KR101856164B1 - 수소 또는 액체 연료 생산을 위한 ｃ-ｏ-ｈ 화합물의 처리 - Google Patents

수소 또는 액체 연료 생산을 위한 ｃ-ｏ-ｈ 화합물의 처리 Download PDF

Info

Publication number
KR101856164B1
KR101856164B1 KR1020157010025A KR20157010025A KR101856164B1 KR 101856164 B1 KR101856164 B1 KR 101856164B1 KR 1020157010025 A KR1020157010025 A KR 1020157010025A KR 20157010025 A KR20157010025 A KR 20157010025A KR 101856164 B1 KR101856164 B1 KR 101856164B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
delete delete
compound
reaction
hydrogen
water
Prior art date
Application number
KR1020157010025A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150058429A (ko
Inventor
사무엘 씨. 위버
사무엘 피. 위버
다니엘 씨. 위버
다니엘 엘. 헨슬리
Original Assignee
프로톤 파워, 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 프로톤 파워, 인코포레이티드 filed Critical 프로톤 파워, 인코포레이티드
Publication of KR20150058429A publication Critical patent/KR20150058429A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101856164B1 publication Critical patent/KR101856164B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/22—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds
    • C01B3/24—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds of hydrocarbons
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J4/00—Feed or outlet devices; Feed or outlet control devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J7/00—Apparatus for generating gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B53/00—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form
    • C10B53/02—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form of cellulose-containing material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/02—Fixed-bed gasification of lump fuel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L9/00—Treating solid fuels to improve their combustion
    • C10L9/08—Treating solid fuels to improve their combustion by heat treatments, e.g. calcining
    • C10L9/086—Hydrothermal carbonization
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0266—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a decomposition step
    • C01B2203/0272—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a decomposition step containing a non-catalytic decomposition step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/06—Integration with other chemical processes
    • C01B2203/066—Integration with other chemical processes with fuel cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1217—Alcohols
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
    • C10J2300/0916—Biomass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0953—Gasifying agents
    • C10J2300/0973—Water
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/141—Feedstock
    • Y02P20/145—Feedstock the feedstock being materials of biological origin

Abstract

본원에서는 탄소, 산소 및 수소를 포함하는 화합물("C-O-H")로부터 수소 및/또는 액체 연료를 추출하기 위한 방법 및 시스템이 개시된다. 그러한 화합물은, 예를 들어, 셀룰로오스, 리그닌, 및/또는 헤미셀룰로오스를 포함할 수 있다. 화합물은 하나 이상의 C-O-H 화합물을 포함하는 폐기물 스트림을 포함할 수 있다. 물은 C-O-H 화합물과 조합되어 습윤 형태의 C-O-H 화합물을 생성시킬 수 있다. 습윤 형태의 C-O-H 화합물은 반응 공정 챔버 내로 전달될 수 있다. 습윤 형태의 C-O-H 화합물은 반응 챔버 내에서 가열되어 C-O-H 화합물의 원소들이 해리되고 반응되게 할 수 있으며, 하나의 반응 생성물은 적어도 수소 가스 및/또는 액체 연료를 포함한다. 일부 구체예는 수소 및/또는 액체 연료를 생성시키기 위한 비-산화 반응, 예컨대, 함수 열분해 반응을 이용할 수 있다. 수소 및/또는 액체 연료는 전력, 열, 또는 여러 유형의 엔진으로부터의 파워를 생성시키기 위해서 사용될 수 있다.

Description

수소 또는 액체 연료 생산을 위한 Ｃ-Ｏ-Ｈ 화합물의 처리{C-O-H COMPOUND PROCESSING FOR HYDROGEN OR LIQUID FUEL PRODUCTION}
셀룰로오스(C6H10O5)로부터 수소를 추출하기 위한 몇 가지 방법이 있다. 그러한 방법 중 하나는 셀룰로오스 내의 수소를 방출시키고 셀룰로오스 내의 탄소를 탄산나트륨((Na2CO3)으로서 포집하는 반응을 유발시키기 위해서 수산화나트륨(NaOH) 및 촉매와 함께 미생물을 이용하는데 촛점이 맞춰져 있다. 셀룰로오스 바이오매스에서 발견되는 모든 C-O-H 화합물로부터 수소 가스를 생성시키는 더욱 간단하고 비용 효과적인 방법을 개발할 필요가 여전히 있는데, 더욱 일반적으로는, 생성되는 수소를 현장 사용에, 정제, 패키징 및 분배에, 또는 왕복 기관, 터빈 또는 연료 전지를 사용한 반응-생성물 수소 가스로부터의 발전에 효율적으로 사용하게 하는 양상으로 개발할 필요가 여전히 있다.
다양한 셀룰오로스 바이오매스 수소 추출 기술이 본 기술 분야에 존재하지만, 비용 효과적이고, 에너지 효율적이며, 하이드로젠 온 디맨드(hydrogen on demand)를 포함한 수소를 사용하는 적용 및 직접적으로 연소되어 파워 및 열을 생산할 수 있는 수소-풍부 가스 스트림으로의 전환에 유용할 수 있는 대안적인 기술의 개발에 대한 일반적인 요구가 여전히 존재한다. 화석 연료가 아닌 효율적으로 생산된 수소로부터의 열 및 파워 적용은, 액체 바이오연료의 생산을 포함한, 열 또는 파워를 필요로 하는 다른 적용의 온실 가스 방출을 감소시키기에 유용한다. 이러한 요구는 수소를 이용하는 광범위하게 다양한 적용에 의해서 적어도 일부 유도될 수 있으며, 이들 중 일부는 다른 것들과 상당히 다른 작동 고려사항을 지닌다. 수요에 따라서 생산되고, 생산되는 현장에서의 사용이 가능하고, 그에 따라서 수송을 위한 광범위한 인프라구조를 필요로 하지 않으며, 대기압에서 그리고 종래 기술에서 존재하는 것보다 더 낮은 온도에서 생산되는 수소는 그러한 요구를 충족시킬 것이다.
추가로, C-O-H 화합물의 한 예인 셀룰로오스를 에탄올(분자식: C2H5OH)로 전환시키는 것에 대한 광범위한 작업이 수행되었다. 에탄올은 음료에서 발견되는 음용 알코올로 공지되어 있다. 에탄올은 가연성 용매이고 물 및 많은 유기 용매와 혼화성이다. 에탄올의 가장 큰 사용은 모터 연료 및 연료 첨가제로서의 사용이다. 미국에서, 에탄올은 10% 에탄올 배합물로서 가솔린과 가장 흔하게 배합된다. 이러한 배합물은 미국 중서부 전체에 걸쳐서 광범위하게 판매되고 있으며, 도시에서은 겨울 동안 가솔린에 산소를 공급하도록 하는 1990 클린 에어 액트(1990 Clean Air Act)에 의해서 요구되고 있다. 미국에서 옥수수로부터 제조된 에탄올에 대한 투자한 에너지 대비 회수한 에너지(energy returned on energy invested)는 1.34이다. 이는 에탄올이 그러한 에탄올을 생산하기 위해서 들어가는 에너지보다 34% 더 많은 에너지를 생성시킴을 의미한다.
그렇게 C-O-H 화합물로부터 액체 연료를 제조하기 위한 다양한 기술이 본 기술분야에 존재하지만, 대안적인 기술의 개발에 대한 일반적인 요구가 존재한다. 이러한 요구는 액체 연료를 사용하는 광범위하게 다양한 적용에 의해서 적어도 일부 유도될 수 있으며, 이들 중 일부는 다른 것들과 상당히 다른 작동 고려사항을 지닌다.
간단한 요약
탄소, 산소 및 수소를 포함하는 화합물("C-O-H")로부터 수소 및/또는 액체 연료를 추출하기 위한 방법 및 시스템이 개시되어 있다. 그러한 화합물은, 예를 들어, 셀룰로오스, 리그닌, 및/또는 헤미셀룰로오스를 포함할 수 있다. 그러한 화합물은 하나 이상의 C-O-H 화합물을 포함하는 폐기물 스트림(waste stream)을 포함할 수 있다. 물은 C-O-H 화합물과 조합되어 습윤 형태의 C-O-H 화합물을 생성시킬 수 있다. 습윤 형태의 C-O-H 화합물은 반응 공정 챔버로 전달될 될 수 있다. 습윤 형태의 C-O-H 화합물은 반응 챔버 내에서 가열되어 C-O-H 화합물의 원소들이 해리되고 반응되게 하여, 적어도 수소 가스 및/또는 액체 연료를 포함하는 하나의 반응 생성물을 생성시킬 수 있다. 일부 구체예는 비-산화 반응, 예컨대, 함수 열분해 반응(hydrous pyrolysis reaction)을 이용하여 수소 및/또는 액체 연료를 생성시킬 수 있다. 수소 가스 및/또는 액체 연료는 전력, 열, 또는 여러 유형의 엔진의 파워를 생성시키기 위해서 사용될 수 있다.
일부 구체예는 몇 가지 이점을 제공할 수 있다. 다양한 구체예에 따라서 C-O-H 화합물로부터 생성된 수소는 대기압을 포함한 조건 하에 발생될 수 있는 반응과 연루될 수 있다. 또한, 반응 온도는 생성물 수소의 형태를 위한 요구에 따라서 300℃ 내지 1200℃ 범위의 온도를 포함할 수 있다. 구체예는 또한 물을 수증기의 형태로 반응시키기보다는 액체의 형태로 바이오매스와 혼합시킴을 포함할 수 있고; 그에 따라서, 구체예는 수분 이동 반응(water shift reaction)과 관련되지 않을 수 있다. 구체예는 또한, 이로 한정되는 것은 아니지만, 셀룰로오스, 리그닌, 헤미셀룰로오스 또는 이들 셋 중 어떠한 것들의 조합물을 포함한 다양한 상이한 물질을 사용할 수 있다. 일부 구체예는 C-O-H를 포함하는 다른 공급원료 및/또는 폐기물 스트림, 예컨대, 폐지, 광범위하게 다양한 목재 유형의 톱밥, 판지, 건초, 짚(straw), 스위치그래스(switchgrass), 도시 고형 폐기물, 위생 폐기물, 모사 핵 폐기물(simulated nuclear waste), 철거 및 건설 목재 폐기물을 이용할 수 있고; 이들의 다양한 공급 원료는 일반적으로 폐기물로 일컬어질 수 있다. 구체예는, 단지 예를 들어, 열을 위한 연소, 파워, CHP, 및/또는 액체 연료 생산을 위해서, H2를 CO2와 다른 부산물로부터 분리하거나, H2 및 CO2를 함께 유지시킴으로써 수소를 생산하는데 이용될 수 있다.
일부 구체예는 탄소, 산소 및 수소를 포함하는 화합물로부터 수소를 추출하기 위한 방법을 포함하다. 그러한 방법은 물을 화합물과 조합하여 습윤 형태의 화합물을 생성시키고/거나; 습윤 형태의 화합물을 반응 공정 챔버 내로 전달하고/거나; 반응 챔버 내의 습윤 형태의 화합물을 가열하여 습윤 형태의 화합물을 구성하는 원소들을 해리시키고 반응시켜서, 수소 가스를 포함하는 하나의 반응 생성물을 얻고/거나; 수소 가스를 추출함을 포함할 수 있다.
일부 구체예에서, 반응 챔버내의 습윤 형태의 화합물은 가열되어 습윤 형태의 화합물을 구성하는 원소들이 비-산화 반응을 통해서 해리되고 반응되게 할 수 있다. 비-산화 반응은 함수 열분해 반응을 포함할 수 있다. 반응 챔버 내의 습윤 형태의 화합물을 가열하는 것은 대기압 조건하에 발생할 수 있다.
화합물은 탄소, 산소 및 수소로 이루어질 수 있다. 화합물은 셀룰로오스를 포함할 수 있다. 화합물은 리그닌을 포함할 수 있다. 화합물은 세미셀룰로오스를 포함할 수 있다. 화합물은 C-O-H 화합물을 포함하는 폐기물 스트림을 포함할 수 있다. 일부 구체예에서, 물은 액체의 물을 포함한다.
일부 구체예는 반응 챔버로의 불활성 가스의 흐름을 제공한다. 불활성 가스는 적어도 아르곤 또는 질소를 포함할 수 있다. 추출된 수소 가스는 처리되어 적어도 전력 또는 열을 생성시킬 수 있다. 추출된 수소 가스는 처리되어 액체 연료를 생성시킬 수 있다. 추출된 수소 가스는 수소 가스를 연소시킴으로써 처리될 수 있다. 추출된 수소 가스는 수소 가스를 연료 전지에 공급함으로써 처리될 수 있다.
수소 가스를 처리한다는 것은 반응 생성물 가스를 감압 챔버에 통과시켜서 미량의 미반응된 탄소를 제거함을 포함할 수 있다. 수소 가스를 처리한다는 것은 반응 생성물 가스를 물-냉각된 챔버에 통과시켜서 미반응된 물을 제거함을 포함할 수 있다. 습윤 형태의 화합물을 가열한다는 것은 습윤 형태의 화합물을을 700℃ 내지 1100℃의 온도로 가열함을 포함할 수 있다.
습윤 형태의 화합물을 반응 공정 챔버 내로 전달하는 것은 연속적으로 발생할 수 있다. 습윤 형태의 화합물의 반응기 내로의 연속적인 전달은 공기의 존재를 감소시키는 기하학적 구조를 이용할 수 있다.
일부 구체예는 탄소, 산소 및 수소를 포함하는 화합물로부터 수소를 추출하기 위한 시스템을 포함한다. 그러한 시스템은 공정 챔버; 공정 챔버의 내부와 열적 소통관계에 있는 열원; 공정 챔버 내에 배치되는 화합물의 공급원; 화합물과 반응하기 위한 물의 공급원; 및/또는 공정 챔버로부터 생성 수소를 추출하기 위한 배출 시스템을 포함할 수 있다.
공정 챔버 및/또는 열원은 공정 챔버 내의 습윤 형태의 화합물을 가열하여 습윤 형태의 화합물을 구성하는 원소들이 비-산화 반응을 통해서 해리되고 반응되게 하도록 구성될 수 있다. 비-산화 반응은 함수 열분해 반응을 포함한다. 물의 공급원은 물을 화합물과 조합하여 공정 챔버 외부로 습윤 형태의 화합물을 생성하도록 구성될 수 있다.
시스템은 습윤 형태의 화합물을 공정 챔버 내로 수송하기 위한 컨베이어를 포함할 수 있다. 공정 챔버는 대기압 조건하에 작동하도록 구성될 수 있다.
그러한 시스템을 위해서, 화합물은 탄소, 산소, 및 수소로 이루어질 수 있다. 화합물은 셀룰로오스를 포함할 수 있다. 화합물은 리그닌을 포함할 수 있다. 화합물은 세미셀룰로오스를 포함할 수 있다. 화합물은 C-O-H 화합물을 포함하는 폐기물 스트림을 포함할 수 있다. 물은 액체의 물을 포함할 수 있다.
시스템은 공정 챔버에 불활성 가스의 흐름을 제공하도록 구성된 가스 전달 시스템을 포함할 수 있다. 불활성 가스를 적어도 아르곤 또는 질소를 포함할 수 있다. 추출된 수소 가스는 처리되어 적어도 전력 또는 열을 생성시킬 수 있다. 추출된 수소 가스는 처리되어 액체 연료를 생성시킬 수 있다. 추출된 수소 가스는 수소 가스를 연소시킴으로써 처리될 수 있다. 추출된 수소 가스는 수소 가스를 연료 전지에 공급함으로써 처리될 수 있다.
일부 구체예에서, 공정 챔버로부터 생성 수소 가스를 추출하기 위한 배출 시스템은 반응-생성물 가스를 감압 챔버에 통과시켜서 미량의 미반응된 탄소를 제거하도록 구성된다. 일부 구체예에서, 공정 챔버로부터 생성된 수소 가스를 추출하기 위한 배출 시스템은 반응-생성물 가스를 물-냉각된 챔버에 통과시켜서 미반응된 물을 제거하도록 구성된다.
일부 구체예에서, 적어도 공정 챔버 또는 열원은 습윤 형태의 화합물을 700℃ 내지 1100℃로 가열하도록 구성된다. 일부 구체예는 습윤 형태의 화합물을 공정 챔버로 전달하도록 구성된 컨베이어를 포함한다. 그러한 컨베이어는 공정 챔버 내로 습윤 형태의 화합물을 연속적으로 전달하도록 구성될 수 있다. 이는 공기의 존재를 감소시키는 기하학적 구조를 이용할 수 있다.
일부 구체예는 추가의 처리를 위해서 수소를 추출하기 위한 방법을 포함한다. 그러한 방법은 탄소, 산소 및 수소를 포함하는 습윤 화합물을 가열하여 습윤 화합물을 구성하는 원소들이 해리되고 반응되어 적어도 수소 가스를 형성하게 하고/거나; 수소 가스를 처리함을 포함할 수 있다.
습윤 화합물을 가열하여 습윤 화합물을 구성하는 원소들이 해리되고 반응되어 적어도 수소 가스를 형성하게 하는 것은 비-산화 반응을 통해서 발생될 수 있다. 비-산화 반응은 함수 열분해 반응을 포함할 수 있다. 수소 가스는 처리되어 적어도 전력 또는 열을 생성시킬 수 있다. 수소 가스는 처리되어 액체 연료를 생성시킬 수 있다.
일부 구체예에서, 화합물은 탄소, 산소 및 수소로 이루어진다. 화합물은 셀룰로오스를 포함할 수 있다. 화합물은 리그닌을 포함할 수 있다. 화합물은 헤미셀룰로오스를 포함할 수 있다. 화합물은 C-O-H 화합물을 포함하는 폐기물 스트림을 포함할 수 있다.
수소 가스를 처리하는 것은 수소 가스를 연소시킴을 포함할 수 있다. 수소 가스를 처리하는 것은 수소 가스를 연료 전지에 공급함을 포함할 수 있다.
일부 구체예는 습윤 화합물을 가열하기 전에 물을 탄소, 산소 및 수소를 포함하는 화합물과 혼합함을 통해서 습윤 화합물을 형성시킴을 포함할 수 있다.
일부 구체예는 추가의 처리를 위해서 수소를 추출하기 위한 시스템을 포함한다. 그러한 시스템은 탄소, 산소 및 수소를 포함하는 습윤 화합물을 가열하여 습윤 화합물을 구성하는 원소들이 해리되고 반응되어 적어도 수소 가스를 형성하게 하도록 구성된 열원과 열적 소통관계에 있는 공정 챔버; 및/또는 수소 가스를 처리하도록 구성된 배출 시스템을 포함할 수 있다.
열원과 열적 소통관계에 있는 공정 챔버는 습윤 화합물을 가열하여 습윤 화합물을 구성하는 원소들이 비-산화 반응을 통해서 해리되고 반응되어 적어도 수소 가스를 형성하게 하도록 구성될 수 있다. 비-산화 반응은 함수 열분해 반응을 포함할 수 있다.
수소 가스를 처리하도록 구성된 배출 시스템은 수소 가스를 처리하여 적어도 전력 또는 열을 생성시키도록 구성될 수 있다. 수소 가스를 처리하도록 구성된 배출 시스템은 수소 가스를 처리하여 액체 연료를 생성시키도록 구성될 수 있다.
그러한 시스템을 위해서, 화합물은 탄소, 산소 및 수소로 이루어질 수 있다. 화합물은 셀룰로오스를 포함할 수 있다. 화합물은 리그닌을 포함할 수 있다. 화합물은 헤미셀룰로오스를 포함할 수 있다. 화합물은 C-O-H 화합물을 포함하는 폐기물 스트림을 포함할 수 있다.
수소 가스를 처리하도록 구성된 배출 시스템은 수소 가스를 연소시키도록 구성될 수 있다. 수소 가스를 처리하도록 구성된 배출 시스템은 수소 가스를 연료 전지에 공급하도록 구성될 수 있다.
그러한 시스템은 습윤 화합물을 공정 챔버로 전달하도록 구성된 컨베이어를 포함할 수 있다. 그러한 시스템은 열원과 열적 소통관계에 있는 공정 챔버가 습윤 화합물을 가열하기 전에 물을 화합물과 적어도 혼합 또는 조합하여 습윤 화합물을 형성시키도록 구성된 챔버를 포함할 수 있다.
일부 구체예는 탄소, 산소 및 수소를 포함하는 화합물로부터 액체 연료를 제조하는 방법을 포함한다. 그러한 방법은 물을 화합물과 조합하여 습윤 형태의 화합물을 생성시키고/거나; 습윤 형태의 화합물을 반응 공정 챔버 내로 전달하고/거나; 반응 챔버 내의 습윤 형태의 화합물을 가열하여 습윤 형태의 화합물을 구성하는 원소들이 해리되고 반응되게 해서, 액체 연료를 포함하는 하나의 반응 생성물을 형성시킴을 포함할 수 있다.
반응 챔버 내의 습윤 형태의 화합물을 가열하여 습윤 형태의 화합물을 구성하는 원소들이 해리되고 반응되게 하는 것은 비-산화 반응을 통해서 발생된다. 비-산화 반응은 함수 열분해 반응을 포함할 수 있다.
그러한 방법의 한 가지 구체예에서, 화합물은 탄소, 산소 및 수소로 이루어질 수 있다. 화합물은 셀룰로오스를 포함할 수 있다. 화합물은 리그닌을 포함할 수 있다. 화합물은 헤미셀룰로오스를 포함할 수 있다. 화합물은 C-O-H 화합물을 포함하는 폐기물 스트림을 포함할 수 있다.
일부 구체예에서, 액체 연료는 메탄올을 포함한다. 반응 챔버 내의 습윤 형태의 화합물을 가열하는 것은 반응 C6H10O5 + 6H2O → CH4O + 5CO2 + 9H2을 유도함을 포함할 수 있다. 반응 챔버 내의 습윤 형태의 화합물을 가열하는 것은 반응 C6H10O5 + 5H2O → 2CH4O + 4CO2 + 6H2을 유도함을 포함할 수 있다. 반응 챔버 내의 습윤 형태의 화합물을 가열하는 것은 반응 C6H10O5 + 4H2O → 3CH4O + 3CO2 + 3H2를 유도함을 포함할 수 있다. 반응 챔버 내의 습윤 형태의 화합물을 가열하는 것은 반응 C6H10O5 + 3H2O → 4CH4O + 2CO2를 유도함을 포함할 수 있다.
일부 구체예에서, 액체 연료는 에탄올을 포함할 수 있다. 반응 챔버 내의 습윤 형태의 화합물을 가열하는 것은 반응 C6H10O5 + 4H2O → C2H6O + 4CO2 + 6H2를 유도함을 포함할 수 있다. 반응 챔버 내의 습윤 형태의 화합물을 가열하는 것은 반응 C6H10O5 + H2O → 2C2H6O + 2CO2를 유도함을 포함할 수 있다.
일부 구체예에서, 액체 연료는 프로판올을 포함할 수 있다. 반응 챔버 내의 습윤 형태의 화합물을 가열하는 것은 반응 C6H10O5 + 2H2O → C3H8O + 3CO2 + 3H2를 유도함을 포함할 수 있다.
일부 구체예에서, 액체 연료는 부탄올을 포함할 수 있다. 반응 챔버 내의 습윤 형태의 화합물을 가열하는 것은 반응 C6H10O5 → C4H10O + 2CO2를 유도함을 포함한다.
일부 구체예에서, 액체 연료는 가솔린을 포함할 수 있다. 반응 챔버 내의 습윤 형태의 화합물을 가열하는 것은 반응 C6H10O5 + 4C + 4H2O → C7H16 + 2CO2를 유도함을 포함할 수 있다.
일부 구체예에서, 액체 연료는 디젤을 포함할 수 있다. 반응 챔버 내의 습윤 형태의 화합물을 가열하는 것은 반응 C6H10O5 + 10C + 2H2O → C16H24 + 6CO2를 유도함을 포함할 수 있다.
방법은 최종 생성물로서의 또 다른 반응 생성물인 수소 가스를 추출함을 포함할 수 있다. 일부 구체예는 최종 생성물로서의 또 다른 반응 생성물인 이산화탄소 가스를 추출함을 포함한다.
일부 구체예는 탄소, 산소 및 수소를 포함하는 화합물로부터 액체 연료를 제조하기 위한 시스템을 포함한다. 그러한 시스템은 적어도, 공정 챔버; 공정 챔버의 내부와 열적 소통관게에 있는 열원; 공정 챔버 내에 배치된 화합물의 공급원; 화합물의 공급원을 습윤화시키기 위한 물의 공급원; 열원을 조절하여 화합물의 습윤 공급원의 해리 및 반응을 유도하는 서브시스템을 포함할 수 있고, 여기서, 하나의 반응 생성물은 액체 연료이다. 그러한 시스템은 공정 챔버로부터 적어도 액체 연료 또는 생성되는 가스를 추출하기 위한 배출 시스템을 포함할 수 있다.
열원을 조절하여 화합물의 습윤 공급원의 해리 및 반응을 유도하는 서브시스템은 비-산화 반응을 이용할 수 있다. 그러한 비-산화 반응은 함수 열분해 반응을 포함한다.
시스템의 일부 구체예에서, 화합물은 탄소, 산소 및 수소로 이루어질 수 있다. 화합물은 셀룰로오스를 포함할 수 있다. 화합물은 리그닌을 포함할 수 있다. 화합물은 헤미셀룰로오스를 포함할 수 있다. 화합물은 C-O-H 화합물을 포함하는 폐기물 스트림을 포함할 수 있다.
시스템의 일부 구체예에서, 액체 연료는 메탄올을 포함한다. 반응 챔버 내의 습윤 형태의 화합물을 가열하는 것은 반응 C6H10O5 + 6H2O → CH4O + 5CO2 + 9H2을 유도함을 포함할 수 있다. 반응 챔버 내의 습윤 형태의 화합물을 가열하는 것은 반응 C6H10O5 + 5H2O → 2CH4O + 4CO2 + 6H2을 유도함을 포함할 수 있다. 반응 챔버 내의 습윤 형태의 화합물을 가열하는 것은 반응 C6H10O5 + 4H2O → 3CH4O + 3CO2 + 3H2를 유도함을 포함할 수 있다. 반응 챔버 내의 습윤 형태의 화합물을 가열하는 것은 반응 C6H10O5 + 3H2O → 4CH4O + 2CO2를 유도함을 포함할 수 있다.
시스템의 일부 구체예에서, 액체 연료는 에탄올을 포함할 수 있다. 반응 챔버 내의 습윤 형태의 화합물을 가열하는 것은 반응 C6H10O5 + 4H2O → C2H6O + 4CO2 + 6H2를 유도함을 포함할 수 있다. 반응 챔버 내의 습윤 형태의 화합물을 가열하는 것은 반응 C6H10O5 + H2O → 2C2H6O + 2CO2를 유도함을 포함할 수 있다.
시스템의 일부 구체예에서, 액체 연료는 프로판올을 포함할 수 있다. 반응 챔버 내의 습윤 형태의 화합물을 가열하는 것은 반응 C6H10O5 + 2H2O → C3H8O + 3CO2 + 3H2를 유도함을 포함한다.
시스템의 일부 구체예에서, 액체 연료는 부탄올을 포함할 수 있다. 반응 챔버 내의 습윤 형태의 화합물을 가열하는 것은 반응 C6H10O5 → C4H10O + 2CO2를 유도함을 포함한다.
시스템의 일부 구체예에서, 액체 연료는 가솔린을 포함할 수 있다. 반응 챔버 내의 습윤 형태의 화합물을 가열하는 것은 반응 C6H10O5 + 4C + 4H2O → C7H16 + 2CO2를 유도함을 포함할 수 있다.
시스템의 일부 구체예에서, 액체 연료는 디젤을 포함할 수 있다. 반응 챔버 내의 습윤 형태의 화합물을 가열하는 것은 반응 C6H10O5 + 10C + 2H2O → C16H24 + 6CO2를 유도함을 포함할 수 있다.
시스템의 일부 구체예에서, 하나의 생성 가스는 최종 생성물로서의 수소를 포함한다. 한 가지 생성 가스는 최종 생성물로서의 이산화탄소를 포함할 수 있다.
일부 구체예는 탄소, 산소 및 수소를 포함하는 화합물로부터 수소를 추출하기 위한 방법을 포함한다. 그러한 방법은 적어도, 화합물의 공급원을 챔버 내로 도입하거나; 화합물과 반응시키기 위한 물을 첨가하거나; 챔버 내의 화합물을 가열하여 화합물을 수소 가스, 이산화탄소 가스 및 탄소의 고형 잔류물로 해리시키거나; 이산화탄소 가스로부터 수소 가스를 분리함을 포함할 수 있다.
챔버 내의 화합물을 가열하여 화합물을 수소 가스, 이산화탄소 가스 및 탄소의 고형 잔류물로 해리시키는 것은 비-산화 반응을 이용할 수 있다. 비-산화 반응은 함수 열분해 반응을 포함할 수 있다.
그러한 방법의 일부 구체예는 불활성 가스의 흐름을 챔버에 제공한다. 불활성 가스는 적어도 아르곤 또는 질소를 포함할 수 있다. 화합물은 적어도, 셀룰로오스, 리그닌, 헤미셀룰로오스, 또는 탄소, 산소 및 수소를 포함하는 폐기물 스트림을 포함할 수 있다. 셀룰로오스는 셀룰로오스 폐기물을 포함할 수 있다. 셀룰로오스의 공급원은 옥수수를 포함할 수 있다. 셀룰로오스의 공급원은 종이를 포함할 수 있다.
방법의 일부 구체예는 수소 가스를 처리하여 전력을 생성시킨다. 방법은 공정 챔버 내부의 공기 중의 산소가 고갈될 때까지 공기를 함유하는 공정 챔버에서 셀룰로오스를 부분적으로 연소시킴을 포함할 수 있다. 일부 구체예는 대략 325℃ 또는 그 초과인 셀룰로오스의 해리를 위한 챔버 온도를 포함할 수 있다.
일부 구체예는 적어도, 산소의 존재하에 수소를 연소시켜 수증기를 형성시키고 에너지를 방출시키거나; 산소의 존재하에 탄소를 연소시켜 이산화탄소를 형성시키고 에너지를 방출시킴을 포함할 수 있다. 수증기는 전력으로 전환될 수 있다.
방법은 수소 가스를 연료 전지에 공급함을 포함할 수 있다. 연료 전지는 수소 가스 및 산소 가스를 무로 전환시켜서 열을 생산할 수 있다. 일부 구체예는 수소 가스를 사용하여 자동차 엔진 효율을 개선시킴을 포함한다.
일부 구체예는 셀룰로오스를 수소로 전화시키기 위한 방법을 포함한다. 그러한 방법은 적어도, 셀룰로오스의 공급원을 챔버 내로 도입하거나; 셀룰로오스와 반응시키기 위한 물을 챔버 내로 첨가하거나; 챔버를 가열하여 수증기를 생성시키거나; 수증기와 셀룰로오스 사이에 반응을 유발시켜 수소 가스와 이산화탄소 가스를 형성시키고나; 이산화탄소 가스로부터 수소 가스를 분리시킴을 포함할 수 있다.
반응은 비-산화 반응을 포함할 수 있다. 비-산화 반응은 함수 열분해 반응을 포함할 수 있다. 수소 가스는 산소 가스의 존재하에 연소되어 수증기를 형성시키고 에너지를 방출시킬 수 있다. 수증기는 전력으로 전환될 수 있다. 수소 가스는 연료 전지에 공급될 수 있고, 연료 전기를 수소 가스와 산소 가스를 수증기로 전환시키고 전력 또는 열을 생성시킨다. 일부 구체예에서, 셀룰로오스는 공정 챔버 내부의 공기 중의 산소가 고갈될 때까지 공기를 함유하는 공정 챔버 내에서 부분적으로 연소될 수 있다.
일부 구체예에서, 불활성 가스의 흐름이 챔버에 제공될 수 있다. 불활성 가스는 적어도 아르곤 또는 질소를 포함할 수 있다.
일부 구체예에서, 수증기는 대략 400℃ 또는 그 초과에서 형성된다. 셀룰로오스의 공급원은 옥수수를 포함할 수 있다. 셀룰로오스의 공급원은 종이를 포함할 수 있다. 셀룰로오스의 공급원은 셀룰로오스 폐기물을 포함할 수 있다.
일부 구체예는 탄소, 산소 및 수소를 포함하는 화합물로부터 수소를 생성시키기 위한 시스템을 포함한다. 그러한 시스템은 적어도, 공정 챔버; 공정 챔버의 내부와 열적 소통관게에 있는 열원; 공정 챔버 내에 배치된 화합물의 공급원; 화합물과 반응시키기 위한 물의 공급원; 또는 공정 챔버로부터 생성되는 수소 가스와 이산화탄소 가스를 추출하기 위한 배출 시스템을 포함할 수 있다.
열원은 추가로 비-산화 반응을 이용하여 물의 공급원을 화합물과 반응시키도록 구성될 수 있다. 비-산화 반응은 함수 열분해 반응을 포함할 수 있다. 시스템은 추가로 산소의 존재 하에 수소 가스를 연소시켜 열 에너지를 방출시키고 수증기를 형성시키도록 구성된 연소 챔버를 포함할 수 있다. 그러한 시스템은 수소 가스를 전력으로 전환시키기 위한 연료 전지를 포함할 수 있다.
화합물의 공급원은 적어도 옥수수 또는 종이를 포함할 수 있다. 그러한 시스템은 불활성 가스의 흐름을 공정 챔버에 제공하도록 구성된 가스 전달 시스템을 포함할 수 있다. 불활성 가스는 적어도 아르곤 또는 질소를 포함할 수 있다. 화합물은 공정 챔버 내부의 공기 중의 산소가 고갈될 때까지 공기를 함유하는 공정 챔버 내에서 부분적으로 연소될 수 있다.
물의 공급원은 수소 및 이산화탄소를 형성시키기 위한 화합물과 물의 반응을 위해서 공정 챔버 내에 배치될 수 있다. 화합물의 공급원은 셀룰로오스 폐기물을 포함할 수 있다. 그러한 시스템은 수소 가스를 처리하여 전력을 생성시키도록 구성된 서브시스템을 포함할 수 있다.
상기 설명은 이하 기재되는 상세한 설명이 더 잘 이해될 수 있게 하기 위해서 본 발명의 개시내용에 따른 예들의 특징 및 기술적인 이점을 약간 광범위하게 개괄하고 있다. 추가의 특징 및 이점이 이하 기재될 것이다. 개시된 개념 및 특정의 예는 동일한 본 발명의 개시내용의 목적을 수행하기 위한 다른 구조를 변화시키거나 설계하기 위한 기반으로서 용이하게 이용될 수 있다. 그러한 등가의 구성은 특허청구범위의 사상 및 범위를 벗어나지 않는다. 조직화 및 작동 방법 둘 모두에 관한, 본원에 개시된 개념의 특성인 것으로 여겨지는 특징들이, 관련된 이점과 함께, 첨부된 도면과 결부되어 고려되는 때에 하기 설명으로부터 더욱 우수하게 이해될 것이다. 특징들의 각각은 단지 예시 및 설명을 위해서 제공되고 있으며, 특허청구범위의 한계를 정의하는 것으로 제공되지 않는다.
본 발명의 본질 및 이점의 추가의 이해는 하기 도면을 참조함으로써 실현될 수 있다. 첨부된 도면에서, 유사한 성분 또는 특징은 동일한 참조 라벨을 지닌다. 추가로, 동일한 유형의 다양한 구성요소는 유사한 구성요소 사이를 구별하는 대시(dash)와 두 번째 라벨에 의한 참조 라벨을 따름으로써 구별될 수 있다. 명세서에서 단지 첫 번째 참조 라벨만이 사용되는 경우에, 설명은 두 번째 참조 라벨과는 무관하게 동일한 첫 번째 참조 라벨을 지니는 유사한 구성요소 중 어떠한 하나에 적용될 수 있다.
도 1a는 다양한 구체예에 따라 C-O-H 화합물을 수소 및/또는 액체 가스로 전환시키기 위한 단순화된 시스템의 개략도이다.
도 1b는 다양한 구체예에 따라 C-O-H 화합물을 수소 및/또는 액체 가스로 전환시키기 위한 단순화된 시스템의 개략도이다.
도 2는 다양한 구체예에 따라 수소가 연소 챔버에서 연소되는 단순화된 시스템의 개략도이다.
도 3은 다양한 구체예에 따라 수소 가스를 연료 전지에 의해서 전력으로 전환시키기 위한 단순화된 시스템의 개략도이다.
도 4a는 다양한 구체예에 따라 C-O-H 화합물을 전력 생산을 위한 수소로 전환시키기 위한 방법의 일반적인 양태를 요약하고 있는 흐름도이다.
도 4b는 다양한 구체예에 따라 C-O-H 화합물을 전력 생산을 위한 수소로 전환시키기 위한 방법의 일반적인 양태를 요약하고 있는 흐름도이다.
도 5는 다양한 구체예에 따라 셀룰로오스 바이오매스로부터 수소를 추출하기 위한 첫 번째 특이적 방법 및 수소를 전력으로 전환시키는 단계들을 요약하는 흐름도이다.
도 6은 다양한 구체예에 따라 셀룰로오스 바이오매스로부터 수소를 추출하기 위한 두 번째 특이적 방법 및 수소를 전력으로 전환시키는 단계들을 요약하는 흐름도이다.
도 7은 다양한 구체예에 따라 C-O-H 화합물로부터 액체 연료를 제조하기 위한 방법의 일반적인 양태를 요약하는 흐름도이다.
상세한 설명
탄소, 산소 및 수소를 포함하는 화합물("C-O-H")로부터 수소 및/또는 액체 연료를 추출하기 위한 방법 및 시스템이 개시된다. 화합물은, 예를 들어, 셀룰로오스, 리그닌, 및/또는 헤미셀룰로오스를 포함할 수 있다. 화합물은 하나 이상의 C-O-H 화합물을 포함하는 폐기물 스트림을 포함할 수 있다. 물은 C-O-H 화합물과 조합되어 습윤 형태의 C-O-H 화합물을 생성시킬 수 있다. 습윤 형태의 C-O-H 화합물이 반응 공정 챔버내로 전달될 수 있다. 습윤 형태의 C-O-H 화합물은 반응 챔버 내에서 가열되어서 C-O-H 화합물의 원소들이 해리되고 반응하여 하나 이상의 수소 가스 및/또는 액체 연료를 포함하는 하나의 반응 생성물이 생성되게 할 수 있다. 일부 구체예는 수소 및/또는 액체 연료를 생성시키기 위한 비-산화 반응, 예컨대, 함수 열분해 반응을 이용할 수 있다. 수소 가스 및/또는 액체 연료는 전력, 열, 또는 상이한 유형의 엔진에 의한 파워를 생성시키기 위해서 사용될 수 있다.
이어지는 설명은 단지 예시적인 구체예를 제공하며, 본 개시내용의 범위, 이용성 또는 형태를 제한하고자 하는 것이 아니다. 오히려, 이어지는 예시적인 구체예의 설명은 당업자에게 하나 이상의 예시적인 구체예를 실행하는 것을 가능하게 하기 위한 설명을 제공할 것이며, 다양한 변화가 첨부된 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 구성요소의 기능 및 배열에서 이루어질 수 있음이 이해될 것이다. 몇 가지 구체예가 본원에서 기재되고 있으며, 다양한 특징이 상이한 구체예의 결과이지만, 한 가지 구체예와 관련하여 기재된 특징이 다른 구체예 내에 또한 통합될 수 있음이 인식될 것이다. 같은 이유로, 어떠한 기재된 구체예의 단일 특징 또는 특징들이 본 발명의 모든 구체예에 필수적인 것으로 고려되지 않아야 하는데, 그 이유는 본 발명의 다른 구체예는 그러한 특징을 생략할 수 있기 때문이다.
구체예의 환전한 이해를 제공하기 위해서 특정의 상세설명이 하기 설명에 주어진다. 그러나, 당업자라면 그러한 구체예는 이들 특정의 상세설명 없이 실시될 수 있음이 이해될 것이다. 예를 들어, 구체예에서의 시스템, 네트워크, 공정, 및 그 밖의 구성요소가 불필요한 상세설명으로 구체예를 모호하게 하지 않기 위해서 블록 다이아그램 형태의 구성요소로서 제시될 수 있다. 다른 예에서, 공지된 공정, 구조 및 기술이 구체예를 모호하게 하는 것을 피하기 위해서 불필요한 상세설명 없이 제시될 수 있다.
또한, 개별적인 구체예는 플로우챠트, 흐름도, 데이터 흐름도, 구조도, 또는 블록도로서 도시되는 공정으로서 기재될 수 있음을 주지해야 한다. 비록, 플로우챠트가 순차적인 공정으로서의 작동을 기재하고 있지만, 많은 작동은 병행으로 또는 동시에 수행될 수 있다. 또한, 작동의 순서는 재배열될 수 있다. 공정은 그 작동이 완료되는 때에 종료될 수 있지만, 그러한 공정은 또한 도면에서 논의되거나 포함되지 않은 추가의 작동을 포함할 수 있다. 추가로, 어떠한 특정의 기재된 공정에서의 모든 작동이 모든 구체예에서 발생할 수 있는 것은 아니다. 공정은 방법, 함수(function), 절차, 서브루틴(subroutine), 부프로그램(subprogram) 등에 상응할 수 있다. 공정이 함수에 상응하는 경우에, 그 종료는 호출 함수(calling function) 또는 메인 함수로의 그 함수의 회귀에 상응한다.
추가로, 구체예는 적어도 일부 수동으로 또는 자동으로 실행될 수 있다. 수동 또는 자동 실행은 기계, 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어(firmware), 미들웨어(middleware), 마이크로코드(microcode), 하드웨어 설명 언어(hardware description language), 또는 이들의 어떠한 조합을 통해서 실행되거나, 적어도 보조될 수 있다. 소프트웨어, 펌웨어, 미들웨어, 또는 마이크로코드에서 실행되는 때에, 필요한 작업을 수행하기 위한 프로그램 코드 또는 코드 세그먼트들은 기계-판독 가능한 매체에 저장될 수 있다. 프로세서(들)가 필요한 작업을 수행할 수 있다.
단지, 예시 목적으로, 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스 및 리그닌 및 이들의 조합물을 포함한 리그노셀룰로오스로도 일컬어지는 셀룰로오스 바이오매스의 구성요소를 포함하는 어떠한 특정의 반응이 개시된 방법 및 공정이 어떻게 실행되는 지의 예로서 본원에서 기재되고 있다. 그러나, 그러한 기술은 본 발명의 발명자에 의해서 C-O-H 화합물에 더욱 일반적으로 용이하게 적용되는 것으로 밝혀졌으며, 이들 구성요소 중 어떠한 것 또는 이들의 조합이 어떠한 방식으로든 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
상이한 구체예는 바이오매스 구성요소의 상이한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 셀룰로오스, 리그닌, 및/또는 헤미셀룰로오스의 조합물이 사용될 수 있다. 많은 바이오매스 공급원료는 셀룰로오스, 리그닌, 헤미셀룰로오스 및/또는 이들 구성요소 물질 중의 미량의 미네랄의 혼합물 중 하나 이상을 지닐 수 있다. 따라서, 상기 기재된 화학물질은 수소 및 CO2 및 미량의 가스의 공정 가스 스트림으로의 공급원료의 처리를 유도할 수 있다. 일부 구체예는 C-O-H, 예컨대, 종이 폐기물, 광범위하게 다양한 목재 유형의 톱밥, 판지, 건초, 짚(straw), 스위치그래스(switchgrass), 도시 고형 폐기물, 위생 폐기물, 모사 핵 폐기물(simulated nuclear waste), 철거 및 건설 목재 폐기물을 이용할 수 있고; 이들의 다양한 공급 원료는 일반적으로 폐기물로 일컬어질 수 있다.
일부 구체예는 입력물이 리그노셀룰로오스 공급원료와 물의 배합물인 함수 열분해를 이용할 수 있다. 이러한 사항은 반응이 단일 단계로 조합될 수 있다는 이점을 지니는 많은 기존의 합성가스(syn-gas) 생산 기술과 유사성을 지닐 수 있고, 높은-수소 가스 혼합물이 생성될 수 있으며, 공정이 입력 공급원료 중의 수분에 매우 관용성일 수 있고, 생성되는 가스 스트림이 내연기관에서 직접적으로 연소될 수 있다.
예를 들어, 리그노셀룰로오스 공급원료의 생화학적 조성은 세 가지의 주요 성분, 즉, 셀룰로오스, 리그닌, 및 헤미셀룰로오스를 지닐 수 있다. 상이한 공급원료(이로 한정되는 것은 아니지만, 견목, 연목, 풀(grasses), 과실류를 포함할 수 있다)는 상이한 상대적인 양의 이들 세 가지 주류의 성분을 지닐 수 있다. 이하 설명은 다양한 구체예에 따라서 고형 탄소 폐기물과 일산화탄소의 생성을 최소화하기 위한 공급원료의 각 성분에 의해서 필요한 물의 비율을 계산하기 위해서 사용될 수 있는 방법을 제공한다. 반응에서 소정의 양의 물을 사용하는 것은 왕복 기관에서 직접적으로 연소될 수 있는 가스 생성물 혼합물을 생성시킬 수 있으며, 바이오-수소 생산을 위한 수소 분자의 생성을 최대화시킬 수 있다.
일부 구체예를 위한 함수 열분해 공정에 의해서 유도된 일반적인 반응 부류는 다음과 같이 기재될 수 있다:
CxHyOz + (2x-z)H2O = xCO2 + (2x + y/2-z)H2.
리그노셀룰로오스 성분의 각각의 몰이 CO2 및 H2로 완전히 전환되는 경우에, 요구되는 물의 몰수는 2x-z로 기재될 수 있다.
완전한 반응을 위한 리그노셀룰로오스 물질과 물의 생화학적 조성물에서의 우세한 구조는 다음과 같을 수 있고, 이는 단지 예로서 제공된다:
Figure 112015037692827-pct00001
C% 셀룰로오스, L% 리그닌, G% 글루코만난, 및 X% 자일란(xylan)의 성분 중량 백분율을 지니는 바이오매스 공급원료의 경우에, 건조한 입력 공급원료 물질의 질량 당 첨가되는 물 질량 Mw는 다음과 같을 수 있다:
Mw ={ 0.7778C + [18(16+n)/(150+31n)]L + 0.79G + 1.37X]} MF.
단지 예를 들어, 45% 셀룰로오스, n=1.2의 30% 리그닌, 2% 글루코만난, 및 23% 자일란을 지니는 견목의 경우에, 바삭 마른 셀룰로오스 물질에 대한 물의 중량 백분율은 완전한 반응의 경우에 117.59%일 수 있다.
W 중량%의 물을 함유한 바삭 마르지 않은(일반적인 상황) 입력 공급원료의 경우에, 전체 전달된 공급원요 MT에서 발견되는 셀룰로오스 공급원료 MF의 건조 질량은 다음과 같이 기재될 수 있다:
MF = (1-W) MT.
W 중량%의 물로 전달된 공급원료의 질량 MT로 인해서, 첨가되는 물의 나머지 질량 MA는 다음과 같을 수 있다:
MA = Mw - W MT.
= MT (1-W)( 0.7778C + [18(16+n)/(150+31n)]L + 0.79G + 1.37X]) - W MT
= MT {(1-W)( 0.7778C + [18(16+n)/(150+31n)]L + 0.79G + 1.37X]) - W}.
일부 구체예에서, 공급원료는, 상기 섹션에서 사용되는 생화학적 조성보다는, 궁극적인 원소 분석에 특징이 있을 수 있다. 이러한 경우에, 공급원료에서 발견되는 화학적 원소의 중량 백분율은 분석에 의해서 제공될 수 있다. 정보가 이러한 방식으로 제공될 수 있다면, 분석에 대한 입력의 소나무 톱밥에 대한 예가 다음과 같이 제공한다:
Figure 112015037692827-pct00002
관심 반응에서의 관여 원소는 주로 C, H, 및 O이기 때문에, 그리고, 이들 원소가 공급원료의 건조 질량의 99%를 초과하기 때문에, 입력 공급원료에 첨가되는 물의 질량을 측정하는 때에 단지 이들 원소만을 고려할 수 있다. 건조 물질 중량 백분율 %C 의 탄소, %H의 수소 및 %O의 산소를 지니는 입력 공급원료의 경우에, 그리고, CxHyOz의 프로토-분자(proto-molecule)를 사용하면, 관심 반응은 다음과 같이 기재될 수 있다:
CxHyOz + (2x-z)H2O = xCO2 + (2x + y/2-z)H2
리그노셀룰로오스 성분의 각각의 몰이 CO2 및 H2로 완전히 전환되는 경우에, 요구되는 물의 몰수는 2x-z로 기재될 수 있다.
최종 원소 분석을 이용하여 x, y, 및 z의 값을 찾기 위해서, 1g/mol의 입력 공급원료의 몰 질량에 대해서 다음과 같이 계산될 수 있다:
x = %C/질량(C)
y = %H/질량(H)
z = %O/질량(O).
이산화탄소로의 탄소 원자 모두를 반응시키기 위해서 요구되는 물의 몰수는 2x-z이고, 이는 다음과 같이 표시될 수 있다:
몰(H2O) = 2%C/질량(C) - %O/질량(O).
따라서, 건조한 입력 공급원료 물질에 대해서 첨가되는 물 Mw의 질량 백분율은 다음과 같을 수 있다:
Mw = [질량(H2O) x (2%C/질량(C) - %O/질량(O))] MF.
소나무 톱밥의 예시적인 공급원료의 경우에, 방정식은 다음과 같이 평가된다:
몰(H2O) = .085 - .02625 = 0.05875
질량(H2O) = 18.
Mw = 1.0575 MF.
W 중량%의 물을 함유한 바삭 마르지 않은(일반적인 상황) 입력 공급원료의 경우에, 전체 전달된 공급원요 MT에서 발견되는 셀룰로오스 공급원료 MF의 건조 질량은 다음과 같이 기재될 수 있다:
MF = (1-W) MT.
W 중량%의 물로 전달된 공급원료의 질량 MT로 인해서, 첨가되는 물의 나머지 질량 MA는 다음과 같을 수 있다:
MA = Mw - W MT.
= MT (1-W) [질량(H2O) x (2%C/질량(C) - %O/질량(O))] - W MT
= MT {(1-W)[질량(H2O) x (2%C/질량(C) - %O/질량(O))] - W}.
단지 예를 들어, 25% 수분 함량의 소나무 톱밥 1톤의 경우에, 첨가되는 물의 질량은 다음과 같을 수 있다:
MA = 1{0.75(1.0575) - .25)
= 0.543 톤.
전달된 공급원료의 입력 톤 때문에, 750kg의 건조 공급 원료 및 250 kg의 물이 존재할 수 있다. 543 리터의 물(543 kg)을 첨가함으로써, 예를 들어, 물의 전체 질량은 793kg 또는 공급원료의 입력 건조 질량의 105.73%일 수 있어서, 모든 탄소가 열분해 공정에서 이산화탄소로 반응될 수 있음을 보장하고 있다.
수소로의 셀룰로오스의 전환 반응 1
셀룰로오스는 C6H10O5의 분자식을 지닌다. 한 가지 가능한 반응은 셀룰로오스가 불활성 가스 대기 중에서 또는 가열시에 존재하는 최소의 다른 가스와 함께 해리되어서 H2O를 방출시키고 탄소 잔류물을 생성시킨다는 것이다. 그러한 반응은 다름 식으로 기재될 수 있다:
C6H10O5 → 6C + 5H2O.
그러나, 발명자들이 탄소 섬유의 생산을 위해서 탄화 면화를 연구하였을 때에, 약 15kg의 면화가 가열 챔버에 도입되었다. 가열 사이클이 종료된 때에, 약 3kg의 탄화된 면화가 남겨졌다. 탄소 함량의 평균 수율이 실험시에 20%-25%였다는 것은 알 수 없는 일이었다.
본 실험에서의 이러한 관찰의 추가의 이해는 본 발명을 유도한다. 탄소가 셀룰로오스 내의 모든 산소를 소비하여 이산화탄소(CO2)를 형성시키면, 반응은 다음과 같이 기재될 수 있다:
2C6H10O5 → 5 CO2 + 7C + 10H2.
따라서, 잔류 탄소가 다음과 같이 분자량을 이용함으로써 계산될 수 있다:
(7 몰 x 탄소의 Mr)/(2 몰 x 셀룰로오스의 Mr) = (7x12)/(2x162) = 26%.
추가로, 탄소가 셀룰로오스 내의 모든 산소를 소비하여 일산화탄소(CO)를 형성시키면, 반응은 다음과 같이 기재될 수 있다:
C6H10O5 → 5CO + C + 5 H2.
잔류 탄소는 이하와 같이 산정될 수 있다:
탄소의 Mr/셀룰로오스의 Mr = 12/162= 7%.
따라서, 셀룰로오스 가열(열분해) 동안의 우세한 반응은 CO와 CO2의 혼합물을 생성시킬 수 있으면서, 혼합물 중에 CO2가 우세한 듯하다. 따라서, 불활성 가스에서 가열된 셀룰로오스는 다음 화학 반응을 유도할 수 있다:
2C6H10O5 → 5 CO2 + 7C + 10H2 (반응 1a).
물을 형성하도록 연소되는 수소 및 이산화탄소를 형성하도록 연소되는 탄소에 대한 추가의 반응은 이하와 같이 정의된다:
2H2 + O2 → 2H2O (반응 1b)
C + O2 → CO2 (반응 1c).
열화학은 일반적으로 화학 반응 동안에 발생하는 에너지 변화의 연구이다. 에너지는 일이 없이 일정한 체적에서 열로서 전달되면, 생성되는 내부 에너지의 변화가 전달되는 열과 동일하다. 어떠한 공정과는 무관하게 상태 ΔU의 특별한 변화의 경우에, 열역학 제1법칙에서 정의되는 (ΔU)v = qv이다. 에너지가 일정한 압력에서 열로서 전달되면, 전달되는 에너지의 양은 엔탈피의 변화로 확인될 수 있다. 따라서, 다른 일이 수행되지 않는 한, ΔH = qp이다. 반응을 수반하는 엔탈피 변화는 반응 엔탈피(ΔH)라고 한다. 형성 엔탈피는 화합물이 그 원소로부터 형성되는 때의 반응 엔탈피이다. 몇 가지 반응물 및 생성물이 있는 반응의 경우에, 엔탈피 변화 ΔH는 다음과 같은 전체 공정을 나타낸다:
(혼합되지 않은 반응물) → (혼합되지 않은 생성물)
ΔH>0인 반응은 흡열반응이라고 하고; ΔH<0인 반응은 발열반응이라고 한다.
하기 표는 화합물, 예컨대, 이산화탄소(CO2), 물(H2O), 및 셀룰로오스(C6Hl0O5)의 형성 엔탈피 및 화합물의 몰당 분자량을 열거하고 있다. 또한, 하기 표는 화합물의 비열 및 물의 기화 엔탈피를 열거하고 있다. 표에 제공된 그러한 데이터는 셀룰로오스를 가열하고 상승된 온도에서 수증기를 형성시키기 위해서 요구되는 에너지의 계산을 위해서 이용된다.
Figure 112015037692827-pct00003
이제, 반응 1a를 참조하면, 형성 엔탈피를 이용함으로써 2 몰의 셀룰로오스에 대한 에너지 방출이 다음과 같은 것으로 산정될 수 있다:
ΔH1= 5 (-393.5) -2 (87.2) = -2141.8 kJ
잔류 수소가 연소되어 반응 1b에서 물을 형성시키면, 2몰의 셀룰로오스에 대해서 방출된 추가의 에너지는 다음과 같이 계산될 수 있다:
ΔH2 = 10 (-241.8) = -2418.3 kJ
따라서, 2몰의 셀룰로오스에 대한 에너지 방출은 다음과 같다:
ΔH = ΔH1 + ΔH2 = -4560.1 kJ
따라서, 반응 1a 및 1b에서의 1몰의 셀룰로오스에 대한 에너지 방출은 -2280 kJ/mol이다.
셀룰로오스를 가열하기 위해서 92 kJ/mol의 에너지가 요구되면, 이는 하기 반응식을 이용하여 셀룰로오스에 대한 비열 Cp 및 온도변화에 의해서 계산될 수 있다:
ΔU = Cp ΔT = 230 J/K/mol * 400K = 92,000 J/mol = 92 kJ/mol
이어서, 불활성 가스 중에서 연소되는 셀룰로오스에 대한 순수한 에너지 방출은 다음과 같을 수 있다:
ΔH3 = -2280 + 92 = -2188 kJ/mol = -2188/162 kJ/g = -13.51 kJ/g
추가로, 1몰의 셀룰로오스에 대한 3.5몰의 탄소 잔류물(또는 3.5 * 12 = 42 그램의 탄소)이 가능성 있게 연소되어 이산화탄소를 형성시키고 다음과 같은 수 있는 추가의 에너지를 방출시킬 수 있다:
ΔH4 = -3.5 * 393.5 = -1377.3 kJ/mol = -1377.3/162 kJ/g = -8.5 kJ/g
셀룰로오스에 대한 전체 에너지 방출은 다음과 같이 산정될 수 있다:
ΔH4 + ΔH3 = -13.51 - 8.5 = -22.0 kJ/g
발명자들은 공기를 대체하기 위해서 아르곤 대신 질소 가스를 사용하여 실험을 수행하였는데, 그 이유는 질소 가스가 아르곤 가스보다 덜 비쌌기 때문이다. 그러나, 가스가 아르곤으로부터 질소로 변화되는 때에, 평균 탄소 수율은 평균 탄소 수율은 20-25%로부터 17%로 떨어질 수 있고, 이는 CN의 형성에 기인될 수 있거나, 아마도, 질소가 산소뿐만 아니라 아르곤 가스를 대신할 수 없기 때문이다. 그럼에도 불구하고, 일부 구체예는 시스템 내의 공기의 일부 또는 전부를 대체하기 위한 다른 불활성 가스를 사용할 수 있다.
셀룰로오스로부터 수소를 생산하기 위한 함수 열분해
액체 물을 셀룰로오스에 첨가하고 조합물을 가열시킴으로써 셀룰로오스로부터 수소를 생성시키는 가능한 반응은 다음과 같이 정의될 수 있다:
C6H10O5 + 7 H2O → 6 CO2 + 12 H2 (반응 2a).
일부 구체예에서, 조합물은 약 1000℃로 가열될 수 있다. 이러한 함수 열분해 반응은 수소의 생산을 유도한다. 다른 비-산화 반응이 또한 일부 구체예에서 이용되어 수소를 생성시킬 수 있다. 수소는 후속하여, 다음과 같이 정의된 반응으로, 산소 중에서 연소될 수 있다:
2H2 + O2 → 2H2O (반응 2b).
반응 2a에서, 반응의 순수 엔탈피는 1241 kJ/mol로 계산되었다.
반응 2b에서의 수소 연소가 고려되는 때에, 다음 에너지가 방출될 수 있다:
ΔH = 12(-241.8) = -2902 kJ/mole.
따라서, 순수 에너지 생성은 1661 kJ/mol 셀룰로오스이다. 소비된 셀룰로오스의 각 그램에 대해서, 하기 에너지가 방출될 수 있다:
ΔH = 3108 kJ/ 162g 셀룰로오스
= 10.25 kJ/g 셀룰로오스.
CHyP 반응을 통해서 셀룰로오스로부터 생산된 수소를 연소시킴으로써 방출되는 순수 열 에너지는 다음과 같이 기재될 수 있다:
(10.25 kJ/g)(1,000,000 g/톤)(1 MW-hr/3,600,000 kJ) = 2.84 MW-hr/톤.
상기 분석은 상이한 구체예의 열역학이 순조롭게 일을 함을 나타낼 수 있다. 따라서, 구체예는 가스와 공간에서 문제로 확인된 많은 문제를 해결할 수 있다.
예를 들어, 일부 구체예는 가정 단위 크기로부터 상업적 전력 생산에 이르는 매우 광범위한 범위에 걸친 확장에 유리한 단순화된 설계를 제공할 수 있다. 일부 구체예는 가스화 기술을 비효율적이게 하는 경향이 있는 열 손실을 유발하는 열적 문제에 중점을 둘 수 있다. 비록, 일부 구체예가 과량의 열을 생산할 수 있지만, 환경으로 및 배출되는 가스를 통한 열 손실이 고려될 수 있다. 발열의 본질 때문에, 입력 파워로부터의 열 파워의 레버리지(leverage)는 10 초과일 수 있다.
일부 구체예는 CO 및 CxHy 뿐만 아니라 타르 생산을 최소화하기 위해서 최적화될 수 있다. 일부 구체예의 경우에, 물을 함유하는 셀룰로오스는, 물 함량을 최소화하기 위해서 공급원료의 건조가 요구되는 대부분의 바이오매스 에너지 공정과 관련한 에너지 소비 문제가 아니라, 이익일 수 있다. 많은 구체예에서의 공급원료는 가공 전에 건조시킬 필요가 없을 수 있다. 일부 구체예에서 즉시 응답 방식으로(on-demand) 수소를 생성시킴으로써, 수소와 일반적으로 관련되는 어려움, 즉, 주로 저장 및 분배의 문제 없이 수소의 이익이 실현될 수 있다. 생산된 가스는 CO2를 함유하기 때문에, 수소의 희석이 일부 구체예에서의 내연 기관에서 연소를 실제로 유익하게 할 수 있는데, 불꽃 온도 및 속도의 감소, 및 후속 NOx 오염물의 감소를 통해서 유익하게 할 수 있다. 생성물 가스를 연소시킴으로부터 생산되는 불꽃은 일반적으로는 볼 수 없는 불꽃을 보이게 하는 소량의 CxHy 및 CO를 함유하여, 일부 구체예에서 취급을 더 안전하게 한다.
일부 구체예에서, 셀룰로오스 바이오매스 중의 리그닌 및/또는 헤미셀룰로오스는 또한 수소의 효과적인 공급원으로서 작용할 수 있다. 이들은 여러 공급원, 특히, 에탄올 생산에 대한 셀룰로오스로부터 폐기 생성물일 수 있기 때문에, 이러한 사항은 본원에서 기재된 공정을 이용한 재생 가능한 에너지 상황에 대한 효과적인 부가사항일 수 있다.
리그닌으로부터 수소의 생산을 위한 함수 열분해
리그닌은 공칭 조성: C9H10O2(OCH3)n을 지니며, 여기서, n은 MeO:C9 비이고, 이는 리그닌 내의 메톡실화된 기 대 페닐프로파노이드 기의 비이다. n의 값은, 단지 예를 들어, 연목 및 종이의 경우에 대체로 0.94이고, 풀의 경우에, 1.18이며, 견목의 경우에, 1.4일 수 있다. 리그닌 화학식을 다시 쓰기 위한 등가의 식을 이용하면 다음과 같이 유도될 수 있다:
C9H10O2(OCH3)n = C9 + nH10 +3 nO2 +n.
다양한 구체예에 따르면, CHyP 수소 발생장치는 다음 반응을 유도할 수 있다:
C9 + nH10 +3 nO2 +n + (16 + n) H2O => (9+n) CO2 + (21 + 2.5n) H2 (반응 3a).
단지, 예를 들어, n=1의 경우에, 이는 충분한 물을 리그닌에 첨가하여 습윤 화합물의 조성이 62.8 wt% 물이 되게 함에 대응한다.
1000℃ 출력 온도에서의 이러한 반응의 순수 엔탈피는 다음과 같이 기재될 수 있다:
(9+n)(-393.5) + (21 + 2.5n)(29.1) + 1592 + (16+n)(285.8) = 2008 - 34.95n kJ/mol.
그러나, 수소 연소가 고려되는 때에, 다음 에너지가 방출될 수 있다:
ㅿH = 21+2.5n(-241.8) = -5078 - 605n kJ/mole.
따라서, n=1의 경우에, 단지, 예를 들어, 순수 에너지 생성은 5683 - 1973 = 3710 kJ/mole 리그닌이다. 소비된 리그닌의 각 그램에 대해서, 다음 순수 에너지가 방출될 수 있다:
ㅿH = 3710 kJ/ 181g 리그닌 = 20.5 kJ/g 리그닌.
이러한 반응을 통해서 리그닌으로부터 생산된 수소를 연소시킴에 의해서 방출된 순수 열 에너지는 다음과 같이 기재될 수 있다:
(11 kJ/g)(1,000,000 g/톤)(1 MW-hr/3,600,000 kJ) = 3.05 MW-hr/톤.
헤미셀룰로오스로부터 수소의 생산을 위한 함수 열분해
일부 구체예에서, 리그노셀룰로오스 공급원료 중의 헤미셀룰로오스가 또한 수소의 효과적인 공급원으로서 작용할 수 있다. 헤미셀룰로오스는, 이로 한정되는 것은 아니지만, 글루코스, 자일로스, 만노스, 갈락토스, 람노스, 아라비노스, 및 글루코만난을 포함할 수 있는 당들로 구성된 폴리사카라이드이다. 이들 당 형성 블록에 대한 화학식은 C5H10O5 및 C6H12O6으로 기재될 수 있다. 북아메리카 리그노셀룰로오스 바이오매스 중의 일반적인 헤미셀룰로오스 물질은 자일란(C17H36O8) 및 글루코만난(C35H49O29)을 포함한다. 많은 헤미셀룰로오스 폴리사카라이드에 대한 정확한 결합 해리 에너지는 이들의 정확한 화학적 조성 및 환경에 좌우될 수 있기 때문에, 셀룰로오스의 평균 값(질량 가중)이 다음 분석에서 이용될 수 있다.
자일란으로부터의 수소
자일란의 화학식은 C17H36O8로서 기재될 수 있으며, 일부 구체예에서 유도된 반응은 다음과 같이 기재될 수 있다:
C17H36O8 + 26 H2O = 17 CO2 + 44 H2.
이는, 단지 예를 들어, 충분한 물을 자일란에 가하여 습윤 화합물의 조성이 56 wt%이 되게 함에 대응한다. 일부 구체예는 상이한 물 백분율을 지니는 습윤 화합물을 생성시킴을 포함할 수 있다.
1000℃ 출력 온도에서 이러한 반응의 순수 엔탈피는 3854 kJ/mol일 수 있다.
그러나, 수소 연소가 고려되는 때에, 다음 에너지가 방출될 수 있다:
ㅿH = 44(-241.8) = -10,640 kJ/mole.
순수 에너지 생성은 10640 - 3854 = 6786 kJ/mol 자일란일 수 있다. 소비되는 자일란의 각 그램에 대해서 다음 에너지가 방출될 수 있다:
ㅿH = 6786 kJ/ 368g 자일란
= 18.44 kJ/g 자일란.
CHyP 반응을 통한 자일란으로부터 생산되는 수소를 연소시킴에 의해서 방출되는 순수 열 에너지는 다음과 같이 기재될 수 있다:
(18.44 kJ/g)(1,000,000 g/톤)(1 MW-hr/3,600,000 kJ) = 5.12 MW-hr/톤.
글루코만난으로부터의 수소
글루코만난에 대한 화학식은 C35H49O29로 기재될 수 있으며, 일부 구체예에 의해서 유도된 반응은 다음과 같이 기재될 수 있다:
C35H49O29 + 41 H2O = 35 CO2 + 65.5 H2.
이는, 단지 예를 들어, 충분한 물을 글루코만난에 첨가하여 습윤 화합물의 조성이 44.13 wt% 물이 되게 함에 대응한다. 일부 구체예는 상이한 물 백분율을 지니는 습윤 화합물을 생성시킴을 포함할 수 있다.
1000℃ 출력 온도에서 이러한 반응의 순수 엔탈피는 6885 kJ/mol일 수 있다.
그러나, 수소 연소가 고려되는 때에, 다음 에너지가 방출될 수 있다:
ㅿH = 65.5(-241.8) = -15,840 kJ/mole.
순수 에너지 생성은 15,840 - 6885 = 8955 kJ/mol 글루코만난일 수 있다. 소비되는 글루코만난의 각 그램에 대해서 다음 에너지가 방출될 수 있다:
ㅿH = 8955 kJ/ 933g 글루코만난
= 9.6 kJ/g 글루코만난.
CHyP 반응을 통한 글루코만난으로부터 생산되는 수소를 연소시킴에 의해서 방출되는 순수 열 에너지는 다음과 같이 기재될 수 있다:
(9.6 kJ/g)(1,000,000 g/톤)(1 MW-hr/3,600,000 kJ) = 2.67 MW-hr/톤.
하기 표는, 단지 예를 들어, 생화학적 성분에 의한 바이오매스 공급원료로부터의 수소 및 에너지 수율을 제공하고 있다.
Figure 112015037692827-pct00004
일부 구체예의 경우에, C% 셀룰로오스, L% 리그닌, X% 자일란, 및 G% 글루코만난의 입력 리그노셀룰로오스 바이오매스 공급원료에 대한 예상되는 수소 수율의 표현은 하기 방정식을 이용하여 결정될 수 있다:
질량(H2) = {0.148C + [(21 + 2.5n)/(150+31n)]L + .239X + .14G}질량 (건조 공급 원료).
단지, 예를 들어, C=.47, L=.3, X=.18, G=.05 및 n=1.3를 지니는 하이브리드 포플러(hybrid poplar)의 경우에,
질량 (H2) = 0.148(.47) + 0.127(.3) + .239(.18) + .14(.05)
= 0.158 질량(건조 공급 원료)이고,
순수 에너지 수율 = 10.25(.47) + 20.5(.3) + 18.44(.18) + 9.6(.05)
= 14.77 kJ/g 건조 공급 원료이다.
단지, 예를 들어, C=.41, L=.27, X=.27, G=.05 및 n=1을 지닌 알라모 스위치그래스(Alamo switchgrass)의 경우에,
질량 (H2) = 0.148(.41) + 0.13(.27) + .239(.27) + .14(.05)
= 0.167 질량(건조 공급 원료)이고,
순수 에너지 수율 = 10.25(.41) + 20.5(.27) + 18.94(.27) + 9.6(.05)
= 15.33 kJ/g 건조 공급 원료이다.
일부 구체예는 C-O-H를 포함하는 다양한 다른 공급원료 물질을 사용할 수 있다. 공급원료의 범위는, 이로 한정되는 것은 아니지만, 종이 폐기물, 광범위하게 다양한 목재 유형의 톱밥, 판지, 건초, 짚, 스위치그래스, 도시 고형 폐기물, 모사 핵 폐기물, 철거 및 건설 목재 폐기물을 포함할 수 있다. 일부 구체예는 위생 폐기물을 사용할 수 있다. 일부 구체예에서, 물질은 파워 또는 효율의 손실이 거의 없이 가동 중에 변경될 수 있다.
단지, 예를 들어, 처리된 물질, 예컨대, 바이오차(biochar) 내에 철거 및 건설 목재 폐기물 결합된 어떠한 독성물질은, 비용이 드는 침출 장벽 없이 독성 물질의 안전한 처분을 가능하게 하는 형태로 고정시키면서, 이들의 폐기물 스트림의 >90% 감소를 유도할 수 있다. 또한, 황을 함유하는 바이오매스 스트림이 황화수소의 생성 없이 처리되어 시스템을 정상적인 물질 범위보다 더 광범위한 물질을 처리하는데 이례적으로 유용하게 할 수 있다. 예를 들어, 일부 구체예에서 자동차 타이어를 처리하는 것이 가능할 수 있다. 염소를 고정하기 위한 추가의 공정 제어로, PVC 물질을 처리하는 것이 가능할 수 있다. 사용될 수 있는 다른 물질은, 이로 한정되는 것은 아니지만, 모든 목재 유형, 모든 플라스틱 유형, 팜유 생산으로부터의 폐기물, 사탕 수수 생산, 옥수수 대, 및/또는 기본적으로는 궁극적으로 두엄(manure)을 포함한 어떠한 바이오매스 물질을 포함한다.
일부 구체예는 탄소, 산소 및 수소를 포함하는 화합물로부터 액체 연료를 제조하기 위한 방법 및 시스템을 제공한다. 액체 연료가 수집되지만, 일부 구체예에서, 방법 및 시스템의 부산물은 또한 수거되고 에너지 생산에서 사용될 수 있는 분자 수소의 생산을 포함한다.
단지, 예시 목적으로, 셀룰로오스를 포함하는 일정한 특정의 반응이 개시된 방법 및 공정이 어떻게 실행될 수 있는 지의 예로서 본원에서 기재된다. 그러나, 기술은 더욱 일반적으로 C-O-H 화합물에 용이하게 적용될 수 있으며, 셀룰로오스를 사용하는 예시는 어떠한 방식으로든 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 예를 들어, 기술은 셀룰로오스와 함께 헤미셀룰로오스 및 리그닌, 및 이들의 조합물을 포함한 리그노셀룰로오스로도 일컬어지는 셀룰로오스 바이오매스에 적용될 수 있다. 다른 C-O-H 화합물, 예컨대, 폐기물 스트림이 또한 이용될 수 있다.
C-O-H 화합물, 예컨대, 셀룰로오스 또는 다른 C-O-H 화합물이 포함될 수 있는 구체예에서 사용될 수 있는 반응의 예는, 이로 한정되는 것은 아니지만, 하기 반응을 포함할 수 있다.
메탄올의 생산
C6H10O5 + 6H2O → CH4O + 5CO2 + 9H2
C6H10O5 + 5H2O → 2CH4O + 4CO2 + 6H2
C6H10O5 + 4H2O → 3CH4O + 3CO2 + 3H2
C6H10O5 + 3H2O → 4CH4O + 2CO2
에탄올의 생산
C6H10O5 + 4H2O → C2H6O + 4CO2 + 6H2
C6H10O5 + H2O → 2C2H6O + 2CO2
프로판올의 생산
C6H10O5 + 2H2O → C3H8O + 3CO2 + 3H2
부탄올의 생산
C6H10O5 → C4H10O + 2CO2
가솔린의 생산
C6H10O5 + 4C + 4H2O → C7H16 + 2CO2
디젤의 생산
C6H10O5 + 10C + 2H2O → C16H24 + 6CO2
일부 예에서, 상기 반응은 하나 이상의 C-O-H 화합물, 예컨대, 셀룰로오스 외에 물을 사용할 수 있고, 셀룰로오스의 습윤 형태를 제공함으로써 진행될 수 있다. 다른 예에서, 탄소의 공급원이 반응물 중 하나로서 셀룰로오스와 함께 제공될 수 있다. 일부 구체예는 또한 액체 연료로서 바이오-오일을 생성시킬 수 있다.
C-O-H 화합물로부터의 수소 또는 액체 연료의 추출 및 전력 또는 열 생산으로의 전환을 위한 시스템
바이오매스로부터의 에너지 생산은 일반적으로 세 가지 방법 중 하나를 취한다: 열 및/또는 전기 생산을 위한 바이오매스의 직접적인 연소, 열 및/또는 전기 생산을 위한 연소를 위한 바이오매스의 열분해 가스화, 또는 장차의 연소를 위한 액체 연료로의 바이오매스의 전환. 이들 방법 중 많은 방법이 합성 가스의 생상으로 시작하고, 일부가 수분 이동 반응을 이용하여, 특히, 액체 연료의 생산을 위한, 반응을 향상시킨다.
바이오매스의 경제학이 충분히 유망하여 11 GW의 전기 생산이 현재 미국에서 이용되게 하고 있다. 그러나, 그러한 설비 용량의 대부분은 스팀 생산을 이용하고 평균 바이오매스 플랜는 약 20%(왓-투-왓(what-to-what) 효율로 20 MW이다. 가동은 효율을 증가시키기 위해서 더 큰 플랜트 크기를 향하는 경향이 있다.
또한, 셀룰로오스로부터 수소를 추출하기 위해서 노력하고 있는 몇몇 연구 팀이 있다. 이들의 노력은 (a) 미생물 소화 및 (b) 수소를 방출하고 탄산나트륨으로서의 탄소를 포착하는 반응을 촉진하는 촉매와 NaOH의 사용에 기반을 두고 있다. 셀룰로오스를 에탄올로 가공하기 위한 더욱 광범위한 노력이 몇몇의 실험 설비에서 확장되고 있다.
식품 가공, 목재 가공, 및 종이 가공 부문에서의 많은 회사들이 그들의 주된 사업에 가치가 거의 없거나 부정적인 가치가 있는 상당한 양의 그들 공정의 부산물을 가지고 있다. 동시에, 산업 부문에서의 전력 비용은 매년 5%씩 상승하고 있으며, 이들 비율은 다가올 10년 내에 더욱더 신속하게 증가할 것이 유력하다. 많은 가공 부산물은 일정한 방식으로 처분되어야 하여, 수수료 또는 그 밖의 처분 비용을 발생시킨다.
설비 에너지 비용을 절감하기 위한 분산 생산(distributed generation)을 위해서 이용 가능한 옵션은 종종 설비의 에너지 예산에 상당한 영향을 주거나 폐기물 스트림 감소에 영향을 주기에 충분하게 경제적이지 못하다. 일부의 경우에, 폐기물 스트림의 직접적인 연소가 공정을 위한 열 및 스팀을 생성시키기 위해서 사용되지만, 일반적으로 경제적인 재생 에너지 전력 생산 옵션이 이용 가능하지 않다. 광전지로부터의 전기는 30%의 연방 투자세 융자를 적용하면 약 $200/MWh의 비용이 들며, 열병합전력 시스템(combined-heat-and-power system)을 위한 디젤 발전기의 사용은 회사들이 디젤 연료에 대한 연료 가격 변동을 경험하게 하고, 국가 에너지에 의존하게 한다. 가장 경제적인 시스템은 천연 가스에 의해서 연료가 공급된느 열병합발전 시스템(combined-heat-and-power (CHP) system)이며, 이들은 큰 기관의 빌딩, 예컨대, 대학, 학교, 및 병원에 가장 일반적이다. 상업적 및 산업적 설정을 위해서, 공정 열 요건과는 별도로 전기를 경제적으로 생성시키는 능력이 상당한 시장 기회를 열어줄 것이다.
다양한 구체예에 따르면, 셀룰로오스 바이오매스를 수소로 전환시키기 위한 2-단계 공정이 포함될 수 있다. 일부 구체예는 과학 문헌에서 일반적이거나 상업적으로 이용 가능한 종래 기술 공정과는 상이한 신규한 유형의 함수 열분해 공정을 포함한다. 한 가지 양태로, 그러한 공정은, 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스 및 리그닌 부분을 포함한 셀룰로오스 바이오매스의 대부분의 성분에 적용 가능할 수 있다.
이러한 공정을 위해서 개발된 클린 에너지 시스템은 고객 작업장 분산 생산(customer-sited distributed generation)에 유용한 가스화기를 포함할 수 있다. 그러한 시스템은 셀룰로오스 바이오매스를 직접 연소되어 열 및/또는 파워를 생산할 수 있는 수소-풍부 가스 스트림으로 전환시킬 수 있다. 단지, 예를 들어, 500kW 내지 5MW의 전력 범위라면, 이들 시스템이 셀룰로오스 바이오매스 폐기물 스트림, 예컨대, 목재 폐기물, 농작물 부산물, 및 종이 폐기물을 이용하는 사업자 고객에게 판매될 수 있다. 다른 고객은, 이로 한정되는 것은 아니지만, 지역사회 규모 독립 파워 생산자, 및 적절한 현장 재생 에너지 옵션을 찾고 있는 기관을 포함할 수 있다.
다양한 구체예에 따른 가스화기의 작동 원형은, 단지, 예를 들어, 단지 12kW의 입력 열분해 전력에 대해서 450 kWth(thermal: 열)에 이르는 비율로 다양한 셀룰로오스 공급원으로부터 연속적인 수소 출력 스트림을 생성시킬 수 있다. 생성된 가스 혼합물은 65%의 수소, 30%의 이산화탄소, 및 5%의 다른 성분을 포함할 수 있으며, 원형은 직접적으로 9 kWe(electrical: 전기)에서 가동되는 발전장치에 공급된다. 시스템에 의해서 생산된 가스는 다른 열분해 가스보다 에너지 함량이 더 높을 수 있으며, 그러한 공정은 수증기가 주요 방출 성분인 탄소-중립이다.
일부 구체예는, 단지, 예를 들어, 공급원료를 최종 전기 생산에 제공하는 것을 포함할 수 있는 복수의 단계를 포함할 수 있다. 구체예들은 파워 및 열 생산에 필요한 대로 바이오매스로부터 수소-풍부 가스 스트림을 생성시킬 수 있는 열분해 시스템(셀룰로오스 바이오매스 투 수소 열분해 시스템(Cellulosic biomass to Hydrogen Pyrolysis system), 또는 CHyP)을 포함할 수 있다. 가스 스트림의 측정된 조성(65%의 수소, 30%의 이산화탄소, 및 5%의 애쉬(ash), 타르, 및 탄화수소)은 파워 생성을 위한 왕복운동 기관에서의 연소에 이상적일 수 있다. 이러한 가스 스트림은 기계적으로 및 화학적으로 제조된 셀룰로오스 폐기물 또는 바이오매스로부터 단일 공정 단계로 발생될 수 있고, 애쉬 및 타르를 제거한 후에, 가스는 내연 기관(nternal combustion (IC) engine)에 공급된다. 가스 스트림 중의 CO2의 존재는 이러한 적용에 매우 유익한데, 그 이유는 이것이 완충 가스로서 작용하여 온도를 IC 기관을 위한 이들의 특정된 범위에서 유지시키기 때문이다. 가스 스트림이 이보다 더 연소 가능한 원소를 지녔다면, 내연기관에서 생성되는 온도는 상승된 NOx 방출을 발생시키고 내연기관의 수명을 감소시킬 수 있는 수준으로 상승할 것이다.
일부 구체예와는 구별되는 중요한 양태는 분산 적용을 위한 소규모(예를 들어, (500kW 내지 5MW)로 공급원료로부터 수소를 생성시키는 능력일 수 있다. 대부분의 다른 셀룰로오스 또는 바이오매스 생성 방법은 단지 대규모로만 경제적으로 작동할 수 있다. 임의의 규모에서 작동하는 능력은 현재의 방법으로 이용 가능하지 않은 적용을 해결할 수 있다. 잠재적인 시장 기회는, 이로 한정되는 것은 아니지만, 주택용: 열, 전기, 또는 열병합전력 시스템(combined heat and power (CHP) system); 상업용 파워: 전기 또는 지역 CHP; 수소 공급: 수소 가스; 산업용: 열, 전기, 또는 CHP; 상업용: 열, 전기, 또는 CHP를 포함할 수 있다.
양태는 분산 생산 규모로부터 상업용 파워 생산까지의 확장성에 유리할 수 있는 단순화된 설계를 포함할 수 있다. 전체 공정의 발열 본질 때문에, 입력 파워로부터의 열적 파워의 레버리지는 열 손실을 발생시키는 열적 문제에 중점을 두고 있는 종래 기술의 가스화 기술에 비해서 20배 초과일 수 있다. 입력 바이오매스 부분의 증가된 유연성은 물에 관용적인 공정 및 장비로부터 발생될 수 있다. 공정 및 장비의 유익한 부효과는 타르 방출의 최소화일 수 있다. 현장 수소 생성에 의해서, 일부 구체예에서, 수소의 이익이 저장 및 분배 문제없이 실현될 수 있다. CHyP 신가스(syngas)는 30%의 CO2를 함유할 수 있기 때문에, H2의 희석이, 허용 한계 내의 NOx 방출을 유지시키고 기관 부품을 열화시키지 않으면서, 기존의 내연 기관에 적합한 연소 온도를 발생시킬 수 있다.
일부 구체예의 공정 및 열분해 유닛은, 가스가 소비될 준비가 됨에 따라서, 수소 혼합물을 적용부에 공급하기 위해서 사용될 수 있는 수소 신가스를 생성시킬 수 있다. 수소 신가스는 내연기관에서 연소되어 열 또는 전기를 생성시킬 수 있다. 이러한 발전 적용은 통합된 바이오리파이너리 작동(integrated biorefinery operation)을 위해서 셀룰로오스 바이오매스, 예컨대, 스위치그래스로부터 전력을 제공하여, 생성되는 연료의 내포된 방출물 균형을 개선시킬 수 있다. 생성되는 전기는, 단지, 예를 들어, 바이오리파이너리 플랜트에서 사용되거나, 통합된 바이오리파이너리에서의 모든 작동에 이용되는 것과 적어도 등가의 양으로 그리드(grid)로 되돌려질 수 있다. 수소는 필요한 대로 생성될 수 있기 때문에, 일부 구체예의 경우에, 수소 저장이 요구되지 않고, 결과적으로, 고압 수소 저장이 우려되지 않는다.
일부 구체예는 어떠한 과도한 물 및 타르를 포집하기 위해서 CHyP 수소 방생장치의 단부에서 응축기를 포함할 수 있으며, 일부 구체예는 이러한 설계를 이용하여 액체 연료를 생성시킬 수 있다. 일부 구체예는 알코올을 생성시킬 수 있으며, 그곳에서의 반응은 알코올을 선택적으로 생성시키도록 제어될 수 있다.
수소 추출 방법을 포함하는 일부 구체예의 주요한 주목을 끄는 특징은 가스화기 설계의 단순성 및 연속적인 공정이 재현 가능한 결과를 가능하게 하고 용이하게 확장 가능할 수 있다는 것일 수 있다. 또한, CHyP 공정 및 장치에 대한 종래의 개발은 품질과 결과의 재생산성을 향상시킬 잘-조작된 공급 속도 기술을 발생시켰다. 공급원료에 대한 사이징 및 밀링 공정이 먼저 이용되어 CHyP 컨버터(converter)를 위한 제조된 공급원료를 생성시킬 수 있지만, 개발된 공정은 셀룰로오스 바이오매스에서의 사용에 적절하게 액체 연료 (CeLF) 반응기로 옮겨질 수 있다.
다양한 구체예에 따라서 C-O-H 화합물을 수소 및/또는 액체 연료로 전환시키기 위한 단순화된 시스템(100-a)에 대한 일반적인 개요가 도 1a에 제공되어 있다. 시스템(100-a)는 챔버(102-a), 챔버(102-a)와 열 소통관계에 있는 가열 시스템(110-a), 불활성 가스를 챔버(102-a)내로 공급하기 위한 임의의 가스 공급 라인(114-a), 밸브(108-a)를 이용하여 챔버(102-a)에 첨가될 물을 위한 물 공급 라인(106-a), 생성물 가스(예컨대, 사용되는 특정의 화합물(들)에 H2 및 CO2)가 챔버(102-a)를 빠져나가서 임의의 가스 분리기(120-a)로 흐르게 하는 배출 라인(118-a), 및 제어기(112-a)를 포함할 수 있다. C-O-H 화합물(104-a)은 챔버(102-a) 내에 배치될 수 있다. 다양한 구체예에 따른 방법에 적합한 것으로 발견될 수 있는 C-O-H 화합물(104-a)의 예는, 이로 한정되는 것은 아니지만, 셀룰오로스의 공급원, 헤미셀룰로오스, 및/또는 리그닌의 공급원을 포함한다. C-O-H 화합물은 C-O-H 화합물을 포함하는 폐기물 스트림을 포함할 수 있다. 이하 추가로 기재되는 바와 같이, 일부 공정은 불활성 가스를 사용할 수 있으며, 제어기(112-a)는 밸브(116-a)를 사용하여 불활성 가스에 의해서 챔버(102-a)를 연속적으로 퍼징하는 때를 제어할 수 있다. 제어기(112-a)는 또한 가열 시스템(110-a)을 제어하여 챔버가 챔버(102-a) 내의 환경에서 C-O-H 화합물(104-a)가 해리되게 할 필요가 있는 상승된 온도를 제공할 수 있다. 제어기(112-a)는 또한 챔버(102-a) 내로의 습윤화된 공급원료의 주입 속도를 제어할 수 있다. 제어기(112-a)는 추가로 가열 시스템(110-a)의 온도를 제어하여 습윤화된 공급원료 내의 물을 수증기로 전환시키고 C-O-H 화합물(104-a)을 가열하여 물과의 C-O-H 화합물(104-a)의 화학적 반응을 유발시킬 수 있다. 가스 분리기(120-a)는, 가스(H2, CO2)가 챔버(102-a)를 빠져나간 후에, 반응의 생성물(예, H2 및 CO2 가스 및 아마도 그 밖의 반응 생성물)을 분리하기 위해서 사용될 수 있다.
바이오매스 처리 동안에, 시스템(100-a)은 대기압 내지 약 10 torr 양성 압력까지 매우 약간의 양성 압력에서 가동될 수 있다. 이는 시스템에서의 누출을 최소화하고 압력 상승 상황의 위험을 상당히 감소시킬 수 있다. 한 가지 구체예에서, 시스템은 약 7 torr 양성 압력에서 가동된다.
일부 구체예에서, 물 공급 라인(106-a)은, C-O-H 화합물이 챔버(102-a)내로 도입되기 전에, 물이 C-O-H 화합물과 조합되어 습윤 형태의 화합물을 생성시키도록 구성될 수 있다. 일부 구체예는 습윤 화합물을 챔버(102-a)내로 전달하기 위해서 이용될 수 있는 컨베이어 기구(도시되지 않음)를 포함할 수 있다.
일부 구체예에서, 반응 생성물은 상기 논의된 바와 같은 액체 연료를 포함할 수 있으며, 이는 이어서 수거에 이용 가능할 수 있다. 일부 구체예에서, 수소 및/또는 이산화탄소 가스가 최종 생성물로서 추출될 수 있다.
수소 가스를 최종 생성물로서 생성시키는 일부 특정의 구체예에서, 수소 가스는 그 다음에 추가로 상이한 시스템에 의한 전력 또는 열을 생성시키기 위해서 사용되거나, 액화 가스로서의 판매 및 분배를 위해서 포장될 될 수 있다. 특정의 구체예에서, 불활성 가스를 제공하기 위한 가스 공급 라인(114-a)은 존재하지 않는다. 그러한 경우에, 챔버(102-a) 내로 주입되는 습윤화된 공급원료 중에 동반된 미량의 공기가 C-O-H 화합물(104-a)과 반응하여 물 및 이산화탄소를 생성시킬 수 있다.
다양한 구체예에 따라서 C-O-H 화합물을 수소 및/또는 약체 연료로 전환시키기 위한 또 다른 단순화된 시스템(100-b)의 일반적인 개요가 도 1b에 제공되어 있다. 시스템(100-b)은 챔버(102-b), 챔버(102-b)와 열적 소통관계에 있는 가열 시스템(110-b), 불활성 가스를 챔버(102-b)내로 공급하기 위한 임의의 가스 공급 라인(114-b), 공급원료 호퍼(feed stock hopper) 또는 챔버(122-b) 내에서 C-O-H 화합물에 첨가되고/거나 그와 혼합되는 물을 위한 물 공급 라인(106-b), 생성물 가스(예컨대, 사용되는 특정의 화합물(들)에 H2 및 CO2)가 챔버(102-b)를 빠져나가서 임의의 가스 분리기(120-b)로 흐르게 하는 배출 라인(118-b), 및/또는 제어기(112-b)를 포함할 수 있다. C-O-H 화합물(104-b)은 챔버(102-b) 내에 배치될 수 있다. 챔버(122-b)는 혼합 챔버 및/또는 조합 챔버로서 구성될 수 있으며, 거기서, 물이 화합물과 혼합 및/또는 조합되어 습윤 C-O-H 화합물을 형성시킬 수 있다. 다양한 구체예에 따른 방법에 적합한 것으로 발견될 수 있는 습윤 C-O-H 화합물(104-b)의 예는, 이로 한정되는 것은 아니지만, 습윤화될 수 있는 셀룰오로스의 공급원, 헤미셀룰로오스, 및/또는 리그닌의 공급원을 포함한다. C-O-H 화합물은 C-O-H 화합물을 포함하는 폐기물 스트림 공급원을 포함할 수 있다. 이하 추가로 기재되는 바와 같이, 일부 공정은 불활성 가스를 사용할 수 있으며, 제어기(112-b)는 밸브(116-b)를 사용하여 불활성 가스에 의해서 챔버(102-b)를 연속적으로 퍼징하는 때를 제어할 수 있다. 제어기(112-b)는 또한 가열 시스템(110-b)을 제어하여 챔버가 챔버(102-b) 내의 환경에서 C-O-H 화합물(104-b)이 해리되게 할 필요가 있는 상승된 온도를 제공할 수 있다. 제어기(112-b)는 또한 챔버(102-b) 내로의 습윤화된 공급원료의 주입 속도를 제어할 수 있다. 밸브(117)가 일부의 경우에 사용될 수 있다. 제어기(112)는 추가로 가열 시스템(110-b)의 온도를 제어하여 습윤화된 공급원료 내의 물을 수증기로 전환시키고 C-O-H 화합물(104-b)을 가열하여 물과의 C-O-H 화합물(104-b)의 화학적 반응을 유발시킬 수 있다. 가스 분리기(120-b)는, 가스(H2, CO2)가 챔버(102-b)를 빠져나간 후에, 반응의 생성물(예, H2 및 CO2 가스 및 아마도 그 밖의 반응 생성물)을 분리하기 위해서 사용될 수 있다.
바이오매스 처리 동안에, 시스템(100-b)은 대기압 내지 약 10 torr 양성 압력까지 매우 약간의 양성 압력에서 가동될 수 있다. 이는 시스템에서의 누출을 최소화하고 압력 상승 상황의 위험을 상당히 감소시킬 수 있다. 한 가지 구체예에서, 시스템은 약 7 torr 양성 압력에서 가동된다.
일부 구체예에서, 물 공급 라인(106-b)은, C-O-H 화합물이 챔버(102-b)내로 도입되기 전에, 물이 C-O-H 화합물과 조합되어 습윤 형태의 화합물을 생성시키도록 구성될 수 있다. 일부 구체예는 습윤 화합물을 챔버(102-b)내로 전달하기 위해서 이용될 수 있는 컨베이어 기구(124)를 포함할 수 있다. 일부 구체예는 습윤화된 공급원료를 챔버(102-b) 내로 전달하는 것을 돕기 위해서 중력을 이용할 수 있다. 일부의 경우에, 습윤화된 공급원료는 챔버(102-b) 내로 수동으로 전달될 수 있다.
일부 구체예에서, 반응 생성물은 상기 논의된 바와 같은 액체 연료를 포함할 수 있으며, 이는 이어서 수거에 이용 가능할 수 있다. 일부 구체예에서, 수소 및/또는 이산화탄소 가스가 최종 생성물로서 추출될 수 있다.
수소 가스를 최종 생성물로서 생성시키는 일부 특정의 구체예에서, 수소 가스는 그 다음에 추가로 상이한 시스템에 의한 전력 또는 열을 생성시키기 위해서 사용되거나, 액화 가스로서의 판매 및 분배를 위해서 포장될 될 수 있다. 특정의 구체예에서, 불활성 가스를 제공하기 위한 가스 공급 라인(114-b)은 존재하지 않는다. 그러한 경우에, 챔버(102-b) 내로 주입되는 습윤화된 공급원료 중에 동반된 미량의 공기가 C-O-H 화합물(104-b)과 반응하여 물 및 이산화탄소를 생성시킬 수 있다.
파워 및/또는 열을 생성시키기 위한 수소 연소 기술은 본 분야에 공지되어 있다. George Roters, Helmut Sommer, Genrih Erlikh, 및 Yehuda Pashut에 의한 발명의 명칭 "Method and Apparatus for the Production of Process Gas That includes Water Vapor and Hydrogen Formed by Burning Oxygen in a Hydrogen-Rich Environment"의 미국특허 US/7,144,826 B2의 전체 내용이 모든 목적으로 본원에서 참조로 포함된다.
예시를 위해서, 산소 연소를 위한 단순화된 예시 시스템(200)이 도 2에 제공되어 있다. 시스템(200)은 연소 챔보(230), 산소 중의 수소 연소를 촉발시켜서 수증기(238)를 형성시키고 열을 생성시키기 위한 버너(236), 연소 챔버(230) 내로 H2를 공급하기 위한 H2 가스 공급 라인, 연소 챔버(230) 내로 O2 또는 공기를 공급하기 위한 가스 공급 라인, 연소 챔버(230)를 빠져나가는 수증기 스팀(238)을 위한 배출 라인(240), 및 불활성 가스가 사용되는 구체예에서 H2 가스를 연소 챔버(230)에 도입하기 전에 불활성 가스를 제공하여 연소 챔버를 세정하기 위한 불활성 가스 공급 라인(242)을 포함한다. 수소 가스(234)와 산소 가스(232)의 비율은 수소가 산소 중에서 완전히 연소될 수 있도록 제공될 수 있다. 수증기(238)는 본 기술분야에 공지된 여러 기술 중 어떠한 기술에 의해서 컨버터(240)에서 전력으로 전환될 수 있다. 일반적으로, 산소 대신에, 산소-함유 가스, 예컨대, 다른 것들 중에서도, 단지 예를 들어, NO 또는 O3가 사용될 수 있다. 주지된 바와 같이, 특정의 구체예에서, 불활성 가스를 제공하기 위한 가스 공급 라인(242)이 존재하지 않는다. 그러한 경우에, 챔버(242) 내의 공기는, 그러한 공기가 고갈될 때까지, C-O-H 화합물과 반응하여 물 및 이산화탄소를 생성시킬 수 있다.
연소 챔버가 수소(234)로 충전된 후에, 가열 시스템(236)이 작동할 수 있고, 이제, 산소(232)가 챔버 내로 도입될 수 있다. 연소 챔버(230)에서, 산소(234)는, 예를 들어, 수소(234)에 대해서 5초의 시간 지연으로 도입될 수 있다. 가열 시스템(236)은, 단지 예를 들어, 출구(244) 근처의 영역을 약 700℃로 가열하여 연소를 촉발시킬 수 있다. 산소(232) 대 수소(234)의 비는 수소가 완전히 연소되게 하는 비율로 연소 챔버 내로 제공될 수 있다.
수소를 전력으로 전환시키기 위한 또 다른 방법은 연료 전기를 사용한다. 연료 전지는 전기화학적 에너지 전환 장치이다. 이는 화학 파워를 전력으로 변환시킨다. 연료 전지는 수소와 산소를 물로 전환시키고 전기와 열을 생성시킨다. 연료 전지는 또한 수소 가스가 아닌 다른 연료 공급원, 예컨대, 액체 연료 유사 메탄올, 천연 가스, 및 가솔린 등을 사용할 수 있다. 본원에서 모든 목적으로 전체 내용이 참조로 포함되고 있는, John C. Calhoon의 발명의 명칭 "Apparatus and Method for Heating Fuel Cells"의 미국특허 US/7,192,666 B2에 기재된 바와 같이, 연료 전지 전력 생산 장치는 애노드, 전해막, 캐소드 및 확산층을 포함하며, 여기서, 연료는 애노드에서 산화되고, 산소는 캐소드에서 환원된다.
도 3은 연료로서 H2를 사용하기 위한 단순화된 연료 전지 시스템(300)을 도시하고 있다. 시스템(300)은 애노드(354), 및 캐소드(356), 전해질(358), 수소 가스(350) 공급 라인, 및 산소 가스(352) 공급 라인을 포함한다. 가스 공급 라인으로부터의 수소(350)는 연료 전지의 애노드(254)에 공급될 수 있는 반면, 가스 공급 라인으로부터의 산소(352)는 연료 전지의 캐소드(356)에 공급될 수 있다. 애노드(354)에서 촉매(364)와 반응하는 수소(300) 원자들은 프로톤(360)과 전자(362)로 분할된다. 한편, 캐소드(356)에서 촉매(366)와 반응하는 산소 분자(352)는 음전하는 지닌 두 개의 별도의 산소 원자로 분할된다.
전해질(358)은 애노드(354)와 캐소드(356) 사이에 위치된다. 전해질(358)은 애노드(354)와 캐소드(356) 사이에서 프로톤(360)을 운반하기 위한 전도체로서 작용한다. 프로톤(360)은 전해질을 통해서 통과되는 반면, 전자(362)는 그렇지 않다. 프로톤(360)은 전해질(358)을 통해서 캐소드(356) 내의 산소(352)를 향해 통과한다. 결과는 뒤에 남겨지는 전자(362)로 인한 애노드(254)에서의 음전하의 형성이다. 전자(362)의 형성에 의해서 생성되는 전기 전위가 전력을 공급하기 위해서 사용된다. 한편, 프로톤은 막(전해질)을 통해서 캐소드로 확산되고, 그곳에서, 수소 원자가 캐소드에서 재조합되고 산소와 반응하여 캐소드에서 물을 형성시킨다.
수소와 산소를 물로 전환시키고 전기를 생성시키기 위한 많은 유형의 연료 전지, 예를 들어, 다른 것들 중에서도, 인산 연료 전지(phosphoric acid fuel cell: PAFC), 프로톤 교환 막(Proton Exchange Membrane: PEM), 용융 탄산염 연료 전지(Molten Carbonate Fuel Cell: MCFC), 고체 산화물 연료 전지(Solid Oxide Fuel Cell: SOFC), 및 알칼리 연료 전지(Alkaline Fuel Cell: AFC)가 있다.
화학 반응이 또한 연료 전지마다 다양하다 예를 들어, 애노드, 캐소드 및 연료 전지에서의 PEM 반응을 설명하기 위한 화학 방정식은 다음과 같이 제공될 수 있다:
애노드: H2 (g) → 2H+(aq) + 2e-
캐소드: 1/2 O2 (g) + 2H+(aq) + 2e- → H2O (l)
연료 전지: H2 (g) + 1/2 O2 (g) → H2O (l).
PAFC 반응을 설명하기 위한 화학 반응의 또 다른 예가 이하 제공된다:
애노드: H2 (g) → 2H+(aq) + 2e-
캐소드: 1/2 O2 (g) + 2H+(aq) + 2e- → H2O (l)
연료 전지: H2 (g) + 1/2 O2 (g) + CO2 → H2O (l) + CO2.
PAFC는 허용 가능한 수소 연료의 광범위한 선택을 가능하게 하는 약 1.5%의 낮은 CO2 농도를 허용할 수 있음을 주지해야 한다.
전력으로의 수소의 전환을 위한 공정
수소를 추출하고 그러한 수소를 전력으로 전환시키기 위한 다양한 구체예에 따른 시스템 및 공정이 가스화 공간에서 문제로 확인된 많은 문제를 해결할 수 있다. 단순화된 시스템 설계는 가정용 유닛 크기로부터 상업용 전력 생산까지 매우 넓은 범위에 걸쳐서 확대를 가능하게 할 수 있다. 그러한 공정은 가스화 기술을 비효율적이게 하는 경향이 있는 열 손실을 유발시키는 열적 문제에 중점을 둘 수 있다. 비록, 그러한 공정이 과량의 열을 생성시킬 수 있지만, 환경으로 및 배출 가스를 통한 열 손실이 고려될 수 있다. 발열의 본질 때문에, 입력 파워로부터의 열 파워의 레버리지(leverage)는 20 초과일 수 있다.
도 4a는 전력 생산을 위한 수소로의 C-O-H 화합물의 전환에 사용될 수 있는 다양한 구체예에 따른 방법(400-a)의 개요를 제공하고 있다. 도 4a에서 그리고 다른 흐름도에서, 도시된 단계의 특정의 선택 및 이들이 도시되는 순서는 단지 예시적인 것으로 의도된다. 본 발명의 상이한 구체예에 따라서 특정의 단계들이 대안적인 순서로 수행되고, 특정의 단계들이 생략되고, 특정의 추가의 단계들이 추가되는 것이 가능하다. 모두는 아니지만 일부의 이들 변화가 이하 이어지는 설명에서 주지된다. 방법(400-a)은 도 1a의 시스템(100-a), 도 1b의 시스템(100-b), 도 2의 시스템(200), 및/또는 도 3의 시스템(300)의 양태를 이용하여 실행될 수 있다.
블록(404-a)에서, 물은 C-O-H 화합물과 조합될 수 있고, 그러한 화합물의 예는, 이로 한정되는 것은 아니지만, 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스 및/또는 리그닌을 포함할 수 있다. C-O-H 화합물은 C-O-H 화합물을 포함하는 폐기물 스트림을 포함할 수 있다. 습윤 화합물은 블록(408-a)에서 반응 공정 챔버내로 전달될 수 있다. 이들 두 단계는 그 순서가 대안적인 구체예에서 변경될 수 있는 단계들의 한 예를 제공한다.
블록(412-a)에서, 습윤 화합물이 반응 챔버 내에서 가열된다. 그러한 가열은 당업자에게는 공지된 다양한 여러 기술을 이용하여 달성될 수 있으며, 이들 중 일부는 특정의 구조적 구체예에 대해서 상기 설명되어 있다. 일부 구체예에서, 화합물은, 비록, 다른 온도가 효과적인 적으로 발명자들에게 또한 알려져 있지만, 700℃ 내지 1100℃의 온도로 가열될 수 있다. 습윤 화합물을 가열하는 것은 해리 및 해리된 원소들의 반응을 유발시킬 수 있으며, 전형적인 반응 생성물은 분자 수소 H2 및 이산화탄소 CO2를 포함한다. 관련되는 반응(들)은 함수 열분해를 포함한 비-산화 반응을 포함할 수 있다.
방법(400-a)은 대기압 내지 약 10 torr 양성 압력까지 매우 약간의 양성 압력에서 가동될 수 있다. 이는 시스템에서의 누출을 최소화하고 압력 상승 상황의 위험을 상당히 감소시킬 수 있다. 한 가지 구체예에서, 시스템은 약 7 torr 양성 압력에서 가동된다.
도 4b는 전력 생산을 위한 수소로의 C-O-H 화합물의 전환에 사용될 수 있는 다양한 구체예에 따른 방법(400-b)의 개요를 제공하고 있다. 도 4a에서 그리고 다른 흐름도에서, 도시된 단계의 특정의 선택 및 이들이 도시되는 순서는 단지 예시적인 것으로 의도된다. 본 발명의 상이한 구체예에 따라서 특정의 단계들이 대안적인 순서로 수행되고, 특정의 단계들이 생략되고, 특정의 추가의 단계들이 추가되는 것이 가능하다. 모두는 아니지만 일부의 이들 변화가 이하 이어지는 설명에서 주지된다. 방법(400-b)은 도 1a의 시스템(100-a), 도 1b의 시스템(100-b), 도 2의 시스템(200), 및/또는 도 3의 시스템(300)의 양태를 이용하여 실행될 수 있다. 방법(400-b)은 도 4b의 예시일 수 있다.
블록(404-b)에서, 물은 C-O-H 화합물과 조합될 수 있고, 그러한 화합물의 예는, 이로 한정되는 것은 아니지만, 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스 및/또는 리그닌을 포함할 수 있다. C-O-H 화합물은 C-O-H 화합물을 포함하는 폐기물 스트림을 포함할 수 있다. 습윤 화합물은 블록(408-b)에서 반응 공정 챔버 내로 전달될 수 있다. 이들 두 단계는 그 순서가 대안적인 구체예에서 변경될 수 있는 단계들의 한 예를 제공한다. 예를 들어, 화합물은 건조한 상태로 반응 공정 챔버에 배치될 수 있으며, "전달"은 화합물을 거기에 배치하는 동안 이를 물과 조합함으로써 수행된다. 또 다른 예에서, 화합물이 반응 공정 챔버 내로 이동함에 따라서, 물이, 예컨대, 전달의 일부로서 스프레이 시스템을 사용함으로써, 화합물에 적용될 수 있다.
블록(412-b)에서, 습윤 화합물이 반응 챔버 내에서 가열된다. 그러한 가열은 당업자에게는 공지된 다양한 여러 기술을 이용하여 달성될 수 있으며, 이들 중 일부는 특정의 구조적 구체예에 대해서 상기 설명되어 있다. 일부 구체예에서, 화합물은, 비록, 다른 온도가 효과적인 적으로 발명자들에게 또한 알려져 있지만, 700℃ 내지 1100℃의 온도로 가열될 수 있다. 습윤 화합물을 가열하는 것은 해리 및 해리된 원소들의 반응을 유발시킬 수 있으며, 전형적인 반응 생성물은 분자 수소 H2 및 이산화탄소 CO2를 포함한다. 관련되는 반응(들)은 함수 열분해를 포함한 비-산화 반응을 포함할 수 있다. 비록, 블록(416 내지 424)의 단계들 모두가 많은 구체예에서 포함될 필요는 없지만, 반응 챔버 내에서 생성된 분자 수소는 블록(416 내지 424)에서 처리될 수 있다.
특히, 수소의 생산이 100%일 것임이 예상되지는 않으며, 반응 생성물 중에 미량의 미반응된 원소가 존재할 수 있다. 예를 들어, 블록(416)에서의 감소된-압력 챔버를 통한 수소 반응 생성물의 통과가 미량의 미반응된 탄소를 제거하는데 유용할 수 있으며, 블록(420)에서의 수냉식 챔버를 통한 수소 반응 생성물의 통과가 미반응된 물 및 타르를 제거하는데 유용할 수 있다.
수소가 공정으로부터 추출되면, 이는 블록(424)에서 처리되어, 예컨대, 상기 기재된 바와 같은 연소 공정, 왕복운동 엔진, 또는 연료-전지를 이용함으로써, 에너지를 생성시킬 수 있다. 수소는 또한 다른 구체예에서의 다른 목적으로 사용될 수 있다.
방법(400-b)은 대기압 내지 약 10 torr 양성 압력까지 매우 약간의 양성 압력에서 가동될 수 있다. 이는 시스템에서의 누출을 최소화하고 압력 상승 상황의 위험을 상당히 감소시킬 수 있다. 한 가지 구체예에서, 시스템은 약 7 torr 양성 압력에서 가동된다.
도 5 및 도 6은 특정의 구체예에 대한 본 발명의 방법의 더욱 특이적 예시를 제공한다. 예를 들어, 도 5는 반응, 예컨대, 반응 1a로부터 수소로의 C-O-H 화합물의 공급원, 예컨대, 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 및/또는 리그닌의 전환 및 전력으로의 수소의 전환을 위한 이어지는 단계들의 첫 번째 방법(500)을 요약하고 있는 흐름도이다. 화합물은 하나 이상의 C-O-H 화합물을 포함하는 폐기물 스트림을 포함할 수 있다. 물은 C-O-H 화합물과 조합되어 습윤 형태의 C-O-H 화합물을 생성시킬 수 있다. 습윤 형태의 C-O-H 화합물은 반응 공정 챔버 내로 전달될 수 있다. 습윤 형태의 C-O-H 화합물은 반응 챔버 내에서 가열되어서 C-O-H 화합물의 원소들이 해리되고 반응하여 하나 이상의 수소 가스 및/또는 액체 연료를 포함하는 하나의 반응 생성물이 생성되게 할 수 있다. 일부 구체예는 수소 및/또는 액체 연료를 생성시키기 위한 비-산화 반응, 예컨대, 함수 열분해 반응을 이용할 수 있다. 수소 가스 및/또는 액체 연료는 전력, 열, 또는 상이한 유형의 엔진에 의한 파워를 생성시키기 위해서 사용될 수 있다.
방법(500)은 도 1a의 시스템(100-a), 도 1b의 시스템(100-b), 도 2의 시스템(200), 및/또는 도 3의 시스템(300)의 양태를 이용하여 실행될 수 있다. 방법(500) 중 일부 방법은 상이한 반응을 이용할 수 있다. 그러한 공정은 C-O-H 화합물의 공급원을 챔버 내로 도입함으로써 블록(502)에서 시작할 수 있다. 이어서, 챔버는 블록(504)에서 챔버 내의 공기를 대체시키기 위해서 불활성 가스로 세정된다. 불활성 가스는 아르곤, 질소, 및 헬륨 등을 포함할 수 있다. 본 발명의 특정의 구체예에서, 불활성 가스가 도입되지 않아서 챔버가 공기로 충전되게 한다. 특정의 구체예에서, 습윤화된 셀룰로오스 공급원료는 가열 챔버를 통해서 연속적으로 이동하고, 불활성 가스가 사용되지 않으며, 챔버의 기하학적 구조가 챔버 내의 공기의 존재를 최소화한다. 공기는 그러한 공기가 챔버 내부에서 고갈될 때까지 C-O-H 화합물과 반응할 수 있다. C-O-H 화합물의 공급원을 함유하는 챔버는 가열되어 블록(506)에서 C-O-H 화합물의 해리를 유발시킬 수 있다. 해리는 수소 가스, 이산화탄소, 일반화탄소, 그 밖의 탄화수소 및 탄소 잔류물을 형성시킬 수 있다. 수소 가스는 본 분야에서 공지된 기술에 의해서 블록(608)에서 이산화탄소 가스로부터 분리될 수 있다. 도면은, 비록 다른 방법이 이용될 수 있지만, 전력으로의 수소의 두 가지 가능한 전환 방법을 도시하고 있다. 전기로의 수소의 한 가지 전환 방법은 블록(512)에서 연료 전지에서 수소를 산소와 반응시키는 것이다. 전력으로의 수소의 또 다른 전환 방법은 블록(510)에서 연소 챔버에서 산소하에 수소를 연소시켜서, 수증기가 열 방출과 함께 형성되게 하는 것이다. 이어서, 수증기는 에너지 컨버터, 예컨대, 본 기술분야에서는 공지된 기술에 의해서 블록(514)에서 열 에너지로부터 전기를 생성시키기 위한 팽창 터빈 내로 공급될 수 있다.
도 6은 반응, 예컨대, 반응 2a로부터 수소로의 C-O-H 화합물의 공급원의 전환 및 전력으로의 수소의 전환을 위한 단계들의 두 번째 방법(600)을 요약하고 있는 흐름도이다. 그러한 방법(600)은 도 1a의 시스템(100-a), 도 1b의 시스템(100-b), 도 2의 시스템(200), 및/또는 도 3의 시스템(300)의 양태를 이용하여 실행될 수 있다. 방법(600)은 일부 구체예에서 다른 반응을 이용할 수 있다. 그러한 공정은 C-O-H 화합물의 공급원을 챔버 내로 도입함으로써 블록(602)에서 시작할 수 있다. 이어서, 챔버는 블록(604)에서 챔버 내의 공기를 대체시키기 위해서 불활성 가스로 세정된다. 불활성 가스는 아르곤, 질소, 및 헬륨 등을 포함할 수 있다. 본 발명의 특정의 구체예에서, 불활성 가스가 도입되지 않아서 챔버가 공기로 충전되게 한다. 공기는 그러한 공기가 챔버 내부에서 고갈될 때까지 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 및/또는 리그닌과 반응할 수 있다.
이어서, 물이 C-O-H 화합물과 반응하여 수소 및 이산화탄소를 형성시키기 위해서 필요함에 따라서, 그러한 물이 블록(606)에서 챔버 내로 첨가될 수 있다. 액체 형태의 물은 가열되어 수증기로 변화될 수 있고, C-O-H 화합물이 블록(608)에서 수증기와 반응할 수 있는 온도로, C-O-H 화합물의 공급원을 함유하는 챔버가 가열된다. 특정의 구체예에서, 습윤화된 셀룰로오스 공급원료는 가열 챔버를 통해서 연속적으로 이동하고, 불활성 가스가 사용되지 않으며, 챔버의 기하학적 구조가 챔버 내의 공기의 존재를 최소화한다. C-O-H 화합물과 물의 반응은 수소 가스와 이산화탄소 가스를 형성시킨다. 수소 가스는 본 기술분야에서 공지된 기술에 의해서 블록(610)에서 이산화탄소 가스로부터 분리될 필요가 있다.
도면은, 비록 다른 방법이 또한 이용될 수 있지만, 전력으로의 수소의 두 가지 가능한 전환 방법을 도시하고 있다. 전기로의 수소의 한 가지 전환 방법은 블록(614)에서 연료 전지에서 수소를 산소와 반응시키는 것이다. 전력으로의 수소의 또 다른 전환 방법은 블록(612)에서 연소 챔버에서 산소하에 수소를 연소시켜서, 수증기가 열 방출과 함께 형성되게 하는 것이다. 이어서, 수증기는 본 기술분야에서는 공지된 기술에 의해서 블록(616)에서 열 에너지로부터 전기를 생성시키기 위한 에너지 컨버터 내로 공급될 수 있다.
셀룰로오스 반응 2a 및 2b는 자동차 적용을 위한 여러 가지 독특한 특징을 지닐 수 있다. 우선, 수소 생산을 위한 반응 챔버를 가열하기 위한 엔진으로부터의 폐열(waste heat)을 이용함으로써, 400℃에서 수증기를 형성시키고 상기 논의된 바와 같이 셀룰로오스를 가열하기 위해서 사용되는 열인 487 kJ/mol의 에너지를 가능성 있게 재포집할 수 있다. 이러한 사항은 (487 kJ/mol)/(2902 kJ/mol)와 동일하게 17%까지 에너지 출력을 향상시킬 수 있다.
추가로, 반응 2b에서 수소 연소로부터 생성된 수증기는 수소 생성 챔버 내로 재순환되어 물 사용이 단지 셀룰로오스 공정을 시작하기 위한 초기의 물이 되게 할 수 있다. 반응 2a 및 2b에서 나타내고 있는 바와 같이, 12 mol의 물이 전환된 셀룰로오스의 각각의 몰로부터 방출된다. 반응 2b로부터의 물이 어떠한 손실 없이 재사용되면, 단지 예를 들어, 순수하게 5 mol의 물이 반응 2a 및 2b에서의 셀룰로오스로부터 생성된다. 반응 2b로부터의 생성된 물의 적절한 사용 및 포집에 의해서, 셀룰로오스 반응 공정을 유지시키는데 있어서 새로운 물은 필요하지 않을 수 있다. 이러한 사항은 반응 2a 및 2b에서의 162 g(1 mol)의 셀룰로오스를 위한 126 g(7 mol)의 물의 중량이 자동차에 대한 추가의 부담일 수 있다는 초기의 우려를 없앨 수 있다.
추가적으로, 파워 생산을 위한 수소로의 셀룰로오스의 전환을 위한 시스템은, 가솔린의 사용과 비교할 때, 이산화탄소의 생성을 감소시킬 수 있다. 이는 지구 온난화 문제의 우려를 덜어주는데 도움이 될 수 있다. 앞서 논의된 바와 같은 kW-hr 당 1 마일(mile)을 위해서, 셀룰로오스 1 몰에 대해서 반응 2a에서의 이산화탄소의 방출은 다음과 같이 산정될 수 있다:
(6 x 44 g CO2)/(12 x 2 g H2) = 11g CO2/gH2
(11 kg CO2/kg H2)/(33.6 kW-hr/kgH2)/(1마일/kW-hr) = 0.33 kg CO2/마일.
반면, 가솔린은 갤런(gallon) 당 약 9 kg의 이산화탄소를 방출할 수 있다. 단지, 예를 들어, 자동차가 28 마일/갤런 가솔린이라면, 1 몰의 셀룰로오스로부터의 이산화탄소 방출은 28 마일/갤런 x 0.33 kg CO2/마일 = 9.24 kg CO2/갤런과 동일할 수 있다. 이는 대체로 가솔린으로부터 방출된 것과 동등하다. 그러나, 셀룰로오스 공정은 재생 가능하다. 1 마일/kW-hr H2의 보수적 추정값(conservative estimation)의 5배인 5 마일/kW-hr H2을 달성하는 것이 가능하면, 수소 연소는 5 x 28 = 140 마일/갤런 가솔린의 이산화탄소 등가 방출과 동등할 수 있다. 따라서, 비교적 적은 이산화탄소가 수소 연소로부터 생성될 수 있다.
수소로의 셀룰로오스 바이오매스의 전환을 위한 공정은 셀룰로오스 바이오매스 생성물의 재생을 향상시킬 수 있고, 이의 폐기물을 파워 생산으로 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 셀룰로오스 바이오매스의 폐기물은 현재 회수하기에 경제적이지 않지만 심각한 화재 위험이 있는 임상 물질(forest floors)을 포함한다. 본 발명의 이용을 통해서 셀룰로오스 바이오매스 폐기물을 재생시키기에 경제적이게 된다면, 위험의 문제가 감소될 수 있다. 현재 결국에는 매립되는 다른 셀룰로오스 바이오매스 폐기물이 또한 재생을 통해서 사용될 수 있다.
셀룰로오스 또는 다른 C-O-H 화합물로부터 액체 연료를 제조하는 공정
도 7은 C-O-H 화합물, 예컨대, 리그닌, 셀룰로오스 또는 헤미셀룰로오스, 또는 이들의 조합물로부터 액체 연료를 제조하기 위해서 사용될 수 있는 방법(700)의 개요를 제공하고 있다. 일부 구체예는 C-O-H 화합물을 포함하는 폐기물 스트림 또는 제품을 이용할 수 있다. 방법(700)은 도 1a의 시스템(100-a), 도 1b의 시스템(100-b), 도 2의 시스템(200), 및/또는 도 3의 시스템(300)의 양태를 이용하여 실행될 수 있다. 도 7에서, 도시된 단계의 특정의 선택 및 이들이 도시되는 순서는 단지 예시적인 것으로 의도된다. 본 발명의 상이한 구체예에 따라서 특정의 단계들이 대안적인 순서로 수행되고, 특정의 단계들이 생략되고, 특정의 추가의 단계들이 추가되는 것이 가능하다. 모두는 아니지만 일부의 이들 변화가 이하 이어지는 설명에서 주지된다.
도 7의 블록(704)에서, 물은 C-O-H 화합물, 예컨대, 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌 또는 이들의 조합물과 조합될 수 있다. 습윤 화합물은 블록(708)에서 반응 공정 챔버 내로 전달될 수 있다. 이들 두 단계는 그 순서가 대안적인 구체예에서 변경될 수 있는 단계들의 한 예를 제공한다. 예를 들어, 화합물은 건조한 상태로 반응 공정 챔버에 배치될 수 있으며, "전달"은 화합물을 거기에 배치하는 동안 이를 물과 조합함으로써 수행된다. 또 다른 예에서, 화합물이 반응 공정 챔버 내로 이동함에 따라서, 물이, 예컨대, 전달의 일부로서 스프레이 시스템을 사용함으로써, 화합물에 적용될 수 있다.
블록(712)에서, 습윤 화합물이 반응 챔버 내에서 가열된다. 그러한 가열은 당업자에게는 공지된 다양한 여러 기술을 이용하여 달성될 수 있으며, 이들 중 일부는 특정의 구조적 구체예에 대해서 상기 설명되어 있다. 일부 구체예에서, 화합물은, 비록, 다른 온도가 효과적인 적으로 발명자들에게 또한 알려져 있지만, 700℃ 내지 1100℃의 온도로 가열된다. 습윤 화합물을 가열하는 것은 해리 및 해리된 원소들의 반응을 유발시킬 수 있으며, 전형적인 반응 생성물은 액체 연료에 추가로 분자 수소 H2 및 이산화탄소 CO2를 포함한다. 특이적 반응 생성물은 이용된 반응 기전에 좌우되며, 이들의 예는 상기 제공되어 있다. 액체 연료는 블록(714)에서 수거될 수 있다.
비록, 블록(716-724)의 단계들이 모든 구체예에서 포함되지는 않지만, 반응 챔버 내에서 생성되는 분자 수소가 추가로 처리되는 이들 구체예에서, 이들 블록들로 나타낸 단계들이 수행될 수 있다. 따라서, 이들은 점선으로 표시되어 있다.
액체 연료의 생산이 100%일 것임이 예상되지는 않으며, 반응 생성물 중에 잔류하는 미량의 미반응된 원소가 존재할 수 있다. 예를 들어, 블록(716)에서의 감소된-압력 챔버를 통한 액체 연료 반응 생성물의 통과가 미량의 미반응된 탄소를 제거하는데 유용할 수 있으며, 블록(720)에서의 수냉식 챔버를 통한 액체 연료 반응 생성물의 통과가 미반응된 물을 제거하는데 유용할 수 있다.
수소가 공정으로부터 최종 생성물로서 추출되면, 이는 블록(724)에서 처리되어, 예컨대, 상기 기재된 바와 같은 연소 공정 또는 연료-전지 공정을 이용함으로써, 에너지를 생성시킬 수 있다. 일부 구체예에서, 이산화탄소가 또한 최종 생성물로서 추출될 수 있다.
다른 잠재적 적용
셀룰로오스 또는 다른 C-O-H 화합물, 예컨대, 헤미셀룰로오스 또는 리그닌, 또는 이들의 조합물로부터 액체 연료를 제조하는 공정은 셀룰로오스 바이오매스 생성물의 재생을 향상시킬 수 있고 셀룰로오스 폐기물을 액체 연료로 변화시켜서 에너지 생산에 사용되게 할 수 있다. 예를 들어, 셀룰로오스 바이오매스의 폐기물은 현재 회수하기에 경제적이지 않지만 심각한 화재 위험이 있는 임상 물질을 포함한다. 여러 구체예의 이용을 통해서 이러한 셀룰로오스 폐기물을 재생시키는 것은 이러한 위험의 문제를 감소시킬 수 있다. 현재 결국에는 매립되는 다른 셀룰로오스 폐기물이 또한 재생을 통해서 사용될 수 있다.
하나 이상의 구체예에 대한 상세한 설명이 상기 주어져 있지만, 다양한 대안, 변경, 및 균등 예가 본 발명의 사상을 벗어나지 않으면서 당업자에게는 자명할 것이다. 또한, 명확하게 부적절하거나 달리 명시적으로 나타낸 경우를 제외하고는, 여러 구체예의 특징부들, 장치들, 및/또는 구성요소들이 치환될 수 있고/거나 조합될 수 있음을 추정되어야 한다. 따라서, 상기 설명은 첨부된 특허청구범위에 의해서 정의되는 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 여겨지지 않아야 한다.

Claims (147)

  1. 탄소, 산소 및 수소를 포함하는 화합물로부터 적어도 수소 가스 또는 액체 연료를 추출하기 위한 방법으로서,
    물을 화합물과 조합하여 습윤 형태의 화합물을 생성하는 단계;
    습윤 형태의 화합물을 반응 공정 챔버 내로 전달하는 단계;
    반응 공정 챔버 내의 습윤 형태의 화합물을 700℃ 내지 1,100℃의 온도로 가열하는 단계로서, 습윤 형태의 화합물을 구성하는 원소들이 해리되고 함수 열분해 반응(hydrous pyrolysis reaction)을 통해 반응하여 하나의 반응 생성물이 적어도 수소 가스 또는 액체 연료를 포함하는 단계;
    적어도 수소 가스 또는 액체 연료를 추출하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 반응 공정 챔버 내의 습윤 형태의 화합물을 가열하는 단계가 대기압 조건하에 발생되는 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 화합물이 적어도 셀룰로오스, 리그닌, 헤미셀룰로오스 또는 폐기물 스트림(waste stream)을 포함하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 반응 공정 챔버에 불활성 가스의 흐름을 제공하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  5. 제 4항에 있어서, 불활성 가스가 적어도 아르곤 또는 질소를 포함하는 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 추출된 수소 가스가 적어도 전력 또는 열을 적어도 생성하여 액체 연료를 생성하기 위해 수소 가스를 연소시킴으로써 또는 수소 가스를 연료 전지에 공급함으로써 처리되는 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 물이 액체 물을 포함하는 방법.
  8. 제 1항에 있어서, 반응-생성물 가스를 감압 챔버를 통해서 통과시켜서 미량의 미반응된 탄소를 제거하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  9. 제 1항 또는 제 8항에 있어서, 반응-생성물 가스를 수냉식(water-cooled) 챔버를 통해서 통과시켜서 미반응된 물을 제거하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  10. 제 1항에 있어서, 습윤 형태의 화합물을 반응 공정 챔버 내로 전달하는 것이 연속적으로 발생되는 방법.
  11. 제 1항에 있어서, 적어도,
    액체 연료가 메탄올을 포함하고, 반응 챔버 내의 습윤 형태의 화합물을 가열하는 단계가 반응 C6H10O5 + 6H2O → CH4O + 5CO2 + 9H2를 유도함을 포함하거나;
    액체 연료가 메탄올을 포함하고, 반응 챔버 내의 습윤 형태의 화합물을 가열하는 단계가 반응 C6H10O5 + 5H2O → 2CH4O + 4CO2 + 6H2를 유도함을 포함하거나;
    액체 연료가 메탄올을 포함하고, 반응 챔버 내의 습윤 형태의 화합물을 가열하는 단계가 반응 C6H10O5 + 4H2O → 3CH4O + 3CO2 + 3H2를 유도함을 포함하거나;
    액체 연료가 메탄올을 포함하고, 반응 챔버 내의 습윤 형태의 화합물을 가열하는 단계가 반응 C6H10O5 + 3H2O → 4CH4O + 2CO2를 유도함을 포함하거나;
    액체 연료가 에탄올을 포함하고, 반응 챔버 내의 습윤 형태의 화합물을 가열하는 단계가 반응 C6H10O5 + 4H2O → C2H6O + 4CO2 + 6H2를 유도함을 포함하거나;
    액체 연료가 에탄올을 포함하고, 반응 챔버 내의 습윤 형태의 화합물을 가열하는 단계가 반응 C6H10O5 + H2O → 2C2H6O + 2CO2를 유도함을 포함하거나;
    액체 연료가 프로판올을 포함하고, 반응 챔버 내의 습윤 형태의 화합물을 가열하는 단계가 반응 C6H10O5 + 2H2O → C3H8O + 3CO2 + 3H2를 유도함을 포함하거나;
    액체 연료가 부탄올을 포함하고, 반응 챔버 내의 습윤 형태의 화합물을 가열하는 단계가 반응 C6H10O5 → C4H10O + 2CO2를 유도함을 포함하거나;
    액체 연료가 가솔린을 포함하고, 반응 챔버 내의 습윤 형태의 화합물을 가열하는 단계가 반응 C6H10O5 + 4C + 4H2O → C7H16 + 2CO2를 유도함을 포함하거나;
    액체 연료가 디젤을 포함하고, 반응 챔버 내의 습윤 형태의 화합물을 가열하는 단계가 반응 C6H10O5 + 10C + 2H2O → C16H24 + 6CO2를 유도함을 포함하는 방법.
  12. 탄소, 산소 및 수소를 포함하는 화합물로부터 적어도 수소 가스 또는 액체 연료를 추출하기 위한 시스템으로서,
    반응 공정 챔버;
    반응 공정 챔버의 내부와 열적 소통관계에 있는 열원;
    화합물과 반응시키기 위한 물의 공급원으로서, 물을 화합물과 조합하여 반응 공정 챔버 외부에서 습윤 형태의 화합물을 생성시키도록 구성되는 물의 공급원; 및
    반응 공정 챔버로부터 적어도 수소 가스 또는 액체 연료를 추출하도록 구성되는 배출 시스템을 포함하고,
    반응 공정 챔버 및 열원은 습윤 형태의 화합물을 공정 챔버 내에서 가열하여 습윤 형태의 화합물을 구성하는 원소들이 해리되고 함수 열분해 반응을 통해 반응되게 하여, 적어도 수소 가스 또는 액체 연료를 생성하도록 구성되고;
    적어도 공정 챔버 또는 열원은 습윤 형태의 화합물을 700℃ 내지 1,100℃의 온도로 가열하여 함수 열분해 반응을 유도하여 적어도 수소 가스 또는 액체 연료를 생성시키도록 구성되는 시스템.
  13. 제 1항에 있어서, 습윤 형태의 화합물을 생성하기 위해 화합물과 조합하는 물의 양을 결정하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  14. 제 13항에 있어서, 습윤 형태의 화합물을 생성하기 위해 화합물과 조합되는 물의 양을 결정하는 단계는,
    화합물의 물 중량 백분율을 결정하는 단계; 및
    습윤 형태의 화합물을 형성하기 위해 화합물과 조합하는 물의 나머지 질량을 결정하는 단계로서, 물의 나머지 질량은 결정된 화합물의 물 중량 백분율에 의존하는 단계를 포함하는 방법.
  15. 제 12항에 있어서, 물의 공급원이 연결된 혼합 챔버를 추가로 포함하고, 물의 공급원은 물을 화합물과 조합하여 공정 챔버 외부에서 습윤 형태의 화합물을 생성시키는 시스템.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 삭제
  29. 삭제
  30. 삭제
  31. 삭제
  32. 삭제
  33. 삭제
  34. 삭제
  35. 삭제
  36. 삭제
  37. 삭제
  38. 삭제
  39. 삭제
  40. 삭제
  41. 삭제
  42. 삭제
  43. 삭제
  44. 삭제
  45. 삭제
  46. 삭제
  47. 삭제
  48. 삭제
  49. 삭제
  50. 삭제
  51. 삭제
  52. 삭제
  53. 삭제
  54. 삭제
  55. 삭제
  56. 삭제
  57. 삭제
  58. 삭제
  59. 삭제
  60. 삭제
  61. 삭제
  62. 삭제
  63. 삭제
  64. 삭제
  65. 삭제
  66. 삭제
  67. 삭제
  68. 삭제
  69. 삭제
  70. 삭제
  71. 삭제
  72. 삭제
  73. 삭제
  74. 삭제
  75. 삭제
  76. 삭제
  77. 삭제
  78. 삭제
  79. 삭제
  80. 삭제
  81. 삭제
  82. 삭제
  83. 삭제
  84. 삭제
  85. 삭제
  86. 삭제
  87. 삭제
  88. 삭제
  89. 삭제
  90. 삭제
  91. 삭제
  92. 삭제
  93. 삭제
  94. 삭제
  95. 삭제
  96. 삭제
  97. 삭제
  98. 삭제
  99. 삭제
  100. 삭제
  101. 삭제
  102. 삭제
  103. 삭제
  104. 삭제
  105. 삭제
  106. 삭제
  107. 삭제
  108. 삭제
  109. 삭제
  110. 삭제
  111. 삭제
  112. 삭제
  113. 삭제
  114. 삭제
  115. 삭제
  116. 삭제
  117. 삭제
  118. 삭제
  119. 삭제
  120. 삭제
  121. 삭제
  122. 삭제
  123. 삭제
  124. 삭제
  125. 삭제
  126. 삭제
  127. 삭제
  128. 삭제
  129. 삭제
  130. 삭제
  131. 삭제
  132. 삭제
  133. 삭제
  134. 삭제
  135. 삭제
  136. 삭제
  137. 삭제
  138. 삭제
  139. 삭제
  140. 삭제
  141. 삭제
  142. 삭제
  143. 삭제
  144. 삭제
  145. 삭제
  146. 삭제
  147. 삭제
KR1020157010025A 2012-09-18 2012-09-18 수소 또는 액체 연료 생산을 위한 ｃ-ｏ-ｈ 화합물의 처리 KR101856164B1 (ko)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/US2012/055922 WO2014046644A1 (en) 2012-09-18 2012-09-18 C-o-h compound processing for hydrogen or liquid fuel production

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150058429A KR20150058429A (ko) 2015-05-28
KR101856164B1 true KR101856164B1 (ko) 2018-05-10

Family

ID=50341788

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020157010025A KR101856164B1 (ko) 2012-09-18 2012-09-18 수소 또는 액체 연료 생산을 위한 ｃ-ｏ-ｈ 화합물의 처리

Country Status (12)

Country Link
EP (1) EP2897898B1 (ko)
JP (1) JP6184499B2 (ko)
KR (1) KR101856164B1 (ko)
CN (2) CN110127608A (ko)
AU (1) AU2012390333C1 (ko)
BR (1) BR112015005871B1 (ko)
CA (1) CA2884860C (ko)
HK (1) HK1210457A1 (ko)
MX (1) MX2015003337A (ko)
SG (1) SG11201502046WA (ko)
WO (1) WO2014046644A1 (ko)
ZA (1) ZA201502331B (ko)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10144875B2 (en) 2014-01-10 2018-12-04 Proton Power, Inc. Systems, and devices for liquid hydrocarbon fuel production, hydrocarbon chemical production, and aerosol capture
US20150307784A1 (en) * 2014-03-05 2015-10-29 Proton Power, Inc. Continuous liquid fuel production methods, systems, and devices
US9890332B2 (en) 2015-03-08 2018-02-13 Proton Power, Inc. Biochar products and production
EP3527608A1 (en) * 2018-02-16 2019-08-21 Michel Delmas A method and a power plant for on-demand producing electricity from non-fossil power sources and from a renewable lignocellulosic biomass feedstock
US11248172B2 (en) 2019-07-23 2022-02-15 Koppers Delaware, Inc. Heat treatment process and system for increased pitch yields
JPWO2021171675A1 (ko) * 2020-02-28 2021-09-02
CN113582312B (zh) * 2021-08-10 2023-06-27 中交第二公路勘察设计研究院有限公司 剩余污泥改性的无机-有机复合絮凝剂及其制备方法与应用

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008069251A1 (ja) 2006-12-05 2008-06-12 Nagasaki Institute Of Applied Science バイオマスからの液体燃料製造装置および製造方法
US20100186291A1 (en) 2007-02-16 2010-07-29 China Fuel (Huaibei) Bioenergy Technology Development Co., Ltd. liquid fuel production process from cellulosic biomass and coal

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5019135A (en) * 1987-10-13 1991-05-28 Battelle Memorial Institute Method for the catalytic conversion of lignocellulosic materials
US5370715A (en) * 1993-04-27 1994-12-06 Kortzeborn; Robert N. Waste destructor and method of converting wastes to fluid fuel
US5417817A (en) * 1994-06-15 1995-05-23 Dammann; Wilbur A. Biomass gasification process and apparatus
JP2671944B2 (ja) * 1994-08-25 1997-11-05 工業技術院長 セルロース系バイオマスからの水素の製造方法
US5980858A (en) * 1996-04-23 1999-11-09 Ebara Corporation Method for treating wastes by gasification
EP1263698B1 (en) * 2000-03-06 2008-05-21 Woodland Biofuels Inc. A process for converting cellulosic material into liquid hydrocarbons
DE10119741B4 (de) 2001-04-23 2012-01-19 Mattson Thermal Products Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln von Halbleitersubstraten
JP4074071B2 (ja) * 2001-06-29 2008-04-09 株式会社東芝 有機化合物の処理方法
JP3901984B2 (ja) * 2001-10-25 2007-04-04 日揮株式会社 バイオマス水スラリー及びその製造方法
JP4113951B2 (ja) * 2003-08-29 2008-07-09 独立行政法人産業技術総合研究所 バイオマスによるメタノール製造方法
US7192666B2 (en) 2003-12-05 2007-03-20 Microsoft Corporation Apparatus and method for heating fuel cells
JP2007111603A (ja) * 2005-10-19 2007-05-10 Toshiba Corp 廃棄物熱分解処理システムおよび方法
JP2008069017A (ja) * 2006-09-12 2008-03-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd 水素製造方法
CN100363249C (zh) * 2006-09-18 2008-01-23 华东理工大学 纤维素废弃物水解残渣催化气化制取氢气的方法
EP2415803A3 (en) * 2006-10-26 2012-10-31 Xyleco, Inc. Method of making a composite from biomass
CN101225319B (zh) * 2007-01-15 2012-05-02 北京大学 一种制备烃类燃料及甲醇的方法
JP2009013027A (ja) * 2007-07-06 2009-01-22 Maywa Co Ltd バイオマスを利用した水素製造システム
HUP0800209A2 (en) * 2008-04-02 2009-12-28 Ivan Dr Raisz Syngas made of organic wasts, method for formation of it
SE533049C2 (sv) * 2008-06-12 2010-06-15 Cortus Ab Förfarande och anläggning för framställning av vätgas från biomassa
US8624069B2 (en) * 2008-08-08 2014-01-07 Afognak Native Corporation Conversion of biomass feedstocks into hydrocarbon liquid transportation fuels
JP4665021B2 (ja) * 2008-09-03 2011-04-06 三菱重工業株式会社 バイオマスのガス化方法
WO2010062879A2 (en) * 2008-11-26 2010-06-03 Good Earth Power Corporation Enhanced product gas and power evolution from carbonaceous materials via gasification
CN101885978A (zh) * 2010-07-20 2010-11-17 中国科学院广州能源研究所 利用木质素直接生产烷烃燃料的方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008069251A1 (ja) 2006-12-05 2008-06-12 Nagasaki Institute Of Applied Science バイオマスからの液体燃料製造装置および製造方法
US20100186291A1 (en) 2007-02-16 2010-07-29 China Fuel (Huaibei) Bioenergy Technology Development Co., Ltd. liquid fuel production process from cellulosic biomass and coal

Also Published As

Publication number Publication date
CN104640807A (zh) 2015-05-20
NZ706904A (en) 2018-02-23
EP2897898A4 (en) 2016-05-25
KR20150058429A (ko) 2015-05-28
CA2884860A1 (en) 2014-03-27
AU2012390333C1 (en) 2017-08-17
BR112015005871A2 (pt) 2017-07-04
EP2897898A1 (en) 2015-07-29
ZA201502331B (en) 2016-07-27
AU2012390333A1 (en) 2015-04-30
AU2012390333B2 (en) 2017-02-02
BR112015005871B1 (pt) 2021-05-04
WO2014046644A1 (en) 2014-03-27
SG11201502046WA (en) 2015-04-29
JP6184499B2 (ja) 2017-08-23
CN110127608A (zh) 2019-08-16
CN104640807B (zh) 2018-12-11
HK1210457A1 (en) 2016-04-22
CA2884860C (en) 2021-04-20
EP2897898B1 (en) 2022-10-19
JP2015534534A (ja) 2015-12-03
MX2015003337A (es) 2015-08-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20180131022A1 (en) Cellulosic biomass processing for hydorgen extraction
KR101856164B1 (ko) 수소 또는 액체 연료 생산을 위한 ｃ-ｏ-ｈ 화합물의 처리
US9023243B2 (en) Methods, systems, and devices for synthesis gas recapture
US10005961B2 (en) Methods, systems, and devices for continuous liquid fuel production from biomass
Iordanidis et al. Autothermal sorption-enhanced steam reforming of bio-oil/biogas mixture and energy generation by fuel cells: concept analysis and process simulation
Alaedini et al. A review of waste-to-hydrogen conversion technologies for solid oxide fuel cell (SOFC) applications: Aspect of gasification process and catalyst development
US8303676B1 (en) Conversion of C-O-H compounds into hydrogen for power or heat generation
US20130008081A1 (en) Methods and systems for making liquid fuel from cellulose in thermal reactors
KR20140103141A (ko) 연료 전지용의 조절가능한 기체 조성물의 제조방법
US20210140054A1 (en) Methods and systems for the generation of high purity hydrogen with co2 capture from biomass and biogenic wastes
Zhou et al. Bio-energy with carbon capture and storage via alkaline thermal Treatment: Production of high purity H2 from wet wheat straw grass with CO2 capture
Liu et al. A green route for hydrogen production from alkaline thermal treatment (ATT) of biomass with carbon storage
WO2020166659A1 (ja) バイオマスガス製造方法、水素製造方法、バイオマスガス製造システム及び水素製造システム
CN101693837B (zh) 焦炉煤气制甲醇合成弛放气回收利用方法
NZ706904B2 (en) C-o-h compound processing for hydrogen or liquid fuel production
Li et al. Solid waste of calcium lignin replaces fossil fuel power by gasification to reduce CO2 emissions
US20220098504A1 (en) Process for using sequestered carbon dioxide in fuels and chemicals
KR102555778B1 (ko) 바이오매스 및 폐기물의 열화학적 전환을 통한 효율적인 연료전지 연료공급 방법
WO2022232896A1 (en) Displacing carbon in fossil fuels with carbon from carbon dioxide
Shaddix Advances in Gasification for Biofuel Production
Khalaf Ismail Comparative Study of Hydrocarbon Fuel Reforming Processes and Production Yields of synthesis Gases of h2, co2 and co.
Castaldi et al. Hydrogen Production Via Gasification of Solid Carbon Fuels
Bio-Energy Red Lion Bio-Energy—Syngas Production from a Novel Thermal Conversion Process of Coal/Biomass

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant