[发明专利]用于处理燃料的电反应工艺

说明书

本申请基于并且要求临时申请序号60/773,613和实用申请序号11/674,250的优先权，其中所述临时申请于2006年2月15日提交，题目为用于无污染燃料脱碳的电反应工艺，和所述实用申请于2007年2月13日提交，题目为用于处理燃料的电反应工艺。

发明背景

燃烧任何烃燃料时都会产生二氧化碳。当使用烃作为催化蒸汽重整、部分氧化和水煤气变换反应方法来生产含氢合成气的原料时，会通过化学工业产生额外的二氧化碳。在最近的50年中没什么变化，并且几乎所有的这种二氧化碳都进入到大气中。近年来，二氧化碳已经被确定为全球气候变化的贡献者。政府和企业已经提出了多种降低或控制大气中二氧化碳排放的方法。此外，主要的努力已经上演到更经济地生产氢气，因为它燃烧清洁，只产生水(作为蒸汽)和热作为燃烧产物。向环境友好燃料发展所有方法都要承担极大的复杂性和费用。

完全消除烃燃烧时产生的二氧化碳的唯一方法将会是：

1.加热烃使其分解为元素碳和氢气分子；

2.分开所述氢气和碳；和

3.将所述氢气与空气或氧气一起燃烧，形成高温蒸汽作为有用的热源或在燃料电池中将所述氢气电化学转化为水和电流。

在这些方法中，碳燃烧的热值作为有用的热量没有实现。碳热值的这种损失名义上需要两倍的燃料以产生给定量的氢或过程热。然而，所述方法中回收的碳固体可比通过“方法结束”时捕获和捕集二氧化碳更经济地多地销售或存储(捕集)。

因此，需要以有效的方式以有限的二氧化碳排放来生产氢气的方法和装置。

发明概述

本发明的实施方案提供了生产氢气的的方法和装置，其中将烃气体送入电反应工艺系统以将该烃气体分解为氢气和碳固体。所述电反应工艺系统包含一个或多个加热区，其中每个加热区包含一个或多个加热站，和每个加热站包含一个或多个加热板(screen)。优选地，没有额外热量输入的最终的近平衡的达到区跟随在所述完整的ERT加热阶段或所述ERT加热阶段的一个或多个阶段之后。在本发明的说明性的实施方案中，所述达到区包含碳反应室。优选地，离开所述电反应工艺系统的氢气和任何残留的碳和烃的温度为约2000℉-约2700℉。在所述氢气经过所述电反应工艺系统后，冷却该氢气和任何残留的碳固体和烃气体。然后使所述氢气和任何残留的碳固体和烃气体流经相分离系统，例如洗涤器，例如过滤或干燥系统，以基本上除去全部的碳，留下产物氢气。

在本发明的说明性的实施方案中，从所述电反应工艺系统中产生的热用来加热所引入的烃气体原料。优选地，所述烃气体原料被所述电反应工艺系统所产生的热加热到约400℉-约1200℉。这可以通过使烃气体流入换热器，并使所述加热了的氢气和任何残留的碳固体和烃气体流经所述换热器以加热额外引入的烃气体来实现。所述烃气体流还可以在被送入所述电反应工艺系统或换热器之前被预热。在本发明的示例性的实施方案中，由所述预热步骤流出的烃气体的温升为约250℉-约600℉。

在本发明的说明性的实施方案中，离开所述电反应工艺系统中的每个加热区的所述被加热的氢气和碳固体流经除碳部件以除去一些或全部碳固体。

所述被加热的氢气和任何残留的碳固体和烃气体可以在离开所述电反应工艺系统之后和进入所述相分离系统之前经过急冷系统。可以在所述相分离系统中将水加入到所述氢气和任何残留的碳固体和烃气体中以产生基本上含有全部碳的浆料。

在本发明的其它实施方案中，将离开所述换热器的被加热的氢气和任何残留的碳固体和烃气体的至少一部分循环到所述烃气体流中。循环的氢气与未循环的氢气之比优选为约2:1-约4:1，并且更优选约2.5:1-约3.5:1。所述循环的氢气经过循环压缩机以补偿穿过所述系统的压力损失。也可将来自所述相分离系统的氢气循环到所述烃气体流中。这可以代替来自所述换热器的循环氢气或者作为其补充而实现。

所述ERT系统中的板间距和停留时间是优化所述方法的重要因素。在本发明的具体实施方案中，所述加热板站(screen station)之间的间距在所述气体流动方向上增加。在本发明的其它实施方案中，加热板站之间的间距在第一区之后连续变化以维持基本上等温的条件。本发明的说明性的实施方案提供了随每个加热站增加的停留时间；和随每个加热板站减少的停留时间。

由每个加热板站输送的热负荷可以基本上相等或者可以逐站变化。在其它实施方案中，由随后的每个区输送的热负荷减少，或者由所有区输送的热负荷是不变的。此外，在本发明的说明性的实施方案中，由每个加热板站输送的热量在每个区内基本上不变。