CN116422248A - 燃料合成装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够有效利用作为副产物而生成的CH4来合成燃料的燃料合成装置。燃料合成装置(1)具有：供给CO2气体以及H2气体的供给机构(2)；使CO2气体以及H2气体化学反应来合成燃料的燃料合成催化剂(3)；使燃料成为液体并与包括未反应的CO2气体以及H2气体和作为副产物的CH4气体在内的气体分离的气液分离机构(4)；使分离出的气体回流至供给机构与燃料合成催化剂之间的回流通路(20)；从回流通路迂回并与回流通路的下游合流且具有将CH4分离的CH4分离机构(51)以及使CH4氧化的CH4氧化催化剂(52)的迂回通路；和选择性切换与回流通路连通或与迂回通路连通的切换阀(V)，基于CH4的浓度而将切换阀的连通对象控制为回流通路或迂回通路。

Description

燃料合成装置
技术领域
本发明涉及通过氢及二氧化碳来合成燃料的燃料合成装置。
背景技术
为了减轻对于地球环境的不良影响，汽车的尾气限制被进一步加强。
作为使用氢(H2)及、尾气和大气中所含的二氧化碳(CO2)来合成作为燃料的汽油的技术，公知有FT(Fischer–Tropsch；费托)法。FT法从一氧化碳(CO)和H2使用催化反应而合成碳化氢。基于FT法进行的碳化氢的合成是通过反应使碳链增长的一种重合反应。根据FT法，产生如下的反应(下记反应式(1))。
nCO+(2n+1)H2→CnH2n+2+nH2O…(1)
以往，在通过FT法合成汽油(碳数量为5以上(C5+)的碳化氢)的情况下，通常使尾气和大气中所含的CO2逆水煤气变换反应(下记反应式(2))，使CO2成为CO后对上述反应式(1)使用。
CO2+H2→CO+H2O…(2)
近些年，大幅发展了用于提高FT法效率的研究，作为革新性技术而提出了直接合成(Direct－FT)(例如参照非专利文献1)。Direct－FT为，在催化剂存在的前提下，同时实现逆转换反应和FT合成反应，从CO2和H2直接制造碳化氢(下记反应式(3)，图3)。此外，图3是说明Direct－FT中的燃料(汽油)合成机制的说明图。
nCO2+mH2→CnH2(m－2n)+2nH2O…(3)
如图3所示，CO2在催化剂(例如催化剂Na－Fe3O4/HZSM－5)的表面上通过H2经由中间体的CO和CH2而生成C5+的碳化氢(汽油)。此时，作为副产物而生成H2O。另外，因伴随供给量不稳定造成的温度偏差，在低温和H2缺乏的条件下，作为副产物会生成包括甲烷(CH4)在内的碳数量为4以下(C1－4)的碳化氢。
对于FT法和Direct－FT进行了如下尝试：通过使C1－4的碳化氢循环并再次通过催化剂反应来使碳链增长而成为C5+的碳化氢。但是，C1－4的碳化氢尤其CH4的反应性低，碳链难以增长，即使循环也仅会导致反应系统(装置内)的浓度变高。
关于CH4气体，因为地球温暖化系数(Global Warming Potential；GWP)高，所以难以排放大气。CH4虽然能够对都市气体利用来获得，但为此而需要基于精炼工厂等进行的进一步精炼工序，无法容易执行。为了减轻对于地球环境的不良影响，优选为，在CO2的基础上也对CH4有效利用。
在这样的状况下公开了如下技术，其将由基于FT法的FT合成反应装置生成的CH4向改质反应器输送，通过改质催化剂作用，在CH4与水蒸气(H2O)之间产生改质反应，转化为H2以及CO(例如参照专利文献1)。此外专利文献1中，转化得到的H2向FT合成反应装置供给，作为C5+的碳化氢的原料。另外，专利文献1中，转化得到的CO向改质反应器供给，作为改质反应器的辅助燃料。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第6097828号公报
非专利文献1：石冢博昭，“关注于从CO2集成制造液体合成燃料的流程技术的研究开发”，[online]，2021年2月22日，国立研究开发法人新能源及产业技术综合开发机构，[2021年12月20日检索]，网络链接＜URL:https://www.nedo.go.jp/news/press/AA5_101410.html＞
发明内容
在专利文献1所述的技术中，由于将CO向改质反应器供给，所以改质反应器中的C量持续增加。另一方面，向FT合成反应装置供给的原料气体的C不得不另外追加供给。也就是说，专利文献1所述的技术在有效利用作为副产物而生成的C1－4的碳化氢，尤其有效利用CH4的点上具有改善空间。
本发明是鉴于上述状况做出的，其课题为，提供能够有效利用作为副产物而生成的CH4来合成燃料的燃料合成装置。
为了解决上述课题，技术方案1的发明为一种燃料合成装置，其特征在于，具有：供给机构，其配置于主通路的上游，供给CO2气体以及H2气体；燃料合成催化剂，其配置于所述供给机构的下游，使所述CO2气体以及所述H2气体化学反应来合成燃料；气液分离机构，其配置于所述燃料合成催化剂的下游，使所述燃料成为液体，并且将所述液体与包括未通过所述燃料合成催化剂反应的所述CO2气体以及所述H2气体、和作为副产物的CH4气体在内的气体分离；回流通路，其使由所述气液分离机构分离出的所述气体回流至所述供给机构与所述燃料合成催化剂之间；迂回通路，其从所述回流通路迂回并与所述回流通路的下游合流，并且具有将所述CH4分离的CH4分离机构以及使由所述CH4分离机构分离出的CH4氧化的CH4氧化催化剂；切换阀，其具备于所述回流通路与所述迂回通路之间的分支部分，选择性切换与所述回流通路连通或与所述迂回通路连通；和CH4浓度测量机构，其配置于所述回流通路，测量由所述气液分离机构分离出的所述气体中所含的CH4的浓度，基于由所述CH4浓度测量机构测量出的CH4的浓度而将所述切换阀的连通对象控制为所述回流通路或所述迂回通路。
这样地，技术方案1的发明针对停留在燃料合成装置内的CH4，根据其浓度来控制切换阀并使CH4部分氧化，并使其生成气体(CO)回流至燃料合成催化剂的上游(供给机构与燃料合成催化剂之间)。由此，技术方案1的发明能够通过燃料合成催化剂将CO作为原料来使用，能够合成炭增长充分的燃料(C5+的碳化氢)。
技术方案2的发明的特征在于，在技术方案1所述的燃料合成装置中，在由所述CH4浓度测量机构测量出的CH4的浓度成为阻碍所述燃料的合成的规定值以上的情况下，使所述切换阀与所述迂回通路侧连通。
这样地，技术方案2的发明针对停留于燃料合成装置内的CH4，在其浓度变高，成为阻碍燃料合成的规定值以上的情况下使CH4部分氧化，使其生成气体(CO)回流至燃料合成催化剂的上游。由此，技术方案2的发明能够通过燃料合成催化剂将CO作为原料来使用，能够合成炭增长充分的燃料(C5+的碳化氢)。
技术方案3的发明的特征在于，在技术方案1或2所述的燃料合成装置中，所述供给机构还具有供给O2气体的功能，所述燃料合成装置具有：基于由所述CH4浓度测量机构测量出的CH4的浓度来计算对于氧化所需要的O2量的计算机构；和基于由所述计算机构计算出的O2量而由所述供给机构向所述CH4氧化催化剂供给所述O2气体的O2供给机构。
为了CH4的部分氧化而需要O2。技术方案3的发明通过计算机构基于CH4的浓度来计算对于氧化所需要的O2量，通过O2供给机构从供给机构向CH4氧化催化剂供给O2。由此，技术方案3的发明能够向CH4氧化催化剂供给需要量的O2，即使不另外追加特别的供给机构，也能够使需要量的CH4部分氧化。
发明效果
根据本发明，可提供能够有效利用作为副产物而生成的CH4来合成燃料的燃料合成装置。
附图说明
图1是表示本实施方式的燃料合成装置的构成的概略图。
图2是本实施方式的燃料合成装置中的用于控制回流通路与迂回通路的切换的流程图。
图3是说明Direct－FT中的燃料合成机制的说明图。
附图标记说明
1燃料合成装置
2供给机构
3燃料合成催化剂
4气液分离机构
5油水分离机构
10主通路
11～17配管
20回流通路
21储藏罐
22电气分解槽
23CH4浓度测量机构
25配管
30压缩机
31反应筒
40加热器
50迂回通路
51CH4分离机构
52CH4氧化催化剂
53～55配管
60ECU
MFC质量流量控制器
V切换阀
具体实施方式
以下，一边适当参照附图，一边详细说明本发明的一个实施方式的燃料合成装置1。此外，在以下说明中，上游、上游侧、下游以及下游侧的这些用语，表示在成为说明对象的装置中流动的流体的流动方向上的上游侧和下游侧。
在所参照的附图中，图1是表示本实施方式的燃料合成装置1的构成的概略图。
首先，说明燃料合成装置1所具有的各通路的构成。燃料合成装置1具有：针对所供给的气体进行燃料合成和燃料分离的主通路10；和使燃料的分离出的以气相残留的气体再次回流至与主通路10中的燃料合成催化剂3相比的上游侧的回流通路20。主通路10具有配管11、配管12、配管13、配管14、配管15。此外，燃料合成装置1在这些通路之外还具有ECU(Electronic Control Unit)60。ECU60基于配置于回流通路20的CH4浓度测量机构23的值来控制后述的切换阀V和其他的各种调整阀。另外，ECU60基于未图示的各种传感器的值来进行压缩机30、加热器40、油水分离机构5等控制。
如图1所示，燃料合成装置1在主通路10的路径上具有供给机构2、燃料合成催化剂3和气液分离机构4。燃料合成装置1在供给机构2的下游具有燃料合成催化剂3，并在燃料合成催化剂3的下游具有气液分离机构4。另外，燃料合成装置1在主通路10的路径上且在气液分离机构4的下游具有油水分离机构5。
另外，燃料合成装置1在供给机构2与燃料合成催化剂3之间具有压缩气体的压缩机30和将压缩后的气体加热的加热器40。压缩机30和加热器40经由主通路10的配管12而连接。压缩机30以使气体的压力成为3MPa的方式进行压缩。加热器40以使气体的温度成为330～380℃的方式进行加热。此外，气体的压力以及温度能够根据燃料合成催化剂3的特性等适当设定。
供给机构2经由主通路10的配管11与压缩机30连接。供给机构2向主通路10供给二氧化碳(CO2)气体以及氢(H2)气体。另外，供给机构2经由配管25与CH4氧化催化剂52连接。供给机构2向配管25供给氧(O2)气体。
CO2气体从储藏CO2气体的储藏罐21供给。CO2气体的供给量由ECU60控制。此外，CO2气体也可以是由吸附剂所吸附的从汽车等车辆的内燃机排出的排气中或大气中的CO2。该情况下，只要根据需要使CO2脱离，则也能够作为CO2储藏罐使用。
H2气体能够将由燃料电池等生成的水通过电气分解槽22进行电气分解而获得。H2气体能够将这样获得的H2气体储藏在H2储藏罐(未图示)内并从H2储藏罐供给。另外，H2气体也能够根据需要而从其他的H2气罐供给。H2气体的供给量由ECU60控制。此外，若将水通过电气分解槽22进行电气分解，则能够获得O2。即，供给机构2具有供给O2气体的功能。燃料合成装置1将由供给机构2生成的O2气体使用于CH4的部分氧化。
燃料合成催化剂3配置于供给机构2的下游，使CO2气体以及H2气体化学反应来合成燃料。所合成的燃料例如为碳数量为5以上(C5+)的碳化氢，具体地为汽油。燃料合成催化剂3配置在设置于主通路10的反应筒31内。反应筒31的上游侧与主通路10的配管13连接，下游侧与主通路10的配管14连接。主通路10中从燃料合成催化剂3的上游侧供给的气体中含有CO2以及H2。CO2以及H2在反应筒31内以规定比例进行化学反应(氢化反应)。作为燃料合成催化剂3，例如能够使用Na－Fe3O4/HZSM－5催化剂，但并不限于此。对于Na－Fe3O4/HZSM－5催化剂，认为在Fe3O4上进行逆水煤气变换(RWGS)反应，在Fe5C2上进行FT合成反应，在沸石上的氧化点进行低聚物化、异性化、芳香族化。在使用了Na－Fe3O4/HZSM－5催化剂的情况下，以最大收获率78％获得C5至C11的碳化氢，甲烷(CH4)和CO的生成很少。
基于燃料合成催化剂3进行的燃料合成的过程能够使用公知技术来进行。例如，从电气分解槽22和H2储藏罐(未图示)向配管11供给以使反应筒31内的CO2与H2的比例成为规定比例的方式计量后的H2，而且通过压缩机30和加热器40对反应筒31内的气体进行升温和压缩。由此，在反应筒31内，在燃料合成催化剂3的作用下，进行上述的RWGS反应、FT合成反应、低聚物化等，生成作为燃料的C5至C11的碳化氢(汽油)(下记反应式(4))。
nCO2+mH2→CnH2(m－2n)+2nH2O…(4)
气液分离机构4配置在燃料合成催化剂3的下游，具体地配置在主通路10中的配管14与配管15之间，进行冷却而使燃料成为液体，并且使该液体与包括未通过燃料合成催化剂3反应的CO2气体以及H2气体和作为副产物的CH4气体在内的气体分离。气液分离机构4通过热交换将包含汽油的合成气体冷却而凝缩，由此使上述的未反应的气体(气相)与以汽油为主成分的液体(液相(C5+的碳化氢))分离。另外，气液分离机构4也能够通过对合成气体进行膜分离，而将以汽油为主成分的液体(液相)分离。由气液分离机构4分离且以汽油为主成分的液相在配管15内流通而向油水分离机构5供给。在由气液分离机构4分离出的气相中包含副产物的CH4以及C2－4的碳化氢、未反应的CO2以及H2、未回收的汽油和水(H2O)。由气液分离机构4作为气相被分离出的气体在回流通路20内流通并供给至燃料合成催化剂3的上游例如压缩机30，再次用于燃料合成。
油水分离机构5利用沸点的差异而将液相中所含的汽油和水分离。油水分离机构5将液相例如加热至35℃以上并不足100℃。由此，能够从液相蒸发获得汽油，因此将其保持气体状态或使其液化，并通过配管16向未图示的燃料储藏罐供给。剩下的液相几乎是水(H2O)，由此通过配管17向外部排出。此外，从使汽油蒸发的观点考虑，优选为，加热温度为40℃以上、50℃以上、60℃以上等。另外，从降低水的混入的观点考虑，优选为，加热温度为90℃以下、80℃以下、70℃以下等。加热温度也能够考虑汽油的分留而以多个温度带设定。
本实施方式中，在回流通路20上设有迂回通路50。迂回通路50从回流通路20迂回并与回流通路20的下游合流。迂回通路50在其路径上具有将CH4分离的CH4分离机构51以及使由CH4分离机构51分离出的CH4氧化的CH4氧化催化剂52。
作为CH4分离机构51，例如能够使用分子筛。从CH4分离机构51透过并分离的CH4经由配管53向CH4氧化催化剂52供给。此外，在从CH4分离机构51透过并分离的气相(透过侧的气相)中可能包含H2，但该H2也与CH4一同向CH4氧化催化剂52供给。另一方面，在没有从CH4分离机构51透过的气相(保持侧的气相)中，有可能包含CO2以及C2－4的碳化氢。CO2以及C2－4的碳化氢经由配管54向回流通路20供给。并且，这些CO2以及C2－4的碳化氢供给至燃料合成催化剂3的上游，例如供给至压缩机30，再次使用于燃料合成。
CH4氧化催化剂52在比对于完全燃烧所需要的理论氧气量低的氧浓度下不完全燃烧。作为CH4氧化催化剂52，例如能够使用Pd/Al2O3催化剂。Pd/Al2O3催化剂例如在400℃的条件下，使规定比例的CH4和O2反应并使CH4部分氧化，生成CO和H2(下记反应式(5))。
CH4+1/2O2→CO+2H2…(5)
所生成的CO以及H2和以未反应的状态向CH4氧化催化剂52供给的H2经由配管55向回流通路20供给。并且，这些CO以及H2与CO2以及C2－4的碳化氢一同供给至燃料合成催化剂3的上游，例如供给至压缩机30，再次使用于燃料合成。
在回流通路20与迂回通路50之间的分支部分具有切换阀V。切换阀V选择性切换与回流通路20连通或与迂回通路50连通。
另外，在回流通路20上，在气液分离机构4与切换阀V之间配置有CH4浓度测量机构23。CH4浓度测量机构23测量由气液分离机构4分离出的气体中所含的CH4的浓度。CH4浓度测量机构23能够使用能够测量碳化氢浓度的HC分析仪和排气测量装置等。CH4浓度测量机构23将CH4的浓度(测量值)向ECU60输出。ECU60具有计算机构(未图示)，根据输入的CH4的浓度，计算对于CH4氧化催化剂52中的CH4的部分氧化所需要的O2量。该计算机构能够通过ECU60的CPU(Central Processing Unit)(未图示)执行对于计算所需要的程序而具象化。并且，ECU60将计算出的需要O2量要求值向质量流量控制器MFC输出。
CH4氧化催化剂52和供给机构2(具体地电气分解槽22)如上所述地由配管25连接。由电气分解槽22生成的O2在配管25内流通并向CH4氧化催化剂52供给(O2供给机构)。另外，在该配管25上具有质量流量控制器MFC。质量流量控制器MFC测量O2的质量流量，进行流量控制。质量流量控制器MFC根据ECU60计算出的O2量来控制从电气分解槽22供给的O2的流量，同时将O2向CH4氧化催化剂52供给。由此，CH4氧化催化剂52恰当进行CH4的部分氧化。
并且，本实施方式中，基于由CH4浓度测量机构23测量出的CH4的浓度来进行控制，将切换阀V的连通对象设为回流通路20，或设为迂回通路50。切换阀V由ECU60控制。这样地，燃料合成装置1针对停留于装置内的CH4，根据其浓度控制切换阀V而使CH4部分氧化，使其生成气体(CO)回流至燃料合成催化剂3的上游(供给机构2与燃料合成催化剂3之间)。
由此，燃料合成装置1通过燃料合成催化剂3而能够将CO作为原料，能够合成炭增长充分的燃料(C5+的碳化氢)。即，燃料合成装置1能够有效利用通过燃料合成催化剂3作为副产物而生成的CH4来合成燃料。
燃料合成装置1使用二氧化碳来合成燃料(汽油)，因此，能够削减二氧化碳，能够减轻对于地球环境的不良影响。
燃料合成装置1可以为，在由CH4浓度测量机构23测量出的CH4的浓度成为阻碍燃料的合成的规定值以上的情况下，使切换阀V与迂回通路50侧连通。规定值能够考虑燃料合成催化剂3的能力而适当设定。
若设为这样的方式，则燃料合成装置1针对停留于装置内的CH4，在其浓度变高，成为阻碍燃料合成的规定值以上的情况下，ECU60将切换阀V的连通对象切换为迂回通路50而使CH4部分氧化，并使其生成气体(CO)回流至燃料合成催化剂3的上游。因此，燃料合成装置1能够通过燃料合成催化剂而将CO作为原料使用，能够合成炭增长充分的燃料(C5+的碳化氢)。
此外，在该方式中，在CH4的浓度不足规定值的情况下，ECU60使切换阀V不工作，将其连通对象保持为回流通路20。运转开始时以及通常运转时的切换阀V的连通对象为回流通路20。并且，未反应的CO2、H2以及副产物的CH4、C2－4的碳化氢向燃料合成催化剂3的上游，具体地向压缩机30供给(回流)。若这样做，因为不使用CH4氧化催化剂52，所以能够抑制CH4氧化催化剂52的劣化，能够谋求CH4氧化催化剂52的长寿命化。
接着，参照图2来说明本实施方式的燃料合成装置1中的用于控制回流通路20与迂回通路50的切换的优选方式。图2是本实施方式的燃料合成装置1中的用于控制回流通路20与迂回通路50的切换的流程图。
如图2所示，燃料合成装置1开始运转。供给机构2、压缩机30、加热器40、燃料合成催化剂3、气液分离机构4以及油水分离机构5分别如上所述地运转，合成作为燃料的C5+的碳化氢。伴随燃料的合成，通过燃料合成催化剂3作为副产物而生成CH4。
然后，CH4浓度测量机构23测量由气液分离机构4分离出的副产物的CH4的浓度，将CH4的浓度向ECU60输出(步骤S1)。ECU60判断由CH4浓度测量机构23测量的CH4的浓度不足规定值，还是在规定值以上(步骤S2)。
ECU60在步骤S2中CH4的浓度不足规定值的情况下，ECU60使切换阀V不工作，将连通对象保持为回流通路20(步骤S3)。在该情况下，不需要O2的向CH4氧化催化剂52的供给，因此ECU60进行将质量流量控制器MFC关闭的控制(步骤S4)。然后，返回步骤S1，进行燃料合成装置1的运转以及基于CH4浓度测量机构23进行的副产物的CH4的浓度的测量。
另一方面，ECU60在步骤S2中CH4的浓度为规定值以上的情况下，ECU60将切换阀V的连通对象切换为迂回通路50(步骤S5)。另外，与此同时，步骤S2中，ECU60通过计算机构，根据CH4的浓度来计算对于CH4氧化催化剂52中的CH4的部分氧化所需要的O2量，并将计算出的需要O2量要求值向质量流量控制器MFC输出。并且，ECU60使质量流量控制器MFC工作，根据ECU60计算出的O2量来控制从电气分解槽22供给的O2的流量，同时将O2向CH4氧化催化剂52供给(步骤S6)。在需要量的O2的供给结束之后，返回步骤S1，进行燃料合成装置1的运转以及基于CH4浓度测量机构23进行的副产物的CH4的浓度的测量。
以上那样地，本实施方式的燃料合成装置1能够基于由CH4浓度测量机构23测量出的CH4的浓度来控制将切换阀V的连通对象设为回流通路20或设为迂回通路50。并且，燃料合成装置1针对停留于装置内的CH4，根据其浓度控制切换阀V而使CH4部分氧化，并使其生成气体(CO)回流至燃料合成催化剂3的上游(供给机构2与燃料合成催化剂3之间)。由此，燃料合成装置1能够通过燃料合成催化剂3而将CO作为原料使用，能够合成炭增长充分的燃料(C5+的碳化氢)。
本发明不限于以上说明的实施方式，能够通过各种方式实施。另外，在构造上可能的范围内，能够使上述的实施方式组合。

Claims (3)

1.一种燃料合成装置，其特征在于，具有：
供给机构，其配置于主通路的上游，供给CO2气体以及H2气体；
燃料合成催化剂，其配置于所述供给机构的下游，使所述CO2气体以及所述H2气体发生化学反应来合成燃料；
气液分离机构，其配置于所述燃料合成催化剂的下游，使所述燃料成为液体，并且将所述液体与包括未通过所述燃料合成催化剂反应的所述CO2气体以及所述H2气体和作为副产物的CH4气体在内的气体分离；
回流通路，其使由所述气液分离机构分离出的所述气体回流至所述供给机构与所述燃料合成催化剂之间；
迂回通路，其从所述回流通路迂回并与所述回流通路的下游合流，并且具有将所述CH4分离的CH4分离机构以及使由所述CH4分离机构分离出的CH4氧化的CH4氧化催化剂；
切换阀，其具备于所述回流通路与所述迂回通路之间的分支部分，选择性地切换与所述回流通路连通或与所述迂回通路连通；和
CH4浓度测量机构，其配置于所述回流通路，测量由所述气液分离机构分离出的所述气体中所含的CH4的浓度，
基于由所述CH4浓度测量机构测量出的CH4的浓度而将所述切换阀的连通对象控制为所述回流通路或所述迂回通路。
2.根据权利要求1所述的燃料合成装置，其特征在于，
在由所述CH4浓度测量机构测量出的CH4的浓度成为阻碍所述燃料的合成的规定值以上的情况下，使所述切换阀与所述迂回通路侧连通。
3.根据权利要求1或2所述的燃料合成装置，其特征在于，
所述供给机构还具有供给O2气体的功能，
所述燃料合成装置具有：
基于由所述CH4浓度测量机构测量出的CH4的浓度来计算对于氧化所需要的O2量的计算机构；和
基于由所述计算机构计算出的O2量而由所述供给机构向所述CH4氧化催化剂供给所述O2气体的O2供给机构。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102066526A (zh) * 2008-05-28 2011-05-18 犹德有限公司 运行费托合成的方法
CN102300959A (zh) * 2009-01-13 2011-12-28 阿海珐公司 用于从含碳物质生产至少一种烃类燃料的系统和方法
CN102730637A (zh) * 2012-07-17 2012-10-17 武汉凯迪工程技术研究总院有限公司 低碳排放的费托合成尾气综合利用工艺
CN102746870A (zh) * 2012-06-19 2012-10-24 中国石油化工股份有限公司 一种费托合成工艺
CN103476704A (zh) * 2011-02-22 2013-12-25 阿海珐 包括操作条件可选择地被调节的重整步骤的用于由碳质材料生产甲醇或烃的方法
CN107530683A (zh) * 2015-04-29 2018-01-02 沙特基础全球技术有限公司 二氧化碳转化为合成气的方法
US20210355392A1 (en) * 2020-05-13 2021-11-18 Velocys Technologies Ltd Process

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022191870A (ja) 2021-06-16 2022-12-28 Ｅｎｅｏｓ株式会社 炭化水素製造装置および炭化水素製造方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102066526A (zh) * 2008-05-28 2011-05-18 犹德有限公司 运行费托合成的方法
CN102300959A (zh) * 2009-01-13 2011-12-28 阿海珐公司 用于从含碳物质生产至少一种烃类燃料的系统和方法
CN103476704A (zh) * 2011-02-22 2013-12-25 阿海珐 包括操作条件可选择地被调节的重整步骤的用于由碳质材料生产甲醇或烃的方法
CN102746870A (zh) * 2012-06-19 2012-10-24 中国石油化工股份有限公司 一种费托合成工艺
CN102730637A (zh) * 2012-07-17 2012-10-17 武汉凯迪工程技术研究总院有限公司 低碳排放的费托合成尾气综合利用工艺
CN107530683A (zh) * 2015-04-29 2018-01-02 沙特基础全球技术有限公司 二氧化碳转化为合成气的方法
US20210355392A1 (en) * 2020-05-13 2021-11-18 Velocys Technologies Ltd Process

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