本公開涉及一種新型流體反應(yīng)器及使用該反應(yīng)器的方法。在特定形式中，本公開涉及一種適用于使流體與氣體反應(yīng)的流體反應(yīng)器，其有助于通過流體分配熱量。

背景技術(shù)：

1、熔融物質(zhì)（如純金屬、鹽和合金）在許多工業(yè)過程中用作催化劑。使用熔融物質(zhì)作為吸熱反應(yīng)的催化劑的一個問題是，如何提供熱量來驅(qū)動反應(yīng)，而不需要通過反應(yīng)器壁加熱介質(zhì)。通過壁加熱介質(zhì)的一個挑戰(zhàn)發(fā)生在使用反應(yīng)性熔融介質(zhì)（如熔融金屬），因為任何用保護襯里（protective?lining）覆蓋壁以保護反應(yīng)器壁也會抑制熱傳遞，因為這些涂層通常是熱絕緣材料。通過壁加熱介質(zhì)的另一個挑戰(zhàn)發(fā)生在反應(yīng)產(chǎn)生細顆粒，例如發(fā)生甲烷熱解反應(yīng)，因為通過壁加熱會優(yōu)先導致顆粒沉積在反應(yīng)器壁上，這將抑制反應(yīng)過程并產(chǎn)生維護挑戰(zhàn)。還需要通過減少與外部環(huán)境的表面積來最小化在循環(huán)流體反應(yīng)器中的通過壁的熱損失。這對于確保反應(yīng)器內(nèi)所有位置的流體保持熔融狀態(tài)以有效是必要的，特別是當它們用于催化涉及氣體的吸熱反應(yīng)時。因此，用于進行涉及這些催化劑的反應(yīng)的系統(tǒng)需要能夠提供足夠高的溫度，使催化劑在反應(yīng)器內(nèi)的所有位置都保持熔融狀態(tài)。液態(tài)金屬尤其如此，如果任何位置的溫度變得過低，液態(tài)金屬固化，不僅導致反應(yīng)效率低和產(chǎn)物收率低，還會堵塞系統(tǒng)。

2、wo2018/132875描述了一種可用作用于流體和氣體的反應(yīng)器系統(tǒng)的裝置，其利用集中的太陽輻射作為熱源。wo2019/226416中描述了一種用于流體和氣體的替代反應(yīng)器系統(tǒng)。然而，這些文件都沒有提供充分處理熱損失的反應(yīng)器系統(tǒng)。

3、因此，需要提供一種能夠滿足高溫反應(yīng)（特別是涉及熔融物質(zhì)的高溫反應(yīng)）的熱要求的系統(tǒng)?；蛘?，或另外，對于顆粒密度小于熔融介質(zhì)的情況，需要一種方法來分離熔融金屬反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)中產(chǎn)生的顆粒。這是甲烷熱解中發(fā)生的情況，其中碳產(chǎn)物通常會浮到反應(yīng)器的頂部。為了允許反應(yīng)器能夠連續(xù)運行，有必要提供一種從反應(yīng)器的頂部連續(xù)去除浮動的碳的方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、根據(jù)第一方面，提供了一種用于使流體與氣體反應(yīng)的反應(yīng)器，該反應(yīng)器包括：

2、·兩個第一容器，每個第一容器包括氣體入口；和

3、·兩個第二容器，

4、其中，第二容器中的一個位于兩個第一容器之間，使得第二容器與每個第一容器直接接觸，并且至少一個第一容器位于兩個第二容器之間，使得第一容器與每個第二容器直接接觸，其中直接接觸促進容器之間的熱交換，并且

5、其中，每個第一容器和每個第二容器都包括孔，其中：

6、·每個第一容器的孔將每個第一容器與至少一個第二容器連接，

7、·每個第二容器的孔位于每個第二容器的底部，

8、·第一容器的孔位于第二容器的孔的上方，并且

9、·孔被系列（in?series）布置，

10、使得第一容器中的流體通過經(jīng)由氣體入口進入每個第一容器的氣體被引導流向并流過每個第一容器的孔且流入連接的第二容器，并且第二容器的孔允許從每個第一容器流動并流過每個第二容器的流體流入連接到第二容器的第一容器。

11、第一容器的孔中的至少一個可以位于反應(yīng)器的頂部。第一容器的孔中的至少一個可以是第一容器中的一個的側(cè)壁和反應(yīng)器的頂部之間的間隙。第一容器的孔中的至少一個可以是第一容器中的一個的側(cè)壁中的洞（hole）。第二容器的孔中的至少一個可以位于反應(yīng)器的底部。第二容器的孔中的至少一個可以是第二容器中的一個的側(cè)壁和反應(yīng)器的底部之間的間隙。第二容器的孔中的至少一個可以是第二容器中的一個的側(cè)壁中的洞。

12、在第一容器的至少一個中，氣體入口可以位于容器的底部。

13、在一種形式中，每個第一容器都位于兩個第二容器之間、與該兩個第二容器直接接觸并連接到該兩個第二容器，使得當從上方或下方觀察時，流過反應(yīng)器的流體以圓周運動移動通過容器。

14、反應(yīng)器還可以包括至少一個氣體出口。氣體出口可以位于反應(yīng)器中或反應(yīng)器的頂部處。

15、至少一個第一容器還可以包括至少一個產(chǎn)物出口。產(chǎn)物出口可以位于第一容器的頂部。堰可以配置為將流體保留在反應(yīng)器中，并允許產(chǎn)物進入第一容器的產(chǎn)物出口。至少一個第二容器還可以包括產(chǎn)物出口。產(chǎn)物出口可以位于第二容器的頂部。堰可以配置為將流體保留在反應(yīng)器中，并允許產(chǎn)物進入第二容器的產(chǎn)物出口。

16、至少一個第一容器還可以包括進料流入口。進料流入口可以位于容器的底部。

17、還提供了一種使流體與氣體反應(yīng)以產(chǎn)生固體產(chǎn)物的方法，所述方法包括：

18、·提供如本文描述的反應(yīng)器，其中該反應(yīng)器在第一容器（容器a）中包括流體；

19、·將用于與流體混合和反應(yīng)的反應(yīng)氣體引入到容器a中，使得氣體穿過流體，并引導流體氣體混合物流向并流過容器a的孔且流入連接的第二容器（容器b），其中容器b的孔允許從容器a流過容器b的流體流到另一個第一容器（容器c）；

20、·將第二氣體引入到容器c中，第二氣體引導流體氣體混合物流向并流過容器c的孔且流入連接的第二容器（容器d），其中容器d的孔允許從容器c流過容器d的流體流回到容器a中；

21、·從產(chǎn)物出口收集固體產(chǎn)物。

22、流體可以選自熔融金屬、熔融鹽、熔融合金或其組合。流體可以是熔融催化劑。

23、反應(yīng)氣體可以是天然氣。反應(yīng)氣體可以包括甲烷。反應(yīng)氣體可以由甲烷組成。固體產(chǎn)物可以是碳。

24、第二氣體可以是惰性氣體。惰性氣體可以被加熱。

25、附圖說明

26、將參照附圖討論本公開的一些實施例，其中：

27、圖1是本發(fā)明的反應(yīng)器的一個實施例的俯視圖的示意圖，其包括四個直接接觸以形成圓柱形反應(yīng)器的容器。

28、圖2是本發(fā)明的反應(yīng)器的一個實施例的側(cè)視圖的示意圖，其包括四個直接接觸并使用堰孔連接的容器。

29、圖3是旋轉(zhuǎn)了約90度的圖2的本發(fā)明的一個反應(yīng)器的實施例的側(cè)視圖的示意圖。

30、圖4是本發(fā)明的反應(yīng)器的一個實施例的等軸測視圖的示意圖，其包括四個直接接觸并使用堰孔連接的容器。反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)的熔融流體在前景中用實線箭頭表示，在背景中用虛線箭頭表示。

31、圖5是旋轉(zhuǎn)了約90度的圖4的本發(fā)明的反應(yīng)器的一個實施例的等軸測視圖的示意圖。為了清楚起見，省略了反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)的熔融流體。

32、圖6是本發(fā)明的反應(yīng)器的一個實施例的等軸測視圖的示意圖，其包括四個直接接觸并使用閘門孔連接的容器。為了清楚起見，省略了反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)的熔融流體。

33、圖7是本發(fā)明的反應(yīng)器的一個實施例的俯視圖的示意圖，其包括四個直接接觸以形成近似四角棱柱體反應(yīng)器的容器。

34、圖8是本發(fā)明的反應(yīng)器的一個實施例的側(cè)視圖的示意圖，其包括四個直接接觸并使用堰孔連接的容器。示出了出口的替代實施例。

35、圖9是旋轉(zhuǎn)了約90度的圖2的本發(fā)明的反應(yīng)器的一個實施例的側(cè)視圖的示意圖。出口的替代實施例示出為具有產(chǎn)物溢流堰。

36、圖10是旋轉(zhuǎn)了約90度的圖2的本發(fā)明的反應(yīng)器的一個實施例的側(cè)視圖的示意圖。

37、圖11是旋轉(zhuǎn)了約90度的圖2的本發(fā)明的反應(yīng)器的一個實施例的側(cè)視圖的示意圖。出口的替代實施例示出為具有產(chǎn)物溢流堰。

38、圖12是本發(fā)明的反應(yīng)器的一個實施例的等軸測視圖的示意圖，其包括四個直接接觸并使用閘門孔連接的容器。為了清楚起見，省略了反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)的熔融流體。示出了出口的實施例，其中出口在第二容器中。

39、圖13是本發(fā)明的反應(yīng)器的一個實施例的等軸測視圖的示意圖，其包括四個直接接觸并使用閘門孔連接的容器。為了清楚起見，省略了反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)的熔融流體。示出了出口的實施例，其中出口在第一容器中。

40、圖14是本發(fā)明的反應(yīng)器的一個實施例的橫截面圖的示意圖，其包括四個直接接觸并使用堰孔連接的容器。示出了反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)的熔融流體和產(chǎn)物的移動的實施例。

41、在以下描述中，相同的附圖標記表示整個圖中相同或?qū)?yīng)的部分。