室101，并在優(yōu)化后提供催化劑201A以在系統(tǒng)中使用。催化劑201是過渡金屬催化劑。 該系統(tǒng)包括添加有金屬催化劑載體202的腔室102,并提供優(yōu)化的催化劑載體202A以在系 統(tǒng)中使用。金屬催化劑201A和金屬催化劑載體202A被注入腔室103以用于混合和優(yōu)化， 形成作為輸出的催化劑203。此催化劑203被用于來自甲烷氣體容器或供給110的甲烷氣 體204的催化裂解。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，該系統(tǒng)被配置為允許腔室104中的甲烷在 560°C_850°C的升高溫度范圍內(nèi)進(jìn)行裂解。腔室104中，甲烷的催化裂解產(chǎn)生氫氣205和納 米碳206A、206B，氫氣205被引導(dǎo)至容器109。
[0050] 發(fā)生在反應(yīng)器104內(nèi)的反應(yīng)：
表2.反應(yīng)器104內(nèi)部的給料量和產(chǎn)量
發(fā)生在反應(yīng)器105內(nèi)的反應(yīng)： 反應(yīng)器104產(chǎn)生的納米碳與另一種反應(yīng)物202B發(fā)生反應(yīng)，以生成一氧化碳207A和碳 化鈣208。反應(yīng)物202B由腔室102提供，并作為反應(yīng)物202B和催化劑載體202A。一氧化 碳207A被引導(dǎo)至所述一氧化碳的供給或容器114。
[0051] 以下反應(yīng)（8)顯示了反應(yīng)器105中的反應(yīng)。
[0052]
表3.反應(yīng)器105的給料量和產(chǎn)量

用于反應(yīng)器105中反應(yīng)所需的的熱能可以通過氏的燃燒實(shí)現(xiàn)，其所述的H2由烴裂解產(chǎn) 生或來自容器109內(nèi)的部分原料。最后，反應(yīng)（8)所需的熱能可以是內(nèi)部提供，并可能達(dá)到 很高的能源效率。用于生產(chǎn)碳化1丐的所需的熱能輸入是~3kWh/kg，如表3所示，370kg電 石可以由208kg納米碳生產(chǎn)，因此，需要l，lllkWh來自H2的熱量，等價(jià)于375m3H2。
[0053] 發(fā)生在反應(yīng)器106內(nèi)的反應(yīng) 腔室105中產(chǎn)生的碳化鈣208進(jìn)入反應(yīng)器106。水容器113供給的水209也被提供到 反應(yīng)器106。碳化鈣208和水209反應(yīng)形成乙炔氣體210,其接收在反應(yīng)器107中，請參閱 以下的反應(yīng)（9)。
[0054] 來自腔室106的另一種產(chǎn)品是氫氧化鈣211。然后，此氫氧化鈣211通過催化劑載 體再生器108以形成氧化鈣221。請參閱以下的反應(yīng)（10)。
[0055] 此氧化鈣221被引導(dǎo)到催化劑載體供給/容器102,以在系統(tǒng)中連續(xù)使用和流通， 從而實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)中乙烯213的閉環(huán)生產(chǎn)。
[0056] 發(fā)生在反應(yīng)器107內(nèi)的反應(yīng) 反應(yīng)器106中的乙炔氣體210可與來自氫氣供給/容器109的氫氣212在反應(yīng)器107中發(fā)生反應(yīng) 791Q右的層·枚#物詰金:1、品應(yīng)（11)。
[0057] 在本實(shí)施例中，162kg乙烯是由原始的原料廢棄物800生產(chǎn)的。以下的表4總結(jié) 了該系統(tǒng)中的主要的乙烯生產(chǎn)。
[0058] 表4 :主要乙烯生產(chǎn)和其它氣體產(chǎn)物
基于碳納米碳生產(chǎn)的二氧化碳分解 如圖2所示，反應(yīng)器104中產(chǎn)生的納米碳，部分納米碳206B可以與系統(tǒng)中產(chǎn)生的部分 二氧化碳215C在反應(yīng)器116中進(jìn)行反應(yīng)。這一過程被稱為Boudouard反應(yīng)，所述反應(yīng)顯示 如下：
通過二氧化碳的分解，閉環(huán)過程中產(chǎn)生的二氧化碳可以重新使用。參照表4,從廢棄物 產(chǎn)生的二氧化碳具有618m3,而根據(jù)Boudouard反應(yīng)也可能產(chǎn)生大約16000m3-氧化碳。 此分解可以通過外部的碳原料206C或從反應(yīng)器104中產(chǎn)生的納米碳來實(shí)現(xiàn)。
[0059] 實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的催化體系制備 催化體系包含催化劑和催化劑載體。催化劑載體上的催化劑的沉積的步驟，可以通過 使用第W族過渡金屬氧化物溶液的濕化學(xué)浸漬或通過具有零金屬氧化態(tài)的揮發(fā)性過渡金 屬前體絡(luò)合物的沉積來進(jìn)行。
[0060] 濕浸漬 優(yōu)選地，催化劑選自第VIII族過渡元素組成的組。優(yōu)選的元素是鐵、鎳、鈷、鉬或它們 的混合物，尤其是MoCo。
[0061] 催化劑載體，作為催化劑的承載體，有利于納米催化劑的制備。候選的催化劑載體 可以選自包括堿金屬氧化物、堿土金屬氧化物、硅、氧化硅、氧化鋁、碳化硅、如碳納米管和 石墨的碳材料和/或它們的混合物組成的組合。實(shí)例是硅酸鹽、橄欖石和鈦鐵礦。優(yōu)選地， 催化劑為具有高或更高的表面積比的物理形狀，例如假定為管狀或薄片狀的形態(tài)。
[0062] 作為一個(gè)實(shí)例，鎳也可以用作催化劑，二氧化硅（Si02)可以用作催化劑載體。在這 樣的實(shí)例中，氫氧化鎳（Ni(0H) 2)是通過在pH9條件下混合氨水和硝酸鎳溶液制得，此pH 值可以通過加入適量的氨水實(shí)現(xiàn)。在該反應(yīng)中，氫氧化鎳是作為沉淀物形成的，并可被觀察 至IJ。然后此沉淀物通過使用過濾漏斗分離，然后使用去離子水和丙酮洗滌濾出物。之后將 該濾出物在烘箱中干燥過夜。
[0063] 然后，將4. 5g濾出物，Ni(0H)2分散于100mL丙酮中。之后將加入2mL硅酸四乙 酯（TE0S)、5mL去離子水和2mL氫氧化銨（25% )并對該混合物劇烈攪拌。在這樣的制備中， Ni(0H)2將作為沉淀物形成于SiO2的表面。最后過濾的沉淀在烘箱中干燥。
[0064] 金屬絡(luò)合物前體 將0. 5g原始碳納米管放置入一個(gè)500mL的兩口圓底燒瓶中。通過電動栗使燒瓶保持 真空15min，然后將該燒瓶另外用N2清洗15分鐘。重復(fù)清洗2次，然后將該圓底燒瓶置于 真空條件下。然后準(zhǔn)備另一個(gè)50mL的兩口圓底燒瓶，并采用上述的清洗方法直到其保持真 空。將0. 1mL的Fe(C0)5注入50mL的圓底燒瓶中，并逐步升溫至75°C。準(zhǔn)備一個(gè)雙頭 針管，將一個(gè)針頭注入50ml的圓底燒瓶中，而將另一的針頭注入500mL的圓底燒瓶中。在 系統(tǒng)空轉(zhuǎn)15分鐘后，將雙頭針管切斷。將500mL的圓底燒瓶于150°C加熱30分鐘。樣品的 SEM照片如圖4所示。
[0065] 系統(tǒng)的第二途徑中的乙烯生產(chǎn) 從表4可以看出，446m3 -氧化碳是由圖2的系統(tǒng)生產(chǎn)的。請參閱提供一氧化碳?xì)怏w 207A、224的容器114。來自容器114的一氧化碳207B被輸出，并在反應(yīng)器111中進(jìn)行水煤 氣變換（WGS)反應(yīng)。上述量的一氧化碳生產(chǎn)了 408m3氫氣216。請參閱以下的反應(yīng)（12)。
[0066] 該系統(tǒng)產(chǎn)生的氫氣和來自容器115的二氧化碳215B-起，充入反應(yīng)器112,用于 Sabatier反應(yīng)（13)。這個(gè)反應(yīng)生成額外的345m3甲烷。
[0067]
此生成的額外的甲烷提供給反應(yīng)器104,以提供系統(tǒng)中所需的甲烷氣體供給。以下的 表5總結(jié)了系統(tǒng)中各種氣體的生產(chǎn)量。該第二途徑利用該第一途徑中產(chǎn)生的二氧化碳，可 生產(chǎn)108kg額外的乙烯。
[0068] 表5 :第二途徑乙烯生產(chǎn)和其它氣體產(chǎn)物 系統(tǒng)中第三途徑的乙烯生產(chǎn)
表5顯示，從圖2的系統(tǒng)的乙烯生產(chǎn)的第二途徑生成了 94m3 -氧化碳。來自容器114 的一氧化碳207B被引導(dǎo)至反應(yīng)器111進(jìn)行水煤氣變換反應(yīng)，上述量的一氧化碳產(chǎn)生86m3氫 氣。
[0069] 來自容器109的部分氫氣充入反應(yīng)器112以進(jìn)行Sabatier反應(yīng)，其中額外的甲烷 218禎盼隹#弓丨導(dǎo)剎甲烷他給窓！111太走施例由的i玄皮府產(chǎn)Φ71m3甲烷"
[0070] 額外的甲烷218提供甲烷供給容器110,以進(jìn)行如上所述的納米碳的催化生成。以 下的表6總結(jié)了由于使用來自第三途徑的甲烷218的乙烯生產(chǎn)。該第三途徑利用該第二途 徑中產(chǎn)生的一氧化碳，可生產(chǎn)22kg額外的乙烯。
[0071] 表6:第三途徑的乙烯和其它氣體產(chǎn)物的生產(chǎn)
第一、第二和第三途徑中的乙烯生產(chǎn) 上述表表明，由原始原料800在本實(shí)驗(yàn)中生產(chǎn)乙烯的總量約為292kg。由于是由乙炔 的氫化生產(chǎn)乙烯，因此，上述實(shí)施例不應(yīng)被視為對