採用rf能量升華或裂解烴類的設備的製作方法

2023-06-08 06:28:06 3

採用rf能量升華或裂解烴類的設備的製作方法
【專利摘要】以諧振頻率供應至反應室的高功率RF能量用於打斷烴物質的共價鍵，而不用加熱。RF信號發生器可通過四埠耦合器向諧振環供應RF能量。可調整通過諧振環的RF能量的相位，以獲得整數倍的諧振波長。調整波長和強度以升華或裂解烴物質以產生有用的氣體產品。
【專利說明】採用RF能量升華或裂解烴類的設備
【技術領域】
[0001]本發明涉及升華和裂解烴類。尤其是，本發明涉及使用被環形諧振腔放大的射頻(RF)能量升華和熱解烴類。
【背景技術】
[0002]隨著世界標準原油儲量逐漸衰竭，對石油的持續需求導致油價上漲，已嘗試使用日益增加的各種方式來處理各種形式的烴類。例如，已嘗試用水蒸氣、微波能量和RF能量加熱地下含重油的地層。然而，這些嘗試通常效率低或代價高。
[0003]升華或裂解諸如煤和頁巖油的物質能產生有價值的產品，諸如天然氣。升華本質上就是使物質從固相到其氣相而不存在中間液相。另一方面，裂解涉及通過加熱使氫鍵斷裂從而使有機物質發生化學分解。這樣的工藝可從升華或裂解的物質獲得天然氣而具有低的綠室氣體排放。然而，現有技術中，升華或裂解諸如煤或頁巖油這些物質所需要的能量比產生的能量更大。
[0004]裂解區別於其它工藝(燃燒和水解)，因為反應不涉及氧或水。有機物質的裂解一般會產生氣體和液體產品並留下富碳固體殘渣。在許多工業應用中，該工藝在壓力和高於430°C的操作溫度下操作。由於熱解是吸熱的，現有技術存在的問題是生物量物質不能接受足夠的熱量進行有效裂解且產品的質量較差。對於這種情況，使用啟動反應提高用於烴物質的熱量變得比較迫切。
[0005]當各種烴類的有機化學結構老化時，芳香度(定義為芳香碳與總碳的比)提高。這些芳香結構是加熱工藝中預定斷裂的碳鏈。為了生產天然氣，這些大的複雜結構在反應中斷裂，從而提高物質中有機部分的溶解度。一些這樣的反應是(但不限於)裂化、烷基化、加氫和解聚。`
[0006]基於Cornell論文(Veshchrevich)所做的研究,諧振環能通過稱合輸入處的波而放大RF功率。為了獲得功率放大效應，環應放在試驗頻率的諧振狀態。為了成功達到這種狀態，環的長度必須等於耦合波的波導波長的整數值。波耦合通過環並且定向耦合器在環中產生功率增益。RF測試部件必須是諧振環的一部分。為了設立諧振環，需要兩個類似設計的耦合器，並在兩個耦合器之間設置耦合設備。兩個耦合器間的耦合設備應使用具有強耦合的空腔，在此篇論文中是球形銅空腔。諧振環的其它部分由矩形波導構成。空腔提供寬帶寬，對縫隙上的空腔頻率有很強的依賴性。使用的ERL耦合器具有很寬的調諧範圍以定位天線，從而使得調整天線很容易。

【發明內容】

[0007]本發明的採用RF能量升華或裂解煤、頁巖油和其它烴類的設備包括諧振環，該諧振環包括相位調整器和反應室，反應室具有諧振空腔。此設備還包括具有第一埠、第二埠、第三埠和第四埠的耦合器。射頻信號發生器在第一埠處與耦合器相連，並用以向諧振環供提供電力，仿真載荷在第四埠處與耦合器相連。在操作中，RF信號發生器產生的電流在第三埠處進入諧振環，行經反應室和相位調整器，並且在第二埠處離開諧振環。
[0008]本發明的其它方面從此公開是顯然的。
【專利附圖】

【附圖說明】[0009]圖1描述了本方法用RF能量升華/裂解的一個實施方案。
[0010]圖2描述了與本方法圖1中用RF能量升華/裂解相關的反應室。
[0011]圖3描述了圖1所述實施方案中環功率增益隨環衰減的變化。
[0012]圖4描述了圖1所述實施方案中環功率增益隨耦合因子的變化。
[0013]圖5描述了圖1所述實施方案中環衰減隨耦合因子的變化。
【具體實施方式】
[0014]現在對本發明的技術方案進行更全面的描述，對本發明的一個或多個實施方案進行說明。本發明可用許多不同的方式進行具體說明，然而，不應將本發明限制在本文所述的實施方案中。當然，這些實施方案是本發明的實例，其全面的保護範圍通過權利要求書的文
子表不O
[0015]圖1描述了本發明設備10的一個實施方案，該設備用RF能量升華/裂解煤、頁巖油和其它烴類。RF信號發生器12通過四埠耦合器14向諧振環32供應電力。為了本發明的目的，非特定功率範圍的傳輸器用於向諧振環供應電力。RF信號發生器12在第一埠16處與四埠耦合器14相連。RF信號發生器12產生的電流26在第三埠 20處進入諧振環32並行經反應室34和相位調整器36，並且在第二埠 18處返回到四埠耦合器14。所有或一部分電流加上來自RF信號發生器12產生的電流26形成電流30，然後重複繞諧振環32的電路。功率表38可與介於第三埠 20和反應室34之間的諧振環32連接。
[0016]諧振空腔提供靈活的裂解/升華反應室，用於評估給定加熱範圍內最優的RF頻率與RF功率以及第二偏置源(波長和強度)的關係。反應室34 (參見圖2)的諧振空腔52中產生的RF排放等離子體產生可測量的氣體產品。諧振環32會支持連續燃燒生產並能如下面所述進行調整。
[0017]諧振環32和相位調整器36的結構用於調整諧振環32的頻率至反應室34的諧振頻率以優化反應室34中的升華/裂解反應。相位調整器36可以調整流經諧振環32的電流30相位以獲得整倍數的諧振波長。反應室34內的RF能量用於打斷置於反應室34中烴分子的共價鍵，而不用加熱。結果，反應室內的溫度對升華和/或裂解來說是最優的。通過使RF信號發生器12與諧振環14構造同步，可獲得高功率。在有助於本發明升華/裂解工藝中氫生產和脫除硫或使天然氣生產最大化方面，調整是有幫助的。調整能提供升華所需的最優的較低溫度和最小的能量消耗。
[0018]仿真載荷24是無源器件，其在第四埠 22處連接至四埠耦合器14。仿真載荷24用於吸收和消散升華/裂解工藝不用的能量。因此不是所有在第二埠 18處進入四埠耦合器14的電流都與來自信號發生器12的電流26混合作為可被轉移至仿真載荷24的一些電流。優選地，從功效考慮，適當地調整四埠耦合器的大小以消散少量能量。
[0019]圖2提供近距離觀看反應室34，其脫離諧振環32單獨顯示。RF能量在第一連接部44處進入反應室34，在第二連接部46處離開。反應室34通過介電壓力埠 40和42與諧振環32構造耦合。介電壓力埠 40和42是RF能量可透過的窗口，但對於置於反應室34中升華/裂解的物質來說，介電壓力埠 40和42使反應室34的諧振空腔52與諧振環隔離。反應室的結構不是特定的物質，可由一種或多種適合的物質組成。
[0020]RF能量用於打斷進入反應室34的諧振空腔52中的烴類的共價鍵，並釋放氣體產品，氣體產品在氣體出口 50處離開反應室34。氣相色譜儀(未示出)可在氣體出口 50處或附近與氣流相連以監控離開反應室34的氣流成分並使工藝的調整更容易。壓力和溫度測量裝置48與諧振空腔52功能接觸。
[0021]可根據下式預測環繞諧振環32的等同組分波:
[0022]
【權利要求】
1.一種採用射頻能量升華或裂解煤、頁巖油和其它烴類的設備，所述設備包括: 諧振環，該諧振環包括相位調整器和反應室，該反應室具有諧振空腔； 耦合器，該耦合器具有第一埠、第二埠、第三埠和第四埠，所述耦合器的第三埠與所述諧振環耦合； 電源，所述電源在所述第一埠處與所述耦合器連接並配置成向所述諧振環供應射頻能量；以及 仿真載荷，所述仿真載荷在所述第四埠處與所述耦合器連接； 其中，所述電源產生的電流在所述第三埠處進入所述諧振環，行經所述反應室和所述相位調整器，並在所述第二埠處離開所述諧振環。
2.根據權利要求1所述的設備，其中，所述電源包括射頻信號發生器。
3.根據權利要求1所述的設備，其中，所述諧振環進一步包括功率表。
4.根據權利要求1所述的設備，進一步包括將所述反應室耦合至所述諧振環的介電壓力埠。
5.根據權利要求1所述的設備，其中，所述反應室還包括氣體埠。
6.根據權利要求4所述的設備，其中，配置氣相色譜儀，以監測離開所述反應室的氣體埠的氣流的成分。
7.根據權利要求1所述的設備，其中，所述反應室還包括配置成測量所述諧振空腔內的壓力和溫度的壓力測量裝置和溫度測量裝置。
8.根據權利要求1所述的設備，其中，所述相位調整器配置成用於調整射頻能量的波長，從而獲得整數倍的諧振波長。
【文檔編號】C10G1/00GK103764795SQ201280029436
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2012年6月11日 優先權日:2011年6月15日
【發明者】V·埃爾南德斯, L·帕通 申請人:哈裡公司