(11)	028873 (13) B1	Разделы: A B C D E F G H
(21)	201171258
(22)	2010.04.05
(51)	D01F 9/00 (2006.01)
(31)	61/170,199
(32)	2009.04.17
(33)	US
(43)	2012.06.29
(86)	PCT/US2010/029934
(87)	WO 2010/120581 2010.10.21
(71)	(73) СИРСТОУН ЭлЭлСи (US)
(72)	Нойз Даллас Б. (US)
(74)	Медведев В.Н. (RU)
(54)	СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ТВЕРДОГО УГЛЕРОДА ПУТЕМ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОКСИДОВ УГЛЕРОДА

(57) 1. Способ производства твердого углеродного продукта, включающий

смешивание первого газообразного потока, содержащего диоксид углерода, и второго газообразного потока, содержащего газообразный восстановитель, с образованием смеси реакционных газов;

подачу смеси реакционных газов в реакционную зону;

взаимодействие диоксида углерода с газообразным восстановителем в реакционной зоне в присутствии железосодержащего катализатора с образованием воды и твердого углеродного продукта;

отделение по меньшей мере части воды, образованной в реакционной зоне из смеси реакционных газов в ходе реакции диоксида углерода с газообразным восстановителем;

конденсацию упомянутой воды и извлечение скрытой теплоты из воды.

2. Способ по п.1, в котором взаимодействие диоксида углерода с газообразным восстановителем в реакционной зоне в присутствии железосодержащего катализатора включает образование одностенной углеродной нанотрубки, многостенной углеродной нанотрубки, углеродного нановолокна, графитовой пластинки, графена, технического углерода, аморфного углерода или их сочетания.

3. Способ по п.1, в котором взаимодействие диоксида углерода с газообразным восстановителем в реакционной зоне в присутствии железосодержащего катализатора включает образование "подушки" из углеродных нанотрубок, образованной скоплениями сильно перепутанных углеродных нанотрубок.

4. Способ по п.1, дополнительно включающий

циркуляцию смеси реакционных газов из реакционной зоны в зону конденсации для удаления воды из смеси реакционных газов с получением сухой смеси рециркулируемого газа; и

рециркуляцию сухой смеси рециркулируемого газа в реакционную зону.

5. Способ по п.4, дополнительно включающий смешивание сухой смеси рециркулируемого газа со смесью реакционных газов с образованием смеси газов, подаваемых в реакционную зону.

6. Способ по п.1, дополнительно включающий по меньшей мере одну из следующих стадий:

нагревание смеси реакционных газов до первой заданной температуры перед подачей смеси реакционных газов в реакционную зону; и

нагревание реакционной зоны до второй заданной температуры перед подачей смеси реакционных газов в реакционную зону.

7. Способ по п.1, дополнительно включающий

поддержание в реакционной зоне условий реакции;

поддержание непрерывного потока реакционных газов через реакционную зону в течение времени реакции; и

удаление по меньшей мере некоторой части твердого углеродного продукта из реакционной зоны.

8. Способ по п.1, в котором подача смеси реакционных газов в зону реакции включает регулирование по меньшей мере одного из следующих условий:

температура смеси реакционных газов;

температура реакционной зоны;

давление в реакционной зоне;

парциальное давление смеси реакционных газов;

состав смеси реакционных газов;

температура в реакционной зоне;

время пребывания смеси реакционных газов в реакционной зоне;

время пребывания твердого углеродного продукта в реакционной зоне;

размер катализатора;

способ формирования катализатора и

форма катализатора.

9. Способ по п.1, дополнительно включающий отделение первого потока газа, содержащего диоксид углерода, по меньшей мере от одного состава из числа смесей газов, атмосферных газов, газообразных продуктов сгорания, промышленных отходящих газов, отходящих газов производства портландцемента или скважинных газов.

10. Способ по п.1, дополнительно включающий непрерывное перемещение части смеси реакционных газов и твердого углеродного продукта из реакционной зоны на разделение, чтобы отделить твердый углеродный продукт от смеси реакционных газов.

11. Способ по п.10, дополнительно включающий

перемещение отделенного твердого углеродного продукта в продувочную камеру;

продувку твердого углеродного продукта инертным продувочным газом для отделения от смеси остаточного реакционного газа;

охлаждение твердого углеродного продукта.

12. Способ по п.1, дополнительно включающий

прекращение потока смеси реакционных газов в реакционную зону;

удаление смеси реакционных газов из реакционной зоны;

подачу инертного газа в реакционную зону;

охлаждение реакционной зоны с находящимся в ней твердым углеродным продуктом;

удаление твердого углеродного продукта из реакционной зоны.

13. Способ по п.1, дополнительно включающий прохождение углеродных нанотрубок, образовавшихся в реакционной зоне, через зону роста и отжига.

14. Способ по п.1, дополнительно включающий охлаждение твердого углеродного продукта.

15. Способ по п.14, в котором охлаждение твердого углеродного продукта включает замещение смеси реакционных газов инертным продувочным газом.

16. Способ по п.1, в котором железосодержащий катализатор включает сталь или образован путем восстановления одного или нескольких оксидов элементов, составляющих сталь.

17. Способ по п.1, в котором железосодержащий катализатор включает атомы железа, образованные за счет разложения оксида железа.

18. Способ по п.1, в котором железосодержащий катализатор содержит оксид железа или карбид железа.

19. Способ по п.1, в котором железосодержащий катализатор подают в реакционную зону вместе с газом-носителем.

20. Способ по п.19, в котором газ-носитель содержит смесь по меньшей мере одного инертного газа и по меньшей мере одного оксида углерода.

21. Способ по п.1, дополнительно включающий подачу прекурсора катализатора в реакционную зону.

22. Способ по п.21, в котором прекурсор катализатора включает по меньшей мере одно из следующих соединений: карбонил металла, оксид металла, карбид железа или металлоцен.

23. Способ по п.21, в котором прекурсор катализатора разлагается с образованием катализатора под действием смеси реакционных газов при температуре реакции.

24. Способ по п.21, в котором концентрация прекурсора катализатора в реакционной смеси составляет от 1 до 100 частей на миллион.

25. Способ по п.21, дополнительно включающий подачу зародышеобразователя в реакционную зону для облегчения образования катализатора из прекурсора катализатора.

26. Способ по п.21, дополнительно включающий инициирование зародышеобразования катализатора из прекурсора катализатора посредством воздействия газообразного металлсодержащего соединения или фотонов лазерного излучения.

27. Способ по п.1, дополнительно включающий добавление в смесь реакционных газов промотора катализатора.

28. Способ по п.27, в котором промотор катализатора включает по меньшей мере одно вещество, выбранное из группы, состоящей из следующих соединений: тиофен, сероводород, гетероциклический сульфид, неорганический сульфид, летучий свинец и соединения висмута.

29. Способ по п.1, в котором второй поток газа включает водород или синтез-газ, содержащий водород.

30. Способ по п.1, в котором второй поток газа включает по меньшей мере один из следующих газов: газообразный углеводород, природный газ или метан.

31. Способ по п.1, в котором первый поток газа содержит монооксид углерода.

32. Способ по п.1, в котором первый поток газа состоит, по существу, из диоксида углерода.

33. Способ по п.1, в котором первый поток газа включает монооксид углерода, диоксид углерода, атмосферные газы, газообразные продукты сгорания, промышленные отходящие газы, отходящие газы производства портландцемента или скважинные газы.

34. Способ по п.1, дополнительно включающий регулирование температуры реакционного газа в реакционной зоне от 450 до 2000°С.

35. Способ по п.1, дополнительно включающий регулирование температуры реакционного газа в реакционной зоне от 400 до 800°С.

36. Способ по п.1, дополнительно включающий регулирование температуры реакционного газа в реакционной зоне около 650°С.

37. Способ по п.1, дополнительно включающий регулирование температуры реакционного газа в реакционной зоне около 700°С.

38. Способ по п.1, дополнительно включающий регулирование температуры реакционного газа в реакционной зоне от 450 до 1500°С.

39. Способ по п.1, дополнительно включающий регулирование давления в реакционной зоне от 85 до 101 кПа.

40. Способ по п.1, дополнительно включающий регулирование давления в реакционной зоне от 93 до 97 кПа.

41. Способ по п.1, дополнительно включающий регулирование давления в реакционной зоне около значения 1 атм.

42. Способ по п.1, дополнительно включающий удаление твердого углеродного продукта из смеси реакционных газов перед охлаждением.

43. Способ по п.1, в котором реакционная зона включает реактор с псевдоожиженным слоем, причем слой образован частицами катализатора.

44. Способ по п.43, в котором катализатор включает заранее полученные частицы, имеющие размер частиц, выбранный так, чтобы регулировать диаметр углеродных нанотрубок.

45. Способ по п.1, в котором реакционная зона включает аэрозольный реактор.

46. Способ по п.45, в котором катализатор остается в форме аэрозоля и твердый углеродный продукт растет на частицах катализатора, проходящих через реакционную зону.

47. Способ по п.45, дополнительно включающий осаждение катализатора из аэрозоля на одну или несколько поверхностей внутри реакционной зоны.

48. Способ по п.1, в котором реакционная зона включает по меньшей мере одну печь.

49. Способ по п.1, в котором взаимодействие диоксида углерода с газообразным восстановителем включает взаимодействие диоксида углерода с газообразным восстановителем либо в реакторе периодического действия, либо в реакторе непрерывного действия.

50. Состав материала, содержащий множество углеродных нанотрубок на металлической подложке, причем данное множество углеродных нанотрубок содержит множество нанотрубок с различными диаметрами и с различной длиной, при этом данное множество нанотрубок сформировано посредством взаимодействия диоксида углерода с газообразным восстановителем в присутствии железосодержащего катализатора и при этом, по меньшей мере, некоторые углеродные нанотрубки из данного множества углеродных нанотрубок содержат в их концах частицу железосодержащего катализатора, и железосодержащий катализатор имеет диаметр в интервале значений от в 1,3 раза до в 1,6 раза больше, чем диметр соответствующей углеродной нанотрубки.

51. Состав по п.50, в котором множества углеродных нанотрубок образуют кластеры с характеристическим размером менее чем 1 мм.

52. Состав по п.50, где множества углеродных нанотрубок могут легко спутываться.

53. Состав по п.50, где множества углеродных нанотрубок имеют четкие границы роста, которые сливаются при диспергировании множества нанотрубок в растворе этанола.