(57)【要約】  燃焼排ガスの組成を制御するためのシステムおよび方法が提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を燃焼させるための方法であって、
燃料、酸化剤、および希釈剤を燃焼領域へ導入することと、
前記燃料の少なくとも一部を燃焼させ、水、二酸化炭素、酸素、および一酸化炭素を含有する排ガスを生成することと、
前記排ガスを膨張させ、機械動力および膨張された排ガスを生成することと、
前記排ガスおよび前記膨張された排ガスの少なくとも一方において、酸素および一酸化炭素の少なくとも一方の濃度を判定することと、
酸素および一酸化炭素の少なくとも一方の前記判定された濃度に少なくとも部分的に基づき、前記燃焼領域へ導入される前記酸化剤および前記燃料の少なくとも一方の量を調節し、酸素および一酸化炭素の合計含有量が約２ｍｏｌ％未満の排ガスを生成することと、
を含む、方法。
【請求項２】
排ガスは、酸素および一酸化炭素の合計含有量が約１．５ｍｏｌ％未満である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記酸化剤および前記燃料の少なくとも一方の前記調節は、当量比１．０になるよう駆動するように適合され、前記当量比（ファイ、φ）は、（ｍｏｌ％燃料／ｍｏｌ％酸化剤）実量／（ｍｏｌ％燃料／ｍｏｌ％酸化剤）化学量論に等しい、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記当量比は、約０．９９５〜１．００５に維持され、約１．０の当量比に近いことが排ガス組成変化の観察によって識別され、１．０に近いことは、０．００１未満のファイの変化から生じる酸素濃度の約１０倍の増加、および０．００２未満のファイの変化から生じる一酸化炭素濃度の約１０倍の減少の少なくとも一方によって識別される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記等量比（φ）が約０．９９７〜約１．００３に調節された後、前記燃焼領域へ導入される酸化剤の量を約０．０１ｖｏｌ％〜約０．２ｖｏｌ％減少させ、約１０ｐｐｍｗ未満の酸素と約１０ｐｐｍｗ〜約１０，０００ｐｐｍｗの一酸化炭素とを含有する排ガスを生成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記圧縮された排ガスの一部において前記一酸化炭素の少なくとも一部を二酸化炭素に転換し、約１０ｐｐｍ未満の一酸化炭素を含有する回収排ガスを生成することをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記圧縮された排ガスの第２の部分から、二酸化炭素がある場合少なくともその一部を除去し、５ｍｏｌ％未満の二酸化炭素を含有する二酸化炭素リーンガスと、約９５ｍｏｌ％を超える二酸化炭素を含有する二酸化炭素リッチガスと、を提供することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記二酸化炭素リーンガスを、圧力維持のために炭化水素貯留容器へ導入することをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記二酸化炭素リッチガスを、石油増進回収プロセスにおいて使用することをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記排ガスを冷却し、前記排ガスの少なくとも一部の圧縮の前に、前記排ガスから水の少なくとも一部を除去することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記当量比（φ）は、前記当量比（φ）が１．０を超えるように調節され、前記排ガスは、５ｐｐｍｗ未満の酸素を含有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記排ガスは、約５００ｐｐｍｗを超える一酸化炭素を含有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記圧縮された排ガス内の一酸化炭素の少なくとも一部を、二酸化炭素に触媒的に転換し、１ｐｐｍｗ未満の酸素と１０ｐｐｍｗ未満の一酸化炭素とを含有する転換ガスを生成することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記酸化剤は、実質的に空気からなり、前記排ガスは、窒素をさらに含有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記排ガスは、約１０ｍｏｌ％〜約３４ｍｏｌ％の範囲の二酸化炭素濃度、および約０．０１ｍｏｌ％〜約７５ｍｏｌ％の範囲の窒素濃度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記燃料は、メタンおよび１種以上のＣ2〜Ｃ10炭化水素を含有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記燃料の少なくとも一部を、前記１種以上のＣ2〜Ｃ10炭化水素の濃度が低減されるように改質して、改質燃料を生成することと、前記改質燃料を前記燃焼領域へ導入することと、をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記改質は、前記燃料を１つ以上の触媒と接触させることを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記１つ以上の触媒は、ニッケル、白金、ロジウム、ルテニウム、パラジウム、それらの誘導体、それらの混合物、またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記ｍｏｌ％燃料が、Ｆ燃料／（Ｆ酸化剤＋Ｆ燃料）に等しく、式中Ｆ燃料は燃料のモル流量に等しく、Ｆ酸化剤は酸化剤のモル流量に等しく、前記ｍｏｌ％酸化剤が、Ｆ酸化剤／（Ｆ酸化剤＋Ｆ燃料）に等しく、式中Ｆ酸化剤は酸化剤のモル流量に等しく、Ｆ燃料は燃料のモル流量に等しい、請求項３に記載の方法。
【請求項２１】
前記膨張された排ガスから、水、蒸気、または水および蒸気の混合物へと熱を間接的に伝達し、蒸気および第１の冷却された排ガスを発生させることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１の冷却された排ガスを送風機へと導入し、前記第１の冷却された排ガスの圧力を増加させることをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１の冷却された排ガス内の任意の水の少なくとも一部を除去し、凝縮水および第２の冷却された排ガスを生成することをさらに含み、前記圧縮された排ガスが、前記第２の冷却された排ガスを含有する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記蒸気を発電機に連結された蒸気ガスタービンへ導入し、電力を生成することをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記機械動力の少なくとも一部は、圧縮機に動力を供給するため、発電機に動力を供給するため、またはその双方のために使用される、請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
前記圧縮された排ガスから前記二酸化炭素の少なくとも一部を除去し、二酸化炭素リッチガスおよび二酸化炭素リーンガスを生成することと、前記二酸化炭素リーンガスを圧縮して、圧縮ガスを生成することと、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
前記二酸化炭素の少なくとも一部を前記圧縮された排ガスの第２の部分から除去し、二酸化炭素リッチガスおよび二酸化炭素リーンガスを生成することと、前記二酸化炭素リーンガス内に残留燃料が含まれる場合その少なくとも一部を燃焼させ、第２の排ガスを提供することと、前記第２の排ガスを膨張させ、機械動力および膨張された第２の排ガスを生成することと、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２８】
前記二酸化炭素の少なくとも一部を前記圧縮された排ガスの第２の部分から除去し、二酸化炭素リッチガスおよび二酸化炭素リーンガスを生成することと、前記二酸化炭素リーンガス内に残留燃料が含まれる場合その少なくとも一部を触媒的に反応させ、第２の排ガスを提供することと、前記第２の排ガスを膨張させ、機械動力および膨張された排ガスを生成することと、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２９】
前記燃料は、メタンおよび１種以上のＣ2〜Ｃ10炭化水素を含有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３０】
前記燃料の少なくとも一部を、前記１種以上のＣ2〜Ｃ10炭化水素の濃度が低減されるように改質して、改質燃料を生成することと、前記改質燃料を前記燃焼領域へ導入することと、をさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
燃料を燃焼させるための方法であって、
燃料、酸化剤、および希釈剤を燃焼領域へ導入することと、
前記燃料の少なくとも一部を燃焼させ、水、二酸化炭素、酸素、および一酸化炭素を含有する、排ガスを生成することと、
前記排ガスを膨張させ、機械動力および膨張された排ガスを生成することと、
前記排ガス、前記膨張された排ガス、またはその双方内の、酸素、一酸化炭素、またはその双方の濃度に基づき、酸化剤の燃料に対する当量比（φ）を推定することと、
前記推定された酸化剤の燃料に対する当量比（φ）に基づき、前記燃料領域へ導入される前記燃料、酸化剤、またはその双方の量を調節し、酸素および一酸化炭素の合計含有量が約２ｍｏｌ％未満の排ガスを生成することと、
前記排ガスの少なくとも一部を圧縮し、圧縮された排ガスを生成することと、
前記圧縮された排ガスの少なくとも一部を前記希釈剤として前記燃料領域へ再生利用することと、
を含む、方法。
【請求項３２】
前記燃焼領域へ導入される、前記燃料、酸化剤、またはその双方の調節は、
前記当量比（φ）が１未満である場合に、前記当量比（φ）が１へと増加するように、前記燃焼領域へ導入される、前記酸化剤の量を減少させることか、前記燃料の量を増加させることか、もしくはその双方、あるいは、
前記当量比（φ）が１を超える場合に、前記当量比（φ）が１へと減少するように、前記燃焼領域へ導入される、前記燃料の量を減少させることか、前記酸化剤の量を増加させることか、もしくはその双方、
を含む、請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は、一般に、燃料を燃焼させるためのシステムおよび方法に関する。より詳細には、本開示の実施形態は、燃料を燃焼させることによって生成される排ガスの組成を制御するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本項は、本開示の例示的実施形態に関連付けることができる、当分野の種々の態様を紹介することを意図する。この考察は、本開示の特定の態様のより良い理解を促進するための枠組みを提供するのに役立つと考えられる。したがって、本項はこの観点で読まれるべきであり、必ずしも先行技術を自認するものではないことを理解すべきである。
【０００３】
例えば、ガスタービンと一体化された燃焼器等の、燃焼器内での燃料の燃焼は従来、排ガスの温度をモニタリングすることによって制御される。全負荷時では、典型的なガスタービンは、所望の燃焼ガスまたは排ガス温度に到達するために、燃焼器へ導入される燃料の量を調節する。従来の燃焼タービンは、そこへ導入される酸化剤を、入口案内翼を使用して制御する。部分負荷時では、燃焼器へ導入される酸化剤の量が低減され、ここでも所望の排ガス温度に到達するために導入される燃料の量が制御される。部分負荷時では、酸化剤の量を低減させる能力が入口案内翼によって制限され、酸化剤の流れを僅かにしか低減させることができないため、ガスタービンの効率は低下する。加えて、部分負荷運転時における希薄吹き消えに伴う潜在的な問題が存在する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃焼器へ導入される酸化剤の量を制御することは、排ガスから二酸化炭素（ＣＯ2）を捕捉することが目的である場合に望ましいことがある。現在の二酸化炭素捕捉技術は、いくつかの理由により費用のかかるものである。１つの理由は、排ガスにおける低圧力および二酸化炭素の低濃度に起因する。しかしながら、二酸化炭素濃度は、化学量論的または実質的に化学量論的条件下で燃焼を操作し、排ガスの温度を調節するために、排ガスの少なくとも一部を希釈剤として燃焼器へと再生利用することによって、約４％〜１０％超まで著しく増加することができる。また、酸素燃料燃焼プロセスでは、排ガス内のいかなる未使用の酸素も、二酸化炭素の捕捉に利用することができる溶媒の種類を制限する捕捉された二酸化炭素内の汚染であるため、酸化剤の制御も重要である。
【０００５】
温度モニタリングを介して燃焼プロセスを制御することは、排ガスの組成を、またより具体的には、排ガス内の酸素（Ｏ2）量を制御しないか、仮にあったとしてもほとんど制御しない。排ガス内の酸素濃度は、燃焼された燃料の量および／または組成の変化のため、変動することがある。それ故、燃焼の制御に対する温度モニタリング手法は、例えば、酸素等の、排ガス内の特定の成分／化合物の存在および濃度を制御することが目的である場合、望ましくない。
【０００６】
当分野での必要性に関する上述の考察は、包括的というよりむしろ、代表的であることを意図される。１つ以上のかかる必要性、または業界におけるいくつかの他の関連する短所に対する技術は、燃焼排ガスの組成を制御するための燃焼システムおよび方法にとって、利益となるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示は、燃料を燃焼させるためのシステムおよび方法を提供する。例示的方法は、燃料、酸化剤、および希釈剤を燃焼領域へ導入することと、燃料の少なくとも一部を燃焼させ、水、二酸化炭素、酸素、および一酸化炭素を含有する、排ガスを生成することと、を含む。排ガスは、膨張され、機械動力および膨張された排ガスを生成してもよい。排ガスおよび膨張された排ガスの少なくとも一方において、酸素および一酸化炭素の少なくとも一方の濃度が判定される。該方法は、酸素および一酸化炭素の少なくとも一方の判定された濃度に少なくとも部分的に基づき、燃焼領域へ導入される酸化剤および燃料の少なくとも一方の量を調節し、酸素および一酸化炭素の合計含有量が約２ｍｏｌ％未満の排ガスを生成することによって継続される。
【０００８】
本発明の上述の利点および他の利点は、以下の非限定的実施形態例の詳細な記載および図を参照することによって、明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】記載される１以上の実施形態に係る、燃焼プロセスから生成される燃焼ガスの組成を制御し、機械動力を生成するための、例示的な燃焼および発電システムの概略図を示す。
【図２Ａ−Ｂ】それぞれ、０．９９９〜１．００１および０．７５〜１．２５で当量比（φ）が変化する際の、酸素および一酸化炭素の濃度間の関係を示す、シミュレーションのグラフ図である。
【図３】記載される１以上の実施形態に係る、燃料および酸素リッチ流体の燃燃から生成される排ガスの組成を制御し、機械動力を生成するための、例示的な燃焼および発電システムの概略図を示す。
【図４】記載される１以上の実施形態に係る、燃料を改質し、その燃料を燃焼させることによって生成される排ガスの組成を制御し、それから生じる電力を生成するための、例示的な燃焼および発電システムの概略図を示す。
【図５】記載される１以上の実施形態に係る、燃料および酸化剤を燃焼させ、不活性ガスを生成するための、例示的な燃焼および発電システムの概略図を示す。
【図６】記載される１以上の実施形態に係る、燃料および酸化剤を燃焼させ、圧縮された不活性ガスを生成するための、例示的な燃焼および発電システムの概略図を示す。
【図７】記載される１以上の実施形態に係る、電力、二酸化炭素、および膨張された不活性ガスを発生させるための、例示的な燃焼および発電システムの概略図を示す。
【図８】記載される１以上の実施形態に係る、電力、二酸化炭素、および膨張された不活性ガスを発生させるための、別の例示的な燃焼および発電システムの概略図を示す。
【図９】記載される１以上の実施形態に係る、電力、二酸化炭素、および不活性ガスを発生させるための、別の例示的な燃焼および発電システムの概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の発明を実施するための形態の項では、本発明の具体的な実施形態を、好ましい実施形態に関連して記載する。しかしながら、以下の記載は、本発明の特定の実施形態または特定の使用に固有であるため、これは、例示的目的のみのためであり、単に例示的実施形態の記載を提供することを意図する。したがって、本発明は、以下に記載される具体的な実施形態に限定されることなく、むしろ、添付の特許請求の範囲の真の精神および範囲に含まれる全変更、修正、および均等物を含む。
【００１１】
図１は、１以上の実施形態に係る、燃焼プロセスから生成される燃焼ガスまたは「排ガス」の組成を制御し、機械動力を生成するための、例示的な燃焼および発電システム１００の概略図を示す。システム１００は、１つ以上の燃焼器または燃焼領域（１つが図示される）１２０、膨張器（１つが図示される）１２５、熱回収ユニット（１つが図示される）１４０、圧縮機（２つが図示される）１０５、１５０、蒸気ガスタービン１６０、および発電機（２つが図示される）１６５、１７０を含むことができるが、それらに限定されない。
【００１２】
ライン１０１を介する酸化剤は、圧縮機１０５へと、または直接に燃焼器１２０へと導入されることができる。ライン１０７内の圧縮された酸化剤の流量は、流量計（「第１の流量計」）１１０を介して、制御、調節、または別の方法で変更することができる。ライン１０７内の圧縮された酸化剤は、約４００ｋＰａ〜約４５００ｋＰａの範囲の圧力であってよい。ライン１０７内の圧縮された酸化剤は、約３０℃〜約５００℃の範囲の温度であってよい。
【００１３】
第２の流量計（「燃料流量計」）１１５は、ライン１１７を介して燃焼器１２０へ導入される燃料の量を通じて、制御、調節、または別の方法で変更することができる。図示されていないが、ライン１１２内の酸化剤およびライン１１７内の燃料は、燃焼器１２０へ導入される酸化剤／燃料混合物を提供するために、少なくとも部分的に混合され、または別の方法で組み合わされてもよい。
【００１４】
ライン１１４を介して導入される燃料の少なくとも一部は、燃焼され、ライン１２３を介して燃焼ガスまたは排ガスを生成することができる。排ガスは、燃料、酸素、一酸化炭素、二酸化炭素、水素、窒素、酸化窒素、アルゴン、水、蒸気、またはそれらの任意の組み合わせを含有することができるが、それらに限定されない。ライン１２３内の排ガスは、約１０００℃〜約１，５００℃の範囲の温度および約４００ｋＰａ〜約４，５００ｋＰａの範囲の圧力を有してよい。
【００１５】
ライン１２３を介する排ガスは、膨張器１２５へ導入され、ライン１２７を介して膨張された排ガスを生成することができる。ライン１２７内の膨張された排ガスは、約４３０℃〜約７２５℃の範囲の温度および約１０１ｋＰａ〜約１１０ｋＰａの範囲の圧力を有してよい。
【００１６】
ライン１２７を介する膨張された排ガスは、１つ以上の排ガスセンサ（１つが図示される。１３０、１３１）に接触され、またはそれらによって別の方法で接近されることができる。排ガスセンサ１３０、１３１は、排ガス内に存在する可能性のある任意の１つ以上の成分の有無および／もしくは濃度、ならびに／または排ガスの任意の１つ以上の特性を、推定、判定、検出、または別の方法で測定することができる。ライン１２７を介する排ガスは、熱回収ユニット１４０へ導入され、ライン１４３を介して冷却された排ガスを生成することができ、またライン１４２を介して加熱された伝熱媒体を生成することができる。図示されていないが、排ガスセンサ１３０、１３１のうちの任意の１つ以上は、ライン１２７内の膨張された排ガスよりむしろ、またはライン１２７内の膨張された排ガスに加えて、ライン１２３内の排ガスと連通してもよい。
【００１７】
推定されることができる例示的な排ガス成分には、酸素、一酸化炭素、水（液体水、気体状水、またはそれらの組み合わせ）、二酸化炭素、窒素、酸化窒素、アルゴン、燃料、酸化剤、水素、またはそれらの任意の組み合わせが挙げられるが、それらに限定されない。本明細書で使用するとき、用語「酸化窒素」は、化合物を含有する窒素を指す。例示的な酸化窒素には、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ2）、またはそれらの組み合わせが挙げられるが、それらに限定されない。推定されることができる例示的な排ガス特性には、温度、圧力、密度、質量流量および／もしくは体積流量といった流量、またはそれらの任意の組み合わせが挙げられるが、それらに限定されない。
【００１８】
１以上の実施形態では、排ガスセンサ１３０は、ライン１２７内の膨張された排ガス内の１つ以上の成分を分析することができ、また排ガスセンサ１３１は、ライン１２７内の膨張された排ガスの温度を推定することができる。例えば、排ガスセンサ１３０は、ライン１２７内の膨張された排ガス内の酸素および／または一酸化炭素の濃度を推定することができる。別の例では、排ガスセンサ１３１は、ライン１２７内の膨張された排ガスの温度を推定することができる。したがって、排ガスセンサ１３０、１３１は、ライン１２７内の排ガスの異なる特性および／または成分の測定専用とすることができる。
【００１９】
１以上の実施形態では、排ガスセンサ１３０、１３１の双方は、同一の成分（単数または複数）および／もしくは特性（単数または複数）、異なる成分（単数または複数）および／もしくは特性（単数または複数）、または何らかの同一の成分（単数または複数）および／もしくは特性（単数または複数）と異なる成分（単数または複数）および／もしくは特性（単数または複数）との組み合わせを推定するように構成されてもよい。例えば、排ガスセンサ１３０は、ライン１２７内の膨張された排ガスの酸素および／または二酸化炭素濃度ならびに圧力を推定することができ、また排ガスセンサ１３１は、ライン１２７内の膨張された排ガスの温度および圧力を推定することができる。１以上の実施形態では、ただ１つの排ガスセンサ、例えば、排ガスセンサ１３０を使用してもよく、単一の排ガスセンサ１３０は、ライン１２７内の膨張された排ガスの任意の１つ以上の成分および／または特性を推定するように構成されてもよい。
【００２０】
例示的な酸素センサには、ラムダおよび／または全領域空燃比酸素センサ、チタニアセンサ、ガルバニセンサ、赤外ラインセンサ、またはそれらの任意の組み合わせが挙げられるが、それらに限定されない。例示的な温度センサには、熱電対、抵抗温度形、赤外ラインセンサ、またはそれらの任意の組み合わせが挙げられるが、それらに限定されない。例示的な一酸化炭素センサは、スズ酸バリウムおよび／または二酸化チタン等の、酸化物系フィルムセンサを含むことができるが、それに限定されない。例えば、一酸化炭素センサは、白金活性二酸化チタン、ランタン安定化二酸化チタン等を含んでもよい。
【００２１】
図２Ａおよび２Ｂは、それぞれ、当量比（φ）が０．９９９〜１．００１および０．７５〜１．２５で変化する際の、酸素濃度と一酸化炭素濃度との間の関係を示すシミュレーションのグラフ図である。当量比の関数としての酸素濃度をライン２１０で示し、また当量比の関数としての一酸化炭素濃度をライン２２０で示す。当量比（φ）は、（ｍｏｌ％燃料／ｍｏｌ％酸化剤）実量／（ｍｏｌ％燃料／ｍｏｌ％酸化剤）化学量論的に等しい。ｍｏｌ％燃料は、Ｆ燃料／（Ｆ酸化剤＋Ｆ燃料）に等しく、式中Ｆ燃料は燃料のモル流量に等しく、Ｆ酸化剤は酸化剤のモル流量に等しい。ｍｏｌ％酸化剤は、Ｆ酸化剤（Ｆ酸化剤＋Ｆ燃料）に等しく、式中Ｆ酸化剤は酸化剤のモル流量に等しく、Ｆ燃料は燃料のモル流量に等しい。当量比（φ）が１を下回る、または１を上回ると、排ガス内の酸素および二酸化炭素のモル分率または濃度は変化する。例えば、当量比（φ）が１を下回ると、酸素のモル分率は、当量比（φ）約１での約１ｐｐｍ（すなわち、約１．０ｘ１０-6の酸素モル分率）から、当量比約０．９９９での約１００ｐｐｍ（すなわち、約１ｘ１０-4の酸素モル分率）へと、急速に増加する。同様に、当量比（φ）が１を上回ると、一酸化炭素の濃度は、当量比（φ）約０．９９９５での約１ｐｐｍ（すなわち、約１ｘ１０-6の一酸化炭素モル分率）から、当量比約１．００１での約１００ｐｐｍ超（すなわち、約１ｘ１０-4の一酸化炭素モル分率）へと、急速に増加する。
【００２２】
排ガスセンサ１３０および／または１３１から提供される情報またはデータに少なくとも部分的に基づき、ライン１１２を介する酸化剤の量および／またはライン１１７を介する燃料の量を変更、修正、調節、または他の方法で制御し、ライン１２３を介する所望の組成を有する排ガスを生成することができる。驚くべきことに、また予想外に、ライン１２３内の排ガス内および／またはライン１２７内の膨張された排ガス内の酸素および／または一酸化炭素濃度をモニタリングすることによって、燃焼器１２０へと導入されるライン１１２を介する酸化剤および／またはライン１１７を介する燃料の量は、燃料の燃焼を事前に判定された範囲の当量比（φ）で実行し、約３ｍｏｌ％未満、約２．５ｍｏｌ％未満、約２ｍｏｌ％未満、約１．５ｍｏｌ％未満、約１ｍｏｌ％未満、または約０．５ｍｏｌ％未満の酸素および一酸化炭素の組み合わせ濃度を有する排ガスを生成するように、制御することが可能であることが見出された。さらに、驚くべきことに、または予想外に、ライン１２３内の排ガス内および／またはライン１２７内の膨張された排ガス内の酸素および／または一酸化炭素濃度をモニタリングすることによって、燃焼器１２０へと導入されるライン１１２を介する酸化剤および／またはライン１１７を介する燃料の量は、燃料の燃焼を事前に判定された範囲の当量比（φ）で実行し、約４，０００ｐｐｍ未満、約２，０００ｐｐｍ未満、約１，０００ｐｐｍ未満、約５００ｐｐｍ未満、約２５０ｐｐｍ未満、または約１００ｐｐｍ未満の、酸素および一酸化炭素の組み合わせを有する排ガスを生成するように、制御することが可能であることが見出された。
【００２３】
使用可能な当量比（φ）に対する所望のまたは事前に判定された範囲は、ライン１１２内の燃料の燃焼を実行し、ライン１２３内の所望の量の酸素および／または一酸化炭素を含有する排ガスを生成する。例えば、当量比（φ）は、最低約０．５ｍｏｌ％、約０．８ｍｏｌ％、または約１ｍｏｌ％から、最高約１．５ｍｏｌ％、約１．８ｍｏｌ％、約２ｍｏｌ％、または約２．２ｍｏｌ％までの範囲にわたる酸素および一酸化炭素の組み合わせ濃度を有するライン１２３を介する排気を生成するように、約０．８５〜約１．１５の事前に判定された範囲内に維持されることができる。別の例では、当量比（φ）は、２ｍｏｌ％未満、約１．９ｍｏｌ％未満、約１．７ｍｏｌ％未満、約１．４ｍｏｌ％未満、約１．２ｍｏｌ％未満、または約１ｍｏｌ％未満の酸素および一酸化炭素の組み合わせ濃度を有するライン１２３を介する排ガスを生成するように、約０．８５〜約１．１５の範囲内に維持されることができる。また別の例では、当量比（φ）は、約４，０００ｐｐｍ未満、約３，０００ｐｐｍ未満、約２，０００ｐｐｍ未満、約１，０００ｐｐｍ未満、約５００ｐｐｍ未満、約２５０ｐｐｍ未満、または約１００ｐｐｍ未満の酸素および一酸化炭素の組み合わせ濃度を有するライン１２３を介する排ガスを生成するように、約０．９６〜約１．０４の範囲内に維持されることができる。
【００２４】
図１、２Ａ、および２Ｂを参照すると、燃焼器１２０内で燃料を燃焼させるための１つの方法は、始めに、すなわち、開始時に、ライン１１７を介する燃料およびライン１１２を介する酸化剤を、１を超える当量比で導入することを含むことができる。例えば、ライン１１７を介する燃料およびライン１１２を介する酸化剤は、最低約１．０００１、約１．０００５、約１．００１、約１．０５、または約１．１から、最高約１．１、約１．２、約１．３、約１．４、または約１．５までの範囲の当量比（φ）で、始めに燃焼器１２０へ導入されることができる。別の例では、当量比（φ）は、約１．０００１〜約１．１、約１．０００５〜約１．０１、約１．０００７〜約１．００５、または約１．０１〜約１．１の範囲にわたってもよい。ライン１２３内の排ガス内の、または、図示されるように、ライン１２７内の膨張された排ガス内の、酸素および／または一酸化炭素の濃度は、ガスセンサ１３０を介して判定または推定することができる。ライン１２７内の膨張された排ガスは、始めは、高濃度の一酸化炭素（例えば、約１，０００ｐｐｍ超または約１０，０００ｐｐｍ超）および低濃度の酸素（例えば、約１０ｐｐｍ未満または約１ｐｐｍ未満）を有しているはずである。
【００２５】
燃焼器１２０内で燃料を燃焼させるための別の方法は、始めに、すなわち、開始時に、ライン１１７を介する燃料およびライン１１２を介する酸化剤を、１未満の当量比で導入することを含むことができる。例えば、ライン１１７を介する燃料およびライン１１２を介する酸化剤は、最低約０．５、約０．６、約０．７、約０．８、または約０．９から、最高約０．９５、約０．９８、約０．９９、約０．９９９までの範囲の当量比（φ）で、始めに燃焼器１２０へ導入されることができる。別の例では、当量比（φ）は、約０．９〜約０．９９９、約０．９５〜約０．９９、約０．９６〜約０．９９、または約０．９７〜約０．９９の範囲にわたってもよい。ライン１２３内の排ガス内の、または、図示されるように、ライン１２７内の膨張された排ガス内の、酸素および／または一酸化炭素の濃度は、排ガスセンサ１３０を介して判定または推定することができる。ライン１２７内の膨張された排ガスは、始めは、高濃度の酸素（例えば、約１，０００ｐｐｍ超、または約１０，０００ｐｐｍ超）および低濃度の一酸化炭素（例えば、約１０ｐｐｍ未満、またはさらには約１ｐｐｍ未満）を有しているはずである。
【００２６】
例えば、排ガス内の酸化剤の濃度が、約１ｐｐｍ未満から約１００ｐｐｍ超、約１，０００ｐｐｍ超、約１ｍｏｌ％超、約２ｍｏｌ％超、約３ｍｏｌ％超、または約４ｍｏｌ％超へと増加すると、操作者、自動制御システム、またはその双方は、１未満の当量比（φ）が到達されたことを通知されてもよい。１以上の実施形態では、ライン１１２を介する酸化剤およびライン１１７を介する燃料の量は、例えば、０．９９といった、１より僅かに少ない当量比（φ）を有する燃焼プロセスを提供するように、一定または実質的に一定に維持されてもよい。ライン１１２を介する酸化剤の量は減少されてよく、および／またはライン１１７を介する燃料の量は増加されてよく、その後、事前に判定された範囲内に含まれる当量比（φ）を有する燃焼プロセスを提供するように、一定または実質的に一定に維持されてもよい。例えば、酸素濃度が、約１ｐｐｍ未満から約１，０００ｐｐｍ、約０．５ｍｏｌ％、約２ｍｏｌ％、または約４ｍｏｌ％に増加する場合、ライン１１２を介する酸化剤の量は、排ガス内の酸素の増加が初期に検出された時点で導入されたライン１１２を介する酸化剤の量に対して、最低約０．０１％、約０．０２％、約０．０３％、または約０．０４から、最高約１％、約２％、約３％、または約５％までの範囲の量で、低減または増加されてもよい。別の例では、酸素濃度が、約１ｐｐｍ未満から約１，０００ｐｐｍ以上へ増加する場合、ライン１１２を介する酸化剤の量は、排ガス内の酸素の増加が検出された時点で導入されたライン１１２を介する酸化剤の量に対して、約０．０１％〜約２％、約０．０３％〜約１％、または約０．０５％＞〜約０．５％で、低減または増加されてもよい。また別の例では、酸素濃度が、約１ｐｐｍ未満から約１，０００ｐｐｍ以上へ増加する場合、ライン１１７を介する燃料の量は、排ガス内の酸素の増加が初期に検出された時点で導入されたライン１１７を介する燃料の量に対して、最低約０．０１％、約０．０２％、約０．０３％、または約０．０４から、最高約１％、約２％、約３％、または約５％の範囲にわたる量で、増加されてもよい。
【００２７】
燃焼および発電システム１００の稼働中、当量比（φ）は、排ガスセンサ１３０を介して、絶え間なく、周期的な間隔で、ランダムまたは非周期的な間隔で、ライン１２３内の排ガスの当量比（φ）を変更または変化させる可能性のある１つ以上の変化がシステム１００に生じたときに、またはそれらの任意の組み合わせでモニタリングすることができる。当量比（φ）を変更または変化させる可能性のあるシステム１００に対する例示的な変化には、燃料の組成の変化、酸化剤の組成の変化、またはそれらの組み合わせが挙げられるが、それらに限定されない。このように、酸素および／または一酸化炭素の濃度は、例えば、観察されることができ、ライン１２３内の排ガス内の酸素および／または一酸化炭素の量を制御または調節するために、ライン１１２を介する酸化剤および／またはライン１１７を介する燃料の量の調節をおこなうことができる。
【００２８】
少なくとも１つの実施形態では、当量比（φ）の低減は、漸増的工程で、非漸増的工程で、継続的様式で、またはそれらの任意の組み合わせで実行することができる。例えば、ライン１１２を介する酸化剤のおよび／またはライン１１７を介する燃料の量は、当量比（φ）が、例えば、約０．００１、約０．０１、または約０．０５といった、酸化剤および／または燃料に対する１回の調節につき固定された、または実質的に固定された量で変化するように、調節されることができる。別の例では、ライン１１２を介する酸化剤および／またはライン１１７を介する燃料の量は、当量比が連続的に変化するように、連続的に変更されてもよい。好ましくは、ライン１１２を介する酸化剤および／またはライン１１７を介する燃料の量は変更され、燃焼は、当量比（φ）を最低約０．００００１、約０．０００１、または約０．０００５から、最高約０．００１、約０．０１、または約０．０５までの範囲の量で変化させるように酸化剤および／または燃料の量を調節することが可能である、一定または実質的に一定の組成の排ガスを生成するのに十分な時間、実行される。排ガスが一定のまたは実質的に一定の酸素濃度を獲得した後、ライン１１２を介する酸化剤および／またはライン１１７を介する燃料は、当量比（φ）が再び変化するように、再び調節されてもよい。ライン１２３内の排ガス内の、および／またはライン１２７内の膨張された排ガス内の酸素および／または一酸化炭素の量は、モニタリングすることができ、ライン１１２を介する酸化剤および／またはライン１１７を介する燃料の量は、排ガスが、例えば、約２ｍｏｌ％未満、または約１．５ｍｏｌ％未満、または約１ｍｏｌ％未満の酸素および一酸化炭素の組み合わせ濃度を有するまで、反復して調節することができる。
【００２９】
燃焼器１２０は、ライン１２３内の排ガスが、２ｍｏｌ％未満、１ｍｏｌ％未満、０．５ｍｏｌ％未満、または約０．１ｍｏｌ％未満の酸素および一酸化炭素の組み合わせ濃度を有するように、絶え間なく稼動されることができる。別の例では、燃焼器１２０内で燃焼が実行されている間の時間、ライン１２３内の排ガスは、燃焼および発電システム１００が稼動時間中の約５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、または約９５％の間、２ｍｏｌ％未満、または約１ｍｏｌ％未満の酸素および一酸化炭素の組み合わせ濃度を有することが可能である。換言すると、燃焼器１２０内で燃焼が実行されている時間の大部分で、ライン１２３内の排ガスは、約２ｍｏｌ％未満、約１ｍｏｌ％未満、約０．５ｍｏｌ％未満、または約０．１ｍｏｌ％未満の酸素および一酸化炭素の組み合わせ濃度を有することができる。
【００３０】
熱回収ユニット１４０は、ライン１２７を介してそれへと導入される排ガスからの熱を、ライン１３８を介して導入される１つ以上の伝熱媒体へと間接的に伝達することができる。熱は、排ガスから伝熱媒体へと間接的に伝達または交換され、ライン１４２を介する加熱された伝別媒体および１４３を介する冷却された排ガスを生成することができる。
【００３１】
ライン１４３を介する冷却された排ガスは、最低約７５℃〜最高約１０５℃の範囲にわたる温度、および最低で大気圧〜最高約１２０ｋＰａの範囲にわたる圧力を有することができる。例えば、ライン１４３内の冷却された排ガスの圧力は、約１０１ｋＰａ〜約１１０ｋＰａ、約１０２ｋＰａ〜約１０７ｋＰａ、または約１０３ｋＰａ〜約１０５ｋＰａの範囲にわたることができる。
【００３２】
例示的なライン１３８内の伝熱媒体には、水、空気、蒸気、エチレングリコール、炭化水素、またはそれらの任意の組み合わせが挙げられるが、それらに限定されない。ライン１４２内の加熱された伝熱媒体は、約７５℃〜約１１０℃の範囲にわたる温度を有することができる。伝熱媒体が、例えば、ボイラー用水といった,水である場合、蒸気、または水と蒸気の混合物が、ライン１４２を介して生成されることができる。ライン１４２内の加熱された伝熱媒体は、最低約４，０００ｋＰａ〜最高約１５，０００ｋＰａの範囲にわたる圧力を有することができる。
【００３３】
例えば、蒸気等の、ライン１４２を介する加熱された伝熱媒体は、伝別媒体を膨張させることができる蒸気ガスタービン１５０へ導入され、それによって、それへ連結される発電機１６５を介して電力を発生させ、またライン１４２内の加熱された伝熱媒体に対して低減された圧力を有する、ライン１６２を介する伝熱媒体を生成することができる。ライン１６２内の伝熱媒体は、ライン１３８を介して熱回収ユニット１４０へと再生利用される、廃棄される、および／または１以上の他のプロセスで使用されることができる。
【００３４】
１以上の実施形態では、ライン１４３内の冷却された排ガスの少なくとも一部は、ライン１４２を介してシステム１００から除去されることができる。ライン１４５を介してシステム１００から除去された冷却された排ガスは、大気へと放出されるか、その中の任意の残留燃料を少なくとも部分的に燃焼させるために炎へと送られるか、または貯蔵および／もしくは格納用の地下構造へと導入されてもよい。
【００３５】
１以上の実施形態では、ライン１４３内の冷却された排ガスの少なくとも一部は、ライン１４７を介してシステム１００へと再生利用することができる。例えば、ライン１４３内の冷却された排ガスの約２０％〜約１００％を、ライン１４７を介して圧縮機１５０へ導入することができ、ライン１５２を介して圧縮された排ガスを提供することができる。別の例では、ライン１４７を介して圧縮機１５０へと導入されるライン１４３内の冷却された排ガスの量は、最低約２５％、約４０％、または約５０％から最高約６０％、約８０％、約９０％、または約１００％の範囲にわたることができ、ライン１５２を介する圧縮された排ガスを提供することができる。少なくとも１つの特定の実施形態では、ライン１４７を介する冷却された排ガスの全てが、ライン１４７を介して圧縮機１５０へ導入されることができ、ライン１５２を介する圧縮された排ガスを提供することができる。
【００３６】
ライン１５２内の圧縮された排ガスは、最低約４００ｋＰａ〜最高約４，５００ｋＰａの範囲の圧力を有することができる。ライン１５２内の圧縮された排ガスは、最低約３００℃〜最高約４３０℃の範囲の温度を有することができる。
【００３７】
図示されていないが、ライン１４７内の冷却された排ガスに含まれる任意の水（気体、液体、またはそれらの混合物）の少なくとも一部は、圧縮機１５０への導入前に除去されてもよい。水は、任意の好適なシステム、機器、またはシステムおよび／もしくは機器の組み合わせを使用して除去することができる。例えば、ライン１４７内の冷却された排ガス内の任意の水の少なくとも一部は、冷却された排ガスの温度を十分に下げ、それによって凝縮水を冷却された排ガスから分離することによって、除去することができる。別の実施例では、ライン１４７内の冷却された排ガス内の任意の水の少なくとも一部は、吸着または吸収プロセスを介して除去されてもよい。
【００３８】
任意の量のライン１５２内の圧縮された排ガスが、希釈剤として、ライン１５４を介して燃焼器１２０へ導入されることができる。同様に、任意の量のライン１５２内の圧縮された排ガスが、ライン１５５を介してシステム１００から除去されることができる。例えば、ライン１５４を介して燃焼器１２０へ導入される圧縮された排ガスまたは「希釈剤」の量は、ライン１５２内の圧縮された排ガスの約１０％〜約１００％の範囲にわたることができる。別の実施例では、ライン１５４を介して燃焼器１２０へ導入される圧縮された排ガスの量は、ライン１５２内の圧縮された排ガスの、最低約２０％、約３０％、または約４０％から、最高約５０％、約６０％、または約７０％までの範囲にわたることができる。少なくとも１つの実施形態では、ライン１５４を介して燃焼器１２０へ導入される圧縮された排ガスの量は、約５０％〜約７０％の範囲にわたることができ、またライン１５５を介してシステム１００から除去される圧縮された排ガスの量は、ライン１５２内の圧縮された排ガスの約３０％〜約５０％の範囲にわたることができる。少なくとも１つの他の例では、ライン１５４を介する全ての圧縮された排ガスが、燃焼器１２０へ導入されることができ、過剰の圧縮された排ガスは、燃焼器から除去されることができる。
【００３９】
したがって、圧縮された排ガスとしてライン１５４を介して燃焼器１２０へ最終的に導入されるライン１４３内の冷却された排ガスの量は、最低約１０％〜約１００％までの範囲にわたることができる。例えば、圧縮された排ガスとしてライン１５４を介して燃焼器１２０へ最終的に導入されるライン１４３内の冷却された排ガスの量は、最低約４０％、約４５％、約５０％、または約５５％から、最高約６５％、約７０％、約８０％、または約９０％までの範囲にわたることができ、ライン１５５を介してシステム１００から最終的に除去されるライン１４３内の冷却された排ガスの量は、約１％〜約６０％の範囲にわたることができる。別の例では、圧縮された排ガスとしてライン１５４を介して燃焼器１２０へ最終的に導入されるライン１４３内の冷却された排ガスの量は、約５５％〜約６５％の範囲にわたることができ、ライン１５５を介してシステム１００から最終的に除去されるライン１４３内の冷却された排ガスの量は、約３５％〜約４５％の範囲にわたることができる。
【００４０】
ライン１１２内の特定の酸化剤、ライン１１７内の特定の燃料、および／または燃焼器１２０へ導入されるライン１５４を介する圧縮された排ガスの量に、少なくとも部分的に、依存して、ライン１２３内の排ガスは、最低約６ｍｏｌ％、約８ｍｏｌ％、約１０ｍｏｌ％、約１２ｍｏｌ％、または約１４ｍｏｌ％から、最高約２０ｍｏｌ％、約２４ｍｏｌ％、約２８ｍｏｌ％、約３２ｍｏｌ％、または約３４ｍｏｌ％の範囲にわたる二酸化炭素濃度を有することができる。ライン１２３内の排ガスは、最低約１９ｍｏｌ％、約２５ｍｏｌ％、約３０ｍｏｌ％、または約３５ｍｏｌ％から、最高約５０ｍｏｌ％、約６０ｍｏｌ％、約６５ｍｏｌ％、または約７０ｍｏｌ％の範囲にわたる水および／または蒸気濃度を有することができる。ライン１２３内の排ガスは、約２ｍｏｌ％未満、約１．５ｍｏｌ％未満、１ｍｏｌ％未満、０．５ｍｏｌ％未満、約０．１ｍｏｌ％、または約０．０５ｍｏｌ％未満の一酸化炭素濃度を有することができる。ライン１２３内の排ガスは、約２ｍｏｌ％未満、約１．５ｍｏｌ％未満、１ｍｏｌ％未満、０．５ｍｏｌ％未満、約０．１ｍｏｌ％未満、または約０．０５ｍｏｌ％未満の酸素濃度を有することができる。ライン１２３内の排ガスは、最低約０．０１ｍｏｌ％、約１ｍｏｌ％、または約５ｍｏｌ％から、最高約６０ｍｏｌ％、約７０ｍｏｌ％、約７５ｍｏｌ％の範囲にわたる窒素濃度を有することができる。ライン１２３内の排ガスは、約０．０００１ｍｏｌ％〜約０．１ｍｏｌ％の酸化窒素濃度を有することができる。ライン１２３内の排ガスは、約０．１ｍｏｌ％〜約１．５ｍｏｌ％のアルゴン濃度を有することができる。
【００４１】
１以上の実施形態では、燃料と燃焼器１２０へ導入される圧縮された排ガスとの間の重量比は、酸化剤が酸素であるかまたは空気であるかによって、最低約０．０２７：１〜最高約０．０６１：の範囲にわたることができる。１以上の実施形態では、酸化剤と燃焼器１２０へ導入される圧縮された排ガスとの間の重量比は、最低約０．１０１：１〜最高約０．９５５５：１の範囲にわたることができる。
【００４２】
１以上の実施形態では、ライン１５４を介する圧縮された排ガスは、ライン１１２内の酸化剤と混合されるか、ライン１１７内の燃料と混合されるか、燃焼器１２０へ直接導入されるか、またはそれらの任意の組み合わせであってよい。例えば、ライン１５４内の圧縮された排気の全てまたは一部は、ライン１１２内の酸化剤と混合され、その後に燃料と混合されることができる酸化剤／排ガス混合物を提供してもよい。少なくとも１つの具体的な実施形態では、ライン１５４内の圧縮された排ガスの第１の部分は、ライン１１２内の酸化剤と混合されてよく、ライン１５４内の圧縮された排ガスの第２の部分は、燃焼器１２０へ直接導入されるか、ライン１１７内の燃料と混合されるか、またはその双方であってよい。少なくとも１つの他の具体的な実施形態では、ライン１５４内の圧縮された排ガスの第１の部分は、ライン１１２内の酸化剤と混合されるか、または燃焼器１２０内で酸化剤と混合されてよく、ライン１５４内の圧縮された排ガスの第２の部分は、燃焼器へ導入され、燃焼器１２０内で排ガスと混合されてもよい。
【００４３】
圧縮機１０５へ導入される、ライン１０１を介する酸化剤は、任意の好適な酸素含有材料または材料の組み合わせであってよく、またはそれらを含んでよい。例示的な酸化剤には、空気、酸素（Ｏ2）、実質的酸素、酸素富化空気、酸素リーン空気、過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）、オゾン（Ｏ3）、例えば、空気、水、二酸化炭素、窒素、および／もしくはアルゴン等の１つ以上の気体と酸素との混合物、またはそれらの任意の組み合わせが含まれるが、それらに限定されない。ライン１０１内の酸化剤は、約１ｖｏｌ％〜約１００ｖｏｌ％の酸素を含有することができる。本明細書で使用するとき、用語「実質的酸素」とは、５０ｖｏｌ％を超える酸素を含有する酸化剤を指す。例えば、実質的酸素流体は、約５５ｖｏｌ％〜約１００ｖｏｌ％の酸素を含有してもよい。本明細書で使用するとき、用語「酸素富化空気」は、約２１ｖｏｌ％を超える酸素および最大５０ｖｏｌ％の酸素を含有する酸化剤を指す。本明細書で使用するとき、用語「酸素リッチ」は、酸素富化空気および実質的酸素の双方を指す。本明細書で使用するとき、用語「酸素リーン空気」は、約２０ｖｏｌ％未満の酸素を含有する酸化剤を指す。ライン１０１内の酸化剤は、窒素を含まない、または実質的に窒素を含まないことが可能である。本明細書で使用するとき、用語「実質的に窒素を含まない」は、約５ｖｏｌ％の窒素もしくはそれ未満、４ｖｏｌ％の窒素もしくはそれ未満、３ｖｏｌ％の窒素もしくはそれ未満、２ｖｏｌ％の窒素もしくはそれ未満、または１ｖｏｌ％の窒素もしくはそれ未満を含有する、ライン１０１内の酸化剤を指す。
【００４４】
酸化剤流量計１１０は、燃焼器１２０へ導入される酸化剤の量を制御するように適合または構成される、任意の好適な機器、システム、または機器および／もしくはシステムの組み合わせであってよい。例示的な流量制御機器には、弁、圧縮機、筒口、ポンプ等が挙げられるがそれらに限定されない。
【００４５】
ライン１１４内の燃料は、任意の燃焼可能材料または燃焼可能材料の組み合わせであってよく、またはそれを含有してもよい。ライン１１４内の燃料は、１つ以上の気体炭化水素、液体炭化水素、固体炭化水素、または、気体、液体、および／もしくは固体炭化水素の混合物を含有してもよい。例示的な炭化水素には、Ｃ1〜Ｃ20炭化水素、またはそれらの任意の組み合わせが挙げられるが、それに限定されない。例えば、ライン１１４内の燃料は、メタン、エタン、エチレン、アセチレン、プロパン、プロピレン、メチルアセチレン、シクロプロパン、プロパジエン、ブタン、ブチレン、ブチン、シクロブタン、ブタジエン、ペンタン、ペンテン、ペンチン、シクロペンタン、ペンタジエン、ヘキサン、ヘキセン、ヘキシン、シクロヘキサン、ヘキサジエン、ヘプタン、ヘプテン、ヘプチン、シクロヘプタン、ヘプタジエン、オクタン、オクテン、オクチン、シクロオクタン、オクタジエン、ノナン、ノネン、ノニン、シクロノナン、ノナジエン、デカン、デセン、デシン、シクロデカン、デカジエン、それらの混合物、またはそれらの任意の組み合わせを含むことができる。別の好適な燃料は、水素を含有してもよい。水素は、単独で使用されてもよく、例えば、１種以上のＣ1〜Ｃ10炭化水素等の、任意の１つ以上の他の燃料と組み合わされてもよい。
【００４６】
１以上の実施形態では、ライン１１４内の燃料は、水素、Ｃ2、Ｃ3、Ｃ4、およびより重い炭化水素、またはそれらの任意の組み合わせを含む平衡を有する、最低約１０ｍｏｌ％、約３０ｍｏｌ％、約５０ｍｏｌ％、または約７５ｍｏｌ％から、最高約９５ｍｏｌ％、約９９ｍｏｌ％、または約９９．９ｍｏｌ％の範囲にわたるメタン濃度を有することができる。例えば、ライン１１４内の燃料は、約８０ｍｏｌ％以上、約９０ｍｏｌ％以上、約９７ｍｏｌ％以上、約９８ｍｏｌ％以上、または約９９．５ｍｏｌ％以上のメタン濃度を有することができる。ライン１１４内の燃料における水素濃度は、最低約０．１ｍｏｌ％、約１ｍｏｌ％、または約５ｍｏｌ％から、最高約２０ｍｏｌ％、約３０ｍｏｌ％、または約３５ｍｏｌ％の範囲にわたることができる。別の例では、ライン１１４内の燃料は、天然ガスであるか、または天然ガスを含有することができる。ライン１１４内の燃料が天然ガスを含有する場合、天然ガスは、随伴ガス（すなわち、油井から回収されたもの）、非随伴ガス（すなわち、天然ガス田で単離されたもの）、バイオガス（例えば、埋立処理地から生成されるメタン含有ガス）、水和物、またはそれらの任意の組み合わせに由来してもよい。天然ガスは、その生成源から直接的に使用されてもよく、および／または、硫化水素（Ｈ2Ｓ）、水、砂、二酸化炭素等の１つ以上の汚染物質の少なくとも一部を除去するために、予め精製され、もしくは予め処理されてもよい。
【００４７】
燃料流量計１１５は、１１４を介してそれへと導入される燃料の量を測定、判定、または別の方法で推定することが可能な、任意の機器、システム、または機器および／またはシステムの組み合わせを含むことができる。例示的な燃料流量計１１５は、弁、ポンプ、筒口、タービン流量計、ベンチュリ流量計、オリフィス板、またはそれらの任意の組み合わせを含むことができるが、それらに限定されない。
【００４８】
燃焼器１２０は、１つ以上のバーナ、燃焼領域、燃焼器ライナー、混合領域、および関連設備を含むことができる。燃焼器は、例えば、ガスタービンシステム等の、システム内へ統合される場合は、トランジションピースおよび他の機構と組み合わされてもよい。
【００４９】
膨張器１２５は、ライン１２３内の排ガスをタービンへと方向付けることができる１つ以上の筒口を含むことができる。タービンへ導入される排ガスは、タービンを回転させ、それによって機械動力を発生させることができる。膨張器１２５を介して発生された機械動力は、軸１２６を介して圧縮機１５０を駆動するように使用することができる。別の例では、膨張器１２５を介して発生される動力の全てまたは一部は、発電機１７０に電力を供給するために使用することができる。また別の例では、膨張器１２５を介して発生される動力の第１の部分が、圧縮機１５０を駆動するために使用され、また第２の部分が、発電機１７０を駆動するために使用されてもよい。
【００５０】
圧縮機１０５、１５０は、任意の種類の圧縮機を含むことができる。例示的な圧縮機は、軸方向式、遠心分離式、回転式容積式等を含むことができるが、それらに限定されない。１以上の実施形態では、圧縮機１０５は、圧縮機１５０と異なる種類の圧縮機であってもよい。１以上の実施形態では、圧縮機１０５および１５０は、例えば、軸方向式圧縮機等の、同一の種類の圧縮機であってもよい。
【００５１】
各燃焼器１２０、膨張器１２５、および圧縮機１５０は、互いに一体化され、一体型ガスタービンまたは燃焼タービンシステム１８０を提供することができる。別の例では、燃焼器１２０、膨張器１２５、および／または圧縮機１５０は、個別の構成要素であることが可能である。例えば、燃焼器１２０は、加熱炉といった、独立型ユニットであってもよい。膨張器１２５および圧縮機１５０もまた、独立型ユニットであってもよく、または軸１２６を介して互いに連結されてもよく、またはそれによって膨張器１２５によって発生される機械的エネルギーの少なくとも一部が圧縮機１５０を駆動することを可能にする、他の機械的、電気的、もしくは他の動力連結装置であってもよい。
【００５２】
熱回収ユニット１４０は、ライン１２７を介して導入された膨張された排ガスと、ライン１３８を介してそれへと導入された伝熱媒体との間で間接的に熱を交換することが可能な、任意のシステム、機器、またはシステムおよび／または機器の組み合わせを含むことができる。例示的な熱回収ユニット１４０には、シェルアンドチューブ式交換器、プレートフレーム式交換器、Ｕチューブ式交換器、渦巻き型交換器、フィン・ファン式交換器、またそれらの任意の組み合わせが挙げられるが、それらに限定されない。別の例では、熱回収ユニット１４０は、膨張された排ガス導管または経路であってもよく、またはそれを含むことができ、ライン１２７を介して導入される排ガスは、膨張された排ガスが１つ以上のコイルを横断して流れるようにその中に配置された１つ以上のコイルを通して、流動する。１以上の実施形態では、熱回収ユニット１４０の任意の構成要素は、表面増強管（例えば、フィン、静的ミキサ、旋条、熱伝導パッキン、渦流生成突起、またそれらの組み合わせ）等を含むことができる。
【００５３】
蒸気タービン１６０は、ライン１４２内の加熱された伝熱媒体を蒸気タービンへと方向付けることができる、１つ以上の筒口を含むことができる。蒸気タービン１６０へ導入される加熱された伝熱媒体は、タービンを回転させ、それによって機械動力を発生させることができる。蒸気タービン１６０を介して発生される機械動力は、発電機１６５を駆動するために使用することができる。図示されていないが、蒸気タービン１６０を介して発生される機械動力は、圧縮機１０５、圧縮機１５０、発電機１７０、発電機１６５、またはそれらの任意の組み合わせを駆動するために使用することができる。
【００５４】
発電機１６５、１７０は、機械的エネルギーを電気エネルギーに転換することが可能な、任意の機器、システム、または機器および／システムの組み合わせを含むことができる。例示的な発電機１６５、１７０には、同期型発電機および誘導型発電機が挙げられるが、それらに限定されない。
【００５５】
図３は、１以上の実施形態に係る、燃料および酸素リッチ流体の燃焼から生成される排ガスの組成を制御し、機械動力を生成するための、別の例示的な燃焼および発電システム３００の概略図を示す。燃焼および発電システム３００は、図１を参照して上述に説明および記載されるシステム１００同様であることができる。システム３００はさらに、１つ以上の空気分離ユニット（「ＡＳＵ」）（１つが図示される）３０５を含むことができる。ライン３０１を介する空気は、空気から少なくとも部分的に酸素を分離し、ライン３０７を介する酸素富化空気または実質的酸素流体と、ライン３０９を介する酸素リーン空気とを提供することが可能な、空気分離ユニット３０５へ導入されることができる。
【００５６】
少なくとも１つの具体的な実施形態では、空気分離ユニット３０５は、ライン３０７を介する酸素富化流体を提供することができる。少なくとも１つの具体的な実施形態では、空気分離ユニット３０５は、ライン３０７を介する実質的酸素流体を提供することができる。したがって、ライン３０７内の酸素の量は、２１ｖｏｌ％の酸素を超えることができ、また最大約１００ｖｏｌ％の酸素であることが可能である。ライン３０７を介する酸素リッチ流体は、例えば、空気の低温蒸留、圧力スイング吸着、膜分離、またはそれらの任意の組み合わせから獲得することができる。
【００５７】
ライン１０７内の圧縮された酸化剤が酸素富化空気である場合、ライン１２３を介する排ガスは、約１０ｍｏｌ％〜約３４ｍｏｌ％の二酸化炭素濃度、約１５ｍｏｌ％〜約６０ｍｏｌ％の水および／もしくは蒸気濃度、約０．０１ｍｏｌ％〜約２ｍｏｌ％の一酸化炭素濃度、約０．００１ｍｏｌ％〜約２ｍｏｌ％の酸素濃度、約０．００１ｍｏｌ％〜約０．１ｍｏｌ％の燃料濃度、約０．０１ｍｏｌ％〜約７０ｍｏｌ％の窒素濃度、約０．０１ｍｏｌ％〜約０．０３ｍｏｌ％の酸化窒素濃度、ならびに／または約０．２ｍｏｌ％〜０．９ｍｏｌ％のアルゴン濃度を有することができる。ライン１０７内の酸化剤が実質的酸素である場合、ライン１２３を介する排ガスは、約３０ｍｏｌ％〜約３５ｍｏｌ％の二酸化炭素濃度、約６０ｍｏｌ％〜約７０ｍｏｌ％の水および／もしくは蒸気濃度、約０．０１ｍｏｌ％〜約２ｍｏｌ％の一酸化炭素濃度、約０．００１ｍｏｌ％〜約２ｍｏｌ％の酸素濃度、約０．００１ｍｏｌ％〜約０．１ｍｏｌ％の燃料濃度、約０．０１ｍｏｌ％〜約１．５ｍｏｌ％の窒素濃度、約０．００１ｍｏｌ％〜約０．０３ｍｏｌ％の酸化窒素濃度、ならびに／または約０．２ｍｏｌ％〜約１．５ｍｏｌ％のアルゴン濃度を有することができる。
【００５８】
図４は、１以上の実施形態に係る、燃料を改質し、燃焼を燃焼させることによって生成される排ガスの組成を制御し、またそれから生じる動力を生成するための、例示的な燃焼および発電システム４００の概略図を示す。燃焼および発電システム４００は、図１および３を参照して上述に説明および記載されるシステム１００および／または３００と同様であることができる。システム４００はさらに、１つ以上の改質器（１つが図示される）４０５を含むことができる。改質器４０５は、ライン１１４内の燃焼の組成を少なくとも部分的に改質、処理、精製、濾過、または別の方法で修正もしくは変更し、ライン４１２を介する改質燃料を生成することができる。
【００５９】
ライン４１２を介する改質燃料は、ライン１１４内の燃料以外の、微量の１種以上の不純物または不要な成分を含んでもよい。例示的な不純物には、硫化水素、一酸化炭素、例えば、Ｃ2−Ｃ20炭化水素等の、１つを超える炭素原子を含有する炭化水素、またはそれらの任意の組み合わせが挙げられるが、それらに限定されない。
【００６０】
改質器３０５は、ライン１１４内の燃料の組成を、任意の種類のプロセスまたはプロセスの組み合わせを使用して、修正または変更することができる。図示されるように、改質器４０５は、ライン１１４内の燃料内に含まれる１種以上の不純物を、より有益な、またはより望ましい成分へと触媒的に反応させることが可能な、１つ以上の触媒含有床４１０を含むことができる。
【００６１】
例えば、ライン１１４を介する燃料は、炭化水素含有構造から回収されることができ、一般的に「破過ガス（ｂｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈ  ｇａｓ）」と称される。ブレイクスルーガス内のより大きい炭化水素の大部分はそれから分離されることができるが、例えば、Ｃ2、Ｃ3、およびＣ4炭化水素といった、幾つかの少量の炭化水素が、ライン１１４内の燃料内に依然として含まれる場合がある。これらのより大きい炭化水素内の炭素間結合の少なくとも一部は、改質器４０５を介して破断されることができ、それによってより大きい炭化水素の量を低減させることができる。ライン１１４内の燃料内のＣ2およびより大きい炭化水素の量を低減することにより、燃焼器１２０内に生じる煤煙の量、および／または燃焼器内に生じる煤煙の可能性を低減することができる。さらに、Ｃ2およびより大きい炭化水素の量を低減することにより、幾らかの水素を生成することもでき、燃焼器１２０内での燃料の燃焼を改善することができる。生成することができる水素の別の利益は、燃焼プロセスの吹き消え温度を低下させることができ、それによって燃焼器１２０内の火炎温度を低下させることが可能となる。燃焼器１２０内の火炎温度を低下させることはまた、システム４００の効率を増加させることができる。
【００６２】
触媒含有床４１０に使用することができる例示的な触媒には、ニッケル、白金、ロジウム、ルテニウム、パラジウム、それらの誘導体、またはそれらの任意の組み合わせが挙げられるが、それらに限定されない。触媒含有床４１０は固定床、流動床、もしくは移動床、またはそれらの組み合わせであってよい。
【００６３】
改質器４０５における使用に好適な他の例示的なプロセスには、溶媒抽出プロセス、液体間抽出プロセス、蒸留、分割、膜濾過、逆抽出、吸着プロセス、吸収プロセス、またはそれらの任意の組み合わせが挙げられるが、それらに限定されない。
【００６４】
図５は、１以上の実施形態に係る、燃料および酸化剤を燃焼させ、不活性ガスを生成するための、例示的な燃焼および発電システム５００の概略図を示す。燃焼および発電システム４００は、図１、３、および４を参照して上述に説明および記載されるシステム１００、３００、および／または４００と同様であることができる。燃焼および発電システム５００はさらに、１つ以上の送風機（１つが図示される）５０５、凝縮器（１つが図示される）５１０、および一酸化炭素転換器（１つが図示される）５３０を含むことができる。
【００６５】
１以上の実施形態では、ライン１４７を介する冷却された排ガスは、送風機５０５へ導入され、ライン１４７内の排ガスに対して増大された圧力を有する、ライン５０７を介する冷却された排ガスを生成することができる。図１を参照して上述に説明および記載されるように、ライン１４７内の排ガスは、約大気圧から約１１０ｋＰａまでの範囲にわたる圧力を有することができる。１以上の実施形態では、ライン５０７内の排ガスは、最低約１１０ｋＰａ、約１１３ｋＰａ、または約１１５ｋＰａから、最高約１２０ｋＰａ、約１４０ｋＰａ、または約１５０ｋＰａの範囲にわたる圧力を有することができる。
【００６６】
ライン５０７を介する冷却された排ガスは、凝縮器５１０へ導入され、ライン５１２を介する飽和した排ガスおよびライン５１４を介する凝縮水を提供することができる。ライン５１２内の飽和した排ガスは、最低約５ｍｏｌ％〜最高約２０ｍｏｌ％の範囲にわたる水の濃度を有することができる。ライン５１２内の飽和した排ガス内の水の特定の濃度は、少なくとも部分的に、飽和した排ガスの特定の温度および／または圧力に依存する。ライン５１４を介する凝縮水は、例えば、廃棄されるか、ライン１３８を介して熱回収ユニット１４０へ導入されるか、１以上の他のプロセスで使用されるか、またはそれらの任意の組み合わせであってよい。図示されていないが、ライン１４７を介する冷却された排ガスは、送風機５０５へ導入される前に、凝縮器５１０へ導入されることができる。
【００６７】
ライン５１２を介する飽和した排ガスは、圧縮機１５０へ導入され、圧縮され、また圧縮された排ガスとしてライン１５２を介して回収されることができる。ライン１５４を介する飽和した排ガスの少なくとも一部は、燃焼器１２０へ導入することができ、および／またはライン１５５を介して燃焼および発電システム５００から除去することができる。少なくとも１つの具体的な実施形態では、ライン１５４を介する圧縮された飽和排ガスの第１の部分は、燃焼器１２０へ導入され、ライン１５５を介する圧縮された排ガスの第２の部分は、一酸化炭素転換器５３０へ導入される。
【００６８】
ライン１５５内の圧縮された排ガス内の一酸化炭素の少なくとも一部は、一酸化炭素転換器５３０内で二酸化炭素へと転換され、ライン１５５内の圧縮された排ガスに対して低減された一酸化炭素濃度を有する、ライン５３７を介する排ガスまたは「不活性ガス」を提供することができる。ライン５３７を介する不活性ガスは、乾燥量基準で、約５００ｐｐｍ未満、約１００ｐｐｍ未満、約５０ｐｐｍ未満、約２０ｐｐｍ未満、約１０ｐｐｍ未満、約５ｐｐｍ未満、約１ｐｐｍ未満、約０．５ｐｐｍ未満、または約０．０１ｐｐｍの一酸化炭素濃度を有することができる。ライン５３７内の不活性ガスは、水および／または水蒸気を含有することができる。ライン５３７内の不活性ガス内に含まれる任意の水および／または水蒸気の少なくとも一部は、除去され、ライン５３７内の不活性ガスより少ない水および／または水蒸気を有する不活性ガスを生成することができる。
【００６９】
１以上の実施形態では、ライン１１２を介する酸化剤およびライン１１７を介する燃料は、燃焼器１２０内で少なくとも部分的に燃焼され、約１０ｐｐｍ未満の酸素、約５ｐｐｍ未満の酸素、約３ｐｐｍ未満の酸素、約１ｐｐｍ未満の酸素、約０．１ｐｐｍ未満の酸素、または約０．０１ｐｐｍの酸素を含有する、ライン１２３を介する排ガスを生成することができる。このように、ライン５３７を介する排ガスは、約１０ｐｐｍ未満の酸素、および約１０ｐｐｍの一酸化炭素を含有することができる。別の例では、ライン５３７を介する排ガスは、約１ｐｐｍ未満の酸素および約１ｐｐｍ未満の一酸化炭素を含有することができる。したがって、燃焼および発電システム５００は、ライン１０１内の酸化剤内の特定の酸素濃度に応じて、二酸化炭素、窒素、またはその双方を主に含有する「不活性ガス」と称することができるライン５３７を介する排ガスを生成することができる。例えば、酸化剤が空気である場合、ライン５３７内の不活性ガスは、約１１ｍｏｌ％〜約１２ｍｏｌ％の二酸化炭素、および約８５ｍｏｌ％〜約８８ｍｏｌ％の窒素を含有することができる（乾燥重量基準）。別の実施例では、ライン１０１内の酸化剤が純粋な酸素、例えば、約９５ｍｏｌ％超の酸素または約９９ｍｏｌ％超の酸素等、を含有する場合、ライン５３７内の不活性ガスは、約９８ｍｏｌ％〜約９９．５ｍｏｌ％の二酸化炭素および約０．０１ｍｏｌ％〜０．０５ｍｏｌ％の窒素を含有することができる（乾燥重量基準）。
【００７０】
１以上の実施形態では、送風機５０５は、ライン１４７内の冷却された排ガスの圧力を増大させることが可能な、任意の機器、システム、またはシステムおよび／または機器の組み合わせを含むことができる。例えば、送風機５０５は、１つ以上のファンであるか、またはそれを含むことができる。他の例示的な送風機５０５には、軸方向式、遠心分離式、またはそれらの任意の組み合わせが挙げられるがそれらに限定されない。
【００７１】
１以上の実施形態では、凝縮器５１０は、排ガスの温度をその中で低減させ、それによって、水蒸気がある場合少なくともその一部を凝縮させる、冷却器を含むことができる。他の好適な凝縮器５１０には、直接接触冷却器、熱交換器、またはそれらの任意の組み合わせが挙げられるが、それらに限定されない。
【００７２】
１以上の実施形態では、一酸化炭素転換器５３０は、１つ以上の転換システム、機器、プロセス、またはそれらの任意の組み合わせを含むことができる。図示されるように、一酸化炭素転換器５３０は、１つ以上の触媒含有床５３５を含むことができる。例示的な触媒には、白金、ロジウム、パラジウム、ルテニウム、ニッケル、それらの酸化物、それらの誘導体、またはそれらの任意の組み合わせが挙げられるが、それらに限定されない。
【００７３】
１以上の実施形態では、一酸化炭素転換器５３０は、一酸化炭素に加えて、または一酸化炭素の代わりに、１種以上の他の化合物を転換することができる。例えば、一酸化炭素転換器５３０は、ライン１５５内の圧縮された排ガス内の、酸化窒素がある場合少なくともその一部を、窒素および酸素へ転換することができる。別の例では、一酸化炭素転換器５３０は、ライン１５５内の圧縮された排ガス内の、燃料がある場合少なくともその一部を、二酸化炭素および水または蒸気へ転換することができる。また別の例では、一酸化炭素転換器５３０は、ライン１５５内の圧縮された排ガス内の任意の一酸化炭素、燃料、および酸化窒素のうちの２つ以上の少なくとも一部を、それぞれ、二酸化炭素、二酸化炭素および水または蒸気、窒素および酸素へ転換することができる。
【００７４】
図６は、１以上の実施形態に係る、燃料および酸化剤を燃焼させ、圧縮された不活性ガスを生成するための、例示的な燃焼および発電システム６００の概略図を示す。燃焼および発電システム６００は、図１および３〜５を参照して説明および記載される、システム１００、３００、４００、および／または５００と同様であることができる。燃焼および発電システム６００はさらに、１つ以上の二酸化炭素除去ユニット（１つが図示される）６０５および圧縮機（１つが図示される）６１５を含むことができる。
【００７５】
１以上の実施形態では、ライン１５５を介する圧縮された排ガスの少なくとも一部は、二酸化炭素除去ユニット６０５へ導入され、ライン６０７を介する二酸化炭素リッチガス、およびライン６０９を介する二酸化炭素リーンガスを生成することができる。換言すれば、ライン６０７を介する二酸化炭素リッチガス内の二酸化炭素濃度は、ライン１５５内の圧縮された排ガス内より大きくなることが可能である。同様に、ライン６０９を介する二酸化炭素リーンガス内の二酸化炭素濃度は、ライン１５５内の圧縮された排ガス内より低くなることが可能である。
【００７６】
ライン６０７を介する二酸化炭素リッチガスは、例えば、約９５ｍｏｌ％以上、約９７ｍｏｌ％以上、または約９９ｍｏｌ％、または約９９．９ｍｏｌ％の二酸化炭素濃度を有することができる。ライン６０９を介する二酸化炭素リーンガスは、約５ｍｏｌ％未満、約３ｍｏｌ％未満、約１ｍｏｌ％未満、約０．５ｍｏｌ％未満、または約０．１ｍｏｌ％未満の二酸化炭素濃度を有することができる。
【００７７】
ライン６０７内の二酸化炭素リッチガスは、任意の数の用途またはプロセスに対して使用されることができ、および／または廃棄されることができる。例えば、ライン６０７内の二酸化炭素リッチガスは、最終製品として売却されてもよく、石油増進回収操作、空気圧式システム、消火システム、溶接システム、カフェイン除去プロセス、レーザー、冷凍システムといった、１以上のプロセスまたは用途に対して使用されてもよく、またはそれらの任意の組み合わせであってよい。別の例では、ライン６０７を介する二酸化炭素リッチガスは、１つ以上の隔離用貯蔵容器システムへ導入されることができる。例示的な隔離用貯蔵容器システムには、地下構造、人工格納容器、またはその双方が挙げられるが、それらに限定されない。
【００７８】
ライン６０９内の二酸化炭素リーンガスは、任意の数の用途またはプロセスに対して使用されることができ、および／または廃棄されることができる。例えば、ライン６０９内の二酸化炭素リーンガスは、大気中に放出されてもよい。別の例では、ライン６０９内の二酸化炭素リーンガスは、液化され、冷却用媒体として使用されることができる。また別の例では、ライン６０９内の二酸化炭素リーンガスは、例えば、アンモニアおよび／または尿素といった、１つ以上の製品へとさらに加工されることができる。また別の例では、ライン６０９内の二酸化炭素リーンガスは、例えば、１つ以上の通信ワイヤまたはケーブルを運搬する導管の乾燥等、乾燥用途用の不活性ガスとして使用されることができる。
【００７９】
１以上の実施形態では、ライン６０９を介する二酸化炭素リーンガスは、圧縮機６１５へ導入され、ライン６１７を介する第２の圧縮された排ガスを生成することができる。ライン６１７内の第２の圧縮された排ガスは、１以上の圧力維持用途において使用することができる。別の実施例では、ライン６１７内の第２の圧縮された排ガスは、１つ以上の炭化水素貯留容器上の圧力維持のために使用することができる。
【００８０】
二酸化炭素除去ユニット６０５は、直列、並列、またはそれらの組み合わせで構成される、物理的システム、機械的システム、電気システム、および／または化学システムの、任意の１つまたは組み合わせを含むことができる。１以上の実施形態では、二酸化炭素除去ユニット６０５は、膜型システムおよび／または溶媒系システムを含むがそれらに限定されない、１つ以上の物理的分離システムを含むことができる。例えば、二酸化炭素除去ユニット６０５は、吸収／脱着型の溶媒系システムを含むことができるがそれに限定されない。二酸化炭素除去ユニット６０５は、ライン１５５を介して導入される圧縮された排ガスを、１つ以上の吸収剤と接触させ、二酸化炭素の少なくとも一部を除去することができる。二酸化炭素選択性吸着剤には、モノエタノールアミン（「ＭＥＡ」）、ジエタノールアミン（「ＤＥＡ」）、トリエタノールアミン（ｔｒｉｅｔｈａｎｏｌａｍｉｅ）（「ＴＥＡ」）、炭酸カリウム、メチルジエタノールアミン（「ＭＤＥＡ」）、活性メチルジエタノールアミン（「ａＭＤＥＡ」）、ジグリコールアミン（「ＤＧＡ」）、ジイソプロパノールアミン（「ＤＩＰ  Ａ」）、それらの誘導体、それらの混合物、またそれらの任意の組み合わせ挙げられるが、それらに限定されない。他の好適な吸着剤および技術には、炭酸カリウム、炭酸プロピレン物理吸着溶媒、ならびに、他の炭酸アルキル、２〜１２のグリコール単位のポリエチレングリコールのジメチルエーテル（Ｓｅｌｅｘｏｌ（登録商標）プロセス）、ｎ−メチル−ピロリドン、スルホラン、およびＳｕｌｆｍｏｌ（登録商標）ガス処理プロセスの使用が挙げられるが、それらに限定されない。
【００８１】
圧縮機６１５は、図１を参照して上述に説明および記載される圧縮機１０５および１５０と同様のものであってよい。
【００８２】
図７は、１以上の実施形態に係る、電力、二酸化炭素、および膨張された不活性ガスを発生させるための例示的な燃焼および発電システム７００の概略図を示す。燃焼および発電システム７００は、図１、および３〜６を参照して上述に説明および記載されるシステム１００、３００、４００、５００、および／または６００と同様のものであってよい。燃焼および発電システム７００はさらに、１つ以上の第２の燃焼器（１つが図示される）７０５、第２の膨張器（１つが図示される）７１５、および発電機（１つが図示される）７３０を含むことができる。
【００８３】
ライン６０９を介する二酸化炭素リーンガスは、第２の燃焼器７０５へ導入されることができる。ライン７０３を介する酸化剤および／またはライン７０４を介する燃料も、同様に第２の燃焼器７０５へ導入されることができる。燃焼器７０５へ導入される、ライン６０９を介する二酸化炭素リーンガス内の任意の燃焼可能材料および／またはライン７０４を介する燃料の少なくとも一部は、第２の燃焼器７１０内で燃焼され、ライン６０９内の二酸化炭素リーンガスと比較して低減された濃度の燃焼可能材料を有する、ライン７１０を介する第２の排ガスを生成することができる。例えば、図６を参照して上述に説明されたように、ライン５１２内の飽和した排ガスは、最低約０．００１ｍｏｌ％〜最高約０．１ｍｏｌ％の範囲にわたる燃料濃度を有することができる。したがって、ライン１５５内の圧縮された排ガスは、最低約０．００１ｍｏｌ％〜最高約０．１ｍｏｌ％の範囲にわたる燃料濃度を有することができる。ライン７０４を介して導入される補足燃料の添加は、ライン７１０を介する排ガスが、ライン６０９内の二酸化炭素リーンガスと比較してより低い燃料濃度を有するように、調節されることができる。
【００８４】
ライン７１０内の第２の排ガスは、約２ｍｏｌ％〜約８ｍｏｌ％の二酸化炭素濃度、約８ｍｏｌ％〜約１６ｍｏｌ％の水および／もしくは蒸気濃度、約０．０１ｍｏｌ％〜約１ｍｏｌ％の一酸化炭素濃度、約０．１ｍｏｌ％〜約１ｍｏｌ％の酸素濃度、約７０ｍｏｌ％〜約８５ｍｏｌ％の窒素濃度、約０．１ｍｏｌ％〜約０．３ｍｏｌ％の酸化窒素（単数または複数）濃度、ならびに／または約０．１ｍｏｌ％〜約１．５ｍｏｌ％のアルゴン濃度を有することができる。１以上の実施形態では、ライン７１０内の第２の排ガスは、約２ｍｏｌ％未満、約１ｍｏｌ％未満、約０．５ｍｏｌ％未満、または約０．１ｍｏｌ％未満の一酸化炭素を含有することができる。１以上の実施形態では、ライン７１０内の第２の排ガスは、約２ｍｏｌ％未満、約１ｍｏｌ％未満、約０．８ｍｏｌ％未満、または約０．５ｍｏｌ％未満の酸素を含有することができる。１以上の実施形態では、ライン７１０内の第２の排ガスは、約１ｍｏｌ％未満、約０．５ｍｏｌ％未満、または約０．１ｍｏｌ％の酸化窒素を含有することができる。
【００８５】
ライン７１０を介する第２の排ガスは、約１，１００℃〜約１，５００℃の範囲にわたる温度、および約１，２００ｋＰａ約４，５００ｋＰａの範囲にわたる圧力を有することができる。
【００８６】
ライン７１０を介する第２の排ガスは、膨張器７１５へ導入され、ライン７２０を介する第２の膨張された排ガスを生成することができる。ライン７２０を介する膨張された排ガスは、約６９０℃〜約７２５℃の範囲にわたる温度、および約１０１ｋＰａ〜約１１０ｋＰａの範囲にわたる圧力を有することができる。ライン７１０内の第２の排ガスを膨張させることによって生成される機械動力の少なくとも一部は、例えば、発電機７３０を介する電気等の、エネルギーに転換され、１つ以上の圧縮機１０５および／もしくは１５０、ならびに／または他の仕掛けを駆動するために使用することができる。ライン７２０を介する膨張されたガスは、大気中に放出されるか、液化され１つ以上の冷凍プロセスに使用されることができ、またはそれらの任意の組み合わせであってよい。
【００８７】
図８は、１以上の実施形態に係る、電力、二酸化炭素、および膨張された不活性ガスを生成するための、例示的な燃焼および発電システム８００の別の概略図を示す。燃焼および発電システム８００は、図１および３〜６を参照して上述に説明および記載される、システム１００、３００、４００、５００、および／または６００と同様のものであってよい。燃焼および発電システム８００はさらに、１つ以上の触媒反応器（１つが図示される）８０５、第２の膨張器（１つが図示される）８１５、および発電機（１つが図示される）８３０を含むことができる。
【００８８】
ライン６０９を介する二酸化炭素リーンガスは、触媒反応器８０５へ導入されることができる。ライン６０９を介する二酸化炭素リーンガス内の任意の燃焼可能材料の少なくとも一部は、触媒反応器８０５内で触媒的に反応され、ライン６０９内の二酸化炭素リーンガスと比較してより低減された燃焼可能材料の濃度を有する、ライン８１０を介する第２の排ガスを生成することができる。例えば、図６を参照して上述に説明されたように、ライン５１２内の飽和した排ガスは、最低約０．００１ｍｏｌ％〜最高約０．１ｍｏｌ％の範囲にわたる燃料濃度を有することができる。したがって、ライン１５５内に圧縮された排ガスは、最低約０．００１ｍｏｌ％〜最高約０．１ｍｏｌ％の範囲にわたる燃料濃度を有することができる。
【００８９】
ライン８１０内の第２の排ガスは、約２ｍｏｌ％約８ｍｏｌ％の二酸化炭素濃度、約８ｍｏｌ％〜約１６ｍｏｌ％の水および／もしくは蒸気濃度、約０．０１ｍｏｌ％〜約１ｍｏｌ％の一酸化炭素濃度、約０．１ｍｏｌ％〜約１ｍｏｌ％の酸素濃度、約７０ｍｏｌ％〜約８５ｍｏｌ％の窒素濃度、約０．１ｍｏｌ％〜約０．３ｍｏｌ％の酸化窒素（単数または複数）濃度、ならびに／または約０．１ｍｏｌ％〜約１．５ｍｏｌ％のアルゴン濃度を有することができる。
【００９０】
１以上の実施形態では、ライン８１０内の第２の排ガスは、約２ｍｏｌ％未満、約１ｍｏｌ％未満、約０．５ｍｏｌ％未満、または約０．１ｍｏｌ％未満の一酸化炭素を含むことができる。１以上の実施形態では、ライン７１０内の第２の排ガスは、約２ｍｏｌ％未満、約１ｍｏｌ％未満、約０．８ｍｏｌ％未満、または約０．５ｍｏｌ％未満の酸素を含むことができる。１以上の実施形態では、ライン７１０内の第２の排ガスは、約１ｍｏｌ％未満、約０．５ｍｏｌ％未満、または約０．１ｍｏｌ％未満の酸化窒素を含むことができる。
【００９１】
ライン８１０を介する第２の排ガスは、約１，１００℃〜約１，５００℃の範囲にわたる温度、および約１，２００ｋＰａ〜約４，５００ｋＰａの範囲にわたる圧力を有することができる。
【００９２】
ライン８１０を介する第２の排ガスは、膨張器８１５へ導入され、ライン８２０を介する第２の膨張された排ガスを生成することができる。ライン８２０内の膨張された排ガスは、約６９０℃〜約７２５℃の範囲にわたる温度、および約１０１ｋＰａ〜約１１０ｋＰａの範囲にわたる圧力を有することができる。ライン８１０内の第２の排ガスを膨張させることによって生成される機械動力の少なくとも一部は、例えば、発電機８３０を介する電気等の、エネルギーに転換され、１つ以上の圧縮機１０５および／もしくは１５０、ならびに／または他の仕掛けを駆動するために使用することができる。ライン８２０を介する膨張されたガスは、大気中に放出されるか、液化され１つ以上の冷凍プロセスに使用されることができ、またはそれらの任意の組み合わせであってよい。
【００９３】
触媒反応器８０５は、１つ以上の触媒含有床（１つが図示される）８０７を含むことができる。触媒含有床８０７は、その中に配置された１つ以上の触媒を含むことができる。例示的な触媒には、ニッケル、白金、ロジウム、ルテニウム、パラジウム、それらの誘導体、またはそれらの任意の組み合わせが挙げられるが、それらに限定されない。１以上の実施形態では、２つ以上の触媒含有床８０７を有する触媒反応器８０５が、互いに同一の、または互いに異なる触媒を含むことができる。触媒含有床８０７は、固定床、流動床、もしくは移動床、またはそれらの組み合わせであってよい。
【００９４】
図９は、１以上の実施形態に係る、電力、二酸化炭素、および不活性ガスを発生させるための、例示的な燃焼および発電システム９００の別の概略図を示す。燃焼および発電システム９００は、図１および３〜８を参照して上述に説明および記載される、システム１００、３００、４００、５００、６００、７００、および／または８００と同様のものであってよい。燃焼および発電システム９００は、ライン７２０を介する第２の膨張された排ガス、ライン８２０を介する第２の膨張された排ガス、ライン６１７を介する第２の膨張された排ガス、またはそれらの任意の組み合わせを生成することができる。換言すれば、ライン６０９内の二酸化炭素リーンガスの第１の部分は、ライン９０３を介して圧縮機６１５へ導入されることができ、ライン６０９内の二酸化炭素リーンガスの第２の部分は、ライン９０５を介して触媒反応器８０５へ導入されることができ、および／またはライン６０９内の二酸化炭素リーンガスの第３の部分は、ライン９１０を介して燃焼器７０５へ導入されることができる。別の例では、燃焼および発電システム９００は、ライン６１７を介する圧縮された排ガスと、ライン７２０か、またはライン８２０かのいずれかを介する膨張された排ガスとを生成することができる。また別の例では、燃焼および発電システム９００は、ライン７２０およびライン８２０の双方を介する膨張された排ガスを生成することができる。また別の例では、燃焼および発電システム９００は、ライン７２０およびライン８２０の双方を介する膨張された排ガスと、ライン６１７を介する膨張された排ガスとを生成することができる。
【００９５】
種々の用語を上述に定義してきた。特許請求の範囲に使用される用語が上述に定義されていない範囲においては、該用語は、少なくとも１つの刊行物または発行された特許に反映される通り、当業者が該用語に対して付与している最も広義の定義を付与するものとする。
【００９６】
本発明は、種々の修正および変更形態を許容することができるが、上述に記載される例示的実施形態は、例示の目的としてのみ示されてきた。しかしながら、本発明は、本明細書に開示される特定の実施形態に限定されることを意図してはいないということを、再び理解すべきである。実際、本発明は、添付の特許請求の範囲の真の精神および範囲に含まれる全ての変更、修正、および均等物を含む。
【図１】
2013545001.tif 000003
【図２Ａ】
2013545001.tif 000004
【図２Ｂ】
2013545001.tif 000005
【図３】
2013545001.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2013545001.tif 000010
【図８】
2013545001.tif 000011
【図９】
2013545001.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成25年3月1日(2013.3.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を燃焼させるための方法であって、
燃料、酸化剤、および希釈剤を燃焼領域へ導入することと、
前記燃料の少なくとも一部を燃焼させ、水、二酸化炭素、酸素、および一酸化炭素を含む
排ガスを生成することと、
前記排ガスを膨張させ、機械動力および膨張された排ガスを生成することと、
前記排ガスおよび前記膨張された排ガスの少なくとも一方において、酸素、水素、窒素酸化物、および一酸化炭素の少なくとも一方の濃度を判定することと、
酸素、水素、窒素酸化物、および一酸化炭素の少なくとも一方の前記判定された濃度に少なくとも部分的に基づき、前記燃焼領域へ導入される前記酸化剤および前記燃料の少なくとも一方の量を調節し、酸素および一酸化炭素の合計含有量が約２ｍｏｌ％未満の排ガスを生成することと、
を含む、方法。
【請求項２】
燃料を燃焼させるための方法であって、
燃料、酸化剤、および希釈剤を燃焼領域へ導入することと、
前記燃料の少なくとも一部を燃焼させ、水、二酸化炭素、酸素、および一酸化炭素を含む、排ガスを生成することと、
前記排ガスを膨張させ、機械動力および膨張された排ガスを生成することと、
前記排ガス、前記膨張された排ガス、またはその双方の中の酸素、水素、窒素酸化物、および一酸化炭素の少なくとも一方の濃度に基づき、酸化剤の燃料に対する当量比（φ）を推定することと、
前記推定される酸化剤の燃料に対する当量比（φ）に基づき、前記燃焼領域へ導入される前記燃料、酸化剤、またはその双方の量を調節し、酸素および一酸化炭素の合計含有量が約２ｍｏｌ％未満の排ガスを生成することと、
前記排ガスの少なくとも一部を圧縮し、圧縮された排ガスを生成することと、
前記圧縮された排ガスの少なくとも一部を前記希釈剤として前記燃焼領域へ再生利用することと、
を含む、方法。
【請求項３】
前記排ガスは、酸素および一酸化炭素の合計含有量が約１．５ｍｏｌ％未満または約１．０ｍｏｌ％未満の排ガスであり、前記排ガスは、酸素および一酸化炭素の合計含有量が約４０００ｐｐｍ未満の排ガスである、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記酸化剤および前記燃料の少なくとも一方の調節は、当量比１．０になるよう駆動するように適合され、式中、前記当量比（ファイ、φ）は、（ｍｏｌ％燃料／ｍｏｌ％酸化剤）実量／（ｍｏｌ％燃料／ｍｏｌ％酸化剤）化学量論に等しく、前記ｍｏｌ％燃料は、Ｆ燃料／（Ｆ酸化剤＋Ｆ燃料）に等しく、式中、Ｆ燃料は、燃料のモル流量に等しく、Ｆ酸化剤は酸化剤のモル流量に等しく、前記ｍｏｌ％酸化剤が、Ｆ酸化剤／（Ｆ酸化剤＋Ｆ燃料）に等しく、式中、Ｆ酸化剤は酸化剤のモル流量に等しく、Ｆ燃料は燃料のモル流量に等しい、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記膨張された排ガスを熱回収ユニットへ導入し、第１の冷却された排ガスおよび加熱された伝熱媒体を生成する方法を更に含み、前記伝熱媒体は水および蒸気の少なくとも一方である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記蒸気を、電力を生成する発電機、または機械動力を生成する別のデバイスの少なくとも一方に連結される蒸気ガスタービンへ導入することと、
前記システムから前記冷却された排ガスの少なくとも一部を除去し、排出システム、フレアシステムもしくは地下タンクまたは格納システムの少なくとも一方へ導入されることと、
前記冷却された排ガスの少なくとも一部が、第１の圧縮機へ再生利用され、圧縮された排ガスを生成することと、
前記圧縮された排ガスの少なくとも第１の部分が、希釈剤として燃焼器の燃焼領域へ導入されることと、
前記圧縮された排ガスの少なくとも第２の部分が、前記システムから除去され、抽出され圧縮された排ガスを生成することと、
前記冷却された排ガスを冷却し、前記冷却された排ガスの少なくとも一部の圧縮に先行して、前記冷却された排ガスから前記水の少なくとも一部を除去することと、
前記圧縮された排ガスの前記第２の部分の中の前記一酸化炭素の少なくとも一部を二酸化炭素に触媒的に転換し、前記触媒的な転換後、一酸化炭素の前記濃度が、５００ｐｐｍ未満に低減されることと、
のうちのいずれか１つ以上を更に含む方法である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記酸化剤は、本質的に空気からなり、また前記排ガスは、窒素を更に含み、前記燃料は、メタンおよび１つ以上のＣ2〜Ｃ10炭化水素を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記排ガスは、約１０ｍｏｌ％〜約３４ｍｏｌ％の範囲の二酸化炭素濃度、および約０．０１ｍｏｌ％〜約７５ｍｏｌ％の範囲の窒素濃度を有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記燃料の少なくとも一部を、前記１種以上のＣ2〜Ｃ10炭化水素の濃度が低減されるように改質して、改質燃料を生成することと、前記改質燃料を前記燃焼領域へ導入することと、を更に含み、前記改質は、前記燃料を、ニッケル、白金、ロジウム、ルテニウム、パラジウム、それらの誘導体、それらの混合物、またはそれらの任意の組み合わせを含む、１つ以上の触媒と接触させることを含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の冷却された排ガスを送風機へと導入し、前記第１の冷却された排ガスの圧力を増加させることと、
前記第１の冷却された排ガスの中の任意の水の少なくとも一部を除去し、凝縮水および第２の冷却された排ガスを生成し、前記圧縮された排ガスが、前記第２の冷却された排ガスを含むことと、
の少なくとも一方を更に含む方法である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記機械動力の少なくとも一部が、圧縮機に動力を供給するため、発電機に動力を供給するため、またはその双方のために使用される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記燃焼領域へ導入される、前記燃料、酸化剤または双方の前記量の調節は、
前記当量比（φ）が１未満である場合、前記当量比（φ）が１へと増加するように、前記燃焼領域へ導入される、前記酸化剤の量を減少することか、前記燃料の量を増加させることか、もしくはその双方か、または、
前記当量比（φ）が１を超える場合、前記当量比（φ）が１へと減少するように、前記燃焼領域へ導入される、前記燃料の前記量を減少させることか、前記酸化剤の前記量を増加させることか、もしくはその双方、
を含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記圧縮された排ガスの第２の部分から、任意の二酸化炭素の少なくとも一部を除去し、二酸化炭素リーン（ｌｅａｎ）ガスおよび二酸化炭素リッチ（ｒｉｃｈ）ガスを生成することと、
前記二酸化炭素リーンガスを、圧力維持のために炭化水素貯留容器へ導入することと、
前記二酸化炭素リッチガスを、石油増進回収プロセスにおいて使用することと、
前記二酸化炭素リーンガスを圧縮し、圧縮されたガスを生成することと、
前記二酸化炭素リーンガスの中に含有される任意の残留可燃材料の少なくとも一部を燃焼させ、第２の排ガスを提供することと、前記第２の排ガスを膨張させ、機械動力および膨張された第２の排ガスを生成することと、
前記二酸化炭素リーンガスの中に含有される任意の残留可燃材料の少なくとも一部を反応させ、第２の排ガスを提供することと、前記第２の排ガスを膨張させ、機械動力および膨張された排ガスを生成することと、
前記酸化剤を、前記燃焼器への導入に先行して圧縮することと、
圧縮機、バルブ、ノズルの少なくとも一方の使用によって、前記酸化剤流量を制御することと、
バルブ、ポンプ、ノズル、タービン流量計、ベンチュリ流量計、およびオリフィス板の少なくとも一方の前記使用によって、前記燃料の流量を制御することと、
の少なくとも一方を更に含む、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記排ガスおよび前記膨張された排ガスのうちの一方における、酸素、水素、窒素酸化物および一酸化炭素の少なくとも一方の前記濃度が、ラムダ、ジルコニア酸素、チタニア、ガルバニック、赤外線、および酸化膜センサーの少なくとも一方を使用することによって判定される、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【国際調査報告】
2013545001.tif 000013