费托产物流160的碳强度，特别是当电源源自可再生能源如水力、太阳能、风能、核能、地热或这些能源的组合时。

根据第十九实施方案并参考图20，合成燃料生产系统1900包括co2捕获子系统101、氢生产子系统103和合成燃料生产子系统102。co2捕获子系统101具有氧燃烧煅烧炉1907、固体去除和净化单元108和水处理单元109，合成燃料生产系统102具有氧燃烧sgr单元1911、费托单元1912和压缩和净化单元1970。氧燃烧煅烧炉1907具有煅烧炉燃烧器单元1972和煅烧炉反应器容器1971。sgr1911具有sgr燃烧器单元1968和sgr反应器容器1969。

煅烧炉1907需要燃料与氧气流1766燃烧以提供900℃的温度以在煅烧炉反应器1971内进行煅烧，并且sgr1911也需要燃料与氧气流1765一起燃烧以提供高达900℃的温度以用于sgr容器1969内的合成气生产所需的反应热。煅烧炉1907在大气压下操作，而sgr单元1911可根据应用在低压或高压下操作。

在一些方面，氧燃烧煅烧炉燃烧器单元1972和sgr燃烧器单元1968被供给氧气，其可以部分或全部由氢生产子系统110的氧气副产物流143提供，分别作为流1766和1765。用于煅烧炉1972和sgr燃烧器1968的燃料可以由来自外部供应的天然气流1952、来自氢生产子系统103内的h2生产单元110的氢气流146、费托轻质烃流1954，或这些流的组合来提供。可以选择煅烧炉燃烧器单元1972和sgr燃烧器单元1968的燃烧器设计来处理所使用的不同类型燃料-例如氢燃料需要能够处理氢的燃烧及其物理特性的燃烧器设计。这些燃烧器设计可以在各种工业应用中找到。

在一些方面，燃料和氧气都被供应到煅烧炉燃烧器单元1972和sgr燃烧器单元1968，其处理燃烧反应并将所得热量分别提供给煅烧炉反应器容器1971和sgr反应器容器1969。燃烧反应产物将包括h2o，并且对于应用时，当使用至少一种天然气流1952或费托轻质烃流1954时，使用co2。燃烧反应产物将包括一系列浓度的h2o和co2，这取决于所用燃料源的组成。例如，与来自h2生产单元103的氢燃料流146混合或完全替换时相比，单独燃烧天然气燃料流1952将产生略微不同的产物。

煅烧炉燃烧器单元1972在煅烧炉反应器内部，并且在流化床设计中，位于反应器底部附近的固体床区中。在煅烧炉设计中，燃烧器位于煅烧材料离开冷却器的下端附近。由于燃烧器位于煅烧炉反应器1971的内部，热燃烧产物流1967被混合并作为流1932与煅烧反应产物一起离开。

除了配置用于自热重整(atr)的sgr之外，sgr燃烧器1968位于sgr容器1969的外部，并且因此通过流1973将热量提供给一个或多个sgr容器1969，它们来自可位于炉箱1999中的燃烧器，其包住一个或多个sgr容器管(其包含催化剂床并且进料流通过其移动)。在atr设计中，燃烧器位于处于sgr容器1969内部但在催化区域(未示出)上游的燃烧区域中。

当sgr燃烧器1968在sgr容器1969外部时，燃烧器的燃烧产物，包括例如h2o，和当至少一部分天然气流1952用于燃烧时的应用中的co2，可以经由流1974送到压缩和净化单元1970，其中存在的任何水作为流1975被移除，并且co2气流1976(如果存在的话)在被送到sgr容器1969之前被压缩，作为合成气反应的进料流。

离开该单元的氧化钙固体流131和煅烧炉气态产物流132都具有约900℃的温度。

在一些方面，热煅烧炉气态产物流132通过高温固体去除单元输送，类似于如图3、7、9、18、19、22和23中所述的早期实施方案中的那些，使得产生的不含固体的热co2产物气流150可以直接送到sgr单元1911，在这种情况下，sgr单元1911可以在较低压力下操作，例如在大气压至大约10-12巴之间，使得流132在被送入sgr单元1911之前不需要冷却或压缩。

在一些方面，热煅烧炉气态产物流132通过固体去除和净化单元108，其可包括袋式除尘器、静电除尘器、冷却器、热交换器、冷凝器或这些部件的组合，其中任何水和杂质分别在冷却的压缩co2产物流150被送到合成燃料生产子系统102内的sgr单元1911之前作为流134和138被除去。

在一些方面，水流134、1975、156，来自合成燃料生产系统1900内的其他除水单元的水流，或这些流的任何组合可以被送到水处理和源单元109，在那里它们被净化并循环回到整个系统1900。可以通过外部源136向水处理和源单元109供应补给水或补充水。来自水处理和源单元109的水可以提供给系统1900内的其他单元。

在一些情况下，氢生产子系统103包括氢生成单元110，例如水电解槽，并且由诸如可再生电源的电源供电。该氢产生单元110从氢原料流144(例如水)产生氢产物流146和副产物氧气流143。至少一部分副产物氧气流143分别作为料流1766和1765送至氧燃烧煅烧炉1907和氧燃烧sgr1911中的一个或多个。至少一部分氢产物流146可作为燃料流1979送至煅烧炉1972，作为燃料流1978送至sgr燃烧器1968，或其组合。除了用作燃料源之外或代替用作燃料源，至少一部分氢产物流146可作为进料流1764送至sgr单元1911，作为进料流1753送至费托单元1912或其组合这些单元中的任一个，作为单独的流或作为首先送到sgr单元1911的单个流，其中任何未反应的氢与流148中的产物sgr气体离开sgr单元1911，然后被送到费托单元1912。在进入费托单元1912之前，将合成气流148冷却(未示出)。

氢产物流1753和合成气流148在费托单元1912内反应以产生烃产物。由费托单元1912产生的轻质烃流1954可以在系统1900内返回被用作燃料，例如通过分流1980返回到氧燃烧煅烧炉2072，通过分流1981返回到氧燃烧的sgr燃烧器2068，或其组合。在这种意义上，轻质烃分流1980和1981用作燃料管，其将燃料从合成燃料生产子系统分别转移到煅烧炉和sgr。另外地或可选地，费托轻质流1954的至少一部分可作为反应物进料被送至sgr容器1969(未示出)。较重的烃被送至下游进行进一步处理或作为流160的最终产物。

根据第二十实施方案并参考图21，合成燃料生产系统2000包括co2捕获子系统101、氢生产子系统103和合成燃料生产子系统102。合成燃料生产系统2000内的部件类似于在图20所示的第十九实施方案中描述的那些，除了sgr单元2011和煅烧炉单元2072用氢以外的燃料源进行氧气燃烧。

煅烧炉2007需要燃料与氧气流1766一起燃烧以在煅烧炉反应器1971内提供900℃的煅烧温度，并且sgr2011也需要燃料与氧气流1765一起燃烧以提供高达900℃的温度以用于用于在sgr容器1969内生产合成气所需的反应热。煅烧炉2007在大气压下操作，而sgr单元2011可根据应用在低压或高压下操作。

在一些方面，氧燃烧煅烧炉燃烧器单元2072和sgr燃烧器单元2068被供给氧气，其可以部分或全部由氢生产子系统103的氧气副产物流143提供。在这种意义上，煅烧炉燃烧器单元2072和sgr燃烧器单元2068用作加热器，在那里它们产生热量并将热量分别传递给煅烧炉反应器1971和sgr容器1969。

用于煅烧炉2072和sgr燃烧器2068的燃料可以由来自外部供应的天然气流1952，来自合成燃料生产子系统102内的费托合成单元1912的轻质烃副产物流1954，或者这些流的组合提供。

燃料和氧气都被供应到煅烧炉燃烧器单元2072和sgr燃烧器单元2068，它们处理燃烧反应并将所得到的热量分别提供给煅烧炉反应器容器1971和sgr反应器容器1969。燃烧反应产物将包括h2o和co2，其浓度范围取决于所用燃料源的组成。例如，单独燃烧天然气燃料流1952将产生略微不同于当与费托合成单元1912的轻质烃副产物燃料流1954混合或完全被其替换时产生的产物。

氢生成子系统103包括诸如水电解器的氢生成单元110，并且由诸如可再生电源的电源供电。该氢产生单元110从氢原料流144(例如水)产生氢产物流146和副产物氧气流143。至少一部分副产物氧气流143分别作为流1766和1765被送到氧燃烧煅烧炉2007和氧燃烧sgr2011中的一个或多个。氢产物流146可作为进料流1764送至sgr容器1969，作为进料流1753送至费托单元1912或这些单元的组合，作为单独的料流或作为首先进料至sgr容器1969的单个流，其中任何未反应的氢与流148中的产物sgr气体离开sgr容器1969，然后被送到费托单元1912。合成气148在进入费托单元112之前被冷却(未示出)。

氢产物流1753和合成气流148在费托单元1912内反应以产生烃产物。由费托单元1912产生的轻质烃流1954可以在系统1900内返回被用作燃料，例如经由流1980返回到氧燃烧煅烧炉2072，经由流1981流返回到氧燃烧sgr燃烧器2068，或者它们的组合。另外地或可选地，轻质烃流1954可作为反应物原料被送至sgr反应器容器1969(未示出)，例如在sgr反应器容器至少作为部分smr或dmr操作的情况下。

在一些实施方案中，由合成燃料生产子系统102(例如由费托单元1912)产生的较轻烃可以在合成燃料生产子系统102内再循环回来。较重的烃被送到下游用于进一步处理或作为流160的最终产物。

根据第二十一实施方案并参考图22，合成燃料生产系统2100包括co2捕获子系统101、氢生产子系统103和合成燃料生产子系统102。系统2100的所有部件基本上是与图1中所示的系统100的第一实施方案相同，不同之处在于该实施方案中的合成燃料生产子系统102包括诸如鼓泡流化床(bfb)预热交换器2114之类的部件，以及水分离和压缩单元2187。sgr单元1711被配置成作为rwgs反应器操作，除了通过接收除co2流2150之外的一个或多个进料流还包括一个或多个smr反应，dmr反应等，进料流包括例如蒸汽流1755、甲烷流1759、h2流1764、费托轻质流1754、燃料流1761，取决于需要的sgr操作模式。

在一些情况下，碳酸钙粒料流2130(其可以例如来自co2捕获子系统101内的上游消化器单元或粒料反应器单元)通过bfb预热交换器单元2114预热。bfb预热单元2114可包括诸如分配板2186、外容器2183、耐火或陶瓷衬里2184和鼓泡床区2182之类的部件。

在该实施方案中，sgr单元1711被配置为低压sgr，在略高于大气压的压力下操作。

在一些方面，至少一部分氢气流146可以作为流1753直接送至费托合成单元2112，并且sgr热气态产物流2148被送至bfb预热单元2114，其中其使固体caco3材料流化，并且当它们在鼓泡床区域2182中混合时，热量从热合成气流2148转移到固体caco3材料。在一些方面，如果例如粒料流2130在上游消化器单元(未示出)中预热并由此在约300-350℃的较高温度下将其送入预热交换器2114，那么合成气流2148从约900℃冷却到约420℃。在一些方面，如果例如粒料流2130在进入bfb预热单元2114之前未在上游单元中预热，并因此在约10-25℃的较低的接近环境温度下将其供给至预热交换器2114，那么合成气流2148从约900℃冷却至约150℃。在进料入煅烧炉1707之前，将caco3材料流2130在bfb预热交换器2114中从低至环境温度加热至最高约800℃。在一些方面，氢气流2183可与鼓泡床热交换器2114上游的热sgr流2148组合。冷却的合成气流2121离开bfb预热单元2114并前进到水分离和压缩单元2187，其中冷却的合成气中存在的水分作为流2158离开单元2187。然后将冷却的干燥合成气压缩至约30巴并作为料流2188离开单元2187，送至费托单元2112。将加热的caco3材料流130转移至煅烧炉单元1707进行煅烧。

bfb热交换设备经常用于煅烧过程，并且可以由耐火材料或陶瓷衬里的容器构成，外部容器2183由廉价材料构成，例如包括但不限于碳钢，因为外部容器被耐火衬里保护不受高温操作条件的损害。使用这种类型的直接热交换设备可以实现caco3粒料与热流体流之间的直接热转移，并且由于在单元内交接的材料的性质(即caco3粒料与耐火衬里容器中的合成气混合)，没有金属粉尘的风险，金属粉尘可以是使用合成气流的设备/设施工作中的常见问题。

如该实施方案中所示的sgr单元1711可以作为具有一种或多种smr、dmr反应的rwgs反应器操作。如该实施方案中所示的该sgr单元1711可以使用用于合成气反应物的进料流，包括例如含有至少一部分co2并且还可以含有h2o的煅烧炉气态产物流2150。sgr单元1711还可以从来自流1759，费托轻质流1754或两者组合的一部分ch4和来自流1755的一部分蒸汽进料。为了减少或消除对从氢生产子单元110供应的氢气流1764的需要，这些流可以作为反应物原料提供给sgr单元1711。例如，sgr单元1711可以全部或部分地作为smr操作，接收包括ch4流1759的原料，任选地或另外地接收费托轻质流1754和蒸汽流1755，以产生费托单元2112的合成气。

在一些实施方案中，来自h2生成单元110的h2产物流146可以分流，并且在各种点(例如流1753、1764和2183)进料到系统中，所述点分别作为h2原料被进料到费托单元2112，作为原料被进料到sgr单元1711并进料到bfb预热交换器2114的上游，与热合成气流2148混合。在一些实施方案中，ch4流1759、费托轻质流1754或两者的组合可以作为较便宜/容易获得的氢源获得，并且当ch4流1759中的一个或多个时，ft轻质流将1754和蒸汽流1755送入sgr单元1711，然后除了rwgs反应之外，sgr单元1711还包括至少一部分smr反应、dmr反应或上述任何一种的组合，以产生合成气产物流2148。

在一些方面，使用ch4作为sgr单元1711的原料可能更经济，例如当可再生电力不可得或昂贵，并且合成燃料生产子系统102中使用ch4源氢比运行电驱动氢生产子单元110更具成本效益。

在图22所示的实施方案中，sgr单元1711和煅烧炉单元1707中的一个或多个可以是氧燃烧的，并因此可能需要燃料源与氧源燃烧。在一些情况下，来自氢气生产单元110的氧气流1765和1766可以与燃料源一起燃烧，以分别为合成气生产和煅烧提供热量。到一个或两个sgr单元1711和煅烧炉单元1707的燃料可以由场外氢气、来自氢生产子系统110的氢气、天然气、来自费托单元2112的费托轻质烃或上述任何组合作为燃料流1761来提供。在这种情况下，来自加热sgr单元1711的燃烧产物可以在另一个子系统中处理和使用，例如可以分离co2并将其结合到sgr单元1711的进料流2150中。

离开该单元的氧化钙固体流131和煅烧炉气态产物流132都具有约900℃的温度。热煅烧炉气态产物流132通过高温固体去除和净化单元2108输送。在一些方面，在送热的co2产物之前流2150到合成燃料生产子系统102内的sgr单元1711之前，水可以任选地作为流2134被去除，和杂质作为流2138被去除。

在图22所示的实施方案中，sgr单元1711和煅烧炉单元1707中的一个或多个可以被电加热，分别如图19和27中针对电加热sgr单元，和图3,14,24至26用于电加热煅烧炉所描述的那样，而不是用燃料燃烧来加热。在一些方面，从煅烧炉1707到sgr单元1711的co2进料流132可具有比使用燃料源的燃烧加热煅烧炉单元1707时基本上更少的水含量或没有水。结果，下游高温固体去除单元2108可能不需要除水设备，因为不存在燃烧产物，仅有灰尘2138和煅烧炉产物2150(即，该流将主要是co2)。

在图22所示的实施方案中，低压sgr单元1711可以用高压sgr单元代替(未示出)。高压sgr单元1711可配置成在高达约30巴的压力下操作。对于使用高压sgr的情况，可以使用标准固体去除和净化单元108代替高温固体去除和净化单元2108以从煅烧炉产物流132中去除杂质和水。另外，水去除和压缩单元2187将不再需要压缩设备将流2188供给到费托工作压力中。

如在该实施方案中描述和在图22中示出的bfb预热单元2114也可以在类似于图10中所示的实施方案中使用，代替热交换单元901。

根据第二十二实施方案并参考图23，合成燃料生产系统2200包括co2捕获子系统101、氢生产子系统103和合成燃料生产子系统102。系统2200的所有部件基本上是与图22所示的第二十一实施方案相同，不同之处在于碳酸钙粒料通过位于合成燃料生产子系统102内的旋风预热单元2214预热。

旋风式气固分离设备在煅烧过程中很常见，旋风分离器可由耐火材料或陶瓷材料或这些材料的组合构成。在一些方面，旋风预热单元2214的直径可以被扩大以促使流2130的固体caco3材料在旋转到底部并转移到煅烧单元1707之前，与旋风预热单元2214内的热合成气流2148接触更长的停留时间。使用这种类型的设备进行直接热交换使得caco3粒料流2130和热流体流2148之间的热传递成为可能，并且由于在该单元内交界(即caco3粒料在耐火衬里容器中与热合成气混合)的材料的性质，不存在金属粉尘的风险，金属粉尘可能是其他合成气发生热交换系统中的常见问题。

如在该实施方案中描述并在图23中示出的旋风预热单元2214也可以在类似于图10中所示的实施方案中使用，代替热交换单元901。

根据第二十三实施方案并参考图24，示出了电煅烧子系统2300，其包括电气鼓泡流化床(bfb)煅烧炉单元2307，并且还可以包括部件，诸如一个或多个分级预热旋风分离器2301、水分离器、热回收和固体去除单元108、压缩单元2391、锅炉单元2317或这些单元的任何组合。该煅烧子系统2300可以全部或部分地用于建议电煅烧炉的情况下(如图3、14、18、19、22、23、25至29中所述)，或者在某些情况下，可以任选地在不改变实施的关键特征的情况下代替氧燃烧的煅烧炉单元，例如图5、11、12中所示的那些实施方案。

电动bfb煅烧炉单元2307是一种流化床反应器容器，其具有诸如绝缘或耐火衬里2384的部件，其被封装在外部容器2383中。外部容器为该单元提供结构支撑并且可由廉价材料如碳钢构成，例如由于通过绝缘或耐火衬里2384屏蔽了大部分煅烧炉工作温度。bfb煅烧炉2307还具有分配板2386、鼓泡床煅烧区2382、可以或可以不包覆在保护壳体中的电加热元件2389，和受控排放装置2390。

在一些方面，可以预热caco3材料进料流2130，例如通过直接进料到预热旋风器2301上游的电动bfb煅烧炉产物气流132中。在一些方面，固体进料流2130在作为预热的caco3流130进入bfb煅烧炉2307之前，可以另外地或可选地通过过程废热交换单元(未示出)间接加热。在电动bfb煅烧炉2307内，caco3材料在鼓泡床煅烧区2382中流化，其将气体和固体一起混合，类似于连续搅拌釜式反应器(cstr)容器。包括caco3的固体材料通过床朝出口移动，并且如此，它与高温流化气体和来自电加热元件2389的热量接合。在此过程中，caco3材料煅烧导致caco3释放气态co2，并形成固体氧化钙或cao。离开电流化床煅烧炉单元2307的氧化钙固体流131和煅烧炉气态产物流132可以具有高达约900℃的温度，这使得在这些物流中(例如在其他单元内)回收和使用高等级的热量是理想的。

热的氧化钙固体流131通过溢流到端部区域部分2385离开电动bfb煅烧炉2307，然后在那里它落入受控排放装置2390，例如环密封，例如氟密封(fluoseal)或类似的装置，之后它可以气动或机械地输送到下游过程。在一些方面，热cao可以通过热交换单元输送，以将至少一部分热量传递到该过程中的一个或多个进料流或中间流，例如使流化气体过热以用于电动bfb煅烧炉2307。在一些方面，流化床煅烧炉2307物理上位于热交换单元附近，使得热的cao流131可以通过重力方法从流化床煅烧炉2307直接进入热交换单元而不用需要气动或机械输送。

在一些实施方案中，鼓泡床煅烧区2382用气流2334流化，气流2334可包括热气体如蒸汽。该流化流2334通过分配板2386进入容器底部附近的电动bfb煅烧炉2307，并向上流过煅烧鼓泡床区2382，与固体鼓泡床材料和气态co2产物流混合。

包括流化气体(例如蒸汽)、co2和任何流化杂质和灰尘的混合气流混合物，以流132的形式离开电动bfb煅烧炉2307的顶部，在那里它逆流移动通过一个或多个旋风分离器2301，在作为冷却的气态产物流2332离开之前预热固体进料caco3粒料流2130。然后可以将该冷却的料流送至水分离热回收和固体去除单元108，其中流2332中存在的任何粉尘作为料流138被除去。在一些方面，气流132中的大部分热量在一个或多个旋风单元2301中回收(例如转移到进料caco3流2130)，使得水分离热回收和固体去除单元108可包括简单的直接接触冷却器(即它不需要进一步的热回收)。在一些方面，在使用其预热caco3流2130之后在流2332中留下足够的热量时，可以使用另一个热交换器提取剩余的热量，例如为锅炉和过热降温器单元2317预热锅炉给水。在某些方面，当流2332的温度低于约150℃时，可能不需要进一步的热回收，而是可以用直接接触冷却器冷却流以分离水并除去灰尘，作为水分离热回收和固体移除单元108的一部分。

在一些方面，粉尘流138可与冷却的cao材料流131一起送至下游过程，例如消化器单元，或异地处置(未示出)或两者的组合。来自水分离热回收和固体去除单元108的水被冷凝并作为流134被送到锅炉单元2317，在那里它被转换回蒸汽并作为流2334被送回电动bfb煅烧炉2307以继续使床流化。在一些方面，来自其他子系统内的单元的一部分可用蒸汽，例如来自消化器单元106、费托单元112或这些单元的组合(未示出)的过量蒸汽可与锅炉和过热降温器2317中的水以产生lp蒸汽流2334，然后在有或没有额外加热的情况下将其送入bfb煅烧炉2307。任选地，流2334在被送到bfb煅烧炉2307之前可以使用热交换设备(未示出)过热。

浓缩的气态co2流作为流150离开水分离和固体去除单元108，并可以任选地被送到压缩单元2391，在其中，如果需要可以压缩它以满足下游过程的操作条件。在一些方面，下游过程可以例如包括合成燃料生产子系统102内的sgr单元，如图2-5、11、12、14、18-23、27-29中所述，非现场用户或两者的组合。压缩的co2气体作为流2350离开压缩单元2391。

电动bfb煅烧炉2307用电子元件2389加热，电子元件2389可以被包裹在金属护套中，产生的热量可以通过金属护套传导，可以与耐火材料衬里的壁2384耦合，可以延伸到流化床区域2382，或者可以包括任何这些方面的组合。这些电气元件2389及其周围环境用于产生热量并将热量分配到煅烧鼓泡床区域2382中，以将操作温度保持在高达900℃。由于该bfb煅烧炉设计的流化性质，热量有效地从整个床中的元件转移到caco3材料，最大化床侧传热系数，同时最大限度地降低热点以及cao在壁上积聚的风险。另外，该设计可以允许鼓泡床煅烧区2382在某些情况下在略低的温度下操作，例如在850℃-870℃的范围内。在一些情况下，蒸汽流2334的流化速度可以使bfb煅烧炉2307中的床侧传热膜系数最大化。

如图24中所描述的电加热煅烧炉可以整体或部分地结合到本文所述的许多其他实施方案中，其中建议使用电煅烧炉(如图3、14、18、19、22、23、27中所述)或在某些情况下，可以任选地代替氧燃烧煅烧炉单元而不改变实施方案的关键特征，例如图5,11,12中所示的那些实施方案。通过这样做，这些实施方案可以进一步利用可再生能源而不是化石燃料能源，并且得到的方法可以具有一种或多种碳强度较低的产物、较低的资本成本、较低的运营成本或这些优点的组合。此外，电加热煅烧炉可以结合在操作电动sgr的系统中，如图19、22、23和27所示，进一步利用可再生能源而不是化石燃料能源来满足整个系统的热量需求。

根据第二十四实施方案并参考图25，合成燃料生产系统100包括co2捕获子系统101，氢生产子系统103和合成燃料生产子系统102。co2捕获子系统101具有煅烧炉单元2500，其包括电起泡流化床(bfb)煅烧炉2507，与一个或多个预热旋风单元2501、水分离和固体去除单元108、压缩单元2391和锅炉单元2317联合。

bfb煅烧炉2507是一种流化床反应器容器，包括内部处理容器2585，其包裹在绝缘或耐火衬里2584中并装在外部容器2583中。bfb煅烧炉2507还包括分配板2586、固体排放装置2390和电气元件2589，可以容纳在耐火衬里2584和内部处理容器2585之间的元件容纳区域2592中。

在一些方面，外部容器为该单元提供结构支撑，并且可以由廉价材料(例如碳钢)构成，因为通过绝缘或耐火衬里2584屏蔽了高煅烧炉操作温度。内部处理容器可以由耐热材料制成，如253ma、inconells、哈氏合金或任何其他具有类似性能的材料，可在高温操作条件下保持结构完整性。

在一些方面，电气元件2589(可以或可以不包覆在保护金属外壳中)位于耐火衬里2584和内部处理容器2585之间的壳体区域或间隙中。这些元件产生辐射通过壳体区域2592的热量，然后通过内部处理容器壁2585传到并进入煅烧鼓泡床区和内部顶部空间2593，以保持煅烧炉工作温度高达900℃。离开电动bfb煅烧炉单元2507的氧化钙固体流131和煅烧炉气态产物流132可以具有高达约900℃的温度，这使得在这些物流中(例如在其他单元内)回收和使用高等级的热量是理想的。

在一些方面，在进入一个或多个旋风预热阶段2501之前，首先将冷的caco3材料流2130与热的煅烧炉产物气流132混合，以便将热的煅烧炉产物气流132内的至少一部分显热传递给caco3原料流2130，以及帮助将固体输送到预热旋风分离器2501中。然后，预热的caco3材料流130进入bfb煅烧炉内部处理容器2585并在鼓泡床区2582中流化。由于bfb煅烧炉2507中的高温，caco3固体煅烧使caco3在煅烧成固体氧化钙时释放出气态co2。热的氧化钙固体流131通过受控排放装置2390(例如环密封、氟密封等)离开容器底部附近的bfb煅烧炉2507。在一些方面，电动bfb煅烧炉2507可以实际上位于热交换单元(未示出)附近，使得热cao流131可以通过重力方法从电动bfb煅烧炉2507直接落入热交换单元中而不需要用于气动或机械输送。

bfb煅烧炉2507用蒸汽流2334流化，蒸汽流2334通过分配板2586进入底部附近的bfb内部处理容器2585，并向上流过煅烧鼓泡床区2582，与固体鼓泡床材料和气态co2产物流混合。h2o、co2、杂质和痕量灰尘的混合气流离开bfb煅烧炉的顶部并通过旋风分离器2501，其中至少一部分灰尘被分离并送回煅烧炉2507，而剩余的气体以流2532离开并接着移动到水分离热回收和固体去除单元108。在这里，任何剩余的热量可以任选地被移除并且适当地与其他过程流或直接接触冷却器交换。在一些方面，在使用其预热caco3流2130之后在流2532中留下足够的热量的情况下，可以使用另一个热交换器提取剩余的热量，例如为锅炉和过热降温器单元2317预热锅炉给水。在某些方面，当流2532温度低于约150℃时，可能不需要进一步的热回收，而是可以用直接接触冷却器冷却流以分离水并除去灰尘，作为水分离热回收和固体去除单元108的一部分。

同样在某些情况下，任何存在的剩余灰尘在单元108中被除去并作为流134离开，在那里它可以与固体氧化钙流131结合并被送到下游处理单元，例如废热回收单元，然后到消化器单元(未示出)上，或场外处置(未示出)，或两者的组合。

在一些方面，水在单元108中冷凝并作为流134送至锅炉2317，在那里它可以转化为蒸汽并作为流2334送回bfb煅烧炉2507以继续使床流化。在一些方面，锅炉2317至少部分地使用废物处理热、电热或这些热源的组合来加热。在一些方面，来自其他子系统内的单元的一部分可用蒸汽，例如来自消化器单元106、费托单元112或这些单元的组合(未示出)的过量蒸汽可与锅炉和过热降温器2317中的水组合以产生lp蒸汽流2334，然后在有或没有额外加热的情况下将其送入bfb煅烧炉2307。任选地，流2334可以在被送到bfb煅烧炉2307之前使用热交换设备(未示出)过热。

在一些方面，浓缩的气态co2流150离开水分离和固体去除单元108并被送至压缩单元2391。在压缩之后，co2流2550可被送至下游处理，例如送到合成燃料生产子系统，以及在一些情况下，送到sgr单元(未示出)。离开bfb煅烧炉单元2507的氧化钙固体流131和煅烧炉热气态产物流132都可以具有高达约900℃的温度，因此，显热被再循环或转移到其他过程流的方法可用在这种实施方案中以减少废热并改善整个过程的能源使用。

由于该煅烧炉设计的流化性质，电气元件2589产生的热量可以有效地在整个床的元件传递，从而最小化热点以及cao在壁上积聚的风险，并且在某些情况下，可以允许该单元在略低的温度下运行，例如在850℃-870℃的范围内。

这种类型的电加热煅烧炉可以结合到本文所述的许多其他实施方案中，例如如图3、14、18、19、22、23、27至29所示的实施方案。这种类型的电煅烧炉可以代替在图5、11、12中描述的实施方案中的氧燃烧煅烧炉单元，没有损害那些图中已经描述的特征，并且通过这样做，这些实施方案可以进一步利用可再生能源。此外，该电煅烧炉可以结合在操作电动sgr的系统中，如图19、22、23和27所述，进一步利用可再生能源而不是化石燃料能源来满足整个系统的热量需求，并由此得到的方法可以具有一种或多种低碳强度产物、较低的资本成本、较低的操作成本或这些优点的组合。

在一些方面，电气元件2589被包覆并且因此更像电加热器，使得它们可以与单元内的其他金属表面耦合而不会导致元件失效或烧坏。在其他情况下，电气元件2589暴露，并且因此必须被包围在壳体区域2592等中，使得在任何导电表面/材料与元件本身之间存在间隙。

根据第二十五实施方案并参考图26，煅烧炉单元2600包括电窑煅烧炉2607，其与固体去除单元108和压缩单元2391耦合。

用作窑反应器容器的电窑煅烧炉2607具有内部处理容器2685，其包裹在绝缘或耐火衬里2684中并装在外部容器2683中。外部容器为该单元提供结构支撑并且可以由廉价的碳钢构成，因为通过绝缘或耐火衬里2684屏蔽了煅烧炉工作温度。内部处理容器可以由耐热材料构成，例如253ma、inconell、哈氏合金或具有类似性能的任何其他材料，可以在高温操作条件下保持结构完整性。电加热元件2689可以容纳于元件容纳区2692中，元件容纳区2692在元件和内部处理容器壁2685之间提供间隙，通过该间隙可以传导热量。

在一些方面，电窑煅烧炉2607可以用位于元件容纳区2692中的电元件2689加热。可选地或另外地，内部处理容器2685的壁与金属散热片2693耦合，并且加热元件可产生热量，然后通过内部处理容器2685的壁、金属散热片2693或两种元件的组合传导进入煅烧区2682和固体床材料，以保持工作温度高达1000℃，例如在窑中使用100％co2气氛时。在一些方面，加热元件被配置为类似于电陶器窑。

向电窑煅烧炉2607供给caco3材料流130，当其通过煅烧区2682时，煅烧以释放气态co2和固体cao。固体cao向窑2607的底部移动并通过受控排放装置2390作为流131离开。在一些方面，流131离开处理容器2685，例如高达900℃，它将通过受控排放装置2390，例如环密封氟密封等。在一些方面，电窑煅烧炉容器2685和受控排放装置2390之间可以冷却流131，受控排放装置2390可以包括更宽范围的排放装置，例如包括闭锁料斗、旋转式阀门等的机械排放装置。

当固体材料向内部处理容器2685的底部移动时，气态co2向上移动通过煅烧区2682，因为它也移动并加热固体材料。在一些情况下，在离开电窑煅烧炉之前，热煅烧气体移动通过进入煅烧炉的caco3材料床，用于预热这些进料固体，类似于立窑的构造。

冷却的气流经由流2632离开电窑煅烧炉的顶部，然后在那里将其转移到固体去除单元108。一旦基本上不含任何灰尘(流138)，气态co2流150在作为流2650被送到其他处理单元(例如sgr单元(未示出))之前可以转移到压缩单元2391。

在一些方面，电加热元件2689被配置成使得它们可以在与煅烧区2682中的热caco3/cao材料直接接触的情况下操作而没有显著的结垢、腐蚀等，然后将元件2689直接插入床中将是电加热煅烧炉窑单元2607的另一种选择。

在一些方面，由电加热元件2689产生的热量从暴露的电加热元件2689、金属翅片2693、内部处理壁2685或上述任意者的组合，沿朝向煅烧区2682中心的径向移出。该电能可以看到加热元件和目标caco3材料之间的几种类型的传热阻力，包括例如元件材料本身、衬里内部处理容器壁或翅片的任何固体cao、煅烧区2682内的气体环境，最后是caco3材料本身。通过这些电阻层的热传递可以是缓慢的，因此内部处理容器2685的优选直径范围在内径为6到18英寸之间，使得足够的热量可以在整个煅烧区域中延伸并且加热caco3达到煅烧温度约为900℃。

这种类型的电加热窑煅烧炉2607可以结合到本文所述的许多其他实施方案中，例如图3、14、18、19、22、23、27至29所示的实施方案。这种类型的电窑煅烧炉2607可以代替图5、11、12中描述的实施方案中的氧燃烧煅烧炉单元，不损害这些图中已经描述的特征，并且通过这样做，这些实施方案可以进一步利用可再生能源。此外，该电煅烧炉可以结合在操作电动sgr的系统中，如图19、22、23和27所述，进一步利用可再生能源而不是化石燃料能源来满足整个系统的热量需求。

根据第二十六实施方案并参考图27，合成燃料生产系统2700包括co2捕获子系统101、氢生产子系统103和合成燃料生产子系统102。co2捕获子系统包括煅烧炉单元1707。合成燃料生产子系统102具有与陶瓷热交换器2714和费托单元2712耦合的sgr单元2711。sgr单元2711包括锅炉2717、sgr反应器容器2769和电气元件2718，其产生sgr反应器容器2769中发生的合成气过程所需的热流2773。

陶瓷热交换器用于各种高温和腐蚀性工业应用，包括例如热交换单元如炉子、锅炉等。陶瓷热交换器能够在高温下进行气-气热交换，例如在sgr单元中使用的那些，在例如sgr单元2711在atr条件下操作的情况下，高达约1100℃。陶瓷热交换器可以由各种陶瓷材料制成，例如碳化硅或氧化铝。碳化硅可以比氧化铝便宜，但在高温水蒸气环境下更容易腐蚀。除陶瓷材料外，陶瓷热交换器还可具有金属壳和部件。

在图27所示的实施方案中，陶瓷热交换器2714用于在sgr单元2711热合成气产物流148和一种或多种sgr单元2711气态进料流(包括诸如co2、h2o、ch4、h2、费托轻馏分等的组分)之间交换热量，产生用于sgr容器2711的热sgr进料流2750和冷却的合成气产物流2748，其作为进料被送至费托单元2712。在一些方面，气态进料流可以作为单独的流或组合流进入陶瓷热交换器2714。陶瓷热交换器2714是这种应用所需要的，因为暴露于热的sgr产品气流条件和温度的普通金属和合金热交换器将易于产生金属粉化问题，其中陶瓷热交换材料不易金属粉化。当金属或合金表面(例如低碳钢，不锈钢，铁和镍基合金)暴露于工艺操作条件下时，金属粉化是合成气和重整过程中的常见问题。结果是金属材料劣化，最终需要更换。工业通常通过将气流冷却到不发生金属粉化的温度来减少金属粉化问题-这导致能量浪费和低工艺效率。

陶瓷热交换器可用在使用sgr单元产物气流148预热一个或多个sgr单元2711进料流的所有应用中。

如该实施方案中所示的sgr单元2711可以使用用于合成气反应物的进料流，包括例如煅烧炉1707气态产物流150，其含有至少一部分co2并且还可以含有h2o。sgr单元2711还可以供给来自流1759的一部分ch4、来自锅2717(供给来自流2762的水)的一部分蒸汽流2755、来自费托单元2712的一部分蒸汽流2758，或者以上任何一种组合作为sgr的反应物。这些物流可以作为原料提供给sgr单元2711，部分地减少或消除了对从氢生产子单元110供应的氢气流1764的需要。

在一些实施方案中，流2748中的一部分h2可使用例如膜分离单元分离，并经由陶瓷热交换器2714(未示出)再循环回到sgr容器2769。在这种情况下，可以获得作为sgr容器2969的较便宜的反应物ch4流1759，并且当ch4流1759、费托轻馏分流1981中的一种或多种与蒸汽流2755和2758中的一种或多种作为原料进料到sgr反应器容器2769，然后sgr容器2769除了rwgs反应之外，还包括至少一部分smr反应、dmr反应或这些反应的组合，以产生合成气产物流148。

在一些实施方案中，可以获得ch4流1759作为较便宜的反应物，并且当ch4流1759和蒸汽流2755和2758中的一种或两种被送到sgr单元2711时，然后sgr单元2711除了rwgs反应，还包括至少一部分smr反应、dmr反应或这些反应的组合，以产生合成气产物流148。

在一些方面，使用ch4作为sgr单元2769的原料可能更经济，例如当可再生电力不可得或昂贵和使用ch4源用于sgr反应器2769原料(和以例如smr模式操作sgr单元2711)时，比运行电驱动的氢生产子单元110更具成本效益。另外或可选地，当co2捕获子系统101离线或容量降低时，可以使用这种操作方法。

在图27所示的实施方案中，煅烧炉单元1707可能需要与氧源燃烧的燃料以提供煅烧的操作温度。燃料可由非现场氢气供应、来自氢生产子系统110的氢气、天然气、来自费托单元2712的费托轻质烃或这些组分的组合作为流1761来提供。

在图27所示的实施方案中，煅烧炉单元1707可以如图3,24-26中所述进行电加热。在这些情况下，从煅烧炉1707到sgr单元2711的co2进料流150可以具有比使用燃料源的燃烧加热煅烧炉单元1707时基本上更少的水含量或没有水，结果，煅烧炉产物气流150在被送到sgr单元2711之前，可能不需要相同的下游部件，例如除水。

根据第二十七实施方案并参考图28，合成燃料生产系统2800包括捕获子系统101、氢生产子系统103和合成燃料生产子系统102。合成燃料生产子系统102具有sgr单元2811，其与陶瓷热交换器2714和费托单元2712耦合。sgr单元2811包括sgr单元sgr燃烧器系统2867，sgr燃烧器系统2867用燃料源流1761进行空气燃烧，燃料源流1761可包括燃料，例如天然气、氢气、费托轻质烃或任何上述物质的组合。sgr燃烧器系统2867与热交换器2816和锅炉单元2717耦合。燃烧空气流2865通过热交换器2816进料而被预热，然后作为流2866被送到sgr燃烧器系统2867。sgr燃烧器系统热废气流2874用于预热空气，并且在某些情况下需要蒸汽作为sgr单元2811的反应物，sgr燃烧器系统热废气流2874也用于在锅炉单元2717中产生蒸汽2755。热废气流2874可以分成被引导到锅炉单元2717的流2815被引导到锅炉单元2717，和被引导到热交换器2816的流2835。到锅炉单元2717的进料流2815和到热交换器2816的流2835的分流比，可以根据通过热交换器2816产生蒸汽与空气预热所需的热量而变化。冷却的废气分别作为烟道气流2899和2876离开锅炉单元2717和热交换器2816。在一些情况下，烟道气流2876和2899中的一种或两种可以用作合成燃料生产系统2800内的另一个子系统处理单元的进料流，因为两个流都可包含co2和h2o。

陶瓷热交换器用于各种高温和腐蚀性工业应用，包括例如热交换单元如炉子、锅炉等。陶瓷热交换器能够在高温下进行气-气热交换，例如在sgr单元中使用的那些，即在例如sgr单元2811在atr条件下操作的情况下高达1100℃。陶瓷热交换器可以由各种陶瓷材料制成，例如碳化硅或氧化铝。碳化硅可以比氧化铝便宜，但在高温水蒸气环境下更容易腐蚀。除陶瓷材料外，陶瓷热交换器还可具有金属壳和部件。

在图28所示的实施方案中，陶瓷热交换器2714用于在sgr容器2869热合成气产物流148和一种或多种sgr单元2811进料流(包括诸如co2、h2o、ch4、h2、费托轻馏分等的组分)之间交换热量，产生用于sgr容器2869的热sgr进料流2750和冷却的合成气产物流2748，其作为进料被送至费托单元2712。在一些方面，气态进料流可以作为单独的物流或在组合流中进入陶瓷热交换器2714。陶瓷热交换器2714是这种应用所需要的，因为暴露于热sgr产品气流条件和温度的普通金属和合金热交换器将易于产生金属粉化问题，其中陶瓷热交换材料不易金属粉化。当金属或合金表面(例如低碳钢，不锈钢，铁和镍基合金)暴露于工艺操作条件下时，金属粉化是合成气和重整过程中的常见问题。结果是金属材料劣化，最终需要更换。工业通常通过将气流冷却到不发生金属粉化的温度来减少金属粉化问题-这导致能量浪费和低工艺效率。

陶瓷热交换器2714可用在使用sgr单元产物气流148预热一个或多个sgr反应器单元2869进料流的所有应用中。在该实施方案中，sgr单元2811被配置为处理rwgs反应、dmr反应、smr反应或这些反应的组合。例如，具有配置为处理这些sgr反应的单一单元比具有单独的smr单元和rwgs单元更具成本效益。同样在该实施方案中，陶瓷热交换器2714通过使用sgr单元2869热产物气流148来回收大部分所需的反应热，以预热反应物进料气体，使得在sgr单元2811主要经历rwgs反应的情况下，即不需要进料蒸汽，和rwgs反应焓(+41kj/molco)远低于与smr(+206kj/molco)和dmr(+247kj/molco)相关的反应焓，陶瓷热交换器2714可以提供显热，而反应热可以由sgr单元2811主热源提供，在这种情况下主热源是由sgr燃烧器系统2867产生的热流2873。这种配置与在标准smr单元中尝试相同rwgs过程相比，热回收更好。在一些方面，陶瓷热交换器2714能够提高sgr的热效率，因为它是在不需要高蒸汽进料的sgr系统中回收过程热量的唯一方式。在标准smr单元中，使用来自热合成气产物的热量产生smr进料的蒸汽。rwgs反应不需要这种配置，因此将热合成气产物硬管通过锅炉单元对于rwgs过程来说效率低。在图28所示的实施方案中，在sgr单元2811处于smr操作期间，如果需要，蒸汽可以替代地从sgr燃烧器系统热废气2874产生，如果不需要，则如在这种情况下sgr单元2811用于rwgs过程，sgr燃烧器系统热废气流2874可以将未使用的热量(先前用于在smr操作期间制造蒸汽)预热到sgr燃烧器系统燃烧反应物(即空气和燃料流)。

如该实施方案中所示的sgr单元2811可以使用用于合成气反应物的进料流，包括例如煅烧炉1707气态产物流150，其含有至少一部分co2并且还可以含有h2o。sgr单元2811还可以将来自流1759的一部分ch4、来自锅炉2717的一部分蒸汽流2755(其由流2762供给水)和来自费托单元2712的一部分蒸汽流2758作为反应物来进料。这些流可以作为原料提供给sgr容器2869，部分地减少或消除对从氢生产子单元110供应的氢气流1764的需要。

在一些实施方案中，流2748中的一部分h2可使用例如膜分离单元分离，并经由陶瓷热交换器2714(未示出)再循环回sgr反应器容器2869。在这种情况下，可以获得作为sgr容器2869的较少反应物ch4流1759，并且当ch4流1759、费托轻馏分流1981中的一种或多种与蒸汽流2755和2758中的一种或多种作为原料进料到sgr反应器容器2869，然后sgr容器2869除了rwgs反应之外，还包括至少一部分smr反应、dmr反应或这些反应的组合，以产生合成气产物流148。

在一些方面，使用ch4作为sgr反应器容器2869的原料可能更经济，例如当可再生电力不可得或昂贵且使用ch4源用于sgr反应器容器2869原料(和以例如smr模式操作sgr单元2811)时，比运行电驱动的氢生产子单元110更具成本效益。另外或可选地，当co2捕获子系统101离线或容量降低时，可以使用这种操作方法。

煅烧炉气态产物流132通过固体去除和净化单元108输送，其中水作为流134被除去，并且粉尘/颗粒作为流138被除去。含有co2和一些h2o的气态产物流被送到陶瓷热交换器2714。

在图28所示的实施方案中，煅烧炉单元1707可能需要与氧源1766燃烧的燃料以提供煅烧的操作温度。燃料可由非现场氢气供应、来自氢生产子系统110的氢气、天然气、来自费托单元2712的费托轻质烃或这些组分的组合作为流1761来提供。

在图28所示的实施方案中，煅烧炉单元1707可以如图3,24-27中所述进行电加热。在这种情况下，从煅烧炉1707到sgr单元2811的co2进料流132可以具有比使用燃料源的燃烧加热煅烧炉单元1707时基本上更少的水含量或没有水，结果，煅烧炉产品气流132在被送到陶瓷热交换单元2714之前，可能不需要相同的下游部件，例如除水。

根据第二十八实施方案并参考图29，合成燃料生产系统2900包括捕获子系统101、氢生产子系统103和合成燃料生产子系统102。合成燃料生产子系统102具有sgr单元2911，其与陶瓷热交换器2714和费托单元2712耦合。sgr单元包括sgr燃烧器系统2967，燃烧器系统2967用燃料源流1761进行氧气燃烧，燃料源流1761可包括燃料，例如天然气、氢气、费托轻质烃或任何上述物质的组合。sgr燃烧器系统2967与热交换器2916和锅炉单元2717耦合。燃烧氧气流1765通过热交换器2916进料而被预热，然后被送到sgr燃烧器系统2967。sgr燃烧器系统热排气气流2974用于预热氧气流1765，来自流2976的任何再循环烟道气，并且在某些情况下需要蒸汽作为sgr单元2911的反应物，sgr燃烧器系统热废气流2974用于在锅炉单元2717中产生蒸汽。热废气流2974分成被引入锅炉单元2717的流2915和被引入热交换器2916的流2935。到锅炉单元2717的进料流2915和到热交换器2916的流2935的分流比，可以根据通过热交换器2916产生蒸汽与空气预热所需的热量而变化。冷却的废气分别作为烟道气流2986和2976离开锅炉单元2717和热交换器2916。在一些情况下，至少一部分烟道气流2976可以与燃烧氧气流1765一起再循环回到sgr燃烧器系统2967，并且其一部分可以作为流2989被送到压缩和净化单元，在那里水作为流2975而去除。然后将得到的压缩气体流2999被送入陶瓷热交换器2714，然后用作sgr反应器容器2969的进料流。在一些情况下，烟道气流2976和2986中的一种或两种可以用作合成燃料生产系统2900内的另一个子系统处理单元的进料流，因为两个流都可含有co2和h2o。

陶瓷热交换器用于各种高温和腐蚀性工业应用，包括例如热交换单元如炉子、锅炉等。陶瓷热交换器能够在高温下进行气-气热交换，例如在sgr单元中使用的那些，即在例如sgr单元2811在atr条件下操作的情况下高达1100℃。陶瓷热交换器可以由各种陶瓷材料制成，例如碳化硅或氧化铝。碳化硅可以比氧化铝便宜，但在高温水蒸气环境下更容易腐蚀。除陶瓷材料外，陶瓷热交换器还可具有金属壳和部件。

在图29所示的实施方案中，陶瓷热交换器2714用于在sgr容器2969热合成气产物流148和一种或多种sgr单元2911进料流(包括诸如co2，h2o，ch4、h2、费托轻馏分等的组分)之间交换热量，产生用于sgr容器2969的热sgr进料流2750和冷却的合成气产物流2748，其作为进料被送至费托单元2712。在一些方面，气态进料流可以作为单独的物流或在组合流中进入陶瓷热交换器2714。陶瓷热交换器2714是这种应用所需要的，因为暴露于热sgr产品气流条件和温度的普通金属和合金热交换器将易于产生金属粉化问题，其中陶瓷热交换材料不易金属粉化。当金属或合金表面(例如低碳钢，不锈钢，铁和镍基合金)暴露于工艺操作条件下时，金属粉化是合成气和重整过程中的常见问题。结果是金属材料劣化，最终需要更换。工业通常通过将气流冷却到不发生金属粉化的温度来减少金属粉化问题-这导致能量浪费和低工艺效率。

陶瓷热交换器2714可用在sgr单元产物气流148用于预热一个或多个sgr反应器单元2969进料流的所有应用中。在该实施方案中，sgr单元2911被配置为处理rwgs反应、dmr反应、smr反应或这些反应的组合。例如，具有配置为处理这些sgr反应的单一单元比具有单独的smr单元和rwgs单元更具成本效益。同样在该实施方案中，陶瓷热交换器通过使用sgr容器2969热产物气流148来回收大部分所需的反应热，以预热反应物进料气体，从而在合成气生产子系统2911形成合成气的情况下主要进行rwgs反应，即不需要进料蒸汽，和rwgs反应焓(+41kj/molco)远低于与smr(+206kj/molco)和dmr(+247kj/molco)相关的反应焓，反应陶瓷热交换器2714可提供显热，而反应热可由sgr单元2911主热源提供，在这种情况下主热源是由sgr燃烧器系统2967产生的热流2963。这种配置与在标准smr单元中尝试相同rwgs过程相比，热回收更好。在一些方面，陶瓷热交换器2714能够提高sgr的热效率，因为它是在不需要高蒸汽进料的sgr系统中回收过程热量的唯一方式。在标准smr单元中，使用来自热合成气产物的热量产生smr进料的蒸汽。rwgs反应不需要这种配置，因此将热合成气产物硬管通过锅炉单元对于rwgs过程来说效率低。在图29所示的实施方案中，在sgr单元2911处于smr操作期间，如果需要，蒸汽可以替代地从sgr燃烧器系统热废气2974产生，如果不需要，则如在这种情况下sgr单元2911用于rwgs过程，sgr燃烧器系统热废气流2974可以将未使用的热量(先前用于在smr操作期间制造蒸汽)预热到sgr燃烧器系统燃烧反应物(即氧气和燃料流)。

如该实施方案中所示的sgr单元2911可以使用用于合成气反应物的进料流，包括例如煅烧炉1707气态产物流150，其含有至少一部分co2并且还可以含有h2o。sgr单元2911还可以从来自流1759的一部分ch4、来自锅炉2717的一部分蒸汽流2755(其从流2762供给水)和来自费托单元2712的一部分蒸汽流2758作为反应物来进料。这些流可以作为原料提供给sgr容器2969，部分地减少或消除对从氢生产子单元110供应的氢气流1764的需要。

在一些实施方案中，流2748中的一部分h2可以使用例如膜分离单元分离，并经由陶瓷热交换器2714(未示出)再循环回到sgr容器2969。在这种情况下，可以获得作为sgr容器2969的较少反应物ch4流1759，并且当ch4流1759、费托轻馏分流1981中的一种或多种与蒸汽流2755和2758中的一种或多种作为原料进料到sgr反应器容器2969，然后sgr容器2969除了rwgs反应之外，还包括至少一部分smr反应、dmr反应或这些反应的组合，以产生合成气产物流148。

在一些方面，使用ch4作为sgr容器2969的氢源可能更经济，例如当可再生电力不可得或昂贵且使用ch4源用于sgr反应器容器2969原料(和以例如smr模式操作sgr单元2911)时，比运行电驱动的氢生产子单元110更具成本效益。另外或可选地，当co2捕获子系统101离线或容量降低时，可以使用这种操作方法。

煅烧炉气态产物流132通过固体去除和净化单元108输送，其中水作为流134被除去，并且粉尘/颗粒作为流138被除去。含有co2和一些h2o的气态产物流被送到陶瓷热交换器2714。

在图29所示的实施方案中，sgr单元2911和煅烧炉单元1707中的一个或多个可能需要燃料与氧源燃烧以分别提供合成气生产和煅烧的操作温度。燃料可由非现场氢气供应、来自氢生产子系统110的氢气、天然气、来自费托单元2712的费托轻质烃或这些组分的组合作为流1761来提供。

在图29所示的实施方案中，煅烧炉单元1707可以如图3,24-26中所述进行电加热。在这种情况下，从煅烧炉1707到sgr单元2911的co2进料流132可以具有比使用燃料源的燃烧加热煅烧炉单元1707时基本上更少的水含量或没有水，结果，煅烧炉产品气流132在被送到陶瓷热交换单元2714之前，可能不需要相同的下游部件，例如除水。

参考图30并根据第二十九实施方案，合成燃料生产系统3000包括氢生产子系统103、合成燃料生产子系统102和如图15中所述的co2捕获子系统1501。

在该实施方案中，再生单元1507和sgr单元1511中的一个或多个所需的能量可以至少部分地来自包括氢气、费托轻馏分、天然气或这些组分组合的燃料源的氧燃烧。这些组分，例如费托单元1512产生的轻质烃副产物流1523可用作燃烧燃料，以为再生单元1507和sgr单元1511中的一个或多个产生热量。另外或可选地，氢生产子系统103产生的一些h2和o2，可以用于通过一部分h2流1525和一部分o2流1527的燃烧来加热再生单元1507和sgr单元1511中的一个或多个。

在一些方面，再生单元1507和sgr单元1511中的一个或多个可以是电驱动过程，其中电源1518为再生单元1507提供输入热量1529，和电源1552提供sgr单元1511所需的输入热量1551。例如，再生单元1507中的诸如锅炉之类的设备可以被配置为从电力产生热量，并且sgr单元1511可以至少部分地电配置，例如如实施方案18(图19)和26(图27)中所描述。在某些情况下，电能可以由可再生资源提供。

在本文所述的实施方案中，系统内(例如在氢气生产系统中)产生的氧气可用于工厂内的任何氧化燃烧过程，例如在sgr内的任何现场发电系统内，特别是rwgs反应器，除煅烧炉外或代替煅烧炉。在一些方面，用于工厂内的燃烧过程的氧化剂可以来自更稀的形式，例如空气，或更浓缩的形式，例如在电解槽中产生的o2。

如上述实施方案中所讨论的，co2捕获子系统101、1501、1601可以从工业(点发射)源分离的方式从大量气体捕获co2，可以位于非农业或廉价的土地上，并且可以提供冷却介质源(过程溶液)、高级废热源(煅烧炉和消化器输出)，可以具有从气流(消化器)中去除水的能力和它可以具有消耗来自氢生产系统和合成燃料生产系统的中间或副产物流的能力，例如可以消耗氧气、氢气和较轻的终端燃料，例如在氧燃烧煅烧炉的设备中、在sgr单元的加热和/或原料需求中，以及在使用燃烧的发电系统中，例如燃气轮机和/或锅炉。

此外，氧燃烧煅烧炉的氧需求可显著小于电解过程中产生的总氧副产物流，特别是当电解过程的大小适合于提供合成燃料系统的所有氢需求时。在使用氢电解为包括rwgs和ft单元的燃料合成系统生产氢气的情况下，其中费托反应器原料需要h2:co比率为～2，并且co2源来自co2捕获子系统，包括氧气燃烧煅烧炉，其中从煅烧炉燃烧以及从空气中捕获一些co2，从氢气单元产生的化学计量的氧副产物可以是煅烧炉中所需的大约2-3倍。这导致在可以采用氧气燃烧的其他单元/区域中利用过量氧副产物的潜力。例如，在sgr单元，特别是rwgs单元的加热要求中，在使用燃烧的发电系统中，例如燃气轮机和/或锅炉。

在一些实施方案中，所生产的合成燃料可以混合到现有的化石燃料库存中，使得烃类生产系统(例如炼油厂和分配系统)，从化石燃料原料转变为完全合成的燃料原料可以根据对低碳强度燃料的需求进行定时，不像大多数生物燃料那样的混合限制。

大规模生产的生物燃料包括生物柴油或“fame”(脂肪酸甲酯)和可再生柴油或“hvo”(加氢处理的植物油)。新兴途径包括基于生物质和废物的费托“bft”柴油和通过热解、水解/催化或发酵材料(例如城市垃圾、能源作物和作物残余物)产生的喷气燃料。fame、hvo和bft燃料以小渗透率工作，但社会、化学和环境限制可能会大幅增加成本。具体问题包括下列：

·基于提炼的动物脂肪、废烹饪油和植物油的fame燃料只能与化石柴油混合5-10％，能量密度较低，并且由于腐蚀问题不能通过管分配。该原料是具有替代用途的商品，其成本与原油成本密切相关。

·作物和森林废弃物等生物质原料能量密度低，收集/运输成本高，需要非常大的作物区域，并与食品用途竞争。

·fame、hvo和bft柴油燃料的碳强度均在20-70gco2e/mj范围内(除了现场特定小量来源在10-20gco2e/mj中)。

在一些实施方案中，合成燃料的生产可以被设计为支持从基于化石燃料的系统(例如gtl过程)转换到空气-燃料系统的经济手段，并且这样做，可以降低由此产生的总体过程能量需求、资本成本、碳强度或上述的组合。在这些实施方案中，sgr单元可以例如作为smr或dmr操作，接收诸如甲烷和蒸汽的原料(除了适用的co2之外)，以产生用于下游过程的合成气，例如费托液体燃料生产。该操作模式可以进行一段时间，之后可以操作sgr单元，例如作为rwgs反应器，接收co2和h2原料，以产生用于下游过程的合成气。根据处理某些原料的需要和可用性，可以交替使用这些不同的操作模式。在一些实施方案中，不需要单独的rwgs、smr和dmr单元-这些反应可以在相同的催化sgr反应器中进行，简单地通过改变原料流。

在一些实施方案中，该系统可以被设计成促进从gtl到空气到燃料的动态过渡，或者促进作为混合gtl和空气到燃料系统的操作，利用化石燃料以及稀薄的源二氧化碳和氢源。该系统可以设计成根据许多条件在gtl输入和空气之间来回切换燃料输入。在这些实施方案中的一些中，使用来自现场空气-燃料系统的副产物可以减轻基于化石燃料的过程(例如本文提到的gtl过程)的现有挑战。例如，gtl系统在其合成气体产品中为下游用户如费托和甲醇系统产生有利的氢碳(h:c)比率方面存在挑战。干式甲烷重整(dmr)倾向于产生低h:c比(～1:1)，蒸汽甲烷重整倾向于产生高h:c比(～3:1)，而自热重整可以实现两者之间的某种程度(～2:1)，来自空气分离装置(asu)的o2进料源在较小规模下可能过于昂贵。如果gtl过程位于同时容纳空气-燃料系统部件的场所，例如电解和dac系统(能够生产额外的氢气、氧气和二氧化碳原料)，那么gtl氢碳比问题可能减轻，并且可以避免使用额外的(和昂贵的)asu设备。此外，相对于仅利用天然气作为输入的gtl燃料，可以降低所得燃料的碳强度。

诸如此类的系统可以响应于许多因素(例如，电力的价格和可用性)来改变从化石燃料到稀薄的源二氧化碳和氢气的输入之间的平衡：在示例实施中，在有过剩或负担得起的电力可用时，例如在电力由可再生能源间歇性产生和电网不需要过剩电力的情况下，系统可以在空气中被操作到燃料模式。类似地，该系统可以转换为以gtl模式操作，或者以大多数燃料使用化石燃料生产的模式运行，在无法获得电力，或者在其他地方需求很高时，有效地允许空气燃料生产系统通过生产和使用氢气将空气转化为燃料来充当套管以吸收过剩的电力容量。

在这些gtl过渡实施方案的一些方案中，gtl单元的转变可以例如涉及改变一些或所有反应器内的催化剂材料，改变一些或所有反应器内的操作方案，添加或移除反应器周围的设备，在工厂内重新布置流，并可能地改变原料的量。

在一些实施方案中，系统100可包括部件，例如空气接触器单元，流化床反应结晶器，消化器，氧燃烧煅烧炉，氢生产系统诸如高温soec电池、质子交换膜(pem)、碱性电解器，合成燃料生产部件诸如合成气生成反应器(sgr)，例如干式甲烷重整器(dmr)、蒸汽甲烷重整器(smr)、自动热重整器(atr)、rwgs反应器和部分氧化反应器，以及合成燃料处理单元包括费托反应器、甲醇制汽油(mtg)单元、甲醇制烯烃(mto)单元、甲醇合成装置、co2加氢制烃装置，动力循环，或这些装置的组合。

在这些实施方案中的一些方案中，反应器可包括外部燃烧区，由此燃烧过程与内部反应过程分开，从而允许燃烧组分与反应产物分开收集而不影响反应器内的反应环境或组合物。

在一些实施方案中，系统100中使用的热交换器装置可包括壳管式热交换器、板框式热交换器、管束式热交换器、热回收系统、锅炉、再沸器、冷却塔、冷却翅片、挡板、微通道热交换器、线圈、散热器盘管、螺旋换热器、流化床、喷雾塔、鼓泡塔、气体喷射、逆流、并流或交叉流热交换器或这些部件的组合。在一些实施方案中，蒸汽用作热交换介质，并且可结合采用蒸汽减温器设备。

在一些实施方案中，氢生产子系统103的总容量的大小被设定为满足下游燃料合成子系统102(例如费托合成或甲醇合成单元)的原料需求。所需的氢气生产能力取决于燃料合成子系统102的生产能力以及该方法所需的h2:co的比率。在水电解槽用于产生所有氢气并且co2捕获子系统供应所有co的实施方案中，由水电解槽共同产生的氧气量约为煅烧炉的氧气需求量的三倍。

在一些实施方案中，系统的全部或部分热需求通过氧燃烧、具有后co2捕获的空气燃烧、电加热或这些方法的组合来满足。

在其他一些实施方案中，燃烧过程中使用的燃料可包括氢气、甲烷、生物甲烷、热解油、天然气、合成气、来自费托过程的产品，或这些组分的组合。

在一些实施方案中，来自净化单元的水可以被供给到水处理和源单元。

在一些实施方案中，co2捕获子系统可以在消化器单元内包含高温水合器或蒸汽消化器。

除非另有说明，否则术语“耦合”及其变型(例如本说明书中使用的“耦合的”)旨在包括间接和直接连接。例如，如果第一设备耦合到第二设备，则该耦合可以通过直接连接或经由其他设备和连接器的间接连接。类似地，如果第一设备与第二设备耦合，则这种耦合可以通过直接连接或通过经由其他装置和连接器的间接连接。特别地，流体耦合意味着提供直接或间接通路以使流体在两个流体耦合装置之间流动。而且，热耦合意味着提供直接或间接通路以使热能在热耦合装置之间流动。

已经描述了本发明的许多实施方案。然而，应该理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种修改。因此，其他实施方案在以下权利要求的范围内。在参考本说明书的情况下，各种方面的进一步修改和替代实施方案对于本领域技术人员而言将是显而易见的。因此，该说明书仅被解释为说明性的。应该理解，这里示出和描述的形式将被视为实施方案的示例。元件和材料可以代替本文所示和所述的那些，部件和工艺可以颠倒，并且某些特征可以独立使用，所有这些对于本领域技术人员来说在获益于本说明书之后是显而易见的。在不脱离权利要求书中描述的精神和范围的情况下，可以对本文描述的元件进行改变。