【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
1、迫切需要减少如甲烷等烃燃料的燃烧并用替代能源替代这些燃料。一种这样的替代能源是氢，其可用于例如内燃机或燃料电池。
2、另一种替代能源是锂离子电池，该锂离子电池通常在电池阳极含有如炭黑等导电碳。
3、使用微波能量从烃生产氢是已知的，例如如在us 5,164,054中所公开。
4、wo 2021/014111公开了一种用于生产氢的方法，其中在负载于陶瓷或碳载体上的铁类催化剂的存在下，将气态烃暴露于微波辐射。
5、us2008/0210908公开了一种用于生产氢富集燃料和碳纳米管的方法。
6、r ebner s ellis s golunski,“deactivation and durability of thecatalyst for hotspot natural gas processing”,etsu f/02/00173/rep确定了硫化合物的存在和碳沉积物的积累是天然气重整催化剂失活的潜在原因。
7、本专利技术的一个目的是提供一种用于将烃(特别是甲烷)裂化成氢和碳产物(特别是炭黑)的节能方法。
8、本专利技术的另一个目的是提供一种用于将烃(特别是甲烷)裂化成氢和碳产物的低成本方法。
9、本专利技术的又另一个目的是提供一种用于将烃(特别是甲烷)裂化成氢和碳产物的方法，该方法比蒸汽-甲烷重整产生更少的co和/或co2。
10、本专利技术的又另一个目的是提供一种控制在烃裂化中形成的碳颗粒的尺寸的方法。p>
技术实现思路
1、在第一方面中，本专利技术提供了一种形成氢和碳产物的方法，该方法包括将含烃输入气体通过微波反应室中的反应床，并用微波辐射照射微波反应室，其中反应床包括颗粒材料，该颗粒材料包括金属或金属化合物和碳材料中的至少一种。
2、优选地，反应床包括颗粒金属或金属化合物。
3、任选地，反应床是移动反应床。
4、任选地，反应床还包括微波吸收化合物。
5、在第二方面中，本专利技术提供了一种形成氢和碳产物的方法，该方法包括在微波反应室中使含烃输入气体与微波吸收材料和金属或金属化合物的组合接触，并用微波辐射照射微波反应室。
6、任选地，根据第二方面，将含烃输入气体通过反应床，该反应床包括微波吸收材料和金属或金属化合物。
7、任选地，根据第一方面或第二方面，碳产物是炭黑。
8、任选地，向反应室中加入额外的碳，任选地，同时在反应室中进行微波反应。任选地，加入反应室中的碳是额外的炭黑。
9、任选地，从微波反应室移除的一部分固体产物(例如，含有炭黑或由炭黑组成的固体产物)被循环回反应室。
10、任选地，根据第一方面或第二方面，不从微波反应室中的反应床中分离产物碳。
11、任选地，根据第一方面或第二方面，根据期望的炭黑产物平均直径选择反应进行时炭黑产物在反应器中的停留时间。
12、任选地，根据第一方面或第二方面，碳产物具有至少1nm、任选地至少8nm、任选地至少15nm的平均直径。
13、任选地，根据第一方面或第二方面，金属或金属化合物在该方法期间存在并被消耗。
14、任选地，根据第一方面或第二方面，向反应室中加入额外的金属或金属化合物，任选地，同时在反应室中进行微波反应。
15、将理解，如本文所用，“额外的碳”和“额外的金属或金属化合物”是在本文所述方法的起点时存在的碳和金属或金属化合物之外的。
16、任选地，根据第一方面或第二方面，金属或金属化合物是过渡金属或过渡金属化合物。
17、任选地，根据第一方面或第二方面，金属或金属化合物是氧化铁。
18、任选地，根据第一方面或第二方面，含烃气体含有甲烷。
19、任选地，根据第一方面或第二方面，输入气体中至少50摩尔％、任选地至少70摩尔％的烃在单程反应中转化为氢气。任选地，至少50摩尔％或至少70摩尔％的转化率保持至少1小时的连续时间。
20、任选地，根据第一方面或第二方面，金属或金属化合物是金属氧化物，并且其中在单程方法中产生的产物气体中的一氧化碳和二氧化碳总共占产物气体的0.1体积％至10体积％。
21、任选地，根据第一方面或第二方面，输入气体包括含硫化合物。
22、任选地，根据第一方面或第二方面，微波反应室中的气体温度低于1000℃，任选地在200℃至900℃的范围内。
23、任选地，根据第一方面或第二方面，输入气体不含水。
24、在第三方面中，本专利技术提供了一种用于将烃转化成氢和炭黑的设备，该设备包括：
25、微波辐射源；和
26、微波反应室，该微波反应室具有用于引入包括烃的输入气体的气体入口；用于从微波反应室中移除产物气体的气体出口；用于将固体材料引入到微波反应室中的固体入口；以及用于从反应室移除固体产物的固体出口。
27、任选地，根据第三方面，微波反应室包括位于气体入口和气体出口之间的气体导管，该气体导管被构造成将导管内的固体材料向固体出口移动。
28、任选地，导管与垂直方向成至少20°的角度，任选地与垂直方向成至少40°、60°的角度，任选地与水平方向成10°以内的角度。将理解，本文描述的导管的角度是当设备在使用中或者被定位和定向好以随时可用时的角度。
29、任选地，根据第三方面，设备还包括用于将离开微波反应室的未反应的烃循环回到所波反应室中的气体循环路径。
30、任选地，根据第三方面，设备包括用于在气体进入微波反应室之前加热气体的预热器；用于从离开微波反应室的气体中分离一氧化碳的一氧化碳分离器以及用于将分离的一氧化碳输送到用于预热器的燃料源的一氧化碳流动路径。
31、任选地，根据第三方面，设备包括用于将固体产物的一部分循环到微波反应室中的碳产物循环路径。
32、根据第一方面或第二方面的方法可用根据该第三方面的设备来进行。
33、在使用中，金属或金属化合物和任选的一种或多种另外材料(例如，一种或多种微波吸收材料)可被引入到固体入口中。一种或多种另外的材料可与金属或金属化合物分开供应，或者作为与金属或金属化合物的混合物供应。
34、在使用中，从反应室移除的固体产物可包含碳产物和金属或金属化合物(在金属或金属化合物起催化作用的情况下)或通过金属或金属化合物的反应形成的产物(在金属或金属化合物在反应期间被消耗的情况下)。
35、在第四方面中，本专利技术提供了炭黑作为成核剂在将烃转化成炭黑和氢的微波辅助转化中的用途。
36、在第五方面中，本专利技术提供了一种组合物，该组合物包括颗粒金属或金属化合物和不同于金属或金属化合物的颗粒微波吸收材料。
37、任选地，根据第五方面，金属或金属化合物是铁化合物，任选地是氧化铁。
38、任选地，根据第五方面，颗粒微本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种形成氢和碳产物的方法，所述方法包括将含烃输入气体通过微波反应室中的反应床，并用微波辐射照射所述微波反应室，其中所述反应床包括颗粒材料，所述颗粒材料包括金属或金属化合物和碳材料中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述反应床包括颗粒材料，所述颗粒材料包括所述金属或金属化合物。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述反应床是移动反应床。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述反应床包括所述金属或金属化合物，并且还包括微波吸收化合物。
5.一种形成氢和碳产物的方法，所述方法包括在微波反应室中使含烃输入气体与微波吸收材料和金属或金属化合物的组合接触，并用微波辐射照射所述微波反应室。
6.根据权利要求5所述的方法，其中将所述含烃输入气体通过反应床，所述反应床包括所述微波吸收材料和所述金属或金属化合物。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述碳产物是炭黑。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中向所述反应室中加入额外的碳。
9.根据权利要求8所述的
10.根据权利要求7、8或9所述的方法，其中从所述微波反应室中移除的一部分含有碳产物的固体产物被循环回所述反应室。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中不从所述微波反应室中的所述反应床中分离所述碳产物。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的方法，其中根据期望的碳产物平均直径选择反应进行时所述碳产物在反应器中的停留时间。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述碳产物具有至少15nm的平均直径。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述金属或金属化合物在所述方法期间被消耗。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中向所述反应室中加入额外的金属或金属化合物。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述金属或金属化合物是过渡金属或过渡金属化合物。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述金属或金属化合物是氧化铁。
18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述含烃气体含有甲烷。
19.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述输入气体中至少50摩尔％的烃在单程反应中转化为氢气。
20.根据权利要求19所述的方法，其中至少50摩尔％的转化率保持至少1小时的连续时间。
21.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述金属或金属化合物是金属氧化物，并且其中在单程方法中产生的产物气体中的一氧化碳和二氧化碳总共占所述产物气体的0.1体积％至10体积％。
22.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述输入气体包括含硫化合物。
23.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述微波反应室中的气体温度低于1000℃。
24.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述输入气体不含水。
25.一种用于将烃转化成氢和炭黑的设备，所述设备包括：
26.根据权利要求25所述的设备，其中所述微波反应室包括位于所述气体入口和所述气体出口之间的气体导管，所述气体导管被构造成将所述导管内的固体材料向所述固体出口移动。
27.根据权利要求26所述的设备，其中所述导管与垂直方向成至少20°的角度。
28.根据权利要求25至27中任一项所述的设备，所述设备还包括用于将离开所述微波反应室的未反应的烃循环回到所述微波反应室中的气体循环路径。
29.根据权利要求25至28中任一项所述的设备，其中所述设备包括用于在气体进入所述微波反应室之前加热气体的预热器；用于从离开所述微波反应室的气体中分离一氧化碳的一氧化碳分离器以及用于将分离的一氧化碳输送到用于所述预热器的燃料源的一氧化碳流动路径。
30.根据权利要求25至29中任一项所述的设备，所述设备包括用于将所述固体产物的一部分循环到所述微波反应室中的碳产物循环路径。
31.一种炭黑作为成核剂在将烃转化成炭黑和氢的微波辅助转化中的用途。
32.一种组合物，所述组合物包括颗粒金属或金属化合物和不同于所述金属或金属化合物的颗粒微波吸收材料。
33.根据权利要求32所述的组合物，其中所述金属或金属化合物是铁化合物。
34.根据权利要求32或33所述的组合物，其中所述颗粒微波吸收材料包括碳和碳化硅中的至少一种或由碳和碳化硅中的至少一种组成。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种形成氢和碳产物的方法，所述方法包括将含烃输入气体通过微波反应室中的反应床，并用微波辐射照射所述微波反应室，其中所述反应床包括颗粒材料，所述颗粒材料包括金属或金属化合物和碳材料中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述反应床包括颗粒材料，所述颗粒材料包括所述金属或金属化合物。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述反应床是移动反应床。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述反应床包括所述金属或金属化合物，并且还包括微波吸收化合物。
5.一种形成氢和碳产物的方法，所述方法包括在微波反应室中使含烃输入气体与微波吸收材料和金属或金属化合物的组合接触，并用微波辐射照射所述微波反应室。
6.根据权利要求5所述的方法，其中将所述含烃输入气体通过反应床，所述反应床包括所述微波吸收材料和所述金属或金属化合物。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述碳产物是炭黑。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中向所述反应室中加入额外的碳。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述额外的碳是炭黑。
10.根据权利要求7、8或9所述的方法，其中从所述微波反应室中移除的一部分含有碳产物的固体产物被循环回所述反应室。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中不从所述微波反应室中的所述反应床中分离所述碳产物。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的方法，其中根据期望的碳产物平均直径选择反应进行时所述碳产物在反应器中的停留时间。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述碳产物具有至少15nm的平均直径。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述金属或金属化合物在所述方法期间被消耗。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中向所述反应室中加入额外的金属或金属化合物。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述金属或金属化合物是过渡金属或过渡金属化合物。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述金属或金属化合物是氧化铁。
18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述含烃气体含有甲烷。
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