KR20240073947A - 전기 프로세싱을 위한 시스템 및 방법 - Google Patents
전기 프로세싱을 위한 시스템 및 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20240073947A KR20240073947A KR1020247014607A KR20247014607A KR20240073947A KR 20240073947 A KR20240073947 A KR 20240073947A KR 1020247014607 A KR1020247014607 A KR 1020247014607A KR 20247014607 A KR20247014607 A KR 20247014607A KR 20240073947 A KR20240073947 A KR 20240073947A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- reactor
- bar
- carbon particles
- pressure
- hydrogen
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 376
- 238000012545 processing Methods 0.000 title description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 280
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 274
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 256
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 242
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims abstract description 203
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims abstract description 203
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 167
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 166
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 161
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 158
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 65
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 claims abstract description 30
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims description 85
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 18
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 18
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims description 10
- OKTJSMMVPCPJKN-NJFSPNSNSA-N Carbon-14 Chemical compound [14C] OKTJSMMVPCPJKN-NJFSPNSNSA-N 0.000 claims description 9
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 claims description 6
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 claims description 6
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 4
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 3
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 abstract description 56
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 46
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 43
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 33
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 30
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 23
- 230000015654 memory Effects 0.000 description 20
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 20
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 239000000047 product Substances 0.000 description 17
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N Naphthalene Chemical compound C1=CC=CC2=CC=CC=C21 UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- MWPLVEDNUUSJAV-UHFFFAOYSA-N anthracene Chemical compound C1=CC=CC2=CC3=CC=CC=C3C=C21 MWPLVEDNUUSJAV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 14
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 13
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 13
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 13
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 description 11
- 125000005575 polycyclic aromatic hydrocarbon group Chemical group 0.000 description 11
- QPUYECUOLPXSFR-UHFFFAOYSA-N 1-methylnaphthalene Chemical compound C1=CC=C2C(C)=CC=CC2=C1 QPUYECUOLPXSFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N Ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000003570 air Substances 0.000 description 10
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- -1 synthetic graphite Chemical compound 0.000 description 10
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 9
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 9
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 description 9
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 8
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 8
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 8
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 7
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 7
- LELOWRISYMNNSU-UHFFFAOYSA-N hydrogen cyanide Chemical compound N#C LELOWRISYMNNSU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 6
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000011280 coal tar Substances 0.000 description 6
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 6
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 6
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 6
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 description 5
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 5
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 5
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N n-pentane Natural products CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 5
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 5
- KAKZBPTYRLMSJV-UHFFFAOYSA-N Butadiene Chemical compound C=CC=C KAKZBPTYRLMSJV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 4
- WDECIBYCCFPHNR-UHFFFAOYSA-N chrysene Chemical compound C1=CC=CC2=CC=C3C4=CC=CC=C4C=CC3=C21 WDECIBYCCFPHNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- VPUGDVKSAQVFFS-UHFFFAOYSA-N coronene Chemical compound C1=C(C2=C34)C=CC3=CC=C(C=C3)C4=C4C3=CC=C(C=C3)C4=C2C3=C1 VPUGDVKSAQVFFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- NIHNNTQXNPWCJQ-UHFFFAOYSA-N fluorene Chemical compound C1=CC=C2CC3=CC=CC=C3C2=C1 NIHNNTQXNPWCJQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 4
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 4
- BBEAQIROQSPTKN-UHFFFAOYSA-N pyrene Chemical compound C1=CC=C2C=CC3=CC=CC4=CC=C1C2=C43 BBEAQIROQSPTKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 4
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- KZNJSFHJUQDYHE-UHFFFAOYSA-N 1-methylanthracene Chemical compound C1=CC=C2C=C3C(C)=CC=CC3=CC2=C1 KZNJSFHJUQDYHE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-IGMARMGPSA-N Carbon-12 Chemical compound [12C] OKTJSMMVPCPJKN-IGMARMGPSA-N 0.000 description 3
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N O-Xylene Chemical compound CC1=CC=CC=C1C CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N Propene Chemical compound CC=C QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N Propylene glycol Chemical compound CC(O)CO DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910001080 W alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 239000001273 butane Substances 0.000 description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 3
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 3
- 239000008246 gaseous mixture Substances 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N n-butane Chemical compound CCCC IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 3
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 3
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 3
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- 239000008096 xylene Substances 0.000 description 3
- QNLZIZAQLLYXTC-UHFFFAOYSA-N 1,2-dimethylnaphthalene Chemical compound C1=CC=CC2=C(C)C(C)=CC=C21 QNLZIZAQLLYXTC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YNQLUTRBYVCPMQ-UHFFFAOYSA-N Ethylbenzene Chemical compound CCC1=CC=CC=C1 YNQLUTRBYVCPMQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012075 bio-oil Substances 0.000 description 2
- 239000003225 biodiesel Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 2
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 2
- 238000012993 chemical processing Methods 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 238000006356 dehydrogenation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 239000002283 diesel fuel Substances 0.000 description 2
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 2
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 2
- GVEPBJHOBDJJJI-UHFFFAOYSA-N fluoranthrene Natural products C1=CC(C2=CC=CC=C22)=C3C2=CC=CC3=C1 GVEPBJHOBDJJJI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 2
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 2
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 2
- 150000002576 ketones Chemical class 0.000 description 2
- 239000002808 molecular sieve Substances 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 238000011112 process operation Methods 0.000 description 2
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N sodium aluminosilicate Chemical compound [Na+].[Al+3].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 238000004326 stimulated echo acquisition mode for imaging Methods 0.000 description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- 229930195735 unsaturated hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- QIJNJJZPYXGIQM-UHFFFAOYSA-N 1lambda4,2lambda4-dimolybdacyclopropa-1,2,3-triene Chemical compound [Mo]=C=[Mo] QIJNJJZPYXGIQM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 1
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910039444 MoC Inorganic materials 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000691 Re alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 1
- TYYOGQJRDAYPNI-UHFFFAOYSA-N [Re].[Cu] Chemical compound [Re].[Cu] TYYOGQJRDAYPNI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 150000001299 aldehydes Chemical class 0.000 description 1
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 150000004945 aromatic hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 229910021383 artificial graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 238000010923 batch production Methods 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- UFGZSIPAQKLCGR-UHFFFAOYSA-N chromium carbide Chemical compound [Cr]#C[Cr]C#[Cr] UFGZSIPAQKLCGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 1
- 238000004939 coking Methods 0.000 description 1
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 1
- 239000012809 cooling fluid Substances 0.000 description 1
- SBYXRAKIOMOBFF-UHFFFAOYSA-N copper tungsten Chemical compound [Cu].[W] SBYXRAKIOMOBFF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 description 1
- 238000011143 downstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 150000002170 ethers Chemical class 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003779 heat-resistant material Substances 0.000 description 1
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229910001026 inconel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052743 krypton Inorganic materials 0.000 description 1
- DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N krypton atom Chemical compound [Kr] DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000002480 mineral oil Substances 0.000 description 1
- 235000010446 mineral oil Nutrition 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- MGRWKWACZDFZJT-UHFFFAOYSA-N molybdenum tungsten Chemical compound [Mo].[W] MGRWKWACZDFZJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000002950 monocyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 229910021382 natural graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011331 needle coke Substances 0.000 description 1
- 229910052754 neon Inorganic materials 0.000 description 1
- GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N neon atom Chemical compound [Ne] GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052756 noble gas Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002835 noble gases Chemical class 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- JTJMJGYZQZDUJJ-UHFFFAOYSA-N phencyclidine Chemical class C1CCCCN1C1(C=2C=CC=CC=2)CCCCC1 JTJMJGYZQZDUJJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 description 1
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 125000004805 propylene group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([*:1])C([H])([H])[*:2] 0.000 description 1
- 230000003134 recirculating effect Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 description 1
- WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N rhenium atom Chemical compound [Re] WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DECCZIUVGMLHKQ-UHFFFAOYSA-N rhenium tungsten Chemical compound [W].[Re] DECCZIUVGMLHKQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 150000004756 silanes Chemical class 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000005549 size reduction Methods 0.000 description 1
- 239000010454 slate Substances 0.000 description 1
- 238000009628 steelmaking Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002459 sustained effect Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 229910003470 tongbaite Inorganic materials 0.000 description 1
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000035899 viability Effects 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 1
Images
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
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
- B01J19/087—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
- B01J19/088—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J7/00—Apparatus for generating gases
-
- 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
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/22—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds
- C01B3/24—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds of hydrocarbons
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2204/00—Aspects relating to feed or outlet devices; Regulating devices for feed or outlet devices
- B01J2204/002—Aspects relating to feed or outlet devices; Regulating devices for feed or outlet devices the feeding side being of particular interest
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
- B01J2219/00162—Controlling or regulating processes controlling the pressure
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
- B01J2219/00186—Controlling or regulating processes controlling the composition of the reactive mixture
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
- B01J2219/0803—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
- B01J2219/0805—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges
- B01J2219/0807—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges involving electrodes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
- C01B2203/042—Purification by adsorption on solids
- C01B2203/043—Regenerative adsorption process in two or more beds, one for adsorption, the other for regeneration
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
- C01B2203/046—Purification by cryogenic separation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/08—Methods of heating or cooling
- C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/0861—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by plasma
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
약 1.5 bar 이상 내지 20 bar 이상의 압력에서 작동되는 플라즈마 반응기를 사용하여 탄소질 물질 및 수소를 생성하는 방법이 개시된다. 반응기 내의 1개 이상의 전극은 AC 또는 DC를 사용하여 플라즈마를 발생시키는 데 사용된다. 액체 또는 기체상 형태인 탄화수소, 예컨대 천연 기체 또는 메탄은 주입기를 통해 반응기 내로 주입되고, 이어서 플라즈마 반응기는 산소가 없는 공정에서 탄화수소를 수소 기체 및 탄소 입자로 분해한다. 생성물을 개선시키거나 변화시키기 위해 첨가제 및 시스 기체가 반응기에 추가로 첨가될 수 있다.
Description
상호 참조
본 출원은 2021년 10월 8일에 출원된 미국 가출원 번호 63/253,996, 2022년 9월 8일에 출원된 63/375,024, 2022년 1월 12일에 출원된 63/298,912, 및 2022년 6월 9일에 출원된 63/350,801의 이익을 주장하며, 이들 각각은 그 전문이 본원에 참조로 포함된다.
탄소질 물질 및/또는 수소는 다양한 화학적 공정에 의해 생성될 수 있다. 이러한 화학적 공정과 연관된 성능, 에너지 공급 및 환경 성능은 시간의 경과에 따라 발전해 왔다.
본 개시내용은, 예를 들어 탄소질 물질 및/또는 수소를 생성하기 위한 보다 효율적이고 효과적인 공정에 대한 필요를 인식한다.
본 개시내용은, 예를 들어, 대기압보다 높은 압력에서 플라즈마 발생기로 탄화수소를 가열함으로써 수소를 생성하는 것을 포함하는 프로세싱 방법을 제공한다. 방법은 탄화수소를 플라즈마 발생기에 첨가하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 플라즈마 발생기는 AC 또는 DC 전극을 포함할 수 있다. 방법은 탄소질 물질을 생성하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 탄소질 물질은 탄소 입자를 포함할 수 있다. 방법은 수소 및 탄소질 물질을 연속적으로 생성하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 탄화수소는 기체, 천연 기체일 수 있거나, 또는 천연 기체를 포함할 수 있다. 방법은 단일 챔버에서 탄화수소를 가열하고 수소를 생성하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 방법은 수소 및 탄소질 물질을 1회-통과, 단일 단계 공정으로 생성하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 방법은 약 2 bar 이상의 압력에서 수행된다. 방법은 약 5 bar 이상의 압력에서 수행된다. 방법은 약 10 bar 이상의 압력에서 수행된다.
본 개시내용은 또한, 예를 들어, 대기압보다 높은 압력에서 전기 에너지로 탄화수소를 가열함으로써, 실질적으로 불활성이거나 실질적으로 산소가 없는 환경 또는 분위기에서 수소를 생성하는 것을 포함하는 프로세싱 방법을 제공한다. 방법은 탄소질 물질을 생성하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 탄소질 물질은 탄소 입자를 포함할 수 있다. 방법은 수소 및 탄소질 물질을 연속적으로 생성하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 탄화수소는 기체, 천연 기체일 수 있거나, 또는 천연 기체를 포함할 수 있다. 방법은 탄화수소를 전기 에너지로 직접 가열하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 수소는 내화물-라이닝된 반응기에서 생성될 수 있다. 방법은 단일 챔버에서 탄화수소를 가열하고 수소를 생성하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 방법은 수소 및 탄소질 물질을 1회-통과, 단일 단계 공정으로 생성하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 방법은 전기 에너지를 사용하여 수소로부터 수소를 제거하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 방법은 약 2 bar 이상의 압력에서 수행된다. 방법은 약 5 bar 이상의 압력에서 수행된다. 방법은 약 10 bar 이상의 압력에서 수행된다. 방법은 열 교환기, 필터 및 고체 취급 장비를 사용하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 고체 취급 장비는 냉각된 고체 탄소 수집 스크류 컨베이어, 공기 잠금 및 퍼징 시스템, 공압 운반 시스템, 기계적 운반 시스템, 분급 밀, 및 생성물 저장 용기를 포함할 수 있다. 방법은 실질적으로 산소가 없는 환경 또는 분위기에서 수소를 생성하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 방법은 실질적으로 불활성인 환경 또는 분위기에서 수소를 생성하는 것을 추가로 포함할 수 있다.
본 개시내용은 또한, 예를 들어, 탄화수소를 전기 에너지로 직접 가열함으로써, 실질적으로 불활성이거나 실질적으로 산소가 없는 환경 또는 분위기에서 수소를 생성하는 방법을 제공한다. 탄화수소는 기체, 천연 기체일 수 있거나, 또는 천연 기체를 포함할 수 있다. 방법은 탄소질 물질을 생성하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 탄소질 물질은 탄소 입자를 포함할 수 있다. 방법은 수소 및 탄소질 물질을 연속적으로 생성하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 방법은 플라즈마를 발생시키는 것을 추가로 포함할 수 있다. 플라즈마는 AC 전극을 사용하여 발생될 수 있다. 플라즈마는 DC 전극을 사용하여 발생될 수 있다. 방법은 부피 또는 몰 기준으로 약 2% 미만의 분자 산소를 포함하는 환경 또는 분위기에서 수소를 생성하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 방법은 단일 챔버에서 탄화수소를 가열하고 수소를 생성하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 방법은 수소 및 탄소질 물질을 1회-통과, 단일 단계 공정으로 생성하는 것을 추가로 포함할 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 개시내용은 (a) 1개 이상의 전극을 사용하여 반응기에서 플라즈마를 발생시키는 단계; 및 (b) 1개 이상의 주입기를 통해 탄화수소를 반응기 내로 주입하여 탄화수소가 플라즈마와 접촉하도록 함으로써 탄소 입자를 생성하는 단계를 포함하는, 반응기에서 탄소 입자를 생성하는 방법을 제공하며, 여기서 반응기는 약 1.5 bar 이상의 압력에서 작동된다.
일부 실시양태에서, 1개 이상의 전극은 AC 전극을 포함한다. 일부 실시양태에서, 1개 이상의 전극은 DC 전극을 포함한다. 일부 실시양태에서, 방법은 수소를 생성하는 것을 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 방법은 수소 및 탄소 입자를 연속적으로 생성하는 것을 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 방법은 수소 및 탄소 입자를 1회-통과, 단일 단계 공정으로 생성하는 것을 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 탄화수소는 기체이다. 일부 실시양태에서, 탄화수소는 천연 기체를 포함한다. 일부 실시양태에서, 탄화수소는 플라즈마와 접촉 시 가열된다. 일부 실시양태에서, 탄소 입자는 반응기에서 약 1.5 bar 미만의 압력에서 작동된 경우에 형성된 탄소 입자보다 더 작은 표면적을 갖는다. 일부 실시양태에서, 탄소 입자는 반응기에서 약 1 bar의 압력에서 작동된 경우에 형성된 탄소 입자와 비교하여 약 90%의 표면적을 갖는다. 일부 실시양태에서, 반응기는 약 5 bar 이상의 압력에서 작동된다. 일부 실시양태에서, 탄소 입자는 반응기에서 약 5 bar 미만의 압력에서 작동된 경우에 형성된 탄소 입자보다 더 작은 표면적을 갖는다. 일부 실시양태에서, 탄소 입자는 반응기에서 약 1 bar의 압력에서 작동된 경우에 형성된 탄소 입자와 비교하여 약 60%의 표면적을 갖는다. 일부 실시양태에서, 반응기는 약 10 bar 이상의 압력에서 작동된다. 일부 실시양태에서, 탄소 입자는 반응기에서 약 10 bar 미만의 압력에서 작동된 경우에 형성된 탄소 입자보다 더 작은 표면적을 갖는다. 일부 실시양태에서, 탄소 입자는 반응기에서 약 1 bar의 압력에서 작동된 경우에 형성된 탄소 입자와 비교하여 약 35%의 표면적을 갖는다. 일부 실시양태에서, 반응기는 약 20 bar 이상의 압력에서 작동된다. 일부 실시양태에서, 탄소 입자는 반응기에서 약 20 bar 미만의 압력에서 작동된 경우에 형성된 탄소 입자보다 더 작은 표면적을 갖는다. 일부 실시양태에서, 반응기는 약 30 bar 이상의 압력에서 작동된다. 일부 실시양태에서, 탄소 입자는 반응기에서 약 30 bar 미만의 압력에서 작동된 경우에 형성된 탄소 입자보다 더 작은 표면적을 갖는다. 일부 실시양태에서, 방법은 1종 이상의 첨가제를 사용하여 탄소 입자의 표면적을 증가시키는 것을 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 1종 이상의 첨가제는 탄화수소 기체를 포함한다. 일부 실시양태에서, 1종 이상의 첨가제는 규소를 포함한다. 일부 실시양태에서, 1종 이상의 첨가제는 방향족 첨가제를 포함한다. 일부 실시양태에서, 반응기는 산소가 없는 환경이다. 일부 실시양태에서, 반응기는 부피 또는 몰 기준으로 약 2% 미만의 분자 산소를 포함한다. 일부 실시양태에서, 반응기에서의 탄소 입자의 수율은 반응기에서 약 1 bar의 압력에서 작동된 경우에 형성된 탄소 입자의 수율보다 더 크다. 일부 실시양태에서, 탄소 입자는 75% 초과의 수율로 생성된다. 일부 실시양태에서, 탄소 입자는 85% 초과의 수율로 생성된다. 일부 실시양태에서, 탄소 입자는 90% 초과의 수율로 생성된다. 일부 실시양태에서, 탄소 입자는 99% 초과의 수율로 생성된다. 일부 실시양태에서, 반응기에서의 탄소 입자의 수율은 반응기와 동일한 크기의 반응기에서 1.5 bar 미만의 압력에서 작동된 경우에 형성된 탄소 입자의 수율보다 더 크다.
또 다른 측면에서, 본 개시내용은 (a) 1개 이상의 전극을 사용하여 반응기에서 플라즈마를 발생시키는 단계; 및 (b) 1개 이상의 주입기를 통해 탄화수소를 반응기 내로 주입하여 탄화수소가 플라즈마와 접촉하도록 함으로써 수소를 생성하는 단계를 포함하는, 반응기에서 수소를 생성하는 방법을 제공하며, 여기서 반응기는 약 1.5 bar 이상의 압력에서 작동된다.
일부 실시양태에서, 1개 이상의 전극은 AC 전극을 포함한다. 일부 실시양태에서, 1개 이상의 전극은 DC 전극을 포함한다. 일부 실시양태에서, 방법은 탄소 입자를 생성하는 것을 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 방법은 수소 및 탄소 입자를 연속적으로 생성하는 것을 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 방법은 수소 및 탄소 입자를 1회-통과, 단일 단계 공정으로 생성하는 것을 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 탄화수소는 기체이다. 일부 실시양태에서, 탄화수소는 천연 기체를 포함한다. 일부 실시양태에서, 탄화수소는 플라즈마와 접촉 시 가열된다. 일부 실시양태에서, 반응기는 약 5 bar 이상의 압력에서 작동된다. 일부 실시양태에서, 반응기는 약 10 bar 이상의 압력에서 작동된다. 일부 실시양태에서, 반응기는 약 20 bar 이상의 압력에서 작동된다. 일부 실시양태에서, 반응기는 약 30 bar 이상의 압력에서 작동된다. 일부 실시양태에서, 반응기는 산소가 없는 환경이다. 일부 실시양태에서, 반응기는 부피 또는 몰 기준으로 약 2% 미만의 분자 산소를 포함한다.
또 다른 측면에서, 본 개시내용은 (a) 1개 이상의 전극을 사용하여 반응기에서 플라즈마를 발생시키는 단계; 및 (b) 1개 이상의 주입기를 통해 탄화수소를 반응기 내로 주입하여 탄소 입자를 생성하는 단계를 포함하는, 반응기에서 탄소 입자를 생성하는 방법을 제공하며, 여기서 반응기는 약 1.5 bar 이상의 압력에서 작동된다.
일부 실시양태에서, 1개 이상의 전극은 AC 전극을 포함한다. 일부 실시양태에서, 1개 이상의 전극은 DC 전극을 포함한다. 일부 실시양태에서, 방법은 수소를 생성하는 것을 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 방법은 수소 및 탄소 입자를 연속적으로 생성하는 것을 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 방법은 수소 및 탄소 입자를 1회-통과, 단일 단계 공정으로 생성하는 것을 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 탄화수소는 기체이다. 일부 실시양태에서, 탄화수소는 천연 기체를 포함한다. 일부 실시양태에서, 탄화수소는 플라즈마와 접촉 시 가열된다. 일부 실시양태에서, 탄소 입자는 반응기에서 약 1.5 bar 미만의 압력에서 작동된 경우에 형성된 탄소 입자보다 더 작은 표면적을 갖는다. 일부 실시양태에서, 탄소 입자는 반응기에서 약 1 bar의 압력에서 작동된 경우에 형성된 탄소 입자와 비교하여 약 90%의 표면적을 갖는다. 일부 실시양태에서, 반응기는 약 5 bar 이상의 압력에서 작동된다. 일부 실시양태에서, 탄소 입자는 반응기에서 약 5 bar 미만의 압력에서 작동된 경우에 형성된 탄소 입자보다 더 작은 표면적을 갖는다. 일부 실시양태에서, 탄소 입자는 반응기에서 약 1 bar의 압력에서 작동된 경우에 형성된 탄소 입자와 비교하여 약 60%의 표면적을 갖는다. 일부 실시양태에서, 반응기는 약 10 bar 이상의 압력에서 작동된다. 일부 실시양태에서, 탄소 입자는 반응기에서 약 10 bar 미만의 압력에서 작동된 경우에 형성된 탄소 입자보다 더 작은 표면적을 갖는다. 일부 실시양태에서, 탄소 입자는 반응기에서 약 1 bar의 압력에서 작동된 경우에 형성된 탄소 입자와 비교하여 약 35%의 표면적을 갖는다. 일부 실시양태에서, 반응기는 약 20 bar 이상의 압력에서 작동된다. 일부 실시양태에서, 탄소 입자는 반응기에서 약 20 bar 미만의 압력에서 작동된 경우에 형성된 탄소 입자보다 더 작은 표면적을 갖는다. 일부 실시양태에서, 반응기는 약 30 bar 이상의 압력에서 작동된다. 일부 실시양태에서, 탄소 입자는 반응기에서 약 30 bar 미만의 압력에서 작동된 경우에 형성된 탄소 입자보다 더 작은 표면적을 갖는다. 일부 실시양태에서, 방법은 1종 이상의 첨가제를 사용하여 탄소 입자의 표면적을 증가시키는 것을 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 1종 이상의 첨가제는 탄화수소 기체를 포함한다. 일부 실시양태에서, 1종 이상의 첨가제는 규소를 포함한다. 일부 실시양태에서, 1종 이상의 첨가제는 방향족 첨가제를 포함한다. 일부 실시양태에서, 반응기는 산소가 없는 환경이다. 일부 실시양태에서, 반응기는 부피 또는 몰 기준으로 약 2% 미만의 분자 산소를 포함한다. 일부 실시양태에서, 반응기에서의 탄소 입자의 수율은 반응기에서 약 1 bar의 압력에서 작동된 경우에 형성된 탄소 입자의 수율보다 더 크다. 일부 실시양태에서, 탄소 입자는 75% 초과의 수율로 생성된다. 일부 실시양태에서, 탄소 입자는 85% 초과의 수율로 생성된다. 일부 실시양태에서, 탄소 입자는 90% 초과의 수율로 생성된다. 일부 실시양태에서, 탄소 입자는 99% 초과의 수율로 생성된다. 일부 실시양태에서, 반응기에서의 탄소 입자의 수율은 반응기와 동일한 크기의 반응기에서 1.5 bar 미만의 압력에서 작동된 경우에 형성된 탄소 입자의 수율보다 더 크다.
또 다른 측면에서, 본 개시내용은 (a) 1개 이상의 전극을 사용하여 반응기에서 플라즈마를 발생시키는 단계; 및 (b) 1개 이상의 주입기를 통해 탄화수소를 반응기 내로 주입하여 수소를 생성하는 단계를 포함하는, 반응기에서 수소를 생성하는 방법을 제공하며, 여기서 반응기는 약 1.5 bar 이상의 압력에서 작동된다.
일부 실시양태에서, 1개 이상의 전극은 AC 전극을 포함한다. 일부 실시양태에서, 1개 이상의 전극은 DC 전극을 포함한다. 일부 실시양태에서, 방법은 탄소 입자를 생성하는 것을 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 방법은 수소 및 탄소 입자를 연속적으로 생성하는 것을 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 방법은 수소 및 탄소 입자를 1회-통과, 단일 단계 공정으로 생성하는 것을 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 탄화수소는 기체이다. 일부 실시양태에서, 탄화수소는 천연 기체를 포함한다. 일부 실시양태에서, 탄화수소는 플라즈마와 접촉 시 가열된다. 일부 실시양태에서, 반응기는 약 5 bar 이상의 압력에서 작동된다. 일부 실시양태에서, 반응기는 약 10 bar 이상의 압력에서 작동된다. 일부 실시양태에서, 반응기는 약 20 bar 이상의 압력에서 작동된다. 일부 실시양태에서, 반응기는 약 30 bar 이상의 압력에서 작동된다. 일부 실시양태에서, 반응기는 산소가 없는 환경이다. 일부 실시양태에서, 반응기는 부피 또는 몰 기준으로 약 2% 미만의 분자 산소를 포함한다. 일부 실시양태에서, 탄화수소는 1개 이상의 전극에 인접하여 주입된다. 일부 실시양태에서, 탄화수소는 1개 이상의 전극의 500 밀리미터 (mm) 내에서 주입된다. 일부 실시양태에서, 플라즈마는 탄화수소의 적어도 한 부분을 포함한다. 일부 실시양태에서, (b)에서 주입 후, 탄화수소는 플라즈마와 접촉한다. 일부 실시양태에서, 1개 이상의 전극 각각은 전극 팁을 포함하고, 여기서 1개 이상의 전극 팁은 반응기의 단일 평면에 위치한다. 일부 실시양태에서, 탄화수소는 1개 이상의 전극 팁의 단일 평면의 상류에서 반응기 내로 주입된다. 일부 실시양태에서, 탄화수소는 1개 이상의 전극 팁의 단일 평면에서 반응기 내로 주입된다. 일부 실시양태에서, 탄화수소는 1개 이상의 전극 팁의 단일 평면의 하류에서 반응기 내로 주입된다. 일부 실시양태에서, 1개 이상의 주입기의 주입 팁에서의 압력은 1.5 bar 초과이다. 일부 실시양태에서, 반응기의 작동 압력은 주입기 팁에서의 압력의 10 퍼센트 내이다. 일부 실시양태에서, 탄소 입자의 30% 초과는 약 2 마이크로미터 미만의 등가 구체 직경을 갖는 탄소 입자이다. 일부 실시양태에서, 탄소 입자의 30% 초과는 탄소질 나노입자이다. 일부 실시양태에서, 반응기 내로 주입된 탄소의 90% 초과는 약 2 마이크로미터 미만의 등가 구체 직경을 갖는 탄소 입자 또는 약 2 마이크로미터 미만의 등가 구체 직경을 갖는 탄소 입자를 형성한다. 일부 실시양태에서, 보다 큰 탄소 입자 및 탄소 입자의 조합은 98% 초과의 탄소를 포함한다. 일부 실시양태에서, 생성된 수소는 99.9% 초과의 순도를 갖는다. 일부 실시양태에서, 방법은 생성된 수소를 압축 또는 재가압하지 않으면서 생성된 수소를 정제 시스템으로 향하게 하는 것을 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 방법은 압력 잠금 시스템을 사용하여 탄소 입자를 단리하고, 생성된 수소의 적어도 한 부분을 제거하고, 탄소 입자 주위의 분위기를 1.5 bar 미만으로 감압하는 것을 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 탄소 입자는 화석 연료 탄화수소 공급원료를 사용하여 생성된 탄소 입자의 탄소-14 비보다 더 큰 탄소-14 비를 포함한다. 일부 실시양태에서, 1개 이상의 전극 각각은 10 kg 초과의 질량을 갖는다. 일부 실시양태에서, 3 톤/시간 초과의 탄소 입자가 생성된다. 일부 실시양태에서, 1 톤/시간 초과의 수소가 생성된다. 일부 실시양태에서, 방법은 반응기에 시스 기체를 첨가하는 것을 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 시스 기체의 첨가는 시스 기체의 첨가가 없는 방법과 비교하여 탄소질 나노입자의 수율을 증가시킨다. 일부 실시양태에서, 1개 이상의 전극의 마모율은 생성된 탄소 입자의 톤당 전극당 10 kg 미만이다. 일부 실시양태에서, 탄화수소는 1개 이상의 전극에 인접하여 주입된다. 일부 실시양태에서, 탄화수소는 1개 이상의 전극의 500 밀리미터 (mm) 내에서 주입된다. 일부 실시양태에서, 플라즈마는 탄화수소의 적어도 한 부분을 포함한다. 일부 실시양태에서, (b)에서 주입 후, 탄화수소는 플라즈마와 접촉한다. 일부 실시양태에서, 1개 이상의 전극 각각은 전극 팁을 포함하고, 여기서 1개 이상의 전극 팁은 반응기의 단일 평면에 위치한다. 일부 실시양태에서, 탄화수소는 1개 이상의 전극 팁의 단일 평면의 상류에서 반응기 내로 주입된다. 일부 실시양태에서, 탄화수소는 1개 이상의 전극 팁의 단일 평면에서 반응기 내로 주입된다. 일부 실시양태에서, 탄화수소는 1개 이상의 전극 팁의 단일 평면의 하류에서 반응기 내로 주입된다. 일부 실시양태에서, 1개 이상의 주입기의 주입 팁에서의 압력은 3.3 bar 초과이다. 일부 실시양태에서, 반응기의 작동 압력은 주입기 팁에서의 압력의 10 퍼센트 내이다. 일부 실시양태에서, 생성된 수소는 99.9% 초과의 순도를 갖는다. 일부 실시양태에서, 방법은 생성된 수소를 압축 또는 재가압하지 않으면서 생성된 수소를 정제 시스템으로 향하게 하는 것을 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 1개 이상의 전극 각각은 20 kg 초과의 질량을 갖는다. 일부 실시양태에서, 1 톤/시간 초과의 수소가 생성된다. 일부 실시양태에서, 방법은 반응기에 시스 기체를 첨가하는 것을 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 탄화수소는 액체 탄화수소를 포함한다. 일부 실시양태에서, 탄화수소는 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 기체로서 사용된다.
이들 및 추가의 실시양태는 하기에 추가로 기재된다.
참조로 포함됨
본 명세서에서 언급된 모든 간행물, 특허, 및 특허 출원은 각각의 개별 간행물, 특허, 또는 특허 출원이 참조로 포함되는 것으로 구체적으로 및 개별적으로 표시된 것과 동일한 정도로 본원에 참조로 포함된다. 참조로 포함된 간행물 및 특허 또는 특허 출원이 명세서에 담긴 개시내용과 모순되는 경우, 본 명세서는 임의의 이러한 모순되는 자료를 대신하고/거나 그에 우선하는 것으로 의도된다.
본 발명의 신규 특색은 첨부된 청구범위에 특정하게 제시된다. 본 발명의 특색 및 이점의 보다 나은 이해는 본 발명의 원리가 이용되는 예시적 실시양태를 제시하는 하기 상세한 설명, 및 첨부 그림 또는 도면 (또한 본원에서 "도" 및 "도면들")을 참조하는 것에 의해 수득될 것이며, 여기서:
도 1은 본 개시내용에 따른 시스템의 예를 보여주고;
도 2는 본 개시내용에 따른 장치의 예의 개략적 표현을 보여주고;
도 3은 본 개시내용에 따른 장치의 또 다른 예의 개략적 표현을 보여주고;
도 4는 본 개시내용에 따른 장치의 또 다른 예의 개략적 표현을 보여주고;
도 5는 일부 실시양태에 따른, 반응기에서 탄소 입자를 제조하는 공정의 흐름도를 보여주고;
도 6은 일부 실시양태에 따른, 반응기에서 수소를 생성하는 공정의 흐름도를 보여주고;
도 7은 한 실시양태에 따른, 반응기 압력 범위 대 정규화된 표면적 측정치의 예의 플롯이고;
도 8은 한 실시양태에 따른, 반응기 압력 증가에 따른 반응기 수율 증가의 예시적인 입증 플롯이고;
도 9는 본원에 제공된 방법을 구현하도록 프로그래밍되거나 또는 달리 구성된 컴퓨터 시스템을 보여주고;
도 10은 일부 실시양태에 따른 고압 탈기 장치의 예이다.
도 1은 본 개시내용에 따른 시스템의 예를 보여주고;
도 2는 본 개시내용에 따른 장치의 예의 개략적 표현을 보여주고;
도 3은 본 개시내용에 따른 장치의 또 다른 예의 개략적 표현을 보여주고;
도 4는 본 개시내용에 따른 장치의 또 다른 예의 개략적 표현을 보여주고;
도 5는 일부 실시양태에 따른, 반응기에서 탄소 입자를 제조하는 공정의 흐름도를 보여주고;
도 6은 일부 실시양태에 따른, 반응기에서 수소를 생성하는 공정의 흐름도를 보여주고;
도 7은 한 실시양태에 따른, 반응기 압력 범위 대 정규화된 표면적 측정치의 예의 플롯이고;
도 8은 한 실시양태에 따른, 반응기 압력 증가에 따른 반응기 수율 증가의 예시적인 입증 플롯이고;
도 9는 본원에 제공된 방법을 구현하도록 프로그래밍되거나 또는 달리 구성된 컴퓨터 시스템을 보여주고;
도 10은 일부 실시양태에 따른 고압 탈기 장치의 예이다.
본원에 제시된 세부사항은 단지 예로서, 본 발명의 다양한 실시양태의 예시적 논의를 위한 것이며, 본 발명의 원리 및 개념 측면의 가장 유용하고 용이하게 이해시키는 설명이라고 여겨지는 것을 제공하기 위해 제시된다. 이와 관련하여, 본 발명의 근본적인 이해에 필요한 것보다 더 상세하게 본 발명의 세부사항을 나타내려는 시도는 이루어지지 않았으며, 설명은 본 발명의 몇몇 형태가 실제로 어떻게 구현될 수 있는지를 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 명백해지게 한다.
본 발명은 이제 보다 상세한 실시양태를 참조하여 기재될 것이다. 그러나, 본 발명은 상이한 형태로 구현될 수 있고, 본원에 제시된 실시양태로 제한되는 것으로 해석되어서는 안된다. 오히려, 이들 실시양태는 본 개시내용이 철저하고 완전하며, 본 발명의 범주를 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 충분히 전달하도록 제공된다.
달리 정의되지 않는 한, 본원에 사용된 모든 기술 과학 용어는 본 발명이 속하는 관련 기술분야의 통상의 기술자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 본 발명의 설명에 사용된 용어는 단지 특정한 실시양태를 기재하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 본 발명의 설명 및 첨부된 청구범위에 사용된 단수 형태는 문맥이 달리 명백하게 나타내지 않는 한 복수 형태를 또한 포함하는 것으로 의도된다. 본원에 언급된 모든 간행물, 특허 출원, 특허, 및 다른 참고문헌은 그 전문이 명백하게 참조로 포함된다.
달리 나타내지 않는 한, 명세서 및 청구범위에 사용된 성분의 양, 반응 조건 등을 표현하는 모든 수는 모든 경우에 용어 "약"에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 달리 나타내지 않는 한, 하기 명세서 및 첨부된 청구범위에 제시된 수치 파라미터는 본 발명에 의해 수득하고자 하는 특성에 따라 달라질 수 있는 근사치이다. 최소한, 그리고 청구범위의 범주에 대한 균등론의 적용을 제한하려는 시도가 아닌 것으로서, 각각의 수치 파라미터는 유효 숫자의 수 및 통상적인 반올림 접근법의 관점에서 해석되어야 한다.
본 발명의 넓은 범주를 제시하는 수치 범위 및 파라미터는 근사치이지만, 구체적 예에 제시된 수치 값은 가능한 한 정확하게 보고된다. 그러나, 임의의 수치 값은 본질적으로 그의 각각의 시험 측정 시 확인되는 표준 편차로부터 필연적으로 발생하는 특정 오차를 함유한다. 본 명세서 전반에 걸쳐 주어진 모든 수치 범위는, 보다 좁은 수치 범위가 모두 본원에 명백하게 기재된 바와 같이, 이러한 보다 넓은 수치 범위 내에 속하는 모든 보다 좁은 수치 범위를 포함할 것이다.
본 발명의 추가의 이점은 하기 설명에서 부분적으로 제시될 것이고, 부분적으로는 설명으로부터 명백할 것이거나, 또는 본 발명의 실시에 의해 학습될 수 있다. 상기 일반적 설명 및 하기 상세한 설명 둘 다는 단지 예시적이고 설명적이며, 청구된 바와 같은 본 발명을 제한하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명의 상이한 측면은 개별적으로, 집합적으로, 또는 서로 조합되어 인지될 수 있는 것으로 이해될 것이다.
용어 "적어도", "초과" 또는 "이상"이 일련의 2개 이상의 수치에서 첫번째 수치에 선행할 때마다, 용어 "적어도", "초과" 또는 "이상"은 그러한 일련의 수치의 각각의 수치에 적용된다. 예를 들어, 1, 2 또는 3 이상은 1 이상, 2 이상 또는 3 이상과 등가이다.
용어 "초과하지 않는", "미만" 또는 "이하"가 일련의 2개 이상의 수치에서 첫번째 수치에 선행할 때마다, 용어 "초과하지 않는", "미만" 또는 "이하"는 그러한 일련의 수치의 각각의 수치에 적용된다. 예를 들어, 3, 2 또는 1 이하는 3 이하, 2 이하 또는 1 이하와 등가이다.
본원에서 본 발명의 특정 실시양태는 수치 범위를 고려한다. 범위가 존재하는 경우, 범위는 범위 종점을 포함한다. 추가적으로, 범위 내의 모든 하위 범위 및 값은 명백하게 기재된 바와 같이 존재한다. 용어 "약" 또는 "대략"은 특정한 값에 대한 허용되는 오차 범위 내를 의미할 수 있으며, 이는 부분적으로 값이 측정되거나 결정되는 방법, 예를 들어 측정 시스템의 한계에 좌우될 것이다. 예를 들어, "약"은 관련 기술분야의 관행에 따라 1 이내 또는 1 초과의 표준 편차를 의미할 수 있다. 대안적으로, "약"은 주어진 값의 최대 20%, 최대 10%, 최대 5%, 또는 최대 1%의 범위를 의미할 수 있다. 특정한 값이 본 출원 및 청구범위에 기재된 경우에, 달리 언급되지 않는 한, 용어 "약"은 특정한 값에 대해 허용되는 오차 범위 내를 의미하는 것으로 가정될 수 있다.
본 개시내용은 화학적 변화에 영향을 미치는 시스템 및 방법을 제공한다. 이러한 화학적 변화에 영향을 미치는 것은, 예를 들어 본 개시내용의 시스템 및 방법을 사용하여 탄소질 물질 및/또는 수소를 제조하는 것을 포함할 수 있다. 탄소질 물질은 고체일 수 있다. 탄소질 물질은, 예를 들어 탄소 입자, 탄소-함유 화합물 또는 그의 조합일 수 있거나 또는 그를 포함할 수 있다. 탄소질 물질은, 예를 들어 카본 블랙을 포함할 수 있다. 본 개시내용의 시스템 (예를 들어, 장치) 및 방법, 및 본원의 시스템 및 방법의 도움 하에 구현되는 공정은, 예를 들어 탄소질 물질 및/또는 수소의 연속적 생성을 가능하게 할 수 있다. 방법은 공급원료 (예를 들어, 1종 이상의 탄화수소)를 전환시키는 것을 포함할 수 있다. 본원에 기재된 시스템 및 방법은 1종 이상의 탄화수소를 신속하게 가열하여, 예를 들어 탄소질 물질 및/또는 수소를 형성하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 1종 이상의 탄화수소는 신속하게 가열되어 탄소 입자 및/또는 수소를 형성할 수 있다. 수소는 일부 경우에 대부분의 수소 (H2)를 지칭할 수 있다. 예를 들어, 이러한 수소의 일부 부분은 또한 메탄 (예를 들어, 소모되지 않은 메탄) 및/또는 다양한 다른 탄화수소 (예를 들어, 에탄, 프로판, 에틸렌, 아세틸렌, 벤젠, 톨루엔, 폴리시클릭 방향족 탄화수소 (PAH), 예컨대 나프탈렌 등)를 함유할 수 있다.
본 개시내용은, 예를 들어 천연 기체의 탄소질 물질 (예를 들어 고체 탄소질 물질, 예컨대 예를 들어 탄소 입자) 및/또는 수소로의 열 분해 (예를 들어, 열분해 탈수소화)에서의 플라즈마 기술의 사용을 포함한, 이러한 시스템 및 방법의 예를 제공한다. 열 분해 (예를 들어, 열분해 탈수소화)는 불활성 또는 산소가 없는 환경 또는 분위기 하의 승온 (예를 들어, 약 800℃ 초과의 온도)에서의 물질의 열 분해를 지칭할 수 있다. 반응기의 온도는 공급원료의 탄소 입자 및/또는 수소로의 전환을 증가시키기 위해 증가될 수 있다. 반응기의 온도는 수소와 탄소 입자 사이의 선택성을 위해 증가될 수 있다. 반응기의 온도는 탄소 입자의 표면적을 증가 또는 감소시키기 위해 조정될 수 있다. 온도를 증가시키는 것은 공급원료 분해의 동역학 속도뿐만 아니라 탄소 입자 및 수소의 형성을 생성할 수 있는 중간 작동을 증가시킬 수 있다. 반응기 온도를 증가시키는 것은 탄소 입자 노화 속도를 증가시킬 수 있고 반응기 벽 오손을 감소시킬 수 있다. 이는 탄소 입자가 화학적으로 불활성이 되기 전의 시간의 감소로 인한 것일 수 있다.
본 개시내용에 따른 공정은 (예를 들어, DC 또는 AC 공급원으로부터의) 전기 에너지로 1종 이상의 기체를 가열하는 것을 포함할 수 있다. 본원에서 기체를 가열하는 것 또는 1종 이상의 기체를 가열하는 것에 대한 임의의 설명은 적어도 일부 구성으로 상응하는 조성을 갖는 기체상 혼합물 (예를 들어, 적어도 50 부피% 기체상)을 가열하는 것에 동등하게 적용될 수 있다. 기체상 혼합물은, 예를 들어 개별 기체 및/또는 액체의 혼합물, 또는 개별 기체-액체 혼합물의 혼합물을 포함할 수 있다. 본원에서 기체의 임의의 설명은 적어도 일부 구성으로 상응하는 조성을 갖는 액체 또는 기체-액체 혼합물에 동등하게 적용될 수 있다. 1종 이상의 기체는 전기 아크에 의해 가열될 수 있다. 1종 이상의 기체는 주울(Joule) 가열 (예를 들어, 저항 가열, 유도 가열, 또는 그의 조합)에 의해 가열될 수 있다. 1종 이상의 기체는 주울 가열에 의해 및 전기 아크 (예를 들어, 주울 가열의 하류)에 의해 가열될 수 있다. 1종 이상의 기체는 열 교환, 주울 가열, 전기 아크, 또는 그의 임의의 조합에 의해 가열될 수 있다. 1종 이상의 기체는 열 교환, 주울 가열, 연소 또는 그의 임의의 조합에 의해 가열될 수 있다. 1종 이상의 기체 중 적어도 1종은 탄화수소를 포함할 수 있다. 1종 이상의 기체는 공급원료를 포함할 수 있다. 1종 이상의 기체는 공급원료를 단독으로 또는 다른 기체와 조합하여 포함할 수 있다 (다른 기체는 단독으로 또는 가열되지 않은 다른 기체와 조합하여 본원에서 "공정 기체"로 지칭될 수 있음). 1종 이상의 기체는 공급원료 및 적어도 1종의 공정 기체를 포함할 수 있다. 1종 이상의 기체 중 개별 기체는 개별적으로 또는 다양한 조합으로 (예를 들어, 반응기에) 제공될 수 있다. 1종 이상의 기체의 적어도 하위세트는 예열될 수 있다. 예를 들어, 탄화수소 (예를 들어, 공급원료)는 열 발생기에 제공되기 전에 (예를 들어, 약 25℃의 온도로부터) 약 100℃ 내지 약 800℃의 온도까지 예열될 수 있다. 공정은 적합한 반응 조건에서 (예를 들어, 반응기에서) 1종 이상의 기체 (예를 들어, 공급원료)의 적어도 하위세트를 가열하는 것을 포함할 수 있다. 탄소질 물질 및/또는 수소는 실질적으로 불활성 또는 실질적으로 산소가 없는 환경 또는 분위기에서 생성될 수 있다. 1종 이상의 기체 (예를 들어, 공급원료)의 적어도 하위세트는 실질적으로 산소가 없는 환경 또는 분위기에서 가열될 수 있다. 실질적으로 산소가 없는 환경 또는 분위기는, 예를 들어, 부피 또는 몰 기준으로 약 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2% 또는 1% 이하의 분자 산소를 포함할 수 있다. 실질적으로 산소가 없는 환경 또는 분위기는, 예를 들어, 부피 또는 몰 기준으로 약 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2% 또는 1% 이하의 원자 산소를 포함할 수 있다. 가열은 공급원료로부터의 수소의 제거에 영향을 미칠 수 있다. 공급원료 (예를 들어, 1종 이상의 탄화수소)는, 원래 탄화수소에 공유 결합을 통해 화학적으로 부착된 수소의 적어도 약 80 몰%가 이원자 수소로서 호모원자 결합될 수 있도록 크래킹될 수 있다. 호모원자 결합은 동일한 2개의 원자 사이의 결합을 지칭할 수 있다 (예를 들어, 이원자 수소 (H2)에서와 같음). C-H는 헤테로원자 결합일 수 있다. 탄화수소는 헤테로원자 결합된 C-H로부터 호모원자 결합된 H-H 및 C-C로 향할 수 있다. 반응 생성물은, 예를 들어 반응기를 빠져나가는 기체 및 고체의 유출물 스트림을 포함할 수 있다. 반응 생성물을 포함하는 유출물 스트림은 냉각될 수 있다. 반응 생성물은 (예를 들어, 냉각 후에) 적어도 부분적으로 분리될 수 있다. 예를 들어, 고체 탄소질 물질은 다른 (예를 들어, 기체상) 반응 생성물로부터 적어도 부분적으로 분리될 수 있다.
본원에 기재된 시스템은 플라즈마 발생기를 포함할 수 있다. 플라즈마 발생기는 기체 또는 기체상 혼합물 (예를 들어, 적어도 50 부피% 기체상)을 이용할 수 있다. 플라즈마 발생기는 기체 또는 기체상 혼합물 (예를 들어, 적어도 50 부피% 기체상)을 이용할 수 있으며, 여기서 기체는 플라즈마 상태에서 반응성 및 부식성이다. 플라즈마 발생기는 플라즈마 토치일 수 있다. 본원에 기재된 시스템은 DC 또는 AC 공급원에 의해 에너지공급되는 플라즈마 발생기를 포함할 수 있다. 기체 또는 기체 혼합물은 DC 또는 AC 공급원에 의해 생성된 전기 방전이 지속되는 구역에 직접 공급될 수 있다. 플라즈마는 (예를 들어, 1종 이상의 기체의 조성과 관련하여) 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같은 조성을 가질 수 있다. 플라즈마는 아크 가열을 사용하여 발생될 수 있다. 플라즈마는 유도 가열을 사용하여 발생될 수 있다. 플라즈마는 DC 전극을 사용하여 발생될 수 있다. 플라즈마는 AC 전극을 사용하여 발생될 수 있다. 예를 들어, 복수의 (예를 들어, 3개 이상의) AC 전극이 사용될 수 있다 (예를 들어, 보다 효율적인 에너지 소비뿐만 아니라 전극 표면에서 감소된 열 부하의 이점을 가짐).
도 1은 본 개시내용에 따른 시스템(100)의 예를 보여준다. 시스템은 열 발생기 (예를 들어, 플라즈마 발생기)(101)를 포함할 수 있다. 열 발생기(101)는 1종 이상의 기체 (예를 들어, 공급원료)의 적어도 하위세트를 반응기 (또는 퍼니스)(102) 내의 적합한 반응 조건에서 가열하여 공급원료로부터의 수소의 제거에 영향을 미칠 수 있다. 반응기(102)는 열 발생기 (예를 들어, 플라즈마 발생기)(101)를 함유할 수 있다. 가열 (예를 들어, 전기 가열, 예컨대 예를 들어 플라즈마 가열) 및 반응은 하나의 챔버 (또한 본원에서 "단일 챔버", "단일 단계 반응기" 또는 "단일 단계 공정")에서 구현될 수 있다. 반응기(102)는 1개 이상의 일정한 직경 영역/섹션, 1개 이상의 수렴 영역/섹션, 1개 이상의 발산 영역/섹션, 1개 이상의 추가의 컴포넌트, 또는 그의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 이러한 영역/섹션, 및/또는 추가의 컴포넌트는 본 개시내용에 따른 가열 및 반응을 구현하기 위해 다양한 방식으로 조합될 수 있다. 이러한 구현은 도 2, 3 및 4의 개략적 표현과 관련하여 기재된 바와 같은 구성을 포함할 수 있으나 이에 제한되지는 않는다. 예를 들어, 반응기는 실질적으로 일정한 직경을 가질 수 있다 (예를 들어, 반응기 길이의 적어도 약 70%, 80%, 90%, 95% 또는 99%가 일정한 직경일 수 있음). 1종 이상의 기체 (예를 들어, 공급원료)의 적어도 하위세트가 열 발생기(101)에 첨가될 수 있다. 공급원료 (예를 들어, 1종 이상의 탄화수소)는 고체 탄소질 물질로 완전히 전환되기 전에 크래킹 및 분해되기 시작할 수 있다. 열은 (예를 들어, 또한) 반응기의 벽으로부터 잠복 방사열을 통해 제공될 수 있다. 이는 외부적으로 제공된 에너지를 통한 벽 (또는 그의 부분)의 가열을 통해 또는 반응기 내의 가열된 기체(들)로부터의 벽 (또는 그의 부분)의 가열을 통해 발생할 수 있다. 반응 생성물은 제조 후에 냉각될 수 있다. 켄칭제 (예를 들어, 공정 기체를 포함함)를 사용하여 반응 생성물을 냉각시킬 수 있다. 예를 들어, 대부분의 수소 기체를 포함하는 켄칭제가 사용될 수 있다. 켄칭제는 반응기(102)에 첨가 (예를 들어, 주입)될 수 있다. 열 교환기(103) (예를 들어, 반응기(102)에 연결됨)는 반응 생성물을 포함하는 유출물 스트림을 냉각시킬 수 있다. 열 교환기에서, 기체상 반응 생성물은 큰 표면적에 노출될 수 있고, 이에 따라 고체 탄소질 물질이 공정을 통해 동시에 전송될 수 있는 동안 냉각될 수 있다. 고체 탄소질 물질은 필터 (예를 들어, 주 필터)(104) (예를 들어, 열 교환기(103)에 연결됨)를 통과할 수 있다. 필터는, 예를 들어 기체상 반응 생성물의 50% 초과가 통과하도록 하여, 필터 상에 실질적으로 모든 고체 탄소질 물질을 포획할 수 있다. 예를 들어, 적어도 약 98 중량%의 고체 탄소질 물질이 필터 상에 포획될 수 있다. 기체상 반응 생성물은 1종 이상의 용도에 제공되거나 커플링되거나, 반응기 내로 (예를 들어, 공정 기체로서) 다시 재순환되거나, 또는 그의 임의의 조합일 수 있다. 잔류 기체상 반응 생성물을 갖는 고체 탄소질 물질은 탈기기 (예를 들어, 탈기 챔버 또는 장치)(105) (예를 들어, 필터(104)에 연결됨)를 통과할 수 있으며, 여기서 가연성 기체의 양이 (예를 들어, 약 10 부피% 미만으로) 감소된다. 이어서, 고체 탄소질 물질은 후단(106)을 통과할 수 있다. 후단 장비(106)는, 예를 들어 컴포넌트 또는 유닛 작동기의 비제한적 예(들)로서, 펠릿화기 (예를 들어, 탈기 장치(105)에 연결됨), 결합제 혼합 탱크 (예를 들어, 펠릿화기에 연결됨), 건조기 (예를 들어, 펠릿화기에 연결됨) 및/또는 배거 중 1개 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 고체 탄소질 물질 (예를 들어, 카본 블랙)은 펠릿화기에서 펠릿화되고, 건조기에서 건조될 수 있다 (예를 들어, 결합제의 존재 하에 물과 혼합된 다음, 펠릿으로 형성되고, 이어서 건조기에서 대부분의 물이 제거됨). 고체 탄소질 물질은 또한 분류기(들), 해머 밀(들) 및/또는 다른 크기 감소 장비를 통과할 수 있다 (예를 들어, 생성물 중 그릿의 비율을 감소시키기 위함). 다른 컴포넌트 또는 유닛 작동기의 비제한적 예로서, 운반 공정 또는 운반 유닛, 퍼징 필터 유닛 (예를 들어, 건조기로부터 배기된 스팀으로부터 고체 탄소질 물질을 여과할 수 있음), 분진 필터 유닛 (예를 들어, 다른 장비로부터 분진을 수집할 수 있음), 다른 공정 필터, 다른 수소/테일 기체 제거 유닛, 사이클론, 다른 벌크 분리 (예를 들어, 고체/기체 분리) 유닛, 품질 미달 생성물 블렌딩 유닛 등 (예를 들어, 본원의 다른 곳에 기재된 다른 컴포넌트 또는 유닛 작동기) 중 1개 이상이 시스템(100)에 부가되거나 대체될 수 있다. 컴포넌트 또는 유닛 작동기는 적절하게 부가 또는 제거될 수 있다. 예를 들어, 시스템(100)은 적어도 1개 이상의 열 교환기(103), 1개 이상의 필터(104) 및 고체 취급 장비를 포함하는 후단(106)을 포함할 수 있다. 고체 취급 장비는, 예를 들어, 냉각된 고체 탄소 수집 스크류 컨베이어, 공기 잠금 및 퍼징 시스템, 공압 운반 시스템, 기계적 운반 시스템 (예를 들어, 컨베이어 벨트 오거 또는 엘레베이터), 분급 밀, 및 생성물 저장 용기를 포함할 수 있다. 탄소 입자는 단일 위치에서 수집될 수 있다 (예를 들어, 모든 탄소 입자가 하나의 위치에서 수집될 수 있음). 탄소 입자는 복수의 위치에서 수집될 수 있다 (예를 들어, 탄소 입자의 한 부분은 제1 위치에서 수집될 수 있고, 탄소 입자의 제2 부분은 제2 위치에서 수집될 수 있음). 일부 경우에, 탄소 입자가 복수의 위치에서 수집되는 경우에, 복수의 위치 중 제1 위치는 캐치팟일 수 있다. 캐치팟은 (예를 들어, 중력으로 인해) 시스템을 통해 운반되지 않는 보다 큰 탄소 입자를 수집하도록 구성될 수 있다. 일부 경우에, 캐치팟은 압력 잠금 및 덤프 장치 (예를 들어, 도 10의 고압 탈기 장치)를 사용하여 작동될 수 있다. 일부 경우에, 탄소 입자가 복수의 위치에서 수집되는 경우에, 보다 작은 탄소 입자는 도 10의 것과 같은 장치를 사용하여 포획될 수 있다. 도 10의 장치는 캐치팟의 하류에 위치할 수 있다. 일부 경우에, 제1 캐치팟은 반응기 아래 (예를 들어, 바로 아래, 바로 아래 근처)에 위치할 수 있다. 일부 경우에, 제2 입자 수집기 (예를 들어, 캐치팟 등)는 반응기로부터 하류에 위치할 수 있다. 제2 입자 수집기는 반응기의 유출물 스트림에 의해 운반되는 보다 작은 탄소 입자를 수집하도록 구성될 수 있다. 제1 캐치팟은 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같은 보다 큰 탄소 입자 (예를 들어, 약 2 마이크로미터 초과의 등가 구체 직경을 갖는 탄소 입자)를 캐치하도록 구성될 수 있다. 제2 입자 수집기는 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같은 탄소 입자 (예를 들어, 최대 약 2 마이크로미터의 등가 구체 직경을 갖는 탄소 입자)를 캐치하도록 구성될 수 있다.
분리 유닛 또는 수소/테일 기체 제거 유닛의 다른 예는 압력 변동 흡착 장치, 극저온 분리 장치, 분자체 등, 또는 그의 임의의 조합을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 압력 변동 흡착 (PSA) 장치는 기체 스트림으로부터 성분 (예를 들어, 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같은 반응기에 의해 발생된 기체 스트림으로부터의 성분)을 분리 및/또는 정제하도록 구성될 수 있다. PSA 장치는 혼합물의 성분을 선택적으로 통과시키기 위해 흡착 및 기체 혼합물의 상이한 성분의 특징 (예를 들어, 분자 크기, 쌍극자 모멘트 등)의 사용을 포함할 수 있다. 예를 들어, PSA 장치는 반응기 기체 혼합물로부터 수소를 분리하는 데 사용될 수 있다. 이러한 예에서, PSA 장치는 체로서 작용할 수 있는 다공성 층 (예를 들어, 다공성 제올라이트의 층) 상에 기체 혼합물을 통과시킴으로써 수소를 분리하기 위해 작은 크기의 수소를 사용할 수 있다. 이러한 예에서, 수소는 체를 통과할 수 있는 반면, 기체 혼합물 중 보다 큰 종은 체에 포획됨으로써 여과 제거된다. 이러한 예에서, 체는 보다 큰 기체로 포화될 수 있고, 이 시점에서 층은 제거될 수 있고 보다 큰 기체 종의 제거를 통해 재생될 수 있다. 복수의 PSA 장치는 병렬로 또는 직렬로 사용될 수 있다. 예를 들어, 복수의 PSA 장치는 PSA 장치의 하위세트가 재생되는 동안 기체의 연속적인 프로세싱을 허용하도록 병렬로 설정될 수 있다. PSA 장치는 적어도 약 1, 5, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30 bar 게이지 (barg) 또는 그 초과의 압력에서 작동될 수 있다. PSA 장치는 최대 약 30, 29, 28, 27, 26, 25, 24, 23, 22, 21, 20, 19, 18, 17, 16, 15, 14, 13, 12, 11, 10, 5 bar 게이지 (barg) 또는 그 미만의 압력에서 작동될 수 있다. PSA 장치는 상기 값 중 임의의 2개에 의해 규정된 바와 같은 범위의 압력에서 작동될 수 있다. 예를 들어, PSA 장치는 약 13 내지 약 24 barg의 압력에서 작동될 수 있다. PSA 장치는 적어도 약 -50, -45, -40, -35, -30, -25, -20, -15, -10, -5, 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70℃ 또는 그 초과의 기체 유입구 온도에서 작동될 수 있다. PSA 장치는 최대 약 70, 65, 60, 55, 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10, 5, 0, -5, -10, -15, -20, -25, -30, -45, -50℃ 또는 그 미만의 기체 유입구 온도에서 작동될 수 있다. 예를 들어, PSA는 기체 혼합물의 성분이 응축되는 온도보다 높은 온도에서 작동할 수 있다.
극저온 분리 장치는 극저온 (예를 들어, 주위 미만) 온도의 이용을 통해 성분 (예를 들어, 기체 혼합물의 상이한 기체)을 분리하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 극저온 분리 장치는 혼합물의 모든 성분이 응축될 때까지 혼합물을 냉각시키고, 후속적으로 온도 및/또는 압력의 증가를 이용하여 성분을 제거 (예를 들어, 비등 제거)하여 분리하도록 구성될 수 있다. 극저온 분리는 기체 혼합물의 성분 (예를 들어, 수소)의 고순도를 제공할 수 있다.
기체 혼합물로부터 분리되면, 반응기로부터의 수소는 추가로 정제될 수 있다. 일부 경우에, 수소는 기체 혼합물로부터 제거 시 충분한 순도를 갖는다 (예를 들어, 추가의 정제가 수행될 수 없음). 일부 경우에, 수소는 PSA 장치, 극저온 분리 장치, 분자체 등, 또는 그의 임의의 조합에 의해 정제된다. 일부 경우에, 수소는 기체 혼합물로부터 제거 시 가압될 수 있다. 예를 들어, 수소는 정제 장치에 공급되기 전에 가압될 수 있다. 정제 후에, 수소는 적어도 약 50, 60, 70, 80, 85, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 99.9, 99.99, 99.999, 99.9999, 99.99999 퍼센트 (예를 들어, 몰, 중량 또는 부피 기준 퍼센트) 또는 그 초과의 순도를 가질 수 있다. 정제 후에, 수소는 최대 약 99.99999, 99.9999, 99.999, 99.99, 99.9, 99, 98, 97, 96, 95, 94, 93, 92, 91, 90, 85, 80, 70, 60, 50 퍼센트 (예를 들어, 몰, 중량 또는 부피 기준 퍼센트) 또는 그 미만의 순도일 수 있다. 정제 동안 수소로부터 제거된 기체는 탄화수소 (예를 들어, 메탄, 에탄, 에틸렌, 아세틸렌, 프로펜, 벤젠, 톨루엔, 나프탈렌, 안트라센 등), 수소, 질소, 시안화수소, 일산화탄소, 영족 기체 (예를 들어, 아르곤, 네온, 크립톤 등) 등, 또는 그의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 수소로부터 제거된 기체는 기체 혼합물의 적어도 약 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25 몰 퍼센트 또는 그 초과를 구성할 수 있다. 수소로부터 제거된 기체는 기체 혼합물의 최대 약 25, 24, 23, 22, 21, 20, 19, 18, 17, 16, 15, 14, 13, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1 몰 퍼센트 또는 그 미만을 구성할 수 있다.
도 2는 반응기(200)의 예의 횡단면도를 포함하는 본 개시내용에 따른 장치(200)의 예의 개략적 표현을 보여준다. 공급원료가 반응기(201)에 제공될 수 있다. 적어도 1종의 공정 기체 (예를 들어, 본 개시내용에 따라 반응기에 제공되는 임의의 비-공급원료 기체)가 (예를 들어, 또한) 반응기(200)에 제공될 수 있다. 고온 기체(202)는 (예를 들어, 반응기에서) 열 발생기의 사용을 통해 (예를 들어, 반응기의 상부 부분에서 (제시되지 않음)) 발생될 수 있다. 예를 들어, 고온 기체(202)는 1개 이상의 AC 전극 (예를 들어, 3개 이상의 AC 전극)의 사용을 통해, DC 전극 (예를 들어, 동심 DC 전극)의 사용을 통해, 또는 저항 또는 유도 가열기의 사용을 통해 반응기의 상부 부분에서 발생될 수 있다. 고온 기체는 AC 전극, DC 전극, 또는 저항 또는 유도 가열기를 사용하여 1종 이상의 기체 (예를 들어, 공급원료 단독 또는 적어도 1종의 공정 기체와 조합된 것)의 적어도 하위세트를 가열함으로써 발생될 수 있다. 가열은 탄화수소 (예를 들어, 공급원료)를 직접 가열하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 탄화수소 (예를 들어, 공급원료)는 (예를 들어, 본원의 다른 곳에 기재된 압력에서) 열 발생기에 첨가될 수 있다. 예를 들어, 탄화수소 (예를 들어, 공급원료)는 플라즈마 내로의 직접 주입을 통해 첨가될 수 있다. 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같이, 반응기(201)는 열 발생기를 함유할 수 있다 (제시되지 않음). 이러한 구성에서, 탄화수소 (예를 들어, 공급원료)는 탄소질 물질 및/또는 수소가 생성되는 동일한 챔버 (또한 본원에서 "단일 챔버", "단일 단계 반응기" 또는 "단일 단계 공정")에서 가열될 수 있다 (예를 들어, 플라즈마 및 탄소질 물질/수소 형성이 동일한 반응기에서 이루어질 수 있음). 반응기(201)는 반응기의 적어도 한 부분에서의 흐름의 적어도 한 부분 또는 전체 흐름이 실질적으로 축방향이거나, 실질적으로 반경방향이거나 또는 그의 조합이 되도록 구성될 수 있다. 반응기(201) (또는 그의 적어도 한 부분, 예컨대 예를 들어 반응기의 내벽의 적어도 한 부분)는 라이너 (예를 들어, 내화물 라이너)를 포함할 수 있다. 탄화수소 (예를 들어, 공급원료)는 반응기에 제공될 수 있다. 예를 들어, 탄화수소 (예를 들어, 공급원료)는 1개 이상의 주입기 (예를 들어, 주입기(305, 406, 407) 또는 그의 임의의 조합)를 통해 반응기 내로 주입될 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 탄화수소 (예를 들어, 공급원료)는 (예를 들어, 반응기(200)의 벽 내의) 1개 이상의 유입구 포트를 통해 제공될 수 있다. 본원의 주입기의 수 및/또는 위치에 대한 임의의 설명은 적어도 일부 구성에서 유입구 포트에 동등하게 적용될 수 있고, 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 1종 이상의 공정 기체는 1개 이상의 유입구 포트 (예를 들어, 탄화수소 또는 공급원료와 동일하거나 상이함)를 통해 및/또는 1개 이상의 주입기의 적어도 하위세트를 통해 제공될 수 있다. 주어진 공정 기체는 공급원료와 함께, 공급원료와 별도로, 또는 그의 조합으로 제공될 수 있다 (예를 들어, 주어진 공정 기체는 공급원료와 함께 제공될 수 있고, 주어진 공정 기체 또는 상이한 공정 기체는 공급원료와 별도로 (예를 들어, 퍼징으로서) 제공될 수 있음). 주어진 공정 기체는 열 발생기에 의해 가열될 수 있거나 또는 가열되지 않을 수 있다. 공급원료와 함께 및/또는 공급원료와 병렬로 제공된 공정 기체는 가열될 수 있다. 공정 기체는 반응기, 열 발생기, 유입구 포트(들) 및/또는 주입기(들)의 적어도 한 부분 내의/주위의 환경 또는 분위기를 변형시킬 수 있거나, 반응기, 열 발생기, 유입구 포트(들) 및/또는 주입기(들)의 적어도 한 부분을 퍼징할 수 있거나, 또는 그의 임의의 조합일 수 있다. 예를 들어, (예를 들어, 반응기, 예컨대 예를 들어 반응기(201, 301 및/또는 301)의 상단의) 유입구 포트, 유입구 포트의 어레이 또는 플레넘을 사용하여 반응기의 적어도 한 부분 (예를 들어, 1개 이상의 벽), 1개 이상의 다른 유입구 포트 및/또는 1개 이상의 주입기 (예를 들어, 본원의 다른 곳에 보다 상세히 기재된 바와 같음)를 퍼징할 수 있다. 본원의 유입구 포트에 대한 임의의 설명은 적어도 일부 구성에서 유입구 포트의 어레이 또는 플레넘에 동등하게 적용될 수 있고, 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 전기 에너지로 가열되는 1종 이상의 기체 (예를 들어, 공급원료 단독 또는 적어도 1종의 공정 기체와 조합된 것)는 실질적으로 단지 탄화수소 (예를 들어, 공급원료)만을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전기 에너지로 가열되는 1종 이상의 기체는 공급원료를 포함할 수 있고, 또한 공정 기체가 없거나, 또는 공급원료와 함께 첨가된 퍼징 수준(들)의 공정 기체(들) 및/또는 일부 공정 기체(들)를 포함할 수 있다 (예를 들어, 전기 에너지로 가열되는 1종 이상의 기체는 단지 공급원료 및 퍼징 수준(들)의 공정 기체(들)만을 포함할 수 있음). 가열되는 탄화수소 (예를 들어, 공급원료)는 실질적으로 단지 새로 공급된 탄화수소만을 포함하기 때문에, 이러한 구성은 본원에서 "1회-통과 공정(once-through process)"으로 지칭될 수 있다. 대안적으로, 전기 에너지로 가열되는 1종 이상의 기체는 보다 높은 수준(들)의 공정 기체(들)를 포함할 수 있다. 주어진 공정 기체 또는 하위세트의 또는 모든 공정 기체의 합의 수준 (예를 들어, 공급원료의 몰당 기준) 및 전기 에너지로 가열되는 공정 기체(들)의 백분율은 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같을 수 있다. DC 전극이 사용되는 일부 경우에, 2개의 전극이 사용될 수 있다. DC 전극이 사용되는 일부 경우에, 2개의 전극의 배수가 사용될 수 있다 (예를 들어, 2, 4, 6개 등). AC 전극은 단일 상 또는 삼중 상 구성으로 사용될 수 있다. 단일 상 AC 구성이 사용되는 경우에, 2개의 전극의 배수가 사용될 수 있다 (예를 들어, 2, 4, 6, 8개 등). 삼중 상 AC 구성이 사용되는 경우에, 3개의 전극의 배수가 사용될 수 있다 (예를 들어, 3, 6, 9개 등). 각각의 전극은 연관된 주입기를 가질 수 있다. 예를 들어, 삼중 상 3개의 전극 구성은 전극의 평면 위에 위치한 3개의 주입기를 포함할 수 있다.
예를 들어, 수소 및 탄소질 물질 (예를 들어, 탄소 입자)은 대기압 초과에서 탄화수소 (예를 들어, 천연 기체)를 플라즈마 발생기에 첨가하는 것을 포함하는 1회-통과, 단일 단계 공정으로 생성될 수 있다. 탄화수소는 플라즈마 발생기에 의해 발생된 플라즈마 내로의 직접 주입 (예를 들어, 공급원료의 직접 주입)을 통해 첨가될 수 있다. 플라즈마 발생기로부터의 에너지는 탄화수소로부터 수소를 제거할 수 있다. 공정은 추가적으로 열 교환기, 필터 및 고체 취급 장비의 사용을 포함할 수 있다. 고체 취급 장비는 냉각된 고체 탄소 수집 스크류 컨베이어, 공기 잠금 및 퍼징 시스템, 공압 운반 시스템, 분급 밀, 및 생성물 저장 용기를 포함할 수 있다.
전극의 마모율은 본원에 기재된 시스템 및 방법의 결과로서 감소되거나 최소화될 수 있다. 마모율은 생성된 탄소의 톤당 전극당 마모 kg (본원에 기재된 시스템 및 방법을 수행한 결과로서 손실된 전극의 질량)의 단위로 정의될 수 있다. 일부 경우에, 1개 이상의 전극의 마모율은 생성된 탄소의 톤당 전극당 약 5 kg의 마모 내지 생성된 탄소의 톤당 전극당 약 20 kg의 마모이다. 일부 경우에, 1개 이상의 전극의 마모율은 생성된 탄소의 톤당 전극당 약 5 kg의 마모 내지 생성된 탄소의 톤당 전극당 약 10 kg의 마모, 생성된 탄소의 톤당 전극당 약 5 kg의 마모 내지 생성된 탄소의 톤당 전극당 약 20 kg의 마모, 또는 생성된 탄소의 톤당 전극당 약 10 kg의 마모 내지 생성된 탄소의 톤당 전극당 약 20 kg의 마모이다. 일부 경우에, 1개 이상의 전극의 마모율은 생성된 탄소의 톤당 전극당 약 5 kg의 마모, 생성된 탄소의 톤당 전극당 약 10 kg의 마모, 또는 생성된 탄소의 톤당 전극당 약 20 kg의 마모이다. 일부 경우에, 1개 이상의 전극의 마모율은 생성된 탄소의 톤당 전극당 적어도 약 5 kg의 마모, 또는 생성된 탄소의 톤당 전극당 약 10 kg의 마모이다. 일부 경우에, 1개 이상의 전극의 마모율은 생성된 탄소의 톤당 전극당 최대 약 10 kg의 마모, 또는 생성된 탄소의 톤당 전극당 약 20 kg의 마모이다.
도 3은 열 발생기(302)를 포함하는 반응기(301)의 예의 횡단면도를 포함하는, 본 개시내용에 따른 장치(300)의 또 다른 예의 개략적 표현을 보여준다. 열 발생기(302)는 전기 전도성 물질의 AC 전극(303)을 포함할 수 있다. AC 전극(303)은, 예를 들어, 단일-상 또는 3-상 구성으로 배열될 수 있다. 1종 이상의 기체 (예를 들어, 공급원료 단독 또는 적어도 1종의 공정 기체와 조합된 것)(304)는 전극 사이에서 유동할 수 있고, 여기서 아크는 이어서 이를 플라즈마 상태로 여기시킬 수 있다. 1종 이상의 기체 (예를 들어, 공급원료 단독 또는 적어도 1종의 공정 기체와 조합된 것)의 적어도 하위세트는 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같이 (예를 들어, 도 2와 관련하여) 가열될 수 있다. 탄화수소 (예를 들어, 공급원료)는 본원에 기재된 다양한 주입기 구성 (적절한 변형(들)을 가짐) (예를 들어, 도 2 및 도 4와 관련하여 기재된 바와 같음)을 통해 주입될 수 있다. 예를 들어, 탄화수소 (예를 들어, 공급원료)는 주입기(305)에서 (예를 들어, 전극(302) 사이에서) 주입될 수 있다. 반응기는 각각의 전극과 연관된 주입기를 포함할 수 있다. 도 3에서, 추가의 주입기는 명확성을 위해 생략될 수 있다 (예를 들어, 주입기는 전극에 의해 보이지 않을 수 있음). 장치는 1개 이상의 전극 슬라이딩 밀봉부(306)를 포함할 수 있다. 전극 슬라이딩 밀봉부는 장치의 기체 밀봉을 제공하도록 구성될 수 있다 (예를 들어, 압력 하에 있을 때 기체가 장치로부터 빠져나가지 않도록 밀봉됨). 전극 슬라이딩 밀봉부는 장치의 기체 밀봉을 유지하면서 장치 내에서 전극의 움직임을 허용하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 전극은 마모됨에 따라 장치 내로 공급될 수 있고, 전극 슬라이딩 밀봉부는 전극이 장치 내로 공급되는 동안 장치의 분위기를 유지시킬 수 있다. 반응기의 환경을 유지시키고 밀봉부를 통한 대기 기체의 유입을 방지하기 위해, 슬라이딩 밀봉부(306)를 통해 퍼징 기체가 적용될 수 있다. 퍼징 기체는 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같을 수 있다 (예를 들어, 공정 기체). 슬라이딩 밀봉부는 반응기 내에서 전극의 움직임을 허용하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 밀봉부는 전극의 반응기 내로의 및/또는 외로의 움직임을 허용할 수 있다. 또 다른 예에서, 밀봉부는 반응기의 3차원 공간 내에서 전극의 움직임을 허용할 수 있다. 탄화수소는 1개 이상의 전극에 인접하여 주입될 수 있다. 탄화수소는 1개 이상의 전극의 바로 가까이에 주입될 수 있다. 일부 경우에, 탄화수소는 전극으로부터 약 1 mm 내지 약 1,000 mm의 거리에서 주입된다. 일부 경우에, 탄화수소는 전극으로부터 약 1 mm 내지 약 5 mm, 약 1 mm 내지 약 10 mm, 약 1 mm 내지 약 100 mm, 약 1 mm 내지 약 1,000 mm, 약 5 mm 내지 약 10 mm, 약 5 mm 내지 약 100 mm, 약 5 mm 내지 약 1,000 mm, 약 10 mm 내지 약 100 mm, 약 10 mm 내지 약 1,000 mm, 또는 약 100 mm 내지 약 1,000 mm의 거리에서 주입된다. 일부 경우에, 탄화수소는 전극으로부터 약 1 mm, 약 5 mm, 약 10 mm, 약 100 mm, 또는 약 1,000 mm의 거리에서 주입된다. 일부 경우에, 탄화수소는 전극으로부터 적어도 약 1 mm, 약 5 mm, 약 10 mm, 또는 약 100 mm의 거리에서 주입된다. 일부 경우에, 탄화수소는 전극으로부터 최대 약 5 mm, 약 10 mm, 약 100 mm, 또는 약 1,000 mm의 거리에서 주입된다.
주입기 중 임의의 것의 팁에서의 압력은 주위 반응기의 압력과 동일할 수 있다. 일부 경우에, 주입기 중 임의의 것의 팁에서의 압력은 주위 반응기의 압력보다 더 크다. 일부 경우에, 주입기 중 임의의 것의 팁에서의 압력은 주위 반응기의 압력의 20% 내이다. 일부 경우에, 주입기 중 임의의 것의 팁에서의 압력은 주위 반응기의 압력의 10% 내이다. 일부 경우에, 주입기 중 임의의 것의 팁에서의 압력은 주위 반응기의 압력의 5% 내이다. 일부 경우에, 주입기 중 임의의 것의 팁에서의 압력은 주위 반응기의 압력의 1% 내이다.
전극 및/또는 주입기는 적어도 약 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90도 또는 그 초과의 경사각 (예를 들어, 전극 또는 주입기의 장축과 반응기의 길이 축 사이의 각)을 가질 수 있다. 전극 및/또는 주입기는 최대 약 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10, 5, 0도 또는 그 미만의 경사각을 가질 수 있다. 전극 및/또는 주입기는 상기 값 중 임의의 2개에 의해 규정되는 바와 같은 범위의 경사각을 가질 수 있다. 예를 들어, 전극 및 주입기는 약 15 내지 약 30도의 경사각을 가질 수 있다. 더 높은 경사각은 증가된 토치 안정성을 제공할 수 있다. 주입기는 내열성 물질 (예를 들어, 금속, 텅스텐, 흑연, 금속 탄화물, 세라믹 물질, 알루미나, 실리카, 알루미노실리케이트, 유리 등)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 주입기는 금속 (예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 인코넬 등)으로 형성될 수 있다. 주입기는 수냉될 수 있다. 주입기는 공급원료에 더하여 반응기에 추가의 첨가제를 제공하도록 구성될 수 있다.
반응기는 1개 이상의 임의적인 시스 기체 주입기를 포함할 수 있다. 시스 기체 주입기는 반응기 챔버 내에 코킹에 대한 장벽을 제공하도록 구성된 불활성 기체를 제공하도록 구성될 수 있다. 불활성 기체는 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같을 수 있다. 시스 기체는 내부 반응기 측에 위치할 수 있다. 시스 기체는 전극 팁보다 더 높게 위치할 수 있다. 시스 기체는 기체가 슬릿으로부터 반응기의 내부 표면 바로 가까이로 흘러나오도록 구성된 반응기의 원주 주위의 슬릿을 통해 반응기에 도입될 수 있다.
전극은 실린더형 형상일 수 있다. 전극은 전극과 연관된 슬라이딩 밀봉부와 협력하여 작동하는 스크류 시스템을 통해 움직일 수 있다. 스크류 시스템은 수냉될 수 있다. 움직일 수 있는 전극의 사용은 반응기의 연속적인 작동을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 추가의 전극 물질이 반응기 외부의 전극의 단부에 연결될 수 있고, 전극이 반응기에서 분해됨에 따라, 새로운 전극 물질이 반응기 내로 공급될 수 있다. 이러한 예에서, 반응기 작동 동안 반응기 외부에 새로운 전극 물질을 부가하는 능력은 반응기의 연속적인 또는 실질적으로 연속적인 작동을 제공할 수 있다. 일부 경우에, 전극은 흑연 (예를 들어, 합성 흑연, 천연 흑연, 반흑연 등), 탄소질 물질 및 수지 또는 다른 결합제, 탄소 복합 물질, 탄소 섬유 물질 등, 또는 그의 임의의 조합을 포함한다. 전극은 직경이 적어도 약 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 35, 40 인치 또는 그 초과일 수 있다. 전극은 직경이 최대 약 40, 35, 30, 29, 28, 27, 26, 25, 24, 23, 22, 21, 20, 19, 18, 17, 16, 15, 14, 13, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1 인치 또는 그 미만일 수 있다. 전극은 길이가 적어도 약 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24 피트 또는 그 초과일 수 있다. 전극은 길이가 최대 약 24, 23, 22, 21, 20, 19, 18, 17, 16, 15, 14, 13, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1 피트 또는 그 미만일 수 있다. 전극 아크의 중심점과 반응기의 벽 사이의 거리는 적어도 약 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 2, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 2.9, 3, 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5, 3.6, 3.7, 3.8, 3.9, 4 미터 또는 그 초과일 수 있다. 전극 아크의 중심점과 반응기의 벽 사이의 거리는 최대 약 4, 3.9, 3.8, 3.7, 3.6, 3.5, 3.4, 3.3, 3.2, 3.1, 3, 2.9, 2.8, 2.7, 2.6, 2.5, 2.4, 2.3, 2.2, 2.1, 2, 1.9, 1.8, 1.7, 1.6, 1.5, 1.4, 1.3, 1.2, 1.1, 1, 0.9, 0.8, 0.7, 0.6, 0.5, 0.4, 0.3, 0.2, 0.1 미터 또는 그 미만일 수 있다. 너무 먼 거리는 다시 플라즈마 영역으로의 기체의 재순환을 발생시킬 수 있는 반면, 너무 짧은 거리는 반응기의 벽의 분해를 유발할 수 있다. 일부 경우에, 전극은 적어도 약 20, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1,000, 10,000, 20,000, 30,000, 40,000 킬로그램 또는 그 초과의 질량을 가질 수 있다. 일부 경우에, 전극은 최대 약 40,000, 30,000, 20,000, 10,000, 1,000, 900, 800, 700, 600, 500, 400, 300, 200, 100, 20 킬로그램 또는 그 미만의 질량을 가질 수 있다.
도 4는 열 발생기(402)를 포함하는 반응기(401)의 예의 횡단면도를 포함하는, 본 개시내용에 따른 본 개시내용에 따른 장치(400)의 또 다른 예의 개략적 표현을 보여준다. 열 발생기(402)는 동심으로 배열된 (예를 들어, 동심 고리로서) 전기 전도성 물질을 포함하는 내부 및 외부 DC 전극(403 및 404)을 각각 포함할 수 있다. 1종 이상의 기체 (예를 들어, 공급원료 단독 또는 적어도 1종의 공정 기체와 조합된 것)(405)는 전극(403 및 404) 사이에서 유동할 수 있고, 여기서 아크는 이어서 이를 플라즈마 상태로 여기시킬 수 있다. 아크는 아크를 원형 방식으로 전극 팁 주위로 신속하게 이동시키는 자기장의 사용을 통해 제어될 수 있다. 전극(403 및 404)은 반응기(401)의 축 및/또는 서로에 대해 병렬 배향될 수 있거나 또는 그렇지 않을 수 있다. 전극(403) 및/또는 전극(404)은 복잡한 형상을 포함할 수 있다. 탄화수소 (예를 들어, 공급원료)는 본원에 기재된 다양한 주입기 구성 (적절한 변형(들)을 가짐) (예를 들어, 도 2 및 도 3과 관련하여 기재된 바와 같음)을 통해 주입될 수 있다. 예를 들어, 탄화수소 (예를 들어, 공급원료)는 주입기(406)에서 (예를 들어, 동심 전극의 중심을 통해), 주입기(407)에서, 또는 그의 임의의 조합에서 주입될 수 있다.
도 2, 도 3 및 도 4를 연속 참조하면, 본 개시내용에 따른 주입기 구성은 중앙 주입기 (예를 들어, 주입기(406)), 열 발생기의 전극의 내부에 (예를 들어, 중앙 주입기를 대체하거나 또는 이에 부가됨) 또는 사이에 (예를 들어, 주입기(305)) 및/또는 열 발생기의 전극의 외부에 (예를 들어, 주변에/주위에) (예를 들어, 주입기(407)) 위치한 1개 이상의 (예를 들어, 어레이의) 주입기, 또는 그의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 열 발생기의 전극의 내부에, 전극의 사이에 및/또는 전극의 외부에 위치한 1개 이상의 (예를 들어, 어레이의) 주입기는 반응기의 축에 대해 병렬로 (예를 들어, 주입기(406 및 407)) 또는 반응기의 축 (예를 들어, 주입기 (305)) 및/또는 서로에 대해 일정 각도로 (예를 들어, 내향으로) 배향될 수 있다. 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같이, 주어진 주입기 유동은 대신에 일부 경우에 유입구 포트를 통해 제공될 수 있다. 예를 들어, 탄화수소 (예를 들어, 공급원료)는 1종 이상의 기체(304)로서 제공될 수 있거나 또는 주입기(406)를 통해 주입될 수 있다. 주입기의 팁은 전극의 바닥 평면 위에, 평면 아래에 또는 동일한 평면에 (예를 들어, 평면과 동일한 높이에) 위치할 수 있다. 예를 들어, 도 3 및 도 4에서, 주입기(305, 406 및 407)의 팁은 전극의 바닥 평면 위에 제시된다. 주어진 주입기 구성의 1개 이상의 주입기가 냉각될 수 있다 (예를 들어, 주입기(406)와 같은 중앙 주입기가 냉각될 수 있음). 주입기 구성은 예를 들어 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24 또는 25개 이상의 주입기를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 주입기 구성은 예를 들어 50, 40, 30, 25, 24, 23, 22, 21, 20, 19, 18, 17, 16, 15, 14, 13, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4 또는 3개 이하의 주입기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 주입기 구성은 중앙 주입기 및 중앙 주입기 주위의 어레이 주입기 (전극의 내부에, 전극의 사이에 및/또는 전극의 외부에 위치함), 중앙 주입기 없이 어레이 주입기 (전극의 내부에, 전극의 사이에 및/또는 전극의 외부에 위치함) 등을 포함할 수 있다. 주입기는 복수의 주입 스트림 (예를 들어, 적어도 약 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10개 또는 그 초과의 주입 스트림)으로 탄화수소를 제공하도록 구성될 수 있다. 복수의 주입 스트림은 반응기 내의 전극의 평면 위에 있을 수 있고, 제2 세트의 주입기는 전극의 평면 아래에 주입되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 세트의 주입기는 반응기 내의 전극의 위에 탄화수소 공급원료를 제공할 수 있고, 제2 세트의 주입기는 반응기 내의 전극의 아래의 평면에 탄화수소 공급원료를 제공할 수 있다. 전극의 평면은 각각의 전극의 팁이 평면의 적어도 약 0.01, 0.05, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5 미터 또는 그 초과 내에 있도록 반응기의 길이에 수직인 평면일 수 있다. 전극의 평면은 각각의 전극의 팁이 평면의 최대 약 0.5, 0.4, 0.3, 0.2, 0.1, 0.05, 0.01 미터 또는 그 미만 내에 있도록 반응기의 길이에 수직인 평면일 수 있다. 일부 경우에, 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같은 플라즈마 가열 공급원 대신에, 주울 가열 (예를 들어, 저항 가열) 공급원이 사용될 수 있다. 예를 들어, 저항 가열 요소가 플라즈마 토치 대신에 반응기에 배치될 수 있고, 반응에 사용되는 열을 제공하도록 구성될 수 있다.
본 개시내용에 따른 주입기 (또는 그의 부분) (예를 들어, 주입기(305, 406, 407) 또는 그의 임의의 조합)는 1종 이상의 적합한 물질, 예컨대 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 흑연, 합금 (예를 들어, 고온 내부식성 금속의 합금) 및/또는 다른 유사한 물질 (예를 들어, 고융점 및 우수한 내부식성을 갖는 것)일 수 있거나 또는 그를 포함할 수 있다. 주입기(들)는 냉각 유체를 통해 냉각될 수 있다. 주입기(들)는, 예를 들어 물 또는 비-산화 액체 (예를 들어, 미네랄 오일, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 합성 유기 유체, 예컨대 예를 들어, 다우썸(DOWTHERM)™ 물질 등)에 의해 냉각될 수 있다.
본 개시내용의 열 발생기 (예를 들어, 플라즈마 발생기) 및/또는 반응기 (또는 그의 부분)는, 예를 들어 구리, 텅스텐, 흑연 (예를 들어, 압출 또는 성형된 것), 몰리브데넘, 레늄, 니켈, 크로뮴, 철, 은, 다른 내화물 또는 고온 금속, 또는 그의 합금 (예를 들어, 구리-텅스텐 합금, 레늄-텅스텐 합금, 몰리브데넘-텅스텐 합금 또는 구리-레늄 합금; 탄화물 합금 예컨대, 예를 들어, 탄화텅스텐, 탄화몰리브데넘 또는 탄화크로뮴 등); 질화붕소, 탄화규소, 알루미나, 알루미나 실리카 블렌드, 또는 다른 고온 세라믹; 다른 산소-저항성 내화성 물질; 또는 그의 임의의 조합을 포함할 수 있거나 또는 그로 제조될 수 있다. 열 발생기 (예를 들어, 플라즈마 발생기)의 전극(들)의 적어도 한 부분 (예를 들어, 전극(303, 403 및 404) 중 1개 이상)은 상기 언급된 물질 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 본 개시내용에 따른 전극은 적합한 기하구조 (예를 들어, 실린더형, 타원형 또는 다각형 횡단면을 갖는 막대, 날카로운 또는 둥근 단부 등)를 가질 수 있다. 전극 기하구조는 맞춤화될 수 있다. 대안적으로, 열 발생기는 (예를 들어, 제강에 사용되는) 기존 전극 기하구조의 통합을 가능하게 하도록 구성될 수 있다. 전극 물질 (예를 들어, 화학적 조성, 입자 구조 등) 및/또는 기하구조는 생존성 (예를 들어, 강도, 열 가요성 등)을 증진시키도록 구성될 수 있다. 본 개시내용에 따른 반응기의 적어도 한 부분 (예를 들어, 벽 또는 라이너의 적어도 한 부분)은 상기 언급된 물질 중 1종 이상을 포함할 수 있다 (예를 들어, 반응기는 내화물-라이닝될 수 있음). 반응기 (예를 들어, 반응기의 벽 또는 라이너)는 상이한 물질을 포함하는 1개 이상의 섹션을 포함할 수 있다. 예를 들어, 내화물 라이너는 상이한 내화물을 포함하는 1개 이상의 섹션, 예컨대 예를 들어 주어진 내화물에 비해 너무 뜨거울 수 있는 섹션 및 주어진 (예를 들어, 표준) 내화물을 포함하는 또 다른 섹션을 포함할 수 있다.
본 개시내용에 따른 열 발생기 (예를 들어, 플라즈마 발생기)는, 예를 들어, 생성된 탄소질 물질 (예를 들어, 고체 탄소질 물질)의 톤 (예를 들어, 메트릭 톤)당 약 750 킬로그램 (kg), 500 kg, 400 kg, 300 kg, 200 kg, 100 kg, 90 kg, 80 kg, 70 kg, 60 kg, 50 kg, 40 kg, 30 kg, 20 kg, 15 kg, 10 kg, 5 kg, 2 kg, 1.75 kg, 1.5 kg, 1.25 kg, 1 kg, 0.9 kg, 0.8 kg, 0.7 kg, 0.6 kg, 500 그램 (g), 400 g, 300 g, 200 g, 100 g, 50 g, 20 g, 10 g, 5 g, 2 g 또는 1 g 이하의 전극 물질 (예를 들어, 전극(303), 및/또는 전극(403 및 404))이 소모되도록 구성될 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 본 개시내용의 열 발생기 (예를 들어, 플라즈마 발생기)는, 예를 들어, 생성된 탄소질 물질 (예를 들어, 고체 탄소질 물질)의 톤 (예를 들어, 메트릭 톤)당 약 0 g, 1 g, 1.25 kg, 1.5 kg, 1.75 kg, 2 g, 5 g, 10 g, 20 g, 50 g, 100 g, 200 g, 300 g, 400 g, 500 g, 0.6 kg, 0.7 kg, 0.8 kg, 0.9 kg, 1 kg, 2 kg, 5 kg, 10 kg, 15 kg, 20 kg, 30 kg, 40 kg, 50 kg, 60 kg, 70 kg, 80 kg, 90 kg, 100 kg, 200 kg, 300 kg, 400 kg 또는 500 kg 이상의 전극 물질 (예를 들어, 전극(303), 및/또는 전극(403 및 404))이 소모되도록 구성될 수 있다.
본 개시내용에 따른 전극 (예를 들어, 플라즈마 발생기의 AC 및/또는 DC 전극) (또는 그의 부분) (예를 들어, 전극(303), 및/또는 전극(403 및 404))은 서로 주어진 거리 (또한 본원에서 "갭" 또는 "갭 크기")에 배치될 수 있다. 전극 (또는 그의 부분) 사이의 갭은, 예를 들어, 약 40 밀리미터 (mm), 39 mm, 38 mm, 37 mm, 36 mm, 35 mm, 34 mm, 33 mm, 32 mm, 31 mm, 30 mm, 29 mm, 28 mm, 27 mm, 26 mm, 25 mm, 24 mm, 23 mm, 22 mm, 21 mm, 20 mm, 19 mm, 18 mm, 17 mm, 16 mm, 15 mm, 14 mm, 13 mm, 12 mm, 11 mm, 10 mm, 9 mm, 8 mm, 7 mm, 6 mm, 5 mm, 4 mm, 3 mm, 2 mm 또는 1 mm 이하일 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 전극 (또는 그의 부분) 사이의 갭은, 예를 들어, 약 0.5 mm, 1 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm, 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm, 10 mm, 11 mm, 12 mm, 13 mm, 14 mm, 15 mm, 16 mm, 17 mm, 18 mm, 19 mm, 20 mm, 21 mm, 22 mm, 23 mm, 24 mm, 25 mm, 26 mm, 27 mm, 28 mm, 29 mm, 30 mm, 31 mm, 32 mm, 33 mm, 34 mm 또는 35 mm 이상일 수 있다.
탄화수소 공급원료는 화학식 CnHx 또는 CnHxOy를 갖는 임의의 화학물질을 포함할 수 있고, 여기서 n은 정수이고; x는 (i) 1 내지 2n+2 또는 (ii) 석탄, 석탄 타르, 열분해 연료유 등과 같은 연료의 경우 1 미만이고; y는 0 내지 n이다. 탄화수소 공급원료는, 예를 들어 단순 탄화수소 (예를 들어, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄 등), 방향족 공급원료 (예를 들어, 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 메틸 나프탈렌, 열분해 연료유, 석탄 타르, 석탄, 중유, 오일, 바이오-오일, 바이오-디젤, 다른 생물학적으로 유도된 탄화수소 등), 불포화 탄화수소 (예를 들어, 에틸렌, 아세틸렌, 부타디엔, 스티렌 등), 산소화 탄화수소 (예를 들어, 에탄올, 메탄올, 프로판올, 페놀, 케톤, 에테르, 에스테르 등), 또는 그의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 이들 예는 제조를 위해 다른 성분과 추가로 조합 및/또는 혼합될 수 있는, 허용되는 탄화수소 공급원료의 비제한적 예로서 제공된다. 탄화수소 공급원료는 공급원료의 대부분 (예를 들어, 약 50 중량% 초과)이 사실상 탄화수소인 공급원료를 지칭할 수 있다. 반응성 탄화수소 공급원료는 적어도 약 70 중량%의 메탄, 에탄, 프로판 또는 그의 혼합물을 포함할 수 있다. 탄화수소 공급원료는 천연 기체일 수 있거나 또는 그를 포함할 수 있다. 탄화수소는 메탄, 에탄, 프로판 또는 그의 혼합물일 수 있거나 또는 그를 포함할 수 있다. 탄화수소는 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 아세틸렌, 에틸렌, 카본 블랙 오일, 석탄 타르, 조 석탄 타르, 디젤 오일, 벤젠 및/또는 메틸 나프탈렌을 포함할 수 있다. 탄화수소는 (예를 들어, 추가의) 폴리시클릭 방향족 탄화수소를 포함할 수 있다. 탄화수소 공급원료는 1종 이상의 단순 탄화수소, 1종 이상의 방향족 공급원료, 1종 이상의 불포화 탄화수소, 1종 이상의 산소화 탄화수소, 또는 그의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 탄화수소 공급원료는, 예를 들어 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 펜탄, 천연 기체, 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 에틸벤젠, 나프탈렌, 메틸 나프탈렌, 디메틸 나프탈렌, 안트라센, 메틸 안트라센, 다른 모노시클릭 또는 폴리시클릭 방향족 탄화수소, 카본 블랙 오일, 디젤 오일, 열분해 연료유, 석탄 타르, 조 석탄 타르, 석탄, 중유, 오일, 바이오-오일, 바이오-디젤, 다른 생물학적으로 유도된 탄화수소, 에틸렌, 아세틸렌, 프로필렌, 부타디엔, 스티렌, 에탄올, 메탄올, 프로판올, 페놀, 1종 이상의 케톤, 1종 이상의 에테르, 1종 이상의 에스테르, 1종 이상의 알데히드, 또는 그의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 공급원료는 본원에 기재된 공급원료 화합물의 1종 이상의 유도체, 예컨대 예를 들어 벤젠 및/또는 그의 유도체(들), 나프탈렌 및/또는 그의 유도체(들), 안트라센 및/또는 그의 유도체(들) 등을 포함할 수 있다. 탄화수소 공급원료 (또한 본원에서 "공급원료")는 (예를 들어, 상기 언급된 공급원료 중에서) 주어진 공급원료를 중량, 부피 또는 몰 기준으로 약 1 ppm, 5 ppm, 10 ppm, 25 ppm, 50 ppm, 0.01%, 0.05%, 0.1%, 0.2%, 0.3%, 0.4%, 0.5%, 0.6%, 0.7%, 0.8%, 0.9%, 1%, 1.1%, 1.2%, 1.3%, 1.4%, 1.5%, 1.6%, 1.7%, 1.8%, 1.9%, 2%, 2.5%, 3%, 3.5%, 4%, 4.5%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 11%, 12%, 13%, 14%, 15%, 16%, 17%, 18%, 19%, 20%, 21%, 22%, 23%, 24%, 25%, 26%, 27%, 28%, 29%, 30%, 31%, 32%, 33%, 34%, 35%, 36%, 37%, 38%, 39%, 40%, 41%, 42%, 43%, 44%, 45%, 46%, 47%, 48%, 49%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95% 또는 99% 이상의 농도로 (예를 들어, 공급원료의 혼합물 중에) 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 공급원료는 주어진 공급원료를 중량, 부피 또는 몰 기준으로 약 100% 99%, 95%, 90%, 85%, 80%, 75%, 70%, 65%, 60%, 55%, 50%, 49%, 48%, 47%, 46%, 45%, 44%, 43%, 42%, 41%, 40%, 39%, 38%, 37%, 36%, 35%, 34%, 33%, 32%, 31%, 30%, 29%, 28%, 27%, 26%, 25%, 24%, 23%, 22%, 21%, 20%, 19%, 18%, 17%, 16%, 15%, 14%, 13%, 12%, 11%, 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4.5%, 4%, 3.5%, 3%, 2.5%, 2%, 1.9%, 1.8%, 1.7%, 1.6%, 1.5%, 1.4%, 1.3%, 1.2%, 1.1%, 1%, 0.9%, 0.8%, 0.7%, 0.6%, 0.5%, 0.4%, 0.3%, 0.2%, 0.1%, 0.05%, 0.01%, 50 ppm, 25ppm, 10 ppm, 5 ppm 또는 1 ppm 이하의 농도로 (예를 들어, 공급원료의 혼합물 중에) 포함할 수 있다. 공급원료는 유사한 또는 상이한 농도의 추가의 공급원료를 (예를 들어, 공급원료의 혼합물 중에) 포함할 수 있다. 이러한 추가의 공급원료는, 예를 들어 주어진 공급원료로서 선택되지 않은 상기 언급된 공급원료 중에서 선택될 수 있다. 주어진 공급원료는 그 자체가 혼합물 (예를 들어, 예컨대 천연 기체)을 포함할 수 있다.
공정 기체는, 예를 들어 산소, 질소, 아르곤, 헬륨, 공기, 수소, 일산화탄소, 물, 탄화수소 (예를 들어, 메탄, 에탄, 불포화 및/또는 공급원료와 관련하여 본원에 기재된 임의의 탄화수소) 등을 포함할 수 있다 (단독으로 또는 2종 이상의 혼합물로 사용됨). 일부 예에서, 공정 기체는 불활성일 수 있다. 공정 기체는 신선하게 공급되는 기체 (예를 들어, 저장기, 예컨대 예를 들어, 실린더 또는 용기로부터 전달되거나 공급됨), 재순환된 기체상 반응 생성물 (예를 들어, 본원의 다른 곳에 보다 상세히 기재된 바와 같음), 또는 그의 임의의 조합일 수 있거나 또는 그를 포함할 수 있다. 공정 기체는, 예를 들어 산소, 질소 (예를 들어, 최대 약 30 부피%), 아르곤 (예를 들어, 최대 약 30% Ar), 헬륨, 공기, 수소 (예를 들어, 약 50 부피%, 60 부피%, 70 부피%, 80 부피% 및 90 부피% 이상, 최대 약 100 부피%), 일산화탄소 (예를 들어, 적어도 약 1 부피ppm 및 최대 약 30%), 물, 탄화수소 (예를 들어, 메탄, 에탄, 불포화, 벤젠 및 톨루엔 또는 유사한 모노방향족 탄화수소, 폴리시클릭 방향족 탄화수소, 예컨대 안트라센 및 그의 유도체, 나프탈렌 및 그의 유도체, 메틸 나프탈렌, 메틸 안트라센, 코로넨, 피렌, 크리센, 플루오렌 등 및/또는 공급원료와 관련하여 본원에 기재된 임의의 탄화수소; 예를 들어, 적어도 약 1 부피ppm 및 최대 약 30 부피% CH4, 적어도 약 1 부피ppm 및 최대 약 30 부피% C2H2, 적어도 약 1 부피ppm C2H4, 적어도 약 1 부피ppm 벤젠, 및/또는 적어도 약 1 부피ppm 폴리방향족 탄화수소), HCN (예를 들어, 적어도 약 1 부피ppm 및 최대 약 10 부피%), NH3 (예를 들어, 적어도 약 1 부피ppm 및 최대 약 10 부피%) 등을 포함할 수 있다 (단독으로 또는 2종 이상의 혼합물로 사용됨). 공정 기체는 적어도 약 60% 수소 최대 약 100% 수소 (부피 기준)를 포함할 수 있고, 최대 약 30% 질소, 최대 약 30% CO, 최대 약 30% CH4, 최대 약 10% HCN, 최대 약 30% C2H2, 및 최대 약 30% Ar을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 공정 기체는 약 60% 초과의 수소일 수 있다. 추가적으로, 공정 기체는 또한 폴리시클릭 방향족 탄화수소, 예컨대 안트라센, 나프탈렌, 코로넨, 피렌, 크리센, 플루오렌 등을 포함할 수 있다. 또한, 공정 기체는 존재하는 벤젠 및 톨루엔 또는 유사한 모노방향족 탄화수소 성분을 가질 수 있다. 예를 들어, 공정 기체는 약 90% 이상의 수소, 및 약 0.2%의 질소, 약 1.0%의 CO, 약 1.1%의 CH4, 약 0.1%의 HCN 및 약 0.1%의 C2H2를 포함할 수 있다. 공정 기체는 약 80% 이상의 수소를 포함할 수 있고, 나머지는 상기 언급된 기체, 폴리시클릭 방향족 탄화수소, 모노방향족 탄화수소 및 다른 성분의 일부 혼합물을 포함할 수 있다. 공정 기체는 약 50 부피% 이상의 수소를 포함할 수 있다. 공정 기체는 약 70 부피% 초과의 H2를 포함할 수 있고, 기체 HCN, CH4, C2H4, C2H2, CO, 벤젠 또는 폴리방향족 탄화수소 (예를 들어, 나프탈렌 및/또는 안트라센) 중 적어도 1종 이상을 적어도 약 1 ppm의 수준으로 포함할 수 있다. 폴리방향족 탄화수소는, 예를 들어 나프탈렌, 안트라센 및/또는 그의 유도체를 포함할 수 있다. 폴리방향족 탄화수소는, 예를 들어 메틸 나프탈렌 및/또는 메틸 안트라센을 포함할 수 있다. 공정 기체는 (예를 들어, 상기 언급된 공정 기체 중에서) 주어진 공정 기체를 중량, 부피 또는 몰 기준으로 약 1 ppm, 5 ppm, 10 ppm, 25 ppm, 50 ppm, 0.01%, 0.05%, 0.1%, 0.2%, 0.3%, 0.4%, 0.5%, 0.6%, 0.7%, 0.8%, 0.9%, 1%, 1.1%, 1.2%, 1.3%, 1.4%, 1.5%, 1.6%, 1.7%, 1.8%, 1.9%, 2%, 2.5%, 3%, 3.5%, 4%, 4.5%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 11%, 12%, 13%, 14%, 15%, 16%, 17%, 18%, 19%, 20%, 21%, 22%, 23%, 24%, 25%, 26%, 27%, 28%, 29%, 30%, 31%, 32%, 33%, 34%, 35%, 36%, 37%, 38%, 39%, 40%, 41%, 42%, 43%, 44%, 45%, 46%, 47%, 48%, 49%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95% 또는 99% 이상의 농도로 (예를 들어, 공정 기체의 혼합물 중에) 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 공정 기체는 주어진 공정 기체를 중량, 부피 또는 몰 기준으로 약 100%, 99%, 95%, 90%, 85%, 80%, 75%, 70%, 65%, 60%, 55%, 50%, 49%, 48%, 47%, 46%, 45%, 44%, 43%, 42%, 41%, 40%, 39%, 38%, 37%, 36%, 35%, 34%, 33%, 32%, 31%, 30%, 29%, 28%, 27%, 26%, 25%, 24%, 23%, 22%, 21%, 20%, 19%, 18%, 17%, 16%, 15%, 14%, 13%, 12%, 11%, 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4.5%, 4%, 3.5%, 3%, 2.5%, 2%, 1.9%, 1.8%, 1.7%, 1.6%, 1.5%, 1.4%, 1.3%, 1.2%, 1.1%, 1%, 0.9%, 0.8%, 0.7%, 0.6%, 0.5%, 0.4%, 0.3%, 0.2%, 0.1%, 0.05%, 0.01%, 50 ppm, 25ppm, 10 ppm, 5 ppm 또는 1 ppm 이하의 농도로 (예를 들어, 공정 기체의 혼합물 중에) 포함할 수 있다. 공정 기체는 유사한 또는 상이한 농도의 추가의 공정 기체를 (예를 들어, 공정 기체의 혼합물 중에) 포함할 수 있다. 이러한 추가의 공정 기체는, 예를 들어 주어진 공정 기체로서 선택되지 않은 상기 언급된 공정 기체 중에서 선택될 수 있다. 주어진 공정 기체는 그 자체가 혼합물을 포함할 수 있다. 공정 기체는 퍼징 기체로서 사용될 수 있다. 퍼징 기체는 반응기 또는 탄소 입자를 퍼징하는 데 (예를 들어, 비-불활성 기체를 제거하는 데) 사용되는 불활성 기체일 수 있다. 퍼징 기체는 반응기의 작동 압력보다 더 높은 압력에서 제공될 수 있다 (예를 들어, 퍼징 기체는 보다 높은 압력에서 제공될 수 있고 반응기에서 보다 낮은 압력으로 조절될 수 있음).
공급원료 (예를 들어, 탄화수소)는 예를 들어 약 시간당 50 그램 (g/hr), 100 g/hr, 250 g/hr, 500 g/hr, 750 g/hr, 시간당 1 킬로그램 (kg/hr), 2 kg/hr, 5 kg/hr, 10 kg/hr, 15 kg/hr, 20 kg/hr, 25 kg/hr, 30 kg/hr, 35 kg/hr, 40 kg/hr, 45 kg/hr, 50 kg/hr, 55 kg/hr, 60 kg/hr, 65 kg/hr, 70 kg/hr, 75 kg/hr, 80 kg/hr, 85 kg/hr, 90 kg/hr, 95 kg/hr, 100 kg/hr, 150 kg/hr, 200 kg/hr, 250 kg/hr, 300 kg/hr, 350 kg/hr, 400 kg/hr, 450 kg/hr, 500 kg/hr, 600 kg/hr, 700 kg/hr, 800 kg/hr, 900 kg/hr, 1,000 kg/hr, 1,100 kg/hr, 1,200 kg/hr, 1,300 kg/hr, 1,400 kg/hr, 1,500 kg/hr, 1,600 kg/hr, 1,700 kg/hr, 1,800 kg/hr, 1,900 kg/hr, 2,000 kg/hr, 2,100 kg/hr, 2,200 kg/hr, 2,300 kg/hr, 2,400 kg/hr, 2,500 kg/hr, 3,000 kg/hr, 3,500 kg/hr, 4,000 kg/hr, 4,500 kg/hr, 5,000 kg/hr, 6,000 kg/hr, 7,000 kg/hr, 8,000 kg/hr, 9,000 kg/hr 또는 10,000 kg/hr 이상의 속도로 시스템 (예를 들어, 반응기, 예컨대 예를 들어, 본원에 기재된 반응기(102, 201, 301 또는 401))에 제공될 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 공급원료 (예를 들어, 탄화수소)는 예를 들어 약 10,000 kg/hr, 9,000 kg/hr, 8,000 kg/hr, 7,000 kg/hr, 6,000 kg/hr, 5,000 kg/hr, 4,500 kg/hr, 4,000 kg/hr, 3,500 kg/hr, 3,000 kg/hr, 2,500 kg/hr, 2,400 kg/hr, 2,300 kg/hr, 2,200 kg/hr, 2,100 kg/hr, 2,000 kg/hr, 1,900 kg/hr, 1,800 kg/hr, 1,700 kg/hr, 1,600 kg/hr, 1,500 kg/hr, 1,400 kg/hr, 1,300 kg/hr, 1,200 kg/hr, 1,100 kg/hr, 1,000 kg/hr, 900 kg/hr, 800 kg/hr, 700 kg/hr, 600 kg/hr, 500 kg/hr, 450 kg/hr, 400 kg/hr, 350 kg/hr, 300 kg/hr, 250 kg/hr, 200 kg/hr, 150 kg/hr, 100 kg/hr, 95 kg/hr, 90 kg/hr, 85 kg/hr, 80 kg/hr, 75 kg/hr, 70 kg/hr, 65 kg/hr, 60 kg/hr, 55 kg/hr, 50 kg/hr, 45 kg/hr, 40 kg/hr, 35 kg/hr, 30 kg/hr, 25 kg/hr, 20 kg/hr, 15 kg/hr, 10 kg/hr, 5 kg/hr, 2 kg/hr, 1 kg/hr, 750 g/hr, 500 g/hr, 250 g/hr 또는 100 g/hr 이하의 속도로 시스템 (예를 들어, 반응기)에 제공될 수 있다.
희석은 (예를 들어, 본원의 다른 곳에 기재된 공정 동안) 반응기 내로 주입된 공정 기체 (예를 들어, 희석 기체)의 총 몰수 대 탄소 원자 (예를 들어, 공급원료 탄소 원자)의 총 몰수의 비일 수 있다. 약 2 미만의 희석 배율은 플라즈마-기반 열분해 반응기의 작동에 이익을 제공할 수 있다. 약 2 미만의 희석 배율을 달성하는 것은 탄화수소의 플라즈마 기체로서의 사용을 포함할 수 있다. 예를 들어, 탄화수소는 플라즈마 기체 및 공급원료 기체 둘 다로서 사용될 수 있다. 약 2 미만의 희석 배율을 갖는 반응기는 재순환 및 퍼징 기체를 전극에 근접하여 약 2 미만의 희석 배율을 제공하는 양으로 가질 수 있다. 퍼징 기체는 반응기를 가압하고/거나 반응기의 전극 상의 슬라이딩 밀봉부를 가압하기 위해 존재할 수 있다. 본 개시내용의 장치 및 방법은 적어도 약 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 2, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 2.9, 3, 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5, 3.6, 3.7, 3.8, 3.9, 4 또는 그 초과의 희석 배율을 달성할 수 있다. 본 개시내용의 장치 및 방법은 최대 약 4, 3.9, 3.8, 3.7, 3.6, 3.5, 3.4, 3.3, 3.2, 3.1, 3, 2.9, 2.8, 2.7, 2.6, 2.5, 2.4, 2.3, 2.2, 2.1, 2, 1.9, 1.8, 1.7, 1.6, 1.5, 1.4, 1.3, 1.2, 1.1, 1, 0.9, 0.8, 0.7, 0.6, 0.5, 0.4, 0.3, 0.2, 0.1 또는 그 미만의 희석 배율을 달성할 수 있다.
재순환 기체는 본 개시내용의 반응기 및 방법에 공급될 수 있다. 재순환 기체는 플라즈마 기체의 적어도 한 성분일 수 있다. 예를 들어, 재순환 기체는 플라즈마 기체의 한 부분으로서 가열되도록 반응기에 제공될 수 있다. 재순환 기체는 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같은 공정 기체일 수 있다. 재순환 기체는 반응기에 의해 생성된 기체의 적어도 한 부분일 수 있다. 예를 들어, 재순환 기체는 탄소 입자 및/또는 수소의 발생 동안 반응기에 의해 유출되는 기체일 수 있다. 재순환 기체는 수소 (예를 들어, 적어도 약 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 99 또는 그 초과의 퍼센트 수소), 질소, 아르곤, 일산화탄소, 물, 탄화수소 등, 또는 그의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 재순환 기체는 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같은 정제 공정으로부터 버려진 기체일 수 있다. 예를 들어, 고압 탈기 장치에서 발생된 수소로부터 제거된 불순물이 재순환 기체로서 사용될 수 있다. 재순환 기체는 승온 (예를 들어, 주위 온도 초과)에서 존재할 수 있다. 예를 들어, 재순환 기체는 재순환 기체의 가열 시 플라즈마로부터 손실되는 에너지의 양을 감소시키기 위해 고온에서 제공될 수 있다. 재순환 기체의 사용은 반응물 (예를 들어, 탄화수소)을 다시 반응기 내로 재순환시킴으로써 반응기 내의 전극의 증가된 수명뿐만 아니라 증가된 효율을 제공할 수 있다. 예를 들어, 탄화수소는 다시 반응기 내로 재순환될 수 있고, 그에 의해 탄화수소의 전환율이 개선될 수 있다. 재순환 기체는 재순환 기체 및/또는 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같은 또 다른 불활성 기체의 시스 및/또는 블랭킷 유동을 통해 반응기 내로 도입될 수 있다. 이러한 유동은 전극 및/또는 반응기의 다른 표면 (예를 들어, 반응기 벽)에의 기체상 및/또는 고체 탄소의 침착을 방지할 수 있다. 일부 경우에, 재순환 기체는 반응기 내로 도입되기 전에 가압 (예를 들어, 재가압)될 수 있다. 예를 들어, 재순환 기체는 반응기 내로 주입되기 전에 압축기를 통과할 수 있다. 재순환 기체는 본원의 다른 곳에 기재된 압력으로 가압될 수 있다.
주어진 공정 기체 또는 하위세트의 또는 모든 공정 기체의 합은, 예를 들어, 약 0 노말 세제곱 미터/시간 (Nm3/hr), 0.1 Nm3/hr, 0.2 Nm3/hr, 0.5 Nm3/hr, 1 Nm3/hr, 1.5 Nm3/hr, 2 Nm3/hr, 5 Nm3/hr, 10 Nm3/hr, 25 Nm3/hr, 50 Nm3/hr, 75 Nm3/hr, 100 Nm3/hr, 150 Nm3/hr, 200 Nm3/hr, 250 Nm3/hr, 300 Nm3/hr, 350 Nm3/hr, 400 Nm3/hr, 450 Nm3/hr, 500 Nm3/hr, 550 Nm3/hr, 600 Nm3/hr, 650 Nm3/hr, 700 Nm3/hr, 750 Nm3/hr, 800 Nm3/hr, 850 Nm3/hr, 900 Nm3/hr, 950 Nm3/hr, 1,000 Nm3/hr, 2,000 Nm3/hr, 3,000 Nm3/hr, 4,000 Nm3/hr, 5,000 Nm3/hr, 6,000 Nm3/hr, 7,000 Nm3/hr, 8,000 Nm3/hr, 9,000 Nm3/hr, 10,000 Nm3/hr, 12,000 Nm3/hr, 14,000 Nm3/hr, 16,000 Nm3/hr, 18,000 Nm3/hr, 20,000 Nm3/hr, 30,000 Nm3/hr, 40,000 Nm3/hr, 50,000 Nm3/hr, 60,000 Nm3/hr, 70,000 Nm3/hr, 80,000 Nm3/hr, 90,000 Nm3/hr 또는 15,000 Nm3/hr 이상의 속도로 시스템에 (예를 들어, 반응기, 예컨대 예를 들어 본원에 기재된 반응기(102, 201, 301 또는 401)에) 제공될 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 주어진 공정 기체 또는 하위세트의 또는 모든 공정 기체의 합은, 예를 들어, 약 100,000 Nm3/hr, 90,000 Nm3/hr, 80,000 Nm3/hr, 70,000 Nm3/hr, 60,000 Nm3/hr, 50,000 Nm3/hr, 40,000 Nm3/hr, 30,000 Nm3/hr, 20,000 Nm3/hr, 18,000 Nm3/hr, 16,000 Nm3/hr, 14,000 Nm3/hr, 12,000 Nm3/hr, 10,000 Nm3/hr, 9,000 Nm3/hr, 8,000 Nm3/hr, 7,000 Nm3/hr, 6,000 Nm3/hr, 5,000 Nm3/hr, 4,000 Nm3/hr, 3,000 Nm3/hr, 2,000 Nm3/hr, 1,000 Nm3/hr, 950 Nm3/hr, 900 Nm3/hr, 850 Nm3/hr, 800 Nm3/hr, 750 Nm3/hr, 700 Nm3/hr, 650 Nm3/hr, 600 Nm3/hr, 550 Nm3/hr, 500 Nm3/hr, 450 Nm3/hr, 400 Nm3/hr, 350 Nm3/hr, 300 Nm3/hr, 250 Nm3/hr, 200 Nm3/hr, 150 Nm3/hr, 100 Nm3/hr, 75 Nm3/hr, 50 Nm3/hr, 25 Nm3/hr, 10 Nm3/hr, 5 Nm3/hr, 2 Nm3/hr, 1.5 Nm3/hr, 1 Nm3/hr, 0.5 Nm3/hr 또는 0.2 Nm3/hr 이하의 속도로 시스템에 (예를 들어 반응기에) 제공될 수 있다. 주어진 공정 기체 또는 하위세트의 또는 모든 공정 기체의 합은 본원에 기재된 1종 이상의 공급원료 유량과 조합되어 이러한 속도로 시스템에 (예를 들어 반응기에) 제공될 수 있다. 주어진 공정 기체 또는 하위세트의 또는 모든 공정 기체의 합은, 예를 들어, 공급원료의 몰당 약 0, 0.0005, 0.001, 0.002, 0.005, 0.1, 0.2, 0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 75 또는 90몰 이상의 공정 기체(들)의 비로 시스템에 제공될 수 있다 (예를 들어 열 발생기, 예컨대 예를 들어 열 발생기(302 또는 402)에 제공되고/거나 달리 또는 전체적으로 반응기, 예컨대 예를 들어 본원에 기재된 반응기(102, 201, 301 또는 401)에 제공됨). 대안적으로 또는 추가로, 주어진 공정 기체 또는 하위세트의 또는 모든 공정 기체의 합은, 예를 들어, 공급원료의 몰당 약 100, 90, 75, 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0.5, 0.2, 0.1, 0.005, 0.002, 0.001 또는 0.0005몰 이하의 공정 기체(들)의 비로 시스템에 제공될 수 있다 (예를 들어 열 발생기, 예컨대 예를 들어 열 발생기(302 또는 402)에 제공되고/거나 달리 또는 전체적으로 반응기, 예컨대 예를 들어 본원에 기재된 반응기(102, 201, 301 또는 401)에 제공됨). 시스템에 제공되는 공정 기체(들)의 약 100%, 75%, 50%, 40%, 30%, 20%, 10%, 5% 또는 1% 이하는 전기 에너지에 의해 가열될 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 시스템에 제공되는 공정 기체(들)의 약 0%, 1%, 5%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50% 또는 75% 이상은 전기 에너지에 의해 가열될 수 있다.
1종 이상의 기체 (예를 들어, 공급원료 단독 또는 적어도 1종의 공정 기체와 조합된 것)는 주어진 압력에서 가열될 수 있다. 공급원료 (예를 들어, 단독 또는 적어도 1종의 공정 기체와 조합된 것)는 주어진 압력 (또한 본원에서 "반응 압력")에서 반응할 수 있다. 가열 및 반응은 반응기 내에서 주어진 압력 (또한 본원에서 "반응기 압력")에서 구현될 수 있다. 압력은, 예를 들어, 약 0 bar, 0.5 bar, 1 bar, 1.1 bar, 1.2 bar, 1.3 bar, 1.4 bar, 1.5 bar, 1.6 bar, 1.7 bar, 1.8 bar, 1.9 bar, 2 bar, 2.1 bar, 2.2 bar, 2.3 bar, 2.4 bar, 2.5 bar, 2.6 bar, 2.7 bar, 2.8 bar, 2.9 bar, 3 bar, 3.1 bar, 3.2 bar, 3.3 bar, 3.4 bar, 3.5 bar, 3.6 bar, 3.7 bar, 3.8 bar, 3.9 bar, 4 bar, 4.5 bar, 5 bar, 6 bar, 7 bar, 8 bar, 9 bar, 10 bar, 11 bar, 12 bar, 13 bar, 14 bar, 15 bar, 16 bar, 17 bar, 18 bar, 19 bar, 20 bar, 21 bar, 22 bar, 23 bar, 24 bar, 25 bar, 26 bar, 27 bar, 28 bar, 29 bar, 30 bar, 35 bar, 40 bar, 45 bar, 50 bar, 55 bar, 60 bar, 65 bar, 70 bar, 75 bar 이상, 또는 그 초과일 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 압력은 예를 들어 약 100 bar, 90 bar, 80 bar, 75 bar, 70 bar, 65 bar, 60 bar, 55 bar, 50 bar, 45 bar, 40 bar, 35 bar, 30 bar, 29 bar, 28 bar, 27 bar, 26 bar, 25 bar, 24 bar, 23 bar, 22 bar, 21 bar, 20 bar, 19 bar, 18 bar, 17 bar, 16 bar, 15 bar, 14 bar, 13 bar, 12 bar, 11 bar, 10 bar, 9 bar, 8 bar, 7 bar, 6 bar, 5 bar, 4 bar, 3.9 bar, 3.8 bar, 3.7 bar, 3.6 bar, 3.5 bar, 3.4 bar, 3.3 bar, 3.2 bar, 3.1 bar, 3 bar, 2.9 bar, 2.8 bar, 2.7 bar, 2.6 bar, 2.5 bar, 2.4 bar, 2.3 bar, 2.2 bar, 2.1 bar, 2 bar, 1.9 bar, 1.8 bar, 1.7 bar, 1.6 bar, 1.5 bar, 1.4 bar, 1.3 bar, 1.2 bar, 1.1 bar 이하, 또는 그 미만일 수 있다. 압력은 대기압보다 높을 (대기압 초과일) 수 있다. 압력은 약 1.5 bar 내지 약 25 bar일 수 있다. 압력은 약 1 bar 내지 약 70 bar일 수 있다. 압력은 약 5 bar 내지 약 25 bar일 수 있다. 압력은 약 10 bar 내지 약 20 bar일 수 있다. 압력은 약 5 bar 내지 약 15 bar일 수 있다. 압력은 약 2 bar 이상일 수 있다. 압력은 약 5 bar 이상일 수 있다. 압력은 약 10 bar 이상일 수 있다. 공급원료 및/또는 공정 기체(들)는 적합한 압력에서 반응기에 제공될 수 있다 (예를 들어, 반응기 압력의 적어도 약 0.01%, 0.05%, 0.1%, 0.5%, 1%, 2%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25% 또는 50% 초과, 이러한 압력은 주입 방식에 좌우될 수 있음, 예컨대 예를 들어 유입구 포트를 통해서보다 주입기를 통하는 경우 더 높은 압력). 공급원료 및/또는 공정 기체는, 예를 들어, 그의 각각의 전달 또는 저장 (예를 들어, 실린더 또는 용기) 압력에서 반응기에 제공될 수 있다. 공급원료 및/또는 공정은 반응기에 제공되기 전에 (예를 들어, 추가적으로) 압축될 수 있거나 또는 그렇지 않을 수 있다. 유입 공급원료는 상기 압력 값 중 임의의 2개에 의해 규정된 바와 같은 범위의 압력에서 제공될 수 있다. 예를 들어, 공급원료는 약 30 내지 약 35 bar의 압력에서 제공될 수 있고, 약 5 내지 약 15 bar의 압력까지 하향 계량될 수 있다. 반응기에 걸쳐 압력 강하가 있을 수 있다. 예를 들어, 반응기의 유입구 압력 및 반응기의 유출구 압력이 상이할 수 있다. 반응기의 유출구 압력은 상기 목록으로부터 선택된 유입구 압력보다 낮은 상기 목록으로부터 선택된 값일 수 있다. 예를 들어, 약 15 bar 유입구 압력을 갖는 반응기는 약 14 bar 유출구 압력을 가질 수 있다. 또 다른 예에서, 유입구 압력은 약 4 bar일 수 있고, 유출구 압력은 약 2 bar일 수 있다. 또 다른 예에서, 유입구 압력은 약 35 bar일 수 있고, 유출구 압력은 약 30 bar일 수 있다. 반응기에 걸친 압력 강하는 반응기를 통한 기체 및/또는 탄소 입자의 움직임을 도울 수 있다.
본원에 기재된 시스템 및 방법은 화석 연료 탄화수소 공급원료를 사용하는 동일한 시스템보다 더 큰 탄소-14 대 탄소-12 비를 갖는 탄소 생성물을 생성할 수 있다. 예를 들어, 화석 연료 공급원료를 사용하여 생성된 탄소 생성물은 약 3 * 10-13 초과의 탄소-14 대 탄소-12 비를 가질 수 있다. 본원에 기재된 바와 같은 탄소 생성물은 약 3 * 10-13 초과의 탄소-14 대 탄소-12 비를 가질 수 있다. 본원에 기재된 시스템 및 방법에 의해 생성된 탄소 생성물은 화석 연료 탄화수소 공급원료로부터 생성된 탄소 생성물보다 10% 초과로 더 많은 탄소-14를 가질 수 있다. 본원에 기재된 시스템 및 방법에 의해 생성된 탄소 생성물은 화석 연료 탄화수소 공급원료로부터 생성된 탄소 생성물보다 5% 초과로 더 많은 탄소-14를 가질 수 있다.
1종 이상의 기체 (예를 들어, 공급원료 단독 또는 적어도 1종의 공정 기체와 조합된 것)는 예를 들어 약 1,000℃, 1,100℃, 1,200℃, 1,300℃, 1,400℃, 1,500℃, 1,600℃, 1,700℃, 1,800℃, 1,900℃, 2,000℃, 2050℃, 2,100℃, 2,150℃, 2,200℃, 2,250℃, 2,300℃, 2,350℃, 2,400℃, 2,450℃, 2,500℃, 2,550℃, 2,600℃, 2,650℃, 2,700℃, 2,750℃, 2,800℃, 2,850℃, 2,900℃, 2,950℃, 3,000℃, 3,050℃, 3,100℃, 3,150℃, 3,200℃, 3,250℃, 3,300℃, 3,350℃, 3,400℃ 또는 3,450℃ 이상의 온도에 적용 (예를 들어, 노출)될 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 1종 이상의 기체 (예를 들어, 공급원료 단독 또는 적어도 1종의 공정 기체와 조합된 것)는 예를 들어 약 3,500℃, 3,450℃, 3,400℃, 3,350℃, 3,300℃, 3,250℃, 3,200℃, 3,150℃, 3,100℃, 3,050℃, 3,000℃, 2,950℃, 2,900℃, 2,850℃, 2,800℃, 2,750℃, 2,700℃, 2,650℃, 2,600℃, 2,550℃, 2,500℃, 2,450℃, 2,400℃, 2,350℃, 2,300℃, 2,250℃, 2,200℃, 2,150℃, 2,100℃, 2050℃, 2,000℃, 1,900℃, 1,800℃, 1,700℃, 1,600℃, 1,500℃, 1,400℃, 1,300℃, 1,200℃ 또는 1,100℃ 이하의 온도에 적용 (예를 들어, 노출)될 수 있다. 1종 이상의 기체 (예를 들어, 공급원료 단독 또는 적어도 1종의 공정 기체와 조합된 것)는 열 발생기 (예를 들어, 플라즈마 발생기)에 의해 이러한 온도로 가열될 수 있다. 1종 이상의 기체 (예를 들어, 공급원료 단독 또는 적어도 1종의 공정 기체와의 조합된) 기체는 열 발생기에 의해 이러한 온도로 전기적으로 가열될 수 있다 (예를 들어, 열 발생기는 전기 에너지에 의해 구동될 수 있음). 이러한 열 발생기는 적합한 전력을 가질 수 있다.
열 발생기는 적합한 전력에서 작동할 수 있다. 전력은, 예를 들어, 약 0.5 킬로와트 (kW), 1 kW, 1.5 kW, 2 kW, 5 kW, 10 kW, 25 kW, 50 kW, 75 kW, 100 kW, 150 kW, 200 kW, 250 kW, 300 kW, 350 kW, 400 kW, 450 kW, 500 kW, 550 kW, 600 kW, 650 kW, 700 kW, 750 kW, 800 kW, 850 kW, 900 kW, 950 kW, 1 메가와트 (MW), 1.05 MW, 1.1 MW, 1.15 MW, 1.2 MW, 1.25 MW, 1.3 MW, 1.35 MW, 1.4 MW, 1.45 MW, 1.5 MW, 1.6 MW, 1.7 MW, 1.8 MW, 1.9 MW, 2 MW, 2.5 MW, 3 MW, 3.5 MW, 4 MW, 4.5 MW, 5 MW, 5.5 MW, 6 MW, 6.5 MW, 7 MW, 7.5 MW, 8 MW, 8.5 MW, 9 MW, 9.5 MW, 10 MW, 10.5 MW, 11 MW, 11.5 MW, 12 MW, 12.5 MW, 13 MW, 13.5 MW, 14 MW, 14.5 MW, 15 MW, 16 MW, 17 MW, 18 MW, 19 MW, 20 MW, 25 MW, 30 MW, 35 MW, 40 MW, 45 MW, 50 MW, 55 MW, 60 MW, 65 MW, 70 MW, 75 MW, 80 MW, 85 MW, 90 MW, 95 MW 또는 100 MW 이상일 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 전력은 예를 들어 약 100 MW, 95 MW, 90 MW, 85 MW, 80 MW, 75 MW, 70 MW, 65 MW, 60 MW, 55 MW, 50 MW, 45 MW, 40 MW, 35 MW, 30 MW, 25 MW, 20 MW, 19 MW, 18 MW, 17 MW, 16 MW, 15 MW, 14.5 MW, 14 MW, 13.5 MW, 13 MW, 12.5 MW, 12 MW, 11.5 MW, 11 MW, 10.5 MW, 10 MW, 9.5 MW, 9 MW, 8.5 MW, 8 MW, 7.5 MW, 7 MW, 6.5 MW, 6 MW, 5.5 MW, 5 MW, 4.5 MW, 4 MW, 3.5 MW, 3 MW, 2.5 MW, 2 MW, 1.9 MW, 1.8 MW, 1.7 MW, 1.6 MW, 1.5 MW, 1.45 MW, 1.4 MW, 1.35 MW, 1.3 MW, 1.25 MW, 1.2 MW, 1.15 MW, 1.1 MW, 1.05 MW, 1 MW, 950 kW, 900 kW, 850 kW, 800 kW, 750 kW, 700 kW, 650 kW, 600 kW, 550 kW, 500 kW, 450 kW, 400 kW, 350 kW, 300 kW, 250 kW, 200 kW, 150 kW, 100 kW, 75 kW, 50 kW, 25 kW, 10 kW, 5 kW, 2 kW, 1.5 kW 또는 1 kW 이하일 수 있다.
탄소질 물질 (예를 들어, 탄소 입자)은, 예를 들어, 약 1%, 5%, 10%, 25%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99%, 99.5% 또는 99.9% 이상의 수율 (예를 들어, 공급원료 전환율 기준, 제공된 총 탄화수소 기준, 중량 퍼센트 탄소 기준, 또는 생성물 탄소의 몰 vs. 반응물 탄소의 몰에 의해 측정된 바와 같은 수율)로 발생될 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 탄소질 물질 (예를 들어, 탄소 입자)은, 예를 들어, 약 100%, 99.9%, 99.5%, 99%, 98%, 97%, 96%, 95%, 94%, 93%, 92%, 91%, 90%, 85%, 80%, 75%, 70%, 65%, 60%, 55%, 50%, 25% 또는 5% 이하의 수율 (예를 들어, 공급원료 전환율 기준, 제공된 총 탄화수소 기준, 중량 퍼센트 탄소 기준, 또는 생성물 탄소의 몰 vs. 반응물 탄소의 몰에 의해 측정된 바와 같은 수율)로 발생될 수 있다. 탄소 입자는 보다 큰 탄소 입자를 포함할 수 있다. 보다 큰 탄소 입자는 약 0.5, 0.6, 0.7, 0.75, 0.8, 0.9, 1, 1.1, 1.2, 1.25, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.75, 1.8, 1.9, 2, 2.1, 2.2, 2.25, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.75, 2.8, 2.9, 3, 4, 5 마이크로미터 또는 그 초과보다 큰 등가의 구체, 및 예를 들어 약 50, 40, 30, 20, 15, 10, 5 그램당 제곱미터 (m2/g) 또는 미만보다 작은 질소 표면적 (N2SA)을 가질 수 있다. 예를 들어, 보다 큰 탄소 입자는 적어도 약 2 마이크로미터의 등가 구체 직경 및 그램당 약 15 제곱 미터 미만의 N2SA를 가질 수 있다. 보다 큰 탄소 입자는 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같이 캐치팟에 포획될 수 있다. 탄소 입자는 약 5, 4, 3, 2.9, 2.8, 2.75, 2.7, 2.6, 2.5, 2.4, 2.3, 2.25, 2.2, 2.1, 2, 1.9, 1.8, 1.75, 1.7, 1.6, 1.5, 1.4, 1.3, 1.25, 1.2, 1.1, 1, 0.9, 0.8, 0.75, 0.7, 0.6 0.5, 0.4, 0.3, 0.25, 0.2, 0.1 마이크로미터 또는 그 미만보다 작은 등가의 구체를 갖는 탄소 입자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 탄소 입자는 약 2 마이크로미터 미만의 등가 구체 직경을 가질 수 있다. 탄소 입자는 보다 큰 탄소 입자 (예를 들어, 약 2 마이크로미터 초과의 등가 구체 직경을 가짐) 대 약 2 마이크로미터 미만의 등가 구체를 갖는 탄소 입자의 비가 약 0/100, 5/95, 10/90, 15/85, 20/80, 25/75, 30/70, 35/65, 40/60, 45/55, 50/50, 55/45, 60/40, 65/35, 70/30, 75/25, 80/20, 85/15, 90/10, 또는 100/0일 수 있다. 본원에 기재된 방법 및 시스템은 보다 큰 탄소 입자 대 약 2 마이크로미터 미만의 부피 등가 구체를 갖는 탄소 입자의 미리 결정된 비를 발생시키도록 조정하기 위해 구성될 수 있다. 등가 구체 직경은 원심 입자 세디모메트리에 의해 측정될 수 있다. 추가의 정보는 문헌 ["Principles of Colloid and Surface Chemistry" Hiemenz, Rajagopalan. Third Edition. Pp. 70-78]에서 찾아볼 수 있으며, 이는 그 전문이 본원에 참조로 포함된다.
도 5는 일부 실시양태에 따른, 반응기에서 탄소 입자를 제조하는 공정(500)의 흐름도를 보여준다. 작동(510)에서, 공정(500)은 1개 이상의 전극을 사용하여 반응기에서 플라즈마를 발생시키는 것을 포함할 수 있다. 탄소 입자는 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같을 수 있다.
일부 경우에, 1개 이상의 전극은 1개 이상의 교류 (AC) 전극을 포함할 수 있다. AC 전극은 AC 조건 하에 작동하도록 구성된 전극일 수 있다. 예를 들어, AC 전극은 AC 전원 공급장치에 전자적으로 커플링될 수 있고, AC 전류가 AC 전극을 통해 흐를 때 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 일부 경우에, 1개 이상의 전극은 1개 이상의 직류 (DC) 전극을 포함할 수 있다. DC 전극은 DC 조건 하에 (예를 들어, DC 전원 공급장치에 작동가능하게 커플링된 경우에) 작동하도록 구성될 수 있다.
또 다른 작동(520)에서, 공정(500)은 1개 이상의 주입기를 통해 탄화수소를 반응기 내로 주입하여 탄화수소가 플라즈마와 접촉하게 함으로써 탄소 입자를 생성하는 것을 포함할 수 있다. 반응기는 적어도 약 0 bar, 0.5 bar, 1 bar, 1.1 bar, 1.2 bar, 1.3 bar, 1.4 bar, 1.5 bar, 1.6 bar, 1.7 bar, 1.8 bar, 1.9 bar, 2 bar, 2.1 bar, 2.2 bar, 2.3 bar, 2.4 bar, 2.5 bar, 2.6 bar, 2.7 bar, 2.8 bar, 2.9 bar, 3 bar, 3.1 bar, 3.2 bar, 3.3 bar, 3.4 bar, 3.5 bar, 3.6 bar, 3.7 bar, 3.8 bar, 3.9 bar, 4 bar, 4.5 bar, 5 bar, 6 bar, 7 bar, 8 bar, 9 bar, 10 bar, 11 bar, 12 bar, 13 bar, 14 bar, 15 bar, 16 bar, 17 bar, 18 bar, 19 bar, 20 bar, 21 bar, 22 bar, 23 bar, 24 bar, 25 bar, 26 bar, 27 bar, 28 bar, 29 bar, 30 bar, 35 bar, 40 bar, 45 bar, 50 bar, 55 bar, 60 bar, 65 bar, 70 bar, 75 bar 이상 또는 그 초과의 압력에서 작동될 수 있다. 반응기는 최대 약 100 bar, 90 bar, 80 bar, 75 bar, 70 bar, 65 bar, 60 bar, 55 bar, 50 bar, 45 bar, 40 bar, 35 bar, 30 bar, 29 bar, 28 bar, 27 bar, 26 bar, 25 bar, 24 bar, 23 bar, 22 bar, 21 bar, 20 bar, 19 bar, 18 bar, 17 bar, 16 bar, 15 bar, 14 bar, 13 bar, 12 bar, 11 bar, 10 bar, 9 bar, 8 bar, 7 bar, 6 bar, 5 bar, 4 bar, 3.9 bar, 3.8 bar, 3.7 bar, 3.6 bar, 3.5 bar, 3.4 bar, 3.3 bar, 3.2 bar, 3.1 bar, 3 bar, 2.9 bar, 2.8 bar, 2.7 bar, 2.6 bar, 2.5 bar, 2.4 bar, 2.3 bar, 2.2 bar, 2.1 bar, 2 bar, 1.9 bar, 1.8 bar, 1.7 bar, 1.6 bar, 1.5 bar, 1.4 bar, 1.3 bar, 1.2 bar, 1.1 bar 이하 또는 그 미만의 압력에서 작동될 수 있다. 반응기는 상기 값 중 임의의 2개에 의해 규정된 바와 같은 범위의 압력에서 작동될 수 있다. 예를 들어, 반응기는 약 1.1 bar 내지 약 4 bar 범위 내의 압력에서 작동될 수 있다.
일부 경우에, 공정(500)은 수소를 생성할 수 있다. 예를 들어, 탄소 입자의 생성 시, 수소 기체가 또한 생성될 수 있다. 수소는 폐기될 수 있다 (예를 들어, 공정으로부터의 폐기물로서 폐기됨). 수소는 (예를 들어, 공정의 추가의 생성물로서) 수집될 수 있다. 수소 및 탄소 입자는 1회-통과, 단일 단계 공정으로 생성될 수 있다. 예를 들어, 수소 및 탄소 입자는 동시에 생성될 수 있다 (예를 들어, 탄소 입자를 발생시키는 공정 작동은 또한 수소를 발생시킬 수 있음). 이러한 예에서, 수소 및 탄소 입자는 반응기의 단일 작동 시 (예를 들어, 동일한 탄화수소 분해 작동 시) 생성될 수 있다. 단일 단계 공정은 증가된 반응 효율 (예를 들어, 플라즈마로부터 공급원료로의 열 전달 효율)을 제공할 수 있다. 또한, 단일 단계 공정은 보다 높은 플라즈마 온도를 제공할 수 있다. 예를 들어, 단일 단계 공정에서의 플라즈마는 약 3500 내지 약 4000℃의 온도일 수 있다. 단일 단계 공정은 반응기의 중심과 반응기의 벽 사이에 열 구배를 가질 수 있다. 반응기의 중심과 반응기의 벽 사이의 열 구배는 다중 단계 공정에서보다 단일 단계 공정에서 더 적을 수 있다. 예를 들어, 단일 단계 공정에서의 열 구배는 3500℃의 중심 온도로부터 약 1800℃의 벽 온도일 수 있는 반면, 2 단계 공정은 약 3500℃의 중심 온도 및 약 2200 내지 2400℃의 벽 온도를 가질 수 있다. 단일 단계 공정은 가능한 구축 및 유지 물질의 유형으로 인해 비용 절감을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 반응기의 벽 근처의 보다 낮은 온도는 반응기를 구축하는 데 보다 낮은 비용의 물질을 사용할 수 있게 하고, 반응기의 벽 상의 열 마모를 감소시킬 수 있다. 단일 단계 반응기는 플라즈마 아크 내에 또는 그에 근접하여 (예를 들어, 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같음) 조밀한 (예를 들어, 광학적으로 조밀한) 탄소 입자 장을 가질 수 있다. 이러한 조밀한 장은 탄소 입자로의 증가된 열 전달 및 반응기의 벽으로의 감소된 열 전달을 제공할 수 있다.
일부 경우에, 수소 및 탄소 입자는 다중 단계 (예를 들어, 2 단계, 3 단계 등) 공정으로 생성될 수 있다. 예를 들어, 2 단계 공정은 탄화수소의 제1 주입 및 탄화수소의 제2 주입을 포함할 수 있다. 다중 단계 공정의 사용은 반응기의 주어진 영역에서 탄화수소의 양을 낮춤으로써 반응기 내 또는 전극 상의 오손을 감소시킬 수 있다. 다중 단계는 또한 추가의 공정 작동이 단계 사이에 이루어지는 것을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 반응기를 끄거나 플라즈마를 불능화할 필요 없이 반응기로부터 오손을 제거하기 위해 물 주입을 수행할 수 있다. 다중 단계는 또한 플라즈마 기체의 증가된 속도 및 운동량으로 인해 플라즈마 기체로의 공급원료의 증가된 혼합을 제공할 수 있다.
본 개시내용의 플라즈마 반응기는 적어도 약 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600, 1700, 1800, 1900, 2000, 2100, 2200, 2300, 2400, 2500, 2600, 2700, 2800, 2900, 3000, 3100, 3200, 3300, 3400, 3500, 3600, 3700, 3800, 3900, 4000, 4100, 4200, 4300, 4400, 4500℃ 또는 그 초과의 온도에서 작동될 수 있다. 본 개시내용의 플라즈마 반응기는 최대 약 4500, 4400, 4300, 4200, 4100, 4000, 3900, 3800, 3700, 3600, 3500, 3400, 3300, 3200, 3100, 3000, 2900, 2800, 2700, 2600, 2500, 2400, 2300, 2200, 2100, 2000, 1900, 1800, 1700, 1600, 1500, 1400, 1300, 1200, 1100, 1000℃ 또는 그 미만의 온도에서 작동될 수 있다. 본 개시내용의 플라즈마 반응기는 상기 값 중 임의의 2개에 의해 규정된 바와 같은 범위의 온도에서 작동될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 반응기는 약 3500 내지 약 4000℃의 온도에서 작동될 수 있다. 본 개시내용의 반응기의 중심과 반응기의 벽 사이의 온도 구배는 적어도 약 50, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600, 1700, 1800, 1900, 2000℃ 또는 그 초과의 차이일 수 있다. 예를 들어, 반응기의 중심과 반응기의 벽 사이의 온도 차이는 적어도 약 1700℃일 수 있다. 본 개시내용의 반응기의 중심과 반응기의 벽 사이의 온도 구배는 최대 약 2000, 1900, 1800, 1700, 1600, 1500, 1400, 1300, 1200, 1100, 1000, 900, 800, 700, 600, 500, 400, 300, 200, 100, 50℃ 또는 그 미만의 차이일 수 있다. 본 개시내용의 반응기의 중심과 반응기의 벽 사이의 온도 구배는 상기 값 중 임의의 2개의 범위에 의해 규정될 수 있다. 구배의 크기는 사용되는 반응기 시스템의 유형과 관련될 수 있다. 예를 들어, 단일 단계 반응기는 다중 단계 반응기보다 더 큰 온도 구배를 제공할 수 있다.
일부 경우에, 본원에 기재된 시스템 및 방법은 시간당 1 톤의 수소를 생성한다. 생성된 수소는 예를 들어 90%, 95%, 99%, 99.5% 또는 99.9%의 주어진 순도로 정제될 수 있다. 일부 경우에, 수소는 시간당 약 0.1 톤 내지 시간당 약 10 톤의 속도로 생성된다. 일부 경우에, 수소는 시간당 약 0.1 톤 내지 시간당 약 0.5 톤, 시간당 약 0.1 톤 내지 시간당 약 1 톤, 시간당 약 0.1 톤 내지 시간당 약 5 톤, 시간당 약 0.1 톤 내지 시간당 약 10 톤, 시간당 약 0.5 톤 내지 시간당 약 1 톤, 시간당 약 0.5 톤 내지 시간당 약 5 톤, 시간당 약 0.5 톤 내지 시간당 약 10 톤, 시간당 약 1 톤 내지 시간당 약 5 톤, 시간당 약 1 톤 내지 시간당 약 10 톤, 또는 시간당 약 5 톤 내지 시간당 약 10 톤의 속도로 생성된다. 일부 경우에, 수소는 시간당 약 0.1 톤, 시간당 약 0.5 톤, 시간당 약 1 톤, 시간당 약 5 톤, 또는 시간당 약 10 톤의 속도로 생성된다. 일부 경우에, 수소는 적어도 시간당 약 0.1 톤, 시간당 약 0.5 톤, 시간당 약 1 톤, 또는 시간당 약 5 톤의 속도로 생성된다. 일부 경우에, 수소는 최대 시간당 약 0.5 톤, 시간당 약 1 톤, 시간당 약 5 톤, 또는 시간당 약 10 톤의 속도로 생성된다.
탄화수소는 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같을 수 있다. 예를 들어, 탄화수소는 기체일 수 있다 (예를 들어, 천연 기체를 포함함). 탄화수소는 플라즈마와 접촉 시 가열될 수 있다. 예를 들어, 탄화수소와 플라즈마의 상호작용은 플라즈마로부터 탄화수소에 에너지를 부여함으로써 탄화수소를 가열할 수 있다. 탄화수소는 플라즈마와 접촉 시 크래킹 (예를 들어, 적어도 부분적으로 분해)될 수 있다.
탄소 입자는 공정(500)의 반응기보다 더 낮은 압력에서 작동되는 반응기에서 형성된 탄소 입자보다 더 작은 표면적을 가질 수 있다. 예를 들어, 공정(500)의 반응기가 1.5 bar의 압력에서 작동되는 경우, 1.5 bar의 압력에서 작동되는 반응기에 의해 발생된 탄소 입자는 2.5 bar의 압력에서 작동되는 동일한 반응기에서 형성된 탄소 입자보다 더 작은 표면적을 가질 수 있다. 또 다른 예에서, 공정(500)의 반응기가 5 bar의 압력에서 작동되는 경우, 5 bar의 압력에서 작동되는 반응기에 의해 발생된 탄소 입자는 3 bar의 압력에서 작동되는 동일한 반응기에서 형성된 탄소 입자보다 더 작은 표면적을 가질 수 있다. 탄소 입자는, 반응기가 공정(500)의 반응기의 압력보다 더 낮은 압력 (예를 들어, 약 1.5 bar 미만, 약 5 bar 미만, 약 10 bar 미만 등)에서 작동되는 경우, 반응기에서 형성된 탄소 입자의 표면적의 적어도 약 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 99.9 퍼센트 또는 그 초과의 표면적을 가질 수 있다. 탄소 입자는, 반응기가 공정(500)의 반응기의 압력보다 더 낮은 압력 (예를 들어, 약 1.5 bar 미만, 약 5 bar 미만, 약 10 bar 미만 등)에서 작동되는 경우, 반응기에서 형성된 탄소 입자의 표면적의 최대 약 99.9, 99, 98, 97, 96, 95, 94, 93, 92, 91, 90, 89, 88, 87, 86, 85, 84, 83, 82, 81, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10, 5 퍼센트 또는 그 미만의 표면적을 가질 수 있다.
탄소 입자의 표면적은 1종 이상의 첨가제를 사용하여 증가될 수 있다. 1종 이상의 첨가제는 탄화수소가 반응기에 주입되기 전, 그 동안 또는 그 후에 탄화수소에 첨가될 수 있다. 1종 이상의 첨가제는 플라즈마 전에 반응기에 주입될 수 있다. 첨가제의 예는 탄화수소 (예를 들어, 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같은 탄화수소, 탄화수소 기체), 규소-함유 화합물 (예를 들어, 실록산, 실란 등), 방향족 첨가제 (예를 들어, 벤젠, 크실렌, 폴리시클릭 방향족 탄화수소 등) 등, 또는 그의 임의의 조합을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 반응기는 산소가 없는 환경일 수 있다. 산소가 없는 환경은 미결합 산소가 없는 환경일 수 있다. 예를 들어, 반응기는 미결합 산소 (예를 들어, 원소 산소)가 실질적으로 없을 수 있지만, (예를 들어, 에탄올, 이산화탄소 등의 일부로서) 결합 산소를 포함할 수 있다. 반응기는 부피 또는 몰 기준으로 최대 약 20, 15, 14, 13, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0.5, 0.1, 0.05, 0.01, 0.005, 0.001, 0.0005, 0.0001보다 낮은, 또는 그 미만의 퍼센트 분자 산소를 포함할 수 있다.
탄소 입자는 카본 블랙을 포함할 수 있다. 탄소 입자의 예는 카본 블랙, 코크스, 니들 코크스, 흑연, 대형 고리 폴리시클릭 방향족 탄화수소, 활성탄 등, 또는 그의 임의의 조합을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 탄소 입자는 공정(500)의 압력보다 더 낮은 압력 (예를 들어, 약 1 bar, 약 1.5 bar 미만 등)에서 작동되는 경우에 반응기에 의해 형성된 탄소 입자의 수율보다 더 큰 수율로 공정(500)에 의해 생성될 수 있다. 탄소 입자는 적어도 약 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 99.9 퍼센트 또는 그 초과의 수율로 생성될 수 있다. 탄소 입자는 최대 약 99.9, 99, 98, 97, 96, 95, 94, 93, 92, 91, 90, 89, 88, 87, 86, 85, 84, 83, 82, 81, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10, 5 퍼센트 또는 그 미만의 수율로 생성될 수 있다. 탄소 입자의 수율은 상기 값 중 임의의 2개에 의해 규정된 바와 같은 범위의 값일 수 있다. 예를 들어, 탄소 입자의 수율은 약 90 내지 약 99 퍼센트일 수 있다. 공정(500)에서의 탄소 입자의 수율은, 상이한 반응기가 공정(500)의 반응기의 압력보다 낮은 압력에서 작동되는 경우, 공정(500)의 반응기와 동일한 크기의 상이한 반응기에서 형성된 탄소 입자의 수율보다 더 클 수 있다.
도 6은 일부 실시양태에 따른, 반응기에서 수소를 생성하는 공정(600)의 흐름도를 보여준다. 작동(610)에서, 공정(600)은 1개 이상의 전극을 사용하여 반응기에서 플라즈마를 발생시키는 것을 포함할 수 있다. 일부 경우에, 1개 이상의 전극은 1개 이상의 교류 (AC) 전극을 포함할 수 있다. AC 전극은 AC 조건 하에 작동하도록 구성된 전극일 수 있다. 예를 들어, AC 전극은 AC 전원 공급장치에 전자적으로 커플링될 수 있고, AC 전류가 AC 전극을 통해 흐를 때 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 일부 경우에, 1개 이상의 전극은 1개 이상의 직류 (DC) 전극을 포함할 수 있다. DC 전극은 DC 조건 하에 (예를 들어, DC 전원 공급장치에 작동가능하게 커플링된 경우에) 작동하도록 구성될 수 있다.
일부 경우에, 본원에 기재된 시스템 및 방법은 시간당 1 톤의 수소를 생성한다. 생성된 수소는 예를 들어 90%, 95%, 99%, 99.5% 또는 99.9%의 주어진 순도로 정제될 수 있다. 일부 경우에, 수소는 시간당 약 0.1 톤 내지 시간당 약 10 톤의 속도로 생성된다. 일부 경우에, 수소는 시간당 약 0.1 톤 내지 시간당 약 0.5 톤, 시간당 약 0.1 톤 내지 시간당 약 1 톤, 시간당 약 0.1 톤 내지 시간당 약 5 톤, 시간당 약 0.1 톤 내지 시간당 약 10 톤, 시간당 약 0.5 톤 내지 시간당 약 1 톤, 시간당 약 0.5 톤 내지 시간당 약 5 톤, 시간당 약 0.5 톤 내지 시간당 약 10 톤, 시간당 약 1 톤 내지 시간당 약 5 톤, 시간당 약 1 톤 내지 시간당 약 10 톤, 또는 시간당 약 5 톤 내지 시간당 약 10 톤의 속도로 생성된다. 일부 경우에, 수소는 시간당 약 0.1 톤, 시간당 약 0.5 톤, 시간당 약 1 톤, 시간당 약 5 톤, 또는 시간당 약 10 톤의 속도로 생성된다. 일부 경우에, 수소는 적어도 시간당 약 0.1 톤, 시간당 약 0.5 톤, 시간당 약 1 톤, 또는 시간당 약 5 톤의 속도로 생성된다. 일부 경우에, 수소는 최대 시간당 약 0.5 톤, 시간당 약 1 톤, 시간당 약 5 톤, 또는 시간당 약 10 톤의 속도로 생성된다.
또 다른 작동(620)에서, 공정(600)은 1개 이상의 주입기를 통해 탄화수소를 반응기 내로 주입하여 탄화수소가 플라즈마와 접촉하게 함으로써 수소를 생성하는 것을 포함할 수 있다. 반응기는 적어도 약 0 bar, 0.5 bar, 1 bar, 1.1 bar, 1.2 bar, 1.3 bar, 1.4 bar, 1.5 bar, 1.6 bar, 1.7 bar, 1.8 bar, 1.9 bar, 2 bar, 2.1 bar, 2.2 bar, 2.3 bar, 2.4 bar, 2.5 bar, 2.6 bar, 2.7 bar, 2.8 bar, 2.9 bar, 3 bar, 3.1 bar, 3.2 bar, 3.3 bar, 3.4 bar, 3.5 bar, 3.6 bar, 3.7 bar, 3.8 bar, 3.9 bar, 4 bar, 4.5 bar, 5 bar, 6 bar, 7 bar, 8 bar, 9 bar, 10 bar, 11 bar, 12 bar, 13 bar, 14 bar, 15 bar, 16 bar, 17 bar, 18 bar, 19 bar, 20 bar, 21 bar, 22 bar, 23 bar, 24 bar, 25 bar, 26 bar, 27 bar, 28 bar, 29 bar, 30 bar, 35 bar, 40 bar, 45 bar, 50 bar, 55 bar, 60 bar, 65 bar, 70 bar, 75 bar 이상 또는 그 초과의 압력에서 작동될 수 있다. 반응기는 최대 약 100 bar, 90 bar, 80 bar, 75 bar, 70 bar, 65 bar, 60 bar, 55 bar, 50 bar, 45 bar, 40 bar, 35 bar, 30 bar, 29 bar, 28 bar, 27 bar, 26 bar, 25 bar, 24 bar, 23 bar, 22 bar, 21 bar, 20 bar, 19 bar, 18 bar, 17 bar, 16 bar, 15 bar, 14 bar, 13 bar, 12 bar, 11 bar, 10 bar, 9 bar, 8 bar, 7 bar, 6 bar, 5 bar, 4 bar, 3.9 bar, 3.8 bar, 3.7 bar, 3.6 bar, 3.5 bar, 3.4 bar, 3.3 bar, 3.2 bar, 3.1 bar, 3 bar, 2.9 bar, 2.8 bar, 2.7 bar, 2.6 bar, 2.5 bar, 2.4 bar, 2.3 bar, 2.2 bar, 2.1 bar, 2 bar, 1.9 bar, 1.8 bar, 1.7 bar, 1.6 bar, 1.5 bar, 1.4 bar, 1.3 bar, 1.2 bar, 1.1 bar 이하 또는 그 미만의 압력에서 작동될 수 있다. 반응기는 상기 값 중 임의의 2개에 의해 규정된 바와 같은 범위의 압력에서 작동될 수 있다. 예를 들어, 반응기는 약 1.1 bar 내지 약 4 bar 범위 내의 압력에서 작동될 수 있다.
일부 경우에, 공정(600)은 탄소 입자를 생성하는 것을 추가로 포함한다. 탄소 입자는 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같을 수 있다. 예를 들어, 수소가 발생하는 공정에서, 탄소 입자가 동시에 생성될 수 있다. 공정은 수소 및 탄소 입자를 연속적으로 생성하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 수소 및 탄소 입자는 중단 없이 (예를 들어, 회분식 공정에서가 아니라) 생성될 수 있다. 수소 및 탄소 입자는 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같이 1회-통과, 단일 단계 공정으로 발생될 수 있다.
일부 경우에, 탄화수소는 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같다. 예를 들어, 탄화수소는 천연 기체를 포함할 수 있다. 탄화수소는 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같이 플라즈마와 접촉 시 가열될 수 있다. 일부 경우에, 반응기는 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같이 산소가 없는 환경이다. 예를 들어, 반응기는 부피 또는 몰 기준으로 약 2% 미만의 분자 산소를 포함할 수 있다.
도 10은 일부 실시양태에 따른 고압 탈기 장치(1000)의 예이다. 본원의 다른 곳에 기재된 공정에 의해 발생된 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같은 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 등)는 나타낸 바와 같이 탈기 장치의 상단으로 향하게 될 수 있다. 탄소 입자는 초기에 고압 탈기 장치 전에 필터와 접촉할 수 있고, 제시된 바와 같이 필터로부터 장치의 상단으로 떨어질 수 있다. 탄소 입자는 회전 밸브(1001)와 접촉할 수 있다. 회전 밸브는 탄소 입자를 개방 공기잠금 밸브(1002)를 통해 탈기 용기(1003) 내로 적하함으로써 탄소 입자를 계량하도록 구성될 수 있다. 회전 밸브의 존재는 너무 많은 탄소 입자가 한 번에 탈기 용기에 들어가는 것을 방지할 수 있다. 회전 밸브는 또한 역류하는 탈기 용기로부터의 기체에 대해 소정량의 역류 보호를 제공할 수 있다. 탄소 입자는 미리 결정된 양의 탄소 입자에 도달할 때까지 탈기 용기에 수집될 수 있다. 후속적으로, 회전 밸브(1001) 및 공기잠금 밸브(1002)를 폐쇄할 수 있고, 배기 밸브(1005)를 개방할 수 있다. 배기 밸브 개방은 탈기 용기 내의 압력에서 기체를 빼내고 (예를 들어, 탄소 입자가 압력 하에 용기에 도입된 경우), 탈기 용기를 대기압에 놓이도록 할 수 있다. 이어서, 배기 밸브를 폐쇄할 수 있고, 불활성 퍼징 밸브(1004)를 개방하여 불활성 기체 (예를 들어, 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같은 불활성 기체)의 유동을 허용할 수 있다. 불활성 기체는 탄소 입자와 회합된 (예를 들어, 흡착된) 기체를 대체 및/또는 희석하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 가연성 및/또는 폭발성 기체 (예를 들어, 수소, 탄화수소 등)는 탄소 입자의 표면에 흡착될 수 있고, 불활성 기체는 가연성 및/또는 폭발성 기체를 대체할 수 있다. 불활성 기체의 도입에 후속하여, 퍼징 밸브(1004)를 폐쇄할 수 있고, 배기 밸브(1005)를 개방하여 불활성 기체 및 탄소 입자와 회합된 기체의 혼합물을 배기시킬 수 있다. 불활성 기체로의 퍼징은 탄소 입자가 불활성으로 간주될 때까지 (예를 들어, 탄소 입자 내의 기체가 안전한 수준으로 존재할 때까지) 반복될 수 있다. 이어서, 탄소 입자를 공기잠금 밸브(1006)를 통해 탈기 용기로부터 제거할 수 있다. 예를 들어, 공기잠금 밸브를 개방할 수 있고, 탄소 입자는 중력을 통해 탈기 용기 밖으로 떨어질 수 있다. 이어서, 공기잠금 밸브(1006)를 폐쇄하고, 탄소 입자의 또 다른 배치에 대해 공정을 반복할 수 있다.
고압 탈기 장치의 사용은 승압에서 탄소 입자와 회합된 기체 (예를 들어, 수소)의 수집을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 탄소 입자의 세공에 흡착된 수소는 반응기 시스템이 작동되는 것과 동일한 승압에서 수집될 수 있다. 승압에서 기체를 회수하는 것은 2차 가압 장치의 사용 없이 승압 시스템 (예를 들어, 고압 화학적 합성, 연소, 연료 전지 등)에서 기체의 사용을 가능하게 할 수 있다. 따라서, 기체는 기체의 승압으로 인해 하류 공정에서 보다 용이하게 사용될 수 있다. 이는 기체가 보다 낮은 압력에 있는 경우와 비교하여 엔지니어링 요건을 감소시키고 시스템의 기능을 개선시킬 수 있다.
비제한적 예에서, 본 개시내용에 따른 반응기에 19 메가와트의 에너지 투입량 및 5.7 톤/시간의 천연 기체 공급원료 유동을 제공할 수 있다. 이러한 예에서, 불활성 기체 (예를 들어, 아르곤)의 10 킬로그램/시간 퍼징에 50 킬로그램/시간 재순환 기체 스트림 (예를 들어, 40% H2, 10% 천연 기체, 10% 에틸렌, 10% 에탄, 10% 다른 탄화수소, 미량의 HCN, 20% Ar, 10% CO, 또는 그의 임의의 조합의 백분율을 포함함)이 제공될 수 있다. 이러한 예에서, 시간당 약 1.25 톤의 수소가 시간당 약 3.5 톤의 탄소 입자와 함께 생성될 수 있다. 이러한 예에서, 탄소 입자 톤당 약 8 킬로그램의 전극 마모율이 관찰될 수 있다.
또 다른 비제한적 예에서, 2 단계 대기 반응기는 본 개시내용의 증가된 압력 반응기와 대조될 수 있다. 대기 반응기에는 18 메가와트의 에너지, 3 톤/시간의 천연 기체 공급원료, 및 300 킬로그램의 재순환 수소가 공급될 수 있다. 이러한 예에서, 단지 0.75 톤/시간의 수소가 2 톤/시간의 탄소 입자와 함께 유사한 8 킬로그램/톤의 탄소 입자 전극 마모에서 생성될 수 있다. 이러한 예에 의해 제시된 바와 같이, 본 개시내용의 증가된 압력은 2 단계 대기 반응기와 비교하여 자본 비용의 절감 및 개선된 효율을 제공할 수 있다.
본 개시내용의 시스템 및 방법은 다른 시스템 및/또는 방법 (적절한 변형(들)을 가짐), 예컨대 각각 그 전문이 본원에 참조로 포함되는 미국 특허 공개 번호 US 2015/0210856 및 국제 특허 공개 번호 WO 2015/116807 ("SYSTEM FOR HIGH TEMPERATURE CHEMICAL PROCESSING"), 미국 특허 공개 번호 US 2015/0211378 ("INTEGRATION OF PLASMA AND HYDROGEN PROCESS WITH COMBINED CYCLE POWER PLANT, SIMPLE CYCLE POWER PLANT AND STEAM REFORMERS"), 국제 특허 공개 번호 WO 2015/116797 ("INTEGRATION OF PLASMA AND HYDROGEN PROCESS WITH COMBINED CYCLE POWER PLANT AND STEAM REFORMERS"), 미국 특허 공개 번호 US 2015/0210857 및 국제 특허 공개 번호 WO 2015/116798 ("USE OF FEEDSTOCK IN CARBON BLACK PLASMA PROCESS"), 미국 특허 공개 번호 US 2015/0210858 및 국제 특허 공개 번호 WO 2015/116800 ("PLASMA GAS THROAT ASSEMBLY AND METHOD"), 미국 특허 공개 번호 US 2015/0218383 및 국제 특허 공개 번호 WO 2015/116811 ("PLASMA REACTOR"), 미국 특허 공개 번호 US2015/0223314 및 국제 특허 공개 번호 WO 2015/116943 ("PLASMA TORCH DESIGN"), 국제 특허 공개 번호 WO 2016/126598 ("CARBON BLACK COMBUSTABLE GAS SEPARATION"), 국제 특허 공개 번호 WO 2016/126599 ("CARBON BLACK GENERATING SYSTEM"), 국제 특허 공개 번호 WO 2016/126600 ("REGENERATIVE COOLING METHOD AND APPARATUS"), 미국 특허 공개 번호 US 2017/0034898 및 국제 특허 공개 번호 WO 2017/019683 ("DC PLASMA TORCH ELECTRICAL POWER DESIGN METHOD AND APPARATUS"), 미국 특허 공개 번호 US 2017/0037253 및 국제 특허 공개 번호 WO 2017/027385 ("METHOD OF MAKING CARBON BLACK"), 미국 특허 공개 번호 US 2017/0058128 및 국제 특허 공개 번호 WO 2017/034980 ("HIGH TEMPERATURE HEAT INTEGRATION METHOD OF MAKING CARBON BLACK"), 미국 특허 공개 번호 US 2017/0066923 및 국제 특허 공개 번호 WO 2017/044594 ("CIRCULAR FEW LAYER GRAPHENE"), 미국 특허 공개 번호 US20170073522 및 국제 특허 공개 번호 WO 2017/048621 ("CARBON BLACK FROM NATURAL GAS"), 국제 특허 공개 번호 WO 2017/190045 ("SECONDARY HEAT ADDITION TO PARTICLE PRODUCTION PROCESS AND APPARATUS"), 국제 특허 공개 번호 WO 2017/190015 ("TORCH STINGER METHOD AND APPARATUS"), 국제 특허 공개 번호 WO 2018/165483 ("SYSTEMS AND METHODS OF MAKING CARBON PARTICLES WITH THERMAL TRANSFER GAS"), 국제 특허 공개 번호 WO 2018/195460 ("PARTICLE SYSTEMS AND METHODS"), 국제 특허 공개 번호 WO 2019/046322 ("PARTICLE SYSTEMS AND METHODS"), 국제 특허 공개 번호 WO 2019/046320 ("SYSTEMS AND METHODS FOR PARTICLE GENERATION"), 국제 특허 공개 번호 WO 2019/046324 ("PARTICLE SYSTEMS AND METHODS"), 국제 특허 공개 번호 WO 2019/084200 ("PARTICLE SYSTEMS AND METHODS"), 및 국제 특허 공개 번호 WO 2019/195461 ("SYSTEMS AND METHODS FOR PROCESSING")에 기재된 화학적 프로세싱 및 가열 방법, 화학적 프로세싱 시스템, 반응기 및 플라즈마 토치와 조합될 수 있거나 또는 그에 의해 변형될 수 있다.
컴퓨터 시스템
본 개시내용은 본 개시내용의 방법을 구현하도록 프로그래밍된 컴퓨터 시스템을 제공한다. 도 9는 본 개시내용의 방법, 예를 들어 탄소 입자 및/또는 수소를 형성하는 방법을 구현하도록 프로그래밍되거나 또는 달리 구성된 컴퓨터 시스템(901)을 보여준다. 컴퓨터 시스템(901)은 본 개시내용의 다양한 측면, 예컨대 예를 들어, 반응기의 작동을 조절할 수 있다. 컴퓨터 시스템(901)은 사용자의 전자 장치 또는 전자 장치에 대해 원격으로 위치하는 컴퓨터 시스템일 수 있다. 전자 장치는 모바일 전자 장치일 수 있다.
컴퓨터 시스템(901)은 중앙 처리 유닛 (CPU, 또한 본원에서 "프로세서" 및 "컴퓨터 프로세서")(905)를 포함하며, 이는 단일 코어 또는 다중 코어 프로세서, 또는 병렬 프로세싱을 위한 복수의 프로세서일 수 있다. 컴퓨터 시스템(901)은 또한 메모리 또는 메모리 위치(910) (예를 들어, 무작위-접근 메모리, 판독-전용 메모리, 플래쉬 메모리), 전자 저장 유닛(915) (예를 들어, 하드 디스크), 1개 이상의 다른 시스템과 통신하기 위한 통신 인터페이스(920) (예를 들어, 네트워크 어댑터), 및 주변 장치(925), 예컨대 캐시, 다른 메모리, 데이터 저장 및/또는 전자 디스플레이 어댑터를 포함한다. 메모리(910), 저장 유닛(915), 인터페이스(920) 및 주변 장치(925)는 통신 버스 (실선), 예컨대 마더보드를 통해 CPU(905)와 통신한다. 저장 유닛(915)은 데이터를 저장하기 위한 데이터 저장 유닛 (또는 데이터 저장소)일 수 있다. 컴퓨터 시스템(901)은 통신 인터페이스(920)의 도움으로 컴퓨터 네트워크 ("네트워크")(930)에 작동가능하게 커플링될 수 있다. 네트워크(930)는 인터넷, 인터넷 및/또는 엑스트라넷, 또는 인터넷과 통신하는 인트라넷 및/또는 엑스트라넷일 수 있다. 네트워크(930)는 일부 경우에 전기통신 및/또는 데이터 네트워크이다. 네트워크(930)는 클라우드 컴퓨팅과 같은 분산 컴퓨팅을 가능하게 할 수 있는 1개 이상의 컴퓨터 서버를 포함할 수 있다. 네트워크(930)는 일부 경우에 컴퓨터 시스템(901)의 도움으로 피어-투-피어 네트워크를 구현할 수 있으며, 이는 컴퓨터 시스템(901)에 커플링된 장치가 클라이언트 또는 서버로서 거동하는 것을 가능하게 할 수 있다.
CPU(905)는 프로그램 또는 소프트웨어로 구현될 수 있는 일련의 기계-판독가능 명령을 실행할 수 있다. 명령은 메모리 위치, 예컨대 메모리(910)에 저장될 수 있다. 명령은 CPU(905)로 향할 수 있고, 이는 후속적으로 본 개시내용의 방법을 구현하도록 CPU(905)를 프로그래밍하거나 또는 달리 구성할 수 있다. CPU(905)에 의해 수행되는 작동의 예는 페치, 디코딩, 실행, 및 라이트백을 포함할 수 있다.
CPU(905)는 회로, 예컨대 집적 회로의 일부일 수 있다. 시스템(901)의 1개 이상의 다른 컴포넌트가 회로에 포함될 수 있다. 일부 경우에, 회로는 주문형 집적 회로 (ASIC)이다.
저장 유닛(915)은 파일, 예컨대 드라이버, 라이브러리 및 보관된 프로그램을 저장할 수 있다. 저장 유닛(915)은 사용자 데이터, 예를 들어 사용자 선호도 및 사용자 프로그램을 저장할 수 있다. 컴퓨터 시스템(901)은 일부 경우에 컴퓨터 시스템(901) 외부에 있는, 예컨대 인트라넷 또는 인터넷을 통해 컴퓨터 시스템(901)과 통신하는 원격 서버에 위치하는 1개 이상의 추가의 데이터 저장 유닛을 포함할 수 있다.
컴퓨터 시스템(901)은 네트워크(930)를 통해 1개 이상의 원격 컴퓨터 시스템과 통신할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 시스템(901)은 사용자의 원격 컴퓨터 시스템과 통신할 수 있다. 원격 컴퓨터 시스템의 예는 퍼스널 컴퓨터 (예를 들어, 휴대용 PC), 슬레이트 또는 태블릿 PC (예를 들어, 애플(Apple)® 아이패드, 삼성(Samsung)® 갤럭시 탭), 전화, 스마트폰 (예를 들어, 애플® 아이폰, 안드로이드-이용가능 장치, 블랙베리(Blackberry)®), 또는 개인 정보 단말기를 포함한다. 사용자는 네트워크(930)를 통해 컴퓨터 시스템(901)에 접근할 수 있다.
본원에 기재된 바와 같은 방법은 컴퓨터 시스템(901)의 전자 저장 위치, 예컨대 예를 들어 메모리(910) 또는 전자 저장 유닛(915)에 저장된 기계 (예를 들어, 컴퓨터 프로세서) 실행가능 코드에 의해 구현될 수 있다. 기계 실행가능 코드 또는 기계 판독가능 코드는 소프트웨어의 형태로 제공될 수 있다. 사용 동안, 코드는 프로세서(905)에 의해 실행될 수 있다. 일부 경우에, 코드는 저장 유닛(915)으로부터 검색되고, 프로세서(905)에 의한 용이한 접근을 위해 메모리(910)에 저장될 수 있다. 일부 상황에서, 전자 저장 유닛(915)은 배제될 수 있고, 기계-실행가능 명령이 메모리(910)에 저장된다.
코드는 코드를 실행하도록 적합화된 프로세서를 갖는 기계와 함께 사용하기 위해 사전-컴파일링 및 구성될 수 있거나, 또는 실행시간 동안 컴파일링될 수 있다. 코드는 코드가 사전-컴파일링된 방식으로 또는 컴파일링된 바와 같은 방식으로 실행될 수 있도록 선택될 수 있는 프로그래밍 언어로 공급될 수 있다.
본원에 제공된 시스템 및 방법, 예컨대 컴퓨터 시스템(901)의 측면은 프로그래밍으로 구현될 수 있다. 기술의 다양한 측면은 전형적으로 기계 (또는 프로세서) 실행가능 코드 및/또는 기계 판독가능 매체 유형 상에서 반송되거나 또는 그 내에서 구현되는 연관 데이터 형태의 "제품" 또는 "제조 물품"으로서 생각될 수 있다. 기계-실행가능한 코드는 전자 저장 유닛, 예컨대 메모리 (예를 들어, 판독-전용 메모리, 무작위-접근 메모리, 플래쉬 메모리) 또는 하드 디스크 상에 저장될 수 있다. "저장" 유형 매체는 컴퓨터, 프로세서 등의 임의의 또는 모든 유형 메모리, 또는 그의 연관 모듈, 예컨대 다양한 반도체 메모리, 테이프 드라이브, 디스크 드라이브 등을 포함할 수 있으며, 이는 소프트웨어 프로그래밍을 위해 임의의 시간에 비-일시적 저장을 제공할 수 있다. 소프트웨어의 전부 또는 일부는 때때로 인터넷 또는 다양한 다른 전기통신 네트워크를 통해 통신될 수 있다. 이러한 통신은, 예를 들어, 하나의 컴퓨터 또는 프로세서로부터 또 다른 것으로, 예를 들어, 관리 서버 또는 호스트 컴퓨터로부터 애플리케이션 서버의 컴퓨터 플랫폼으로 소프트웨어를 로딩하는 것을 가능하게 할 수 있다. 따라서, 소프트웨어 요소를 보유할 수 있는 또 다른 유형의 매체는 광학, 전기 및 전자기파, 예컨대 로컬 장치 사이의 물리적 인터페이스를 가로질러, 유선 및 광학 지상 통신선 네트워크를 통해 및 다양한 에어-링크를 거쳐 사용되는 것을 포함한다. 이러한 파를 반송하는 물리적 요소, 예컨대 유선 또는 무선 링크, 광학 링크 등이 또한 소프트웨어를 보유하는 매체로서 간주될 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 비-일시적 유형 "저장" 매체로 제한되지 않는 한, 컴퓨터 또는 기계 "판독가능 매체"와 같은 용어는 실행을 위해 프로세서에 명령을 제공하는 데 참여하는 임의의 매체를 지칭한다.
따라서, 기계 판독가능 매체, 예컨대 컴퓨터-실행가능 코드는 유형 저장 매체, 반송파 매체 또는 물리적 전송 매체를 포함하나 이에 제한되지는 않는 많은 형태를 취할 수 있다. 비-휘발성 저장 매체는, 예를 들어 광학 또는 자기 디스크, 예컨대 임의의 컴퓨터(들) 내 저장 장치 중 임의의 것 등을 포함하며, 예컨대 도면에 제시된 데이터베이스 등을 구현하는 데 사용될 수 있다. 휘발성 저장 매체는 동적 메모리, 예컨대 이러한 컴퓨터 플랫폼의 메인 메모리를 포함한다. 유형 전송 매체는 동축 케이블; 구리 와이어 및 광섬유, 예컨대 컴퓨터 시스템 내의 버스를 포함하는 와이어를 포함한다. 반송파 전송 매체는 전기 또는 전자기 신호, 또는 음파 또는 광파, 예컨대 고주파 (RF) 및 적외선 (IR) 데이터 통신 동안 발생된 것의 형태를 취할 수 있다. 따라서, 통상적인 형태의 컴퓨터-판독가능 매체는, 예를 들어 플로피 디스크, 플렉서블 디스크, 하드 디스크, 자기 테이프, 임의의 다른 자기 매체, CD-ROM, DVD 또는 DVD-ROM, 임의의 다른 광학 매체, 펀치 카드 페이퍼 테이프, 홀의 패턴을 갖는 임의의 다른 물리적 저장 매체, RAM, ROM, PROM 및 EPROM, FLASH-EPROM, 임의의 다른 메모리 칩 또는 카트리지, 데이터 또는 명령을 전송하는 반송파, 이러한 반송파를 전송하는 케이블 또는 링크, 또는 컴퓨터가 프로그래밍 코드 및/또는 데이터를 판독할 수 있는 임의의 다른 매체를 포함한다. 이들 형태의 많은 컴퓨터 판독가능 매체는 실행을 위해 하나 이상의 명령의 하나 이상의 순서를 프로세서에 반송하는 데 수반될 수 있다.
컴퓨터 시스템(901)은, 예를 들어 반응기를 작동시키는 데 대한 제어에의 접근을 제공하기 위해 사용자 인터페이스 (UI)(940)를 포함하는 전자 디스플레이(935)를 포함할 수 있거나 또는 그와 통신할 수 있다. UI의 예는 비제한적으로 그래픽 사용자 인터페이스 (GUI) 및 웹-기반 사용자 인터페이스를 포함한다.
본 개시내용의 방법 및 시스템은 하나 이상의 알고리즘에 의해 구현될 수 있다. 알고리즘은 중앙 처리 유닛(905)에 의한 실행 시 소프트웨어에 의해 구현될 수 있다. 알고리즘은 예를 들어 반응기 시스템을 적어도 부분적으로 자율적으로 작동시킬 수 있다.
본 개시내용의 예시적 실시양태
1. 대기압보다 높은 압력에서 플라즈마 발생기로 탄화수소를 가열함으로써 수소를 생성하는 것을 포함하는 프로세싱 방법.
2. 측면 1에 있어서, 탄화수소를 플라즈마 발생기에 첨가하는 것을 추가로 포함하는 방법.
3. 측면 1에 있어서, 플라즈마 발생기가 AC 전극을 포함하는 것인 방법.
4. 측면 1에 있어서, 플라즈마 발생기가 DC 전극을 포함하는 것인 방법.
5. 측면 1에 있어서, 탄소질 물질을 생성하는 것을 추가로 포함하는 방법.
6. 측면 5에 있어서, 탄소질 물질이 탄소 입자를 포함하는 것인 방법.
7. 측면 5에 있어서, 수소 및 탄소질 물질을 연속적으로 생성하는 것을 추가로 포함하는 방법.
8. 측면 1에 있어서, 탄화수소가 기체인 방법.
9. 측면 1에 있어서, 탄화수소가 천연 기체를 포함하는 것인 방법.
10. 측면 9에 있어서, 탄화수소가 천연 기체인 방법.
11. 측면 5에 있어서, 단일 챔버에서 탄화수소를 가열하고 수소를 생성하는 것을 추가로 포함하는 방법.
12. 측면 5에 있어서, 수소 및 탄소질 물질을 1회-통과, 단일 단계 공정으로 생성하는 것을 추가로 포함하는 방법.
13. 측면 5에 있어서, 압력이 약 2 bar 이상인 방법.
14. 측면 18에 있어서, 압력이 약 5 bar 이상인 방법.
15. 측면 19에 있어서, 압력이 약 10 bar 이상인 방법.
16. 대기압보다 높은 압력에서 전기 에너지로 탄화수소를 가열함으로써, 실질적으로 불활성이거나 실질적으로 산소가 없는 환경 또는 분위기에서 수소를 생성하는 것을 포함하는 프로세싱 방법.
17. 측면 16에 있어서, 탄소질 물질을 생성하는 것을 추가로 포함하는 방법.
18. 측면 17에서, 탄소질 물질이 탄소 입자를 포함하는 것인 방법.
19. 측면 17에 있어서, 수소 및 탄소질 물질을 연속적으로 생성하는 것을 추가로 포함하는 방법.
20. 측면 16에 있어서, 탄화수소가 기체인 방법.
21. 측면 16에 있어서, 탄화수소가 천연 기체를 포함하는 것인 방법.
22. 측면 21에 있어서, 탄화수소가 천연 기체인 방법.
23. 측면 16에 있어서, 탄화수소를 플라즈마 발생기로 가열하는 것을 추가로 포함하는 방법.
24. 측면 16에 있어서, 탄화수소를 전기 에너지로 직접 가열하는 것을 추가로 포함하는 방법.
25. 측면 16에 있어서, 내화물-라이닝된 반응기에서 수소를 생성하는 것을 추가로 포함하는 방법.
26. 측면 16에 있어서, 단일 챔버에서 탄화수소를 가열하고 수소를 생성하는 것을 추가로 포함하는 방법.
27. 측면 16에 있어서, 수소 및 탄소질 물질을 1회-통과, 단일 단계 공정으로 생성하는 것을 추가로 포함하는 방법.
28. 측면 16에 있어서, 전기 에너지를 사용하여 탄화수소로부터 수소를 제거하는 것을 추가로 포함하는 방법.
29. 측면 16에 있어서, 압력이 약 2 bar 이상인 방법.
30. 측면 29에 있어서, 압력이 약 5 bar 이상인 방법.
31. 측면 30에 있어서, 압력이 약 10 bar 이상인 방법.
32. 측면 16에 있어서, 열 교환기, 필터 및 고체 취급 장비를 사용하는 것을 추가로 포함하는 방법.
33. 측면 32에 있어서, 고체 취급 장비가 냉각된 고체 탄소 수집 스크류 컨베이어, 공기 잠금 및 퍼징 시스템, 공압 운반 시스템, 기계적 운반 시스템, 분급 밀, 및 생성물 저장 용기를 포함하는 것인 방법.
34. 측면 16에 있어서, 실질적으로 산소가 없는 환경 또는 분위기에서 수소를 생성하는 것을 추가로 포함하는 방법.
35. 측면 16에 있어서, 실질적으로 불활성인 환경 또는 분위기에서 수소를 생성하는 것을 추가로 포함하는 방법.
36. 탄화수소를 전기 에너지로 직접 가열함으로써, 실질적으로 불활성이거나 실질적으로 산소가 없는 환경 또는 분위기에서 수소를 생성하는 것을 포함하는 프로세싱 방법.
37. 측면 36에 있어서, 탄화수소가 기체인 방법.
38. 측면 36에 있어서, 탄화수소가 천연 기체를 포함하는 것인 방법.
39. 측면 38에 있어서, 탄화수소가 천연 기체인 방법.
40. 측면 36에 있어서, 탄소질 물질을 생성하는 것을 추가로 포함하는 방법.
41. 측면 40에 있어서, 탄소질 물질이 탄소 입자를 포함하는 것인 방법.
42. 측면 40에 있어서, 수소 및 탄소질 물질을 연속적으로 생성하는 것을 추가로 포함하는 방법.
43. 측면 36에 있어서, 플라즈마를 발생시키는 것을 추가로 포함하는 방법.
44. 측면 43에 있어서, AC 전극을 사용하여 플라즈마를 발생시키는 것을 추가로 포함하는 방법.
45. 측면 43에 있어서, DC 전극을 사용하여 플라즈마를 발생시키는 것을 추가로 포함하는 방법.
46. 측면 36에 있어서, 부피 또는 몰 기준으로 약 2% 미만의 분자 산소를 포함하는 환경 또는 분위기에서 수소를 생성하는 것을 추가로 포함하는 방법.
47. 측면 36에 있어서, 단일 챔버에서 탄화수소를 직접 가열하고 수소를 생성하는 것을 추가로 포함하는 방법.
48. 측면 36에 있어서, 수소 및 탄소질 물질을 1회-통과, 단일 단계 공정으로 생성하는 것을 추가로 포함하는 방법.
49. 약 10 메가와트의 입력 전력에서 작동하여 국한된 공간에서 열 플라즈마를 발생시키도록 구성된 반응기를 포함하는 장치로서, 여기서 반응기는 적어도 약 1.5 bar의 압력에서 작동하고, 반응기의 벽의 온도는 약 2000℃ 미만이고, 반응기의 중심으로부터 반응기의 벽까지의 거리는 약 3 미터 미만인 장치.
50. 측면 49에 있어서, 사용 동안, 반응기가 반응기의 중심과 반응기의 벽 사이에 온도 구배를 포함하는 것인 장치.
51. 측면 50에 있어서, 구배가, 적어도 부분적으로, 탄화수소가 반응기 내에서 플라즈마 기체의 적어도 한 부분으로서 사용됨으로 인해 형성된 것인 장치.
52. 측면 51에 있어서, 반응기의 구배가, 플라즈마 기체의 적어도 한 부분으로서 사용되는 탄화수소를 갖지 않는 반응기보다 적어도 약 10% 더 큰 것인 장치.
하기 실시예는 본원에 기재된 특정 시스템 및 방법의 예시이며, 제한적인 것으로 의도되지 않는다.
실시예 1 - 주위 압력 초과 반응기의 예측되는 특성
도 7은 한 실시양태에 따른, 반응기 압력 범위 대 정규화된 표면적 측정치의 예의 플롯이다. 본 실시예의 생성에 사용된 조건은 공정 기체로서 메탄, 수소 및 질소와 함께 1900 K에서 플러그 유동 반응기를 사용하는 것일 수 있다.
플롯은 반응기 압력이 증가함에 따라, 그러한 반응기에서 만들어진 탄소 입자의 예상 표면적이 감소함을 나타낸다. 표면적 감소의 정도는, 다른 특성 중에서, 반응기 구성, 반응물 농도, 주위 기체 환경 조성, 공급원료 조성, 부과된 유체-열 환경 등, 또는 그의 임의의 조합과 관련될 수 있다.
도 8은 한 실시양태에 따른, 반응기 압력 증가에 따른 반응기 수율 증가의 예시적인 입증 플롯이다. 플롯은 CNATERA 소프트웨어 프레임워크를 사용하여 생성된 시뮬레이션을 보여줄 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시양태가 본원에 제시되고 기재되었지만, 이러한 실시양태는 단지 예로서 제공된다는 것이 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 본 발명은 명세서 내에 제공된 구체적 예에 의해 제한되는 것으로 의도되지 않는다. 본 발명이 상기 언급된 명세서를 참조하여 기재되었지만, 본원의 실시양태의 설명 및 예시는 제한적인 의미로 해석되는 것으로 의도되지 않는다. 본 발명을 벗어나지 않으면서 다수의 변형, 변화 및 치환이 이제 관련 기술분야의 통상의 기술자에서 일어날 것이다. 또한, 본 발명의 모든 측면이 본원에 제시된 구체적인 도시, 구성 또는 상대 비율로 제한되지 않고, 이는 다양한 조건 및 변수에 좌우된다는 것이 이해될 것이다. 본원에 기재된 본 발명의 실시양태에 대한 다양한 대안이 본 발명을 실시하는 데 있어서 사용될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 본 발명은 또한 임의의 이러한 대안, 변형, 변경 또는 등가물을 포괄할 것으로 고려된다. 하기 청구범위는 본 발명의 범주를 규정하고, 이들 청구범위의 범주 내의 방법 및 구조 및 그의 등가물이 그에 의해 포괄되는 것으로 의도된다.
Claims (89)
- (a) 1개 이상의 전극을 사용하여 반응기에서 플라즈마를 발생시키는 단계; 및
(b) 1개 이상의 주입기를 통해 탄화수소를 반응기 내로 주입하여 탄소 입자를 생성하는 단계
를 포함하는 반응기에서 탄소 입자를 생성하는 방법으로서, 여기서 반응기는 약 1.5 bar 이상의 압력에서 작동되는 것인 방법. - 제1항에 있어서, 1개 이상의 전극이 AC 전극을 포함하는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 1개 이상의 전극이 DC 전극을 포함하는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 수소를 생성하는 것을 추가로 포함하는 방법.
- 제4항에 있어서, 수소 및 탄소 입자를 연속적으로 생성하는 것을 추가로 포함하는 방법.
- 제4항에 있어서, 수소 및 탄소 입자를 1회-통과(once-through), 단일 단계 공정으로 생성하는 것을 추가로 포함하는 방법.
- 제1항에 있어서, 탄화수소가 기체인 방법.
- 제1항에 있어서, 탄화수소가 천연 기체를 포함하는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 탄화수소가 플라즈마와 접촉 시 가열되는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 탄소 입자가 반응기에서 약 1.5 bar 미만의 압력에서 작동된 경우에 형성된 탄소 입자보다 더 작은 표면적을 갖는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 탄소 입자가 반응기에서 약 1 bar의 압력에서 작동된 경우에 형성된 탄소 입자와 비교하여 약 90%의 표면적을 갖는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 반응기가 약 5 bar 이상의 압력에서 작동되는 것인 방법.
- 제12항에 있어서, 탄소 입자가 반응기에서 약 5 bar 미만의 압력에서 작동된 경우에 형성된 탄소 입자보다 더 작은 표면적을 갖는 것인 방법.
- 제12항에 있어서, 탄소 입자가 반응기에서 약 1 bar의 압력에서 작동된 경우에 형성된 탄소 입자와 비교하여 약 60%의 표면적을 갖는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 반응기가 약 10 bar 이상의 압력에서 작동되는 것인 방법.
- 제15항에 있어서, 탄소 입자가 반응기에서 약 10 bar 미만의 압력에서 작동된 경우에 형성된 탄소 입자보다 더 작은 표면적을 갖는 것인 방법.
- 제15항에 있어서, 탄소 입자가 반응기에서 약 1 bar의 압력에서 작동된 경우에 형성된 탄소 입자와 비교하여 약 35%의 표면적을 갖는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 반응기가 약 20 bar 이상의 압력에서 작동되는 것인 방법.
- 제18항에 있어서, 탄소 입자가 반응기에서 약 20 bar 미만의 압력에서 작동된 경우에 형성된 탄소 입자보다 더 작은 표면적을 갖는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 반응기가 약 30 bar 이상의 압력에서 작동되는 것인 방법.
- 제20항에 있어서, 탄소 입자가 반응기에서 약 30 bar 미만의 압력에서 작동된 경우에 형성된 탄소 입자보다 더 작은 표면적을 갖는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 1종 이상의 첨가제를 사용하여 탄소 입자의 표면적을 증가시키는 것을 추가로 포함하는 방법.
- 제22항에 있어서, 1종 이상의 첨가제가 탄화수소 기체를 포함하는 것인 방법.
- 제22항에 있어서, 1종 이상의 첨가제가 규소를 포함하는 것인 방법.
- 제22항에 있어서, 1종 이상의 첨가제가 방향족 첨가제를 포함하는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 반응기가 산소가 없는 환경인 방법.
- 제1항에 있어서, 반응기가 부피 또는 몰 기준으로 약 2% 미만의 분자 산소를 포함하는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 반응기에서의 탄소 입자의 수율이 반응기에서 약 1 bar의 압력에서 작동된 경우에 형성된 탄소 입자의 수율보다 더 큰 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 탄소 입자가 75% 초과의 수율로 생성되는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 탄소 입자가 85% 초과의 수율로 생성되는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 탄소 입자가 90% 초과의 수율로 생성되는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 탄소 입자가 99% 초과의 수율로 생성되는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 반응기에서의 탄소 입자의 수율이 반응기와 동일한 크기의 반응기에서 1.5 bar 미만의 압력에서 작동된 경우에 형성된 탄소 입자의 수율보다 더 큰 것인 방법.
- (a) 1개 이상의 전극을 사용하여 반응기에서 플라즈마를 발생시키는 단계; 및
(b) 1개 이상의 주입기를 통해 탄화수소를 반응기 내로 주입하여 수소를 생성하는 단계
를 포함하는 반응기에서 수소를 생성하는 방법으로서, 여기서 반응기는 약 1.5 bar 이상의 압력에서 작동되는 것인 방법. - 제34항에 있어서, 1개 이상의 전극이 AC 전극을 포함하는 것인 방법.
- 제34항에 있어서, 1개 이상의 전극이 DC 전극을 포함하는 것인 방법.
- 제34항에 있어서, 탄소 입자를 생성하는 것을 추가로 포함하는 방법.
- 제37항에 있어서, 수소 및 탄소 입자를 연속적으로 생성하는 것을 추가로 포함하는 방법.
- 제37항에 있어서, 수소 및 탄소 입자를 1회-통과, 단일 단계 공정으로 생성하는 것을 추가로 포함하는 방법.
- 제34항에 있어서, 탄화수소가 기체인 방법.
- 제34항에 있어서, 탄화수소가 천연 기체를 포함하는 것인 방법.
- 제34항에 있어서, 탄화수소가 플라즈마와 접촉 시 가열되는 것인 방법.
- 제34항에 있어서, 반응기가 약 5 bar 이상의 압력에서 작동되는 것인 방법.
- 제34항에 있어서, 반응기가 약 10 bar 이상의 압력에서 작동되는 것인 방법.
- 제34항에 있어서, 반응기가 약 20 bar 이상의 압력에서 작동되는 것인 방법.
- 제34항에 있어서, 반응기가 약 30 bar 이상의 압력에서 작동되는 것인 방법.
- 제34항에 있어서, 반응기가 산소가 없는 환경인 방법.
- 제34항에 있어서, 반응기가 부피 또는 몰 기준으로 약 2% 미만의 분자 산소를 포함하는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 탄화수소가 1개 이상의 전극에 인접하여 주입되는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 탄화수소가 1개 이상의 전극의 500 밀리미터 (mm) 내에서 주입되는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 플라즈마가 탄화수소의 적어도 한 부분을 포함하는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, (b)에서 주입 후, 탄화수소가 플라즈마와 접촉하는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 1개 이상의 전극 각각이 전극 팁을 포함하고, 여기서 1개 이상의 전극 팁이 반응기의 단일 평면에 위치하는 것인 방법.
- 제53항에 있어서, 탄화수소가 1개 이상의 전극 팁의 단일 평면의 상류에서 반응기 내로 주입되는 것인 방법.
- 제53항에 있어서, 탄화수소가 1개 이상의 전극 팁의 단일 평면에서 반응기 내로 주입되는 것인 방법.
- 제53항에 있어서, 탄화수소가 1개 이상의 전극 팁의 단일 평면의 하류에서 반응기 내로 주입되는 것인 방법.
- 제53항에 있어서, 1개 이상의 주입기의 주입 팁에서의 압력이 1.5 bar 초과인 방법.
- 제53항에 있어서, 반응기의 작동 압력이 주입기 팁에서의 압력의 10 퍼센트 내인 방법.
- 제1항에 있어서, 탄소 입자의 30% 초과가 약 2 마이크로미터 미만의 등가 구체 직경을 갖는 탄소 입자인 방법.
- 제1항에 있어서, 탄소 입자의 30% 초과가 탄소질 나노입자인 방법.
- 제1항에 있어서, 반응기 내로 주입된 탄소의 90% 초과가 약 2 마이크로미터 미만의 등가 구체 직경을 갖는 탄소 입자 또는 약 2 마이크로미터 미만의 등가 구체 직경을 갖는 탄소 입자를 형성하는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 보다 큰 탄소 입자 및 탄소 입자의 조합이 98% 초과의 탄소를 포함하는 것인 방법.
- 제4항에 있어서, 생성된 수소가 99.9% 초과의 순도를 갖는 것인 방법.
- 제4항에 있어서, 생성된 수소를 압축 또는 재가압하지 않으면서 생성된 수소를 정제 시스템으로 향하게 하는 것을 추가로 포함하는 방법.
- 제1항에 있어서, 압력 잠금 시스템을 사용하여 탄소 입자를 단리하고, 생성된 수소의 적어도 한 부분을 제거하고, 탄소 입자 주위의 분위기를 1.5 bar 미만으로 감압하는 것을 추가로 포함하는 방법.
- 제8항에 있어서, 탄소 입자가 화석 연료 탄화수소 공급원료를 사용하여 생성된 탄소 입자의 탄소-14 비보다 더 큰 탄소-14 비를 포함하는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 1개 이상의 전극 각각이 10 kg 초과의 질량을 갖는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 3 톤/시간 초과의 탄소 입자가 생성되는 것인 방법.
- 제4항에 있어서, 1 톤/시간 초과의 수소가 생성되는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 반응기에 시스 기체를 첨가하는 것을 추가로 포함하는 방법.
- 제70항에 있어서, 시스 기체의 첨가가 시스 기체의 첨가가 없는 방법과 비교하여 탄소질 나노입자의 수율을 증가시키는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 1개 이상의 전극의 마모율이 생성된 탄소 입자의 톤당 전극당 10 kg 미만인 방법.
- 제34항에 있어서, 탄화수소가 1개 이상의 전극에 인접하여 주입되는 것인 방법.
- 제34항에 있어서, 탄화수소가 1개 이상의 전극의 500 밀리미터 (mm) 내에서 주입되는 것인 방법.
- 제34항에 있어서, 플라즈마가 탄화수소의 적어도 한 부분을 포함하는 것인 방법.
- 제34항에 있어서, (b)에서 주입 후, 탄화수소가 플라즈마와 접촉하는 것인 방법.
- 제34항에 있어서, 1개 이상의 전극 각각이 전극 팁을 포함하고, 여기서 1개 이상의 전극 팁이 반응기의 단일 평면에 위치하는 것인 방법.
- 제77항에 있어서, 탄화수소가 1개 이상의 전극 팁의 단일 평면의 상류에서 반응기 내로 주입되는 것인 방법.
- 제77항에 있어서, 탄화수소가 1개 이상의 전극 팁의 단일 평면에서 반응기 내로 주입되는 것인 방법.
- 제77항에 있어서, 탄화수소가 1개 이상의 전극 팁의 단일 평면의 하류에서 반응기 내로 주입되는 것인 방법.
- 제77항에 있어서, 1개 이상의 주입기의 주입 팁에서의 압력이 3.3 bar 초과인 방법.
- 제77항에 있어서, 반응기의 작동 압력이 주입기 팁에서의 압력의 10 퍼센트 내인 방법.
- 제34항에 있어서, 생성된 수소가 99.9% 초과의 순도를 갖는 것인 방법.
- 제34항에 있어서, 생성된 수소를 압축 또는 재가압하지 않으면서 생성된 수소를 정제 시스템으로 향하게 하는 것을 추가로 포함하는 방법.
- 제34항에 있어서, 1개 이상의 전극 각각이 20 kg 초과의 질량을 갖는 것인 방법.
- 제34항에 있어서, 1 톤/시간 초과의 수소가 생성되는 것인 방법.
- 제34항에 있어서, 반응기에 시스 기체를 첨가하는 것을 추가로 포함하는 방법.
- 제1항에 있어서, 탄화수소가 액체 탄화수소를 포함하는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 탄화수소가 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 기체로서 사용되는 것인 방법.
Applications Claiming Priority (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US202163253996P | 2021-10-08 | 2021-10-08 | |
| US63/253,996 | 2021-10-08 | ||
| US202263298912P | 2022-01-12 | 2022-01-12 | |
| US63/298,912 | 2022-01-12 | ||
| US202263350801P | 2022-06-09 | 2022-06-09 | |
| US63/350,801 | 2022-06-09 | ||
| US202263375024P | 2022-09-08 | 2022-09-08 | |
| US63/375,024 | 2022-09-08 | ||
| PCT/US2022/045451 WO2023059520A1 (en) | 2021-10-08 | 2022-09-30 | Systems and methods for electric processing |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240073947A true KR20240073947A (ko) | 2024-05-27 |
Family
ID=85804627
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020247014607A KR20240073947A (ko) | 2021-10-08 | 2022-09-30 | 전기 프로세싱을 위한 시스템 및 방법 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20240073947A (ko) |
| AU (1) | AU2022361203A1 (ko) |
| CA (1) | CA3233950A1 (ko) |
| WO (1) | WO2023059520A1 (ko) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11939477B2 (en) | 2014-01-30 | 2024-03-26 | Monolith Materials, Inc. | High temperature heat integration method of making carbon black |
| US10370539B2 (en) | 2014-01-30 | 2019-08-06 | Monolith Materials, Inc. | System for high temperature chemical processing |
| US10618026B2 (en) | 2015-02-03 | 2020-04-14 | Monolith Materials, Inc. | Regenerative cooling method and apparatus |
| CA3060565C (en) | 2016-04-29 | 2024-03-12 | Monolith Materials, Inc. | Torch stinger method and apparatus |
| CA3074220A1 (en) | 2017-08-28 | 2019-03-07 | Monolith Materials, Inc. | Systems and methods for particle generation |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7033551B2 (en) * | 2002-01-23 | 2006-04-25 | Battelle Energy Alliance, Llc | Apparatus and methods for direct conversion of gaseous hydrocarbons to liquids |
| US20100055017A1 (en) * | 2008-09-03 | 2010-03-04 | Ppg Industries Ohio, Inc. | Methods for the production of ultrafine metal carbide particles and hydrogen |
| US8486363B2 (en) * | 2011-09-30 | 2013-07-16 | Ppg Industries Ohio, Inc. | Production of graphenic carbon particles utilizing hydrocarbon precursor materials |
| DE102013020375A1 (de) * | 2013-12-06 | 2015-06-11 | CCP Technology GmbH | Plasma-reaktor zum aufspalten eines kohlenwasserstoff-fluids |
| US20150211378A1 (en) * | 2014-01-30 | 2015-07-30 | Boxer Industries, Inc. | Integration of plasma and hydrogen process with combined cycle power plant, simple cycle power plant and steam reformers |
| EP3100597B1 (en) * | 2014-01-31 | 2023-06-07 | Monolith Materials, Inc. | Plasma torch with graphite electrodes |
| EP3676335A4 (en) * | 2017-08-28 | 2021-03-31 | Monolith Materials, Inc. | PARTICULAR SYSTEMS AND PROCEDURES |
-
2022
- 2022-09-30 KR KR1020247014607A patent/KR20240073947A/ko unknown
- 2022-09-30 WO PCT/US2022/045451 patent/WO2023059520A1/en active Application Filing
- 2022-09-30 CA CA3233950A patent/CA3233950A1/en active Pending
- 2022-09-30 AU AU2022361203A patent/AU2022361203A1/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU2022361203A1 (en) | 2024-04-18 |
| CA3233950A1 (en) | 2023-04-13 |
| WO2023059520A1 (en) | 2023-04-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR20240073947A (ko) | 전기 프로세싱을 위한 시스템 및 방법 | |
| Tang et al. | Development of plasma pyrolysis/gasification systems for energy efficient and environmentally sound waste disposal | |
| EP3253827B1 (en) | Carbon black generating system | |
| Chung et al. | Dry reforming of methane with dielectric barrier discharge and ferroelectric packed-bed reactors | |
| EP3077099B1 (en) | Plasma reactor and method for decomposing a hydrocarbon fluid | |
| EP3448936B1 (en) | Torch stinger method and apparatus | |
| CA3033947C (en) | Circular few layer graphene | |
| EP3448553A1 (en) | Secondary heat addition to particle production process and apparatus | |
| CN108546561A (zh) | 使用射频或微波能量的重化石烃转化和改质 | |
| WO2023235486A1 (en) | Recycled feedstocks for carbon and hydrogen production | |
| Ma et al. | Pyrolysis of pulverized coal to acetylene in magnetically rotating hydrogen plasma reactor | |
| Raja et al. | Selective production of hydrogen and solid carbon via methane pyrolysis using a swirl-induced point–plane non-thermal plasma reactor | |
| US11471851B2 (en) | Multi-stage system for processing hydrocarbon fuels | |
| Abánades | Low carbon production of hydrogen by methane decarbonization | |
| Du et al. | Plasma fluidized bed | |
| Bukhovko et al. | Enhanced coke gasification activity of the Mn1. 5Cr1. 5O4 spinel catalyst during coking in ethylene–steam mixtures | |
| WO2020201356A1 (en) | Device and process for the production of hydrogen and solid carbon from c1- to c4-alkane containing gas | |
| Baharudin | A focused review of process intensification in methane dry reforming to combat coke using plasma | |
| CN118401473A (en) | System and method for electrical processing | |
| WO2024086782A2 (en) | Systems and methods for modulating reacting flows | |
| US20230025624A1 (en) | Method and device for producing hydrogen and pyrolytic carbon from hydrocarbons | |
| US20240092637A1 (en) | Processing of feed stream using refractory for hydrogen production and reduced carbon emissions | |
| Peng et al. | Cracking characteristics of dust-containing tar over modified dolomite catalyst | |
| Aleknaviciute | Plasma assisted decomposition of methane and propane and cracking of liquid hexadecane | |
| Shareei et al. | Methanol Optimization in a DBD Plasma Reactor: Using RSM Method and Variables Survey |