(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）加熱される供給原料が、炉（３００）の中に導入され、
（ｂ）燃料が、前記炉（３００）で熱と煙道ガスとが発生するように、酸化剤を使用して燃焼され、
（ｃ）前記供給原料が、発生された前記熱により前記炉（３００）内で加熱され、
（ｄ）加熱された前記供給原料と発生された煙道ガスとが、前記炉（３００）から排出され、排出された前記煙道ガス（３０１）は、残留熱エネルギーを含み、
（ｅ）合成ガス（１１０）が、（i）炭素系材料と（ii）水蒸気及び／又はＣＯ２とを含んだ反応物との間の吸熱化学反応により、合成反応器（１００）内で生成され、前記合成反応器は、反応物が中に導入され、吸熱化学反応が生じる少なくとも１つの反応領域を有し、前記反応領域から合成ガスが取り出される、工程（ａ）乃至（ｅ）を有する直熱燃焼式の加熱方法において、
前記残留熱エネルギーは、前記炉（３００）から排出された前記煙道ガス（３０１）から、回収された残留熱エネルギーを含み加熱された熱交換流体（４０２）と冷却された煙道ガス（６０１）とを得るように、前記排出された煙道ガス（３０１，５０１）と熱交換流体（６０２，４０１）との間の熱交換によって、回収され、
この回収された残留熱エネルギーの少なくとも一部は、前記合成反応器（１００）の中に導入され、前記工程（ｅ）の吸熱化学反応により消費され、ここで、加熱された熱交換流体（４０２）の少なくとも一部は、前記回収された残留熱エネルギーの少なくとも一部を前記吸熱化学反応の工程（ｅ）に与えるために、前記合成反応器（１００）の中に導入されるものであり、
工程（ｂ）において前記炉（３００）内で燃焼された前記燃料の少なくとも一部は、工程（ｅ）で生成された合成ガス（１１０，２１０）であり、
前記合成反応器（１００）は、また、中に前記回収された残留熱エネルギーの少なくとも一部が導入される少なくとも１つの加熱室を有し、前記少なくとも１つの加熱室は、回収された残留熱エネルギーが、前記少なくとも１つの加熱室から吸熱化学反応が生じる前記少なくとも１つの反応領域へと、前記少なくとも１つの加熱室と前記少なくとも１つの反応領域との間の少なくとも１つの隔壁を介して伝達されるように、前記少なくとも１つの反応領域に対して位置していることを特徴とする、方法。
【請求項２】
各反応領域は、近接した加熱室に囲まれているか、２つの近接した加熱室間にある、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記合成反応器（１００）は、複数の加熱室と複数の反応領域とが交互に位置した層構造を有し、前記複数の加熱室と反応領域とは、２つの連続したプレート間に配置されている、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記加熱された熱交換流体（４０２）の少なくとも一部は、前記回収された残留熱エネルギーの一部を、前記少なくとも１つの隔壁を介して前記少なくとも吸熱化学反応の工程（ｅ）に与えるために、前記少なくとも１つの加熱室の中に導入される、請求項１乃至３の何れか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記排出された煙道ガスは、６００℃と８００℃との間の温度で凝縮可能な埃及び／又は揮発性物質を含んでおり、又、前記炉（３００）から排出された前記煙道ガス（３０１）からの残留熱エネルギーの回収の工程は、前記煙道ガスの第１の温度範囲での回収の第１の段階と、前記第１の温度範囲よりも低い、前記煙道ガスの第２の温度範囲での回収の第２の段階とを、少なくとも有し、
前記第１の温度範囲の温度で、前記煙道ガス中にある揮発性物質の凝縮は無く、
前記煙道ガスは、回収の前記第１の段階と第２の段階との間でクリーニング操作がなされ、このクリーニング操作は、前記第２の温度範囲の温度で凝縮可能な埃及び／又は揮発性物質を除去することを含んでいる、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
熱交換流体（６０２）が、回収の前記第２の段階での前記煙道ガス（５０１）との熱交換により部分的に加熱され、回収の前記第１の段階で部分的に加熱された前記熱交換流体（６０３，４０１）は、回収の第１の段階での前記煙道ガス（３０１）との熱交換により加熱される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記熱交換流体は、空気と、窒素と、水蒸気とから選ばれる、請求項５又は６に記載の方法。
【請求項８】
燃料の少なくとも一部は、酸素リッチ酸化剤を使用して、前記炉（３００）内で燃焼される、請求項１乃至７の何れか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記炉（３００）は、ガラス溶融炉、又は、金属の溶融のための炉である、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記吸熱化学反応は、ＳＭＲ、ＤＭＲ、又は、これら両者の混合である、請求項１乃至９の何れか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記排出された煙道ガスから回収された熱エネルギーの一部は、
ａ）炭素系材料が、吸熱化学反応で反応物として使用される前に、この炭素系材料を予加熱するため、
ｂ）水蒸気が、吸熱化学反応で反応物として使用される前に、この水蒸気を発生及び／又は過加熱するため、
ｃ）ＣＯ２が、吸熱化学反応で反応物として使用される前に、このＣＯ２を予加熱するため、
ｄ）前記燃料の燃焼での酸化剤の使用の上流で、前記酸化剤を予加熱するため、
の目的の少なくとも１つに使用される、請求項１乃至１０の何れか１項に記載の方法。
【請求項１２】
水が、前記炉（３００）内で燃料として使用される前に、凝縮により前記合成ガスから取り出される、請求項１乃至１１の何れか１項に記載の方法。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の方法の実施のための加熱プラントであって、この加熱プラントは、
加熱されるべき供給原料のための入口と、加熱された前記供給原料のための出口と、酸化剤を使用した燃料の燃焼、及び、供給原料を加熱するための熱の発生のための少なくとも１つのバーナーと、煙道ガスのための少なくとも１つの出口とを備えた炉（３００）と、
加熱された熱交換流体のための出口を備え、前記排出された煙道ガス（３０１）と前記熱交換流体（６０２）との間の熱交換により熱エネルギーを回収するための熱回収プラント（４００，５００，６００）と、
合成ガスの合成のための合成反応器（１００）とを具備し、
前記合成反応器（１００）は、前記炉（３００）の少なくとも１つのバーナーに対する燃料として前記合成反応器（１００）内で生成された合成ガス（２１０）の供給を可能にするように、熱エネルギーを回収するための前記熱回収プラント（４００，５００，６００）に接続されており、
前記炉（３００）からの前記煙道ガスのための前記出口は、前記炉（３００）から熱エネルギー回収のための熱回収プラント（４００，５００，６００）へと行く煙道ガスを提供することができるように、前記熱回収プラント（４００，５００，６００）に接続されており、
熱エネルギーを回収するための前記熱回収プラント（４００，５００，６００）からの加熱された熱交換流体のための前記出口が、前記加熱された熱交換流体の少なくとも一部を前記合成反応器（１００）に供給することが可能なように、前記合成ガスの合成のための前記合成反応器（１００）に接続されており、
前記合成反応器（１００）は、また、中に前記回収された残留熱エネルギーの少なくとも一部が導入される少なくとも１つの加熱室を有し、前記少なくとも１つの加熱室は、回収された残留熱エネルギーが、前記少なくとも１つの加熱室から吸熱化学反応が生じる前記少なくとも１つの反応領域へと、前記少なくとも１つの加熱室と前記少なくとも１つの反応領域との間の少なくとも１つの隔壁を介して伝達されるように、前記少なくとも１つの反応領域に対して位置している、加熱プラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、供給原料が、炉の中に導入され、炉内で燃料を燃焼させることにより、加熱される工業的な加熱方法に関している。
【背景技術】
【０００２】
このような工業上の加熱方法は、例示すれば、
・例えば、ガラスの融解のような、ガラス化、
・例えば、材料の二次的溶融（second melting）のような金属の溶融、及び、
・金属の再加熱、である。  
これらの加熱方法は、連続、又は、バッチ式でなされ得る。
【０００３】
工業上の加熱方法は、一般的に、天然ガス、燃料油、石炭のような化石資源の燃料に頼っている。
【０００４】
そして、燃焼は、空気による燃焼か、酸素がエンリッチな空気、又は実質的に純粋な酸素のような、空気よりも酸素を多く含んでいる酸化剤による燃焼か、である。空気よりも酸素がリッチである酸化剤を使用する燃焼は、オキシ燃焼の名前で知られている。
【０００５】
オキシ燃焼は、空気燃焼として知られている空気を使用する燃焼に比べて、例えば、以下のような幾つかの効果を有している。  
・ＮＯｘの排出の減少、
・発生された燃料ガスの体積の減少、
・燃料消費の減少、かくして、また、化石資源のＣＯ２の排出の減少。
【０００６】
しかし、前記燃料消費の減少は、オキシ燃焼が、燃焼により発生された燃料ガスからの回収（recovery）による燃焼用空気の予加熱を可能にしている空気燃焼処理と比較された場合には、制限される。
【０００７】
オキシ燃焼の経済的な性能を改善するために、以下のことにより、燃料の消費を減少させることが試みられている。  
・オキシ燃料のバナーのタイプ及びデザイン、
・特に、炉の出口での燃料ガスの温度を低くすること及び、熱損失を減少させること、等を可能にする、燃焼室のデザイン
・発生された燃料ガスからの熱の回収による酸化剤及び／又は燃料の予加熱。
【０００８】
しかし、これら技術は、オキシ燃焼による最大効率の処理と、予加熱されて少ないままでの空気による最大効率の燃焼処理との間の上限と相違とに比較的早く達してしまう。このことは、工業上の加熱方法でのオキシ燃焼のためのマーケットを制限することになる。
【０００９】
US-A-20090011290は、熱化学回収方法を開示している。この方法によれば、燃焼炉からの燃料ガスの一部が、燃料の改質のための反応物として使用されている。改質された燃料は、燃焼炉内で燃焼される。改質のための反応物として使用される前に、炉からの燃料ガスは、回収熱交換器内の改質された燃料と燃焼酸化剤との予加熱のための熱酸化剤として、燃焼炉の中へのこれらの導入の上流で、使用されている。
【００１０】
回収熱交換器内での前記燃料の予加熱と酸化剤とのための燃料ガスのこのような使用は、燃料ガスが、回収熱交換器の壁に沈積される恐れがある汚染（凝縮可能な材料）が少ない場合のみ、工業プラントで可能である。
【００１１】
EP-A-1 143 200は、ガラス融解炉のような炉内での燃焼プロセスを開示している。このプロセスでは、合成されたガス、即ち、合成ガスのような、吸熱化学反応から得られる合成生成物が、燃料として使用されている。このような合成生成物の生成は、合成生成物が燃料として使用されている炉以外の源からの煙道ガスにより加熱され、交互に動作する２つの回収熱交換器内で行われている。
【００１２】
これは、ガラス融解炉からの煙道ガスは、凝縮可能な物質多く含んでいるからである。煙道ガスの前記他の源は、比較的クリーンな煙道ガスを生成する工業現場での他のプラント、又は、２つの回収熱交換器の加熱のための温かい煙道ガスの生成のために特に供給される空気で燃料を燃焼させるためのプラントであり得る。
【００１３】
第１のシナリオは、炉の近くに比較的クリーンな煙道ガスを生成するプラントがある場合にのみ考えられうる。尚、この場合には、炉内での燃焼プロセスの使用は、この他のプラントの同時の操作に依存するであろうからである。第２のシナリオは、更なる燃焼プラントの構築と作動とが必要になり、特に高価となる。
【００１４】
いずれの場合でも、EP-A-1 143 200に記載されている方法は、この方法が、更なる外部の熱エネルギー源に依存している限りは、炉のエネルギーバランスを充分に改良することができない。
【発明の概要】
【００１５】
本願発明は、燃料の消費を減じるとともに、高温の工業加熱プロセスでの化石資源のＣＯ２の放出を減じるための技術の状況でなされている。本願発明の目的は、上述された既知の方法に関連された問題を少なくとも部分的に解決することである。  
本願発明は、特に、記載された加熱方法を改良している。
【００１６】
この方法に係われば、加熱される供給原料が、炉の中に導入される。そして、燃料がこの炉内で酸化剤を使用して燃焼される。供給原料は、前記燃焼により発生された熱で、炉内で加熱され、加熱された供給原料は、炉から排出される。燃焼により発生された煙道ガスもまた、炉から排出される。排出された煙道ガスは、炉内の供給原料により吸収されない残留熱エネルギーを含んでいる。
【００１７】
この方法に係われば、合成ガスが、又、合成反応器内で生成される。これは、一方では、炭素系材料で、又、他方では、水蒸気及び／又はＣＯ２とを含んでいる反応物間の吸熱化学反応によりなされる。この目的のために、合成反応器は、反応物が中に導入され、又吸熱化学反応が生じる少なくとも１つの反応領域を有し、前記反応領域から合成ガスが取り出される。
【００１８】
本願発明に係われば、残留熱エネルギーは、排出された煙道ガスから回収され、この回収された残留熱エネルギーの少なくとも一部は、前記合成反応器の中に導入され、ここで、回収された残留熱エネルギーの少なくとも一部は、上記発熱化学反応により消費される。
【００１９】
反応により生成された合成ガスの少なくとも一部は、炉の中に導入され、この結果、炉内で燃焼された燃料の少なくとも一部は、合成反応器からの合成ガスである。
【００２０】
本願発明は、かくして、合成ガスの合成で回収された残留エネルギーの少なくとも一部を使用することと、炉内の熱の発生で燃料として生成された合成ガスの少なくとも一部を使用することとによって、煙道ガスと共に炉から排出された残留熱エネルギーの少なくとも一部を、回収することによりエネルギー効率を改善することができる。
【００２１】
特別な実施の形態に係われば、前記合成反応器は、少なくとも１つの反応領域を有しているだけではなく、回収された残留エネルギーの少なくとも一部が、中に導入される少なくとも１つの加熱室を有している。
【００２２】
この場合には、前記少なくとも１つの加熱室は、回収された熱エネルギーが加熱室から反応領域へと、加熱室から反応領域を隔離している隔壁を介して伝えられるように、少なくとも１つの反応領域に対して位置されている。
【００２３】
各反応領域は、例えば、近接した加熱室に囲まれているか、２つの近接した加熱室間に配置されている。効果的な実施の形態に係われば、前記合成反応器は、複数の加熱室と複数の反応領域とが交互に位置した、即ち、加熱室に反応領域が続き、又加熱室が続き、そして、同様の配置で続いた層構造を有している。又、前記複数の加熱室と複数の反応領域は、２つの連続したプレート間に配置されている。
【００２４】
特に効果的な実施の形態に係われば、更なる熱エネルギーの回収が、反応炉内で生成された合成ガスに対して行われる。
【００２５】
この目的のために、合成反応の終わりで得られた温かい合成ガスは、前記合成反応器内に配置され、更なる加熱室と称されている加熱室内で循環される。この結果、生成された合成ガスからの熱の少なくとも一部は、少なくとも１つの反応領域に伝達される。この伝達は、再び、前記更なる加熱室と少なくとも１つの反応領域とを隔離している隔壁を介して行われる。
【００２６】
本願発明のこの実施の形態は、水が、炉内で燃料として使用される前に、この水が合成ガスから排出される場合に、特に有用である（以下を参照）。
【００２７】
特別な実施の形態に係われば、熱エネルギーは、排出された煙道ガスの１又は複数の流れを少なくとも１つの室の中に、１又は複数の熱エネルギー源として導入することにより、少なくとも１つの加熱室の中に導入される。
【００２８】
このような実施の形態は、排出された煙道ガスが、ほとんどか全く埃を含んでおらず、又、ほとんどか全く揮発性物質を含んでいないときに、特に有効である。埃や揮発性物質は、加熱室の内側に沈積、又は、所定の温度で凝縮し、室内に、特に反応領域の隔壁に残る恐れがある。
【００２９】
原理的には、排出された煙道ガスの１又は複数の流れの導入の前に、高温で、排出された煙道ガスから埃を除去することが、想定される。しかし、このような除去プロセスは、一般的に、高価である。
【００３０】
本願発明の一実施の形態に係われば、熱エネルギーは、熱交換流体との熱交換により、排出された煙道ガスから回収される。
【００３１】
残留熱エネルギーは、かくして、回収された残留熱エネルギーを有し、加熱された熱交換流体を得るように、熱交換流体との熱交換により、炉から排出された煙道ガスから回収される。前記加熱された熱交換流体の少なくとも一部は、合成反応炉の中に続いて導入されて、吸熱化学反応のための熱エネルギー源として使用される。この場合、熱エネルギーは、効果的には、加熱された熱交換流体の少なくとも一部を、前記少なくとも１つの加熱室の中に導入することにより、少なくとも１つの加熱室の中に導入される。
【００３２】
反応炉からの煙道ガスは、度々、一般的には６００℃乃至８００℃、特に、６００℃乃至７００℃の、「凝縮範囲」と称されている範囲の温度で凝縮可能な埃及び／又は揮発性物質を含んでいる。このような埃及び／又は凝縮可能な物質は、特に、合成ガスのみが焼成される燃料でない場合に、炉内で生じる燃焼により生じ得る。煙道ガス中に存在している埃及び／又は凝縮可能な物質は、又、例えば、炉内で加熱又は溶融される供給原料の一部の飛沫又は揮発の原因となり得る。
【００３３】
本願発明の好ましい実施の形態に係われば、熱エネルギーの回収の工程は、前記煙道ガスの第１の温度範囲での回収の第１の段階と、第２の温度範囲での回収の第２の段階とを、少なくとも有している。
【００３４】
そして、第１の温度範囲は、このような温度で煙道ガス中にある揮発性物質の凝縮が生じないように選定されている。炉からの煙道ガスが、上述したような揮発性物質を含んでいるときには、上記凝縮範囲の範囲が、かくして、第１の温度範囲として選ばれる。
【００３５】
前記煙道ガスは、回収の前記第１の段階と第２の段階との間で、前記第２の温度範囲の温度で凝縮可能な埃及び／又は揮発性物質を除去することを含んでいるクリーニング操作がなされる。
【００３６】
この工程で、煙道ガスが、部分的に冷却されという事実により、このクリーニング操作は、減じられたコストで可能である。
【００３７】
前記煙道ガスが、上述したような揮発性物質を含んでいるときには、クリーニング工程は、例え、前記第２の温度範囲が、凝縮温度とオーバラップ又は凝縮温度以下であっても、第２の温度範囲で煙道ガスから熱エネルギーの更なるかつ効率的な回収を可能にする。
【００３８】
かくして、本願発明は、排出された煙道ガスが、埃及び／又は揮発性物質を含んでいたとしても、炉から排出された煙道ガス内に存在している熱エネルギーの効果的かつ連続した回収を可能にしている。回収の第１及び／又は第２の段階の間の残留熱エネルギーの回収は、上述されたように、特に、排出された煙道ガスと熱交換流体との間の熱交換によりなされ得、及び／又は、吸熱化学反応への回収された残留エネルギーの伝達は、又上述されたように、１又は複数の加熱室によりなされ得る。特別な実施の形態に係われば、１種類かつ同じ熱交換流体が、回収の第１の段階と第２の段階とで使用されている。
【００３９】
この場合には、前記熱交換流体は、好ましくは、工程の回収の第２の段階で、換言すると、煙道ガスの第２の温度範囲で、煙道ガスとの熱交換により、部分的に加熱される。回収の第２の段階で部分的に加熱された前記熱交換流体は、続いて、回収の第１の段階で、換言すると、第２の範囲よりも高い、煙道ガスの第１の温度範囲で、煙道ガスとの熱交換により、加熱される。
【００４０】
吸熱化学反応の反応物である炭素系材料は、効果的には、気体状の炭素系材料、好ましくは天然ガス、即ちメタンである。
【００４１】
例えば、天然ガスのような前記炭素系材料は、効果的には、吸熱化学反応の上流側の水素処理工程を受ける。有用には、
・Ｈ２が、炭素系材料に含まれているＳをＨ２Ｓに転化し、又、炭素系材料に含まれている可能性のあるＣｌをＨＣｌに転化し、そして、不飽和炭素系化合物を飽和炭素系化合物に転化するように、触媒水素化反応器内で炭素系材料に導入される。
【００４２】
・このようにしてつくられＨ２ＳとＨＣｌとは、続いて、炭素系材料から分離される。
【００４３】
炭素系材料からつくられた前記Ｈ２Ｓ及びＨＣｌの分離は、好ましくは、吸着によりなされる。
【００４４】
前記Ｈ２Ｓは、酸化亜鉛の吸着床に、又、ＨＣｌは、Ｃｌが炭素系材料に含まれている場合には、カリウム系吸着剤の吸着床に、吸着させることが、得に、可能である。この吸着剤の吸着床は、飽和の所望のレベルが、達成されているときに、変更され、他の吸着床に交換される。
【００４５】
前記炭素系材料は、又、天然ガスの場合に、予備の「予加熱」工程にもたらされる。この工程は、特定の反応器内で生じ、又、重炭化水素（２つ以上の炭素原子を含んでいる）を除去するのを目的としている。
【００４６】
この工程は、合成反応器内での炭化水素の熱分解による固体炭素の形成の起こり得る問題を防ぐために、合成反応器の上流でなされ得る。また、交互に操作される２つの合成反応器で合成ガスを生成することができる。
【００４７】
好ましい実施の形態に係われば、燃料の一部、実際は、全ては、酸素リッチ酸化剤を使用して炉内で燃焼される。この用語「酸素リッチ酸化剤」は、空気の酸素含有量よりも多い酸素含有量の酸化剤を意味していると、理解される。好ましくは、酸素リッチ酸化剤は、少なくとも８０vol%、より好ましくは、少なくとも９０vol%、そして、好ましくは更に少なくとも９５vol%、実際に、少なくとも９９vol%で１００vol%までの酸素含有量である。
【００４８】
かくして、本願発明に係わるプロセスは、酸化剤として酸素富化空気を使用している方法か、オキシブースタ（oxyboosting）を使用している方法、即ち、炉内での燃料の燃焼により発生された熱の少なくとも２５％であるが１００％未満が、少なくとも８０vol%の酸素含有量の酸化剤を使用した燃焼により発生される方法か、混合の空気−酸素の燃焼方法、即ち、燃料の燃焼により発生された熱の少なくとも２５％が、少なくとも８０vol%の酸素含有量の酸化剤を使用した炉内の燃焼により発生され、残りが、酸化剤として空気を使用した燃焼により発生される方法か、全オキシ方法、即ち、炉内での燃焼により発生された熱の全てが、少なくとも８０vol%の酸素含有量の酸化剤を使用して発生される方法か、であり得る。
【００４９】
前記炉は、予加熱炉、又は、溶融炉であり得る。この炉は、例えば、溶解室と、精製室と、ガラスフイダーとの少なくとも１つを備えたガラス融解炉のようなガラス化炉で、特に、有り得る。溶解室は、溶解領域と精製領域とを備えた溶解及び精製室であり得る。
【００５０】
前記炉は、又、アルミニウム、鉛、等の金属の二次的溶融のための炉のような金属の溶融のための炉であり得る。
【００５１】
前記吸熱化学反応は、代表的には、ＳＭＲ（スチーム−メタン改質）、ＤＭＲ（ドライ−メタン改質）、又は、両者の混合である。
【００５２】
一実施の形態に係われば、回収工程で得られ、排出された煙道ガスの、実際にはクリーンにされた煙道ガスの一部は、少なくとも、合成ガスを生成するための工程の吸熱化学プロセスでの反応物として使用される。
【００５３】
これは、クリーンにされた煙道ガスは、ＣＯ２と水蒸気とを含んでおり、かくして、吸熱化学反応では反応物と使用され得る、ためである。
【００５４】
この方法が、回収の第２の段階を有している場合に、煙道ガスからの熱エネルギーは、少なくとも、回収の工程の第１の段階と、回収の工程の第２の段階とで、熱交換流体と熱交換されることにより、効果的に、回収される。煙道ガスと熱交換流体との間の熱交換は、１又は複数の回収熱交換器により、効果的に、なされる。
【００５５】
かくして、回収の工程の第１の段階での煙道ガスと熱交換流体との間の熱交換のために第１の回収熱交換器が、そして、回収の工程の第２の段階での煙道ガスと熱交換流体との間の熱交換のために第２の回収熱交換器が、有用的に使用される。
【００５６】
好ましい熱交換流体は、空気、窒素、及び水蒸気である。
【００５７】
熱交換流体が、水蒸気のときには、回収の工程で加熱される熱交換流体の、即ち、合成ガスの生成のための吸熱化学プロセスでの反応剤としての回収の工程で加熱された水蒸気の少なくとも一部が、使用可能である。
【００５８】
前記熱交換流体は、例えば、熱交換流体として空気を使用して、又は、熱交換流体が、続いて反応物として使用される水蒸気の場合には、開回路で使用可能である。又、熱交換流体はも閉回路でも使用可能である。
【００５９】
この場合、熱交換流体の少なくとも一部は、これが、吸熱化学反応で熱エネルギーとして使用された後に、回収工程へと戻される。
【００６０】
排出された煙道ガスから回収された熱エネルギーが、吸熱化学反応により消費された熱エネルギーよりも高い場合には、回収された過剰の熱エネルギーは、吸熱化学反応／合成反応器の下流で、又はこれに平行して、他の目的のために使用され得る。
【００６１】
かくして、炭素系材料を、これが、吸熱化学反応で反応物として使用される前に、予加熱するために、回収された熱エネルギーの一部を使用することが可能である。
【００６２】
他の可能性は、水蒸気が、発熱化学反応で反応物として使用される前に、この水蒸気を発生及び／又は過加熱するために、回収された熱エネルギーの一部を使用すること、及び／又は、ＣＯ２が、発熱化学反応で反応物として使用される前に、このＣＯ２を予加熱するために、回収された熱エネルギーの一部を使用すること、である。
【００６３】
回収された熱エネルギーの一部は、又、燃料の燃焼でのこれの使用の上流で、酸化剤を予加熱するためにも使用され得る。
【００６４】
効果的には、水は、これが炉内で燃料として使用される前に、凝縮により合成ガスから抽出される。
【００６５】
本願発明は、又、上述された実施の形態のいずれか１に係わる方法の実施に適した加熱プラントに関している。
【００６６】
このようなプラントは、特に、以下に記載の構成部材を具備している。  
・合成ガスの合成のための反応器、
・酸化剤を使用した燃料の燃焼のための１又は複数のバナーと、煙道ガスのための少なくとも１つの出口とを備えた炉、
・加熱された熱交換流体のための出口を備え、煙道ガスと熱交換流体との間の熱交換により熱エネルギーを回収するためのプラント。
【００６７】
本願発明に係われば、前記構成部材は、本願発明に従った方法の実施を可能にするように、互いに接続されている。これは、特に以下を有している。  
・炉の少なくとも１つのバナーに燃料として、反応器で生成された合成ガスの供給を可能にするように、前記炉に接続された合成反応器、
・炉からの煙道ガスの反応プラントへの供給を可能にするように、熱エネルギーの回収のためのプラントに接続された炉からの煙道ガスのための出口、
・加熱された熱交換流体の少なくとも一部を合成反応器に供給可能なように、合成ガスの合成のための反応器に接続された熱エネルギーの回収のためのプラント。
【００６８】
好ましい実施の形態に係われば、前記回収のプラントは、熱エネルギーを回収するための第１の構成部材と、熱エネルギーの回収のための第２の構成部材とを有している。これら第１及び第２の構成部材は、好ましくは、上述されているように、熱交換器である。炉からの煙道ガスのための出口は、かくして、炉からの煙道ガスを第１の構成部材に供給可能とするように、熱エネルギーを回収するための第１の構成部材に接続されている。この第１の構成部材は、効果的には、第１の構成部材からの煙道ガスをクリーニングプラントに供給することを可能なように、煙道ガスをクリーニングするためのプラントに接続されている。
【００６９】
前記クリーニングプラントは、クリーニングプラントからのクリーンにされた煙道ガスを回収のための第２の構成部材に供給可能なように、熱エネルギーの回収のための第２の構成部材に接続されている。
【００７０】
熱エネルギーの回収のためのプラントは、好ましくは、熱エネルギーとの熱交換により、煙道ガスからの熱エネルギーの回収が可能な少なくとも１つの熱交換器を有している。
【００７１】
本願発明に係わるプラントは、本願発明に係わる加熱方法の実施のために適用可能である。かくして、酸素酸化剤を使用した燃料の燃焼のために、前記炉は、１又は複数の燃料源に接続されている、特に、燃料としての合成ガスの源として合成反応炉に少なくとも接続されているばかりではなく、１又は複数の酸化剤の源にも接続されている。
【００７２】
効果的な実施の形態に係われば、前記炉は、空気の酸素含有量よりも多い酸素含有量の酸化剤の少なくとも１つの源に接続されている。この酸化剤は、炉の少なくとも１つのバナーに燃料酸化物として供給される。有用的には、この酸化剤は、８０vol%のＯ２より多い、好ましくは、９０vol%のＯ２より多い、より好ましくは、９５vol%のＯ２より多い、そして更に好ましくは、９９vol%のＯ２より多い、酸素含有量である。
【００７３】
以下の比較例は、ＳＭＲにより合成ガスの合成での炭素系材料として天然ガスを使用している本願発明に係わる加熱方法／プラントを概略的に示している図を参照して、本願発明、及び、その効果を詳細に示している。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】図１は、ガラス融解炉の加熱に特に適している、本願発明に係わる方法／プラントを特に示している。
【発明を実施するための形態】
【００７５】
一例に係われば、合成ガスは、予加熱された天然ガス１０１と水蒸気１０２との間の吸熱触媒反応により、合成反応器１００内で合成される。これら２種の反応物は、反応器１００の入口の所で、少なくとも３００℃、特に３２５℃の温度を有している。
【００７６】
反応器１００内で触媒を使用したＳＭＲにより発生され、主としてＨ２とＣＯとからなる合成ガス１１０は、炉３００（図示されていない）に続いて送られる。合成ガス１１０は、この炉内で燃料として機能する。この炉３００内で、燃焼により発生された熱エネルギーは、ガラス化材料の融解のために使用される。表１は、このようにして天然ガスから発生された合成ガスの成分と、ＮＣＶ（正味の発熱量）とを示し、発生された合成ガスの１Ｎｍ３のＮＣＶと、１Ｎｍ３の合成ガスの製造のために消費される０．２０９Ｎｍ３の天然ガス（ＣＨ４）のＮＣＶとを比較している。
【００７７】
【表１】
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【００７８】
反応器１００内で発生された合成ガス１１０は、炉３００に直接に送られ得るか、図示さけた場合のように、燃料として使用される前に、合成ガスの中にある水蒸気の少なくとも一部の凝縮の工程に、最初にもたらされる。
【００７９】
これは、合成ガスのＮＣＶを増加させると共に、炉の雰囲気に含まれている水蒸気の量を制御する（減じる）ことを可能にしている。この凝縮は、コンデンサー２００内で生じる。例えば、水回収器２０１が、反応器１００の上流での水蒸気１０２の生成で使用され得る。好ましくは、水の凝縮のエネルギーは、回収される。かくして、コンデンサー２００内での水蒸気の凝縮のために冷却水２０２を使用することと、反応器１００の上流での水蒸気１０２の生成に基づいた、一般的には熱エネルギー源としてのコンデンサー２００からの加熱された水／水蒸気２０３を使用することと、を可能にしている。
【００８０】
前記コンデンサー２００からの乾燥された合成ガス２１０は、続いて炉３００に送られ、ここで、乾燥された合成ガスは、燃料として使用される。
【００８１】
図示されている例では、合成ガスは、炉３００内で使用される唯一の燃料である。この炉は、全オキシ炉（all-oxy furnace）である。即ち、炉で使用される唯一の燃料酸化剤は、８０vol%乃至１００vol%の酸素含有量を有する酸化剤である。
【００８２】
他の実施の形態に係われば、合成ガスは、他の燃料と組合わせて使用され得る。
【００８３】
同様に、炉は、又、組み合わされ得、一方では、上述したようにオキシ燃焼であり、他方では、例えば、空気のように、酸素が比較的少ない酸化剤である。
【００８４】
燃焼により発生された煙道ガス３０１が、炉３００から排出される。これらガスは、図示の例では、１２５０℃のオーダの高温である。これらガスは、最初に、「高温回収熱交換器」と称されている第１の回収熱交換器４００に送られる。この回収熱交換器４００では、燃料ガスは、熱交換流体４０２（図示されている例では、空気）を加熱するために使用されている。少なくとも、かくして加熱された熱交換流体４０２の一部４０４は、反応器１００に送られて、この中で、合成ガスの合成のための吸熱化学反応でのエネルギー源として使用される。
【００８５】
前記加熱された熱交換流体４０２の他部４０５は、熱を消費する装備の他の箇所に送られる。
【００８６】
図示されている例では、熱交換流体として使用されている空気は、回収熱交換器４００で８００℃の温度に加熱される。この回収熱交換器４００は、煙道ガス３０１中の揮発性物質が、第１の回収熱交換器内で凝縮されないように、動作される。
【００８７】
図示されている例では、煙道ガス４０３は、８００℃の温度で第１の回収熱交換器から排出される。
【００８８】
炉３００から排出された煙道ガスが、粒子（埃）を含んでいるときには、回収熱交換器４００内に粒子が堆積することを防止するために、回収熱交換器４００内の煙道ガスの流量を比較的高いレベルに保つことが必要である。
【００８９】
このように調整された煙道ガス４０３は、クリーニングプラント５００に送られる。このプラントで、前記煙道ガス４０３は、クリーニグ処理が、即ち、埃の除去のための処理がなされ、及び／又は、凝縮され得る揮発物質の除去の工程を受ける。
【００９０】
使用されるクリーニング処理は、このクリーニング処理の間に、クリーニングの間の熱エネルギー損失を制限するために、煙道ガスが過度に冷却されないように、選定されている。
【００９１】
クリーンにされた煙道ガス５０１は、「低温回収熱交換器」と称されている第２の回収熱交換器６００に送られる。
【００９２】
この第２の回収熱交換器では、クリーンにされた煙道ガス５０１からの残留エネルギーが、熱交換流体６０２と熱交換されることにより回収される。そして、冷却された煙道ガス６０１は、大気に解放される前に、又は処理されて集められる前に、抽出器７００に送られる。
【００９３】
クリーニング工程で、低温回収熱交換器６００内の煙道ガスの温度で凝縮する可能性のある揮発物質が、煙道ガスから除去されるクリーニングプラントでの煙道ガスのクリーニングにより、低温回収熱交換器６００を汚染しないで煙道ガスから残留熱エネルギーを回収することが可能である。かくして、本願発明は、炉３００の出口の所で、煙道ガス３０１の熱の最適な回収を可能にしている。
【００９４】
図示されている例では、第２の回収熱交換器６００のための熱交換流体６０２は、ブロワー（８００）により与えられた圧縮空気である。
【００９５】
前記第１及び第２の回収熱交換器４００，６００のために、２種類の異なる熱交換流体４０１，６００と、本願発明に従った処理での熱エネルギー源としての加熱された２種類の熱交換流体４０２，６０３とが、例えば、合成反応器１００で、使用することが可能である。
【００９６】
図示されている例では、同じ熱交換流体が、第１及び第２の回収熱交換器４００，６００で使用されている。
【００９７】
ブロワー８００により与えられる圧縮空気６０２は、最初に、低温回収熱交換器６００に送られる。この回収熱交換器６００で、空気は、クリーニングプラント５００からのクリーンにされた煙道ガス５０１との熱交換により、加熱される。図示されている例では、５００℃のオーダの温度に加熱されている空気（熱交換流体）６０３は、続いて高温回収熱交換器４００の中に導入される。
【００９８】
高温回収熱交換器４００内で、低温回収熱交換器６００からの加熱された空気は、炉３００からのクリーンにされていない煙道ガス３０１との熱交換により、再度加熱される。図示されている例では、温かい空気（熱交換流体）４０２は、約８００℃で高温回収熱交換器から出る。
【００９９】
第１の回収熱交換器４００のクリーニングプラント５００の入口での煙道ガスの温度の良好な制御を可能にするために（例えば、材料の熱抵抗の理由のために、そして、クリーンニングを最適にするために）、パイプが、第１の回収熱交換器の上流の煙道ガス３０１の中に、及び／又はクリーニングプラント５００の上流の煙道ガス４０３の中に、夫々調整された（moderated）ガス９０１、９０２の制御された流量の基での射出のために設けらされている。前記調整されたガスは、例えば、反応器１００の、及び／又は、回収熱交換器／熱交換器１０，２０又は３０の出口での周囲空気及び／又は熱交換流体１０７の一部であり得る。
【０１００】
反応器１００の出口の所での熱交換流体に存在している残留熱エネルギーは、本願発明に係わる方法で使用される反応剤の予加熱のために、効果的には、使用される。
【０１０１】
かくして、図示されている例では、熱交換流体の第１の部分１０４は、合成ガスの合成で使用される水蒸気１０２の発生のために、回収熱交換器／ボイラー１０に送られる。
【０１０２】
前記熱交換流体の第２の部分１０５は、合成ガスの合成のための反応用の炭素系材料（天然ガス）の予加熱のために、回収熱交換器２０に送られる。
【０１０３】
前記熱交換流体の第３の部分１０６は、燃料酸化剤（酸素）の予加熱のために、これが、炉に導入される前に、第２の熱交換器３０に送られる。
【０１０４】
炉３００の上流で合成ガス２１０の予加熱のために、反応器１００からの熱交換流体１０３の一部を少なくとも使用することが可能である。
【０１０５】
第２の燃料が炉３００内で、又、燃焼されると、熱交換流体１０３の少なくとも一部は、炉３００の上流で、第２の燃料及び／又は合成ガス２１０の予加熱のために使用され得る。
【０１０６】
炉３００の燃料として、熱交換器２０内で予加熱された天然ガスの一部を、例えば、使用することが可能である。
【０１０７】
一般的な目的は、炉の出口の所での。煙道ガス３０１に存在している熱エネルギーの回収と使用とである。
【０１０８】
図示されている例では、熱交換流体は、閉回路を循環する。即ち、反応器１００からの熱交換流体は、回収熱交換器４００．６００で熱交換流体６０２として再使用される。又、開回路で熱交換流体を使用することも、又、可能である。
以下に、出願当初の特許請求の範囲に記載の事項を、そのまま、付記しておく。
［１］  （ａ）加熱される供給原料が、炉の中に導入され、
（ｂ）燃料が、前記炉（３００）で熱と煙道ガスとが発生するように、酸化剤を使用して燃焼され、
（ｃ）前記供給原料が、発生された前記熱により炉（３００）内で加熱され、
（ｄ）加熱された前記供給原料と発生された煙道ガスとが、前記炉（３００）から排出され、排出された煙道ガス（３０１）は、残留熱エネルギーを含み、
（ｅ）合成ガス（１１０）が、（i）炭素系材料と（ii）水蒸気及び／又はＣＯ２とを含んだ反応物との間の吸熱化学反応により、合成反応器（１００）内で生成され、前記合成反応器は、反応物が中に導入され、又吸熱化学反応が生じる少なくとも１つの反応領域を有し、前記反応領域から合成ガスが取り出される、工程（ａ）乃至（ｅ）を有する直熱燃焼式の加熱方法において、
前記残留熱エネルギーは、前記炉（３００）から排出された煙道ガス（３０１）から回収され、この回収された残留熱エネルギーの少なくとも一部は、前記合成反応器（１００）の中に導入され、前記工程（ｅ）の発熱化学反応により消費されることを特徴とする方
法。
［２］  前記合成反応炉（１００）は、又、中に回収された残留熱エネルギーが導入される少なくとも１つの加熱室を有し、前記少なくとも１つの加熱室は、前記少なくとも１つの反応領域に、回収された残留熱エネルギーが、少なくとも１つの加熱室から発熱化学反応が生じる少なくとも１つの反応領域へと、前記少なくとも１つの加熱室及び少なくとも１つの反応領域を介して伝達される、［１］に記載された方法。
［３］  各合成反応器（１００）は、近接した加熱室に囲まれているか、２つの近接した加熱室間にある［２］に記載された方法。
［４］  前記合成反応器（１００）は、複数の加熱室と複数の反応領域とが交互に位置した層構造を有し、前記複数の加熱室と反応領域とは、２つの連続したプレート間に配置されている、［２］又は［３］に記載された方法。
［５］  前記残留熱エネルギーは、回収された残留熱エネルギーを含み加熱された熱交換流体（４０２）と調整された煙道ガス（６０１）とを得るように、排出された煙道ガス（３０１，５０１）と熱交換流体（６０２，４０１）との間の熱交換により、排出された煙道ガス（３０１．５０１）から回収され、又、加熱された熱交換流体（４０２）の少なくとも一部は、回収された残留熱エネルギーの少なくとも一部を、発熱化学反応の工程（ｅ）に与えるために、前記合成反応器（１００）の中に導入される、［１］に記載された方法。
［６］    前記残留熱エネルギーは、回収された残留熱エネルギーを含む加熱された熱交換流体（４０２）と調整された煙道ガス（６０１）とを得るように、排出された煙道ガス（３０１，５０１）と熱交換流体（４０２）との間の熱交換により、排出された煙道ガス（３０１，５０１）から回収され、又、前記加熱された熱交換流体（４０２）の少なくとも一部は、前記回収された残留熱エネルギーの一部を少なくとも反熱化学反応の工程（ｅ）に与えるために、少なくとも１つの加熱室の中に導入される［２］乃至［４］の何れか１項に記載された方法。
［７］  前記排出された煙道ガスは、６００℃と８００℃との間の温度で凝縮可能な埃及び／又は揮発性物質を含んでおり、又、前記炉（３００）から排出された前記煙道ガス（３０１）からの残留熱エネルギーの回収の工程は、前記煙道ガスの第１の温度範囲での回収の第１の段階と、前記第１の温度範囲よりも低い、煙道ガスの第２の温度範囲での回収の第２の段階とを、少なくとも有し、
前記第１の温度範囲の温度で、煙道ガス中にある揮発性物質の凝縮は無く、
前記煙道ガスは、回収の前記第１の段階と第２の段階との間で、クリーニング操作がなされ、このクリーニング操作は、前記第２の温度範囲の温度で凝縮可能な埃及び／又は揮発性物質を除去することを含んでいる、［１］乃至［６］のいずれか１項に記載された方法。
［８］  熱交換流体（６０２）は、回収の前記第２の段階での煙道ガス（５０１）との熱交換により部分的に加熱され、又、回収の前記第１の段階で部分的に加熱された熱交換流体（６０３）は、回収の第１の段階での煙道ガス（３０１）との熱交換により加熱される、［７］に記載された方法。
［９］  前記熱交換流体は、空気と、窒素と、水蒸気とから選ばれる［７］又は［８］に記載された方法。
［１０］  燃料の少なくとも一部、好ましくは全部は、酸素リッチ酸化剤を使用して、炉（３００）内で燃焼される［１］乃至［９］の何れか１項に記載された方法。
［１１］  前記炉（３００）は、ガラス溶融炉、又は、金属の溶融のための炉である［８］に記載された方法。
［１２］  前記吸熱化学反応は、ＳＭＲ、ＤＭＲ、又は、これら両者の混合である［１］乃至［１１］の何れか１項に記載された方法。
［１３］  前記排出された煙道ガスから回収された熱エネルギーの一部は、
ａ）炭素系材料が、発熱化学反応で反応物として使用される前に、この炭素系材料を予加熱するため、
ｂ）水蒸気が、発熱化学反応で反応物として使用される前に、この水蒸気を発生及び／又は過加熱するため、
ｃ）ＣＯ２が、発熱化学反応で反応物として使用される前に、このＣＯ２を予加熱するため、
ｄ）燃料の燃焼での酸化剤の使用の上流で、酸化剤を予加熱するため、の目的の少なくとも１つ、好ましくは、幾つかのために使用される、［１］乃至［１２］の何れか１項に記載された方法。
［１４］  水が、炉（３００）内で燃料として使用される前に、凝縮により合成ガスから取り出される［１］乃至［１３］の何れか１項に記載された方法。
［１５］  ［１］乃至［１４］のいずれか１項に記載された方法の実施のための加熱プラントであって、この加熱プラントは、
供給原料のための入口と、加熱された供給原料のための出口と、酸化剤を使用した燃料の燃焼、及び、供給原料を加熱するための熱の発生のための少なくとも１つのバナーとを備えた炉（３００）と、
加熱された熱交換流体のための出口を備え、排出された煙道ガス（３０１）と熱交換流体（６０２）との間の熱交換により熱エネルギーを回収するためのプラント（４００，５００，６００）と、
合成ガス（１００）の合成のための反応器とを具備し、
前記合成のための反応器（１００）は、炉（３００）の少なくとも１回の燃焼に対する燃料として反応器（１００）内で生成された合成ガス（２１０）の供給を可能にするように、熱エネルギーを回収するための前記プラント（４００，５００，６００）に接続されており、又、
熱エネルギーを回収するための前記プラント（４００，５００，６００）からの加熱された熱交換流体のための出口が、加熱された熱交換流体の少なくとも一部を合成するための反応器（１００）に供給することが可能なように、合成ガスの合成のための反応器（１００）に接続されている、加熱プラント。
【０１０９】
ガラス融解炉に与えられる、本願発明に係わる方法のエネルギー効率が、ガラスの融解のための最も効率の良い既知の方法のエネルギー効率と比較された。
【０１１０】
表２及び３を以下に示す。  
・ＡＡ１：燃料酸化剤として、新しい回収熱交換器により予加熱された空気を使用した、天然ガスの燃焼を利用した従来技術に係わるガラス融解炉に関する、
・ＡＡ２：燃料酸化剤として、予加熱されなかった空気を使用した、天然ガスの燃焼を利用した従来技術に係わるガラス融解炉に関する、
・ＡＡ３：EP-A-0 872 690に記載された出願人の会社により開発された技術により予加熱された酸素を使用した、天然ガスの燃焼を利用した従来技術に係わるガラス融解炉に関する、
・Ｉｎｖ  １：燃料酸化剤として、予加熱された酸素を使用し、炉内で唯一の燃料として発生された合成然ガスの燃焼を利用したガラス融解炉内での本願発明に係わる方法の実施に関する。
【０１１１】
表２は、炉内で燃料として使用される１００Ｎｍ３／ｈの天然ガスの燃焼を利用した、例ＡＡ１で製造されたものと同じ融解プロセス又は技術的貢献に対する、本願発明に係わる方法（Ｅｘ．１）と従来技術に係わる方法（ＡＡ１乃至ＡＡ３）との比較を与えている。
【０１１２】
表３は、ガラス融解炉の同じ引出し（pull）に対する、本願発明に係わる方法と従来技術に係わる方法との比較を与えている。
【０１１３】
【表２】
0006567510.tif 000003
【０１１４】
【表３】
0006567510.tif 000004
【図１】
0006567510.tif 000005