TWI460122B - 透過利用膜技術之合成氣製造 - Google Patents

透過利用膜技術之合成氣製造 Download PDF

Info

Publication number
TWI460122B
TWI460122B TW100123625A TW100123625A TWI460122B TW I460122 B TWI460122 B TW I460122B TW 100123625 A TW100123625 A TW 100123625A TW 100123625 A TW100123625 A TW 100123625A TW I460122 B TWI460122 B TW I460122B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
gas stream
stream
gas
plasma
methane
Prior art date
Application number
TW100123625A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201213231A (en
Inventor
Larry Lien
James M Tranquilla
Tony Picaro
Original Assignee
Eco Technol Pty Ltd
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 Eco Technol Pty Ltd filed Critical Eco Technol Pty Ltd
Publication of TW201213231A publication Critical patent/TW201213231A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI460122B publication Critical patent/TWI460122B/zh

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C1/00—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon
    • C07C1/02—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon from oxides of a carbon
    • C07C1/04—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon from oxides of a carbon from carbon monoxide with hydrogen
    • C07C1/0485—Set-up of reactors or accessories; Multi-step processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/342—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents with the aid of electrical means, electromagnetic or mechanical vibrations, or particle radiations
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/48—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents followed by reaction of water vapour with carbon monoxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2256/00—Main component in the product gas stream after treatment
    • B01D2256/24—Hydrocarbons
    • B01D2256/245—Methane
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/50—Carbon oxides
    • B01D2257/504—Carbon dioxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • B01D53/225—Multiple stage diffusion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • B01D53/228—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion characterised by specific membranes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0211—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a non-catalytic reforming step
    • C01B2203/0222—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a non-catalytic reforming step containing a non-catalytic carbon dioxide reforming step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0283—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a CO-shift step, i.e. a water gas shift step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/042—Purification by adsorption on solids
    • C01B2203/043—Regenerative adsorption process in two or more beds, one for adsorption, the other for regeneration
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C01B2203/0475—Composition of the impurity the impurity being carbon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/06—Integration with other chemical processes
    • C01B2203/062—Hydrocarbon production, e.g. Fischer-Tropsch process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0861—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by plasma
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1235—Hydrocarbons
    • C01B2203/1241—Natural gas or methane
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1258—Pre-treatment of the feed
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/20—Capture or disposal of greenhouse gases of methane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/151—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions, e.g. CO2

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)

Description

透過利用膜技術之合成氣製造
本案主張基於2010年7月9日申請之美國專利臨時申請案第61/362,975號的優先權，其揭示併於此以為參考。
本發明一般關於合成氣(CO+H2 )的形成，尤其關於以膜技術來控制和調節二氧化碳和甲烷的供應，而提供適當的進給氣流以用於合成氣製造。尤其特別關於利用膜技術以從二氧化碳所污染的氣體分離出二氧化碳，以提供帶有甲烷之創新的混合物，其具有的二氧化碳對甲烷比例適合重組和轉變成合成氣，以及還關於採用此種合成氣做為進料，其於Fischer-Tropsch(F-T)反應器中轉換為液態碳氫化物。
二氧化碳管理的主題在減少溫室氣體的整體策略中是最重要的。在此背景下的二氧化碳管理可以包括減少、含納、轉換以及這些做法的組合。雖然減少新的二氧化碳排放在任何未來對抗氣候變化的環境策略中是很重要，但它並未解決目前生態系統中之二氧化碳的巨大存量，也未解決當前產生新排放的衝動。為此緣故，大大的強調要發展可以有效率地捕捉二氧化碳(最好在點排放處)並且使用它做為部分再生循環之新燃料來源的技術。
利用半透膜來進行氣體分離已變得頗能接受，並且多樣之聚合和無機組態的膜在廣泛的氣體和氣體混合物上顯示多樣程度的分離。此種半透膜係可得於平板、管狀、螺 旋纏繞、中空纖維等組態，並且許多膜展現良好的分離因子(亦即對於二氧化碳和甲烷為2.5~50比1，對於CO2 和氮為2.5~100比1)以及在相當低的淨驅動壓力下有高滲透性。如果這些策略要成功，則可能時常需要能夠接受多變的進給輸入，然後再處理它們，如此以控制和調節氣態混合物來得到想要之二氧化碳、甲烷和/或氮的混合物以供應於後續過程。
如上所述，捕捉二氧化碳僅是有效二氧化碳管理策略的一部分；重要的部分是提供有效率的方式來把二氧化碳轉換成高價值燃料(和非燃料)產物，如此將緩和把新的碳帶入整體燃料循環的需求。一般而言，已經證明二氧化碳轉換是能量密集的過程，其可以否定掉能量效率的整體目的。然而，電漿技術已冒出成為有效率轉換二氧化碳的一種做法，特別是對於存在氫來源氣體的氣體混合物。微波電漿在這些過程特別有效率，而報導的能量成本為從重組甲烷和二氧化碳所製造之每立方公尺的氫氣低達0.15千瓦小時。
Dickman等人的專利第7,682,718號揭示氫燃料電池的燃料管理系統；該系統包括許多儲槽，其可以受控制地填充和混合各式各樣的進給，以做為部分的所需燃料混合物而用於燃料電池。Adamopoulos等人的專利第7,637,984號使用吸附性材料而先從氣流移除硫，該氣流然後以膜系統加以處理而從富含氫的氣流分離出二氧化碳。
Wei等人的專利第7,648,566號提到利用無機的和聚醚膜系統來從合成氣流分離出二氧化碳，以便製造富含氫的氣流做為預先燃燒之二氧化碳捕捉過程的一部分。Muradov等人的專利第7,588,746號提到或可使用膜系統、壓力擺盪吸附系統或低溫吸附單元以處理來自氫燃燒的燃燒氣體，以從其他氣體(包括甲烷)分離出氫。
Hoffman等人的專利第7,634,915號建議沸石和陶瓷膜可以用於從缺乏二氧化碳的氣流(在此缺乏二氧化碳的氣流可以包含一氧化碳、氮、例如甲烷之未用完的燃料)分離出富含二氧化碳的氣流，而做為渦輪系統的一部分以用於製造氫以及隔離二氧化碳。於此系統，二氧化碳乃用於燃燒溫度調節和渦輪冷卻。Hemmings等人的專利第7,686,856號揭示使用水和甲烷的重組來製造合成氣的系統；於此系統，使用氧輸送膜做為部分的燃燒過程以製造合成氣產物。Murphy的專利第5,277,773號揭示用於包括水和碳氫化物之重組器反應的微波電漿，其中電漿反應乃使用一或更多個金屬線段而起始。
已知微波電漿技術可以用於重組氣流，該氣流包含特定濃度的CO2 和CH4 ，其莫耳比例不大於約1.5比1，亦即二氧化碳在40~60莫耳%的範圍並且甲烷在60~40莫耳%的範圍，而重組成一氧化碳和氫(合成氣)混合物(見美國專利第4,975,164和5,266,175號)。此種產物可以使用做為習用的Fischer-Tropsch(F-T)合成之進料(見美國專利第6,596,780和6,976,362號，其揭示併於此以為參考)，其將把此種氣態混合物轉換成液態碳氫化物。然而，此種策略可以變成經濟現實之前最重要的是找出操作的效率。
儘管膜技術和電漿技術二領域皆有進展，目前需要整合這些技術的方式，以使此種膜分離於整合的氣體管理系統和電漿重組器過程中能夠發揮有用的、「可調整的」元件功能。尤其，需要基於膜的氣體控制系統，其能夠把生成自各式各樣二氧化碳來源的最佳氣體混合物進給氣流提供給微波電漿重組器。
據此，本發明的一個目的是提供基於膜的系統，其可以直接從各式各樣的來源捕捉二氧化碳、濃縮之、使此濃縮物組合以甲烷氣體，以及受控制地且經濟地生成最佳的氣體混合物而使用做為微波電漿重組器的進給氣流來製造合成氣。
除此之外，本發明的另一目的是提供方法和系統，其可以共生足夠的電能來供給此種微波電漿重組器的電力。
本發明的再一目的是提供如上所列的方法，其整合而組合了Fischer-Tropsch液態碳氫化物製程。
已經發現使用膜技術來分離/濃縮二氧化碳和甲烷可以組合以電力製造，以經濟地提供特定莫耳比例的二氧化碳和甲烷，其可使用做為微波電漿過程的進給氣流以經濟地製造一氧化碳和氫的混合物(其共同地稱為合成氣體，亦即合成氣)。該系統最好包括電共生特色，其將供應電漿重組器操作所需的大部分或所有的能量。於某些具體態樣，整合了膜分離過程以同時輔助從接收合成氣做為進料的Fischer-Tropsch過程來回收能量；此能量然後用於補充電漿重組器和/或膜分離過程所需的能量。
提供的系統把二氧化碳和甲烷轉換成合成氣(CO-H2 混合物)，其係用於製造較高燃料產物(例如柴油燃料和其他液態碳氫化物)的常見進料。該系統包括的元件則捕捉、分離、濃縮所選的輸入氣流，然後藉由電漿重組器反應器或類似者而把它們轉換成合成氣，如描述於美國專利第4,975,164、5,266,175、5,277,773、5,621,155、5,993,761、6,153,852號，其揭示併於此以為參考。
電漿技術的益處在於它具有極小的佔地面積需要，因為轉換反應乃發生於幾秒內或更少，並且該技術可以操作成連續過程。考慮每小時可以排放差不多800~1000公噸CO2 的1000百萬瓦燃煤電廠，則具有極短駐留時間之簡單且連續的過程乃理想上適合執行轉換反應。此使電漿轉換做法成為管理來自大的點來源排放者(像是電廠)和工業所在(例如水泥廠或製鋼場)之碳排放的理想方式。
此種系統係可控制的以接受相當寬廣範圍的輸入氣體濃度和混合物，同時又提供想要的氣體混合物給特定的重組器，並且再循環任何氣體不平衡而不釋放溫室氣體到大氣也可能是可行的。如上所述，包括電共生特色也是想要的，其可以供應操作包括平均電漿重組器所需的大部分或所有的能量。
整體方法的優點包括緩和了氣候變化，這是濃縮(移除90+ %)來自電力製造相關之化石燃料(譬如碳氫化物或基於煤的)氣流燃燒後的二氧化碳的結果。一般而言，該過程使用膜技術和製程再循環，而將會使來自此種人為來源之正常釋放到大氣的二氧化碳加以濃縮；此種濃縮的二氧化碳後續則變成部分的進給來源以用於微波電漿重組(或其他轉變的過程)。
於一特定方面，提供的是於電漿或化學重組裝置中從煙道氣流和天然氣流來製造合成氣的方法，該方法包括：提供來自碳或碳氫化物燃燒器的煙道氣流，以及把此種氣流於第一半透膜裝置中分離成第一佔優勢的CO2 氣流和包含佔優勢之N2 的第二氣流；提供包含CH4 和約2%和40%之間的CO2 的天然氣流，以及把此種氣流於第二半透膜裝置中加以分離，以提供第一進給氣流和第三氣流，第一進給氣流的CO2 含量有所增加並且包含約50/50莫耳比例(如在此定義)的CO2 和CH4 ，而第三氣流包含至少約90%的甲烷；把來自該第三氣流的第一次氣流攙合以該第一佔優勢的CO2 氣流，以生成包含約50/50莫耳比例之CO2 和CH4 的第二進給氣流；於共生設備中，以空氣來燃燒來自該第三氣流的第二次氣流以製造電力；把來自共生設備的排放氣流傳遞到第三半透膜裝置以及分離出第二佔優勢的CO2 氣流；把該第二佔優勢的CO2 氣流攙合以該第三氣流的第三次氣流，以生成包含約50/50莫耳比例之CO2 和CH4 的第三進給氣流；以及把該第一、第二、第三進給氣流所組成的複合進給氣流傳遞到電漿或化學重組裝置，而把此等轉換成合成氣，藉此合成氣是於環保的過程中從天然氣和煙道氣流所製造；而該方法是受到控制以產生足夠的電力來操作該第一、第二、第三膜分離裝置和該電漿或化學重組裝置。
於另一特定方面，提供的是於電漿或化學重組裝置中從包含顯著量CO2 之天然氣流來製造合成氣的方法，該方法包括：提供包含CH4 和約2%和40%之間的CO2 的天然氣流，以及於半透膜裝置中分離此種氣流以提供第一滲透氣流和富含甲烷的濃縮氣流，第一滲透氣流的CO2 含量有所增加並且包含約50/50莫耳比例(如在此定義)的CO2 和CH4 ，而富含甲烷的濃縮氣流包含至少約90%的甲烷；於共生設備中，以空氣來燃燒來自該濃縮氣流的次氣流以製造電力；把來自該共生設備的排放氣流傳遞到另一半透膜裝置，以及分離出佔優勢的CO2 滲透氣流；把該佔優勢的CO2 滲透氣流攙合以該富含甲烷的濃縮氣流之另一次氣流，以生成包含約50/50莫耳比例之CO2 和CH4 的進給氣流；以及把該第一滲透氣流和該進給氣流所組成的複合進給氣流傳遞到電漿或化學重組裝置，而把此等轉換為合成氣，藉此合成氣是於環保的過程中從包含CO2 的天然氣所製造；而該方法是受到控制以產生足夠的電力來操作該膜分離裝置和該電漿或化學重組裝置。
於再一特定方面，提供的是於電漿或化學重組裝置中從包含顯著量CO2 之天然氣流來製造合成氣的方法，該方法包括：提供包含CH4 和約2%和40%之間的CO2 的天然氣流，以及於半透膜裝置中分離此種氣流，以提供第一滲透氣流和富含甲烷的濃縮氣流，第一滲透氣流的CO2 含量有所增加並且包含約50/50的莫耳比例(如在此定義)的CO2 和CH4 ，而富含甲烷的濃縮氣流包含至少約90%的甲烷；於共生設備中，以空氣來燃燒來自該濃縮氣流的次氣流以製造電力；把來自共生設備的排放氣流傳遞到另一半透膜裝置，以及分離出佔優勢的CO2 滲透氣流；把該佔優勢的CO2 滲透氣流攙合以該濃縮氣流的另一次氣流，以生成包含約50/50莫耳比例之CO2 和CH4 的進給氣流；把該第一滲透氣流和該進給氣流所組成的複合進給氣流傳遞到電漿重組裝置，而把此等轉換成第一合成氣產物氣流；從該濃縮氣流分出第三次氣流，以及把它進給到第二電漿重組裝置做為與水蒸氣和/或水的混合物，而把此種混合物轉換成較高氫含量的第二合成氣產物氣流；以及組合該第一和第二合成氣產物氣流，藉此具有比較高氫含量的合成氣是於環保的過程中從天然氣所製造；而該方法受到控制以產生足夠的電力來操作該膜分離裝置和該二個電漿重組裝置。
半透膜技術乃用於多樣的示範過程以調節和控制整體系統的特定氣流，譬如用於移除來自燃燒汽油、柴油、煤或天然氣的燃燒器/發電機所排放之煙道氣體的二氧化碳，濃縮此種二氧化碳，並且後續攙合以外部甲烷來源以製造具有想要之CO2 /CH4 比例的混合氣流，而用於電漿重組器的流入氣流以生成合成氣。許多人感到燃燒多樣的含碳化石燃料而產生二氧化碳的電廠操作正在產生有害的溫室氣體，其正常是釋放到大氣裡。雖然需要能量來回收這些氣體，但是已使驅動這些膜分離過程所需的能量減到最小，例如可藉由吹風機來加壓煙道氣體，然後使用真空來移除滲透通過膜的氣體體積(亦即濃縮的二氧化碳)。
極為一般而言，煙道氣體進給來源將會進給到膜分離裝置，其製造出濃縮的二氧化碳而成為滲透物。於單一次通過，離開膜濃縮側之二氧化碳的量可以主要包括煙道氣流裡之原始質量的二氧化碳；然而，當想要時可以使用額外的階段。膜最好選擇用於煙道氣體濃縮，其具有至少約10~15比1之二氧化碳對氮(此種排放氣流裡的主要氣體)的選擇性。聚合膜氣體分離裝置一般是不完美的，並且來自煙道氣體的滲透氣流可以包括約70%的CO2 和約30%的N2 。如果電漿重組器需要較少的N2 ，則第二階段可以減少N2 到5~10%，並且第三階段可以減少N2 到約2%。當使用聚合膜或其他此種膜裝置時，所製造之滲透氣體對輸入氣流的比例也可例如藉由選擇螺旋纏繞之分離元件所用的膜表面厚度而加以控制，如此則濃度極化適當地受到葉片的長度所控制；如此技藝所已知的，元件效率係基於該葉片長度，以及基於進給到元件的氣流體積和速度。
一般而言，半透膜裝置將是由膜材料所建造，並且將使用基於進給氣體種類以及基於有效率達成想要的氣體混合物所需之調節和控制程度的工程原理。使用獨特組態之半透膜分離裝置的氣體分離過程乃加以工程設計，以特定調節和控制從特定進給氣體來源所移除之二氧化碳或甲烷的量，以便製造適合做為重組所用的流入氣流之最終想要二氧化碳對甲烷的莫耳比例，而最後轉變成液態碳氫化物或其他化學品。污染的天然氣和滿載二氧化碳的煙道氣體都是有用的進給來源，而本發明便聚焦於此以製造設計用於特定微波電漿過程的進給氣流。
對於以下情形，預期組合了膜技術和微波電漿重組或其他類似重組的這種新穎做法是有效的：僅相當小量的二氧化碳(0.5~20%)存在於煙道氣流或排放氣流中，其例如來自燃燒甲烷、柴油、汽油或煤的發電廠以及來自水泥窯、製鋼廠和類似者，而其他移除和濃縮CO2 的方法可能是過分地昂貴。包含約20到40%之CO2 的氣流當然也會是有用的。使用半透膜技術來濃縮二氧化碳則允許精確調節二氧化碳，藉此確保最終獲得想要之二氧化碳和甲烷的混合物。經常可以忍受電漿重組器的進給氣流中有一些量的N2 ，譬如約5~30%；此外，一些殘留的氮可能是想要的以做為掃除漩渦氣體，其提升下游的微波電漿重組成合成氣。整體而言，該方法大大地隱含著減少來自燃燒碳氫化物、天然氣、煤的二氧化碳排放。感到該方法具有特別的優點而允許經濟的利用污染了例如約5%到35%之二氧化碳的天然氣源；然而，也可以有利地使用具有約2%到40%之CO2 的氣流。一般而言，半透膜技術能夠控制和調節滲透膜裝置之二氧化碳和甲烷的體積和濃度，此則允許生成具有想要莫耳比例之二氧化碳和甲烷的乾淨氣流，其將可使用做為微波電漿反應器或類似者的進給氣流。
在此所述之系統和過程的操作基礎係以下方式：半透膜裝置操作以提供必需和想要之可控制的氣體分離，特別是提供特定的氣體混合物，其具有特定想要的CO2 和CH4 莫耳比例。對於處理天然氣流而言，熟於此技藝者將了解雖然可以使用各式各樣的無機膜(譬如沸石)和有機膜，但是將可能選擇聚合性半透膜來分離CO2 和CH4 。已有一段時間知道聚合膜可以使用於氣體分離，並且它可以從聚合物所形成，例如聚二甲矽氧(PDMS)、聚亞醯胺、聚芳醚、聚芳酮、聚碳酸酯、聚碸、聚乙炔。此種半透膜許多都是對CO2 有選擇性的，乃揭示於美國專利第4,529,411、5,411,721、6,572,678、6,579,331、7,314,503號，其揭示併於此以為參考。當處理包含約2%和40莫耳%之間的CO2 的天然氣流(基於CO2 +CH4 的總莫耳)時，最好使用聚合膜，其將以約3~6份二氧化碳對一份甲烷的比例而優選地滲透二氧化碳。藉由於此種裝置中採用多重階段(如果需要的話)，譬如像之前所言而考慮濃度極化，則滲透氣體比例乃藉由選擇螺旋纏繞膜片元件所適合的膜表面厚度和整體裝置設計而控制在想要的數值範圍裡。此外，藉由控制進給、滲透和濃縮等壓力，便適當控制了每個所用膜分離裝置的淨驅動壓力；結果，可以確保想要之莫耳比例的二氧化碳和甲烷來滲透。
對於燃燒煙道氣體而言，熟於此技藝者將了解選擇的半透膜將優選地滲透佔優勢的二氧化碳氣流，譬如呈至少約5~50份二氧化碳對一份氮的比例。如果存在特定的殘留物或許可能有害於後續的電漿重組過程，舉例而言，則可以藉由吸附而從煙道氣流初步移除SOx 。通常進給氣流中可以忍受少量的NOx 。如上面討論的，藉由選擇膜表面厚度和調整濃度極化因子，最後的滲透氣體比例一般係達成於可接受範圍的N2 含量。類似而言，控制進給、滲透和濃縮等壓力來控制淨驅動壓力，以確保所得之佔優勢的二氧化碳滲透氣流沒有大於可接受之次要量的N2 。
這些半透膜裝置使用此技藝中已知的材料和工程原理來建構，以達成每個特定分離操作所想要的氣體分離程度。膜裝置可以包括以適當組態所連接的多重階段，其可以多重滲透步驟(如果需要的話)來加以特定調節和控制，而製造想要的氣體濃度。
此種膜分離過程和電漿重組過程的組合，再整合以電力共生特色來供應電漿重組操作和膜分離過程所需的大部分或所有的能量，則產生了最經濟且有效率的獨立系統。此外，進一步整合Fischer-Tropsch反應器，則經由回收來自Fischer Tropsch過程的能量而允許整體操作更加的經濟。以此方式，得以捕捉起因於燃燒器燃燒天然氣來提供操作電能之所有或大部分的CO2 排放，而捕捉到的CO2 提供製造合成燃料所需之高達約一半的進料/反應物。結果，得以顯著增加從給定量的天然氣所能製造之合成燃料的量。假設天然氣流入氣流已經包含某些百分比的CO2 (譬如約2到40%)，則於第一步驟中分離出甲烷，以提供具有增加CO2 ：CH4 之莫耳比例的滲透物，亦即提供一部分之複合氣流之想要的組成物，而當進給到電漿重組器時可以有效率地轉換為合成氣。於習用的GTL(氣體變液態)過程，存在於天然氣中的CO2 雜質在進給到催化重組過程之前會須要移除，譬如使用溶劑吸收來為之，或者可能恰允許通過透過重組器而不會參與反應。相對而言，存在於本系統的CO2 則貢獻了重要部分的碳，其在電漿重組器中轉換為燃料；因此，CO2 貢獻於製造額外的合成燃料，並且不是可能有害地釋放到環境。整體而言，相較於從天然氣來製造合成燃料的習用GTL廠，得以顯著減少排放到大氣的CO2 量，同時增加可以從給定量的甲烷所製造之合成燃料的量。
具體化本發明多樣特色而從煙道氣流和包含CO2 的天然氣流來製造合成氣的方法乃於圖1顯示成示意流程圖。示範的系統會從某種化石燃料(例如煤、石油或天然氣)的燃燒器或從柴油或汽油引擎或類似者接收煙道氣流1；於許多情況下，它可能是來自製造電力而會具有相當固定不變輸出之電廠的煙道氣流。此種來自操作鍋爐的電廠或來自窯或類似者(以空氣氧化來燃燒燃料)的煙道氣流會包括主要部分的氮，一起的還有CO2 、氮氧化物(NOx )、硫氧化物(SOx )和其他次要的氣態成分。使用此種煙道氣流(其否則可能會排放到大氣)做為本方法的二氧化碳來源。氣流1在適當的溫度和壓力下進給到第一膜分離裝置2，其顯示於圖1的左下方區域。對於要從煙道氣體分離出二氧化碳(其包含主要部分的氮)，可以採用多樣的膜分離系統；膜最好選擇會展現CO2 對N2 有至少約5比1的偏好，更佳而言，至少約10比1。可以特別偏好採用聚二甲矽氧(PDMS)膜，並且此種膜可以提供成各式各樣的厚度，舉例而言約0.1微米和10微米之間。它們共同支撐於聚碸、聚乙烯、PVC、硝酸纖維素和類似者所做的多孔性聚合支撐層上，譬如聚碸UF膜；或者支撐於其他例如蝕刻之金屬和陶瓷的多孔性材料上，譬如蝕刻的鋁。
第一膜裝置2可以包括1~3個階段並且最終生成二個氣流：滲透氣流4，其包括佔優勢的二氧化碳，以及次要量的NOx 、SOx 、可忍受量的N2 ；以及濃縮氣流3。濃縮氣流3包括佔優勢的氮，以及殘留量主要為CO2 、NOx 、SOx ，其經常為至少約80體積%的N2 。此氣流3可以排放到大氣、加以處理或者根據可得的方法來處置。包含佔優勢之二氧化碳(譬如至少約60體積%，最好至少約70%，更好至少約80%，最佳至少約90%)的滲透氣流4則指引到流動調節器/攙合器6。
其他進來的氣流是主要包含二氧化碳和甲烷的天然氣流11。舉例而言，它可以包含約3%到35%之間的CO2 或約2%到40%之間的CO2 ，而剩餘者實質上都是甲烷。此氣流11傳遞到第二膜分離裝置12，其也製造出濃縮氣流13和滲透氣流14。如上所述，第二膜裝置12也可以包括多重階段的膜分離。它也可以使用各式各樣不同的氣體分離膜，如此技藝所已知的；選擇的膜應該具有CO2 對CH4 為至少約2比1的偏好，最好至少約4比1。偏好採用聚合膜，例如那些前文所提到的類別，並且最偏好的是PDMS膜。舉例而言，如果採用片或管狀形式，則它們經常會支撐於多孔性基底層上，如上所述。主要是甲烷的天然氣流入氣流11於第二膜分離裝置12中乃暴露於聚合性半透膜，其對CO2 是有選擇性的而更偏好CH4 。當處理包含主要量之CH4 的流入物時，該裝置製造出滲透氣流，其具有增加量的CO2 (相對於流入的天然氣流11而言)並且包含之二氧化碳和甲烷的莫耳比例為任一者都不比另一者多出50%。對於某些電漿重組過程而言，過量的二氧化碳可能是想要的，然而對於其他過程而言，甲烷過多可能是想要的。滲透氣流也可以包含可忍受的小量其他氣體，例如氮，其經常不超過約10體積%並且最好不超過約5%。具有想要之CO2 和甲烷莫耳比例的滲透氣流14則傳遞做為電漿重組器15的進給氣流，其在下文會討論。
來自第二膜分離裝置12的濃縮氣流13是佔優勢的甲烷，經常佔約90到99體積%，最好至少約96%，更好至少約98%，而剩餘者主要是CO2 。濃縮氣流13乃指引到流動調節器25，其在控制系統100的控制下把氣流13分出3個次氣流。來自流動調節器25的第一次氣流26乃指引到攙合調節器6，在此它混合以離開第一膜分離裝置之佔優勢的CO2 氣流4，如此以製造攙合氣流27，其乃指引成為電漿重組器15的另一進給氣流，而氣流27在電漿重組器15混合以滲透氣流14。在調節器6的攙合使得二氧化碳和甲烷的莫耳比例為任一者不比另一者多出50%。
第二次氣流28乃進給到燃燒器-發電機20(例如驅動接附之發電機的內燃機或渦輪)，以空氣來燃燒甲烷而產生電力，此導致生成二氧化碳和水氣。來自燃燒器-發電機20的排放氣流29乃指引到第三膜分離裝置30，其可以具有類似於第一膜分離裝置2的特徵。裝置30製造出滲透氣流32，其係佔優勢的CO2 以及可忍受濃度的NOx 、SOx 、N2 。濃縮氣流31包括佔優勢的氮，其以相同於濃縮氣流3的方式而處理，亦即排放到大氣或進一步處理。佔優勢的CO2 滲透氣流32則進給到另一調節器/攙合器33，而來自調節器25的第三次氣流32a也傳遞到調節器/攙合器33。調節器/攙合器33把氣流32和32a加以混合來製造又一進給氣流34而傳遞到重組器15，其中二氧化碳對甲烷存在的莫耳比例再度是在0.67比1和1.5比1之間。此攙合的進給氣流34則混合著進給氣流14和27以提供複合進給氣流而傳遞到電漿重組器15。複合進給氣流包含的CO2 和CH4 呈約相等的莫耳量，或其比例為其中一者不比另一者多出50%；此莫耳比例在此不嚴謹地稱為約50/50比例。
控制系統100控制組成和多樣的流動速率而調節整體過程，如此則複合進給氣流具有電漿重組器15所想要的組成，譬如相等莫耳的CO2 和CH4 或者經常是在約2~5%的相等。然而，如果是特定的重組過程所想要的，則CO2 或CH4 之20%或30%或更高的莫耳量或許可以存在於特定的複合進給氣流中。藉由監視三個進給氣流14、27、34的流動以及控制天然氣流11的流入量與控制調節器6、25、33，想要組成的複合進給氣流便由控制系統100進給到電漿重組器15。舉例而言，攙合器/調節器6、33或許可以都連接到氣相色層分析儀(gas chromatograph，GC)的個別管道而與電腦控制系統100連線，如此以經由液壓或氣動閥系統(其亦關聯於調節器25)和進來之天然氣管線11中的入口閥而控制離開調節器之CH4 和CO2 的量。膜分離裝置可以連接到GC的其他管道，並且藉由操作當中的多重階段和/或回收而加以適當控制。指令和整體控制乃編為程式到關聯於主控制系統100的CPU裡。
電漿重組器15可以利用電漿技術，其近十年來已冒出成為於包含氫來源的氣態混合物中轉換二氧化碳以製造合成氣(氫和一氧化碳的混合物)的有效率方法。甲烷和/或水乃共同地使用做為氫來源。另外可選擇的是使用依賴催化作用的化學轉變裝置，其亦轉換主要包括二氧化碳和甲烷(莫耳比例不大於約1.5比1)的氣態混合物。此種化學轉變裝置乃多樣地顯示於美國專利第5,621,155和5,763,716號，以及描述於M.Rezaei、S.M.Alavi、S.Sahebdelfar、Zi-Feng Yan(2006年)的「貴金屬觸媒上之甲烷與二氧化碳重組的合成氣製造」(Sysgas Production by Methane Reforming with Carbon Dioxide on Noble Metal Catalysts)，Journal of Natural Gas Chemistry ，第15冊，第327~334頁。
較佳而言，使用電漿重組器，並且更偏好使用的電漿重組器乃依賴微波能量以生成電漿，因為它們能夠以比較低的能量成本來操作，並且可以操作成經過反應器的連續流動過程。此種微波型電漿反應器乃顯示於美國專利第 5,266,175和5,277,773號，並且如此技藝所已知的，這種電漿反應器可以用於從包含前述約50/50莫耳比例之CO2 和甲烷的氣體進給氣流來製造合成氣。此種微波能量電漿重組器15可以由從燃燒器-發電機20供應以足夠的電力，如流程圖中以示意的分配線22所指出的。此外，產生的電力可以用於驅動輔助的吹風機、壓縮機和其他機器以操作三個膜分離裝置2、12、30。預期這些都可以完成，而不需要來自正在供應煙道氣流1之電廠的電力。這可以是很重要的，因為供應煙道氣流1的燃燒器可以是非發電機，例如窯、製鋼廠或某些其他產熱裝置。再者，視混合以次氣流32a中可得的甲烷之二氧化碳(其生成CO2 /甲烷的第三進給氣流34而傳遞到電漿重組器15)所需的量而定，使用燃燒器-發電機20產生一些多餘的電力可以是很實用的，此種電力然後或可加以出售(見輸出電力線23)。
來自電漿重組器15的輸出是合成氣的連續氣流，其包括主要是一氧化碳和氫的混合物。視正供應到電漿重組器的進給氣流之約50/50混合物的精確比例而定，輸出比例將稍微變化。如果較高莫耳比例的二氧化碳存在於組合進給氣流，則合成氣可以包括較大百分比的CO和較小百分比的氫。如上所述，利用控制系統100來控制和調節流動調節器/攙合器6和33、調節器25、管線11的天然氣流入，同時監視三個進給氣流的組成和流動速率，如此則整體系統連續地運作而提供想要之莫耳比例的複合進給氣流。因此，該方法有效率地追蹤煙道氣體流入以完全利用它做為 主要的CO2 來源，而視需要調節存在的三個進給氣流，使之混合以提供所要特色的複合進給氣流來進給到電漿重組器15。
如此技藝所熟知的，雖然合成氣有多樣的用途，但是上述過程可以有利地與Fischer-Tropsch(F-T)反應器耦合，其將從具有此特色的合成氣進料來產生合成的液態碳氫化物，該合成的碳氫化物混合物有時稱為合成燃料。顯示於圖2的是具體化本發明多樣特色的進一步過程，其併入了F-T反應器40而做為此種整體過程的最後階段。該過程的主要部分係如上面關於圖1所述地執行。合成氣的離開氣流16則傳遞到F-T反應器40。
F-T反應器或F-T合成乃利用一組已知的化學反應，其把一氧化碳和氫的混合物有效地轉換為液態碳氫化物。F-T合成已變成氣體變液體之燃料技術的關鍵構件以及製造出石油代替品。來自F-T合成之想要的產物主要是烯類和/或烷類。F-T反應一般是在約150℃和300℃之間的溫度和比較高的壓力下進行。Fischer-Tropsch反應器是熟知的，其範例描述於前文所提到的美國專利。提供必需壓力所需的壓縮機可以從燃燒器-發電機20來供應電力；許多的化學反應一旦運作便是放熱的，並且提供熱和一些二氧化碳。此外，當F-T併入例如圖1的此種過程時，F-T本來的麻煩副產物(亦即二氧化碳)可以使用而變成優點。於圖2，F-T反應器的副產物包括熱和CO2 ，以及任何未反應的H2 、CH4 和/或CO，乃示意地由管線45所顯示，其指出它們正 被回收到燃燒器-發電機20，在此它們有效地用於提供額外的可燃物、提供額外的CO2 以透過管線29而傳遞到第三膜分離裝置、提供熱以用於關聯的氣體渦輪發電機或類似者來製造額外的電力。透過線41輸送在該F-T反應器中產生之合成燃料。
整體而言，控制系統100確保了能夠做到如上面解釋的有效率連續操作。控制系統100監視被分離做為濃縮氣流13之甲烷的量，並且在調節器25把該氣流分成三個次氣流。使足夠量的天然氣透過管線11供應到第二膜裝置12，如此則濃縮氣流13將足以提供足夠的甲烷來滿足次氣流26、28、32a所想要的功能。更特別而言，足夠的甲烷乃供應到管線26而攙合以正從煙道氣流1所獲得的所有CO2 ，以提供所要組成的進給氣流27，其然後混合以滲透經過膜分離裝置12的進給氣流14。此外，控制系統100確保足夠的甲烷係透過管線28和32a來傳遞以產生想要量的電力，同時提供包含CO2 的排放氣流29，其將於第三膜分離裝置30中分離而生成佔優勢的CO2 氣流32。控制第三次氣流32a以提供足夠的甲烷流動，而於調節器/攙合器33中以想要的約50/50莫耳混合物來混合以氣流32。此整體過程控制的結果例如是把所要組成的複合進給氣流進給到電漿重組器，譬如CO2 和CH4 是在約2%之1：1的比例。當F-T反應器40如圖2所示而併入整體系統時，則將有額外的CO2 提供於流入氣流29而到第三膜分離裝置；因此，控制系統100可能須要於通往攙合器/調節器33的管線32a 中提供額外的甲烷，並且如果需要的話或許也要增加主流入氣流中之天然氣11的量。結果，可以看到整體過程可以極有效率地使用被CO2 污染的天然氣流和來自化石燃料燃燒器之包含CO2 的煙道氣流，以有效地且有效率地製造合成之碳氫化物的連續氣流(有時稱為合成燃料)。
示範於圖3的是具體化本發明多樣特色而從包含CO2 的天然氣流來製造合成氣之方法的進一步具體態樣。圖3的具體態樣不同於前述過程之處在於它所操作的位置沒有來自化石燃料燃燒器或類似者之預備好的煙道氣流。於圖3的安排，進來的天然氣流11包含約2%和約40%之間的二氧化碳，而剩餘者主要是甲烷，乃類似地傳遞到膜分離裝置12。如之前描述的，裝置12把流入者分離成大於90%的甲烷濃縮氣流13和滲透氣流14，後者包含增加百分比的CO2 而其中CO2 和甲烷的組成是在約50/50莫耳比例。滲透氣流14則傳遞到轉變裝置，其最好是微波電漿重組器15。佔優勢的甲烷濃縮氣流13則傳遞到調節器25，其再次把氣流13的總流動分成三個次氣流26、28、32a。
控制系統100用於調節上述分出，並且在調節器25製造出想要的三個分離的流動或三個次氣流。足夠的甲烷乃包含於次氣流28中以生成至少適當的電力來運作電漿重組器15以及生成二個膜分離操作12和30所需的輔助電力。如同前面，控制系統100會監視流動於管線32之CO2 的量並且於管線32a中供應足夠的甲烷，如此則調節器/攙合器33會生成想要的約50/50莫耳比例之CO2 和甲烷的攙合 物，其透過管線34而傳遞到電漿重組器15。
當想要生成適合出口到天然氣使用者的次氣流26時，可能想要操作膜分離裝置12以製造包含比較小量CO2 (譬如約2%或更少)的甲烷濃縮物。另外可選擇的是次氣流26可能接受進一步的膜分離步驟，並且移除的CO2 再添加到氣流32。如大致關於圖1和2所描述的，控制系統100會控制整體過程以最終製造二個進給氣流14和34的混合物，其會具有想要的莫耳比例，譬如約1：1而無大於2%過量的CO2 。因此，從此種材料氣體供應來看，合成氣的製造係成為獨立操作，同時也提供了：(1)管線品質的甲烷氣流，譬如約2%或更少的CO2 ，而用於出口；以及(2)在特定設施所想要的多餘電力，亦即超出符合目前整體過程所需的。
圖4顯示從包含CO2 的天然氣流來製造合成氣之方法的進一步具體態樣，其具體化本發明的多樣特色並且類似於圖3所示範的過程。再次而言，進來的天然氣流11會包含約2%和約40%之間的二氧化碳，而剩餘者基本上是甲烷。它類似地傳遞到膜分離裝置12，其會把它分離成包含佔優勢之甲烷的濃縮氣流13以及滲透氣流14，後者會包含約50/50莫耳比例的二氧化碳和甲烷，舉例而言約1莫耳的CO2 對0.9莫耳的甲烷。滲透氣流再次做為微波電漿重組器15或類似者的第一進給氣流，並且佔優勢的甲烷濃縮氣流13則傳遞到調節器25，其再次把氣流13的總流動分成三個次氣流26、28、32a。次氣流28如同前面係指引到燃 燒器/發電機20，而次氣流32a則通往調節器/攙合器33，在此次氣流32a如同前面攙合以來自膜分離裝置30之佔優勢的CO2 氣流32。然而，於此設施，次氣流26乃傳遞到第二電漿重組器115，在此次氣流26混合以正在供應之水/水蒸氣的分開進來氣流114。
電漿重組器115可以基於第’773號專利所列的原理來操作，並且由於使用富含甲烷的氣流26以及水和/或水蒸氣的結果，其製造的合成氣所具有的氫含量將高於電漿重組器15所製造的。舉例而言，於電漿重組器15所製造的合成氣中，氫對一氧化碳的比例可以為約1：1；而藉由調節氣流26與水和/或水蒸氣之進來氣流114的流動，電漿重組器115可以於合成氣流116中製造出多達約3比1之氫對一氧化碳的比例。再者，所有的或部分的合成氣流116可以經由流動分出器124而轉向水移式反應器(water shift reactor，WSR)120，在此則轉向部分117中的CO與水和/或水蒸氣的另一流入氣流118反應，而經由CO+H2 O→CO2 +H2 反應來製造CO2 和H2 ；此進一步增加製造的氫量。然後舉例而言使用壓力擺盪吸附(pressure swing adsorption，PSA)單元123，如此技藝所已知的，而得以分離富含CO2 的氣流121和富含氫的氣流122。富含CO2 的氣流121然後進給到調節器/攙合器33，在此氣流121組合以富含甲烷的氣流32a和佔優勢的CO2 氣流32以形成第一電漿重組器15的進給氣流34。富含氫的氣流122則組合以合成氣流16和119，這樣進一步增加最終合成氣流130的 氫含量。
實施例
設施根據圖3所示的流程圖來操作以處理包含約10體積%的二氧化碳和約90體積%的甲烷之天然氣來源11。天然氣使用膜分離裝置和微波電漿反應器來處理以製造合成氣，以及從富含甲烷的產物氣流13來製造可變量之管線品質的氣體以用於出口，並且製造超過操作整體設施所需的多餘電力以用於出口。使用燃燒器-發電機20而把一些甲烷轉換成二氧化碳以用於電漿重組器15，同時也製造出操作電漿重組器所需的電力。部分之富含甲烷的氣流32a乃直接進給到攙合器/調節器33以匹配正從第二膜系統30所供應的CO2 量，而第二膜系統30正在從來自燃燒器-發電機20的排放氣流來製造佔優勢的CO2 氣流32。於此實施例，正在進給到電漿重組器15之複合進給氣流的氣體比例透過操作主要的膜分離裝置12和調節器25而由控制系統100所密切控制，以製造CO2 /CH4 等於約1：1的比例而無大於1或2%的多餘CO2 。
操作是依據圖3所示的流程圖來執行，而通往膜分離裝置12的流入氣流11是標準溫度和壓力下每小時約1000立方公尺(Nm3 /hr)的天然氣。裝置12乃設計成製造包含適合之CO2 /CH4 比例的滲透氣流14，其將做為第一進給氣流而傳遞到電漿重組器；裝置12還製造富含甲烷的濃縮氣流13，其包含最少的CO2 ，最好不大於約2% CO2 ，例如視為管線等級的天然氣。製造的滲透氣流為約152Nm3 /hr， 其組成為約54.5%的CO2 和約45.5%的CH4 。富含甲烷的氣流13則是約848Nm3 /hr，其包括約98%的CH4 和2%的CO2 。
操作系統而不從膜分離步驟12出口富含甲烷的氣體26可能是想要的，以便經由燃燒器/發電機20而製造多餘的電力來出口。控制系統100然後調節流動調節器25，如此則富含甲烷的氣流32a(其由膜分離裝置12所製造)的流動速率足以平衡來自第二膜分離裝置30之佔優勢的CO2 氣流32而生成想要的攙合物；其組成應該致使當此進給氣流34組合以滲透氣流14時，生成的複合進給氣流具有想要的CO2 /CH4 莫耳比例，亦即約1：1，以進給於電漿重組器15。剩餘之富含甲烷的氣流則於燃燒器中燃燒以製造電力，其足以操作電漿重組器15和設施的其他部分(譬如膜分離步驟)，並且把多餘的電力遠距出口。舉例而言，當約408Nm3 /hr之富含甲烷的氣流13燃燒於燃燒器-發電機20以製造電力時，假設產生電力的效率為40%，則燃燒器總共產生約1591千瓦的電力，其相當大於操作電漿重組器15所需的電力。
更特別而言，來自燃燒器-發電機20的排放氣體係於第二膜系統30中處理，以製造包含差不多400Nm3 /hr CO2 之佔優勢的CO2 氣流32(假設約98%的回收)，其然後進給到攙合器/調節器33，在此它混合以氣流32a。結果，於傳遞到電漿重組器之複合進給氣流中的CO2 總量是約500Nm3 /hr；其主要是由滲透氣流14中的CO2 加上佔優勢的 CO2 氣流32所組成。為了於電漿重組器的進給物中提供約1：1的淨CO2 /CH4 莫耳比例，約440Nm3 /hr之富含甲烷的氣流乃做為氣流32a而送去攙合以佔優勢的CO2 氣流32，後者具有的流動為約400Nm3 /hr的CO2 。控制系統100監視氣流組成並且視需要來做調節。製造的總合成氣為約2000Nm3 /hr(假設100%的轉換)，則需要約300千瓦的電力來操作電漿重組器15(假設每立方公尺的合成氣之電力消耗為0.15千瓦小時)。因此，製造了約1291千瓦的多餘電力，其可以用於操作製程工廠的其他部分，譬如供給膜分離系統等的電力，並且剩餘的電力可以遠距出口。
對於出口一些管線品質的氣體是想要的情況來看，就如上面1000Nm3 /hr的流入天然氣來說，約628Nm3 /hr之富含甲烷的次氣流26可以出口成為管線品質的氣體。於此情況，僅約102Nm3 /hr之富含甲烷的氣流26是燃燒於燃燒器中，並且捕捉了約100Nm3 /hr所製造的CO2 ；此從燃燒器-發電機製造了約398千瓦的電力。進給到電漿重組器之複合進給氣流中的CO2 總流動則僅185Nm3 /hr，其係由滲透氣流14中的CO2 和佔優勢的CO2 氣流32所組成。為了補償滲透氣流14中之較高百分比的CO2 ，來自富含甲烷的氣流之約116Nm3 /hr的甲烷乃供應成為氣流32a；此導致進給到電漿重組器15的複合進給氣流有想要的約1：1之CO2 /CH4 莫耳比例。電漿重組器製造740Nm3 /hr的合成氣，並且需要約111千瓦的電力來操作電漿重組器以製造此體積的合成氣，而留下製造了多出約282千瓦的電力 (假設燃燒器的效率為40%)。此多餘的電力可以用於操作剩餘的設施，而仍留下一些電力來遠距出口。
圖3所示之流程圖的益處應該很明顯，亦即能夠利用天然氣流裡所發現的CO2 雜質而把它轉換成合成氣(其然後可以轉換為合成燃料或其他工業上有價值的化學品)，同時產生操作此種電漿重組器以及膜分離步驟所需的電力。此外，也捕捉了產生電力之燃燒過程所製造的CO2 。
對於包含10%之CO2 的天然氣而言，該方法能夠利用流入之天然氣流的實質整個CO2 含量，以及利用燃燒一些甲烷所製造的CO2 ，以便供應電漿重組器於製造合成氣(其使用甲烷和二氧化碳做為僅有的反應物)所需的所有能量。假設CO2 於電漿重組器中都轉換為合成氣，則來自該過程的淨CO2 排放基本上為零，或者極為稀少；相較於習用的氣體變液態技術把所有CO2 排放到大氣，CO2 的排放將會顯著減少。
雖然本發明已經描述於各式各樣的不同方面，其構成了發明人目前已知執行本發明的最佳模式，但是應該了解此技藝中具一般技術者顯然可以做出多樣的變化和修改，而不偏離本發明列於所附申請專利範圍的範疇。舉例而言，併入額外的電漿重組器而操作於甲烷/水蒸氣/水的進給氣流也可以包含而做為圖1或圖2過程的一部分，以增加最終合成氣中之氫對一氧化碳的比例。透過納入水移式反應器和PSA單元，可能會有更大的增加。
本發明的特色乃強調於接下來的申請專利範圍。
1‧‧‧煙道氣流
2‧‧‧第一膜分離裝置
3‧‧‧濃縮氣流
4‧‧‧滲透氣流
6‧‧‧流動調節器/攙合器
11‧‧‧天然氣流
12‧‧‧第二膜分離裝置
13‧‧‧濃縮氣流
14‧‧‧滲透氣流
15‧‧‧電漿重組器
16‧‧‧離開氣流
20‧‧‧燃燒器-發電機
22‧‧‧分配線
23‧‧‧輸出電力線
25‧‧‧流動調節器
26‧‧‧第一次氣流
27‧‧‧攙合氣流
28‧‧‧第二次氣流
29‧‧‧排放氣流
30‧‧‧第三膜分離裝置
31‧‧‧濃縮氣流
32‧‧‧滲透氣流
32a‧‧‧第三次氣流
33‧‧‧調節器/攙合器
34‧‧‧進給氣流
40‧‧‧F-T反應器
41‧‧‧合成燃料產物線
45‧‧‧副產物線
100‧‧‧控制系統
114‧‧‧水/水蒸氣的進來氣流
115‧‧‧電漿重組器
116‧‧‧合成氣流
117‧‧‧轉向部分
118‧‧‧水/水蒸氣的流入氣流
119‧‧‧合成氣流
120‧‧‧水移式反應器(WSR)
121‧‧‧富含CO2 的氣流
122‧‧‧富含氫的氣流
123‧‧‧PSA(壓力擺盪吸附)單元
124‧‧‧流動分出器
130‧‧‧最終合成氣流
圖1是示範具體化本發明多樣特色的示意流程圖，其中包含被CO2 污染之甲烷的天然氣流入氣流以及來自產生能量之電廠或其他燃燒器的煙道氣流是使用膜技術來處理，以製造用於合成氣微波電漿重組器的進給氣流而做為部分的共生操作，其允許整體系統運作而不進口任何電力，甚至將可能允許出口一些電力。
圖2是類似於圖1所示的示意流程圖，其也是連同既存的電廠或燃燒器來操作，其中合成氣輸出乃進給到Fischer-Tropsch反應器以生成液態碳氫化物，同時回收來自F-T反應器的副產物和熱而用於輔助生成共生電力。
圖3是示範具體化本發明多樣特色的示意流程圖，其中包含被CO2 污染之甲烷的獨立天然氣流入氣流是使用膜技術來處理，以製造用於合成氣微波電漿重組器的進給氣流而做為部分的共生操作，其允許整體系統運作而不進口任何電力，甚至將可能允許出口一些電力。
圖4是類似於圖3的示意系統流程圖，用來處理污染了CO2 的天然氣，其中提供了第二合成氣電漿重組器，其製造出較高氫含量的第二合成氣流，這對於製造較低碳鏈的碳氫化物而言特別有價值。
1．．．煙道氣流
2．．．第一膜分離裝置
3．．．濃縮氣流
4．．．滲透氣流
6．．．流動調節器/攙合器
11．．．天然氣流
12．．．第二膜分離裝置
13．．．濃縮氣流
14．．．滲透氣流
15．．．電漿重組器
16．．．離開氣流
20．．．燃燒器-發電機
22．．．分配線
23．．．輸出電力線
25．．．流動調節器
26．．．第一次氣流
27．．．攙合氣流
28．．．第二次氣流
29．．．排放氣流
30．．．第三膜分離裝置
31．．．濃縮氣流
32．．．滲透氣流
32a．．．第三次氣流
33．．．調節器/攙合器
34．．．進給氣流
100．．．控制系統

Claims (20)

  1. 一種於電漿或化學重組裝置中從煙道氣流和天然氣流來製造合成氣的方法，該方法包括：提供來自碳或碳氫化物燃燒器的煙道氣流，以及把此種氣流於第一半透膜裝置中分離成第一佔優勢的CO2 氣流和包含佔優勢之N2 的第二氣流，提供包含CH4 和約2%和40%之間的CO2 的天然氣流，以及於第二半透膜裝置中分離此種氣流以提供第一進給氣流和第三氣流，第一進給氣流的CO2 含量有所增加並且包含約50/50莫耳比例(如在此定義)的CO2 和CH4 ，而第三氣流包含至少約90%的甲烷，把來自該第三氣流的第一次氣流攙合以該第一佔優勢的CO2 氣流，以生成包含約50/50莫耳比例之CO2 和CH4 的第二進給氣流，於共生設備中，以空氣來燃燒來自該第三氣流的第二次氣流以製造電力，把來自共生設備的排放氣流傳遞到第三半透膜裝置，以及分離出第二佔優勢的CO2 氣流，把該第二佔優勢的CO2 氣流攙合以該第三氣流的第三次氣流，以生成包含約50/50莫耳比例之CO2 和CH4 的第三進給氣流，以及把該第一、第二、第三進給氣流所組成的複合進給氣流傳遞到電漿或化學重組裝置，而把此等轉換成合成氣，藉此合成氣是於環保的過程中從天然氣和煙道氣流所 製造，而該方法是受到控制以產生足夠的電力來操作該第一、第二、第三膜分離裝置以及該電漿或化學重組裝置。
  2. 如申請專利範圍第1項的方法，其中該複合進給氣流乃傳遞到微波電漿反應器而產生合成氣流。
  3. 如申請專利範圍第2項的方法，其中該合成氣流乃提供成為對Fischer-Tropsch(F-T)反應器的進料，而生成液態碳氫化物、熱及尾氣。
  4. 如申請專利範圍第3項的方法，其中來自該F-T反應器的熱貢獻給共生設備來產生電力，並且該尾氣於共生設備中燃燒或組合以該排放氣流或該煙道氣流而提供額外的二氧化碳。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項的方法，其中該第二半透膜裝置採用聚合膜，其選自以下所構成的群組：聚二甲矽氧(PDMS)、聚亞醯胺、聚芳醚、聚芳酮、聚碳酸酯、聚碸及聚乙炔。
  6. 如申請專利範圍第5項的方法，其中該半透膜是二甲矽氧聚合物。
  7. 如申請專利範圍第1至4項中任一項的方法，其中該第一半透膜裝置採用聚合片材做為其半透膜，並且該第一氣流滲透通過該膜。
  8. 如申請專利範圍第7項的方法，其中該半透膜包括厚度約0.1微米和10微米之間的PDMS片材。
  9. 如申請專利範圍第7項的方法，其中該半透膜是聚二甲矽氧片材而做為具有支撐性多孔聚合膜的層合物。
  10. 一種於電漿或化學重組裝置中從包含顯著量CO2 之天然氣流來製造合成氣的方法，該方法包括：提供包含CH4 和約2%和40%之間的CO2 的天然氣流，以及於半透膜裝置中分離此種氣流以提供第一滲透氣流和富含甲烷的濃縮氣流，第一滲透氣流的CO2 含量有所增加以及包含約50/50莫耳比例(如在此定義)的CO2 和CH4 ，而富含甲烷的濃縮氣流包含至少約90%的甲烷，於共生設備中，以空氣來燃燒來自該濃縮氣流的次氣流以製造電力，把來自該共生設備的排放氣流傳遞到另一半透膜裝置，以及分離出佔優勢的CO2 滲透氣流，把該佔優勢的CO2 滲透氣流攙合以該富含甲烷的濃縮氣流之另一次氣流，以生成包含約50/50莫耳比例之CO2 和CH4 的進給氣流，以及把該第一滲透氣流和該進給氣流所組成的複合進給氣流傳遞到電漿或化學重組裝置，而把此等轉換成合成氣，藉此合成氣是於環保的過程中從包含CO2 的天然氣所製造，而該方法受到控制以產生足夠的電力以操作該膜分離裝置和該電漿或化學重組裝置。
  11. 如申請專利範圍第10項的方法，其中該複合進給氣流乃傳遞到微波電漿反應器而產生合成氣流。
  12. 如申請專利範圍第11項的方法，其中該合成氣流乃提供成為對Fischer-Tropsch(F-T)反應器的進料，而生成液態碳氫化物、熱及尾氣。
  13. 如申請專利範圍第12項的方法，其中來自該F-T反應器的熱貢獻給共生設備以產生電力，並且該尾氣於共生設備中燃燒或組合以該排放氣流或該煙道氣流以提供額外的二氧化碳。
  14. 如申請專利範圍第10至13項中任一項的方法，其中該半透膜裝置採用聚合膜，其選自以下所構成的群組：聚二甲矽氧(PDMS)、聚亞醯胺、聚芳醚、聚芳酮、聚碳酸酯、聚碸及聚乙炔。
  15. 如申請專利範圍第10至13項中任一項的方法，其中該半透膜裝置採用聚二甲矽氧(PDMS)片材而做為具有支撐性多孔聚合膜的層合物。
  16. 如申請專利範圍第10項的方法，其中該天然氣流包含約5%和35%之間的CO2 ，該富含甲烷的濃縮氣流包括至少約98%的甲烷，其中第三次氣流從該富含甲烷的濃縮氣流分出而出口做為管線品質的天然氣。
  17. 一種於電漿或化學重組裝置中從包含顯著量CO2 之天然氣流來製造合成氣的方法，該方法包括：提供包含CH4 和約2%和40%之間的CO2 的天然氣流，以及於半透膜裝置中分離此種氣流以提供第一滲透氣流和富含甲烷的濃縮氣流，第一滲透氣流的CO2 含量有所增加並且包含約50/50莫耳比例(如在此定義)的CO2 和CH4 ，而富含甲烷的濃縮氣流包含至少約90%的甲烷，於共生設備中，以空氣來燃燒來自該濃縮氣流的次氣流以製造電力， 把來自共生設備的排放氣流傳遞到另一半透膜裝置，並且分離出佔優勢的CO2 滲透氣流，把該佔優勢的CO2 滲透氣流攙合以該濃縮氣流的另一次氣流，以生成包含約50/50莫耳比例之CO2 和CH4 的進給氣流，把該第一滲透氣流和該進給氣流所組成的複合進給氣流傳遞到電漿重組裝置，而把此等轉換成第一合成氣產物氣流，從該濃縮氣流分出第三次氣流，以及把它進給到第二電漿重組裝置做為與水蒸氣和/或水的混合物，而把此種混合物轉換成較高氫含量的第二合成氣產物氣流，以及組合該第一和第二合成氣產物氣流，藉此具有比較高氫含量的合成氣是於環保的過程中從天然氣所製造，而該方法是受到控制以產生足夠的電力來操作該膜分離裝置和該二個電漿重組裝置。
  18. 如申請專利範圍第17項的方法，其中該二個電漿重組裝置是微波電漿反應器。
  19. 如申請專利範圍第17項的方法，其中部分的該第二合成氣產物氣流指引到水移式反應器(WSR)，在此其CO部分與水和/或水蒸氣反應以製造額外的H2 ，其中來自WSR的H2 組合以該第一合成氣產物氣流和剩餘的該第二合成氣產物氣流而做為富含氫的氣流。
  20. 如申請專利範圍第19項的方法，其中來自該WSR的輸出乃傳遞到壓力擺盪吸附單元以製造富含氫的氣流和 富含CO2 的氣流，後者則添加到佔優勢的CO2 滲透氣流。
TW100123625A 2010-07-09 2011-07-05 透過利用膜技術之合成氣製造 TWI460122B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US36297510P 2010-07-09 2010-07-09

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201213231A TW201213231A (en) 2012-04-01
TWI460122B true TWI460122B (zh) 2014-11-11

Family

ID=44474975

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW100123625A TWI460122B (zh) 2010-07-09 2011-07-05 透過利用膜技術之合成氣製造

Country Status (9)

Country Link
US (1) US8669294B2 (zh)
EP (1) EP2590894B1 (zh)
JP (1) JP5799094B2 (zh)
CN (1) CN103108831B (zh)
AU (1) AU2011276451B2 (zh)
CA (1) CA2804389C (zh)
TW (1) TWI460122B (zh)
WO (1) WO2012006155A1 (zh)
ZA (1) ZA201300052B (zh)

Families Citing this family (42)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9005335B2 (en) * 2010-09-13 2015-04-14 Membrane Technology And Research, Inc. Hybrid parallel / serial process for carbon dioxide capture from combustion exhaust gas using a sweep-based membrane separation step
US9856769B2 (en) 2010-09-13 2018-01-02 Membrane Technology And Research, Inc. Gas separation process using membranes with permeate sweep to remove CO2 from combustion exhaust
US9140186B2 (en) * 2010-09-13 2015-09-22 Membrane Technology And Research, Inc Sweep-based membrane gas separation integrated with gas-fired power production and CO2 recovery
CN103058136B (zh) * 2012-11-28 2015-06-03 吉林大学 车载燃料的微波等离子在线制氢系统
DE102012023832A1 (de) * 2012-12-06 2014-06-12 Evonik Industries Ag Integrierte Anlage und Verfahren zum flexiblen Einsatz von Strom
WO2014134246A2 (en) * 2013-02-28 2014-09-04 Air Products And Chemicals, Inc. Process and apparatus for producing oxygen and nitrogen using ion transport membranes
MX359580B (es) * 2013-05-10 2018-10-03 Arstroma Co Ltd Dispositivo para separar dioxido de carbono usando pelicula de separacion de silicona y metodo para fabricar la misma.
US9533260B2 (en) * 2013-07-03 2017-01-03 Centro De Investigacion En Quimica Aplicada Method and system for obtaining sweet gas, synthetic gas and sulphur from natural gas
DE102013016660A1 (de) 2013-10-09 2015-04-09 Ralf Spitzl Verfahren und Vorrichtung zur plasmakatalytischen Umsetzung von Stoffen
DE102013020905A1 (de) * 2013-12-16 2015-06-18 Ralf Spitzl Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Synthesegas
US10370539B2 (en) 2014-01-30 2019-08-06 Monolith Materials, Inc. System for high temperature chemical processing
US20150211378A1 (en) * 2014-01-30 2015-07-30 Boxer Industries, Inc. Integration of plasma and hydrogen process with combined cycle power plant, simple cycle power plant and steam reformers
US11939477B2 (en) 2014-01-30 2024-03-26 Monolith Materials, Inc. High temperature heat integration method of making carbon black
ES2954251T3 (es) 2014-01-31 2023-11-21 Monolith Mat Inc Antorcha de plasma con electrodos de grafito
US10060348B2 (en) * 2014-09-25 2018-08-28 Air Products And Chemicals, Inc. Membrane separation of carbon dioxide from natural gas with energy recovery
CN106852130B (zh) 2014-09-30 2020-09-11 新加坡国立大学 用于将生物质转变成氢的催化膜系统
WO2016126600A1 (en) 2015-02-03 2016-08-11 Monolith Materials, Inc. Regenerative cooling method and apparatus
MX2018001259A (es) 2015-07-29 2018-04-20 Monolith Mat Inc Aparato y método de diseño de energía eléctrica para soplete de plasma cc.
CA3033947C (en) 2015-09-09 2024-05-28 Monolith Materials, Inc. Circular few layer graphene
DE102015218098A1 (de) * 2015-09-21 2017-03-23 Deutsche Lufthansa Ag Verfahren zur thermischen Spaltung von Kohlenwasserstoffen und korrespondierende Vorrichtung
CN105688618B (zh) * 2016-01-19 2018-12-11 桂盟链条（太仓）有限公司 一种热处理废气电浆重组发电方法及电浆重组反应器
WO2017190015A1 (en) 2016-04-29 2017-11-02 Monolith Materials, Inc. Torch stinger method and apparatus
US10787362B2 (en) * 2016-05-16 2020-09-29 Christopher L. de Graffenried, SR. Hydrogen co-firing with carbon pre-capture for higher carbon ratio fossil fuels
US9546785B1 (en) * 2016-06-13 2017-01-17 Membrane Technology And Research, Inc. Sweep-based membrane separation process for removing carbon dioxide from exhaust gases generated by multiple combustion sources
CN106281519B (zh) * 2016-10-21 2021-09-14 山西高碳能源低碳化利用研究设计院有限公司 带有膜分离器的焦炉煤气甲烷化装置和方法
US9782718B1 (en) 2016-11-16 2017-10-10 Membrane Technology And Research, Inc. Integrated gas separation-turbine CO2 capture processes
EP3592810A4 (en) 2017-03-08 2021-01-27 Monolith Materials, Inc. SYSTEMS AND METHODS FOR THE PRODUCTION OF CARBON PARTICLES WITH HEAT TRANSFER GAS
EP3612600A4 (en) 2017-04-20 2021-01-27 Monolith Materials, Inc. PARTICULAR SYSTEMS AND PROCEDURES
US10654582B2 (en) 2017-08-09 2020-05-19 Hamilton Sundstrand Corporation Fuel separation unit for inert gas generating system
CN111278767A (zh) 2017-08-28 2020-06-12 巨石材料公司 用于颗粒生成的系统和方法
CN108251284B (zh) * 2017-12-19 2021-02-26 环境保护部华南环境科学研究所 一种微生物硝化法分解固体有机物废弃物的设备
US11633710B2 (en) 2018-08-23 2023-04-25 Transform Materials Llc Systems and methods for processing gases
CN112867702B (zh) 2018-08-23 2024-07-26 转化材料有限公司 处理气体的系统和方法
US11155760B2 (en) * 2019-04-30 2021-10-26 Honeywell International Inc. Process for natural gas production
JP2022549415A (ja) * 2019-09-25 2022-11-25 シエル・インターナシヨネイル・リサーチ・マーチヤツピイ・ベー・ウイ 噴射器堆積物を低減するためのプロセス
WO2021230045A1 (ja) * 2020-05-14 2021-11-18 日東電工株式会社 二酸化炭素捕捉処理システム及びｃｏ２ネガティブエミッション工場
WO2022038230A1 (en) * 2020-08-21 2022-02-24 Haldor Topsøe A/S Off-gas utilization in electrically heated reforming plant
CA3097513C (en) 2020-10-30 2024-01-16 Thermon Canada Inc. Methane destruction apparatus and method of converting fugitive methane emissions
WO2022150619A1 (en) * 2021-01-08 2022-07-14 Lummus Technology Llc Enhanced hydrogen recovery utilizing gas separation membranes integrated with pressure swing adsorption unit and/or cryogenic separation system
WO2022211109A1 (ja) * 2021-03-31 2022-10-06 古河電気工業株式会社 有用炭化水素の製造方法および有用炭化水素の製造装置
WO2023039043A1 (en) * 2021-09-09 2023-03-16 Transform Materials Llc Systems and methods for processing gases
AU2023206393A1 (en) * 2022-01-14 2024-08-22 Recarbon, Inc. Integrated carbon transformation reformer and processes

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5266175A (en) * 1990-07-31 1993-11-30 Exxon Research & Engineering Company Conversion of methane, carbon dioxide and water using microwave radiation
US6248794B1 (en) * 1999-08-05 2001-06-19 Atlantic Richfield Company Integrated process for converting hydrocarbon gas to liquids
US20070029647A1 (en) * 2005-08-02 2007-02-08 U.S. Monolithics, L.L.C. Radio frequency over-molded leadframe package
US20080272340A1 (en) * 2005-02-01 2008-11-06 Daphne Koh Method for Producing Syngas with Low Carbon Dioxide Emission

Family Cites Families (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4529411A (en) 1982-03-12 1985-07-16 Standard Oil Company CO2 Removal from high CO2 content hydrocarbon containing streams
JPS60197298A (ja) * 1984-03-19 1985-10-05 Matsushita Electric Ind Co Ltd メタン発酵装置
US5621155A (en) 1986-05-08 1997-04-15 Rentech, Inc. Process for the production of hydrocarbons
US4975164A (en) 1989-12-27 1990-12-04 Exxon Research And Engineering Company Conversion of C2 + hydrocarbons using microwave radiation (OP-3515)
US5277773A (en) 1989-12-27 1994-01-11 Exxon Research & Engineering Co. Conversion of hydrocarbons using microwave radiation
JPH0699035A (ja) * 1992-09-21 1994-04-12 Chubu Electric Power Co Inc 排ガス中の二酸化炭素の分離回収方法
US5411721A (en) 1992-12-29 1995-05-02 Uop Process for the rejection of CO2 from natural gas
FR2758317B1 (fr) 1997-01-13 1999-09-17 Piotr Czernichowski Conversion d'hydrocarbures assistee par les arcs electriques glissants en presence de la vapeur d'eau et/ou de gaz carbonique
WO1999006138A1 (en) 1997-08-01 1999-02-11 Exxon Research And Engineering Company Co2-selective membrane process and system for reforming a fuel to hydrogen for a fuel cell
JP3620239B2 (ja) * 1997-09-18 2005-02-16 いすゞ自動車株式会社 天然ガス改質装置における酸素除去装置及び該装置を備えたガスエンジン
JPH11322638A (ja) * 1998-05-12 1999-11-24 Tatsuaki Yamaguchi Ｃ２ 炭化水素、一酸化炭素および／または水素の製造法
JP4132295B2 (ja) * 1998-09-30 2008-08-13 千代田化工建設株式会社 炭酸ガスを含む低級炭化水素ガスから液体炭化水素油を製造する方法
US6153852A (en) 1999-02-12 2000-11-28 Thermal Conversion Corp Use of a chemically reactive plasma for thermal-chemical processes
EP1106788A1 (en) * 1999-12-09 2001-06-13 Abb Research Ltd. Co-generation of electricity and hydrocarbons
NO314911B1 (no) 2000-04-19 2003-06-10 Norsk Hydro As Fremgangsmåte for generering av varme og kraft samt anvendelse derav
EP1249264A1 (en) 2001-04-11 2002-10-16 Ammonia Casale S.A. Process for the separation and recovery of carbon dioxide from waste gas or fumes produced by combustible oxidation
US6890672B2 (en) 2001-06-26 2005-05-10 Idatech, Llc Fuel processor feedstock delivery system
AU2002324270B2 (en) * 2001-08-22 2007-10-11 Sasol Technology (Proprietary) Limited Production of synthesis gas and synthesis gas derived products
JP3670229B2 (ja) * 2001-09-05 2005-07-13 川崎重工業株式会社 液化ｃｏ２回収を伴う水素製造方法及び装置
US6976362B2 (en) 2001-09-25 2005-12-20 Rentech, Inc. Integrated Fischer-Tropsch and power production plant with low CO2 emissions
US6596780B2 (en) 2001-10-23 2003-07-22 Texaco Inc. Making fischer-tropsch liquids and power
US6572678B1 (en) 2001-12-28 2003-06-03 Membrane Technology And Research, Inc. Natural gas separation using nitrogen-selective membranes of modest selectivity
US6846404B2 (en) * 2002-04-09 2005-01-25 Chevron U.S.A. Inc. Reducing CO2 levels in CO2-rich natural gases converted into liquid fuels
CA2493279A1 (en) 2002-07-23 2004-01-29 Ralf Spitzl Plasma reactor for carrying out gas reactions and method for the plasma-supported reaction of gases
WO2005007565A2 (en) 2003-06-10 2005-01-27 Nuvotec, Inc. Continuous production of carbon nanomaterials using a high temperature inductively coupled plasma
US7314503B2 (en) 2003-12-08 2008-01-01 Syntroleum Corporation Process to remove nitrogen and/or carbon dioxide from methane-containing streams
US20050180907A1 (en) 2004-01-28 2005-08-18 Holcomb Robert R. Method of converting green house gases from fossil fuels into non-toxic base elements
US20060230935A1 (en) 2004-03-23 2006-10-19 Keith Michael Method and system for producing inert gas from combustion by-products
JP2005337032A (ja) * 2004-05-24 2005-12-08 Honda Motor Co Ltd 改質ガス製造方法
US20090100752A1 (en) 2004-06-26 2009-04-23 Sessa John P Device for converting carbonaceous matter into synthesis gas and associated methods
US7396972B2 (en) * 2005-08-25 2008-07-08 Exxonmobil Chemical Patents Inc. Methanol feed for producing olefin streams
US7634915B2 (en) 2005-12-13 2009-12-22 General Electric Company Systems and methods for power generation and hydrogen production with carbon dioxide isolation
ZA200808242B (en) * 2006-03-30 2010-01-27 Nippon Steel Eng Co Ltd Liquid fuel synthesising system
US7588746B1 (en) 2006-05-10 2009-09-15 University Of Central Florida Research Foundation, Inc. Process and apparatus for hydrogen and carbon production via carbon aerosol-catalyzed dissociation of hydrocarbons
US7686856B2 (en) 2006-06-19 2010-03-30 Praxair Technology, Inc. Method and apparatus for producing synthesis gas
US7637984B2 (en) 2006-09-29 2009-12-29 Uop Llc Integrated separation and purification process
US7648566B2 (en) 2006-11-09 2010-01-19 General Electric Company Methods and apparatus for carbon dioxide removal from a fluid stream
US7966829B2 (en) 2006-12-11 2011-06-28 General Electric Company Method and system for reducing CO2 emissions in a combustion stream
KR20100029775A (ko) 2007-05-24 2010-03-17 후지필름 매뉴팩츄어링 유럽 비.브이. 옥시에틸렌기를 포함하는 멤브레인

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5266175A (en) * 1990-07-31 1993-11-30 Exxon Research & Engineering Company Conversion of methane, carbon dioxide and water using microwave radiation
US6248794B1 (en) * 1999-08-05 2001-06-19 Atlantic Richfield Company Integrated process for converting hydrocarbon gas to liquids
US20080272340A1 (en) * 2005-02-01 2008-11-06 Daphne Koh Method for Producing Syngas with Low Carbon Dioxide Emission
US20070029647A1 (en) * 2005-08-02 2007-02-08 U.S. Monolithics, L.L.C. Radio frequency over-molded leadframe package

Also Published As

Publication number Publication date
US8669294B2 (en) 2014-03-11
WO2012006155A1 (en) 2012-01-12
EP2590894A1 (en) 2013-05-15
CN103108831A (zh) 2013-05-15
JP5799094B2 (ja) 2015-10-21
AU2011276451A1 (en) 2013-02-07
TW201213231A (en) 2012-04-01
ZA201300052B (en) 2014-05-28
US20130131199A1 (en) 2013-05-23
JP2013538772A (ja) 2013-10-17
CA2804389C (en) 2017-01-17
EP2590894B1 (en) 2016-03-23
AU2011276451B2 (en) 2014-03-06
CN103108831B (zh) 2016-01-20
CA2804389A1 (en) 2012-01-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI460122B (zh) 透過利用膜技術之合成氣製造
JP4053103B2 (ja) 濃縮空気改質及び合成ループへの窒素の投入を用いたアンモニアの製造
AU717051B2 (en) Method for producing oxygen and generating power using a solid electrolyte membrane integrated with a gas turbine
JP4842801B2 (ja) 後燃焼室を有するガスタービン用のコジェネレーション方法および装置
CN1116509C (zh) 与燃气轮机结合的电解质膜生产氧化产物和发电的方法
CN1295140C (zh) 提高反应器产量的方法
US8124049B2 (en) Zero steam export with CO2 recovery in a high thermal efficiency hydrogen plant
CN1304780A (zh) 生产二氧化碳的方法和装置
AU2018389971B2 (en) Process for producing a hydrogen-containing synthesis gas
JP2000026102A (ja) セラミック膜式改質反応器
TW201200234A (en) Gas-to-liquid technology
JP7377381B2 (ja) 炭素を原料ガス反応器に再循環させる方法
CN117177936A (zh) 蓝氨生产方法
CN110958988A (zh) 用于改善氨合成气装置的效率的方法
CN114634159A (zh) 使用原料气反应器生产一种或多种产品的方法
CN107278340A (zh) 燃料电池系统
AU2023265390A1 (en) Method for production of blue ammonia
CN107001036A (zh) 一种通过烟气再循环生成合成气的方法
CN112752726A (zh) 蒸汽重整过程中的碳再循环
EP4421027A1 (en) Method for producing ammonia with reduced emissions and system thereof
JP2005342562A (ja) 水素精製方法およびその装置
JP2020079174A (ja) 水素製造装置
JP2004175584A (ja) 水素製造装置及び水素製造方法
PL235858B1 (pl) Układ otrzymywania energii elektrycznej z gazów zawierających metan

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees