KR102325233B1 - 반응 생성물로의 탄소질 공급 원료의 열화학적 변환을 수행하기 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

반응 생성물로의 탄소질 공급 원료의 열화학적 변환을 수행하기 위한 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

하나 이상의 반응 생성물로의 바이오매스 재료의 열화학적 변환은 적어도 하나의 열원으로 열에너지를 발생시키는 것, 일정량의 공급 원료를 제공하는 것, 일정량의 초임계 유체를 제공하는 것, 일정량의 초임계 유체에 상기 발생된 열에너지의 부분을 전달하는 것, 일정량의 초임계 유체로부터 일정량의 공급 원료에 상기 발생된 열에너지의 적어도 일부분을 전달하는 것, 및 적어도 하나의 반응 생성물을 형성하기 위해 일정량의 초임계 유체로부터 일정량의 공급 원료에 전달된 열에너지로 일정량의 공급 원료에 대해 열분해 프로세스를 수행하는 것을 포함한다.

Description

반응 생성물로의 탄소질 공급 원료의 열화학적 변환을 수행하기 위한 방법 및 시스템 {METHOD AND SYSTEM FOR PERFORMING THERMOCHEMICAL CONVERSION OF A CARBONACEOUS FEEDSTOCK TO A REACTION PRODUCT}
본 발명은 일반적으로 반응 생성물로의 탄소질 공급 원료(carbonaceous feedstock)의 열화학적 변환에 관한 것으로서, 특히 공급 원료 및 선택된 열원을 열적으로 결합하는 초임계 유체를 거쳐 선택된 열원으로부터 전달된 열에너지를 사용하는 반응 생성물로의 탄소질 공급 원료의 열화학적 분해에 관한 것이다.
수열 액화(hydrothermal liquefaction)는 리그노셀룰로오스 재료(lignocellulosic materials) 및 조류(algae)로부터의 원유 바이오 오일(crude bio-oil)의 생산을 위해 통상적으로 사용되는 프로세스이다. 수열 액화에서, 열화학적 반응은 일반적으로 대략 2 내지 3시간 동안 250℃ 초과의 온도에서 대략 3000 psi의 압력에서 수성 환경에서 발생한다. 수열 액화를 거쳐 생산된 오일은 주로 리그닌 탈중합 반응(lignin depolymerization reactions)의 생성물에 의해 형성된다. 셀룰로오스 및 헤미셀룰로오스(hemicelluloses)로부터의 생성물은 수중에서 용해 가능하고, 이와 같이 수성 상태에서 손실된다. 회수되지 않으면, 수용성 유기 화합물은 오염에 기여할 수도 있다. 물로부터 바이오 오일의 분리는 일반적으로 증류를 수반하는 데, 이는 에너지 집약적 프로세스이다. 따라서, 미리 공지된 방법의 결점을 완화하는 프로세스 및 시스템을 제공하는 것이 바람직하다.
일 예시적인 실시예에서, 방법은 적어도 하나의 열원으로 열에너지를 발생하는 단계; 일정량의 공급 원료를 제공하는 단계; 일정량의 초임계 유체를 제공하는 단계; 일정량의 초임계 유체에 상기 발생된 열에너지의 부분을 전달하는 단계; 일정량의 초임계 유체로부터 일정량의 공급 원료에 상기 발생된 열에너지의 적어도 일부분을 전달하는 단계; 및 적어도 하나의 반응 생성물을 형성하기 위해 일정량의 초임계 유체로부터 일정량의 공급 원료에 전달된 열에너지로 일정량의 공급 원료에 대해 열분해 프로세스를 수행하는 단계를 포함하지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
일 예시적인 실시예에서, 장치는 일정량의 공급 원료를 수납하기 위한 적어도 하나의 열화학적 반응 챔버를 포함하는 열화학적 변환 시스템; 및 적어도 하나의 열원과 열전달 상태로 일정량의 초임계 유체를 수납하는 열전달 요소를 포함하는 열에너지 전달 시스템을 포함하고, 열에너지 전달 시스템은 적어도 하나의 열원으로부터 적어도 하나의 열화학적 반응 챔버 내에 수납된 일정량의 공급 원료의 적어도 일부분에 열에너지를 선택적으로 전달하기 위해 적어도 하나의 열화학적 반응 챔버 내에 수납된 일정량의 공급 원료의 적어도 일부분과의 열전달 상태로 일정량의 초임계 유체를 선택적으로 배치하도록 배열되고, 적어도 하나의 열화학적 반응 챔버는 초임계 유체로부터 전달된 열에너지로 공급 원료의 적어도 일부분을 적어도 하나의 반응 생성물로 열화학적으로 변환하도록 구성되지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
일 예시적인 실시예에서, 시스템은 적어도 하나의 열원; 일정량의 공급 원료를 수납하기 위한 적어도 하나의 열화학적 반응 챔버를 포함하는 열화학적 변환 시스템; 및 적어도 하나의 열원과 열전달 상태의 일정량의 초임계 유체를 수납하는 열전달 요소를 포함하는 열에너지 전달 시스템을 포함하고, 열에너지 전달 시스템은 적어도 하나의 열원으로부터 적어도 하나의 열화학적 반응 챔버 내에 수납된 일정량의 공급 원료의 적어도 일부분에 열에너지를 선택적으로 전달하기 위해 적어도 하나의 열화학적 반응 챔버 내에 수납된 일정량의 공급 원료의 적어도 일부분과의 열전달 상태로 일정량의 초임계 유체를 선택적으로 배치하도록 배열되지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
상기 설명에 추가하여, 다양한 다른 방법 및/또는 시스템 및/또는 장치 양태가 본 발명의 명세서(예를 들어, 청구범위 및/또는 상세한 설명) 및/또는 도면과 같은 교시에 설명되고 기술되어 있다.
상기는 요약 설명이고, 따라서 상세의 간단화, 일반화, 포함 및/또는 생략을 포함할 수도 있고, 따라서 당 기술 분야의 숙련자들은 이 요약 설명이 단지 예시적인 것이고 임의의 방식으로 한정이 되도록 의도되지 않는다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 본 명세서에 설명된 디바이스 및/또는 프로세스 및/또는 다른 요지의 다른 양태, 특징, 및 장점은 본 명세서에 설명된 교시에서 명백해질 것이다.
도 1a는 예시적인 실시예에 따른, 반응 생성물로의 탄소질 공급 원료의 열화학적 변환을 수행하기 위한 시스템의 블록 다이어그램이다.
도 1b는 예시적인 실시예에 따른, 반응 생성물로의 탄소질 공급 원료의 열화학적 변환을 수행하기 위한 시스템의 블록 다이어그램이다.
도 1c는 예시적인 실시예에 따른, 반응 생성물로의 탄소질 공급 원료의 열화학적 변환을 수행하기 위한 시스템의 블록 다이어그램이다.
도 1d는 예시적인 실시예에 따른, 반응 생성물로의 탄소질 공급 원료의 열화학적 변환을 수행하기 위한 시스템의 블록 다이어그램이다.
도 1e는 예시적인 실시예에 따른, 반응 생성물로의 탄소질 공급 원료의 열화학적 변환을 수행하기 위한 시스템의 블록 다이어그램이다.
도 2는 반응 생성물로의 탄소질 공급 원료의 열화학적 변환을 수행하기 위한 방법의 고레벨 흐름도이다.
도 3 내지 도 15e는 도 2의 대안적인 구현예를 도시하고 있는 고레벨 흐름도이다.
이하의 상세한 설명에서, 그 부분을 형성하는 첨부 도면을 참조한다. 도면에서, 유사한 도면 부호는 통상적으로 문맥상 달리 지시되지 않으면 유사한 구성요소를 식별한다. 상세한 설명, 도면, 및 청구범위에 설명된 예시적인 실시예는 한정이 되도록 의도되지 않는다. 본 명세서에 제시된 요지의 사상 또는 범주로부터 벗어나지 않고, 다른 실시예가 이용될 수도 있고, 다른 변경이 이루어질 수도 있다.
도 1a 내지 도 1e를 일반적으로 참조하면, 반응 생성물로의 공급 원료의 열화학적 변환을 수행하기 위한 시스템(100)이 설명된다.
도 1a 및 도 1b는 하나 이상의 반응 생성물로 탄소질 재료를 변환하기 위한 시스템(100)의 블록 다이어그램을 도시하고 있다. 일 실시예에서, 시스템(100)은 열화학적 변환 시스템(102)을 포함한다. 일 실시예에서, 열화학적 변환 시스템(102)은 일정량의 공급 원료 재료(105)(예를 들어, 탄소질 재료)를 수납하고 이들에 한정되는 것은 아니지만, 가스, 오일 또는 타르와 같은 하나 이상의 반응 생성물로 공급 원료 재료를 변환하기 위해 적합한, 열분해 반응 챔버와 같은 열화학적 반응 챔버(104)를 포함한다.
다른 실시예에서, 시스템(100)은 하나 이상의 열원(108)을 포함한다. 다른 실시예에서, 시스템(100)은 하나 이상의 열원(108)으로부터 열화학적 반응 챔버(104) 내에 수납된 일정량의 공급 원료(105)로 열에너지를 전달하기 위한 열에너지 전달 시스템(106)을 포함한다. 일 실시예에서, 열에너지 전달 시스템(106)은 하나 이상의 열원과 열전달(예를 들어, 직접 또는 간접 열전달) 상태의 일정량의 초임계 유체를 수납하는 열전달 요소(107)를 포함한다. 예를 들어, 열전달 요소(107)는 열전달 루프, 열전달 라인 등을 포함할 수도 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 열전달 요소(107)는 하나 이상의 열원(108)의 하나 이상의 부분과 열전달(예를 들어, 직접 또는 간접) 상태로 배치되는 초임계 유체(예를 들어, 초임계 이산화탄소)로 충전된 열전달 루프를 포함할 수도 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예에서, 열에너지 전달 시스템은 열화학적 반응 챔버 내에 수납된 일정량의 공급 원료와의 열전달 상태로 일정량의 초임계 유체를 선택적으로 배치하도록 배열된다. 이와 관련하여, 열에너지 전달 시스템(106)은 하나 이상의 열원(108)으로부터 적어도 하나의 열화학적 반응 챔버(104) 내에 수납된 일정량의 공급 원료(105)로 열에너지를 선택적으로 전달할 수도 있다. 다른 실시예에서, 열화학적 반응 챔버(104)는 초임계 유체를 거쳐 공급 원료에 전달된 열에너지를 사용하여, 공급 원료(105)의 적어도 일부분을 하나 이상의 반응 생성물로 열화학적으로 변환할 수도 있다(예를 들어, 열분해를 거친 변환, 액화 등을 거친 변환 등).
시스템(100)의 초임계 유체는 하나 이상의 열원(108)으로부터 열화학적 반응 챔버(104) 내에 수납된 공급 원료(105)로 에너지를 전달하기 위해 적합한 당 기술 분야에 공지된 임의의 초임계 유체를 포함할 수도 있다. 일 실시예에서, 초임계 유체는 초임계 이산화탄소를 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다. 다른 실시예에서, 초임계 유체는 물, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 아세톤을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 실시예에서, 초임계 유체는 열전달 요소(107)와 열화학적 반응 챔버(104) 중 적어도 하나 내에 고압으로 압축된다.
이들에 한정되는 것은 아니지만, CO2와 같은 시스템(100)의 초임계 유체는 낮은 점도 및 표면 장력을 가질 수도 있어, 이러한 초임계 유체가 유기 재료(예를 들어, 바이오매스 재료)를 즉시 침투하게 한다는 것이 본 명세서에서 주목된다. 공급 원료(105) 내로의 초임계 유체의 침투는 열화학적 반응에 앞서 공급 원료(105)를 미세 입자로 변환하기 위한 필요성을 감소시켜, 이에 의해 공급 원료 재료의 반응에 있어서 에너지를 절약한다. 일 실시예에서, 초임계 유체가 초임계 CO2인 경우에, 초임계 유체는 그 임계 압력(72.9 atm) 및 임계 온도(304 K)를 초과하여 압축될 수도 있다. 이들 조건을 초과하면, CO2는 헥산, 메탄올 및 에탄올과 같은 유기 용제에 유사한, 고유한 용해력 특성을 나타낼 것이라는 것이 본 명세서에서 주목된다. 초임계 CO2의 비극성 특성은 수성 환경에서 통상적으로 발생하는 바람직하지 않은 이온성 2차 반응의 제어를 용이하게 할 수도 있다. 또한, CO2는 시스템이 임계 조건 미만으로 압축해제될 때 휘발할 것이고, 이는 낮은 함량의 물을 갖는 오일의 회수를 용이하게 한다. 재차, 이는 액화 및/또는 열분해 후에, 본 명세서에 더 설명된 반응 생성물-초임계 유체 분리 중에 에너지 소비를 상당히 감소시킬 수도 있다. 시스템(100)의 초임계 유체를 거친 액화 도구는 가열되고 압축된 CO2를 공급 원료 재료(105)에 인가하고, 이는 반응 조건(예를 들어, 시간, 압력, 및 온도)의 더 양호한 제어를 제공하여, 이에 의해 고치 목표 화학 화합물 또는 연료 중간물의 더 양호한 선택도를 허용한다는 것이 본 명세서에서 또한 주목된다.
다른 실시예에서, 초임계 CO2와 같은 초임계 유체는 반응을 급냉하기 위해 열화학적 반응 챔버(104) 내로의 더 저온의 초임계 유체 또는 반응을 가속화하기 위해 더 고온의 초임계 유체의 주입을 거쳐 강한 온도 및 반응 시간 제어를 제공할 수도 있다. 초임계 CO2와 같은 다수의 초임계 유체는 효율적으로 압축될 수 있기 때문에, 열화학적 반응 챔버(104) 내의 압력 조건은 또한 열화학적 반응 챔버(104) 내의 열화학적 반응을 제어하는 데 사용될 수도 있다는 것이 또한 인식된다.
초임계 유체는 액화 및/또는 열분해에 앞서 공급 원료(105)를 건조하는 데 이용될 수도 있다는 것이 또한 본 명세서에서 주목된다. 예를 들어, 초임계 유체가 CO2인 경우에, 액화 및/또는 열분해에 앞서, 초임계 유체는 과잉의 물 및 불순물을 제거하기 위해 공급 원료 재료(105)를 건조하는 역할을 할 수도 있다. 공급 원료의 건조는 하나 이상의 반응 생성물을 또한 수소화처리 및/또는 수소화분해하기 위해 요구되는 수소량을 감소시킬 수도 있다는 것이 또한 본 명세서에서 주목된다.
다른 실시예에서, 초임계 유체 내의 바이오 오일과 같은 하나 이상의 반응 생성물의 용해도는 초임계 유체 내로 극성 재료를 추가하거나 제거함으로써 제어된다. 예를 들어, 초임계 이산화탄소 내의 하나 이상의 오일의 용해도는 이들에 한정되는 것은 아니지만, H2, H2O, 알코올 등과 같은 극성 분자를 포함하는 하나 이상의 재료의 추가/제거에 의해 제어될 수도 있다. 다른 예로서, 공급 원료 재료가 석탄을 포함하는 경우에, 초임계 CO2 내의 하나 이상의 오일의 용해도는 이들에 한정되는 것은 아니지만, H2, H2O 및 당 기술 분야에 공지된 임의의 다른 수소 공여자 용제와 같은 수소 공여자 분자를 포함하는 하나 이상의 재료를 추가/제거함으로써 제어될 수도 있다.
열화학적 반응 챔버(104) 내에 수납된 공급 원료(105)는 초임계 유체 내에서 하나 이상의 반응 생성물(예를 들어, 바이오 오일)을 적절하게 용해하기 위한 충분한 수분 및 극성 성질을 포함할 수도 있다는 것이 본 명세서에서 인식된다. 본 명세서에 더 설명되는 바와 같이, 공급 원료의 '건조도'는 열화학적 변환 시스템(102)에 의해 제어될 수도 있어[예를 들어, 건조기(134)를 거쳐 제어됨], 열화학적 변환 시스템(102)이 초임계 유체 내에서 하나 이상의 반응 생성물을 적절하게 용해하기 위한 충분한 레벨로 공급 원료(105) 내의 수분 함량 레벨을 유지하게 한다.
다른 실시예에서, 초임계 유체는 시스템(100) 내의 하나 이상의 물리적 또는 열화학적 반응을 향상시키기 위한 하나 이상의 재료를 함유할 수도 있다. 예를 들어, 초임계 유체는 이들에 한정되는 것은 아니지만, 금속, 금속염 및 유기물과 같은 하나 이상의 촉매를 함유할 수도 있다. 다른 예로서, 초임계 유체는 이들에 한정되는 것은 아니지만, 알코올, 오일, 수소 및 탄화수소와 같은 하나 이상의 용질을 함유할 수도 있다.
하나 이상의 열원(108)은 공급 원료(105)를 선택된 온도[예를 들어, 고속 열분해를 위해 적절한 온도(예를 들어, 350 내지 600℃)]로 가열하는 데 충분한 열에너지를 제공하기 위해 적합한 당 기술 분야에 공지된 임의의 열원을 포함할 수도 있다.
일 실시예에서, 하나 이상의 열원(108)은 비-CO2 방출 열원을 포함한다. 일 실시예에서, 하나 이상의 열원(108)은 하나 이상의 원자로(nuclear reactor)를 포함한다. 하나 이상의 열원(108)은 당 기술 분야에 공지된 임의의 원자로를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 하나 이상의 열원(108)은 액체 금속 냉각식 원자로, 용융염 냉각식 원자로, 고온 수냉식 원자로, 가스 냉각식 원자로 등을 포함할 수도 있다. 다른 예로서, 하나 이상의 열원(108)은 풀형 원자로(pool reactor)를 포함할 수도 있다. 다른 예로서, 하나 이상의 열원(108)은 모듈형 원자로(modular reactor)를 포함할 수도 있다.
원자로는 공급 원료(105)의 열분해(예를 들어, 고속 열분해)를 수행하기 위해 충분한 온도를 발생할 수도 있다는 것이 본 명세서에서 인식된다. 예를 들어, 원자로 열원은 350 내지 600℃ 초과의 온도를 발생할 수도 있다. 이와 관련하여, 원자로는 열에너지(예를 들어, 350 내지 600℃ 초과의 온도에서)를 초임계 유체(예를 들어, 초임계 CO2)에 전달하는 데 사용될 수도 있다. 이어서, 초임계 유체는 열화학적 반응 챔버(104) 내에 수납된 공급 원료(105)에 원자로 발생 열에너지를 전달할 수도 있다.
원자로 열원은, 시스템(100)의 열화학적 반응 온도가 다수의 원자로를 위한 작동 온도의 범위 내에 있기 때문에, 시스템(100)의 환경에서 열원으로서 특히 유리하다는 것이 또한 본 명세서에서 주목된다. 원자로 열은, 원자로가 열화학적 변환을 위한 반응 온도에서 작동하기 때문에(즉, 열화학적 반응 온도에서 추가된 열이 요구된 반응 엔탈피를 공급함), 높은 효율에서 열화학적 반응 챔버(104) 내에 반응 생성물(예를 들어, 바이오 오일)을 생성하는 데 사용될 수도 있다.
일 실시예에서, 시스템(100)의 초임계 유체는 시스템(100)의 원자로 구동된 열화학적 변환 시스템(112)의 작동에 있어서 안전 기구로서 기능한다. 예로서, 초임계 이산화탄소는 하나 이상의 저장조(도시 생략) 또는 탱크(도시 생략) 내에 저장될 수도 있다. 이 방식으로 이에 저장된 초임계 이산화탄소는 열적 대시포트(dashpot)로서 작용함으로써 원자로와 열화학적 변환 시스템(102) 사이에 열적 버퍼를 제공하는 데 사용될 수도 있다는 것이 본 명세서에서 주목된다. 다른 실시예에서, 초임계 유체는 터빈과 같은 열화학적 회전 기계류 내로의 배출을 위해 적합한 온도 및 압력에서 저장될 수도 있다. 이 방식으로, 선택된 일의 양이 압축된 CO2에 의해 전개될 수도 있어 유동 밸브, 안전 밸브, 격리 밸브, 펌프 등과 같은 안전 시스템에 기계적 동력 또는 전력을 제공한다.
일 실시예에서, 도 1a에 도시되어 있는 바와 같이, 열에너지 전달 시스템(106)은 하나 이상의 열원(108)으로부터 열전달 요소(107)의 일정량의 초임계 유체로 직접 열에너지를 전달하도록 구성된 직접 열교환 시스템을 포함한다. 예를 들어, 열전달 요소(107)는 하나 이상의 열원(108)의 부분과 직접 열전달 상태로 배치될 수도 있다. 예를 들어, 하나 이상의 열원(108)이 원자로를 포함하는 경우에, 원자로의 하나 이상의 냉각제 시스템은 열에너지 전달 시스템(106)과 일체화될 수도 있다. 이와 관련하여, 원자로는 하나 이상의 냉각제 시스템 내에서 초임계 유체를 이용할 수도 있고, 이 냉각제 시스템은 이어서 열화학적 반응 챔버(104)에 직접 결합될 수도 있다. 예를 들어, 원자로의 1차 또는 중간 냉각제 루프는 초임계 CO2와 같은 초임계 유체로 이루어진 냉각제 유체를 포함할 수도 있다. 또한, 원자로의 냉각제 루프는 열화학적 반응 챔버(104) 내에 수납된 공급 원료 재료(105)와 원자로의 냉각제 루프의 초임계 유체를 혼합하기 위해 열에너지 전달 시스템(106)을 거쳐 열화학적 반응 챔버(104)에 직접 결합될 수도 있다. 이어서, 원자로로부터 공급 원료 재료(105)로 열에너지를 전달할 때, 열에너지 전달 시스템(106)은 복귀 경로(118)를 거쳐 원자로로 초임계 유체 냉각제를 재차 순환할 수도 있다. 열에너지 전달 시스템(106)은 원자로의 냉각제 시스템(들)으로의 공급 원료 및/또는 반응 생성물의 전달을 회피하기 위해 임의의 수의 여과 요소를 포함할 수도 있다는 것이 본 명세서에서 또한 고려된다.
다른 실시예에서, 도 1b에 도시되어 있는 바와 같이, 열에너지 전달 시스템(106)은 간접 열교환 시스템을 포함한다. 일 실시예에서, 간접 열교환 시스템은 하나 이상의 열원(108)으로부터 열전달 요소(107) 내에 수납된 일정량의 초임계 유체로 열에너지를 간접적으로 전달하도록 구성된다. 일 실시예에서, 간접 열교환 시스템은 하나 이상의 열원(108)으로부터 중간 열전달 요소(111)로 열에너지를 전달하도록 구성된 중간 열전달 요소(111)를 포함한다. 이어서, 중간 열전달 요소(111)는 중간 열전달 요소(111)로부터 열전달 요소(107) 내에 수납된 일정량의 초임계 유체로 열에너지를 전달할 수도 있다.
일 실시예에서, 중간 열전달 요소(111)는 중간 열전달 루프(113), 및 하나 이상의 열교환기(115, 117)를 포함할 수도 있다. 일 실시예에서, 중간 열전달 루프(113)는 열에너지를 전달하기에 적합한 당 기술 분야에 공지된 임의의 작동 유체를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 중간 열전달 루프(113)의 작동 유체는 액체염, 액체 금속, 가스, 초임계 유체(예를 들어, 초임계 CO2) 또는 물을 포함할 수도 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
다른 실시예에서, 중간 열전달 요소(111)는 하나 이상의 열원(108)의 부분 및 중간 열전달 루프(113)와 열전달하는 제1 열교환기(115)를 포함할 수도 있다. 다른 실시예에서, 간접 열교환 시스템(111)은 중간 열전달 루프(113) 및 열전달 요소(107)와 열전달하는 제2 열교환기(117)를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 하나 이상의 열원(108)이 원자로를 포함하는 경우에, 원자로(예를 들어, 용융염 냉각식 원자로, 액체 금속 냉각식 원자로, 가스 냉각식 원자로 또는 그리고 초임계 유체 냉각식 원자로)의 하나 이상의 냉각제 시스템(예를 들어, 1차, 중간 또는 3차)은 제1 열교환기(115)를 거쳐 중간 열전달 루프(113)에 결합될 수도 있다. 이어서, 원자로로부터 제1 열교환기(115)를 거쳐 중간 열전달 루프(113)로 열에너지를 전달할 때, 중간 열전달 루프(113)는 중간 열전달 루프(113)로부터 제2 열교환기(117)를 거쳐 열전달 요소(107) 내에 수납된 초임계 유체로 원자로 발생된 열에너지를 전달할 수도 있다.
또한, 본 명세서에 전술된 바와 같이, 열전달 시스템(106)의 열전달 요소(107)는 열전달 요소(107) 내에 수납된 초임계 유체를 열화학적 반응 챔버(104) 내에 수납된 공급 원료 재료(105)와 혼합할 수도 있다. 이어서, 원자로로부터 중간 열전달 시스템(111) 및 열전달 요소(107)를 거쳐 공급 원료 재료(105)로 열에너지를 전달할 때, 열에너지 전달 시스템(106)은 복귀 경로(118)를 거쳐 초임계 유체 냉각제를 재순환할 수도 있다.
하나 이상의 열원(108)과 공급 원료(105) 사이의 직접 및 간접 결합의 상기 설명은 한정적인 것은 아니고, 단지 예시적인 목적으로 제공된 것이라는 것이 본 명세서에 주목된다. 일반적으로, 하나 이상의 열원(예를 들어, 원자로)과 열화학적 반응 챔버(104) 사이의 일체화는, 하나 이상의 열원(108)의 1차, 중간, 또는 3차 열전달 시스템(예를 들어, 냉각제 시스템)으로부터 열화학적 변환 시스템(102)의 초임계 CO2와 같은 작동 유체에 열을 전달함으로써 발생할 수도 있다는 것이 본 명세서에서 인식된다. 이 일체화는 이들에 한정되는 것은 아니지만, 하나 이상의 열전달 회로, 하나 이상의 히트 싱크, 하나 이상의 열교환기 등과 같은, 당 기술 분야에 공지된 임의의 열전달 시스템 또는 디바이스를 사용하여 수행될 수도 있다는 것이 또한 본 명세서에 인식된다.
일 실시예에서, 열에너지 전달 시스템(106)은 유동 제어 시스템(110)을 포함한다. 유동 제어 시스템(110)은 열화학적 반응 챔버(104) 내에 수납된 일정량의 공급 원료와의 열전달 상태로 초임계 유체를 선택적으로 배치하도록 배열될 수도 있다. 이와 관련하여, 유동 제어 시스템(110)은 하나 이상의 열원(108)으로부터 열화학적 반응 챔버(104) 내에 수납된 일정량의 공급 원료에 열에너지를 선택적으로 전달할 수도 있다. 예를 들어, 유동 제어 시스템(110)은 열전달 요소(107)를 통한 초임계 유체의 유동을 제어하기 위해 열전달 요소(107)(예를 들어, 열전달 루프)를 따라 위치될 수도 있다. 이와 관련하여, 유동 제어 시스템(110)은 일정량의 공급 원료(105)로의 초임계 유체의 유동을 제어할 수도 있어, 이에 의해 공급 원료(105)로의 열에너지의 전달을 제어한다.
유동 제어 시스템(110)은 제1 위치로부터 제2 위치로 초임계 유체 유동을 제어하기 위해 적합한 당 기술 분야에 공지된 임의의 유동 제어 시스템을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 유동 제어 시스템(110)은 열전달 요소(107)에 작동적으로 결합되고 열전달 요소(107)를 통한 유동을 설정하고 정지하기에 적합한 하나 이상의 제어 밸브를 포함할 수도 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 유동 제어 시스템(110)은 수동 제어형 밸브, 밸브/밸브 액추에이터 등을 포함할 수도 있다.
다른 실시예에서, 유동 제어 시스템(110)은 하나 이상의 열원(108)으로부터 발전 시스템(114)으로 열에너지를 결합할 수도 있다. 예를 들어, 유동 제어 시스템(110)은 터빈 전기 시스템 및 열화학적 변환 시스템(102)에 열원(108) 발생열의 병렬 결합을 설정할 수도 있다. 일 실시예에서, 열화학적 변환 시스템(102)은 하나 이상의 열원(108)(예를 들어, 원자로)으로부터 열을 수용할 수도 있는 다수의 배치식(batch-type) 반응 시스템을 포함할 수도 있다. 이 방식으로, 다수의 배치 프로세스를 동시에 또는 순차적으로 실행하는 것이 가능한데, 이는 전체 열적 및 공급 원료 변환 요구를 처리한다. 다른 실시예에서, 열은 하나 이상의 터빈 전기 시스템에 병렬로 결합되면서 하나 이상의 연속적인 열화학적 원자로에 전달될 수도 있다.
일 실시예에서, 시스템(100)은 공급 원료 공급 시스템(112)을 포함한다. 일 실시예에서, 공급 원료 공급 시스템(112)은 열화학적 변환 시스템(102)의 열화학적 반응 챔버(104)에 작동적으로 결합된다. 다른 실시예에서, 공급 원료 공급 시스템(112)은 열화학적 반응 챔버(104)의 내부에 일정량의 공급 원료 재료(105)를 제공한다. 공급 원료 공급 시스템(112)은 하나 이상의 공급 원료 소스로부터 열화학적 반응 챔버(104)의 내부로 고체 재료, 미립자 재료 또는 액체 재료와 같은 선택된 양의 공급 원료 재료를 병진이동하기에 적합한 당 기술 분야에 공지된 임의의 공급 시스템을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 공급 원료 공급 시스템(112)은 이들에 한정되는 것은 아니지만, 컨베이어 시스템, 유체 전달 시스템 등을 포함할 수도 있다.
공급 원료 재료(105)는 당 기술 분야에 공지된 임의의 탄소질 재료를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 공급 원료 재료(105)는 석탄, 바이오매스, 혼합 소스 생체적합 재료, 토탄, 타르, 플라스틱, 폐물 및 매립 쓰레기를 포함할 수도 있는 데, 이들에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 석탄의 경우에, 공급 원료는 역청탄, 아역청탄, 갈탄, 무연탄 등을 포함할 수도 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로서, 바이오매스의 경우에, 공급 원료는 이들에 한정되는 것은 아니지만, 연재(softwoods) 또는 경재(hardwoods)와 같은 목재 재료를 포함할 수도 있다.
온도, 압력, 반응 시간, 전처리 옵션 및 후유기 생성물 생산 옵션을 제어하는 능력은 다수의 유형의 탄소질 공급 원료가 시스템(100) 내에 이용되게 할 수도 있다는 것이 본 명세서에서 주목된다. 게다가, 공급 원료의 유형들 사이에서 동시활용하거나 스위칭하는 능력은 입수가능한 자원의 활용을 향상시키고 전체 시스템 경제를 향상시킬 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 열화학적 변환을 위해 열화학적 반응 챔버(10) 내로 비-바이오 유래된 생성물을 배치하는 것이 유용할 수도 있다. 예를 들어, 이는 대안적인 생성물 또는 연료로의 플라스틱과 같은 재료의 변환을 포함할 수도 있다. 다른 예로서, 열화학적 반응 챔버(104)는 공급 원료 재료의 조합을 열화학적으로 처리하여 하나 이상의 반응 생성물 또는 대안 생성물을 형성할 수 있다. 예를 들어, 열화학적 반응 챔버(104)는 플라스틱(들)과 셀룰로오스 재료의 조합으로 이루어진 일정량의 공급 원료를 열화학적으로 변환할 수도 있다. 다른 예로서, 열화학적 반응 챔버(104)는 재료의 혼합된 소스 또는 폐물 또는 매립 쓰레기와 같은 혼합된 폐기물을 하나 이상의 반응 생성물 또는 대안 생성물로 열화학적으로 처리하거나 변환한다.
도 1a 및 도 1b를 재차 참조하면, 열화학적 변환 시스템(102)은 당 기술 분야에 공지된 하나 이상의 열분해 프로세스를 수행하기에 적합한 임의의 열화학적 반응 챔버(104)를 포함한다.
일 실시예에서, 열화학적 반응 챔버(104)는 공급 원료(105)에 대해 열분해 반응을 수행하도록 구성된다. 다른 실시예에서, 열화학적 반응 챔버(104)는 열분해 챔버를 포함한다. 다른 실시예에서, 열화학적 반응 챔버(104)는 비연소 또는 저연소 열분해 챔버를 포함한다. 시스템(100)의 열분해 챔버는 산소의 결여시에 또는 저산소 환경에서 유기 분자의 열화학적 분해를 수행하기에 적합한 임의의 열화학적 반응 챔버를 포함할 수도 있다.
일 실시예에서, 열화학적 반응 챔버(104)는 바이오매스와 같은 공급 원료(105)를 바이오 오일(예를 들어, 액체 연료를 생산하도록 더 출력증강될 수도 있는 바이오 오일), 휘발성 가스 또는 숯과 같은 반응 생성물로 변환하기에 적합한 고속 열분해 원자로를 포함한다. 고속 열분해 원자로는 대략 2초 이내에 산소의 결여시에(또는 감소된 산소 환경에서) 유기 분자의 열화학적 분해를 수행하는 것이 가능한 임의의 열화학적 반응 챔버를 포함할 수도 있다. 고속 열분해는 본 명세서에 그대로 참조로서 합체되어 있는, 로엘 제이.엠. 웨스터호프(Roel J.M. Westerhof) 등의 "Effect of Temperature in Fluidized Bed Fast Pyrolysis of Biomass: Oil Quality Assessment in Test Units," Industrial & Engineering Chemistry Research, Volume 49 Issue 3 (2010), pp.1160-1168에 의해 일반적으로 설명되어 있다. 열분해 및 고속 열분해는 본 명세서에 그대로 참조로서 합체되어 있는, 아이한 데미르바스(Ayhan Demirbas) 등의 "An Overview of Biomass Pyrolysis," Energy Sources, Volume 24 Issue 3 (2002), pp. 471-482에 의해 또한 일반적으로 설명되어 있다.
다른 실시예에서, 열화학적 반응 챔버(104)는 바이오매스와 같은 공급 원료(105)를 바이오 오일(예를 들어, 액체 연료를 생산하도록 더 출력증강될 수도 있는 바이오 오일), 휘발성 가스 또는 숯과 같은 반응 생성물로 변환하기에 적합한 초임계 열분해 원자로를 포함한다. 본 명세서에 있어서, '초임계 열분해 원자로'는 초임계 유체로부터 공급된 열에너지를 사용하여 공급 원료 재료의 열분해 반응을 수행하기에 적합한 임의의 원자로, 반응 용기 또는 반응 챔버를 포함하도록 해석된다. 다른 실시예에서, 열화학적 반응 챔버(104)는 유동상 원자로를 포함할 수도 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
공급 원료의 연소는 시스템(100)의 열분해 반응(또는 임의의 다른 열분해 프로세스)을 구동하기 위한 열에너지를 공급하기 위해, 원자로와 같은 외부 열원[예를 들어, 열원(108)]을 이용함으로써 회피되거나 적어도 감소될 수도 있다. 또한, 본 명세서에 전술된 바와 같이, 초임계 CO2와 같은 초임계 유체의 사용은 통상적으로 석탄을 산출하여, 오일 생성물의 변환 효율을 감소시키는 더 가벼운 방향족 탄화수소를 생성하는 연소 구동 열분해 반응과 통상적으로 연계된 과잉의 온도를 발생하지 않고 공급 원료 재료 내에서 열분해를 구동할 수도 있다.
일 실시예에서, 열화학적 반응 챔버(104)는 열전달 요소(105) 내에 수납된 일정량의 초임계 유체로부터 전달된 열에너지를 사용하여 350℃ 내지 600℃의 온도로 하나 이상의 반응 생성물로 공급 원료(105)를 열분해하기 위한 열분해 반응 챔버(예를 들어, 고속 열분해 원자로 또는 초임계 열분해 원자로)를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 열화학적 반응 챔버(104)는 원자로로부터 열전달 요소(107) 내에 수납된 일정량의 초임계 유체를 거쳐 전달된 열에너지를 사용하여 대략 350℃ 내지 600℃의 온도로 공급 원료(105)를 열분해하기 위한 고속 열분해 반응 챔버를 포함할 수도 있다. 다른 예로서, 열화학적 반응 챔버(104)는 원자로로부터 열전달 요소(105) 내에 수납된 일정량의 초임계 유체를 거쳐 전달된 열에너지를 사용하여 대략 350℃ 내지 600℃의 온도에서 공급 원료(105)를 열분해하기 위한 초임계 열분해 원자로를 포함할 수도 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
다른 실시예에서, 열화학적 반응 챔버(104)는 공급 원료(105)에 대해 액화 프로세스를 수행하도록 구성된다. 당 기술 분야의 숙련자들은 액화는 일반적으로 바이오 오일과 같은 생성물로의 복합 유기 재료(탄소질 바이오매스 재료와 같은)의 일반적인 분해를 유도하는 구조적 및 화학적 프로세스의 시퀀스를 포함할 수도 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 액화는 가용매분해(solvolysis), 탈중합화, 열분해, 수소화분해 및/또는 수소화를 포함할 수도 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 바이오매스의 액화는 본 명세서에 그대로 참조로서 합체되어 있는, 랄프 피. 오베렌드(Ralph P. Overend) 등(eds.)의 "Biomass Liquefaction: An Overview," Fundamentals of Thermochemical Biomass Conversion, Elsevier Applied Science Publishers LTD., 1985, pp. 967-1002에 일반적으로 설명되어 있다.
다른 실시예에서, 열화학적 반응 챔버(104)는 열전달 요소(107)로부터 초임계 유체를 거쳐 열화학적 반응 챔버(104)로 공급된 열에너지를 사용하여 공급 원료(105)에 액화 프로세스를 구현하기 위한 액화 챔버를 포함한다. 예로서, 열화학적 반응 챔버(104)는 초임계 액화 원자로를 포함할 수도 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 명세서에 있어서, '초임계 액화 원자로'라는 것은 초임계 유체를 사용하여 공급 원료 재료에 대해 액화 프로세스를 수행하기에 적합한 임의의 원자로, 반응 용기 또는 반응 챔버를 포함하도록 해석된다.
본 명세서에 전술된 바와 같이, 초임계 CO2와 같은 몇몇 초임계 유체는 저점도 및 표면 장력을 나타내는 데, 이는 이들 초임계 유체가 유기 재료를 침투하게 한다. 소정의 초임계 유체에 의한 유기 재료의 침투는 바이오매스를 반응을 위한 미세 입자로 변환하기 위한 요구를 감소시킬 수도 있어, 이에 의해 공급 원료 재료의 반응에서의 에너지 소비를 감소시킨다는 것이 또한 본 명세서에서 주목된다.
일 실시예에서, 열화학적 반응 챔버(104)는 초임계 유체(예를 들어, 초임계 CO2)의 존재시에 공급 원료(105)에 고온 액화 프로세스를 구현하기 위한 액화 챔버를 포함한다. 일 실시예에서, 초임계 유체 액화를 위해 요구되는 초임계 유체는 열화학적 반응 챔버(104) 내에서 공급 원료(105)와 초임계 유체를 혼합함으로써 공급 원료(105)에 전달된다. 초임계 유체는 세포 레벨에서 공급 원료 재료(105)로의 열전달 및 공급 원료 재료와의 물리적 상호작용의 모두를 공급한다. 일 실시예에서, 열화학적 반응 챔버(104)는 300℃ 내지 500℃의 범위의 온도에서 초임계 유체의 존재시에 공급 원료(105)에 대해 액화 프로세스를 수행할 수도 있다.
일 실시예에서, 열화학적 반응 챔버(104)는 공급 원료 재료(예를 들어, 바이오매스 공급 원료 재료)의 셀룰로오스 재료의 파괴를 포함하는 액화 단계를 수행할 수도 있다. 이 셀룰로오스 파괴는 공급 원료 재료 내의 리그닌 및 헤미셀룰로오스 체인을 또한 해석하면서, 공급 원료 재료의 내부당으로의 향상된 액세스를 제공한다는 것이 본 명세서에서 주목된다. 공급 원료 재료의 셀룰로오스 파괴는 공급 원료 재료에 공급된 초임계 유체를 사용하여 수행될 수도 있다는 것이 또한 본 명세서에서 주목된다. 초임계 CO2의 경우에, CO2는 재료의 세포벽이 파괴되거나 셀룰로오스 재료가 파열하기 시작할 때까지 공급 원료 재료의 세포 구조를 팽창할 수도 있다. 이와 관련하여, 수중에서 용해 가능한 초임계 CO2는 리그노셀룰로오스 바이오매스 내의 기공을 통해 확산하고 탄화수소와 같은 바이오매스 재료의 비극성 성분과 선택적으로 반응할 수도 있다. 리그노셀룰로오스 바이오매스의 기공 내에 포집될 수도 있는 CO2의 급격한 팽창은 이어서 바이오매스의 파괴를 유도할 수도 있다. 또한, 이 프로세스는 공급 원료 내의 리그닌 및 헤미셀룰로오스 체인과 같은 기초 분자의 해석을 또한 유도할 수도 있다.
다른 실시예에서, 열화학적 반응 챔버(104)는 탈중합화를 포함하는 액화 단계를 수행할 수도 있다. 예를 들어, 탈중합화는 이들에 한정되는 것은 아니지만, 공급 원료 재료(105)(또는 공급 원료 재료로부터 중간 생성물) 내의 리그닌 또는 헤미셀룰로오스와 같은 기초 분자의 분해를 유도할 수도 있다. 예를 들어, 시스템(100)의 탈중합화 기반 액화는 공급 원료(또는 중간 생성물) 내의 소정의 분자로부터 다양한 분자 그룹의 분해 또는 분자간 분해를 유발할 수도 있다.
다른 실시예에서, 열화학적 반응 챔버(104)는 열분해를 포함하는 액화 단계를 수행할 수도 있다. 예를 들어, 공급 원료(또는 중간 생성물)의 열분해는 공급 원료 재료(또는 중간 생성물)의 분자 내의 분자간 결합의 파괴(예를 들어, 탄소-탄소 결합이 파괴됨)를 유도할 수도 있다.
다른 실시예에서, 열화학적 반응 챔버(104)는 액화와 함께 공급 원료(또는 중간 생성물)에 대해 하나 이상의 추출 프로세스를 수행할 수도 있다. 다른 실시예에서, 열화학적 반응 챔버(104)에 작동적으로 결합된 추출 챔버는 액화와 함께 공급 원료(또는 중간 생성물)에 대해 하나 이상의 추출 프로세스를 수행할 수도 있다. 일 실시예에서, 열화학적 반응 챔버(104)는 열분해에 앞서 공급 원료 재료로부터 부가의 화합물을 제거하도록 구성된다. 예를 들어, 열화학적 반응 챔버(104)는 오일 및 지지, 당, 또는 다른 산소화 화합물 중 적어도 하나를 제거하도록 구성될 수도 있다. 다른 실시예에서, 추출된 화합물은 부가의 바이오 유래된 생성물의 전개를 위해 수집되고 저장될 수도 있다.
공급 원료 재료(105)로부터 당(sugar)을 제거하는 것이 특히 유리하다는 것이 본 명세서에서 주목된다. 당은 상승된 온도에서 캐러멜화되고 초임계 CO2와 같은 초임계 유체가 공급 원료 재료(105)의 셀룰로오스 구조체에 진입하는 것을 차단하는 작용을 할 수도 있다는 것이 본 명세서에서 인식된다. 게다가, 열화학적 변환 시스템(102) 내에 존재하는 당은 또한 하류측 촉매 베드(존재하면)를 손상하도록 작용할 수도 있다. 당의 제거는 이들에 한정되는 것은 아니지만, 푸르푸랄, 하이드록시메탈프루프랄, 바닐린 등과 같은 산소화 화합물의 형성을 회피하는 것을 보조한다는 것이 본 명세서에 주목된다.
일 실시예에서, 열화학적 변환 시스템(102)은 200℃ 미만의 온도에서 공급 원료(105)로부터 재료를 추출할 수도 있다. 과당, 자당 및 맥아당이 각각 대략 180℃ 미만의 온도에서 캐러멜화되기 때문에, 200℃ 미만의 온도에서 당을 추출하는 것이 유리하다는 것이 본 명세서에서 주목된다. 이와 관련하여, 초임계 유체는, 셀룰로오스 재료의 파괴 및 당의 일소 제거를 통해, 열분해 중에 온도의 상승에 앞서 공급 원료(105)로부터 당을 추출하는 기능을 할 수도 있다.
다른 실시예에서, 열화학적 반응 챔버(104)는 수소를 포함하는 액화 단계를 수행할 수도 있다. 액화 중에, 수소화는 바이오 오일과 같은 하나 이상의 반응 생성물 내에 풀려진 분자 결합을 교정하는 기능을 하여, 이에 의해 하나 이상의 반응 생성물을 안정화할 수도 있다는 것이 본 명세서에서 주목된다.
다른 실시예에서, 열화학적 반응 챔버(104)는 열분해에 앞서 선택된 건조도 레벨로 공급 원료(105)를 건조하도록 구성된다. 다른 실시예에서, 열화학적 반응 챔버(104)에 작동적으로 결합된 건조기는 열분해에 앞서 선택된 건조도 레벨로 공급 원료(105)를 건조하도록 구성된다. 예를 들어, 열화학적 반응 챔버(104)(또는 건조기)는 선택된 레벨로 공급 원료(105)를 건조하기 위해 초임계 유체를 이용할 수도 있다. 예를 들어, 열화학적 반응 챔버(104)는 5.0 내지 15.0% 수분 함량 레벨로 공급 원료(105)를 건조할 수도 있다. 다른 예로서, 열화학적 반응 챔버(104)는, 소정량의 수분이 공급 원료(105) 재료 내에 잔류하도록 수분 함량을 제어할 수도 있다. 예를 들어, 소나무의 경우에, 열화학적 반응 챔버(104)는 대략 7.0 내지 55%로 수분 함량 레벨을 변동할 수도 있다.
다른 실시예에서, 열화학적 반응 챔버(104)는 열분해 전에 공급 원료(105)를 예열하도록 구성된다. 다른 실시예에서, 열화학적 반응 챔버(104)에 작동적으로 결합된 예열 챔버(104)가 열분해에 앞서 공급 원료(105)를 예열하도록 구성된다. 예를 들어, 열화학적 반응 챔버(104)(또는 예열 챔버)는 액화 및/또는 열분해를 위해 필요한 온도 또는 그 부근의 온도로 공급 원료 재료를 예열할 수도 있다.
다른 실시예에서, 열화학적 반응 챔버(104)는 열분해 전에 공급 원료(105)를 예열하도록 구성된다. 예를 들어, 열화학적 반응 챔버(104)는 액화 및/또는 열분해 전에 수소로 공급 원료 재료를 사전 수소화처리할 수도 있다. 예를 들어, 수소로 공급 원료 재료를 전처리하는 것은 이에 한정되는 것은 아니지만, 황과 같은 재료를 제거하는 것, 뿐만 아니라 댕글링 본드(dangling bond)를 파괴하도록(즉, 자유 래디컬을 안정화함) 수소를 공여하는 역할을 하는 것을 보조할 수도 있다.
도 1c는 시스템(100)의 다단 열화학적 프로세스의 다양한 단계를 수행하기 위한 다수의 프로세스 챔버를 구비한 열화학적 변환 시스템(102)을 도시하고 있다. 일 실시예에서, 열화학적 변환 시스템은 전용 건조기/예열기(134), 액화 챔버(136), 추출 챔버(138) 및 열분해 챔버(140)를 포함한다.
본 출원인은 상기 설명이 몇몇 실시예에서, 열분해 반응 챔버, 액화 챔버, 추출 챔버, 및/또는 건조기/예열기가 개별 챔버로서 존재할 수도 있지만, 이는 한정으로서 해석되어서는 안된다는 것을 언급한다. 오히려, 열화학적 단계의 2개 이상은 단일의 반응 챔버 내에서 각각 수행될 수도 있다는 것이 본 명세서에서 고려된다.
일 실시예에서, 열화학적 반응 챔버(104)는 다단 단일 열화학적 반응 챔버를 포함한다. 일 실시예에서, 열에너지 전달 시스템(102)은 일정량의 공급 원료의 적어도 일부분에 대해 열화학적 반응 프로세스의 세트를 수행하기 위해 다단 단일 열화학적 반응 챔버(104) 내에 수납된 일정량의 공급 원료(105)에 다중 온도 범위에 걸쳐서 초임계 유체의 다수의 부분을 이송하도록 구성된다.
다른 실시예에서, 열에너지 전달 시스템(102)은 일정량의 공급 원료의 적어도 일부분에 대해 건조 프로세스를 수행하기 위해 단일 열화학적 반응 챔버(104) 내에 수납된 일정량의 공급 원료(105)에 제1 온도 범위에서 초임계 유체의 제1 부분을 이송하도록 구성된다.
다른 실시예에서, 열에너지 전달 시스템(102)은 일정량의 공급 원료의 적어도 일부분에 대해 예열 프로세스를 수행하기 위해 단일 열화학적 반응 챔버(104) 내에 수납된 일정량의 공급 원료(105)에 제2 온도 범위에서 초임계 유체의 제2 부분을 이송하도록 구성된다.
다른 실시예에서, 열에너지 전달 시스템(102)은 일정량의 공급 원료의 적어도 일부분에 대해 액화 프로세스를 수행하기 위해 단일 열화학적 반응 챔버(104) 내에 수납된 일정량의 공급 원료(105)에 제2 온도 범위에서 초임계 유체의 제3 부분을 공급하도록 구성된다.
다른 실시예에서, 열에너지 전달 시스템(102)은 공급 원료의 적어도 일부분으로부터 적어도 하나의 산소화 화합물을 제거하도록 일정량의 공급 원료의 적어도 일부분에 대해 추출 프로세스를 수행하기 위해 단일 열화학적 반응 챔버(104) 내에 수납된 일정량의 공급 원료(105)에 제4 온도 범위에서 초임계 유체의 제4 부분을 공급하도록 구성된다.
다른 실시예에서, 열에너지 전달 시스템(102)은 일정량의 공급 원료의 적어도 일부분에 대해 열분해 프로세스를 수행하기 위해 단일 열화학적 반응 챔버(104) 내에 수납된 일정량의 공급 원료(105)에 제5 온도 범위에서 초임계 유체의 제5 부분을 공급하도록 구성된다.
일 실시예에서, 초임계 유체(예를 들어, 초임계 CO2)의 유동 및 온도는 열화학적 반응 챔버(104)에 걸쳐서 공간적으로 변동된다. 예를 들어, 반응 챔버(104)에 걸쳐서 유동 및/또는 온도를 변동하기 위해, 상이한 온도에 각각 있는 초임계 유체의 다수의 유동이 단일의 반응 챔버에 진입하기 전에 설정될 수도 있다. 이와 관련하여, 수직 반응 챔버 내에서, 다양한 열화학적 스테이지에 대응하는 다수의 공간 위치에서 유량 및 온도가 변동될 수도 있다. 다른 예로서, 초임계 유체의 온도는 열화학적 반응 챔버(104)의 길이를 따라 초임계 유체를 유동함으로써 열화학적 반응 챔버(104)의 길이를 따라 변동될 수도 있다. 예를 들어, 저온 초임계 CO2의 유동은 더 높은 온도(예를 들어, 70℃ 내지 150℃)에서 CO2의 유동과 조합되어 당을 용해할 수도 있다. 하류측의 다른 지점(예를 들어, 0.25 내지 4 m/s의 평균 유량을 갖는 1 내지 3 m 하류측)에서, 열분해 온도(예를 들어, 500℃ 초과) 이상에서 초임계 CO2는 챔버 내에서 혼합된다. 길이에 따라 다양한 열화학적 반응 단계의 온도를 다단화함으로써, 유량은 반응 시간을 제어하는 데 사용될 수도 있다.
열분해, 액화 및 추출과 같은 2개 이상의 열화학적 단계가 열화학적 챔버(104) 내에서 수행되고, 반면에 건조 및 예열과 같은 부가의 단계가 열화학적 반응 챔버(104)에 작동적으로 결합된 전용 챔버에서 수행된다는 것이 또한 고려된다.
도 1a 내지 도 1e를 참조하면, 시스템(100)은 시스템(100)의 하나 이상의 실시예에 따른 분리 유닛(113)을 포함한다. 일 실시예에서, 분리기 유닛(119)은 열화학적 반응 챔버(104)에 작동적으로 결합되고 열화학적 반응 챔버(104)를 나오는 초임계 유체로부터 하나 이상의 재료를 분리하도록 배열된다. 예를 들어, 분리기 유닛(119)은 열화학적 반응 챔버(104)의 출구와 유체 연통하여 배치되고 열화학적 반응 챔버(104)를 나오는 초임계 유체로부터 하나 이상의 반응 생성물(공급 원료 재료의 열화학적 분해로부터 발생함)을 분리하도록 구성될 수도 있다.
일 실시예에서, 분리기 유닛(119)은 용해도 제어기를 포함한다. 예를 들어, 용해도 제어기는 공급 원료 재료(105)의 열화학적 반응 후에 초임계 유체 내에 수납된 하나 이상의 반응 생성물의 용해도 파라미터를 제어하도록 구성될 수도 있다. 일 실시예에서, 용해도 제어기는 압력 제어 요소를 거쳐 압력을 변화하여, 이에 의해 초임계 유체 내의 반응 생성물의 용해도를 제어하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 초임계 유체(예를 들어, 초임계 CO2)는 용해되거나 혼입된 초임계 유체를 제거하고 분리하기 위해 더 저압 초임계 상태, 액체 상태, 또는 기체 상태로 팽창될 수도 있다(예를 들어, 팽창 챔버 내에서 팽창됨). 예를 들어, 바이오 오일 또는 수소화처리된 생성물은 초임계 유체의 압력을 감소시킴으로써 일정량의 초임계 유체로부터 추출될 수도 있어, 바이오 오일 또는 수소화처리된 생성물이 초임계 유체 외부로 낙하하게 한다. 유체가 초임계 상태를 떠나게 하지 않고 초임계 유체의 압력을 변화하는 것이 가능할 수도 있다는 것이 본 명세서에 주목된다.
다른 실시예에서, 용해도 제어기는 초임계 유체의 온도 제어 요소(예를 들어, 가열/냉각 요소)를 거쳐 온도를 변화하여, 이에 의해 초임계 유체 내의 반응 생성물의 용해도를 제어하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 바이오 오일 또는 수소화 생성물은 초임계 유체의 온도를 변경함으로써 일정량의 초임계 유체로부터 추출되어, 바이오 오일 또는 수소화처리된 생성물이 초임계 유체 외부로 낙하하게 할 수도 있다.
다른 실시예에서, 용해도 제어기는 초임계 유체의 용제 농도를 변화하여, 이에 의해 초임계 유체 내의 반응 생성물의 용해도를 제어하도록 구성될 수도 있다.
다른 실시예에서, 용해도 제어기는 초임계 유체 내로 극성 재료를 추가하거나 제거함으로써 초임계 유체 내의 바이오 오일과 같은 하나 이상의 반응 생성물의 용해도를 제어할 수도 있다. 예를 들어, 초임계 이산화탄소 내의 하나 이상의 오일의 용해도는 극성 분자를 포함하는 하나 이상의 재료의 추가/제거에 의해 제어될 수도 있다. 예를 들어, 극성 분자는 H2, H2O, 알코올 등을 포함할 수도 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로서, 공급 원료 재료가 석탄을 포함하는 경우에, 초임계 CO2 내의 하나 이상의 오일의 용해도는 수소 공여자 분자를 포함하는 하나 이상의 재료를 추가하고/제거함으로써 제어될 수도 있다. 예를 들어, 수소 공여자 재료는 H2, H2O 및 테트랄린, 테트라하이드로플루오르안텐(4HFL), 디하이드로안타센(2HAn)과 같은 당 기술 분야에 공지된 임의의 다른 수소 공여자 용제를 포함할 수도 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예에서, 분리 유닛(119)은 하나 이상의 물리적 유동 분리기를 포함한다. 예를 들어, 하나 이상의 물리적 유동 분리기는 초임계 유체로부터 하나 이상의 반응 생성물(예를 들어, 숯)을 분리하도록 구성된 하나 이상의 필터를 포함할 수도 있다. 다른 예로서, 하나 이상의 물리적 유동 분리기는 밀도 기반 분리를 포함할 수도 있고, 이에 의해 하나 이상의 반응 생성물이 밀도에 따라 초임계 유체로부터 분리된다.
다른 실시예에서, 열화학적 반응 챔버(104)에 의해 발생된 하나 이상의 반응 생성물은 숯, 바이오 오일, 휘발성 가스 등을 포함할 수도 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 다른 실시예에서, 열화학적 반응 챔버(104)로부터의 반응 생성물 중 하나 이상은 초임계 유체(예를 들어, 초임계 CO2) 내에서 용해 가능하다.
다른 실시예에서, 시스템(100)은 발전 시스템(114)을 포함한다. 일 실시예에서, 발전 시스템(114)은 열화학적 반응 챔버(104)와 유체 연통하여 배치된다. 다른 실시예에서, 발전 시스템(114)은 열화학적 반응 챔버(114)로부터 초임계 유체를 수용하고 하나 이상의 반응 생성물로의 공급 원료(105)의 변환 후에 가열된 초임계 유체로 전기를 발생하도록 구성된다. 열화학적 반응 챔버(104)를 떠나는 초임계 유체(예를 들어, 초임계 CO2)는 반응 온도(예를 들어, 열분해 반응 온도) 또는 그 부근의 온도를 가질 것이고, 따라서 현열을 포함할 수도 있다는 것이 본 명세서에서 주목된다. 일 실시예에서, 초임계 유체는 열화학적 반응 챔버(104)를 나올 때, 하나 이상의 열교환기(도 1a 내지 도 1e에 도시되어 있지 않음)를 거쳐 부가의 작동 유체를 가열할 수도 있다. 가열된 부가의 작동 유체는 이어서 전기를 생성하기 위해, 터빈의 회전자와 같은, 발전 시스템(114)의 부분을 구동할 수도 있다.
다른 실시예에서, 초임계 유체는 열화학적 반응 챔버(104)를 나올 때, 발전 시스템(114)의 부분을 직접 구동할 수도 있다. 예를 들어, 초임계 유체는 열화학적 반응 챔버(104)를 나올 때, 전기를 발생하도록 터빈(또는 일의 생성을 위한 다른 기계류)을 직접 구동할 수도 있다. 다른 실시예에서, 하나 이상의 분리 유닛(119)이 본 명세서에 전술된 바와 같이, 발전 시스템(114)의 회전 기계류 내로의 진입 전에 화학 반응 챔버(104)를 나오는 초임계 유체로부터 하나 이상의 반응 생성물을 분리할 수도 있다.
다른 실시예에서, 발전 시스템(114)에 의해 생성된 전기는 시스템(100)의 하나 이상의 서브시스템을 증대하는 데 이용된다. 일 실시예에서, 발전 시스템(114)은 시스템(100)의 부분에 전기적으로 결합되고 발생된 전기의 적어도 일부분으로 시스템(100)을 증대하도록 구성된다. 예를 들어, 발전 시스템(114)은 열화학적 변환 시스템(102)의 구성요소에 전기적으로 결합되고 발생된 전기의 적어도 일부분으로 열화학적 변환 시스템(102)을 증대하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 발전 시스템(114)으로부터의 전기는 열화학적 변환 시스템(102)의 하나 이상의 재료 이송 시스템(예를 들어, 공급 원료 공급 시스템)에 전력 공급하는 데 사용될 수도 있다. 다른 경우에, 발전 시스템(114)으로부터의 전기는 열화학적 변환 시스템(102)의 하나 이상의 처리 시스템에 전력 공급하는 데 사용될 수도 있다. 다른 경우에, 발전 시스템(114)으로부터의 전기는 열화학적 변환 시스템(102)에 의해 이용되거나 또는 처리된 재료를 가열하는 데 사용된 하나 이상의 가열 시스템(예를 들어, 예열기의 가열 요소)에 전력 공급하는 데 사용될 수도 있다. 다른 예로서, 발전 시스템(1114)은 열에너지 전달 시스템(106)의 구성요소에 전기적으로 결합되고 발생된 전기의 적어도 일부분으로 열에너지 전달 시스템(106)을 증대하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 발전 시스템(114)으로부터의 전기는 열에너지 전달 시스템(106)의 하나 이상의 펌프에 전력 공급하는 데 사용될 수도 있다.
다른 실시예에서, 발전 시스템(114)에 의해 생성된 전기는 외부 전력 소비 시스템에 전달된다. 일 실시예에서, 발전 시스템(114)은 소비자 전력망의 부분에 전기적으로 결합되고 전력망에 전력을 공급하도록 구성된다.
다른 실시예에서, 발전 시스템(114)에 의해 생성된 전기는 하나 이상의 열원(108)의 하나 이상의 작동 시스템에 전달된다. 하나 이상의 열원(108)이 원자로인 경우에, 발전 시스템(114)은 원자로의 하나 이상의 작동 시스템에 결합되고 원자로의 하나 이상의 작동 시스템[예를 들어, 제어 시스템, 안전 시스템, 냉각제 시스템(예를 들어, 냉각제 시스템의 펌프(들)), 보안 시스템 등]에 전력을 공급하도록 구성될 수도 있다.
다른 실시예에서, 시스템(100)은 수소 발생 시스템(도시 생략)을 포함한다. 일 실시예에서, 수소 발생 시스템은 발전 시스템(114)[또는 시스템(100)의 임의의 다른 발전 시스템]의 전기 출력에 전기적으로 결합된다. 예를 들어, 발전 시스템(114)에 의해 생성된 전기는 수소 발생 시스템에 전달되고 수소를 발생하도록 구성된다. 다른 실시예에서, 발전 시스템(114)으로부터 전기를 거쳐 발생된 수소는 이어서 시스템(100)(또는 다른 연계된 시스템) 내의 수소화처리 및/또는 수소화분해를 위해 저장되고 이용될 수도 있다.
다른 실시예에서, 시스템(100)은 급냉 시스템(120)을 포함한다. 일 실시예에서, 급냉 시스템(120)은 도 1a 내지 도 1e에 도시되어 있는 바와 같이, 화학 반응 챔버(102)와 유체 연통하여 배치된다. 이와 관련하여, 급냉 시스템(120)은 열화학적 반응 챔버(104)로부터 반응 생성물을 수용할 수도 있다. 이어서, 열이 고온 열화학적 반응 챔버(104)로부터 열 회수 및/또는 열 방출 시스템(126)을 거쳐 추출될 수도 있다. 하나 이상의 반응 생성물로부터 열의 추출은 선택된 레벨로 냉각될 수도 있다. 이 급냉 프로세스는 신속하게 발생할 수도 있고 또는 몇초에 걸쳐 발생할 수도 있다는 것이 본 명세서에 주목된다. 일 실시예에서, 급냉 시스템(120)은 반응 온도(예를 들어, 열분해 반응에 대해 대략 350℃ 내지 600℃의 온도)로부터 바이오 오일을 유지하기 위해 적합한 온도(예를 들어, 대략 40℃ 내지 45℃의 온도)로 반응 생성물을 냉각할 수도 있다. 다른 실시예에서, 급냉 시스템(120)은 반응 온도로부터 수소화처리(예를 들어, 대략 200℃ 내지 400℃의 온도) 및 수소화분해(예를 들어, 대략 400℃ 내지 450℃의 온도)를 위해 적합한 온도로 하나 이상의 반응 생성물을 냉각할 수도 있다.
다른 실시예에서, 시스템(100)은 열 회수 시스템(126)을 포함한다. 회수의 경우에, 시스템(126)은 급냉 시스템(120)과 열 회수 시스템(126)을 열적으로 결합하도록 작용하는 열전달 루프를 거쳐 급냉 시스템[또는 시스템(100)의 임의의 다른 적절한 서브시스템]으로부터 열을 회수할 수도 있다. 일 실시예에서, 회수된 열은 복열기 또는 재생기로서 기능할 수도 있다. 일 실시예에서, 에너지는 터빈 발전 시스템(114) 후에 회수될 수도 있다. 다른 실시예에서, 에너지는 챔버(104)에 의해 수행된 열화학적 프로세스 후에 회수될 수도 있다. 다른 실시예에서, 회수된 에너지는 열화학적 처리 전에 공급 원료 재료를 예열하는 데 사용될 수도 있다. 다른 실시예에서, 회수된 에너지는 시스템(100)의 하나 이상의 서브시스템에 보조 동력(예를 들어, 기계적 동력 또는 전력)을 생성하는 데 사용될 수도 있다.
다른 실시예에서, 시스템(100)은 열 방출 시스템에 결합될 수도 있다. 일 실시예에서, 열 방출 시스템(도시 생략)은 주위 조건으로 핵 발생열을 방출한다. 이 방식으로, 다수의 열 방출 시스템 또는 열 이용 시스템이 결합될 수 있다. 이 결합은 하나 이상의 열원(108)(예를 들어, 원자로)이 열화학적 변환 시스템(102)에 의해 이용될 수 있는 더 많은 열에너지를 제공하는 경우에 바람직할 수도 있다는 것이 본 명세서에 주목된다. 다른 실시예에서, 열 방출 결합은 전체 열 시스템의 열원(108)측(예를 들어, 원자로측)에서 열 변동을 평활화하도록 이용될 수도 있다. 다른 실시예에서, 원자로 기반 열원의 경우에, 열 방출 결합은 주위 조건으로 핵 발생열의 부분의 제거를 위한 열적 경로를 보장하는 데 사용될 수도 있다. 핵 발생열의 이 부분은 가동 중지 직후에 또는 가동 중지 후에 원하는 시간 이내에, 핵 시스템이 생성하는 것이 가능한 원자로 붕괴량에 비례하거나 동일할 수도 있다.
다른 실시예에서, 시스템(100)은 열화학적 처리 시스템(122)을 포함한다. 일 실시예에서, 열화학적 처리 시스템(122)은 하나 이상의 반응 생성물에 대해 처리 프로세스를 수행할 수도 있다. 다른 실시예에서, 열화학적 처리 시스템(122)은 급냉 프로세스 후에 하나 이상의 반응 생성물을 열화학적으로 처리한다. 일 실시예에서, 열화학적 처리 시스템(122)은 하나 이상의 반응 생성물에 대해 수소화처리 또는 수소화분해 프로세스를 수행할 수도 있다. 다른 실시예에서, 하나 이상의 열원(108)으로부터 열에너지는 처리 시스템(122)에 의해 수행된 수소화처리 및/또는 수소화분해를 구동할 수도 있다. 다른 실시예에서, 열화학적 반응 프로세스 및 후속의 처리 중에 시스템(100)에 의해 발생된 수소는 하나 이상의 반응 생성물을 수소화처리하거나 수소화분해하는 데 이용될 수도 있다.
다른 실시예에서, 시스템(100)은 하나 이상의 반응 생성물 또는 하나 이상의 처리된 반응 생성물을 저장하기 위한 하나 이상의 저장 시스템(124)을 포함한다.
도 1d는 시스템(100)의 일 실시예에 따른 시스템(100)의 휘발성 가스 분리기(126)를 도시하고 있다. 일 실시예에서, 휘발성 가스 분리기(126)는 반응 챔버(104) 또는 급냉 시스템(120)으로부터 일정량의 반응 생성물을 수용할 수도 있다. 다른 실시예에서, 휘발성 가스 분리기(126)는 하나 이상의 반응 생성물의 나머지로부터 하나 이상의 휘발성 가스를 분리할 수도 있다. 예를 들어, 휘발성 가스 분리기(126)는 고체 또는 액체 반응 생성물로부터 이들에 한정되는 것은 아니지만, CH4, C2H4, C2H6, CO, CO2, H2, H2O와 같은 휘발성 가스를 분리할 수도 있다. 휘발성 가스 분리기(126)는 당 기술 분야에 공지된 임의의 휘발성 가스 분리 디바이스 또는 프로세스를 포함할 수도 있다는 것이 본 명세서에 주목된다. 이들 가스는 냉각되고, 세척되고, 수집되고, 미래의 활용을 위해 저장될 수도 있다는 것이 또한 인식된다. 휘발성 가스는 본 명세서에 설명된 다양한 열화학적 단계 중 임의의 하나를 위한 수소 소스를 제공하기 위해 생성될 수도 있다(예를 들어, 수소화처리 및/또는 수소화분해).
다른 실시예에서, 시스템(100)은 가스 분리기(126)로부터 휘발성 가스를 출력증강하고 그리고/또는 H2를 생성하기 위한 출력증강 시스템(128)을 포함한다. 일 실시예에서, 출력증강 시스템(128)은 외부 연료 공급부(130)에 결합된다. 이와 관련하여, 외부 연료 공급부(130)는 출력증강된 합성 가스(예를 들어, 신가스) 및/또는 H2를 발생하도록 외부 연료로 휘발성 가스를 보충할 수도 있다. 예를 들어, 외부 연료 공급부(130)는 탄화수소(예를 들어, 메탄, 천연 가스 등), 물, 증기, 열 및/또는 전기를 휘발성 가스에 공급하여 합성 가스 및/또는 H2를 발생할 수도 있다.
다른 실시예에서, 출력증강된 휘발성 가스는 시스템(100) 내의 하나 이상의 프로세스를 향상시키기 위해 시스템(100)의 하나 이상의 부분에 전달될 수도 있다. 예를 들어, 출력증강된 휘발성 가스는 하나 이상의 열화학적 반응(예를 들어, 액화, 추출, 열분해 등 중에 발생하는 열화학적 반응)으로부터 하나 이상의 화합물을 수소화하거나 또는 하나 이상의 화합물을 휘발하기 위해 열화학적 변환 시스템(102)[예를 들어, 열화학적 반응 챔버(104)]의 하나 이상의 부분에 전달될 수도 있다. 다른 예로서, 출력증강된 휘발성 가스는 산소 및/또는 공기와 조합되어 발전 시스템[예를 들어, 시스템(114), 시스템(132) 등]에 제공되고, 발전 시스템[예를 들어, 발전 시스템(114)의 터빈] 내에서 팽창 전에 선택된 유체 스트림에 열을 추가하도록 연소될 수도 있다.
다른 실시예에서, 도 1e에 도시되어 있는 바와 같이, 시스템(100)은 부가의 발전 시스템(132)을 포함할 수도 있다. 일 실시예에서, 부가의 발전 시스템(132)은 현열이 얻어질 수도 있는 열화학적 변환 시스템(102)의 임의의 부분에 결합될 수도 있다. 예를 들어, 도 1e에 도시되어 있는 바와 같이, 발전 시스템(132)인 급냉 시스템(120)과 열 회수 시스템(126) 사이의 열전달 루프에 결합될 수도 있다.
이하는 구현예를 설명하는 일련의 흐름도이다. 용이한 이해를 위해, 흐름도는 초기 흐름도가 예시적인 구현예를 거쳐 구현예를 제시하고 그 후에 이후의 흐름도가 하나 이상의 먼저 제시된 흐름도를 구성하는 하위 구성 동작 또는 부가의 구성 동작으로서 초기 흐름도(들)의 대안의 구현예 및/또는 확장예를 제시하도록 편성되어 있다. 당 기술 분야의 숙련자들은 본 명세서에 제시된 방식[예를 들어, 예시적인 구현예를 제시하는 흐름도(들)의 제시로 시작하여 그 후에 후속의 흐름도에 추가 및/또는 부가의 상세를 제공함]이 일반적으로 다양한 프로세스 구현예의 신속하고 용이한 이해를 허용한다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 게다가, 당 기술 분야의 숙련자들은 본 명세서에 사용된 제시의 방식이 자체로 모듈형 및/또는 객체 지향성 프로그램 디자인 패러다임에 양호하게 적합한다는 것을 또한 이해할 수 있을 것이다.
도 2는 반응 생성물로의 공급 원료의 열화학적 변환을 수행하는 것에 관련된 예시적인 동작을 표현하고 있는 동작 흐름(200)을 도시하고 있다. 도 2에서 그리고 동작 흐름의 다양한 예를 포함하는 이후의 도면에서, 논의 및 설명은 도 1a 내지 도 1e의 전술된 예와 관련하여 그리고/또는 다른 예 및 정황과 관련하여 제공될 수도 있다. 그러나, 동작 흐름은 다수의 다른 환경 및 정황에서 그리고/또는 도 1a 내지 도 1e의 수정된 버전에서 실행될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 다양한 동작 흐름이 예시된 순서(들)로 제시되어 있지만, 다양한 동작은 예시되어 있는 것들 이외의 다른 순서로 수행될 수도 있고, 또는 동시에 수행될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다.
시작 동작 후에, 동작 흐름(200)은 에너지 발생 동작(210)으로 이동한다. 에너지 발생 동작(210)은 적어도 하나의 열원(108)으로 열에너지를 발생하는 것을 예시하고 있다. 예를 들어, 도 1a 내지 도 1e에 도시되어 있는 바와 같이, 하나 이상의 열원(108)은 열에너지를 발생할 수도 있다. 예를 들어, 하나 이상의 열원(108)은 이들에 한정되는 것은 아니지만, 용융염 냉각식 원자로, 액체 금속 냉각식 원자로, 가스 냉각식 원자로 또는 초임계 냉각식 원자로와 같은 하나 이상의 원자로를 포함할 수도 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 공급 원료 제공 동작(220)은 일정량의 공급 원료를 제공하는 것을 예시하고 있다. 예를 들어, 도 1a 내지 도 1e에 도시되어 있는 바와 같이, 공급 원료 공급 시스템(112)은 일정량의 공급 원료(105)를 하나 이상의 열화학적 반응 챔버(104)로 제공할 수도 있다. 예를 들어, 공급 원료 공급 시스템(112)은 하나 이상의 열화학적 반응 챔버(104)로 공급 원료의 공급물을 이송하기 위한 고체 또는 액체 이송 시스템을 포함할 수도 있다.
다음으로, 초임계 유체 공급 동작(230)은 일정량의 초임계 유체를 제공하는 것을 예시하고 있다. 예를 들어, 도 1a 내지 도 1e에 도시되어 있는 바와 같이, 일정량의 초임계 유체가 제공되어 열에너지 전달 시스템(106)의 열전달 요소(107) 내에 저장될 수도 있다. 예를 들어, 초임계 유체는 초임계 이산화탄소 및 초임계수를 포함할 수도 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 에너지 전달 동작(240)은 발생된 열에너지의 부분을 일정량의 초임계 유체에 전달하는 것을 예시하고 있다. 예를 들어, 도 1a 내지 도 1e에 도시되어 있는 바와 같이, 하나 이상의 열원(108)에 의해 발생된 열에너지는 열에너지 전달 시스템(106)의 열전달 요소(107) 내에 수납된 초임계 유체에 전달될 수도 있다.
다음으로, 에너지 전달 동작(250)은 일정량의 초임계 유체로부터 일정량의 공급 원료에 발생된 열에너지의 적어도 일부분을 전달하는 것을 예시하고 있다. 예를 들어, 도 1a 내지 도 1e에 도시되어 있는 바와 같이, 열에너지 전달 시스템(106)의 열전달 요소(107) 내에 수납된 초임계 유체 내에 저장된 열에너지는 열화학적 반응 챔버(104) 내에 수납된 공급 원료 재료(105)에 전달될 수도 있다.
다음으로, 열분해 동작(260)은 적어도 하나의 반응 생성물을 형성하기 위해 일정량의 초임계 유체로부터 일정량의 공급 원료에 전달된 열에너지에 의해 일정량의 공급 원료 상에 대해 열분해 프로세스를 수행하는 것을 예시하고 있다. 예를 들어, 도 1a 내지 도 1e에 도시되어 있는 바와 같이, 열전달 요소(107)는 열화학적 반응 챔버(104) 내에 수납된 공급 원료 재료에 초임계 유체를 공급할 수도 있다. 초임계 유체의 침투 및 팽창 특성과 함께 초임계 유체 내에 저장된 열에너지는 공급 원료(105)의 부분을 열분해하여 하나 이상의 반응 생성물(예를 들어, 바이오 오일)을 형성할 수도 있다.
도 3은 도 2의 예시적인 동작 흐름(200)의 대안적인 실시예를 도시하고 있다. 도 3은 제공 동작(220)이 적어도 하나의 부가의 동작을 포함할 수도 있는 예시적인 실시예를 도시하고 있다. 부가의 동작은 동작(302)을 포함할 수도 있다.
동작(302)은 일정량의 탄소질 공급 원료를 제공하는 것을 예시하고 있다. 예를 들어, 도 1a 내지 도 1e에 도시되어 있는 바와 같이, 공급 원료 공급 시스템(112)이 일정량의 탄소질 공급 원료(105)를 하나 이상의 열화학적 반응 챔버(104)에 제공할 수도 있다. 예를 들어, 공급 원료 공급 시스템(112)은 하나 이상의 열화학적 반응 챔버(104)에 탄소질 공급 원료의 공급물을 이송하기 위한 고체 또는 액체 이송 시스템을 포함할 수도 있다. 탄소질 공급 원료는 석탄, 바이오매스 재료, 혼합 소스 생체적합 재료, 토탄, 타르, 플라스틱, 폐물 및 매립 쓰레기를 포함할 수도 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
도 4는 도 2의 예시적인 동작 흐름(200)의 대안적인 실시예를 도시하고 있다. 도 4는 제공 동작(230)이 적어도 하나의 부가의 동작을 포함할 수도 있는 예시적인 실시예를 도시하고 있다. 부가의 동작은 동작(402)을 포함할 수도 있다.
동작(402)은 일정량의 탄소질 공급 원료를 제공하는 것을 예시하고 있다. 예를 들어, 도 1a 내지 도 1e에 도시되어 있는 바와 같이, 하나 이상의 열원(108)에 의해 발생된 열에너지는 열에너지 전달 시스템(106)의 열전달 요소(107) 내에 수납된 일정량의 초임계 이산화탄소에 전달될 수도 있다.
도 5는 도 2의 예시적인 동작 흐름(200)의 대안적인 실시예를 도시하고 있다. 도 5는 전달 동작(240)이 적어도 하나의 부가의 동작을 포함할 수도 있는 예시적인 실시예를 도시하고 있다. 부가의 동작은 동작(502 및/또는 504)을 포함할 수도 있다.
동작(502)은 적어도 하나의 열원으로부터 일정량의 초임계 유체로 발생된 열에너지의 부분을 직접적으로 전달하는 것을 예시하고 있다. 예를 들어, 도 1a 내지 도 1e에 도시되어 있는 바와 같이, 열에너지 전달 시스템(106)의 열전달 요소(107)는 하나 이상의 열원(108)의 작동 유체(예를 들어, 원자로용 냉각제로서 기능하는 초임계 유체)를 열화학적 반응 챔버(104)에 직접 결합할 수도 있다.
다른 실시예에서, 동작(504)은 적어도 하나의 열원으로부터 일정량의 초임계 유체로 발생된 열에너지의 부분을 간접적으로 전달하는 것을 예시하고 있다. 예를 들어, 도 1a 내지 도 1e에 도시되어 있는 바와 같이, 시스템(100)은 하나 이상의 열원(108)의 작동 유체로부터 열교환기(115)를 거쳐 열 중간 열전달 요소(113)(예를 들어, 열전달 루프)의 열전달 유체로 열에너지를 전달하도록 구성된 중간 열전달 시스템(111)을 포함할 수도 있다. 이어서, 중간 열에너지 전달 시스템(113)은 중간 열전달 요소(113)로부터 열교환기(113)를 거쳐 열화학적 변환 시스템의 초임계 작동 유체로 열에너지를 전달하도록 배열된다.
도 6은 도 2의 예시적인 동작 흐름(200)의 대안적인 실시예를 도시하고 있다. 도 6은 전달 동작(250)이 적어도 하나의 부가의 동작을 포함할 수도 있는 예시적인 실시예를 도시하고 있다. 부가의 동작은 동작(602)을 포함할 수도 있다.
동작(602)은 일정량의 초임계 유체의 적어도 일부분을 일정량의 공급 원료의 적어도 일부분과 혼합함으로써 일정량의 초임계 유체로부터 일정량의 공급 원료로 발생된 열에너지의 적어도 일부분을 전달하는 것을 예시하고 있다. 예를 들어, 도 1a 내지 도 1e에 도시되어 있는 바와 같이, 열전달 요소(107)는 반응 챔버(105) 내에 배치된 공급 원료 재료(105)와 초임계 유체를 혼합하여, 이에 의해 초임계 이산화탄소와 같은 초임계 유체 내에 저장된 열에너지의 부분을 일정량의 공급 원료에 전달하기 위해 열화학적 반응 챔버(104)의 내부 내로 직접 초임계 유체를 유동할 수도 있다.
도 7은 도 2의 예시적인 동작 흐름(200)의 대안적인 실시예를 도시하고 있다. 도 7은 열분해 동작(260)이 적어도 하나의 부가의 동작을 포함할 수도 있는 예시적인 실시예를 도시하고 있다. 부가의 동작은 동작(702, 704 및/또는 706)을 포함할 수도 있다.
동작(702)은 적어도 하나의 반응 생성물을 형성하기 위해 일정량의 초임계 유체로부터 일정량의 공급 원료에 전달된 열에너지에 의해 일정량의 공급 원료에 대해 열분해 반응 프로세스를 수행하는 것을 예시하고 있다. 예를 들어, 도 1a 내지 도 1e에 도시되어 있는 바와 같이, 열화학적 반응 챔버(104)는 열전달 요소(107) 내에 수납된 초임계 유체와 열전달 상태의 열분해 챔버를 포함할 수도 있다. 또한, 열분해 챔버는 초임계 유체에 의해 열분해 챔버에 공급된 열에너지를 이용하여 공급 원료(105)에 대해 열분해 프로세스를 수행할 수도 있다.
다른 실시예에서, 동작(704)은 적어도 하나의 반응 생성물을 형성하기 위해 일정량의 초임계 유체로부터 일정량의 공급 원료에 전달된 열에너지에 의해 일정량의 공급 원료에 350℃ 내지 600℃의 온도에서 고속 열분해 반응 프로세스를 수행하는 것을 예시하고 있다. 예를 들어, 도 1a 내지 도 1e에 도시되어 있는 바와 같이, 열화학적 반응 챔버(104)는 열전달 요소(107) 내에 수납된 350℃ 내지 600℃의 온도를 갖는 초임계 유체와 열전달 상태의 고속 열분해 챔버를 포함할 수도 있다. 또한, 열분해 챔버는 초임계 유체에 의해 고속 열분해 챔버에 공급된 열에너지를 이용하여 공급 원료(105)에 대해 고속 열분해 프로세스를 수행할 수도 있다.
다른 실시예에서, 동작(706)은 적어도 하나의 반응 생성물을 형성하기 위해 일정량의 초임계 유체로부터 일정량의 공급 원료에 전달된 열에너지에 의해 일정량의 공급 원료에 대해 액화 프로세스를 수행하는 것을 예시하고 있다. 예를 들어, 도 1a 내지 도 1e에 도시되어 있는 바와 같이, 열화학적 반응 챔버(104)는 열전달 요소(107) 내에 수납된 초임계 유체와 열전달 상태의 액화 챔버를 포함할 수도 있다. 또한, 액화 챔버는 초임계 유체에 의해 액화 챔버에 공급된 열에너지를 이용하여 공급 원료(105)에 대해 액화 프로세스를 수행할 수도 있다.
도 8은 반응 생성물로의 공급 원료의 열화학적 변환을 수행하는 것에 관련된 예시적인 동작을 표현하고 있는 동작 흐름(800)을 도시하고 있다. 도 8은 도 8의 예시적인 동작 흐름(800)이 적어도 하나의 부가의 동작을 포함할 수도 있는 예시적인 실시예를 도시하고 있다. 부가의 동작은 분리 동작(810, 812 및/또는 814)을 포함할 수도 있다.
동작(810)은 적어도 하나의 열분해 프로세스 후에 초임계 유체로부터 적어도 하나의 반응 생성물을 분리하는 것을 예시하고 있다. 예를 들어, 도 1a 내지 도 1e에 도시되어 있는 바와 같이, 시스템(100)은, 열화학적 반응 챔버에 결합되고 열분해 프로세스 후에 초임계 유체(예를 들어, 초임계 이산화탄소)로부터 하나 이상의 반응 생성물(예를 들어, 바이오 오일)을 분리하도록 구성된 분리기 유닛(119)을 포함할 수도 있다.
다른 실시예에서, 동작(812)은 적어도 하나의 열화학적 분해 프로세스 후에 적어도 하나의 생성물의 용해도 파라미터를 제어함으로써 적어도 하나의 열분해 프로세스 후에 초임계 유체로부터 적어도 하나의 반응 생성물을 분리하는 것을 예시하고 있다. 예를 들어, 도 1a 내지 도 1e에 도시되어 있는 바와 같이, 시스템(100)은, 열화학적 반응 챔버에 결합되고 하나 이상의 생성물의 용해도 파라미터를 제어함으로써 열분해 프로세스 후에 초임계 유체(예를 들어, 초임계 이산화탄소)로부터 하나 이상의 반응 생성물(예를 들어, 바이오 오일)을 분리하도록 구성된 분리기 유닛(119)을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 분리기 유닛(119)은 초임계 유체의 압력을 제어함으로써 용해도 파라미터를 제어할 수도 있다.
다른 실시예에서, 동작(814)은 물리적 유동 분리기를 거쳐 적어도 하나의 열분해 프로세스 후에 초임계 유체로부터 적어도 하나의 반응 생성물을 분리하는 것을 예시하고 있다. 예를 들어, 도 1a 내지 도 1e에 도시되어 있는 바와 같이, 시스템은, 열화학적 반응 챔버에 결합되고 물리적 유동 분리기를 거쳐 열분해 프로세스 후에 초임계 유체(예를 들어, 초임계 이산화탄소)로부터 하나 이상의 반응 생성물(예를 들어, 바이오 오일)을 분리하도록 구성된 분리기 유닛(119)을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 물리적 유동 분리기는 밀도 기반 분리기 유닛을 포함할 수도 있다.
도 9는 반응 생성물로의 공급 원료의 열화학적 변환을 수행하는 것에 관련된 예시적인 동작을 표현하고 있는 동작 흐름도(900)를 도시하고 있다. 도 9는 도 9의 예시적인 동작 흐름(900)이 적어도 하나의 부가의 동작을 포함할 수도 있는 예시적인 실시예를 도시하고 있다. 부가의 동작은 건조 동작(910)을 포함할 수도 있다.
동작(910)은 열분해 프로세스를 수행하기 전에 공급 원료의 적어도 일부분을 건조하는 것을 예시하고 있다. 예를 들어, 도 1a 내지 도 1e에 도시되어 있는 바와 같이, 시스템은 열분해 프로세스가 열화학적 반응 챔버(104)에 의해 수행되기 전에 공급 원료 재료(105)를 건조하기 위한(예를 들어, 5 내지 15%의 수분 레벨로 건조) 건조기(134)를 포함할 수도 있다.
도 10은 반응 생성물로의 공급 원료의 열화학적 변환을 수행하는 것에 관련된 예시적인 동작을 표현하고 있는 동작 흐름(1000)을 도시하고 있다. 도 10은 도 10의 예시적인 동작 흐름(1000)이 적어도 하나의 부가의 동작을 포함할 수도 있는 예시적인 실시예를 도시하고 있다. 부가의 동작은 예열 동작(1010)을 포함할 수도 있다.
동작(1010)은 열분해 프로세스를 수행하기 전에, 공급 원료의 적어도 일부분을 예열하는 것을 예시하고 있다. 예를 들어, 도 1a 내지 도 1e에 도시되어 있는 바와 같이, 시스템(100)은 열분해 프로세스가 열화학적 반응 챔버(104)에 의해 수행되기 전에 열화학적 반응 챔버(104)에 의해 요구된 반응 온도 또는 그 부근의 온도로 공급 원료 재료(105)를 예열하기 위한 예열기를 포함할 수도 있다.
도 11은 반응 생성물로의 공급 원료의 열화학적 변환을 수행하는 것에 관련된 예시적인 동작을 표현하고 있는 동작 흐름(1100)을 도시하고 있다. 도 11은 도 11의 예시적인 동작 흐름(1100)이 적어도 하나의 부가의 동작을 포함할 수도 있는 예시적인 실시예를 도시하고 있다. 부가의 동작은 전처리 동작(1110)을 포함할 수도 있다.
동작(1110)은 열분해를 수행하기 전에, 공급 원료의 적어도 일부분을 전처리하는 것을 예시하고 있다. 예를 들어, 도 1a 내지 도 1e에 도시되어 있는 바와 같이, 시스템(100)은 열분해 프로세스가 열화학적 반응 챔버(104)에 의해 수행되기 전에 공급 원료 재료(105)를 전처리하기 위한 전처리기를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 전처리기[또는 처리 시스템(122)]는 열분해 프로세스가 열화학적 반응 챔버(104)에 의해 수행되기 전에 공급 원료 재료를 사전 수소화처리할 수도 있다.
도 12는 반응 생성물로의 공급 원료의 열화학적 변환을 수행하는 것에 관련된 예시적인 동작을 표현하고 있는 동작 흐름(1200)을 도시하고 있다. 도 12는 도 12의 예시적인 동작 흐름(1200)이 적어도 하나의 부가의 동작을 포함할 수도 있는 예시적인 실시예를 도시하고 있다. 부가의 동작은 추출 동작(1210 및/또는 1211)을 포함할 수도 있다.
동작(1210)은 공급 원료의 적어도 일부분으로부터 적어도 하나의 재료를 추출하는 것을 예시하고 있다. 예를 들어, 도 1a 내지 도 1e에 도시되어 있는 바와 같이, 열화학적 반응 챔버(104)는 재료를 취출하기(carry away) 위해 초임계 유체를 이용하여 열분해 전에 공급 원료 재료로부터 부가의 화합물을 제거하도록 구성된다.
동작(1212)은 공급 원료의 적어도 일부분으로부터 적어도 하나의 수소화 화합물을 추출하는 것을 예시하고 있다. 예를 들어, 도 1a 내지 도 1e에 도시되어 있는 바와 같이, 열화학적 반응 챔버(104)는 오일 및 지질, 당 또는 다른 산소화 화합물 중 적어도 하나를 제거하도록 구성될 수도 있다.
도 13a는 반응 생성물로의 공급 원료의 열화학적 변환을 수행하는 것에 관련된 예시적인 동작을 표현하고 있는 동작 흐름도(1300)를 도시하고 있다. 도 13a는 도 13a의 예시적인 동작 흐름(1300)이 적어도 하나의 부가의 동작을 포함할 수도 있는 예시적인 실시예를 도시하고 있다. 부가의 동작은 동작(1310 및/또는 1320)을 포함할 수도 있다.
동작(1310)은 열화학적 분해 프로세스 후에 초임계 유체를 수용하는 것을 예시하고 있다. 예를 들어, 도 1a 내지 도 1e에 도시되어 있는 바와 같이, 발전 시스템(114)은 열분해 프로세스 후에 열화학적 반응 챔버(104)의 출구로부터 초임계 유체를 수용할 수도 있다.
동작(1320)은 수용된 초임계 유체를 사용하여 전기를 발생하는 것을 예시하고 있다. 예를 들어, 도 1a 내지 도 1e에 도시되어 있는 바와 같이, 발전 시스템(114)은 초임계 유체를 이용하여 전기를 발생할 수도 있다. 예를 들어, 초임계 유체는 전기를 발생하기 위해 발전 시스템(114)의 터빈을 구동할 수도 있다.
도 13b는 도 13a의 예시적인 동작 흐름(1300)의 부가의 실시예를 도시하고 있다. 도 13b는 도 13b의 예시적인 동작 흐름(1300)이 적어도 하나의 부가의 동작을 포함할 수도 있는 예시적인 실시예를 도시하고 있다. 부가의 동작은 동작(1330)을 포함할 수도 있다.
동작(1330)은 발생된 전기로 수소를 발생하는 것을 예시하고 있다. 예를 들어, 도 1a 내지 도 1e에 도시되어 있는 바와 같이, 수소 발생 유닛이 발전 시스템(114)의 전기 출력에 결합될 수도 있다. 이와 관련하여, 발전 시스템(114)으로부터의 전기는 수소를 발생하기 위해 수소 발생 유닛을 구동할 수도 있다.
도 14는 반응 생성물로의 공급 원료의 열화학적 변환을 수행하는 것에 관련된 예시적인 동작을 표현하고 있는 동작 흐름(1400)을 도시하고 있다. 도 14는 도 14의 예시적인 동작 흐름(1400)이 적어도 하나의 부가의 동작을 포함할 수도 있는 예시적인 실시예를 도시하고 있다. 부가의 동작은 동작(1410)을 포함할 수도 있다.
동작(1410)은 적어도 하나의 반응 생성물에 대해 수소화처리 프로세스 및 수소화분해 프로세스 중 적어도 하나를 수행하는 것을 예시하고 있다. 예를 들어, 도 1a 내지 도 1e에 도시되어 있는 바와 같이, 처리 시스템(122)은 열화학적 반응 챔버(104)를 나오는 하나 이상의 반응 생성물에 대해 수소화처리 프로세스 또는 수소화분해 프로세스를 수행할 수도 있다.
도 15a는 반응 생성물로의 공급 원료의 열화학적 변환을 수행하는 것에 관련된 예시적인 동작을 표현하고 있는 동작 흐름(1500)을 도시하고 있다. 도 15a는 도 15a의 예시적인 동작 흐름(1500)이 적어도 하나의 부가의 동작을 포함할 수도 있는 예시적인 실시예를 도시하고 있다. 부가의 동작은 동작(1510)을 포함할 수도 있다.
동작(1510)은 열분해 프로세스 후에 적어도 하나의 반응 생성물을 급냉하는 것을 예시하고 있다 예를 들어, 도 1a 내지 도 1e에 도시되어 있는 바와 같이, 급냉 시스템(120)은 하나 이상의 반응 생성물이 열화학적 반응 챔버(104)를 나온 후에 하나 이상의 반응 생성물을 급냉할 수도 있다.
도 15b는 도 15a의 예시적인 동작 흐름(1500)의 부가의 실시예를 도시하고 있다. 도 15b는 도 15b의 예시적인 동작 흐름(1500)이 적어도 하나의 부가의 동작을 포함할 수도 있는 예시적인 실시예를 도시하고 있다. 부가의 동작은 동작(1520)을 포함할 수도 있다.
동작(1520)은 적어도 하나의 반응 생성물로부터 열을 회수하는 것을 예시하고 있다. 예를 들어, 도 1a 내지 도 1e에 도시되어 있는 바와 같이, 열 회수 시스템(126)은 급냉 시스템(120)에 결합되고 열전달 루프를 거쳐 급냉된 하나 이상의 반응 생성물로부터 열을 회수하도록 구성될 수도 있다.
도 15c는 도 15a의 예시적인 동작 흐름(1500)의 부가의 실시예를 도시하고 있다. 도 15c는 도 15c의 예시적인 동작 흐름(1500)이 적어도 하나의 부가의 동작을 포함할 수도 있는 예시적인 실시예를 도시하고 있다. 부가의 동작은 동작(1530)을 포함할 수도 있다.
동작(1530)은 적어도 하나의 반응 생성물로부터 열을 방출하는 것을 예시하고 있다. 예를 들어, 도 1a 내지 도 1e에 도시되어 있는 바와 같이, 열 방출 시스템이 열화학적 변환 시스템(102)에 열적으로 결합되고 하나 이상의 반응 생성물 또는 초임계 유체로부터 열을 방출하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 열 방출 시스템은 히트 싱크에 결합되고 하나 이상의 반응 생성물 또는 초임계 유체 내에 저장된 잉여 열에너지를 히트 싱크에 전달하도록 구성될 수도 있다.
도 15d는 도 15a의 예시적인 동작 흐름(1500)의 부가의 실시예를 도시하고 있다. 도 15d는 도 15d의 예시적인 동작 흐름(1500)이 적어도 하나의 부가의 동작을 포함할 수도 있는 예시적인 실시예를 도시하고 있다. 부가의 동작은 동작(1540)을 포함할 수도 있다.
동작(1540)은 적어도 하나의 반응 생성물로부터 적어도 하나의 휘발성 가스를 분리하는 것을 예시하고 있다. 예를 들어, 도 1a 내지 도 1e에 도시되어 있는 바와 같이, 가스 분리기(126)는 하나 이상의 반응 생성물을 수용하고 비휘발성 가스 생성물로부터 하나 이상의 휘발성 가스 반응 생성물을 분리할 수도 있다.
도 15e는 도 15a의 예시적인 동작 흐름(1500)의 부가의 실시예를 도시하고 있다. 도 15e는 도 15e의 예시적인 동작 흐름(1500)이 적어도 하나의 부가의 동작을 포함할 수도 있는 예시적인 실시예를 도시하고 있다. 부가의 동작은 동작(1550)을 포함할 수도 있다.
동작(1550)은 적어도 하나의 휘발성 가스를 사용하여 이원자 수소를 생성하는 것을 예시하고 있다. 예를 들어, 도 1a 내지 도 1e에 도시되어 있는 바와 같이, 시스템(100)은 출력증강 시스템(128)을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 출력증강 시스템(128)은 가스 분리기(126)로부터 하나 이상의 휘발성 가스 반응 생성물을 수용하고 외부 연료 공급부(130)로부터 하나 이상의 연료(예를 들어, 천연 가스, 전기 및/또는 물)로 휘발성 가스 반응 생성물을 처리할 수도 있다. 다음으로, 출력증강 시스템(128)은 휘발성 가스 반응 생성물과 외부 연료를 조합하여 합성 가스 또는 H2를 발생할 수도 있다.
당 기술 분야의 숙련자들은 현재 기술이 시스템의 하드웨어, 소프트웨어 및/또는 펌웨어 구현예 사이에 거의 구별이 남아있지 않은 점까지 진보되어 있고, 하드웨어, 소프트웨어 및/또는 펌웨어의 사용은 일반적으로(그러나, 항상은 아니지만, 특정 정황에서 하드웨어와 소프트웨어 사이의 선택은 상당할 수 있음) 비용 대 효율 타협안을 표현하는 디자인 선택이라는 것을 인식할 수 있을 것이다. 당 기술 분야의 숙련자들은 본 명세서에 설명된 프로세스 및/또는 시스템 및/또는 다른 기술이 실시될 수 있는 다양한 매개체(예를 들어, 하드웨어, 소프트웨어 및/또는 펌웨어)가 존재하고, 바람직한 매개체는 프로세스 및/또는 시스템 및/또는 다른 기술이 전개되는 정황에 따라 다양할 것이라는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 구현자가 속도 및 정확성이 주요하다고 결정하면, 구현자는 주로 하드웨어 및/또는 펌웨어 매개체를 선택할 수도 있고, 융통성이 주요하면, 구현자는 주로 소프트웨어 구현예를 선택할 수도 있고, 또는 재차 대안적으로 구현자는 하드웨어, 소프트웨어 및/또는 펌웨어의 몇몇 조합을 선택할 수도 있다. 따라서, 본 명세서에 설명된 프로세스 및/또는 디바이스 및/또는 다른 기술이 실행될 수도 있는 다수의 가능한 매개체가 존재하지만, 이용될 임의의 매개체는 매개체가 전개될 것인 정황 및 구현자의 특정 관심(예를 들어, 속도, 융통성 또는 예측성)에 따른 선택인 점에서, 이들 중 어느 것도 다른 것에 비해 고유적으로 우수하지 않고, 이들 중 임의의 것은 변동할 수도 있다. 당 기술 분야의 숙련자들은 구현예의 광학적 양태가 통상적으로 광학적으로 배향된 하드웨어, 소프트웨어, 및/또는 펌웨어를 이용할 것이라는 것을 인식할 수 있을 것이다.
본 명세서에 설명된 몇몇 구현예에서, 논리 및 유사한 구현예가 소프트웨어 또는 다른 제어 구조를 포함할 수도 있다. 전자 회로는 예를 들어, 본 명세서에 설명된 바와 같은 다양한 기능을 구현하도록 구성되고 배열된 전류의 하나 이상의 경로를 가질 수도 있다. 몇몇 구현예에서, 하나 이상의 매체는 이러한 매체가 본 명세서에 설명된 바와 같이 수행하도록 동작 가능한 디바이스 검출 가능 명령을 유지하거나 전송할 때 디바이스 검출 가능 구현예를 갖도록 구성될 수도 있다. 몇몇 변형예에서, 예를 들어, 구현예는 예를 들어, 본 명세서에 설명된 하나 이상의 동작과 관련하여 하나 이상의 명령의 수신 또는 전송을 수행함으로써, 현존하는 소프트웨어 또는 펌웨어, 또는 게이트 어레이 또는 프로그램가능 하드웨어의 업데이트 또는 수정을 포함할 수도 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 몇몇 변형예에서, 구현예는 특정 용도 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 구성요소, 및/또는 특정 용도 구성요소를 실행하거나 다른 방식으로 호출하는 범용 구성요소를 포함할 수도 있다. 상세 또는 다른 구현예는 선택적으로 패킷 전송에 의해 또는 다른 방식으로 다양한 시간에 분산 매체를 통해 통과함으로써, 본 명세서에 설명된 바와 같은 탠저블 전송 매체의 하나 이상의 인스턴스에 의해 전송될 수 있다.
대안적으로 또는 부가적으로, 구현예는 사실상 본 명세서에 설명된 임의의 기능 동작의 하나 이상의 발생을 인에이블링하고, 트리거링하고, 조정하고, 요청하거나, 또는 다른 방식으로 유발하기 위해 특정 용도 명령 시퀀스를 실행하거나 회로를 호출하는 것을 포함할 수도 있다. 몇몇 변형예에서, 본 명세서의 동작 또는 다른 논리 기술은 소스 코드로서 표현되고, 실행가능한 명령 시퀀스로서 컴파일링되거나 다른 방식으로 호출될 수도 있다. 몇몇 정황에서, 예를 들어, 구현예는 전체적으로 또는 부분적으로, C++, 또는 다른 코드 시퀀스와 같은 소스 코드에 의해 제공될 수도 있다. 다른 구현예에서, 상업적으로 이용 가능한 그리고/또는 당 기술 분야의 기술을 사용하여, 소스 또는 다른 코드 구현예가 고레벨 기술자 언어로 컴파일링되고/구현되고/번역되고/변환될 수도 있다[예를 들어, 초기에 C 또는 C++ 프로그래밍 언어로 설명된 기술을 구현하고, 그 후에 논리 합성가능 언어 구현예, 하드웨어 기술 언어 구현예, 하드웨어 디자인 시뮬레이션 구현예, 및/또는 다른 이러한 유사한 표현 모드(들)로 프로그래밍 언어 구현예를 변환함). 예를 들어, 논리 표현(예를 들어, 컴퓨터 프로그래밍 언어 구현예)의 일부분 또는 모두는 베릴로그형 하드웨어 기술(Verilog-type hardware description)[예를 들어, 하드웨어 기술 언어(Hardware Description Language: HDL) 및/또는 초고속 집적 회로 하드웨어 기술자 언어(Very High Speed Integrated Circuit Hardware Descriptor Language: VHDL)] 또는 이후에 하드웨어를 갖는 물리적 구현예를 생성하는 데 사용될 수도 있는 다른 회로 모델(예를 들어, 응용 주문형 집적 회로)로서 명시될 수도 있다. 당 기술 분야의 숙련자들은 이들 교시의 견지에서 어떻게 적합한 전송 및 연산 요소, 재료 공급부, 액추에이터, 또는 다른 구조를 얻고, 구성하고, 최적화하는지를 인식할 수 있을 것이다.
상기 상세한 설명은 블록 다이어그램, 흐름도 및/또는 예의 사용을 거쳐 디바이스 및/또는 프로세스의 다양한 실시예를 설명하였다. 이러한 블록 다이어그램, 흐름도 및/또는 예가 하나 이상의 기능 및/또는 동작을 포함하는 한에 있어서는, 이러한 블록 다이어그램, 흐름도, 또는 예 내의 각각의 기능 및/또는 동작은 광범위한 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 사실상 이들의 임의의 조합에 의해 개별적으로 및/또는 집합적으로 구현될 수 있다는 것이 당 기술 분야의 숙련자들에 의해 이해될 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 본 명세서에 설명된 요지의 다수의 부분은 응용 주문형 집적 회로(Application Specific Integrated Circuits: ASICs), 필드 프로그램가능 게이트 어레이(Field Programmable Gate Arrays: FPGAs), 디지털 신호 프로세서(digital signal processors: DSPs), 또는 다른 집적 포맷을 거쳐 구현될 수도 있다. 그러나, 당 기술 분야의 숙련자는, 본 명세서에 개시된 실시예의 몇몇 양태가 전체적으로 또는 부분적으로, 하나 이상의 컴퓨터 상에서 실행하는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램으로서(예를 들어, 하나 이상의 컴퓨터 시스템 상에서 실행하는 하나 이상의 프로그램으로서), 하나 이상의 프로세서 상에서 실행하는 하나 이상의 프로그램으로서(예를 들어, 하나 이상의 마이크로프로세서 상에서 실행하는 하나 이상의 프로그램으로서), 펌웨어로서, 또는 사실상 이들의 임의의 조합으로서, 집적 회로 내에서 등가적으로 구현될 수 있다는 것과, 소프트웨어 및 또는 펌웨어를 위한 회로를 설계하고 그리고/또는 코드를 기록하는 것이 본 명세서의 견지에서 당 기술 분야의 숙련자의 기술 내에 양호하게 있을 것이라는 것을 인식할 수 있을 것이다. 게다가, 당 기술 분야의 숙련자들은 본 명세서에 설명된 요지의 메커니즘이 다양한 형태의 프로그램 제품으로서 분배되는 것이 가능하고, 본 명세서에 설명된 요지의 예시적인 실시예가 분배를 실제로 수행하는 데 사용된 특정 유형의 신호 전달 매체에 무관하게 적용된다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 신호 전달 매체의 예는, 플로피 디스크, 하드 디스크 드라이브, 콤팩트 디스크(Compact Disc: CD), 디지털 비디오 디스크(Digital Video Disk: DVD), 디지털 테이프, 컴퓨터 메모리 등과 같은 기록가능형 매체; 및 디지털 및/또는 아날로그 통신 매체[예를 들어, 광파이버 케이블, 도파로, 유선 통신 링크, 무선 통신 링크(예를 들어, 송신기, 수신기, 전송 논리, 수신 논리 등) 등]와 같은 전송형 매체를 포함하지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
일반적으로, 당 기술 분야의 숙련자들은 본 명세서에 설명된 다양한 실시예가 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 및/또는 사실상 이들의 임의의 조합과 같은 광범위한 전기 부품, 및 강체, 스프링 또는 비틀림체, 유압 기기, 전자기계적 작동식 디바이스, 및/또는 사실상 이들의 임의의 조합과 같은 기계적 힘 또는 모션을 부여할 수도 있는 광범위한 부품을 갖는 다양한 유형의 전기기계적 시스템에 의해 개별적으로 그리고/또는 집합적으로 구현될 수 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 따라서, 본 명세서에 사용될 때, "전기기계적 시스템"은 트랜스듀서[예를 들어, 액추에이터, 모터, 압전 결정, 마이크로 전기기계 시스템(Micro Electro Mechanical System: MEMS) 등]와 작동적으로 결합된 전기 회로, 적어도 하나의 이산 전기 회로를 갖는 전기 회로, 적어도 하나의 집적 회로를 갖는 전기 회로, 적어도 하나의 응용 주문형 집적 회로를 갖는 전기 회로, 컴퓨터 프로그램에 의해 구성된 범용 컴퓨팅 디바이스(예를 들어, 본 명세서에 설명된 프로세스를 적어도 부분적으로 수행하는 컴퓨터 프로그램에 의해 구성된 범용 컴퓨터 및/또는 디바이스, 또는 본 명세서에 설명된 프로세스를 적어도 부분적으로 수행하는 컴퓨터 프로그램에 의해 구성된 마이크로프로세서 및/또는 디바이스)를 형성하는 전기 회로, 메모리 디바이스[예를 들어, 다수의 유형의 메모리(예를 들어, 랜덤 액세스, 플래시, 판독 전용 등)]를 형성하는 전기 회로, 통신 디바이스(예를 들어, 모뎀, 통신 스위치, 광전 장비 등)를 형성하는 전기 회로, 및/또는 광학 또는 다른 유사물과 같은 이들에 대한 비전기적 유사물을 포함하지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 당 기술 분야의 숙련자들은 전기기계적 시스템의 예가 다양한 소비자 전자 시스템, 의료 기기, 뿐만 아니라 전동식 수송 시스템, 공장 자동화 시스템, 보안 시스템, 및/또는 통신/컴퓨팅 시스템과 같은 다른 시스템을 포함하지만, 이들에 한정되는 것은 아니라는 것을 또한 이해할 수 있을 것이다. 당 기술 분야의 숙련자는 본 명세서에 사용된 바와 같은 전기기계적 시스템이 문맥상 달리 지시되는 것을 제외하고는, 전기적 및 기계적 작동의 모두를 갖는 시스템에 반드시 한정되는 것은 아니라는 것을 인식할 수 있을 것이다.
일반적으로, 당 기술 분야의 숙련자들은 광범위한 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 및/또는 이들의 임의의 조합에 의해 개별적으로 그리고/또는 집합적으로 구현될 수 있는 본 명세서에 설명된 다양한 양태가 다양한 유형의 "전기 회로"로 구성되는 것으로서 보여질 수 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 따라서, 본 명세서에 사용될 때, "전기 회로"는 적어도 하나의 이산 전기 회로를 갖는 전기 회로, 적어도 하나의 집적 회로를 갖는 전기 회로, 적어도 하나의 응용 주문형 집적 회로를 갖는 전기 회로, 컴퓨터 프로그램에 의해 구성된 범용 컴퓨팅 디바이스(예를 들어, 본 명세서에 설명된 프로세스를 적어도 부분적으로 수행하는 컴퓨터 프로그램에 의해 구성된 범용 컴퓨터 및/또는 디바이스, 또는 본 명세서에 설명된 프로세스를 적어도 부분적으로 수행하는 컴퓨터 프로그램에 의해 구성된 마이크로프로세서 및/또는 디바이스)를 형성하는 전기 회로, 메모리 디바이스[예를 들어, 다수의 유형의 메모리(예를 들어, 랜덤 액세스, 플래시, 판독 전용 등)]를 형성하는 전기 회로, 및/또는 통신 디바이스(예를 들어, 모뎀, 통신 스위치, 광전 장비 등)를 형성하는 전기 회로를 포함하지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 당 기술 분야의 숙련자들은 본 명세서에 설명된 요지가 아날로그 또는 디지털 방식으로 또는 이들의 몇몇 조합으로 구현될 수도 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다.
당 기술 분야의 숙련자들은 본 명세서에 설명된 디바이스 및/또는 프로세스의 적어도 일부분이 데이터 처리 시스템 내에 일체화될 수 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 당 기술 분야의 숙련자들은 데이터 처리 시스템이 일반적으로, 시스템 유닛 하우징, 비디오 디스플레이 디바이스, 휘발성 또는 비휘발성 메모리와 같은 메모리, 마이크로프로세서 또는 디지털 신호 프로세서와 같은 프로세서, 운영 체제, 드라이버, 그래픽 사용자 인터페이스, 및 응용 프로그램과 같은 연산 엔티티, 하나 이상의 상호 작용 디바이스(예를 들어, 터치 패드, 터치 스크린, 안테나 등), 및/또는 피드백 루프 및 제어 모터(예를 들어, 위치 및/또는 속도를 감지하기 위한 피드백; 부품 및/또는 양을 이동시키고 그리고/또는 조정하기 위한 제어 모터)를 포함하는 제어 시스템 중 하나 이상을 포함한다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 데이터 처리 시스템은 데이터 컴퓨팅/통신 및/또는 네트워크 컴퓨팅/통신 시스템에서 통상적으로 발견되는 것들과 같은 적합한 상업적으로 입수가능한 구성요소를 이용하여 구현될 수도 있다.
당 기술 분야의 숙련자는 본 명세서에 설명된 구성요소(예를 들어, 동작), 디바이스, 객체 및 이들을 수반하는 설명이 개념적인 명료화를 위한 예로서 사용되고, 다양한 구성 변형예가 고려된다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 따라서, 본 명세서에 사용될 때, 설명된 특정 예 및 수반하는 설명은 이들의 더 일반적인 분류를 표현하도록 의도된다. 일반적으로, 임의의 특정 예의 사용은 그 분류를 표현하도록 의도되고, 특정 구성요소(예를 들어, 동작), 디바이스, 및 객체의 비포함이 한정으로 취해져서는 안된다.
사용자는 단일의 예시된 도면으로서 본 명세서에 도시되고/설명되어 있지만, 당 기술 분야의 숙련자들은 문맥상 달리 지시되지 않으면, 사용자가 인간 사용자, 로봇 사용자(예를 들어, 연산 엔티티), 및/또는 실질적으로 이들의 임의의 조합(예를 들어, 사용자는 하나 이상의 로봇 에이전트에 의해 보조될 수도 있음)을 표현할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 당 기술 분야의 숙련자들은 일반적으로, 문맥상 달리 지시되지 않으면, 이러한 용어가 본 명세서에 사용될 때, 동일한 것이 "송신자" 및/또는 다른 객체 지향성 용어에도 설명될 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
본 명세서에서 실질적으로 임의의 복수 및/또는 단수 용어의 사용과 관련하여, 당 기술 분야의 숙련자들은 문맥 및/또는 용례에 적절하게 복수로부터 단수로 그리고/또는 단수로부터 복수로 해석할 수 있다. 다양한 단수/복수 치환은 명료화를 위해 본 명세서에 명시적으로 설명되어 있지 않다.
본 명세서에 설명된 요지는 때때로 상이한 다른 구성요소 내에 포함되거나 접속된 상이한 구성요소를 예시하고 있다. 이러한 예시된 아키텍처는 단지 예시적인 것이고, 실제로 동일한 기능성을 성취하는 다수의 다른 아키텍처가 구현될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 개념적으로, 동일한 기능성을 성취하기 위한 구성요소의 임의의 배열이 원하는 기능성이 성취되도록 효과적으로 "연계"된다. 따라서, 특정 기능성을 성취하도록 조합된 본 명세서의 임의의 2개의 구성요소는 아키텍처 또는 중간 구성요소에 무관하게, 원하는 기능성이 성취되도록 서로 "연계되는" 것으로서 고려될 수 있다. 마찬가지로, 이와 같이 연계된 임의의 2개의 구성요소는 또한 원하는 기능성을 성취하기 위해 서로 "작동적으로 접속"되거나 또는 "작동적으로 결합"되는 것으로서 고려될 수 있고, 이와 같이 연계되는 것이 가능한 임의의 2개의 구성요소는 또한 원하는 기능성을 성취하기 위해 서로 "작동적으로 결합 가능한" 것으로서 고려될 수 있다. 작동적으로 결합 가능한 특정 예는 물리적으로 정합 가능한 그리고/또는 물리적으로 상호 작용하는 구성요소, 및/또는 무선으로 상호 작용 가능한 그리고/또는 무선으로 상호 작용하는 구성요소, 및/또는 논리적으로 상호 작용하는 그리고/또는 논리적으로 상호 작용 가능한 구성요소를 포함하지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
몇몇 예에서, 하나 이상의 구성요소는 "~하도록 구성되는", "~하도록 구성 가능한", "~하도록 작동 가능한/작동하는", "적응된/적응 가능한", "~하는 것이 가능한", "~하도록 합치 가능한/합치된" 등으로서 본 명세서에 언급될 수도 있다. 당 기술 분야의 숙련자들은 이러한 용어(예를 들어, "~하도록 구성된")가 일반적으로 문맥상 달리 요구되지 않으면, 활성 상태 구성요소 및/또는 비활성 상태 구성요소 및/또는 대기상태 구성요소를 포함할 수 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다.
본 명세서에 설명된 본 발명의 요지의 특정 양태가 도시되어 있고 설명되어 있지만, 본 명세서의 교시에 기초하여, 변경 및 수정이 본 명세서에 설명된 요지 및 그 더 넓은 양태로부터 벗어나지 않고 이루어질 수도 있고, 따라서 첨부된 청구범위는 본 명세서에 설명된 요지의 진정한 사상 및 범주 내에 있는 바와 같은 모든 이러한 변경 및 수정을 이들의 범주 내에 포함한다는 것이 당 기술 분야의 숙련자들에게 명백할 것이다. 일반적으로, 본 명세서에, 특히 첨부된 청구범위(예를 들어, 첨부된 청구범위의 바디)에 사용된 용어는 일반적으로 "개방" 용어로서 의도된다는 것(예를 들어, 용어 "포함하는"은 "포함하지만 이들에 한정되는 것은 아닌" 것으로서 해석되어야 하고, 용어 "갖는"은 "적어도 갖는"으로서 해석되어야 하고, 용어 "포함한다"는 "포함하지만 이들에 한정되는 것은 아니다"로서 해석되어야 하는 등임)이 당 기술 분야의 숙련자들에 의해 이해될 수 있을 것이다. 특정 수의 도입된 청구항 인용이 의도되면, 이러한 의도는 청구항에 명백하게 인용될 것이고, 이러한 인용의 결여시에 어떠한 이러한 의도도 존재하지 않는다는 것이 당 기술 분야의 숙련자들에 의해 또한 이해될 수 있을 것이다. 예를 들어, 이해를 위한 보조로서, 이하의 첨부된 청구범위는 청구항 인용을 도입하기 위한 도입 구문 "적어도 하나" 및 "하나 이상"의 사용을 포함할 수도 있다. 그러나, 이러한 구문의 사용은, 동일한 청구항이 도입 구문 "하나 이상" 또는 "적어도 하나" 및 단수 형태의 표현을 포함할 때에도(예를 들어, 단수 형태 표현은 통상적으로 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"을 의미하도록 해석되어야 함), 단수 형태의 표현에 의한 청구항 인용의 도입이 단지 하나의 이러한 인용을 포함하는 청구항에 이러한 도입된 청구항을 포함하는 임의의 특정 청구항을 한정하는 것을 암시하는 것으로 해석되어서는 안되고, 동일한 것이 청구항 인용을 도입하는 데 사용된 단수 형태 표현들의 사용에 대해서도 성립한다. 게다가, 특정 수의 도입된 청구항 인용이 명시적으로 인용되더라도, 당 기술 분야의 숙련자들은 이러한 인용이 통상적으로 적어도 인용된 수를 의미하도록 해석되어야 한다는 것을 인식할 수 있을 것이다(예를 들어, 다른 수식어가 없는 "2개의 인용"의 유일한 인용은 통상적으로 적어도 2개의 인용, 또는 2개 이상의 인용을 의미함). 더욱이, "A, B 및 C 등 중 적어도 하나"와 유사한 규약이 사용되는 이들 경우에, 일반적으로 이러한 구성은 당 기술 분야의 숙련자가 규약을 이해할 것인 개념에서 의도된다(예를 들어, "A, B 및 C 중 적어도 하나를 갖는 시스템"은 A 단독, B 단독, C 단독, A 및 B 함께, A 및 C 함께, B 및 C 함께, 및/또는 A, B 및 C 함께 등을 갖는 시스템을 포함할 것이지만, 이들에 한정되는 것은 아님). "A, B 또는 C 등 중 적어도 하나"와 유사한 규약이 사용되는 이들 경우에, 일반적으로 이러한 구성은 당 기술 분야의 숙련자가 규약을 이해할 것인 개념에서 의도된다(예를 들어, "A, B 또는 C 중 적어도 하나를 갖는 시스템"은 A 단독, B 단독, C 단독, A 및 B 함께, A 및 C 함께, B 및 C 함께, 및/또는 A, B 및 C 함께 등을 갖는 시스템을 포함할 것이지만, 이들에 한정되는 것은 아님). 통상적으로 상세한 설명, 청구범위, 또는 도면에서간에, 2개 이상의 대안적인 용어를 제시하는 이접 단어 및/또는 구문은 문맥상 달리 지시되지 않으면 용어들 중 하나, 용어들 중 어느 하나, 또는 모두의 가능성을 고려하는 것으로 이해되어야 한다는 것이 당 기술 분야의 숙련자들에 의해 또한 이해될 수 있을 것이다. 예를 들어, 구문 "A 또는 B"는 통상적으로 "A" 또는 "B" 또는 "A 및 B"의 가능성을 포함하는 것으로 이해될 수 있을 것이다.
첨부된 청구범위와 관련하여, 당 기술 분야의 숙련자들은 본 명세서에 인용된 동작이 일반적으로 임의의 순서로 수행될 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 다양한 동작 흐름이 시퀀스(들)로 제시되어 있지만, 다양한 동작은 도시되어 있는 것들 이외의 순서로 수행될 수도 있고, 또는 동시에 수행될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 이러한 대안적인 순서화의 예는 문맥상 달리 지시되지 않으면, 중첩, 삽입, 중단, 재순서화, 증분, 준비, 보충, 동시, 역전, 또는 다른 변형 순서화를 포함할 수도 있다. 더욱이, "~에 응답하여", "~에 관련된" 또는 다른 과거형 형용사는 일반적으로 문맥상 달리 지시되지 않으면 이러한 변형을 배제하도록 의도되는 것은 아니다.
본 명세서에 설명된 요지의 양태는 이하의 번호 부기된 항에서 설명된다.
1. 방법으로서,
적어도 하나의 열원으로 열에너지를 발생시키는 단계;
일정량의 공급 원료를 제공하는 단계;
일정량의 초임계 유체를 제공하는 단계;
일정량의 초임계 유체에 상기 발생된 열에너지의 부분을 전달하는 단계;
일정량의 초임계 유체로부터 일정량의 공급 원료에 상기 발생된 열에너지의 적어도 일부분을 전달하는 단계; 및
적어도 하나의 반응 생성물을 형성하기 위해 일정량의 초임계 유체로부터 일정량의 공급 원료에 전달된 열에너지로 일정량의 공급 원료에 대해 열분해 프로세스를 수행하는 단계를 포함하는 방법.
2. 항 1에 있어서, 일정량의 공급 원료를 제공하는 단계는 일정량의 탄소질 공급 원료를 제공하는 단계를 포함하는 것인 방법.
3. 항 1에 있어서, 일정량의 공급 원료를 제공하는 단계는 일정량의 초임계 이산화탄소를 제공하는 단계를 포함하는 것인 방법.
4. 항 1에 있어서, 일정량의 초임계 유체로부터 일정량의 공급 원료로 상기 발생된 열에너지의 적어도 일부분을 전달하는 단계는 일정량의 공급 원료의 적어도 일부분과 일정량의 초임계 유체의 적어도 일부분을 혼합함으로써 일정량의 초임계 유체로부터 일정량의 공급 원료로 상기 발생된 열에너지의 적어도 일부분을 전달하는 단계를 포함하는 것인 방법.
5. 항 1에 있어서, 적어도 하나의 반응 생성물을 형성하기 위해 일정량의 초임계 유체로부터 일정량의 공급 원료에 전달된 열에너지로 일정량의 공급 원료에 대해 열분해 프로세스를 수행하는 단계는 적어도 하나의 반응 생성물을 형성하기 위해 일정량의 초임계 유체로부터 일정량의 공급 원료에 전달된 열에너지로 일정량의 공급 원료에 대해 열분해 반응 프로세스를 수행하는 단계를 포함하는 것인 방법.
6. 항 5에 있어서, 적어도 하나의 반응 생성물을 형성하기 위해 일정량의 초임계 유체로부터 일정량의 공급 원료에 전달된 열에너지로 일정량의 공급 원료에 대해 열분해 반응 프로세스를 수행하는 단계는 적어도 하나의 반응 생성물을 형성하기 위해 일정량의 초임계 유체로부터 일정량의 공급 원료에 전달된 열에너지로 일정량의 공급 원료에 대해 350℃ 내지 600℃의 온도에서 고속 열분해 반응 프로세스를 수행하는 단계를 포함하는 것인 방법.
7. 항 1에 있어서, 적어도 하나의 반응 생성물을 형성하기 위해 일정량의 초임계 유체로부터 일정량의 공급 원료에 전달된 열에너지로 일정량의 공급 원료에 대해 열분해 프로세스를 수행하는 단계는 적어도 하나의 반응 생성물을 형성하기 위해 일정량의 초임계 유체로부터 일정량의 공급 원료에 전달된 열에너지로 일정량의 공급 원료에 대해 액화 프로세스를 수행하는 단계를 포함하는 것인 방법.
8. 항 1에 있어서, 적어도 하나의 반응 생성물은 초임계 유체 내에서 용해 가능한 것인 방법.
9. 항 1에 있어서,
적어도 하나의 열분해 프로세스 후에 초임계 유체로부터 적어도 하나의 반응 생성물을 분리하는 단계를 더 포함하는 방법.
10. 항 9에 있어서, 적어도 하나의 열분해 프로세스 후에 초임계 유체로부터 적어도 하나의 반응 생성물을 분리하는 단계는 적어도 하나의 열분해 프로세스 후에 적어도 하나의 생성물의 용해도 파라미터를 제어함으로써 적어도 하나의 열분해 프로세스 후에 초임계 유체로부터 적어도 하나의 반응 생성물을 분리하는 단계를 포함하는 것인 방법.
11. 항 9에 있어서, 적어도 하나의 열분해 프로세스 후에 초임계 유체로부터 적어도 하나의 반응 생성물을 분리하는 단계는 물리적 유동 분리기를 거쳐 적어도 하나의 열분해 프로세스 후에 초임계 유체로부터 적어도 하나의 반응 생성물을 분리하는 단계를 포함하는 것인 방법.
12. 항 1에 있어서,
공급 원료의 적어도 일부분을 건조하는 단계를 더 포함하는 방법.
13. 항 1에 있어서,
공급 원료의 적어도 일부분을 예열하는 단계를 더 포함하는 방법.
14. 항 1에 있어서,
공급 원료의 적어도 일부분을 전처리하는 단계를 더 포함하는 방법.
15. 항 1에 있어서,
공급 원료의 적어도 일부분으로부터 적어도 하나의 산소화 화합물을 추출하는 단계를 더 포함하는 방법.
16. 항 1에 있어서,
열화학적 분해 프로세스 후에 초임계 유체를 수용하는 단계; 및
수용된 초임계 유체를 사용하여 전기를 발생시키는 단계를 더 포함하는 방법.
17. 항 16에 있어서,
발생된 전기로 수소를 발생시키는 단계를 더 포함하는 방법.
18. 항 1에 있어서,
적어도 하나의 반응 생성물에 대해 수소화처리 프로세스 및 수소화분해 프로세스 중 적어도 하나를 수행하는 단계를 더 포함하는 방법.
19. 항 1에 있어서,
열화학적 분해 프로세스 후에 적어도 하나의 반응 생성물을 급냉시키는 단계를 더 포함하는 방법.
20. 항 19에 있어서,
적어도 하나의 반응 생성물로부터 열을 회수하는 단계를 더 포함하는 방법.
21. 항 19에 있어서,
적어도 하나의 반응 생성물로부터 열을 방출하는 단계를 더 포함하는 방법.
22. 항 19에 있어서,
적어도 하나의 반응 생성물로부터 적어도 하나의 휘발성 가스를 분리시키는 단계를 더 포함하는 방법.
23. 항 22에 있어서,
적어도 하나의 휘발성 가스를 사용하여 이원자 수소를 생성하는 단계를 더 포함하는 방법.
24. 장치로서,
일정량의 공급 원료를 수납하기 위한 적어도 하나의 열화학적 반응 챔버를 포함하는 열화학적 변환 시스템; 및
적어도 하나의 열원과의 열전달 상태로 일정량의 초임계 유체를 수납하는 열전달 요소를 포함하는 열에너지 전달 시스템을 포함하고,
열에너지 전달 시스템은 적어도 하나의 열원으로부터 적어도 하나의 열화학적 반응 챔버 내에 수납된 일정량의 공급 원료의 적어도 일부분에 열에너지를 선택적으로 전달하기 위해 적어도 하나의 열화학적 반응 챔버 내에 수납된 일정량의 공급 원료의 적어도 일부분과의 열전달 상태로 일정량의 초임계 유체를 선택적으로 배치하도록 배열되고,
적어도 하나의 열화학적 반응 챔버는 초임계 유체로부터 전달된 열에너지로 공급 원료의 적어도 일부분을 적어도 하나의 반응 생성물로 열화학적으로 변환하도록 구성되는 것인 장치.
25. 항 24에 있어서, 열에너지 전달 시스템은 적어도 하나의 열원으로부터 일정량의 공급 원료의 적어도 일부분으로 열에너지를 선택적으로 전달하기 위해 적어도 하나의 열화학적 반응 챔버 내에 수납된 일정량의 공급 원료와 초임계 유체를 선택적으로 혼합하도록 구성되는 것인 장치.
26. 항 24에 있어서, 열에너지 전달 시스템은,
적어도 하나의 열원으로부터 열전달 요소의 일정량의 초임계 유체로 직접적으로 열에너지를 전달하도록 구성된 직접 열교환 시스템을 포함하는 것인 장치.
27. 항 24에 있어서, 열에너지 전달 시스템은,
적어도 하나의 열원으로부터 중간 열전달 요소로 열에너지를 전달하도록 구성된 중간 열전달 요소를 포함하는 간접 열교환 시스템을 포함하고, 중간 열전달 요소는 중간 열전달 요소로부터 일정량의 초임계 유체로 열에너지를 전달하도록 또한 구성되는 것인 장치.
28. 항 24에 있어서, 열에너지 전달 시스템은,
적어도 하나의 열원으로부터 열화학적 반응 챔버 내에 수납된 일정량의 공급 원료의 적어도 일부분에 열에너지를 선택적으로 전달하기 위해 열화학적 반응 챔버 내에 수납된 일정량의 공급 원료의 적어도 일부분과의 열전달 상태로 일정량의 초임계 유체를 선택적으로 배치하기 위한 유동 제어 시스템을 포함하는 것인 장치.
29. 항 28에 있어서, 열화학적 반응 챔버 내에 수납된 일정량의 공급 원료의 적어도 일부분과의 열전달 상태로 일정량의 초임계 유체를 선택적으로 배치하기 위한 유동 제어 시스템은
열화학적 반응 챔버 내에 수납된 일정량의 공급 원료의 적어도 일부분과 초임계 유체의 적어도 일부분을 선택적으로 혼합하기 위한 유동 제어 시스템을 포함하는 것인 장치.
30. 항 24에 있어서, 적어도 하나의 열화학적 반응 챔버는,
다단 단일 열화학적 반응 챔버를 포함하고, 열에너지 전달 시스템은 일정량의 공급 원료의 적어도 일부분에 대해 열화학적 반응 프로세스의 세트를 수행하도록 다단 단일 열화학적 반응 챔버 내에 수납된 일정량의 공급 원료에 다중 온도 범위에 걸쳐서 초임계 유체의 다수의 부분을 전달하도록 구성되는 것인 장치.
31. 항 24에 있어서, 열에너지 전달 시스템은 일정량의 공급 원료의 적어도 일부분에 대해 건조 프로세스를 수행하기 위해 단일의 열화학적 반응 챔버 내에 수납된 일정량의 공급 원료에 제1 온도 범위에서 초임계 유체의 제1 부분을 전달하도록 구성되는 것인 장치.
32. 항 24에 있어서, 열에너지 전달 시스템은 일정량의 공급 원료의 적어도 일부분에 대해 예열 프로세스를 수행하기 위해 단일의 열화학적 반응 챔버 내에 수납된 일정량의 공급 원료에 제2 온도 범위에서 초임계 유체의 제2 부분을 전달하도록 구성되는 것인 장치.
33. 항 24에 있어서, 열에너지 전달 시스템은 일정량의 공급 원료의 적어도 일부분에 대해 액화 프로세스를 수행하기 위해 단일의 열화학적 반응 챔버 내에 수납된 일정량의 공급 원료에 제2 온도 범위에서 초임계 유체의 제3 부분을 전달하도록 구성되는 것인 장치.
34. 항 24에 있어서, 열에너지 전달 시스템은 일정량의 공급 원료의 적어도 일부분으로부터 적어도 하나의 산소화 화합물을 제공하도록 일정량의 공급 원료의 적어도 일부분에 대해 추출 프로세스를 수행하기 위해 단일의 열화학적 반응 챔버 내에 수납된 일정량의 공급 원료에 제4 온도 범위에서 초임계 유체의 제4 부분을 공급하도록 구성되는 것인 장치.
35. 항 24에 있어서, 열에너지 전달 시스템은 일정량의 공급 원료의 적어도 일부분에 대해 열분해 프로세스를 수행하기 위해 단일의 열화학적 반응 챔버 내에 수납된 일정량의 공급 원료에 제5 온도 범위에서 초임계 유체의 제5 부분을 공급하도록 구성되는 것인 장치.
36. 항 24에 있어서, 적어도 하나의 열화학적 반응 챔버는 적어도 하나의 열분해 반응 챔버를 포함하는 것인 장치.
37. 항 36에 있어서, 적어도 하나의 열분해 반응 챔버는 적어도 하나의 고속 열분해 반응을 포함하는 것인 장치.
38. 항 24에 있어서, 열화학적 변환 시스템은 적어도 하나의 열분해 챔버 및 적어도 하나의 부가의 처리 챔버를 포함하는 다단 열화학적 변환 시스템인 것인 장치.
39. 항 38에 있어서, 적어도 하나의 부가의 처리 챔버는 공급 원료 건조기, 예열기, 사전 수소화처리 챔버, 액화 챔버 및 추출 챔버 중 적어도 하나를 포함하는 것인 장치.
40. 항 24에 있어서,
적어도 하나의 열화학적 반응 챔버에 작동적으로 결합되고 적어도 열화학적 반응 챔버를 나오는 초임계 유체로부터 적어도 하나의 재료를 분리하도록 구성된 분리기 유닛을 더 포함하는 장치.
41. 항 24에 있어서, 공급 원료는 탄소질 재료를 포함하는 것인 장치.
42. 항 41에 있어서, 탄소질 재료는 석탄, 바이오매스, 혼합 소스 생체적합 재료, 플라스틱, 폐물 및 매립 쓰레기 중 적어도 하나를 포함하는 것인 장치.
43. 항 24에 있어서, 초임계 유체는 초임계 이산화탄소 및 초임계수 중 적어도 하나를 포함하는 것인 장치.
44. 항 24에 있어서, 적어도 하나의 열원은 적어도 하나의 원자로를 포함하는 것인 장치.
45. 항 24에 있어서, 열화학적 변환 시스템의 적어도 하나의 열화학적 반응 챔버는 유동상 원자로, 초임계 액화 원자로 및 초임계 열분해 원자로 중 적어도 하나를 포함하는 것인 장치.
46. 항 24에 있어서,
적어도 하나의 열화학적 반응 챔버와 유체 전달 상태에 있고 열화학적 반응 챔버로부터 초임계 유체를 수용하고 적어도 하나의 반응 생성물로의 공급 원료의 적어도 일부분의 변환 후에 초임계 유체로 전기를 발생하도록 구성된 발전 시스템을 더 포함하는 장치.
47. 항 46에 있어서, 발전 시스템은 열화학적 변환 시스템과 열에너지 전달 시스템 중 적어도 하나의 부분에 전기적으로 결합되고 발생된 전기의 적어도 일부분으로 열화학적 변환 시스템을 증대하도록 구성되는 것인 장치.
48. 항 46에 있어서,
발전 시스템의 전기 출력에 결합된 수소 발생 시스템을 더 포함하는 장치.
49. 항 24에 있어서,
적어도 하나의 화학 반응 챔버와 유체 연통하는 급냉 시스템을 더 포함하는 장치.
50. 항 24에 있어서,
적어도 하나의 반응 생성물을 처리함으로써 적어도 하나의 정제된 생성물을 발생하도록 구성된 처리 시스템을 더 포함하는 장치.
51. 항 24에 있어서,
적어도 하나의 반응 생성물로부터 적어도 하나의 휘발성 가스를 분리하도록 구성된 휘발성 가스 분리기를 더 포함하는 장치.
52. 항 51에 있어서, 열화학적 변환 시스템은 휘발성 가스 분리기로부터 적어도 하나의 휘발성 가스를 사용하여 이원자 수소를 생성하도록 또한 구성되는 것인 장치.
53. 시스템으로서,
적어도 하나의 열원;
일정량의 공급 원료를 수납하기 위한 적어도 하나의 열화학적 반응 챔버를 포함하는 열화학적 변환 시스템; 및
적어도 하나의 열원과의 열전달 상태의 일정량의 초임계 유체를 수납하는 열전달 요소를 포함하는 열에너지 전달 시스템을 포함하고,
열에너지 전달 시스템은 적어도 하나의 열원으로부터 적어도 하나의 열화학적 반응 챔버 내에 수납된 일정량의 공급 원료의 적어도 일부분에 열에너지를 선택적으로 전달하기 위해 적어도 하나의 열화학적 반응 챔버 내에 수납된 일정량의 공급 원료의 적어도 일부분과의 열전달 상태로 일정량의 초임계 유체를 선택적으로 배치하도록 배열되는 것인 시스템.
54. 항 53에 있어서, 적어도 하나의 열원은 적어도 하나의 원자로를 포함하는 것인 시스템.
55. 항 54에 있어서, 적어도 하나의 원자로는 용융염 냉각식 원자로 시스템, 액체 금속 냉각식 원자로 시스템, 가스 냉각식 원자로 시스템 및 초임계 유체 냉각식 원자로 시스템 중 적어도 하나를 포함하는 것인 시스템.
100: 시스템 102: 열화학적 변환 시스템
104: 열화학적 반응 챔버 105: 공급 원료 재료
106: 열에너지 전달 시스템 107: 열전달 요소
108: 열원 111: 중간 열저달 요소
112: 열화학적 변환 시스템 113: 중간 열전달 루프
115, 117: 열교환기 118: 복귀 경로

Claims (55)

  1. 적어도 하나의 열원으로 열에너지를 발생시키는 단계;
    일정량의 공급 원료(feedstock)를 제공하는 단계;
    일정량의 초임계 유체를 제공하는 단계;
    상기 일정량의 초임계 유체에 상기 발생된 열에너지의 일부분을 전달하는 단계;
    상기 일정량의 공급 원료의 적어도 일부분과 상기 일정량의 초임계 유체의 적어도 일부분을 혼합함으로써, 상기 발생된 열에너지의 적어도 일부분을 상기 일정량의 초임계 유체로부터 상기 일정량의 공급 원료에 전달하는 단계; 및
    적어도 하나의 반응 생성물을 형성하기 위해 상기 일정량의 초임계 유체로부터 상기 일정량의 공급 원료에 전달된 열에너지로 상기 일정량의 공급 원료에 대해, 열분해 반응(pyrolysis reaction) 프로세스, 고속 열분해 반응 프로세스, 및 액화 프로세스로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나를 포함하는 열분해(thermal decomposition) 프로세스를 수행하는 단계를 포함하며,
    상기 초임계 유체는 초임계 이산화탄소이고,
    상기 일정량의 공급 원료의 적어도 일부분에 대해 열화학적 반응 프로세스들의 세트를 수행하도록, 일정량의 공급 원료에 복수의 온도 범위에 걸쳐서 상기 초임계 유체의 복수의 부분들이 전달되는 것인 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 일정량의 공급 원료를 제공하는 단계는 일정량의 탄소질 공급 원료를 제공하는 단계를 포함하는 것인 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 일정량의 공급 원료를 제공하는 단계는 일정량의 초임계 이산화탄소를 제공하는 단계를 포함하는 것인 방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 고속 열분해 반응 프로세스는 적어도 하나의 반응 생성물을 형성하기 위해 상기 일정량의 초임계 유체로부터 상기 일정량의 공급 원료에 전달된 열에너지로 일정량의 공급 원료에 대해 350℃ 내지 600℃의 온도에서 수행되는 것인 방법.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 반응 생성물은 상기 초임계 유체 내에서 용해 가능한 것인 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 열분해 프로세스 후에 상기 초임계 유체로부터 상기 적어도 하나의 반응 생성물을 분리하는 단계를 더 포함하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 열분해 프로세스 후에 상기 초임계 유체로부터 상기 적어도 하나의 반응 생성물을 분리하는 단계는,
    상기 열분해 프로세스 후에 상기 적어도 하나의 반응 생성물의 용해도 파라미터를 제어함으로써 상기 열분해 프로세스 후에 상기 초임계 유체로부터 상기 적어도 하나의 반응 생성물을 분리하는 단계를 포함하는 것인 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 열분해 프로세스 후에 상기 초임계 유체로부터 상기 적어도 하나의 반응 생성물을 분리하는 단계는,
    물리적 유동 분리기를 거쳐 상기 열분해 프로세스 후에 상기 초임계 유체로부터 상기 적어도 하나의 반응 생성물을 분리하는 단계를 포함하는 것인 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 공급 원료의 적어도 일부분을 건조하는 단계를 더 포함하는 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 공급 원료의 적어도 일부분을 예열하는 단계를 더 포함하는 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 공급 원료의 적어도 일부분을 사전 처리(pre-treating)하는 단계를 더 포함하는 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 공급 원료의 적어도 일부분으로부터 적어도 하나의 산소화 화합물을 추출하는 단계를 더 포함하는 방법.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 열분해 프로세스 후에 상기 초임계 유체를 수용하는 단계; 및
    상기 수용된 초임계 유체를 사용하여 전기를 발생시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 발생된 전기로 수소를 발생시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반응 생성물에 대해 수소화처리 프로세스와 수소화분해 프로세스 중 적어도 하나를 수행하는 단계를 더 포함하는 방법.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 열분해 프로세스 후에 상기 적어도 하나의 반응 생성물을 퀀칭(quenching)시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반응 생성물로부터 열을 회수(recover)하는 단계를 더 포함하는 방법.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반응 생성물로부터 열을 방출(reject)하는 단계를 더 포함하는 방법.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반응 생성물로부터 적어도 하나의 휘발성 가스를 분리시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 휘발성 가스를 사용하여 이원자 수소를 생성하는 단계를 더 포함하는 방법.
  24. 일정량의 공급 원료를 수납하기 위한 적어도 하나의 열화학적 반응 챔버를 포함하는 열화학적 변환 시스템; 및
    적어도 하나의 열원과 열적 연통된 상태로 일정량의 초임계 유체를 수납하는 열전달 요소를 포함하는 열에너지 전달 시스템을 포함하고,
    상기 열에너지 전달 시스템은, 적어도 하나의 열화학적 반응 챔버 내에 수납된 상기 일정량의 공급 원료의 적어도 일부분과 상기 일정량의 초임계 유체의 적어도 일부분을 혼합함으로써, 상기 적어도 하나의 열원으로부터 상기 적어도 하나의 열화학적 반응 챔버 내에 수납된 일정량의 공급 원료의 적어도 일부분에 열에너지를 전달하기 위해, 상기 적어도 하나의 열화학적 반응 챔버 내에 수납된 일정량의 공급 원료의 적어도 일부분과 열적 연통된 상태로 상기 일정량의 초임계 유체를 배치하도록 배열되고,
    상기 적어도 하나의 열화학적 반응 챔버는, 열분해 반응 프로세스, 고속 열분해 반응 프로세스, 및 액화 프로세스로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나를 포함하는 열분해 프로세스에 의해, 상기 초임계 유체로부터 전달된 열에너지로 상기 공급 원료의 적어도 일부분을 적어도 하나의 반응 생성물로 열화학적으로 변환하도록 구성되며,
    상기 초임계 유체는 초임계 이산화탄소이고,
    상기 적어도 하나의 열화학적 반응 챔버는, 다단 단일 열화학적 반응 챔버를 포함하고, 상기 열에너지 전달 시스템은, 상기 일정량의 공급 원료의 적어도 일부분에 대해 열화학적 반응 프로세스들의 세트를 수행하도록 상기 다단 단일 열화학적 반응 챔버 내에 수납된 일정량의 공급 원료에 복수의 온도 범위에 걸쳐서 상기 초임계 유체의 복수의 부분들을 전달하도록 구성되는 것인 장치.
  25. 삭제
  26. 제24항에 있어서, 상기 열에너지 전달 시스템은,
    상기 적어도 하나의 열원으로부터 상기 열전달 요소의 일정량의 초임계 유체로 직접적으로 열에너지를 전달하도록 구성된 직접 열교환 시스템을 포함하는 것인 장치.
  27. 제24항에 있어서, 상기 열에너지 전달 시스템은,
    상기 적어도 하나의 열원으로부터 중간 열전달 요소로 열에너지를 전달하도록 구성된 중간 열전달 요소를 포함하는 간접 열교환 시스템을 포함하고, 상기 중간 열전달 요소는 또한, 상기 중간 열전달 요소로부터 상기 일정량의 초임계 유체로 열에너지를 전달하도록 구성되는 것인 장치.
  28. 제24항에 있어서, 상기 열에너지 전달 시스템은,
    상기 적어도 하나의 열원으로부터 상기 적어도 하나의 열화학적 반응 챔버 내에 수납된 일정량의 공급 원료의 적어도 일부분에 열에너지를 전달하기 위해, 상기 적어도 하나의 열화학적 반응 챔버 내에 수납된 일정량의 공급 원료의 적어도 일부분과 열적 연통된 상태로 상기 일정량의 초임계 유체를 배치하기 위한 유동 제어 시스템을 포함하는 것인 장치.
  29. 제28항에 있어서, 상기 적어도 하나의 열화학적 반응 챔버 내에 수납된 일정량의 공급 원료의 적어도 일부분과 열적 연통된 상태로 상기 일정량의 초임계 유체를 배치하기 위한 유동 제어 시스템은,
    상기 적어도 하나의 열화학적 반응 챔버 내에 수납된 일정량의 공급 원료의 적어도 일부분과 상기 초임계 유체의 적어도 일부분을 혼합하기 위한 유동 제어 시스템을 포함하는 것인 장치.
  30. 삭제
  31. 제24항에 있어서, 상기 열에너지 전달 시스템은, 상기 일정량의 공급 원료의 적어도 일부분에 대해 건조 프로세스를 수행하기 위해 상기 다단 단일 열화학적 반응 챔버 내에 수납된 일정량의 공급 원료에 제1 온도 범위에서 상기 초임계 유체의 제1 부분을 전달하도록 구성되는 것인 장치.
  32. 제24항에 있어서, 상기 열에너지 전달 시스템은, 상기 일정량의 공급 원료의 적어도 일부분에 대해 예열 프로세스를 수행하기 위해 상기 다단 단일 열화학적 반응 챔버 내에 수납된 일정량의 공급 원료에 제2 온도 범위에서 상기 초임계 유체의 제2 부분을 전달하도록 구성되는 것인 장치.
  33. 제24항에 있어서, 상기 열에너지 전달 시스템은, 상기 일정량의 공급 원료의 적어도 일부분에 대해 액화 프로세스를 수행하기 위해 상기 다단 단일 열화학적 반응 챔버 내에 수납된 일정량의 공급 원료에 제2 온도 범위에서 상기 초임계 유체의 제3 부분을 공급하도록 구성되는 것인 장치.
  34. 제24항에 있어서, 상기 열에너지 전달 시스템은, 상기 일정량의 공급 원료의 적어도 일부분으로부터 적어도 하나의 산소화 화합물을 제거하도록 상기 일정량의 공급 원료의 적어도 일부분에 대해 추출 프로세스를 수행하기 위해 상기 다단 단일 열화학적 반응 챔버 내에 수납된 일정량의 공급 원료에 제4 온도 범위에서 상기 초임계 유체의 제4 부분을 공급하도록 구성되는 것인 장치.
  35. 제24항에 있어서, 상기 열에너지 전달 시스템은, 상기 일정량의 공급 원료의 적어도 일부분에 대해 열분해 프로세스를 수행하기 위해 상기 다단 단일 열화학적 반응 챔버 내에 수납된 일정량의 공급 원료에 제5 온도 범위에서 상기 초임계 유체의 제5 부분을 공급하도록 구성되는 것인 장치.
  36. 제24항에 있어서, 상기 적어도 하나의 열화학적 반응 챔버는 적어도 하나의 열분해 반응 챔버를 포함하는 것인 장치.
  37. 제36항에 있어서, 상기 적어도 하나의 열분해 반응 챔버는 적어도 하나의 고속 열분해 반응을 포함하는 것인 장치.
  38. 제24항에 있어서, 상기 열화학적 변환 시스템은 적어도 하나의 열분해 챔버 및 적어도 하나의 부가의 처리 챔버를 포함하는 다단 열화학적 변환 시스템인 것인 장치.
  39. 제38항에 있어서, 상기 적어도 하나의 부가의 처리 챔버는, 공급 원료 건조기, 예열기, 사전 수소화처리 챔버, 액화 챔버 및 추출 챔버 중 적어도 하나를 포함하는 것인 장치.
  40. 제24항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 열화학적 반응 챔버에 동작가능하게 결합되고, 상기 적어도 하나의 열화학적 반응 챔버를 빠져나오는 초임계 유체로부터 적어도 하나의 재료를 분리하도록 구성된 분리기 유닛을 더 포함하는 장치.
  41. 제24항에 있어서, 상기 공급 원료는 탄소질 재료를 포함하는 것인 장치.
  42. 제41항에 있어서, 상기 탄소질 재료는 석탄, 바이오매스, 혼합 소스 생체재료, 플라스틱, 폐물 및 매립 쓰레기 중 적어도 하나를 포함하는 것인 장치.
  43. 삭제
  44. 제24항에 있어서, 상기 적어도 하나의 열원은 적어도 하나의 원자로를 포함하는 것인 장치.
  45. 제24항에 있어서, 상기 열화학적 변환 시스템의 적어도 하나의 열화학적 반응 챔버는, 유동상 원자로(fluidized bed reactor), 초임계 액화 원자로 및 초임계 열분해 원자로 중 적어도 하나를 포함하는 것인 장치.
  46. 제24항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 열화학적 반응 챔버와 유체 연통되어 있고, 상기 열화학적 반응 챔버로부터 상기 초임계 유체를 수용하고 상기 적어도 하나의 반응 생성물로의 상기 공급 원료의 적어도 일부분의 변환 후에 상기 초임계 유체로 전기를 발생하도록 구성된 발전 시스템을 더 포함하는 장치.
  47. 제46항에 있어서, 상기 발전 시스템은, 상기 열화학적 변환 시스템과 상기 열에너지 전달 시스템 중 적어도 하나의 일부분에 전기적으로 결합되고, 상기 발생된 전기의 적어도 일부분으로 상기 열화학적 변환 시스템을 증대하도록 구성되는 것인 장치.
  48. 제46항에 있어서,
    상기 발전 시스템의 전기 출력에 결합된 수소 발생 시스템을 더 포함하는 장치.
  49. 제24항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 열화학적 반응 챔버와 유체 연통하는 퀀칭 시스템을 더 포함하는 장치.
  50. 제24항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반응 생성물을 처리함으로써 적어도 하나의 정제된 생성물을 발생하도록 구성된 처리 시스템을 더 포함하는 장치.
  51. 제24항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반응 생성물로부터 적어도 하나의 휘발성 가스를 분리하도록 구성된 휘발성 가스 분리기를 더 포함하는 장치.
  52. 제51항에 있어서, 상기 열화학적 변환 시스템은 또한, 상기 휘발성 가스 분리기로부터 상기 적어도 하나의 휘발성 가스를 사용하여 이원자 수소를 생성하도록 구성되는 것인 장치.
  53. 적어도 하나의 열원;
    일정량의 공급 원료를 수납하기 위한 적어도 하나의 열화학적 반응 챔버를 포함하는 열화학적 변환 시스템; 및
    상기 적어도 하나의 열원과 열적 연통된 상태로 일정량의 초임계 유체를 수납하는 열전달 요소를 포함하는 열에너지 전달 시스템을 포함하고,
    상기 열에너지 전달 시스템은, 상기 일정량의 공급 원료의 적어도 일부분과 상기 일정량의 초임계 유체의 적어도 일부분을 혼합함으로써, 상기 적어도 하나의 열원으로부터 상기 적어도 하나의 열화학적 반응 챔버 내에 수납된 일정량의 공급 원료의 적어도 일부분에 열에너지를 전달하기 위해, 상기 적어도 하나의 열화학적 반응 챔버 내에 수납된 일정량의 공급 원료의 적어도 일부분과 열적 연통된 상태로 상기 일정량의 초임계 유체를 배치하도록 배열되며,
    상기 초임계 유체는 초임계 이산화탄소이고,
    상기 적어도 하나의 열화학적 반응 챔버는, 다단 단일 열화학적 반응 챔버를 포함하고, 상기 열에너지 전달 시스템은, 상기 일정량의 공급 원료의 적어도 일부분에 대해 열화학적 반응 프로세스들의 세트를 수행하도록 상기 다단 단일 열화학적 반응 챔버 내에 수납된 일정량의 공급 원료에 복수의 온도 범위에 걸쳐서 상기 초임계 유체의 복수의 부분들을 전달하도록 구성되는 것인 시스템.
  54. 제53항에 있어서, 상기 적어도 하나의 열원은 적어도 하나의 원자로를 포함하는 것인 시스템.
  55. 제54항에 있어서, 상기 적어도 하나의 원자로는, 용융염 냉각식 원자로 시스템, 액체 금속 냉각식 원자로 시스템, 가스 냉각식 원자로 시스템 및 초임계 유체 냉각식 원자로 시스템 중 적어도 하나를 포함하는 것인 시스템.
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