CN102869420A - 具有同轴选择性提取装置的递送系统以及相关操作方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及用于递送目标物质和/或能量的系统。所述系统包括源，其配置成提供含有目标物质和非目标物质的混合物；递送导管，其联接至所述源以接收来自所述源的混合物；和与递送导管共中心的同轴提取装置。所述同轴提取装置配置成从递送导管中的混合物中选择性地提取目标物质和/或能量并且将其递送到下游设备。

Description

具有同轴选择性提取装置的递送系统以及相关操作方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2010年2月13日提交的标题为FULL SPECTRUM ENERGY AND RESOURCE INDEPENDENCE的美国专利申请61/304,403号、2010年5月14日提交的标题为SYSTEM AND METHOD FOR RENEWABLE RESOURCE PRODUCTION的美国专利申请61/345,053号和2010年8月16日提交的标题为COMPREHENSIVE COST MODELINGOF AUTOGENOUS SYSTEMS AND PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF ENERGY，MATERIAL RESOURCES AND NUTRIENT REGIMES的美国专利申请61/401,699号的优先权和权益。本申请为2010年8月16日提交的标题为SUSTAINABLE ECONOMIC DEVELOPMENT THROUGH INTEGRATED PRODUCTION OF RENEWABLE ENERGY，MATERIALS RESOURCES，AND NUTRIENT REGIMES的美国专利申请12/857,553号的部分连续案，该美国专利申请12/857,553号要求2010年5月14日提交的标题为SYSTEM AND METHOD FOR RENEWABLE RESOURCE PRODUCTION的美国临时专利申请61/345,053号和2010年2月13日提交的标题为FULL SPECTRUM ENERGY AND RESOURCE INDEPENDENCE的美国临时申请61/304,403号的优先权和权益。美国专利申请12/857,553号同样是以下各个申请的部分连续案：2010年2月17日提交的标题为ELECTROLYTIC CELL AND METHOD OF USE THEREOF的美国专利申请12/707,651号、2010年2月17日提交的标题为ELECTROLYTIC CELL AND METHOD OF USE THEREOF的PCT申请PCT/US10/24497号、2010年2月17日提交的标题为APPARATUS ANDMETHOD FOR CONTROLLING NUCLEATION DURING ELECTROLYSIS的美国专利申请12/707,653号、2010年2月17日提交的标题为APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING NUCLEATION DURING ELECTROLYSIS的PCT申请PCT/US10/24498号、2010年2月17日提交的标题为APPARATUS AND METHOD FOR GAS CAPTURE DURING ELECTROLYSIS的美国专利申请12/707,656号和2010年2月17日提交的标题为APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING NUCLEATION DURING ELECTROLYSIS的PCT申请PCT/US10/24499号，其每一个又要求以下申请的优先权和权益：2009年2月17日提交的标题为FULL SPECTRUM ENERGY的美国临时专利申请61/153,253号、2009年8月27日提交的标题为ELECTROLYZER AND ENERGY INDEPENDENCE TECHNOLOGIES的美国临时专利申请61/237,476号、2010年2月13日提交的标题为FULL SPECTRUM ENERGY AND RESOURCE INDEPENDENCE的美国临时专利申请61/304,403号。本申请还是以下申请的部分连续案：2010年8月16日提交的标题为SYSTEMS AND METHODS FOR SUSTAINABLE ECONOMIC DEVELOPMENT THROUGH INTEGRATED FULL SPECTRUM PRODUCTION OF RENEWABLE ENERGY的美国专利申请12/857,541号、2010年8月16日提交的标题为SYSTEMS AND METHODS FOR SUSTAINABLE ECONOMIC DEVELOPMENT THROUGH INTEGRATED FULL SPECTRUM PRODUCTION OFRENEWABLE MATERIAL RESOURCES USING SOLAR THERMAL的美国专利申请12/857,554号、2010年8月16日提交的标题为ENERGYSYSTEM FOR DWELLING SUPPORT的美国专利申请12/857,502号和2010年8月16日提交的标题为ENERGY CONVERSION ASSEMBLIESAND ASSOCIATED METHODS OF USE AND MANUFACTURE的美国专利申请12/857,433号，其每一个又要求2010年2月13日提交的标题为FULL SPECTRUM ENERGY AND RESOURCE INDEPENDENCE的美国临时申请61/304,403号的优先权和权益。美国专利申请12/857,541号、美国专利申请12/857,554号、美国专利申请12/857,502号和美国专利申请12/857,433号还各自是以下各个申请的部分连续案：2010年2月17日提交的标题为ELECTROLYTIC CELL AND METHOD OF USE THEREOF的美国专利申请12/707,651号、2010年2月17日提交的标题为ELECTROLYTIC CELL AND METHOD OF USE THEREOF的PCT申请PCT/US10/24497号、2010年2月17日提交的标题为APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING NUCLEATION DURING ELECTROLYSIS的美国专利申请12/707,653号、2010年2月17日提交的标题为APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING NUCLEATION DURING ELECTROLYSIS的PCT申请PCT/US10/24498号、2010年2月17日提交的标题为APPARATUS AND METHOD FOR GAS CAPTURE DURINGELECTROLYSIS的美国专利申请12/707,656号和2010年2月17日提交的标题为APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING NUCLEATION DURING ELECTROLYSIS的PCT申请PCT/US10/24499号，其每一个又要求以下申请的优先权和权益：2009年2月17日提交的标题为FULL SPECTRUM ENERGY的美国临时专利申请61/153,253号、2009年8月27日提交的标题为ELECTROLYZER AND ENERGY INDEPENDENCE TECHNOLOGIES的美国临时专利申请61/237,476号、2010年2月13日提交的标题为FULL SPECTRUM ENERGY AND RESOURCE INDEPENDENCE的美国临时专利申请61/304,403号。这些申请中的每一个都以全文引用的方式并入本文。倘若通过引用并入本文的前述申请和/或任何其他材料与本文给出的公开内容相冲突，则以本文公开内容为准。
技术领域
本公开总体上涉及具有同轴(in-line)选择性提取装置的化学和/或能量递送系统以及相关的操作方法。
背景技术
目前，工业气体(例如氧气、氮气、氢气等)和/或其他化学给料通常在蒸馏和/或其他处理设备中分离并且经由单独的管道或由货车运载的汽缸供应至不同的用户。例如，甲烷重整设备通常经由天然气管道接收甲烷(CH4)并且通过货车接收在单独汽缸中的其他反应物(例如，氢气(H2)、二氧化碳(CO2)等)。
前述递送系统可能低效并且运行昂贵。例如，化学反应物的分离通常涉及吸收、吸附、低温蒸馏和/或具有高投资成本且能量密集型的其他技术。而且，管道的构建和维护以及化学品在汽缸中的单独递送可能昂贵且费时。因此，有效且性价比高的化学递送系统和装置的一些改进可能是可取的。
附图说明
图1是根据本技术的多个方面的递送系统的示意图。
图2是根据本技术的多个方面的适用于图1的递送系统的同轴提取装置的示意性横截面图。
图3是图2中的同轴提取装置的一部分的放大图。
图4是根据本技术的多个方面的适用于图1的递送系统的同轴提取组件的示意性横截面图。
图5A和5B是根据本技术的多个方面的供应化学品的方法的流程图。
图6是根据本技术的多个方面的能量产生/递送系统的示意性方块图。
图7是根据本技术的多个方面的同轴提取装置的示意性横截面图。
具体实施方式
以下描述具有同轴选择性提取装置的化学和/或能量递送系统以及相关的操作方法的各种实施方案。图中所示的细节、尺寸、角度、形状和其他特征中的许多仅仅用以说明本技术的具体实施方案。因而，其他实施方案在不偏离本公开的精神或范围的前提下可以具有其他细节、尺寸、角度和特征。此外，本领域技术人员将理解，本公开的进一步的实施方案可以在没有下述细节中的一些的情况下实施。
贯穿本说明书提及“一个实施方案”或“实施方案”是指关联该实施方案所描述的具体特征、结构或特性包含在本公开的至少一个实施方案中。因此，在贯穿本说明书的不同位置的措词“在一个实施方案中”或“在实施方案中”的出现未必均指同一实施方案。此外，所述具体的特征、结构或特性可以在一个或多个实施方案中以任何适合的方式进行组合。
图1是根据本技术的多个方面的递送系统100的示意图。如图1中所示，递送系统100包括源102、联接至源102的递送导管104(例如管的一部分)、至少一个同轴提取装置106(为了说明目的示出3个，分别标记为106a-106c)，以及与同轴提取装置106联接的多个下游设备108、110和114(为了说明目的示出3个下游设备，分别标记为114a-114c)。尽管图1中所示的递送系统100具有前述特定的部件，在其他实施方案中，递送系统100还可以包括阀、压缩机、扇、组成分析仪，和/或其他适合的部件。
源102可以配置成产生并且供应至递送导管104的化学品的混合物。在一个实施方案中，源102可以包括向递送导管104提供甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)和/或其他适合烷烃、烯烃或炔烃的天然气设备。在另一个实施方案中，源102可以包括热解设备，所述热解设备配置成将生物质(例如木材)转化成含氢气(H2)、一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)的合成天然气。在进一步的实施方案中，源102还可以包括产生并且供应硫化氢(H2S)、水(H2O)和/或其他适合组合物的其他适合设备。
同轴提取装置106可以配置成选择性提取、分离和/或以另外的方式获得来自由源102所供应的化学品混合物的化学组合物。所提取的化学组合物然后可被供应到相应的下游设备108、110和114，用于进一步处理。在某些实施方案中，所提取的化学组合物可以包括甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、氢气(H2)、水(H2O)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氮气(N2)、氧气(O2)、氩气(Ar)、硫化氢(H2S)和/或其他适合的气态组合物中的至少一种。在其他实施方案中，所提取的化学组合物也可以包括汽油、柴油和/或其他适合的液相组合物。在另外的实施方案中，所提取的化学组合物可以包括气相和液相组合物的组合。
在一个实施方案中，同轴提取装置106可以配置成从递送导管104中的含有甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)和氢气(H2)的混合物提取氢气(H2)。例如，第一同轴提取装置106a可以包括提取氢气(H2)的过滤器。然后所提取的氢气(H2)可被供应到下游设备108并且例如用于原子吸收光谱照相、用作色谱法中的载气、与二氧化碳(CO2)反应以形成甲醇(CH3OH)、与氮气(N2)反应以形成氨(NH3)、用于驱动燃料电池或内燃机，和/或用于其他适合目的。在另一个实施方案中，第一同轴提取装置106a可以配置成提取水(H2O)作为蒸汽、液态水或冰。以下参照图2和3更加详细地描述同轴提取装置106的一个实例。
在另一个实施方案中，同轴提取装置106可以配置成自递送导管104中的混合物中提取能量作为电、热和/或其他形式的能量。例如，在图示的实施方案中，第二同轴提取装置106b可以包括能够将混合物中的氢气(H2)与外部氧气和/或与混合物中所含的氧气转化成电和水的燃料电池(未示出)。所述电可被供应到下游设备110(例如电力网)，并且水收集在排水管112中。所收集的水可以用于蒸汽产生和/或其他适合目的。
在另一个实施方案中，适当的同轴过滤器如低温半透性膜或高温氧离子运输膜如氧化锆固溶体运输燃料电池体系中的氧离子以与来自管道1002的燃料1000如氢、氨或烃反应，从而产生电和/或水和/或二氧化碳。燃料电池体系1001，如图7中所示，提供氧离子化电极1010、氧离子运输膜1008和燃料电极。电被提供到电极1006和1010之间的外部电路。在燃料选项产生水的例子中，其可通过流体通道1004、1012和/或积聚器1014收集用于各种有用应用并且通过所示的阀1016进行分配。在燃料选项产生的产物摩尔数比反应物的摩尔数更多的例子中，其可以用于对燃料电池的一部分增压并且具有如标题为“METHODS，DEVICES，ANDSYSTEMS FOR DETECTING PROPERTIES OF TARGET SAMPLES”的美国申请所披露的应用，该美国申请的代理人案号为69545-8801.US01，与其同时在2011年2月14日提交，其公开内容通过全文引用的方式并入本文。
在进一步的实施方案中，同轴提取装置106也可以包括控制器，所述控制器配置成：(1)选择提取目标物质；(2)调节提取目标物质的提取速率；和/或(3)控制提取目标物质的特性(例如压力、温度等)，例如通过使用计量体系。例如，第三同轴提取装置106c可操作地联接至控制器107(例如具有非临时性的计算机可读介质的计算机)和多个下游设备114。控制器107的非临时性的计算机可读介质可以包括接受来自至少一个下游设备114的提取目标物质的输入、调节第三同轴提取装置106c的操作特性，以及通过切换适当的阀116a-116c将提取目标物质提供到相应的下游设备114的指示。在其他实施方案中，非临时性的计算机可读介质也可以包括用于控制第三同轴提取装置106c的操作的其他适合指示。
递送系统100的一个特性在于由源102产生的混合物在被供应至递送导管104之前不分离。相反，各种组合物在被供应至下游设备108、110和114之前从混合物中在线提取。因此，中心分离设备得以消除，并且混合物的不同组合物可以分享一条递送导管104，因而与常规技术相比降低了资本投资和运转成本。
递送系统100的实施方案还可以比常规技术更为灵活地用于将不同的组合物供应至特定的下游设备。例如，按照常规技术，如果下游设备需要新的组合物，则可能需要构建新的管道，需要大量的资本投资并且生产延误。相比之下，递送系统100的实施方案可以容易地提取不同的组合物，因为递送导管104可以递送宽范围的组合物。
此外，现有的天然气存储和分配体系可以通过加入由多余的电和/或其他形式的多余能量所产生的氢气和用于从通常由天然气体系运送的其他成分移除氢气的选择性分离系统得以改善。与通过应用选择性离子过滤技术、与压缩机联接的变压吸附、与压缩机联接的变温吸附，以及与压缩机联接的扩散而递送到分离系统的压力相比，氢气可以在增加的压力下供应。
图2是根据本技术的多个方面的适用于图1的递送系统100的同轴提取装置106的示意性横截面图。图3是图2中的同轴提取装置106的一部分的放大图。共同参照图2和3，在图示的实施方案中，同轴提取装置106包括同中心地布置在递送导管104中的共轴过滤器254。绝缘封条274支撑并且隔开过滤器254。共轴过滤器254包括如图3中作为放大部分示出的在外径上的传导增强材料255。
过滤器254配置成从递送导管104中的混合物中选择性地提取目标物质。在以下的描述中，利用氢气提取作为一个例子来说明选择性提取技术，但是其他组合物也可以利用大致相似或不同的技术来提取。在图示的实施方案中，过滤器254可以允许氢气从第一或内表面252穿过过滤器254到达第二或外表面256。在某些实施方案中，过滤器254可以是电解槽，所述电解槽与导管262同轴布置并且包括在第一和第二表面252和256处的相应电极。在其他实施方案中，如果提取目标物质(例如氢气)起反应(例如经由氧气的氧化)，则过滤器254还可以包括涂布在过滤器254上和/或嵌在过滤器254中的催化剂。例如，在将氢气氧化以产生电和水的实例中，钯和钯合金如银-钯和/或其他适合的催化剂可以提供在过滤器254中。
适用于这种过滤的过滤器或膜可以包括分子筛、半透性聚合物膜、混合筛/膜、毛细管结构，和/或它们的组合。例如，在一个实施方案中，过滤器254可以包括建筑构造，如与其同时提交的美国专利申请号________所述，该专利申请的标题为“ARCHITECTURAL CONSTRUCT HAVING FOREXAMPLE A PLURALITY OF ARCHITECTURAL CRYSTALS”，代理人案号为69545-8701.US00，其公开内容通过全文引用的方式并入本文。在另一个实施方案中，过滤器254可以包括沸石、粘土(例如方解石)，和/或其他天然矿物。在进一步的实施方案中，过滤器254可以包括云母、陶瓷、图案化冶金(patterned metallurgy)(例如扩散粘结的金属粒子)，和/或其他人造材料。在仍然进一步的实施方案中，过滤器254还可以包括研磨和/或打包的天然材料(例如硅藻土)。
适用于过滤器254的半透性膜可以包括电解和/或燃料电池应用所用类型的质子交换膜。利用这样的膜，可以进行称作“选择性离子过滤工艺”的方法。例如，如图3中所示，氢在用于进入的第一或内表面252上离子化并且通过施加到过滤器254的偏压作为离子在过滤器254中运输。任选地，可以将催化剂涂布到过滤器254上用于提高反应速率。适合的催化剂包括铂或合金例如铂-铱、铂钯、铂-锡-铑合金以及开发用于其中使用烃燃料的燃料电池应用的催化剂。
外表面256可以包括导电的锡氧化物(未示出)或者可以使不锈钢筛网附接到来自控制器270的绝缘引线的裸露端以促进电子从离子化的氢中移除。通过控制器270由所示的另一绝缘引线环行至过滤器254的外表面的电子通过同时充当压力制动增强件和电子分配器的涂布的锡氧化物或不锈钢筛网可以重新恢复成氢离子，到达过滤器254的外侧。
在离子化过程中取自氢气的电子被传导到过滤器254的外表面256。在过滤器254的“滤过氢”侧256上，电子与氢离子重新结合并且形成氢原子，所述氢原子进而形成对环形区域264加压的二原子氢气。这种选择性离子过滤和氢气加压所需的能量可以远远小于其他分离和加压方法所需的泵送能量。控制器270维持所需的偏压从而在期望的压力下在端口266处提供氢气递送。取决于发展和传输氢离子时的极化和欧姆损失以及递送到环形区域264的氢气的加压，需要大致在0.2到6伏范围内的偏压。
在其他实施方案中，过滤器254还可以包括混合筛/膜。例如，在一个实施方案中，过滤器254可以包括后接离子膜的筛。在这样的实施方案中，筛可以首先从混合物中提取特定的二原子和/或其他类型的分子(例如，氢气)，然后离子膜可以提取特定的输出物(例如，氢气或水和电)。在其他实施方案中，过滤器254可以包括另外的筛和/或膜。
在仍然其他的实施方案中，过滤器254可以包括毛细管结构。例如，过滤器254可以包括纤维质和/或其他类型的有机/无机纤维和材料。在另一个实例中，上述的建筑构造可以形成为具有毛细管功能。在又一实例中，这样的毛细管结构可以与上述的筛和/或膜结合。
在进一步的实施方案中，过滤器254可以包括在结构和功能上与以下申请中披露的电解槽组件的相应特征大致相似的特征：2010年2月17日提交的标题为“ELECTROLYZER AND ENERGY INDEPENDENTTECHNOLOGIES”的美国专利申请12/707,651号、2010年2月17日提交的标题为“APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLINGNUCLEATION DURING ELECTROLYSIS”的美国专利申请12/707,653号，以及2010年2月17日提交的标题为“APPARATUS AND METHOD FORGAS CAPTURE DURING ELECTROLYSIS”的美国专利申请12/707,656号，其各自通过全文引用的方式并入本文。
过滤器254可以具有选择性，所述选择性至少部分地基于过滤器254的结构的类型(例如过滤器254的部件的排列、分布、对准)、环境因素(例如电输入、超声驱动器、光学驱动器、离心驱动器以及热条件)、对提取目标物质而言另外的反应物(例如氧)、提取目标物质在混合物中的浓度，和/或提取的目标速率来决定。在其他实施方案中，选择性还可以由其他适合因素来决定。
在下表中列出混合物、另外的反应物、过滤器类型、催化剂、下游反应和调整参数的不同实例。这些实例是为了说明目的而列出的，并且本技术还可以包括具有前述部件和/或参数的另外和/或不同组合的实施方案。
Figure BDA00002001903900091
图4是根据本技术的另一实施方案配置的同轴提取组件450的示意图。在图示的实施方案中，组件450包括与导管462同轴布置的多个电解槽或过滤器454(示意性示出并且分别标记为第一到第四过滤器454a-454d)。在某些实施方案中，导管462可以是天然气导管如天然气导管已有网络中的天然气导管、水导管和/或其他适合类型的导管。而且，过滤器454可以配置成移除因为不同目的或最终结果而已被加入到导管462内的天然气中的氢气。例如，过滤器454中的每一个可以包括以上参照图2和3的过滤器254所述的任一特征，例如包括相应的电解槽电极。此外，尽管图4中示出了4个过滤器454，但这些过滤器454作为分别隔开的过滤器的分离是为了说明目的。例如，尽管过滤器454可以提供如下所详述的不同结果或功能，但在其他实施方案中，过滤器454可以组合成单一过滤器组件。
如上所指出的，为了一个或更多个目的，过滤器454作为用于选择性地过滤氢气的分开的过滤器而示意性地示出。在一个实施方案中，例如，第一过滤器454a可以为从导管462中的含有氢气和至少一种其他气体的气态燃料混合物(如天然气)中移除氢气的氢气过滤器。为了将氢气作为燃料提供到一个或更多个耗燃料装置中，第一过滤器454a因此可以从燃料混合物中(例如通过离子交换和/或包括吸附和吸收在内的吸着作用)移除一部分的氢气。第二过滤器454b可以配置成当从气态燃料混合物中移除氢气时产生电。例如，当氢离子穿过第二过滤器454b时，电子传给第二过滤器454b的缺电子侧(例如，第二过滤器454b暴露于氧气或另一氧化剂的那侧并且与气态燃料混合物侧相反)。作为从气态燃料混合物中过滤氢气的结果，第三过滤器454c可以用来提供水。而且，第四过滤器454d可以用来从气态燃料混合物中过滤氢气并且使滤除的氢气与一种或更多种其他储存的燃料组合来产生富集的或Hyboost燃料源。例如，滤除的氢气可以加入到现有气体燃料的储器中。
尽管图示实施方案的过滤器454是作为分开的过滤器示出的，但在其他实施方案中，第一到第四过滤器454a-454d的任一功能(例如，提供氢气、供电、提供水，和/或提供富集的燃料源)可以通过单一过滤器组件454来实现。图示实施方案因此利用现有的天然气管道和网络来提供至少与天然气混合的氢气的储存和运输。如本文所述的过滤器454因此提供过滤或以另外的方式移除至少一部分的氢气作为特定目的。
图5A是根据本公开的一个实施方案配置的方法或工艺500的工艺流程图。在图示的实施方案中，工艺500包括储存含有氢气和至少一种其他气体的气态燃料混合物(方块502)。在一个实施方案中，例如，氢气可以占气态燃料混合物的大约20％或更低。然而，在其他实施方案中，天然气可以多于或少于气态燃料混合物的大约20％。工艺500还包括通过导管分配气态燃料混合物(方块504)。在某些实施方案中，导管可以是天然气导管，如用来分配天然气用于住宅、商业和/或其他目的的常规或已存天然气导管。然而，在其他实施方案中，导管可以是适用于分配气态燃料混合物的其他类型的导管。
工艺500还包括从气态燃料混合物中移除至少一部分的氢气(方块506)。移除至少一部分的氢气可以包括通过与导管共轴布置的过滤器从导管中移除氢气。例如，过滤器可以是与以上参照图2-4所述的任一过滤器在结构和功能上大致相似的过滤器。移除氢气的工艺可以用来向耗燃料装置提供氢气作为燃料、产生电、产生水，和/或产生氢气用于与一种或更多种其他燃料组合来产生富集的燃料混合物。尽管图5A示出针对气态燃料而描述的方法500，但在其他实施方案中，如图5B中所示，所述方法500可以应用到液体燃料。在进一步的实施方案中，所述方法500可以应用到液体和气体燃料的混合物。
图6是根据本技术方面的能量产生/递送系统600的示意性方块图。如图6中所示，能量产生/递送系统600可以包括能量系统602、管道604、电力网605、输入同轴提取装置606a、输出同轴提取装置606b和可操作地相互联接的耗能器608。在一个实施方案中，能量系统602可以包括到达能量系统的废水。在其他实施方案中，能量系统602可以包括其他适合的能量产生系统。在图示的实施方案中，管道604包括气体管道(例如天然气管道)。在其他实施方案中，管道604也可以包括液体管道和/或两相管道。输入和输出同轴提取装置606a和606b在结构上以及在功能上可以与同轴提取装置106(图1)大致相似。耗能器608可以包括履带式天然气涡轮机和/或可以消耗经由管道604递送的能量的其他适合装置。
在操作时，能量系统602接收给料601(例如生物质、天然气等)并且将给料601转化成组合物的混合物。在转化过程中产生的能量可在当地被消耗掉和/或被进给电力网605。输入同轴提取装置606a然后选择性地提取第一目标组合物(例如，甲烷和氢气和/或其他适合组合物的组合)并且将所提取的第一目标组合物供应到管道604。
输出同轴提取装置606b然后选择性地提取第二目标组合物并且将所提取的第二组合物供应到耗能器608。第二目标组合物可以与第一目标组合物大致相似或不同。例如，在一个实施方案中，第二目标组合物可以包括甲烷和氢气。在另一个实施方案中，第二目标组合物可以包括甲烷或氢气。在进一步的实施方案中，第二目标组合物可以包括其他适合的物质。耗能器608然后可以将所提取的第二组合物转化成可用的能量(例如电)，所述能量可在当地被消耗和/或被供应到电力网605。
即使图6中仅仅示出一个输入/输出同轴提取装置606a/606b，在其他实施方案中，多个输入/输出同轴提取装置606a/606b可以沿着管道604位于不同的位置。任选地，在某些实施方案中，能量产生/递送系统600还可以包括与输入/输出同轴提取装置606a/606b中的至少一些相联接的计量系统(未示出)，用于测量从管道604产生、转移和取出的物质的量。一种适合的计量系统在与其同时提交的美国专利申请号_______中有述，该专利申请的标题为“METHODS，DEVICES，AND SYSTEMS FOR DETECTINGPROPERTIES OF TARGET SAMPLES”，代理人案号为69545-8801.US01，其公开内容全部引入本文。在其他实施方案中，所述计量系统也可以配置成用于监控和控制管道604中的物质在不同点处的压力、组成、温度和/或其他适合的操作参数。当与常规技术相比时，通过监控和/或控制这类操作参数，“机轮(wheeling)”站、泵送站、轮毂、市售轮毂和市场中心的经济意义可以通过数量、压力和时机而得以提高。
除非上下文中清楚地需要，否则在整个说明书和权利要求书中，措词“包括”等应解释为包含性的含义，而不是排他性或穷尽性的含义；也就是说，为“包括，但不限于”的含义。使用单数或复数的措词还分别包括复数或单数。当权利要求书中关于两个或更多个项目的列表使用措词“或”时，该措词涵盖所有以下的措词解释：列表中项目的任一个、列表中的所有项目以及列表中的项目的任意组合。
可以将上述不同的实施方案进行组合来提供进一步的实施方案。在本说明书中提及的和/或在申请资料页列出的所有的美国专利、美国专利申请公布、美国专利申请、外国专利、外国专利申请和非专利出版物均通过全文引用的方式并入本文中。本公开的方面在必要时可以进行修改，以利用具有各种配置的燃料喷射器和打火装置，并且不同专利、申请和公报的概念可以进行修改以提供本公开的进一步的实施方案。
按照以上详述可以对本公开进行这些和其他变化。一般而言，在以下权利要求中，所用的术语不应解释为将本公开限制为在说明书和权利要求中所披露的特定实施方案，相反应当解释为根据权利要求操作的所有系统和方法。因此，本发明不受公开内容的限制，相反其范围由以下权利要求宽泛地确定。

Claims (24)

1.一种用于目标物质和/或能量的递送的系统，所述系统包括：
源，其配置成提供含有所述目标物质和非目标物质的混合物；
递送导管，其联接至所述源以接收来自所述源的所述混合物；和
同轴提取装置，其相对于所述递送导管径向布置，所述同轴提取装置配置成从所述递送导管中的所述混合物中选择性地提取所述目标物质和/或能量并且将所述目标物质和/或能量供应至下游设备。
2.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述混合物包含甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、水(H2O)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氮气(N2)、氧气(O2)、氩气(Ar)和硫化氢(H2S)中的至少一种以及氢气(H2)；并且
所述同轴提取装置包括配置成从所述混合物中提取氢气的离子膜、分子筛、混合筛/膜和毛细管结构中的至少之一。
3.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述混合物包含甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、水(H2O)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氮气(N2)、氧气(O2)、氩气(Ar)和硫化氢(H2S)中的至少一种以及氢气(H2)；并且
所述同轴提取装置包括质子渗透膜。
4.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述混合物包含甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、水(H2O)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氮气(N2)、氧气(O2)、氩气(Ar)和硫化氢(H2S)中的至少一种以及氢气(H2)；
所述同轴提取装置包括质子渗透膜，所述质子渗透膜具有与所述递送导管中的所述混合物相接触的第一侧和与所述第一侧相对的第二侧；并且
所述同轴提取装置还包括在所述质子渗透膜周围的环形空间和用于将所提取的氢气供应到所述下游设备的联接到所述环形空间的端口。
5.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述混合物包含甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、水(H2O)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氮气(N2)、氧气(O2)、氩气(Ar)和硫化氢(H2S)中的至少一种以及氢气(H2)；
所述同轴提取装置包括质子渗透膜，所述质子渗透膜具有与所述递送导管中的所述混合物相接触的第一侧和与所述第一侧相对的第二侧；并且
所述同轴提取装置还包括：
在所述质子渗透膜的第二侧上的传导筛；
在所述质子渗透膜周围的环形空间；以及
用于将所提取的氢气供应到所述下游设备的联接到所述环形空间的端口。
6.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述混合物包含甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、水(H2O)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氮气(N2)、氧气(O2)、氩气(Ar)和硫化氢(H2S)中的至少一种以及氢气(H2)；
所述同轴提取装置包括质子渗透膜，所述质子渗透膜具有与所述递送导管中的所述混合物相接触的第一侧和与所述第一侧相对的第二侧；并且
所述同轴提取装置还包括：
在所述质子渗透膜的第二侧上的传导筛；和
控制器，所述控制器配置成向所述质子渗透膜的第一侧和所述质子渗透膜的第二侧上的所述传导筛供应电流。
7.一种用于从递送导管中的混合物中提取目标物质的同轴提取装置，所述装置包括：
相对于所述递送导管径向布置的过滤器，所述过滤器具有与所述递送导管中的所述混合物相接触的第一侧和与所述第一侧相对的第二侧，其中所述过滤器配置成选择性地允许所述目标物质穿过所述过滤器；和
在所述过滤器的第二侧上的环形空间，所述环形空间配置成收集穿过所述过滤器的所述目标物质并且将所述目标物质供应到下游设备。
8.根据权利要求7所述的同轴提取装置，其中：
所述混合物包含甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、水(H2O)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氮气(N2)、氧气(O2)、氩气(Ar)和硫化氢(H2S)中的至少一种以及氢气(H2)；并且
所述过滤器包括配置成从所述混合物中提取氢气的离子膜、分子筛、混合筛/膜和毛细管结构中的至少之一。
9.根据权利要求7所述的同轴提取装置，其中：
所述混合物包含甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、水(H2O)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氮气(N2)、氧气(O2)、氩气(Ar)和硫化氢(H2S)中的至少一种以及氢气(H2)；并且
所述同轴提取装置包括质子渗透膜。
10.根据权利要求7所述的同轴提取装置，其中：
所述混合物包含甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、水(H2O)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氮气(N2)、氧气(O2)、氩气(Ar)和硫化氢(H2S)中的至少一种以及氢气(H2)；
所述过滤器包括具有第一侧和第二侧的质子渗透膜；并且
所述同轴提取装置还包括在所述质子渗透膜的第二侧上的传导筛，所述传导筛配置成对所述目标物质加压。
11.根据权利要求7所述的系统，其中：
所述混合物包含甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、水(H2O)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氮气(N2)、氧气(O2)、氩气(Ar)和硫化氢(H2S)中的至少一种以及氢气(H2)；
所述同轴提取装置包括质子渗透膜；并且
所述同轴提取装置还包括控制器，所述控制器配置成向所述质子渗透膜的第一侧和第二侧供应电流。
12.一种经由递送导管递送目标物质的方法，所述方法包括：
向所述递送导管供应含有所述目标物质和至少一种非目标物质的混合物；
使用同轴提取装置从所述递送导管中的所述混合物中选择性地移除至少一部分的所述目标物质，所述同轴提取装置具有与所述递送导管中的所述混合物相接触的第一侧和与所述第一侧相对的第二侧；以及
收集通过所述同轴提取装置移除的所述目标物质并且将所收集的目标物质供应到下游设备。
13.根据权利要求12所述的方法，其中：
所述混合物包含甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、水(H2O)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氮气(N2)、氧气(O2)、氩气(Ar)和硫化氢(H2S)中的至少一种以及氢气(H2)；
所述同轴提取装置包括与所述递送导管共中心的过滤器；并且
选择性地移除至少一部分的所述目标物质包括用与所述递送导管共中心的过滤器从所述混合物中选择性地移除至少一部分的氢气。
14.根据权利要求12所述的方法，其中：
所述混合物包含甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、水(H2O)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氮气(N2)、氧气(O2)、氩气(Ar)和硫化氢(H2S)中的至少一种以及氢气(H2)；
所述同轴提取装置包括与所述递送导管共中心的质子渗透膜；并且
选择性地移除至少一部分的所述目标物质包括用与所述递送导管共中心的质子渗透膜从所述混合物中选择性地移除至少一部分的氢气。
15.根据权利要求12所述的方法，其中：
所述混合物包含甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、水(H2O)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氮气(N2)、氧气(O2)、氩气(Ar)和硫化氢(H2S)中的至少一种以及氢气(H2)；
所述同轴提取装置包括质子渗透膜；
所述同轴提取装置还包括在所述质子渗透膜周围的环形空间和联接到所述环形空间的端口；并且
所述方法还包括将所移除的氢气收集在所述环形空间内并且将所收集的氢气经由所述端口供应到所述下游设备。
16.根据权利要求12所述的方法，其中：
所述混合物包含甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、水(H2O)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氮气(N2)、氧气(O2)、氩气(Ar)和硫化氢(H2S)中的至少一种以及氢气(H2)；
所述同轴提取装置包括质子渗透膜；
所述同轴提取装置还包括在所述质子渗透膜的第二侧上的传导筛；并且
所述方法还包括用所述传导筛对所移除的氢气加压。
17.根据权利要求12所述的方法，其中：
所述混合物包含甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、水(H2O)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氮气(N2)、氧气(O2)、氩气(Ar)和硫化氢(H2S)中的至少一种以及氢气(H2)；
所述同轴提取装置包括质子渗透膜；
所述同轴提取装置还包括控制器，所述控制器配置成向所述质子渗透膜的第一侧和第二侧供应电流；并且
所述方法还包括：
在所述质子渗透膜的第一侧从所述混合物中的氢气中移除电子，由此形成多个质子；
将所形成的质子运输穿过所述质子渗透膜；并且
使所运输的质子与电子在所述质子渗透膜的第二侧上重新组合，由此在所述质子渗透膜的第二侧上形成氢气。
18.根据权利要求12所述的方法，其中：
所述混合物包含甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、水(H2O)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氮气(N2)、氧气(O2)、氩气(Ar)和硫化氢(H2S)中的至少一种以及氢气(H2)；
所述同轴提取装置包括质子渗透膜；
所述同轴提取装置还包括控制器，所述控制器配置成向所述质子渗透膜的第一侧和第二侧供应电流；并且
所述方法还包括：
在所述质子渗透膜的第一侧从所述混合物中的氢气中移除电子，由此形成多个质子；
将所形成的质子运输穿过所述质子渗透膜；
使所运输的质子与电子在所述质子渗透膜的第二侧上重新组合，由此在所述质子渗透膜的第二侧上形成氢气；
将氧气引入到所述质子渗透膜的第二侧；并且
使所引入的氧气与在所述质子渗透膜的第二侧上形成的氢气反应，由此形成水。
19.根据权利要求12所述的方法，其中：
所述混合物包含甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、水(H2O)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氮气(N2)、氧气(O2)、氩气(Ar)和硫化氢(H2S)中的至少一种以及氢气(H2)；
所述同轴提取装置包括质子渗透膜；
所述同轴提取装置还包括控制器，所述控制器配置成向所述质子渗透膜的第一侧和第二侧供应电流；并且
所述方法还包括：
在所述质子渗透膜的第一侧从所述混合物中的氢气中移除电子，由此形成多个质子；
使所形成的质子运输穿过所述质子渗透膜；
使所运输的质子与电子在所述质子渗透膜的第二侧上重新组合，由此在所述质子渗透膜的第二侧上形成氢气；
将氧气引入到所述质子渗透膜的第二侧；并且
使所引入的氧气与在所述质子渗透膜的第二侧上形成的氢气反应，由此形成水并且释放电能。
20.一种从递送导管中的混合物中提取目标物质的方法，所述方法包括：
基于所述目标物质的特性选择具有目标渗透性的同轴提取装置；
使用所述同轴提取装置从所述递送导管中的所述混合物中选择性地移除至少一部分的所述目标物质，所述同轴提取装置具有与所述递送导管中的所述混合物相接触的第一侧和与所述第一侧相对的第二侧；以及
收集通过所述同轴提取装置移除的所述目标物质并且将所收集的目标物质供应到下游设备。
21.根据权利要求20所述的方法，其中：
所述混合物包含甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、水(H2O)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氮气(N2)、氧气(O2)、氩气(Ar)和硫化氢(H2S)中的至少一种以及氢气(H2)；
所述目标物质包括氢气；并且
选择同轴提取装置包括基于氢气的渗透性选择质子渗透膜。
22.根据权利要求20所述的方法，其中选择同轴提取装置包括基于所述目标物质在所述混合物中的浓度和所述目标物质的提取速率中的至少之一来选择同轴提取装置。
23.根据权利要求20所述的方法，其中：
所述方法还包括向所述同轴提取装置的第二侧提供反应物；并且
选择同轴提取装置包括基于所提供的反应物来选择具有催化剂的同轴提取装置。
24.根据权利要求20所述的方法，其中：
所述混合物包含甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、水(H2O)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氮气(N2)、氧气(O2)、氩气(Ar)和硫化氢(H2S)中的至少一种以及氢气(H2)；
所述目标物质包括氢气；
选择同轴提取装置包括基于氢气的渗透性选择质子渗透膜；
所述方法还包括向所述质子渗透膜的第二侧提供氧气；并且
选择同轴提取装置包括选择具有催化剂的质子渗透膜，所述催化剂含有钯、镍、铂和稀土金属中的至少之一。
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