(57)【要約】  本発明は、空気を分離し前記空気分離から生じた空気中のガスを加熱する一体型装置であって：空気分離装置（９）；熱交換器（１３，４３）；空気中のガスを前記熱交換器に運ぶ導管；および水を予熱する熱交換器（５）または水の脱気装置（２７）の水の入口または水の出口に接続され、水を前記熱交換器に運ぶ導管を備える装置に関する。本発明によれば、前記予熱する熱交換器および／または前記脱気装置は酸素燃焼ボイラー（１９）に接続されることで水を当該ボイラーに行き来させ、前記ボイラーは前記分離装置に接続されることで酸素リッチなガス（１７）を受け取る。【選択図】    図３
2013534605.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気分離を行い、且つ前記空気分離によって生じた空気ガスを加熱する一体型装置であって、
空気分離装置（９）と、
熱交換器（１３，４３）と、
前記空気ガスを前記熱交換器に運ぶパイプと、
水を予熱する熱交換器（５）の水の入口もしくは水の出口、または水の脱気装置（２７）の水の入口もしくは水の出口に接続され、水を前記熱交換器に運ぶ水移送パイプと、を具備し、
前記予熱する熱交換器および／または前記脱気装置は、酸素燃焼ボイラー（１９）に接続されて、当該ボイラーに水を運ぶとともに当該ボイラーから水を受け取るものであり、
前記ボイラーは、前記分離装置に接続されて、前記分離装置から酸素富化されたガス（１７）を受け取るものである、ことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記水を前記熱交換器（１３，４３）に運ぶパイプは、前記水を予熱する熱交換器（５）の予熱された水の出口、または前記水の脱気装置（２７）の脱気された水の出口にあることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記空気ガスは前記酸素富化されたガスであり、パイプが前記熱交換器を前記ボイラー（１９）に接続することで加熱された前記酸素富化されたガスを前記ボイラーに運ぶことを特徴とする請求項１ないし２のいずれか一つに記載の装置。
【請求項４】
前記熱交換器（１３，４３）を前記予熱する熱交換器（５）の予熱される水の入口に接続したパイプを具備し、当該パイプは、前記空気ガスの加熱に用いられた水を前記予熱する熱交換器に運んで加熱させるものである請求項１ないし３のいずれか一つに記載の装置。
【請求項５】
前記熱交換器（１３，４３）の上流の前記水のパイプに接続され、前記水へ直接導入し、または間接的に前記水と熱交換することによって、前記水の温度を上昇させる蒸気供給パイプを具備する請求項１ないし４のいずれか一つに記載の装置。
【請求項６】
空気分離装置が、圧縮空気供給パイプと、浄化装置（６）と、蒸留分離管システムを収容する保冷容器（９）と、前記保冷容器および前記浄化装置に接続され窒素リッチなガスを生成するパイプ（１１）と、を有し、前記熱交換器は前記窒素リッチなガスが前記浄化装置の上流で加熱されるように前記生成するパイプに接続されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の装置。
【請求項７】
空気分離装置が、圧縮空気供給パイプと、浄化装置（６）と、蒸留分離管システムを収容する保冷容器（９）と、前記圧縮空気供給パイプ、および／または前記保冷容器から来る空気ガスパイプに接続されることで、前記ボイラー（１９）、場合によっては脱気装置（２７）に向かう水を加熱する前記予熱する熱交換器（５）を有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一つに記載の装置。
【請求項８】
前記予熱する熱交換器で予熱された水を前記脱気装置（２７）に送る手段と、前記予熱および脱気された水を前記脱気装置から前記ボイラーに送る手段と、を具備することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一つに記載の装置。
【請求項９】
空気分離装置において、空気の分離を行い、空気が分離される場所で空気分離によって生成された空気ガスの加熱を行う一体的な方法であって、
酸素富化されたガスが前記空気分離装置から酸素燃焼ボイラーに送られ、
前記空気分離装置から来た空気ガスが、水を予熱する熱交換器（５）の上流もしくは下流から取られて予熱されたまたは予熱される液体状の水、および／または水の脱気装置（２７）から来る脱気されたまたは脱気される液体状の水との間接的な熱交換によって加熱され、
前記予熱する熱交換器および／または前記脱気装置が前記酸素燃焼ボイラー（１９）に向かう水および前記酸素燃焼ボイラーから来る水を処理し、
前記空気の予熱に用いられる前記水の温度が好ましくは１００℃ないし２００℃である、ことを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記空気ガスの加熱に用いられる前記水は、前記予熱する熱交換器（５）で加熱され、場合によっては前記脱気装置（２７）において脱気されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記空気分離装置に向かう空気は圧縮機において圧縮され、当該空気は前記予熱する熱交換器において前記ボイラーから来る水との熱交換によって冷却されることを特徴とする請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記空気は圧縮機において圧縮され、浄化装置において浄化され、そして、前記浄化装置は、前記熱交換器において前記水によって加熱された前記空気分離装置から来る窒素によって再生されることを特徴とする請求項９ないし１１のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１３】
前記圧縮機において圧縮された全ての前記空気が、前記空気分離装置に送られることを特徴とする請求項９ないし１２のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１４】
前記熱交換器において冷却された前記水が、前記予熱する熱交換器に戻されて予熱されることを特徴とする請求項９ないし１３のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１５】
前記熱交換器に送られる前記水（２９）の絶対圧は５バールないし２０バールであることを特徴とする請求項９ないし１４のいずれか一つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の概要】
【０００１】
本発明は、空気分離するとともに空気分離装置から生じた空気ガスを加熱する方法および一体型装置に関する。往々にして、空気分離装置のガス生成物は、使用温度に加熱する必要がある。特に：
・保冷容器の上流にある空気浄化装置の吸着剤を再生するため、前記保冷容器から来た残留窒素を加熱する電気またはスチームヒーターを用いる、
・酸素燃焼ボイラーに煙道ガスと共に導入される酸素を予熱する、
ことが知られている。
【０００２】
熱エネルギーと電気エネルギーとの間の変換効率は最高でも５０％を超えない。このため、流体を加熱するために電気を使用することは、「貴重な」エネルギーの浪費に等しい。
【０００３】
発電所において、蒸気サイクルからの蒸気流出は、重大な電気生成の損失につながり得る。
【０００４】
熱力学的な見地から、図１の蒸気Ｖと残留窒素ＷＮ２との加熱についての横座標軸の熱交換Ｅと縦座標軸の温度Ｔとを示す交換図は、高温の端で細るが、低温の端で大きいΔＴを有している。蒸気の凝縮物から熱を回復するとしても（その時は低温の端のΔＴはより小さいだろう）、当該交換図は全体として非常に広がったままであろう（すなわち、高いエントロピーの損失を示す曲線の間の面積は、非常に大きいままである）。
【０００５】
「酸素燃焼」型の発電所において、酸素燃焼工程に送る酸素を予熱するため：
・ボイラーからの煙道ガスが使われ得る；
・空気分離装置の圧縮機の出口において熱を回復することで、装置の全体的な効率が向上され得る。
【０００６】
後者の場合、ガス／ガス（空気／酸素）熱交換器が用いられ得るが、これは大きな交換面積を必要とする装置の非常に大きい部品であり、一方で非常に低いヘッドロスを有する。
【０００７】
本発明の目的は、低コストで、空気ガスの加熱において効率の高い熱交換ができるおおよそ一定の温度で加熱する手段を見出すことである。
【０００８】
本発明の一つの特徴によれば、空気分離を行い、前記空気分離によって生成された空気ガスを加熱する一体型装置であって、空気分離装置と、熱交換器と、空気中のガスを前記熱交換器に運ぶパイプと、水を予熱する熱交換器または水の脱気装置の水の入口または水の出口に接続され、水を前記熱交換器に運ぶパイプと、を具備し、前記予熱する熱交換器および／または前記脱気装置は酸素燃焼ボイラーに接続されることで水を当該酸素燃焼ボイラーに運ぶとともに前記ボイラーから水を受け取り、前記ボイラーは前記分離装置に接続されることで酸素富化されたガスを受け取る、装置が提供される。
【０００９】
任意の他の特徴によれば：
―  前記水を前記予熱する熱交換器に運ぶパイプは、前記水を予熱する熱交換器の予熱された水の出口、または前記水の脱気装置の脱気された水の出口に接続される；
―  前記空気ガスは酸素富化されたガスであり、パイプが前記熱交換器を前記ボイラーに接続することで加熱された前記酸素富化されたガスを前記ボイラーに送る；
―  前記熱交換器を前記予熱する熱交換器の予熱される水の入口に接続することで、前記空気ガスを加熱するために用いられた水を前記予熱する熱交換器に送って加熱するパイプが存在する；
―  前記熱交換器の上流の前記水のパイプに接続され、前記水に直接導入し、または前記水と間接的に熱交換することで、前記水の温度を上昇させる蒸気供給パイプが存在する；
―  空気分離装置は、圧縮空気供給パイプと、浄化装置と、蒸留分離管システムを収容した保冷容器と、前記保冷容器および前記浄化装置に接続され窒素リッチなガスを生成するパイプと、を有し、前記熱交換器は前記窒素リッチなガスが前記浄化装置の上流で加熱されるように前記生成するパイプに接続される；
―  前記空気分離装置は、圧縮空気供給パイプと、浄化装置と、蒸留分離管システムを収容する保冷容器と、前記圧縮空気供給パイプおよび／または前記保冷容器から来る空気ガスパイプに接続されことで前記ボイラー、場合によっては前記脱気装置に向かう水を加熱する前記予熱する熱交換器を有する；
―  前記装置は、前記予熱する熱交換器で予熱された水を前記脱気装置に送る手段と、前記予熱および脱気された水を前記脱気装置から前記ボイラーに送る手段と、を備える。
【００１０】
本発明の他の一つの特徴によれば、空気分離装置において、空気の分離を行い、空気が分離される場所で空気分離によって生成された空気ガスの加熱を行う一体的な方法であって、酸素富化されたガスが前記空気分離装置から酸素燃焼ボイラーに送られ、前記空気分離装置から来た空気ガスが、水を予熱する熱交換器の下流から取られて予熱されたまたは予熱される液体状の水、および／または水の脱気装置から来る脱気されたまたは脱気される液体状の水との間接的な熱交換によって加熱され、前記予熱する熱交換器および／または前記脱気装置が前記酸素燃焼ボイラー（１９）に向かいそして前記酸素燃焼ボイラーから来る水を処理し、前記空気の予熱に用いられる前記水の温度が好ましくは１００℃ないし２００℃である、方法が提供される。
【００１１】
場合によっては：
―  前記空気ガスの加熱に用いられる前記水は、前記予熱する熱交換器で加熱され、場合によっては前記脱気装置において脱気される；
―  前記空気分離装置に向かう空気は圧縮機において圧縮され、当該空気は前記予熱する熱交換器において前記ボイラーから来る水との熱交換によって冷却される；
―  前記空気は圧縮機において圧縮され、浄化装置において浄化され、そして、前記浄化装置は、前記熱交換器において前記水によって加熱された前記空気分離装置から来る窒素によって再生される；
―  前記圧縮機において圧縮された全ての前記空気が、前記空気分離装置に送られる；
―  前記熱交換器において冷却された前記水が、前記予熱する熱交換器に戻されて予熱される；
―  前記熱交換器に送られる前記水の絶対圧は５バールないし２０バールである；
―  前記脱気装置で脱気された水の少なくとも一部が直接前記ボイラーに送られる。
【００１２】
空気ガスを加熱するＢＦＷの液体状の水の流れを用いる熱的な優位性は、残留窒素ＷＮ２の加熱についての横座標軸における熱交換Ｅと縦座標軸における温度Ｔとを示す図２の交換図に明確に表れており、ΔＴは、加熱工程において一定且つ小さい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【００１４】
本発明は、図面を参照してさらに詳細に述べられるだろう。図３および４は、本発明に係る加熱装置を示している。
【００１５】
図３において、圧縮機１、熱交換器５、浄化装置６、および保冷容器９を備える空気分離装置が示されている。圧縮機で圧縮された全ての空気３は、熱交換器５において、酸素１７と燃料（図示せず）が供給される酸素燃焼ボイラー１９に行き来する液体状の水２５との熱交換によって冷却される。当該ボイラーは、再循環されまたは処理される煙道ガス（図示せず）を生成する。冷却された空気は浄化装置６において浄化され、浄化空気７をつくるとともに、熱交換器および分離管システムを収容する保冷容器９で分離される。当該保冷容器から、酸素燃焼ボイラー１９に送られる酸素リッチな流れ１７と、室温（例えば０〜３０℃）の窒素リッチなガス流１１とが生成される。窒素は、間接熱交換器１３において、１００〜２００℃の液体状の熱湯２９の流れによって加熱される。１００〜２００℃且つ絶対圧５〜２０バールの熱湯２９は熱交換器１３に入り、２０〜６０℃に冷却される。加熱された窒素１５は、浄化装置５の再生に用いられる。
【００１６】
１００〜２００℃の熱湯２９は、示した場所において水脱気装置２７の下流から来る。同様に、水を上記水脱気装置のすぐ上流から、当該水の予熱に用いられる（そして必要な温度まで温度を高めるために蒸気をこの水に導入するかもしれない）熱交換器５の下流から、またはこの熱交換器５の上流から取っても良い。窒素を加熱するために用いられない水は、高圧ポンプ３３でボイラーに送られる。ボイラー１９から出た２５〜６０℃の水２１は、ポンプ２３によって低圧で予熱器５に送られる。窒素を加熱するために用いられた水は、流れ３５としてポンプ２３の上流に戻される。
【００１７】
図４において、圧縮機１、熱交換器５、浄化装置６、および保冷容器９を備える空気分離装置が示されている。圧縮機で圧縮された全ての空気３は、熱交換器５において、酸素燃焼ボイラー１９に向かう液体状の水２５との熱交換によって冷却される。冷却された空気は、浄化装置６において浄化されて浄化空気７をつくるとともに、熱交換器および分離管システムを収容する保冷容器９において分離される。当該保冷容器から、酸素燃焼ボイラー１９に送られる酸素リッチな流れ１７と、室温の窒素リッチなガス流とが生成される。当該０〜３０℃の流れ１７は、酸素を１００〜２００℃に加熱するとともに水を１０〜３０℃に冷却する熱交換器４３において、熱湯２９の流れによって加熱される。１００〜２００℃且つ５〜２０バールの熱湯２９は、示した場所において水脱気装置２７の下流から来る。同様に、水を上記水脱気装置のすぐ上流から、当該水の予熱に用いられる熱交換器５の下流から、または熱交換器５の上流から取っても良い。酸素の加熱に用いられない水は、高圧ポンプ３３でボイラーに送られる。ボイラー１９から出る２５〜６０℃の水は、ポンプ２３によって低圧で予熱器５に送られる。酸素の加熱に用いられた水は、流れ３５としてポンプ２３の上流に戻る。
【００１８】
本発明の装置はガスタービンを含まず、空気分離装置の圧縮機からの全ての空気は分離に送られる。
【図１】
2013534605.tif 000003
【図２】
2013534605.tif 000004
【図３】
2013534605.tif 000005
【図４】
2013534605.tif 000006