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特許6562899炭素質の供給原料を反応生成物へ熱化学変換する方法およびシステム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6562899
(24)【登録日】2019年8月2日
(45)【発行日】2019年8月21日
(54)【発明の名称】炭素質の供給原料を反応生成物へ熱化学変換する方法およびシステム
(51)【国際特許分類】
C10G 1/00 20060101AFI20190808BHJP
C10G 1/10 20060101ALI20190808BHJP
B01J 3/02 20060101ALI20190808BHJP
B01J 3/04 20060101ALI20190808BHJP
C08J 11/12 20060101ALI20190808BHJP
B09B 3/00 20060101ALI20190808BHJP
【ＦＩ】
C10G1/00 BZAB
C10G1/10
B01J3/02 A
B01J3/04 D
C08J11/12
B09B3/00 302A
B09B3/00 302Z
【請求項の数】50
【全頁数】46
(21)【出願番号】特願2016-502473(P2016-502473)
(86)(22)【出願日】2014年3月14日
(65)【公表番号】特表2016-522836(P2016-522836A)
(43)【公表日】2016年8月4日
(86)【国際出願番号】US2014027530
(87)【国際公開番号】WO2014152612
(87)【国際公開日】20140925
【審査請求日】2017年1月20日
(31)【優先権主張番号】61/794,121
(32)【優先日】2013年3月15日
(33)【優先権主張国】US
(31)【優先権主張番号】14/209,798
(32)【優先日】2014年3月13日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】513313945
【氏名又は名称】テラパワー， エルエルシー
(73)【特許権者】
【識別番号】510239406
【氏名又は名称】ワシントン ステイト ユニバーシティー
(74)【代理人】
【識別番号】110000338
【氏名又は名称】特許業務法人ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ
(72)【発明者】
【氏名】ウォルター，ジョシュア シー．
(72)【発明者】
【氏名】ガルシア−ペレス，マヌエル
【審査官】
齊藤 光子
(56)【参考文献】
【文献】
米国特許出願公開第２０１０／０２８７８２５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
米国特許出願公開第２００８／００９９３７７（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
特開２０１１−０８８９６４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２０１０−５２９２８６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００６−１０４２６１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｂ０９Ｂ１／００−５／００
Ｃ１０Ｇ１／００−９９／００
Ｃ０８Ｊ１１／００
Ｂ０１Ｊ３／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも１つの熱源を用いて熱エネルギーを発生させる工程；
所定量の炭素質の供給原料を供給する工程；
所定量の超臨界流体としての所定量の超臨界二酸化炭素を供給する工程；
上記発生させた熱エネルギーの一部を上記所定量の超臨界流体へ移送する工程；
上記所定量の超臨界流体の少なくとも一部を上記所定量の供給原料の少なくとも一部と混合させることにより、上記所定量の超臨界流体から上記所定量の供給原料へ、上記発生させた熱エネルギーの少なくとも一部を移送する工程；
少なくとも１種の反応生成物を形成するために、上記所定量の超臨界流体から上記所定量の供給原料へ移送された上記熱エネルギーを用いて、上記所定量の供給原料に対して熱分解プロセスを実行する工程；および、
上記熱分解プロセス後に臨界条件未満に減圧して超臨界二酸化炭素を揮発させることによって、上記熱分解プロセスの後の上記超臨界流体から、上記少なくとも１種の反応生成物を分離する工程を含む方法。
所定量の炭素質の供給原料を供給する工程；
所定量の超臨界流体としての所定量の超臨界二酸化炭素を供給する工程；
上記発生させた熱エネルギーの一部を上記所定量の超臨界流体へ移送する工程；
上記所定量の超臨界流体の少なくとも一部を上記所定量の供給原料の少なくとも一部と混合させることにより、上記所定量の超臨界流体から上記所定量の供給原料へ、上記発生させた熱エネルギーの少なくとも一部を移送する工程；
少なくとも１種の反応生成物を形成するために、上記所定量の超臨界流体から上記所定量の供給原料へ移送された上記熱エネルギーを用いて、上記所定量の供給原料に対して熱分解プロセスを実行する工程；および、
上記熱分解プロセス後に臨界条件未満に減圧して超臨界二酸化炭素を揮発させることによって、上記熱分解プロセスの後の上記超臨界流体から、上記少なくとも１種の反応生成物を分離する工程を含む方法。
【請求項2】
上記少なくとも１種の反応生成物を形成するために、上記所定量の超臨界流体から上記所定量の供給原料へ移送された上記熱エネルギーを用いて、上記所定量の供給原料に対して熱分解プロセスを実行する工程は、
少なくとも１種の反応生成物を形成するために、上記所定量の超臨界流体から上記所定量の供給原料へ移送された上記熱エネルギーを用いて、上記所定量の供給原料に対して熱分解反応プロセスを実行する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
少なくとも１種の反応生成物を形成するために、上記所定量の超臨界流体から上記所定量の供給原料へ移送された上記熱エネルギーを用いて、上記所定量の供給原料に対して熱分解反応プロセスを実行する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項3】
上記少なくとも１種の反応生成物を形成するために、上記所定量の超臨界流体から上記所定量の供給原料へ移送された上記熱エネルギーを用いて、上記所定量の供給原料に対して熱分解反応プロセスを実行する工程は、
少なくとも１種の反応生成物を形成するために、上記所定量の超臨界流体から上記所定量の供給原料へ移送された上記熱エネルギーを用いて、上記所定量の供給原料に対して、３５０〜６００℃の間の温度で、高速熱分解反応プロセスを実行する工程を含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
少なくとも１種の反応生成物を形成するために、上記所定量の超臨界流体から上記所定量の供給原料へ移送された上記熱エネルギーを用いて、上記所定量の供給原料に対して、３５０〜６００℃の間の温度で、高速熱分解反応プロセスを実行する工程を含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項4】
上記少なくとも１種の反応生成物を形成するために、上記所定量の超臨界流体から上記所定量の供給原料へ移送された上記熱エネルギーを用いて、上記所定量の供給原料に対して熱分解プロセスを実行する工程は、
少なくとも１種の反応生成物を形成するために、上記所定量の超臨界流体から上記所定量の供給原料へ移送された上記熱エネルギーを用いて、上記所定量の供給原料に対して液化プロセスを実行する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
少なくとも１種の反応生成物を形成するために、上記所定量の超臨界流体から上記所定量の供給原料へ移送された上記熱エネルギーを用いて、上記所定量の供給原料に対して液化プロセスを実行する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項5】
上記少なくとも１種の反応生成物は、超臨界流体に可溶であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項6】
上記少なくとも１つの熱分解プロセスの後の上記超臨界流体から、上記少なくとも１種の反応生成物を分離する工程は、
上記少なくとも１つの熱分解プロセスの後の上記少なくとも１種の生成物の溶解度パラメータを制御することにより、上記少なくとも１つの熱分解プロセスの後の上記超臨界流体から、上記少なくとも１種の反応生成物を分離する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
上記少なくとも１つの熱分解プロセスの後の上記少なくとも１種の生成物の溶解度パラメータを制御することにより、上記少なくとも１つの熱分解プロセスの後の上記超臨界流体から、上記少なくとも１種の反応生成物を分離する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項7】
上記少なくとも１つの熱分解プロセスの後の上記超臨界流体から、上記少なくとも１種の反応生成物を分離する工程は、
物理的フロー分離器を介して、上記少なくとも１つの熱分解プロセスの後の上記超臨界流体から、上記少なくとも１種の反応生成物を分離する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
物理的フロー分離器を介して、上記少なくとも１つの熱分解プロセスの後の上記超臨界流体から、上記少なくとも１種の反応生成物を分離する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項8】
上記供給原料の少なくとも一部を乾燥する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項9】
上記供給原料の少なくとも一部を予熱する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項10】
上記供給原料の少なくとも一部を前処理する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項11】
上記供給原料の少なくとも一部から、少なくとも１種の酸化化合物を抽出する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項12】
上記熱分解プロセスの後の上記超臨界流体を受け取る工程；および、
上記受け取った超臨界流体を使用して、電気を発生させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
上記受け取った超臨界流体を使用して、電気を発生させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項13】
上記発生させた電気を使用して、水素を発生させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
上記少なくとも１種の反応生成物に対して、水素化処理プロセスおよび水素化分解プロセスのうち少なくとも一方を実行する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項15】
上記熱分解プロセスの後の上記少なくとも１種の反応生成物を急冷する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項16】
上記少なくとも１種の反応生成物から熱を回収する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項17】
上記少なくとも１種の反応生成物による加熱を遮断する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項18】
上記少なくとも１種の反応生成物から、少なくとも１種の揮発性ガスを分離する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項19】
上記少なくとも１種の揮発性ガスを使用して、二原子水素を製造する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項20】
上記少なくとも１つの熱源は、少なくとも１つの原子炉を備え、
上記発生させた熱エネルギーの一部を上記所定量の超臨界流体へ移送する工程は、
上記少なくとも１つの原子炉から、中間熱移送要素である上記少なくとも１つの原子炉の冷却材へ熱エネルギーを移送する工程と、
上記中間熱移送要素から上記所定量の超臨界流体へ、熱エネルギーを移送する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
上記発生させた熱エネルギーの一部を上記所定量の超臨界流体へ移送する工程は、
上記少なくとも１つの原子炉から、中間熱移送要素である上記少なくとも１つの原子炉の冷却材へ熱エネルギーを移送する工程と、
上記中間熱移送要素から上記所定量の超臨界流体へ、熱エネルギーを移送する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項21】
上記超臨界流体に極性物質を添加することにより、上記超臨界流体への上記反応生成物の溶解度を制御する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項22】
所定量の炭素質の供給原料を収容するための少なくとも１つの熱化学反応チャンバーを備える熱化学変換システム；および、
少なくとも１つの熱源と熱をやり取りする所定量の超臨界流体としての所定量の超臨界二酸化炭素を収容する熱移送要素を備える熱エネルギー移送システムを備え、
上記熱エネルギー移送システムは、上記少なくとも１つの熱源から、上記少なくとも１つの熱化学反応チャンバー内に収容されている上記所定量の供給原料の少なくとも一部へ、熱エネルギーを選択的に移送するために、上記少なくとも１つの熱化学反応チャンバー内に収容されている上記所定量の供給原料の少なくとも一部と熱をやり取りする上記所定量の超臨界流体を選択的に配置するように配列され、上記超臨界流体を、上記少なくとも１つの熱化学反応チャンバー内に収容されている上記所定量の供給原料と選択的に混合するように構成され、
上記少なくとも１つの熱化学反応チャンバーは、上記超臨界流体から移送された上記熱エネルギーを用いて、上記所定量の供給原料に対して熱分解プロセスを実行し、上記供給原料の少なくとも一部を少なくとも１種の反応生成物へ熱変換するように構成されており、
上記熱分解プロセス後に臨界条件未満に減圧して超臨界二酸化炭素を揮発させることによって、上記熱分解プロセスの後の上記超臨界流体から、上記少なくとも１種の反応生成物を分離するように構成された分離ユニットをさらに備えることを特徴とする装置。
少なくとも１つの熱源と熱をやり取りする所定量の超臨界流体としての所定量の超臨界二酸化炭素を収容する熱移送要素を備える熱エネルギー移送システムを備え、
上記熱エネルギー移送システムは、上記少なくとも１つの熱源から、上記少なくとも１つの熱化学反応チャンバー内に収容されている上記所定量の供給原料の少なくとも一部へ、熱エネルギーを選択的に移送するために、上記少なくとも１つの熱化学反応チャンバー内に収容されている上記所定量の供給原料の少なくとも一部と熱をやり取りする上記所定量の超臨界流体を選択的に配置するように配列され、上記超臨界流体を、上記少なくとも１つの熱化学反応チャンバー内に収容されている上記所定量の供給原料と選択的に混合するように構成され、
上記少なくとも１つの熱化学反応チャンバーは、上記超臨界流体から移送された上記熱エネルギーを用いて、上記所定量の供給原料に対して熱分解プロセスを実行し、上記供給原料の少なくとも一部を少なくとも１種の反応生成物へ熱変換するように構成されており、
上記熱分解プロセス後に臨界条件未満に減圧して超臨界二酸化炭素を揮発させることによって、上記熱分解プロセスの後の上記超臨界流体から、上記少なくとも１種の反応生成物を分離するように構成された分離ユニットをさらに備えることを特徴とする装置。
【請求項23】
上記熱エネルギー移送システムは、
上記少なくとも１つの熱源から、上記熱移送要素の上記所定量の超臨界流体へ、直接的に熱エネルギーを移送するように構成された直接熱交換システムを備えることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
上記少なくとも１つの熱源から、上記熱移送要素の上記所定量の超臨界流体へ、直接的に熱エネルギーを移送するように構成された直接熱交換システムを備えることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項24】
上記熱エネルギー移送システムは、
上記少なくとも１つの熱源から、中間熱移送要素へ熱エネルギーを移送するように構成された中間熱移送要素を備える間接熱交換システムを含み、
上記中間熱移送要素は、さらに、上記中間熱移送要素から上記所定量の超臨界流体へ、熱エネルギーを移送するように構成されていることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
上記少なくとも１つの熱源から、中間熱移送要素へ熱エネルギーを移送するように構成された中間熱移送要素を備える間接熱交換システムを含み、
上記中間熱移送要素は、さらに、上記中間熱移送要素から上記所定量の超臨界流体へ、熱エネルギーを移送するように構成されていることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項25】
上記熱エネルギー移送システムは、
上記少なくとも１つの熱源から、熱化学反応チャンバー内に収容されている上記所定量の供給原料の少なくとも一部へ、熱エネルギーを選択的に移送するために、上記熱化学反応チャンバー内に収容されている上記所定量の供給原料の少なくとも一部と熱をやり取りする上記所定量の超臨界流体を選択的に配置するためのフロー制御システムを備えることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
上記少なくとも１つの熱源から、熱化学反応チャンバー内に収容されている上記所定量の供給原料の少なくとも一部へ、熱エネルギーを選択的に移送するために、上記熱化学反応チャンバー内に収容されている上記所定量の供給原料の少なくとも一部と熱をやり取りする上記所定量の超臨界流体を選択的に配置するためのフロー制御システムを備えることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項26】
上記熱化学反応チャンバー内に収容されている上記所定量の供給原料の少なくとも一部と熱をやり取りする上記所定量の超臨界流体を選択的に配置するための上記フロー制御システムは、
上記超臨界流体の少なくとも一部を、上記熱化学反応チャンバー内に収容されている上記所定量の供給原料の少なくとも一部と、選択的に混合するためのフロー制御システムを備えることを特徴とする請求項２５に記載の装置。
上記超臨界流体の少なくとも一部を、上記熱化学反応チャンバー内に収容されている上記所定量の供給原料の少なくとも一部と、選択的に混合するためのフロー制御システムを備えることを特徴とする請求項２５に記載の装置。
【請求項27】
上記少なくとも１つの熱化学反応チャンバーは、
多段式の単一の熱化学反応チャンバーを備え、
上記熱エネルギー移送システムは、上記所定量の供給原料の少なくとも一部に対して一連の熱化学反応プロセスを実行するために、複数の温度範囲にわたり上記超臨界流体の複数の部分を、上記多段式の単一の熱化学反応チャンバー内に収容されている上記所定量の供給原料へ移送するように構成されていることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
多段式の単一の熱化学反応チャンバーを備え、
上記熱エネルギー移送システムは、上記所定量の供給原料の少なくとも一部に対して一連の熱化学反応プロセスを実行するために、複数の温度範囲にわたり上記超臨界流体の複数の部分を、上記多段式の単一の熱化学反応チャンバー内に収容されている上記所定量の供給原料へ移送するように構成されていることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項28】
上記熱エネルギー移送システムは、上記所定量の供給原料の少なくとも一部に対して乾燥プロセスを実行するために、第１温度範囲の上記超臨界流体の第１部分を、上記単一の熱化学反応チャンバー内に収容されている上記所定量の供給原料へ移送するように構成されていることを特徴とする請求項２７に記載の装置。
【請求項29】
上記熱エネルギー移送システムは、上記所定量の供給原料の少なくとも一部に対して予熱プロセスを実行するために、第２温度範囲の上記超臨界流体の第２部分を、上記単一の熱化学反応チャンバー内に収容されている上記所定量の供給原料へ移送するように構成されていることを特徴とする請求項２７に記載の装置。
【請求項30】
上記熱エネルギー移送システムは、上記所定量の供給原料の少なくとも一部に対して液化プロセスを実行するために、第２温度範囲の上記超臨界流体の第３部分を、上記単一の熱化学反応チャンバー内に収容されている上記所定量の供給原料へ供給するように構成されていることを特徴とする請求項２７に記載の装置。
【請求項31】
上記熱エネルギー移送システムは、上記所定量の供給原料の少なくとも一部に対して抽出プロセスを実行し、上記供給原料の少なくとも一部から少なくとも１種の酸化化合物を除去するために、第４温度範囲の上記超臨界流体の第４部分を、上記単一の熱化学反応チャンバー内に収容されている上記所定量の供給原料へ供給するように構成されていることを特徴とする請求項２７に記載の装置。
【請求項32】
上記熱エネルギー移送システムは、上記所定量の供給原料の少なくとも一部に対して熱分解プロセスを実行するために、第５温度範囲の上記超臨界流体の第５部分を、上記単一の熱化学反応チャンバー内に収容されている上記所定量の供給原料へ供給するように構成されていることを特徴とする請求項２７に記載の装置。
【請求項33】
上記少なくとも１つの熱化学反応チャンバーは、
少なくとも１つの熱分解反応チャンバーを備えていることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
少なくとも１つの熱分解反応チャンバーを備えていることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項34】
上記少なくとも１つの熱分解反応チャンバーは、
少なくとも１つの高速熱分解反応を備えることを特徴とする請求項３３に記載の装置。
少なくとも１つの高速熱分解反応を備えることを特徴とする請求項３３に記載の装置。
【請求項35】
上記熱化学変換システムは、少なくとも１つの熱分解チャンバーと少なくとも１つの追加処理チャンバーとを備える多段式の熱化学変換システムであることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項36】
上記少なくとも１つの追加処理チャンバーは、
供給原料乾燥機、予熱器、前水素化処理チャンバー、液化チャンバー、および抽出チャンバーのうち少なくとも１つを備えることを特徴とする請求項３５に記載の装置。
供給原料乾燥機、予熱器、前水素化処理チャンバー、液化チャンバー、および抽出チャンバーのうち少なくとも１つを備えることを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項37】
上記炭素質の物質は、
石炭、バイオマス、混合原料のバイオマテリアル、プラスチック、廃棄物、および埋立廃棄物のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項２２に記載の装置。
石炭、バイオマス、混合原料のバイオマテリアル、プラスチック、廃棄物、および埋立廃棄物のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項38】
上記少なくとも１つの熱源は、少なくとも１つの原子炉を含み、
上記中間熱移送要素は、上記少なくとも１つの原子炉の冷却材であることを特徴とする請求項２４に記載の装置。
上記中間熱移送要素は、上記少なくとも１つの原子炉の冷却材であることを特徴とする請求項２４に記載の装置。
【請求項39】
上記熱化学変換システムの上記少なくとも１つの熱化学反応チャンバーは、
流動床反応炉、超臨界液化反応炉、および超臨界熱分解反応炉のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項２２に記載の装置。
流動床反応炉、超臨界液化反応炉、および超臨界熱分解反応炉のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項40】
上記熱化学反応チャンバーから上記超臨界流体を受け取り、上記供給原料の少なくとも一部を上記少なくとも１種の反応生成物に変換した後の上記超臨界流体を用いて、電気を発生させるように構成され、上記少なくとも１つの熱化学反応チャンバーと流体をやり取りする電気発生システムをさらに備えることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項41】
上記電気発生システムは、上記熱化学変換システムおよび上記熱エネルギー移送システムのうち少なくとも１つの一部と電気的に連結しており、上記発生させた電気の少なくとも一部を用いて、熱化学変換システムを補強するように構成されていることを特徴とする請求項４０に記載の装置。
【請求項42】
上記電気発生システムの電気出力と連結している水素発生システムをさらに備えることを特徴とする請求項４０に記載の装置。
【請求項43】
上記少なくとも１つの化学反応チャンバーと流体をやり取りする急冷システムをさらに備えることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項44】
上記少なくとも１種の反応生成物を処理することによって、少なくとも１種の精製された生成物を生成するように構成された処理システムをさらに備えることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項45】
上記少なくとも１種の反応生成物から、少なくとも１種の揮発性ガスを分離するように構成された揮発性ガス分離器をさらに備えることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項46】
熱化学変換システムは、さらに、上記揮発性ガス分離器から得られた上記少なくとも１種の揮発性ガスを用いて、二原子水素を製造するように構成されていることを特徴とする請求項４５に記載の装置。
【請求項47】
上記超臨界流体に極性物質を添加することにより、上記超臨界流体への上記反応生成物の溶解度を制御する溶解度制御器を含むことを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項48】
少なくとも１つの熱源と、請求項２２ないし４７のいずれか１項に記載の装置とを備えたことを特徴とするシステム。
【請求項49】
上記少なくとも１つの熱源は、
少なくとも１つの原子炉を備えることを特徴とする請求項４８に記載のシステム。
少なくとも１つの原子炉を備えることを特徴とする請求項４８に記載のシステム。
【請求項50】
上記少なくとも１つの原子炉は、
溶融塩冷却型原子炉システム、液体金属冷却型反応炉システム、ガス冷却型反応炉システム、および超臨界流体冷却型反応炉システムのうち少なくとも１つを備えることを特徴とする請求項４９に記載のシステム。
溶融塩冷却型原子炉システム、液体金属冷却型反応炉システム、ガス冷却型反応炉システム、および超臨界流体冷却型反応炉システムのうち少なくとも１つを備えることを特徴とする請求項４９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【0001】
〔技術分野〕本開示は、概して、炭素質の供給原料を反応生成物へ変換する熱化学変換に関し、特に、供給原料および選択された熱源と熱的に連結した超臨界流体を介して選択された熱源から移送された熱エネルギーを用いて、炭素質の供給原料を反応生成物に分解する熱化学分解に関する。
【0002】
〔背景〕水熱液化は、リグノセルロース系材料および藻類から粗バイオ原油（粗バイオオイル）を製造するために広く使われているプロセスである。水熱液化において、熱化学反応は、一般的に、２５０℃以上の温度、約３０００ｐｓｉの圧力の水の環境中において、約２〜３時間起こる。水熱液化によって製造された原油は、主に、リグニンの解重合反応の生成物によって形成される。セルロースおよびヘミセルロースに由来する生成物は、水に可溶であるため、水相の中に失われる。水溶性の有機化合物を回収することができない場合には、水溶性の有機化合物が汚染の原因となる可能性がある。水からバイオ原油を分離するには、通常、蒸留を必要とする。蒸留は、エネルギーを大量に消費するプロセスである。従って、公知の方法の欠点を改善するプロセスおよびシステムを提供することが望まれている。
【0003】
〔要約〕１つの実施形態では、方法は、これらに限られないが、少なくとも１つの熱源を用いて熱エネルギーを発生させる工程；所定量の供給原料を供給する工程；所定量の超臨界流体を供給する工程；上記発生させた熱エネルギーの一部を上記所定量の超臨界流体へ移送する工程；上記所定量の超臨界流体から上記所定量の供給原料へ、上記発生させた熱エネルギーの少なくとも一部を移送する工程；および、少なくとも１種の反応生成物を形成するために、上記所定量の超臨界流体から上記所定量の供給原料へ移送された上記熱エネルギーを用いて、上記所定量の供給原料に対して熱分解プロセスを実行する工程を含む。
【0004】
１つの実施形態では、装置は、これらに限られないが、所定量の供給原料を収容するための少なくとも１つの熱化学反応チャンバーを備える熱化学変換システム；および、少なくとも１つの熱源と熱をやり取りする所定量の超臨界流体を収容する熱移送要素を備える熱エネルギー移送システムを備える。そして、上記熱エネルギー移送システムは、上記少なくとも１つの熱源から、上記少なくとも１つの熱化学反応チャンバー内に収容されている上記所定量の供給原料の少なくとも一部へ、熱エネルギーを選択的に移送するために、上記少なくとも１つの熱化学反応チャンバー内に収容されている上記所定量の供給原料の少なくとも一部と熱をやり取りする上記所定量の超臨界流体を選択的に配置するように配列される。また、上記少なくとも１つの熱化学反応チャンバーは、上記超臨界流体から移送された上記熱エネルギーを用いて、上記供給原料の少なくとも一部を少なくとも１種の反応生成物へ熱変換するように構成されている。
【0005】
１つの実施形態では、システムは、これらに限られないが、少なくとも１つの熱源；所定量の供給原料を収容するための少なくとも１つの熱化学反応チャンバーを備える熱化学変換システム；および、少なくとも１つの熱源と熱をやり取りする所定量の超臨界流体を収容する熱移送要素を備える熱エネルギー移送システムを備える。そして、上記熱エネルギー移送システムは、上記少なくとも１つの熱源から、上記少なくとも１つの熱化学反応チャンバー内に収容されている上記所定量の供給原料の少なくとも一部へ、熱エネルギーを選択的に移送するために、上記少なくとも１つの熱化学反応チャンバー内に収容されている上記所定量の供給原料の少なくとも一部と熱をやり取りする上記所定量の超臨界流体を選択的に配置するように配列される。
【0006】
前述の内容に加えて、様々な他の方法、および／またはシステム、および／または装置の態様が、教示（例えば、本開示のテキスト（例えば、特許請求の範囲、および／または詳細な説明）、および／または図面）の中で説明され、記載される。
【0007】
前述の記載は、概要であるがゆえに、詳細の簡単化・一般化・包含・および／または省略を含み得る。よって、概要は例示されるだけでなく、なんらかの制限を意図されていないと、当業者は解するだろう。装置および／もしくは工程のその他の態様・特徴・利点、並びに／またはその他の本明細書に記載された主題が、本願明細書の説明により明らかになるだろう。
【0009】
図１Ｂは、実施形態に基づく、炭素質の供給原料を反応生成物に熱化学変換するシステムのブロック図である。
【0010】
図１Ｃは、実施形態に基づく、炭素質の供給原料を反応生成物に熱化学変換するシステムのブロック図である。
【0011】
図１Ｄは、実施形態に基づく、炭素質の供給原料を反応生成物に熱化学変換するシステムのブロック図である。
【0012】
図１Ｅは、実施形態に基づく、炭素質の供給原料を反応生成物に熱化学変換するシステムのブロック図である。
【0013】
図２は、炭素質の供給原料を反応生成物に熱化学変換する方法のハイレベルフローチャートである。
【0015】
〔詳細な説明〕以下の詳細な説明においては、本願明細書の一部を構成している添付の図面を参照する。図面においては、基本的に、文脈上そうでないことが明らかでない限り、同様の符号が同様の部材を表している。詳細な説明、図面および特許請求の範囲に記載されている典型的な実施形態は制限を意味しない。本願において示されている主題の精神または範囲から逸脱しない限り、他の実施形態が用いられてもよいし、その他の変更が加えられてもよい。
【0017】
図１Ａおよび図１Ｂは、炭素質の物質を１種以上の反応生成物へ変換するためのシステム１００のブロック図を示している。１つの実施形態では、システム１００は、熱化学変換システム１０２を備える。１つの実施形態では、熱化学変換システム１０２は、熱化学反応チャンバー１０４（例えば、熱分解反応チャンバー）を備える。熱化学反応チャンバー１０４は、所定量の供給原料物質１０５（例えば、炭素質の物質）を収容するのに適している。また、熱化学反応チャンバー１０４は、供給原料物質を１種以上の生成物（例えば、これらに限られないが、ガス、原油、またはタール）へ変換するのに適している。
【0018】
他の実施形態では、システム１００は、１つ以上の熱源１０８を備える。他の実施形態では、システム１００は、１つ以上の熱源１０８から、熱化学反応チャンバー１０４内に収容されている所定量の供給原料１０５へ、熱エネルギーを移送するための熱エネルギー移送システム１０６を備える。１つの実施形態では、熱エネルギー移送システム１０６は、１つ以上の熱源と熱をやり取り（例えば、直接的なまたは間接的な熱のやり取り）する所定量の超臨界流体を収容する熱移送要素１０７を備える。例えば、熱移送要素１０７は、これらに限られないが、熱移送ループ、熱移送線などを備えていてもよい。例えば、熱移送要素１０７は、これに限られないが、１つ以上の熱源１０８の１つ以上の部分と熱を、（例えば、直接的にまたは間接的に）やり取りするように配置された超臨界流体（例えば、超臨界二酸化炭素）が注入された熱移送ループを備えてもよい。
【0019】
１つの実施形態では、熱エネルギー移送システムは、熱化学反応チャンバー内に収容されている所定量の供給原料と熱をやり取りする所定量の超臨界流体を選択的に配置するように配列されている。この点について、熱エネルギー移送システム１０６は、１つ以上の熱源１０８から少なくとも１つの熱化学反応チャンバー１０４内に収容されている所定量の供給原料１０５へ、選択的に熱エネルギーを移送してもよい。他の実施形態では、熱化学反応チャンバー１０４は、超臨界流体を介して供給原料へ移送された熱エネルギーを用いて、供給原料１０５の少なくとも一部を１種以上の反応生成物へ熱化学的に変換してもよい（例えば、熱分解を介した変換、液化を介した変換など）。
【0020】
システム１００の超臨界流体は、１つ以上の熱源１０８から熱化学反応チャンバー１０４内に収容されている供給原料１０５へエネルギーを移送するのに適している公知の任意の超臨界流体を含んでもよい。１つの実施形態では、超臨界流体は、これに限られないが、超臨界二酸化炭素を含む。他の実施形態では、超臨界流体は、これらに限られないが、水、メタノール、エタノール、プロパノール、アセトンを含んでいる。他の実施形態では、超臨界流体は、熱移送要素１０７および熱化学反応チャンバー１０４のうちの少なくとも一方の中で加圧され、高圧になっている。
【0021】
本明細書では、システム１００の超臨界流体（例えば、これに限られないが、ＣＯ２）は、粘性および表面張力が低いので、超臨界流体は、容易に有機物質（例えば、バイオマス材料）に浸透することができることに留意されたい。超臨界流体が供給原料１０５内に浸透することにより、熱化学反応の前に供給原料１０５を微粒子に変換する必要を削減することができる。従って、供給原料物質の反応におけるエネルギーを削減することができる。１つの実施形態では、超臨界流体が超臨界ＣＯ２である場合には、超臨界流体は、超臨界流体の臨界圧力（７２．９ａｔｍ）および臨界温度（３０４Ｋ）よりも加圧される。本明細書中では、上記の条件以上では、有機溶媒（例えば、ヘキサン、メタノールおよびエタノール）と同様に、ＣＯ２は独特の溶解特性を示すことに留意されたい。超臨界ＣＯ２は無極性であるので、水の環境において通常起こってしまう望ましくないイオン性の二次反応を制御しやすくなる。さらに、システムが臨界条件未満に減圧されると、ＣＯ２は揮発する。これにより、水の含有量が少ない原油を回収しやすくなる。さらに、これにより、液化および／または熱分解の後の反応生成物−超臨界流体を分離する（本明細書でさらに説明する）の間のエネルギー消費を大幅に削減することができる。さらに、本明細書中では、システム１００の超臨界流体を介した液化手段は、加熱および加圧したＣＯ２を供給原料物質１０５に適用することにより、反応条件（例えば、時間、圧力、および温度）をより一層制御することができるので、高価値な標的化学化合物または燃料中間体をより一層選択することができることに留意されたい。
【0022】
他の実施形態では、反応を抑えるためにより低温の超臨界流体を熱化学反応チャンバー１０４へ注入する、または反応を促進するためにより高温の超臨界流体を熱化学反応チャンバー１０４へ注入することによって、超臨界流体（例えば、超臨界ＣＯ２）は、温度および反応時間の強い制御を提供することができる。さらに、多くの超臨界流体（例えば、超臨界ＣＯ２）は、効率的に圧縮させることができるので、熱化学反応チャンバー１０４内の圧力条件もまた、熱化学反応チャンバー１０４内の熱化学反応を制御するために使用することができると認められる。
【0023】
さらに、本明細書中では、超臨界流体は、液化および／または熱分解の前に、供給原料１０５を乾燥させるために使用してもよいことに留意されたい。例えば、超臨界流体がｓＣＯ２である場合には、液化および／または熱分解の前に、超臨界流体は、供給原料物質１０５を乾燥させ、余分な水および不純物を取り除くことができる。さらに、本明細書中では、供給原料を乾燥させることにより、１種以上の反応生成物を水素化処理するため、および／または水素化分解するために必要となる水素の量を削減することができることに留意されたい。
【0024】
他の実施形態では、超臨界流体への１種以上の反応生成物（例えば、バイオ原油（バイオオイル））の溶解度は、超臨界流体中に極性物質を添加または超臨界流体中の極性物質を除去することにより制御される。例えば、超臨界二酸化炭素への１種以上の原油の溶解度は、極性分子（例えば、これらに限られないが、Ｈ２、Ｈ２Ｏ、アルコールなど）を含む１種以上の物質を添加／除去することにより制御されてもよい。他の例として、供給原料物質が石炭を含む場合には、超臨界ＣＯ２への１種以上の原油の溶解度は、水素供与性分子（例えば、これらに限られないが、Ｈ２、Ｈ２Ｏ、およびその他の公知の水素供与性溶媒）を含む１種以上の物質を添加／除去することにより制御されてもよい。
【0025】
本明細書中では、熱化学反応チャンバー１０４内に収容されている供給原料１０５は、十分に水分を含んでおり、極性を有しているので、１種以上の反応生成物（例えば、バイオ原油）を超臨界流体に十分に溶解させることができると認められる。本明細書中でさらに検討するように、供給原料の「乾燥（dryness）」は、熱化学変換システム１０２によって制御されてもよい（例えば、乾燥機１３４によって制御されてもよい）。これにより、熱化学変換システム１０２は、１種以上の反応生成物を超臨界流体に十分に溶解させるための十分なレベルに、供給原料１０５内の水分量レベルを維持することができる。
【0026】
他の実施形態では、超臨界流体は、システム１００における１種以上の物理的または熱化学的な反応を促進させるための１種以上の物質を含んでもよい。例えば、超臨界流体は、１種以上の触媒（例えば、これらに限られないが、金属、金属塩、有機物）を含んでもよい。他の例として、超臨界流体は、１種以上の溶質（例えば、これらに限られないが、アルコール、原油、水素、炭化水素）を含んでもよい。
【0027】
１つ以上の熱源１０８は、選択された温度（例えば、高速熱分解に適した温度（例えば、３５０〜６００℃））まで、供給原料１０５を加熱するために十分な熱エネルギーを供給するのに適している公知の任意の熱源を含んでもよい。
【0028】
１つの実施形態では、１つ以上の熱源１０８は、ＣＯ２を排出しない熱源を含んでもよい。１つの実施形態では、１つ以上の熱源１０８は、１つ以上の原子炉を含んでもよい。１つ以上の熱源１０８は、公知の任意の原子炉を含んでもよい。例えば、１つ以上の熱源１０８は、液体金属冷却型原子炉、溶融塩冷却型原子炉、高温水冷却型原子炉、ガス冷却型原子炉などを含んでもよい。他の例として、１つ以上の熱源１０８は、プール型原子炉を含んでもよい。他の例として、１つ以上の熱源１０８は、モジュール炉を含んでもよい。
【0029】
本明細書中では、原子炉は、供給原料１０５の熱分解（例えば、高速熱分解）を実行するのに十分な温度を発生させることができることが認められる。例えば、原子炉熱源は、３５０〜６００℃を超える温度を発生させてもよい。この点について、原子炉は、熱エネルギー（例えば、３５０〜６００℃を超える温度において）を超臨界流体（例えば、超臨界ＣＯ２）へ移送するために使用してもよい。続けて、超臨界流体は、原子炉で発生した熱エネルギーを、熱化学反応チャンバー１０４内に収容されている供給原料１０５へ移送してもよい。
【0030】
さらに、本明細書中では、システム１００の熱化学反応温度は、多くの原子炉の運転温度の範囲に入っているので、原子炉熱源は、システム１００との関連において熱源として特に有利であることが認められる。原子炉は、熱化学変換の反応温度で運転されている（すなわち、熱化学反応温度で加えられる熱は必要な反応エンタルピーを供給する）ので、原子炉の熱は、熱化学反応チャンバー１０４において反応生成物（例えば、バイオ原油）を高効率で生成するために、使用することができる。
【0031】
１つの実施形態では、システム１００の超臨界流体は、システム１００の熱化学変換システム１１２を駆動する原子炉の運転において安全機構としての機能を果たす。一例として、超臨界二酸化炭素は、１つ以上の貯蔵容器（図示せず）またはタンク（図示せず）に貯蔵されてもよい。本明細書では、上記のように貯蔵された超臨界二酸化炭素は、熱的なダッシュポットとして作用することにより、反応炉と熱化学変換システム１０２との間に設けられた熱緩衝剤として、使用することができることに留意されたい。他の実施形態では、超臨界流体は、熱機械回転機（例えば、タービン）の中へ排出するのに適した温度および圧力で貯蔵されてもよい。このように、圧縮したＣＯ２によって選択された量の仕事を発生させて、安全システム（例えば、フローバルブ、安全バルブ、遮断弁、ポンプなど）に機械的または電気的な動力を提供してもよい。
【0032】
１つの実施形態では、図１Ａに示すように、熱エネルギー移送システム１０６は、１つ以上の熱源１０８から熱移送要素１０７の所定量の超臨界流体へ、直接熱エネルギーを移送するように構成された直接熱交換システムを備える。例えば、熱移送要素１０７は、１つ以上の熱源１０８の一部と直接熱をやり取りするように配置されてもよい。例えば、１つ以上の熱源１０８が原子炉を備える場合には、原子炉の１つ以上の冷却システムは、熱エネルギー移送システム１０６と一体化されてもよい。この点について、原子炉は、１つ以上の冷却システムにおいて超臨界流体を使用してもよく、これにより、１つ以上の冷却システムは、熱化学反応チャンバー１０４に直接連結されてもよい。例えば、原子炉の一次冷却ループまたは中間冷却ループは、超臨界流体（例えば、超臨界ＣＯ２）からなる冷却流体を含んでいてもよい。さらに、原子炉の冷却ループの超臨界流体が熱化学反応チャンバー１０４内に収容されている供給原料物質１０５と混合されるように、原子炉の冷却ループは、熱エネルギー移送システム１０６を介して、熱化学反応チャンバー１０４と直接連結されてもよい。続けて、原子炉から供給原料物質１０５へ熱エネルギーを移送すると、熱エネルギー移送システム１０６は、リターンパス１１８を介して、超臨界流体冷却材を、原子炉に循環させてもよい。さらに、本明細書中では、供給原料および／または反応生成物が原子炉の冷却システムに移送されることを防ぐために、熱エネルギー移送システム１０６が任意の数の濾過要素を備えてもよいことが意図される。
【0033】
他の実施形態では、図１Ｂに示すように、熱エネルギー移送システム１０６は、間接熱交換システムを備えてもよい。１つの実施形態では、間接熱交換システムは、１つ以上の熱源１０８から熱移送要素１０７内に収容されている所定量の超臨界流体へ間接的に熱エネルギーを移送するように構成されている。１つの実施形態では、間接熱交換システムは、中間熱移送要素１１１を備える。中間熱移送要素１１１は、１つ以上の熱源１０８から中間熱移送要素１１１へ熱エネルギーを移送するように構成されている。続けて、中間熱移送要素１１１は、中間熱移送要素１１１から熱移送要素１０７内に収容されている所定量の超臨界流体へ熱エネルギーを移送してもよい。
【0034】
１つの実施形態では、中間熱移送要素１１１は、中間熱移送ループ１１３と、１つ以上の熱交換器１１５、１１７とを備えてもよい。１つの実施形態では、中間熱移送ループ１１３は、熱エネルギーを移送するのに適している公知の任意の作動流体を備えてもよい。例えば、中間熱移送ループ１１３の作動流体は、これらに限られないが、液体の塩、液体金属、ガス、超臨界流体（例えば、超臨界ＣＯ２）、または水を含んでもよい。
【0035】
他の実施形態では、中間熱移送要素１１１は、１つ以上の熱源１０８の一部および中間熱移送ループ１１３と熱をやり取りする第１熱交換器１１５を備えてもよい。他の実施形態では、間接熱交換システム１１１は、中間熱移送ループ１１３および熱移送要素１０７と熱をやり取りする第２熱交換器１１７を備えてもよい。例えば、１つ以上の熱源１０８が原子炉を備える場合には、原子炉（例えば、溶融塩冷却型原子炉、液体金属冷却型反応炉、ガス冷却型反応炉、または超臨界流体冷却型反応炉）の１つ以上の冷却システム（例えば、一次冷却システム、中間冷却システム、または三次冷却システム）は、第１交換器１１５を介して、中間熱移送ループ１１３と連結してもよい。続けて、第１熱交換器１１５を介して原子炉から中間熱移送ループ１１３へ熱エネルギーを移送すると、中間熱移送ループ１１３は、第２熱交換器１１７を介して中間移送ループ１１３から熱移送要素１０７内に収容されている超臨界流体へ、原子炉で発生した熱エネルギーを移送してもよい。
【0036】
さらに、本明細書で上述したように、熱移送システム１０６の熱移送要素１０７は、熱移送要素１０７内に収容されている超臨界流体を、熱化学反応チャンバー１０４内に収容されている供給原料物質１０５と混合してもよい。続けて、中間熱移送システム１１１および熱交換要素１０７を介して原子炉から供給原料物質１０５へ熱エネルギーを移送すると、熱エネルギー移送システム１０６は、リターンパス１１８を介して超臨界流体冷却材を再循環させてもよい。
【0037】
本明細書中では、１つ以上の熱源１０８と供給原料１０５との間の直接的および間接的な連結に関する上述の説明は、限定するものではなく、単に説明する目的のために提供されることに留意されたい。本明細書中では、一般的な意味において、１つ以上の熱源（例えば、原子炉）と熱化学反応チャンバー１０４との間の一体化は、１つ以上の熱源１０８の一次熱移送システム、中間熱移送システム、または三次熱移送システム（例えば、冷却システム）から、熱化学変換システム１０２の作動流体（例えば、超臨界ＣＯ２）へ熱を移送することによって生じさせてもよいことが認められる。さらに、本明細書中では、上述の一体化は、公知の任意の熱移送システムまたは装置（例えば、これらには限られないが、１つ以上の熱移送回路、１つ以上のヒートシンク、１つ以上の熱交換器など）を使用することによって実施されてもよいことが認められる。
【0038】
１つの実施形態では、熱エネルギー移送システム１０６は、フロー制御システム１１０を備える。フロー制御システム１１０は、熱化学反応チャンバー１０４内に収容されている所定量の供給原料と熱をやり取りする超臨界流体を選択的に配置するように配列されてもよい。この点について、フロー制御システム１１０は、１つ以上の熱源１０８から熱化学反応チャンバー１０４に収容されている所定量の供給原料へ、選択的に熱エネルギーを移送してもよい。例えば、フロー制御システム１１０は、熱移送要素１０７を介した超臨界流体のフローを制御するために、熱移送要素１０７（例えば、熱移送ループ）に沿って配置されてもよい。この点について、フロー制御システム１１０は、所定量の供給原料１０５への超臨界流体のフローを制御することにより、供給原料１０５への熱エネルギーの移送を制御してもよい。
【0039】
フロー制御システム１１０は、第１位置から第２位置への超臨界流体のフローを制御するのに適している公知の任意のフロー制御システムを備えてもよい。例えば、フロー制御システム１１０は、これらに限られないが、熱移送要素１０７と動作可能に連結されており、熱移送要素１０７を介したフローを実行および停止するのに適している１つ以上のバルブを備えてもよい。例えば、フロー制御システム１１０は、手動で制御するバルブ、バルブ／バルブ作動装置などを備えてもよい。
【0040】
他の実施形態では、フロー制御システム１１０は、１つ以上の熱源１０８から電気発生システム１１４に熱エネルギーを結合させてもよい。例えば、フロー制御システム１１０は、熱源１０８が発生させた熱を、タービン電気システムおよび熱化学変換システム１０２に同時に結合させるように設けてもよい。１つの実施形態では、熱化学変換システム１０２は、複合バッチタイプ反応システムを備えてもよい。複合バッチタイプ反応システムは、１つ以上の熱源１０８（例えば、原子炉）から熱を受け取ってもよい。このように、複合バッチ処理を同時にまたは順番に実行させることができ、これにより、全ての熱的要求および供給原料の変換の要求に対処することができる。他の実施形態では、１つ以上のタービン電気システムに、熱を結合させながら、１つ以上の連続熱化学反応炉へ熱が移送されてもよい。
【0041】
１つの実施形態では、システム１００は、供給原料供給システム１１２を備える。１つの実施形態では、供給原料供給システム１１２は、熱化学変換システム１０２の熱化学反応チャンバー１０４と動作可能に連結している。他の実施形態では、供給原料供給システム１１２は、熱化学反応チャンバー１０４の内部へ所定量の供給原料物質１０５を供給する。供給原料供給システム１１２は、１つ以上の供給原料源から熱化学反応チャンバー１０４の内部へ、選択した量の供給原料物質（例えば、固体物質、粒状物質または液体物質）を移送するのに適している公知の任意の供給システムを備えてもよい。例えば、供給原料供給システム１１２は、これらに限られないが、コンベヤシステム、流体移送システムなどを備えてもよい。
【0042】
供給原料物質１０５は、公知の任意の炭素質の物質を含んでもよい。例えば、供給原料物質１０５は、これらに限られないが、石炭、バイオマス、混合原料のバイオマテリアル、泥炭、タール、プラスチック、廃棄物、および埋立廃棄物を含んでもよい。例えば、供給原料が石炭である場合には、供給原料は、これらに限られないが、軟炭、亜瀝青炭、亜炭、無煙炭などを含んでもよい。他の例として、供給原料がバイオマスである場合には、供給原料は、木材（例えば、これらに限られないが、針葉樹または広葉樹）を含んでもよい。
【0043】
本明細書中では、温度、圧力、反応時間、前処理の選択、および後の有機生成物の製造の選択を制御することができるので、多様な種類の炭素質の供給原料を、システム１００内で利用することができることに留意されたい。さらに、異なる種類の供給原料を同時に利用する、または異なる種類の供給原料間で切り替えることができるので、使用できる資源の利用を向上させることができ、システム全体の経済性を向上させることができる。いくつかの実施形態では、熱化学変換のために、熱化学反応チャンバー１０に、非生物由来の生成物を設置することが有用であるかもしれない。例えば、熱化学変換は、物質（例えば、プラスチック）を、代替製品または燃料へ変換することを含んでもよい。他の例として、熱化学反応チャンバー１０４は、１種以上の反応生成物または代替製品を形成し得る、供給原料物質の組み合わせを熱化学的に処理してもよい。例えば、熱化学反応チャンバー１０４は、プラスチック物質およびセルロース系物質の組み合わせから成る所定量の供給原料を、熱化学的に変換してもよい。他の例として、熱化学反応チャンバー１０４は、混合原料の物質、または混合廃棄物（例えば、廃棄物または埋立廃棄物）を、１種以上の反応生成物または代替製品へ、熱化学的に処理または変換する。
【0045】
１つの実施形態では、熱化学反応チャンバー１０４は、供給原料１０５に対して熱分解反応を実行するように構成されている。他の実施形態では、熱化学反応チャンバー１０４は、熱分解チャンバーを備える。他の実施形態では、熱化学反応チャンバー１０４は、不燃焼性または低燃焼性の熱分解チャンバーを備える。システム１００の熱分解チャンバーは、酸素非存在下、または低酸素環境下において、有機分子の熱化学分解を実行するのに適している任意の熱化学反応チャンバーを包含してもよい。
【0046】
１つの実施形態では、熱化学反応チャンバー１０４は、供給原料１０５（例えば、バイオマス）を、反応生成物（例えば、バイオ原油（例えば、さらに液体燃料を製造するように改良することができるバイオ原油）、揮発性のガス、または炭化物）へ変換するのに適している高速熱分解反応炉を備える。高速熱分解反応炉は、約２秒の間に、酸素が存在しない環境（または、酸素が削減された環境）において、有機分子の熱化学分解を実行することができる任意の熱化学反応チャンバーを備えてもよい。高速熱分解は、概して、Roel J.M. Westerhof et al. in “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に記載されており、この文献の全ては参照として本明細書に組み込まれる。熱分解および高速熱分解はまた、概して、Ayhan Demirbas et al. in “An Overview of Biomass Pyrolysis,” Energy Sources, Volume 24 Issue 3 (2002), pp. 471-482にも記載されており、この文献の全ては参照として本明細書に組み込まれる。
【0047】
他の実施形態では、熱化学反応チャンバー１０４は、供給原料１０５（例えば、バイオマス）を、反応生成物（例えば、バイオ原油（例えば、さらに液体燃料を製造するように改良することができるバイオ原油）、揮発性のガス、または炭化物）へ変換するのに適している超臨界熱分解反応炉を備える。本開示の目的に関して、「超臨界熱分解反応炉」は、超臨界流体から供給された熱エネルギーを使用して供給原料物質の熱分解反応を実行するのに適している任意の反応炉、反応槽、または反応チャンバーを包含していると解釈される。他の実施形態では、熱化学反応チャンバー１０４は、これに限られないが、流動床反応炉を備えてもよい。
【0048】
システム１００の熱分解反応（またはその他の熱分解プロセス）を促進させるための熱エネルギーを供給するために、原子炉などの外部熱源（例えば、熱源１０８）を採用することにより、供給原料の燃焼を回避する、または少なくとも削減することができる。さらに、本明細書中で上述したように、超臨界流体（例えば、超臨界ＣＯ２）を使用することにより、通常、燃焼により促進される熱分解反応付随する過剰な温度上昇を伴わずに、供給原料物質における熱分解を促進することができる。燃焼により促進される熱分解反応では、通常、炭化物が発生し、その結果、原油製品の変換効率を減少させてしまう、より軽い芳香族炭化水素が発生してしまう。
【0049】
１つの実施形態では、熱化学反応チャンバー１０４は、熱移送要素１０５内に収容されている所定量の超臨界流体から移送された熱エネルギーを使用して、３５０℃から６００℃の間の温度で、供給原料１０５を１種以上の反応生成物に熱分解するための熱分解反応チャンバー（例えば、高速熱分解反応炉または超臨界熱分解反応炉）を備えてもよい。例えば、熱化学反応チャンバー１０４は、熱移送要素１０７内に収容されている所定量の超臨界流体を介して原子炉から移送された熱エネルギーを使用して、約３５０℃から６００℃の間の温度で、供給原料１０５を熱分解するための高速熱分解反応チャンバーを備えてもよい。他の例として、熱化学反応チャンバー１０４は、これに限られないが、熱移送要素１０５内に収容されている所定量の超臨界流体を介して原子炉から移送された熱エネルギーを使用して、約３５０℃から６００℃の間の温度で、供給原料１０５を熱分解するための超臨界熱分解反応炉を備えてもよい。
【0050】
他の実施形態では、熱化学反応チャンバー１０４は、供給原料１０５に対して液化プロセスを実行するように構成される。液化は、複合有機物質（例えば、炭素質のバイオマス材料）を生成物（例えば、バイオ原油）へ分解させる一般的な分解を起こす、一連の構造的および化学的プロセスを通常含んでもよいことを、当業者は分かるであろう。液化は、これらに限られないが、加溶媒分解、解重合、熱分解、水素化分解、および／または水素付加を含んでもよい。バイオマスの液化は、概して、Ralph P. Overend et al. (eds.) in “Biomass Liquefaction: An Overview,” Fundamentals of Thermochemical Biomass Conversion, Elsevier Applied Science Publishers LTD., 1985, pp. 967-1002に記載されており、この文献の全ては参照として本明細書に組み込まれる。
【0051】
他の実施形態では、熱化学反応チャンバー１０４は、超臨界流体を介して熱移送要素１０７から熱化学反応チャンバー１０４へ供給された熱エネルギーを使用して、供給原料１０５に対して液化処理を実行するための液化チャンバーを備える。一例として、熱化学反応チャンバー１０４は、これに限られないが、超臨界液化反応炉を備えてもよい。本開示の目的に関して、「超臨界液化反応炉」は、超臨界流体を使用して、供給原料物質に対して液化プロセスを実行するのに適している任意の反応炉、反応槽、または反応チャンバーを包含していると解釈される。
【0052】
本明細書中で上述したように、いくつかの超臨界流体（例えば、超臨界ＣＯ２）は、粘性および表面張力が低いので、これらの超臨界流体は、有機物質に浸透することができる。さらに、本明細書中では、所定の超臨界流体による有機物質の浸透によって、反応のためにバイオマスを微粒子に変換する必要性を削減することができ、それゆえ、供給原料物質の反応におけるエネルギー消費を削減することができることに留意されたい。
【0053】
１つの実施形態では、熱化学反応チャンバー１０４は、超臨界流体（例えば、超臨界ＣＯ２）の存在下で、供給原料１０５に対して高温液化プロセスを実行するための液化チャンバーを備える。１つの実施形態では、熱化学反応チャンバー１０４において超臨界流体を供給原料１０５と混合することにより、超臨界流体の液化に必要な超臨界流体が、供給原料１０５へ移送される。超臨界流体は、供給原料物質１０５への熱移送、および細胞レベルにおける供給原料物質との物理的な相互作用を共に提供する。１つの実施形態では、熱化学反応チャンバー１０４は、超臨界流体の存在下、３００〜５００℃の範囲の温度で、供給原料１０５に対して液化プロセスを実行してもよい。
【0054】
１つの実施形態では、熱化学反応チャンバー１０４は、供給原料物質（例えば、バイオマス供給原料物質）のセルロース系物質を分解することを含む液化工程を実行してもよい。本明細書中では、上述のセルロース系物質の分解は、供給原料物質の内部の糖の利用向上を提供する一方で、供給原料物質内のリグニン鎖およびヘミセルロース鎖の巻き込みをほどくことも提供することに留意されたい。さらに、本明細書中では、供給原料物質のセルロース系物質の分解は、供給原料物質に供給された超臨界流体を使用することにより、実行されてもよいことに留意されたい。超臨界流体が超臨界ＣＯ２である場合には、供給原料物質の細胞壁が破壊されるか、またはセルロース系物質が裂け始めるまで、超臨界ＣＯ２は、供給原料物質の細胞組織を膨張させることができる。この点について、水に溶解できる超臨界ＣＯ２は、細孔を通してリグノセルロース系バイオマスの中に拡散することができ、バイオマス材料（例えば、炭化水素）の無極性成分と選択的に反応することができる。リグノセルロース系バイオマスの細孔にトラップされることができるＣＯ２が急激に拡散することによって、バイオマスの分解を引き起こすことができる。さらに、上述のプロセスはまた、基本分子（例えば、供給原料内のリグニン鎖およびヘミセルロース鎖）の分解を引き起こすことができる。
【0055】
他の実施形態では、熱化学反応チャンバー１０４は、解重合を含む液化工程を実行してもよい。例えば、解重合は、基本分子（例えば、これらに限られないが、供給原料物質１０５内のリグニンおよびヘミセルロース（または、供給原料物質由来の中間生成物））の分解を引き起こしてもよい。例えば、システム１００の解重合に基づく液化は、分子−分子の分解、または供給原料（または、中間生成物）内の所定の分子に由来する種々の分子群の分解を引き起こしてもよい。
【0056】
他の実施形態では、熱化学反応チャンバー１０４は、熱分解を含む液化工程を実行してもよい。例えば、供給原料（または、中間生成物）の熱分解は、供給原料物質（または中間生成物）の分子内のいたる所で分子間結合の破壊（例えば、炭素−炭素結合の破壊）を引き起こしてもよい。
【0057】
他の実施形態では、熱化学反応チャンバー１０４は、液化と共に、供給原料（または、中間生成物）に対して１つ以上の抽出プロセスを実行してもよい。他の実施形態では、熱化学反応チャンバー１０４と動作可能に連結した抽出チャンバーは、液化と共に、供給原料（または、中間生成物）に対して、１つ以上の抽出プロセスを実行してもよい。１つの実施形態では、熱化学反応チャンバー１０４は、熱分解の前に、供給原料物質から余分な化合物を除去するように構成されている。例えば、熱化学反応チャンバー１０４は、原油、脂質、糖、または他の酸化化合物のうち少なくとも１つを除去するように構成されてもよい。他の実施形態では、抽出された化合物は、付加的なバイオ由来の生成物を発生させるために、収集され、貯蔵されてもよい。
【0058】
本明細書中では、供給原料物質１０５から糖を除去することが特に好都合であることに留意されたい。本明細書中では、糖が高温中においてカラメルになることにより、超臨界流体（例えば、超臨界ＣＯ２）が供給原料物質１０５のセルロース構造に浸入することを防ぐように作用する可能性があることが認められる。さらに、熱化学変換システム１０２に糖が存在すると、下流の触媒床（もしあれば）に悪影響を与える可能性もある。本明細書中では、糖を除去することにより、酸化化合物（例えば、これらに限られないが、フルフラール、ヒドロキシメタフルフラール、バニリンなど）の生成を回避することに役立つことに留意されたい。
【0059】
１つの実施形態では、熱化学変換システム１０２は、２００℃以下の温度で、供給原料１０５から物質を抽出してもよい。本明細書中では、フルクトース、スクロース、およびマルトースは、それぞれ約１８０℃以下の温度でカラメルになるので、２００℃以下の温度で糖を抽出することが有益であることに留意されたい。この点について、セルロース系物質の分解、および糖の除去を通して、超臨界流体は、熱分解中における温度上昇の前に、供給原料１０５から糖を抽出する役目を果たしてもよい。
【0060】
他の実施形態では、熱化学反応チャンバー１０４は、水素付加を含む液化工程を実行してもよい。本明細書中では、液化中において、水素付加は、１種以上の反応生成物（例えば、バイオ原油）内の擦り切れた（frayed）分子結合を修復する役目を果たしてもよく、これにより、１種以上の反応生成物を安定化させることができることに留意されたい。
【0061】
他の実施形態では、熱化学反応チャンバー１０４は、熱分解の前に、選択した乾燥レベルまで、供給原料１０５を乾燥させるように構成されている。他の実施形態では、熱化学反応チャンバー１０４に動作可能に連結した乾燥機は、熱分解の前に、選択した乾燥レベルまで、供給原料１０５を乾燥させるように構成されている。例えば、熱化学反応チャンバー１０４（または、乾燥機）は、選択されたレベルまで供給原料１０５を乾燥させるために、超臨界流体を利用してもよい。例えば、熱化学反応チャンバー１０４は、５．０〜１５．０％の水分含有レベルまで供給原料１０５を乾燥させてもよい。他の例として、熱化学反応チャンバー１０４は、供給原料１０５物質の中にいくらかの量の水分が残るように、水分量を制御してもよい。例えば、供給原料１０５が松材である場合には、熱化学反応チャンバー１０４は、約７．０から５５％まで水分含有レベルを変化させてもよい。
【0062】
他の実施形態では、熱化学反応チャンバー１０４は、熱分解の前に供給原料１０５を予熱するように構成される。他の実施形態では、熱化学反応チャンバー１０４に動作可能に連結した予熱チャンバー１０４は、熱分解の前に供給原料１０５を予熱するように構成されている。例えば、熱化学反応チャンバー１０４（または、予熱チャンバー）は、液化および／または熱分解に必要な温度、または液化および／または熱分解に必要な温度付近まで、供給原料物質を予熱してもよい。
【0063】
他の実施形態では、熱化学反応チャンバー１０４は、熱分解の前に、供給原料１０５を前処理するように構成されている。例えば、熱化学反応チャンバー１０４は、液化および／または熱分解の前に、水素を用いて、供給原料物質を予め水素化処理してもよい。例えば、水素を用いて供給原料物質を予め処理することは、物質（例えば、これに限られないが、硫黄）を除去すると共に、切断されたダングリングボンドに水素を供与する（すなわち、フリーラジカルを安定化させる）役目を果たしてもよい。
【0064】
図１Ｃは、システム１００の多段式の熱化学プロセスの様々な工程を実行するための多段式のプロセスチャンバーを備える熱化学変換システム１０２を示している。１つの実施形態では、熱化学変換システムは、専用の乾燥機／予熱器１３４、液化チャンバー１３６、抽出チャンバー１３８、および熱分解チャンバー１４０を備える。
【0065】
上記の説明では、いくつかの実施形態では、熱分解反応チャンバー、液化チャンバー、抽出チャンバー、および／または乾燥機／予熱器は、別個のチャンバーとして存在してもよいと指摘したが、これは限定して解釈されるべきではないことを、出願人は強調する。むしろ、本明細書中では、単一反応チャンバーにおいて、２つ以上の熱化学工程がそれぞれ実行されてもよいことが意図される。
【0066】
１つの実施形態では、熱化学反応チャンバー１０４は、多段式の単一の熱化学反応チャンバーを備える。１つの実施形態では、熱エネルギー移送システム１０２は、複数の温度範囲にわたり超臨界流体の複数の部分を、多段式の単一の熱化学反応チャンバー内に収容されている所定量の供給原料１０５へ移送し、所定量の供給原料の少なくとも一部に対して、一連の熱化学反応プロセスを実行するように構成されている。
【0067】
他の実施形態では、熱エネルギー移送システム１０２は、第１温度範囲にある第１部分の超臨界流体を、単一の熱化学反応チャンバー１０４内に収容されている所定量の供給原料１０５へ移送し、所定量の供給原料の少なくとも一部に対して乾燥プロセスを実行するように構成されている。
【0068】
他の実施形態では、熱エネルギー移送システム１０２は、第２温度範囲にある第２部分の超臨界流体を、単一の熱化学反応チャンバー１０４内に収容されている所定量の供給原料１０５へ移送し、所定量の供給原料の少なくとも一部に対して予熱プロセスを実行するように構成されている。
【0069】
他の実施形態では、熱エネルギー移送システム１０２は、第２温度範囲にある第３部分の超臨界流体を、単一の熱化学反応チャンバー１０４内に収容されている所定量の供給原料１０５へ供給し、所定量の供給原料の少なくとも一部に対して液化プロセスを実行するように構成されている。
【0070】
他の実施形態では、熱エネルギー移送システム１０２は、第４温度範囲にある第４部分の超臨界流体を、単一の熱化学反応チャンバー１０４内に収容されている所定量の供給原料１０５へ供給し、所定量の供給原料の少なくとも一部に対して抽出プロセスを実行し、供給原料の少なくとも一部から少なくとも１種の酸化化合物を除去するように構成されている。
【0071】
他の実施形態では、熱エネルギー移送システム１０２は、第５温度範囲にある第５部分の超臨界流体を、単一の熱化学反応チャンバー１０４内に収容されている所定量の供給原料１０５へ供給し、所定量の供給原料の少なくとも一部に対して熱分解プロセスを実行するように構成されている。
【0072】
１つの実施形態では、超臨界流体（例えば、超臨界ＣＯ２）のフローおよび温度は、熱化学反応チャンバー１０４の全域で空間的に変化される。例えば、反応チャンバー１０４の全域でフローおよび／または温度を変化させるために、単一反応チャンバーに導入する前に、それぞれ異なった温度の超臨界流体の複数のフローが定められてもよい。この点について、垂直反応チャンバーにおいて、様々な熱化学段階に対応する、多数の空間位置における流速および温度が、変化されてもよい。別の例として、熱化学反応チャンバー１０４の長さ方向に沿って超臨界流体をフローさせることにより、超臨界流体の温度は、熱化学反応チャンバー１０４の長さ方向に沿って変化されてもよい。例えば、低温の超臨界ＣＯ２のフローは、糖を溶解させるために、より高温（例えば、７０〜１５０℃の間）のＣＯ２のフローと混合されてもよい。下流の他の地点（例えば、平均流速が０．２５〜４ｍ／ｓである１〜３ｍ下流）において、熱分解温度（例えば約５００℃）または熱分解温度よりも高い温度の超臨界ＣＯ２は、チャンバー内に混合される。長さによって様々な熱化学反応工程の温度を段階的に設定することにより、反応時間を制御するために流速を使用してもよい。
【0073】
さらに、２つ以上の熱化学工程（例えば、熱分解、液化、および抽出）が熱化学チャンバー１０４内で実行されると共に、追加の工程（例えば、乾燥および予熱）が熱化学反応チャンバー１０４に動作可能に連結した専用のチャンバー内で実行されることが意図される。
【0074】
図１Ａ〜１Ｅを参照すると、システム１００は、システム１００の１つ以上の実施形態に基づく、分離ユニット１１３を備える。１つの実施形態では、分離ユニット１１９は、熱化学反応チャンバー１０４に動作可能に連結しており、熱化学反応チャンバー１０４より排出された超臨界流体から、１種以上の物質を分離するように配置されている。例えば、分離ユニット１１９は、熱化学反応チャンバー１０４の排出口と流体をやり取りするように配置され、熱化学反応チャンバー１０４から排出された超臨界流体から、（供給原料物質の熱分解により生成した）１種以上の反応生成物を分離するように構成されてもよい。
【0075】
１つの実施形態では、分離ユニット１１９は、溶解度制御器を備える。例えば、溶解度制御器は、供給原料物質１０５の熱化学反応の後の超臨界流体内に含まれる１種以上の反応生成物の溶解度パラメータを制御するように構成されてもよい。１つの実施形態では、溶解度制御器は、圧力制御要素を介して圧力を変化させ、これにより、超臨界流体内の反応生成物の溶解度を制御するように構成されてもよい。例えば、超臨界流体に溶解または混入されている物質を除去および分離するために、超臨界流体（例えば、超臨界ＣＯ２）は、より低圧の超臨界状態、液体状態、または気体状態まで膨張されてもよい（例えば、膨張チャンバー内で膨張される）。例えば、バイオ原油、または水素化処理された生成物は、超臨界流体の圧力を下げることにより、所定量の超臨界流体から抽出されてもよい。これにより、バイオ原油、または水素化処理された生成物は、超臨界流体から分離される。本明細書中では、超臨界流体を超臨界状態から解除させることなく、超臨界流体の圧力を変化させることができることに留意されたい。
【0076】
他の実施形態では、溶解度制御器は、超臨界流体の温度制御要素（例えば、昇温／冷却要素）を介して温度を変化させ、これにより、超臨界流体内の反応生成物の溶解度を制御するように構成されてもよい。例えば、バイオ原油、または水素化処理された生成物は、超臨界流体の温度を変化させることにより、所定量の超臨界流体から抽出されてもよい。これにより、バイオ原油、または水素化処理された生成物は、超臨界流体から分離される。
【0077】
他の実施形態では、溶解度制御器は、超臨界流体の溶媒濃度を変化させ、これにより、超臨界流体内の反応生成物の溶解度を制御するように構成されてもよい。
【0078】
他の実施形態では、溶解度制御器は、超臨界流体中に極性物質を添加または超臨界流体中の極性物質を除去することにより、超臨界流体内の１種以上の反応生成物（例えば、バイオ原油）の溶解度を制御してもよい。例えば、超臨界二酸化炭素への１種以上の原油の溶解度は、極性分子を含む１種以上の物質を添加／除去することにより、制御されてもよい。例えば、極性分子は、これらに限られないが、Ｈ２、Ｈ２Ｏ、アルコールなどを含んでもよい。他の例として、供給原料物質が石炭を含む場合には、超臨界ＣＯ２への１種以上の原油の溶解度は、水素供与性分子を含む１種以上の物質を添加／除去することにより、制御されてもよい。例えば、水素供与性物質は、これらに限られないが、Ｈ２、Ｈ２Ｏ、およびその他の公知の水素供与性溶媒（例えば、テトラリン、テトラヒドロフルオランテン（４ＨＦＬ）、ジヒドロアントラセン（２ＨＡｎ））を含んでもよい。
【0079】
１つの実施形態では、分離ユニット１１９は、１つ以上の物理的フロー分離器を備える。例えば、１つ以上の物理的フロー分離器は、超臨界流体から１種以上の反応生成物（例えば、炭化物）を分離するように構成された１つ以上のフィルタを備えてもよい。他の例として、１つ以上の物理的フロー分離器は、密度によって、超臨界流体から１つ以上の反応生成物が分離される、密度に基づく分離器を備えてもよい。
【0080】
他の実施形態では、熱化学反応チャンバー１０４によって生成される１種以上の反応生成物は、これらに限られないが、炭化物、バイオ原油、揮発性のガスなどを含んでもよい。他の実施形態では、熱化学反応チャンバー１０４から生成される１種以上の反応生成物は、超臨界流体（例えば、超臨界ＣＯ２）に可溶である。
【0081】
他の実施形態では、システム１００は、電気発生システム１１４を備える。１つの実施形態では、電気発生システム１１４は、熱化学反応チャンバー１０４と流体をやり取りするのに配置される。他の実施形態では、電気発生システム１１４は、熱化学反応チャンバー１１４から超臨界流体を受け取り、供給原料１０５が１種以上の反応生成物に変化した後の加熱された超臨界流体を用いて、電気を発生するように構成されている。本明細書中では、熱化学反応チャンバー１０４から排出された超臨界流体（例えば、超臨界ＣＯ２）は、反応温度（例えば、熱分解反応温度）、または反応温度付近の温度を有しており、それゆえ、顕熱を含んでいる可能性があることに留意されたい。１つの実施形態では、熱化学反応チャンバー１０４から排出されると、超臨界流体は、１つ以上の熱交換器（図１Ａ〜図１Ｅには図示していない）を介して、追加の作動流体を加熱してもよい。次に、加熱された追加の作動流体は、電気を発生させるために、電気発生システム１１４の一部（例えば、タービンのローター）を駆動させてもよい。
【0082】
他の実施形態では、熱化学反応チャンバー１０４から排出されると、超臨界流体は、電気発生システム１１４の一部を直接駆動させてもよい。例えば、熱化学反応チャンバー１０４から排出されると、超臨界流体は、電気を発生させるために、タービン（または、仕事を生じさせるための他の機構）を直接駆動させてもよい。他の実施形態では、本明細書中で上述したように、１つ以上の分離ユニット１１９は、電気発生システム１１４の回転機構に導入する前に、化学反応チャンバー１０４より排出された超臨界流体から１つ以上の反応生成物を分離してもよい。
【0083】
他の実施形態では、電気発生システム１１４によって製造された電気は、システム１００の１つ以上のサブシステムを補強するために使用される。１つの実施形態では、電気発生システム１１４は、システム１００の一部と電気的に連結しており、発生させた電気の少なくとも一部を使用してシステム１００を補強するように構成されている。例えば、電気発生システム１１４は、熱化学変換システム１０２の構成要素と電気的に連結しており、発生させた電気の少なくとも一部を使用して熱化学変換システム１０２を補強するように構成されてもよい。例えば、電気発生システム１１４が形成する電気は、熱化学変換システム１０２の１つ以上の物質移送システム（例えば、供給原料供給システム）に動力を供給するために使用されてもよい。他の例では、電気発生システム１１４が形成する電気は、熱化学変換システム１０２の１つ以上の処理システムに動力を供給するために使用されてもよい。他の例では、電気発生システム１１４が形成する電気は、熱化学変換システム１０２によって使用される、または処理される物質を加熱するために使用される、１つ以上の加熱システム（例えば、予熱器の加熱要素）に動力を供給するために使用されてもよい。他の例として、電気発生システム１１４は、熱エネルギー移送システム１０６の構成要素と電気的に連結しており、発生させた電気の少なくとも一部を使用して熱エネルギー移送システム１０６を補強するように構成されてもよい。例えば、電気発生システム１１４からの電気は、熱エネルギー移送システム１０６の１つ以上のポンプに動力を供給するために使用されてもよい。
【0084】
他の実施形態では、電気発生システム１１４によって製造された電気は、外部の電力消費システムへ移送されてもよい。１つの実施形態では、電気発生システム１１４は、消費者の電気グリッドの一部と電気的に連結されており、電気グリッドに電力を供給するように構成されている。
【0085】
他の実施形態では、電気発生システム１１４によって製造された電気は、１つ以上の熱源１０８の１つ以上の運転システムに移送される。１つ以上の熱源１０８が原子炉である場合には、電気発生システム１１４は、原子炉の１つ以上の運転システムと連結しており、原子炉の１つ以上の運転システム（例えば、制御システム、安全システム、冷却システム（例えば、冷却システムのポンプ）、保安システムなど）に電力を供給するように構成されてもよい。
【0086】
他の実施形態では、システム１００は、水素発生システム（図示せず）を備える。１つの実施形態では、水素発生システムは、電気発生システム１１４（または、システム１００の他のいずれかの電気発生システム）の電気出力と電気的に連結している。例えば、電気発生システム１１４によって製造された電気は、水素発生システムに移送され、水素を発生するように構成されている。他の実施形態では、電気発生システム１１４からの電気によって発生した水素は、その後、貯蔵され、システム１００（または、他の関連システム）における水素化処理および／または水素化分解のために、利用されてもよい。
【0087】
他の実施形態では、システム１００は、急冷システム１２０を備える。１つの実施形態では、急冷システム１２０は、図１Ａ〜１Ｅに示すように、化学反応チャンバー１０２と流体をやり取りするように配置される。この点について、急冷システム１２０は、熱化学反応チャンバー１０４から反応生成物を受け取ってもよい。続けて、熱回収および／または熱遮断システム１２６を介して、熱した熱化学反応チャンバー１０４から熱を取り出してもよい。１種以上の反応生成物から熱を取り出すことにより、選択したレベルまで冷却させてもよい。本明細書中では、上述の急冷プロセスは、急速に行われてもよいし、または数秒以上行われてもよいことに留意されたい。１つの実施形態では、急冷システム１２０は、反応温度（熱分解反応において約３５０〜６００℃の温度）からバイオ原油を保持するのに適している温度（例えば、約４０〜４５℃の間の温度）へ、反応生成物を冷却してもよい。他の実施形態では、急冷システム１２０は、反応温度から水素化処理するのに適している温度（例えば、約２００〜４００℃の間の温度）および水素化分解するのに適している温度（例えば、約４００〜４５０℃の間の温度）へ、１種以上の反応生成物を冷却してもよい。
【0088】
他の実施形態では、システム１００は、熱回収システム１２６を備える。熱回収の場合には、システム１２６は、急冷システム１２０と熱回収システム１２６とを熱的に連結するように作用する熱移送ループを介して、急冷システム（または、他の任意の適切なシステム１００のサブシステム）から熱を回収してもよい。１つの実施形態では、回収した熱は、回収熱交換器または蓄熱器としての機能を果たしてもよい。１つの実施形態では、エネルギーは、電気発生システム１１４のタービンの後で、回収されてもよい。他の実施形態では、エネルギーは、チャンバー１０４によって実行される熱化学プロセスの後に、回収されてもよい。他の実施形態では、回収されたエネルギーは、熱化学処理の前に、供給原料物質を予熱するために使用されてもよい。他の実施形態では、回収されたエネルギーは、システム１００の１つ以上のサブシステムへの補助的な動力（例えば、機械的動力または電力）を製造するために使用されてもよい。
【0089】
他の実施形態では、システム１００は、熱遮断システムと連結されてもよい。１つの実施形態では、熱遮断システム（図示しない）は、周囲条件への原子力で発生した熱を遮断する。このように、多数の熱遮断システム、または多数の熱利用システムを連結させることができる。本明細書中では、上述の連結は、１つ以上の熱源１０８（例えば、原子炉）が、熱化学変換システム１０２によって利用することができる以上の熱エネルギーを供給する場合に望ましいことに留意されたい。他の実施形態では、熱遮断の連結は、熱システム全体の熱源１０８側（例えば、原子炉側）における熱変動を平坦化するために使用されてもよい。他の実施形態では、原子炉に基づく熱源である場合には、熱遮断の連結は、周囲条件への原子力によって発生した熱の一部を除去するための熱経路を確保するために使用されてもよい。上述の原子力によって発生した熱の一部は、運転停止した後すぐに、または運転停止した後の望ましい時間内に、原子力システムが製造することができる反応炉の崩壊熱の量に比例する、または反応炉の崩壊熱の量と同じであってもよい。
【0090】
他の実施形態では、システム１００は熱化学処理システム１２２を備える。１つの実施形態では、熱化学処理システム１２２は、１種以上の反応生成物に対して処理プロセスを実行してもよい。他の実施形態では、熱化学処理システム１２２は、急冷プロセスの後の１種以上の反応生成物を熱化学的に処理する。１つの実施形態では、熱化学処理システム１２２は、１種以上の反応生成物に対して水素化処理または水素化分解プロセスを実行してもよい。他の実施形態では、１つ以上の熱源１０８からの熱エネルギーは、処理システム１２２によって実行される水素化処理および／または水素化分解を促進させてもよい。他の実施形態では、熱化学反応プロセスおよび次の処理の間にシステム１００によって発生した水素は、１種以上の反応生成物を水素化処理または水素化分解するために利用されてもよい。
【0091】
他の実施形態では、システム１００は、１種以上の反応生成物、または１種以上の処理された反応生成物を貯蔵するための１つ以上の貯蔵システム１２４を備える。
【0092】
図１Ｄは、システム１００の１つの実施形態に基づく、システム１００の揮発性ガス分離器１２６を示している。１つの実施形態では、揮発性ガス分離器１２６は、反応チャンバー１０４または急冷システム１２０から所定量の反応生成物を受け取ってもよい。他の実施形態では、揮発性ガス分離器１２６は、１種以上の反応生成物の残留物から、１種以上の揮発性ガスを分離してもよい。例えば、揮発性ガス分離器１２６は、固体または液体の反応生成物から、揮発性ガス（例えば、これらに限られないが、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ４、Ｃ２Ｈ６、ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２、Ｈ２Ｏ）を分離してもよい。本明細書中では、揮発性ガス分離器１２６は、公知の任意の揮発性ガス分離装置または揮発性ガス分離プロセスを備えてもよいことに留意されたい。さらに、これらのガスは、後の利用のために、冷却、浄化、収集、および貯蔵されてもよいことが認められる。揮発性ガスは、本開示において記載した様々な熱化学工程（例えば、水素化処理、および／または水素化分解）のいずれか１つのために水素源を提供するために、製造されてもよい。
【0093】
他の実施形態では、システム１００は、ガス分離器１２６からの揮発性ガスを改質するため、および／またはＨ２を製造するための改質システム１２８を備える。１つの実施形態では、改質システム１２８は、外部燃料供給部１３０と連結されている。この点に関して、外部燃料供給部１３０は、改質された合成ガス（すなわち、合成ガス）および／またはＨ２を生成するために、揮発性ガスに外部燃料を補充してもよい。例えば、外部燃料供給部１３０は、合成ガスおよび／またはＨ２を生成するために、炭化水素（例えば、メタン、天然ガスなど）、水、蒸気、熱、および／または電気を、揮発性ガスに供給してもよい。
【0094】
他の実施形態では、改質された揮発性ガスは、システム１００内の１つ以上のプロセスを向上させるために、システム１００の１つ以上の部分に移送されてもよい。例えば、改質された揮発性ガスは、熱化学変換システム１０２の１つ以上の部分（例えば、熱化学反応チャンバー１０４）へ移送されてもよい。これにより、１種以上の化合物を揮発させること、または、１つ以上の熱化学反応（例えば、液化、抽出、熱分解などの間に起こる熱化学反応）から製造される１種以上の化合物を水素化することができる。他の例として、改質された揮発性ガスは、酸素および／または空気と混合され、電気発生システム（例えば、システム１１４、システム１３２など）へ供給され、電気発生システム（例えば、電気発生システム１１４のタービン）における膨張の前に選択された流体の流れに熱を加えるために燃焼されてもよい。
【0095】
他の実施形態では、図１Ｅに示すように、システム１００は、追加の電気発生システム１３２を備えてもよい。１つの実施形態では、追加の電気発生システム１３２は、顕熱を得ることができる熱化学変換システム１０２のいずれかの部分と連結されてもよい。例えば、図１Ｅに示すように、電気発生システム１３２は、急冷システム１２０と熱回収システム１２６との間の熱移送ループに連結されてもよい。
【0096】
以下は、複数の実施を描写している一連のフローチャートである。理解を容易にするために、フローチャートは、最初のフローチャートが一例の実施を介して複数の実施を表し、その後に続くフローチャートが、以前に表されている１つ以上のフローチャートに基づくサブコンポネントの動作または付加的な構成要素の動作のいずれかとして、最初の（複数の）フローチャートの代替の実施および／または展開を表すように整理されている。当業者は、本明細書に利用されている説明の様式（例えば、一例の実施を表す（複数の）フローチャートの提示を用いて始め、それに続くフローチャートにおいて追加および／またはさらなる詳細を与えている）が種々のプロセス実現の容易な早い理解を一般的に可能にすることを適切に理解する。さらに、当業者は、本明細書に使用されている説明の様式がまた、モジュール型および／またはオブジェクト指向型プログラムの設計パラダイムに自身を十分に適合させることを適切にさらに理解する。
【0097】
図２は、供給原料を反応生成物へ変換する熱化学変換の実行に関連する工程例を表す工程フロー２００を示している。工程フローの様々な実施例を含む図２および図２以降の図面での検討および説明は、上述した図１Ａから図１Ｅの実施例に対して、および／または他の実施例と状況とに対して、提供されてもよい。しかしながら、工程フローは、多数の他の環境および状況において、および／または図１Ａ〜図１Ｅを改良した変形例において、実行されてもよいことが理解されるべきである。また、様々な工程フローは、例示された順序で提示しているが、様々な工程は、例示している順序以外の順序で行ってもよいし、または、同時に行ってもよいことが理解されるべきである。
【0098】
開始動作の後に、工程フロー２００は、エネルギー発生工程２１０へ移行する。エネルギー発生工程２１０は、少なくとも１つの熱源１０８を用いて、熱エネルギーを発生させることを示す。例えば、図１Ａ〜図１Ｅに示すように、１つ以上の熱源１０８は、熱エネルギーを発生させてもよい。例えば、１つ以上の熱源１０８は、これには限られないが、１つ以上の原子炉（例えば、これらに限られないが、溶融塩冷却型原子炉、液体金属冷却型反応炉、ガス冷却型反応炉、または、超臨界流体冷却型反応炉）を含んでもよい。
【0099】
次に、供給原料供給工程２２０は、所定量の供給原料を提供することを示す。例えば、図１Ａ〜図１Ｅに示すように、供給原料供給システム１１２は、所定量の供給原料１０５を、１つ以上の熱化学反応チャンバー１０４へ供給してもよい。例えば、供給原料供給システム１１２は、供給する供給原料を１つ以上の熱化学反応チャンバー１０４へ移送するための固体または液体移送システムを備えてもよい。
【0100】
次に、超臨界流体供給工程２３０は、所定量の超臨界流体を供給することを示す。例えば、図１Ａ〜図１Ｅに示すように、所定量の超臨界流体は、熱エネルギー移送システム１０６の熱移送要素１０７内に供給され、貯蔵されてもよい。例えば、超臨界流体は、これらに限られないが、超臨界二酸化炭素および超臨界水を含んでもよい。
【0101】
次に、熱移送工程２４０は、発生した熱エネルギーの一部を所定量の超臨界流体へ移送することを示す。例えば、図１Ａ〜図１Ｅに示すように、１つ以上の熱源１０８によって発生した熱エネルギーは、熱エネルギー移送システム１０６の熱移送要素１０７内に収容されている超臨界流体へ移送されてもよい。
【0102】
次に、エネルギー移送工程２５０は、所定量の超臨界流体から所定量の供給原料へ、発生した熱エネルギーの少なくとも一部を移送することを示す。例えば、図１Ａ〜図１Ｅに示すように、熱エネルギー移送システム１０６の熱移送要素１０７内に収容されている超臨界流体内に蓄積された熱エネルギーは、熱化学反応チャンバー１０４内に収容されている供給原料物質１０５へ移送されてもよい。
【0103】
次に、熱分解工程２６０は、少なくとも１種の反応生成物を形成するために、所定量の超臨界流体から所定量の供給原料へ移送された熱エネルギーを用いて、所定量の供給原料に対して熱分解プロセスを実行することを示す。例えば、図１Ａ〜図１Ｅに示すように、熱移送要素１０７は、超臨界流体を、熱化学反応チャンバー１０４内に収容されている供給原料物質へ供給してもよい。超臨界流体の浸透および膨張特性と共に、超臨界流体に蓄積されている熱エネルギーによって、供給原料１０５の一部を熱分解し、１種以上の反応生成物（例えば、バイオ原油）を形成してもよい。
【0105】
工程３０２は、所定量の炭素質の供給原料を供給することを示している。例えば、図１Ａ〜図１Ｅに示すように、供給原料供給システム１１２は、所定量の炭素質の供給原料１０５を１つ以上の熱化学反応チャンバー１０４へ供給してもよい。例えば、供給原料供給システム１１２は、炭素質の供給原料の供給を１つ以上の熱化学反応チャンバー１０４へ移送するための固体または液体移送システムを備えてもよい。炭素質の供給原料は、これらに限られないが、石炭、バイオマス材料、混合原料のバイオマテリアル、プラスチック、廃棄物、および埋立廃棄物を含んでもよい。
【0107】
工程４０２は、所定量の炭素質の供給原料を供給することを示している。例えば、図１Ａ〜図１Ｅに示すように、１つ以上の熱源１０８によって発生した熱エネルギーは、熱エネルギー移送システム１０６の熱移送要素１０７内に収容されている所定量の超臨界二酸化炭素へ移送されてもよい。
【0108】
図５は、図２の工程フロー２００の例の他の実施形態を示す。図５は、移送工程２４０が少なくとも１つの追加工程を含んでいる実施形態を示す。追加の工程は工程５０２および／または工程５０４を含んでもよい。
【0109】
工程５０２は、少なくとも１つ以上の熱源から所定量の超臨界流体へ、発生した熱エネルギーの一部を直接移送することを示している。例えば、図１Ａ〜図１Ｅに示すように、熱エネルギー移送システム１０６の熱移送要素１０７は、１つ以上の熱源１０８の作動流体（例えば、原子炉の冷却材として機能する超臨界流体）を、熱化学反応チャンバー１０４と直接連結させてもよい。
【0110】
他の実施形態では、工程５０４は、少なくとも１つ以上の熱源から所定量の超臨界流体へ、発生した熱エネルギーの一部を間接的に移送することを示している。例えば、図１Ａ〜図１Ｅに示すように、システム１００は、熱交換器１１５を介して、１つ以上の熱源１０８の作動流体から中間熱移送要素１１３（例えば、熱移送ループ）の熱移送流体へ、熱エネルギーを移送するように構成される中間熱移送システム１１１を備えてもよい。続けて、中間熱エネルギー移送システム１１３は、熱交換器１１３を介して、中間熱移送要素１１３から熱化学変換システムの超臨界作動流体へ、熱エネルギーを移送するように配列されている。
【0112】
工程６０２は、所定量の超臨界流体の少なくとも一部を所定量の供給原料の少なくとも一部と混合させることにより、所定量の超臨界流体から所定量の供給原料へ、発生した熱エネルギーの少なくとも一部を移送することを示している。例えば、図１Ａ〜図１Ｅに示すように、熱移送要素１０７は、超臨界流体を熱化学反応チャンバー１０４の内部へ直接流入させてもよい。これにより、超臨界流体を、反応チャンバー１０５内に配置された供給原料物質１０５と混合させることができ、その結果、超臨界流体（例えば、超臨界二酸化炭素）内に蓄積された熱エネルギーの一部を、所定量の供給原料へ移送させることができる。
【0113】
図７は、図２の工程フロー２００の例の他の実施形態を示す。図７は、熱分解工程２６０が少なくとも１つの追加工程を含んでいる実施形態を示す。追加の工程は工程７０２、工程７０４、および／または工程７０６を含んでもよい。
【0114】
工程７０２は、少なくとも１種の反応生成物を形成するために、所定量の超臨界流体から所定量の供給原料へ移送された熱エネルギーを用いて、所定量の供給原料に対して熱分解反応プロセスを実行することを示している。例えば、図１Ａ〜図１Ｅに示すように、熱化学反応チャンバー１０４は、熱移送要素１０７内に収容されている超臨界流体と熱をやり取りする熱分解チャンバーを備えてもよい。さらに、熱分解チャンバーは、超臨界流体を用いて熱分解チャンバーへ供給された熱エネルギーを利用して、供給原料１０５に対して熱分解プロセスを実行してもよい。
【0115】
他の実施形態では、工程７０４は、少なくとも１種の反応生成物を形成するために、所定量の超臨界流体から所定量の供給原料へ移送された熱エネルギーを用いて、３５０〜６００℃の間の温度で、所定量の供給原料に対して高速熱分解反応プロセスを実行することを示している。例えば、図１Ａ〜図１Ｅに示すように、熱化学反応チャンバー１０４は、熱移送要素１０７内に収容され、３５０〜６００℃の間の温度を有する超臨界流体と熱をやり取りする高速熱分解チャンバーを備えてもよい。さらに、熱分解チャンバーは、超臨界流体を用いて高速熱分解チャンバーへ供給された熱エネルギーを利用して、供給原料１０５に対して高速熱分解プロセスを実行してもよい。
【0116】
他の実施形態では、工程７０６は、少なくとも１種の反応生成物を形成するために、所定量の超臨界流体から所定量の供給原料へ移送された熱エネルギーを用いて、所定量の供給原料に対して液化プロセスを実行することを示している。例えば、図１Ａ〜図１Ｅに示すように、熱化学反応チャンバー１０４は、熱移送要素１０７内に収容されている超臨界流体と熱をやり取りする液化チャンバーを備えてもよい。さらに、液化チャンバーは、超臨界流体を用いて液化チャンバーへ供給された熱エネルギーを利用して、供給原料１０５に対して液化プロセスを実行してもよい。
【0117】
図８は、供給原料を反応生成物へ変換する熱化学変換の実行に関連する工程例を表す工程フロー８００を示す。図８は、図８の工程フロー８００の例が、少なくとも１つの追加工程を含んでいる実施形態を示す。追加工程は、分離工程８１０、８１２、および／または８１４を含んでもよい。
【0118】
工程８１０は、少なくとも１つの熱分解プロセスの後の超臨界流体から、少なくとも１種の反応生成物を分離することを示している。例えば、図１Ａ〜図１Ｅに示すように、システム１００は、熱化学反応チャンバーに連結しており、熱分解プロセスの後の超臨界流体（例えば、超臨界二酸化炭素）から、１種以上の反応生成物（例えば、バイオ原油）を分離するように構成されている分離ユニット１１９を備えてもよい。
【0119】
他の実施形態では、工程８１２は、少なくとも１つの熱分解プロセスの後の少なくとも１種の生成物の溶解度パラメータを制御することにより、少なくとも１つの熱分解プロセスの後の超臨界流体から、少なくとも１種の反応生成物を分離することを示している。例えば、図１Ａ〜図１Ｅに示すように、システム１００は、熱化学反応チャンバーに連結しており、１種以上の反応生成物の溶解度パラメータを制御することにより、熱分解プロセスの後の超臨界流体（例えば、超臨界二酸化炭素）から、１種以上の反応生成物（例えば、バイオ原油）を分離するように構成されている分離ユニット１１９を備えてもよい。例えば、分離ユニット１１９は、超臨界流体の圧力を制御することにより、溶解度パラメータを制御してもよい。
【0120】
他の実施形態では、工程８１４は、物理的フロー分離器を介して、少なくとも１つの熱分解プロセスの後の超臨界流体から、少なくとも１種の反応生成物を分離することを示している。例えば、図１Ａ〜図１Ｅに示すように、システム１００は、熱化学反応チャンバーに連結しており、物理的フロー分離器を介して、熱分解プロセスの後の超臨界流体（例えば、超臨界二酸化炭素）から、１種以上の反応生成物（例えば、バイオ原油）を分離するように構成されている分離ユニット１１９を備えてもよい。例えば、物理的フロー分離器は、密度に基づく分離ユニットを備えてもよい。
【0121】
図９は、供給原料を反応生成物へ変換する熱化学変換の実行に関連する工程例を表す工程フロー９００を示す。図９は、図９の工程フロー９００の例が、少なくとも１つの追加工程を含んでいる実施形態を示している。追加工程は、乾燥工程９１０を含んでもよい。
【0122】
工程９１０は、熱分解プロセスの前に、供給原料の少なくとも一部を乾燥することを示している。例えば、図１Ａ〜図１Ｅに示すように、システム１００は、熱化学反応チャンバー１０４によって実行される熱分解プロセスの前に、供給原料物質１０５を乾燥させる（例えば、５〜１５％の水分レベルまで乾燥させる）ための乾燥機１３４を備えてもよい。
【0123】
図１０は、供給原料を反応生成物へ変換する熱化学変換の実行に関連する工程例を表す工程フロー１０００を示す。図１０は、図１０の工程フロー１０００の例が、少なくとも１つの追加工程を含んでいる実施形態を示している。追加工程は、予熱工程１０１０を含んでもよい。
【0124】
工程１０１０は、熱分解プロセスの前に、供給原料の少なくとも一部を予熱することを示している。例えば、図１Ａ〜図１Ｅに示すように、システム１００は、熱化学反応チャンバー１０４によって実行される熱分解プロセスの前に、熱化学反応チャンバー１０４によって要求される反応温度まで、または、熱化学反応チャンバー１０４によって要求される反応温度付近まで、供給原料物質１０５を予熱させるための予熱器を備えてもよい。
【0125】
図１１は、供給原料を反応生成物へ変換する熱化学変換の実行に関連する工程例を表す工程フロー１１００を示す。図１１は、図１１の工程フロー１１００の例が、少なくとも１つの追加工程を含んでいる実施形態を示している。追加工程は、前処理工程１１１０を含んでもよい。
【0126】
工程１１１０は、熱分解プロセスの前に、供給原料の少なくとも一部を前処理することを示している。例えば、図１Ａ〜図１Ｅに示すように、システム１００は、熱化学反応チャンバー１０４によって実行される熱分解プロセスの前に、供給原料物質１０５を前処理するための前処理器を備えてもよい。例えば、前処理器（または、処理システム１２２）は、熱化学反応チャンバー１０４によって実行される熱分解プロセスの前に、供給原料物質を事前に水素化処理してもよい。
【0127】
図１２は、供給原料を反応生成物へ変換する熱化学変換の実行に関連する工程例を表す工程フロー１２００を示す。図１２は、図１２の工程フロー１２００の例が、少なくとも１つの追加工程を含んでいる実施形態を示している。追加工程は、抽出工程１２１０および／または１２１１を含んでもよい。
【0128】
工程１２１０は、供給原料の少なくとも一部から、少なくとも１種の物質を抽出することを示している。例えば、図１Ａ〜図１Ｅに示すように、熱化学反応チャンバー１０４は、物質を移送するための超臨界流体を利用した熱分解の前に、供給原料物質から余分な化合物を除去するように構成されている。
【0129】
工程１２１２は、供給原料の少なくとも一部から、少なくとも１つの酸化化合物を抽出することを示している。例えば、図１Ａ〜図１Ｅに示すように、熱化学反応チャンバー１０４は、原油および脂質、糖、または他の酸化化合物のうち少なくとも１つを除去するように構成されてもよい。
【0130】
図１３Ａは、供給原料を反応生成物へ変換する熱化学変換の実行に関連する工程例を表す工程フロー１３００を示す。図１３Ａは、図１３Ａの工程フロー１３００の例が、少なくとも１つの追加工程を含んでいる実施形態を示している。追加工程は、工程１３１０および／または１３２０を含んでもよい。
【0131】
工程１３１０は、熱化学分解プロセスの後の超臨界流体を受け取ることを示している。例えば、図１Ａ〜図１Ｅに示すように、電気発生システム１１４は、熱分解プロセスの後に、熱化学反応チャンバー１０４の出口から超臨界流体を受け取ってもよい。
【0132】
工程１３１２は、受け取った超臨界流体を使用して、電気を発生させることを示している。例えば、図１Ａ〜図１Ｅに示すように、電気発生システム１１４は、超臨界流体を利用して電気を発生させてもよい。例えば、超臨界流体は、電気を発生させるために、電気発生システム１１４のタービンを駆動させてもよい。
【0133】
図１３Ｂは、図１３Ａの工程フロー１３００の例の追加の実施形態を示している。図１３Ｂは、図１３Ｂの工程フロー１３００の例が、少なくとも１つの追加工程を含んでいる実施形態を示している。追加工程は、工程１３３０を含んでもよい。
【0134】
工程１３３０は、発生させた電気を使用して、水素を発生させることを示している。例えば、図１Ａ〜図１Ｅに示すように、水素発生ユニットは、電気発生システム１１４の電気出力と連結されてもよい。この点について、電気発生システム１１４からの電気は、水素を発生させるために、水素発生ユニットを駆動させてもよい。
【0135】
図１４は、供給原料を反応生成物へ変換する熱化学変換の実行に関連する工程例を表す工程フロー１４００を示す。図１４は、図１４の工程フロー１４００の例が、少なくとも１つの追加工程を含んでいる実施形態を示している。追加工程は、工程１４１０を含んでもよい。
【0136】
工程１４１０は、少なくとも１種の反応生成物に対して、水素化処理プロセスおよび水素化分解プロセスのうち少なくとも一方を実行することを示している。例えば、図１Ａ〜図１Ｅに示すように、処理システム１２２は、熱分解反応チャンバー１０４から排出された１種以上の反応生成物に対して、水素化処理プロセス、または水素化分解プロセスを実行してもよい。
【0137】
図１５Ａは、供給原料を反応生成物へ変換する熱化学変換の実行に関連する工程例を表す工程フロー１５００を示す。図１５Ａは、図１５Ａの工程フロー１５００の例が、少なくとも１つの追加工程を含んでいる実施形態を示す。追加工程は、工程１５１０を含んでもよい。
【0138】
工程１５１０は、熱分解プロセスの後の少なくとも１種の反応生成物を急冷することを示している。例えば、図１Ａ〜図１Ｅに示すように、急冷システム１２０は、１種以上の反応生成物が熱分解反応チャンバー１０４から排出された後に、１種以上の反応生成物を急冷してもよい。
【0139】
図１５Ｂは、図１５Ａの工程フロー１５００の例の追加の実施形態を示している。図１５Ｂは、図１５Ｂの工程フロー１５００の例が、少なくとも１つの追加工程を含んでいる実施形態を示している。追加工程は、工程１５２０を含んでもよい。
【0140】
工程１５２０は、少なくとも１種の反応生成物から熱を回収することを示している。例えば、図１Ａ〜図１Ｅに示すように、熱回収システム１２６は、急冷システム１２０と連結されており、熱移送ループを介して、急冷された１種以上の反応生成物から熱を回収するように構成されてもよい。
【0141】
図１５Ｃは、図１５Ａの工程フロー１５００の例の追加の実施形態を示している。図１５Ｃは、図１５Ｃの工程フロー１５００の例が、少なくとも１つの追加工程を含んでいる実施形態を示している。追加工程は、工程１５３０を含んでもよい。
【0142】
工程１５３０は、少なくとも１種の反応生成物から加熱を遮断することを示している。例えば、図１Ａ〜図１Ｅに示すように、熱遮断システム１２６は、熱化学変換システム１０２と熱的に連結されており、１種以上の反応生成物、または超臨界流体からの熱を遮断するように構成されてもよい。例えば、熱遮断システムは、ヒートシンクと連結しており、１種以上の反応生成物または超臨界流体に蓄積されている余剰の熱エネルギーを、ヒートシンクへ移送させるように構成されてもよい。
【0143】
図１５Ｄは、図１５Ａの工程フロー１５００の例の追加の実施形態を示している。図１５Ｄは、図１５Ｄの工程フロー１５００の例が、少なくとも１つの追加工程を含んでいる実施形態を示している。追加工程は、工程１５４０を含んでもよい。
【0144】
工程１５４０は、少なくとも１種の反応生成物から、少なくとも１種の揮発性ガスを分離することを示している。例えば、図１Ａ〜図１Ｅに示すように、ガス分離器１２６は、１種以上の反応生成物を受け取り、不揮発性のガス生成物から１種以上の揮発性ガスの反応生成物を分離してもよい。
【0145】
図１５Ｅは、図１５Ａの工程フロー１５００の例の追加の実施形態を示している。図１５Ｅは、図１５Ｅの工程フロー１５００の例が、少なくとも１つの追加工程を含んでいる実施形態を示している。追加工程は、工程１５５０を含んでもよい。
【0146】
工程１５５０は、少なくとも１種の揮発性ガスを使用して二原子水素を製造することを示している。例えば、図１Ａ〜図１Ｅに示すように、システム１００は、改良システム１２８を備えてもよい。例えば、改良システム１２８は、ガス分離器１２６から１種以上の揮発性ガスの反応生成物を受け取り、外部燃料供給１３０からの１種以上の燃料（例えば、天然ガス、電気、および／または水）を用いて、揮発性ガスの反応生成物を処理してもよい。その後、改良システム１２８は、合成ガスまたはＨ２を生成するために、揮発性ガスの反応生成物を外部燃料と混合させてもよい。
【0147】
当業者であれば、最先端技術が進歩し、ハードウェア、ソフトウェア、および／またはファームウェアのシステム形態の処理に関して、ほぼ差異が残されていないことについて認識するであろう。ハードウェア、ソフトウェア、および／またはファームウェアの使用は、一般的に（しかし、必ずしもそうではなく、特定の状況においては、ハードウェアかソフトウェアかの選択が重要な意義を持つ場合もある）、費用対効果において折り合いをつけるために選択される設計事項である。本開示において示すプロセスおよび／またはシステムおよび／または他の技術を実行することのできる媒体は様々であり（例えば、ハードウェア、ソフトウェア、および／またはファームウェア）、また、好ましい媒体は、これらのプロセスおよび／またはシステムおよび／または他の技術が配備される状況に応じて変化することについて、当業者であれば理解するであろう。例えば、速度および正確性が最重要であると判断される場合は、主にハードウェアおよび／またはファームウェア媒体が選択され、あるいは、柔軟性が最重要であると判断される場合は、主にソフトウェアが選択され、あるいは、ハードウェア、ソフトウェア、および／またはファームウェアの任意の組み合わせが選択される場合もある。従って、本開示において示すプロセスおよび／またはデバイスおよび／または他の技術を実施することのできる媒体は様々に存在しており、一方が他方よりも本質的に優れていることはなく、用いられる全ての媒体は、その媒体が配備される状況に応じて選択されるものであり、実施の際における特定の懸念事項（例えば、速度、柔軟性、あるいは予測性）もまた様々である。光学的な形態を実施する場合は、通常は、光学指向のハードウェア、ソフトウェア、および／またはファームウェアが用いられることについて、当業者であれば認識するであろう。
【0148】
ここに記述された、いくつかの処理（implementation）において、論理およびこれに類似した処理は、ソフトウェア、または他の制御構造を包含していてもよい。電気回路は、例えば、ここに記述された様々な関数を実行するために構成・配置された、１つ以上の電流パスを備えていてもよい。いくつかの実行において、１つ以上の媒体は、該媒体が、上述のように行うのに用いられる、デバイスによる検出が可能な命令を保持する、あるいは送信したとき、デバイスによる検出が可能な命令を生み出すように構成されていてもよい。いくつかの変形例において、例えば、処理は、ここに記述された１つ以上の操作に関連する１つ以上の命令の受信もしくは送信の処理による、既存のソフトウェアもしくはファームウェア、またはゲートアレイもしくはプログラム可能なハードウェアの更新または変更を包含してもよい。あるいは、いくつかの変形例において、処理は、特定目的のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア要素、および／または特定目的の要素を処理する、あるいは呼び出す一般目的の要素を包含してもよい。規格または他の処理が、ここに記述された１つ以上の具体的な送信媒体、適宜パケット送信、または様々な時に分散型媒体に通すことによって送信されてもよい。
【0149】
あるいは、実行は、特定目的の命令シーケンスを処理すること、または、ここに記述された１つ以上の任意の実質的な機能操作の事象について、許可する、トリガーする、協働する、要求する、あるいは生じさせるために回路を呼び出すことを包含してもよい。いくつかの変形例において、ここでの操作上または論理上の記述は、ソースコードとして表現され、実行可能命令シーケンスとしてコンパイルされる、あるいは呼び出されてもよい。いくつかの状況において、例えば、処理は、全体的または部分的に、Ｃ＋＋もしくは他のコードシーケンスといった、ソースコードによって供されていてもよい。他の処理において、ソースまたは他のコード処理は、市販および／または従来の技術を用いて、高レベル記述子言語にコンパイル／処理／翻訳／変換されてもよい（例えば、初めにＣまたはＣ＋＋プログラミング言語技術で記述されて処理し、その後に、プログラミング言語処理系を、論理合成可能な言語処理系、ハードウェア記述言語処理系、ハードウェア設計シミュレーション処理系、および／またはそれに類似した他の表現モードに変換する）。例えば、論理表現（例えば、コンピュータプログラミング言語処理系）の一部または全ては、（例えば、ハードウェア記述言語（ＨＤＬ）および／または超高速集積回路ハードウェア記述言語（ＶＨＤＬ）もしくはハードウェア（例えばアプリケーション特異的集積回路）を有する物理処理を形成するのに用いられてもよい他の回路モデルを介した）Ｖｅｒｉｌｏｇ型ハードウェア記述として、明らかにされてもよい（be manifested）。最適な送信または計算要素、材料供給、アクチュエータ、またはこれらの教示に照らした他の構造を、どのようにして取得して、構成し最適化するのかについて、当業者であれば認識するであろう。
【0150】
上述の詳細な説明では、ブロック図、フローチャート、および／または実施例を用いて、上記デバイスおよび／またはプロセスの様々な実施形態について説明した。これらのブロック図、フローチャート、および／または実施例が、１つ以上の機能および／または処理を含んでいる場合、これらブロック図、フローチャート、または実施例内の各機能および／または処理は、適用性の広いハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、あるいはこれらの実質的に任意の組み合わせによって個々におよび／または組み合わせで実施できることについて、当業者であれば理解するであろう。一実施形態では、本開示において示す構成要素の一部は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、あるいはその他の統合的な形式によって実施することができる。しかし、本開示において示す実施形態の一部の形態は、全体的あるいは部分的に、１つ以上のコンピュータにおいて実行される１つ以上のコンピュータプログラム（例えば、１つ以上のコンピュータシステムにおいて実行される１つ以上のプログラム）、１つ以上のプロセッサにおいて実行される１つ以上のプログラム（例えば、１つ以上のマイクロプロセッサにおいて実行する１つ以上のプログラム）、ファームウェア、あるいはこれらの実質的に任意の組み合わせとして、集積回路内において同等に実施することができ、また、回路設計および／または上記ソフトウェアおよび／またはファームウェアへの符号の書き込みは、当業者の技術範囲内において本開示が十分に行われていることについて、当業者であれば認識するであろう。さらに、本開示において示す構成要素のメカニズムは、プログラムプロダクトとして様々な形式で分配することができ、また、本開示において示す構成要素の実施形態は、上記分配を実施するために実際に用いられる信号を有する媒体の種類に関わらず適用されることについて、当業者であれば理解するであろう。信号を有する媒体の例としては、記録型の媒体（例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスクドライブ、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルビデオデスク（ＤＶＤ）、デジタルテープ、コンピュータメモリなど）、および伝送型の媒体（例えば、デジタルおよび／またはアナログ通信媒体（例えば、光ファイバーケーブル、導波管、有線通信リンク、無線通信リンク（例えば、トランスミッター、レシーバー、送信論理操作、受信論理操作など）））が含まれるが、これらに限定されるものではない。
【0151】
一般的な意味において、当業者は、本明細書に記載の種々の実施形態が、種々の種類の電気機械的なシステムによって、個々に、および／または共同して、実施され得ることを認識する。当該システムは、種々の電気的な構成要素（例えば、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、および／またはこれらの実質的に任意の組み合わせ）；並びに機械的な力または動作を与え得る種々の構成要素（例えば、剛体、ばね体もしくはねじれ体、油圧物、電磁的に動作される手段、および／またはこれらの実質的に任意の組み合わせ）を有している。従って、本明細書に使用されるときの“電気機械的なシステム”としては、変換器と動作可能に接続されている電気回路（例えば、アクチュエータ、モータ、圧電性結晶、Micro Electro Mechanical System（ＭＥＭＳ）など）、少なくとも１つの分離した電気回路を有している電気回路、少なくとも１つの集積回路を有している電気回路、少なくとも１つの用途の特殊な集積回路を有している電気回路、コンピュータプログラムによって構成されている一般的な目的の演算装置を形成している電気回路（例えば、処理および／または手段を少なくとも部分的に実施させるコンピュータプログラムによって構成されている一般的な目的のコンピュータ、または処理および／または手段を少なくとも部分的に実施させるコンピュータプログラムによって構成されているマイクロプロセッサ）、記憶装置（例えば、メモリの形態（例えば、ランダムアクセス、フラッシュ、読み出し専用など））を形成している電気回路、通信装置を形成している電気回路（例えば、モデム、通信切替装置、光電気装置など）、および／またはそれらに対する非電気的な類似物（例えば、光学的な類似物または他の類似物）が挙げられるが、これらに限定されない。また、当業者は、電気機械的なシステムとしては、種々の民生の電子工学システム、医療装置、および他のシステム（例えば、モータ駆動の輸送システム、工場の自動操作システム、警備システム、および／または通信／演算システム）が挙げられるが、これらに限定されないことを適切に理解する。
【0152】
一般的な意味において、当業者は、広範なハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアおよび／またはこれらの任意の組み合わせによって、個々に、および／または共同して実施され得る本明細書に記載されている種々の局面が、種々の“電気回路”を構成していると見なされ得ることを認識する。従って、本明細書に使用されるときの“電気回路”としては、少なくとも１つの分離した電気回路を有している電気回路、少なくとも１つの集積回路を有している電気回路、少なくとも１つの用途の特殊な集積回路を有している電気回路、コンピュータプログラムによって構成されている一般的な目的の演算装置を形成している電気回路（例えば、処理および／または手段を少なくとも部分的に実施させるコンピュータプログラムによって構成されている一般的な目的のコンピュータ、または処理および／または手段を少なくとも部分的に実施させるコンピュータプログラムによって構成されているマイクロプロセッサ）、記憶装置（例えば、メモリの形態（例えば、ランダムアクセス、フラッシュ、読み出し専用など））を形成している電気回路、および／または通信装置を形成している電気回路（例えば、モデム、通信切替装置、光電気装置など）が挙げられるが、これらに限定されない。当業者は、本明細書に記載の対象がアナログ様式、デジタル様式またはこれらのいくつかの組み合わせにおいて実施され得ることを認識する。
【0153】
当業者は、本明細書中に記載された装置および／またはプロセスの少なくとも１つは、データ処理システムに統合されることができることを認識するであろう。当業者は、データ処理システムは、一般的に、システムユニットハウジング、ビデオ表示装置、メモリ（例えば、揮発性メモリ、または不揮発性メモリ）、プロセッサ（例えば、マイクロプロセッサ、またはデジタル信号プロセッサ）、計算構成要素（例えば、オペレーティングシステム、ドライバ、グラフィックユーザインターフェイス、およびアプリケーションプログラム）、１つ以上の相互作用装置（例えば、タッチパッド、タッチスクリーン、アンテナなど）、および／またはフィードバックループおよび制御モータ（例えば、位置および／または速度を感知するためのフィードバック；構成要素および／または量を移動させるおよび／または調整するための制御モータ）を含む制御システムのうち１つ以上を備えることを認識するであろう。データ処理システムは、好適な市販の構成要素（例えば、データ計算／伝達および／またはネットワーク計算／伝達システムにおいて典型的に見られるもの）を利用して実行されてもよい。
【0154】
当業者は、ここで述べた要素（例えば動作）、装置、対象およびそれらに付随する議論が、概念の明瞭化の目的の例として用いられたこと、および、種々の構成の修飾が検討されることを理解するだろう。従って、ここで用いられるように、述べた具体例および付随する議論は、より一般的なクラスの代表を意図する。一般に、特定の例の使用は、そのクラスの代表であることが意図され、特定の要素（例えば動作）、装置および対象を盛り込んでいないことは、制限的であるととらえるべきではない。
【0155】
本明細書中では、１つの例示された図として、ユーザが示されるまたは記載されているが、文脈上そうでないことが明らかでない限り、上記のユーザは、人間のユーザ、ロボットのユーザ（例えば、計算構成要素）、および／または実質的にこれらの組み合わせ（例えば、１つ以上のロボットのエージェントによって補助されるユーザ）の代表としてもよいことを、当業者は分かるであろう。一般的に、文脈上そうでないことが明らかでない限り、本明細書中で使用される用語のような「発信者」および／または他の実体指向の用語についても、同様のことを言うことができるということを、当業者は分かるであろう。
【0156】
ここにある本質的に任意の複数形および／若しくは単数形の用語について、当業者は、文脈および／若しくは出願に適切になるように、複数形から単数形へ、並びに／または単数形から複数形へ翻訳し得る。様々な単数形／複数形の置換は、明確化のために、表現上、ここには示されていない。
【0157】
ここで記述される主題は、ときに、他の異なる成分内に含まれるまたはそれと接続される、異なる成分を示す。このような示された構造が単に例であり、実際同じ機能を達成させる他の多くの構造が実行されうることが理解されるだろう。概念的な意味で、同じ機能を達成させる組成の任意の構成は、有効に「関連」するので、所望の機能が達成される。ここから、特定の機能を達成させるのにここで結合される任意の２つの成分は、互いに「関連」しているので、構造や中間成分にかかわらず所望の機能が達成される。同様に、よく関連した任意の２つの成分はまた、互いに「動作可能に接続」または「動作可能に結合」されているようとすることができ、所望の機能が達成される。そして、よく関連している任意の２つの成分は、互いに「動作可能に結合可能」とすることができ、所望の機能が達成される。動作可能に結合可能な具体例は、特に限定されないが、物理的に対になりうるおよび／または物理的に相互作用する成分、および／または無線で相互作用可能、および／または無線で相互作用する成分、および／または論理的に相互作用するおよび／または論理的に相互作用できる成分を含む。
【0158】
いくつかの例では、本願明細書において一つまたは複数のコンポーネントが「するように構成される」「するように構成可能な」「するように動作可能な／動作する」「なされた／なし得る」「可能な」「するのに適合可能な／適合する」などと表現されてもよい。当業者であれば「一般的に、そのような用語（例えば「するように構成される」）は、文脈上そうでないことが明らかでないかぎり、活性化した状態の構成要素、および／または、活性化していない状態の構成要素、および／または、スタンバイ状態の構成要素を包含すること」を理解できるであろう。
【0159】
本願明細書に記載されている本主題の特定の態様を示し、かつ、説明してきたが、当業者であれば「本願明細書の教示に基づき、本願明細書に記載されている主題、および、より広い態様から逸脱しない範囲内で変形および変更が可能である」ことは明らかである。従って、添付の特許請求の範囲は、その範囲内において、本願明細書に記載されている主題の真の精神および範囲の中に含まれるすべての変形および変更を含んでいる。「本願明細書（特に添付の特許請求の範囲（例えば、特許請求の範囲の本文））において使用されている用語は、一般的にオープンタームであることが意図されている（例えば、「を含んでいる」との用語は「を含んでいるが、それに限定されない」と解釈されるべきであり、「を有している」との用語は「を少なくとも有している」と解釈されるべきであり、「を含む」との用語は「を含むが、それに限定されない」と解釈されるべきである）」ことは当業者によって理解されるであろう。さらに、当業者であれば「導入された請求項の記載中の特定の数値に意図がある場合には、そのような意図がその請求項中において明確に記載されており、そのような記載がない場合には、そのような意図は存在しないこと」を理解するであろう。理解を促すために、例えば、後続の添付の特許請求の範囲では、請求項の記載を導入するために「少なくとも一つの」および「一つ以上の」といった導入句を使用することがある。しかし、そのような句を使用したからといって「“a”または“an”といった不定冠詞により請求項の記載を導入した場合、同一の請求項内に『一つ以上の』または『少なくとも一つの』といった導入句と“a”または“an”といった不定冠詞との両方が含まれているときでも、当該導入された請求項の記載を含む特定の請求項が、当該請求項の記載を一つのみ含む例に限定されるということが示唆される」と解釈されるべきでない（例えば、“a”および／または“an”は、通常は、「少なくとも一つの」または「一つ以上の」を意味すると解釈されるべきである）。請求項の記載を導入するために定冠詞を使用する場合にも同様のことが当てはまる。さらに、導入された請求項の記載において、特定の数が明確に記載されている場合であっても、当業者は「そのような記載は、通常は、少なくとも記載された数を含んでいることを意味する、と解釈されるべきである（例えば、他に修飾子がない単なる『二つの記載事項』は、一般的に、『少なくとも二つの記載事項』または『二つ以上の記載事項』を意味する）」ことを認識するであろう。さらに、「Ａ、ＢおよびＣなどのうち少なくとも一つ」に類する伝統的表現法が使用される場合、一般に、そのような構造は、当業者がその伝統的表現法を理解するであろうという点が意図されている（例えば、「Ａ、ＢおよびＣのうち少なくとも一つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡとＢの両方、ＡとＣの両方、ＢとＣの両方、および／または、ＡとＢとＣのすべてなどを有するシステムを含むが、これに限定されない）。また、「Ａ、ＢまたはＣなどのうち少なくとも一つ」に類する伝統的表現法が使用される場合、一般に、そのような構造は、当業者がその伝統的表現法を理解するであろうという点が意図されている（例えば、「Ａ、ＢまたはＣのうち少なくとも一つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡとＢの両方、ＡとＣの両方、ＢとＣの両方、および／または、ＡとＢとＣのすべてなどを有するシステムを含むが、これに限定されない）。さらに、「二つ以上の代替用語を表す離接語および／または離接句は、一般的に（文脈上そうでないことが明らかでないかぎり）、明細書中であろうと、特許請求の範囲の中であろうと、図面中であろうと、それらの用語のうちの一つ、それらの用語のうちのいずれか、または、それらの用語の両方を含む可能性を意図すること」が当業者によって理解されるべきであろう。例えば、「ＡまたはＢ」との句は、「Ａ」「Ｂ」または「ＡおよびＢ」の可能性を含むことが一般的に理解されるであろう。
【0160】
添付の特許請求の範囲に関し、当業者であれば「請求項中に記載されている複数の動作は、一般的に任意の順序で行われてもよい」ことを理解できるであろう。また、「各種動作の流れがシーケンス中で提示されている場合であっても、当該各種動作は、図示されている順序とは異なる順序で実行してもよいし、または、並列的に実行してもよいこと」を理解すべきである。そうした代替順序の一例は、文脈上そうでないことが明らかでないかぎり、重複して（overlapping）、交互的に（interleaved）、割り込んで（interrupted）、再度順序づけされて（reordered）、逐次的に（incremental）、先立って（preparatory）、追加的に（supplemental）、同時に（simultaneous）、逆の順序で（reverse）、または、他のさまざまな順序で、行うことを含む。また、「〜に応答して」（responsiveto）、「〜に関連して」（related to）などの用語、または、過去形の形容詞は、文脈上そうでないことが明らかでないかぎり、そうした変形を排除することを意図しないことが通常である。
【0161】
本願明細書に開示されている主題のさまざまな態様は、以下のように、番号の付いた箇条書きの項目で明確に記載されている。
【0162】
１．少なくとも１つの熱源を用いて熱エネルギーを発生させる工程；所定量の供給原料を供給する工程；
所定量の超臨界流体を供給する工程；
上記発生させた熱エネルギーの一部を上記所定量の超臨界流体へ移送する工程；
上記所定量の超臨界流体から上記所定量の供給原料へ、上記発生させた熱エネルギーの少なくとも一部を移送する工程；および、
少なくとも１種の反応生成物を形成するために、上記所定量の超臨界流体から上記所定量の供給原料へ移送された上記熱エネルギーを用いて、上記所定量の供給原料に対して熱分解プロセスを実行する工程を含む方法。
【0163】
２．上記所定量の供給原料を供給する工程は、所定量の炭素質の供給原料を供給する工程を含むことを特徴とする項目１に記載の方法。
【0164】
３．上記所定量の供給原料を供給する工程は、所定量の超臨界二酸化炭素を供給する工程を含むことを特徴とする項目１に記載の方法。
【0165】
４．上記所定量の超臨界流体から上記所定量の供給原料へ、上記発生させた熱エネルギーの少なくとも一部を移送する工程は、上記所定量の超臨界流体の少なくとも一部を上記所定量の供給原料の少なくとも一部と混合させることにより、上記所定量の超臨界流体から上記所定量の供給原料へ、上記発生させた熱エネルギーの少なくとも一部を移送する工程を含むことを特徴とする項目１に記載の方法。
【0166】
５．上記少なくとも１種の反応生成物を形成するために、上記所定量の超臨界流体から上記所定量の供給原料へ移送された上記熱エネルギーを用いて、上記所定量の供給原料に対して熱分解プロセスを実行する工程は、少なくとも１種の反応生成物を形成するために、上記所定量の超臨界流体から上記所定量の供給原料へ移送された上記熱エネルギーを用いて、上記所定量の供給原料に対して熱分解反応プロセスを実行する工程を含むことを特徴とする項目１に記載の方法。
【0167】
６．上記少なくとも１種の反応生成物を形成するために、上記所定量の超臨界流体から上記所定量の供給原料へ移送された上記熱エネルギーを用いて、上記所定量の供給原料に対して熱分解反応プロセスを実行する工程は、少なくとも１種の反応生成物を形成するために、上記所定量の超臨界流体から上記所定量の供給原料へ移送された上記熱エネルギーを用いて、上記所定量の供給原料に対して、３５０〜６００℃の間の温度で、高速熱分解反応プロセスを実行する工程を含むことを特徴とする項目５に記載の方法。
【0168】
７．上記少なくとも１種の反応生成物を形成するために、上記所定量の超臨界流体から上記所定量の供給原料へ移送された上記熱エネルギーを用いて、上記所定量の供給原料に対して熱分解プロセスを実行する工程は、少なくとも１種の反応生成物を形成するために、上記所定量の超臨界流体から上記所定量の供給原料へ移送された上記熱エネルギーを用いて、上記所定量の供給原料に対して液化プロセスを実行する工程を含むことを特徴とする項目１に記載の方法。
【0169】
８．上記少なくとも１種の反応生成物は、超臨界流体に可溶であることを特徴とする項目１に記載の方法。
【0170】
９．上記少なくとも１つの熱分解プロセスの後の上記超臨界流体から、上記少なくとも１種の反応生成物を分離する工程をさらに含むことを特徴とする項目１に記載の方法。
【0171】
１０．上記少なくとも１つの熱分解プロセスの後の上記超臨界流体から、上記少なくとも１種の反応生成物を分離する工程は、上記少なくとも１つの熱分解プロセスの後の上記少なくとも１種の生成物の溶解度パラメータを制御することにより、上記少なくとも１つの熱分解プロセスの後の上記超臨界流体から、上記少なくとも１種の反応生成物を分離する工程を含むことを特徴とする項目９に記載の方法。
【0172】
１１．上記少なくとも１つの熱分解プロセスの後の上記超臨界流体から、上記少なくとも１種の反応生成物を分離する工程は、物理的フロー分離器を介して、上記少なくとも１つの熱分解プロセスの後の上記超臨界流体から、上記少なくとも１種の反応生成物を分離する工程を含むことを特徴とする項目９に記載の方法。
【0173】
１２．上記供給原料の少なくとも一部を乾燥する工程をさらに含むことを特徴とする項目１に記載の方法。
【0174】
１３．上記供給原料の少なくとも一部を予熱する工程をさらに含むことを特徴とする項目１に記載の方法。
【0175】
１４．上記供給原料の少なくとも一部を前処理する工程をさらに含むことを特徴とする項目１に記載の方法。
【0176】
１５．上記供給原料の少なくとも一部から、少なくとも１種の酸化化合物を抽出する工程をさらに含むことを特徴とする項目１に記載の方法。
【0177】
１６．上記熱分解プロセスの後の上記超臨界流体を受け取る工程；および、上記受け取った超臨界流体を使用して、電気を発生させる工程をさらに含むことを特徴とする項目１に記載の方法。
【0178】
１７．上記発生させた電気を使用して、水素を発生させる工程をさらに含むことを特徴とする項目１６に記載の方法。
【0179】
１８．上記少なくとも１種の反応生成物に対して、水素化処理プロセスおよび水素化分解プロセスのうち少なくとも一方を実行する工程をさらに含むことを特徴とする項目１に記載の方法。
【0180】
１９．上記熱分解プロセスの後の上記少なくとも１種の反応生成物を急冷する工程をさらに含むことを特徴とする項目１に記載の方法。
【0181】
２０．上記少なくとも１種の反応生成物から熱を回収する工程をさらに含むことを特徴とする項目１９に記載の方法。
【0182】
２１．上記少なくとも１種の反応生成物による加熱を遮断する工程をさらに含むことを特徴とする項目１９に記載の方法。
【0183】
２２．上記少なくとも１種の反応生成物から、少なくとも１種の揮発性ガスを分離する工程をさらに含むことを特徴とする項目１９に記載の方法。
【0184】
２３．上記少なくとも１種の揮発性ガスを使用して、二原子水素を製造する工程をさらに含むことを特徴とする項目２２に記載の方法。
【0185】
２４．所定量の供給原料を収容するための少なくとも１つの熱化学反応チャンバーを備える熱化学変換システム；および、少なくとも１つの熱源と熱をやり取りする所定量の超臨界流体を収容する熱移送要素を備える熱エネルギー移送システムを備え、
上記熱エネルギー移送システムは、上記少なくとも１つの熱源から、上記少なくとも１つの熱化学反応チャンバー内に収容されている上記所定量の供給原料の少なくとも一部へ、熱エネルギーを選択的に移送するために、上記少なくとも１つの熱化学反応チャンバー内に収容されている上記所定量の供給原料の少なくとも一部と熱をやり取りする上記所定量の超臨界流体を選択的に配置するように配列され、
上記少なくとも１つの熱化学反応チャンバーは、上記超臨界流体から移送された上記熱エネルギーを用いて、上記供給原料の少なくとも一部を少なくとも１種の反応生成物へ熱変換するように構成されていることを特徴とする装置。
【0186】
２５．上記熱エネルギー移送システムは、上記少なくとも１つの熱源から、上記所定量の供給原料の少なくとも一部へ、熱エネルギーを選択的に移送するために、上記超臨界流体を、上記少なくとも１つの熱化学反応チャンバー内に収容されている上記所定量の供給原料と選択的に混合するように構成されていることを特徴とする項目２４に記載の装置。
【0187】
２６．上記熱エネルギー移送システムは、上記少なくとも１つの熱源から、上記熱移送要素の上記所定量の超臨界流体へ、直接的に熱エネルギーを移送するように構成された直接熱交換システムを備えることを特徴とする項目２４に記載の装置。
【0188】
２７．上記熱エネルギー移送システムは、上記少なくとも１つの熱源から、中間熱移送要素へ熱エネルギーを移送するように構成された中間熱移送要素を備える間接熱交換システムを含み、上記中間熱移送要素は、さらに、上記中間熱移送要素から上記所定量の超臨界流体へ、熱エネルギーを移送するように構成されていることを特徴とする項目２４に記載の装置。
【0189】
２８．上記熱エネルギー移送システムは、上記少なくとも１つの熱源から、熱化学反応チャンバー内に収容されている上記所定量の供給原料の少なくとも一部へ、熱エネルギーを選択的に移送するために、上記熱化学反応チャンバー内に収容されている上記所定量の供給原料の少なくとも一部と熱をやり取りする上記所定量の超臨界流体を選択的に配置するためのフロー制御システムを備えることを特徴とする項目２４に記載の装置。
【0190】
２９．上記熱化学反応炉内に収容されている上記所定量の供給原料の少なくとも一部と熱をやり取りする上記所定量の超臨界流体を選択的に配置するための上記フロー制御システムは、上記超臨界流体の少なくとも一部を、上記熱化学反応チャンバー内に収容されている上記所定量の供給原料の少なくとも一部と、選択的に混合するためのフロー制御システムを備えることを特徴とする項目２８に記載の装置。
【0191】
３０．上記少なくとも１つの熱化学反応チャンバーは、多段式の単一の熱化学反応チャンバーを備え、上記熱エネルギー移送システムは、上記所定量の供給原料の少なくとも一部に対して一連の熱化学反応プロセスを実行するために、複数の温度範囲にわたり上記超臨界流体の複数の部分を、上記多段式の単一の熱化学反応チャンバー内に収容されている上記所定量の供給原料へ移送するように構成されていることを特徴とする項目２４に記載の装置。
【0192】
３１．上記熱エネルギー移送システムは、上記所定量の供給原料の少なくとも一部に対して乾燥プロセスを実行するために、第１温度範囲の上記超臨界流体の第１部分を、上記単一の熱化学反応チャンバー内に収容されている上記所定量の供給原料へ移送するように構成されていることを特徴とする項目２４に記載の装置。
【0193】
３２．上記熱エネルギー移送システムは、上記所定量の供給原料の少なくとも一部に対して予熱プロセスを実行するために、第２温度範囲の上記超臨界流体の第２部分を、上記単一の熱化学反応チャンバー内に収容されている上記所定量の供給原料へ移送するように構成されていることを特徴とする項目２４に記載の装置。
【0194】
３３．上記熱エネルギー移送システムは、上記所定量の供給原料の少なくとも一部に対して液化プロセスを実行するために、第２温度範囲の上記超臨界流体の第３部分を、上記単一の熱化学反応チャンバー内に収容されている上記所定量の供給原料へ供給するように構成されていることを特徴とする項目２４に記載の装置。
【0195】
３４．上記熱エネルギー移送システムは、上記所定量の供給原料の少なくとも一部に対して抽出プロセスを実行し、上記供給原料の少なくとも一部から少なくとも１種の酸化化合物を除去するために、第４温度範囲の上記超臨界流体の第４部分を、上記単一の熱化学反応チャンバー内に収容されている上記所定量の供給原料へ供給するように構成されていることを特徴とする項目２４に記載の装置。
【0196】
３５．上記熱エネルギー移送システムは、上記所定量の供給原料の少なくとも一部に対して熱分解プロセスを実行するために、第５温度範囲の上記超臨界流体の第５部分を、上記単一の熱化学反応チャンバー内に収容されている上記所定量の供給原料へ供給するように構成されていることを特徴とする項目２４に記載の装置。
【0197】
３６．上記少なくとも１つの熱化学反応チャンバーは、少なくとも１つの熱分解反応チャンバーを備えていることを特徴とする項目２４に記載の装置。
【0198】
３７．上記少なくとも１つの熱分解反応チャンバーは、少なくとも１つの高速熱分解反応を備えることを特徴とする項目３６に記載の装置。
【0199】
３８．上記熱化学変換システムは、少なくとも１つの熱分解チャンバーと少なくとも１つの追加処理チャンバーとを備える多段式の熱化学変換システムであることを特徴とする項目２４に記載の装置。
【0200】
３９．上記少なくとも１つの追加処理チャンバーは、供給原料乾燥機、予熱器、前水素化処理チャンバー、液化チャンバー、および抽出チャンバーのうち少なくとも１つを備えることを特徴とする項目３８に記載の装置。
【0201】
４０．上記少なくとも１つの熱化学反応チャンバーと動作可能に連結しており、上記少なくとも１つの熱化学反応チャンバーから排出された超臨界流体から、少なくとも１種の物質を分離するように構成された分離ユニットをさらに備えることを特徴とする項目２４に記載の装置。
【0202】
４１．上記供給原料は、炭素質の物質を含むことを特徴とする項目２４に記載の装置。
【0203】
４２．上記炭素質の物質は、石炭、バイオマス、混合原料のバイオマテリアル、プラスチック、廃棄物、および埋立廃棄物のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする項目４１に記載の装置。
【0204】
４３．上記超臨界流体は、超臨界二酸化炭素および超臨界水のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする項目２４に記載の装置。
【0205】
４４．上記少なくとも１つの熱源は、少なくとも１つの原子炉を含むことを特徴とする項目２４に記載の装置。
【0206】
４５．上記熱化学変換システムの上記少なくとも１つの熱化学反応チャンバーは、流動床反応炉、超臨界液化反応炉、および超臨界熱分解反応炉のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする項目２４に記載の装置。
【0207】
４６．上記熱化学反応チャンバーから上記超臨界流体を受け取り、上記供給原料の少なくとも一部を上記少なくとも１種の反応生成物に変換した後の上記超臨界流体を用いて、電気を発生させるように構成され、上記少なくとも１つの熱化学反応チャンバーと流体をやり取りする電気発生システムをさらに備えることを特徴とする項目２４に記載の装置。
【0208】
４７．上記電気発生システムは、上記熱化学変換システムおよび上記熱エネルギー移送システムのうち少なくとも１つの一部と電気的に連結しており、上記発生させた電気の少なくとも一部を用いて、熱化学変換システムを補強するように構成されていることを特徴とする項目４６に記載の装置。
【0209】
４８．上記電気発生システムの電気出力と連結している水素発生システムをさらに備えることを特徴とする項目４６に記載の装置。
【0210】
４９．上記少なくとも１つの化学反応チャンバーと流体をやり取りする急冷システムをさらに備えることを特徴とする項目２４に記載の装置。
【0211】
５０．上記少なくとも１種の反応生成物を処理することによって、少なくとも１種の精製された生成物を生成するように構成された処理システムをさらに備えることを特徴とする項目２４に記載の装置。
【0212】
５１．上記少なくとも１種の反応生成物から、少なくとも１種の揮発性ガスを分離するように構成された揮発性ガス分離器をさらに備えることを特徴とする項目２４に記載の装置。
【0213】
５２．熱化学変換システムは、さらに、上記揮発性ガス分離器から得られた上記少なくとも１種の揮発性ガスを用いて、二原子水素を製造するように構成されていることを特徴とする項目５１に記載の装置。
【0214】
５３．少なくとも１つの熱源；所定量の供給原料を収容するための少なくとも１つの熱化学反応チャンバーを備える熱化学変換システム；および、
少なくとも１つの熱源と熱をやり取りする所定量の超臨界流体を収容する熱移送要素を備える熱エネルギー移送システムを備え、
上記熱エネルギー移送システムは、上記少なくとも１つの熱源から、上記少なくとも１つの熱化学反応チャンバー内に収容されている上記所定量の供給原料の少なくとも一部へ、熱エネルギーを選択的に移送するために、上記少なくとも１つの熱化学反応チャンバー内に収容されている上記所定量の供給原料の少なくとも一部と熱をやり取りする上記所定量の超臨界流体を選択的に配置するように配列されることを特徴とするシステム。
【0215】
５４．上記少なくとも１つの熱源は、少なくとも１つの原子炉を備えることを特徴とする項目５３に記載のシステム。
【0216】
５５．上記少なくとも１つの原子炉は、溶融塩冷却型原子炉システム、液体金属冷却型反応炉システム、ガス冷却型反応炉システム、および超臨界流体冷却型反応炉システムのうち少なくとも１つを備えることを特徴とする項目５４に記載のシステム。
【図面の簡単な説明】
【0217】
【図1A】実施形態に基づく、炭素質の供給原料を反応生成物に熱化学変換するシステムのブロック図である。
【図1B】実施形態に基づく、炭素質の供給原料を反応生成物に熱化学変換するシステムのブロック図である。
【図1C】実施形態に基づく、炭素質の供給原料を反応生成物に熱化学変換するシステムのブロック図である。
【図1D】実施形態に基づく、炭素質の供給原料を反応生成物に熱化学変換するシステムのブロック図である。
【図1E】実施形態に基づく、炭素質の供給原料を反応生成物に熱化学変換するシステムのブロック図である。
【図2】炭素質の供給原料を反応生成物に熱化学変換する方法のハイレベルフローチャートである。