Claims (59)
1. Способ получения одного или нескольких продуктов, предусматривающий1. A method for obtaining one or more products, providing
введение сырьевого газа в смесительную камеру, причем сырьевой газ содержит один или несколько газов;introducing a feed gas into the mixing chamber, the feed gas comprising one or more gases;
введение горючего газа в камеру сгорания, причем горючий газ содержит один или несколько газов; иintroducing combustible gas into the combustion chamber, the combustible gas comprising one or more gases; and
затем воспламенение горючего газа, чтобы воспламенить горючий газ и при этом получить один или несколько газообразных продуктов сгорания, и вызвать протекание одного или нескольких газообразных продуктов сгорания в смесительную камеру посредством одного или нескольких путей потока текучей среды между камерой сгорания и смесительной камерой, и вызвать перемешивание одного или нескольких газообразных продуктов сгорания с сырьевым газом, причем в результате перемешивания одного или нескольких газообразных продуктов сгорания с сырьевым газом энергия передается от одного или нескольких газообразных продуктов сгорания к сырьевому газу и при этом вызывает химическую реакцию для получения одного или нескольких продуктов.then igniting the combustible gas to ignite the combustible gas and thereby produce one or more combustion gases, and cause the one or more combustion gases to flow into the mixing chamber through one or more fluid flow paths between the combustion chamber and the mixing chamber, and cause mixing one or more combustion gases with the feed gas, wherein by mixing the one or more combustion gases with the feed gas, energy is transferred from the one or more combustion gases to the feed gas and thereby causes a chemical reaction to produce one or more products.
2. Способ по п. 1, в котором перед воспламенением горючего газа давление сырьевого газа в смесительной камере приблизительно равно давлению горючего газа в камере сгорания, так что сырьевой газ по существу не перемешивается с горючим газом.2. The method of claim 1, wherein prior to ignition of the combustible gas, the pressure of the feed gas in the mixing chamber is approximately equal to the pressure of the combustible gas in the combustor, such that the feed gas is not substantially mixed with the combustible gas.
3. Способ по п. 1 или 2, дополнительно предусматривающий прекращение дальнейшего производства одного или нескольких продуктов.3. The method according to claim 1 or 2, additionally providing for the termination of further production of one or more products.
4. Способ по любому из пп. 1-3, дополнительно предусматривающий предварительное нагревание сырьевого газа перед введением сырьевого газа в смесительную камеру.4. The method according to any one of paragraphs. 1-3 further comprising preheating the feed gas prior to introducing the feed gas into the mixing chamber.
5. Способ по любому из пп. 1-4, дополнительно предусматривающий предварительное нагревание горючего газа перед введением горючего газа в камеру сгорания.5. The method according to any one of paragraphs. 1-4 further comprising preheating the combustible gas before introducing the combustible gas into the combustion chamber.
6. Способ по любому из пп. 1-5, в котором отношение объема смесительной камеры к объему камеры сгорания составляет приблизительно 10:1 или меньше.6. The method according to any one of paragraphs. 1-5, in which the ratio of the volume of the mixing chamber to the volume of the combustion chamber is approximately 10:1 or less.
7. Способ по любому из пп. 1-6, в котором отношение длины смесительной камеры к диаметру смесительной камеры составляет приблизительно 30:1 или меньше.7. The method according to any one of paragraphs. 1-6, in which the ratio of the length of the mixing chamber to the diameter of the mixing chamber is approximately 30:1 or less.
8. Способ по любому из пп. 1-7, в котором сырьевой газ содержит природный газ.8. The method according to any one of paragraphs. 1-7, wherein the feed gas contains natural gas.
9. Способ по п. 8, в котором сырьевой газ содержит смесь природного газа и рециркулирующего газа.9. The method of claim 8 wherein the feed gas comprises a mixture of natural gas and recycle gas.
10. Способ по п. 9, в котором рециркулирующий газ содержит одно или несколько из: одного или нескольких компонентов природного газа; водорода; монооксида углерода и диоксида углерода.10. The method according to p. 9, in which the recycle gas contains one or more of: one or more components of natural gas; hydrogen; carbon monoxide and carbon dioxide.
11. Способ по любому из пп. 1-10, в котором горючий газ содержит окислитель.11. The method according to any one of paragraphs. 1-10, in which the combustible gas contains an oxidizer.
12. Способ по п. 11, в котором окислитель содержит одно или несколько из кислорода и воздуха.12. The method of claim 11 wherein the oxidant comprises one or more of oxygen and air.
13. Способ по п. 11 или 12, в котором горючий газ содержит смесь CH4 и окислителя.13. The method according to claim 11 or 12, in which the combustible gas contains a mixture of CH 4 and an oxidizer.
14. Способ по любому из пп. 11-13, в котором горючий газ содержит смесь рециркулирующего газа и окислителя.14. The method according to any one of paragraphs. 11-13, in which the combustible gas contains a mixture of recycle gas and an oxidizer.
15. Способ по п. 14, в котором рециркулирующий газ содержит одно или несколько из: одного или нескольких компонентов природного газа; водорода; монооксида углерода и диоксида углерода.15. The method according to p. 14, in which the recycle gas contains one or more of: one or more components of natural gas; hydrogen; carbon monoxide and carbon dioxide.
16. Способ по любому из пп. 1-15, в котором горючий газ вводят в камеру сгорания одновременно с введением сырьевого газа в смесительную камеру.16. The method according to any one of paragraphs. 1-15, wherein the combustible gas is introduced into the combustion chamber at the same time as the feed gas is introduced into the mixing chamber.
17. Способ по любому из пп. 1-16, в котором горючий газ вводят в камеру сгорания под давлением, которое равно давлению, с которым сырьевой газ вводят в смесительную камеру.17. The method according to any one of paragraphs. 1-16, wherein the combustible gas is introduced into the combustion chamber at a pressure that is equal to the pressure at which the feed gas is introduced into the mixing chamber.
18. Способ по любому из пп. 1-17, в котором один или несколько продуктов содержат одно или несколько из водорода и углерода.18. The method according to any one of paragraphs. 1-17, in which one or more products contain one or more of hydrogen and carbon.
19. Способ по любому из пп. 1-17, в котором один или несколько продуктов содержат одно или несколько из водорода и монооксида углерода.19. The method according to any one of paragraphs. 1-17, in which one or more products contain one or more of hydrogen and carbon monoxide.
20. Способ по любому из пп. 1-17, в котором один или несколько продуктов содержат одно или несколько из водорода, азота и углерода.20. The method according to any one of paragraphs. 1-17, in which one or more products contain one or more of hydrogen, nitrogen and carbon.
21. Способ по п. 3, в котором прекращение дальнейшего производства одного или нескольких продуктов предусматривает снижение давления в смесительной камере.21. The method according to claim 3, in which the cessation of further production of one or more products involves reducing the pressure in the mixing chamber.
22. Способ по п. 21, в котором давление в смесительной камере снижают достаточно быстро, чтобы препятствовать загрязнению углеродом смесительной камеры.22. The method of claim 21, wherein the pressure in the mixing chamber is reduced rapidly enough to prevent carbon contamination of the mixing chamber.
23. Способ по п. 22, в котором давление в смесительной камере снижают по меньшей мере на 50% в течение менее чем 1 секунды.23. The method of claim 22 wherein the pressure in the mixing chamber is reduced by at least 50% in less than 1 second.
24. Способ по любому из пп. 1-23, в котором волна давления, созданная сгоранием горючего газа, препятствует загрязнению углеродом смесительной камеры.24. The method according to any one of paragraphs. 1-23, in which the pressure wave generated by combustion of the combustible gas prevents carbon contamination of the mixing chamber.
25. Способ по любому из пп. 1-24, в котором энергия передается от одного или нескольких газообразных продуктов сгорания к сырьевому газу посредством динамического сжатия газа и перемешивания.25. The method according to any one of paragraphs. 1-24, wherein energy is transferred from one or more combustion gases to the feed gas through dynamic gas compression and agitation.
26. Способ по любому из пп. 1-25, в котором после перемешивания одного или нескольких газообразных продуктов сгорания с сырьевым газом и перед получением одного или нескольких продуктов, по меньшей мере, часть смеси сырьевых газов и одного или нескольких газообразных продуктов сгорания переносится в третью камеру.26. The method according to any one of paragraphs. 1-25, in which after mixing one or more combustion gases with a feed gas and before obtaining one or more products, at least part of the mixture of feed gases and one or more combustion gases is transferred to the third chamber.
27. Способ по любому из пп. 1-26, причем способ представляет процесс реакции в постоянном объеме.27. The method according to any one of paragraphs. 1-26, wherein the method represents a constant volume reaction process.
28. Реактор сырьевого газа, содержащий28. Feed gas reactor containing
смесительную камеру;mixing chamber;
камеру сгорания;combustion chamber;
клапанную систему для контроля потока газов в смесительную камеру и камеру сгорания и из них;a valve system for controlling the flow of gases into and out of the mixing chamber and combustion chamber;
воспламенитель иigniter and
один или несколько контроллеров, сконструированных для выполнения способа, предусматривающего:one or more controllers designed to perform a method comprising:
контроль клапанной системы для введения сырьевого газа в смесительную камеру, причем сырьевой газ содержит один или несколько газов;controlling a valve system for introducing the feed gas into the mixing chamber, the feed gas comprising one or more gases;
контроль клапанной системы для введения горючего газа в камеру сгорания, причем горючий газ содержит один или несколько газов; иcontrol valve system for introducing combustible gas into the combustion chamber, and combustible gas contains one or more gases; and
затем контроль воспламенителя для воспламенения горючего газа, чтобы воспламенить горючий газ и при этом получить один или несколько газообразных продуктов сгорания, и вызвать протекание одного или нескольких газообразных продуктов сгорания в смесительную камеру посредством одного или нескольких путей потока текучей среды между камерой сгорания и смесительной камерой, и вызвать перемешивание одного или нескольких газообразных продуктов сгорания с сырьевым газом, причем в результате перемешивания одного или нескольких газообразных продуктов сгорания с сырьевым газом энергия передается от одного или нескольких газообразных продуктов сгорания к сырьевому газу и при этом вызывает химическую реакцию для получения одного или нескольких продуктов.then controlling the igniter to ignite the combustible gas to ignite the combustible gas and thereby produce one or more combustion gases, and cause the one or more combustion gases to flow into the mixing chamber through one or more fluid flow paths between the combustion chamber and the mixing chamber, and cause the one or more combustion gases to mix with the feed gas, wherein by mixing the one or more combustion gases with the feed gas, energy is transferred from the one or more combustion gases to the feed gas and thereby causes a chemical reaction to produce one or more products .
29. Реактор по п. 28, в котором перед контролем воспламенителя контроль клапанной системы для введения сырьевого газа предусматривает контроль клапанной системы для введения сырьевого газа в смесительную камеру при первом давлении, и при этом контроль клапанной системы для введения горючего газа предусматривает контроль клапанной системы для введения горючего газа в камеру сгорания при втором давлении, приблизительно равном первому давлению, так что сырьевой газ по существу не перемешивается с горючим газом.29. The reactor according to claim 28, in which, before controlling the igniter, the control of the valve system for introducing raw gas includes monitoring the valve system for introducing raw gas into the mixing chamber at a first pressure, and while controlling the valve system for introducing combustible gas provides for controlling the valve system for introducing combustible gas into the combustion chamber at a second pressure approximately equal to the first pressure so that the feed gas is not substantially mixed with the combustible gas.
30. Реактор по п. 28 или 29, в котором способ дополнительно предусматривает контроль клапанной системы для прекращения дальнейшего производства одного или нескольких продуктов.30. The reactor according to claim 28 or 29, wherein the method further comprises controlling the valve system to stop further production of one or more products.
31. Реактор по любому из пп. 28-30, в котором камера сгорания расположена в смесительной камере.31. The reactor according to any one of paragraphs. 28-30, in which the combustion chamber is located in the mixing chamber.
32. Реактор по п. 31, в котором камера сгорания находится со смещением относительно продольной оси смесительной камеры.32. The reactor according to claim 31, in which the combustion chamber is offset relative to the longitudinal axis of the mixing chamber.
33. Реактор по любому из пп. 28-30, в котором камера сгорания расположена вне смесительной камеры.33. The reactor according to any one of paragraphs. 28-30, in which the combustion chamber is located outside the mixing chamber.
34. Реактор по любому из пп. 28-33, в котором камера сгорания содержит одно или несколько отверстий, образованных в ней.34. The reactor according to any one of paragraphs. 28-33, in which the combustion chamber contains one or more holes formed in it.
35. Система, содержащая множество реакторов для сырья, причем каждый реактор содержит35. A system containing a plurality of feedstock reactors, each reactor containing
смесительную камеру;mixing chamber;
камеру сгорания иcombustion chamber and
воспламенитель;igniter;
клапанную систему для контроля потока газов в смесительную камеру и камеру сгорания и из них; иa valve system for controlling the flow of gases into and out of the mixing chamber and combustion chamber; and
один или несколько контроллеров, сконструированных для выполнения способа, предусматривающего для каждого реактора:one or more controllers designed to carry out a method that provides for each reactor:
контроль клапанной системы для введения сырьевого газа в смесительную камеру, причем сырьевой газ содержит один или несколько газов;controlling a valve system for introducing the feed gas into the mixing chamber, the feed gas comprising one or more gases;
контроль клапанной системы для введения горючего газа в камеру сгорания, причем сырьевой газ содержит один или несколько газов; иcontrol of a valve system for introducing combustible gas into the combustion chamber, wherein the feed gas contains one or more gases; and
затем контроль воспламенителя для воспламенения горючего газа, чтобы воспламенить горючий газ и при этом получить один или несколько газообразных продуктов сгорания, и вызвать протекание одного или нескольких газообразных продуктов сгорания в смесительную камеру посредством одного или нескольких путей потока текучей среды между камерой сгорания и смесительной камерой, и вызвать перемешивание одного или нескольких газообразных продуктов сгорания с сырьевым газом, причем в результате перемешивания одного или нескольких газообразных продуктов сгорания с сырьевым газом энергия передается от одного или нескольких газообразных продуктов сгорания к сырьевому газу и при этом вызывает химическую реакцию для получения одного или нескольких продуктов,then controlling the igniter to ignite the combustible gas to ignite the combustible gas and thereby produce one or more combustion gases, and cause the one or more combustion gases to flow into the mixing chamber through one or more fluid flow paths between the combustion chamber and the mixing chamber, and cause the one or more combustion gases to be mixed with the feed gas, wherein by mixing the one or more combustion gases with the feed gas, energy is transferred from the one or more combustion gases to the feed gas and thereby causes a chemical reaction to produce one or more products ,
причем для заданного реактора способ выполняется со сдвигом по фазе относительно по меньшей мере одного другого реактора из множества реакторов.moreover, for a given reactor, the method is performed with a phase shift relative to at least one other reactor from a plurality of reactors.
36. Система по п. 35, в которой для каждого реактора перед контролем воспламенителя контроль клапанной системы для введения сырьевого газа предусматривает контроль клапанной системы для введения сырьевого газа в смесительную камеру при первом давлении, и при этом контроль клапанной системы для введения горючего газа предусматривает контроль клапанной системы для введения горючего газа в камеру сгорания при втором давлении, приблизительно равном первому давлению, так что сырьевой газ по существу не перемешивается с горючим газом.36. The system according to claim 35, in which, for each reactor, before control of the igniter, control of the valve system for introducing raw gas provides for control of the valve system for introducing raw gas into the mixing chamber at a first pressure, and at the same time, control of the valve system for introducing combustible gas provides for control a valve system for introducing combustible gas into the combustion chamber at a second pressure approximately equal to the first pressure so that the feed gas is not substantially mixed with the combustible gas.
37. Система по п. 35 или 36, в которой для каждого реактора способ дополнительно предусматривает контроль клапанной системы для прекращения дальнейшего производства одного или нескольких продуктов.37. The system according to claim 35 or 36, in which for each reactor the method additionally provides for the control of the valve system to stop further production of one or more products.
38. Система по любому из пп. 35-37, в которой множество реакторов располагаются радиально относительно центральной оси, и при этом система дополнительно содержит вращающее устройство, сконструированное для: вращения множества реакторов вокруг центральной оси относительно блока клапанов, содержащего клапанную систему; или вращения блока клапанов, содержащего клапанную систему, вокруг центральной оси относительно множества реакторов.38. The system according to any one of paragraphs. 35-37, wherein the plurality of reactors are disposed radially about a central axis, and wherein the system further comprises a rotating device designed to: rotate the plurality of reactors about a central axis relative to a valve block comprising a valve system; or rotation of the valve block containing the valve system about a central axis relative to the plurality of reactors.
39. Система, содержащая один или несколько реакторов по любому из пп. 28-34 и один или несколько топливных элементов, соединенных с одним или несколькими реакторами и сконструированных для приема углерода, полученного при перемешивании одного или нескольких газообразных продуктов сгорания с сырьевыми газами.39. A system containing one or more reactors according to any one of paragraphs. 28-34 and one or more fuel cells connected to one or more reactors and designed to receive carbon produced by mixing one or more combustion gases with feed gases.