熱化學過程的誘導及相關系統和方法
2023-05-12 00:13:36
專利名稱：熱化學過程的誘導及相關系統和方法
技術領域：
本技術通常涉及熱化學過程的誘導及相關的系統和方法。在特定的實施方案中，誘導技術可用於將烴解離成氫和碳，碳沉積在基底上形成有用的耐久品，氫則被移出用作燃料。
背景技術：
諸如太陽能、風能、波能、瀑布能和基於生物質的能源的可再生能源有作為重要能源的巨大潛力，但目前存在多種問題使之得不到廣泛的採用。例如，在電カ生產中使用可再生能源取決於能源的可利用性，所述能源可能是間歇性的。太陽能受限於太陽的可利用性(即，僅能利用白天)，風能受限於風的變化性，瀑布能受限於乾旱，而生物質能受限於季節性差異，等等。由於這些及其它因素的結果，無論是獲取的還是未獲取的可再生能源中的大部分能量往往都被浪費掉。
對於世界上的許多地區來說，與獲取能量及節能相關的前述低效限制了可再生能源的增長，使之難以提供可行的能量，因為它們往往會導致高產能成本。因此，世界上仍然依賴石油及其它化石燃料作為主要能源，這至少部分是因為政府補貼及其它支持與化石燃料相關的技術開發的項目使得使用這種燃料貌似方便和看似便宜。同吋，消耗資源的更新成本及環境惡化、健康影響和化石燃料使用的其它副產品的成本還沒有包括在由這些燃料產生的能量的購買價格中。鑑於目前與可持續地生產可再生能源相關的前述及其它缺點，現仍然需要提高用這種能源生產產品和燃料的效率及商業可行性。
圖I是根據本文公開的技術的實施方案具有反應器的系統的部分示意圖，所述反應器帶有相対的基底，用於以間歇的模式運行。
圖2是根據本文公開的技術的另一實施方案具有反應器的系統的部分示意圖，所述反應器帶有相対的基底，被構造成以連續的方式運行。發明詳述I.概沭下面描述在化學反應器中對成分進行誘導處理的設備、系統和方法的若干實施例。這種過程及相關的反應器可用於生產氫燃料和/或其它有用的終端產品。因此，反應器可生產清潔燃燒的燃料，並且可以改變碳和/或其它成分的用途以用於耐久品，包括聚合物和碳複合材料。雖然下面的描述按足以使相關領域技術人員能夠實施、製造和使用的方式提供了以下實施例的許多具體的細節，但下面描述的若干細節和優點對實施某些技術實施例來說可能不是必需的。此外，該技術可包括在權利要求範圍內但未在本文中詳細描述的其它實施例。本說明書通篇中提到的「一個實施例」、「實施例」、「一個實施方案」或「實施方案」意指結合該實施例描述的特定的特點、結構、過程或特徵包括在本技術的至少ー個實施例中。因此，在本說明書通篇的不同位置出現的用語「在一個實施例中」、「在實施例中」、「ー個實施方案」或「實施方案」並不一定都指同一實施例。此外，特定的特點、結構、程序、步驟或特徵在一個或多個技術實施例中可以按任意合適的方式結合。本文中提供的標題僅為方便起見，並不g在限制或解釋請求保護的技術的範圍或含義。下文描述的技術的某些實施方案可採取計算機可執行指令的形式，包括由可編程計算機或控制器執行的程序。相關領域技術人員會意識到，該技術可以在下文所示和描述以外的計算機或控制器系統上實施。該技術可以在專用計算機、控制器或數據處理器上具體實施，這些專用計算機、控制器或數據處理器經具體地編程、配置或構造以完成下文描述的一項或多項計算機可執行指令。因此，本文中一般使用的術語「計算機」和「控制器」是指任何數據處理器，可以包括網際網路設備、手持設備、多處理器系統、可編程的消費類電子產品、網絡計算機、微型計算機等。該技術也可在分布式環境中實施，其中由通過通信網絡連接的遠程處理設備執行任務或模塊。下文描述的技術方面可存儲或分布在計算機可讀介質上，包括磁性或光學可讀的或可移動的計算機磁碟以及以電子方式分布在網絡上的介質。在特定的實施方案中，該技術方面所特有的數據結構和數據的傳輸也包括在本技術的範圍內。本技術包括對執行特定步驟的計算機可讀介質進行編程以及執行步驟的方法。按特定的實施方案形成材料的方法包括在反應器中設置第一基底，第一基底具有暴露的第一表面。所述方法可進ー步包括在反應器中設置第二基底，第二基底具有面向第一表面的暴露的第二表面。將前體氣體導入反應器，並通過激活感應線圈進行解離。所述方法進ー步包括將前體氣體的成分沉積在第一和第二表面上。所述方法還可進一歩包括在第二表面和/或沉積在第二表面上的成分處接收由第一表面和/或沉積在第一表面上的成分輻射的熱。由第二表面和/或沉積在第二表面上的成分輻射的熱在第一表面和/或沉積在第一表面上的成分處被接收。此配置可節省通過當形成第二產品時在第二產品處接收當形成第一產品時由第一產品輻射的能量實施所述過程所需的能量。根據特定技術實施方案的反應器包括具有反應區的反應器容器、圍繞反應區布置的感應線圈和以流體連通的方式與反應區連接的反應物供給裝置。反應器進一歩包括接近反應區布置以支承第一基底的第一基底支承件和接近反應區布置以支承第二基底的第二基底支承件，後者的取向面向第一基底支承件。因此，反應器可促進沉積過程，其中由ー個 支承件所帯的產品發出的輻射被另ー支承件所帶的產品接收。2.代表性反應器及相關的方法圖I是具有按本文公開的技術實施方案構造的反應器110的系統100的部分示意性局部截面圖。在此實施方案的ー個方面中，反應器110包括具有由感應線圈120加熱的反應或感應區123的反應器容器111。感應線圈120可以是耦合到合適電源121的液冷式高頻交流線圈。反應器容器111可進ー步包括連接到前體氣源101以接收合適的前體氣體的入口 112和布置為從容器111中移出廢氣和/或其它成分的出口 113。在特定的實施方案中，前體氣源101載有烴氣體(例如甲烷)，其在感應區123解離成碳和氫。然後碳沉積在基底上形成產品，如下文進ー步描述的那樣，氫和/或其它成分被移出以進行進ー步的處理，也如下文進ー步描述的那樣。反應容器111容納具有第一支承表面115a的第一支承件114a和具有面向第一支承表面115a的第二支承表面115b的第二支承件114b。支承件114a、114b每個可帶有其上沉積前體氣體的ー種或多種成分的基底。例如，第一支承件114a可帶有第一基底130a，第ニ支承件114b可帶有第二基底130b。在選擇前體氣體以沉積碳的代表性實施方案中，第一和第二物質130a、130b也可以包括碳，例如形式為石墨或鋼的成分。當前體氣體包括不同的沉積元素(例如氮和/或硼)時，第一和第二基底130a、130b的組成可以不同。基底130a、130b每個可具有初始的暴露表面，它們彼此面對著。因此，第一基底130a可具有暴露的第一表面131a，其面向第二基底130b的第二暴露表面131b。可以將基底130a、130b每個的剩餘表面隔熱以防止或在很大程度上限制自這些表面的輻射損失。支承件114a、114b可以將基底130a、130b每個的至少ー個表面隔熱。可以由相應的隔熱體132保護另外的表面(除了暴露的第一和第二基底131a、131b)。隔熱體132可由合適的高溫陶瓷或其它材料形成。系統100可進ー步包括控制器190，其接收來自各種傳感器、轉換器和/或系統100的其它元件任一者的輸入信號191，並響應自這些元件收到的信息發送控制信號192以調整系統100的運行參數。這些參數可以包括對反應器容器111提供氣體成分和/或從反應器容器111中移出氣體成分的壓カ和流速、感應線圈120和相關電源121的操作及分離器103的操作(下文描述)等等。在操作中，前體氣源101對感應區123供氣，激活感應線圈120，前體氣體解離成沉積到第一和第二基底130a、130b上面的至少ー種成分(例如，碳)。可以在外延過程中沉積該成分，該過程保持相應基底130a、130b的晶粒取向。因此，沉積的成分也可具有晶體和/或其它自組織結構。隨著成分的沉積，其在第一基底130a處形成第一成形結構或產品140a，並在第二基底130b處形成第二成形結構或產品140b。第一和第二成形結構140a、140b每個具有相應的暴露表面141a、141b，它們彼此面對。結構140a、140b可以具有相同或不同的截面形狀和/或面積，和/或可以具有非晶、單晶或多晶組織，這取決於選定的實施方案。由第一基底130a的第一暴露表面131a 和/或由第一成形結構140a的第一暴露表面141a發出的輻射(總體以箭頭Rl表示)在第二成形結構140b的第二暴露表面141b和/或第二基底130b的第二暴露表面131b處被接收。類似地，由第二成形結構140b的第ニ暴露表面141b和/或第二基底130b的第二暴露表面131b發出的輻射(總體以箭頭R2表不)在第一成形結構140a和/或第一基底130a處被接收。隨著成形結構140a、140b的增長，出口 113提供使來自解離的前體氣體的殘留成分和/或未解離的前體氣體量能夠通過的開ロ。這些成分被導向收集系統102，所述收集系統102可以包括被構造成將所述成分分離成兩個或更多個流動料流的分離器103。例如，分離器103可以將ー個成分流導向第一產品收集器104a，並將第二個成分流導向第二產品收集器104b。在特定的實施方案中，第一產品收集器104a可收集純或基本上純的氫，其可被輸送至基於氫的燃料電池105或需要相對高純度水平氫的其它設備。導向第二產品收集器104b的第二成分流可包括混以其它元素或化合物的氫。這種元素或化合物可以包括甲烷或別的未解離的前體氣體和/或沒有在第一基底130a或第二基底130b上沉積的碳(或旨在沉積的別的元素或化合物)。可以將這些成分導向發動機106，例如渦輪發動機或可燃燒氫與其它成分的混合物的別的類型的內燃機。發動機106和/或燃料電池105可為任意數目的設備提供動力，包括用於電感線圈120的電源121。在此實施方案的另一方面中，可以經由入口 112將在第二收集器104b處接收的至少ー些成分(例如，未解離的前體氣體)導回到反應器110當中。前述配置的優點是，可以通過布置多個基底來避免在化學氣相沉積裝置中通常會遇到的輻射損失，所述布置的方式使得由ー個表面發出的輻射能夠被也g在用於沉積的另一表面所接收。在圖I所示的特定實施方案中示出兩個基底，每個具有単一的暴露表面，它們彼此面對。在其它實施方案中，可以布置另外的基底(例如，在垂直於圖I平面向內和/或向外延伸的平面中)，以使得成形產品另外的暴露表面能對其它成形產品的相應表面輻射熱。前述配置的另ー優點是，其可用於產生結構性組塊和/或建構物以及由氫供體產生清潔燃燒的氫燃料。當前體氣體包括烴時，建構物可以包括石墨烯和/或別的含碳材料，例如可進ー步處理以形成碳基複合材料或碳基聚合物的材料。在其它實施方案中，前體氣體可以包括其它元素(例如，硼、氮、硫、矽和/或過渡金屬)，這些其它元素也可用於形成含有所述元素的結構性組塊和/或由所述組塊形成的建構物。合適的方法及代表性建構物進一步描述在以下共同待審的美國專利申請中，所有下述申請均與本申請同時提交，並以引用的方式併入本申請申請號_標題為「CHEMICAL PROCESSES ANDREACTORS FOR EFFICIENTLY PRODUCING HYDROGEN FUELS AND STRUCTURAL MATERIALS,
AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS」(律師文案號 69545. 8601US);申請號_標
題為 「ARCHITECTURAL CONSTRUCT HAVING FOR EXAMPLE A PLURALITY OF ARCHITECTURAL
CRYSTALS」(律師文案號 69545. 8701US);和申請號_標題為 「CARBON-BASED
DURABLE GOODS AND RENEWABLE FUEL FROM BIOMASS WASTE DISSOCIATION」 (律師文案號69545.9002US)。上文參考圖I描述的實施方案的ー個特徵是，其可以按間歇過程來實施。例如，可以使第一和第二成形結構140a、140b每ー個增長特定的量，然後從反應容器111中移出。在下文參考圖2描述的另一實施方案中，可以按連續的方式形成產品，而不需要使反應停止以移出產品。圖2示出包括反應器210的系統200，反應器210具有被構造成按照所公開技術的另ー實施方案以連續流動方式運行的反應器容器211。在此實施方案的ー個方面中，反應器210具有帶第一基底230a (例如，圓柱形基底)的第一基底支承件214a和帶第二基底230b的第二基底支承件214b。基底230a、230b每個具有相應的(初始)暴露表面231a、231b，它們彼此面對著。暴露表面231a、231b被布置在由相應的感應線圈220 (截面在圖2中可見)加熱的感應區223中。在一些情況下可由另外的熱源222 (例如燃燒器)補充感應線圈220的供熱。隨著解離成分(例如，碳)在基底230a、230b的暴露表面231a、231b上沉積，其形成相應的產品240a、240b，各自具有相應的暴露表面241a、241b，它們可延伸到相應基底230a、230b的外周邊。在相反的方向上從感應區223中取出基底230a、230b，如箭頭Al和A2所示。這使得能夠在基底230a、230b在感應區223處所帶的產品240a、240b的新形成的暴露表面241a、241b上形成另外的產品。為方便此操作，反應器210可以包括相應的 密封件280a、280b，它們各自布置在基底230a、230b相應ー個的周圍。密封件280a、280b使得能夠從反應器容器211中取出基底230a、230b和基底所帶的相應產品240a、240b，而不會使存在於反應器容器211中的氣體有顯著的損失。在代表性實施方案中，密封件280a、280b可包括高溫迷宮型密封件，在其它實施方案中可包括其它構型。系統200還可以包括再利用反應器210內所產生的熱的裝置。例如，系統200可以包括一個或多個換熱器250 (圖2中顯示有三個，為第一換熱器250a、第二換熱器250b和第三換熱器250c)，所述換熱器250從移出反應器容器211的產品和成分中獲取熱量，並將該熱量返給進入反應容器211的前體氣體。此配置減少了感應線圈220加熱感應區223所需的能量。在特定的實施方案中，第一和第二換熱器250a、250b各自的布置與基底230a、230b和形成在這些基底端部的產品240a、240b中相應的ー個緊密熱聯通。第一和第二換熱器250a、250b每個可包括運載換熱器流體的相應換熱器線圈251 (截面在圖2中可見)。通過ー個或多個泵255圍繞流體路徑252運送換熱器流體。在特定的實施方案中，換熱器流體可以包括水/蒸汽，在其它實施方案中可以包括其它合適的傳熱介質。換熱器流體流過在第一和第二換熱器250a、250b處的線圈251，在那些處被基底230a、230b及相關產品240a,240b加熱，並將此熱量提供給第三換熱器250c。在第三換熱器250c處，隨著氣體沿前體氣體流徑253從前體氣源201前行到容器211的入口 212，由圍繞流體路徑252前行的換熱器流體提供的熱量被傳遞至前體氣體。這種配置以更新的方式將前體氣體加熱到溫度接近於解離溫度。然後通過容器211中的感應加熱提供另外的解離熱。
如上所述，解離和沉積過程可產生氣體產物、殘留和未用的反應物及其它成分。這些受熱成分經由出口 213離開反應器容器211，並沿產品流徑254運送通過第三換熱器250c。在第三換熱器250c處，產品流徑254的布置與前體流徑253緊密熱聯通，以將熱量傳遞給進入反應容器211的前體氣體。離開第三換熱器250c後，移出反應器容器211的產品進入可包括分離器203的收集系統202。分離器203可以將產品氣體分離成例如傳送到第一產品收集器204a的第一產品和傳送到第二產品收集器204b的第二產品。在特定的實施例中，當前體氣體包括甲烷時，第一產品收集器204a可收集純氫,第二產品收集器204b可收集氫、未解離的甲燒和/或未沉積的碳的混合物。純氫可供要求特定氫純度水平的發電機使用，例如燃料電池，如上所述。可將第二產品(例如，氫和甲烷的混合物)傳送至不要求同樣純度水平的其它發電機。這種發電機可以包括渦輪發動機和/或內燃機，也如上所述。在特定的實施方案中，經由閥207將至少一些含甲烷的產品返運回到前體氣源201，用於在反應器210處解離。若干前述實施方案的ー個特點是，它們包括節能配置和/或再循環成分。例如，如 上所述，支承件的相對表面和支承件所帯的沉積產品減少了系統中總的輻射熱損失。換熱器可補充或代替前述特點而將由產品形成過程所產生的熱返給進來的反應物，再次減少了系統消耗的總能量。除了耐久品以外的產品或用於在反應器處形成耐久品的元素可再用於其它目的，例如用於電發目的。從前述內容可意識到，本文中已經為示例的目的描述了具體的技術實施方案，但在不與所述技術有所偏離的情況下可以做出各種修改。例如，在其它實施方案中，傳送到反應器的前體氣體可以包括甲烷以外的烴化合物。這種化合物可以包括多種烴燃料和/或醇。還在進一步的實施方案中，前體可以包括沒有氫的含碳供體，還在進一步的實施方案中，前體氣體可以包括碳以外的供體。在這種情況下，前體氣體可以包括含氮或其它化合物，以基於碳以外的元素形成耐久品或耐久品成分。就特定實施方案所描述的某些技術方面在其它實施方案中可以結合起來或予以排除。例如，就上文圖2所示的連續流動實施方案描述的換熱器也可應用於上文參考圖I描述的間歇流程。此外，雖然與所述技術的某些實施方案相關的優點已經就這些實施方案得到了描述，但其它的實施方案也可顯示出這樣的優點，並且不是所有的實施方案都需要顯示出這樣的優點才算是歸屬於本發明的範圍以內。因此，本發明及相關技術可以包括本文中沒有明確顯示或描述的其它實施方案。在未於先前以引用的方式併入本文的範圍內，以下材料中每ー者的主題全文以引用的方式併入本申請第12/857,553號美國專利申請，提交於2010年8月16日，標題為「SUSTAINABLE ECONOMIC DEVELOPMENT THROUGH INTEGRATED PRODUCTION OF RENEWABLEENERGY, MATERIALS RESOURCES, AND NUTRIENT REGMES」 ；第 12/857，553 號美國專利申請，提交於 2010 年8 月 16 日，標題為 「SYSTEMS AND METHODS FOR SUSTAINABLE ECONOMICDEVELOPMENT THROUGH INTEGRATED FULL SPECTRUM PRODUCTION OF RENEWABLE ENERGY，，;第12/857，554號美國專利申請，提交於2010年8月16日，標題為「SYSTEMS AND METHODS FORSUSTAINABLE ECONOMIC DEVELOPMENT THROUGH INTEGRATED FULL SPECTRUM PRODUCTIONOF RENEWABLE MATERIAL RESOURCES USING SOLAR THERMAL」 ；第 12/857，502 號美國專利申請，提交於 2010 年 8 月 16 日，標題為 「ENERGY SYSTEM FOR DWELLING SUPPORT」 ；第69545-8505. USOO 號律師文案，提交於 2011 年 2 月 14 日，標題為「DELIVERY SYSTEMS WITHIN-LINESELECTIVE EXTRACTION DEVICES AND ASSOCIATED METHODS OF OPERATION」 ；第61/401,699號美國專利申請，提交於2010年8月16日，標題為「COMPREHENSIVE COSTMODELING OF AUTOGENOUS SYSTEMS AND PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF ENERGY,MATERIAL RESOURCES AND NUTRIENT REGMES」 ；第 69545-8601. USOO 號律師文案，提交於 2011 年 2 月 14 日，標題為「CHEMICAL PROCESSES AND REACTORS FOR EFFICIENTLYPRODUCING HYDROGEN FUELS AND STRUCTURAL MATERIALS, AND ASSOCIATED SYSTEMS ANDMETHODS」；第69545-8602. USOO號律師文案，提交於2011年2月14日，標題為「REACTORVESSELS WITH TRANSMISSIVE SURFACES FOR PRODUCING HYDROGEN-BASED FUELS ANDSTRUCTURAL ELEMENTS, AND AS SOCIATED SYSTEMS AND METHODS」 ；第 69545-8603.USOO號律師文案，提交於2011年2月14日，標題為「CHEMICAL REACTORS WITH RE-RADIATINGSURFACES AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS」 ；第 69545-8604. USOO 號律師文案，提交於 2011 年 2 月 14 日，標題為 「THERMAL TRANSFER DEVICE AND ASSOCIATED SYSTEMSAND METHODS」 ；第69545-8605. USOO號律師文案，提交於2011年2月14日，標題為 「CHEMICAL REACTORS WITH ANNULARLY POSITIONED DELIVERY AND REMOVAL DEVICES, ANDASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS」 ;第 69545-8606. USOO 號律師文案，提交於 2011 年 2月 14 日，標題為 「REACTORS FOR CONDUCTING THERMOCHEMICAL PROCESSES WITH SOLARHEAT INPUT, AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS」 ；第 69545-8611. USOO 號律師文案，提交於2011 年2 月 14 日，標題為 「COUPLED THERMOCHEMICAL REACTORS AND ENGINES,AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS」 ；第 61/385，508 號美國專利申請，提交於 2010年 9 月 22 日，標題為 「REDUCING AND HARVESTING DRAG ENERGY ON MOBILE ENGINESUSING THERMAL CHEMICAL REGENERATION」 ；第 69545-8616. USOO 號律師文案，提交於 2011年 2 月 14 日，標題為 「REACTOR VESSELS WITH PRESSURE AND HEAT TRANSFER FEATURESFOR PRODUCING HYDROGEN-BASED FUELS AND STRUCTURAL ELEMENTS, AND ASSOCIATEDSYSTEMS AND METHODS」 ；第 69545-8701. USOO 號律師文案，提交於 2011 年 2 月 14 日，標題為 「ARCHITECTURAL CONSTRUCT HAVING FOR EXAMPLE A PLURALITY OF ARCHITECTURALCRYSTALS」；第12/806,634號美國專利申請，提交於2010年8月16日，標題為「METHODSAND APPARATUSES FOR DETECTION OF PROPERTIES OF FLUID CONVEYANCE SYSTEMS，，；第69545-8801. USOl號律師文案，提交於2011年2月14日，標題為「METHODS，DEVICES,AND SYSTEMS FOR DETECTING PROPERTIES OF TARGET SAMPLES」 ；第 69545-9002. USOO 號律師文案，提交於 2011 年 2 月 14 日，標題為「SYSTEM FOR PROCESSING BIOMASS INTOHYDROCARBONS, ALCOHOL VAPORS, HYDROGEN, CARBON, ETC.，，·，第 69545-9004. USOO 號律師文案，提交於 2011 年 2 月 14 日，標題為 「CARBON RECYCLING AND REINVESTMENT USINGTHERMOCHEMICAL REGENERATION」 ；第 69545-9006. USOO 號律師文案，提交於 2011 年 2 月14日，標題為「OXYGENATED FUEL」;第61/237，419號美國專利申請，提交於2009年8月27日，標題為「CARBON SEQUESTRATION」;第61/237，425號美國專利申請，提交於2009年8月27 日，標題為 「OXYGENATED FUEL PRODUCTION」 ；第 69545-9102. USOO 號律師文案，提交於
2011年2月 14 日，標題為「MULTI-PURPOSE RENEWABLE FUEL FOR ISOLATING CONTAMINANTSAND STORING ENERGY」 ;第61/421，189號美國專利申請，提交於2010年12月8日，標題為「LIQUID FUELS FROM HYDROGEN,OXIDES OF CARBON,AND/OR NITROGEN ；AND PRODUCTION OFCARBON FOR MANUFACTURING D URABLE GOODS」 ；和第 69545-9105. USOO 號律師文案，提交於2011年 2 月 14 日，標題為 「ENGINEERED FUEL STORAGE, RESPECIATION AND TRANSPORT」。
權利要求
1.一種形成材料的方法，包括 在反應器中設置第一基底，所述第一基底具有暴露的第一表面； 在所述反應器中設置第二基底，所述第二基底具有面向所述第一表面的暴露的第二表面； 將前體氣體導入所述反應器； 激活接近所述第一和第二表面的感應線圈以解離所述前體氣體； 將所述前體氣體的成分沉積在所述第一和第二表面上； 在(b)所述第二表面和沉積在所述第二表面上的成分中至少之一處接收由(a)所述第一表面和沉積在所述第一表面上的成分中至少之一輻射的熱；以及 在(b)所述第一表面和沉積在所述第一表面上的成分中至少之一處接收由(a)所述第二表面和沉積在所述第二表面上的成分中至少之一輻射的熱。
2.根據權利要求I所述的方法，進一步包括 將所述第一基底的不同於所述第一表面的另外的暴露表面隔熱，以至少除了在所述第一表面處之外限制由所述第一基底的輻射；以及 將所述第二基底的不同於所述第二表面的另外的暴露表面隔熱，以至少除了在所述第二表面處之外限制由所述第二基底的輻射。
3.根據權利要求I所述的方法，其中導前體氣體包括導甲烷。
4.根據權利要求I所述的方法，其中沉積成分包括沉積碳。
5.根據權利要求I所述的方法，其中所述前體氣體包括氫化合物，且其中所述方法進一步包括從所述化合物中解離氫，且其中沉積成分包括沉積解離所述氫後剩下的所述化合物的成分。
6.根據權利要求5所述的方法，進一步包括從所述反應器中移出所述氫，並提供所述氫作為燃料。
7.根據權利要求6所述的方法，進一步包括將所述氫分離成具有第一純度水平的第一部分和具有第二純度水平的第二部分，所述第二純度水平低於所述第一純度水平，且其中所述方法進一步包括 用燃料電池以所述第一部分生產電能；以及 用發動機燃燒所述第二部分。
8.根據權利要求I所述的方法，進一步包括以連續的方式從所述反應器中取出所述第一和第二基底，同時將所述成分沉積在所述第一和基底上。
9.根據權利要求8所述的方法，其中取出包括在相反的方向上取出所述第一和第二基。
10.根據權利要求9所述的方法，其中取出包括通過所述反應器的第一密封件取出所述第一基底並通過所述反應器的第二密封件取出所述第二基底以至少限制氣體逸出所述反應器。
11.根據權利要求I所述的方法，進一步包括 停止沉積所述成分的過程；並 在停止沉積所述成分的過程的同時從所述反應器中移出所述第一和第二基底。
12.—種形成材料的方法，包括在反應器的感應區中設置第一石墨基底，所述第一石墨基底具有第一暴露表面；在所述反應器的所述感應區中設置第二石墨基底，所述第二石墨基底具有面向所述第一表面的第二表面； 將甲烷導入所述感應區； 激活圍繞所述感應區的感應線圈以將甲烷解離成碳和氫； 在所述第一和第二表面上外延生長碳； 通過以下方式使所述感應區內的熱再循環 在(b)所述第二表面和生長在所述第二表面上的碳至少之一處接收由(a)所述第一表面和生長在所述第一表面上的碳至少之一輻射的熱； 在(b)所述第一表面和生長在所述第一表面上的碳至少之一處接收由(a)所述第二表面和生長在所述第二表面上的碳至少之一輻射的熱； 至少限制由所述第一石墨基底除了所述第一表面外的任何表面的輻射；以及 至少限制由所述第二石墨基底除了所述第二表面外的任何表面的輻射。
13.根據權利要求12所述的方法，進一步包括通過相應的第一和第二密封件在相反的方向上從所述反應器中取出所述第一和第二基底及外延生長的碳以至少限制氣體逸出所述反應器。
14.根據權利要求12所述的方法，進一步包括 接收來自所述第一基底和生長在所述第一基底上的碳至少之一的第一熱量； 接收來自所述第二基底和生長在所述第二基底上的碳至少之一的第二熱量； 從所述感應區中移出解離的氫； 接收來自移出所述感應區的氫的第三熱量； 將所述第一、第二和第三熱量的至少一部分傳遞給一定體積的甲烷；以及 將所述一定體積的甲烷導入所述感應區以進行解離。
15.一種用於形成材料的反應器系統，包括 具有反應區的反應器容器； 圍繞所述反應區布置的感應線圈； 以流體連通的方式與所述反應區連接的反應物供給裝置； 布置在所述反應區中以支承第一基底的第一基底支承件；和 布置在所述反應區中以支承第二基底的第二基底支承件，所述第二基底的取向面向所述第一基底。
16.根據權利要求15所述的系統，進一步包括 第一密封件，其布置成在所述感應線圈處於激活態且所述反應物供給裝置將反應物傳給所述反應區時允許從所述反應區中取出所述第一支承件；和 第二密封件，其布置成在所述感應線圈處於激活態且所述反應物供給裝置將反應物傳給所述反應區時允許從所述反應區中取出所述第二支承件。
17.根據權利要求16所述的系統，進一步包括 第一換熱器，其布置成接近所述容器以在從所述反應區中取出所述第一支承件時接收所述第一支承件； 第二換熱器，其布置成接近所述容器以在從所述反應區中取出所述第二支承件時接收所述第二支承件； 第三換熱器，其布置在所述反應物供給裝置與所述反應區之間；和 換熱器流體路徑，其連接在所述第一、第二和第三換熱器當中以將在所述第一和第二換熱器處接收的熱傳遞至所述第三換熱器處的反應物。
18.根據權利要求17所述的系統，其中所述反應器容器包括布置成接收來自所述容器內的氣體成分的出口，且其中所述系統進一步包括 產品流徑，其連接在所述出口與所述第三換熱器之間，以將來自所述氣體成分的熱傳遞至所述第三換熱器處的反應物。
19.根據權利要求15所述的系統，其中所述反應器容器包括布置成接收來自所述容器內的氣體成分的出口，且其中所述系統進一步包括 分離器，其連接於所述出口且布置成從經過所述出口的其它成分中分離氫。
20.根據權利要求15所述的系統，其中所述反應器容器包括布置成接收來自所述容器內的氣體成分的出口，且其中所述系統進一步包括 分離器，其連接於所述出口且布置成從具有第二純度水平的氫中分離具有第一純度水平的氫，所述第二純度水平低於所述第一純度水平。
全文摘要
本發明涉及熱化學過程的誘導及相關的系統和方法。根據特定實施方案的方法包括在反應器中設置第一和第二基底，各基底具有彼此面對的表面。方法可進一步包括將前體氣體導入反應器並激活接近基底的相對表面的感應線圈以解離前體氣體。將前體氣體的成分沉積在第一和第二表面上，且由每個表面和/或沉積在該表面上的成分輻射的熱在另一表面和/或沉積在另一表面上的成分處被接收。
文檔編號B01J19/24GK102844264SQ201180008085
公開日2012年12月26日 申請日期2011年2月14日 優先權日2010年2月13日
發明者羅伊·E·麥卡利斯特 申請人:麥卡利斯特技術有限責任公司