专利名称：具有再辐射表面的化学反应器以及相关的系统和方法
技术领域：
本发明的技术总体上涉及具有再辐射表面的化学反应器以及相关的系统和方法。在具体实施方案中，具有再辐射表面的反应器系统可以用于由多种原料生产清洁燃烧的、基于氢的燃料，且可以由当形成基于氢的燃料时释放出的碳和/或其它元素生产结构构件块。
背景技术：
可再生能源诸如太阳能、风能、波能、落水能和基于生物质的能源具有用作重要能源的巨大潜力，但是目前遇到多种阻止普遍采用的问题。例如，在发电中使用可再生能源取决于可能是间断性的能源的可用性。太阳能受限于太阳的可用性(即，仅白天)，风能受限于风的变化性，落水能受限于干旱，且生物质能受限于季节变化，以及其它。作为这些和其它因素的结果，许多来自可再生能源的能量(捕获的或未捕获的)倾向于被浪费掉。前述与捕获和节约能量相关的无效会限制可再生能源成为世界上许多区域的可行能量提供者，因为它们经常导致高能量生产成本。因而，世界继续依赖于石油和其它化石燃料作为主要能源，这至少部分地因为，支持与化石燃料相关的技术开发的政府补助金和其它项目，使得使用这种燃料表面上是方便的且看来似乎是廉价的。同时，在由这些燃料产生的能量的购买价格中没有包括消耗的资源的重置成本、环境退化代价、健康影响和化石燃料使用的其它副产物。鉴于目前与持续生产可再生资源相关的前述和其它缺点，仍然需要提高使用这样的资源生产产品和燃料的有效性和商业可行性。
图I是根据本发明公开的技术的一个实施方案，具有再辐射组件的反应器的系统的部分示意的、部分横截面图解。图2解释了根据本发明公开的技术的一个实施方案，随着代表性的反应物的波长和再辐射材料而变化的吸收特征。图3是图I所示的反应器的一部分的局部放大示意图，所述反应器具有根据本发明公开的技术的特定实施方案构建的再辐射组件。图4是图2所示的反应器的一部分的局部放大示意图，所述反应器具有根据本发明公开的技术的另一个实施方案构建的再辐射组件。
图5是图2所示的反应器的一部分的局部放大示意图，所述反应器具有根据本发明公开的技术的另一个实施方案构建的反射式再辐射组件。
具体实施例方式I.概沭下面描述了用于在化学反应器中转移、调节或以其它方式再辐射辐射能的装置、系统和方法的几个实施例。这样的反应器可以用于生产氢燃料和/或其它有用的终产物。因此，所述反应器可以生产清洁燃烧的燃料，且可以重新计划用于耐用品(包括聚合物和碳复合材料)中的碳和/或其它成分。尽管下面的描述以足以使相关领域的技术人员能够实现、制备和使用它们的方式提供了下述实施例的许多具体细节，下述的几个细节和优点可能不是实践所述技术的某些实施例所必需的。另外，所述技术可以包括在权利要求范围内、但是在这里没有详细描述的其它实施例。
在整个本说明书中提及的“一个实施例”、“实施例”、“一个实施方案”或“实施方案”是指，结合所述实施例描述的特定部件、结构、过程或特征被包括在本发明技术的至少一个实施例中。因而，短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个实施方案”或“实施方案”在本说明书的不同地方的出现，不一定都是指同一个实施例。此外，特定部件、结构、例程、步骤或特征可以以任意合适的方式组合在所述技术的一个或多个实施例中。本文提供的标题仅仅是为了方便，无意限制或解释要求保护的技术的范围或含义。下述技术的某些实施分案可以采取计算机可执行指令(包括由可编程的计算机或控制器执行的例程)的形式。相关领域的技术人员会明白，所述技术可以在下面显示和描述的那些以外的计算机或控制器系统上实现。所述技术可以体现在特殊用途计算机、控制器或数据处理器中，所述特殊用途计算机、控制器或数据处理器特别地编程、构造或构建成执行下述的计算机可执行指令中的一个或多个。因此，在本文中一般地使用的术语“计算机”和“控制器”是指任意数据处理器，且可以包括因特网装置、手提式装置、多处理器系统、可编程的用户电子器件、网络计算机、微型计算机等等。所述技术也可以在分布式环境中实现，其中由通过通信网络连接的远程处理装置来执行任务或模块。下述技术的多个方面可以储存或分布在计算机可读介质上，所述计算机可读介质包括磁盘或光学可读盘或可移动的计算机盘以及电子地分布在网络上的介质。在具体实施方案中，所述技术的某些方面特有的数据结构和数据传输也被包括在本发明的技术范围内。本发明的技术包括将计算机可读介质程序化成执行特定步骤、以及执行所述步骤的方法。根据特定实施方案的化学反应器包括具有反应区的反应器容器。反应物供给联接至反应器容器，以将反应物导入反应区中。反应物具有这样的峰吸收波长范围在该范围内，它吸收比在非峰波长时更多的能量。再辐射组件设置在反应区处，以接收在具有第一峰波长范围的第一波谱内的辐射，并将所述辐射在具有第二峰波长范围(其不同于第一峰波长范围)的第二波谱内再辐射进反应区。第二峰波长范围比第一峰波长范围更接近反应物的峰吸收波长。因此，由再辐射组件执行的再辐射功能可以提高由反应物接收的能量用于完成反应器容器中的反应的效率。根据公开内容的一个实施方案的一个代表性的化学过程包括将化学反应物导入反应区中，所述化学反应物包括氢供体，且反应物中的至少一种具有这样的峰吸收波长范围在该范围内，它吸收比在非峰波长时更多的能量。所述方法另外包括吸收在具有第一峰波长范围的第一波谱内的辐射，并将所述辐射在具有第二峰波长范围的第二波谱内再辐射进反应区，所述第二峰波长范围不同于第一峰波长范围，且比第一峰波长范围更接近反应物的峰吸收波长范围。所述技术的其它方面涉及生产化学反应器的方法。一种这样的方法包括选择用于反应室中的化学反应物，以包括氢供体，其中反应物中的至少一种和/或得到的产物具有这样的峰吸收波长范围在该范围内，它吸收比在非峰波长时更多的能量。所述方法可以另外包括选择再辐射组件，所述再辐射组件设置在反应区处，以接收在具有第一峰波长范围的第一波谱内的辐射，并在具有第二峰波长范围的第二波谱内再辐射所述辐射，所述第二峰波长范围不同于第一峰波长范围，且比第一峰波长范围更接近反应物的峰吸收波长范围。这种用于设计和生产反应器的技术可以生产具有上述的增强的热效率的反应器。2.代表性的反应器和相关的方法图I是包括反应器110的系统100的部分示意图。所述反应器110另外包括具有外表面121的反应器容器111，所述外表面121封闭或部分地封闭反应区112。反应器容器111具有一个或多个再辐射组件，所述再辐射组件设置成促进在反应区112内发生的化学 反应。在一个代表性的实施例中，反应器容器111接收氢供体，所述氢供体由供体源101提供至供体入口 113。例如，所述氢供体可以包括甲烷或其它烃。在反应器容器111内的供体分配器或歧管115将氢供体分散或分配至反应区112中。反应器容器111也经由蒸汽入口114接收来自蒸汽/水源102的蒸汽。在反应器容器111中的蒸汽分配器116将蒸汽分配至反应区112中。反应器容器111可以另外包括加热器123，所述加热器123为反应区112提供热量，以促进吸热反应。这样的反应可以包括，将甲烷或其它烃离解成氢或氢化合物和碳或碳化合物。所述反应产物(例如，碳和氢)经由离开口 117离开反应器容器111，并被收集在反应产物收集器160a处。系统100可以另外包括辐射能和/或其它反应物的源103，所述源103向反应器容器111内的通道118提供成分。例如，辐射能/反应物源103可以包括燃烧室104，所述燃烧室104向通道118提供热燃烧产物105，如箭头A所示。在一个具体实施方案中，所述通道118相对于通道中线122是同心的。在其它实施方案中，所述通道118可以具有其它几何形状。燃烧产物收集器160b收集离开反应器容器111的燃烧产物，用于再循环和/或其它用途。在一个具体实施方案中，燃烧产物105可以包括一氧化碳、水蒸气和其它成分。一个或多个再辐射组件150设置在反应区112 (其可以环状地设置在通道118周围)和通道118的内部区域120之间。再辐射组件150因此可以吸收来自通道118的入射辐射R，并将再辐射能RR导入反应区112中。再辐射能RR可以具有这样的波长谱或分布其更紧密地匹配、接近、重叠和/或对应反应物中的至少一种和/或得到的产物中的至少一种的吸收波谱。通过递送在有利地转移的波长的辐射能，系统100可以增强发生在反应区112中的反应，例如，通过提高反应物吸收能量的效率，从而增加反应区温度和/或压力，并因此增加反应速率和/或反应的热力学效率。在该实施方案的一个具体方面，由源103提供的燃烧产物105和/或其它成分可以是来自另一个化学过程(例如，内部燃烧过程)的废产物。因此，除了促进在反应区112处的反应以外，前述过程可以再循环或再利用否则会被浪费的能量和/或成分。
在至少一些实施方案中，再辐射组件150可以与可透射的表面119结合地和/或集成地使用，所述可透射的表面119允许化学成分(例如，反应物)从通道118的内部区域120容易地传递至反应区112。代表性的可透射的表面的其它细节公开在标题为“REACTORVESSELS WITH TRANSMISSIVE SURFACES FOR PRODUCING HYDROGEN-BASED FUELS ANDSTRUCTURAL ELEMENTS, AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS” 的共同未决的美国申请号—(代理人案卷号69545. 8602US)中，该申请随同本申请同时提交，并通过引用并入本文。在其它实施方案中，所述反应器110可以包括一个或多个再辐射组件150，且不包括可透射的表面119。在这些实施方案中的任一个中，在燃烧产物105中存在的辐射能可以作为燃烧过程的固有结果而存在。在其它实施方案中，操作人员可以将添加剂引入燃烧产物105的蒸汽(和/或产生燃烧产物的燃料)中，以增加提取自所述流并以辐射能的形式递送至反应区112的能量的量。例如，可以给燃烧产物105 (和/或燃料)接种钠、钾和/或镁，它们可以吸收来自燃烧产物105的能量，并在希望的频率将所述能量向外辐射进反应区112中。这些发光添加剂可以在再辐射组件150以外使用。系统100可以另外包括控制器190，所述控制器190接收输入信号191 (例如，来自传感器)，并至少部分地基于输入信号191来提供输出信号192 (例如，控制指令)。因此， 控制器190可以包括合适的处理器、存储器和1/0能力。控制器190可以接收与测量的或感知的压力、温度、流速、化学浓度和/或其它合适的参数相对应的信号，且可以发出控制反应物传递速率、压力和温度、加热器激活、阀门设置和/或其它合适的主动可控参数的指令。操作人员可以提供额外的输入，以修改、调节和/或忽略由控制器190自动执行的指令。图2的图显示了随着代表性的反应物(例如，甲烷)的波长和代表性的再辐射组件而变化的吸收。图2解释了包括多个反应物峰吸收范围131的反应物吸收波谱130，其中的3个在图2中突出显示为第一、第二和第三峰吸收范围131a、131b、131c。峰吸收范围131代表这样的波长反应物吸收的该波长的能量比在波谱130的其它部分处更多。波谱130可以包括在特定范围(例如，第三峰吸收范围131c)内的峰吸收波长132。图2也解释了具有第一峰波长范围141a的第一辐射能波谱140a。例如，第一辐射能波谱140a可以代表来自上面参考图I所述的燃烧产物105的发射。在上述的再辐射组件150已经吸收和再发射辐射能以后，它可以生成具有第二峰波长范围141b的第二辐射能波谱140b，所述第二峰波长范围141b又包括再辐射峰值142。一般而言，再辐射组件150的功能是，将辐射能的波谱从第一辐射能波谱140a和峰波长范围141a转移至第二辐射能波谱140b和峰波长范围141b，如箭头S所示。作为转移的结果，第二峰波长范围141b比第一峰波长范围141a更接近反应物的第三峰吸收范围131c。例如，第二峰波长范围141b可以与第三峰吸收范围131c重叠，且在一个具体实施方案中，再辐射峰值142可以是在反应物峰吸收波长132处或在大约相同的波长处。以此方式，再辐射组件会更紧密地对齐具有这样的峰的辐射能波谱在所述峰处，反应物有效地吸收能量。在下面参考图3-5更详细地描述了用于执行该功能的代表性结构。图3是上面参考图I描述的反应器110的一部分的部分示意的、放大横截面图解，所述反应器110具有根据所述技术的特定实施方案构造的再辐射组件150。所述再辐射组件150设置在通道118 (和在通道118中的辐射能R)和反应区112之间。所述再辐射组件150可以包括形成隔开的结构158的材料层151，所述材料层151又携带再辐射材料152。例如，所述层151可以包括石墨烯层或由合适的构件块元素(诸如碳、硼、氮、硅、过渡金属和/或硫)制成的其它晶体层或自定向层。碳是一种特别合适的成分，因为它是相对廉价的且可容易地得到。实际上，它是可以在反应区112中完成的反应的目标输出产物。合适的结构的其它细节公开在标题为“ARCHITECTURAL CONSTRUCT HAVING FOR EXAMPLE A
PLURALITY OF ARCHITECTURAL CRYSTALS”的共同未决的美国申请号_(代理人案卷号
69545. 8701US)中，该申请随同本申请同时提交，并通过引用并入本文。每个结构158可以与它的邻近结构隔开间隙153。所述间隙153可以由隔离物157维持，所述隔离物157在相邻结构158之间延伸。在具体实施方案中，在结构158之间的间隙153的宽度可以是约2. 5微米至约25微米。在其它实施方案中，间隙153可以具有其它值，这取决于例如入射辐射能R的波长。隔离物157设置在隔开的位置，所述位置是在图3的平面内且与该平面垂直，因而不会堵塞辐射和/或化学成分穿过组件150的通道。辐射能R可以包括第一部分Rl，所述第一部分Rl通常与隔开的分层结构158平行 地对齐，并因此经由间隙153完全穿过再辐射组件150，进入反应区112，而不接触再辐射材料152。辐射能R也可以包括第二部分R2，所述第二部分R2碰撞再辐射材料152，并因此作为再辐射部分RR再辐射进反应区112中。反应区112因此可以包括具有不同的能量谱和/或不同的峰波长范围的辐射，这取决于入射辐射R是否碰撞再辐射材料152。反应区112中的这种能量组合对于至少一些反应而言可以是有益的。例如，波长越短，辐射能的更高频率(更高能量)部分可以促进在反应区112中发生的基础反应，例如，在有蒸汽存在下离解甲烷以形成一氧化碳和氢。波长越长，更低频率(更低能量)部分可以防止反应产物附着于反应器110的表面上，和/或可以使这样的产物与反应器表面分离。在具体实施方案中，在反应区112中的甲烷可以吸收辐射能，在其它实施方案中，其它反应物(例如，在反应区112中的蒸汽)或产物可以吸收辐射能。在至少一些情况下，优选地由蒸汽吸收辐射能。以此方式，蒸汽接收足够的能量，以致于热到足以完成在反应区112内的吸热反应，不需要加热碳原子，如果所述碳原子在离解后没有迅速氧合，所述加热可能潜在地造成微粒或焦油。再辐射材料152可以包括多种合适的成分，包括碳化铁、碳化钨、碳化钛、碳化硼和/或氮化硼。这些材料以及形成隔开的结构158的材料，可以基于几种性质进行选择，所述性质包括耐蚀性和/或压缩负荷。例如，给碳结构加载前述碳化物或氮化物中的任一种，可以生产压缩结构。压缩结构的一个优点是，与处于张力下的结构相比，它更少受到腐蚀。另外，可以增强结构成分(例如，前述碳化物和氮化物)的固有耐蚀性，因为在压缩下，所述结构对腐蚀性试剂(包括蒸汽)的渗透性更低，所述腐蚀性试剂可能刚好作为反应物存在于反应区112中，和作为燃烧产物105的成分存在于通道118中。前述成分可以单独使用，或与磷、氟化钙和/或其它发磷光的材料联合使用，从而可能延迟由再辐射材料152再辐射的能量。该特征可以消除向反应区112供应辐射能的至少一些不规则性或间隙性。另一种合适的再辐射材料152包括氧化镁和/或氧化铝的其它复合材料或尖晶石。尖晶石可以提供上述的压缩应力，且可以使吸收的辐射向红外转移，从而促进反应区112的加热。例如，钠或钾可以发射可见辐射(例如，红色/橙色/黄色辐射)，所述可见辐射可以被尖晶石或其它携带氧化铝的材料转移至红外带。如果氧化镁和氧化铝(包括含有着色添加剂诸如镁、铝、钛、铬、镍、铜和/或钒的组合物)存在于再辐射材料152中，再辐射材料152可以发射具有多个峰的辐射，这又可以允许在反应区112内的多个成分吸收辐射倉泛。显示在图3中的再辐射组件150的具体结构包括间隙153，所述间隙153不仅可以允许辐射穿过，而且可以允许成分穿过。因此，再辐射组件150也可以形成可透射的表面119，如上面参考图I所述，所述表面119可以通过允许反应物进入来进一步促进在反应区112中的反应。图4是根据本发明公开的技术的另一个实施方案构建的再辐射组件450的部分示 意图。在该实施方案的一个方面，再辐射组件450包括面向入射辐射能(由箭头R指示)的第一表面454a和面向反应区112的第二表面454b。所述第一表面454a可以包括吸收部件455，例如，有利于快速地且彻底地吸收入射辐射R的表面部件(例如，凹坑或孔)。这样的部件可以涂有或以其它方式包括向内反射材料和熄灭材料(extinguishing material),诸如铬。其它合适的特征包括深颜色(例如，黑色)，以增强辐射吸收。再辐射组件450另外包括在第一表面454a和第二表面454b之间的传导体积456。选择所述传导体积456,以将在第一表面454a处吸收的能量传导性地传递至第二表面454b，如箭头RC所示。因此，传导体积456可以包括石墨、金刚石、氮化硼、铜、氧化铍和/或其它强热导体。第二表面454b可以包括上述再辐射材料152中的任一种。因此，再辐射材料152会将辐射再辐射至反应区112中(如箭头RR所示)，其中所述辐射会以上述任一种方式增强反应。图5是根据所述技术的另一个实施方案构建的再辐射组件550的部分示意图。在该实施方案中，反应器110包括可透射的表面519，所述表面519设置在通道118中的辐射能(由箭头R指示)和反应区112之间。可透射的表面519可以包括玻璃或其它合适的材料。辐射能R穿过反应区112，并碰撞再辐射组件550，在该具体实施方案中，所述再辐射组件550设置在反应器容器111的外表面121处或附近。再辐射组件550包括再辐射材料152，所述再辐射材料152将入射能作为再辐射能RR再辐射回反应区112中，它可以在所述反应区112中以上述任一种方式增强反应。在至少一些实施方案中，可能希望允许反射入射辐射能R中的一些，而不在新波长再辐射。因此，再辐射组件550可以包括这样的区域所述区域是纯反射的，且不具有再辐射材料152。这些区域可以具有多种形状(例如，板条、棋盘和/或其它形式)中的任一种。在其它实施方案中，可能希望改变再辐射组件550反射入射辐射(相对于再辐射、入射辐射)的程度。因此，反应器110可以包括致动器570，所述致动器570运行以选择性地暴露或覆盖组件550的反射部分和/或组件550的再辐射部分。在其它实施方案中，可以调节所述组件将入射辐射R转移至的波长，例如，在反应过程中，或在反应之间，例如，如果将不同的反应物或辐射源引入反应器110中。在这样的情况下，致动器570可以调节影响再辐射材料152的吸收和/或再辐射特征的多个合适参数中的任一个。这些参数可以包括材料温度，所述材料温度又可以改变材料颜色。通过加热材料152或增加/减少在材料152附近的绝缘，可以调节温度。通过使电流穿过材料152和/或通过其它技术，也可以改变材料152的特征。从前述内容应当理解，为了例证目的，在本文中已经描述了所述技术的具体实施方案，但是可以做出不同修改，而不偏离所述技术。例如，辐射能源150可以提供除了燃烧产物流以外的流体或其它辐射能发射体。所述再辐射组件可以包括除了上面明确描述的那些以外的材料。上述的反应可以包括其它烃或包含除了碳以外的成分的氢供体，例如，包含硼、氮、硅和/或硫的氢供体。代表性的反应物包括甲醇、汽油、丙烷、船用燃料和乙醇。在具体实施方案中，所述反应器可以具有除了上述那些以外的总排列，并仍然引入可透射的组件。所述再辐射组件可以使峰辐射能波长向反应物中的一种或多种和/或产物中的一种或多种的吸收峰转移。在其它实施方案中，可以组合或消除在特定实施方案的背景下描述的技术的某些方面。例如，在图5的背景下描述的反射式再辐射组件550可以与再辐射组件150、450相组合，以转移额外的辐射能。在至少一些实施方案中，可以消除上面在图I所示的反应器110背景下描述的具体部件(例如，加热器123)。此外，尽管在那些实施方案的背景下已经描述了与所述技术的某些实施方案相关的优点，但是其它实施方案也可能表现出这样的优点，并非所有实施方案都一定需要表现出这样的优点才能落入本公开内容的范围内。因此，本公开内容和相关的技术可以包括在本文中没有明确显示或描述的其它实施方案。就以前没有通过引用并入本文而言，本申请通过引用整体并入下述文献中的每一
篇的主题2010 年 8 月 16 日提交的标题为 SUSTAINABLE ECONOMIC DEVELOPMENT THROUGHINTEGRATED PRODUCTION OF RENEWABLE ENERGY, MATERIALS RESOURCES, AND NUTRIENTREGMES的美国专利申请号12/857，553 ;2010年8月16日提交的标题为SYSTEMS ANDMETHODS FOR SUSTAINABLE ECONOMIC DEVELOPMENT THROUGH INTEGRATED FULL SPECTRUMPRODUCTION OF RENEWABLE ENERGY 的美国专利申请号 12/857，553 ；2010 年 8 月 16 日提交的标题为 SYSTEMS AND METHODS FOR SUSTAINABLE ECONOMIC DEVELOPMENT THROUGHINTEGRATED FULL SPECTRUM PRODUCTION OF RENEWABLE MATERIAL RESOURCES USING SOLARTHERMAL的美国专利申请号12/857，554 ；2010年8月16日提交的标题为ENERGY SYSTEMFOR DWELLING SUPPORT的美国专利申请号12/857,502 ；2011年2月14日提交的标题为 DELIVERY SYSTEMS WITH IN-LINE SELECTIVE EXTRACTION DEVICES AND ASSOCIATEDMETHODS OF OPERATION的代理人案卷号69545-8505. US00 ;2010年8月16日提交的标题为 COMPREHENSIVE COST MODELING OF AUTOGENOUS SYSTEMS AND PROCESSES FOR THEPRODUCTION OF ENERGY, MATERIAL RESOURCES AND NUTRIENT REGMES 的美国专利申请号 61/401，699 ;2011 年 2 月 14 日提交的标题为 CHEMICAL PROCESSES AND REACTORS FOREFFICIENTLY PRODUCING HYDROGEN FUELS AND STRUCTURAL MATERIALS, AND ASSOCIATEDSYSTEMS AND METHODS的代理人案卷号69545-8601. US00 ；2011年2月14日提交的标题为 REACTOR VESSELS WITH TRANSMISSIVE SURFACES FOR PRODUCING HYDROGEN-BASEDFUELS AND STRUCTURAL ELEMENTS, AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS 的代理人案卷号 69545-8602. US00 ；2011 年 2 月 14 日提交的标题为 THERMAL TRANSFER DEVICE ANDASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS 的代理人案卷号 69545-8604. US00 ;2011 年 2 月 14 日提交的标题为 CHEMICAL REACTORS WITH ANNULARLY POSITIONED DELIVERY AND REMOVALDEVICES, AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS 的代理人案卷号 69545-8605. US00 ;2011年 2 月 14 日提交的标题为 REACTORS FOR CONDUCTING THERMOCHEMICAL PROCESSES WITHSOLAR HEAT INPUT, AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS 的代理人案卷号 69545-8606.US00 ；2011 年 2 月 14 日提交的标题为 INDUCTION FOR THERMOCHEMICAL PROCESS, ANDASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS 的代理人案卷号 69545-8608. US00 ;2011 年 2 月 14日提交的标题为 COUPLED THERMOCHEMICAL REACTORS AND ENGINES, AND ASSOCIATEDSYSTEMS AND METHODS的代理人案卷号69545-8611. USOO ；2010年9月22日提交的标题为REDUCING AND HARVESTING DRAG ENERGY ON MOBILE ENGINES USING THERMAL CHEMICALREGENERATION的美国专利申请号61/385，508 ；2011年2月14日提交的标题为REACTORVESSELS WITH PRESSURE AND HEAT TRANSFER FEATURES FOR PRODUCING HYDROGEN-BASEDFUELS AND STRUCTURAL ELEMENTS, AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS 的代理人案卷号 69545-8616. USOO ;2011 年 2 月 14 日提交的标题为 ARCHITECTURAL CONSTRUCT HAVINGFOR EXAMPLE A PLURALITY OF ARCHITECTURAL CRYSTALS 的代理人案卷号 69545-8701.US00;2010 年 8 月 16 日提交的标题为 METHODS AND APPARATUSES FOR DETECTION OFPROPERTIES OF FLUID CONVEYANCE SYSTEMS 的美国专利申请号 12/806，634 ;2011 年 2 月 14日提交的标题为 METHODS，DEVICES, AND SYSTEMS FOR DETECTING PROPERTIES OF TARGETSAMPLES的代理人案卷号69545-8801. USOl ；2011年2月14日提交的标题为SYSTEM FORPROCES SING BIOMASS INTO HYDROCARBONS, ALCOHOL VAPORS, HYDROGEN, CARBON, ETC.的代理人案卷号69545-9002. USOO ；2011年2月14日提交的标题为CARBON RECYCLING ANDREINVESTMENT USING THERMOCHEMICAL REGENERATION 的代理人案卷号 69545-9004. USOO ； 年8月27日提交的标题为CARBON SEQUESTRATION的美国专利申请号61/237，419 ;2009年8月27日提交的标题为OXYGENATED FUEL PRODUCTION的美国专利申请号61/237，425 ；2011年 2 月 14 日提交的标题为 MULTI-PURPOSE RENEWABLE FUEL FOR ISOLATING CONTAMINANTSAND STORING ENERGY的代理人案卷号69545-9102. US00 ；2010年12月8日提交的标题为LIQUID FUELS FROM HYDROGEN,OXIDES OF CARBON,AND/OR NITROGEN ;AND PRODUCTION OFCARBON FOR MANUFACTURING DURABLE GOODS 的美国专利申请号 61/421，189 ;和 2011 年 2月 14 日提交的标题为 ENGINEERED FUEL STORAGE, RESPECIATION AND TRANSPORT 的代理人案卷号 69545-9105. USOO。
权利要求
1.一种化学反应器，其包括 反应器容器，所述反应器容器具有反应区； 反应物供给，所述反应物供给联接至所述反应器容器以将反应物导入所述反应区，所述反应物具有这样的峰吸收波长范围在该范围内，所述反应物吸收比在非峰波长时更多的能量；和 再辐射组件，所述再辐射组件设置在反应区处，以接收在具有第一峰波长范围的第一波谱内的辐射，并将所述辐射在具有第二峰波长范围的第二波谱内再辐射进入反应区，所述第二峰波长范围不同于第一峰波长范围，且比第一峰波长范围更接近反应物的峰吸收波长范围。
2.根据权利要求I所述的反应器，其中所述第二峰波长范围与反应物的峰吸收波长范围重叠。
3.根据权利要求I所述的反应器，其中所述峰吸收波长范围具有峰值，且其中所述第二峰波长范围具有大约相同的峰值。
4.根据权利要求I所述的反应器，其中所述组件包括多个被间隙分开的隔开的结构， 且其中所述间隙定向成，使辐射在第一朝向进入反应区中。
5.根据权利要求4所述的反应器，其中各个结构具有再辐射材料涂层，所述涂层设置成吸收辐射并在第二朝向再辐射所述辐射，所述第二朝向不同于所述第一朝向。
6.根据权利要求4所述的反应器，其中所述结构包括石墨烯层。
7.根据权利要求4所述的反应器，其中各个结构包括由至少一种下述元素的原子形成的自组织材料碳、氮、硼、硅和硫。
8.根据权利要求I所述的反应器，所述反应器另外包括辐射能源，且其中所述再辐射组件设置在所述反应区和所述辐射能源之间。
9.根据权利要求8所述的反应器，其中所述再辐射组件具有 面向所述辐射能源的第一表面； 面向所述反应区的第二表面；和 在所述第一表面和所述第二表面之间的传导路径，且其中所述第一表面接收在第一频率范围内的辐射，所述第二表面再辐射在第二频率范围内的辐射。
10.根据权利要求8所述的反应器，其中所述第一表面包括多个孔，所述孔设置成向内反射和消除入射辐射。
11.根据权利要求I所述的反应器，其中所述反应物包括甲烷和甲醇中的至少一种。
12.根据权利要求I所述的反应器，其中所述反应物包括烃。
13.根据权利要求I所述的反应器，其中所述再辐射材料包括荧光材料和发磷光材料中的至少一种。
14.根据权利要求I所述的反应器，其中所述再辐射材料包括尖晶石。
15.一种用于生产化学反应室的方法，所述方法包括 选择用于反应室的反应区中的化学反应物，以包括氢供体、至少一种反应物或得到的产物或二者，其具有这样的峰吸收波长范围在该范围内，所述反应物吸收比在非峰波长时更多的能量；和 选择再辐射组件，所述再辐射组件设置在反应区处，以接收在具有第一峰波长范围的第一波谱内的辐射，并在具有第二峰波长范围的第二波谱内再辐射所述辐射，所述第二峰波长范围不同于第一峰波长范围，且比第一峰波长范围更接近峰吸收波长范围。
16.根据权利要求15所述的方法，所述方法另外包括选择所述组件，以形成边界，所述边界将在反应区内部的区域与在反应区外部的区域分开。
17.根据权利要求15所述的方法，其中选择所述组件包括选择所述组件，以吸收辐射，并从面向反应区的表面再辐射所述辐射。
18.根据权利要求15所述的方法，其中选择所述组件包括选择所述组件，以具有背向反应区的第一表面、面向反应区的第二表面、和在所述第一表面和所述第二表面之间的传导体积，且其中所述方法另外包括 选择所述第一表面，以吸收在第一波谱内的辐射；和 选择所述第二表面，以再辐射在第二波谱内的辐射。
19.根据权利要求15所述的方法，所述方法另外包括选择所述组件，以包括 隔开的、通常平行的结构，所述结构设置成透过辐射，所述辐射用在层之间的间隙来定向；和 在隔开的层上的再辐射材料。
20.根据权利要求15所述的方法，其中选择所述组件包括选择所述组件，以再辐射在具有第二峰波长范围的第二波谱内的辐射，所述第二峰波长范围与反应物的峰吸收范围重叠。
21.一种用于加工化学反应物的方法，所述方法包括 将化学反应物导入反应区中，所述化学反应物包括氢供体、至少一种反应物或得到的产物或二者，且具有这样的峰吸收波长范围在该范围内，所述反应物吸收比在非峰波长时更多的能量； 吸收在具有第一峰波长范围的第一波谱内的辐射；和 将所述辐射在具有第二峰波长范围的第二波谱内再辐射进反应区，所述第二峰波长范围不同于第一峰波长范围，且比第一峰波长范围更接近峰吸收波长范围。
22.根据权利要求21所述的方法，其中再辐射包括从碳化物、氮化物和尖晶石中的至少一种再辐射。
23.根据权利要求21所述的方法，其中所述峰吸收波长范围具有峰值，且其中所述第二峰波长范围具有大约相同的峰值。
24.根据权利要求21所述的方法，其中吸收辐射包括在面向反应区的表面处吸收辐射，且其中再辐射所述辐射包括从相同表面再辐射所述辐射。
25.根据权利要求21所述的方法，其中吸收辐射包括在背向反应区的第一表面处吸收辐射，且其中再辐射所述辐射包括从面向反应区的第二表面再辐射所述辐射，且其中所述方法另外包括通过材料体积将在所述第一表面处吸收的能量传导至所述第二表面。
26.根据权利要求21所述的方法，所述方法另外包括使第一部分辐射穿过通常平行的结构之间的空隙，并进入所述反应区中，而不再辐射第一部分辐射，且其中吸收辐射包括在所述结构处吸收第二部分辐射，且其中再辐射所述辐射包括从所述结构再辐射所述辐射。
27.根据权利要求26所述的方法，所述方法另外包括用第一部分辐射离解至少一种反应物，并用再辐射的第二部分辐射，从反应区的表面分离至少一种在所述反应区中形成的产物。
28.根据权利要求26所述的方法，其中所述结构包括石墨烯层。
全文摘要
具有再辐射表面的化学反应器以及相关的系统和方法。根据特定实施方案的反应器包括具有反应区的反应器容器，和反应物供给，所述反应物供给联接至所述反应器容器以将反应物(例如，氢供体)导入所述反应区中。所述反应物具有这样的峰吸收波长范围在该范围内，所述反应物吸收比在非峰波长时更多的能量。所述反应器另外包括再辐射组件，所述再辐射组件设置在反应区处，以接收在具有第一峰波长范围的第一波谱内的辐射，并将所述辐射在具有第二峰波长范围的第二波谱内再辐射进反应区中，所述第二峰波长范围不同于第一峰波长范围，且比第一峰波长范围更接近反应物的峰吸收范围。
文档编号C01B3/36GK102844106SQ201180009268
公开日2012年12月26日 申请日期2011年2月14日 优先权日2010年2月13日
发明者罗伊·E·麦卡利斯特 申请人:麦卡利斯特技术有限责任公司