Способ и система для проведения газификации углеродсодержащего сырья - RU2660152C2

Чертежи

Описание

Область техники

Настоящее изобретение, в целом, относится к газификации углеродсодержащего сырьевого материала и, в частности, к газификации углеродсодержащего сырьевого материала, включая сверхкритическую пиролитическую обработку.

Краткое описание изобретения

В иллюстративном воплощении способ включает, но не ограничен перечисленным, поступление объема сырья, подачу тепловой энергии в объем сырья для превращения по меньшей мере части объема сырья в по меньшей мере один продукт реакции пиролиза посредством по меньшей мере одной реакции пиролиза, перегрев по меньшей мере одного продукта реакции пиролиза, обеспечение объема перегретого пара, смешивание объема перегретого пара с перегретым по меньшей мере одним продуктом реакции пиролиза и превращение по меньшей мере части по меньшей мере одного продукта риформинга в по меньшей мере один продукт в виде синтез-газа посредством по меньшей мере одной реакции конверсии водяного газа.

В иллюстративном воплощении способ включает, но не ограничен перечисленным, поступление объема сырья, подачу тепловой энергии в объем сырья для превращения по меньшей мере части объема сырья в по меньшей мере один продукт реакции пиролиза посредством по меньшей мере одной реакции пиролиза, перегрев по меньшей мере одного продукта реакции пиролиза, обеспечение объема перегретого пара, смешивание объема перегретого пара с перегретым по меньшей мере одним продуктом реакции пиролиза, превращение по меньшей мере части по меньшей мере одного продукта риформинга в по меньшей мере один продукт в виде синтез-газа посредством по меньшей мере одной реакции конверсии водяного газа, сжатие по меньшей мере одного продукта в виде синтез-газа в по меньшей мере одной фазе сжатия, превращение по меньшей мере части сжатого по меньшей мере одного продукта в виде синтез-газа в объем метанола и превращение по меньшей мере части объема метанола в объем бензина.

В иллюстративном воплощении устройство включает, но не ограничено перечисленным, камеру для реакции пиролиза для размещения объема сырья, первую систему переноса тепловой энергии, находящуюся в тепловом соединении с камерой для реакции пиролиза и по меньшей мере одним источником тепла, для превращения по меньшей мере части объема сырья в по меньшей мере один продукт реакции пиролиза, вторую систему переноса тепловой энергии, находящуюся в тепловом соединении с выходом камеры для реакции пиролиза и внешним источником тепла, для перегрева по меньшей мере одного продукта реакции пиролиза, парогенератор, включающий выход, выполненный с возможностью смешивания перегретого пара с перегретым по меньшей мере одним продуктом реакции пиролиза, установку парового риформинга, соединенную посредством текучей среды с выходом камеры реакции пиролиза и парогенератором, при этом установка парового риформинга выполнена с возможностью превращения перегретого по меньшей мере одного продукта реакции пиролиза и перегретого пара в по меньшей мере один продукт риформинга, и реактор конверсии водяного газа, соединенный посредством текучей среды с выходом установки парового риформинга и выполненный с возможностью превращения по меньшей мере части по меньшей мере одного продукта риформинга в по меньшей мере один продукт в виде синтез-газа посредством по меньшей мере одной реакции конверсии водяного газа.

В иллюстративном воплощении устройство включает, но не ограничено перечисленным, камеру для реакции пиролиза для размещения объема сырья, первую систему переноса тепловой энергии, находящуюся в тепловом соединении с камерой для реакции пиролиза и по меньшей мере одним источником тепла, для превращения по меньшей мере части объема сырья в по меньшей мере один продукт реакции пиролиза, вторую систему переноса тепловой энергии, находящуюся в тепловом соединении с выходом камеры для реакции пиролиза и внутренним источником тепла, для перегрева по меньшей мере одного продукта реакции пиролиза, парогенератор, включающий выход, выполненный с возможностью смешивания перегретого пара с перегретым по меньшей мере одним продуктом реакции пиролиза, установку парового риформинга, соединенную посредством текучей среды с выходом камеры для реакции пиролиза и парогенератором, при этом установка парового риформинга выполнена с возможностью превращения перегретого по меньшей мере одного продукта реакции пиролиза и перегретого пара в по меньшей мере один продукт риформинга, реактор конверсии водяного газа, соединенный посредством текучей среды с выходом установки парового риформинга и выполненный с возможностью превращения по меньшей мере части по меньшей мере одного продукта риформинга в по меньшей мере один продукт в виде синтез-газа посредством по меньшей мере одной реакции конверсии водяного газа, компрессорную систему, соединенную посредством текучей среды с выходом реактора конверсии водяного газа и выполненную с возможностью сжатия по меньшей мере одного продукта в виде синтез-газа в по меньшей мере одной фазе сжатия, реактор для синтеза метанола, соединенный посредством текучей среды с выходом компрессорной системы и выполненный с возможностью превращения по меньшей мере части сжатого по меньшей мере одного продукта в виде синтез-газа в объем метанола, и реактор превращения метанола в бензин, соединенный посредством текучей среды с выходом реактора для синтеза метанола и выполненный с возможностью превращения по меньшей мере части объема метанола в объем бензина.

В иллюстративном воплощении система включает, но не ограничена перечисленным, по меньшей мере один источник тепла, камеру для реакции пиролиза для размещения объема сырья, первую систему переноса тепловой энергии, находящуюся в тепловом соединении с камерой реакции пиролиза и по меньшей мере одним источником тепла, для превращения по меньшей мере части объема сырья в по меньшей мере один продукт реакции пиролиза, вторую систему переноса тепловой энергии, находящуюся в тепловом соединении с выходом камеры реакции пиролиза и внутренним источником тепла, для перегрева по меньшей мере одного продукта реакции пиролиза, парогенератор, включающий выход, выполненный с возможностью смешивания перегретого пара с перегретым по меньшей мере одним продуктом реакции пиролиза, установку парового риформинга, соединенную посредством текучей среды с выходом камеры для реакции пиролиза и парогенератором, при этом установка парового риформинга выполнена с возможностью превращения перегретого по меньшей мере одного продукта реакции пиролиза и перегретого пара в по меньшей мере один продукт риформинга, реактор конверсии водяного газа, соединенный посредством текучей среды с выходом установки парового риформинга и выполненный с возможностью превращения по меньшей мере части по меньшей мере одного продукта риформинга в по меньшей мере один продукт в виде синтез-газа посредством по меньшей мере одной реакции конверсии водяного газа, компрессорную систему, соединенную посредством текучей среды с выходом реактора конверсии водяного газа и выполненную с возможностью сжатия по меньшей мере одного продукта в виде синтез-газа в по меньшей мере одной фазе сжатия, реактор для синтеза метанола, соединенный посредством текучей среды с выходом компрессорной системы и выполненный с возможностью превращения по меньшей мере части сжатого по меньшей мере одного продукта в виде синтез-газа в объем метанола, и реактор превращения метанола в бензин, соединенный посредством текучей среды с выходом реактора для синтеза метанола и выполненный с возможностью превращения по меньшей мере части объема метанола в объем бензина.

Помимо вышеизложенного, различные другие аспекты способа и/или системы и/или установки излагают и описывают в материалах заявки, таких как текст (например, формула изобретения и/или подробное описание изобретения) и/или чертежи настоящего изобретения.

Вышеизложенное представляет собой краткое описание и, таким образом, может содержать упрощения, обобщения, заключения и/или пропуски подробностей, следовательно, специалисты понимают, что краткое описание является только иллюстративным и не предназначено для того, чтобы быть каким-либо образом ограничивающим. Другие аспекты, признаки и преимущества устройств и/или способов и/или других объектов изобретения, описываемых в данном документе, станут понятны из материалов, представленных в данном документе.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1А представляет собой блок-схему системы для осуществления газификации углеродсодержащего сырьевого материала в соответствии с иллюстративным воплощением,

Фиг. 1B представляет собой блок-схему системы непрямого теплообмена системы для осуществления газификации углеродсодержащего сырьевого материала в соответствии с иллюстративным воплощением,

Фиг. 1С представляет собой блок-схему системы прямого теплообмена системы для осуществления газификации углеродсодержащего сырьевого материала в соответствии с иллюстративным воплощением,

Фиг. 1D представляет собой блок-схему системы для осуществления газификации углеродсодержащего сырьевого материала в соответствии с иллюстративным воплощением,

Фиг. 2 представляет собой обобщенную технологическую схему способа осуществления газификации углеродсодержащего сырьевого материала,

Фиг. 3-9 представляют собой обобщенные технологические схемы, изображающие альтернативные варианты реализации изобретения, представленного на Фиг. 2.

Подробное описание изобретения

В следующем подробном описании ссылаются на приложенные чертежи, которые образуют его часть. На чертежах аналогичные символы обычно обозначают аналогичные компоненты, если в контексте не указано другое. Иллюстративные воплощения, описываемые в подробном описании, на чертежах и в формуле изобретения, не предназначены для ограничения. Можно использовать другие воплощения и можно вносить другие изменения, не отклоняясь от духа или объема охраны представленного здесь объекта изобретения.

Описывают систему 100 для осуществления газификации углеродсодержащего сырья, в основном ссылаясь на Фиг. 1А-1D. В одном воплощении система 100 подходит для превращения сырьевого материала в бензиновый продукт посредством ряда стадий термохимического разложения и обработки.

На Фиг. 1 показана блок-схема системы 100 для осуществления газификации углеродсодержащего сырья в соответствии с одним или более иллюстративными воплощениями. В одном воплощении система 100 включает камеру 102 для реакции пиролиза, такую как, но не ограниченную перечисленным, камеру для реакции быстрого пиролиза или камеру для пиролиза в сверхкритических условиях. В одном воплощении камера 102 для реакции пиролиза подходит для размещения объема сырьевого материала (например, углеродсодержащего материала). В другом воплощении система 100 включает один или более источников 108 тепла. В другом воплощении система 100 включает первую систему 104 переноса тепловой энергии, находящуюся в тепловом соединении с камерой 102 для реакции пиролиза и одним или более источниками 108 тепла. В другом воплощении первая система 104 переноса тепловой энергии выполненный с возможностью переноса тепловой энергии от одного или более источников 108 тепла в объем сырья 105, содержащийся внутри камеры 102 для реакции пиролиза. В другом воплощении первая система 104 переноса тепловой энергии выполнена с возможностью переноса тепловой энергии от одного или более источников 108 тепла в объем сырья 105, содержащийся внутри камеры 102 для реакции пиролиза, для превращения части сырьевого материала в один или более продуктов реакции.

В одном воплощении первая система 104 переноса тепловой энергии включает элемент 103 теплопереноса, содержащий объем текучего теплоносителя (например, жидкости, газа или сверхкритической текучей среды), находящийся в тепловом соединении (например, прямом или непрямом тепловом соединении) с одним или более источниками 108 тепла. В одном воплощении элемент 103 теплопереноса может включать, но не ограничен перечисленным, петлю теплопереноса, трубопровод теплопереноса и т.п.. Например, элемент 103 теплопереноса может включать, но не ограничен перечисленным, петлю теплопереноса, заполненную текучим теплоносителем (например, текучим теплоносителем при повышенном давлении), и помещенный в тепловое соединение (например, прямое или непрямое) с одной или более частями одного или более источников 108 тепла. Например, текучий теплоноситель может включать, но не ограничен перечисленным, жидкость (например, жидкий металл или расплавленную соль), газ (например, газ под давлением), воду или сверхкритическую текучую среду (например, сверхкритический диоксид углерода).

В одном воплощении текучий теплоноситель на основе сверхкритической текучей среды может включать любую сверхкритическую текучую среду, известную в уровне техники, подходящую для переноса энергии от одного или более источников 108 тепла в сырье 105, содержащееся в камере 102 для реакции пиролиза. В одном воплощении сверхкритическая текучая среда включает, но не ограничена перечисленным, сверхкритический диоксид углерода. В другом воплощении сверхкритическая текучая среда включает, но не ограничена перечисленным, воду, метанол, этанол, пропанол, ацетон. В другом воплощении сверхкритическая текучая среда находится под повышенным давлением внутри по меньшей мере одного из перечисленного: элемента 103 теплопереноса и камеры 102 для реакции пиролиза.

В данном документе следует отметить, что сверхкритическая текучая среда, такая, но не ограниченная перечисленным, как CO₂, может иметь низкую вязкость и поверхностное натяжение, что позволяет таким сверхкритическим текучим средам легко поникать в органические материалы (например, биомассу). Проникновение сверхкритической текучей среды в сырье 105 может понизить потребность в превращении сырья 105 в мелкие частицы до термохимической реакции, таким образом сберегая энергию в реакции сырьевого материала. В одном воплощении в случае, когда сверхкритическая текучая среда является сверхкритическим CO₂, давление сверхтекучей критической среды можно повысить выше ее критического давления (7,3 МПа (72,9 атм.)) и критической температуры (31°C (304К)). В данном документе отмечают, что выше этих условий CO₂ показывает уникальную растворяющую способность, аналогичную органическим растворителям, таким как гексан, метанол и этанол. Неполярная природа сверхкритического CO₂ может облегчить регулирование нежелательных вторичных ионных реакций, которые обычно происходят в водных средах.

В другом воплощении сверхкритическая текучая среда, такая как сверхкритический CO₂, может обеспечить строгое регулирование температуры и времени реакции посредством введения охладителя сверхкритической текучей среды в камеру 102 для реакции пиролиза для быстрого охлаждения реакции или более горячей сверхкритической текучей среды для ускорения реакции. Также понятно, что так как во множестве сверхкритических текучих сред, таких как сверхкритический CO₂, можно эффективно повысить давление, условия давления внутри реакционной камеры 102 также можно использовать для регулирования термохимических реакций внутри реакционной камеры 102. Применение сверхкритических текучих сред для управления пиролизом описывают в заявке на патент США 14/209798 от Walter et al., поданной 13 марта 2014, которая включена в данный документ путем ссылки во всей полноте.

В одном воплощении система 100 включает систему 111 подачи сырья. В одном воплощении система 111 подачи сырья функционально соединена с камерой 102 для реакции пиролиза. В другом воплощении система 111 подачи сырья обеспечивает объем материала сырья 105 во внутренней области камеры 102 для реакции пиролиза. Система 111 подачи сырья может включать любую систему подачи, известную в уровне техники, подходящую для передачи выбранного количества сырьевого материала, такого как твердый материал, материал в виде частиц или жидкий материал из одного или более источников 110 сырья во внутреннюю область камеры 102 для реакции пиролиза. Например, система 111 подачи сырья может включать, но не ограничена перечисленным, систему транспортировки, систему переноса текучей среды и т.п..

В другом воплощении система 111 подачи сырья включает предварительный нагреватель 116. В другом воплощении система 100 включает петлю 115 теплопереноса для предварительного нагрева. Например, теплообменник 115 включает первый теплообменник 117 для переноса тепла из выхода реактора конверсии водяного газа (например, при температуре 500°C-700°C) в петлю 115 теплопереноса и второй теплообменник 116 для переноса тепла из петли 115 теплопереноса в сырьевой материал.

В другом воплощении система 111 подачи сырья включает измельчитель 112. В другом воплощении измельчитель 112 подходит для измельчения сырья из источника 110 сырья для получения сырьевого материала, имеющего размеры частиц, подходящие для реакции пиролиза в камере 102 для реакции пиролиза.

Сырьевой материал 105 может включать любой углеродсодержащий материал, известный в уровне техники. Например, сырьевой материал 105 может включать, но не ограничен перечисленным, уголь, биомассу, биоматериал из смешанных источников, торф, смолу, пластмассу, мусор и отходы со свалки. Например, в случае угля сырье может включать, но не ограничено перечисленным, каменный уголь, черный лигнит, бурый уголь, антрацит и т.п. В качестве другого примера, в случае биомассы, сырье может включать древесный материал, такой, но без ограничения, как мягкая древесина или твердая древесина.

Один или более источников 108 тепла могут включать любой источник тепла, известный в уровне техники, подходящий для обеспечения тепловой энергии, достаточной для нагрева сырья 105 до выбранной температуры (например, температуры, соответствующей быстрому пиролизу (например, 350°C-600°C)).

В одном воплощении один или более источников 108 тепла включают источник тепла без выбросов CO₂. В одном воплощении один или более источников 108 тепла включают один или более ядерных реакторов. Один или более источников 108 тепла могут включать любой ядерный реактор, известный в уровне техники. Например, один или более источников 108 тепла могут включать охлаждаемый жидким металлом ядерный реактор, охлаждаемый расплавленной солью ядерный реактор, охлаждаемый водой высокой температуры ядерный реактор, охлаждаемый газом ядерный реактор и т.п.

В данном документе отмечают, что ядерный реактор может генерировать температуры, достаточные для осуществления пиролиза (например, быстрого пиролиза или пиролиза в сверхкритических условиях) сырья 105. Например, источник тепла в виде ядерного реактора может генерировать температуры больше 350°C-600°C. В этом отношении ядерный реактор можно использовать для переноса тепловой энергии (например, при температуре больше 350°C-600°C) сверхкритической текучей среде (например, сверхкритическому CO₂). В свою очередь, сверхкритическая текучая среда может переносить выработанную ядерным реактором тепловую энергию в сырье 105, содержащееся внутри реакционной камеры 102.

В данном документе также отмечают, что источник тепла в виде ядерного реактора является особенно преимущественным в качестве источника тепла, так как температуры термохимических реакций в реакционной камере 102 находятся в интервале рабочих температур многих ядерных реакторов. Тепло ядерного реактора можно использовать для получения продуктов реакции в реакционной камере 102 с высокой эффективностью, так как ядерный реактор эксплуатируется при температуре реакции для термохимического превращения (то есть, тепло, добавленное при температуре термохимической реакции, обеспечивает требуемую энтальпию реакции).

В одном воплощении сверхкритическая текучая среда системы 100 служит в качестве механизма обеспечения безопасности при работе системы 100, приводимой в движение ядерным реактором. В качестве примера, сверхкритический диоксид углерода можно накапливать в одном или более резервуарах (не показаны) или баках (не показаны). В данном документе следует отметить, что накопленный таким образом сверхкритический диоксид углерода можно использовать для обеспечения теплового буфера между реактором и системой 100 путем его действия в качестве поглотителя тепловой энергии. В другом воплощении сверхкритическую текучую среду можно накапливать при температурах и давлениях, подходящих для выгрузки в термомеханические вращающиеся механизмы, такие как турбина. Таким способом можно вырабатывать выбранное количество работы с помощью сжатого CO₂ для обеспечения механической или электрической мощности для систем безопасности, таких как регуляторы расхода, предохранительные клапаны, запорные клапаны, насосы и т.п.

В другом воплощении, показанном на Фиг. 1B, первая система 104 переноса тепловой энергии включает систему 107 непрямого теплообмена. В одном воплощении система 107 непрямого теплообмена выполнена с возможностью непрямого переноса тепловой энергии от одного или более источников 108 тепла в объем текучего теплоносителя, содержащийся внутри элемента 103 теплопереноса. В одном воплощении система 107 непрямого теплообмена включает промежуточный элемент 111 теплопереноса, выполненный с возможностью переноса тепловой энергии от одного или более источников 108 тепла в промежуточный элемент 111 теплопереноса. В свою очередь, промежуточный элемент 111 теплопереноса может передавать тепловую энергию от промежуточного элемента 111 теплопереноса в объем текучего теплоносителя, содержащийся внутри элемента 103 теплопереноса.

В одном воплощении промежуточный элемент 111 теплопереноса может включать промежуточную петлю 113 теплопереноса и один или более теплообменников 115. В одном воплощении промежуточная петля 113 теплопереноса может содержать любую рабочую текучую среду, известную в уровне техники, подходящую для переноса тепловой энергии. Например, рабочая текучая среда промежуточной петли 113 теплопереноса может включать, на не ограничена перечисленным, жидкую соль, жидкий металл, газ, сверхкритическую текучую среду (например, сверхкритический CO₂) или воду.

В другом воплощении промежуточный элемент 111 теплопереноса включает теплообменник 115, находящийся в тепловом соединении с промежуточной петлей 113 теплопереноса и элементом 103 теплопереноса. Например, в случае, когда один или более источников 108 тепла включают ядерный реактор, одну или более систем охлаждения (например, первичную, промежуточную или третичную) ядерного реактора (например, ядерного реактора, охлаждаемого расплавленной солью, реактора, охлаждаемого жидким металлом, реактора, охлаждаемого газом, или реактора, охлаждаемого сверхкритической текучей средой) можно соединить с промежуточной петлей 113 теплопереноса напрямую или опосредованно. В свою очередь, после переноса тепловой энергии от ядерного реактора в промежуточную петлю 113 теплопереноса, промежуточная петля 113 теплопереноса может передавать выработанную ядерным реактором тепловую энергию из промежуточной петли 113 теплопереноса в текучий теплоноситель, содержащийся внутри элемента 103 теплопереноса, через теплообменник 115.

В одном воплощении, показанном на Фиг. 1С, первая система 104 переноса тепловой энергии включает систему 109 прямого теплообмена, выполненную с возможностью переноса тепловой энергии непосредственно от одного или более источников 108 тепла в объем текучего теплоносителя (например, сверхкритической текучей среды) элемента 103 теплопереноса. Например, элемент 103 теплопереноса можно поместить в прямом тепловом соединении с частью одного или более источников 108 тепла. Например, в случае, когда один или более источников 108 тепла включают ядерный реактор, одну или более систем охлаждения ядерного реактора можно объединить с первой системой 104 переноса тепловой энергии. В одном воплощении в ядерном реакторе можно использовать сверхкритическую текучую среду в одной или более системах охлаждения, которые затем можно соединить напрямую с камерой 102 для пиролиза, как показано на Фиг. 1С. Например, первичная или промежуточная петля охлаждения ядерного реактора может содержать охлаждающую текучую среду, состоящую из сверхкритической текучей среды, такой как сверхкритический CO₂. Петлю охлаждения ядерного реактора можно соединить напрямую с камерой 102 для реакции пиролиза посредством элемента 103 теплопереноса первой системы 104 переноса тепловой энергии так, чтобы смешать сверхкритическую текучую среду петли охлаждения ядерного реактора с сырьевым материалом 105, содержащимся внутри камеры 102 для реакции пиролиза. В свою очередь, после переноса тепловой энергии от ядерного реактора в сырьевой материал 105, в системе 104 переноса тепловой энергии сверхкритическая охлаждающая текучая среда может циркулировать обратно в ядерный реактор через обратную цепь элемента 103 теплопереноса. В данном документе также предусматривают, что первая система 104 переноса тепловой энергии может включать любое количество элементов фильтрации и/или разделения во избежание переноса сырья и/или продуктов реакции в систему(ы) охлаждения ядерного реактора.

В другом воплощении, показанном на Фиг. 1А, первая система 104 переноса тепловой энергии может включать теплообменник 106, функционально соединенный с внутренней областью камеры 102 для реакции пиролиза. В связи с этим, первая система 104 переноса тепловой энергии может передавать тепловую энергию (например, напрямую или опосредованно) в текучий теплоноситель (например, жидкий металл, жидкую соль, газ, воду, сверхкритическую текучую среду и т.п.), содержащийся внутри элемента 103 теплопереноса. В свою очередь, элемент теплопереноса может передавать тепловую энергию от текучего теплоносителя в дополнительную рабочую текучую среду, содержащуюся внутри камеры 102 для реакции пиролиза, которая затем может служить для применения в реакции пиролиза сырьевого материала 105, содержащегося внутри реакционной камеры 102.

В данном документе следует отметить, что приведенное выше описание прямого и непрямого соединения между одним или более источниками 108 тепла и сырьем 105 не является ограничивающим и представлено лишь в целях иллюстрации. В данном документе понятно, что в общем смысле соединение между одним или более источниками тепла (например, ядерным реактором) и камерой 102 для реакции пиролиза может происходить путем переноса тепла из первичной, промежуточной или состоящей из трех элементов системы теплопереноса (например, системы охлаждения) одного или более источников 108 тепла в рабочую текучую среду, такую как сверхкритический CO₂, камеры 102 для реакции пиролиза. В данном документе также понимают, что это соединение можно выполнять, используя любые системы или устройства теплопереноса, известные в уровне техники, такие, но не ограниченные перечисленным, как один или более контуров теплоносителя, один или более стоков теплового потока, один или более теплообменников и т.п.

В другом воплощении камера 102 для реакции пиролиза включает любую камеру 102 для реакции пиролиза, известную в уровне техники, подходящую для осуществления одного или более способов реакций пиролиза сырья 105.

В одном воплощении камера 102 для реакции пиролиза включает камеру для пиролиза без окисления или с низким окислением. Для целей настоящего изобретения «реакция пиролиза» может быть связана с любой камерой для термохимической реакции, подходящей для осуществления термохимического разложения органических молекул в отсутствии кислорода или в среде с низким содержанием кислорода.

В одном воплощении камера 102 для реакции пиролиза включает камеру для быстрого пиролиза, подходящую для превращения сырья 105, такого как уголь или биомасса, в продукт реакции пиролиза, такой как смола и/или один или более неконденсирующихся газов (НКГ). Например, один или более НКГ, выдаваемых камерой 102 для реакции пиролиза могут включать, но не ограничены перечисленным, молекулярный водород (H₂), монооксид углерода (CO), диоксид углерода (CO₂), метан (CH₄), этан (С₂Н₆) и т.п..

Камера для реакции быстрого пиролиза может включать любую камеру для термохимической реакции, способную осуществлять термохимическое разложение органических молекул в отсутствии кислорода (или в среде с пониженным содержанием кислорода) в пределах приблизительно двух секунд. Быстрый пиролиз, в целом, описан Roel J.М. Westerhof et al. в "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. 1160-1168, которая включена в данный документ путем ссылки во всей полноте. Пиролиз и быстрый пиролиз также, в целом, описаны Ayhan Demirbas et al. в "An Overview of Biomass Pyrolysis", Energy Sources, Volume 24, Issue 3 (2002), pp. 471-482, которая включена в данный документ путем ссылки во всей полноте.

В другом воплощении камера 102 для реакции пиролиза включает реактор для пиролиза в сверхкритических условиях, подходящий для превращения сырья 105, такого как биомасса, в продукт реакции пиролиза, такой как смола и/или один или более НКГ. Для целей настоящего изобретения термин «реактор для пиролиза в сверхкритических условиях» интерпретируют как охватывающий любой реактор, реакционный сосуд или реакционную камеру для осуществления реакции пиролиза сырьевого материала с использованием тепловой энергии, подаваемой от сверхкритической текучей среды. Способы и системы для сверхкритического пиролиза описаны в заявке на патент США 14/209798 от Walter et al., поданной 13 марта 2014, которая уже включена во всей полноте.

В другом воплощении камера 104 для термохимической реакции может включать, но не ограничена перечисленным, реактор с псевдоожиженным слоем.

Сжигание сырья можно не допустить или по меньшей мере уменьшить путем применения внешнего источника тепла (например, источника 108 тепла), такого как ядерный реактор, для подачи тепловой энергии для запуска реакции пиролиза (или любого другого способа термического разложения) системы 100. Далее, как ранее отмечали в данном документе, использование сверхкритической текучей среды, такой как сверхкритический CO₂, в качестве рабочей текучей среды в камере 102 для реакции пиролиза может вызвать пиролиз сырьевого материала без образования избыточных температур, обычно связанных с вызванными горением реакциями пиролиза.

В одном воплощении камера 102 для реакция пиролиза может включать камеру для реакции пиролиза (например, реактор для быстрого пиролиза или реактор для пиролиза в сверхкритических условиях) для термического разложения сырья 105 в один или более продуктов реакции пиролиза при температуре от приблизительно 350°C до 600°C с использованием тепловой энергии, передаваемой из объема текучего теплоносителя, содержащегося внутри элемента 103 теплопереноса. Например, камера 102 для реакции пиролиза может включать реактор для быстрого пиролиза для термического разложения сырья 105 при температуре от приблизительно 350°C до 600°C с использованием тепловой энергии, передаваемой от ядерного реактора через объем текучего теплоносителя, такого как сверхкритическая текучая среда (например, сверхкритический CO₂), содержащаяся внутри элемента 103 теплопереноса. В качестве примера, камера 102 для реакции пиролиза может включать, но не ограничена перечисленным, реактор для пиролиза в сверхкритических условиях для термического разложения сырья 105 при температуре приблизительно от 350°C до 600°C с использованием тепловой энергии, передаваемой от ядерного реактора через объем сверхкритической текучей среды (например, сверхкритического CO₂), содержащейся внутри элемента 103 теплопереноса.

В другом воплощении система 100 может включать блок 150 хранения обуглившегося вещества. В одном воплощении блок 150 хранения обуглившегося вещества функционально соединен с выходом из процесса пиролиза (например, отдельным выходом) и выполнен с возможностью получения обуглившегося вещества, получающегося в реакции пиролиза сырья 105.

Ссылаясь снова на Фиг. 1А, в одном воплощении система 100 включает вторую систему 118 переноса тепловой энергии, находящуюся в тепловом соединении с выходом камеры 102 для реакции пиролиза и внутренним источником тепла, таким как реактор 120 конверсии водяного газа (КВГ). В одном воплощении вторая система 118 переноса тепловой энергии включает элемент 125 теплопереноса, выполненный с возможностью переноса тепловой энергии из внутренней области реактора 120 конверсии водяного газа в нагревающий элемент 122 для перегрева одного или более продуктов реакции пиролиза (например, смолы, H₂, CO, CO₂, CH₄, C₂H₆ и т.п.), выходящих из камеры 102 для реакции пиролиза. В одном воплощении элемент 125 теплопереноса может включать, но не ограничен перечисленным, петлю теплопереноса, трубопровод теплопереноса и т.п..

В одном воплощении вторая система 118 переноса тепловой энергии может включать первый теплообменник, расположенный внутри реактора 120 КВГ и выполненный с возможностью переноса тепла от экзотермической реакции КВГ реактора 120 КВГ в текучий теплоноситель элемента 125 теплопереноса. Например, реактор 120 КВГ может передавать тепловую энергию в текучий теплоноситель при температуре в интервале приблизительно от 600°C до 700°C. В другом воплощении нагревающий элемент 122 второй системы 118 переноса тепловой энергии может включать второй теплообменник, расположенный вблизи выхода камеры 102 для реакции пиролиза и выполненный с возможностью перегрева одного или более продуктов реакции пиролиза, выходящих из камеры 102 для реакции пиролиза.

Элемент 125 теплопереноса, такой как петля теплопереноса, второй системы 118 переноса тепловой энергии может содержать любой известный в уровне техники текучий теплоноситель для переноса тепловой энергии от реактора КВГ в дополнительную подсистему. Например, текучий теплоноситель элемента 125 теплопереноса второй системы переноса тепловой энергии может включать, но не ограничен перечисленным, воду, газ под давлением, жидкий металл, расплавленную соль, сверхкритическую текучую среду и т.п.

В другом воплощении система 100 включает парогенератор 124, выполненный с возможностью генерирования перегретого пара. В одном воплощении парогенератор 124 включает выход, выполненный с возможностью смешивания перегретого пара, выработанного парогенератором 124, с перегретыми продуктами реакции пиролиза. Например, выход парогенератора 124 можно соединить посредством текучей среды с выходом камеры 102 для реакции пиролиза посредством трехходового клапана 129, обеспечивая смешивание перегретого пара и перегретых продуктов реакции пиролиза.

В другом воплощении парогенератор 124 выполнен с возможностью получения объема насыщенного пара посредством объединения тепловой энергии от расположенных ниже по потоку одного или более внутренних источников тепла (например, КВГ 120 и реактора для синтеза метанола 138) и воды от внешнего источника 140 воды. Например, вход парогенератора 124 можно соединить посредством текучей среды с внешним источником воды и выполнить с возможностью получения объема насыщенного пара (например, T=100°C) после превращения воды из внешнего источника 140 воды в насыщенный пар посредством подачи тепла от расположенных ниже по потоку одного или более внутренних источников тепла.

В другом воплощении элемент 125 теплопереноса второй системы 118 переноса тепловой энергии дополнительно выполняют с возможностью переноса тепловой энергии из внутренней области реактора 120 конверсии водяного газа в дополнительный нагревающий элемент 123 для переноса тепловой энергии в воду из источника 140 холодной воды так, чтобы получить насыщенный пар, который затем перемещают в парогенератор 124, обсуждаемый более подробно далее в данном документе.

В другом воплощении парогенератор 124 выполнен с возможностью подачи тепловой энергии в насыщенный пар для образования перегретого пара для смешивания с перегретым продуктом пиролиза. Например, парогенератор 124 может вырабатывать перегретый пар с температурой от 650°C до 750°C. В другом воплощении парогенератор 124 может получать тепловую энергию от расположенного ниже по потоку внутреннего источника тепла (например, подача от установки парового риформинга). Например, парогенератор 124 может получать тепловую энергию с температурой от 650°C до 750°C от расположенного ниже по потоку внутреннего источника тепла, такого как установка 126 парового риформинга, как обсуждают более подробно далее в данном документе.

В другом воплощении установку 126 парового риформинга соединяют посредством текучей среды с выходом камеры для реакции пиролиза и парогенератором (например, посредством трехходового клапана 129). В другом воплощении после смешивания перегретых продуктов реакции пиролиза с перегретым паром смешанный выходящий поток 119 можно подать в установку 126 парового риформинга. В одном воплощении смешанный выходящий поток 119 может содержать, но не ограничен перечисленным, пар, смолу и один или более НКГ. В другом воплощении смешанный выходящий поток 119 может содержать, но не ограничен перечисленным, пар, смолу и один или более НКГ, имеющих температуру приблизительно от 650°C до 750°C.

В другом воплощении установка 126 парового риформинга выполнена с возможностью превращать смешанный продукт 119, состоящий из перегретого продукта реакции пиролиза и перегретого пара, в один или более продуктов риформинга. В одном воплощении один или более продуктов риформинга 127, выходящих из установки парового риформинга, могут включать, но не ограничены перечисленным, H₂ и CO. В данном документе следует отметить, что установка парового риформинга может служить для реакции пара при высокой температуре с одним или более исходными углеводородными продуктами для образования водорода. Например, в случае метана (CH₄), в установке парового риформинга может реагировать водяной пар и метан с образованием продукта, состоящего из монооксида углерода и молекулярного водорода (H₂), как показано ниже:

CH₄+H₂O→СО+3H₂

В одном воплощении также следует отметить, что после установки риформинга в потоке продукта, помимо CO и H₂, могут присутствовать дополнительные вещества, обусловленные наличием непрореагировавших соединений, таких как НКГ, выходящими из установки риформинга. Например, выходящий поток установки 126 парового риформинга, помимо СО и H₂, может содержать НКГ, такие как CO₂. Также в данном документе следует отметить, что описанная выше реакция не является ограничивающей. Скорее, приведенное выше описание предоставлено лишь в целях иллюстрации и в данном документе предполагают, что любой способ парового риформинга, известный в уровне техники, можно применять к смешанному продукту 119 для создания одного или более продуктов риформинга.

В другом воплощении установка 126 парового риформинга выполнена с возможностью переноса тепловой энергии в парогенератор 124, как описывали ранее. В одном воплощении система 100 включает третью систему 160 переноса тепловой энергии, находящуюся в тепловом соединении с установкой 126 парового риформинга и парогенератором 124. В одном воплощении третья система 160 переноса тепловой энергии включает элемент 128 теплопереноса. В одном воплощении элемент 128 теплопереноса может включать, но не ограничен перечисленным, петлю теплопереноса, трубопровод теплопереноса и т.п. Например, элемент 128 теплопереноса может включать, но не ограничен перечисленным, петлю теплопереноса, заполненную текучим теплоносителем (например, текучим теплоносителем под давлением), и помещен в тепловое соединение (например, прямое или непрямое) с одной или более частями установки 126 парового риформинга и парогенератора 124. Например, текучий теплоноситель может включать, но неограничен перечисленным, жидкость (например, жидкий металл или расплавленную соль), газ (например, газ под давлением), воду или сверхкритическую текучую среду (например, сверхкритический диоксид углерода). В другом воплощении третья система 160 переноса тепловой энергии включает один или более теплообменников. Например, третья система 160 переноса тепловой энергии может включать первый теплообменник для переноса тепловой энергии (например, тепловой энергии при температуре от 650°C до 750°C) от установки 126 парового риформинга в текучий теплоноситель элемента 128 теплопереноса. Далее, третья система 160 переноса тепловой энергии может включать второй теплообменник для переноса тепловой энергии от текучего теплоносителя элемента 128 теплопереноса в рабочую текучую среду парогенератора 124, которую затем используют для создания перегретого пара, как ранее описано в данном документе.

В другом воплощении установка 126 парового риформинга выполнена с возможностью получения тепловой энергии от расположенного ниже по потоку внутреннего источника тепла (например, компрессорной системы 131), как обсуждают более подробно далее в данном документе. В данном документе следует отметить, что установка 126 парового риформинга может получать тепловую энергию при высокой температуре, такой как температура от 800°C до 950°C, посредством текучего теплоносителя, соединенного с расположенным ниже по потоку внутренним источником тепла. В другом воплощении тепловую энергию, содержащуюся в текучем теплоносителе, частично переносят в смешанный продукт 119 в процессе способа парового риформинга. В результате текучий теплоноситель, выходящий из установки парового риформинга и перемещаемый в парогенератор, обладает пониженной тепловой энергией и, поэтому, более низкой температурой по сравнению с входящей текучей средой. Например, как обсуждали выше, установка 126 парового риформинга может переносить тепловую энергию в парогенератор 124, при этом температура теплового потока находится в интервале от 650°C до 750°C.

В другом воплощении реактор 120 конверсии водяного газа соединен посредством текучей среды с выходом установки 126 парового риформинга и выполнен с возможностью получении выходящего потока 127 из установки парового риформинга. В другом воплощении реактор 120 конверсии водяного газа подходит для превращения по меньшей мере части одного или более продуктов риформинга 127 из установки 126 парового риформинга в один или более продуктов в виде синтез-газа посредством реакции конверсии водяного газа. В данном документе следует отметить, что реакция конверсии водяного газа включает реакцию монооксида углерода с водяным паром. Например, реакция конверсии углерода в водяном газе может иметь вид:

СО+H₂O→CO₂+H₂

В одном воплощении продукты реакции из реактора 120 конверсии водяного газа служат для образования компонентов синтез-газа. В одном воплощении синтез-газ включает, но не органичен перечисленным, СО и H₂. В другом воплощении синтез-газ включает, но не органичен перечисленным, CO и H₂ и CO₂. В данном документе следует отметить, что любой способ реакции конверсии водяного газа, подходящий для получения синтез-газа, можно реализовать с помощью системы 100.

В другом воплощении, как отмечали ранее в данном документе, тепловую энергию от реакции конверсии водяного газа в реакторе 120 конверсии водяного газа можно переносить в нагревающий элемент 122 (используемый для перегрева одного или более продуктов реакции пиролиза) и в нагревающий элемент 123 (используемый для образования насыщенного пара, прежде всего, для использования парогенератором 124).

В другом воплощении компрессорную систему 131 соединяют посредством текучей среды с выходом реактора 120 конверсии водяного газа. В одном воплощении компрессорная система 131 выполнена с возможностью сжатия продукта 121 в виде синтез-газа, выходящего из реактора 120 конверсии водяного газа, в по меньшей мере одной фазе сжатия. В одном воплощении компрессорная система 131 включает первый компрессор 134, соединенный посредством текучей среды с выходом реактора 120 конверсии водяного газа и выполненный с возможностью сжатия продукта 121 в виде синтез-газа в первой фазе сжатия. Например, первая фаза сжатия может включать сжатие продукта в виде синтез-газа от давления на входе, находящегося в интервале 2-10 МПа (20-100 атм.) до давления на выходе, находящегося в интервале от 250-450 МПа (2500-4500 атм.). Далее, сильное увеличение давления ведет к сильному повышению температуры, в силу чего температура может повышаться от температуры на входе, составляющей приблизительно 400°C-600°C, до температуры на выходе, составляющей 800°C-1000°C.

В другом воплощении после первой стадии сжатия система 100 может извлекать тепловую энергию. В одном воплощении третья система 160 переноса тепловой энергии включает первый теплообменник 130, выполненный с возможностью извлечения тепловой энергии из продукта в виде синтез-газа в течение первой фазы сжатия. В другом воплощении третья система переноса тепловой энергии выполнена с возможностью переноса извлеченной тепловой энергии в установку 126 парового риформинга посредством текучего теплоносителя, содержащегося в элементе 128 теплопереноса.

В другом воплощении компрессорная система 131 включает второй компрессор 136, соединенный посредством текучей среды с выходом первого компрессора 134 и выполненный с возможностью сжатия продукта 121 в виде синтез-газа во второй фазе сжатия. Например, вторая фаза сжатия может включать сжатие продукта в виде синтез-газа от давления на входе, находящегося в интервале 2-10 МПа (20-100 атм.) до давления на выходе, находящегося в интервале от 250-450 МПа (2500-4500 атм.). Снова, сильное увеличение давления в процессе второй фазы сжатия ведет к сильному повышению температуры, в силу чего температура может повышаться от температуры на входе, составляющей приблизительно 200°C-500°C, до температуры на выходе, составляющей 800°C-1000°C. В данном документе следует отметить, что представленные выше значения интервалов температуры и давления в процессе первой и второй фаз сжатия не являются ограничивающими и их нужно интерпретировать лишь в качестве иллюстративных.

В другом воплощении после второй фазы сжатия система 100 может снова извлекать тепловую энергию. В одном воплощении третья система 160 переноса тепловой энергии включает второй теплообменник 132, выполненный с возможностью извлечения тепловой энергии из продукта в виде синтез-газа в процессе второй фазы сжатия. В другом воплощении третья система переноса тепловой энергии выполнена с возможностью переноса извлеченной тепловой энергии в установку 126 парового риформинга посредством текучего теплоносителя, содержащегося в элементе 128 теплопереноса.

В другом воплощении система 100 включает реактор для синтеза метанола 138, соединенный посредством текучей среды с выходом компрессорной системы и выполненный с возможностью превращения сжатого по меньшей мере одного продукта в виде синтез-газа в объем метанола. В данном документе следует отметить, что способ превращения синтез-газа в метанол, известный в уровне техники, можно использовать с помощью реактора для синтеза метанола 138. В данном документе также следует отметить, что превращение синтез-газа в метанол, в целом, определяется следующими реакциями:

CO₂+3H₂→CH₃OH+H₂O

СО+2H₂→CH₃OH

CO₂→СО+H₂O

В одном воплощении система 100 включает четвертую систему переноса тепловой энергии, находящуюся в тепловом соединении с реактором для синтеза метанола 138 и объемом воды из внешнего источника 140 воды. В другом воплощении четвертая система 138 переноса тепловой энергии выполнена с возможностью переноса тепловой энергии от экзотермической реакции превращения синтез-газа в метанол, осуществляемой в реакторе для синтеза метанола 138, в воду от внешнего источника 140 воды с образованием насыщенного пара для использования парогенератором 124 при образовании перегретого пара. Например, четвертая система 142 переноса тепловой энергии может включать элемент 145 теплопереноса (например, петлю теплопереноса), содержащий текучий теплоноситель (аналогичный различным элементам теплопереноса, описанным ранее в данном документе), подходящий для переноса тепловой энергии от реактора для синтеза метанола 138 (например, через теплообменник 138) в теплообменник 144, выполненный с возможностью нагрева воды из внешнего источника 140 воды, как описано ранее в данном документе.

В другом воплощении система 100 включает реактор превращения метанола в бензин (ПМБ), соединенный посредством текучей среды с выходом реактора для синтеза метанола 138 и выполненный для превращения по меньшей мере части объема метанола в объем бензина. В данном документе следует отметить, что реактор 146 ПМБ может включать любой реактор превращения метанола в бензин, известный в уровне техники. В другом воплощении бензиновый продукт, выработанный реактором 146 ПМБ, можно хранить в блоке для хранения 148.

На Фиг. 1D показана система 100, снабженная камерой 154 сжигания обуглившегося вещества. В одном воплощении камера 154 сжигания обуглившегося вещества функционально соединена с выходом камеры 102 пиролиза. В другом воплощении камера 154 сжигания обуглившегося вещества выполнена с возможностью поступления объема обуглившегося вещества из камеры 102 пиролиза. В другом воплощении камера 154 сжигания обуглившегося вещества подходит для сжигания поступившего объема обуглившегося вещества. В другом воплощении камера 154 сжигания обуглившегося вещества находится в тепловом соединении с установкой 126 парового риформинга и выполнена с возможностью подачи тепловой энергии в установку 126 парового риформинга.

В другом воплощении система 100 включает дополнительный парогенератор 152. В одном воплощении дополнительный парогенератор 152 находится в тепловом соединении с частью одного или более источников 108 тепла и выполнен с возможностью превращения подаваемого потока воды в пар с использованием тепловой энергии, подаваемой от одного или более источников 108 тепла. В другом воплощении выходящий из парогенератора поток 156 пара можно подать в одну или более подсистем (например, установку парового риформинга) системы 100.

Следующее представляет собой ряд технологических схем, показывающих варианты реализации. Для облегчения понимания, технологические схемы организованы так, что на начальных технологических схемах представлены варианты реализации на примере типовой реализации, и после этого на следующих технологических схемах представлены альтернативные варианты реализации и/или расширения исходной технологической схемы (схем) в виде либо суб-составляющих операций, либо дополнительно вводимых операций, построенные на основе одной или более из ранее представленных технологических схем. Специалисты понимают, что стиль представления, используемый в данном документе (например, начальное представление технологической схемы (схем), представляющих пример реализации, и после этого предоставление дополнений и/или дополнительных подробностей в последующих технологических схемах), в целом, обеспечивает быстрое и легкое понимание различных реализаций способа. Помимо этого, специалист также понимает, что стиль представления, используемый в данном документе, также сам по себе соответствует представленной разработанной концепции, как в частности, так и/или в отношении объектов изобретения.

На Фиг. 2 показана технологическая схема 200, представляющая пример операций, относящихся к газификации углеродсодержащего сырья. На Фиг. 2 и последующих чертежах, которые включают различные примеры технологических схем, обсуждение и объяснение можно обеспечить в отношении описанных выше примеров на Фиг. 1А-1D и/или в отношении других примеров и контекста. Однако нужно понимать, что технологические схемы можно осуществить в ряде других сред и контекста и/или в модифицированных версиях Фиг. 1А-1D. Кроме того, хотя различные технологические схемы представлены в ряде иллюстраций, необходимо понимать, что различные операции можно осуществлять в другом порядке, отличном от того, который показан, или можно осуществлять параллельно.

После начала действия технологическая схема 200 перемещается к операции 210 поступления сырья. Операция 210 поступления сырья показывает поступление объема сырья. Например, как показано на Фиг. 1А-1D, в камеру для реакции пиролиза может поступать один или более сырьевых материалов 105 из подаваемого потока 110 сырья посредством системы 111 подачи сырья. В качестве другого примера, сырье из подаваемого потока 110 сырья можно обработать с помощью измельчителя 112 до предварительного нагрева с помощью предварительного нагревателя 116 и подать в камеру 102 для реакции пиролиза. Далее, один или более сырьевых материалов могут включать, но не ограничены перечисленным, углеродсодержащий материал, такой как, но не ограниченный перечисленным, уголь, биомассу, биоматериал из смешанных источников, пластмассу, мусор и отходы со свалки.

Затем операция 220 подачи энергии показывает подачу тепловой энергии в объем сырья для превращения по меньшей мере части объема сырья в по меньшей мере один продукт реакции пиролиза посредством по меньшей мере одной реакции пиролиза. Например, как показано на Фиг. 1А-1D, тепловую энергию, вырабатываемую одним или более источниками 108 тепла, можно перенести в объем сырья 105, содержащийся внутри камеры 102 для реакции пиролиза, для превращения части объема сырья 105 в один или более продуктов реакции пиролиза посредством по меньшей мере одной реакции пиролиза. Например, тепловую энергию можно передать от одного или более источников 108 тепла, находящихся в тепловом соединении с камерой 102 для реакции пиролиза, посредством элемента 103 теплопереноса первой системы 104 переноса тепловой энергии, содержащего сверхкритическую рабочую текучую среду. Далее, один или более источников 108 тепла могут включать, но не ограничены перечисленным, один или более ядерных реакторов, таких, но не ограниченных перечисленным, как охлаждаемый расплавленной солью ядерный реактор, охлаждаемый жидким металлом реактор, охлаждаемый газом реактор или охлаждаемый сверхкритической текучей средой реактор.

Затем, операция 230 перегрева показывает перегрев по меньшей мере одного продукта реакции пиролиза. Например, как показано на Фиг. 1А-1D, вторая система 118 переноса тепловой энергии может переносить тепловую энергию от реакции конверсии водяного газа из реактора 120 конверсии водяного газа в нагревающий элемент 122 (например, теплообменник) для перегрева продукта(ов) реакции пиролиза, выходящих из камеры 102 для реакции пиролиза.

Затем, операция 240 обеспечения пара показывает обеспечение объема перегретого пара. Например, как показано на Фиг. 1А-1D, парогенератор 124 может обеспечить перегретый пар. Например, в парогенератор 124 может поступать объем насыщенного пара, где по меньшей мере часть насыщенного пара может превращаться в перегретый пар.

Затем, операция 250 смешивания показывает смешивание объема перегретого пара с перегретым по меньшей мере одним продуктом реакции пиролиза. Например, как показано на Фиг. 1А-1D, трехходовой клапан 129 может смешивать или объединять объем перегретого пара из парогенератора 124 и объем перегретого продукта реакции пиролиза.

Затем, операция 260 превращения показывает превращение по меньшей мере части по меньшей мере одного продукта риформинга в по меньшей мере один продукт в виде синтез-газа посредством по меньшей мере одной реакции конверсии водяного газа. Например, как показано на Фиг. 1А-1D, реактор 120 конверсии водяного газа может превращать один или более продуктов риформинга, полученных из установки 126 парового риформинга, в один или более продуктов 121 в виде синтез-газа посредством реакции конверсии водяного газа.

Затем, операция 270 сжатия показывает сжатие по меньшей мере одного продукта в виде синтез-газа в по меньшей одной фазе сжатия. Например, как показано на Фиг. 1А-1D, система 131 сжатия может сжимать продукт в виде синтез-газа, полученный из реакции 102 конверсии водяного газа.

Затем, операция 280 превращения синтез-газа в метанол показывает превращение по меньшей мере части сжатого по меньшей мере одного продукта в виде синтез-газа в объем метанола. Например, как показано на Фиг. 1А-1D, реактор для синтеза метанола 138 может превращать синтез-газ, полученный из системы 131 сжатия, и превращать синтез-газ 131 в метанол.

Затем, операция 290 превращения метанола в бензин показывает превращение по меньшей мере части объема метанола в объем бензина. Например, как показано на Фиг. 1А-1D, реактор 146 ПМБ превращает метанол, полученный из реактора для синтеза метанола 138, в бензин 148.

На Фиг. 3 показана технологическая схема 300, представляющая типовые операции, связанные с образованием распределения нагрузки активной зоны ядерного реактора. После начала операции, технологическая схема 300 перемещается к операции 310 поступления сырья. Операция 310 поступления сырья показывает поступление объема сырья. Например, как показано на Фиг. 1А-1D, камера для реакции пиролиза может получать один или более сырьевых материалов 105 из подаваемого потока 110 сырья посредством системы 111 подачи сырья. В качестве другого примера, сырье из подаваемого потока 110 сырья можно обработать посредством измельчителя 112 до предварительного нагрева с помощью предварительного нагревателя 116 и ввести в камеру 102 для реакции пиролиза. Далее, один или более сырьевых материалов могут включать, но не ограничены перечисленным, углеродсодержащий материал, такой как, но не ограниченный перечисленным, уголь, биомасса, биоматериал из смешанных источников, пластмасса, мусор и отходы со свалки.

Затем, операция 320 подачи энергии показывает подачу тепловой энергии в объем сырья для превращения по меньшей мере части объема сырья в по меньшей мере один продукт реакции пиролиза посредством по меньшей мере одной реакции пиролиза. Например, как показано на Фиг. 1А-1D, тепловую энергию, выработанную одним или более источников 108 тепла, можно перенести в объем сырья 105, содержащегося внутри камеры 102 для реакции пиролиза, для превращения части объема сырья в один или более продуктов реакции пиролиза посредством по меньшей мере одной реакции пиролиза. Например, тепловую энергию можно перенести от одного или более источников 108 тепла, находящихся в тепловом соединении с камерой 102 для реакции пиролиза посредством элемента 103 теплопереноса первой системы 104 переноса тепловой энергии, содержащего сверхкритическую рабочую текучую среду. Далее, один или более источников 108 тепла могут включать, но не ограничены перечисленным, один или более ядерных реакторов, таких, но не ограниченных перечисленным, как охлаждаемый расплавленной солью ядерный реактор, охлаждаемый жидким металлом реактор, охлаждаемый газом реактор или охлаждаемый сверхкритической текучей средой реактор.

Затем, операция 330 перегрева показывает перегрев по меньшей мере одного продукта реакции пиролиза. Например, как показано на Фиг. 1А-1D, вторая система 118 переноса тепловой энергии может переносить тепловую энергию от реакции конверсии водяного газа из реактора 120 конверсии водяного газа в нагревающий элемент 122 (например, теплообменник) для перегрева продукта(ов) реакции пиролиза, выходящих из камеры 102 для реакции пиролиза.

Затем, операция 340 обеспечения пара показывает обеспечение объема перегретого пара. Например, как показано на Фиг. 1А-1D, парогенератор 124 может обеспечивать перегретый пар. Например, в парогенератор 124 может поступать объем насыщенного пара, где по меньшей мере часть насыщенного пара может превращаться в перегретый пар.

Затем, операция 350 смешивания показывает смешивание объема перегретого пара с перегретым по меньшей мере одним продуктом реакции пиролиза. Например, как показано на Фиг. 1А-1D, трехходовой клапан 129 может смешивать или объединять объем перегретого пара из парогенератора 124 и объем перегретого продукта реакции пиролиза.

Затем, операция 360 превращения показывает превращение по меньшей мере части по меньшей мере одного продукта риформинга в по меньшей мере один продукт в виде синтез-газа посредством по меньшей мере одной реакции конверсии водяного газа. Например, как показано на Фиг. 1А-1D, реактор 120 конверсии водяного газа может превращать один или более продуктов риформинга, полученных из установки 126 парового риформинга, в один или более продуктов 121 в виде синтез-газа посредством реакции конверсии водяного газа.

Специалисты осознают, что уровень техники развился до такой степени, где существует небольшое различие, остающееся между реализациями аппаратного оборудования, программного обеспечения и/или встроенного программного обеспечения аспектов систем, при этом использование аппаратного оборудования, программного обеспечения и/или встроенного программного обеспечения обычно (но не всегда, в том смысле, что в некоторых контекстах выбор между аппаратным оборудованием и программным обеспечением может стать значимым) является проектным решением, представляющим компромисс между стоимостью и эффективностью. Специалисты понимают, что существуют различные средства, с помощью которых можно реализовать способы и/или системы и/или другие технологии, описываемые в данном документе (например, аппаратное оборудование, программное обеспечение и/или встроенное программное обеспечение), и что предпочтительные средства изменяются в связи с контекстом, в котором развертывают способы и/или системы и/или другие технологии. Например, если разработчик определяет, что наиболее важными являются скорость и точность, разработчик может сделать выбор в пользу в основном аппаратного оборудования и/или встроенного программного обеспечения, альтернативно, если наиболее важной является технологическая гибкость, разработчик может сделать выбор в пользу в основном применения программного обеспечения, или, снова альтернативно, разработчик может сделать выбор в пользу некоторого сочетания аппаратного оборудования, программного обеспечения и/или встроенного программного обеспечения. Следовательно, существует несколько возможных средств, с помощью которых можно реализовать способы и/или устройства и/или другие технологии, описываемые в данном документе, ни одно из которых по своей природе не превосходит другие в том, что любое используемое средство является выбором, зависящим от контекста, в котором будут развертывать данное средство, и конкретных проблем, требующих решений (например, скорость, гибкость или предсказуемость) разработчика, каждая из которых может изменяться. Специалисты осознают, что в оптических аспектах вариантов реализации обычно применяют оптически-ориентированное аппаратное оборудование, программное обеспечение и/или встроенное программное обеспечение.

В некоторых описываемых в данном документе реализациях логические и аналогичные реализации могут включать программное обеспечение или другие управляющие структуры. Электронная схема, например, может иметь одну или более цепей электрического тока, разработанных и выполненных с возможностью реализации различных функций, описываемых в данном документе. В некоторых реализациях один или более программных материалов можно осуществить с возможностью нести обнаруживаемую устройством реализацию, когда такие программные материалы поддерживают или передают обнаруживаемые устройством команды, действующие для осуществления, как описано в данном документе. В некоторых вариантах, например, реализации могут включать новую версию или модификацию существующего программного обеспечения или встроенного программного обеспечения, или матрицы логических элементов или программируемое аппаратное оборудование, как например путем выполнения получения или передачи одной или более команд в связи одним или более действиями, описываемыми в данном документе. Альтернативно или дополнительно, в некоторых вариантах, реализация может включать компоненты специального назначения аппаратного оборудования, программного обеспечения, встроенного программного обеспечения и/или компоненты общего назначения, выполняющие или другим образом вызывающие компоненты специального назначения. Задания или другие реализации можно передавать с помощью одного или более работающих копий программ значимых сред передачи данных, как описывают в данном документе, возможно путем пакетной передачи или другим способом путем прохождения через распределенную систему программных материалов в различные времена.

Альтернативно или дополнительно, реализации могут включать выполнение последовательности команд специального назначения или активированной схемы для обеспечения, запуска, координирования, запроса или какого-либо другого одного или более случаев фактически существующих описанных в данном документе функциональных операций. В некоторых вариантах операционные или другие логические описания, представленные в данном документе, могут быть выражены в виде программного кода и исполняться или другим образом инициироваться в качестве выполняемой последовательности команд. В некоторых случаях, например, могут быть обеспечены реализации, во всей полноте или частично, с помощью программного кода, такого как C++, или других кодированных последовательностей. В других реализациях выполнение программного или другого кода с использованием промышленно доступной и/или известной в технике технологии может быть исполнено/выполнено/транслировано/ конвертировано в дескрипторный язык высокого уровня (например, изначальная реализация описанных технологий в C или C++ языках программирования и после этого конвертирование реализации языка программирования в реализацию логически синтезируемого языка, реализацию дескрипторного языка аппаратного оборудования, реализацию моделирования конструкции аппаратного оборудования и/или другие подобные режимы представления). Например, часть или все логические представления (например, реализация компьютерного программного языка) можно воплотить как описание аппаратных средств типа Verilog (например, посредством языка описания аппаратных средств (HDL) и/или другого языка описания на быстродействующих ИС (VHDL) или других компоновок схем, которые можно затем использовать для создания физической реализации, имеющей аппаратные средства (например, заказной специализированной интегральной схемы). Специалисты в данной области техники могут понять, как получить, конфигурировать и оптимизировать подходящую передачу сигналов или компьютерные элементы, подачу материалов, приводные механизмы или другие конструкции, используемые в свете настоящего способа.

В вышеизложенном подробном описании были изложены различные воплощения устройств и/или способов посредством использования блок-схем, технологических схем и/или примеров. Поскольку такие блок-схемы, технологические схемы и/или примеры содержат одну или более функций и/или действий, специалисты должны понимать, что каждую функцию и/или операцию в таких блок-схемах, технологических схемах или примерах можно реализовать, по отдельности или совместно, с помощью широкого диапазона аппаратного оборудования, программного обеспечения, встроенного программного обеспечения или фактически любого их сочетания. В одном воплощении несколько частей описываемого в данном документе объекта изобретения можно реализовать посредством заказных специализированных интегральных схем (заказных СИС), программируемых логических интегральных схем (ПЛИС), цифровых сигнальных процессоров (ЦСП) или других интегрированных форматов. Однако, специалисты осознают, что некоторые аспекты описанных в данном документе воплощений, полностью или частично, можно эквивалентным образом реализовать на интегральных схемах, в виде одной или более компьютерных программ, выполняемых на одном или более компьютерах (например, в виде одной или более компьютерных программ, выполняемых на одной или более компьютерных системах), в виде одной или более программ, выполняемых на одном или более процессоров (например, в виде одной или более программ, выполняемых на одном или более микропроцессоров), в виде встроенного программного обеспечения или в виде фактически любого их сочетания, и что разработка электронной схемы и/или написание программного кода для программного обеспечения и/или встроенного программного обеспечения должны полностью находиться в пределах компетенции специалиста в свете этого описания. К тому же, специалисты понимают, что механизмы описываемого в данном документе объекта изобретения выполнены с возможностью распределения в виде программного продукта во множестве форм и что иллюстративное воплощение описываемого в данном документе объекта изобретении применяется независимо от конкретного типа несущей сигнал среды передачи данных, используемой для фактического выполнения распределения. Примеры несущей сигнал среды передачи данных включают, но не ограничены перечисленным, следующее: среда записывающего типа, такая как гибкий диск, жесткий диск, компакт-диск (CD), цифровой видеодиск (DVD), магнитная лента для цифровой записи, память компьютера и т.п., и среда передающего типа, такая как цифровая и/или аналоговая коммуникационная среда (например, оптоволоконный кабель, волновод, проводная связь, беспроводная связь (например, передающее устройство, приемник, передающая логическая схема, принимающая логическая схема и т.п.) и т.п.

В общем смысле специалисты осознают, что описываемые в данном документе различные воплощения можно реализовать, по отдельности и/или совместно, с помощью различных типов электромеханических систем, содержащих множество электрических компонентов, таких как аппаратное оборудование, программное обеспечение, встроенное программное обеспечение и/или фактически любое их сочетание, и множество компонентов, которые могут придавать механическое усилие или движение, таких как жесткие тела, пружины или скручивающиеся тела, гидравлические устройства, приводимые в действие электромагнитным полем устройства и/или фактически любое их сочетание. Следовательно, используемая в данном документе «электромеханическая система» включает, но не ограничена перечисленным, электрическую схему, функционально соединенную с преобразователем (например, электростатическим возбудителем, мотором, пьезоэлектрическим кристаллом, микроскопическими электромеханическими системами (МЭМС) и т.п.), электрическую схему, содержащую по меньшей мере одну дискретную электрическую схему, электрическую схему, содержащую по меньшей мере одну интегральную схему, электрическую схему, содержащую по меньшей мере одну заказную специализированную интегральную схему, электрическую схему, образующую вычислительное устройство общего назначения, конфигурированное компьютерной программой (например, компьютер общего назначения, конфигурированный компьютерной программой, которая по меньшей мере частично выполняет способы и/или устройства, описанные в данном документе, или микропроцессор, конфигурированный компьютерной программой, которая по меньшей мере частично выполняет способы и/или устройства, описанные в данном документе), электрическую схему, образующую запоминающее устройство (например, формы памяти (например, произвольный доступ, флэш, только для чтения и т.п.)), электрическую схему, образующую устройства связи (например, модем, переключатель линий связи, оптико-электрическое оборудование и т.п.) и/или любой неэлектрический аналог этого, такой как оптический или другие аналоги. Специалисты также понимают, что примеры электромеханических систем включают, но не ограничены перечисленным, множество бытовых электронных систем, медицинских устройств, а также других систем, таких как автотранспортные системы, системы автоматизации заводского оборудования, системы безопасности и/или системы связи/вычисления. Специалисты осознают, что электромеханика, используемая в данном документе, не обязательно ограничена системой, которая приводится в действие как электрически, так и механически, за исключением тех случаев, когда в контексте может быть указано противоположное.

В общем смысле специалисты осознают, что описываемые в данном документе различные аспекты, которые можно реализовать, по отдельности и/или совместно, с помощью широкого диапазона аппаратного оборудования, программного обеспечения, встроенного программного обеспечения и/или любого их сочетания, можно рассматривать как состоящие из различных типов «электрических схем». Следовательно, используемая в данном документе «электрическая схема» включает, но не ограничена перечисленным, электрическую схему, содержащую по меньшей мере одну дискретную электрическую схему, электрическую схему, содержащую по меньшей мере одну интегральную схему, электрическую схему, содержащую по меньшей мере одну заказную специализированную интегральную схему, электрическую схему, образующую вычислительное устройство общего назначения, конфигурированное компьютерной программой (например, компьютер общего назначения, конфигурированный компьютерной программой, которая по меньшей мере частично выполняет способы и/или устройства, описанные в данном документе, или микропроцессор, конфигурированный компьютерной программой, которая по меньшей мере частично выполняет способы и/или устройства, описанные в данном документе), электрическую схему, образующую запоминающее устройство (например, формы памяти (например, произвольный доступ, флэш, только для чтения и т.п.)) и/или электрическую схему, образующую устройства связи (например, модем, переключатель линий связи, оптико-электрическое оборудование и т.п.). Специалисты осознают, что описываемый в данном документе объект изобретения можно реализовать аналоговым или цифровым образом или в некотором их сочетании.

Специалисты осознают, что по меньшей мере часть устройств и/или способов, описываемых в данном документе, можно интегрировать в систему обработки данных. Специалисты осознают, что система обработки данных вообще включает один или более корпус системного блока, монитор, память, такую как энергозависимое или энергонезависимое запоминающее устройство, процессоры, такие как микропроцессоры или процессоры цифровой обработки сигналов, вычислительные сущности, такие как операционные системы, драйвера, графические интерфейсы пользователя и прикладные программы, одно или более интерактивных устройств (например, сенсорная панель, сенсорный экран, антенна и т.п.) и/или управляющие системы, включая контуры обратной связи и управляющие моторы (например, обратная связь для определения положения и/или скорости, управляющие моторы для передвижения и/или настройки компонентов и/или величин). Систему обработки данных можно реализовать, используя подходящие продаваемые на рынке компоненты, такие как те, которые обычно обнаруживают в системах передачи и обработки данных и/или сетевых системах передачи и обработки.

Специалист осознает, что описываемые в данном документе компоненты (например, действия), устройства, цели и сопутствующие им обсуждения используют в качестве примеров с целью концептуальной ясности, и что предполагают различные модификации конфигурации. Следовательно, используемые в данном документе конкретные виды изложения и сопутствующее обсуждение, как предполагают, являются характерными для их более общих классов. Вообще, использование любого конкретного вида, как предполагают, является характерным для этого класса и не включение конкретных компонентов (например, действий), устройств и целей нельзя принимать как ограничение.

Хотя пользователь показан/описан в данном документе как одна проиллюстрированная персона, специалисты понимают, что пользователь может представлять человека, робота (например, вычислительную сущность) и/или по существу любое их сочетание (например, пользователю могут содействовать один или более робототехнических агентов), если из контекста не следует другое. Специалисты понимают, что вообще то же самое можно сказать об «отправителе» и/или других ориентированных на сущность терминах, как такие термины используют в данном документе, если из контекста не следует другое.

Что касается использования по существу любых терминов во множественном и/или единственном числе в данном документе, специалисты могут переходить от множественного числа к единственному числу и/или от единственного числа ко множественному числу в соответствии с контекстом и/или применением. Различные перестановки единственного числа/ множественного числа специально не излагают в данном документе с целью ясности изложения.

Описываемый в данном документе объект изобретения иногда иллюстрирует различные компоненты, содержащиеся внутри различных других компонентов, или связанные с различными другими компонентами. Необходимо понимать, что такие изображенные конфигурации являются лишь иллюстративными, и что фактически можно реализовать множество других конфигураций, которые достигают такой же функциональной возможности. В концептуальном смысле, любое расположение компонентов для достижения такой же функциональной возможности является эффективно «связанным», так что достигают требуемой функциональной возможности. Следовательно, любые два компонента в данном документе, объединенные для достижения конкретной функциональной возможности, можно рассматривать как «связанные» друг с другом, так что достигают требуемой функциональной возможности, независимо от конфигурации или промежуточных компонентов. Подобным образом, любые два компонента, связанные таким образом, также можно рассматривать как «функционально связанные» или «функционально соединенные» друг с другом для достижения требуемой функциональной возможности, и любые два компонента, способные быть связанными таким образом, также можно рассматривать как «способные быть функционально соединенными» друг с другом для достижения требуемой функциональной возможности. Конкретные примеры способности к функциональному соединению включают, но не ограничены перечисленным, физически сочленяемые и/или физически взаимодействующие компоненты, и/или способные к беспроводному взаимодействию и/или беспроводным образом взаимодействующие компоненты, и/или логически взаимодействующие и/или способные к логическому взаимодействию компоненты.

В некоторых случаях один или более компонентов в данном документе можно назвать «выполненный с возможностью», «способный быть выполненным с возможностью», «действующий/функционирующий», «приспособленный/ способный быть приспособленным», «способный к», «соответствующий/отвечающий» и т.п. Специалисты осознают, что такие термины (например, «выполненный с возможностью») вообще могут охватывать компоненты в активном состоянии и/или компоненты в неактивном состоянии и/или компоненты в режиме ожидания, если в контексте не требуется другое.

Хотя конкретные аспекты настоящего объекта изобретения, описываемые в данном документе, были показаны и описаны, специалистам понятно, что на основе концепции, изложенной в данном документе, можно сделать изменения и модификации, не отклоняясь от объекта изобретения, описываемого в данном документе, и его более широких аспектов и, поэтому, приложенная формула изобретения охватывает в своей области защиты все такие изменения и модификации как находящиеся в пределах истинной сущности и области защиты объекта изобретения, описываемого в данном документе. Специалистам необходимо понимать, что вообще термины, используемые в данном документе, и особенно в приложенной формуле изобретения (например, содержания пунктов приложенной формулы изобретения) вообще предполагают как «открытые» термины (например, термин «включающий» нужно интерпретировать как «включающий, но не ограниченный перечисленным», термин «содержащий» нужно интерпретировать как «содержащий по меньшей мере», термин «включает» нужно интерпретировать как «включает, но не ограничен перечисленным» и т.п.). Специалисты также должны понимать, что если имеют в виду конкретное количество введенных пунктов перечисления, такое намерение в явной форме перечисляют в данном пункте и в отсутствии такого перечисления не присутствует никакого такого намерения. Например, для понимания, следующая приложенная формула изобретения может содержать использование вводных выражений «по меньшей мере один» и «один или более» для введения перечисления пунктов. Однако использование таких выражений нельзя истолковывать для того, чтобы подразумевать, что введение перечисления пунктов с помощью неопределенных артиклей ограничивает любой конкретный пункт, содержащий такое введенное перечисление пунктов, пунктами, содержащими только одно такое перечисление, даже когда такой же пункт включает вводные выражения «один или более» или «по меньшей мере один» и неопределенные артикли (например, неопределенные артикли обычно нужно интерпретировать как обозначающее «по меньшей мере один» или «один или более»), тоже самое остается правильным для применения определенных артиклей, используемых для введения пунктов перечисления. К тому же, даже если конкретное количество введенных пунктов перечисления перечисляют явным образом, специалисты осознают, что такое перечисление обычно нужно интерпретировать как означающее по меньшей мере перечисленное количество (например, простое перечисление «двух перечислений» без других модификаторов обычно означает по меньшей мере два перечисления или два или более перечисления). Помимо этого, в тех случаях, когда используют условное обозначение, аналогичное «по меньшей мере один из A, B и C и т.п.», вообще такую конструкцию понимают в том смысле, в котором специалист должен понимать данное условное обозначение (например, «система, содержащая по меньшей мере A, B и C» должна включать, но не быть ограниченной системами, которые содержат только A, только B, только C, A и B вместе, A и C вместе, B и C вместе и/или A, B и C вместе и т.п.). В таких случаях, когда используют условное обозначение, аналогичное «по меньшей мере один из A, B и C и т.п.», вообще такую конструкцию понимают в том смысле, в котором специалист должен понимать данное условное обозначение (например, «система, содержащая по меньшей мере A, B и C» должна включать, но не быть ограниченной системами, которые содержат только A, только B, только C, А и B вместе, А и C вместе, В и C вместе и/или A, В и C вместе и т.п.). Специалист также должен понимать, что обычно разделительное слово и/или выражение, представляющее два или более альтернативных термина, в описании ли, в формуле изобретения или в чертежах, нужно понимать как предполагающее возможности включения либо одного из терминов, либо обоих терминов, если из контекста не следует другое. Например, выражение «А или B» обычно понимают как включающее возможности «А», или «В», или «А и B».

Что касается приложенной формулы изобретения, специалисты понимают, что перечисленные в ней операции можно вообще осуществлять в любом порядке. Также, хотя различные технологические схемы представляют последовательно, нужно понимать, что различные действия можно осуществлять в другом порядке, чем тот, который проиллюстрирован, или можно осуществлять параллельно. Примеры таких вариантов перестановок могут включать наложение, перемежение, прерывание, перегруппировку, постепенное изменение, приготовление, добавление, одновременное исполнение, обращение или другие варианты упорядочивания, если из контекста не следует другое. Помимо этого, термины, подобные «реагирующий на», «относящийся к» или другие прилагательные прошедшего времени обычно не предназначены для исключения таких вариантов, если из контекста не следует другое.

Аспекты объекта изобретения, описываемого в данном документе, излагают в следующих пронумерованных пунктах.

1. Способ, включающий:

поступление объема сырья,

подачу тепловой энергии в объем сырья для превращения по меньшей мере части объема сырья в по меньшей мере один продукт реакции пиролиза посредством по меньшей мере одной реакции пиролиза,

перегрев по меньшей мере одного продукта реакции пиролиза,

обеспечение объема перегретого пара,

смешивание объема перегретого пара с перегретым по меньшей мере одним продуктом реакции пиролиза,

превращение по меньшей мере части по меньшей мере одного продукта риформинга в по меньшей мере один продукт в виде синтез-газа посредством по меньшей мере одной реакции конверсии водяного газа,

сжатие по меньшей мере одного продукта в виде синтез-газа в по меньшей мере одной фазе сжатия,

превращение по меньшей мере части сжатого по меньшей мере одного продукта в виде синтез-газа в объем метанола, и

превращение по меньшей мере части объема метанола в объем бензина.

2. Способ по п. 1, в котором поступление объема сырья включает: поступление объема угля.

3. Способ по п. 1, в котором подача тепловой энергии в объем сырья для превращения по меньшей мере части объема сырья в по меньшей мере один продукт реакции пиролиза посредством по меньшей мере одной реакции пиролиза включает:

подачу тепловой энергии в объем сырья для превращения по меньшей мере части объема сырья в по меньшей мере один продукт реакции пиролиза, включающий по меньшей мере одно из перечисленного: смолу и неконденсируемый газ, посредством по меньшей мере одной реакции пиролиза.

4. Способ по п. 3, в котором подача тепловой энергии в объем сырья для превращения по меньшей мере части объема сырья в по меньшей мере один продукт реакции пиролиза, включающий по меньшей мере одно из перечисленного: смолу и неконденсируемый газ, посредством по меньшей мере одной реакции пиролиза, включает:

подачу тепловой энергии в объем сырья для превращения по меньшей мере части объема сырья в по меньшей мере один продукт реакции пиролиза, включающий по меньшей мере одно из перечисленного: смолу, молекулярный водород, монооксид углерода, диоксид углерода, метан и этан, посредством по меньшей мере одной реакции пиролиза.

5. Способ по п. 1, в котором превращение по меньшей мере части по меньшей мере одного продукта риформинга в по меньшей мере один продукт в виде синтез-газа посредством по меньшей мере одной реакции конверсии водяного газа включает:

подачу тепловой энергии в перегретый по меньшей мере один продукт реакции пиролиза и объем перегретого пара в процессе способа парового риформинга с образованием по меньшей мере одного продукта риформинга.

6. Способ по п. 5, в котором подача тепловой энергии в перегретый по меньшей мере один продукт реакции пиролиза и объем перегретого пара в процессе способа парового риформинга с образованием по меньшей мере одного продукта риформинга включает:

подачу тепловой энергии в перегретый по меньшей мере один продукт реакции пиролиза и объем перегретого пара в процессе способа парового риформинга с образованием по меньшей мере одного продукта риформинга, включающего по меньшей мере одно из следующего: молекулярный водород и монооксид углерода.

7. Способ по п. 5, в котором подача тепловой энергии в перегретый по меньшей мере один продукт реакции пиролиза и объем перегретого пара в процессе способа парового риформинга с образованием по меньшей мере одного продукта риформинга включает:

извлечение тепловой энергии из по меньшей мере одного продукта в виде синтез-газа в процессе по меньшей мере одной фазы сжатия, и

подачу по меньшей мере части извлеченной тепловой энергии в перегретый по меньшей мере один продукт реакции пиролиза и объем перегретого пара в процессе способа парового риформинга.

8. Способ по п. 7, в котором извлечение тепловой энергии из по меньшей мере одного продукта в виде синтез-газа в процессе по меньшей мере одной фазы сжатия включает:

извлечение тепловой энергии из по меньшей мере одного продукта в виде синтез-газа в процессе первой фазы сжатия, и

извлечение тепловой энергии из по меньшей мере одного продукта в виде синтез-газа в процессе второй фазы сжатия.

9. Способ по п. 1, в котором перегрев по меньшей мере одного продукта реакции пиролиза включает:

подачу тепловой энергии от по меньшей мере одной реакции конверсии водяного газа в по меньшей мере один продукт пиролиза, и

перегрев по меньшей мере одного продукта реакции пиролиза посредством поданной тепловой энергии от по меньшей мере одной реакции конверсии водяного газа.

10. Способ по п. 1, в котором обеспечение объема перегретого пара включает:

поступление объема воды,

подачу в объем воды тепловой энергии от стадии превращения по меньшей мере части по меньшей мере одного продукта в виде синтез-газа в объем метанола для образованиям объема насыщенного пара, и

подачу тепловой энергии в объем насыщенного пара для образования объема перегретого пара.

11. Способ по п. 1, в котором превращение по меньшей мере части по меньшей мере одного продукта риформинга в по меньшей мере один продукт в виде синтез-газа посредством по меньшей мере одной реакции конверсии водяного газа включает:

превращение по меньшей мере части по меньшей мере одного продукта риформинга в по меньшей мере один продукт в виде синтез-газа, включающий по меньшей мере одно из перечисленного: молекулярный водород, монооксид углерода и диоксид углерода, посредством по меньшей мере одной реакции конверсии водяного газа.

12. Способ по п. 1, в котором превращение по меньшей мере части сжатого по меньшей мере одного продукта в виде синтез-газа в объем метанола включает:

превращение по меньшей мере части сжатого по меньшей мере одного продукта в виде синтез-газа в объем метанола путем отведения тепловой энергии от по меньшей мере части по меньшей мере одного продукта в виде синтез-газа.

13. Способ по п. 1, в котором превращение по меньшей мере части объема метанола в объем бензина включает:

превращение по меньшей мере части объема метанола в объем бензина посредством способа превращения метанола в бензин (ПМБ).

14. Способ, включающий:

поступление объема сырья,

подачу тепловой энергии в объем сырья для превращения по меньшей мере части объема сырья в по меньшей мере один продукт реакции пиролиза посредством по меньшей мере одной реакции пиролиза,

перегрев по меньшей мере одного продукта реакции пиролиза,

обеспечение объема перегретого пара,

смешивание объема перегретого пара с перегретым по меньшей мере одним продуктом реакции пиролиза, и

превращение по меньшей мере части по меньшей мере одного продукта риформинга в по меньшей мере один продукт в виде синтез-газа посредством по меньшей мере одной реакции конверсии водяного газа.

15. Устройство, включающее:

камеру для реакции пиролиза для размещения объема сырья,

первую систему переноса тепловой энергии, находящуюся в тепловом соединении с камерой для реакции пиролиза и по меньшей мере одним источником тепла, для превращения по меньшей мере части объема сырья в по меньшей мере один продукт реакции пиролиза,

вторую систему переноса тепловой энергии, находящуюся в тепловом соединении с выходом камеры для реакции пиролиза и внутренним источником тепла для перегрева по меньшей мере одного продукта реакции пиролиза,

парогенератор, включающий выход, выполненный с возможностью смешивания перегретого пара с перегретым по меньшей мере одним продуктом реакции пиролиза,

установку парового риформинга, соединенную посредством текучей среды с выходом камеры для реакции пиролиза и парогенератором, при этом установка парового риформинга выполнена с возможностью превращения перегретого по меньшей мере одного продукта реакции пиролиза и перегретого пара в по меньшей мере один продукт риформинга,

реактор конверсии водяного газа, соединенный посредством текучей среды с выходом установки парового риформинга и выполненный с возможностью превращения по меньшей мере части по меньшей мере одного продукта риформинга в по меньшей мере один продукт в виде синтез-газа посредством по меньшей мере одной реакции конверсии водяного газа,

компрессорную систему, соединенную посредством текучей среды с выходом реактора конверсии водяного газа и выполненную с возможностью сжатия по меньшей мере одного продукта в виде синтез-газа в по меньшей мере одной фазе сжатия,

реактор для синтеза метанола, соединенный посредством текучей среды с выходом компрессорной системы и выполненный с возможностью превращения по меньшей мере части сжатого по меньшей мере одного продукта в виде синтез-газа в объем метанола, и

реактор превращения метанола в бензин, соединенный посредством текучей среды с выходом реактора для синтеза метанола и выполненный с возможностью превращения по меньшей мере части объема метанола в объем бензина.

16. Устройство по п. 15, в котором сырье включает:

углеродсодержащий материал.

17. Устройство по п. 16, в котором сырье включает:

по меньшей мере одно из перечисленного: уголь, биомассу, биоматериал из смешанных источников, пластмассу, мусор и отходы со свалки.

18. Устройство по п. 15, в котором по меньшей мере один источник тепла включает:

по меньшей мере один ядерный реактор.

19. Устройство по п. 18, в котором по меньшей мере один ядерный реактор включает:

по меньшей мере одно из перечисленного: охлаждаемую расплавленной солью систему ядерного реактора, охлаждаемую жидким металлом реакторную систему, охлаждаемую газом реакторную систему и охлаждаемую сверхкритической текучей средой реакторную систему.

20. Устройство по п. 15, в котором первая система переноса тепловой энергии включает:

систему прямого теплообмена.

21. Устройство по п. 15, в котором первая система переноса тепловой энергии включает:

систему непрямого теплообмена.

22. Устройство по п. 15, в котором первая система переноса тепловой энергии включает:

элемент теплопереноса, содержащий рабочую текучую среду из по меньшей мере одного источника тепла.

23. Устройство по п. 22, в котором рабочая текучая среда включает:

сверхкритическую текучую среду.

24. Устройство по п. 15, в котором внутренний источник тепла представляет собой реактор конверсии водяного газа.

25. Устройство по п. 15, в котором по меньшей мере один продукт реакции пиролиза включает:

по меньшей мере одно из перечисленного: смолу и неконденсируемый газ.

26. Устройство по п. 25, в котором неконденсируемый газ включает:

по меньшей мере одно из перечисленного: молекулярный водород, монооксид углерода, диоксид углерода, метан и этан.

27. Устройство по п. 15, в котором компрессорная система, соединенная посредством текучей среды с выходом реактора конверсии водяного газа и выполненная с возможностью сжатия по меньшей мере одного продукта в виде синтез-газа в по меньшей мере одной фазе сжатия, включает:

первый компрессор, соединенный посредством текучей среды с выходом реактора конверсии водяного газа и выполненный с возможностью сжатия по меньшей мере одного продукта в виде синтез-газа в первой фазе сжатия, и

второй компрессор, соединенный посредством текучей среды с выходом первого компрессора и выполненный с возможностью сжатия по меньшей мере одного продукта в виде синтез-газа во второй фазе сжатия.

28. Устройство по п. 27, дополнительно включающее:

третью систему переноса тепловой энергии, находящуюся в тепловом соединении с компрессорной системой и установкой парового риформинга, при этом третья система переноса тепловой энергии включает первый теплообменник, выполненный с возможностью извлечения тепловой энергии из по меньшей мере одного продукта в виде синтез-газа в процессе первой фазы сжатия, и по меньшей мере второй теплообменник, выполненный с возможностью извлечения тепловой энергии из по меньшей мере одного продукта в виде синтез-газа в процессе второй фазы сжатия, где третья система переноса тепловой энергии выполнена с возможностью подачи тепловой энергии, извлеченной с помощью первого теплообменника, и тепловой энергии, извлеченной с помощью второго теплообменника, в установку парового риформинга.

29. Устройство по п. 28, в котором третья система переноса тепловой энергии находится в тепловом соединении с парогенератором и установкой парового риформинга и выполнена с возможностью переноса тепловой энергии от установки парового риформинга в парогенератор.

30. Устройство по п. 15, дополнительно включающее:

внешний источник воды, и

четвертую систему переноса тепловой энергии, находящуюся в тепловом соединении с реактором для синтеза метанола и объемом воды из внешнего источника воды, и выполненную с возможностью подачи в объем воды из внешнего источника воды тепловой энергии от реактора для синтеза метанола для образования насыщенного пара (например, тепло от реакции метанола применяют для образования насыщенного пара).

31. Устройство по п. 15, в котором вторая система переноса тепловой энергии дополнительно выполнена с возможностью переноса в объем воды тепловой энергии от внутреннего источника тепла с образованием насыщенного пара.

32. Устройство по п. 15, в котором вход парогенератора соединен посредством текучей среды с внешним источником воды и выполнен с возможностью поступления объема насыщенного пара, при этом парогенератор выполнен с возможностью подачи тепловой энергии в насыщенный пар с образованием перегретого пара.

33. Устройство по п. 15, в котором по меньшей мере один продукт риформинга из установки парового риформинга включает:

по меньшей мере одно из перечисленного: молекулярный водород и монооксид углерода.

34. Устройство по п. 15, в котором по меньшей мере один продукт в виде синтез-газа из реактора конверсии водяного газа включает:

по меньшей мере одно из перечисленного: молекулярный водород, монооксид углерода и диоксид углерода.

35. Устройство по пункту 15, дополнительно включающее:

камеру для сжигания обуглившегося вещества, функционально соединенную с выходом камеры пиролиза и выполненную с возможностью сжигания объема обуглившегося вещества, поступившего из камеры пиролиза, где камера для сжигания обуглившегося вещества находится в тепловом соединении с установкой парового риформинга и выполнена с возможностью подачи тепловой энергии в установку парового риформинга.

36. Устройство по п. 15, дополнительно включающее:

дополнительный парогенератор, находящийся в тепловом соединении с частью по меньшей мере одного источника тепла и выполненный с возможностью превращения подаваемого потока воды в пар.

37. Устройство по п. 15, дополнительно включающее:

предварительный нагреватель сырья.

38. Устройство, включающее:

камеру для реакции пиролиза для размещения объема сырья,

первую систему переноса тепловой энергии, находящуюся в тепловом соединении с камерой для реакции пиролиза и по меньшей мере одним источником тепла, для превращения по меньшей мере части объема сырья в по меньшей мере один продукт реакции пиролиза,

вторую систему переноса тепловой энергии, находящуюся в тепловом соединении с выходом камеры для реакции пиролиза и внутренним источником тепла, для перегрева по меньшей мере одного продукта реакции пиролиза,

парогенератор, включающий выход, выполненный с возможностью смешивания перегретого пара с перегретым по меньшей мере одним продуктом реакции пиролиза,

установку парового риформинга, соединенную посредством текучей среды с выходом камеры для реакции пиролиза и парогенератором, при этом установка парового риформинга выполнена с возможностью превращения перегретого по меньшей мере одного продукта реакции пиролиза и перегретого пара в по меньшей мере один продукт риформинга, и

реактор конверсии водяного газа, соединенный посредством текучей среды с выходом установки парового риформинга и выполненный с возможностью превращения по меньшей мере части по меньшей мере одного продукта риформинга в по меньшей мере один продукт в виде синтез-газа посредством по меньшей мере одной реакции конверсии водяного газа.

39. Система, включающая:

по меньшей мере один источник тепла,

камеру для реакции пиролиза для размещения объема сырья,

первую систему переноса тепловой энергии, находящуюся в тепловом соединении с камерой для реакции пиролиза и по меньшей мере одним источником тепла, для превращения по меньшей мере части объема сырья в по меньшей мере один продукт реакции пиролиза,

вторую систему переноса тепловой энергии, находящуюся в тепловом соединении с выходом камеры для реакции пиролиза и внутренним источником тепла, для перегрева по меньшей мере одного продукта реакции пиролиза,

парогенератор, включающий выход, выполненный с возможностью смешивания перегретого пара с перегретым по меньшей мере одним продуктом реакции пиролиза,

установку парового риформинга, соединенную посредством текучей среды с выходом камеры для реакции пиролиза и парогенератором, при этом установка парового риформинга выполнена с возможностью превращения перегретого по меньшей мере одного продукта реакции пиролиза и перегретого пара в по меньшей мере один продукт риформинга,

реактор конверсии водяного газа, соединенный посредством текучей среды с выходом установки парового риформинга и выполненный с возможностью превращения по меньшей мере части по меньшей мере одного продукта риформинга в по меньшей мере один продукт в виде синтез-газа посредством по меньшей мере одной реакции конверсии водяного газа,

компрессорную систему, соединенную посредством текучей среды с выходом реактора конверсии водяного газа и выполненную с возможностью сжатия по меньшей мере одного продукта в виде синтез-газа в по меньшей мере одной фазе сжатия,

реактор для синтеза метанола, соединенный посредством текучей среды с выходом компрессорной системы и выполненный с возможностью превращения по меньшей мере части сжатого по меньшей мере одного продукта в виде синтез-газа в объем метанола, и

реактор превращения метанола в бензин, соединенный посредством текучей среды с выходом реактора для синтеза метанола и выполненный с возможностью превращения по меньшей мере части объема метанола в объем бензина.

40. Система по п. 39, в котором по меньшей мере один источник тепла включает:

по меньшей мере один ядерный реактор.

41. Система по п. 40, в которой по меньшей мере один ядерный реактор включает:

по меньшей мере одно из перечисленного: охлаждаемую расплавленной солью систему ядерного реактора, охлаждаемую жидким металлом реакторную систему, охлаждаемую газом реакторную систему и охлаждаемую сверхкритической текучей средой реакторную систему.

Реферат

Изобретение относится к газификации углеродсодержащего сырьевого материала и, в частности, к газификации углеродсодержащего сырьевого материала, включая сверхкритическую пиролитическую обработку. Техническим результатом является повышение эффективности газификации углеродсодержащего материала. Способ включает поступление объема сырья, подачу тепловой энергии в объем сырья для превращения по меньшей мере части объема сырья в по меньшей мере один продукт реакции пиролиза посредством по меньшей мере одной реакции пиролиза, перегрев по меньшей мере одного продукта реакции пиролиза, обеспечение объема перегретого пара, смешивание объема перегретого пара с перегретым по меньшей мере одним продуктом реакции пиролиза, превращение по меньшей мере части по меньшей мере одного продукта риформинга в по меньшей мере один продукт в виде синтез-газа посредством по меньшей мере одной реакции конверсии водяного газа, сжатие по меньшей мере одного продукта в виде синтез-газа в по меньшей мере одной фазе сжатия, превращение по меньшей мере части сжатого по меньшей мере одного продукта в виде синтез-газа в объем метанола, и превращение по меньшей мере части объема метанола в объем бензина. 5 н. и 36 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формула