(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気から酸素を製造するユニットと、少なくとも部分的に前記空気から酸素を製造するユニットからくる、空気よりも窒素の希薄な酸化剤並びに酸素で動作する燃焼ユニットと、前記燃焼ユニットからの燃焼排ガス中のＣＯ2を圧縮および／または精製するＣＯ2圧縮および／または精製ユニットとを用いる炭素燃料燃焼方法であって、有限の期間Ｔにわたって、
前記空気から酸素を製造するユニットによって使われる電力が可変であり、および／または、
前記ＣＯ2圧縮および／または精製ユニットを介して前記燃焼排ガス中ＣＯ2の捕捉が間欠的であり、
前記燃焼ユニットは、酸素および空気よりも窒素の希薄な酸化剤を交互に用いて動作し、
前記空気から酸素を製造するユニットは、前記期間Ｔにわたって、少なくとも１回の停止時期または低い出力時期と、前記低い出力時期での低い出力よりも高い出力での少なくとも１回の動作時期とを有し、停止時期または低い出力時期からより高い出力での動作時期へと切り替えるのに必要な時間が１時間未満であり、
停止時期または低い出力時期から、より高い出力での動作時期へと切り替えるのに必要な時間は、極低温液体が前記空気から酸素を製造するユニットに注入されるおよび／または前記空気から酸素を製造するユニットから取り出されることによって、短縮されることを特徴とする方法。
【請求項２】
空気から酸素を製造するユニットと、少なくとも部分的に前記空気から酸素を製造するユニットからくる、空気よりも窒素の希薄な酸化剤並びに酸素で動作する燃焼ユニットと、前記燃焼ユニットからの燃焼排ガス中のＣＯ2を圧縮および／または精製するＣＯ2圧縮および／または精製ユニットとを用いる炭素燃料燃焼方法であって、有限の期間Ｔにわたって、
−前記空気から酸素を製造するユニットによって使われる電力が可変であり、および／または、
−前記ＣＯ2圧縮および／または精製ユニットを介して前記燃焼排ガス中のＣＯ2の捕捉が間欠的であり、
前記燃焼ユニットは、酸素および空気よりも窒素の希薄な酸化剤を交互に用いて動作し、
前記空気から酸素を製造するユニットからくる酸素は、極低温液体の形態で、全てまたは部分的に貯蔵され、
前記空気から酸素を製造するユニットによって製造される酸素は、酸素製造に必要なエネルギーが平均よりも低いコストで利用できるときに、少なくとも部分的に貯蔵され、
貯蔵された酸素は、酸素製造に必要なエネルギーが平均よりも高いコストで利用できるときに、前記空気から酸素を製造するユニットによって消費されることを特徴とする方法。
【請求項３】
空気から酸素を製造するユニットと、少なくとも部分的に前記空気から酸素を製造するユニットからくる、空気よりも窒素の希薄な酸化剤並びに酸素で動作する燃焼ユニットと、前記燃焼ユニットからの燃焼排ガス中のＣＯ2を圧縮および／または精製するＣＯ2圧縮および／または精製ユニットとを用いる炭素燃料燃焼方法であって、有限の期間Ｔにわたって、
前記空気から酸素を製造するユニットによって使われる電力が可変であり、および／または、
前記ＣＯ2圧縮および／または精製ユニットを介して前記燃焼排ガスからくるＣＯ2の捕捉が間欠的であり、
前記燃焼ユニットは、酸素および空気よりも窒素の希薄な酸化剤を交互に用いて動作し、
前記ＣＯ2圧縮および／または精製ユニットは、乾燥ユニットまたは、コンプレッサと乾燥ユニット、あるいはコンプレッサおよび／または極低温ユニットを用い、
前記乾燥ユニットは、空気よりも窒素の希薄な酸化剤での前記燃焼ユニットの動作に一致する吸着時期と空気での前記燃焼ユニットの動作に一致する再生時期とを含む圧力サイクルに従う、吸着剤で充填された１つのボトルからなることを特徴とする方法。
【請求項４】
前記空気から酸素を製造するユニットは、前記期間Ｔの少なくとも一部にわたって変化しうる電力を使用するが、前記期間Ｔのこの同じ部分の間、一定の酸素流量を製造することを特徴とする請求項１または３に記載の方法。
【請求項５】
前記空気から酸素を製造するユニットは、空気よりも窒素の希薄な酸化剤が燃焼ユニットにおいて用いられるときに、酸素製造時期に切り替わることを特徴とする請求項１、３または４に記載の方法。
【請求項６】
前記空気から酸素を製造するユニットからくる酸素は、極低温液体の形態で、全てまたは部分的に貯蔵されることを特徴とする請求項１、３ないし５のいずれか１に記載の方法。
【請求項７】
貯蔵された前記酸素は、前記燃焼方法のユニットに対して外部のデバイスのための予備として役立つことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記空気から酸素を製造するユニットからくる、酸素に富んでいない極低温液体の少なくとも一部は、酸素が前記燃焼ユニットにおいて消費されているときに、前記空気から酸素を製造するユニットを出ると貯蔵されることを特徴とする請求項１、３ないし７のいずれか１に記載の方法。
【請求項９】
前記空気から酸素を製造するユニットを出ると貯蔵される、酸素に富んでいない極低温液体は、前記空気から酸素を製造するユニット内で、酸素が同じ空気から酸素を製造するユニットによって液化されるときに、消費されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記燃焼排ガスの少なくとも一部は、前記空気から酸素を製造するユニットによって製造された酸素と混合されてから、前記燃焼ユニットに、前記燃焼ユニットが空気よりも窒素の希薄な酸化剤で動作しているときに、導入されることを特徴とする請求項１、３ないし９のいずれか１に記載の方法。
【請求項１１】
前記空気から酸素を製造するユニットは、前記期間Ｔにわたって、少なくとも１回の停止時期または低い出力時期と、前記低い出力時期での低い出力よりも高い出力での少なくとも１回の動作時期とを有し、停止時期または低い出力時期からより高い出力での動作時期へと切り替えるのに必要な時間が１時間未満であることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項１２】
停止時期または低い出力時期から、より高い出力での動作時期へと切り替えるのに必要な時間は、極低温液体が前記空気から酸素を製造するユニットに注入されるおよび／または前記空気から酸素を製造するユニットから取り出されることによって、短縮されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記空気から酸素を製造するユニットによって製造される酸素は、酸素製造に必要なエネルギーが平均よりも低いコストで利用できるときに、少なくとも部分的に貯蔵されることを特徴とする請求項３、１１、並びに１２のいずれか１に記載の方法。
【請求項１４】
貯蔵された前記酸素は、酸素製造に必要なエネルギーが平均よりも高いコストで利用できるときに、前記空気から酸素を製造するユニットによって消費されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ＣＯ2圧縮および／または精製ユニットからくるＣＯ2は、製造されるＣＯ2の量をならすように、少なくとも部分的に貯蔵されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項１６】
前記ＣＯ2圧縮および／または精製時期は、このＣＯ2圧縮および／または精製に必要なエネルギーが平均よりも低いコストで利用できる時期に一致することを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項１７】
前記空気から酸素を製造するユニットと、前記燃焼ユニットと、前記ＣＯ2圧縮および／または精製ユニットは、これらのユニットを動作させるのに必要なエネルギーコストの変化に適応するように、自動的に制御されることを特徴とする請求項３または１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記空気から酸素を製造するユニットによって製造される酸素の流量が可変であることを特徴とする請求項１ないし１７のいずれか１に記載の方法。
【請求項１９】
前記燃焼ユニットによる炭素燃料消費量は、前記期間Ｔにわたって一定であり、一方、前記燃焼方法によって供給される電力は、前記期間Ｔにわたって可変であることを特徴とする請求項１ないし１８のいずれか１に記載の方法。
【請求項２０】
前記ＣＯ2圧縮および／または精製ユニットは、前記期間Ｔにわたって、少なくとも１回の停止時期および少なくとも１回の動作時期を有することを特徴とする請求項１ないし１９のいずれか１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の概要】
【０００１】
本発明は、空気からガスを分離するユニットと、空気または、前記空気からガスを分離するユニットからくる、空気よりも窒素の希薄な酸化剤で動作する燃焼ユニットと、燃焼排ガスからくるＣＯ2を圧縮および／または精製するユニットとを用いる炭素燃料燃焼方法であって、前記空気からガスを分離するユニットで消費される電力および／または前記空気からガスを分離するユニットで製造された酸素の流量および／または前記燃焼排ガスからくるＣＯ2の捕捉が経時的に可変であることを特徴とする方法に関する。
【０００２】
気候変動は、最も重要な環境課題の１つである。大気中の二酸化炭素濃度の増大は、地球温暖化によって非常に大きな部分になっている。人間の活動によるＣＯ2は本質的に発電所での化石燃料の燃焼によって大気中に放出されている。
【０００３】
ＣＯ2排出に対抗するために、１つの技術は、炭素燃料の燃焼中に排出されるＣＯ2を捕捉して、それを地中に隔離することをめざしている。課された制約の１つは、通常はその割合が１５％を越えないＣＯ2を排ガスからいかにして分離するかということであるが、この分離を行うにはかなりのエネルギーを必要とする。
【０００４】
１つのオプションは、燃焼の上流において空気から窒素を分離することにあり、そのときほとんどＣＯ2、水および燃焼生成物のみがボイラーの出口に残る。したがって、ボイラーはオキシ燃料燃焼モードで動作する。排ガスの一部（本質的にＣＯ2）を酸素とともにリサイクルして、ボイラー内が過度に高温になるのを防いでもよい。したがって、ＣＯ2捕捉はより低コストで提供される。
【０００５】
この技術は、投資の観点および全体のエネルギー効率の双方から有望である。
【０００６】
ＣＯ2を導いて隔離するためのインフラストラクチャーが十分に近接していない限り、または販売されるＣＯ2１トン当たりの価格が十分に高くない限り、発電所によって排出される全てのＣＯ2を捕捉することは経済的に有益ではありえない。
【０００７】
１つの解決策は、部分的なＣＯ2の捕捉を利用することであろう。しかし、部分的なＣＯ2の捕捉はオキシ燃料燃焼技術にあまり適していない。実際に、１００％オキシ燃料燃焼モードまたは１００％空気モードで動作することが必要であるが、これらの形態から離れることは難しい。これは、排ガスに３０％を上回る窒素が存在する場合、ＣＯ2の分離は、流れがより濃縮されているときに得られる全ての利点を失うからである。
【０００８】
そこで、部分捕捉についての参考となる解決策は、ＡＳＵ（空気分離ユニット）に１００％を投資し、これをその能力の１００％で動作させることであろう。しかし、圧縮／乾燥ユニットに部分的にしか投資しない（またはそれに１００％を投資するが、捕捉が望まれるＣＯ2のレベルでしかそれを動作させない）ことが可能である。残念ながら、この圧縮／乾燥ユニットは、ＡＳＵとは異なり、投資およびそれによって消費されるエネルギーのうち小さい部分に相当するにすぎない。
【０００９】
さらに、ＡＳＵをその能力の１００％で動作させるということは、経時的に一定の量のエネルギーを消費することを意味する。これは、利用できるエネルギーコストおよび流量の変化に、動作を適応させることを不可能にする。
【００１０】
この出発点から生じた１つの問題は、部分的なＣＯ2の捕捉および可変なエネルギー供給に適した燃焼方法をいかにして提供するかということである。
【００１１】
本発明によって提供される解決策の１つは、空気からガスを製造するユニットと、空気または、少なくとも部分的に前記空気からガスを分離するユニットからくる、空気よりも窒素の希薄な酸化剤で動作する燃焼ユニットと、燃焼排ガスからくるＣＯ2を圧縮および／または精製するユニットとを用いる炭素燃料燃焼方法であって、有限の期間Ｔにわたって、
−前記空気からガスを製造するユニットによって使われる電力が可変であり、および／または、
−前記ＣＯ2圧縮および／または精製ユニットを介して前記燃焼排ガスからくるＣＯ2の捕捉が間欠的である
ことを特徴とする。
【００１２】
「空気からガスを製造するユニット」という表現は、空気からガスを分離するユニットと、種々の極低温貯蔵タンクと、その動作に必要な配管とを含むユニットを意味すると理解される。
【００１３】
場合によって、本発明に係る方法は、以下の特徴の１つ以上を有していてもよい。
【００１４】
−前記空気からガスを製造するユニットによって製造される酸素の流量が可変である。
【００１５】
−前記燃焼ユニットによる炭素燃料消費量は前記期間Ｔにわたって一定であり、一方、前記燃焼方法によって供給される電力は前記期間Ｔにわたって可変である。
【００１６】
−前記燃焼ユニットは空気および空気よりも窒素の希薄な酸化剤を交互に用いて動作する。
【００１７】
−前記燃焼ユニットは、空気と、空気よりも窒素の希薄な前記酸化剤とを交互に用いて動作する。
【００１８】
−前記ＣＯ2圧縮および／または精製ユニットは、前記期間Ｔにわたって、少なくとも１回の停止時期および少なくとも１回の動作時期を有する。
【００１９】
−前記空気からガスを製造するユニットは、前記期間Ｔの少なくとも一部にわたって変化しうる電力を使用するが、前記期間Ｔのこの同じ部分の間、一定の酸素流量を製造する。
【００２０】
−前記空気からガスを製造するユニットは、空気よりも窒素の希薄な酸化剤が燃焼ユニットにおいて用いられるときに、酸素製造時期に切り替わる。
【００２１】
−前記空気からガスを分離するユニットからくる酸素は、極低温液体の形態で、全てまたは部分的に貯蔵される。
【００２２】
−貯蔵された酸素は、前記燃焼方法のユニットに対して外部のデバイスのための予備として役立つ。
【００２３】
−前記空気からガスを製造するユニットからくる、酸素に富んでいない極低温液体の少なくとも一部は、酸素が前記燃焼ユニットにおいて消費されているときに、前記空気からガスを分離するユニットを出ると貯蔵される。
【００２４】
−前記空気からガスを分離するユニットを出ると貯蔵される、酸素に富んでいない極低温液体は、前記空気からガスを分離するユニット内で、酸素が同じ空気からガスを分離するユニットによって液化されるときに、消費される。
【００２５】
−前記燃焼排ガスの少なくとも一部は、前記空気からガスを製造するユニットによって製造された酸素と混合されてから、前記燃焼ユニットに、前記燃焼ユニットが空気よりも窒素の希薄な酸化剤で動作しているときに、導入される。
【００２６】
−前記空気からガスを製造するユニットは、前記期間Ｔにわたって、少なくとも１回の停止時期または低い出力時期と、前記低い出力よりも高い出力での少なくとも１回の動作時期とを有し、停止時期または低い出力時期からより高い出力での動作時期へと切り替えるのに必要な時間が１時間未満、好ましくは３０分未満、より好ましくは１５分未満である。
【００２７】
−停止時期または低い出力時期から、より高い出力での動作時期へと切り替えるのに必要な時間は、極低温液体が前記空気からガスを分離するユニットに注入されるおよび／または前記空気からガスを分離するユニットから取り出されることによって、短縮される。
【００２８】
−前記空気からガスを分離するユニットによって製造される酸素は、酸素製造に必要なエネルギーが平均よりも低いコストで利用できるときに、少なくとも部分的に貯蔵される。
【００２９】
−貯蔵された酸素は、酸素製造に必要なエネルギーが平均よりも高いコストで利用できるときに、前記空気からガスを分離するユニットによって消費される。
【００３０】
−前記ＣＯ2圧縮および／または精製ユニットからくるＣＯ2は、製造されるＣＯ2の量をならすように、少なくとも部分的に貯蔵される。
【００３１】
−前記ＣＯ2圧縮および／または精製時期は、このＣＯ2圧縮および／または精製に必要なエネルギーが平均よりも低いコストで利用できる時期に一致する。
【００３２】
−前記空気からガスを分離するユニットと、前記燃焼ユニットと、前記ＣＯ2圧縮および／または精製ユニットは、これらのユニットを動作させるのに必要なエネルギーコストの変化に適応するように、自動的に制御される。
【００３３】
−前記ＣＯ2圧縮および／または精製ユニットは、コンプレッサおよび／または乾燥ユニット、好ましくは極低温ユニットを用いる。
【００３４】
−前記乾燥ユニットは、空気よりも窒素の希薄な酸化剤での前記燃焼ユニットの動作に一致する吸着時期と空気での前記燃焼ユニットの動作に一致する再生時期とを含む圧力サイクルに従う、吸着剤で充填された１つのボトルからなる。および
−前記ＣＯ2圧縮および／または精製ユニットからくるＣＯ2は、ボトル詰めされるか、または工業利用のためのＣＯ2ラインまたは地下貯蔵タンクに供給される。
【００３５】
「可変な電力または流量」という表現は、期間Ｔの過程にわたって変化し得る電力または流量を意味すると理解される。
【００３６】
さらに、本発明の主題は、空気からガスを分離するユニットと、空気または、前記空気からガスを分離するユニットからくる、空気よりも窒素の希薄な酸化剤で動作する燃焼ユニットと、燃焼排ガスからくるＣＯ2を圧縮および／または精製するユニットとを有する炭素燃料燃焼設備であって、これら３つのユニットの動作が、有限の期間Ｔにわたって、コンピューターによって制御され、
−前記空気からガスを製造するユニットによって使われる電力が可変である、および／または、
−前記ＣＯ2圧縮および／または精製ユニットを介して前記燃焼排ガスからくるＣＯ2の捕捉が間欠的である
ようになっていることを特徴とする設備でもある。
【００３７】
好ましくは、本発明に係る設備は、前記燃焼ユニットの出口を前記燃焼ユニットの入口に接続するＣＯ2再循環ラインを含む。
【００３８】
再循環ラインは、一方で燃焼排ガスの少なくとも一部を燃焼ユニットへと戻すのに、他方でこのライン内で空気分離ユニットによって製造された酸素を混合するのに役立つ。こうして戻された燃焼排ガスは、燃焼ユニットにおける熱バラストとして働く。これは、酸化剤として酸素のみを用いた場合、燃焼ユニット内で２０００℃を上回る温度が得られるであるからである。こうして戻された燃焼排ガスは、温度が燃焼ユニットの設計温度まで、すなわち好ましくは１２００℃未満の温度まで下がるのを可能にする。
【００３９】
「燃焼ユニット」という用語は、ボイラーまたは焼却炉、好ましくは循環式流動床ボイラーまたは微粉炭ボイラーを意味すると理解される。
【００４０】
「循環式流動床ボイラー」という用語は、燃料が空気中で浮遊状態で燃やされるボイラーを意味すると理解される。
【００４１】
「微粉炭ボイラー」という用語は、燃料が細かく砕かれているボイラーを意味すると理解される。
【００４２】
「期間Ｔ」という用語は、１時間乃至１年の期間を意味すると理解される。この期間Ｔが１時間、１日または１週間程度である場合、空気からガスを分離するユニットは連続的に動作し、酸素が、それがボイラーにおいて直接消費されないときに、貯蔵されるのを可能にする。代わりの動作期間がより長い（１ヶ月またはワンシーズン）場合には、空気からガスを分離するユニットはオンオフされるべきである。
【００４３】
「代わりの動作」という用語は、期間Ｔの種々の分割が想定され得ることを意味すると理解される。この期間が、燃焼ユニットが空気で動作する１回の時期と、同じ燃焼ユニットが空気よりも窒素の希薄な酸化剤で動作する１回の時期に分けられる場合、これらの時期の各々は、期間Ｔ全体の時間の２０乃至８０％、好ましくは３０乃至７０％、より好ましくは５０％を占めるであろう。この期間が、燃焼ユニットが空気で動作するｎ回の時期と、それが空気よりも窒素の希薄な酸化剤で動作するｎ回の時期に分けられる場合、これら時期の各々は、期間Ｔの２０／ｎ乃至８０／ｎ％、好ましくは３０／ｎ乃至７０／ｎ％、より好ましくは５０／ｎ％を占めるであろう。しかし、いかなる分割であっても、空気を用いる動作時期は常に、その後に空気よりも窒素の希薄な酸化剤を用いる動作時期が続き、逆もまた同様である。
【００４４】
「炭素燃料」という用語は、たとえば石炭、褐炭、家庭廃棄物または任意のバイオマス燃料（プラントの廃石、燃焼専用のプラント生成物など）を意味すると理解される。
【００４５】
「空気より窒素の希薄な酸化剤」という表現は、酸素およびＯ2／ＣＯ2混合物を意味すると理解される。
【００４６】
この燃焼方法で用いられる種々のユニットを動作させるのに必要なエネルギーは、製造された酸素を供給される発電ユニット自体からくるか、または送電ネットワークを介して、もしくは再生可能な供給源（ソーラーパネル、風力タービン、水力発電ダム）からの直接的な給電によって、他の発電ユニットからくる。
【００４７】
図１は、部分的なＣＯ2捕捉のために、空気からガスを分離するユニットと、微粉炭ボイラーを用いかつ空気および空気より窒素の希薄な酸化剤を交互に用いて動作する燃焼ユニットと、ＣＯ2圧縮および／精製ユニットとを用いる、本発明に係る概略図を示している。
【００４８】
空気１が、空気からガス(即ち、酸素)を製造するユニットの空気からガス(即ち、酸素)を分離するユニット２に導入され、このユニットは一定または可変の流量の酸素３を製造する。酸素３は、燃焼ユニット７が空気で動作するときに貯蔵されるか、または燃焼ユニット７が窒素に乏しい酸化剤で動作するときにミキサ４に送られて、ここでＣＯ2再循環ラインによってＣＯ2リッチのリサイクルガス６と混合され得る。ミキサ４からくる酸化剤５は、その後に微粉炭ボイラー７へ導入され、これはその後に空気よりも窒素の希薄な酸化剤で動作する。
【００４９】
燃料８、ここでは原料石炭は、まず粉砕機１０に送られてから、微粉炭ボイラー７に導入される。
【００５０】
ボイラーによって出力される蒸気は蒸気タービン１１において膨張され、これは機械仕事を供給する。この仕事は交流発電機１２によってエネルギーに変換される。
【００５１】
燃焼排ガス１３自体は、１４において脱塵され、任意に１５において脱硫されてからＣＯ2圧縮／精製ユニット１６（ＣＰＵ）に送られる。
【００５２】
次に、ＣＰＵユニット１６からくる精製されたＣＯ2１７は、その後にボトル詰めされる、および／または搬送される、および／または１８において貯蔵されるであろう。
【００５３】
ボイラー７が空気で動作している場合、空気１９がボイラー７へ導入され、燃焼排ガス１３が１４において脱塵され１５において脱硫されるが、それはＣＰＵユニット１６へは送られない。ＣＯ2は捕捉されない。
【００５４】
図２は、本発明に係る燃焼方法で用いられる３つの主ユニットの「オキシ燃料燃焼」モードでの動作を説明する図を示す。これら３つのユニットは、空気からガスを分離するユニット（ＡＳＵ）、燃焼ユニットおよびＣＯ2圧縮／精製ユニット（ＣＰＵ）である。「オキシ燃料燃焼」モードという用語は、空気よりも窒素の希薄な酸化剤を用いた燃焼とＣＯ2捕捉とによって特徴付けられるモードを意味すると理解される。
【００５５】
「オキシ燃料燃焼」モードでは、以下のものがＡＳＵ２に導入される。
【００５６】
−空気１、および
−「空気」モードの最終時期の間に極低温液体の形態で貯蔵された酸素９。
【００５７】
次に、ＡＳＵ２は、酸素の「直前」の製造ａに、「空気」モードの最終時期の間に貯蔵された酸素の製造ｂを加えたものに対応する、ある量の酸素ａ＋ｂを製造する。
【００５８】
ＡＳＵ２は酸素に富んでいない極低温液体ｃも製造する。
【００５９】
次に、ＡＳＵ２によって製造されたａ＋ｂの酸素は、ＣＯ2リサイクルラインを介して、ＣＯ2リッチリサイクルガス６と混合されてから、燃焼ユニットに送られ、このユニットは、「空気」モードと比べると、もはや空気１９が供給されない。
【００６０】
次に、燃焼ユニット７からくるＣＯ2リッチ燃焼排ガス１３は、ボトル詰めされる、および／または輸送される、および／または１８において貯蔵されることを目的として、ＣＯ2圧縮／精製ユニット１６へ送られる。
【００６１】
こうして燃焼ユニットが空気よりも窒素の希薄な酸化剤で動作しているとき、すなわち酸素または酸素／二酸化炭素混合物で動作しているとき、燃焼ユニットに導入される酸素は空気分離ユニット（ＡＳＵ）を連続的に動作させることによって製造される。こうして、ＡＳＵは、空気よりも窒素の希薄な酸化剤を使用する燃焼ユニットの動作時期に適した名目的なＯ2流量を製造しなければならないが、残りの時間の間には何も製造しない。この原理は、燃焼ユニットが空気で動作している間に酸素を液体の形態で貯蔵し、燃焼ユニットが空気よりも窒素の希薄な酸化剤で動作しているときにそれを消費することである。ＡＳＵは貯蔵されたエネルギーの消費の間に動作し続けるので、２つの製造出力が追加される。液化エネルギーの損失を避けるため、適当量の酸素に富んでいないガス、好ましくは窒素または空気が、酸素消費の間に液化される。酸素が液化されているときに、ＡＳＵは酸素を空気から分離するが、実際の液化は、最終の酸素消費時期の間に蓄積された酸素に富んでいない極低温液体のＡＳＵ中での消費によってもたらされる。
【００６２】
この第１の場合において、こうしてＡＳＵは、最適な方法および「ガスモード」で、連続的に動作する。それは空気からガスを分離するためのエネルギーのみを供給しなければならず、より大きな液化のためのエネルギーではない。最後に、ＡＳＵは燃焼に必要な酸素のみを製造するので、消費される総エネルギーは貯蔵されるＣＯ2の量に比例したままであり、捕捉のためのエネルギー効率は低下しない。
【００６３】
本発明の他の態様によれば、連続量の気体酸素を製造し、次にそれ自体を液化させて貯蔵するかまたは直接ボイラーへ送るが、空気コンプレッサでは一定の機械動力を使わないこともできる。この場合、ＡＳＵは、エネルギーがその平均コストよりも低いコストで利用できるときに必要であるよりも多くの酸素を製造するであろう。このときに消費されるべき酸素に対して過剰な酸素は液体の形態で貯蔵される。エネルギーコストがその平均コストよりもかなり超過している場合、ＡＳＵの酸素製造を減らし、前に貯蔵した酸素を沸騰させることに価値がある。そのとき、気体酸素の一定の製造を得る一方でそのコストが有利であるときにのみエネルギーを消費することができる。この種の動作を図６に示す。酸素の沸騰および液化の間にエネルギー的に不利にならないように、酸素の沸騰の間に極低温液体を生成して貯蔵し、液体酸素の予備を作るときに消費する。
【００６４】
２つのコンセプト、すなわち
−一方で、一定の使用電力で可変（間欠的）の酸素製造、
−他方で、エネルギーコストに依存して可変の使用電力で一定の酸素製造
を１つの同じ設備内で組み合わせて、部分的なＣＯ2捕捉をもたらすが必要よりも多くの酸素を製造せずにかつＡＳＵをその名目的な能力で使用することができ、一方でさらにＡＳＵによって使われる電力を、前記電力が最も高価でないときに、調節することができる。
【００６５】
図３は、本発明に係る燃焼方法において用いられる３つの主ユニットの「空気」モードでの動作を説明する図を示す。
【００６６】
「空気」モードという用語は、空気中での燃焼とＣＯ2捕捉がないことによって特徴付けられるモードを意味すると理解される。
【００６７】
「空気」モードにおいては、以下のものがＡＳＵ２へ導入される。
【００６８】
−空気１、および
−「オキシ燃料燃焼」モードの最終時期の間に貯蔵された、より酸素が希薄な極低温液体ｃ。
【００６９】
次に、ＡＳＵ２は、より酸素が希薄なガスｄと、貯蔵されることを意図した極低温液体の形態にある酸素９とを製造する。
【００７０】
次に、燃焼ユニット７は単一の酸化剤として空気１９を受入れ、燃焼ユニット７からくる燃焼排ガス１３はＣＰＵユニットへ送られない。排ガス１３は脱塵および脱硫された後に、大気へ放出される。
【００７１】
一方のモードから他のモードへ、たとえば「空気」モードから「オキシ燃料燃焼」モードへ切り替えるために、ＣＯ2再循環ラインは燃焼ユニットからくる燃焼排ガスと空気からガスを分離するユニットによって製造された酸素とで漸次充填され、燃焼ユニットに供給する引き込み空気は低減される。燃焼ユニットがもはや空気が供給されなくなったら、動作は「オキシ燃料燃焼」モードになる。戻すためには、動作を反対の順序で行い、燃焼空気によって導入され徐々に増加する窒素が排ガス中に見出されることが迅速に理解される。こうして、バラストＣＯ2は、空気およびリサイクルされる窒素を介して、バラストＮ2に切り替えられる。このように、１つのモードから他のモードへの遷移は容易かつ円滑である。
【００７２】
投資の点で、ＡＳＵは製造すべき酸素の量に基づいて大きさが合わされ、したがってＣＯ2捕捉に比例しているままである。
【００７３】
ＣＯ2捕捉ユニット自体、すなわちＣＯ2圧縮／精製ユニットは、燃焼ユニットを出るＣＯ2の合計の流量に基づいて大きさが合わされる。これは、空気よりも窒素の希薄な酸化剤での燃焼動作のためには、瞬間のＣＯ2流量は完全な捕捉モードでの燃焼動作のそれと同一であるからである。
【００７４】
ＣＯ2精製ユニット自体は燃焼ボイラーからくるＣＯ2を乾燥させるのに役立つ。
【００７５】
精製ユニットが極低温ユニットである場合、このユニットが動作していないときであっても、これを数時間にわたって冷却された状態に保つことができるので、これを随意に停止および再始動することができる。したがって、本発明の文脈の範囲内において、ボイラーが空気で動作しているときに、精製ユニットは好ましくは停止される。
【００７６】
精製ユニットが吸着ユニットである場合、このことは、ボイラーが代わりに動作してこの吸着ユニットのコストを低減させるという事実により利益を得る。
【００７７】
完全な乾燥（およそ百万分の一の残留水にまで下げる）のために、従来技術は吸着剤で充填された２つのボトルの使用を教示しており、一方はガスを乾燥させて、吸着剤が水を含むが、他方は乾燥ガスおよび／またはより低圧にあるガスおよび／またはより高温のガス（たとえばＡＳＵから取り出される窒素）によって再生される（水が除去される）。
【００７８】
本発明の文脈の範囲内において、１つのボトルのみが使用され、その圧力サイクルをボイラーの動作サイクルに結び付けられる。吸着は燃焼ユニットが空気よりも窒素の希薄な酸化剤で動作しているときに行われ、再生は燃焼ユニットが空気で動作しているときに行われる。
【００７９】
この最適化は、１つボトルが少ないことがより少ないバルブ、パイプおよび吸着剤を意味するならば、設備のコストを低減することを可能にする。
【００８０】
ＣＯ2精製ユニットによって製造されるＣＯ2は、理想的にはその地中隔離に十分な純度を有する（たとえば６００ｐｐｍｖ未満の水分含有量および１ｐｐｍｖ未満の酸素含有量を有する）であろう。
【００８１】
本発明に係る方法は、さらに、
−固定の酸素製造に対して、ピーク時の間の電力消費を低減するか、
−または酸素の製造を時折停止するが、同時に、配送すべき最大酸素流量に基づいてＡＳＵの大きさを合わせることはないか、
−または上記２つのコンセプトを組み合わせる
ことを可能にする。
【００８２】
以下の例はこれら種々の選択肢を説明する。
【００８３】
例
正味１５０ＭＷｅを発電する現存の発電所は、発生するＣＯ2の一部を捕捉するように適応されねばならない。最初の数年の稼動の間、全てのＣＯ2が捕捉されることはないであろう。出力の不足のためまたは排出されるＣＯ2１トンあたりの価格がこれを正当化しないためである。ＣＯ2の半分だけ、すなわち製造される百万トンと比較して１年あたり約５０００００トンが捕捉される。一定の電力でＡＳＵを使用する部分的な捕捉のアイデアが適用される。追加の電力要求は、以下のとおりである。
【００８４】
・ＣＯ2を圧縮および精製するための１５ＭＷ（オキシ燃料燃焼モードで処理されるべきＣＯ2の瞬間的な流量は、あたかも全てのＣＯ2が捕捉される場合と同じであるため）、
・ＡＳＵのための１２ＭＷ−１００％の捕捉のためにはＡＳＵは２４ＭＷを必要とするであろう、
・配電網への正味の電力（すなわち、販売され、配電網のユーザーに利用可能な電力）は、したがって、２つの値の間でスイングする。すなわち
・捕捉を伴う期間の半分の１２３ＭＷｅおよび
・捕捉を伴わない期間の半分の１３８ＭＷｅ。
【００８５】
これは、ＣＯ2の捕捉がないときに、捕捉ユニットが停止される、すなわちＣＯ2捕捉の間よりも電力が１５ＭＷ少ないからである。しかし、この例では、ＡＳＵはその名目的な値で動作し続ける。
【００８６】
したがって、捕捉は、一般にオフピーク時に対応して、夜通し行うべきである。
【００８７】
図４はＡＳＵの動作を示しており、示されている電力はこのように製造時期とは無関係に非常に一定である。
【００８８】
改善がなされてもよい。
【００８９】
これは、ピーク時の間、こうしてＡＳＵによって使われる電力をさらに低減させるが、残りの時間の間にそれをわずかに増加させることが可能であるからである。そのとき、電力要求は以下のようになる。
【００９０】
・ＣＯ2圧縮／精製のための１５ＭＷ（オキシ燃料燃焼モードで処理されるべきＣＯ2の瞬間的な流量は、あたかも全てのＣＯ2が捕捉される場合と同じであるため）、
・ほとんどの時間（この例においては、２４時間のうち２２時間）におけるＡＳＵのための１２．６ＭＷ、
・選択された２時間のピーク時に対して電力を２つに分けたときのＡＳＵのための６ＭＷ、および
・配電網への正味の電力は、以下の３つの値の間でスイングする。
【００９１】
・捕捉を伴う期間の半分の１２２．４ＭＷｅ、
・２時間のピーク時を除く、捕捉を伴わない期間の半分の１３７．４ＭＷｅおよび
・２時間の日中のピーク時の１４４ＭＷｅ。
【００９２】
この動作（ＡＳＵについてのみ）を図５に示す。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】図１は、部分的なＣＯ2捕捉のために、空気からガスを分離するユニットと、微粉炭ボイラーを用いかつ空気および空気より窒素の希薄な酸化剤を交互に用いて動作する燃焼ユニットと、ＣＯ2圧縮および／精製ユニットとを用いる、本発明に係る概略図を示している。
【図２】図２は、本発明に係る燃焼方法で用いられる３つの主ユニットの「オキシ燃料燃焼」モードでの動作を説明する図を示す。
【図３】図３は、本発明に係る燃焼方法において用いられる３つの主ユニットの「空気」モードでの動作を説明する図を示す。
【図４】図４は、ＡＳＵの動作を示す図である。
【図５】図５は、ＡＳＵの動作を示す図である。
【図６】図６は、気体酸素の一定の製造を得る一方でそのコストが有利であるときにのみエネルギーを消費する動作を示す図である。
【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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