專利名稱：使用太陽熱通過可再生材料資源的一體化全面生產(chǎn)實現(xiàn)可持續(xù)經(jīng)濟發(fā)展的系統(tǒng)和方法
使用太陽熱通過可再生材料資源的一體化全面生產(chǎn)實現(xiàn)可持續(xù)經(jīng)濟發(fā)展的系統(tǒng)和方法相關(guān)_請的交叉引用本申請要求2010年2月13日提交的標(biāo)題為“FULL SPECTRUM ENERGY ANDRESOURCE INDEPENDENCE”的美國臨時申請?zhí)?1/304，403,2010年2月17日提交的標(biāo)題為 “ELECTROLYTIC CELL AND METHOD OF USE THEREOF” 的美國專利申請?zhí)?12/707，651、2010 年 2 月 17 日提交的標(biāo)題為 “ELECTROLYTIC CELL AND METHOD OF USE THEREOF” 的PCT 申請?zhí)?PCT/US10/24497、2010 年 2 月 17 日提交的標(biāo)題為“APPARATUS AND METHOD FORCONTROLLING NUCLEAT I ON DURING ELECTROLYSIS” 的美國專利申請?zhí)?12/707，653、2010 年2 月 17 日提交的標(biāo)題為 “APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING NUCLEAT I ON DURINGELECTROLYSIS”的 PCT 申請?zhí)?PCT/US10/24498、2010 年 2 月 17 日提交的標(biāo)題為“APPARATUSAND METHOD FOR GAS CAPTURE DURING ELECTROLYSIS” 的美國專利申請?zhí)?12/707，656、2010年 2 月 17 日提交的標(biāo)題為 “APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING NUCLEAT I ONDURING ELECTROLYSIS” 的 PCT 申請?zhí)?PCT/US10/24499 和 2009 年 8 月 27 日提交的標(biāo)題 為 “ELECTROLYZER AND ENERGY INDEPENDENCE TECHNOLOGIES” 的美國臨時專利申請?zhí)?1/237,476的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益。這些申請各自通過引用全文并入本文中。
背景技術(shù)：
水生植物和地被植物，特別是農(nóng)田和森林，是必不可少的ニ氧化碳收集器、無數(shù)野生生物的天然棲息地及用于從紙制品到建筑材料等應(yīng)用的纖維的源。由于非本土害蟲的引入和溫室氣體加劇的氣候變化使得森林易受傳染病、火、風(fēng)、洪水和干旱災(zāi)害的侵害，故幾乎所有大洲均已發(fā)生森林荒廢。在整個南美洲、中美洲和北美洲，森林火災(zāi)已毀壞數(shù)目龐大的因干旱和疾病而不堪ー擊或死亡的立木。這構(gòu)成紙漿和建筑材料的巨大損失?；馂?zāi)和腐爛還產(chǎn)生溫室氣體如ニ氧化碳和甲烷，其將進ー步損害全球大氣。至關(guān)重要的是提供可以將植物性生物質(zhì)在其因火災(zāi)、腐朽、洪水和侵蝕而損失之前快速轉(zhuǎn)化為燃料、電和有價材料的可再生供給源的實用解決方案。必然的目標(biāo)是促進健康森林、作物和其他地被的快速再建以及促進從為改善森林狀況和防止有害火災(zāi)的蔓延而規(guī)定的撫育間伐和灌叢砍伐生產(chǎn)燃料和截存的碳價值。對氫、氧、甲烷、碳和其他可通過原料如生物質(zhì)廢棄物的熱化學(xué)和/或電解解離提供的產(chǎn)品的需求已增長。通過熱化學(xué)方法解離生物質(zhì)的以往努力真正從1792年WilliamMurdock通過水蒸汽與供碳體如泥煤、煤和木炭的反應(yīng)制氫開始。新近，水蒸汽轉(zhuǎn)化已被石油エ業(yè)廣泛采用以從石油、天然氣和其他化石原料制氫。ニ氧化碳和甲烷向全球大氣中的釋放導(dǎo)致氣候變化，這樣的氣候變化威脅著全部生命物種中高達1/3的滅絕?？朔髿庖驕厥覛怏w而退化的努力在Martin M. Halmann和 Meyer Steinberg 的“Greenhouse Gas Carbon Dioxide Mitigation Science andTechnology，.、在 John A. List 的 “Recent Advances in Environmental Economics” ネロ在 John Gale 的“Greenhouse Gas Control Technologies Proceedings of the 6—International Conference on Greenhouse Gas Control Technologies” 中有述及。制甲烷和氫的替代方法是通過分解蒸餾和缺氧熱解。還有人利用落水、風(fēng)、太陽和化石能源來產(chǎn)生用于通過電解分解水的電。Victoria M. Laube和Stanley Martin在uConversion of Cellulose to Methane and Carbon Dioxide by Triculture ofAcetivibrio Cellulolyticus Desulfovibro sp. , and Methanocarcina Barkeri，，(カロ革大國家研究委員會)中描述了使用微生物氣化纖維素的用途。還熟知的是，在較大物種如牛屬動物和白蟻之間存在共生關(guān)系，牛屬動物攝取木質(zhì)纖維素并因其消化系統(tǒng)中這類產(chǎn)甲烷微生物的寄生而產(chǎn)生甲烷和ニ氧化碳。出版物如“Hydrogen Production From Water By Means of Chemical Cycles，，,Glandt, Eduardo D.,矛ロ Myers, Allan L. , Department of Chemical and Biochemica丄Engineering, University of Pennsylvania, Philadelphia, PA 19174, IndustrialEngineering Chemical Process Development, Vol. 15, No. I, 1976 :“Hydrogen As AFuture Fuel ”，Gregory, D. P. , Institute of Gas Technology 中已述及為提供減少這些方 法所遭遇的問題的技術(shù)所作的努力。伴隨這類系統(tǒng)的問題包括能量轉(zhuǎn)化效率低下，固定設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施改良成本不可接受地高，擴大規(guī)模以解決重大問題如森林轉(zhuǎn)換時存在困難，及運轉(zhuǎn)成本高。此外，現(xiàn)有技術(shù)方法需要非常大量地釋放ニ氧化碳。在這類過程中對氫和/或甲烷及其他產(chǎn)品加壓所需的壓縮機需要相當(dāng)大的資本支出、大的電消費和溫室氣體的伴隨產(chǎn)生、以及高的運轉(zhuǎn)成本。此外，不可接受的維護需要和高的修理費用已挫敗這類方法?，F(xiàn)有廢棄物轉(zhuǎn)能量技術(shù)克服因全球大氣中溫室氣體積聚所致的日益增長的氣候變化問題的能力嚴(yán)重受限，如果不是起相反作用的話?？偠灾?，現(xiàn)有技術(shù)太昂貴、太浪費且太污染。因此，本發(fā)明的一些實施方案的目的是提供通過可再生養(yǎng)分資源的一體化全面生產(chǎn)實現(xiàn)可持續(xù)經(jīng)濟發(fā)展的系統(tǒng)和方法，其可包括使用電化學(xué)或電解電池分離地產(chǎn)生養(yǎng)分資源的用途及使用其分離地產(chǎn)生養(yǎng)分資源的方法，以解決ー個或多個上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個實施方案中，提供了一種用于提供材料資源的可再生源的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括可再生能的第一源；來自第一材料源的第一材料流；與所述可再生能的第一源和所述第一材料流相連的電解器，其中所述電解器被構(gòu)造為通過電解產(chǎn)生第一材料資源；用于進ー步處理或使用所述材料資源以產(chǎn)生第二材料資源的處理器，其中所述處理器包括太陽能收集器且其中所述太陽能收集器被構(gòu)造為向所述第一材料資源提供熱以便解離；和與所述電解器相連以自所述電解器接收材料資源或向所述處理器提供材料資源以進一步處理或使用的材料資源儲存器。在另ー個實施方案中，提供了一種用于提供材料資源的可再生源的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括可再生能的第一源；來自第一材料源的第一材料流；與所述可再生能的第一源和所述第一材料流相連的電解器，其中所述電解器被構(gòu)造為通過電解產(chǎn)生第一材料資源；用于進ー步處理或使用所述材料資源以產(chǎn)生第二材料資源的處理器，其中所述處理器包括太陽能收集器且其中所述太陽能收集器被構(gòu)造為向所述第一材料資源提供熱以便解離；和與所述電解器相連以自所述電解器接收材料資源或向所述處理器提供材料資源以進ー步處理或使用的材料資源儲存器。在又一實施方案中，提供了一種用于提供材料資源的可再生源的方法，所述方法包括提供可再生能的第一源；提供來自第一材料源的第一材料流；提供與所述第一材料流和所述可再生能的第一源相連的電解器，其中所述電解器自所述第一材料流通過電解產(chǎn)生材料資源；和向第一處理器提供所述材料資源以進ー步處理或使用。通過下面的詳細描述，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)勢將 變得顯而易見。但應(yīng)理解，這里的詳細描述和示出本發(fā)明的優(yōu)選實施方案的具體實施例僅通過示例的方式給出，因為通過該詳細描述，本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的各種變化和修改對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將是顯而易見的。


圖I示出了本發(fā)明的過程步驟。圖2為根據(jù)本發(fā)明的原理運行的一個實施方案的縱截面視圖。圖3為圖I中提供的部件的實施方案的一部分的縱截面放大視圖。圖4為根據(jù)本發(fā)明的原理運行的一個實施方案的截面圖。圖5為根據(jù)本發(fā)明的原理運行的一個實施方案的部分截面圖。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的原理運行的過程步驟。圖7為根據(jù)本發(fā)明的原理運行的一個實施方案的示意圖。圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的原理的運行。圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的原理運行的部件。圖10為本發(fā)明的實施方案的示意圖。圖12-15為根據(jù)本公開的方面的各種實施方案的流程圖。圖IB示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的電解電池。圖2B示出了圖I的實施方案的一部分的放大視圖。圖3B示出了圖2的實施方案的ー個變型。圖4B示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的電解電池。圖5B示出了圖4的電解電池的一部分的替代實施方案的放大視圖。圖6B示出了用于可逆燃料電池中的螺旋電極的橫截面。圖7B示出了用于將有機原料如通過光合作用所產(chǎn)生的那些轉(zhuǎn)化為甲烷、氫和/或ニ氧化碳的系統(tǒng)。圖SB示出了用于將有機原料如通過光合作用所產(chǎn)生的那些轉(zhuǎn)化為甲烷、氫和/或ニ氧化碳的系統(tǒng)。圖9B示出了用于將有機原料如通過光合作用所產(chǎn)生的那些轉(zhuǎn)化為甲烷、氫和/或ニ氧化碳的系統(tǒng)。圖IOB示出了根據(jù)本公開的ー個實施方案的用于制造電極的方法。
具體實施例方式本申請通過引用全文并入2004年11月9日提交的標(biāo)題為“MULTIFUEL STORAGE,METERING AND IGNITION SYSTEM”的美國臨時專利申請?zhí)?0/626，021 (代理人案號69545-8013US)和2009年2月17日提交的標(biāo)題為“FULL SPECTRUM ENERGY”的美國臨時專利申請?zhí)?1/153，253(代理人案號69545-8001舊)的主題。本申請還通過引用全文并入如下與此同時于2010年8月16日提交的標(biāo)題為“METHODS AND APPARATUSES FORDETECTION OF PROPERTIES OF FLUID CONVEYANCE SYSTEMS”(代理人案號69545-8003US)、“COMPREHENSIVE ⑶ST MODELING OF AUTOGENOUS SYSTEMS AND PROCESSES FOR THEPRODUCTION OF ENERGY, MATERIAL RESOURCES AND NUTRIENT REGMES”(代理人案號 69545-8025US)、“ELECTROLYTIC CELL AND METHOD OF USE THEREOF”(代理人案號69545-8026US)、“SUSTAINABLE ECONOMIC DEVELOPMENT THROUGH INTEGRATED PRODUCTIONOF RENEWABLE ENERGY, MATERIALS RESOURCES, AND NUTRIENT REGMES”(代理人案號 69545-8040US)、“SYSTEMS AND METHODS FOR SUSTAINABLE ECONOMIC DEVELOPMENTTHROUGH INTEGRATED FULL SPECTRUM PRODUCTION OF RENEWABLE ENERGY” (代理人案號69545-8041US)、“METHOD AND SYSTEM FOR INCREASING THE EFFICIENCY OF SUPPLEMENTEDOCEAN THERMAL ENERGY CONVERSION (SOTEC) ”(代理人案號 69545-8044US)、“GAS HYDRATECONVERSION SYSTEM FOR HARVESTING HYDROCARBON HYDRATE DEPOSITS” (代理人案號 69545-8045US)、“APPARATUSES AND METHODS FOR STORING AND/OR FILTERING A SUBSTANCE”(代理人案號 69545-8046US)、“ENERGY SYSTEM FOR DWELLING SUPPORT”(代理人案號 69545-8047US)、“ENERGY CONVERSION ASSEMBLIES AND ASSOCIATED METHODSOF USE AND MANUFACTURE”(代理人案號 69545-8048US)和“INTERNALLY REINFORCEDSTRUCTURAL COMPOSITES AND ASSOCIATED METHODS OF MANUFACTURING” (69545-8049US)的每個美國專利申請的主題。為完全理解獲得根據(jù)本發(fā)明的上述細節(jié)及其他優(yōu)勢和目的的方式，下面將結(jié)合其具體實施方案對本發(fā)明給予更詳細的描述。圖I示出了過程16，在其中，生物質(zhì)(包括市政、農(nóng)場和森林廢棄物如森林廢材和生病和/或死亡的樹)被切割、拉走或以其他方式采集并在步驟2處交付。在步驟4中，這類生物質(zhì)廢棄物被切碎或以其他方式細分成小塊和段以便輸送機如帶式輸送機、推桿輸送機或螺旋輸送機高效輸送并壓實。在步驟6中，經(jīng)細分的生物質(zhì)廢棄物被干燥并通過再生性解離而轉(zhuǎn)化產(chǎn)生烴、醇蒸氣以及甲烷、氫和其他氣體及固體如碳和由纖維素和/或木質(zhì)纖維素原料引入或隨同纖維素和/或木質(zhì)纖維素原料一起引入的礦物。步驟8提供蒸氣和氣體如甲烷和/或氫與ニ氧化碳的分離。步驟10提供通常富甲烷的氣體通過管道或其他輸送方法如天然氣エ業(yè)中采用的那些的裝運。步驟12提供氫和碳產(chǎn)品自這樣的管道輸送的富甲烷氣體的生產(chǎn)。步驟14提供氫在發(fā)動機和/或燃料電池中的使用以為機動車輛提供動力、提供熱、用于軸功和發(fā)電、用于化學(xué)加工應(yīng)用、及生產(chǎn)肥料。對大多數(shù)受損森林環(huán)境中火災(zāi)、地震和泥石流災(zāi)害的分析表明，通過創(chuàng)建地下管道以輸送這類受損森林和/或地被的快速采集和轉(zhuǎn)化所產(chǎn)生的甲烷來推進本發(fā)明所公開的解決方案將高度有利。這類可再生甲烷通過管道裝運到市場(目前使用的是天然氣或其他化石燃料)會大大減小來自溫室氣體的環(huán)境影響并會促進從目前化石能依賴向可再生能安全的演化。創(chuàng)建可通過用管道低成本地輸送的甲烷的可再生源將增加就業(yè)機會和投資者信心。通過發(fā)展由甲烷向碳產(chǎn)品轉(zhuǎn)化、同時使用氫用于清潔能源應(yīng)用所推進的“碳時代”將帶來其他進步。圖2示出了用于通過生物質(zhì)的解離可再生地生產(chǎn)甲烷和/或氫的方法和裝置的實施方案200，在其中，如圖所示，經(jīng)細分的材料如各種纖維素材料和木質(zhì)纖維素組織被脫氣、干燥并加熱以釋放所需的氣體。圖2的系統(tǒng)在熱效率和抑制ニ氧化碳形成上提供了重要改迸。這些改進由圖I中所示過程隊列中所示在提取碳、烴如甲烷和/或氫之前的逆流干燥及空氣、濕氣和其他供氧體的消除而提供。最后，這類廢棄物在缺氧環(huán)境中被充分加熱而釋放所需的氣體、碳和固體殘渣如礦物氧化物和其他化合物。該過程由方程式I概括，方程式I未針對木質(zhì)素、纖維素或其他生物質(zhì)原料的任何特定類型、量或比率加以配平。因此，方程式I和2歸納了圖I中所示過程的多用性并示出了含碳、氫和氧的有機原料向甲烷、氫和截存碳的有價值供給源的定性轉(zhuǎn)化。CxHyOz+ 熱一CH4+H2+C02+C0方程式 I
CH4+ ▲ H298k — 2H2+C ( ▲ H298k = 79. 4kJ/mol)方程式 2圖2中所示為用于生物質(zhì)廢棄物向氣體如甲烷、氫、ニ氧化碳和一氧化碳的快速轉(zhuǎn)化的系統(tǒng)實施方案。在運行中，旋轉(zhuǎn)管214通過合適的減速系統(tǒng)204和206由發(fā)動機202驅(qū)動，發(fā)動機202可以是旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機、活塞發(fā)動機或渦輪發(fā)動機，這取決于系統(tǒng)的大小和所需的生產(chǎn)能力。發(fā)動機202優(yōu)選由燃料調(diào)節(jié)、噴射和點火系統(tǒng)202供以燃料，如美國專利申請08/785，376中所公開，該申請通過引用并入本文中。來自發(fā)動機冷卻系統(tǒng)和/或排氣的廢熱優(yōu)選通過螺旋形熱交換管道系統(tǒng)244和245的逆流彎頭被轉(zhuǎn)移給料斗250中的材料，螺旋形熱交換管道系統(tǒng)244和245在從發(fā)動機202取得最大熱回收量的相應(yīng)區(qū)處接到料斗250。取決于轉(zhuǎn)化器的大小，減速部件如鏈輪和鏈條或主動齒輪206及軸承支承組件208和212優(yōu)選通過扭矩傳輸絕熱器210與旋轉(zhuǎn)管214熱絕緣。旋轉(zhuǎn)管214在相反端處通過如圖所示絕緣軸承和支承組件224和226得到類似支承和熱絕緣。絕緣體包230提供絕緣以防止軸承212和其他需要保護以免于受熱的區(qū)域取得輻射和傳導(dǎo)熱。如方程式I和2所概括的那樣生成的甲烷和/或氫和/或一氧化碳中的相對較小一部分被遞送到發(fā)動機202和通過控制閥222遞送到燃燒室組件220的燃燒器噴嘴，如圖2中所示。提供足夠的空氣以確保存在的燃料值的完全燃燒，使得兩種應(yīng)用中的有害排放均極小。熱的燃燒產(chǎn)物流動通過螺旋形熱交換管道系統(tǒng)216，以向在如圖所示旋轉(zhuǎn)管214的外部上的翅片218的推擠作用下以逆流方向行進的有機材料傳遞熱。優(yōu)選提供漸進地減小的螺紋218間距和/或減小旋轉(zhuǎn)管214與固定管236間的橫截面積，以不斷地壓實所夾帶的固體材料，如圖所示。這將提供夾帶的空氣和/或濕氣從被所述過程加熱的有機材料的逐出，因為這類氣體將被迫使以與通過被加熱的料斗250和進料螺桿256進給的材料逆流的方向行進，其中，進料螺桿256由合適的牽引馬達252或合適的來自發(fā)動機202的傳動列帶動。減小螺旋輸送機的螺距或減小壓實的廢棄物所通過的橫截面還將提供致密的密封而防止通過進ー步加熱有機材料(包括與加入的反應(yīng)性氣體的反應(yīng))所產(chǎn)生的氣體的逃逸。預(yù)期，本發(fā)明的全過程還可通過其他材料輸送和壓實措施取得，且在ー些應(yīng)用中使用單向推桿遞送和壓實系統(tǒng)代替所示的螺旋輸送機將更便利?；镜牟襟E通過如下完成壓實和加熱以消除空氣和濕氣，產(chǎn)生源自原料的前進材料的封堵密封，加熱所述前進材料以達到解離產(chǎn)生所需化學(xué)衍生物(選自物質(zhì)如碳、ー種或多種氣態(tài)烴、燃料醇和氣體如こ烷、甲烷、氫和碳氧化物)的所需壓カ和溫度條件，在利用前進材料的衍生物和/或殘余物來密封或幫助密封提供以移取所需化學(xué)物質(zhì)的區(qū)的區(qū)中提取所需的化學(xué)物質(zhì)。優(yōu)選通過自所需的化學(xué)物質(zhì)隨著其復(fù)原地或再生地冷卻而逆流熱交換和通過自選定燃料的燃燒而逆流熱交換，來向行進通過這樣的進程階段的材料提供熱加入，以使所得系統(tǒng)中的熱利用最大化?？梢蕴峁┫鄬^長時間的運行而大大減少碳的產(chǎn)生，為使所產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)獲得所需的碳-氫比率，這可能是優(yōu)選的。這種長時間運行可以間歇性地提供，例如在有意產(chǎn)生碳以在所需化學(xué)物質(zhì)的收集之前幫助密封所述區(qū)和/或此收集之后幫助密封所述區(qū)的時間之間。這是本發(fā)明的一些實施方案的特點，且其使得碳可以作為流體的組成部分而被輸送，這些流體由管道遞送至儲存器(包括枯竭氣藏的復(fù)壓)、至エ廠以制造碳增強的耐用品、和用于其他目的。在相繼逐出空氣和濕氣之后，生物質(zhì)材料被轉(zhuǎn)化為方程式I中所示的產(chǎn)品氣體和量低得多的固體殘渣。在許多情況下，固體殘渣的量為有機廢棄物的初始質(zhì)量的約2至10%。這類殘渣是痕量礦物的重要來源，其優(yōu)選用來使土壤恢復(fù)元氣和確保健康 碳和氫的截存及經(jīng)濟的發(fā)展。重新造林區(qū)域用作木質(zhì)纖維素的可持續(xù)源以如本文中所公開的那樣連續(xù)地生產(chǎn)可再生的甲烷、氫和截存碳。在具有較大單元和高生產(chǎn)能力的系統(tǒng)型式中，可使來自燃燒器組件220的燃燒氣體在管螺紋216內(nèi)循環(huán)，管螺紋216被構(gòu)造為通過管214中的孔與螺紋管218相連，以提供從燃燒室220向沿著密閉管236內(nèi)的螺紋218的外側(cè)行進的原料材料的更快速傳熱。讓自加熱的有機原料通過熱解離過程釋放的氣體如甲烷、氫和ニ氧化碳進入螺旋翅片238與絕緣管241之間的環(huán)形空間中，以以與被旋轉(zhuǎn)管組件214加熱的原料的流動成逆流的方向流動。這將提供進ー步的熱量保存，因為熱將被再生性地加給管236內(nèi)的原料，這些原料被漸進地壓實并因傳熱而解離，從而增強壓カ的產(chǎn)生，如圖所示。行進通過管214的內(nèi)部和/或管翅片216和/或218到達料斗區(qū)的燃燒氣體如水蒸汽、氮氣、氧氣和ニ氧化碳進入螺旋形傳熱管道246，以向行進通過料斗250的原料材料提供進ー步的逆流能量添加，如圖所示。行進通過孔230和管236與管241之間的環(huán)形區(qū)域和/或空心翅片238到達料斗250區(qū)的所產(chǎn)生氣體如甲烷、氫和ニ氧化碳和/或ー氧化碳在管道系統(tǒng)248中循環(huán)，管道系統(tǒng)248纏繞在螺旋形管道系統(tǒng)246鄰近以向行進向旋轉(zhuǎn)管螺旋輸送機214的材料有效地逆流傳熱，如圖所示。絕緣體242和260防止熱損失到外部?？赡墚a(chǎn)生的產(chǎn)品氣體如ニ氧化碳和一氧化碳的混合物通過壓カ擺動或溫度吸收和/或圖4中所示的系統(tǒng)與甲烷和/或氫分離。這樣的產(chǎn)品氣體混合物通過控制旋轉(zhuǎn)輸送機214的旋轉(zhuǎn)速度和因此傳遞向熱解離階段的固體的壓實以高于所需壓カ適宜裕度的壓カ而提供。這將提供熱能向壓カ能的高效轉(zhuǎn)化，因為形成的所需氣體的體積比初始固體體積遠大得多。在運行中，壓カ傳感器270向過程控制器272發(fā)送壓力數(shù)據(jù)以保持進料輸送機256、擠壓輸送機214的速度及燃燒室組件220的發(fā)熱量，以獲得所需的生產(chǎn)能力、轉(zhuǎn)化溫度和遞送的產(chǎn)品氣體的壓力。壓カ調(diào)節(jié)器274提供產(chǎn)品氣體從再生轉(zhuǎn)化器200的遞送的最后調(diào)整。本公開的ー個方面是將低成本熱轉(zhuǎn)化為勢能作為儲能、利用這樣的壓カ促進分離過程和能量再生。加壓的混合物在保持選定氣體的所需加壓的同時分離。精煉品質(zhì)氣體的這種加壓供給用來為發(fā)動機包括內(nèi)燃機和具有外部熱供應(yīng)的發(fā)動機提供動力。還采用這樣的能量轉(zhuǎn)化、精煉和加壓來通過管道或加壓罐車或通過液化向遠方市場遞送精煉氣體及儲存。還預(yù)期在某些地區(qū)與包括09/969，860在內(nèi)的共同待決專利申請的各種實施方案中的ー個或多個一起運行，這些專利申請通過引用并入本文中。廢棄物的氫輔助氣化的現(xiàn)有技術(shù)方法的主要缺點是需要耐高壓、耐熱和昂貴的設(shè)備。如圖所示，本發(fā)明的實施方案提供管狀構(gòu)造的自增強結(jié)構(gòu)。增強由在模塊結(jié)構(gòu)中組合熱交換、增強、剛性化、傳輸和耐熱好處的螺旋形增強結(jié)構(gòu)提供，所述模塊結(jié)構(gòu)可通過快速組裝過程而構(gòu)建。這將在很大程度上加快廢棄物管理中所需改進措施的推廣應(yīng)用并比過去、的方法降低遞送系統(tǒng)成本。這將提供碳化合物如ニ氧化碳或一氧化碳與氣體如甲烷和/或氫的有效分離。如圖4中所示，產(chǎn)品氣體的混合物通過管404遞送以暴露于壓カ容器402中的水或其他吸收劑流體選擇，以選擇性地分離ニ氧化碳和/或ー氧化碳。甲烷和/或氫因此在壓カ容器402中所保持的壓カ下遞送到收集管408。在吸收ニ氧化碳和/或一氧化碳之后，加壓的吸收流體通過410遞送到噴嘴歧管426以便遞送到如圖所示熱交換器如414、416、418、420、422、424等，在這里，來自發(fā)動機202的排氣的熱可與燃燒器444燃燒一部分產(chǎn)品氣體和廢氣(如通過加壓流體的后續(xù)膨脹經(jīng)458釋放的ー氧化碳)所釋放的熱一道被遞送到所示熱交換器。也可通過太陽能收集器442或在風(fēng)能或波能資源充裕的地方使用風(fēng)能或波能通過電阻或感應(yīng)加熱器而供給附加的熱。經(jīng)加熱的流體然后膨脹通過如圖所示渦輪430、432、434、436、438、440等以回收和/或轉(zhuǎn)化能量，從而進一步改進總體效率。還通過合適的發(fā)電機如交流發(fā)電機280和/或交流發(fā)電機428提供發(fā)電的總體效率的附加改迸。優(yōu)選利用氫來冷卻這些發(fā)電機而減少風(fēng)カ損失。在實現(xiàn)這些功能后，氫然后被用作發(fā)動機202的燃料或者用作燃燒室444和/或220中的無碳燃料。自典型的有機廢棄物如葡萄糖、木質(zhì)素和纖維素原料通過所述實施方案生產(chǎn)甲烷的總反應(yīng)的一般性概括在方程式3中示出。C6H12O6+ 熱一3CH4+3C02方程式 3在一些應(yīng)用中，優(yōu)選通過原料的衍生物的電解產(chǎn)生氧來減少或消除ニ氧化碳的產(chǎn)生，這在共同待決的專利申請中有公開。這類材料特別是用氫的氫氣化及存在的過剩的碳也可在同時或后續(xù)的過程步驟中加以控制以產(chǎn)生こ烷。在需要將受損森林快速轉(zhuǎn)化為通過管道裝運至遠方市場的甲烷、こ烷和氫的加壓供給源并然后利用這些管道來根據(jù)所需的森林撫育間伐速率、收獲計劃和維護程序以降低的速率繼續(xù)遞送這類氣體的情況下，這種化學(xué)過程變型將是有利的。這種方法確立的管道輸送能力成為ー種重要的儲存系統(tǒng)，以滿足市場需求的日常和季節(jié)性變化。通常需要所得的管道氣體在通過圖2和圖4的實施方案移除ニ氧化碳、顆粒物、灰分、ニ氧化硫和水后提供約900BTU/scf的輸出。
對于大多數(shù)廢棄物，不再循環(huán)氫時的原始輸出在350至650BTU/scf范圍內(nèi)，熱值較低。熱值的提高可通過分解過程中壓カ和溫度的多種選擇或者通過增加氫再循環(huán)到239處的反應(yīng)區(qū)的速率來達到。但共同待決的專利申請公開了火花噴射(SparkInjection)技術(shù)以使得實現(xiàn)自內(nèi)燃機的滿額定功率生產(chǎn)，燃料選擇從250BTU/scf的氣體混合物到液體柴油不等。通過圖2的實施方案在約1，OOOPSI和1025° F (69個大氣壓，550°C )下的運行產(chǎn)生的氣體混合物如表I中所示隨被轉(zhuǎn)化的廢棄物的類型、停留時間和相關(guān)運行參數(shù)而異。ー種新的制劑可實現(xiàn)用壓縮點火代替柴油燃料并包含在活性炭/甲醇懸浮體中中的吸附的氫。這樣的氣體混合物可快速產(chǎn)生并可補充以較高能量的組分如甲醇、碳/甲醇懸浮 體或丙烷等，以使所得以氫燃燒為特征的燃燒混合物在組合燃料應(yīng)用中獲得實際上任何所需的能含量。常常需要將反應(yīng)產(chǎn)生的氫和/或甲烷通過歧管239以足以產(chǎn)生所需甲烷/乙烷比率的速率噴射而重新引導(dǎo)進反應(yīng)區(qū)中以提供管道質(zhì)量的氣體或用于化學(xué)合成的原料。表I
權(quán)利要求
1.一種用于提供材料資源的可再生源的方法，所述方法包括 提供可再生能的第一源； 提供來自第一材料源的第一材料流； 提供與所述第一材料流和所述可再生能的第一源相連的電解器，其中所述電解器自所述第一材料流通過電解產(chǎn)生材料資源； 向第一處理器提供所述材料資源以進一步處理或使用。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述材料資源包含氫。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述材料資源包含基于碳的材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述材料資源包含烴。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法,其中所述材料資源包含基于氮的材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述第一材料源選自有機材料、生物質(zhì)和生物廢棄物。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，所述方法還包括通過對來自所述第一處理器的所述材料資源加熱而進一步處理所述材料資源的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述第一處理器包括太陽能收集器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述太陽能收集器與所述電解器相連。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述太陽能收集器包括太陽光集中鏡。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述太陽光集中鏡包括拋物面鏡、球面鏡或定日反射鏡陣列。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，所述方法還包括第一補充熱源以補充或替代來自所述太陽能收集器的熱。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述材料資源包含甲烷，所述進一步處理所述材料資源的步驟包括解離所述甲烷以產(chǎn)生碳和氫。
14.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中向所述第一處理器提供所述第一材料資源以進一步處理或使用的步驟包括將所述烴轉(zhuǎn)化為氫和碳。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述材料資源還包含二氧化碳。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，所述方法還包括將所述氫轉(zhuǎn)化為能量的步驟。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述電解器被構(gòu)造為可以可選擇地逆轉(zhuǎn)運行而作為燃料電池，且所述將所述氫轉(zhuǎn)化為能量的步驟包括所述電解器作為燃料電池的運行。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，所述方法還包括將所述碳轉(zhuǎn)化為一種或多種耐用品的步驟。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述一種或多種耐用品包括供用于提供所述可再生能的第一源的步驟中的一種或多種耐用品。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，所述方法還包括提供所述二氧化碳用于農(nóng)業(yè)用途的步驟。
21.一種用于提供材料資源的可再生源的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 可再生能的第一源； 來自第一材料源的第一材料流； 電解器，所述電解器與所述可再生能的第一源和所述第一材料流相連，其中所述電解器被構(gòu)造為通過電解產(chǎn)生第一材料資源； 處理器，用于進一步處理或使用所述材料資源以產(chǎn)生第二材料資源，其中所述處理器包括太陽能收集器且其中所述太陽能收集器被構(gòu)造為向所述第一材料資源提供熱以便解尚；和 材料資源儲存器，所述材料資源儲存器與所述電解器相連以自所述電解器接收所述材料資源或向所述處理器提供所述材料資源以進一步處理或使用。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中所述材料資源包含基于碳的材料。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中所述材料資源包含烴。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中所述材料資源包含基于氮的材料。
25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中所述材料資源包含氨。
26.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中所述處理器被構(gòu)造為將所述烴轉(zhuǎn)化為氫和碳。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括用于分配氫以用于第一位置處的分配系統(tǒng)。
28.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括用于分配所述材料資源以進一步使用的材料資源分配系統(tǒng)。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其中所述材料資源分配系統(tǒng)與所述可再生能的第一源、所述第一有機材料源、所述處理器或所述電解器中的一個或多個相連。
30.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中所述第一處理器被構(gòu)造為通過向來自所述第一處理器的所述材料資源加熱來處理所述材料資源。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的系統(tǒng)，其中所述第一處理器包括太陽能收集器。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其中所述太陽能收集器與所述電解器相連。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其中所述太陽能收集器包括太陽光集中鏡。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，其中所述太陽光集中鏡包括拋物面鏡、球面鏡或定日反射鏡陣列。
35.根據(jù)權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括被構(gòu)造以補充或替代來自所述太陽能收集器的熱的第一補充熱源。
36.根據(jù)權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其中所述材料資源包含甲烷，所述第一處理器被構(gòu)造為解離所述甲烷以產(chǎn)生碳和氫。
37.一種用于提供材料資源的可再生源的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 可再生能的第一源； 來自第一材料源的第一材料流； 電解器，所述電解器與所述可再生能的第一源和所述第一材料流相連，其中所述電解器被構(gòu)造為通過電解產(chǎn)生第一材料資源； 處理器，所述處理器用于進一步處理或使用所述材料資源以產(chǎn)生第二材料資源，其中所述處理器包括太陽能收集器且其中所述太陽能收集器被構(gòu)造為向所述第一材料資源提供熱以便解離；和 材料資源儲存器，所述材料資源儲存器與所述電解器相連以自所述電解器接收所述材料資源或向所述處理器提供所述材料資源以進一步處理或使用。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)，其中所述太陽能收集器被構(gòu)造為通過向所述第一材料資源加熱來處理所述第一材料資源。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的系統(tǒng)，其中所述太陽能收集器與所述電解器相連。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，其中所述太陽能收集器包括太陽光集中鏡。
41.根據(jù)權(quán)利要求40的系統(tǒng)，其中所述太陽光集中鏡包括拋物面鏡、球面鏡或定日反射鏡陣列。
42.根據(jù)權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括被構(gòu)造以補充或替代來自所述太陽能收集器的熱的第一補充熱源。
43.根據(jù)權(quán)利要求41所述的系統(tǒng)，其中所述材料資源包含甲烷，所述第一處理器被構(gòu)造為解離所述甲烷以產(chǎn)生碳和氫。
全文摘要
在本發(fā)明的一個實施方案中，提供了一種用于提供材料資源的可再生源的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括可再生能的第一源；來自第一材料源的第一材料流；與所述可再生能的第一源和所述第一材料流相連的電解器，其中所述電解器被構(gòu)造為通過電解產(chǎn)生第一材料資源；處理器，所述處理器用于進一步處理或使用所述材料資源以產(chǎn)生第二材料資源，其中所述處理器包括太陽能收集器且其中所述太陽能收集器被構(gòu)造為向所述第一材料資源提供熱以便解離；和材料資源儲存器，所述材料資源儲存器與所述電解器相連以自所述電解器接收材料資源或向所述處理器提供材料資源以進一步處理或使用。
文檔編號F24J2/00GK102712020SQ201080048872
公開日2012年10月3日 申請日期2010年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月27日
發(fā)明者羅伊·E·麥卡利斯特 申請人:麥卡利斯特技術(shù)有限責(zé)任公司