[发明专利]在多个金属浴反应器中的气体转移

说明书

相关申请

这份申请要求给予2008年2月1日申请的美国专利临时申请第号61/025,684的利益。上述申请的全部教导在此通过引证被并入。

发明领域

本发明描述用来生产包含甲烷(CH₄)、合成气(CO/H₂)和氢(H₂)的高纯高压气流的方法。该方法能有利地用来以比目前用现有技术的方法可得的成本低的成本大量地生产这些气体产品。甲烷气流能作为燃料或能源和/或作为基本成份用来生产许多分子量比较高的烃。氢气能用于多种应用，包括但不限于还原溶解在液态金属中的碳、燃料电池的H₂库和加氢反应。在一个实施方案中，合成气(CO/H₂)能以1∶1的比例在高压和高纯度下递送供诸如Fischer-Tropsch反应之类的变化非常多的化学转化使用。

背景技术

现在已经明确全世界能源短缺，而且已经特别强调用来把我们丰富的自然资源的(例如，煤)转变转化成用途更宽广的气体材料(例如，合成气(CO/H₂)，氢(H₂)，甲烷(CH₄)和其它低分子量的烃)的新技术。此外，天然气和能代替天然气使用的高价值能源的经济生产已变成经济需要。天然气有包括大约80％-85％甲烷(CH₄)大约10％乙烷(C₂H₆)以及不同百分比的包括丙烷(C₃H₈)和丁烷(C₄H₁₀)在内的高级烃的组成。天然气的主要成份(甲烷)有大约23875Btu/Ib的热值。

就地生产和在像发电那样的消耗能源的应用中利用天然气和其它高BTU值气体组合物有具体的利益。虽然煤的燃烧产生蒸汽，能用来发电，但是煤沉积物往往包含相当数量的杂质(例如，硫和汞)并因此在利用之前必须经受费用高昂的处理。因此，把煤中的碳直接转化为像甲烷气体这样的高纯度的烃类产品仍然是非常令人向往的目标。现在可用的许多程序尚未被证明是经济的。为了满足当前的能源和原材料需求，必须研发能使用潜在的低级煤资源的非常经济的和生态学方面无瑕疵的新程序。

与煤的气化迥然相反，焚烧通常包括用高温火焰点火的高温分解(1200℃)和燃烧的组合。在这样高的温度下，高温分解把有机化合物转变成更容易氧化的形式，但是氧化步骤需要由此产生的起初的高能碳质碎屑与氧的真实碰撞。在分子水平上缺乏有效的混合妨碍氧化的比率。作为替代，更现代化的煤气化方法是在高温下开始的，但是为了热分解成分子碎屑然后把原子碳用其它特定的化学转化变成可用的气态物种，煤被注入灼热的熔融金属浴液。

举例来说，在Rummel的美国专利第2,647,045号中，从铁矿石的还原或从“煤产品的非易燃残留物”获得熔融熔渣浴液沿着环路流动，最后粉碎的煤被注入该浴液，和分开添加的空气也连同“吸热的气体反应物(例如，水和CO₂)”一起被传输。Johanson的美国专利第3,700,584号在把煤转化成有用的烃类产品的气化程序中处理含氧量高的低质量的煤。

在美国专利第4,388,084号中，铁浴被用于煤的气化。在授权给Okarmira等人的关于使用熔融铁浴气化煤的主题的美国专利第4,389,246号中描述从乙烷的底吹。乙烷或其它烃类气体用来搅动该混合物并且被Okamura等人视为等同于氧化气体。从上方注入被用于Gcrabardt等人的美国专利第4,043,766号、Qkamura等人的美国专利第4,389,246号、Okane等人的美国专利第4,388,084号和Bell等人的美国专利第4,431,612号。

其它的利用蒸汽和碳生产合成气的程序已被揭示。举例来说，Leonarz的美国专利第1、592、861号描述了通过让蒸汽在熔融金属浴中接触未化合的碳生产水煤气的方法。蒸汽在900℃到1200℃的温度下被分解成它相应的元素。气体中与氧化合的碳在数量上足以产生一氧化碳但是不够制造可感知量的二氧化碳。

熔融的铁被Rasor在美国专利第4,187,672号和第4,244,180号中作为溶剂用于通过从液面以上引进煤生成碳；然后，碳在长期驻留期间部份地被氧化铁氧化和部份地通过从上方引进的氧被氧化。举例来说，原煤能在熔融金属浴(例如，熔融的铁)中在1200℃到1700℃的温度下被气化。注入蒸汽，与碳反应吸热并节制该反应。Rasor的揭示主张截然不同的碳化和氧化舱室。