(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素キャリアと酸性ガス燃料を燃料反応器に注入するステップと、
前記燃料反応器にて前記酸性ガス燃料を改質し、合成ガスおよび還元された酸素キャリアを生成するステップと、
前記合成ガスから前記還元された酸素キャリアを分離させるステップと、
蒸気発生ユニットに前記合成ガスを通過させて合成ガスを冷却するステップと、
ガスタービンの燃焼室にて冷却合成ガスを燃焼し、排ガスが生成されるステップと、
前記排ガスの第１部分を前記蒸気発生ユニットに通過させることにより、前記排ガスの少なくとも第１部分を冷却するステップと、
前記排ガスの冷却された第１部分を空気反応器に注入して前記合成ガスから分離された前記還元された酸素キャリアを酸化させ、酸素欠乏排ガスを形成させるステップと、
を備える、化学ループプロセス、ガスタービン、および蒸気発生ユニットを一体化させ、酸性ガス燃料を利用する用役および発電プロセス。
【請求項２】
前記燃料反応器が乱流層型、流動層型、および循環流動層型の何れか１つであることを特徴とする請求項１記載のプロセス。
【請求項３】
前記空気反応器が乱流層型、流動層型、および循環流動層型の何れか１つであることを特徴とする請求項１記載のプロセス。
【請求項４】
前記冷却合成ガスが、自身の燃焼のために前記ガスタービンの前記燃焼室に供給される前に、圧縮されることを特徴とする請求項１記載のプロセス。
【請求項５】
前記冷却合成ガスを燃焼させるために、前記ガスタービンの前記燃焼室に圧縮空気が注入されることを特徴とする請求項４記載のプロセス。
【請求項６】
前記ガスタービンは多段タービンを備え、前記排ガスの前記第１部分には、前記多段タービンの中間圧力段階で抽出された富酸素ガスが含まれることを特徴とする請求項１記載のプロセス。
【請求項７】
前記ガスタービンは多段タービンを備え、前記排ガスの前記第１部分には、前記多段タービンの最終段階で抽出された富酸素ガスが含まれることを特徴とする請求項１記載のプロセス。
【請求項８】
抽出された前記排ガスの前記第１部分を、前記空気反応器の噴射圧力まで圧縮させるステップをさらに備えたことを特徴とする請求項７記載のプロセス。
【請求項９】
外気流を前記空気反応器に注入して前記還元された酸素キャリアを酸化させるステップをさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のプロセス。
【請求項１０】
前記還元された酸素キャリアが硫黄を含有することを特徴とする請求項１記載のプロセス。
【請求項１１】
前記還元された酸素キャリアがＣａＳを含むことを特徴とする請求項１０記載のプロセス。
【請求項１２】
前記合成ガスから分離された前記還元された酸素キャリアを酸化させて得られた酸素キャリアを、前記空気反応器から前記燃料反応器に輸送し、前記酸化させて得られた酸素キャリアが前記燃料反応器へと注入されるステップをさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のプロセス。
【請求項１３】
前記酸化させて得られた酸素キャリアを前記酸素欠乏排ガスから分離させ、前記酸化させて得られた酸素キャリアの少なくとも一部を前記燃料反応器に供給させるステップを備えたことを特徴とする請求項１２記載のプロセス。
【請求項１４】
前記排ガスの前記冷却された第１部分が前記空気反応器の流入口に流入し、前記還元された酸素キャリアを取り込んで酸化させることを特徴とする請求項１記載のプロセス。
【請求項１５】
前記還元された酸素キャリアにＣａＳが含まれ、酸化させて得られた酸素キャリアにＣａＳＯ４が含まれることを特徴とする請求項１４記載のプロセス。
【請求項１６】
空気圧縮機に中間冷却機能付きの多段圧縮機が備えられ、中間冷却器が蒸気発生ブロックの一部となることを特徴とする請求項５記載のプロセス。
【請求項１７】
前記ガスタービンの前記燃焼室にて燃焼されることにより生成された排ガスが、前記ガスタービンの多段階構造により膨張することを特徴とする請求項１記載のプロセス。
【請求項１８】
前記蒸気発生ユニットは排気筒を有し、前記蒸気発生ユニットでの熱交換の後に前記排気筒を冷却された排ガスが通過することを特徴とする請求項１記載のプロセス。
【請求項１９】
酸性ガス燃料の原料と、
前記酸性ガス燃料と酸素キャリアが導入され、前記酸性ガスを改質して生成物流が形成され、前記酸素キャリアが還元される燃料反応器と、
前記燃料反応器と流体連通し、第１の導管から前記生成物流を取得し、前記生成物流を冷却する熱伝達ユニットとして機能する蒸気発生ユニットと、
前記蒸気発生ユニットと流体連通し、第２の導管から冷却生成物流を取得するガスタービンであって、冷却生成物流を燃焼して排ガスを生成する燃焼室を備えるガスタービンと、
前記ガスタービンを前記蒸気発生ユニットと流体連結させ、少なくとも前記排ガスの第１部分を前記ガスタービンから前記蒸気発生ユニットに輸送し、前記蒸気発生ユニットが前記排ガスの第１部分を冷却する機能を有する第３の導管と、
前記第３の導管および第４の導管によって前記ガスタービンと流体連通し、冷却排ガスが供給される空気反応器であって、前記第４の導管は前記蒸気発生ユニットと前記空気反応器の間に流体連通している、空気反応器と、
を備え、
前記空気反応器が前記燃料反応器と流体連通して前記燃料反応器から還元された酸素キャリアを取得し、前記ガスタービンの前記燃焼室からくる前記冷却排ガスにより前記還元された酸素キャリアが酸化されて酸素欠乏排ガスが形成され、
前記空気反応器が前記蒸気発生ユニットと流体連通し、前記蒸気発生ユニットは前記空気反応器から排出される酸素欠乏排ガスを冷却することを特徴とする、化学ループ燃焼プロセスを利用した用役および発電システム。
【請求項２０】
燃焼のため前記ガスタービンの前記燃焼室に供給される前に合成ガスを含有する前記冷却生成物流を圧縮するガス圧縮機をさらに備えたことを特徴とする請求項１９記載のシステム。
【請求項２１】
前記ガスタービンを前記蒸気発生ユニットと流体連通させ、
前記排ガスの第２部分を、前記燃焼室から前記蒸気発生ユニットに輸送する第５の導管であって、前記蒸気発生ユニットは前記排ガスの前記第２部分を前記蒸気発生ユニットから排気される前に冷却させる機能を有する、第５の導管をさらに備えた事を特徴とする請求項１９記載のシステム。
【請求項２２】
前記ガスタービンが多段タービンを備え、前記排ガスの前記第１部分には前記多段タービンの中間圧力段階で抽出された富酸素ガスが含まれることを特徴とする請求項２１記載のシステム。
【請求項２３】
前記還元された酸素キャリアが硫黄を含有する請求項１９記載のシステム。
【請求項２４】
前記還元された酸素キャリアがＣａＳを含む請求項２３記載のシステム。
【請求項２５】
前記空気反応器を前記燃料反応器と流体連通させ、前記還元された酸素キャリアを酸化させて得られた酸素キャリアを、前記空気反応器から前記燃料反応器に輸送し、前記酸化させて得られた酸素キャリアを前記燃料反応器に注入させる付加的な導管をさらに備えたことを特徴とする請求項１９記載のシステム。
【請求項２６】
前記酸素欠乏排ガスから前記酸化させて得られた酸素キャリアを分離させ、前記酸化させて得られた酸素キャリアの少なくとも一部を前記燃料反応器に供給させる、第１分離器をさらに備えたことを特徴とする請求項２５記載のシステム。
【請求項２７】
前記還元された酸素キャリアにＣａＳが含まれ、前記酸化させて得られた酸素キャリアにＣａＳＯ４が含まれることを特徴とする請求項２５記載のシステム。
【請求項２８】
前記ガスタービンの前記燃焼室にて燃焼されることにより生成された排ガスが、前記ガスタービンの多段階構造により膨張することを特徴とする請求項１９記載のシステム。
【請求項２９】
前記ガスタービンが電気を生成する請求項１９記載のシステム。
【請求項３０】
前記酸素キャリアが固体カルシウム系粒子を含む請求項１９記載のシステム。
【請求項３１】
前記酸素キャリアがＣａＯ（石灰）およびＣａＣＯ３（石灰石）の少なくとも一つであることを特徴とする請求項３０記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は酸性ガスを改質、燃焼して熱および電気を生成するプロセスに関する。さらに、本発明は原位置脱硫による酸性ガスの安定化、ならびに蒸気および電力生成用の燃焼に関する。より詳細には、本発明は合成ガスを生成し、続いて合成ガスを利用することにより発電をする、酸性ガスの化学ループ燃焼プロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
環境にやさしい新たなエネルギー資源の研究は、おそらく今日世界が直面する最も難しい課題の１つである。この課題は世界のエネルギー需要増大によって、ますます複雑化している。さらなるエネルギー資源の需要が世界中で高まってゆくため、エネルギー生産者は高まる需要に応えるために非在来型エネルギー資源を利用しなければならない。確立された非再生エネルギー資源（発掘可能な石炭、在来型石油、天然ガス、等）が世界で主たるエネルギー資源となっているが、これは再生可能なエネルギー資源はまだ量が少なすぎ、また特定の地域に限られたものである事実があるからであり、エネルギー生産者は長期的に更に持続可能なさらなるエネルギー資源に着目し始めなければならない。特に、エネルギー生産者は非在来型石油資源（シェールオイル、タールサンド、重質原油、等）や非在来型天然ガス資源（加圧帯水層および炭層のガス、等）など他の非再生エネルギー資源に目を向け、増えてゆくエネルギー需要に応えなければならない。
【０００３】
このような非在来型再生不能エネルギー資源の１つに酸性ガス燃料がある。酸性ガスは高水準の硫化水素（Ｈ２Ｓ）を含有する天然ガスであって、無色、可燃性であり、高温で燃焼システムの機械部品および材料に損傷を与える虞がある腐食ガスである。加えて、Ｈ２Ｓが空気に触れると、大気汚染物質であるＳＯ２などの硫黄酸化物（ＳＯＸ）へと容易に酸化する。
【０００４】
電力発電の分野において燃焼は慣用的に利用される反応で、場合によっては、酸性ガスを燃料として利用することができる。腐食性であること以外にも、酸性ガスは発熱量を減少させる不活性ガスを含有している可能性があるため、燃焼プロセスに特に有益となる化石燃料とは考えられていなかった。例えば、ガスの物理的性質および組成により、特にＨ２Ｓ含有量が５％を超える場合には、ガスタービン中で酸性ガスを直接燃焼させることが常に可能とは限らなくなる。しかしながら、世界的なエネルギー需要の増大により、酸性ガスをエネルギー源として使用せざるを得なくなった。未開発および開発中の酸性ガス貯留層は世界中に数多く存在し、これらの資源を電力発電に使用するのであれば、このような利用を実現するために、より大量のＨ２Ｓを処理する燃焼プロセスの能力が必要とされる。当然ながら、Ｈ２Ｓの経済的な打撃を抑え、酸性ガス燃料の硫黄管理をするために、世界中で相当の尽力がなされている。
【０００５】
これまで、酸性ガスの燃焼に伴う腐食作用および汚染を回避するため、酸性ガスの前処理によりガス流から硫黄化合物を十分除去する（スウィートニングとして知られている工程）必要があった。例えば、酸性ガスをスウィートニング（Ｈ２Ｓの除去、等）するために、アミンユニット、硫黄回収ユニット、および排ガスユニットなどを備えたアミンガス処理プロセスを利用して、酸性ガスのスウィートニング（すなわちＨ２Ｓの除去）が可能である。酸性ガスをスウィートニングするプロセスの最大の欠点は、コストが非常に高い点にある。
【０００６】
化学ループ燃焼（ＣＬＣ）はもともとＣＯ２を生成するために１９５０年代に開発された、特殊なタイプの燃焼プロセスであるが、近年では、ＣＯ２を捕獲する可能性のあるプロセスとしてよりいっそうの注目を浴びている。これまでのＣＬＣプロセスでは、酸素キャリアが空気と燃料を行き来する酸素の中継輸送体として機能し、これにより空気と燃料が互いに直接接触することが防止される。通常、固体金属酸化物酸素キャリアを用いて燃料反応器の燃料流を酸化させる。これによりＣＯ２およびＨ２Ｏが生成される。酸素キャリアの還元体はその後、空気反応器へと運搬され、ここで空気と接触し、最初の状態まで再酸化され、その後、さらなる燃焼反応のために燃料反応器へと戻される。
【０００７】
ＣＬＣプロセスは、場合によっては、これまで発電用のガスタービン複合サイクルと組み合わせられてきた。しかしながら、これらの組み合わせにおいて、燃料反応器を用いて酸性ガスを改質し、またガスタービンに供給する合成ガスが生成される。第１の外気流が圧縮され、ＣＬＣ  空気反応器へと供給されて酸素キャリアが酸化されるのと同時に、別の外気流が圧縮されてガスタービン燃焼室へと供給されて燃料が燃焼される。外気の圧縮はさらなる機器およびエネルギーを必要とし、システムに余計なコストが発生する。
【０００８】
よって、酸性ガスの燃焼と発電が組み合わさった、費用効果とエネルギー効率の高いシステムが必要とされている。さらに、エネルギー転換効率が高く、かつコスト高なＨ２Ｓの前処理を必要としない酸性ガス燃焼プロセスが必要とされている。本発明はこれらの需要およびその他の需要に応えるものである。
【発明の概要】
【０００９】
本発明はガスタービン複合サイクルと蒸気発生ユニットが一体化された酸性ガスの化学ループ燃焼（ＣＬＣ）プロセスに関するものである。一以上の実施形態において、酸性ガスが酸素キャリアと共にＣＬＣユニットの燃料反応器へと供給され、合成されたガス（合成ガス）を生成して酸性ガスの硫黄化合物を捕獲する。燃料反応器から流出する合成ガス流は蒸気発生ユニットに取り込まれ熱が回収され、その後圧縮されて、別個の圧縮機からくる圧縮空気と共にガスタービンユニットの燃焼室へと供給される。合成ガスは燃焼室にて燃焼され、燃焼室からくる酸素に富む俳ガスはその後、ガスタービンユニットの多段タービンへと輸送されて、ここで膨張して電力を生成する。
【００１０】
冷却されて蒸気発生ユニットからエネルギーが回収された後、この富酸素排ガスの一部が多段タービンから回収され、ＣＬＣユニットの空気反応器へと供給される。富酸素排ガスが空気反応器へと流入して、ＣＬＣユニットの循環固体粒子（燃料反応器の硫黄化合物を捕獲するために使用される還元酸素キャリア、等）と反応し、これにより固体粒子が再酸化される。再酸化された固体粒子は燃料反応器に再循環され、および／または一部がシステムから除去される。酸素が不足した（酸素欠乏した）排ガスは空気反応器から排出され、また蒸気発生ユニットに輸送されてエネルギーが回収されると、その後排気筒を通ってシステムから排出される。多段タービンに留まった排ガスは膨張を続け、蒸気発生ブロックに輸送されて、排気筒を通って排気される。
【００１１】
本発明のより完全な理解ならびにその数多くの特徴および利点は、以下の発明の詳細な説明および添付図面を参照することにより達成することができる。図面は本発明の一実施例のみを説明するもので、その範囲を制限する意味ではない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は本出願の少なくとも１つの実施例に従った、カルシウムループ燃焼プロセスとガスタービン複合サイクルが一体化したプロセスの概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本出願は一体化したガスタービン複合サイクルを有する酸性ガスの化学ループ燃焼（ＣＬＣ）プロセスに関する。ここに説明される通り、本出願のＣＬＣプロセスは、酸性ガスの燃焼に関係し、直接燃焼と従来型ＣＬＣプロセスに関する欠点克服のために開発されたものである。本出願のプロセスはまたガスタービンサイクルと組み合わさったこれまでのＣＬＣプロセスに関する欠点克服のために開発されたものである。
【００１４】
本出願のＣＬＣプロセスは、酸性ガス供給物から直接電力が生成され、硫黄化合物を除去する別個のスウィートニングシステムを必要としない。より詳細には、本出願に係るプロセスは酸性ガス燃料からくるＨ２Ｓの原位置除去と、合成ガスの生成を可能にし、前記合成ガスはガスタービン複合サイクル（ガスタービンユニット）および蒸気発生ユニット（一般的に発電ユニットとみなすことができる）を駆動させるために使用される。本願のＣＬＣプロセスはまた、ガスタービンユニットの多段タービンからくる排ガスの一部を利用してＣＬＣユニットの空気反応器に酸素を供給するものである。特に、本プロセスによりガスタービンから酸素含有排ガスを適当な圧力で抽出し、これらのガスを空気反応器に直接注入させることが可能で、これにより圧縮機および駆動タービンもしくはモーターの必要性がなくなる。
【００１５】
これらの能態により、本出願に係るプロセスがこれまでのプロセスと比較してより効率的となるが、これは多段タービンのサイズが小さくなり、圧縮空気を空気反応器に注入するために別個の空気圧縮機またはファンを設け、作動させる必要がないからである。結局のところ、ガスタービン複合サイクルと化学ループプロセスが結合していない同様のプロセスと比較すると、本発明のプロセスは全体的な効率上昇につながる。本願に関わる他の利点は、以下の明細書本文から理解されよう。
【００１６】
図１は本願に従って酸性ガスの化学ループ燃焼およびガスタービン複合サイクルを行うシステム100の一例を説明している。図１は本発明に係る１つのＣＬＣプロセス、１つの蒸気発生ユニット、および１つのガスタービン複合サイクルを図示する例示的なフロースキームの例も同様に示している。本システム100は３つの段階を定めた互いに接続された３つのユニットを有し、これにより定められるものだと考えられる。より詳細には、本システムはＣＬＣユニット200、蒸気発生ユニット300、ガスタービンユニット400を備えるものであって、これらすべては作動可能に相互連結している。
【００１７】
ＣＬＣユニット200は２つの異なる反応領域を有し、これにより定められるものと考えられる。より詳細には、第１の反応領域は燃料反応器205により定められ、第２の反応領域は空気反応器210によって定められ、これは燃料反応器205と作動可能に接続されている。燃料反応器205は適当にあらゆる形態をとることが可能で、内部で燃料の燃焼または改質などができるように設計されている。燃料反応器205はしたがって燃料の燃焼が進行する、中空内部により定められた構造（筺体）によって定められる。一以上の実施形態において、燃料反応器205および／または空気反応器210は、乱流層反応器、流動層反応器、または循環流動層反応器とすることができる。
【００１８】
燃料は輸送ライン215を通って燃料反応器205へと注入される。実施例において、燃料は酸性ガス流である。酸性ガス流はＨ２Ｓ、炭化水素、ＣＯ２、およびＮ２などの不活性ガスから構成することができる。酸性ガス流は約０．１％から７５％までのＨ２Ｓ濃度、好ましくは約０．１％から５０％までのＨ２Ｓ濃度を有することができる。加えて、本発明の実施にその他の燃料を使用することも可能である。
【００１９】
酸素キャリアは、燃料反応器205での燃焼／改質用の酸素を提供して硫黄化合物と反応するが、輸送ライン220を通って燃料反応器205へと注入される。実施例において、酸素キャリアはＣａＯ（石灰）および／またはＣａＣＯ３（石灰石）などの固体カルシウム系粒子である。別の実施例では、酸素キャリアはあらゆる適当な形態の酸素キャリアとすることが可能で、マグネシウム系粒子または酸素および硫黄と反応する能力を有する合成粒子などがこれに含まれるが、これらに制限されはしない。また別の実施例では、酸素キャリアはカルシウム系粒子とマグネシウム系粒子の混合物とすることができる。
【００２０】
燃料反応器205において、燃料（酸性ガス）は酸素キャリア（ＣａＯ／ＣａＣＯ３）、ならびに硫酸カルシウム（ＣａＳＯ４）（酸素キャリアとしても機能する）と反応し、これは空気反応器210から輸送ライン225を通って燃料反応器205へと輸送される。燃料反応器205は600℃から1300℃の温度範囲、好ましくは1050℃付近にて作動可能である。一以上の実施形態において、燃料反応器は０．７バールから１５バールまでの圧力範囲で作動させることも可能である。カルシウム系酸素キャリア（ＣａＯ／ＣａＣＯ３）の固体粒子は酸性ガスの硫黄と反応して硫化カルシウム（ＣａＳ）を生成する。カルシウム系酸素キャリア（ＣａＯ／ＣａＣＯ３）はまた酸性ガスの他の成分（ＣＨ４、等）と反応して合成ガスを生成する。酸性ガス成分を合成ガスに変換させるために必要な追加酸素は、空気反応器から輸送されるＣａＳＯ４により提供される。ＣａＯおよびＣａＣＯ３が酸性ガスを合成ガスに変換させる酸素を提供する一方で、燃料反応器205でのＣａＯとＣａＣＯ３の一次反応は酸性ガスの硫黄成分との反応によりＣａＳを生成することである（即ち、原位置Ｈ２Ｓ除去）。燃料反応器のＣａＳＯ４の一次反応は酸性ガスの残りの成分に酸素を提供して合成ガスを生成することにある。
【００２１】
生成された合成ガスとＣａＳ粒子は輸送ライン230を通って燃料反応器から排出される。合成ガスおよびＣａＳ粒子はその後、第１気固分離器235（サイクロン等）へと流入し、ここでＣａＳ粒子がガス流から分離され、輸送ライン240を通って空気反応器210へと輸送される。一以上の実施形態において、燃料反応器にて生成されたＣａＳ粒子のいくつかは、輸送ライン245を通って燃料反応器205から空気反応器210に直接輸送することができる。合成ガスは輸送ライン250を通って気固分離器235から排出され、蒸気発生ユニット300へと送られる。燃料反応器で生成された合成ガスはＣＯ、Ｈ２、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、炭化水素、および不活性ガスから構成することが可能である。
【００２２】
合成ガスは輸送ライン250から蒸気発生ユニット300に流入し、ここで冷却される。蒸気発生ユニット300はマルチ熱交換ユニットであって、ここで水が蒸発して蒸気が発生する。得られた蒸気は、例えば、蒸気タービンを駆動させて、電力および／または熱を発生させるために利用可能で、場合によっては、本発明のプロセスと一体化可能な熱脱塩システムに利用することができる。冷却された合成ガスはその後、輸送ライン310から蒸気発生ユニット300を排出し、ガスタービンユニット400へと流入する。より詳細には、合成ガスは輸送ライン310を通ってガスタービンユニット400のガス圧縮機405に流入する。合成ガスはガス圧縮機405で圧縮され、その後輸送ライン410からガスタービンユニット400の燃焼室415へと送られる。空気は、輸送ライン420から空気圧縮機425に注入され、ここで１５バールから５０バールの範囲のガスタービン通常圧力まで圧縮される。一以上の変形実施例において、ガス圧縮機405および／または空気圧縮機425は中間冷却機能付きの多段圧縮機であって、中間冷却機能が蒸気発生ユニット300に一体化されて本システム100の効率を高める。
【００２３】
圧縮空気はその後、輸送ライン430を通って燃焼室415に供給される。燃焼室415では、圧縮合成ガスが圧縮空気の酸素存在下で燃焼されて排ガスを生成する。ガスタービンユニット400の燃焼室425は５バールから５０バールまでの圧力範囲にて作動可能である。これらの排ガスはその後、燃焼室415から輸送ライン440を通ってガスタービンユニット400の多段タービン435へと送られる。多段タービン435に流入する排ガスは酸素に富んでいる。実施例において、排ガスは約１４％のＯ２濃度を有している。排ガスは複数の段階を経て多段タービン435の内部で膨張する。少なくとも１つの変形例において、空気圧縮機425および／またはガス圧縮機405は、圧縮器とタービンを結合させる文献上の何らかの手段を用いて、ガスタービンユニット400の多段タービン435に連結させることができる。多段タービン435により提供される余剰の仕事量は、発電機（図１に500と付されて一般的に図示されている）を介して電気に変換される。
【００２４】
多段タービン435内部を膨張する際、排ガス（冨酸素ガス流）の第１抽出流が多段タービン435の２つの段階の間（中間圧力段階）にて回収され、輸送ライン445を通って排出される。中間圧力段階では圧力を２バールから１５バールまでの範囲とすることができる。実施例において、この排ガス流は、空気反応器210での望ましい噴射圧力（１バールから１５バール）を少し超えて回収される。排ガスの第１抽出流は輸送ライン445を通って蒸気発生ユニット300に輸送され、ここで冷却されてエネルギーが回収される（ユニット300にて蒸気が発生する）。排ガスの第１抽出流はその後、蒸気発生ユニット300から排出し、輸送ライン255を通って空気反応器210に送られる。多段タービン435内の残りの排ガス（排ガスの第２抽出流）は多段階の膨張を継続し、タービン排気圧に達すると輸送ライン450を通って蒸気発生ユニット300に流入する。蒸気発生ユニット300では、輸送ライン450を通って、排ガスの第２抽出流のエネルギーが回収され、これらの排ガスは輸送ライン330を通って排気筒に送られる。
【００２５】
一以上の変形実施例において、多段タービン435に再加熱ステップを組み込むことができる：再加熱機能に、ａ）空気圧縮機425(中間冷却を含む変形例において)、ｂ）輸送ライン445、ｃ）輸送ライン280、ｄ）輸送ライン250、および／または蒸気発生ユニット300を組み込んでプロセスの全体的な効率を高めることができる。
【００２６】
説明したように、排ガスの第１抽出流（富酸素排気流）は輸送ライン255を通って空気反応器210に送られる。空気反応器210では、排ガスの酸素が注入ＣａＳ粒子と反応してＣａＳＯ４が形成される。空気反応器は通常、燃料反応器よりも高い温度である１０Ｋから200Ｋまでの温度にて通常は作動する。より詳細には、空気反応器は一般的に700℃から1300℃までの間で作動することができる。実施例では、空気反応器210は燃料反応器の温度より高い約５０Ｋにて作動する。一以上の実施形態において、空気反応器は０．７バールから１５バールまでの圧力範囲にて作動することもできる。
【００２７】
（酸素が欠乏した）排ガスの第１抽出流は空気反応器の固体粒子（ＣａＳＯ４等）を取り込んで、両者は輸送ライン265を通って第２気固分離器260（サイクロン等）に流入する。固体粒子（ＣａＳＯ４等）は排ガスの気流から分離され、輸送ライン270を通って第２気固分離器260から排出される。輸送ライン270の固体粒子流（ＣａＳＯ４、等）はその後、輸送ライン225を通って燃料反応器205へと再送される。一以上の変形実施例において、輸送ライン270の固体粒子流（余剰固体粒子、等）の一部を輸送ライン275からシステムの外に排出させることができる。排ガスの酸素欠乏流は輸送ライン280を通って第２気固分離器260から排出され、蒸気発生ユニット300へと送られる。蒸気発生ユニット300では、酸素欠乏排ガスが冷却され、そのエネルギーが回収される。その後、排ガスは輸送ライン320を通って蒸気発生ユニット300を排出し、排気筒に送られる。
【００２８】
別の実施例では、上記実施例の気流450のように、多段タービン435の最終段階にて気流445を抽出することができる。この実施例では、気流445をその後、何らかの手段を用いて圧縮し、空気反応器210の噴射圧力まで到達させることができる。この実施例は、多段タービン435の設計が中間圧力にて後流445を提供できない場合に望ましい。この実施例の変形例としては、気流445に必要とされる圧縮ステップを好ましくは気流255の圧縮ステップ、または気流265、280、320何れかの圧縮ステップで置き換えることが可能である。
【００２９】
一以上の実施形態において、排ガス255の富酸素流に気流を付加して空気反応器210に流入させ、酸素キャリアに酸素を付加させることが可能である。この気流は空気反応器210の底部または中間位置にて供給可能である。
【実施例】
【００３０】
以下の実施例は本発明の実施例をより詳しく説明するために提供されたものであるが、本発明の範囲を制限するものと解釈されるべきではない。
【００３１】
この例において、酸性ガス供給物は体積比で、６０％のＣＨ４、２０％のＨ２Ｓ、１０％のＣＯ２、および１０％のＮ２の組成を有する。酸性ガスがＣａＣＯ３（石灰石）および再循環したＣａＳＯ４と共に燃料反応器へと注入されると、ＣａＳおよび合成ガスが発生する。燃料反応器は約1050℃の温度にて作動する。燃料反応器にて発生した合成ガスは約５５％のＨ２と３０％のＣＯの組成を有し、残りの合成ガスはＨ２Ｏ、ＣＯ２、およびＮ２から構成される。ＣａＳからの分離後、合成ガスは蒸気発生ユニットにて冷却され（蒸気が発生し）、その後ガス圧縮機に供給される。合成ガスは圧縮されるとガスタービン燃焼室に供給され、空気圧縮機により供給された空気と共に燃焼する。
【００３２】
燃焼室は排ガスを生成し、燃焼室から排出されて多段タービンに流入する。燃焼室から排出される排ガスの温度は、ガスタービンの設定温度（つまり1400℃）に合致するように調節される。排ガスの温度制御は、燃焼室への合成ガス輸送ラインの温度を調製することにより達成される。排ガスは約３バールから１５バールまでの圧力となるまで多段タービンの内部を膨張し、このとき３０％の排ガス気流がこの圧力にて抽出され、ＣＬＣユニットの空気反応器に供給される。多段タービンにおける残りの排ガスは、膨張を続けた後にタービンから排出されて、蒸気発生ユニットに輸送され、最後、排気筒に輸送される。
【００３３】
抽出された排ガス気流は約1100℃で作動する空気反応器に供給される。抽出された排ガス気流は酸素に富んでいる。空気反応器には、燃料反応器で発生したＣａＳが注入され、その後、排ガス気流の酸素により酸化されてＣａＳＯ４が生成される。得られたＣａＳＯ４は部分的に燃料反応器に再利用され、部分的に本システムから排出される。酸素が不足した（酸素欠乏した）排ガス流は、排気筒に輸送される前に、空気反応器から排出され、蒸気発生ユニットにて冷却される。
【００３４】
既に説明したように、本発明は酸性ガスのＣＬＣを蒸気発生およびガスタービン複合サイクルと一体化させたプロセスに関する。これらの手順を１つの統合システムに一体化させることにより、設備投資とシステム運用の経費を全体的に削減させることが可能となる。本願のプロセスによって、酸性ガス（非在来型エネルギー資源）を利用して熱および／または蒸気、電力、ならびに、いくつかの変形例においては脱塩水を生成することができる。硫黄がＣＬＣユニットの循環固形粒子（カルシウム系粒子、等）と反応し、得られた硫黄生成物はシステムから除去可能であるので、このプロセスは硫黄化合物を含有するあらゆる酸性ガスの分野に応用可能である。発生した生成ガス（合成ガス、等）をガスタービンにて燃焼させ、熱と蒸気を生成させることができる。
【００３５】
これまで特定の実施形態および実施例を用いて本発明の説明を行ってきたが、当業者に明白な数多くの実施例が存在する。そのため、前述の変形実施例および実施例はあらゆる点で例示的なものと考えられ、限定して解釈してはならない。したがって、本発明の範囲は、明細書本文ではなく、添付のクレームにより示される。特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、すべて本発明の範囲内のものである。
【図１】
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