JP2021031382A - 水素ガスおよび炭素生成物を生成するための生産システムおよび方法 - Google Patents

水素ガスおよび炭素生成物を生成するための生産システムおよび方法 Download PDF

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Abstract

【課題】炭化水素熱分解を利用して発電を達成するための生産システムおよび方法を提供する。
【解決手段】生産システムは、第１の反応チャンバと、第２の反応チャンバとを含む。第１の反応チャンバは、入力ポートを通して内部に第１の炭化水素ストリームを受け取り、第１の炭化水素ストリームの炭化水素熱分解を介して内部に炭素種および水素ガスを形成するように構成される。第２の反応チャンバは、第１の入力ポートおよび第２の入力ポートを含む。第２の反応チャンバは、第１の入力ポートを通して炭素種を受け取り、第２の入力ポートを通して第２の炭化水素ストリームを受け取り、第２の炭化水素ストリームの炭化水素熱分解を介して第２の反応チャンバ内で炭素生成物要素および追加の水素ガスを形成するように構成される。炭素生成物要素は、炭素種上に成長した追加の炭素構造を有する炭素種を表す。
【選択図】図１

Description

本明細書に記載の主題は、化学反応、特に炭化水素熱分解による水素ガスおよび炭素生成物の生成に関する。
電力は、石油および天然ガス（メタンを含む）などの炭化水素の燃焼を介して発生させることができる。炭化水素の燃焼は、典型的には、環境に有害となり得る二酸化炭素および他の温室効果ガスを生成する。環境への影響を低減するために、発生される二酸化炭素を捕捉および隔離することに関連する課題が存在する。水素ガスは、車両に動力を供給し、燃料電池、エンジン、発電所などを介して電力を生成し、「水素経済」における様々な他の負荷に動力を供給するための燃料源として利用することができる。水素ガスを生成するための１つの方法は、炭化水素熱分解によるものである。熱分解は、熱を利用してメタンおよび／または他の炭化水素の炭素−水素結合を切断し、二酸化炭素を発生することなく水素ガスおよび固体炭素材料を発生する。したがって、従来の炭化水素燃焼と比較して、電力を生成するために炭化水素熱分解を介して水素ガスを発生することの大きな利点は、二酸化炭素および他の温室効果ガスの排出量が削減されることである。
発電用の炭化水素熱分解の実施に関する１つの考慮事項は、熱分解を介して発生される水素ガスは、反応して水素を発生する炭化水素よりもエネルギー含有量が低いことである。炭化水素熱分解の実施に関する別の要因は、反応が吸熱性であるため、炭化水素の炭素−水素結合を分解し、逆反応の発生を防ぐために熱を必要とすることである。反応の固体炭素副生成物の処理または処分は、課題を表す場合がある。炭素は、典型的には、アモルファスであり、分子構造および高次構造が異なり、値が比較的低く、有用性が限られている。炭素副生成物の従来の使用の１つは、タイヤのゴムを充填するために使用され得るすすを作ることである。
１つまたは複数の実施形態では、第１の反応チャンバと、第２の反応チャンバとを含む生産システムが提供される。第１の反応チャンバは、入力ポートを通して内部に第１の炭化水素ストリームを受け取り、第１の炭化水素ストリームの炭化水素熱分解を介して内部に炭素種および水素ガスを形成するように構成される。第２の反応チャンバは、第１の入力ポートおよび第２の入力ポートを含む。第２の反応チャンバは、第１の入力ポートを通して炭素種を受け取り、第２の入力ポートを通して第２の炭化水素ストリームを受け取るように構成され、第２の反応チャンバは、第２の炭化水素ストリームの炭化水素熱分解を介して第２の反応チャンバ内で炭素生成物要素および追加の水素ガスを形成するように構成される。炭素生成物要素は、炭素種上に成長した追加の炭素構造を有する炭素種を表す。
１つまたは複数の実施形態では、第１の炭化水素ストリームの炭化水素熱分解を介して第１の反応チャンバ内で炭素種および水素ガスを形成することを含む方法が提供される。方法はまた、炭素種を第１の反応チャンバから第２の反応チャンバに送ることと、第２の炭化水素ストリームの炭化水素熱分解を介して第２の反応チャンバ内で炭素生成物要素および追加の水素ガスを形成することとを含む。炭素生成物要素は、炭素種上に成長した追加の炭素構造を有する炭素種を表す。
１つまたは複数の実施形態では、第１の反応チャンバと、第２の反応チャンバと、発電システムとを含む生産システムが提供される。第１の反応チャンバは、入力ポートを通して内部に第１の炭化水素ストリームを受け取り、第１の炭化水素ストリームの炭化水素熱分解を介して内部に炭素種および水素ガスを形成するように構成される。第２の反応チャンバは、頂部と、頂部の反対側にある底部とを有する。第２の反応チャンバは、両方が頂部にまたはその近くに配置された第１の入力ポートおよび第１の出力ポートと、底部にまたはその近くに配置された第２の入力ポートとを含む。第２の反応チャンバは、第１の入力ポートを通して炭素種を受け取り、第２の入力ポートを通して第２の炭化水素ストリームを受け取るように構成される。第２の反応チャンバは、第２の炭化水素ストリームの炭化水素熱分解を介して第２の反応チャンバ内で炭素生成物要素および追加の水素ガスを形成するように構成される。炭素生成物要素は、炭素種上に成長した追加の炭素構造を有する炭素種を表す。発電システムは、ダクトを介して第２の反応チャンバの第１の出力ポートに流体接続され、水素ガスを使用して電力を生成するために第２の反応チャンバを出る水素ガスを受け取るように構成される。
本発明の主題は、添付の図面を参照して非限定的な実施形態の以下の説明を読むことによって、より良く理解されるであろう。
一実施形態による生産システムの斜視図である。 図１の矢印Ａによって示される生産システムのダクトの一部を示す拡大図である。 図１の矢印Ｂによって示される生産システムの別のダクトの一部を示す拡大図である。 代替の実施形態による生産システムの播種チャンバおよび成長チャンバを例示する図である。 一実施形態による動力を発生して炭素生成物要素を生成する方法のフローチャートである。
本明細書に記載の実施形態は、炭化水素熱分解を利用して発電を達成するための生産システムおよび方法を提供する。この開示における１つまたは複数の実施形態は、水素と有価炭素生成物の両方を発生するための二段階熱分解プロセスを説明している。水素は、精製されてＨ２駆動車で使用され、Ｈ２燃料電池に供給することができ、また下流の発電システムにおける燃料源として使用され、二酸化炭素排出量が大幅に削減された電力および／または機械力を発生することができる。有価炭素生成物は、熱源および／または触媒を提供するためのコストなど、熱分解反応を実施するために必要なエネルギーのコストを相殺するために販売することができる。熱分解の実行に関連するコストの少なくとも一部を相殺することができる有価炭素生成物を製造することによって、本明細書に記載の実施形態を利用して、温室効果ガスに寄与することなく効率的かつ経済的に発電することができる。本明細書に記載の生産システムおよび方法は、再生可能資源および天然ガスまたは化石燃料の従来の燃焼など、他の発電システムと組み合わせて実施することもできる場合がある。
炭素種、追加の炭素構造、および炭素生成物要素など、本明細書に記載の炭素生成物は、有価炭素生成物を表す。有価炭素生成物は、様々な用途で利用することができ、かつ／または炭化水素熱分解を実行するコストを少なくとも部分的に相殺するために販売可能な固体炭素形態および／または分子構造を有する。例えば、炭素生成物は、比較的均一な分子構造および／または高次構造を有し得る。いくつかの非限定的な有価炭素生成物は、グラフェン、グラファイト、カーボンナノチューブ、炭素繊維、半結晶性または黒鉛状炭素などを含んでもよい。これらの炭素生成物のいくつかの非限定的な用途は、エネルギー貯蔵（例えば、バッテリー）、ソーラーパネル、原子炉、個人用電子機器、耐火物用途（るつぼなど）などでの使用を含んでもよい。
二段階熱分解プロセスは、２つの異なる炭化水素熱分解反応を含む。第１のステップでは、第１の炭化水素ストリームが第１の反応チャンバまたはゾーンに送られ、第１の反応チャンバ内での第１の炭化水素ストリームの熱分解により、水素ガスおよび小さな固体炭素生成物、または（有価炭素生成物の）炭素種が発生する。このため、第１の反応チャンバは、播種チャンバと呼ばれることもある。炭素種の形成を制御し、望ましい微細構造を有する炭素種を生成することができる。例えば、炭素種は、六原子リングの複数の積み重ねられた層を有するグラファイト構造であり得る。次に、炭素種は、播種チャンバから第２の反応チャンバまたはゾーンに送られる。任意選択で、水素ガスおよび残留する未反応の炭化水素は、第２の反応チャンバに炭素種を伴うことができ、または第２の反応チャンバに送られる代わりに分離されて発電システムに送ることができる。第２の炭化水素ストリームは、第２の反応チャンバに送られる。二段階プロセスの第２のステップは、第２の炭化水素ストリームと第１のストリームからの残留炭化水素の熱分解を実行することを伴う。
第２の反応チャンバ内の熱分解反応により、追加の水素ガスが発生し、追加の炭素構造が炭素種上に成長する。炭素種は、特定のタイプの同素体組成を有する追加の炭素の成長のテンプレートとしての役割を果たすことができる。追加の炭素構造は、追加の炭素が形成される特定の炭素種の同じ形態または微細構造を有利に保持することができる。例えば、所与の炭素種が六原子リングの複数の積み重ねられた層を有するグラファイト構造を有する場合、次に、その炭素種に結合する追加の炭素はパターンを継続し、既存の層および／または既存の層に積み重ねられた新しい層に追加の六原子リングを形成する。追加の炭素は、炭素種に結合して種を取り囲む拡張された炭素構造を発生し、組み合わされた構造は、本明細書では炭素生成物要素と呼ばれる。したがって、播種チャンバ内で第１の熱分解反応を制御して分子均一性などの望ましい形態特徴を有する炭素種を発生することによって、第２の熱分解反応を介して成長チャンバ内で発生された炭素生成物要素は、種と同じまたは少なくとも同様の形態を有し得る。望ましい特性のため、炭素生成物要素は、炭素生成物要素を収集して利用する（例えば、収益化する）ことができるのに十分に価値がある。例えば、炭素生成物要素は、熱分解反応を実行するコストを相殺するために販売することができる。
第２の反応チャンバは、種の元の微細構造を保持しながら、炭素構造／生成物を急速に成長させることができる。このため、第２の反応チャンバは、成長チャンバと呼ばれることがある。あるいは、炭素種上に成長した炭素構造は、種と同じ同素体構造ではない場合があるが、種と成長条件の組み合わせにより、高価値の炭素が発生する。非限定的な例では、グラフェン粉末を種として利用することができ、グラファイトクラスタを特定の成長チャンバ条件下で種上に成長させることができる。得られた炭素生成物要素は、種と同じ形態または組成を有していない場合があるが、依然として比較的高い経済的価値を有し得る。別の非限定的な例は、ナノチューブを成長させる種としてナノカーボンまたはナノ金属リング構造を使用することを含んでもよい。
２つの熱分解反応によって発生された水素ガスは、分配のために精製および収集されてもよく、または水素を燃料源として使用して動力を発生するための発電システムに送られてもよい。発電システムは、燃料電池、燃焼機関、ガスタービン、発電所などであってもよい。
図１は、一実施形態による生産システム１００の斜視図である。生産システム１００は、第１の反応チャンバ１０２（または播種チャンバ１０２）と、第２の反応チャンバ１０４（または成長チャンバ１０４）と、ダクト１０８のネットワーク１０６とを含む。ダクト１０８のネットワーク１０６は、生産システム１００を通してガスおよび固体などの材料を案内するために使用される。図示の実施形態では、生産システム１００はまた、制御装置と、制御装置の動作を制御するように構成されたコントローラ１１２とを含むことができる。制御装置は、複数の弁１１０、ポンプ、固体粒子移動装置（例えば、オーガ、コンベヤベルトなど）、ファン、線形アクチュエータなどを含んでもよい。弁１１０および他の制御装置は、生産システム１００を通る材料の流れまたは移動を制御するように構成される。コントローラ１１２は、有線または無線通信経路を介して弁１１０および他の制御装置に動作可能に接続される。コントローラ１１２は、弁１１０を開閉することなどによって弁１１０を作動させ、生産システム１００を通る材料の移動を選択的に制御するように構成される。弁１１０は、ソレノイド弁、同軸弁、ボール弁、バタフライ弁などの様々なタイプの弁であってもよい。弁１１０のいくつかは、他の弁１１０とは異なるタイプであってもよい。
コントローラ１１２は、プログラムされた命令に基づいて動作するように構成された１つまたは複数のプロセッサを含む。コントローラ１１２は、データ記憶装置（例えば、メモリ）、入出力（Ｉ／Ｏ）装置、および／または無線通信装置などの追加の特徴または構成要素を含み得る。メモリは、１つまたは複数のプロセッサの機能を指示するプログラムされた命令（すなわち、ソフトウェア）を記憶することができる。例えば、メモリは、生産システム１００を動作させて動力および有価炭素生成物要素を生成するためのセットアップパラメータおよび反応パラメータを記憶してもよい。コントローラ１１２は、プログラムされた命令および手動で入力されたコマンドを実施し、生産システム１００を自律的に動作させることができる。
入口ダクト１０８Ａは、炭化水素源１１８から流入する炭化水素ストリーム１１６を受け取る。源１１８は、タンク、パイプラインなどを表すことができる。流入する炭化水素ストリーム１１６は、メタン、プロパン、エタンなどの１つまたは複数の炭化水素化合物を含む。任意選択で、ストリーム１１６は、主にメタンを含むが少量の追加の炭化水素化合物も含む天然ガスであってもよい。任意選択で、ストリーム１１６は、純粋なメタンであってもよい。流入する炭化水素ストリーム１１６は、完全にまたは少なくとも実質的に気相であり得る。
流入する炭化水素ストリーム１１６は、ダクト１０８Ａ内で分割位置１２２に送られる。炭化水素ストリーム１１６は、分割位置１２２で第１の炭化水素ストリーム１２４と第２の炭化水素ストリーム１２６に分割される。コントローラ１１２は、分割位置１２２でまたはその近くで１つまたは複数の弁１１０を作動させ、ストリーム１１６が２つの分岐する炭化水素ストリーム１２４、１２６にどのように分配されるかを制御することができる。第１の炭化水素ストリーム１２４（第１のストリーム１２４とも呼ばれる）は、播種チャンバ１０２に送られる。例えば、ダクト１０８Ｂは、分割位置１２２に接続され、分割位置１２２から播種チャンバ１０２の入力ポート１２８に延び、第１のストリーム１２４を直接播種チャンバ１０２に運ぶ。第２の炭化水素ストリーム１２６（第２のストリーム１２６とも呼ばれる）は、成長チャンバ１０４に送られる。第２のストリーム１２６は、播種チャンバ１０２を迂回する。例えば、分割位置１２２に接続されたダクト１０８Ｃは、分割位置１２２から成長チャンバ１０４の入力ポート１３０に延び、第２のストリーム１２６を分割位置１２２から成長チャンバ１０４に運ぶ。一実施形態では、コントローラ１１２は、流入する炭化水素ストリーム１１６のほとんどを、播種チャンバ１０２を迂回して成長チャンバ１０４に直接進む第２のストリーム１２６に割り当てる。例えば、弁１１０は、流入する炭化水素ストリーム１１６の５〜４５重量パーセント（ｗｔ％）を第１のストリーム１２４に分配し、残りを第２のストリーム１２６に分配するように制御され得る。
第１の熱分解反応は、播種チャンバ１０２内の第１のストリーム１２４で実行され、固体炭素種２０２（図２に示す）および水素ガスを発生する。例えば、熱分解反応は、熱および／または触媒の存在下で炭素−水素結合を切断し、二酸化炭素を同時に発生することなく固体炭素種２０２および水素ガスを直接発生する。播種チャンバ１０２は、複数の形態の熱ならびに／またはプラズマおよび固体を注入し、炭素種２０２の形成を触媒することができる。播種チャンバ１０２は、高温に耐えるように構成された炉であり得るか、または炉を含んでもよい。熱源は、熱的プラズマを含み得る。触媒は、金属材料（例えば、鉛、ニッケル、ビスマスなど）、セラミック材料、特殊炭素／炭化物表面、および／またはそれらの組み合わせなどの固体状態の触媒を含み得る。熱源および／または触媒は、第１のストリーム１２４を導入する前に播種チャンバ１０２に事前に装填されてもよい。あるいは、熱源および／または触媒は、第１のストリーム１２４と同時に、またはその後に播種チャンバ１０２に注入または導入されてもよい。
熱分解反応の生成物（例えば、炭素種２０２および水素ガス）ならびに未反応の炭化水素は、播種チャンバ１０２から送られる。図示の実施形態では、これらの材料は、播種チャンバ１０２の出力ポート１３２から成長チャンバ１０４の入力ポート１３１に延びるダクト１０８Ｄ内で運ばれる。図示の実施形態では、出力ポート１３２は、（例えば、重力の方向に対して）播種チャンバ１０２の底部にまたはその近くに配置される。固体炭素種２０２は、重力および種２０２の密度のために、播種チャンバ１０２の底部に沿って集まり得る。任意選択で、オーガ、コンベヤベルトなどの固体粒子移動装置１３３を使用して、炭素種２０２を播種チャンバ１０２から入力ポート１３１に向かって輸送する。例えば、移動装置１３３は、種２０２をダクト１０８Ｄにおよび／またはダクト１０８Ｄを通して運ぶことができる。任意選択で、播種チャンバ１０２は、バッチ反応器または連続反応器のいずれかとして機能してもよい。例えば、連続反応器として、第１のストリーム１２４は、熱分解反応を維持するために播種チャンバ１０２に連続的に供給される。反応中に発生された炭素種２０２は、固体粒子移動装置１３３を介して播種チャンバ１０２の底部から連続的または周期的に除去され、成長チャンバ１０４の入力ポート１３１に供給される。あるいは、バッチ反応器として、炭素種２０２は、熱分解反応が完了した後に播種チャンバ１０２の底部から成長チャンバ１０４に集合的に移動されてもよい。
図２は、図１の矢印Ａによって示されるダクト１０８Ｄの一部を示す拡大図である。ダクト１０８Ｄは、いくつかの炭素種２０２ならびに水素ガス（Ｈ２）およびメタン（ＣＨ４）を含む。水素ガスは、熱分解反応を介して発生される。メタンは、第１のストリーム１２４からの未反応の炭化水素を表す。播種チャンバ１０２内の熱分解反応で発生された炭素種２０２は、比較的大きな表面積を有し得る。例えば、炭素種２０２の表面積は、５０ｍ２／ｇを超える場合がある。表面積は、任意選択で、１０００ｍ２／ｇ以上であってもよい。任意選択で、播種チャンバ１０２内の触媒および／または熱源の１つまたは複数はまた、ダクト１０８Ｄ内でまたは別の移送機構を介して成長チャンバ１０４に運ばれてもよい。
引き続き図１を参照すると、生産システム１００は、任意選択で、播種チャンバ１０２と成長チャンバ１０４との間に配置された分離装置１３５を含む。分離装置１３５は、炭素種２０２から水素およびメタンなどのガスを分離するように構成された気相−固相分離器であり得る。分離装置１３５から、炭素種２０２は、入力ポート１３１を介して成長チャンバ１０４内に堆積されてもよく、分離されたガスは、成長チャンバ１０４を迂回してもよい。例えば、ガスは、本明細書に記載のように、発電システム１５０に送ることができる。
播種チャンバ１０２および成長チャンバ１０４は、不均一触媒反応チャンバであってもよい。任意選択で、成長チャンバ１０４は、播種チャンバ１０２とは異なるサイズを有してもよく、かつ／または異なるタイプの反応器であってもよい。例えば、成長チャンバ１０４は、播種チャンバ１０２よりも大きくすることができ、播種チャンバ１０２よりも体積および／または容量が大きくなる。播種チャンバ１０２および成長チャンバ１０４の各々は、それぞれの落下充填床反応チャンバ、流動床反応チャンバ、固定床反応チャンバ、トリクル床または降雨型（ｒａｉｎｆａｌｌ−ｓｔｙｌｅ）反応チャンバなどであり得る。播種チャンバ１０２および／または成長チャンバ１０４は、反応物間の分子相互作用を増大させるために、内部にバッフル、仕切り壁、フローチャネル、プロペラなどを含み得る。
ダクト１０８Ｃ内の第２の炭化水素ストリーム１２６は、入力ポート１３０を通って成長チャンバ１０４に送られる。図示の実施形態では、入力ポート１３０は、入力ポート１３１とは別である。成長チャンバ１０４は、入力ポート１３０が重力の方向に対して入力ポート１３１の下になるように配向される。例えば、第２のストリーム１２６が通過する入力ポート１３０は、成長チャンバ１０４の底部１３７にまたはその近くに配置され得、炭素種２０２が通過する入力ポート１３１は、成長チャンバ１０４の頂部１３９にまたはその近くにあり得る。成長チャンバ１０４の内部で、第２の炭化水素ストリーム１２６は、播種チャンバ１０２からの炭素種２０２、水素ガス、および未反応の炭化水素と混合する（水素および炭化水素が分離器１３５で炭素種２０２から分離され、他の場所に送られている場合を除く）。ガスである第２のストリーム１２６は、ポート１３０を通って入り、固体炭素種２０２が底部１３７に向かって落下する際に成長チャンバ１０４の頂部１３９に向かって上昇し、ガスおよび固体炭素生成物の向流を提供することができる。図示の実施形態では、成長チャンバ１０４は、落下充填床反応チャンバである。
第２の炭化水素熱分解反応は、成長チャンバ１０４内で実行される。成長チャンバ１０４における熱分解は、第２のストリーム１２６および第１のストリーム１２４から存在する未反応の炭化水素を使用して、追加の水素ガスおよび炭素生成物要素３０２（図３に示す）を生成する。炭素生成物要素３０２は、炭素種２０２上に成長した追加の炭素構造３０４を有する炭素種２０２を表す。例えば、第２の熱分解反応は、炭素原子を炭素種２０２に結合させ、種２０２を取り囲む追加の炭素構造３０４を形成する。得られた炭素構造は、本明細書では炭素生成物要素３０２と呼ばれる。
成長チャンバ１０４内の基礎となる化学反応は播種チャンバ１０２内と同じであり得るが、成長チャンバ１０４内で実行される熱分解は、播種チャンバ１０２内で実行される熱分解とは異なり得る。例えば、成長チャンバ１０４は、流入するストリーム１１６のほとんどが第２のストリーム１２６に方向転換されるため、播種チャンバ１０２よりも多い量または流量の炭化水素を受け取ることができる。成長チャンバ１０４は、任意選択で、播種チャンバ１０２とは異なる触媒および／または熱源を含んでもよい。さらに、成長チャンバ１０４内のプロセス条件は、播種チャンバ１０２内のプロセス条件とは異なり得る。プロセス条件は、温度、圧力、湿度、ガス流量、固体流量などを含み得る。任意選択で、成長チャンバ１０４内のプロセス条件は、成長チャンバ１０４内のプロセス条件の１つまたは複数が、指定された閾値範囲を超えて、播種チャンバ１０２内の対応する１つまたは複数のプロセス条件と異なり得るように、播種チャンバ１０２内のプロセス条件と実質的に異なってもよい。閾値範囲は、播種チャンバ１０２の条件値の１０％、２０％、３０％などの範囲内であり得る。非限定的な例では、播種チャンバ１０２内のガス温度は、３０００℃〜４０００℃もの高さであってもよい（播種チャンバ１０２の壁温度はより低くあり得る）。成長チャンバ１０４内のガスおよび／または壁温度は、１０００℃〜１５００℃の範囲など、播種チャンバ１０２内のガス温度よりも低くあり得る。プロセス条件は、チャンバ内の特定の触媒または他の構成要素の選択を介して制御され得、コントローラ１１２はまた、冷却システム、加熱装置、ポンプ、ファンなどの装置を選択的に動作させることによって条件を制御し得る。条件は、それぞれのチャンバで望まれる炭素生成のタイプ（例えば、種生成または構造成長）に基づいて、播種チャンバ１０２および成長チャンバ１０４の各々に対して具体的に選択され得る。
熱分解反応を介して形成された水素および未反応の炭化水素を含むガスは、成長チャンバ１０４の頂部１３９にまたはその近くに位置した出力ポート１４１を通って成長チャンバ１０４を出ることができる。ガスは、ダクト１０８Ｅ内に送られてもよい。ダクト１０８Ｅ内の水素ガスは、両方の熱分解反応によって生成される組み合わされた水素を表すことができる。任意選択で、少なくとも１つの弁１１０は、ダクト１０８Ｅに沿って、または出力ポート１４１に位置され、成長チャンバ１０４からのガスの流れを制御してもよい。固体炭素生成物要素３０２は、チャンバ１０４の底部１３７にまたはその近くに位置した出力ポート１４２を通って成長チャンバ１０４を出ることができる。例えば、炭素生成物要素３０２は、重力により底部１３７に定着する可能性がある。オーガ、コンベヤベルトなどの別の固体粒子移動装置１３３を使用して、炭素生成物要素３０２を成長チャンバ１０４から輸送することができる。炭素生成物要素３０２は、出力ポート１４２から延びるダクト１０８Ｆを通して運ばれてもよい。成長チャンバ１０４は、生成物のストリームを生成するために熱分解反応を長期間維持する連続反応器として、または水素ガスおよび炭素生成物要素３０２をバッチで生成するために熱分解を周期的に実行するバッチ反応器として動作されてもよい。
図３は、図１の矢印Ｂによって示されるダクト１０８Ｆの一部を示す拡大図である。ダクト１０８Ｆは、いくつかの炭素生成物要素３０２を含み、また、いくらかの水素ガス（Ｈ２）および／または未反応のメタン（ＣＨ４）を含み得る。上述のように、ガスの大部分は、（出力ポート１４２を通ってダクト１０８Ｆに入るのではなく）頂部１３９で出力ポート１４１を通って成長チャンバ１０４を出る。炭素生成物要素３０２は、炭素種２０２上に成長した（例えば、結合された）追加の炭素構造３０４を含む。炭素種２０２は、追加の炭素構造３０４の形態を制御するためのテンプレートとしての役割を果たすことができる。炭素種２０２上に成長した追加の炭素構造３０４は、炭素構造３０４が結合されるそれぞれの炭素種２０２と同じ（または同様の）タイプの同素体組成および／または形態を有し得る。例えば、新しい炭素原子は、既存の種２０２上の原子に結合し、種２０２の分子パターンまたは構造を継続することができる。結果として、炭素生成物要素３０２は、サイズが種２０２よりも大きいが、種２０２と同じまたは同様の分子構造および／または高次構造を有し得る。炭素生成物要素３０２は、種２０２と同じまたは同様の均一性および／または純度を有することもできる。任意選択で、いくつかの追加の炭素もまた、成長チャンバ１０４内の触媒上に成長させてもよい。
図１に戻って参照すると、生産システム１００は、任意選択で、炭素生成物要素３０２の質量を増加させるために、成長チャンバ１０４を通して炭素生成物要素３０２を複数回循環させるように構成されてもよい。例えば、成長チャンバ１０４を出る炭素生成物要素３０２の少なくとも一部は、成長チャンバ１０４に再び入るために入力ポート１３１に戻すように送られてもよい。成長チャンバ１０４に再導入されると、熱分解反応を継続または再開し、炭素生成物要素３０２上で追加の炭素構造を成長させることができる。任意選択で、炭素生成物要素３０２は、炭素生成物要素３０２の平均サイズが指定された閾値または範囲に達するまで、成長チャンバ１０４を通して複数回再循環されてもよい。１つまたは複数の制御装置および／またはダクトを使用して、出力ポート１４２を出る炭素生成物要素３０２の少なくとも一部を入力ポート１３１に戻すように送ることができる。例えば、固体粒子移動装置１３３および／または別の固体粒子移動装置（例えば、コンベヤシステム）は、炭素生成物要素３０２をルート１４３に沿って出力ポート１４２から成長チャンバ１０４の頂部１３９のまたはその近くの入力ポート１３１に輸送し、炭素生成物要素３０２を成長チャンバ１０４に再導入し得る。ルート１４３は、ダクト、コンベヤベルト、トラック、エレベータなどを含むかまたは表すことができる。
成長チャンバ１０４を出ると、炭素生成物要素３０２で固定化されたガスは、分離装置１４５内で炭素生成物要素３０２から分離され得る。分離装置１４５は、気相−固相分離器であってもよい。分離装置１４５からのガスは、ダクト１０８Ｅに送られ得る。
固体炭素生成物要素３０２は、分離装置１４５から炭素生成物要素３０２を収集するための貯蔵容器１４４に送ることができる。貯蔵容器１４４内に収集された炭素生成物要素３０２は、加熱、触媒、および／または流入する炭化水素ストリーム１１６の取得のコストなどの熱分解反応を実行するコストを相殺し、かつ水素が流入する炭化水素よりも低いエネルギー含有量を有するという事実を相殺するために利用することができる有価炭素生成物を表すことができる。例えば、炭素生成物要素３０２は、エネルギー貯蔵装置、家庭用電化製品、耐火物用途、発電用途などの様々な産業用途で炭素生成物要素３０２を利用するために製造業者に販売されてもよい。均一性および純度を含む、構築プロセス全体を通して炭素生成物要素３０２の形態を選択的に制御することによって、炭素生成物要素３０２は、熱分解反応の従来の炭素副生成物よりも価値があり得る。
生産システム１００は、任意選択で、ダクト１０８Ｅに沿ってガス−ガス分離装置１４６を含む。ガス−ガス分離装置１４６は、ダクト１０８Ｅ内の水素−メタンストリームから純粋な水素を抽出するために利用されるセラミック膜を含むかまたは表すことができる。例えば、分離装置１４６に入るガスストリームは、８０〜９５モル％の範囲の水素純度を有し得る。分離装置１４６によって抽出された純粋な水素ガスは、ダクト１０８Ｇを通して導かれ、「水素経済」における車両、燃料電池、および他の使用に動力を供給するために利用することができる。例えば、純粋な水素は、販売および／または後で使用するためにタンクに貯蔵することができる。ダクト１０８Ｅ内の残りの水素、メタン、および他のガスは、生産システム１００の発電システム１５０に送られてもよい。発電システム１５０は、水素および残りのメタンを燃料として利用して、機械力または電力などの動力を生成する。発電システム１５０は、発電所に位置されるか、または発電所を表すことができる。発電システム１５０は、燃焼機関、発電機、タービン、燃料電池などを含んでもよい。ダクト１０８Ｅに沿って配置された弁１１０は、発電システム１５０へのガスの流れを制御することができる。炭素生成物要素３０２は、ダクト１０８Ｅ内には存在せず、発電システム１５０に送られない。
発電システム１５０におけるガスは、燃焼するか、そうでなければ反応して動力を発生することができる。例えば、水素ガスは、発熱反応で酸素と反応し、水の副生成物で動力を発生し得る。図示の実施形態では、発電システム１５０は、送電網、蓄電装置（例えば、１つまたは複数のバッテリー）、または動力が供給されている負荷に直接供給することができる電流（例えば、電気）１５１の形で電力を生成する。代替の実施形態では、発電システム１５０は、自動車などの車両を推進するための原動力を提供するために使用される機械力を生成することができる。
１つまたは複数の実施形態では、生産システム１００は、熱分解反応によって、流入する炭化水素ストリーム１１６中のメタンおよび他の炭化水素のほとんど（例えば、５０モル％を超える）を変換するように構成され、それによりダクト１０８Ｅ内に存在する未反応の炭化水素は、流入する炭化水素の５０モル％未満を表すことができる。例えば、生産システム１００は、少なくとも８０モル％または少なくとも９０モル％の変換率を有し得る。結果として、発電システム１５０への供給は、ほとんどが水素であり得、２０ｗｔ％未満のメタンまたは１０ｗｔ％未満のメタンなど、メタンは少量である。
発電システム１５０に供給されるガス中のメタンの割合が小さいため、発電システム１５０は、炭化水素燃料を燃焼させる従来の発電システムよりも実質的に少ない二酸化炭素を放出し得る。例えば、生産システム１００は、既知のシステムよりも二酸化炭素排出量を少なくとも８０％削減することができる。１つまたは複数の実施形態では、発電システム１５０は、生産システム１００の統合された構成要素であり、したがって熱分解から生成された水素ガスは、最初に水素を貯蔵し、次に水素を発電機に輸送することなく発電システム１５０に直接運ぶことができる。あるいは、分離装置１４６からの水素ガスは、将来の使用および／または販売のために容器内に貯蔵されてもよい。
発電システム１５０における水素ガスの反応は発熱性であり、熱を生成する。任意選択で、発電システム１５０から排出される熱の少なくとも一部を使用して、反応チャンバ１０２、１０４に入る前に流入する炭化水素ストリーム１１６の温度を上げることができる。例えば、生産システム１００は、ダクト１０８Ｈおよび流入する炭化水素ストリーム１１６を介して発電システム１５０によって排出された廃熱（例えば、熱風または他のガス）を受け取る熱交換器１６０を含むことができる。流入する炭化水素ストリーム１１６は、熱交換器１６０内の廃熱の少なくとも一部を吸収し、炭化水素ストリーム１１６の温度を上昇させる。炭化水素ストリーム１１６を予熱することによって、反応チャンバ１０２、１０４内の熱分解反応は、炭化水素ストリーム１１６が予熱されない場合よりも少ない外部加熱を必要とし得る。結果として、熱交換器１６０内の熱の再循環は、生産システム１００の効率を改善し得る（かつコストを削減し得る）。熱交換器１６０に加えて、またはその代わりに、熱は、燃料の内部燃焼ならびに／または炭素粒子およびガスの誘導もしくはマイクロ波加熱などの非接触方法により、播種チャンバ１０２ならびに／または成長チャンバ１０４に入力することができる。
図示の実施形態では、播種チャンバ１０２は、別個であり、成長チャンバ１０４から離間している。ダクト１０８Ｄは、２つのチャンバ１０２、１０４間に延び、材料を播種チャンバ１０２から成長チャンバ１０４に運ぶ。
図４は、代替の実施形態による生産システム１００の播種チャンバ１０２および成長チャンバ１０４を例示する。図示の実施形態では、播種チャンバ１０２および成長チャンバ１０４は、単一の反応器４００の２つの別々の領域またはゾーンである。例えば、チャンバ１０２と１０４の両方は、共通のハウジング４０６内に含まれる。播種チャンバ１０２は、１つまたは複数の仕切り壁４０８またはバッフルによって成長チャンバ１０４から分離されている。図示の実施形態では、３つの仕切り壁４０８が２つのチャンバ１０２、１０４間に配置されている。仕切り壁４０８は、チャンバ１０２、１０４間に曲がりくねった流路４１０を画定するように位置決めおよび配向され、これにより、成長チャンバ１０４から播種チャンバ１０２への材料の逆伝播を防止することができる。炭素種２０２、水素、および未反応のメタンは、播種チャンバ１０２から成長チャンバ１０４まで流路４１０を横断することができる。
図５は、一実施形態による動力を発生して炭素生成物要素を生成する方法５００のフローチャートである。方法５００は、図１に示す生産システム１００を利用して実行されてもよい。方法５００のステップの１つまたは複数は、生産システム１００のコントローラ１１２によって行うことができる。任意選択で、方法５００は、図５に示されていない追加のステップ、図５に示すよりも少ないステップ、図５に示すものとは異なるステップを含んでもよく、および／またはステップは、図５に示すものとは異なる順序で実行されてもよい。
５０２において、流入する炭化水素ストリーム１１６は、分割位置１２２で第１の炭化水素ストリーム１２４と第２の炭化水素ストリーム１２６に分割される。５０４において、第１の炭化水素ストリーム１２４は、分割位置１２２から第１の反応チャンバ１０２（例えば、播種チャンバ）に送られる。５０６において、第２の炭化水素ストリーム１２６は、分割位置１２２から第２の反応チャンバ１０４（例えば、成長チャンバ）に送られる。第２のストリーム１２６は、第１の反応チャンバ１０２を迂回する。
５０８において、炭素種２０２および水素ガスは、第１の炭化水素ストリーム１２４の熱分解を介して第１の反応チャンバ１０２内で形成される。５１０において、炭素種２０２は、第１の反応チャンバ１０２から第２の反応チャンバ１０４に送られる。任意選択で、形成された水素ガスはまた、第２の反応チャンバ１０４に送られてもよい。５１２において、炭素生成物要素３０２および追加の水素ガスは、第２の炭化水素ストリーム１２６の炭化水素熱分解を介して第２の反応チャンバ１０４内で形成される。炭素生成物要素３０２は、炭素種２０２上に成長した追加の炭素構造３０４を有する炭素種２０２を表す。第２の反応チャンバ１０４内の炭素種２０２の各々の上に成長した追加の炭素構造３０４は、追加の炭素構造３０４が成長するそれぞれの炭素種２０２と同じ構造組成を有することができる。任意選択で、方法５００は、第１の反応チャンバ１０２が第２の反応チャンバ１０４とは異なる温度および／または異なる圧力を有するように、第１の反応チャンバ１０２または第２の反応チャンバ１０４の少なくとも１つ内の条件を制御することを含んでもよい。
５１４において、第２の反応チャンバ１０４からの水素ガスは、水素ガスを燃料として使用して電力、機械力などの動力を生成するために発電システム１５０に供給される。５１６において、発電システム１５０からの廃熱または排出熱は、第１の炭化水素ストリーム１２４が第１の反応チャンバ１０２に入る前に、流入する炭化水素ストリーム１１６の経路に配置された熱交換器１６０に送られ、熱を炭化水素ストリームに移送する。５１８において、炭素生成物要素３０２は、貯蔵容器１４４内に収集される。収集された炭素生成物要素３０２は、要素３０２を利用して方法５００を実行する運用コストを相殺することができるのに価値があり得る。
本明細書に記載の実施形態の少なくとも１つの技術的効果は、炭化水素熱分解の既知の産業用途よりも炭化水素熱分解を介して均一性、純度、および／または価値が高い炭素生成物を製造することを含む。例えば、２つの異なる熱分解反応ゾーンを組み込むことによって、第１のゾーンは、水素を同時に発生しながら、高価値の生成物（例えば、エネルギー貯蔵用途などのための半結晶性または黒鉛状炭素材料）を提供する１つまたは複数の構造を有する種炭素を発生するように制御することができる。次に、下流の成長ゾーンでは、同じ炭素種および／または触媒をテンプレートとして使用して、追加の水素を発生しながら追加の高価値の炭素を効率的に成長させることができる。水素は、炭素排出量が制限された発電用の燃料として利用することができる。高価値の炭素生成物は、様々な産業用途で、および／またはコストを相殺するために販売することによって利用することができる。
少なくとも１つの実施形態では、第１の反応チャンバと、第２の反応チャンバとを含む生産システムが提供される。第１の反応チャンバは、入力ポートを通して内部に第１の炭化水素ストリームを受け取り、第１の炭化水素ストリームの炭化水素熱分解を介して内部に炭素種および水素ガスを形成するように構成される。第２の反応チャンバは、第１の入力ポートおよび第２の入力ポートを含む。第２の反応チャンバは、第１の入力ポートを通して炭素種を受け取り、第２の入力ポートを通して第２の炭化水素ストリームを受け取るように構成され、第２の反応チャンバは、第２の炭化水素ストリームの炭化水素熱分解を介して第２の反応チャンバ内で炭素生成物要素および追加の水素ガスを形成するように構成される。炭素生成物要素は、炭素種上に成長した追加の炭素構造を有する炭素種を表す。
任意選択で、第１および第２の反応チャンバは、不均一触媒反応チャンバである。
任意選択で、第２の反応チャンバ内のプロセス条件は、指定された閾値範囲を超えて、第１の反応チャンバ内の対応するプロセス条件とは異なる。
任意選択で、第１および第２の入力ポートは、第２の反応チャンバの頂部が第２の入力ポートよりも第１の入力ポートの近くに配置され、第２の反応チャンバの底部が第１の入力ポートよりも第２の入力ポートの近くに配置されるように、第２の反応チャンバの高さに沿って離間される。任意選択で、第２の反応チャンバは、第２の反応チャンバの頂部にまたはその近くに配置された第１の出力ポートを含み、水素ガスの少なくとも大部分は、第１の出力ポートを通って第２の反応チャンバを出るように構成される。
任意選択で、第１の反応チャンバおよび第２の反応チャンバの各々は、それぞれの落下充填床反応チャンバ、流動床反応チャンバ、固定床反応チャンバ、またはトリクル床反応チャンバである。
任意選択で、生産システムはまた、第２の反応チャンバの出力ポートに流体接続された発電システムを含む。発電システムは、水素ガスを使用して電力を生成するために第２の反応チャンバを出る水素ガスを受け取るように構成される。任意選択で、発電システムは、燃料電池、燃焼機関、発電機、および／またはタービンを含む。任意選択で、生産システムはまた、熱交換器と、発電システムを熱交換器に接続するダクトとを含む。熱交換器は、第１および第２の反応チャンバの上流で第１および／または第２の炭化水素ストリームの経路に配置される。ダクトは、第１および／または第２の炭化水素ストリームを予熱するために熱を発電システムから熱交換器に送るように構成される。
任意選択で、生産システムはまた、炭素生成物要素を第２の反応チャンバの出力ポートから第２の反応チャンバの第１の入力ポートに向かって運び、炭素生成物要素を第２の反応チャンバに再導入するように構成された固体粒子移動装置を含む。
任意選択で、生産システムはまた、炭素生成物要素を第２の反応チャンバから貯蔵容器に向かって運ぶように構成された固体粒子移動装置を含む。任意選択で、生産システムはまた、第２の反応チャンバと貯蔵容器との間に配置された分離装置を含む。分離装置は、炭素生成物要素に同伴される水素ガスを炭素生成物要素から分離するように構成される。
任意選択で、生産システムはまた、ダクトのネットワークと、ダクトのネットワーク内の分割位置に配置された１つまたは複数の弁とを含む。ネットワーク内の第１のダクトは、分割位置から第１の反応チャンバの入力ポートに延び、ネットワーク内の第２のダクトは、分割位置から第２の反応チャンバの第２の入力ポートに延び、第１の反応チャンバを迂回する。１つまたは複数の弁は、流入する炭化水素ストリームを分割位置で第１の炭化水素ストリームと第２の炭化水素ストリームに分割し、第１の炭化水素ストリームを第１のダクトに送り、第２の炭化水素ストリームを第２のダクトに送るように選択的に制御される。任意選択で、１つまたは複数の弁は、流入する炭化水素ストリームの大部分を第２のダクトに分配し、第２の炭化水素ストリームを形成するように選択的に制御される。
任意選択で、第２の反応チャンバ内の炭素種の各々の上に成長した追加の炭素構造は、追加の炭素構造が成長するそれぞれの炭素種と同じ構造組成を有する。
少なくとも１つの実施形態では、第１の炭化水素ストリームの炭化水素熱分解を介して第１の反応チャンバ内で炭素種および水素ガスを形成することを含む方法が提供される。方法はまた、炭素種を第１の反応チャンバから第２の反応チャンバに送ることと、第２の炭化水素ストリームの炭化水素熱分解を介して第２の反応チャンバ内で炭素生成物要素および追加の水素ガスを形成することとを含む。炭素生成物要素は、炭素種上に成長した追加の炭素構造を有する炭素種を表す。
任意選択で、方法はまた、貯蔵容器内に炭素生成物要素を収集することを含む。
任意選択で、炭素生成物要素は、第２の反応チャンバの第１の入力ポートを通って第２の反応チャンバに送られる。方法はまた、第２の反応チャンバの第２の入力ポートを通して第２の炭化水素ストリームを第２の反応チャンバに供給することを含む。第１の入力ポートは、第２の入力ポートよりも第２の反応チャンバの頂部の近くに配置される（例えば、第１の入力ポートと頂部との間の距離は、第２の入力ポートと頂部との間の距離よりも短い）。
任意選択で、方法はまた、ダクトを通して水素ガスを第２の反応チャンバから発電システムに供給することを含む。発電システムは、水素ガスを使用して電力を生成するように構成される。
任意選択で、方法はまた、流入する炭化水素ストリームを分割位置で第１の炭化水素ストリームと第２の炭化水素ストリームに分割することと、第１の炭化水素ストリームを分割位置から第１の反応チャンバに送ることと、第２の炭化水素ストリームを分割位置から第２の反応チャンバに送り、第１の反応チャンバを迂回することとを含む。
任意選択で、炭素種を第１の反応チャンバから第２の反応チャンバに送ることは、固体粒子移動装置を制御し、炭素生成物要素を第１の反応チャンバの底部から第１の反応チャンバを出て、出力ポートを通して第２の反応チャンバの第１の入力ポートに向かって運ぶことを含む。
少なくとも１つの実施形態では、第１の反応チャンバと、第２の反応チャンバと、発電システムとを含む生産システムが提供される。第１の反応チャンバは、入力ポートを通して内部に第１の炭化水素ストリームを受け取り、第１の炭化水素ストリームの炭化水素熱分解を介して内部に炭素種および水素ガスを形成するように構成される。第２の反応チャンバは、頂部と、頂部の反対側にある底部とを有する。第２の反応チャンバは、両方が頂部にまたはその近くに配置された第１の入力ポートおよび第１の出力ポートと、底部にまたはその近くに配置された第２の入力ポートとを含む。第２の反応チャンバは、第１の入力ポートを通して炭素種を受け取り、第２の入力ポートを通して第２の炭化水素ストリームを受け取るように構成される。第２の反応チャンバは、第２の炭化水素ストリームの炭化水素熱分解を介して第２の反応チャンバ内で炭素生成物要素および追加の水素ガスを形成するように構成される。炭素生成物要素は、炭素種上に成長した追加の炭素構造を有する炭素種を表す。発電システムは、ダクトを介して第２の反応チャンバの第１の出力ポートに流体接続され、水素ガスを使用して電力を生成するために第２の反応チャンバを出る水素ガスを受け取るように構成される。
本明細書で使用する場合、単数形で記載され、単語「ａ」または「ａｎ」の後に続く要素またはステップは、複数の前記要素またはステップを除外しないものとして理解されるべきであるが、そのような除外が明示的に述べられている場合は除く。さらに、本発明で説明された主題の「一実施形態」への言及は、列挙された特徴をも組み込む追加の実施形態の存在を排除するものとして解釈されることを意図していない。さらに、明示的な反対の記載がない限り、特定の特性を有する要素または複数の要素を「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」または「有する（ｈａｖｉｎｇ）」実施形態は、その特性を有さない追加のそのような要素を含んでもよい。
上記の説明は例示であり、限定的ではない。例えば、上述の実施形態（および／またはその態様）は、互いに組み合わせて使用されてもよい。加えて、本発明の範囲を逸脱することなく、特定の状況または材料を本明細書に記載の主題の教示に適応させるために、多くの修正を施してもよい。本明細書に記載の材料の寸法およびタイプは、開示された主題のパラメータを定義することを意図しているが、決して限定的ではなく例示的な実施形態である。上記の説明を検討することにより、多くの他の実施形態が当業者に明らかになるであろう。したがって、本明細書に記載の主題の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照して、そのような特許請求の範囲が権利を与えられる等価物の全範囲と共に決定されるべきである。添付の特許請求の範囲において、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「それには（ｉｎ ｗｈｉｃｈ）」という用語は、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「そこでは（ｗｈｅｒｅｉｎ）」という用語のそれぞれの平易な英語の同義語として使用される。さらに、以下の特許請求の範囲において、「第１の」、「第２の」、および「第３の」などの用語は、単に符号として使用され、それらの対象物に数値的な要件を課すことを意図していない。さらに、以下の特許請求の範囲の限定事項は、そのような特許請求の範囲の限定事項が「〜のための手段（ｍｅａｎｓ ｆｏｒ）」という語句の後にさらなる構造への言及を欠く機能の記述が続いて明示的に使用していない限り、そしてそうするまでは、ミーンズプラスファンクション（ｍｅａｎｓ−ｐｌｕｓ−ｆｕｎｃｔｉｏｎ）形式での記載ではなく、米国特許法第１１２条（ｆ）に基づく解釈を意図していない。
本明細書は、本明細書に記載の主題のいくつかの実施形態を開示するために実施例を使用しており、また、装置またはシステムを製作および使用し、方法を実行することを含む、開示された主題の実施形態の実施を当業者に可能にするように、最良の形態を含んでいる。本明細書に記載の主題の特許され得る範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。そのような他の実施例は、特許請求の範囲の文言との差がない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言との実質的な差がない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることを意図している。
１００ 生産システム
１０２ 第１の反応チャンバ、播種チャンバ
１０４ 第２の反応チャンバ、成長チャンバ
１０６ ネットワーク
１０８ ダクト
１０８Ａ 入口ダクト
１０８Ｂ ダクト
１０８Ｃ ダクト
１０８Ｄ ダクト
１０８Ｅ ダクト
１０８Ｆ ダクト
１０８Ｇ ダクト
１０８Ｈ ダクト
１１０ 弁
１１２ コントローラ
１１６ 流入する炭化水素ストリーム
１１８ 炭化水素源
１２２ 分割位置
１２４ 第１の炭化水素ストリーム
１２６ 第２の炭化水素ストリーム
１２８ 入力ポート
１３０ 入力ポート
１３１ 入力ポート
１３２ 出力ポート
１３３ 固体粒子移動装置
１３５ 分離装置、分離器
１３７ 底部
１３９ 頂部
１４１ 出力ポート
１４２ 出力ポート
１４３ ルート
１４４ 貯蔵容器
１４５ 分離装置
１４６ ガス−ガス分離装置
１５０ 発電システム
１５１ 電流
１６０ 熱交換器
２０２ 固体炭素種
３０２ 固体炭素生成物要素
３０４ 追加の炭素構造
４００ 反応器
４０６ ハウジング
４０８ 仕切り壁
４１０ 流路
５００ 方法
５０２ ステップ
５０４ ステップ
５０６ ステップ
５０８ ステップ
５１０ ステップ
５１２ ステップ
５１４ ステップ
５１６ ステップ
５１８ ステップ

Claims (10)

  1. 入力ポート（１２８）を通して内部に第１の炭化水素ストリーム（１２４）を受け取り、前記第１の炭化水素ストリーム（１２４）の炭化水素熱分解を介して内部に炭素種（２０２）および水素ガスを形成するように構成された第１の反応チャンバ（１０２）と、
    第１の入力ポート（１３１）および第２の入力ポート（１３０）を含む第２の反応チャンバ（１０４）であって、前記第２の反応チャンバ（１０４）は、前記第１の入力ポート（１３１）を通して前記炭素種（２０２）を受け取り、前記第２の入力ポート（１３０）を通して第２の炭化水素ストリーム（１２６）を受け取るように構成され、前記第２の反応チャンバ（１０４）は、前記第２の炭化水素ストリーム（１２６）の炭化水素熱分解を介して前記第２の反応チャンバ（１０４）内で炭素生成物要素（３０２）および追加の水素ガスを形成するように構成され、前記炭素生成物要素（３０２）は、前記炭素種（２０２）上に成長した追加の炭素構造（３０４）を有する前記炭素種（２０２）を表す第２の反応チャンバ（１０４）と
    を備える、生産システム（１００）。
  2. 前記第１および第２の反応チャンバ（１０２、１０４）は、不均一触媒反応チャンバである、請求項１に記載の生産システム（１００）。
  3. 前記第２の反応チャンバ（１０４）内のプロセス条件は、指定された閾値範囲を超えて、前記第１の反応チャンバ（１０２）内の対応するプロセス条件とは異なる、請求項１に記載の生産システム（１００）。
  4. 前記第１および第２の入力ポート（１３１、１３０）は、前記第２の反応チャンバ（１０４）の頂部（１３９）が前記第２の入力ポート（１３０）よりも前記第１の入力ポート（１３１）の近くに配置され、前記第２の反応チャンバ（１０４）の底部（１３７）が前記第１の入力ポート（１３１）よりも前記第２の入力ポート（１３０）の近くに配置されるように、前記第２の反応チャンバ（１０４）の高さに沿って離間される、請求項１に記載の生産システム（１００）。
  5. 前記第２の反応チャンバ（１０４）は、前記第２の反応チャンバ（１０４）の前記頂部（１３９）にまたはその近くに配置された出力ポート（１４１）を含み、前記水素ガスの少なくとも大部分は、前記出力ポート（１４１）を通って前記第２の反応チャンバ（１０４）を出るように構成される、請求項４に記載の生産システム（１００）。
  6. 前記第１の反応チャンバ（１０２）および前記第２の反応チャンバ（１０４）の各々は、落下充填床反応チャンバ、流動床反応チャンバ、固定床反応チャンバ、またはトリクル床反応チャンバの１つである、請求項１に記載の生産システム（１００）。
  7. 前記第２の反応チャンバ（１０４）の出力ポート（１４１）に流体接続された発電システム（１５０）をさらに備え、前記発電システム（１５０）は、前記水素ガスを使用して電力を生成するために前記第２の反応チャンバ（１０４）を出る前記水素ガスを受け取るように構成される、請求項１に記載の生産システム（１００）。
  8. 前記発電システム（１５０）は、燃料電池、燃焼機関、発電機、またはタービンの１つまたは複数を含む、請求項７に記載の生産システム（１００）。
  9. 熱交換器（１６０）と、前記発電システム（１５０）を前記熱交換器（１６０）に接続するダクト（１０８Ｈ）とをさらに備え、前記熱交換器（１６０）は、前記第１および第２の反応チャンバ（１０２、１０４）の上流で前記第１または第２の炭化水素ストリーム（１２４、１２６）の少なくとも１つの経路に配置され、前記ダクト（１０８Ｈ）は、前記第１または第２の炭化水素ストリーム（１２４、１２６）の少なくとも１つを予熱するために熱を前記発電システム（１５０）から前記熱交換器（１６０）に送るように構成される、請求項７に記載の生産システム（１００）。
  10. 前記炭素生成物要素（３０２）を前記第２の反応チャンバ（１０４）の出力ポート（１４２）から前記第２の反応チャンバ（１０４）の前記第１の入力ポート（１３１）に向かって運び、前記炭素生成物要素（３０２）を前記第２の反応チャンバ（１０４）に再導入するように構成された固体粒子移動装置（１３３）をさらに備える、請求項１に記載の生産システム（１００）。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102419495B1 (ko) * 2021-09-03 2022-07-11 주식회사 제로시스 수소 생산 장치
KR102433433B1 (ko) * 2021-07-07 2022-08-18 주식회사 제로시스 수소 생산 장치

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20240004866A (ko) * 2021-05-06 2024-01-11 오로라 하이드로젠 인크. 마이크로파 및/또는 라디오파를 사용하여 기체 탄화수소원으로부터 수소 및 고체 탄소를 생성하는 방법
GB2616618A (en) * 2022-03-14 2023-09-20 Catagen Ltd System and method for producing hydrogen
US11939218B2 (en) * 2022-08-22 2024-03-26 West Virginia University Board of Governors on behalf of West Virginia University Methods and compositions for production of hydrogen and carbon nanomaterials by catalytic methane pyrolysis using microwave-thermal hybrid heating
CN116477617A (zh) * 2023-05-29 2023-07-25 湖南中科电气股份有限公司 一种石墨化系统

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5899175A (en) * 1997-03-14 1999-05-04 Procyon Power Systems, Inc. Hybrid electric-combustion power plant
US7588746B1 (en) * 2006-05-10 2009-09-15 University Of Central Florida Research Foundation, Inc. Process and apparatus for hydrogen and carbon production via carbon aerosol-catalyzed dissociation of hydrocarbons
MX2017012559A (es) * 2015-03-31 2018-04-11 Hazer Group Ltd Un proceso para la producción de hidrógeno y carbono grafítico a partir de hidrocarburos.

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102433433B1 (ko) * 2021-07-07 2022-08-18 주식회사 제로시스 수소 생산 장치
KR102419495B1 (ko) * 2021-09-03 2022-07-11 주식회사 제로시스 수소 생산 장치
WO2023033416A1 (ko) * 2021-09-03 2023-03-09 주식회사 제로시스 수소 생산 장치

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