本發(fā)明涉及一種用于制造富氫合成氣體的設(shè)備與方法。

背景技術(shù)：

自WO/2013/091878已知一種用于制造合成功能性(functionalised)烴和/或非功能性(non-functionalised)烴的方法，其包括在烴轉(zhuǎn)化器中分解含烴流體(hydrocarbon-containing fluid)為包含碳(C)和氫(H₂)的H₂/C氣溶膠(aerosol)，將至少一部分的氣溶膠從烴轉(zhuǎn)化器引導(dǎo)至C-轉(zhuǎn)化器以及引進(jìn)來(lái)自外部來(lái)源(例如來(lái)自工業(yè)工藝)的CO₂至C-轉(zhuǎn)化器。CO₂氣體與H₂/C氣溶膠在C-轉(zhuǎn)化器中混合，其中CO₂氣體和碳在高溫下轉(zhuǎn)化為一氧化碳(CO)。一氧化碳和氫在CO-轉(zhuǎn)化器中通過(guò)觸媒(catalyst)的方式轉(zhuǎn)化為合成烴。這種方法具有一個(gè)缺點(diǎn)，即CO₂氣體的獨(dú)立來(lái)源必須是可得的，而且合成烴的制造取決于CO₂氣體來(lái)源的供給速率(feed rate)。

WO 02/051744 A1揭示一種用于制造合成氣體的方法，其中合成氣體在第一子工藝(sub-process)中通過(guò)部分氧化的方法制造。第二子工藝通過(guò)蒸汽重組(steam reforming)、水煤氣轉(zhuǎn)化(water gas shift)轉(zhuǎn)化器以及變壓式吸附法(pressure swing adsorption)的方法制造含CO₂氣體混合物和含H₂氣體混合物，其中這些氣體混合物被引導(dǎo)至合成單元及至完成單元(finishing unit)。WO 2013/013895 A1揭示一種用于制造合成氣體的方法，其中使用多個(gè)子工藝用于制造合成氣體，且其中可選擇地將CO₂從一個(gè)子工藝引導(dǎo)至另一個(gè)子工藝。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的為提供一種用于制造富氫合成氣體的方法和設(shè)備，其中不需要CO₂氣體的外部來(lái)源。此目的是根據(jù)權(quán)利要求1的方法和根據(jù)權(quán)利要求9的設(shè)備達(dá)成。附屬權(quán)項(xiàng)是有關(guān)于較佳的實(shí)施例。

特別地，此目的是通過(guò)制造富氫合成氣體的方法達(dá)成，其包括以下步驟：在第一烴轉(zhuǎn)化器中通過(guò)供應(yīng)至少部分是以熱的形式提供的能量分解含烴流體為H₂/C氣溶膠；引進(jìn)至少第一氣流的H₂/C氣溶膠至第一子工藝，其包括以下步驟：至少一部分的H₂/C氣溶膠從第一烴轉(zhuǎn)化器引導(dǎo)至第一C-轉(zhuǎn)化器；引進(jìn)CO₂至第一C-轉(zhuǎn)化器且混合CO₂與引進(jìn)至第一C-轉(zhuǎn)化器的H₂/C氣溶膠；在溫度為800℃至1700℃下轉(zhuǎn)化H₂/C氣溶膠和CO₂的混合物為合成氣體；混合額外的H₂與合成氣體用于制造富氫合成氣體。在與第一子工藝平行運(yùn)行的第二子工藝中，從含烴流體制造氫(H₂)和二氧化碳(CO₂)，其中引進(jìn)在第二子工藝制造的CO₂至第一C-轉(zhuǎn)化器；以及其中僅一部分在第二子工藝制造的H₂與來(lái)自第一C-轉(zhuǎn)化器的合成氣體混合。CO₂和一部分的H₂是通過(guò)水煤氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)(water-gas-shift-reaction)在第二子工藝中從CO和H₂O制造。引進(jìn)至水煤氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)的CO是在第二C-轉(zhuǎn)化器中從碳(C)和水(H₂O)在溫度為800℃至1700℃下制造。在第一C-轉(zhuǎn)化器中用于C的轉(zhuǎn)化需要的CO₂可因此獨(dú)立地從外部來(lái)源的方式提供，且整體操作順序容易控制。

根據(jù)一較佳實(shí)施例，在第二C-轉(zhuǎn)化器中轉(zhuǎn)化為CO的碳是以H₂/C氣溶膠的C-顆粒形式存在。在一實(shí)施例中，碳在第二C-轉(zhuǎn)化器中轉(zhuǎn)化為CO的H₂/C氣溶膠是在第一烴轉(zhuǎn)化器中制造的第二氣流的H₂/C氣溶膠。在此變型中，僅需要一個(gè)烴轉(zhuǎn)化器，因此能夠達(dá)到成本節(jié)省。可替代地，在第二烴轉(zhuǎn)化器中通過(guò)供應(yīng)至少部分是以熱的形式提供的能量分解含烴流體制造H₂/C氣溶膠。在此變型的期間，需要數(shù)個(gè)烴轉(zhuǎn)化器，但個(gè)別的轉(zhuǎn)化器的操作可更精確地控制。

在第一烴轉(zhuǎn)化器和第二烴轉(zhuǎn)化器中的至少一個(gè)分解含烴流體時(shí)，供應(yīng)能量的工藝較佳主要是通過(guò)電漿達(dá)到。特別是，若含烴流體的分解發(fā)生在溫度低于1000℃下的第二子工藝中是有利的，且特別是在低于600℃下通過(guò)微波電漿的方法?？山宕私档痛朔椒ǖ哪芰肯摹?/p>

根據(jù)此方法，在富氫合成氣體中CO對(duì)H₂的比例較佳是設(shè)定在數(shù)值大于1∶1至1∶3，且特別是數(shù)值近乎于1∶2.1?？山宕私?jīng)濟(jì)地實(shí)施用于制造合成烴的方法，其中富氫合成氣體是根據(jù)任一上述實(shí)施例的方法制造，且其中富氫合成氣體接著被帶入至與觸媒接觸且觸媒的溫度和/或合成氣體的溫度控制或調(diào)整在預(yù)定溫度的范圍內(nèi)以制造合成烴。

取決于用于制造合成烴的方法，產(chǎn)生作為副產(chǎn)物(by-product)的水(也指產(chǎn)物水)，且水通常與一部分的烴混合。與烴混合的水可能造成環(huán)境污染。在描述用于制造合成烴的方法的一實(shí)施例中，至少一些與一部分烴混合的水被引進(jìn)至第二C-轉(zhuǎn)化器或至組合的烴轉(zhuǎn)化器/C-轉(zhuǎn)化器。(產(chǎn)物)水在引進(jìn)至C-轉(zhuǎn)化器或組合的烴轉(zhuǎn)化器/C-轉(zhuǎn)化器之前可通過(guò)熱轉(zhuǎn)換器的方法預(yù)熱。引進(jìn)至與水混合的烴在發(fā)生于第二C-轉(zhuǎn)化器中或組合的烴轉(zhuǎn)化器/C-轉(zhuǎn)化器中的操作溫度下分解。因此，不需要用于清洗水的昂貴工藝。

此外，此目的通過(guò)用于制造富氫合成氣體的設(shè)備達(dá)成，其包括至少一個(gè)用于分解含烴流體為H₂/C氣溶膠的第一烴轉(zhuǎn)化器，其包括至少一個(gè)工藝腔室，所述工藝腔室具有至少一個(gè)用于含烴流體的烴入口和至少一個(gè)用于H₂/C氣溶膠的第一氣溶膠出口以及至少一個(gè)用于引進(jìn)能量至工藝腔室的單元，其中能量包含至少部分的熱。此外，所述設(shè)備包括用于實(shí)施第一子工藝的第一群組轉(zhuǎn)化器和用于實(shí)施第二子工藝的第二群組轉(zhuǎn)化器。第一群組轉(zhuǎn)化器包括以下：第一C-轉(zhuǎn)化器，用于C和CO₂轉(zhuǎn)化為CO，其中第一C-轉(zhuǎn)化器包括至少一個(gè)其他工藝腔室，其具有至少一個(gè)用于CO₂的CO₂入口、至少一個(gè)用于H₂/C氣溶膠的氣溶膠入口以及至少一個(gè)出口，其中第一C-轉(zhuǎn)化器的氣溶膠入口直接連接至第一烴轉(zhuǎn)化器的所述至少一個(gè)氣溶膠出口；第一混合器，包括合成氣體入口(連接至第一C-轉(zhuǎn)化器的出口)和用于額外的H₂的H₂入口，且第一混合器適用于混合進(jìn)來(lái)的合成氣體和額外的H₂以形成富氫合成氣體。第二群組轉(zhuǎn)化器包括第二CO-轉(zhuǎn)化器，其具有至少一個(gè)用于CO₂的出口和用于H₂的出口以及至少一個(gè)至少用于合成氣體的入口，其中用于CO₂的出口連接至第一C-轉(zhuǎn)化器的用于CO₂的入口；且其中用于H₂的出口連接至混合器的H₂入口。第二CO-轉(zhuǎn)化器較佳適用于實(shí)施將CO和H₂O轉(zhuǎn)化為CO₂和H₂的水煤氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)。第二群組轉(zhuǎn)化器較佳地包括第二C-轉(zhuǎn)化器，其用于C和H₂O轉(zhuǎn)化為CO和H₂，其中第二C-轉(zhuǎn)化器包括至少一個(gè)工藝腔室，其具有至少一個(gè)用于H₂O的H₂O入口、至少一個(gè)用于H₂/C氣溶膠的氣溶膠入口以及至少一個(gè)用于合成氣體的出口，且其中第二C-轉(zhuǎn)化器的用于合成氣體的出口連接至第二CO-轉(zhuǎn)化器的至少用于合成氣體的入口。在第一C-轉(zhuǎn)化器中用于C的轉(zhuǎn)化所需要的CO₂可因此通過(guò)獨(dú)立外部來(lái)源的第二CO-轉(zhuǎn)化器達(dá)到。

在第二CO-轉(zhuǎn)化器的一實(shí)施例中，提供至少用于合成氣體的入口，以一起將H₂O和合成氣體引進(jìn)第二CO-轉(zhuǎn)化器。在另一實(shí)施例中，第二CO-轉(zhuǎn)化器包括個(gè)別的H₂O入口，用于從合成氣體個(gè)別地引進(jìn)H₂O。

在此設(shè)備的一實(shí)施例中，第一烴轉(zhuǎn)化器包括至少一個(gè)用于H₂/C氣溶膠的第二氣溶膠出口，其連接至第二C-轉(zhuǎn)化器的至少一個(gè)氣溶膠入口。在此變型中，僅需要一個(gè)烴轉(zhuǎn)化器，藉此能夠達(dá)到成本節(jié)省。

在此設(shè)備的另一實(shí)施例中，第二群組轉(zhuǎn)化器包括用于分解含烴流體為H₂/C氣溶膠的第二烴轉(zhuǎn)化器，其包括至少一個(gè)工藝腔室，其具有至少一個(gè)用于含烴流體的入口和至少一個(gè)用于H₂/C氣溶膠的氣溶膠出口以及至少一個(gè)用于引進(jìn)包含至少部分的熱的能量至工藝腔室的單元；以及其中第二烴轉(zhuǎn)化器的氣溶膠出口連接至第二C-轉(zhuǎn)化器的至少一個(gè)氣溶膠入口。在此變型中，需要數(shù)個(gè)烴轉(zhuǎn)化器，但個(gè)別的轉(zhuǎn)化器的操作可更精確地控制。

較佳地，第一烴轉(zhuǎn)化器為高溫電漿轉(zhuǎn)化器，且第二烴轉(zhuǎn)化器為低溫電漿轉(zhuǎn)化器或使用來(lái)自第一烴轉(zhuǎn)化器的廢熱用于加熱目的的熱操作烴轉(zhuǎn)化器。藉此方法可因此減少所需的能量消耗。

在此設(shè)備的另一實(shí)施例中，適合用于分離H₂和C-顆粒的目的的過(guò)濾器配置在第一C-轉(zhuǎn)化器和/或第二C-轉(zhuǎn)化器的入口?？商娲?，適合用于分離H₂和C-顆粒的目的的過(guò)濾器結(jié)合在第一C-轉(zhuǎn)化器和/或第二C-轉(zhuǎn)化器中。若存在過(guò)濾器，此設(shè)備也可單獨(dú)操作C-顆粒而不是H2/C氣溶膠。

描述包括根據(jù)上述任一實(shí)施例的設(shè)備和第一CO-轉(zhuǎn)化器的用于制造合成烴的設(shè)備。第一CO-轉(zhuǎn)化器包括配置有觸媒的工藝腔室，且還包括至少一個(gè)連接至第一C-轉(zhuǎn)化器的出口的用于合成氣體的入口、用于引導(dǎo)合成氣體至與觸媒接觸的工具以及用于控制或調(diào)整觸媒的溫度和/或合成氣體的溫度在預(yù)定的溫度的控制單元。

在第一CO-轉(zhuǎn)化器適合用于實(shí)施用于制造合成烴的方法(其中產(chǎn)生作為副產(chǎn)物的與一部分的烴混合的水)的用于制造合成烴的設(shè)備中，有助益地引進(jìn)至少一些來(lái)自第一烴轉(zhuǎn)化器的與部分的烴混合的水至第二C-轉(zhuǎn)化器。不需要用于清洗水的繁復(fù)工藝。在此用于制造合成烴的設(shè)備的實(shí)施例中，第二C-轉(zhuǎn)化器可選擇性地與第二烴轉(zhuǎn)化器結(jié)合。

以下將參考具體的實(shí)施例與附圖的輔助更詳細(xì)地描述本發(fā)明。

附圖說(shuō)明

圖1示出可實(shí)施根據(jù)本揭示的方法的用于制造烴的設(shè)備的第一實(shí)施例。

圖2示出可實(shí)施根據(jù)本揭示的方法的用于制造烴的設(shè)備的又一實(shí)施例。

圖3示出可實(shí)施根據(jù)本揭示的方法的用于制造烴的設(shè)備的另一實(shí)施例。

具體實(shí)施方式

應(yīng)注意以下描述中，所使用的術(shù)語(yǔ)上方、下方、右側(cè)和左側(cè)以及類似表示是指示出于附圖中的定向及配置，且僅意欲例示性實(shí)施例的描述。然而，這些術(shù)語(yǔ)不應(yīng)理解為限制性的意義。此外，在不同的附圖中在一定的程度上使用相同的附圖標(biāo)記，其是指相同或相似的部分。再者，在本申請(qǐng)中描述工藝和設(shè)備含有“熱”材料或?qū)嵤盁帷惫に嚕c此描述相關(guān)的術(shù)語(yǔ)“熱”旨在描述溫度超過(guò)200℃且較佳為超過(guò)300℃。在本申請(qǐng)中只要提及合成烴，可藉此意指全部的合成功能性烴和/或非功能性烴。

圖1示意性地說(shuō)明用于制造富氫合成氣體的設(shè)備1。設(shè)備1包括第一群組轉(zhuǎn)化器3和第二群組轉(zhuǎn)化器5以及第一烴轉(zhuǎn)化器9。設(shè)備1與第一CO-轉(zhuǎn)化器7一起形成用于制造合成烴的設(shè)備2，下文有更詳細(xì)地描述。由圖1，根據(jù)此描述，用于富氫合成氣體的制造以及隨后來(lái)自富氫合成氣體的合成烴的制造的基本操作順序也是顯而易見(jiàn)的。

第一烴轉(zhuǎn)化器9可轉(zhuǎn)化含烴流體為C/H₂氣溶膠，且包括烴入口11以及用于C/H₂氣溶膠的氣溶膠出口12。在所有的實(shí)施例中，可選擇的過(guò)濾器13(適合在溫度上升下用于從C/H₂氣溶膠過(guò)濾出含碳顆粒)在此可配置在氣溶膠出口12之后(例如接續(xù)的C-轉(zhuǎn)化器的入口處)。例如根據(jù)德國(guó)專利申請(qǐng)案第10 2013 013 443號(hào)，這樣的過(guò)濾器是現(xiàn)有的?？蛇x擇的過(guò)濾器13可提供于僅一個(gè)子工藝中或二個(gè)子工藝中?？蛇x擇的過(guò)濾器13也可以是C-轉(zhuǎn)化器之一的組合組件的形式。以下描述用于在沒(méi)有提供過(guò)濾器13的情況下且因此引導(dǎo)C/H₂氣溶膠至第一C-轉(zhuǎn)化器14的例示性實(shí)施例。然而，例示性實(shí)施例的功能與當(dāng)僅有C-顆粒(通過(guò)過(guò)濾器13從氫分離出)通過(guò)時(shí)為完全相同的方式。

第一烴轉(zhuǎn)化器9為可將送入的烴轉(zhuǎn)化或分解為碳和氫的任何類型的烴轉(zhuǎn)化器。第一烴轉(zhuǎn)化器9可以熱操作或在電漿的協(xié)助下操作。在熱操作的烴轉(zhuǎn)化器中，引進(jìn)至反應(yīng)區(qū)域的含烴流體通過(guò)任何類型的熱源加熱至分解溫度。在通過(guò)電漿操作的烴轉(zhuǎn)化器中，提供能量的工藝是通過(guò)電漿弧(plasma arc)的方法達(dá)到。引進(jìn)的含烴流體在分解溫度下分解為碳和氫。若可能的話，應(yīng)從分解烴的工藝排除氧，以避免不想要的碳氧化物或水的形成。另一方面，非常少量的氧氣(例如是與烴一起帶入的氧)對(duì)工藝是無(wú)害的。

第一烴轉(zhuǎn)化器9包括具有用于含烴流體的入口的工藝腔室、至少一個(gè)引進(jìn)分解能量至流體的單元以及至少一個(gè)出口。分解能量至少部分是通過(guò)熱提供，例如是通過(guò)電漿(電漿反應(yīng)器)產(chǎn)生。然而，也可以其他方式(熱反應(yīng)器)達(dá)到。分解工藝主要是通過(guò)熱達(dá)到。流體應(yīng)加熱至超過(guò)1000℃，且特別是溫度超過(guò)1500℃。在電漿操作的烴轉(zhuǎn)化器的情況下，任何外部提供或在烴轉(zhuǎn)化器中制造的適合氣體可選擇用于作為電漿氣體。例如，惰性氣體(比方說(shuō)氬或氮)適合用于作為電漿氣體。另一方面，氫氣(H₂)是可在烴的分解期間使用在任何的情況下。

在所示出的實(shí)施例中，卡瓦納反應(yīng)器(Kvaerner reactor)用作為烴轉(zhuǎn)化器9，其是通過(guò)在電漿燃燒器(plasma burner)中的電漿弧的裝置提供所需的熱。然而，在較低溫度運(yùn)作(特別是溫度在1000℃以下)及除了熱而引進(jìn)額外的能量至烴(例如是微波電漿(microwave plasma)的方法)的其他類型的反應(yīng)器是現(xiàn)有的。將在下文中更詳細(xì)地說(shuō)明，本發(fā)明考慮這兩種類型的反應(yīng)器(以及那些不具有電漿操作的反應(yīng)器)，且特別是這兩種類型彼此結(jié)合。以下在溫度高于1000℃下運(yùn)作的烴轉(zhuǎn)化器是指高溫反應(yīng)器，而同時(shí)在溫度低于1000℃下且特別是在溫度介于200℃至1000℃之間運(yùn)作的那些轉(zhuǎn)化器則是指低溫反應(yīng)器。

氫和碳是在第一烴轉(zhuǎn)化器9中通過(guò)熱和/或電漿的方法從烴(C_nH_m)制造。由此，烴較佳地是以氣態(tài)形式引進(jìn)至烴轉(zhuǎn)化器9。烴在標(biāo)準(zhǔn)條件下是以液態(tài)形式的情況下，其可在引進(jìn)至烴轉(zhuǎn)化器之前轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)形式，或其也可以微細(xì)霧化的形式引進(jìn)。以下兩種形式皆是指流體。

若可能的話，分解烴的工藝應(yīng)在排除氧氣的方式下發(fā)生，以避免不想要的碳氧化物或水的形成。然而再次，少量的氧(例如是與烴一起引進(jìn)的氧)對(duì)工藝是無(wú)害的。

如上述的卡瓦納反應(yīng)器做為烴轉(zhuǎn)化器9的情況下，在高溫下在電漿燃燒器中分解含烴流體為純碳(例如以活性碳(activated carbon)、碳黑(carbon black)、石墨(graphite)或工業(yè)煙灰(industrial soot)的形式)和氫，也可能有不純物(impurity)。作為用于烴轉(zhuǎn)化器9的入口材料的含烴流體例如為甲烷(methane)、天然氣(natural gas)、生物氣體(bio-gas)、液態(tài)氣體(liquid gas)或重油(heavy oil)，但其也可能為合成的功能性烴和/或非功能性烴(作為用于烴轉(zhuǎn)化器9的入口材料)。在分解工藝之后，C-顆粒及氫通常以混合物的形式存在，且特別是以H₂/C-氣溶膠的形式。

第一群組轉(zhuǎn)化器3包括第一C-轉(zhuǎn)化器14，其具有氣溶膠入口15、CO₂入口16以及合成氣體出口17。第一烴轉(zhuǎn)化器9和第一C-轉(zhuǎn)化器14是以第一烴轉(zhuǎn)化器9的氣溶膠出口12通過(guò)氣溶膠連接件(connection)18連接至第一C-轉(zhuǎn)化器14的氣溶膠入口15的方式配置，其中氣溶膠出口12也可直接形成C-轉(zhuǎn)化器14的氣溶膠入口15。因此，C/H₂氣溶膠的成分的碳(在H₂載體氣體(carrier gas)中的C-顆粒)可從第一烴轉(zhuǎn)化器9直接輸入至第一C-轉(zhuǎn)化器14。

第一C-轉(zhuǎn)化器14可以是可在二氧化碳(CO₂)存在下將碳(在此，氣溶膠的C-顆粒)轉(zhuǎn)化為一氧化碳(CO)的任何類型的轉(zhuǎn)化器。第一C-轉(zhuǎn)化器14的CO₂入口16連接至CO₂線路19，CO₂線路19依序連接至第二群組轉(zhuǎn)化器5。圖1的實(shí)施例中，第一C-轉(zhuǎn)化器14根據(jù)本領(lǐng)域現(xiàn)有的一部分的高爐(blast furnace)反應(yīng)運(yùn)作，其在溫度介于約750℃至1200℃之間運(yùn)行而無(wú)須催化劑。較佳地，第一C-轉(zhuǎn)化器14在溫度介于800℃至1000℃之間運(yùn)作，其中達(dá)到此溫度所需要的熱主要是通過(guò)第一烴轉(zhuǎn)化器9的H₂/C-氣溶膠提供，以下將更詳細(xì)地描述。在第一C-轉(zhuǎn)化器14中，CO₂與熱H₂/C-氣溶膠混合且因此被帶入與碳接觸，所述碳是以H₂/C-氣溶膠的固態(tài)成分(C-顆粒)的形式存在。碳是根據(jù)化學(xué)方程式CO₂+C→2CO轉(zhuǎn)化。C-轉(zhuǎn)化器14在布多阿爾(Boudouard)平衡及在溫度為1000℃下運(yùn)作為最佳。在溫度為800℃下，制造約94％的一氧化碳，且在溫度約為1000℃下，制造約99％的一氧化碳。任何更多的溫度提升不會(huì)造成任何實(shí)質(zhì)上的改變，但仍是非無(wú)利的。

第一群組轉(zhuǎn)化器3包括混合器20，其連接至第一C-轉(zhuǎn)化器14的合成氣體出口17以及連接至H₂線路21，H₂線路21依序連接至第二群組轉(zhuǎn)化器5。額外的H₂可經(jīng)由H₂線路21送入至混合器20而與來(lái)自第一C-轉(zhuǎn)化器14的合成氣體混合，以制造富氫合成氣體。如圖1所示，來(lái)自混合器20的富氫合成氣體可經(jīng)線路導(dǎo)向進(jìn)入第一CO-轉(zhuǎn)化器7的合成氣體入口22?；旌掀?0也可簡(jiǎn)單地以管狀區(qū)域組成，其中H₂線路及合成氣體線路會(huì)合在第一C-轉(zhuǎn)化器14和第一CO-轉(zhuǎn)化器7之間。在混合器20的協(xié)助下，且特別是通過(guò)用于經(jīng)由混合器20的H₂線路21引進(jìn)的(額外的)氫的控制/調(diào)整工藝的方法，可在合成氣體出口17處混合合成氣體的工藝，以此方式，將達(dá)成用于以下在第一CO-轉(zhuǎn)化器7中的轉(zhuǎn)化工藝所需的特定組合物。對(duì)于許多工藝，例如費(fèi)托合成(Fischer-Tropsch-Synthesis)工藝，氫對(duì)CO的比例應(yīng)盡可能地高，也即，富氫合成氣體。在合成氣體出口17，任何所需的氫對(duì)CO的比例可在混合器20的協(xié)助下設(shè)定。不需要的H₂可經(jīng)由在第二CO-轉(zhuǎn)化器37和混合器20(或混合器結(jié)合在其中的第一CO-轉(zhuǎn)化器9)之間的點(diǎn)的可選擇的第二H₂線路24送出。

作為一種替代，如圖2中所示，混合器20結(jié)合在第一CO-轉(zhuǎn)化器7中。在此情況下，混合器20可以是在第一CO-轉(zhuǎn)化器7中個(gè)別的混合腔室或同時(shí)是CO-轉(zhuǎn)化器7的工藝腔室。在此情況下，第二群組轉(zhuǎn)化器稍微延伸至一部分的第一CO-轉(zhuǎn)化器7。來(lái)自第一C-轉(zhuǎn)化器14的合成氣體送入至第一CO-轉(zhuǎn)化器7的合成氣體入口22，且在額外的H₂引進(jìn)之后與其混合，以制造富氫合成氣體。因此，在所有的實(shí)施例中，在第二子工藝中制造的氫可與來(lái)自第一C-轉(zhuǎn)化器14的合成氣體直接在第一CO-轉(zhuǎn)化器7的工藝腔室中混合或在第一C-轉(zhuǎn)化器14和第一CO-轉(zhuǎn)化器7之間的點(diǎn)混合。

第二群組轉(zhuǎn)化器5包括第二烴轉(zhuǎn)化器25，其包括烴入口27以及用于C/H₂氣溶膠的氣溶膠出口28。第二群組轉(zhuǎn)化器5還包括第二C-轉(zhuǎn)化器30，其具有氣溶膠入口31、H₂O-入口32以及合成氣體出口33。第二烴轉(zhuǎn)化器25和第二C-轉(zhuǎn)化器30是以第二烴轉(zhuǎn)化器25的氣溶膠出口28通過(guò)氣溶膠連接件34連接至第二C-轉(zhuǎn)化器30的氣溶膠入口31的方式配置，其中氣溶膠出口28也可直接形成第二C-轉(zhuǎn)化器30的氣溶膠入口31。作為C/H₂氣溶膠成分的碳(在H₂載體氣體中的C-顆粒)可因此直接地從第二烴轉(zhuǎn)化器25輸入至第二C-轉(zhuǎn)化器30。第二C-轉(zhuǎn)化器30的H₂O-入口32可從氣溶膠入口31個(gè)別地配置，或其可達(dá)成一起引進(jìn)H₂O和氣溶膠至第二C-轉(zhuǎn)化器30的目的。在圖中，與來(lái)自第二烴轉(zhuǎn)化器25的氣溶膠一起經(jīng)由氣溶膠入口31供給至第二C-轉(zhuǎn)化器30的H₂O的可選擇的可能性是以虛線箭頭表示。

可替代地，在所有的實(shí)施例中，適合用于在溫度提升下從C/H₂氣溶膠過(guò)濾出含碳顆粒的可選的過(guò)濾器13可配置在第二烴轉(zhuǎn)化器25的氣溶膠出口28之后。這類的過(guò)濾器及其操作的方法例如在德國(guó)專利申請(qǐng)案第102013013443號(hào)是已知的。以下的例示性實(shí)施例是在沒(méi)有提供過(guò)濾器13且因此送入C/H₂氣溶膠至第二C-轉(zhuǎn)化器30的情況下描述。然而，例示性實(shí)施例的功能與當(dāng)僅有C-顆粒通過(guò)過(guò)濾器13從氫分離出而通過(guò)時(shí)為完全相同的方式。

此外，第二群組轉(zhuǎn)化器5包括第二CO-轉(zhuǎn)化器37，其適合用于實(shí)施CO和H₂O轉(zhuǎn)化為CO₂和H₂的水煤氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)：

CO+H₂O→CO₂+H₂

第二CO-轉(zhuǎn)化器37包括用于合成氣體的入口38，其連接至第二C-轉(zhuǎn)化器30的合成氣體出口33，其中合成氣體出口33也可直接形成第二CO-轉(zhuǎn)化器37的入口38。第二CO-轉(zhuǎn)化器37還包括用于供應(yīng)水或水蒸氣(water vapour)的H₂O-入口39。第二CO-轉(zhuǎn)化器也包括H₂出口40以及CO₂出口41，以送出在水煤氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)中制造的CO₂和H₂。

第二CO-轉(zhuǎn)化器37的CO₂出口41通過(guò)CO₂線路19連接至第一C-轉(zhuǎn)化器14?？蛇x擇地，CO₂線路19通過(guò)熱轉(zhuǎn)換器(heat exchanger)44的方法加熱，以預(yù)熱用于在第一C-轉(zhuǎn)化器14中的轉(zhuǎn)化工藝的CO₂(見(jiàn)圖2)。熱轉(zhuǎn)換器44例如是通過(guò)來(lái)自在第二烴轉(zhuǎn)化器25和第二C-轉(zhuǎn)化器30之間的氣溶膠線路的廢熱加熱，并通過(guò)另一個(gè)熱轉(zhuǎn)換器45的方法散熱。廢熱也可從烴轉(zhuǎn)化器9和烴轉(zhuǎn)化器25之一或二者散熱(圖中未示出)。

第二CO-轉(zhuǎn)化器37的H₂O-入口39可與入口38分離地配置或其可提供為引進(jìn)H₂O和合成氣體二者至第二CO-轉(zhuǎn)化器37。在圖中，用于從第二C-轉(zhuǎn)化器30經(jīng)入口38共同地供給H₂O和合成氣體至第二CO-轉(zhuǎn)化器37的選擇是以虛線箭頭表示。同樣通過(guò)虛線指示引進(jìn)至第二C-轉(zhuǎn)化器30及至第二CO-轉(zhuǎn)化器37的水可選擇性地來(lái)自第一CO-轉(zhuǎn)化器。

第二C-轉(zhuǎn)化器30可為可從碳(C)和水(H₂O)制造合成氣體(syngas)的任何適合類型的C-轉(zhuǎn)化器。在第二C-轉(zhuǎn)化器30中，H₂O送入于過(guò)熱碳(over hot carbon)，或其也可以水蒸氣的形式引進(jìn)C-顆粒和氫的熱氣溶膠氣流中且與其混合。碳藉此根據(jù)以下化學(xué)方程式轉(zhuǎn)化：

C+H₂O→CO+H₂

以下的反應(yīng)發(fā)生在第二C-轉(zhuǎn)化器30中：

C+H₂O→CO+H₂+131.38kJ/mol 吸熱

CO+H₂O→CO₂+H₂-41.19kJ/mol 放熱

以下的反應(yīng)發(fā)生在布多阿爾平衡狀態(tài)中：

C+CO₂→2CO+172.58kJ/mol 吸熱

由于全部三個(gè)反應(yīng)是平衡的，在第二C-轉(zhuǎn)化器30中的工藝較佳地發(fā)生在800℃至1700℃的高溫下，較佳地為1000℃至1200℃，而第二反應(yīng)則較佳是在較低的溫度下。用于達(dá)到此溫度所需的熱主要是通過(guò)來(lái)自第二烴轉(zhuǎn)化器25的材料提供，以下將會(huì)有更詳細(xì)地描述。在這些條件下，在第二C-轉(zhuǎn)化器30中的水(H₂O)是在蒸氣狀態(tài)中且可立即以蒸氣的形式引進(jìn)。在設(shè)備1的操作中，水添的加是以此方法控制而避免多余的水，以防止過(guò)冷(over-cooling)。在第二C-轉(zhuǎn)化器30中過(guò)度冷卻的情況下，上述第二反應(yīng)將較佳地照樣發(fā)生。

第二C-轉(zhuǎn)化器30最好在1000℃至1200℃的高溫下運(yùn)作，以抑制放熱的水煤氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)(CO+H₂O→CO₂+H₂)，且可最適化在合成氣體中一氧化碳的比率。在第二C-轉(zhuǎn)化器30中的反應(yīng)(若可能的話應(yīng)在不存在氧下發(fā)生)為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知，且因此在此將不會(huì)更詳細(xì)地描述。

第二烴轉(zhuǎn)化器25是以與第一烴轉(zhuǎn)化器9相似的方式構(gòu)成，即其為可轉(zhuǎn)化或分解供給的烴為碳和氫的任何類型的烴轉(zhuǎn)化器。第二烴轉(zhuǎn)化器25包括具有用于含烴流體的入口的工藝腔室、至少一個(gè)用于供應(yīng)分解能量至流體的單元以及至少一個(gè)出口。分解能量至少部分地通過(guò)熱提供，例如是通過(guò)電漿制造的熱。第二烴轉(zhuǎn)化器25可如以電漿轉(zhuǎn)化器或不同操作的熱轉(zhuǎn)換器形式的第一烴轉(zhuǎn)化器9的相同方式實(shí)施。第一烴轉(zhuǎn)化器9的以上描述也適用于第二烴轉(zhuǎn)化器25。因此，將不再描述第二烴轉(zhuǎn)化器25以避免不必要的重復(fù)。

第一烴轉(zhuǎn)化器和第二烴轉(zhuǎn)化器結(jié)合的實(shí)例為：

a)第一烴轉(zhuǎn)化器9為高溫電漿轉(zhuǎn)化器，且第二烴轉(zhuǎn)化器25為低溫電漿轉(zhuǎn)化器。在低溫電漿轉(zhuǎn)化器的情況下，一者可最佳化所消耗的能量。在應(yīng)需要額外的熱系統(tǒng)以達(dá)到用于第二烴轉(zhuǎn)化器的轉(zhuǎn)化溫度的情況下，接著可通過(guò)來(lái)自第一烴轉(zhuǎn)化器9的廢熱的方法操作。

b)第一烴轉(zhuǎn)化器9為高溫電漿轉(zhuǎn)化器，且第二烴轉(zhuǎn)化器25為熱操作的烴轉(zhuǎn)化器，其使用來(lái)自第一烴轉(zhuǎn)化器9的廢熱操作。若第二烴轉(zhuǎn)化器25為熱操作，則可結(jié)合第二烴轉(zhuǎn)化器25和第二C-轉(zhuǎn)化器30為僅具有一個(gè)結(jié)合的工藝腔室的烴C-轉(zhuǎn)化器25/30。在此情況下，在操作時(shí)，二當(dāng)量的水供給至結(jié)合的工藝腔室。由此制造合成氣體，其可直接地供給至第二CO-轉(zhuǎn)化器37的入口38。

c)烴轉(zhuǎn)化器9和烴轉(zhuǎn)化器25二者皆為熱操作的烴轉(zhuǎn)化器，其中分解能量和分解溫度通過(guò)熱系統(tǒng)產(chǎn)生，即非通過(guò)電漿的方式產(chǎn)生。

替代地，設(shè)備1可由僅一個(gè)烴轉(zhuǎn)化器9′構(gòu)成，烴轉(zhuǎn)化器9′包括烴入口11以及第一氣溶膠出口12和第二氣溶膠出口28(圖3)。烴轉(zhuǎn)化器9′用來(lái)替代烴轉(zhuǎn)化器9和烴轉(zhuǎn)化器25二者并制造C/H₂氣溶膠用于群組轉(zhuǎn)化器3和群組轉(zhuǎn)化器5。在此情況下，C/H₂氣溶膠的部分的第一氣流供給至第一子工藝且C/H₂氣溶膠的第二氣流供給至第二子工藝。其它轉(zhuǎn)化器和元件的操作模組和構(gòu)造與圖1和圖2討論的完全相同。

用于制造富氫合成氣體的設(shè)備1(烴轉(zhuǎn)化器9、第一群組轉(zhuǎn)化器3和第二群組轉(zhuǎn)化器5)與第一CO-轉(zhuǎn)化器7一起形成上述提及用于制造合成烴的設(shè)備2(圖1和圖2)。在圖3的替代中，設(shè)備2包括烴轉(zhuǎn)化器9′、第一群組轉(zhuǎn)化器3、第二群組轉(zhuǎn)化器5以及第一CO-轉(zhuǎn)化器7。圖3中，由于用于第二子工藝的C/H₂氣溶膠是通過(guò)烴轉(zhuǎn)化器9′制造，因此第二群組轉(zhuǎn)化器5不包括個(gè)別的烴轉(zhuǎn)化器25。

第一CO-轉(zhuǎn)化器7配置在混合器20的下游，并包括連接至第一群組轉(zhuǎn)化器3的混合器20的合成氣體入口22以及用于排出合成功能性烴和/或非功能性烴的烴出口23。第一CO-轉(zhuǎn)化器7可為用于制造合成功能性烴和/或非功能性烴的任何類型的CO-轉(zhuǎn)化器，且其包括配置有觸媒的工藝腔室、更進(jìn)一步用于引導(dǎo)合成氣體與觸媒接觸的工具以及在預(yù)定溫度下用于控制或調(diào)整觸媒的溫度和/或合成氣體的溫度的控制單元。在所示的實(shí)施例中，CO-轉(zhuǎn)化器較佳為具有合適的觸媒和溫度和/或壓力控制單元的費(fèi)托轉(zhuǎn)化器(Fischer-Tropsch converter)、柏吉斯-比爾轉(zhuǎn)化器(Bergius-Pier converter)或比爾轉(zhuǎn)化器(Pier converter)。

在一實(shí)施例中，第一CO-轉(zhuǎn)化器7包括費(fèi)托轉(zhuǎn)化器。費(fèi)托轉(zhuǎn)化器催化地轉(zhuǎn)化合成氣體為烴和水。不同形式的費(fèi)托反應(yīng)器和費(fèi)托工藝為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，因此不需在此做更詳細(xì)地討論。主反應(yīng)方程式如下：

n CO+(2n+1)H₂→C_nH_2n+2+n H₂O 用于烷烴類

n CO+(2n)H₂→C_nH_2n+n H₂O 用于烯烴類

n CO+(2n)H₂→C_nH_2n+1 OH+(n-1)H₂O 用于醇類

費(fèi)托工藝可以高溫工藝或低溫工藝執(zhí)行，其中工藝溫度通常在200℃至400℃之間。熟知的費(fèi)托工藝的變型特別是高負(fù)載合成工藝(high load synthesis process)、合成醇合成工藝(Synthol synthesis process)以及殼牌公司(Shell company)的SMDS(殼牌中間餾分油合成，Shell Middle Distillate Synthesis)工藝。典型地，由液態(tài)空氣(liquid gas)(丙烷(propane)、丁烷(butane))、汽油(gasoline)、煤油(kerosene)(柴油(diesel oil))、軟石蠟(soft paraffin)、硬石蠟(hard paraffin)、甲醇(methanol)、甲烷(methane)、柴油(diesel fuel)或這些產(chǎn)品的混合物構(gòu)成的烴化合物通過(guò)費(fèi)托轉(zhuǎn)化器制造。費(fèi)托合成工藝為放熱是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的。來(lái)自費(fèi)托工藝反應(yīng)的熱例如可通過(guò)熱轉(zhuǎn)換器的方法而用于預(yù)熱CO₂(圖中未示出)。例如，考慮將二階段CO₂的預(yù)加熱引進(jìn)至第一C-轉(zhuǎn)化器14，其中首先通過(guò)來(lái)自第一CO-轉(zhuǎn)化器7(以實(shí)施例中費(fèi)托轉(zhuǎn)化器的形式)的廢熱的方法達(dá)到預(yù)熱，且更進(jìn)一步通過(guò)來(lái)自烴轉(zhuǎn)化器9和烴轉(zhuǎn)化器25中的一者或更多的熱的方法達(dá)到CO₂的加熱。

可替代地，第一CO-轉(zhuǎn)化器7包括柏吉斯-比爾轉(zhuǎn)化器或比爾轉(zhuǎn)化器與MtL(甲醇至液體(methanol-to-liquid))轉(zhuǎn)化器的組合。本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的柏吉斯-比爾工藝發(fā)生在柏吉斯-比爾轉(zhuǎn)化器中，由此在放熱化學(xué)反應(yīng)中藉以氫對(duì)碳進(jìn)行氫化來(lái)制造烴。由柏吉斯-比爾工藝展現(xiàn)的產(chǎn)物的光譜取決于反應(yīng)條件及反應(yīng)進(jìn)行的方式。最終產(chǎn)物大部分為液態(tài)最終產(chǎn)物，其可作為燃料，例如為重油(heavy oil)或介質(zhì)油(medium oil)。柏吉斯-比爾工藝眾所周知的發(fā)展例如為控制臺(tái)(console)工藝和H-煤灰(H-coal)工藝。在柏爾轉(zhuǎn)化器與MtL轉(zhuǎn)化器的組合中，合成氣體首先根據(jù)熟知的柏爾工藝轉(zhuǎn)化為甲醇。MtL轉(zhuǎn)化器為將甲醇轉(zhuǎn)化為汽油的轉(zhuǎn)化器。一種普遍的方法為由?？松梨?ExxonMobil)公司和埃索(Esso)公司發(fā)展的MtL方法。用于MtL轉(zhuǎn)化器的輸入產(chǎn)物通常例如為來(lái)自柏爾轉(zhuǎn)化器的甲醇。通過(guò)MtL轉(zhuǎn)化器制造的輸出產(chǎn)物通常為汽油，其適合用于汽油引擎的(petrol engine)操作。

總之，可以說(shuō)功能性烴和/或非功能性烴可在第一CO-轉(zhuǎn)化器7中從CO和H₂以合成方式制造作為最終產(chǎn)物，不論通過(guò)上述討論的具體的一個(gè)原則運(yùn)作。在第一CO-轉(zhuǎn)化器7中放熱轉(zhuǎn)化工藝的過(guò)程中制造的工藝熱可通過(guò)熱轉(zhuǎn)換器再次使用在用于加熱設(shè)備1的不同區(qū)域或用于制造氣流，以改善設(shè)備的效率。

圖中所示為在所有的實(shí)施例中可彼此獨(dú)立地實(shí)施的一些變型。

a)混合器20可如上更詳細(xì)地說(shuō)明結(jié)合至第一CO-轉(zhuǎn)化器7，且在圖2中以例示性的方式所示。在此情況下，第一群組轉(zhuǎn)化器3也包含一部分的第一CO-轉(zhuǎn)化器7，如圖2中所示。

b)在第一CO-轉(zhuǎn)化器7中合成烴的制造期間制造H₂O的情況下，H₂O部分地與烴混合。此與烴混合的H₂O可至少部分地引導(dǎo)至第二C-轉(zhuǎn)化器30中或至以上提及的組合的烴/C-轉(zhuǎn)化器25/30中(可選擇的H₂O-線路47)。若需要的話，一部分的H₂O在引進(jìn)至轉(zhuǎn)化器之前先從與其混合的烴分離。

c)若第一CO-轉(zhuǎn)化器7的輸出產(chǎn)物為烴的混合物，其在經(jīng)分離出或精制之后不能進(jìn)一步直接地處理或不能如成品售出獲利，接著這類烴(例如甲烷或短鏈?zhǔn)?可供給回至在此所述的工藝中。為此目的，設(shè)備1包括可選擇的回流管(return pipe)48，其借助于一部分以合成方式制造的烴可供給回至烴轉(zhuǎn)化器9和烴轉(zhuǎn)化器25的烴入口11和烴入口27的一者或二者。取決于供給回的以合成方式制造的烴的組成，在不合適的烴引進(jìn)至烴入口11和烴入口27之前進(jìn)行進(jìn)一步的處理或分離。

d)對(duì)于所有的烴轉(zhuǎn)化器9、烴轉(zhuǎn)化器25和烴轉(zhuǎn)化器9′，可選擇的回流管48可供給至用于回流烴的常用烴入口，且新外部引進(jìn)的含烴流體等可供給至個(gè)別的烴入口。圖3中所示為個(gè)別的烴入口的實(shí)例，外部引進(jìn)的含烴流體經(jīng)由烴入口27供給至烴轉(zhuǎn)化器9′，且回流的烴經(jīng)由烴入口11引進(jìn)。

現(xiàn)將在下文中參照?qǐng)D1更詳細(xì)地說(shuō)明用于制造富氫合成氣體的設(shè)備1的操作。首先，引進(jìn)含烴流體(例如氣體，由氣體和固體所組成的氣溶膠或由氣體和液滴所組成的氣溶膠)至第一烴轉(zhuǎn)化器9，且將其分解以形成H₂/C-氣溶膠。引進(jìn)來(lái)自第一烴轉(zhuǎn)化器9的H₂/C-氣溶膠至發(fā)生第一子工藝的第一群組轉(zhuǎn)化器3中。

在下文中，假設(shè)第一烴轉(zhuǎn)化器9為卡瓦納類型的高溫反應(yīng)器。含烴流體(特別地以氣態(tài)形式)經(jīng)由烴入口11引進(jìn)至第一烴轉(zhuǎn)化器9。若例如烴為甲烷(CH₄)，則從1莫耳甲烷制造1莫耳碳和2莫耳氫。在其他烴的情況下，會(huì)有相應(yīng)不同莫耳比例的碳和氫結(jié)果。烴根據(jù)以下反應(yīng)方程式在約1600℃下的第一烴轉(zhuǎn)化器9中轉(zhuǎn)化，其中供應(yīng)的能量為通過(guò)電能的方法在電漿中制造的熱：

C_nH_m+能量→n C+m/2H₂

通過(guò)合適的處理，第一烴轉(zhuǎn)化器9(卡瓦納反應(yīng)器)在持續(xù)的操作中能夠達(dá)到烴幾乎完全轉(zhuǎn)化為其組成，例如氫和碳(超過(guò)94％，取決于溫度，參見(jiàn)上文)。氫和碳如混合物的方式存在，例如以H₂/C-氣溶膠的方式。

H₂/C-氣溶膠從第一烴轉(zhuǎn)化器9送出，且供應(yīng)至第一C-轉(zhuǎn)化器14。氫作為用于碳(C-顆粒)的載體氣體，且不損害發(fā)生在第一烴轉(zhuǎn)化器14中的轉(zhuǎn)化工藝，盡管氫可作為額外的熱源。H₂/C-氣溶膠直接地從氣溶膠出口12供給至第一C-轉(zhuǎn)化器14的氣溶膠入口15。在本文中，術(shù)語(yǔ)“直接地”從氣溶膠出口12供應(yīng)至氣溶膠入口15旨在涵蓋其中送入的材料不會(huì)降溫超過(guò)相對(duì)于其起始溫度的50％(較佳為不超過(guò)20％)的所有這類變型。由于從第一烴轉(zhuǎn)化器9出現(xiàn)的H₂/C-氣溶膠具有高溫(較佳為超過(guò)1000℃)，因此其中所含的熱能可用于維持在第一烴轉(zhuǎn)化器14中用于轉(zhuǎn)化工藝所需的溫度，較佳的運(yùn)作溫度在約1000℃。

在第一烴轉(zhuǎn)化器9和第一C-轉(zhuǎn)化器14之間的氣溶膠連接件18以碳從第一烴轉(zhuǎn)化器9至第一C-轉(zhuǎn)化器14途徑上不會(huì)過(guò)度地降溫的這類方式形成(相對(duì)于溫度少于50％，且較佳為少于20％)。例如，氣溶膠連接件18可特別是絕緣和/或甚至主動(dòng)地加熱，由此，除了供應(yīng)熱至第一烴轉(zhuǎn)化器9，其較佳為不進(jìn)一步供應(yīng)熱至系統(tǒng)。由于在第一烴轉(zhuǎn)化器9中的操作溫度，在第一烴轉(zhuǎn)化器9中制造的氫也包含熱能。

在第一C-轉(zhuǎn)化器14中，經(jīng)由CO₂入口16引進(jìn)的CO₂與H₂/C-氣溶膠混合，并藉此帶入至與熱碳接觸。第一C-轉(zhuǎn)化器14在布多阿爾平衡運(yùn)作為最佳，布多阿爾平衡是通過(guò)使用熱碳在轉(zhuǎn)化二氧化碳的過(guò)程期間建立。此反應(yīng)為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，其取決于壓力和溫度，但在此將不詳細(xì)地說(shuō)明。引進(jìn)至第一C-轉(zhuǎn)化器14的CO₂量或碳量其中一者(即H₂/C-氣溶膠的量)可通過(guò)適合的方法控制和/或調(diào)整。

CO₂+C→2CO ΔH＝+172.45kJ/mol

CO₂來(lái)自在第二群組轉(zhuǎn)化器5中實(shí)施且制造適合的CO₂量的第二子工藝。取決于從第二子工藝出現(xiàn)的CO₂溫度，由于第一C-轉(zhuǎn)化器14在溫度為800℃至1200℃之間運(yùn)作，因此預(yù)熱引進(jìn)至第一C-轉(zhuǎn)化器14的CO₂入口16的CO₂是有利的。CO₂的預(yù)熱例如可通過(guò)可選擇的熱轉(zhuǎn)換器44和熱換器45(圖2)的方法預(yù)熱CO₂線路19達(dá)到。然而，較佳為在H₂/C-氣溶膠中所含有的熱恰好將足夠用于提升CO₂至想要的溫度。藉此，在第一C-轉(zhuǎn)化器14中，可使用暖流(warm)至熱CO₂將來(lái)自第一烴轉(zhuǎn)化器9熱碳(C-顆粒)轉(zhuǎn)化為CO，而不須從外部來(lái)源供應(yīng)的能量或至少僅微量程度的能量。較佳是，用于達(dá)到轉(zhuǎn)化溫度所需的熱的至少80％且特別是至少90％應(yīng)來(lái)自第一烴轉(zhuǎn)化器9。僅在第一烴轉(zhuǎn)化器9中制造的熱不足以達(dá)到所想要約1000℃的轉(zhuǎn)化溫度的情況下，可選擇的額外的加熱單元可提供用于加熱第一C-轉(zhuǎn)化器14或包含于其內(nèi)的元件。

額外的加熱單元也可用于設(shè)備1的起始階段期間以升溫轉(zhuǎn)化器9、轉(zhuǎn)化器14、轉(zhuǎn)化器25、轉(zhuǎn)化器30、轉(zhuǎn)化器37或設(shè)備1的介質(zhì)傳遞(medium-conveying)部分中的一個(gè)或多個(gè)至起始溫度，這樣系統(tǒng)將更快地達(dá)到想要的溫度程度。僅通過(guò)在烴轉(zhuǎn)化器9和烴轉(zhuǎn)化器25中產(chǎn)生的熱加熱所有介質(zhì)傳遞部分的工藝會(huì)在起始階段中持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間。

熱合成氣體在溫度約為800℃至1000℃下(取決于第一C-轉(zhuǎn)化器14的操作溫度)從第一C-轉(zhuǎn)化器14的合成氣體出口17出現(xiàn)。合成氣體由與氫混合的一氧化碳(CO，根據(jù)上述提及轉(zhuǎn)化方程式制造)構(gòu)成，所述氫是以H₂/C-氣溶膠的氣態(tài)組成的形式引進(jìn)至第一C-轉(zhuǎn)化器14。從第一C-轉(zhuǎn)化器14出現(xiàn)的合成氣體因此同樣包含熱能，所述熱能例如可直接或間接通過(guò)圖中未示出的熱轉(zhuǎn)換器用于預(yù)熱引進(jìn)至CO₂入口16的CO₂。

來(lái)自合成氣體出口17的合成氣體具有取決于裂解烴的CO對(duì)H₂的比例。在CH₄在烴轉(zhuǎn)化器9中分解的情況下，在第一C-轉(zhuǎn)化器14的合成氣體出口17產(chǎn)生具有H₂對(duì)CO的比例為1∶1的合成氣體。對(duì)于許多工藝，H₂對(duì)CO的比例應(yīng)盡可能地高，即富氫合成氣體。特別是對(duì)于上述合成烴的制造，富氫合成氣體中CO對(duì)H₂的比例是設(shè)定為數(shù)值大于1∶1至1∶3，且特別是數(shù)值約為1∶2.1。富氫合成氣體的混合可在混合器20的協(xié)助下達(dá)到，且特別是通過(guò)控制/調(diào)整經(jīng)由H₂線路21引進(jìn)至混合器20的(額外的)氫，以這種方式，達(dá)到在第一CO-轉(zhuǎn)化器7中用于后續(xù)轉(zhuǎn)化工藝所需要的組成。

經(jīng)CO₂線路19引導(dǎo)至第一C-轉(zhuǎn)化器14的二氧化碳和經(jīng)H₂線路21引導(dǎo)至混合器20的氫在第二CO-轉(zhuǎn)化器37中通過(guò)CO和H₂O轉(zhuǎn)化為CO₂和H₂的水煤氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)的方法制造：

CO+H₂O→CO₂+H₂

在此情況下，CO以在第二C-轉(zhuǎn)化器30中制造的合成氣體的組分存在。此合成氣體的CO部分參與水煤氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)而合成氣體的H₂部分未參與。水煤氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，且其在第二CO-轉(zhuǎn)化器37中發(fā)生在溫度約250℃至300℃下。

通過(guò)圖中未示出的分離元件(separating device)分離在第二CO-轉(zhuǎn)化器37中制造的氣體CO₂和H₂。用于CO₂和H₂的各種類型的分離元件為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，例如可使用PSA設(shè)備(變壓式吸附法，Pressure Swing Adsorption，PSA)，其結(jié)構(gòu)和功能為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的。用于CO₂和H₂的分離元件可結(jié)合至第二CO-轉(zhuǎn)化器37中?？商娲兀蛛x元件可以是個(gè)別的構(gòu)件，由CO₂和H₂構(gòu)成的氣體混合物引進(jìn)至分離元件，且透過(guò)線路19和線路21從分離元件個(gè)別地排出CO₂和H₂。

第二C-轉(zhuǎn)化器30在溫度約800℃至1700℃下從碳和水制造用于第二CO-轉(zhuǎn)化器37的合成氣體。以下的轉(zhuǎn)化反應(yīng)取決于壓力和溫度，其為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知且在此將不再詳細(xì)描述。

C+H₂O→CO+H₂ ΔH＝+131.38kJ/mol

碳僅以C-顆粒(若提供可選擇的過(guò)濾器13)的形式存在，或其是H₂/C-氣溶膠的固態(tài)成分的形式(無(wú)過(guò)濾器13)且經(jīng)氣溶膠入口31引進(jìn)。水(特別是水蒸氣的形式)通過(guò)第二C-轉(zhuǎn)化器30的H₂O-入口32引進(jìn)并供給過(guò)熱的碳和/或與其混合。引進(jìn)至烴轉(zhuǎn)化器9的水量或碳量可通過(guò)適合的方法控制和/或調(diào)整。由于涉及吸熱反應(yīng)(ΔH＝+131.38kJ/mol)且與其競(jìng)爭(zhēng)的水煤氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)為放熱反應(yīng)，第二C-轉(zhuǎn)化器30在高溫運(yùn)作最佳

然而，由于在溫度高于1000℃下且不存在過(guò)量的水，幾乎只有一氧化碳和氫的混合物存在，因此布多阿爾平衡也為在第二C-轉(zhuǎn)化器30中用于轉(zhuǎn)化反應(yīng)的限制因子。

由于第二C-轉(zhuǎn)化器30在溫度大于1000℃下運(yùn)作較佳，預(yù)熱引進(jìn)至第二C-轉(zhuǎn)化器30的H₂O-入口32的水是有利的。對(duì)于第二C-轉(zhuǎn)化器30的水的初步加熱可例如通過(guò)以下方式達(dá)成：使用來(lái)自第一CO-轉(zhuǎn)化器7(若存在)的廢熱或來(lái)自烴轉(zhuǎn)化器9、烴轉(zhuǎn)化器25(或烴轉(zhuǎn)化器9′)的廢熱，直接或間接通過(guò)熱轉(zhuǎn)換設(shè)備的方法預(yù)熱水。然而，較佳的是，包含在碳或H₂/C-氣溶膠的熱應(yīng)足夠?qū)⑺嵘了璧臏囟取Ｖ挥性跓N轉(zhuǎn)化器3中所產(chǎn)生的熱應(yīng)不足以達(dá)到所需的約1000℃的轉(zhuǎn)化溫度的情況下，需要提供可選擇的額外的加熱單元用于加熱第二C-轉(zhuǎn)化器30或其內(nèi)元件。預(yù)熱單元也可僅用于設(shè)備的起始階段期間，以在最初時(shí)提升第二C-轉(zhuǎn)化器30或其他介質(zhì)傳遞部分至起始溫度，藉此容許系統(tǒng)更快地達(dá)到所需的溫度程度。

在溫度大于1000℃下(取決于第二C-轉(zhuǎn)化器30的操作溫度)的熱合成氣體(CO+H₂)從第二C-轉(zhuǎn)化器30出現(xiàn)。從第二C-轉(zhuǎn)化器30出現(xiàn)的合成氣體因此也含有熱能，其可使用例如直接或間接通過(guò)熱轉(zhuǎn)換器(未示出)的方法預(yù)熱引進(jìn)至H₂O-入口32的水或進(jìn)入CO₂線路19的CO₂。通過(guò)第二C-轉(zhuǎn)化器30中操作參數(shù)的適當(dāng)選擇，即溫度介于1000℃和1200℃之間(且在第二C-轉(zhuǎn)化器30之前通過(guò)可選擇的過(guò)濾器13的方法分離氫和碳)，制造合成氣體，其中CO和H₂以1∶1的比例存在，表示為水氣體(water gas)。在進(jìn)入第二C-轉(zhuǎn)化器30前未分離氫和碳，且適當(dāng)?shù)卣{(diào)整第二C-轉(zhuǎn)化器30中的操作參數(shù)，即溫度介于1000℃和1200℃之間，制造合成氣體，其中CO和H₂以約1∶3的比例存在。合成氣體的H₂部分未參與第二CO-轉(zhuǎn)化器37中的水煤氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)。

當(dāng)合成氣體從第二C-轉(zhuǎn)化器30出現(xiàn)時(shí)，其具有較第二CO-轉(zhuǎn)化器37的運(yùn)作溫度(250℃至300℃)高的溫度(大于1000℃)。熱合成氣體在引進(jìn)至第二CO-轉(zhuǎn)化器37前可通過(guò)混合液體水或相對(duì)冷的水蒸氣(100℃至150℃)與用于水煤氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)的熱合成氣體降溫至較低溫度。H₂O與合成氣體接著一起經(jīng)合成氣體入口38進(jìn)入第二CO-轉(zhuǎn)化器37。

在第二C-轉(zhuǎn)化器30中轉(zhuǎn)化為CO的碳是以來(lái)自第二烴轉(zhuǎn)化器25的H₂/C-氣溶膠的固態(tài)成分的形式存在。在提供可選擇的過(guò)濾器13于第二烴轉(zhuǎn)化器25和第二C-轉(zhuǎn)化器30之間的情況下，碳是完全為熱C-顆粒的形式。在操作中，第二烴轉(zhuǎn)化器25與上述第一烴轉(zhuǎn)化器9相同的方式運(yùn)行。烴根據(jù)以下反應(yīng)方程式在分解溫度下在第二烴轉(zhuǎn)化器25中轉(zhuǎn)化，其中所供應(yīng)的能量是通過(guò)電能的方法在電漿中產(chǎn)生的熱：

C_nH_m+能量→n C+m/2H₂

若第二烴轉(zhuǎn)化器25是高溫反應(yīng)器，操作溫度約為1600℃。較佳地，第二烴轉(zhuǎn)化器25為低溫反應(yīng)器，其中烴的分解是通過(guò)微波電漿的方法在溫度低于1000℃下達(dá)到，且特別是低于600℃。分解溫度也可至少部分通過(guò)加熱第二烴轉(zhuǎn)化器25的工藝腔室達(dá)到。這種工藝腔室的加熱是通過(guò)例如使用來(lái)自第一烴轉(zhuǎn)化器9的廢熱達(dá)到。

以下，假設(shè)H₂/C-氣溶膠的分離未發(fā)生，且碳和氫以混合物的形式從第二烴轉(zhuǎn)化器25送出至第二C-轉(zhuǎn)化器30。氫并未損害第二C-轉(zhuǎn)化器30中的轉(zhuǎn)化工藝，盡管其可作為額外的熱載體，這是因?yàn)槠溆捎诎l(fā)生在分解工藝期間的操作溫度而也包含熱能。碳直接地經(jīng)氣溶膠出口28引進(jìn)至第二C-轉(zhuǎn)化器30。在此，從氣溶膠出口28“直接”引進(jìn)至第二C-轉(zhuǎn)化器30的術(shù)語(yǔ)意指包括其中引進(jìn)的材料不會(huì)降溫超過(guò)相對(duì)于其起始溫度的50％(較佳為不超過(guò)20％)的所有這類的變型。由于從第二烴轉(zhuǎn)化器25出現(xiàn)的碳具有高溫(較佳為超過(guò)1000℃)，因此其含有的熱能可作為用于維持第二烴轉(zhuǎn)化器30中用于轉(zhuǎn)化工藝所需的溫度，其運(yùn)作溫度約為1000℃至1200℃。

第二烴轉(zhuǎn)化器25和第二C-轉(zhuǎn)化器30之間的連接件以碳在至第二C-轉(zhuǎn)化器30的途徑上不會(huì)過(guò)度地降溫的這類方式形成(相對(duì)于溫度少于50％，且較佳為少于20％)。例如，連接件可以為絕緣和/或甚至主動(dòng)加熱，其中除了供給熱至第二烴轉(zhuǎn)化器25，較佳為不進(jìn)一步供給熱至系統(tǒng)。

在富氫合成氣體通過(guò)上述操作步驟制造后，在第一CO-轉(zhuǎn)化器7中制造合成烴。富氫合成氣體被帶入至與在第一CO-轉(zhuǎn)化器7中的觸媒接觸，且觸媒的溫度和/或合成氣體的溫度控制或調(diào)整在預(yù)定的溫度范圍內(nèi)，以制造合成烴。上述提及的化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生取決于第一CO-轉(zhuǎn)化器7的實(shí)施，由此制造合成的功能性烴和/或非功能性烴和水。

所得到的合成烴可用作為可銷售的產(chǎn)品或可經(jīng)進(jìn)一步的處理。在一部分的合成烴不適合銷售或進(jìn)一步處理的情況下，則這部分可送回至烴轉(zhuǎn)化器9、烴轉(zhuǎn)化器25和烴轉(zhuǎn)化器9′中的一個(gè)或多個(gè)。

理論上，所得到的水(也指產(chǎn)物水)可簡(jiǎn)單地經(jīng)H₂O-線路46送出。然而，在某些用于制造合成烴的實(shí)施方法中，所得到的水會(huì)部分地與烴(以下稱為污染烴)混合或污染。因此，此在現(xiàn)有的方法中與污染烴混合的水必須視為特殊廢棄物而昂貴地清洗或處理。然而，在此揭示的所有方法和設(shè)備1和設(shè)備2中，與污染烴混合的H₂O可經(jīng)H₂O-線路47送入至上述提及的第二C-轉(zhuǎn)化器30或至組合的烴/C-轉(zhuǎn)化器25/30?？蛇x擇地，在送入之前，一部分的H₂O從污染烴分離。例如，經(jīng)烴輕度污染(即小于1％的污染烴)的水可從第一CO-轉(zhuǎn)化器7出現(xiàn)，且在部分的H₂O分離出后變成經(jīng)烴重度污染(例如小于10％的污染烴)。在第二C-轉(zhuǎn)化器30中或組合的烴/C-轉(zhuǎn)化器25/30中的普遍溫度(較佳約1000℃，見(jiàn)上述)可能如此之高，使得水將會(huì)變?yōu)樗魵馇椅廴緹N會(huì)分解為碳和氫。從污染烴以這種方式制造的碳與H₂O轉(zhuǎn)化為CO和H₂。總體而言，甚至當(dāng)引進(jìn)污染水至第二C-轉(zhuǎn)化器30或至組合的烴/C-轉(zhuǎn)化器25/30時(shí)，僅制造CO和H₂并供給至第二CO-轉(zhuǎn)化器37的合成氣體入口38。(產(chǎn)物)水可在引進(jìn)至第二C-轉(zhuǎn)化器30或至上述提及的組合的烴/C-轉(zhuǎn)化器25/30之前通過(guò)熱轉(zhuǎn)換器(未示出)的方法預(yù)熱。此熱轉(zhuǎn)換器可例如提供于第一C-轉(zhuǎn)化器14和第一CO-轉(zhuǎn)化器7之間，或提供于H₂線路或H₂線路24其中之一上，或其可用于冷卻烴轉(zhuǎn)化器9、烴轉(zhuǎn)化器25或組合的烴/C-轉(zhuǎn)化器25/30其中之一的外壁。

根據(jù)圖3的設(shè)備1或設(shè)備2的操作以完全與上述各種轉(zhuǎn)化器相同的方式發(fā)生。差異在于：H2/C-氣溶膠或C-顆粒(若可選擇的過(guò)濾器13存在)制造在共同的烴轉(zhuǎn)化器9′中。送入H₂/C-氣溶膠或C-顆粒作為在第一C-轉(zhuǎn)化器14(即第一子工藝)中和第二C-轉(zhuǎn)化器30(即第二子工藝)中用于轉(zhuǎn)化工藝的第一子氣流(sub-stream)和第二子氣流，且根據(jù)上述提及的反應(yīng)轉(zhuǎn)化。在此形式中，首先制造富氫合成氣體(設(shè)備1)，以及作為一個(gè)選項(xiàng)，接著制造合成烴(設(shè)備2)。

如上述提及，所有以上討論的方法皆可以H₂/C-氣溶膠或C-顆粒實(shí)施。首先在烴轉(zhuǎn)化器9、烴轉(zhuǎn)化器25、烴轉(zhuǎn)化器9′中形成H₂/C-氣溶膠，且通過(guò)過(guò)濾器13的方法，可自此氣溶膠過(guò)濾出C-顆粒。用于過(guò)濾器的一實(shí)施例的操作順序例如于德國(guó)專利申請(qǐng)案第102013013443號(hào)中所描述。在可選擇的過(guò)濾器13形成C-轉(zhuǎn)化器的組合構(gòu)件的情況下的作用也描述于其中。

以下實(shí)例提供使用設(shè)備2的具體實(shí)例，其用于自甲烷(CH₄)制造合成烴。通過(guò)烴轉(zhuǎn)化器9′的方法分解CH₄(含烴流體)為碳和氫(H₂/C-氣溶膠)，也即熱或通過(guò)電漿的方式。一半的H₂/C-氣溶膠在第一C-轉(zhuǎn)化器14中在第一子工藝中與CO₂轉(zhuǎn)化為含有氫相對(duì)少的合成氣體(CO∶H₂的比例為1∶1)。另一半的H₂/C-氣溶膠在第二C-轉(zhuǎn)化器30中在第二子工藝中與水轉(zhuǎn)化為富氫合成氣體(CO∶H₂的比例為1∶3)。此時(shí)的富氫合成氣體在第二CO-轉(zhuǎn)化器37中在水煤氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)中與更多的水轉(zhuǎn)化為CO₂和氫(CO₂∶H₂的比例為1∶4)。接著，將4份的氫(4H₂)從1份的CO₂分離并清除。將來(lái)自第二子工藝的CO₂送入至第一子工藝的第一C-轉(zhuǎn)化器14且藉此再利用。為了得到用于第一CO-轉(zhuǎn)化器7的適當(dāng)?shù)暮铣蓺怏w組成，來(lái)自第二子工藝的一半的氫(2H₂)加入至來(lái)自第一子工藝(無(wú)論是在混合器20中或直接在第一CO-轉(zhuǎn)化器7中)的貧氫合成氣體(poor synthesis gas)(CO∶H₂＝1∶1)。接著富氫合成氣體在第一CO-轉(zhuǎn)化器7中轉(zhuǎn)化為甲醇(methanol)或中間餾出物和水(取決于發(fā)生在其中的轉(zhuǎn)化工藝)。

從前面的一般描述和所述的實(shí)施例，顯然這里使用的富氫合成氣體的術(shù)語(yǔ)表示相較于在C-轉(zhuǎn)化器之一中制造的合成氣體具有較高的氫含量的合成氣體。富氫合成氣體具有氫對(duì)一氧化碳的比例高于1.2(即H₂/CO≥1.2)。

已基于較佳實(shí)施例來(lái)描述本發(fā)明，其中所描述的實(shí)施例的個(gè)別特征可彼此自由地組合和/或可替換為另一者，只要所述特征是相容的。以相同方式，可省略所描述的實(shí)施例的個(gè)別特征，只要所述特征并不是基本的。對(duì)于熟習(xí)此項(xiàng)技術(shù)者而言，在不偏離本發(fā)明的范疇下，許多修改及實(shí)施是可行且明顯的。