[發明專利]具有氣固分離的微波反應器系統

在審

• 申請號: 201780062308.0
• 申請日: 2017-10-05
• 公開（公告）號: CN110072607A
• 公開（公告）日: 2019-07-30
• 發明（設計）人: D.坦納;D.庫克;B.H.安澤爾莫;R.卡盧里;M.W.斯托韋爾
• 申請（專利權）人: 利騰股份有限公司
• 主分類號: B01D53/32
• 分類號: B01D53/32;B04C9/00;B01D46/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 肖靖泉;宋莉

公開了具有微波等離子體反應器和多階段氣固分離系統的微波化學處理系統。微波能量源具有波導、反應區和被配置成能夠接收輸入材料的入口，并且輸入材料被轉化成分離的組分。分離的組分包含氫氣和碳顆粒。多階段氣固分離系統具有用于從分離的組分中過濾碳顆粒的第一旋風分離器，以及反脈沖過濾系統，所述反脈沖過濾系統被耦合到第一旋風分離器的輸出以從第一旋風分離器的輸出中過濾碳顆粒。

相關申請

本申請要求以下優先權：1)2016年10月6日提交的題為“Microwave ReactorSystem”的美國臨時專利申請號62/404,851；和2)2016年10月11日提交的題為“Bio-GasSystem”的美國臨時專利申請號62/406,745；所述專利全部通過引用并入本文。

背景技術

微波等離子體用于氣體的工業化學處理。這通常通過使待反應的氣體流過細長容器，同時將微波能量耦合到容器中以產生等離子體來完成。等離子體將氣體分子裂化成組分物質。微波化學處理系統是有效的，因為微波等離子體在低離子能量下以相對高的功率耦合效率工作，并且能夠支持各種氣體反應(諸如甲烷轉化為氫氣和碳顆粒、二氧化碳轉化為氧氣和碳)以及將顆粒和其他種子材料與其他層一起涂覆用于功能化以及復雜的層狀材料和聚集體處理。

用于化學氣體處理的典型系統包括處理材料流過的石英反應室，以及通過波導耦合到反應室的微波磁控管源。輸入的微波能量可以是連續波或脈沖。系統被設計成能夠控制微波能量有效耦合到反應室中，以及反應室內的氣體流動以改善流動氣體的能量吸收。通常，系統包括位于微波波導與石英反應室相交的位置的楔形物，以將電場集中在小區域內，并且波導導電壁不暴露于待處理的氣體。

在產生氣體和微粒的微波化學處理系統中，使用氣固分離系統完成微粒過濾。氣固分離系統可包含旋風過濾器、反脈沖過濾器或其他過濾器。例如，從微波化學處理系統中產生的氫氣中過濾含碳顆粒是具有挑戰性的。在一些情況下，產生的含碳顆粒非常小(例如，中值粒徑小于100nm)，這使顆粒過濾更有挑戰性。用于從氣流中分離含碳顆粒的一些氣固分離系統使用反脈沖過濾器。在一些情況下，反脈沖過濾器采用加熱的過濾器(例如，加熱的濾棒)。在這些系統中的一些中，通過將氣體吹過濾棒以逐出含碳顆粒來定期地清潔反脈沖過濾器(即，使用使氣體沿與過濾方向相反的方向流動的反脈沖)。用于從氫氣中分離含碳顆粒的其他氣固分離系統使用旋風分離器。在一些情況下，旋風分離器也是加熱的。

發明內容

在一些實施方案中，材料處理系統包括含有烴類氣體的輸入材料；微波等離子體反應器；和耦合到微波等離子體反應器的多階段氣固分離系統。在一些實施方案中，微波等離子體反應器包括微波能量源；波導；反應區，其中微波能量源通過波導耦合到反應區，并且微波能量在反應區中產生等離子體；和入口，其被配置成能夠接收輸入材料，其中輸入材料通過入口流入反應區。等離子體將輸入材料分離成分離的組分，分離的組分包括氫氣和碳顆粒。在一些實施方案中，多階段氣固分離系統包括具有輸出的第一旋風分離器，其中第一旋風分離器從分離的組分中過濾碳顆粒；和耦合到第一旋風分離器的輸出的反脈沖過濾系統，其中反脈沖過濾系統從第一旋風分離器的輸出中過濾碳顆粒。

在一些實施方案中，用于產生碳顆粒的過程包括提供包含烴類氣體的輸入材料；使用微波等離子體反應器將輸入材料處理成分離的組分，其中分離的組分含有氫氣和碳顆粒；以及使用多階段氣固分離系統從氫氣中過濾碳顆粒。

在一些實施方案中，多階段氣固分離系統包括具有輸出的第一旋風分離器；和反脈沖過濾系統，其中第一旋風分離器從分離的組分中過濾碳顆粒；并且反脈沖過濾系統從第一旋風分離器的輸出中過濾碳顆粒。

附圖說明

圖1A-1D是本領域已知的碳同素異形體的示意圖。

圖1E是根據一些實施方案的理想化連接的多壁球形富勒烯的示意圖。

圖2A是根據一些實施方案的微波化學處理系統的示意圖。