合成气组分的合成方法技术

提供了用于通过含碳材料和含氧材料的燃烧高产率生产合成气组分的设备和方法

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】合成气组分的合成方法
[0001]相关申请
[0002]本申请要求
2021
年3月
16
日提交的美国临时专利申请第
63/161,625
号的权益，其全文通过引用纳入本文
。
[0003]专利技术背景
专利

[0004]本专利技术一般涉及通过含碳材料和含氧材料的燃烧来高产率生产合成气组分
(
即氢气和一氧化碳
)
的方法
。
[0005]现有技术说明
[0006]合成气是主要包含氢气和一氧化碳的燃料气体混合物
。
合成气有许多重要的工业用途
。
它是生产氢气
、
氨
、
甲醇和通过费托工艺生产合成烃的宝贵中间资源
。
此外，氢气被视为一种重要的“绿色”能源，因为它可以与氧气燃烧，仅产生水作为副产品
。
[0007]合成气通常由能源密集型
(
吸热
)
反应产生，例如甲烷的蒸汽重整和煤气化
。
还设计了用于合成气生产的替代技术，包括生物质催化部分氧化，甲烷分解然后在超过
1000℃
的温度下添加二氧化碳，以及水电解
。
然而，由于这些过程需要外部供应的能量，因此与这些过程相关的经济性对能源成本高度敏感
。
[0008]因此，本领域需要一种能够以较少能量需求的方式
、
甚至更优选地根据能量需求很小或基本上为零的放热方法生产合成气的方法
。
天然气通常被视为低价值燃料，通常在许多石油加工设施中进行燃烧
。
此外，随着电动汽车产量的增加，玉米种植者可能经历对含乙醇燃料的需求的降低
。
利用这两种材料来合成合成气组分将是有益的
。
[0009]Sorensen
等人的美国专利号
9,440,857
已经证明，可以通过在至少
3000K
的极端温度下引爆烃
/
氧化剂混合物来高产率地生产石墨烯形式的碳
。
然而，这样的过程似乎不适合气态产品的合成，因为索伦森过程
(Sorensen
’
s process)
的重点是生产固体碳颗粒
。

技术实现思路

[0010]根据本专利技术的一个实施方式，提供了一种合成合成气组分的方法
。
该方法包括在燃烧容器内提供包含可燃性含碳材料和用于该含碳材料的氧化剂
(
即，含氧材料
)
的混合物
。
该混合物在低于
3000K
的温度下在容器内燃烧
。
一氧化碳
、
氢和任选的单质碳可以作为燃烧产物产生
。
[0011]根据本专利技术的另一个实施方式，提供了一种合成合成气组分的方法，包括将含碳材料与含氧材料预混合以形成可燃混合物
。
可以使用数字控制进行混合，以最佳比例混合材料，从而获得所需的反应产物
。
含碳材料包括甲烷
、
乙烷
、
丙烷
、
丁烷
、
戊烷
、
甲醇
、
乙醇
、
丙醇和丁醇中的至少一种
。
将可燃混合物引入燃烧室并在其中在
2000K
或更低的温度下燃烧
。
一氧化碳
、
氢和任选的单质碳可以作为燃烧产物产生
。
[0012]根据本专利技术的又一个实施方式，提供了一种合成合成气组分的方法
。
该方法包括将至少一种含碳材料源和至少一种含氧材料源引入预混合容器中以形成可燃混合物，其中
控制预混合容器内含氧材料与含碳材料的比值，优选数字控制，以提供小于含氧材料和含碳材料的化学计量氧碳比的氧碳比
。
将至少一部分可燃混合物进料至燃烧容器并在其中在
2000K
或更低的温度下燃烧以产生一氧化碳
、
氢气和任选的单质碳作为燃烧产物
。
[0013]根据本专利技术的再一个实施方式，提供了用于合成合成气组分的设备
。
该设备包括至少一个含碳材料源和至少一个含氧材料源
。
提供与至少一个含碳材料源和至少一个含氧材料源可操作地连接的混合容器
。
混合容器构造成接收并混合来自各个相应源的含碳材料和含氧材料并形成可燃混合物
。
燃烧容器可操作地与混合容器连接，并被配置为接收来自混合容器的可燃混合物并在燃烧容器内燃烧该可燃混合物以产生一氧化碳
、
氢气和任选的单质碳作为燃烧产物
。
燃烧容器被配置成在低于
3000K
的温度下燃烧可燃混合物
。
还提供数字控制系统并将其配置成控制混合容器内的含氧材料与含碳材料的比值，从而提供小于含氧材料和含碳材料的化学计量氧碳比的氧碳比
。
附图说明
[0014]图1是根据本专利技术一个实施方式的合成气组分的合成工艺示意图；和
[0015]图2是
H2和
CO
产物与
CH4(
甲烷
)
前体的摩尔比与燃烧室初始压力和最终压力之比
(
燃烧之前和之后
)
的关系图
。
[0016]优选实施方式的详细描述
[0017]图1描绘了根据本专利技术的一个实施方式的用于合成合成气组分的系统
10。
提供包含含碳材料的燃料源
12
，以及含氧材料源
14。
[0018]在一个或多个实施方式中，含碳材料包含一种或多种含碳化合物
。
在一个或多个实施方式中，含碳化合物可以是固体
、
液体或气体的形式；然而，优选液态和气态含碳化合物
。
如果以固体形式提供，则含碳化合物优选以非常小的颗粒形式提供，其可以分散或悬浮在气体或液体载体材料中
。
[0019]在优选的实施方式中，含碳化合物包括挥发性有机化合物，其在标准大气压和室温
(
约
25℃)
下可以是蒸气的形式，或者在标准大气压和温度下可以是液体或固体的形式，但受热后能够汽化
。
在某些实施方式中，优选使用在高达
150℃、
高达
120℃
或高达
100℃
的温度下
、
在至少
1、2、3、4
或5个大气压和
/
或不超过
15、14、13、12、11
或
10
个大气压下作为蒸气存在的挥发性有机化合物...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种合成合成气组分的方法，所述方法包括：在燃烧容器内提供包含可燃性含碳材料和含氧材料的混合物；和所述混合物在低于
3000K
的温度下在容器内燃烧，产生一氧化碳和氢气作为燃烧产物
。2.
如权利要求1所述的方法，其中，混合物中的氧碳比小于
2.0。3.
如权利要求2所述的方法，其中，混合物中的氧碳比小于
1.0。4.
如权利要求1所述的方法，其中，燃烧步骤中产生的燃烧产物包含小于5重量％的单质碳
。5.
如权利要求1所述的方法，其中，含碳材料包含至少一种饱和或不饱和
C1
‑
C12
烃化合物和
/
或至少一种
C1
‑
C12
醇
。6.
如权利要求5所述的方法，其中，含碳材料选自下组：甲烷
、
乙烷
、
丙烷
、
丁烷
、
戊烷
、
乙烯
、
丙烯
、
丁烯
、
苯
、
甲苯
、
二甲苯
、
乙苯
、
萘
、
乙炔
、
天然气
、
液化石油气
、
甲醇
、
乙醇
、
丙醇
、
丁醇以及它们的组合
。7.
如权利要求1所述的方法，其中，含氧材料包含单质氧
。8.
如权利要求1所述的方法，其中，提供步骤包括：
(a)
在混合容器内预混合含碳材料和含氧材料以形成混合物；和
(b)
将混合物引入燃烧容器中
。9.
如权利要求1所述的方法，其中，燃烧容器包括燃烧室，燃烧室中安装有能够引发混合物燃烧的火花发生装置
。10.
如权利要求1所述的方法，其中，燃烧容器包括燃烧室，燃烧室中安装有能够连续燃烧混合物的燃烧器元件
。11.
如权利要求1所述的方法，其中，燃烧步骤产生的氢气与一氧化碳的摩尔比至少为
1.25。12.
如权利要求1所述的方法，其中，燃烧步骤还产生量少于氢气或一氧化碳的二氧化碳
。13.
如权利要求
12
所述的方法，其中，燃烧步骤产生的二氧化碳与一氧化碳的摩尔比小于
0.25。14.
如权利要求
12
所述的方法，其中，燃烧步骤产生的二氧化碳与氢气的摩尔比小于
0.25。15.
如权利要求1所述的方法，其中，一氧化碳和氢气作为主要的燃烧产物产生
。16.
如权利要求1所述的方法，其中，燃烧步骤中产生的燃烧产物包含至少
10
重量％的石墨烯形式的单质碳
。17.
如权利要求1所述的方法，其中，燃烧步骤产生的一氧化碳与单质碳的摩尔比至少为
1。18.
一种合成合成气组分的方法，所述方法包括：将含碳材料与含氧材料预混合以形成可燃混合物，其中含碳材料包括甲烷
、
乙烷<...

【专利技术属性】
技术研发人员：C，
申请(专利权)人：水文图清洁能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：