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TW201512390A - 炭轉換器與用於產生co或合成氣體的裝置、以及用於操作該碳轉換器與該裝置的方法 - Google Patents

炭轉換器與用於產生co或合成氣體的裝置、以及用於操作該碳轉換器與該裝置的方法 Download PDF

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TW201512390A
TW201512390A TW103127410A TW103127410A TW201512390A TW 201512390 A TW201512390 A TW 201512390A TW 103127410 A TW103127410 A TW 103127410A TW 103127410 A TW103127410 A TW 103127410A TW 201512390 A TW201512390 A TW 201512390A
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converter
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aerosol
carbon
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TW103127410A
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Olaf Kuehl
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CCP Technology GmbH
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Abstract

在熱粒子流是以霧劑之形式供應至轉換器中的使用CO或合成氣體之先前已知裝置中，可發生轉換器中之不完全化學轉換。此外，可發生會損害效率之熱損失，且粒子可沈積，此導致操作期間之中斷。此等問題將藉由碳轉換器來解決，所述碳轉換器包括：用於包括第一氣體及含碳粒子之霧劑的至少一霧劑轉換器入口；用於第二氣體的至少一轉換器氣體入口；至少兩個轉換器腔室出口及用以在最小粒子填充程度與最大粒子填充程度之間填充以粒子的至少兩個轉換器腔室。所述碳轉換器更包括：至少一改向器件，用以選擇性地將所述轉換器腔室之一小部分a)連接至所述用於霧劑的霧劑轉換器入口中之至少一者或b)連接至所述用於第二氣體的轉換器氣體入口中之至少一者，或可將所述轉換器腔室與所述入口斷開；及至少一排放器件，用以選擇性地將所述轉換器腔室之一小部分連接至所述轉換器出口中之至少一者或將所述轉換器腔室與所述出口斷開。含有粒子之霧劑可借助於所述碳轉換器無中斷地轉換，且獲得供應至所述轉換器中之材料的高轉換程度。此外，揭露用於產生CO或合成氣體之裝置，其中可使用碳轉換器。亦揭露用於操作碳轉換器及用於產生CO或合成氣體之 裝置的方法。

Description

具有過濾功能之炭轉換器
本發明是有關於C轉換器(碳轉換器，carbon converter)、併有C轉換器之裝置及其使用方法。
DE 10 2012 008 933揭露用於製造一氧化碳之方法及裝置，其中一氧化碳是在850℃以上之溫度下在有碳參與之情況下自二氧化碳製造。此外，DE 10 2012 010 542揭露用於製造合成氣體之方法及裝置。在上文所提及的先前技術方法兩者中，將含碳的熱粒子流引入至碳轉換器中。在此等先前技術方法中，碳轉換器中之轉換可能不完全。此外，熱損失可能發生，其影響此等已知方法之成本效益。在已知方法及裝置中，粒子可能沈積在轉換器中，此可導致操作之中斷。
因此，本發明之目標為提供碳轉換器及操作所述碳轉換器之方法，其可克服以上問題中之至少一者，詳言之允許實現長期且無中斷之操作週期，且其中引入至轉換器中之材料可得到完 全轉換。
此問題是藉由一種C轉換器來解決，所述C轉換器包括：用於包括第一氣體及含碳粒子之霧劑(aerosol)的至少一個霧劑轉換器入口；此外，用於第二氣體的至少一個轉換器氣體入口；至少兩個轉換器出口；及至少兩個轉換器腔室，其各自包括用以自所述霧劑過濾含碳粒子的至少一個過濾器。所述C轉換器更包括至少一個改向器件，其用以交替地將所述至少兩個轉換器腔室之一小部分與a)至少一個霧劑轉換器入口或b)至少一個轉換器氣體入口連接；及至少一個排放器件，其用以交替地將所述至少兩個轉換器腔室之一小部分與所述轉換器出口中之至少一者連接或斷開所述連接。所述C轉換器能夠不中斷地轉換含有粒子之霧劑，且可能達成供應至轉換器中的材料之高轉換程度。
所述霧劑較佳基本上由碳及氫組成。因此，無殘餘材料剩餘，且所供應材料得到完全轉換。詳言之，霧劑可被引入至所述C轉換器中，其中所述霧劑是在以電漿或以熱能操作之碳氫化合物轉換器中製造。
在所述C轉換器之一個實施例中，第二氣體為諸如來自工廠、詳言之來自電廠或高爐的含有CO2之廢氣。因此，對氣候有害之CO2可在所述C轉換器內轉換成是化學基本材料的一氧化碳。
在C轉換器之另一實施例中，所述第二氣體為H2O蒸汽(水蒸汽)。因此，所述霧劑可在所述C轉換器內轉換成CO/H2氣體混合物，其中CO/H2氣體混合物被稱為合成氣體且充當化學基本材料。
較佳地，所述過濾器為耐熱網狀過濾器或陶瓷過濾器，這是因為在C轉換器中普遍具有高溫以便達成含碳粒子之快速且完全的轉換。
較佳地，所述C轉換器之所述轉換器腔室包括作為過濾器之多孔陶瓷基底及陶瓷殼。因此，可達成所述轉換器腔室之簡單構造，且可確保長的使用壽命。
較佳地，所述轉換器腔室被並排配置，以獲得自一個轉換器腔室至鄰近轉換器腔室之傳熱。在操作期間，熱霧劑被交替地供應至所述轉換器腔室中，且一旦所述轉換器腔室被用含碳粒子填充至預定粒子填充程度，便藉由在高溫下將所述第二氣體供應至所述轉換器腔室而使之再生。鄰近轉換器腔室之間的傳熱阻止在再生週期期間發生的高熱損失。可避免使用額外加熱器，或至少可實施較小的額外加熱器。
較佳地，所述轉換器腔室是管狀的，且並排平行地延伸成管束。管狀形狀可具有圓柱形、三角形、正方形或六邊形橫截面。因此，所述轉換器腔室可適應於周圍結構，所述周圍結構亦可加熱所述轉換器腔室，詳言之，在所述C轉換器與以電漿或以熱能操作之碳氫化合物轉換器組合地操作的情況下。
在C轉換器之一個實施例中，間隙形成於所述轉換器腔室之間，且所述間隙與入口及出口連接，此允許流體通過所述間隙。若引導所述第二氣體通過所述間隙進入至所述轉換器腔室中，則所述第二氣體可被預熱，此有助於C轉換器之操作期間的能量節省。若所述第二氣體為水蒸汽，則可藉由在操作期間將液態水注入至所述間隙中來製造水蒸汽。由於所述轉換器腔室具有 攝氏幾百度之溫度，故液態水將汽化。
在較佳實施例中，所述改向器件包括至少一個霧劑改向器件及至少一個氣體改向器件。所述霧劑改向器件較佳包括滑閥(slide valve)或瓣閥(flap valve)。因此，避免或至少減少了粒子在操作期間之沈積。
在一個實施例中，所述轉換器腔室中之每一者包括至少一個轉換器腔室入口，其中至少兩個轉換器腔室之轉換器腔室入口之至少一小部分位於圓圈上。至少一個改向器件包括可旋轉改向元件。因此，所述霧劑轉換器入口可經由所述可旋轉改向元件而連接至至少一個轉換器腔室入口。因此，霧劑可被快速地改向，且可確保C轉換器之連續操作。
在較佳實施例中，所述轉換器腔室中之每一者包括至少一個轉換器腔室出口，其中每一轉換器腔室之所述排放器件包括具有用於每一轉換器腔室之至少一個閥的閥總成，其中所述閥總成用以交替地將所述至少兩個轉換器腔室出口中之至少一者a)與所述第一C轉換器出口或b)與所述第二轉換器出口連接，或c)斷開轉換器腔室出口與所述第一及第二轉換器出口。藉由使用氣體閥，可使用可購得之零件，此降低C轉換器之成本。
上文提及之問題亦藉由用於製造CO或合成氣體之裝置來解決，所述裝置包括：以電漿或以熱能操作的至少一個碳氫化合物轉換器，所述碳氫化合物轉換器具有外部殼體且用以將含有碳氫化合物之流體分解成碳及氫氣；及至少一個C轉換器。所述C轉換器設置為鄰近於所述碳氫化合物轉換器之所述外部殼體，以便利於自所述碳氫化合物轉換器至所述C轉換器之傳熱。在所 述裝置之操作期間，熱霧劑及所述第二氣體被交替地引導至所述C轉換器之腔室，且所述C轉換器在高溫下將含碳粒子轉換成CO或合成氣體。所述C轉換器與所述碳氫化合物轉換器之所述外部殼體之間的傳熱確保了可避免使用額外加熱器或至少額外加熱器的尺寸可減小。較佳地，所述裝置之至少一個C轉換器是根據上文提及之實施例來實施。
所述裝置之較佳實施例包括多個鄰近的碳氫化合物轉換器，其中至少一個間隙形成於所述碳氫化合物轉換器之間，且其中至少一個C轉換器之一或多個轉換器腔室設置於所述至少一個間隙中。因此，歸因於緊密堆積(close packing)，可達成所述裝置之操作期間的良好能量利用及小安裝空間。
在所述裝置之一個實施例中，所述C轉換器部分地或完全地圍繞所述碳氫化合物轉換器的周邊。較佳地，所述C轉換器以同心方式(concentrically)圍繞所述碳氫化合物轉換器之所述外部殼體。因此，可實現所述裝置之特別緊密構造，其具有操作期間的良好能量利用。
在所述裝置之一個實施例中，流體管道設置於所述碳氫化合物轉換器之所述外部殼體上或其中。因此，可為所述碳氫化合物轉換器提供冷卻特徵，及/或可將流體預熱。較佳地，所述碳氫化合物轉換器之外部殼體在面對鄰近的C轉換器之區域中沒有流體管道。因此，可達成所述碳氫化合物轉換器之所述外部殼體的冷卻及同時至鄰近的C轉換器之傳熱。
在所述裝置之較佳實施例中，所述間隙中之至少一者連接至入口且連接至出口。因此，流體可被引導通過所述間隙，以 促進所述轉換器腔室中之流體與所述間隙中之流體之間的傳熱。因此，若流體比相鄰結構冷，則靠近熱轉換器腔室定位之任何結構可被冷卻。若所述第二氣體是在所述第二氣體被引導至所述轉換器腔室中之前引導通過所述間隙，則所述第二氣體可被預熱，此有助於C轉換器之操作期間的能量節省。若所述第二氣體為H2O蒸汽，則可在操作期間藉由將液態水注入至所述間隙中來製造所述H2O蒸汽。由於所述轉換器腔室具有攝氏幾百度之溫度，故液態水將汽化。
上文提及之問題將藉由用於操作C轉換器之方法進一步解決，所述C轉換器包括多個轉換器腔室，其中所述轉換器腔室中之每一者包括至少一個過濾器，所述過濾器用以自包括第一氣體及粒子之霧劑過濾粒子。所述方法包括以下步驟：交替地將含碳霧劑供應至至少一個第一轉換器腔室或至少一個第二轉換器腔室中，藉此將來自所述霧劑之所述粒子捕獲在所述過濾器中，直至達到各別轉換器腔室中之所要粒子填充程度；及交替地將第二氣體供應至所述至少一個第一轉換器腔室或所述至少一個第二轉換器腔室中以便藉由將所述含碳粒子轉換成一氧化碳來再生對應的轉換器腔室，其中a)所述第二氣體為CO2，且轉換是根據反應式C+CO2→2CO進行；或b)所述第二氣體為H2O蒸汽，且轉換是根據反應式C+H2O→CO+H2進行。藉由使用此方法，含有粒子之霧劑可無中斷地轉換，且可達成引入至轉換器中之材料之較高轉換程度。
較佳地，第二氣體供應在將所述霧劑供應至各別轉換器腔室時被阻斷，且所述第一氣體是經由第一轉換器腔室出口排 出。當所述第二氣體被供應至各別轉換器腔室時，霧劑供應被阻斷且一氧化碳將經由第二轉換器腔室出口排出。
在所述方法之一個實施例中，藉由以下各者中之至少一者來判定最大粒子填充程度：被供應以霧劑之轉換器腔室中的壓力差；被供應以霧劑之轉換器腔室的重量之增加；填充感測器(filling sensor)輸出；供應霧劑之持續時間或供應霧劑之時間週期(time period)；且視另一轉換器腔室之當前粒子填充程度而定。
在所述方法之一個實施例中，供應所述第二氣體，直至達成另一所要粒子填充程度。所述另一所要粒子填充程度低於所要粒子填充程度。因此，可達成連續操作。
較佳進行所述方法以使得C轉換器被連續供應霧劑。因此，C轉換器可與連續供應霧劑之霧劑源合作，即使轉換器腔室被分別交替地供應以霧劑或所述第二氣體也是如此。
在所述方法中，C至CO之轉換較佳在800℃以上之溫度下發生，其中第一轉換器腔室至少部分地藉由以下各者中之至少一者而被加熱：來自至少一個鄰近的第二轉換器腔室之廢熱；以電漿或以熱能操作之碳氫化合物轉換器之廢熱；及霧劑。在操作期間，將熱霧劑交替地引入至所述轉換器腔室中，且一旦所述轉換器腔室被含碳粒子填充至預定粒子填充程度，便藉由在高溫下供應所述第二氣體來再生所述轉換器腔室。鄰近的轉換器腔室之間的傳熱阻止再生週期期間的高熱損失。可避免使用用於將溫度維持在800℃以上的額外加熱器或至少額外加熱器的尺寸可減小。
在一個實施例中，間隙形成於所述轉換器腔室之間，且所述方法包括以下步驟：引導流體通過所述間隙，使得可達成所 述轉換器腔室中之流體與所述間隙中之所述流體之間的熱交換。因此，緊鄰熱轉換器腔室定位之任何結構可被冷卻。若所述第二氣體是在將所述第二氣體引導至所述轉換器腔室中之前引導通過所述間隙，則所述第二氣體可被預熱。若所述第二氣體為H2O蒸汽，則可藉由在操作期間將液態水注入至所述間隙中來製造所述H2O蒸汽，其中液態水在大大高於100℃之沸點的溫度下變得汽化。
較佳地，所述霧劑及所述第二氣體是自所述過濾器之相對兩側供應至轉換器腔室，且所述第一及第二轉換器腔室出口配置於所述過濾器之相對兩側上。因此，可自所述過濾器釋放所捕獲之粒子。
用於操作上文所論述之裝置的方法亦解決上文提及之問題。所述方法包括以下步驟：引導流體通過C轉換器及/或C轉換器之轉換器腔室及/或碳氫化合物轉換器之外部殼體之間的間隙，以使得在轉換器腔室中及/或外部殼體中之流體與間隙中之流體之間實現熱交換。因此，緊鄰熱轉換器腔室之任何結構可被冷卻。若引導所述第二氣體通過間隙，則所述第二氣體可被預熱。若所述第二氣體為H2O蒸汽，則可藉由在操作期間將液態水注入至所述間隙中及汽化液態水來製造所述H2O蒸汽。
基於較佳實施例且參考圖式，將在下文中論述本發明及本發明之其他細節及優點。
1、59‧‧‧碳轉換器
3‧‧‧霧劑轉換器入口
5‧‧‧轉換器氣體入口
7、9‧‧‧轉換器出口
10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g、10h‧‧‧轉換器腔室
11a、11b、11c、11d‧‧‧用於霧劑的轉換器腔室入口
12a、12b‧‧‧用於氣體的轉換器腔室入口
13a、13b‧‧‧過濾器
14a、14b‧‧‧用於氫氣的轉換器腔室出口
15a、15b‧‧‧用於氣體或氣體混合物的轉換器腔室出口
16‧‧‧霧劑改向器件
17‧‧‧氣體改向器件
18‧‧‧排放器件
19‧‧‧入口管
19a‧‧‧上部入口管
19b‧‧‧下部入口管
20、21‧‧‧支管
20a、21a‧‧‧上部支管
20b、21b‧‧‧下部支管
22‧‧‧擋板
22a‧‧‧上部擋板
22b‧‧‧下部擋板
23‧‧‧可旋轉導引元件
27‧‧‧圓圈
29‧‧‧氣體分配器管道
31‧‧‧氣體連接器管道
33‧‧‧氣體入口閥
35‧‧‧H2歧管
37‧‧‧CO歧管
39‧‧‧H2連接器管道
41‧‧‧CO連接器管道
43‧‧‧H2氣體閥
45‧‧‧CO氣體閥
47‧‧‧間隙
49‧‧‧殼
58‧‧‧用於製造一氧化碳CO之裝置
60‧‧‧碳氫化合物轉換器
62‧‧‧外部殼體
64‧‧‧包殼
66‧‧‧流體管道
68‧‧‧碳氫化合物入口
圖1是根據本發明之C轉換器的示意說明。
圖2a至圖2d是圖1所示之C轉換器的轉換器腔室之不同裝配及配置的說明。
圖3a至圖3d是用於圖1所示之C轉換器的改向器件之實施例的示意說明。
圖4是與具有兩個轉換器腔室之C轉換器組合的圖3a及圖3b所示之改向器件的說明。
圖5是根據本發明之C轉換器之另一實施例的示意說明。
圖6a及圖6b是根據本發明之C轉換器之轉換器腔室之入口及出口的示意說明。
圖7a及圖7b是包括C轉換器的用於製造CO或合成氣體之裝置的示意說明。
圖8a及圖8b是具有一或多個C轉換器的用於製造CO或合成氣體之裝置之其他實施例的示意說明。
圖9繪示具有一或多個C轉換器的用於製造CO或合成氣體之裝置之另一實施例。
圖10a繪示具有一或多個C轉換器的用於製造CO或合成氣體之裝置之另一實施例。
圖10b是沿著圖10a所示之線X-X的圖10a所示之裝置的截面圖。
應注意，以下描述中所使用的術語頂部、底部、右及左以及類似術語是有關於分別繪示於圖式中之定向及配置，且此等 術語僅意味對實施例之描述且不應以限制方式解釋，儘管所述術語可指的是較佳配置。
圖1示意地繪示根據本發明之C轉換器1(碳轉換器)。C轉換器1包括霧劑轉換器入口3、轉換器氣體入口5及兩個轉換器出口7及轉換器出口9。霧劑轉換器入口3可連接至具有氣體及含碳粒子之霧劑之源，且轉換器氣體入口5可連接至諸如CO2或H2O蒸汽(亦稱作水蒸汽)的氣體之源。此外，C轉換器1包括兩個轉換器腔室10，亦即，第一轉換器腔室10a及第二轉換器腔室10b。轉換器腔室10中之每一者具有用於霧劑的轉換器腔室入口11及用於氣體的轉換器腔室入口12。術語「轉換器腔室入口」意味可允許霧劑或氣體進入至轉換器腔室10中的任何形式之管道。在特定實施中，轉換器腔室入口11、12可包括通向轉換器腔室10之任何管道系統(ductwork)、管道、管或軟管，其中，視其長度而定，可在其中/其上設有閥、加熱器件及冷卻器件。
此外，過濾器13是設置於兩個轉換器腔室10中之每一者中(過濾器13a在第一轉換器腔室10a中且過濾器13b在第二轉換器腔室10b中)。過濾器13用以自引導通過其之霧劑捕獲粒子。詳言之，過濾器13可自霧劑捕獲含碳粒子，所述粒子稍後可借助於諸如CO2或H2O蒸汽的第二氣體加以轉換，如下文中將更詳細描述。
圖1之轉換器腔室10中之每一者具有用於氫氣H2的轉換器腔室出口14，及用於藉由碳(C)在C轉換器1中之轉換所製造之氣體或氣體混合物的轉換器腔室出口15。術語轉換器腔室出口意在涵蓋用以自轉換器腔室10分別排放氫氣或氣體或氣體混 合物的任何形式之構件。轉換器腔室出口14、轉換器腔室出口15可(例如)為連接至轉換器腔室10之長的或短的管道系統、管道、管或軟管管道且可具有閥、加熱器件及冷卻器件中之一或多者。
C轉換器1包括位於霧劑轉換器入口3與轉換器腔室10之間的霧劑改向器件16。改向器件16經裝配以選擇性地將霧劑轉換器入口3與第一轉換器腔室10a或第二轉換器腔室10b連接。C轉換器1更包括位於轉換器氣體入口5與轉換器腔室10之間的氣體改向器件17。氣體改向器件17用以選擇性地連接轉換器氣體入口5與第一轉換器腔室10a或第二轉換器腔室10b。或者，霧劑改向器件16及氣體改向器件17亦可形成為用於提供有選擇的連接性之單一組合式改向器件(圖1中未繪示)。然而，當前較佳的是提供單獨霧劑改向器件16及單獨氣體改向器件17，這是因為霧劑及氣體具有不同流動特性及材料特性且在操作期間亦可具有不同溫度。此外，C轉換器1包括位於轉換器腔室10與第一轉換器出口7及第二轉換器出口9之間的排放器件18。排放器件18經裝配以分別將第一轉換器腔室10a及第二轉換器腔室10b連接轉換器出口7、轉換器出口9中之任一者，或將所述轉換器腔室與所述轉換器出口斷開。
如上文所指示，霧劑轉換器入口3經連接至霧劑源(圖1中未繪示)，其中霧劑包括第一氣體及含碳粒子。在所繪示之實例中，霧劑特別包括碳粒子(C)及氫氣(H2)。碳粒子為粉末形式。霧劑源可為儲存容器或中間容器。或者，霧劑源可為以電漿或以熱能操作的碳氫化合物轉換器(較佳地，如下文所描述之克瓦納反應器(Kvaerner-reactor))，以用於分解含碳氫化合物之流體， 藉此產生霧劑。藉由在電漿中或以熱能分解含碳氫化合物之流體，霧劑具有高溫度，這對C轉換器中之轉換有益。
轉換器氣體入口5連接至第二氣體之源(圖1中未繪示)。第二氣體為含有CO2之氣體或H2O蒸汽中之至少一者。
若第二氣體為含有CO2之氣體(第二氣體亦可為純CO2)，則所述第二氣體可為(例如)來自工廠、電廠、水泥廠之廢氣、來自(高)爐之爐氣、來自內燃發動機或任何其他燃燒過程之廢氣，或任何其他含CO2之氣體。本領域技術人員將顯而易見，含CO2之此氣體亦可包括可不參與C轉換器1內之反應(參見下文)的相當大部分之其他成份，諸如(但不限於)氮氣或惰性氣體。此外，含CO2之氣體可包括可參與C轉換器1內之反應的微小比例(小於5%)之成份。然而，歸於所述成份之低比例，所述成份對C轉換器1之功能性無害且對碳轉換器中之轉換過程無顯著影響。
若第二氣體為H2O蒸汽(水蒸汽)，此水蒸汽可為了操作C轉換器1而(例如)自為此目的供應之水特定地產生，或所述水蒸汽可來自冷卻過程，例如來自電廠或另一工廠之冷卻塔。類似於含CO2之氣體，水蒸汽可包括不參與C轉換器1內之反應的相當大量之成份，諸如氮氣或惰性氣體，且亦可包括對轉換過程沒有顯著影響的低比例(小於5%)之反應性成份。
視所供應之第二氣體之類型而定，以下轉換在不使用催化劑之情況下在C轉換器1內發生，如下文將更詳細描述：
a)若供應水蒸汽，則：C+H2O→CO+H2
b)若供應二氧化碳，則：C+CO2→2 CO。
若供應水蒸汽，則C轉換器1產生亦稱作合成氣體之CO/H2氣體混合物。若供應CO2，則C轉換器1分別產生CO或含CO之氣體(可能具有惰性成份或低比例之反應性成份(小於5%))。
將針對以下情況在下文描述C轉換器1之結構及操作：其中經由轉換器氣體入口5供應含CO2之氣體以作為第二氣體，且其中進行上文提及之轉換b)(根據鮑氏平衡(Boudouard equilibrium)之鮑氏轉換(Boudouard conversion))。
在第一步驟中，藉由使霧劑通過轉換器腔室中之一者來執行過濾。過濾器捕獲含碳粒子且使H2通過，H2可被適當排放且較佳為了其他目的而收集。藉由停止霧劑通過各別轉換器腔室之流動來停止過濾步驟。在第二步驟中，藉由使第二氣體(在此情況下，CO2)通過各別轉換器腔室來執行轉換(亦稱為再生)。在轉換中，第二氣體如上文所揭露地轉換先前捕獲之含碳粒子。轉換通常在不利用催化劑之情況下在850℃以上之溫度下進行。
過濾及轉換受到控制以在轉換器腔室10a及轉換器腔室10b中交替地發生，如下文將更詳細描述。霧劑改向器件16及氣體改向器件17之位置是基於轉換器腔室10中的粒子之填充程度來控制。詳言之，所述改向器件受到控制而以交替方式為第一轉換器腔室10a及第二轉換器腔室10b供應霧劑及第二氣體。換言之，所述轉換器腔室始終僅被供應以霧劑或第二氣體，且當轉換器腔室10a被供應以霧劑時，轉換器腔室10b被供應以第二氣體，反之亦然。在將霧劑供應至轉換器腔室時，排放器件18將各別轉換器腔室10a、轉換器腔室10b與轉換器出口7連接，且在供應第 二氣體(含CO2之氣體、H2O蒸汽)時排放器件18將各別轉換器腔室10a、10b連接至轉換器出口9。
轉換器腔室10a及轉換器腔室10b中之過濾器13可在較低所要粒子填充程度與較高所要粒子填充程度(亦稱為所要最小粒子填充程度及最大粒子填充程度)之間填充粒子。填充程度視當霧劑通過過濾器時過濾器13(圖1中之13a、13b)中所捕獲的含碳粒子之量而定。較高所要粒子填充程度(最大粒子填充程度)可(例如)對應於含碳粒子之70%至90%的額定過濾器負載。所要最大粒子填充程度可(例如)基於各別轉換器腔室中之壓力降來判定。舉例而言，若轉換器腔室10a、轉換器腔室10b中之一者中之壓力降很高以致不再能確保C轉換器之理想或經濟操作，則可判定達到所要最大粒子填充程度。所要最大粒子填充程度亦可以其他方式判定，且可實際上無關於實際填充程度，如下文將描述。
若達到圖1中之左邊的(第一)轉換器腔室10a之所要最大粒子填充程度，則停止將霧劑供應至此轉換器腔室10a中且改向至另一轉換器腔室10b中。現在，可藉由供應第二氣體而開始將經填充至所要最大粒子填充程度的第一(左)轉換器腔室10a再生。在再生期間，經再生的轉換器腔室10a之粒子填充程度將減小，直至達到所要較低或最小粒子填充程度。可停止第二氣體之供應，且可在另一轉換器腔室中可進行再生之同時再次供應霧劑。
在此情況下，所要最小粒子填充程度為在理想再生時間之後可達到、且提供用於將新含碳粒子儲存於轉換器腔室中之各 別過濾器中的足夠容量的預定粒子填充程度。最小粒子填充程度可為0%，但亦可為過濾器13裝載有高達額定過濾器負載之百分之5至15之含碳粒子之情況下的粒子填充程度。在具有兩個轉換器腔室10a、轉換器腔室10b之以上實例中，霧劑及第二氣體通過各別轉換器腔室10a、轉換器腔室10b之流動較佳以某一方式進行控制，以使得粒子之捕獲及其轉換近似地以相同速度發生。此允許實現C轉換器之連續操作。
圖3a至圖3d繪示霧劑改向器件16之不同實例。即使在此上下文中描述了霧劑改向器件16，如所示之結構亦適於氣體改向器件17且適於排放器件18(參見(例如)圖4)。圖3a及圖3b繪示不同配置的霧劑改向器件16之第一實例，且圖3c及圖3d繪示兩個配置的霧劑改向器件16之第二實例。
在圖3a及圖3b之實例中，繪示了與兩個各別轉換器腔室組合使用之霧劑改向器件16。霧劑改向器件16包括連接至霧劑轉換器入口3之入口管19。此外，霧劑改向器件16包括第一支管20及第二支管21，其各自連接至一個各別轉換器腔室10(圖1中之10a及10b)。支管20、支管21可經由擋板(封閉元件)22連接至入口管19或自其斷開。擋板22是可滑動的，如圖3a及圖3b中之箭頭所繪示。然而，擋板22亦可形成為活頁(flap)或閘(圖4)或可具有用以將入口管19連接至各別支管20或21或將入口管與支管斷開的任何其他形式。擋板22較佳以在入口管19與支管20、支管21之間的過渡區域中可發生很少或無粒子沈積的方式形成。在圖3a之裝配中，供應至入口管19中之霧劑將(例如)被引導至右側而進入支管21中(在圖1中，引導至右轉換器腔室 10b)。在圖3b之配置中，支管21由擋板22封閉，且經由入口管19供應之霧劑被導引至左側而進入支管20中(在圖1中，導引至左轉換器腔室10a)。較佳地，擋板22之移動經鎖定，以使得支管20、支管21中之一者始終連接至入口管19，而另一者被阻斷，反之亦然。
在圖3c及圖3d中，繪示了與四個各別轉換器腔室組合使用之霧劑改向器件16之另一實例。圖3c及圖3d繪示霧劑改向器件16之不同配置。如所示，霧劑改向器件16包括為截頭圓錐的可旋轉導引元件23，但其他形狀是可能的。管道25通過導引元件23。導引元件23可圍繞其中心軸線(亦即，圍繞截頭圓錐之旋轉軸線)旋轉。管道25具有在截頭圓錐之上部窄末端處的入口及在截頭圓錐之下部寬末端處的出口。管道25相對於截頭圓錐之旋轉軸線傾斜，以使得當導引元件23旋轉時，出口末端(之中心)沿著圓圈27移動。
在圖3c及圖3d中，藉由圓圈示意地指示多個轉換器腔室入口11a、轉換器腔室入口11b、轉換器腔室入口11c及轉換器腔室入口11d。轉換器腔室入口11a至轉換器腔室入口11d之各別中心經繪示為配置在圓圈27上且因此形成圓形分佈圖案。如上文所提及，轉換器腔室入口11可為用於允許霧劑進入其中的任何合適類型，諸如任何較長或較短之管道(視轉換器腔室10之大小及配置而定)。
如本領域技術人員將瞭解，視導引元件23之旋轉位置而定，傾斜之管道25將霧劑引導至轉換器腔室入口11a或轉換器腔室入口11b或轉換器腔室入口11c或轉換器腔室入口11d中之一 者。在圖3c中，可旋轉導引元件23是(例如)以管道25之出口朝向轉換器腔室入口11a敞開之定向來設置。在圖3d中，可旋轉導引元件23旋轉180°，以使得管道25之出口朝向轉換器腔室入口11b敞開。
圖2a至圖2c繪示具有配置在圓圈27上之轉換器腔室入口11之轉換器腔室10的其他配置，所述配置可與上文之霧劑改向器件16組合使用。本領域技術人員將認識到，視導引元件之大小及轉換器腔室之各別入口開口11之大小而定，稍後所描述之霧劑改向器件16可與兩個以上轉換器腔室組合使用。
如上文所提及，C轉換器1包括多個轉換器腔室10，亦即至少兩個轉換器腔室10。關於轉換器腔室10，將符號a、b、c、d等用來指代特定轉換器腔室10。轉換器腔室10之各別入口、出口、過濾器及其他相關聯元件亦將具有相同符號a、b、c、d等(例如，過濾器13a、13b、13c)。此外，符號a、b、c、d可用於描述用於在操作期間將霧劑/氣體傳遞至多個轉換器腔室10的特定切換序列。在圖3c之導引元件23之位置中，定位於左側之轉換器腔室入口11a被供應以霧劑。導引元件23接著旋轉(切換)以將霧劑供應至定位於右側之轉換器腔室入口11b(參見圖3d)。隨後，導引元件23再次旋轉以將霧劑之供應切換至定位於後部中之轉換器腔室入口11c。最後，導引元件23再次旋轉以將霧劑之供應切換至定位於前部中之轉換器腔室入口11d。此完成整個切換序列。在下一序列中，導引元件23將再次旋轉至圖3c之位置中。
轉換器腔室入口11a至轉換器腔室入口11d是具有四個轉換器腔室10之C轉換器1之轉換器腔室入口11。或者，四個 轉換器腔室入口11a至轉換器腔室入口11d可通向兩個不同C轉換器，其各自具有兩個轉換器腔室10(未繪示)。在此情況下，轉換器腔室入口11a及轉換器腔室入口11c(繪示於圖3c及圖3d中)可(例如)通向第一C轉換器之第一轉換器腔室及第二轉換器腔室，且轉換器腔室入口11b及轉換器腔室入口11d(繪示於圖3c及圖3d中)可通向第二C轉換器之轉換器腔室。
此外，認為管道25之出口可被設定大小以在每一旋轉位置中覆蓋一個以上轉換器腔室入口11a至轉換器腔室入口11d。管道25可(例如)將霧劑供應至在旋轉方向上鄰近定位之兩個轉換器腔室入口11(圖3c中之11a及11d)。在可旋轉導引元件23之180°旋轉之後，管道之出口將覆蓋並供應兩個其他轉換器腔室入口11(圖3c中之11b及11c)。由於此配置(亦即，管道25之出口被設定大小以覆蓋兩個鄰近轉換器腔室入口11)，亦預期規定每個切換事件僅旋轉90°。在此情況下，管道25可(例如)首先對在旋轉方向上鄰近定位之兩個轉換器腔室入口11(圖3c中之11a及11d)供應霧劑。在可旋轉導引元件23之90°旋轉之後，先前獲得供應之轉換器腔室入口中之一者(諸如11d)將繼續被供應霧劑，而在旋轉方向上緊鄰且先前未被供應霧劑之轉換器腔室入口11b現在亦被供應以霧劑。如本領域技術人員將認識到，每一轉換器腔室入口11將在兩個連續切換事件中被供應以霧劑。
一般而言，可類似於上文之霧劑改向器件16而建構氣體改向器件17。然而，考慮將氣體改向器件17簡單地實施為一或多個氣體閥之總成，其中第二氣體(亦即，含CO2之氣體、H2O蒸汽)可經由氣體閥選擇性地供應至轉換器腔室10中。以此方式， 可使用包含標準硬體之簡單構造。
排放器件18用以將轉換器腔室10(圖1中之10a及10b)連接至第一轉換器出口7(用於氫氣之H2出口)或與轉換器出口9(用於一氧化碳CO或CO/H2混合物(合成氣體)之CO出口)連接。在圖1中，轉換器腔室10各自包括兩個轉換器腔室出口14及15(左側之14a、15a及右側之14b、15b)，其中提供第一轉換器腔室出口14(14a、14b)以用於排放氫氣且提供第二轉換器腔室出口15(15a、15b)以用於排放一氧化碳。雖然針對轉換器腔室10繪示單獨出口14、15，但在此配置中可提供單一出口。
圖4及圖5繪示改向器件16、器件17、器件18及轉換器腔室10之不同配置之實例。圖4繪示用作排放器件18之對根據圖3a及圖3b之改向器件的調整。在圖4中，排放器件18包括根據圖3a及圖3b之兩個鄰近Y形管配置19、Y形管配置20、Y形管配置21，所述配置經組合而形成排放器件18。上部轉換器腔室10a連接至上部入口管19a，且下部轉換器腔室10b連接至下部入口管19b。視上部(封閉元件)22a(在圖4之實施例中繪示為閘或瓣閥)之位置而定，上部入口管19a連接至第一上部支管20a或連接至第二上部支管21a。作為實例，第一上部支管20a將用於排放CO且通向第二轉換器出口9。第二上部支管21a可用於排放H2且通向第一轉換器出口7。下部轉換器腔室10b連接至所述Y形管配置之下部入口管19b。下部入口管19b連接至第一下部支管20b及第二下部支管21b，藉由下部擋板(封閉元件)22b，所述下部支管可選擇性地連接至下部入口管19b或與下部入口管斷開。亦在此情況下，第一下部支管20b是用於排放CO，且支管20b 通向第二轉換器出口9。第二下部支管21亦用於排放H2且通向第一轉換器出口7。
圖5繪示C轉換器1之實施例，其中將可購得之氣體閥用於實施氣體改向器件17及排放器件18。圖5之C轉換器1包括具有配置成圓形圖案之各別入口11的五個轉換器腔室10(亦即，轉換器腔室10a至轉換器腔室10e)。霧劑改向器件16連接至霧劑轉換器入口3且實施為如參看圖3c及圖3d所描述之可旋轉導引元件。氣體改向器件17連接至轉換器氣體入口5且包括經由多個氣體連接器管道31連接至轉換器腔室10之氣體分配器管道29。氣體入口閥33配置在每一氣體連接器管道31中，其中所述氣體入口閥可將相關聯轉換器腔室10連接至氣體分配器管道29且可將轉換器腔室10與所述氣體分配器管道斷開。若第一氣體入口閥33中之一或多者打開，則來自轉換器氣體入口5之氣體可流至相關聯轉換器腔室10中。氣體將經由氣體分配器管道29、經由氣體連接器管道31中之一者及氣體入口閥33中之一者而流至各別轉換器腔室10中。如上文所提及，供應至轉換器氣體入口5中之氣體可為含CO2之氣體或H2O蒸汽。因此，氣體入口閥33亦可稱為CO2閥或H2O蒸汽閥。應注意，霧劑及氣體可同時供應至多個轉換器腔室10中，但並非同時供應至同一轉換器腔室中。換言之，轉換器腔室中之兩者或兩者以上可被同時供應以霧劑。同時，兩個或兩個以上其他轉換器腔室可被供應以氣體。
排放器件18是類似於氣體改向器件17而建構的且包括閥、連接器管道及分配器管道之系統。排放器件18包括連接至用於H2之第一轉換器出口7之H2歧管35。此外，排放器件18包括 連接至用於CO之第二轉換器出口9之CO歧管37。H2歧管35借助於多個H2連接器管道39而連接至轉換器腔室10中之每一者。CO歧管37借助於多個CO連接器管道41而連接至轉換器腔室10中之每一者。H2氣體閥43設置於H2連接器管道39中，且CO氣體閥45設置於CO連接器管道41中。
借助於排放器件18，轉換器腔室10中之每一者可以交替方式連接至第一轉換器出口7及第二轉換器出口9。特定言之，藉由分別打開或關閉各別H2氣體閥43中之一或多者，任何轉換器腔室10可連接至H2歧管35(通向轉換器出口7)或與之斷開。以相同方式，可藉由分別打開或關閉相關聯CO氣體閥45中之一或多者而將任何轉換器腔室10連接至CO歧管37(通向轉換器出口9)或與之斷開。請注意，視各別供應狀態而定，多個轉換器腔室10可同時連接至各別轉換器出口7及轉換器出口9。如上文所提及，C轉換器1之轉換器腔室10之數目不限於特定數目，且所繪示之配置及數目僅為實例。
在操作期間，轉換器腔室10通常保持在攝氏幾百度之高溫下、較佳保持在高於850℃之溫度下。所要溫度視在轉換器腔室10內發生之轉換反應而定，且當將C及CO2轉換成CO(來自轉換器氣體入口5之第二氣體為含CO2之氣體)時，溫度較佳高於850℃。因此，轉換器腔室10是由諸如陶瓷及/或金屬之耐熱材料製成。此外，位於轉換器腔室10內之過濾器13是由耐熱材料製成。過濾器13可(例如)為網狀過濾器(mesh filter)或陶瓷過濾器。轉換器腔室10亦可包括充當過濾器13之多孔陶瓷基底(porous ceramic base)。因此，過濾器13可與轉換器腔室10之外 殼分離或可與所述外殼整合。
圖2a至圖2d繪示轉換器腔室10之不同組態及配置。轉換器腔室10大體上為管狀的。管之不同橫截面是可能的，諸如(但不限於)矩形(圖2a)、三角形(圖2b)、圓柱形(圖2c)及六邊形(圖2d)。管狀轉換器腔室10較佳以緊密間距並排地配置，以使得達成自一個轉換器腔室10至鄰近轉換器腔室10之良好傳熱。詳言之，轉換器腔室是以管束之形式配置。轉換器腔室10可被連續地供應霧劑，直至各別過濾器13之所要最大粒子填充程度。
在圖2a至圖2d之所有實施例中，圍繞轉換器腔室10設置可選的殼49。殼49可(例如)由金屬薄片製成且實際上不透氣。間隙47形成於殼49與轉換器腔室10a至轉換器腔室10d之間。殼49可具有至少一個氣體入口及至少一個氣體出口(圖式中未繪示)，以使得流體(詳言之，含CO2之氣體、液態H2O或H2O蒸汽)可在操作期間通過間隙47。若流體在操作期間被引導通過間隙47，則流體將吸收自轉換器腔室10輻射之熱。較佳地，流體為在供應至各別轉換器腔室10之前，在通過間隙47之同時經預熱之第二氣體或其前驅體。
在圖2a所示之配置中，C轉換器1包括具有矩形橫截面之兩個轉換器腔室10a、轉換器腔室10b。矩形轉換器腔室10a、轉換器腔室10b在一側毗鄰，且因此提供相互傳熱。若在C轉換器1之操作期間，左轉換器腔室10a被供應用於過濾步驟之熱霧劑，同時右轉換器腔室被供應以用於轉換(再生)步驟之第二氣體，則發生至右轉換器腔室10b之傳熱。在切換改向器件16、改向器件17之後，右轉換器腔室10b被供應以熱霧劑，且左轉換器 腔室被供應以第二氣體。現在，發生自右轉換器腔室10b至左轉換器腔室10a之傳熱。在上文之實例及以下實例之至少一些中，假設霧劑具有高於轉換溫度之溫度且用作為用於操作C轉換器之主要熱源。若霧劑是緊鄰在將其供應至各別轉換器腔室之前借助於電漿或另一熱能之源來解離碳氫化合物之產物，則可(例如)為所述情況。此過程可(例如)在克瓦納反應器中執行。然而，應注意，可使用其他熱源。
圖2b繪示包括四個轉換器腔室10a至轉換器腔室10d之C轉換器1之另一實施例，所述四個轉換器腔室是管狀的且以管束形式以並排裝配平行地配置。此處，所述腔室具有三角形橫截面。亦在此情況下，在操作期間發生至鄰近轉換器腔室之傳熱。作為實例，若第一轉換器腔室10a(在圖2b中在左側)被供應以熱霧劑，則自轉換器腔室10a至鄰近轉換器腔室10c及轉換器腔室10d之傳熱會發生。當達到轉換器腔室10a之所要最大粒子填充程度且切換霧劑改向器件16時，相對側(圖2b中之右側)上之第二轉換器腔室10b被供應以熱霧劑，且發生至鄰近轉換器腔室10c及轉換器腔室10d之傳熱。在霧劑改向器件16之另一切換操作之後，第三轉換器腔室10c被供應以熱霧劑，且將發生至鄰近轉換器腔室10a及轉換器腔室10b之傳熱。最後，若第四轉換器腔室10d被供應以熱霧劑，則將發生至鄰近定位之轉換器腔室10a及轉換器腔室10b之傳熱。
圖2c繪示C轉換器1之轉換器腔室10a至轉換器腔室10d之另一配置，其中轉換器腔室10a至轉換器腔室10d具有圓柱形管狀形狀且以管束形式以並排裝配平行地配置。間隙47形成於圓 柱形轉換器腔室10a至轉換器腔室10d之間。流體可被引導通過轉換器腔室10之間的間隙47及轉換器腔室10與殼49之間的間隙47。流體可吸收由轉換器腔室10發出之熱。在圖2c中，霧劑至轉換器腔室10a至轉換器腔室10d中之供應是以逆時針方向切換，亦即自第一轉換器腔室10a(左上側)至第二轉換器腔室10b(左下側)至第三轉換器腔室10c(右下側)且至第四轉換器腔室10d(右上側)。隨後可以順時針方向或以逆時針方向填充轉換器腔室10a至10d，直至所述腔室經填充至所要最大粒子填充程度，亦即填充步驟可以10a、10b、10c及10d的序列發生，繪示於圖2c中。在每一情況下，填充步驟之後是在每一轉換器腔室中之各別轉換步驟。轉換步驟中所使用之第二氣體可在供應至各別轉換器腔室之前藉由通過間隙47而經預熱。當然，其他序列或操作是可能的。
在圖2a至圖2c中，轉換器腔室10a至轉換器腔室10d(及/或其用於霧劑之轉換器腔室入口11a至轉換器腔室入口11d)位於各別圓圈27上。此圓圈27對應於圖3c及圖3d所示之圓圈27，且明顯地，圖3c及圖3d所示之霧劑切換器件16可用於在轉換器腔室10a至轉換器腔室10d之間切換霧劑之供應。
圖2d繪示C轉換器1之另一實施例，所述C轉換器包括各自包括六邊形橫截面之八個管狀轉換器腔室10a至轉換器腔室10h。再次，轉換器腔室10a至轉換器腔室10h是以並排裝配平行地配置，以使得達成自一個轉換器腔室10至鄰近轉換器腔室10之傳熱。轉換器腔室10a至轉換器腔室10h之配置亦由殼49圍繞，類似於上文所描述之配置。間隙47形成於殼49與轉換器腔室10a 至轉換器腔室10h之間。儘管轉換器腔室10是以所述轉換器腔室毗鄰之方式繪示於圖2d中，但應注意，額外間隙47可形成於轉換器腔室10之間，諸如轉換器腔室10b、轉換器腔室10d及轉換器腔室10f之間。轉換器腔室10a至轉換器腔室10h亦可被連續地供應以霧劑，直至達到最大粒子填充程度。作為實例，根據圖3a及圖3b所示之原理工作的霧劑改向器件16可適合於向如圖2d所示的轉換器腔室10a至轉換器腔室10h之配置進行供應。霧劑改向器件16可在操作期間加以控制，以使得至少一轉換器腔室10始終被供應以熱霧劑，所述至少一轉換器腔室的位置靠近相對較冷之轉換器腔室10。相對較冷之轉換器腔室10可為當前正在再生或在某一時間之前已供應以霧劑之轉換器腔室10。因此，熱霧劑之熱能可得到良好利用。用於對圖2d所示之轉換器腔室進行供應的一個例示性順序圖案可為10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g、10h。亦在圖2d之實施例中，第二氣體(含CO2之氣體、H2O蒸汽)可被引導通過間隙47，以使得第二氣體可在其被引導至各別轉換器腔室10a至轉換器腔室10h中之前經預熱。
圖6a繪示一個轉換器腔室10之轉換器腔室入口11、轉換器腔室入口12及轉換器腔室出口14、轉換器腔室出口15之配置。可經由第一轉換器腔室入口11自霧劑轉換器入口3供應霧劑。借助於擋板(封閉元件)22，可准許或阻斷霧劑之供應。第二氣體(含CO2之氣體、H2O蒸汽)可經由第二轉換器腔室入口12供應至轉換器腔室10中。可(例如)借助於氣體入口閥33來控制第二氣體的供應。轉換器腔室10亦包括在霧劑之流動方向中位於過濾器13之下游的第一轉換器腔室出口14。第一轉換器腔室 出口14在供應霧劑時始終打開且在供應第二氣體時關閉。當將霧劑供應至第一轉換器腔室入口11中時，過濾器13自霧劑捕獲含碳粒子。含於霧劑中的H2氣體通過過濾器13且經由第一轉換器腔室出口14排放。可借助於H2氣體閥43來打開或關閉第一轉換器腔室出口14。此類似於先前實施例。
然而，在圖6a之實施例中，第二轉換器腔室入口12及第一轉換器腔室出口14彼此靠近或可疊合(congruent)。所述第二轉換器腔室入口及所述第一轉換器腔室出口配置在相對於過濾器的同一側上，此不同於所述入口及所述出口配置在過濾器13之相對兩側上的先前實例。轉換器腔室10亦包括在霧劑之流動方向中位於過濾器13之上游的第二轉換器腔室出口15。換言之，第二轉換器腔室出口15連接至在轉換器腔室入口11與過濾器13之間延伸的轉換器腔室10之內部空間。詳言之，第二轉換器腔室出口相對於第二轉換器腔室入口12配置於過濾器之相對側上。第二轉換器腔室出口15可經由擋板22或經由CO氣體閥45(圖6a中未繪示)來打開或關閉。第二轉換器腔室出口15受控制以在經由第一轉換器腔室入口11供應霧劑時關閉，且在經由第二轉換器腔室入口12供應第二氣體時打開。
定位第二轉換器腔室入口12以使得藉此供應之氣體可以與霧劑之流動方向相反之流動方向通過過濾器13。當供應霧劑時，藉由在過濾器中捕獲之含碳粒子形成過濾器濾泥(filter cake)。當供應第二氣體時，可藉由使第二氣體以與霧劑之流動方向相反之流動方向通過過濾器而使所述過濾器濾泥自過濾器13脫離。此反向流動可導致粒子之經改良脫離，且因此所述粒子與第 二氣體之良好反應性將得到保證。各別轉換器腔室因此可較快地再生。
視含碳粒子之大小而定，包括第二氣體及含碳粒子之次級霧劑可自轉換器腔室出口15離開。換言之，在粒子經由第二轉換器腔室出口15離開之前，不完全的脫離粒子之轉換是可能的。然而，預期此等粒子可僅在連接至第二轉換器腔室出口15之各別管道(未繪示)中在短距離上存在。然而，包含第二氣體及含碳粒子之此次級霧劑將可能在此管道中完全轉換成CO。視第二氣體之類型而定，所述次級霧劑將包括CO2、含碳粒子及CO(若第二氣體含有CO2)，或H2O蒸汽、含碳粒子、H2及CO(若供應H2O蒸汽以作為第二氣體)。
圖6b繪示具有兩個轉換器腔室入口11及12以及兩個轉換器腔室出口14及15之轉換器腔室10的類似配置。在圖6b之實施例中，不同於圖6a，第二轉換器腔室入口12與第一轉換器腔室出口14並不重合。在其他方面，圖6b之實施例之結構類似於圖6a之實施例。詳言之，霧劑轉換器入口11及第二轉換器腔室出口15配置於過濾器13之一側上，且第二轉換器腔室入口12及第二轉換器腔室出口14配置於過濾器13之另一側上。此外，各別擋板或改向元件之移動受控制，以使得始終僅有入口11、12中的一者及各別出口14、15中的一者同時打開。當霧劑轉換器腔室入口11打開時，第一轉換器腔室出口14打開，同時第二轉換器腔室入口12及第二轉換器腔室出口15被阻斷。類似地，當第二轉換器腔室入口12打開時，第二轉換器腔室出口15打開且霧劑轉換器腔室入口11及第一轉換器腔室出口14被阻斷。此確保流 經轉換器腔室10之任何媒體通過過濾器13。在達到轉換器腔室10之所要最大粒子填充程度時，亦即在結束霧劑至轉換器腔室10中之供應之後，第二氣體將以與霧劑之流動方向相反之方向吹過過濾器13，藉此將捕獲之含碳粒子自過濾器13釋放。再次，由含碳粒子及第二氣體組成之霧劑可在轉換器腔室10外在短流動距離上存在。然而，亦在此情況下，變成CO之完全轉換將在轉換器腔室出口15之下游發生。
將參看圖1針對經由轉換器氣體入口5供應含CO2之氣體以作為第二氣體之情況來描述C轉換器1之操作。
首先，經由霧劑轉換器入口3及霧劑改向器件16為第一轉換器腔室10a供應包括含碳粒子(C粒子)及氫氣H2之霧劑。霧劑是藉由以熱能或電漿操作之碳氫化合物轉換器(較佳為克瓦納反應器)產生。在所描述實例中，來自碳氫化合物轉換器之霧劑具有(例如)1200℃至1800℃之高溫，這是因為所述碳氫化合物轉換器是以高溫電漿操作之類型。在霧劑是自霧劑儲存容器遞送或碳氫化合物轉換器是以低熱能或以低溫電漿操作的其他實例中，霧劑可具有850℃以下(但通常至少300℃)之溫度。若霧劑是在少於850℃之溫度下引導至C轉換器1中，則霧劑在供應至轉換器腔室10中之前將被加熱至850℃以上之溫度，或將在轉換器腔室10中被加熱。可提供合適加熱器以用於加熱通向轉換器腔室10之管道系統或用於加熱轉換器腔室10或至少轉換器腔室之零件。在以下描述中，如上文所指示，認為霧劑來自高溫碳氫化合物轉換器。
由熱含碳粒子(C粒子)及熱H2氣體組成之霧劑流至第 一轉換器腔室10a中且加熱所述轉換器腔室。熱含碳粒子是由第一轉換器腔室10a之過濾器13a捕獲。將霧劑供應至第一轉換器腔室10a中愈久，愈多含碳粒子將沈積在過濾器13a中，直至達到所要最大粒子填充程度。第一轉換器腔室出口14打開，且自由地通過過濾器13之H2將經由排放器件18引導至用於H2之第一轉換器出口7。
所要最大粒子填充程度可(例如)基於轉換器腔室10中之壓力差、基於轉換器腔室10之重量增加或借助於另一度量來判定。粒子填充程度可(例如)借助於辨識填充高度(filling height)之光學感測器、借助於超音波感測器或借助於類似已知感測器來判定。或者，可藉由使用感測被引導通過轉換器腔室10之高頻信號之變化的高頻感測器來判定粒子填充程度，其中高頻信號之特性視轉換器腔室10之粒子填充程度而改變。所要最大粒子填充程度亦可基於轉換器腔室10的填充與再生之間的切換之預定循環時間來定義。
當已達到第一轉換器腔室10a之所要最大填充程度或預定填充程度時，霧劑改向器件16切換且為第二轉換器腔室10b供應霧劑。歸因於熱霧劑之供應，第二轉換器腔室10b將以相同方式經加熱，且第二轉換器腔室10b之過濾器13b將隨時間累積含碳粒子，直至所要最大粒子填充程度。
在將霧劑供應切換至第二轉換器腔室10b之後，將第二氣體(亦即含CO2之氣體)供應至先前經填充之第一轉換器腔室10a中以用於再生。含CO2之氣體是自轉換器氣體入口5及經由氣體改向器件17(例如經由圖5、圖6a及圖6b中所示之氣體入口 閥33)供應。含CO2之氣體可被供應至過濾器13a之一側，如圖6a及圖6b中所示，以使得含CO2之氣體以與霧劑通過過濾器13a之流動方向相反之方向流動。此反向流動可增強先前捕獲於過濾器13a中之含碳粒子的脫離。然而，亦可能的是，以與霧劑相同之方向供應第二氣體且使第二氣體以與霧劑相同之方向通過過濾器13。此氣體流動亦可導致粒子之脫離。脫離之粒子提供大反應表面，從而提供含碳粒子與含CO2之氣體的快速且完全之反應。若需要，可將供應的含CO2之氣體預熱，且氣體在供應至轉換器腔室10a中時具有300℃至1000℃、較佳約600℃至900℃之溫度。轉換器腔室10a在藉由含CO2之氣體之再生期間具有850℃以上之溫度。在不利用催化劑之情況下，根據反應式C+CO2→2 CO，含碳粒子(C粒子)與CO2一起轉換成一氧化碳CO。
產生於轉換器腔室10a中之一氧化碳CO將自轉換器腔室10a排放且經由排放器件18引導至用於一氧化碳CO之第二轉換器出口9。排放可(例如)經由上文所提及之連接器管道41及歧管37(參見圖5)發生。
含CO2之氣體被供應至待再生之對應轉換器腔室10中，直至所述轉換器腔室達到所要最小粒子填充程度。所要最小粒子填充程度可為0%，然而不必為0%，這是因為在操作期間將C粒子完全轉換成CO並非始終經濟上可行的。所要最小粒子填充程度可基於轉換器腔室10的填充及再生之間的切換之預定循環時間來判定。或者，所要最小粒子填充程度可基於感測器輸出(例如，基於壓力降、基於重量減少等)來判定。可借助於上文所提及之相同感測器及器件來獲得所要最大及最小粒子填充程度之度量。
此外，供應霧劑(過濾或填充)及供應第二氣體(再生)至轉換器腔室10中可基於另一轉換器腔室10已達到所要最小或最大粒子填充程度之事實來切換。作為實例，若當前被供應以含CO2之氣體的轉換器腔室10中之一者已再生至所要最小粒子填充程度，則霧劑之供應可能在另一當前被供應之轉換器腔室10已達到其所要最大粒子填充程度之前已切換至經再生之轉換器腔室10。若當前被供應之轉換器腔室經填充至所要最大粒子填充程度且不可再填充，則可將霧劑之供應切換至下一轉換器腔室。
在所有實施例中，選擇轉換器腔室10之量及大小，以使得C轉換器1可被連續地供應以霧劑。基於轉換器腔室10之填充程度及每個時間週期的霧劑之供應體積來進行用於順序地為轉換器腔室10中之一或多者供應霧劑之切換操作。如上文所提及，亦可同時為多個轉換器腔室10供應霧劑。多個轉換器腔室10亦可同時地被供應以含CO2之氣體，且因此可同時再生。作為實例，兩個轉換器腔室10(例如圖2b或圖2c中之10a及10b)可同時地被供應以霧劑，而藉由供應含CO2之氣體，兩個其他轉換器腔室10(例如圖2b或圖2c中之10c及10d)被再生。
填充轉換器腔室10直至達到最大粒子填充程度所花的時間不必對應於藉由饋送含CO2之氣體來再生填充至最大值之轉換器腔室所花的時間。作為實例，將描述一情形，其中藉由饋送含CO2之氣體的轉換器腔室10之再生耗費的時間是填充轉換器腔室10直至最大粒子填充程度所耗費的時間的兩倍。在此情形中，C轉換器1具有(例如)三個轉換器腔室10a、轉換器腔室10b、轉換器腔室10c。假設第一轉換器腔室10a剛剛填充有霧劑且含CO2 之氣體當前正供應至第一轉換器腔室10a中。藉由供應含CO2之氣體，第一轉換器腔室10a現可在兩個時間週期(例如兩分鐘)中再生。同時，第二轉換器腔室10b(在第一時間週期期間)且接著第三轉換器腔室10c(在第二時間週期期間)將被供應以霧劑。當兩個其他轉換器腔室10b及10c已被填充以霧劑且已達到各別所要最大粒子填充程度時，藉由供應含CO2之氣體，所述兩個其他轉換器腔室之各別再生開始。此意味，第二轉換器腔室10b之再生在第二時間週期之初開始，且第三轉換器腔室10c之再生在第二時間週期之後(第三時間週期之初)開始。由於再生第一轉換器腔室10a耗時兩個時間週期(例如兩分鐘)，故另外兩個轉換器腔室10b及10c可在所述再生時間期間經填充直至所要最大粒子填充程度(亦即，兩個轉換器腔室各自具有一個時間週期之填充時間)。由於第一轉換器腔室10a在供應含CO2之氣體歷時兩分鐘之後充分再生且因此包括所要最小粒子填充程度，故霧劑改向器件16再次切換至第一轉換器腔室10a且開始填充第一轉換器腔室。在此時間點，第二轉換器腔室10b是半再生的，且第三轉換器腔室10c之再生才剛開始。
若同時對若干轉換器腔室10進行供應，則上文所描述之操作亦起作用。替代上文所描述之三個轉換器腔室10(對於是填充時間兩倍之再生時間)，亦可提供六個轉換器腔室10，其中兩個轉換器腔室10分別被同時填充以霧劑。在此情況下，兩個轉換器腔室10在供應以霧劑或供應以第二氣體之間的每一切換步驟中將作為一對來切換。若同時填充若干轉換器腔室10，則此等數目倍增。
再生耗時兩倍的上文所描述之實例為任意實例。結構及操作可適應於其他時序，如本領域技術人員將顯而易見。作為實例，若再生時間是填充時間的三倍，則可提供四個轉換器腔室10，或若再生時間是填充時間的四倍，則可提供五個轉換器腔室10。若同時填充或再生兩個或兩個以上轉換器腔室10，則上文所提及之數目加倍或倍增。本領域技術人員將基於在操作期間實際上預期之時間週期來選擇轉換器腔室之量及容量。雖然轉換器腔室之連續操作是最想要的，但填充及再生兩者可能是不連續的，亦即，間歇的。當與連續供應霧劑之碳氫化合物轉換器組合使用時，至少填充操作是連續的(亦即至少一腔室始終得到填充)為有益的。另一方面，再生可能不連續，亦即可存在無腔室當前被再生的時間週期。雖然CO2或水/水蒸汽可容易儲存或緩衝，但霧劑不能如此容易地儲存。
如上文所描述，轉換器腔室10經並排配置，以使得所述轉換器腔室可藉由其廢熱彼此加熱。第二氣體(含CO2之氣體、H2O蒸汽)或另一流體可被引導通過轉換器腔室10之間及/或轉換器腔室10與殼49之間的間隙47(圖2a至圖2d及其他圖)。在當前實施例中，含CO2之氣體可藉由諸如(但不限於)高爐、電廠或燃燒機器之工業裝置產生，且具有由所述工業裝置產生的200℃以上之溫度。當含CO2之氣體被引導通過間隙47時，含CO2之氣體進一步由來自轉換器腔室10之廢熱加熱，以使得所述氣體在600℃至1000℃之間的溫度下引導至轉換器腔室10中。
若第二氣體為H2O蒸汽，則C轉換器1之結構與上文所描述的相同。不同之處在於，經由轉換器氣體入口5供應H2O蒸 汽，而非含CO2之氣體。在此情況下，含碳粒子之碳將根據反應式C+H2O→CO+H2轉換成一氧化碳及氫氣。因此，在此情況下，在轉換器腔室10中產生氣態一氧化碳/氫氣混合物，且所述混合物自C轉換器出口9離開。
在下文中，描述用於製造一氧化碳CO之裝置58。裝置58包括C轉換器59以及以電漿或以熱能操作的碳氫化合物轉換器60，較佳為克瓦納反應器。在基本實施例中，碳氫化合物轉換器60為圓柱形且具有圓形橫截面，如圖7a所示，所述圖繪示沿著碳氫化合物轉換器60之圓柱軸線所見之橫截面。碳氫化合物轉換器60具有封閉並保護所述碳氫化合物轉換器之外部殼體62。在碳氫化合物轉換器60中，含碳氫化合物之流體在曝露於熱能或高溫電漿時分解。含碳氫化合物之流體可為氣體(諸如天然氣)，但亦可為液體(諸如石油或含碳氫化合物之其他流體及氣體)，或可為含碳氫化合物之霧劑。在碳氫化合物轉換器60中，普遍具有高溫，高溫可經由外部殼體62轉移至周圍。在高溫克瓦納反應器之情況下，1700℃之溫度可存在於所述反應器內部。
C轉換器59包括圍繞碳氫化合物轉換器60之外部殼體62之包殼64。碳氫化合物轉換器60之外部殼體62及C轉換器59之包殼64形成充當C轉換器59之轉換器腔室10的環形空間。在圖7a中，C轉換器59具有圓柱形管狀形式，但可替代地具有適應於外部殼體62之形狀的另一形式。在C轉換器59中，含碳粒子(諸如純碳或碳黑)分別可在存在作為第二氣體的二氧化碳CO2或含CO2之氣體混合物或H2O蒸汽之情況下在850℃以上之溫度下轉換成一氧化碳CO。
由於C轉換器59相對於碳氫化合物轉換器60之外部殼體62以同心方式配置，故來自碳氫化合物轉換器60之廢熱(其自外部殼體62輻射)將轉移至C轉換器59。因此，可能不需要額外專用加熱器件或根本不需要可具有低功率之加熱器件而在850℃以上之所要高溫下操作C轉換器59。
如圖7a所示，C轉換器之包殼64視情況被殼49圍繞。殼49及包殼64形成環形間隙47。殼49及間隙47具有與先前關於圖2a至圖2d所描述的相同之功能。諸如水或冷卻劑之流體可被引導通過間隙47。借助於殼49及間隙47，待供應至C轉換器59中之第二氣體(含CO2之氣體、H2O蒸汽)可經預熱，其中所述第二氣體在操作期間用於C轉換器59內之轉換。第二氣體將被引導通過間隙47且吸收來自C轉換器59的廢熱，廢熱是由包殼64放出。或者，可將液體形式之水注入至間隙47中，在間隙中，水在靠近轉換器腔室10處的高溫下轉換成蒸汽且因此形成H2O蒸汽。
圖7b(以沿著碳氫化合物轉換器60之圓柱軸線所見之橫截面)繪示用於產生CO之裝置58之另一實施例。用於產生CO之裝置58包括具有圓柱形橫截面之兩個管狀C轉換器59及兩個圓柱形碳氫化合物轉換器60。碳氫化合物轉換器60被並排地配置，以使得所述碳氫化合物轉換器之圓柱形外部殼體62以緊密接近方式定位。C轉換器59被定位成與碳氫化合物轉換器60之外部殼體62相距小距離，以使得達成自碳氫化合物轉換器60至C轉換器59之傳熱。C轉換器59位於碳氫化合物轉換器50之外部殼體62所形成的用於定位管狀C轉換器59之間隙的位置處(參 見圖7b)，其中，由於碳氫化合物轉換器的圓形形狀而形成用於定位管狀C轉換器59之間隙。兩個碳氫化合物轉換器60及兩個C轉換器59之配置由殼49圍繞。因此，間隙47形成於碳氫化合物轉換器60與C轉換器59之間以及碳氫化合物轉換器60、C轉換器59及殼49之間。正如在圖7a之實施例中，流體可被引導通過間隙47，特定言之，第二氣體(含CO2之氣體、H2O蒸汽)及流體可由碳氫化合物轉換器60及C轉換器59之廢熱加以預熱。
用於產生CO之裝置58較佳包括上文所描述的包括多個轉換器腔室10之C轉換器1。圖8a繪示類似於圖7a中所示之裝置的用於產生CO之裝置58之實施例，所述裝置包括根據上文描述之C轉換器1，其中C轉換器1包括四個轉換器腔室10。圖8b繪示圖7b中所示的用於產生CO之裝置58之實施例，所述裝置包括根據上文描述之C轉換器1，其中C轉換器1包括兩個轉換器腔室10。圖8a及圖8b中未繪示用於供應霧劑及第二氣體之改向器件16、17及用於排放過濾及轉換(再生)之最終產物之排放器件18。與圖7a及圖7b相同，圖8a及圖8b繪示沿著碳氫化合物轉換器60之圓柱軸線所見之橫截面。
在圖7a及圖8a之實施例中，間隙47及C轉換器1、59之配置亦可顛倒，亦即間隙47以徑向方式位於C轉換器1、C轉換器59與碳氫化合物轉換器60之間。然而，上文所描述之實施例是較佳的，因為所述實施例允許更經濟之操作。
圖9繪示用於產生CO之裝置58之實施例，所述裝置包括五個C轉換器1、C轉換器1'及四個碳氫化合物轉換器60(以沿著碳氫化合物轉換器60之圓柱軸線之觀看方向上的橫截面繪 示)。C轉換器1、C轉換器1'及碳氫化合物轉換器60之配置由殼49圍繞。碳氫化合物轉換器60中之每一者包括圓柱形外部殼體62。碳氫化合物轉換器60經配置以使得圓柱形外部殼體62以緊密接近方式配置。歸因於外部殼體62之圓柱形形狀，間隙47形成於碳氫化合物轉換器60之間及碳氫化合物轉換器60與殼49之間。C轉換器1、C轉換器1'位於間隙47中。C轉換器1、C轉換器1'是管狀的、配置成管束且具有不同橫截面，如圖9中所示。
C轉換器1之第一實施例設置於圓柱形碳氫化合物轉換器60之間的間隙的中心。位於中心的C轉換器1包括四個轉換器腔室10，其中每一轉換器腔室是圓柱形的且其中所述轉換器腔室被設置為做為管束靠近所述四個碳氫化合物轉換器60之對應外部殼體62。
第二式樣之C轉換器1'分別設置於殼49與兩個鄰近碳氫化合物轉換器60之圓柱形外部殼體62之間的間隙中。所述第二式樣之C轉換器1'包括具有三角形橫截面且作為管束彼此緊鄰且靠近外部殼體62配置的兩個管狀轉換器腔室10'。間隙47充當用於流體、特定言之第二氣體(含CO2之氣體、H2O蒸汽)之管道。
如上文所解釋，碳氫化合物轉換器60在操作期間產生包括氫氣H2及含碳粒子之熱霧劑，其中所述霧劑是經由一或多個霧劑改向器件16(圖9中未繪示)交替地供應至C轉換器1、C轉換器1'之轉換器腔室10、轉換器腔室10'。第二氣體被引導通過間隙47，其中第二氣體由來自碳氫化合物轉換器60及轉換器腔室10、轉換器腔室10'之廢熱加熱。一旦轉換器腔室10、轉換器腔室10'中之一者即將被再生，熱霧劑之供應就停止，且經加熱的第二 氣體將被引導至待再生之轉換器腔室10、轉換器腔室10'中。在再生期間，含碳粒子之碳(C)與第二氣體一起被轉換成CO(根據反應式C+CO2→2 CO)或轉換成CO/H2混合物(根據反應式C+H2O→CO+H2)。
雖然參看圖9以用於產生CO之裝置包括五個C轉換器1、C轉換器1'之方式描述了所述裝置，但應注意，圖9中所示的腔室之分組是任意的，且所述腔室可以不同方式分組以形成C轉換器1、C轉換器1'。作為實例，位於中間的四個轉換器腔室10可屬於第一C轉換器1，且具有三角形管橫截面的八個外部轉換器腔室10'可屬於單一第二C轉換器1'。
圖9中所示的C轉換器1、C轉換器1'可被供應來自組合的所有碳氫化合物轉換器60或來自個別碳氫化合物轉換器60之霧劑。此意味，由碳氫化合物轉換器60產生之霧劑可首先混合且接著被改向至轉換器腔室10、轉換器腔室10'，或來自一或多個特定碳氫化合物轉換器60之霧劑可被引導至一或多個特定轉換器腔室10、轉換器腔室10'。在圖9中，三個碳氫化合物轉換器60可為轉換器腔室10'具有三角形橫截面之外部C轉換器1'提供霧劑，而一個碳氫化合物轉換器60可為位於中間的具有圓柱形轉換器腔室10之C轉換器1提供霧劑。
圖10a及圖10b繪示用於產生CO之裝置58之另一實施例。圖10a(以沿著碳氫化合物轉換器60之圓柱軸線所見之橫截面)繪示用於產生CO之另一裝置58，且圖10b繪示沿著圖10a之線X-X所見的裝置58之截面圖。圖10a及圖10b之裝置58包括四個碳氫化合物轉換器60，及一個C轉換器1(具有四個轉換 器腔室)或四個C轉換器59。如其他實例中所描述，裝置58包括殼49。殼49及碳氫化合物轉換器60及所述C轉換器組合地形成用於使流體通過之多個間隙47。
碳氫化合物轉換器60亦具有外部殼體62，有多個流體管道66位於所述外部殼體中。提供流體管道66之入口及出口(未繪示)以使流體能夠被引導通過流體管道66。流體管道66可以任何所要圖案配置於外部殼體62中以便達成廢熱至流體之良好傳熱。所述圖案可為(例如)筆直的、蛇形的、螺旋形地包圍外部殼體62等。若流體為第二氣體(CO2、H2O蒸汽)，則所述流體由對應碳氫化合物轉換器60之廢熱加以預熱。如圖10a中所示，每一碳氫化合物轉換器60之外部殼體62在鄰近C轉換器1之區域中沒有流體管道66，以便改良自碳氫化合物轉換器60至C轉換器1之傳熱。
如圖10b中最佳所見，含碳氫化合物之流體(例如天然氣、石油、含碳氫化合物之霧劑)在操作期間經由碳氫化合物入口68供應至碳氫化合物轉換器60中。在碳氫化合物轉換器60中，含碳氫化合物之流體在熱能或電漿之影響下分解成C及H2。成份C及H2形成經由霧劑轉換器入口3而引導至C轉換器1中之霧劑。此外，第二氣體首先被引導通過流體管道66且在所述管道中由對應碳氫化合物轉換器60之廢熱來加熱。經加熱的第二氣體經由轉換器氣體入口5而引導至C轉換器1中。在C轉換器1內，霧劑及第二氣體分別根據如上所述的操作C轉換器1之方法來受到過濾並轉換。經由C轉換器1之過濾器13而與霧劑中之含碳粒子分離的氫氣(H2)被從轉換器出口7排放。C轉換器中所產生 之一氧化碳(CO)(第二氣體為含CO2之氣體)或CO/H2混合物(第二氣體為H2O蒸汽)被從第二轉換器出口9排放。
在裝置58之所有實施例中，管道及間隙47是以獲得良好傳熱之方式建構。在裝置58之所有實施例中，在操作期間選擇被引導通過裝置之流體之壓力、流動速率及其他特性，以使得獲得良好傳熱及良好能量轉移。亦控制被引導通過裝置之流體之壓力、流動速率及其他特性以允許實現各別轉換器腔室中之良好過濾及再生。詳言之，霧劑及第二氣體之流動速率及溫度經匹配以允許過濾及再生步驟以所要時間間隔完成。如上所述，所要時間間隔可相等，但亦可彼此不同。
已參看較佳實施例描述了本發明，其中所描述實施例之個別特徵可以無限制地組合及/或交換，只要此等特徵相容便可。亦可省略所描述實施例之個別特徵，只要此等特徵並非基本的便可。對本領域技術人員而言，在不脫離本發明之範疇之情況下，眾多變化及其他實施例可為可能且明顯的。
1‧‧‧碳轉換器
3‧‧‧霧劑轉換器入口
5‧‧‧轉換器氣體入口
7、9‧‧‧轉換器出口
10a、10b‧‧‧轉換器腔室
11a、11b、12a、12b‧‧‧轉換器腔室入口
13a、13b‧‧‧過濾器
14a、14b、15a、15b‧‧‧轉換器腔室出口
16、17‧‧‧改向器件
18‧‧‧排放器件

Claims (29)

  1. 一種碳轉換器(1)，包括：至少一霧劑轉換器入口(3)，用於包括第一氣體及含碳粒子之霧劑；至少一轉換器氣體入口(5)，用於第二氣體；至少兩個轉換器出口(7、9)；至少兩個轉換器腔室(10)，各自包括至少一過濾器(13)，所述至少一過濾器(13)用以自所述霧劑過濾所述含碳粒子；至少一改向器件(16、17)，用以交替地將所述至少兩個轉換器腔室(10)之一小部分a)與所述至少一霧劑轉換器入口(3)連接或b)與所述至少一轉換器氣體入口(5)連接；以及至少一排放器件(18)，用以交替地將所述至少兩個轉換器腔室(10)之一小部分與所述轉換器出口(7、9)中之至少一者連接。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之碳轉換器(1)，其中所述霧劑是由碳及氫氣組成。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之碳轉換器(1)，其中所述第二氣體為含CO2之廢氣。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述之碳轉換器(1)，其中所述第二氣體為水蒸汽。
  5. 如申請專利範圍前述各項中任一項所述之碳轉換器(1)，其中所述過濾器(13)為耐熱網狀過濾器或陶瓷過濾器。
  6. 如申請專利範圍前述各項中任一項所述之碳轉換器(1)， 其中所述轉換器腔室(10)包括作為所述過濾器(13)之多孔陶瓷基底及陶瓷殼。
  7. 如申請專利範圍前述各項中任一項所述之碳轉換器(1)，其中所述轉換器腔室(10)並排地配置，以利於自一個所述轉換器腔室(10a)至鄰近的所述轉換器腔室(10b)之傳熱。
  8. 如申請專利範圍前述各項中任一項所述之碳轉換器(1)，其中所述轉換器腔室(10)是管狀形狀、平行地延伸且並排地配置成管束，且其中所述管狀形狀具有圓柱形、三角形、矩形或六邊形橫截面。
  9. 如申請專利範圍第7或8項所述之碳轉換器(1)，其中間隙(47)形成於所述轉換器腔室(10)之間，且其中所述間隙(47)與允許流體通過所述間隙(47)之入口及出口連接。
  10. 如申請專利範圍前述各項中任一項所述之碳轉換器(1)，其中所述改向器件(16、17)包括至少一霧劑改向器件(16)及至少一氣體改向器件(17)。
  11. 如申請專利範圍前述各項中任一項所述之碳轉換器(1)，其中所述轉換器腔室(10)中之每一者包括至少一轉換器腔室入口(11、12)，其中所述至少兩個轉換器腔室(10)之所述轉換器腔室入口(11)的至少一小部分位於圓圈(27)上，且其中所述至少一改向器件(16、17)包括可旋轉改向元件(23)，所述可旋轉改向元件(23)用以將所述霧劑轉換器入口與位於所述圓圈(27)上之所述轉換器腔室入口(11)中之至少一者連接。
  12. 如申請專利範圍前述各項中任一項所述之碳轉換器(1)，其中所述轉換器腔室(10)中之每一者包括至少一轉換器腔 室出口(14、15)，其中所述排放器件(18)包括閥總成，所述閥總成具有用於每一所述轉換器腔室(10)之至少一閥(43、45)，其中所述閥總成用以交替地將所述轉換器腔室出口(14、15)中之至少一者與a)所述第一轉換器出口(7)連接或b)與所述第二轉換器出口(9)連接。
  13. 一種用於產生CO或合成氣體之裝置(58)，包括：以電漿或以熱能操作之至少一碳氫化合物轉換器，所述碳氫化合物轉換器(60)具有外部殼體(62)且用以將含碳氫化合物之流體分解成碳及氫氣；以及至少一碳轉換器(1、1'、59)；其中所述碳轉換器(1、1'、59)設置為鄰近於所述碳氫化合物轉換器(60)之所述外部殼體(62)，以便利於自所述碳氫化合物轉換器(60)至所述碳轉換器(1、1'、59)之傳熱。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之用於產生CO或合成氣體之裝置(58)，其中所述至少一碳轉換器(1、1')是如申請專利範圍第1至12項中任一項所述的類型。
  15. 如申請專利範圍第13或14項所述之用於產生CO或合成氣體之裝置(58)，包括並排地配置的多個所述碳氫化合物轉換器(60)，其中至少一間隙(47)形成於所述碳氫化合物轉換器之間，其中所述至少一碳轉換器(1、1'、59)之一或多個轉換器腔室設置於所述至少一間隙(47)中。
  16. 如申請專利範圍第13或14項所述之用於產生CO或合成氣體之裝置(58)，其中所述碳轉換器(1、1'、59)沿著所述碳 氫化合物轉換器(60)之周邊部分地或完全地圍繞所述碳氫化合物轉換器。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之用於產生CO或合成氣體之裝置(58)，其中所述碳轉換器以同心方式圍繞所述碳氫化合物轉換器(60)之所述外部殼體(62)。
  18. 如申請專利範圍第13至17項中任一項所述之用於產生CO或合成氣體之裝置(58)，其中流體管道(66)設置於所述碳氫化合物轉換器(60)之所述外部殼體(62)上或所述外部殼體(62)中。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之用於產生CO或合成氣體之裝置(58)，其中所述碳氫化合物轉換器(60)之所述外部殼體(62)在面對鄰近的所述碳轉換器(1、1'、59)之區域中沒有所述流體管道(66)。
  20. 如申請專利範圍第15至19項中任一項所述之用於產生CO或合成氣體之裝置(58)，其中所述間隙(47)中之至少一者連接至入口且連接至出口以便使流體通過所述間隙。
  21. 一種用於操作碳轉換器(1)的方法，所述碳轉換器(1)包括多個轉換器腔室(10)，其中所述轉換器腔室中之每一者包括至少一過濾器(13)，所述過濾器(13)用以自包括第一氣體及粒子之霧劑過濾粒子，其中所述用於操作碳轉換器(1)的方法包括以下步驟：交替地將包括第一氣體及含碳粒子之所述霧劑供應至至少一第一轉換器腔室(10a)或至少一第二轉換器腔室(10b)中，藉此在所述過濾器(13)中捕獲來自所述霧劑的所述粒子，直到在 各別的所述轉換器腔室(10a或10b)中達到所要粒子填充程度；以及交替地將第二氣體供應至所述至少一第一轉換器腔室(10a)或所述至少一第二轉換器腔室(10b)中，以便藉由將先前捕獲之所述含碳粒子轉換成一氧化碳來再生對應的所述轉換器腔室(10)，其中a)所述第二氣體為CO2且所述轉換是根據反應式C+CO2→2 CO進行；或b)所述第二氣體為H2O蒸汽且所述轉換是根據反應式C+H2O→CO+H2進行。
  22. 如申請專利範圍第21項所述之用於操作碳轉換器(1)的方法，其中當將所述霧劑供應至各別的所述轉換器腔室(10)時，所述第二氣體的供應被阻斷且所述第一氣體經由第一轉換器腔室出口排出，且當將所述第二氣體供應至各別的所述轉換器腔室(10)時，所述霧劑的供應被阻斷且所述一氧化碳經由第二轉換器腔室出口排出。
  23. 如申請專利範圍第21或22項所述之用於操作碳轉換器(1)的方法，其中所述所要粒子填充程度是基於以下各者中之至少一者來判定：供應以所述霧劑之所述轉換器腔室(10)中之壓力降、供應以所述霧劑之所述轉換器腔室(10)之重量增加、藉由填充感測器輸出、藉由供應所述霧劑之時間週期及另一所述轉換器腔室之當前粒子填充程度。
  24. 如申請專利範圍第21至23項中任一項所述之用於操作碳轉換器(1)的方法，其中供應所述第二氣體，直到達到低於另 一粒子填充程度之另一所要粒子填充程度。
  25. 如申請專利範圍第21至24項中任一項所述之用於操作碳轉換器(1)的方法，其中所述碳轉換器(1)被連續地供應以所述霧劑。
  26. 如申請專利範圍第21至25項中任一項所述之用於操作碳轉換器(1)的方法，其中所述C在800℃以上之溫度下轉換成所述CO，且其中所述至少一第一轉換器腔室(10a)至少部分地由以下各者中之至少一者加熱：來自鄰近的所述至少一第二轉換器腔室(10b)之廢熱、來自以電漿或以熱能操作之碳氫化合物轉換器(60)之廢熱及所述霧劑。
  27. 如申請專利範圍第21至26項中任一項所述之用於操作碳轉換器(1)的方法，其中間隙(47)形成於所述轉換器腔室(10)之間，且其中所述用於操作碳轉換器(1)的方法包括如下步驟：引導流體通過所述間隙(47)，以使得在所述轉換器腔室(10)中之流體與在所述間隙(47)中之所述流體之間實現熱交換。
  28. 如申請專利範圍第21至27項中任一項所述之用於操作碳轉換器(1)的方法，其中將所述霧劑及所述第二氣體自所述過濾器(13)之相對兩側供應至所述轉換器腔室(10)，且所述第一轉換器腔室出口及所述第二轉換器腔室出口配置於所述過濾器(13)之相對兩側上。
  29. 一種操作如申請專利範圍第13至21項中任一項所述的用於產生CO或合成氣體之裝置之方法，其中流體被引導通過所述碳轉換器(1、1'、59)及/或所述碳轉換器(1)之轉換器腔室(10) 及/或所述碳氫化合物轉換器(60)之所述外部殼體(62)之間的間隙，以使得在所述轉換器腔室(10)中及/或在所述外部殼體(62)中之流體與所述間隙(47)中之所述流體之間實現熱交換。
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