專利名稱：低壓反應(yīng)器增強系統(tǒng)的制作方法
低壓反應(yīng)器增強系統(tǒng)
與其他申請的關(guān)系
本申請要求2009年11月19日提交的美國臨時專利申請序列號第61/281，674 號(獲得的外國申請序列號)以及2009年7月3日提交的美國臨時專利申請序列號第 61/270，035號、確認(rèn)第9380號(獲得的外國申請序列號)的申請日的權(quán)益；并且是2009年 7月I日提交的共同待決的國際專利申請序列號PCT/US2009/003934的部分繼續(xù)申請，該 國際專利申請要求2008年7月I日提交的美國臨時專利申請序列號第61/133，596號的申 請日的權(quán)益；并要求2008年11月19日提交的美國臨時專利申請序列號第61/199，837號、 2008年11月19日提交的第61/199，761號、2008年12月10日提交的第61/201，464號、 2008年11月19日提交的第61/199，760號、2008年11月19日提交的第61/199，828號、 2009年2月24日提交的第61/208，483號、2009年7月14日提交的第61/270，928號、2009 年7月13日提交的第61/270，820號、2009年5月11日提交的第61/215，959號、2009年2 月24日提交的第61/208，483號的申請日的權(quán)益，所有這些專利的公開內(nèi)容在此以引用的 方式并入。
發(fā)明背景發(fā)明領(lǐng)域
本發(fā)明大體涉及用于增強當(dāng)在以低壓操作時，例如費托反應(yīng)器或甲醇反應(yīng)器的反 應(yīng)器中的轉(zhuǎn)化效率的系統(tǒng)。這在試圖最小化固定資本投資的應(yīng)用中和在大流速存在的稀釋 反應(yīng)物的應(yīng)用中，例如在發(fā)電廠的排出流中的CO2處理中最小化能量消耗是重要的。
相關(guān)技術(shù)的描述
在過去，化學(xué)工業(yè)已經(jīng)使用比化學(xué)計量學(xué)高的濃度的反應(yīng)物，以幫助利用不昂貴 的反應(yīng)物的工藝?yán)缯羝卣霓D(zhuǎn)化效率。這還不是其中使用氫作為主要反應(yīng)物的工藝的 情形。氫昂貴且難于生產(chǎn)。當(dāng)在工藝結(jié)尾作為過量反應(yīng)物釋放時其也是危險的。隨著產(chǎn)生 氫的等離子體轉(zhuǎn)化器、例如泡沫反應(yīng)器的高流速反應(yīng)器的出現(xiàn)和最終地能可靠地回收氫的 功能性膜的引入，在本發(fā)明中現(xiàn)已經(jīng)以新的途徑一起帶來了這些構(gòu)件的組合。
發(fā)明概述
在以上列出的母專利申請中，其中描述的系統(tǒng)的部分功能是由費托型反應(yīng)器，且 在一些情形下是在甲醇反應(yīng)器中產(chǎn)生燃料或產(chǎn)物。在所有的專利申請中，其主要的氫發(fā)生 器(反應(yīng)物)是等離子體腔。這是有效的氫發(fā)生器。相反地，本發(fā)明用于例如水解或流化 床型發(fā)生器的任何氫發(fā)生器。為了標(biāo)明例如氫和CO2的反應(yīng)物已經(jīng)在反應(yīng)器中處理的時間， 其已經(jīng)被要求在高壓下運行。在一些示例中，直到幾百大氣壓以享受高的轉(zhuǎn)化效率。當(dāng)通 過稀釋反應(yīng)物在高流環(huán)境中實施時，能量的效率差且資金增加。以上提到的專利申請在此 條件下運行，同時從發(fā)電廠或其它制造設(shè)備的排出物分離CO2或者處理反應(yīng)物的任意CO或 CO2流。將此巨大的流壓縮至高壓導(dǎo)致巨大的能量損失。這是用于那些已經(jīng)使CO2從制造工 藝的原排出流中分離的工藝不可行的情形。本發(fā)明教導(dǎo)了一種方法以享受高的轉(zhuǎn)化效率， 而不繼續(xù)與高壓操作相關(guān)的能量損失。


通過閱讀以下詳細(xì)說明并結(jié)合附圖，有助于理解本發(fā)明，其中
圖1是本發(fā)明的簡化示意圖。
詳細(xì)描述
圖1是系統(tǒng)皿的簡化示意圖，系統(tǒng)皿具有礦物燃料、廢物和或如下所述為反應(yīng)物氫的生產(chǎn)提供原料的生物質(zhì)101的任意組合的來源。在本發(fā)明的實施方式中使用等離子體腔102用于產(chǎn)生氫。要理解，本發(fā)明不限制于通常只把氫作為反應(yīng)物或等離子體。還可以使用其它的反應(yīng)物和氫發(fā)生器，例如流化床或水解工藝。
壓縮器103在其輸出端104處流出由等離子體腔產(chǎn)生的臟H2和C0(合成氣)，其然后在清潔和調(diào)節(jié)系統(tǒng)105中被調(diào)節(jié)和清潔。水氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)器106是任選的，且其使用依賴于反應(yīng)器和執(zhí)行的工藝。
此時主要由H2和CO2組成的輸出氣體107被引入用于濃縮H2反應(yīng)物的系統(tǒng)，例如PSA、膜或水溶液，此處以108指示。濃縮的H2傳遞至壓縮器111，在甲醇系統(tǒng)的情況下， 壓縮器111只需要使工藝壓力升壓到大約20大氣壓以實現(xiàn)高的轉(zhuǎn)化效率。這比很多競爭的工藝需要小大約5倍的壓力。低壓氫與類似的低壓原排出煙道氣(raw exhaust stack gas) 110組合，在壓縮器121中升壓，并在組合閥113中與在壓縮器111的輸出端處的壓力升高的H2組合。在本發(fā)明的實踐中，壓縮器121和CO2氣流110是任選的。
在本發(fā)明的一些實施方式中，CO或CO2可以直接從輸出的氣流107中產(chǎn)生和回收。 高濃度H2的內(nèi)環(huán)由控制閥113和膜分離器118建立?？刂崎y和膜分離器用于回收反應(yīng)器 115中未使用的過量4。本發(fā)明使反應(yīng)物環(huán)裝載到超過5倍典型的化學(xué)計量學(xué)需要的量，在本實施方式中其為H2的濃度。此反應(yīng)物的高飽和水平允許反應(yīng)器115以其低壓高效率地工作。在本發(fā)明不同的實施方式中，反應(yīng)器115是顆粒型反應(yīng)器、泡沫型反應(yīng)器或者α氧化招氧化物泡沫反應(yīng)器(alpha alumina oxide foam reactor)。泡沫反應(yīng)器通過特別的熱交換特性而有助于高流動性能。
每個反應(yīng)器熱交換系統(tǒng)116的輸出端冷凝生產(chǎn)的產(chǎn)物117以增強每個隨后反應(yīng)器的性能，其中每個隨后反應(yīng)器定位在圖中所示一系列反應(yīng)器115更遠(yuǎn)的下游。
在本發(fā)明實踐中使用的反應(yīng)器115和熱交換系統(tǒng)116的數(shù)量主要通過反應(yīng)器資金成本和轉(zhuǎn)化效率與壓縮器資金成本、與高壓操作相關(guān)的能量成本相比的經(jīng)濟最優(yōu)化來確定。
在此實施方式中最后的反應(yīng)器階段和膜分離器118之后，原煙道排出氣在膜118 的輸出端120處以具有明顯減小的CO2濃度的產(chǎn)物排出。在此實施方式中，CO2已經(jīng)作為額外的反應(yīng)物而被消耗且已經(jīng)以液態(tài)的產(chǎn)物燃料117排出。
雖然已經(jīng)關(guān)于特定 的實施方式和應(yīng)用描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員鑒于本教導(dǎo)可以產(chǎn)生其它的實施方式而不超出本文要求的本發(fā)明的范圍或偏離本文要求的本發(fā)明的精神。從而，要理解，本公開內(nèi)容中的描述和附圖只提供為有助于理解本發(fā)明，且不應(yīng)解釋為限制其范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于處理由制造工藝產(chǎn)生的排出流或反應(yīng)物流的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括在費托反應(yīng)器中處理所述排出流的步驟，其中H2的比率是由等離子體轉(zhuǎn)化器產(chǎn)生的化學(xué)計量的多倍，過量的氫被回收且通過所述工藝再循環(huán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述反應(yīng)物流包含CO。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述反應(yīng)物流包含C02。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述反應(yīng)物流是全煙道排出流。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述費托反應(yīng)器是顆粒型反應(yīng)器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述費托反應(yīng)器是泡沫反應(yīng)器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述費托反應(yīng)器是a氧化鋁氧化物泡沫反應(yīng)器。
8.原文缺失權(quán)利要求8。
9.原文缺失權(quán)利要求9。
10.原文缺失權(quán)利要求10。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述氫通過膜回收。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述氫通過PSA回收。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述氫通過水溶液回收。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述費托反應(yīng)器是甲醇反應(yīng)器。
全文摘要
一種用于增加低壓運行的費托基反應(yīng)器系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)化效率的系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于處理反應(yīng)物或由工業(yè)工藝產(chǎn)生的排出流。CO或CO2被分離，且氣體被轉(zhuǎn)化成有用的燃料。等離子體轉(zhuǎn)化器用于產(chǎn)生是氫的主要反應(yīng)物。
文檔編號F01N3/00GK103038468SQ201080036088
公開日2013年4月10日 申請日期2010年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月3日
發(fā)明者詹姆斯·查爾斯·朱拉尼奇 申請人:詹姆斯·查爾斯·朱拉尼奇