专利名称：利用气动激光器、具有电能共生的天然气生产的制作方法
技术领域：
本申请涉及天然气的生产，并且更具体地，涉及用于使用气动激光器生产天然气的系统和方法。
背景技术：
天然气(另外称为CH4)当前具有数种已知的来源，包括主要为该具体目的而钻探的井，以及作为油井钻探和采矿的副产品而出现。其他次要来源(例如垃圾埋填 (landfill))生成该有用的气体。尽管存在丰富的供给，但是也存在着缺点，最明显的缺点即这些供给来源并非总是位于最方便的地方，距利用所述燃料的地方通常有很远的距离。另一缺点存在于气体在被提取时并非总是纯净的形式，而是与硫及其他杂质混合，导致用于将它们纯化至足够洁净以使它们适于使用的能量和时间。尽管如此，在大多数情况下，在已经被净化后，气体必须通过液化并且以大的储存容器的方式来传送或者通过经由管道长距离传送气体而被远距离运输给使用者。尽管这不与其生产相关联，但是当前气体供应系统的另一缺点在于，在当今天然气已经成为跨国际政治边界所发生争端的目标，导致某些地区的短缺和过度的价格波动。 这些因素具有世界范围的经济影响力。所需要的是用于高效地生产纯净形式的天然气的系统和方法。此外，最近发现我们的工业时代的结果是我们地球大气中增加的二氧化碳(CO2) 浓度。广泛地相信，这些增加的CO2是全球气候变迁的原因，导致诸多引起人类生命大量丧失的自然灾害和气象现象。ω2的持续产生以及由此造成其在地球大气中增加的存在可能引起进一步的全球气候剧烈变迁，导致人类生命进一步的丧失，并且如果不受控制的话，可能导致会使所有人类生命从该星球上灭绝的“失控温室效应(runaway greenhouse effect)，，。随着世界范围对于电能稳定增长的需求，由此增加被燃烧的化石燃料以及所排放 (emit)的CO2的量，已经很显然必须采取一些正确的措施来缓解这种情况。尽管将所有用电力工业设施(electric utility)转为核能是完全不现实的，但是在本领域对这样的燃烧化石燃料的发电厂的出现存在需求，所述燃烧化石燃料的发电厂拥有以高效的方式遏止所有所得的排放物(emission)的能力。指定本申请人为发明人/共同发明人的美国专利No. 5，027，720、5，129，331和 5, 265, 424曾被开发以试图解决一些上面描述的问题。然而，仍旧存在这样的需要，即解决对化石燃料燃烧所产生的庞大数量的CO2的最终处理。还存在这样的需要，即解决作为燃烧化石燃料的燃烧锅炉(furnace boiler)的最终产物所产生的大量的C02。本发明特别适于以之前未知的方式克服本领域中存在的那些问题。
发明内容
提供了一种用于使天然气生产流水线化(streamline)和简化的系统和方法。气动激光器由例如二氧化碳的气体提供动力，而该同样的气体被所述激光器的光束加热的催化转化器(catalytic converter)转化。其他气体可以在所述激光光束加热的其他催化转化器中同时形成。生成的转化气体可以被用来生产燃料气体。所述方法的剩余热和/或副产物可以被用来生产电。在本发明的一个特定实施方案中，利用气动激光器从化石燃料燃烧所产生的烟道气体(flue gas)废弃排放物的CO2组分生产天然气。因此，从该特定实施方案生产的燃料气体可以提供丰富的能量(即天然气、电)来源，而同时减少排放到地球大气中的CO2的量。在本发明的另一特定实施方案中，从空气和燃料的混合物的燃烧来生产天然气， 所述燃烧产物被用在气动激光器中。在该特定实施方案中，废弃的烟道气体不被使用，因此在燃烧之前对气体产物的调节不是必须的。在所附权利要求书中阐述了被视为本发明特点的其他特征。本发明的一种生产燃料气体的方法，所述方法包括如下步骤提供激光器以建立激光光束；将第一气体输入到所述激光光束加热的催化转化器区，以生成燃料气体的第一组分；将第二气体输入到所述激光光束加热的催化转化器区，以生成燃料气体的第二组分； 将所述燃料气体的所述第一组分与所述燃料气体的所述第二组分混合，以生成所述燃料气体。其中所述激光器是气动激光器。其中所述第一气体在进入所述催化转化器区之前，流过所述激光器以建立所述激光光束。其中所述第一气体是二氧化碳。其中所述第二气体是蒸汽。其中所述催化转化器区包括单个催化转化器部件，所述单个催化转化器部件接收所述第一气体和所述第二气体两者。其中所述催化转化器区包括多个所述激光光束加热的催化转化器部件。其中至少一第一催化转化器部件包括催化剂碳，以及至少一第二催化转化器部件包括催化剂铁，并且其中所述第一气体是二氧化碳，以及所述第二气体是蒸汽，从而所述方法生成燃料气体甲烷。所述方法还包括通过处理空气生成所述第一气体的步骤。所述方法还包括将第三气体与所述燃料气体的一些混合，以及燃烧混合物来生成所述第一和第二气体的步骤。所述方法还包括将所述第二气体的一部分提供给透平机来生产电的步骤。其中所述气动激光器的喷管使用氨来冷却。其中所述氨是在所述方法期间产生的。本发明的一种生产燃料气体的设备，包括用来建立激光光束的激光器；所述激光光束加热的催化转化器区，所述催化转化器区接收第一气体，以生成燃料气体的第一组分；所述催化转化器区还接收第二气体，以生成燃料气体的第二组分；以及混合器，用来混合所述燃料气体的所述第一组分与所述燃料气体的所述第二组分，以生成所述燃料气体。其中所述激光器是气动激光器。其中所述第一气体在进入所述催化转化器区之前，流过所述激光器以建立所述激光光束。其中所述第一气体是二氧化碳。其中第二气体是蒸汽。其中所述催化转化器区包括单个催化转化器部件，所述单个催化转化器部件接收所述第一气体和所述第二气体两者，所述单个催化转化器部件附加地为所述混合器的一部分。其中所述催化转化器区包括多个所述激光光束加热的催化转化器部件。其中至少一第一催化转化器部件包括催化剂碳，以及至少一第二催化转化器部件包括催化剂铁，并且其中所述第一气体是二氧化碳，以及所述第二气体是蒸汽，从而所述设备生成燃料气体甲烷。其中所述设备生成用来生产电的剩余蒸汽。本发明的一种生产燃料气体的系统，包括空气分离器，用来将空气分离成氮气和氧气；燃烧室，用来将所述氧气与燃料气体混合，并且燃烧混合物来生成至少第一副产物和第二副产物；催化转化器区，所述催化转化器区接收所述第一副产物的至少部分，并且从所述第一副产物的所述至少部分生成第一燃料气体组分；锅炉，用来接收所述第二副产物并生成蒸汽；所述催化转化器区附加地接收所述蒸汽的至少部分，并且从所述部分产生第二燃料气体组分；产生激光光束的激光器，所述激光光束用于加热所述催化转化器区；以及混合器，用来混合所述第一燃料气体组分与所述第二燃料气体组分，以生成所述燃料气体。其中所述催化转化器区包括单个催化转化器部件，所述单个催化转化器部件接收所述第一气体和所述第二气体两者。其中所述催化转化器区包括多个所述激光光束加热的催化转化器部件。所述系统还包括分束器，所述分束器用于将所述激光光束分成多个部分，每个部分精确对应于所述多个催化转化器部件中的一个，以加热所述多个催化转化器部件。其中所述激光器是气动激光器。其中所述第一副产品的至少部分在进入所述催化转化器区之前，流过所述气动激光器以建立所述激光光束。其中所述第一副产品是二氧化碳。其中所述蒸汽的至少部分被用于生产电。其中所述燃料气体的至少部分被馈送回所述系统，以供在所述燃烧室中使用。其中所述气动激光器的喷管使用氨来冷却。其中所述氨是所述系统额外产生的。本发明的另一种生产燃料气体的方法，所述方法包括如下步骤提供激光器以建立激光光束；将第一气体输入到所述激光光束加热的第一催化转化器，以生成燃料气体的第一组分；将第二气体输入到第二被加热的催化转化器，以生成燃料气体的第二组分；将所述燃料气体的所述第一组分与所述燃料气体的所述第二组分混合，以生成所述燃料气体。
其中所述激光器是气动激光器。其中所述第二催化转化器附加地被所述激光器加热。其中所述第二催化转化器从所述激光器生成的余热被加热。尽管在本文中本发明被图示和描述为在利用气动激光器、具有电能共生的天然气生产中实现，但是本发明并不打算被限制到所示出的细节，因为可以在其中作出各种修改和结构改变，而不偏离本发明的精神，并且落入权利要求书等同物的范围和范畴内。然而，当结合附图来阅读下面对具体实施方案的描述时，将从所述描述最好地理解本发明的结构连同本发明的额外的目标和优点。
为了更完整地理解本发明的性质，应当连同附图参照下面的详细描述，在附图中图1是烟道气体生产系统、其互连的功能组件以及它们相对于使用本发明的系统的一个特定实施方案的位置的示意图。图2示出图1的示意图的一部分的放大视图。图3是包括单个激光器供能的转化器部件的发明性系统的第二实施方案的部分切开视图。图4是使用本发明的系统的另一特定实施方案的示意图。图5示出使用本发明的系统的另一特定实施方案的放大简化视图。图6是图4的示意图的另一部分的放大视图，该部分包括用于气动激光器的新颖的扩散器(diffuser)组件，所述气动激光器还充当锅炉过热器。图7是揭示典型的气动激光器的工作组件的基本线路图示意性图示。图8图示本发明的另一替换性实施方案。图9图示本发明的再一替换性实施方案。在整个附图的数个视图中类似的参考号指代类似的部分。
具体实施例方式现在参照图1，示出烟道气体生产系统、其互连的功能组件以及它们相对于发明性系统的位置的示意图。更具体地，烟道气源10被示出为与本发明的一个特定实施方案结
I=I O应该理解，本发明与任何烟道气源结合均可以工作。然而，出于解释的目的，图1 的烟道气源10被描绘为包括炉11，在所述炉11中燃料与空气混合并被燃烧。常规地，炉 11包括锅炉过热器12、蒸汽透平机(turbine) 13、中间透平机13’、次过热器14、冷凝器15、 节约器(economizer) 16，以及空气加热器17。注意，假设燃烧锅炉12中的燃烧是在化学计量条件下，从炉11出来的烟道气体的大致温度为355华氏度。出来的烟道气体为N2, CO2, S2和O2的混合物。通过燃料/空气混合物的燃烧产生的所得烟道气体从烟道气源10出来，并且被本发明的一个实施方案处理。更具体地，使得从烟道气源10出来的烟道气体进入旋风器 (cyclone) 18，该旋风器18从该烟道气体中去除颗粒物质。注意，旋风器18是可选的。例如，如果被燃烧的燃料不是煤，则可以省略旋风器18。接下来，在旋风器18的输出处(或者，如果省略旋风器18，则在燃料气源10的废弃物出口处)，引流风扇(induction fan) 19将具有大致355华氏度温度的燃料气体抽出炉 11，并且迫使该气体进入高温热交换器(heat exchanger) 21。在当前优选的实施方案中，该高温热交换器21使用水作为交换介质，以便将烟道气体的温度降低到大致175华氏度，而同时产生蒸汽。在高温热交换器21中产生的蒸汽被用于驱动溴化锂冷却器(chiller) 20， 该溴化锂冷却器20又产生四十度的水。注意，在本发明的一个特定实施方案中，冷却器20 消耗发电厂输出(power plant output, PP0)的.006%。一旦从高温热交换器21出来，烟道气体前进到纤维性有机废物过滤器27，在此大致175华氏度的烟道气体调节有机废物混合物，制备用于在生物气生产单元30中消化的混合物。如果期望的话，可以使用泵观通过过滤器27来再循环材料。生物气生产单元30(另称为甲烷消化器)产生甲烷气体，所述甲烷气体在燃料电池31中被提取和消耗，由此产生电。然而，注意可以使用其他利用该燃料的方法。在本发明的一个特定实施方案中，燃料电池电产量等于PPO的1. 1%，并且倾向于弥补操作本发明的烟道气体转化系统的损失。此外，生物气生产单元30将用尽的纤维性有机废物转化为大量的表土(topsoil)。一旦离开有机废物过滤器27，烟道气体通过热交换器四中的池水(pond water) 冷却，以便去除包含在烟道气体中的任何水(H2O)。该阶段消耗PPO的0.观％，并且从气体去除100%的水加上10%的二氧化硫(SO2)。从气体去除的、现在包含SO2的水被引导到硫回收单元沈，在此硫被去除。水被重新使用。当离开热交换器四时，气体的温度大致为150华氏度。从热交换器四出来的气体现在进入低温热交换器22，在此所述气体被冷却到大致60华氏度。低温热交换器22使用在冷却器20中产生的四十度的水作为交换介质。紧接着从低温热交换器22出来后，气体遭遇开放喷洒热交换器23，所述开放喷洒热交换器23使用池水作为交换介质并且在该池水中去除了其余的二氧化硫。该载硫水 (sulfurladen water)被送到硫回收单元沈，在此硫被去除并且水返回到池中。如果如图 1中所图示的天然气是被燃烧的燃料，则其余气体混合物已经是co/和队’。在这样的情况下，热交换器23和硫去除组件沈可以被省略。如果炉中燃烧的燃料是煤，则其余气体混合物由氮气(N2)、氧气(O2) ’和CO2，其中N2和O2之间的比率大致是3 1，其中N2占优。气体分离器25从热交换器23接收冷却的气体混合物并且去除氮气，随后所述氮气被储存在容器50中以供出售或者其他用途。来自气体分离器25、现在为显著纯净形式的(X)2的其余气体进入激光器供能的气体转化器40，在该气体转化器40中气体被转化为一氧化碳。现在参照图2，示出图1的气体转化器40的示意图的放大视图。更具体地，本实施方案的激光器供能的气体转化器40包括流动气体或者“气动”红外激光器41以及至少第一催化转化器42。最优选地，如下面将描述的，气体转化器40使用多个催化转化器。流动气体红外激光器41包括气体入口 41a和气体出口 41b。流经激光器41的二氧化碳气体从气体出口 41b出来，并且被引导通过与第一催化转化器42的入口连通的互连或流动路径35。通过进入第一催化转化器42，已使用的激光介质也加入进入第一催化转化器42的二氧化碳气体主流。以这种方式，用作第一催化转化器42中反应物的实际气体的一部分首先被用作创建激光光束的介质。进一步参照图2，分束器41c将来自激光器41的激光光束分成多个分离的光束，因此允许激光器41适应多个催化转化器42、43。可以通过所述转化器从引入到该设备的选择气体生成任何各种化学组分，取决于在催化转化器42、43中使用何种催化剂。鉴于从燃料燃烧过程中可获得的二氧化碳的量，可以创建极强大(powerful)激光光束。应该注意，取决于要处理的气体的量，根据期望可以使用多个转化器42、43。注意，除了当前为催化转化提供能源的主要功能之外，预想有可能通过将光束分束来实现与激光器相关联的其他不同任务。激光器41最优选地被选择为例如由联合技术公司(United Technologies Inc.)制造的被称为“气动激光器”的类型。这样的激光器目前被营销为供工业使用。在操作期间，第一催化转化器42通过使二氧化碳通过激光器加热的催化剂碳之上而产生一氧化碳(CO)，化学式为C02+C = 2C0 (1)可以替换其他适当的催化剂。此外，通过使蒸汽通过催化剂铁(Fe)之上而在第二催化转化器43中产生氢气，该催化剂铁是由激光器41所创建的强大激光光束(即以光束分束器41c所分出的一部分)加热的，化学式为4H20+3Fe = Fe304+4H2 (2)这里再次地，可以替换其他适当的催化剂。回头参照图1，在催化转化器42、43中产生的气体随后被引入通过压缩器44并且进入混合器45，在此，气体以化学方式组合，结果产生烃类燃料产物。混合器45可以包括或者是单独的催化转化器。反应物的产物随后被储存在容器55中，以用于在燃烧锅炉中燃烧的目的。因为每一个催化转化器42、43可以被构造为具有多个入口连接点，所以可以采用以图2的装置制造烃类燃料产物的另一类似技术。该方法包括使蒸汽和二氧化碳两者通过气体转化器40的单一转化器部件的选择催化剂，由此产生CCHH2，众所周知的气态燃料。此外，在前面的详述中全部被提及的元素氢、碳、硫、氮和氧均能够以种种方式以化学方式组合。因此，从这些元素的组合生成多种其他有用的产物是另一种不同的可能性。如从前面可以看到的，通过使用烟道气体的成分作为流动气体激光器41中的介质并且作为激光器所辐照的催化转化器内的反应物，本发明的本实施方案使用二氧化碳来将其自身转化为燃料。图3是可以连同图1的发明使用的气体转化器的另一个实施方案的部分切开视图。更具体地，图1和2的气体转化器40可以被(如图3所示的)包括单个激光器供能的催化转化器部件42的气体转化器替代。因此，如果期望的话可以省略光束分束器41c。此外，将仅需要一个压缩器44，并且混合器45可以省略。这样，如可以看到的，在图1-3的实施方案中，二氧化碳激光器使用常规发电厂的调节的燃料气体或者废弃蒸汽来创建强大激光光束，当所述激光光束被分束而形成多个光束时，其一部分被用来辐照第一催化转化器，转化首先引导通过并且随后从流动气体激光器排放到第一催化转化器中的C02。被该光束的另一分束部分辐照的单独的转化器被用来重整(reform)蒸汽。化学组合装置或者混合器混合新近生成的气体，以纠正摩尔比 (proportional mole fraction)，由此生成有用的燃料产物。这样，可以生产电，同时在燃料气体散逸到大气中之前消除燃料气体。因为图1-3中公开的系统可能要求庞大的装置来将烟道气体置于其可以被用在转化过程中的条件下，因此可能期望这样的转化系统，所述转化系统不要求用于转化烟道气体的调节过程。现在参照本申请的图4，示出本发明的另一优选实施方案。但是，图4的实施方案被设计为消除了调节过程，因此着重于有用的气态燃料产物的生产而不是电的生产。相反， 图4的系统从废弃气体生产有用的气态燃料产物，其中电的生产是消除废弃产物的副产物结果。如本文下面将描述的，图4的系统使用首先在燃烧器中形成的二氧化碳来实际将二氧化碳本身转换为有用的燃料产物，仅使用所生成的燃料产物的小部分为所述燃烧器供燃料，而将剩余的燃料产物重新引导回到气体管道架构中。此外，在图4的实施方案中，二氧化碳到有用燃料产物的转化是与在其形成期间生成废热同时(coincidental)实现的， 所述废热其后用来生成实质(substantial)量的电能。令人惊奇的是，当图4的新颖装置位于气体管道和电力网络两者彼此相对靠近的关键区域(strategic area)中时，该装置具有在启动后使气体流量计逆转并且过一段时间后实际再填充天然气井的功能，所有这些的同时在向大气排放很少或者不排放污染物的情况下向电网供能。更具体地参照图4-6，示出根据本发明的本特定实施方案的基本的示意性燃料气体转化系统100。在系统100中，压缩器112迫使(从空气干燥器110接收的)空气进入变压吸附器(pressure swing adsorber) 120，其中从所述空气中分离出氧气。该空气分离方法(也被称为变压吸附(PSA))是以与氧气液化(即其他已知空气分离技术)相比显著地少的能量实现的。使用PSA，一结晶沸石床被用来捕获(trap)空气的氮气部分，但允许氧气通过。 空气的氮元素随后被清除并且通过排出口 120a和120b排出(exhaust)，在排出口 120a和 120b它们可以被储存在罐中或者被使用或销售。所得的具有从90%到95%纯净度的氧气随后被引导到被维持在压力下的容器121中。使用控制阀123和IM来维持燃烧室125中大致3 1的化学计量空气燃料比率(大致90-95%纯的氧气大致5-10%的氩)。在燃烧室125中，氧气与储存在容器122中的燃料组分CH4混合，并且使用点燃部件129点燃。喷管126(包括液体入口 127和127a)将在燃烧室125中产生的所得排出气体引导进入并且通过谐振器130、扩散器131，并且进入到蒸汽锅炉(图5和6的140)。本文中以最基本形式图示的谐振器130 (也被称为激光腔)还包括反射镜132以及输出耦合器和/ 或分束器133。在一个特别的优选实施方案中，具有10. 6微米波长(即中红外范围)的激光光束156(或者156a和156b)在谐振器或激光腔130内产生。如图4和6中所示，蒸汽锅炉140可以包括蒸汽过热器146和锅炉部件147。此外，如图4和6的实施方案中所示， 蒸汽锅炉140最优选是位于喷管1 处，在激光谐振腔130之前。然而，应该理解，蒸汽锅炉140可以如图5中所示那样位于谐振腔130之后，并且仍与本发明一致。如同图1的实施方案，用在本实施方案中包括谐振器130的激光器是“气动激光器”。气动激光器与其他类型的气体激光器的主要不同在于，气动激光器从流经的气体的动力创建激光光束，因此消除了对常规电源的使用。现在参照图7，示出典型的气动激光器200的基本图示。气动激光器200包括喷管1 (具有液体入口 127和127a)、燃烧室125 (如上面描述的，其从容器121和122接收组分)、导向器157、谐振器130(包括反射镜13 和扩散器131。激光器固有地鲜有超过 10%的效率，并且在这种情况下，低效率(inefficiency)是大量废热的结果。然而，回头参照图4-6，在本发明的本实施方案中，该废热将被用来共生(co-generate)燃烧锅炉(图5 的140)中用于生产电的蒸汽，所述燃烧锅炉的组件是蒸汽过热器(图4的146)、锅炉部件 (图4的147)、包括冷却装置(图4的148)的节约器或者喷管126、进给泵(图4的143)、 冷却塔(图4的14 和蒸汽透平机(图4的141)，其中所述冷却装置具有液体入口和液体出口 (分别为图4的128和128a)。如上面陈述的，在本优选实施方案中，图4的节约器或者喷管1 可以可选地包括冷却装置148，所述冷却装置包括液体入口 1 和液体出口 U8a。通常，如图7中所示，本文所使用类型的气动激光器包括如所示出并且为叶片型的(foil shaped)导向器157。在本发明的一个特定实施方案中，如图6中更具体地示出的，冷却装置148包括导向器157’， 并且提供通过其的液道(liquid pathway) 0因为空气正被分离并且产生氢气，所以还可以容易地在本发明的系统中生成氨(NH3)。这样的氨可以被用来通过循环经过通过冷却装置 148的导向器(图6的157’ )的液道来冷却喷管126，由此帮助冷却通过喷管126的气体。 例如，作为该过程的副产物生成的氨可以通过液体入口 1 被导引到冷却装置148，并且通过液体出口 128a去除。如果期望的话，作为该系统中副产物生成的氨还可以被用来冷却激光谐振器130的光学器件。这样，更具体地参照图4和6，冷却装置148被用来“冰封(freeze in) ”所激发的粒子数反转。例如，在一个优选实施方案中，喷管126将压力降低到50托(torr)，并且将速度增加到a+马赫数。然而，在激光上能级001中，CO2存在的膨胀和减少保持。其他分子下降到001能级。其余能态由于在喷管126中使用冷却装置148急速冷却气体而数量减少， 由此实现反转。扩散器131被构造为针对双重目的而起作用。首先，扩散器131将起到气动激光器的扩散器的作用，其帮助腔内光谱线的形成。通常，在气动激光器中，扩散器被用来将超音速流动减低到亚音速速度。然而，对本发明独特的是，扩散器131额外地被构造为起到用于蒸汽锅炉(图5和6的140)的过热器的作用。从锅炉区域140流出的排出气通过引流风扇151经过通道144输送到催化转化器150。尽管在图4和5中表示为单个部件，但是在实践中，每一个催化转化器150、150a 优选地将包括多个催化转化器，在所述多个催化转化器中其他气体可以被催化转化(例如用于生产氢气Ol2)的蒸汽)。以前，通过使蒸汽通过热的铁(Fe)之上来生成氢气的方法 (也被称为重整蒸汽)曾是以低效的方式进行的。然而，在本发明的本实施方案中，该方法变得极为高效，其中生成丰富量的H2。图4的控制阀145被提供来允许这样的蒸汽进入催化转化器150a，用于生产氢气(H2)的目的。当生成氢气时，存在于催化转化器150a中的介质可以被选择为狗元素，优选地为海棉铁(iron sponge)的形式。这样，当被加热时的反应为以上面描述的方式进行的H2CHFe =>Fe304+H2连同式(2)。
大量的蒸汽以放出蒸汽(blow off steam)的形式从锅炉140可获得。应该理解， 这些催化转化器中的数个可以被用来转换很多不同的元素，所有催化转化器均正被分束器和/或输出耦合器133分束的分束光束156a和156b辐照。在催化转化器150内，气体流经被激光谐振器130中创建的光束(图4和5的 156a)辐照的介质(例如碳)，由此气体(X)2被转化为CO。激光谐振器130的焦距可以长达 400英尺。这样，催化转化器150(以及图4和5的150a)可以并且优选地被设置为距激光谐振器130 —距离。从而，可以在激光谐振器130的输出与催化转化器150和150a之间提供保护套(protective collar)或保护腔来包围激光光束156，并且防止人或物体进入激光谐振器130的输出与催化转化器150和150a之间的光束156光路。引流风扇151还将来自催化转化器150的转化CO以及来自催化转化器150a的吐抽到混合器155，在此它们以化学方式组合，结果产生烃类燃料产物。混合器155可以包括或者作为单独的催化转化器。所得的燃料气体产物(在当前描述的实施方案中为CH4)被还充当气体压缩器的引流风扇151输送到导管或者出口 159，在此某个百分比的所得燃料气体可以被分出以供在燃烧室125中使用，而其余的则被吸出(siphoned off)以供在外部使用。例如，在本发明一个特别优选的实施方案中，所得燃料气体的大致1/4部分被引导到储存容器122以供用作燃烧室125中的燃料，并且其余的3/4部分传出导管159作为副产物。在本发明一个特定优选实施方案中，导管159互连到存在于全国管道结构中的天然气干线。一种替代的连接将是连接到大的气体储存设备。鉴于前述，可以看到气动激光器可以被用来生产燃料产物，所述燃料产物的某个百分比被馈送回系统以给燃烧器供燃料，而可以使大部分流出供用作燃料。此外，如上面所讨论的，通过本发明的操作所产生的剩余废热可以被用来从本发明性系统和方法的废弃蒸汽副产物生成大量的电。例如，在图4的系统中生成燃料气体的过程所产生的废弃蒸汽可以(经由导管，未示出)被提供给电厂并用来转动透平机(图4-6和8的141)，以便发电。现在参照图8，提供了系统100’的部分基本图，示出本发明系统的组件的另一种可能设置，该设置将提供上面所描述的期望的结果。更具体地，在系统100’中，催化转化器 150’，而不是连同图4示出的单独的催化转化器150、150a，被用来处理CO和H2两者。此外， 催化转化器150’将充当“混合器”，因此以化学方式混合所得的催化的气体(即CO和H2)。 这样，如图8所示，废弃蒸汽经由催化转化器150’入口处的控制阀145被提供到通道144。 如从图8看到的，所得的燃料产物部分分流到容器122以供在燃烧室125中使用，并且部分分流到引导到管道或者燃料储存罐(例如图4的122)的外部出口。现在参照图9，示出本发明的另一可能的实施方案。图9的实施方案在多数方面类似于连同图4所描述的本发明的实施方案。但是，在本实施方案中，蒸汽锅炉147’是由激光光束部分156b加热的，而不是如图4中所示具有由激光光束部分156b加热的第二催化转化器150a。从蒸汽锅炉147’输出的蒸汽可以被用来驱动蒸汽透平机141，所述蒸汽透平机141又生成可以输出并使用和/或储存的电。此外，如图9所示，替代喷管126中的蒸汽锅炉147，在喷管126’中提供包括铁作为催化剂的第二催化转化器150a’。这样，气动激光器喷管26’的燃烧器部分中气体燃烧所生成的剩余热被用来加热催化转化器150’中的铁。蒸汽锅炉147a中的过热水以激光光束156b产生的蒸汽经由控制阀145提供给催化转化器150a’。如之前所描述的实施方案的情况，催化转化器150可以包含碳，当其在(X)2存在下被激光光束156a加热时输出CO。类似地，当蒸汽提供到被喷管126中产生的剩余热加热的催化转化器150a’时，蒸汽与铁催化剂反应以产生氢气(H2)。来自催化转化器150的CO和来自催化转化器150a’的H2被提供到混合器155，如前面描述的，该混合器155可以为另一催化转化器。如图9中可以看到的， 从催化转化器150a’的输出到混合器155的输入提供出口或导管252，从而在催化转化器 150a’中生成的氢气可以被提供到混合器155。注意，尽管催化转化器150a’被示为在喷管126’中，而催化转化器150是由激光光束150a加热的，但是可以看到本发明还打算覆盖相反情况。例如，可以在喷管126’中提供包含碳的催化转化器150，而包含铁的催化转化器150a’可以由激光器加热。提供本公开来允许本领域技术人员在关于此所授权的任何专利过期后无需超出常规的试验而实施本发明，并且本公开包括当前预期的最佳方式和当前优选的实施方案。 该公开中没有内容应该被视为限制本发明的范围，本发明允许大量替换、等同和替代，而不会偏离本发明的范围和精神。
权利要求
1.一种生产燃料气体的方法，所述方法包括如下步骤 提供气动激光器以建立激光光束；将第一气体输入到所述激光光束加热的催化转化器区，以生成燃料气体的第一组分， 所述第一气体在进入所述催化转化器区之前，流过所述气动激光器以建立所述激光光束； 将第二气体输入到所述激光光束加热的催化转化器区，以生成燃料气体的第二组分；以及将所述燃料气体的所述第一组分与所述燃料气体的所述第二组分混合，以生成所述燃料气体。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一气体是二氧化碳。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述第二气体是蒸汽。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述催化转化器区包括单个催化转化器部件，所述单个催化转化器部件接收所述第一气体和所述第二气体两者。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述催化转化器区包括多个所述激光光束加热的催化转化器部件。
6.如权利要求5所述的方法，其中至少一第一催化转化器部件包括催化剂碳，以及至少一第二催化转化器部件包括催化剂铁，并且其中所述第一气体是二氧化碳，以及所述第二气体是蒸汽，从而所述方法生成燃料气体甲烷。
7.如权利要求1所述的方法，还包括通过处理空气生成所述第一气体的步骤。
8.如权利要求1所述的方法，还包括将第三气体与所述燃料气体的一些混合，以及燃烧混合物来生成所述第一和第二气体的步骤。
9.如权利要求8所述的方法，还包括将所述第二气体的一部分提供给透平机来生产电的步骤。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述气动激光器的喷管使用氨来冷却。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述氨是在所述方法期间产生的。
12.—种生产燃料气体的设备，包括 用来建立激光光束的气动激光器；所述激光光束加热的催化转化器区，所述催化转化器区接收第一气体，以生成燃料气体的第一组分；所述催化转化器区还接收第二气体，以生成燃料气体的第二组分；混合器，用来混合所述燃料气体的所述第一组分与所述燃料气体的所述第二组分，以生成所述燃料气体；以及所述第一气体在进入所述催化转化器区之前，流过所述气动激光器以建立所述激光光束ο
13.如权利要求12所述的设备，其中所述第一气体是二氧化碳。
14.如权利要求12所述的设备，其中第二气体是蒸汽。
15.如权利要求12所述的设备，其中所述催化转化器区包括单个催化转化器部件，所述单个催化转化器部件接收所述第一气体和所述第二气体两者，所述单个催化转化器部件附加地为所述混合器的一部分。
16.如权利要求12所述的设备，其中所述催化转化器区包括多个所述激光光束加热的催化转化器部件。
17.如权利要求16所述的设备，其中至少一第一催化转化器部件包括催化剂碳，以及至少一第二催化转化器部件包括催化剂铁，并且其中所述第一气体是二氧化碳，以及所述第二气体是蒸汽，从而所述设备生成燃料气体甲烷。
18.如权利要求14所述的设备，其中所述设备生成用来生产电的剩余蒸汽。
19.一种生产燃料气体的方法，所述方法包括如下步骤提供气动激光器以建立激光光束；将第一气体输入到所述激光光束加热的第一催化转化器，以生成燃料气体的第一组分，所述第一气体在进入所述催化转化器区之前，流过所述气动激光器以建立所述激光光束；将第二气体输入到第二被加热的催化转化器，以生成燃料气体的第二组分；将所述燃料气体的所述第一组分与所述燃料气体的所述第二组分混合，以生成所述燃料气体。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述第二催化转化器附加地被所述激光器加热。
21.如权利要求19所述的方法，其中所述第二催化转化器从所述激光器生成的余热被加热。
全文摘要
本文提供生产天然气的系统和方法。气动激光器由例如二氧化碳的气体提供动力，而该同样的气体被所述激光器的光束加热的催化转化器转化。其他气体可以在所述激光光束加热的其他催化转化器中同时形成。生成的转化气体可以被用来生产燃料气体。所述方法的剩余热和/或副产物可以被用来生产电。
文档编号F01N3/10GK102559311SQ201110412980
公开日2012年7月11日 申请日期2008年7月17日 优先权日2007年7月17日
发明者T·梅里特 申请人:Nrg环球股份有限公司