用于生产基于氢的燃料和结构元件的具有可透射表面的反应器容器以及相关的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了用于生产基于氢的燃料和结构元件的具有可透射的表面的反应器容器以及相关的系统和方法。根据特定实施方案的化学反应器包括反应器容器，所述反应器容器具有反应区、与所述反应区流体连通地相连的氢供体源和与所述反应区流体连通地相连的蒸汽源。所述反应器另外包括在所述反应区处的可透射的表面，所述可透射的表面可透射进入所述反应区的反应物和/或进入所述反应区的辐射能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的技术总体上涉及用于生产基于氢的燃料和结构元件或构建块(buildingblock)的具有可透射的表面(transmissive surface)的反应器容器以及相关的系统和方法。在具体实施方案中，具有可透射的表面的反应器系统可以用于从多种原料生产清洁燃 烧的、基于氢的燃料，且可以从当形成基于氢的燃料时释放出的碳或其它元素生产结构构建块。
技术介绍
可再生能源诸如太阳能、风能、波能、落水能和基于生物质的能源具有用作重要能源的巨大潜力，但是目前遇到多种阻止普遍采用的问题。例如，在发电中使用可再生能源依赖于可能是间断性的能源的可用性。太阳能受限于太阳的可用性(即，仅白天)，风能受限于风的变化性，落水能受限于干旱，而生物质能受限于季节变化，以及其它。作为这些和其它因素的结果，许多来自可再生能源的能量(捕获的或未捕获的)倾向于被浪费掉。前述与捕获和储存能量有关的无效率会限制可再生能源成长为世界上许多区域的可行能量提供者，因为它们经常导致高能量生产成本。因而，世界继续依赖于石油和其它化石燃料作为主要能源，这至少部分地因为，支持与化石燃料相关的技术开发的政府补助金和其它项目，使得使用这种燃料误解为方便的且表面上是廉价的。同时，在由这些燃料产生的能量的购买价格中没有包括消耗的资源的重置成本、环境退化代价、健康影响和化石燃料使用的其它副产物。鉴于目前与持续生产可再生资源相关的前述和其它缺点，仍然需要提高使用这样的资源生产产品和燃料的有效性和商业可行性。附图说明图I是根据公开的技术的一个实施方案，具有带有可透射表面的反应器的系统的部分示意的、部分横截面图解。图2的流程解了根据公开的技术的一个实施方案，使用具有可透射表面的反应器生产反应产物的代表性过程。图3是具有根据公开的技术的一个实施方案环状地设置的可透射表面的反应器的一部分的部分示意剖视图。图4A是具有根据公开的技术的另一个实施方案设置的氢供体分配器歧管和蒸汽歧管的反应器的部分示意剖视图。图4B是具有根据公开的技术的另一个实施方案设置的氢供体分配器歧管和蒸汽歧管的反应器的部分示意剖视图。图5是具有根据公开内容的另一个实施方案环状地取向的可透射表面的反应器的部分示意剖视图。图6是根据公开内容的一个实施方案包括与逆流热交换器相组合的反应器的系统的部分示意图。具体实施例方式I.概沭 下面描述了根据本专利技术公开的技术生产氢燃料和/或其它终产物的装置、系统和方法的几个实施例。尽管下面的描述以足以使得相关领域的技术人员能够实现、制备和使用它们的方式提供了下述实施例的许多具体细节，下述的几个细节和优点可能不是实践所述技术的某些实施例所必需的。另外，所述技术可以包括在权利要求范围内、但是在这里没有详细描述的其它实施例。在本说明书中提及的“一个实施例”、“实施例”、“一个实施方案”或“实施方案”是指，结合所述实施例描述的特定部件、结构、过程或特征被包括在本专利技术技术的至少一个实施例中。因而，短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个实施方案”或“实施方案”在本说明书的不同地方的出现，不一定都是指同一个实施例。此外，特定部件、结构、例程、步骤或特征可以以任意合适的方式组合进所述技术的一个或多个实施例中。本文提供的标题仅仅是为了方便，无意限制或解释要求保护的技术的范围或含义。下述技术的某些实施方案可以采取计算机可执行指令(包括由可编程的计算机或控制器执行的例程)的形式。相关领域的技术人员会明白，所述技术可以在下面示出和描述的那些以外的计算机或控制器系统上实现。所述技术可以体现在特殊用途计算机、控制器或数据处理器中，所述特殊用途计算机、控制器或数据处理器被专门地编程、构造或构建成执行一个或多个下述的计算机可执行指令。因此，在本文中一般地使用的术语“计算机”和“控制器”是指任意数据处理器，且可以包括因特网装置、手提式装置、多处理器系统、可编程的用户电子器件、网络计算机、微型计算机等等。所述技术也可以在分布式环境中实现，在该分布式环境中由通过通信网络连接的远程处理装置来执行任务或模块。下述技术的方面可以被储存或分布在计算机可读介质上，所述计算机可读介质包括磁盘或光学可读盘或可移动的计算机盘以及电子地分布在网络上的介质。在具体实施方案中，所述技术的某些方面特有的数据结构和数据传输也被包括在本专利技术的技术范围内。本专利技术的技术包括将计算机可读介质程序化成执行特定步骤、以及执行所述步骤的方法。根据特定实施方案的化学反应器包括具有反应区的反应器容器。氢供体源和蒸汽源与反应器容器的反应区流体连通地相连。所述反应器另外包括在反应区处的可透射的表面，所述可透射的表面是进入反应区的反应物和/或进入反应区的辐射能可透射的。例如,可透射的表面可以允许在燃烧产物废蒸汽中存在的辐射能和/或水蒸气进入反应区中，以促进将甲烷离解成氢和一氧化碳的过程。根据本公开内容的一个实施方案的一个代表性的化学过程包括将氢供体和蒸汽导入反应器容器的反应区。所述方法可以另外包括引导辐射能和/或反应物穿过与所述反应区交界的可透射的表面。所述方法另外包括在反应区中将氢供体离解成离解产物，并从离解产物形成非基于氢的结构构建块和基于氢的燃料。然后从反应区中去除这些产物，使得在特定实施例中，所述燃料可以燃烧或提供给燃料电池，且所述构建块可以用于生产聚合物或其它耐用品。2.代表性的反应器和相关的方法图I是包括反应器110的系统100的部分示意图。反应器110另外包括反应器容器111，该反应器容器111封闭或部分地封闭反应区112。反应器容器111具有设置的一个或多个可透射的表面，以促进在反应区112内发生的化学反应。在一个代表性的实施例中，反应器容器111接收氢供体，所述氢供体由供体源130提供至供体入口 113。例如，所述氢供体可以包括含氮化合物(诸如氨)或含有碳和氢的化合物(诸如甲烷或其它烃)。在进入反应区112之前，可以适当地过滤氢供体，以去除污染物，例如，硫。在反应器容器111内的供体分配器或歧管115将氢供体分散或分配进反应区112中。反应器容器111也接收氧供体(诸如醇)或经由蒸汽入口 114接收来自蒸汽/水源140的蒸汽。在反应器容器111 中的蒸汽分配器116将蒸汽分配进反应区112中。反应器容器111可以另外包括加热器123，所述加热器123为反应区112提供热量，以促进吸热反应。这样的反应可以包括，将诸如含氮化合物或含有氢和碳的化合物(诸如甲烷或其它烃)等化合物离解成氢或氢化合物以及碳或碳化合物。所述反应产物经由出口 117离开反应器容器111，并被收集在反应产物收集器160a处。系统100可以另外包括辐射能和/或其它反应物的源150，所述源150向反应器容器111内的通道118提供成分。例如，辐射能/反应物源150可以包括燃烧室151，所述燃烧室151向通道118提供热燃烧产物152，如箭头A所示。燃烧产物收集器160b收集离开反应器容器111的燃烧产物，用于再利用和/或其它用途。在一个具体实施方案中，燃烧产物152可以包括二氧化碳、一氧化碳、水蒸气和其它成分。一个或多个可透射的表面119位于反应区112 (其可以环状地设置在通道118周围)和通道118的内部区域120之间。可透射的表面119因此可以允许辐本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.02.13 US 61/304,4031.ー种化学反应器，其包括 反应器容器，所述反应器容器具有反应区； 氢供体源，所述氢供体源与所述反应器容器的所述反应区流体连通地相连； 蒸汽源，所述蒸汽源与所述反应区流体连通地相连；和 在所述反应区处的可透射的表面，所述可透射的表面可透射下述的至少ー种(a)进入所述反应区的反应物，和(b)进入所述反应区的辐射能。2.根据权利要求I所述的反应器，其中所述可透射的表面包括可透过的碳、氮或硼单原子层的复合材料。3.根据权利要求I所述的反应器，其中所述反应器容器是贯穿流容器，所述贯穿流容器具有至少ー个设置成接收反应物的入口和至少ー个设置成递送产物的出ロ。4.根据权利要求3所述的反应器，其另外包括分离器，所述分离器与所述反应器的至少ー个出ロ相连，以接收来自所述反应器的反应产物，并从其它反应产物中分离出冷凝水。5.根据权利要求I所述的反应器，其另外包括 燃烧室；和 连接在所述燃烧室和所述反应器容器之间的燃烧产物通道，且其中所述可透射的表面位于所述反应器容器的内部区域和所述燃烧室的内部区域之间，以将来自燃烧产物通道的(a)反应物和(b)辐射能中的至少ー种传递给所述反应器容器。6.根据权利要求5所述的反应器，其中所述可透射的表面包括碳晶体结构，所述碳晶体结构可透射红外辐射和水蒸气。7.根据权利要求I所述的反应器，其中所述氢供体源包括烃源。8.根据权利要求I所述的反应器，其中所述氢供体源包括氢和氮源。9.根据权利要求I所述的反应器，其中所述可透射的表面可透射红外辐射。10.根据权利要求I所述的反应器，其中所述可透射的表面可透射可见辐射。11.根据权利要求I所述的反应器，其中所述可透射的表面可透射水蒸气。12.根据权利要求I所述的反应器，其另外包括加热器，所述加热器与所述反应器容器热连通地设置，以加热所述容器中的反应物。13.根据权利要求12所述的反应器，其中所述加热器包括电阻加热器。14.根据权利要求12所述的反应器，其中所述加热器包括感应加热器。15.根据权利要求I所述的反应器，其中所述可透射的表面设置在热流体流动通路附近。16.根据权利要求I所述的反应器，其中所述可透射的表面可透射从钠、钾和镁中的至少ー种发射的辐射。17.ー种化学反应器，其包括 燃烧室，所述燃烧室具有燃烧产物出口 ； 贯穿流反应器容器，所述贯穿流反应器容器具有 燃烧产物通道，所述燃烧产物通道与所述出口相连，以接收来自所述燃烧室的燃烧产物； 反应区，所述反应区在所述燃烧产物通道周围环状地设置； 可透射的表面，所述可透射的表面设置在所述反应区和所述燃烧产物通道的内部之间，所述可透射的表面可透射下述的至少ー种a)从所述燃烧产物发射的辐射，和(b)所述燃烧产物中的至少ー种； 第一蒸汽入口； 第二蒸汽入口 ；和 烃入口 ； 烃源，所述烃源与所述烃入口相连； 至少ー个水源，所述至少ー个水源与所述第一和第二蒸汽入口相连； 第一热交換器，所述第一热交換器连接在所述反应器容器和所述至少ー个水源之间，所述第一热交換器具有用于离开所述反应区的反应产物的第一流动通路、和用于进入所述第一蒸汽入口的水的第二流动通路，所述第一和第二流动通路具有逆流设置； 分离器，所述分离器与所述第一流动通路相连，并设置成将冷凝的蒸汽与离开所述反应器容器的氢和碳反应产物的蒸汽分离开；以及 第二热交換器，所述第二热交換器连接在所述反应器容器、所述至少ー个水源和所述烃源之间，所述第二热交換器具有用于穿过所述燃烧产物通道的燃烧产物的第三流动通路、用于进入第二蒸汽入口的水的第四流动通路、和用于进入烃入口的烃的第五流动通路，所述第三流动通路具...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伊·E·麦卡利斯特，
申请(专利权)人：麦卡利斯特技术有限责任公司，
类型：
国别省市：