用于生產基于氫的燃料和結構元件的具有可透射表面的反應器容器以及相關的系統和方法技術方案

本發明專利技術公開了用于生產基于氫的燃料和結構元件的具有可透射的表面的反應器容器以及相關的系統和方法。根據特定實施方案的化學反應器包括反應器容器，所述反應器容器具有反應區、與所述反應區流體連通地相連的氫供體源和與所述反應區流體連通地相連的蒸汽源。所述反應器另外包括在所述反應區處的可透射的表面，所述可透射的表面可透射進入所述反應區的反應物和/或進入所述反應區的輻射能。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術的技術總體上涉及用于生產基于氫的燃料和結構元件或構建塊(buildingblock)的具有可透射的表面(transmissive surface)的反應器容器以及相關的系統和方法。在具體實施方案中，具有可透射的表面的反應器系統可以用于從多種原料生產清潔燃 燒的、基于氫的燃料，且可以從當形成基于氫的燃料時釋放出的碳或其它元素生產結構構建塊。
技術介紹
可再生能源諸如太陽能、風能、波能、落水能和基于生物質的能源具有用作重要能源的巨大潛力，但是目前遇到多種阻止普遍采用的問題。例如，在發電中使用可再生能源依賴于可能是間斷性的能源的可用性。太陽能受限于太陽的可用性(即，僅白天)，風能受限于風的變化性，落水能受限于干旱，而生物質能受限于季節變化，以及其它。作為這些和其它因素的結果，許多來自可再生能源的能量(捕獲的或未捕獲的)傾向于被浪費掉。前述與捕獲和儲存能量有關的無效率會限制可再生能源成長為世界上許多區域的可行能量提供者，因為它們經常導致高能量生產成本。因而，世界繼續依賴于石油和其它化石燃料作為主要能源，這至少部分地因為，支持與化石燃料相關的技術開發的政府補助金和其它項目，使得使用這種燃料誤解為方便的且表面上是廉價的。同時，在由這些燃料產生的能量的購買價格中沒有包括消耗的資源的重置成本、環境退化代價、健康影響和化石燃料使用的其它副產物。鑒于目前與持續生產可再生資源相關的前述和其它缺點，仍然需要提高使用這樣的資源生產產品和燃料的有效性和商業可行性。附圖說明圖I是根據公開的技術的一個實施方案，具有帶有可透射表面的反應器的系統的部分示意的、部分橫截面圖解。圖2的流程解了根據公開的技術的一個實施方案，使用具有可透射表面的反應器生產反應產物的代表性過程。圖3是具有根據公開的技術的一個實施方案環狀地設置的可透射表面的反應器的一部分的部分示意剖視圖。圖4A是具有根據公開的技術的另一個實施方案設置的氫供體分配器歧管和蒸汽歧管的反應器的部分示意剖視圖。圖4B是具有根據公開的技術的另一個實施方案設置的氫供體分配器歧管和蒸汽歧管的反應器的部分示意剖視圖。圖5是具有根據公開內容的另一個實施方案環狀地取向的可透射表面的反應器的部分示意剖視圖。圖6是根據公開內容的一個實施方案包括與逆流熱交換器相組合的反應器的系統的部分示意圖。具體實施例方式I.概沭 下面描述了根據本專利技術公開的技術生產氫燃料和/或其它終產物的裝置、系統和方法的幾個實施例。盡管下面的描述以足以使得相關領域的技術人員能夠實現、制備和使用它們的方式提供了下述實施例的許多具體細節，下述的幾個細節和優點可能不是實踐所述技術的某些實施例所必需的。另外，所述技術可以包括在權利要求范圍內、但是在這里沒有詳細描述的其它實施例。在本說明書中提及的“一個實施例”、“實施例”、“一個實施方案”或“實施方案”是指，結合所述實施例描述的特定部件、結構、過程或特征被包括在本專利技術技術的至少一個實施例中。因而，短語“在一個實施例中”、“在實施例中”、“一個實施方案”或“實施方案”在本說明書的不同地方的出現，不一定都是指同一個實施例。此外，特定部件、結構、例程、步驟或特征可以以任意合適的方式組合進所述技術的一個或多個實施例中。本文提供的標題僅僅是為了方便，無意限制或解釋要求保護的技術的范圍或含義。下述技術的某些實施方案可以采取計算機可執行指令(包括由可編程的計算機或控制器執行的例程)的形式。相關領域的技術人員會明白，所述技術可以在下面示出和描述的那些以外的計算機或控制器系統上實現。所述技術可以體現在特殊用途計算機、控制器或數據處理器中，所述特殊用途計算機、控制器或數據處理器被專門地編程、構造或構建成執行一個或多個下述的計算機可執行指令。因此，在本文中一般地使用的術語“計算機”和“控制器”是指任意數據處理器，且可以包括因特網裝置、手提式裝置、多處理器系統、可編程的用戶電子器件、網絡計算機、微型計算機等等。所述技術也可以在分布式環境中實現，在該分布式環境中由通過通信網絡連接的遠程處理裝置來執行任務或模塊。下述技術的方面可以被儲存或分布在計算機可讀介質上，所述計算機可讀介質包括磁盤或光學可讀盤或可移動的計算機盤以及電子地分布在網絡上的介質。在具體實施方案中，所述技術的某些方面特有的數據結構和數據傳輸也被包括在本專利技術的技術范圍內。本專利技術的技術包括將計算機可讀介質程序化成執行特定步驟、以及執行所述步驟的方法。根據特定實施方案的化學反應器包括具有反應區的反應器容器。氫供體源和蒸汽源與反應器容器的反應區流體連通地相連。所述反應器另外包括在反應區處的可透射的表面，所述可透射的表面是進入反應區的反應物和/或進入反應區的輻射能可透射的。例如,可透射的表面可以允許在燃燒產物廢蒸汽中存在的輻射能和/或水蒸氣進入反應區中，以促進將甲烷離解成氫和一氧化碳的過程。根據本公開內容的一個實施方案的一個代表性的化學過程包括將氫供體和蒸汽導入反應器容器的反應區。所述方法可以另外包括引導輻射能和/或反應物穿過與所述反應區交界的可透射的表面。所述方法另外包括在反應區中將氫供體離解成離解產物，并從離解產物形成非基于氫的結構構建塊和基于氫的燃料。然后從反應區中去除這些產物，使得在特定實施例中，所述燃料可以燃燒或提供給燃料電池，且所述構建塊可以用于生產聚合物或其它耐用品。2.代表性的反應器和相關的方法圖I是包括反應器110的系統100的部分示意圖。反應器110另外包括反應器容器111，該反應器容器111封閉或部分地封閉反應區112。反應器容器111具有設置的一個或多個可透射的表面，以促進在反應區112內發生的化學反應。在一個代表性的實施例中，反應器容器111接收氫供體，所述氫供體由供體源130提供至供體入口 113。例如，所述氫供體可以包括含氮化合物(諸如氨)或含有碳和氫的化合物(諸如甲烷或其它烴)。在進入反應區112之前，可以適當地過濾氫供體，以去除污染物，例如，硫。在反應器容器111內的供體分配器或歧管115將氫供體分散或分配進反應區112中。反應器容器111也接收氧供體(諸如醇)或經由蒸汽入口 114接收來自蒸汽/水源140的蒸汽。在反應器容器111 中的蒸汽分配器116將蒸汽分配進反應區112中。反應器容器111可以另外包括加熱器123，所述加熱器123為反應區112提供熱量，以促進吸熱反應。這樣的反應可以包括，將諸如含氮化合物或含有氫和碳的化合物(諸如甲烷或其它烴)等化合物離解成氫或氫化合物以及碳或碳化合物。所述反應產物經由出口 117離開反應器容器111，并被收集在反應產物收集器160a處。系統100可以另外包括輻射能和/或其它反應物的源150，所述源150向反應器容器111內的通道118提供成分。例如，輻射能/反應物源150可以包括燃燒室151，所述燃燒室151向通道118提供熱燃燒產物152，如箭頭A所示。燃燒產物收集器160b收集離開反應器容器111的燃燒產物，用于再利用和/或其它用途。在一個具體實施方案中，燃燒產物152可以包括二氧化碳、一氧化碳、水蒸氣和其它成分。一個或多個可透射的表面119位于反應區112 (其可以環狀地設置在通道118周圍)和通道118的內部區域120之間。可透射的表面119因此可以允許輻本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.02.13 US 61/304,4031.ー種化學反應器，其包括 反應器容器，所述反應器容器具有反應區； 氫供體源，所述氫供體源與所述反應器容器的所述反應區流體連通地相連； 蒸汽源，所述蒸汽源與所述反應區流體連通地相連；和 在所述反應區處的可透射的表面，所述可透射的表面可透射下述的至少ー種(a)進入所述反應區的反應物，和(b)進入所述反應區的輻射能。2.根據權利要求I所述的反應器，其中所述可透射的表面包括可透過的碳、氮或硼單原子層的復合材料。3.根據權利要求I所述的反應器，其中所述反應器容器是貫穿流容器，所述貫穿流容器具有至少ー個設置成接收反應物的入口和至少ー個設置成遞送產物的出ロ。4.根據權利要求3所述的反應器，其另外包括分離器，所述分離器與所述反應器的至少ー個出ロ相連，以接收來自所述反應器的反應產物，并從其它反應產物中分離出冷凝水。5.根據權利要求I所述的反應器，其另外包括 燃燒室；和 連接在所述燃燒室和所述反應器容器之間的燃燒產物通道，且其中所述可透射的表面位于所述反應器容器的內部區域和所述燃燒室的內部區域之間，以將來自燃燒產物通道的(a)反應物和(b)輻射能中的至少ー種傳遞給所述反應器容器。6.根據權利要求5所述的反應器，其中所述可透射的表面包括碳晶體結構，所述碳晶體結構可透射紅外輻射和水蒸氣。7.根據權利要求I所述的反應器，其中所述氫供體源包括烴源。8.根據權利要求I所述的反應器，其中所述氫供體源包括氫和氮源。9.根據權利要求I所述的反應器，其中所述可透射的表面可透射紅外輻射。10.根據權利要求I所述的反應器，其中所述可透射的表面可透射可見輻射。11.根據權利要求I所述的反應器，其中所述可透射的表面可透射水蒸氣。12.根據權利要求I所述的反應器，其另外包括加熱器，所述加熱器與所述反應器容器熱連通地設置，以加熱所述容器中的反應物。13.根據權利要求12所述的反應器，其中所述加熱器包括電阻加熱器。14.根據權利要求12所述的反應器，其中所述加熱器包括感應加熱器。15.根據權利要求I所述的反應器，其中所述可透射的表面設置在熱流體流動通路附近。16.根據權利要求I所述的反應器，其中所述可透射的表面可透射從鈉、鉀和鎂中的至少ー種發射的輻射。17.ー種化學反應器，其包括 燃燒室，所述燃燒室具有燃燒產物出口 ； 貫穿流反應器容器，所述貫穿流反應器容器具有 燃燒產物通道，所述燃燒產物通道與所述出口相連，以接收來自所述燃燒室的燃燒產物； 反應區，所述反應區在所述燃燒產物通道周圍環狀地設置； 可透射的表面，所述可透射的表面設置在所述反應區和所述燃燒產物通道的內部之間，所述可透射的表面可透射下述的至少ー種a)從所述燃燒產物發射的輻射，和(b)所述燃燒產物中的至少ー種； 第一蒸汽入口； 第二蒸汽入口 ；和 烴入口 ； 烴源，所述烴源與所述烴入口相連； 至少ー個水源，所述至少ー個水源與所述第一和第二蒸汽入口相連； 第一熱交換器，所述第一熱交換器連接在所述反應器容器和所述至少ー個水源之間，所述第一熱交換器具有用于離開所述反應區的反應產物的第一流動通路、和用于進入所述第一蒸汽入口的水的第二流動通路，所述第一和第二流動通路具有逆流設置； 分離器，所述分離器與所述第一流動通路相連，并設置成將冷凝的蒸汽與離開所述反應器容器的氫和碳反應產物的蒸汽分離開；以及 第二熱交換器，所述第二熱交換器連接在所述反應器容器、所述至少ー個水源和所述烴源之間，所述第二熱交換器具有用于穿過所述燃燒產物通道的燃燒產物的第三流動通路、用于進入第二蒸汽入口的水的第四流動通路、和用于進入烴入口的烴的第五流動通路，所述第三流動通路具...

【專利技術屬性】
技術研發人員：羅伊·E·麥卡利斯特，
申請(專利權)人：麥卡利斯特技術有限責任公司，
類型：
國別省市：