(57)【要約】  少なくとも２つの空気分離ユニット（１）、貯蔵システム（２）、及び富酸素ガスを消費するユニット（３）を具備する施設を操作する方法において、前記ガス消費ユニットは電気のコストが第１の価格閾値以上の第１の工程により発電することができ、前記ガス消費ユニットは、前記又は少なくとも幾つかの空気分離ユニットからくる、第１の消費閾値以上の富酸素ガスの量を受けいれ、前記富酸素ガスは、一部は、第２の工程中に空気分離装置により供給され、貯蔵システムに貯蔵された酸素からなり、一部は、第１の工程中に蒸留により生成された富酸素ガスからなり、電気のコストが第２の価格閾値より低い第２の工程では、第２の価格閾値は前記第１の価格閾値より低い。前記消費ユニットは、第２の消費閾値より低い富酸素ガスの量を消費し、空気が少なくとも所定の分離ユニットで分離され、富酸素液が少なくとも２つの分離ユニットから貯蔵システムに送られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの空気分離ユニット（１）、貯蔵システム（２）、及び炭素燃料燃焼ユニット又はガス化ユニットを備える富酸素ガス消費装置（３）を具備し、前記消費装置は、少なくとも第１の操作局面において発電し得る、プラントを操作する方法であって、この方法は、下記の複数の局面でプラントを操作するプラントの操作方法。
ａ）電気のコストが第１の価格閾値以上の第１の操作局面では、消費装置は、少なくとも１つの空気分離ユニットからくる、第１の消費閾値以上の富酸素ガスの量を受けいれ、前記富酸素ガスは、一部は、第２の操作局面中に空気分離ユニットにより供給され、貯蔵システムに貯蔵された酸素からなり、一部は、第１の操作局面中に少なくとも１つの空気分離ユニットで蒸留により生成された富酸素ガスからなり、
ｂ）電気のコストが第２の価格閾値より低い第２の操作局面では、消費装置は、第２の消費閾値より低い富酸素ガスの量を消費し、前記第２の閾値は、前記第１の閾値より低く、その量はできればゼロであり、空気が少なくとも所定の分離ユニットで分離され、富酸素液が前記分離ユニットから又は少なくとも１つの分離ユニットから貯蔵システムに送られ、かつ
ｃ）第１の操作局面中に動作している分離ユニットの数は、第２の操作プロセス中に動作している分離ユニットの数より少ない。
【請求項２】
第２の操作局面の期間を通して貯蔵された富酸素液中の酸素のモル数は、第１の操作局面中の消費装置への富酸素ガスとして送られた酸素のモル数より少ない請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第１の操作局面中の富酸素ガスの消費量は実質的に一定である請求項１に記載の方法。
【請求項４】
第１の操作局面中に動作しているユニットである空気分離ユニットの少なくとも１つに送られた空気の量は、消費装置に送られたガス状酸素の生成量よりも少ない、少なくとも１５％以上、好ましくは２５％以上、又は４０％以上の酸素生成量に対応する請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
第１の操作局面中に動作している少なくとも１つの分離ユニットに送られた空気の量に対応する富酸素ガスの生成量と、消費装置（３）に送られた富酸素ガスの消費量との差は、第２の操作局面中に貯蔵された液体酸素の量の少なくとも一部に対応する請求項４に記載の方法。
【請求項６】
第１の操作局面中に動作している空気分離ユニットの数は、第２の操作局面中に動作しているユニットの数よりも少ない少なくとも２である請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
空気分離ユニットに供給し、第１の操作局面中に動作している空気コンプレッサーの数は、空気分離ユニットに供給し、第２の操作局面中に動作している空気コンプレッサーの数よりも少ない、好ましくは少なくとも２である請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
第１の操作局面中に空気分離ユニット（１）から貯蔵システム（２）へ送られた液体酸素の量は、空気分離ユニットへ送られた空気の流量の１％を超えず、好ましくは２％を超えず、又は更には５％を超えない請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
第２の操作局面中に貯蔵システムから空気分離ユニットへ送られた液体酸素の量は、空気分離ユニットへ送られた空気の流量の１％を超えず、好ましくは２％を超えず、又は更には５％を超えない請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
第２の操作局面中に空気分離ユニット（１）からから取り出されたガス状酸素の量は、空気分離ユニットへ送られた空気の流れの１％を超えず、好ましくは２％を超えず、又は更には５％を超えない請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
第２の操作局面中、好ましくは第１の操作局面中ではなく、液体窒素及び／又は液体空気は、空気分離ユニットに送られ、前記液体窒素及び／又は液体空気は、空気分離ユニットにより、第１の操作局面中、好ましくは第２の操作局面中ではなく生成される請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
ｎが少なくとも２であるｎ個の空気分離ユニットがあり、空気分離ユニットの少なくとも１つは、ｎにより割られる消費装置の名目富酸素ガス容量よりも低い名目富酸素ガス容量を有する請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
ｎが少なくとも３であり、空気分離ユニットの少なくとも２つは、ｎにより割られる消費装置の名目富酸素ガス容量よりも低い名目富酸素ガス容量を有する請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
ｎが少なくとも２であるｎ個の空気分離ユニットがあり、空気分離ユニットの少なくとも１つは、ｎにより割られる消費装置の名目富酸素ガス容量よりも高い名目富酸素ガス容量を有する請求項１〜１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
ｎが少なくとも３であり、空気分離ユニットの少なくとも２つは、ｎにより割られる消費装置の名目富酸素ガス容量よりも高い名目富酸素ガス容量を有する請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気分離ユニット及び富酸素ガス消費装置の少なくとも１つを操作する方法に関する。富酸素ガス消費装置は、炭素燃料燃焼ユニット又はガス化ユニットを含み、電気を発生し得る。この消費装置には、空気分離ユニットから来る富酸素ガスが供給される。
【背景技術】
【０００２】
いわゆるオキシ燃料燃焼のエネルギーを生成するための、炭素燃料燃焼のためのＣＯ２捕捉技術の１つは、輸送及び管理の前に１つ又はそれ以上の燃焼ユニットの出口においてＣＯ２を生成する燃焼ユニットからの排ガスを分離するためのユニットと組み合わされた一連の空気分離ユニットにより生成された、非常に大量の酸素（部位によって１日あたり１００００Ｍトン〜２００００Ｍトン）を必要とする。これらの空気分離ユニットは、電気エネルギーの非常に大きな消費装置であり、それにより、エネルギーコストが最大のときに消費装置によって生成された電力の送電網への供給に不利に働く。
【０００３】
制限されるピークの要求の期間、それらにより電力が消費されるのを許容するスイッチングシステムが知られている（ＵＳ−Ａ−２００８０１１５５３１又はＷＯ−Ａ−０９／０７１８３３）。
【０００４】
比較的短いこれらの期間中を除き、ＣＯ２を捕捉するのではなく、エネルギーを節約し、消費装置のための空気モ−ドに切り替えるために、空気分離ユニットを停止し、再スタートさせることも考えられるが、しかし、再スタートのための時間は必ずしも、日々、この型の幾つかの操作に適合したものではない。
【０００５】
ある燃焼ユニットは、電気エネルギーを連続して送電網へ供給するように、基本モード、即ち、１年中又は殆ど１年中（繁期、中間期、及び閑期）連続した安定操作で操作し、名目上の消費には閉ざすように設計されている。一方、他の燃焼ユニットは、より不安定に操作し、電気エネルギー消費のあるレベル以上の要求（繁期、中間期、及び閑期）に適うように設計されている。また、一方、更に他の燃焼ユニットは、ピークの要求に単に応えるように（繁期では、１年あたり数百時間、又は千時間を少し越える時間）、設計されている。
【０００６】
比較的不安定な形で動作する燃焼ユニットの場合には、オキシ燃料燃焼のための酸素を放出する空気分離ユニットは、それが名目的に動作しているとき消費装置のすべての要求を、それらの名目的レベルに開放するように設計されており、かつ要求が低いときに毎日数時間、又は１週間に数日、大気中にベントされるか、又は停止するようにされており、その全体としての結果はかなりのエネルギーのロスである。
【０００７】
このことは、たとえそれが低圧で行われても、それが分離された後に酸素を大気にベントすることは、使用されたプロセススキームに応じて、０．２付近〜０．３５ＫＷｈ／Ｎｍ３の失われたエネルギー量を示すためである。
【０００８】
その複雑さは別として、短期間の停止の後に空気分離ユニットを再スタートさせることについては、無視できないエネルギーロスに対応して、必要な純度及び圧力を得る１時間前に、その措置がとられるであろう。
【発明の概要】
【０００９】
１つの態様によると、本発明は、少なくとも２つの空気分離ユニット、貯蔵システム、及び炭素燃料燃焼ユニット又はガス化ユニットを備える富酸素ガス消費装置を具備し、前記消費装置は、少なくとも第１の操作局面において発電し得る、プラントを操作する方法を提供し、この方法は、下記の複数の局面でプラントを操作する。
【００１０】
ａ）電気のコストが第１の価格閾値以上の第１の操作局面では、消費装置は、少なくとも１つの空気分離ユニットからくる、第１の消費閾値以上の富酸素ガスの量を受けいれ、前記富酸素ガスは、一部は、第２の操作局面中に空気分離ユニットにより供給され、貯蔵システムに貯蔵された酸素からなり、一部は、第１の操作局面中に少なくとも１つの空気分離ユニットで蒸留により生成された富酸素ガスからなり、
ｂ）電気のコストが第２の価格閾値より低い第２の操作局面では、消費装置は、第２の消費閾値より低い富酸素ガスの量を消費し、前記第２の閾値は、前記第１の閾値より低く、その量はできればゼロであり、空気が少なくとも所定の分離ユニットで分離され、富酸素液が前記分離ユニットから又は少なくとも１つの分離ユニットから貯蔵システムに送られ、かつ
ｃ）第１の操作局面中に動作している分離ユニットの数は、第２の操作局面中に動作している分離ユニットの数より少ない。
【００１１】
他の任意の態様によると、
−第２の操作局面の期間を通して貯蔵された富酸素液中の酸素のモル数は、第１の操作局面中の消費装置への富酸素ガスとして送られた酸素のモル数より少なく、
−第１の操作局面中の富酸素ガスの消費量は実質的に一定であり、
−第１の操作局面中に動作しているユニットである空気分離ユニットの少なくとも１つに送られた空気の量は、消費装置に送られたガス状酸素の生成量よりも少ない、少なくとも１５％以上、好ましくは２５％以上、又は更には４０％以上の酸素生成量に対応し、
−第１の操作局面中に動作している少なくとも１つの空気分離ユニットに送られた空気の量に対応する富酸素ガスの生成量と、消費装置に送られた富酸素ガスの消費量との差は、第２の操作局面中に貯蔵された液体酸素の量の少なくとも一部に対応し、
−第１の操作局面中に動作している空気分離ユニットの数は、第２の操作局面中に動作しているユニットの数よりも少ない少なくとも２であり、
−空気分離ユニットに供給し、第１の操作局面中に動作している空気コンプレッサーの数は、空気分離ユニットに供給し、第２の操作局面中に動作している空気コンプレッサーの数よりも少ない、好ましくは少なくとも２であり、
−第１の操作局面中に空気分離ユニットから貯蔵システムへ送られた液体酸素の量は、空気分離ユニットへ送られた空気の流量の１％を超えず、好ましくは２％を超えず、又は更には５％を超えず、
−第２の操作局面中に貯蔵システムから空気分離ユニットへ送られた液体酸素の量は、空気分離ユニットへ送られた空気の流量の１％を超えず、好ましくは２％を超えず、又は更には５％を超えず、
−第２の操作局面中に空気分離ユニット（１）からから取り出されたガス状酸素の量は、空気分離ユニットへ送られた空気の流れの１％を超えず、好ましくは２％を超えず、又は更には５％を超えず、
−第２の操作局面中、好ましくは第１の操作局面中ではなく、液体窒素及び／又は液体空気は、空気分離ユニットに送られ、前記液体窒素及び／又は液体空気は、空気分離ユニットにより、第１の操作局面中、好ましくは第２の操作局面中ではなく生成され、
−ｎが少なくとも２であるｎ個の空気分離ユニットがあり、空気分離ユニットの少なくとも１つは、ｎにより割られる消費装置の名目富酸素ガス容量よりも低い名目富酸素ガス容量を有し、
−ｎが少なくとも３であり、空気分離ユニットの少なくとも２つは、ｎにより割られる消費装置の名目富酸素ガス容量よりも低い名目富酸素ガス容量を有し、
−ｎが少なくとも２であるｎ個の空気分離ユニットがあり、空気分離ユニットの少なくとも１つは、ｎにより割られる消費装置の名目富酸素ガス容量よりも高い名目富酸素ガス容量を有し、
−ｎが少なくとも３であり、空気分離ユニットの少なくとも２つは、ｎにより割られる消費装置の名目富酸素ガス容量よりも高い名目富酸素ガス容量を有する。
【００１２】
実現可能性及び／信頼性の理由から、それぞれのプラントは、少なくとも２つの分離ユニットを具備している。それぞれの分離ユニットは、空気を清浄化するための水／二酸化炭素清浄器、及び蒸留カラムが設置されるコールドボックスを備えている。空気を圧縮するために、少なくとも空気分離ユニットと同数のエアコンプレッサーが設けられており、それゆえ、２つの分離ユニットの場合には、少なくとも２つのエアコンプレッサーがある。これらのコンプレッサーは、任意にエアブースターと組合される。
【００１３】
プラントはまた、生成物あたり１つ又はそれ以上の貯蔵タンクからなる液体生成物（液体酸素、液体窒素、及びおそらく液体空気）を貯蔵するためのシステムを備えている。この貯蔵システムは、これらの空気分離ユニットと連通していてもよい。
【００１４】
エアコンプレッサー及びエアブースターは、空気分離ユニットの共通するすべてに供給するようにネットワークされていてもよい。
【００１５】
ある期間又はすべての期間、消費装置の操作期間（第１の操作局面）、消費装置は、実質的に一定の量の酸素を消費する。
【００１６】
この一定量は、空気分離ユニットにより永久に放出される。この操作局面中、電気コストは、第１の価格閾値以上であり、消費装置による酸素消費は、第１の消費閾値以上である。第１の操作局面を通して、ある程度の酸素が、第２の操作局面中に貯蔵され、生成された酸素から生成される。貯蔵タンクからくる酸素は、空気分離ユニットの外部にあるリボイラーで蒸発除去させられるが、しかし、貯蔵タンクからくる酸素の潜熱により冷凍されるのが、空気分離ユニットにはエネルギー的により有益である。
【００１７】
液体窒素及び／又は液体空気は、分離装置の要素に液体酸素を供給することにより、送電網への高エネルギー要求（第１の価格閾値以上の率）の期間、生成されてもよいが、一方、空気分離ユニットは、貯蔵システムの貯蔵タンク、コールドボックス又は外部源からくる液体酸素を供給される。
【００１８】
燃焼ユニットが停止される期間、空気分離ユニットの少なくとも１つは、動作し続け、大量の液体酸素を生成する。空気分離ユニットの１つのカラムは、任意に、貯蔵システムの貯蔵タンク、コールドボックス又は外部源からくる液体窒素及び／又は液体空気が供給される。好ましくは、消費装置が停止している間、動作している空気分離ユニットの数は、消費装置が動作しているときの空気分離ユニットの数よりも大きい。このようにして、ユーザーは、電気が安価であるときの第１の操作局面中に消費装置に供給するのに役立つ液体酸素を製造するための第２の操作局面中の低い電気料金から利益を得る。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明のプロセスにより動作し得るプラントを示す図である。
【発明の実施の形態】
【００２０】
図面を参照して、詳細に本発明について説明する。図面は、本発明のプロセスにより動作し得るプラントを示す。
【００２１】
このプラントは、４つの空気分離ユニットの組合せ１、貯蔵装置２、及び富酸素ガス消費装置３を具備し、富酸素ガス消費装置３は、炭素燃料燃焼ユニット又はガス化装置であってもよい。それが燃焼ユニットである場合には、消費装置には酸素の代わりに空気が供給されてもよい。
【００２２】
それぞれの空気分離ユニットは、清浄器５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ、及びコールドボックス７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄを備えている。
【００２３】
空気分離ユニットは、共通ライン９を介して接続された４つのエアコンプレッサー３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄからの空気を受けてもよく、それらのエアコンプレッサーはすべての空気分離ユニットに供給することができる。
【００２４】
第１の操作局面では、富酸素ガス消費装置３は、３つ以下の空気分離ユニットからこのガスを受ける。この第１の操作局面中、電気コストは、第１の価格閾値を超え、高価である。そのため、この操作局面中、出来るだけ電気消費量を減少させることが望ましい。この目的のため、好ましくは３つ以下の又は２つ以下の空気分離ユニットが動作させられ、又は好ましくは３つ以下の又は２つ以下のエアコンプレッサーが動作させられ、コールドボックスは減少した操作モードで動作する。
【００２５】
２つ又は３つの動作するコンプレッサーからの空気は、２つ又は３つの空気分離ユニットに送られ、低圧で富酸素ガスを形成するためにコールドボックス内に設置されたカラムで蒸留される。この圧力は、めったに５バール（絶対）を超えない。酸素は、二重カラムの低圧カラムからガス状で取り出されてもよい。二重カラムは、知られているように、低圧カラムに２つの凝縮器を有するユニットであってもよい。低圧沸騰に対する通常の予防措置をとり、カラムから取り出された液体を沸騰させることも可能である。
【００２６】
カラムで蒸留されたガス状酸素と、消費装置３による酸素の消費との間の相違を補償するために、その冷凍が分離ユニットにおいて状況に応じて使用されるように、液体酸素１３が貯蔵システム２から動作する空気分離ユニットに送られる。このように形成されたガス状酸素は、消費装置３に送られた富酸素ガス１７の一部となる。好ましくは、この第１の操作局面中、空気分離ユニットから貯蔵システムへは送られる液体酸素の流れはない。任意に、空気の１％を超えない、好ましくは２％を超えない、又は更には５％を超えない液体酸素の流れが、空気分離ユニットから貯蔵システムへ送られる。
【００２７】
第２の操作局面中、消費装置３は動作しておらず、そのため、このユニットに送られる富酸素ガスの流れはなく、又はこのユニットに送られる流れは、空気分離ユニットに送られる空気の２％を超えない。この場合、電気コストは、第２の価格閾値より低く、第２の価格閾値は、第１の価格閾値より低く、そのため、電気は比較的安価である。
【００２８】
ここでは、第１の操作局面中よりも、空気分離ユニット及び／又はエアコンプレッサーをより多く動作させるのが有用である。このように、２つの空気分離ユニットが第１の操作局面中に動作しているならば、第２の操作局面中、３つ又は４つの空気分離ユニットが動作しており、３つの空気分離ユニットが第１の操作局面中に動作しているならば、第２の操作局面中、４つの空気分離ユニットが動作している。コンプレッサーについても同様であり、２つのコンプレッサーが第１の操作局面中に動作しているならば、第２の操作局面中、３つ又は４つのコンプレッサーが動作しており、３つのコンプレッサーが第１の操作局面中に動作しているならば、第２の操作局面中、４つのコンプレッサーが動作している。
【００２９】
第２の操作局面では、空気分離ユニットによるガス状酸素の生成は、最小限になり、あるいは存在しない場合すらある。ガス状酸素の生成は、供給空気の１％まで、好ましくは２％まで、又は更には５％までを示し得る。この酸素は、大気にベントされる。しかし、空気分離ユニットは、貯蔵システム２に送られるすべての液体酸素を生成する。貯蔵システム２は、第２の操作局面中、液体酸素で満たされるが、第１の操作局面中ではそうではなく、第１の操作局面中では液体酸素は排出されるが、第１の操作局面中ではそうではない。しかし、第２の操作局面中、非常に少量の液体を貯蔵タンクから排出することが可能である。
【００３０】
分離ユニットの冷凍は、空気分離ユニットに液体窒素及び／又は液化空気を送ることにより、部分的に第２の操作局面中、維持される。この液体窒素及び／又は液化空気の供給は、第１の操作局面中は生ずることはなく、好ましくは、液体窒素及び／又は液化空気は、第１の操作局面中に生成され、貯蔵システム２に送られる。液体窒素及び／又は液化空気は、少なくとも部分的に分離ユニットのカラムに、セパレーターポットに、又は分離ユニットの熱交換器に送られる。
【図１】
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