Спосіб і система для генерування синтез-газу

Реферат: Розглядаються спосіб і пристрій для генерування синтез-газу з використанням вуглеводнів і води. В інших варіантах способу і пристрою генеруються синтез-гази, які мають будь-яке бажане співвідношення СО/водень і/або синтетичні функціоналізовані і/або нефункціоналізовані вуглеводні. Вказаним способом вуглеводневмісне текуче середовище може бути перетворене в синтез-газ, який має вміст водню, що варіюється, без генерування значних кількостей СО 2. Крім того, водень і різні форми вуглецю можуть бути одержані як побічні продукти. UA 111519 C2 (12) UA 111519 C2 UA 111519 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Даний винахід стосується способу і системи для генерування синтез-газу з вуглеводнів і води. Значні галузі світової економіки основані на сирій нафті як вихідному матеріалі або як джерелі енергії. Так бензинове і дизельне паливо для особистого і вантажного транспорту, важке дизельне паливо для суден і паливо для електростанцій, а також світлі нафтопродукти для нагрівання сімейних осель одержують із сирої нафти. Крім того, багато які вихідні матеріали для хімічної промисловості одержують прямо або непрямо з сирої нафти. У цей час багато які зусилля робляться для заміни продуктів сирої нафти іншими вихідними матеріалами або альтернативними способами. В енергетичній галузі природний газ і відновлювані джерела енергії використовуються замість сирої нафти для роботи електростанцій. Електричні двигуни, двигуни на природному газі і водневі паливні елементи випробовуються для транспортних застосувань, але вони не можуть бути комерційно підтверджені. Є спроби одержати нафтові продукти з природного газу і вугілля на промисловому рівні. Наприклад, відомі способи перетворення природного газу в рідкі палива (так звані способи газв-рідину або ГВР-способи). Проте, вказані способи звичайно мають значні СО 2-виділення і високі витрати. Крім того, вони звичайно не здатні забезпечувати водень незалежно від СО або СО2. Тому вказані спроби звичайно обмежуються з економічних і екологічних причин небагатьма окремими застосуваннями. Синтез-газ, або скорочено сингаз, являє собою газову суміш монооксиду вуглецю і водню, яка може також містити діоксид вуглецю. Наприклад, сингаз генерується газифікацією вуглецьвмісного палива в газоподібний продукт - сингаз, що має певну теплотворну здатність. Синтез-газ має приблизно 50 % густини енергії природного газу. Синтез-газ може горіти і, таким чином, використовуватися як джерело палива. Синтез-газ може також використовуватися як проміжний продукт в одержанні інших хімічних продуктів. Наприклад, синтез-газ може генеруватися газифікацією кам'яного вугілля або відходів. При генеруванні синтез-газу вуглець може взаємодіяти з водою, або вуглеводень може взаємодіяти з киснем. Є комерційно доступні технології переробки синтез-газу для того, щоб генерувати промислові гази, добрива, хімічні речовини й інші хімічні продукти. Однак, більшість відомих технологій (наприклад, реакція конверсії води) для генерування і перетворення синтез-газу мають проблему в тому, що синтез необхідної кількості водню спричиняє генерування великої кількості надмірного СО 2, який зрештою випускається в атмосферу як газ, небезпечний для клімату. Інша відома технологія одержання синтез-газу - часткове окислення метану згідно з рівнянням 2 СН4+О2→2СО+4Н2 може досягати максимального співвідношення Н 2:СО=2,0. Однак недоліком є використання чистого кисню, який виходить енергозатратним. ЕР 0219163А розглядає спосіб генерування синтез-газу, в якому вуглеводні розкладаються в першій реакційній камері для того, щоб утворити вуглець і водень, і де вуглець транспортується у другу реакційну камеру і приводиться в контакт з водою для реакції. WO 00/06671А1 розглядає спосіб генерування синтез-газу, в якому в присутності повітря біологічний матеріал перетворюється у вуглець і відхідні гази, такі як вода і СО 2, в першій реакційній камері, і в якому синтез-газ утворюється з вказаного вуглецю і водяної пари у другій реакційній камері. Тому першою проблемою, що вирішується даним винаходом, є перетворення вуглеводневмісного текучого середовища в синтез-газ з різним вмістом водню без генерування значних кількостей СО2. Проблема вирішується способами згідно з пп. 1, 2 і 13 формули винаходу, а також пристроєм за пп. 17, 18 і 26 формули винаходу. Інші варіанти можуть бути виведені із залежних пунктів формули винаходу. Зокрема, спосіб генерування синтез-газу містить розкладання вуглеводневмісного текучого середовища на вуглець і водень за допомогою введення енергії, яка щонайменше частково забезпечується теплом, де вуглець і водень мають температуру щонайменше 200 °C після стадії розкладання. Частина вуглецю, утвореного на стадії розкладання, потім приводиться в контакт з водою при температурі в інтервалі 800-1700 °C, де вуглець, утворений на стадії розкладання, охолоджується не більше, ніж на 50 % в°С порівняно з його температурою після стадії розкладання при приведенні вуглецю в контакт з водою. Тут щонайменше частина води разом з вуглецем, утвореним при розщепленні, перетворюється в синтез-газ. Даний спосіб забезпечує перетворення вуглеводневмісного текучого середовища в синтез-газ, що має різний вміст водню, без утворення значних кількостей СО 2. У переважному способі щонайменше частина енергії, необхідної для забезпечення вуглецю (при розщепленні вуглеводню), вводиться в формі тепла для перетворення. Крім того, водень і різні різновиди вуглецю можуть бути одержані як побічні продукти. 1 UA 111519 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Це особливо справедливо, якщо стадія розкладання має місце при температурі більше 1000 °C, зокрема, при температурі в інтервалі 1000-1200 °C, так як в цьому випадку не потрібна або потрібна тільки невелика додаткова кількість тепла, необхідного для забезпечення перетворення. Переважно, тепло, необхідне для досягнення температури 800-1700 °C (зокрема, від 1000 до 1200 °C) перетворення, по суті повністю забезпечується теплом, яке використовується для розщеплення вуглеводневмісного текучого середовища. Тут "по суті повністю" означає, що щонайменше 80 %, зокрема, щонайменше 90 % необхідного тепла походить від стадії розкладання. В одному варіанті вуглець, одержаний на стадії розкладання, і водень, одержаний на стадії розкладання, обидва разом приводяться в контакт з водою. Водень не піддається перетворенню і може служити як додатковий теплоносій. Особливо переважно, якщо вуглець і водень мають температуру 1000 °C (переважна температура перетворення) або вище. У цьому випадку газ після перетворення є не чистим водяним газом, але синтез-газом з різним співвідношенням змішування. Альтернативно, вуглець, одержаний на стадії розкладання, може бути відділений від водню, одержаного на стадії розкладання, перед стадією приведення вуглецю в контакт з водою. Для того щоб збільшити енергетичну ефективність способу, щонайменше частина тепла щонайменше частини вуглецю і/або частини водню, одержаних зі стадії розкладання, може бути використана для нагрівання води перед стадією приведення води в контакт з вуглецем і/або може бути використана для нагрівання технологічної камери, в якій вода приводиться в контакт з вуглецем. У даному значенні повинно бути зазначено, що синтез-газ має температуру 8001700 °C після перетворення і що щонайменше частина його тепла може бути використана для попереднього нагрівання води перед стадією приведення води в контакт із вуглецем. Також можливо, що щонайменше частина тепла щонайменше частини вуглецю і/або частини водню, одержаних зі стадії розкладання, і/або частини синтез-газу після перетворення може бути використана для генерування електрики, яка може бути використана як енергоносій для введення енергії на стадію розкладання вуглеводневмісного текучого середовища. Переважно, енергія розкладання вуглеводню, головним чином, вводиться через плазму. Це є особливо прямим і, таким чином, ефективним способом введення енергії. Переважно, стадія розкладання здійснюється в Kvaerner-реакторі, який забезпечує безперервне розкладання потоку вуглеводнів. У способі генерування синтез-газу додатковий водень і/або монооксид вуглецю, і/або додатковий синтез-газ можуть бути введені в синтез-газ для одержання бажаного складу. У випадку приведення в контакт з водою як вуглецю, так і водню можна, зокрема, використовувати введення додаткового монооксиду вуглецю в синтез-газ для того, щоб знизити співвідношення СО/Н2. У ході стадії приведення в контакт з водою по суті чистого вуглецю можна використовувати введення додаткового монооксиду вуглецю для того, щоб знизити співвідношення СО/Н2. Зокрема, можна змішувати потоки двох синтез-газів, генерованих роздільно відповідно до вищезгаданого способу (один з, а інший без попереднього розділення вуглецю і водню) для того, щоб одержати бажане співвідношення змішування СО/Н 2. Переважно, додатковий водень походить від стадії розкладання вуглеводневмісного текучого середовища на вуглець і водень при введенні енергії, що щонайменше частково виробляється теплом. Тому стадія розкладання може забезпечити вуглець, необхідний для перетворення вуглець/вода, і необхідний водень на одній стадії. В одному варіанті щонайменше частина водню утворюється на стадії розкладання вуглеводневмісного текучого середовища при температурі нижче 1000 °C, зокрема, нижче 600 °C, за допомогою мікрохвильової плазми. Коли додатковий водень (більше, ніж кількість, яка виходить при одержанні вуглецю, необхідного для перетворення вуглець/вода) потрібен для одержання певного співвідношення змішування синтез-газу, переважно генерувати вказаний водень енергоефективним чином при низьких температурах з вуглеводневмісного текучого середовища. Переважно, співвідношення СО:водень в синтез-газі регулюється до значення в інтервалі від 1:1 до 1:3, зокрема, до значення 1:2,1. У способі генерування синтетичних функціоналізованих і/або нефункціоналізованих вуглеводнів на першій стадії синтез-газ генерується, як описано вище, і синтез-газ приводиться в контакт з придатним каталізатором для того, щоб спричинити перетворення синтез-газу в функціоналізовані і/або нефункціоналізовані вуглеводні, де температура каталізатора і/або синтез-газу встановлюється або регулюється в попередньо визначеному температурному інтервалі. Таким чином, синтез-газ може бути генерований при змішуванні СО з воднем або перед, або при приведенні в контакт з каталізатором. 2 UA 111519 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 В одному варіанті перетворення синтез-газу здійснюється способом Фішера-Тропша, зокрема, ШСДС(SMDS)-способом. Альтернативно, перетворення синтез-газу може бути здійснене Bergius-Pier-способом або комбінацією Pier-способу з (МвР)MtL-способом. Вибір способу значною мірою визначає природу синтетичних функціоналізованих і/або нефункціоналізованих вуглеводнів. Переважно, вуглеводневмісним текучим середовищем, яке повинне розкладатися, є природний газ, метан, мокрий газ, важка нафта або їх суміш. Пристрій генерування синтез-газу містить вуглеводневий конвертер для розкладання вуглеводневмісного текучого середовища на вуглець і водень, вуглеводневий конвертер містить щонайменше одну технологічну камеру, що має щонайменше один впуск вуглеводневмісного текучого середовища і щонайменше один випуск вуглецю і/або водню і щонайменше один пристрій введення енергії в технологічну камеру, причому енергія складається щонайменше частково з тепла. Крім того, пристрій містить конвертер С для перетворення води і вуглецю, причому конвертер С містить щонайменше одну додаткову технологічну камеру, що має щонайменше один впуск води, щонайменше один впуск для щонайменше вуглецю і щонайменше один випуск, де впуск щонайменше вуглецю безпосередньо з'єднаний з щонайменше одним випуском вуглеводневого конвертера. Тут термін "безпосередньо з'єднаний" описує, що вуглець, який виходить з вуглеводневого конвертера, не охолоджується більше, ніж на 50 % від його температури в°С, переважно не більше, ніж на 20 %, на його шляху до конвертера С без використання додаткової енергії для нагрівання вуглецю. Сепараційна установка, яка відділяє вуглець від водню, може бути передбачена між розташуванням стадії розкладання і щонайменше одним випуском вуглеводневого конвертера. Вказана сепараційна установка може утворювати частину вуглеводневого конвертера або може бути розташована зовні вуглеводневого конвертера як окрема установка. Сепараційна установка між випуском вуглеводневого конвертера і впуском конвертера С не піддається безпосереднього з'єднанню, поки виконується вищезгадана умова. Переважно, щонайменше один пристрій введення енергії в технологічну камеру сконструйований таким чином, що він здатний щонайменше локально утворювати температури вище 1000 °C, зокрема, вище 1500 °C. В одному варіанті, щонайменше одним пристроєм введення енергії в технологічну камеру є плазмовий пристрій. Зокрема, якщо температура розкладання повинна підтримуватися нижче 1000 °C, щонайменше один пристрій введення енергії в технологічну камеру переважно містить мікрохвильовий плазмовий пристрій. Для особливо простого варіанту пристрою технологічна камера конвертера С утворюється випускною трубою вуглеводневого конвертера, який з'єднаний з трубою подачі води. В одному варіанті винаходу сепараційна установка для розділення вуглецю і водню, утвореного при розкладанні, передбачається біля вуглеводневого конвертера, і окремі випуски сепараційної установки передбачаються для окремих матеріалів, де випуск вуглецю з'єднаний з С-конвертером. Переважно, вуглеводневим конвертером є Kvaerner-реактор, який може забезпечувати необхідні температури для безперервного розщеплення вуглеводневмісного текучого середовища протягом тривалих періодів роботи. Для простого і ефективного генерування синтез-газу, що має варійоване співвідношення змішування, пристрій може містити щонайменше одну окрему трубу живлення для подачі водню і/або вуглецю і/або окремого синтез-газу в С-конвертер або змішувальну камеру нижче по потоку. В одному варіанті пристрій генерування синтез-газу містить щонайменше один додатковий вуглеводневий конвертер для розкладання вуглеводневмісного текучого середовища на вуглець і водень. Щонайменше один додатковий вуглеводневий конвертер знов містить щонайменше одну технологічну камеру, що має щонайменше один впуск вуглеводневмісного текучого середовища, щонайменше один пристрій введення енергії в технологічну камеру, де енергія щонайменше частково складається з тепла, і сепараційну установку для відділення вуглецю від водню, які були одержані при розкладанні, причому сепараційна установка має окремі випуски вуглецю і водню, причому випуск водню з'єднаний з окремою трубою подачі водню. По причинах енергоефективності, щонайменше один додатковий вуглеводневий конвертер є, переважно, типу, який здійснює розкладання при температурах нижче 1000 °C, зокрема, нижче 600 °C, за допомогою мікрохвильової плазми. Пристрій для перетворення синтез-газу в синтетичні функціоналізовані і/або нефункціоналізовані вуглеводні містить пристрій генерування синтез-газу вищезгаданого спеціального типу і СО-конвертер. СО-конвертер містить технологічну камеру, забезпечену каталізатором, засобом приведення синтез-газу в контакт із каталізатором і контрольним 3 UA 111519 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 пристроєм для контролю і регулювання температури каталізатора і/або синтез-газу до попередньо визначеної температури. Таким чином, частини пристрою генерування синтез-газу можуть бути інтегровані в СО-конвертер, наприклад, камера змішування СО і додаткових водню, вуглецю і/або іншого синтез-газу. В одному варіанті конвертер СО містить конвертер Фішера-Тропша, зокрема, ШСДС(SMDS)-конвертер. Альтернативно, конвертер СО може містити Bergius-Pier-конвертер, Pier-конвертер або комбінацію Pier-конвертера і МвР (MtL)конвертера. Також можливо, що в пристрої присутні декілька СО-конвертерів однакового типу або різних типів. Переважно, пристрій містить контрольний пристрій для контролю або регулювання тиску синтез-газу всередині конвертера СО. Нижче винахід описується детальніше з посиланням на деякі варіанти і креслення, на яких: на фіг. 1 представлена схема установки для генерування синтез-газу; на фіг. 2 представлена схема альтернативної установки для генерування синтез-газу; на фіг. 3 представлена схема установки для генерування функціоналізованих і/або нефункціоналізованих вуглеводнів; на фіг. 4 представлена схема іншої установки для генерування функціоналізованих і/або нефункціоналізованих вуглеводнів згідно з іншим варіантом; на фіг. 5 представлена схема іншої установки для генерування функціоналізованих і/або нефункціоналізованих вуглеводнів згідно з іншим варіантом; на фіг. 6 представлена схема іншої установки для генерування функціоналізованих і/або нефункціоналізованих вуглеводнів згідно з іншим варіантом; на фіг. 7 представлена схема установки для генерування синтез-газу згідно з іншим варіантом; на фіг. 8 представлена схема іншої установки для генерування функціоналізованих і/або нефункціоналізованих вуглеводнів згідно з іншим варіантом. Необхідно зазначити, що терміни "верх", "низ", "право" і "ліво", а також подібні терміни в подальшому описі стосуються орієнтацій і розміщень, відповідно, показаних на фігурах, і є тільки засобом опису варіантів. Вказані терміни можуть показувати переважні розміщення, але не є обмеженням. Крім того, на різних фігурах однакові посилальні номери використовуються для позначення однакових або подібних частин. У подальшому описі описуються способи і пристрої, які обробляють "гарячі" матеріали або виконують "гарячі" способи. У контексті даного опису вираз "гарячий" описує температуру вище 200 °C і, переважно, вище 300 °C. Синтез-газ являє собою будь-який газ, який складається, головним чином, з монооксиду вуглецю і водню. Синтез-газ, який складається з майже однакових частин монооксиду вуглецю і водню (1:1), називається водяним газом. Вираз "синтез-газ", як використано тут, охоплює водяний газ як спеціальну суміш синтез-газу. На фіг. 1 представлена схема установки 1 для генерування синтез-газу. Фіг. 1 також робить зрозумілими основні стадії способу генерування синтез-газу згідно з даним описом. Установка 1 генерування синтез-газу містить вуглеводневий конвертер 3, який містить вуглеводневий впуск 4 і перший вуглецевий випуск 5, необов'язковий водневий випуск 6, а також необов'язковий другий вуглецевий випуск 7. Установка 1 генерування синтез-газу додатково містить С-конвертер 9, що має впуск 10 води, вуглецевий випуск 11 (який також називається як С-впуск) і випуск 12 синтез-газу (вихід синтез-газу). Вуглеводневий конвертер 3 і С-конвертер 9 розташовані так, що вуглецевий випуск 5 вуглеводневого конвертера 3 з'єднаний з вуглецевим впуском 11 С-конвертера 9 прямим з'єднанням 8, де випуск 5 може безпосередньо визначати вуглецевий впуск 11 С-конвертера 9. Таким чином, вуглець може прямо транспортуватися з вуглеводневого конвертера 3 в С-конвертер 9. Вуглеводневий конвертер 3 являє собою будь-який вуглеводневий конвертер, який може перетворювати або розкладати введені вуглеводні на вуглець і водень. Вуглеводневий конвертер 3 містить технологічну камеру, що має впуск вуглеводневмісного текучого середовища, щонайменше один пристрій введення енергії розкладання в текуче середовище і щонайменше один випуск. Енергія розкладання забезпечується щонайменше частково теплом, яке забезпечується, наприклад, плазмою. Проте, енергія розкладання може також забезпечуватися іншими засобами, і, якщо розкладання головним чином здійснюється теплом, текуче середовище повинне нагріватися вище 1000 °C і, зокрема, до температури вище 1500 °C. В описаному варіанті використовується Kvaerner-реактор, який забезпечує необхідне тепло за допомогою плазмової дуги. Однак відомі інші реактори, які працюють при нижчих температурах, зокрема, нижче 1000 °C, і вводять додаткову енергію, крім тепла, в вуглеводні, 4 UA 111519 C2 5 10 15 20 25 30 35 наприклад, за допомогою мікрохвильової плазми. Як додатково описано нижче, винахід розглядає обидва типи реакторів (і також реактори, які працюють без плазми), зокрема, також обидва типи реакторів в комбінації один з одним. Вуглеводневі конвертери, які працюють при температурі вище 1000 °C, називаються високотемпературними реакторами, тоді як конвертери, які працюють при температурах нижче 1000 °C, зокрема, при температурах в інтервалі 200-1000 °C, називаються низькотемпературними реакторами. У вуглеводневому конвертері вуглеводні (CnHm) розкладаються на водень і вуглець за допомогою тепла і/або плазми. Вказані вуглеводні, переважно, вводяться в реактор як гази. Вуглеводні, які є рідинами в стандартних умовах, можуть бути випарені перед введенням в реактор, або вони можуть бути введені як мікрокраплини. Далі обидві форми позначаються як текучі середовища. Розкладання вуглеводнів виконується, якщо можливо, за відсутності кисню для того, щоб пригнічувати утворення оксидів вуглецю або води. Проте, невелика кількість кисню, яка може бути введена разом з вуглеводнями, не є шкідливою для способу. Kvaerner-реактор, описаний вище, розкладає вуглеводневмісні текучі середовища в плазмовому пальнику при високих температурах на чистий вуглець (наприклад, активоване вугілля, вуглецеву сажу, графіт або промислову сажу) і водень і можливо домішки. Вуглеводневмісними текучими середовищами, що використовуються як вихідний матеріал для вуглеводневого конвертера 3, є, наприклад, метан, природний газ, біогази, мокрі гази або важка нафта. Однак синтетичні функціоналізовані і/або нефункціоналізовані вуглеводні можуть також використовуватися як вихідний матеріал для вуглеводневого конвертера 3. Після вихідної стадії розкладання елементи звичайно присутні як суміш, зокрема, в формі аерозолю. Вказана суміш, як описано нижче, може бути введена в інший спосіб у вказаній формі, або суміш може бути розділена на свої окремі елементи в сепараційній установці, яка не показана. У контексті даної заявки на патент така сепараційна установка розглядається як частина вуглеводневого конвертера 3, хоча сепараційна установка може бути сконструйована як окрема одиниця. Якщо сепараційна установка не передбачена, вуглецевий випуск 5 є тільки випуском вуглеводневого конвертера 3 і спрямовує суміш (аерозоль) вуглецю і водню безпосередньо в С-конвертер 9. Якщо сепараційна установка передбачена, вуглець, який щонайменше частково відділений від водню, може бути спрямований в С-конвертер 9 з використанням вуглецевого випуску 5. Відділений водень і можливо додатковий вуглець можуть бути вивантажені за допомогою необов'язкових випусків 6 і 7. С-конвертером 9 може бути будь-який придатний С-конвертер, який може генерувати синтез-газ (сингаз) з вуглецю (С) і води (Н2О). У варіанті, показаному на фіг. 1, з С-конвертером 9 Н2О пропускається через вуглець, або водяна пара вводиться в потік вуглецю і водню і змішується з потоком для того, щоб бути перетвореним згідно з хімічним рівнянням C+H2O→CO+H2. У С-конвертері 9 мають місце наступні реакції: C+H2O→CO+H2 CО+H2O→CO2+H2 40 50 55 ендотерміч. екзотерміч. У Boudouard-рівновазі має місце наступна реакція: 2С+О2→2СО 45 +131,38 кДж/моль -41,19 кДж/моль +172,58 кДж/моль ендотерміч. Оскільки всі три реакції знаходяться в рівновазі одна з одною, спосіб в С-конвертері 9 має місце переважно при високих температурах від 800 до 1700 °C, переважно від 1000 до 1200 °C, так як друга реакція була б переважаючою при нижчих температурах, де тепло, необхідне для досягнення температури вище, головним чином забезпечується матеріалом, що виходить з вуглеводневого конвертера 3, як описано детальніше нижче. У вказаних умовах вода (Н 2О) в Сконвертері 9 є парою, і вода може бути вже введена як пара. Подача води в процесі роботи регулюється так, що вдається уникнути надлишку води для того, щоб уникнути сильного охолоджування. У випадку надмірного охолоджування в С-конвертері 9 реакція 2, вказана вище, буде також переважаючою. С-конвертер 9 працює краще при високих температурах від 1000 до 1200 °C для того, щоб придушувати реакцію водної конверсії CО+H2O→CO2+H2 і, таким чином, оптимізувати частку монооксиду вуглецю в синтез-газі. Реакції в С-конвертері 9 є відомими фахівцеві в даній галузі техніки і тому не розглядаються тут детальніше. Робота установки 1 для генерування синтез-газу описується детальніше нижче з посиланням на фіг. 1. Далі приймається, що вуглеводневим конвертером 3 є 5 UA 111519 C2 5 10 15 20 25 30 35 високотемпературний реактор Kvaerner-типу. Вуглеводневмісні текучі середовища (особливо в газоподібній формі) вводяться у вуглеводневий конвертер 3 через вуглеводневий впуск 4. Якщо вуглеводнем є, наприклад, метан (СН4), тоді 1 моль вуглецю і 2 молі водню генеруються з 1 молем метану. Вуглеводні перетворюються при приблизно 1600 °C в факелі плазми вуглеводневого конвертера 3 згідно з наступним рівнянням реакції, де ввідною енергією є тепло, яке утворюється в плазмі за допомогою електричної енергії: CnHm+Енергія→nC+m/2H2 З відповідним контролем способу Kvaerner-реактор здатний перетворювати майже 100 % вуглеводнів в їх компоненти при безперервній роботі. Далі приймається, що вуглець і водень розділяються у вуглеводневому конвертері 3, і вони вивантажуються значною мірою розділеними. Однак також можливо, що розділення не має місце, і вуглець і водень вивантажуються і вводяться в С-конвертер 9 як суміш. Водень не бере участь в способі перетворення в С-конвертері 9, але може служити як додатковий теплоносій. Вуглець щонайменше частково прямує безпосередньо з вуглецевого випуску 5 у вуглецевий впуск 11 С-конвертера 9. Термін "безпосередній" напрямок з випуску 5 вуглеводневого конвертера 3 у вуглецевий впуск 11 С-конвертера 9 включає в себе всі такі варіанти, які не піддаються охолоджуванню більше, ніж на 50 % від температури (переважно, не більше 20 %) спрямованих матеріалів. Оскільки вуглець, який виходить із вуглеводневого конвертера 3, має високу температуру, переважно більше 1000 °C, теплова енергія, що міститься в ньому, може бути використана для підтримки температури, необхідної для способу перетворення в Сконвертері 9, який працює при температурі, наприклад, приблизно 1000 °C. З'єднання 8 між вуглеводневим конвертером 3 і С-конвертером 9 розроблене так, що вуглець не набагато охолоджується (менше 50 %, переважно менше 20 % по відношенню до температури) на своєму шляху від вуглеводневого конвертера 3 до С-конвертера 9. Наприклад, з'єднання 8 може спеціально ізолюватися і/або активно нагріватися, де система переважно не забезпечується додатковим теплом, тобто в доповнення до введення тепла у вуглеводневий конвертер 3. Водень, який утворюється у вуглеводневому конвертері 3, також містить теплову енергію завдяки робочій температурі у вуглеводневому конвертері 3. Тому однією можливістю нагрівання з'єднання 8 є використання теплової енергії водню, який виходить через водневий вихід 6, для нагрівання з'єднання 8 між вуглеводневим конвертером 3 і С-конвертером 9 або прямо, або непрямо за допомогою теплообмінника. У С-конвертері вода, зокрема, в формі водяної пари, яка вводиться через впуск 10 води Сконвертера 9, прямує через гарячий вуглець і/або змішується з гарячим вуглецем. С-конвертер 9 працює краще при високих температурах, так як реакція в ньому є ендотермічною, а конкуруюча реакція водної конверсії є екзотермічною реакцією. Реакція, яка відома фахівцеві в даній галузі техніки, залежить від тиску і температури і не буде описуватися детально. Або кількість води, яка вводиться в С-конвертер 9, або кількість вуглецю може контролюватися (відкритий контур) і/або регулюватися (закритий контур) відповідними засобами. С+Н2О→СО+Н2 ΔН=+131,38 кДж/моль 40 45 50 55 Тут також Boudouard-рівновага є обмежуючим фактором. Ось чому при температурах вище 1000 °C і при відсутності надлишку води суміш складається майже виключно з монооксиду вуглецю і водню. Переважно, попередньо нагрівати воду, що вводиться у впуск 10 води Сконвертера 9, так як С-конвертер 9 працює переважно при температурах >1000 °C. Наприклад, попереднє нагрівання води може бути здійснене при використанні теплової енергії, що міститься в гарячому водні, або прямо, або непрямо за допомогою теплообмінника для попереднього нагрівання води. Переважно, тепло, що міститься у вуглеці, є достатнім для нагрівання води до бажаної температури. Тільки у випадку, коли тепло, що генерується у вуглеводневому конвертері 3, є недостатнім для досягнення бажаної температури перетворення приблизно 1000 °C, може бути передбачений необов'язковий пристрій додаткового нагрівання для нагрівання С-конвертера 9 або елементів, які містяться в ньому. Такий пристрій може бути також передбачений як пристрій попереднього нагрівання поблизу лінії подачі води або вуглецю. Такий пристрій може бути також передбачений для пускової фази установки для того, щоб довести С-конвертер 9 або частини установок, які містять середовище, до стартової температури для того, щоб система могла швидше досягнути бажаного температурного стану. Нагрівання всіх частин, які містять середовище, винятково теплом, генерованим у вуглеводневому конвертері 3, може зробити дуже тривалою початкову стадію. Гарячий синтез-газ (СО+Н2) виходить з С-конвертера 9 при температурі >1000 °C (залежно від робочої температури С-конвертера 9). Синтез-газ, який виходить з С-конвертера 9, також 6 UA 111519 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 містить теплову енергію, яка може використовуватися, наприклад, для попереднього нагрівання води, введеної у впуск 10 води, або прямо, або непрямо за допомогою теплообмінника (не показано на фіг. 1). З відповідними робочими параметрами, тобто температурою в інтервалі 1000-1200 °C (і розділенням водню і вуглецю у вуглеводневому конвертері 3), генерується синтез-газ, в якому СО і Н2 мають співвідношення 1:1, який називається водяним газом. Без розділення водню і вуглецю у вуглеводневому конвертері 3 і без відповідних робочих параметрів в С-конвертері 9, тобто температури в інтервалі 1000-1200 °C, виходить синтез-газ, що має співвідношення СО:Н2 приблизно 1:3. Як указано вище, вуглеводневий конвертер 3 може мати другий вуглецевий випуск 7 для вивантаження вуглецю. Вуглець, одержаний у вуглеводневому конвертері 3, може бути вивантажений після відповідного розділення (або як суміш СО-Н2) в різних пропорціях через перший вуглецевий випуск 5 і другий вуглецевий випуск 7. Другий вуглецевий випуск 7 використовується для вивантаження частини одержаного вуглецю, який не використовується в С-конвертері 9 для генерування синтез-газу. Кількість невикористаного вуглецю залежить від бажаного складу синтез-газу, який повинен вивантажуватися з С-конвертера 9. Вуглець, що вивантажується через другий вуглецевий випуск 7, може вивантажуватися як активоване вугілля, графіт, вуглецева сажа або інша модифікація, така як вуглецеві конуси або вуглецеві диски. Залежно від форми і якості вуглецю, що вивантажується, вуглець, що вивантажується, може використовуватися як вихідний матеріал хімічної промисловості або електронної промисловості. Можливими застосуваннями є, наприклад, застосування для одержання напівпровідників, одержання шин, чорнила, тонера або подібних продуктів. Вуглець, одержаний у вуглеводневому конвертері 3, є вихідним матеріалом високої чистоти, який може перероблятися дуже добре. За допомогою описаного вище способу генерування синтез-газу можна перетворювати гарячий вуглець із вуглеводневого конвертера 3 в С-конвертері 9 з теплою або гарячою водою в синтез-газ без або щонайменше без подачі значної зовнішньої енергії. Переважно щонайменше 80 %, особливо щонайменше 90 % тепла, необхідного для досягнення температури перетворення, йде від вуглеводневого конвертера 3. На фіг. 2 показана установка 20 для генерування синтез-газу, яка містить описані вище елементи установки 1 для генерування синтез-газу і змішувальну камеру 21, причому змішувальна камера 21 має впуск 22 синтез-газу для введення синтез-газу і водневий впуск 23 для введення водню, а також випуск 24 синтез-газу для вивантаження синтез-газу. Впуск 22 синтез-газу з'єднаний з випуском 12 синтез-газу С-конвертера 9. Водневий впуск 23 змішувальної камери 21 з'єднаний з водневим випуском 6 вуглеводневого конвертера 3. Як очевидно для фахівця в даній галузі техніки, варіант, який вводить суміш С-Н2 в С-конвертер 9 через вуглецевий випуск 5, автоматично генерує синтез-газ, що має співвідношення змішування СО:Н2 приблизно 1:3. У такому випадку змішувальна камера 21 може не бути присутньою, або змішувальна камера 21 може використовуватися для одержання різного співвідношення змішування, або СО може бути введений в змішувальну камеру для того, щоб знизити Н 2-вміст синтез-газу. Змішувальною камерою 21 може бути будь-який придатний пристрій для змішування газів, і в простому випадку змішувальна камера 21 може бути в формі труби з відповідним впуском і випуском. За допомогою змішувальної камери 21 і, зокрема, за допомогою контролю/регулювання (відкритий/закритий контур) кількості (додаткового) водню, введеного через водневий впуск 23 змішувального пристрою 21 і/або через впуск (не показано), з'єднаний з джерелом СО (не показано) і/або з'єднаний з другим джерелом синтез-газу, суміш синтез-газу на випуску 24 синтез-газу може бути змінена так, що може бути досягнутий склад, який є придатним для подальшої переробки. Зокрема, другим джерелом синтез-газу може бути другий С-конвертер 9, який працює паралельно з першим С-конвертером 9. Обидва С-конвертери 9 можуть живитися вуглецем і/або воднем з вуглеводневого конвертера, що спільно бере участь 3 або з окремих конвертерів. Зокрема, перший конвертер може живитися по суті чистим вуглецем (після відділення водню), а другий конвертер може живитися сумішшю вуглецю і водню. Тут перший С-конвертер буде давати по суті водяний газ, що має співвідношення змішування СО:Н 2 приблизно 1:1, а другий С-конвертер буде давати синтез-газ, що має співвідношення змішування СО:Н2 приблизно 1:3. Об'єднання вказаних двох синтез-газів буде давати співвідношення змішування СО:Н2 приблизно 1:2, де надмірний водень (зі стадії розділення перед введенням в перший С-конвертер) буде ще доступним для додаткового збільшення співвідношення змішування. Для багатьох способів, наприклад, синтезу Фішера-Тропша, співвідношення водню з СО повинне бути високим. За допомогою змішувальної камери 21 будь-яке бажане співвідношення 7 UA 111519 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 водню з СО може бути досягнуте на випуску 24 синтез-газу, наприклад, співвідношення 1:1, яке відповідає водяному газу. Вважається, що тільки частина синтез-газу і/або частина водню подається в змішувальну камеру 21, тоді як ті частини синтез-газу і водню, які не вводяться в змішувальну камеру, кожні виводяться зі способу як чисті гази. Тому, наприклад, можна а) вивантажувати тільки синтез-газ, b) вивантажувати тільки водень, с) вивантажувати суміш СО і водню синтез-газу, або d) вивантажувати потік водяного газу, потік водню і потік суміші синтезгазу (будь-яке співвідношення між СО і воднем) або декілька синтез-газів з різними співвідношеннями між монооксидом вуглецю і воднем відповідно. Крім того, установка 20 для генерування синтез-газу на фіг. 2 містить С-теплообмінник 25, теплообмінник 26 для синтез-газу і теплообмінник 27 для водню. С-теплообмінник 25 знаходиться в теплопровідному контакті із з'єднанням 8 між вуглеводневим конвертером 3 і Сконвертером 9 і призначений, якщо необхідно, витягувати надмірне тепло, не потрібне для досягнення температури перетворення в С-конвертері 9 від з'єднання, або вводити тепло від інших зон установки, якщо потрібно. Теплообмінник 26 синтез-газу знаходиться в теплопровідному контакті із з'єднанням між Сконвертером 9 і змішувальною камерою 21 і призначений витягувати надмірне тепло від з'єднання і, таким чином, витягувати надмірне тепло, що міститься в гарячому синтез-газі. Витягнуте тепло може використовуватися, наприклад, для попереднього нагрівання води, яка вводиться в С-конвертер 9. Для вказаної теплопередачі особливо придатним є так званий протитечійний теплообмінник, як відомо в техніці. Теплообмінник 27 для водню знаходиться в теплопровідному контакті із з'єднанням між вуглеводневим конвертером 3 і змішувальною камерою 21 і призначений для витягання надмірного тепла від з'єднання і, таким чином, від гарячого водню, що міститься в ній. Витягнуте тепло в одному з теплообмінників 25, 26 або 27 може бути використане для нагрівання інших зон установки і, особливо, для підтримки С-конвертера теплим або для попереднього нагрівання води, яка вводиться в С-конвертер. Частина тепла може бути перетворена в електрику, наприклад, парогенераторами, паровою турбіною або іншим придатним пристроєм. Робота установки 20 з генерування синтез-газу відносно роботи вуглеводневого конвертера 3 і С-конвертера 9 є подібною до вищеописаної роботи установки 1 згідно з фіг. 1. В установці 20 для генерування синтез-газу бажане співвідношення змішування водню і СО встановлюється в змішувальній камері і відводиться через випуск 24 синтез-газу змішувальної камери 21 залежно від бажаного складу синтез-газу. Переважно, але не обов'язково, водень, як описано, забезпечується вуглеводневим конвертером 3. Можуть розглядатися інші джерела водню, зокрема, другий вуглеводневий конвертер 3, зокрема, низькотемпературний вуглеводневий конвертер. Якщо використовується не вся доступна кількість синтез-газу і/або вся доступна кількість Н2, ті частини газів, наприклад, синтез-газу і/або Н2, які не змішуються в змішувальній камері, можуть бути перероблені окремо. На фіг. 3 показана установка 30 для генерування синтетичних функціоналізованих і/або нефункціоналізованих вуглеводнів, яка містить установку 10 для генерування водяного газу (як показано на фіг. 1) і СО-конвертер 31. Такі частини установки, відповідні установці 1, не пояснюються детально для того, щоб уникнути повторення. СО-конвертер 31 розташований нижче по потоку від С-конвертера 9 і має впуск 32 синтез-газу для введення синтез-газу, Н2впуск 33 для введення водню і вуглеводневий випуск 34 для вивантаження синтетичних функціоналізованих і/або нефункціоналізованих вуглеводнів. Впуск 32 синтез-газу СОконвертера 31 з'єднаний з випуском 12 синтез-газу С-конвертера 9 з'єднанням 35 синтез-газу. Н2-впуск 33 СО-конвертера 31 з'єднаний з Н2-випуском 6 вуглеводневого конвертера 3 Н2з'єднанням 36. Повинно бути зазначено, що Н2-впуск 33 СО-конвертера 31 і Н2-з'єднання 36 є необов'язковими елементами. Залежно від складу синтез-газу, який виходить з С-конвертера 9, і залежно від синтетичних функціоналізованих і/або нефункціоналізованих вуглеводнів, що генеруються в СО-конвертері 31, синтез-газ має вже правильний склад для подальшої переробки СО-конвертером 31 у час, коли синтез-газ виходить з випуску 12 синтез-газу Сконвертера 9. У цьому випадку немає необхідності вводити водень через Н 2-з'єднання 36. Необов'язково, Н2-з'єднання 36 може також служити для введення іншого матеріалу, наприклад, СО для зниження Н2-вмісту синтез-газу або алкену для синтезу альдегіду (гідроформілювання). Установка 30 для генерування вуглеводнів, необов'язково, також містить теплообмінники 25, 26, 27, описані в зв'язку з установкою 20 (фіг. 2), тобто С-теплообмінник 25, теплообмінник 26 для синтез-газу і теплообмінник 27 для водню, всі працюють вищеописаним чином (див. опис фіг. 2). 8 UA 111519 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 СО-конвертером 31 може бути будь-який СО-конвертер для генерування синтетичних функціоналізованих і/або нефункціоналізованих вуглеводнів. У варіанті, показаному на фіг. 3, СО-конвертером є переважно конвертер Фішера-Тропша, Bergius-Pier-конвертер або Pierконвертер з придатним каталізатором і пристроєм регулювання температури і/або тиску. В одному варіанті СО-конвертер 31 містить конвертер Фішера-Тропша. Конвертер ФішераТропша каталітично перетворює синтез-газ в вуглеводні і воду. Деякі варіанти реакторів Фішера-Тропша і способів Фішера-Тропша відомі фахівцеві в даній галузі техніки і не пояснюються детально. Рівняння головних реакцій є наступними: nCO+(2n+1)Н2→CnH2n+2+nH2O - для алканів nCO+2nН2→CnH2n+nH2O - для алкенів nCO+2nН2→CnH2n+1ОН+(n-1)H2O - для спиртів Способи Фішера-Тропша можуть здійснюватися як високотемпературні способи або як низькотемпературні способи, в яких температури способу знаходяться звичайно в інтервалі 200-400 °C. Відомими варіантами способу є серед інших Hochlast-синтез, Synthol-синтез і SMDS-спосіб Шел (SMDS - Шел середньодистилятний синтез (ШСДС)). Конвертер ФішераТропша звичайно дає вуглеводневу сполуку мокрих газів (пропан, бутан), бензин, гас, м'який парафін, твердий парафін, метан, дизельне паливо або суміш декількох з них. Фахівцеві в даній галузі техніки відомо, що синтез Фішера-Тропша є екзотермічним. Тепло реакції з способу Фішера-Тропша може бути використане, наприклад, за допомогою теплообмінника (не показано на фігурах) для попереднього нагрівання води. Наприклад, розглядається двостадійний спосіб попереднього нагрівання води, що вводиться в С-конвертер 9, в якому перша стадія попереднього нагрівання реалізовується надмірним теплом СО-конвертера 31 (у варіанті конвертера Фішера-Тропша), і подальша стадія додаткового нагрівання води реалізовується за допомогою тепла від одного або більше теплообмінників 25, 26, 27. В альтернативному варіанті СО-конвертер 31 містить Bergius-Pier-конвертер або комбінацію Pier-конвертера з МвР (MtL) (метанол-в-рідину) конвертером. У Bergius-Pier-конвертері здійснюється Bergius-Pier-спосіб, який добре відомий фахівцеві в даній галузі техніки, в якому вуглеводні утворюються при гідрогенізації вуглецю воднем в екзотермічній хімічній реакції. Ряд продуктів від Bergius-Pier-способу залежить від умов реакції і контролю реакційного способу. Виходять багато які рідкі продукти, які можуть використовуватися як палива, наприклад, важкі і середні нафти. Відомими варіантами BergiusPier-способу є, наприклад, Konsol-спосіб і H-Coat-спосіб. У вищезгаданій комбінації Pier-конвертера з МвР-конвертером спочатку синтез-газ перетворюється в метанол відповідно до Pier-способу. МвР-конвертером є конвертер, який перетворює метанол в бензин. Широко поширеним способом є МвР-спосіб ExxonMobil, відповідно, Esso. Вихідним матеріалом МвР-конвертера є звичайно метанол, наприклад, з Pierконвертера. Продуктом, який одержується, утвореним в МвР-конвертері, звичайно є бензин, який є придатним для роботи бензинового двигуна. На закінчення можна сказати, що СО-конвертер 31, незважаючи на принципи роботи, описані вище, генерує функціоналізовані і/або нефункціоналізовані вуглеводні з СО і Н2 як його випускні або кінцеві продукти. За допомогою теплообмінника тепло способу, одержане в процесі екзотермічного перетворення в СО-конвертері 31, може бути використано для нагрівання різних секцій установки або для генерування електрики для того, щоб збільшити ефективність описаної установки. Оскільки суміш вуглеводнів, яка не може бути додатково перероблена прямо або вигідно продана як кінцевий продукт після розділення і визначення характеристик, виходить як вихідні продукти СО-конвертера 31, вказані вуглеводні, наприклад, метан або коротколанцюжкові алкани, можуть бути рецикльовані в описаний вище спосіб. Для цієї мети установка 30 має сполуку 39 рециклювання, яке може спрямовувати частину синтетично утворених вуглеводнів зворотно на вуглеводневий впуск 4 вуглеводневого конвертера 3. Залежно від складу рецикльованих синтетично утворених вуглеводнів стадія обробки або розділення невідповідних вуглеводнів здійснюється перед введенням невідповідних вуглеводнів на вуглеводневий впуск 4. На фіг. 4 показаний інший варіант установки 40 для генерування функціоналізованих і/або нефункціоналізованих вуглеводнів. Установка 40 містить вищеописану установку 20 для генерування синтез-газу, а також СО-конвертер 31, як описано вище з посиланням на варіант на фіг. 3. Випуск 24 синтез-газу змішувальної камери 21 з'єднаний з впуском 32 синтез-газу СОконвертера 31. Змішувальна камера 21 встановлена таким чином, що вона забезпечує синтезгаз, призначений для потреб СО-конвертера 31 при використанні на випуску 24 синтез-газу. Інші 9 UA 111519 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 елементи установки 40 є такими ж, як описано вище, і робота окремих елементів по суті має місце описаним вище чином. Вважається, що залежно від розміру установки множина вуглеводневих конвертерів працюють паралельно для того, щоб забезпечити необхідну продуктивність перетворення. Як указано вище, вуглеводневі конвертери можуть бути сконструйовані як високотемпературні вуглеводневі конвертери і/або як низькотемпературні вуглеводневі конвертери. Високотемпературний вуглеводневий конвертер працює при температурах вище 1000 °C, а низькотемпературний вуглеводневий конвертер працює при температурах в інтервалі 2001000 °C, де додаткове джерело енергії, наприклад, мікрохвильова установка може бути передбачена для прямого підведення енергії до вуглеводнів для того, щоб досягнути розкладання вуглеводню на вуглець і водень. Як приклад установки з множиною вуглеводневих конвертерів, які паралельно працюють, на фіг. 5 показаний інший варіант установки 30 для генерування функціоналізованих і/або нефункціоналізованих вуглеводнів. На фіг. 5 використовуються такі ж посилальні номери, як в більш ранніх варіантах, оскільки описуються однакові або подібні елементи. У варіанті, поданому на фіг. 5, комбінація високотемпературного вуглеводневого конвертера 3а і низькотемпературного вуглеводневого конвертера 3b показана замість єдиного вуглеводневого конвертера 3. Високотемпературний вуглеводневий конвертер 3а має вуглеводневий впуск 4а, перший випуск 5а для вивантаження вуглецю і другий випуск 6а для вивантаження водню. Знов єдиний випуск 5а може бути передбачений для суміші (зокрема, аерозолю) вуглецю і водню. Перший випуск 5а з'єднаний з С-випуском 11 С-конвертера 9 з'єднанням 8. Необов'язковий другий випуск 6а високотемпературного вуглеводневого конвертера 3а з'єднаний з Н2-впуском 33 СОконвертера 31. Високотемпературний вуглеводневий конвертер 3а може, необов'язково, мати інший випуск для вуглецю (не показано на фіг. 5). Низькотемпературний вуглеводневий конвертер 3b містить технологічну камеру, що має вуглеводневий впуск 4b, перший випуск 5b для вивантаження вуглецю, другий випуск 6а для вивантаження водню і необов'язковий третій випуск 7b для вивантаження вуглецю. Переважно, низькотемпературний вуглеводневий конвертер 3b містить сепараційну установку для розділення водню і вуглецю після розкладання і для спрямування водню і вуглецю до їх відповідних випусків. Перший випуск 5b необов'язково з'єднаний з С-впуском 11 С-конвертера 9 з'єднанням 8, але може бути також з'єднаний з установкою збору вуглецю. Другий випуск 6b низькотемпературного вуглеводневого конвертера 3b з'єднаний з H 2-впуском 33 СО-конвертера 31. Необов'язковий третій випуск 7b з'єднаний з установкою збору вуглецю, з якої зібраний вуглець може бути виведений, наприклад, як вуглецева сажа, активоване вугілля або в іншій формі. Як відмічено вище, H2-впуск 33 СО-конвертера 31 і H2-з'єднання 36а, 36b є необов'язковими елементами, якщо введення водню через з'єднання 36а, 36b не потрібне. Вуглеводень, що вводиться у вуглеводневий впуск 4а, і вуглеводень, що вводиться у вуглеводневий впуск 4b, може бути одним і тим же вуглеводнем або може бути різними вуглеводнями. Вуглеводень з першого вуглеводневого джерела може вводитися в перший вуглеводневий впуск 4а, наприклад, природний газ з джерела природного газу. Однак, наприклад, синтетично генерований функціоналізований і/або нефункціоналізований вуглеводень може бути введений у вуглеводневий впуск 4b низькотемпературного вуглеводневого конвертера 3b, наприклад, через вказане раніше необов'язкове рециклз'єднання 39. Завдяки використанню декількох вуглеводневих конвертерів 3, 3а, 3b, які паралельно працюють, установка 30 може бути легше масштабована, може легше регулюватися, і можуть бути одержані різні види вуглецю. Крім того, високотемпературний вуглеводневий конвертер 3а може, наприклад, використовуватися, переважно для генерування "гарячого" вуглецю, переважно, при температурі більше 1000 °C для способу перетворення в С-конвертері 9. Зокрема, високотемпературний вуглеводневий конвертер 3а може працювати в цьому випадку без сепараційної установки, так як С/Н2-суміш, одержана при розкладанні, може бути введена безпосередньо в С-конвертер. У цьому випадку С-конвертер 9 дає синтез-газ, що має співвідношення змішування С/Н2, наприклад, близько 1:1 на випуску. Низькотемпературний вуглеводневий конвертер 3b, однак, головним чином використовується для того, щоб забезпечити додатковий водень для генерування синтез-газу або С/Н2-суміші, що має співвідношення змішування С/Н2 більше за 1:3 в СО-конвертері 31. Оскільки відсутня теплопередача від низькотемпературного вуглеводневого конвертера 3b до подальшого способу необхідно, щоб низькотемпературний вуглеводневий конвертер 3b міг 10 UA 111519 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 переважно працювати при температурах нижче 1000 °C і, переважно, при самій низькій можливій температурі. Таким чином, частина вуглецю, одержаного у вуглеводневих конвертерах 3а, 3b (переважно частина з високотемпературного вуглеводневого конвертера 3а), може бути введена в Сконвертер 9 в процесі роботи установки 30, тоді як інша частина (переважно частина з низькотемпературного вуглеводневого конвертера 3b) може бути відведена від способу як вихідний матеріал для одержання інших продуктів. Такими продуктами є, наприклад, вуглецева сажа або промислова сажа, активоване вугілля, спеціальні види вуглецю, такі як вуглецеві диски і вуглецеві конуси і т. д., які виходять як чорний порошкоподібний твердий матеріал. Вказаний вуглець є важливим технічним продуктом, який може використовуватися, наприклад, як наповнювач в гумотехнічній промисловості, як пігментна сажа для друкарських барвників, чорнило, фарби або як вихідний матеріал для одержання електричних компонентів, наприклад, цинк-вуглецевих акумуляторів і для одержання катодів або анодів. Будь-який надмірний водень може бути відведений для хімічної промисловості або може бути використаний для генерування електрики (при спаленні або за допомогою паливного елемента), де низькотемпературний вуглеводневий конвертер 3b переважно працює таким чином, що він забезпечує тільки необхідний додатковий водень. На фіг. 6 показаний альтернативний варіант описаної вище установки 40 для генерування синтетичних функціоналізованих і/або нефункціоналізованих вуглеводнів, для яких також передбачається множина високотемпературних і/або низькотемпературних вуглеводневих конвертерів, які працюють паралельно. Установка 40 для генерування вуглеводнів, показана на фіг. 6, відрізняється від установки 30, показаної на фіг. 5, тим, що змішувальна камера 21 розташована вище по потоку від СО-конвертера 31. Змішувальна камера 21 змішує синтез-газ, спеціально призначений для СО-конвертера 31, і подає синтез-газ в СО-конвертер 31. Елементи, зображені на фіг. 6, вже описані вище і працюють відповідно до принципів, описаних вище. Тому докладний опис не дається для того, щоб уникнути повторення. На фіг. 7 і 8 показані варіанти установок 20 і 30, що містять С-теплообмінник 25, теплообмінник 26 синтез-газу і Н2-теплообмінник 27, з яких кожний з'єднаний з двигуном/генератором 45. Двигун/генератор 45 є придатним для щонайменше часткового генерування електрики з надмірного тепла від різних секцій установки, де вказана електрика або може бути подано в головну мережу, або може бути використано для роботи установки 20, особливо вуглеводневого конвертера (конвертерів). Крім того, двигун/генератор 45 може бути з'єднаний з теплообмінником (не показано на фіг. 8), який розсіює тепло, генероване способом екзотермічного перетворення, що має місце всередині СО-конвертера 31. Таким чином, з одного боку, СО-конвертер може бути охолоджений контрольованим і регульованим чином, що є переважним для роботи способу, а, з іншого боку, може бути генерована електрика. Двигуном/генератором 45 може бути будь-який пристрій, який є придатним для перетворення теплової енергії в електрику, наприклад, комбінація парової турбіни і генератора або плунжерного двигуна і генератора. У процесі роботи двигун/генератор 45 перетворює надмірне тепло установки в електрику, тобто тепло, яке не потрібне для перетворення вуглець-вода. Двигун/генератор 45 і теплообмінники 25, 26 і 27 є необов'язковими елементами, які можуть використовуватися у всіх установках, описаних вище. Завдяки робочій температурі у відповідному вуглеводневому конвертері 3, 3а, 3b, вуглецю, відведеному з відповідних других вуглецевих випусків 7, 7а, 7b, також містить значні кількості теплової енергії. Залежно від бажаної температури відведеного вуглецю велика кількість вказаної теплової енергії може бути розсіяна за допомогою теплообмінників, не показаних на фігурах, і тепло може бути повторно використане в способах, описаних тут, і/або може бути перетворене в електрику з використанням двигуна/генератора 45. В установках 30 і 40 для генерування функціоналізованих і/або нефункціоналізованих вуглеводнів охолоджування водню з вуглеводневих конвертерів 3, 3а, 3b і/або охолоджування синтез-газу з С-конвертера 9 здійснюється, оскільки температура вуглеводнів і водню не падає нижче робочої температури СО-конвертера 31. Робоча температура СО-конвертера 31 звичайно знаходиться в інтервалі 200-400 °C залежно від вибраного способу. У всіх установках, описаних вище, вуглеводневим конвертером 3 може бути високотемпературний реактор, який працює при температурі вище 1000 °C (наприклад, високотемпературний Kvaerner-реактор), або низькотемпературний реактор, який працює при температурі в інтервалі 200-1000 °C (наприклад, низькотемпературний Kvaerner-реактор). Перевірений в цей час низькотемпературний реактор працює при температурах в інтервалі 400900 °C. У випадку низькотемпературного реактора, який працює при температурах в інтервалі 11 UA 111519 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 200-900 °C, вважається, що вуглець, який вводиться, попередньо нагрівається в з'єднанні 8 між вуглеводневим конвертером 3 і С-конвертером 9, так як С-конвертер 9 працює при температурах в інтервалі 800-1700 °C і переважно 1000-1200 °C. Крім того, стає зрозуміло з фіг. 7 і 8, що комбінація високотемпературного і/або низькотемпературного контейнерів може бути використана у всіх установках 1, 20, 30 і 40, описаних вище. У всіх установках 1, 20, 30 і 40, описаних вище, частина вуглецю, утвореного у вуглеводневих конвертерах 3, 3а, 3b, може бути відведена як вуглецева сажа, активоване вугілля або як інший вихідний матеріал, якщо вказаний вуглець не перетворюється в Сконвертері 9 установок 1, 20, 30 і 40. Повинно бути додатково зазначено, що в кожній з вищеописаних установок може бути передбачена множина С-конвертерів, де кожний з вказаних С-конвертерів може перетворювати частину вуглецю в синтез-газ, коли вводиться вода. Крім того, необов'язкове рециклювання небажаних синтетичних функціоналізованих і/або нефункціоналізованих вуглеводнів, одержаних в СО-конвертері 31 при подачі небажаних вуглеводнів у вуглеводневий впуск 4, 4а, 4b вуглеводневого конвертера 3, може бути виконане у всіх установках 30 і 40, описаних вище. В установках 1, 20, 30 і 40 і способах генерування синтез-газу і/або синтетичних функціоналізованих і/або нефункціоналізованих вуглеводнів може бути одержаний надмірний водень. Надмірний водень залишається в доповнення до, наприклад, синтез-газу, що має низький Н2-вміст, і залежно від синтетичних вуглеводнів, утворених в СО-конвертері 31, введення водню в змішувальну камеру 21 або в СО-конвертер 31 може бути непотрібним. У вказаних випадках надмірний або зайвий водень може бути перетворений в електрику або безпосередньо за допомогою спалювання, або за допомогою паливного елемента. Таким чином, спосіб може працювати по суті без подачі зовнішньої енергії. Це особливо переважно у випадку установок, які працюють при віддаленому розташуванні, де потужна загальна мережа є недоступною. Крім того, повинно бути зазначено, що частина водню, що одержується у вуглеводневому конвертері 3, може бути витягнута безпосередньо зі способу і продана як товар. У всіх установках потоки вуглецю, синтез-газу і водню і зовнішнього СО, відповідно, між конвертерами 3, 9, 31 і змішувальною камерою 21 можуть регулюватися за допомогою клапанів, затворів, засувок і т. д. Зокрема, вважається, що приток синтез-газу і водню, відповідно, СО в СО-конвертер 31 може регулюватися клапанами. Потім змішування синтез-газу і водню, відповідно, СО в бажаному співвідношенні має місце безпосередньо в СО-конвертері 31. У всіх установках, описаних вище, СО-конвертер 31 може складатися з множини СОконвертерів (не показано на фігурах), де загальні кількості генерованого і виділеного водню у вуглеводневих конвертерах 3, 3а, 3b і синтез-газу, генерованого в С-конвертері 9, можуть бути довільно поділені серед множини СО-конвертерів. Окремий СО-конвертер має одну з вищеописаних конструкцій і варіант роботи. СО-конвертери можуть мати однакову конструкцію або різні конструкції або варіанти роботи. У варіанті, що має різні СО-конвертери, окремі СОконвертери можуть кожний працювати з синтез-газом різного складу і давати різні кінцеві продукти. Для ілюстрації способів далі приводяться декілька прикладів. Приклад 1 Якщо 1 ч. метану розкладається у вуглеводневому конвертері, тоді одержують одну частину вуглецю і дві частини водню. Вуглець взаємодіє з однією частиною води в С-конвертері і утворює одну частину монооксиду вуглецю і одну частину водню. Після введення 1,1 ч. водню синтез-газ може взаємодіяти з парафіном в СО-конвертері. Після цього ще достатньо водню є доступним для крекінга парафіну на дизельне паливо, бензин або гас на подальшій стадії. Приклад 2 Якщо 1 ч. пропану (бутану) розкладається у вуглеводневому конвертері, тоді одержують 3 (4) ч. вуглецю і 4 (5) ч. водню. Вуглець взаємодіє з 3 (4) ч. води в С-конвертері і утворює 3 (4) ч. монооксиду вуглецю і 3 (4) ч. водню. Після введення 3,3 (4,4) ч. водню синтез-газ може взаємодіяти з парафіном в СО-конвертері. В обох випадках кількість залишкового водню є ще достатньою для крекінга парафіну на дизельне паливо, бензин або гас на подальшій стадії. Приклад 3 Якщо 1 ч. важкої нафти (наприклад, С20Н42) розкладається у вуглеводневому конвертері, тоді одержують 20 ч. вуглецю і 21 ч. водню. Вуглець взаємодіє з 20 ч. води в С-конвертері і утворює 20 ч. монооксиду вуглецю і 20 ч. водню. Після введення 21ч. водню синтез-газ може взаємодіяти з 20 ч. метанолу в СО-конвертері. Оскільки в описаних тут способах водень, утворений при розкладанні вуглеводнів у вуглеводневому конвертері 3, відділяється від вуглецю, також утвореного на стадії 12 UA 111519 C2 5 10 15 20 25 розкладання, виділений водень може бути введений в будь-якому бажаному співвідношенні в синтез-газ, що має низький воденьвміст, після утворення вказаного синтез-газу, що має низький воденьвміст. Таким чином, може бути досягнутий інтервал співвідношень водню до СО від 1,0 до 3,0. За допомогою часткового окислення надмірного вуглецю може бути одержане співвідношення 3,0. Даний винахід був описаний досить детально відносно переважних варіантів, в яких окремі характеристики описаних варіантів можуть бути вільно об'єднані один з одним, якщо вони є сумісними. Також окремі характеристики описаних варіантів можуть бути опущені, якщо вказані характеристики не є абсолютно необхідними. Багато які модифікації і варіації будуть очевидні для фахівця в даній галузі техніки без відступу від об'єму винаходу. В особливо простому варіанті установки генерування синтетичних функціоналізованих і/або нефункціоналізованих вуглеводнів С-конвертер може бути сконструйований, наприклад, як проста труба (наприклад, як випускна труба високотемпературного вуглеводневого конвертера без сепараційної установки), де впуск води веде до вказаної труби. Впуск води повинен з'єднуватися з вказаною трубою так, що два потоки середовища виходять добре змішаними. Труба повинна бути неізольованою і може бути з'єднана з нагрівальним пристроєм, наприклад, у впускній секції, для того щоб нагріти трубу особливо на початку роботи до робочої температури. Далі нижче по потоку труба може бути з'єднана з теплообмінником, призначеним для витягування надмірного тепла і для використання вказаного тепла для нагрівання інших секторів установки і/або для генерування електрики. Додатково труба може містити впускну трубу водню (наприклад, нижче по потоку від теплообмінника), так що одна і та ж труба не тільки функціонує як С-конвертер, але також функціонує як змішувальна камера для генерування синтез-газу, що має певне співвідношення змішування. Впускна труба водню може починатися, наприклад, від випуску води низькотемпературного вуглеводневого конвертера (що має сепараційну установку). У цьому випадку випускний кінець труби, де синтез-газ, що має попередньо визначене співвідношення змішування, може розвантажуватися, може закінчуватися в СО-конвертері. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 30 35 40 45 50 55 60 1. Спосіб генерування синтез-газу, що містить наступні стадії: розкладання вуглеводневмісного текучого середовища на вуглець і водень за допомогою введення енергії, причому енергія щонайменше частково забезпечується теплом, причому вуглець і водень мають температуру щонайменше 200 °C після стадії розкладання; приведення води в контакт із щонайменше частиною вуглецю, утвореного на стадії розкладання при температурі в інтервалі 800-1700 °C, причому при приведенні вуглецю в контакт з водою вуглець, одержаний на стадії розкладання, охолоджується не більше ніж на 50 % в °С відносно його температури після стадії розкладання; перетворення щонайменше частини води і вуглецю, одержаного на стадії розкладання, в синтез-газ, причому вуглець, одержаний на стадії розкладання, і водень, одержаний на стадії розкладання, спільно приводяться в контакт з водою. 2. Спосіб генерування синтез-газу, що містить наступні стадії: розкладання вуглеводневмісного текучого середовища на вуглець і водень за допомогою введення енергії, причому енергія щонайменше частково забезпечується теплом, причому вуглець і водень мають температуру щонайменше 200 °C після стадії розкладання; приведення води в контакт зі щонайменше частиною вуглецю, утвореного на стадії розкладання при температурі в інтервалі 800-1700 °C, причому при приведенні вуглецю в контакт з водою вуглець, одержаний на стадії розкладання, охолоджується не більше ніж на 50 % в °С відносно його температури після стадії розкладання; перетворення щонайменше частини води і вуглецю, одержаного на стадії розкладання, в синтез-газ, причому вуглець, одержаний на стадії розкладання, відділяється щонайменше частково від водню, одержаного на стадії розкладання, перед стадією приведення вуглецю в контакт з водою, і причому щонайменше частина відділеного водню вводиться в синтез-газ, генерований при перетворенні. 3. Спосіб генерування синтез-газу за п. 1 або 2, в якому стадія розкладання має місце при температурі вище 1000 °C і в якому вуглець приводиться в контакт з водою при температурі щонайменше 1000 °C, зокрема при температурі в інтервалі від 1000 °C до 1200 °C. 13 UA 111519 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 4. Спосіб генерування синтез-газу за будь-яким з пп. 1-3, в якому тепло, необхідне для досягнення температури в інтервалі 800-1700 °C для перетворення, походить по суті повністю від тепла, яке забезпечується для розкладання вуглеводневмісного текучого середовища. 5. Спосіб генерування синтез-газу за будь-яким з пп. 1-4, в якому щонайменше частина тепла щонайменше частини вуглецю, одержаного на стадії розкладання, і/або частини водню, одержаного на стадії розкладання, використовується для нагрівання води до приведення води в контакт з вуглецем і/або використовується для нагрівання технологічної камери, в якій вода приводиться в контакт з вуглецем. 6. Спосіб генерування синтез-газу за будь-яким з пп. 1-5, в якому синтез-газ має температуру 800-1700 °C після перетворення і в якому щонайменше частина його тепла використовується для попереднього нагрівання води і/або інших середовищ, що використовуються для способу. 7. Спосіб генерування синтез-газу за будь-яким з пп. 1-6, в якому щонайменше частина тепла щонайменше частини вуглецю, одержаного на стадії розкладання, і/або частини водню, одержаного на стадії розкладання, і/або частини синтез-газу використовується для генерування електрики, в якому електрика, зокрема, може використовуватися як енергоносій для введення енергії для розкладання вуглеводневмісного текучого середовища. 8. Спосіб генерування синтез-газу за будь-яким з пп. 1-7, в якому енергія для розкладання вуглеводневмісного текучого середовища головним чином вводиться за допомогою плазми. 9. Спосіб генерування синтез-газу за будь-яким з пп. 1-8, в якому стадія розкладання здійснюється в Kvaerner-реакторі. 10. Спосіб генерування синтез-газу за п. 8 або 9, в якому вуглець, утворений при розкладанні, і водень, утворений при розкладанні, приводяться в контакт з водою в формі аерозолю. 11. Спосіб генерування синтез-газу за п. 2, в якому щонайменше один з додаткового водню і додаткового монооксиду вуглецю вводяться в синтез-газ, і щонайменше частина додаткового водню генерується при розкладанні вуглеводневмісного текучого середовища при температурі нижче 1000 °C, зокрема нижче 600 °C, за допомогою мікрохвильової плазми. 12. Спосіб генерування синтез-газу за будь-яким з пп. 2-11, в якому співвідношення СО:водень синтез-газу має значення від 1:1 до 1:3, зокрема значення приблизно 1:2,1. 13. Спосіб генерування синтетичних функціоналізованих і/або нефункціоналізованих вуглеводнів, в якому спочатку генерується синтез-газ згідно із способом за будь-яким з пп. 1-12 і причому синтез-газ приводиться в контакт з придатним каталізатором для того, щоб спричинити перетворення синтез-газу в синтетичні функціоналізовані і/або нефункціоналізовані вуглеводні, причому температура каталізатора і/або синтез-газу відкрито контурно контролюється або закрито контурно регулюється в попередньо визначеному інтервалі температур. 14. Спосіб генерування синтетичних функціоналізованих і/або нефункціоналізованих вуглеводнів за п. 13, в якому перетворення синтез-газу виконується за допомогою способу Фішера-Тропша, зокрема ШСДC(SMDS, Шелл середньодистилятний синтез)-способу. 15. Спосіб генерування синтетичних функціоналізованих і/або нефункціоналізованих вуглеводнів за п. 13, в якому перетворення синтез-газу виконується за допомогою Bergius-Pierспособу, Pier-способу або комбінації Pier-способу і MвP(метанол-в-рідину, MtL)-cпocoбy. 16. Спосіб за будь-яким з пп. 1-15, в якому вуглеводневмісним текучим середовищем, що розкладається, є природний газ, метан, мокрі гази, важка нафта або їх суміш. 17. Пристрій для генерування синтез-газу, який містить: вуглеводневий конвертер для розкладання вуглеводневмісного текучого середовища на вуглець і водень, де вуглеводневий конвертер містить щонайменше одну технологічну камеру, яка має щонайменше один впуск вуглеводневмісного текучого середовища і щонайменше один випуск вуглецю і/або водню і щонайменше один пристрій введення енергії в технологічну камеру, причому енергія складається щонайменше частково з тепла; С-конвертер для перетворення води і вуглецю, причому С-конвертер містить щонайменше одну додаткову технологічну камеру, яка має щонайменше один впуск води, щонайменше один впуск щонайменше вуглецю і щонайменше один випуск, де впуск щонайменше вуглецю безпосередньо з'єднаний зі щонайменше одним випуском вуглеводневого конвертера, в якому вуглеводневий конвертер, щонайменше один випуск вуглеводневого конвертера, Сконвертер і щонайменше один впуск С-конвертера призначені для одночасного спрямування вказаного вуглецю і вказаного водню, одержаних у вуглеводневому конвертері, в С-конвертер. 18. Пристрій для генерування синтез-газу, який містить: вуглеводневий конвертер для розкладання вуглеводневмісного текучого середовища на вуглець і водень, де вуглеводневий конвертер містить щонайменше одну технологічну камеру, яка має щонайменше один впуск вуглеводневмісного текучого середовища і щонайменше один 14 UA 111519 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 випуск вуглецю і/або водню і щонайменше один пристрій введення енергії в технологічну камеру, причому енергія складається щонайменше частково з тепла; С-конвертер для перетворення води і вуглецю, причому С-конвертер містить щонайменше одну додаткову технологічну камеру, яка має щонайменше один впуск води, щонайменше один впуск щонайменше вуглецю і щонайменше один випуск, де впуск щонайменше вуглецю безпосередньо з'єднаний зі щонайменше одним випуском вуглеводневого конвертера, в якому сепараційна установка передбачена для розділення вуглецю, одержаного при розкладанні, і водню, одержаного при розкладанні, причому сепараційна установка має окремі випуски для розділених матеріалів, які йдуть з сепараційної установки, де випуск вуглецю з'єднаний з С-конвертером, де передбачена окрема впускна труба водню, який йде із сепараційної установки, впускна труба для водню, яка веде в С-конвертер, або в змішувальну камеру, розташовану нижче по потоку. 19. Пристрій для генерування синтез-газу за п. 17, в якому щонайменше один пристрій введення енергії в технологічну камеру сконструйований таким чином, що він може утворити, щонайменше локально, температури вище 1000 °C. 20. Пристрій для генерування синтез-газу за будь-яким з пп. 17-19, в якому щонайменше один пристрій введення енергії в технологічну камеру містить плазмовий пристрій, зокрема пристрій мікрохвильової плазми. 21. Пристрій для генерування синтез-газу за будь-яким з пп. 17-20, в якому технологічна камера С-конвертера утворена випускною трубою вуглеводневого конвертера, де випускна труба з'єднана з впуском води. 22. Пристрій для генерування синтез-газу за будь-яким з пп. 17-21, в якому вуглеводневий конвертер містить Kvaerner-реактор. 23. Пристрій для генерування синтез-газу за п. 20 або 22, в якому С-конвертер додатково призначений для одержання аерозолю, що містить вуглець і водень. 24. Пристрій для генерування синтез-газу за будь-яким з пп. 17-23, який має щонайменше один додатковий вуглеводневий конвертер для розкладання вуглеводневмісного текучого середовища на вуглець і водень, причому додатковий вуглеводневий конвертер містить: щонайменше одну технологічну камеру, яка має щонайменше один впуск для вуглеводневмісного текучого середовища; щонайменше один пристрій введення енергії в технологічну камеру, причому енергія складається щонайменше частково з тепла; сепараційну установку для розділення вуглецю, одержаного розкладанням, і водню, одержаного розкладанням, причому сепараційна установка має окремі випуски для вуглецю і водню, де випуск водню з'єднаний з окремою впускною трубою для водню, яка веде до С-конвертера. 25. Пристрій для генерування синтез-газу за п. 24, в якому щонайменше один додатковий вуглеводневий конвертер є типу, що виконує розкладання при температурах нижче 1000 °C, зокрема нижче 600° С, за допомогою мікрохвильової плазми. 26. Пристрій для перетворення синтез-газу в синтетичні функціоналізовані і/або нефункціоналізовані вуглеводні, який містить: пристрій за будь-яким з пп. 17-25; і СО-конвертер, який має технологічну камеру, в якій розташований каталізатор, і засіб приведення синтез-газу в контакт з каталізатором, і контрольний пристрій для відкритоконтурного контролю або закритоконтурного регулювання температури каталізатора і/або синтез-газу до попередньо визначеної температури. 27. Пристрій за п. 26, в якому СО-конвертер містить конвертер Фішера-Тропша, зокрема ШСДС(SMDS)-конвертер. 28. Пристрій за п. 26, в якому СО-конвертер містить Bergius-Pier-конвертер, Pier-конвертер або комбінацію Pier-конвертера з MвP(метанол-в-рідину)(MtL)-конвертером. 29. Пристрій за будь-яким з пп. 26-28, який додатково містить контрольний пристрій для відкритоконтурного контролю або закритоконтурного регулювання тиску синтез-газу в СОконвертері. 15 UA 111519 C2 16 UA 111519 C2 17 UA 111519 C2 18 UA 111519 C2 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 19