本發(fā)明涉及通過回收熱機的循環(huán)過程中的能量載體進行轉(zhuǎn)化的方法。

背景技術：
本發(fā)明可以用于能源技術中，特別是用于將烴類燃料的內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機械功的方法中。除了原子能、核能、核聚變能、太陽能和熱能以外，已知的用于產(chǎn)生熱能的現(xiàn)代方法是基于能量載體的直接燃燒。換而言之，涉及所有的可燃燒的燃料組分的完全氧化(例如參見L.S.Stermann等人,“-undAtomkraftwerke”[熱電站和核電站],M.,Energoisdat,1982)。雖然它們具有各種各樣的特性，這些已知的方法的缺點具有共同的特征并包括如下：–不能處理水含量大于75％的廢物。–最佳的熱電站的理論效率最高為75％，并且有效效率最大為35％。–排放至周圍空氣中的廢氣污染環(huán)境，并且在全球范圍損害地球上的生命。–無效地使用不可再生的自然資源，例如燃料資源。–工廠的生物質(zhì)以及人和動物的排泄產(chǎn)物僅偶爾被利用，并且無效地用于產(chǎn)生能源。由現(xiàn)有技術已知回收熱化學循環(huán)過程中所提取的能量并將其轉(zhuǎn)化成機械能的方法。通過該方法，將氫氣/碳氧化物混合物(供應至發(fā)動機的能量載體)以3:1的摩爾比從容器送至反應器系統(tǒng)。在此，在催化反應過程中產(chǎn)生甲烷/水蒸汽混合物(工作介質(zhì))。將其送至發(fā)動機的工作室中。通過混合物膨脹產(chǎn)生機械能。用過的甲烷/水蒸汽混合物流入氣冷的高溫原子反應器的冷卻系統(tǒng)中，其位于發(fā)動機的外部。在此，甲烷/水蒸汽混合物被轉(zhuǎn)化成原始的氫氣和碳氧化物(參見國際申請WO03/091549，分類F01K25/06，2003年11月6日)。與已知的方法相比，該方法實現(xiàn)了燃料消耗的顯著下降，但是也存在如下缺點：–為了實現(xiàn)循環(huán)過程，高溫熱能來源必須位于發(fā)動機外部。–該方法僅能以靜態(tài)方式實施，并且位于高溫能量源的直接附近。–在該方法中，不能使用其他類型的含碳原料。–使用該方法無法供應非電動車輛發(fā)動機。–能量載體(氫氣/碳氧化物混合物)必須在特定的設備中產(chǎn)生。由現(xiàn)有技術已知將在放熱過程中釋放的能量轉(zhuǎn)化成機械功的方法。該方法包括將起始原料供應至第一反應器(氣體發(fā)生器)和在放熱過程中原料組分的共同作用。其產(chǎn)生氫氣和碳氧化物。它們被送至反應器甲烷化系統(tǒng)(Fischer-Tropsch反應器的一種特殊情形)。在此，通過催化反應形成工作介質(zhì)。該工作介質(zhì)是甲烷/蒸汽混合物。通過其膨脹，在發(fā)動機中做機械功。用過的工作介質(zhì)被送至用于回收的第二反應器中，然后送回至第一反應器中。在該方法中，第一反應器中的起始原料暴露于自熱氣化或熱氣化過程，并釋放氫氣和碳氧化物。氫氣和碳氧化物被送至副產(chǎn)物的反應器甲烷化系統(tǒng)。氫氣與碳氧化物之間的催化反應在600K至1400K的溫度下在0.6與20mPa之間的壓力下進行(俄羅斯專利2323351，分類F01K23/04，2008年4月27日)。該方法具有以下缺點：–在氣體發(fā)生器中起始原料的重整或氣化過程中釋放的氣體和能量沒有得到利用。–等離子體化學重整或氣化過程僅用于處理水混合物。–在超過700K的溫度下的甲烷化過程難以通過可商購獲得的催化劑實施。–600K與1400K之間及0.6至20mPa的溫度限制和壓力限制嚴重地限制了可實現(xiàn)的結(jié)果。本發(fā)明最接近的現(xiàn)有技術在其技術要點和可實現(xiàn)的效果上是一種通過回收在熱機循環(huán)過程中的能量載體進行轉(zhuǎn)化的方法。在該方法中，將烴類燃料和氧氣供應至氣體發(fā)生器。在自熱條件或熱條件下使燃料氣化或轉(zhuǎn)化，得到氫氣/碳氧化物混合物。將所得的氫氣/碳氧化物混合物輸送至用于將其動能和熱能轉(zhuǎn)化成機械能的裝置中。然后，氫氣/碳氧化物混合物流入氫化反應器中。在此，通過催化過程形成烴類和熱量產(chǎn)生的水。將它們經(jīng)由能量轉(zhuǎn)化裝置輸送至用于轉(zhuǎn)化的氣體發(fā)生器，并以此方式形成第一回流循環(huán)，具體而言是：氣體發(fā)生器–用于將動能轉(zhuǎn)化成機械能的裝置–氫化反應器–用于將氣體熱能和動能轉(zhuǎn)化成機械能的裝置–氣體發(fā)生器。水在通過氣化和氫化產(chǎn)物加熱的蒸汽鍋爐中蒸發(fā)，并被送至用于將蒸汽能量轉(zhuǎn)化成機械能的裝置中，例如送至渦輪機中(俄羅斯專利2386819，分類F01K23/04，2010年4月20日)。該已知的技術設備成功地改善了許多等級參數(shù)，并通過實施該方法克服了在實踐中認識到的循環(huán)回收過程的固有缺陷。然而，發(fā)現(xiàn)了以下缺陷：–甲烷并不是該技術能量系統(tǒng)的目標產(chǎn)物。因此，為了回收碳氧化物而使用甲烷化裝置的結(jié)果是，由于壓縮熱的甲烷和蒸汽混合物而增加了能量的自消耗，以及增加了該方法中的設備成本。–在合成氣(產(chǎn)物氣體)中氫氣與碳氧化物的摩爾比為3:1。這限制了該方法的可用性。–必須使用等離子體化學方法的工藝技術并不總是有利的，因為它限制了起始原料的其他氣化方法的使用。–使用稀有氣體或其混合物是該技術方法的前提條件，這降低了氣體發(fā)生器和用于對碳氧化物進行氫化的反應器的效率。

技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是開發(fā)一種通過在內(nèi)燃機和蒸汽鍋爐系統(tǒng)中回收循環(huán)碳氧化物進行轉(zhuǎn)化的方法，其中提取和加工處理都可以使用含烴原料進行，包括氣體、各種物質(zhì)的混合物以及工業(yè)和家用廢物。技術效果是簡化了在熱機或蒸汽鍋爐系統(tǒng)或各種工藝過程中產(chǎn)生的碳氧化物的回收過程。該目的是通過根據(jù)本發(fā)明的方法實現(xiàn)的。該目的是通過回收熱機的循環(huán)過程中的能量載體進行轉(zhuǎn)化的方法實現(xiàn)的。在該方法中，將烴類燃料和氧氣供應至氣體發(fā)生器。使燃料氣化或者在自熱條件或熱條件下轉(zhuǎn)化，從而產(chǎn)生氫氣/碳氧化物混合物。將產(chǎn)生的氫氣/碳氧化物混合物送入用于將其動能和熱能轉(zhuǎn)化成機械能的裝置。然后，將氫氣/碳氧化物混合物送入氫化反應器，其中在催化過程中形成烴類和熱量產(chǎn)生的水，然后將它們送入用于轉(zhuǎn)化的氣體發(fā)生器。因此，形成第一回流循環(huán)：氣體發(fā)生器–用于將動能和熱能轉(zhuǎn)化成機械能的裝置–氫化反應器–氣體發(fā)生器。然后在蒸汽鍋爐中使水蒸發(fā)。然后將蒸汽送入用于將蒸汽能量轉(zhuǎn)化成機械能的裝置，例如渦輪機。所述蒸汽鍋爐位于氣體發(fā)生器中。所述蒸汽發(fā)生器位于氣體發(fā)生器中和氫化反應器中。水在后者中進行加熱。以此方式，在氣體發(fā)生器和氫化反應器中保持氣化和氫化過程的等溫過程。將蒸汽從用于將蒸汽能量轉(zhuǎn)化成機械能的裝置進一步送至冷凝器。冷凝物由此流回蒸汽鍋爐中。因此，形成第二回流循環(huán)：蒸汽鍋爐–用于將蒸汽能量轉(zhuǎn)化成機械能的裝置–冷凝器–蒸汽鍋爐。在此過程中，冷凝物在蒸汽鍋爐之間根據(jù)它們各自的容量成比例地分配。在烴類燃料的氣化或轉(zhuǎn)化過程中，在自熱條件或熱條件下在氣體發(fā)生器中形成氫氣/碳氧化物混合物。同時，在氫化反應器中通過催化過程形成烴類/熱量產(chǎn)生的水的混合物。將來自氧氣站(空氣分離裝置)的純氧或來自空氣泡的作為空氣成分的大氣氧供應至(熱)機的氣體發(fā)生器。預先在級聯(lián)熱交換器(分級布置的熱交換器)中將流入進氣口的空氣冷卻或加熱至露點，取決于氣候條件，然后在膨脹渦輪機中冷卻到0℃至–3℃的溫度。重復冷卻操作，直至獲得在空氣中0.2g/m3的最大殘余水含量。收集所形成的冷凝物，并用于供應蒸汽鍋爐。然后，將大氣氧輸送至氧氣站或直接輸送至氣體發(fā)生器?？諝庠诩壜?lián)熱交換器中利用冷空氣或利用冷氮氣或利用冷的混合氣體進行冷卻，或者利用熱水或蒸汽進行加熱。將冷凝物用于供應蒸汽鍋爐。將來自構(gòu)建在氫化反應器中的蒸汽鍋爐的蒸汽經(jīng)由內(nèi)置于氣體發(fā)生器中的蒸汽過熱器送入用于將蒸汽能量轉(zhuǎn)化成機械能的裝置中。在(熱)機的氣體發(fā)生器中，產(chǎn)生具有對于完全回收碳氧化物所需且足夠的摩爾比H2:CO和H2:CO2的產(chǎn)物氣體(合成氣)。在摩爾比CO:CO2小于1時，由熱量產(chǎn)生的水或過熱的蒸汽獲取用于使二氧化碳氫化所需的額外的氫氣。將來自用于將蒸汽能量轉(zhuǎn)化成機械能的裝置的蒸汽的一部分進一步送至內(nèi)置于氣體發(fā)生器中的蒸汽過熱器中。然后，過熱的蒸汽返回至用于將蒸汽能量轉(zhuǎn)化成機械能的裝置中。將在氫化反應器中產(chǎn)生的烴類的一部分從所產(chǎn)生的混合物分離出，并進一步送至精餾塔中以進行進一步處理。下面結(jié)合附圖更詳細地描述本發(fā)明的方法的一個示例性的實施方案。附圖說明圖1是用于實施所述的能量轉(zhuǎn)化方法的熱機的示意圖；圖2是用于實施所述的能量轉(zhuǎn)化方法的熱機的示意圖，其同時在精餾塔中制備化學產(chǎn)物；及圖3是用于實施所述的能量轉(zhuǎn)化方法的熱機的示意圖，其具有連接至用于將蒸汽能量轉(zhuǎn)化成機械能的裝置的蒸汽過熱器。具體實施方式所述的能量轉(zhuǎn)化方法可以在熱機中實施，例如圖1的內(nèi)燃機。該熱機包括氣體發(fā)生器1，其具有內(nèi)置于其中的蒸汽鍋爐2及具有蒸汽過熱器3。該氣體發(fā)生器1與氧氣和烴類燃料供應相連接。在氣體發(fā)生器1處的用于氫氣和碳氧化物的出口開口也連接至用于將它們的動能和熱能轉(zhuǎn)化成機械能的裝置4，例如渦輪機。該能量轉(zhuǎn)化裝置4通過其出口連接至氫化反應器5。第二蒸汽鍋爐6位于氫化反應器5中。該第二蒸汽鍋爐6的出口連接至用于將蒸汽能量轉(zhuǎn)化成機械能的裝置7，例如渦輪機。渦輪機的出口連接至冷凝器8。冷凝器8的水出口與蒸汽鍋爐2和6連通。氫化反應器5的用于烴類和熱量產(chǎn)生的水的出口連接至氣體發(fā)生器1。第二蒸汽鍋爐6可以經(jīng)由蒸汽過熱器3連接至用于將蒸汽能量轉(zhuǎn)化成機械能的裝置7。替代性地，來自用于將蒸汽能量轉(zhuǎn)化成機械能的裝置7的蒸汽排出管線可以經(jīng)由蒸汽過熱器3連接至用于將蒸汽能量轉(zhuǎn)化成機械能的裝置7。氫化反應器的用于烴類和熱量產(chǎn)生的水的出口與精餾塔9連通。此外，空氣泡或氧氣站(圖中未示出)可用于向氣體發(fā)生器1供應氧氣。(在空氣制備(airpreparation)的情況下，也可以使用級聯(lián)熱交換器和膨脹渦輪機(未示出))。利用該通過回收熱機循環(huán)過程中的能量載體進行能量轉(zhuǎn)化的方法，將烴類燃料和氧氣輸送至氣體發(fā)生器1。在此，使燃料在自熱條件或熱條件下氣化或轉(zhuǎn)化，形成氫氣/碳氧化物混合物。產(chǎn)生的氫氣/碳氧化物混合物流入用于將其動能和熱能轉(zhuǎn)化成機械能的裝置4中。然后，將氫氣/碳氧化物混合物進一步送至氫化反應器5中。在此，在催化過程中形成烴類和熱量產(chǎn)生的水，然后送入用于進行轉(zhuǎn)化的氣體發(fā)生器1中。這涉及第一回流循環(huán)：氣體發(fā)生器1–用于將動能和熱能轉(zhuǎn)化成機械能的裝置4–氫化反應器5–氣體發(fā)生器1。水在蒸汽鍋爐2和6中蒸發(fā)，然后將水蒸汽送入用于將蒸汽能量轉(zhuǎn)化成機械能的裝置7，如渦輪機。蒸汽鍋爐2和6分別位于氣體發(fā)生器1和氫化反應器5中。因此，由于在氣體發(fā)生器1中和在氫化反應器5中水加熱的結(jié)果，在它們之中保持了氣化和氫化過程的等溫過程。水蒸汽由用于將蒸汽能量轉(zhuǎn)化成機械能的裝置7流入冷凝器8中。冷凝物由此流回蒸汽鍋爐2和6中。因此，形成第二回流循環(huán)：蒸汽鍋爐2和6–用于將蒸汽能量轉(zhuǎn)化成機械能的裝置7–冷凝器8–蒸汽鍋爐2和6。冷凝物在蒸汽鍋爐2和6之間根據(jù)它們各自的容量成比例地分配。在烴類燃料的氣化或轉(zhuǎn)化過程中，在自熱條件或熱條件下在氣體發(fā)生器1中形成氫氣/碳氧化物混合物，在氫化反應器5中在催化過程中形成烴類和熱量產(chǎn)生的水的混合物。將來自氧氣站的純氧或來自空氣泡的大氣氧送至(熱)機的氣體發(fā)生器1。取決于氣候條件，預先在級聯(lián)熱交換器中將流入進氣口的空氣冷卻或加熱至露點，然后在膨脹渦輪機中冷卻到0℃至–3℃的溫度。重復冷卻操作，直至獲得在空氣中0.2g/m3的最大殘余水含量。收集所形成的冷凝物，并用于供應蒸汽鍋爐2和6。然后，將大氣氧輸送至氧氣站或者直接輸送至氣體發(fā)生器1?？諝庠诩壜?lián)熱交換器中利用冷空氣或利用冷氮氣或冷的混合氣體進行冷卻，或者用熱水或蒸汽進行加熱，冷凝物用于供應蒸汽鍋爐2和6。將位于氫化反應器5中的蒸汽鍋爐6的蒸汽(參見圖1)經(jīng)由內(nèi)置于氣體發(fā)生器1中的蒸汽過熱器3送至用于將蒸汽能量轉(zhuǎn)化成機械能的裝置7中。在(熱)機的氣體發(fā)生器1中，產(chǎn)生具有對于完全回收碳氧化物所需且足夠的摩爾比H2:CO和H2:CO2的產(chǎn)物氣體(合成氣)。若摩爾比CO:CO2小于1，則由熱量產(chǎn)生的水或由過熱的蒸汽獲取用于使二氧化碳氫化所需的額外的氫氣。將一部分蒸汽(參見圖2)由用于將蒸汽能量轉(zhuǎn)化成機械能的裝置7送至內(nèi)置于氣體發(fā)生器1中的蒸汽過熱器3中。然后，過熱的蒸汽返回至用于將蒸汽能量轉(zhuǎn)化成機械能的裝置7中。將在氫化反應器5中產(chǎn)生的烴類的一部分從氫化反應器中之前的混合物分離出，并進一步送至精餾塔9中以進行進一步處理(參見圖3)。上述的系統(tǒng)可以合并，如圖3所示。作為烴類燃料，可以使用氣體燃料或液體燃料。應當注意的是：因為相對于1升的量，其氧化的熱含量最大，氣體發(fā)生器1基本上是(熱)機的一個燃燒室或一個單元的氣體發(fā)生器1，由燃料罐或氣瓶進行供應。在氣體發(fā)生器1中，在開放空氣中在1625至2500K的溫度下，或者利用催化劑在785至1620K的溫度下，形成產(chǎn)物氣體。產(chǎn)物氣體(合成氣)是氫氣和碳氧化物的混合物。該方法優(yōu)選在0.11至30mPa的壓力下進行。在等離子體催化法中，等離子體溫度設置在1700與10000K之間或更高的范圍內(nèi)。在氫化反應器5中，在催化等溫條件下的碳氧化物催化氫化過程中，形成具有C1至C25個碳原子的烴類、含氧的C1至C4烴化合物以及任選存在的水蒸汽。該過程在3.1mPa和610K的溫度下進行。理論有效效率可以達到0.733；卡諾性能系數(shù)可以達到大約–0.89。本發(fā)明的方法可以應用于發(fā)電以及機械工程，特別是汽車工程或造船，也可以應用于產(chǎn)生機械能的化學工業(yè)中，以用于渦輪驅(qū)動軸的操作，用于驅(qū)動傳送帶和發(fā)電機，同時例如使用精餾塔能夠生產(chǎn)各種化學產(chǎn)品。