气体辅助型液体燃料氧气反应器制造技术

本公开涉及用于用气体辅助型液体燃料氧气反应器进行液体燃料的低CO2排放燃烧的系统和方法。所述系统包括雾化器，所述雾化器将燃料和CO2喷射到蒸发区中，其中所述燃料和CO2被加热成汽化形式。所述系统包括反应区，所述反应区接收所述汽化的燃料和CO2。所述系统包括空气容器，所述空气容器具有空气流；以及加热容器，所述加热容器邻近于所述空气容器，所述加热容器将热量传递到所述空气容器。所述系统包括离子输送膜，所述离子输送膜与所述空气容器和所述反应区流动连通。所述离子输送膜从所述空气流接收O2渗透，并且将所述O2传递到所述反应区中，从而导致燃料的燃烧。所述燃烧产生热量并且产生在所述系统中再循环的CO2废气，从而限制CO2的排放。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】气体辅助型液体燃料氧气反应器
本公开涉及用于燃烧和碳捕获的方法和系统，更具体地说是涉及用于液体燃料的燃烧和二氧化碳的有效捕获的氧气输送反应器的方法和系统。
技术介绍
尤其是交通运输业中，化石燃料仍然是主要能源。然而，由于与化石燃料使用相关联的大量CO2产物，因此化石燃料也是全球变暖的主要推手。在这些化石燃料中，液体燃料因其安全性和高热值而被广泛用于交通运输业中。液体燃料仍然会产生大量CO2，并且为了捕获CO2，当前可使用不同的技术，包括燃烧前、燃烧后和氧燃料燃烧技术。目前，氧燃料燃烧技术被认为属于最有前景的碳捕获技术中的一些。在氧燃料燃烧中，氧气在燃烧室中与燃料一起燃烧，并且燃烧产物仅包括CO2和H2O。CO2和H2O之后可以经由冷凝过程来分离，从而仅留下通过后续过程可以再循环或储存的CO2。这个过程需要经由例如低温蒸馏获得的纯氧(O2)。然而，从空气分离O2的低温蒸馏过程是非常昂贵的。可能更为成本有效的从空气分离O2的替代方案之一是使用离子输送膜(ITM)，这可以降低空气分离单元在氧燃烧中的损耗。这些ITM有能力在通常高于700℃的高温下从空气分离O2。这些膜中的氧气渗透随着膜上的氧气的分压、膜厚度和这些膜操作所处的温度的变化而变化。当在经由ITM进行O2分离的同时完成燃烧时，所述单元通常被称为氧气输送反应器。氧气输送反应器的主要挑战之一是通过膜获得的低通量。在这些低通量下，给定体积中产生的加热率是相对低的。因此，需要一种解决现有技术不足，即通过膜获得的通量低，以及因此经济地加热膜的问题的氧气输送反应器。
技术实现思路
根据第一方面，提供了一种气体辅助型液体燃料氧气反应器系统。所述系统包括雾化器(例如，CO2辅助型雾化器)，所述雾化器具有入口，所述入口适于接收液体燃料；以及出口，所述出口适于喷射雾化的燃料和CO2。所述系统还包括蒸发区，所述蒸发区具有适于接收雾化的液体燃料和CO2的入口，并且具有外壁。一方面，蒸发区的外壁衬有(热)传导板，使得蒸发区适于将雾化的燃料和CO2加热成汽化形式。所述系统还包括反应区，所述反应区与蒸发区同轴地对准并且与之流动连通。反应区适于从蒸发区接收汽化的燃料和CO2的流。根据一方面，所述系统还包括离子输送膜，所述离子输送膜与蒸发区同轴地对准并且限定反应区。根据一方面，所述系统还包括由结构限定的空气容器，所述结构围绕离子输送膜安置并且在离子输送膜的外表面与空气容器结构的内表面之间限定第一空间。一方面，空气容器接收在与反应区中的汽化的燃料和CO2的流相反的方向上流过空气容器的空气流。一方面，空气容器结构可以由导热材料形成。根据一方面，所述系统还可以包括由结构限定的加热容器，所述结构围绕空气容器结构安置并且在空气容器结构的外表面与加热容器结构的内表面之间限定第二空间。一方面，加热容器接收受热空气和气态燃料流，使得热量从空气和气态燃料流传递到第一空间。根据一方面，离子输送膜适于从空气流提供O2渗透并且将O2传递到反应区中，从而导致空气容器结构的第一空间中的O2耗尽的空气流。反应区进一步适于在存在O2的情况下燃烧汽化的燃料和CO2以产生热量并且产生在所述系统中再循环的废气。另一方面，废气的再循环对所述系统提供能量以在离子输送膜处维持至少基本上恒定的温度。根据一方面，离子输送膜处的温度维持在700℃与900℃之间。根据一方面，所述系统具有圆柱形形状，其中离子输送膜、空气容器结构和加热容器结构彼此同心，并且其中反应区位于离子输送膜的内部。根据另一方面，离子输送膜包括其间安置有反应区的第一平面膜和第二平面膜。根据另一方面，空气容器包括其间安置有离子输送膜的第一平面板和第二平面板。另一方面，蒸发区、离子输送膜、空气容器和加热容器限定第一反应器单元，并且所述系统还可以包括第二反应器单元，所述第二反应器单元具有与第一反应器单元相同的构造，其中第一反应器单元和第二反应器单元处于堆叠的定向上。根据另一方面，所述系统还可以包括燃料过滤器，所述燃料过滤器安设在蒸发区与反应区之间。燃料过滤器适于在汽化的燃料和CO2进入到反应区中之前从汽化的燃料和CO2去除不想要的污染物。根据另一方面，所述系统还可以包括钝体，所述钝体位于蒸发区内并且适于协助燃料的蒸发。根据另一方面，所述系统可以包括换热器，所述换热器位于CO2辅助型雾化器的上游。换热器适于从空气容器接收O2耗尽的空气流并接收液体燃料，并且适于在液体燃料被接收在CO2辅助型雾化器中之前将来自O2耗尽的空气流的热量传递到液体燃料。另一方面，所述系统可以包括一系列管子，所述管子由安设在反应区内的离子输送膜(而不是在反应区的外部的离子输送膜)构成。该系列离子输送膜管垂直于反应区中的汽化的燃料和CO2的流定向。离子输送膜管还适于接收空气流并且允许O2从空气流穿过离子输送膜渗透出来并渗透到反应区中，从而导致管子中的O2耗尽的空气流以及在反应区中且在离子输送膜的外部的燃烧反应。根据另一方面，提供了一种气体辅助型液体燃料氧气反应器中的液体燃料的低CO2排放燃烧方法。所述方法包括将液体燃料注入到蒸发区中，其中燃料经由雾化器(例如，CO2辅助型雾化器)注入，所述雾化器适于将液体燃料和CO2喷射到蒸发区中。所述方法还包括使液体燃料和CO2在蒸发区中汽化，从而导致蒸发的(汽化的)燃料和CO2的混合物，并且蒸发的燃料和CO2的混合物之后流入到反应区中。根据另一方面，空气流供应到空气容器中，其中空气容器和反应区由离子输送膜隔开，并且其中O2从空气流渗透穿过离子输送膜并渗透到反应区中。O2到反应区中的渗透导致了空气容器中的O2耗尽的空气流。根据另一方面，热空气和气态燃料流递送到邻近于空气容器的加热容器中，其中来自热空气和气态燃料流的热量传递到空气容器。根据另一方面，可以经由隔开加热容器和空气容器的(热)传导板来传递热量。根据另一方面，蒸发的燃料和CO2在反应区中存在O2的情况下燃烧以产生热量并且产生废气流。根据另一方面，所述方法还包括在将液体燃料注入到蒸发区中之前加热液体燃料。根据另一方面，液体燃料经由换热器加热。根据另一方面，在注入到蒸发区中之前加热液体燃料的步骤包括将O2耗尽的空气流再循环到在反应区的上游的换热器，其中再循环的O2耗尽的空气流将热量传递到液体燃料。根据另一方面，所述方法还包括使废气流再循环以将热量传递到空气容器。在某些实施方案中，经由用作空气容器的衬里的一个或多个(热)传导板将热量传递到空气容器。根据另一方面，使液体燃料汽化的步骤包括经由用作蒸发区的外壁的衬里的(热)传导板将来自热空气和气态燃料流的热量传递到蒸发区。根据另一方面，所述方法还包括在蒸发的燃料和CO2的混合物流入到反应区中之前过滤所述混合物的步骤。根据另一方面，蒸发的燃料和CO2经由燃料过滤器过滤。根据所述方法的另一方面，空气容器和离子输送膜位于反应区内，并且其中蒸发的燃料和CO2的混合物到反应区中的流动垂直于离子输送膜。根据另一方面，离子输送膜是包围空气容器的管子。附图说明在审阅以下结合附图描述的本申请的各种实施方案的具体实施方式之后将更容易了解本申请的其他方面，在附图中：图1是根据一个或多个实施方案的呈圆柱形配置的气体辅助型液体燃料氧气反应器的截面图；图2是根据一个或多个实施方案的呈具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气体辅助型液体燃料氧气反应器系统，所述系统包括：CO2辅助型雾化器，所述雾化器具有入口，所述入口适于接收液体燃料；以及出口，所述出口适于喷射雾化的燃料和CO2；蒸发区，所述蒸发区具有适于接收所述雾化的液体燃料和CO2的入口，并且具有外壁，所述外壁由导热材料形成，使得所述蒸发区适于将所述雾化的燃料和CO2加热成汽化形式；反应区，所述反应区与所述蒸发区同轴地对准并且与之流动连通，其中所述反应区适于从所述蒸发区接收所述汽化的燃料和CO2的流；离子输送膜，所述离子输送膜与所述蒸发区同轴地对准并且限定所述反应区；由结构限定的空气容器，所述结构围绕所述离子输送膜安置并且在所述离子输送膜的外表面与所述空气容器结构的内表面之间限定第一空间，其中所述空气容器结构由导热材料形成，并且所述空气容器用于接收相对于所述反应区中的所述汽化的燃料和CO2的流在反方向上流动的空气流；由结构限定的加热容器，所述结构围绕所述空气容器结构安置并且在所述空气容器结构的外表面与所述加热容器结构的内表面之间限定第二空间，其中所述加热容器用于接收受热空气和气态燃料流，使得热量从所述空气和气态燃料流传递到所述第一空间；其中所述离子输送膜适于从所述空气流提供O2渗透并且将所述O2传递到所述反应区中，从而导致所述空气容器结构的所述第一空间中的O2耗尽的空气流，并且其中所述反应区适于在存在O2的情况下燃烧所述汽化的燃料和CO2以产生热量并且产生在所述系统中再循环的废气。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.31 US 15/087,3001.一种气体辅助型液体燃料氧气反应器系统，所述系统包括：CO2辅助型雾化器，所述雾化器具有入口，所述入口适于接收液体燃料；以及出口，所述出口适于喷射雾化的燃料和CO2；蒸发区，所述蒸发区具有适于接收所述雾化的液体燃料和CO2的入口，并且具有外壁，所述外壁由导热材料形成，使得所述蒸发区适于将所述雾化的燃料和CO2加热成汽化形式；反应区，所述反应区与所述蒸发区同轴地对准并且与之流动连通，其中所述反应区适于从所述蒸发区接收所述汽化的燃料和CO2的流；离子输送膜，所述离子输送膜与所述蒸发区同轴地对准并且限定所述反应区；由结构限定的空气容器，所述结构围绕所述离子输送膜安置并且在所述离子输送膜的外表面与所述空气容器结构的内表面之间限定第一空间，其中所述空气容器结构由导热材料形成，并且所述空气容器用于接收相对于所述反应区中的所述汽化的燃料和CO2的流在反方向上流动的空气流；由结构限定的加热容器，所述结构围绕所述空气容器结构安置并且在所述空气容器结构的外表面与所述加热容器结构的内表面之间限定第二空间，其中所述加热容器用于接收受热空气和气态燃料流，使得热量从所述空气和气态燃料流传递到所述第一空间；其中所述离子输送膜适于从所述空气流提供O2渗透并且将所述O2传递到所述反应区中，从而导致所述空气容器结构的所述第一空间中的O2耗尽的空气流，并且其中所述反应区适于在存在O2的情况下燃烧所述汽化的燃料和CO2以产生热量并且产生在所述系统中再循环的废气。2.如权利要求1所述的系统，所述系统还包括：燃料过滤器，所述燃料过滤器安设在所述蒸发区与所述反应区之间，并且适于在所述汽化的燃料和CO2进入到所述反应区中之前从所述汽化的燃料和CO2去除不想要的污染物。3.如权利要求1所述的系统，所述系统还包括：钝体，所述钝体位于所述蒸发区内并且适于协助所述燃料的所述蒸发。4.如权利要求1所述的系统，其中所述废气的所述再循环对所述系统提供能量以在所述离子输送膜处维持至少基本上恒定的温度。5.如权利要求4所述的系统，其中所述离子输送膜处的温度维持在700℃与900℃之间。6.如权利要求1所述的系统，所述系统还包括：换热器，所述换热器位于所述CO2辅助型雾化器的上游，所述换热器适于从所述空气容器接收所述O2耗尽的空气流并接收所述液体燃料，并且适于在将所述液体燃料接收在所述CO2辅助型雾化器中之前将来自所述O2耗尽的空气流的热量传递到所述液体燃料。7.如权利要求1所述的系统，其中所述系统具有圆柱形形状，其中所述离子输送膜、所述空气容器结构和所述加热容器结构彼此同心，并且其中所述反应区位于所述离子输送膜的内部。8.如权利要求1所述的系统，其中所述离子输送膜包括其间安置有所述反应区的第一平面膜和第二平面膜。9.如权利要求8所述的系统，其中所述空气容器包括其间安置有所述离子输送膜的第一平面板和第二平面板。10.如权利要求9所述的系统，其中所述蒸发区、所述离子输送膜、所述空气容器和所述加热容器限定第一反应器单元，并且其中所述系统还包括至少第二反应器单元，所述第二反应器单元具有与所述第一反应器单元相同的构造，所述第一反应器单元和所述第二反应器单元处于堆叠的定向上。11.一种气体辅助型液体燃料氧气反应器系统，所述系统包括：CO2辅助型雾化器，所述雾化器具有入口，所述入口适于接收液体燃料；以及出口，所述出口适于喷射雾化的燃料和CO2；蒸发区，所述蒸发区具有适于接收所述雾化的液体燃料和CO2的入口；反应区，所述反应区与所述蒸发区同轴地对准并且与之流动连通，使得所述反应区从所述蒸发区接收汽化的燃料和CO2的流；由离子输送膜构成的一系列管子，所述管子安设在所述反应区内并且垂直于所述反应区中的所述汽化的燃料和CO2的所述流定向，其中所述管子适于在内部接收空气流并且允许O2从所述空气流穿过所述离子输送膜渗透到包围所述离子输送膜的所述反应区，从而导致所述离子输送膜内...

【专利技术属性】
技术研发人员：R本曼苏尔，MA哈比布，A贾马尔，
申请(专利权)人：沙特阿拉伯石油公司，法赫德国王石油与矿业大学，
类型：发明
国别省市：沙特阿拉伯,SA