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用于制备液体 燃料的系统和方法

阅读：1发布：2020-12-26

专利汇可以提供用于制备液体燃料的系统和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且公开了用于从烃类和二氧化碳制备液体燃料的技术、方法和系统。本发明可将从有机原料或从其他工业排放产生的烃类和二氧化碳转化为可再生工程液体燃料，并采用具有成本效益的方式将其存储。本发明的方法包括：将烃类和二氧化碳以受控的体积供应到反应室中的加热区；用加热区提供的能量生成一氧化碳；以受控的体积将一氧化碳和氢输送到反应器中；将额外的氢供应到反应器中；通过控制反应器中的压力在反应器中生成液体燃料，以实现预定目标；根据预定目标在反应器中生成液体燃料；以及，将液体燃料存储在存储装置中。，下面是用于制备液体燃料的系统和方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于制备液体燃料的方法，所述方法包括：
将烃类按第一受控体积供应到反应室中的加热区；
将二氧化碳按第二受控体积供应到反应室中的加热区；
用加热区提供的能量从烃类和二氧化碳生成一氧化碳和氢；
将一氧化碳按第三受控体积输送到反应器中；
将氢按第四受控体积输送到反应器中；
将额外的氢按第五受控体积选择性地供应到反应器中；
通过调节受控体积来调节反应器中的压力以实现预定目标；和
根据预定目标在反应器中从氢和一氧化碳生成液体燃料。
2.权利要求1所述的方法，其中预定目标包括以下至少一种：液体燃料的最大产量、向反应室输入的最小能量、或反应室中催化剂的最长使用时间。
3.权利要求1所述的方法，其中反应器中的压力用位于加热区和反应器之间的阀门来调节。
4.权利要求1所述的方法，进一步包括：
用热交换器加热烃类和二氧化碳。
5.权利要求1所述的方法，其中额外的氢被加压并循环供应。
6.权利要求1所述的方法，进一步包括：
用燃烧器按第六受控体积产生额外的二氧化碳；和
用燃烧器使加热区加热。
7.权利要求6所述的方法，进一步包括：
将氧气按第七受控体积供应到燃烧器；和
将额外的一氧化碳按第八受控体积供应到燃烧器。
8.权利要求1所述的方法，进一步包括：
用太阳能使加热区加热。
9.权利要求1所述的方法，其中烃类包括甲烷，液体燃料包括甲醇。
10.权利要求1所述的方法，进一步包括：
用回收的热能将液体燃料转化为气体形式。
11.权利要求1所述的方法，其中液体燃料与水、碳供体、氨和用于提高能量密度的添加剂中的至少一种一起储存。
12.权利要求1所述的方法，其中二氧化碳由乙醇生产厂供应。
13.一种用于制备液体燃料的方法，所述方法包括：
将烃类按第一受控体积供应到反应室中的加热区；
将二氧化碳按第二受控体积供应到反应室中的加热区；
用加热区提供的能量从烃类和二氧化碳生成一氧化碳和氢；
将一氧化碳按第三受控体积输送到反应器中；
将第一部分氢按第四受控体积输送到反应器中；
输送第二部分氢以生成氨；
将额外的氢按第五受控体积选择性地供应到反应器中；
通过调节受控体积来调节反应器中的压力以实现预定目标；
在反应器中从氢和一氧化碳生成液体燃料；和
将液体燃料和氨存储在存储装置中。
14.权利要求13所述的方法，其中预定目标包括以下至少一种：液体燃料的最大产量、向反应室输入的最小能量、和反应室中催化剂的最长使用时间。
15.权利要求13所述的方法，其中反应器中的压力用位于加热区和反应器之间的阀门来调节。
16.权利要求13所述的方法，进一步包括：
用热交换器加热烃类和二氧化碳。
17.权利要求13所述的方法，其中额外的氢被加压并循环供应。
18.权利要求13所述的方法，进一步包括：
用燃烧器按第六受控体积产生额外的二氧化碳；和
用燃烧器使加热区加热。
19.权利要求18所述的方法，进一步包括：
将氧气按第七受控体积供应到燃烧器；和
将额外的一氧化碳按第八受控体积供应到燃烧器。
20.权利要求13所述的方法，进一步包括：
用太阳能使加热区加热。
21.权利要求13所述的方法，其中烃类包括甲烷，液体燃料包括甲醇。
22.权利要求13所述的方法，进一步包括：
用回收的热能将液体燃料转化为气体形式。
23.权利要求13所述的方法，其中液体燃料与水、碳供体和用于提高能量密度的添加剂中的至少一种一起储存。
24.权利要求13所述的方法，其中二氧化碳由乙醇生产厂供应。
25.一种用于制备液体燃料的系统，所述系统包括：
反应室；
加热区，位于反应室中，按第一受控体积接收烃类，并按第二受控体积接收二氧化碳，其中，烃类和二氧化碳通过该加热区提供的能量生成一氧化碳和氢；
反应器，按第三受控体积接收一氧化碳，按第四受控体积接收氢，并按第五受控体积选择性地接收额外的氢，其中反应器根据预定目标从一氧化碳和氢生成液体燃料；
调节装置，通过调节受控体积来调节反应器中的压力以实现预定目标；和存储装置，存储液体燃料。
26.权利要求25所述的系统，其中预定目标包括以下至少一种：液体燃料的最大产量、向反应室输入的最小能量和反应室中催化剂的最长使用时间。
27.权利要求25所述的系统，其中调节装置包括位于加热区和反应器之间的阀门。
28.权利要求25所述的系统，进一步包括：
热交换器，加热烃类和二氧化碳。
29.权利要求25所述的系统，其中额外的氢被加压并循环供应。
30.权利要求25所述的系统，进一步包括：
燃烧器，按第六受控体积生成额外的二氧化碳，并使加热区加热。
31.权利要求30所述的系统，其中，将氧气按第七受控体积供应到燃烧器，将额外的一氧化碳按第八受控体积供应到燃烧器。
32.权利要求25所述的系统，其中加热区用太阳能加热。
33.权利要求25所述的系统，其中烃类包括甲烷，液体燃料包括甲醇。
34.权利要求25所述的系统，其中液体燃料用回收的热能转化为气体形式。
35.权利要求25所述的系统，其中液体燃料与水、碳供体、氨和用于提高能量密度的添加剂中的至少一种一起储存。
36.权利要求25所述的系统，其中二氧化碳由乙醇生产厂供应。

说明书全文

用于制备液体 燃料的系统和方法

[0001] 优先权声明

[0002] 本申请要求下述申请的优先权和权益：2010年12月8日提交的标题为LIQUID FUELS FROM HYDROGEN，OXIDES OF CARBON，AND/OR NITROGEN；AND PRODUCTION OF CARBON FOR MANUFACTURING DURABLE GOODS的美国专利申请号61/421,189。上述申请通过整体引用并入本文。如果前述申请和/或通过引用并入本文中的任何其它材料与本文呈现的公开内容冲突，则以本文的公开内容为准。

背景技术

[0003] 本申请涉及从有机原料或从其他工业排放产生的烃类和二氧化碳制备液体燃料的技术、方法和系统。

[0004] 有机物质的厌氧消化产生烃类(如甲烷)和二氧化碳。基于科学研究，甲烷和二氧化碳都是可能会导致全球变暖的温室气体，找到一种将这些气体转换成可用工程燃料将是有利的，因为这不仅提高了能源效率，而且还可以缓解全球气候变暖问题，例如，乙醇生产厂在发酵过程中产生了相当大的二氧化碳排放量，目前迫切需要找到一种有用的应用该二氧化碳的方法，因为它代表着对种植和运输谷物或其他发酵原料的巨大能源投资。同样地，无论是对现有的还是日后将兴建的乙醇生产厂来说，提供切实可行的方法以减少他们的二氧化碳排放量是重要的。

[0005] 储存和运输气体燃料(如氢)是复杂和昂贵的做法，因为该系统一般需要加压或过冷至-421°F，因此，需要预处理(precondition)这些气体燃料，并将其转变成可以更有效率地储存和运输的形式(例如，在环境温度下的液体)。有一个有效率的可以将烃类和二氧化碳转化为液体燃料的现场燃料预处理系统是有价值的，因为它减少了气体燃料的储存和运输成本，并控制了烃类和二氧化碳的排放，将其转变为可使用的可再生能源。附图说明

[0006] 图1是描绘了用于制备本发明的可再生液体燃料的一个示例性方法的过程流程图。

[0007] 图2是描绘了用于制备本发明的可再生液体燃料的另一个示例性方法的过程流程图。

[0008] 图3是描绘了用于制备本发明的可再生液体燃料的一个示例性系统的示意图。

[0009] 图4是描绘了用于制备本发明的可再生液体燃料的另一个示例性系统的示意图。

[0010] 图5是描绘了用于制备本发明的可再生液体燃料的又一个示例性系统的示意图。

[0011] 在不同附图中的类似参考符号和名称表示类似的构件。

具体实施方式

[0012] 公开了用于从有机物质的厌氧消化或从工业排放产生的烃类和二氧化碳制备可再生液体燃料的技术、方法和系统。

[0013] 在一方面，用于制备液体燃料的方法可以包括：将烃类和二氧化碳以受控的体积供应到反应室中的加热区，用加热区提供的能量生成一氧化碳和氢，以受控的体积输送一氧化碳、氢和额外的氢到反应器中，通过控制反应器中的压力在反应器中生成液体燃料，以实现预定目标。该方法还可以包括将液体燃料存储在存储装置中。该方法提供了有效的现场处理烃类和二氧化碳并将其转化为液体燃料的方法。

[0014] 在另一方面，一种用于制备液体燃料的方法可以包括：将烃类和二氧化碳以受控的体积供应到反应室中的加热区，用加热区提供的能量生成一氧化碳和氢，以受控的体积向反应器中输送一氧化碳、所产生的氢的一部分和额外的氢，通过控制反应器中的压力在反应器中生成液体燃料，以实现预定目标。与此同时，所产生的氢的另一部分可用于与氮生成氨。该方法可以包括将液体燃料与氨存储在存储装置中。将液体燃料和氨一起储存是经济有效率的，因为它们不相互反应，并很容易被分离。该方法提供了有效率的现场处理烃类和二氧化碳并将其转化为液体燃料的方法。

[0015] 根据本说明书的几个方面，实现上述方法可任选地包括以下特性中的一个或多个。例如，可以根据用户的需要决定预定目标。预定目标可以包括：液体燃料的最大产量、能源效率(即最小能量输入)或催化剂的最长寿命。反应器中的压力可以通过调整输入和输出的气体的体积来控制。烃类和二氧化碳可以被热交换器(如使用回收的热量)预先加热。加热区可用太阳能或燃烧器的燃烧来加热。可以向燃烧器供应氧气和额外的一氧化碳，以调整二氧化碳的体积或向加热区提供热能。可以向反应器中循环供应额外的氢，以实现预定目标。液体燃料可以与水、碳供体(例如，在化学反应中提供碳的化合物；碳供体既可以是溶解的也可以是胶体)、氨或用于提高能量密度的添加剂一起存储。二氧化碳可以由乙醇生产厂的排放来提供。烃类可以包括甲烷，液体燃料可以包括甲醇。该方法可以包括在需要时用回收的热能将液体燃料转化回气态。

[0016] 在又一方面，一种用于制备液体燃料的系统可以包括：带加热区、反应器、调节装置和存储装置的反应室。所述加热区按受控体积接收烃类和二氧化碳，并提供能量以生成一氧化碳和氢。所述反应器按受控体积接收一氧化碳、产生的氢和额外的氢。所述调节装置通过调整所有的受控体积来调节压力并实现预定目标。然后反应器根据预定目标生成液体燃料。所述存储装置可用于存储所生成的液体燃料。

[0017] 本说明书中所描述的主题潜在地可以提供一个或多个以下优点。例如，所描述的技术、方法和系统可用于避免压缩或低温冷冻气体燃料(如氢)的高成本。此外，本发明中制备和存储的液体燃料对各种用户都容易获取。所描述的技术也可以用于减少工业(如乙醇厂)所产生的二氧化碳。

[0018] 示范性方法和系统

[0019] 公开了用于从有机物质的厌氧消化或从工业活动(如乙醇生产)排放产生的氢、选定的烃类和二氧化碳制备液体燃料的技术、方法和系统。更具体地，公开了用于现场将烃类和二氧化碳预处理为可用液体燃料的方法和系统。

[0020] 图1是描绘了用于制备本发明的可再生液体燃料的一个示例性方法的过程流程图。如图1所示，该方法100开始于方框110以将烃类按第一受控体积供应到反应室中的加热区，烃类可以来自有机物质的厌氧消化(如下文的方程式1)或来自其他排放源。在一些实施方式中，烃类和二氧化碳可以用热交换器预先加热，热交换器从反应室中回收热量。该反应室可以是限制了特定空间的任何类型的设备，在该特定空间中化学反应可以发生。加热区可以是一个从其他来源接收热量的区域。在一些实施方式中，加热区可以是一个反应区。在另一些实施方式中，加热区可以是一个可以放各种催化剂的多孔管。在一些实施方式中，在加热区所用的催化剂包括氧化铝基板(如Al2O3)上的镍(约20-30％)。

[0021] 该方法接着继续到方框120以将二氧化碳按第二受控体积供应到反应室中的加热区，二氧化碳可以来自有机物质的厌氧消化(如下文的方程式1)或来自其他工业排放，如乙醇生产厂。烃类和二氧化碳的供应体积可以通过任何可以控制气体流量的方式来控制，如阀门或其它流量调节装置，体积控制可以由经验丰富的操作员手动完成，或由计算机监控的系统自动完成。

[0022] CxHyOz→CH4+CO2 方程式1

[0023] 该方法100接着继续到方框130以用加热区提供的能量从烃类和二氧化碳生成一氧化碳和氢，该方程式如下文的方程式2所示。在一些实施方式中，加热区提供的热量可以来自太阳能。在一些实施方式中，光收集装置可反射和聚焦阳光直接使加热区加热，太阳能可以被接收、转化成不同的能量形式(如电)、然后提供热能到加热区。在另一些实施方式中，加热区也可以用燃烧器的流出物来加热。在一些实施方式中，必要时燃烧器可以有选择地向加热区提供额外的二氧化碳，例如，当原先的二氧化碳供应意外中断时提供额外的二氧化碳以维持反应速率。在一些实施方式中，氧气和额外的一氧化碳可以被供应到燃烧器，以产生热量和/或必要的二氧化碳，如下文的方程式3所示。

[0024] CO2+CH4+热→2CO+2H2 方程式2

[0025] 2CO+O2→2CO2 方程式3

[0026] 在一氧化碳和氢生成后，该方法100接着继续到方框140和方框150将一氧化碳和氢分别按第三受控体积和第四受控体积输送到反应器中。一氧化碳和氢的体积可以通过任何可以控制气体流量的方式来控制，如阀门或其它流量调节装置，体积控制可以由经验丰富的操作员手动完成，或由计算机监控的系统自动完成。反应器中进行的化学反应，如下文的方程式4和5所示，优选高压，该反应器可以是任何可以维持必要的反应压力和相关条件的合适的设备。

[0027] CO+H2→CH3OH 方程式4

[0028] CO2+3H2→CH3OH+H2O 方程式5

[0029] 该方法100接着继续到方框160以将额外的氢按第五受控体积选择性地供应到反应器中。根据本说明书的另一方面，额外的氢不从加热区产生，可以通过电解和/或通过反应室外的化学反应产生。一个例子如下文的方程式6所示。额外的氢可以根据反应器中的情况(如压力)选择性地供应。在一些实施方式中，额外的氢可以被加压并循环供应到反应器。循环加压使反应器中的反应物在有利的加压条件下有足够的停留时间，从而提供了有利的反应物的扰动，使反应物更有效地与催化剂接触。在一些实施方式中，反应器中所用的催化剂可以包括铜(Cu)、锌(Zn)、铝(Al)或氧化铝(Al2O3)。额外的氢的体积可以通过任何可以控制气体流量的方式来控制，如阀门或其它流量调节装置。

[0030] CH4+能量→碳产品+H2 方程式6

[0031] 该方法100接着继续到方框170以通过调节受控体积来调节反应器中的压力以实现预定目标，以及到方框180以根据预定目标生成液体燃料。所有上述受控体积(例如，烃类、二氧化碳、额外的二氧化碳、氧气、一氧化碳、额外的一氧化碳、产生的氢和额外的氢的体积)都可以被调整以优化反应条件，从而实现预定目标。体积可以通过任何可以控制气体流量的方式来控制，如阀门或其它流量调节装置，体积控制可以由经验丰富的操作员手动完成，或由计算机监控的系统自动完成。预定目标可以包括：最大化液体燃料的产量(如下文的方框180所述)、最小化总能量消耗或达到反应室中催化剂的最长使用时间。根据所选择的预定目标，液体燃料可以从烃类和二氧化碳生成。在一些实施方式中，烃类可以是甲烷，液体燃料可以是甲醇。液体燃料形成的示例性方程式如上文的方程式4和5所示。

[0032] 该方法100接着继续到方框190以将液体燃料存储在存储装置中。在一些实施方式中，来自反应器的液体燃料在进入存储装置前可以经过一个热交换器。在一些实施方式中，液体燃料可以与水、碳供体(例如，在化学反应中提供碳的化合物；碳供体既可以是溶解的也可以是胶体)、氨或可用于提高液体燃料的能量密度的添加剂(如尿素或含氮化合物)一起存储。液体燃料可以根据客户喜好存储为不同形式。在一些实施方式中，液体燃料可以由从反应室回收的热能转化为气体形式。

[0033] 图2是描绘了本发明的可再生液体燃料的另一个示例性方法的过程流程图。如图2所示，该方法200开始于方框210以将烃类按第一受控体积供应到反应室中的加热区，烃类可以来自有机物质的厌氧消化(如上文的方程式1)或来自其他排放源。在一些实施方式中，烃类和二氧化碳可以用热交换器预先加热，热交换器从反应室回收热量。该反应室可以是限制了特定空间的任何类型的设备，在该特定空间中化学反应可以发生。加热区可以是一个从其他来源接收热量的区域。在一些实施方式中，加热区可以是一个反应区。在另一些实施方式中，加热区可以是一个可以放各种催化剂的多孔管。在一些实施方式中，在加热区所用的催化剂包括氧化铝基板(如Al2O3)上的镍(约20-30％)。

[0034] 该方法200接着继续到方框220以将二氧化碳按第二受控体积供应到反应室中的加热区。二氧化碳可以来自有机物质的厌氧消化(如上文的方程式1)或来自其他工业排放，如乙醇生产厂。烃类和二氧化碳的供应体积可以通过任何可以控制气体流量的方式来控制，如阀门或其它流量调节装置，体积控制可以由经验丰富的操作员手动完成，或由计算机监控的系统自动完成。

[0035] 该方法200接着继续到方框230以用加热区提供的能量从烃类和二氧化碳生成一氧化碳和氢，该方程式如下文的方程式2所示。在一些实施方式中，加热区提供的热量可以来自太阳能。在一些实施方式中，光收集装置可反射和聚焦阳光直接使加热区加热。在另一些实施方式中，太阳能可以被接收、转化成不同的能量形式(如电)、然后提供热能到加热区。在另一些实施方式中，加热区也可以用燃烧器的流出物来加热。在一些实施方式中，必要时燃烧器可以有选择地向加热区提供额外的二氧化碳。例如，当原先的二氧化碳供应意外中断时提供额外的二氧化碳以维持反应速率。在一些实施方式中，氧气和额外的一氧化碳可以被供应到燃烧器，以产生需要的二氧化碳，如上文的方程式3所示。

[0036] 在一氧化碳和氢生成后，该方法200接着继续到方框240和方框250以将一氧化碳和第一部分氢分别按第三受控体积和第四受控体积输送到反应器中。一氧化碳和第一部分氢的体积可以通过任何可以控制气体流量的方式来控制，如阀门或其它流量调节装置。体积控制可以由经验丰富的操作员手动完成，或由计算机监控的系统自动完成。反应器中进行的化学反应，如上文的方程式4所示，优选高压，该反应器可以是任何可以维持必要的反应压力的合适的设备。

[0037] 同时，该方法200接着继续到方框251以输送第二部分氢，与氮生成氨，如下文的方程式7所示。满足反应所需的氮可以从空气或其他来源提供，生成的氨可以作为氢和氮的原料，并在需要时供进一步使用。所生成的氨可以通过选择性膜或利用温度加压和/或利用石墨存储介质的充电摆动过程来分离。所生成的氨可以和即将生成的液体燃料一起存储在存储装置中(见下文的方框290)。

[0038] 3H2+N2→2NH3 方程式7

[0039] 该方法200接着继续到方框260以将额外的氢按第五受控体积选择性地供应到反应器中。额外的氢可以通过电解、从上面方框251所述的生成的氨和/或从反应室外的化学反应(如上文的方程式5)产生。额外的氢可以根据反应器中的情况(如压力)选择性地供应。在一些实施方式中，额外的氢可以被加压并循环供应到反应器。循环加压使反应器中的反应物在有利的加压条件下有足够的停留时间，从而提供了有利的反应物的扰动，使反应物更有效地与催化剂接触。。在一些实施方式中，反应器中所用的催化剂可以包括铜(Cu)、锌(Zn)或铝(Al)。额外的氢的体积可以通过任何可以控制气体流量的方式来控制，如阀门或其它流量调节装置。

[0040] 该方法200接着继续到方框270以通过调节受控体积来调节反应器中的压力以实现预定目标，以及到方框280以根据预定目标生成液体燃料。所有上述受控体积(例如，烃类、二氧化碳、额外的二氧化碳、氧气、一氧化碳、额外的一氧化碳、产生的氢和额外的氢的体积)都可以被调整以优化反应条件，从而实现预定目标。体积可以通过任何可以控制气体流量的方式来控制，如阀门或其它流量调节装置。体积控制可以由经验丰富的操作员手动完成，或由计算机监控的系统自动完成。预定目标可以包括：最大化液体燃料的产量(如下文的方框280所述)、最小化总能量消耗或达到反应室中催化剂的最长使用时间。根据所选择的预定目标，液体燃料可以从烃类和二氧化碳生成。在一些实施方式中，烃类可以是甲烷，液体燃料可以是甲醇。液体燃料形成的示例性方程式如上文的方程式4所示。

[0041] 该方法200接着继续到方框290以将液体燃料和氨存储在存储装置中。在一些实施方式中，来自反应器的液体燃料在进入存储装置前可以经过一个热交换器。在一些实施方式中，液体燃料可以与水、碳供体或可用于提高液体燃料的能量密度的添加剂(如尿素或含氮化合物)一起存储。液体燃料可以根据客户喜好存储为不同形式。在一些实施方式中，液体燃料可以由从反应室回收的热能转化为气体形式。

[0042] 图3是描绘了用于制备本发明的可再生液体燃料的一个示例性系统300的示意图。该系统300包括反应室301、加热区302、太阳能窗306、反应器308和存储装置311。该系统300包括向加热区302供应烃类的烃源303和向加热区302供应二氧化碳的二氧化碳源304。烃源303可以接收来自有机物质的厌氧消化(如上文的方程式1)或来自其他排放源的烃类。阀门3031控制向加热区302供应的二氧化碳的体积。二氧化碳源304可以接收来自有机物质的厌氧消化(如上文的方程式1)或来自其他工业排放如乙醇生产厂305的二氧化碳。阀门3041控制向加热区302供应的体积。

[0043] 在接收烃类和二氧化碳后，加热区302可以提供必要的能量，以形成一氧化碳和氢，如上文的方程式2所述。在一些实施方式中，加热区302提供的热量可以是来自透过太阳能窗306的太阳能。在一些实施方式中，光收集装置(未显示)可反射和聚焦透过太阳能窗306的阳光使加热区302加热。在另一些实施方式中，太阳能可以被接收和转换成不同的能量形式(如电)、然后提供热能到加热区302。当加热区302有足够的热能以生成一氧化碳和氢时，太阳能窗306可以关闭。在一些实施方式中，在加热区302所用的催化剂包括氧化铝基板(如Al2O3)上的镍(约20-30％)。

[0044] 如图3所示，加热区302产生的一氧化碳和氢可以经过热交换器307输送到反应器308。例如，热交换器307可以用生成的一氧化碳和氢的热量(如当输送到反应器308时)来预热来自烃源303的烃类和来自二氧化碳源304的二氧化碳。阀门3021可以控制输送到反应器308的一氧化碳和氢的体积。

[0045] 如图3所示，额外的氢源309可以将额外的氢选择性地向反应器308供应，阀门3091可以控制向反应器308输送的额外的氢的体积。额外的氢可以通过电解和/或通过反应室外的化学反应(如上文的方程式5所示)产生。额外的氢可以根据反应器中的情况(如压力)选择性地供应。在一些实施方式中，额外的氢可以被加压并循环供应到反应器。
循环加压使反应器中的反应物在有利的加压条件下有足够的停留时间，从而提供了有利的反应物的扰动，使反应物更有效地与催化剂接触。

[0046] 在接收一氧化碳和氢后，反应器308可以根据预定目标生成液体燃料。预定目标可以包括：最大化液体燃料的产量、最小化总能量消耗或达到反应室中催化剂的最长使用时间。根据所选择的预定目标，液体燃料可以从烃类和二氧化碳生成。在一些实施方式中，反应器308中所用的催化剂可以包括铜(Cu)、锌(Zn)或铝(Al)。在一些实施方式中，烃类可以是甲烷，液体燃料可以是甲醇。液体燃料形成的示例性方程式如上文的方程式4所示。

[0047] 调节装置(未显示)可以通过调节所有受控体积(如通过几个阀门3031、3041、3021和3081)来调节反应器308中的压力，以实现预定目标。在一些实施方式中，调节装置可以是一个带有合适传感器的计算机操作的设备，可以监控在反应室301、加热区302、反应器308和存储装置311的情况。在另一些实施方式中，调节装置可以手动操作以实现预定目标。

[0048] 如图3所示，反应器308可以输送液体燃料穿过阀门3081和热交换器310到存储装置311中。阀门3081可以控制输送到存储装置311的液体燃料流，热交换器310可以从液体燃料回收热能，以供进一步使用，存储装置311可以存储水、碳供体、氨或用于提高液体燃料的能量密度的添加剂(如尿素或含氮化合物)。液体燃料可以根据客户喜好存储为不同形式。在一些实施方式中，液体燃料可以由从系统300回收的热能转化为气体形式。

[0049] 图4是描绘了用于制备本发明的可再生液体燃料的另一个示例性系统400的示意图。该系统400包括反应室301、加热区302、太阳能窗306、反应器308、燃烧器401和存储装置311。该系统300包括向加热区302供应烃类的烃源303和向加热区302供应二氧化碳的二氧化碳源304。烃源303可以接收来自有机物质的厌氧消化(如上文的方程式1)或来自其他排放源的烃类。阀门3031控制向加热区302供应的烃类的体积。二氧化碳源304可以接收来自有机物质的厌氧消化(如上文的方程式1)或来自其他工业排放如乙醇生产厂305的二氧化碳。阀门3041控制向加热区302供应的二氧化碳的体积。

[0050] 在接收烃类和二氧化碳后，加热区302可以提供必要的能量，以形成一氧化碳和氢，如上文的方程式2和图3的实施方式的相关描述所述。在一些实施方式中，加热区302提供的热能可以来自太阳能，如图3的实施方式的相关描述所述。在图4中，当其他来源(如来自太阳能窗306的太阳能)都无法使用时(如在夜间)，燃烧器401可以用来向加热区302供应热能。此外，燃烧器401在必要时可以向加热区302供应额外的二氧化碳。阀门4011可以控制向燃烧器401供应的二氧化碳的体积。例如，来自二氧化碳源304的供应可能会意外中断。在一些实施方式中，氧源402可以向燃烧器401供应氧气以助燃，阀门4021可以控制向燃烧器401供应的氧气的体积。在一些实施方式中，一氧化碳源403可以向燃烧器401供应一氧化碳以帮助额外的二氧化碳的生成，如上文的方程式3所示，阀门4031可以控制向燃烧器401供应的氧气的体积。在一些实施方式中，在加热区302所用的催化剂包括氧化铝基板(如Al2O3)上的镍(约20-30％)。

[0051] 如图4所示，加热区302产生的一氧化碳和氢可以经过热交换器307被输送到反应器308。热交换器307可以用一氧化碳和氢的热量(如输送到反应器308时)来预热来自烃源303的烃类和来自二氧化碳源304的二氧化碳。阀门3021可以控制输送到反应器308的一氧化碳和氢的体积。如图4所示，额外的氢源309可以将额外的氢选择性地向反应器308供应，阀门3091可以控制输送到反应器308的氢的体积。额外的氢可以通过电解和/或通过反应室外的化学反应(如上文的方程式5所示)产生。额外的氢可以根据反应器中的情况(如压力)选择性地供应。在一些实施方式中，额外的氢可以被加压并循环供应到反应器。循环加压使反应器中的反应物在有利的加压条件下有足够的停留时间，从而提供了有利的反应物的扰动，使反应物更有效地与催化剂接触。

[0052] 在接收一氧化碳和氢后，反应器308可以根据预定目标生成液体燃料。预定目标可以包括：最大化液体燃料的产量、最小化总能量消耗或达到反应室中催化剂的最长使用时间。根据所选择的预定目标，液体燃料可以从烃类和二氧化碳生成。在一些实施方式中，反应器308中所用的催化剂可以包括铜(Cu)、锌(Zn)或铝(Al)。在一些实施方式中，烃类可以是甲烷，液体燃料可以是甲醇。液体燃料形成的示例性方程式如上文的方程式4所示。

[0053] 调节装置(未显示)可以通过调节所有受控体积(如通过几个阀门3031、3041、3021和3081)来调节反应器308中的压力，以实现预定目标。在一些实施方式中，调节装置可以是一个带有合适传感器的计算机操作的设备，可以监控在反应室301、加热区302、反应器308和存储装置311的情况。在另一些实施方式中，调节装置可以手动操作以实现预定目标。

[0054] 如图4所示，反应器308可以输送液体燃料穿过阀门3081和热交换器310到存储装置311中。阀门3081可以控制输送到存储装置311的液体燃料流，热交换器310可以从液体燃料回收热能，以供进一步使用，存储装置311可以包括水、碳供体、氨或用于提高液体燃料的能量密度的添加剂(如尿素或含氮化合物)。液体燃料可以根据客户喜好存储为不同形式。在一些实施方式中，液体燃料可以由从系统400回收的热能转化为气体形式。

[0055] 图5是描绘了用于制备本发明的可再生液体燃料的又一个示例性系统500的示意图。该系统500包括反应室301、加热区302、太阳能窗306、反应器308、氨反应器501和存储装置502。该系统500包括向加热区302供应烃类的烃源303和向加热区302供应二氧化碳的二氧化碳源304。烃源303可以接收来自有机物质的厌氧消化(如上文的方程式1)或来自其他排放源的烃类，阀门3031控制向加热区302供应的二氧化碳的体积。二氧化碳源304可以接收来自有机物质的厌氧消化(如上文的方程式1)或来自其他工业排放如乙醇生产厂305的二氧化碳。阀门3041控制向加热区302供应的体积。

[0056] 在接收烃类和二氧化碳后，加热区302可以提供必要的能量，以形成一氧化碳和氢，如上文的方程式2所述。在一些实施方式中，加热区302提供的热能可以来自透过太阳能窗306的太阳能。在一些实施方式中，光收集装置(未显示)可反射和聚焦透过太阳能窗306的阳光使加热区302加热。在另一些实施方式中，太阳能可以被接收、转换成不同的能量形式(如电)、然后使加热区302加热。当加热区302有足够的热能以生成一氧化碳和氢时，太阳能窗306可以关闭。在一些实施方式中，加热区302可以从燃烧器401接收热能，如上文所述。在一些实施方式中，在加热区302所用的催化剂包括氧化铝基板(如Al2O3)上的镍(约20-30％)。

[0057] 如图5所示，加热区302的一氧化碳和第一部分生成的氢可以经过热交换器307被输送到反应器308。热交换器307可以用一氧化碳和第一部分生成的氢的热量来预热来自烃源303的烃类和来自二氧化碳源304的二氧化碳。阀门3021可以控制输送到反应器308的一氧化碳和氢的体积。

[0058] 如图5所示，第二部分生成的氢可以被输送到氨反应器501以与氮生成氨，如上文的方程式6所述。阀门3022可以控制向氨反应器501输送的氢的体积。第一部分和第二部分生成的氢的体积可以由上面所述的预定目标来确定。反应所需的氮可以从空气或其他来源提供。生成的氨可以在需要时作为氢和氮的原料。所生成的氨可以通过选择性膜或利用温度加压和/或利用石墨存储介质的充电摆动过程来分离为氢和氮。阀门5011可以控制向存储装置502输送的氨的体积，阀门5012可以控制至反应器308的分离自氨的额外的氢的体积。氨可以和即将生成的液体燃料一起存储在存储装置502中。

[0059] 如图5所示，额外的氢源309可以将额外的氢选择性地向反应器308供应，阀门3091可以控制向反应器308输送的氢的体积。额外的氢可以通过电解、从氨反应器501中产生的氨分离和/或通过反应室外的化学反应(如上文的方程式5所示)产生。额外的氢可以根据反应器中的情况(如压力)选择性地供应。在一些实施方式中，额外的氢可以被加压并循环供应到反应器。循环加压使反应器308中的反应物在有利的加压条件下有足够的停留时间，从而提供了有利的反应物的扰动，使反应物更有效地与催化剂接触。

[0060] 在接收一氧化碳和第一部分生成的氢后，反应器308可以根据预定目标生成液体燃料。预定目标可以包括：最大化液体燃料的产量、最小化总能量消耗或达到反应室中催化剂的最长使用时间。根据所选择的预定目标，液体燃料可以从烃类和二氧化碳生成。在一些实施方式中，反应器308中所用的催化剂可以包括铜(Cu)、锌(Zn)或铝(Al)。在一些实施方式中，烃类可以是甲烷，液体燃料可以是甲醇。液体燃料形成的示例性方程式如上文的方程式4所示。

[0061] 调节装置(未显示)可以通过调节所有受控体积(如通过几个阀门3031、3041、3021、3081、3091、3022、5011和5012)来调节反应器308中的压力，以实现预定目标。在一些实施方式中，调节装置可以是一个带有合适传感器的计算机操作的设备，监控在反应室
301、加热区302、反应器308、氨反应器501和存储装置502的情况。在另一些实施方式中，调节装置可以手动操作以实现预定目标。

[0062] 如图5所示，反应器308可以输送液体燃料穿过阀门3081和热交换器310到存储装置502中。阀门3081可以控制输送到存储装置502的液体燃料流，热交换器310可以从液体燃料回收热能，以供进一步使用。热交换器310也可以在供应自氨反应器501的额外的氢进入反应器308之前调整其温度。

[0063] 除了液体燃料和氨，存储装置502还可以存储水、碳供体或可用于提高液体燃料的能量密度的添加剂(如尿素或含氮化合物)。液体燃料可以根据客户的喜好存储为不同形式。在一些实施方式中，液体燃料可以由从系统500回收的热能转化为气体形式。

[0064] 液体燃料如甲醇(CH3OH)或氨(NH3)在燃料电池或热机中的应用，如燃气涡轮机、旋转式燃烧或正排量活塞式发动机，提供了相称的二氧化碳或氮和/或热能的输送。这使包括增强温室和水培系统中作物的光合作用过程的经济发展成为可能。输送这样的氮同样可以大大提高氮的利用，如在炉转化粉末塑型硅制品为氮化硅陶瓷的过程中。

[0065] 本发明中所述的液体流体可以转化成有进一步工业用途的聚合物。例如，在一些实施方式中，液体燃料可以是甲醇，它可以进一步转化为乙烯或丙烯，然后聚合为聚合物，如聚乙烯或聚丙烯。

[0066] 尽管本说明书包括很多细节，但这些不应理解为对任何发明或可能要求保护的主题的范围的限制，而是对特定发明的特定实施方式可能特有的特征的描述。在不同实施方式的背景下在本说明书中描述的某些特征，也可以在单个实施方式中组合实现。反过来，在单个实施方式的背景下描述的不同特征，也可以在多个实施方式中分别地实现或以任何适当的子组合实现。此外，尽管在上文中可能将特征描述为以某些组合起作用，并且甚至最初如此要求保护，在某些情况下，要求保护的组合的一个或多个特征可以从所述组合中分离出，并且要求保护的一个组合可能涉及子组合或子组合的变型。

[0067] 类似地，尽管在图中以特定的顺序描述操作，这不应理解为要求以示出的特定顺序或以先后顺序执行这些操作、或要执行所有示出的操作以实现所期望的结果。在某些情况下，多任务处理和平行处理可能是有利的。此外，上文所述的实施方式中不同系统组件的分离，不应理解为在所有实施方式中都需要这种分离。

[0068] 仅描述了少数实施方式和实施例，基于在本申请中描述和解释的内容，可以做出其它实现、增强和变体。

[0069] 就以前没有通过引用并入本文而言，本申请通过引用整体并入下述文献中的每一篇的主题：2011年2月14日提交的标题为CHEMICAL PROCESSES AND REACTORS FOR EFFICIENTLY PRODUCING HYDROGEN FUELS AND STRUCTURAL MATERIALS，AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS的代理人案卷号69545-8601.US00；2011年2月14日提交的标题为REACTOR VESSELS WITH TRANSMISSIVE SURFACES FOR PRODUCING HYDROGEN-BASED FUELS AND STRUCTURAL ELEMENTS，AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS的代理人案卷号69545-8602.US00；2011年2月14日提交的标题为CHEMICAL REACTORSWITH RE-RADIATING SURFACES AND AS SOCIATED SYSTEMS AND METHODS的代理人案卷号69545-8603.US00；
2011年2月14日提交的标题为THERMAL TRANSFER DEVICE AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS的代理人案卷号69545-8604.US00；2011年2月14日提交的标题为CHEMICAL REACTORS WITH ANNULARLY POSITIONED DELIVERY AND REMOVAL DEVICES，AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS的代理人案卷号69545-8605.US00；2011年2月14日提交的标题为REACTORS FOR CONDUCTING THERMOCHEMICAL PROCESSES WITH SOLAR HEAT INPUT，AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS的代理人案卷号69545-8606.US00；2011年2月
14日提交的标题为INDUCTION FOR THERMOCHEMICAL PROCES S，AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS的代理人案卷号69545-8608.US00；2011年2月14日提交的标题为COUPLED THERMOCHEMICAL REACTORS AND ENGINES，AND AS SOCIATED SYSTEMS AND METHODS的代理人案卷号69545-8611.US00；2010年9月22日提交的标题为REDUCING AND HARVESTING DRAG ENERGY ON MOBILE ENGINE S US ING THERMAL CHEMICAL REGENERATION 的美国专利申请号61/385,508；2011年2月14日提交的标题为REACTOR VESSELS WITH PRESSURE AND HEAT TRANSFER FEATURES FOR PRODUCING HYDROGEN-BASED FUELS AND STRUCTURAL ELEMENTS，AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS的代理人案卷号69545-8616.US00；2009年8月27日提交的标题为CARBON SEQUESTRATION的美国专利申请号61/237,419；2011年
2月14日提交的标题为SYSTEM FOR PROCESSING BIOMASS INTO HYDROCARBONS，ALCOHOL VAPORS，HYDROGEN，CARBON，ETC.的代理人案卷号69545-9002.US00；2011年2月14日提交的标题为CARBON RECYCLING AND REINVESTMENT USING THERMOCHEMICAL REGENERATION的代理人案卷号69545-9004.US00；2011年2月14日提交的标题为OXYGENATED FUEL的代理人案卷号69545-9006.US00；2009年8月27日提交的标题为OXYGENATED FUEL PRODUCTION的美国专利申请号61/237,425；2011年2月14日提交的标题为MULTI-PURPOSE RENEWABLE FUEL FOR ISOLATING CONTAMINANTS AND STORING ENERGY的代理人案卷号69545-9102.US00；和2011年2月14日提交的标题为ENGINEERED FUEL STORAGE，RESPECIATION AND TRANSPORT的代理人案卷号69545-9105.US00。

标题	发布/更新时间	阅读量
用于制备含钴烃合成催化剂前体的方法	2020-12-12	0
Thermoreactor with linear to rotational motion conversion	2023-05-06	0
HAN/HNベースモノプロペラント	2020-10-01	1
Methods for using the catalyst pre-burner in the fuel processing applications	2021-09-03	2
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Fire extinguishing appliance for oil combustor	2023-03-07	1
Liquid fuel for isolating waste material and storing energy	2020-11-12	0
Combustor of the control device	2021-12-26	2
REGULATING METHOD FOR GAS AND LIQUID INTERNAL COMBUSTION ENGINE	2023-09-15	0
FUEL VAPOR SYSTEMS FO RINTERNAL COMBUSTION ENGINES	2022-12-13	1

用于制备液体燃料的系统和方法

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