[发明专利]将天然气直接并入烃液体燃料

说明书

本发明提供了将气态烃并入液态烃中的方法。所述方法包括以下步骤：将气态烃暴露于非热等离子体以活化气态烃，其中所述非热等离子体是使用E/N比在约10Td至约30Td范围内的减弱的电场产生的；并使活化的气态烃与液态烃接触以将气态烃并入液态烃中。该方法具有能耗低和资本支出相对较低的优点。

技术领域

本发明涉及将气态烃并入液体燃料的领域。具体地，本发明涉及使用非热等离子体活化气态烃以将其并入液态燃料的方法。

背景技术

美国页岩气的近期发展提供了充足的天然气供应。这种增加的供应导致天然气价格的急剧下降。与天然气相比，原油和其他液体燃料的销售大幅溢价，基于能量当量，原油交易价格比天然气高约70％，柴油交易价格比天然气高约80％。换句话说，用于产生与一桶原油的能量相同量的天然气的成本显著低于原油价格。

此外，在石油工业中将来自油井的天然气简单燃烧的燃烧惯例浪费了大量的天然气。世界银行估计，仅在2011年就有超过1400亿立方米的天然气被燃烧，污染了大气层，且浪费了价值约500亿美元的天然气。要求结束燃烧惯例的国际压力越来越大。石油行业使用的一个解决方案是将这些大量的天然气重新注入油井，以代替燃烧，尽管该方案导致大量额外成本却未给公司提供实质的利益。大型能源公司正在积极寻求更好的方式将来自油井的天然气转化为更稳定和更易于运输的液体燃料。

用于将天然气转化为高价值油和“直接替代(drop-in)”燃料的传统技术包括将甲烷转化为合成气，然后进行Fischer-Tropsch合成(FTS)。这项技术为高端资本密集型技术。该技术采用多级工艺以将甲烷分子分解成碳和氢，然后由碳和氢重构合成油分子，最后将合成油精制为成品“直接替代”合成燃料。该合成油完全由转化的甲烷分子制成。因为该工艺是资本密集型工艺，所以其仅在附近便宜的天然气供应充足并进行大规模生产的情况下是经济上可行的。

US 2012/0297665公开了通过将轻质气体和液体燃料结合来制造混合燃料的方法。该方法包括以下步骤：将包含一种或多种轻质气体的反应物引入反应器，在足以使第一反应物重整以产生合成气、自由基和高能电子的条件下将第一反应物暴露于非热等离子体，将液体燃料引入到反应器，使反应产物与非热等离子体紧密接触并与反应器中的液体燃料接触以产生混合燃料。轻质气体可以包括例如二氧化碳和诸如甲烷、乙烷、丙烷、乙醇和甲醇的烃类。

US 2011/0190565公开了一种将气态烃转化为液态燃料的方法，其包括：将气态烃引入具有槽和由电极环绕的放电区的反应器中，将液体吸附剂引入槽中并在放电区域中产生非热的重复脉冲式滑动电弧放电，从而产生液态烃燃料。液体吸附剂可以是汽油、柴油、煤油、液态烷烃或其组合。

US 2009/0205254公开了一种使用非热等离子体将甲烷气体转化为液体燃料的方法。该方法包括以下步骤：提供具有反应室的反应器，提供甲烷气体流和反应物气体流至反应室中，在反应室中提供催化剂，在反应室中产生非热等离子体以将甲烷气体和反应物气体转化为自由基，并将自由基引导到催化剂上以将自由基结合成液体形式的烃。反应物气体可以包括例如CO₂、O₂和H₂O。

美国第6,896,854号专利公开了一种用于将重质烃如重质原油和诸如天然气的烃气体反应性共转化为较轻质的烃材料如合成的轻质原油的系统和方法。该方法依赖于使用介电阻挡放电等离子体，这使得在单一步骤中同时向重油中加入碳和氢。该系统包括具有介质阻挡放电等离子体单元的反应器，该等离子体单元具有一对电极，所述电极被两者之间的介电材料和通道隔开。在反应器中可以任选地使用填充床催化剂以提高转化效率。

这些已知的方法使用非常强的电场和高电子能量来破坏诸如甲烷的气态烃以产生诸如CH₃·的反应性自由基或合成气以相互反应或与重质烃反应。结果，这些方法需要大量的能量，这些方法的能量需求使得这些方法在小规模实施时在经济上没有吸引力。对于需要较低资本支出并具有相对较低运营成本的用于将产量丰富的天然气高效转化为高价值液体燃料的可扩展方法存在明确的市场需求。