專利名稱：用于重整voc氣體的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請旨在提供一種將揮發(fā)性有機化合物(VOC)轉(zhuǎn)換成能量的方法和裝置。更具體地，本發(fā)明涉及使用濃縮器將稀釋的碳氫化合物氣體濃縮成氣態(tài)或液態(tài)濃縮燃料的方法和裝置。接著使用重整器將所述濃縮的VOC燃料轉(zhuǎn)換成重整油(reformate)，并且通過能量轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換成能量。
背景技術(shù)：
各種制造、農(nóng)業(yè)、污染補救和工業(yè)工藝產(chǎn)生具有稀釋的碳氫化合物濃縮物的廢氣流。一些應(yīng)用包括VOC攜帶在例如污染的土壤或水中的固體或液體介質(zhì)中的情形?？蓪OC轉(zhuǎn)換成氣體，并且與固體或液體介質(zhì)分離。其它工藝產(chǎn)生或包含氣態(tài)VOC。存在許多使VOC燃燒或氧化的工藝，但是本發(fā)明旨在回收能量。如果VOC的濃度或純度足夠大，且它們適于使能量轉(zhuǎn)換裝置(ECD)工作，則可將它們直接供給ECD。在其它情形下，這些稀釋的碳氫化合物濃縮物有時能含量不足以直接使ECD有效工作。ECD包括例如燃燒發(fā)動機(內(nèi)或外)、斯特林循環(huán)發(fā)動機、渦輪發(fā)動機、或燃料電池等將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能或動能的裝置。在其它情況下，廢氣流具有足以使ECD工作的能含量，但是碳氫化合物的形式使得要求大幅修改ECD，以直接使用廢氣工作。例如，廢氣可包括具有各種濃縮物或微粒的復(fù)合的碳氫化合物。如果這些氣體沒有被處理或轉(zhuǎn)化為重整油，則它們可能損壞ECD。
利用稀釋的碳氫化合物濃縮物產(chǎn)生廢氣流的制造工藝目前點火(flare)或燃燒或作為助燃空氣的部分供給ECD。使廢氣燃燒不會返回任何能量。使廢氣燃燒產(chǎn)生熱量?；厥针娔芑騽幽芡ǔ１然厥諢崮苡袃r值得多。于2002年1月1日出版并且結(jié)合于此作為參考的GB專利申請2364257將包含VOC的氣流分成兩股氣流。第一股氣流流向發(fā)動機的助燃空氣入口，第二股氣流留向燃燒單元。從發(fā)動機排出的熱量與第二股氣流混合，并且使第二股氣流燃燒。這篇參考文獻沒有講授使VOC濃縮，也沒有講授使VOC流到發(fā)動機的燃料入口。于1995年11月16日出版并且結(jié)合于此作為參考的WO9530470講授了通過具有兩個吸附/解吸單元使VOC在發(fā)動機中燃燒的裝置，使得廢氣流和發(fā)動機可以彼此獨立地工作。第一單元可根據(jù)需要收集VOC并使其濃縮，第二單元根據(jù)需要供應(yīng)VOC給發(fā)動機。這篇參考文獻和GB參考文獻將VOC留在助燃空氣中，并且沒有將VOC供給發(fā)動機的燃料入口。于2002年8月1日出版并且結(jié)合于此作為參考的US 2002/0100277也講授了使VOC流到內(nèi)燃機，但是VOC沒有通過裝置濃縮。它們的濃縮基于容器中的VOC的蒸汽壓。沒有流到發(fā)動機的VOC通過冷卻器冷凝成液體，但是這些液化的VOC沒有作為燃料供給發(fā)動機。這些參考文獻都沒有講授濃縮的VOC的重整。
已知可將廢氣直接供給發(fā)動機的助燃或排出的空氣。一個市場上可買到的裝置將來自工業(yè)操作的廢氣供給渦輪發(fā)動機。在于2002年9月出版并且結(jié)合于此作為參考的Neill和Gunter的論文“Desctruction usingCombustion Turbines”中，描述了將廢VOC與天然氣混合使燃氣輪機工作的裝置。燃氣輪機產(chǎn)生用于設(shè)備的電力。廢氣直接來自工業(yè)操作中排出的空氣，并且作為助燃空氣的部分供給發(fā)動機。燃氣輪機具有用于供給大多數(shù)燃料的分離的燃料源。排出的空氣提供使發(fā)動機工作所需要的較低(未燃燒的碳氫化合物和VOC的200 to 5000ppm)百分比的能含量。像這樣的裝置要求外部燃料供應(yīng)作為裝置的正常操作的部分。外部燃料供應(yīng)不僅僅是啟動或負荷調(diào)整操作的部分。這些參考文獻講授了沒有過濾火重整，直接供應(yīng)VOC給發(fā)動機，并且要求能消耗這些VOC的發(fā)動機。為了使VOC流到助燃空氣，需要非常大的發(fā)動機/發(fā)生器。Neill和Gunter中給出的實例是20MW渦輪機，用來減少每分鐘150,000標準立方英尺(scfm)的空氣。
于1995年9月19日授權(quán)并且結(jié)合于此作為參考的美國專利5,451,249講授了供應(yīng)來自填埋場的氣流的裝置和方法，其中所述氣流將用作燃料電池的燃料源。填埋場氣體的天然氣成分是理想的，且包含在填埋場氣體中的VOC被去除，并且不被用于供應(yīng)燃料給燃料電池。專利5,451,249將重碳氫化合物描述為在重整之前必須從氣流去除的污染物部分。本發(fā)明不是講授這些VOC是污染物，而是將這些碳氫化合物用作重整器原料。
本發(fā)明旨在提供一種通過將VOC轉(zhuǎn)換成重整油以便于由ECD處理、從而利用來自廢VOC的能量的裝置和方法。本發(fā)明能從廢氣產(chǎn)生較高的動能或電能。稀釋的VOC氣流是易于蒸發(fā)到空氣中的有機化合物，并且可包含直鏈、分支、芬芳或氧化碳氫化合物。本發(fā)明具有減少碳氫化合物同時產(chǎn)生能量的雙重優(yōu)點。更具體地，目前認為是廢物的稀釋VOC被從氣流回收，并且用于在燃料電池中產(chǎn)生電能，或經(jīng)由內(nèi)燃機或外燃機、斯特林循環(huán)發(fā)動機、燃氣輪機或能產(chǎn)生電能或動能的另外的ECD。本發(fā)明是利用攜帶在氣流中的碳氫化合物的節(jié)能方法，其中所述氣流存在于制造、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境、或精煉工藝中或從這些工藝排出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于產(chǎn)生重整油的裝置和方法。所述裝置包括用于濃縮稀釋的VOC氣流的濃縮器。接著重整器將濃縮的VOC燃料加工成適于使ECD工作的重整油。通過使稀釋的VOC吸附到濃縮器內(nèi)的吸附介質(zhì)上使所述裝置工作。濃縮器提高每單位體積的VOC的濃度。吸附的VOC接著被脫附，以形成濃縮的VOC燃料。濃縮的VOC燃料可以是液化的VOC或氣態(tài)濃縮的VOC燃料。濃縮的VOC燃料接著流向重整器，以轉(zhuǎn)換成重整油。所述步驟提供了有效利用稀釋的VOC氣流內(nèi)的能量的工藝。
大多數(shù)工業(yè)濃縮器用熱空氣脫附。因為與允許碳氫化合物濃縮達到爆炸下限(約為碳氫化合物體積的l 1/2％)相關(guān)的風(fēng)險，對于充當(dāng)發(fā)動機的主要燃料的脫附劑(desorbate)來說，與這些裝置中的氣體相關(guān)的濃度從不會變得富含燃料。如在本發(fā)明的背景中所述的，僅將脫附劑作為助燃空氣的部分供給發(fā)動機。發(fā)動機要求分離的燃料源來工作。并且，許多廢氣并不適于用作ECD中的燃料。通過重整這些氣體，可將它們轉(zhuǎn)換成更易于被ECD消耗的重整油。
所述裝置從制造或其它工藝接收廢氣。如果氣體易于包含微粒，則在被濃縮之前將其通過多級過濾裝置過濾。接著，氣體流到吸附室，在所述吸附室，將VOC從廢液去除到吸附介質(zhì)上。吸附介質(zhì)與裝載VOC的氣體源分離，并且受熱以規(guī)則間隔釋放或脫附VOC。脫附循環(huán)的時間使得VOC在吸附介質(zhì)上的飽和度不會超過預(yù)定水平。加熱裝載VOC的吸附介質(zhì)使得VOC閃蒸(flash)成高溫蒸汽，所述高溫蒸汽接著轉(zhuǎn)換成重整油，并且流向燃料電池、發(fā)動機、或其它類型的ECD。燃料冷卻器或冷凝器可用于根據(jù)需要進一步加工所述燃料，以制備用于導(dǎo)入ECD中的燃料。由于發(fā)動機中的燃燒產(chǎn)生的水和CO2氣體排到大氣中?？刂蒲b置用于監(jiān)控和控制此順序。
多種ECD可用于將重整油轉(zhuǎn)換成能量。發(fā)生器可用于將動能轉(zhuǎn)換成電能。在一個實施例中，裝載稀釋的VOC的氣流經(jīng)過可選的多級微粒過濾器和吸附/脫附濃縮器。VOC被從氣體除去，并且粘附至吸附介質(zhì)。清潔氣體排到大氣中，或者用在工藝中的其它地方，并且惰性氣體經(jīng)過吸附材料以脫附VOC。惰性氣體-VOC的混合物發(fā)送到冷凝器，在所述冷凝器中，所述混合物被冷卻，以冷凝VOC。惰性氣體接著再循環(huán)回脫附室?，F(xiàn)在冷凝成液體的冷卻的VOC流向重整器，將VOC轉(zhuǎn)化成H2氣體和碳氧化物。接著氣體燃料流向ECD。
在可選實施例中，裝載VOC的氣流經(jīng)過可選的多級微粒過濾器和吸附/脫附濃縮器。VOC被從氣體除去，并且粘附至吸附介質(zhì)。清潔氣體排到大氣中，或者用在工藝中的其它地方，并且殘氣經(jīng)過吸附材料，以使粘附的VOC脫附。殘氣可以是不與吸附的VOC或吸附/脫附濃縮器反應(yīng)或氧化的氣體，并且包含蒸汽、惰性氣體、燃燒產(chǎn)物、或例如甲烷或另一鏈烷等燃料。濃縮的殘氣-VOC的混合物接著流到重整器，將碳氫化合物轉(zhuǎn)化成H2氣體和碳氧化物。接著重整油被引向ECD。
在另一實施例中，裝載VOC的氣流經(jīng)過可選的多級微粒過濾器和吸附/脫附濃縮器。VOC被從氣體除去，并且粘附至吸附介質(zhì)。清潔氣體排到大氣中，或者用在工藝中的其它地方，并且殘氣經(jīng)過吸附材料，以使粘附的VOC脫附。濃縮的殘氣-VOC的混合物接著流到重整器，將碳氫化合物轉(zhuǎn)化成H2氣體和碳氧化物。接著重整油在燃料冷卻器中冷卻。所冷卻的氣體燃料被引向ECD。


圖1示出用于從氣流去除稀釋的VOC并將它們濃縮成高溫氣體燃料的裝置，其中所述氣體燃料包括H2、CO和各種惰性氣體，例如CO2、氮氣和水。
圖2示出用于從氣流去除稀釋的VOC并將它們濃縮成高溫氣體燃料的可選裝置，其中所述氣體燃料包括H2、CO和各種惰性氣體，例如CO2、氮氣和水。
圖3示出用于從氣流去除稀釋的VOC并將它們濃縮成低溫氣體燃料的裝置，其中所述氣體燃料包括H2、CO和各種惰性氣體，例如CO2、氮氣和水。
具體實施例方式
以一系列

本發(fā)明，其中在附圖中相同元件具有相同的后綴，但是開頭的號碼與圖的參考標號一致。為了幫助理解本發(fā)明，下面給出各個元件和參考標號的表。


在本發(fā)明的每個實施例中，VOC變?yōu)闅錃夂吞佳趸?。此步驟提供了最終利用包含在VOC中的碳氫化合物來提取能量的工藝。所述裝置減少了氣體排放，同時將與稀釋的VOC氣流分離的多成分溶劑用作燃料來產(chǎn)生電能或動能。
在一個實施例中，如果微粒材料攜帶在氣流內(nèi)，則來自制造工藝的稀釋的VOC氣流通過多級過濾系統(tǒng)過濾。接著，氣體流入吸附室，在所述吸附室，VOC被從廢液去除到吸附介質(zhì)上。吸附介質(zhì)與裝載VOC的氣體源分離，并且被加熱，以便以規(guī)則間隔釋放或脫附VOC。脫附循環(huán)的時間使得VOC在吸附介質(zhì)上的飽和度不會超過預(yù)定水平。加熱裝載VOC的吸附介質(zhì)使得VOC閃蒸成高溫蒸汽，所述高溫蒸汽接著流向重整器，之后到可以是發(fā)動機或燃料電池的ECD。發(fā)動機可被用于給設(shè)備供電，或操縱發(fā)生器來產(chǎn)生電力。在可選實施例中，殘氣經(jīng)過吸附介質(zhì)，以脫附粘附的VOC。殘氣可以是蒸汽、惰性氣體、燃燒產(chǎn)物或例如甲烷或另外的鏈烷等氣體燃料。濃縮的殘氣-VOC混合物接著流入重整器。在另一實施例中，重整油在導(dǎo)入ECD之前被冷卻。由于ECD中的氧化產(chǎn)生的水和CO2氣體派出到大氣中。冷卻系統(tǒng)用于監(jiān)控和控制此順序。
圖1示出裝置100的第一實施例，用于從制造工藝流出的氣流去除VOC，并將VOC濃縮成可用于產(chǎn)生電能的燃料。VOC處理在裝載VOC的氣體源101處開始，這允許裝載VOC的氣體經(jīng)過通常打開的氣門102到可選的多級微粒過濾器110的入口。氣門102指引VOC氣流由裝置100處理。在排氣處理裝置100不工作時，通常關(guān)閉的支路氣門103允許臨時排到大氣中。輔助鼓風(fēng)機115指引過濾的氣流到吸附/脫附濃縮器120的入口。稀釋的VOC氣流進入濃縮器120的吸附部，在這里，當(dāng)氣體經(jīng)過濃縮器120時，VOC粘附至吸附介質(zhì)。排氣孔122允許現(xiàn)在清除掉VOC的生產(chǎn)氣體排到大氣中，或改變方向用在此工藝中，或進入另一制造工藝。吸附介質(zhì)可以是任何市場上可買到的吸附劑，例如活性炭、沸石、合成樹脂或其混合物。在連續(xù)環(huán)路中的裝載VOC的吸附介質(zhì)流向濃縮器120的脫附部，在這里，通過加熱吸附介質(zhì)和使例如氮氣等惰性殘氣經(jīng)過濃縮器120，脫附攜帶的VOC。VOC攜帶在殘氣中，并且從濃縮器120出來，經(jīng)由出口123到濃縮器130。冷凝器130將惰性氣體冷卻到低于VOC的閃蒸溫度但高于惰性氣體的冷凝溫度的溫度，由此使VOC(液體)與冷凝器130中的惰性氣體(氣態(tài))分離。惰性氣體通過管道129再循環(huán)到鼓風(fēng)機125，并且通過入口管道121進入冷凝器130的脫附部。具有顯著低于VOC的冷凝溫度的冷凝溫度的氮氣或另一惰性氣體將用于確保充分的分離。現(xiàn)在呈液體形式的VOC通過出口管道131離開冷凝器，流到重整器140。
重整器140通過例如自熱重整(ATR)等部分氧化工藝將VOC分解成H2、CO、CO2和水。用于燃料處理器的工藝用水通過水入口142進入?？諝馔ㄟ^入口管道141添加。例如天然氣等補充燃料通過入口管道144可得到。用于重整器140的控制調(diào)節(jié)氣流，以使產(chǎn)物H2和CO量最大，并使完全氧化的副產(chǎn)物的產(chǎn)量最小，同時保持熱平衡。在部分氧化后水從燃料流冷凝，并且通過排水管道143離開燃料處理器。已處理的燃料、H2和CO通過管道145離開燃料處理器，到ECD 160的入口，在此情形下，ECD可以是燃料電池或發(fā)動機。用于在ECD 160內(nèi)氧化的另外的空氣通過入口161提供，其中所述空氣可以是來自排氣口122的改變方向的清潔空氣?？諝狻O2和水蒸氣通過出口162離開ECD 160。功率輸出163連接至電動開關(guān)裝置170。如果電功率由燃料電池產(chǎn)生，則DC功率轉(zhuǎn)變成AC功率，并且逐步增加，使其與設(shè)備的內(nèi)部電力網(wǎng)兼容。如果ECD 160是斯特林循環(huán)發(fā)動機，則所產(chǎn)生的AC功率經(jīng)由開關(guān)裝置逐漸增加。至設(shè)備電力網(wǎng)的連接——使裝置100在事故停機時自給的保護總線通過連接器171。
盡管裝置100能以補充燃料工作，但是通過閥164添加的補充燃料的量將大體上低于90％，優(yōu)選接近0％。裝置100設(shè)計為完全以VOC燃料的能含量工作。補充燃料通常用在最初的裝置100啟動中，或在稀釋的VOC氣體源的輸出降低到低于裝置100的有效操作時。實現(xiàn)專用補充燃料的裝置100的操作為采用所述裝置的設(shè)備提供了多余的后備電力，并且有助于調(diào)整裝置的安裝成本。
可按比例制造所述裝置，以容納大或小的氣流。在一個應(yīng)用中，汽車油漆亭通過管道輸送到裝置100。在所述亭完全工作時，所述亭設(shè)置在空氣中2000和6500scfm的稀釋VOC氣體之間。所述稀釋的VOC氣流在10和1000ppm的例如二甲苯等芳香族化合物、例如庚烷等直鏈、和例如醋酸丁酯等氧化的碳氫化合物之間。在此濃度，稀釋的VOC低于空氣中VOC的爆炸下限。
濃縮器120將VOC的濃度提高到大于15,000PPM，優(yōu)選到大于200,000PPM。由于濃縮的VOC攜帶在惰性氣體中而不是空氣中，所以爆炸風(fēng)險不大于加壓的燃料管道的風(fēng)險。本發(fā)明的其它應(yīng)用包括在乙醇制造期間釋放的捕捉的甲醛和酸性酸(acidic acid)或在烘焙中發(fā)出的VOC。攜帶在土壤或水中的VOC可變成稀釋的VOC氣流，其中所述VOC氣流接著供給裝置100進行處理。在另一應(yīng)用中，所述裝置可用于捕捉在填充或服務(wù)期間從地下或地上的油箱、油罐卡車、或船、或其它容器中排出的汽油氣。涉及稀釋的VOC的許多其它應(yīng)用對本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯然的，并且根據(jù)本發(fā)明可想到。
圖2示出裝置200的另一實施例，用于從制造工藝流出的氣流去除VOC，并將VOC濃縮成可用于產(chǎn)生電能的燃料。VOC處理在裝載VOC的氣體源201處開始，這允許裝載VOC的氣體經(jīng)過通常打開的氣門202到可選的多級微粒過濾器210的入口。在排氣處理裝置不工作時，通常關(guān)閉的支路氣門203允許臨時排到大氣中。輔助鼓風(fēng)機215指引過濾的氣流到濃縮器220的入口。氣流首先進入濃縮器220的吸附部，在這里，當(dāng)氣體經(jīng)過濃縮器220時，VOC粘附至吸附介質(zhì)。吸附介質(zhì)可以是任何市場上可買到的吸附劑，例如活性炭、沸石、合成樹脂或其混合物。在連續(xù)環(huán)路中的裝載VOC的吸附介質(zhì)流向濃縮器220的脫附部，在這里，來自外部蒸汽發(fā)生器或鍋爐裝置的200-600°F的蒸汽通過入口管道221進入濃縮器220，以加熱吸附介質(zhì)和蒸發(fā)VOC，從吸附介質(zhì)去除(脫附)它們?？蛇x地，由惰性燃燒產(chǎn)物組成的殘氣或例如甲烷或另一鏈烷等氣體燃料可用作脫附的VOC的載體。另外的熱源(未示出)可用作濃縮器220的吸附部。排氣口222允許現(xiàn)在清除掉VOC的生產(chǎn)氣體排到大氣中，或改變方向用在此工藝中，或進入另一制造工藝?，F(xiàn)在呈氣態(tài)形式并且攜帶在殘氣中的濃縮VOC作為濃縮燃料經(jīng)由出口223離開濃縮器220，其中所述出口指引濃縮的VOC到重整器240。
重整器240通過例如自熱重整(ATR)等部分氧化工藝將VOC分解成H2、CO、CO2和水。如果必要，用于燃料處理器的工藝用水通過水入口242進入?？諝馔ㄟ^入口管道241添加。例如天然氣等補充燃料通過入口管道244可得到。用于重整器240的控制調(diào)節(jié)氣流，以使產(chǎn)物H2和CO量最大，并使完全氧化的副產(chǎn)物的產(chǎn)量最小，同時保持熱平衡。在部分氧化后水從燃料流冷凝，并且通過排水管道243離開燃料處理器。已處理的燃料、H2、和CO通過管道245離開燃料處理器，到ECD 260的入口。在此情形下，ECD可以是燃料電池或發(fā)動機。用于在ECD內(nèi)氧化的另外的空氣通過入口261提供，其中所述空氣可以是來自排氣口222的改變方向的清潔空氣。多余的空氣、CO2和水蒸氣通過出口262離開ECD。功率輸出263連接至電動開關(guān)裝置270。如果電功率由燃料電池產(chǎn)生，則DC功率轉(zhuǎn)變成AC功率，并且逐步增加，使其與設(shè)備的內(nèi)部電力網(wǎng)兼容。如果ECD 260是斯特林循環(huán)發(fā)動機，則所產(chǎn)生的AC功率經(jīng)由開關(guān)裝置逐漸增加。一條使裝置200在事故停機時自給的保護總線通過連接器271連接至設(shè)備電力網(wǎng)。
圖3示出裝置300的另一實施例，用于從制造工藝流出的氣流去除VOC，并將VOC濃縮成可用于產(chǎn)生電能的燃料。VOC處理在裝載VOC的氣體源301處開始，這允許裝載VOC的氣體經(jīng)過通常打開的氣門302到可選的多級微粒過濾器310的入口。在排氣處理裝置不工作時，通常關(guān)閉的支路氣門303允許臨時排到大氣中。輔助鼓風(fēng)機315指引過濾的氣流到吸附/脫附濃縮器320的入口。氣流首先進入濃縮器320的吸附部，在這里，當(dāng)氣體經(jīng)過濃縮器320時，VOC粘附至吸附介質(zhì)。吸附介質(zhì)可以是任何市場上可買到的吸附劑，例如活性炭、沸石、合成樹脂或其混合物。在連續(xù)環(huán)路中的裝載VOC的吸附介質(zhì)流向濃縮器320的脫附部，在這里，來自外部蒸汽發(fā)生器或鍋爐裝置的200-600°F的蒸汽通過入口管道321進入濃縮器320，以加熱吸附介質(zhì)和蒸發(fā)VOC，從吸附介質(zhì)去除(脫附)它們?？蛇x地，由惰性燃燒產(chǎn)物組成的殘氣或例如甲烷或另一鏈烷等氣體燃料可用作脫附的VOC的載體。如果使用天然氣，則可需要硫磺氣滌器來去除可能污染吸附介質(zhì)的硫磺和其它材料。另外的熱源(未示出)可用作濃縮器320的吸附部。排氣口322允許現(xiàn)在清除掉VOC的生產(chǎn)氣體排到大氣中，或改變方向用在此工藝中，或進入另一制造工藝?，F(xiàn)在呈氣態(tài)形式并且攜帶在殘氣中的濃縮VOC經(jīng)由出口323離開吸附/脫附濃縮器320，并且被引向重整器340。
重整器340通過例如自熱重整(ATR)等部分氧化工藝將VOC分解成H2、CO、CO2和水。如果必要，用于燃料處理器的工藝用水通過水入口342進入?？諝馔ㄟ^入口管道341添加。例如天然氣等補充燃料通過入口管道344可得到。用于重整器340的控制調(diào)節(jié)氣流，以使產(chǎn)物H2和CO量最大，并使完全氧化的副產(chǎn)物的產(chǎn)量最小，同時保持熱平衡。在部分氧化后水從燃料流冷凝，并且通過排水管道343離開燃料處理器。已處理的燃料、H2和CO通過管道345離開燃料處理器，到燃料冷卻器350的入口，在這里，它被冷卻到可使用的溫度。燃料經(jīng)由閥351離開冷卻器，流向ECD 360的入口，在此情形下，ECD可以是燃料電池或發(fā)動機。用于在ECD內(nèi)氧化的另外的空氣通過入口361提供，其中所述空氣可以是來自排氣口322的改變方向的清潔空氣。多余的空氣、CO2、和水蒸氣通過出口362離開ECD。功率輸出363連接至電動開關(guān)裝置370。如果電功率由燃料電池產(chǎn)生，則DC功率轉(zhuǎn)變成AC功率，并且逐步增加，使其與設(shè)備的內(nèi)部電力網(wǎng)兼容。如果ECD 360是發(fā)動機，則所產(chǎn)生的AC功率經(jīng)由開關(guān)裝置逐漸增加。至設(shè)備電力網(wǎng)的連接——使裝置300在事故停機時自給的保護總線通過連接器371。
上面對所述工藝的描述確定了一些優(yōu)選實施例，但這并不意味著限制所描述的裝置的應(yīng)用。
每個實施例都引用了可選的多級過濾系統(tǒng)。所述過濾器目的在于去除可能污染ECD或重整期的任何有機和無機微粒。一些VOC源可能不包含微粒，但是一些ECD可能容忍一些微粒，因此，在工藝的一些應(yīng)用中可能不需要過濾系統(tǒng)。
將濃縮器描述為吸附介質(zhì)從吸附部傳輸?shù)矫摳讲康囊苿酉到y(tǒng)。應(yīng)認識到，這可通過流化床系統(tǒng)或附著至回轉(zhuǎn)輪的吸附介質(zhì)系統(tǒng)實現(xiàn)。并且，濃縮器可被配置為使得吸附介質(zhì)排列在固定床中，并且通過指引源氣體流動和流出的燃料流動的控制閥，使吸附和脫附交替。濃縮器應(yīng)能在非氧化環(huán)境中脫附VOC，使脫附的流出物(effluent)與離開吸附器的清潔氣體分離，并且能濃縮VOC，使得脫附的流出物具有高于15,000PPM VOC的碳氫化合物濃度。殘氣可以是惰性氣體、蒸汽、或例如甲烷或另一鏈烷等燃料，使得殘氣不包含游離氧，所述游離氧可在脫附步驟中與存在于裝置中的碳氫化合物反應(yīng)。
ATR重整器也可包含各種備選部件。自熱重整由兩個處理步驟組成部分氧化和蒸汽氧化。簡單的蒸汽重整器可用于為一些ECD提供燃料的簡單VOC，但是對于例如質(zhì)子交換膜燃料電池等某些發(fā)生器來說，利用水-氣體轉(zhuǎn)移反應(yīng)和/或優(yōu)先氧化的更復(fù)雜的重整可能是必須的。并且，等離子弧分解可能適于一些燃料。
顯然的是，本發(fā)明中描述的裝置由市場上可買到的部件構(gòu)成，它們以上述特定組合工作時形成用于從某些制造工藝的廢氣流產(chǎn)生電力的裝置。上述實施例形成多種將用在燃料電池、發(fā)動機、渦輪機、或其它ECD中的燃料類型，包括重整的熱氣體燃料和重整的冷氣體燃料。想要的燃料將指示裝置中的部件的選擇。
本發(fā)明的實施例和上面描述的燃料類型目的不是為了限制本發(fā)明的應(yīng)用?？梢云渌淖冎匦陆M合所述裝置的部件，而不偏離本發(fā)明的原理。除了由以下權(quán)利要求書所要求的外，并不是為了限制本發(fā)明的應(yīng)用。
已經(jīng)在本發(fā)明的各個對象的實現(xiàn)中描述了本發(fā)明的各個優(yōu)選實施例。應(yīng)認識到，這些實施例僅是本發(fā)明的原理的例示。對其作出的許多修改和改變對本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯而易見的，并不偏離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種產(chǎn)生重整油的裝置，包括濃縮器，用于將稀釋的VOC氣流濃縮成濃縮的VOC燃料；以及重整器，用于將所述濃縮的VOC燃料重整為重整油。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述濃縮器包括吸附所述稀釋的VOC氣流的吸附介質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述濃縮器包括吸附室，其中所述稀釋的VOC氣流吸附在所述吸附介質(zhì)上；以及脫附室，其中所述吸附的VOC氣流被脫附。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述吸附介質(zhì)選自包括活性炭、沸石、合成樹脂及其混合物的組。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述濃縮器將所述濃縮的VOC燃料濃縮為大于15,000ppm的濃度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述濃縮器將所述濃縮的VOC燃料濃縮為大于200,000ppm的濃度。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，進一步包括脫附所吸附的VOC的殘氣。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述殘氣是蒸汽。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述惰性氣體是氮氣。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述殘氣是氣體燃料。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，進一步包括用于將所濃縮的VOC燃料冷凝成液體的冷凝器。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述吸附介質(zhì)在流化床中。
13.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述吸附介質(zhì)附著至回轉(zhuǎn)輪。
14.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述吸附介質(zhì)包含在固定床中。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，進一步用于冷卻所述重整油的冷卻器。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述重整油包含H2氣體和碳氧化物。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述裝置包含用于從稀釋的VOC氣流過濾微粒的過濾器。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述稀釋的VOC氣流包括直鏈碳氫化合物、分支碳氫化合物、芬芳碳氫化合物、氧化碳氫化合物及其混合物。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述稀釋的VOC氣流在1ppm和5000ppm VOC之間。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述稀釋的VOC氣流是油漆排氣。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述稀釋的VOC氣流是汽油氣。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述稀釋的VOC氣流是甲醛和酸性酸。
23.一種用于接收稀釋的VOC氣流的能量產(chǎn)生裝置，包括濃縮器，用于將VOC濃縮成濃縮的VOC燃料；殘氣噴射器，用于將殘氣噴射到濃縮器中，從而去除濃縮的VOC燃料；重整器，將所述殘氣和濃縮的VOC燃料轉(zhuǎn)變成重整油；以及能量轉(zhuǎn)換裝置，用于消耗所述重整油，以產(chǎn)生能量。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其中所述濃縮器包括吸附所述稀釋的VOC氣流的吸附介質(zhì)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的裝置，其中所述濃縮器包括吸附室，其中所述稀釋的VOC氣流吸附在所述吸附介質(zhì)上；以及脫附室，其中所述吸附的VOC氣流被脫附。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的裝置，其中所述吸附介質(zhì)選自包括活性炭、沸石、合成樹脂及其混合物的組。
27.根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其中所述濃縮器將所述濃縮的VOC燃料濃縮為大于15,000ppm的濃度。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的裝置，其中所述濃縮器將所述濃縮的VOC燃料濃縮為大于200,000ppm的濃度。
29.根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其中所述殘氣是蒸汽。
30.根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其中所述殘氣是氣體燃料。
31.根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其中所述殘氣是惰性氣體。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的裝置，其中所述殘氣是氮氣。
33.根據(jù)權(quán)利要求24所述的裝置，其中所述吸附介質(zhì)在流化床中。
34.根據(jù)權(quán)利要求24所述的裝置，其中所述吸附介質(zhì)附著至回轉(zhuǎn)輪。
35.根據(jù)權(quán)利要求24所述的裝置，其中所述吸附介質(zhì)包含在固定床中。
36.根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，進一步包括用于冷卻所述重整油的冷卻器。
37.根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其中所述重整油包含H2氣體和碳氧化物。
38.根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其中所述裝置包含用于從稀釋的VOC氣流過濾微粒的過濾器。
39.根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其中所述稀釋的VOC氣流包括直鏈碳氫化合物、分支碳氫化合物、芬芳碳氫化合物、氧化碳氫化合物及其混合物。
40.根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其中所述稀釋的VOC氣流在1ppm和5000ppm VOC之間。
41.根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其中所述稀釋的VOC氣流是油漆排氣。
42.根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其中所述稀釋的VOC氣流是汽油氣。
43.根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其中所述稀釋的VOC氣流是甲醛和酸性酸。
44.根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，進一步包括第二燃料，由此所述能量轉(zhuǎn)換裝置消耗所述重整油和所述第二燃料的燃料混合物。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的裝置，進一步包括控制器，所述控制器用于控制供給所述能量轉(zhuǎn)換裝置的所述重整油和所述第二燃料的比例。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的裝置，進一步包括與供給所述能量轉(zhuǎn)換裝置的所述重整油的量成比例的信號，其中所述控制器相應(yīng)于所述重整油改變所述第二燃料的量。
47.根據(jù)權(quán)利要求44所述的裝置，其中所述第二燃料在所述燃料混合物的0和90％之間。
48.根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其中所述能量轉(zhuǎn)換裝置是斯特林發(fā)動機。
49.根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其中所述能量轉(zhuǎn)換裝置是燃料電池。
50.根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其中所述能量轉(zhuǎn)換裝置是內(nèi)燃機。
51.根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其中所述能量轉(zhuǎn)換裝置是燃氣輪機。
52.根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其中所述能量是電能。
53.根據(jù)權(quán)利要求52所述的裝置，進一步包括電開關(guān)裝置和電力網(wǎng)，其中開關(guān)裝置調(diào)節(jié)電能，使電能與電網(wǎng)兼容。
54.一種產(chǎn)生能量的裝置，包括VOC氣流指引裝置，用于指引稀釋的VOC氣流；濃縮器，用于將VOC濃縮成濃縮的VOC燃料；惰性氣體噴射器，用于將惰性氣體噴射到濃縮器中，從而去除濃縮的VOC燃料；冷凝器，用于冷凝來自所述濃縮的VOC燃料的液體VOC；重整器，用于將所述液體VOC重整為重整油；以及能量轉(zhuǎn)換裝置，用于消耗所述重整油，以產(chǎn)生能量。
55.根據(jù)權(quán)利要求54所述的裝置，其中所述濃縮器包括吸附所述稀釋的VOC氣流的吸附介質(zhì)。
56.根據(jù)權(quán)利要求55所述的裝置，其中所述濃縮器包括吸附室，其中所述稀釋的VOC氣流吸附在所述吸附介質(zhì)上；以及脫附室，其中所述吸附的VOC氣流被脫附。
57.根據(jù)權(quán)利要求55所述的裝置，其中所述吸附介質(zhì)選自包括活性炭、沸石、合成樹脂及其混合物的組。
58.根據(jù)權(quán)利要求54所述的裝置，其中所述濃縮器將所述濃縮的VOC燃料濃縮為大于15,000ppm的濃度。
59.根據(jù)權(quán)利要求58所述的裝置，其中所述濃縮器將所述濃縮的VOC燃料濃縮為大于200,000ppm的濃度。
60.根據(jù)權(quán)利要求55所述的裝置，其中所述吸附介質(zhì)在流化床中。
61.根據(jù)權(quán)利要求55所述的裝置，其中所述吸附介質(zhì)附著至回轉(zhuǎn)輪。
62.根據(jù)權(quán)利要求55所述的裝置，其中所述吸附介質(zhì)包含在固定床中。
63.根據(jù)權(quán)利要求54所述的裝置，進一步用于冷卻所述重整油的冷卻器。
64.根據(jù)權(quán)利要求54所述的裝置，其中所述重整油包含H2氣體和碳氧化物。
65.根據(jù)權(quán)利要求54所述的裝置，其中所述裝置包含用于從稀釋的VOC氣流過濾微粒的過濾器。
66.根據(jù)權(quán)利要求54所述的裝置，其中所述稀釋的VOC氣流選自包括直鏈碳氫化合物、分支碳氫化合物、芬芳碳氫化合物、氧化碳氫化合物及其混合物的組。
67.根據(jù)權(quán)利要求54所述的裝置，其中所述稀釋的VOC氣流在1ppm和5000ppm VOC之間。
68.根據(jù)權(quán)利要求54所述的裝置，其中所述稀釋的VOC氣流是油漆排氣。
69.根據(jù)權(quán)利要求54所述的裝置，其中所述稀釋的VOC氣流是汽油氣。
70.根據(jù)權(quán)利要求54所述的裝置，其中所述稀釋的VOC氣流是甲醛和酸性酸。
71.根據(jù)權(quán)利要求54所述的裝置，進一步包括第二燃料，由此所述能量轉(zhuǎn)換裝置消耗所述重整油和所述第二燃料的燃料混合物。
72.根據(jù)權(quán)利要求71所述的裝置，進一步包括控制器，所述控制器用于控制供給所述能量轉(zhuǎn)換裝置的所述重整油和所述第二燃料的比例。
73.根據(jù)權(quán)利要求72所述的裝置，進一步包括與供給所述能量轉(zhuǎn)換裝置的所述重整油的量成比例的信號，其中所述控制器相應(yīng)于所述重整油改變所述第二燃料的量。
74.根據(jù)權(quán)利要求71所述的裝置，其中所述第二燃料在所述燃料混合物的0和90％之間。
75.根據(jù)權(quán)利要求54所述的裝置，其中所述能量轉(zhuǎn)換裝置是斯特林發(fā)動機。
76.根據(jù)權(quán)利要求54所述的裝置，其中所述能量轉(zhuǎn)換裝置是燃料電池。
77.根據(jù)權(quán)利要求54所述的裝置，其中所述能量轉(zhuǎn)換裝置是內(nèi)燃機。
78.根據(jù)權(quán)利要求54所述的裝置，其中所述能量轉(zhuǎn)換裝置是燃氣輪機。
79.根據(jù)權(quán)利要求54所述的裝置，其中所述能量是電能。
80.根據(jù)權(quán)利要求79所述的裝置，進一步包括電開關(guān)裝置和電力網(wǎng)，其中開關(guān)裝置調(diào)節(jié)電能，使電能與電網(wǎng)兼容。
81.根據(jù)權(quán)利要求54所述的裝置，其中所述惰性氣體是氮氣。
82.一種形成重整油的方法，包括將稀釋的VOC氣流濃縮成濃縮的VOC燃料；以及將所述濃縮的VOC燃料重整為所述重整油。
83.根據(jù)權(quán)利要求82所述的方法，進一步包括使所述稀釋的VOC氣流吸附在吸附介質(zhì)上的步驟。
84.根據(jù)權(quán)利要求83所述的方法，進一步包括加熱所述吸附介質(zhì)以使所述被吸附的VOC脫附的步驟。
85.根據(jù)權(quán)利要求84所述的方法，進一步包括將殘氣噴射到所述濃縮器中以使所述被吸附的VOC脫附的步驟。
86.根據(jù)權(quán)利要求85所述的方法，其中所述殘氣是蒸汽。
87.根據(jù)權(quán)利要求85所述的方法，其中所述殘氣是惰性氣體。
88.根據(jù)權(quán)利要求87所述的方法，其中所述惰性氣體是氮氣。
89.根據(jù)權(quán)利要求85所述的方法，其中所述殘氣是氣體燃料。
90.根據(jù)權(quán)利要求87所述的方法，進一步包括將所述濃縮的VOC燃料冷凝成液體的步驟。
91.根據(jù)權(quán)利要求83所述的方法，其中所述吸附介質(zhì)在連續(xù)環(huán)路中。
92.根據(jù)權(quán)利要求82所述的方法，進一步包括冷卻所述重整油的步驟。
93.根據(jù)權(quán)利要求82所述的方法，其中所述重整油包含H2氣體和碳氧化物。
94.根據(jù)權(quán)利要求82所述的方法，進一步包括在所述濃縮步驟之前過濾所述稀釋的VOC氣流的步驟。
95.根據(jù)權(quán)利要求82所述的方法，其中所述稀釋的VOC氣流選自包括直鏈碳氫化合物、分支碳氫化合物、芬芳碳氫化合物、氧化碳氫化合物及其混合物的組。
96.根據(jù)權(quán)利要求82所述的方法，其中所述稀釋的VOC氣流在1ppm和5000ppm VOC之間。
97.根據(jù)權(quán)利要求82所述的方法，其中所述稀釋的VOC氣流是油漆排氣。
98.根據(jù)權(quán)利要求82所述的方法，其中所述稀釋的VOC氣流是汽油氣。
99.根據(jù)權(quán)利要求82所述的方法，其中所述稀釋的VOC氣流是甲醛和酸性酸。
100.一種供應(yīng)重整油給能量轉(zhuǎn)換裝置的方法，包括以下步驟使來自稀釋的VOC氣流的VOC吸附到吸附介質(zhì)上；脫附所述VOC，以形成濃縮的VOC燃料流；將所述濃縮的VOC燃料流重整為重整油；以及供應(yīng)所述重整油給能量轉(zhuǎn)換裝置。
101.根據(jù)權(quán)利要求100所述的方法，其中進一步包括加熱所述吸附介質(zhì)以使所述吸附的VOC脫附的步驟。
102.根據(jù)權(quán)利要求101所述的方法，進一步包括噴射殘氣到所述濃縮器中以使所述吸附的VOC脫附的步驟。
103.根據(jù)權(quán)利要求102所述的方法，其中所述殘氣是蒸汽。
104.根據(jù)權(quán)利要求102所述的方法，其中所述殘氣是惰性氣體。
105.根據(jù)權(quán)利要求102所述的方法，其中所述殘氣是氣體燃料。
106.根據(jù)權(quán)利要求104所述的方法，進一步包括將所濃縮的VOC燃料冷凝成液體的步驟。
107.根據(jù)權(quán)利要求100所述的方法，其中所述吸附介質(zhì)在連續(xù)環(huán)路中。
108.根據(jù)權(quán)利要求100所述的方法，進一步包括冷卻所述重整油的步驟。
109.根據(jù)權(quán)利要求100所述的方法，其中所述重整油包含H2氣體和碳氧化物。
110.根據(jù)權(quán)利要求100所述的方法，進一步包括在所述濃縮步驟之前過濾所述稀釋的VOC氣流的步驟。
111.根據(jù)權(quán)利要求100所述的方法，其中所述稀釋的VOC氣流選自包括直鏈碳氫化合物、分支碳氫化合物、芬芳碳氫化合物、氧化碳氫化合物及其混合物的組。
112.根據(jù)權(quán)利要求100所述的方法，其中所述稀釋的VOC氣流在1ppm和5000ppm VOC之間。
113.根據(jù)權(quán)利要求100所述的方法，其中所述稀釋的VOC氣流是油漆排氣。
114.根據(jù)權(quán)利要求100所述的方法，其中所述稀釋的VOC氣流是汽油氣。
115.根據(jù)權(quán)利要求100所述的方法，其中所述稀釋的VOC氣流是甲醛和酸性酸。
116.根據(jù)權(quán)利要求100所述的方法，進一步包括使第二燃料流向所述能量轉(zhuǎn)換裝置，由此所述能量轉(zhuǎn)換裝置消耗所述重整油和所述第二燃料的燃料混合物。
117.根據(jù)權(quán)利要求116所述的方法，進一步包括控制供給所述能量轉(zhuǎn)換裝置的所述重整油和所述第二燃料的比例。
118.根據(jù)權(quán)利要求117所述的方法，進一步包括測量供給所述發(fā)動機的所述重整油的量，其中控制器相應(yīng)于所述重整油的量改變所述第二燃料的量。
119.根據(jù)權(quán)利要求116所述的方法，其中所述第二燃料在所述燃料混合物的0和90％之間。
120.根據(jù)權(quán)利要求100所述的方法，其中所述能量轉(zhuǎn)換裝置是斯特林發(fā)動機。
121.根據(jù)權(quán)利要求100所述的方法，其中所述能量轉(zhuǎn)換裝置是燃料電池。
122.根據(jù)權(quán)利要求100所述的方法，其中所述能量轉(zhuǎn)換裝置是內(nèi)燃機。
123.根據(jù)權(quán)利要求100所述的方法，其中所述能量轉(zhuǎn)換裝置產(chǎn)生電能。
124.根據(jù)權(quán)利要求123所述的方法，進一步包括供應(yīng)所述電能給電力網(wǎng)。
125.根據(jù)權(quán)利要求104所述的方法，其中所述惰性氣體是氮氣。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種從碳氫化合物氣體源產(chǎn)生重整油燃料的裝置和方法。使用濃縮器(120)將具有低碳氫化合物濃度的氣體(102)濃縮成氣態(tài)(123)或液體(131)濃縮的VOC燃料。接著使用重整器(140)將濃縮的VOC燃料轉(zhuǎn)變?yōu)橹卣?145)。重整油(145)更易于被例如燃燒發(fā)動機、燃料電池、斯特林發(fā)動機、或?qū)⒒瘜W(xué)能轉(zhuǎn)變成動能或電能的類似裝置等能量轉(zhuǎn)換裝置(160)消耗。重整器(140)使得通常不適于用在能量轉(zhuǎn)換裝置(160)中的符合的碳氫化合物燃料轉(zhuǎn)變成重整油(145)。重整油(145)可以直接供給能量轉(zhuǎn)換裝置(160)。
文檔編號C01B3/00GK1823004SQ03826665
公開日2006年8月23日 申請日期2003年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月20日
發(fā)明者帕特里克·賴安, 杰弗瑞·沃特, 馬克·惠銳特 申請人:福特汽車公司