用于质材料液化的方法和系统

申请号 CN202280062715.2 申请日 2022-07-29 公开(公告)号 CN117957297A 公开(公告)日 2024-04-30
申请人 库维夫解决方案公司; 发明人 J·巴达克; R·布斯; K·哈里斯; C·拉雷; S·施莱格勒; R·特洛伊安诺; W·康罗伊;
摘要 用于 碳 质材料 液化 的方法,包括使用电磁 辐射 的方法。用于 碳质材料 液化的系统。所述系统可包括用于混合反应物的循环 导管 和/或依赖于 电磁辐射 的加热装置。
权利要求

1.一种液化方法,所述方法包括:
提供氢供体;以及
使固体质材料与所述氢供体接触以将所述固体碳质材料的至少一部分转化为产物。
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述氢供体的所述提供包括:
(a)以电磁能量辐照承受体材料以提供加热的承受体材料;以及
(b)使所述氢供体与所述加热的承受体材料接触以将所述氢供体加热至至少300℃的温度
3.根据权利要求2所述的方法,其中所述电磁能量包括微波能量。
4.根据权利要求1所述的方法,其进一步包括:
提供被配置为承载所述固体碳质材料与所述氢供体的所述接触的反应器;以及可选地,在使所述固体碳质材料与所述氢供体在所述反应器中进行所述接触之前,将所述反应器预加热至至少300℃的预热反应器温度。
5.根据权利要求4所述的方法,其中所述预热反应器温度为约450℃至约550℃。
6.根据权利要求4所述的方法,其中所述固体碳质材料与所述氢供体的所述接触包括混合所述固体碳质材料与所述氢供体。
7.根据权利要求6所述的方法,其中所述固体碳质材料与所述氢供体的所述混合包括:
(i)在所述反应器中搅拌所述固体碳质材料和所述氢供体;
(ii)将(a)所述固体碳质材料的至少一部分、(b)所述氢供体的至少一部分或(c)其组合从所述反应器移除并且然后返回至所述反应器;或者
(iii)其组合。
8.根据权利要求1所述的方法,其中所述固体碳质材料与所述氢供体的所述接触发生在大于大气压的压力下。
9.根据权利要求8所述的方法,其中大于大气压力的所述压力为等于或大于所述氢供体的临界压力
10.根据权利要求1所述的方法,其中所述固体碳质材料与所述氢供体的所述接触发生在惰性气氛中。
11.根据权利要求1所述的方法,其进一步包括在所述固体碳质材料与所述氢供体的所述接触之前将所述固体碳质材料加热至约100℃至约300℃的温度。
12.根据权利要求1所述的方法,其中所述固体碳质材料为微粒形式并且具有约0.1μm至约5mm的平均粒子大小。
13.根据权利要求1所述的方法,其进一步包括在所述固体碳质材料与所述氢供体的所述接触之前研磨所述固体碳质材料。
14.根据权利要求13所述的方法,其中所述固体碳质材料的所述研磨包括:
将包括(i)循环流体和(ii)碳质材料的粒子的第一流放置于喷射磨机的研磨腔室中以产生包括(a)所述循环流体和(b)研磨的碳质材料的第二流,其中借由所述循环流体将所述喷射磨机加压;
将所述第二流转运至旋分离器,其中所述旋风分离器被配置为分离所述研磨的碳质材料的第一部分与所述研磨的碳质材料的第二部分,其中所述研磨的碳质材料的所述第一部分包括具有等于或大于阈值粒子大小的粒子大小的粒子,并且所述研磨的碳质材料的所述第二部分包括具有小于所述阈值粒子大小的粒子大小的粒子;
将所述研磨的碳质材料的所述第一部分收集于第一收集器中;
将包括(1)所述循环流体和(2)所述研磨的碳质材料的所述第二部分的第三流转运至第二收集器,其中所述第二收集器被配置为从所述第三流分离所述研磨的碳质材料的所述第二部分以产生包括所述循环流体的第四流;以及
使所述第四流与所述碳质材料的额外粒子接触以产生第五流;
其中所述研磨的碳质材料的所述第一部分包括所述固体碳质材料。
15.根据权利要求14所述的方法,其中所述循环流体包括氮气、二化碳或其组合。
16.根据权利要求1所述的方法,其中所述产物为流体产物,所述流体产物包括产物气体、产物冷凝液、产物液体或其组合。
17.根据权利要求1所述的方法,其中所述固体碳质材料包括
18.根据权利要求1所述的方法,其中所述氢供体包括四氢化
19.根据权利要求1所述的方法,其中所述氢供体具有至少300℃的温度。
20.根据权利要求1所述的方法,其中所述固体碳质材料为浆液或糊料的组分。
21.一种系统,其包括:
反应器;
氢供体进料器;和
产物液体收集储存器;
其中所述氢供体进料器和所述产物液体收集储存器与所述反应器流体连通,其中所述反应器被配置为从碳质材料进料器接收碳质材料;并且
其中所述氢供体进料器被配置为将氢供体提供至所述反应器。
22.根据权利要求21所述的系统,其进一步包括被配置为将所述反应器的内容物的至少一部分从所述反应器移除并且然后返回至所述反应器的循环导管
23.根据权利要求22所述的系统,其中所述循环导管包括:
与(i)所述反应器,(ii)所述反应器和所述氢供体进料器,(iii)所述反应器和所述产物液体收集储存器,或(iv)所述反应器、所述氢供体进料器和所述产物液体收集储存器流体连通的
24.根据权利要求23所述的系统,其中所述泵为具有足以每各个循环排出按重量计约
2%至约15%的所述反应器的内容物的空腔体积的正排量泵。
25.根据权利要求21所述的系统,其进一步包括反应器加热器。
26.根据权利要求21所述的系统,其进一步包括:
冷凝器;和
产物冷凝液收集储存器;
其中所述冷凝器与所述反应器流体连通,并且所述产物冷凝液收集储存器与所述冷凝器流体连通。
27.根据权利要求21所述的系统,其进一步包括第一工艺气体进料器,其中所述第一工艺气体进料器与所述反应器、所述碳质材料进料器、所述产物液体收集储存器或其组合流体连通。
28.根据权利要求27所述的系统,其中所述第一工艺气体进料器与所述反应器和所述碳质材料进料器流体连通。
29.根据权利要求27所述的系统,其进一步包括第二工艺气体进料器,其中所述第二工艺气体进料器与所述产物液体收集储存器流体连通。
30.根据权利要求21所述的系统,其中所述碳质材料进料器包括料斗。
31.根据权利要求30所述的系统,其中所述碳质材料进料器进一步包括闭式料斗,其中所述闭锁式料斗(i)布置于所述料斗与所述反应器之间并且(ii)与第一工艺气体进料器、所述料斗、所述反应器或其组合流体连通。
32.根据权利要求21所述的系统,其进一步包括放置于所述反应器中的混合装置。
33.根据权利要求21所述的系统,其中所述氢供体进料器包括装置,所述装置包括:
管件,其至少部分地由电磁波透明材料形成;和
施加器,其中(i)所述管件的第一端可固定地安装或弹簧安装至所述施加器,并且(ii)所述管件的至少一部分布置于所述施加器中。
34.根据权利要求33所述的系统,其进一步包括放置于所述管件中的承受体材料,其中所述管件中的所述承受体材料的至少一部分布置于所述施加器中。
35.根据权利要求34所述的系统,其中所述承受体材料为微粒形式。
36.根据权利要求33所述的系统,其中所述管件的第二端可固定地安装或弹簧安装至所述施加器。
37.根据权利要求36所述的系统,其中所述管件的所述第一端为弹簧安装至所述施加器,所述管件的所述第二端为弹簧安装至所述施加器,或所述管件的所述第一端和所述管件的所述第二端均为弹簧安装至所述施加器。
38.根据权利要求33所述的系统,其进一步包括与所述装置流体连通的热交换器
39.根据权利要求21至38中任一项所述的系统,其进一步包括选自由以下各项组成的组的至少一个
(i)布置于所述第一工艺气体进料器与所述反应器之间的第一阀;
(ii)布置于所述氢供体进料器与所述反应器之间的第二阀;
(iii)布置于所述冷凝器与所述反应器之间的第三阀;
(iv)布置于所述产物液体收集储存器与所述反应器之间的第四阀;
(v)布置于所述第一工艺气体进料器与所述碳质材料进料器之间的第五阀;
(vi)布置于所述第二工艺气体进料器与所述产物液体收集储存器之间的第六阀;
(vii)布置于所述反应器的第一开口与所述循环导管的所述泵之间并且与它们流体连通的第七阀;和
(viii)布置于所述产物液体收集储存器与所述循环导管之间的第八阀。
40.根据权利要求39所述的系统,其中所述第七阀为循环阀,并且所述第四阀为排放阀。
41.根据权利要求39所述的系统,其中所述第二阀布置于所述氢供体进料器与所述循环导管之间。
42.根据权利要求39所述的系统,其中所述第四阀布置于所述反应器的第二开口与所述循环导管的所述泵之间,并且所述第八阀布置于所述循环导管的所述泵与所述产物液体收集储存器之间。
43.一种液化方法,所述方法包括:
提供根据权利要求39所述的系统;
可选地,用反应器加热器将反应器加热至至少300℃的预热反应器温度;
可选地,从第一工艺气体进料器将工艺气体放置于所述反应器中以将所述反应器加压至大于大气压力的压力;
将氢供体放置于所述反应器中;
可选地,在所述反应器中维持大于大气压力的所述压力;
从碳质材料进料器将碳质材料放置至所述反应器中以使所述碳质材料与所述氢供体在所述反应器中接触,从而将所述碳质材料的至少一部分转化为产物;
将产物冷凝液收集于产物冷凝液收集储存器中;以及
将产物液体收集于产物液体收集储存器中。
44.根据权利要求43所述的方法,其进一步包括,在所述产物冷凝液和/或所述产物液体的所述收集之前,经由布置于所述冷凝器与所述反应器之间的所述第三阀将所述反应器减压。
45.根据权利要求43所述的方法,其进一步包括,在所述碳质材料从所述碳质材料进料器到所述反应器中的所述放置期间和/或之后,经由所述循环导管将所述碳质材料和所述氢供体的至少一部分移除并且然后返回至所述反应器。
46.根据权利要求43所述的方法,其中所述在所述反应器中维持大于大气压力的所述压力包括(i)从所述第一工艺气体进料器将额外量的所述工艺气体放置于所述反应器中,(ii)准许经由所述冷凝器将所述工艺气体的一部分从所述反应器抽出,或(iii)其组合。
47.根据权利要求43所述的方法,其中所述碳质材料从所述碳质材料进料器到所述反应器中的所述放置包括:
(i)从所述料斗将所述碳质材料放置至所述闭锁式料斗中,
(ii)使所述闭锁式料斗中的所述碳质材料与来自所述第一工艺气体进料器的所述工艺气体接触,以及
(iii)从所述闭锁式料斗将所述碳质材料放置至所述反应器中。
48.根据权利要求43所述的方法,其进一步包括在所述碳质材料从所述碳质材料进料器到所述反应器中的所述放置之前,将所述碳质加热至约100℃至约300℃的温度。
49.根据权利要求43所述的方法,其进一步包括在所述碳质材料从所述碳质材料进料器到所述反应器中的所述放置之前和/或之后关闭所述第一阀、所述第二阀、所述第三阀和所述第四阀,其中关闭所述第一阀、所述第二阀、所述第三阀和所述第四阀达有效地产生所述产物的时间。
50.根据权利要求43所述的方法,其进一步包括在所述产物液体于所述产物液体收集储存器中的所述收集之前从所述第二工艺气体进料器将所述工艺气体放置至所述产物液体收集储存器中。
51.根据权利要求43所述的方法,其中所述产物液体于所述产物液体收集储存器中的所述收集包括打开(i)所述第四阀,或(ii)所述第四阀和所述第八阀。
52.根据权利要求43所述的方法,其中大于大气压力的所述压力为等于或大于由所述氢供体进料器提供的所述氢供体的所述临界压力。

说明书全文

用于质材料液化的方法和系统

[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于2021年7月30日提交的美国临时专利申请第63/227,406号的优先权,其通过引用并入本文。

技术领域

[0003] 本申请涉及碳质材料液化,包括用于液化的方法和系统。

背景技术

[0004] 液化是可用于将碳质材料(诸如)转化为可用作燃料或石油化学品的一种或多种液体的工艺。
[0005] 煤液化已经以多种方式执行。某些方法使用蒸汽气来使煤气化以产生合成气体,然后以费托工艺(Fischer‑Tropsch process)使合成气体与催化剂反应以将合成气体转化成可包括一系列有用碳氢化合物的一种或多种液体。某些方法在存在溶剂的情况下在高压和高温下使粉煤与氢和催化剂接触以便将粉煤转化成可用作燃料的一种或多种液体。
[0006] 然而,这些方法通常是能量密集的、低效的、对环境有害的或其组合。发明内容
[0007] 本文提供了克服前述缺点中的一者或多者的用于液化的方法和系统,包括依赖于藉由电磁辐射产生的热量的方法和系统。
[0008] 在一方面,提供了液化方法。在一些实施例中,该方法包括提供氢供体;以及使固体碳质材料与氢供体接触以将固体碳质材料的至少一部分转化为产物。氢供体可具有至少300℃的温度。固体碳质材料与氢供体的接触可发生在大于环境压的压力(诸如等于或大于氢供体的临界压力的压力)下。
[0009] 在另一方面,提供了系统,包括可用于液化的系统。在某些实施例中,该系统包括反应器;氢供体进料器;和产物液体收集储存器。氢供体进料器和产物液体收集储存器可与反应器流体连通。反应器可被配置为从碳质材料进料器接收碳质材料。氢供体进料器可被配置为将氢供体(诸如具有至少300℃的温度的氢供体)提供至反应器。该系统还可包括被配置成将反应器的内容物的至少一部分从反应器移除并且然后返回至反应器的循环导管。该系统还可包括冷凝器;和产物冷凝液收集储存器。冷凝器可与反应器流体连通,并且产物冷凝液收集储存器可与冷凝器流体连通。该系统还可包括反应器加热器。该系统还可包括一个或多个工艺气体进料器(诸如第一工艺气体进料器),其可与反应器、碳质材料进料器、产物液体收集储存器或其组合流体连通;以及第二工艺气体进料器,其可与产物液体收集储存器流体连通。
[0010] 在另一方面,提供了使用本文描述的系统的液化方法。在某些实施例中,该方法包括提供本文描述的系统中的任一系统;可选地,用反应器加热器将反应器加热至至少300℃的预热反应器温度;从第一工艺气体进料器将工艺气体(诸如惰性气体)放置在反应器中以将反应器加压;将氢供体放置在反应器中;从碳质材料进料器将碳质材料放置至反应器中,以使碳质材料与氢供体在反应器中接触以产生产物;将产物冷凝液收集于产物冷凝液收集储存器中;并且将产物液体收集于产物液体收集储存器中。可将反应器加压至大于大气压力的任一压力。例如,可将反应器加压至等于或大于氢供体进料器中的氢供体的临界压力的压力,并且该方法可包括在收集产物冷凝液和产物液体之前在反应器中维持大于大气压力的压力,诸如等于或大于氢供体的临界压力的压力。
[0011] 额外方面将在下文的描述中部分地阐述,并且部分从本说明书中将是显而易见的,或者可以通过实践本文所描述的方面而获知。本文所描述的优点可以通过所附权利要求中特定指出的要素和组合来实现和达到。应当理解,前面的一般描述和以下详细描述仅是示范性和说明性的,而不是限制性的。附图说明
[0012] 图1是本文描述的系统的实施例的示意图。
[0013] 图2A是本文描述的系统的实施例的示意图,其包括循环导管的实施例。
[0014] 图2B是本文描述的系统的实施例的示意图,其包括循环导管的实施例。
[0015] 图2C是本文描述的系统的实施例的示意图,其包括循环导管的实施例。
[0016] 图2D是本文描述的系统的实施例的示意图,其包括循环导管的实施例。
[0017] 图3是本文描述的系统的实施例的示意图,其包括冷凝器和冷凝液产物收集储存器。
[0018] 图4是本文描述的系统的实施例的示意图,其包括反应器加热器。
[0019] 图5A是本文描述的系统的实施例的示意图,其包括第一工艺气体进料器。
[0020] 图5B是本文描述的系统的实施例的示意图,其包括第一工艺气体进料器。
[0021] 图6是本文描述的系统的实施例的示意图,其包括第一工艺气体进料器和第二工艺气体进料器。
[0022] 图7是本文描述的系统的实施例的示意图,其包括氢供体进料器的实施例,该氢供体进料器包括加热装置和热交换器
[0023] 图8是本文描述的系统的实施例的示意图,其包括碳质材料进料器的实施例,该碳质材料进料器包括料斗和闭式料斗。
[0024] 图9是本文描述的系统的实施例的示意图。

具体实施方式

[0025] 本文提供了用于液化的方法和系统。
[0026] 系统
[0027] 本文提供的系统是就系统的各种组件以及组件之间的关系(例如,流体连通)来描述的。本文描述了系统的多个实施例,并且系统的任一实施例的任一组件可在系统的不同实施例中使用。
[0028] 如本文所使用的,两个组件以准许流体在两个组件之间流动(例如,向和/或从一个组件流动至另一组件)的方式直接连接或经由管道和/或其他已知设备间接连接时彼此“流体连通”。或其他装置(如果存在)可用于控制流体在彼此“流体连通”的两个组件之间的流动,并且阀或其他装置的存在并不妨碍这两个组件彼此“流体连通”,如本文所定义的。
[0029] 在某些实施例中,该系统包括反应器、氢供体进料器和产物液体收集储存器。氢供体进料器和产物液体收集储存器可与反应器流体连通。反应器可被配置为从碳质材料进料器接收碳质材料。
[0030] 在某些实施例中,本文提供的系统包括图1处所描绘的组件。图1的系统100包括反应器110、氢供体进料器120、产物液体收集储存器130和碳质材料进料器140。图1的系统100的氢供体进料器120和产物液体收集储存器130与反应器110流体连通。图1的反应器110被配置为从碳质材料进料器140接收碳质材料。图1的碳质材料进料器140可与反应器110流体连通,并且在图1中定位于有效地准许重力从碳质材料进料器140将碳质材料输送至反应器110的位置处,但是可以设想其他配置,包括其中使用除重力之外或包括重力的一个或多个力来从碳质材料进料器140将碳质材料提供至反应器110的配置。例如,固体碳质材料可以是浆液的组分,并且碳质材料进料器140可包括与反应器110流体连通的浆液。如本文所述,氢供体进料器120可被配置为将氢供体(诸如具有至少300℃的温度的氢供体)提供至反应器110。
[0031] 反应器
[0032] 本文描述的系统的反应器可包括被配置为承载固体碳质材料与氢供体的接触的任何反应器。当反应器具有足以容纳所需量的固体碳质材料和氢供体的内部体积时,反应器“被配置为承载固体碳质材料与氢供体的接触”。
[0033] 反应器可由任何材料(诸如金属)形成,并且具有能够耐受反应器可在本文描述的工艺期间承受的力(诸如压力)的任何形状。
[0034] 反应器可包括被配置为用于混合反应器的内容物的混合装置。混合装置可包括任何已知搅拌器,包括但不限于桨式混合器、螺旋钻混合器、气体混合器等。
[0035] 反应器可包括一个或多个开口以容纳本文描述的系统的其他组件。一个或多个开口中的每者可容纳分别从反应器向外和到反应器中的仅出口、仅入口、或出口和入口两者(例如,图9的开口113)。例如,反应器可包括一个或多个开口以容纳循环导管,如本文所述。
[0036] 循环导管
[0037] 在某些实施例中,本文描述的系统包括被配置为将反应器的内容物(例如,氢供体和碳质材料)的至少一部分从反应器移除并且然后返回至反应器的循环导管。循环导管可在本文所描述方法的整个过程中或在本文所描述方法的任一部分期间连续地、间歇地或以其组合使用。
[0038] 在不希望受任何特定理论约束的情况下,据信,循环导管可帮助混合反应器的内容物,帮助将反应器的内容物(例如,反应物和/或产物)从反应器移除,促进反应器的内容物之间的充分化学反应(例如,影响化学反应的速率和/或产率)(尽管在升高的温度下观察到密度变化)或其组合。
[0039] 循环导管可包括与(i)反应器、(ii)反应器和氢供体进料器、(iii)反应器和产物液体收集储存器、或(iv)反应器、氢供体进料器和产物液体收集储存器流体连通的泵。泵可被配置为将反应器的内容物的至少一部分(a)从反应器移除,(b)从反应器移除并且返回至反应器,或(c)返回至反应器。换言之,由泵施加的力可用于将反应器的内容物从反应器移除、从反应器移除并且返回至反应器,或返回至反应器。
[0040] 例如,泵可用于经由开口移除反应器的内容物的至少一部分。反应器的内容物的至少一部分然后可经由开口返回至反应器,该开口可以是将反应器的内容物从反应器移除所通过的同一开口或不同开口。
[0041] 在某些实施例中,图1的系统100包括例如图2A、图2B、图2C和图2D处所描绘的泵。图2A、图2B、图2C和图2D分别的系统200、201、202、203的泵150可被配置为将反应器的内容物的至少一部分(a)从反应器110移除,(b)从反应器110移除并且返回至反应器110,或(c)返回至反应器110。泵150可与系统的一个或多个不同组件流体连通。在图2A的系统200的实施例中,泵150与反应器110流体连通。在图2B的系统201的实施例中,泵150与氢供体进料器
120和反应器110流体连通。在图2C处所描绘的系统202的实施例中,泵150与产物液体收集储存器130和反应器110流体连通。在图2D处所描绘的系统203的实施例中,泵150与氢供体进料器120、产物液体收集储存器130和反应器110流体连通。图2A、图2B、图2C和图2D中的每者的泵150是循环导管210的实施例的一部分。
[0042] 循环导管通常可包括任何类型的泵。在某些实施例中,泵是正排量泵。泵(诸如正排量泵)可具有足以每各个循环排出按重量计约2%至约15%、约2%至约12%、约2%至约10%、约2%至约8%或约4%至约8%或约6%的反应器的内容物的空腔体积。例如,如果反应器的内容物(其可包括固体碳质材料、氢供体和一种或多种产物)具有100kg的总重量,则泵可具有足以在每各个循环中排出反应器的内容物的约2kg至约15kg的空腔体积。
[0043] 冷凝器和产物冷凝液收集储存器
[0044] 本文提供的系统可包括冷凝器、或冷凝器和产物冷凝液收集储存器。冷凝器可与反应器流体连通,并且产物冷凝液收集储存器可与冷凝器流体连通。
[0045] 在某些实施例中,图1、图2A、图2B、图2C和图2D分别的系统100、200、201、202、203也包括例如图3处所描绘的冷凝器160和产物冷凝液收集储存器170。图3描绘了包括图1的组件和与反应器110流体连通的冷凝器160以及与冷凝器160流体连通的产物冷凝液收集储存器170的系统300。尽管图3的系统300包括图1的系统100的组件,但冷凝器160和产物冷凝液收集储存器170可包括在分别在图2A、图2B、图2C和图2D处描绘的系统200、201、202、203中的任一者中。
[0046] 反应器加热器
[0047] 在某些实施例中,本文提供的系统包括反应器加热器。反应器加热器可被配置为增加和/或维持反应器和/或反应器的内容物的至少一部分的温度。反应器加热器可放置成与反应器相邻或接触。例如,反应器加热器可接触反应器的至少一部分。在某些实施例中,反应器加热器是反应器可至少部分地浸没于其中的流体浴槽。
[0048] 在某些实施例中,图1、图2A、图2B、图2C、图2D和图3分别的系统100、200、201、202、203、300还包括例如图4处描绘的反应器加热器111。图4描绘了包括图1的组件和至少部分地接触反应器110的反应器加热器111的系统400。尽管图4的系统400包括图1的系统100的组件,但反应器加热器111可包括在分别在图2A、图2B、图2C、图2D和图3处描绘的系统200、
201、202、203、300中的任一者中。
[0049] 除了反应器之外,反应器加热器可被配置为将本文描述的系统的一个或多个其他组件加热。在某些实施例中,系统包括被配置为将本文描述的系统的其他组件中的一者或多者加热的一个或多个额外加热器。反应器加热器和/或一个或多个额外加热器的效力可以用任何已知设备或材料(诸如绝缘材料)来改进。
[0050] 工艺气体进料器
[0051] 本文提供的系统可包括一个或多个工艺气体进料器。工艺气体进料器可以是能够将工艺气体提供至本文描述的系统的一个或多个组件并且可选地施加和/或维持至少部分地由工艺气体提供的压力的任何装置。工艺气体可包括惰性气体(诸如N2)、反应性气体(诸如H2)或其组合。
[0052] 在某些实施例中,本文提供的系统包括可与反应器、碳质材料进料器、产物液体收集储存器或其组合流体连通的工艺气体进料器。在某些实施例中,工艺气体进料器与反应器和碳质材料进料器流体连通。
[0053] 尽管本公开的部分将工艺气体进料器称为“第一工艺气体进料器”和“第二工艺气体进料器”,但是术语“第一”和“第二”仅是为了方便而使用,并且并不表示如果系统包括在本文中表征为“第二”进料器的进料器,则该系统中必须存在“第一”进料器。
[0054] 在某些实施例中,图1、图2A、图2B、图2C、图2D、图3和图4分别的系统100、200、201、202、203、300、400也包括例如图5A和图5B处所描绘的第一工艺气体进料器180。图5A描绘了包括图1的组件和与反应器110流体连通的第一工艺气体进料器180的系统500的实施例。尽管图5A处未有描绘,但第一工艺气体进料器180可与产物液体收集储存器130直接流体连通。可选地,来自第一工艺气体进料器180的工艺气体可通过图5A处描绘的线路181从反应器110提供至产物液体收集储存器130。图5B描绘了包括图1的组件和与反应器110和碳质材料进料器140流体连通的第一工艺气体进料器180的系统501的实施例。尽管图5B处未有描绘,但第一工艺气体进料器180可与产物液体收集储存器130直接流体连通。可选地,来自第一工艺气体进料器180的工艺气体可通过图5B处描绘的线路181从反应器110提供至产物液体收集储存器130。尽管图5A和图5B分别的系统500、501包括图1的系统100的组件,但第一工艺气体进料器180可包括在分别在图2A、图2B、图2C、图2D、图3和图4处描绘的系统200、
201、202、203、300、400中的任一者中。
[0055] 在某些实施例中,本文的系统包括可与产物液体收集储存器流体连通的工艺气体进料器。
[0056] 在某些实施例中,图5B的系统501包括例如图6处描绘的第二工艺气体进料器。图6描绘了包括图5B的组件和与产物液体收集储存器130流体连通的第二工艺气体进料器190的系统600的实施例。尽管图6的系统600包括图5B的系统501的组件,但第二工艺气体进料器190可包括在分别在图2A、图2B、图2C、图2D、图3、图4和图5A处描绘的系统200、201、202、203、300、400、500、501中的任一者中。
[0057] 氢供体进料器
[0058] 氢供体进料器可被配置为将氢供体提供至反应器。可以在期望的温度(诸如至少100℃、至少200℃、至少300℃或至少400℃的温度)下提供氢供体。
[0059] 氢供体进料器可以使用电磁辐射。例如,氢供体进料器可以包括美国专利申请第17/167,275号(以美国专利申请公开第2021/0243857号公开)和国际申请第PCT/US21/
16524号(以WO 2021/158729公开)中描述的系统或装置中的任一者,其通过引用并入本文。
[0060] 在某些实施例中,氢供体进料器包括装置,并且该装置包括至少部分地由电磁波透明材料形成的管件;和施加器,其中(i)管件的第一端可固定地安装或弹簧安装至施加器,并且(ii)管件的至少一部分布置于施加器中。氢供体进料器还可以包括放置在管件中的承受体材料,其中管件中的承受体材料的至少一部分布置于施加器中。承受体材料可以是微粒形式。在某些实施例中,管件的第二端可固定地安装或弹簧安装至施加器。在某些实施例中,管件的第一端被弹簧安装至施加器,管件的第二端被弹簧安装至施加器,或管件的第一端和管件的第二端均被弹簧安装至施加器。
[0061] 在某些实施例中,氢供体进料器包括与装置流体连通的热交换器。
[0062] 在某些实施例中,图1、图2A、图2B、图2C、图2D、图3、图4、图5A、图5B和图6分别的系统100、200、201、202、203、300、400、500、501、600也包括图7处所描绘的氢供体进料器120。图7描绘了包括图1的组件和包括装置121的氢供体进料器120的系统700的实施例。装置121包括至少部分地由电磁波透明材料形成的管件122和施加器123。承受体材料可放置在管件
122中。尽管图7的管件122的两端都经由两个头部单元124和碟形弹簧125而弹簧安装至施加器123,但是可以设想其他配置,包括本文描述的配置。图7的系统700也包括与装置121流体连通的热交换器126。氢供体可以通过装置121加热,并且全部或部分加热的氢供体可被提供至反应器110、经由热交换器126冷却并且返回至装置121,或其组合。尽管图7的系统
700包括图1的系统100的组件,但图7的氢供体进料器120可括在分别在图2A、图2B、图2C、图
2D、图3、图4、图5A、图5B和图6处描绘的系统200、201、202、203、300、400、500、501、600中的任一者中。
[0063] 本文的装置可包括容器。容器可以限定被配置为接收承受体材料(诸如承受体材料的粒子)的内部体积。容器可具有入口、出口,或入口和出口。入口可以是用于在内部体积中接收氢供体的流体入口,并且出口可以是用于从内部体积排放氢供体的流体出口。装置可包括一个容器(例如,管件)或多于一个(例如,两个)容器(例如,管件)。如果管件在本文中被描述为具有特征,则该特征可以是容器的特征;相反地,如果容器在本文中被描述为具有特征,则该特征可以是管件的特征。
[0064] 容器可以是管件。如本文所使用的,术语“管件”是指容器,该容器(i)是细长的(例如,至少1.1:1、至少1.5:1或至少2:1的长宽比)或包括细长部分;(ii)限定内部体积,该内部体积在任一点处具有非多边形(例如,圆形、椭圆形等)的剖面形状;或(iii)其组合。
[0065] 当存在入口和出口时,容器(诸如管件)的内部储存器可以与入口和出口流体连接。容器(诸如管件)可以是(i)笔直的、弯曲的(例如,以一个或多个盘管为特征)、屈曲的或其组合;(ii)具有任何外部或内部剖面形状(例如,多边形、非多边形等)或面积;或(iii)具有任何外部或内部尺寸。“内部剖面形状”和“内部尺寸”可以指内部储存器的剖面形状、尺寸和/或体积容量。当管件为基本圆柱形或内部储存器具有基本圆形的剖面形状时,“外部尺寸或内部尺寸”分别为外径或内径。
[0066] 容器(诸如管件)可具有任何外部尺寸和任何内部尺寸。由于外部尺寸与内部尺寸之间的差决定了容器的壁的厚度,因此外部尺寸和内部尺寸可以被选择为使得容器的壁可以(i)耐受本文描述的方法的一个或多个参数,诸如压力;(ii)准许以微波(例如,特定频率和/或波长的微波)有效地或在期望的范围内辐照承受体材料;(iii)将承受体材料的至少一部分留持在期望位置处;或(iv)其组合。容器(诸如管件)可具有约5mm至约3m、约10mm至约3m、约20mm至约3m、约50mm至约3m、约100mm至约3m、约250mm至约3m、约500mm至约3m、约1m至约3m、或约2m至约3m的外部尺寸,并且内部尺寸可被选择以提供容器的(例如,管件的)壁的期望的厚度。
[0067] 在某些实施例中,管件或其至少一部分为基本圆柱形,并且具有内部储存器,该内部储存器具有基本圆形的剖面形状。如本文所使用的,短语“基本圆柱形”是指物件或其部分具有基本圆形外剖面形状,其中该物件在沿着其长度的任一点处的最小外径比其在沿着其长度的任一点处的最大外径小不超过20%(例如,100和至少80)、15%(例如,100和至少85)、10%(例如,100和至少90)、5%(例如,100和至少95),或1%(例如,100和至少99)。如本文所使用的,短语“基本圆形”是指最小直径(例如,管件的外径、内部储存器的内径)比其最大直径(例如,管件的外径、内部储存器的内径)小不超过20%(例如,10和至少8)、15%(例如,10和至少8.5)、10%(例如,10和至少9)、5%(例如,10和至少9.5)或1%(例如,10和至少
9.9)的形状。
[0068] 在某些实施例中,由电磁波透明材料形成的容器(诸如管件)的一部分为基本圆柱形,并且具有约3mm至约200mm的外径和约2mm至约150mm的内径。在某些实施例中,由电磁波透明材料形成的容器(诸如管件)的一部分为基本圆柱形,并且具有约3mm至约150mm的外径和约2mm至约100mm的内径。在某些实施例中,由电磁波透明材料形成的容器(诸如管件)的一部分为基本圆柱形,并且具有约3mm至约75mm的外径和约2mm至约60mm的内径。在某些实施例中,由电磁波透明材料形成的容器(诸如管件)的一部分为基本圆柱形,并且具有约15mm至约75mm的外径和约10mm至约60mm的内径。在某些实施例中,由电磁波透明材料形成的容器(诸如管件)的一部分为基本圆柱形,并且具有约45mm至约60mm的外径和约30mm至约
44mm的内径。在某些实施例中,由电磁波透明材料形成的容器(诸如管件)的一部分为基本圆柱形,并且具有约50mm至约54mm的外径和约40mm至约44mm的内径。然而,可以设想其他尺寸,因为包括容器(例如,管件)的本文的装置可以按比例缩放以容纳任何流体流。例如,由电磁波透明材料形成的容器(诸如管件)的一部分可为基本圆柱形,并且具有约0.5m至约
3m、约1m至3m或约2m至约3m的外径和约0.4m至约2.9m、约0.9m至约2.9m或约1.9m至约2.9m的内径。
[0069] 容器(例如,管件)可以是压力容器。“压力容器”是指被配置为耐受至少1巴、至少5巴、至少10巴、至少15巴、至少20巴或至少25巴的压力的容器。
[0070] 入口和出口(当存在时)可包括任一大小且在任一位置处分别准许流体(诸如氢供体)流入和流出容器(例如,管件)的共用开口或两个开口。例如,当容器为管件时,管件可具有布置在管件的第一端或第二端处的入口,并且管件可具有分别地布置在管件的第二端或第一端处的出口。替代地,管件可具有布置在管件的第一端处的入口和出口,或者布置在管件的第二端处的入口和出口。如本文所使用的,短语“第一端”、“在第一端处”、“第二端”、“在第二端处”等是指在容器(诸如管件)的终端点中的之一者处开始且朝向容器(例如,管件)的相对端延伸小于或等于容器(例如,管件)的长度的50%的区域。
[0071] 容器(诸如管件)可在存在于本文描述的装置和系统中时或者在本文描述的方法中使用时以任何定向布置。例如,容器(诸如管件)可被布置成使得容器(例如,管件)的纵向轴线平行(0°)于支撑装置的表面(例如,地面、地板、天花板、墙壁等)。作为另一示例,容器(例如,管件)可被布置成使得其纵向轴线垂直(90°)于支撑装置的表面(例如,地面、地板、天花板、墙壁等)。在某些实施例中,容器(例如,管件)相对于支撑装置的表面(例如,地面、地板、天花板、墙壁等)布置成从0°至90°的任一度。例如,容器(例如,管件)的纵向轴线与支撑装置的表面(例如,地面、地板、天花板、墙壁等)之间的角度可以是0°至90°、10°至90°、20°至90°、30°至90°、40°至90°、50°至90°、60°至90°、70°至90°或80°至90°。因此,当容器(例如,管件)包括入口和出口时,容器的入口和出口可以相对于支撑装置的表面(例如,地面、地板、天花板等)布置于相同或不同高度处。例如,管件的入口可以布置成比容器的出口更接近于支撑表面,从而允许容器(例如,管件)以“上流”模式操作。替代地,容器(例如,管件)的出口可以布置成比容器(例如,管件)的入口更接近于支撑表面,从而允许容器(例如,管件)以“下流”模式操作。
[0072] 容器(例如,管件)可以具有任何长度,即,从第一端或(如果存在)第一帽的终端点至容器(例如,管件)的第二端或(如果存在)第二帽的直线距离。容器(例如,管件)可具有例如约0.1m至约5m、约0.1m至约4m、约0.1m至约3m、约0.5m至约3m、约0.5m至约2m、约0.5m至约1.5m或约1m至约1.5m的长度。然而,可以设想其他长度,因为包括容器的本文的装置可以按比例缩放以容纳任何流体流。
[0073] 容器(例如,管件)可以包括准许以电磁波(诸如微波)辐照容器中的承受体材料的任何材料(例如,由该材料形成)。在某些实施例中,容器至少部分地由包括电磁波透明材料的一种或多种材料形成。如本文所使用的,短语“电磁波透明材料”是指在以一种或多种类型的电磁波(诸如本文描述的电磁波)辐照达到足以使1L的温度(原本处于环境温度)增加至少5%的时间时保持基本不被加热(即,小于或等于5%的温度增加)的材料。换言之,电磁波透明材料对于被选择使用的一种或多种类型的电磁波而不一定对所有电磁波为透明的。在某些实施例中,容器(例如,管件)至少部分地由包括微波透明材料的一种或多种材料形成。如本文所使用的,短语“微波透明材料”是指当以微波辐照达到足以使1L水的温度(原本处于环境温度)增加至少5%的时间时保持基本不被加热(即,小于或等于5%的温度增加)的材料,通常是低损耗介电材料。电磁波透明材料(诸如微波透明材料)可选自陶瓷、聚合物、玻璃、玻璃纤维、无机化合物(例如,矿物质)或其组合。在某些实施例中,无机化合物包括可通常称为石英的熔融氧化。在某些实施例中,电磁波透明材料(诸如微波透明材料)包括氮化硅。在某些实施例中,电磁波透明材料(诸如微波透明材料)包括陶瓷。在某些实施例中,陶瓷包括硅、、氮和氧,其可以被称为“SiAlON”陶瓷。在某些实施例中,陶瓷包括氧化铝。氧化铝可以是市场上可买到的氧化铝,其可包含按重量计最多10%、按重量计最多5%或按重量计最多1%的杂质,诸如二氧化硅氧化、氧化镁、氧化、氧化钠、二氧化、氧化铬、氧化、氧化或其组合。在某些实施例中,氧化铝是99.8%的氧化铝(美国宾夕法尼亚州的McDaniel Advanced Ceramic Technologies)。
[0074] 容器(例如,管件)可由一种或多种材料形成。例如,布置于施加器中的管件的至少一部分可由一种或多种电磁波透明材料形成,而一种或多种其他材料可用于形成容器的其余部分。例如,容器可由陶瓷和金属形成。
[0075] 在某些实施例中,容器(例如,管件)是由一种或多种电磁波透明材料形成的单片结构。如本文所使用的,短语“单片结构”是指由单一片材料(例如,陶瓷、金属等)形成的结构。具有单片结构的容器可以是例如包括完全由陶瓷形成的单一管状件的管件。陶瓷单片结构可以包括分别在第一端和第二端处的入口和出口。在某些实施例中,单片结构包括一个或多个结构特征(例如,凹陷部、凹槽、脊部、凸缘等)以容纳本文提供的装置的另一部分,诸如夹具或头部单元的其他部分。然而,单片结构可缺少被配置为容纳本文提供的装置的另一部分的一个或多个结构特征。
[0076] 在某些实施例中,容器(例如,管件)包括布置在容器(例如,管件)的第一端处的第一帽、布置在容器(例如,管件)的第二端处的第二帽、或分别布置在容器(例如,管件)的第一端和第二端处的第一帽和第二帽。在某些实施例中,容器(例如,管件)的入口由第一帽提供。在某些实施例中,容器(例如,管件)的出口由第二帽提供。例如,第一帽和/或第二帽可以分别限定准许流体(诸如氢供体)流入或流出容器(例如,管件)的内部储存器的孔隙。第一帽和/或第二帽可由任何材料形成。在某些实施例中,第一帽和/或第二帽由具有与容器(例如,管件)的电磁波透明材料(诸如微波透明材料)的热膨胀系数相同或相似(例如,在10%以内)的热膨胀系数的材料形成。在某些实施例中,第一帽和/或第二帽由金属形成。金属可以是合金,诸如包括铁、钴和镍的合金(例如, 合金)。在某些实施例中,第一
帽和/或第二帽包括金属,管件的一部分包括陶瓷,并且第一帽、第二帽或第一帽和第二帽两者以任何方式邻接,包括在管件与第一帽、第二帽或第一帽和第二帽两者之间形成密封件的方式。例如,容器(例如,管件)可藉由(i)陶瓷至金属硬焊,(ii)黏合剂,(iii)将管件的螺纹端固定至也可带螺纹的第一帽和/或第二帽中,或(iv)其组合邻接至第一帽、第二帽或第一帽和第二帽。硬焊可导致足以耐受本文描述的方法的一个或多个参数(诸如压力)的密封件。在某些实施例中,容器(例如,管件)的一部分包括氧化铝,并且第一帽、第二帽或第一帽和第二帽两者包括 合金。 合金可藉由(i)陶瓷至金属硬焊,(ii)在陶
瓷和 合金中的一者或两者上刻螺纹,或(iii)其组合邻接至陶瓷(诸如氧化铝)。
黏合剂可以是陶瓷黏合剂,诸如可从Sauereisen,Inc.(美国宾西法利亚州)商购获得的黏合剂。第一帽和/或第二帽通常可具有任何形状。例如,第一帽和/或第二帽可具有对应于本文的容器(例如,管件)、系统或装置的另一部分的特征(例如,凹陷部、凹槽、脊部、凸缘等)。
在某些实施例中,第一帽和/或第二帽包括可准许第一帽和/或第二帽容纳夹具或其他器件的一个或多个特征(例如,任何多边形或非多边形形状的凹陷部、凹槽、脊部、凸缘等),该夹具或其他器件可用作如本文描述的密封件或其部分,诸如第一帽和/或第二帽至本文的装置或系统的另一部分(例如,头部单元)之间的密封件。
[0077] 容器(例如,管件)的外部尺寸可被选择为符合施加器的尺寸。例如,施加器可包括限定其中布置有管件的一个或多个孔隙的结构。容器(例如,管件)可具有准许容器(例如,管件)接触施加器的一个或多个孔隙的至少一部分的外部尺寸。容器(例如,管件)可具有比施加器的孔隙的对应尺寸小约0.1mm至约10mm、约0.1mm至约5mm、约2mm至约4mm或约3mm至约3.5mm的外部尺寸。施加器可包括由壁限定的一个或多个腔室,其中每个壁限定其中布置有管件的孔隙,并且管件的外部尺寸与孔隙的尺寸之间的相对较小差可减少或消除微波泄漏
[0078] 如本文所使用的,短语“可固定地安装”、“可固定地邻接”等描述了被配置为非弹性的贴附或固定连接,包括以下连接:(i)被配置为永久的(例如,两个物件被焊接在一起,或物件在形成后包括两个特征,诸如包括微波干扰器的第二帽),和/或(ii)包括一个或多个固件或特征,该一个或多个紧固件或特征:(a)(1)不可手动拆卸(例如,用工具拧紧的螺纹紧固件、某些类型的黏合剂、拉紧卡圈、在两个物件之间提供摩擦的材料等);或(2)无需借助松动工具即可手动拆卸(例如,藉由相应的凸形和凹形特征连接的物件,诸如突片与狭槽、脊部与凹槽,某些类型的黏合剂,在物件之间提供摩擦的材料等),和/或(b)可在不失败的情况下耐受本文中的方法的一个或多个参数(诸如压力、热量、热膨胀施加的力等)。
[0079] 装置、系统或其部分(诸如管件)可以包括一个或多个保持器件以(i)防止承受体材料逸出容器(例如,管件)的内部储存器和/或帽,(ii)控制承受体材料在装置、系统或其部分(诸如内部储存器、帽、头部单元等)中的位置,(iii)防止承受体材料接触流体,或(iv)其组合。一个或多个保持器件可包括可渗透或不可渗透放置在容器(例如,管件)的入口中的流体的材料。一个或多个保持器件可位于系统或装置中的任一位置处。一个或多个保持器件可(i)放置在由容器(诸如管件)限定的内部体积中或邻近内部体积,和/或(ii)被配置为将承受体粒子留持在由容器限定的内部体积中同时允许流体从内部体积流出。在某些实施例中,保持器件包括薄膜。在某些实施例中,保持器件包括流体可穿过但承受体材料(诸如承受体粒子)无法穿过的数个开口。在某些实施例中,一个或多个保持器件包括筛网。可包括框架的保持器件(例如,薄膜、筛网等)可定位(例如,可固定地安装):(i)在容器中或邻近容器(例如,管件),例如,在内部储存器的一端或两端处、在帽中或邻近帽;(ii)在头部单元中或邻近头部单元(例如,在头部单元中、在头部单元与帽之间和/或在流体穿过其流出头部单元的管或其他器件中);或(iii)其组合。任何筛目标号可被选择用于保持器件;例如,保持器件可具有任何合适的目数。在某些实施例中,保持器件是具有从4至400、10至200、20至100或20至50的目数的筛网。在某些实施例中,保持器件包括30目筛网。在某些实施例中,保持机构中的开口的平均开口面积小于20平方毫米、15平方毫米、10平方毫米、5平方毫米或2平方毫米。在某些实施例中,保持器件包括耦合至容器的筛网、耦合至容器的穿孔板或容器的穿孔壁。在某些实施例中,至少一个保持器件包括接近于容器(例如,管件)的流体入口的第一保持结构位置和接近于流体出口的第二保持结构位置。除了可渗透放置在容器(例如,管件)的入口中的流体(诸如氢供体)之外,一个或多个保持器件还可以经由孔隙或以其他方式容纳容器(例如,管件)的一个或多个其他组件,诸如微波干扰器。例如,微波干扰器可以包括布置在由一个或多个保持器件限定的孔隙中的一部分。在某些实施例中,一个或多个保持器件包括至少部分地由电磁波透明材料(诸如微波透明材料)形成的一个或多个外壳,该电磁波透明材料可以是(i)不可渗透流体,以及(ii)与管件的电磁波透明材料相同或不同。承受体材料可放置在一个或多个外壳中。外壳通常可具有任何形状,并且容器(例如,管件)可包括其中放置有承受体材料的一个或多个外壳。在某些实施例中,其中放置承受体材料的外壳是具有长宽比为至少3:1(例如,圆柱形形状)的细长外壳,从而形成“管件内管件”配置,其中流体(诸如氢供体)横穿至少部分地由细长外壳的外表面和管件的内表面限定的区域。在某些实施例中,细长外壳中的两者或更多者以任何方式布置于容器(例如,管件)中。在某些实施例中,一个或多个外壳包括以任何方式布置于容器(例如,管件)中的具有小于3:1的长宽比(例如,球形、椭圆形、正方形、矩形形状)的一个或多个胶囊。
放置在外壳中的承受体材料可以是任何形式,包括本文描述的形式,诸如微粒形式、单片形式或其组合。
[0080] 施加器
[0081] 本文的装置可包括施加器,诸如微波施加器。施加器可包括在以数个电磁波(诸如数个微波)辐照承受体材料时容器(例如,管件)以任何方式安装到的任何器件。引入至施加器中的数个电磁波可包括数个无线电波、数个微波、数个红外线波、数个伽射线、任何其他类型的电磁波或其组合。数个电磁波可至少部分地由激光产生。本文提供的施加器中的任一者(包括称为(i)“微波施加器”、(ii)承载微波、或(iii)与一个或多个微波产生器一起使用的施加器)可以与前述类型的电磁波中的每者一起使用。
[0082] 一个或多个容器(例如,管件)可至少部分地布置于施加器中。当位于准许放置在施加器中的电磁波的至少一部分分别接触、横穿和/或辐照容器的至少一部分和/或承受体材料的至少一部分的位置时,容器(例如,管件)的至少一部分和/或承受体材料的至少一部分被布置在施加器“中”。在某些实施例中,施加器包括多于一个组件,并且一个或多个容器(以及如果存在,一个或多个容器中的承受体材料)至少部分地布置在其中安置电磁波的施加器的组件(例如,器皿、模化单元等)中。例如,一个容器、两个容器、三个容器、四个容器或更多个容器可以至少部分地布置在施加器中。每个容器可以完全或部分地独立地布置在施加器中。例如,当容器为管件时,管件可完整地布置在施加器内(例如,管件的任一部分都不从施加器突出),或部分地布置在施加器内(例如,管件的第一端或第一端和第二端两者从施加器突出)。
[0083] 施加器可包括容器(例如,管件)安装到的并且其中引入电磁波(诸如微波)的单一零件(例如,器皿、模块化单元等)。替代地,施加器可包括其中引入微波的两个或更多个零件(诸如器皿或模块化单元)以及容器(例如,管件)以任何方式安装到的至少一个单独零件,诸如安装装置,如本文所述(例如,单独托架和/或其他结构(例如,基座、细长支撑件等(例如,吊架、线、杆、缆线绳索、链条、管道(诸如将系统的组件放置成流体连通的管道等)等)。施加器可包括器皿和至少一个单独零件,并且器皿和至少一个单独零件可布置在相同或不同位置处。例如,器皿可定位在地板、基座、第一支撑件等上,并且至少一个单独零件(管件可以以任何方式安装到其上)可定位在地板、基座、支撑件处或从该位置延伸;或另一位置,诸如天花板、墙壁、第二基座、第二支撑件等。
[0084] 在某些实施例中,施加器包括器皿,该器皿具有第一端和第二端并且包括由器皿的一个或多个外壁、器皿内部的一个或多个壁或其组合限定的一个或多个腔室。例如,器皿的第一端和第二端可包括器皿的任何两个相对外壁。器皿的第一端、器皿的第二端、器皿内部的一个或多个壁或其组合可以限定孔隙。孔隙可以容纳管件。例如,管件可布置在由(a)器皿的第一端,(b)器皿的第二端,(c)器皿内部的一个或多个壁,或者(d)其组合限定的孔隙中。
[0085] 在某些实施例中,施加器包括一个、一个至三十个、一个至二十五个、一个至十五个、一个至十个、两个至十个、两个至八个、四个至八个或四个至六个腔室。微波产生器可被定位成将数个微波引入至腔室中。腔室的数量可以大于、等于或小于微波产生器的数量。数个电磁波(诸如微波)可以(i)经由由器皿的外壁限定的孔隙,(ii)藉由放置在腔室中的微波产生器的组件,(iii)藉由放置在波导中的微波产生器的组件,或(iv)其组合被引入至腔室中。如本文所使用的,短语“微波产生器”是指产生微波的器件,包括器件的组件,诸如天线、同轴缆线、传输线等。在某些实施例中,电磁波发射结构包括微波产生器的一个或多个组件,诸如天线、同轴缆线等。当使用除微波之外的电磁波来执行本文描述的方法时,“微波产生器”可由本文提供的其他类型的电磁波的产生器代替。
[0086] 如本文所使用的,短语“经由由器皿的外壁限定的孔隙引入至腔室中”是指并且包括利用定位在腔室外部的微波产生器引入微波,并且经由由器皿的外壁限定的孔隙将微波引入至腔室中。在横穿孔隙之前,微波可穿过波导、同轴缆线或其他传输线。
[0087] 如本文所使用的,短语“藉由放置在腔室中的微波产生器引入至腔室中”是指利用具有布置在腔室中的至少一个组件(诸如天线)的微波产生器将微波引入至腔室中。此类微波产生器的其他组件可以布置在腔室外部,并且可以经由缆线连接至布置在腔室中的一个或多个组件,诸如天线。当利用天线或其他方式将微波引入腔室内部时,微波可不穿过布置在腔室外部的波导,并且因此,腔室可不包括波导。
[0088] 如本文所使用的,短语“藉由放置在波导中的微波产生器引入至腔室中”是指利用具有布置在波导中的至少一个组件(诸如天线)的微波产生器来产生微波。此类微波产生器的其他组件可以布置在波导外部,并且可以经由缆线连接至布置在波导中的一个或多个组件,诸如天线。当微波是利用天线或其他方式在波导内部产生时,微波在经由由器皿的外壁限定的孔隙进入腔室之前可横穿波导的至少一部分,包括存在于(i)波导中微波产生器的组件与(ii)腔室或腔室的孔隙之间的波导的部分。
[0089] 在某些实施例中,一个或多个微波产生器中的至少一者被定位成将数个微波引入至至少一个腔室中。每个腔室可以与一个或多个微波产生器相关联。在某些实施例中,第一、第二、第三等微波产生器分别被定位成将数个微波引入至第一、第二、第三等腔室中。在某些实施例中,腔室的数量超过微波产生器的数量。因此,微波产生器可以不定位在每个腔室处。在某些实施例中,装置包括三个至六个微波产生器和四个至六个腔室。在某些实施例中,腔室的数量小于微波产生器的数量。因此,两个或更多个微波产生器可定位在一个或多个腔室处。施加器的腔室可以是单模式腔室或多模式腔室。在某些实施例中,包括器皿的施加器的腔室是多模式腔室。
[0090] 在某些实施例中,以包括除微波之外的电磁波的数个电磁波辐照承受体材料,并且这些非微波电磁波可由位于本文中针对微波产生器描述的任何一个或多个位置处的一个或多个源(例如,产生器、天线等)产生。
[0091] 施加器还可包括一个或多个波导。如本文所使用的,术语“波导”是指(i)布置在微波产生器与腔室之间且(ii)包括微波在进入腔室之前穿过的通路的器件,其中该通路被构造为减少或消除微波横穿通路时的能量损耗。因此,波导可具有任何外部形状,并且通道的形状和尺寸可以被配置为减少或消除微波的能量损耗。当存在波导时,其可从腔室的孔隙延伸和/或附接在腔室的孔隙处或附近。微波产生器可定位和/或附接至波导的另一端。波导从其延伸和/或附接的腔室的孔隙可至少部分地覆盖有电磁波透明材料(例如,微波透明材料),诸如氧化铝、 聚四氟乙烯、熔融氧化硅等。在某些实施例中,波导布置在每个腔室与微波产生器之间。一个或多个波导可包括至少一个调谐螺钉,其可以是准许阻抗匹配的特征。
[0092] 施加器可包括固态微波施加器。固态微波施加器可包括至少一个天线、功率组件以及连接功率组件与至少一个天线中的每一者的缆线(例如,同轴缆线)。一个或多个天线可以布置在本文所公开的施加器的腔室中,并且至少部分地限定每个腔室的壁可以限定可容纳固态微波施加器的缆线的孔隙。例如,施加器可包括六个腔室,并且六个腔室中的任何数量的腔室可包括至少一个天线,并且天线可连接至一个或多个功率组件。一个或多个天线可以布置在本文所公开的施加器的波导中,并且限定每个波导的任一壁可以限定可容纳固态微波施加器的缆线的孔隙。例如,施加器可包括六个波导,并且六个波导中的任何数量的波导可包括至少一个天线,并且天线可连接至一个或多个功率组件。作为另一示例,施加器可包括六个腔室和一个至六个波导,并且六个腔室中的任何数量的腔室和一个至六个波导中的任何数量的波导可包括至少一个天线,并且天线可连接至一个或多个功率组件。
[0093] 施加器还可由一个模块化施加器单元或至少两个模块化施加器单元形成。在某些实施例中,施加器包括一个至三十个模块化施加器单元、一个至二十五个模块化施加器单元、一个至二十个模块化施加器单元、一个至十五个模块化施加器单元、一个至十个模块化施加器单元、两个至十个模块化施加器单元。在某些实施例中,施加器包括四个至六个模块化施加器单元。
[0094] 每个模块化单元可包括(i)具有第一侧和第二侧的腔室,(ii)由第一侧限定的第一孔隙,(iii)由第二侧限定的第二孔隙,以及(iv)从腔室的第三孔隙延伸的波导。施加器的每个模块化施加器单元可以是相同的,或者模块化施加器单元中的至少两者可以以任何方式(诸如腔室的尺寸,波导的尺寸,腔室、波导和/或孔隙的定向,或其组合)不同。无论相同还是不同,施加器的任何两个模块化单元都可以以相同方式定向。每个模块化单元的腔室可以是单模式腔室或多模式腔室。在某些实施例中,每个模块化单元的腔室是单模式腔室。
[0095] 在某些实施例中,至少两个模块化施加器单元布置成彼此相邻,并且管件布置在相邻模块化施加器单元的第一和第二孔隙中。在某些实施例中,一个至三十个模块化施加器单元或两个至十个模块化施加器单元布置为彼此相邻,并且管件布置在每个模块化施加器单元的第一孔隙和第二孔隙中。当两个模块化施加器单元彼此相邻时,该两个模块化施加器单元可以彼此接触或彼此不接触。当两个模块化施加器单元彼此接触时,两个模块化施加器单元可以以任何方式邻接。例如,两个模块化施加器单元可以可固定地安装至彼此。在某些实施例中,模块化施加器单元包括可准许或简化两个模块化施加器单元的布置和/或邻接的一个或多个结构特征,诸如相应的凸形和凹形结构特征。
[0096] 在某些实施例中,一个或多个微波产生器中的至少一者被定位成将数个微波引入至一个到三十个模块化施加器单元中的至少一者中。在某些实施例中,装置包括三个至六个微波产生器,并且施加器是包括四个至六个模块化施加器单元的施加器。
[0097] 管件可以以任何方式安装至施加器。如本文所述,可以通过(i)将管件的一部分(诸如帽)安装至施加器,和/或(ii)将接触管件的单独器件(诸如头部单元)来将管件安装至施加器。在某些实施例中,管件被弹簧安装至施加器。在某些实施例中,管件可固定地安装至施加器。在某些实施例中,管件的部分(诸如第一端)可固定地安装或弹簧安装至施加器,并且管件的另一部分(诸如第二端)可固定地安装或弹簧安装至施加器。
[0098] 当管件可固定地安装或弹簧安装至施加器时,管件的部分(诸如第一帽或第二帽)或装置的另一部分(诸如与管件接触的第一或第二头部单元)可以(i)直接安装至施加器的器皿或施加器的模块化施加器单元中的一者,或(ii)安装至施加器的另一部分,诸如安装装置。安装装置可以是准许将管件的一部分安装至施加器的单独部件(即,不连接至器皿或模块化施加器单元)。安装装置的非限制性示例包括基座、托架和细长支撑件(例如,吊架、链条、缆线、绳索、金属线、管道、软管等)。因此,安装装置可包括管道、软管或在本文提供的系统中使用的任何连接线
[0099] 如本文所使用的,短语“弹簧安装”描述了两个物件之间被配置为弹性的连接,并且因此,允许两个物件中的第一者(i)在施加力至该第一物件后相对于第二物件移动,并且(ii)在移除该力后返回至其原始位置处或附近的位置。例如,可以藉由可在加热期间发生的装置的部分(诸如管件)的膨胀来施加力。当管件的一端被弹簧安装至施加器时,本文的装置可包括用于检测(i)藉由管件的热膨胀施加的力,(ii)弹簧安装式物件移动的距离,或(iii)其组合的一个或多个器件。例如,距离检测激光器可以可固定地安装至弹簧安装式物件(例如,如本文所述的头部单元),并且可以使用藉由激光器确定的距离变化和弹簧常数来计算力。作为另一示例,可使用负荷传感器来检测或确定一个或多个力。
[0100] 在某些实施例中,(i)管件的第一端弹簧安装至施加器,(ii)管件的第二端可固定地安装至施加器,(iii)管件的第一端弹簧安装至施加器并且管件的第二端可固定地安装至施加器,(iv)管件的第一端可固定地安装至施加器,(v)管件的第二端弹簧安装至施加器,(vi)管件的第一端可固定地安装至施加器并且管件的第二端弹簧安装至施加器,或(vii)管件的第一端弹簧安装至施加器并且管件的第二端弹簧安装至施加器。
[0101] 本文的装置可包括被配置为(i)接触管件(诸如管件的一端)并且(ii)以任何方式安装至施加器的至少一个头部单元。例如,头部单元可安装至器皿、模块化施加器单元或安装装置。头部单元可以利用一个或多个紧固件(诸如螺纹紧固件(例如,螺纹或部分带螺纹的螺栓、螺钉等))来安装。当使用螺纹或部分螺纹紧固件来将组件固定至施加器时,施加器可包括用于接收螺纹或部分螺纹紧固件的对应特征,诸如螺纹或部分螺纹凹陷部、从施加器突出的螺纹或部分螺纹承窝、紧固件布置于其中且利用螺母来固定的孔隙等。在某些实施例中,头部单元利用一个至三十个紧固件、一个至二十五个紧固件、一个至二十个紧固件、一个至十五个紧固件、一个至十个紧固件、一个至八个紧固件、一个至六个紧固件、一个至四个紧固件、一个至三个紧固件、两个紧固件或一个紧固件来安装。头部单元可以通过焊接来安装。头部单元可以是施加器的器皿或模块化施加器单元的组成组件。装置可包括一个头部单元、两个头部单元或更多个头部单元,并且本文描述的“第一头部单元”或“第二头部单元”的任何特征可分别为“第二头部单元”或“第一头部单元”或任何其他头部单元的特征。
[0102] 在某些实施例中,本文的装置包括(i)限定第一孔隙的第一头部单元;(ii)具有第一端和第二端的第一紧固件,其中第一紧固件可滑动地布置在第一孔隙中,并且第一紧固件的第二端可固定地安装至施加器;以及(iii)布置在第一头部单元与第一紧固件的第一端和/或第二端之间的第一弹性可压缩装置。
[0103] 在某些实施例中,本文的装置包括(i)限定第一孔隙和第二孔隙的第一头部单元;(ii)具有第一端和第二端的第一紧固件,其中第一紧固件可滑动地布置在第一孔隙中,并且第一紧固件的第二端可固定地安装至施加器;(iii)具有第一端和第二端的第二紧固件,其中第二紧固件可滑动地布置在第二孔隙中,并且第二紧固件的第二端可固定地安装至施加器;(iv)布置在第一头部单元与第一紧固件的第一端和/或第二端之间的第一弹性可压缩装置;以及(v)布置在第一头部单元与第二紧固件的第一端和/或第二端之间的第二弹性可压缩装置,其中管件的第一端与第一头部单元彼此接触。在某些实施例中,该装置还包括(i)由第一头部单元限定的第三孔隙;(ii)具有第一端和第二端的第三紧固件,其中第三紧固件可滑动地布置在第三孔隙中,并且第三紧固件的第二端可固定地安装至施加器;(iii)布置在第一头部单元与第三紧固件的第一端和/或第二端之间的第三弹性可压缩装置。在某些实施例中,该装置还包括(i)由第一头部单元限定的第四孔隙;(ii)具有第一端和第二端的第四紧固件,其中第四紧固件可滑动地布置在第四孔隙中,并且第四紧固件的第二端可固定地安装至施加器;以及(iii)布置在第一头部单元与第四紧固件的第一端和/或第二端之间的第四弹性可压缩装置。当使用具有第一端和第二端的多于四个紧固件来安装头部单元时,则弹性可压缩装置可布置在第一头部单元与多于四个紧固件的第一端和/或第二端中的每一者之间。
[0104] 如本文所使用的,短语“可滑动地安装”、“可滑动地布置”等描述了两个物件之间的连接,该连接有利于至少一个物件相对于另一物件自由地移动或在施加力后移动。
[0105] 如本文所使用的,短语“弹性可压缩装置”是指被配置为在施加或移除一个或多个力后偏离原始形状和/或位置并返回至原始形状和/或位置的主动或被动装置。一般而言,弹性可压缩装置可以布置在本文提供的装置中的任一位置处(例如,头部单元与器皿之间、头部单元与间隔区块之间、头部单元与紧固件的第一端之间、头部单元与紧固件的第二端之间等)。弹性可压缩装置可位于用于容纳本文提供的装置的任一组件(包括但不限于管件、头部单元、间隔区块等)的膨胀的位置处。弹性可压缩装置(诸如第一、第二、第三和第四弹性可压缩装置)可以是相同或不同的。弹性可压缩装置(诸如第一、第二、第三和第四弹性可压缩装置)可包括弹簧、气动装置(诸如气动活塞)、液压装置(诸如液压缸)等。弹簧可包括螺旋弹簧。在某些实施例中,弹簧包括分别可滑动地安装在一个或多个紧固件(诸如第一紧固件、第二紧固件、第三紧固件或第四紧固件)上的一个或多个碟形弹簧。在某些实施例中,弹簧包括分别可滑动地安装在一个或多个紧固件(诸如第一紧固件、第二紧固件、第三紧固件或第四紧固件)上的两个或更多个碟形弹簧。在某些实施例中,1个至1000个、1个至750个、1个至500个、1个至250个、1个至100个、1个至50个、1个至25个或2个至24个碟形弹簧分别可滑动地安装在一个或多个紧固件(诸如第一紧固件、第二紧固件、第三紧固件或第四紧固件)上。
[0106] 在某些实施例中,头部单元包括至少一个板和被配置为接收管件的一端的部分。在某些实施例中,该装置包括第一头部单元,该第一头部单元包括(i)被配置成接收管件的一端的部分;以及(ii)限定第一孔隙的板;(iii)具有第一端和第二端的第一紧固件,其中第一紧固件可滑动地布置在第一孔隙中,并且第一紧固件的第二端可固定地安装至施加器;以及(iv)布置在板与第一紧固件的第一端和/或第二端之间的第一弹性可压缩装置,其中被配置为接收管件的一端的部分(a)布置在施加器与板之间,并且(b)与板和管件接触。
被配置为接收管件的一端的部分可以包括接触板的非平坦表面(例如,圆形、弯曲、锥形等)。该板可具有基本平坦表面,该基本平坦表面接触被配置为接收管件的一端的部分的非平坦表面。当施加力至被构造为接收管件的一端的部分时(诸如在本文描述的方法期间施加的力),非平坦表面可准许被配置为接收管件的一端的部分相对于板移动。该板可包括接触被配置为接收管件的一端的部分的非平坦表面(例如,圆形、弯曲、锥形等)。被配置为接收管件的一端的部分可具有接触板的非平坦表面的基本平坦表面。当施加力至被构造为接收管件的一端的部分时(诸如在本文描述的方法期间施加的力),板的非平坦表面可准许被配置为接收管件的一端的部分相对于板移动。在某些实施例中,被配置为接收管件的一端的部分包括接触板的对应平坦表面的平坦表面。
[0107] 在某些实施例中,该装置包括第一头部单元,该第一头部单元包括(i)被配置为接收管件的一端的部分;以及(ii)限定第一孔隙和第二孔隙的板;具有第一端和第二端的第一紧固件,其中第一紧固件可滑动地布置在第一孔隙中,并且第一紧固件的第二端可固定地安装至施加器;具有第一端和第二端的第二紧固件,其中第二紧固件可滑动地布置在第二孔隙中,并且第二紧固件的第二端可固定地安装至施加器;布置在板与第一紧固件的第一端和/或第二端之间的第一弹性可压缩装置;以及布置在板与第二紧固件的第一端和/或第二端之间的第二弹性可压缩装置,其中被配置为接收管件的一端的部分(a)布置在施加器与板之间,并且(b)与板和管件接触。在某些实施例中,该装置包括由板限定的第三孔隙;具有第一端和第二端的第三紧固件,其中第三紧固件可滑动地布置在第三孔隙中,并且第三紧固件的第二端可固定地安装至施加器;以及布置在板与第三紧固件的第一端和/或第二端之间的第三弹性可压缩装置。在某些实施例中,该装置包括由板限定的第四孔隙;具有第一端和第二端的第四紧固件,其中第四紧固件可滑动地布置在第四孔隙中,并且第四紧固件的第二端可固定地安装至施加器;以及布置在板与第四紧固件的第一端和/或第二端之间的第四弹性可压缩装置。第一、第二、第三和第四弹性可压缩装置可以是相同或不同的。在某些实施例中,第一、第二、第三或第四可弹性压缩装置包括分别可滑动地安装在第一头部单元的第一紧固件、第二紧固件、第三紧固件或第四紧固件上的一个或多个碟形弹簧。在某些实施例中,该装置包括分别可滑动地安装在第一头部单元的第一紧固件、第二紧固件、第三紧固件或第四紧固件上的1个至1000个、1个至750个、1个至500个、1个至250个、1个至100个、1个至50个、1个至25个或2个至24个碟形弹簧。
[0108] 在某些实施例中,本文的装置的一个或多个碟形弹簧包括KEY 碟形弹簧(美国),其通常可被称为“ 垫片”。
[0109] 第一头部单元可接触管件的一部分,诸如管件的第一端。第一头部单元可包括第一密封件,其中管件的一部分(诸如管件的第一端)接触第一密封件。第一密封件可包括任何已知密封件,并且可被选择为防止或消除流体泄漏的可能性,和/或耐受本文的方法的一个或多个参数,诸如压力。第一密封件可布置在允许其接触管件的第一端和第一头部单元的任一位置处。例如,第一密封件可(i)包围管件的外表面(例如,基本圆柱形管件的圆周),(ii)接触管件的终端部分(例如,限定入口的表面),或(iii)其组合。
[0110] 在某些实施例中,第一密封件包括橡胶。例如,第一密封件可包括橡胶环,当接触第一头部单元的管件的部分(诸如第一端(例如,第一帽))为基本圆柱形时,橡胶环可以是基本圆形的。在某些实施例中,第一密封件包括金属,诸如金属环。在某些实施例中,第一头部单元包括被配置为接收管件的部分(诸如管件的第一端(例如,第一帽))的凹陷部。第一密封件(当存在时)可以布置在凹陷部中。在某些实施例中,第一头部单元包括被配置为接收密封件的至少一部分的凹陷部,并且密封件布置在第一头部单元的凹陷部中。在某些实施例中,管件(例如,帽)包括被配置为接收密封件的至少一部分的凹陷部,并且密封件布置在管件的凹陷部中。管件的凹陷部可位于管件的帽或其他部分中,并且在某些实施例中可以包围管件的外表面(例如,基本圆柱形管件的圆周)。在某些实施例中,第一头部单元包括被配置为接收密封件的第一部分的凹陷部,并且管件(例如,帽)包括被配置为接收密封件的第二部分的凹陷部,并且密封件布置在第一头部单元和管件的凹陷部中。第一头部单元通常可具有能够容纳孔隙并接触管件的任何形状。
[0111] 如本文所使用的,术语“密封件”、短语“第一密封件”、短语“第二密封件”等是指两个物件之间消除或降低两个物件之间发生流体泄漏的可能性的封闭件。“密封件”可包括(i)两个物件之间的接触(例如,两个物件焊接、硬焊、紧固、夹紧、用黏合剂黏合在一起等),(ii)布置在两个物件之间并与两个物件两者接触的器件,或(iii)其组合。布置在两个物件之间并与两个物件两者接触的器件可包括例如橡胶密封件(例如, 橡胶密封件)、金属密封件(例如,PARKER  金属密封件)、垫圈等。
[0112] 头部单元可限定被配置为将流体提供至管件的入口或准许流体从管件的出口流出以从头部单元流出的一个或多个孔隙。该一个或多个孔隙可包括一个或多个通道。头部单元可限定用于固定夹具或其他器件的紧固件可滑动地布置在其中的一个或多个孔隙。
[0113] 在某些实施例中,管件可包括帽,并且帽可焊接至、夹紧至或包括头部单元(例如,帽和头部单元是单一物件的组成部分)。因此,可以不包括密封件。
[0114] 在某些实施例中,该装置也包括限定第一孔隙的第二头部单元;具有第一端和第二端的第一紧固件,其中第一紧固件可滑动地布置在第一孔隙中,并且第一紧固件的第二端可固定地安装至施加器;以及布置在第二头部单元与第一紧固件的第一端和/或第二端之间的第一弹性可压缩装置。
[0115] 在某些实施例中,该装置也包括限定第一孔隙和第二孔隙的第二头部单元;具有第一端和第二端的第一紧固件,其中第一紧固件可滑动地布置在第一孔隙中,并且第一紧固件的第二端可固定地安装至施加器;具有第一端和第二端的第二紧固件,其中第二紧固件可滑动地布置在第二孔隙中,并且第二紧固件的第二端可固定地安装至施加器;布置在第二头部单元与第一紧固件的第一端和/或第二端之间的第一弹性可压缩装置;以及布置在第二头部单元与第二紧固件的第一端和/或第二端之间的第二弹性可压缩装置,其中管件的第一端与第二头部单元彼此接触。在某些实施例中,该装置还包括由第二头部单元限定的第三孔隙;具有第一端和第二端的第三紧固件,其中第三紧固件可滑动地布置在第三孔隙中,并且第三紧固件的第二端可固定地安装至施加器;布置在第二头部单元与第三紧固件的第一端和/或第二端之间的第三弹性可压缩装置。在某些实施例中,该装置包括由第二头部单元限定的第四孔隙;具有第一端和第二端的第四紧固件,其中第四紧固件可滑动地布置在第四孔隙中,并且第四紧固件的第二端可固定地安装至施加器;以及布置在第二头部单元与第四紧固件的第一端和/或第二端之间的第四弹性可压缩装置。第一、第二、第三和第四弹性可压缩装置可与针对第一头部单元选择的那些装置相同或不同。在某些实施例中,第一、第二、第三或第四可弹性压缩装置包括分别可滑动地安装在第二头部单元的第一紧固件、第二紧固件、第三紧固件或第四紧固件上的一个或多个碟形弹簧。在某些实施例中,该装置包括分别可滑动地安装在第二头部单元的第一紧固件、第二紧固件、第三紧固件或第四紧固件上的1个至1000个、1个至750个、1个至500个、1个至250个、1个至100个、1个至50个、1个至25个或2个至24个碟形弹簧。
[0116] 第二头部单元可接触管件的一部分,诸如管件的第二端。第二头部单元可包括第二密封件,其中管件的一部分(诸如管件的第二端(例如,第二帽))接触第二密封件。第二密封件可包括任何已知密封件,并且可以被选择为防止或消除流体泄漏可能性,和/或耐受本文的方法的一个或多个参数,诸如压力。在某些实施例中,第二密封件包括橡胶。例如,第二密封件可包括橡胶环,当接触第二头部单元的管件的部分(诸如第二端(例如,第二帽))为基本圆柱形时,橡胶环可以是基本圆形的。在某些实施例中,第二密封件包括金属,诸如金属环。在某些实施例中,第二头部单元包括被配置为接收管件的部分的(诸如管件的第二端(例如,第二帽))的凹陷部。第二密封件(当存在时)可以布置在凹陷部中。在某些实施例中,第二头部单元包括被配置为接收密封件的至少一部分的凹陷部,并且密封件布置在第二头部单元的凹陷部中。在某些实施例中,管件(例如,帽)包括被配置为接收密封件的至少一部分的凹陷部,并且该密封件布置在管件的凹陷部中。在某些实施例中,第二头部单元包括被配置为接收密封件的第一部分的凹陷部,并且管件(例如,帽)包括被配置为接收密封件的第二部分的凹陷部,并且密封件布置在第二头部单元和管件的凹陷部中。第二头部单元通常可具有能够容纳孔隙并接触管件的任何形状。第二头部单元通常可具有能够容纳孔隙并接触管件的任何形状。
[0117] 在某些实施例中,该装置包括可固定地安装至施加器的头部单元。在某些实施例中,该装置包括第一头部单元和第二头部单元,并且第一头部单元和第二头部单元中的一者或两者可固定地安装至施加器。
[0118] 在某些实施例中,头部单元可固定地安装至管件。例如,(i)第一头部单元可以可固定地安装至管件的第一端,(ii)第二头部单元可以固定地安装至管件的第二端,或(iii)第一头部单元可以可固定地安装至管件的第一端,并且第二头部单元可以可固定地安装至管件的第二端。通过将头部单元的至少一部分焊接至管件的至少一部分,头部单元可以可固定地安装至管件。例如,当管件包括金属帽(例如, 合金金属帽)时,金属帽可以被焊接至头部单元。在某些实施例中,(i)第一头部单元焊接至管件的第一端,(ii)第二头部单元焊接至管件的第二端,或(iii)第一头部单元焊接至管件的第二端并且第二头部单元焊接至管件的第二端。
[0119] 施加器通常可由包括能够留持微波的材料的任何材料制成。在某些实施例中,施加器由金属(诸如不锈)形成。
[0120] 施加器可以具有任何厚度的外壁和/或内壁(例如,划分器皿的腔室的壁)。在某些实施例中,外壁和/或内壁具有约0.0002m至约0.05m、约0.0005m至约0.05m、约0.001m至约0.04m、约0.002m至约0.03m、约0.002m至约0.02m、约0.002m至约0.01m、约0.002m至约
0.05m、约0.002m至约0.005m、约0.003m至约0.004m或约0.003m至约0.0032m的厚度。器皿和器皿的腔室通常可具有任何尺寸。如果器皿包括两个或更多个腔室,则每个腔室可具有相同的尺寸或不同尺寸。器皿或模块化单元的腔室可以是多边形腔室(例如,剖面形状为正方形、矩形、三角形等)或非多边形腔室(例如,剖面形状为圆形、椭圆形等)。器皿和/或器皿或模块化单元中的腔室可被配置(例如,尺寸确定)为多模式腔室或单模式腔室。器皿和/或器皿或模块化单元中的腔室可以被配置(例如,尺寸确定)为使得电磁波的至少一部分(诸如数个微波)被引导至管件或管件中的承受体材料,这可以提高加热效率。
[0121] 在某些实施例中,施加器可包括一个或多个传感器。一个或多个传感器可包括温度传感器,诸如红外温度传感器。温度传感器可用于监测或确定管件的温度,诸如管件的外部温度。施加器的一个或多个腔室可包括可准许确定和/或监测沿着管件的温度梯度的温度传感器。随着穿过管件的流体被加热,管件的温度可从其第一端至其第二端增加。藉由监测或确定该梯度,可以进行调整来以任何期望的方式控制温度梯度。一个或多个传感器可包括距离检测传感器。一个或多个传感器可与控制器通信,该控制器响应于由一个或多个传感器收集的数据来调整装置或系统的组件(诸如微波产生器)的一个或多个参数。例如,控制器可以响应于从一个或多个传感器(诸如温度传感器)收集的数据来调整微波产生器的一个或多个参数(例如,功率、频率等)。
[0122] 承受体材料
[0123] 如本文所使用的,短语“承受体材料”是指将电磁能量(诸如微波)转化为热量的材料。承受体材料可包括金属、半金属、介电质或其组合。承受体材料可包括金属氧化物,诸如氧化铁。在某些实施例中,承受体材料包括碳化硅。在某些实施例中,承受体材料包括碳化硅、磁铁矿、沸石、石英、铁氧体、碳黑、石墨花岗岩或其组合。在某些实施例中,承受体材料包括磁铁矿。在某些实施例中,承受体材料包括基于承受体材料的重量按重量计至少25%、至少50%、至少75%或100%的磁铁矿。例如,承受体材料可包括(i)基于承受体材料的重量按重量计至少25%、至少50%、至少75%的磁铁矿,以及(ii)填充剂和/或第二承受体材料,诸如除磁铁矿之外的氧化铁。在某些实施例中,承受体材料包括金属、半金属、介电质或其组合,其基于承受体材料的重量按重量计至少5%、至少10%、至少15%、至少20%、至少25%、至少50%、至少75%或100%。
[0124] 承受体材料可以是任何形式。例如,承受体材料可以是微粒形式、单片形式或其组合。当承受体粒子呈微粒形式时,粒子可以或可以不彼此物理结合。承受体材料可包括烧结材料,诸如承受体材料的数个烧结粒子。承受体材料可包括多孔材料,诸如承受体材料的多孔粒子和/或承受体材料的多孔独块体。在某些实施例中,承受体材料呈准许流体放置在管件中和/或横穿管件的形式。在某些实施例中,承受体材料呈准许加热管件外部的流体或其他材料的形式。例如,流体或材料(诸如纺织品)可以接触管件的外表面,从而加热流体或材料。
[0125] 当承受体材料呈微粒形式时,粒子可具有基本均匀的尺寸或非均匀的尺寸;并且粒子可以是任何规则或不规则形状(例如,球体、塞子、刨花、针形等)。当呈微粒形式时,承受体材料可具有约1nm至约10mm、约5nm至约10mm、约10nm至约10mm、约50nm至约10mm、约100nm至约10mm、约500nm至约10mm、约1μm至约10mm、约25μm至约10mm、约75μm至约10mm、约
0.1mm至约10mm、约0.5mm至约10mm、约0.5mm至约8mm、约0.5mm至约7mm、约0.1mm至约5mm、约
0.5mm至约5mm、约0.5mm至约4mm、约0.5mm至约3mm或约0.5mm至约2mm的平均最大尺寸。在某些实施例中,承受体材料呈微粒形式,并且承受体材料具有约1nm至约50nm、约3nm至约40nm或约3nm至约35nm的平均最大尺寸。例如,承受体材料可包括具有约3nm至约32nm的平均直径的Fe3O4纳米粒子。承受体材料可包括通过任何已知技术合成的纳米粒子,诸如无核热解技术(参见,例如,Mohapatra,J.等人,Phys.Chem.Chem.Phys.,2018,20,12879‑12887)。当承受体材料的粒子为基本球形或球形时,平均最大尺寸为平均最大直径。在不希望受任何特定理论约束的情况下,据信,对承受体材料的粒子尺寸的选择可以更改本文的方法的一个或多个特征,诸如加热效率、压降等,并且因此,可以相应地选择粒子大小。
[0126] 管件的内部储存器可以包含承受体材料的任何量。在某些实施例中,承受体材料存在于管件的内部储存器(或当存在一个或多个保持器件并因此限定管件的内部储存器的可用部分时,该可用部分)中,处于内部储存器或其可用部分的约30%至约100%、约50%至约100%、约70%至约100%、约90%至约100%或约100%的体积。
[0127] 在某些实施例中,管件的内部储存器包含准许流体放置在管件中的一定量的承受体材料。在某些实施例中,承受体材料存在于管件的内部储存器(或当存在一个或多个保持器件并因此限定管件的内部储存器的可用部分时,该可用部分)中,处于内部储存器或其可用部分的约30%至约90%的体积、内部储存器或其可用部分的约30%至约80%的体积、内部储存器或其可用部分的约30%至约70%的体积、内部储存器或其可用部分的约40%至约60%的体积或内部储存器或其可用部分的约50%的体积。
[0128] 当承受体材料呈单片形式时,承受体材料的独块体通常可具有准许(i)其放置在管件或管件内的外壳中、(ii)准许流体横穿管件或(iii)其组合的任何尺寸或形状。在某些实施例中,承受体材料的独块体包括具有至少3:1的长宽比(例如,圆柱形形状)的一个或多个细长独块体,从而形成“管件内管件”配置,其中流体可横穿至少部分地由细长独块体的外表面和管件的内表面限定的区。在某些实施例中,两个或更多个细长独块体以任何方式布置在管件中。在某些实施例中,承受体材料的独块体具有对应于管件的内部储存器或其可用部分的尺寸的大小或形状,当管件被配置为加热管件外部的流体或材料(例如,接触管件的外表面的流体或材料)时,这可能是期望的。在某些实施例中,该一个或多个独块体包括以任何方式布置在管件中的具有小于3:1的长宽比(例如,球形、矩形、正方形或椭圆形形状)的一个或多个胶囊状独块体。当管件中存在两个或更多个独块体时,该两个或更多个独块体可以以任何规则或不规则图案布置在管件中。
[0129] 承受体材料可包括一种或多种添加剂。一种或多种添加剂可包括(i)与承受体材料一起放置在管件中(例如,均匀或不均匀地分散在承受体材料中)并且(ii)不能将数个微波转化为热量的任何材料,诸如填充剂。可以出于任何原因包括填充剂,诸如为了简化承受体材料的处置、降低管件中流体流动的阻力、实现管件中承受体材料的不同分散等。填充剂可用于实现管件内承受体材料的浓度梯度。例如,填充剂可准许放置在管件中的流体在流体横穿管件时遇到浓度或量连续或间歇地增加(或减少)的承受体材料。基于承受体材料的重量,一种或多种添加剂可以按重量计不超过50%的总量存在于承受体材料中。换言之,如果包括两种添加剂的承受体材料具有100g的质量,则两种添加剂的质量总和将不超出50g。在某些实施例中,基于承受体材料的重量,一种或多种添加剂以按重量计约0.001%至10%的量存在于承受体材料中。
[0130] 微波产生器
[0131] 任何已知微波产生器可包括在本文描述的装置中或在本文描述的方法中使用。当装置包括两个或更多个微波产生器时,两个或更多个微波产生器可以相同或不同的。当装置包括两个或更多个微波产生器时,两个或更多个微波产生器可以在本文描述的方法期间以相同或不同参数(例如,功率、频率、波长等)操作。
[0132] 一个或多个微波产生器可包括磁控管连续波(CW)或脉冲微波产生器、固态固定频率或可变频率微波产生器,或其组合。一个或多个微波产生器通常可以任何功率(例如,200W至100kW)和/或以任何频率(例如,915MHz至28GHz)和/或波长(1mm至1m)操作。一个或多个微波产生器可包括可商购微波产生器,诸如 微波产生器(Décines‑
Charpiue,法国)。一个或多个微波产生器可包括选自以下表格的一个或多个微波产生器:
[0133]
[0134]
[0135] 在某些实施例中,一个或多个微波产生器包括从上述表格的实施例1至12独立选择的一个至十个微波产生器。
[0136] 碳质材料进料器
[0137] 本文的系统可包括碳质材料进料器。碳质材料进料器可被配置为将碳质材料提供至系统的组件(诸如反应器)中。碳质进料器可被配置为使用任何力将碳质材料提供至系统的组件(诸如反应器)中。该力可包括重力。
[0138] 在某些实施例中,碳质材料进料器包括料斗。在某些实施例中,碳质材料进料器包括料斗和闭锁式料斗。闭锁式料斗通常布置在料斗与反应器之间。闭锁式料斗可与料斗、反应器或料斗和反应器两者流体连通。
[0139] 碳质材料进料器的至少一个组件可以与工艺气体进料器流体连通。例如,工艺气体进料器可以与碳质材料进料器的闭锁式料斗流体连通。
[0140] 在某些实施例中,图1、图2A、图2B、图2C、图2D、图3、图4、图5A、图5B、图6和图7分别的系统100、200、201、202、203、300、400、500、501、600、700也包括图8处所描绘的碳质材料进料器140。图8描绘了包括图5B的组件以及包括料斗141和闭锁式料斗142的碳质材料进料器140的系统800的实施例。闭锁式料斗142与第一工艺气体进料器180流体连通,但是可以设想其他配置。料斗141与闭锁式料斗142可彼此流体连通。闭锁式料斗142与反应器110可彼此流体连通。尽管图7的系统800包括图5B的系统501的组件,但图8的碳质材料进料器140可括在分别在图1、图2A、图2B、图2C、图2D、图3、图4、图5A、图6和图7处描绘的系统100、200、201、202、203、300、400、500、600中的任一者中。
[0141] 碳质材料进料器可包括加热器。加热器可用于在将放置在碳质材料进料器的至少一部分中的碳质材料放置在系统的反应器或其他组件中之前加热碳质材料。
[0142] 当碳质材料是糊料或浆液的组分时,碳质材料进料器可包括被配置为用于运送糊料或浆液的装置。例如,碳质材料进料器可包括与其中放置有含有固体碳质材料的浆液的反应器和储存器流体连通的泵(例如,浆液泵)。
[0143] 阀
[0144] 本文描述的系统可包括一个或多个阀。一个或多个阀可用于控制流体和/或碳质材料在系统的组件之间的移动。阀或阀组合可在本文描述的工艺期间打开/关闭。
[0145] 在某些实施例中,本文描述的系统包括布置在第一工艺气体进料器与反应器之间的阀、布置在氢供体进料器与反应器之间的阀、布置在冷凝器与反应器之间的阀、布置在产物液体收集储存器与反应器之间的阀、布置在第一工艺气体进料器与碳质材料进料器之间的阀、布置在第二工艺气体进料器与产物液体收集储存器之间的阀、布置在反应器的第一开口与循环导管的泵之间并与它们流体连通的阀、布置在反应器的第二开口与泵之间并与它们流体连通的阀,或其组合。
[0146] 尽管本公开的部分将各种阀称为“第一阀”、“第二阀”、“第三阀”等,但术语“第一”、“第二”、“第三”等仅是为了方便而使用,并且不指示如果系统包括在本文中表征为更大编号的阀(例如,“第四”或“第六”)的阀,则系统中必须存在较小编号的阀(例如,“第三”)。
[0147] 系统的一个或多个阀可独立地包括任何类型的阀(例如,闸阀、截止阀、角阀、球阀、塞阀、隔膜阀等)并且用于任何目的(例如,循环阀、排放阀等)。
[0148] 例如,系统可包括布置在反应器的第一开口与循环导管的泵之间的阀,并且该阀是循环阀。作为另一示例,系统还可包括布置在反应器的第二开口与循环导管的泵之间的阀,并且该阀是排放阀。作为又一示例,系统还可包括布置在反应器的第二开口与产物液体收集储存器之间的阀,并且该阀是排放阀。
[0149] 当系统包括循环导管时,布置在氢供体进料器与反应器之间的阀可更具体地布置在氢供体进料器与循环导管之间,如例如图9处所描绘;并且布置在反应器与产物液体收集储存器之间的阀可更具体地布置在反应器与循环导管之间,如例如图9处所描绘。
[0150] 系统的一个实施例描绘在图9处。图9的系统900包括反应器110和至少部分地接触反应器110的反应器加热器111。图9的系统900还包括碳质材料进料器140。图9的系统900的碳质材料进料器140包括料斗141和闭锁式料斗142。闭锁式料斗142与料斗141、反应器110和第一工艺气体进料器180流体连通,并且第一工艺气体进料器180也与反应器110流体连通。图9的系统900还包括与反应器110流体连通的冷凝器160和与冷凝器160流体连通的产物冷凝液收集储存器170。图9的系统900还包括循环导管210。循环导管210包括与反应器110流体连通的泵150。图9的系统900还包括氢供体进料器120,其包括装置121。装置121包括至少部分地由电磁波透明材料形成的管件122和施加器123。承受体材料可放置在管件
122中。尽管图9的管件122的两端都经由两个头部单元124和碟形弹簧125而弹簧安装至施加器123,但是可以设想其他配置,包括本文描述的配置。图9的系统900也包括与装置121流体连通的热交换器126。氢供体可以通过装置121加热,并且全部或部分加热的氢供体可以提供至反应器110、经由热交换器126冷却并返回至装置121,或其组合。图9的系统900还包括与反应器110和循环导管210流体连通的产物液体收集储存器130以及与产物液体收集储存器130流体连通的可选的第二工艺气体进料器190。当不存在第二工艺气体进料器190时,来自第一工艺气体进料器180的工艺气体可通过图9处所描绘的可选的线路181从反应器
110提供至产物液体收集储存器130。图9的系统900还包括布置在第一工艺气体进料器180与反应器110之间的第一阀1、布置在氢供体进料器120与反应器110并且更具体地在氢供体进料器120与循环导管210之间的第二阀2;布置在冷凝器160与反应器110之间的第三阀3;
布置在反应器110的第二开口113与产物液体收集储存器130并且更具体地在反应器110与循环导管210的泵150之间的第四阀4。
[0151] 图9的系统900还包括布置在第一工艺气体进料器180与碳质材料进料器140,更具体地在碳质材料进料器140的闭锁式料斗142之间的第五阀5。
[0152] 图9的系统900还包括布置在可选的第二工艺气体进料器190与产物液体收集储存器130之间的第六阀6。
[0153] 图9的系统900还包括布置在反应器110的第一开口112与循环导管210的泵150之间的第七阀。
[0154] 图9的系统900还包括布置在产物液体收集储存器130与反应器110之间,并且更具体地在产物液体收集储存器130与循环导管210之间的第八阀。
[0155] 图9的系统900还包括布置在料斗141与闭锁式料斗142之间的第九阀9,以及布置在闭锁式料斗142与反应器110之间的第十阀10。这些阀可准许闭锁式料斗142密封成与系统的其他组件隔绝,从而准许闭锁式料斗142中的碳质材料准备好进行反应,诸如通过使碳质材料与来自第一工艺气体进料器180的工艺气体接触、加热碳质材料或其组合。
[0156] 图9的系统900被描绘为包括第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九和第十阀,但是这些阀的任何组合可出现在图9的系统900或者分别在图1、图2A、图2B、图2C、图2D、图3、图4、图5A、图6、图7和图8处描绘的系统100、200、201、202、203、300、400、500、
600、700、800中。
[0157] 方法
[0158] 本文提供了液化方法。这些方法通常可以利用任一设备来执行,并且在某些实施例中,这些方法利用本文描述的系统来执行。本文提供的方法可包括分批液化工艺或连续液化工艺。
[0159] 在某些实施例中,该方法包括提供氢供体;以及使固体碳质材料与氢供体接触以将固体碳质材料的至少一部分转化为产物,诸如流体产物。流体产物可包括气体、液体或其组合。可在任一温度下提供氢供体;例如,氢供体可具有至少100℃、至少200℃或至少300℃的温度。使固体碳质材料与氢供体的接触可发生在任一压力下。该压力可以是大气压力(例如,约0psig)或大于大气压力的任一压力。在某些实施例中,使固体碳质材料与氢供体的接触发生在等于或大于氢供体的临界压力的压力下。在某些实施例中,使固体碳质材料与氢供体的接触发生在介于比氢供体的临界压力小约10psi至氢供体的临界压力的范围内的压力下。
[0160] 在某些实施例中,该方法包括提供氢供体;以及在等于或大于氢供体的临界压力的压力下使固体碳质材料与氢供体接触,以将固体碳质材料的至少一部分转化为产物。氢供体可具有至少300℃的温度。
[0161] 通常可在由固体碳质材料和氢供体有效地产生所需产物的任一温度下提供氢供体。在某些实施例中,氢供体具有约300℃至约600℃、约350℃至约600℃、约400℃至约600℃、425℃至约575℃、450℃至约550℃或475℃至约525℃的温度。
[0162] 等于或大于临界压力的压力可取决于在工艺中使用的氢供体。在某些实施例中,等于或大于临界压力的压力为约550psig至约750psig(约3.8MPa至约5.17MPa),或约650psig至约700psig(约4.48MPa至约4.83MPa)。
[0163] 氢供体的提供可包括将氢供体加热至诸如至少100℃、至少200℃、至少300℃或至少400℃的温度。
[0164] 加热氢供体可使用任何已知的技术来实现。例如,可至少部分地藉由使用美国专利申请第17/167,275号(以美国专利申请公开第2021/0243857号公开)以及PCT国际申请第PCT/US21/16524号(以WO 2021/158729公开)中描述的方法、系统或装置中的任一者来加热氢供体,该申请通过引用并入本文。在某些实施例中,氢供体的提供包括(a)以电磁能量辐照承受体材料(诸如承受体粒子)以提供加热的承受体材料,诸如加热的承受体粒子;以及(b)使氢供体与加热的承受体粒子接触以将氢供体加热至诸如至少300℃的温度。电磁能量可包括微波能量。在使氢供体与加热的承受体粒子接触之前,可使用任何已知的技术将氢供体预加热(例如达到至少200℃的温度)。
[0165] 提供氢供体可包括使氢供体穿过包含以电磁波辐照的承受体材料的管件。可以使氢供体或其一部分穿过加热装置的管件一次或多次,直到达到期望的温度。
[0166] 在某些实施例中,该方法包括使氢供体与加热的承受体材料(诸如承受体粒子)接触,从而以至少100℃/min、至少200℃/min、至少300℃/min、至少400℃/min或至少500℃/min的速率加热氢供体。该方法可包括分批工艺或连续工艺。在某些实施例中,步骤(b)包括使氢供体流动通过一定体积的加热的承受体粒子。在某些实施例中,步骤(a)和(b)是在接收承受体粒子和氢供体的共同容器(例如,管件)中执行。
[0167] 在某些实施例中,该方法包括提供本文所描述的加热装置;以一定流速将氢供体放置在容器(例如,管件)的入口中;将数个电磁波引入至施加器中以用数个电磁波辐照承受体材料的至少一部分以便在氢供体位于管件中时产生热量,以产生加热的氢供体;并且在管件的出口处收集加热的氢供体。在某些实施例中,该方法还包括(i)将至少一部分加热的氢供体放置在管件的入口中;(ii)将多个电磁波引入至施加器中以用数个电磁波辐照承受体材料的至少一部分以便在加热的氢供体位于管件中时产生热量,以产生进一步加热的氢供体;以及(iii)在管件的出口处收集进一步加热的氢供体。步骤(i)至(iii)可重复一次或多次以产生具有增加的温度的进一步加热的氢供体。在某些实施例中,该方法还包括在将加热的流体放置在入口中之前将加热的氢供体的温度降低至少5%。如本文所述,可利用热交换器降低温度。
[0168] 本文所描述的用于提供氢供体的步骤可以同时、以基本连续的方式或其组合执行。
[0169] 氢供体可在容器(例如,管件)中具有任何期望的停留时间。氢供体可具有不超过10分钟、8分钟、5分钟、3分钟或1分钟的停留时间。在某些实施例中,氢供体具有0.1分钟至5分钟的停留时间。如本文所使用的,短语“停留时间”是指(i)在方法是连续时在流体一次通过容器(例如,管件)期间氢供体在容器中花费的时间,或(ii)氢供体维持与加热的承受体粒子接触的时间。
[0170] 可以任一流速将氢供体放置在管件中或使氢供体穿过一定体积的承受体材料。可以基于多个参数(诸如管件的尺寸等)选择流速。在某些实施例中,流速为约0.1升/分钟至约1000升/分钟、约0.1升/分钟至约750升/分钟、约0.1升/分钟至约500升/分钟、约0.1升/分钟至约250升/分钟、约0.1升/分钟至约100升/分钟、约0.1升/分钟至约50升/分钟、约0.1升/分钟至约25升/分钟、约0.1升/分钟至约10升/分钟、约0.1升/分钟至约5升/分钟、约0.2升/分钟至约3升/分钟,约0.2升/分钟至约1.2升/分钟、约900升/分钟至约1000升/分钟、约800升/分钟至约1000升/分钟、约700升/分钟至约1000升/分钟、约600升/分钟至约1000升/分钟、约500升/分钟至约1000升/分钟、约400升/分钟至约1000升/分钟、约300升/分钟至约
1000升/分钟、约250升/分钟至约1000升/分钟、约200升/分钟至约1000升/分钟、约100升/分钟至约1000升/分钟、约75升/分钟至约1000升/分钟、约50升/分钟至约1000升/分钟、约
10升/分钟至约1000升/分钟。在某些实施例中,流速为至少5升/分钟、至少10升/分钟、至少
15升/分钟或至少20升/分钟。如本文所使用的,术语“流速”是指将氢供体放置在管件的入口中的速率。随着氢供体的温度增加,氢供体的黏性可减小,从而增加流速可增加的可能性。装置或方法可以包括适应此现象和/或对抗流速增加的趋势的一个或多个特征。在不希望受任何特定理论约束的情况下,即使氢供体的体积流速由于黏性改变和/或其他原因而改变,氢供体的质量流速可保持恒定。
[0171] 可以通过任何已知的设备将氢供体提供至容器(例如,管件)。例如,可使用泵(诸如隔膜泵离心泵)来(i)将氢供体放置在管件中,(ii)将氢供体转运至热交换器,(iii)将氢供体转运至反应器,或(iv)其组合。在某些实施例中,使用泵(诸如正排量泵)来以一定流速将氢供体放置在管件中。在某些实施例中,使用阀来赋予放置在管件中的氢供体所期望的流速。
[0172] 在本文提供的方法的全部或一部分期间,容器(例如,管件)内部可存在任何压力。在某些实施例中,管件(以及可选地本文描述的系统的一个或多个组件,诸如反应器)内部的压力大于氢供体的临界压力。在某些实施例中,管件(以及可选地本文描述的系统的一个或多个组件,诸如反应器)内部的压力比氢供体的临界压力超出至少1%、至少5%、至少
10%、至少25%或至少50%。在某些实施例中,容器(例如,管件)(以及可选地本文描述的系统的一个或多个组件,诸如反应器)内部的压力比氢供体的临界压力超出约1%至约50%、约5%至约50%、约10%至约50%或约25%至约50%。该参数可以消除或降低氢供体转化为气相的可能性。可在将氢供体放置在容器(例如,管件)中之前、期间和之后使其保持处于高于其临界压力的压力。在某些实施例中,(i)在将氢供体放置在容器(例如,管件)中之前、(ii)在容器(例如,管件)的第二端处收集氢供体期间和/或之后或(iii)以其组合将氢供体加压。因此,可在收集加热的氢供体或进一步加热的氢供体以供进一步使用之后使其保持处于超出氢供体的临界压力的压力。例如,当方法包括使氢供体流动穿过一定体积的加热的承受体粒子,使氢供体流动穿过该体积的加热的承受体粒子可以在升高压力下执行,以防止氢供体蒸发。在某些实施例中,本文提供的方法的全部或一部分期间,容器(例如,管件)内部的压力为约1巴至约250巴、约1.1巴至约250巴、约5巴至约250巴、约5巴至约225巴、约5巴至约200巴、约5巴至约150巴、约5巴至约100巴或约10巴至约100巴。在某些实施例中,在本文提供的方法的全部或一部分期间,容器(例如,管件)内部的压力为至少2巴、至少5巴、至少10巴、至少25巴、至少50巴、至少100巴、至少150巴或至少200巴。
[0173] 当放置在管件中时,氢供体可处于大于流体的点的环境温度。在某些实施例中,氢供体在其首次放置在管件中时具有约15℃至约35℃的温度。在某些实施例中,氢供体在其首次放置在管件中时具有约20℃至约30℃的温度。
[0174] 在某些实施例中,在将氢供体放置在容器(例如,管件)中之前将其预加热至大于室温的温度。例如,可在将氢供体放置在容器(例如,管件)中之前将其预加热至至少50℃、至少100℃、至少150℃或至少200℃的温度。可以使用任何已知的热源或技术(包括不依赖于电磁辐射的技术)来实现氢供体的预加热。
[0175] 在某些实施例中,加热的氢供体或进一步加热的氢供体具有约50℃至约1500℃、约100℃至约1250℃、约100℃至约1000℃、约100℃至约900℃、约100℃至约800℃、约100℃至约700℃、约100℃至约600℃、约100℃至约500℃、约200℃至约500℃、约300℃至约500℃或约400℃至约500℃的温度。在某些实施例中,加热的氢供体或进一步加热的氢供体具有约100℃至约600℃、约200℃至约600℃、约300℃至约600℃、约400℃至约600℃或约500℃至约600℃的温度。在某些实施例中,加热的氢供体或进一步加热的氢供体具有约100℃至约700℃、约200℃至约700℃、约300℃至约700℃、约400℃至约700℃、约500℃至约700℃、约600℃至约700℃的温度。
[0176] 在某些实施例中,本文提供的方法将氢供体加热至少200℃、至少250℃、至少300℃、至少400℃或至少500℃。
[0177] 在某些实施例中,如本文所描述以电磁辐射辐照的承受体材料具有约50℃至约1500℃、约100℃至约1250℃、约100℃至约1000℃、约100℃至约900℃、约100℃至约800℃、约100℃至约700℃、约100℃至约600℃、约100℃至约500℃,约200℃至约500℃、约300℃至约500℃、约400℃至约500℃、约250℃至约1500℃、约350℃至约1500℃、约450℃至约1500℃、约300℃至约1000℃、约300℃至约800℃或约300℃至约700℃的温度。
[0178] 在某些实施例中,本文提供的方法主要通过与加热的承受体材料直接热交换来加热氢供体。换言之,赋予氢供体的大部分热量或温度增加(>50%)是由与热承受体材料进行直接热交换产生的。在某些实施例中,氢供体的加热小于25%、小于20%、小于15%、小于10%或小于5%是由直接吸收电磁能量导致。氢供体直接吸收电磁能量的能力可随着其温度增加而减小。例如,温度升高可能会导致氢供体的介电常数减小,从而增加由受辐照的承受体材料实现的加热的百分比。
[0179] 固体碳质材料与氢供体的接触可至少部分地在存在催化剂、液体或其组合的情况下发生。液体可包括固体碳质材料和氢供体中的至少一者可在其中溶解的溶剂。该溶剂可以是惰性溶剂。
[0180] 使固体碳质材料与氢供体的接触可包括混合固体碳质材料与氢供体。混合固体碳质材料与氢供体可使用本领域已知的任何技术来实现。在某些实施例中,混合固体碳质材料与氢供体包括(i)在反应器中搅拌固体碳质材料和氢供体;(ii)将固体碳质材料和/或氢供体的至少一部分从反应器移除并且然后返回反应器;或(iii)其组合。将固体碳质材料和/或氢供体的至少一部分从反应器移除并且然后返回至反应器可利用循环导管来实现,如本文所述。搅拌可利用本文描述的任何混合器件来实现。
[0181] 使固体碳质材料与氢供体的接触可包括提供氢供体溶剂,可选地将氢供体溶剂加热至大于室温的温度,使固体碳质材料分散在氢供体溶剂中以形成浆液,并且然后将浆液放置至反应器中。例如,可通过碳质材料进料器将浆液泵送至反应器中,如本文所述。
[0182] 使固体碳质材料与氢供体的接触可发生在惰性气氛中。惰性气氛可通过本领域已知的任何技术(诸如利用工艺气体进料器)提供,如本文所述。
[0183] 在某些实施例中,该方法包括在使固体碳质材料与氢供体在反应器中的接触之前将反应器预加热至至少300℃的预热反应器温度。预热反应器温度可为约300℃至约600℃、约350℃至约600℃、约400℃至约600℃、425℃至约575℃、450℃至约550℃或475℃至约525℃。
[0184] 在某些实施例中,该方法包括在使固体碳质材料与氢供体的接触之前将固体碳质材料加热至约100℃至约300℃、约125℃至约275℃、约150℃至约250℃或约175℃至约275℃的温度。
[0185] 本文描述的方法可产生流体产物。流体产物可包括气体、液体或其组合。在某些实施例中,流体产物包括产物冷凝液、产物液体或其组合。
[0186] 在某些实施例中,本文提供的液化方法采用本文所描述的系统。该方法可包括提供本文描述的系统,诸如图1至图9处所描绘的任一系统。
[0187] 在某些实施例中,该方法包括利用反应器加热器将反应器加热至预热反应器温度。预热反应器温度可为至少300℃的温度。
[0188] 在某些实施例中,该方法包括从工艺气体进料器将工艺气体(诸如惰性气体)放置在反应器中以将反应器加压。可将反应器加压至大于大气压力的任一压力。在某些实施例中,将反应器加压至等于或大于氢供体的临界压力的压力。
[0189] 在某些实施例中,该方法包括将氢供体放置在反应器中。如本文所解释的,氢供体在反应器中可具有至少300℃的温度。
[0190] 在某些实施例中,该方法包括在反应器中维持大于大气压力的压力,诸如等于或大于氢供体的临界压力的压力。在反应器中维持压力可以通过任何已知的技术来实现。在某些实施例中,在反应器中维持压力(诸如等于或大于氢供体的临界压力的压力)包括(i)从工艺气体进料器将额外量的工艺气体(诸如惰性气体)放置在反应器中,(ii)准许经由系统的阀或组件(诸如冷凝器)将一部分工艺气体从反应器抽出,或(iii)其组合。
[0191] 在某些实施例中,该方法包括从碳质材料进料器将碳质材料放置至反应器中以使碳质材料与氢供体在反应器中接触以产生产物。碳质材料从碳质材料进料器到反应器中的放置可包括(i)从料斗将碳质材料放置至闭锁式料斗中,(ii)使闭锁式料斗中的碳质材料与来自工艺气体进料器的工艺气体(诸如惰性气体)接触,以及(iii)从闭锁式料斗将碳质材料放置至反应器中。
[0192] 可选地,可在将固体碳质材料放置在反应器中之前将其加热。在某些实施例中,该方法包括在从碳质材料进料器将碳质材料放置至反应器中之前将固体碳质材料加热至约100℃至约300℃或约150℃至约250℃的温度。
[0193] 在碳质材料从碳质材料进料器到反应器中的放置期间和/或之后,该方法可包括经由循环导管将碳质材料和氢供体的至少一部分移除并且然后返回至反应器。
[0194] 在某些实施例中,该方法是利用系统(诸如图9的系统)来执行,该系统包括(i)布置在第一工艺气体进料器与反应器之间的第一阀;(ii)布置在氢供体进料器与反应器之间的第二阀;(iii)布置在冷凝器与反应器之间的第三阀;(iv)布置在反应器与循环导管(或液体收集储存器)之间的第四阀;并且该方法包括在碳质材料从碳质材料进料器到反应器中的放置之前和/或之后关闭第一阀、第二阀、第三阀和第四阀。可以有效地产生产物的时间关闭第一阀、第二阀、第三阀和第四阀。
[0195] 在某些实施例中,该方法包括将产物冷凝液收集在产物冷凝液收集储存器中、将产物液体收集在产物液体收集储存器中或其组合。可在产物液体于产物液体收集储存器中的收集之前将工艺气体(诸如惰性气体)放置在产物液体收集储存器中。在某些实施例中,该方法利用系统执行,该系统包括布置在产物液体收集储存器与反应器之间的阀,以及可选地布置在反应器的第二开口与泵之间的阀;并且将产物液体收集在产物液体收集储存器中包括打开第四阀和第八阀。
[0196] 该方法可包括在收集产物冷凝液和/或产物液体之前将反应器减压。反应器的减压可经由阀(诸如布置在冷凝器与反应器之间的阀)实现。可以以有效地实现所需减压速率的方式打开阀。
[0197] 碳质材料
[0198] 如本文所使用的,短语“碳质材料”是指全部或部分地由碳(诸如,包括取代烃)组成的天然或非天然材料,如本文所定义。基于碳质材料的重量,碳可以按重量计至少50%、至少75%、至少80%、至少85%或至少90%存在于“碳质材料”中。如本文所使用的,短语“固体碳质材料”是指在室温(即,20℃至25℃)和大气压力下为固体的碳质材料。“固体碳质材料”可具有按重量计小于40%、小于35%、小于30%、小于25%、小于20%、小于15%、小于10%或小于5%的水含量。
[0199] 固体碳质材料的非限制性实例可包括或衍生自煤、焦炭树脂、碳黑、石蜡、烯烃、沥青(例如,煤焦油沥青)、油砂、页岩、黑页岩、焦油、焦油砂、地沥青(例如,硬沥青、辉沥青等,其可包括天然柏油、沥青岩和类沥青)、油页岩(例如,藻触媒、弹性藻沥青等)、矿物蜡等。
[0200] 固体碳质材料可呈任何物理形式。在某些实施例中,固体碳质材料呈微粒形式。当固体碳质材料呈微粒形式时,粒子可以或可以不彼此物理结合。碳质材料可具有约0.1μm至约5mm、约0.1μm至约4mm、约0.1μm至约3mm、约0.1μm至约2mm、约0.1μm至约1mm、约0.1mm至约1mm、约0.2mm至约1mm、约0.3mm至约1mm、约0.4mm至约1mm或约0.5mm至约1mm的平均粒子大小。平均粒子大小可以通过任何已知的技术(诸如筛分分析或动态光散射)来确定。
[0201] 在某些实施例中,固体碳质材料是浆液(即,固体碳质材料的可流动悬浮液)或糊料(即,固体碳质材料与液体的不可流动混合物)的组分。浆液或糊料可与氢供体接触,如本文所述。例如,浆液或糊料可放置在反应器中,如本文方法中所描述的。浆液或糊料可包括固体碳质材料和一种或多种液体。浆液或糊料的一种或多种液体可包括极性和/或非极性液体,并且该一种或多种液体可包括氢供体液体、非氢供体液体或其组合。
[0202] 在某些实施例中,本文所述的方法包括在使固体碳质材料与氢供体的接触之前研磨固体碳质材料。固体碳质材料可使用任何已知的技术(诸如喷射碾磨)来研磨。可用于研磨固体碳质材料的喷射碾磨方法包括国际申请第PCT/US2020/012522号(以WO 2020/146337公开)中描述的那些方法,该申请通过引用并入本文。在某些实施例中,研磨固体碳质材料包括将包括(i)循环流体和(ii)碳质材料粒子的第一流放置在喷射磨机的研磨腔室中以产生包括(a)循环流体和(b)研磨的碳质材料的第二流,其中通过循环流体将喷射磨机加压;将第二流转运至旋分离器,其中旋风分离器被配置为将研磨的碳质材料的第一部分与研磨的碳质材料的第二部分分离,其中研磨的碳质材料的第一部分包括具有等于或大于阈值粒子大小的粒子大小的粒子,并且研磨的碳质材料的第二部分包括具有小于阈值粒子大小的粒子大小的粒子;将研磨的碳质材料的第一部分收集在第一收集器中;将包含(1)循环流体和(2)研磨的碳质材料的第二部分的第三流转运至第二收集器,其中第二收集器被配置为从第三流分离出研磨的碳质材料的第二部分以产生包括循环流体的第四流;以及使第四流与碳质材料的额外粒子接触以产生第五流;其中研磨的碳质材料的第一部分包括固体碳质材料。循环流体可包括无氧气体。在某些实施例中,循环流体包括氮气、二氧化碳或其组合。
[0203] 氢供体
[0204] 如本文所使用的,短语“氢供体”是指(i)氢气,(ii)能够脱氢从而将氢原子转移至碳质材料的化合物,或(iii)其组合。
[0205] 在某些实施例中,氢供体包括烃。烃可以是环状的(例如,多环的)、未饱和(例如,芳族)化合物的至少部分氢化的衍生物或其组合。例如,烃可以是多环芳族化合物的至少部分氢化的衍生物。在某些实施例中,烃是的至少部分氢化的衍生物,诸如四氢化萘和/或萘烷。
[0206] 如本文所使用的,术语“烃”是指具有由碳和氢形成的结构并且可选地(如果烃被取代)具有一个或多个取代基的化合物。在某些实施例中,烃是C1‑C40烃。在某些实施例中,烃是C1‑C30烃。在某些实施例中,烃是C1‑C20烃。在某些实施例中,烃是C5‑C15烃或C10‑C20烃。如本文所使用的,短语“C1‑C40烃”、“C1‑C30烃”、“C1‑C20烃”等通常是指分别含有1至40个碳原子、1至30个碳原子或1至20个碳原子的脂肪族烃和/或芳族烃。C1‑C40烃的示例包括但不限于脂肪族烃、环状烃、芳族烃等,并且包括其所有取代的、未取代的、支链的和直链的类似物和/或衍生物(例如,其部分或完全氢化衍生物),在每一情况下具有1至40个碳原子。环状脂肪族或芳族烃的示例包括但不限于蒽、薁、联苯、芴、茚满、茚、菲、苯、萘、甲苯、二甲苯、均三甲苯等,包括其所有取代的、未取代的、氢化的(部分或完全)和/或杂原子取代的衍生物。
[0207] 除非另有指示,术语“取代”在用于描述化学结构或部分时是指该结构或部分的衍生物,其中其一个或多个氢原子被诸如以下各项之一的化学部分或官能基取代:醇、烷氧基、烷酰氧基、烷氧基羰基、烯基、烷基、环烷基、烯基、环烯基、炔基、环炔基、烷基羰氧基(‑OC(O)烷基)、酰胺(‑C(O)NH‑烷基‑或‑烷基NHC(O)烷基)、叔胺(诸如烷基基、芳基氨基、芳基烷基氨基)、芳基、芳基烷基、芳氧基、偶氮基、氨基甲酰基(‑NHC(O)O‑烷基‑或‑OC(O)NH‑烷基)、氨基甲酰基(例如,CONH2,以及CONH‑烷基、CONH‑芳基和CONH‑芳基烷基)、羧基、羧酸、氰基、酯、醚(例如,甲氧基、乙氧基)、卤素、卤代烷基(例如,‑CCl3、‑CF3、‑C(CF3)3)、杂烷基、异氰酸酯、异硫氰酸酯、腈、硝基、磷酸二酯、硫化物、磺酰氨基(例如,SO2NH2、SO2NR’R”)、砜、磺酰基(包括烷基磺酰基、芳基磺酰基和芳基烷基磺酰基)、亚砜、硫醇(例如,巯基、硫醚)或尿素。
[0208] 烷基的示例包括但不限于甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、叔丁基、异丁基、戊基、己基、异己基、庚基、4,4‑二甲基戊基、辛基、2,2,4‑三甲基戊基、壬基、癸基、十一烷基和十二烷基。环烷基部分可以是单环或多环的,并且示例包括环丙基、环丁基、环戊基、环己基和金刚烷基。烷基部分的额外示例具有直链、支链和/或环状部分(例如,1‑乙基‑4‑甲基‑环己基)。代表性的烯基部分包括乙烯基、烯丙基、1‑丁烯基、2‑丁烯基、异丁烯基、1‑戊烯基、2‑戊烯基、3‑甲基‑1‑丁烯基、2‑甲基‑2‑丁烯基、2,3‑二甲基‑2‑丁烯基、1‑己烯基、2‑己烯基、3‑己烯基、1‑庚烯基、2‑庚烯基、3‑庚烯基、1‑辛烯基、2‑辛烯基、3‑辛烯基、1‑壬烯基、2‑壬烯基、3‑壬烯基、1‑癸烯基、2‑癸烯基和3‑癸烯基。代表性的炔基部分包括乙炔基、丙炔基、1‑丁炔基、2‑丁炔基、1‑戊炔基、2‑戊炔基、3‑甲基‑1‑丁炔基、4‑戊炔基、1‑己炔基、2‑己炔基、5‑己炔基、1‑庚炔基、2‑庚炔基、6‑庚炔基、1‑辛炔基、2‑辛炔基、7‑辛炔基、1‑壬炔基、
2‑壬炔基、8‑壬炔基、1‑癸炔基、2‑癸炔基和9‑癸炔基。芳基或芳烷基部分的示例包括但不限于蒽基、薁基、联苯、芴基、茚满基、茚基、萘基、菲基、苯基、1,2,3,4‑四氢‑萘、甲苯基、二甲苯基、均三甲苯基、苄基等,包括其任何杂原子取代的衍生物。
[0209] 实施例
[0210] 以下是本文描述的方法和系统的实施例的非限制性列表:
[0211] 实施例1.一种液化方法,该方法包括提供氢供体;以及使固体碳质材料与氢供体接触以将固体碳质材料的至少一部分转化为产物。
[0212] 实施例2.如实施例1的方法,其中该产物是流体产物。
[0213] 实施例3.如实施例2的方法,其中该流体产物包括产物气体、产物冷凝液、产物液体或其组合。
[0214] 实施例4.如前述实施例中任一实施例的方法,其中氢供体的提供包括(a)以电磁能量辐照诸如承受体粒子的承受体材料以提供诸如加热的承受体粒子的加热的承受体材料;以及(b)使氢供体与诸如加热的承受体粒子的加热的承受体材料接触以将氢供体加热至一定温度。
[0215] 实施例5.如实施例4的方法,其中诸如加热的承受体粒子的加热的承受体材料具有约50℃至约1500℃、约100℃至约1250℃、约100℃至约1000℃、约100℃至约900℃、约100℃至约800℃、约100℃至约700℃、约100℃至约600℃、约100℃至约500℃,约200℃至约500℃、约300℃至约500℃、约400℃至约500℃、约250℃至约1500℃、约350℃至约1500℃、约450℃至约1500℃、约300℃至约1000℃、约300℃至约800℃或约300℃至约700℃的温度。
[0216] 实施例6.如前述实施例中任一实施例的方法,其中(i)氢供体具有的温度为,或(ii)氢供体的温度为至少300℃、约50℃至约1500℃、约100℃至约1250℃、约100℃至约1000℃、约100℃至约900℃、约100℃至约800℃、约100℃至约700℃、约100℃约600℃、约
100℃至约500℃、约200℃至约500℃、约300℃至约500℃、或约400℃至约500℃、约200℃至约600℃、约300℃至约600℃、约400℃至约600℃、或约500℃至约600℃、约200℃至约700℃,约300℃至约700℃、约400℃至约700℃、约500℃至约700℃、或约600℃至约700℃。
[0217] 实施例7.如实施例4至6中任一实施例的方法,其中使氢供体与加热的承受体材料接触会以至少100℃/min、至少200℃/min、至少300℃/min、至少400℃/min或至少500℃/min的速率加热氢供体。
[0218] 实施例8.如实施例4至7中任一实施例的方法,其中该电磁能量包括微波能量。
[0219] 实施例9.如前述实施例中任一实施例的方法,其进一步包括提供被配置为承载固体碳质材料与氢供体的接触的反应器;其中氢供体与固体碳质材料的接触至少部分地发生在反应器中。
[0220] 实施例10.如实施例9的方法,其进一步包括在使固体碳质材料与氢供体在反应器中的接触之前将反应器预加热至至少300℃的预热反应器温度。
[0221] 实施例11.如实施例10的方法,其中该预热反应器温度为约300℃至约600℃、约350℃至约600℃、约400℃至约600℃、425℃至约575℃、450℃至约550℃、或475℃至约525℃。
[0222] 实施例12.如前述实施例中任一实施例的方法,其中使固体碳质材料与氢供体的接触包括混合固体碳质材料与氢供体。
[0223] 实施例13.如实施例12的方法,其中混合固体碳质材料与氢供体包括(i)在反应器中搅拌固体碳质材料和氢供体;(ii)将(a)固体碳质材料的至少一部分、(b)氢供体的至少一部分或(c)其组合从反应器移除并且然后返回至反应器;或(iii)其组合。
[0224] 实施例14.如前述实施例中任一实施例的方法,其中固体碳质材料与氢供体的接触至少部分地在存在催化剂、液体或其组合的情况下发生。
[0225] 实施例15.如实施例14的方法,其中该液体包括固体碳质材料和氢供体中的至少一者可在其中溶解的溶剂。溶剂可以是惰性溶剂。
[0226] 实施例16.如前述实施例中任一实施例的方法,其中固体碳质材料与氢供体的接触发生在大于大气压力的压力下。
[0227] 实施例17.如前述实施例中任一实施例的方法,其中固体碳质材料与氢供体的接触发生在等于或大于氢供体的临界压力的压力或者在比氢供体的临界压力小约10psi至氢供体的临界压力的压力下。
[0228] 实施例18.如实施例17的方法,其中该压力比氢供体的临界压力超出至少1%、至少5%、至少10%、至少25%或至少50%。
[0229] 实施例19.如实施例17或18的方法,其中等于或大于临界压力的压力为约550psig至约750psig(约3.8MPa至约5.17MPa),或约650psig至约700psig(约4.48MPa至约4.83MPa)。
[0230] 实施例20.如前述实施例中任一实施例的方法,其中固体碳质材料与氢供体的接触发生在惰性气氛中。
[0231] 实施例21.如前述实施例中任一实施例的方法,其进一步包括在使固体碳质材料与氢供体的接触之前将固体碳质材料加热至约100℃至约300℃、约125℃至约275℃、约150℃至约250℃或约175℃至约275℃的温度。
[0232] 实施例22.如前述实施例中任一实施例的方法,其中该固体碳质材料呈微粒形式。
[0233] 实施例23.如实施例22的方法,其中该固体碳质材料具有约0.1μm至约5mm、约0.1μm至约4mm、约0.1μm至约3mm、约0.1μm至约2mm、约0.1μm至约1mm、约0.1mm至约1mm、约0.2mm至约1mm、约0.3mm至约1mm、约0.4mm至约1mm或约0.5mm至约1mm的平均粒子大小。
[0234] 实施例24.如前述实施例中任一实施例的方法,其中碳以基于固体碳质材料的重量按重量计至少50%、至少75%、至少80%、至少85%或至少90%存在于固体碳质材料中。
[0235] 实施例25.如前述实施例中任一实施例的方法,其中该固体碳质材料具有按重量计小于40%、小于35%、小于30%、小于25%、小于20%、小于15%、小于10%或小于5%的水含量。
[0236] 实施例26.如前述实施例中任一实施例的方法,其中该固体碳质材料包括或衍生自煤、焦炭、树脂、碳黑、石蜡、烯烃、沥青(例如,煤焦油沥青)、油砂、油页岩、黑页岩、焦油、焦油砂、地沥青(例如,硬沥青、辉沥青等,其可包括天然柏油、沥青岩和类沥青)、油页岩(例如,藻触媒、硬性藻沥青等)、矿物蜡或其组合。
[0237] 实施例27.如前述实施例中任一实施例的方法,其进一步包括在使固体碳质材料与氢供体的接触之前研磨固体碳质材料。
[0238] 实施例28.如实施例27的方法,其中研磨固体碳质材料包括将包括(i)循环流体和(ii)碳质材料粒子的第一流放置在喷射磨机的研磨腔室中以产生包括(a)循环流体和(b)研磨的碳质材料的第二流,其中藉由循环流体将喷射磨机加压。
[0239] 实施例29.如实施例28的方法,其进一步包括将第二流转运至旋风分离器,其中旋风分离器被配置为将研磨的碳质材料的第一部分与研磨的碳质材料的第二部分分离,其中研磨的碳质材料的第一部分包括具有等于或大于阈值粒子大小的粒子大小的粒子,并且研磨的碳质材料的第二部分包括具有小于阈值粒子大小的粒子大小的粒子;将研磨的碳质材料的第一部分收集在第一收集器中;将包含(1)循环流体和(2)研磨的碳质材料的第二部分的第三流转运至第二收集器,其中第二收集器被配置为从第三流分离出研磨的碳质材料的第二部分以产生包括循环流体的第四流;以及使第四流与碳质材料的额外粒子接触以产生第五流;其中研磨的碳质材料的第一部分包括固体碳质材料。
[0240] 实施例30.如实施例28或29的方法,其中该循环流体包括氮气、二氧化碳或其组合。
[0241] 实施例31.如前述实施例中任一实施例的方法,其中该氢供体包含烃。
[0242] 实施例32.如实施例31的方法,其中该烃是C1‑C40烃、C1‑C30烃、C1‑C20烃、C5‑C15烃或C10‑C20烃。
[0243] 实施例33.如实施例31或32的方法,其中该烃是环状的(例如,多环的)、未饱和(例如,芳族)化合物的至少部分氢化的衍生物或其组合。
[0244] 实施例34.如实施例31至33中任一实施例的方法,其中该烃是多环芳族化合物的至少部分氢化的衍生物。
[0245] 实施例35.如实施例34的方法,其中该烃是萘的至少部分氢化的衍生物,诸如四氢化萘和/或萘烷。
[0246] 实施例36.如前述实施例中任一实施例的方法,其中该氢供体具有至少300℃的温度。
[0247] 实施例37.如前述实施例中任一实施例的方法,其中该固体碳质材料是浆液或糊料的组分。
[0248] 实施例38.一种系统,其包括:
[0249] (A)反应器;氢供体进料器;以及产物液体收集储存器;其中氢供体进料器和产物液体收集储存器与反应器流体连通,其中反应器被配置为从碳质材料进料器接收碳质材料;并且其中氢供体进料器被配置为将氢供体提供至反应器;或
[0250] (B)反应器、氢供体进料器、产物液体收集储存器,其中氢供体进料器和产物液体收集储存器与反应器流体连通,其中反应器被配置为从碳质材料进料器接收碳质材料,其中氢供体进料器被配置为将氢供体提供至反应器;被配置为将反应器的内容物的至少一部分从反应器移除并且然后返回至反应器的循环导管;可选地反应器加热器;冷凝器;以及产物冷凝液收集储存器,其中冷凝器与反应器流体连通,并且产物冷凝液收集储存器与冷凝器流体连通,第一工艺气体进料器,其中第一工艺气体进料器与反应器、碳质材料进料器、产物液体收集储存器或其组合流体连通;第二工艺气体进料器,其中第二工艺气体进料器与产物液体收集储存器流体连通,其中碳质材料进料器包括料斗和闭锁式料斗,其中闭锁式料斗(i)布置在料斗与反应器之间,并且(ii)与第一工艺气体进料器、料斗、反应器或其组合流体连通,其中氢供体进料器可选地包括装置,该装置包括至少部分地由电磁波透明材料形成的管件;和施加器,其中(i)管件的第一端可固定地安装或弹簧安装至施加器,并且(ii)管件的至少一部分布置于施加器中,可选地与该装置流体连通的热交换器;以及至少一个阀,其选自由以下各项组成的组:(i)布置在第一工艺气体进料器与反应器之间的第一阀,(ii)布置在氢供体进料器与反应器之间的第二阀,(iii)布置在冷凝器与反应器之间的第三阀,(iv)布置在产物液体收集储存器与反应器之间的第四阀,(v)布置在第一工艺气体进料器与碳质材料进料器之间的第五阀,(vi)布置在第二工艺气体进料器与产物液体收集储存器之间的第六阀,(vii)布置在反应器的第一开口与循环导管的泵之间并与其流体连通的第七阀,以及(viii)布置在产物液体收集储存器与循环导管之间的第八阀。
[0251] 实施例39.如实施例38的系统,其进一步包括被配置为将反应器的内容物的至少一部分从反应器移除并且然后返回至反应器的循环导管。
[0252] 实施例40.如实施例39的系统,其中循环导管包括与(i)反应器、(ii)反应器和氢供体进料器、(iii)反应器和产物液体收集储存器或者(iv)反应器、氢供体进料器和产物液体收集储存器流体连通的泵。
[0253] 实施例41.如实施例40的系统,其中该泵为具有足以每各个循环排出按重量计约2%至约30%、约2%至约20%、约2%至约15%、约2%至约12%、约2%至约10%、约2%至约
8%或约4%至约8%或约6%的反应器的内容物的空腔体积的正排量泵。
[0254] 实施例42.如实施例38至41中任一实施例的系统,其进一步包括冷凝器;以及产物冷凝液收集储存器;其中冷凝器与反应器流体连通,并且产物冷凝液收集储存器与冷凝器流体连通。
[0255] 实施例43.如实施例38至42中任一实施例的系统,其进一步包括反应器加热器。
[0256] 实施例44.如实施例43的系统,其中反应器加热器放置成与反应器邻近或接触。
[0257] 实施例45.如实施例43或44的系统,其中反应器加热器是流体浴槽,该反应器至少部分地浸没于流体浴槽中。
[0258] 实施例46.如实施例38至45中任一实施例的系统,其进一步包括第一工艺气体进料器,其中第一工艺气体进料器与反应器、碳质材料进料器、产物液体收集储存器或其组合流体连通。
[0259] 实施例47.如实施例46的系统,其中第一工艺气体进料器与反应器和碳质材料进料器流体连通。
[0260] 实施例48.如实施例38至47中任一实施例的系统,其进一步包括第二工艺气体进料器,其中第二工艺气体进料器与产物液体收集储存器流体连通。
[0261] 实施例49.如实施例38至48中任一实施例的系统,其中该碳质材料进料器包括料斗。
[0262] 实施例50.如实施例38至49中任一实施例的系统,其中该碳质材料进料器进一步包括闭锁式料斗。
[0263] 实施例51.如实施例50的系统,其中闭锁式料斗(i)布置在料斗与反应器之间,并且(ii)与第一工艺气体进料器、料斗、反应器或其组合流体连通。
[0264] 实施例52.如实施例38至51中任一实施例的系统,其中碳质材料进料器包括被配置为用于运送糊料或浆液的装置,诸如与含有固体碳质材料的浆液放置在其中的反应器和储存器流体连通的泵(例如,浆液泵)。
[0265] 实施例53.如实施例38至52中任一实施例的系统,其进一步包括放置在反应器中的混合装置。
[0266] 实施例54.如实施例38至53中任一实施例的系统,其中该氢供体进料器包括装置,该装置包括至少部分地由电磁波透明材料形成的管件;以及施加器,其中(i)管件的第一端可固定地安装或弹簧安装至施加器,并且(ii)管件的至少一部分布置在施加器中。
[0267] 实施例55.如实施例54的系统,其进一步包括放置在管件中的承受体材料,其中管件中的承受体材料的至少一部分布置在施加器中。
[0268] 实施例56.如实施例55的系统,其中承受体材料呈微粒形式。
[0269] 实施例57.如实施例54至56中任一实施例的系统,其中管件的第二端可固定地安装或弹簧安装至施加器。
[0270] 实施例58.如实施例54至57中任一实施例的系统,其中管件的第一端弹簧安装至施加器,管件的第二端弹簧安装至施加器,或管件的第一端和管件的第二端两者都弹簧安装至施加器。
[0271] 实施例59.如实施例54至58中任一实施例的系统,其进一步包括与该装置流体连通的热交换器。
[0272] 实施例60.如实施例38至59中任一实施例的系统,其进一步包括(i)布置在第一工艺气体进料器与反应器之间的第一阀;(ii)布置在氢供体进料器与反应器之间的第二阀;(iii)布置在冷凝器与反应器之间的第三阀;(iv)布置在产物液体收集储存器与反应器之间的第四阀;或其组合。
[0273] 实施例61.如实施例38至60中任一实施例的系统,其进一步包括(i)布置在第一工艺气体进料器与碳质材料进料器之间的第五阀,和/或(ii)布置在第二工艺气体进料器与产物液体收集储存器之间的第六阀。
[0274] 实施例62.如实施例38至61中任一实施例的系统,其进一步包括(i)布置在反应器的第一开口与循环导管的泵之间并与其流体连通的第七阀;和/或(ii)布置在产物液体收集储存器与循环导管之间的第八阀。
[0275] 实施例63.如实施例60至62中任一实施例的系统,其中,当存在时,第一阀、第二阀、第三阀、第四阀、第五阀、第六阀、第七阀和第八阀中的每一者独立地选自闸阀、截止阀、角阀、球阀、塞阀和隔膜阀组成的组。
[0276] 实施例64.如实施例60至62中任一实施例的系统,其中第七阀是循环阀,并且第四阀是排放阀。
[0277] 实施例65.如实施例60至64中任一实施例的系统,其中第二阀布置在氢供体进料器与循环导管之间。
[0278] 实施例66.如实施例60至65中任一实施例的系统,其中第四阀布置在反应器的第二开口与循环导管的泵之间,并且第八阀门布置在循环导管的泵与产物液体收集储存器之间。
[0279] 实施例67.一种液化方法,该方法包括提供如实施例38至66中任一实施例的系统;可选地利用反应器加热器将反应器加热至至少100℃、至少200℃或至少300℃的预热反应器温度;可选地从第一工艺气体进料器将工艺气体放置在反应器中以将反应器加压至大于大气压力的压力;将氢供体放置在反应器中;可选地在反应器中维持大于大气压力的压力;
从碳质材料进料器将碳质材料放置到反应器中以使碳质材料与氢供体在反应器中接触,从而将碳质材料的至少一部分转化为产物;将产物冷凝液收集在产物冷凝液收集储存器中;
以及将产物液体收集在产物液体收集储存器中。
[0280] 实施例68.如实施例67的方法,其进一步包括,在收集产物冷凝液和/或产物液体之前,经由布置在冷凝器与反应器之间的第三阀将反应器减压。
[0281] 实施例69.如实施例67或68的方法,其进一步包括,在碳质材料从碳质材料进料器到反应器中的放置期间和/或之后,经由循环导管将碳质材料和氢供体的至少一部分移除并且然后返回至反应器。
[0282] 实施例70.如实施例67至69中任一实施例的方法,其中在反应器中维持大于大气压力的压力包括(i)从第一工艺气体进料器将额外量的工艺气体放置在反应器中,(ii)准许经由冷凝器将工艺气体的一部分从反应器抽出,或(iii)其组合。
[0283] 实施例71.如实施例67至70中任一实施例的方法,其中碳质材料从碳质材料进料器到反应器中的放置包括(i)从料斗将碳质材料放置至闭锁式料斗中,(ii)使闭锁式料斗中的碳质材料与来自第一工艺气体进料器的工艺气体接触,以及(iii)从闭锁式料斗将碳质材料放置至反应器中。
[0284] 实施例72.如实施例67至71中任一实施例的方法,其进一步包括在从碳质材料进料器将碳质材料放置至反应器中之前将固体碳质加热至约100℃至约300℃的温度。
[0285] 实施例73.如实施例67至72中任一实施例的方法,其进一步包括在碳质材料从碳质材料进料器到反应器中的放置之前和/或之后关闭第一阀、第二阀、第三阀和第四阀,其中关闭第一阀、第二阀、第三阀和第四阀达有效地产生产物的时间。
[0286] 实施例74.如实施例67至73中任一实施例的方法,其进一步包括在产物液体于产物液体收集储存器中的收集之前从第二工艺气体进料器将工艺气体放置至产物液体收集储存器中。
[0287] 实施例75.如实施例67至74中任一实施例的方法,其中产物液体于产物液体收集储存器中的收集包括打开(i)第四阀,或(ii)第四阀和第八阀。
[0288] 实施例76.如实施例67至75中任一实施例的方法,其中大于大气压力的压力等于或大于由氢供体进料器提供的氢供体的临界压力。
[0289] 所有引用的公开均以全文引用的方式并入本文中。此外,在以引用方式并入的参考文献中的术语的定义或使用与本文所提供的该术语的定义不一致或相反的情况下,本文所提供的该术语定义的适用,并且参考文献中的该术语的定义不适用。
[0290] 虽然已经讨论了常规技术的特定方面以方便公开各种实施例,但申请人决不放弃这些技术方面,并且可以预期的是,本公开可涵盖本文所讨论的常规技术方面中的一者或多者。
[0291] 本公开可以解决已知方法和工艺的一个或多个问题和缺陷。然而,可以预期的是,各种实施例可以证明对于解决若干个技术领域中的其他问题和缺陷是有用的。因此,本公开不应必然被解释为限于解决本文所讨论的任何特定问题或缺陷。
[0292] 在本说明书中,当参考或讨论文献、法案或知识项目时,该参考或讨论并不承认该文献、法案或知识项目或其任何组合在优先权日期是可公开获得的、公众已知的、属于常识的一部分或者依据适用法定条款以其他方式构成现有技术;或已知与解决本说明书所涉及的任何问题的尝试相关。
[0293] 在本文提供的描述中,术语“包括”、“是”、“包含”、“具有”和“含有”以开放方式使用,并且因此应被解释为表示“包括但不限于”。当按照“包括”各种步骤或组件来要求保护或描述方法或装置时,方法或装置也可以“基本上由”或“由”各种步骤或组件“组成”,除非另有说明。
[0294] 术语“一”、“一个”和“该”旨在包括复数替代,例如,至少一个。例如,“固体碳质材料”、“氢供体”、“泵”等的公开意在涵盖一种或多种固体碳质材料、氢供体、泵等的混合物或组合,除非另有说明。
[0295] 本文可公开各种数值范围。当申请人公开或要求保护任何类型的范围时,申请人的意图是单独地公开或要求该范围可以合理地涵盖的每个可能数字,包括该范围的端点以及所涵盖的任何子范围和子范围的组合,除非另有说明。此外,本文公开的范围的所有数值端点为近似的。作为代表性示例,在某些实施例中,申请人公开了泵可具有足以每各个循环中排出按重量计约2%至约15%的反应器的内容物的空腔体积。此范围应解释为涵盖约2%和约15%,并且进一步涵盖“约”3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、11%、12%、13%和14%中的每者,包括这些值中任一者之间的任何范围和子范围。
[0296] 如本文所使用的,术语“约”是指所用数字的数值的正负10%。
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