CN105916966B - 用于进行碳质原料热化学转化为反应产物的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

使生物质材料热化学转化为一种或更多种反应产物包括：用至少一个热源产生热能，提供一定体积的原料，提供一定体积的超临界流体，将产生的热能的一部分转移至一定体积的超临界流体；将产生的热能的至少一部分从一定体积的超临界流体转移至一定体积的原料；以及用从一定体积的超临界流体转移至一定体积的原料的热能对一定体积的原料进行热分解处理以便形成至少一种反应产物。

Description

用于进行碳质原料热化学转化为反应产物的方法和系统
技术领域
本公开内容大体涉及使碳质原料热化学转化为反应产物、并且特别地经由热耦合原料和选定的热源的超临界流体使用从选定的热源转移的热能使碳质原料热化学分解为反应产物。
背景
水热液化是通常用于从木质素材料和藻类中生产生物原油的工艺。在水热液化中，热化学反应通常在高于250℃的温度和约3000psi的压力下在含水环境中发生持续约2-3小时。经由水热液化产生的油主要由木质素解聚反应的产物形成。来自纤维素和半纤维素的产物在水中是可溶的，并且因此在水相中损失。如果不回收，那么水溶性有机化合物可能造成污染。生物油从水中的分离大体包括蒸馏，其是能量密集型工艺。因此，期望提供一种补救先前已知的方法的缺陷的工艺和系统。
概述
在一个说明性实施方案中，方法包括但不限于，用至少一个热源产生热能；提供一定体积的原料；提供一定体积的超临界流体；将产生的热能的一部分转移至一定体积的超临界流体；将产生的热能的至少一部分从一定体积的超临界流体转移至一定体积的原料；以及用从一定体积的超临界流体转移至一定体积的原料的热能对一定体积的原料进行热分解处理以便形成至少一种反应产物。
在一个说明性实施方案中，装置包括但不限于，热化学转化系统，所述热化学转化系统包括用于容纳一定体积的原料的至少一个热化学反应室；以及热能转移系统，所述热能转移系统包括容纳与至少一个热源热连通的一定体积的超临界流体的传热元件，所述热能转移系统布置成将一定体积的超临界流体可选择地放置成与容纳于至少一个热化学反应室内的一定体积的原料的至少一部分热连通，以便将热能从至少一个热源可选择地转移至容纳于至少一个热化学反应室内的一定体积的原料的至少一部分，至少一个热化学反应室配置成用从超临界流体转移的热能使原料的至少一部分热化学转化为至少一种反应产物。
在一个说明性实施方案中，系统包括但不限于，至少一个热源；热化学转化系统，所述热化学转化系统包括用于容纳一定体积的原料的至少一个热化学反应室；以及热能转移系统，所述热能转移系统包括容纳与至少一个热源热连通的一定体积的超临界流体的传热元件，所述热能转移系统布置成将一定体积的超临界流体可选择地放置成与容纳于至少一个热化学反应室内的一定体积的原料的至少一部分热连通，以便将热能从至少一个热源可选择地转移至容纳于至少一个热化学反应室内的一定体积的原料的至少一部分。
除前述内容之外，各种其他的方法和/或系统和/或装置方面在教导比如本公开内容的正文(例如，权利要求和/或详细描述)和/或附图中被陈述和描述。
前述内容是概述并且因此可以包含细节的简化、概括、包含和/或省略；因此，本领域技术人员将认识到，本概述仅是说明性的并且不意图以任何方式为限制性的。本文描述的装置和/或工艺和/或其他主题的其他方面、特征和优点在本文陈述的教导中将变得明显。
附图简述
图1A是根据说明性实施方案的用于进行碳质原料热化学转化为反应产物的系统的框图视图；
图1B是根据说明性实施方案的用于进行碳质原料热化学转化为反应产物的系统的框图视图；
图1C是根据说明性实施方案的用于进行碳质原料热化学转化为反应产物的系统的框图视图；
图1D是根据说明性实施方案的用于进行碳质原料热化学转化为反应产物的系统的框图视图；
图1E是根据说明性实施方案的用于进行碳质原料热化学转化为反应产物的系统的框图视图；
图2是用于进行碳质原料热化学转化为反应产物的方法的高水平流程图；
图3至图15E是描绘图2的可选实施方式的高水平流程图。
详细描述
在下面的详细描述中，对形成其一部分的附图作出参考。在附图中，相似的符号通常识别相似的部件，除非上下文另外规定。详细描述、附图和权利要求中描述的说明性实施方案不意味着是限制性的。可以利用其他实施方案，并且可以作出其他改变，而不偏离此处呈现的主题的精神或范围。
一般地，参照图1A至图1E，描述了用于进行原料热化学转化为反应产物的系统100。
图1A和图1B示出用于使碳质材料转化为一种或更多种反应产物的系统100的框图视图。在一个实施方案中，系统100包括热化学转化系统102。在一个实施方案中，热化学转化系统102包括热化学反应室104，比如适合于容纳一定体积的原料材料105(例如，碳质材料)并且将原料材料转化为一种或更多种反应产物(比如，但不限于，气体、油或焦油)的热解反应室。
在另一个实施方案中，系统100包括一个或更多个热源108。在另一个实施方案中，系统100包括热能转移系统106，其用于将热能从一个或更多个热源108转移至容纳于热化学反应室104内的一定体积的原料105。在一个实施方案中，热能转移系统106包括传热元件107，所述传热元件107容纳与一个或更多个热源热连通(例如，直接或间接的热连通)的一定体积的超临界流体。例如，传热元件107可以包括但不限于，传热回路、传热线以及类似物。例如，传热元件107可以包括但不限于，填充有放置成与一个或更多个热源108的一部分或更多部分热连通(例如，直接地或间接地)的超临界流体的传热回路。
在一个实施方案中，热能转移系统被布置成将一定体积的超临界流体可选择地放置成与容纳于热化学反应室内的一定体积的原料热连通。在这点上，热能转移系统106可以将热能从一个或更多个热源108可选择地转移至容纳于至少一个热化学反应室104内的一定体积的原料105。在另一个实施方案中，热化学反应室104可以使用经由超临界流体运载至原料的热能将原料105的至少一部分热化学转化(例如，经由热解转化、经由液化或类似工艺转化)为一种或更多种反应产物。
系统100的超临界流体可以包括本领域中已知的适合于将能量从一个或更多个热源108转移至容纳于热化学反应室104中的原料105的任何超临界流体。在一个实施方案中，超临界流体包括但不限于，超临界二氧化碳。在另一个实施方案中，超临界流体包括但不限于，水、甲醇、乙醇、丙醇、丙酮。在另一个实施方案中，超临界流体在传热元件107和热化学反应室104中的至少一个内被加压至高压。
本文提到，系统100的超临界流体(比如，但不限于CO2)可以具有低的粘度和表面张力，允许这类超临界流体容易地渗透有机材料(例如，生物质材料)。超临界流体渗透至原料105中减少了在热化学反应之前将原料105转化成细颗粒的需求，从而在原料材料的反应中节省能量。在一个实施方案中，在超临界流体是超临界CO2的情况下，超临界流体可以被加压至在其临界压力(72.9个大气压)和临界温度(304K)以上。本文提到，超过这些条件，CO2将显示出类似于有机溶剂比如己烷、甲醇和乙醇的独特的溶解力性质。超临界CO2的非极性性质可以有利于控制通常在含水环境中发生的不合需要的离子副反应。此外，当系统被减压低于临界条件时，CO2将挥发，这有利于具有低含量的水的油的回收。另外，这可以显著地减少在液化和/或热解之后的本文另外描述的反应产物-超临界流体分离期间的能量消耗。本文还提到，经由系统100的超临界流体的液化实施向原料材料105施加加热且加压的CO2，这提供了反应条件(例如，时间、压力和温度)的更好的控制，从而允许高值的目标化合物或燃料中间体的更好的选择性。
在另一个实施方案中，超临界流体比如超临界CO2可以经由将较冷的超临界流体注射至热化学反应室104中以猝灭反应或注射较热的超临界流体以加速反应而提供强的温度和反应时间控制。还认识到，因为许多超临界流体比如超临界CO2可以被有效地压缩，所以热化学反应室104内的压力条件还可以用于控制热化学反应室104内的热化学反应。
本文还提到，超临界流体可以用于在液化和/或热解之前干燥原料105。例如，在超临界流体是超临界CO2的情况下，在液化和/或热解之前，超临界流体可以用于干燥原料材料105以除去过量的水和杂质。本文还提到，原料的干燥可以减少用于使一种或更多种反应产物加氢处理和/或加氢裂化所需要的氢气的量。
在另一个实施方案中，一种或更多种反应产物比如生物油在超临界流体中的溶解度通过将极性材料添加至超临界流体或除去超临界流体中的极性材料来控制。例如，一种或更多种油在超临界二氧化碳中的溶解度可以通过添加/除去包含极性分子(比如但不限于H2、H2O、醇以及类似物)的一种或更多种材料来控制。通过另外的示例，在原料材料包括煤的情况下，一种或更多种油在超临界CO2中的溶解度可以通过添加/除去包含氢供体分子(比如但不限于H2、H2O以及本领域已知的任何其他氢供体溶剂)的一种或更多种材料来控制。
本文认识到，容纳于热化学反应室104内的原料105可以包括充分地溶解超临界流体中的一种或更多种反应产物(例如，生物油)的足够的水分和极性性质。如本文进一步讨论的，原料的“干燥”可以通过热化学转化系统102来控制(例如，经由干燥器134来控制)，允许热化学转化系统102使原料105内的水分含量水平维持到足以充分地溶解超临界流体中的一种或更多种反应产物的水平。
在另一个实施方案中，超临界流体可以包含用于增进系统100中的一种或更多种物理反应或热化学反应的一种或更多种材料。例如，超临界流体可以包含一种或更多种催化剂，比如，但不限于，金属、金属盐或有机物。通过另一示例，超临界流体可以包含一种或更多种溶质，比如，但不限于，醇、油、氢气和烃。
一个或更多个热源108可以包括本领域中已知的适合于提供足以将原料105加热至选定温度(例如，适合于快速热解的温度(例如，350-600℃))的热能的任何热源。
在一个实施方案中，一个或更多个热源108包括非CO2发射热源。在一个实施方案中，一个或更多个热源108包括一个或更多个核反应堆。一个或更多个热源108可以包括本领域中已知的任何核反应堆。例如，一个或更多个热源108可以包括液体金属冷却核反应堆、熔融盐冷却核反应堆、高温水冷核反应堆、气冷核反应堆以及类似物。通过另一示例，一个或更多个热源108可以包括池式反应堆。通过另一示例，一个或更多个热源108可以包括模块反应堆。
本文认识到，核反应堆可以产生足以实施原料105的热解(例如，快速热解)的温度。例如，核反应堆热源可以产生超过350-600℃的温度。在这点上，核反应堆可以用于将热能(例如，在超过350-600℃的温度下)转移至超临界流体(例如，超临界CO2)。转而，超临界流体可以将核反应堆产生的热能转移至容纳于热化学反应室104内的原料105。
本文还提到，核反应堆热源作为系统100的环境中的热源是特别有利的，因为系统100的热化学反应温度在用于许多核反应堆的操作温度的范围内。核反应堆热可以用于在热化学反应室104中以高效率产生反应产物(例如，生物油)，因为核反应堆在用于热化学转化的反应温度下操作(即，在热化学反应温度下添加的热供应所需的反应焓)。
在一个实施方案中，系统100的超临界流体在系统100的核反应堆驱动的热化学转化系统112的操作中用作安全机构。通过示例，超临界二氧化碳可以储存在一个或更多个储器(未示出)或罐(未示出)中。本文提到，以这种方式储存于此的超临界二氧化碳可以用于通过充当热缓冲器而在反应堆和热化学转化系统102之间提供热缓冲。在另一个实施方案中，超临界流体可以储存在适合于排放至热化学旋转机器比如涡轮机中的温度和压力下。以这种方式，选定的工作量可以通过压缩的CO2来开发以向安全系统比如流量阀、安全阀、隔离阀、泵以及类似物提供机械功率或电功率。
在一个实施方案中，如图1A所示，热能转移系统106包括直接热交换系统，所述直接热交换系统配置成将热能直接从一个或更多个热源108转移至传热元件107的一定体积的超临界流体。例如，传热元件107可以被放置成与一个或更多个热源108的一部分直接热连通。例如，在一个或更多个热源108包括核反应堆的情况下，核反应堆的一个或更多个冷却剂系统可以与热能转移系统106集成在一起。在这点上，核反应堆可以利用一个或更多个冷却剂系统中的超临界流体，所述一个或更多个冷却剂系统然后可以直接耦合至热化学反应室104。例如，核反应堆的初级冷却剂回路或中级冷却剂回路可以包括由超临界流体比如超临界CO2组成的冷却剂流体。此外，核反应堆的冷却剂回路可以经由热能转移系统106直接耦合至热化学反应室104，以使核反应堆的冷却剂回路的超临界流体与容纳于热化学反应室104内的原料材料105混合。转而，在将热能从核反应堆转移至原料材料105时，热能转移系统106可以使超临界流体冷却剂经由返回路径118循环返回至核反应堆。本文还预期，热能转移系统106可以包括任何数目的过滤元件，以便避免将原料和/或反应产物转移至核反应堆的冷却剂系统。
在另一个实施方案中，如图1B所示，热能转移系统106包括间接热交换系统。在一个实施方案中，间接热交换系统被配置成将热能从一个或更多个热源108间接地转移至容纳于传热元件107内的一定体积的超临界流体。在一个实施方案中，间接热交换系统包括中间传热元件111，所述中间传热元件111配置成将热能从一个或更多个热源108转移至中间传热元件111。转而，中间传热元件111可以将热能从中间传热元件111转移至容纳于传热元件107内的一定体积的超临界流体。
在一个实施方案中，中间传热元件111可以包括中间传热回路113以及一个或更多个热交换器115、117。在一个实施方案中，中间传热回路113可以包括本领域中已知的适合于转移热能的任何工作流体。例如，中间传热回路113的工作流体可以包括但不限于，液体盐、液体金属、气体、超临界流体(例如，超临界CO2)或水。
在另一个实施方案中，中间传热元件111可以包括与一个或更多个热源108和中间传热回路113的一部分热连通的第一热交换器115。在另一个实施方案中，间接热交换系统111可以包括与中间传热回路113和传热元件107热连通的第二热交换器117。例如，在一个或更多个热源108包括核反应堆的情况下，核反应堆(例如，熔融盐冷却核反应堆、液体金属冷却反应堆、气冷反应堆或和超临界流体冷却反应堆)的一个或更多个冷却剂系统(例如，初级、中级或三级)可以经由第一交换器115耦合至中间传热回路113。转而，在经由第一热交换器115将热能从核反应堆转移至中间传热回路113时，中间传热回路113可以经由第二热交换器117将核反应堆产生的热能从中间转移回路113转移至容纳于传热元件107内的超临界流体。
此外，如本文先前描述的，传热系统106的传热元件107可以使容纳于传热元件107内的超临界流体与容纳于热化学反应室104内的原料材料105混合。转而，在经由中间传热系统111和传热元件107将热能从核反应堆转移至原料材料105时，热能转移系统106可以经由返回路径118使超临界流体冷却剂再循环。
本文提到，一个或更多个热源108和原料105之间的直接耦合和间接耦合的以上描述不是限制性的并且仅出于说明性目的而提供。本文认识到，一般来说，一个或更多个热源(例如，核反应堆)和热化学反应室104之间的集成可以通过将热从一个或更多个热源108的初级传热系统、中级传热系统或三级传热系统(例如，冷却剂系统)转移至热化学转化系统102的工作流体比如超临界CO2而发生。本文还认识到，这种集成可以使用本领域已知的任何传热系统或装置来实施，比如，但不限于，一个或更多个传热电路、一个或更多个散热器、一个或更多个热交换器以及类似物。
在一个实施方案中，热能转移系统106包括流量控制系统110。流量控制系统110可以被布置成将超临界流体可选择地放置成与容纳于热化学反应室104内的一定体积的原料热连通。在这点上，流量控制系统110可以将热能从一个或更多个热源108可选择地转移至容纳于热化学反应室104内的一定体积的原料。例如，流量控制系统110可以沿着传热元件107(例如，传热回路)安置，以便控制超临界流体穿过传热元件107的流量。在这点上，流量控制系统110可以控制超临界流体至一定体积的原料105的流量，从而控制热能至原料105的转移。
流量控制系统110可以包括本领域中已知的适合于控制超临界流体从第一位置流动至第二位置的任何流量控制系统。例如，流量控制系统110可以包括，但不限于，一种或更多种控制阀，所述一种或更多种控制阀可操作地耦合至传热元件107并且适合于建立和停止穿过传热元件107的流量。例如，流量控制系统110可以包括手动控制阀、阀/阀致动器以及类似物。
在另一个实施方案中，流量控制系统110可以使来自一个或更多个热源108的热能耦合至发电系统114。例如，流量控制系统110可以建立热源108产生的热至涡轮机电力系统和热化学转化系统102的平行耦合。在一个实施方案中，热化学转化系统102可以包括多个批式反应系统，所述多个批式反应系统可以接收来自一个或更多个热源108(例如，核反应堆)的热。以这种方式，同时地或循序地运行解决总体的热和原料转化需求的多个批处理是可能的。在另一个实施方案中，热可以被转移至一个或更多个连续的热化学反应器，同时被平行耦合至一个或更多个涡轮机电力系统。
在一个实施方案中，系统100包括原料供应系统112。在一个实施方案中，原料供应系统112可操作地耦合至热化学转化系统102的热化学反应室104。在另一个实施方案中，原料供应系统112为热化学反应室104的内部提供一定体积的原料材料105。原料供应系统112可以包括本领域中已知的适合于使选定量的原料材料比如固体材料、颗粒材料或液体材料从一个或更多个原料来源平移至热化学反应室104的内部的任何供应系统。例如，原料供应系统112可以包括但不限于，传送机系统、流体转移系统或类似物。
原料材料105可以包括本领域中已知的任何碳质材料。例如，原料材料105可以包括但不限于，煤、生物质、混合来源的生物材料、泥煤、焦油、塑料、垃圾和填埋场废物。例如，在煤的情况下，原料可以包括但不限于，烟煤、次烟煤、褐煤、无烟煤以及类似物。通过另一个示例，在生物质的情况下，原料可以包括木材材料，比如，但不限于，软木材和硬木材。
本文提到，控制温度、压力、反应时间、预处理选择和后有机产物产生选择的能力可以允许多种类型的碳质原料被用于系统100内。另外，这些类型的原料之间的共同利用或转换的能力可以改进可用资源的利用率并且改进总体的系统经济情况。在某些实施方案中，将非生物衍生的产物放置到用于热化学转化的热化学反应室10中可以是有用的。例如，这可以包括使材料比如塑料转化成可选择的产品或燃料。通过另一个示例，热化学反应室104可以热化学地处理将可以形成一种或更多种反应产物或可选择的产物的原料材料的组合。例如，热化学反应室104可以热化学地转化由塑料和纤维素材料的组合组成的一定体积的原料。通过另一个示例，热化学反应室104使混合来源的材料或混合废物比如垃圾或填埋场废物热化学地处理或转化为一种或更多种反应产物或可选择的产物。
再次参照图1A和图1B，热化学转化系统102包括适合于实施本领域中已知的一种或更多种热分解处理的任何热化学反应室104。
在一个实施方案中，热化学反应室104被配置成对原料105实施热解反应。在另一个实施方案中，热化学反应室104包括热解室。在另一个实施方案中，热化学反应室104包括非燃烧或低燃烧的热解室。系统100的热解室可以包括适合于在不存在氧气时或在低氧气环境中实施有机分子的热化学分解的任何热化学反应室。
在一个实施方案中，热化学反应室104包括快速热解反应器，其适合于使原料105比如生物质转化为反应产物比如生物油(例如，可以进一步升级以产生液体燃料的生物油)、挥发性气体或炭。快速热解反应器可以包括能够在不存在氧气时(或在减少的氧气环境中)在约两秒内实施有机分子的热化学分解的任何热化学反应室。快速热解通过RoelJ.M.Westerhof等人在“Effect of Temperature in Fluidized Bed Fast Pyrolysis ofBiomass:Oil Quality Assessment in Test Units”,Industrial&EngineeringChemistry Research，第49卷，第3版(2010)，第1160-1168页中被大体描述，其通过引用以其整体并入本文。热解和快速热解还通过Ayhan Demirbas等人在“An Overview ofBiomass Pyrolysis”,Energy Sources，第24卷，第3版(2002)，第471-482页中被大体描述，其通过引用以其整体并入本文。
在另一个实施方案中，热化学反应室104包括超临界热解反应器，其适合于使原料105比如生物质转化为反应产物比如生物油(例如，可以进一步升级以产生液体燃料的生物油)、挥发性气体或炭。出于本公开内容的目的，‘超临界热解反应器’被解释为包括适合于使用由超临界流体供应的热能实施原料材料的热解反应的任何反应器、反应容器或反应室。在另一个实施方案中，热化学反应室104可以包括但不限于，流化床反应器。
原料的燃烧可以通过采用外部热源(例如，热源108)比如核反应堆以供应热能以驱动系统100的热解反应(或任何其他热分解处理)来避免、或至少减少。此外，如本文先前提到的，超临界流体比如超临界CO2的使用可以驱动原料材料的热解，而不产生通常与燃烧驱动的热解反应相关的过量温度，所述燃烧驱动的热解反应通常生成炭，从而产生较轻的、芳族烃，这降低油产品的转化效率。
在一个实施方案中，热化学反应室104可以包括用于在350℃和600℃之间的温度下使用从容纳于传热元件105内的一定体积的超临界流体转移的热能使原料105热分解成一种或更多种反应产物的热解反应室(例如，快速热解反应器或超临界热解反应器)。例如，热化学反应室104可以包括用于在约350℃和600℃之间的温度下使用经由容纳于传热元件107内的一定体积的超临界流体从核反应堆转移的热能热分解原料105的快速热解反应室。通过另一个示例，热化学反应室104可以包括但不限于，用于在约350℃和600℃之间的温度下使用经由容纳于传热元件105内的一定体积的超临界流体从核反应堆转移的热能热分解原料105的超临界热解反应器。
在另一个实施方案中，热化学反应室104被配置成对原料105实施液化处理。本领域中的技术人员将认识到，液化通常可以包括导致复合有机材料(比如，碳质生物质材料)大体分解为产物比如生物油的一系列结构和化学处理。液化可以包括但不限于，溶剂解、解聚、热分解、氢解和/或加氢。生物质的液化通过Ralph P.Overend等人(编辑)在“BiomassLiquefaction:An Overview”,Fundamentals of Thermochemical Biomass Conversion,Elsevier Applied Science Publishers LTD.,1985,第967-1002页中被大体描述，其通过引用以其整体并入本文。
在另一个实施方案中，热化学反应室104包括液化室，其用于使用从传热元件107经由超临界流体供应至热化学反应室104的热能对原料105实施液化处理。通过示例，热化学反应室104可以包括但不限于，超临界液化反应器。出于本公开内容的目的，‘超临界液化反应器’被解释为包括适合于使用超临界流体对原料材料实施液化处理的任何反应器、反应容器或反应室。
如本文中先前提到的，某些超临界流体比如超临界CO2显示出低的粘度和表面张力，这允许这些超临界流体渗透有机材料。本文还提到，通过给定的超临界流体渗透有机材料可以减少用于使生物质转化成细颗粒以用于反应的需求，从而减少原料材料的反应中的能量消耗。
在一个实施方案中，热化学反应室104包括液化室，其用于在超临界流体(例如，超临界CO2)的存在下对原料105实施高温液化处理。在一个实施方案中，超临界流体液化所需要的超临界流体通过使超临界流体与原料105在热化学反应室104中混合而转移至原料105。超临界流体供应对原料材料105的传热以及与原料材料以细胞水平的物理相互作用两者。在一个实施方案中，热化学反应室104可以在范围在300℃至500℃的温度下在超临界流体的存在下对原料105实施液化处理。
在一个实施方案中，热化学反应室104可以实施包括原料材料(例如，生物质原料材料)的纤维素材料的解构的液化步骤。本文提到，该纤维素解构提供了接近原料材料的内部糖的改进的机会，同时还使原料材料中的木质素链和半纤维素链去卷积。本文还提到，原料材料的纤维素分解可以使用供应至原料材料的超临界流体来实施。在超临界CO2的情况下，CO2可以使原料材料的细胞结构膨胀，直到材料的细胞壁被破坏或纤维素材料开始裂开。在这点上，在水中可溶的超临界CO2可以通过木质纤维素生物质中的孔扩散并且选择性地与生物质材料的非极性组分比如烃反应。然后，可以被捕获在木质纤维素生物质的孔中的CO2的突然膨胀可以导致生物质的解构。此外，该过程还可以导致基础材料比如原料中的木质素链和半纤维素链的去卷积。
在另一个实施方案中，热化学反应室104可以实施包括解聚的液化步骤。例如，解聚可以导致基础分子比如但不限于原料材料105(或来自原料材料的中间产物)中的木质素或半纤维素的分解。例如，系统100的基于解聚的液化可以引起分子-至-分子分解或来自原料(中间产物)中的给定分子的各种分子群组的分解。
在另一个实施方案中，热化学反应室104可以实施包括热分解的液化步骤。例如，原料(或中间产物)的热分解可以导致断裂横跨原料材料(或中间产物)的分子内的分子间键(例如，碳-碳键断裂)。
在另一个实施方案中，热化学反应室104可以结合液化对原料(或中间产物)实施一种或更多种提取处理。在另一个实施方案中，可操作地耦合至热化学反应室104的提取室可以结合液化对原料(或中间产物)实施一种或更多种提取处理。在一个实施方案中，热化学反应室104被配置成在热解之前从原料材料除去另外的化合物。例如，热化学反应室104可以被配置成除去油和脂质、糖或其他氧化化合物中的至少一种。在另一个实施方案中，提取的化合物可以被收集并且储存以用于形成另外的生物衍生产物。
本文提到，从原料材料105中除去糖是特别有利的。本文认识到，糖在升高的温度下成为焦糖并且可以用以阻挡超临界流体比如超临界CO2进入原料材料105的纤维素结构。另外，存在于热化学转化系统102中的糖还可以用以损害下游催化剂床(如果有的话)。本文提到，糖的除去帮助避免形成氧化化合物比如但不限于糠醛、羟甲基糠醛(hydroxymethalfurfural)、香草醛以及类似物。
在一个实施方案中，热化学转化系统102可以在低于200的温度下从原料105中提取材料。本文提到，在低于200℃的温度下提取糖是有益的，因为果糖、蔗糖和麦芽糖各自在低于约180℃的温度下成为焦糖。在这点上，通过纤维素材料的解构和糖的清除，超临界流体可以用于在热解期间的温度升高之前从原料105中提取糖。
在另一个实施方案中，热化学反应室104可以实施包括加氢的液化步骤。本文提到，在液化期间，加氢可以用于修复一种或更多种反应产物比如生物油内的磨损的分子键，从而使一种或更多种反应产物稳定化。
在另一个实施方案中，热化学反应室104被配置成在热分解之前将原料105干燥至选定的干燥水平。在另一个实施方案中，可操作地耦合至热化学反应室104的干燥器被配置成在热分解之前将原料105干燥至选定的干燥水平。例如，热化学反应室104(或干燥器)可以利用超临界流体以将原料105干燥至选定的水平。例如，热化学反应室104可以将原料105干燥至5.0％至15.0％的水分含量水平。通过另一个示例，热化学反应室104可以控制水分含量，使得一些量的水分保持在原料105材料中。例如，在松木的情况下，热化学反应室104可以使水分含量水平从约7.0％变化至55％。
在另一个实施方案中，热化学反应室104被配置成在热分解之前预加热原料105。在另一个实施方案中，可操作地耦合至热化学反应室104的预加热室104被配置成在热分解之前预加热原料105。例如，热化学反应室104(或预加热室)可以将原料材料预加热至用于液化和/或热解所需要温度的温度或接近用于液化和/或热解所需要温度的温度。
在另一个实施方案中，热化学反应室104被配置成在热分解之前预处理原料105。例如，热化学反应室104可以在液化和/或热解之前用氢气预加氢处理原料材料。例如，用氢气预处理原料材料可以帮助除去材料比如但不限于硫，以及用于将氢供给至断开的悬摆键(即，稳定自由基)。
图1C示出配备有用于实施系统100的多级热化学处理的各个步骤的多个处理室的热化学转化系统102。在一个实施方案中，热化学转化系统包括专用的干燥器/预加热器134、液化室136、提取室138和热解室140。
申请人提到，虽然以上描述指出，在某些实施方案中，热解反应室、液化室、提取室和/或干燥器/预加热器可以作为单独的室存在，但这不应当被解释为限制。而是，本文预期，热化学步骤中的两个或更多个可以各自在单一反应室中实施。
在一个实施方案中，热化学反应室104包括多级单一热化学反应室。在一个实施方案中，热能转移系统102被配置成横跨多个温度范围将超临界流体的多个部分转移至容纳于多级单一热化学反应室104内的一定体积的原料105，以对一定体积的原料的至少一部分进行一组热化学反应处理。
在另一个实施方案中，热能转移系统102被配置成在第一温度范围内将超临界流体的第一部分转移至容纳于单一热化学反应室104内的一定体积的原料105，以对一定体积的原料的至少一部分进行干燥处理。
在另一个实施方案中，热能转移系统102被配置成在第二温度范围内将超临界流体的第二部分转移至容纳于单一热化学反应室104内的一定体积的原料105，以对一定体积的原料的至少一部分进行预加热处理。
在另一个实施方案中，热能转移系统102被配置成在第二温度范围内将超临界流体的第三部分供应至容纳于单一热化学反应室104内的一定体积的原料105，以对一定体积的原料的至少一部分进行液化处理。
在另一个实施方案中，热能转移系统102被配置成在第四温度范围内将超临界流体的第四部分供应至容纳于单一热化学反应室104内的一定体积的原料105，以对一定体积的原料的至少一部分进行提取处理，以从原料的至少一部分中除去至少一种氧化化合物。
在另一个实施方案中，热能转移系统102被配置成在第五温度范围内将超临界流体的第五部分供应至容纳于单一热化学反应室104内的一定体积的原料105，以对一定体积的原料的至少一部分进行热解处理。
在一个实施方案中，超临界流体(例如，超临界CO2)的流量和温度横跨热化学反应室104空间地改变。例如，为了改变横跨反应室104的流量和/或温度，各自在不同温度下的超临界流体的多种流量可以在进入单一反应室之前被建立。在这点上，在竖式反应室中，对应于各个热化学阶段的在许多空间位置处的流速和温度可以改变。通过另一个示例，超临界流体的温度可以通过使超临界流体沿着热化学反应室104的长度流动而沿着热化学反应室104的长度改变。例如，低温超临界CO2的流量可以与较高温度(例如，在70℃至150℃之间)下的CO2的流量组合以溶解糖。在另一点处，下游(例如，具有0.25-4m/s的平均流速的1-3米下游)超临界CO2在热解温度下或在热解温度以上(例如，在500℃以上)被混合至室中。通过根据长度使各个热化学反应步骤的温度分阶段，流速可以被用于控制反应时间。
还预期，两个或更多个热化学步骤比如热解、液化和提取在热化学室104中实施，而另外的步骤比如干燥和预加热在可操作地耦合至热化学反应室104的专用室中实施。
参照图1A-1E，根据系统100的一个或更多个实施方案，系统100包括分离单元113。在一个实施方案中，分离器单元119被可操作地耦合至热化学反应室104并且布置成使一种或更多种材料从离开热化学反应室104的超临界流体中分离。例如，分离器单元119可以被放置成与热化学反应室104的出口流体连通并且配置成使一种或更多种反应产物(从原料材料的热化学分解得到)从离开热化学反应室104的超临界流体中分离。
在一个实施方案中，分离器单元119包括溶解度控制器。例如，溶解度控制器可以被配置成控制在原料材料105的热化学反应之后包含于超临界流体内的一种或更多种反应产物的溶解度参数。在一个实施方案中，溶解度控制器可以被配置成经由压力控制元件改变压力，从而控制反应产物在超临界流体中的溶解度。例如，超临界流体(例如，超临界CO2)可以膨胀(例如，在膨胀室中膨胀)至较低压力超临界状态、液态或气态，以便除去并且分离溶解或夹带于超临界流体中。例如，生物油或加氢处理的产物可以通过降低超临界流体的压力来从一定体积的超临界流体提取，引起生物油或加氢处理的产物从超临界流体脱落。本文提到，可以是可能的是，改变超临界流体的压力，而不引起流体留在超临界状态。
在另一个实施方案中，溶解度控制器可以被配置成经由超临界流体的温度控制元件(例如，加热元件/冷却元件)改变温度，从而控制反应产物在超临界流体中的溶解度。例如，生物油或加氢处理的产物可以通过改变超临界流体的温度而从一定体积的超临界流体中提取，引起生物油或加氢处理的产物从超临界流体脱落。
在另一个实施方案中，溶解度控制器可以被配置成改变超临界流体的溶剂溶度，从而控制反应产物在超临界流体中的溶解度。
在另一个实施方案中，溶解度控制器可以通过将极性材料添加至超临界流体中或除去超临界材料中的极性材料来控制一种或更多种反应产物比如生物油在超临界流体中的溶解度。例如，一种或更多种油在超临界二氧化碳中的溶解度可以通过添加/除去包含极性分子的一种或更多种材料来控制。例如，极性分子可以包括但不限于，H2、H2O、醇以及类似物。通过另一个示例，在原料材料包括煤的情况下，一种或更多种油在超临界CO2中的溶解度可以通过添加/除去包含氢供体分子的一种或更多种材料来控制。例如，氢供体材料可以包括但不限于，H2、H2O和本领域中已知的任何其他氢供体溶剂，比如(四氢化萘、四氢荧蒽(4HFL)、二氢蒽(2HAn))。
在一个实施方案中，分离器单元119包括一个或更多个物理流动分离器。例如，一个或更多个物理流动分离器可以包括配置成使一种或更多种反应产物(例如，炭)从超临界流体中分离的一个或更多个过滤器。通过另一个示例，一个或更多个物理流动分离器可以包括基于密度的分离，据此一种或更多种反应产物根据密度从超临界流体中分离。
在另一个实施方案中，由热化学反应室104产生的一种或更多种反应产物可以包括但不限于，炭、生物油、挥发性气体以及类似物。在另一个实施方案中，来自热化学反应室104的反应产物中的一种或更多种在超临界流体(例如，超临界CO2)中是可溶的。
在另一个实施方案中，系统100包括发电系统114。在一个实施方案中，发电系统114被放置成与热化学反应室104流体连通。在另一个实施方案中，发电系统114被配置成接收来自热化学反应室114的超临界流体并且用在原料105转化为一种或更多种反应产物之后加热的超临界流体发电。本文提到，离开热化学反应室104的超临界流体(例如，超临界CO2)将具有在反应温度(例如，热解反应温度)下或接近反应温度(例如，热解反应温度)的温度，并且因此可以包含显热。在一个实施方案中，超临界流体在离开热化学反应室104时可以经由一个或更多个热交换器(图1A-1E中未示出)加热另外的工作流体。加热的另外的工作流体然后可以驱动发电系统114的一部分比如涡轮机的转子，以便产生电功率。
在另一个实施方案中，超临界流体在离开热化学反应室104时可以直接驱动发电系统114的一部分。例如，超临界流体在离开热化学反应室104时可以直接驱动涡轮机(或其他用于工作的产生的机器)以发电。在另一个实施方案中，如本文先前描述的一个或更多个分离单元119可以使一种或更多种反应产物在进入发电系统114的旋转机器中之前从离开化学反应室104的超临界流体中分离。
在另一个实施方案中，由发电系统114产生的电被用于增强系统100的一个或更多个子系统。在一个实施方案中，发电系统114被电耦合至系统100的一部分并且配置成用产生的电的至少一部分增强100。例如，发电系统114可以被电耦合至电化学转化系统102的部件并且配置成用产生的电的至少一部分增强热化学转化系统102。例如，来自发电系统114的电可以被用于给热化学转化系统102的一个或更多个材料转移系统(例如，原料供应系统)供以动力。在另一个示例中，来自发电系统114的电可以被用于给热化学转化系统102的一个或更多个处理系统供以动力。在另一个示例中，来自发电系统114的电可以被用于给一个或更多个加热系统(例如，预加热器的加热元件)供以动力，所述一个或更多个加热系统用于加热被热化学转化系统102利用或处理的材料。通过另一个示例，发电系统114可以被电耦合至热能转移系统106的部件并且配置成用产生的电的至少一部分增强热能转移系统106。例如，来自发电系统114的电可以被用于给热能转移系统106的一个或更多个泵供以动力。
在另一个实施方案中，由发电系统114产生的电被转移至外部功率消耗系统。在一个实施方案中，发电系统114被电耦合至消费者电网的一部分并且配置成向电网供应电功率。
在另一个实施方案中，由发电系统114产生的电被转移至一个或更多个热源108的一个或更多个操作系统。在一个或更多个热源108是核反应堆的情况下，发电系统114可以被耦合至核反应堆的一个或更多个操作系统并且配置成向核反应堆的一个或更多个操作系统(例如，控制系统、安全系统、冷却剂系统(例如，冷却剂系统的泵)、安保系统以及类似物)供应电功率。
在另一个实施方案中，系统100包括氢气产生系统(未示出)。在一个实施方案中，氢气产生系统被电耦合至发电系统114(或系统100的任何其他发电系统)的电输出。例如，由发电系统114产生的电被转移至氢气产生系统并且配置成产生氢气。在另一个实施方案中，经由来自发电系统114的电产生的氢气然后可以被储存并且用于在系统100(或其他相关系统)内加氢处理和/或加氢裂化。
在另一个实施方案中，系统100包括猝灭系统120。在一个实施方案中，如图1A-1E中所示，猝灭系统120被放置成与化学反应室102流体连通。在这点上，猝灭系统120可以接收来自热化学反应室104的反应产物。转而，热可以经由热回收系统和/或热放出系统126从热的热化学反应室104中提取。从一种或更多种反应产物中提取的热可以冷却至选定水平。本文提到，该猝灭处理可以快速地发生或可以在若干秒内发生。在一个实施方案中，猝灭系统120可以使反应产物从反应温度(例如，用于热解反应的约350-600℃的温度)冷却至适合于维持生物油的温度(例如，约40℃和45℃之间的温度)。在另一个实施方案中，猝灭系统120可以使一种或更多种反应产物从反应温度冷却至适合于加氢处理(例如，约200℃和400℃之间的温度)和加氢裂化(例如，约400℃和450℃之间的温度)的温度。
在另一个实施方案中，系统100包括热回收系统126。在回收的情况下，猝灭系统126可以经由用以热耦合系统120和热回收系统126的传热回路从猝灭系统(或系统100的任何其他合适的子系统)中回收热。在一个实施方案中，回收的热可以用作同流换热器或再生器。在一个实施方案中，能量可以在涡轮机发电系统114之后被回收。在另一个实施方案中，能量可以在通过室104实施的热化学处理之后被回收。在另一个实施方案中，回收的能量可以在热化学处理之前被用于预加热原料材料。在另一个实施方案中，回收的能量可以被用于为系统100的一个或更多个子系统产生辅助功率(例如，机械功率或电功率)。
在另一个实施方案中，系统100可以耦合至热放出系统。在一个实施方案中，热放出系统(未示出)将核产生的热放出至环境条件。以这种方式，多个热放出系统或热利用系统可以被耦合。本文提到，该耦合在一个或更多个热源108(例如，核反应堆)提供比由热化学转化系统102可以利用的热能更多的热能的情况中可以是合意的。在另一个实施方案中，热放出耦合可以被用于使总体热系统的热源108侧(例如，核反应堆侧)上的热变化平稳。在另一个实施方案中，在基于核反应堆的热源的情况下，热放出耦合可以被用于保证用于使核产生的热的一部分移除至环境条件的热路径。核产生的热的该部分可以与核系统能够在关闭之后立即或在关闭之后期望的时间内产生的反应堆衰变热的量成比例或相等。
在另一个实施方案中，系统100包括热化学处理系统122。在一个实施方案中，热化学处理系统122可以对一种或更多种反应产物实施处理过程。在另一个实施方案中，热化学处理系统122在猝灭过程之后热化学地处理一种或更多种反应产物。在一个实施方案中，热化学处理系统122可以对一种或更多种反应产物实施加氢处理过程或加氢裂化过程。在另一个实施方案中，来自一个或更多个热源108的热能可以驱动由处理系统122实施的加氢处理和/或加氢裂化。在另一个实施方案中，在热化学反应过程以及随后的处理期间由系统100产生的氢气可以被用于加氢处理或加氢裂化一种或更多种反应产物。
在另一个实施方案中，系统100包括用于储存一种或更多种反应产物或一种或更多种被处理的反应产物的一个或更多个储存系统124。
图1D示出根据系统100的一个实施方案的系统100的挥发性气体分离器126。在一个实施方案中，挥发性气体分离器126可以接收来自反应室104或猝灭系统120的一定体积的反应产物。在另一个实施方案中，挥发性气体分离器126可以使一种或更多种挥发性气体从一种或更多种反应产物的剩余物中分离。例如，挥发性气体分离器126可以使挥发性气体比如但不限于CH4、C2H4、C2H6、CO、CO2、H2、H2O从固体或液体反应产物中分离。本文提到，挥发性气体分离器126可以包括本领域中已知的任何挥发性气体分离装置或工艺。还认知到，这些气体可以被冷却、清洁、收集并且储存以便未来利用。挥发性气体可以产生以便为本公开内容中描述的各个热化学步骤中的任一个(例如，加氢处理和/加氢裂化)提供氢源。
在另一个实施方案中，系统100包括升级系统128，其用于使来自气体分离器126的挥发性气体升级和/或产生H2。在一个实施方案中，升级系统128被耦合至外部燃料供应部130。在这点上，外部燃料供应部130可以用外部燃料增补挥发性气体以产生升级的合成气体(即，合成气)和/或H2。例如，外部燃料供应部130可以将烃(例如，甲烷、天然气以及类似物)、水、蒸汽、热和/或电供应至挥发性气体以产生合成气体和/或H2。
在另一个实施方案中，升级的挥发性气体可以被转移至系统100的一个或更多个部分，以便增强系统100内的一个或更多个处理。例如，升级的挥发性气体可以转移至热化学转化系统102(例如，热化学反应室104)的一个或更多个部分，以便使一种或更多种化合物挥发或使由一个或更多个热化学反应(例如，在液化、提取、热解以及类似过程期间发生的热化学反应)产生的一种或更多种化合物加氢。通过另一个示例，升级的挥发性气体可以与氧气和/或空气组合并且提供至发电系统(例如，系统114、系统132以及类似系统)，并且燃烧以在选定的流体流在发电系统(例如，发电系统114的涡轮机)中膨胀之前将热添加至选定的流体流。
在另一个实施方案中，如图1E中所示，系统100可以包括另外的发电系统132。在一个实施方案中，另外的发电系统132可以被耦合至热化学转化系统102的可以获得显热的任何部分。例如，如图1E中所示，发电系统132可以被耦合至猝灭系统120和热回收系统126之间的传热回路。
以下是描绘实施方式的一系列流程图。为了易于理解，流程图被组织为使得初始的流程图经由示例实施方式呈现实施方式，且在下文中，以下的流程图呈现可选的实施方式和/或初始的流程图的扩展，作为在一个或更多个较早呈现的流程图上建立的子部件操作或另外的部件操作。本领域技术人员将认识到，本文所利用的呈现的方式(例如，以呈现示例实施方式的流程图的呈现开始，且在其后在随后的流程图中提供另外的和/或进一步的细节)通常允许快速且容易理解各种过程实施方式。另外，本领域技术人员将进一步认识到，本文所使用的呈现的方式还使其自身适合于模块化设计范式和/或目标定向的程序设计范式。
图2示出代表与进行原料热化学转化为反应产物相关的示例操作的操作流程200。在图2中且在以下包括操作流程的各种示例的附图中，讨论和解释可以相对于图1A至图1E的上述示例和/或相对于其他示例和上下文来提供。然而，应理解，操作流程可以在许多其他环境和上下文中、和/或在图1A至1E的修改版本中执行。此外，虽然在示出的顺序中呈现各种操作流程，但是应当理解，各种操作可以以除示出的顺序之外的其他顺序来进行，或可以并行地进行。
在开始操作之后，操作流程200移动至能量产生操作210。能量产生操作210描绘用至少一个热源108产生热能。例如，如图1A至图1E中所示，一个或更多个热源108可以产生热能。例如，一个或更多个热源108可以包括但不限于，一个或更多个核反应堆，比如，但不限于，熔融盐冷却核反应堆、液体金属冷却反应堆、气冷反应堆或超临界流体冷却反应堆。
然后，原料提供操作220描绘提供一定体积的原料。例如，如图1A至图1E中所示，原料供应系统112可以将一定体积的原料105提供至一个或更多个热化学反应室104。例如，原料供应系统112可以包括用于将原料的供应转移至一个或更多个热化学反应室104的固体转移或液体转移系统。
然后，超临界流体提供操作230描绘提供一定体积的超临界流体。例如，如图1A至图1E中所示，一定体积的超临界流体可以被提供并且储存在热能转移系统106的传热元件107内。例如，超临界流体可以包括但不限于，超临界二氧化碳和超临界水。
然后，能量转移操作240描绘将产生的热能的一部分转移至一定体积的超临界流体。例如，如图1A至图1E中所示，由一个或更多个热源108产生的热能可以被转移至容纳于热能转移系统106的传热元件107内的超临界流体。
然后，能量转移操作250描绘将产生的热能的至少一部分从一定体积的超临界流体转移至一定体积的原料。例如，如图1A至图1E中所示，储存于容纳于热能转移系统106的传热元件107内的超临界流体内的热能可以被转移至容纳于热化学反应室104内的原料材料105。
然后，热分解操作260描绘用从一定体积的超临界流体转移至一定体积的原料的热能对一定体积的原料进行热分解处理以便形成至少一种反应产物。例如，如图1A至图1E中所示，传热元件107可以将超临界流体供应至容纳于热化学反应室104内的原料材料。储存于超临界流体中的热能连同超临界流体的渗透特性和膨胀特性可以使原料105的一部分热分解以形成一种或更多种反应产物(例如，生物油)。
图3示出图2的示例操作流程200的可选择的实施方案。图3示出其中提供操作220可以包括至少一个另外的操作的示例实施方案。另外的操作可以包括操作302。
操作302示出提供一定体积的碳质原料。例如，如图1A至图1E中所示，原料供应系统112可以将一定体积的碳质原料105提供至一个或更多个热化学反应室104。例如，原料供应系统112可以包括用于将碳质原料的供应转移至一个或更多个热化学反应室104的固体转移系统或液体转移系统。碳质原料可以包括但不限于，煤、生物质材料、混合来源的生物材料、塑料、垃圾和填埋场废物。
图4示出图2的示例操作流程200的可选择的实施方案。图4示出其中提供操作230可以包括至少一个另外的操作的示例实施方案。另外的操作可以包括操作402。
操作402示出提供一定体积的碳质原料。例如，如图1A至图1E中所示，由一个或更多个热源108产生的热能可以被转移至容纳于热能转移系统106的传热元件107内的一定体积的超临界二氧化碳。
图5示出图2的示例操作流程200的可选择的实施方案。图5示出其中转移操作240可以包括至少一个另外的操作的示例实施方案。另外的操作可以包括操作502和/或操作504。
操作502示出将产生的热能的一部分从至少一个热源直接地转移至一定体积的超临界流体。例如，如图1A至图1E中所示，热能转移系统106的传热元件107可以使一个或更多个热源108的工作流体(例如，用作用于核反应堆的冷却剂的超临界流体)直接耦合热化学反应室104。
在另一个实施方案中，操作504示出将产生的热能的一部分从至少一个热源间接地转移至一定体积的超临界流体。例如，如图1A至图1E中所示，系统100可以包括中间传热系统111，所述中间传热系统111配置成经由热交换器115将热能从一个或更多个热源108的工作流体转移至热中间传热元件113(例如，传热回路)的传热流体。转而，中间热能转移系统113被布置成经由热交换器113将热能从中间传热元件113转移至热化学转化系统的超临界工作流体。
图6示出图2的示例操作流程200的可选择的实施方案。图6示出其中转移操作250可以包括至少一个另外的操作的示例实施方案。另外的操作可以包括操作602。
操作602示出通过使一定体积的超临界流体的至少一部分与一定体积的原料的至少一部分混合而将产生的热能的至少一部分从一定体积的超临界流体转移至一定体积的原料。例如，如图1A至图1E中所示，传热元件107可以使超临界流体直接流入热化学反应室104的内部中，以便使超临界流体与布置于反应室105内的原料材料105混合，从而将储存于超临界流体比如超临界二氧化碳内的热能的一部分转移至一定体积的原料。
图7示出图2的示例操作流程200的可选择的实施方案。图7示出其中热分解操作260可以包括至少一个另外的操作的示例实施方案。另外的操作可以包括操作702、操作704和/或操作706。
操作702示出用从一定体积的超临界流体转移至一定体积的原料的热能对一定体积的原料进行热解反应处理，以便形成至少一种反应产物。例如，如图1A至图1E中所示，热化学反应室104可以包括与容纳于传热元件107中的超临界流体热连通的热解室。此外，热解室可以使用利用超临界流体供应至热解室的热能对原料105实施热解处理。
在另一个实施方案中，操作704示出用从一定体积的超临界流体转移至一定体积的原料的热能在350℃和600℃之间的温度下对一定体积的原料进行快速热解反应处理，以便形成至少一种反应产物。例如，如图1A至图1E中所示，热化学反应室104可以包括与容纳于传热元件107中的具有350℃和600℃之间的温度的超临界流体热连通的快速热解室。此外，热解室可以使用利用超临界流体供应至快速热解室的热能对原料105实施快速热解处理。
在另一个实施方案中，操作706示出用从一定体积的超临界流体转移至一定体积的原料的热能对一定体积的原料进行液化处理，以便形成至少一种反应产物。例如，如图1A至图1E中所示，热化学反应室104可以包括与容纳于传热元件107中的超临界流体热连通的液化室。此外，液化室可以使用利用超临界流体供应至液化室的热能对原料105实施液化处理。
图8示出代表与进行原料热化学转化为反应产物相关的示例操作的操作流程800。图8示出其中图8的示例操作流程800可以包括至少一个另外的操作的示例实施方案。另外的操作可以包括分离操作810、分离操作812和/或分离操作814。
操作810示出在至少一个热分解处理之后使至少一种反应产物从超临界流体中分离。例如，如图1A至图1E中所示，系统100可以包括分离器单元119，所述分离器单元119耦合至热化学反应室并且配置成在热分解处理之后使一种或更多种反应产物(例如，生物油)从超临界流体(例如，超临界二氧化碳)中分离。
在另一个实施方案中，操作812示出通过在至少一个热化学分解处理之后控制至少一种产物的溶解度参数在至少一个热分解处理之后使至少一种反应产物从超临界流体中分离。例如，如图1A至图1E中所示，系统100可以包括分离器单元119，所述分离器单元119耦合至热化学反应室并且配置成通过在热分解处理之后控制一种或更多种反应产物的溶解度参数使一种或更多种反应产物(例如，生物油)从超临界流体(例如，超临界二氧化碳)中分离。例如，分离器单元119可以通过控制超临界流体的压力而控制溶解度参数。
在另一个实施方案中，操作814示出在至少一个热分解处理之后经由物理流动分离器使至少一种反应产物从超临界流体中分离。例如，如图1A至图1E中所示，系统100可以包括分离器单元119，所述分离器单元119耦合至热化学反应室并且配置成在热分解处理之后经由物理流动分离器使一种或更多种反应产物(例如，生物油)从超临界流体(例如，超临界二氧化碳)中分离。例如，物理流动分离器可以包括基于密度的分离器单元。
图9示出代表与进行原料热化学转化为反应产物相关的示例操作的操作流程900。图9示出其中图9的示例操作流程900可以包括至少一个另外的操作的示例实施方案。另外的操作可以包括干燥操作910。
操作910示出在进行热分解处理之前干燥原料的至少一部分。例如，如图1A至图1E中所示，系统100可以包括干燥器134，所述干燥器134用于在通过热化学反应室104实施热分解处理之前干燥(例如，干燥至5-15％的水分水平)原料材料105。
图10示出代表与进行原料热化学转化为反应产物相关的示例操作的操作流程1000。图10示出其中图10的示例操作流程1000可以包括至少一个另外的操作的示例实施方案。另外的操作可以包括预加热操作1010。
操作1010示出在进行热分解处理之前预加热原料的至少一部分。例如，如图1A至图1E中所示，系统100可以包括预加热器，所述预加热器用于在通过热化学反应室104实施热分解处理之前将原料材料105预加热至热化学反应室104所需的反应温度或接近热化学反应室104所需的反应温度的温度。
图11示出代表与进行原料热化学转化为反应产物相关的示例操作的操作流程1100。图11示出其中图11的示例操作流程1100可以包括至少一个另外的操作的示例实施方案。另外的操作可以包括预处理操作1110。
操作1110示出在进行热分解处理之前预处理原料的至少一部分。例如，如图1A至图1E中所示，系统100可以包括预处理器，所述预处理器用于在通过热化学反应室104实施热分解处理之前预处理原料材料105。例如，预处理器(或处理系统122)可以在通过热化学反应室104实施热分解处理之前预加氢处理原料材料。
图12示出代表与进行原料热化学转化为反应产物相关的示例操作的操作流程1200。图12示出其中图12的示例操作流程1200可以包括至少一个另外的操作的示例实施方案。另外的操作可以包括提取操作1210和/或提取操作1211。
操作1210示出从原料的至少一部分提取至少一种材料。例如，如图1A至图1E中所示，热化学反应室104被配置成在利用超临界流体热解以运走材料之前使另外的化合物从原料材料中除去。
操作1212示出从原料的至少一部分中提取至少一种氧化化合物。例如，如图1A至图1E中所示，热化学反应室104可以被配置成除去油和脂质、糖或其他氧化化合物中的至少一种。
图13A示出代表与进行原料热化学转化为反应产物相关的示例操作的操作流程1300。图13A示出其中图13A的示例操作流程1300可以包括至少一个另外的操作的示例实施方案。另外的操作可以包括操作1310和/或操作1320。
操作1310示出在热化学分解处理之后接收超临界流体。例如，如图1A至图1E中所示，发电系统114可以在热分解处理之后接收来自热化学反应室104的出口的超临界流体。
操作1312示出使用接收的超临界流体发电。例如，如图1A至图1E中所示，发电系统114可以利用超临界流体发电。例如，超临界流体可以驱动发电系统114的涡轮机以发电。
图13B示出图13A的示例操作流程1300的另外的实施方案。图13B示出其中图13B的示例操作流程1300可以包括至少一个另外的操作的示例实施方案。另外的操作可以包括操作1330。
操作1330示出用产生的电产生氢气。例如，如图1A至图1E中所示，氢气产生单元可以被耦合至发电系统114的电输出。在这点上，来自发电系统114的电可以驱动氢气产生单元以便产生氢气。
图14示出代表与进行原料热化学转化为反应产物相关的示例操作的操作流程1400。图14示出其中图14的示例操作流程1400可以包括至少一个另外的操作的示例实施方案。另外的操作可以包括操作1410。
操作1410示出对至少一种反应产物进行加氢处理过程和加氢裂化过程中的至少一种。例如，如图1A至图1E中所示，处理系统122可以对离开热化学反应室104的一种或更多种反应产物进行加氢处理过程或加氢裂化过程。
图15A示出代表与进行原料热化学转化为反应产物相关的示例操作的操作流程1500。图15A示出其中图15A的示例操作流程1500可以包括至少一个另外的操作的示例实施方案。另外的操作可以包括操作1510。
操作1510示出在热分解处理之后猝灭至少一种反应产物。例如，如图1A至图1E中所示，猝灭系统120可以在一种或更多种反应产物离开热化学反应室104之后猝灭一种或更多种反应产物。
图15B示出图15A的示例操作流程1500的另外的实施方案。图15B示出其中图15B的示例操作流程1500可以包括至少一个另外的操作的示例实施方案。另外的操作可以包括操作1520。
操作1520示出回收来自至少一种反应产物的热。例如，如图1A至图1E中所示，热回收系统126可以被耦合至猝灭系统120并且配置成经由传热回路回收来自被猝灭的一种或更多种反应产物的热。
图15C示出图15A的示例操作流程1500的另外的实施方案。图15C示出其中图15C的示例操作流程1500可以包括至少一个另外的操作的示例实施方案。另外的操作可以包括操作1530。
操作1530示出放出来自至少一种反应产物的热。例如，如图1A至图1E中所示，热放出系统可以被热耦合至热化学转化系统102并且配置成放出来自一种或更多种反应产物或超临界流体的热。例如，热放出系统可以被耦合至散热器并且配置成将储存于一种或更多种反应产物或超临界流体中的过剩热能转移至散热器。
图15D示出图15A的示例操作流程1500的另外的实施方案。图15D示出其中图15D的示例操作流程1500可以包括至少一个另外的操作的示例实施方案。另外的操作可以包括操作1540。
操作1540示出使至少一种挥发性气体从至少一种反应产物中分离。例如，如图1A至图1E中所示，气体分离器126可以接收一种或更多种反应产物并且使一种或更多种挥发性气体反应产物从非挥发性气体产物中分离。
图15E示出图15A的示例操作流程1500的另外的实施方案。图15E示出其中图15E的示例操作流程1500可以包括至少一个另外的操作的示例实施方案。另外的操作可以包括操作1550。
操作1550示出使用至少一种挥发性气体产生双原子氢。例如，如图1A至图1E中所示，系统100可以包括升级系统128。例如，升级系统128可以接收来自气体分离器126的一种或更多种挥发性气体反应产物并且用来自外部燃料供应部130的一种或更多种燃料(例如，天然气、电和/或水)处理挥发性气体反应产物。然后，升级系统128可以使挥发性气体反应产物与外部燃料组合以产生合成气体或H2。
本领域技术人员将认识到，最新技术水平已经进展到在系统的方面的硬件、软件和/或固件实施方式之间只存在很小的区别；硬件、软件和/或固件的使用通常(但不总是如此，因为在某些环境下，硬件和软件之间的选择可以变得有意义)是代表成本相对于效率权衡的设计选择。本领域技术人员将理解，存在可以实现本文描述的过程和/或系统和/或其他技术的各种媒介物(例如，硬件、软件和/或固件)，并且优选的媒介物将随着其中过程和/或系统和/或其他技术被部署的环境而改变。例如，如果实施者确定速度和准确度是最重要的，那么实施者可以选择主要是硬件和/或固件的媒介物；可选择地，如果柔性是最重要的，那么实施者可以选择主要软件的实施方式；或，又一次可选择地，实施者可以选择硬件、软件和/或固件的某种组合。因此，存在可以实现本文描述的过程和/或装置和/或其他技术的若干可能的媒介物，该若干可能的媒介物中没有一个固有地优于其他媒介物，因为待被利用的任何媒介物是取决于该媒介物将被部署在其中的环境以及实施者的具体考虑(例如，速度、柔性或可预测性)而做出的选择，而任何这些都可以改变。本领域技术人员将认识到，实施方式的光学方面将通常采用光学定向的硬件、软件和/或固件。
在本文描述的某些实施方式中，逻辑实施方式以及类似的实施方式可以包括软件或其他控制结构。例如，电子电路可以将电流的一个或更多个路径构造且布置成实施如本文描述的各种功能。在某些实施方式中，一个或更多个媒介可以被配置成当这类媒介保持或传输可操作以如本文描述地进行的装置-可检测的指令时承载装置-可检测的实施方式。在某些变体中，例如，实施方式可以包括对现有的软件或固件、或门阵列或可编程硬件进行升级或修改，比如通过进行与本文描述的一个或更多个操作相关的一个或更多个指令的接收或传输。可选择地或此外，在某些变体中，实施方式可以包括特定用途的硬件、软件、固件部件、和/或执行或以其他方式调用特定用途部件的通用部件。规格参数或其他实施方式可以通过如本文描述的有形传输媒介中的一个或更多个实例、任选地通过包传输或以其他方式通过在不同的时间穿过分布式媒介来传输。
可选择地或此外，实施方式可以包括执行特定用途的指令序列或调用电路，以用于启用、触发、协调、请求或以其他方式引起本文描述的几乎任何功能性操作的一次或更多次发生。在某些变体中，本文的操作描述或其他逻辑描述可以被表达为源代码，并且作为可执行的指令序列来编译或以其他方式调用。例如，在某些环境中，实施方式可以整体地或部分地通过源代码比如C++或其他代码序列来提供。在其他实施方式中，使用可商购和/或本领域的技术，源代码或其他代码实施方式可以被编译/实施/翻译/转换成高级描述语言(例如，最初以C或C++编程语言来实施描述的技术，并且其后将该编程语言实施方式转换成可逻辑合成的语言实施方式、硬件描述语言实施方式、硬件设计模拟实施方式、和/或其他这种类似的表达模式)。例如，逻辑表达(例如，计算机编程语言实施方式)的某些或全部可以表现为Verilog式硬件描述(例如，经由硬件描述语言(HDL)和/或超高速集成电路硬件描述语言(VHDL))或可以然后用于产生具有硬件(例如，特定应用的集成电路)的物理实施方式的其他电路模型。本领域技术人员将认识到如何获得、配置并且优化合适的传输或计算机的元件、材料供应、致动器、或鉴于这些教导的其他结构。
经由使用框图、流程图和/或示例，前面的详细描述已经陈述装置和/或过程的各种实施方案。至于这类框图、流程图和/或示例包含一个或更多个功能和/或操作，本领域技术人员将理解，这类框图、流程图或示例内的每个功能和/或操作可以单独地和/或集体地通过宽范围的硬件、软件、固件或实质上其任何组合来实施。在一个实施方案中，本文描述的主题的若干部分可以经由特定应用的集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、或其他集成形式来实施。然而，本领域技术人员将认识到，本文描述的实施方案的某些方面可以整体地或部分地被等效地实施在集成电路中、实施为运行在一个或更多个计算机上的一个或更多个计算机程序(例如，实施为运行在一个或更多个计算机系统上的一个或更多个程序)、实施为运行在一个或更多个处理器上的一个或更多个程序(例如，实施为运行在一个或更多个微处理器上的一个或更多个程序)、实施为固件、或实施为实质上其任何组合，并且鉴于本公开内容，设计该电路和/或编写用于该软件和/或固件的代码将是很好地在本领域的技术人员的技能范围内的。另外，本领域技术人员将理解，本文描述的主题的机制能够以多种形式被分布为程序产品，并且本文描述的主题的说明性实施方案的应用与实际用来实施该发布的信号承载媒介的特定类型无关。信号承载媒介的示例包括但不限于以下：可记录型媒介，比如软盘、硬盘驱动器、光盘(CD)、数字视频光盘(DVD)、数字磁带、计算机存储器等；以及传输型媒介，比如数字的和/或模拟式的通信媒介(例如，纤维光缆、波导件、有线通信链接、无线通信链接(例如，发射器、接收器、发射逻辑器、接收逻辑器等)等)。
一般意义上，本领域的技术人员将认识到，本文描述的各种实施方案可以通过具有宽范围的电气部件(比如硬件、软件、固件、和/或实质上其任意组合)以及可以赋予机械力或运动的宽范围的部件(比如刚体、弹簧或者扭转体、液压件、电磁致动装置、和/或实质上其任意组合)的各种类型的机电系统来单独地和/或集体地实施。因此，如本文使用的“机电系统”包括但不限于：与变送器(例如，致动器、马达、压电晶体、微机电系统(MEMS)等)可操作地耦合的电气回路、具有至少一个分立电路的电气回路、具有至少一个集成电路的电气回路、具有至少一个特定应用的集成电路的电气回路、形成由计算机程序配置的通用计算装置(例如，由计算机程序(该程序至少部分地实施本文描述的过程和/或装置)配置的通用计算机、或由计算机程序(该程序至少部分地实施本文描述的过程和/或装置)配置的微处理器)的电气回路、形成存储装置(例如，多种形式的存储器(例如，随机访问的、闪速的、只读的等))的电气回路、形成通信装置(例如，调制解调器、通信切换机、光电设备等)的电气回路、和/或与之相连的任何非电气模拟回路，比如光学的或其他模拟回路。本领域技术人员还将理解，机电系统的示例包括但不限于多种消费电子系统、医用器件、以及其他系统，比如机动化的运输系统、工厂自动化系统、安保系统和/或通信系统/计算系统。本领域技术人员将认识到，如本文使用的机电的不一定限于既具有电气致动又具有机械致动的系统，除非上下文中另外说明。
一般意义上，本领域技术人员将认识到，本文描述的可以通过宽范围的硬件、软件、固件和/或其任何组合单独地和/或集体地实施的各个方面可以被视作包括各种类型的“电气回路”。因此，如本文使用的“电气回路”包括但不限于，具有至少一个分立电路的电气回路、具有至少一个集成电路的电气回路、具有至少一个特定应用的集成电路的电气回路、形成由计算机程序配置的通用计算装置(例如，由计算机程序(该程序至少部分地实施本文描述的过程和/或装置)配置的通用计算机、或由计算机程序(该程序至少部分地实施本文描述的过程和/或装置)配置的微处理器)的电气回路、形成存储装置(例如，多种形式的存储器(例如，随机访问的、闪速的、只读的等))的电气回路、和/或形成通信装置(例如，调制解调器、通信切换机、光电设备等)的电气回路。本领域技术人员将认识到，本文描述的主题可以以模拟方式或数字方式或其某种组合来实施。
本领域技术人员将认识到，本文描述的装置和/或过程的至少一部分可以被集成至数据处理系统中。本领域技术人员将认识到，数据处理系统通常包括以下中的一个或更多个：系统单元外壳、视频显示装置、存储器比如易失性存储器或非易失性存储器、处理器比如微处理器或数字信号处理器、计算实体比如操作系统、驱动器、图形用户界面和应用程序、一个或更多个交互装置(例如，触摸板、触摸屏、天线等)和/或包括反馈回路和控制马达(例如，用于感测位置和/或速度的反馈；用于移动和/或调整部件和/或数量的控制马达)的控制系统。数据处理系统可以利用合适的可商购部件来实施，比如通常在数据计算/通信和/或网络计算/通信系统中发现的那些部件。
本领域技术人员将认识到，为了概念清楚起见，本文描述的组成部分(例如操作)、装置、物体以及伴随它们的讨论被用作示例，并且预期各种构型修改。因此，如本文所使用的，陈述的具体实施例以及伴随的讨论意图是它们的较一般的类别的代表。一般来说，任何特定实施例的使用意图是其类别的代表，并且特定组成部分(例如操作)、装置和物体的未包括内容不应该被认为是限制性的。
尽管使用者在本文被显示/描述为单一的示出的附图，但本领域技术人员将理解，使用者可以是人类使用者、机器人使用者(例如，计算实体)和/或大体上其任何组合的代表(例如，使用者可以通过一个或更多个机器人代理来辅助)，除非上下文另外规定。本领域技术人员将理解，一般来说，使用者可以被称作“发送器”和/或其他实体定向的术语(当这类术语在本文被使用时)，除非上下文另外规定。
关于本文的大体上任何复数和/或单数术语的使用，本领域技术人员可以适于上下文和/或应用来将复数翻译为单数和/或将单数翻译为复数。为了清楚的目的，各种单数/复数置换在本文不作特别陈述。
本文描述的主题有时示出容纳于不同的其他部件中的或与不同的其他部件连接的不同的部件。应理解，这类描绘的构造仅仅是示例性的，并且实际上，可以实施实现相同功能的许多其他的构造。在概念意义上，实现相同功能的部件的任何布置是有效地“相关联的”，使得期望的功能被实现。因此，本文被组合以实现特定的功能的任何两个部件都可以被看作彼此“相关联”，使得期望的功能被实现，而无论构造或中间部件如何。同样，如此关联的任何两个部件也可以被视为是彼此“可操作地连接”或“可操作地耦合”以实现期望的功能，并且能够被如此关联的任何两个部件也可以视作是彼此“可可操作地耦合的”以实现期望的功能。可可操作地耦合的具体示例包括但不限于物理地可配对和/或物理地相互作用的部件、和/或无线地可相互作用和/或无线地相互作用的部件、和/或逻辑地相互作用、和/或逻辑地可相互作用的部件。
在某些情况下，一个或更多个部件在本文可以被称为“配置成”、“可配置成”、“可操作/可操作来”、“适合/可适合”、“能够”、“可符合/符合”等。本领域技术人员将认识到，这类术语(例如，“配置成”)可以通常包括活动状态的部件和/或非活动状态的部件和/或备用状态的部件，除非在上下文中另外要求。
虽然已经示出和描述了本文描述的本主题的特定方面，但是对于本领域技术人员将明显的是，基于本文的教导可以作出变化和修改，而不偏离本文所描述的主题及其更宽的方面，并且因此，所附的权利要求在它们的范围内将包括所有这类变化和修改，正如在本文所描述的主题的真实精神和范围内。本领域中技术人员将理解，一般来说，本文且尤其在所附的权利要求(例如，所附的权利要求的主体)中使用的术语通常意图为“开放式”术语(例如，术语“包括(including)”应当解释为“包括但不限于”，术语“具有”应当解释为“至少具有”，术语“包括(includes)”应当解释为“包括但不限于”等)。本领域技术人员还将理解，如果意图得到特定数目的引入的权利要求叙述，那么这种意图将在权利要求中被明确地叙述，并且在不存在这种叙述时，这种意图不存在。例如，作为对理解的帮助，以下所附的权利要求可以包含引导性短语“至少一个”和“一个或更多个”的使用以引入权利要求叙述。然而，这类短语的使用不应当解释为隐含通过不定冠词“一(a)”或“一(an)”引入权利要求叙述将包含这类引入的权利要求叙述的任何特定的权利要求限制为包含仅一个这种叙述的权利要求，甚至当相同的权利要求包括引导性短语“一个或更多个”或“至少一个”和不定冠词比如“一(a)”或“一(an)”(例如，“一(a)”或“一(an)”通常应解释为意指“至少一个”和“一个或更多个”)；这对于用于引导权利要求叙述的定冠词的使用是适用的。另外，即使特定数目的引入的权利要求叙述被明确地叙述，本领域技术人员将认识到，这类叙述通常应当解释为意指至少该叙述的数目(例如，没有其他修饰的“两个叙述”的单纯叙述通常意指至少两个叙述，或两个或更多个叙述)。此外，在使用类似于“A、B和C等中的至少一个”的惯例的那些情况下，一般来说，这种构造在意义上意图是本领域技术人员在惯例中所理解的意思(例如，“具有A、B和C中的至少一个的系统”将包括但不限于只具有A、只具有B、只具有C、具有A和B一起、A和C一起、B和C一起、和/或A、B和C一起等的系统)。在使用类似于“A、B或C等中的至少一个”的惯例的那些情况下，一般来说，这种构造在意义上意图是本领域技术人员在惯例中所理解的意思(例如，“具有A、B或C中的至少一个的系统”将包括但不限于只具有单独的A、只具有B、只具有C、具有A和B一起、A和C一起、B和C一起、和/或A、B和C一起等的系统)。本领域技术人员还将理解，通常，表示两个或更多个可选择的术语的分离的词语和/或短语无论在说明书、权利要求还是在附图中都应当被理解为设想包括术语中的一个、术语中的任一个或两个术语的可能性，除非上下文另外规定。例如，短语“A或B”将通常被理解为包括“A”或“B”或“A和B”的可能性。
关于所附权利要求，本领域技术人员将理解，其中所叙述的操作通常可以按任何顺序来进行。而且，尽管各种操作流程按顺序呈现，但应理解，各种操作可以按除示出的那些顺序之外的其他顺序来进行，或者可以同时进行。这类交替的排序的示例可以包括重叠、交织、中断、重排序、递增、预备、追加、并发、逆序或其他变体排序，除非上下文另外说明。此外，术语如“响应于”、“与……相关”或其他过去时形容词通常不意图排斥这类变体，除非上下文中另外说明。
本文描述的主题的各个方面在以下编号的项目中被提出：
1.一种方法，包括：
用至少一个热源产生热能；
提供一定体积的原料；
提供一定体积的超临界流体；
将产生的热能的一部分转移至所述一定体积的超临界流体；
将产生的热能的至少一部分从所述一定体积的超临界流体转移至所述一定体积的原料；以及
用从所述一定体积的超临界流体转移至所述一定体积的原料的热能对所述一定体积的原料进行热分解处理以便形成至少一种反应产物。
2.如项目1所述的方法，其中所述提供一定体积的原料包括：
提供一定体积的碳质原料。
3.如项目1所述的方法，其中所述提供一定体积的原料包括：
提供一定体积的超临界二氧化碳。
4.如项目1所述的方法，其中所述将产生的热能的至少一部分从所述一定体积的超临界流体转移至所述一定体积的原料包括：
通过使所述一定体积的超临界流体的至少一部分与所述一定体积的原料的至少一部分混合而将产生的热能的至少一部分从所述一定体积的超临界流体转移至所述一定体积的原料。
5.如项目1所述的方法，其中所述用从所述一定体积的超临界流体转移至所述一定体积的原料的热能对所述一定体积的原料进行热分解处理以便形成至少一种反应产物包括：
用从所述一定体积的超临界流体转移至所述一定体积的原料的热能对所述一定体积的原料进行热解反应处理以便形成至少一种反应产物。
6.如项目5所述的方法，其中所述用从所述一定体积的超临界流体转移至所述一定体积的原料的热能对所述一定体积的原料进行热解反应处理以便形成至少一种反应产物包括：
用从所述一定体积的超临界流体转移至所述一定体积的原料的热能在350℃和600℃之间的温度下对所述一定体积的原料进行快速热解反应处理以便形成至少一种反应产物。
7.如项目1所述的方法，其中所述用从所述一定体积的超临界流体转移至所述一定体积的原料的热能对所述一定体积的原料进行热分解处理以便形成至少一种反应产物包括：
用从所述一定体积的超临界流体转移至所述一定体积的原料的热能对所述一定体积的原料进行液化处理以便形成至少一种反应产物。
8.如项目1所述的方法，其中所述至少一种反应产物在所述超临界流体中是可溶的。
9.如项目1所述的方法，还包括：
在至少一个热分解处理之后使所述至少一种反应产物从所述超临界流体中分离。
10.如项目9所述的方法，其中所述在至少一个热分解处理之后使所述至少一种反应产物从所述超临界流体中分离包括：
通过在所述至少一个热分解处理之后控制所述至少一种产物的溶解度参数而在所述至少一个热分解处理之后使所述至少一种反应产物从所述超临界流体中分离。
11.如项目9所述的方法，其中所述在至少一个热分解处理之后使所述至少一种反应产物从所述超临界流体中分离包括：
在所述至少一个热分解处理之后经由物理流动分离器使所述至少一种反应产物从所述超临界流体中分离。
12.如项目1所述的方法，还包括：
干燥所述原料的至少一部分。
13.如项目1所述的方法，还包括：
预加热所述原料的至少一部分。
14.如项目1所述的方法，还包括：
预处理所述原料的至少一部分。
15.如项目1所述的方法，还包括：
从所述原料的至少一部分中提取至少一种氧化化合物。
16.如项目1所述的方法，还包括：
在所述热化学分解处理之后接收所述超临界流体；以及
使用接收的超临界流体发电。
17.如项目16所述的方法，还包括：
用产生的电产生氢气。
18.如项目1所述的方法，还包括：
对所述至少一种反应产物进行加氢处理过程和加氢裂化过程中的至少一种。
19.如项目1所述的方法，还包括：
在所述热化学分解处理之后猝灭所述至少一种反应产物。
20.如项目19所述的方法，还包括：
回收来自所述至少一种反应产物的热。
21.如项目19所述的方法，还包括：
放出来自所述至少一种反应产物的热。
22.如项目19所述的方法，还包括：
使至少一种挥发性气体从所述至少一种反应产物中分离。
23.如项目22所述的方法，还包括：
使用所述至少一种挥发性气体产生双原子氢。
24.一种装置，包括：
热化学转化系统，所述热化学转化系统包括用于容纳一定体积的原料的至少一个热化学反应室；以及
热能转移系统，所述热能转移系统包括容纳与至少一个热源热连通的一定体积的超临界流体的传热元件，
所述热能转移系统布置成将所述一定体积的超临界流体可选择地放置成与容纳于所述至少一个热化学反应室内的所述一定体积的原料的至少一部分热连通，以便将热能从所述至少一个热源可选择地转移至容纳于所述至少一个热化学反应室内的所述一定体积的原料的所述至少一部分，
所述至少一个热化学反应室配置成用从所述超临界流体转移的热能使所述原料的至少一部分热化学转化为至少一种反应产物。
25.如项目24所述的装置，其中所述热能转移系统被配置成使所述超临界流体与容纳于所述至少一个热化学反应室内的所述一定体积的原料可选择地混合，以便将热能从所述至少一个热源可选择地转移至所述一定体积的原料的所述至少一部分。
26.如项目24所述的装置，其中所述热能转移系统包括：
直接热交换系统，所述直接热交换系统配置成将热能直接地从所述至少一个热源转移至所述传热元件的所述一定体积的超临界流体。
27.如项目24所述的装置，其中所述热能转移系统包括：
间接热交换系统，所述间接热交换系统包括中间传热元件，所述间接热交换系统配置成将热能从所述至少一个热源转移至所述中间传热元件，其中所述中间传热元件还被配置成将热能从所述中间传热元件转移至所述一定体积的超临界流体。
28.如项目24所述的装置，其中所述热能转移系统包括：
流量控制系统，所述流量控制系统用于将所述一定体积的超临界流体可选择地放置成与容纳于所述热化学反应室内的所述一定体积的原料的至少一部分热连通，以便将热能从所述至少一个热源可选择地转移至容纳于热化学反应室内的所述一定体积的原料的所述至少一部分。
29.如项目28所述的装置，其中用于将所述一定体积的超临界流体可选择地放置成与容纳于所述热化学反应器内的所述一定体积的原料的至少一部分热连通的所述流量控制系统包括：
用于使所述超临界流体的至少一部分与容纳于所述热化学反应室内的所述一定体积的原料的至少一部分可选择地混合的流量控制系统。
30.如项目24所述的装置，其中所述至少一个热化学反应室包括：
多级单一热化学反应室，其中所述热能转移系统被配置成横跨多个温度范围将所述超临界流体的多个部分转移至容纳于所述多级单一热化学反应室内的所述一定体积的原料，以对所述一定体积的原料的所述至少一部分进行一组热化学反应处理。
31.如项目24所述的装置，其中所述热能转移系统被配置成在第一温度范围内将所述超临界流体的第一部分转移至容纳于所述单一热化学反应室内的所述一定体积的原料，以对所述一定体积的原料的所述至少一部分进行干燥处理。
32.如项目24所述的装置，其中所述热能转移系统被配置成在第二温度范围内将所述超临界流体的第二部分转移至容纳于所述单一热化学反应室内的所述一定体积的原料，以对所述一定体积的原料的所述至少一部分进行预加热处理。
33.如项目24所述的装置，其中所述热能转移系统被配置成在第二温度范围内将所述超临界流体的第三部分供应至容纳于所述单一热化学反应室内的所述一定体积的原料，以对所述一定体积的原料的所述至少一部分进行液化处理。
34.如项目24所述的装置，其中所述热能转移系统被配置成在第四温度范围内将所述超临界流体的第四部分供应至容纳于所述单一热化学反应室内的所述一定体积的原料，以对所述一定体积的原料的所述至少一部分进行提取处理，以从所述原料的所述至少一部分中除去至少一种氧化化合物。
35.如项目24所述的装置，其中所述热能转移系统被配置成在第五温度范围内将所述超临界流体的第五部分供应至容纳于所述单一热化学反应室内的所述一定体积的原料，以对所述一定体积的原料的所述至少一部分进行热解处理。
36.如项目24所述的装置，其中所述至少一个热化学反应室包括：
至少一个热解反应室。
37.如项目36所述的装置，其中所述至少一个热解反应室包括：
至少一个快速热解反应。
38.如项目24所述的装置，其中所述热化学转化系统是包括至少一个热解室和至少一个另外的处理室的多级热化学转化系统。
39.如项目38所述的装置，其中所述至少一个另外的处理室包括：
原料干燥器、预加热器、预加氢处理室、液化室以及提取室中的至少一种。
40.如项目24所述的装置，还包括：
分离器单元，所述分离器单元可操作地耦合至所述至少一个热化学反应室并且配置成使至少一种材料从离开所述至少热化学反应室的所述超临界流体中分离。
41.如项目24所述的装置，其中所述原料包括：
碳质材料。
42.如项目41所述的装置，其中所述碳质材料包括：
煤、生物质、混合来源的生物材料、塑料、垃圾和填埋场废物中的至少一种。
43.如项目24所述的装置，其中所述超临界流体包括：
超临界二氧化碳和超临界水中的至少一种。
44.如项目24所述的装置，其中所述至少一个热源包括：
至少一个核反应堆。
45.如项目24所述的装置，其中所述热化学转化系统的所述至少一个热化学反应室包括：
流化床反应器、超临界液化反应器和超临界热解反应器中的至少一种。
46.如项目24所述的装置，还包括：
发电系统，所述发电系统与所述至少一个热化学反应室流体连通并且配置成接收来自所述热化学反应室的所述超临界流体且在所述原料的至少一部分转化为所述至少一种反应产物之后用所述超临界流体发电。
47.如项目46所述的装置，其中所述发电系统被电耦合至所述热化学转化系统和所述热能转移系统中的至少一个的一部分并且被配置成用产生的电的至少一部分增强所述热化学转化系统。
48.如项目46所述的装置，还包括：
氢气产生系统，所述氢气产生系统耦合至所述发电系统的电输出。
49.如项目24所述的装置，还包括：
猝灭系统，所述猝灭系统与所述至少一个化学反应室流体连通。
50.如项目24所述的装置，还包括：
处理系统，所述处理系统配置成通过处理所述至少一种反应产物来产生至少一种精制产物。
51.如项目24所述的装置，还包括：
挥发性气体分离器，所述挥发性气体分离器配置成使至少一种挥发性气体从所述至少一种反应产物中分离。
52.如项目51所述的装置，其中所述热化学转化系统还被配置成使用来自所述挥发性气体分离器的所述至少一种挥发性气体产生双原子氢。
53.一种系统，包括：
至少一个热源；
热化学转化系统，所述热化学转化系统包括用于容纳一定体积的原料的至少一个热化学反应室；以及
热能转移系统，所述热能转移系统包括容纳与至少一个热源热连通的一定体积的超临界流体的传热元件，
所述热能转移系统布置成将所述一定体积的超临界流体可选择地放置成与容纳于所述至少一个热化学反应室内的所述一定体积的原料的至少一部分热连通，以便将热能从所述至少一个热源可选择地转移至容纳于所述至少一个热化学反应室内的所述一定体积的原料的所述至少一部分。
54.如项目53所述的系统，其中所述至少一个热源包括：
至少一个核反应堆。
55.如项目54所述的系统，其中所述至少一个核反应堆包括：
熔融盐冷却核反应堆系统、液体金属冷却反应堆系统、气冷反应堆系统和超临界流体冷却反应堆系统中的至少一种。

Claims (51)

1.一种用于进行碳质原料的热化学转化的方法，包括：
用至少一个热源产生热能；
提供一定体积的原料，所述一定体积的原料包含水；
提供与所述一定体积的原料分开的一定体积的超临界流体；
在混合所述一定体积的超临界流体和所述一定体积的原料之前，将产生的热能的一部分转移至第一部分的超临界流体，以将所述第一部分的超临界流体加热至第一温度；
将产生的热能的至少一部分从所述第一部分的超临界流体转移至所述一定体积的原料；
用在第一温度处的第一部分的超临界流体干燥所述一定体积的原料；
将产生的热能的第二部分转移至第二部分的超临界流体，以将所述第二部分的超临界流体加热至第二温度，所述第二温度高于所述第一温度；并且
用从所述第二部分的超临界流体转移至干燥后的所述一定体积的原料的热能对干燥后的所述一定体积的原料进行热分解处理，以形成至少一种反应产物；
其中所述一定体积的超临界流体是超临界二氧化碳，其中所述原料为碳质材料，所述碳质材料包括煤、生物质、混合来源的生物材料、塑料和垃圾中的至少一种。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述提供一定体积的原料包括：
提供一定体积的超临界二氧化碳。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述将产生的热能的至少一部分从所述第二部分的超临界流体转移至干燥后的所述一定体积的原料包括：
通过使所述第二部分的超临界流体的至少一部分与干燥后的所述一定体积的原料的至少一部分混合，将产生的热能的至少一部分从所述第二部分的超临界流体转移至干燥后的所述一定体积的原料。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述用从所述第二部分的超临界流体转移至干燥后的所述一定体积的原料的热能对干燥后的所述一定体积的原料进行热分解处理以形成至少一种反应产物包括：
用从所述第二部分的超临界流体转移至干燥后的所述一定体积的原料的热能对干燥后的所述一定体积的原料进行热解反应处理以形成至少一种反应产物。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述用从所述第二部分的超临界流体转移至干燥后的所述一定体积的原料的热能对干燥后的所述一定体积的原料进行热解反应处理以形成至少一种反应产物包括：
用从所述第二部分的超临界流体转移至干燥后的所述一定体积的原料的热能在350℃和600℃之间的温度处对干燥后的所述一定体积的原料进行快速热解反应处理以形成至少一种反应产物。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述用从所述第二部分的超临界流体转移至干燥后的所述一定体积的原料的热能对干燥后的所述一定体积的原料进行热分解处理以形成至少一种反应产物包括：
用从所述第二部分的超临界流体转移至干燥后的所述一定体积的原料的热能对干燥后的所述一定体积的原料进行液化处理以形成至少一种反应产物。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述至少一种反应产物在所述第二部分的超临界流体中是可溶的。
8.如权利要求1所述的方法，还包括：
在至少一个热分解处理之后使所述至少一种反应产物从所述第二部分的超临界流体中分离。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述在至少一个热分解处理之后使所述至少一种反应产物从所述第二部分的超临界流体中分离包括：
通过在所述至少一个热分解处理之后控制所述至少一种产物的溶解度参数而在所述至少一个热分解处理之后使所述至少一种反应产物从所述第二部分的超临界流体中分离。
10.如权利要求8所述的方法，其中所述在至少一个热分解处理之后使所述至少一种反应产物从所述第二部分的超临界流体中分离包括：
在所述至少一个热分解处理之后经由物理流动分离器使所述至少一种反应产物从所述第二部分的超临界流体中分离。
11.如权利要求1所述的方法，还包括：
干燥所述原料的至少一部分。
12.如权利要求1所述的方法，还包括：
预加热所述原料的至少一部分。
13.如权利要求1所述的方法，还包括：
预处理所述原料的至少一部分。
14.如权利要求1所述的方法，还包括：
从所述原料的至少一部分中提取至少一种氧化化合物。
15.如权利要求1所述的方法，还包括：
在所述热分解处理之后接收所述第二部分的超临界流体；以及
用所接收的第二部分的超临界流体来发电。
16.如权利要求15所述的方法，还包括：
用产生的电来产生氢气。
17.如权利要求1所述的方法，还包括：
对所述至少一种反应产物进行加氢处理过程和加氢裂化过程中的至少一种。
18.如权利要求1所述的方法，还包括：
在所述热分解处理之后猝灭所述至少一种反应产物。
19.如权利要求18所述的方法，还包括：
回收来自所述至少一种反应产物的热。
20.如权利要求18所述的方法，还包括：
排出来自所述至少一种反应产物的热。
21.如权利要求18所述的方法，还包括：
使至少一种挥发性气体从所述至少一种反应产物中分离。
22.如权利要求21所述的方法，还包括：
使用所述至少一种挥发性气体产生双原子氢。
23.如权利要求1所述的方法，其中所述垃圾是填埋场废物。
24.一种用于进行碳质原料的热化学转化的装置，包括：
热化学转化系统，所述热化学转化系统包括容纳在减少的氧气环境中的一定体积的原料的至少一个多级单一热化学反应室；以及
热能转移系统，所述热能转移系统包括容纳与至少一个热源热连通的一定体积的超临界二氧化碳的传热元件，所述热能转移系统包括流量控制系统，所述流量控制系统配置成将所述一定体积的超临界二氧化碳可选择地放置成与所述一定体积的原料的至少一部分热连通；
其中所述至少一个多级单一热化学反应室被配置成用从所述超临界二氧化碳转移的热能使所述原料的至少一部分热化学转化为至少一种反应产物；
其中所述热能转移系统被编程为横跨多个温度范围将所述超临界二氧化碳的多个部分转移至容纳于所述多级单一热化学反应室内的所述一定体积的原料，以对所述一定体积的原料的至少一部分进行一组热化学反应处理。
25.如权利要求24所述的装置，其中所述热能转移系统被配置成使所述超临界二氧化碳与容纳于所述至少一个多级单一热化学反应室内的所述一定体积的原料可选择地混合，以便将热能从所述至少一个热源可选择地转移至所述一定体积的原料的所述至少一部分。
26.如权利要求24所述的装置，其中所述热能转移系统包括：
直接热交换系统，所述直接热交换系统配置成将热能直接地从所述至少一个热源转移至所述传热元件的所述一定体积的超临界二氧化碳。
27.如权利要求24所述的装置，其中所述热能转移系统包括：
间接热交换系统，所述间接热交换系统包括中间传热元件，所述间接热交换系统配置成将热能从所述至少一个热源转移至所述中间传热元件，其中所述中间传热元件还被配置成将热能从所述中间传热元件转移至所述一定体积的超临界二氧化碳。
28.如权利要求24所述的装置，其中用于将所述一定体积的超临界二氧化碳可选择地放置成与容纳于所述热化学反应室内的所述一定体积的原料的至少一部分热连通的所述流量控制系统包括：
用于使所述超临界二氧化碳的至少一部分与容纳于所述热化学反应室内的所述一定体积的原料的至少一部分可选择地混合的流量控制系统。
29.如权利要求24所述的装置，其中所述热能转移系统被配置成在第一温度范围内将所述超临界二氧化碳的第一部分转移至容纳于所述多级单一热化学反应室内的所述一定体积的原料，以对所述一定体积的原料的所述至少一部分进行干燥处理。
30.如权利要求24所述的装置，其中所述热能转移系统被配置成在第二温度范围内将所述超临界二氧化碳的第二部分转移至容纳于所述多级单一热化学反应室内的所述一定体积的原料，以对所述一定体积的原料的所述至少一部分进行预加热处理。
31.如权利要求24所述的装置，其中所述热能转移系统被配置成在第二温度范围内将所述超临界二氧化碳的第三部分供应至容纳于所述多级单一热化学反应室内的所述一定体积的原料，以对所述一定体积的原料的所述至少一部分进行液化处理。
32.如权利要求24所述的装置，其中所述热能转移系统被配置成在第四温度范围内将所述超临界二氧化碳的第四部分供应至容纳于所述多级单一热化学反应室内的所述一定体积的原料，以对所述一定体积的原料的所述至少一部分进行提取处理，以从所述原料的所述至少一部分中除去至少一种氧化化合物。
33.如权利要求24所述的装置，其中所述热能转移系统被配置成在第五温度范围内将所述超临界二氧化碳的第五部分供应至容纳于所述多级单一热化学反应室内的所述一定体积的原料，以对所述一定体积的原料的所述至少一部分进行热解处理。
34.如权利要求24所述的装置，其中所述至少一个多级单一热化学反应室包括：
至少一个热解反应室。
35.如权利要求34所述的装置，其中所述至少一个热解反应室包括：
至少一个快速热解反应。
36.如权利要求24所述的装置，其中所述热化学转化系统是包括至少一个热解室和至少一个另外的处理室的多级单一热化学转化系统。
37.如权利要求36所述的装置，其中所述至少一个另外的处理室包括：
原料干燥器、预加热器、预加氢处理室、液化室以及提取室中的至少一种。
38.如权利要求24所述的装置，还包括：
分离器单元，所述分离器单元可操作地耦合至所述至少一个多级单一热化学反应室并且配置成使至少一种材料从离开所述至少一个多级单一热化学反应室的所述超临界二氧化碳中分离。
39.如权利要求24所述的装置，其中所述原料包括：
碳质材料。
40.如权利要求39所述的装置，其中所述碳质材料包括：
煤、生物质、混合来源的生物材料、塑料和垃圾中的至少一种。
41.如权利要求40所述的装置，其中所述垃圾是填埋场废物。
42.如权利要求24所述的装置，其中所述至少一个热源包括：
至少一个核反应堆。
43.如权利要求24所述的装置，其中所述热化学转化系统的所述至少一个多级单一热化学反应室包括：
流化床反应器和超临界热解反应器中的至少一种。
44.如权利要求43所述的装置，其中所述超临界热解反应器是超临界液化反应器。
45.如权利要求24所述的装置，还包括：
发电系统，所述发电系统与所述至少一个多级单一热化学反应室流体连通并且配置成接收来自所述热化学反应室的所述超临界二氧化碳且在所述原料的至少一部分转化为所述至少一种反应产物之后用所述超临界二氧化碳发电。
46.如权利要求45所述的装置，其中所述发电系统被电耦合至所述热化学转化系统和所述热能转移系统中的至少一个的一部分并且被配置成用产生的电的至少一部分增强所述热化学转化系统。
47.如权利要求45所述的装置，还包括：
氢气产生系统，所述氢气产生系统耦合至所述发电系统的电输出。
48.如权利要求24所述的装置，还包括：
猝灭系统，所述猝灭系统与所述至少一个多级单一化学反应室流体连通。
49.如权利要求24所述的装置，还包括：
处理系统，所述处理系统配置成通过处理所述至少一种反应产物来产生至少一种精制产物。
50.如权利要求24所述的装置，还包括：
挥发性气体分离器，所述挥发性气体分离器配置成使至少一种挥发性气体从所述至少一种反应产物中分离。
51.如权利要求50所述的装置，其中所述热化学转化系统还被配置成使用来自所述挥发性气体分离器的所述至少一种挥发性气体产生双原子氢。
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