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公開番号2025173502
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-27
出願番号2025081232
出願日2025-05-14
発明の名称自己洗浄回転要素を含む反応器、並びに関連するシステム、デバイス、及び方法
出願人モダンハイドロゲン,インコーポレイティド
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類B01J 19/00 20060101AFI20251119BHJP(物理的または化学的方法または装置一般)
要約【課題】化学反応器における炭素生成物又は共生成物の固体堆積を処理するシステム及び方法を提供する。
【解決手段】実施形態は、第1の表面、第2の表面を含む回転要素を含む熱分解反応器を含み、動作中、第1の表面及び/又は第2の表面は、固体炭素を受け取るように配置され、第1の表面及び/又は第2の表面上に炭素蓄積をもたらし、回転要素が回転するにつれて、第1の表面及び/又は第2の表面は、炭素蓄積の少なくとも一部を除去するように構成されている。いくつかの実施形態は、熱分解反応器、再生酸化剤供給物、及び機械的除去機構を含む熱分解システムを含む。いくつかの実施形態は、外面を含む第1の回転管と、内面を含む第2の回転管と、外面と内面との間の熱分解チャンバとを含む熱分解反応器を含み、第1の回転管及び第2の回転管の回転は、炭素蓄積を除去するように構成されている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
システム供給物から生成物流を生成するように構成された熱分解反応器であって、前記システム供給物は炭化水素反応物を含み、前記生成物流は水素ガス及び固体炭素を含み、前記反応器は、
第１の表面を含む回転要素と、
前記第１の表面から所定の距離以下だけ離間した第２の表面と、を備え、動作中、
前記第１の表面及び／又は前記第２の表面は、前記固体炭素を受け取るように配置され、前記第１の表面及び／又は前記第２の表面上に炭素蓄積をもたらし、
前記回転要素が回転するにつれて、前記第１の表面及び／又は前記第２の表面は、前記炭素蓄積の少なくとも一部を除去するように構成されている、熱分解反応器。
続きを表示（約 680 文字）【請求項２】
前記回転要素は第１の回転要素を含み、前記熱分解反応器は、前記第２の表面を含む第２の回転要素を更に含む、請求項１に記載の反応器。
【請求項３】
動作中、前記炭素蓄積は、前記第１の表面及び前記第２の表面で受け取られる、請求項２に記載の反応器。
【請求項４】
前記第１の回転要素及び前記第２の回転要素は、同じ方向に回転するように構成されている、請求項２に記載の反応器。
【請求項５】
前記第１の回転要素及び／又は前記第２の回転要素は、センサフィードバック及び時間間隔のうちの少なくとも１つに基づいて、回転を停止させ、及び／又は回転方向を逆転させるように構成されている、請求項２に記載の反応器。
【請求項６】
前記第１の回転要素及び前記第２の回転要素は、異なる断面寸法を有する、請求項２に記載の反応器。
【請求項７】
前記第１の回転要素と前記第２の回転要素とは、異なる形状を有する、請求項２に記載の反応器。
【請求項８】
前記第１の回転要素及び前記第２の回転要素の回転は、前記炭素蓄積を前記第１の表面及び前記第２の表面のそれぞれから除去させる、請求項２に記載の反応器。
【請求項９】
前記第１の回転要素及び前記第２の回転要素は、螺旋状回転要素である、請求項２に記載の反応器。
【請求項１０】
前記所定の距離は、０．５ミリメートル～５００ミリメートルである、請求項１に記載の反応器。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本出願は、２０２４年５月１４日に出願された米国仮特許出願第６３／６４７，５４８号の利益を主張するものであり、その全文は参照により本明細書に組み込まれる。
続きを表示（約 3,800 文字）【０００２】
（発明の分野）
本開示は、概して、反応器及び反応器の洗浄に関する。より詳細には、本開示は、熱分解反応器、再生熱分解反応器、及び固体炭素生成物を除去するように構成された反応器の自己洗浄回転要素に関する。
【背景技術】
【０００３】
特定の化学反応は、ガス又は液体の前駆体から固体の炭素生成物又は共生成物を生成する。そのような反応の例は、熱分解反応である。炭化水素（例えば、天然ガス、メタン、プロパン、及び／又は他の適切な炭化水素）の熱分解反応において、炭化水素は、水素ガス（Ｈ
２
）及び固体炭素（Ｃ）に分離する。例として、メタン熱分解は、メタンを水素と固体炭素とに分解する（ＣＨ
４
→Ｃ＋２Ｈ
２
）。ガス又は液体前駆体から固体炭素生成物又は共生成物を生成する化学反応の他の例としては、プロパン熱分解、エチレンクラッキング、及びメタンの乾式改質が挙げられ、これらのそれぞれは、一般に、コーキング及び炭素蓄積に関する問題に遭遇し得る。化学反応器が目詰まりすることなく連続的に動作できるように、この固体蓄積を除去して清掃することは、設計上の大きな課題である。固体堆積は、気相反応で生成された粒子の蓄積、並びに高温表面上での直接堆積反応（例えば、化学蒸着（ＣＶＤ）による）の両方のために生じる。したがって、この技術分野では、炭素生成物又は共生成物の固体堆積を処理するシステム及び方法が必要とされている。
【０００４】
化学反応器を目詰まりなしに連続的に動作させるための設計上の課題に加えて、ガス又は液体前駆体から固体炭素生成物又は共生成物を生成する化学反応の性質に起因する更なる設計上の課題がある。例えば、熱分解反応器は、非常に高い動作温度を有することがあり、これは、反応器内で使用される構成要素のタイプを制限することがあり（構成要素が高い動作温度で動作しなければならないため）、構成要素及び反応器を摩耗させ、反応器を連続的に動作させることを困難にし得る。
【発明の概要】
【０００５】
一般に、本開示は、反応器及び反応器の洗浄に関し、より詳細には、熱分解反応器、熱分解反応器の再生、及び固体炭素生成物を除去するように構成された熱分解反応器の自己洗浄回転要素に関する。一例では、本開示は、システム供給物から生成物流を生成するように構成された熱分解反応器を含み、システム供給物は炭化水素反応物を含み、生成物流は水素ガス及び固体炭素を含む。反応器は、第１の表面を含む回転要素を含み得る。反応器はまた、第１の表面から所定の距離以下だけ離間した第２の表面を含み得、動作中、第１の表面及び／又は第２の表面は、固体炭素を受け取るように配置され、第１の表面及び／又は第２の表面上に炭素蓄積をもたらし、回転要素が回転するにつれて、第１の表面及び／又は第２の表面は、炭素蓄積の少なくとも一部を除去するように構成されている。
【０００６】
別の例では、本開示は熱分解システムを含む。熱分解システムは、システム供給物から生成物流を生成するように構成された熱分解チャンバを含む熱分解反応器を含み得、システム供給物は炭化水素反応物を含み、生成物流は水素ガス及び固体炭素を含む。熱分解システムはまた、再生酸化剤供給物を含み得、熱分解反応器は、熱分解チャンバ内で再生酸化剤を炭素蓄積と反応させて、熱分解反応器から出力される再生生成物流を生成するように構成され、再生酸化剤供給物は、酸化を通して炭素蓄積の第１の部分を除去するように構成されている。熱分解システムはまた、機械的除去機構を含み得、機械的除去機構は、炭素蓄積の第２の部分を除去するように構成されている。
【０００７】
別の例では、本開示は、システム供給物から生成物流を生成するように構成された熱分解反応器を含み、システム供給物は炭化水素反応物を含み、生成物流は水素ガス及び固体炭素を含む。反応器は、外面を含む第１の回転管を含み得る。反応器はまた、内面を含む第２の回転管を含み得、第１の回転管と第２の回転管は同軸であり、非同心である。反応器はまた、第１の回転管の外面と第２の回転管の内面との間に熱分解チャンバを含み得、システム供給物の熱分解は、熱分解チャンバ内で生じるように構成されている。動作中、第１の回転管は、外面上に堆積する固体炭素を受け取るように配置され、第２の回転管は、内面上に堆積する固体炭素を受け取るように配置され、外面及び内面上に炭素蓄積をもたらし、第１の回転管及び第２の回転管の回転は、炭素蓄積の少なくとも一部を除去するように構成されている。
【０００８】
１つ以上の例の詳細は、添付図面及び下の説明に記載されている。他の特徴、目的及び利点は、説明及び図面から、並びに特許請求の範囲から、明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
以下の図面は、本発明の特定の実施形態を例解するものであり、したがって、本発明の範囲を限定するものではない。図面は、（そのように記載されていない限り）必ずしも縮尺通りではなく、以下の詳細な記述における説明と併せて使用することが意図されている。本発明の実施形態は、以下、添付図面と併せて説明され、同様の符号は、同様の要素を表す。
【００１０】
一実施形態による、固体生成物を受け取るように配置された回転要素を含む反応器の概略図である。
一実施形態による、固体生成物を受け取るように配置された複数の回転要素を含む反応器の概略図である。
一実施形態による、様々な形状を有する回転要素の概略図である。
一実施形態による、様々な形状を有する回転要素の概略図である。
一実施形態による、様々な形状を有する回転要素の概略図である。
一実施形態による、様々な形状を有する回転要素の概略図である。
一実施形態による、様々な形状を有する回転要素の概略図である。
一実施形態による、様々な形状を有する円筒形回転要素の概略図である。
一実施形態による、様々な形状を有する円筒形回転要素の概略図である。
一実施形態による、様々な形状を有する円筒形回転要素の概略図である。
一実施形態による、様々な形状を有する円筒形回転要素の概略図である。
一実施形態による、様々な形状を有する円筒形回転要素の概略図である。
一実施形態による、ハウジング内の様々な形状を有する円筒形回転要素の概略図である。
一実施形態による、ハウジング内の様々な形状を有する円筒形回転要素の概略図である。
一実施形態による、ハウジング内の様々な形状を有する円筒形回転要素の概略図である。
一実施形態による、ハウジング内の様々な形状を有する円筒形回転要素の概略図である。
一実施形態による、ハウジング内の様々な形状を有する円筒形回転要素の概略図である。
一実施形態による、螺旋状回転要素の概略図の異なる図である。
一実施形態による、螺旋状回転要素の概略図の異なる図である。
一実施形態による、反応器の動作中に経時的に増加するトルクの関係を示す実験データのプロットである。
一実施形態による、炭素生成物を受け取るように配置された回転要素を含む反応器の概略図の異なる図である。
一実施形態による、炭素生成物を受け取るように配置された回転要素を含む反応器の概略図の異なる図である。
一実施形態による、回転要素及び回転要素に対する様々な熱源の概略図である。
一実施形態による、回転要素及び回転要素に対する様々な熱源の概略図である。
一実施形態による、反応器内で生成された固体生成物を除去するための方法のフロー図である。
一実施形態による、再生機能を備えた熱分解システムの概略図である。
一実施形態による、熱分解システムの逆流の概略図である。
一実施形態による、再生機能を備えた熱分解システムの概略図である。
一実施形態による、再生機能を備えた熱分解システムの概略図である。
一実施形態による、熱分解反応器の外観を示す概略図である。
一実施形態による、図１５の熱分解反応器の簡略化された断面の概略図である。
一実施形態による、２つの管の配置を有する反応器の簡略化された概略図である。
一実施形態による、熱源を有する図１７の反応器の簡略化された概略図である。
一実施形態による、反応器のアレイの概略図である。
一実施形態による、金属エンドアダプタアセンブリの概略図である。
一実施形態による、金属エンドアダプタアセンブリの概略図である。
一実施形態による、反応器の領域内の反応荷重の概略図である。
一実施形態による、逆回転２管反応器の自由体図である。
一実施形態による、反応器から炭素蓄積を除去する方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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