(57)【要約】本発明は、燃料（Ｅ１）と金属酸化物を入れ燃料（Ｅ１）の燃焼反応を行わせて酸化物を還元する第１リアクター（１）と、第１リアクターに接続されて酸化物を酸化する第２リアクターでなる設備を使用するプロセスであって、酸化物を還元する第１リアクターに、追加の酸素（Ｏ）がガス状で注入され、その追加の酸素（Ｏ）ガスの量が、燃料（Ｅ１）の完全燃焼に必要な化学量論的酸素の１０％から３０％の間であることを特徴としている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料（Ｅ１）と金属酸化物を入れ燃料（Ｅ１）の燃焼反応を行わせて酸化物を還元する第１リアクター（１）と、前記第１リアクターに接続されて酸化物を酸化する第２リアクターでなる設備を使用するプロセスであって、
酸化物を還元する前記第１リアクターに、追加の酸素（Ｏ）がガス状で注入され、前記追加の酸素（Ｏ）ガスの量が、燃料（Ｅ１）の完全燃焼に必要な化学量論的酸素の１０％から３０％の間であることを特徴とする炭素物の燃焼設備を用いるプロセス。
【請求項２】
前記追加の酸素（Ｏ）が、酸化物を還元する前記第１リアクター（１）に入る前に、流動化媒体（Ａ１）と混合されることを特徴とする請求項１に記載の炭素物の燃焼設備を用いるプロセス。
【請求項３】
前記燃料（Ｅ１）が、石炭であることを特徴とする請求項１または２に記載の炭素物の燃焼設備を用いるプロセス。
【請求項４】
前記流動化媒体（Ａ１）が、スチームと循環煙道ガスであるであることを特徴とする請求項２または３に記載の炭素物の燃焼設備を用いるプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電および／またはスチーム発生に、炭素物を燃焼させる設備を使用するプロセスに関する。炭素物は、例えば、石炭などの化石燃料、廃棄物またはバイオマスであることができ、例えば、流動層燃焼チャンバなどの燃焼チャンバに注入される。
【背景技術】
【０００２】
炭素物を燃焼ための設備は、特許文献１に記載されている。この設備は、酸化物を還元するリアクター、第１サイクロン、酸化物を酸化するリアクター、第２サイクロン、酸化物の循環温度をコントロールする熱交換器、および煙道ガスの熱回収をする熱交換器を含んでなっている。設備の中で循環する酸化物は、２つのリアクター中で、還元され、次いで酸化される。
【０００３】
この従来技術によれば、固体の燃料は、粉砕して酸化物の還元リアクターに入れられ、石炭の場合には、凡そ平均粒子径を５００μｍ以下にする。酸化物は、燃料と接触して還元され、燃料は、酸化物から放出された酸素と反応する。次いで、酸化物は、空気と接触して酸化され、酸化物を再生する。酸化物は、粒子径が５０〜５００μｍ、密度が２０００〜７０００ｋｇ／ｍ３である。
【０００４】
このタイプの固体炭素物の燃焼設備は、複雑でなくコンパクトなシステムであるため、二酸化炭素の捕捉コストを下げ、その上、発電用スチームを生産することができる。
【０００５】
還元リアクターと関連した第１サイクロン出口からの固体粒子は、酸化物粒子と炭素残留物からなり、シールポットを通り、炭素残留物の除去装置に移送される。この炭素残留物の除去装置は、スチームによって流動化されている。この流動化で、炭素残留物などの微細で軽い粒子は、分離され、還元リアクターに再投入され、一方、高密度で径の大きい酸化物粒子は、酸化リアクターに送られる。
【０００６】
この炭素残留物の除去装置は、装置の中に炭素バリヤーがあるセパレーターであり、放出規制を受ける温室ガスの二酸化炭素を捕捉する点で必須である。
【０００７】
より一般に、このような設備は、化学的なループを作っていて、酸素キャリアーである酸化物によって酸素を固体の形状で供給することにより、ガスあるいは固体燃料である燃料を変換している。この装置は、固体、ガスあるいは液体燃料の燃焼に、あるいは水素あるいは合成ガス生産のためのガス化に使用される。
【０００８】
燃焼の場合、燃料の転換反応は吸熱である。この化学反応は、次の通りになる。
【０００９】
【化１】
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【００１０】
ＭｅＯは、例えば金属酸化物である。この反応を停止させないためには、このリアクターの温度をある一定レベルに維持しなければならない。
【００１１】
温度をコントロールするためにこの方法は、高温で運転している酸化物を酸化するリアクターからの酸化物の還元固体を、このリアクターに入れるか、あるいはガス化の場合のように、酸化物の量が限られている場合に、酸素キャリアーの中に不活性固体を混合して加え、必要な熱を与えることである。これら２つの解決策の技術的な問題点は、固体のフローが多くなって設備が大きくなることである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】フランス国特許第２８５０１５６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、設備のサイズを大きくする必要なしに温度がコントロールできるように設備を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この目的のために、本発明は、燃料と金属酸化物を入れて燃料の燃焼反応を行い酸化物を還元する第１リアクターと、第１リアクターに接続されて酸化物を酸化する第２リアクターでなる設備を使用するプロセスである。本発明によれば、さらに酸化物を還元するためにガス状の酸素が第１リアクターに注入され、この追加の酸素量は、燃料が完全燃焼するに必要な化学量論的酸素量の１０〜３０％の間である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、炭素物の一部がガス状酸素によって発熱反応で酸化されるので、必要な固体フロー量は少なくなる。
本発明は、リアクター内における燃料の滞留時間を長くし、炭素の転換割合が向上することを可能にしている。
【００１６】
好ましい実施形態に依れば、追加の酸素量をコントロールして、酸化物を還元する第１リアクターの温度をコントロールできる。追加の酸素により急速に熱を供給して必要な温度を回復することができ、短い時間で応答してのバックアップが可能となる。追加の酸素は、酸化物を還元する第１リアクターに入る前で、流動化媒体と混合するのが好ましい。燃料は石炭であることができる。
【００１７】
流動化媒体は、スチーム、および循環させている煙道ガスであってよい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
以下、本発明を図面を参照してより詳細に説明するが、これは、本発明の好ましい実施形態を説明するためのみのものである。
【図１】本発明によるプロセスで使用される設備の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１に示すように、炭素物固体を燃焼させる設備は、少なくとも１つの酸化物を循環させ、好ましくは酸化物、有利には金属酸化物の混合物を循環させて、還元し、次いで酸化して発電とスチーム発生を行うものであり、例えば粉砕石炭である燃料Ｅ１と、酸化物Ｅ２とを投入して酸化物を還元する第１リアクター１、酸化物を還元する第１リアクター１からの飛散した固体を注入する第１分離サイクロン２０、第１分離サイクロン２０の出口に設けられ、炭素粒子を酸化物を還元する第１リアクター１に送り、酸化物Ｅ２を空気１３により流動化して酸化物を酸化する第２リアクター４に送る炭素セパレーター３、酸化物を酸化するリアクター１からの飛散固体を注入する第２分離サイクロン５とで構成される。
【００２０】
この設備は、煙道ガスと空気の回収交換器のある２つのバックパス１１、１２を有し、それぞれリアクター１、４の１つに接続されている。
【００２１】
酸化物を還元するリアクター１は、スチームと循環煙道ガスの混合物Ａ１により流体化される。
炭素残留物と金属酸化物との分離は、サイクロン２０、シールポット８、および最後に固体セパレーター３の配置によって従来通りに行われる。
【００２２】
第２サイクロン５の底から引き出された固体酸化物粒子は、シールポット９に入り、そこから第１成分が、酸化物を酸化する第２リアクター４の底に移送され、第２成分は、酸化物を還元する第１リアクター１の底に循環され、第３成分は、空気で流動化され、熱交換器が設けられた外部ベッド７に送られ、その後酸化物を酸化する第２リアクター４に移送される。このライプの設備は、特許文献１に記載されて公知である。
【００２３】
ガス状の追加の酸素Ｏは、酸化物を還元する第１リアクター１に注入され、酸化物を還元する第１リアクター１に注入される材料Ｅ２の量は、熱平衡で燃料の転換反応が行われるようにコントロールされる。
【００２４】
追加の酸素Ｏの量は、燃料Ｅ１が完全に燃焼される化学量論的酸素に対し約１０〜３０％の間にする。この酸素量は、使用される酸化物、反応のエンタルピー、移送能力および熱容量に依り変わる。例えば、イルメナイトＦｅＴｉＯ３を使用したとき、追加の酸素Ｏの量は、化学量論的酸素必要量の約１０％であると計算された。
【００２５】
【化２】
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【００２６】
この化学反応は、吸熱反応であり、熱を供給する必要がある。全酸素量を酸化物によって供給し、その結果大量の酸化物と大きいサイズのリアクターを用いる代りに、追加の酸素Ｏによって、発熱反応であるＣ＋Ｏ２→ＣＯ２の化学反応を進行させて熱量が得られる。
【００２７】
本発明では、酸化物の流れは、１／１．５から１／２にすることができる。
【００２８】
酸化物は、酸化物を保持する不活性物を含んでいてよい。
【００２９】
酸素を生成するに必要な空気分離ユニットは、ガス状の酸素のみで行うリアクターでの従来の空気分離ユニットと比較して、サイズが２０％でよい。サイズは、ガスで注入される追加の酸素の量に依って決まる。空気分離ユニットで消費するエネルギー量は、１／５まで下がる。
【００３０】
追加の酸素Ｏは、酸化物を還元する第１リアクター１に入る前で、スチームと循環煙道ガスの混合物Ａ１である流動化媒体と混合される。追加の酸素Ｏは、酸化物を還元する第１リアクター１のウインドボックス１Ａに注入される。酸素Ｏは、専用の酸素生産で、あるいはガス状酸素を含む混合物で供給される。
【図１】
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【国際調査報告】
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