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利用传热的逐步

阅读:482发布:2021-05-16

专利汇可以提供利用传热的逐步专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本文描述了用于 氧 化气体的系统和方法的实施方式。在一些实施方式中,反应室被配置成接收 燃料 气体 并将所述气体维持在反应室内的 温度 ,所述反应室内的温度在所述气体的自燃温度之上。所述反应室还可以被配置成将所述反应室内的反应温度维持在熄火温度之下。在一些实施方式中,可以使用来自氧化过程的热和产物气,例如,来驱动 涡轮 机、往复式 发动机 ,和被注回至反应室。,下面是利用传热的逐步专利的具体信息内容。

1.一种用于燃料的系统,包括:
具有反应室的氧化器,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成通过所述进口接收包含可氧化燃料的气体,所述氧化器被配置成在不使用催化剂的条件下维持氧化过程;
检测模,所述检测模块检测何时发生下列中的至少一个:(a)所述反应室内的反应温度达到所述反应室内的所述燃料的熄火温度或(b)反应室进口温度达到自燃阈值;和校正模块,所述校正模块基于所述检测模块输出指令以改变下列中的至少一个:(i)从所述反应室移除热量或(ii)所述反应室的所述进口温度;
其中所述校正模块被配置成下列中的至少一个:(i)将所述反应温度内的实际温度维持在所述熄火温度之下或(ii)将所述进口温度维持在所述燃料的所述自燃阈值之上。
2.权利要求1所述的系统,其中所述校正模块输出指令以通过热交换器从所述反应室移除热量。
3.权利要求1所述的系统,其中所述校正模块输出指令以通过流体从所述反应室移除热量。
4.权利要求1所述的系统,其中所述校正模块输出指令以升高所述进口温度。
5.权利要求4所述的系统,进一步包括放置在所述反应室内的热交换器。
6.权利要求1所述的系统,其中所述反应室被配置成维持所述可氧化燃料在所述熄火温度下氧化。
7.权利要求1所述的系统,其中所述校正模块输出指令以当所述反应室内的温度超过
2300°F时从所述反应室移除热量。
8.权利要求1所述的系统,进一步包括涡轮机,所述涡轮机接收来自所述反应室的气体并使所述气体膨胀。
9.权利要求1所述的系统,进一步包括压缩机,在燃料混合物被引入至所述反应室之前,所述压缩机接收并压缩包含所述燃料混合物的气体。
10.权利要求1所述的系统,其中所述可氧化燃料包含下列中的至少一种:氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化
11.一种用于氧化燃料的系统,包括:
具有反应室的氧化器,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成通过所述入口接收包含可氧化燃料的气体,所述氧化器被配置成在在不使用催化剂的条件下维持氧化过程;
检测模块,所述检测模块检测何时发生下列中的至少一个:(a)所述反应室内的反应温度达到所述反应室内的所述燃料的熄火温度和(b)反应室进口温度达到自燃阈值;和校正模块,所述校正模块基于所述检测模块输出指令以实现下列中的至少一个:(i)将所述反应温度内的实际温度维持在所述熄火温度之下或(ii)将所述进口温度维持在所述燃料的所述自燃阈值之上。
12.权利要求11所述的系统,其中所述校正模块输出指令至热交换器以从所述反应室移除热量。
13.权利要求11所述的系统,其中所述校正模块输出指令以通过流体从所述反应室移除热量。
14.权利要求11所述的系统,其中所述校正模块输出指令以升高所述进口温度。
15.权利要求14所述的系统,进一步包括放置在所述反应室内的热交换器。
16.权利要求11所述的系统,其中所述反应室被配置成在所述熄火温度之下维持所述可氧化燃料的氧化。
17.权利要求11所述的系统,其中所述校正模块输出指令以当所述反应室内的温度超过2300°F时从所述反应室移除热量。
18.一种用于氧化燃料的系统,包括:
具有反应室的氧化器,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成通过所述进口接收包含可氧化燃料的气体,所述氧化器被配置成在不使用催化剂的条件下维持氧化过程;和
处理器,所述处理器检测何时发生下列中的至少一个:(a)所述反应室内的反应温度达到所述反应室内的所述燃料的熄火温度和(b)反应室进口温度下降达到自燃阈值。
19.权利要求18所述的系统,进一步包括校正模块,所述校正模块基于所述处理器,通过从所述反应室移除热量来降低所述反应室内的实际温度以保持在所述燃料的所述熄火温度之下。
20.权利要求18所述的系统,进一步包括校正模块,所述校正模块基于所述处理器,通过增加所述可氧化燃料在所述反应室内的停留时间将所述进口温度升高至所述燃料的所述自燃阈值之上。
21.一种用于氧化燃料的氧化器,包括:
反应室,所述反应室具有(i)一个或多个进口,所述一个或多个进口被配置成引导燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体进入所述反应室中,和(ii)一个或多个出口,所述一个或多个出口被配置成引导来自所述反应室的反应产物;和
加热器,所述加热器被配置成在一个或多个进口处或一个或多个进口之前将所述至少一种气体中的一种或多种的温度维持在所述反应室内的所得混合物的自燃温度之上,所述所得混合物包含燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体;
其中所述反应室被配置成(a)氧化所述混合物和(b)维持所述反应室内的绝热温度在所述混合物的熄火温度之上并将所述反应室内的最大反应温度维持在所述混合物的所述熄火温度之下。
22.权利要求21所述的氧化器,进一步包括吸热器,所述吸热器被配置成从所述反应室移除热量。
23.权利要求22所述的氧化器,其中所述吸热器被配置成通过生成蒸汽从所述反应室移除热量。
24.权利要求21所述的氧化器,其中所述反应室包括单一进口。
25.权利要求24所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成改变将所述混合物通过所述单一进口引入至所述反应室中的流量。
26.权利要求21所述的氧化器,其中所述加热器包括热交换器,所述热交换器在所述一个或多个进口处或所述一个或多个进口之前将来自所述反应产物的热量传递至所述混合物。
27.权利要求21所述的氧化器,其中所述加热器被配置成在所述一个或多个进口处或所述一个或多个进口之前将稀释剂与燃料混合。
28.权利要求21所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成利用来自所述反应产物的热量来产生蒸汽。
29.权利要求21所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成利用来自所述反应产物的热量来驱动发电机发电。
30.权利要求29所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成通过涡轮机或活塞发动机驱动发电机,所述涡轮机或活塞发动机被配置成使来自所述反应室的所述反应产物膨胀。
31.权利要求21所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成利用来自所述反应产物的热量来加热未通过所述氧化器的物料。
32.权利要求21所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成改变将所述反应产物从所述反应室引导通过所述出口的流量。
33.权利要求21所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成改变将燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体中的一种或多种通过所述一个或多个进口引入至所述反应室中的流量。
34.权利要求21所述的氧化器,进一步包括调节器,所述调节器被配置成改变在所述进口处或所述进口附近所述混合物的流动或所述混合物的压中的至少一个。
35.权利要求21所述的氧化器,进一步包括调节器,所述调节器被配置成改变在所述一个或多个进口处或所述一个或多个进口附近燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一个的温度、流量或压力中的至少一个。
36.一种用于氧化燃料的氧化器,包括:
反应室,所述反应室具有(i)进口,所述进口被配置成引导燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体进入所述反应室,和(ii)出口,所述出口被配置成引导来自所述反应室的反应产物;
用于在所述进口处或所述进口之前将进气的温度维持在所述反应室内的所得混合物的自燃温度之上的装置,所述所得混合物包含燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体;
其中所述反应室被配置成(a)氧化所述混合物和(b)将所述反应室内的绝热温度维持在所述混合物的熄火温度之上并将所述反应室内的最大反应温度维持在所述混合物的所述熄火温度之下。
37.权利要求36所述的氧化器,其中所述反应室包括多个进口。
38.权利要求36所述的氧化器,其中所述反应室包括多个出口。
39.权利要求36所述的氧化器,其中用于升高温度的所述装置包括热交换器,在所述进口处或所述进口之前所述热交换器将来自所述反应产物的热量传递至所述混合物。
40.权利要求36所述的氧化器,其中用于升高温度的所述装置被配置成在所述进口处或所述进口之前将稀释剂与燃料混合。
41.权利要求36所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成利用来自所述反应产物的热量来产生蒸汽。
42.权利要求36所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成利用来自所述反应产物的热量来驱动发电机发电。
43.权利要求42所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成通过涡轮机或活塞发动机驱动发电机,所述涡轮机或活塞发动机被配置成使来自所述反应室的所述反应产物膨胀。
44.权利要求36所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成利用来自所述反应产物的热量来加热未通过所述氧化器的物料。
45.权利要求36所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成改变将所述混合物通过所述进口引入至所述反应室中的流量。
46.权利要求36所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成改变将所述反应产物从所述反应室引导通过所述出口的流量。
47.权利要求36所述的氧化器,进一步包括调节器,所述调节器被配置成改变在所述进口处或所述进口附近所述混合物的流动或所述混合物的压力中的至少一个。
48.权利要求36所述的氧化器,进一步包括吸热器,所述吸热器在所述混合物氧化期间或所述混合物氧化之后从所述反应室移除热量。
49.一种用于氧化燃料的氧化器,包括:
反应室,所述反应室具有(i)一个或多个进口,所述一个或多个进口被配置成将燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体引导进入所述反应室中和(ii)一个或多个出口,所述一个或多个出口被配置成引导来自所述反应室的反应产物;
调节器,所述调节器被配置成在所述一个或多个进口处或所述一个或多个进口之前将所述至少一种气体中的一种或多种的温度维持在所述反应室内的所得混合物的自燃温度之下,所述所得混合物包含燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体;和
布置在所述反应室内的热交换器,所述热交换器被配置成在所述一个或多个进口处或所述一个或多个进口附近加热进入的所得混合物,使得所述反应室内所述所得混合物的温度增加至所述自燃温度之上;
其中所述反应室被配置成(a)氧化所述混合物和(b)将所述反应室内的绝热温度维持在所述混合物的熄火温度之下并将所述反应室内的最大反应温度维持在所述混合物的所述熄火温度之下。
50.权利要求49所述的氧化器,其中所述反应室包括单一进口。
51.权利要求50所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成改变将所述混合物通过所述一个或多个进口引入至所述反应室中的流量。
52.权利要求49所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成改变将燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体中的一种或多种通过所述一个或多个进口引入至所述反应室中的流量。
53.权利要求49所述的氧化器,进一步包括加热器,所述加热器在所述一个或多个进口处或所述一个或多个进口之前将来自所述反应产物的热量传递至所述混合物。
54.权利要求49所述的氧化器,其中所述调节器被配置成在所述一个或多个进口处或所述一个或多个进口之前将稀释剂与燃料混合。
55.权利要求49所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成利用来自所述反应产物的热量来产生蒸汽。
56.权利要求49所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成利用来自所述反应产物的热量来驱动发电机发电。
57.权利要求56所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成通过涡轮机或活塞发动机驱动发电机,所述涡轮机或活塞发动机被配置成使来自所述反应室的所述反应产物膨胀。
58.权利要求49所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成利用来自所述反应产物的热量来加热未通过所述氧化器的物料。
59.权利要求49所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成改变将所述反应产物从所述反应室引导通过所述出口的流量。
60.权利要求49所述的氧化器,进一步包括控制器,所述控制器被配置成改变在所述进口处或所述进口附近所述混合物的流动或所述混合物的压力中的至少一个。
61.权利要求49所述的氧化器,进一步包括控制器,所述控制器被配置成改变在所述一个或多个进口处或所述一个或多个进口附近燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种的温度、流量或压力中的至少一个。
62.一种用于氧化燃料的氧化器,包括:
反应室,所述反应室具有(i)进口,所述进口被配置成引导燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体至所述反应室中,和(ii)出口,所述出口被配置成引导来自所述反应室的反应产物;
用于在所述进口处或所述进口之前将进气的温度维持在所述反应室内的所得混合物的自燃温度之下的装置,所述所得混合物包含燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体;和布置在所述反应室内的热交换器,所述热交换器被配置成在一个或多个进口处或一个或多个进口附近加热进入的所得混合物,使得所述反应室内的所述所得混合物的温度增加至所述自燃温度之上;
其中所述反应室被配置成(a)氧化所述混合物和(b)将所述反应室内的绝热温度维持在所述混合物的熄火温度之下并将所述反应室内的最大反应温度维持在所述混合物的所述熄火温度之下。
63.权利要求62所述的氧化器,其中所述反应室包括多个进口。
64.权利要求62所述的氧化器,其中所述反应室包括多个出口。
65.权利要求62所述的氧化器,其中用于维持温度的所述装置包括热交换器,所述热交换器在所述进口处或所述进口之前将来自所述反应产物的热量传递至所述混合物。
66.权利要求62所述的氧化器,其中用于维持温度的所述装置被配置成在所述进口处或所述进口之前将稀释剂与燃料混合。
67.权利要求62所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成利用来自所述反应产物的热量来产生蒸汽。
68.权利要求62所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成利用来自所述反应产物的热量来驱动发电机发电。
69.权利要求68所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成通过涡轮机或活塞发动机驱动发电机,所述涡轮机或活塞发动机被配置成使来自所述反应室的所述反应产物膨胀。
70.权利要求62所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成利用来自所述反应产物的热量来加热未通过所述氧化器的物料。
71.权利要求62所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成改变将所述混合物通过所述进口引入至所述反应室中的流量。
72.权利要求62所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成改变将所述反应产物从所述反应室引导通过所述出口的流量。
73.权利要求62所述的氧化器,进一步包括控制器,所述控制器被配置成改变在所述进口处或所述进口附近所述混合物的流动或所述混合物的压力中的至少一个。
74.一种用于氧化燃料的氧化器,包括:
反应室,所述反应室具有(i)一个或多个进口,所述一个或多个进口被配置成将燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体引导至所述反应室中,和(ii)一个或多个出口,所述一个或多个出口被配置成引导来自所述反应室的反应产物;和
调节器,所述调节器被配置成在所述一个或多个进口处或所述一个或多个进口之前将所述至少一种气体中的一种或多种的温度维持在所述反应室内的所得混合物的自燃温度之下,所述所得混合物包含燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体;
布置在所述反应室内的热交换器,所述热交换器被配置成在所述一个或多个进口处或所述一个或多个进口附近加热进入的所得混合物,使得所述反应室内的所述所得混合物的温度增加至所述自燃温度之上;和
吸热器,所述吸热器在所述反应室内部的所述混合物增加至所述自燃温度之上后从所述反应室移除热量;
其中所述反应室被配置成(a)氧化所述混合物和(b)将所述反应室内的绝热温度维持在所述混合物的熄火温度之上并将所述反应室内的最大反应温度维持在所述混合物的所述熄火温度之下。
75.权利要求74所述的氧化器,其中所述吸热器被配置成通过生成蒸汽从所述反应室移除热量。
76.权利要求74所述的氧化器,其中所述热交换器包括所述反应室内的多孔介质。
77.权利要求74所述的氧化器,其中所述热交换器包括所述反应室内的流体介质。
78.权利要求74所述的氧化器,其中所述热交换器包括循环通过所述反应室的介质。
79.权利要求74所述的氧化器,其中所述热交换器包括套管式热交换器。
80.权利要求74所述的氧化器,其中所述反应室包括单一进口。
81.权利要求74所述的氧化器,其中所述调节器被配置成在所述一个或多个进口处或所述一个或多个进口之前将稀释剂与燃料混合。
82.权利要求74所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成利用来自反应产物的热量来驱动发电机发电。
83.权利要求74所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成通过涡轮机或活塞发动机驱动发电机,所述涡轮机或活塞发动机被配置成使来自所述反应室的反应产物膨胀。
84.权利要求74所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成利用来自反应产物的热量来加热未通过所述氧化器的物料。
85.权利要求74所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成改变将燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体中的一种或多种通过所述一个或多个进口引入至所述反应室中的流量。
86.权利要求74所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成改变将所述反应产物从所述反应室引导通过所述出口的流量。
87.权利要求74所述的氧化器,进一步包括调节器,所述调节器被配置成改变在所述进口处或所述进口附近所述混合物的流动或所述混合物的压力中的至少一个。
88.一种用于氧化燃料的氧化器,包括:
反应室,所述反应室具有(i)进口,所述进口被配置成引导燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体至所述反应室中,和(ii)出口,所述出口被配置成引导来自所述反应室的反应产物;和
用于在所述一个或多个进口处或所述一个或多个进口之前将所述至少一种气体中的一种或多种的温度维持在所述反应室内的所得混合物的自燃温度之下的装置,所述所得混合物包含燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体;
布置在所述反应室内的热交换器,所述热交换器被配置成在所述一个或多个进口处或所述一个或多个进口附近加热进入的所得混合物,使得所述反应室内部的所得混合物的温度增加至所述自燃温度之上;和
用于在所述反应室内部的所述混合物增加至所述自燃温度之上后从所述反应室移除热量的装置;
其中所述反应室被配置成(a)氧化所述混合物和(b)将所述反应室内的绝热温度维持在所述混合物的熄火温度之上并将所述反应室内的最大反应温度维持在所述混合物的所述熄火温度之下。
89.权利要求88所述的氧化器,其中所述用于移除热量的装置被配置成通过生成蒸汽从所述反应室移除热量。
90.权利要求88所述的氧化器,其中所述热交换器包括所述反应室内的多孔介质。
91.权利要求88所述的氧化器,其中所述热交换器包括所述反应室内的流体介质。
92.权利要求88所述的氧化器,其中所述热交换器包括循环通过所述反应室的介质。
93.权利要求88所述的氧化器,其中所述反应室包括多个进口。
94.权利要求88所述的氧化器,其中所述反应室包括多个出口。
95.权利要求88所述的氧化器,其中所述用于维持的装置被配置成在所述进口处或所述进口之前将稀释剂与燃料混合。
96.权利要求88所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成利用来自反应产物的热量来驱动发电机发电。
97.权利要求88所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成通过涡轮机或活塞发动机驱动发电机,所述涡轮机或活塞发动机被配置成使来自所述反应室的反应产物膨胀。
98.权利要求88所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成利用来自反应产物的热量来加热未通过所述反应室的物料。
99.权利要求88所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成改变将燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体中的一种或多种通过所述进口引入至所述反应室中的流量。
100.权利要求88所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成改变将反应产物从所述反应室引导通过所述出口的流量。
101.权利要求88所述的氧化器,进一步包括调节器,所述调节器被配置成改变在所述进口处或所述进口附近所述混合物的流动或所述混合物的压力中的至少一个。
102.一种用于氧化燃料的系统,包括:
具有反应室的氧化器,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成通过所述进口接收包含可氧化燃料的气体,所述氧化器被配置成维持所述燃料在所述反应室内的逐步氧化;和
用于从所述反应室吸取热量的装置,使得当所述反应室内的绝热反应温度达到熄火温度时,从所述反应室吸取热量以将所述反应室内的实际温度降低至不超过所述熄火温度的温度。
103.权利要求102所述的系统,其中所述用于从反应室吸取热量的装置包括热交换器。
104.权利要求102所述的系统,其中所述用于从反应室吸取热量的装置包括流体。
105.权利要求102所述的系统,其中所述用于从反应室吸取热量的装置包括用于生成蒸汽的装置。
106.权利要求102所述的系统,其中所述用于吸取热量的装置被配置成当所述反应室内的实际温度增加至所述熄火温度时从所述反应室吸取热量。
107.权利要求102所述的系统,进一步包括用于在所述反应室的所述进口处将所述气体的温度升高至所述燃料的所述自燃温度之上的装置。
108.权利要求107所述的系统,其中所述装置包括所述氧化器内的热交换器。
109.权利要求102所述的系统,其中所述反应室被配置成在不使用催化剂的情况下维持所述可氧化燃料的逐步氧化。
110.权利要求102所述的系统,其中所述装置被配置成当所述反应室内的温度超过
2300°F时从所述反应室吸出热量。
111.权利要求102所述的系统,进一步包括涡轮机,所述涡轮机接收来自反应室出口的气体并使所述气体膨胀。
112.权利要求102所述的系统,进一步包括压缩机,在将所述燃料混合物引入至所述反应室之前,所述压缩机接收并压缩包含所述燃料混合物的气体。
113.权利要求102所述的系统,其中所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
114.一种用于氧化燃料的系统,包括:
具有反应室的氧化器,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成通过所述进口接收包含可氧化燃料的气体,所述氧化器被配置成维持所述反应室内的逐步氧化过程;

热交换器,所述热交换器被配置成当所述反应室内的绝热反应温度达到熄火温度时从所述反应室吸取热量,使得所述反应室内的实际温度降低至不超过所述熄火温度的平。
115.权利要求114所述的系统,其中所述热交换器被配置成当所述反应室的实际温度增加至所述熄火温度时从所述反应室吸取热量。
116.权利要求114所述的系统,进一步包括涡轮机,所述涡轮机接收来自所述反应室的气体并使所述气体膨胀。
117.权利要求114所述的系统,进一步包括压缩机,在将燃料混合物引入至所述反应室之前所述压缩机接收并压缩包含所述燃料混合物的气体。
118.权利要求114所述的系统,其中所述热交换器被配置成在所述反应室的所述进口处将所述气体的温度升高至所述燃料的自燃温度之上。
119.权利要求114所述的系统,其中所述热交换器包括被引入至所述反应室中的流体。
120.权利要求118所述的系统,其中所述热交换器被配置成从所述反应室排空所述流体。
121.权利要求114所述的系统,其中所述热交换器包括用于生成蒸汽的装置。
122.权利要求114所述的系统,其中所述反应室被配置成在不使用催化剂的情况下维持所述可氧化燃料的逐步氧化。
123.权利要求114所述的系统,其中所述热交换器被配置成当所述反应室内的温度超过2300°F时从所述反应室吸出热量。
124.权利要求114所述的系统,其中所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
125.一种用于氧化燃料的方法,包括:
将包含可氧化燃料的气体接收至具有反应室的氧化器中,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成维持所述燃料在所述反应室内的逐步氧化过程;和
当所述反应室内的绝热反应温度达到熄火温度时从所述反应室吸取热量,使得所述反应室内的实际温度不超过所述熄火温度。
126.权利要求125所述的方法,进一步包括在涡轮机中使来自所述反应室的气体膨胀。
127.权利要求125所述的方法,进一步包括在将燃料混合物引入至所述反应室之前利用压缩机压缩所述燃料。
128.权利要求125所述的方法,其中从反应室吸取热量包括将流体引入至所述反应室中。
129.权利要求128所述的方法,进一步包括从所述反应室排空所述流体。
130.权利要求129所述的方法,其中所述流体以蒸汽的形式从所述反应室排空。
131.权利要求125所述的方法,其中所述反应室在不使用催化剂的情况下维持所述可氧化燃料的逐步氧化。
132.权利要求125所述的方法,其中当所述反应室内的温度超过2300°F时从所述反应室吸出热量。
133.权利要求125所述的方法,其中所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
134.一种用于氧化燃料的方法,包括:
将包含可氧化燃料的气体接收至具有反应室的氧化器中,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成维持所述反应室内的温度以逐步氧化所述反应室内的燃料;和降低所述反应室内的温度,使得所述反应室内的实际温度保持在熄火温度之下。
135.权利要求134所述的方法,其中降低温度包括从所述反应室吸取热量。
136.权利要求134所述的方法,进一步包括在涡轮机中使来自所述反应室的气体膨胀。
137.权利要求134所述的方法,进一步包括在将燃料混合物引入至反应室之前利用压缩机压缩所述燃料。
138.权利要求134所述的方法,其中降低温度包括将流体引入至所述反应室中。
139.权利要求138所述的方法,进一步包括从所述反应室排空所述流体。
140.权利要求139所述的方法,其中所述流体以蒸汽的形式从所述反应室排空。
141.权利要求134所述的方法,其中所述反应室在不使用催化剂的情况下维持所述可氧化燃料的逐步氧化。
142.权利要求134所述的方法,其中降低温度使得所述反应室内的温度不超过
2300°F。
143.权利要求134所述的方法,其中所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
144.一种用于氧化燃料的方法,包括:
测定氧化器的反应室内的温度,所述反应室具有进口和出口并且被配置成维持可氧化燃料的逐步氧化;和
当所述反应室内的温度达到熄火温度时输出用以降低所述反应室内的温度使得所述温度保持在所述熄火温度之下的信号
145.权利要求144所述的方法,其中所述信号包括用以从所述反应室移除热量的指令。
146.权利要求144所述的方法,其中所述信号包括用以通过将流体引入至所述反应室中来降低所述温度的指令。
147.权利要求146所述的方法,其中所述信号包括用以从所述反应室排空所述流体的指令。
148.权利要求147所述的方法,其中用以从反应室排空所述流体的指令包括排空蒸汽形式的所述流体。
149.权利要求144所述的方法,进一步包括基于所述可氧化燃料的数据反复计算所述反应室内的绝热反应温度。
150.权利要求144所述的方法,其中当所述反应室内的温度超过2300°F时输出用以降低所述反应室内的温度的信号。
151.权利要求144所述的方法,其中当所述温度达到氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种的熄火温度时输出用以从所述反应室吸取热量的信号。
152.权利要求144所述的方法,其中当所述温度增加至所述熄火温度时输出用以从所述反应室吸取热量的信号。
153.一种用于氧化燃料的方法,包括:
测定氧化器的反应室内的温度,所述反应室具有进口和出口并且被配置成维持可氧化燃料的逐步氧化;和
当所述反应室内的温度达到熄火温度时输出信号至热交换器以从所述反应室吸取热量。
154.权利要求153所述的方法,其中所述信号包括用以通过将液体引入至所述反应室来从所述反应室吸取热量的指令。
155.权利要求154所述的方法,其中所述信号包括用以从所述反应室排空所述流体的指令。
156.权利要求155所述的方法,其中用以从所述反应室排空所述流体的指令包括用以排空蒸汽形式的所述流体的指令。
157.权利要求153所述的方法,其中当所述反应室内的温度超过2300°F时输出用以从所述反应室吸取热量的信号。
158.权利要求153所述的方法,其中当所述温度超过氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种的熄火温度时输出用以从所述反应室吸取热量的信号。
159.一种用于氧化燃料的方法,包括:
测定氧化器的反应室内的温度,所述反应室具有进口和出口并且被配置成维持可氧化燃料的逐步氧化;和
利用传感器测定何时所述反应室内的温度达到所述反应室内的所述燃料的熄火温度。
160.权利要求159所述的方法,进一步包括当计算的所述反应室内的绝热反应温度超过所述熄火温度时输出用以降低所述反应室内的温度的信号。
161.权利要求160所述的方法,其中所述计算的绝热反应温度基于所述可氧化燃料和所述反应室内的氧化剂。
162.权利要求160所述的方法,其中所述信号包括用以从所述反应室移除热量的指令。
163.权利要求160所述的方法,其中所述信号包括用以通过将液体引入至所述反应室来降低温度的指令。
164.权利要求160所述的方法,其中当所述反应室内的温度超过2300°F时输出用以降低所述反应室内的温度的信号。
165.权利要求160所述的方法,其中当所述温度超过氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种的熄火温度时输出用以从所述反应室吸取热量的信号。
166.一种用于氧化燃料的方法,包括:
将包含可氧化燃料的气体接收至具有反应室的氧化器中,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成维持所述气体的氧化过程;和
当出现下列中的至少一个时:(a)所述反应室内的实际温度达到或增加至所述燃料的熄火温度和(b)所述反应室进口温度达到或下降至低于所述燃料的自燃阈值,改变下列中的至少一个:(i)从所述反应室移除热量,和(ii)所述反应室的进口温度。
167.权利要求166所述的方法,其中保持所述反应室的实际温度低于所述熄火温度。
168.权利要求166所述的方法,其中所述反应室的所述进口温度增加至将在不使用催化剂的情况下支持所述燃料氧化的水平。
169.权利要求166所述的方法,其中所述进口温度增加至所述自燃阈值之上。
170.权利要求166所述的方法,其中通过位于所述反应室内的热交换器增加所述气体的温度。
171.权利要求166所述的方法,进一步包括在涡轮机或活塞发动机中使来自所述反应室出口的气体膨胀。
172.权利要求166所述的方法,进一步包括在将燃料混合物引入至所述反应室之前利用压缩机压缩所述燃料。
173.权利要求166所述的方法,其中从所述反应室移除热量包括将液体引入至所述反应室中。
174.权利要求173所述的方法,进一步包括从所述反应室排空所述液体。
175.权利要求174所述的方法,其中将所述液体以蒸汽的形式从所述反应室排空。
176.权利要求166所述的方法,其中所述反应室在不使用催化剂的情况下维持所述可氧化燃料的逐步氧化。
177.权利要求166所述的方法,其中当所述反应室内的温度超过2300°F时从所述反应室移除热量。
178.权利要求166所述的方法,其中所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
179.一种用于氧化燃料的方法,包括:
将包含可氧化燃料的气体接收至具有反应室的氧化器中,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成维持逐步氧化过程;和
增加下列中的至少一个:(i)当所述反应室内的绝热反应温度达到所述燃料的熄火温度时从所述反应室移除热量;和(ii)当反应室进口温度降至所述燃料的自燃阈值之下时的所述反应室的进口温度。
180.权利要求179所述的方法,其中所述反应室的实际温度保持在所述熄火温度之下。
181.权利要求179所述的方法,其中反应室的进口温度升高至在不使用催化剂的情况下将支持所述燃料氧化的水平。
182.权利要求179所述的方法,其中所述进口温度升高至所述自燃温度之上。
183.权利要求179所述的方法,其中通过位于所述反应室外部的热交换器增加气体温度,并且所述气体在被引入至所述反应室中之前通过所述热交换器。
184.一种用于氧化燃料的方法,包括:
将包含可氧化燃料的气体接收至具有反应室的氧化器中,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成在不使用催化剂的情况下维持逐步氧化过程;和
增加下列中的至少一个:(i)当所述反应室内的反应温度达到所述燃料的熄火温度时从所述反应室移除热量,使得所述反应室的实际温度保持在所述熄火温度之下;和(ii)当反应室进口温度降至所述燃料的自燃阈值之下时的所述反应室的进口温度,使得所述反应室的进口温度保持于在不使用催化剂的情况下将支持所述燃料氧化的水平之上。
185.权利要求184所述的方法,其中所述进口温度保持在所述自燃温度之上。
186.一种用于氧化燃料的系统,包括:
具有反应室的氧化器,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成通过所述进口接收包含可氧化燃料的气体以及维持所述反应室内的氧化过程;
检测模块,所述检测模块检测何时所述气体的反应室进口温度达到或下降至低于进入第一反应室的气体的自燃阈值;和
校正模块,所述校正模块基于所述检测模块输出指令,以改变所述气体的进口温度从而将所述进口温度维持在自燃阈值之上,使得所述反应室内的气体在不使用催化剂的情况下氧化。
187.权利要求186所述的系统,其中所述校正模块输出指令至热交换器以升高所述进口温度。
188.权利要求187所述的系统,其中所述热交换器布置在所述反应室内。
189.权利要求186所述的系统,其中所述反应室被配置成保持所述气体在所述反应室内的所述燃料的熄火温度之下氧化。
190.权利要求186所述的系统,进一步包括涡轮机或活塞发动机,所述涡轮机或活塞发动机接收来自所述反应室的气体并使所述气体膨胀。
191.权利要求186所述的系统,进一步包括压缩机,在将燃料混合物引入至所述反应室之前所述压缩机接收并压缩包含所述燃料混合物的气体。
192.权利要求186所述的系统,其中所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
193.一种用于氧化燃料的系统,包括:
具有反应室的氧化器,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成通过所述进口接收包含可氧化燃料的气体以及维持所述反应室内的氧化过程;
检测模块,所述检测模块检测何时所述气体的反应室进口温度向所述燃料的自燃阈值降低;和
校正模块,所述校正模块基于所述检测模块,维持所述进口温度在所述自燃阈值之上。
194.权利要求193所述的系统,其中所述校正模块输出指令至热交换器以维持所述进口温度。
195.权利要求194所述的系统,其中所述热交换器布置在所述反应室内。
196.权利要求193所述的系统,其中所述反应室被配置成维持所述反应室内的实际温度在所述燃料的熄火温度以下。
197.权利要求193所述的系统,进一步包括涡轮机或活塞发动机,所述涡轮机或活塞发动机接收来自所述反应室的气体并使所述气体膨胀。
198.权利要求193所述的系统,进一步包括压缩机,在将包含燃料混合物的气体引入至所述反应室之前所述压缩机接收并压缩所述气体。
199.权利要求193所述的系统,其中所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
200.一种用于氧化燃料的系统,包括:
具有反应室的氧化器,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成通过所述进口接收包含可氧化燃料的气体以及维持氧化过程;和
热交换器,所述热交换器将反应室进口温度维持在所述燃料的自燃阈值之上,使得所述燃料在所述反应室内在所述自燃阈值之上和所述燃料的熄火温度之下氧化。
201.权利要求200所述的系统,进一步包括检测模块,所述检测模块检测何时所述反应室进口温度达到所述自燃阈值。
202.权利要求200所述的系统,其中所述热交换器布置在所述反应室内。
203.权利要求200所述的系统,进一步包括涡轮机或活塞发动机,所述涡轮机或活塞发动机接收来自所述反应室的气体并使所述气体膨胀。
204.权利要求200所述的系统,进一步包括压缩机,在将燃料混合物引入至所述反应室之前所述压缩机接收并压缩包含所述燃料混合物的气体。
205.权利要求200所述的系统,其中所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
206.一种用于氧化燃料的方法,包括:
在具有进口和出口的反应室中测定在下列中的至少一个:(i)所述反应室中燃料的实际反应温度,和(ii)所述反应室的进口温度,所述反应室被配置成维持可氧化燃料的氧化过程;
利用传感器测定何时发生下列中的至少一个:(a)所述实际反应温度达到或超过所述燃料的熄火温度,和(b)所述进口温度达到或下降至低于所述燃料的自燃阈值;和测定下列中的至少一个:(i)所述反应室内的所述实际反应温度的降低以保持低于所述熄火温度,和(ii)所述进口温度的增加,以维持所述进口温度在所述自燃阈值之上。
207.权利要求206所述的方法,其中所述实际反应温度的降低包括从所述反应室移除热量。
208.权利要求207所述的方法,其中从所述反应室移除热量包括将流体引入至所述反应室中。
209.权利要求208所述的方法,其中移除热量还包括从所述反应室排空所述流体。
210.权利要求209所述的方法,其中所述反应室被配置成排空蒸汽形式的所述流体。
211.权利要求206所述的方法,其中所述进口温度的增加包括引导所述燃料通过热交换器。
212.权利要求211所述的方法,其中所述热交换器布置在所述反应室内。
213.权利要求206所述的方法,其中所述熄火温度为约2300°F。
214.权利要求206所述的方法,其中所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
215.一种用于氧化燃料的方法,包括:
在具有进口和出口的反应室中测定下列中的至少一个:(i)所述反应室中所述燃料的实际反应温度,或(ii)所述进口处气体的进口温度,所述反应室被配置成维持可氧化燃料的氧化过程;
测定何时发生下列中的至少一个:(a)所述实际反应温度达到或超过所述燃料的熄火温度或(b)反应室进口温度达到或下降至低于所述燃料的自燃阈值;和
输出指令用以下列中的至少一个:(i)降低所述反应室内的所述实际温度或减少所述实际温度的增加以保持在所述熄火温度之下,或(ii)增加所述进口温度从而高于所述燃料的所述自燃阈值。
216.权利要求215所述的方法,其中所述输出包括用于从所述反应室移除热量的指令。
217.权利要求216所述的方法,进一步包括通过将流体引入至所述反应室中从所述反应室移除热量。
218.权利要求217所述的方法,其中移除热量还包括从所述反应室排空所述流体。
219.权利要求218所述的方法,其中所述流体以蒸汽的形式从所述反应室排空。
220.权利要求215所述的方法,其中所述输出包括通过引导所述燃料通过热交换器来增加所述进口温度。
221.权利要求215所述的方法,其中所述热交换器布置在所述反应室内。
222.权利要求215所述的方法,其中所述熄火温度为约2300°F。
223.权利要求215所述的方法,其中所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
224.一种用于氧化燃料的方法,包括:
将包含可氧化燃料的气体接收至具有反应室的氧化器中,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成维持氧化过程;和
当所述气体的反应室进口温度达到或下降至低于所述燃料的自燃阈值时,向所述气体引入额外的热量使得(i)所述进口温度保持在所述自燃阈值之上,和(ii)所述反应室在不使用催化剂的情况下维持所述燃料在所述反应室内的氧化。
225.权利要求224所述的方法,其中所述额外的热量由热交换器引入。
226.权利要求225所述的方法,其中所述热交换器布置在所述反应室内。
227.权利要求224所述的方法,其中所述反应室在所述燃料的熄火温度之下维持所述可氧化燃料的氧化。
228.权利要求224所述的方法,进一步包括涡轮机或活塞发动机,所述涡轮机或活塞发动机接收来自所述反应室的气体并使所述气体膨胀。
229.权利要求224所述的方法,进一步包括压缩机,在将燃料混合物引入至所述反应室之前所述压缩机接收并压缩包含所述燃料混合物的气体。
230.权利要求224所述的方法,其中所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
231.一种用于氧化燃料的方法,包括:
将包含可氧化燃料的气体接收进具有第一反应室的氧化器中,所述第一反应室具有进口和出口,所述第一反应室被配置成维持所述燃料的氧化过程;和
当所述气体的反应室进口温度达到或下降至低于所述燃料的自燃阈值时,将所述进口温度增加至高于所述自燃阈值的水平。
232.权利要求231所述的方法,其中所述反应室在不使用催化剂的情况下维持所述燃料在所述反应室内的逐步氧化。
233.权利要求231所述的方法,其中所述进口温度通过热交换器增加。
234.权利要求233所述的方法,其中所述热交换器布置在所述反应室内。
235.权利要求231所述的方法,其中所述反应室被配置成在所述燃料的熄火温度之下维持所述燃料的氧化。
236.权利要求231所述的方法,进一步包括涡轮机或活塞发动机,所述涡轮机或活塞发动机接收来自所述反应室的气体并使所述气体膨胀。
237.权利要求231所述的方法,进一步包括压缩机,在将燃料混合物引入至所述反应室之前所述压缩机接收并压缩包含所述燃料混合物的气体。
238.权利要求231所述的方法,其中所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
239.一种用于氧化燃料的方法,包括:
在具有进口和出口的反应室中测定何时包含可氧化燃料的气体在所述进口处的进口温度达到或下降至低于所述燃料的自燃阈值,所述反应室被配置成维持氧化过程;和输出信号以增加所述气体的所述进口温度,使得所述进口温度保持在所述自燃阈值之上。
240.权利要求239所述的方法,其中所述信号包括用于利用热交换器加热所述气体的指令。
241.权利要求240所述的方法,其中所述热交换器布置在所述反应室内。
242.权利要求239所述的方法,其中所述反应室被配置成在所述燃料的熄火温度之下维持所述燃料的氧化。
243.权利要求239所述的方法,其中所述反应室被配置成在约2300°F之下维持所述燃料的氧化。
244.权利要求239所述的方法,进一步包括涡轮机或活塞发动机,所述涡轮机或活塞发动机接收来自所述反应室的气体并使所述气体膨胀。
245.权利要求239所述的方法,进一步包括压缩机,在将燃料混合物引入至所述反应室之前所述压缩机接收并压缩包含所述燃料混合物的气体。
246.权利要求239所述的方法,其中所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
247.一种在系统中氧化燃料的方法,所述系统将包含可氧化燃料的气体接收至具有反应室的氧化器中,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成在不使用催化剂的情况下维持所述燃料的逐步氧化,所述方法包括检测何时所述气体的反应室进口温度达到或下降至低于所述气体的自燃阈值,并输出指令以增加所述进口温度,使得所述气体进口温度保持在所述自燃温度之上,同时所述反应室内的温度保持在所述熄火温度之下。
248.权利要求247所述的方法,其中所述指令通过热交换器增加至所述气体的传热
249.权利要求248所述的方法,其中所述热交换器布置在所述反应室内。
250.权利要求247所述的方法,其中所述反应室被配置成在所述燃料的熄火温度之下维持所述燃料的氧化。
251.权利要求247所述的方法,其中所述反应室被配置成在约2300°F之下维持所述燃料的氧化。
252.权利要求247所述的方法,进一步包括涡轮机或活塞发动机,所述涡轮机或活塞发动机接收来自所述反应室的气体并使所述气体膨胀。
253.权利要求247所述的方法,进一步包括压缩机,在将包含燃料混合物的气体引入至所述反应室之前所述压缩机接收并压缩所述气体。
254.一种用于氧化燃料的方法,包括:
在具有进口和出口的反应室中,利用传感器测定何时在所述进口处包含可氧化燃料的气体的进口温度达到所述气体的自燃阈值,所述反应室被配置成维持氧化过程;
其中所述反应室内的实际温度保持在低于所述熄火温度且高于所述自燃阈值的水平,使得在所述反应室内维持所述燃料的逐步氧化。
255.权利要求254所述的方法,进一步包括输出信号以增加所述气体的所述进口温度从而保持在所述自燃阈值之上。
256.权利要求254所述的方法,其中所述信号包括用于通过热交换器增加至所述气体的传热的指令。
257.权利要求256所述的方法,其中所述热交换器布置在所述反应室内。
258.一种用于氧化燃料的系统,包括:
具有反应室的氧化器,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成(a)通过所述进口接收包含可氧化燃料的气体,和(b)维持所述气体的氧化过程;和
布置在所述反应室内的热交换介质,所述介质被配置成(i)将所述反应室的内部温度维持在熄火温度之下和(ii)将所述燃料的反应室进口温度维持高于所述燃料的自燃温度;
其中所述介质被配置成在所述反应室外部循环并且由此从所述反应室吸取热量从而将所述内部温度维持在所述熄火温度之下。
259.权利要求258所述的系统,其中所述介质的循环被配置成在所述进口处加热气体并将所述燃料的所述进口温度维持在所述自燃温度之上。
260.权利要求258所述的系统,其中所述介质的循环被配置成从所述反应室内的所述气体吸取热量从而将所述气体的所述内部温度维持在所述气体的所述熄火温度之下。
261.权利要求258所述的系统,其中所述介质包括循环通过所述反应室的多个结构。
262.权利要求258所述的系统,其中所述介质包括循环通过所述反应室的流体。
263.权利要求258所述的系统,其中所述介质循环的速度基于所述内部温度和所述进口温度中的至少一个。
264.权利要求1所述的系统,其中当所述介质在所述反应室外部循环时由所述介质吸取热量。
265.一种用于氧化燃料的系统,包括:
具有反应室的氧化器,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成通过所述进口接收包含可氧化燃料的气体,所述氧化器被配置成维持所述气体在所述反应室内的氧化过程;和
再循环通路,所述再循环通路将至少一部分产物气在所述反应室内氧化后引向所述反应室的进口并且在所述进口处将所述产物气引入所述反应室中;
其中所述产物气的引入将所述气体的进口温度增加至所述气体的自燃温度之上。
266.权利要求265所述的系统,其中所述产物气的再循环降低所述反应室内的氧含量水平。
267.权利要求265所述的系统,其中再循环的产物气的量基于所述进口温度。
268.权利要求265所述的系统,其中再循环的产物气的量基于所述反应室的内部温度。
269.一种用于氧化燃料的系统,包括:
具有反应室的氧化器,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成通过所述进口接收包含可氧化燃料的气体,所述氧化器被配置成维持所述气体在所述反应室内的氧化过程;和
布置在所述反应室内的热交换介质,所述介质被配置成(i)将所述反应室的内部温度维持在熄火温度之下和(ii)将所述燃料的反应室进口温度维持高于所述燃料的自燃温度。
270.权利要求269所述的系统,其中所述热交换介质包括流体。
271.权利要求269所述的系统,其中所述流体进行循环,并且所述介质的循环被配置成在所述进口处加热气体并将所述气体的所述进口温度保持在所述气体的所述自燃温度之上。
272.权利要求269所述的系统,其中所述热交换介质包括砂子。
273.权利要求269所述的系统,其中所述热交换介质包括多个均匀堆叠的结构。
274.权利要求269所述的系统,其中所述热交换介质包括多个层叠盘,每个具有多个允许所述气体流过的孔。
275.权利要求269所述的系统,其中热交换介质被配置成将所述反应室内的热量导向所述进口,由此通过所述进口接收的气体被加热至所述自燃温度之上。
276.一种分开式循环往复式发动机,包括:
进气管,所述进气管接收空气-燃料混合物,所述混合物包含空气和气体燃料的混合物;
与所述往复式发动机联接的压缩室,所述压缩室压缩往复活塞室中的所述混合物;
氧化室,所述氧化室被配置成经由第一进口接收来自所述压缩室的混合物并且在不使用催化剂的情况下在低于所述混合物的熄火温度并且足以氧化所述混合物的内部温度下维持所述混合物的氧化;和
膨胀室,所述膨胀室接收来自所述氧化室的氧化产物气并且经由往复活塞使所述膨胀室内的所述产物气膨胀。
277.权利要求276所述的系统,其中所述氧化室被配置成将所述混合物的进口温度维持在所述混合物的自燃温度之上。
278.权利要求276所述的系统,进一步包括热交换器,所述热交换器被配置成从所述产物气吸取热量并且在将所述混合物引入至所述氧化室之前加热所述混合物。
279.权利要求278所述的系统,其中所述热交换器包括套管式热交换器。
280.权利要求276所述的系统,进一步包括布置在所述氧化室内的热交换介质。
281.权利要求280所述的系统,其中所述介质被配置成通过将热量导向所述氧化室的进口将所述氧化室的内部温度维持在熄火温度之下,并且其中所述氧化室的进口处的介质由被引入至所述氧化室中的所述混合物冷却。
282.权利要求276所述的系统,其中所述燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
283.一种分开式循环往复式发动机,包括:
往复循环,所述往复循环包括(i)至少一个其中具有往复活塞的压缩室和(ii)至少一个其中具有往复活塞的膨胀室;和
加热循环,所述加热循环包括(i)接收包含空气和气体燃料的混合物的气体空气-燃料混合物的进气管,所述进气管被配置成将所述混合物引向所述压缩室;(ii)反应室,所述反应室被配置成接收来自所述压缩室的混合物并且在不使用催化剂的情况下在足以氧化所述混合物的内部反应室温度下维持所述混合物的氧化;
其中所述膨胀室被配置成接收来自所述反应室的氧化产物气并经由所述往复活塞使所述膨胀室内的所述产物气膨胀。
284.权利要求283所述的系统,其中所述反应室包括进口,并且所述反应室被配置成在所述进口处将所述混合物的进口温度维持在所述混合物的自燃温度之上。
285.权利要求283所述的系统,进一步包括热交换器,所述热交换器被配置成从所述反应室的产物气吸取热量并在将所述混合物引入至所述反应室中之前加热所述混合物。
286.权利要求285所述的系统,其中所述热交换器包括套管式热交换器。
287.权利要求285所述的系统,其中所述产物气被引导回所述反应室中并与被引入至所述反应室中的所述空气-燃料混合物结合。
288.权利要求283所述的系统,进一步包括布置在所述反应室内的热交换介质。
289.权利要求288所述的系统,其中所述介质被配置成通过将热量导向所述反应室的进口将所述反应室的所述内部温度维持在所述混合物的熄火温度之下,并且其中所述氧化室的进口处的介质由被引入至所述氧化室中的所述混合物冷却。
290.权利要求283所述的系统,其中所述燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
291.一种用于氧化燃料的方法,包括:
接收通过进气管的气体空气-燃料混合物,所述混合物包含空气和气体燃料的混合物;
利用压缩室压缩所述混合物,所述压缩室与往复式发动机联接并在往复活塞室中压缩所述混合物;
在反应室中氧化所述混合物,所述反应室被配置成经由进口接收来自所述压缩室的混合物并且在不使用催化剂的情况下在所述反应室的内部温度下维持所述燃料的氧化;和在与所述往复活塞室联接的往复活塞室中使来自所述反应室的经加热的产物气膨胀,由此驱动所述往复式发动机。
292.权利要求291所述的方法,其中将所述反应室的所述内部温度维持在所述燃料的熄火温度之下。
293.权利要求292所述的方法,进一步包括当所述反应室中的温度达到或升高至所述熄火温度之上时从所述反应室移除热量。
294.权利要求291所述的方法,其中将在所述进口处的所述混合物的温度维持在所述混合物的自燃温度之上。
295.权利要求291所述的方法,进一步包括在所述反应室中氧化所述混合物之前通过热交换器加热所述混合物。
296.权利要求295所述的方法,其中所述热交换器位于所述反应室内。
297.权利要求296所述的方法,其中所述反应室的进口处所述混合物的进口温度在所述混合物的自燃温度之下。
298.权利要求296所述的方法,其中在所述热交换器内将所述混合物加热至所述自燃温度之上的温度。
299.一种用于氧化燃料的方法,包括:
在与往复式发动机联接的往复活塞压缩室中压缩空气-燃料混合物,所述空气-燃料混合物包含空气和气体燃料的混合物;
在反应室中在所述燃料的自燃温度之上和在所述燃料的熄火温度之下氧化所述混合物,所述反应室被配置成经由进口接收来自所述压缩室的混合物;和
在与所述往复式发动机联接的往复活塞室中使来自所述反应室的产物气膨胀,由此驱动所述往复式发动机。
300.权利要求299所述的方法,其中将所述反应室的内部温度维持在所述混合物的熄火温度之下。
301.权利要求300所述的方法,进一步包括当所述反应室中的绝热温度达到或升高至所述熄火温度之上时从所述反应室移除热量。
302.权利要求299所述的方法,其中将在所述进口处所述混合物的温度维持在所述混合物的自燃温度之上。
303.权利要求299所述的方法,进一步包括在所述反应室中氧化所述燃料之前通过热交换器加热所述混合物。
304.权利要求303所述的方法,其中所述热交换器位于所述反应室内。
305.权利要求304所述的方法,其中在所述反应室的进口处所述混合物的进口温度在所述混合物的自燃温度之下。
306.权利要求304所述的方法,其中在所述热交换器内将所述混合物加热至所述自燃温度之上的温度。
307.一种用于氧化燃料的方法,包括:
引导包含空气和气体燃料的混合物的空气-燃料混合物以在与往复式发动机联接的往复式压缩活塞中压缩;
将来自所述压缩活塞的所述混合物引导至反应室中,所述反应室被配置成在所述混合物的自燃温度之上和所述混合物的熄火温度之下在所述反应室内逐步氧化所述混合物;和在与所述往复式发动机联接的往复式膨胀活塞中引导来自所述反应室的产物气膨胀,由此驱动所述往复式发动机。
308.权利要求307所述的方法,进一步包括利用传感器测定何时所述反应室内的温度达到或超过所述熄火温度。
309.权利要求308所述的方法,进一步包括当所述反应室中的温度达到所述熄火温度时引导从所述反应室移除热量,使得所述反应室中的温度保持在所述熄火温度之下。
310.权利要求307所述的方法,进一步包括将所述反应室内的内部温度维持在约
2300°F之下。
311.一种用于氧化燃料的方法,包括:
测定反应室内的氧含量水平,所述反应室具有进口和出口并且被配置成在不使用催化剂的情况下逐步氧化气体混合物中的燃料;
基于测定的氧含量水平输出指令以将烟道气引入至所述反应室中,所述烟道气接收自所述反应室的出口并且含有来自所述反应室内所述燃料氧化的产物气。
312.权利要求311所述的方法,其中引入所述烟道气包括将所述烟道气与所述气体混合物混合。
313.权利要求311所述的方法,进一步包括确定是否所述反应室内的内部温度达到所述燃料的熄火温度。
314.权利要求313所述的方法,进一步包括当所述反应室内的绝热温度达到所述燃料的所述熄火温度时输出指令以降低所述反应室内的所述内部温度。
315.权利要求314所述的方法,其中所述指令包括从所述反应室移除热量。
316.权利要求311所述的方法,其中所输出的指令被配置成改变所述反应室内所述燃料的熄火温度。
317.权利要求311所述的方法,进一步包括测定所述反应室进口处所述气体混合物的进口温度。
318.权利要求317所述的方法,进一步包括当所述进口温度达到所述燃料的自燃温度时增加所述进口处所述气体混合物的温度,使得所述进口温度维持在所述自燃温度之上。
319.权利要求318所述的方法,其中增加温度包括在所述反应室进口处或所述反应室进口附近将所述烟道气与所述气体混合物混合。
320.一种用于氧化燃料的方法,包括:
测定下列中的至少一个:(i)反应室内的氧含量水平,所述反应室具有进口和出口并且被配置成在不使用催化剂的情况下逐步氧化气体混合物中的燃料和(ii)所述反应室进口处所述气体混合物的进口温度;
基于下列中的至少一个:(i)所测定的氧含量水平和(ii)所述进口温度,当发生下列中的至少一个时:(a)所测定的氧含量水平达到或超出预定阈值和(b)所述进口温度达到或低于所述燃料的自燃温度,将接收自所述反应室的出口并且含有来自所述反应室内所述燃料氧化的经加热的产物气的烟道气引入至所述反应室中。
321.权利要求320所述的方法,其中引入所述烟道气包括将所述烟道气与所述气体混合物混合。
322.权利要求320所述的方法,进一步包括确定是否所述反应室内的内部温度达到所述燃料的熄火温度。
323.权利要求322所述的方法,进一步包括当所述反应室内的绝热温度达到所述燃料的所述熄火温度时降低所述反应室内的所述内部温度。
324.权利要求323所述的方法,其中降低所述内部温度包括从所述反应室移除热量。
325.权利要求320所述的方法,进一步包括通过减少所述反应室内的氧含量增加所述反应室内的所述熄火温度。
326.一种用于氧化燃料的方法,包括:
利用处理器测定反应室内的氧含量水平,所述反应室具有进口和出口并且被配置成在不使用催化剂的情况下逐步氧化气体混合物中的燃料;和
基于所测定的氧含量水平,将接收自所述反应室的出口并且含有来自所述反应室内所述燃料氧化的经加热的产物气的烟道气引入至所述反应室中。
327.权利要求326所述的方法,其中引入所述烟道气包括将所述烟道气与所述气体混合物混合。
328.权利要求327所述的方法,其中所述烟道气与所述气体混合物在所述反应室进口处或所述反应室进口附近混合。
329.权利要求326所述的方法,进一步包括确定是否所述反应室内的内部温度达到或超过所述燃料的熄火温度。
330.权利要求329所述的方法,进一步包括当所述反应室内的绝热温度达到或超过所述燃料的所述熄火温度时降低所述反应室内的所述内部温度。
331.权利要求330所述的方法,其中降低所述内部温度包括从所述反应室移除热量。
332.权利要求331所述的方法,进一步包括通过改变所述反应室内的氧含量改变所述反应室内的所述熄火温度。
333.一种用于氧化燃料的方法,包括:
在被配置成在不使用催化剂的情况下维持逐步氧化过程的具有进口和出口的第一反应室中,确定何时在所述反应室进口处包含可氧化燃料的气体混合物的进口温度达到或下降至低于所述燃料的自燃温度;和
当确定所述进口温度达到或下降至低于所述燃料的所述自燃温度时,通过在所述进口处或所述进口附近将包含来自所述反应室的至少部分氧化的产物气的烟道气引入至所述气体混合物中增加所述气体混合物的所述进口温度。
334.一种用于氧化燃料的方法,包括:
在第一反应室中逐步氧化第一气体混合物中的第一燃料,所述第一反应室被配置成在不使用催化剂的情况下维持所述第一反应室内所述第一燃料的逐步氧化;
将包含来自所述第一反应室中所述第一燃料氧化的经加热的产物气的烟道气引入至第二反应室中;
将第二燃料引入至所述第二反应室中;和
在不使用催化剂的情况下在所述第二反应室中在逐步氧化过程中氧化所述第二燃料;
其中所述第一反应室内的第一内部温度维持在所述第一燃料的熄火温度之下。
335.权利要求334所述的方法,进一步包括将所述第二反应室内的第二内部温度维持在所述第二燃料的熄火温度之下。
336.权利要求335所述的方法,进一步包括当所述第二反应室内的绝热温度达到或超过所述第二反应室内的所述第二燃料的熄火温度时降低所述第二反应室内的所述第二内部温度。
337.权利要求336所述的方法,其中降低所述第二内部温度包括从所述第二反应室移除热量。
338.权利要求335所述的方法,其中所述第二燃料的熄火温度高于所述第一燃料的熄火温度。
339.权利要求334所述的方法,进一步包括当所述第一反应室内的绝热温度达到或超过所述第一反应室内的所述第一燃料的熄火温度时降低所述第一反应室内的第一内部温度。
340.权利要求339所述的方法,其中降低所述第一内部温度包括从所述第一反应室移除热量。
341.权利要求334所述的方法,进一步包括测定在所述第一反应室进口处所述气体混合物的第一进口温度。
342.权利要求341所述的方法,进一步包括当所述第一进口温度达到或下降至低于所述第一反应室内所述第一燃料的自燃温度时增加所述第一进口温度,使得所述第一进口温度维持在所述自燃温度之上。
343.权利要求334所述的方法,进一步包括测定第二反应室进口处的第二进口温度。
344.权利要求343所述的方法,进一步包括当所述第二进口温度达到或下降至低于所述第二反应室内所述第二燃料的自燃温度时增加所述第二进口温度,使得所述第二进口温度维持在所述自燃温度之上。
345.权利要求344所述的方法,其中增加所述第二进口温度包括引入所述烟道气以与所述第二燃料在所述第二反应室进口处或所述第二反应室进口附近混合。
346.一种用于氧化燃料的方法,包括:
在第一反应室中逐步氧化第一气体混合物中的第一燃料,所述第一反应室被配置成在不使用催化剂的情况下维持所述第一反应室内所述第一燃料的逐步氧化;
将包含来自所述第一反应室中所述第一燃料氧化的经加热的产物气的烟道气引入至第二反应室中,所述第二反应室被配置成在不使用催化剂的情况下维持逐步氧化;
利用处理器测定所述第二反应室内的氧含量水平;
将第二燃料引入至所述第二反应室中;和
在不使用催化剂的情况下在所述第二反应室中在逐步氧化过程中氧化所述第二燃料。
347.权利要求346所述的方法,其中引入至所述第二室内的烟道气在所述第二室内的量和分布基于所测定的氧含量水平。
348.权利要求346所述的方法,其中所述第一反应室内的第一内部温度维持在所述第一燃料的熄火温度之下。
349.权利要求346所述的方法,进一步包括将所述第二反应室内的第二内部温度维持在所述第二燃料的熄火温度之下。
350.权利要求349所述的方法,进一步包括当所述第二反应室内的绝热温度达到或超过所述第二反应室内的所述第二燃料的熄火温度时降低所述第二反应室内的所述第二内部温度。
351.权利要求350所述的方法,其中降低所述第二内部温度包括从所述第二反应室移除热量。
352.权利要求346所述的方法,进一步包括当所述第一反应室内的绝热温度达到或超过所述第一反应室内的所述第一燃料的熄火温度时降低所述第一反应室内的第一内部温度。
353.权利要求352所述的方法,其中降低所述第一内部温度包括从所述第一反应室移除热量。
354.权利要求346所述的方法,进一步包括测定在所述第一反应室进口处所述气体混合物的第一进口温度。
355.权利要求354所述的方法,进一步包括当所述第一进口温度达到或下降至低于所述第一反应室内所述第一燃料的自燃温度时增加所述第一进口温度,使得所述第一进口温度维持在所述自燃温度之上。
356.权利要求346所述的方法,进一步包括测定第二反应室进口处的第二进口温度。
357.权利要求356所述的方法,进一步包括当所述第二进口温度达到或下降至低于所述第二反应室内所述第二燃料的自燃温度时增加所述第二进口温度,使得所述第二进口温度维持在所述自燃温度之上。
358.权利要求357所述的方法,其中增加所述第二进口温度包括引入所述烟道气以与所述第二燃料在所述第二反应室进口处或所述第二反应室进口附近混合。
359.一种用于氧化燃料的系统,包括:
具有第一进口和第一出口的第一反应室,所述第一反应室被配置成接收包含第一可氧化燃料的第一气体,所述第一反应室被配置成维持所述第一燃料的逐步氧化过程;和具有第二进口和第二出口的第二反应室,所述第二反应室被配置成接收包含第二可氧化燃料的第二气体,所述第二反应室被配置成维持所述第二燃料的逐步氧化过程;
其中所述第一反应室和第二反应室被配置成将各自反应室中的内部温度维持在各自燃料的熄火温度之下;
其中所述第二反应室被配置成将包含来自所述第一反应室中所述第一燃料氧化的经加热的产物气的烟道气通过所述第二进口接收至所述第二反应室中。
360.权利要求359所述的系统,进一步包括布置在至少一个所述反应室内的热交换介质,所述介质被配置成将所述反应室的内部温度维持在绝热熄火温度之下。
361.权利要求359所述的系统,其中所述第一反应室和第二反应室中的至少一个被配置成当各自反应室内的绝热温度达到或超过各自燃料的熄火温度时减少各自内部温度。
362.权利要求361所述的系统,其中第一反应室和第二反应室中的至少一个被配置成通过热交换器从各自反应室移除热量来减少各自内部温度。
363.权利要求362所述的系统,其中所述热交换器包括引入至各自反应室中的流体。
364.权利要求363所述的系统,其中所述热交换器被配置成从各自反应室排空所述流体。
365.权利要求363所述的系统,其中所述热交换器包括用于生成蒸汽的装置。
366.权利要求363所述的系统,其中所述热交换器被配置成当各自反应室内的温度超过2300°F时从各自反应室吸出热量。
367.权利要求359所述的系统,其中所述第一反应室被配置成当所述第一进口处的第一进口温度达到或下降至低于所述第一燃料的自燃温度时增加所述第一进口处所述第一气体的温度。
368.权利要求359所述的系统,其中所述第二反应室被配置成当所述第二进口处的第二进口温度达到或下降至低于所述第二燃料的自燃温度时增加所述第二进口处所述第二气体的温度。
369.权利要求359所述的系统,其中所述第二反应室被配置成当所述第二进口处所述第二气体的第二进口温度达到或下降至低于所述第二燃料的自燃温度时将所述烟道气与所述第二气体混合。
370.权利要求359所述的系统,其中所述烟道气在所述第二反应室内的分布基于下列中的至少一个:(i)所述第二进口处所述第二气体的第二进口温度和(ii)所述第二反应室的内部温度。
371.权利要求359所述的系统,进一步包括接收来自至少一个所述反应室的气体的涡轮机或活塞发动机。
372.权利要求371所述的系统,其中所述涡轮机接收来自所述第二反应室的气体。
373.权利要求359所述的系统,进一步包括压缩机,在燃料混合物被引入至所述反应室中的至少一个中之前,所述压缩机接收并压缩包含所述燃料混合物的气体。
374.权利要求373所述的系统,其中所述压缩机被配置成在将所述第二气体引入至所述第二反应室中之前压缩所述第二气体。
375.一种用于氧化燃料的系统,包括:
具有反应室的氧化器,所述反应室被配置成接收包含可氧化燃料的气体混合物并在所述反应室内在逐步氧化过程中氧化所述包含可氧化燃料的气体混合物;
进口,所述进口被配置成在所述氧化过程中将流体引入至所述反应室中,所述流体处于低于所述反应室的内部温度的进口温度,使得所述流体当被引入至所述反应室时被加热;和
出口,所述出口被配置成从所述反应室抽出经加热的流体;
其中所述反应室被配置成将所述内部温度维持在所述燃料的自燃温度之上和所述燃料的熄火温度之下。
376.权利要求375所述的系统,其中进口被配置成将液体引入至所述反应室中。
377.权利要求376所述的系统,其中所述液体通过穿过所述反应室内的一个或多个盘管被引入至所述反应室中。
378.权利要求377所述的系统,其中所述盘管不与所述反应室流体连通。
379.权利要求376所述的系统,其中通过将所述液体注入至所述反应室中将所述液体引入至所述反应室中,使得所述液体与所述气体混合物在所述反应室内混合。
380.权利要求375所述的系统,其中所述进口被配置成将所述流体作为气体引入至所述反应室中。
381.权利要求380所述的系统,其中所述气体通过穿过所述反应室内的一个或多个盘管被引入至所述反应室中。
382.权利要求381所述的系统,其中所述盘管不允许所述气体和所述气体混合物在所述反应室内混合。
383.权利要求380所述的系统,其中通过将所述气体注入至所述反应室中将所述气体引入至所述反应室中,使得所述气体与所述气体混合物在所述反应室内混合。
384.权利要求375所述的系统,其中所述出口被配置成将加热的流体作为气体从所述反应室中抽出。
385.权利要求384所述的系统,其中所述出口被配置成再引导所述气体进入所述反应室中,使得所述气体与所述气体混合物在所述反应室内混合。
386.权利要求375所述的系统,其中当所述反应室内的绝热反应温度达到熄火温度时,将所述流体引入至所述反应室中。
387.权利要求375所述的系统,其中所述进口温度低于所述燃料的自燃温度。
388.权利要求375所述的系统,其中所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
389.一种用于氧化燃料的方法,包括:
将包含可氧化燃料的气体混合物引导至具有反应室的氧化器,所述反应室被配置成接收所述燃料并在所述反应室内在逐步氧化过程中氧化所述燃料,所述反应室被配置成将内部温度维持在所述燃料的自燃温度之上和所述燃料的熄火温度之下;
在所述氧化过程期间将流体引入至所述反应室中,所述流体处于低于所述反应室的内部温度的进口温度,使得所述流体当被引入至所述反应室时被加热;和
从所述反应室抽出经加热的流体。
390.权利要求389所述的方法,其中所述流体作为液体被引入至所述反应室中。
391.权利要求390所述的方法,其中所述液体通过穿过所述反应室内的一个或多个盘管被引入至所述反应室中。
392.权利要求390所述的方法,其中所述液体被注入至所述反应室中,使得所述液体与所述气体混合物在所述反应室内混合。
393.权利要求389所述的方法,其中所述流体作为气体被引入至所述反应室中。
394.权利要求393所述的方法,其中通过使所述气体穿过所述反应室内的一个或多个盘管将所述气体引入至所述反应室中。
395.权利要求393所述的方法,其中将所述气体注入至所述反应室中,使得所述气体与所述气体混合物在所述反应室内混合。
396.权利要求389所述的方法,其中将加热的流体作为加热的气体从所述反应室中抽出。
397.权利要求396所述的方法,进一步包括将所述加热的气体再引导至所述反应室中,使得所述加热的气体与所述气体混合物在所述反应室内混合。
398.权利要求389所述的方法,其中所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
399.一种用于氧化燃料的氧化器,包括:
反应室,所述反应室具有(i)一个或多个进口,所述一个或多个进口被配置成将燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体引导进入所述反应室中和(ii)一个或多个出口,所述一个或多个出口被配置成引导来自所述反应室的反应产物;和
加热器,所述加热器被配置成在所述一个或多个进口处或所述一个或多个进口之前将所述至少一种气体中的一种或多种的温度维持在所述反应室内的所得混合物的自燃温度之上,所述所得混合物包含燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体;
其中所述反应室被配置成(a)氧化所述混合物和(b)将所述反应室内的绝热温度和最大反应温度维持在所述混合物的熄火温度之下。
400.权利要求399所述的氧化器,其中所述反应室包括单一进口。
401.权利要求400所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成改变将所述混合物通过所述进口引入至所述反应室中的流量。
402.权利要求399所述的氧化器,其中所述加热器包括热交换器,所述热交换器在所述一个或多个进口处或所述一个或多个进口之前将来自所述反应产物的热量传递至所述混合物。
403.权利要求399所述的氧化器,其中所述加热器被配置成在所述一个或多个进口处或所述一个或多个进口之前将氧化剂或稀释剂中的至少一种与燃料混合。
404.权利要求399所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成利用来自所述反应产物的热量来产生蒸汽。
405.权利要求399所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成利用来自所述反应产物的热量来驱动发电机发电。
406.权利要求405所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成通过涡轮机或活塞发动机驱动发电机,所述涡轮机或活塞发动机被配置成使来自所述反应室的所述反应产物膨胀。
407.权利要求399所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成利用来自所述反应产物的热量来加热未通过所述氧化器的物料。
408.权利要求399所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成改变将所述燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体中的一种或多种通过所述一个或多个进口引入至所述反应室中的流量。
409.权利要求399所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成改变将所述反应产物从所述反应室引导通过所述出口的流量。
410.权利要求400所述的氧化器,进一步包括调节器,所述调节器被配置成改变所述进口处或所述进口附近所述混合物的流动或所述混合物的压力中的至少一个。
411.权利要求399所述的氧化器,进一步包括调节器,所述调节器被配置成改变一个或多个进口处或一个或多个进口附近燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种的温度、流量或压力中的至少一个。
412.一种用于氧化燃料的氧化器,包括:
反应室,所述反应室具有(i)进口,所述进口被配置成引导燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体进入所述反应室中,和(ii)出口,所述出口被配置成引导来自所述反应室的反应产物;和
用于在所述进口处或所述进口之前将进气的温度维持在所述反应室内的所得混合物的自燃温度之上的装置,所述所得混合物包含燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体;
其中所述反应室被配置成(a)氧化所述混合物和(b)将所述反应室内的绝热温度和最大反应温度维持在所述混合物的熄火温度之下。
413.权利要求412所述的氧化器,其中所述反应室包括多个进口。
414.权利要求412所述的氧化器,其中所述反应室包括多个出口。
415.权利要求412所述的氧化器,其中用于升高温度的所述装置包括热交换器,所述热交换器在所述进口处或所述进口之前将来自所述反应产物的热量传递至所述混合物。
416.权利要求412所述的氧化器,其中用于升高温度的所述装置被配置成在所述进口处或所述进口之前将稀释剂与燃料混合。
417.权利要求412所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成利用来自所述反应产物的热量来产生蒸汽。
418.权利要求412所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成利用来自所述反应产物的热量来驱动发电机发电。
419.权利要求418所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成通过涡轮机或活塞发动机驱动发电机,所述涡轮机或活塞发动机被配置成使来自所述反应室的所述反应产物膨胀。
420.权利要求412所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成利用来自所述反应产物的热量来加热未通过所述氧化器的物料。
421.权利要求412所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成改变将所述混合物通过所述进口引入至所述反应室中的流量。
422.权利要求412所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成改变将所述反应产物从所述反应室引导通过所述出口的流量。
423.权利要求412所述的氧化器,进一步包括调节器,所述调节器被配置成改变所述进口处或所述进口附近所述混合物的流动或所述混合物的压力中的至少一个。
424.权利要求412所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成改变将所述燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体中的一种或多种通过一个或多个进口引入至所述反应室中的流量。
425.一种用于氧化燃料的系统,包括:
具有第一进口和第一出口的第一反应室,所述第一反应室被配置成通过所述第一进口接收包含可氧化燃料的第一气体,所述第一反应室被配置成维持所述第一气体的逐步氧化和通过所述第一出口传递烟道气;和
与所述第一反应室分开的第二反应室,所述第二反应室具有第二进口和第二出口,所述第二反应室被配置成通过所述第二进口接收包含可氧化燃料的第二气体和所述烟道气,所述第二反应室被配置成维持所述第二气体的逐步氧化;
其中所述烟道气从所述第一出口传递至所述第二进口直至所述第二反应室内的内部温度在所述第二气体的自燃温度之上。
426.权利要求425所述的系统,其中在所述内部温度高于所述自燃温度后所述烟道气不从所述第一出口传递至所述第二进口。
427.权利要求425所述的系统,其中所述第一反应室或第二反应室中的至少一个被配置成当各自反应室内的内部温度达到或超过各自燃料的熄火温度时降低各自内部温度。
428.权利要求427所述的系统,其中第一反应室或第二反应室中的至少一个被配置成通过从各自反应室移除热量减少各自内部温度。
429.权利要求428所述的系统,其中第一反应室或第二反应室中的至少一个被配置成通过热交换器移除热量。
430.权利要求429所述的系统,其中所述热交换器包括引入至各自反应室中的流体。
431.权利要求429所述的系统,其中所述热交换器被配置成从各自反应室排空所述流体。
432.权利要求429所述的系统,其中所述热交换器包括用于生成蒸汽的装置。
433.权利要求429所述的系统,其中所述热交换器被配置成当各自反应室内的温度超过2300°F时从各自反应室吸出热量。
434.权利要求425所述的系统,其中所述第二反应室被配置成当在所述第二进口处所述第二气体的温度达到或下降至低于所述第二燃料的自燃温度时将所述烟道气与所述第二气体混合。
435.权利要求425所述的系统,进一步包括涡轮机或活塞发动机,所述涡轮机或活塞发动机接收来自至少一个所述反应室的气体。
436.权利要求435所述的系统,其中所述涡轮机接收并膨胀来自所述第二反应室的气体。
437.权利要求425所述的系统,进一步包括在将气体引入至所述反应室中的至少一个之前接收并压缩所述气体的压缩机。
438.权利要求437所述的系统,其中所述压缩机被配置成在将所述第二气体引入至所述第二反应室中之前压缩所述第二气体。
439.一种用于氧化燃料的系统,包括:
具有出口的第一反应室,所述第一反应室被配置成维持包含可氧化燃料的第一气体的逐步氧化,以及将反应产物传递通过所述第一出口;和
与所述第一反应室分开的第二反应室,所述第二反应室具有进口,所述进口被配置成接收包含可氧化燃料的第二气体和所述反应产物,所述第二反应室被配置成(i)维持所述第二气体的逐步氧化和(ii)通过所述进口接收来自所述第一反应室的所述反应产物,同时所述第二反应室内的内部温度低于所述第二气体的自燃温度。
440.权利要求439所述的系统,其中在所述内部温度高于所述自燃温度后所述反应产物不从所述第一反应室传递至所述第二反应室。
441.权利要求439所述的系统,其中当各自反应室内的内部温度达到或超过各自燃料的熄火温度时所述第一反应室或第二反应室中的至少一个被配置成降低各自内部温度。
442.权利要求441所述的系统,其中第一反应室或第二反应室中的至少一个被配置成通过从各自反应室移除热量减少各自内部温度。
443.权利要求439所述的系统,其中所述第二反应室被配置成当在所述进口处所述第二气体的温度达到或下降至低于所述第二燃料的自燃温度时将所述反应产物与所述第二气体混合。
444.权利要求439所述的系统,进一步包括涡轮机或活塞发动机,所述涡轮机或活塞发动机接收来自至少一个所述反应室的气体。
445.权利要求444所述的系统,其中所述涡轮机接收并膨胀来自所述第二反应室的气体。
446.权利要求439所述的系统,进一步包括在将气体引入至所述反应室中的至少一个之前接收并压缩所述气体的压缩机。
447.权利要求446所述的系统,其中所述压缩机被配置成在将所述第二气体引入至所述第二反应室中之前压缩所述第二气体。
448.一种用于氧化燃料的系统,包括:
具有反应室的氧化器,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成通过所述进口接收包含可氧化燃料的气体以及维持氧化过程;
检测模块,所述检测模块检测何时所述气体的反应室温度达到或下降至低于所述反应室内所述气体的自燃阈值,使得所述反应室将不氧化所述燃料;和
校正模块,所述校正模块基于所述检测模块输出指令,改变下列中的至少一个:(i)所述气体在所述反应室内的停留时间和(ii)足以使所述气体在所述反应室内同时自燃和氧化的在所述反应室内的自燃延迟时间。
449.权利要求448所述的系统,其中所述校正模块被配置成通过改变所述气体通过所述反应室的流动改变所述气体在所述反应室内的停留时间。
450.权利要求449所述的系统,其中所述校正模块被配置成通过减少所述气体通过所述反应室的流动增加所述气体在所述反应室内的停留时间。
451.权利要求449所述的系统,其中所述校正模块被配置成通过使所述气体从所述反应室的出口至所述进口再循环流动,增加所述气体在所述反应室内的停留时间。
452.权利要求448所述的系统,其中所述校正模块被配置成通过改变所述反应室内的气体温度改变所述反应室内的自燃延迟时间。
453.权利要求452所述的系统,其中所述校正模块被配置成通过利用加热器增加所述反应室内的气体温度减少所述反应室内的自燃延迟时间。
454.权利要求452所述的系统,其中所述校正模块被配置成通过使产物气从所述出口至所述进口循环减少所述反应室内的自燃延迟时间。
455.权利要求448所述的系统,其中所述反应室被配置成在不使用催化剂的情况下在所述熄火温度之下维持所述可氧化燃料的氧化。
456.权利要求448所述的系统,进一步包括涡轮机或活塞发动机,所述涡轮机或活塞发动机接收来自所述反应室的气体并使所述气体膨胀。
457.权利要求448所述的系统,进一步包括在将燃料混合物引入至所述反应室之前接收并压缩包含所述燃料混合物的气体的压缩机。
458.权利要求448所述的系统,其中所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
459.一种用于氧化燃料的系统,包括:
具有反应室的氧化器,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成通过所述进口接收包含可氧化燃料的气体以及维持氧化过程;
检测模块,所述检测模块检测何时所述气体的反应室温度达到或下降至低于所述反应室内所述气体的自燃阈值,使得所述反应室将不氧化所述燃料;和
校正模块,所述校正模块被配置成利用处理器并且基于所述检测模块测定下列中的至少一个的改变:(i)所述气体在所述反应室内的停留时间和(ii)足以使所述气体在所述反应室内同时自燃和氧化的在所述反应室内的自燃延迟时间;
其中所述氧化器被配置成,基于所述停留时间和所述自燃延迟时间中至少一个的改变,在所述气体在所述反应室内的同时氧化所述气体。
460.权利要求459所述的系统,其中所述校正模块被配置成通过改变所述气体通过所述反应室的流动改变所述气体在所述反应室内的停留时间。
461.权利要求460所述的系统,其中所述校正模块被配置成通过减少所述气体通过所述反应室的流动增加所述气体在所述反应室内的停留时间。
462.权利要求460所述的系统,其中所述校正模块被配置成通过使所述气体从所述反应室的出口至所述进口再循环流动,增加所述气体在所述反应室内的停留时间。
463.权利要求459所述的系统,其中所述校正模块被配置成通过改变所述反应室内的气体温度改变所述反应室内的自燃延迟时间。
464.权利要求459所述的系统,其中所述校正模块被配置成通过利用加热器增加所述反应室内的气体温度减少所述反应室内的自燃延迟时间。
465.权利要求459所述的系统,其中所述校正模块被配置成通过使产物气从所述出口至所述进口循环减少所述反应室内的自燃延迟时间。
466.权利要求459所述的系统,其中所述反应室被配置成在不使用催化剂的情况下在所述熄火温度之下维持所述可氧化燃料的氧化。
467.一种用于氧化燃料的系统,包括:
具有反应室的氧化器,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成通过所述进口接收包含可氧化燃料的气体以及维持氧化过程;和
模块,所述模块基于对反应室温度的检测输出指令,以增加下列中的至少一个:(i)所述气体在所述反应室内的停留时间和(ii)所述反应室内的反应温度,使得所述燃料在所述反应室内的同时发生氧化。
468.权利要求467所述的系统,其中所述模块被配置成通过改变所述气体通过所述反应室的流动改变所述气体在所述反应室内的停留时间。
469.权利要求468所述的系统,其中所述模块被配置成通过减少所述气体通过所述反应室的流动增加所述气体在所述反应室内的停留时间。
470.权利要求468所述的系统,其中所述模块被配置成通过使所述气体从所述反应室的出口至所述进口再循环流动,增加所述气体在所述反应室内的停留时间。
471.权利要求467所述的系统,其中所述模块被配置成通过利用加热器增加所述反应室内的气体温度减少所述反应室内的自燃延迟时间。
472.权利要求467所述的系统,其中所述校正模块被配置成通过使产物气从所述出口至所述进口循环,减少所述反应室内的自燃延迟时间。
473.一种用于氧化燃料的方法,包括:
在将包含可氧化燃料的气体接收至反应室中的氧化系统中检测何时所述气体的反应室温度达到或下降至低于使得所述反应室单独将不支持所述燃料氧化的水平,所述反应室具有进口和出口并且被配置成维持氧化过程;和
基于检测模块改变下列中的至少一个:(i)所述气体在所述反应室内的停留时间和(ii)足以使所述气体在所述反应室内的同时自燃和氧化的在所述反应室内的自燃延迟时间。
474.权利要求473所述的方法,其中通过改变所述气体通过所述反应室的流动在所述反应室内改变所述气体的停留时间。
475.权利要求474所述的方法,其中通过减少所述气体通过所述反应室的流动在所述反应室内改变所述气体的停留时间。
476.权利要求474所述的方法,其中通过使所述气体从所述反应室的出口至所述进口再循环流动,在所述反应室内改变所述气体的停留时间。
477.权利要求473所述的方法,其中通过改变所述反应室内的气体温度改变所述反应室内的自燃延迟时间。
478.权利要求477所述的方法,其中通过利用加热器增加所述反应室内的气体温度在所述反应室内减少所述自燃延迟时间。
479.权利要求477所述的方法,其中通过使产物气从所述出口至所述进口循环减少所述自燃延迟时间。
480.权利要求473所述的方法,其中在不使用催化剂的情况下所述反应室在所述熄火温度之下维持所述可氧化燃料的氧化。
481.权利要求473所述的方法,进一步包括在涡轮机或活塞发动机中使来自所述反应室的产物气膨胀。
482.权利要求473所述的方法,进一步包括在将所述气体引入至所述反应室之前压缩所述气体。
483.权利要求473所述的方法,其中所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
484.一种用于氧化燃料的方法,包括:
在将包含可氧化燃料的气体接收至反应室中的氧化系统中检测何时所述气体的反应室温度达到或下降至低于使得所述反应室单独将不支持所述燃料的逐步氧化的水平,所述反应室具有进口和出口并且被配置成维持氧化过程;和
基于检测模块改变足以使所述气体在所述反应室内的同时自燃和氧化的在所述反应室内的自燃延迟时间。
485.权利要求484所述的方法,其中改变所述自燃延迟时间包括将额外的热量引入至所述反应室中,从而将内部室温度增加至将维持所述燃料氧化的水平。
486.权利要求484所述的方法,进一步包括通过改变所述气体通过所述反应室的流动改变所述气体在所述反应室内的停留时间。
487.权利要求484所述的方法,进一步包括通过减少所述气体通过所述反应室的流动改变所述气体在所述反应室内的停留时间。
488.权利要求484所述的方法,进一步包括通过使所述气体从所述反应室的出口至所述进口再循环流动,改变所述气体在所述反应室内的停留时间。
489.权利要求484所述的方法,其中在不使用催化剂的情况下所述反应室在所述熄火温度之下维持所述可氧化燃料的氧化。
490.权利要求484所述的方法,进一步包括在涡轮机或活塞发动机中使来自所述反应室的产物气膨胀。
491.权利要求484所述的方法,其中所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
492.一种用于氧化燃料的方法,包括当气体的反应室温度达到或下降至低于使得所述反应室单独将不支持可氧化燃料氧化的温度水平时,通过将热源引入至所述反应室中从而将内部反应室温度增加至将维持所述燃料氧化的水平来维持所述燃料的氧化。
493.权利要求492所述的方法,其中增加所述内部温度减少自燃延迟时间。
494.权利要求492所述的方法,进一步包括通过改变所述气体通过所述反应室的流动改变所述气体在所述反应室内的停留时间。
495.权利要求492所述的方法,进一步包括通过减少所述气体通过所述反应室的流动改变所述气体在所述反应室内的停留时间。
496.权利要求492所述的方法,进一步包括通过使所述气体从所述反应室的出口至所述进口再循环流动,改变所述气体在所述反应室内的停留时间。
497.权利要求492所述的方法,其中在不使用催化剂的情况下所述反应室在所述熄火温度之下维持所述可氧化燃料的氧化。
498.权利要求492所述的方法,进一步包括在涡轮机或活塞发动机中使来自所述反应室的产物气膨胀。
499.权利要求492所述的方法,其中所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
500.一种氧化燃料的方法,包括:
将具有低能量含量(LEC)燃料的气体与包含高能量含量(HEC)燃料的气体、包含氧化剂的气体和包含稀释剂的气体的组中的一种或多种混合以形成气体混合物,其中所有气体处于低于被混合的任一种气体的自燃温度的温度;
将所述气体混合物的温度增加至至少所述气体混合物的自燃温度并允许所述气体混合物自燃;和
在自燃的气体混合物氧化的同时将所述气体混合物的温度维持在熄火温度之下。
501.权利要求500所述的方法,其中所述气体混合物通过热交换器升高至至少所述自燃温度。
502.权利要求501所述的方法,其中所述热交换器位于反应室内,所述反应室在不使用催化剂的情况下维持所述气体混合物的氧化。
503.权利要求500所述的方法,其中所述气体混合物在反应室内升高至至少所述自燃温度,所述反应室在不使用催化剂的情况下维持所述气体混合物的氧化。
504.权利要求503所述的方法,其中所述反应室在所述气体混合物的熄火温度之下维持所述混合物的氧化。
505.权利要求503所述的方法,进一步包括利用涡轮机或活塞发动机使气体膨胀,所述涡轮机或活塞发动机接收来自所述反应室的气体。
506.权利要求503所述的方法,其中所述气体混合物包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
507.一种氧化方法,包括:
将第一气体混合物加热至至少所述第一气体混合物的自燃温度,所述第一气体混合物包含与确定范围的低能量含量(LEC)燃料气体和高能量含量(HEC)燃料气体混合的氧化剂;
在加热后注入所述LEC燃料气体和所述HEC燃料气体的第二气体混合物,其中选择将所述LEC和HEC燃料气体注入所述第二气体混合物的速率以产生与LEC燃料和HEC燃料气体与所述第一气体混合物的比率基本相同的比率;
在小于所述第二气体混合物的点火延迟时间同时允许所述第一气体混合物自燃的时间内以产生基本上均质的第一气体混合物的速率将所述第二气体混合物与加热的第一气体混合物混合;和
在自燃的第一气体混合物氧化的同时将所述第一气体混合物的温度维持在熄火温度之下。
508.权利要求507所述的方法,其中所述第一气体混合物通过热交换器升高至至少所述自燃温度。
509.权利要求508所述的方法,其中所述热交换器位于反应室内,所述反应室在不使用催化剂的情况下维持所述第一气体混合物的氧化。
510.权利要求507所述的方法,其中所述第一气体混合物升高至至少所述反应室内的所述自燃温度,所述反应室在不使用催化剂的情况下维持所述气体混合物的氧化。
511.权利要求510所述的方法,其中所述反应室在所述气体混合物的熄火温度下维持所述第二气体混合物的氧化。
512.权利要求510所述的方法,进一步包括利用涡轮机或活塞发动机使气体膨胀,所述涡轮机或活塞发动机接收来自所述反应室的气体。
513.权利要求510所述的方法,其中所述第一气体混合物包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
514.一种氧化方法,包括:
将包含低能量含量(LEC)燃料以及高能量含量(HEC)燃料气体、含氧化剂(OC)气体和含稀释剂(DC)气体的组中的至少一种的气体混合物接收至反应室进口中,所述气体混合物在被接收进入所述进口之前的初始温度低于所述混合物的自燃温度;
通过布置在所述反应室内的热交换介质将所述反应室的内部温度维持在熄火温度之下;
通过使热量传递通过所述热交换介质将反应室进口温度维持高于所述混合物的自燃温度;和
引导进入所述进口的所述混合物经过第一路径通过比所述混合物的自燃温度更热的介质,直至所述混合物达到在所述混合物的自燃温度之上的温度;和
引导所述混合物通过第二路径至反应室出口,所述第二路径大体上与所述第一路径相反。
515.权利要求514所述的方法,其中所述反应室在不使用催化剂的情况下维持所述气体混合物的氧化。
516.权利要求514所述的方法,其中通过使所述热交换介质在所述反应室外部循环,所述反应室在所述气体混合物的熄火温度之下维持所述混合物的氧化。
517.权利要求514所述的方法,进一步包括利用涡轮机或活塞发动机使气体膨胀,所述涡轮机或活塞发动机接收来自所述反应室出口的气体。
518.权利要求514所述的方法,其中所述气体混合物包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
519.一种氧化器,包括:
具有进口和出口的反应室,所述进口被配置成接受包含低能量含量(LEC)燃料以及高能量含量(HEC)燃料、含氧化剂(OC)气体和含稀释剂(DC)气体的组中的至少一种的气体混合物,所述气体混合物处于低于所述气体混合物的自燃温度的初始温度;
布置在所述反应室内的热交换介质,所述介质被配置成(i)将所述反应室的内部温度维持在熄火温度之下和(ii)维持反应室进口温度高于所述混合物的自燃温度;和从所述进口的第一流动路径,所述第一流动路径被配置成引导进入所述进口的所述混合物通过比所述混合物的自燃温度更热的介质,直至所述混合物达到所述气体混合物的自燃温度之上的温度,和所述第一流动路径之后的第二流动路径,所述第二流动路径被配置成引导氧化的气体混合物至所述出口,所述第二流动路径大体上与所述第一流动路径相反。
520.权利要求519所述的系统,其中所述反应室被配置成在不使用催化剂的情况下沿着所述第一流动路径和第二流动路径中的至少一个维持所述气体混合物的氧化。
521.权利要求519所述的系统,其中所述反应室被配置成通过在所述反应室外部循环热交换介质在所述气体混合物的熄火温度下维持所述混合物的氧化。
522.权利要求519所述的系统,进一步包括涡轮机或活塞发动机中的至少一个,所述涡轮机或活塞发动机中的至少一个被配置成接收来自所述反应室出口的气体并使所述气体膨胀。
523.权利要求519所述的系统,其中所述气体混合物包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
524.一种氧化器,包括:
具有进口和出口的反应室,所述进口被配置成接受包含低能量含量(LEC)燃料以及高能量含量(HEC)燃料气体、含氧化剂(OC)气体和含稀释剂(DC)气体的组中的至少一种的气体混合物,所述气体混合物处于低于所述混合物的自燃温度的温度;和
热控制器,所述热控制器被配置成(i)将所述气体混合物的温度增加至至少所述混合物的自燃温度,从而允许所述气体混合物自燃,和(ii)在自燃的气体混合物氧化的同时将所述气体混合物的温度维持在熄火温度之下。
525.权利要求524所述的系统,其中所述热控制器包括热交换器,所述热交换器被配置成将所述混合物的温度升高至至少所述自燃温度。
526.权利要求525所述的系统,其中所述热交换器布置在所述反应室内。
527.权利要求526所述的系统,其中所述热交换器被配置成在所述混合物在所述反应室内后将所述混合物加热至所述自燃温度之上。
528.权利要求524所述的方法,其中所述反应室被配置成在不使用催化剂的情况下在所述气体混合物的熄火温度之下维持所述混合物的氧化。
529.权利要求524所述的方法,进一步包括涡轮机或活塞发动机中的至少一个,所述涡轮机或活塞发动机中的至少一个接收来自所述反应室的气体并使所述气体膨胀。
530.权利要求524所述的方法,其中所述气体混合物包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
531.一种氧化器,包括:
具有进口和出口的反应室,所述进口被配置成接受包含低能量含量(LEC)燃料以及高能量含量(HEC)燃料气体、含氧化剂(OC)气体、含稀释剂(DC)气体中的至少一种的第一气体混合物,所述气体混合物处于低于所述混合物的自燃温度的初始温度;
热控制器,所述热控制器被配置成将所述第一气体混合物加热至至少所述第一气体混合物的自燃温度,使得所述第一气体混合物自燃;和
喷注器,所述喷注器被配置成在所述第一气体混合物被加热至至少所述自燃温度后注入包含LEC燃料气体和HEC燃料的第二气体混合物,其中所述喷注器以一定的注入速率注入一定比率的LEC和HEC气体以形成所述第二气体混合物,选择所述注入速率以产生和所述LEC气体与高能量含量(HEC)燃料气体、含氧化剂(OC)气体和含稀释剂(DC)气体中的至少一种与所述第一气体混合物的比率基本上相同比率的LEC和HEC气体与所述第二混合物;
其中所述反应室被配置成(i)以在小于所述第二气体混合物的自燃延迟时间的时间内产生基本上均质的第三气体混合物的速率将注入的第二气体混合至自燃的第一气体混合物中和(ii)在自燃的第一气体混合物氧化的同时将所述第一气体混合物的温度维持在熄火温度之下。
532.权利要求531所述的系统,其中所述热控制器包括热交换器,所述热交换器被配置成将所述混合物的温度升高至至少所述自燃温度。
533.权利要求532所述的系统,其中所述热交换器布置在所述反应室内。
534.权利要求531所述的系统,其中所述反应室被配置成在不使用催化剂的情况下维持所述第一气体混合物在所述反应室内的氧化。
535.权利要求531所述的系统,其中所述反应室被配置成在不使用催化剂的情况下在所述气体混合物的熄火温度之下维持所述第二气体混合物的氧化。
536.权利要求531所述的系统,进一步包括涡轮机或活塞发动机中的至少一个,所述涡轮机或活塞发动机中的至少一个被配置成接收来自所述反应室的气体并使所述气体膨胀。
537.权利要求531所述的系统,其中所述第一气体混合物包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
1.一种用于氧化燃料的系统,包括:
具有反应室的氧化器,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成通过所述进口接收包含可氧化燃料的气体,所述氧化器被配置成在不使用催化剂的条件下维持氧化过程;
检测模块,所述检测模块检测何时发生下列中的至少一个:(a)所述反应室内的反应温度达到所述反应室内的所述燃料的熄火温度或(b)反应室进口温度达到自燃阈值;和校正模块,所述校正模块基于所述检测模块输出指令以改变下列中的至少一个:(i)从所述反应室移除热量或(ii)所述反应室的所述进口温度;
其中所述校正模块被配置成下列中的至少一个:(i)将所述反应室内的实际温度维持在所述熄火温度之下或(ii)将所述进口温度维持在所述燃料的所述自燃阈值之上。
2.权利要求1所述的系统,其中所述校正模块输出指令以通过热交换器从所述反应室移除热量。
3.权利要求1所述的系统,其中所述校正模块输出指令以通过流体从所述反应室移除热量。
4.权利要求1所述的系统,其中所述校正模块输出指令以升高所述进口温度。
5.权利要求4所述的系统,进一步包括放置在所述反应室内的热交换器。
6.权利要求1所述的系统,其中所述反应室被配置成维持所述可氧化燃料在所述熄火温度下氧化。
7.权利要求1所述的系统,其中所述校正模块输出指令以当所述反应室内的温度超过
2300°F时从所述反应室移除热量。
8.权利要求1所述的系统,进一步包括涡轮机,所述涡轮机接收来自所述反应室的气体并使所述气体膨胀。
9.权利要求1所述的系统,进一步包括压缩机,在燃料混合物被引入至所述反应室之前,所述压缩机接收并压缩包含所述燃料混合物的气体。
10.权利要求1所述的系统,其中所述可氧化燃料包含下列中的至少一种:氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳。
11.一种用于氧化燃料的系统,包括:
具有反应室的氧化器,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成通过所述入口接收包含可氧化燃料的气体,所述氧化器被配置成在在不使用催化剂的条件下维持氧化过程;
检测模块,所述检测模块检测何时发生下列中的至少一个:(a)所述反应室内的反应温度达到所述反应室内的所述燃料的熄火温度和(b)反应室进口温度达到自燃阈值;和校正模块,所述校正模块基于所述检测模块输出指令以实现下列中的至少一个:(i)将所述反应室内的实际温度维持在所述熄火温度之下或(ii)将所述进口温度维持在所述燃料的所述自燃阈值之上。
12.权利要求11所述的系统,其中所述校正模块输出指令至热交换器以从所述反应室移除热量。
13.权利要求11所述的系统,其中所述校正模块输出指令以通过流体从所述反应室移除热量。
14.权利要求11所述的系统,其中所述校正模块输出指令以升高所述进口温度。
15.权利要求14所述的系统,进一步包括放置在所述反应室内的热交换器。
16.权利要求11所述的系统,其中所述反应室被配置成在所述熄火温度之下维持所述可氧化燃料的氧化。
17.权利要求11所述的系统,其中所述校正模块输出指令以当所述反应室内的温度超过2300°F时从所述反应室移除热量。
18.一种用于氧化燃料的系统,包括:
具有反应室的氧化器,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成通过所述进口接收包含可氧化燃料的气体,所述氧化器被配置成在不使用催化剂的条件下维持氧化过程;和
处理器,所述处理器检测何时发生下列中的至少一个:(a)所述反应室内的反应温度达到所述反应室内的所述燃料的熄火温度和(b)反应室进口温度下降达到自燃阈值。
19.权利要求18所述的系统,进一步包括校正模块,所述校正模块基于所述处理器,通过从所述反应室移除热量来降低所述反应室内的实际温度以保持在所述燃料的所述熄火温度之下。
20.权利要求18所述的系统,进一步包括校正模块,所述校正模块基于所述处理器,通过增加所述可氧化燃料在所述反应室内的停留时间将所述进口温度升高至所述燃料的所述自燃阈值之上。
21.一种用于氧化燃料的氧化器,包括:
反应室,所述反应室具有(i)一个或多个进口,所述一个或多个进口被配置成引导燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体进入所述反应室中,和(ii)一个或多个出口,所述一个或多个出口被配置成引导来自所述反应室的反应产物;和
加热器,所述加热器被配置成在一个或多个进口处或一个或多个进口之前将所述至少一种气体中的一种或多种的温度维持在所述反应室内的所得混合物的自燃温度之上,所述所得混合物包含燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体;
其中所述反应室被配置成(a)氧化所述混合物和(b)维持所述反应室内的绝热温度在所述混合物的熄火温度之上并将所述反应室内的最大反应温度维持在所述混合物的所述熄火温度之下。
22.权利要求21所述的氧化器,进一步包括吸热器,所述吸热器被配置成从所述反应室移除热量。
23.权利要求22所述的氧化器,其中所述吸热器被配置成通过生成蒸汽从所述反应室移除热量。
24.权利要求21所述的氧化器,其中所述反应室包括单一进口。
25.权利要求24所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成改变将所述混合物通过所述单一进口引入至所述反应室中的流量。
26.权利要求21所述的氧化器,其中所述加热器包括热交换器,所述热交换器在所述一个或多个进口处或所述一个或多个进口之前将来自所述反应产物的热量传递至所述混合物。
27.权利要求21所述的氧化器,其中所述加热器被配置成在所述一个或多个进口处或所述一个或多个进口之前将稀释剂与燃料混合。
28.权利要求21所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成利用来自所述反应产物的热量来产生蒸汽。
29.权利要求21所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成利用来自所述反应产物的热量来驱动发电机发电。
30.权利要求29所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成通过涡轮机或活塞发动机驱动发电机,所述涡轮机或活塞发动机被配置成使来自所述反应室的所述反应产物膨胀。
31.权利要求21所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成利用来自所述反应产物的热量来加热未通过所述氧化器的物料。
32.权利要求21所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成改变将所述反应产物从所述反应室引导通过所述出口的流量。
33.权利要求21所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成改变将燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体中的一种或多种通过所述一个或多个进口引入至所述反应室中的流量。
34.权利要求21所述的氧化器,进一步包括调节器,所述调节器被配置成改变在所述进口处或所述进口附近所述混合物的流动或所述混合物的压力中的至少一个。
35.权利要求21所述的氧化器,进一步包括调节器,所述调节器被配置成改变在所述一个或多个进口处或所述一个或多个进口附近燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一个的温度、流量或压力中的至少一个。
36.一种用于氧化燃料的氧化器,包括:
反应室,所述反应室具有(i)进口,所述进口被配置成引导燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体进入所述反应室,和(ii)出口,所述出口被配置成引导来自所述反应室的反应产物;
用于在所述进口处或所述进口之前将进气的温度维持在所述反应室内的所得混合物的自燃温度之上的装置,所述所得混合物包含燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体;
其中所述反应室被配置成(a)氧化所述混合物和(b)将所述反应室内的绝热温度维持在所述混合物的熄火温度之上并将所述反应室内的最大反应温度维持在所述混合物的所述熄火温度之下。
37.权利要求36所述的氧化器,其中所述反应室包括多个进口。
38.权利要求36所述的氧化器,其中所述反应室包括多个出口。
39.权利要求36所述的氧化器,其中用于升高温度的所述装置包括热交换器,在所述进口处或所述进口之前所述热交换器将来自所述反应产物的热量传递至所述混合物。
40.权利要求36所述的氧化器,其中用于升高温度的所述装置被配置成在所述进口处或所述进口之前将稀释剂与燃料混合。
41.权利要求36所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成利用来自所述反应产物的热量来产生蒸汽。
42.权利要求36所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成利用来自所述反应产物的热量来驱动发电机发电。
43.权利要求42所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成通过涡轮机或活塞发动机驱动发电机,所述涡轮机或活塞发动机被配置成使来自所述反应室的所述反应产物膨胀。
44.权利要求36所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成利用来自所述反应产物的热量来加热未通过所述氧化器的物料。
45.权利要求36所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成改变将所述混合物通过所述进口引入至所述反应室中的流量。
46.权利要求36所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成改变将所述反应产物从所述反应室引导通过所述出口的流量。
47.权利要求36所述的氧化器,进一步包括调节器,所述调节器被配置成改变在所述进口处或所述进口附近所述混合物的流动或所述混合物的压力中的至少一个。
48.权利要求36所述的氧化器,进一步包括吸热器,所述吸热器在所述混合物氧化期间或所述混合物氧化之后从所述反应室移除热量。
49.一种用于氧化燃料的氧化器,包括:
反应室,所述反应室具有(i)一个或多个进口,所述一个或多个进口被配置成将燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体引导进入所述反应室中和(ii)一个或多个出口,所述一个或多个出口被配置成引导来自所述反应室的反应产物;
调节器,所述调节器被配置成在所述一个或多个进口处或所述一个或多个进口之前将所述至少一种气体中的一种或多种的温度维持在所述反应室内的所得混合物的自燃温度之下,所述所得混合物包含燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体;和
布置在所述反应室内的热交换器,所述热交换器被配置成在所述一个或多个进口处或所述一个或多个进口附近加热进入的所得混合物,使得所述反应室内所述所得混合物的温度增加至所述自燃温度之上;
其中所述反应室被配置成(a)氧化所述混合物和(b)将所述反应室内的绝热温度维持在所述混合物的熄火温度之下并将所述反应室内的最大反应温度维持在所述混合物的所述熄火温度之下。
50.权利要求49所述的氧化器,其中所述反应室包括单一进口。
51.权利要求50所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成改变将所述混合物通过所述一个或多个进口引入至所述反应室中的流量。
52.权利要求49所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成改变将燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体中的一种或多种通过所述一个或多个进口引入至所述反应室中的流量。
53.权利要求49所述的氧化器,进一步包括加热器,所述加热器在所述一个或多个进口处或所述一个或多个进口之前将来自所述反应产物的热量传递至所述混合物。
54.权利要求49所述的氧化器,其中所述调节器被配置成在所述一个或多个进口处或所述一个或多个进口之前将稀释剂与燃料混合。
55.权利要求49所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成利用来自所述反应产物的热量来产生蒸汽。
56.权利要求49所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成利用来自所述反应产物的热量来驱动发电机发电。
57.权利要求56所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成通过涡轮机或活塞发动机驱动发电机,所述涡轮机或活塞发动机被配置成使来自所述反应室的所述反应产物膨胀。
58.权利要求49所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成利用来自所述反应产物的热量来加热未通过所述氧化器的物料。
59.权利要求49所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成改变将所述反应产物从所述反应室引导通过所述出口的流量。
60.权利要求49所述的氧化器,进一步包括控制器,所述控制器被配置成改变在所述进口处或所述进口附近所述混合物的流动或所述混合物的压力中的至少一个。
61.权利要求49所述的氧化器,进一步包括控制器,所述控制器被配置成改变在所述一个或多个进口处或所述一个或多个进口附近燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种的温度、流量或压力中的至少一个。
62.一种用于氧化燃料的氧化器,包括:
反应室,所述反应室具有(i)进口,所述进口被配置成引导燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体至所述反应室中,和(ii)出口,所述出口被配置成引导来自所述反应室的反应产物;
用于在所述进口处或所述进口之前将进气的温度维持在所述反应室内的所得混合物的自燃温度之下的装置,所述所得混合物包含燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体;和布置在所述反应室内的热交换器,所述热交换器被配置成在一个或多个进口处或一个或多个进口附近加热进入的所得混合物,使得所述反应室内的所述所得混合物的温度增加至所述自燃温度之上;
其中所述反应室被配置成(a)氧化所述混合物和(b)将所述反应室内的绝热温度维持在所述混合物的熄火温度之下并将所述反应室内的最大反应温度维持在所述混合物的所述熄火温度之下。
63.权利要求62所述的氧化器,其中所述反应室包括多个进口。
64.权利要求62所述的氧化器,其中所述反应室包括多个出口。
65.权利要求62所述的氧化器,其中用于维持温度的所述装置包括热交换器,所述热交换器在所述进口处或所述进口之前将来自所述反应产物的热量传递至所述混合物。
66.权利要求62所述的氧化器,其中用于维持温度的所述装置被配置成在所述进口处或所述进口之前将稀释剂与燃料混合。
67.权利要求62所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成利用来自所述反应产物的热量来产生蒸汽。
68.权利要求62所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成利用来自所述反应产物的热量来驱动发电机发电。
69.权利要求68所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成通过涡轮机或活塞发动机驱动发电机,所述涡轮机或活塞发动机被配置成使来自所述反应室的所述反应产物膨胀。
70.权利要求62所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成利用来自所述反应产物的热量来加热未通过所述氧化器的物料。
71.权利要求62所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成改变将所述混合物通过所述进口引入至所述反应室中的流量。
72.权利要求62所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成改变将所述反应产物从所述反应室引导通过所述出口的流量。
73.权利要求62所述的氧化器,进一步包括控制器,所述控制器被配置成改变在所述进口处或所述进口附近所述混合物的流动或所述混合物的压力中的至少一个。
74.一种用于氧化燃料的氧化器,包括:
反应室,所述反应室具有(i)一个或多个进口,所述一个或多个进口被配置成将燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体引导至所述反应室中,和(ii)一个或多个出口,所述一个或多个出口被配置成引导来自所述反应室的反应产物;和
调节器,所述调节器被配置成在所述一个或多个进口处或所述一个或多个进口之前将所述至少一种气体中的一种或多种的温度维持在所述反应室内的所得混合物的自燃温度之下,所述所得混合物包含燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体;
布置在所述反应室内的热交换器,所述热交换器被配置成在所述一个或多个进口处或所述一个或多个进口附近加热进入的所得混合物,使得所述反应室内的所述所得混合物的温度增加至所述自燃温度之上;和
吸热器,所述吸热器在所述反应室内部的所述混合物增加至所述自燃温度之上后从所述反应室移除热量;
其中所述反应室被配置成(a)氧化所述混合物和(b)将所述反应室内的绝热温度维持在所述混合物的熄火温度之上并将所述反应室内的最大反应温度维持在所述混合物的所述熄火温度之下。
75.权利要求74所述的氧化器,其中所述吸热器被配置成通过生成蒸汽从所述反应室移除热量。
76.权利要求74所述的氧化器,其中所述热交换器包括所述反应室内的多孔介质。
77.权利要求74所述的氧化器,其中所述热交换器包括所述反应室内的流体介质。
78.权利要求74所述的氧化器,其中所述热交换器包括循环通过所述反应室的介质。
79.权利要求74所述的氧化器,其中所述热交换器包括套管式热交换器。
80.权利要求74所述的氧化器,其中所述反应室包括单一进口。
81.权利要求74所述的氧化器,其中所述调节器被配置成在所述一个或多个进口处或所述一个或多个进口之前将稀释剂与燃料混合。
82.权利要求74所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成利用来自反应产物的热量来驱动发电机发电。
83.权利要求74所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成通过涡轮机或活塞发动机驱动发电机,所述涡轮机或活塞发动机被配置成使来自所述反应室的反应产物膨胀。
84.权利要求74所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成利用来自反应产物的热量来加热未通过所述氧化器的物料。
85.权利要求74所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成改变将燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体中的一种或多种通过所述一个或多个进口引入至所述反应室中的流量。
86.权利要求74所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成改变将所述反应产物从所述反应室引导通过所述出口的流量。
87.权利要求74所述的氧化器,进一步包括调节器,所述调节器被配置成改变在所述进口处或所述进口附近所述混合物的流动或所述混合物的压力中的至少一个。
88.一种用于氧化燃料的氧化器,包括:
反应室,所述反应室具有(i)进口,所述进口被配置成引导燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体至所述反应室中,和(ii)出口,所述出口被配置成引导来自所述反应室的反应产物;和
用于在所述一个或多个进口处或所述一个或多个进口之前将所述至少一种气体中的一种或多种的温度维持在所述反应室内的所得混合物的自燃温度之下的装置,所述所得混合物包含燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体;
布置在所述反应室内的热交换器,所述热交换器被配置成在所述一个或多个进口处或所述一个或多个进口附近加热进入的所得混合物,使得所述反应室内部的所得混合物的温度增加至所述自燃温度之上;和
用于在所述反应室内部的所述混合物增加至所述自燃温度之上后从所述反应室移除热量的装置;
其中所述反应室被配置成(a)氧化所述混合物和(b)将所述反应室内的绝热温度维持在所述混合物的熄火温度之上并将所述反应室内的最大反应温度维持在所述混合物的所述熄火温度之下。
89.权利要求88所述的氧化器,其中所述用于移除热量的装置被配置成通过生成蒸汽从所述反应室移除热量。
90.权利要求88所述的氧化器,其中所述热交换器包括所述反应室内的多孔介质。
91.权利要求88所述的氧化器,其中所述热交换器包括所述反应室内的流体介质。
92.权利要求88所述的氧化器,其中所述热交换器包括循环通过所述反应室的介质。
93.权利要求88所述的氧化器,其中所述反应室包括多个进口。
94.权利要求88所述的氧化器,其中所述反应室包括多个出口。
95.权利要求88所述的氧化器,其中所述用于维持的装置被配置成在所述进口处或所述进口之前将稀释剂与燃料混合。
96.权利要求88所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成利用来自反应产物的热量来驱动发电机发电。
97.权利要求88所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成通过涡轮机或活塞发动机驱动发电机,所述涡轮机或活塞发动机被配置成使来自所述反应室的反应产物膨胀。
98.权利要求88所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成利用来自反应产物的热量来加热未通过所述反应室的物料。
99.权利要求88所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成改变将燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体中的一种或多种通过所述进口引入至所述反应室中的流量。
100.权利要求88所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成改变将反应产物从所述反应室引导通过所述出口的流量。
101.权利要求88所述的氧化器,进一步包括调节器,所述调节器被配置成改变在所述进口处或所述进口附近所述混合物的流动或所述混合物的压力中的至少一个。
102.一种用于氧化燃料的系统,包括:
具有反应室的氧化器,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成通过所述进口接收包含可氧化燃料的气体,所述氧化器被配置成维持所述燃料在所述反应室内的逐步氧化;和
用于从所述反应室吸取热量的装置,使得当所述反应室内的绝热反应温度达到熄火温度时,从所述反应室吸取热量以将所述反应室内的实际温度降低至不超过所述熄火温度的温度。
103.权利要求102所述的系统,其中所述用于从反应室吸取热量的装置包括热交换器。
104.权利要求102所述的系统,其中所述用于从反应室吸取热量的装置包括流体。
105.权利要求102所述的系统,其中所述用于从反应室吸取热量的装置包括用于生成蒸汽的装置。
106.权利要求102所述的系统,其中所述用于吸取热量的装置被配置成当所述反应室内的实际温度增加至所述熄火温度时从所述反应室吸取热量。
107.权利要求102所述的系统,进一步包括用于在所述反应室的所述进口处将所述气体的温度升高至所述燃料的所述自燃温度之上的装置。
108.权利要求107所述的系统,其中所述装置包括所述氧化器内的热交换器。
109.权利要求102所述的系统,其中所述反应室被配置成在不使用催化剂的情况下维持所述可氧化燃料的逐步氧化。
110.权利要求102所述的系统,其中所述装置被配置成当所述反应室内的温度超过
2300°F时从所述反应室吸出热量。
111.权利要求102所述的系统,进一步包括涡轮机,所述涡轮机接收来自反应室出口的气体并使所述气体膨胀。
112.权利要求102所述的系统,进一步包括压缩机,在将所述燃料混合物引入至所述反应室之前,所述压缩机接收并压缩包含所述燃料混合物的气体。
113.权利要求102所述的系统,其中所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
114.一种用于氧化燃料的系统,包括:
具有反应室的氧化器,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成通过所述进口接收包含可氧化燃料的气体,所述氧化器被配置成维持所述反应室内的逐步氧化过程;

热交换器,所述热交换器被配置成当所述反应室内的绝热反应温度达到熄火温度时从所述反应室吸取热量,使得所述反应室内的实际温度降低至不超过所述熄火温度的水平。
115.权利要求114所述的系统,其中所述热交换器被配置成当所述反应室的实际温度增加至所述熄火温度时从所述反应室吸取热量。
116.权利要求114所述的系统,进一步包括涡轮机,所述涡轮机接收来自所述反应室的气体并使所述气体膨胀。
117.权利要求114所述的系统,进一步包括压缩机,在将燃料混合物引入至所述反应室之前所述压缩机接收并压缩包含所述燃料混合物的气体。
118.权利要求114所述的系统,其中所述热交换器被配置成在所述反应室的所述进口处将所述气体的温度升高至所述燃料的自燃温度之上。
119.权利要求114所述的系统,其中所述热交换器包括被引入至所述反应室中的流体。
120.权利要求118所述的系统,其中所述热交换器被配置成从所述反应室排空所述流体。
121.权利要求114所述的系统,其中所述热交换器包括用于生成蒸汽的装置。
122.权利要求114所述的系统,其中所述反应室被配置成在不使用催化剂的情况下维持所述可氧化燃料的逐步氧化。
123.权利要求114所述的系统,其中所述热交换器被配置成当所述反应室内的温度超过2300°F时从所述反应室吸出热量。
124.权利要求114所述的系统,其中所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
125.一种用于氧化燃料的方法,包括:
将包含可氧化燃料的气体接收至具有反应室的氧化器中,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成维持所述燃料在所述反应室内的逐步氧化过程;和
当所述反应室内的绝热反应温度达到熄火温度时从所述反应室吸取热量,使得所述反应室内的实际温度不超过所述熄火温度。
126.权利要求125所述的方法,进一步包括在涡轮机中使来自所述反应室的气体膨胀。
127.权利要求125所述的方法,进一步包括在将燃料混合物引入至所述反应室之前利用压缩机压缩所述燃料。
128.权利要求125所述的方法,其中从反应室吸取热量包括将流体引入至所述反应室中。
129.权利要求128所述的方法,进一步包括从所述反应室排空所述流体。
130.权利要求129所述的方法,其中所述流体以蒸汽的形式从所述反应室排空。
131.权利要求125所述的方法,其中所述反应室在不使用催化剂的情况下维持所述可氧化燃料的逐步氧化。
132.权利要求125所述的方法,其中当所述反应室内的温度超过2300°F时从所述反应室吸出热量。
133.权利要求125所述的方法,其中所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
134.一种用于氧化燃料的方法,包括:
将包含可氧化燃料的气体接收至具有反应室的氧化器中,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成维持所述反应室内的温度以逐步氧化所述反应室内的燃料;和降低所述反应室内的温度,使得所述反应室内的实际温度保持在熄火温度之下。
135.权利要求134所述的方法,其中降低温度包括从所述反应室吸取热量。
136.权利要求134所述的方法,进一步包括在涡轮机中使来自所述反应室的气体膨胀。
137.权利要求134所述的方法,进一步包括在将燃料混合物引入至反应室之前利用压缩机压缩所述燃料。
138.权利要求134所述的方法,其中降低温度包括将流体引入至所述反应室中。
139.权利要求138所述的方法,进一步包括从所述反应室排空所述流体。
140.权利要求139所述的方法,其中所述流体以蒸汽的形式从所述反应室排空。
141.权利要求134所述的方法,其中所述反应室在不使用催化剂的情况下维持所述可氧化燃料的逐步氧化。
142.权利要求134所述的方法,其中降低温度使得所述反应室内的温度不超过
2300°F。
143.权利要求134所述的方法,其中所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
144.一种用于氧化燃料的方法,包括:
测定氧化器的反应室内的温度,所述反应室具有进口和出口并且被配置成维持可氧化燃料的逐步氧化;和
当所述反应室内的温度达到熄火温度时输出用以降低所述反应室内的温度使得所述温度保持在所述熄火温度之下的信号。
145.权利要求144所述的方法,其中所述信号包括用以从所述反应室移除热量的指令。
146.权利要求144所述的方法,其中所述信号包括用以通过将流体引入至所述反应室中来降低所述温度的指令。
147.权利要求146所述的方法,其中所述信号包括用以从所述反应室排空所述流体的指令。
148.权利要求147所述的方法,其中用以从反应室排空所述流体的指令包括排空蒸汽形式的所述流体。
149.权利要求144所述的方法,进一步包括基于所述可氧化燃料的数据反复计算所述反应室内的绝热反应温度。
150.权利要求144所述的方法,其中当所述反应室内的温度超过2300°F时输出用以降低所述反应室内的温度的信号。
151.权利要求144所述的方法,其中当所述温度达到氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种的熄火温度时输出用以从所述反应室吸取热量的信号。
152.权利要求144所述的方法,其中当所述温度增加至所述熄火温度时输出用以从所述反应室吸取热量的信号。
153.一种用于氧化燃料的方法,包括:
测定氧化器的反应室内的温度,所述反应室具有进口和出口并且被配置成维持可氧化燃料的逐步氧化;和
当所述反应室内的温度达到熄火温度时输出信号至热交换器以从所述反应室吸取热量。
154.权利要求153所述的方法,其中所述信号包括用以通过将液体引入至所述反应室来从所述反应室吸取热量的指令。
155.权利要求154所述的方法,其中所述信号包括用以从所述反应室排空所述流体的指令。
156.权利要求155所述的方法,其中用以从所述反应室排空所述流体的指令包括用以排空蒸汽形式的所述流体的指令。
157.权利要求153所述的方法,其中当所述反应室内的温度超过2300°F时输出用以从所述反应室吸取热量的信号。
158.权利要求153所述的方法,其中当所述温度超过氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种的熄火温度时输出用以从所述反应室吸取热量的信号。
159.一种用于氧化燃料的方法,包括:
测定氧化器的反应室内的温度,所述反应室具有进口和出口并且被配置成维持可氧化燃料的逐步氧化;和
利用传感器测定何时所述反应室内的温度达到所述反应室内的所述燃料的熄火温度。
160.权利要求159所述的方法,进一步包括当计算的所述反应室内的绝热反应温度超过所述熄火温度时输出用以降低所述反应室内的温度的信号。
161.权利要求160所述的方法,其中所述计算的绝热反应温度基于所述可氧化燃料和所述反应室内的氧化剂。
162.权利要求160所述的方法,其中所述信号包括用以从所述反应室移除热量的指令。
163.权利要求160所述的方法,其中所述信号包括用以通过将液体引入至所述反应室来降低温度的指令。
164.权利要求160所述的方法,其中当所述反应室内的温度超过2300°F时输出用以降低所述反应室内的温度的信号。
165.权利要求160所述的方法,其中当所述温度超过氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种的熄火温度时输出用以从所述反应室吸取热量的信号。
166.一种用于氧化燃料的方法,包括:
将包含可氧化燃料的气体接收至具有反应室的氧化器中,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成维持所述气体的氧化过程;和
当出现下列中的至少一个时:(a)所述反应室内的实际温度达到或增加至所述燃料的熄火温度和(b)所述反应室进口温度达到或下降至低于所述燃料的自燃阈值,改变下列中的至少一个:(i)从所述反应室移除热量,和(ii)所述反应室的进口温度。
167.权利要求166所述的方法,其中保持所述反应室的实际温度低于所述熄火温度。
168.权利要求166所述的方法,其中所述反应室的所述进口温度增加至将在不使用催化剂的情况下支持所述燃料氧化的水平。
169.权利要求166所述的方法,其中所述进口温度增加至所述自燃阈值之上。
170.权利要求166所述的方法,其中通过位于所述反应室内的热交换器增加所述气体的温度。
171.权利要求166所述的方法,进一步包括在涡轮机或活塞发动机中使来自所述反应室出口的气体膨胀。
172.权利要求166所述的方法,进一步包括在将燃料混合物引入至所述反应室之前利用压缩机压缩所述燃料。
173.权利要求166所述的方法,其中从所述反应室移除热量包括将液体引入至所述反应室中。
174.权利要求173所述的方法,进一步包括从所述反应室排空所述液体。
175.权利要求174所述的方法,其中将所述液体以蒸汽的形式从所述反应室排空。
176.权利要求166所述的方法,其中所述反应室在不使用催化剂的情况下维持所述可氧化燃料的逐步氧化。
177.权利要求166所述的方法,其中当所述反应室内的温度超过2300°F时从所述反应室移除热量。
178.权利要求166所述的方法,其中所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
179.一种用于氧化燃料的方法,包括:
将包含可氧化燃料的气体接收至具有反应室的氧化器中,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成维持逐步氧化过程;和
增加下列中的至少一个:(i)当所述反应室内的绝热反应温度达到所述燃料的熄火温度时从所述反应室移除热量;和(ii)当反应室进口温度降至所述燃料的自燃阈值之下时的所述反应室的进口温度。
180.权利要求179所述的方法,其中所述反应室的实际温度保持在所述熄火温度之下。
181.权利要求179所述的方法,其中反应室的进口温度升高至在不使用催化剂的情况下将支持所述燃料氧化的水平。
182.权利要求179所述的方法,其中所述进口温度升高至所述自燃温度之上。
183.权利要求179所述的方法,其中通过位于所述反应室外部的热交换器增加气体温度,并且所述气体在被引入至所述反应室中之前通过所述热交换器。
184.一种用于氧化燃料的方法,包括:
将包含可氧化燃料的气体接收至具有反应室的氧化器中,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成在不使用催化剂的情况下维持逐步氧化过程;和
增加下列中的至少一个:(i)当所述反应室内的反应温度达到所述燃料的熄火温度时从所述反应室移除热量,使得所述反应室的实际温度保持在所述熄火温度之下;和(ii)当反应室进口温度降至所述燃料的自燃阈值之下时的所述反应室的进口温度,使得所述反应室的进口温度保持于在不使用催化剂的情况下将支持所述燃料氧化的水平之上。
185.权利要求184所述的方法,其中所述进口温度保持在所述自燃温度之上。
186.一种用于氧化燃料的系统,包括:
具有反应室的氧化器,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成通过所述进口接收包含可氧化燃料的气体以及维持所述反应室内的氧化过程;
检测模块,所述检测模块检测何时所述气体的反应室进口温度达到或下降至低于进入第一反应室的气体的自燃阈值;和
校正模块,所述校正模块基于所述检测模块输出指令,以改变所述气体的进口温度从而将所述进口温度维持在自燃阈值之上,使得所述反应室内的气体在不使用催化剂的情况下氧化。
187.权利要求186所述的系统,其中所述校正模块输出指令至热交换器以升高所述进口温度。
188.权利要求187所述的系统,其中所述热交换器布置在所述反应室内。
189.权利要求186所述的系统,其中所述反应室被配置成保持所述气体在所述反应室内的所述燃料的熄火温度之下氧化。
190.权利要求186所述的系统,进一步包括涡轮机或活塞发动机,所述涡轮机或活塞发动机接收来自所述反应室的气体并使所述气体膨胀。
191.权利要求186所述的系统,进一步包括压缩机,在将燃料混合物引入至所述反应室之前所述压缩机接收并压缩包含所述燃料混合物的气体。
192.权利要求186所述的系统,其中所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
193.一种用于氧化燃料的系统,包括:
具有反应室的氧化器,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成通过所述进口接收包含可氧化燃料的气体以及维持所述反应室内的氧化过程;
检测模块,所述检测模块检测何时所述气体的反应室进口温度向所述燃料的自燃阈值降低;和
校正模块,所述校正模块基于所述检测模块,维持所述进口温度在所述自燃阈值之上。
194.权利要求193所述的系统,其中所述校正模块输出指令至热交换器以维持所述进口温度。
195.权利要求194所述的系统,其中所述热交换器布置在所述反应室内。
196.权利要求193所述的系统,其中所述反应室被配置成维持所述反应室内的实际温度在所述燃料的熄火温度以下。
197.权利要求193所述的系统,进一步包括涡轮机或活塞发动机,所述涡轮机或活塞发动机接收来自所述反应室的气体并使所述气体膨胀。
198.权利要求193所述的系统,进一步包括压缩机,在将包含燃料混合物的气体引入至所述反应室之前所述压缩机接收并压缩所述气体。
199.权利要求193所述的系统,其中所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
200.一种用于氧化燃料的系统,包括:
具有反应室的氧化器,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成通过所述进口接收包含可氧化燃料的气体以及维持氧化过程;和
热交换器,所述热交换器将反应室进口温度维持在所述燃料的自燃阈值之上,使得所述燃料在所述反应室内在所述自燃阈值之上和所述燃料的熄火温度之下氧化。
201.权利要求200所述的系统,进一步包括检测模块,所述检测模块检测何时所述反应室进口温度达到所述自燃阈值。
202.权利要求200所述的系统,其中所述热交换器布置在所述反应室内。
203.权利要求200所述的系统,进一步包括涡轮机或活塞发动机,所述涡轮机或活塞发动机接收来自所述反应室的气体并使所述气体膨胀。
204.权利要求200所述的系统,进一步包括压缩机,在将燃料混合物引入至所述反应室之前所述压缩机接收并压缩包含所述燃料混合物的气体。
205.权利要求200所述的系统,其中所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
206.一种用于氧化燃料的方法,包括:
在具有进口和出口的反应室中测定在下列中的至少一个:(i)所述反应室中燃料的实际反应温度,和(ii)所述反应室的进口温度,所述反应室被配置成维持可氧化燃料的氧化过程;
利用传感器测定何时发生下列中的至少一个:(a)所述实际反应温度达到或超过所述燃料的熄火温度,和(b)所述进口温度达到或下降至低于所述燃料的自燃阈值;和测定下列中的至少一个:(i)所述反应室内的所述实际反应温度的降低以保持低于所述熄火温度,和(ii)所述进口温度的增加,以维持所述进口温度在所述自燃阈值之上。
207.权利要求206所述的方法,其中所述实际反应温度的降低包括从所述反应室移除热量。
208.权利要求207所述的方法,其中从所述反应室移除热量包括将流体引入至所述反应室中。
209.权利要求208所述的方法,其中移除热量还包括从所述反应室排空所述流体。
210.权利要求209所述的方法,其中所述反应室被配置成排空蒸汽形式的所述流体。
211.权利要求206所述的方法,其中所述进口温度的增加包括引导所述燃料通过热交换器。
212.权利要求211所述的方法,其中所述热交换器布置在所述反应室内。
213.权利要求206所述的方法,其中所述熄火温度为约2300°F。
214.权利要求206所述的方法,其中所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
215.一种用于氧化燃料的方法,包括:
在具有进口和出口的反应室中测定下列中的至少一个:(i)所述反应室中所述燃料的实际反应温度,或(ii)所述进口处气体的进口温度,所述反应室被配置成维持可氧化燃料的氧化过程;
测定何时发生下列中的至少一个:(a)所述实际反应温度达到或超过所述燃料的熄火温度或(b)反应室进口温度达到或下降至低于所述燃料的自燃阈值;和
输出指令用以下列中的至少一个:(i)降低所述反应室内的所述实际温度或减少所述实际温度的增加以保持在所述熄火温度之下,或(ii)增加所述进口温度从而高于所述燃料的所述自燃阈值。
216.权利要求215所述的方法,其中所述输出包括用于从所述反应室移除热量的指令。
217.权利要求216所述的方法,进一步包括通过将流体引入至所述反应室中从所述反应室移除热量。
218.权利要求217所述的方法,其中移除热量还包括从所述反应室排空所述流体。
219.权利要求218所述的方法,其中所述流体以蒸汽的形式从所述反应室排空。
220.权利要求215所述的方法,其中所述输出包括通过引导所述燃料通过热交换器来增加所述进口温度。
221.权利要求215所述的方法,其中所述热交换器布置在所述反应室内。
222.权利要求215所述的方法,其中所述熄火温度为约2300°F。
223.权利要求215所述的方法,其中所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
224.一种用于氧化燃料的方法,包括:
将包含可氧化燃料的气体接收至具有反应室的氧化器中,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成维持氧化过程;和
当所述气体的反应室进口温度达到或下降至低于所述燃料的自燃阈值时,向所述气体引入额外的热量使得(i)所述进口温度保持在所述自燃阈值之上,和(ii)所述反应室在不使用催化剂的情况下维持所述燃料在所述反应室内的氧化。
225.权利要求224所述的方法,其中所述额外的热量由热交换器引入。
226.权利要求225所述的方法,其中所述热交换器布置在所述反应室内。
227.权利要求224所述的方法,其中所述反应室在所述燃料的熄火温度之下维持所述可氧化燃料的氧化。
228.权利要求224所述的方法,进一步包括涡轮机或活塞发动机,所述涡轮机或活塞发动机接收来自所述反应室的气体并使所述气体膨胀。
229.权利要求224所述的方法,进一步包括压缩机,在将燃料混合物引入至所述反应室之前所述压缩机接收并压缩包含所述燃料混合物的气体。
230.权利要求224所述的方法,其中所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
231.一种用于氧化燃料的方法,包括:
将包含可氧化燃料的气体接收进具有第一反应室的氧化器中,所述第一反应室具有进口和出口,所述第一反应室被配置成维持所述燃料的氧化过程;和
当所述气体的反应室进口温度达到或下降至低于所述燃料的自燃阈值时,将所述进口温度增加至高于所述自燃阈值的水平。
232.权利要求231所述的方法,其中所述反应室在不使用催化剂的情况下维持所述燃料在所述反应室内的逐步氧化。
233.权利要求231所述的方法,其中所述进口温度通过热交换器增加。
234.权利要求233所述的方法,其中所述热交换器布置在所述反应室内。
235.权利要求231所述的方法,其中所述反应室被配置成在所述燃料的熄火温度之下维持所述燃料的氧化。
236.权利要求231所述的方法,进一步包括涡轮机或活塞发动机,所述涡轮机或活塞发动机接收来自所述反应室的气体并使所述气体膨胀。
237.权利要求231所述的方法,进一步包括压缩机,在将燃料混合物引入至所述反应室之前所述压缩机接收并压缩包含所述燃料混合物的气体。
238.权利要求231所述的方法,其中所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
239.一种用于氧化燃料的方法,包括:
在具有进口和出口的反应室中测定何时包含可氧化燃料的气体在所述进口处的进口温度达到或下降至低于所述燃料的自燃阈值,所述反应室被配置成维持氧化过程;和输出信号以增加所述气体的所述进口温度,使得所述进口温度保持在所述自燃阈值之上。
240.权利要求239所述的方法,其中所述信号包括用于利用热交换器加热所述气体的指令。
241.权利要求240所述的方法,其中所述热交换器布置在所述反应室内。
242.权利要求239所述的方法,其中所述反应室被配置成在所述燃料的熄火温度之下维持所述燃料的氧化。
243.权利要求239所述的方法,其中所述反应室被配置成在约2300°F之下维持所述燃料的氧化。
244.权利要求239所述的方法,进一步包括涡轮机或活塞发动机,所述涡轮机或活塞发动机接收来自所述反应室的气体并使所述气体膨胀。
245.权利要求239所述的方法,进一步包括压缩机,在将燃料混合物引入至所述反应室之前所述压缩机接收并压缩包含所述燃料混合物的气体。
246.权利要求239所述的方法,其中所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
247.一种在系统中氧化燃料的方法,所述系统将包含可氧化燃料的气体接收至具有反应室的氧化器中,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成在不使用催化剂的情况下维持所述燃料的逐步氧化,所述方法包括检测何时所述气体的反应室进口温度达到或下降至低于所述气体的自燃阈值,并输出指令以增加所述进口温度,使得所述气体进口温度保持在所述自燃温度之上,同时所述反应室内的温度保持在所述熄火温度之下。
248.权利要求247所述的方法,其中所述指令通过热交换器增加至所述气体的传热。
249.权利要求248所述的方法,其中所述热交换器布置在所述反应室内。
250.权利要求247所述的方法,其中所述反应室被配置成在所述燃料的熄火温度之下维持所述燃料的氧化。
251.权利要求247所述的方法,其中所述反应室被配置成在约2300°F之下维持所述燃料的氧化。
252.权利要求247所述的方法,进一步包括涡轮机或活塞发动机,所述涡轮机或活塞发动机接收来自所述反应室的气体并使所述气体膨胀。
253.权利要求247所述的方法,进一步包括压缩机,在将包含燃料混合物的气体引入至所述反应室之前所述压缩机接收并压缩所述气体。
254.一种用于氧化燃料的方法,包括:
在具有进口和出口的反应室中,利用传感器测定何时在所述进口处包含可氧化燃料的气体的进口温度达到所述气体的自燃阈值,所述反应室被配置成维持氧化过程;
其中所述反应室内的实际温度保持在低于所述熄火温度且高于所述自燃阈值的水平,使得在所述反应室内维持所述燃料的逐步氧化。
255.权利要求254所述的方法,进一步包括输出信号以增加所述气体的所述进口温度从而保持在所述自燃阈值之上。
256.权利要求254所述的方法,其中所述信号包括用于通过热交换器增加至所述气体的传热的指令。
257.权利要求256所述的方法,其中所述热交换器布置在所述反应室内。
258.一种用于氧化燃料的系统,包括:
具有反应室的氧化器,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成(a)通过所述进口接收包含可氧化燃料的气体,和(b)维持所述气体的氧化过程;和
布置在所述反应室内的热交换介质,所述介质被配置成(i)将所述反应室的内部温度维持在熄火温度之下和(ii)将所述燃料的反应室进口温度维持高于所述燃料的自燃温度;
其中所述介质被配置成在所述反应室外部循环并且由此从所述反应室吸取热量从而将所述内部温度维持在所述熄火温度之下。
259.权利要求258所述的系统,其中所述介质的循环被配置成在所述进口处加热气体并将所述燃料的所述进口温度维持在所述自燃温度之上。
260.权利要求258所述的系统,其中所述介质的循环被配置成从所述反应室内的所述气体吸取热量从而将所述气体的所述内部温度维持在所述气体的所述熄火温度之下。
261.权利要求258所述的系统,其中所述介质包括循环通过所述反应室的多个钢结构。
262.权利要求258所述的系统,其中所述介质包括循环通过所述反应室的流体。
263.权利要求258所述的系统,其中所述介质循环的速度基于所述内部温度和所述进口温度中的至少一个。
264.权利要求1所述的系统,其中当所述介质在所述反应室外部循环时由所述介质吸取热量。
265.一种用于氧化燃料的系统,包括:
具有反应室的氧化器,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成通过所述进口接收包含可氧化燃料的气体,所述氧化器被配置成维持所述气体在所述反应室内的氧化过程;和
再循环通路,所述再循环通路将至少一部分产物气在所述反应室内氧化后引向所述反应室的进口并且在所述进口处将所述产物气引入所述反应室中;
其中所述产物气的引入将所述气体的进口温度增加至所述气体的自燃温度之上。
266.权利要求265所述的系统,其中所述产物气的再循环降低所述反应室内的氧含量水平。
267.权利要求265所述的系统,其中再循环的产物气的量基于所述进口温度。
268.权利要求265所述的系统,其中再循环的产物气的量基于所述反应室的内部温度。
269.一种用于氧化燃料的系统,包括:
具有反应室的氧化器,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成通过所述进口接收包含可氧化燃料的气体,所述氧化器被配置成维持所述气体在所述反应室内的氧化过程;和
布置在所述反应室内的热交换介质,所述介质被配置成(i)将所述反应室的内部温度维持在熄火温度之下和(ii)将所述燃料的反应室进口温度维持高于所述燃料的自燃温度。
270.权利要求269所述的系统,其中所述热交换介质包括流体。
271.权利要求269所述的系统,其中所述流体进行循环,并且所述介质的循环被配置成在所述进口处加热气体并将所述气体的所述进口温度保持在所述气体的所述自燃温度之上。
272.权利要求269所述的系统,其中所述热交换介质包括砂子。
273.权利要求269所述的系统,其中所述热交换介质包括多个均匀堆叠的结构。
274.权利要求269所述的系统,其中所述热交换介质包括多个层叠盘,每个具有多个允许所述气体流过的孔。
275.权利要求269所述的系统,其中热交换介质被配置成将所述反应室内的热量导向所述进口,由此通过所述进口接收的气体被加热至所述自燃温度之上。
276.一种分开式循环往复式发动机,包括:
进气管,所述进气管接收空气-燃料混合物,所述混合物包含空气和气体燃料的混合物;
与所述往复式发动机联接的压缩室,所述压缩室压缩往复活塞室中的所述混合物;
氧化室,所述氧化室被配置成经由第一进口接收来自所述压缩室的混合物并且在不使用催化剂的情况下在低于所述混合物的熄火温度并且足以氧化所述混合物的内部温度下维持所述混合物的氧化;和
膨胀室,所述膨胀室接收来自所述氧化室的氧化产物气并且经由往复活塞使所述膨胀室内的所述产物气膨胀。
277.权利要求276所述的系统,其中所述氧化室被配置成将所述混合物的进口温度维持在所述混合物的自燃温度之上。
278.权利要求276所述的系统,进一步包括热交换器,所述热交换器被配置成从所述产物气吸取热量并且在将所述混合物引入至所述氧化室之前加热所述混合物。
279.权利要求278所述的系统,其中所述热交换器包括套管式热交换器。
280.权利要求276所述的系统,进一步包括布置在所述氧化室内的热交换介质。
281.权利要求280所述的系统,其中所述介质被配置成通过将热量导向所述氧化室的进口将所述氧化室的内部温度维持在熄火温度之下,并且其中所述氧化室的进口处的介质由被引入至所述氧化室中的所述混合物冷却。
282.权利要求276所述的系统,其中所述燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
283.一种分开式循环往复式发动机,包括:
往复循环,所述往复循环包括(i)至少一个其中具有往复活塞的压缩室和(ii)至少一个其中具有往复活塞的膨胀室;和
加热循环,所述加热循环包括(i)接收包含空气和气体燃料的混合物的气体空气-燃料混合物的进气管,所述进气管被配置成将所述混合物引向所述压缩室;(ii)反应室,所述反应室被配置成接收来自所述压缩室的混合物并且在不使用催化剂的情况下在足以氧化所述混合物的内部反应室温度下维持所述混合物的氧化;
其中所述膨胀室被配置成接收来自所述反应室的氧化产物气并经由所述往复活塞使所述膨胀室内的所述产物气膨胀。
284.权利要求283所述的系统,其中所述反应室包括进口,并且所述反应室被配置成在所述进口处将所述混合物的进口温度维持在所述混合物的自燃温度之上。
285.权利要求283所述的系统,进一步包括热交换器,所述热交换器被配置成从所述反应室的产物气吸取热量并在将所述混合物引入至所述反应室中之前加热所述混合物。
286.权利要求285所述的系统,其中所述热交换器包括套管式热交换器。
287.权利要求285所述的系统,其中所述产物气被引导回所述反应室中并与被引入至所述反应室中的所述空气-燃料混合物结合。
288.权利要求283所述的系统,进一步包括布置在所述反应室内的热交换介质。
289.权利要求288所述的系统,其中所述介质被配置成通过将热量导向所述反应室的进口将所述反应室的所述内部温度维持在所述混合物的熄火温度之下,并且其中所述氧化室的进口处的介质由被引入至所述氧化室中的所述混合物冷却。
290.权利要求283所述的系统,其中所述燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
291.一种用于氧化燃料的方法,包括:
接收通过进气管的气体空气-燃料混合物,所述混合物包含空气和气体燃料的混合物;
利用压缩室压缩所述混合物,所述压缩室与往复式发动机联接并在往复活塞室中压缩所述混合物;
在反应室中氧化所述混合物,所述反应室被配置成经由进口接收来自所述压缩室的混合物并且在不使用催化剂的情况下在所述反应室的内部温度下维持所述燃料的氧化;和在与所述往复活塞室联接的往复活塞室中使来自所述反应室的经加热的产物气膨胀,由此驱动所述往复式发动机。
292.权利要求291所述的方法,其中将所述反应室的所述内部温度维持在所述燃料的熄火温度之下。
293.权利要求292所述的方法,进一步包括当所述反应室中的温度达到或升高至所述熄火温度之上时从所述反应室移除热量。
294.权利要求291所述的方法,其中将在所述进口处的所述混合物的温度维持在所述混合物的自燃温度之上。
295.权利要求291所述的方法,进一步包括在所述反应室中氧化所述混合物之前通过热交换器加热所述混合物。
296.权利要求295所述的方法,其中所述热交换器位于所述反应室内。
297.权利要求296所述的方法,其中所述反应室的进口处所述混合物的进口温度在所述混合物的自燃温度之下。
298.权利要求296所述的方法,其中在所述热交换器内将所述混合物加热至所述自燃温度之上的温度。
299.一种用于氧化燃料的方法,包括:
在与往复式发动机联接的往复活塞压缩室中压缩空气-燃料混合物,所述空气-燃料混合物包含空气和气体燃料的混合物;
在反应室中在所述燃料的自燃温度之上和在所述燃料的熄火温度之下氧化所述混合物,所述反应室被配置成经由进口接收来自所述压缩室的混合物;和
在与所述往复式发动机联接的往复活塞室中使来自所述反应室的产物气膨胀,由此驱动所述往复式发动机。
300.权利要求299所述的方法,其中将所述反应室的内部温度维持在所述混合物的熄火温度之下。
301.权利要求300所述的方法,进一步包括当所述反应室中的绝热温度达到或升高至所述熄火温度之上时从所述反应室移除热量。
302.权利要求299所述的方法,其中将在所述进口处所述混合物的温度维持在所述混合物的自燃温度之上。
303.权利要求299所述的方法,进一步包括在所述反应室中氧化所述燃料之前通过热交换器加热所述混合物。
304.权利要求303所述的方法,其中所述热交换器位于所述反应室内。
305.权利要求304所述的方法,其中在所述反应室的进口处所述混合物的进口温度在所述混合物的自燃温度之下。
306.权利要求304所述的方法,其中在所述热交换器内将所述混合物加热至所述自燃温度之上的温度。
307.一种用于氧化燃料的方法,包括:
引导包含空气和气体燃料的混合物的空气-燃料混合物以在与往复式发动机联接的往复式压缩活塞中压缩;
将来自所述压缩活塞的所述混合物引导至反应室中,所述反应室被配置成在所述混合物的自燃温度之上和所述混合物的熄火温度之下在所述反应室内逐步氧化所述混合物;和在与所述往复式发动机联接的往复式膨胀活塞中引导来自所述反应室的产物气膨胀,由此驱动所述往复式发动机。
308.权利要求307所述的方法,进一步包括利用传感器测定何时所述反应室内的温度达到或超过所述熄火温度。
309.权利要求308所述的方法,进一步包括当所述反应室中的温度达到所述熄火温度时引导从所述反应室移除热量,使得所述反应室中的温度保持在所述熄火温度之下。
310.权利要求307所述的方法,进一步包括将所述反应室内的内部温度维持在约
2300°F之下。
311.一种用于氧化燃料的方法,包括:
测定反应室内的氧含量水平,所述反应室具有进口和出口并且被配置成在不使用催化剂的情况下逐步氧化气体混合物中的燃料;
基于测定的氧含量水平输出指令以将烟道气引入至所述反应室中,所述烟道气接收自所述反应室的出口并且含有来自所述反应室内所述燃料氧化的产物气。
312.权利要求311所述的方法,其中引入所述烟道气包括将所述烟道气与所述气体混合物混合。
313.权利要求311所述的方法,进一步包括确定是否所述反应室内的内部温度达到所述燃料的熄火温度。
314.权利要求313所述的方法,进一步包括当所述反应室内的绝热温度达到所述燃料的所述熄火温度时输出指令以降低所述反应室内的所述内部温度。
315.权利要求314所述的方法,其中所述指令包括从所述反应室移除热量。
316.权利要求311所述的方法,其中所输出的指令被配置成改变所述反应室内所述燃料的熄火温度。
317.权利要求311所述的方法,进一步包括测定所述反应室进口处所述气体混合物的进口温度。
318.权利要求317所述的方法,进一步包括当所述进口温度达到所述燃料的自燃温度时增加所述进口处所述气体混合物的温度,使得所述进口温度维持在所述自燃温度之上。
319.权利要求318所述的方法,其中增加温度包括在所述反应室进口处或所述反应室进口附近将所述烟道气与所述气体混合物混合。
320.一种用于氧化燃料的方法,包括:
测定下列中的至少一个:(i)反应室内的氧含量水平,所述反应室具有进口和出口并且被配置成在不使用催化剂的情况下逐步氧化气体混合物中的燃料和(ii)所述反应室进口处所述气体混合物的进口温度;
基于下列中的至少一个:(i)所测定的氧含量水平和(ii)所述进口温度,当发生下列中的至少一个时:(a)所测定的氧含量水平达到或超出预定阈值和(b)所述进口温度达到或低于所述燃料的自燃温度,将接收自所述反应室的出口并且含有来自所述反应室内所述燃料氧化的经加热的产物气的烟道气引入至所述反应室中。
321.权利要求320所述的方法,其中引入所述烟道气包括将所述烟道气与所述气体混合物混合。
322.权利要求320所述的方法,进一步包括确定是否所述反应室内的内部温度达到所述燃料的熄火温度。
323.权利要求322所述的方法,进一步包括当所述反应室内的绝热温度达到所述燃料的所述熄火温度时降低所述反应室内的所述内部温度。
324.权利要求323所述的方法,其中降低所述内部温度包括从所述反应室移除热量。
325.权利要求320所述的方法,进一步包括通过减少所述反应室内的氧含量增加所述反应室内的所述熄火温度。
326.一种用于氧化燃料的方法,包括:
利用处理器测定反应室内的氧含量水平,所述反应室具有进口和出口并且被配置成在不使用催化剂的情况下逐步氧化气体混合物中的燃料;和
基于所测定的氧含量水平,将接收自所述反应室的出口并且含有来自所述反应室内所述燃料氧化的经加热的产物气的烟道气引入至所述反应室中。
327.权利要求326所述的方法,其中引入所述烟道气包括将所述烟道气与所述气体混合物混合。
328.权利要求327所述的方法,其中所述烟道气与所述气体混合物在所述反应室进口处或所述反应室进口附近混合。
329.权利要求326所述的方法,进一步包括确定是否所述反应室内的内部温度达到或超过所述燃料的熄火温度。
330.权利要求329所述的方法,进一步包括当所述反应室内的绝热温度达到或超过所述燃料的所述熄火温度时降低所述反应室内的所述内部温度。
331.权利要求330所述的方法,其中降低所述内部温度包括从所述反应室移除热量。
332.权利要求331所述的方法,进一步包括通过改变所述反应室内的氧含量改变所述反应室内的所述熄火温度。
333.一种用于氧化燃料的方法,包括:
在被配置成在不使用催化剂的情况下维持逐步氧化过程的具有进口和出口的第一反应室中,确定何时在所述反应室进口处包含可氧化燃料的气体混合物的进口温度达到或下降至低于所述燃料的自燃温度;和
当确定所述进口温度达到或下降至低于所述燃料的所述自燃温度时,通过在所述进口处或所述进口附近将包含来自所述反应室的至少部分氧化的产物气的烟道气引入至所述气体混合物中增加所述气体混合物的所述进口温度。
334.一种用于氧化燃料的方法,包括:
在第一反应室中逐步氧化第一气体混合物中的第一燃料,所述第一反应室被配置成在不使用催化剂的情况下维持所述第一反应室内所述第一燃料的逐步氧化;
将包含来自所述第一反应室中所述第一燃料氧化的经加热的产物气的烟道气引入至第二反应室中;
将第二燃料引入至所述第二反应室中;和
在不使用催化剂的情况下在所述第二反应室中在逐步氧化过程中氧化所述第二燃料;
其中所述第一反应室内的第一内部温度维持在所述第一燃料的熄火温度之下。
335.权利要求334所述的方法,进一步包括将所述第二反应室内的第二内部温度维持在所述第二燃料的熄火温度之下。
336.权利要求335所述的方法,进一步包括当所述第二反应室内的绝热温度达到或超过所述第二反应室内的所述第二燃料的熄火温度时降低所述第二反应室内的所述第二内部温度。
337.权利要求336所述的方法,其中降低所述第二内部温度包括从所述第二反应室移除热量。
338.权利要求335所述的方法,其中所述第二燃料的熄火温度高于所述第一燃料的熄火温度。
339.权利要求334所述的方法,进一步包括当所述第一反应室内的绝热温度达到或超过所述第一反应室内的所述第一燃料的熄火温度时降低所述第一反应室内的第一内部温度。
340.权利要求339所述的方法,其中降低所述第一内部温度包括从所述第一反应室移除热量。
341.权利要求334所述的方法,进一步包括测定在所述第一反应室进口处所述气体混合物的第一进口温度。
342.权利要求341所述的方法,进一步包括当所述第一进口温度达到或下降至低于所述第一反应室内所述第一燃料的自燃温度时增加所述第一进口温度,使得所述第一进口温度维持在所述自燃温度之上。
343.权利要求334所述的方法,进一步包括测定第二反应室进口处的第二进口温度。
344.权利要求343所述的方法,进一步包括当所述第二进口温度达到或下降至低于所述第二反应室内所述第二燃料的自燃温度时增加所述第二进口温度,使得所述第二进口温度维持在所述自燃温度之上。
345.权利要求344所述的方法,其中增加所述第二进口温度包括引入所述烟道气以与所述第二燃料在所述第二反应室进口处或所述第二反应室进口附近混合。
346.一种用于氧化燃料的方法,包括:
在第一反应室中逐步氧化第一气体混合物中的第一燃料,所述第一反应室被配置成在不使用催化剂的情况下维持所述第一反应室内所述第一燃料的逐步氧化;
将包含来自所述第一反应室中所述第一燃料氧化的经加热的产物气的烟道气引入至第二反应室中,所述第二反应室被配置成在不使用催化剂的情况下维持逐步氧化;
利用处理器测定所述第二反应室内的氧含量水平;
将第二燃料引入至所述第二反应室中;和
在不使用催化剂的情况下在所述第二反应室中在逐步氧化过程中氧化所述第二燃料。
347.权利要求346所述的方法,其中引入至所述第二室内的烟道气在所述第二室内的量和分布基于所测定的氧含量水平。
348.权利要求346所述的方法,其中所述第一反应室内的第一内部温度维持在所述第一燃料的熄火温度之下。
349.权利要求346所述的方法,进一步包括将所述第二反应室内的第二内部温度维持在所述第二燃料的熄火温度之下。
350.权利要求349所述的方法,进一步包括当所述第二反应室内的绝热温度达到或超过所述第二反应室内的所述第二燃料的熄火温度时降低所述第二反应室内的所述第二内部温度。
351.权利要求350所述的方法,其中降低所述第二内部温度包括从所述第二反应室移除热量。
352.权利要求346所述的方法,进一步包括当所述第一反应室内的绝热温度达到或超过所述第一反应室内的所述第一燃料的熄火温度时降低所述第一反应室内的第一内部温度。
353.权利要求352所述的方法,其中降低所述第一内部温度包括从所述第一反应室移除热量。
354.权利要求346所述的方法,进一步包括测定在所述第一反应室进口处所述气体混合物的第一进口温度。
355.权利要求354所述的方法,进一步包括当所述第一进口温度达到或下降至低于所述第一反应室内所述第一燃料的自燃温度时增加所述第一进口温度,使得所述第一进口温度维持在所述自燃温度之上。
356.权利要求346所述的方法,进一步包括测定第二反应室进口处的第二进口温度。
357.权利要求356所述的方法,进一步包括当所述第二进口温度达到或下降至低于所述第二反应室内所述第二燃料的自燃温度时增加所述第二进口温度,使得所述第二进口温度维持在所述自燃温度之上。
358.权利要求357所述的方法,其中增加所述第二进口温度包括引入所述烟道气以与所述第二燃料在所述第二反应室进口处或所述第二反应室进口附近混合。
359.一种用于氧化燃料的系统,包括:
具有第一进口和第一出口的第一反应室,所述第一反应室被配置成接收包含第一可氧化燃料的第一气体,所述第一反应室被配置成维持所述第一燃料的逐步氧化过程;和具有第二进口和第二出口的第二反应室,所述第二反应室被配置成接收包含第二可氧化燃料的第二气体,所述第二反应室被配置成维持所述第二燃料的逐步氧化过程;
其中所述第一反应室和第二反应室被配置成将各自反应室中的内部温度维持在各自燃料的熄火温度之下;
其中所述第二反应室被配置成将包含来自所述第一反应室中所述第一燃料氧化的经加热的产物气的烟道气通过所述第二进口接收至所述第二反应室中。
360.权利要求359所述的系统,进一步包括布置在至少一个所述反应室内的热交换介质,所述介质被配置成将所述反应室的内部温度维持在绝热熄火温度之下。
361.权利要求359所述的系统,其中所述第一反应室和第二反应室中的至少一个被配置成当各自反应室内的绝热温度达到或超过各自燃料的熄火温度时减少各自内部温度。
362.权利要求361所述的系统,其中第一反应室和第二反应室中的至少一个被配置成通过热交换器从各自反应室移除热量来减少各自内部温度。
363.权利要求362所述的系统,其中所述热交换器包括引入至各自反应室中的流体。
364.权利要求363所述的系统,其中所述热交换器被配置成从各自反应室排空所述流体。
365.权利要求363所述的系统,其中所述热交换器包括用于生成蒸汽的装置。
366.权利要求363所述的系统,其中所述热交换器被配置成当各自反应室内的温度超过2300°F时从各自反应室吸出热量。
367.权利要求359所述的系统,其中所述第一反应室被配置成当所述第一进口处的第一进口温度达到或下降至低于所述第一燃料的自燃温度时增加所述第一进口处所述第一气体的温度。
368.权利要求359所述的系统,其中所述第二反应室被配置成当所述第二进口处的第二进口温度达到或下降至低于所述第二燃料的自燃温度时增加所述第二进口处所述第二气体的温度。
369.权利要求359所述的系统,其中所述第二反应室被配置成当所述第二进口处所述第二气体的第二进口温度达到或下降至低于所述第二燃料的自燃温度时将所述烟道气与所述第二气体混合。
370.权利要求359所述的系统,其中所述烟道气在所述第二反应室内的分布基于下列中的至少一个:(i)所述第二进口处所述第二气体的第二进口温度和(ii)所述第二反应室的内部温度。
371.权利要求359所述的系统,进一步包括接收来自至少一个所述反应室的气体的涡轮机或活塞发动机。
372.权利要求371所述的系统,其中所述涡轮机接收来自所述第二反应室的气体。
373.权利要求359所述的系统,进一步包括压缩机,在燃料混合物被引入至所述反应室中的至少一个中之前,所述压缩机接收并压缩包含所述燃料混合物的气体。
374.权利要求373所述的系统,其中所述压缩机被配置成在将所述第二气体引入至所述第二反应室中之前压缩所述第二气体。
375.一种用于氧化燃料的系统,包括:
具有反应室的氧化器,所述反应室被配置成接收包含可氧化燃料的气体混合物并在所述反应室内在逐步氧化过程中氧化所述包含可氧化燃料的气体混合物;
进口,所述进口被配置成在所述氧化过程中将流体引入至所述反应室中,所述流体处于低于所述反应室的内部温度的进口温度,使得所述流体当被引入至所述反应室时被加热;和
出口,所述出口被配置成从所述反应室抽出经加热的流体;
其中所述反应室被配置成将所述内部温度维持在所述燃料的自燃温度之上和所述燃料的熄火温度之下。
376.权利要求375所述的系统,其中进口被配置成将液体引入至所述反应室中。
377.权利要求376所述的系统,其中所述液体通过穿过所述反应室内的一个或多个盘管被引入至所述反应室中。
378.权利要求377所述的系统,其中所述盘管不与所述反应室流体连通。
379.权利要求376所述的系统,其中通过将所述液体注入至所述反应室中将所述液体引入至所述反应室中,使得所述液体与所述气体混合物在所述反应室内混合。
380.权利要求375所述的系统,其中所述进口被配置成将所述流体作为气体引入至所述反应室中。
381.权利要求380所述的系统,其中所述气体通过穿过所述反应室内的一个或多个盘管被引入至所述反应室中。
382.权利要求381所述的系统,其中所述盘管不允许所述气体和所述气体混合物在所述反应室内混合。
383.权利要求380所述的系统,其中通过将所述气体注入至所述反应室中将所述气体引入至所述反应室中,使得所述气体与所述气体混合物在所述反应室内混合。
384.权利要求375所述的系统,其中所述出口被配置成将加热的流体作为气体从所述反应室中抽出。
385.权利要求384所述的系统,其中所述出口被配置成再引导所述气体进入所述反应室中,使得所述气体与所述气体混合物在所述反应室内混合。
386.权利要求375所述的系统,其中当所述反应室内的绝热反应温度达到熄火温度时,将所述流体引入至所述反应室中。
387.权利要求375所述的系统,其中所述进口温度低于所述燃料的自燃温度。
388.权利要求375所述的系统,其中所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
389.一种用于氧化燃料的方法,包括:
将包含可氧化燃料的气体混合物引导至具有反应室的氧化器,所述反应室被配置成接收所述燃料并在所述反应室内在逐步氧化过程中氧化所述燃料,所述反应室被配置成将内部温度维持在所述燃料的自燃温度之上和所述燃料的熄火温度之下;
在所述氧化过程期间将流体引入至所述反应室中,所述流体处于低于所述反应室的内部温度的进口温度,使得所述流体当被引入至所述反应室时被加热;和
从所述反应室抽出经加热的流体。
390.权利要求389所述的方法,其中所述流体作为液体被引入至所述反应室中。
391.权利要求390所述的方法,其中所述液体通过穿过所述反应室内的一个或多个盘管被引入至所述反应室中。
392.权利要求390所述的方法,其中所述液体被注入至所述反应室中,使得所述液体与所述气体混合物在所述反应室内混合。
393.权利要求389所述的方法,其中所述流体作为气体被引入至所述反应室中。
394.权利要求393所述的方法,其中通过使所述气体穿过所述反应室内的一个或多个盘管将所述气体引入至所述反应室中。
395.权利要求393所述的方法,其中将所述气体注入至所述反应室中,使得所述气体与所述气体混合物在所述反应室内混合。
396.权利要求389所述的方法,其中将加热的流体作为加热的气体从所述反应室中抽出。
397.权利要求396所述的方法,进一步包括将所述加热的气体再引导至所述反应室中,使得所述加热的气体与所述气体混合物在所述反应室内混合。
398.权利要求389所述的方法,其中所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
399.一种用于氧化燃料的氧化器,包括:
反应室,所述反应室具有(i)一个或多个进口,所述一个或多个进口被配置成将燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体引导进入所述反应室中和(ii)一个或多个出口,所述一个或多个出口被配置成引导来自所述反应室的反应产物;和
加热器,所述加热器被配置成在所述一个或多个进口处或所述一个或多个进口之前将所述至少一种气体中的一种或多种的温度维持在所述反应室内的所得混合物的自燃温度之上,所述所得混合物包含燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体;
其中所述反应室被配置成(a)氧化所述混合物和(b)将所述反应室内的绝热温度和最大反应温度维持在所述混合物的熄火温度之下。
400.权利要求399所述的氧化器,其中所述反应室包括单一进口。
401.权利要求400所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成改变将所述混合物通过所述进口引入至所述反应室中的流量。
402.权利要求399所述的氧化器,其中所述加热器包括热交换器,所述热交换器在所述一个或多个进口处或所述一个或多个进口之前将来自所述反应产物的热量传递至所述混合物。
403.权利要求399所述的氧化器,其中所述加热器被配置成在所述一个或多个进口处或所述一个或多个进口之前将氧化剂或稀释剂中的至少一种与燃料混合。
404.权利要求399所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成利用来自所述反应产物的热量来产生蒸汽。
405.权利要求399所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成利用来自所述反应产物的热量来驱动发电机发电。
406.权利要求405所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成通过涡轮机或活塞发动机驱动发电机,所述涡轮机或活塞发动机被配置成使来自所述反应室的所述反应产物膨胀。
407.权利要求399所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成利用来自所述反应产物的热量来加热未通过所述氧化器的物料。
408.权利要求399所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成改变将所述燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体中的一种或多种通过所述一个或多个进口引入至所述反应室中的流量。
409.权利要求399所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成改变将所述反应产物从所述反应室引导通过所述出口的流量。
410.权利要求400所述的氧化器,进一步包括调节器,所述调节器被配置成改变所述进口处或所述进口附近所述混合物的流动或所述混合物的压力中的至少一个。
411.权利要求399所述的氧化器,进一步包括调节器,所述调节器被配置成改变一个或多个进口处或一个或多个进口附近燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种的温度、流量或压力中的至少一个。
412.一种用于氧化燃料的氧化器,包括:
反应室,所述反应室具有(i)进口,所述进口被配置成引导燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体进入所述反应室中,和(ii)出口,所述出口被配置成引导来自所述反应室的反应产物;和
用于在所述进口处或所述进口之前将进气的温度维持在所述反应室内的所得混合物的自燃温度之上的装置,所述所得混合物包含燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体;
其中所述反应室被配置成(a)氧化所述混合物和(b)将所述反应室内的绝热温度和最大反应温度维持在所述混合物的熄火温度之下。
413.权利要求412所述的氧化器,其中所述反应室包括多个进口。
414.权利要求412所述的氧化器,其中所述反应室包括多个出口。
415.权利要求412所述的氧化器,其中用于升高温度的所述装置包括热交换器,所述热交换器在所述进口处或所述进口之前将来自所述反应产物的热量传递至所述混合物。
416.权利要求412所述的氧化器,其中用于升高温度的所述装置被配置成在所述进口处或所述进口之前将稀释剂与燃料混合。
417.权利要求412所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成利用来自所述反应产物的热量来产生蒸汽。
418.权利要求412所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成利用来自所述反应产物的热量来驱动发电机发电。
419.权利要求418所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成通过涡轮机或活塞发动机驱动发电机,所述涡轮机或活塞发动机被配置成使来自所述反应室的所述反应产物膨胀。
420.权利要求412所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成利用来自所述反应产物的热量来加热未通过所述氧化器的物料。
421.权利要求412所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成改变将所述混合物通过所述进口引入至所述反应室中的流量。
422.权利要求412所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成改变将所述反应产物从所述反应室引导通过所述出口的流量。
423.权利要求412所述的氧化器,进一步包括调节器,所述调节器被配置成改变所述进口处或所述进口附近所述混合物的流动或所述混合物的压力中的至少一个。
424.权利要求412所述的氧化器,其中所述氧化器被配置成改变将所述燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体中的一种或多种通过一个或多个进口引入至所述反应室中的流量。
425.一种用于氧化燃料的系统,包括:
具有第一进口和第一出口的第一反应室,所述第一反应室被配置成通过所述第一进口接收包含可氧化燃料的第一气体,所述第一反应室被配置成维持所述第一气体的逐步氧化和通过所述第一出口传递烟道气;和
与所述第一反应室分开的第二反应室,所述第二反应室具有第二进口和第二出口,所述第二反应室被配置成通过所述第二进口接收包含可氧化燃料的第二气体和所述烟道气,所述第二反应室被配置成维持所述第二气体的逐步氧化;
其中所述烟道气从所述第一出口传递至所述第二进口直至所述第二反应室内的内部温度在所述第二气体的自燃温度之上。
426.权利要求425所述的系统,其中在所述内部温度高于所述自燃温度后所述烟道气不从所述第一出口传递至所述第二进口。
427.权利要求425所述的系统,其中所述第一反应室或第二反应室中的至少一个被配置成当各自反应室内的内部温度达到或超过各自燃料的熄火温度时降低各自内部温度。
428.权利要求427所述的系统,其中第一反应室或第二反应室中的至少一个被配置成通过从各自反应室移除热量减少各自内部温度。
429.权利要求428所述的系统,其中第一反应室或第二反应室中的至少一个被配置成通过热交换器移除热量。
430.权利要求429所述的系统,其中所述热交换器包括引入至各自反应室中的流体。
431.权利要求429所述的系统,其中所述热交换器被配置成从各自反应室排空所述流体。
432.权利要求429所述的系统,其中所述热交换器包括用于生成蒸汽的装置。
433.权利要求429所述的系统,其中所述热交换器被配置成当各自反应室内的温度超过2300°F时从各自反应室吸出热量。
434.权利要求425所述的系统,其中所述第二反应室被配置成当在所述第二进口处所述第二气体的温度达到或下降至低于所述第二燃料的自燃温度时将所述烟道气与所述第二气体混合。
435.权利要求425所述的系统,进一步包括涡轮机或活塞发动机,所述涡轮机或活塞发动机接收来自至少一个所述反应室的气体。
436.权利要求435所述的系统,其中所述涡轮机接收并膨胀来自所述第二反应室的气体。
437.权利要求425所述的系统,进一步包括在将气体引入至所述反应室中的至少一个之前接收并压缩所述气体的压缩机。
438.权利要求437所述的系统,其中所述压缩机被配置成在将所述第二气体引入至所述第二反应室中之前压缩所述第二气体。
439.一种用于氧化燃料的系统,包括:
具有出口的第一反应室,所述第一反应室被配置成维持包含可氧化燃料的第一气体的逐步氧化,以及将反应产物传递通过所述第一出口;和
与所述第一反应室分开的第二反应室,所述第二反应室具有进口,所述进口被配置成接收包含可氧化燃料的第二气体和所述反应产物,所述第二反应室被配置成(i)维持所述第二气体的逐步氧化和(ii)通过所述进口接收来自所述第一反应室的所述反应产物,同时所述第二反应室内的内部温度低于所述第二气体的自燃温度。
440.权利要求439所述的系统,其中在所述内部温度高于所述自燃温度后所述反应产物不从所述第一反应室传递至所述第二反应室。
441.权利要求439所述的系统,其中当各自反应室内的内部温度达到或超过各自燃料的熄火温度时所述第一反应室或第二反应室中的至少一个被配置成降低各自内部温度。
442.权利要求441所述的系统,其中第一反应室或第二反应室中的至少一个被配置成通过从各自反应室移除热量减少各自内部温度。
443.权利要求439所述的系统,其中所述第二反应室被配置成当在所述进口处所述第二气体的温度达到或下降至低于所述第二燃料的自燃温度时将所述反应产物与所述第二气体混合。
444.权利要求439所述的系统,进一步包括涡轮机或活塞发动机,所述涡轮机或活塞发动机接收来自至少一个所述反应室的气体。
445.权利要求444所述的系统,其中所述涡轮机接收并膨胀来自所述第二反应室的气体。
446.权利要求439所述的系统,进一步包括在将气体引入至所述反应室中的至少一个之前接收并压缩所述气体的压缩机。
447.权利要求446所述的系统,其中所述压缩机被配置成在将所述第二气体引入至所述第二反应室中之前压缩所述第二气体。
448.一种用于氧化燃料的系统,包括:
具有反应室的氧化器,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成通过所述进口接收包含可氧化燃料的气体以及维持氧化过程;
检测模块,所述检测模块检测何时所述气体的反应室温度达到或下降至低于所述反应室内所述气体的自燃阈值,使得所述反应室将不氧化所述燃料;和
校正模块,所述校正模块基于所述检测模块输出指令,改变下列中的至少一个:(i)所述气体在所述反应室内的停留时间和(ii)足以使所述气体在所述反应室内同时自燃和氧化的在所述反应室内的自燃延迟时间。
449.权利要求448所述的系统,其中所述校正模块被配置成通过改变所述气体通过所述反应室的流动改变所述气体在所述反应室内的停留时间。
450.权利要求449所述的系统,其中所述校正模块被配置成通过减少所述气体通过所述反应室的流动增加所述气体在所述反应室内的停留时间。
451.权利要求449所述的系统,其中所述校正模块被配置成通过使所述气体从所述反应室的出口至所述进口再循环流动,增加所述气体在所述反应室内的停留时间。
452.权利要求448所述的系统,其中所述校正模块被配置成通过改变所述反应室内的气体温度改变所述反应室内的自燃延迟时间。
453.权利要求452所述的系统,其中所述校正模块被配置成通过利用加热器增加所述反应室内的气体温度减少所述反应室内的自燃延迟时间。
454.权利要求452所述的系统,其中所述校正模块被配置成通过使产物气从所述出口至所述进口循环减少所述反应室内的自燃延迟时间。
455.权利要求448所述的系统,其中所述反应室被配置成在不使用催化剂的情况下在所述熄火温度之下维持所述可氧化燃料的氧化。
456.权利要求448所述的系统,进一步包括涡轮机或活塞发动机,所述涡轮机或活塞发动机接收来自所述反应室的气体并使所述气体膨胀。
457.权利要求448所述的系统,进一步包括在将燃料混合物引入至所述反应室之前接收并压缩包含所述燃料混合物的气体的压缩机。
458.权利要求448所述的系统,其中所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
459.一种用于氧化燃料的系统,包括:
具有反应室的氧化器,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成通过所述进口接收包含可氧化燃料的气体以及维持氧化过程;
检测模块,所述检测模块检测何时所述气体的反应室温度达到或下降至低于所述反应室内所述气体的自燃阈值,使得所述反应室将不氧化所述燃料;和
校正模块,所述校正模块被配置成利用处理器并且基于所述检测模块测定下列中的至少一个的改变:(i)所述气体在所述反应室内的停留时间和(ii)足以使所述气体在所述反应室内同时自燃和氧化的在所述反应室内的自燃延迟时间;
其中所述氧化器被配置成,基于所述停留时间和所述自燃延迟时间中至少一个的改变,在所述气体在所述反应室内的同时氧化所述气体。
460.权利要求459所述的系统,其中所述校正模块被配置成通过改变所述气体通过所述反应室的流动改变所述气体在所述反应室内的停留时间。
461.权利要求460所述的系统,其中所述校正模块被配置成通过减少所述气体通过所述反应室的流动增加所述气体在所述反应室内的停留时间。
462.权利要求460所述的系统,其中所述校正模块被配置成通过使所述气体从所述反应室的出口至所述进口再循环流动,增加所述气体在所述反应室内的停留时间。
463.权利要求459所述的系统,其中所述校正模块被配置成通过改变所述反应室内的气体温度改变所述反应室内的自燃延迟时间。
464.权利要求459所述的系统,其中所述校正模块被配置成通过利用加热器增加所述反应室内的气体温度减少所述反应室内的自燃延迟时间。
465.权利要求459所述的系统,其中所述校正模块被配置成通过使产物气从所述出口至所述进口循环减少所述反应室内的自燃延迟时间。
466.权利要求459所述的系统,其中所述反应室被配置成在不使用催化剂的情况下在所述熄火温度之下维持所述可氧化燃料的氧化。
467.一种用于氧化燃料的系统,包括:
具有反应室的氧化器,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成通过所述进口接收包含可氧化燃料的气体以及维持氧化过程;和
模块,所述模块基于对反应室温度的检测输出指令,以增加下列中的至少一个:(i)所述气体在所述反应室内的停留时间和(ii)所述反应室内的反应温度,使得所述燃料在所述反应室内的同时发生氧化。
468.权利要求467所述的系统,其中所述模块被配置成通过改变所述气体通过所述反应室的流动改变所述气体在所述反应室内的停留时间。
469.权利要求468所述的系统,其中所述模块被配置成通过减少所述气体通过所述反应室的流动增加所述气体在所述反应室内的停留时间。
470.权利要求468所述的系统,其中所述模块被配置成通过使所述气体从所述反应室的出口至所述进口再循环流动,增加所述气体在所述反应室内的停留时间。
471.权利要求467所述的系统,其中所述模块被配置成通过利用加热器增加所述反应室内的气体温度减少所述反应室内的自燃延迟时间。
472.权利要求467所述的系统,其中所述校正模块被配置成通过使产物气从所述出口至所述进口循环,减少所述反应室内的自燃延迟时间。
473.一种用于氧化燃料的方法,包括:
在将包含可氧化燃料的气体接收至反应室中的氧化系统中检测何时所述气体的反应室温度达到或下降至低于使得所述反应室单独将不支持所述燃料氧化的水平,所述反应室具有进口和出口并且被配置成维持氧化过程;和
基于检测模块改变下列中的至少一个:(i)所述气体在所述反应室内的停留时间和(ii)足以使所述气体在所述反应室内的同时自燃和氧化的在所述反应室内的自燃延迟时间。
474.权利要求473所述的方法,其中通过改变所述气体通过所述反应室的流动在所述反应室内改变所述气体的停留时间。
475.权利要求474所述的方法,其中通过减少所述气体通过所述反应室的流动在所述反应室内改变所述气体的停留时间。
476.权利要求474所述的方法,其中通过使所述气体从所述反应室的出口至所述进口再循环流动,在所述反应室内改变所述气体的停留时间。
477.权利要求473所述的方法,其中通过改变所述反应室内的气体温度改变所述反应室内的自燃延迟时间。
478.权利要求477所述的方法,其中通过利用加热器增加所述反应室内的气体温度在所述反应室内减少所述自燃延迟时间。
479.权利要求477所述的方法,其中通过使产物气从所述出口至所述进口循环减少所述自燃延迟时间。
480.权利要求473所述的方法,其中在不使用催化剂的情况下所述反应室在所述熄火温度之下维持所述可氧化燃料的氧化。
481.权利要求473所述的方法,进一步包括在涡轮机或活塞发动机中使来自所述反应室的产物气膨胀。
482.权利要求473所述的方法,进一步包括在将所述气体引入至所述反应室之前压缩所述气体。
483.权利要求473所述的方法,其中所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
484.一种用于氧化燃料的方法,包括:
在将包含可氧化燃料的气体接收至反应室中的氧化系统中检测何时所述气体的反应室温度达到或下降至低于使得所述反应室单独将不支持所述燃料的逐步氧化的水平,所述反应室具有进口和出口并且被配置成维持氧化过程;和
基于检测模块改变足以使所述气体在所述反应室内的同时自燃和氧化的在所述反应室内的自燃延迟时间。
485.权利要求484所述的方法,其中改变所述自燃延迟时间包括将额外的热量引入至所述反应室中,从而将内部室温度增加至将维持所述燃料氧化的水平。
486.权利要求484所述的方法,进一步包括通过改变所述气体通过所述反应室的流动改变所述气体在所述反应室内的停留时间。
487.权利要求484所述的方法,进一步包括通过减少所述气体通过所述反应室的流动改变所述气体在所述反应室内的停留时间。
488.权利要求484所述的方法,进一步包括通过使所述气体从所述反应室的出口至所述进口再循环流动,改变所述气体在所述反应室内的停留时间。
489.权利要求484所述的方法,其中在不使用催化剂的情况下所述反应室在所述熄火温度之下维持所述可氧化燃料的氧化。
490.权利要求484所述的方法,进一步包括在涡轮机或活塞发动机中使来自所述反应室的产物气膨胀。
491.权利要求484所述的方法,其中所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
492.一种用于氧化燃料的方法,包括当气体的反应室温度达到或下降至低于使得所述反应室单独将不支持可氧化燃料氧化的温度水平时,通过将热源引入至所述反应室中从而将内部反应室温度增加至将维持所述燃料氧化的水平来维持所述燃料的氧化。
493.权利要求492所述的方法,其中增加所述内部温度减少自燃延迟时间。
494.权利要求492所述的方法,进一步包括通过改变所述气体通过所述反应室的流动改变所述气体在所述反应室内的停留时间。
495.权利要求492所述的方法,进一步包括通过减少所述气体通过所述反应室的流动改变所述气体在所述反应室内的停留时间。
496.权利要求492所述的方法,进一步包括通过使所述气体从所述反应室的出口至所述进口再循环流动,改变所述气体在所述反应室内的停留时间。
497.权利要求492所述的方法,其中在不使用催化剂的情况下所述反应室在所述熄火温度之下维持所述可氧化燃料的氧化。
498.权利要求492所述的方法,进一步包括在涡轮机或活塞发动机中使来自所述反应室的产物气膨胀。
499.权利要求492所述的方法,其中所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
500.一种氧化燃料的方法,包括:
将具有低能量含量(LEC)燃料的气体与包含高能量含量(HEC)燃料的气体、包含氧化剂的气体和包含稀释剂的气体的组中的一种或多种混合以形成气体混合物,其中所有气体处于低于被混合的任一种气体的自燃温度的温度;
将所述气体混合物的温度增加至至少所述气体混合物的自燃温度并允许所述气体混合物自燃;和
在自燃的气体混合物氧化的同时将所述气体混合物的温度维持在熄火温度之下。
501.权利要求500所述的方法,其中所述气体混合物通过热交换器升高至至少所述自燃温度。
502.权利要求501所述的方法,其中所述热交换器位于反应室内,所述反应室在不使用催化剂的情况下维持所述气体混合物的氧化。
503.权利要求500所述的方法,其中所述气体混合物在反应室内升高至至少所述自燃温度,所述反应室在不使用催化剂的情况下维持所述气体混合物的氧化。
504.权利要求503所述的方法,其中所述反应室在所述气体混合物的熄火温度之下维持所述混合物的氧化。
505.权利要求503所述的方法,进一步包括利用涡轮机或活塞发动机使气体膨胀,所述涡轮机或活塞发动机接收来自所述反应室的气体。
506.权利要求503所述的方法,其中所述气体混合物包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
507.一种氧化方法,包括:
将第一气体混合物加热至至少所述第一气体混合物的自燃温度,所述第一气体混合物包含与确定范围的低能量含量(LEC)燃料气体和高能量含量(HEC)燃料气体混合的氧化剂;
在加热后注入所述LEC燃料气体和所述HEC燃料气体的第二气体混合物,其中选择将所述LEC和HEC燃料气体注入所述第二气体混合物的速率以产生与LEC燃料和HEC燃料气体与所述第一气体混合物的比率基本相同的比率;
在小于所述第二气体混合物的点火延迟时间同时允许所述第一气体混合物自燃的时间内以产生基本上均质的第一气体混合物的速率将所述第二气体混合物与加热的第一气体混合物混合;和
在自燃的第一气体混合物氧化的同时将所述第一气体混合物的温度维持在熄火温度之下。
508.权利要求507所述的方法,其中所述第一气体混合物通过热交换器升高至至少所述自燃温度。
509.权利要求508所述的方法,其中所述热交换器位于反应室内,所述反应室在不使用催化剂的情况下维持所述第一气体混合物的氧化。
510.权利要求507所述的方法,其中所述第一气体混合物升高至至少所述反应室内的所述自燃温度,所述反应室在不使用催化剂的情况下维持所述气体混合物的氧化。
511.权利要求510所述的方法,其中所述反应室在所述气体混合物的熄火温度下维持所述第二气体混合物的氧化。
512.权利要求510所述的方法,进一步包括利用涡轮机或活塞发动机使气体膨胀,所述涡轮机或活塞发动机接收来自所述反应室的气体。
513.权利要求510所述的方法,其中所述第一气体混合物包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
514.一种氧化方法,包括:
将包含低能量含量(LEC)燃料以及高能量含量(HEC)燃料气体、含氧化剂(OC)气体和含稀释剂(DC)气体的组中的至少一种的气体混合物接收至反应室进口中,所述气体混合物在被接收进入所述进口之前的初始温度低于所述混合物的自燃温度;
通过布置在所述反应室内的热交换介质将所述反应室的内部温度维持在熄火温度之下;
通过使热量传递通过所述热交换介质将反应室进口温度维持高于所述混合物的自燃温度;和
引导进入所述进口的所述混合物经过第一路径通过比所述混合物的自燃温度更热的介质,直至所述混合物达到在所述混合物的自燃温度之上的温度;和
引导所述混合物通过第二路径至反应室出口,所述第二路径大体上与所述第一路径相反。
515.权利要求514所述的方法,其中所述反应室在不使用催化剂的情况下维持所述气体混合物的氧化。
516.权利要求514所述的方法,其中通过使所述热交换介质在所述反应室外部循环,所述反应室在所述气体混合物的熄火温度之下维持所述混合物的氧化。
517.权利要求514所述的方法,进一步包括利用涡轮机或活塞发动机使气体膨胀,所述涡轮机或活塞发动机接收来自所述反应室出口的气体。
518.权利要求514所述的方法,其中所述气体混合物包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
519.一种氧化器,包括:
具有进口和出口的反应室,所述进口被配置成接受包含低能量含量(LEC)燃料以及高能量含量(HEC)燃料、含氧化剂(OC)气体和含稀释剂(DC)气体的组中的至少一种的气体混合物,所述气体混合物处于低于所述气体混合物的自燃温度的初始温度;
布置在所述反应室内的热交换介质,所述介质被配置成(i)将所述反应室的内部温度维持在熄火温度之下和(ii)维持反应室进口温度高于所述混合物的自燃温度;和从所述进口的第一流动路径,所述第一流动路径被配置成引导进入所述进口的所述混合物通过比所述混合物的自燃温度更热的介质,直至所述混合物达到所述气体混合物的自燃温度之上的温度,和所述第一流动路径之后的第二流动路径,所述第二流动路径被配置成引导氧化的气体混合物至所述出口,所述第二流动路径大体上与所述第一流动路径相反。
520.权利要求519所述的系统,其中所述反应室被配置成在不使用催化剂的情况下沿着所述第一流动路径和第二流动路径中的至少一个维持所述气体混合物的氧化。
521.权利要求519所述的系统,其中所述反应室被配置成通过在所述反应室外部循环热交换介质在所述气体混合物的熄火温度下维持所述混合物的氧化。
522.权利要求519所述的系统,进一步包括涡轮机或活塞发动机中的至少一个,所述涡轮机或活塞发动机中的至少一个被配置成接收来自所述反应室出口的气体并使所述气体膨胀。
523.权利要求519所述的系统,其中所述气体混合物包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
524.一种氧化器,包括:
具有进口和出口的反应室,所述进口被配置成接受包含低能量含量(LEC)燃料以及高能量含量(HEC)燃料气体、含氧化剂(OC)气体和含稀释剂(DC)气体的组中的至少一种的气体混合物,所述气体混合物处于低于所述混合物的自燃温度的温度;和
热控制器,所述热控制器被配置成(i)将所述气体混合物的温度增加至至少所述混合物的自燃温度,从而允许所述气体混合物自燃,和(ii)在自燃的气体混合物氧化的同时将所述气体混合物的温度维持在熄火温度之下。
525.权利要求524所述的系统,其中所述热控制器包括热交换器,所述热交换器被配置成将所述混合物的温度升高至至少所述自燃温度。
526.权利要求525所述的系统,其中所述热交换器布置在所述反应室内。
527.权利要求526所述的系统,其中所述热交换器被配置成在所述混合物在所述反应室内后将所述混合物加热至所述自燃温度之上。
528.权利要求524所述的方法,其中所述反应室被配置成在不使用催化剂的情况下在所述气体混合物的熄火温度之下维持所述混合物的氧化。
529.权利要求524所述的方法,进一步包括涡轮机或活塞发动机中的至少一个,所述涡轮机或活塞发动机中的至少一个接收来自所述反应室的气体并使所述气体膨胀。
530.权利要求524所述的方法,其中所述气体混合物包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
531.一种氧化器,包括:
具有进口和出口的反应室,所述进口被配置成接受包含低能量含量(LEC)燃料以及高能量含量(HEC)燃料气体、含氧化剂(OC)气体、含稀释剂(DC)气体中的至少一种的第一气体混合物,所述气体混合物处于低于所述混合物的自燃温度的初始温度;
热控制器,所述热控制器被配置成将所述第一气体混合物加热至至少所述第一气体混合物的自燃温度,使得所述第一气体混合物自燃;和
喷注器,所述喷注器被配置成在所述第一气体混合物被加热至至少所述自燃温度后注入包含LEC燃料气体和HEC燃料的第二气体混合物,其中所述喷注器以一定的注入速率注入一定比率的LEC和HEC气体以形成所述第二气体混合物,选择所述注入速率以产生和所述LEC气体与高能量含量(HEC)燃料气体、含氧化剂(OC)气体和含稀释剂(DC)气体中的至少一种与所述第一气体混合物的比率基本上相同比率的LEC和HEC气体与所述第二混合物;
其中所述反应室被配置成(i)以在小于所述第二气体混合物的自燃延迟时间的时间内产生基本上均质的第三气体混合物的速率将注入的第二气体混合至自燃的第一气体混合物中和(ii)在自燃的第一气体混合物氧化的同时将所述第一气体混合物的温度维持在熄火温度之下。
532.权利要求531所述的系统,其中所述热控制器包括热交换器,所述热交换器被配置成将所述混合物的温度升高至至少所述自燃温度。
533.权利要求532所述的系统,其中所述热交换器布置在所述反应室内。
534.权利要求531所述的系统,其中所述反应室被配置成在不使用催化剂的情况下维持所述第一气体混合物在所述反应室内的氧化。
535.权利要求531所述的系统,其中所述反应室被配置成在不使用催化剂的情况下在所述气体混合物的熄火温度之下维持所述第二气体混合物的氧化。

说明书全文

利用传热的逐步

[0001] 背景
[0002] 在一些工业过程诸如发电、蒸汽发生和热驱动化学加工中,可以通过燃烧高能量含量(HEC)燃料诸如丙烷或天然气直接或间接地提供热量。
[0003] 来自垃圾填埋场和含挥发性有机化合物(VOC)的气体的其他来源的排放物被认为是污染物。这些废物流经常含有太少的燃料从而不能维持它们自身的燃烧。一些处置含VOC废物流的方法利用以下类型的热氧化器:(1)燃烧或补充-燃烧热氧化器,(2)催化热氧化器,(3)带有热量回收的氧化器,和(4)再生式热氧化器(RTO)。
[0004] 燃烧或补充-燃烧热氧化器可以包括燃烧器、滞留室、混合室和排气烟囱。图1-1A图示了这样一种构造,其中空气-燃料混合物6提供至燃烧器2以形成连续的火焰并且将废物流7引入至火焰中并且当热气体穿过混合室3和滞留室4时继续氧化。如果废物流7在可燃极限内,则其可以在燃料器2中代替空气-燃料混合物6直接燃烧。如果分开地提供废物流和燃烧器,则需要混合室3。滞留室4提供足够的时间以完成氧化化学反应。排气烟囱5将氧化产物传送至大气中。
[0005] 催化氧化器,如图1-1B中所示,通过保持低的氧化反应温度而避免了热型NOx的形成。将含有VOC的废物流7提供至具有大内部表面积的涂覆以催化剂的催化反应室8。催化物质包括贵金属诸如铂、钯、和铱,以及对于某些VOC,氧化和钴。废物流7中VOC的浓度必须足够低使得反应温度将不超过催化剂最大利用温度。废物流7典型地需要被加热至适合于催化反应性的特定温度范围。
[0006] 同流换热器9的使用,如图1-1C中所示,可以降低燃烧热氧化器和催化氧化器的运转成本。来自反应室1的废气(作为例子,可以是图1-1A或1-1B的系统的反应室)供应至高温同流换热器9以加热负载VOC的废物流7,如图1-1C中所示,或如果分开供应则加热单独的燃烧空气-燃料混合物,如图1-1A中所示。同流换热器9的使用可以减少或消除对用于将反应物加热至它们的氧化温度的补充燃料的需要。
[0007] 最后,RTO可以用来氧化VOC。在RTO中,热量储存在中间热沉材料(通常是陶瓷固体)上,用于在交替循环期间回收。该循环使用来自前面加热的流的热量以将负载VOC的废物流预先加热至较高的温度。如果温度足够高,则氧化将由于自燃而发生,如本公开中下面更详细讨论的那样。如果温度不够高,则可能需要来自另一燃料和空气源的补充燃烧。高温废气然后通过较冷的散热片传送来俘获能量。
[0008] 存在不同的方式以实现热交换材料的循环。图1-1D图示了一种使用两个再生式氧化器的系统。在图示的构造中,废物流7被引入至热的再生式氧化器#1。废物流当穿过再生式氧化器#1时被加热,由此在进口处开始利用氧化器#1逐渐地冷却所述热沉材料。在废物流7自燃后,热的废气从氧化器#1离开并被提供至氧化器#2的进口,由此将储存的热能在氧化器#2中的热沉材料中“再生”。氧化的废物流当穿过氧化器#2时冷却。当氧化器#2被重复加热时,该系统被重新配置使得来自废物流7的流被提供至氧化器#2的进口并且来自氧化器#2的废气被提供至氧化器#1的进口以使氧化器#1再生。工艺在两种构造之间循环使得之前在加热废物流7的同时冷却的氧化器被加热,且反之亦然。一些RTO设计利用了转动硬件以可变地改变循环之间的流动物流或在循环之间移动再生式氧化器。另一种方式是利用单个再生式氧化器,但对于每个循环反转流动方向。氧化器的一端将被预先加热,而另一端在氧化反应后俘获热量。流动方向的反转是必不可少的,因为在靠近进口的氧化器端部冷却至其可以不再将进入的废物流7加热至将引发反应的温度的点。
[0009] 概述
[0010] 在一些情况下,处置由一些垃圾填埋场形成的低能量含量(LEC)燃料,诸如甲烷,同时使废气中的不合乎需要的组分诸如一氧化(CO)和NOx最小化是有利的。在另一些情况下,提供来自HEC燃料诸如丙烷的热量以驱动工业过程或发电而不产生这些相同的不合乎需要的组分是合乎需要的。为了实现这些操作,由LEC和HEC燃料中的一种或两种形成的空气-燃料混合物必须达到足够高的温度以将燃料中的VOC和转变成二氧化碳(CO2)和(H2O)同时将空气-燃料混合物的最大温度保持在将形成热力型NOx的温度之下。任何常规的开放-火焰燃烧过程是要被通过降低温度的氧化过程而减少NOx化合物的形成的过程替代的候选。
[0011] 还希望利用否则当LEC燃料通过被氧化以将VOC转变为CO2和H2O而被简单处置时浪费的能量。由燃气轮机驱动的现有发电系统的一个缺点是HEC燃料被燃烧以提供驱动涡轮机的热量。基本上“不”使用LEC燃料提供此热量并避免或减少购买燃料的成本将是有利的。
[0012] 在图1-1A至1-1D中的上述过程具有多种缺点。关于图1-1A的热氧化器,例如,如果需要补充燃料来提供所述空气-燃料混合物6,则对该过程的成本增加了燃料的成本。另外,燃烧器2中的反应温度足够高以形成热力型NOx,在本公开后面将更详细地讨论。
[0013] 催化剂可能具有与其用途相关的多种挑战。贵金属催化剂是稀少的且昂贵的。该过程要求使用多种方式中的任一种将废物流加热至特定的范围,包括如下面所述的热回收,但常常增加该过程的成本。催化剂可以由于如烧结结垢或挥发的工艺而变得化学惰性。废燃料,诸如填埋气体,经常包含可能显著地缩短催化剂寿命的污染物。为了控制反应温度以避免挥发,将燃料组合物和工艺变量保持在预定的限值内,增加成本以监测和调整这些变量。
[0014] 同流换热器具有几个缺点。同流换热器是对热氧化系统的额外投资费用。同流换热器还向系统增加了压力下降,对流量传输装置,即,扇增加了电力需求,其使废物流7和空气-燃料混合物6移动通过所述系统。如果同流换热器含有小的通道,它们可能经受来自各种废气成分的结垢和腐蚀。如果来自反应室的废气的温度在同流换热器的材料的最大工作温度之上,则需要额外的工艺设备在将废气引入至同流换热器之前冷却所述废气。
[0015] 再生式氧化器具有这样的缺点:循环之间流动路径的重新配置在高温和管路或物理移动热的再生式氧化器方面要求显著的复杂性。重新配置还中断了工艺,需要一些系统用于在重新配置操作期间蓄积废物流7。
[0016] 本文公开的逐步氧化(GO)过程避免了与用于加工含有VOC的废物流的常规系统相关的缺点。GO过程,一旦通过启动过程,对LEC燃料操作,并且不需要额外的HEC燃料来支持氧化过程。GO过程不需要使用昂贵的催化剂,由此减少了需要的投资并避免了有毒催化剂的操作事故。公开的GO过程将由废物流的氧化产生的热量传递至进入的流中,由此避免逐渐冷却介质的问题,如在再生式氧化器中所见,并且在循环之间重新配置再生系统的同时,消除了昂贵的和潜在不可靠的阀门的需求以及对用于处置进入的废物流的储液器的需求。
[0017] 还存在一些情况,其中需要在使不合乎需要的NOx化合物和CO的形成最小化以及减少废气中未被燃烧的烃的同时利用HEC燃料。使用HEC燃料通过燃气轮机驱动的现有发电系统的缺点之一是燃烧过程在可能形成NOx的温度下发生并且在燃烧过程期间当混合物降至可燃性下限之下时可能存在一些水平的剩余烃。
[0018] 公开的系统利用这样的GO过程,代替常规的燃烧室,其在氧化器(在本文中还称为逐步氧化器,GO室,和GO反应室)内发生以生成驱动系统的热量。在某些构造中,氧化器含有诸如陶瓷的材料,其被构造成对气流是多孔的并且在高于1200°F的温度下保持其结构。
[0019] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的系统包括具有反应室的氧化器,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成通过所述进口接收包含可氧化燃料的气体,所述氧化器被配置成维持所述燃料在反应室内的逐步氧化;和用于从反应室吸取热量使得当反应室内的绝热反应温度达到熄火温度时,从反应室吸取热量以将反应室内的实际温度降低至不超过熄火温度的温度的装置。
[0020] 在某些实施方式中,用于从反应室吸取热量的装置包括热交换器。在某些实施方式中,用于从反应室吸取热量的装置包括流体。在某些实施方式中,用于从反应室吸取热量的装置包括用于生成蒸汽的装置。在某些实施方式中,用于吸取热量的装置被配置成当所述反应室内的实际温度增加至熄火温度时从反应室吸取热量。在某些实施方式中,该系统还包括用于在所述反应室的进口处将气体的温度升高至所述燃料的自燃温度之上的装置。在某些实施方式中,该装置包括氧化器内的热交换器。在某些实施方式中,该反应室被配置成在不使用催化剂的情况下维持可氧化燃料的逐步氧化。在某些实施方式中,该装置被配置成当反应室内的温度超过2300°F从反应室吸出热量。在某些实施方式中,该系统还包括涡轮机,所述涡轮机接收来自反应室出口的气体并使所述气体膨胀。在某些实施方式中,该系统还包括压缩机,在将燃料混合物引入至所述反应室之前所述压缩机接收并压缩包含所述燃料混合物的气体。在某些实施方式中,所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
[0021] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的系统包括具有反应室的氧化器,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成通过所述进口接收包含可氧化燃料的气体,所述氧化器被配置成在反应室内维持逐步氧化过程;和热交换器,所述热交换器被配置成当反应室内的绝热反应温度达到熄火温度时从反应室吸取热量,使得反应室内的实际温度降低至不超过熄火温度的水平。
[0022] 在某些实施方式中,该热交换器被配置成当反应室的实际温度增加至熄火温度时从反应室吸取热量。在某些实施方式中,该系统还包括涡轮机,所述涡轮机接收来自反应室的气体并使所述气体膨胀。在某些实施方式中,该系统还包括压缩机,在将燃料混合物引入至所述反应室之前所述压缩机接收并压缩包含所述燃料混合物的气体。在某些实施方式中,该热交换器被配置成在反应室的进口处将气体的温度升高至所述燃料的自燃温度之上。在某些实施方式中,所述热交换器包括被引入至反应室中的流体。在某些实施方式中,该热交换器被配置成从反应室排空所述流体。在某些实施方式中,所述热交换器包括用于生成蒸汽的装置。在某些实施方式中,该反应室被配置成在不使用催化剂的情况下维持可氧化燃料的逐步氧化。在某些实施方式中,该热交换器被配置成当反应室内的温度超过2300°F从反应室吸出热量。在某些实施方式中,所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
[0023] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的方法包括以下步骤:将包含可氧化燃料的气体接收至具有反应室的氧化器中,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成在反应室内维持燃料的逐步氧化过程;和当反应室内的绝热反应温度达到熄火温度时从反应室吸取热量,使得反应室内的实际温度不超过熄火温度。
[0024] 在某些实施方式中,该方法包括在涡轮机中使来自反应室的气体膨胀的步骤。在某些实施方式中,该方法还包括在将燃料混合物引入至反应室之前利用压缩机压缩燃料的步骤。在某些实施方式中,该方法包括从反应室吸取热量的步骤包括将流体引入至反应室中。在某些实施方式中,该方法包括从反应室排空所述流体的步骤。在某些实施方式中,所述流体以蒸汽的形式从反应室排空。在某些实施方式中,该反应室在不使用催化剂的情况下维持可氧化燃料的逐步氧化。在某些实施方式中,当反应室内的温度超过2300°F时从反应室吸出热量。在某些实施方式中,可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
[0025] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的方法包括下列的步骤:将包含可氧化燃料的气体接收至具有反应室的氧化器中,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成维持反应室内的温度以逐步氧化反应室内的燃料;和降低反应室内的温度,使得反应室内的实际温度保持在熄火温度之下。
[0026] 在某些实施方式中,降低温度包括从反应室吸取热量。在某些实施方式中,该方法包括在涡轮机中使来自反应室的气体膨胀的步骤。在某些实施方式中,该方法包括在将燃料混合物引入至反应室之前利用压缩机压缩燃料的步骤。在某些实施方式中,降低温度包括将流体引入至反应室中。在某些实施方式中,该方法包括从反应室排空所述流体的步骤。在某些实施方式中,所述流体以蒸汽的形式从反应室排空。在某些实施方式中,该反应室在不使用催化剂的情况下维持可氧化燃料的逐步氧化。在某些实施方式中,降低温度使得反应室内的温度不超过2300°F。在某些实施方式中,所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
[0027] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的方法包括以下的步骤:测定氧化器的反应室内的温度,所述反应室具有进口和出口并且被配置成维持可氧化燃料的逐步氧化;和当反应室内的温度达到熄火温度时输出用以降低反应室内的温度使得所述温度保持在熄火温度之下的信号
[0028] 在某些实施方式中,信号包括用以通过将液体引入至反应室来从反应室吸取热量的指令。在某些实施方式中,信号包括用以从反应室排空所述流体的指令。在某些实施方式中,用以从反应室排空流体的指令包括用以排空蒸汽形式的流体的指令。在某些实施方式中,当反应室内的温度超过2300°F输出用以从反应室吸取热量的信号。在某些实施方式中,当温度超过氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种的熄火温度时输出用以从反应室吸取热量的信号。
[0029] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的方法包括以下的步骤:测定氧化器的反应室内的温度,所述反应室具有进口和出口并且被配置成维持可氧化燃料的逐步氧化;和当反应室内的温度达到熄火温度时输出信号至热交换器以从反应室吸取热量。
[0030] 在某些实施方式中,信号包括用以从反应室移除热量的指令。在某些实施方式中,信号包括用以通过将流体引入至反应室中来降低温度的指令。在某些实施方式中,信号包括用以从反应室排空所述流体的指令。在某些实施方式中,用以从反应室排空流体的指令包括排空蒸汽形式的流体。在某些实施方式中,该方法还包括基于可氧化燃料的数据反复计算反应室内的绝热反应温度的步骤。在某些实施方式中,当反应室内的温度超过2300°F时输出用以降低反应室内的温度的信号。在某些实施方式中,当所述温度达到氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种的熄火温度时输出用以从反应室吸取热量的信号。在某些实施方式中,当所述温度增加至熄火温度时输出用以从反应室吸取热量的信号。
[0031] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的方法包括下列的步骤:测定氧化器的反应室内的温度,所述反应室具有进口和出口并且被配置成维持可氧化燃料的逐步氧化;和利用传感器测定何时反应室内的温度达到反应室内的燃料的熄火温度。
[0032] 在某些实施方式中,该方法包括当计算的反应室内的绝热反应温度超过熄火温度时输出用以降低反应室内的温度的信号的步骤。在某些实施方式中,计算的绝热反应温度基于反应室内的可氧化燃料和氧化剂。在某些实施方式中,信号包括用以从反应室移除热量的指令。在某些实施方式中,信号包括用以通过将液体引入至反应室来降低温度的指令。在某些实施方式中,当反应室内的温度超过2300°F时输出用以降低反应室内的温度的信号。在某些实施方式中,当温度超过氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种的熄火温度时输出用以从反应室吸取热量的信号。
[0033] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的系统包括具有反应室的氧化器,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成通过所述进口接收包含可氧化燃料的气体,所述氧化器被配置成在不使用催化剂的条件下维持氧化过程;检测模,所述检测模块检测何时发生下列中的至少一个:反应室内的反应温度达到反应室内的燃料的熄火温度和反应室进口温度达到自燃阈值;和校正模块,所述校正模块基于所述检测模块输出指令,改变下列中的至少一个:从反应室移除热量和反应室的进口温度;其中校正模块被配置成下列中的至少一个:将反应温度内的实际温度维持在熄火温度之下和将进口温度维持在燃料的自燃阈值之上。
[0034] 在某些实施方式中,校正模块输出指令以通过热交换器从反应室移除热量。在某些实施方式中,校正模块输出指令以通过流体从反应室移除热量。在某些实施方式中,校正模块输出指令以升高进口温度。在某些实施方式中,热交换器放置在反应室内。在某些实施方式中,该反应室被配置成在熄火温度下维持可氧化燃料的氧化。在某些实施方式中,校正模块输出指令以当反应室内的温度超过2300°F时从反应室移除热量。在某些实施方式中,涡轮机接收来自反应室的气体并使所述气体膨胀。在某些实施方式中,该系统还包括压缩机,在将燃料混合物引入至所述反应室之前所述压缩机接收并压缩包含所述燃料混合物的气体。在某些实施方式中,所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
[0035] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的系统包括具有反应室的氧化器,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成通过所述进口接收包含可氧化燃料的气体,所述氧化器被配置成在不使用催化剂的条件下维持氧化过程;检测模块,所述检测模块检测何时发生下列中的至少一个:反应室内的反应温度达到反应室内的燃料的熄火温度和反应室进口温度达到自燃阈值;和校正模块,所述校正模块基于所述检测模块输出指令,以进行下列中的至少一个;将反应温度内的实际温度维持在熄火温度之下或将进口温度维持在燃料的自燃阈值之上。
[0036] 在某些实施方式中,校正模块输出指令至热交换器以从反应室移除热量。在某些实施方式中,校正模块输出指令以通过流体从反应室移除热量。在某些实施方式中,校正模块输出指令以升高进口温度。在某些实施方式中,该系统还包括放置在反应室内的热交换器。在某些实施方式中,该反应室被配置成在熄火温度下维持可氧化燃料的氧化。在某些实施方式中,校正模块当反应室内的温度超过2300°F时输出指令以从反应室移除热量。
[0037] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的系统包括具有反应室的氧化器,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成通过所述进口接收包含可氧化燃料的气体,所述氧化器被配置成在不使用催化剂的条件下维持氧化过程;和处理器,所述处理器检测何时发生下列各项中的至少一个:反应室内的反应温度达到反应室内的燃料的熄火温度和反应室进口温度下降达到自燃阈值。
[0038] 在某些实施方式中,校正模块基于处理器,通过从所述反应室移除热量减小反应室内的实际温度以保持在所述燃料的熄火温度之下。在某些实施方式中,校正模块基于处理器,通过增加可氧化燃料在反应室内的停留时间将进口温度升高至燃料的自燃阈值之上。
[0039] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的方法包括以下的步骤:将包含可氧化燃料的气体接收至具有反应室的氧化器中,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成维持所述气体的氧化过程;和当发生下列各项中的至少一个时改变从反应室移除热量和反应室的进口温度中的至少一个:反应室内的实际温度达到或增加至燃料的熄火温度和反应室进口温度达到或下降至低于所述燃料的自燃阈值。
[0040] 在某些实施方式中,反应室的实际温度保持在熄火温度之下。在某些实施方式中,反应室的进口温度增加至将支持在不使用催化剂的情况下所述燃料的氧化的水平。在某些实施方式中,进口温度增加至自燃阈值之上。在某些实施方式中,通过位于反应室内的热交换器增加所述气体的温度。在某些实施方式中,该方法还包括在涡轮机或活塞发动机中使来自反应室出口的气体膨胀的步骤。在某些实施方式中,该方法还包括在将燃料混合物引入至反应室之前利用压缩机压缩燃料的步骤。在某些实施方式中,从反应室移除热量包括将液体引入至反应室中。在某些实施方式中,该方法还包括从反应室排空所述液体的步骤。在某些实施方式中,所述液体以蒸汽的形式从反应室排空。在某些实施方式中,反应室在不使用催化剂的情况下维持可氧化燃料的逐步氧化。在某些实施方式中,当反应室内的温度超过2300°F时从反应室移除热量。在某些实施方式中,所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
[0041] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的方法包括以下的步骤:将包含可氧化燃料的气体接收至具有反应室的氧化器中,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成维持逐步氧化过程;和增加下列中的至少一个:当反应室内的绝热反应温度达到燃料的熄火温度时从反应室移除热量;和当反应室进口温度降至燃料的自燃阈值之下时反应室的进口温度。
[0042] 在某些实施方式中,反应室的实际温度保持在熄火温度之下。在某些实施方式中,反应室的进口温度升高至在不使用催化剂的情况下将支持燃料的氧化的水平。在某些实施方式中,进口温度升高至自燃温度之上。在某些实施方式中,通过位于反应室外部的热交换器增加气体温度,并且气体在被引入至反应室之前通过热交换器。
[0043] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的方法包括以下的步骤:将包含可氧化燃料的气体接收至具有反应室的氧化器中,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成在不使用催化剂的情况下维持逐步氧化过程;和增加下列各项中的至少一个:当反应室内的反应温度达到所述燃料的熄火温度从反应室移除热量,使得反应室的实际温度保持在熄火温度之下;和当反应室进口温度降至燃料的自燃阈值之下时反应室的进口温度,使得反应室的进口温度维持在不使用催化剂的情况下将支持燃料的氧化的水平之上。在某些实施方式中,所述进口温度维持在所述自燃温度之上。
[0044] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的系统包括具有反应室的氧化器,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成通过所述进口接收包含可氧化燃料的气体以及维持反应室内的氧化过程;检测模块,所述检测模块检测何时所述气体的反应室进口温度达到或下降低于进入第一反应室的气体的自燃阈值;和校正模块,所述校正模块基于所述检测模块输出指令,改变所述气体的进口温度从而将所述进口温度维持在自燃阈值之上,使得反应室内的气体在不使用催化剂的情况下氧化。
[0045] 在某些实施方式中,校正模块输出指令至热交换器以升高进口温度。在某些实施方式中,所述热交换器布置在所述反应室内。在某些实施方式中,该反应室被配置成在反应室内在燃料的熄火温度下维持所述气体的氧化。在某些实施方式中,该系统还包括涡轮机或活塞发动机,所述涡轮机或活塞发动机接收来自所述反应室的气体并使所述气体膨胀。在某些实施方式中,该系统还包括压缩机,在将燃料混合物引入至所述反应室之前所述压缩机接收并压缩包含所述燃料混合物的气体。在某些实施方式中,所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
[0046] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的系统包括具有反应室的氧化器,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成通过所述进口接收包含可氧化燃料的气体以及维持反应室内的氧化过程;检测模块,所述检测模块检测何时所述气体的反应室进口温度降低至所述燃料的自燃阈值;和校正模块,所述校正模块基于所述检测模块,维持所述进口温度在所述自燃阈值之上。
[0047] 在某些实施方式中,校正模块输出指令至热交换器以维持所述进口温度。在某些实施方式中,所述热交换器布置在所述反应室内。在某些实施方式中,反应室被配置成维持所述反应室内的实际温度在所述燃料的熄火温度以下。在某些实施方式中,该系统还包括涡轮机或活塞发动机,所述涡轮机或活塞发动机接收来自所述反应室的气体并使所述气体膨胀。在某些实施方式中,该系统还包括压缩机,在将包含燃料混合物的气体引入至反应室中之前,所述压缩机接收并压缩所述气体。在某些实施方式中,所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
[0048] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的系统包括具有反应室的氧化器,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成通过所述进口接收包含可氧化燃料的气体以及维持氧化过程;和热交换器,所述热交换器将反应室进口温度维持在燃料的自燃阈值之上,使得所述燃料在所述反应室内在所述自燃阈值之上和所述燃料的熄火温度之下氧化。
[0049] 在某些实施方式中,检测模块,所述检测模块检测何时所述反应室进口温度达到所述自燃阈值。在某些实施方式中,所述热交换器布置在所述反应室内。在某些实施方式中,该系统还包括涡轮机或活塞发动机,所述涡轮机或活塞发动机接收来自所述反应室的气体并使所述气体膨胀。在某些实施方式中,该系统还包括压缩机,在将燃料混合物引入至所述反应室之前所述压缩机接收并压缩包含所述燃料混合物的气体。在某些实施方式中,所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
[0050] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的方法包括以下的步骤:在具有进口和出口的反应室中测定,反应室中燃料的实际反应温度和反应室的进口温度中的至少一个,所述反应室被配置成维持可氧化燃料的氧化过程;利用传感器测定何时发生下列各项中的至少一个:实际反应温度达到或超过燃料的熄火温度,和进口温度达到或下降至低于所述燃料的自燃阈值;以及测定下列各项中的至少一个:所述反应室内的实际反应温度降低以保持低于所述熄火温度,和所述进口温度的增加以维持所述进口温度在所述自燃阈值之上。
[0051] 在某些实施方式中,所述实际反应温度的降低包括从反应室移除热量。在某些实施方式中,从反应室移除热量包括将流体引入至反应室中。在某些实施方式中,移除热量还包括从反应室排空所述流体。在某些实施方式中,反应室被配置成排空蒸汽形式的流体。在某些实施方式中,所述进口温度的增加包括引导所述燃料通过热交换器。在某些实施方式中,所述热交换器布置在所述反应室内。在某些实施方式中,熄火温度为约2300°F。在某些实施方式中,所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
[0052] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的方法包括以下的步骤:在具有进口和出口的反应室中测定,反应室中燃料的实际反应温度和所述进口处气体的进口温度中的至少一个,所述反应室被配置成维持可氧化燃料的氧化过程;测定何时发生下列各项中的至少一个:实际反应温度达到或超过燃料的熄火温度和反应室进口温度达到或下降至低于所述燃料的自燃阈值;以及输出指令用以下列各项中的至少一个:降低反应室内的实际温度或减少反应室内实际温度的增加以维持低于熄火温度,和增加所述进口温度从而高于所述燃料的自燃阈值。
[0053] 在某些实施方式中,输出包括用于从所述反应室移除热量的指令。在某些实施方式中,该方法还包括通过将流体引入至所述反应室中从所述反应室移除热量的步骤。在某些实施方式中,移除热量还包括从反应室排空所述流体。在某些实施方式中,所述流体以蒸汽的形式从反应室排空。在某些实施方式中,输出包括通过引导所述燃料通过热交换器来增加所述进口温度。在某些实施方式中,所述热交换器布置在所述反应室内。在某些实施方式中,熄火温度为约2300°F。在某些实施方式中,所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
[0054] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的方法包括以下步骤:将包含可氧化燃料的气体接收至具有反应室的氧化器中,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成维持氧化过程;和当所述气体的反应室进口温度达到或下降至低于所述燃料的自燃阈值时,向所述气体引入额外的热量使得所述进口温度保持在所述自燃阈值之上,以及所述反应室在不使用催化剂的情况下维持所述燃料在所述反应室内的氧化。
[0055] 在某些实施方式中,所述额外的热量由热交换器引入。在某些实施方式中,所述热交换器布置在所述反应室内。在某些实施方式中,反应室在所述燃料的熄火温度之下维持所述可氧化燃料的氧化。在某些实施方式中,该方法还包括以下步骤;涡轮机或活塞发动机接收来自所述反应室的气体并使所述气体膨胀。在某些实施方式中,在将燃料混合物引入至所述反应室之前压缩机接收并压缩包含所述燃料混合物的气体。在某些实施方式中,所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
[0056] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的方法包括以下的步骤:将包含可氧化燃料的气体接收进具有第一反应室的氧化器中,所述第一反应室具有进口和出口,所述第一反应室被配置成维持所述燃料的氧化过程;和当所述气体的反应室进口温度达到或下降至低于所述燃料的自燃阈值时,将所述进口温度增加至高于所述自燃阈值的水平。
[0057] 在某些实施方式中,所述反应室在不使用催化剂的情况下维持所述燃料在所述反应室内的逐步氧化。在某些实施方式中,所述进口温度通过热交换器增加。在某些实施方式中,所述热交换器布置在所述反应室内。在某些实施方式中,所述反应室被配置成在所述燃料的熄火温度之下维持所述燃料的氧化。在某些实施方式中,该方法还包括以下的步骤:涡轮机或活塞发动机接收来自所述反应室的气体并使所述气体膨胀。在某些实施方式中,该方法还包括以下的步骤:在将燃料混合物引入至所述反应室之前压缩机接收并压缩包含所述燃料混合物的气体。在某些实施方式中,所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
[0058] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的方法包括以下的步骤:在具有进口和出口的反应室中,所述反应室被配置成维持氧化过程,测定何时包含可氧化燃料的气体的进口温度达到或下降至低于所述燃料的自燃阈值;和输出信号以增加所述气体的进口温度,使得所述进口温度保持在所述自燃阈值之上。
[0059] 在某些实施方式中,信号包括用于利用热交换器加热所述气体的指令。在某些实施方式中,所述热交换器布置在所述反应室内。在某些实施方式中,所述反应室被配置成在所述燃料的熄火温度之下维持所述燃料的氧化。在某些实施方式中,所述反应室被配置成在约2300°F之下维持所述燃料的氧化。在某些实施方式中,该方法还包括以下的步骤:涡轮机或活塞发动机接收来自所述反应室的气体并使所述气体膨胀。在某些实施方式中,该方法还包括以下的步骤:在将燃料混合物引入至所述反应室之前所述压缩机接收并压缩包含所述燃料混合物的气体。在某些实施方式中,所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
[0060] 在某些实施方式中,本文所述的用于在系统中氧化燃料的方法,所述系统将包含可氧化燃料的气体接收至具有反应室的氧化器中,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成在不使用催化剂的情况下维持所述燃料的逐步氧化,所述方法包括检测何时所述气体的反应室进口温度达到或下降至低于所述气体的自燃阈值,并输出指令以增加所述进口温度使得所述气体进口温度保持在所述自燃温度之上,同时所述反应室内的温度保持在所述熄火温度之下。
[0061] 在某些实施方式中,所述指令通过热交换器增加至所述气体的传热。在某些实施方式中,所述热交换器布置在所述反应室内。在某些实施方式中,所述反应室被配置成在所述燃料的熄火温度之下维持所述燃料的氧化。在某些实施方式中,反应室被配置成在约2300°F之下维持燃料的氧化。在某些实施方式中,该方法还包括以下的步骤:涡轮机或活塞发动机接收来自所述反应室的气体并使所述气体膨胀。在某些实施方式中,该方法还包括以下的步骤:在将包含燃料混合物的气体引入至反应室中之前,压缩机接收并压缩所述气体。
[0062] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的方法包括以下的步骤:在具有进口和出口的反应室中,所述反应室被配置成维持氧化过程,利用传感器测定何时在所述进口处包含可氧化燃料的气体的进口温度达到所述气体的自燃阈值;其中反应室内的实际温度保持在低于所述熄火温度且高于所述自燃阈值的水平,使得在所述反应室内维持所述燃料的逐步氧化。
[0063] 在某些实施方式中,信号增加气体的进口温度以保持在自燃阈值之上。在某些实施方式中,信号包括用于通过热交换器增加至所述气体的传热的指令。在某些实施方式中,所述热交换器布置在所述反应室内。
[0064] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的系统包括具有反应室的氧化器,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成通过所述进口接收包含可氧化燃料的气体,并且维持所述气体的氧化过程;和布置在所述反应室内的热交换介质,所述介质被配置成将所述反应室的内部温度维持在熄火温度之下并将所述燃料的反应室进口温度维持高于所述燃料的自燃温度;其中所述介质被配置成在所述反应室外部循环并且由此从所述反应室吸取热量从而将所述内部温度维持在所述熄火温度之下。
[0065] 在某些实施方式中,所述介质的循环被配置成在所述进口处加热气体并将所述燃料的进口温度维持在所述自燃温度之上。在某些实施方式中,所述介质的循环被配置成从所述反应室内的所述气体吸取热量从而将所述气体的内部温度维持在所述气体的熄火温度之下。在某些实施方式中,所述介质包括循环通过所述反应室的多个结构。在某些实施方式中,所述介质包括循环通过所述反应室的流体。在某些实施方式中,所述介质循环的速度基于内部温度和进口温度中的至少一个。在某些实施方式中,当所述介质在所述反应室外部循环时由所述介质吸取热量。
[0066] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的系统包括具有反应室的氧化器,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成通过所述进口接收包含可氧化燃料的气体,所述氧化器被配置成维持所述气体在所述反应室内的氧化过程;和再循环通路,所述再循环通路将至少一部分产物气在所述反应室内氧化后引向所述反应室的进口并且在所述进口处将所述产物气引入所述反应室中;其中所述产物气的引入将所述气体的进口温度增加至所述气体的自燃温度之上。
[0067] 在某些实施方式中,所述产物气的再循环降低所述反应室内的氧含量水平。在某些实施方式中,再循环的产物气的量基于进口温度。在某些实施方式中,再循环的产物气的量基于所述反应室的内部温度。
[0068] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的系统包括具有反应室的氧化器,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成通过所述进口接收包含可氧化燃料的气体,所述氧化器被配置成维持所述气体在所述反应室内的氧化过程;和布置在所述反应室内的热交换介质,所述介质被配置成维持所述反应室的内部温度低于熄火温度和将所述燃料的反应室进口温度维持高于所述燃料的自燃温度。
[0069] 在某些实施方式中,热交换介质包括流体。在某些实施方式中,所述流体进行循环,并且所述介质的循环被配置成在所述进口处加热气体并将所述气体的进口温度保持在所述气体的自燃温度之上。在某些实施方式中,热交换介质包括砂子。在某些实施方式中,热交换介质包括多个均匀堆叠的结构。在某些实施方式中,热交换介质包括多个层叠盘,每个具有多个允许所述气体流过的孔。在某些实施方式中,热交换介质被配置成将所述反应室内的热量导向所述进口,由此通过所述进口接收的气体被加热至所述自燃温度之上。
[0070] 在某些实施方式中,本文所述的分开式循环往复式发动机包括进气管,所述进气管接收空气-燃料混合物,所述混合物包含空气和气体燃料的混合物;与往复式发动机联接的压缩室,所述压缩室压缩往复活塞室中的所述混合物;氧化室,所述氧化室被配置成经由第一进口接收来自所述压缩室的混合物并且在不使用催化剂的情况下在低于所述混合物的熄火温度并且足以氧化所述混合物的内部温度下维持所述混合物的氧化;和膨胀室,所述膨胀室接收来自所述氧化室的氧化产物气并且经由往复活塞使所述膨胀室内的所述产物气膨胀。
[0071] 在某些实施方式中,氧化室被配置成将所述混合物的进口温度维持在所述混合物的自燃温度之上。在某些实施方式中,该系统还包括热交换器,所述热交换器被配置成从所述产物气吸取热量并且在将所述混合物引入至所述氧化室之前加热所述混合物。在某些实施方式中,所述热交换器包括套管式热交换器。在某些实施方式中,该系统还包括布置在所述氧化室内的热交换介质。在某些实施方式中,所述介质被配置成通过将热量导向所述氧化室的进口将所述氧化室的内部温度维持在熄火温度之下,并且其中所述氧化室的进口处的介质由被引入至所述氧化室中的所述混合物冷却。在某些实施方式中,所述燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
[0072] 在某些实施方式中,本文所述的分开式循环往复式发动机包括往复循环,其包括至少一个其中具有往复活塞的压缩室和至少一个其中具有往复活塞的膨胀室;和加热循环,其包括接收包含空气和气体燃料的混合物的气体空气-燃料混合物的进气管,所述进气管被配置成将所述混合物引向所述压缩室;反应室,其被配置成接收来自所述压缩室的混合物并且在不使用催化剂的情况下在足以氧化所述混合物的内部反应室温度下维持所述混合物的氧化;其中所述膨胀室被配置成接收来自所述反应室的氧化产物气并经由所述往复活塞使所述膨胀室内的所述产物气膨胀。
[0073] 在某些实施方式中,反应室包括进口,并且所述反应室被配置成在所述进口处将所述混合物的进口温度维持在所述混合物的自燃温度之上。在某些实施方式中,该系统还包括热交换器,所述热交换器被配置成从所述反应室的产物气吸取热量并在将所述混合物引入至所述反应室中之前加热所述混合物。在某些实施方式中,所述热交换器包括套管式热交换器。在某些实施方式中,产物气被引导回所述反应室中并与被引入至所述反应室中的空气-燃料混合物结合。在某些实施方式中,该系统还包括布置在所述反应室内的热交换介质。在某些实施方式中,所述介质被配置成通过将热量导向所述反应室的进口将所述反应室的内部温度维持在所述混合物的熄火温度之下,并且其中所述氧化室的进口处的介质由被引入至所述氧化室中的所述混合物冷却。在某些实施方式中,所述燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
[0074] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的方法包括以下的步骤:接收通过进气管的气体空气-燃料混合物,所述混合物包含空气和气体燃料的混合物;利用压缩室压缩所述混合物,所述压缩室与往复式发动机联接并在往复活塞室中压缩所述混合物;在反应室中氧化所述混合物,所述反应室被配置成经由进口接收来自所述压缩室的混合物并且在不使用催化剂的情况下在所述反应室的内部温度维持所述燃料的氧化;和在与往复活塞室联接的往复活塞室中使来自所述反应室的经加热的产物气膨胀,由此驱动所述往复式发动机。
[0075] 在某些实施方式中,将所述反应室的内部温度维持在所述燃料的熄火温度之下。在某些实施方式中,所述步骤还包括当所述反应室中的温度达到或升高至所述熄火温度之上时从所述反应室移除热量。在某些实施方式中,将在所述进口处所述混合物的温度维持在所述混合物的自燃温度之上。在某些实施方式中,所述步骤还包括在所述反应室中氧化所述混合物之前通过热交换器加热所述混合物。在某些实施方式中,所述热交换器位于所述反应室内。在某些实施方式中,在所述反应室的进口处所述混合物的进口温度在所述混合物的自燃温度之下。在某些实施方式中,在所述热交换器内将所述混合物加热至高于所述自燃温度的温度。
[0076] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的方法包括以下的步骤:在与往复式发动机联接的往复活塞压缩室中压缩包含空气和气体燃料的混合物的空气-燃料混合物;在反应室中在所述燃料的自燃温度之上和在所述燃料的熄火温度之下氧化所述混合物,所述反应室被配置成经由进口接收来自所述压缩室的混合物;和在与所述往复式发动机联接的往复活塞室中使来自所述反应室的产物气膨胀,由此驱动所述往复式发动机。
[0077] 在某些实施方式中,将所述反应室的内部温度维持在所述混合物的熄火温度之下。在某些实施方式中,该方法还包括当所述反应室中的绝热温度达到或升高至所述熄火温度之上时从所述反应室移除热量的步骤。在某些实施方式中,将在所述进口处所述混合物的温度维持在所述混合物的自燃温度之上。在某些实施方式中,该方法还包括在所述反应室中氧化所述燃料之前通过热交换器加热所述混合物的步骤。在某些实施方式中,所述热交换器位于所述反应室内。在某些实施方式中,在所述反应室的进口处所述混合物的进口温度在所述混合物的自燃温度之下。在某些实施方式中,在所述热交换器内将所述混合物加热至高于所述自燃温度的温度。
[0078] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的方法包括以下的步骤:引导包含空气和气体燃料的混合物的空气-燃料混合物在与往复式发动机联接的往复式压缩活塞中压缩;将来自所述压缩活塞的所述混合物引导至反应室中,所述反应室被配置成在所述反应室内在所述混合物的自燃温度之上和所述混合物的熄火温度之下逐步氧化所述混合物;和引导来自所述反应室的产物气在与所述往复式发动机联接的往复式膨胀活塞中膨胀,由此驱动所述往复式发动机。
[0079] 在某些实施方式中,该方法还包括利用传感器测定何时所述反应室内的温度达到或超过所述熄火温度的步骤。在某些实施方式中,该方法还包括当所述反应室中的温度达到所述熄火温度时引导从所述反应室移除热量,使得所述反应室中的温度保持在熄火温度之下的步骤。在某些实施方式中,该方法还包括将所述反应室内的内部温度维持在约2300°F之下的步骤。
[0080] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的方法包括以下的步骤:测定反应室内的氧含量水平,所述反应室具有进口和出口并且被配置成在不使用催化剂的情况下逐步氧化气体混合物中的燃料;基于测定的氧含量水平输出指令以将烟道气引入至反应室中,所述烟道气接收自反应室的出口并且含有由所述反应室内燃料的氧化产生的产物气。
[0081] 在某些实施方式中,引入所述烟道气包括将所述烟道气与所述气体混合物混合。在某些实施方式中,该方法还包括确定是否所述反应室内的内部温度达到所述燃料的熄火温度的步骤。在某些实施方式中,该方法还包括当所述反应室内的绝热温度达到所述燃料的熄火温度时输出指令以降低所述反应室内的内部温度的步骤。在某些实施方式中,所述指令包括从所述反应室移除热量。在某些实施方式中,输出指令被配置成改变所述反应室内所述燃料的熄火温度。在某些实施方式中,该方法还包括测定所述反应室进口处所述气体混合物的进口温度的步骤。在某些实施方式中,该方法还包括当所述进口温度达到所述燃料的自燃温度时增加所述进口处所述气体混合物的温度,使得所述进口温度维持在所述自燃温度之上的步骤。在某些实施方式中,增加温度包括在所述反应室进口处或附近将所述烟道气与所述气体混合物混合。
[0082] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的方法包括以下的步骤:测定下列各项中的至少一个:反应室内的氧含量水平(所述反应室具有进口和出口并且被配置成在不使用催化剂的情况下逐步氧化气体混合物中的燃料)和所述反应室进口处所述气体混合物的进口温度;基于测定的氧含量水平和进口温度中的至少一个,当发生下列各项中的至少一个时将接收自所述反应室的出口并且含有来自所述反应室内所述燃料的氧化的经加热的产物气的烟道气引入至所述反应室中:测定的氧含量水平达到或超出预定阈值和所述进口温度达到或低于所述燃料的自燃温度。
[0083] 在某些实施方式中,引入所述烟道气包括将所述烟道气与所述气体混合物混合。在某些实施方式中,该方法还包括确定是否所述反应室内的内部温度达到所述燃料的熄火温度的步骤。在某些实施方式中,该方法还包括当所述反应室内的绝热温度达到所述燃料的熄火温度时降低所述反应室内的内部温度的步骤。在某些实施方式中,降低内部温度包括从所述反应室移除热量。在某些实施方式中,该方法还包括通过减少所述反应室内的氧含量增加所述反应室内的熄火温度的步骤。
[0084] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的方法包括以下的步骤:利用处理器测定反应室内的氧含量水平,所述反应室具有进口和出口并且被配置成在不使用催化剂的情况下逐步氧化气体混合物中的燃料;和基于测定的氧含量水平,将接收自所述反应室的出口并且含有来自所述反应室内所述燃料的氧化的经加热的产物气的烟道气引入至反应室中。
[0085] 在某些实施方式中,引入所述烟道气包括将所述烟道气与所述气体混合物混合。在某些实施方式中,将所述烟道气与所述气体混合物在所述反应室进口处或附近混合。在某些实施方式中,该方法还包括确定是否所述反应室内的内部温度达到或超过燃料的熄火温度的步骤。在某些实施方式中,该方法还包括当所述反应室内的绝热温度达到或超过所述燃料的熄火温度时降低所述反应室内的内部温度的步骤。在某些实施方式中,降低内部温度包括从所述反应室移除热量。在某些实施方式中,该方法还包括通过改变所述反应室内的氧含量改变所述反应室内的熄火温度的步骤。
[0086] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的方法包括以下的步骤:在具有进口和出口的第一反应室中确定何时在所述反应室进口处包含可氧化燃料的气体混合物的进口温度达到或下降至低于所述燃料的自燃温度,所述第一反应室被配置成在不使用催化剂的情况下维持逐步氧化过程;和当确定所述进口温度达到或下降至低于所述燃料的自燃温度时,通过在所述进口处或附近将包含来自所述反应室的至少部分氧化的产物气的烟道气引入至所述气体混合物中增加所述气体混合物的进口温度。
[0087] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的方法包括以下的步骤:在第一反应室中逐步氧化第一气体混合物中的第一燃料,所述第一反应室被配置成在不使用催化剂的情况下维持所述第一反应室内所述第一燃料的逐步氧化;将包含来自所述第一反应室中所述第一燃料的氧化的经加热的产物气的烟道气引入至第二反应室中;将第二燃料引入至所述第二反应室中;和在不使用催化剂的情况下在所述第二反应室中在逐步氧化过程中氧化所述第二燃料;其中所述第一反应室内的第一内部温度维持在所述第一燃料的熄火温度之下。
[0088] 在某些实施方式中,该方法包括将所述第二反应室内的第二内部温度维持在所述第二燃料的熄火温度之下的步骤。在某些实施方式中,该方法还包括当所述第二反应室内的绝热温度达到或超过所述第二反应室内的所述第二燃料的熄火温度时降低所述第二反应室内的所述第二内部温度的步骤。在某些实施方式中,降低第二内部温度包括从所述第二反应室移除热量。在某些实施方式中,所述第二燃料的熄火温度高于所述第一燃料的熄火温度。在某些实施方式中,该方法还包括当所述第一反应室内的绝热温度达到或超过所述第一反应室内的所述第一燃料的熄火温度时降低所述第一反应室内的第一内部温度的步骤。在某些实施方式中,降低第一内部温度包括从所述第一反应室移除热量。在某些实施方式中,该方法还包括测定在所述第一反应室进口处所述气体混合物的第一进口温度的步骤。在某些实施方式中,该方法还包括当所述第一进口温度达到或下降至低于所述第一反应室内所述第一燃料的自燃温度时增加所述第一进口温度,使得所述第一进口温度维持在所述自燃温度之上的步骤。在某些实施方式中,该方法还包括测定第二反应室进口处的第二进口温度的步骤。在某些实施方式中,该方法还包括当所述第二进口温度达到或下降至低于所述第二反应室内所述第二燃料的自燃温度时增加所述第二进口温度,使得所述第二进口温度维持在所述自燃温度之上的步骤。在某些实施方式中,该方法还包括增加所述第二进口温度的步骤包括引入所述烟道气以与所述第二燃料在所述第二反应室进口处或附近混合。
[0089] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的方法包括以下的步骤:在第一反应室中逐步氧化第一气体混合物中的第一燃料,所述第一反应室被配置成在不使用催化剂的情况下维持所述第一反应室内所述第一燃料的逐步氧化;将包含来自所述第一反应室中所述第一燃料的氧化的经加热的产物气的烟道气引入至第二反应室,所述第二反应室被配置成在不使用催化剂的情况下维持逐步氧化;利用处理器测定所述第二反应室内的氧含量水平;将第二燃料引入至所述第二反应室中;和在不使用催化剂的情况下在所述第二反应室中在逐步氧化过程中氧化所述第二燃料。
[0090] 在某些实施方式中,引入至所述第二室内的烟道气在所述第二室内的量和分布基于测定的氧含量水平。在某些实施方式中,所述第一反应室内的第一内部温度维持在所述第一燃料的熄火温度之下。在某些实施方式中,该方法还包括将所述第二反应室内的第二内部温度维持在所述第二燃料的熄火温度之下的步骤。在某些实施方式中,该方法还包括当所述第二反应室内的绝热温度达到或超过所述第二反应室内的所述第二燃料的熄火温度时降低所述第二反应室内的所述第二内部温度的步骤。在某些实施方式中,降低第二内部温度包括从所述第二反应室移除热量。在某些实施方式中,该方法还包括当所述第一反应室内的绝热温度达到或超过所述第一反应室内的所述第一燃料的熄火温度时降低所述第一反应室内的第一内部温度的步骤。在某些实施方式中,降低第一内部温度包括从所述第一反应室移除热量。在某些实施方式中,该方法还包括测定在所述第一反应室进口处所述气体混合物的第一进口温度的步骤。在某些实施方式中,该方法还包括当所述第一进口温度达到或下降至低于所述第一反应室内所述第一燃料的自燃温度时增加所述第一进口温度,使得所述第一进口温度维持在所述自燃温度之上的步骤。在某些实施方式中,该方法还包括测定第二反应室进口处的第二进口温度的步骤。在某些实施方式中,该方法还包括当所述第二进口温度达到或下降至低于所述第二反应室内所述第二燃料的自燃温度时增加所述第二进口温度,使得所述第二进口温度维持在所述自燃温度之上的步骤。在某些实施方式中,增加所述第二进口温度包括引入所述烟道气以与所述第二燃料在所述第二反应室进口处或附近混合。
[0091] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的系统包括具有第一进口和第一出口的第一反应室,所述第一反应室被配置成接收包含第一可氧化燃料的第一气体,所述第一反应室被配置成维持所述第一燃料的逐步氧化过程;和具有第二进口和第二出口的第二反应室,所述第二反应室被配置成接收包含第二可氧化燃料的第二气体,所述第二反应室被配置成维持所述第二燃料的逐步氧化过程;其中所述第一和第二反应室被配置成将各自反应室中的内部温度维持在各自燃料的熄火温度之下;其中所述第二反应室被配置成将包含来自所述第一反应室中所述第一燃料的氧化的经加热的产物气的烟道气通过第二进口接收至第二反应室中。
[0092] 在某些实施方式中,该系统包括布置在至少一个反应室内的热交换介质,所述介质被配置成将所述反应室的内部温度维持在绝热熄火温度之下。在某些实施方式中,第一和第二反应室中的至少一个被配置成当各自反应室内的绝热温度达到或超过各自燃料的熄火温度时减少各自内部温度。在某些实施方式中,第一和第二反应室中的至少一个被配置成通过热交换器从各自反应室移除热量来减少各自内部温度。在某些实施方式中,所述热交换器包括引入至各自反应室中的流体。在某些实施方式中,热交换器被配置成从各自反应室排空所述流体。在某些实施方式中,所述热交换器包括用于生成蒸汽的装置。
[0093] 在某些实施方式中,热交换器被配置成当各自反应室内的温度超过2300°F时从各自反应室吸出热量。在某些实施方式中,第一反应室被配置成当所述第一进口处的第一进口温度达到或下降至低于所述第一燃料的自燃温度时增加所述第一进口处所述第一气体的温度。在某些实施方式中,第二反应室被配置成当所述第二进口处的第二进口温度达到或下降至低于所述第二燃料的自燃温度时增加所述第二进口处所述第二气体的温度。
[0094] 在某些实施方式中,第二反应室被配置成当所述第二进口处所述第二气体的第二进口温度达到或下降至低于所述第二燃料的自燃温度时将所述烟道气与所述第二气体混合。在某些实施方式中,所述烟道气在所述第二反应室内的分布基于所述第二进口处所述第二气体的第二进口温度和所述第二反应室的内部温度中的至少一个。在某些实施方式中,该系统还包括涡轮机或活塞发动机,所述涡轮机或活塞发动机接收来自至少一个所述反应室的气体。在某些实施方式中,涡轮机接收来自所述第二反应室的气体。在某些实施方式中,在将燃料混合物引入至至少一个反应室中之前,压缩机接收并压缩包含所述燃料混合物的气体。在某些实施方式中,压缩机被配置成在将所述第二气体引入至所述第二反应室中之前压缩所述第二气体。
[0095] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的系统包括具有反应室的氧化器,所述反应室被配置成接收包含可氧化燃料的气体混合物并在所述反应室内在逐步氧化过程中氧化所述包含可氧化燃料的气体混合物;进口,所述进口被配置成在所述氧化过程中将流体引入至所述反应室中,所述流体所处的进口温度低于所述反应室的内部温度,使得所述流体当被引入至所述反应室时被加热;和出口,所述出口被配置成从所述反应室抽出经加热的流体;其中反应室被配置成将所述内部温度维持在所述燃料的自燃温度之上和所述燃料的熄火温度之下。
[0096] 在某些实施方式中,进口被配置成将液体引入至所述反应室中。在某些实施方式中,所述液体通过穿过所述反应室内的一个或多个盘管被引入至所述反应室中。在某些实施方式中,所述盘管不与所述反应室流体连通。在某些实施方式中,通过将所述液体注入至所述反应室中将所述液体引入至所述反应室中,使得所述液体与所述气体混合物在所述反应室内混合。在某些实施方式中,进口被配置成将所述流体作为气体引入至所述反应室中。在某些实施方式中,所述气体通过穿过所述反应室内的一个或多个盘管被引入至所述反应室中。在某些实施方式中,所述盘管不允许所述气体和所述气体混合物在所述反应室内的混合。在某些实施方式中,通过将所述气体注入至所述反应室中所述气体被引入至所述反应室中,使得所述气体与所述气体混合物在所述反应室内混合。在某些实施方式中,出口被配置成将加热的流体作为气体从所述反应室中抽出。在某些实施方式中,出口被配置成再引导所述气体进入所述反应室中,使得所述气体与所述气体混合物在所述反应室内混合。在某些实施方式中,反应室内的绝热反应温度达到熄火温度,将所述流体引入至所述反应室中。在某些实施方式中,进口温度低于所述燃料的自燃温度。在某些实施方式中,所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
[0097] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的方法包括以下的步骤:将包含可氧化燃料的气体混合物引导至具有反应室的氧化器,所述反应室被配置成接收并在反应室在逐步氧化过程中氧化所述燃料,所述反应室被配置成将内部温度维持在所述燃料的自燃温度之上和所述燃料的熄火温度之下;和在所述氧化过程期间将流体引入至所述反应室中,所述流体处于低于所述反应室的内部温度的进口温度,使得所述流体当被引入至所述反应室时被加热;和从所述反应室抽出加热的流体。
[0098] 在某些实施方式中,所述流体作为液体被引入至所述反应室中。在某些实施方式中,所述液体通过穿过所述反应室内的一个或多个盘管被引入至所述反应室中。在某些实施方式中,所述液体被注入至所述反应室中,使得所述液体与所述气体混合物在所述反应室内混合。在某些实施方式中,所述流体作为气体被引入至所述反应室中。在某些实施方式中,通过使所述气体穿过所述反应室内的一个或多个盘管所述气体被引入至所述反应室中。在某些实施方式中,将所述气体注入至所述反应室中,使得所述气体与所述气体混合物在所述反应室内混合。在某些实施方式中,将加热的流体作为加热的气体从所述反应室中抽出。在某些实施方式中,该方法还包括将所述加热的气体再引导至所述反应室中,使得所述加热的气体与所述气体混合物在所述反应室内混合的步骤。在某些实施方式中,所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
[0099] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的氧化器包括具有反应室,所述反应室具有一个或多个进口,所述一个或多个进口被配置成引导燃料、氧化剂或稀释剂的至少一种气体至所述反应室中,和一个或多个出口,所述一个或多个出口被配置成引导来自反应室的反应产物;和加热器,所述加热器被配置成在一个或多个进口处或之前将所述至少一种气体中的一种或多种的温度维持在所述反应室内所得混合物的自燃温度之上,所述所得混合物包含燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体,并且其中反应室被配置成氧化所述混合物并将所述反应室内的绝热温度和最大反应温度维持在所述混合物的熄火温度之下。
[0100] 在某些实施方式中,反应室包括单一进口。在某些实施方式中,所述氧化器被配置成改变将混合物通过进口引入至反应室中的流量。在某些实施方式中,加热器包括热交换器,所述热交换器在一个或多个进口处或之前将来自反应产物的热量传递至混合物。在某些实施方式中,加热器被配置成在所述一个或多个进口处或之前将氧化剂或稀释剂中的至少一种与燃料混合。在某些实施方式中,所述氧化器被配置成利用来自反应产物的热量来产生蒸汽。在某些实施方式中,所述氧化器被配置成利用来自反应产物的热量来驱动发电机发电。在某些实施方式中,所述氧化器被配置成通过涡轮机或活塞发动机驱动发电机,所述涡轮机或活塞发动机被配置成使来自反应室的反应产物膨胀。在某些实施方式中,所述氧化器被配置成利用来自反应产物的热量以加热未通过氧化器的物料。在某些实施方式中,所述氧化器被配置成改变燃料、氧化剂或稀释剂的至少一种气体中的一种或多种通过一个或多个进口被引入至反应室中的流量。在某些实施方式中,所述氧化器被配置成改变将所述反应产物从所述反应室引导通过所述出口的流量。在某些实施方式中,氧化器还包括调节器,所述调节器被配置成改变所述进口处或附近所述混合物的流动或所述混合物的压力中的至少一个。
[0101] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的氧化器包括反应室,所述反应室具有进口,所述进口被配置成引导燃料、氧化剂或稀释剂的至少一种气体进入反应室中,和出口,所述出口被配置成引导来自反应室的反应产物;和用于在所述进口处或之前将进气的温度维持在所述反应室内所得混合物的自燃温度之上的装置,所述所得混合物包含燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体,其中所述反应室被配置成氧化所述混合物和将所述反应室内的绝热温度和最大反应温度维持在所述混合物的熄火温度之下。
[0102] 在某些实施方式中,所述反应室包括多个进口。在某些实施方式中,所述反应室包括多个出口。在某些实施方式中,用于升高温度的装置包括热交换器,所述热交换器在进口处或之前将来自反应产物的热量传递至混合物。在某些实施方式中,用于升高温度的装置被配置成在进口处或之前将稀释剂与燃料混合。在某些实施方式中,所述氧化器被配置成利用来自反应产物的热量来产生蒸汽。在某些实施方式中,所述氧化器被配置成利用来自反应产物的热量来驱动发电机发电。在某些实施方式中,所述氧化器被配置成通过涡轮机或活塞发动机驱动发电机,所述涡轮机或活塞发动机被配置成使来自反应室的反应产物膨胀。在某些实施方式中,所述氧化器被配置成利用来自反应产物的热量以加热未通过氧化器的物料。在某些实施方式中,所述氧化器被配置成改变将混合物通过进口引入至反应室中的流量。在某些实施方式中,所述氧化器被配置成改变将所述反应产物从所述反应室引导通过所述出口的流量。在某些实施方式中,氧化器该包括调节器,所述调节器被配置成改变所述进口处或附近所述混合物的流动或所述混合物的压力中的至少一个。在某些实施方式中,所述氧化器被配置成改变将燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体中的一种或多种通过一个或多个进口引入至所述反应室中的流量。
[0103] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的氧化器包括反应室,所述反应室具有一个或多个进口,所述一个或多个进口被配置成引导燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体进入所述反应室中,和一个或多个出口,所述一个或多个出口被配置成引导来自反应室的反应产物;和加热器,所述加热器被配置成在一个或多个进口处或之前将所述至少一种气体中的一种或多种的温度维持在所述反应室内所得混合物的自燃温度之上,所述所得混合物包含燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体,其中所述反应室被配置成氧化所述混合物和将所述反应室内的绝热温度维持在混合物的熄火温度之上并将反应室内的最大反应温度维持在所述混合物的熄火温度之下。
[0104] 在某些实施方式中,氧化器包括吸热器,所述吸热器被配置成从反应室移除热量。在某些实施方式中,吸热器被配置成从反应室移除热量通过生成蒸汽。在某些实施方式中,反应室包括单一进口。在某些实施方式中,所述氧化器被配置成改变通过单一进口将混合物引入至反应室中的流量。在某些实施方式中,加热器包括热交换器,所述热交换器在一个或多个进口处或之前将来自反应产物的热量传递至混合物。在某些实施方式中,加热器被配置成在一个或多个进口处或之前将稀释剂与燃料混合。在某些实施方式中,所述氧化器被配置成利用来自反应产物的热量来产生蒸汽。在某些实施方式中,所述氧化器被配置成利用来自反应产物的热量来驱动发电机发电。在某些实施方式中,所述氧化器被配置成通过涡轮机或活塞发动机驱动发电机,所述涡轮机或活塞发动机被配置成使来自反应室的反应产物膨胀。在某些实施方式中,所述氧化器被配置成利用来自反应产物的热量以加热未通过氧化器的物料。在某些实施方式中,所述氧化器被配置成改变将所述反应产物从所述反应室引导通过所述出口的流量。在某些实施方式中,所述氧化器被配置成改变将燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体中的一种或多种通过一个或多个进口引入至反应室中的流量。在某些实施方式中,氧化器还包括调节器,所述调节器被配置成改变所述进口处或附近所述混合物的流动或所述混合物的压力中的至少一个。
[0105] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的氧化器包括反应室,所述反应室具有进口,所述进口被配置成引导燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体进入反应室中,和出口,所述出口被配置成引导来自反应室的反应产物;用于在所述多个进口处或之前将混合物的温度维持在所得混合物的自燃温度之上的装置;和用于在所述进口处或之前将进气的温度维持在所述反应室内所得混合物的自燃温度之上的装置,所述所得混合物包含燃料、氧化剂或稀释剂的至少一种气体,其中反应室被配置成氧化所述混合物并且将所述反应室内的绝热温度维持在所述混合物的熄火温度之上并将所述反应室内的最大反应温度维持在所述混合物的熄火温度之下。
[0106] 在某些实施方式中,所述反应室包括多个进口。在某些实施方式中,所述反应室包括多个出口。在某些实施方式中,用于升高温度的装置包括热交换器,所述热交换器在进口处或之前将来自反应产物的热量传递至混合物。在某些实施方式中,用于升高温度的装置被配置成在进口处或之前将稀释剂与燃料混合。在某些实施方式中,所述氧化器被配置成利用来自反应产物的热量来产生蒸汽。在某些实施方式中,所述氧化器被配置成利用来自反应产物的热量来驱动发电机发电。在某些实施方式中,所述氧化器被配置成通过涡轮机或活塞发动机驱动发电机,所述涡轮机或活塞发动机被配置成使来自反应室的反应产物膨胀。在某些实施方式中,所述氧化器被配置成利用来自反应产物的热量以加热未通过氧化器的物料。在某些实施方式中,所述氧化器被配置成改变将混合物通过进口引入至反应室中的流量。在某些实施方式中,所述氧化器被配置成改变将所述反应产物从所述反应室引导通过所述出口的流量。在某些实施方式中,氧化器还包括调节器,所述调节器被配置成改变所述进口处或附近所述混合物的流动或所述混合物的压力中的至少一个。
[0107] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的氧化器包括反应室,所述反应室具有一个或多个进口,所述一个或多个进口被配置成引导燃料、氧化剂或稀释剂的至少一种气体进入所述反应室,和一个或多个出口,所述一个或多个出口被配置成引导来自反应室的反应产物;和加热器,所述加热器被配置成在一个或多个进口处或之前将所述至少一种气体中的一种或多种的温度维持在所述反应室内的所得混合物的自燃温度之上,所述所得混合物包含燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气,其中所述反应室被配置成氧化所述混合物和将反应室内的绝热温度维持在混合物的熄火温度之下并将反应室内的最大反应温度维持在混合物的熄火温度之下。
[0108] 在某些实施方式中,反应室包括单一进口。在某些实施方式中,所述氧化器被配置成改变将混合物通过一个或多个进口引入至反应室中的流量。在某些实施方式中,所述氧化器被配置成改变将燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体中的一种或多种通过一个或多个进口引入至反应室中的流量。在某些实施方式中,氧化器还包括热交换器,所述热交换器在一个或多个进口处或之前将来自反应产物的热量传递至混合物。在某些实施方式中,加热器被配置成在一个或多个进口处或之前将稀释剂与燃料混合。在某些实施方式中,所述氧化器被配置成利用来自反应产物的热量来产生蒸汽。在某些实施方式中,所述氧化器被配置成利用来自反应产物的热量来驱动发电机发电。在某些实施方式中,所述氧化器被配置成通过涡轮机或活塞发动机驱动发电机,所述涡轮机或活塞发动机被配置成使来自反应室的反应产物膨胀。在某些实施方式中,所述氧化器被配置成利用来自反应产物的热量以加热未通过氧化器的物料。在某些实施方式中,所述氧化器被配置成改变将所述反应产物从所述反应室引导通过所述出口的流量。在某些实施方式中,氧化器还包括调节器,所述调节器被配置成改变所述进口处或附近所述混合物的流动或所述混合物的压力中的至少一个。
[0109] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的氧化器包括反应室,所述反应室具有进口,所述进口被配置成引导燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体进入反应室中,和出口,所述出口被配置成引导来自反应室的反应产物;和用于在进口处或之前将进气的温度维持在反应室内所得混合物的自燃温度之下的装置,所述所得混合物包括燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体,其中反应室被配置成氧化所述混合物和将反应室内的绝热温度维持在混合物的熄火温度之下并将反应室内的最大反应温度维持在混合物的熄火温度之下。
[0110] 在某些实施方式中,所述反应室包括多个进口。在某些实施方式中,所述反应室包括多个出口。在某些实施方式中,维持温度的装置包括热交换器,所述热交换器在进口处或之前将来自反应产物的热量传递至混合物。在某些实施方式中,用于维持温度的装置被配置成在进口处或之前将稀释剂与燃料混合。在某些实施方式中,所述氧化器被配置成利用来自反应产物的热量来产生蒸汽。在某些实施方式中,所述氧化器被配置成利用来自反应产物的热量来驱动发电机发电。在某些实施方式中,所述氧化器被配置成通过涡轮机或活塞发动机驱动发电机,所述涡轮机或活塞发动机被配置成使来自反应室的反应产物膨胀。在某些实施方式中,所述氧化器被配置成利用来自反应产物的热量以加热未通过氧化器的物料。在某些实施方式中,所述氧化器被配置成改变将混合物通过进口引入至反应室中的流量。在某些实施方式中,所述氧化器被配置成改变将所述反应产物从所述反应室引导通过所述出口的流量。在某些实施方式中,氧化器包括调节器,所述调节器被配置成改变所述进口处或附近所述混合物的流动或所述混合物的压力中的至少一个。
[0111] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的氧化器包括反应室,所述反应室具有一个或多个进口,所述一个或多个进口被配置成将燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体引导至反应室中,和一个或多个出口,所述一个或多个出口被配置成引导来自反应室的反应产物;和加热器,所述加热器被配置成在一个或多个进口处或之前将所述至少一种气体中的一种或多种的温度维持在所述反应室内所得混合物的自燃温度之上,所述所得混合物包含燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体,其中反应室被配置成氧化所述混合物和将反应室内的绝热温度维持在混合物的熄火温度之上并将反应室内的最大反应温度维持在混合物的熄火温度之下。
[0112] 在某些实施方式中,吸热器被配置成从反应室移除热量。在某些实施方式中,吸热器被配置成通过生成蒸汽从反应室移除热量。在某些实施方式中,氧化器还包括反应室内的热输送器,所述热输送器被配置成在反应室内分配热量。在某些实施方式中,热输送器包括反应室内的多孔介质。在某些实施方式中,热输送器包括反应室内的流体介质。在某些实施方式中,热输送器包括循环通过反应室的介质。在某些实施方式中,反应室包括单一进口。在某些实施方式中,氧化器还包括热交换器,所述热交换器在一个或多个进口处或之前将来自反应产物的热量传递至混合物。在某些实施方式中,加热器被配置成在一个或多个进口处或之前将稀释剂与燃料混合在某些实施方式中,所述氧化器被配置成利用来自反应产物的热量来驱动发电机发电。在某些实施方式中,所述氧化器被配置成通过涡轮机或活塞发动机驱动发电机,所述涡轮机或活塞发动机被配置成使来自反应室的反应产物膨胀。在某些实施方式中,所述氧化器被配置成利用来自反应产物的热量以加热未通过氧化器的物料。在某些实施方式中,所述氧化器被配置成改变将燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体中的一种或多种通过一个或多个进口引入至反应室中的流量。在某些实施方式中,所述氧化器被配置成改变将所述反应产物从所述反应室引导通过所述出口的流量。在某些实施方式中,氧化器还包括调节器,所述调节器被配置成改变所述进口处或附近所述混合物的流动或所述混合物的压力中的至少一个。
[0113] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的氧化器包括反应室,所述反应室具有进口,所述进口被配置成引导燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体进入反应室中,和出口,所述出口被配置成引导来自反应室的反应产物;和加热器,所述加热器用于在进口处或之前将进气的温度维持在所述反应室内所得混合物的自燃温度之上,所述所得混合物包含燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体,其中所述反应室被配置成氧化所述混合物和将反应室内的绝热温度维持在混合物的熄火温度之上并将反应室内的最大反应温度维持在混合物的熄火温度之下。
[0114] 在某些实施方式中,氧化器包括用于从所述反应室移除热量的装置。在某些实施方式中,所述用于移除热量的装置被配置成通过生成蒸汽从反应室移除热量。在某些实施方式中,氧化器还包括用于在反应室内分配热量的装置。在某些实施方式中,用于分配热量的装置包括反应室内的多孔介质。在某些实施方式中,用于分配热量的装置包括反应室内的流体介质。在某些实施方式中,用于分配热量的装置包括循环通过反应室的介质。在某些实施方式中,所述反应室包括多个进口。在某些实施方式中,所述反应室包括多个出口。在某些实施方式中,加热器包括热交换器,所述热交换器在进口处或之前将来自反应产物的热量传递至混合物。在某些实施方式中,加热器被配置成在进口处或之前将稀释剂与燃料混合。
[0115] 在某些实施方式中,所述氧化器被配置成利用来自反应产物的热量来驱动发电机发电。在某些实施方式中,所述氧化器被配置成通过涡轮机或活塞发动机驱动发电机,所述涡轮机或活塞发动机被配置成使来自反应室的反应产物膨胀。在某些实施方式中,所述氧化器被配置成利用来自反应产物的热量以加热未通过氧化器的物料。在某些实施方式中,所述氧化器被配置成改变将燃料、氧化剂或稀释剂中的至少一种气体中的一种或多种通过进口引入至所述反应室中的流量。在某些实施方式中,所述氧化器被配置成改变将所述反应产物从所述反应室引导通过所述出口的流量。在某些实施方式中,氧化器还包括调节器,所述调节器被配置成改变所述进口处或附近所述混合物的流动或所述混合物的压力中的至少一个。
[0116] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的系统包括具有第一进口和第一出口的第一反应室,所述第一反应室被配置成通过所述第一进口接收包含可氧化燃料的第一气体,所述第一反应室被配置成维持所述第一气体的逐步氧化和通过所述第一出口传递烟道气;和与所述第一反应室分开的第二反应室,所述第二反应室具有第二进口和第二出口,所述第二反应室被配置成通过所述第二进口接收包含可氧化燃料的第二气体和所述烟道气,所述第二反应室被配置成维持所述第二气体的逐步氧化;其中烟道气从所述第一出口传递至所述第二进口直至所述第二反应室内的内部温度在所述第二气体的自燃温度之上。
[0117] 在某些实施方式中,在所述内部温度高于所述自燃温度后所述烟道气不从所述第一出口传递至所述第二进口。在某些实施方式中,第一或第二反应室中的至少一个被配置成当各自反应室内的内部温度达到或超过各自燃料的熄火温度时降低各自内部温度。在某些实施方式中,第一或第二反应室中的至少一个被配置成通过从各自反应室移除热量减少各自内部温度。在某些实施方式中,第一或第二反应室中的至少一个被配置成通过热交换器移除热量。在某些实施方式中,所述热交换器包括引入至各自反应室中的流体。在某些实施方式中,热交换器被配置成从各自反应室排空所述流体。在某些实施方式中,所述热交换器包括用于生成蒸汽的装置。在某些实施方式中,热交换器被配置成当各自反应室内的温度超过2300°F时从各自反应室吸出热量。在某些实施方式中,第二反应室被配置成当在所述第二进口处所述第二气体的温度达到或下降至低于所述第二燃料的自燃温度时将所述烟道气与所述第二气体混合。在某些实施方式中,该系统还包括涡轮机或活塞发动机,所述涡轮机或活塞发动机接收来自至少一个所述反应室的气体。在某些实施方式中,涡轮机接收并膨胀来自所述第二反应室的气体。在某些实施方式中,该系统还包括压缩机,在将所述气体引入至所述反应室中的至少一个之前所述压缩机接收并压缩气体。在某些实施方式中,压缩机被配置成在将所述第二气体引入至所述第二反应室中之前压缩所述第二气体。
[0118] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的系统包括具有出口的第一反应室,所述第一反应室被配置成维持包含可氧化燃料的第一气体的逐步氧化,以及将反应产物传递通过所述第一出口;和与所述第一反应室分开的第二反应室,所述第二反应室具有进口,所述进口被配置成接收包含可氧化燃料的第二气体和反应产物,所述第二反应室被配置成维持第二气体的逐步氧化并接收通过所述进口的来自所述第一反应室的所述反应产物,同时所述第二反应室内的内部温度低于所述第二气体的自燃温度。
[0119] 在某些实施方式中,在所述内部温度高于所述自燃温度后所述反应产物不从所述第一反应室传递至所述第二反应室。在某些实施方式中,第一或第二反应室中的至少一个被配置成当各自反应室内的内部温度达到或超过各自燃料的熄火温度时降低各自内部温度。在某些实施方式中,第一或第二反应室中的至少一个被配置成通过从各自反应室移除热量减少各自内部温度。在某些实施方式中,第二反应室被配置成当在所述进口处所述第二气体的温度达到或下降至低于所述第二燃料的自燃温度时将所述反应产物与所述第二气体混合。在某些实施方式中,该系统还包括涡轮机或活塞发动机,所述涡轮机或活塞发动机接收来自至少一个所述反应室的气体。在某些实施方式中,涡轮机接收并膨胀来自所述第二反应室的气体。在某些实施方式中,该系统还包括压缩机,在将所述气体引入至所述反应室中的至少一个之前所述压缩机接收并压缩气体。在某些实施方式中,压缩机被配置成在将所述第二气体引入至所述第二反应室中之前压缩所述第二气体。
[0120] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的系统包括具有反应室的氧化器,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成通过所述进口接收包含可氧化燃料的气体以及维持氧化过程;检测模块,所述检测模块检测何时所述气体的反应室温度达到或下降至低于所述反应室内所述气体的自燃阈值,使得所述反应室将不氧化所述燃料;和校正模块,所述校正模块基于所述检测模块输出指令,改变下列中的至少一个:所述气体在所述反应室内的停留时间和足以使所述气体在所述反应室内的同时发生自燃和氧化的反应室内的自燃延迟时间。
[0121] 在某些实施方式中,校正模块被配置成通过改变所述气体通过所述反应室的流动改变所述气体在所述反应室内的停留时间。在某些实施方式中,校正模块被配置成通过减少所述气体通过所述反应室的流动增加所述气体在所述反应室内的停留时间。在某些实施方式中,校正模块被配置成通过使所述气体从所述反应室的出口至所述进口再循环流动增加所述气体在所述反应室内的停留时间。在某些实施方式中,校正模块被配置成通过改变所述反应室内的气体温度改变所述反应室内的自燃延迟时间。在某些实施方式中,校正模块被配置成通过利用加热器增加所述反应室内的气体温度来减少所述反应室内的自燃延迟时间。在某些实施方式中,校正模块被配置成通过使产物气从所述出口至所述进口循环来减少所述反应室内的自燃延迟时间。在某些实施方式中,反应室被配置成在不使用催化剂的情况下在所述熄火温度之下维持所述可氧化燃料的氧化。在某些实施方式中,该系统还包括涡轮机或活塞发动机,所述涡轮机或活塞发动机接收来自所述反应室的气体并使所述气体膨胀。在某些实施方式中,该系统还包括压缩机,在将燃料混合物引入至所述反应室之前所述压缩机接收并压缩包含所述燃料混合物的气体。在某些实施方式中,所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
[0122] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的系统包括具有反应室的氧化器,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成通过所述进口接收包含可氧化燃料的气体以及维持氧化过程;检测模块,所述检测模块检测何时所述气体的反应室温度达到或下降至低于所述反应室内所述气体的自燃阈值,使得所述反应室将不氧化所述燃料;和校正模块,所述校正模块被配置成利用处理器测定并且基于检测模块,改变下列中的至少一个:所述气体在所述反应室内的停留时间和足以使所述气体在所述反应室内的同时发生自燃和氧化的反应室内的自燃延迟时间,其中氧化器被配置成,基于所述停留时间和所述自燃延迟时间中至少一个的改变,在所述气体在所述反应室内的同时氧化所述气体。
[0123] 在某些实施方式中,校正模块被配置成通过改变所述气体通过所述反应室的流动改变所述气体在所述反应室内的停留时间。在某些实施方式中,校正模块被配置成通过减少所述气体通过所述反应室的流动增加所述气体在所述反应室内的停留时间。在某些实施方式中,校正模块被配置成通过使所述气体从所述反应室的出口至所述进口再循环流动增加所述气体在所述反应室内的停留时间。在某些实施方式中,校正模块被配置成通过改变所述反应室内的气体温度改变所述反应室内的自燃延迟时间。在某些实施方式中,校正模块被配置成通过利用加热器增加所述反应室内的气体温度减少所述反应室内的自燃延迟时间。在某些实施方式中,校正模块被配置成通过使产物气从所述出口至所述进口循环减少所述反应室内的自燃延迟时间。在某些实施方式中,反应室被配置成在不使用催化剂的情况下在所述熄火温度之下维持所述可氧化燃料的氧化。
[0124] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的系统包括具有反应室的氧化器,所述反应室具有进口和出口,所述反应室被配置成通过所述进口接收包含可氧化燃料的气体以及维持氧化过程,和模块,所述模块输出指令,基于对反应室温度的检测,以增加下列各项中的至少一个:所述气体在所述反应室内的停留时间和所述反应室内的反应温度,使得所述燃料在所述反应室内的同时发生氧化。
[0125] 在某些实施方式中,所述模块被配置成通过改变所述气体通过所述反应室的流动改变所述气体在所述反应室内的停留时间。在某些实施方式中,所述模块被配置成通过减少所述气体通过所述反应室的流动增加所述气体在所述反应室内的停留时间。在某些实施方式中,所述模块被配置成通过使所述气体从所述反应室的出口至所述进口再循环流动增加所述气体在所述反应室内的停留时间。在某些实施方式中,所述模块被配置成通过利用加热器增加所述反应室内的气体温度减少所述反应室内的自燃延迟时间。在某些实施方式中,校正模块被配置成通过使产物气从所述出口至所述进口循环减少所述反应室内的自燃延迟时间。
[0126] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的方法包括以下的步骤:在将包含可氧化燃料的气体接收至反应室中的氧化系统中检测何时所述气体的反应室温度达到或下降至低于使得单独所述反应室将不支持所述燃料的氧化的水平,所述反应室具有进口和出口并且被配置成维持氧化过程;和基于检测模块改变以下中的至少一个:所述气体在所述反应室内的停留时间和足以使所述气体在所述反应室内的同时发生自燃和氧化的反应室内的自燃延迟时间。
[0127] 在某些实施方式中,通过改变所述气体通过所述反应室的流动在所述反应室内改变所述气体的停留时间。在某些实施方式中,通过减少所述气体通过所述反应室的流动在所述反应室内改变所述气体的停留时间。在某些实施方式中,通过使所述气体从所述反应室的出口至所述进口再循环流动在所述反应室内改变所述气体的停留时间。在某些实施方式中,通过改变所述反应室内的气体温度改变所述反应室内的自燃延迟时间。在某些实施方式中,通过利用加热器增加所述反应室内的气体温度在所述反应室内减少所述自燃延迟时间。在某些实施方式中,通过使产物气从所述出口至所述进口循环减少所述自燃延迟时间。在某些实施方式中,在不使用催化剂的情况下所述反应室在所述熄火温度之下维持所述可氧化燃料的氧化。在某些实施方式中,该方法还包括在涡轮机或活塞发动机中使来自所述反应室的产物气膨胀的步骤。在某些实施方式中,该方法还包括在将所述气体引入至所述反应室之前压缩所述气体的步骤。在某些实施方式中,所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
[0128] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的方法包括以下的步骤:在将包含可氧化燃料的气体接收至反应室中的氧化系统中检测何时所述气体的反应室温度达到或下降至低于使得单独所述反应室将不支持所述燃料的逐步氧化的水平,所述反应室具有进口和出口并且被配置成维持氧化过程;和基于检测模块改变足以使所述气体在所述反应室内的同时发生自燃和氧化的反应室内的自燃延迟时间。
[0129] 在某些实施方式中,改变所述自燃延迟时间包括将额外的热量引入至所述反应室中,从而将内部反应室温度增加至将维持所述燃料的氧化的水平。在某些实施方式中,该方法还包括通过改变所述气体通过所述反应室的流动改变所述气体在所述反应室内的停留时间的步骤。在某些实施方式中,该方法还包括通过减少所述气体通过所述反应室的流动改变所述气体在所述反应室内的停留时间的步骤。在某些实施方式中,该方法还包括通过使所述气体从所述反应室的出口至所述进口再循环流动改变所述气体在所述反应室内的停留时间的步骤。在某些实施方式中,在不使用催化剂的情况下所述反应室在所述熄火温度之下维持所述可氧化燃料的氧化。在某些实施方式中,该方法还包括在涡轮机或活塞发动机中使来自所述反应室的产物气膨胀的步骤。在某些实施方式中,所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
[0130] 在某些实施方式中,本文所述的用于氧化燃料的方法包括以下的步骤:通过将热源引入至所述反应室中维持可氧化燃料的氧化,从而当所述气体的反应室温度达到或下降至低于使得单独所述反应室将不支持所述燃料的氧化的温度水平时将内部反应室温度增加至将维持所述燃料的氧化的水平。
[0131] 在某些实施方式中,增加内部温度减少自燃延迟时间。在某些实施方式中,该方法还包括通过改变所述气体通过所述反应室的流动改变所述气体在所述反应室内的停留时间的步骤。在某些实施方式中,该方法还包括通过减少所述气体通过所述反应室的流动改变所述气体在所述反应室内的停留时间的步骤。在某些实施方式中,该方法还包括通过使所述气体从所述反应室的出口至所述进口再循环流动改变所述气体在所述反应室内的停留时间的步骤。在某些实施方式中,在不使用催化剂的情况下所述反应室在所述熄火温度之下维持所述可氧化燃料的氧化。在某些实施方式中,该方法还包括在涡轮机或活塞发动机中使来自所述反应室的产物气膨胀的步骤。在某些实施方式中,所述可氧化燃料包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
[0132] 在某些实施方式中,本文所述的氧化燃料的方法包括以下的步骤:将具有低能量含量(LEC)燃料的气体与包含高能量含量(HEC)燃料的气体、包含氧化剂的气体和包含稀释剂的气体的组中的一种或多种混合以形成气体混合物,其中所有气体处于低于被混合的任一种气体的自燃温度的温度;将所述气体混合物的温度增加至至少所述气体混合物的自燃温度并允许所述气体混合物自燃;和在自燃的气体混合物氧化的同时将所述气体混合物的温度维持在熄火温度之下。
[0133] 在某些实施方式中,气体混合物通过热交换器升高至至少所述自燃温度。在某些实施方式中,所述热交换器位于反应室内,所述反应室在不使用催化剂的情况下维持所述气体混合物的氧化。在某些实施方式中,所述气体混合物在反应室内升高至至少所述自燃温度,所述反应室在不使用催化剂的情况下维持所述气体混合物的氧化。在某些实施方式中,所述反应室在所述气体混合物的熄火温度之下维持所述混合物的氧化。在某些实施方式中,该方法还包括利用涡轮机或活塞发动机使气体膨胀的步骤,所述涡轮机或活塞发动机接收来自所述反应室的气体。在某些实施方式中,气体混合物包括氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
[0134] 在某些实施方式中,本文所述的氧化方法包括以下的步骤:将包含氧化剂的气体加热至至少第一气体混合物的自燃温度,所述第一气体混合物具有包含与确定范围的低能量含量(LEC)燃料和高能量含量(HEC)燃料混合的氧化剂的气体;在加热后注入所述LEC燃料气体和所述HEC燃料的第二气体混合物,其中选择LEC和HEC气体的比率和注入速率以产生与当注入至包含氧化剂的加热气体时第一气体混合物比率基本相同的比率;以在小于所述第二气体混合物的点火延迟时间同时允许所述第一气体混合物自燃的时间内产生基本上均质的第一气体混合物的速率将注入的第二气体与包含氧化剂的加热气体混合;和在自燃的第一气体混合物氧化的同时将所述第一气体混合物的温度维持在熄火温度之下。
[0135] 在某些实施方式中,第一气体混合物通过热交换器升高至至少所述自燃温度。在某些实施方式中,所述热交换器位于反应室内,所述反应室在不使用催化剂的情况下维持所述第一气体混合物的氧化。在某些实施方式中,所述第一气体混合物升高至至少所述反应室内的自燃温度,所述反应室在不使用催化剂的情况下维持所述气体混合物的氧化。在某些实施方式中,反应室在所述气体混合物的熄火温度下维持所述第二气体混合物的氧化。在某些实施方式中,该方法还包括利用涡轮机或活塞发动机使气体膨胀的步骤,所述涡轮机或活塞发动机接收来自所述反应室的气体。在某些实施方式中,第一气体混合物包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。在某些实施方式中,
[0136] 在某些实施方式中,本文所述的氧化方法包括以下的步骤:经由室进口接收至反应室中,所述进口被配置成接受具有低能量含量(LEC)燃料以及高能量含量(HEC)燃料气体、含氧化剂(OC)气体和含稀释剂(DC)气体的组中的至少一种的混合物的气体,所述气体混合物处于低于所述气体混合物的自燃温度的温度;通过布置在所述反应室内的热交换介质将所述反应室的内部温度维持在熄火温度之下,通过使热量传递通过所述热交换介质将燃料的反应室进口温度维持高于所述燃料的自燃温度,和引导进入进口的气体经过第一路径通过比所述气体混合物的自燃温度更热的介质,直至所述气体混合物达到在所述气体混合物的自燃温度之上的温度;和引导所述气体经过第二路径通过所述介质至室出口,所述第二路径大体上与所述第一路径相反。
[0137] 在某些实施方式中,反应室在不使用催化剂的情况下维持所述气体混合物的氧化。在某些实施方式中,通过使所述热交换介质在所述反应室外部循环所述反应室在所述气体混合物的熄火温度之下维持所述混合物的氧化。在某些实施方式中,该方法还包括利用涡轮机或活塞发动机使气体膨胀的步骤,所述涡轮机或活塞发动机接收来自所述反应室出口的气体。在某些实施方式中,气体混合物包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
[0138] 在某些实施方式中,本文所述的氧化器包括具有进口和出口的反应室,所述进口被配置成接受具有低能量含量(LEC)燃料以及高能量含量(HEC)燃料、含氧化剂(OC)气体和含稀释剂(DC)气体的组中的至少一种的混合物的气体,所述气体混合物处于低于所述气体混合物的自燃温度的温度;布置在所述反应室内的热交换介质,所述介质被配置成将所述反应室的内部温度维持在熄火温度之下和维持燃料的反应室进口温度高于所述燃料的自燃温度;和从进口至出口的通过所述室的至少一个流动路径,所述流动路径被配置成引导进入所述进口的所述气体经过第一流动路径通过比所述气体混合物的自燃温度更热的介质,直至所述气体混合物达到所述气体混合物的自燃温度之上的温度,其中所述流动路径进一步被配置成引导氧化的气体混合物经过第二流动路径通过所述介质至所述出口,所述第二流动路径大体上与所述第一流动路径相反。
[0139] 在某些实施方式中,反应室被配置成在不使用催化剂的情况下沿着所述第一和第二流动路径中的至少一个维持所述气体混合物的氧化。在某些实施方式中,反应室被配置成通过在所述反应室外部循环热交换介质在所述气体混合物的熄火温度下维持所述混合物的氧化。在某些实施方式中,该系统还包括至少一个涡轮机或活塞发动机,所述至少一个涡轮机或活塞发动机被配置成接收来自所述反应室出口的气体并使所述气体膨胀。在某些实施方式中,该气体混合物包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
[0140] 在某些实施方式中,本文所述的氧化器包括具有进口和出口的反应室,所述进口被配置成接受具有低能量含量(LEC)燃料以及高能量含量(HEC)燃料气体、含氧化剂(OC)气体和含稀释剂(DC)气体的组中的至少一种的混合物的气体,所述气体混合物处于低于所述气体混合物的自燃温度的温度;和热控制器,所述热控制器被配置成将所述气体混合物的温度增加至至少所述混合物的自燃温度,从而允许所述气体混合物自燃,和在自燃的气体混合物氧化的同时将所述气体混合物的温度维持在熄火温度之下。
[0141] 在某些实施方式中,热控制器包括热交换器,所述热交换器被配置成将所述混合物的温度升高至至少所述自燃温度。在某些实施方式中,所述热交换器布置在所述反应室内。在某些实施方式中,热交换器被配置成在所述混合物在所述反应室内后将所述混合物加热至所述自燃温度之上。在某些实施方式中,反应室被配置成在不使用催化剂的情况下在所述气体混合物的熄火温度之下维持所述混合物的氧化。在某些实施方式中,该系统还包括至少一个涡轮机或活塞发动机,所述涡轮机或活塞发动机接收来自所述反应室的气体并使所述气体膨胀。在某些实施方式中,该气体混合物包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
[0142] 在某些实施方式中,本文所述的氧化器包括具有进口和出口的反应室,所述进口被配置成接受具有低能量含量(LEC)燃料以及高能量含量(HEC)燃料气体、含氧化剂(OC)气体、含稀释剂(DC)气体中的至少一种的混合物的气体,所述气体混合物处于低于所述气体混合物的自燃温度的温度;热控制器,所述热控制器被配置成将所述气体加热至至少第一气体混合物的自燃温度,所述第一气体混合物包含具有与确定范围的低能量含量(LEC)燃料和高能量含量(HEC)燃料混合的氧化剂的气体;喷注器,所述喷注器被配置成在所述第一气体被加热至至少第一气体混合物的自燃温度后注入LEC燃料气体和HEC燃料的第二气体混合物,其中所述喷注器以一定的注入速率注入一定比率的LEC和HEC气体,选择所述注入速率以产生与当所述气体被注入至反应室中时第一气体混合物基本上相同比率的LEC和HEC气体;其中所述反应室被配置成以在小于所述第二气体混合物的点火延迟时间的时间内产生基本上均质的第一气体混合物的速率将注入的第二气体与包含氧化剂的加热气体混合并在自燃的第一气体混合物氧化的同时允许第一气体混合物自燃和将所述第一气体混合物的温度维持在熄火温度之下。
[0143] 在某些实施方式中,热控制器包括热交换器,所述热交换器被配置成将所述混合物的温度升高至至少所述自燃温度。在某些实施方式中,所述热交换器布置在所述反应室内。在某些实施方式中,反应室被配置成在不使用催化剂的情况下维持所述第一气体混合物在所述反应室内的氧化。在某些实施方式中,反应室被配置成在不使用催化剂的情况下在所述气体混合物的熄火温度之下维持所述第二气体混合物的氧化。在某些实施方式中,该系统还包括至少一个涡轮机或活塞发动机,所述至少一个涡轮机或活塞发动机被配置成接收来自所述反应室的气体并使所述气体膨胀。在某些实施方式中,第一气体混合物包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
[0144] 这些概念的一个或多个实施方式的细节在附图和下面的描述中给出。从说明书和附图以及从权利要求中这些概念的其他特征、目的和优点将是明显的。如本文所述,上面提及的或下面描述的各个实施方式可以一起使用并与本文所述或提议的其他实施方式结合使用。对不同实施方式的单独讨论不应当理解为意指所述实施方式是截然不同的或不能被结合,除非另外明确地描述,因为在一个部分、附图、章节或段落中描述的实施方式可以与他处描述的其他实施方式结合。
[0145] 附图简述
[0146] 包括附图以提供进一步的理解并且将其加入并构成本说明书的一部分,附图举例说明公开的实施方式以及与其描述一起用来解释公开的实施方式的原理。
[0147] 图1-1A是用于处置含有VOC的废物流的常规燃烧或补充燃烧氧化器系统的示意性图示。
[0148] 图1-1B是常规催化氧化器系统的示意性图示。
[0149] 图1-1C是包括同流换热器的常规氧化器系统的示意性图示。
[0150] 图1-1D是常规再生式氧化器系统的示意性图示。
[0151] 图1-2A是空气-甲烷混合物的点火能的图。
[0152] 图1-2B是各种燃烧和氧化过程的反应温度的图。
[0153] 图1-3是根据本公开的某些方面预先混合的空气-燃料混合物的逐步氧化的图。
[0154] 图1-4A是根据本公开的某些方面当注入至预先加热的空气中时燃料混合物的逐步氧化的图。
[0155] 图1-4B是根据本公开的某些方面用来加热外部流体的逐步氧化过程的图。
[0156] 图1-4C是根据本公开的某些方面多级逐步氧化过程的图。
[0157] 图1-5是根据本公开的某些方面预先混合的空气-燃料混合物的示例性逐步氧化过程的流程图
[0158] 图1-6是根据本公开的某些方面被注入至预先加热的空气中的燃料混合物的示例性逐步氧化过程的流程图。
[0159] 图1-7是根据本公开的某些方面的示例性预先混合氧化系统的示意图。
[0160] 图1-8是根据本公开的某些方面示例性注入逐步氧化系统的示意图。
[0161] 图1-9是根据本公开的某些方面示例性涡轮机-驱动的发电系统的示意性图示。
[0162] 图1-10是根据本公开的某些方面另一涡轮机-驱动的发电系统的示意性图示。
[0163] 图1-11是根据本公开的某些方面利用直接燃料或空气-燃料混合物的示例性GO反应室的剖视图。
[0164] 图1-12示意性地描绘根据本公开的某些方面通过具有喷雾器的逐步氧化系统的流动。
[0165] 图1-13是根据本公开的某些方面多级GO反应室的示意性图示。
[0166] 图1-14是根据本公开的某些方面流化床GO反应室的示意性图示。
[0167] 图1-15A是根据本公开的某些方面再循环床GO反应室的示意性图示。
[0168] 图1-15B是根据本公开的某些方面另一再循环床GO反应室的示意性图示。
[0169] 图1-16是根据本公开的某些方面利用烟道气再循环的GO反应室的示意性图示。
[0170] 图1-17A和17B描绘了根据本公开的某些方面具有结构化的反应元件的GO反应室。
[0171] 图2-1是根据本公开的某些方面与热交换器联接以向工业过程提供工艺加热的氧化器的示意性图示。
[0172] 图2-2是根据本公开的某些方面与加热室联接以加热工艺物料的氧化器的示意性图示。
[0173] 图2-3是根据本公开的某些方面包括内部热交换器的氧化器的示意性图示,工艺气体通过所述内部热交换器。
[0174] 图2-4是根据本公开的某些方面包括多个内部热交换器的氧化器的另一个实施方式的示意性图示,工艺气体通过所述多个内部热交换器。
[0175] 图2-5是根据本公开的某些方面包括多个逐步氧化区带的氧化器的示意性图示,所述逐步氧化区带具有邻接的反应区带,其中分批的工艺物料被加热。
[0176] 图2-6是根据本公开的某些方面包括多个逐步氧化区带的氧化器的示意性图示,所述逐步氧化区带具有邻接的反应区带,其中工艺物料的连续流被加热。
[0177] 图2-7A和2-7B是根据本公开的某些方面氧化器元件的实例设计细节的透视图和截面图。
[0178] 图2-8是根据本公开的某些方面利用图2-7A和2-7B的氧化器的温度作图。
[0179] 图2-9是根据本公开的某些方面使用图2-7A和2-7B的氧化器元件的氧化器组合件的透视图。
[0180] 图3-1是根据本公开的某些方面示例性Schnepel循环发电系统的示意图。
[0181] 图3-2是根据本公开的某些方面图3-1的发电系统的概念图示。
[0182] 图3-3至3-10是根据本公开的某些方面Schnepel循环发电系统的附加实施方式的示意性图示。
[0183] 图4-1是根据本公开的某些方面的三级逐步氧化器流体加热器系统。
[0184] 图4-2是根据本公开的某些方面三级逐步氧化器流体加热器系统的另一个实施方式。
[0185] 图4-3是根据本公开的某些方面单级回热式流体加热系统的另一个实施方式。
[0186] 图4-4是根据本公开的某些方面蒸汽发生系统的两级水管类型的另一个实施方式。
[0187] 图4-5是根据本公开的某些方面流体加热系统的两级火管类型的另一个实施方式。
[0188] 图4-6示意性地描绘根据本公开的某些方面通过具有喷雾器的逐步氧化系统的流动,所述逐步氧化系统生成蒸汽。
[0189] 图5-1是根据本公开的某些方面结合了蒸汽发生和附加燃料注入的示例性逐步氧化系统的示意图。
[0190] 图5-2是根据本公开的某些方面结合了蒸汽发生和联合发电的示例性逐步氧化系统的示意图。
[0191] 图5-3是根据本公开的某些方面结合了具有中间冷却的双重压缩机的示例性逐步氧化系统的示意图。
[0192] 图5-4是根据本公开的某些方面结合了启动器逐步氧化器的示例性逐步氧化系统的示意图。
[0193] 图5-5是根据本公开的某些方面结合了多点注水的示例性逐步氧化系统的示意图。
[0194] 图5-6是各种系统的废气的典型气体含量的图。
[0195] 详述
[0196] 下面的描述公开了用于氧化包含可氧化燃料的气体的系统的实施方式。在某些实施方式中,该系统包括氧化器,所述氧化器可以运转以逐步氧化燃料同时将氧化器内的温度维持在熄火温度之下,使得显著限制不合乎需要的污染物,例如氮氧化物(NOx)和一氧化碳(CO)的形成。该燃料期望地以所述燃料的自燃温度或接近该自燃温度进入氧化器。该系统特别适于在可持续的逐步氧化过程中利用具有低能量含量的燃料(诸如甲烷含量低于5%)以驱动涡轮机,该涡轮机进一步驱动发电机和驱动系统中的压缩机。
[0197] 在下面的详述中,给出了大量的具体细节以提供对本公开的理解。然而,本领域普通技术人员要理解的是本公开的实施方式可以在不需要一些具体细节的情况下实施。在其他例子中,公知的结构和技术未详细显示以便不使本公开难以理解。
[0198] 根据驱动使用低能量含量流体(诸如含甲烷气体)作为主燃料并使用高能量含量流体诸如天然气或市售丙烷作为辅助燃料的发电机的涡轮机系统,提出了本文公开的方法和系统的某些实施方式。本公开中的任何内容不应当解释为将本文公开的任何方法或系统的应用限制于特定的主燃料或辅助燃料或此特定构造的涡轮机系统,除非这样具体说明。可以使用本领域技术人员已知的其他构造的涡轮机-压缩机系统,并且可以将本文公开的组件和原理应用于这些其他系统。
[0199] 根据与驱动发电机的往复式-活塞系统联接的氧化器,提出了本文公开的方法和系统的某些实施方式。本公开中的任何内容不应当解释为限制本文公开的任何方法或系统的关于涡轮机系统的应用,诸如在运转的一部分期间使用辅助燃料,应用于往复式-活塞系统或往复式-活塞和涡轮机系统的组合,除非这样具体说明。
[0200] 根据集成工艺设备,提出了本文公开的方法和系统的某些实施方式,所述集成工艺设备利用单独地具有或集成有材料加工功能的GO过程。本公开中的任何内容不应当解释为限制本文公开的任何方法或系统的关于涡轮机系统或往复式-活塞系统的应用,诸如在运转的一部分期间使用辅助燃料统,应用于集成工艺设备或往复式-活塞系统、涡轮机系统和集成工艺设备中的一种或多种的组合,除非这样具体说明。
[0201] 在本文中,术语“NOx”是指氮的氧化物的组,包括一氧化氮和二氧化氮(NO和NO2)。存在至少三种形成NOx的公认工艺。当燃烧空气中存在的氧和氮在燃烧区带的高温区域中分离并随后反应形成氮的氧化物时形成“热力型NOx”。当燃料碎片攻击分子氮以形成产物诸如HCN和N(然后它们被氧化以形成NOx)时在火焰峰附近形成“快速型NOx”。当含有氮的燃料燃烧时,由含有氮的燃料化合物,例如,胺和氰基种类形成“燃料型NOx”。双原子氮(N2)不被认为是将生成燃料型NOx的结合燃料的氮。
[0202] 在本文中,术语“可燃的”是指材料的特性,其中当所述材料和氧在确定范围的相对量内存在时,所述材料将在放热的自持反应或自蔓延反应中与氧结合。其可能需要引发事件,诸如火花或火焰,以引发放热反应。
[0203] 在本文中,术语“可燃性下限”(LFL),有时称为“爆炸下限”,和“可燃性上限”(UFL),有时称为“富可燃性极限”或“爆炸上限”,是指火焰可以存在的体积燃料浓度。在LFL之下的浓度或在UFL之上的浓度将不会使焰色反应持续或传播。
[0204] 在本文中,术语“低能量含量燃料”(LEC燃料)是指包含可燃气体作为次要组分和包含惰性气体作为主要组分的气体。LEC燃料的非限制性实例是从垃圾填埋场或其他废物处置场排放的含甲烷气体。例如,LEC甲烷气体典型地含有少于约30%甲烷,但可以含有低至1–5%甲烷。
[0205] 在本文中,术语“高能量含量燃料”(HEC燃料)是指包含可燃气体作为主要组分的气体。HEC燃料可以含有天然与主要组分混合的、惰性的,或可以经济地除去的次要组分。HEC燃料的一个非限制性实例是“市售的丙烷,”其组成在局部地区会变化,但通常含有>85%丙烷(C3H8)并且允许至多10%丙烯,至多10%乙烷(C2H8),至多2.5%丁烷(C4H10)和更重的烃,并且可以含有~0.01%气味剂,通常是乙硫醇。HEC燃料的第二个非限制性实例是“天然气”,其中典型的未精炼组合物可以含有少至70%的甲烷和总量为20%以上的乙烷、丙烷、和丁烷以及较小量的二氧化碳(CO2)、氧(O2)、氮(N2)和硫化氢(H2S)。第三个非限制性实例是填埋气体,其包含多于约50%的甲烷,余量为CO2、N2和少量的O2。
[0206] 在本文中,术语“氧化剂”是指包含足以支持可燃燃料的燃烧或氧化的氧的气体。氧化剂的非限制性实例是环境空气。
[0207] 在本文中,术语“稀释剂”是指大体惰性的气体。稀释剂的非限制性实例是市售的CO2、N2和H2O。稀释剂可以在氧化产物或燃料反应物中存在。
[0208] 在本文中,术语“大体惰性的”用来指当供应以火源时不含有足够的可燃物质或氧以支持燃烧或氧化的物质或混合物。
[0209] 在本文中,术语“可燃浓度”是指混合物中存在的可燃物质的量,其中所述浓度通常以混合物中可燃物质与总气体的比率来表示。
[0210] 在本文中,术语“逐步氧化”是指其中物质与氧在放热反应中结合,同时该物质在整个过程期间保持在确定的温度之下的过程。这种确定的温度的非限制性实例为2300°F,其中处于此温度之下的氧化过程将不形成相对于空气污染法规和标准而言通常大量的NOx。
[0211] 在本文中,术语“空气-燃料混合物”是指可燃烧燃料和氧化剂的混合物,并且优选地指包含空气的气态混合物。除非另外指明,空气-燃料混合物被认为大体是均质的。在某些情况下,LEC或HEC燃料与环境空气混合以形成空气-燃料混合物。在某些情况下,LEC燃料可以含有被认为是空气-燃料混合物的足量的氧和燃料,而无需进一步添加空气或燃料。
[0212] 在本文中,术语“自燃”是指在包含可燃物质和氧化剂的混合物中氧化或燃烧过程的自发引发。自燃温度是在缺少火源的情况下发生氧化或燃烧过程的最小温度并且可以取决于压力和/或氧和混合物的燃料浓度。
[0213] 在本文中,术语“自燃延迟时间”是指在自燃温度之上的温度,混合物氧化和释放大部分其放热能的时间量。作为说明,甲烷的自燃温度为约1000°F。如果将甲烷和空气的混合物升高至1000°F,则其最终将反应以产生H2O和CO2。然而,如果将此同一混合物升高至更高的温度,例如1200°F,则点火延迟时间可以为2秒。如果将混合物升高至1400°F,则延迟可以为100毫秒。自燃延迟时间随着温度升高通常指数性地加快,并且是燃料和氧浓度的函数。自燃延迟时间可以利用化学动力学软件程序使用复杂动力学机制计算,所述复杂动力学机制可以包括几百种反应和几十种分子和原子团种类。
[0214] 在本文中,术语“预先混合的”是指在将混合物引入至其中将发生氧化或燃烧的室中之前,混合空气和可燃物质,诸如LEC或HEC燃料,以形成大体上均质的空气-燃料混合物。
[0215] 在本文中,术语“短停留时间”相对于燃烧设备定义,所述燃烧设备诸如常规内燃机、燃气轮机燃烧室、往复式发动机、锅炉燃烧器,等。在这些常规的燃烧室中,燃烧过程在一定的时期内完成,所述时期典型地充分低于1秒,通常低于100毫秒,并且可以低于10毫秒。具有接近于1秒或超过1秒的停留时间的过程被称为具有“长停留时间”。
[0216] 在本文中,术语“挥发性有机化合物”(VOC)是指当处于40-120°F范围内的温度时将进入气相并且在放热反应中可以与氧结合的有机化合物。VOC的实例包括,但不限于,丙、丙烯、丙烯腈、烯丙醇、氯丙烯、苯、1-丁烯、氯苯、1-2二氯乙烷、乙烷、乙醇丙烯酸乙酯、乙烯、甲酸乙酯、乙硫醇、甲烷、氯甲烷,甲乙酮、丙烷、丙烯、甲苯、三乙胺、乙酸乙烯酯和氯乙烯。
[0217] 在本文中,术语“最大反应温度”是指化学氧化反应的最大温度,其包括传热或功损失或增加。例如,如果在反应发生的同时去除热量,则最大反应温度将小于绝热反应温度。同样,如果增加热量,则最大反应温度可以高于绝热反应温度。
[0218] 在本文中,“火焰应变速率(flame strain rate)”或“火焰拉伸”是指通过拉伸或弯曲对火焰锋的湍流应变的联接,其从火焰蜂移除热量。高的火焰拉伸速率可以利用强的剪切层来形成,并且如果应变速率足够高,则可以扑灭火焰。
[0219] 在本文中,术语“绝热反应温度”是指由在没有任何功、传热或动力学或势能变化的情况下发生的完全化学氧化反应产生的温度。其有时被称为恒定-体积绝热反应温度。
[0220] 在本文中,术语“熄火温度”是指基本上均匀混合的空气-燃料混合物的温度,在该温度之下火焰将不会通过该混合物传播。在一些情况下,作为例子并且如本文所示,在空气-燃料混合物的任何特定温度时熄火温度可以等于LFL。
[0221] 逐步氧化
[0222] 图1-2A是空气-甲烷混合物的点火能的图。在按甲烷的体积计在约5-15%的范围内甲烷和空气的混合物是可燃的。化学当量的甲烷和空气的混合物,即,具有恰好足够的氧以与甲烷结合的混合物为9.5体积%。图1-2A示出化学当量的空气-甲烷混合物55需要最小的点火能并且在较低和较高的甲烷浓度下需要增加的能量来点燃混合物。
[0223] 图1-2B是各种燃烧和氧化过程的反应温度的图,如系统60所绘。在区带1中,燃烧必须通过能量源来传播。利用混合物的流动源,如在燃烧装置中典型的那样,使燃烧稳定的能量源必须关于时间相对恒定。此能量源典型地通过在回流区带中形成热燃烧产物的局部热袋(hot local pocket)来形成。这些区带在非流线体或其他几何特征(V-沟槽、落回流区带)后面形成。第二种方法是将一部分混合物充分地涡旋使得发生“涡旋破碎”,并且在涡旋的混合物内部或后面形成回流区带。这些类型的火焰稳定技术在燃烧领域中是公知的。热回流区带充当连续的火源以保持区带1中预先混合的燃料和空气混合物持续燃烧。
[0224] 在图1-2B的区带2中,火焰,即使当由火花或其他火源引发,也将不通过空气-燃料混合物传播。均匀的空气-燃料混合物太贫燃(lean)而不能燃烧。在此区带中使预先混合的空气-燃料混合物反应的一种方法是降低与催化剂反应的活化能。另一种方法是在燃烧室内提供局部较富燃的混合物。此局部性将具有可燃浓度,并且因此具有与区带1中一致的反应温度。此较富燃的混合物燃烧并且在燃烧室内保持火焰,然而,将反应传播至燃烧室内的贫燃区域中将不会因火焰传播而发生,并且将不得不使用气体混合技术来执行。
[0225] 区带1和区带2被指示在一定温度范围内的熄火温度的线分隔。不能利用预先混合的燃料浓度来维持火焰,所述预先混合的燃料浓度产生在此线之下的绝热反应温度。为了在此上膨胀,如果在区带1中以预先混合的火焰起始并且缓慢地降低燃料浓度,则火焰温度将降低,在此情况下火焰温度是显示为图1-2的Y轴的最大反应温度。当所述温度达到熄火温度线时,火焰将熄灭。
[0226] 图1-2B中的区带3中的均匀空气-燃料混合物将相对快速地自燃和反应。此“无火焰燃烧”象限的挑战是均匀地混合燃料和空气并在空气-燃料混合物点燃前使该混合物达到所需的温度。例如,如果在低于自燃极限的温度混合燃料和空气,如区带1中点“62”所示,则任何意外的火点燃仍然在区带1中的混合物。另外,一旦空气-燃料混合物在点“62”处被充分混合,则空气-燃料混合物被例如,热交换器或其他加热方法加热至点“64”。
[0227] 无火焰燃烧的专业人员通过在区带3中将燃料与热空气混合避免了在低温下混合而不发生燃烧的挑战。为了避免在达到均匀混合物之前发生点燃,通过使用两种技术中的一种来延缓自燃。一种技术是将燃料注入至空气和再循环烟道气的混合物中。烟道气相对于空气具有过量的CO2和H2O以及减少量的O2。降低的O2浓度将延缓自燃,由此允许燃料与空气-烟道气混合物的混合物达到大体上均匀的组合物。
[0228] 第二种技术是诱发“火焰应变速率”或“火焰拉伸”以延缓自燃。应变的火焰是在具有强剪切层的高度湍流的流动中发生的火焰。它们形成湍流-化学相互作用,延缓了反应,并且在极端情况下可以扑灭火焰。为了实现火焰拉伸,将燃料注入至湍流的空气流中,例如,空气从喷嘴中高速喷出,并且将燃料注入至喷出的空气物流中。在空气-燃料混合物的流动变得非湍流之前,空气-燃料混合物达到大体上均匀的组合物,并且在此混合期过程中火焰拉伸导致自燃的延缓。能够将两种技术结合起来,并且将燃料注入至氧化剂的射流中,所述射流包含空气和再循环烟道气的混合物,由此通过O2浓度的减少和火焰拉伸两者来延缓氧化剂-燃料混合物的自燃,由此获得在室内广泛分布的反应。
[0229] 区带1中火焰结构的一个方面是氧化反应在相对窄的反应区带中发生,称为火焰锋。在此局部性中,来自燃烧后区带的热量和来自火焰的化学原子团通过分子扩散和湍流扩散两者扩散至未反应的气体中。在区带2中,在催化剂附近局部发生反应,并且称为不均匀燃烧。仅区带3和4能够由于引发反应的自燃而发生体积分布的反应,与来自现有火焰的热反馈相反。
[0230] 区带4是其中燃料浓度太低而不能维持火焰并且不足够热以发生自燃的区域,即,在熄火温度线下方。逐步氧化适合于此区带中燃料的氧化。与区带1-2相反,区带4中的反应可以在整个反应器体积/燃烧室体积内相对均匀地发生,而没有界限清楚的‘反应火焰锋’。
[0231] 图1-3是根据本公开的某些方面示例性逐步氧化过程的示意图。图1-3示出在恒压下对于均匀空气-燃料混合物的火焰反应行为的多个区域,编号为72,74,75,76a,76b和78。纵坐标是空气-燃料混合物的温度,而横坐标是空气-燃料混合物中燃料的浓度。当空气-燃料混合物的温度增加时,LFL变得较低,即较贫燃的可燃浓度。当温度增加时,UFL变得较高,即,较富燃的可燃浓度。可以看出当温度增加时,较宽范围的可燃浓度变得可燃。
[0232] 区带72是其中混合物将不会自燃的区域,但在引入足够的能量源后火焰将通过空气-燃料混合物传播。能量引入的通常形式是来自火花塞点火装置的火花,尽管可以使用其他装置诸如诸如电热塞或电离的等离子体
[0233] 区带74位于LFL下方和自燃温度之下。在此区域中,即使被火花引发,火焰也将不通过混合物传播。
[0234] 区带76分成两个区带76a和76b以说明至完成反应的时间。如果火花在区带76a或76b内发生,则火焰将被引发并将通过空气-燃料混合物传播。区带76a或76b中的空气-燃料混合物也可以自燃,因为在这些温度下空气-燃料混合物所包含的能量超过了空气-燃料混合物的活化能,如前面关于图1-2B所讨论的。混合物将发生自燃的最小温度(假定有足够时间)已知为自燃温度(AIT)。区带76由AIT以及UFL和LFL定界,并且具有在区带76b或76a内的可燃浓度和温度的任何混合物将发生自燃。区带76a中空气-燃料混合物的燃烧将在短于短停留时间的时间范围内自燃和反应。处于区带76b中的可燃浓度和温度的空气-燃料混合物也将自燃和反应,但将在与长停留时间一致的时间范围内反应。
[0235] 在区带78中,火花或其他能量源将不引发火焰,火焰也不通过空气-燃料混合物传播。能够通过为使氧化反应完成提供足够时间来通过自燃氧化燃料。区带78中这些反应的时间与长停留时间相一致。
[0236] 区带75与大多数燃烧装置无关。火焰不能通过区带75中的空气-燃料的传播,因为可燃烧组合物不太富燃。如果要在区带75中高于自燃温度的一部分中引发氧化过程,则没有足够的空气来完成燃料的氧化,并且氧化过程将自我熄灭,导致未燃烧的燃料从燃烧装置中排出。
[0237] 在某些方面,在点80起始的过程将空气-燃料混合物加热至高于自燃温度的温度,由点82指示。反应室,诸如图1-11的反应室500,被配置成氧化空气-燃料混合物并将所述反应室内的绝热温度和最大反应温度维持在空气-燃料混合物的熄火温度之下,如仍然在LFL下方的连接点82和84的虚线所指示。
[0238] 图1-4A是根据本公开的某些方面当注入至预热的空气中时燃料混合物的逐步氧化的图。在此过程中,在区带74中在“92”点处的环境空气通过各种方式(热交换,压缩)加热至区带78中的点“94”。然后将燃料(可以是LEC燃料、稀释的HEC燃料或HEC和LEC燃料的混合物)添加至热空气,由此将空气-燃料混合物从点“94”移动至点“96”,点“96”将在图1-3的区带76a内,其中空气-燃料混合物将发生自燃,并且由于点“96”在图1-3的区带76a内,燃烧反应将迅速地发生,与短停留时间相符。当燃烧过程进行时,空气-燃料的温度将升高,同时可燃气体的浓度下降并且该过程将遵循从点“96”至点“98”的箭头。当点“98”在热力型NOx形成温度上方时,此过程将产生比保持在热力型NOx形成温度之下的过程更大量的NOx。
[0239] 然而,如果将稀释剂,诸如再循环烟道气,添加至空气,则所得空气-稀释剂混合物的氧含量减小。热的再循环烟道气的使用还可以辅助将空气从点“92”加热至点“94”。向空气添加稀释剂,以及在将燃料混合进空气-稀释剂混合物中使用火焰拉伸混合技术,将可燃性上限和下限移动至如图1-4A中所示的标注为“UFL(空气+稀释剂+拉伸)”和“LFL(空气+稀释剂+拉伸)”的新线。
[0240] 随着添加稀释剂和使用火焰拉伸混合技术,点“96”不再在区带76a中而是在区带76b中,其中反应过程将被延缓,比在区带76a中更长。混合物内的稀释剂减少了温度升高使得该过程遵循从点“96”至点“99”的箭头,并且保持在热力型NOx形成温度下方。因此,稀释剂的使用可以减少由燃烧/氧化过程产生的NOx量。
[0241] 在某些方面,在点92起始的过程将空气加热至由点82指示的温度,该温度在目标空气-燃料混合物的自燃温度之上。然后将燃料注入至热空气中,使空气-燃料混合物到达点97。反应室,诸如图1-11的反应室500,被配置成氧化空气-燃料混合物并将反应室内的绝热温度维持在混合物的熄火温度之上,将反应室内的最大反应温度维持在混合物的熄火温度之下,如快速过渡到LFL之下的连接点97和98的虚线所指示。
[0242] 图1-4B是根据本公开的某些方面用来加热外部流体的逐步氧化过程的图120。在点92处环境空气被加热至点94,其中燃料被注入至预热的空气中使空气-燃料混合物达到点96。当空气-燃料混合物在自燃温度之上时,将开始逐步氧化,而同时,空气-燃料混合物将热量传递至外部流体,例如,通过图5-3的蒸汽盘管5220,使得当燃料浓度也下降至点122时空气-燃料混合物的温度下降。然后将空气-燃料混合物移动远离外部流体,并且继续逐步氧化而不损失热量至外部流体,使得当燃料浓度继续下降时空气-燃料混合物的温度升高,从而在燃料已经完全被消耗的情况下移动至点124。
[0243] 图1-4C是根据本公开的某些方面多级逐步氧化过程的图130。环境温度空气-燃料混合物在点132处被加热至在自燃温度之上的点134,使得起始逐步氧化并且空气-燃料混合物前进至点136,在该点处燃料完全被消耗。热空气-稀释剂混合物经过热交换器并被移除热量,从而将空气-稀释剂混合物移动至点138。将额外的燃料注入至空气-稀释剂混合物中,从而将混合物移动至点140。当混合物仍然在自燃温度之上时,起始逐步氧化过程,并且该过程沿线移动至点142,在该点处燃料再次被完全消耗。可以看出热空气-稀释剂混合物可以如前面那样再次通过热交换器循环,并且点142-138-140的环路重复多次直至混合物中的所有氧被消耗,一直保持峰反应温度在热力型NOx形成温度之下。
[0244] 图1-5和1-6是根据本公开的某些方面示例性逐步氧化过程的流程图。图1-5公开了预混过程100,其中氧化剂、稀释剂以及LEC和HEC燃料被混合,然后加热至自燃温度,由此起始燃料的逐步氧化。图1-5的过程的具体实施方式可以包括所公开步骤中的仅一些步骤或可以具有与图1-5中所绘不同的次序的这些步骤。作为例子,大多数完成的过程在步骤102开始,其中LEC燃料,例如,填埋气体在步骤102提供。
[0245] 在步骤104将氧化剂,例如空气,添加至LEC燃料。在一些方面,添加的氧化剂的量取决于LEC燃料中可燃气体的浓度以便达到所得氧化剂-LEC燃料混合物中可燃气体的目标浓度。在一些方面,添加的氧化剂的量取决于LEC燃料中的氧浓度以便达到所得氧化剂-LEC燃料混合物中氧的最小浓度。在一些方面,LEC燃料中可燃气体和/或氧的浓度至少被周期地测量,并且响应于此测量调整在步骤104添加的氧化剂的量。
[0246] 在步骤106可以任选地添加HEC燃料。在一些方面,添加的HEC燃料的量取决于氧化剂-LEC燃料混合物中可燃气体的浓度以便达到所得氧化剂-LEC-HEC燃料混合物中可燃气体的目标浓度。在一些方面,氧化剂-LEC燃料混合物中可燃气体的浓度至少被周期地测量,并且响应于此测量调整在步骤106添加的HEC燃料的量。
[0247] 步骤108向氧化剂-燃料混合物添加稀释剂,诸如再循环烟道气。在某些方面,调整稀释剂的量以达到所得氧化剂-燃料-稀释剂混合物中可燃气体的目标浓度。在某些方面,再循环烟道气还向氧化剂-燃料混合物添加热量,从而减少了后面在步骤112将添加的热量的量。在一些方面,氧化剂-燃料混合物中可燃气体的浓度至少被周期地测量,并且响应于此测量调整在步骤108中添加的稀释剂的量。氧化剂、LEC和HEC燃料、和稀释剂在步骤110混合成大体上均匀的混合物。在某些方面,在步骤104、106和108中的一个或多个后递增地发生混合。在步骤112中加热均匀的氧化剂-燃料-稀释剂混合物直至混合物的温度达到至少所述混合物的自燃温度。氧化剂-燃料-稀释剂混合物在步骤114中自燃并且在步骤116中逐步氧化直至混合物中的燃料和氧不再反应并且因此过程100结束。
[0248] 图1-6公开了燃料-注入过程150其中氧化剂和稀释剂被混合,然后加热至自燃温度,于是LEC和HEC燃料的混合物被注入至氧化剂-稀释剂混合物中并混合。图1-6的过程的具体实施方式可以包括所公开步骤中的仅一些步骤或可以具有与图1-6中所绘不同的次序的这些步骤。作为例子,大多数完成的过程在步骤104a开始,其中提供氧化剂。在步骤108将稀释剂添加至氧化剂和在步骤110a混合,并在步骤112中加热至至少目标氧化剂-稀释剂-燃料混合物的自燃温度。在一些方面,添加的稀释剂的量取决于氧化剂中氧的浓度以便达到所得氧化剂-稀释剂混合物中氧的目标浓度。在某些方面,当稀释剂是再循环是再循环烟道气时,再循环烟道气还向氧化剂添加热量,由此减少了后面在步骤112中将添加的热量的量。
[0249] 在平行过程中,在步骤102中提供LEC燃料并且在步骤106中添加HEC燃料和在步骤110b混合。在一些方面,添加的HEC燃料的量取决于LEC燃料中可燃气体的浓度以便达到所得LEC-HEC燃料混合物中可燃气体的目标浓度。在一些方面,LEC燃料中可燃气体的浓度至少被周期地测量,并且响应于此测量调整在步骤106添加的HEC燃料的量。
[0250] 在步骤152中将LEC-HEC燃料混合物注入至热的氧化剂-稀释剂混合物并在步骤110c中混合。在某些方面,步骤110c的混合包括将氧化剂-稀释剂混合物通过引起湍流的射流提供至氧化室并将燃料混合物注入至湍流的氧化剂-稀释剂混合物流中。在步骤110C中氧化剂-稀释剂混合物和燃料混合物在湍流中快速混合,然后在步骤114中自燃和在步骤116中逐步氧化直至混合物中的燃料和氧不再反应,并且过程150因此结束。
[0251] 图1-7是根据本公开的某些方面示例性预混氧化系统200的示意图。在此实施例中,从垃圾填埋场202通过集气管道系统204获得LEC燃料并且作为LEC燃料流206a提供。在某些方面,例如如果LEC燃料流206a的甲烷含量小于确定的百分比,则在混合机208a中加入HEC燃料210,产生LEC-HEC燃料混合物206b。在某些方面,例如如果LEC-HEC燃料混合物206b的氧含量小于确定的百分比,则在混合机208b中加入氧化剂212,例如空气,产生氧化剂-燃料混合物206c。在某些方面,例如如果氧化剂-燃料混合物206c的氧含量大于确定的范围,则在混合机208c中加入稀释剂214,例如再循环烟道气,产生氧化剂-稀释剂-燃料混合物206d。在某些方面,提供混合机220以进一步混合氧化剂-稀释剂-燃料混合物206d,由此产生匀化的氧化剂-稀释剂-燃料混合物206e。在某些方面,提供压缩机或鼓风机222以加压和加热匀化的氧化剂-稀释剂-燃料混合物206e,由此产生加压的匀化的氧化剂-稀释剂-燃料混合物206f,将加压的匀化的氧化剂-稀释剂-燃料混合物206f引入至氧化器224中。在逐步氧化过程结束后,废气226离开氧化器224。在某些方面,放出一部分废气226以提供稀释剂214。剩余的废气226提供至其他系统或排放至大气。
[0252] 图1-8是根据本公开的某些方面示例性预混氧化系统300的示意图。系统300的许多元件是与之前讨论的系统200所共同的,并且关于图1-8不再重复对它们的描述。在系统300中,利用压缩机或鼓风机222a单独地压缩和加热氧化剂212,并将所得的加压的氧化剂304提供至氧化器224。在某些方面,在加入压缩机222a至之前将稀释剂(未显示在图1-8中)加入至氧化剂212。单独地,利用单独的压缩机或鼓风机222b将LEC-HEC燃料混合物206b压缩并加热以产生加压的燃料混合物302,将加压的燃料混合物302注入至氧化器224内的压缩的氧化剂-稀释剂混合物304。关于后面的附图讨论将燃料混合物302注入至氧化器内的氧化剂-稀释剂混合物304的方法。
[0253] 图1-9是根据本公开的某些方面示例性涡轮机-驱动的发电系统的示意性图示。系统400的许多元件是与之前讨论的系统所共同的,并且关于图1-9不再重复对它们的描述。在系统400中,在压缩机410的进口处提供氧化剂-稀释剂-燃料混合物206d,压缩机
410与轴412联接,而轴412也联接至涡轮机414和至发电机416。来自压缩机410的加压的氧化剂-稀释剂-燃料混合物206f通过热交换器418,其中混合物206f从废气420吸收热量。将加热的混合物206g提供至氧化器224。将废气226提供至涡轮机414,涡轮机从热的压缩废气226提取部分能量,由此通过轴412驱动压缩机410和发电机416。在某些方面,将来自涡轮机的一部分废气放出以提供稀释剂214并且剩余的废气420通过之前提到的热交换器418,然后通过第二热交换器422,其中废气在被排到环境之前通过水430的流动被进一步冷却。加热的水430,在通过热交换器422后,可以用于有益的用途诸如热水供应、建筑采暖或其他应用。
[0254] 图1-10是根据本公开的某些方面另一涡轮机-驱动的发电系统的示意性图示。系统450的许多元件是与之前讨论的系统所共同的,并且关于图1-10不再重复对它们的描述。系统450包括分别在氧化器224之前和之后的加温器燃烧室454和涡轮机燃烧室456。
HEC燃料452选择性地提供至加温器燃烧室454和涡轮机燃烧室456中的每一个。使用这些燃烧室454、456以启动氧化器-驱动的涡轮机的运转的方法记述在之前参考的美国专利申请13/289,996中。
[0255] 图1-11是根据本公开的某些方面示例性GO反应室500的剖视图。GO反应室500具有容器510,在某些方面,容器510被配置成承受加压的内部气体。在此实施例中,塔514沿容器510的中心轴线定位,并且被配置成在外部的端部接受通过进口515的氧化剂-稀释剂-燃料混合物530流。多个分配管516联接至塔514使得氧化剂-稀释剂-燃料混合物530从所述塔进入分配管516。每个分配管516包括多个注入孔(在图1-11中看不到),所述多个注入孔允许混合物530从分配管516进入容器510的内部。容器的内部至少部分地填充以多孔介质512。此介质512从GO过程吸收热量,然后将此热量释放至未反应的混合物530,从而将未反应的混合物530的温度升高至自燃温度之上。多孔介质512还发挥作用以将来自之前阶段的氧化产物与通过管道516注入的未反应的氧化剂-稀释剂-燃料混合物混合。
[0256] 在某些方面,GO反应室500包括一个或多个二次进口518,氧化剂、燃料或其混合物可以通过二次进口518直接注入至容器510的内部。在某些方面,GO反应室500包括一个或多个加热器522,所述加热器522可以用来加热多孔介质512。在某些方面,GO反应室500包括一个或多个传感器524,所述传感器被配置成测量容器510内的一个或多个点处气体的温度、氧含量或燃料含量中的一个或多个。
[0257] 在某些方面,GO反应室500包括传感器524,所述传感器524包括温度传感元件并输出代表反应室500内的温度的信号。在某些方面,GO反应室500包括传感器525,所述传感器525包括温度传感元件并且输出代表氧化剂-稀释剂-燃料混合物530的温度的信号。在某些实施方式中,来自传感器524和525的温度信号被控制器529接受,当反应室500内的温度达到熄火温度时控制器529输出信号532以降低反应室500内的温度,使得所述温度保持在熄火温度之下。在某些实施方式中,反应室500内的温度的调整通过调整氧化剂-稀释剂-燃料混合物530的流动、氧化剂-稀释剂-燃料混合物530的组成、氧化剂-稀释剂-燃料混合物530的温度、辅助空气-燃料混合物540的流动、辅助空气-燃料混合物540的组成、辅助空气-燃料混合物540的温度、废气通过出口520的流动、冷却剂通过内部热交换器的流动诸如图2-3中所示(未显示在图1-11中),或引入至反应室500中的非可燃流体通过注入子系统的流动(未显示在图1-11中)中的一个或多个来实现。
在某些方面,信号532提供至控制模块531,所述控制模块531被配置成控制氧化剂-稀释剂-燃料混合物530的流量、组成和温度中的至少一个。
[0258] 在某些方面,检测模块527被配置成检测何时发生下列各项中的至少一个:反应室500内的反应温度、例如传感器524处的温度、达到或超过反应室500内氧化剂-稀释剂-燃料混合物的熄火温度以及反应室进口温度,即,传感器525处氧化剂-稀释剂-燃料混合物530的温度,达到或下降至低于自燃阈值。
[0259] 在某些方面,控制器529包括校正模块528,校正模块528基于检测模块527输出指令以改变下列中的至少一个:从反应室移除热量和反应室500内塔514的进口处氧化剂-稀释剂-燃料混合物530的温度。在某些方面,校正模块528被配置成将反应温度内的实际温度,例如在传感器524处,维持在低于熄火温度的温度和/或将进口温度维持在燃料的自燃阈值之上。在某些方面,控制器529被配置成将在至塔514的进口处氧化剂-稀释剂-燃料混合物530的温度维持在自燃阈值之上,使得反应室500内的气体在不使用催化剂的情况下氧化。在某些方面,控制器529被配置成测定下列中的至少一个:反应室内的温度的减小以保持在熄火温度之下,和在至塔514的进口处氧化剂-稀释剂-燃料混合物530的温度的增加以将氧化剂-稀释剂-燃料混合物530的温度维持在自燃阈值之上。
[0260] 在某些方面,控制器529被配置成使得当在至塔514的进口处氧化剂-稀释剂-燃料混合物530的温度达到或下降至低于氧化剂-稀释剂-燃料混合物530的自燃阈值,控制器529输出信号532使得向氧化剂-稀释剂-燃料混合物530添加额外的热量,使得在至塔514的进口处氧化剂-稀释剂-燃料混合物530的温度维持在自燃阈值之上,并且反应室500在不使用催化剂的情况下维持反应室500内燃料的氧化。在某些实施方式中,校正模块528基于检测模块527输出指令以改变反应室内的气体的停留时间,例如通过减少氧化剂-稀释剂-燃料混合物530的流动和/或改变反应室内的自燃延迟时间,例如通过调整化剂-稀释剂-燃料混合物530的组成或利用加热器522增加反应室500内的温度,所述自燃延迟时间足以使氧化剂-稀释剂-燃料混合物530在反应室500内的同时发生自燃和氧化。
[0261] 在某些方面,检测模块527被配置成检测何时所述气体的反应室进口温度达到或下降至低于使得单独所述反应室将不支持所述燃料的氧化的水平,并且校正模块528被配置成基于检测模块527改变所述气体在所述反应室内的停留时间和/或所述反应室内的自燃延迟时间,其足以使所述气体在反应室500内的同时发生自燃和氧化。
[0262] 在一些实施方式中,反应室内燃料或气体混合物的温度可以在可燃性下限或熄火温度之上。在这些情况下,例如,将HEC燃料气体混合至反应室中,混合物经过可燃性区域可能存在一定的时间段,所述可燃性区域在可燃性上限之下和可燃性下限之上。尽管此区域内的停留时间在一些情况下可能不是合乎需要的,但此区域内混合物的停留时间可以通过改变混合物的温度或改变混合物的流动来减少。在一些情况下,热量可以从反应室抽出以降低混合物的温度至可燃性下限或熄火温度之下,使得可燃性区域内混合物的停留时间小于自燃延迟时间。在一些情况下,可以增加混合物通过反应室的流量以减少反应室内混合物的停留时间;此反应室内混合物的减少的停留时间可以相当于暴露于反应室内的温度的混合物的减少的停留时间,所述反应室内的温度在可燃性区域内,并且如果该停留时间小于自燃延迟时间则是可接受的。在一些情况下,可以向混合物增加热量使得反应暂时地移动至可燃性区域持续相对于自燃延迟时间短暂的时间段。
[0263] 在一些情况下,可以控制通过反应室的混合物的温度或流动中的至少一个使得燃料在可燃性区域内的停留时间小于自燃延迟时间的5%。在一些情况下,燃料在可燃性区域内的停留时间可以在自燃延迟时间的约5%-约10%。在一些情况下,燃料在可燃性区域内的停留时间可以在自燃延迟时间的约10%-约20%。在一些情况下,燃料在可燃性区域内的停留时间可以在自燃延迟时间的约15%-约25%。在一些情况下,燃料在可燃性区域内的停留时间可以在自燃延迟时间的约25%-约50%。在一些情况下,燃料在可燃性区域内的停留时间可以在自燃延迟时间的约30%-约75%。
[0264] 在某些方面,控制模块531被配置成在进口515处或之前将氧化剂-稀释剂-燃料混合物530的温度升高至氧化剂-稀释剂-燃料混合物530的自燃温度或所述自燃温度之上。在某些实施方式中,反应室500被配置成氧化氧化剂-稀释剂-燃料混合物530并将绝热温度维持在氧化剂-稀释剂-燃料混合物530的自燃温度之上并将反应室500的最大实际温度维持在氧化剂-稀释剂-燃料混合物530的熄火温度之下。
[0265] 在某些方面,氧化器500被配置成通过在图1-11中未显示的系统中将具有LEC燃料的气体与包含HEC燃料的气体、包含氧化剂的气体和包含稀释剂的气体的组中的一种或多种混合而形成氧化剂-稀释剂-燃料混合物530,同时所有气体处于低于被混合的任一种气体的自燃温度的温度。氧化器500还被配置成将氧化剂-稀释剂-燃料混合物530的温度增加至至少氧化剂-稀释剂-燃料混合物530的自燃温度并允许氧化剂-稀释剂-燃料混合物530自燃,然后在自燃的氧化剂-稀释剂-燃料混合物530氧化的同时将氧化剂-稀释剂-燃料混合物530的温度维持在熄火温度之下。
[0266] 在某些方面,氧化器500内的多孔介质512被配置成将所述反应室的内部温度维持在熄火温度下并将所述燃料的反应室进口温度维持高于所述燃料的自燃温度。在某些方面,从氧化器500的进口至出口的至少一个流动路径被配置成引导氧化剂-稀释剂-燃料混合物530通过多孔介质512的比氧化剂-稀释剂-燃料混合物530的自燃温度更热的一部分直至氧化剂-稀释剂-燃料混合物530达到高于氧化剂-稀释剂-燃料混合物530的自燃温度的温度,于是所述流动路径被进一步被配置成引导氧化的氧化剂-稀释剂-燃料混合物530沿与第一流动路径大体上相反的路径至出口,例如使用内部挡流板诸如图2-7B中显示的管子1055/1060。
[0267] 在一些实施方式中,控制器529可以引导氧化系统的其他部分。例如,控制器529可以引导的其他控制记述于共同在审的于2011年11月4日提交的美国专利申请系列号13/289,989和于2011年11月4日提交的13/289,996(两件申请均整体地通过引用并入本文,其程度以所述申请内的教导与本说明书的教导没有不一致为度)。
[0268] 图1-12示意性地描绘根据本公开的某些方面通过具有喷雾器的逐步氧化系统4500的流动。图1-12的过程和元件关于图1-11的氧化器500进行描述。当空气4502和燃料4220流过氧化器时发生下列的过程:
[0269] 1.燃料/空气混合机4510由空气4502和燃料4220中的一种或两种形成初始的贫燃空气-燃料混合物。
[0270] 2.加热器4512将空气-燃料混合物加热达接近自燃温度的温度。通过对混合物的压缩以及热交换也可以添加热量。在一些实施方式中,可以通过引入加热的气体(例如,烟道气)添加热量。
[0271] 3.第一阶段逐步氧化器可以包括加热器522(图1-11)或加热器4516(图1-12),例如导燃燃烧器(pilot burner),以引发逐步氧化4518。在某些方面,此加热器是本领域技术人员已知的各种类型的电加热器。此加热器的输出是包含未被消耗的O2以及CO2和H2O的氧化产物的热气体。由于流入此第一氧化器4518的燃料和空气的部分很小,因此需要较少的热量将混合物加热至自燃温度之上以引发氧化反应。在某些方面,通过利用上游的启动器-燃烧室预先加热多孔介质向第一阶段添加热量。然后预热的介质加热4516中的燃料/空气混合物以启动氧化。由于仅小部分的流通过加热器4516中的加热的介质,热条件和与流动方向相反的能量辐射能够将介质温度维持足够高以继续加热所述流。此阶段使反应稳定(anchor)。
[0272] 4.分流-混合-氧化阶段4530,例如如图1-11的喷雾器514的臂516中所发生的,其中空气-燃料混合物的一部分被分离,与来自前一过程的热气体混合,并且逐步氧化,显示为过程4514、4520和4518。由于来自氧化器4518的之前氧化的气体是热的,典型地高于1400°F但低于2300°F,因此它们的作用是加热来自混合机4520中的分流管4514的未反应的燃料和空气,并且起始此下一氧化阶段的氧化。
[0273] 5.重复阶段4530氧化来自LEC源4220的所有燃料使得在最后的氧化器4518后没有燃料剩余。在稳定的第一阶段中用于启动氧化过程的逐级方式和之后气体的各个氧化部分是逐步氧化过程。
[0274] 图1-13是根据本公开的某些方面多级GO反应室600的示意性图示。在此实施例中,室600包括4个反应室602a、602b、602c和602d,这四个室串联地联接在一起。在此实施例中,将空气-燃料混合物604,例如LEC燃料的流提供至4个反应室602a、602b、602c和602d中的每一个中。在某些方面,提供至每个反应室602a、602b、602c和602d中的空气-燃料混合物604的量是不同的。在某些方面,将一种或多种不同的空气-燃料混合物(未显示在图1-12中)提供至下游反应室602b、602c和602d。在某些方面,将氧化剂(未显示在图1-13中)单独地提供至下游反应室602b、602c和602d中的一个或多个。在某些方面,将HEC燃料(未显示在图1-13中)单独地提供至反应室602a、602b、602c和602d中的一个或多个。
[0275] 图1-14是根据本公开的某些方面流化床GO反应室700的示意性图示,在此实施例中,反应室700包括至少部分填充以介质720的容器710,当在介质720的底部处引入气体时,介质720被流化。当空气-燃料-稀释剂混合物604通过流化的介质720时该混合物604逐步氧化,并且作为废气226在顶部被移除。流化的介质在容器710内循环,将来自氧化废产物的热量传递至进口反应物。容器710的废物端(靠近废气226)附近的流化的颗粒720被氧化的热产物加热。然后将流化的介质有意地或无意地传送至氧化容器710的进口端。加热的流化介质然后将它们的热量施加到进入的较冷的、未反应的空气-燃料-稀释剂混合物604以加热该流,如对于GO过程所教导的。因此流化的介质720的作用是将来自氧化产物的热量传递至空气-燃料-稀释剂反应物。有多种方式用于实施流化床来移动密闭的化学反应系统周围的热量,特别是当与GO过程的分级注入结合时,并且实施流化床是如何实现加热的一个实施例(参见,例如,图1-12,4512,4516)。
[0276] 图1-15A是根据本公开的某些方面再循环床GO反应室800的示意性图示。在此实施例中,反应室800包括至少部分地填充以介质820的容器810。介质820的一部分810a在容器810的底部处至少周期地被移除,并且通过传递系统820运输至容器810的顶部,在其中该部分810a返回至容器810的内部。同时,空气-燃料混合物604的流在容器810的底部被引入并且向上穿过介质820。混合物604当穿过介质820时逐步氧化并且在顶部作为废气226被移除。当随着部分810a在底部被移除在容器810内的介质820向下移动时,最热的介质820,即,在位于容器810内的介质820的上部上的介质820朝向进口移动,由此抵消了进入的空气-燃料混合物604局部冷却介质820的趋势。从底部被移除的冷的介质部分810a被递送至顶部,在顶部处该部分810a被热的氧化气体加热。
[0277] 图1-15B是根据本公开的某些方面另一再循环床GO反应室801的示意性图示。在此实施方式中,再循环部分810b从床820的热的部分吸出,例如床820的深度的中点,并且通过管道822循环,其中从再循环部分810b提取热量824。提供冷却的部分810b返回室801,例如在顶部处以便落到床820的上部上。此种从再循环部分810b提取热量从反应室
801吸取热量。在某些方面,控制部分810b的流量以将所述反应室801的内部温度维持在熄火温度之下。
[0278] 图1-16是根据本公开的某些方面利用烟道气再循环的GO反应室850的示意性图示。容器810和介质820类似于图1-15的GO氧化器800的那些。然而,在图1-16的实施例中,废气226的部分852,在本文中也称为烟道气,进行再循环并在容器810的底部提供以便加热进入的空气-燃料混合物604和稳定容器810内的GO过程,以及向进入的空气-燃料混合物604提供额外的稀释剂。
[0279] 在某些方面,GO反应室850包括氧传感器,诸如图1-11的传感器524,其被配置成测定反应室850内的氧含量水平并且提供表示氧含量水平的信号。在某些方面,控制器(未显示在图1-16中)接受氧含量水平信号并基于所述氧含量水平输出指令将接收自反应室的出口并含有来自反应室内的燃料氧化的产物气的烟道气852引入至反应室850中。
[0280] 在某些实施方式中,氧化器可以包括反应室进口,所述反应室进口被配置成接受具有具有低能量含量(LEC)燃料以及高能量含量(HEC)燃料、含氧化剂(OC)气体和含稀释剂(DC)气体的组中的至少一种的混合物的气体。气体混合物可以被调节成处于低于气体混合物的自燃温度的温度。氧化器还可以包括布置在所述反应室内的热交换介质。所述介质可以被配置成将所述反应室的内部温度维持在熄火温度之下并将所述燃料的反应室进口温度维持高于所述燃料的自燃温度。反应室可以提供从进口至出口的通过所述室的至少一个流动路径。所述流动路径可以被配置成引导气体经过第一路径通过比气体混合物的自燃温度更热的介质进入进口直至气体混合物达到高于气体混合物的自燃温度的温度,其中所述流动路径进一步被配置成引导氧化的气体混合物经过第二路径通过所述介质至出口,所述第二路径大体上与所述第一路径相反。此实施例图示于图2-7A至2-9。
[0281] 在某些实施方式中,本文所述的氧化方法包括以下的步骤:经由室进口接收至反应室中,所述进口被配置成接受具有低能量含量(LEC)燃料以及高能量含量(HEC)燃料气体、含氧化剂(OC)气体和含稀释剂(DC)气体的组中的至少一种的混合物的气体,所述气体混合物处于低于所述气体混合物的自燃温度的温度;通过布置在所述反应室内的热交换介质将所述反应室的内部温度维持在熄火温度之下,通过使热量传递通过所述热交换介质将燃料的反应室进口温度维持高于所述燃料的自燃温度,和引导气体经过第一路径通过比所述气体混合物的自燃温度更热的介质进入进口中直至所述气体混合物达到在所述气体混合物的自燃温度之上的温度;和引导所述气体经过第二路径通过所述介质至室出口,所述第二路径大体上与所述第一路径相反。
[0282] 在某些实施方式中,反应室被配置成在不使用催化剂的情况下沿着所述第一和第二流动路径中的至少一个维持所述气体混合物的氧化。在某些实施方式中,反应室被配置成通过在所述反应室外部循环热交换介质而在所述气体混合物的熄火温度下维持所述混合物的氧化。在某些实施方式中,系统还包括至少一个涡轮机或活塞发动机,其被配置成接收来自所述反应室出口的气体并使所述气体膨胀。在某些实施方式中,气体混合物包含氢、甲烷、乙烷、乙烯、天然气、丙烷、丙烯、丙二烯、正丁烷、异丁烷、1-丁烯、丁二烯、异戊烷、正戊烷、乙炔、己烷和一氧化碳中的至少一种。
[0283] 在某些实施方式中,所述的氧化器可以包括反应室进口,所述反应室进口被配置成接受具有具有低能量含量(LEC)燃料以及高能量含量(HEC)燃料、含氧化剂(OC)气体和含稀释剂(DC)气体的组中的至少一种的混合物的气体。气体混合物可以被调节成处于低于气体混合物的自燃温度的温度。氧化器还可以具有热控制器,所述热控制器被配置成将气体混合物的温度增加至至少所述气体混合物的自燃温度,由此允许所述气体混合物自燃并在自燃的气体混合物氧化的同时将所述气体混合物的温度维持在熄火温度之下。
[0284] 在本文所述的氧化燃料的一些方法中,包括以下的步骤:将具有低能量含量(LEC)燃料的气体与包含高能量含量(HEC)燃料的气体、包含氧化剂的气体和包含稀释剂的气体的组中的一种或多种混合以形成气体混合物,其中所有气体处于低于被混合的任一种气体的自燃温度的温度;将气体混合物的温度增加至至少所述气体混合物的自燃温度并允许所述气体混合物自燃;和在自燃的气体混合物氧化的同时将所述气体混合物的温度维持在熄火温度之下。
[0285] 在某些实施方式中,氧化器可以包括进口,所述进口被配置成接受具有低能量含量(LEC)燃料以及高能量含量(HEC)燃料气体、含氧化剂(OC)气体和含稀释剂(DC)气体的组中的至少一种的混合物的气体。所述气体混合物可以被调节成处于低于所述气体混合物的自燃温度的温度。控制器(例如,热控制器)可以被配置成将所述气体加热至至少第一气体混合物的自燃温度,所述第一气体混合物包含具有与确定范围的低能量含量(LEC)燃料和高能量含量(HEC)燃料混合的氧化剂的气体。进口(例如,喷注器)还可以被配置成在所述第一气体被加热至至少第一气体混合物的自燃温度后注入LEC燃料气体和HEC燃料的第二气体混合物。所述进口或喷注器可以以一定的注入速率注入一定比率的LEC和HEC气体,选择所述注入速率以产生与当所述气体被注入至反应室中时第一气体混合物基本上相同比率的LEC和HEC气体。反应室可以被配置成以在小于所述第二气体混合物的点火延迟时间的时间内产生基本上均质的第一气体混合物的速率将注入的第二气体与包含氧化剂的加热气体混合并在自燃的第一气体混合物氧化的同时允许第一气体混合物自燃和将所述第一气体混合物的温度维持在熄火温度之下。
[0286] 在某些实施方式中,本文所述的氧化方法包括以下步骤:将包含氧化剂的气体加热至至少第一气体混合物的自燃温度,所述第一气体混合物具有包含与确定范围的低能量含量(LEC)燃料和高能量含量(HEC)燃料混合的氧化剂的气体;在加热后注入所述LEC燃料气体和所述HEC燃料的第二气体混合物,其中选择LEC和HEC气体的比率和注入速率以产生与当注入至包含氧化剂的加热气体时第一气体混合物比率基本相同的比率;以在小于所述第二气体混合物的点火延迟时间同时允许所述第一气体混合物自燃的时间内产生基本上均质的第一气体混合物的速率将注入的第二气体与包含氧化剂的加热气体混合;和在自燃的第一气体混合物氧化的同时将所述第一气体混合物的温度维持在熄火温度之下。
[0287] 图1-17A和17B描绘根据本公开的某些方面具有结构化反应元件864的GO反应室860。图1-17A是容器862的示意性图示,所述容器862在此实施例中包含结构化反应元件864的叠层。
[0288] 图1-17B示出示例性结构化反应元件864,其形成为具有多个孔868的盘866,盘866的厚度穿过所述孔868。在某些实施方式中,盘866的边缘升高以便提供堆叠的元件
864之间的间隙,从而允许当空气-燃料混合物穿过反应元件864的叠层时空气-燃料混合物在孔之间的侧向流动。当在容器862中堆叠时,元件864可以绕中心点随机旋转式的邻近元件864的孔868不排成行,由此提供通过元件864的叠层的更蜿蜒的路径。
[0289] 作为容器862内的结构化介质的另一个实施例(图1-17A),挤出的金属或陶瓷诸如堇青石将用于从所述流的下游,出口226附近将热量传导至所述流的上游。这将用于将进口空气-燃料混合物604加热至自燃温度值之上并引发氧化反应。
[0290] 作为热源的逐步氧化器
[0291] 图2-1是根据本公开的某些方面与热交换器1010联接以向工业过程提供工艺加热的氧化器224的示意性图示。在图2-1中,逐步氧化反应物气体604被接纳至氧化器224中并经历逐步氧化,并且作为产物气1015离开,所述产物气1015穿过热交换器1010,在其中排出热量,并且产物气作为废气1030以降低的温度被排放至大气。进入热交换器1010的另一通路的是冷却流体1020,例如空气、水或工业流体,其被有益地加热并且作为热流体1025离开,所述热流体1025流至其使用点(未显示于图2-1)。热交换器1010可以被配置成同向流动、逆流、交叉流动,或本文所述和图示的其他热交换器选项中的任一种或本领域中可能已知的其他方式。逐步氧化反应产物1015(由无污染物的热气体组成)被引导至热交换器,所述热交换器有益地加热空气物流从而为个人舒适度将生活空间升温,或加热一定体积的水用于家庭使用,或加热需要加热的任何工业物料。
[0292] 图2-2是根据本公开的某些方面与加热室1050联接以加热工艺物料1055的氧化器224的示意性图示。空气-燃料混合物604被接纳至氧化器224中,在其中其经历逐步氧化并作为产物气1015离开,之后其进行至加热室1050,在其中物料1055被热气体有益地加热,之后所述气体作为废气1030离开加热室,并且排放至大气。物料1055可以使用有益热量通过解冻、熔化蒸发升华、干燥、烘烤固化、烧结或的煅烧中的一种或多种加工。在类似的实施方式中(未显示于图2-2),其中通风足以防止有害水平的氧缺乏,将热的逐步氧化反应产物引导至占据空间中用于舒适取暖。在另一个类似的实施方式中(未显示于图2-2),将热的产物引导至吸收冷却器中以为吸收-冷冻循环提供动能(motive energy)。
[0293] 图2-3是根据本公开的某些方面包括流体穿过其中的内部热交换器1060的氧化器224的示意性图示。热交换器1060布置在氧化器224反应室内部。空气-燃料混合物604被接纳至氧化器224中并经历逐步氧化。冷的流体1020进入热交换器1060并且由逐步氧化过程生成的一部分热能通过热交换器1060传递至流体。冷却的产物气作为废气1030离开。热的流体1025离开热交换器1060并且被引导至其使用点(未显示于图2-3)。氧化器224的一个示例实施方式包括内部衬有管子的容器,在容器中空气通过所述管子传送。
[0294] 在某些实施方式中,使用下述各项中的一个从氧化器224的反应室吸取热量:为至少部分在热交换器1060中蒸发的液体的冷流体1020,为气体的冷流体1020,或为液体的增加温度不会蒸发的冷流体1020。在某些实施方式中,通过下列各项中的一个或多个调整从氧化器224的反应室吸取的热量的量:控制冷流体1020的流量,控制热流体1025的流量,或控制冷流体1020和热流体1025中至少一个的温度。在某些方面,冷流体1020处于低于氧化器224内的内部温度的温度,其中反应室被配置成将内部温度维持高于空气-燃料混合物604内的燃料的自燃温度并低于空气-燃料混合物604的燃料的熄火温度。
[0295] 图2-4是根据本公开的某些方面包括多个内部热交换器1060的氧化器224的另一个实施方式的示意性图示。类似于图2-3,空气-燃料混合物604被接纳入氧化器224中,在氧化器224中发生逐步氧化并且一部分热能通过热交换器1070传递至冷流体1020,所述热交换器1070布置在逐步氧化器224的内部。在某些实施方式中,热交换器1060包括多个散热表面(未显示于图2-4),所述散热表面靠近氧化器容器的外周布置于内部以吸收大多数有益热,否则所述有益热可能通过不佳的壁绝缘损失至环境。
[0296] 图2-5是根据本公开的某些方面包括多个逐步氧化区带1075A-1075C的氧化器224示意性图示,所述逐步氧化区带1075A-1075C具有邻接的反应区带1080A-1080C,其中分批的工艺物料被加热。空气-燃料混合物604以三个独立的反应物物流1090A、1090B和
1090C被接纳入氧化器224,所述反应物物流1090A、1090B和1090C分别被引导至逐步氧化区带1075A-1075C,在这些逐步氧化区带中发生逐步氧化并从气体释放放热能。粒状的工业物料(在图2-5中看不到)布置在反应区带1080A-1080C内,在这些反应区带内它们被反应物气体流化,并且以分批地方式被有益地加热。一小部分散热表面以下面的方式放置使得其吸收来自逐步氧化过程的足够有益热以将局部温度降低至可能对内部部件发生损害的点之下。将来自逐步氧化过程的产物气重新合并成单一废气流1030,其离开至大气或其他终端用途。在类似的实施方式中(未显示于图2-5),提供额外的散热表面以便允许逐步氧化过程以较高的能量释放密度运转(并且由此,较小的总反应器体积)而不会使内部部件过热和损坏。
[0297] 图2-6是根据本公开的某些方面包括多个逐步氧化区带1075A-1075C的氧化器224的示意性图示,所述逐步氧化区带1075A-1075C具有邻接的反应区带1120A-1120C,其中工艺物料1105的连续流被加热。如在图2-5中那样,空气-燃料混合物604以三个单独的反应物物流1090A、1090B和1090C被接纳入氧化器224,所述反应物物流1090A、1090B和
1090C分别被引导至逐步氧化区带1075A-1075C,在这些逐步氧化区带中发生逐步氧化并从气体释放放热能,接着产物气物流重新合并成排放至大气的单一废气1030。冷的、未反应的、粒状的工业物料1105A-1105C被接纳入反应区带1120A-1120C,在这些反应区带内物料被逐步氧化反应物气体流化,并且以连续的方式被加热成有益改变的状态1110A-1110C,后者从氧化器224移除。
[0298] 在每个反应区带1120A-1120C的下游侧上是挡流板1085A-1085C,所述挡流板保留一部分被有益加热的粒状物料并允许余下的物料1110A-1110C离开氧化器224,在其中改变的物料被收集用于以后使用(未显示于图2-6)。逐步氧化过程的多个阶段中的每个在粒状工艺物料的循环流化床的存在下独立地进行,其与反应的逐步氧化气体同时交换热量,同时物料1105A-1105C本身因来自逐步氧化气体的热量经历干燥、固化、烧结、煅烧或其他热引发的改变。可以在每个逐步氧化阶段中以分批或连续的方式进行循环流化床过程,所述过程有益地改变粒状物料。在连续过程中,冷的、未反应的粒状物料1105A-1105C的添加速率应当足够小以确保逐步氧化过程不被猝灭和熄灭。在某些实施方式中,被连续添加至反应区带1120A-1120C的冷的未反应粒状物料1105A-1105C的质量速率为进入反应区带1120A-1120C的逐步氧化气体的质量流率的1-20%。
[0299] 图2-7A和2-7B是根据本公开的某些方面氧化器元件1150的实例设计细节的透视图和截面图。使用两个同心管道1055和1060来形成工艺流动路径,其中在点A处进入内管道1060的进入的空气-燃料混合物604流动通过较小的管道1060,然后在点B处离开内管道1060,并且在内管道1060和外管道1055之间逆流,同时继续逐步氧化,然后在点C处作为完全氧化的产物气离开氧化器元件1150。当空气-燃料混合物604流动通过内管道1060时,由逆流经过管道1060的外部的热的产物气通过管道1060的壁加热所述混合物。
[0300] 图2-8是根据本公开的某些方面利用图2-7A和2-7B的氧化器的温度作图。进入的空气-燃料混合物在点A处处于温度T1。当启动逐步氧化反应时,在通过内管道1060的流动的初始部分期间通过来自在内管道1060和外管道1055之间逆流的热气体的传热将所述混合物加热至温度T2。当大部分反应已经发生时,逐步氧化过程中化学能的放热释放将温度升高至T3。然后气体进入两个同心管道1055和1060之间的中间段,并且逆流回初始流中。气体温度可以因继续的逐步氧化而继续稍微增加,或当热量损失至外管道1055时减少。然后气体保持移动并与进入(较冷的)的空气-燃料混合物604通过内管道1060的壁交换热能,由此将产物气冷却至T4。
[0301] 图2-9是根据本公开的某些方面使用图2-7A和2-7B的氧化器元件的氧化器组合件的截面图。组合件1200包括布置在壳体1205中的多个元件1150,在此实施例中,所述壳体是圆柱体容器。在某些实施方式中,容器1205是圆形以外的形状。在某些实施方式中,容器1205被加压。两个实心截面板1210和1220跨越容器1205的内部放置。内管道1160穿透板1210,外管道1055附接于板1220。设置单独的通道1225穿过板1220。流动通过容器1205的空气-燃料混合物604进入内管道1060的每个中,如前面关于图2-7A和
2-7B所讨论的,穿过管道1060和1055,然后经过外管道1055的外面并通过通道1225。当空气-燃料混合物604转变成产物气时,混合物行进通过容器1205的相同长度三次:(1)通过内管道1060,(2)在内管道和外管道1060和1055之间,和(3)通过外管道1055的外部和容器1025之间的体积。这提供了额外的热交换并且促进较高的效率和较小体积的氧化器组合件1200。
[0302] 用于往复式发动机的SCHNEPEL循环
[0303] 图3-1是根据本公开的某些方面示例性Schnepel循环发电系统3000的示意图。如关于图1-7的空气-燃料混合物206e所述,包含LEC燃料、HEC燃料、氧化剂和稀释剂的混合物的空气-燃料混合物3005被提供至压缩机汽缸3010,所述汽缸具有活塞3030a,所述活塞3030a通过连接杆3032联接至机轴3034,该机轴3034大体上类似于具有往复式汽缸的常规内燃机中见到的机轴。在某些方面,压缩机汽缸3010是如虚线框3036所指示的传动总成3036的一部分,所述传动总成作为总成,大体上类似于具有往复式汽缸的常规内燃机的部分。当活塞3030a在压缩机汽缸3010内下降时,空气-燃料混合物3005通过可控进气管阀门(未显示于图3-1)被吸进内部空间3015中。当活塞3030a在其冲程的底部附近时,进气管阀门关闭。当活塞3030a上升时,内部体积3015减小,由此压缩空气-燃料混合物3005。当活塞3030a达到指定的点时,出口阀门(未显示于图3-1)开放并将内部空间3015连接至管线3040,由此允许压缩的空气-燃料混合物3005流入管线3040。在此实施例中,压缩的空气-燃料混合物3005穿过同流换热器3045,然后穿过管线3050进入热交换器3055,然后进入管线3060并进入氧化器224中。
[0304] 如前所述,空气-燃料混合物3005在氧化器224内逐步氧化并作为热的燃烧产物气在管线3065中离开。此热气体被发送至热交换器3055的第二侧,其中所述热气体将其一部分热能传递至进入的空气-燃料混合物3050。产物气现在通过管线3070流动至膨胀器汽缸3020的内部空间3025。
[0305] 在操作中,当活塞3030b处于或刚好经过上止点时,进口阀门(未显示于图3-1)开放使得热的加压的产物气可以流入内部空间3025。当机轴3034旋转且活塞3030b在膨胀器汽缸3020内下降时,热的加压的产物气继续流入内部空间3025,从而对于整个冲程维持内部空间3025内的恒压。
[0306] 在操作的某些方面,进口阀门在活塞3030b到达其行程的底部之前之前关闭。当活塞从其中间点行进至下止点时,由于扩大的体积腔,气体压力减小并且冷却。
[0307] 压缩机汽缸3010和膨胀器汽缸3020联接至共用机轴3034并且彼此偏离机轴3034约180度旋转,即,当活塞3030a处于其冲程的底部时活塞3030b处于其冲程顶部。在此实施例中,当压缩机汽缸3010的内部空间3015中的空气-燃料混合物3005初始地处于大气压,同时内部空间3025中的压力处于在压缩机汽缸3010中的压缩冲程结束时将达到的最大压力或附近时,在活塞3030b下降而活塞3030a上升的同时对于大多数180度旋转存在力不平衡。就是这种力不平衡驱动机轴3034的旋转。此力也驱动发电机416的旋转,由此产生动力。在某些方面,发电机416生成电力。在某些方面,发电机416生成加压的额流体或产生机械功。当压缩机汽缸3010的活塞3030a到达其冲程的顶部时,存在短的时期,其中内部空间3015中的压力大致等于内部空间3025中的压力。尽管在此时期期间没有净驱动力,但旋转的机轴的惯性(可能包括飞轮(未显示于图3-1)以提供增加的旋转惯性)将携带机轴经过上止点,此后,压缩机汽缸3010吸入新的空气-燃料混合物3005并且膨胀室汽缸消耗通过管线3080和通过同流换热器3045来自内部空间3025的气体,之后该气体作为废气3085排出。
[0308] 在某些方面,驱动组合件3036被称为分开式循环往复式发动机,其具有接收空气-燃料混合物3005的进气管,压缩机汽缸3010被称作与往复式发动机联接的压缩室,并且内部空间3015被称作往复活塞室。在某些方面,氧化器224被称作氧化室,所述氧化室被配置成经由第一进口接收来自所述压缩室的混合物并且在不使用催化剂的情况下在低于所述混合物的熄火温度并且足以氧化所述混合物的内部温度下维持所述混合物的氧化。在某些方面,膨胀室汽缸3020被称作膨胀室,所述膨胀室接收来自氧化室的加热的氧化产物气并且使膨胀室内的产物气膨胀,由此驱动所述往复式发动机。
[0309] 图3-2是根据本公开的某些方面图3-1的发电系统3000的概念图示。发动机总成3036的中央安装有氧化器224,氧化器在一端通过同流换热器3045和热交换器3055附接。在此实施例中,LEC燃料,诸如来自远处的垃圾填埋场202(未显示于图3-2),通过管线3007提供,并且在指示的盒子中形成空气-燃料混合物3005。
[0310] 图3-3是根据本公开的某些方面Schnepel循环发电系统3100的另一个实施方式的示意性图示。系统3100的许多元件与系统3000是共同的,并且关于图3-3不再重复对它们的描述。系统3100包括与压缩机3105联接的涡轮机3110。压缩机3105与往复活塞压缩机3010串联发挥作用使得与具有压缩机3105的系统3000相比,活塞压缩机3010的压缩率减小,提供足够的压缩使来自活塞压缩机3010的输出达到系统压力。在某些方面,系统3100的系统压力高于系统3000的系统压力,从而提供效率。压缩机3105的输出经过热交换器3055并进入氧化器224中。氧化器224的输出经过涡轮机3110,然后经过热交换器3055,然后进入活塞膨胀器3020,之后加压的气体排至环境。在图3-3的图下方的表格中作为说明提供了在图3-3中所示的系统3100中在各个编号的点处流体的绝对压力和温度。
[0311] 图3-4是根据本公开的某些方面Schnepel循环发电系统3150的另一个实施方式的示意性图示。系统3150的许多元件与系统3100是共同的,并且关于图3-4不再重复对它们的描述。在此实施例中,空气-燃料混合物3005通过压缩机3105加压,然后提供至活塞压缩机3010,其是系统3100的构造的反转。在图3-4的图下方的表格中提供了在图3-4中所示的系统3500中在各个编号的点处流体的压力和温度。
[0312] 图3-5是根据本公开的某些方面Schnepel循环发电系统3200的另一个实施方式的示意性图示。系统3200的许多元件与之前给出的系统是共同的,并且关于图3-5不再重复对它们的描述。在此实施方式中,来自氧化器224的输出经管线发送至活塞膨胀器3020,然后通过热交换器3055至涡轮机3110,之后气体被排放。
[0313] 图3-6是根据本公开的某些方面Schnepel循环发电系统3250的另一个实施方式的示意性图示。系统3250的许多元件与之前给出的系统是共同的,并且关于图3-6不再重复对它们的描述。在此实施方式中,空气-燃料混合物3005在涡轮机–驱动的压缩机3105中压缩,然后进一步在活塞压缩机3010中压缩。来自氧化器224的废气经过热交换器
3055,然后通过活塞膨胀器3020,之后经过涡轮机3110并被排放。
[0314] 图3-7是根据本公开的某些方面Schnepel循环发电系统3300的另一个实施方式的示意性图示。系统3300的许多元件与之前给出的系统是共同的,并且关于图3-7不再重复对它们的描述。此实施方式类似于系统3250,不同之处在于来自氧化器224的输出提供至活塞膨胀器3020,然后传到热交换器3055。
[0315] 图3-8是根据本公开的某些方面Schnepel循环发电系统3350的另一个实施方式的示意性图示。系统3350的许多元件与之前给出的系统是共同的,并且关于图3-8不再重复对它们的描述。此实施方式类似于系统3250不同之处在于来自氧化器224的输出提供至热交换器3055,然后经过涡轮机3110,之后到达活塞膨胀器3020,之后气体被排放。
[0316] 图3-9是根据本公开的某些方面Schnepel循环发电系统3400的另一个实施方式的示意性图示。系统3400的许多元件与之前给出的系统是共同的,并且关于图3-9不再重复对它们的描述。此实施方式类似于系统3200不同之处在于来自氧化器224的输出提供至热交换器3055,然后经过涡轮机3110,之后到达活塞膨胀器3020,之后气体被排放。
[0317] 图3-10是根据本公开的某些方面Schnepel循环发电系统3450的另一个实施方式的示意性图示。系统3450的许多元件与之前给出的系统是共同的,并且关于图3-10不再重复对它们的描述。此实施方式类似于系统3200不同之处在于来自氧化器224的输出提供至热交换器3055,然后经过活塞膨胀器3020,之后到达涡轮机3110,之后气体被排放。
[0318] 使用逐步氧化的工艺设备
[0319] 图4-1是根据本公开的某些方面的三级逐步氧化器流体加热器系统4000。预先混合的空气-燃料混合物4005提供至一连串三个氧化器4010a、4010b和4010c。在某些方面,所述三个氧化器4010a、4010b和4010c在尺寸和构造上是不同的。在某些方面,所述三个氧化器4010a、4010b和4010c基本上是相同的。空气-燃料混合物4005进入第一氧化器4010a,在此燃料被空气中的一部分氧消耗,并产生热的燃烧产物4035a。产物4035a含有氧,因为到氧化器的燃料的比例是贫的,即,过量的空气。热的燃烧产物4035a被引导通过第一流体热交换器4020a其中热量从热的燃烧产物4035a传递至导热流体,在此实施例中为水430,所述导热流体作为较热的流体离开,在此实施例中为蒸汽4040。在某些方面,提供导热流体,诸如油或气体,代替水430,并且输出是热的导热流体。
[0320] 在某些方面,第一氧化器4010a被称作第一反应室,其被配置成在第一反应室内在不使用催化剂的情况下维持第一燃料(即,空气-燃料混合物4005的燃料组分)的逐步氧化,同时将所述第一反应室内的第一内部温度维持在所述第一燃料的熄火温度之下。
[0321] 产物气4035a然后进入第二氧化器4010b并与LEC燃料4007混合。在某些方面,LEC燃料4007与氧化剂、稀释剂或烟道气和HEC燃料(它们中的任一个均未显示在图4-1中)中的一种混合,然后提供至氧化器4010b。所得混合物的燃料被混合物中的一部分氧消耗,并产生热的燃烧产物4035b。热的燃烧产物4035b被引导至第二流体加热器4020b,其中热量从热的燃烧产物4035b传递至水430的单独流,水430作为蒸汽4040离开,其与来自第一热交换器4020a的蒸汽4040混合。
[0322] 在某些方面,第二氧化器4010b被称作第二反应室,其被配置成在不使用催化剂的情况下在逐步氧化过程中维持第二燃料(即,热的燃烧产物4035a中的剩余燃料和新引入的LEC燃料4007)的逐步氧化。在某些方面,第二氧化器4010b包括氧传感器(未显示于图4-1),其与为控制器(未显示于图4-1)的一部分的处理器联接,其中处理器被配置成测定氧含量水平。
[0323] 产物气4035b或烟道气然后进入第三氧化器4010c并与额外的LEC燃料4007混合。在某些方面,被提供至氧化器4010c的LEC燃料4007与氧化剂、稀释剂或烟道气和HEC燃料(未显示在图4-1中)中的一种混合,然后提供至氧化器4010c。在某些方面,提供至氧化器4010c的空气-燃料混合物与提供至氧化器4010b的空气-燃料混合物不同。氧化器4010c中所得混合物中的燃料被混合物中的一部分氧消耗,并产生热的燃烧产物4035c。这些热的燃烧产物4035c被引导至第三流体热交换器4020c,其中热量从热的燃烧产物4035c传递至水430的单独流,水430作为蒸汽4040离开,其与来自第一和第二热交换器4020a和4020b的蒸汽4040混合。
[0324] 逐步氧化的多个阶段传热至流体以降低气体温度,和引入新燃料(图4-1)可以用来将气体温度限制在热力型NOx温度阈值之下,同时减少由热的燃烧产物4035c消耗的氧的量。高效率,如通过从燃料4005和4007传递至蒸汽4040的能量的量测量,提供了经由热的燃烧产物4035c离开系统4000的氧含量尽可能低,典型地3-5体积%。还提供了离开的热的燃烧产物4035c尽可能冷。如果要尝试在一个步骤中氧化燃料,则燃料-与-空气比率将接近于化学计量值,将产生高温。例如,处于化学计量比例的甲烷的绝热反应温度为3484°F,大大高于形成热力型NOx的阈值2300°F。图4-1的分阶段过程冷却来自三个氧化器4010a、4010b和4010c的各个气体流4035a、4035b、4035c使得更多的燃料可以被引入和氧化,并且大多数氧可以从系统中以H2O和CO2的形式移除,而不会形成高温和热力型NOx。
[0325] 从输入源(在此实施例中为水430)至输出(在此实施例中为蒸汽4040)的流体流的其他配置对于本领域技术人员是显而易见的。系统4000可以具有更少或更多数目的氧化器和热交换器。一个或多个热交换器4020a、4020b等可以串联地连接以增加输出流体的温度。提供至每个氧化器4010a、4010b等的空气-燃料混合物可以是不同的,并且可以响应于对燃烧产物流4035a、4035b等中氧的测量而调整。
[0326] 逐步氧化器流体加热器配置4000在三个阶段中和通过流体对热能的俘获促进了燃料和空气的有效氧化。第一阶段包括第一逐步氧化器,其能够实现燃料的逐步氧化并产生热的低排放的产物气物流,所述产物气物流被引导至第一流体加热器中,其中第一流体物流被有益地加热。为了减少或消除进入第一阶段氧化器4010a的燃料-空气混合物4005的闪回和爆炸的可能性,空气-燃料混合物4005中燃料的浓度限制于燃料的可燃性下限浓度的约20-90%。在某些方面,合乎需要的是将燃料含量限制于25-50%。在某些方面,可能存在有可适用的消防安全标准,其限制了可允许的空气-燃料混合物4005的燃料浓度。
[0327] 在第一氧化器4010a中的燃料氧化后,产物气4035a含有约11-19%氧,加上二氧化碳和水蒸气,处于约1500-2300°F的温度。在某些方面,控制氧化过程使得产物气4035a的温度为1600-2000°F。在其一部分热量传递至热交换器4020a中的导热流体后,产物气4035a处于700-1300°F的温度,且更优选900-1200°F。在这种减小的温度,燃料物流
4007可以混合进产物气4035a中,而不经历瞬时反应,所述瞬时反应在1400°F或之上的温度下可能发生。尽管如此混合的产物气4035a和燃料4007的温度足够高以在0.01至5秒的点火延迟后引发氧化反应。在某些方面,点火延迟为0.1-0.5秒。
[0328] 在点火延迟已经发生后,混合物将进入第二氧化器4010b,其是用于发生燃料的有效氧化的优选位置。第二氧化器4010b在优选1600-2000°F的温度生成具有2-16%氧的热产物气物流4035b,其被引导至第二流体加热器4020b,在此处其一部分热能被传递至导热流体。产物气4035b的温度然后降低至900-1200°F,并且LEC燃料4007的第二物流混合进产物气4035b,而没有提前反应。燃料4007和产物气4035b的混合物进入第三氧化器4010c,其中重复氧化过程,产生具有1.5-14%氧的废气4035c。在某些方面,两个阶段至八个阶段的逐步氧化紧接着流体加热可以结合在一起,最终目标是产生具有1.5-5%氧和约150-700°F的温度的最终产物气物流。在某些方面,最终产物气物流的温度为约250-400°F。加热的流体物流可以合并在一起,如图4-1中所示,或分开。
[0329] 图4-2根据本公开的某些方面三级逐步氧化器流体加热器系统4100的另一个实施方式的示意图。空气-燃料混合物4005进入第一氧化器4110a,在此燃料被空气-燃料混合物4005中的一部分氧消耗,产生的热量经过第一蒸汽盘管4120a并将液体水4130a的物流煮沸以生成饱和蒸汽4105。冷却的产物气4035a离开第一氧化器4110a并与额外的LEC或HEC燃料和稀释剂4007混合,其中混合物进入第二逐步氧化器4110b。类似于第一氧化器4110a中的反应,燃料-产物气混合物中的燃料被混合物中的一部分氧消耗,产生的热量经过第二蒸汽盘管4120b并将液体水4030的第二物流煮沸以生成饱和蒸汽4105。冷却的产物气4035b离开第二氧化器4110b并与额外的燃料4007混合,其中混合物进入第三氧化器4110c,其中重复该过程,加热第三蒸汽盘管4120c中的液体水4130以生成饱和蒸汽4105。
[0330] 对于本领域技术人员很显然的是流体加热器系统4100可以利用多种导热流体使用。例如,可以使用油来从氧化器4110A、4110b等中的一个或多个中吸收热量。不同类型的热交换流体的独立流可以单独地提供至氧化器4110a、4110b等中的一个或多个,并且提供用于被外部系统(未显示于图4-2)单独使用,在某些方面,热交换盘管4120A、4120B等中的一个或多个可以串联连接。
[0331] 部分冷却的产物气4035c被引导至节热器4140其中产物气4035c中的可利用热量将过冷液体水物流4150的温度升高至稍低于水的饱和温度的温度。冷却的产物气4035d被排放至大气。
[0332] 尽管类似于图4-1的更为普遍的流体加热器,系统4100的一个区别特征是流体加热元件(即,蒸汽盘管)安装至与逐步氧化器相同的装置中。在每个阶段的出口处优选的温度范围和氧水平于之前的实施方式相同。最后的热回收装置,即,节热器4140,添加至产物气物流的后端以在气体排放至大气前从所述气体提取尽可能多的热量。蒸汽盘管4120a、4120b、4120c可以包埋在氧化器4110a、4110b、4110c的多孔陶瓷床中或悬挂在所述床的顶部上方。在某些方面,可以在逐步氧化区带和蒸汽发生区带之间添加额外的床高度或多孔的部分辐射屏蔽罩以帮助确保在逐步氧化反应结束前,气体不被蒸汽盘管4120a、4120b、
4120c的相对冷的表面猝灭。
[0333] 图4-3是根据本公开的某些方面单级回热式蒸汽发生系统4200的另一个实施方式的示意性图示。空气4210被引导至同流换热器3045的冷侧,在该处其接收热量并作为预先加热的空气物流离开,所述预先加热的空气物流与其中加入了LEC燃料4220的减少的氧、再循环产物气物流4225合并。在某些方面,LEC燃料4220包括HEC燃料。在某些方面,LEC或HEC燃料可以在进入同流换热器3045之前与空气4210混合。
[0334] 空气-燃料-稀释剂混合物进入氧化器224,在此燃料被一部分氧消耗并产生热量。
[0335] 液体水物流4230在节热器3055中被加热以形成热的水物流,其被引导至蒸汽盘管4240。来自氧化过程的一部分热量通过蒸汽盘管4240传递至热水,由此形成用于有益用途的蒸汽4242。部分冷却的产物气离开氧化器224并且分成两个物流。一部分产物气被引导通过再循环鼓风机4245,在此产物气以稍高的压力离开,并且如上所述与空气-燃料物流合并。剩余部分的产物气经过节热器3055,在此更多的热量被移除,由此加热进入的水4230,并且冷却的产物气然后经过同流换热器3045的热侧,在此移除额外的热量,由此加热进入的空气4210,然后完全冷却的产物气离开至大气。
[0336] 通过产物气4225的再循环,系统4200通过将进入氧化器224的混合物的氧浓度维持小于12%(并且优选小于9%),从而抑制预先混合的空气-燃料混合物的闪回和爆炸。再循环提供的氧化器进口温度在700-1300°F的范围内,并且优选900-1200°F。通过再循环,本实施方式还生成了等于废气流的1.5-4.0倍,优选2.0-3.0倍的通过氧化器的总热气体流量。较大的热气体流量允许在氧化器224内安装更大的导热表面积和产生更大量的蒸汽。执行至蒸汽盘管的传热的气体物流的比热(cp)也大于具有较少CO2、较少H2O和较多O2的氧化产物的比热。较大的比热产生较大的传热潜力,在冷的和热的物流之间具有固定的温差。
[0337] 系统4200结合了节热器3055,所述节热器3055通过将水4230的温度升高至刚好低于其沸点而从产物气物流回收热量。系统4200还结合了同流换热器3045,所述同流换热器3045通过在燃烧空气进入氧化器224之前将其预先加热而回收额外的热量。此同流换热器3045减少或消除了加入以启动氧化器224内的逐步氧化过程的辅助加热的量,并且还减少了废气中热量的损失。
[0338] 图4-4是根据本公开的某些方面蒸汽发生系统4300的两级水管类型的示意性图示。空气-燃料混合物4005在氧化器4321的底部进口处提供。空气-燃料混合物4005流过喷雾器树4322并进入多孔介质512,在此发生逐步氧化并且所有燃料被一部分氧消耗。热产物烟道气的一部分4315离开床512并且通过蒸汽盘管4325,在此从气体移除热量,同时热气体的较小部分4314通过核心区带,在此没有布置蒸汽盘管,并且也没有热量被移除。第一蒸汽盘管4325布置在外壳的外周周围,使得在外壳的中心轴线附近向上流动的产物气4314将仍然处于高温并且充当用于正好在上段中发生的第二阶段逐步氧化的火源。
[0339] 将额外的LEC燃料或HEC燃料与稀释剂4220注入至氧化器4321的中间区带,并且与产物气4315混合以形成氧化剂-稀释剂-燃料混合物4316,该混合物通过多个水平辐条进入倒置喷雾器锥体4324,所述水平辐条穿透锥体4324的壁。这些辐条具有多个注射孔从而将混合物4316以接近均匀的方式分布。热的气体部分4314通过底部的开口进入倒置的喷雾器锥体4324并且用于启动混合物物流4316的逐步氧化,由此消耗额外的燃料并生成减少的氧、热产物物流4317。
[0340] 产物物流4317被引导通过蒸汽盘管4326,在此从产物物流4317移除热量,该产物物流4317然后作为冷却的产物气4318离开氧化器4321。处于近饱和状态的水4353被接纳入蒸汽盘管4325和4326中的每一个中并且作为饱和的蒸汽物流4354离开。两级水管式逐步氧化器蒸汽发生器4300被布置在单个外壳中,并且装配有用于在第二阶段减少气体压降的装置。垂直外壳结合了用于氧化燃料并形成热的产物气物流的第一逐步氧化器,紧接着是第一组蒸汽盘管(水管)以从产物物流移除热量。
[0341] 引导至最后的盘管4326的水或蒸汽的量可以大于之前的阶段以在气体流4317作为废气4318排出至大气之前从气体流4317除去尽可能多的热量。尽管当产物气离开第一阶段或中间阶段(4316)时将产物气温度维持高于900°F是合乎需要的,但在多级系统的最后阶段下降至900°F之下并不是个问题,因为随后不存在逐步氧化器需要高于900°F的温度。蒸汽发生表面积和或任何节热器表面积可以根据需要大至达到在最后阶段中移除热量的目的。
[0342] 图4-5是根据本公开的某些方面蒸汽发生系统4400的两级火管类型的示意性图示。空气-燃料混合物4005进入喷雾器树4422的底部区带。空气-燃料混合物4005流过喷雾器树4422并进入多孔陶瓷512的床,在此发生逐步氧化,并且所有燃料被一部分氧消耗。热的产物气4419离开多孔介质512并进入火管4425,在此通过环绕的水4451从气体移除热量。
[0343] 将额外的LEC或HEC燃料4220和任选的稀释剂(未显示)与冷却的产物物流4419混合以形成氧化剂-稀释剂-燃料混合物,氧化剂-稀释剂-燃料混合物被接纳入第二喷雾器4426和多孔介质512的第二床,其中所述额外燃料被消耗并且生成减少的氧、热的产物物流4415,该产物物流4415被引导通过或火管4429,在此通过环绕的水4451移除热量。冷却的产物气4415在稳压室4430中收集并作为冷却的废气物流4417离开氧化器。两个逐步氧化区带具有绝缘的壁4424、4428以防止反应物气体的过度冷却,过度冷却会导致逐步氧化反应的不合乎需要的猝灭。处于过冷或近饱和状态的水4451被接纳入逐步氧化器外壳4401中并作为饱和的蒸汽4452离开。在某些方面,加入额外的加热表面用于使蒸汽
4452过热至基本上高于其沸点的温度。在某些方面,水4451被加压,导致更高的饱和蒸汽温度。
[0344] 通过将最终废气物流中的氧降低至1.5-5.0%同时将出口气体温度降低至250-400°F,总循环效率估算为85-90%,这表示相对于常规蒸汽发生器的改进,常规蒸汽发生器以80-86%的循环效率运转。对于相同的可用热输出,增加的循环效率对应于减少的燃料利用。
[0345] 通过将逐步氧化温度维持低于约2300°F,并且优选低于2000°F,减少了热力型NOx的形成。常规燃烧器的火焰的最大反应温度超过2300°F并且生成比逐步氧化过程实质上更多的NOx。
[0346] 在某些方面,电加热元件(未显示于图4-5)位于一个或两个氧化器阶段的进口处以帮助启动在该位置处空气-燃料混合物4005或氧化剂-稀释剂-燃料混合物的氧化。
[0347] 在某些方面,多孔陶瓷介质512的量减小或不存在,并且允许反应温度在开口体积中变得较高。此外,如果移除多孔介质,则更大部分的总流可以分布至最后的喷雾器4426。
[0348] 在某些方面,将内部压力保持足够低使得燃料可以在每个阶段仅使用输送管压力加入,即,无需气体增压器。
[0349] 在某些方面,加入节热器或同流换热器(未显示于图4-4或4-5)从而冷凝由产物气燃烧的水分,或可选地使水留在汽相中。
[0350] 在某些方面,类似于图1-13中所示的系统的流化床(未显示于图4-4或4-5)替代多孔介质512以促进氧化器4321、4401中的热反馈和点火并增强至蒸汽盘管的传热。其他选项包括烟道气再循环和结构化介质,类似于图1-15和1-16A/16B中所示的系统。
[0351] 图4-6示意性地描绘根据本公开的某些方面通过具有喷雾器的逐步氧化系统4600的流动。图4-6的过程和元件关于图1-12的系统4500描述,其中完成步骤1-6,其被显示为接收来自系统4500的点A的输出。在某些方面,将空气4602和燃料4220混合,例如使用类似于系统4500的混合机4510的混合机,并且代替图4-6的点A提供。由点A进入的气体混合物经历下面的过程步骤:
[0352] 7.离开下段的热气体分成部分4315和4314,其中部分4315通过热交换器,诸如图4-4的盘管4325,并且从热气体提取一部分热量,由此将气体冷却至接近自燃温度的温度。此阶段利用提取的热量来生成蒸汽或蒸发另一液体。
[0353] 8.在此实施例中,将燃料4220注入至物流4314和4315两者中。4314部分足够热以引发在每个阶段4630中混合的各部分中的逐步氧化。
[0354] 混合循环和逐步氧化
[0355] 图5-1是根据本公开的某些方面结合了蒸汽发生和附加燃料注入的示例性逐步氧化系统5100的示意图。压缩机410联接至轴,所述轴进一步联接至涡轮机414和发电机416,如前面在图1-9中所示。将空气-燃料混合物5102提供至压缩机410,压缩机410向热交换器418提供加压的空气-燃料混合物206f,热交换器418利用来自涡轮机废气420的热量加热此混合物206f。热的加压混合物206g被传送至氧化器224中。在某些方面,附加的空气-燃料混合物5104被注入至氧化器中。在某些方面,空气-燃料混合物5104包括仅LEC或HEC燃料。空气-燃料混合物206g和5104在氧化器224中逐步氧化,并且热的烟道气226排至涡轮机414。在通过涡轮机中,从热的烟道气226提取能量,并且冷却的、膨胀的涡轮机废气420返回至热交换器418。在通过热交换器418后,烟道气420可以仍然包含游离氧。额外的空气-燃料混合物5112被注入至管道燃烧器5110内的烟道气420以重新加热所述烟道气以产生热的烟道气5111,然后烟道气5111通过热交换器422,其中热量从热的烟道气5111传递至水430,从而产生蒸汽5108,蒸汽5108提供至终端用途(未显示于图5-1)。冷却的烟道气现在作为废气流5106排至环境。在某些方面,空气-燃料混合物5102仅包含空气并且燃料从空气-燃料混合物5104提供。
[0356] 图5-2是根据本公开的某些方面结合了蒸汽发生和联合发电的示例性逐步氧化系统5200的示意图。系统5200的许多元件是与之前讨论的系统5100所共同的,并且关于图5-2不再重复对它们的描述。在系统5200中,蒸汽发生盘管5220嵌入氧化器224中。在氧化器224内从氧化过程提取热量减小最大反应温度,从而减少NOx形成,同时生成蒸汽
5204。然后将空气-燃料混合物5104注入至氧化器224内的冷却的气体,该氧化器224是盘管5220的“下游”,从而允许额外的燃烧以便降低进入涡轮机414中的废气226中的氧水平。此额外燃料的注入和减少废气226内的氧的进一步燃烧增加了通过涡轮机414的质量流量,增加了废气226的比热,并减少了比热的比率,从而增加了涡轮机414的功率输出。
系统5200去除了管道燃烧器5110,同时仍然从盘管5220产生蒸汽。当盘管5220在系统
5200的峰温度工作时,蒸汽5204将处于比在系统5100中产生的蒸汽5108更高的温度或压力。
[0357] 在某些方面,将蒸汽5230注入至氧化器224内的工作流体。在氧化器224内在逐步氧化过程中注入蒸汽可以帮助减少排放同时燃烧近化学计量的空气-燃料比率。在某些方面,由于存在惰性的水蒸气,蒸汽5230的注入允许预先混合的空气-燃料混合物206g更接近化学计量比率,而不超过空气-燃料混合物206g的可燃范围。在某些方面,以在氧化器224内形成漩涡流型的方式注入蒸汽,进一步辅助逐步氧化过程。在某些方面,通过具有径向孔并且围绕在氧化器224的周长布置的轴向管道(未显示于图5-2)引入蒸汽5230。在某些方面,来自盘管5220的蒸汽5204作为蒸汽5230返回,并且如果蒸汽5204处于等于或大于氧化器224内的压力的压力,则存在较少的附加能量损失,因为蒸汽5230已经被加压。
[0358] 图5-3是根据本公开的某些方面结合了具有中间冷却的双重压缩机410,5308的示例性逐步氧化系统5300的示意图。系统5300的许多元件与之前讨论的系统5100和5200是共同的,并且关于图5-3不再重复对它们的描述。中间冷却器5304的使用允许跨越压缩机410和5308较高总压缩,从而提高了系统5300的效率。中间冷却器5304冷却物流5302,物流5302进一步被5308压缩。进入压缩机5308的较低温度减少了用于压缩气体的热力学功,即,功率。中间冷却器允许在5310的流处于比没有中间冷却器5304时将存在的温度更低的温度。这允许在同流换热器418中回收更多的热能。在同流换热器418中回收的能量的量与涡轮机废气420和同流换热器进口温度5310之间的温差成正比。
[0359] 图5-4是根据本公开的某些方面结合了启动器逐步氧化器的示例性逐步氧化系统的示意图。系统5400的许多元件是之前讨论的系统5100、5200和5300所共同的,并且关于图5-4不再重复对它们的描述。空气-燃料混合物5102作为温热的压缩的空气-燃料混合物5408的流提供至氧化器224的进口。启动器氧化器5420的使用允许主氧化器224升高至工作温度,即,高于温热的压缩的空气-燃料混合物5408的自燃温度,与使用常规燃烧器在明火中燃烧HEC燃料相比具有减少量的NOx形成(例如,图1-10)。启动器氧化器5420设置有空气-燃料混合物5428的供应,和在某些实施方式中,利用鼓风机5422的加压。热的燃烧产物气,即,烟道气,从启动器氧化器5420的出口提供至氧化器224上的进口。在某些实施方式中,来自启动器氧化器5420的烟道气通过相同的进口作为温热的压缩的空气-燃料混合物5408进入氧化器224。设置阀门5426用来当主氧化器224达到运转温度并且压缩机/涡轮机410/414子系统启动时切断此启动子系统。在系统5400中,滤器
5402和5424设置用来移除来自各个空气-燃料混合物5102和5428的颗粒物和其他不合乎需要的组分。
[0360] 使用图5-4的启动器逐步氧化器的优点包括减少在系统启动期间标准污染物(例如NOx)的排放。其还允许现场使用天然LEC气体,而不是对启动燃烧系统保留燃料的单独HEC供应。
[0361] 图5-5是根据本公开的某些方面结合了水430注入的多个点5504、5510、5516和5522的示例性逐步氧化系统5500的示意图。系统5500的许多元件是与之前讨论的系统5100-5400所共同的,并且关于图5-1至图5-4不再重复对它们的描述。每个注入点
5504,5510,5516和5522之后的过程将蒸发掉至工艺输入气体中的一些量的水,同时由于注入水蒸发的潜热而冷却工艺输出气体流。水注入可以根据策略仅在单个位置,或与其他水注入位置组合进行。
[0362] 在位置5504处的水注入可以用来冷却压缩机410的进口流物流温度。较低的进口温度增加进入汽轮机循环的流体的密度,增加功率输出。较冷的压缩机进口温度还减少用来压缩气体5508的功(功率),使更多的轴功率412可用来驱动发电机416。
[0363] 在位置5510,5516处并进入热交换器418的水注入增加涡轮机循环的功率输出。液态水的压缩,如典型地通过进行,可以比在压缩机410中压缩气态混合物更有效。由于烟道气的质量流的较大量,涡轮机414将产生更多的功。在本领域中这些循环有时称为“湿空气循环”。系统5500因此可以放大循环中水注入的有益效果,同时由于逐步氧化器过程不产生热力型NOx。
[0364] 同流换热器418中水的注入和蒸发可以表现出多于在前面段落中列举的热力学循环性能优点。同流换热器418容易地被废气流5526加热。水的蒸发可以增加在5512和5514之间的流的有效传热系数,由此实现较小的物理热交换器。
[0365] 根据在此提供的说明,也可以使用用于注入水的其他实施方式和方法。例如,将水注入至氧化系统中的其他系统和方法记述在于2011年3月15日提交的美国申请系列号13/048,796中,其全部内容通过引用合并于本文中,其程度以该申请的教导不与本说明书不一致为度。
[0366] 图5-6是各种系统的废气的气体含量的图5600。可以看出,常规汽轮机通常利用废气物流中大于约9质量%的残余游离氧工作。通过在同时生成蒸汽的同时使用图5-2和图5-3的氧化器中的逐步氧化技术,离开氧化器和汽轮机循环的氧含量将较低,优选在1.5-5%范围。图5-6显示此大大低于常规汽轮机的范围。因此,在逐步氧化器/蒸汽发生器,例如图5-2的系统5200中同时生成无污染物的烟道气和蒸汽在本领域中是新颖的。并且如在本文中之前所讨论的,较低的氧和较高水平的CO2和H2O对布雷顿汽轮机循环是有益的。
[0367] 对逐步氧化系统的控制可以以多种方式进行。在某些方面,确保完全氧化的方法改变氧化器容器内燃料和空气混合物的停留时间。在某些方面,汽轮机提供逐步氧化器并且该汽轮机被配置成使用,例如,变速发生器和功率电子器件或功率变换器,改变其转速,如本领域技术人员已知的那样。在某些方面,风扇供给燃料和空气混合物至氧化器,例如如图2-1中所示,并且风扇由变速驱动器提供动力,降低风扇速度以增加氧化器内部的停留时间。
[0368] 在一些实施方式中,本文所述的氧化系统可以用于以灵活、有效和清洁的方式氧化燃料。本文所述的氧化反应提供了用于氧化废物料和由此防止或最小化空气污染的方法。例如,如何可以使用该氧化反应的方法和系统提供在于2011年5月25日提交的美国专利申请系列号13/115,910和于2011年5月25日提交的13/115,902中,两件申请的全部内容通过引用合并于本文中,其程度以它们的教导不与在此提供的描述不一致为度。
[0369] 提供前面的描述使得本领域普通技术人员能够实施本文所述的各个方面。尽管前面已经描述了何为最佳模式和/或其他实施例,要理解对这些方面的各种修改对于本领域技术人员来说将是很显然的,并且本文所定义的总体原理可以适用于其他方面。另外,尽管各个实施方式在不同的章节、段落中并且关于不同的附图描述,但除非另外表明,则各个实施方式可以与其他所述的实施方式结合。因此,权利要求不意在限于本文所显示的各个方面,而是要符合与权利要求一致的全部范围,其中以单数提及一个要素不意在表示“一个和仅一个”,除非具体那么说明,而是表示“一个或多个”。除非具体另外指明,术语“一组”和“一些”是指一个或多个。标题和子标题,如果有的话,仅为方便使用,并不用于限制本公开。
[0370] 要理解的是在公开的过程中步骤的具体次序或层次是示例性方式的举例说明。基于设计优先度,要理解所述过程中步骤的具体次序或层次可以重排。一些步骤可以同时进行。附带的方法权利要求以相同次序给出了各个步骤的要素,并且不意在限于所给出的具体次序或层次。
[0371] 术语诸如“顶部”、“底部”、“前面”、“后面”等当在本公开中使用时应当理解为是指任意的参考系,而不是普通的重力参考系。因此,顶面、底面、前表面和后表面可以在重力参考系中向上、向下、对角线地、或水平地延伸。
[0372] 短语诸如“方面”不暗示这种方面对于主题的技术是必不可少的,或该方面适用于主题的技术的所有配置。涉及一个方面的公开内容可以适用于所有配置,或一个或多个配置。短语诸如方面可以指一个或多个方面以及反之亦然。短语诸如“实施方式”不暗示这个实施方式对于主题的技术是必不可少的,或该实施方式适用于主题的技术的所有配置。涉及一个实施方式的公开内容可以适用于所有实施方式,或一个或多个实施方式。短语这种实施方式可以指一个或多个实施方式以及反之亦然。
[0373] 词“示例性”在本文中用来意指“充当实施例或举例说明”。本文中描述为“示例性”的任何方面或设计不一定被解释为相对于其他方面或设计是优选的或有利的。
[0374] 如在本文中使用,表述“A、B和C中的至少一个”或“A、B或C中的至少一个”的列举意在指仅A、仅B、仅C或A、B和C的任意组合,包括A、B和C的全部。
[0375] 本领域普通技术人员已知或以后会知晓的在整个本公开中描述的各个方面的要素的所有结构性和功能性等效形式明确地通过引用合并于本文中并且意在被权利要求所涵盖。此外,本文公开的所有内容不意在贡献于公众,不管这种公开是否明确地记述在权利要求中。权利要求要素不应根据35 U.S.C.§112第6段的规定来理解,除非所述要素明确地使用短语“用于…的装置(means)”来记述,或在方法权利要求的情况下,该要素使用短语“用于…的步骤”明确地记述。此外,就在说明书或权利要求使用术语“包括”、“具有”等而言,这些术语意在是以类似于术语“包括”的方式是开放性的,如当在权利要求中采用“包括”作为过渡文字时对“包括”所解释的那样。
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