KR101206490B1 - Method for producing synthesis gas in a plant consisting of a compression-type internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

본 발명은 합성 가스 생성에 관한 것이다. 합성 가스를 생성하기 위한 본 발명에 따른 방법은 다중 실린더 4행정 혹은 이중 피스톤 2 행정 압축 형태 내연 엔진을 구비한 플랜트에 의하여 수행된다. 상기 방법은 탄화수소성 원료, 증기 그리고 공기 또는 산소농축공기의 혼합물의 제조-메탄에 대한 0.3~0.58의 공기(산화제) 과잉 계수를 갖는 충전연료, 나아가 형성된 충전연료의 가열, 엔진 실린더에 그의 일정한 공급, 실린더 피스톤으로 압축 운동시 그의 추가적인 가열, 화학적 압축 반응기의 운전 시작 및 탄화수소성 혼합물의 부분적 산화를 일으키는, 충전연료의 주용적에 대하여 보다 낮은 자발적 점화온도을 가지는 액체 또는 기체상 물질의 충전연료 내에 추가적으로 도입되는 자발적인 점화에 따른 상사점(TDC)영역 내 그의 부피 점화 - 내연 실린더의 용적 내 연료 충전, 이어서 리턴 스트립 동안에, 하사점까지 엔진 피스톤의 움직임 동안에 형성된 공정 생성물의 팽창 및 냉각, 합성가스를 함유하는 공정 생성물의 회수, 이어서 합성가스의 냉각, 카본 블랙으로부터의 그의 정제, 그의 최종 냉각 및 메탄올 또는 디메틸 에테르로의 전환을 포함한다.

Figure R1020087022318

합성가스

The present invention relates to syngas production. The process according to the invention for producing syngas is carried out by a plant equipped with a multi-cylinder four stroke or double piston two stroke compression type internal combustion engine. The method comprises the preparation of a mixture of hydrocarbonaceous raw material, steam and air or oxygen enriched air-filled fuel with an excess coefficient of air (oxidant) of 0.3 to 0.58 to methane, further heating of the formed fill fuel, its constant supply to the engine cylinder. Additionally in a packed fuel of liquid or gaseous material with a lower spontaneous ignition temperature relative to the main volume of the packed fuel, causing its further heating during compression into the cylinder piston, the start of operation of the chemical compression reactor and the partial oxidation of the hydrocarbonaceous mixture. Its volume ignition in the region of top dead center (TDC) following spontaneous ignition introduced-fuel filling in the volume of the internal combustion cylinder, followed by expansion and cooling of the process product formed during the movement of the engine piston to the bottom dead center, during the return strip, containing syngas Recovery of the process product, followed by cooling of the synthesis gas, Its purification from carbon black, its final cooling and its conversion to methanol or dimethyl ether.

Figure R1020087022318

Syngas

Description

압축타입 내연엔진으로 구성된 플랜트에서의 합성가스제조방법{Method for producing synthesis gas in a plant consisting of a compression-type internal combustion engine}Method for producing synthesis gas in a plant consisting of a compression-type internal combustion engine

본 발명은 화학공학에 관한 것으로, 보다 구체적으로 탄화수소 원료, 특히, 기체의 탄화수소성 원료로부터 얻은 합성가스의 메탄올 또는 디메틸 에테르로의 연속적인 변화를 포함하는 공정기술이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to chemical engineering, and more particularly to a process technology involving the continuous change of a synthesis gas obtained from a hydrocarbon feedstock, in particular a gaseous hydrocarbonaceous feedstock, into methanol or dimethyl ether.

예를 들면, 메탄의 부분적 산화(CH4 + 0,5O2 + CO + 2H2)에 의한 탄화수소성 원료로부터 합성가스를 제조하는 다양한 방법이 알려져 있다.For example, partial oxidation of methane (CH 4 Various methods of preparing syngas from hydrocarbonaceous raw materials by + 0,5O 2 + CO + 2H 2 ) are known.

상이한 타입의 변환을 기반으로 한 천연가스, H2와 CO를 포함하는 혼합가스로부터 합성가스를 생산하는 방법이 있다: 산소 변환 또는 엔지니어링에 대한 외국 기술 문헌에 기재된 비촉매 부분적 산화, 샤프트 반응기에서 촉매 하에 행해지는 자체발생열 개질(autothermic reforming), 난방관을 가지는 파이프히터에서 행해지는 증기 개질 (탄화된 수소가스로부터 암모니아와 메탄올을 합성하기 위한 가스 생성방법. 화학. 모스크바, 1971, 교정자 A.H. Leibush). There is a method for producing syngas from natural gas based on different types of conversion, mixed gas comprising H 2 and CO: non-catalytic partial oxidation described in foreign technical literature on oxygen conversion or engineering, catalysts in shaft reactors Autothermal reforming under steam, steam reforming in pipe heaters with heating tubes (gas generation method for synthesizing ammonia and methanol from hydrocarbon gas. Chem. Moscow, 1971, Calibrator AH Leibush).

메탄올의 합성을 위한 가스 생성하기 위하여 CO2를 추가하는 천연가스의 자 체발생열 개질은 후술하는 단계의 관측으로 실시된다.The self-generating heat reforming of natural gas adding CO 2 to produce gas for the synthesis of methanol is carried out by observation in the steps described below.

H2O와 함께 천연가스의 탄화,Carbonization of natural gas with H 2 O,

이를 CO2와 혼합하고 열 교환기내의 온도를 다시 변환된 가스에 의해 550-600℃까지 가열; 및Mix it with CO 2 and heat the temperature in the heat exchanger back to 550-600 ° C. with the converted gas; And

샤프트 촉매 반응기에서 O2: CH4=0,6:1,0 비율의 산소와 CO2: H20: CH4=0,2:0,9:1,0 비율을 가지도록 가스-증기 혼합물의 추가 변환.In a shaft catalytic reactor, the gas-vapor mixture has a ratio of O 2 : CH 4 = 0,6: 1,0 to oxygen and CO 2 : H 2 0: CH 4 = 0,2: 0,9: 1,0 Additional conversions.

상기 반응은 850 ~ 95℃의 온도, 니켈-함유 촉매(Al2O3로부터 운전제에 6% NiO) 하에서 수행된다. 배출열 보일러에서 냉각된 후에, 가스-증기 혼합물과 변환된 가스의 세정집진기(water scrubber)를 가열하기 위한 열 교환기는 MAS(monoaethanolamine solution)의 도움으로 CO2가 제거되고 압축과 메탄올 합성을 위해 공급된다.The reaction is carried out under a temperature of 850-95 ° C., nickel-containing catalyst (6% NiO to Al from O 2 O 3 to the operating agent). After the cooling of exhaust heat boiler, the gas-vapor mixture heat exchanger for heating the cleaning scrubber (water scrubber) for the converted gases and are CO 2 is removed with the aid of a MAS (monoaethanolamine solution) supplied for compression and methanol synthesis do.

상기 기술된 방법의 문제점은 다음과 같다:The problem with the method described above is as follows:

1. 자체발생열 개질 후에 개질 가스는 과량의 CO2 (부피%)를 포함한다. 따라서 CO2의 제거가 더 요구된다. 1. After self-generating heat reforming, the reformed gas contains an excess of CO 2 (% by volume). Therefore, further removal of CO 2 is required.

2. 개질 가스는 다량의 수소, 결과적으로 생성물의 단위당 CO+ H20의 소비 증가를 유도하는 H2/CO (〉2.3) 비율의 증가를 나타낸다. 메탄올 합성은 소위 “함수”T=(H2 - CO2)/(CO+CO2)^2.05의 비율을 요구된다.2. The reforming gas shows an increase in the H 2 / CO (> 2.3) ratio which leads to an increase in the consumption of large amounts of hydrogen, consequently CO + H 2 0 per unit of product. Methanol synthesis requires a so-called “function” ratio of T = (H 2 -CO 2 ) / (CO + CO 2 ) ^ 2.05.

3. 메탄올 합성반응 결과에서 수소는 과도하게 되고, 폭발에 이르며, 결과적으로 에너지와 물질 비용의 증가를 초래한다.3. As a result of methanol synthesis, hydrogen becomes excessive and leads to explosion, resulting in increased energy and material costs.

메탄올 합성을 위한 H2/CO 저비율을 갖는 합성가스 생산의 다른 방법은 천연 또는 다른 탄화된 수소 가스의 비촉매 부분적 산화이다(Directory of Nitrogen-Man, 화학, 모스크바, 1986). 천연 가스는 유리량으로 고온(1300-1500℃)에서 산소와 반응한다. 생산된 가스는 주로 수소와 탄소 산화물로 구성된다. Another method of syngas production with a low H 2 / CO ratio for methanol synthesis is the non-catalytic partial oxidation of natural or other hydrocarbon gas (Directory of Nitrogen-Man, Chemistry, Moscow, 1986). Natural gas reacts with oxygen at high temperatures (1300-1500 ° C) in free amounts. The gas produced mainly consists of hydrogen and carbon oxides.

촉매 없이 고온의 연소(1350-1400℃) 공정도 가능하다. 그러한 온도에서 자체발생열 과정을 유지하기 위하여 O2:CH4 비율을 화학량 보다 다소 높게 유지하는 것이 필요하고; 결과적으로 반응 생성물은 단지 H2 및 CO 뿐만 아니라, 수증기(H2O) 및 이산화탄소(CO2)를 포함한다. 천연 가스의 비촉매 부분적 산화 후 합성가스 내의 H2 및CO의 비율은 약 1.7 ~ 1.8이다. Hot combustion (1350-1400 ° C.) processes without catalyst are also possible. It is necessary to keep the O 2 : CH 4 ratio somewhat higher than the stoichiometry to maintain the self-generating heat process at such temperatures; As a result, the reaction product contains not only H 2 and CO, but also water vapor (H 2 O) and carbon dioxide (CO 2 ). The ratio of H 2 and CO in the syngas after non-catalytic partial oxidation of natural gas is about 1.7 to 1.8.

H2/CO의 비율을 변화하는 것은 H2O의 추가 공급 또는 CO2의 추가 공급 중 어느 하나에 의하여 가능하다. Changing the ratio of H 2 / CO is possible by either an additional supply of H 2 O or an additional supply of CO 2 .

천연 가스의 비촉매 부분적 산화 과정의 마지막 단계는 하기의 물-가스 반응식이다:The final step in the non-catalytic partial oxidation of natural gas is the water-gas reaction equation below:

H20 + CO = H2 + CO2 = Q3 H 2 0 + CO = H 2 + CO 2 = Q 3

이 때 상기 반응은 ~1200℃의 온도 이전에 발생한다. 보다 낮은 온도에서 가스 조성물은 운동 감속 때문에 상기 반응식과 달라질 것이다. 최초 가스의 조성물 에 독립적으로 단지 작은 양의 메탄올이 반응 생성물 내에 존재한다. 부분적 산화 과정 동안 자유 탄소 (검은 연기)는 하기 반응에 따라 배출된다:At this time, the reaction occurs before the temperature of ~ 1200 ℃. At lower temperatures the gas composition will differ from the above scheme due to the slowing down of the motion. Independently of the composition of the original gas, only a small amount of methanol is present in the reaction product. During the partial oxidation process free carbon (black smoke) is released according to the following reaction:

2CO= C - CO2 + Q4 2CO = C-CO 2 + Q 4

따라서, 생성된 가스의 조성물, H2/CO 비율. 온도 및 검은 연기 방출 경계는 최초 변수에 따라 결정된다. Thus, the composition of the gas produced, the H 2 / CO ratio. The temperature and dark smoke emission boundaries are determined by the initial parameters.

천연 가스의 부분적 산화의 반응으로 부피 증가가 따른다; 따라서, 압력의 사용은 산화를 방지할 것이다. Reaction of partial oxidation of natural gas is accompanied by an increase in volume; Thus, the use of pressure will prevent oxidation.

온도의 증가(1200℃ 이상)와 함께 온도 인자가 음의 압력 작용을 보상하기 때문에 메탄올 산화량을 제한하지는 않고, 측정될 수 있다.Since the temperature factor compensates for the negative pressure action with an increase in temperature (above 1200 ° C.), it can be measured without limiting the amount of methanol oxidation.

그러나, 그러한 비촉매 부분적 산화는 다음과 같은 문제점이 있다:However, such noncatalytic partial oxidation has the following problems:

1. 천연 메탄올(또는 천연 가스)에 대한 산소의 소비의 증가는 자체발생열 개질(autothermic reforming)과 비교할 때 비용이 증가되는 결과를 가져온다. 산소 생성을 위한 장치는 비싸고, 메탄올 생산 비용의 70% 이다. 뿐만 아니라 산소 생성은 전력 소비적이다. 1. Increasing the consumption of oxygen for natural methanol (or natural gas) results in an increased cost compared to autothermic reforming. The device for oxygen production is expensive and 70% of the cost of methanol production. In addition, oxygen generation is power consuming.

2. 상기 과정 동안 검은 연기가 발생하고 이는 추가적인 정화 단계를 필요로 하며, 이는 뒤따르는 엔지니어링 단계에서의 작업을 복잡하게 한다. 2. Black smoke occurs during the process, which requires an additional purification step, which complicates the work in the subsequent engineering step.

이 모든 것은 생산 단위당 높은 에너지와 재료 비용을 야기시킨다. All of this leads to high energy and material costs per unit of production.

오랜 기간 동안 탄소 물질을 내연엔진, 반응엔진, 및 개방 사이클의 가스 터빈과 같은 많은 적용 분야에서 선호되어온 액체 탄화수소성 연료로 가능한 공정에 대한 필요성이 있었다. 따라서, 예를 들어, 미국 특허 제 3986349호에서는 석탄의 합성가스로의 기체화, 상기 생성된 합성가스의 수소화 및 수소화 생성물로부터 액체 탄화수소성 연료의 추출에 의한 석탄의 액체상 탄화수소성 연료로의 공정방법을 기재하였다. 액체상 탄화수소성 연료는 개방 사이클의 가스 터빈 내의 상대적으로 깨끗한 연소에 의하여 에너지를 생성하기 위하여 사용된다. There has been a need for a process capable of making carbon materials a liquid hydrocarbonaceous fuel which has been preferred for many applications such as internal combustion engines, reaction engines, and open cycle gas turbines for a long time. Thus, for example, US Pat. No. 3986349 discloses a process for coal to liquid hydrocarbonaceous fuel by gasification of coal to syngas, hydrogenation of the resulting syngas and extraction of liquid hydrocarbonaceous fuel from hydrogenated products. Described. Liquid hydrocarbonaceous fuels are used to generate energy by relatively clean combustion in gas turbines in open cycles.

천연 가스는 지역 가스 시장의 결핍으로 인하여 또는 먼거리 시장으로의 가스 수송에 대한 고비용으로 인하여 개발하기에 적합하지 않은 지역에서 많은 양이 발견된다. 대안은 천연가스를 보다 실용적인 액체상 탄화수소성 연료 생산 조건에서 또는 지역 사용을 위한 액체상 화학적 생산물 또는 먼거리 시장으로의 보다 비용 효율적인 수송을 위한 생산 및 공정 일 것이다. 천연 가스와 같은 가벼운 탄화수소 가슨를 보다 무거운 탄화수소 액체로 처리하는 과정은 어느 정도 알려져 있다. 상기 과정은 일반적으로 메탄올의 합성 왁스-베어링 탄화수소성 화합물로로의 "간접적" 처리 과정을 이용한다, 이 때 메탄올은 최초로 처리되어 수소 및 일산화탄소를 포함하는 합성가스로 처리되고, 추가 공정에서 Fisher- Tropsch 반응을 통하여 왁스-베어링 탄화수소성 화합물로 처리된다. Fisher- Tropsch 반응 후 남은 처리되지 않은 합성가스는 일반적으로 촉매에 의하여 다시 메탄화 반응을 통하여 메탄올로 되고 공정의 일반적인 효율을 높이기 위하여 공정 주입구로 공급된다.Natural gas is found in large quantities in areas that are not suitable for development because of the lack of local gas markets or because of the high cost of gas transportation to long distance markets. An alternative would be production and processing for more cost-effective transport of natural gas to more practical liquid phase hydrocarbonaceous fuel production conditions or to liquid phase chemical production or local markets for local use. The process of treating light hydrocarbon garsons, such as natural gas, with heavier hydrocarbon liquids is somewhat known. The process generally employs an "indirect" process of methanol to a synthetic wax-bearing hydrocarbonaceous compound, where methanol is first treated and treated with a synthesis gas containing hydrogen and carbon monoxide and further processed by Fisher-Tropsch. The reaction is treated with a wax-bearing hydrocarbonaceous compound. The untreated syngas remaining after the Fisher-Tropsch reaction is generally fed back into the methanol via a methanation reaction by the catalyst and fed to the process inlet to increase the general efficiency of the process.

종종 메탄올의 합성가스로의 처리는 고온 증기 개질에 의하여 이루어지고 이 때, 메탄올과 증기는 큰 연소 챔버 안에 설치된 많은 외부적으로 가열된 파이프 안에 포함된 촉매 하에서 흡열적으로 반응한다. 즉, 메탄올은, 메탄올이 처리된 산소 와 함께 발열적으로 반응할 때, 부분적 산화에 의하여 합성가스로 처리된다. 처리된 산소를 사용하는 부분적 산화는 고압축 용량 및 동시에 상당한 전력 요구량을 갖는 산소 분리 설비를 필요로 한다. 이와 같은 설비을 이용한 합성가스의 생성은 메탄올을 왁스-베어링 탄화수소성 화합물로 처리하는 설비의 총 비용의 주요 부분을 차지한다. Often the treatment of methanol with syngas is by hot steam reforming, where methanol and steam endotherm react under a catalyst contained in many externally heated pipes installed in a large combustion chamber. That is, methanol is treated with syngas by partial oxidation when methanol exothermicly reacts with the treated oxygen. Partial oxidation using treated oxygen requires oxygen separation facilities with high compression capacity and at the same time significant power requirements. The production of syngas using such a plant constitutes a major part of the total cost of the plant for the treatment of methanol with wax-bearing hydrocarbonaceous compounds.

자체발생열 개질(autothermic reforming)은 메탄올의 합성가스로의 처리 비용이 보다 덜 비싼 방법이다. 자체발생열 개질은 부분적 산화와 증기 개질의 조합으로 이루어진다. 증기 개질 반응에 필요한 흡열적 열은 부분적 산화의 발열 반응에 의하여 야기된다. 그러나, 상기의 서술된 부분적 산화 반응과는 달리 공기가 부분적 산화 반응을 위한 산소의 근원으로서 사용된다. 또한, 자체발생열 개질 과정에서 생성된 합성가스은 주입된 공기로부터 상당한 양의 질소를 포함한다. 이는 처리 과정에서 원하지 않는 과량의 질소의 축적 없이 잔여 가스의 처리되지 않은 화합물을 다시 상기 싸이클로 보내는 것이 불가능하다는 것을 의미한다. 더욱이, 미국 특허 제 2552328호 및 제 2686195호에 따르면, Fisher-tropsch 반응에 의하여 합성가스의 추가 처리가 이루어지는 공기와의 부분적 산화의 자체발생열 개질에 의하여 용해된 질소를 함유한 합성가스의 생성은 메탄올로부터 합성 탄화수소성 액체를 얻는 유용한 방법이다. Autothermic reforming is a less expensive method of treating methanol to syngas. Self-generating heat reforming consists of a combination of partial oxidation and steam reforming. The endothermic heat required for the steam reforming reaction is caused by the exothermic reaction of partial oxidation. However, unlike the partial oxidation reaction described above, air is used as the source of oxygen for the partial oxidation reaction. In addition, the syngas produced during the self-generating heat reforming process contains a significant amount of nitrogen from the injected air. This means that it is not possible to send the untreated compound of the residual gas back to the cycle without the accumulation of unwanted excess nitrogen in the process. Furthermore, according to US Pat. Nos. 2552328 and 2686195, the production of nitrogen-containing syngas by means of self-generating heat reforming of partial oxidation with air in which further processing of the syngas is effected by the Fisher-tropsch reaction results in methanol. It is a useful method to obtain a synthetic hydrocarbonaceous liquid from the.

특허 제4833170호는 자체발생열 개질의 또다른 예를 기술하고 있는데, 이는 가스 형태의 가벼운 탄소가 합성가스 생성을 위하여 이산화 탄소와 증기가 반응하는 조건하에서 공기와 반응하는 것이다. 합성가스는 잔존 가스 증기 및 보다 무거 운 탄화수소 및 물을 함유한 액체 증기의 형성과 함께, 코발트를 함유하는 탄화수소 합성 촉매의 존재 하에서 생성된다. 보다 무거운 탄화수소는 물로부터 분리되고 생성물로서 추출된다. 잔존 가스는 촉매적으로 공기의 공급과 함께 연소되고 분리될 이산화탄소 및 질소를 형성한다. 적어도 이산화 탄소의 일부는 다시 자체발생열 개질 단계에서 상기 반응으로 돌아간다.Patent 4833170 describes another example of self-generating heat reforming, in which light carbon in gaseous form reacts with air under conditions in which carbon dioxide and vapor react to produce syngas. Syngas is produced in the presence of cobalt-containing hydrocarbon synthesis catalysts, with the formation of residual gas vapors and liquid vapors containing heavier hydrocarbons and water. Heavier hydrocarbons are separated from water and extracted as product. The remaining gas forms catalytically carbon dioxide and nitrogen which will be combusted and separated with the supply of air. At least some of the carbon dioxide is returned to the reaction in the self-generating heat reforming step.

미국 특허 제 4833170호에서 설명한 것과 같은 탄화수소 가스의 공지된 방법은 가벼운 탄화수소 가스를 보다 무거운 액체 탄화수소로 처리하는데 비교적 효과적일 수 있으나, 이러한 처리는 배출되는 공기의 압축을 위한 에너지와 설비의 비용으로 인하여 효율적이지 않다. 배출되는 공기의 압축을 위한 전력은 상기 과정을 위하여 필요한 기계적 전력의 주요 부분이나, 이와 같은 전력의 다수는 처리과정으로부터 잔존 가스 안의 사용되지 않는 압력 에너지로서 아무 일도 하지 않고 손실된다. 압축을 필요로 하는 배출된 공기는 상기 처리 과정으로 들어갈 때 실제적으로 화학적으로 불활성으로 남아있으며 잔존 가스 안에서 상기 처리로부터 먼저 배출되는 상당한 양의 질소를 함유하고 있다. 또한, 비록 잔존 가스가 일산화탄소, 수소, 메탄올 및 보다 무거운 탄화수소 화합물의 큰 화학 에너지 연료로서의 현저한 특성을 가지고 있다 하더라도, 잔존 가스는 매우 희석되고 낮은 연소 비열을 가지고 있어 잔존 가스 에너지로 높은 효율을 사용하는 것은 어렵고 비용이 많이 든다. 따라서, 보다 비용 효율적인 탄화수소 가스 처리 방법이 필요하다는 것은 명백하다. Known methods of hydrocarbon gas, such as those described in US Pat. No. 4833170, can be relatively effective in treating lighter hydrocarbon gases with heavier liquid hydrocarbons, but such treatments are attributable to the cost of energy and equipment for the compression of the emitted air. Not efficient The power for the compression of the exhaust air is a major part of the mechanical power required for the process, but many of this power is lost without doing anything as unused pressure energy in the remaining gas from the process. Exhausted air that requires compression remains substantially chemically inert as it enters the process and contains a significant amount of nitrogen that is first released from the process in the remaining gas. In addition, although the residual gas has significant characteristics as carbon monoxide, hydrogen, methanol and heavier hydrocarbon compounds as large chemical energy fuels, the residual gas is very dilute and has a low combustion specific heat to use high efficiency as a residual gas energy. It is difficult and expensive. Thus, it is clear that there is a need for a more cost effective hydrocarbon gas treatment method.

미국 특허 제 1831468호(1993년7월 30일)로부터, 우리는, 탄화수소성 원료로 부터 합성가스의 생성방법을 알 수 있다 - 상기 방법은 탄화수소성 원료와 산화제(산소 또는 산소를 함유한 가스 또는 증기)의 혼합 및 반응 영역에서 자발적 점화온도보다 낮은 적어도 93℃에서 상기 혼합물이 반응 영역으로 주입되는 속도가 백플레쉬(backflash) 속도를 초과하는 속도에서 단일체의 촉매의 존재하에서 얻어진 혼합물의 변환을 포함한다. From U.S. Patent No. 1831468 (July 30, 1993), we can see how to produce syngas from hydrocarbonaceous raw materials-the process comprising hydrocarbonaceous raw materials and oxidants (gases containing oxygen or oxygen or Mixing) and conversion of the mixture obtained in the presence of a monolithic catalyst at a rate at which the rate of injection of the mixture into the reaction zone at least 93 ° C. below the spontaneous ignition temperature in the reaction zone exceeds the backflash rate. do.

상기 방법은 매우 선택적인 촉매의 사용을 요구한다. 이 방법의 주요 결점은 촉매의 고비용, 국부적인 과열에 따른 촉매의 부분적 파손 가능성, 검은 연기 생성의 가능성이다. The process requires the use of highly selective catalysts. The main drawbacks of this method are the high cost of the catalyst, the possibility of partial breakdown of the catalyst due to local overheating, and the possibility of producing black smoke.

1999년의 미국 특허 제 5980782호로부터, 우리는 8 내지 333 m/sec의 속도로, 자발적 점화 시간 즉 9msec 보다 짧은 시간 동안 가스 화합물이 예열되고 반응 영역으로 주입되는 유동화된 촉매 층을 갖는 반응기에서 CH4+ O2 +H20 혼합 개질 방법을 알 수 있다. 생성된 합성가스는 냉각되고 추후 과정으로 진행된다. From US Patent No. 5980782 in 1999, we present a CH in a reactor with a fluidized catalyst bed where gaseous compounds are preheated and injected into the reaction zone for a spontaneous ignition time, i.e., less than 9 msec. 4 + O 2 + H 2 0 mixing reforming method is known. The syngas produced is cooled and proceeds later.

이 널리 알려진 발명의 주요 결점은 촉매의 사용이다. The main drawback of this widely known invention is the use of catalysts.

α0.5 ~ 0.8에서 산소-농축된 공기와, 또는 α0.827-1.2에서 산소-결핍된 공기와 탄화수소성 원료의 혼합물을 태우고, 내연엔진의 실린더 용적내에서 탄화수소의 폭발적인 부분적 산화, 하사점으로 엔진 피스톤이 이동하는 동안 처리 생성물을 팽창 및 냉각, 상사점으로 엔진 피스톤이 이동하는 동안 반응으로부터 합성가스를 함유하는 처리 생성물의 회수, 하사점으로 엔진 피스톤이 이동하는 동안 새로운 부분의 공기-연료 혼합물의 주입으로써 합성가스를 생성하는 것도 또한 가능하다. 주 로 산화탄소, 메탄 및 에틸렌 분획을 함유하는 석탄 제조의 혼합가스는 탄화수소성 원료로서 사용된다. 상기 언급한 원료와 함께 공기-연료 혼합물은 내연엔진의 실린더로 공급되고, 혼합물의 능동 점화가 폭발적인 부분적 산화를 가져온다. 탄화수소성 원료의 처리 과정에서의 비용량(specific capacity)은 약 700kg/m3 *h 이다. (Ya. S. Kazarnovsky 등, Explosive Methane Conversion, M. Papers of the State Institute of Nitrogen Industry and Organic Synthesis Produces (GIAP), 1957, V. VII, P. 89-105 (in Russian)). 합성가스 생산은 전기 에너지의 생성과 결합된다. burning oxygen-enriched air at α0.5 to 0.8, or a mixture of oxygen-deficient air and hydrocarbonaceous raw materials at α0.827-1.2, and explosive partial oxidation of hydrocarbons in the cylinder volume of the internal combustion engine, Expansion and cooling of the process product while the engine piston is moving, recovery of the process product containing syngas from the reaction while the engine piston is moving to top dead center, air-fuel mixture of a new part while the engine piston is moving to the bottom dead center It is also possible to produce syngas by injection of. Mainly coal-bearing mixed gases containing carbon oxide, methane and ethylene fractions are used as hydrocarbonaceous feedstocks. The air-fuel mixture together with the abovementioned raw materials is fed into the cylinder of the internal combustion engine, and active ignition of the mixture leads to explosive partial oxidation. The specific capacity in the treatment of hydrocarbonaceous raw materials is about 700 kg / m 3 * h. (Ya. S. Kazarnovsky et al., Explosive Methane Conversion, M. Papers of the State Institute of Nitrogen Industry and Organic Synthesis Produces (GIAP), 1957, V. VII, P. 89-105 (in Russian)). Syngas production is combined with the production of electrical energy.

천연 가스를 사용하지 않고, 그 처리 생성물(석탄 제조 조합 가스)의 사용은 함성가스 생산과 석탄 제조 설비를 결합한다.Without the use of natural gas, the use of the treated product (coal production combined gas) combines the gas production and coal production facilities.

뿐만 아니라, α0.827- 1.2에서 이 방법으로 결핍된 공기를 사용하는 것은, CO만큼보다 1.5 ~ 2.0 배까지 처리 생산품 안에 CO2 함량을 가져오고, 수소 함량은 합성 요구량을 만족하지 않고, α> 1에서 수소는 전혀 존재하지 않는다. 따라서, 예를 들어, 결핍된 공기 및 α 0.827에서 작동할 때, H2/CO비는 0.76이고, 이는 메탄올 합성을 위하여 허용되는 2.0 값에 도달하지 않는다. In addition, using air deficient in this method at α0.827-1.2 results in CO 2 content in the treated product up to 1.5 to 2.0 times as much as CO, and the hydrogen content does not meet the synthetic requirements, At 1 hydrogen is not present at all. Thus, for example, when operating with depleted air and α 0.827, the H 2 / CO ratio is 0.76, which does not reach an acceptable 2.0 value for methanol synthesis.

α0.5 ~ 0.8(상기 제시된 a에 따른 산소 함량 50% 및 29%)에서 산소-농축된 공기로 상기 방법을 실시하는 경우, H2/CO 비는 촉매 합성 요구를 만족하지 않는다(하기 1의 몇몇 경우에 있어서) 따라서, α0.8에 대하여 CO2 함량은 CO 함량과 동 일하다. When the process is carried out with oxygen-enriched air at α0.5 to 0.8 (oxygen content 50% and 29% according to a above), the H 2 / CO ratio does not satisfy the catalyst synthesis requirements (see In some cases), therefore, for α0.8 the CO 2 content is the same as the CO content.

RU 2096313호(20.11.1997)에 따라 합성가스를 제조하는 방법이 있다. 이때 촉매를 사용하지 않는다. 상기 방법은 다음과 같이 실시된다:There is a method for producing syngas according to RU 2096313 (20.11.1997). At this time, no catalyst is used. The method is carried out as follows:

탄화수소성 원료가 예비적으로 α=0.5 ~ 0.8에서 공기와 혼합됨; Hydrocarbonaceous raw material preliminarily mixed with air at α = 0.5 to 0.8;

- 상기 혼합물은 200 ~ 450℃의 온도까지 가열됨;The mixture is heated to a temperature of 200-450 ° C .;

- 상기 가열된 혼합물이 하사점으로 이동하는 피스톤에서 압축-점화 내연엔진의 실린더 용적으로 공급됨,The heated mixture is fed into the cylinder volume of the compression-ignition internal combustion engine at the piston moving to the bottom dead center

- 탄화수소성 원료의 부분적 산화가 하사점으로 이동하는 피스톤에 의하여 실린더 용적내의 혼합물 압축으로 실현되고, 10-2 ~ 10-3의 주기동안 1300-2300℃의 온도로 자발적 점화 및 회수됨. Partial oxidation of hydrocarbonaceous raw material is realized by compression of the mixture in the cylinder volume by a piston moving to the bottom dead center and spontaneously ignited and recovered at a temperature of 1300-2300 ° C. for a period of 10 −2 to 10 −3 .

- 그 후 산화 처리 생성물은 냉각되고 피스톤이 하사점으로 이동할 때, 팽창됨,The oxidation treatment product is then cooled and expands as the piston moves to the bottom dead center,

- 합성가스를 함유하는 처리 생성물은 피스톤이 하사점으로 이동할 때 회수됨. Treated products containing syngas are recovered when the piston moves to the bottom dead center.

상기 언급한 싸이클은 350 min-1을 초과하는 주파수로 반복된다. RU 2096313호의 주요 결점은 시작 시 너무 높은 예열온도이다. 이는 연속 디젤 엔진에 사용하는 것이 허용되지 않는다. The above mentioned cycles are repeated at frequencies above 350 min −1 . The main drawback of RU 2096313 is the preheating temperature which is too high at the start. It is not allowed to use in continuous diesel engines.

합성가스 생산방법 적용하기 위한 설비는 압축-점화 내연 진을 기반으로 하고, 그 실린더는 피스톤이 위치하는 폐쇄된 반응 용적을 갖는다. 주입 및 배출 밸 브가 상사점에 위치하고 주입 밸브는 산소 혼합물 및 탄화수소성 원료 및 그들의 가열 시스템에 연결되고 이 때, 배출 밸브가 산화 생성물 수용기에 결합된다. 커넥팅 로드 기어를 통하여, 실린더 피스톤은 구동 엑츄에이터에 연결된다. The plant for applying the syngas production method is based on compression-ignition internal combustion, and the cylinder has a closed reaction volume in which the piston is located. The inlet and outlet valves are at top dead center and the inlet valve is connected to the oxygen mixture and hydrocarbonaceous raw material and their heating system, where the outlet valve is coupled to the oxidation product receiver. Through the connecting rod gear, the cylinder piston is connected to the drive actuator.

상기 언급한 시스템은 350min-1보다 작지 않은 피스톤 이동 주파수로 싸이클 안에서 작동한다. The above-mentioned system operates in a cycle at a piston movement frequency not less than 350 min −1 .

상기 싸이클의 낮은 주파수는 가스 혼합물의 자발적 점화를 제공할 수 없는 상대적으로 낮은 압축 비를 이끈다. The low frequency of the cycle leads to a relatively low compression ratio that cannot provide spontaneous ignition of the gas mixture.

합성가스 생성의 다른 방법은 RU 2120913호(27.10.1998)에 개시되어 있다. 여기에서는 산소 공기에 의한 탄화수소성 원료의 부분적 산화가 산소량 대 탄화수소성 원료량의 비가 α=0.4 ~ 0.5 에서 내연 기관 엔진의 실린더 용적내에서 발생한다. 피스톤이 상사점에 있을 때, 산소량 대 탄화수소성 원료량의 비율이 α=0.8 ~ 1.2에서 원래 혼합물의 부피로부터 5-10%의 양으로 공기와 탄화수소성 원료의 혼합물의 일부가 점화하고, 잘 산화하도록 노출되고 분리된다. 잘 산화된 생성물은 실린더의 작동 용적내에서 원래 혼합물과 혼합되고 상기 혼합물은 점화된다. 처리 생성물은 피스톤이 하사점으로 이동할 때 팽창되고 합성가스를 포함하는 처리 생성물은 피스톤이 상사점으로 이동할 때 반응 영역으로부터 추출된다. 그 후 싸이클이 반복된다. 합성가스 생성의 그러한 방법의 효율성은 원래 혼합 부피로부터 5-10%의 양에서 산소량 대 탄화수소성 원료량의 비가 α= 0.8 ~ 1.2에서 공기와 탄화수소성 원료의 혼합물의 일부가 미리 점화되고 용이하게 산화되도록 노출되고 피스 톤이 상사점에 있을 때 혼합물의 주용적으로부터 분리되고, 그 후 그 부분이 혼합물의 주요 용적로 높은 에너지 제트로서 주입되고 실린더의 작동 용ㅇ적내에서 혼합물이 집중적으로 혼합되고 점화되도록 노출되는 순간에 따라 증가한다. 이 합성가스 생성 방법의 주요 결점은 수소의 낮은 농도 및 상당량의 검은 연기이다. Another method of syngas production is disclosed in RU 2120913 (27.10.1998). Here, the partial oxidation of the hydrocarbonaceous raw material by oxygen air occurs in the cylinder volume of the internal combustion engine engine at the ratio α = 0.4 to 0.5. When the piston is at top dead center, a portion of the mixture of air and hydrocarbonaceous material is ignited and oxidized well in the ratio of oxygen content to hydrocarbonaceous material amount of 5-10% from the volume of the original mixture at α = 0.8 to 1.2. Exposed and separated. The well oxidized product is mixed with the original mixture in the working volume of the cylinder and the mixture is ignited. The treated product expands as the piston moves to bottom dead center and the treated product comprising syngas is extracted from the reaction zone as the piston moves to top dead center. The cycle then repeats. The efficiency of such a method of syngas production is such that part of the mixture of air and hydrocarbonaceous raw material is pre-ignited and easily oxidized at a ratio of α = 0.8 to 1.2 in the amount of oxygen to hydrocarbonaceous raw material in an amount of 5-10% from the original mixing volume. Separated from the main volume of the mixture when exposed and the piston is at the top dead center, then the portion is injected as a high energy jet into the main volume of the mixture and the mixture is concentrated and ignited within the operating volume of the cylinder It increases with the moment of exposure. The main drawbacks of this syngas production process are the low concentrations of hydrogen and the significant amount of black smoke.

이 방법을 가능하게 만드는 설비는 내연엔진에 기초한 화학 압축 반응기를 구비하고 실린더 및 예비 점화 챔버를 포함한다. 실린더는 피스톨과 주입 밸브를 포함하고, 주입 밸브를 통하여 탄화수소성 원료와 공기의 혼합물이 실린더 및 예비 점화 챔버로 공급된다. 처리 생성물을 외부로 배출하기 위한 배출 밸브가 실린더 내부에 설치된다. 예비 점화 챔버는 α=0.8 ~ 1.2 값이 챔버 안에서 도달할 때까지 공기를 공급하도록 개별적인 밸브를 갖는다. 예비 점화 챔버의 부피는 피스톤이 상사점에 있을 때 실린더가 갖는 부피의 5%를 만든다. The equipment making this method possible has a chemical compression reactor based on an internal combustion engine and includes a cylinder and a pre-ignition chamber. The cylinder includes a pistol and an injection valve through which a mixture of hydrocarbonaceous raw material and air is supplied to the cylinder and the preliminary ignition chamber. A discharge valve for discharging the treated product to the outside is installed inside the cylinder. The preliminary ignition chamber has a separate valve to supply air until a value of α = 0.8 to 1.2 is reached in the chamber. The volume of the pre-ignition chamber makes 5% of the volume of the cylinder when the piston is at top dead center.

합성가스 생성 과정 동안, 주어진 조성물의 탄화수소 및 공기 혼합물은, 피스톤이 상사점 근처에 있을 때 예비 점화 챔버 내에서 스파크 점화되도록 노출된다. 그 후 고 에너지의 제트가 약 10-3m/sec의 속도로 1-3 ~ 10-2초 동안 실린더의 작동 용적 안으로 주입된다. 실린더의 작동 용적내에서 원래 혼합물은 짙은 산화 생성물과 혼합되고 점화되며, 부분적 산화 과정이 발생한다. 처리 생성물이 팽창되고, 냉각되며, 실린더 내부의 피스톤이 하사점으로 이동할 때 경화된다. 피스톤이 상사점으로 다시 이동을 할 때, 처리 생성물은 배출 밸브를 통하여 실린더로부터 배출된다. 피스톤이 하사점으로 이동하고 주입 밸브가 개방될 때, 신선한 공기가 실린더 및 예비 점화 챔버로 공급된다. 그와 같이 설비의 작업 싸이클 및 합성가스 생성이 이루어진다. During the syngas production process, the hydrocarbon and air mixture of a given composition is exposed to spark ignite in the pre-ignition chamber when the piston is near top dead center. A high energy jet is then injected into the cylinder's working volume for 1 -3-10 -2 seconds at a speed of about 10 -3 m / sec. In the working volume of the cylinder, the original mixture is mixed with the dark oxidation product and ignited, and a partial oxidation process takes place. The treated product expands, cools, and hardens as the piston inside the cylinder moves to the bottom dead center. As the piston moves back to top dead center, the treated product exits the cylinder through the discharge valve. When the piston moves to the bottom dead center and the injection valve opens, fresh air is supplied to the cylinder and the preliminary ignition chamber. As such, work cycles of the plant and generation of syngas are achieved.

RU 2191743호는 특정 설비 내의 합성가스를 생성방법에 대하여 설명한다. RU 2191743 describes a method of producing syngas in a particular plant.

합성가스 생성방법은 탄화수소성 원료를 공기와 혼합하고, 1 보다 작은 산화 과잉 계수 α를 만족하는 비에서 혼합하고, 공기와 탄화수소성 워료의 혼합물의 점화 및 반응 영역에서 공기에 의하여 탄화수소성 원료의 부분적 산화를 강제하고, 합성가스를 함유한 처리 생성물의 배출 후 이를 냉각하고, 새로운 탄화수소성 원료 및 공기를 주입하는 과정을 포함한다. 여기서 탄화수소성 원료 및 공기는 그들의 혼합물의 자발적인 점화 온도보다 낮은 50 - 100℃인 온도와 높아진 압력에서 가열되고, 탄화수소성 원료의 부분 산화는 유동 연소 챔버 안에서 수행되고, 그와 함께, 이러한 강제 점화는 산화 과잉 계수 α= 0.6 -0.7에서 발생하고, 그리고 유동 연소 챔버가 공기 대 탄화수소성 원료의 비가 α =0.3 ~ 0.56의 값에 대응하는 수준에 이르는 비율까지 가열된다. 상기 반응 영역으로부터 배출된 부분 산화 생성물의 냉각은 3000℃/sec 보다 낮지 않은 속도로 수행된다. 합성가스 생성을 위한 설비는 공기에 의하여 탄화수소성 원료의 부분적 산화가 일어나는 챔버, 혼합기, 부분적 산화 생성물의 팽창 및 냉각 그리고 합성가스의 배출이 일어나는 시스템을 포함한다. 이는 또한 탄화수소성 원료 및 공기의 예비 가열 및 탄화수소성 원료 유동 레귤레이터 시스템을 포함한다. 이와 함께 탄화수소성 원료의 부분적 산화 챔버는 점화제트를 포함하고, 유동 챔버와 유사하게 설계되며, 그 주입구로 혼합기가 안티-백플래쉬 그레이트(anti-backflash grate)를 통하여 결합되고, 탄화수소성 원료 전달 파이프 및 공기 전달 파이프가 상기 혼합기에 연결되고, 두 전달 파이프는 복열장치(recuperator) 피팅과 걸쇠 고정되고, 상기 복열장치 피팅은 상기 유동 연소 챔버로부터 배출구 쪽에 부착되고, 또 다른 개방된 단부는 상기 복열 장치 피팅 주위 영역을 제한하는 엔클로져에 의하여 생성되는 열 교환기의 공동에 연결된다. 뿐만 아니라, 상기 열 교환기 공동 안에는 탄화수소성 원료 튜브 히터 및 공기 튜브가 위치한다. 탄화수소성 원료 튜브 히터의 일단부는 탄화수소성 원료 유동 레귤레이터에 연결되고, 다른 단부는 상기 언급한 전달 파이프를 통하여 혼합기에 연결된다. 공기 튜브 히터의 일단부는 공기 공급원에 연결되고, 다른 단부는 전달 파이프를 통하여 혼합기에 연결된다. 이와 같이, 열 교환기에는 그 공동으로부터 합성가스를 추출하도록 슬리브가 설치된다. The syngas production process involves mixing the hydrocarbonaceous feedstock with air, mixing it at a ratio that satisfies the oxidation excess coefficient α of less than 1, and partially by the air in the ignition and reaction zones of the mixture of air and hydrocarbonaceous feedstock. Forcing the oxidation, discharging the treated product containing syngas, cooling it, and injecting new hydrocarbonaceous raw materials and air. Wherein the hydrocarbonaceous feedstock and the air are heated at elevated pressure and a temperature of 50-100 ° C. lower than the spontaneous ignition temperature of their mixture, and partial oxidation of the hydrocarbonaceous feedstock is carried out in a fluid combustion chamber, together with such forced ignition The excess oxidation coefficient α = 0.6-0.7 occurs, and the flow combustion chamber is heated to a ratio up to a level corresponding to the value of α = 0.3 to 0.56 of the ratio of air to hydrocarbonaceous raw material. Cooling of the partial oxidation product discharged from the reaction zone is carried out at a rate no lower than 3000 ° C./sec. Facilities for syngas production include a chamber in which partial oxidation of hydrocarbonaceous raw materials occurs by air, a mixer, a system in which expansion and cooling of the partial oxidation product and discharge of syngas occur. It also includes a preliminary heating of hydrocarbonaceous raw material and air and a hydrocarbonaceous raw material flow regulator system. In addition, the partial oxidation chamber of hydrocarbonaceous feedstock contains an ignition jet, designed similarly to the flow chamber, with the inlet of which the mixer is coupled via an anti-backflash grate, and the hydrocarbonaceous feed pipe. And an air delivery pipe connected to the mixer, two delivery pipes latched with a recuperator fitting, the recuperator fitting attached to the outlet side from the flow combustion chamber, and another open end of the recuperator It is connected to a cavity of a heat exchanger produced by an enclosure that limits the area around the fitting. In addition, a hydrocarbonaceous raw tube heater and an air tube are located in the heat exchanger cavity. One end of the hydrocarbonaceous feed tube heater is connected to the hydrocarbonaceous feed flow regulator, and the other end is connected to the mixer via the aforementioned delivery pipe. One end of the air tube heater is connected to the air source and the other end is connected to the mixer via a delivery pipe. As such, the heat exchanger is provided with a sleeve to extract syngas from the cavity.

이 장치는 매우 복잡하고, 최초의 원료처럼 가스 혼합물이 질소를 무겁게 깔도록 사용하는 것을 허용하지 않는다. The device is very complex and does not allow the gas mixture to be heavily loaded with nitrogen like the original raw material.

이와 가장 유사한 것은 0.8보다 작은 산화 과잉 계수에서 압축-점화 내연엔진 내의 산화제에 의하여 탄화수소성 원료의 부분적 산화, 활성화를 위하여 내연엔진의 작동 용적으로 부분적 산화 드라이버를 주입하는 것을 포함하는 합성가스 생성방법이다. 상기 드라이버는 탄화수소성 원료로 10% 미안의 양으로 주입되고, 내연엔진의 압축 비는 13 내지 30으로 선택되고 및/또는 조절되며, 내연엔진의 작동 표면은 부분 산화 처리 과정을 활성화하는 재료에 의하여 커버되거나 및/또는 만들어진다(RU 2167808 27.05.2001).The most similar is syngas production method comprising injecting a partial oxidation driver into the working volume of an internal combustion engine for partial oxidation and activation of hydrocarbonaceous raw materials by oxidant in a compression-ignition internal combustion engine at an oxidation excess coefficient of less than 0.8. . The driver is injected with a hydrocarbonaceous raw material in an amount of 10% sorry, the compression ratio of the internal combustion engine is selected and / or controlled from 13 to 30, and the working surface of the internal combustion engine is controlled by a material that activates the partial oxidation process. Covered and / or made (RU 2167808 27.05.2001).

RU 2204727(27.09.2002)호는 화학 압축 반응기에서 작동하는 다단계 실린더 4-사이클 내연 기관을 개시한다. 여기서 합성가스는 내연엔진의 압축 실린더 내에서 생성된다. 공지의 멀티실린더 내연엔진은 실린더 블럭을 포함하고 실린더 각각은 열 제어 장치를 갖는 히터 플러그, 열 교환기, 혼합기, 모터 발전기 및 압축기를 구비한 터빈을 갖는다. RU 2204727 (27.09.2002) discloses a multistage cylinder four cycle internal combustion engine operating in a chemical compression reactor. Syngas here is produced in the compression cylinder of the internal combustion engine. Known multicylinder internal combustion engines include cylinder blocks, each cylinder having a heater plug with a heat control device, a heat exchanger, a mixer, a motor generator and a turbine with a compressor.

상기 언급한 발명의 결점은, 엔진이 냉각 조건으로부터 시작되었을 때 상업 엔진들을 위하여 일반적으로 허용하지 않는 온도까지 충전연료의 외부 히팅이 제공되어야 할 필요가 있다는 것이다. 히터 플러그는 장치 내에 인증된 온도로 가열될 때 매우 제한된 효과를 주고, 보다 높은 가열은 그 작업원을 가파르게 감소시킨다. 따라서, 이 발명은 플러그의 잦은 교체와 그 결과 집합을 멈추는 넓은 범위에서 모든 엔진 실린더 안에 동등한 점화 조건을 제공할 수 없다. 또한 플러그 히팅의 온도의 개별적인 조절은 비싼 제어 및 진단 장치의 필요로 한다. The drawback of the above-mentioned invention is that when the engine starts from cooling conditions, it is necessary to provide external heating of the filling fuel to a temperature which is not generally acceptable for commercial engines. The heater plug has a very limited effect when heated to a certified temperature in the device, and higher heating sharply reduces its personnel. Thus, the invention cannot provide equal ignition conditions in all engine cylinders in a wide range of frequent plug replacements and consequent stopping of the set. The individual adjustment of the temperature of the plug heating also requires the need for expensive control and diagnostic devices.

청구된 발명 그룹들의 엔지니어링 기술은 합성가스 생성을 위한 기초로서 상업적 디젤 엔진의 이용을 포함한다.The engineering techniques of the claimed invention groups include the use of commercial diesel engines as the basis for syngas production.

주장된 발명 그룹의 기술적인 문제는 전력의 지속적 생성과 함께 천연가스, 탄광 메탄, 관련 석유 가스와 같은 가장 다양한 탄화수소 가스를 사용하는 합성가스의 기초 발생기를 생성하기 위하여 기존의 일렬로 생성된 디젤 엔진의 이용 가능성의 실현하는 것이다.The technical problem of the claimed invention group is the existing in-line diesel engine, which is used to generate the basic generator of syngas using the most diverse hydrocarbon gases such as natural gas, coal mine methane, and related petroleum gas with the continuous generation of power. Is to realize the availability of.

이러한 엔지니어링 문제는, 탄화수소성 원료, 증기 그리고 공기 또는 산소농축공기의 혼합물의 제조-메탄에 대한 0.3~0.58의 공기(산화제) 과잉 계수를 갖는 충전연료, 나아가 형성된 충전연료의 가열, 엔진 실린더에 그의 일정한 공급, 실린더 피스톤으로 압축 운동시 그의 추가적인 가열, 화학적 압축 반응기의 운전 시작 및 탄화수소성 혼합물의 부분적 산화를 일으키는, 충전연료의 주용적에 대하여 보다 낮은 자발적 점화온도을 가지는 액체 또는 기체상 물질의 충전연료 내에 추가적으로 도입되는 자발적인 점화에 따른 상사점(TDC)영역 내 그의 부피 점화 - 내연 실린더의 용적 내 연료 충전, 이어서 리턴 스트립 동안에, 하사점까지 엔진 피스톤의 움직임 동안에 형성된 공정 생성물의 팽창 및 냉각, 합성가스를 함유하는 공정 생성물의 회수, 이어서 합성가스의 냉각, 카본 블랙으로부터의 그의 정제, 그의 최종 냉각 및 메탄올 또는 디메틸 에테르로의 전환을 포함하고, 상기 부분 산화의 공정에서 화학적 압축 반응기(CCR) 단위에 이르는 동안 전 작동은 실린더 내 잔여 가스에 의해 유지되고, 그의 양은 밸브 조절의 재-조정, 엔진 준비에 기인한 추가적인 가열 및 충전연료 가열 온도의 외부 조절에 의해 조절되는, 화학적 압축 반응기의 방식으로 작동하는 멀티실린더 4-사이클 또는 이중-피스톤 2-사이클 압축-점화 내연엔진으로 이루어지는 장치 내 합성가스 제조방법에 의하여 해결된다. These engineering problems include the preparation of mixtures of hydrocarbonaceous raw materials, steam and air or oxygen enriched air-filled fuels with an air (oxidant) excess coefficient of 0.3 to 0.58 relative to methane, further heating of the formed fill fuels, their engine cylinders. Filled fuel of liquid or gaseous material with a lower spontaneous ignition temperature with respect to the main volume of the charged fuel, causing constant supply, its further heating during compression movement to the cylinder piston, the start of operation of the chemical compression reactor and the partial oxidation of the hydrocarbonaceous mixture Its volume ignition in the region of top dead center (TDC) due to spontaneous ignition additionally introduced therein-fuel filling in the volume of the internal combustion cylinder, followed by expansion and cooling of the process product, during the return strip, during the movement of the engine piston to the bottom dead center, syngas Recovery of the process product containing Cooling of the gas, its purification from carbon black, its final cooling, and its conversion to methanol or dimethyl ether, the entire operation being carried out to the remaining gas in the cylinder while reaching the chemical compression reactor (CCR) unit in the process of partial oxidation. Multicylinder four-cycle or double-piston operating in the manner of a chemical compression reactor, which is maintained by means of re-adjustment of valve regulation, additional heating due to engine preparation, and external control of filling fuel heating temperature. It is solved by a method for producing syngas in a device consisting of a two-cycle compression-ignition internal combustion engine.

주장된 방법은, 공기 공급 및 탄화수소성 원료 공급 시스템, 공기 및 탄화수소성 원료의 예열을 포함하고, 공기-히터, 열 교환기 및 믹서로 이루어진 가열 시스템, 그 차례에, 열 교환기 및 냉각기, 전력을 생산하여 다단계 합성가스 압축기에 제공하고 엔진에 엄격하게 연결된 가역적 모터-발전기로 이루어진 합성가스 냉각 시스템, 또한 합성가스 정제를 위한 고온 카본 블랙 수집 필터, 냉각기, 드롭캐쳐를 제공하는, 화학적 압축 반응기의 방식으로 엔진의 작동을 시작할 때 그의 작동 조절, 및 생산된 합성가스 조성물의 조절은 산화제의 과잉 계수 및 장착된 방식에서 열 교환기 내 예열 온도 또는 공기 히터의 작동 시작 배출 온도를 조절함이 가능하게 수행되는 차이를 가지는, 주입 및 배출 밸브의 시스템을 가지는 화학적 압축 반응기의 방식으로 작동하는, 멀티실린더 4-사이클 또는 2-피스톤 2-사이클 압축-점화 내연엔진으로 구성된 합성 가스 생성 설비에서 수행될 수 있다. The claimed method comprises an air supply and a hydrocarbonaceous feedstock system, a preheating of air and hydrocarbonaceous feedstocks, and a heating system consisting of an air-heater, a heat exchanger and a mixer, in turn producing a heat exchanger and a cooler, power To provide a multi-stage syngas compressor, and a syngas cooling system consisting of a reversible motor-generator that is tightly coupled to the engine, and also to a high temperature carbon black collection filter, cooler and drop catcher for syngas purification. The control of its operation at the start of the engine, and the control of the syngas composition produced, is a difference that makes it possible to control the excess coefficient of the oxidant and the preheat temperature in the heat exchanger or the start-up exhaust temperature of the air heater in the fitted manner. In a manner of chemical compression reactor having a system of inlet and outlet valves That, compressed multi-cylinder four-cycle or two-piston two-cycle may be carried out in a synthesis gas generation plant is configured to ignite an internal combustion engine.

주정제(spirits), 엔진 연료 탄화 수소 가스 및 다른 연료들이 충전 연료 안으로 안내되는 점화 온도 아래의 점화 온도를 갖는 액체 혹은 가스 요소로서 사용될 수 있다. Spirits, engine fuel hydrocarbon gas and other fuels may be used as liquid or gas elements having an ignition temperature below the ignition temperature that is guided into the fill fuel.

개별 실린더의 작업을 확인하기 위한 추가적인 공급은 각 실린더에서 혼합물의 점화순간의 조절을 위한 필수 성분을 (주입밸브의 영역에서 직접적으로) 제공될 수 있다. An additional supply to verify the operation of the individual cylinders may be provided (directly in the region of the injection valve) for the control of the ignition moment of the mixture in each cylinder.

특히, 그러한 성분은 천연 혹은 관련 석유 가스, 메탄올 또는 물- 메탄올 혼합물 및 휘발유 잔존물 안으로 추가 메탄올 혹은 디메틸 에테르를 처리하는 관련 제품이다.In particular, such components are related products which process additional methanol or dimethyl ether into natural or related petroleum gas, methanol or water-methanol mixtures and gasoline residues.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 합성가스 제조방법을 구현하기 위한 장치의 흐름도이다.1 is a flowchart of an apparatus for implementing a method for manufacturing a syngas according to an embodiment of the present invention.

-도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명-Explanation of symbols on main parts of drawing

1 공기 주입기 2 열 교환기 1 air injector 2 heat exchanger

3 혼합기 4 디젤 3 mixer 4 diesel

5 클러치 6 압축기 5 clutch 6 compressor

7 다단계 압축기 8 고온 필터 7 multistage compressor 8 high temperature filter

9 냉각기 9 chiller

도 1은 상기 장치의 흐름도이다.1 is a flow chart of the apparatus.

공기 주입기(1) 내에서 가열되고, 열 교환기(2)에서 필요 온도로 된 공기가 혼합기(3)에서 탄화수소 가스(천연, 관련 석유 가스(associated petroleum gas), 석탄 탄광 메탄 (coal mine methane))과 혼합되고 디젤(4)의 주입구로 공급된다. 엔진은 미끄러짐 없이 엄격하게 클러치(5)와 같은 가역적 모터-발전기에 결합된다. 이에 의하여 생성된 전력은 합성가스 압축기(6)로 공급된다. 합성가스 생성기(SGG)에서 생성된 합성가스는 열 교환기(2)에서 냉각되고, 고온 필터(8)내의 카본블랙으로부터 정제되고, 냉각기(9)에서 마지막으로 냉각 후, 드롭캐쳐(drop catcher)(10)를 지나 합성가스가 메탄올 또는 디메틸 에테르로 전환하기에 필요한 압력으로 압축하는 다단계 압축기(7)의 주입구로 공급된다. Air heated in the air injector 1 and brought to the required temperature in the heat exchanger 2 is introduced into the hydrocarbon gas in the mixer 3 (natural, associated petroleum gas, coal mine methane). And are fed to the inlet of the diesel (4). The engine is rigidly coupled to a reversible motor-generator such as clutch 5 without slipping. The electric power generated thereby is supplied to the syngas compressor 6. The syngas produced in the syngas generator (SGG) is cooled in a heat exchanger (2), purified from carbon black in a high temperature filter (8), and finally cooled in a cooler (9), followed by a drop catcher ( 10), the syngas is fed to the inlet of a multistage compressor 7 which compresses to the pressure required to convert to methanol or dimethyl ether.

멀티실린더 4-사이클 엔진 또는 이중-피스톤 2-사이클 엔진이 사용된다. 실린더의 수는 전체의 전력과 용량을 결정한다. 예를 들어, Kolomna 엔지니어링사는 4 내지 20개의 실린더의 디젤을 생산한다. 이론적으로 계산되는 어떠한 수의 엔진이라도 이 범위 안에서 선택될 수 있다. Multi-cylinder four-cycle engines or dual-piston two-cycle engines are used. The number of cylinders determines the overall power and capacity. Kolomna Engineering, for example, produces 4 to 20 cylinders of diesel. Any number of engines theoretically calculated can be selected within this range.

청구된 발명 그룹을 실현하기 위한 외부 장치들이 사용되고(공기 블로워, 열 교환기, 혼합기), 상기 외부 장치는 CCR 모드에서 작동하는 내연엔진이 함께 제공 되고, 엔진 실린더에 공급하기 위한 예열하는 공기인 충전연료(fuel charge, 탄화수소 가스의 혼합물)를 생성하는데 필요한 공정을 수행한다. 필요한 성분들의 혼합, 압축 행정의 마지막 시점에서 혼합물의 자발적인 점화하기에 충분한 온도까지 가열한다. External devices are used to realize the claimed invention group (air blowers, heat exchangers, mixers), the external devices are provided with an internal combustion engine operating in CCR mode and are preheated air for supply to the engine cylinders. perform the process required to produce (fuel charge, a mixture of hydrocarbon gases). At the end of the mixing, the compression stroke of the necessary ingredients is heated to a temperature sufficient to spontaneously ignite the mixture.

추가적인 가열의 양이 실린더 내의 압축 강도, 증기-가스 혼합물의 조성, 다양한 첨가제의 존재, 엔진 내의 주입 압력의 양 및 다른 요소에 의하여 결정된다. The amount of additional heating is determined by the compressive strength in the cylinder, the composition of the vapor-gas mixture, the presence of various additives, the amount of injection pressure in the engine and other factors.

많은 산업용 멀티실린더 엔진에서 개별적인 실린더의 준비된 혼합물의 주입 온도는 주입구로부터 거리 차이와 석션 헤더에서의 열 손실에 따라 달라질 수 있다. 이 온도 차 3 ~ 5℃는 매우 중요하고 실린더의 작동은 달라질 것이다. 충전연료의 주요 성분인 메탄은 공기와의 혼합이 잘 되지 않고, 개별적인 실린더의 다양한 조성물의 주입이 가능하다. 생성된 합성가스의 조성물에 이 두 요소의 영향을 방지하기 위한 모드를 조절하기 위하여 특별한 절차가 사용된다. In many industrial multicylinder engines, the injection temperature of the prepared mixture of individual cylinders can vary depending on the difference in distance from the inlet and the heat loss in the suction header. This temperature difference of 3 to 5 ° C is very important and the cylinder's operation will vary. Methane, the main component of the filling fuel, is not well mixed with air and can be injected with various compositions of individual cylinders. Special procedures are used to adjust the mode to prevent the influence of these two factors on the composition of the syngas produced.

ICE 내의 밸브 제어는 주입 및 배출 밸브의 개방과 폐쇄의 순간을 보증한다. 이 경우, 이러한 순간은 안전을 이유로 선택되며 그 결과 산화제(공기)의 산소는 최종 합성가스에 유입되어서는 안 된다. Valve control in the ICE ensures instantaneous opening and closing of the inlet and outlet valves. In this case, this moment is chosen for safety reasons and as a result the oxygen of the oxidant (air) should not enter the final syngas.

가역적 모터 발전기가 엔진과 엄격하게 결합되는데, 이 때 "엄격하게 결합되는" 이라는 표현은 미끄러짐 없이 클러치로 결합되어, 동일한 엔진 속도와 전기생성 속도를 의미한다. The reversible motor generator is tightly coupled to the engine, where the expression "strictly coupled" is coupled to the clutch without slipping, meaning the same engine speed and the rate of electricity generation.

일정한 엔진 속도는 본관 주파수 50Hz에 의하여 결정되고, 선택되는 동기 발전기(synchronous generator) 및 사용되는 ICE에 따라 1500, 100, 630 등일 수 있 다. 엔진 속도가 높을 수록 단위 출력 용량도 높아지지만, 속도-토크 특성 및 화학 반응 속도에 제한이 있다. 모든 작동 모드에서, 선택된 장치 "디젤-전기 발전기"는 일정한 엔진 속도로 작동한다. The constant engine speed is determined by the main frequency 50 Hz and may be 1500, 100, 630, etc., depending on the synchronous generator selected and the ICE used. The higher the engine speed, the higher the unit output capacity, but there are limitations to the speed-torque characteristics and chemical reaction speed. In all modes of operation, the selected device "diesel-electric generator" runs at a constant engine speed.

탄화수소 가스의 부분 산화 과정 제어는 상당히 까다롭고, 특히 전체 싸이클이 10"3초 동안 수행될 때, 고속 엔진 작동시 화학 압축 반응기(수정된 ICE)의 실린더 내에서 수행되는 경우 그러하다. 반응의 완성에 따른 결정적 순간은 실린더 내의 혼합물 점화 순간이다. 이는 본 발명에서 제공되는 공정에 의하여 얻어지며, 제어된 자발적 점화 모드로 불린다. Control of the partial oxidation process of hydrocarbon gas is quite demanding, especially when the entire cycle is performed for 10 "3 seconds, when performed in a cylinder of a chemical compression reactor (modified ICE) at high speed engine operation. The critical moment according to is the moment of ignition of the mixture in the cylinder, which is obtained by the process provided in the present invention and is called controlled spontaneous ignition mode.

α및 t0 값은 하나의 장치에 적용되는 탄화수소 가스의 조성물에 의존하며, 각각의 경우에 있어서 계산과 실험에 의하여 결정된다. t0 총 범위는 70℃ 에서 250℃이다. 본 발명은 나아가 촉매 공정에 적용 가능한 합성가스를 생성하는 방법을 제공한다. α and t 0 The value depends on the composition of hydrocarbon gas applied to one device and in each case is determined by calculation and experiment. The t 0 total range is from 70 ° C. to 250 ° C. The present invention further provides a method of producing syngas applicable to a catalytic process.

주장된 방법의 적용은 화학 압축 반응기의 원리로 작동하는 상업적 압축-점화 내연엔진에 기초한 특별 장치를 이용하여 합성가스를 생성한다. 후자는 예를 들어, 외부 기화에서의 압축에로 인한 공기와 탄화수소성 원료의 혼합물을 점화하는 압축 엔진으로서 작동한다. The application of the claimed method produces syngas using a special apparatus based on a commercial compression-ignition internal combustion engine that operates on the principle of a chemical compression reactor. The latter works as a compression engine, for example, to ignite a mixture of air and hydrocarbonaceous raw materials due to compression in external vaporization.

특히, 관련 석유가스로부터 넓은 분류의 가벼운 탄화수소의 배출시 생성되는 탄화수소성 원료로서 메탄, 에탄 및 다른 탄화수소의 이용은 오일 추출 및 처리 영역에서 생태학적 상황을 개선할 것이다. In particular, the use of methane, ethane and other hydrocarbons as a hydrocarbonaceous feedstock produced upon the release of a broad class of light hydrocarbons from the relevant petroleum gas will improve the ecological situation in the oil extraction and treatment area.

청구된 발명의 비용량(specific capacity)은 공지된 방법보다 2.5 내지 3 배 정도이고, 부피비 H2/CO는 1.4:2이다. 이는 특히 중요하며 그 이유는, 합성가스 생성효율은 크게 메탄올 및 합성 엔진 연료의 생산효율을 결정하는 것으로 알려져 있기 때문이다. The specific capacity of the claimed invention is about 2.5 to 3 times higher than the known method, and the volume ratio H 2 / CO is 1.4: 2. This is particularly important because syngas production efficiency is known to largely determine the production efficiency of methanol and synthesis engine fuels.

내연엔진의 실린더에서 메탄 또는 다른 탄화수소 가스의 부분 산화 과정의 이용은 매우 매력적인데, 이는 사실상 공정이 일어나는 화학 반응기의 충전연료를 압축 및 가열하는 압축기로서 작동하기도 하고, 수용된 생성물의 팽창과 기계적인 작동이 동시에 수행되는 냉각기로서 작동하는 하나의 유닛에서 복잡한 화학 처리가 이루어지기 때문이다. The use of the partial oxidation process of methane or other hydrocarbon gases in the cylinders of internal combustion engines is very attractive, which in fact acts as a compressor to compress and heat the filling fuel of the chemical reactor in which the process takes place, as well as the expansion and mechanical operation of the received product. This is because a complex chemical treatment takes place in one unit which acts as a cooler that is performed simultaneously.

화학 압축 반응기(CCR) 내에서 도달할 수 있는 높은 값은 매우 짧은 시간(10"3 - 10'4초)에 실질적으로 열역학적으로 평형한 합성가스 조성물을 얻도록 허용한다. High values that could be reached in the compression chemical reactor (CCR) is a very short period of time - allows to obtain a synthesis gas composition with a substantially thermodynamic equilibrium with the (10 "3 10" 4 seconds).

CCR 운전 시작, 작동 제어 및 생성 합성가스 조성물의 제어는 설정 모드에서 열 교환기(2) 내의 예열 온도 및 산화제의 과잉 (부족) 계수의 조절에 의하여, 또는 시작점에서 공기 가열기(11)의 출구 온도에 의하여 수행된다. The start of the CCR operation, the control of operation and the control of the syngas composition are controlled in the set mode by the adjustment of the preheating temperature in the heat exchanger 2 and the excess (lack) coefficient of the oxidant, or at the starting point to the outlet temperature of the air heater 11. Is performed.

시작점에서의 실시간 효과 및 설정 모드에서의 작업 조절의 CCR 과정은 탄화수소 가스의 조성물에 따라 증기-가스 혼합물의 자발적 점화의 순간에 영향을 줌으로써 수행된다. 이 목적을 위하여 일차 가스 보다 낮은 자발적 점화 온도를 갖는 메탄올, 휘발유 또는 다른 생성물 제조의 소모은 특히 과도상태에서 충전연료 점화 의 순간을 정확하게 설정할 수 있도록 하고, 이는, 합성가스의 조성물 및 카본블랙의 처리 및 전기 출력의 양을 결정한다.The CCR process of real time effect at the starting point and work control in set mode is performed by influencing the moment of spontaneous ignition of the vapor-gas mixture, depending on the composition of the hydrocarbon gas. For this purpose, the consumption of methanol, gasoline or other product production with a spontaneous ignition temperature lower than the primary gas makes it possible to precisely set the moment of filling fuel ignition, especially in transients, which is characterized by the composition of the syngas and the treatment of carbon black and Determine the amount of electrical output.

가역적 모터 발전기를 구비한 유닛의 운전 시작은 아주 적은 속도로 전달하는 동안에 추가적인 장치 없이 선 주파수에 의하여 일정한 속도를 지지하고, 그 자체의 에너지원으로부터 압축기 공급을 제공하기 위한 기회를 제공한다. The start of operation of a unit with a reversible motor generator provides the opportunity to support a constant speed by line frequency without additional equipment during delivery at very low speeds, and to provide a compressor supply from its own energy source.

주장된 발명 그룹의 자발적 점화 모드에서 CCR 작동의 문제 해결책으로써, 예를 들어, 화학적 압축 반응기가 Minsk 모터사의 D-245 엔진을 기반으로 하여 이용될 수 있고, 여기서 다중 시작 동안 장기간 모드를 포함하여 다양한 모드가 작동되었다. As a solution to the problem of CCR operation in the spontaneous ignition mode of the claimed invention group, for example, a chemical compression reactor can be used based on Minsk Motor's D-245 engine, where a wide range of modes, including long-term mode during multiple starts, can be used. The mode was activated.

장치에서 모드의 운전 시작 및 작동은 증가된 함량의 천연 액화 가스(NGL)을 갖는 메탄, 관련 석유가스(넓은 분류의 가벼운 탄화수소)로 다양한 α 값에서, 다양한 혼합물 예열 온도에서, 시작점에서 사용되는 다양한 첨가제 공급 및 처리 제어를 통해서 수행되었다.The start and operation of the mode of operation in the unit is methane with an increased content of natural liquefied gas (NGL), the associated petroleum gas (a broad class of light hydrocarbons), with varying α values, at various mixture preheating temperatures, and at various starting points. This was done through additive feed and process control.

따라서,청구된 그룹에 따르면, 화학적 압축 반응기의 모드에서 작동하는 멀티실린더 변형된 4-사이클 또는 이중-피스톤 2-사이클 압축 점화 내연엔진의 작동 모드는, 예를 들어, 탄화수소 가스의 조성물에 따라 폭발적인 연소의 시작 이전에 탄화수소성 혼합물이 공기와 느리게 연소하는 영역에서 집중적인 카본블랙 형성으로부터 밸브 제어의 재조절에 의하여 결정되는, 실린더 내에서의 합성가스 잔여량의 영향 및 엔진 가열로 탄화수소 가스의 부분적 산화 과정을 실현하고 CCR을 시작하도록, 주용적에 대하여 보다 낮은 자발적 점화온도를 가지는 액체 또는 기체상 물질의 필요량을 충전연료 내에 추가적 도입으로 인한 자발적 점화 때문에 압축 운동시 TDC 영역에서 추가적인 가열 및 부피 점화를 하는 엔진 실린더까지의 범위에서 메탄에 대하여 0.3 ~ 0.58의 공기 과잉 계수로 탄화수소 가스와 공기 또는 산소-농축된 공기의 혼합물을 포함하는 외부 장치에서 예열된 충전연료의 공급을 포함한다. 이는 보충적인 요소 공급의 필요성을 제거하고, 생성된 합성가스는 엔진 피스톤 리턴 스트립(stripping)에서 팽창하고, 이는 그 조성물을 멈추게 함(quenching) ("얼어서 작동하지 않음(freezing)")으로써 및 기계적인 작업 이행에 의하여 달성된다. Thus, according to the claimed group, the mode of operation of a multicylinder modified four-cycle or double-piston two-cycle compression ignition internal combustion engine operating in the mode of chemical compression reactor is explosive depending on the composition of the hydrocarbon gas, for example. Partial oxidation of hydrocarbon gas by engine heating and the effect of residual amount of syngas in the cylinder, determined by re-regulation of valve control from intensive carbon black formation in areas where the hydrocarbonaceous mixture burns slowly with air before commencement of combustion In order to realize the process and start the CCR, additional heating and volume ignition in the TDC region during compression movements is due to spontaneous ignition due to the additional introduction of the required amount of liquid or gaseous material into the filling fuel with a lower spontaneous ignition temperature to the main volume. 0.3 to methane in the range of engine cylinders A surplus coefficient of 0.58 includes the supply of preheated charged fuel in an external device comprising a mixture of hydrocarbon gas and air or oxygen-enriched air. This eliminates the need for a supplemental urea supply, and the resulting syngas expands in the engine piston return stripping, which causes the composition to quench (“freezing”) and machine Achieved by routine work performance.

주용적에 대하여 보다 낮은 자발적 점화온도를 가지는 기체 또는 액체상 물질의 추가 공급으로 인하여 충전연료의 낮은 가열 온도에서 CCR 운전 시작 후, 실린더와 피스톤의 벽은 집중적으로 데워지기 시작하고 충전연료 가열 온도를 감소시킨다. 이는 열손실을 방지, 그러나 주로 실린더 내에 잔존하는 낮은 자발적 점화온도를 갖는 뜨거운 합성가스 때문이다. 이러한 합성가스의 양은 CCR 작업의 확립된 상황에서 충전연료 자발적 점화량을 정확하게 정하도록 주입 및 배출 밸브의 사전 설정으로써 결정된다.  After starting the CCR operation at the low heating temperature of the filling fuel due to the additional supply of gas or liquid material with a lower spontaneous ignition temperature to the main volume, the walls of the cylinder and the piston start to warm up intensively and reduce the filling fuel heating temperature. Let's do it. This is due to hot syngas, which prevents heat loss, but mainly has a low spontaneous ignition temperature remaining in the cylinder. The amount of this syngas is determined by presetting the inlet and outlet valves to accurately determine the voluntary ignition of the filling fuel in the established situation of the CCR operation.

CCR은 본관(mains)의 주파수에 따라 일정한 속도를 제공하고 교류 전류 본관에 연결된 전기 발전기에 엄격하게 결합된다. The CCR provides a constant speed depending on the frequency of the mains and is tightly coupled to an electrical generator connected to the alternating current mains.

압축의 강도의 차이에 따라 연결된 개별 실린더의 작업을 확인하기 위하여, 혼합물 주입 온도와 그 조성물의 불균일성의 팽창으로, 주입 밸브 영역에서 각각의 실린더에 대하여 직접 혼합물 점화 순간의 조절에 필요한 요소의 추가 공급의 기회 가 존재한다. In order to confirm the operation of the individual cylinders connected in accordance with the difference in the strength of the compression, with the expansion of the mixture injection temperature and the heterogeneity of the composition, an additional supply of the elements necessary for the adjustment of the mixture ignition instant directly for each cylinder in the injection valve region. Chance exists.

따라서, 본 방법은 다음과 같이 실행된다.Thus, the method is executed as follows.

1. 공기 블로어 내의 공기를 예열시킨다.1. Preheat the air in the air blower.

2. 필요한 온도, 예를 들어 T℃=180 ~ 240으로 열 교환기 내의 공기 (산화제)를 또한 가열한다.2. Also heat the air (oxidant) in the heat exchanger to the required temperature, for example T ° C. = 180 to 240.

3. 상기 가열된 공기(산화제)와 탄화수소성 원료를 α= 0.3 -0.58이 될 때까지 혼합하고 상기 혼합물을 엔진(디젤)의 주입구에 공급한다.3. Mix the heated air (oxidizer) and the hydrocarbonaceous raw material until α = 0.3 -0.58 and feed the mixture to the inlet of the engine (diesel).

4. 증기를 첨가하고 T℃=180 -240까지 또한 가열한다. 4. Add steam and also heat up to T ° C. = 180-240.

5. 상기 주입된 혼합물(충전연료)을 엔진 실린더(변위 실린더 부피 내로)로 일정하게 공급한다. 5. Constantly feed the injected mixture (filling fuel) into the engine cylinder (within the displacement cylinder volume).

6. 엔진 피스톤의 압축 운동시 상기 충전연료를 추가적으로 가열하고 주용적에 대하여 보다 낮은 자발적 점화온도를 가지며 1800-2100℃의 온도가 되도록 충전연료에 미리 첨가되는 추가 요소(액체 또는 기체)로 인하여 TDC 영역에서 부피 자발적 점화를 수행한다.6. TDC due to additional elements (liquid or gas) which are preheated to the filling fuel during the compression movement of the engine piston, further heating the filling fuel and having a lower spontaneous ignition temperature with respect to the main volume and a temperature of 1800-2100 ° C. Perform volume spontaneous ignition in the area.

7. CCR 운전 시작 및 탄화수소 가스의 부분적 산화를 수행한다. 7. Start CCR operation and perform partial oxidation of hydrocarbon gas.

8. 엔진 피스톤이 BDC로 이동하는 동안 팽창하는 생성물을 냉각한다. 8. Cool the expanding product while the engine piston moves to the BDC.

9. 엔진 피스톤이 TDC로 이동하는 동안 엔진 실린더로부터 합성가스를 포함하는 처리 생성물을 분리한다. 9. Separate the process product containing syngas from the engine cylinder while the engine piston moves to the TDC.

10. 합성가스를 T℃=100 -240 까지 냉각한다. 10. Cool the synthesis gas to T ° C = 100 -240.

11. 카본블랙 필터를 통하여 합성가스를 정제한다.11. Purify syngas through a carbon black filter.

12. 합성가스를 T℃= 30 - 40까지 냉각한다. 12. Cool the synthesis gas to T ° C = 30-40.

13. 합성가스의 압축 및 메탄올 또는 디메틸 에테르로의 변환을 수행한다. 13. Compress the syngas and convert it to methanol or dimethyl ether.

본 발명에 의한 합성가스의 제조 방법을 실현한 실시예를 표 1에 나타내었다. Table 1 shows an example in which the method for producing a syngas according to the present invention is realized.

표 1  Table 1

이름name "천연" 합성 가스"Natural" syngas 압축전의 합성 가스Syngas before compression 합성 가스 압축기의 고압 실린더 이전의 합성 가스Syngas before High Pressure Cylinder in Syngas Compressor 메탄올 합성 유닛으로 주입구에서의 합성가스Syngas at Inlet with Methanol Synthesis Unit 배출 합성 가스Exhaust syngas 조성 , % volComposition,% vol N2N2 49.0549.05 52.6252.62 54.6354.63 54.9854.98 76.576.5 H2H2 24.0524.05 25.8125.81 26.7926.79 26.7726.77 11.211.2 O2O2 0.260.26 0.280.28 0.290.29 0.000.00 0.00.0 H20H20 10.4110.41 3.913.91 0.250.25 0.100.10 0.10.1 COCO 13.3013.30 14.2714.27 14.8114.81 14.5214.52 7.27.2 CO2CO2 2.402.40 2.572.57 2.672.67 3.073.07 4.34.3 CH4CH4 0.510.51 0.540.54 0.560.56 0.570.57 0.80.8 NH3NH3 0.020.02 0.000.00 0.000.00 0.000.00 0.00.0 100.00100.00 100.00100.00 100.00100.00 100.00100.00 100.00100.00 분자 량Molecular Weight 21.05021.050 21.27121.271 21.46921.469 25.6925.69 온도 ℃Temperature ℃ 370.00370.00 4545 3535 140-150140-150 200200 비산출률(specificl yield), kg/kg 천연 가스Specific yield, kg / kg natural gas 8.0958.095 7.6257.625 7.3877.387 7.3667.366 6.3366.336 최소 연소 열 KJ/nm3 Minimum Combustion Heat KJ / nm 3 44594459 22312231 소비, kg/hConsumption, kg / h 1138311383 1071810718 1038410384 1035410354 89078907

상기 언급한 내용의 주요 특징은 전기력의 동시 생성과 함게 가장 다양한 탄화수소성 가스(천연 가스, 광산 석탄 메탄, 관련 석유 가스)의 적용을 통하여 유닛 의 확실한 점화 및 작동을 제공한다는 것이다. 청구된 발명은 추가적인 촉매 처리과정을 위하여 적용할 수 있는 합성 가스를 생성하는 방법을 제공한다. The main feature of the above is that it provides reliable ignition and operation of the unit through the application of the most diverse hydrocarbonaceous gases (natural gas, mine coal methane, and related petroleum gases) with simultaneous generation of electric forces. The claimed invention provides a method for producing a synthesis gas that can be applied for further catalytic treatment.

주장된 방법의 적용은 화학 압축 반응기의 원리에 따라 작동하는 화학 압축 점화 내연 엔진에 기초한 특수한 설비를 채용하는 합성 가스 생성을 허용한다. 후자는 즉 외부 기화시 압축에 기하여 공기와 액체상 탄화수소성 원료의 혼합물의 점화가 이루어지는 압축 엔진으로서 작동한다. The application of the claimed method permits the production of syngas, which employs special equipment based on chemical compression ignition internal combustion engines operating according to the principles of chemical compression reactors. The latter acts as a compression engine, ie ignition of a mixture of air and liquid hydrocarbonaceous raw materials, based on compression on external vaporization.

관련 석유 가스로부터 가벼운 탄화 수소의 넓은 잔여물의 해제시에, 특히 생성된 액체상 탄화수소성 원료로서 메탄, 에탄 및 다른 탄화 수소를 적용하는 것은, 석유 추출 및 처리 영역에서 생태학적 상황을 향상시킬 것이다. In the release of a broad residue of light hydrocarbons from the relevant petroleum gas, in particular applying methane, ethane and other hydrocarbons as the resulting liquid hydrocarbonaceous feedstock will improve the ecological situation in the petroleum extraction and treatment area.

주장된 발명의 비산출율이 공지된 방법보다 2.5~3 배이고, 체적비 H2/C0가 1.4:2 이다. 이는 특히 중요한데, 왜냐하면 합성 가스 생성 효율은 크게 메탄올 및 합성 엔진 연료의 생산 효율을 결정하기 때문이다. The specific yield of the claimed invention is 2.5 to 3 times that of the known method, and the volume ratio H2 / C0 is 1.4: 2. This is particularly important because the synthesis gas production efficiency largely determines the production efficiency of methanol and synthesis engine fuels.

내연 엔진의 실린더 내에서 메탄 혹은 다른 탄화 수소 가스의 부분 산화 과정을 적용하는 것이 매우 시도되고 있는데, 이는 복잡한 화학 처리과정이 실제적으로 처리가 발생하는 화학 반응기의 충전연료를 압축하고 가열하는 압축기로서 또한 수용되는 생성물의 팽창이 발생하고 기계적인 작업이 동시에 수행되는 냉각기로서 작동하는 단일 유닛 안에서 수행될 수 있기 때문이다. It is highly attempted to apply a partial oxidation process of methane or other hydrocarbon gas in the cylinder of an internal combustion engine, which is also a compressor where a complex chemical process actually compresses and heats the packed fuel in a chemical reactor in which the process takes place. This is because the expansion of the product received takes place and the mechanical work can be carried out in a single unit operating as a cooler which is carried out simultaneously.

화학적 압축 반응기(CCR)에서 달성될 수 있는 높은 수치는 매우 짧은 시간 (10-3 ~ 10-4)초 동안 실제적으로 열역학적으로 동등한 합성 가스 조성을 수용하도록 허용하고, 이 때, 카본블랙의 양은 최소가 된다. The high values achievable in chemical compression reactors (CCR) allow to accept substantially thermodynamically equivalent syngas compositions for very short time periods (10-3 to 10-4) seconds, with the amount of carbon black being minimal do.

증기 및 가스 혼합물의 점화에 의하여 주로 달라지는 CCR 작업의 여러가지 대안이 있을 수 있다. 기본적인 어려움은 증기 및 가스 혼합물을, 허용가능한 조성의 합성 가스가 도달할 수 있는 낮은 과잉 계수의 산화제로 점화하도록 하는 것이다. 일반적으로 이는 느리게 연소되는 영역이고, 여기에서는 고에너지원의 점화가 연소의 체인 반응을 지탱하기 위하여 반드시 필요하다.There may be several alternatives to CCR operations that are primarily dependent on the ignition of the vapor and gas mixture. The basic difficulty is to ignite the vapor and gas mixture with a low excess coefficient of oxidant that synthesis gas of acceptable composition can reach. Generally this is a slow burning zone, where high energy sources of ignition are necessary to sustain the chain reaction of combustion.

Claims (3)

탄화수소성 원료, 증기 그리고 공기 또는 산소농축공기의 혼합물의 제조-메탄에 대한 0.3~0.58의 공기(산화제) 과잉 계수를 갖는 충전연료, 나아가 형성된 충전연료의 가열, Preparation of a mixture of hydrocarbonaceous raw materials, steam and air or oxygen enriched air-filled fuel having an excess coefficient of air (oxidant) from 0.3 to 0.58 to methane, further heating of the formed fuel, 엔진 실린더에 충전연료의 일정한 공급,Constant supply of fuel to the engine cylinder, 실린더 피스톤으로 압축 운동시 충전연료의 추가적인 가열,Additional heating of the filling fuel during compression movement with the cylinder piston, 화학적 압축 반응기의 운전 시작 및 탄화수소성 혼합물의 부분적 산화를 일으키는, 충전연료의 주용적에 대하여 보다 낮은 자발적 점화온도을 가지는 액체 또는 기체상 물질의 충전연료 내에 추가적으로 도입되는 자발적인 점화에 따른 상사점(TDC)영역 내 충전연료의 부피 점화,Top dead center (TDC) due to spontaneous ignition additionally introduced into the packed fuel of liquid or gaseous materials having a lower spontaneous ignition temperature relative to the main volume of the fuel, causing the start of operation of the chemical compression reactor and partial oxidation of the hydrocarbonaceous mixture. Volume ignition of the filling fuel in the zone, - 내연 실린더의 용적 내 연료 충전,-Filling the fuel in the volume of the internal combustion cylinder, 이어서 리턴 스트립 동안에, 하사점까지 엔진 피스톤의 움직임 동안에 형성된 공정 생성물의 팽창 및 냉각, Then during the return strip, the expansion and cooling of the process product formed during the movement of the engine piston to the bottom dead center, 합성가스를 함유하는 공정 생성물의 회수, Recovery of process products containing syngas, 이어서 합성가스의 냉각, Then cooling the syngas, 카본 블랙으로부터의 합성가스를 함유하는 공정 생성물의 정제,Purification of process products containing syngas from carbon black, 합성가스를 함유하는 공정 생성물의 최종 냉각 및 메탄올 또는 디메틸 에테르로의 전환을 포함하고,Final cooling of the process product containing syngas and conversion to methanol or dimethyl ether, 상기 부분 산화의 공정에서 화학적 압축 반응기(CCR) 단위에 이르는 동안 전 작동은 실린더 내 잔여 가스에 의해 유지되고, 실린더 내 잔여 가스의 양은 밸브 조절의 재-조정, 엔진 준비에 기인한 추가적인 가열 및 충전연료 가열 온도의 외부 조절에 의해 조절되는, 화학적 압축 반응기의 방식으로 작동하는 멀티실린더 4-사이클 또는 이중-피스톤 2-사이클 압축-점화 내연엔진으로 이루어지는 장치 내 합성가스 제조방법.During the process of partial oxidation to the chemical compression reactor (CCR) unit, the entire operation is maintained by the residual gas in the cylinder, the amount of residual gas in the cylinder is re-adjusted valve adjustment, additional heating and charging due to engine preparation A method for producing syngas in a device consisting of a multicylinder four-cycle or double-piston two-cycle compression-ignition internal combustion engine operating in the manner of a chemical compression reactor, controlled by external control of the fuel heating temperature. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상술된 엔진은 The engine described above 공기 공급 및 탄화수소성 원료 공급 시스템, Air supply and hydrocarbonaceous raw material supply system, 공기 및 탄화수소성 원료의 예열을 포함하고, 공기-히터, 열 교환기 및 믹서로 이루어진 가열 시스템,A heating system comprising air-heater, heat exchanger and mixer, comprising preheating of air and hydrocarbonaceous raw materials, 열 교환기 및 냉각기, 전력을 생산하여 다단계 합성가스 압축기에 제공하고 엔진에 엄격하게 연결된 가역적 모터-발전기로 이루어진 합성가스 냉각 시스템, Syngas cooling system consisting of a reversible motor-generator which produces heat exchangers and coolers, provides power to a multi-stage syngas compressor and is tightly coupled to the engine, 또한 합성가스 정제를 위한 고온 카본 블랙 수집 필터, Also hot carbon black collection filter for syngas purification 냉각기, cooler, 드롭캐쳐를 제공하는,Providing a drop catcher, 화학적 압축 반응기의 방식으로 엔진의 작동을 시작할 때 엔진의 작동 조절, 및 생산된 합성가스 조성물의 조절은 산화제의 과잉 계수 및 장착된 방식에서 열 교환기 내 예열 온도 또는 공기 히터의 작동 시작 배출 온도를 조절함이 가능하게 수행되는 차이를 가지는,Control of the operation of the engine when starting the engine in the manner of a chemical compression reactor, and control of the syngas composition produced, regulates the excess coefficient of oxidant and the preheat temperature in the heat exchanger or the start-up discharge temperature of the air heater in the fitted manner. Has the difference that 주입 및 배출 밸브의 시스템을 가지는 화학적 압축 반응기의 방식으로 작동하는, 장치가 멀티실린더 4-사이클 또는 2-피스톤 2-사이클 압축-점화 내연엔진으로 이루어지는 방법.Operating in the manner of a chemical compression reactor with a system of inlet and outlet valves, wherein the apparatus consists of a multicylinder four-cycle or two-piston two-cycle compression-ignition internal combustion engine. 제1항 또는 제2항에 있어서, The method according to claim 1 or 2, 개별 실린더의 작업을 확인하기 위한 추가적인 공급은 각 실린더에서 혼합물의 점화순간의 조절을 위한 필수 성분을 (주입밸브의 영역에서 직접적으로) 제공될 수 있고,An additional supply to verify the operation of the individual cylinders may be provided (directly in the region of the injection valve) for the control of the ignition moment of the mixture in each cylinder, 상기 필수 성분은 석유 분류 과정에서 발생하는 천연 가스 또는 석유 가스, 메탄올 또는 물-메탄올 혼합물, 및 추가 메탄올 또는 디메틸 에테르인 것을 특징으로 하는 방법.The essential components are natural gas or petroleum gas, methanol or water-methanol mixtures, and further methanol or dimethyl ether, generated during the petroleum fractionation process.
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