通过热能和电能的热电联产来加热材料的系统(100)和方法可包括热源(105)和被配置以产生热排气和电的发电机(110)。一个或多个加热导管(115)可将热排气运送到一个或多个材料主体(120)。发电机(110)可至少部分地为一个或多个电加热器(125)供能，该电加热器被配置以在部分热量已经从热排气传递到一个或多个材料主体(120)后将该热排气再次加热。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过热量和电的热电联产加热材料相关申请本申请要求2017年10月12日提交的美国临时申请号62/571,687的优先权，其通过引用并入本文。
本专利技术涉及利用热量和电的热电联产来加热材料的系统和方法。具体地，本专利技术涉及利用热气体和使用电加热器的补充加热来加热材料。因此，本专利技术涉及热传递和过程控制领域。
技术介绍
由诸如油页岩和焦油砂之类的含烃材料生产烃产品的过程通常需要加热材料以将其烃含量转化成可回收的液态产品或气态产品。从历史上看，占主导地位的研究和商业过程包括在地面上干馏和原位过程。在每种类型的过程中，都是将含烃材料加热到足够的温度以释放烃产物。例如，加热油页岩以通过热解过程分解油页岩中的油母岩质(kerogen)，获得液体和蒸气烃化合物以及其它产物，如水蒸气和残余物。加热是通过蒸汽注入、部分燃烧含烃材料、在地面上干馏中的焙烧、微波辐射、地下热传递管以及各种其它方法来实现的。各种方法中的每一种都面临与能源效率、用水、环境安全和许多其它因素有关的挑战。当化石燃料或部分含烃材料燃烧以提供热量时，该过程的整体效率降低且该过程的碳足迹增加。因此，继续研究加热含烃材料以提取烃产物的更有效的方法。
技术实现思路
本公开描述了通过热能和电能的热电联产来加热材料的系统和方法。通过热能和电能的热电联产来加热材料的系统可包括热源和发电机，其中热源产生热排气(hotexhaustgas)。一个或多个加热导管可以与热源关联。加热导管可以将热排气从热源运送到一个或多个材料主体。发电机可以为使排气再次加热的一个或多个电加热器供能。电加热器可以与加热导管关联，并且电加热器可以被配置以在来自排气的部分热量已经被传递到材料主体后再次加热排气。例如，排气的温度可以始于初始温度，然后由于随着排气流动通过加热导管而向材料传递热量而降低。电加热器可以将排气加热回升至初始温度。然后排气可以继续流动通过加热导管并将另外的热量传递到材料主体。一种通过热能和电能的热电联产来加热材料的方法可包括从至少一个热源产生热排气。相关联的发电机也可以用于产生电。可以通过一个或多个加热导管将热排气运送到一个或多个材料主体。热排气中的部分热量可以传递到一个或多个材料主体，从而将材料主体加热到升高的目标温度。在这种热传递后，排气可以用电加热器再次加热。电加热器可以至少部分地由发电机供能。因此，已经相当宽泛地概述了本专利技术的较重要的特征，以便可以更好地理解以下的详细描述，并且使得可以更好地理解本专利技术对本领域的贡献。通过下面结合附图和权利要求对本专利技术的详细描述，本专利技术的其它特征将变得更加清楚，或者可以通过本专利技术的实施而获悉。附图说明图1是根据本专利技术实施方式的通过热能和电能的热电联产来加热材料的系统的示意图。图2是根据本专利技术实施方式的通过热能和电能的热电联产来加热材料的另一系统的示意图。图3是根据本专利技术实施方式的通过热能和电能的热电联产来加热材料的又一系统的示意图。图4是根据本专利技术实施方式的通过热能和电能的热电联产来加热材料的再又一系统的示意图。图5是根据本专利技术实施方式的通过热能和电能的热电联产来加热材料的另一系统的示意图；和图6是示例了根据本专利技术实施方式的通过热能和电能的热电联产来加热材料的方法的流程图。提供这些附图是为了示例本专利技术的各个方面，而不意图在尺寸、材料、配置、布置或比例方面限制范围，除非权利要求另有限定。具体实施方式尽管充分详细地描述了这些示例性实施方式以使本领域技术人员能够实施本专利技术，但是应当理解其它实施方式也可以实现并且可以对本专利技术进行各种改变而不背离本专利技术的精神和范围。因此，本专利技术的实施方式的以下更详细的描述并非旨在限制所要求保护的本专利技术的范围，而是仅出于示例目的且非限制地描述本专利技术的特征和特性、阐述本专利技术的最佳操作方式、以及充分地使本领域技术人员能够实施本专利技术而呈现的。因此，本专利技术的范围仅由所附权利要求限定。定义在描述和要求保护本专利技术时，将使用以下术语。如本文所用，“含烃材料”是指可从中提取或衍生出烃产物的任何含有烃的材料。例如，烃类可以作为液体直接提取、经由溶剂提取来去除、通过从原料材料转化而直接汽化、或以其它方式从材料中去除。许多含烃材料含有油母岩质或沥青，其通过加热和热解转化为可流动或可回收的烃。含烃材料可包括但不限于油页岩、焦油砂、煤、褐煤、沥青、泥煤和其它富含有机物的岩石。因此，现有的含有烃的材料可通过化学转化为更有用的烃产物而从这样的原料中改质(upgraded)和/或释放。如本文所用，“废(spent)含烃材料”和“废油页岩”是指已经用于生产烃的材料。通常，在由含烃材料生产烃后，剩余的材料大部分是矿材料，其中有机物含量被大量去除(例如，通常按重量计少于5％，在一些情况下少于1％的有机物含量，而在其它情况下基本上没有有机含量)。如本文所用，“富含烃材料”和“富油页岩”是指具有相对高的烃含量的材料。例如，富油页岩通常可具有按重量计12％至25％的烃含量，并且在一些情况下更高。如本文所用，“压实土制材料(compactedearthenmaterial)”是指颗粒材料，如土壤、沙子、砾石、碎石、粘土、废页岩、这些材料的混合物以及类似材料。适用于本专利技术的压实土制材料通常具有直径为小于约10cm的粒径。如本文所用，每当提及在不同值之间可具有分布的任何性质时，如温度分布、粒径分布等，除非另外规定，否则所提及的性质表示该分布的平均值。因此，“粒径”是指数均粒径，而“碎含烃材料主体的温度”是指被加热的材料主体的平均温度。注意，如在本说明书和所附权利要求中使用的，单数形式“一个”、“一种”和“该”，除非上下文另外明确指出，否则包括复数指代。因此，例如，对“层”的提及包括一个或多个这样的特征，对“颗粒”的提及包括对一个或多个这样的要素的提及，以及对“产生”的提及包括对一个或多个这样的步骤的提及。如本文所用，术语“约”和“近似地”用于提供灵活性，诸如为了指示例如在数值范围端点中的给定值可以是“略在端点以上”或“略在端点下”。本领域技术人员基于上下文可以容易地确定特定变量的灵活度。然而，除非另有说明，否则术语“约”通常表示小于1％，并且最常见的小于0.1％，以及在一些情况下小于0.01％的灵活性。如本文所用，术语“基本上”是指动作、特性、性质、状态、结构、项目或结果的完整或近乎完整的程度或度。在一些情况下，偏离绝对完整性的确切的可允许程度取决于特定的上下文。然而，完整性的接近性通常将具有与获得绝对完整性和总体完整性相同的总体结果。“基本上”是指偏离度，其足够小，以至于无法以可测量的方式减损(detract)所识别的性质或情况。在一些情况下，可允许的确切的偏离度可取决于特定的上下文。当以否定含义使用时，“基本上”的使用同等适用，指的是完全或近乎完全缺少动作、特性、性质、状态、结构、项目或结果。如本文所用，“相邻”是指两个结构或元件的接近性。具体地，被标识为“相邻”的元件可本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.通过热能和电能的热电联产来加热材料的系统，其包括：/n热源和发电机，其中所述热源被配置以产生热排气，所述发电机产生电；/n与所述热源关联一个或多个加热导管，其中所述加热导管被配置以将所述热排气从所述热源运送到一个或多个材料主体；和/n与所述一个或多个加热导管关联的一个或多个电加热器，所述一个或多个电加热器被配置以在部分热量已经从所述热排气被传递到所述一个或多个材料主体后将所述热排气再次加热，其中所述一个或多个电加热器至少部分地由所述发电机供能。/n
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171012 US 62/571,6871.通过热能和电能的热电联产来加热材料的系统，其包括：
热源和发电机，其中所述热源被配置以产生热排气，所述发电机产生电；
与所述热源关联一个或多个加热导管，其中所述加热导管被配置以将所述热排气从所述热源运送到一个或多个材料主体；和
与所述一个或多个加热导管关联的一个或多个电加热器，所述一个或多个电加热器被配置以在部分热量已经从所述热排气被传递到所述一个或多个材料主体后将所述热排气再次加热，其中所述一个或多个电加热器至少部分地由所述发电机供能。
2.权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个材料主体包括多个相邻区域，所述一个或多个加热导管包括连接所述多个相邻区域的多个加热导管。
3.权利要求2所述的系统，其中所述相邻区域是单个材料主体内的相邻区域。
4.权利要求2所述的系统，其中所述相邻区域是封装在绝热屏障内的相邻材料主体。
5.权利要求4所述的系统，其中所述相邻材料主体包括碎含烃材料，所述绝热屏障包括土制材料，其中所述土制材料任选地包括膨胀粘土。
6.权利要求2所述的系统，其中所述区域是封装在各自的垂直容器内的相邻材料主体。
7.权利要求2所述的系统，其中所述多个加热导管被配置以将来自所述热源的热排气串联地运送到所述相邻区域中的每一个。
8.权利要求2所述的系统，其中在所述排气在所述相邻区域之间运送时，所述一个或多个电加热器被配置以将所述排气再次加热。
9.权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个电加热器被配置以将所述热排气再次加热至约400℃至约550℃的温度，以及其中将所述一个或多个电加热器以约100m至约500m的间隔距离沿所述一个或多个加热导管进行间隔。
10.权利要求1所述的系统，其中所述热源包括与所述发电机机械耦接的燃气轮机，其中所述燃气轮机任选地是工业化的飞行器发动机。
11.权利要求1所述的系统，其中所述热源包括燃料电池、联合循环燃气轮机、柴油发电机、或汽锅。
12.权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个材料主体包括选自以下的含烃材料：油页岩、焦油砂、煤、褐煤、沥青、泥煤、及其组合。
13.权利要求1所述的系统，其中材料主体的总数大于所述系统中热源的总数。
14.权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个加热导管包括穿孔的导管，所述穿孔的导管被配置以将所述热排气的部分直接注入所述一个或多个材料主体中。
15.权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个加热导管包括实心壁导管，所述实心壁导管被配置以通过热传导加热所述一个或多个材料主体。
16.通过热能和电能的热电联产来加热材料的方法，其包括：
从至少一个热源产生热排气；
从至少一个发电机产生电；
通过一个或多个加热导管将所述热排气运送到一个或多个材料主体；
将部分热量从所述热排气传递到所述一个或多个材料主体，足以将所述一个或多个材料...
【专利技术属性】
技术研发人员：J·W·帕藤，
申请(专利权)人：红叶资源公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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