(57)【要約】熱分解ピストン機関発電システムの炭素隔離の改良された方法およびシステムが、提供される。本システムは、電力および排ガスを発生させるための熱分解ピストン機関と、排ガスを受容し、冷却し、水を排ガスから除去し、ＣＯ２ガス供給源を生成する、水冷および分離ユニットとを含む。本システムはまた、ＣＯ２ガス供給源の少なくとも一部を水冷および分離ユニットから受容し、ＣＯ２ガス供給源と酸素を混合し、ピストン機関に提供されるための作業流体を生成する、混合圧力容器と、酸素を混合圧力容器に提供するための酸素発生器とを含む。本システムはまた、熱分解システムからの副産物を入力するための熱分解界面を含み、熱分解界面は、熱分解ガス界面と、熱分解ガス／油界面とを備える。
2020531258.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半密閉発電システムであって、
機関サブシステムと、
前記機関サブシステムに接続可能な半密閉サイクル（ＳＣＣ）酸素プラントサブシステムと、
前記ＳＣＣ酸素プラントサブシステムに接続可能な吸気サブシステムと、
前記ＳＣＣ酸素プラントサブシステムに接続可能なガス清浄システム（ＧＣＳ）と
を備える、半密閉発電システム。
【請求項２】
前記機関サブシステムに接続可能な熱分解サブシステムと、
前記熱分解サブシステムに接続可能な廃熱／電力変換サブシステムと、
前記廃熱／電力変換サブシステムに接続可能な排水セパレータサブシステムと
をさらに備える、請求項１に記載の半密閉発電システム。
【請求項３】
前記熱分解サブシステムは、
入口ホッパと、
熱分解反応チャンバであって、前記熱分解反応チャンバは、
パイプと、
前記パイプを囲繞する加熱ジャケットと、
セパレータ容器であって、前記セパレータ容器は、液体／タール生成物、ガス状生成物、および炭化生成物を提供する、セパレータ容器と、
材料を前記パイプを通して前記セパレータ容器に移動させるための前記パイプと同心のスクリュと
を備える、熱分解反応チャンバと、
前記加熱ジャケットに接続可能なバーナであって、前記セパレータ容器は、前記バーナに接続可能である、バーナと
を備える、請求項２に記載の半密閉発電システム。
【請求項４】
前記廃熱／電力変換サブシステムは、
ブレイトンサイクル廃熱／電力変換サブシステムであって、前記ブレイトンサイクル廃熱／電力変換サブシステムは、
第１のタービンと、
前記第１のタービンに接続可能な駆動用発電機と、
前記駆動用発電機に接続可能なコンプレッサと、
超臨界ＣＯ２を冷却するための前記コンプレッサに接続可能な第１の熱交換器と、
前記超臨界ＣＯ２を冷却するための前記コンプレッサに接続可能な第２の熱交換器と
を備える、ブレイトンサイクル廃熱／電力変換サブシステム
を備える、請求項２に記載の半密閉発電システム。
【請求項５】
前記機関サブシステムは、電力を発生させ、ガスを排気するための機関を備える、請求項１に記載の半密閉発電システム。
【請求項６】
前記機関サブシステムはさらに、
前記機関に接続可能なシャフト駆動式スーパーチャージャ、および／または
前記機関に接続可能なターボチャージャ
を備える、請求項５に記載の半密閉発電システム。
【請求項７】
前記吸気サブシステムは、
圧力容器と、
前記圧力容器に接続可能な送風機と、
前記圧力容器に接続可能な吸気酸素弁と
を備える、請求項１に記載の半密閉発電システム。
【請求項８】
前記ＳＣＣ酸素プラントサブシステム（ＯＰＳ）は、
ＯＰＳ送風機と、
前記ＯＰＳ送風機に接続可能なＯＰＳ弁アセンブリと、
前記ＯＰＳ弁アセンブリに接続可能な少なくとも１つのＯＰＳ分子篩容器と、
バッファタンクと、
前記バッファタンクおよび前記少なくとも１つのＯＰＳ分子篩容器に接続可能な少なくとも１つの等化弁と
を備える、請求項７に記載の半密閉発電システム。
【請求項９】
前記ＯＰＳ弁アセンブリに接続可能な少なくとも１つのＯＰＳ分子篩容器は、ＰＳＡプロセスに作用する、請求項８に記載の半密閉発電システム。
【請求項１０】
前記ＯＰＳ弁アセンブリに接続可能な少なくとも１つのＯＰＳ分子篩容器は、膜プロセスに作用する、請求項８に記載の半密閉発電システム。
【請求項１１】
前記ガス清浄システム（ＧＣＳ）は、
２段階ＧＣＳ分子篩ベースの脱水および捕捉システムと、
前記２段階ＧＣＳ分子篩ベースの脱水システムに接続可能なＧＣＳ送風機と、
前記２段階ＧＣＳ分子篩ベースの脱水システムに接続可能な熱交換器と
を備える、請求項１に記載の半密閉発電システム。
【請求項１２】
前記ガス清浄システム（ＧＣＳ）はさらに、
前記熱交換器に接続可能な少なくとも２つの真空圧力スイング吸着（ＶＰＳＡ）容器と、
捕捉されたガスを前記ＶＰＳＡ容器から除去するための真空ポンプと、
前記真空ポンプに接続可能なバッファタンクと、
前記バッファタンクに接続可能な多段階コンプレッサと、
前記多段階コンプレッサに接続可能な貯蔵タンクと
を備える、請求項１に記載の半密閉発電システム。
【請求項１３】
半密閉サイクルカーボンネガティブ発電システムであって、
機関サブシステムと、
前記機関サブシステムに接続可能な半密閉サイクル（ＳＣＣ）酸素プラントサブシステムと、
前記ＳＣＣ酸素プラントサブシステムに接続可能な吸気サブシステムと、
前記ＳＣＣ酸素プラントサブシステムに接続可能なガス清浄システム（ＧＣＳ）と、
前記機関サブシステムに接続可能な熱分解サブシステムと、
前記熱分解サブシステムに接続可能な廃熱／電力変換サブシステムと、
前記廃熱／電力変換サブシステムに接続可能な排水セパレータサブシステムと、
入口ホッパと、
熱分解反応チャンバであって、前記熱分解反応チャンバは、
パイプと、
前記パイプを囲繞する加熱ジャケットと、
セパレータ容器であって、前記セパレータ容器は、液体／タール生成物、ガス状生成物、および炭化生成物を提供する、セパレータ容器と、
材料を前記パイプを通して前記セパレータ容器に移動させるための前記パイプと同心のスクリュと
を備える、熱分解反応チャンバと、
前記加熱ジャケットに接続可能なバーナであって、前記セパレータ容器は、前記バーナに接続可能であり、前記バーナは、液体熱分解生成物を使用するように設計される、バーナと
を備える、半密閉サイクルカーボンネガティブ発電システム。
【請求項１４】
前記吸気サブシステムは、
酸素、冷却された排ガス、および空気の混合物が前記機関のための人工大気作業流体として生成されることを可能にする、混合容器と、
前記圧力容器に接続可能な送風機と、
前記混合容器に接続可能な吸気酸素弁と
を備える、請求項１３に記載の半密閉カーボンネガティブ発電システム。
【請求項１５】
前記ＳＣＣ酸素プラントサブシステム（ＯＰＳ）は、
ＯＰＳ送風機と、
ＯＰＳ真空ポンプと、
前記ＯＰＳ送風機に接続可能なＯＰＳ弁アセンブリと、
前記ＯＰＳ弁アセンブリに接続可能な少なくとも１つのＯＰＳ分子篩容器と、
バッファタンクと、
前記バッファタンクおよび前記少なくとも１つのＯＰＳ分子篩容器に接続可能な少なくとも１つの等化弁と
を備え、
前記ＳＣＣ  ＯＰＳは、真空圧力スイング吸着（ＶＰＳＡ）プロセスを介して動作する、請求項１３に記載の半密閉カーボンネガティブ発電システム。
【請求項１６】
前記ガス清浄システム（ＧＣＳ）は、
温度スイング吸着（ＴＳＡ）層プロセスに作用する、２段階ＧＣＳ分子篩ベースの脱水および捕捉システムと、
前記２段階ＧＣＳ分子篩ベースの脱水システムに接続可能なＧＣＳ送風機と、
前記２段階ＧＣＳ分子篩ベースの脱水システムに接続可能な熱交換器と
を備える、請求項１３に記載の半密閉カーボンネガティブ発電システム。
【請求項１７】
前記ガス清浄システム（ＧＣＳ）はさらに、
前記熱交換器に接続可能な少なくとも２つの真空圧力スイング吸着（ＶＰＳＡ）容器と、
捕捉されたガスを前記ＶＰＳＡ容器から除去するための真空ポンプと、
前記真空ポンプに接続可能なバッファタンクと、
前記バッファタンクに接続可能な多段階コンプレッサと、
前記多段階コンプレッサに接続可能な貯蔵タンクと
を備え、
捕捉されたガスはまた、前記ＴＳＡ層を再生するために使用される、請求項１６に記載の半密閉カーボンネガティブ発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、以下に列挙される出願（「関連出願」）の全ての主題に関連し、そこからの最先の利用可能な有効出願日を主張し（例えば、仮特許出願以外の最先の利用可能な優先日を主張する、すなわち、仮特許出願に関する３５ＵＳＣ§１１９（ｅ）下における利益を主張する）、それを参照することによって全体として組み込む（そのような主題が本明細書と矛盾しない限りにおいて）。本願はまた、関連出願のあらゆる親、親の親、親の親の親等の出願の全ての主題からの最先の利用可能な有効出願日を主張し、また、それを参照することによって全体として組み込む（そのような主題が本明細書と矛盾しない限りにおいて）。
「Ｉｍｐｒｏｖｅｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎ」と題され、Ｐａｕｌ  Ｍ．  Ｄｕｎｎを発明者とし、２０１７年８月１５日に出願された、米国仮特許出願６２５４５４９７号。
１．使用分野
【０００２】
本発明は、概して、半密閉サイクル発電システムに関し、より具体的には、炭素捕捉機器を含む、または少なくとも、濃縮された排気ＣＯ２レベルを有し、より低いコストのＣＯ２捕捉機器が採用されることを可能にする、発電システムに関する。さらに、本発明は、熱分解または部分的（酸素欠乏）燃焼を介して、合成ガス（一酸化炭素、二酸化炭素、メタン、水素、および他の炭化水素ガス）および他の燃料を固体原料から生産する、熱分解システムまたはガス化システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
２．先行技術の説明（背景）
従来の発電システムは、内燃または外燃かどうかにかかわらず、燃料を空気で燃焼させ、概して、燃焼生成物（排気／燃焼排ガス）を空気に（または空気への水中界面を介して）通気させる。これは、天然ガス、ガソリン、およびディーゼルピストン機関、また、ガスタービン、ジェット機関、またはさらに蒸気ボイラベースの発電所に当てはまる。空気への未処置燃焼排ガスの放出は、実行が単純であるが、環境上の理由から望ましくない。ＳＯ２、ＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣ（未燃焼炭化水素）、およびより最近では、ＣＯ２等のガスは、汚染物質として定義され、規制されている。特殊目的用途では、特に、海中用途に関して、システム排気圧力を周囲圧力（上昇背圧）に結び付ける要件は、機関サイクル効率を有意に低下させ得る。他の特殊目的用途では、特に、より高い高度において、システム圧力を周囲圧力（低減された入口圧力）に結び付ける要件は、比出力を有意に低減させ得、また、効率に影響を及ぼし得る。
【０００４】
その結果、非放出性であって、および／または悪影響を局所周囲圧力から殆ど被らないことが所望され、これまで、種々の密閉または半密閉発電システムに関する多くの研究が行われており、数え切れないほどの特許がもたらされている。歴史的には（１９００年代前半）、本研究は、主に、特殊目的用途に関連するものであったが、より最近は、主に、より高い効率を提供し、および／または放出物またはさらに捕捉システム放出物、特に、ＣＯ２を効果的に制御する能力についてのものになっている。同様に本発明者によるものである、第ＵＳ９，１９４，３４０Ｂ２号（参照することによって本明細書に組み込まれる）は、関連特許の歴史および引用を提供する。
【０００５】
熱分解およびガス化システムは、概して、２つのカテゴリ、すなわち、連続給送機械またはバッチ（オートクレーブ）タイプ機械に分類される。好ましい機械は、原料と、大部分を、その原料が、コンベヤ、スクリュ、または他の手段によって、反応ゾーンの中に効果的に移送され得るかどうかとに依存するであろう。可能であるとき、連続給送タイプ機械が、好ましい。第ＵＳ８，７８４，６１６Ｂ２号は、親および子特許とともに、本分野における多数の特許および非特許文書にわたる完全な引用集を提供する。
３．最先端技術の改良に至る動機
【０００６】
大気中のＣＯ２のレベルは、上昇し続けており、その上昇は、第２０世紀に始まった高速産業開発と相関し、レベルは、１９５０年代の約３００ｐｐｍから今日の４００ｐｐｍ超まで上昇している。カーボンニュートラルをはるかに超え、実際には、高度にカーボンネガティブであるが、依然として、電力を発生させる、システムが、その大規模運用のため、着目されており、経時的に、大気ＣＯ２レベルを補正し始めるであろう。
【０００７】
二酸化炭素は、多くの場所において、規制汚染物質である。ＮＯｘおよび未燃焼ＨＣ／メタンを含む機関排気の他の成分等の他の温室効果ガスもまた、高度に規制されている。例えば、ピストン機関、ガスタービン、または化石燃料燃焼ボイラ等の化石燃料燃焼機関は、＋１，０００程度〜＋２，０００ポンド超のＣＯ２／ＭＷ時のエネルギー生成物を生産する。
【０００８】
例えば、水力、風力、および太陽光等の源からの再生可能電力は、これらの源が、動作の間、ゼロＣＯ２／ＭＷ時を放出するため、カーボンニュートラルと見なされる。原子力も、動作の間、同一カーボンニュートラル属性を有する。しかしながら、再生可能電力および原子力は両方とも、システム加工、構造、および動作の間の他の支援活動の結果として生じる、炭素放出に起因して、依然として、カーボンポジティブである。
【０００９】
機関内における、例えば、埋立地発生ガス、汚泥消化ガス、生体物質導出ガス等の再生可能燃料の使用もまた、カーボンニュートラルと見なされる、または規制当局によってそのように定義される。なお、これらの機関の多くは、大気に放出される排気を有し、これらの「再生可能燃料」は、実際には、ＣＯ２が非常に高い、排気を生成する。埋立地発生ガスは、最初から、約５０％のＣＯ２、すなわち、大気への＋３，０００ポンドＣＯ２／ＭＷ時放出量を物理的にもたらすため、おそらくは、最悪である。これは、ほぼあらゆる石炭プラントを上回るが、依然として、埋立地発生ガス電力は、再生可能およびカーボンニュートラルと見なされる。
【００１０】
高温における材料の温度分解である、熱分解は、ピストンまたはタービン機関のためのカーボンニュートラル燃料を生成することができる。熱分解技術と炭素捕捉を組み合わせることによって、環境に優しいことと、開発者／オペレータに有益であることの両方である、カーボンネガティブ発電システムを生成する潜在性が、存在する。
【００１１】
しかしながら、熱分解に関するいくつかの問題および非効率性が存在するが、本発明は、これを対処することを模索する。加えて、本発明と半密閉サイクル機関の統合は、類似問題および非効率性に対処するであろう。これらの問題として、限定ではないが、構造中に使用される特殊合金に起因する、熱分解機器の高コスト、要求される温度を持続するために使用されなければならない、熱分解システムが生産する、大量の高価な（ガス状）燃料、ある原料から発生される熱分解油／タールからの価値の欠如、および要求される温度を熱分解反応器内で持続させるために使用されるバーナからのＣＯ２放出物および他の規制汚染物質を含む、放出物が挙げられる。
【００１２】
半密閉サイクル（ＳＣＣ）はまた、長所および短所を有し、これは、本発明を介して、すなわち、ＳＣＣ改良および熱分解との統合の両方を介して対処される。それらの問題として、限定ではないが、あまりに高い排ガス再循環（ＥＧＲ）のレベルを伴う動作が、ＳＣＣ内で生じ得る、任意の液体水中へのＣＯ２溶解の結果として、炭酸の生成につながり得ること、高レベルのＥＧＲを伴う動作がまた、典型的には、不活性成分を補償するために高純度酸素源を要求し、より高い酸素コストおよび特殊酸素プラントにつながること、高ＥＧＲレベルが、より高い純度酸素混合物と組み合わせられると、密度（分子量および他の要因に起因して）および比熱比の両方の観点から、空気と根本的に異なる、作業流体をもたらすこと、空気と根本的に異なる作業流体が、一般に、ピストン機関内の有意な機関修正（例えば、圧縮比、弁タイミング）と、ガスタービンの場合、ＳＣＣ作業流体のために専用に設計される新しいターボ機械類（例えば、エアブリージング式の従来のガスタービンに対して、高圧超臨界ＣＯ２タービン）とを要求するであろうこと、酸素が廃棄されない限り、ＳＣＣが、リーンバーンピストン機関およびガスタービンを含むために、過剰空気機械内の「設計点」より低い排気Ｏ２レベルを有する傾向にあるであろうこと、および排気Ｏ２レベルが、降下し、ＥＧＲを介してサイクルの中に戻される付加的作業流体を補償し、Ｏ２プラントコストを節約することが可能にされる場合、ある時点で、それらのレベルが、低くなりすぎ、全く燃焼を持続することができなくなり（メタン中の可燃性関するＯ２限界は、約１２％である）、ほぼ全ての例において、機関制御システムおよびガスタービン燃焼のガスの修正が、要求されることが挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許第９，１９４，３４０号明細書
【特許文献２】米国特許第８，７８４，６１６号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、熱分解システム内の炭素隔離の改良された方法およびシステムを提供する。本利点および他の利点を達成するために、本発明の目的によると、具現化されるように、本発明は、一側面では、改良された熱分解ピストン機関半密閉サイクル発電システムを含む。本発明のさらなる側面では、本システムは、コンパクトであって、周囲より高い排気圧力において動作可能であって、かつ機関動作、熱回収、酸素発生、およびガス清浄が、効率を改良し、資本コストを降下させる方法において統合される。
【００１５】
本発明は、（１）熱分解プロセスの効率を改良し、生産された燃料を殆ど消費せず、温度を維持し、２）熱分解システムおよび熱分解システム関連補助構成要素のための資本コスト出費を低減させ、３）熱分解プロセスからの油および燃料の両方を使用する様式において、機関電力を生産し、４）炭素を機関排気から捕捉し、５）炭素および他の汚染物質を熱分解排気から捕捉し、６）新しい主要な機関構成要素（ピストン機関のためのピストン／ヘッドまたはガスタービンのためのターボ機械類）または他の有意な機関修正を要求しない様式において、半密閉サイクル発電システムを動作させ、７）熱分解と組み合わせられた、または独立型である、半密閉サイクルのコストを降下および最適化させ、８）熱分解システムおよび従来の機関の両方における容認可能燃料の範囲を広げ、９）炭素捕捉プロセスの効率を改良する。前述の属性の組み合わせは、木材または一般廃棄物等の再生可能原料で動作するとき、高度に正味カーボンネガティブな発電システムをもたらすであろう。
【００１６】
本明細書に説明される炭素隔離発明の方法およびシステムは、半密閉サイクルで動作し、燃料を燃焼させ、電力を発生させることが可能な内燃または外燃タイプの機関と、機関排気によって予熱され、その排気中の過剰酸素を消費し、熱分解システム内の典型的温度より低い温度で動作し、少量の発生された燃料を消費する、熱分解システムであって、全ての熱分解バーナ燃焼排ガスは、機関排ガスと混合される、熱分解システムと、付加的電気を発生させながら、随意に、ガス清浄システム再生のための高温乾燥ガスを提供する、廃熱／電力変換システムと、排気冷却および水分凝縮システムと、捕捉されたＣＯ２を脱水させ、圧縮し、精製する、ガス清浄システムと、機関設計が本サイクルで動作するために変更を要求しないように、人工大気を生成し、機関動作を支援する、機関吸気ボックスであって、本サイクルは、機関の観点から、ほぼ区別不能な人工大気を含み、より高いＣＯ２によって補償されたより低いＮ２は、燃焼および機関動作を支援する、機関吸気ボックスと、高純度酸素を提供するのではなく、窒素の一部を空気から除去するという本サイクルにおける真の目的を有する、「酸素プラント」とを含む。
【００１７】
本発明は、機関から開始し、これは、概して、３つのタイプ、すなわち、リッチバーンピストン機関、リーンバーンピストン機関、または小型ガスタービンのうちの１つに分類される。
【００１８】
自然吸気、スーパーチャージ、および／またはターボチャージされ得る、リッチバーン機関では、燃料混合物は、燃料「空気」混合物を生成するように制御され、これは、ほぼ化学量論的である、すなわち、理想的燃焼の生成物が、ＣＯ２および水（Ｈ２Ｏ）であるように、完璧に平衡される。実際は、空気燃料比コントローラは概して、０．５％ＣＯ（若干リッチ）〜２．０％Ｏ２（若干リーン）の範囲内の、固定ＣＯまたはＯ２レベルを排気中に維持するように設定される。空気および天然ガスで動作する、リッチバーン機関は、典型的には、排気混合物を生産し、これは、約１０％ＣＯ２であって、残部は、主に、窒素および水蒸気である。リッチバーン機関は、常時、スパーク点火される。
【００１９】
リーンバーンピストン機関は、圧縮点火およびスパーク点火タイプの両方を含み得る。また、「二重燃料」ディーゼル機関も存在し、ディーゼルは、圧縮点火によって点火され、これは、スパークの均等物を提供し、ガス状混合物を点火する。リーンバーン機関は、概して、１．５〜２．０のラムダ値を伴って稼働する。リッチバーン機関は、燃料および酸素の完璧な化学量論的比である、約ラムダ１．０に設計される。空気（２１％Ｏ２）で稼働する際、ラムダ１．０リッチバーン機関は、本質的に、排気中にゼロＯ２を有するであろう一方、ラムダ１．５は、約５．２５％を有するであろう一方、ラムダ２．０（１００％過剰空気）は、約１０．５％Ｏ２を有するであろう。部分負荷におけるディーゼル機関および全負荷におけるガスタービンは、概して、さらにより高い排気Ｏ２レベルを有し、これはまた、重要なこととして、それらが、より低いＣＯ２レベルを有し、炭素捕捉をより困難にすることを意味する。
【００２０】
ＳＣＣでは、排気からのＣＯ２、Ｎ２、および一部のＨ２Ｏを機関吸気に戻す、冷却されたＥＧＲと、除去された窒素の一部を伴う空気の組み合わせは、人工大気、故に、機関のための作業流体を生成する。排気の本再循環は、ＣＯ２を濃縮させ、これは、炭素の経済的捕捉を可能にする。典型的機関排気Ｏ２およびＣＯ２レベルは、図１０に示され、全ての例において、２１％Ｏ２（ＥＧＲを含む、空気または空気均等物）が、機関に供給される。
【００２１】
水分の凝縮後、ＣＯ２純度は、増加し、最後の例は、冷却されたＥＧＲ流中の約７０％ＣＯ２を表す。リーンバーン機械、ピストン、またはガスタービンでは、排気中の５〜１５％Ｏ２は、ＳＣＣ例において上記に示されるＣＯ２の濃度を低減させる。典型的には、リッチバーン機関内で１，０００°Ｆである、排気は、次いで、ある場合には、付加的電力を発生させるために使用されるその排気熱を用いて、最終的には、燃焼水分の大部分が、凝縮し、分離される点まで冷却される。
【００２２】
冷却された排気は、依然として、水蒸気中に、典型的には、１００〜１３０°Ｆで飽和され、１１５°Ｆは、ピストン機関のために良好な設計点入口温度である。冷却された排気は、空気および／または空気および「酸素」（除去された窒素の一部で富化された空気）と混合され、機関のための人工大気を生成する。シミュレーションおよび試験データ（リッチバーンに関する）は、２２〜５０％のわずかなレベルの酸素富化）２５〜３５％が好ましい）を用いることで、その結果、よりわずかなレベルのＥＧＲを用いることで、機関が、圧縮比またはタイミング変更を伴わずに、かつ比燃料消費率に殆どまたは全く顕著な差異を伴わずに、非常に良好に稼働するであろうことを示している。
【００２３】
冷却されたＥＧＲ流の一部は、２つの機能を有する、ガス清浄システム（ＧＣＳ）の中に方向転換される。１つ目は、排気が除去される率が、間接的に、残りが再循環される率を決定し、したがって、ＧＣＳが、ＥＧＲレベルおよび機関吸気ＣＯ２レベルを管理することに役立つということである。２つ目は、９１％Ｏ２源の場合でさえ、ＥＧＲ流中の未加工ＣＯ２の濃度は、商業用用途またはさらに経済的隔離のために低すぎるということである。その結果、ＧＣＳはまた、未加工ＣＯ２を脱水させ、それを、依然として存在し得る、Ｎ２、Ａｒ、およびＯ２から分離することによって、ＣＯ２を精製する機能を有する。最後に、ＧＣＳは、隔離または顧客用途のために、ＣＯ２を加圧するために要求される構成要素を含む。ＧＣＳは、アミンベースのＣＯ２吸着、分子篩捕捉、蒸留（位相分離ベース）、または組み合わせであり得る。ＧＣＳ技術の選択肢は、ＣＯ２レベル、システムサイズ、およびある場合には、捕捉されたＣＯ２仕様と結び付けられる。ＣＯ２の単純位相分離は、極低温温度を要求せずに分離が生じ得る、ＣＯ２の十分に高い部分圧力が存在することを要求し、したがって、５０〜９０％ＣＯ２が、わずかなレベルの圧縮に関して好ましい。アミンおよび分子篩は、４００ｐｐｍのＣＯ２を空気中に含む、非常に低ＣＯ２濃度で物理的に作用するであろうが、これらのプロセスが経済的であるためには、１４％を上回るＣＯ２が、要求され、故に、ＳＣＣは、リッチバーンよりリーンバーン機関およびガスタービンに関してはなおさらそうであることが要求されるが、あるレベルのＳＣＣおよびＥＧＲが、炭素捕捉のためにこれらの機関のいずれかを最適化するために要求される。
【００２４】
ＳＣＣ内における経済的炭素捕捉を可能にする技術は、酸素プラント、より正しくは、窒素除去プラントである。ＳＣＣ内で採用される機関は、それらが、リッチバーンピストン、リーンバーンピストン、またはガスタービンであるかどうかにかかわらず、固定設計点または容認可能動作範囲を有し、これは、作業流体のある範囲の流動率を要求する。ＣＯ２を冷却されたＥＧＲを介して作業流体に添加する場合、機関動作の変更（これは、時として、放出物を低減させるために行われる）を達成しようとしない限り、機関プロセスにおいて不活性である、付加的ＣＯ２を、空気からのほぼ同一量のＮ２（同様に不活性）の除去によって、補償する必要がある。酸素プラントのタイプとして、限定ではないが、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）、真空圧力スイング吸着（ＶＰＳＡ）、膜、または極低温蒸留が挙げられ得る。前述のものは全て、膜（単一段階における）以外、＞９０％純度Ｏ２を生産することが可能であって、膜プラントは、３０〜４０％Ｏ２を生産するが、また、高純度Ｎ２も同時に生産する。４つのタイプのうち、本発明が焦点を当てる規模において、ＶＰＳＡは、最良比出力を有するが、２番目に良いコストであって、膜は、最低コストであるが、最悪比出力を有する。ＰＳＡおよび膜は、それらが、ブースタコンプレッサの使用を伴わずに、わずかな圧力（１５〜２５ｐｓｉｇ）においてＯ２を生産することができるという利点を有する。
【００２５】
高温排気は、プロセスの一部として冷却される必要があるが、また、ＧＣＳ内の分子篩層またはアミンを再生することに役立てるための熱源としても使用されることができ、排気廃熱はまた、廃熱／電力変換システムを駆動するためにも使用されることができ（随意）、これは、本発明と関連付けられた他の補助電力要件を相殺することに役立つであろう。第ＵＳ９，１９４，３４０号によると、この場合、ＣＯ２を作業流体として使用して、廃熱／電力変換システムを設計し、また、高温ＣＯ２をＧＣＳの中に抽気させ、システムを再生する、またはＧＣＳ捕捉ＣＯ２を使用して、廃熱／電力変換システム内の作業流体を増大させることが可能である。大部分の廃熱／電力変換システムは、より高い温度を好み、また、第９，１９４，３４０号内には、排気温度を適度に増加させる、技法も認められる。
【００２６】
最後に、熱分解システム（随意）も、本発明の一部である。最先端技術として知られる他のものおよび販売に供される物品における、特許取得されたいくつかの例には、熱分解を介して、ピストン機関またはタービンのための燃料を発生させるための方法が、存在する。熱分解は、本質的には酸素が欠乏した容器内における高温での有機材料、例えば、木材または一般廃棄物の熱化学分解である。生物起源および非生物起源材料の熱分解は、１）低ＢＴＵガス（典型的には、Ｈ２、ＣＯ、ＣＨ４、およびＣＯ２の混成物）、２）ある場合には、油、および３）全ての例において、炭化／炭素固体生成物をもたらす。熱分解の３つの生成物は全て、固体でさえ、価値を有する。実際、多くの場合、屋外グリルのために使用される、「木炭」ブリケットは、木材の熱分解を介して製造される。
【００２７】
先行技術熱分解技法に関する問題は、大きな割合の生産された燃料、通常、ガスが、プロセスのための熱を維持するために消費されることであって、これは、目標が木炭ブリケットである場合、問題ないが、目標が機関を稼働させることである場合、有用ではない。本発明では、典型的には、１，０００°Ｆであるが、概して、機関タイプに応じて、５００〜１５００°Ｆである、高温ＳＣＣ排気が、熱分解システムバーナ内において、空気の代わりに使用される。リッチバーン機関の場合、これは、ある付加的Ｏ２がＳＣＣ排気の中に注入されることを要求するであろうが、リーンバーン機関またはガスタービンの場合、十分なＯ２が、排気中に存在し、燃焼を支援し、熱分解のための要求される温度をもたらす。より優れたこととして、そのようなＯ２を消費することは、ＣＯ２濃度が増加するであろうため、捕捉された単位ＣＯ２あたりの我々のＧＣＳシステムをより小さいものにするであろう。
【００２８】
具体的には、例えば、約５，０００馬力のリーンバーン機関は、８１５°Ｆにおいて排気中に９％Ｏ２を有し得る一方、ＥＧＲ前には、３８％純度Ｏ２を伴ってＳＣＣで動作する。（熱分解からの）燃料を本排気に添加することは、温度を２，３００°Ｆまで上昇させ、高温ＣＯ２パーセンテージを２３％まで増加させ、ＧＣＳのサイズを有意に低減させるであろう。
【００２９】
熱分解は、典型的には、反応ゾーン内に、上方のバーナからの２，０００＋°Ｆ燃焼温度と一貫する、９００〜１８００°Ｆの温度を要求する。典型的には、設計者は、可能な限り高温まで上昇させ、ガス状成分生成物を増加させる、液体または炭化物の量を低減させるであろう。その結果、インコネルのような材料が、熱分解反応器において使用される。１６００〜１８００°Ｆの高温では、インコネルまたは他の特殊ニッケル合金は、クリープまたは破裂までの時間の観点から、許容可能強度を有し、これは、典型的ステンレスのものの約１０倍である。これらの材料はまた、典型的ステンレスの約１０倍のコストを有する。
【００３０】
約３００°Ｆのプロセス温度の低減は、依然として、原料を処理するであろうが、より多くの油／タールを生産し、より少ないガスを生産するものの、ステンレス鋼の使用を可能にするであろう。排気中の酸素の存在および燃焼ゾーン内をより高い純度酸素で増大させる能力は、加熱燃料としての熱分解油の使用を可能にし、したがって、熱分解反応器内の反応温度、故に、スクリュおよび他の応力がかけられる構成要素の温度を低下させ得る場合でも、そのガスを反応温度を維持するために使用しないため、依然として、機関において使用するためのほぼ同一量の正味ガスを生産するであろう。
【００３１】
最後に、より低い温度における熱分解ユニットの動作でも、熱分解ユニットからの排気は、依然として、そうでない場合に有していたであろう、ＳＣＣ機関からの排気より高い温度となり、その排気の流率もまた、若干、より高い。正味結果として、設計の廃熱／電力構成要素内に生産され得る電力は、ここでは、熱分解サブシステムの追加の結果、増加される。前述のものの組み合わせは、低減された資本および運営コストにおいて高度にカーボンネガティブな発電システムに達する観点から、価値を生成する。
【００３２】
要するに、本発明は、機関と、電力および排ガスを発生させるためのリッチまたはリーンバーンピストンまたはタービンと、分子篩ベースの酸素プラントと、酸素、冷却された排ガス、および空気の混合物が機関のための人工大気作業流体として生成されることを可能にする、混合容器と、排水セパレータおよびデミスタと組み合わせられる、排気を冷却する方法と、直接または間接的に機関排気廃熱を採用する、ＴＳＡプロセスで動作する、分子篩ベースの脱水ユニットと、真空圧力スイング吸着（ＶＰＳＡ）プロセスで動作する、分子篩ベースの捕捉ユニットとを含み、プロセスガスはまた、温度スイング吸着（ＴＳＡ）層を再生するために使用される、半密閉サイクルカーボンネガティブ発電システムを対象とする。
【００３３】
さらに、半密閉サイクルカーボンネガティブ発電システムは、熱分解ユニットを含み、以下の特性、すなわち、機関排気からの過剰酸素を消費するように設計される、バーナと、液体熱分解生成物を使用するように設計される、バーナと、機関排気と組み合わせられ、後続炭素捕捉を可能にし、ステンレス鋼構造および増加される油／タール生成物と一貫したより低い温度動作における非放出性熱分解システムを生成する、バーナ排気とを伴う。ＳＣＣ機関が、スパーク点火に対して、「二重燃料」（ディーゼル天然ガス）である場合、生産された付加的熱分解油は、ディーゼルの代わりに、またはそれを増大させるために使用されることができる。
【００３４】
本発明はまた、理想的には、ＣＯ２ベースであって、ブレイトンサイクルで動作する、廃熱／電力変換ユニットを含み、排気を３００°Ｆまで冷却するために十分な圧力比が、採用され、高温ＣＯ２抽気が、システム分子篩の部分を再生するために使用される。
【００３５】
本発明はまた、膜プロセスを介して動作し、単一段階において２３〜４０％の純度でＯ２を発生させる、酸素プラントであって、該酸素プラントは、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）または真空圧力スイング吸着（ＶＰＳＡ）を介して動作し、２３〜２８％Ｏ２の混合されたＯ２および空気レベルは、リッチバーン機関からの１５％ＣＯ２純度をもたらし、機関変更を要求しない、酸素プラントを含む。また、２３〜５０％Ｏ２の混合されたＯ２および空気レベルは、リーンバーン機関から２０％ＣＯ２純度およびリッチバーン機関からより高い純度をもたらし、機関制御パラメータへの変更のみを要求し、内部の機械的変更を要求せず、機関入口における２１％未満のＯ２純度は、機関制御（ラムダ設定）変更のみを要求する。
【００３６】
本発明はまた、低Ｏ２純度が、機関の部分への直接Ｏ２注入によって補償される場合、所望より低い排気Ｏ２純度が、熱分解バーナの部分への直接Ｏ２注入によって補償される場合、かつ分子量および比熱比および密度等の他の重要なガス性質が、ターボ機械類の変更または有意な効率影響を伴わずに、小型ガスタービンの動作範囲と互換性があるままであるように、低Ｏ２純度（２３〜４５％Ｏ２）で動作されるときを対象とする。
【００３７】
本発明はまた、低減されたＥＧＲと、増加されたＯ２とでの能作を含み、非常に低ＢＴＵ燃料、概して、その機関に関する通常最小値のｌ／３、典型的には、１５０ＢＴＵ／ＳＣＦでのピストン機関動作を可能にする。代替として、本発明は、増加されたＥＧＲと、ある場合には、低減されたＯ２とでの能作を含み、ノッキングまたは減定格を伴わずに、高ＢＴＵ燃料、概して、純プロパンと同程度またはより高い、最大で４０００ＢＴＵ／ＳＣＦでのピストン機関動作を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
本発明と見なされる、主題が、特に、挙げられ、明細書の結論における請求項に明白に主張される。本発明の前述および他の目的、特徴、および利点は、付随の図面と関連して検討される、以下の発明を実施するための形態から明白である。
【００３９】
【図１】図１は、Ｎ２除去、ＧＣＳ、および圧縮を含む、汎用ＳＣＣ発電システムの基本構成要素を図式的に図示する。
【００４０】
【図２】図２は、ＰＳＡ  Ｏ２発生、ＳＣ  ＣＯ２廃熱／電力変換、およびＴＳＡおよび位相分離の両方を採用するＧＣＳを伴う、ＳＣＣピストン機関発電システムの構成要素を図式的に図示する。
【００４１】
【図３】図３は、汎用連続給送熱分解反応器の基本構成要素を図式的に図示する。
【００４２】
【図４】図４は、熱分解システムの先行技術実装が、より複雑であって、複数のバーナ、排気口、バッフル、ダクト類、および原料の調製と関連付けられた構成要素を含み得ることを図式的に図示する。
【００４３】
【図５】図５は、本発明における構成要素および構成要素の配列を図式的に図示し、ＳＣＣ機関サブシステム、熱分解サブシステム、廃熱／電力変換サブシステム、排気冷却および水分分離サブシステム、ＳＣＣ吸気サブシステム、酸素／窒素除去サブシステム、圧縮を伴うガス清浄サブシステム、および熱分解酸素受入弁を含む。
【００４４】
【図６】図６は、図５に示される機関サブシステムを図示する。
【００４５】
【図７】図７は、図５に示される、廃熱／電力変換および排水セパレータサブシステムを図示する。
【００４６】
【図８】図８は、図５に示される、ＳＣＣ吸気、酸素プラント（窒素除去）サブシステム、および熱分解弁への付加的Ｏ２を図示する。
【００４７】
【図９】図９は、図５に示される、ＧＣＳサブシステムを図示する。
【００４８】
【図１０】図１０は、典型的機関排気Ｏ２およびＣＯ２レベルを示す、表である。
【００４９】
【図１１】図１１は、３ＭＷクラスにおけるリーンバーン中速度機関に関してシミュレートされた結果を示す、表である。
【００５０】
【図１２】図１２は、メタン燃料（無熱分解）を用いた小型産業ガスタービン上でのＥＧＲを伴うＳＣＣの化学プロセスフローシートシミュレーションからの結果を示す、表である。
【００５１】
【図１３】図１３は、本明細書に説明される本発明による、カーボンネガティブ発電システムを提供する改良された方法およびシステムのための１つの方法を示す、フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
本発明は、ここで、本発明の図示される実施形態が示される、付随の図面を参照して、より完全に説明される。本発明は、図示される実施形態にいかようにも限定されず、下記に説明される図示される実施形態は、単に、当業者によって理解されるように、種々の形態において具現化され得る、本発明の例示である。したがって、本明細書に開示される任意の構造および機能詳細は、限定としてではなく、単に、請求項のための基本として、かつ当業者に本発明を多様に採用することを教示するための代表例として解釈されるべきであることを理解されたい。さらに、本明細書で使用される用語および語句は、限定ではなく、むしろ、本発明の理解可能な説明を提供することを意図する。
【００５３】
値の範囲が、提供される場合、文脈によって明確に別様に示されない限り、下限の単位の１０分の１までの、その範囲の上限と下限との間の各介在値と、任意の他の述べられた値またはその述べられた範囲内の介在値とが、本発明内に包含されることを理解されたい。これらのより小さい範囲の上限および下限は、述べられた範囲内の任意の具体的に除外される限界を条件として、独立して、同様に本発明内に包含される、より小さい範囲内に含まれ得る。述べられた範囲が、限界の一方または両方を含む場合、それらの含まれる限界の両方のいずれかを除外する範囲もまた、本発明内に含まれる。
【００５４】
別様に定義されない限り、本明細書で使用される全ての技術的および科学用語は、本発明が属する当業者によって一般に理解されるものと同一意味を有する。本明細書に説明されるものに類似する、またはそれと同等の任意の方法および材料もまた、本発明の実践または試験において使用されることができるが、例示的方法および材料が、ここで説明される。本明細書に述べられた全ての刊行物は、それと併せて刊行物が引用される、方法および／または材料を開示および説明するために、参照することによって本明細書に組み込まれる。
【００５５】
本発明は、概して、熱分解を介して、その独自の燃料またはその他のための燃料を処理しながら、ある圧力および出力におけるＣＯ２を含むために、非放出性であって、生成物を生産する様式において、半密閉サイクルで、圧縮点火、スパーク点火、リッチまたはリーンバーン往復動ピストン機関、またはリーンバーンガスタービンを動作させるシステムに関する。発電システムは、統合された分子篩ベースの空気分離ユニットを具備し、これは、酸素を提供する。（代替として、膜ベースの空気分離ユニットまたは極低温ベースの空気分離ユニットを具備し得る）。
【００５６】
機関からの排ガスは、再加熱され、Ｏ２を消費し、熱分解反応器のための熱源を提供するために、機関および熱分解バーナからの組み合わせられた排気（例えば、種々のパーセンテージにおける、ＣＯ２、Ｎ２、Ａｒ、Ｏ２、および水蒸気）は、再循環され、燃焼希釈剤および作業流体を提供する。システムの高グレードの廃熱は、排気を冷却し（プロセスの一部）、亜／超臨界ＣＯ２ブレイトンサイクルを介して、付加的電力を発生させるために使用される。発生された生成物である、ＣＯ２は、圧縮され、精製され、ユーザのための圧力で、また、熱回収システム内の作業流体として提供される。熱回収システムはまた、ひいては、ガス精製温度スイング吸着分子篩を再生する際に使用するための乾燥高温ＣＯ２を提供する。
【００５７】
本発明は、電力およびある圧力におけるＣＯ２の両方がプロセスのために要求される、特定の使用であることを理解されたい。向上された油回収は、そのようなプロセスの実施例である。さらに、本発明は、２ストロークまたは４ストロークピストン機関、リッチまたはリーンバーン、回転式ピストン機関、または小型ガスタービンにも適用可能であることを理解されたい。中速度機関（燃焼プロセスのためにより多くの時間を有する）、特に、高「ブースト」（吸気マニホールド）正味平均有効圧力での動作に耐性のある機関（中速度対向ピストン機関または重作業用の低から中速度の４ストローク機関等）が、サイクルに好適であるが、本発明は、そのような中速度機関に限定されないことを理解されたい。
【００５８】
ここで、類似参照文字がいくつかの図全体を通して類似要素を示す、図面の描写に目を向ける。
【００５９】
図１は、Ｎ２除去、ＧＣＳ、および圧縮を含む、汎用ＳＣＣ発電システムの基本構成要素を図式的に図示する。図１を参照すると、アイテム１は、機関を表し、これは、燃料を消費し、空気（従来）をブリージングしながら、またはＳＣＣの構成要素の組み合わせによって生成された人工大気をブリージングしながら、電力および排気を生産する。リッチバーン式スパーク点火ピストン機関は、アイテム１として使用され得る、機関のサブセットである。リーンバーン、スパーク、または圧縮点火ピストン機関も、アイテム１として使用され得る、機関のサブセットである。リーンバーン機関は、２または４ストローク構成で利用可能である。圧縮点火変形のいくつかもまた、提案される二重燃料である。リーンバーン機関は、小型サイズで利用可能であるが、本明細書で奨励されるものは、より大きい中速度（９００ｒｐｍ）リーンバーン機関を使用するためのものとなるであろう。
【００６０】
技術的にリーンバーン機関でもある、小型ガスタービンも、アイテム１として使用され得る、機関のサブセットである。アイテム１の機関は、空気が使用されるとき、より具体的には、機関入口における酸素含有量が、約２１％であるとき、理論上、ゼロ（リッチバーン）〜２０％範囲（アイドル時における圧縮点火機関）内の任意の排気酸素レベルを有し得るが、事実上、０〜１０％が、ピストン機関の標準であって、８〜１５％が、タービン機関の標準である。
【００６１】
依然として、図１を参照すると、機関アイテム１は、排気を冷却する（ある場合には、他の機能を実施しながら）アイテム２であるシステムに給送し、これは、次いで、最終的には、凝縮を介して燃焼水分の大部分を排気から分離するアイテム３である排水セパレータに排気を給送する。排気のガス状成分は、アイテム３内またはその下流に分裂され、アイテム４である、吸気サブシステムと、アイテム６である、ガス清浄サブシステムとに給送される。
【００６２】
依然として、図１を参照すると、アイテム５は、サブシステムであり、これは、酸素流、典型的には、膜プラントである場合、３０〜４０％Ｏ２、またはＰＳＡまたはＶＳＰＡプラントである場合、９０％Ｏ２、または極低温プラントである場合、９９％Ｏ２を、アイテム４である、吸気サブシステムに提供し、これは、Ｏ２源、冷却された排気再循環、および随意に、空気の混合を促進し、機関のための人工大気を生成する。
【００６３】
依然として、図１を参照すると、アイテム６、６Ａ、６Ｂは、ガス清浄システム（ＧＣＳ）内で生じるであろう、段階を指す。ＧＣＳ内のこれらの段階は、未加工ＣＯ２純度およびシステム設計に応じて、異なる順序で生じ得るが、概して、アイテム６の脱水、その後、アイテム６Ａの捕捉、その後、アイテム６Ｂの圧縮が続き、高圧または圧力下で液体として貯蔵時、約９９％純度のＣＯ２生成物をもたらすであろう。これらのプロセスの詳細は、続いて、本明細書で議論されるであろう。
【００６４】
また、ＰＳＡ  Ｏ２発生、ＳＣ  ＣＯ２廃熱／電力変換、およびＴＳＡおよび位相分離の両方を採用するＧＣＳを伴う、ＳＣＣピストン機関発電システムの構成要素を図式的に図示する、図２を参照する。図２を参照すると、図１のアイテム１に類似する、アイテム２１は、機関である。依然として、図２を参照すると、アイテム２２である、廃熱／電力変換または「ＣＯ２  ＳＣタービン熱回収」サブシステムは、排気を冷却する。依然として、図２を参照すると、アイテム２３は、排水セパレータであって、これは、水分の大部分が除去された状態である、冷却された排気を、吸気サブシステムである、アイテム２４に戻るように給送する。アイテム２４サブシステムは、酸素を、描写されるように、ＰＳＡ酸素プラントであったが、膜、ＶＰＳＡ、または極低温でもあり得る、アイテム２５から受容する。
【００６５】
依然として、図２を参照すると、アイテム２６は、ＧＣＳであって、本ＧＣＳは、描写されるように、ＴＳＡプロセスに基づいて脱水部分を有し、その後、位相分離によって、ＣＯ２を液化および分離するための冷蔵が続く。アイテム２６はまた、あらゆる分子篩、アミンベース、またはそれらの組み合わせでもあり得る。最後に、図２を参照すると、アイテム２７は、アイテム２５の酸素プラントのサブセットである、コンプレッサであるが、この場合、電気的に駆動されるのではなく、直接、機関に接続される。
【００６６】
依然として、図２を参照すると、ＥＧＲループ内に５０〜９０％ＣＯ２純度を伴う、本設計は、この場合、アイテム２４において空気を混合しない、ＰＳＡからの約９０％の高純度Ｏ２源と一貫する。これらの高未加工ＣＯ２レベルは、位相分離ＧＣＳアプローチを可能にする。
【００６７】
また、図３を参照すると、図は、汎用連続給送熱分解反応器の基本構成要素を図式的に図示する。図３を参照すると、アイテム３３８は、原料であって、これは、入口ホッパおよび関連構成要素アイテム３３９の中に給送される。熱分解のための原料は、機器の温度範囲内で熱的に分解可能である、任意のものを含んでもよく、これは、石炭、プラスチック、タイヤ、一般廃棄物、自動シュレッダ残留物、または木材、紙、バイオマス、および他の再生可能廃棄物流を含む、再生可能原料流を含む。原料が、プラスチックのように、より低い温度分解点を有し、灰分を有しないとき、かつ連続給送熱分解ユニットが、使用されるとき、また、原料をプロセスを通して搬送するための機械的手段が存在するように、石炭のような灰または灰含有原料添加物を含むことが重要である。
【００６８】
依然として、図３を参照すると、熱分解反応チャンバは、本質的に、材料をプロセスを通して低速で搬送し、セパレータ容器である、アイテム３１３の中に給送するための、加熱ジャケットである、アイテム３１１によって囲繞される、スクリュである、アイテム３１２が取り付けられた、パイプである、アイテム３１０である。
【００６９】
依然として、図３を参照すると、加熱ジャケットである、アイテム３１１に取り付けられた、バーナである、アイテム３１４が、ほぼゼロ酸素環境において、材料が熱のみに暴露されるように、パイプ３１０の外部から、熱をプロセスに提供する。バーナ３１４は、アイテム３１５を介して、空気または酸素含有流と、アイテム３１６を介して、燃料とを給送される。バッフルである、アイテム３１７が、ジャケット３１１内に存在し、ある程度まで、バーナ３１４から、原料パイプである、アイテム３１０までの逆流熱交換プロセスを可能にする。熱分解バーナ排気口である、アイテム３１８が、典型的には、大気に通気される。
【００７０】
依然として、図３を参照すると、システムのセパレータ部分は、アイテム３１９である、ガス状生成物と、アイテム３２０である、液体／タール生成物と、アイテム３２１である、炭化生成物とを示されない受容機器に提供する。我々の好ましい実施形態では、通常、あまり高価ではない、アイテム３２０である、液体生成物が、燃料としてアイテム３１６に提供される、または少なくとも、アイテム３１６において、燃料を増大させる。
【００７１】
また、図４を参照すると、図は、熱分解システムの実際の実装が、より複雑であって、複数のバーナ、排気口、バッフル、ダクト類、および原料の調製と関連付けられた構成要素を含むことができることを図式的に図示する。
【００７２】
また、図５を参照すると、図は、システムレベルにおいて、本発明における構成要素および構成要素の配列を図式的に図示し、ＳＣＣ機関サブシステム、熱分解サブシステム、廃熱／電力変換サブシステム、排気冷却および水分分離サブシステム、ＳＣＣ吸気サブシステム、酸素／窒素除去サブシステム、圧縮を伴うガス清浄サブシステム、および熱分解酸素受入弁を含む。
【００７３】
依然として、図５を参照すると、アイテム５２２は、機関サブシステムであって、これは、好ましい実施形態では、５〜１５％であるが、公称上、９％の酸素を含有する、高温排ガスを、熱分解サブシステムアイテム５２３のバーナに給送する。熱分解排気は、アイテム５２３から、アイテム５２４まで流動し、そこで、ＳＣ  ＣＯ２タービン廃熱／電力変換サブシステムへの熱を退ける。
【００７４】
依然として、図５を参照すると、廃熱／電力変換システムである、アイテム５２４から、付加的未加工ＣＯ２および低減されたＯ２を伴う、排気が、排水セパレータである、アイテム５２５の中に流動し、そこで、燃焼水の大部分が、凝縮される。本冷却された排気は、２つの流れに分裂され、その一部は、吸気アセンブリである、アイテム５２６に流動する。アイテム５２６である、吸気アセンブリは、アイテム５２７からの冷却された排気、空気、および酸素を混合し、機関である、アイテム５２２のための人工大気を生成する。
【００７５】
依然として、図５を参照すると、アイテム５２５からの流動の一部は、ガス清浄サブシステムである、アイテム５２８に提供される。アイテム５２８内では、未加工ＣＯ２は、脱水、精製、圧縮、および貯蔵される。最後に、アイテム５２９である、弁が、機関排気が単独で十分ではないそれらの事例では（概して、これは、リッチバーン機関のみの場合に当てはまる）、付加的酸素をサブシステム５２３である、熱分解サブシステムに提供するために使用される。請求項につながる、これらのサブシステムおよびその動作の詳細は、続くより詳細な図と関連付けて議論されるであろう。
【００７６】
また、図６を参照すると、図は、図５の機関サブシステムである、アイテム５２２を図示する。依然として、図６を参照すると、シャフト駆動式スーパーチャージャまたは送風機である、アイテム６３０（随意）が、作業流体を、ターボチャージャのコンプレッサである、アイテム６３１（随意）に、その後、機関である、アイテム６３２に給送する。機関６３２は、負荷、大部分の場合、発電機である、アイテム６３３に結合される。ターボチャージャである、アイテム６３４（随意）では、タービン排気が、アイテム６３５である、排気ラインを介して、後続システムに給送される。典型的には、機関である、アイテム６３２、または存在するとき、アイテム６３０または６３１であるかどうかにかかわらず、機関吸気が、わずかに亜大気圧を用いて給送される。アイテム６３５における、機関排気背圧は、概して、吸気より２〜７水柱インチのみ高い。しかしながら、アイテム６３２吸気またはアイテム６３１放出における絶対圧力は、数気圧であり得、いくつかの機関は、＞３０ｐｓｉｇのターボブースト条件で稼働する。機関設計における経験を伴う当業者によって、冷却が、多くの場合、本明細書では示されない構成要素間に存在し、これは、大部分の場合、ＳＣＣの一部として変更されないであろうことが認識される。高温ガスを冷却する、インタークーラが、多くの場合、スーパーチャージャである、アイテム６３０と、ターボコンプレッサである、アイテム６３１との間に存在するであろう。同様に高温ガスを冷却する、アフタクーラが、多くの場合、ターボコンプレッサである、アイテム６３１と、機関である、アイテム６３２との間に存在するであろう。多段式ターボチャージャまたは並列の複数のターボチャージャが、一般的であって、本明細書でも排除されない。
【００７７】
後に議論されるであろうように、サブシステム５２６である、吸気サブシステムを、「ターボブースト」圧力と同程度の圧力を含む、正圧において動作させ、そうすることによって、機関６３２が、構成要素アイテム６３０、６３１、または６３４、またはそれらの構成要素と関連付けられたクーラの使用を伴わずに、その定格出力を提供することを可能にする。これが行われると、アイテム６３５における温度は、アイテム６３４放出ではなく、アイテム６３４入口を表し、これは、定格電力における中速度機関では、約３００°Ｆ異なるため、より高くなるであろう。後続サブシステムの効率は、さらに増加され、機関保守コストは、低減され、信頼性は、改良され得ることを理解されたい。
【００７８】
また、図７を参照すると、図は、図５の廃熱／電力変換および排水セパレータサブシステムを図示する。図７を参照すると、サブシステム５２４である、超／亜臨界ＣＯ２ブレイトンサイクル廃熱／電力変換器が、熱分解が存在するとき、３１８を介して、点７１８において、または存在しないとき、直接、機関排気６３５において、高温機関排気を受容し、高温側熱交換器７３６を介して、それを冷却する。これは、点７３７である、サブシステム５２４タービン入口において、１，０５０°Ｆ（排気温度より約５０°Ｆ低い）と、超臨界圧力、公称上、６，０００ｐｓｉａとの条件をもたらす。
【００７９】
依然として、図７を参照すると、サブシステム５２４は、純ＣＯ２を作業流体として使用する。流体は、タービン７３８を通して、１，２００ｐｓｉａ（設計点において）まで拡張され、発電機７３９およびコンプレッサ７４０を駆動させる。低温側熱交換器７４１は、点７４２において、超臨界ＣＯ２を約１１０°Ｆまで冷却する。作業流体（ＣＯ２）は、コンプレッサ７４０内で再圧縮され、約６，０００ｐｓｉａ、２７５°Ｆにおいて、熱交換器７３６に提供される。正味結果として、ピストン機関排気は、点３５または７１８における１１００°Ｆから点７４３における３００°Ｆまで冷却されている。全てのこれらの圧力および温度は、設計点における推定値であって、負荷に伴って変動するであろうことに留意されたい。また、密閉超臨界ＣＯ２ブレイトンサイクル熱回収システムは、発電機７３９（一定速度、故に、一定圧力比で稼働する）における負荷の管理を介して、サイクル内の総質量を変動させることによって、制御されることに留意されたい。１，２００ｐｓｉａ入口、６，０００ｐｓｉａ出口が、全出力におけるコンプレッサ設計点であり得、１／１０の出力では、同一点において、公称上、１２０ｐｓｉａおよび６００ｐｓｉａとなると予期されるであろうが、サイクル効率は、理論上、不変となるであろう（実際は、サイクルが、超臨界圧力において最適により近づくため、若干劣化する）。圧力比および熱交換器設計圧力の他の選択肢も、当然ながら、可能性として考えられる。５の圧力比率は、ブレイトンサイクルだけのためには最適ではないが、合理的に低コンプレッサ退出温度を与え、利用可能な機関または機関および熱分解サブシステム排気廃熱の良好な使用を可能にする。
【００８０】
依然として、図７を参照すると、サブシステム５２５である、排水セパレータ、すなわち、アイテム７４４は、液溜部である、アイテム７４５から成り、これは、通常、浸潤可能高流量ポンプと、レベル制御システム（図示せず）とを含む。アイテム７４５からの温水は、示されない熱交換器を介して、冷却され、本サブシステムの上流のライン７４３の中に注入される。これは、アイテム５２４、すなわち、ライン７４３からの３００°Ｆ放出温度が、アイテム７４５からの約１００°Ｆ水を使用して、約１１５°Ｆまで迅速に低減されることを可能にする。水温、流率、および水噴霧の結果としての温度の変化に関する異なる設計点も、可能性として考えられ、季節変動および電力レベルベースの変動も、生じる可能性が高い。サブシステム５２５内の正確な水温、故に、ガス温度は、水分の凝縮が、機関内の全ての点において防止され、したがって、腐食が生じないように、水蒸気部分圧を管理するように選択される。アイテム７４４はまた、バッフルプレートである、アイテム７４６と、デミスタパッドである、アイテム７４７とを含み、これは、連動し、飽和されるが、ガス状の冷却された排気を、アイテム７４８ＥＧＲラインにおいて提供する。
【００８１】
また、図８を参照すると、図は、図５に示される、ＳＣＣ吸気、酸素プラント（窒素除去）サブシステム、および熱分解弁への付加的Ｏ２（アイテム５２６、５２７、および５２９）を図示する。図８を参照すると、水分が除去された状態における（水蒸気以外）、冷却された排気である、アイテム８４８が、吸気サブシステムである、アイテム５２６に進入し、これは、アイテム８４９において、機関のための人工大気を生成する。吸気サブシステムは、任意の凝縮物のための水ドレインを伴う、圧力容器である、アイテム８５０から成り、これは、随意に、送風機である、アイテム８５２を通して、空気である、アイテム８５１を給送される。送風機である、アイテム８５２が、存在するとき、ＳＣＣ  ＥＧＲシステムを、機関のために、最大で通常定格ターボブースト圧力である、正圧で動作させることが可能である。送風機が、存在しないとき、アイテム８５０である、容器は、通常、空気に開放され、若干、亜大気で稼働し、要求に応じて、空気を引き込む。
【００８２】
依然として、図８を参照すると、サブシステム５２６である、吸気サブシステムは、酸素源タイプおよび設計点に応じて、３０〜９０＋％純度の酸素を、弁８５３において受容する。本酸素ラインはまた、バーナが付加的酸素を要求する、それらの事例では、弁５２９を介して、熱分解バーナ（サブシステム５２３）に提供される。また、熱分解システムは、複数のバーナを有してもよく、故に、複数のアイテム５２９が潜在的に存在することを認識されたい。さらに、いくつかの機関では、２１％より実質的に低いアイテム８４９において、その機関をバルクＯ２レベルで動作させることが有利であり得るが、しかしながら、選択された燃料および酸素の可燃限界（例えば、メタン最小Ｏ２レベルは、１２％である）が、付加的Ｏ２がスパークセルにおいて機関の中に抽気されることを決定付け得る、または燃焼器が、特に、開始またはオフ設計点動作を補助することができる。
【００８３】
依然として、図８を参照すると、酸素サブシステムである、アイテム５２７は、以下のように描写される。空気である、アイテム８５４が、送風機である、アイテム８５５に、次いで、弁アセンブリである、アイテム８５６に給送され、これは、タイミングに応じて、次いで、分子篩容器である、アイテム８５７の中に流動する。分子篩は、Ｎ２を優先的に吸着し、富化された酸素（低減されたＮ２）流が、弁アセンブリ８５８を介して、バッファタンク８５９に提供され、放出弁である、アイテム８５３につながる。
【００８４】
依然として、図８を参照すると、周期的に、分子篩容器８５７は、Ｎ２および空気の他の望ましくない成分で飽和され、飽和される、または飽和に接近していると計算されると、アクティブ容器は、弁アセンブリアイテム８５６および８５８を介して、切り替えられる。頻繁には、等化弁である、アイテム８６０が、一時的に開放され、高速圧力変化に起因する、サージまたは層離昇を防止する。ライン上からなくなった層は、弁アセンブリアイテム８６１および真空ポンプアイテム８６２を介して再装填される（Ｎ２および他の汚染物質は、除去される）。典型的には、ＶＰＳＡ酸素プラント上の圧力比は、３または４対１、故に、アイテム８６２における７．５ｐｓｉａ真空が、アイテム８５５における約２５＋ｐｓｉａ（１１ｐｓｉｇ）送風機によって整合される。
【００８５】
また、図９を参照すると、図は、図５に示される、ＧＣＳサブシステム５２８を図示する。図９を参照すると、２段階分子篩ベースのＧＣＳが、描写される。サブシステム５２８の詳細について議論する前に、システム設計および動作傾向について議論することが重要である。第ＵＳ９，１９４，３４０Ｂ２号および他の研究によると、ＳＣＣ発電システムを５０％を超える冷却された排気内の未加工ＣＯ２レベルで設計することが可能である。理論上、１００％Ｏ２源を用いて、空気受入がないと、アイテム８４８内のＣＯ２および水蒸気のみを有することが可能性として考えられる。ＣＯ２の純度は、次いで、主に、水分の部分圧力の関数となるであろう。ライン８４８が、１５ｐｓｉａであって、水分の部分圧力が、３ｐｓｉａ、約１４０°Ｆであった場合、ライン８４８内の体積比８０％ＣＯ２を有するであろう。この場合、ＧＣＳ観点から、正に図２に描写されるように、ＣＯ２を圧縮し、脱水し、液化することのみ好ましいであろう。極端に言うと、ある他のタイプの機関において、ライン８４８が、３００ｐｓｉａを上回った場合、ＣＯ２純度は、ＧＣＳの前に９９％となるであろう。８０％または９９％未加工ＣＯ２を伴う、これらの発電システムは両方とも、約１００％Ｏ２源を要求し、これは、ほぼ極低温のみであり得、特に、本発明によって焦点が当てられる規模では、非常にコストがかかるものにするであろう。本発明はさらに、大型定常発電所に対して、分散型電力に焦点を当て、これは、燃料源に近接する必要性およびＣＯ２隔離または使用のための場所の両方と結び付けられる。その結果、理論上、本発明および技術が広範囲で適用され得るが、本明細書における議論は、移動式または半恒久的またはモジュール式発電システムに焦点を当て、ピストン機関、すなわち、概して、それぞれ、約５００ｋＷ〜約５ＭＷの出力を伴う、リッチバーンまたはリーンバーンタイプ、および、概して、３０ＭＷを優に下回る出力の小型産業機械からより小型の航空転用ガスタービンの小型ガスタービンを含む。その結果、我々の発明は、これらの機械を利用するものの、我々の発明は、あまりに小型であるため、経済的観点から、これらの機械の設計への有意な（該当する場合）変更を正当化できず、その結果、我々の発明は、方針として、熱分解およびＳＣＣ構成要素に重点を置き、これは、可能性な限りわずかな修正を標準的機関にもたらす。
【００８６】
代替として、酸素がサブシステム５２６において空気と混成される、より低コストの酸素源またはより小型の酸素源は、根本的に、酸素プラントコストを低減させる。低純度酸素を用いた動作はまた、完全に新しいクラスの酸素源、膜の可能性を広げるものであって、これは、体積比４０％を上回る酸素レベルを生産しようとするものである。より低い純度のＯ２の使用は、ＧＣＳコストを増加させるであろうが、依然として、正味節約が存在する。より低い未加工ＣＯ２レベルを伴う、これらのより低い酸素純度例は、依然として、経済的に実行可能なＧＣＳシステムと、そしてＳＣＣを伴う機関動作が元の機関設計のパラメータ内であるように、分子量、比熱比、吸気密度の観点から、機関パラメータへの変更と互換性があるように作製されることができる。機関が、排気中の非常に高いＣＯ２レベルですでに稼働している、ある場合には、酸素富化およびＳＣＣ再循環のレベルは、非常に低い。
【００８７】
例えば、機関が、排気ＣＯ２約１０％エアブリージングを用いて、稼働する。これは、経済的に実行可能な分子篩捕捉には低すぎるが、根本的には、そうではない。ＥＧＲに先立った２５％までのＯ２レベルのわずかな増加は、１４％未加工ＣＯ２レベルを可能にし、３５％では、２１％未加工ＣＯ２を得るであろう。
【００８８】
図１１に示される表は、３ＭＷクラス内のリーンバーン中速度機関に関するシミュレートされた結果を示す。図から分かるように、３６〜４３％のわずかなＯ２レベルは、水分除去後、約２０％までのＣＯ２レベルを得るために十分であって、それは、排気Ｏ２が、ラムダ２．０の設計条件に保たれる間である。依然として、リーンバーンであるが、可燃指数と一貫するように、本数を低下させ、ほぼ５倍のエアブリージングである、２５％までのＣＯ２レベルを得ることは、合理的である。
【００８９】
類似結果は、当然ながら、排他的に、リーンバーンである、ガスタービンの場合にも当てはまる。酸素プラントが、本発明の最も高価な部分であることを前提として、システムの最適化は、多くの場合、より低い酸素レベルであるが、より大きいＧＣＳシステムを用いて生じるであろう。ガスタービンの場合、排気Ｏ２レベルが、通常、１０〜１５％であるため、設計点Ｏ２からの逸脱が、多くの場合、上記の未加工ＣＯ２の同一レベルを得るために要求されるが、これらの逸脱は、非合理的ではない。
【００９０】
おそらく、より重要なこととして、ＳＣＣ  ＥＧＲは、ＣＯ２の存在に起因して、吸気密度を増加させるが、水分の存在に起因して、かつより高い温度に起因して、それを低減させる。吸気密度の正味変化は、有意ではなく、実際、ＥＧＲ流動の多くが、依然として、Ｎ２であるため、比較的に大ＥＧＲ比に関しても、ガスタービン設計の範囲内である。小型産業ガスタービンまたは小型航空転用タービンに関する、特に、単一シャフト設計に関する、最も有意な変更は、ＩＳＯ入口より高い温度に起因する、減定格のものである。これらの減定格は、定格電力の最大２５％と有意であるが、回避代替は、小型サイズにおける小型市場のための完全に新しいガスタービンの設計であるものの、これは、明らかに、考慮するに値しない。
【００９１】
メタン燃料（無熱分解）を用いた小型産業ガスタービンに関するＥＧＲを伴うＳＣＣの化学プロセスフローシートシミュレーションからの結果が、図１２に要約され、Ｏ２および空気の混合物および大量のＳＣＣ  ＥＧＲを用いることで、分子量の非常にわずかのみの変化を伴って、ＣＯ２を濃縮することと、ＧＣＳ動作を可能にすることの両方を行うことができることを示す。これは、熱分解が追加されるとき、ＣＯ２濃度の観点から、はるかに良好な状態になるであろう。１２％より低いＳＣＣ大気を用いる例は、燃焼器の中へのＯ２の直接受入を要求するであろうが、これは、本特定のタービンでは、容易に達成されることに留意されたい。
【００９２】
背景としての上記とともに、再び図９を参照すると、サブシステム５２８は、描写されるように、２段階分子篩ベースの脱水および捕捉システムから成る。アイテム９６３は、２５〜３０ｐｓｉａの典型的放出圧力を伴う、送風機である。ライン８４８が、本圧力またはそれを上回って動作している事例では、本構成要素は、要求されず、制御弁によって置換される。送風機である、アイテム９６３は、放出熱交換器と、付加的液体水を落下させるための水分セパレータとを含む。分子篩容器９６４は、適切な容器９６４に給送するために、タイマによって駆動される、弁マニホールド９６５および９６６によって供与される。容器（我々の設計における最も一般的数は、３である）は全て、ポート９６７および９６８によって、供与される。アイテム９６７は、高温乾燥ガス供給源に接続し、これは、サブシステム５２４である、タービン７３８において、直接、ポートを介して提供され得る、または代替として、本明細書の後に続くように、提供され得る。
【００９３】
依然として、図９を参照すると、アイテム９６８におけるポートは、大気に通気され、水蒸気および不活性ガスから成るであろう。１つの容器が、プロセスに付され、１つが、再生するために、高温乾燥ガスで加熱され、１つが、受動的に冷却され、再び、プロセスの準備ができることを可能にするために、３つの容器が、標準である。これはまた、２つの容器を用いても遂行されることができるが、容器サイズは、わずかにより大きくある必要がある。
【００９４】
吸着プロセスは、１，８００ＢＴＵ／ポンドの熱を分子篩９６４上に生成し、したがって、ＴＳＡからの流出乾燥ガスは、熱交換器９６９を介して、次の段階である、ＶＰＳ  Ａ捕捉システムの中に給送される。現在実装されているように、ＧＣＳは、水冷ループによって供与されるが、空冷熱交換器も、システム場所および他の仕様に応じて、可能性として考えられる。
【００９５】
依然として、図９を参照すると、弁マニホールド９７１、９７２、および９７３によって供与される、アイテム９７０は、ＶＰＳＡ捕捉容器である。これらは、ＣＯ２、ＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘを捕捉する、分子篩を装填され、大型化され、したがって、全ての規制汚染物質を捕捉し、システムを非放出性にする。通常、大気への放出（ｐｐｍレベル）の観点から機関排気における問題である、ＣＯ、ＨＣ、およびＮＯｘのレベルは、隔離またはＥＯＲ用途のために問題ではない。真空ポンプ９７４が、周期的に、捕捉されたＣＯ２および他の微量のガスを除去し、それを、熱交換器９７５を介して、バッファタンク９７６に、次いで、多段階コンプレッサ９７７および貯蔵タンク９７８に送達する。
【００９６】
また、図１３を参照すると、本明細書に説明される本発明による、カーボンネガティブ発電システムを提供するための１つの方法が、示される。３つの入力ステップが、方法フローチャートを駆動する、すなわち、ステップ１４２は、電力要件を予測し、ステップ１５２は、燃料源を予測し、ステップ１３２は、ＣＯ２要件を予測する。ステップ１３２は、必要とされるＳＣＣ（ステップ３３）を決定するために使用される。予測されたＣＯ２要件はまた、予測された電力要件（ステップ１４２）と併用され、機関サイズおよびタイプを選択する（ステップ１４３）。ＳＣＣの決定（ステップ３３）は、ステップ１４４と併用され、燃料ＬＨＶおよび他の機関要件を決定し、Ｏ２プラントのＯ２純度要求およびサイズを決定し（ステップ１３４）、これは、ＧＣＳ方法（ステップ１３５）およびＧＣＳプラントのサイズ（ステップ１３６）の選択を駆動する。ステップ１３４および１３６は、ステップ１３７につながり、これは、ＧＣＳおよびＯ２プラントの要求される組み合わせられたサイズおよび電力を最小限にする。ステップ１３８は、システム正味電力、燃料率、およびＣＯ２率と要件を比較し、ステップ１３８の出力は、ステップ１３９を駆動し、廃熱／電力変換システムをサイズ決定する。予測された燃料源（ステップ１５２）は、熱分解が必要とされるかどうかを決定し、ステップ１４５は、ステップ１４３の機関選択およびサイズ決定とともに、熱分解サイズ決定を決定する。ステップ１６０は、精緻化および最適化し、必要に応じて、カーボンネガティブ発電システム１７０を構築および動作させる前に、経路１６１を介して、反復される。
他のシステム属性
【００９７】
複数の図を参照して、システムレベルにおいてのみ議論され得る、他のシステム属性および一意の利点も、存在する。機関内で燃料を使用する能力は、その機関燃料仕様に結び付けられ、これは、圧力および温度のような明白であるものだけではなく、また、他のパラメータの中でもとりわけ、最小加熱値、最大加熱値、メタン数、ウォッベ指数（ＷＩ）、汚染物質レベル（例えば、Ｈ２Ｓ）を含み得る。人工大気を変化させる、２１％より低いまたはより高い酸素純度、またはより多いまたはより少ないＥＧＲを含む能力は、機関の公差を変化させることができる。具体的には、ＣＯ２は、ノッキングを低減させ、したがって、より高温の燃料が、より多くのＥＧＲと併用されることができ、燃料内の不活性物、換言すると、低燃料加熱値が、不活性物を人工大気から除去することによって、ＥＧＲの低減、Ｏ２の増加によって、または両方によって、補償されることができ、低Ｏ２に起因するフレームアウト状況または他の混合物関連問題は、バルク人工大気を調節することによって、またはＯ２の直接注入（例えば、燃焼器容器またはスパークセルの中に）によって、補償されることができる。
【００９８】
熱分解、特に、より低い温度の熱分解は、完璧なパイプライン品質燃料を作製せず、原料の関数として変化する、燃料を作製し、これは、あるタイプの工場を支援していない限り、季節毎に、および天候（湿気レベル、化学組成物）に伴って変動する傾向となるであろう。変動する燃料パラメータを調節するＳＣＣ機関の能力は、熱分解原料リソースのより完全な使用を可能にする。
【００９９】
依然として、ターボブースト圧力未満であって、機関設計の根本的変化と考えられる、より高いＳＣＣ  ＥＧＲ圧力における動作は、実際には、本サイクルにとって非常に有益である。配管類は全て、より小さくなり、送風機９６３等の構成要素は、排除され、送風機８５２における電力レベルは、これまでの送風機９６３のものより低く、より圧力が高いほど、相対的部分圧、故に、水蒸気含有量を低減させ、多くの場合、酸素プラントは、本わずかな圧力においてＯ２を送達する固有の能力を有する。
【０１００】
より高いＳＣＣ圧力における動作を介したターボチャージャの排除は、排気が、約３００°Ｆより高温であって、また、サブシステム５２４である、廃熱／電力変換サブシステムを介して発生され得る、電力の量を増加させる傾向となるであろうため、すでに増加されている熱分解効率の増加を可能にするであろう。
【０１０１】
リーンバーンピストン機関は、リッチバーンピストン機関より効率的であるが、高排気Ｏ２レベルと関連付けられたＳＣＣにおける問題を有する。本明細書に説明されるように、リーンバーンピストン機関と熱分解の組み合わせは、その問題を解決し、また、熱分解システムを非放出性にする。
【０１０２】
ガスタービン機関は、小サイズでは、リーンバーンピストン機関より効率的ではないが、それらは、より高い排気温度およびはるかに高い排気Ｏ２レベルを有し、これは、熱分解システムとの同一の有益な統合を、かつ廃熱／電力変換サブシステムと統合されるとき、はるかに大きい利点をもたらし得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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