用热传递气体制备碳颗粒的系统和方法技术方案

用热传递气体制备碳颗粒的系统和方法。制备碳颗粒的方法可以包括通过焦耳加热来加热热传递气体，以及使所述热传递气体与反应性烃原料气体接触以生成所述碳颗粒和氢气。制备碳颗粒的方法可以包括借助于焦耳加热来加热热传递气体，以及将所述热传递气体与烃原料气体混合以生成所述碳颗粒。

The system and method of preparing carbon particles with heat transfer gas

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用热传递气体制备碳颗粒的系统和方法交叉引用本申请要求于2017年3月8日提交的美国临时申请号62/468,824的权益，该申请通过引用整体并入本文。
技术实现思路
本公开内容提供了例如制备碳颗粒的方法，其包括：通过焦耳加热(Jouleheating)间接地加热热传递气体；以及使所述热传递气体与烃原料接触以生成所述碳颗粒和氢气。所述方法还可以包括使用一个或多个电阻加热元件来加热所述热传递气体。所述元件中的一个或多个可以包含石墨或是石墨。所述元件中的一个或多个可以包含或是钨、钼、铼、氮化硼、镍、铬、铁或其合金。所述元件中的元件可以是管形形状。所述元件中的元件可以是矩形形状。所述元件中的元件可以具有星形横截面。所述元件中的元件可以是中空的。所述元件可以是板。所述方法还可以包括将图案切入所述板中的板，其允许热应力消除。所述板可以从所述板上的初始点和所述板上沿着从所述初始点与所述热传递气体的下游流动方向一致的方向的点处加热所述热传递气体。所述板可以在从所述初始点与所述热传递气体的下游流动的方向一致的方向上的点处具有比所述初始点处的电阻更低的电阻。所述元件中的元件可以从所述元件上的初始点和所述元件上沿着从所述初始点与所述热传递气体的下游流动方向一致的方向的点处加热所述热传递气体。所述元件可以包括切入所述元件中的螺旋槽，所述螺旋槽可以在沿着从所述初始点与所述热传递气体的下游流动方向一致的方向上的所述元件上最远的点处提供更大的横截面积。所述方法还可以包括使用具有可替换的高温组件的并联电阻加热器。所述方法还可以包括使用安装管来容纳所述元件，并使用板来电阻加热所述热传递气体。所述板可以是石墨板。所述方法还可以包括使用安装管来电阻加热所述热传递气体。所述安装管可以彼此串联或并联电连接。所述方法还可以包括向所述元件供应大于或等于约750kW的功率。所述方法还可以包括使用基于电弧的等离子体加热所述元件下游来提高所述热传递气体的温度。所述接触可以处于大于或等于约500Nm3/hr(标准立方米/小时)的热传递气体流速。所述接触可以处于大于或等于约675Nm3/hr的烃原料流速。所述烃原料可以包含按重量计至少约70％的甲烷、乙烷、丙烷或其混合物。所述烃原料可以包括一种或多种简单烃、一种或多种芳族原料、一种或多种不饱和烃、一种或多种含氧烃或其任何组合。所述烃原料可以包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、苯、甲苯、二甲苯、甲基萘、裂解燃料油、煤焦油、煤、重油、油、生物油、生物柴油、其他生物衍生的烃、乙烯、乙炔、丁二烯、苯乙烯、乙醇、甲醇、丙醇、苯酚、酮类、醚类、酯类或其任何组合。超过约90％的烃原料可以以基于碳的重量百分比转化成碳颗粒。在通过一个或多个冷却的注入器注入所述烃原料时，所述热传递气体和所述烃原料可包括彼此接触。所述注入器可以是水冷的。所述烃原料可以在与所述热传递气体接触之前从第一温度预先加热到第二温度。所述第二温度可为约100℃至约800℃。所述第一温度可为约25℃。可以在所述加热之前经由热交换器预先加热所述热传递气体。所述热传递气体可以包含大于约60％的氢气。所述热传递气体可以是氢气。所述热传递气体可以包含氧气、氮气、氩气、氦气、空气、氢气、一氧化碳和/或烃。所述碳颗粒可以包括炭黑。所述方法还可以包括在无氧环境中加热所述热传递气体。所述方法还可以包括将所述热传递气体加热到至少约2,000℃。可以通过电阻加热进行所述加热。在初始暴露于所述热传递气体约2秒内，可以将所述加热的热传递气体中包含的大于约60％的热量转移到所述烃原料。本公开内容还提供了例如制备碳颗粒的方法，其包括：借助于焦耳加热间接加热热传递气体；以及将所述热传递气体与烃原料混合以生成所述碳颗粒。所述方法还可以包括将所述热传递气体与所述烃原料混合以生成所述碳颗粒和氢气。所述方法还可以包括在所述加热的下游将所述热传递气体与所述烃原料混合。所述方法还可以包括使用所述加热的热传递气体来加热所述烃原料。所述碳颗粒可以包括炭黑。所述炭黑可以具有大于约20平方米/克(m2/g)的表面积。所述方法还可以包括(i)将所述热传递气体加热到至少约2,000℃，(ii)在无氧环境中加热所述热传递气体或(iii)其组合。所述热传递气体可以包含大于约60％的氢气。所述方法还可以包括在所述焦耳加热下游借助于基于电弧的等离子体加热来加热所述热传递气体。所述方法还可以包括借助于电阻加热、基于电弧的等离子体加热或其组合来加热所述热传递气体。所述焦耳加热可以包括电阻加热。所述方法还可以包括随着所述热传递气体的温度升高而减小来自元件的热通量。所述方法还可以包括减小所述元件的电阻以减小所述热通量。所述焦耳加热可以包括使用具有可变电阻的元件来进行所述加热。所述方法还可以包括随着所述热传递气体的温度升高使用所述可变电阻来减小热通量。所述方法还可以包括随着所述热传递气体的温度升高改变元件的电阻来减小热通量。所述方法还可以包括沿着与所述热传递气体的流动方向一致的方向沿着所述元件减小所述热通量。所述方法还可以包括随着所述热传递气体流过的材料的温度升高而减小来自元件的热通量。被配置用于实现所述方法的系统可以包括用于间接加热待与所述烃原料混合的热传递气体的焦耳加热器。所述热传递气体可以不接触所述焦耳加热器。所述热传递气体可以不接触所述焦耳加热器的元件。本公开内容还提供例如制备碳颗粒的方法，其包括通过焦耳加热来加热热传递气体；以及使所述热传递气体与反应性烃原料气接触以生成所述碳颗粒和氢气。可以利用电阻或感应加热元件来加热所述热传递气体。在初始暴露于所述热传递气体约2秒内，可以将所述加热的热传递气体中包含的大于约60％的热量转移到所述烃原料气体。可以在电阻或感应加热元件的下游使用基于电弧的等离子体加热来提高所述热传递气体的温度。所述元件可以包含石墨或是石墨。所述元件可以包含或是钨、钼、铼、氮化硼、镍、铬、铁或其合金。所述热传递气体可以是大于约60％的氢气。可以使用安装管来容纳所述元件，并且可以使用板来电阻加热所述热传递气体。可以在安装管中加热所述热传递气体，并且所述安装管可以彼此串联或并联电连接。可以通过大于或等于约750kW的功率向所述元件供应所述加热。所述接触可以处于大于或等于约500Nm3/hr(标准立方米/小时)的热传递气体流速。所述接触可以处于大于或等于约675Nm3/hr的烃原料气体流速。所述反应性烃原料可以包含按重量计至少约70％的甲烷、乙烷、丙烷或其混合物。所述电阻元件可以是板。所述板可以具有切入所述板中的图案，其允许热应力消除。所述热传递气体可以在所述板上的初始接触点处和在该点下游的点处接触所述板。所述板可以在与所述热传递气体的初始接触点下游的点处具有比所述初始接触点处的电阻更小的电阻。所述元件可以是管形形状。所述元件可以是矩形形状。所述元件可以具有星形横截面。所述元件可以是中空的。所述热传递气体可以在所述元件上的初始接触点处和在该点下游的点处接触所述元件。所述元件可以包括切入所述元件中的螺旋槽，所述螺旋槽在与所述热传递气体初始接触的点下游的所述元件上最远的点处提供更大的横截面积。可以使用包括冷却金属线圈和感受器的感应加热器。所述感受器可以是多孔的或具有允许所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备碳颗粒的方法，包括：/n通过焦耳加热间接加热热传递气体；以及/n使所述热传递气体与烃原料接触以生成所述碳颗粒和氢气。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170308 US 62/468,8241.一种制备碳颗粒的方法，包括：
通过焦耳加热间接加热热传递气体；以及
使所述热传递气体与烃原料接触以生成所述碳颗粒和氢气。


2.根据权利要求1所述的方法，还包括使用一个或多个电阻加热元件来加热所述热传递气体。


3.根据权利要求2所述的方法，其中所述元件中的一个或多个包含石墨，或者所述元件中的一个或多个是石墨。


4.根据权利要求2所述的方法，其中所述元件中的一个或多个包含钨、钼、铼、氮化硼、镍、铬、铁或其合金，或者所述元件中的一个或多个是钨、钼、铼、氮化硼、镍、铬、铁或其合金。


5.根据权利要求2所述的方法，其中所述元件中的一元件是管形形状。


6.根据权利要求2所述的方法，其中所述元件中的一元件是矩形形状。


7.根据权利要求2所述的方法，其中所述元件中的一元件具有星形横截面。


8.根据权利要求2所述的方法，其中所述元件中的一元件是中空的。


9.根据权利要求2所述的方法，其中所述元件是板。


10.根据权利要求9所述的方法，还包括将图案切入所述板中的板，该图案允许热应力消除。


11.根据权利要求10所述的方法，其中所述板从所述板上的初始点和所述板上沿着从所述初始点与所述热传递气体的下游流动方向一致的方向的点处加热所述热传递气体。


12.根据权利要求11所述的方法，其中所述板在从所述初始点与所述热传递气体的下游流动的方向一致的方向上的点处具有比所述初始点处的电阻更低的电阻。


13.根据权利要求2所述的方法，其中所述元件中的元件从所述元件上的初始点和所述元件上沿着从所述初始点与所述热传递气体的下游流动方向一致的方向的点处加热所述热传递气体。


14.根据权利要求13所述的方法，其中所述元件包括切入所述元件中的螺旋槽，所述螺旋槽在沿着从所述初始点与所述热传递气体的下游流动方向一致的方向上的所述元件上最远的点处提供更大的横截面积。


15.根据权利要求2所述的方法，还包括使用具有可替换的高温组件的并联电阻加热器。


16.根据权利要求2所述的方法，还包括使用安装管来容纳所述元件，并使用板来电阻加热所述热传递气体。


17.根据权利要求16所述的方法，其中所述板是石墨板。


18.根据权利要求2所述的方法，还包括使用安装管来电阻加热所述热传递气体，其中所述安装管彼此串联或并联地电连接。


19.根据权利要求2所述的方法，还包括向所述元件供应大于或等于约750kW的功率。


20.根据权利要求2所述的方法，还包括使用基于电弧的等离子体加热所述元件的下游来提高所述热传递气体的温度。


21.根据权利要求1所述的方法，其中所述接触处于大于或等于约500Nm3/hr(标准立方米/小时)的热传递气体流速。


22.根据权利要求1所述的方法，其中所述接触处于大于或等于约675Nm3/hr的烃原料流速。


23.根据权利要求1所述的方法，其中所述烃原料包含按重量计至少约70％的甲烷、乙烷、丙烷或其混合物。


24.根据权利要求1所述的方法，其中所述烃原料包括一种或多种简单烃、一种或多种芳族原料、一种或多种不饱和烃、一种或多种含氧烃或其任何组合。


25.根据权利要求24所述的方法，其中所述烃原料包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、苯、甲苯、二甲苯、甲基萘、裂解燃料油、煤焦油、煤、重油、油、生物油、生物柴油、其他生物衍生的烃、乙烯、乙炔、丁二烯、苯乙烯、乙醇、甲醇、丙醇、苯酚、酮类、醚类、酯类或其任何组合。


26.根据权利要求1所述的方法，其中超过约90％的烃原料以基于碳的重量百分比转化成碳颗粒。


27.根据权利要求1所述的方法，其中在通过一个或多个冷却的注入器注入所述烃原料时，所述热传递气体和所述烃原料彼此接触。


28.根据权利要求27所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得·L·约翰逊，亚历山大·F·赫尔曼，
申请(专利权)人：巨石材料公司，
类型：发明
国别省市：美国;US