[发明专利]具有气固分离的微波反应器系统

权利要求书

1.一种材料处理系统，其包括：

包含烃类气体的输入材料；

微波等离子体反应器，其包括：

微波能量源；

波导；

反应区，其中所述微波能量源通过所述波导被耦合到所述反应区，并且所述微波能量在所述反应区中产生等离子体；和

入口，其被配置成能够接收所述输入材料，其中所述输入材料通过所述入口流入所述反应区；

其中所述等离子体将所述输入材料分离成分离的组分，所述分离的组分包括氢气和碳颗粒；以及

耦合到所述微波等离子体反应器的多阶段气固分离系统，所述多阶段气固分离系统包括：

具有输出的第一旋风分离器，其中所述第一旋风分离器从所述分离的组分中过滤所述碳颗粒；和

反脉冲过滤系统，其被耦合到所述第一旋风分离器的所述输出，其中所述反脉冲过滤系统从所述第一旋风分离器的所述输出中过滤所述碳颗粒。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述输入材料包括天然气，并且所述输入材料进入所述反应器的流动速率大于5slm。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述输入材料包括生物气，并且所述输入材料进入所述反应器的流动速率大于5slm。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一旋风分离器和反脉冲过滤系统被加热到大于300℃的温度。

5.根据权利要求1所述的系统，其中通过所述第一旋风分离器过滤的大部分碳颗粒的尺寸大于1微米。

6.根据权利要求1所述的系统，其中通过所述反脉冲过滤系统过滤的大部分碳颗粒的尺寸大于100nm。

7.根据权利要求1所述的系统，其中大于80％的所述碳颗粒通过所述第一旋风分离器过滤。

8.根据权利要求1所述的系统，其中在所述分离的组分通过所述第一旋风分离器和所述反脉冲过滤系统过滤之后，过滤大于99％的所述碳颗粒。

9.根据权利要求1所述的系统，其中通过所述微波等离子体反应器产生的所述分离的组分中的所述碳颗粒的密度小于0.2g/cm³。

10.根据权利要求1所述的系统，其中所述碳颗粒包括石墨烯和除石墨烯外的一种或多种其他碳同素异形体，其中：

所述石墨烯包含多达15层；

所述碳颗粒中碳与除氢外的其他元素的比率大于99％；并且

所述石墨烯与所述其他碳同素异形体的比率大于5％。

11.根据权利要求1所述的系统，其中所述反脉冲过滤系统包括：

多个反脉冲过滤器，每个反脉冲过滤器具有i)过滤状态，其中所述反脉冲过滤器过滤所述分离的组分，ii)清洁状态，其中使用通过所述反脉冲过滤器的气体流动清洁所述反脉冲过滤器；以及

位于所述多个反脉冲过滤器的上游的用于在所述过滤状态和所述清洁状态之间切换每个反脉冲过滤器的阀门；

其中所述多个反脉冲过滤器并联布置，使得所述多个反脉冲过滤器的第一反脉冲过滤器处于所述清洁状态，同时所述多个反脉冲过滤器的其他反脉冲过滤器处于所述过滤状态。

12.根据权利要求1所述的系统，其中所述多阶段气固分离系统还在所述第一旋风分离器和所述反脉冲过滤系统之间包括第二旋风分离器，其中：

所述第一旋风分离器过滤掉所述分离的组分中的第一部分碳颗粒，

所述第二旋风分离器过滤掉所述分离的组分中的第二部分碳颗粒，并且

所述反脉冲过滤系统过滤掉所述分离的组分中的第三部分碳颗粒。

13.根据权利要求12所述的系统，其中所述第一部分中的所述颗粒的中值粒径大于所述第二部分中的所述颗粒的中值粒径，并且所述第二部分中的所述颗粒的中值粒径大于所述第三部分中的所述颗粒的中值粒径。