RU2793799C2 - Method and reactor for producing one or more products - Google Patents

Method and reactor for producing one or more products Download PDF

Info

Publication number
RU2793799C2
RU2793799C2 RU2021111882A RU2021111882A RU2793799C2 RU 2793799 C2 RU2793799 C2 RU 2793799C2 RU 2021111882 A RU2021111882 A RU 2021111882A RU 2021111882 A RU2021111882 A RU 2021111882A RU 2793799 C2 RU2793799 C2 RU 2793799C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
mixing chamber
gases
chamber
combustion
Prior art date
Application number
RU2021111882A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2021111882A (en
Inventor
Джон Бенджамин Джр. ХИНКИ
Тимоти Джон ЭЛДЕР
Кеннет Уильям КРАЧМАР
Кристофер Эдвин Джон РЕЙД
Original Assignee
Экона Пауэр Инк.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Экона Пауэр Инк. filed Critical Экона Пауэр Инк.
Publication of RU2021111882A publication Critical patent/RU2021111882A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2793799C2 publication Critical patent/RU2793799C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: gas decomposition.
SUBSTANCE: process for producing one or more products by decomposition of a feed gas, which involves introducing the feed gas into a mixing chamber. The feed gas contains one or more gases. The combustible gas is introduced into a combustion chamber connected to the mixing chamber through a series of ports, wherein the combustible gas contains one or more gases, and then the combustible gas is ignited to produce one or more combustion gases, and cause one or more gases to flow into the mixing chamber through a series of ports between the combustion chamber and the mixing chamber, and cause mixing of one or more combustion gases with the feed gas. By mixing one or more combustion gases with the feed gas, energy is transferred from one or more combustion gases to the feed gas and in doing so causes a chemical reaction to produce one or more products. A feed gas reactor, systems for producing one or more products by decomposition of the feed gas.
EFFECT: accelerated decomposition of raw gas.
44 cl, 15 dwg

Description

Область техники, к которой относится настоящее раскрытиеThe technical field to which the present disclosure relates

[0001] Настоящее изобретение относится к способу и соответствующему реактору для получения одного или нескольких продуктов, например, посредством крекинга сырьевого газа, такого как природный газ.[0001] The present invention relates to a process and a corresponding reactor for producing one or more products, for example, by cracking a feed gas such as natural gas.

Предшествующий уровень техники настоящего раскрытияBackground Art of the Present Disclosure

[0002] Химический крекинг природного газа (CH2) относится к разложению природного газа на его составляющие компоненты углерод (С) и водород (H2). Обычные способы получения водорода, такие как паровой риформинг метана (SMR), приводят к значительным выбросам разбавленного СО2, которые могут требовать дорогостоящей очистки после риформинга для его отделения. В результате SMR дает приблизительно 8-10 тонн СО2 на тонну получаемого H2. Добавление очистки СО2 в потоки отходящих газов SMR обычно имеет слишком высокую стоимость, если штрафы за выбросы углекислого газа не увеличиваются до критической отметки.[0002] Chemical cracking of natural gas (CH 2 ) refers to the decomposition of natural gas into its constituent components carbon (C) and hydrogen (H 2 ). Conventional hydrogen production processes such as steam methane reforming (SMR) result in significant emissions of dilute CO 2 that may require costly post-reforming purification to separate it. As a result, SMR yields approximately 8-10 tons of CO 2 per ton of H 2 produced. Adding CO 2 scrubbing to SMR off-gas streams is typically too costly unless carbon penalties increase critically.

[0003] Существуют другие способы термического разложения с получением водорода и твердого углерода, такие как термический пиролиз, и пиролиз в расплавленном металле, и плазменный пиролиз. Эти способы, как правило, приспособлены для максимизации получения твердого углерода для соответствующих углеродных рынков и широко используются в этих промышленностях.[0003] There are other methods for thermal decomposition to produce hydrogen and solid carbon, such as thermal pyrolysis, and molten metal pyrolysis, and plasma pyrolysis. These processes are generally tailored to maximize solid carbon production for their respective carbon markets and are widely used in these industries.

[0004] Термический крекинг природного газа обычно является процессом с постоянным расходом и при постоянном давлении, при котором природный нагревается, пока он не достигнет температуры, требуемой для начала образования водорода и углерода. В этот момент температуру поддерживают в течение некоторого периода времени для завершения равновесной реакции. Поскольку температура повышается, снижается время, требуемое для конверсии метана, предполагая постоянное давление 1 атм (как показано на фиг. 1 - изображение, полученное из Kinetic model of homogeneous thermal decomposition of methane and ethane, Maryam Younessi-Sinaki, Edgar A. Matida, Feridun Hamdullahpur, Carleton University, Department of Mechanical and Aerospace Engineering, 1125 Colonel By Drive, Ottawa, ON K1S 5B6, Canada, полное содержание которой таким образом включено ссылкой).[0004] Thermal cracking of natural gas is typically a constant-flow, constant-pressure process in which natural gas is heated until it reaches the temperature required to start producing hydrogen and carbon. At this point, the temperature is maintained for a period of time to complete the equilibrium reaction. As the temperature rises, the time required for methane conversion decreases, assuming a constant pressure of 1 atm (as shown in Fig. 1 - an image obtained from the Kinetic model of homogeneous thermal decomposition of methane and ethane, Maryam Younessi-Sinaki, Edgar A. Matida, Feridun Hamdullahpur, Carleton University, Department of Mechanical and Aerospace Engineering, 1125 Colonel By Drive, Ottawa, ON K1S 5B6, Canada, the entire contents of which are hereby incorporated by reference).

[0005] В таких реакторах с постоянным расходом образовавшийся углерод, как правило, накапливается на поверхностях реактора, в итоге становясь настолько толстым, что работа реактора ухудшается. Механические способы соскабливания или выжигания углерода с поверхностей путем введения воздуха в реактор являются двумя основными средствами очистки реактора. Механическое соскабливание сложно выполнять, и оно может быть не в состоянии удалить твердые отложения углерода. Выжигание углерода при помощи воздуха создает значительные выбросы СО2, что нежелательно. Таким образом, очень желательно, чтобы углерод вообще не образовывался на поверхностях, и направлять полученный углерод в процессы ниже по потоку.[0005] In such constant flow reactors, the generated carbon tends to accumulate on the surfaces of the reactor, eventually becoming so thick that the performance of the reactor is degraded. Mechanical methods of scraping or burning carbon off surfaces by introducing air into the reactor are the two main means of cleaning the reactor. Mechanical scraping is difficult to perform and may not be able to remove hard carbon deposits. Burning carbon with air creates significant CO 2 emissions, which is undesirable. Thus, it is highly desirable that no carbon is formed on the surfaces at all, and that the resulting carbon is directed to downstream processes.

[0006] Кроме того, более короткое время реакции необходимо для уменьшения размера реактора, но это требует высоких температур и необычных материалов, которые очень дорого стоят. Чтобы попробовать и преодолеть это, в реактор добавляют катализаторы, что имеет эффект снижения температуры реакции. Однако накопление углерода теперь также происходит на поверхности катализаторов, которые деактивируются со временем и требуют процесса повторной активации или замены. Оба эти варианта являются дорогими и добавляют сложность способу.[0006] In addition, a shorter reaction time is necessary to reduce the size of the reactor, but this requires high temperatures and unusual materials, which are very expensive. To try and overcome this, catalysts are added to the reactor, which has the effect of lowering the reaction temperature. However, carbon buildup now also occurs on the surface of catalysts, which deactivate over time and require a reactivation or replacement process. Both of these options are expensive and add complexity to the process.

[0007] Реакторы с жидкими средами, такие как реакторы с расплавленным металлом, включают термический процесс, при котором природный газ продувается через колонну высокотемпературной жидкости, такой как расплавленный металл или соли. Поскольку это процесс с постоянным расходом и постоянным давлением, применяют такие же отношения температуры относительно времени реакции, как описано выше. Преимуществом этого способа является то, что разделение водорода и углерода упрощается, поскольку полученный водород выходит в виде пузырьков сверху реакционной колонны, а углерод плавает на поверхности жидкой среды, где может теоретически быть собран. В некоторых примерах жидкие сплавы металлов были определены, которые обеспечивают каталитический эффект и снижают температуру реакции. Во всех случаях, однако, накопление углерода сверху реактора остается проблемой, и использование расплавленной среды добавляет сложность, проблемы с материалами и стоимость реактору.[0007] Liquid media reactors, such as molten metal reactors, include a thermal process in which natural gas is blown through a column of high temperature liquid, such as molten metal or salts. Since this is a constant flow, constant pressure process, the same temperature to reaction time ratios apply as described above. The advantage of this method is that the separation of hydrogen and carbon is simplified because the resulting hydrogen exits as bubbles at the top of the reaction column and the carbon floats on the surface of the liquid medium where it can theoretically be collected. In some examples, liquid metal alloys have been identified that provide a catalytic effect and lower the reaction temperature. In all cases, however, carbon buildup on top of the reactor remains a problem, and the use of a molten medium adds complexity, material issues, and cost to the reactor.

[0008] Для большинства термических процессов энергия, требуемая для нагревания реактора и для поддержания процесса, обычно подается путем сжигания некоторого избытка природного газа с воздухом. Этот отходящий газ высвобождает СО2 в атмосферу и вносит вклад в глобальное потепление. В некоторых случаях избыток накопленного углерода и/или водород можно также использовать для обеспечения тепла реакции.[0008] For most thermal processes, the energy required to heat the reactor and to sustain the process is typically supplied by burning some excess natural gas with air. This off-gas releases CO 2 into the atmosphere and contributes to global warming. In some cases, excess stored carbon and/or hydrogen may also be used to provide the heat of reaction.

[0009] Плазменные реакторы пропускают природный газ при постоянном давлении через высокотемпературную плазму, которая создается электрическом. Плазму можно создать путем использования, например, электродов или микроволн. В этих реакторах накопление углерода может все еще быть проблемой, но меньшей, чем в термических реакторах, поскольку высокотемпературная плазма ограничена очень небольшой площадью. В отличие от термических реакторов плазменные реакторы основаны только на электричестве в качестве подвода энергии. По сравнению с термическими системами стоимость электричества для подвода энергии намного выше, чем для природного газа, и, таким образом, полученная технологическая себестоимость водорода и метана намного выше.[0009] Plasma reactors pass natural gas at constant pressure through a high temperature plasma that is generated electrically. Plasma can be created by using, for example, electrodes or microwaves. In these reactors, carbon buildup can still be a problem, but less so than in thermal reactors because the high temperature plasma is limited to a very small area. Unlike thermal reactors, plasma reactors rely solely on electricity as the energy input. Compared to thermal systems, the cost of electricity for power supply is much higher than for natural gas, and thus the resulting process cost of hydrogen and methane is much higher.

[0010] Таким образом, существует потребность в данной области в способе крекинга природного газа, использующего тепловую энергию, который имеет более низкие капитальные затраты и который меньше страдает от проблем с накоплением углерода.[0010] Thus, there is a need in the art for a process for cracking natural gas using thermal energy that has lower capital costs and that suffers less from carbon storage problems.

Краткое раскрытие настоящего изобретенияBrief summary of the present invention

[0011] В общем, настоящее раскрытие относится (но не ограничено) к крекингу природного газа с получением его компонентов - углерода (С) и водорода (H2), используя динамическое сжатие газа и перемешивание для создания давления и температуры, необходимых для термического разложения природного газа. Целью способа является оптимизация способа для выхода водорода и для извлечения твердого углерода в качестве вторичного ценного потока, в то же время минимизируя выбросы парниковых газов. При совмещении с прямым углеродным топливным элементом (DCFC) углеродный продукт можно использовать для генерирования электричества и чистого продукционного потока СО2, подходящего для отделения (см. фиг. 2). Результатом является дешевое «чистое» производство водорода.[0011] In general, the present disclosure relates to (but is not limited to) cracking natural gas into its carbon (C) and hydrogen (H 2 ) components using dynamic gas compression and agitation to create the pressure and temperature required for thermal decomposition. natural gas. The aim of the process is to optimize the process for the release of hydrogen and for the recovery of solid carbon as a secondary value stream, while minimizing greenhouse gas emissions. When combined with a direct carbon fuel cell (DCFC), the carbon product can be used to generate electricity and a clean CO 2 product stream suitable for separation (see FIG. 2). The result is cheap "clean" hydrogen production.

[0012] Согласно первому аспекту настоящего раскрытия обеспечивается способ получения одного или нескольких продуктов, предусматривающий: введение сырьевого газа в смесительную камеру, причем сырьевой газ содержит один или несколько газов; введение горючего газа в камеру сгорания, причем горючий газ содержит один или несколько газов; и затем воспламенение горючего газа, чтобы вызвать протекание горючего газа в смесительную камеру посредством одного или нескольких путей потока текучей среды между камерой сгорания и смесительной камерой и перемешивание с сырьевым газом, причем энергия передается от горючего газа к сырьевому газу и при этом вызывает получение одного или нескольких продуктов.[0012] According to a first aspect of the present disclosure, there is provided a process for producing one or more products, comprising: introducing a feed gas into a mixing chamber, the feed gas comprising one or more gases; introducing combustible gas into the combustion chamber, the combustible gas comprising one or more gases; and then igniting the combustible gas to cause the combustible gas to flow into the mixing chamber through one or more fluid flow paths between the combustion chamber and the mixing chamber and mixing with the feed gas, wherein energy is transferred from the combustible gas to the feed gas and thereby causes the production of one or multiple products.

[0013] Введения сырьевого газа и горючего газа могут быть такими, что сырьевой газ по существу не перемешивается или подвергается очень небольшому или незначительному перемешиванию с горючим газом перед воспламенением.[0013] The feed gas and combustible gas introductions may be such that the feed gas is substantially unmixed or subjected to very little or no mixing with the combustible gas prior to ignition.

[0014] Способ может дополнительно предусматривать прекращение дальнейшего производства одного или нескольких продуктов.[0014] The method may further comprise stopping further production of one or more products.

[0015] Способ может дополнительно предусматривать предварительное нагревание сырьевого газа перед введением сырьевого газа в смесительную камеру.[0015] The method may further comprise preheating the feed gas prior to introducing the feed gas into the mixing chamber.

[0016] Способ может дополнительно предусматривать предварительное нагревание горючего газа перед введением горючего газа в камеру сгорания.[0016] The method may further comprise preheating the combustible gas before introducing the combustible gas into the combustion chamber.

[0017] Отношение объема смесительной камеры к объему камеры сгорания может быть равным приблизительно 10:1 или меньше.[0017] The ratio of mixing chamber volume to combustion chamber volume may be about 10:1 or less.

[0018] Отношение длины смесительной камеры к диаметру смесительной камеры может быть равным приблизительно 30:1 или меньше.[0018] The ratio of the length of the mixing chamber to the diameter of the mixing chamber may be approximately 30:1 or less.

[0019] Сырьевой газ может содержать природный газ. Сырьевой газ может содержать смесь природного газа и рециркулирующего газа. Рециркулирующий газ может содержать одно или несколько из: природного газа; водорода; монооксида углерода и диоксида углерода.[0019] The feed gas may contain natural gas. The feed gas may comprise a mixture of natural gas and recycle gas. The recycle gas may contain one or more of: natural gas; hydrogen; carbon monoxide and carbon dioxide.

[0020] Горючий газ может содержать окислитель. Окислитель может содержать одно или несколько из кислорода и воздуха. Горючий газ может содержать смесь CH4 и О2. Горючий газ может содержать смесь рециркулирующего газа и окислителя. Рециркулирующий газ может содержать одно или несколько из: природного газа; водорода; монооксида углерода и диоксида углерода.[0020] The combustible gas may contain an oxidant. The oxidant may contain one or more of oxygen and air. The combustible gas may contain a mixture of CH 4 and O 2 . The combustible gas may comprise a mixture of recycle gas and an oxidizer. The recycle gas may contain one or more of: natural gas; hydrogen; carbon monoxide and carbon dioxide.

[0021] Горючий газ можно вводить в камеру сгорания одновременно с введением сырьевого газа в смесительную камеру.[0021] The combustible gas may be introduced into the combustion chamber at the same time as the feed gas is introduced into the mixing chamber.

[0022] Горючий газ можно вводить в камеру сгорания при давлении, которое равно давлению, с которым сырьевой газ вводят в смесительную камеру.[0022] The combustible gas may be 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.

[0023] Один или несколько продуктов могут содержать одно или несколько из водорода и углерода.[0023] One or more products may contain one or more of hydrogen and carbon.

[0024] Один или несколько продуктов могут содержать одно или несколько из водорода и монооксида углерода.[0024] One or more products may contain one or more of hydrogen and carbon monoxide.

[0025] Один или несколько продуктов могут содержать одно или несколько из водорода, азота и углерода. Водород и азот можно использовать для получения аммиака.[0025] One or more products may contain one or more of hydrogen, nitrogen and carbon. Hydrogen and nitrogen can be used to produce ammonia.

[0026] Прекращение дальнейшего производства одного или нескольких продуктов может предусматривать снижение давления в смесительной камере. Давление в смесительной камере может быть снижено достаточно быстро, например, по меньшей мере на 50% в течение менее чем 1 секунды, чтобы препятствовать загрязнению углеродом смесительной камеры.[0026] Termination of further production of one or more products may involve reducing the pressure in the mixing chamber. The pressure in the mixing chamber can be reduced sufficiently quickly, for example, at least 50% in less than 1 second, to prevent carbon contamination of the mixing chamber.

[0027] Волна давления, созданная сгоранием горючего газа, может препятствовать загрязнению углеродом смесительной камеры.[0027] The pressure wave created by combustion of the combustible gas can prevent carbon contamination of the mixing chamber.

[0028] Энергия может передаваться от горючего газа к сырьевому газу посредством динамического сжатия газа и перемешивания.[0028] Energy can be transferred from the fuel gas to the feed gas through dynamic gas compression and mixing.

[0029] Температура в камере сгорания после воспламенения, но перед перемешиванием горючего газа с сырьевым газом, может составлять ~90 атм и ~3700 K, например, с чистым О2 в качестве окислителя и рециркулирующий газом в качестве горючего газа.[0029] The temperature in the combustion chamber after ignition, but before mixing the combustible gas with the feed gas, can be ~90 atm and ~3700 K, for example, with pure O 2 as the oxidant and recycle gas as the combustible gas.

[0030] После перемешивания горючего газа с сырьевым газом и перед получением одного или нескольких продуктов, по меньшей мере, часть смеси сырьевых газов и горючих газов можно переносить в третью камеру. Таким образом, камера сгорания и смесительная камера могут быть дополнены свежим горючим газом и сырьевым газом, когда пользователь ждет получения одного или нескольких продуктов в третьей камере.[0030] After mixing the combustible gas with the feed gas and before obtaining one or more products, at least part of the mixture of feed gases and combustible gases can be transferred to the third chamber. Thus, the combustion chamber and the mixing chamber can be supplemented with fresh fuel gas and feed gas while the user is waiting to receive one or more products in the third chamber.

[0031] В дополнительном аспекте настоящего раскрытия обеспечивается реактор сырьевого газа, содержащий: смесительную камеру; камеру сгорания; клапанную систему для регулирования потока газов в смесительную камеру и камеру сгорания и из них; воспламенитель и один или несколько контроллеров, сконструированных для выполнения способа, предусматривающего: контроль клапанной системы для введения сырьевого газа в смесительную камеру, причем сырьевой газ содержит один или несколько газов; контроль клапанной системы для введения горючего газа в камеру сгорания, причем горючий газ содержит один или несколько газов; и затем контроль воспламенителя для воспламенения горючего газа, чтобы вызвать перетекание горючего газа в смесительную камеру посредством одного или нескольких путей потока текучей среды между камерой сгорания и смесительной камерой и перемешивание с сырьевым газом, причем энергия передается от горючего газа к сырьевому газу и при этом вызывает получение одного или нескольких продуктов.[0031] In a further aspect of the present disclosure, a feed gas reactor is provided, comprising: a mixing chamber; combustion chamber; a valve system for controlling the flow of gases into and out of the mixing chamber and combustion chamber; an igniter and one or more controllers designed to carry out a method comprising: controlling a valve system for introducing a feed gas into a mixing chamber, the feed gas comprising one or more gases; control valve system for introducing combustible gas into the combustion chamber, and combustible gas contains one or more gases; and then controlling the igniter to ignite the combustible gas to cause the combustible gas to flow into the mixing chamber through one or more fluid flow paths between the combustion chamber and the mixing chamber and mix with the feed gas, wherein energy is transferred from the combustible gas to the feed gas and thereby causes receiving one or more products.

[0032] Введения сырьевого газа и горючего газа могут быть такими, что сырьевой газ по существу не перемешивается с горючим газом.[0032] The feed gas and combustible gas introductions may be such that the feed gas is not substantially mixed with the combustible gas.

[0033] Способ может дополнительно предусматривать контроль клапанной системы для прекращения дальнейшего производства одного или нескольких продуктов.[0033] The method may further include monitoring the valve system to stop further production of one or more products.

[0034] Камера сгорания может располагаться в смесительной камере. Камера сгорания может быть расположена со смещением относительно продольной оси смесительной камеры.[0034] The combustion chamber may be located in the mixing chamber. The combustion chamber may be located offset relative to the longitudinal axis of the mixing chamber.

[0035] Камера сгорания может располагаться вне смесительной камеры.[0035] The combustion chamber may be located outside the mixing chamber.

[0036] Камера сгорания может содержать одно или несколько отверстий, образованных в ней.[0036] The combustion chamber may include one or more openings formed therein.

[0037] Реактор сырьевого газа может содержать любой из признаков, описанных применительно к первому аспекту настоящего раскрытия.[0037] The feed gas reactor may comprise any of the features described in connection with the first aspect of the present disclosure.

[0038] В дополнительном аспекте настоящего раскрытия обеспечивается реактор сырьевого газа, содержащий: смесительную камеру; камеру сгорания, содержащую одно или несколько отверстий, образованных в ней, причем одно или несколько отверстий обеспечивают один или несколько путей потока текучей среды из камеры сгорания в смесительную камеру; клапанную систему для контроля потока газов в смесительную камеру и камеру сгорания и из них; и воспламенитель.[0038] In a further aspect of the present disclosure, a feed gas reactor is provided, comprising: a mixing chamber; a combustion chamber comprising one or more openings formed therein, the one or more openings providing one or more fluid flow paths from the combustion chamber to the mixing chamber; a valve system for controlling the flow of gases into and out of the mixing chamber and combustion chamber; and an igniter.

[0039] Реактор сырьевого газа может содержать любой из признаков, описанных применительно к первому аспекту настоящего раскрытия.[0039] The feed gas reactor may comprise any of the features described in connection with the first aspect of the present disclosure.

[0040] Контроль клапанной системы может предусматривать контроль открытия и/или закрытия отдельных клапанов. Альтернативно или дополнительно, контроль клапанной системы может предусматривать вращение клапанов (например, используя двигатель) относительно реактора.[0040] Monitoring the valve system may include monitoring the opening and/or closing of individual valves. Alternatively or additionally, control of the valve system may involve rotating the valves (eg using a motor) relative to the reactor.

[0041] В дополнительном аспекте настоящего раскрытия обеспечивается система, содержащая: множество реакторов для сырья, причем каждый реактор содержит: смесительную камеру; камеру сгорания и воспламенитель; клапанную систему для контроля потока газов в смесительные камеры и камеры сгорания и из них и один или несколько контроллеров, сконструированных для выполнения способа, предусматривающего для каждого реактора: контроль клапанной системы для введения сырьевого газа в смесительную камеру, причем сырьевой газ содержит один или несколько газов; контроль клапанной системы для введения горючего газа в камеру сгорания, причем сырьевой газ содержит один или несколько газов; и затем контроль воспламенителя для воспламенения горючего газа, чтобы вызвать перетекание горючего газа в смесительную камеру посредством одного или нескольких путей потока текучей среды между камерой сгорания и смесительной камерой и перемешивание с сырьевым газом, причем энергия передается от горючего газа к сырьевому газу и при этом вызывает получение одного или нескольких продуктов, причем для заданного реактора способ выполняется со сдвигом фазы по меньшей мере относительно одного другого реактора из множества реакторов.[0041] In a further aspect of the present disclosure, there is provided a system comprising: a plurality of feedstock reactors, each reactor comprising: a mixing chamber; combustion chamber and igniter; a valve system for controlling the flow of gases into and out of the mixing chambers and combustion chambers, and one or more controllers designed to perform a method comprising, for each reactor: controlling a valve system for introducing feed gas into the mixing chamber, the feed gas comprising one or more gases ; control of a valve system for introducing combustible gas into the combustion chamber, wherein the feed gas contains one or more gases; and then controlling the igniter to ignite the combustible gas to cause the combustible gas to flow into the mixing chamber through one or more fluid flow paths between the combustion chamber and the mixing chamber and mix with the feed gas, wherein energy is transferred from the combustible gas to the feed gas and thereby causes obtaining one or more products, and for a given reactor, the method is carried out with a phase shift with respect to at least one other reactor from a plurality of reactors.

[0042] Для каждого реактора введения сырьевого газа и горючего газа могут быть такими, что сырьевой газ по существу не перемешивается с горючим газом.[0042] For each reactor, the feed gas and combustible gas introductions may be such that the feed gas is substantially unmixed with the combustible gas.

[0043] Для каждого реактора способ может дополнительно предусматривать контроль клапанной системы для прекращения дальнейшего производства одного или нескольких продуктов.[0043] For each reactor, the method may further include monitoring the valve system to stop further production of one or more products.

[0044] Множество реакторов могут располагаться радиально относительно центральной оси, и система может дополнительно предусматривать 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. Таким образом, блок клапанов может вращаться, тогда как реакторы стационарны, или блок клапанов может быть стационарным, когда реакторы вращаются. В некоторых вариантах осуществления блок клапанов и реакторы могут даже вращаться одновременно.[0044] The plurality of reactors may be disposed radially about a central axis, and the system may further include 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. Thus, the valve block may be rotating while the reactors are stationary, or the valve block may be stationary when the reactors are rotating. In some embodiments, the valve block and the reactors may even rotate simultaneously.

[0045] Контроль клапанной системы может предусматривать контроль открытия и/или закрытия отдельных клапанов. Альтернативно или дополнительно, контроль клапанной системы может предусматривать вращение клапанов (например, используя двигатель) относительно реакторов.[0045] Monitoring the valve system may include monitoring the opening and/or closing of individual valves. Alternatively or additionally, control of the valve system may involve rotating the valves (eg using a motor) relative to the reactors.

[0046] Система может содержать любой из признаков, описанных применительно к первому аспекту настоящего раскрытия.[0046] The system may contain any of the features described in relation to the first aspect of the present disclosure.

[0047] В дополнительном аспекте настоящего раскрытия обеспечивается система, содержащая: один или несколько из любых из вышеописанных реакторов и один или несколько топливных элементов, соединенных с одним или несколькими реакторами и сконструированных для приема углерода, полученного при перемешивании горючих газов с сырьевыми газами.[0047] In a further aspect of the present disclosure, there is provided a system comprising: one or more of any of the above reactors and one or more fuel cells coupled to one or more reactors and designed to receive carbon produced by mixing combustible gases with feed gases.

[0048] Система может содержать любой из признаков, описанных применительно к первому аспекту настоящего раскрытия.[0048] The system may contain any of the features described in relation to the first aspect of the present disclosure.

Краткое описание фигурBrief description of the figures

[0049] Варианты осуществления настоящего раскрытия будут теперь описаны подробно совместно с приложенными фигурами, на которых:[0049] Embodiments of the present disclosure will now be described in detail in conjunction with the accompanying figures, in which:

[0050] фиг. 1 представляет график мольной доли водорода, получаемого из метана под давлением 1 атмосфера при различных температурах и константах времени;[0050] FIG. 1 is a plot of the mole fraction of hydrogen produced from methane at a pressure of 1 atmosphere at various temperatures and time constants;

[0051] фиг. 2. показывает комбинацию разложения природного газа и углеродного топливного элемента для получения водорода, электричества и чистого диоксида углерода согласно вариантам осуществления настоящего раскрытия;[0051] FIG. 2. shows the combination of decomposition of natural gas and a carbon fuel cell to produce hydrogen, electricity, and pure carbon dioxide according to embodiments of the present disclosure;

[0052] фиг. 3 представляет принципиальную схему системы крекинга природного газа согласно вариантам осуществления настоящего раскрытия;[0052] FIG. 3 is a schematic diagram of a natural gas cracking system according to embodiments of the present disclosure;

[0053] фиг. 4А и 4В показывают различные компоновки смесительной камеры и камеры сгорания согласно вариантам осуществления настоящего раскрытия;[0053] FIG. 4A and 4B show various mixing chamber and combustion chamber arrangements according to embodiments of the present disclosure;

[0054] фиг. 5 представляет принципиальную схему способа крекинга природного газа согласно вариантам осуществления настоящего раскрытия;[0054] FIG. 5 is a schematic diagram of a natural gas cracking process according to embodiments of the present disclosure;

[0055] фиг. 6 показывает различные конфигурации системы, содержащей связанные реакторы, работающие со сдвигом по фазе, согласно вариантам осуществления настоящего раскрытия;[0055] FIG. 6 shows various configurations of a system containing phase-shifted coupled reactors according to embodiments of the present disclosure;

[0056] фиг. 7 показывает связанные реакторы, вращающиеся вокруг стационарных клапанов, согласно вариантам осуществления настоящего раскрытия;[0056] FIG. 7 shows coupled reactors rotating around stationary valves according to embodiments of the present disclosure;

[0057] фиг. 8 представляет принципиальную схему камеры сгорания и смесительной камеры, используемых для обеспечения перемешивания сырьевого газа с горючим газом, и третьей камеры, в которую смесь горючего и сырьевого газов направляют и в которой один или несколько продуктов получаются из смеси, согласно вариантам осуществления настоящего раскрытия;[0057] FIG. 8 is a schematic diagram of a combustion chamber and a mixing chamber used to provide mixing of a feed gas with a combustible gas, and a third chamber into which a mixture of combustible and feed gases is sent and in which one or more products are obtained from the mixture, according to embodiments of the present disclosure;

[0058] фиг. 9 представляет принципиальную схему камеры сгорания и смесительной камеры, используемых для обеспечения перемешивания сырьевого газа с горючим газом и в которых один или несколько продуктов получаются из смеси, согласно вариантам осуществления настоящего раскрытия;[0058] FIG. 9 is a schematic diagram of a combustor and mixing chamber used to mix a feed gas with a combustible gas and in which one or more products are obtained from the mixture according to embodiments of the present disclosure;

[0059] фиг. 10 представляет принципиальную схему камеры сгорания и смесительной камеры, используемых для обеспечения перемешивания сырьевого газа с горючим газом и в которых один или несколько продуктов получаются из смеси, и причем рециркулирующие газы используются для обеспечения тепловой энергии для способа, согласно вариантам осуществления настоящего раскрытия;[0059] FIG. 10 is a schematic diagram of a combustion chamber and a mixing chamber used to provide mixing of a feed gas with a combustible gas, in which one or more products are obtained from the mixture, and the recycle gases are used to provide thermal energy for the process, according to embodiments of the present disclosure;

[0060] фиг. 11 представляет принципиальную схему камеры сгорания, расположенной в смесительной камере, согласно вариантам осуществления настоящего раскрытия;[0060] FIG. 11 is a schematic diagram of a combustion chamber located in a mixing chamber according to embodiments of the present disclosure;

[0061] фиг. 12 представляет принципиальную схему камеры сгорания, расположенной вне смесительной камеры, согласно вариантам осуществления настоящего раскрытия;[0061] FIG. 12 is a schematic diagram of a combustion chamber located outside the mixing chamber according to embodiments of the present disclosure;

[0062] фиг. 13 показывает камеру сгорания, расположенную в смесительной камере, согласно вариантам осуществления настоящего раскрытия;[0062] FIG. 13 shows a combustion chamber located in a mixing chamber according to embodiments of the present disclosure;

[0063] фиг. 14 показывает узел из множества реакторов со стационарными реакторами и вращающимися клапанами согласно вариантам осуществления настоящего раскрытия.[0063] FIG. 14 shows an assembly of a plurality of stationary reactors with rotary valves according to embodiments of the present disclosure.

Подробное раскрытие вариантов осуществленияDetailed Disclosure of Embodiments

[0064] Настоящее раскрытие стремится обеспечить улучшенный способ и реактор для получения одного или нескольких продуктов. Хотя различные варианты осуществления настоящего раскрытия описаны ниже, настоящее раскрытие не ограничено этими вариантами осуществления, и вариации этих вариантов осуществления могут вполне попадать в объем настоящего раскрытия, который ограничен только приложенной формулой изобретения.[0064] The present disclosure seeks to provide an improved process and reactor for producing one or more products. Although various embodiments of the present disclosure are described below, the present disclosure is not limited to these embodiments, and variations of these embodiments may well fall within the scope of the present disclosure, which is limited only by the appended claims.

[0065] Формы единственного числа при использовании вместе с термином «содержащий» или «включающий» в формуле изобретения и/или описании могут означать «один», но также это соответствует значению «один или несколько», «по меньшей мере один» и «один или более чем один», если контекст явно не указывает иное. Аналогично, слово «другой» может означать по меньшей мере второй или более, если контекст явно не указывает иное.[0065] The singular forms, when used together with the term "comprising" or "comprising" in the claims and/or description, can mean "one", but it also corresponds to the meaning of "one or more", "at least one" and " one or more than one" unless the context clearly indicates otherwise. Similarly, the word "other" may mean at least the second or more, unless the context clearly indicates otherwise.

[0066] Термины «соединенный», «соединение» или «подключенный» при использовании в настоящем документе могут иметь несколько различных значений в зависимости от контекста, в котором эти термины используются. Например, термины соединенный, соединение или подключенный могут иметь механическое или электрическое значение. Например, при использовании в настоящем документе термины соединенный, соединение или подключенный могут указывать, что два элемента или устройства непосредственно соединены друг с другом или соединены друг с другом при помощи одного или нескольких промежуточных элементов или устройств посредством электрического элемента, электрического сигнала или механического элемента в зависимости от конкретного контекста. Термин «и/или» в настоящем документе при использовании вместе с перечнем элементов означает любой один или несколько из элементов, составляющих этот перечень.[0066] The terms "connected", "connected" or "connected" as used herein can have several different meanings depending on the context in which these terms are used. For example, the terms connected, connection, or connected may have a mechanical or electrical meaning. For example, as used herein, the terms connected, connected, or connected may indicate that two elements or devices are directly connected to each other or connected to each other by one or more intermediate elements or devices by means of an electrical element, an electrical signal, or a mechanical element in depending on the specific context. The term "and/or" in this document, when used in conjunction with a list of elements, means any one or more of the elements that make up this list.

[0067] При использовании в настоящем документе ссылка на «приблизительно» или «около» числа или на являющееся «по существу» равным числу означает находящийся в пределах +/- 10% этого числа.[0067] As used herein, reference to "about" or "about" a number, or being "substantially" equal to a number means within +/- 10% of that number.

[0068] В общем, согласно вариантам осуществления настоящего раскрытия описан сверхэффективный способ импульсного пиролиза, используемый для получения обогащенного по водороду газа и/или углеродных продуктов из сырьевого природного газа. Для производства водорода в большом масштабе способ может конкурировать с SMR.[0068] In general, according to embodiments of the present disclosure, an ultra-efficient pulsed pyrolysis process is described for producing hydrogen-rich gas and/or carbon products from a natural gas feedstock. For hydrogen production on a large scale, the process can compete with SMR.

[0069] Согласно вариантам осуществления настоящего раскрытия описано применение неустановившегося способа импульсной реакции с постоянным объемом для получения водорода и углеродных продуктов из сырья на основе природного газа. Отдельная камера для горючих газов и окислителя обеспечивает энергию для реакции, и она передается прямо в смесительную камеру для сырья путем термического обмена энергией посредством прямого контакта при помощи динамического сжатия газа и быстрого перемешивания. В обсуждении ниже воздух используют в качестве окислителя; однако, другие окислители, такие как чистый кислород, можно использовать в способе. Кроме того, сырьевой газ и горючий газ могут содержать один и тот же газ или смесь газов или могут содержать различные газы или смеси газов. В некоторых вариантах осуществления горючий газ может содержать смесь рециркулирующих газов.[0069] Embodiments of the present disclosure describe the use of a constant volume transient pulsed reaction process to produce hydrogen and carbon products from natural gas feedstocks. A separate chamber for combustible gases and oxidant provides energy for the reaction, and this is transferred directly to the mixing chamber for raw materials by thermal energy exchange through direct contact using dynamic gas compression and rapid mixing. In the discussion below, air is used as the oxidizing agent; however, other oxidants such as pure oxygen can be used in the process. In addition, the feed gas and the combustible gas may contain the same gas or gas mixture, or may contain different gases or gas mixtures. In some embodiments, the implementation of the combustible gas may contain a mixture of recycle gases.

[0070] Реактор содержит смесительную камеру и камеру сгорания. Эти камеры соединены посредством ряда каналов, которые всегда открыты. В некоторых вариантах осуществления реактор содержит перфорированную трубку (камера сгорания) в большей сплошной трубе (смесительная камера); см. фиг. 3 и 4А. В других вариантах осуществления камера сгорания может быть внешней относительно смесительной камеры (как показано на фиг. 4В). Внешние клапаны обеспечивают сырье, окислитель и горючий газ (показанный как CH4), а также выгрузку водорода, углерода и других газов, полученных при реакции.[0070] The reactor contains a mixing chamber and a combustion chamber. These chambers are connected through a series of channels that are always open. In some embodiments, the reactor comprises a perforated tube (combustion chamber) within a larger solid tube (mixing chamber); see fig. 3 and 4A. In other embodiments, the implementation of the combustion chamber may be external to the mixing chamber (as shown in Fig. 4B). External valves provide feed, oxidizer and combustible gas (shown as CH 4 ), as well as the discharge of hydrogen, carbon and other gases produced by the reaction.

[0071] Возвращаясь к фиг. 5 увидим, что в начале цикла смесительная камера заполняется продуктами предыдущих циклов реакции. Смесительная камера заполняется смесью продуктов реакции сырья плюс часть продуктов реакции сгорания. Камера сгорания заранее заполняется продуктами реакции сгорания. На 500 свежее сырье и, возможно, некоторая часть рециркулированных продукционных газов вводятся в смесительную камеру для замены продуктов предыдущего цикла с конца смесительной камеры. В то же время смесь горючего газа/воздуха вводят в камеру сгорания, заменяя продукты сгорания с конца камеры сгорания. На 502 все клапаны на входе и выходе закрываются, создавая закрытый объем. На 504 газы в камере сгорания затем воспламеняются, давая повышение давления и температуры в камере сгорания. На 506 каналы между камерой сгорания и смесительной камерой обеспечивают поступление горючих газообразных продуктов в смесительную камеру, при этом сжимая сырьевые газы и повышая их давление и температуру. Кроме того, горячие газообразные продукты из камеры сгорания смешиваются с сырьевыми газами и при этом переносят их тепловую энергию к сырьевым газам, дополнительно повышая их температуру. Полученные температура и давление сырьевых газов вызывают реакцию. На 508 реакции дают проходить в течение периода времени для завершения желаемой реакции и получения желаемых продуктов. На 510 давление в смесительной камере быстро снижают путем выпуска продуктов во внешний объем (не показан). Продукционные газы сгорания, оставшиеся в камере сгорания, можно выпускать с газами из смесительной камеры или выпускать отдельно через предназначенное отверстие. Снижение давления в смесительной камере понижает температуру и останавливает или гасит реакцию. Это быстрое снижение давления и расширение также имеет желательный эффект удаления твердых продуктов реакции, таких как углерод, со стенок реактора. Кроме того, волна давления, создаваемая при сжигании, может отдирать отложения углерода со стенок реактора.[0071] Returning to FIG. 5 we will see that at the beginning of the cycle the mixing chamber is filled with the products of the previous reaction cycles. The mixing chamber is filled with a mixture of feedstock reaction products plus a portion of the combustion reaction products. The combustion chamber is pre-filled with combustion reaction products. At 500, fresh feed and possibly some of the recycled product gases are introduced into the mixing chamber to replace the previous cycle products from the end of the mixing chamber. At the same time, a combustible gas/air mixture is introduced into the combustion chamber, replacing combustion products from the end of the combustion chamber. At 502, all inlet and outlet valves close, creating a closed volume. At 504, the gases in the combustion chamber then ignite, giving rise to pressure and temperature in the combustion chamber. At 506, passages between the combustion chamber and the mixing chamber allow combustible gaseous products to enter the mixing chamber while compressing the feed gases and increasing their pressure and temperature. In addition, hot gaseous products from the combustion chamber mix with the feed gases and in doing so transfer their thermal energy to the feed gases, further raising their temperature. The resulting temperature and pressure of the feed gases cause a reaction. At 508, the reactions are allowed to run for a period of time to complete the desired reaction and obtain the desired products. At 510, the pressure in the mixing chamber is rapidly reduced by venting products into an external volume (not shown). The product combustion gases remaining in the combustion chamber can be discharged with gases from the mixing chamber or discharged separately through a dedicated opening. Reducing the pressure in the mixing chamber lowers the temperature and stops or quenches the reaction. This rapid pressure reduction and expansion also has the desired effect of removing solid reaction products such as carbon from the walls of the reactor. In addition, the pressure wave created during combustion can peel carbon deposits from the walls of the reactor.

[0072] Если сырьевой и горючий газы предварительно смешивают, смесь может не воспламеняться, поскольку она слишком насыщена. Таким образом, смесительная камера и камера сгорания являются отдельными и различными перед воспламенением, так что не происходит перемешивания или предпочтительно очень небольшое перемешивание происходит между сырьевым газом и горючим газом.[0072] If the feed and combustible gases are premixed, the mixture may not ignite because it is too saturated. Thus, the mixing chamber and the combustion chamber are separate and distinct before ignition, so that no mixing or preferably very little mixing occurs between the feed gas and the combustible gas.

[0073] Ряд реакторных систем может быть связан вместе и работать несколько со сдвигом по фазе друг относительно друга для получения непрерывного потока в реакторную систему и из нее. Клапаны могут быть стационарными или вращающимися, как показано на фиг. 6. В некоторых вариантах осуществления реакторы могут вращаться, а клапаны могут оставаться стационарными (см. фиг. 7, модифицированная из фиг. 2 из Wave rotor design method with three steps including experimental validation, Chan Shining et al., Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, December 2017, полное содержание которой таким образом включено ссылкой).[0073] A number of reactor systems may be coupled together and operate somewhat out of phase with each other to obtain continuous flow into and out of the reactor system. The valves may be stationary or rotary, as shown in FIG. 6. In some embodiments, the reactors may rotate and the valves may remain stationary (see Figure 7 modified from Figure 2 from Wave rotor design method with three steps including experimental validation, Chan Shining et al., Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, December 2017, the entire contents of which are hereby incorporated by reference).

[0074] Различные параметры можно регулировать для обеспечения эффективной работы реактора. Сырьевой газ можно предварительно нагревать до температуры слегка ниже той, при которой он начинает реагировать, перед введением в смесительную камеру. Обычная температура будет находиться в диапазоне 600K-1000K в зависимости от сырьевых компонентов и рабочих давлений.[0074] Various parameters can be adjusted to ensure efficient operation of the reactor. The feed gas may be preheated to a temperature slightly below that at which it begins to react before being introduced into the mixing chamber. Normal temperature will be in the range of 600K-1000K depending on raw materials and working pressures.

[0075] Кроме того, вводимую смесь горючего газа/окислителя можно также предварительно нагревать перед введением в камеру сгорания. Обычная температура будет находиться в диапазоне 400K-700K в зависимости от используемых горючих газов. Предварительное нагревание смеси горючего газа/окислителя может улучшать эффективность способа, так что больше энергии от сгорания передается реагентам, а не используется для нагревания продуктов сгорания.[0075] In addition, the combustible gas/oxidizer mixture introduced may also be preheated before being introduced into the combustion chamber. Normal temperature will be in the range of 400K-700K depending on the combustible gases used. Preheating the combustible gas/oxidant mixture can improve the efficiency of the process so that more energy from combustion is transferred to the reactants rather than being used to heat the combustion products.

[0076] Объемное отношение между смесительной камерой и камерой сгорания следует устанавливать так, чтобы подходящее количество энергии, содержащейся в камере сгорания, обеспечивалось смесительной камере для получения желаемых продуктов. Также должно быть достаточно продуктов горючего газа, поступающих в смесительную камеру, для обеспечения эффективного перемешивания. Объемное отношение <10:1 обычно предпочтительно. При использовании воздуха в качестве окислителя азот может быть полезным в качестве нереакционного газа, который обеспечивает более низкое объемное отношение и увеличивает перемешивание. При использовании чистого кислорода в качестве окислителя другой газ, такой как СО2, может обеспечивать такое же преимущество, что и азот в воздухе в качестве варианта окислителя. Введение дополнительного СО2 в смесь горючих газов может приводить к большему производству твердого углерода.[0076] The volume ratio between the mixing chamber and the combustion chamber should be set so that a suitable amount of energy contained in the combustion chamber is provided to the mixing chamber to obtain the desired products. There must also be sufficient combustible gas products entering the mixing chamber to ensure effective mixing. A volume ratio of <10:1 is generally preferred. When air is used as the oxidant, nitrogen can be useful as a non-reactive gas that provides a lower volume ratio and enhances agitation. When using pure oxygen as the oxidant, another gas, such as CO 2 , can provide the same benefit as nitrogen in air as an oxidant option. The introduction of additional CO 2 into the mixture of combustible gases can lead to greater production of solid carbon.

[0077] Отношение длины к диаметру важно для получения эффективного переноса энергии из камеры сгорания в смесительную камеру. Короткие реакторы с большим диаметром будут, как правило, иметь плохое перемешивание, тогда как длинные узкие реакторы будут иметь проблемы при введении сырьевого и горючего газов в реактор по его длине. Отношение длины и диаметра <30:1 обычно предпочтительно.[0077] The ratio of length to diameter is important to obtain an efficient transfer of energy from the combustion chamber to the mixing chamber. Short reactors with large diameters will generally have poor agitation, while long narrow reactors will have problems introducing feed and fuel gases into the reactor along its length. A length to diameter ratio of <30:1 is generally preferred.

[0078] Согласно некоторым вариантам осуществления реактор использует метан (или природный газ) в дополнение к некоторым рециркулирующим продукционным газам в качестве сырьевого газа и смесь рециркулирующего газа/окислителя в качестве горючих газов. Реактор может быть сконструирован и работать так, чтобы максимизировать производство водорода и твердого углерода в потоке продуктов реакции. Реактор может содержать камеру сгорания, являющуюся перфорированной трубкой, внутри смесительной камеры. Перфорированная камера сгорания может быть расположена со смещением относительно центра смесительной камеры и соединена со стенкой смесительной камеры для обеспечения структурной целостности и опоры, как можно увидеть на фиг. 13. Объемное отношение смесительной камеры/камеры сгорания может быть равно 10:1 или меньше, а отношение длины к диаметру может быть 10:1. В некоторых вариантах осуществления объемное отношение смесительной камеры/камеры сгорания может быть приблизительно 6:1, а в некоторых вариантах осуществления объемное отношение смесительной камеры/камеры сгорания может быть приблизительно 3,5:1.[0078] In some embodiments, the reactor uses methane (or natural gas) in addition to some recycle product gases as feed gas, and a recycle gas/oxidizer mixture as fuel gases. The reactor may be designed and operated to maximize the production of hydrogen and solid carbon in the reaction product stream. The reactor may include a combustion chamber, which is a perforated tube, inside the mixing chamber. The perforated combustion chamber may be positioned offset from the center of the mixing chamber and connected to the wall of the mixing chamber to provide structural integrity and support, as can be seen in FIG. 13. The mixing chamber/combustion chamber volume ratio may be 10:1 or less, and the length to diameter ratio may be 10:1. In some embodiments, the mixing chamber/combustion chamber volume ratio may be approximately 6:1, and in some embodiments, the mixing chamber/combustion chamber volume ratio may be approximately 3.5:1.

[0079] Как можно увидеть на фиг. 14, ряд трубок реактора может располагаться вместе с внешними вращающимися клапанами, обеспечивая поток и порядок следования всех сырьевых, горючих газов и продуктов реакции. Отдельное отверстие может выпускать продукты сгорания камеры сгорания.[0079] As can be seen in FIG. 14, a series of reactor tubes may be positioned with external rotary valves to ensure the flow and order of all feed, combustible and reaction gases. A separate opening can release the products of combustion of the combustion chamber.

[0080] Реактор может работать при достаточно высоком давлении, так что полученный водород можно очищать при помощи стандартной технологии абсорбции с колебаниями давления. Согласно некоторым вариантам осуществления продукционные газы, такие как непрореагировавший метан (СР4), монооксид углерода (СО) и некоторое количество водорода, рециркулируют и смешивают с большим количеством метана с получением смеси сырьевых газов в реакторе. Смесь горючих газов содержит смесь рециркулирующих газов в дополнение (в случае продуваемого воздухом реактора) к СО2, удаляемому из системы удаления СО2, и чистому кислороду. В некоторых вариантах осуществления смесь рециркулирующих газов, текущая как в камеру сгорания, так и смесительную камеру, содержит СО2 в дополнение к СР4, СО и Р2. Смесь сырьевых газов и смесь горючих газов предварительно нагревают до ~900K и ~600K, соответственно, тепловой энергией, извлеченной из потока продуктов реактора, посредством многопоточного теплообменника. В альтернативных вариантах осуществления объемное отношение смесительной камеры/камеры сгорания составляет 3,5:1, смесь метана (или природного газа)/воздуха используют для горючих газов.[0080] The reactor can be operated at high enough pressure so that the produced hydrogen can be purified using standard pressure swing absorption technology. In some embodiments, product gases such as unreacted methane (CP 4 ), carbon monoxide (CO) and some hydrogen are recycled and mixed with more methane to form a reactor feed gas mixture. The combustible gas mixture contains a recycle gas mixture in addition (in the case of an air-purged reactor) to CO 2 removed from the CO 2 removal system and pure oxygen. In some embodiments, the recycle gas mixture flowing into both the combustion chamber and the mixing chamber contains CO 2 in addition to CP 4 , CO and P 2 . The feed gas mixture and the combustible gas mixture are preheated to ~900K and ~600K, respectively, with thermal energy extracted from the reactor product stream via a multiflow heat exchanger. In alternative embodiments, the mixing chamber/combustion chamber volume ratio is 3.5:1, a methane (or natural gas)/air mixture is used for the combustible gases.

[0081] Теперь будет представлено подробное описание вариантов осуществления настоящего раскрытия.[0081] A detailed description of embodiments of the present disclosure will now be presented.

[0082] Со ссылкой на фиг. 8 увидим, что горючий газ 10 и газ-окислитель 20 поступают в систему 30 обработки и контроля горючей смеси, которая обрабатывает смеси 31 горючих газов до соответствующих температуры и давления, требуемых камерой 60. Сырьевой газ 40 и смесь 91 рециркулирующих газов поступают в систему 50 обработки и контроля сырьевой смеси, которая обрабатывает сырьевую смесь 51 до соответствующих температуры и давления, требуемых камерой 60. В некоторых вариантах осуществления смесь рециркулирующих газов недоступна, и только сырьевой газ 40 поступает в систему 50 обработки и контроля сырьевой смеси.[0082] With reference to FIG. 8, combustible gas 10 and oxidant gas 20 enter the combustible mixture treatment and control system 30, which treats combustible gas mixtures 31 to the appropriate temperature and pressure required by chamber 60. Feed gas 40 and recycle gas mixture 91 enter system 50 processing and control of the raw mixture, which processes the raw mixture 51 to the appropriate temperature and pressure required by the chamber 60. In some embodiments, the implementation of the mixture of recycle gases is not available, and only the raw gas 40 enters the system 50 processing and control of the raw mixture.

[0083] Камера 60 представляет собой устройство с постоянным объемом, которое использует энергию сгорания от обработанной смеси 31 горючих газов для повышения давления и температуры обработанной сырьевой смеси 51 до уровня готовности для реакции. Смесь 67 газообразных продуктов сгорания, содержащая главным образом продукты сгорания сгораемой обработанной смеси 31 горючих газов, можно отводить из камеры 60. Готовая к реакции газовая смесь 61 поступает в реактор 70, где она остается, пока газовая смесь не превратится в эндотермической реакции с постоянным объемом в смесь 71 прореагировавших продуктов. Реакция с постоянным объемом представляет неустановившийся процесс, который работает в периодическом режиме и требует контроля времени производственного цикла. Это осуществляется путем контроля потока в системах 30, 50 обработки и системе 80 разделения и контроля.[0083] The chamber 60 is a constant volume device that uses the combustion energy from the treated combustible gas mixture 31 to increase the pressure and temperature of the treated raw mixture 51 to a reaction-ready level. The combustion gas mixture 67, containing mainly the combustion products of the combustible treated combustible gas mixture 31, can be withdrawn from the chamber 60. The ready-to-react gas mixture 61 enters the reactor 70, where it remains until the gas mixture changes into a constant volume endothermic reaction. into a mixture of 71 reacted products. A constant volume reaction is a non-stationary process that operates in batch mode and requires cycle time control. This is done by controlling the flow in the processing systems 30, 50 and the separation and control system 80.

[0084] Смесь 71 прореагировавших продуктов поступает в систему 80 разделения и контроля продуктов, которая прекращает реакцию в реакторе 70 путем снижения давления и температуры желаемой смеси 71 прореагировавших продуктов и разделяет и/или очищает отдельные продукционные компоненты 81, 82, нежелательные продукты 83 и смесь 84 рециркулирующих газов. Смесь 84 рециркулирующих газов поступает в систему 90 предварительной обработки рециркулирующего газа, где смесь 84 рециркулирующих газов предварительно обрабатывается до желаемой температуры и давления и протекает в систему 50 обработки и контроля сырьевой смеси.[0084] The reacted product mixture 71 enters a product separation and control system 80 which terminates the reaction in the reactor 70 by lowering the pressure and temperature of the desired reacted product mixture 71 and separates and/or purifies the individual product components 81, 82, unwanted products 83 and the mixture 84 recirculating gases. The recycle gas mixture 84 enters the recycle gas pre-treatment system 90 where the recycle gas mixture 84 is pretreated to the desired temperature and pressure and flows to the feed mixture treatment and control system 50 .

[0085] В некоторых вариантах осуществления горючий газ 10 и сырьевой газ 40 являются природным газом, а газ-окислитель 20 представляет собой воздух. Желаемая реакция в реакторе 70 представляет собой пиролиз метана, обычно представленный следующим уравнением:[0085] In some embodiments, combustible gas 10 and feed gas 40 are natural gas, and oxidant gas 20 is air. The desired reaction in reactor 70 is the pyrolysis of methane, typically represented by the following equation:

[0086] СР4 (метан)+энергия→С (углерод)+2Н2 (водород).[0086] CP 4 (methane)+energy→C (carbon)+2H 2 (hydrogen).

[0087] Отдельный продукт 81 представляет собой газообразный водород, отдельный продукт 82 представляет собой углерод, а нежелательные продукты 83 представляют собой главным образом диоксид углерода, азот и воду. Смесь 84 рециркулирующих газов содержит главным образом непрореагировавший природный газ, водород, азот и монооксид углерода.[0087] Separate product 81 is hydrogen gas, separate product 82 is carbon, and unwanted products 83 are mainly carbon dioxide, nitrogen and water. The recycle gas mixture 84 contains primarily unreacted natural gas, hydrogen, nitrogen, and carbon monoxide.

[0088] Система на фиг. 9 подобна системе на фиг. 8, за исключением того, что камера 60 и реактор 70 объединены в реактор 62 с постоянным объемом.[0088] The system in FIG. 9 is similar to the system in FIG. 8, except that chamber 60 and reactor 70 are combined into a fixed volume reactor 62.

[0089] Фиг. 10 подобна фиг. 9, но часть рециркулирующей смеси 84, обработанной в установке 90 обработки предварительно обработанного рециркулирующего газа, направляют в систему 30 обработки и контроля горючего газа для отвода количества требуемого горючего газа 10.[0089] FIG. 10 is similar to FIG. 9, but a portion of the recycle mixture 84 processed in the pretreated recycle gas treatment unit 90 is sent to the combustible gas treatment and control system 30 to remove the amount of the required combustible gas 10.

[0090] Фиг. 11 представляет поперечное сечение или камеры 60, или реактора 62 с постоянным объемом. В этом описании она представляет реактор 62 с постоянным объемом.[0090] FIG. 11 is a cross section of either chamber 60 or fixed volume reactor 62. In this description, she represents the reactor 62 with a constant volume.

[0091] Реактор 62 с постоянным объемом содержит объем 65 сгорания, содержащийся в камере 63 сгорания. Камера 63 сгорания окружена объемом 64 реактора, который содержится в камере 68 реактора. Каналы 66 соединяют объем 65 сгорания с объемом 64 реактора. Хотя камера 63 сгорания показана в центре камеры 68 реактора, камера 63 сгорания может располагаться где угодно в камере 68 реактора, включая около наружной стенки 69 камеры 68 реактора.[0091] The fixed volume reactor 62 contains a combustion volume 65 contained in the combustion chamber 63 . The combustion chamber 63 is surrounded by a reactor volume 64 which is contained in the reactor chamber 68 . Channels 66 connect the combustion volume 65 with the reactor volume 64 . Although the combustion chamber 63 is shown in the center of the reactor chamber 68, the combustion chamber 63 may be located anywhere in the reactor chamber 68, including near the outer wall 69 of the reactor chamber 68.

[0092] Обработанная смесь 31 горючих газов поступает в камеру 63 сгорания через клапан 32 для смеси горючих газов и канал 33, вытесняя любую смесь 67 газообразных продуктов сгорания, присутствующую в объеме 65 сгорания из реактора 62 по каналу 74 и через клапан 75 для продуктов сгорания. Обработанная смесь 51 сырьевых газов поступает в смесительную камеру 68 через клапан 52 для смеси сырьевых газов и по каналу 53, вытесняя желаемую смесь 71 прореагировавших продуктов в объеме 64 реактора из реактора 62 по каналу 73 и через клапан 72 для продуктов. Как обработанная смесь 31 горючих газов, так и обработанная смесь 51 сырьевых газов могут одновременно поступать в реактор 62 с постоянным объемом при одинаковом давлении, так что происходит очень незначительное перемешивание посредством каналов 66.[0092] The treated combustible gas mixture 31 enters the combustor 63 through the combustible gas mixture valve 32 and conduit 33, displacing any combustible gas mixture 67 present in the combustion volume 65 from the reactor 62 via conduit 74 and through the flue gas valve 75 . The treated feed gas mixture 51 enters the mixing chamber 68 through the feed gas mixture valve 52 and through the channel 53, displacing the desired reacted product mixture 71 in the reactor volume 64 from the reactor 62 through the channel 73 and through the product valve 72. Both the treated combustible gas mixture 31 and the treated feed gas mixture 51 can enter the constant volume reactor 62 at the same pressure at the same time, so that very little mixing occurs through the channels 66.

[0093] Как только главным образом вся смесь 67 горючих газов и смесь 71 желаемых продуктов вытесняется из реактора 62, клапан 75 для продуктов сгорания и клапан 72 для продуктов закрываются. Как только достигается желаемое давление в реакторе, клапан 32 для смеси горючих газов и клапан 52 для смеси сырьевых газов закрываются, создавая закрытый объем в реакторе 62. Воспламенитель 100 создает энергию 101 воспламенения, которая обеспечивает сгорание обработанной смеси 31 горючих газов в камере 63 сгорания в экзотермической реакции, создавая смесь 67 газообразных продуктов сгорания при повышенной температуре и давлении. Из-за полученной разницы давлений между камерой 63 сгорания и смесительной камерой 68 часть смеси 67 горючих газов поступает в объем 64 реактора, сжимая смесь 51 сырьевых газов до более высокого давления. Одновременно эта часть горячей смеси 67 горючих газов смешивается и нагревает смесь 51 сырьевых газов при помощи теплопроводности, конвекции и излучения. Смесь 51 сырьевых газов теперь находится при повышенной температуре и давлении, что создает условия для прохождения эндотермической реакции. Реактор 62 с постоянным объемом поддерживается как закрытый объем, пока происходит эндотермическая реакция, достаточно долго для получения смеси 71 желаемых продуктов. Как только это условие достигается, клапан 72 для продуктов и клапан 75 для продуктов сгорания открываются, что снижает давление и температуру, останавливая эндотермическую реакцию. Процесс затем повторяют.[0093] Once substantially all combustible gas mixture 67 and desired product mixture 71 have been expelled from reactor 62, combustion valve 75 and product valve 72 are closed. Once the desired pressure in the reactor is reached, the combustible gas mixture valve 32 and the feed gas mixture valve 52 are closed, creating a closed volume in the reactor 62. The igniter 100 generates ignition energy 101 which causes the treated combustible gas mixture 31 to be combusted in the combustion chamber 63 in exothermic reaction, creating a mixture of 67 combustion gases at elevated temperature and pressure. Due to the resulting pressure difference between the combustion chamber 63 and the mixing chamber 68, part of the combustible gas mixture 67 enters the reactor volume 64, compressing the feed gas mixture 51 to a higher pressure. Simultaneously, this portion of the hot combustible gas mixture 67 mixes and heats the raw gas mixture 51 by conduction, convection and radiation. The feed gas mixture 51 is now at elevated temperature and pressure, which creates conditions for an endothermic reaction to occur. The constant volume reactor 62 is maintained as a closed volume while the endothermic reaction takes place, long enough to produce the desired product mixture 71. Once this condition is reached, product valve 72 and combustion product valve 75 open, which lowers the pressure and temperature, stopping the endothermic reaction. The process is then repeated.

[0094] Фиг. 12 показывает вариант осуществления камеры 60 или реактора 62 с постоянным объемом с камерой 63 сгорания, внешней относительно смесительной камеры 68. Объем 65 сгорания соединен с объемом 64 реактора посредством ряда каналов 68. Множество зажигателей может располагаться вдоль камеры 63 сгорания для создания конкретных условий сгорания при необходимости. Множество зажигателей также может располагаться в реакторе 62 с постоянным объемом с фиг. 11, если камера 63 сгорания расположена рядом со стенкой 69 камеры реактора.[0094] FIG. 12 shows an embodiment of a constant volume chamber 60 or reactor 62 with a combustion chamber 63 external to the mixing chamber 68. The combustion chamber 65 is connected to the reactor chamber 64 via a series of conduits 68. A plurality of igniters may be positioned along the combustion chamber 63 to create specific combustion conditions at need. A plurality of igniters may also be located in the fixed volume reactor 62 of FIG. 11 if the combustion chamber 63 is adjacent to the wall 69 of the reactor chamber.

[0095] Фиг. 13 показывает изометрическую проекцию варианта осуществления камеры 60 или реактора 62 с постоянным объемом с камерой 63 сгорания, непосредственно соединенной со стенкой 69 камеры 68 реактора. Непосредственное соединение камеры 63 сгорания со стенкой 69 камеры реактора обеспечивает структурную опору и выравнивание с камерой 63 сгорания и по существу создает цельную камеру 60 или реактор 62 с постоянным объемом.[0095] FIG. 13 shows an isometric view of an embodiment of a constant volume chamber 60 or reactor 62 with a combustor 63 directly connected to the wall 69 of the reactor chamber 68. The direct connection of the combustor 63 to the reactor chamber wall 69 provides structural support and alignment with the combustor 63 and essentially creates a one-piece fixed volume chamber 60 or reactor 62.

[0096] Для создания квази- или полунепрерывной проточной системы множество камер 60 или реакторов 62 с постоянным объемом могут располагаться вместе и работать со сдвигом по фазе, так что каждая камера или реактор подвергается различной части процесса, описанного на фиг. 11.[0096] To create a quasi- or semi-continuous flow system, multiple chambers 60 or reactors 62 with a constant volume can be placed together and operate with a phase shift, so that each chamber or reactor undergoes a different part of the process described in FIG. eleven.

[0097] Фиг. 14 показывает вариант осуществления реактора 110 с множеством трубок, с большим числом отдельных реакторов 62 с постоянным объемом, показанных на фиг. 14, расположенных по кругу. Обработанная смесь 31 горючих газов поступает в реактор 110 с множеством трубок посредством канала 34 в камеру 35 повышенного давления. Обработанная смесь 51 сырьевых газов поступает в реактор 110 с множеством трубок посредством канала 54 в камеру 55 повышенного давления. Моменты времени, когда смеси обработанных горючих и обработанных сырьевых газов поступают в реактор 110 с множеством трубок, контролируются впускным вращающимся клапаном 120, который является частью блока 121 вращающихся клапанов. Впускной вращающийся клапан 120 выполняет такую же функцию, что и клапан 32 для смеси горючих газов, канал 33, клапан 52 для смеси сырьевых газов и канал 53, описанные на фиг. 11. Моменты времени, когда смесь 67 газообразных продуктов сгорания и смесь 71 желаемых продуктов выходят из реактора 110 с множеством трубок, контролируется выпускным вращающимся клапаном 122, который является частью блока 121 вращающихся клапанов. Выпускной вращающийся клапан 122 выполняет такую же функцию, что и клапан 72 для продуктов сгорания, канал 73, клапан 75 для сырьевых продуктов и канал 74, описанные на фиг. 11.[0097] FIG. 14 shows an embodiment of a multitube reactor 110 with a large number of individual fixed volume reactors 62 shown in FIG. 14 arranged in a circle. The processed mixture of combustible gases 31 enters the reactor 110 with many tubes through the channel 34 in the chamber 35 pressure. The processed mixture of raw gases 51 enters the reactor 110 with many tubes through the channel 54 in the chamber 55 pressure. The timings when mixtures of treated combustible and treated feed gases enter the multitube reactor 110 are controlled by an inlet rotary valve 120 which is part of the rotary valve block 121 . The inlet rotary valve 120 performs the same function as the combustible gas mixture valve 32, port 33, feed gas mixture valve 52, and port 53 described in FIG. 11. The timing at which the combustion gas mixture 67 and the desired product mixture 71 exits the multitube reactor 110 is controlled by the exhaust rotary valve 122, which is part of the rotary valve block 121. Exhaust rotary valve 122 performs the same function as combustion valve 72, port 73, feed valve 75, and port 74 described in FIG. eleven.

[0098] Смеси 67 газообразных продуктов сгорания из каждого реактора 62 с постоянным объемом собирают в камере 123 повышенного давления для продуктов сгорания и распределяют из реактора 110 с множеством трубок посредством канала 125. Смесь 71 продуктов из каждого реактора 62 с постоянным объемом собирают в камеру 124 повышенного давления для продуктов и распределяют из реактора 110 с множеством трубок посредством канала 126.[0098] Combustion gas mixtures 67 from each fixed volume reactor 62 are collected in combustion chamber 123 and distributed from the multitube reactor 110 via conduit 125. Product mixture 71 from each fixed volume reactor 62 is collected in chamber 124 pressurized products and dispensed from the multitube reactor 110 via conduit 126.

[0099] Хотя раскрытие было представлено главным образом в контексте крекинга сырьевого газа, раскрытие распространяется на другие способы получения одного или нескольких продуктов из сырьевого газа. Например, синтез-газ (Н2 и СО) можно получать путем регулирования одного или нескольких параметров процесса, так что горючий газ реагирует (в дополнение к перемешиванию) с сырьевым газом. Например, отношение окислителя к рециркулирующему газу в горючем газе можно повышать для повышения давления и температуры горючего газа сразу после воспламенения и при этом вызывать соответствующую реакцию между горючим газом и сырьевым газом.[0099] While the disclosure has been made primarily in the context of feed gas cracking, the disclosure extends to other processes for producing one or more products from feed gas. For example, synthesis gas (H 2 and CO) can be produced by controlling one or more process parameters such that the combustible gas reacts (in addition to mixing) with the feed gas. For example, the ratio of oxidant to recycle gas in the combustible gas can be increased to increase the pressure and temperature of the combustible gas immediately after ignition and still cause a corresponding reaction between the combustible gas and the feed gas.

[0100] Хотя настоящее раскрытие было описано совместно с конкретными вариантами осуществления, следует понимать, что настоящее раскрытие не ограничено этими вариантами осуществления, и что изменения, модификации и вариации этих вариантов осуществления могут выполняться специалистом без отклонения от объема настоящего раскрытия. Кроме того, рассматривается, что любую часть любого аспекта или варианта осуществления, обсуждаемого в этом описании, можно реализовать или объединить с любой частью любого другого аспекта или варианта осуществления, обсуждаемого в этом описании.[0100] While the present disclosure has been described in conjunction with specific embodiments, it should be understood that the present disclosure is not limited to these embodiments, and that changes, modifications, and variations to these embodiments may be made by one skilled in the art without deviating from the scope of the present disclosure. In addition, it is contemplated that any part of any aspect or embodiment discussed in this specification may be implemented or combined with any part of any other aspect or embodiment discussed in this specification.

Claims (71)

1. Способ получения одного или нескольких продуктов путем разложения сырьевого газа, предусматривающий:1. A method for obtaining one or more products by decomposition of a feed gas, which includes: введение сырьевого газа в смесительную камеру, introduction of raw gas into the mixing chamber, причем сырьевой газ содержит один или несколько газов; wherein the feed gas contains one or more gases; введение горючего газа в камеру сгорания, соединенную со смесительной камерой посредством ряда каналов, причем горючий газ содержит один или несколько газов; и introducing a combustible gas into a combustion chamber connected to the mixing chamber through a series of channels, 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 ряда каналов 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 one or more combustion gases to flow into the mixing chamber through a series of channels between the combustion chamber and the mixing chamber, and cause mixing of the one or more combustion gases combustion with the feed gas, wherein by mixing 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 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 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 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 10:1 or less. 7. Способ по любому из пп. 1-6, в котором отношение длины смесительной камеры к диаметру смесительной камеры составляет 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 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 любому из пп. 1-21, в котором давление в смесительной камере снижено по меньшей мере на 50% в течение менее чем 1 секунды, чтобы препятствовать загрязнению углеродом смесительной камеры. 22. The method according to any one of paragraphs. 1-21, in which the pressure in the mixing chamber is reduced by at least 50% for less than 1 second to prevent carbon contamination of the mixing chamber. 23. Способ по любому из пп. 1-22, в котором энергия передается от одного или нескольких газообразных продуктов сгорания к сырьевому газу посредством динамического сжатия газа и перемешивания. 23. The method according to any one of paragraphs. 1-22, in which energy is transferred from one or more combustion gases to the feed gas through dynamic gas compression and mixing. 24. Способ по любому из пп. 1-23, 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. 24. The method according to any one of paragraphs. 1-23, 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. 25. Способ по любому из пп. 1-24, причем энергия передается от одного или нескольких газообразных продуктов сгорания к сырьевому газу, обеспечивая химическую реакцию для получения одного или нескольких продуктов в процессе эндотермической реакции в постоянном объеме. 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, providing a chemical reaction to produce one or more products in a constant volume endothermic reaction process. 26. Способ по любому из пп. 1-25, причем указанные один или несколько продуктов содержатся в смеси прореагировавших продуктов и причем способ дополнительно включает в себя рециркуляцию по меньшей мере части смеси прореагировавших продуктов в смесительную камеру и камеру сгорания. 26. The method according to any one of paragraphs. 1-25, wherein said one or more products are contained in the reacted product mixture, and wherein the method further comprises recycling at least a portion of the reacted product mixture to a mixing chamber and a combustion chamber. 27. Способ по п. 26, дополнительно включающий в себя отделение по меньшей мере части углерода от смеси прореагировавших продуктов. 27. The method of claim 26, further comprising separating at least a portion of the carbon from the mixture of reacted products. 28. Способ по п. 26 или 27, дополнительно включающий в себя отделение по меньшей мере части водорода от смеси прореагировавших продуктов. 28. The process of claim 26 or 27, further comprising separating at least a portion of the hydrogen from the mixture of reacted products. 29. Способ по п. 28, в котором отделение по меньшей мере части водорода включает в себя использование абсорбции с колебаниями давления. 29. The method of claim 28 wherein separating at least a portion of the hydrogen includes using pressure swing absorption. 30. Способ по пп. 26-29, причем рециркуляция по меньшей мере части смеси прореагировавших продуктов включает в себя: 30. The method according to paragraphs. 26-29, wherein recycling at least a portion of the mixture of reacted products includes: отделение по меньшей мере части углерода и по меньшей мере части водорода от смеси прореагировавших продуктов для формирования смеси рециркулирующих газов; и separating at least a portion of the carbon and at least a portion of the hydrogen from the reacted product mixture to form a recycle gas mixture; And рециркуляцию по меньшей мере части смеси рециркулирующих газов в систему обработки и контроля сырьевой смеси и затем в смесительную камеру. recirculating at least a portion of the recycle gas mixture to the raw mixture processing and control system and then to the mixing chamber. 31. Способ по п. 30, в котором рециркуляция смеси рециркулирующих газов содержит: 31. The method of claim 30, wherein the recirculation of the recirculating gas mixture comprises: рециркуляцию первой части смеси рециркулирующих газов в систему обработки и контроля сырьевой смеси и затем в смесительную камеру; recirculating the first portion of the recycle gas mixture to the raw mixture processing and control system and then to the mixing chamber; рециркуляцию второй части рециркулирующих газов в систему обработки и контроля сырьевой смеси и затем в камеру сгорания. recirculation of the second part of the recirculating gases to the processing and control system of the raw mixture and then to the combustion chamber. 32. Способ по п. 31, который дополнительно включает в себя: дальнейшее введение сырьевого газа в систему обработки и контроля сырьевой смеси; и 32. The method according to p. 31, which further includes: the further introduction of raw gas in the processing system and control of the raw mixture; And дальнейшее введение горючего газа и окислителя в систему обработки и контроля горючего газа. further introduction of combustible gas and oxidizer into the combustible gas processing and control system. 33. Реактор сырьевого газа, содержащий: 33. Raw gas reactor, containing: смесительную камеру; mixing chamber; камеру сгорания, соединенную со смесительной камерой посредством ряда каналов; a combustion chamber connected to the mixing chamber through a series of channels; 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 и igniter 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; и control 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 ряда каналов 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 obtain one or more combustion gases, and cause one or more combustion gases to flow into the mixing chamber through a series of channels between the combustion chamber and the mixing chamber, and cause mixing of one or more a plurality of 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. 34. Реактор по п. 33, 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, равном первому давлению, так что сырьевой газ по существу не перемешивается с горючим газом. 34. The reactor according to claim 33, in which, before controlling the igniter, the control of the valve system for introducing raw gas includes 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 of the valve system for introducing introducing combustible gas into the combustion chamber at a second pressure equal to the first pressure, so that the feed gas is not substantially mixed with the combustible gas. 35. Реактор по п. 33 или 34, в котором способ дополнительно предусматривает контроль клапанной системы для прекращения дальнейшего производства одного или нескольких продуктов. 35. The reactor according to claim 33 or 34, in which the method further provides for the control of the valve system to stop further production of one or more products. 36. Реактор по любому из пп. 33-35, в котором камера сгорания расположена в смесительной камере. 36. The reactor according to any one of paragraphs. 33-35, in which the combustion chamber is located in the mixing chamber. 37. Реактор по п. 36, в котором камера сгорания находится со смещением относительно продольной оси смесительной камеры. 37. The reactor according to claim 36, in which the combustion chamber is offset relative to the longitudinal axis of the mixing chamber. 38. Реактор по любому из пп. 33-35, в котором камера сгорания расположена вне смесительной камеры. 38. The reactor according to any one of paragraphs. 33-35, in which the combustion chamber is located outside the mixing chamber. 39. Реактор по любому из пп. 33-38, в котором камера сгорания содержит одно или несколько отверстий, образованных в ней. 39. The reactor according to any one of paragraphs. 33-38, wherein the combustion chamber has one or more openings formed therein. 40. Система получения одного или нескольких продуктов путем разложения сырьевого газа, содержащая: 40. System for obtaining one or more products by decomposition of raw gas, containing: множество реакторов для сырья, причем каждый реактор содержит: смесительную камеру; a plurality of feed reactors, each reactor comprising: a mixing chamber; камеру сгорания, соединенную со смесительной камерой посредством ряда каналов и a combustion chamber connected to the mixing chamber through a series of channels and воспламенитель; igniter; клапанную систему для контроля потока газов в смесительную камеру и камеру сгорания и из них; и a 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; и control 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 ряда каналов 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, причем для заданного реактора способ выполняется со сдвигом по фазе относительно по меньшей мере одного другого реактора из множества реакторов. then controlling the igniter to ignite the combustible gas to ignite the combustible gas and thereby obtain one or more combustion gases, and cause one or more combustion gases to flow into the mixing chamber through a series of channels between the combustion chamber and the mixing chamber, and cause mixing of one or more several combustion gases with the feed gas, wherein by mixing one or more combustion gases with the feed gas, energy is transferred from one or more combustion gases to the feed gas and thereby causes a chemical reaction to obtain one or more products, moreover, for a given reactor the method is performed out of phase with respect to at least one other reactor from the plurality of reactors. 41. Система по п. 40, 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, равном первому давлению, так что сырьевой газ по существу не перемешивается с горючим газом. 41. The system of claim 40, wherein for each reactor, prior to control of the igniter, control of the valve system for introducing feed gas includes control of the valve system for introducing feed gas into the mixing chamber at a first pressure, and control of the valve system for introducing combustible gas includes control a valve system for introducing combustible gas into the combustion chamber at a second pressure equal to the first pressure so that the feed gas is not substantially mixed with the combustible gas. 42. Система по п. 40 или 41, в которой для каждого реактора способ дополнительно предусматривает контроль клапанной системы для прекращения дальнейшего производства одного или нескольких продуктов. 42. The system according to claim 40 or 41, 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. 43. Система по любому из пп. 40-42, 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. 43. The system according to any one of paragraphs. 40-42, in which a plurality of reactors are arranged radially about a central axis, and the system further comprises a rotating device designed to: rotate the plurality of reactors about a central axis relative to a valve block containing a valve system; or rotation of the valve block containing the valve system about a central axis relative to the plurality of reactors. 44. Система получения одного или нескольких продуктов путем разложения сырьевого газа, содержащая: 44. System for obtaining one or more products by decomposition of raw gas, containing: один или несколько реакторов по любому из пп. 33-39 и one or more reactors according to any one of paragraphs. 33-39 and 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.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.
RU2021111882A 2018-12-10 2019-12-09 Method and reactor for producing one or more products RU2793799C2 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US62/777,619 2018-12-10

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2021111882A RU2021111882A (en) 2022-10-26
RU2793799C2 true RU2793799C2 (en) 2023-04-06

Family

ID=

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2195425C2 (en) * 1997-09-05 2002-12-27 Мидрекс Текнолоджиз Инк. Method and device for accelerated reforming of fuel with oxygen
RU2207975C2 (en) * 1997-02-14 2003-07-10 Маратон Ойл Компани Method of combusting hydrocarbon gas for producing reformed gas
US20080118413A1 (en) * 2006-11-16 2008-05-22 H2Gen Innovations, Inc. Reactor air supply system and burner configuration

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2207975C2 (en) * 1997-02-14 2003-07-10 Маратон Ойл Компани Method of combusting hydrocarbon gas for producing reformed gas
RU2195425C2 (en) * 1997-09-05 2002-12-27 Мидрекс Текнолоджиз Инк. Method and device for accelerated reforming of fuel with oxygen
US20080118413A1 (en) * 2006-11-16 2008-05-22 H2Gen Innovations, Inc. Reactor air supply system and burner configuration

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Xing Zhang, Current status of stationary fuel cells for coal power generation, Clean Energy, 2018, Vol. 2, No. 2, 126-139, doi: 10.1093/ce/zky012. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA3115358C (en) Method and reactor for producing one or more products
US9382115B2 (en) Gas-to-liquid technology
AU2006264046B2 (en) Compact reforming reactor
AU2007214437A1 (en) Electric reaction technology for fuels processing
JPS62148303A (en) Manufacture of hydrogen-containing gas, continuous supply ofhydrogen fuel to fuel cell, reaction equipment and fuel cellsystem
JP2004531447A (en) Compact steam reformer
RU2793799C2 (en) Method and reactor for producing one or more products
AU2021398596B2 (en) Method of recycling carbon to a feedstock gas reactor
KR20160045738A (en) Multitube reformer for a hydrocarbon- and alcohol-reforming system and hydrocarbon- and alcohol-reforming system comprising same, and associated method
US20030182862A1 (en) Method for obtaining hydrogen from hydrocarbons
JP2022094918A (en) Method of producing one or more products using feedstock gas reactor
RU2088517C1 (en) Method of two-step catalytic conversion of hydrocarbon raw material
JP2022094908A (en) Method of producing hydrogen and nitrogen using feedstock gas reactor
JP2008543020A (en) Autothermal reformer