NO20101156A1 - Anordning, system og fremgangsmate for fremstilling av hydrogen - Google Patents

Abstract

En anordning, et system og fremgangsmåte for fremstilling av hydrogen fra gassformet hydrokarbon, innbefatter en gassforbehandlingsmodul (2) som harfluidforbindelse med et gassreservoar (66) og med minst en hydrogengenerator (100), og en hydrogenetterbehandlingsmodul (3) som har fluidforbindelse via en mateledning (81) med generatoren og med en lagrings- og fordelingsmodul (5). Hydrogengeneratoren innbefatter en eller flere plasmadyser (105), et reaksjonskammer (102) som er koblet til hver av plasmadysene, idet hver plasmadyse innbefatter en mikrobølgeplasmagenerator (301, 302) og et materør (303) for retting av en strøm av gassformet hydrokarbon via plasmageneratoren og til respektive innløp i reaksjonskammeret, idet plasmageneratoren i det minste delvis ioniserer gassformet hydrokarbon for dannelse av et plasma før det i det minste delvis ioniserte hydrokarbonet går inn i reaksjonskammeret, hvilket reaksjonskammer innbefatter minst ett utløp (101) via hvilket hydrogen føres til etterbehandlingsmodulen (3).

Description

Oppfinnelsen vedrører fremstilling av hydrogen. Særlig, men ikke utelukkende, vedrører oppfinnelsen en innretning for fremstilling av hydrogen med bruk av mikrobølgegenerert plasma, og en tilhørende fremgangsmåte for fremstilling av hydrogen.

Med dagens fokus på reduksjon av skadelige utslipp fra industrielle anlegg, bygninger, biler og andre farkoster som følge av hydrokarbonforbrenning, har det vært forsket mye på utvikling av alternative energikilder, så som hydrogen.

Mens bruken av alternativer til hydrokarbonbrensler gir mulighet for et mer miljøvennlig kjøretøy, er den prosessen hvormed slike alternative brensler fremstilles, langt fra ideell. Hydrogen blir eksempelvis i dag syntetisert ved hjelp av katalytisk krakking av hydrokarbonmolekyler. De høye temperaturene som er nødvendige for at en slik reaksjon skal skje, oppnås vanligvis med brenning av olje eller kull, hvilket medfører miljøskadelige utslipp. Genereringen av hydrogen med elektrolyse av vann, krever også mer energi enn den som vil være lagret i det fremstilte hydrogenet. Dersom den forbrukte elektrisiteten kommer fra hydrokarbonkilder, så vil totalresultatet være enda mer miljøskadelig. Dagens kommersielle hydrogenfremstillingsprosesser anses derfor å generere et høyere volum av skadelige drivhusgasser pr. utnyttbar energimengde hydrogen enn den direkte brenselforbrenningen som hydrogenet er ment å skulle erstatte. Med andre ord, dagens hydrogen er ikke et rent brensel når man tar hensyn til dets fremstilling.

Det foreligger derfor et behov for utvikling av en prosess som muliggjør fremstilling av hydrogen med høy effektivitet, og med en betydelig lavere miljøpåkjennelse enn det som er mulig i dag. Ideelt bør en slik prosess være meget fleksibel, fordi den lett skal kunne brukes i en mindre, en middels, og en stor kommersiell skala. En fremgangsmåte som har et potensiale for generering av hydrogen med lavere miljøkostnader enn eksisterende kommersielle systemer, utnytter plasmabehandling. Ved plasmabehandling blir hydrogenholdige gasser eller væsker ført til et kammer hvor de ioniseres for dannelse av et plasma, eksempelvis ved at de utsettes for et høyintensitetsfelt. I plasmatilstandene vil komponentene i det innførte materialet bli dissosiert, og kan enten trekkes ut separat, rekombineres eller reageres med ekstra matematerialer, alt avhengig av det ønskede sluttproduktet. Plasmabehandling medfører betydelige fordeler og har unike egenskaper, eksempelvis innenfor krakking, dissosiering og deponering (innbefattende diamantdeponering og fremstilling av aktiverte produkter), så vel som gasspolering.

Det er kjent flere eksisterende plasmaformer. Disse kategoriseres generelt med hensyn til deres energi og densitet: prinsipielt termisk plasma (også kalt likevektsplasma) og ikke-likevektsplasma (også betegnet som ikke-termisk eller kald plasma). Sistnevnte gruppe innbefatter de som fremstilles med RF-, induksjons-, barriereutladning, mikrobølge- og lasereksitering. Elektromagnetisk indusert plasma har særlig et potensial med hensyn til meget effektiv krakking av både gass- og væskeformede matematerialer som følge av den overlegne energikoblingen mellom energikilde, plasma og tilførselsmateriale. Slike plasma har vist seg å ha en katalytisk virkning, hvilket er et resultat av koblingen mellom det elektromagnetiske, særlig mikrobølgefeltet og matematerialet, hvilket øker reaksjonsraten, som i sin tur vil redusere den tiden som medgår for holdingen av matematerialet i plasmatilstanden, dvs. oppholdstiden.

Mikrobølger refererer generelt til elektromagnetiske stråler med bølgelengder i området 1 meter til 1 x 10" meter. Elektromagnetiske stråler utenfor dette området kan fremdeles generere plasma på en effektiv måte, men mikrobølgekilder representerer en utviklet teknologi, da de i lang tid har vært i bruk i forbindelse med radar og mikrobølgeovner, og ved industriell næringsmiddelfremstilling. Mikrobølgekilder med egnede kraftnivåer er derfor lett tilgjengelige for husholdningsoppvarming og industriell oppvarming.

Det er imidlertid et problem i forbindelse med å oppskalere reaksjonskamre hvor det brukes mikrobølger som er generert for kommersielle plasmaoperasjoner. Mens således mikrobølgeplasma er ideelt for å muliggjøre kjemiske reaksjoner og prosesser, så har disse opp til i dag bare vært gjennomført i en relativt liten skala, og bare som mengdeprosesser.

Mikrobølgegenererte plasmakilder kan deles i to grupper: de som arbeider ved et lavt trykk (typisk under 10"<1>bar og som gir lavdensitetsplasma som egner seg for overflaterensing og aktiveringsformål), og de som opererer rundt atmosfæretrykk og over, med fremstilling av høyintensitetsplasma som egner seg for krakking og kjemiske reaksjoner/syntese. Ethvert kommersielt system som kan brukes for brenseldissosiering, baserer seg fortrinnsvis på bruk av et "høytrykks"-system, som muliggjør høyere gjennomgang av matefluider, kortere oppholdstider, og relativt kompakt prosessutstyr, slik at det muliggjøres en effektiv og energieffektiv produksjon av sluttproduktene. De betydelige trykkforskjellene som kan forekomme i et lavtrykksystem, medfører at bruken av et lavtrykksystem vil være upraktisk i forbindelse med en kontinuerlig operasjon og/eller i forbindelse med kommersielle anvendelser.

Det er kjent to typer atmosfæriske plasmageneratorer: lavvolum enkeltrør og høyvolum enkeltmagnetron. Selv om reaktorer som baserer seg på begge typer har hatt en viss suksess i laboratorieskala, så har ingen utførelse hittil vist seg tilstrekkelig fleksibel for bruk i en kommersiell målestokk. De kjente typene er begrenset i størrelse som følge av de dimensjonene som bølge styri ngen må ha for å holde utstrålingen. Det vil si at bølgestyring begrenser størrelsen til plasmaet. En grunnleggende grense for reaktorrørdiameteren bestemmes således av frekvensen til mikrobølgekilden, hvilket begrenser anvendelsen til innretninger for laboratoriebruk. De av den sistnevnte typen baserer seg på bruk av en resonatorkavitet for generering av lokaliserte områder med høyintense elektromagnetiske felt, som i sin tur genererer og opprettholder plasmaet. Det er derfor nødvendig med en stor mikrobølgeenergi, både for å generere plasmaet og for å tilføre tilstrekkelig energi til materialet som behandles. Innretningsstørrelsen begrenses av mikrobølgekildefrekvensen og av energien fordi reaksjonskammeret må være resonant. Både mikrobølgefrekvensen og den energien ved hvilken den genereres, begrenser derfor den mulige kammerstørrelsen for en reaktor som baserer seg på ett av disse operative prinsippene.

Selv om det er relativt enkelt å kombinere AC-, DC-, RF- og HF-plasma for generering av mer plasma for behandling, har dette hittil ikke vist seg å være mulig i noen vesentlig grad for mikrobølgeplasma. De vanskeligheter som foreligger i forbindelse med faselåsing av mikrobølgekilder for øking av plasmavolumet i et reaksjonskammer, er velkjente og godt dokumentert. Det foreligger et antall teknologier for RF-elektromagnetisk energigenerering som kan frekvens- og fasestyres. For å tilveiebringe den nødvendige faselåsingen for flere plasmakilder for derved å kombinere på en additiv måte, kan RF-generatorer finavstemmes, for derved å sikre at de alle arbeider med samme fase og frekvens. Mikrobølgegeneratorer så som en magnetron eller klystron, har ikke lett justerbare fase- og frekvensegenskaper. Energien, frekvensen, fasen og størrelsen til resonatoren er alle sammenhengende, og det er helt enkelt ikke mulig å regulere én av disse faktorene uten negativt å påvirke en annen. Dessuten sender magnetroner og klystroner ut mikrobølger i et frekvensbånd rundt en grunnleggende verdi. Det foreligger betydelige komponenter utenfor denne grunnleggende frekvensen, og disse kan forstørres tilstrekkelig for tilbakeføring til og ødeleggelse av mikrobølgekilden. Det kan brukes isolatorer for å beskytte kilden, men sammen vil faselåsing og isolatorer bidra til betydelige kostnader og redusering av den mulige mikrobølgeenergien. I praksis er det oppnådd magnetronfaselåsing, men bare for meget få kilder, under meget begrensede forhold, og med en betydelig kompleksitet.

Ett eksempel på en innretning for fremstilling av plasma med bruk av mikrobølger, beskrives i US 6 204 603. Denne innretningen bruker en koaksial resonator som mikrobølgene kobles til. I resonatoren etableres det et elektromagnetisk stående bølgemønster som, i områder med høy intensitet (amplitude), vil være tilstrekkelig for generering av plasma, men bruken av et resonanskammer i denne innretningen begrenser det potensielle plasmavolumet som kan genereres på én gang.

I JP 2006/156100 beskrives en plasmagenerator med et stort areal. I dette dokumentet beskrives bruken av et antall individuelle mikrobølgeantenner for generering av plasma i et felles rom, for på den måten å kunne oppnå en mer jevn fordeling av plasma i rommet. Selv om antennene er separat, så drives de med en enkelt og felles mikrobølgekilde, for på den måten å sikre at samtlige plasmakilder (antenner) befinner seg i fase, slik at derved også den maksimale energien til plasmaet begrenses. Dokumentet belyser helt klart de vanskeligheter og kompleksiteter som man støter på i forbindelse med opprettholdelsen av et plasmaområde med bruk av et antall mikrobølgeplasmakilder.

Det er en hensikt med oppfinnelsen å tilveiebringe en bedret innretning og en bedret fremgangsmåte for plasmabruk, med bruk av elektromagnetisk mikrobølgestråler.

Det er også en hensikt med oppfinnelsen å tilveiebringe en plasmafremstillende innretning som ikke er beheftet med begrensninger hva angår volumet av det mikrobølgegenererte plasmaet som kan genereres og holdes samtidig, begrensninger som de kjente innretningene har.

Nok en hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe en mikrobølgeplasmagenerator hvor plasmavolumet og/eller plasmaenergien som produseres vil ha en redusert avhengighet av egenskapene til den kilden som brukes for fremstillingen, sammenlignet med forholdene hos konvensjonelle plasmareaktorer.

Nok en hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe et system og en fremgangsmåte for fremstilling av hydrogen med bruk av en mikrobølgeplasmagenerator.

Oppfinnelsen er angitt og kjennetegnet i de selvstendige kravene, mens de uselvstendige kravene beskriver andre oppfinneriske kjennetegn.

Det er således tilveiebrakt en anordning for fremstilling av hydrogen fra en gass som innbefatter hydrokarbon, kjennetegnet ved midler for tilknytning til et forråd av gassformet hydrokarbon, plasmadyser som er tilkoblet disse, og et reaksjonskammer i fluidforbindelse med hver av plasmadysene, idet hver plasmadyse innbefatter en mikrobølgeplasmagenerator, og et materør for retting av en strøm av det gassformede hydrokarbonet via plasmadysene og til respektive innløp i reaksjonskammeret, hvilke plasmadyser i det minste delvis ioniserer gassformet hydrokarbon for dannelse av et plasma før innføringen av det i det minste delvis ioniserte hydrokarbonet i reaksjonskammeret, hvilket reaksjonskammer innbefatter minst et utløp via hvilket hydrogen oppsamles, slik at derved hydrogen kan produseres kontinuerlig og uten generering av oksider av karbon.

I én utførelse er plasmadysene utformet for å fremme en plasmastabiliserende strøm i materøret, og plasmadysene er også utformet for å fremme en stabiliserende strøm med tilforming av materøret.

I én utførelse er plasmadysene utformet for å fremme en stabiliserende strøm med inkorporering av et agiteringselement i materøret. Den plasmastabiliserende strømmen kan være en virvelstrøm.

Reaksjonskammeret har i én utførelse krummede sidevegger.

I én utførelse innbefatter materøret en inngangsport for reaktanter så som substratpartikler, nedstrøms for plasmageneratoren, hvilken inngangsport er anordnet slik at strømmen av reaktantmateriale inn i materøret vil understøtte holdingen av den plasmastabiliserende strømmen i materøret.

Dysen og dens innløp til reaksjonskammeret er i én utførelse innrettet koaksialt i forhold til reaksjonskammeret, slik at det derved i reaksjonskammeret etableres en ekstra stabiliseringsstrøm.

I én utførelse er koblingen av én eller flere plasmadyser til reaksjonskammeret utformet for å etablere en ekstra stabiliseringsstrøm i reaksjonskammeret. Utgangsretningen fra hver plasmadyse er orientert for å sende inn matematerialer i reaksjonskammeret med en spiss vinkel i forhold til omkretsveggen i eraksjonskammeret. Denne ekstra stabiliseringsstrømmen kan være en virvelstrøm.

I én utførelse tilveiebringes det et fast eller bevegbart lag av et substratmateriale i reaksjonskammeret, for separering og oppsamling av én eller flere komponenter i plasmareaksjonen.

Den ekstra stabiliseringsstrømmen kan støtte partikkel suspensjon i reaksjonskammeret.

Fordelaktig brukes partikkelsuspensjonen for separeringen og oppsamlingen av én eller flere komponenter i plasmareaksjonen i reaksjonskammeret.

I én utførelse drives plasmageneratoren i hver dyse med en magnetron.

Fortrinnsvis er reaksjonskammeret ikke-resonant med hensyn til plasmageneratoren.

I én utførelse strekker utløpet seg en innstillbar lengde inn i kammeret.

Anordningen innbefatter i én utførelse et sekundært kammer som har fluidforbindelse med reaksjonskammeret, og har en utgangsåpning.

I én utførelse er én eller flere elektrostatiske kollektorer anordnet i det sekundære kammeret, og utgangsåpningen er fluidforbundet med en pulverpresipitator og/eller en pulversamler.

Reaksjonskammeret innbefatter i én utførelse en inngangskanal som er utformet for en sekundær strøm av én eller flere reaktanter, og videre innbefatter midler for selektiv mating av partikler fra den nedre utgangsåpningen og til inngangskanalen, og videre inn i reaksjonskammeret.

I én utførelse innbefatter anordningen videre en atomiserings- eller fordampingsinnretning, foran plasmageneratoren, og for atomisering eller fordamping av matematerialet.

Det foreslås også en fremgangsmåte for fremstilling av hydrogen fra en gass som innbefatter hydrokarbon, kjennetegnet ved trinnene: a) føring av gassen under et kontrollert trykk til et område hvor den utsettes for et elektromagnetisk felt, hvorved det genereres en ikke-likevektplasma, b) føring av plasmaet inn i et reaksjonskammer under styring av plasmaets strømningsegenskaper for på den måten å opprettholde plasmaet og holde det i en ionisert tilstand helt til det går inn i reaksjonskammeret, og over en påfølgende tid, og

c) uttrekking av fremstilt hydrogen via et utløp fra reaksjonskammeret, idet hydrogenet kan fremstilles så godt som etter behov, kontinuerlig og uten generering

av oksider av karbon.

I én utførelse er trykket i det nevnte området og i reaksjonskammeret et trykk som ligger ved eller i nærheten av atmosfæretrykket.

Fordelaktig innbefatter trinn a) en føring av separate gassmengder til et respektivt antall elektromagnetiske felt, og trinn b) innbefatter føringen av separate plasmamengder inn i reaksjonskammeret via separate innløp.

I én utførelse innbefatter fremgangsmåten videre en blanding av de nevnte separate plasmamengdene i reaksjonskammeret mens plasmaet befinner seg i en ionisert tilstand.

I én utførelse genereres det respektive antallet elektromagnetiske felt ved hjelp av separate og individuelle mikrobølgekilder.

I én utførelse innbefatter styringen av plasmaets strømningsegenskaper i trinn b) dannelse av en virvelgasstrøm før gassen går over i plasmatilstanden.

I én utførelse innbefatter fremgangsmåten videre en uttrekking av presipitert karbon fra reaksjonskammeret.

I én utførelse føres et substrat i partikkelform inn i plasmaet i reaksjonskammeret, og substratet innbefatter i én utførelsesform presipitert karbon som er uttrukket fra reaksj onskammeret.

En innretning som er utformet i samsvar med oppfinnelsen har flere fordeler sammenlignet med den kjente teknikken. Mest vesentlig er at man med foreliggende oppfinnelse kan generere større volumer av mikrobølgegenerert plasma under atmosfæretrykk og høyere, og at dette plasmaet og det tilhørende etterlyset (eller etterglød; "afterglow")kan samles samtidig som et enkelt volum, i motsetning til hva tilfellet er ved tidligere kjente plasmagenereringer, hvilket medfører at innretningen og plasmagenereringen egner seg særlig godt for prosessoperasjoner i kommersiell målestokk, og muliggjør bedre effektivitet av plasmaprosessoperasjonene, eksempelvis ved fremstillingen av hydrogen. Denne utførelsen muliggjør elektromagnetisk isolasjon av plasmageneratorer innbyrdes, hvilket i sin tur sikrer at faren for skader som følge av innbyrdes interferens blir redusert betydelig. Plasmaet og etterlyset som genereres med slike kilder vil være additivt, da det samles i reaksjonskammeret som muliggjør en styring av sluttproduktformasjonene. Dette oppnås uten at det er nødvendig med faselåsing, som tidligere har utgjort en alvorlig begrensningsfaktor.

En innretning som er utformet i samsvar med oppfinnelsen er betydelig mer fleksibel enn de kjente plasmareaktorer, hvilket skyldes at reaksjonskammeret er romlig adskilt fra plasmakilden. Den samme reaktoren kan lett tilpasses ulike prosesser, som kan kjøres kontinuerlig om så ønskes.

Som nevnt er det aksepterte området for mikrobølgestråler bølgelengder i området 1 meter til 1x10" meter. Det foretrekkes at mikrobølger som brukes for generering av plasma i samsvar med oppfinnelsen ligger i området 0,5 meter til 0,05 meter. Plasseringen av reaksjonskammeret i en avstand fra plasmageneratoren muliggjør bruk av et antall plasmagenererende kilder viss utganger summeres. Det vil si at plasmavolumet og/eller volumet til etterlyset som fremstilles, og som således er tilgjengelig for prosessreaksjoner, øker med antall kilder. Dette er i direkte motsetning til kjent teknikk, hvor en grunnleggende begrensning ligger i egenskapene til den genererende mikrobølgebestrålingen: i konvensjonelle plasmareaktorer må kammeret først være resonant med hensyn til bestrålingen, eller det må kunne generere et begrenset bølgestyringsområde rundt plasmaet, en bølgestyringsfunksjon som i sin tur begrenser størrelsen til én som bestemmes av mikrobøl gefrekvensen.

En oppskalering av tidligere kjente prosessorer for mikrobølgeplasmagenerering, eksempelvis om beskrevet i US 6 204 603 og JP 2006/156100, til en kommersiell skala, er ikke kjent oppnådd, og er helt enkelt ikke mulig med den hittil kjente teknologien. Enkeltrørprosesser har en begrensning til et lavt volum, fordi det er nødvendig å danne en bølgestyring på plasmaoverflaten. Det er ikke mulig å generere mer plasma med hjelp av en slik prosess ved å utstrekke den til flere mikrobølgekilder. Kildene må nødvendigvis synkroniseres i frekvens og fase. Dette er vanskelig å oppnå, men mer grunnleggende er at plasmavolumet fremdeles vil være begrenset av bølgestyringens dimensjoner: et antall kilder vil resultere i en mer intens plasma for mer energiintensiv behandling, men vil ikke gi mer behandlet plasma per se. Enkeltmagnetronprosesser, som beskrives i US 6 204 603, baserer seg på at reaksjonskammeret er resonant med hensyn til en egnet modus for mikrobølgebestrålingen. På denne måten kan det tilveiebringes lokaliserte områder med høye intensitetsfelt i kammeret, tilstrekkelig til å eksitere og støtte plasmaet i tidsskalaer tilstrekkelig til å muliggjøre at en ønsket reaksjon finner sted. Kravet om at kammeret skal være resonant med hensyn til én av et begrenset antall moduser, betyr nødvendigvis at dets størrelse vil være bestemt av frekvensen til mikrobølgekilden. Det vil således være umulig å skalere en slik innretning opp og ned for en gitt eksiteringsfrekvens.

Som nevnt har i foreliggende oppfinnelse det plasmagenererende området en avstand fra reaksjonskammeret. Den minste skilleavstanden mellom et plasmagenererende område og reaksjonskammeret er den minste avstanden som er nødvendig for å sikre elektromagnetisk isolering av de enkelte mikrobølgefeltene i plasmadysene. Den maksimale skilleavstanden vil være avhengig av bestandigheten til plasmatilstanden, som i sin tur er avhengig av i det minste energien til plasmaet, hastigheten og stabiliseringen til matestrømmen, og de ønskede reaksjoner og rekombinasjoner som bestemmes av plasseringen i plasma/etterlyset. Fortrinnsvis er skilleavstanden mellom 0,005 meter og 1 meter, mer foretrukket mellom 0,05 meter og 0,5 meter, enda mer foretrukket mellom 0,02 meter og 0,2 meter. Den minste avstanden vil særlig være avhengig av bølgelengden til den elektromagnetiske bestrålingen som brukes.

Ideelt induseres plasma som genereres i samsvar med foreliggende oppfinnelse til å strømme med et stabilisert mønster, hvilket utvider dets eksistens til utenfor plasmagenereringsstedene, og således muliggjør oppsamling av plasmaet i reaksjonskammeret. Fluidstrømmen i reaksjonskammeret muliggjør også en tilveiebringelse av en "reaksjonssone" i kammeret, hvor hovedandelen av de nødvendige reaksjonene vil skje. Predominant vil det være plasmaetterlyset som hersker i oppsamlingskammeret. Etterlyset er det området hvor plasma støttes av andre mekanismer enn den genererende eksiteringen. En slik oppførsel antas å støttes av den stabiliserende strømmen.

Med plasmakildene anordnet i en avstand fra et felles kammer, og med overføring og kombinering av plasmaskyer i det felles kammer hvor reaksjonen kan skje, med reaktanten eller reaktantene i en plasmatilstand, medfører oppfinnelsen en meget stor fleksibilitet hva angår grunnleggende aspekter av plasmaprosessen. Særlig vil dissosieringstrinnet i plasmaprosessen foregå på et sted som fysisk sett er adskilt fra reaksjonsprosessens rekombineringstrinn, og isolert fra miljøet hvor dissosieringen skjer. Dette muliggjør etablering av ulike prosessbetingelser for hvert trinn. Dette vil i sin tur muliggjøre ideelle betingelser for rekombinering i reaksjonskammeret, for derved å kunne fremme den ønskede reaksjonen/rekombinasjonen. Fleksibilitet muliggjøres derfor både potensielt sett for skalering opp og ned av størrelsen og utgangen fra reaktorbeholderen og hva angår type og område for kjemiske og fysiske reaksjonsprosesser som kan gjennomføres i reaksjonskammeret.

Til forskjell fra tidligere kjente plasmakamre som kombinerer et antall faselåste mikrobølgeplasmageneratorer, er det i foreliggende oppfinnelse ingen begrensning hva angår antallet mikrobølgeplasmageneratorer som kan kobles til det ene oppsamlingskammeret i tillegg til to. Den eneste praktiske begrensningen er størrelsen til oppsamlingskammeret, og de fysiske dimensjonene hva angår koblingen av en plasmadyse til oppsamlingskammeret, dvs. antall plasmadyser som fysisk kan anordnes rundt kammeret. I noen anvendelser kan antallet plasmadyser være begrenset av behovet for etablering av spesielle gasstrømegenskaper i reaksjonskammeret. I de her beskrevne spesielle utførelsene er fortrinnsvis minst fire plasmageneratorer koblet til et enkelt reaktorkammer.

Den totale plasmainngangen til oppsamlingskammeret kan være fra 1 KW og til flere MW, alt avhengig av anvendelsen, og vil være en funksjon av det antallet av plasmadyser som brukes.

Uttrykket "plasmadyse" skal her være ment å innbefatte enhver innretning som har en energiseringskilde (eksempelvis en magnetron) og som kan rette matefluider fra en inngangsåpning og gjennom et plasmagenererende område eller sone, og til en utgangsåpning.

Plasmadysen kan utformes for å fremme stabiliseringsstrøm i oppsamlingskammeret ved at det dannes et føringsrør der. Eksempelvis kan utformingen av dysen basere seg på et virvelrør hvor laterale innganger gir en utgående gasstrøm som har en kraftig virvelbevegelse. Alternativt kan dysene innbefatte et agiteringselement i røret, eksempelvis en spiralimpeller eller vifte.

Ideelt er dysetilpassingen for å fremme stabiliseringsstrøm plassert oppstrøms for plasmageneratoren. Et slikt arrangement medfører den ekstra fordelen at man øker matematerialets eksponering i plasmasonen, hvilket i sin tur vil gi en mer jevn prosess.

Stabiliseringsstrømmen er mest fordelaktig en virvelstrøm. Med det menes at gassen får en i hovedsaken skruelinjet strømningsform, med avtagende radius. Det er kjent at virvelstrømmer kan stabilisere plasma i en viss grad, men det har hittil ikke vært anerkjent at en slik stabiliseringsmekanisme kan ha den overraskende fleksibilitetsfordelen ved utforming av reaksjonsbeholdere, slik det er beskrevet her.

Alternativt, eller i tillegg, kan plasmageneratoren ifølge oppfinnelsen videre være utformet for å fremme en ekstra stabiliseringsstrøm inne i oppsamlingskammeret. Denne ekstra stabiliseringsstrømmen kan fremmes med strømningsegenskapene til den stabiliserende strømmen i dysene, og/eller ved hjelp av arrangementet av plasmadyser rundt oppsamlingskammeret og/eller hvordan de er koblet til kammeret. Dysene kan kobles slik til kammeret at matematerialet/plasmaet går inn i kammeret med en vinkel i forhold til kammerveggene, fortrinnsvis en tangential vinkel. Den ekstra stabiliseringsstrømmen kan også være en virvelstrømning. Alternative strømningsindusere, adskilt fra dysene, kan også tenkes, så som i form av et agiteringselement inne i reaksjonskammeret.

Fordelaktig har reaksjonskammeret krummede sidevegger. Eksempelvis kan kammeret ha en sylindrisk, toroidal eller til og med sfærisk form. Dette, i kombinasjon med stabiliseringsstrømmen, gir et stort potensiale for bedringer av et meget stort område kjemiske og fysiske prosesser. Fordelaktig vil plasmaskyen/etterlyset strekke seg ut fra dyseutløpet og inn i reaksjonskammeret, og bli tilformet av strømningsmønsteret slik at den strekker seg sideveis langs reaksjonskammerveggen. Mate-, samle- eller substratpartikler, eller andre reaktantmaterialer som strømmer rundt kammeret, vil da få en øket oppholdstid i et etterlysmiljø. Dette fordi de møter etterlyset fra suksessive dyser. Dette muliggjør en mer komplett plasmaprosess, og derved en bedret reaksjonseffektivitet. Dersom plasmadysene befinner seg tilstrekkelig nær, og/eller dersom skyen varer i en tilstrekkelig tid, vil disse individuelle skyene kunne samles for derved å danne en kontinuerlig plasmatorus i kammeret.

En annen fordel som oppnås med strømningsforholdene i kammeret, er at det i mange tilfeller kan muliggjøres en enkel separering av reaksjonsprodukter. Eksempelvis, dersom karbon og hydrogen er reaksjonsproduktene, kan karbonet tillates å samle seg og falle ned under påvirkning av tyngdekraften, mens hydrogenstrømmen vil bli rettet oppover. Utganger ved eller nær toppen og bunnen av kammeret muliggjør således at disse produktene kan fjernes mens plasmagenereringen og reaksjonen i reaksjonsbeholderen fortsetter. Det vil si at det muliggjøres produktuttak uten å stoppe reaksjonsprosessen. Potensialet for kontinuerlig kjøring vil i betydelig grad bedre produktiviteten.

I en annen utførelse kan stabiliseringsstrømmen kunne støtte et belte av partikler i suspensjon i kammeret. Disse partiklene kan da virke som et substrat for ett eller flere av reaksjonsproduktene, og bidra til deres utskillelse og fjerning fra kammeret. Dette muliggjør en kontinuerlig drift av reaksjonsbeholderen i motsetning til en mengdeprosess, som hittil har vært den eneste operasjonsmuligheten for slike reaksjonsbeholdere.

Reaksjonsbeholderen eller samlekammeret ifølge oppfinnelsen er ikke begrenset til den plasmatypen som brukes. Hver plasmatype kan innbefatte en lavvolumkilde eller en storvolumresonanskilde, eller det kan også dreie seg om en hvilken som helst annen egnet mikrobølgeplasmakilde. I virkeligheten kan i tillegg til mikrobølgeplasmakildene, reaksjonskaret ha andre ikke-mikrobølgeplasmakilder og plasmadyser. Det anses å være gunstig, for sannsynlige kommersielle anvendelser, å operere med atmosfæretrykk eller høyere. Et foretrukket driftsområde er 0,01-8 bar, men høyere driftstrykk (eksempelvis 10-25 bar) kan også tenkes.

Særlig er ifølge oppfinnelsen plasmakilden for hver dyse fordelaktig utviklet med bruk av en magnetron som mikrobølgekilden. Hver dyse innbefatter et materør hvor matematerialene strømmer, og hver magnetron kan innbefatte minst én bølgestyring som er dimensjonert for mikrobølgestråler, og er anordnet for å krysse materøret ved eller nær et sted hvor det elektriske feltet til mikrobølgebestrålingen er mest intens. En slik utførelse er enkel å implementere, og faktum er at slike mikrobølgekilder er lett og billig tilgjengelige.

I den foretrukne utførelsen av oppfinnelsen innbefatter materøret en virvelinduser som er anordnet ved eller nær der hvor materøret krysser magnetronbølgestyringen. Dette sikrer at stabiliseringsstrømmen (fortrinnsvis en virvel) induseres før plasmagenereringen, hvilket sikrer en bedre blanding av matematerialene med plasmaet, noe som i sin tur sikrer en bedre prosess.

Som nevnt, er det aksepterte området for mikrobølgestråler bølgelengder i området

1 meter til 1x10" meter. Ved bruk av dagens lett tilgjengelige innretninger, foretrekkes det at de mikrobølgene som brukes for generering av plasma i samsvar med oppfinnelsen, har bølgelengder i området 0,5 meter til 0,05 meter.

Mikrobølgeplasmageneratoren som brukes i plasmadysen, er fortrinnsvis en koaksial magnetron. Den energien som tilføres mikrobølgegeneratoren for hver plasmadyse er fordelaktig mellom 0,1 kW og 500 kW, mer særlig 0,5 kW til 120 kW, og mest foretrukket 1 kW til 75 kW.

I en foretrukket utførelse har hver plasmadyse i plasmareaktoren en mikrobølgeplasmagenerator. Man kan imidlertid også tenke seg at plasmareaktoren kan innbefatte ulike plasmakilder som er forbundet med samlekammeret, og at noen av disse ikke nødvendigvis er en mikrobølgeplasmagenerator. Det er mest foretrukket at ingen av mikrobølgeplasmageneratorene i plasmareaktoren er faselåst, men mer generelt bør ikke mer enn en liten andel av mikrobølgeplasmageneratorene som er forbundet med et felles reaksjonskammer, være faselåst.

Strømmen av materiale gjennom plasmadysen innbefatter fortrinnsvis et fluid, mer fortrinnsvis en gass. Videre inneholder strømmen gjennom den plasmagenererende sonen i plasmadysen fortrinnsvis én eller flere reaktanter. Avhengig av prosessreaksjonen, strømmer fordelaktig en hovedandel, eller ideelt sett alt, av i det minste én av reaktantene gjennom den plasmagenererende sonen. Reaktantene kan utgjøre mer enn 50 % av strømningen gjennom den plasmagenererende sonen, mer foretrukket mer enn 75 % av strømningen, og mest foretrukket mer enn 90 % av strømningen.

Fluidmatingen til plasmadysen foregår fortrinnsvis ved en temperatur på mellom -20°C og +600°C, mer foretrukket 0°C til 200°C, og mest foretrukket 50°C til 150°C.

Trykket i plasmadysen er fortrinnsvis fra 0,01 bar absolutt og til 8 bar absolutt, mer foretrukket fra 0,3 bar absolutt til 5 bar absolutt, og mest foretrukket fra 0,8 bar absolutt til 3 bar absolutt.

Den gjennomsnittelige oppholdstiden i plasmadysen kan være IO'<6>sekunder til 10"' sekunder, men er fordelaktig 2 x IO"<6>sekunder til 10"<2>sekunder. Det skal her være underforstått at den gjennomsnittelige oppholdstiden er avhengig av det materialet som ioniseres. Eksempelvis vil den spesifikke energien som går med for en fullstendig krakking av metan som går gjennom mikrobølgeplasmageneratoren ifølge oppfinnelsen med 100 % effektivitet, ligge på rundt 23 kJ/mol.

Mens volumet i reaktorkammeret i de enkelte tilfellene vil være avhengig av den tiltenkte anvendelsen og av prosesskravene i plasmareaktoren, vil når det dreier seg om en 2,45 GHz mikrobølgeplasmagenerator, mulige volumområder være 10"<3>m<3>tilIO3 m<3>, mer foretrukket IO"<2>m<3>til IO2 m<3>, mest foretrukket 1,5 m<3>til IO2 m<3.>Volumet i reaksjonskammeret bør ikke være mindre enn 5 x 10"<4>m<4>/dyse/KW, men kan være større enn dette, uten at det foreligger særlige begrensninger.

Oppholdstiden i reaksjonskammeret er avhengig av den reaksjonen eller de reaksjonene som skjer i kammeret, og av det ønskede utgangsproduktet, men kan være fra 0,1 sekunder og opp til flere timer.

Reaksjonskammeret (ofte betegnet her som etterlyskammeret eller samlekammeret) innbefatter ideelt sett en utgangskanal som går gjennom en øvre vegg i kammeret, og fortrinnsvis er anordnet sentralt. Utgangskanalen kan strekke seg med en på forhånd valgt eller justerbar lengde inn i kammeret. Utgangskanalen virker som et samlepunkt for gassformede utganger fra reaksjonskammeret. Dens høyde i kammeret kan innstilles for oppsamling av et bestemt gassprodukt. Inne i utgangskanalen kan det også anordnes et antall mindre rør, slik at det derved fremmes en virvelbevegelse som forblir i reaksjonskammeret, og ikke svekkes eller blir borte sammen med eksosgassutgangen.

Anordningen av én eller flere utganger fra reaksjonskammeret, muliggjør uttrekking av reaksjonsprodukter uten å stoppe eller forstyrre plasmagenereringen. Det vil si at dette kan skje uten at man påvirker den kontinuerlige kjøringen av prosessen. Produktuttak vil også kunne være ønskelig for å hindre tilstoppinger i systemet (eksempelvis i en karbongenereringsprosess), eller for å avlaste en trykkoppbygning (eksempelvis i en hydrogen- eller en annen gassproduksjonsprosess).

Plasmareaktoren kan videre innbefatte et sekundært kammer i fluidforbindelse med reaksjonskammeret. Det sekundære kammeret kan også innbefatte en utgangsåpning. I en foretrukket utførelse er det sekundære kammeret anordnet under reaksjonskammeret. En slik lavere åpning vil være ideelt plassert for uttrekking av faste produkter fra kammeret. Dessuten kan en sekundær virvelstrøm kunne trekkes ut gjennom denne utgangsåpningen, orientert sentralt i kammeret, for derved å fange opp et reaksjonsprodukt som skal oppsamles. For å hindre at gass går ut gjennom den nedre utgangsåpningen, kan åpningen være forsynt med en gassbegrensende ventil.

En oppsamlingshjelp, så som en elektrostatisk oppsamler, en pulverpresipitator eller et polymerdannende substrat, kan inngå i eller ha fluidforbindelse med det ene eller begge av de øvre og nedre kamrene. Dette utgjør et ytterligere middel for oppsamling av et utgangsprodukt avhengig av den reaksjonstypen som skjer i reaksjonskammeret. Eksempelvis vil en elektrostatisk plate eller ring trekke til seg faststoffer og derved fremme deres utskilling fra en gasstrøm.

For å muliggjøre innføringen av substrater eller andre materialer for produktsamling, kan reaksjonskammeret videre innbefatte en inngangskanal hvor det kan gå en sekundær strømning. Alternativt kan andre materialer føres inn i reaksjonskammeret via én eller flere av plasmadysene, som eventuelt eller ikke, aktivt genererer plasma samtidig.

Plasmareaktoren kan også innbefatte én eller flere atomiserings- eller fordampingsinnretninger som muliggjør at væsker kan behandles i samsvar med oppfinnelsen. Atomiserings- eller fordampningsinnretningene kan være plassert ved en plasmadyse eller ved et innløp til reaksjonskammeret.

Det foreslås også et system for fremstilling av hydrogen fra gassformet hydrokarbon, kjennetegnet av en gassforbehandlingsmodul som har fluidforbindelse med et gassreservoar og minst én hydrogengenerator, og en hydrogenetterbehandlingsmodul som har fluidforbindelse med en mateledning til generatoren og til en lager- og fordelingsmodul, hvilken hydrogengenerator innbefatter én eller flere plasmadyser, et reaksjonskammer som er koblet til hver av plasmadysene, idet hver plasmadyse innbefatter en mikrobølgeplasmagenerator, og et materør for retting av en strøm av det gassformede hydrokarbonet via plasmageneratoren og til respektive innløp i reaksjonskammeret, hvilken plasmagenerator i det minste delvis ioniserer gassformet hydrokarbon for dannelse av et plasma før det i det minste delvis ioniserte hydrokarbonet går inn i reaksjonskammeret, hvilket reaksjonskammer innbefatter minst et utløp via hvilket hydrogen føres til etterbehandlingsmodulen.

I én utførelse innbefatter forbehandlingsmodulen midler for forvarming av det gassformede hydrokarbonet, og etterbehandlingsmodulen innbefatter midler for kjøling av hydrogenet, fortrinnsvis en varmeveksler.

I én utførelse innbefatter systemet videre en ledning og et medium for transport av varmen som trekkes ut fra gassen ved hjelp av de nevnte kjølemidlene, og til et sted oppstrøms for hydrogengeneratoren, idet mediumet varmeveksles med det gassformede hydrokarbonet før dets inngang i hydrogengeneratoren.

Systemet innbefatter fordelaktig en tilbakeføringsledning i fluidforbindelse med mateledningen, og utformet for føring av i det minste en del av hydrogenet tilbake til hydrogengeneratoren.

I én utførelse innbefatter lager- og fordelingsmodulen hydrogenkompressor- og forsterkningsmidler, hydrogenlagringsmidler og hydrogenutgangsmidler. Et karbonreservoar er fortrinnsvis forbundet via en ledning med hydrogengeneratoren.

De nevnte og andre kjennetegn ved oppfinnelsen vil gå frem av den etterfølgende beskrivelse av et foretrukket utførelseseksempel, her gitt som et ikke-begrensende eksempel, under henvisning til tegningen, hvor

Fig. 1 er et blokkskjema som viser en utførelse av systemet og fremgangsmåten i samsvar med oppfinnelsen, Fig. 2 skjematisk viser en utførelse av en reaksjonsbeholder i samsvar med oppfinnelsen, Fig. 3a og 3b viser skjematisk elektrostatiske innretninger anordnet i det nedre kammeret, for oppsamling av utgangsprodukter i en partikkel- eller pulverform, Fig. 4a viser skjematisk en pulverpresipitator og -oppsamlingsinnretning, anordnet i fluidforbindelse med den nedre utgangsåpningen, Fig. 4b viser skjematisk et arrangement for føring av presipitert pulver fra den nedre utgangsåpningen og inn i det øvre området i reaksjonskammeret, Fig. 5a og 5b viser skjematisk alternative utførelser av oppfinnelsen, og viser ulike arrangementer av plasmadyser rundt reaksjonskammeret, Fig. 6 viser skjematisk et eksempel på en anordning med et plasmagenererende område, egnet for inkorporering i dysene, Fig. 7 viser skjematisk et andre eksempel på en anordning av et plasmagenererende område, egnet for bruk i samsvar med oppfinnelsen, Fig. 8 viser skjematisk en komponent i plasmadysen, utformet for å rette mategasser i en virvelstrømbevegelse gjennom det plasmagenererende området, og Fig. 9 viser skjematisk en alternativ komponent i plasmadysen, utformet for å rette mategasser i en virvelstrømbevegelse gjennom det plasmagenererende området.

I fig. 1 innbefatter systemet ifølge oppfinnelsen generelt en plasmareaktor 100, for-og etterbehandlingsmoduler 2, 3, og en lager- og fordelingsmodul 5. Driften av modulene i systemet styres med en styre- og overvåkingsmodul 4, via kommunikasjonslinjene 41.

En hydrokarbongass, fortrinnsvis en naturlig gass så som metan, føres fra et reservoar 66 via en mateledning 67 og inn i forbehandlingsmodulen 2. Reservoaret 66 kan være en egnet beholder nær eller i nærheten av forbehandlingsmodulen, eller kan innbefatte en gassleveringsledning som er forbundet med en fjerntliggende kilde.

I forbehandlingsmodulen 2 utsettes gassen for skrubbing, tørking og separering på kjent måte innenfor teknikken, før gassen føres inn i plasmageneratoren 100 gjennom mateledningen 63.

Fig. 2 viser i et perspektivriss en utførelse av en plasmareaktor 100 i samsvar med oppfinnelsen. Plasmareaktoren 100 innbefatter en inngangskanal 103, hvorigjennom mategass strømmer til en ringformet manifold 104. Et antall plasmadyser 105 forbinder manifolden 104 med et reaksjonskammer 102.1 en bestemt utførelse (ikke vist i fig. 2), brukes det fire plasmadyser med 35 mm diameter. Det kan også brukes et større eller mindre antall dyser enn det som er vist, og diameterne kan ligge innenfor området 25 mm til 50 mm. Reaksjonskammeret 102 kan fordelaktig i denne utførelsen ha en diameter på 500 mm, men denne diameteren kan ligge i området eksempelvis 250 mm til flere meter, avhengig av den ønskede produksjonsmålestokken.

I hver plasmadyse 105 kan mategassene selektivt og styrbart eksiteres for derved å danne plasma i en plasmagenereringssone eller -område, en prosess som vil bli

forklart nærmere nedenfor. I hver plasmadyse er den minste skilleavstanden mellom et plasmagenererende område og innløpet til reaksjonskammeret (dvs. dyseutløpet) den minste avstanden som er nødvendig for å sikre en elektromagnetisk isolasjon av de enkelte mikrobølgefeltene i plasmadysene. Den maksimale skilleavstanden vil være avhengig av plasmatilstandens varighet, som i sin tur er avhengig av i det minste plasmaens energi, og av hastigheten og stabiliteten til matestrømmen. Fortrinnsvis er avstanden som skiller det plasmagenererende området fra reaksjonskammeret i hver dyse mellom 0,05 meter og 1 meter, mer foretrukket mellom 0,05 meter og 0,5 meter, og enda mer foretrukket mellom 0,02 meter og 0,2 meter.

Hver dyse 105 har en virvelinduser 110 som er plassert ved innløpet til dysen eller mellom dyseinnløpet og det plasmagenererende området (ikke vist i fig. 2) i dysen. Virvelinduseren 110 er utformet for å fremme at mategassen strømmer med en virvelbevegelse. Denne virvelbevegelsen stabiliserer det plasmaet som genereres i dysen. Dette skjer på en slik måte at plasmaet støttes og holdes i en ionisert tilstand når det strømmer inn i reaksjonskammeret 102. Derfor er plasmaet reaktivt i en viss del av tiden i reaksjonskammeret 102. Ideelt sett er rotasjonsretningen for hver virvelstrøm i dysene slik at virvelstrømmen på en positiv måte kan bidra til en generell stabilisering av plasmaet i reaksjonskammeret.

Under reaksjonskammeret 102, er det plassert et nedre kammer 108 som kan brukes for separering av reaksjonsprodukter. Eksempelvis kan et fast reaksjonsprodukt separeres ut i det nedre kammeret, slik det vil bli forklart nærmere nedenfor. Det er ønskelig å kunne etablere en roterende fluidstrøm hvis rotasjonsplan i hovedsaken er horisontal i eller går i spiralform i reaksjonskammeret, og reaksjonskammeret 108 med det tilhørende nedre kammeret 108 danner således fordelaktig en syklon for oppsamling av faste partikler. Det faste produktet går gjennom en gassbegrensningsventil 106, eksempelvis en rotasjonsventil, og til en nedre utgangsåpning 107.

Over reaksjonskammeret 102 er det anordnet en øvre utgangsåpning 101, som i denne utførelsen av oppfinnelsen brukes for oppsamling av gassreaksjonsprodukter (som hindres i å gå ut gjennom den nedre utgangsåpningen 107 som følge av rotasjonsventilen 106).

Driften av plasmareaktoren vil nå bli beskrevet nærmere under henvisning til fig. 2.

Tilførsel av gass som skal behandles går inn i manifolden 104 gjennom inngangskanalen 103, og under et styrt trykk, typisk mellom 1 og 2 bar absolutt. Strømningsraten til den innmatede gassen innstilles i samsvar med ulike reaksjonsbetingelser, eksempelvis: energien til plasmageneratoren (dvs. det nevnte plasmagenererende området), den kjemiske sammensetningen til den innførte gassen, og de ønskede reaksjonsresultatene. Når det eksempelvis brukes en 6 kW magnetron for plasmagenereringen, kan gasstrømmene typisk innstilles mellom 10 l/min. til 100 l/min. pr. dyse.

Fra manifolden 104 går gassen så gjennom plasmadysene 105.1 plasmadysene blir gassen først agitert slik at den får et stabiliserende strømningsmønster, så som en virvelstrømbevegelse, ved hjelp av virvelinduserne 110, og blir så eksitert til et plasma i plasmagenereringsområdet. Resultatet er en beveget sky av dissosiert og/eller delvis dissosiert gass, som fortsetter sitt strømningsmønster mot reaksjonskammeret 102. Plasmaets strømningsmønster øker plasmaets stabilitet i den forstand at gassene holdes i plasmatilstanden nedstrøms for det plasmagenererende området, og inn i reaksjonskammeret 102. En slik stabilisering muliggjør at de ioniserte gassene kan forbli konsentrert både etter plasmageneratoren og i reaksjonskammeret, slik at man derved utvider det aktive området hvor reaksjonene kan skje.

I reaksjonskammeret 102 kan komponentene i den dissosierte gassen separeres eller rekombineres for dannelse av andre produkter, eller de kan reagere med et substrat eller en annen substans som innføres i kammeret 102, alt avhengig av hva den ønskede reaksjonen krever. Uansett reaksjonsrute, blir produktene trukket ut gjennom en øvre utgangsåpning 101 eller gjennom en nedre utgangsåpning 107.

Magnetronene i den foran beskrevne utførelsen er 6 kW-magnetroner, men det kan også brukes alternative magnetronkilder opp til 100 kW eller til og med mer, alt avhengig av tilgjengeligheten. Magnetronen kan være av en type som leverer en konstant kraft, eller det kan være en pulset magnetron som gir toppkraftverdier med bestemte intervaller. Eksempelvis kan en 1 kW pulset magnetron drives for generering av krafttopper på 10 kW i regulære intervaller. I denne beskrivelsen skal således referanser til magnetronkraften (kW) underforstås å være elektromagnetisk energi, uavhengig av hvorvidt energien tilveiebringes med en pulset magnetron eller en magnetron med konstant kraft. Høyere fluidstrømningsrater gjennom dysene og i reaksjonskammeret foretrekkes for høyere verdier av den elektromagnetiske energien.

Adskillelsen mellom de plasmagenererende områdene og reaksjonskammeret har en dobbelt virkning. For det første vil plasmautgangen fra dysene være additiv. Det vil si at hver dyse 105 fører sin plasma inn i reaksjonskammeret 102, og at plasmavolumet i reaksjonskammeret blir multiplisert proporsjonalt med antall plasmadyser som brukes.

For det andre, er reaksjonskammeret ikke på noen måte begrenset av den fremgangsmåten hvormed plasma genereres, da særlig bølgelengden til mikrobølger som brukes for genereringen. Dette betyr at utformingen av plasmareaktoren vil være meget fleksibel, og muliggjøre at den lett kan tilpasses den reaksjonen som skal skje der. Eksempelvis kan et substrat innføres i kammeret, enten direkte eller via plasmadysene, eller det kan brukes en gasstrøm for innfanging av bestemte produkter.

I andre driftsmodus kan ulike materialer innføres i ulike plasmadyser rundt reaksjonskammeret. Dette muliggjøres at kammerbetingelsene kan innstilles slik at det muliggjøres at det foregår mer komplekse reaksjoner. Innenfor konteksten hydrogengenerering, vil det i visse tilfeller være fordelaktig å introdusere et karbonsubstrat i kammeret.

De foran nevnte dimensjoner og verdier for parametere som brukes for reaksjonsbeholderen, er bare belysende for én bestemt utførelse, og er ikke ment å være begrensende. Systemet som beskrives, kan lett oppskaleres. Eksempelvis kan 6 kW-magnetroner som arbeider med 2450 MHz, erstattes med 1 kW- til 30 kW-magnetroner. Enda større magnetroner som er tilgjengelige mellom 35 kW og 100 kW, og som arbeider med lav frekvens, kan brukes for større dyser, over 100 mm diameter. Reaksjonskammeret kan skaleres opp i størrelse proporsjonalt med, og i samsvar med antall dyser som tilordnes.

Stabiliseringen av plasmaet er et viktig trekk i forbindelse med utskillelsen av plasmaetterlys fra energiseringskilden, fordi den muliggjør at den reaktive fasen til mategassen kan opprettholdes i reaksjonskammeret 102, i en avstand fra det plasmagenererende området. En virvelbevegelse, som helt enkelt er en fluidbevegelse med et grovt skruelinjeformet mønster, er kjent å danne en relativt stabil strømningsstruktur. Denne strukturen kan lett trekkes gjennom dysenes plasmagenererende område, og skruebevegelsen vil sikre en jevn fordeling av mategass som utsettes for eksiteringskilden. Virvelen bør holde seg helt til plasmaet er komfortabelt inne i reaksjonskammeret 102. Naturligvis vil den tiden som er nødvendig være avhengig av faktorer så som virvelhastighet og den begynnende gasstrømmen.

Når man ser på stabiliseringen, er det nødvendig å ta hensyn til balansen som skal forekomme mellom brenseltilførselen til reaksjonen og dannelsen av plasmaet. En øking av strømmen gjennom dysenes plasmagenererende område vil overføre plasma raskere, hvilket i sin tur vil redusere behovet for virvelstabilisering. En øket strømning betyr imidlertid et øket energikrav i anordningen for generering av plasmaet som følge av energien for ioniseringen, slik at man unngår en redusering av plasmadensiteten.

Det er naturligvis mulig med andre stabiliseringsmetoder, selv om virvelstrømmen foretrekkes. Det kreves helt enkelt at strømmen påføres en ytre kraft for å holde plasma "skyen" i en spesiell form, som bibeholdes når plasmaet strømmer inn i reaksjonskammeret 102. Eksempelvis kan det brukes en magnetkraft eller en sonisk strøm. Magnetkrefter brukes typisk i det elektron-syklotron-resonans-plasmakildesystemet som typisk brukes i lavtrykkmikrobølgeplasmasystemer, som er kjent og tilgjengelige.

I reaksjonskammeret 102 vil plasmaskyen strekke seg fra dysene 105 og så frem til nær reaksjonskammerveggen. Dette gir utvidede plasmaområder som er fordelt langs veggen. Avstanden mellom dysene rundt reaksjonskammeret vil bestemme formen og intensiteten til den eller de plasmaskyene som ligger i kammeret. Særlig gjelder at hver sky som går ut fra den respektive dysen, kan gå sammen med naboene for på den måten å tilveiebringe en kontinuerlig toroidal plasmasone som er lokalisert nær veggen i reaksjonskammeret.

En praktisk anvendelse hvor plasmareaktoren egner seg særlig, er produksjon av hydrogen fra en hydrokarbongass, så som metan. Metan føres inn i manifolden 104, og inn i dysen 105, og derfra inn i reaksjonskammeret 102 som et plasma, i samsvar med den plasmagenererende prosessen som er beskrevet foran. Når plasmaet genereres, begynner reaksjonen i plasmaet for dannelse av dissosiert karbon og hydrogen, og den fortsetter i reaksjonskammeret 102. Hydrogengass samles opp gjennom den øvre utgangsåpningen 101, og går derfra til etterbehandlingsmodulen 3, som beskrevet foran under henvisning til fig. 1.

I én utførelse, som er vist i fig. 3a og 3b, er én eller flere elektrostatiske plater eller ringer forbundet med en egnet krafttilførsel (ikke vist) og plassert i det nedre kammeret 108, for derved å øke oppsamlingen av dissosiert karbon. Fig. 3a viser to elektrostatiske ringer 131, 132, mens fig. 3b viser to elektrostatiske plater 133, 134. Det dissosierte faste karbonet tiltrekkes til denne platen eller ringen, hvor det således fordelaktig avsettes. Ringen kan fjernes og erstattes etter behov. Karbonet kan lett omdannes til produkter så som aktivkull eller sot. Disse karbonproduktene er fordelaktige sammenlignet med dagens tilgjengelige kommersielle produkter, fordi de er fri for svovel- og oksygenurenheter.

Fig. 4a viser et alternativt middel for oppsamling av dissosiert karbon, her i form av en pulverpresipitator 140, som er fluidforbundet med den nedre utgangsåpningen 107. En pulveroppsamler 141 er forbundet med presipitatoren.

I én utførelse kan pulveret brukes som en reaktant i plasmaet, idet det da føres inn igjen i reaksjonskammeret 102. Dette er vist i fig. 4b, hvor det er vist en fluidledning 160, hvis ene ende er forbundet med pulverpresipitatoren 140, via en pumpe 150, og hvis andre ende er forbundet med reaksjonskammeret 102 via inngangsåpningen 111. Inngangsåpningen er fordelaktig forsynt med en egnet dyse, eksempelvis en dyse 152 av eduktortypen.

Alternative orienteringer av plasmadysene 105 i forhold til reaksjonskammeret 102, er vist i fig. 5a og 5b. I fig. 5a er det viste arrangementet et reaksjonskammer 102a med flere startspiraler. Virvelstrømmen som utvikles i dysen, blir i denne formasjonen 102a utviklet videre i reaksjonskammeret 102. Dette kan være gunstig for noen prosesser. Det alternative arrangementet i fig. 5b gir en sterkere aksial strøm i reaksjonskammeret 102. Dette egner seg bedre for syngassdannelse i motsetning til en formasjon av fast karbon, med bruk av de eksemplene som er beskrevet foran. Fagfolk vil forstå at dyseutførelsene mellom disse to ekstreme typene, ligger innenfor et område av mulige utførelser.

Ved hjelp av dysearrangementet kan fluidstrømmen i reaksjonskammeret opprettholdes. Under visse forhold kan denne strømmen være tilstrekkelig til å støtte et suspendert belte bestående av introduserte partikler, som vil kunne virke som et substrat for ett eller flere av reaksjonsproduktene. Alternative midler for opprettholdelse av en fluidstrøm i reaksjonskammeret, innbefatter mekaniske mekanismer, et skovltypebeveget substrat, en tilveiebrakt strøm av injiserte substratpartikler, eller en annen stråle som ikke er en plasmadyse, et bevegbart elektromagnetisk felt som påvirker magnetiske partikler i suspensjon.

Reaksjonskammeret 102 i denne utførelsen har en toroidal form, men kan alternativt ha en sfærisk eller sylindrisk form, eller en annen form, fortrinnsvis med krummede vegger.

For å kunne redusere eller hindre dannelsen av karbon i området ved dyseutløpet, kan forholdet mellom antall dyser og reaksjonskammerets diameter bestemmes slik at dyseutløpene vil være optimalt avstandsplassert i forhold til hverandre rundt omkretsen til reaksjonskammeret. Slike dyseavstandsforhold ligger typisk mellom 1 og 30 dysediametere.

I eksemplene i fig. 5a og 5b er det vist fire plasmadyser 105 som er åpne mot reaksjonskammeret 102, men dette antallet er bare for å belyse utførelsen. Det kan tenkes bruk av mange flere dyser. Den begrensende faktoren er i hovedsaken hvor mange dyser som kan anbringes rundt kammeret 102. Det er naturligvis heller ikke nødvendig at alle dysene brukes for generering av plasma. I et kammer med eksempelvis ti dyser, kan således eksempelvis bare fem brukes for plasmagenereringen i forbindelse med én bestemt reaksjon. Resten av dysene vil være lukket for å hindre at mategassene går forbi de plasmagenererende områder i de aktive dysene og inn i kammeret. Alternativt, som beskrevet foran i forbindelse med fig. 4b, behøver dysene ikke brukes for plasmagenerering, men kan brukes for injisering av substratpartikler eller for injisering av gasser (herunder gasser fra reaksjonskammerets utgang), for på den måten å tilføre reaktanter og/eller øke den kinetiske energien i reaksjonskammeret.

Som nevnt foran er en adskillelse mellom plasmagenereringen og reaksjonskammeret et sentralt punkt i oppfinnelsen, idet det muliggjør at dysene kan levere et ekstra bidrag til plasmagenereringen. Strukturene til disse dysene skal derfor nå beskrives nærmere under henvisning til fig. 6-9.

Fig. 6 og 7 viser mulige arrangementer for anordninger i det plasmagenererende området. Begge baserer seg på mikrobølgeplasmagenerering. Figurene 8 og 9 viser eksempler av virvelindusere 110.

I fig. 6 er det vist en magnetron 301 og en bølgestyring 302, utformet som en plasmagenerator. Magnetronen 301 er en konvensjonell

mikrobølgegeneratorstruktur, tilsvarende dem man kan finne i mikrobølgeovner. Magnetronen genererer et elektromagnetisk felt ( E- fe\ t) på kjent måte. I dette arrangementet er magnetronen 301 åpen mot en standard bølgestyring 302, hvis lukkede ende 304 danner en kvartbølgedel. Magnetronen kan levere energi i området 1 kW til 75 kW. Et egnet dielektrisk rør 303, eksempelvis et kvartsrør, er

plassert på et sted hvor E-feltet har et maksimum, dvs. en kvart bølgelengde fra den lukkede enden 304, slik at derved jE-feltintensiteten medfører at gass i røret 303 blir ionisert. Gassen som skal behandles, går inn i røret 303, og derfra til hvor røret 303 krysser bølge styri ngen 302, og til et utløp 305. Gassen har nå en dissosiert form. Et eksempel på en egnet bølgestyring er Surfaguide™ som leveres av Sairem.

Kvartsrøret 303 kan eventuelt erstattes med et rør av et annet materiale, som er elektrisk isolerende, og som har en lav dielektrisk konstant ved den foretrukne driftsfrekvensen.

En ulempe i forbindelse med kommersielt tilgjengelige mikrobølgekilder, nemlig ved at de har liten energi, overvinnes med oppfinnelsen ved at utgangene fra de enkelte plasmageneratorene adderes. Denne fordelen er betydelig. De største kommersielt tilgjengelige magnetroner ligger i området 75-120 kW. Bruk av et antall slike magnetroner, eksempelvis ti stykker, orientert rundt et reaksjonskammer, muliggjør generering av en plasmasone med MW-intensitet.

Fluidpassasjen i hver dyse er fortrinnsvis rett, og dy sedi am eteren i den plasmagenererende sonen ligger fortrinnsvis mellom 5 mm og 100 mm, mer foretrukket mellom 10 mm og 50 mm, og mest foretrukket 30 mm til 40 mm for en 6 kW magnetron.

Den mikrobølgeplasmageneratoren som benyttes i plasmadysen, er fortrinnsvis en koaksial magnetron. Videre har de mikrobølgene som genereres og brukes i plasmadysene fortrinnsvis en innretningsbølgelengde på mellom 0,01 meter og 1 meter, mer foretrukket 0,05 meter til 0,5 meter, og mest foretrukket 0,1 meter til 0,3 meter. Den energien som tilføres mikrobølgegeneratoren i hver plasmadyse, ligger fortrinnsvis mellom 0,1 kW og 500 kW, mer foretrukket 0,5 kW til 120 kW, og mest foretrukket 1 kW til 75 kW.

Materialstrømmen gjennom plasmadysen innbefatter fortrinnsvis et fluid, mer foretrukket en gass. Videre inneholder fortrinnsvis strømmen gjennom plasmadysens plasmagenererende sone én eller flere reaktanter. Fortrinnsvis går en hovedandel, eller ideelt sett alt, av i det minste én av reaktantene gjennom den plasmagenererende sonen. Reaktantene kan utgjøre mer enn 50 % av strømmen gjennom den plasmagenererende sonen, mer foretrukket mer enn 75 % av strømmen, og mest foretrukket mer enn 90 % av strømmen.

Det fluidet som går til plasmadysen har fortrinnsvis en temperatur på mellom -20°C og +600°C, mer foretrukket 0°C til 200°C, mest foretrukket 50°C til 150°C. Trykket i plasmadysen er fortrinnsvis fra 0,01 bar absolutt til 8 bar absolutt, mer foretrukket fra 0,3 bar absolutt til 5 bar absolutt, og mest foretrukket fra 0,8 bar absolutt til 3 bar absolutt. Volumet til det plasmagenererende området er fortrinnsvis mellom 2 x IO-6m<3>/kW og 10 x IO-6m<3>/kW, mer foretrukket 4 x IO-<6>m<3>/kW - 10 x IO'<6>m<3>/kW, og mest foretrukket 6 x IO"<6>m<3>/kW - 10 x IO"<6>m<3>/kW. Den gjennomsnittelige oppholdstiden i plasmadysen kan være IO'<6>sekunder til 10"1 sekunder, alt avhengig av det materialet som skal ioniseres.

Eksempelvis vil den spesifikke energien som går med for fullstendig krakking av metan som går gjennom mikrobølgeplasmageneratoren ifølge oppfinnelsen med 100 % effektivitet, være ca. 23 kJ/mol.

Volumet i reaktorkammeret vil i hvert tilfelle være avhengig av den beregnede anvendelsen, og av prosesskravene til plasmareaktoren, og i tilfelle av en 2,45 GHz mikrobølgeplasmagenerator ligger volumene eksempelvis i området 10"<3>m<3>til 10<3>m<3>, mer fortrinnsvis IO"<2>m<3>til IO2m<3>, mest foretrukket 1,5 m<3>til IO<2>m<3>. Imidlertid er volumet i reaksjonskammeret fortrinnsvis ikke mindre enn 5 x IO'<4>m<3>pr. dyse pr. kW, men kan være større, uten begrensning.

Oppholdstiden i reaksjonskammeret vil være avhengig av reaksjonen eller reaksjonene som foregår i kammeret, og av det ønskede utgangsproduktet, men kan være fra 0,1 sekunder til flere timer.

Arrangementet i fig. 7 representerer en forbedret plasmagenerator som drives med to små magnetroner. De to magnetronene (ikke vist) er anordnet for mating av et felles kvartsrør 404 uten innbyrdes forstyrrelser eller krav om kompliserte fase- og frekvenslåsesystemer. Hver plasmadyse i reaktoren i fig. 2 kan være av en slik type, og da vil reaktoren kunne generere betydelig mer energi enn en reaktor hvor det benyttes plasmadyser av den typen som er vist i fig. 6.

I fig. 7 er to bølgestyringer 405 og 406 utformet avsmalnende slik at /T-feltet intensiveres i området ved det felles kvartsrøret 404. Gass som skal behandles går gjennom kvartsrøret 404 fra manifolden 104, i den retningen som er indikert med pilen 402, mot reaksjonskammeret 102. Gassen går først gjennom et plasmagenererende område som tilveiebringes med magnetronbølgestyringen 405, og går så gjennom et plasmagenererende område som dannes av magnetronbølgestyringen 406. Det foretrekkes at de to plasmagenererende områdene skal ligge nær hverandre, slik at det dannes en enkelt plasmasky mellom de to plasmagenererende områdene. Dette betyr ikke at bølgestyringene 405, 406 må være antiparallelle, som vist i fig. 7. Den der viste orienteringen er bare ment for belysning av anordningen. Med en slik anordning kan intensiteten og omhyllingen (lengden) til generert plasma økes.

Som tidligere nevnt er det kjent andre utførelser av plasmageneratorer som også egner seg for bruk med oppfinnelsen. En produksjon i en kommersiell målestokk krever imidlertid en høy gjennomgang av mategass, og det foretrekkes derfor en plasmagenerator som arbeider ved eller over atmosfæretrykk. Mikrobølger er særlig effektive generatorer for atmosfærisk plasma for breselgassbehandling.

I fig. 8 er det vist en første utførelse av en virvelinduser som inngår i plasmadysen 105 foran det plasmagenererende området. Dersom den brukes i kombinasjon med generatorene i fig. 6 og 7, er virvelinduseren plassert i kvartsrøret 304, 404, oppstrøms for de plasmagenererende områdene. Hensikten med virvelinduseren er å agitere mategassen for dannelse av en stabiliserende strøm så som en virvelstrøm, når den går gjennom plasmasonen. Virvelinduseren innbefatter et antall spalter 502

i et fremspring 501. En koblingsflens 503, som kan være eksternt avkjølt, muliggjør en fleksibel avtetning slik at derved kvartsrøret 303, 404 ikke vil bli skadet når det krymper, og således vil forbli tett under en ekspandering, som skyldes temperaturvariasjoner som er vanlige i forbindelse med plasmagenereringen. Gass drives under trykk inn i fremspringet 501, og tvinges til å gå ut gjennom spaltene 502, slik at det derved induseres en i hovedsaken skruelinjeformet strømning. Pakningen 503 hindrer tilbakestrømning til manifolden.

En alternativ virvelinduser 110 er vist i fig. 9. Den baserer seg på en liten utgave av et Hilsch-rør, som er kjent for indusering av kraftige virvelbevegelser i gasstrømmer. Komprimert gass føres tangentielt til et med en større diameter utformet rør 600 langs armene 601a, b, c, d. Gassen går ut som en virvelstrøm, både fra røret 600 og fra et hosliggende rør 602 som har en mindre diameter. Gass fra det mindre røret 602 har en mer kraftig virvling, og føres til det plasmagenererende området. Gass som går ut fra det store røret 600, resirkuleres.

Det kan også tenkes alternative utførelser av virvelinduserne, eksempelvis en spiralimpeller, et virvelrørarrangement eller et enkelt viftearrangement. Det som er viktig er at mategassen gis en stabiliserende strømning før den går gjennom dysens plasmagenererende område. Hensikten er tofold. For det første er hensikten å stabilisere plasmaet i kvartsrøret 303, 404, og å sikre at det opprettholdes i reaksjonskammeret. For det andre er det en hensikt å sikre at all mategass går gjennom det plasmagenererende området, hvorved behandlingsjevnheten bedres.

Av foregående beskrivelse kan man utta at det foreligger eller kan utvikles mange brukbare anvendelser av en plasmagenerator i samsvar med oppfinnelsen. Særlig gjelder at utførelser av oppfinnelsen kan brukes for dissosiering av mategasser så som metan, naturgass og biogass, med en hittil ikke kjent effektivitet. De dissosierte produktene kan rekombineres for å danne rene brensler så som hydrogengass og verdifulle biprodukter så som høykvalitetsot.

Oppfinnelsen kan tilpasses mange driftsskalaer. Småskaladrift kan brukes for fordelte brenselforråd opprettet etter behov, så som hydrogenfyllestasjoner for fremtidlige transportsystemer som baserer seg på hydrogen som et brensel. Alternativt kan oppfinnelsen realisere små husholdningsskalasystemer integrert med brenselceller for fremstilling av ren og miljøriktig elektrisitet og vann. Storskaladrift kan tenkes for sentraliserte produksjonssystemer for ren hydrogen.

Som følge av den additive naturen til plasmadysene, som muliggjør at plasmareaktoren ifølge oppfinnelsen kan skaleres opp, vil det kunne være mulig at plasmareaktoren retroutstyres i eksisterende anlegg, og integreres i fremtidige anlegg i industrier i kommersiell målestokk.

Selv om plasmareaktoren her er beskrevet prinsipielt i forbindelse med bruken av mikrobølgeplasmagenererende kilder, så kan man tenke seg at plasmareaktoren ifølge oppfinnelsen kan bruke andre typer plasmakilder i kombinasjon med to eller flere mikrobølgeplasmadyser. Et eksempel på en ikke-mikrobølgeplasmakilde er som følger: tre elektroder anordnet i et plan slik at de har lik innbyrdes avstand med et plasmagenererende område i planet for de tre elektrodene, og i like avstander fra disse. Et elektrisk isolert rør av et egnet inert materiale, så som en keram, anordnes langs en akse 90° i forhold til de tre elektrodenes plan, og krysser dette planet. Røret brukes for en gasstrøm som går gjennom det plasmagenererende området. En høyspent likestrøm, vekselstrøm (som kan være en trefasestrøm) eller pulset likestrøm, legges på elektrodene, slik at det derved mellom elektrodene tilveiebringes en lysbue som går gjennom åpningen i røret, og gjennom den plasmagenererende sonen. Lysbuen ioniserer gassen som går i det plasmagenererende området mellom elektrodene, slik at det derved tilveiebringes et plasma. Den spenningen som legges på elektrodene må være større enn nedbrytningsspenningen for den gassen som strømmer mellom elektrodene, og strømmen må begrenses ved hjelp av en strømstyringskrets, slik at derved energien som overføres til plasmaet blir styrt i samsvar med den ønskede reaksjonen. Når det brukes enten vekselstrøm eller likestrøm, så vil plasmaet i overveiende grad være termisk. Brukes det en pulset likestrøm, så fremstilles det også en viss grad av ikke-likevektsplasma. Man vil forstå at plasma som genereres kan stabiliseres ved hjelp av samme eller lignende metoder som beskrevet foran.

I fig. 1 genereres hydrogengass med plasmageneratoren 100, og går via en mateledning 61 til en etterbehandlingsmodul 3. Produsert karbon føres inn i et reservoar 91, gjennom egnede ledninger 9.

I etterbehandlingsenheten 3 blir det produserte hydrogenet først avkjølt ved hjelp av en varmeveksler (varmegjenvinningsenhet) (ikke vist), og blir så filtrert

(eksempelvis ved hjelp av elektrostatiske presipitasjonsmetoder) før hydrogenet går til en rensefase (eksempelvis innbefattende flertrinns

palladiumlegringsdiffusjonsceller), og går så til lagrings- og fordelingsmodulen 5 gjennom ledningen 81. Eventuelt kan en del av hydrogenet føres tilbake til plasmareaktorens inngangsåpning gjennom returledningen 65. Etterbehandlingsenheten 3 kan også innbefatte en elektrostatisk presipitasjonsenhet (ikke vist i fig. 1) for oppsamling av eventuelt restkarbon i hydrogenstrømmen. Det innfangede karbonet føres til karbonreservoaret 91 via mateledningen 9.

Varme som genereres som følge av gasskjølingen i etterbehandlingsmodulen 3, kan eventuelt resykleres ved hjelp av en varmeveksler (ikke vist). Eventuelt kan uttrukket varme føres tilbake til forbehandlingsmodulen 2 gjennom ledningen 64 (som fører et egnet varmetransportmedium av kjent type), hvor varmen kan brukes for tørking av mategassen. Den genererte varmen kan (eventuelt) også føres til plasmareaktoren 100 (via ledningen 68), hvor varmen fordelaktig kan brukes for forvarming av mategassen før denne går inn i det plasmagenererende området.

Lagrings- og fordelingsmodulen 5 innbefatter en kompressor 83 og en forsterker 84, en lagringsbeholder 82, forbundet med ledningen 81a, og en utgangsfasilitet 85, hvorfra det genererte hydrogenet kan leveres til en forbruker gjennom utløpet 81b, slik det er vist i fig. 1.

Man kan tenke seg endringer av de foran beskrevne plasmareaktorene uten at man derved går utenfor den inventive ramme som definert med patentkravene. Man vil også forstå at andre prosesser enn de som er beskrevet foran, kan gjennomføres ved hjelp av plasmareaktoren ifølge oppfinnelsen.

Claims (39)

1. Anordning (100) for fremstilling av hydrogen fra en gass som innbefatter hydrokarbon, karakterisert vedmidler (63; 103) for tilknytning til et forråd av gassformet hydrokarbon, tilkoblede plasmadyser (105), og et reaksjonskammer (102) i fluidforbindelse med hver av plasmadysene, idet hver plasmadyse innbefatter en mikrobølgeplasmagenerator (301, 302) og et materør (303) for retting av en strøm av det gassformede hydrokarbonet via plasmadysene og til respektive innløp i reaksjonskammeret, idet plasmadysene i det minste delvis ioniserer gassformet hydrokarbon for dannelse av et plasma før det i det minste delvis ioniserte hydrokarbonet går inn i reaksjonskammeret, og reaksjonskammeret innbefatter minst ett utløp (101) via hvilket hydrogen oppsamles, slik at hydrogen kan fremstilles kontinuerlig, og uten dannelse av oksider av karbon.

2. Anordning ifølge krav 1, hvor plasmadysene (105) er utformet for fremming av en plasmastabiliserende strøm i materøret (303).

3. Anordning ifølge krav 2, hvor plasmadysene (105) er utformet for fremming av en stabiliserende strøm med tilforming av materøret.

4. Anordning ifølge krav 2 eller 3, hvor plasmadysene (105) er utformet for å fremme stabiliserende strøm med inkorporering av et agitasjonselement (110) i materøret.

5. Anordning ifølge et av kravene 2-4, hvor den plasmastabiliserende strømmen er en virvelstrøm.

6. Anordning ifølge et av de foregående krav, hvor reaksjonskammeret (102) har krummede sidevegger.

7. Anordning ifølge et av de foregående krav, hvor materøret innbefatter en inngangsåpning for reaktanter, så som substratpartikler, nedstrøms for plasmageneratoren, hvilken inngangsåpning er anordnet slik at strømmen av reaktantmaterialet inn i materøret vil støtte opprettholdelsen av den plasmastabiliserende strømmen i materøret.

8. Anordning ifølge krav 7, hvor dysen og dens innløp til reaksjonskammeret er innrettet koaksialt relativt reaksjonskammeret, slik at det derved i reaksjonskammeret etableres en ekstra stabiliseringsstrøm.

9. Anordning ifølge et av kravene 2-5, hvor koblingen av den ene eller flere plasmadyser til reaksjonskammeret er utformet for etablering av en ekstra stabiliseringsstrøm i reaksjonskammeret.

10. Anordning ifølge krav 9, hvor utgangen fra hver plasmadyse er retningsorientert for levering av matematerialer til reaksjonskammeret med en spiss vinkel relativt reaksjonskammerets omkretsvegg.

11. Anordning ifølge et av kravene 8, 9 eller 10, hvor den ekstra stabiliseringsstrømmen er en virvelstrøm.

12. Anordning ifølge et av de foregående krav, hvor det i reaksjonskammeret er anordnet et fast eller bevegbart lag av et substratmateriale for separering og oppsamling av én eller flere komponenter i plasmareaksjonen.

13. Anordning ifølge et av kravene 8-12, hvor den ekstra stabiliseringsstrømmen kan støtte partikkelsuspensjon i reaksjonskammeret.

14. Anordning ifølge krav 13, hvor partikkelsuspensjonen brukes ved separeringen og oppsamlingen av én eller flere komponenter i plasmareaksjonen inne i reaksjonskammeret.

15. Anordning ifølge et av de foregående krav, hvor plasmageneratoren til hver dyse drives med en magnetron (301).

16. Anordning ifølge krav 15, hvor reaksjonskammeret er ikke-resonant med hensyn til plasmageneratoren.

17. Anordning ifølge et av de foregående krav, hvor utløpet (110) strekker seg med en innstillbar lengde inn i kammeret.

18. Anordning ifølge et av de foregående krav, videre innbefattende et sekundært kammer (108) i fluidforbindelse med reaksjonskammeret (102), hvilket sekundærkammer har en utgangsåpning (107).

19. Anordning ifølge krav 18, hvor én eller flere elektrostatiske oppsamlere (131, 132; 133, 134) er anordnet inne i det sekundære kammeret (108), og hvor utgangsåpningen (107) er fluidforbundet med en pulverpresipitator (140) og/eller en pulveroppsamler (141).

20. Anordning ifølge et av de foregående krav, hvor reaksjonskammeret innbefatter en inngangskanal (111) som er utformet for en sekundær strøm av én eller flere reaktanter.

21. Anordning ifølge krav 20, videre innbefattende midler (150, 160) for selektiv føring av partikler fra den nedre utgangsåpningen (107) og til inngangskanalen (111) og videre inn i reaksjonskammeret (102).

22. Anordning ifølge et av de foregående krav, videre innbefattende en forstøvings- eller fordampingsinnretning, før plasmageneratoren, for atomisering eller fordamping av matematerialet.

23. System for fremstilling av hydrogen fra gassformet hydrokarbon,karakterisert veden gassforbehandlingsmodul (2) som har fluidforbindelse med et gassreservoar (66) og med minst én hydrogengenerator (100), og en hydrogenetterbehandlingsmodul (3) som er fluidforbundet via en mateledning (81) med generatoren, og med en lagrings- og fordelingsmodul (5), hvilken hydrogengenerator innbefatter én eller flere plasmadyser (105), idet et reaksjonskammer (102) er koblet til hver av plasmadysene, hver plasmadyse innbefatter en mikrobølgeplasmagenerator (301, 302) og et materør (303) for retting av en strøm av det gassformede hydrogenet via plasmageneratoren, og til respektive innløp i reaksjonskammeret, idet plasmageneratoren idet minste delvis ioniserer gassformet hydrokarbon for dannelse av en plasma før det delvis ioniserte hydrokarbonet går inn i reaksjonskammeret, og reaksjonskammeret innbefatter minst ett utløp (101) via hvilket hydrogen føres til etterbehandlingsmodulen (3).

24. System ifølge krav 23, hvor forbehandlingsmodulen (2) innbefatter midler for forvarming av det gassformede hydrokarbonet.

25. System ifølge krav 23 eller 24, hvor etterbehandlingsmodulen (3) innbefatter midler for kjøling av hydrogenet, fortrinnsvis en varmeveksler.

26. System ifølge krav 23, videre innbefattende en ledning (64) og et medium for transport av varmen uttrukket fra gassen ved hjelp av de nevnte kjølemidlene, og til et sted oppstrøms for hydrogengeneratoren, idet mediet varmeveksles med det gassformede hydrokarbonet før det går inn i hydrogengeneratoren.

27. System ifølge et av kravene 23-26, videre innbefattende en tilbakeføringsledning (65) som er fluidforbundet med mateledningen (81) og er utformet for mating av i det minste en del av hydrogenet tilbake til hydrogengeneratoren.

28. System ifølge et av kravene 23-27, hvor lagrings- og fordelingsmodulen (5) innbefatter hydrogenkompressor- (83) og forsterkermidler (84), hydrogenlagringsmidler (82) og hydrogenutgangsmidler (85).

29. System ifølge et av kravene 23-28, videre innbefattende et karbonreservoar (91), forbundet med hydrogengeneratoren (100) via en ledning (9).

30. System ifølge et av kravene 23-29, hvor hydrogengeneratoren (100) innbefatter en anordning ifølge et av kravene 1-24.

31. Fremgangsmåte for fremstilling av hydrogen fra en gass som innbefatter hydrokarbon, karakterisert vedtrinnene: a) mating av gassen under et styrt trykk til et område hvor den utsettes for et elektromagnetisk felt, hvorved det genereres et ikke-likevektplasma, b) mating av plasmaet inn i et reaksjonskammer (102) med styring av strømegenskapene til plasmaet, for derved å opprettholde plasmaet og holde det i en ionisert tilstand helt til det går inn i reaksjonskammeret, og i løpet av en tid deretter, og c) uttrekking av produsert hydrogen via et utløp (101) fra reaksjonskammeret, hvorved hydrogen kan produseres så godt som etter behov, kontinuerlig og uten generering av oksider av karbon.

32. Fremgangsmåte ifølge krav 31, hvor trykket i det nevnte området og i reaksjonskammeret er et trykk som befinner seg ved eller i nærheten av atmosfæretrykket.

33. Fremgangsmåte ifølge krav 31 eller 32, hvor trinn a) innbefatter matingen av separate gassmengder til et respektivt antall elektromagnetiske felt, og hvor trinn b) innbefatter matingen av separate plasmamengder inn i reaksjonskammeret via separate innløp.

34. Fremgangsmåte ifølge krav 33, videre innbefattende en blanding av de nevnte separate plasmamengdene i reaksjonskammeret mens plasmaene befinner seg i en ionisert tilstand.

35. Fremgangsmåte ifølge krav 33, hvor de respektive elektromagnetiske feltene genereres med separate og individuelle mikrobølgekilder.

36. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 31-35, hvor styringen av plasmaets strømningsegenskaper i trinn b) innbefatter dannelse av en virvelgasstrøm før gassen går inn i plasmatilstanden.

37. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 31-36, videre innbefattende uttrekking av presipitert karbon fra reaksjonskammeret.

38. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 31-37, videre innbefattende en innføring av et substrat i partikkelform i plasmaet i reaksjonskammeret.

39. Fremgangsmåte ifølge krav 38, hvor substratet innbefatter presipitert karbon som er uttrukket fra reaksjonskammeret.