[发明专利]熔盐滚动鼓泡柱、用熔盐滚动鼓泡柱的反应器及相关方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请请求享有名称为“Molten salt rolling bubble column, reactors utilizing same, and related methods(熔盐滚动鼓泡柱、用熔盐滚动鼓泡柱的反应器及相关方法)”的于2011年7月21日提交的美国非临时专利申请No.13/188,202的权益和优先权，其通过引用以其整体并入到本文中。

政府权利

本发明是在美国能源部资助的合同No. DE-AC07-05ID14517下在Western Hydrogen和Battelle Energy Alliance, LLC之间的合作研究和开发协议下制作出的。美国政府对本发明具有一定的权利。

技术领域

本发明大体上涉及在气体生产中使用的反应器和系统，并且更具体地涉及在反应器(如碱金属反应器)中使用的构件和方法。

背景技术

基于烃的燃料(包括石油产品、天然气等)已经是且仍是全球能量生产的主要来源。全球石油储备的预测、期望提供更“绿色”或对环境友好的能量和许多其它问题已经激励个人、公司和政府研究可能的能量生产替代物。这些研究和开发工作包括用于用现有的已知能源产生能量的改进的技术、系统和方法的探寻。例如，已经进行了关于开采位于使用常规技术难以到达的地理位置中的石油的能力的工作。此外，已经进行了工作来使现有的能量处理更高效、更成本有效且对环境更友好。

其它工作集中于从过去被较大忽视的储备中开采能量。在一些情况下，这些资源或储备由于它们不如其它可用的资源那样富含碳而已经被忽略。在其它情况中，只是更难将资源转变成可用的能量形式。例如，已经进行了较大的工作来从如沥青砂和油页岩的资源采油。尽管在技术上是可行的，但是过去从此类资源采油通常被认作是低效且对生态不友好的。

当前的研究也已经集中于潜在的新能源以及其它现有替代能源的改善。例如，改善太阳能技术、风能生产、生物燃料生产和氢生产的工作所有都在前进。然而，如本领域的普通技术人员将认识到的是，所有这些工作碰到了各种障碍，一些是经济上的、一些是政治上的，且一些是科学上的。

因此，不断期望提供新能源，改善能量开采工作，且改善现有的工艺和技术，以便更高效地、更丰富地且以对环境更友好的方式提供能量。

发明内容

本发明的实施例为在气体生产中使用的相关反应器，以及反应器可在其中使用的系统和工艺。此外，本发明的各种实施例涉及反应器中使用的构件。

根据本发明的一个实施例，提供了一种反应器。反应器包括炉和定位成由炉加热的坩埚，坩埚限定内部空间。下管至少部分地设置在内部坩埚内，其中下管包括导管，其具有在第一端处的入口和在第二端处的出口。下管还包括在导管中形成在第一端与第二端之间的至少一个开口。出口和至少一个开口构造成为容纳在坩埚内的任何液体材料提供再循环通路。

在一个实施例中，至少一个开口可在其一端处渐缩。此外，至少一个开口可包括在导管内的、在第一端与第二端之间的多个开口。在一个特定实施例中，基本垂直于纵向轴线截取的下管的横截面面积为沿基本垂直于轴线截取的坩埚的横截面面积的大约一半。多个引导部件可联接到导管上，以将下管保持在坩埚内的期望位置。此外，偏流结构可与导管相关联，以沿期望方向或模式引导流过出口的任何流体。

在一个特定实施例中，入口设在坩埚的下端处，以用于引入氧化材料。多孔盘或筛可定位在坩埚的底部内，以便在氧化材料引入容纳在坩埚内的液体中时，多个气泡形成在液体内。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种气体处理系统。系统包括氧化材料供应源、烃材料供应源，以及反应器。反应器包括炉和定位成由炉加热的坩埚。坩埚限定内部空间，且在其中含有催化剂材料。下管沿轴线至少部分地设置在内部坩埚内。下管包括导管，导管具有第一端、第二端和在第一端与第二端之间的至少一个开口。 导管的第一端与烃材料供应处于流体连通，且第二端提供进入坩埚的内部空间的出口。出口和至少一个开口为坩埚内的催化剂材料限定再循环通路。氧化材料供应可与形成在坩埚的下部部分中的入口联接。多孔结构可置于坩埚的下部部分中，使得氧化材料首先穿过多孔结构，且然后作为多个气泡进入容纳在坩埚内的催化剂材料中。

在一个特定实施例中，系统的催化剂材料包括盐，例如，如，碳酸钠。烃材料供应可包括残留沥青，且氧化材料供应可包括水。