NO311622B1 - Anvendelse av karbonmedium for lagring av hydrogen - Google Patents

Anvendelse av karbonmedium for lagring av hydrogen Download PDF

Info

Publication number
NO311622B1
NO311622B1 NO19984497A NO984497A NO311622B1 NO 311622 B1 NO311622 B1 NO 311622B1 NO 19984497 A NO19984497 A NO 19984497A NO 984497 A NO984497 A NO 984497A NO 311622 B1 NO311622 B1 NO 311622B1
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
graphitic
carbon
microdomain
hydrocarbons
materials
Prior art date
Application number
NO19984497A
Other languages
English (en)
Other versions
NO984497D0 (no
NO984497L (no
Inventor
Steinar Lynum
Ragne Hildrum
Ketil Hox
Jan Hugdahl
Original Assignee
Kvaerner Technology & Res Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kvaerner Technology & Res Ltd filed Critical Kvaerner Technology & Res Ltd
Priority to IN559CHN2001 priority Critical patent/IN2001CN00559A/en
Priority to NO19984497A priority patent/NO311622B1/no
Publication of NO984497D0 publication Critical patent/NO984497D0/no
Priority to HU0103934A priority patent/HUP0103934A3/hu
Priority to EP99969705A priority patent/EP1124755A1/en
Priority to BR9913139-0A priority patent/BR9913139A/pt
Priority to US09/762,211 priority patent/US6773689B1/en
Priority to AU60111/99A priority patent/AU6011199A/en
Priority to MXPA01002186A priority patent/MXPA01002186A/es
Priority to KR1020017003846A priority patent/KR20010079927A/ko
Priority to CA002345143A priority patent/CA2345143A1/en
Priority to PCT/NO1999/000287 priority patent/WO2000018682A1/en
Priority to JP2000572152A priority patent/JP2002525260A/ja
Publication of NO984497L publication Critical patent/NO984497L/no
Publication of NO311622B1 publication Critical patent/NO311622B1/no

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/05—Preparation or purification of carbon not covered by groups C01B32/15, C01B32/20, C01B32/25, C01B32/30
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/152—Fullerenes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/0005—Reversible uptake of hydrogen by an appropriate medium, i.e. based on physical or chemical sorption phenomena or on reversible chemical reactions, e.g. for hydrogen storage purposes ; Reversible gettering of hydrogen; Reversible uptake of hydrogen by electrodes
    • C01B3/001—Reversible uptake of hydrogen by an appropriate medium, i.e. based on physical or chemical sorption phenomena or on reversible chemical reactions, e.g. for hydrogen storage purposes ; Reversible gettering of hydrogen; Reversible uptake of hydrogen by electrodes characterised by the uptaking medium; Treatment thereof
    • C01B3/0021—Carbon, e.g. active carbon, carbon nanotubes, fullerenes; Treatment thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/0005—Reversible uptake of hydrogen by an appropriate medium, i.e. based on physical or chemical sorption phenomena or on reversible chemical reactions, e.g. for hydrogen storage purposes ; Reversible gettering of hydrogen; Reversible uptake of hydrogen by electrodes
    • C01B3/001—Reversible uptake of hydrogen by an appropriate medium, i.e. based on physical or chemical sorption phenomena or on reversible chemical reactions, e.g. for hydrogen storage purposes ; Reversible gettering of hydrogen; Reversible uptake of hydrogen by electrodes characterised by the uptaking medium; Treatment thereof
    • C01B3/0078—Composite solid storage mediums, i.e. coherent or loose mixtures of different solid constituents, chemically or structurally heterogeneous solid masses, coated solids or solids having a chemically modified surface region
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/158—Carbon nanotubes
    • C01B32/16—Preparation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S977/00—Nanotechnology
    • Y10S977/902—Specified use of nanostructure
    • Y10S977/932—Specified use of nanostructure for electronic or optoelectronic application
    • Y10S977/948—Energy storage/generating using nanostructure, e.g. fuel cell, battery

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Description

Denne oppfinnelsen gjelder anvendelse av et karbonmedium for lagring av hydrogen.
OPPFINNELSENS BAKGRUNN
Det er for tiden en intens interesse for karbonmaterialer på grunn av deres unike og nye egenskaper. F.eks., kan karbonmaterialene være anvendbare for å oppnå høy lagring av energi i form av hydrogen, for bruk i renselsesprosesser såvel som forskjellige anvendelser innen elektronisk/farmasøytisk sektor. Egenskapene er følsomme for mikrostrukturen til karbonmaterialet, som kan varieres ved nanostrukturordningen (grafittiseringsnivået). Nanostrukturordningen spenner fra ikke-krystallinske kvaliteter slik som konvensjonell carbon black (furnace black, thermal black) til krystallinske kvaliteter slik som grafitt og nye karbonmaterialer med grafittstrukturer. Nanostrukturordningen kan beskrives ved hjelp av avstanden mellom grafittlagene som vil variere fra 3,40 Å for en ordnet krystallinsk struktur til 3,60 Å for ikke-krystallinske materialer.
Den nylige interessen for karbonmaterialet for anvendelser som et lagringsmedium har stort sett blitt fokusert på nye materialer med grafittstrukturer hvor graden av grafittisering og introduksjon av ringer andre enn heksagoner i nettverket er av vital betydning. Fullerener er eksempler på nye grafittstrukturer hvor introduksjon av 12 pentagoner i det heksagonale nettverket resulterer i lukkede skall [1]. Karbonnanorør er også et eksempel på slike muligheter [2]. Åpne koniske strukturer er et ytterligere eksempel på mulige grafittstrukturer, men kun tre av fire mulige typer har hittil blitt syntetisert [3, 4, 5].
Den nylige interessen for fullerener og nanorør er blant annet forbundet til deres anvendelse i feltet hydrogenlagring. For nanorør er en hydrogenlagring på oppsiktsvekkende 75 vekt% rapportert [6]. Hvis dette er tilfelle, ville det muligens representere et gjennombrudd når det gjelder praktiske hydrogenlagringssystemer for anvendelse i transportsektoren. Det er indikert at fremtidige brenselcellebiler som anvender denne lagringsteknologien kan oppnå en rekkevidde på 8000 km.
I tilfellet med fullerener, er det oppnådd en reversibel tilsetning av hydrogen på mer enn 7 vekt% [7, 8, 9]. Fullerener har også blitt anvendt i en fastfaseblanding med intermetalliske forbindelser eller metaller for å oppnå høye nivåer av hydrogen, f.eks. 24-26 H atomer pr. fullerenmolekyl [10].
Flate grafittmaterialer dannet av stabler av to-dimensjonale ark har også et høyt overflateareal for adsorpsjon av gjesteelementer og forbindelser. Imidlertid er adsorpsjonsprosessen i slike materialer antagelig begrenset av diffusjon. Jo større grafittiske domener, jo langsommere vil adsorpsjonen bli. Av potensiell interesse vil være høygrafittiserte materialer hvor domenene er små slik at gjestematerialet kan lett nå alle grafittiske mikrodomener ved perkolering gjennom bulk karbonmaterialets hovedmasse. Tilgjengeligheten til mikrodomenene kan ytterligere økes hvis noen eller alle domenene har topologisk disklinasjon, fortrinnsvis at hvert domene har mindre eller lik 300° disklinasjon for å tilveiebringe kaviteter, eller mikroporer for strømning av gjestematerialet.
Et felles problem for dagens metoder for å syntetisere slike grafittiske materialer er lave produksjonsutbytter. Fullerene er som oftest syntetisert ved fordampning av grafittelektroder via karbonlysbueutladninger i en redusert intært gassatmosfære. Det har blitt rapportert en omdanningsgrad til fullerene på 10-15 %, noe som tilsvarer en genereringshastighet på nesten 10 g/time [11].
Karbonlysbuemetoden er også den mest anvendte metoden for produksjon av karbon nanorør. Nanorørutbytter på 60 % av kjernematerialet har blitt oppnådd ved optimale betingelser [2]. Men fortsatt er den oppnådde produksjonen i gramkvantiteter.
Små uspesifiserte mengder av åpne koniske karbonstrukturer er oppnådd ved motstandsoppvarming av en karbonfolie og etterfølgende kondensering av karbondampen på en høyorientert pyrolyttisk grafittoverflate [3, 4]. Kjeglevinklene produsert ved denne metoden var ca. 19° [3] og 19° såvel som 60° [4].
Motstandsoppvarming av en karbonstav, med etterfølgende deponering på kaldere overflater ble anvendt for å produsere kjegler med en tilsynelatende kjeglevinkel på ca. 39° [5]. Det kan vises fra sammenhengende ark av grafitt at kun fem typer kjegler kan monteres, hvor hvert domene er unikt definert ved dets topologiske disklinasjon TD gitt ved den generelle formelen:
TD = N x 60 grader, hvor N = 0, 1, 2, 3, 4 eller 5.
Strukturen på slike grafittiske domener kan grovt beskrives som stabler av grafittiske ark med flate (N=0) eller koniske strukturer (N=l-5). Dermed er to av disse, med kjeglevinkler på 83,6° og 112,9° hittil ikke blitt rapportert.
SAMMENDRAG AV OPPFINNELSEN
En målsetning med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe et karbonmedium som kan anvendes til lagring av hydrogen. Oppfinnelsens målsetning oppnås ved det som fremgår av følgende beskrivelse og de vedlagte patentkrav.
Dette formålet oppnås ved et medium som er kjennetegnet ved at det omfatter kjente og nye krystallinske eller ikke-krystallinske materialer og at det produseres en to-trinns plasmaprosess. Ved å endre prosessparameteren til plasmaprosessen, kan nanostrukturanordningen til karbonmaterialet varieres på en slik måte at den ønskede mikrostrukturen for optimal hydrogenlagring oppnås. Disse mikrostrukturene kan enten være konvensjonell carbon black, grafittisk carbon black og/eller nye karbonmaterialer slik som kjegler, fullerener eller nanorør.
I én-trinnsplasmaprosessen kan det dannes konvensjonell carbon black eller grafittisk carbon black. En slik prosess er beskrevet i f.eks. EP 0 636 162. Resulterende karbonmateriale kan ha en overflate (BET) på 5-250 m<2>/g og dibutylftalatabsorpsjon (DBP) på 40-175 ml/100 g.
I to-trinnsplasmaprosessen sendes et hydrokarbon råmateriale gjennom en plasmasone og blir delvis dehydrogenert i et første trinn for å danne polysykliske aromatiske hydrokarboner (PAH) og som deretter blir sendt gjennom en andre plasmasone for å bli fullstendig dehydrogenert for å danne mikrodomene grafittiske materialer i det andre trinnet. Ved mikrodomene grafittiske materialer mener vi fullerener, karbon nanorør, åpne koniske karbonstrukturer (også benevnt mikrokj egler), flate grafittiske ark, eller en blanding av to eller alle av disse. Den nye delen av karbonmaterialet er åpne karbon mikrokjegler med totale disklinasjonsvinkler på 60° og/eller 120°, korresponderende til kjeglevinkler på henholdsvis 112,9° og/eller 83,6°.
En annen målsetning med denne oppfinnelsen er å tilveiebringe et karbonmedium for å lagre hydrogen som omfatter kjente og nye mikrodomene materialer, kjennetegnet ved at mediet produseres i industriskala med utbytte som er over 90 % ved en én- eller to-trinns plasmaprosess.
KORT BESKRIVELSE AV FIGURENE
Fig. 1 viser en skjematisk figur av reaktoren og det omgivende utstyret.
Fig. 2 viser et transmisjonselektronmikroskopbilde av prøver som avslører forskjellige typer åpne mikrokoniske karboner i henhold til oppfinnelsen. Fig. 3 viser projiserte vinkler for perfekte grafittkjegler, dvs. 19,2°, 38,9°, 60°, 83,6° og 112,9° som representerer total disklinasjon på henholdsvis 300°, 240°, 180°, 120° og 60°. I tillegg er det vist et grafittisk ark som har en projisert vinkel på 180° og en total disklinasjon på0°. Fig. 4A, 4B, 4C, 4D og 4E viser eksempler på domener for hver type disklinasjon 60°, 120°, 180°, 240° og 300°, i henhold til foreliggende oppfinnelse.
DETALJERT BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN
Hydrogenlagringskapasiteten til media er koblet til den lille størrelsen til domenene og nærværet av forskjellige topografier i materialet. Disse er anvendbare for inkorporering av gjesteelementer og forbindelser slik som hydrogen. Også rommet mellom domenene vil tilveiebringe mikroporer for strømning av gjestematerialer slik at de kan nå hvert domene og den lille størrelsen til domenene vil tillate en hurtig diffusjon av gjestematerialet inn og ut av hvert lag som utgjøres av dem. Karbonmedia for lagring av hydrogen i foreliggende oppfinnelse består av kjente og nye mikrodomenematerialer slik som konvensjonell carbon black, fullerener, karbon nanorør, åpne koniske karbonstrukturer (også benevnt mikrokjegler), eller flate grafittiske ark alene, eller en blanding av to eller alle av disse. Mengdene som er tilstede av hvilke som helst av karbonstrukturene, konvensjonell carbon black, fullerene, karbon nanorør, mikrokjegler eller flate grafittiske ark, i mediet kan være hvor som helst mellom 0 og 100 vekt% basert på den totale massen til hydrogen-lagringsmediet. Videre kan alle mulige blandinger av disse strukturene være tilstedeværende.
Det nye karbonmaterialet er åpne karbon mikrokjegler med totale disklinasjonsvinkler 60° og/eller 120°, tilsvarende til kjeglevinkler på henholdsvis 112,9° og/eller 83,6°. Det kan vises at hvis en kjegle er dannet av et uavbrutt ark av grafitt, unntatt ved den åpne enden, er det kun mulig å danne fem typer på grunn av symmetrien til grafitten. Disse tilsvarer en total disklinasjon på 60°, 120°, 180°, 240° og 300°. En total disklinasjon på 0° tilsvarer et flatt domene. Fig. 3 viser skjematisk de projiserte vinklene til disse strukturene. Eksempler på slike typer domener er vist i fig. 4A, 4B, 4C, 4D og 4E. Det er viktig å bemerke at alle kjeglene er lukket i toppen. Det nye karbonmaterialet i foreliggende oppfinnelse omfatter mikrodomener av grafitt med veldefinerte totaldisklinasjoner TD (krumning) som har diskrete verdier gitt ved formelen
TD = N x 60 grader, hvor N = 0, 1, 2, 3, 4 eller 5
og tilsvarende effektive antall pentagoner som er nødvendig for å produsere den bestemte totale disklinasjon.
Hydrogenlagringsmedia kan produseres i industriell skala ved dekomponering av hydrokarboner til karbon og hydrogen i en én- eller to-trinns plasmabasert prosess. Plasma-lysbuen dannes i en plasmagenerator som består av rørformede elektroder, hvor den innerste elektroden forskynes med elektrisk direktespenning med én polaritet og hvor den eksterne elektroden forbindes til den motsatte polariteten fra en kraftkilde. Plasmageneratoren installeres i forbindelse med en dekomponeringsreaktor hvor reaktoren er utformet som et definert varmeisolert kammer med et utløp for endeproduktet. Plasmagassen resirkuleres fra prosessen. Videre beskrivelse av den generelle prosessen og utstyret er beskrevet i søkerens europeiske patent EP 0 636 162.
Strukturen til det resulterende karbonmaterialet vil avhenge av følgende tre prosessparametre: hydrokarbonenes matehastighet, plasmagassentalpien og residenstiden. Ved å variere disse tre parametrene vil det resulterende karbonmaterialet enten foreligge som konvensjonell carbon black, som mikrodomenematerialer eller en blanding av disse. I det følgende vil vi beskrive prosessparametrene for å optimalisere for mikrodomenematerialet. Dette illustrerer kapasiteten til prosessen for å produsere karbonmaterialet som er mest egnet som lagringsmedium for hydrogen.
Eksperimentelle resultater indikerer at den totale disklinasjonen er nesten alltid bestemt av nukleeringstrinnet. Det er tidligere funnet at sannsynligheten for å danne pentagoner i kimet avhenger av temperaturen [12]. Dermed ved å variere prosessparametrene, inkluderende men ikke begrenset til å øke reaksjonstemperatu-ren, vil antallet pentagoner i kimet øke. Dette kan igjen resultere i dannelsen av nanorør og lukkede skall.
Hydrokarbonene introduseres i dekombineringsreaktoren i nærvær av plasma-lysbuesonen ved hjelp av en selvoppfunnet lanse som innretter hydrokarbondusjen i reaktorens aksielle retning.
Energi forsynes til plasma-lysbuen for å varme plasmagassen. Noe av energien fra lysbuen vil anvendes for å varme de omgivende reaktorveggene såvel som plasmageneratoren i seg selv. Det resulterende energiinnholdet i plasmagassen (plasmagassentalpien) er tilstrekkelig til å fordampe hydrokarbonene. Hydrokarbonene starter med en krakking- og polariseringsprosess, som resulterer i dannelsen av PAH. PAH-ene er basis for de grafittiske arkene som danner mikrodomenene. Plasmagassentalpien holdes på et slikt nivå at hovedandelen av de gassholdige hydrokarbonene ikke når pyrolysetemperaturen ved den spesifiserte matehastigheten og residenstiden som anvendes. En liten fraksjon av matestokken vil imidlertid uunngåelig oppnå tilstrekkelig energi til å nå pyrolysetemperatur under residenstiden i reaktoren, og vil som en konsekvens konverteres til konvensjonell carbon black. Denne reaksjonen bør holdes så lavt som mulig.
PAH-ene forlater reaktoren sammen med plasmagassen og blir på nytt introdusert i reaktoren som en del av plasmagassen. Plasmagassen entrer den energiintensive plasma-lysbuesonen, hvorved PAH-ene under fraksjon av et sekund ble konvertert til grafittiske kim. Disse kimene dikterer formen til mikrodomenene. PAH-er dannet under introduksjonen av friskt råmateriale vil resultere i en vekst av kimene for å danne grafittiske mikrodomener.
Et annet alternativ er å introdusere PAH-inneholdende plasmagass i et etterfølgende kammer eller reaktor som også er utstyrt med en plasmagenerator, og et innløp for hydrokarbonråmateriale for å konvertere PAH-ene til grafittiske mikrodomener.
Råmaterialenes matehastighet for optimalisering på grafittiske mikrodomenematerialer er i området fra 50-150 kg/time i en reaktor anvendt av oppfinneren, men er ikke begrenset til dette området. Både lavere og høyere matehastigheter av råstoffer kan anvendes. Utbyttet av grafittiske mikrodomenematerialer er høyere enn 90 % under optimale betingelser. Tatt i betraktning råmaterialet matehastigheter som anvendes, er det oppnådd industrielle mengder av mikrodomene karbonmaterialer. Ved ytterligere oppskalering vil dette resultere i en pris som er på samme nivå som kommersiell carbon black pr. enhet vekt av materialet. Fig. 1 viser en skjematisk tegning av reaktoren. Ytterligere detaljer som gjelder reaktoren og dens omgivende utstyr er beskrevet i søkerens europeiske patent EP 0 636 162. Fig. 2 viser et typisk eksempel på innholdet i mikrodomenematerialet. Hver del i prøven danner et enkelt grafittisk domene og innretningen av disse arkene i hvert domene er typisk turbostatisk, som bestemt fra elektronmikroskopi. Diameteren til domenene er typisk mindre enn 5 mikrometer og tykkelsen mindre enn 100 nano meter.
I det følgende vil det bli demonstrert at ved å endre betingelsene i plasmareaktoren, er det mulig å produsere enten konvensjonelle carbon black eller mikrodomene grafittiske materialer. I henhold til foreliggende oppfinnelse, kan begge anvendes som et hydrogenlagringsmedium. I eksempel 1, er prosessparameterne valgt slik at konvensjonelle carbon black blir dannet ved første (og eneste) syklus av hydrokarbonene gjennom reaktoren, ved å variere råmaterialenes matehastighet, er det vist i eksempel 2 at ved den andre syklusen gjennom reaktoren kan det produseres mikrodomene grafittiske materialer fra PAH-er dannet i den første syklusen.
EKSEMPEL 1
Tungolje ble oppvarmet til 160°C og introdusert i reaktoren ved hjelp av en selvoppfunnet aksielt innrettet lanse med en matehastighet på 67 kg/time. Reaktortrykket ble holdt på 2 bar. Hydrogen ble anvendt som plasmagass, med en matehastighet på 350 NmVtime, mens brutto kraftforsyning fra plasmageneratoren var 620 kW. Dette resulterte i en plasmagassentalpi på 1,8 kWh/Nm<3> H2. Anvendt tid fra den atomiserte oljen ble introdusert inntil produktet forlot reaktoren var ca. 0,23 sekunder.
Det resulterende carbon black var tradisjonell amorf med N-7xx-kvalitet. Det flyktige innholdet av carbon blacken ble målt til 0,6 %.
EKSEMPEL 2
I dette eksemplet ble oljematehastigheten, hydrogenplasmagassentalpien såvel som residenstiden innstilt i en slik retning at de fordampede hydrokarbonene ikke oppnådde pyrolysetemperatur under den første syklusen. Residenstiden til hydrokarbonene under den første syklusen gjennom reaktoren ble minimalisert ved å øke olje og plasmagassmatehastigheten.
Tungolje ble oppvarmet til 160°C og introdusert i reakturen ved hjelp av den selvoppfunnende aksielt innrettede lansen ved en matehastighet på 115 kg/time. Reaktortrykket ble holdt på 2 bar. Hydrogenplasmagassmatehastigheten var 450 Nm<3>/time mens brutto kraftforsyning fra plasmageneratoren var 1005 kW. Dette resulterte i en plasmagassentalpi på 2,2 kWh/Nm3 H2. Den anvendte tiden fra oljen ble introdusert inntil at PAH-ene forlot reaktoren var ca. 0,16 sekunder.
De resulterende PAH-ene ble så reintrodusert til reaktoren i plasmalysbuesonen for å produsere mikrodomene grafittiske materialer, med et utbytte som er høyere enn 90 %. Det flyktige innholdet til karbonmaterialene ble målt til 0,7 %. Alle andre prosessparametre var det samme som for den første syklusen.
Selv om det i eksemplet med produksjonen av hydrogenlagringsmedia har blitt beskrevet som en omdanning av tungolje til mikrodomene grafittiske materialer, bør det forstå at media kan produseres fra omdanningen av alle hydrokarboner, både flytende og i gassfase. Produksjonen kan også utføres som en satsvis eller kontinuerlig produksjon, med én eller flere plasmagasser i serie osv. Når det gjelder mikrodomene grafittiske produkter hvor PAH-ene dannes i det første dekomponeringstrinnet og reintroduseres inn i samme plasmareaktor, blir mikrodomene grafittiske materialer dannet ved det andre dekomponeringstrinnet selvsagt separert fra den PAH-inneholdende plasmagassen ved et hvilket som helst konvensjonelt egnet middel. Dette kan være filtrering, sykloner osv.
Videre, hvilken som helst gass som er inert og som ikke forurenser mikrodomene-produktene kan anvendes som plasmagass, men hydrogen er spesielt egnet da det er et produkt av prosessen. Plasmagassen kan resirkuleres tilbake til reaktoren, hvis ønskelig. Det er også mulig å anvende foreliggende fremgangsmåte for å introdusere ytterligere hydrokarboner gjennom innløpene til siden til dekomponeringsreaktoren for å kontrollere temperaturene i dekompneringssonen og/eller for å øke utbyttet, se søkerens europeiske patent EP 0 636 162.
REFERANSER
1. D. Huffman, Physics Today, p. 22, 1991.
2. T.W. Ebbesen, Physic<*>s Today, p. 26, 1996.
3. M. Ge and K. Sattler, Chemical Physics Letters 220, p. 192, 1994.
4. P. Li and K. Sattler, Mat. Res. Soc. Symp. Proe. 359, p. 87, 1995.
5. R. Vincent, N. Burton, P.M. Lister and J.D. Wright, Inst. Phys, Conf. Ser., 138, p. 83, 1993.
6. Hydrogen & Fuel Cell Letter, vol. 7/No. 2, Feb. 1997.
7. R.M. Baum, Chem. Eng. News, 22, p. 8, 1993.
8. Japansk Patent JP 27801 A2, Fullerene- based hydrogen storage media, 18th
August 1994.
9. A. Hirsch, Chemistry of Fullerenes, Thieme Ferlag, Stuttgart, Ch. 5, p. 117, 1994. 10. B.P. Tarasov, V.N. Fokin, A.P. Moravsky, Y.M. Shul'ga, V.A. Yartys, Journal of Alloys ans Compounds 153-254, p. 25, 1997. 11. R.E Haufler, Y. Chai, L.P.F.m, Chibante, J. Conceico, C. Jin, L-S Wang, S.
Maruyama, R.E. Smalley, Mat. Res. Soc. Symp. Proe. 206, p. 627, 1991
12. M. Endo and H.W. Kroto, J. Phys. Chem. 96, p. 6941, 1992.

Claims (7)

1. Anvendelse av karbonmedium for lagring av hydrogen, hvor karbonmediet omfatter et mikrodomene grafittisk materiale som har blitt produsert ved dekomponering av hydrokarboner i et reaksjonskammer forbundet til en plasmagenerator hvor hydrokarbonene er blitt utsatt for et første dekomponeringstrinn, ved at hydrokarbonene ble matet inn i dekomponeringskammeret i nærværet av en plasma-lysbuesone og blandet med plasmagassen, og ved at prosesspara-meterene er justert på en slik måte at hydrokarbonene ikke nådde pyrolysetempre-atur og ble kun delvis dekomponert for å danne polysykliske aromatiske hydrokarboner (PAH), og hvor hydrokarbonene i form av PAH-ene ble etter det første dekomponeringstrinnet, blandet med en plasmagass og reintrodusert som en del av plasmagassen i plasma-lysbuesonene i et dekomponeringskammer og utsatt for et andre dekomponeringstrinn, ved at den intense varmen i plasma-lysbuesonen forårsaket at PAH-ene ble konvertert til mikrodomene grafittiske materialer.
2. Anvendelse av et media i henhold til krav 1, hvor de mikrodomene grafittiske matrialene består av minst ett av materialene valgt fra gruppen omfattende karbon nanorør, fullerener, karbon mikrokjegler, og flate grafittiske karbonark.
3. Anvendelse av et media i henhold til krav 2, hvor domenestørrelsen er mindre enn 5 u.m i diameter eller lengde parallelt med den grafittiske stableretningen og som har en tykkelse på mindre enn 100 nm i den grafittiske stableretningen.
4. Anvendelse av et media i henhold til krav 1-3, hvor mediet består av mikrodomene grafittiske materialer i området fra 0 til over 90 vekt%.
5. Anvendelse av et media i henhold til krav 4, hvor mediet omfatter mer enn 90 vekt% mikrodomene grafittiske materialer.
6. Anvendelse av media i henhold til hvilket som helst av kravene 1-5, hvor mediet er et resultat av dehydrogenering av tungolje til mikrodomene grafittiske materialer.
7. Anvendelse av karbonmedia for lagring av hydrogen hvor mediet omfatter mikrodomene grafittiske materialer som inneholder åpne karbon mikrokjegler med en total disklinasjonsvinkel på 60° og/eller 120°, tilsvarende til kjeglevinkler på henholdsvis 112,9° og/eller 83,6°.
NO19984497A 1998-09-25 1998-09-25 Anvendelse av karbonmedium for lagring av hydrogen NO311622B1 (no)

Priority Applications (12)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IN559CHN2001 IN2001CN00559A (no) 1998-09-25 1998-09-25
NO19984497A NO311622B1 (no) 1998-09-25 1998-09-25 Anvendelse av karbonmedium for lagring av hydrogen
JP2000572152A JP2002525260A (ja) 1998-09-25 1999-09-17 水素貯蔵用の炭素媒体
AU60111/99A AU6011199A (en) 1998-09-25 1999-09-17 Carbon media for storage of hydrogen
EP99969705A EP1124755A1 (en) 1998-09-25 1999-09-17 Carbon media for storage of hydrogen
BR9913139-0A BR9913139A (pt) 1998-09-25 1999-09-17 Meio de carbono para armazenamento de hidrogênio
US09/762,211 US6773689B1 (en) 1998-09-25 1999-09-17 Carbon media for storage of hydrogen
HU0103934A HUP0103934A3 (en) 1998-09-25 1999-09-17 Carbon media for storage of hydrogen
MXPA01002186A MXPA01002186A (es) 1998-09-25 1999-09-17 Medios de carbon para almacenamiento de hidrogeno.
KR1020017003846A KR20010079927A (ko) 1998-09-25 1999-09-17 수소 저장용 탄소 매질
CA002345143A CA2345143A1 (en) 1998-09-25 1999-09-17 Carbon media for storage of hydrogen
PCT/NO1999/000287 WO2000018682A1 (en) 1998-09-25 1999-09-17 Carbon media for storage of hydrogen

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO19984497A NO311622B1 (no) 1998-09-25 1998-09-25 Anvendelse av karbonmedium for lagring av hydrogen

Publications (3)

Publication Number Publication Date
NO984497D0 NO984497D0 (no) 1998-09-25
NO984497L NO984497L (no) 2000-03-27
NO311622B1 true NO311622B1 (no) 2001-12-17

Family

ID=19902461

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO19984497A NO311622B1 (no) 1998-09-25 1998-09-25 Anvendelse av karbonmedium for lagring av hydrogen

Country Status (12)

Country Link
US (1) US6773689B1 (no)
EP (1) EP1124755A1 (no)
JP (1) JP2002525260A (no)
KR (1) KR20010079927A (no)
AU (1) AU6011199A (no)
BR (1) BR9913139A (no)
CA (1) CA2345143A1 (no)
HU (1) HUP0103934A3 (no)
IN (1) IN2001CN00559A (no)
MX (1) MXPA01002186A (no)
NO (1) NO311622B1 (no)
WO (1) WO2000018682A1 (no)

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7462343B2 (en) * 1997-03-25 2008-12-09 Kvafrner Technology And Research Ltd. Micro-domain graphitic materials and method for producing the same
DE69925317D1 (de) * 1999-11-23 2005-06-16 Mat & Electrochem Res Corp Lagerung von gasen mit hilfe von auf fulleren basierten sorbentien
CH710862B1 (de) * 1999-11-26 2016-09-15 Imerys Graphite & Carbon Switzerland Sa Verfahren zur Herstellung von Graphitpulvern mit erhöhter Schüttdichte.
DE10149487A1 (de) * 2001-10-08 2003-04-10 Daimler Chrysler Ag Gasbehälter
EP2659963A4 (en) 2010-12-31 2014-09-03 Ero De La Cal Antonio Madro STORING HYDROGEN AND OTHER GASES IN SOLID ABSORBENT MATERIALS TREATED WITH IONIZING RADIATION
CN103874655A (zh) * 2011-08-12 2014-06-18 麦卡利斯特技术有限责任公司 拥有多个实施方式的结构构造体
US9534296B2 (en) 2013-03-15 2017-01-03 Mcalister Technologies, Llc Methods of manufacture of engineered materials and devices
ES2642363T3 (es) * 2013-10-04 2017-11-16 Orion Engineered Carbons Gmbh Material de carbono de microdominio para aislamiento térmico
US10100200B2 (en) 2014-01-30 2018-10-16 Monolith Materials, Inc. Use of feedstock in carbon black plasma process
US10138378B2 (en) 2014-01-30 2018-11-27 Monolith Materials, Inc. Plasma gas throat assembly and method
US10370539B2 (en) 2014-01-30 2019-08-06 Monolith Materials, Inc. System for high temperature chemical processing
US11939477B2 (en) 2014-01-30 2024-03-26 Monolith Materials, Inc. High temperature heat integration method of making carbon black
CA2937909C (en) 2014-01-31 2023-09-19 Monolith Materials, Inc. Plasma torch design
US9574086B2 (en) 2014-01-31 2017-02-21 Monolith Materials, Inc. Plasma reactor
KR20170129713A (ko) 2015-02-03 2017-11-27 모놀리스 머티어리얼스 인코포레이티드 카본 블랙 생성 시스템
BR112017016692A2 (pt) 2015-02-03 2018-04-10 Monolith Materials, Inc. método e aparelho para resfriamento regenerativo
WO2017019683A1 (en) 2015-07-29 2017-02-02 Monolith Materials, Inc. Dc plasma torch electrical power design method and apparatus
EP3350855A4 (en) 2015-09-14 2019-08-07 Monolith Materials, Inc. CARBON BLACK FROM NATURAL GAS
MX2018013161A (es) 2016-04-29 2019-06-24 Monolith Mat Inc Metodo y aparato para inyector de antorcha.
CN109562347A (zh) 2016-04-29 2019-04-02 巨石材料公司 颗粒生产工艺和设备的二次热添加
CA3055830A1 (en) 2017-03-08 2018-09-13 Monolith Materials, Inc. Systems and methods of making carbon particles with thermal transfer gas
EP3612600A4 (en) 2017-04-20 2021-01-27 Monolith Materials, Inc. PARTICULAR SYSTEMS AND PROCEDURES
CA3116989C (en) 2017-10-24 2024-04-02 Monolith Materials, Inc. Particle systems and methods
WO2020121287A1 (en) 2018-12-14 2020-06-18 Pixel Voltaic Lda Catalytic methane decomposition and catalyst regeneration, methods and uses thereof
US11524899B2 (en) * 2021-04-01 2022-12-13 Aquasource Technologies Corporation System and method for removal of carbon from carbon dioxide

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5458784A (en) 1990-10-23 1995-10-17 Catalytic Materials Limited Removal of contaminants from aqueous and gaseous streams using graphic filaments
NO176522C (no) 1992-04-07 1995-04-19 Kvaerner Eng Fremgangsmåte ved fremstilling av karbon med definerte fysikalske egenskaper samt apparat for gjennomföring av fremgangsmåten
US5316636A (en) * 1992-08-12 1994-05-31 The Regents Of The University Of California Production of fullerenes by electron beam evaporation
FR2701267B1 (fr) 1993-02-05 1995-04-07 Schwob Yvan Procédé pour la fabrication de suies carbonées à microstructures définies.
US5543378A (en) * 1993-10-13 1996-08-06 E. I. Du Pont De Nemours And Company Carbon nanostructures encapsulating palladium
WO1995026925A1 (en) * 1994-03-30 1995-10-12 Massachusetts Institute Of Technology Production of fullerenic nanostructures in flames
US6077401A (en) * 1994-08-15 2000-06-20 Midwest Research Institute Production of fullerenes using concentrated solar flux
US5698140A (en) * 1996-05-02 1997-12-16 The Arizona Board Of Regents, On Behalf Of The University Of Arizona Aerogel/fullerene hybrid materials for energy storage applications
JPH1072201A (ja) * 1996-08-30 1998-03-17 Toyota Motor Corp 水素貯蔵方法
DE19636849A1 (de) 1996-09-11 1998-03-12 Daimler Benz Aerospace Ag Verfahren zur Erzeugung von Summen- und Differenz-Antennendiagrammen mit niedrigen Nebenkeulen für planare Gruppenantennen
NO313839B1 (no) * 1997-03-25 2002-12-09 Kvaerner Technology & Res Ltd Karbonmateriale omfattende en blanding av grafittiske mikrodomener, samt mikrokonisk grafittisk materiale

Also Published As

Publication number Publication date
BR9913139A (pt) 2002-04-23
MXPA01002186A (es) 2002-04-24
AU6011199A (en) 2000-04-17
HUP0103934A3 (en) 2002-11-28
NO984497D0 (no) 1998-09-25
HUP0103934A2 (hu) 2002-03-28
WO2000018682A1 (en) 2000-04-06
NO984497L (no) 2000-03-27
KR20010079927A (ko) 2001-08-22
IN2001CN00559A (no) 2010-03-19
EP1124755A1 (en) 2001-08-22
JP2002525260A (ja) 2002-08-13
US6773689B1 (en) 2004-08-10
CA2345143A1 (en) 2000-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
NO311622B1 (no) Anvendelse av karbonmedium for lagring av hydrogen
AU720395B2 (en) Micro-domain graphitic materials and method for producing the same
US20090285747A1 (en) Micro-domain graphitic materials and method for producing same
Rafique et al. Production of carbon nanotubes by different routes-a review
Antisari et al. Synthesis of multiwall carbon nanotubes by electric arc discharge in liquid environments
Ghaemi et al. Synthesis of carbon nanomaterials using catalytic chemical vapor deposition technique
Abdullah et al. Hydrocarbon sources for the carbon nanotubes production by chemical vapour deposition: a review
US20110027164A1 (en) Method and apparatus for synthesizing carbon nanotubes using ultrasonic evaporation
Mahanandia et al. Synthesis of multi-wall carbon nanotubes by simple pyrolysis
Yang et al. High-yield production of quasi-aligned carbon nanotubes by catalytic decomposition of benzene
Mansurov Producing nanomaterials in combustion
Saravanan et al. Techno-economics of carbon nanotubes produced by open air arc discharge method
Li et al. The influences of synthesis temperature and Ni catalyst on the growth of carbon nanotubes by chemical vapor deposition
Li et al. A structure model and growth mechanism for novel carbon nanotubes
Kumar et al. Gigas growth of carbon nanotubes
Zhang et al. The synthesis of conical carbon
Schur et al. Synthesis of carbon nanostructures in gaseous and liquid medium
Hosseini et al. Large diameter MWNTs growth on iron-sprayed catalyst by CCVD method under atmospheric pressure
NO325686B1 (no) Fremgangsmate for produksjon av mikrodomene grafittiske materialer
Abdullayeva et al. Synthesis of carbon nanotubes from byproducts of oil refiner
EP2743231A1 (en) Method for producing carbon nanotubes in the absence of metal catalysts
Dichiara In situ diagnostics for the study of carbon nanotube growth mechanism by oating catalyst chemical vapor deposition for advanced composite applications
KR100844456B1 (ko) 탄소나노튜브 제조장치 및 제조방법
Karmakar Unveiling the mystery of nucleation and growth of carbon nanotube and layered graphene inside carbon arc-discharge
Mirabootalebi et al. Synthesis of Carbon Nanotubes by Chemical Vapor Deposition Methods-Review