(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気を発生させる設備であって、コンプレッサ（２）を装備し、酸素運搬が保証されることにより金属酸化物が交互に酸化および還元される熱化学的なサイクルを有する燃焼系によりガスが供給されるガスタービン（１）と、燃料が供給される還元チャンバ（５）と、前記タービンのコンプレッサ（２）により搬送される空気が加圧下で供給される酸化チャンバ（７）とを備える形式のものにおいて、前記酸化チャンバ（７）に空気だけが供給され、かつ両チャンバ（５，７）が、固体を分離するためのサイクロン（１１，１２）をそれぞれ装備している、循環する流動層を備える反応器であって、前記サイクロン（１１，１２）は、それぞれ、前記固体を該サイクロン（１１，１２）から導出する管路を備え、該管路は、前記固体の第１の部分を相応の還元又は酸化チャンバ（５，７）に再導入するための管路（１５，１６）と、前記固体の第２の部分を他方の酸化又は還元チャンバ（７，５）に案内するための管路とに分岐し、かつ
前記サイクロン（１１，１２）の少なくとも１つが、固体を分離するための少なくとも１つの補足的なサイクロン（１１Ａ，１２Ａ）を装備しており、該少なくとも１つの補足的なサイクロン（１１Ａ，１２Ａ）は、運転中、該補足的なサイクロン（１１Ａ，１２Ａ）内で分離された固体を導出するために、制御可能な不連続式のゲート（２３）に接続されていることを特徴とする、電気を発生させる設備。
【請求項２】
燃料が天然ガスまたは石油留分である、請求項１記載の設備。
【請求項３】
サイクロン（１１，１２）を装備している前記反応器としての両チャンバ（５，７）の１つから形成されている各構成群が、耐火性とされている、請求項１または２記載の設備。
【請求項４】
サイクロン（１１，１２）を装備している前記反応器としての両チャンバ（５，７）の１つから形成されている各構成群が、カバー内に加圧下で組み込まれている、請求項１から３までのいずれか１項記載の設備。
【請求項５】
前記反応器としての両チャンバ（５，７）の１つから形成されている各構成群が、補足的なサイクロン（１１Ａ，１２Ａ）を装備している、請求項３又は４記載の設備。
【請求項６】
ガスタービンが、２つの膨張段を備えるタービンである、請求項１から５までのいずれか１項記載の設備。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか１項記載の設備を用いて電気を発生させる方法において、酸化チャンバ（７）内の運転温度が、１２００℃のオーダにあることを特徴とする、電気を発生させる方法。
【請求項８】
還元チャンバ（５）内の運転温度が、酸化チャンバ（７）内の運転温度より１００〜２００℃低い、請求項７記載の方法。
【請求項９】
金属酸化物が、ニッケルを含む混合酸化物である、請求項７または８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素運搬が保証されることにより金属酸化物が交互に酸化および還元される熱化学的なサイクルによる燃焼のための系に対応配置されているガスタービンと、燃料が供給される還元チャンバと、空気が供給される酸化チャンバとを備える、電気を発生させる設備に関する。
【０００２】
ＦＲ０３００４３２号の明細書から、ガス状または固体状の燃料への酸素運搬が保証されることにより金属酸化物が交互に酸化および還元される熱化学的なサイクルによって燃焼を実現することが公知である。この系は、大気圧で機能し、蒸気を発生させるために熱を回収する手段を備えるように設計されている。この蒸気は、引き続いて、蒸気タービン内で電気を発生させるために膨張される。この系は、７５０〜９５０℃の熱化学的なサイクルの温度で機能する。
【０００３】
ＵＳ６５７２７６１号の明細書には、ガスタービンのための燃焼チャンバとして役立つために、灰および硫黄を含む固体状の燃料、例えば石炭への酸素運搬が保証されることにより金属酸化物、有利には酸化鉄が交互に酸化および還元される熱化学的なサイクルによる燃焼のための系が記載されている。
【０００４】
この酸化鉄は、２つの燃焼チャンバの間を循環し、第１のチャンバ内で固体状の燃料により還元され、第２のチャンバ内で空気により酸化される。温度は、第２のチャンバ内で天然ガスまたは適当な燃料の使用により制御され、かつ第２のチャンバ内への固体状の燃料の供給の百分率は、第２のチャンバを後にするガス中の二酸化硫黄の量を制限するために制御される。適当な燃料という概念は、現行の規定に対応する燃料を意味する。
【０００５】
この種の系は以下の技術的な課題を呈する。
【０００６】
２つの燃料、すなわち、第１のチャンバ内の固体状の燃料と、第２のチャンバ内の天然ガスまたは適当な燃料が、この燃焼系内で使用される。燃料のこのような使用は、不可避的に、２つのチャンバのスモーク中の二酸化炭素の発生に至る。
【０００７】
二酸化炭素は、排出規制の対象とならざるを得ない温室効果を有するガスである。このことは、この二酸化物の完全なまたは部分的な捕集の実施に至る。
【０００８】
本発明はこの問題を、二酸化炭素の最大の捕集を可能にする、熱化学的なサイクルを有する燃焼のためのこの種の系の提案により解決する。
【０００９】
このために本発明は、電気を発生させる設備であって、コンプレッサを装備し、酸素運搬が保証されることにより金属酸化物が交互に酸化および還元される熱化学的なサイクルを有する燃焼系によりガスが供給さるガスタービンと、燃料が供給される還元チャンバと、前記タービンのコンプレッサにより搬送される空気が加圧下で供給される酸化チャンバとを備える形式のものにおいて、前記酸化チャンバに空気だけが供給され、かつ両チャンバが、固体を分離するためのサイクロンをそれぞれ装備している、循環する流動層を備える反応器であって、前記サイクロンに、前記固体の少なくとも第１の部分を相応の反応器に再導入するための管路が設けられていることを特徴とする、電気を発生させる設備を提案する。このことは、付加的な燃料を酸化チャンバに導入せず、したがって、酸化チャンバ内での二酸化炭素の発生を回避することを可能にする。
【００１０】
循環する流動層を有する反応器の各々が、別の反応器に供給するために固体の一部が取り出される、固体のための再循環ループを有するという事実は、ある程度、２つの反応器の流体動力学的な機能を切り離すことを可能にする。
【００１１】
これにより、シンプルかつコンパクトな設備が実現される。
【００１２】
さらに油田は、しばしば灯明で燃焼されるか、または単純に大気に排出される所属の天然ガス量を発生する。この２つの方法は、温室効果を有する特に有害なガスエミッションを形成する。
【００１３】
天然ガスからの電気の発生は、主として、２より高い空気過剰で機能するガスタービンの使用に基づく。このことは、燃焼に由来する二酸化炭素をかなり希薄化する効果を有する。その結果、この二酸化炭素はしばしば、タービンを後にする放出されるスモークの５体積％を占める。
【００１４】
コンバインドサイクルは、しばしばサイクルの５８％の効率を達成することを可能にするが、二酸化炭素のこのエミッションは、油田およびガス田の貯留（Ｌａｇｅｒｕｎｇ）および助成回収（ｕｎｔｅｒｓｔｕｅｔｚｔｅ  Ｗｉｅｄｅｒｇｅｗｉｎｎｕｎｇ）の目的のための、放出される二酸化炭素の完全な捕集の要求に対して極めて高いままである。
【００１５】
有利な実施の形態によれば、本発明は、最適な熱力学的な効率を提供するガスタービンを使用する一方、二酸化炭素の回収を伴う発電のために天然ガスまたは石油留分を使用することも提案する。
【００１６】
この有利な実施の形態によれば、燃料が天然ガスまたは石油留分である。
【００１７】
本発明により、エネルギ欠点は最小である。それというのも、極めて純粋な二酸化炭素が還元チャンバ内に生成され、この二酸化炭素は既に圧縮された状態にあるからである。このことは、搬送目的のための二酸化炭素の最終状態を達成するために、圧縮の度合を制限する。
【００１８】
有利には、分離サイクロンの少なくとも１つが、固体を分離するための少なくとも１つの補足的なサイクロンを装備している。
【００１９】
したがって、タービンのベーンを損傷しないために、酸化反応器のアウトプットにおける希薄な空気の除塵の促進が保証され得る。同様に、二酸化炭素のハンドリングおよびプロセッシングを保証する一連のコンプレッサのベーンを損傷しないために、還元反応器のアウトプットにおける二酸化炭素の除塵の促進も保証され得る。
【００２０】
有利には、サイクロンおよび場合によっては補足的なサイクロンを装備している反応器から形成されている各構成群が、耐火性とされている。
【００２１】
サイクロンおよび場合によっては補足的なサイクロンを装備している反応器から形成されている各構成群は、カバー内に加圧下で組み込まれていてもよい。
【００２２】
有利には、ガスタービンが、２つの膨張段を備えるタービンである。
【００２３】
本発明は、上に詳説したような設備を用いて電気を発生させる方法において、酸化反応器内の運転温度が、１２００℃のオーダにあることを特徴とする、電気を発生させる方法にも関する。この温度は、存在する材料に鑑みて、ガスタービンの冷却されるベーンのための最大で許容可能な温度を形成する。
【００２４】
有利には、還元反応器内の運転温度が、酸化反応器内の運転温度より１００〜２００℃低い。
【００２５】
有利には、金属酸化物が、ニッケルを含む混合酸化物である。
【００２６】
本発明について以下により詳細に、本発明による設備の有利な実施の形態を示す唯一の図面を参照しながら説明する。
【００２７】
本発明によれば、電気を発生させる設備もしくは施設は、コンプレッサ２を装備するガスタービン１を有する。ガスタービン１には、酸素運搬が保証されることにより、高められた融点を有する金属酸化物、有利にはニッケルを含有する混合酸化物、例えばアルミニウムベースの酸化ニッケルが交互に酸化および還元される熱化学的なサイクルを有する燃焼系によりガスが供給される。
【００２８】
コンプレッサ２には供給管路３により空気が供給される。コンプレッサ２はアウトプットで、２５〜４０バールの圧力を有する圧縮された空気を放出する。圧縮された空気は、燃焼系に導入される。このとき、この空気の一部はさらに、管路４によりタービンの羽根の冷却のために使用される。
【００２９】
燃焼系は還元チャンバ５および酸化チャンバ７を有する。還元チャンバ５には、天然ガスまたは石油留分からなる燃料が、チャンバの床に配置されているインジェクタに供給される燃料６の到来により供給される。酸化チャンバ７には、タービンのコンプレッサ２によりインプット管路８を介して搬送される空気のみが供給される。
【００３０】
熱化学的なサイクルは、金属酸化物がサイロ９から制御可能な不連続式のゲート１０により酸化チャンバ７に導入されることにより実現される。
【００３１】
これらのチャンバ５，７は、循環する流動層を有する反応器（ｚｉｒｋｕｌｉｅｒｅｎｄｅ  Ｗｉｒｂｅｌｓｃｈｉｃｈｔ）であり、それぞれ、固体を分離するためのサイクロン１１，１２を備える。サイクロン１１，１２には、前記固体の第１の部分を相応の反応器にサイフォン１３，１４により再導入するための管路１５，１６が設けられている。
【００３２】
金属酸化物の酸化が約１２００℃の温度で行われる酸化反応器７に対応配置されているサイフォン１４のアウトプットで、酸化された金属酸化物を含む固体の第２の部分が、還元反応器５に案内される。還元反応器５の運転温度は、酸化反応器の運転温度より１００〜２００℃低く、すなわち、１０００〜１１００℃のオーダにある。還元反応器５に対応配置されているサイフォン１３のアウトプットで、還元された金属酸化物を含む固体の第２の部分が、酸化反応器７に案内される。これにより、２つの反応器間での酸素運搬による熱化学的なサイクルが実現される。
【００３３】
分離サイクロン１１，１２の少なくとも１つは、固体を分離するための少なくとも１つの別のサイクロンを備える。
【００３４】
より正確に言えば、有利な実施の形態により、酸化反応器７が備えるサイクロン１２は、上側の部分で、固体を分離するための補足的なサイクロン１２Ａに接続されている。補足的なサイクロン１２Ａはガス側のアウトプットで、直径が５μｍ未満の粒子を含む５ｐｐｍ未満のダストを有する、酸素の希薄な空気を搬送する。この空気は、タービン１の２つの段に、インプット通路１７により導入される。希薄な空気の一部は、場合によっては、タービンの効率を高めるために、第２の膨張段の前に導入され得る。
【００３５】
酸化反応器に対応配置されている補足的なサイクロン１２Ａと、タービン１とを接続するためのインプット通路１７は、可及的に短く実現されている。このために、ガスタービン１は、設備の運転形式を示すものであって、その物理的な組み付け位置を示すものではない図面に対して、物理的にこの補足的なサイクロン１２Ａの可及的近傍に組み付けられている。
【００３６】
さらにこのインプット管路１７は、２つの同心的なジャケットを有する。ジャケット内では、補足的なサイクロン１２Aを後にした１２００℃の高温の空気が、中央のジャケット内に存在し、低温の流体が、２つのジャケット間の環状の室内を循環される。有利には、低温の流体として、コンプレッサ２によりインプット管路８を介して搬送される空気が使用され得る。
【００３７】
還元反応器５が備えるサイクロン１１も、上側の部分で、固体を分離するための補足的なサイクロン１１Ａに接続されている。補足的なサイクロン１１Ａの、直径が５μｍ未満の粒子を含む５ｐｐｍ未満のダストを有する、高温の二酸化炭素を含むガス側のアウトプットは、冷却器１８内で冷却される。反応器に対応配置されている補足的なサイクロン１１Ａおよび１２Ａを後にした、固体を含む固体側のアウトプットと、冷却器１８を後にした固体側のアウトプットとは、制御可能な不連続式のゲート２３を介して排出される。
【００３８】
サイクロンおよび補足的なサイクロンを備える反応器５，７から形成されている各構成群は、還元反応器内のエネルギのあらゆる損失を抑制するために、耐火性とされている。さらにこれらの構成群は、有利には、エネルギ論的な機能と圧力保持の機能とを分離するために、１つのカバー内に加圧下で組み込まれている。
【００３９】
冷却器１８のアウトプットで、ガスは、二酸化炭素の処理および再生のための系内に導入される。この系は、一連のコンプレッサ１９Ａ〜１９Ｄからなる。コンプレッサ１９Ａ〜１９Ｄは、１５０バールまでの圧縮を保証する。ここで、ガスはアウトプット２１で貯蔵される。この一連のコンプレッサから再獲得される水の一部は、石油の助成回収タイプの使用２５のために排出され、一部は、処理装置２０内で処理される。
【００４０】
タービン１のアウトプットには、約６００℃の温度を有する膨張された希薄な空気が、３つの圧力ゲージを備える熱の回収のためのボイラ２２内に導入される。ボイラ２２は、空気を２４で大気に放出する前に、９０℃まで冷却することを可能にする。
【００４１】
熱の回収のためのボイラは処理装置２０により給水される。処理装置２０は冷却器１８にも給水する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明による設備の有利な実施の形態を示す唯一の図面である。
【図１】
0005550237.tif 000002