СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ОДНОГО ИЛИ НЕСКОЛЬКИХ ПРОДУКТОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ СЫРЬЕВОГО ГАЗОВОГО РЕАКТОРА

1. Способ применения сырьевого газового реактора, содержащего реакционную камеру, присоединенную с возможностью переноса текучей среды к камере сгорания по одному или нескольким путям движения текучей среды, причем способ включает:
введение сырьевого газа, содержащего углеводород, в реакционную камеру;
введение горючего газа в камеру сгорания и
сжигание горючего газа в камере сгорания таким образом, что образуются один или несколько газообразных продуктов сгорания, и таким образом, что поток по меньшей мере части одного или нескольких газообразных продуктов сгорания поступает в реакционную камеру по одному или нескольким путям движения текучей среды и смешивается с сырьевым газом, причем в результате смешивания по меньшей мере части одного или нескольких газообразных продуктов сгорания с сырьевым газом происходит перенос энергии к сырьевому газу от по меньшей мере части одного или нескольких газообразных продуктов сгорания, и при этом происходит химическая реакция разложения сырьевого газа с образованием одного или несколько газообразных продуктов реакции, включая водород;
выведение смешанного потока продуктов из сырьевого газового реактора, причем смешанный поток продуктов содержит водород, углерод и воду; и
возвращение по меньшей мере части смешанного потока продуктов в сырьевой газовый реактор.
2. Способ по п. 1, в котором смешанный поток продуктов состоит из водорода, углерода и воды.
3. Способ по п. 1 или 2, дополнительно включающий отделение по меньшей мере некоторого количества углерода от смешанного потока продуктов.
4. Способ по п. 3, в котором отделение по меньшей мере некоторого количества углерода включает применение одного или нескольких устройств, представляющих собой циклон; металлокерамический фильтр; и мешочный фильтр.
5. Способ по любому из пп. 1-4, дополнительно включающий отделение по меньшей мере некоторого количества водорода от смешанного потока продуктов.
6. Способ по п. 5, в котором отделение по меньшей мере некоторого количества водорода включает применение одного или нескольких устройств, представляющих собой мембранный сепаратор, полимерный мембранный сепаратор, палладиевый мембранный сепаратор, химическое адсорбирующее устройство, адсорбирующее устройство переменного давления и адсорбирующее устройство переменной температуры.
7. Способ по п. 5, в котором отделение по меньшей мере некоторого количества водорода включает применение адсорбирующего устройства переменного давления.
8. Способ по любому из пп. 1-7, в котором возвращение по меньшей мере части смешанного потока продуктов в сырьевой газовый реактор включает:
отделение по меньшей мере некоторого количества углерода и по меньшей мере некоторого количества водорода от смешанного потока продуктов с образованием отходящего газового потока; и
возвращение отходящего газового потока в сырьевой газовый реактор.
9. Способ по п. 8, в котором возвращение отходящего газового потока в сырьевой газовый реактор включает:
смешивание первой части отходящего газового потока с окислителем; и смешивание второй части отходящего газового потока с источником сырьевого газа.
10. Способ по п. 9, в котором первая часть и вторая часть в сумме составляют 1.
11. Способ по п. 9 или 10, в котором возвращение отходящего газового потока включает разделение отходящего газового потока на первую и вторую части, и при этом разделение включает применение одного или нескольких устройств, представляющих собой разделитель потока, один или несколько регулируемых управляющих клапанов, регулируемое устройство отклонения потока, один или несколько компрессоров и один или несколько насосов.
12. Способ по любому из пп. 9-11, в котором смешивание первой части отходящего газового потока с окислителем включает смешивание первая часть отходящего газового потока с достаточным количеством окислителя для осуществления разложения сырьевого газа в сырьевом газовом реакторе.
13. Способ по любому из пп. 9-12, в котором смешивание второй части отходящего газового потока с источником сырьевого газа включает смешивание второй части отходящего газового потока с достаточным количеством сырьевого газа для обеспечения достижения количеством сырьевого газа заданного давления и заданной температуры, которые требуются для разложения количества сырьевого газа в сырьевом газовом реакторе.
14. Способ по любому из пп. 9-13, дополнительно включающий:
введение смеси окислителя и первой части отходящего газового потока в камеру сгорания;
введение смеси сырьевого газа и второй части отходящего газового потока в реакционную камеру; и
сжигание смеси окислителя и первой части отходящего газового потока в камере сгорания с образованием одного или нескольких газообразных продуктов сгорания и поступление потока одного или несколько газообразных продуктов сгорания в реакционную камеру по одному или нескольким путям движения текучей среды и смешивание со смесью сырьевого газа и второй частью отходящего газового потока, причем в результате смешивания одного или нескольких газообразных продуктов сгорания со смесью сырьевого газа и второй частью отходящего газового потока происходит перенос энергии к сырьевому газу от одного или несколько газообразных продуктов сгорания, и при этом происходит химическая реакция разложения сырьевого газа с образованием одного или нескольких газообразных продуктов реакции, включая водород.
15. Способ по любому из пп. 1-14, дополнительно включающий регулирование одного или нескольких из следующих параметров:
давление сырьевого газа на впуске реакционной камеры;
температура сырьевого газа на впуске реакционной камеры;
давление горючего газа на впуске камеры сгорания; и
температура горючего газа на впуске камеры сгорания;
стехиометрия воздуха в горючей газовой смеси, содержащей горючий газ;
количество газа, выпускаемого из камеры сгорания; и
степень отделения водорода в водородном сепараторе, через который пропускают смешанный поток продуктов.
16. Способ по п. 15, в котором регулирование температуры сырьевого газа включает регулирование температуры сырьевого газа в диапазоне от приблизительно 1000 K до приблизительно 1300 K.
17. Способ по п. 15 или 16, в котором регулирование температуры горючего газа включает регулирование температуры горючего газа в диапазоне от приблизительно 300 K до приблизительно 600 K.
18. Способ по любому из пп. 15-17, в котором регулирование давления горючего газа включает регулирование давления горючего газа в диапазоне от приблизительно 12 бар до приблизительно 15 бар.
19. Способ по любому из пп. 15-18, в котором регулирование давления сырьевого газа включает регулирование давления сырьевого газа в диапазоне от приблизительно 12 бар до приблизительно 15 бар.
20. Способ по любому из пп. 1-19, в котором горючий газ содержит чистый кислород.
21. Способ по любому из пп. 1-20, в котором сырьевой газ содержит метан или природный газ.
22. Способ по любому из пп. 1-21, в котором горючий газ вводят в камеру сгорания при давлении, которое равно давлению, при котором сырьевой газ вводят в реакционную камеру.
23. Способ по любому из пп. 1-22, дополнительно включающий предварительное нагревание сырьевого газа перед введением сырьевого газа в реакционную камеру.
24. Способ по любому из пп. 1-23, дополнительно включающий предварительное нагревание горючего газа перед введением горючего газа в камеру сгорания.
25. Способ по любому из пп. 1-24, в котором соотношение объема реакционной камеры и объема камеры сгорания составляет менее чем или равняется приблизительно 10:1.
26. Способ по п. 25, в котором соотношение объема реакционной камеры и объема камеры сгорания составляет от приблизительно 3:1 до приблизительно 6:1.
27. Способ по любому из пп. 1-26, в котором соотношение длины реакционной камеры и диаметра реакционной камеры составляет менее чем или равняется приблизительно 30:1.
28. Способ по п. 27, в котором соотношение длины реакционной камеры и диаметра реакционной камеры составляет от приблизительно 8:1 до приблизительно 12:1
29. Способ по любому из пп. 1-28, в котором введение горючего газа в камеру сгорания происходит одновременно с введением сырьевого газа в реакционную камеру.
30. Способ по любому из пп. 1-29, в котором в течение удаления смешанного потока продуктов давление внутри реакционной камеры уменьшается достаточно быстро таким образом, что ингибируется загрязнение углеродом реакционной камеры.
31. Способ по п. 30, в котором давление внутри реакционной камеры уменьшается по меньшей мере на 25% в течение менее чем одной секунды.
32. Способ по п. 31, в котором давление внутри реакционной камеры уменьшается по меньшей мере на 50% в течение менее чем одной секунды.
33. Способ по любому из пп. 1-32, в котором волна давления, производимая в результате сгорания горючего газа, ингибирует загрязнение углеродом реакционной камеры.
34. Способ по любому из пп. 1-33, в котором происходит перенос энергии к сырьевому газу от одного или нескольких газообразных продуктов сгорания посредством динамического сжатия и перемешивания газа.
35. Способ по любому из пп. 1-34, в котором выведение смешанного потока продуктов включает выведение из реакционной камеры по меньшей мере части газообразных продуктов реакции, образующихся в результате разложения сырьевого газа.
36. Способ по любому из пп. 1-35, в котором выведение смешанного потока продуктов включает выведение по меньшей мере часть одного или нескольких газообразных продуктов сгорания из камеры сгорания.
37. Способ по п. 36, дополнительно включающий выпуск в атмосферу по меньшей мере некоторого количества одного или нескольких выведенных газообразных продуктов сгорания.
38. Способ по п. 37, дополнительно включающий регулирование выпуска в атмосферу по меньшей мере некоторого количества одного или нескольких выведенных газообразных продуктов сгорания.
39. Способ по п. 38, в котором регулирование выпуска в атмосферу включает регулирование одного или нескольких из следующих параметров:
продолжительность выпуска в атмосферу одного или нескольких выведенных газообразных продуктов сгорания;
частота выпуска в атмосферу одного или нескольких выведенных газообразных продуктов сгорания;
размер одного или нескольких вентиляционных отверстий, используемых для выпуска в атмосферу одного или нескольких выведенных газообразных продуктов сгорания;
число вентиляционных отверстий, используемых для выпуска в атмосферу одного или нескольких выведенных газообразных продуктов сгорания; и
падение давления на пути вентиляционного потока, используемого для выпуска в атмосферу одного или нескольких выведенных газообразных продуктов сгорания.
40. Способ по п. 38 или 39, в котором регулирование выпуска в атмосферу включает регулирование выпуска в атмосферу на основании измеряемого или предполагаемого технологического параметра способа.
41. Способ по п. 40, в котором измеряемый или предполагаемый технологический параметр включает один или несколько из следующих параметров:
2
концентрация Н в смешанном потоке продуктов; поток сырьевого газа; и
2
2
соотношение Н и N в смешанном потоке продуктов.
42. Способ по любому из пп. 37-41, в котором стадии введения сырьевого газа, введения горючего газа и сжигание горючего газа повторяются множество раз в качестве части множества соответствующих реакционных циклов, и при это стадия выпуска в атмосферу по меньшей мере некоторого количества одного или нескольких выведенных газообразных продуктов сгорания осуществляется в течение каждого реакционного цикла или каждого заданного числа реакционных циклов.
43. Система, содержащая:
сырьевой газовый реактор, который составляют: реакционная камера; и
камера сгорания, присоединенная с возможностью переноса текучей среды к реакционной камере по одному или нескольким путям движения текучей среды; и воспламенитель;
клапанную систему для регулирования потока газов внутрь и наружу сырьевого газового реактора; и
один или несколько регуляторов, выполненных с возможностью осуществления способа, включая:
регулирование клапанной системы для введения сырьевого газа, содержащего углеводород, в реакционную камеру;
регулирование клапанной системы для введения горючего газа в камеру сгорания; и
регулирование воспламенителя для сжигания горючего газа в камере сгорания таким образом, чтобы получать один или несколько газообразных продуктов сгорания, и таким образом, чтобы обеспечивать поступление потока одного или несколько газообразных продуктов сгорания в реакционную камеру по одному или нескольким путям движения текучей среды, и смешивание с сырьевым газом, причем в результате смешивания одного или нескольких газообразных продуктов сгорания с сырьевым газом происходит перенос энергии к сырьевому газу от одного или нескольких газообразных продуктов сгорания, и при этом происходит химическая реакция разложения сырьевого газа с образованием одного или нескольких газообразных продуктов реакции, включая водород;
регулирование клапанной системы для выведения смешанного потока продуктов из сырьевого газового реактора, причем смешанный поток продуктов содержит водород, углерод и воду; и
регулирование клапанной системы для возвращения по меньшей мере части смешанного потока продуктов в сырьевой газовый реактор.
44. Система по п. 43, дополнительно содержащая углеродный сепаратор для отделения по меньшей мере некоторого количества углерода от смешанного потока продуктов.
45. Система по п. 44, в которой углеродный сепаратор содержит одно или несколько из следующих устройств: циклон; металлокерамический фильтр; и мешочный фильтр.
46. Система по любому из пп. 43-45, дополнительно содержащая водородный сепаратор для отделения по меньшей мере некоторого количества водорода от смешанного потока продуктов.
47. Система по п. 46, в которой водородный сепаратор содержит одно или несколько из следующих устройств: мембранный сепаратор, полимерный мембранный сепаратор, палладиевый мембранный сепаратор, химическое адсорбирующее устройство, адсорбирующее устройство переменного давления и адсорбирующее устройство переменной температуры.
48. Система по п. 46, в которой мембранный сепаратор представляет собой адсорбирующее устройство переменного давления.
49. Система по любому из пп. 43-48, дополнительно содержащая устройство для разделения отходящего газового потока для возвращения отходящего газового потока в сырьевой газовый реактор, причем отходящий газовый поток содержит по меньшей мере часть смешанного потока продуктов, от которого отделено по меньшей мере некоторое количество углерод и по меньшей мере некоторое количество водорода.
50. Система по п. 49, в которой устройство для разделения отходящего газового потока выполнено с возможностью:
смешивания первой части отходящего газового потока с окислителем; и
смешивания второй части отходящего газового потока с источником сырьевого газа.
51. Система по п. 50, в которой устройство для разделения отходящего газового потока содержит одно или несколько из следующих устройств: разделитель потока, один или несколько регулируемых управляющих клапанов, регулируемое устройство отклонения потока, один или несколько компрессоров и один или несколько насосов.
52. Система по п. 50 или 51, в которой первая часть и вторая часть в сумме составляют 1.
53. Система по любому из пп. 43-52, в которой горючий газ содержит чистый кислород.
54. Система по любому из пп. 43-53, в которой сырьевой газ содержит метан или природный газ.
55. Система по любому из пп. 43-54, дополнительно содержащая теплообменник для предварительного нагревания сырьевого газа перед введением сырьевого газа в реакционную камеру.
56. Система по любому из пп. 43-55, дополнительно содержащая теплообменник для предварительного нагревания горючего газа перед введением горючего газа в камеру сгорания.
57. Система по любому из пп. 43-56, в которой соотношение объема реакционной камеры и объема камеры сгорания составляет менее чем или равняется приблизительно 10:1.
58. Система по п. 57, в которой соотношение объема реакционной камеры и объема камеры сгорания составляет от приблизительно 3:1 до приблизительно 6:1.
59. Система по любому из пп. 43-58, в которой соотношение длины реакционной камеры и диаметра реакционной камеры составляет менее чем или равняется приблизительно 30:1.
60. Система по п. 59, в которой соотношение длины реакционной камеры и диаметра реакционной камеры составляет от приблизительно 8:1 до приблизительно 12:1.
61. Система по п. 60, в которой соотношение длины реакционной камеры и диаметра реакционной камеры составляет приблизительно 10:1.
62. Система по любому из пп. 43-61, дополнительно содержащая одно или несколько вентиляционных отверстий, расположенных одним или несколькими из следующих способов: в камере сгорания, ниже по потоку относительно сырьевого реактора, ниже по потоку относительно углеродного сепаратора и в возвратном трубопроводе для возвращения по меньшей мере части смешанного потока продуктов.
63. Система по п. 62, в которой один или несколько регуляторов выполнены с дополнительной возможностью регулирования одного или нескольких из следующих параметров:
продолжительность открытия одного или нескольких вентиляционных отверстий;
частота открытия одного или нескольких вентиляционных отверстий; и
размер одного или нескольких отверстий из одного или нескольких вентиляционных отверстий.