(57)【要約】  本発明は、低減された炭素排出量で化石エネルギを利用するための方法及び設備に関し、それはクリーンエネルギ及び気候緩和の技術分野に属する。本発明は、沿岸及び海域において化石、バイオマス及び他の炭素含有燃料を利用して、大気への低減された炭素排出量及び低コストでクリーンエネルギを生産するために適用可能である。この方法は、酸素富化燃焼を行うことと、海水を使用して排煙を１度洗浄して炭素回収を行うことの主要なステップを含み、洗浄水は法的要件に合致した水質に回復された後に海洋に排出されて、海洋の天然のアルカリ性の炭素貯蔵を実現し、それにより自然の海洋の炭素吸収源と炭素プールの資源を使用して、安全で環境に優しい形式で大気中の温室効果ガスを低減する。
2021529080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低減された炭素排出量で化石エネルギを利用するための方法であって、
１）化石燃料燃焼のための空気中の酸素濃度を増加させて、熱エネルギを生産するための燃焼において排煙中の二酸化炭素濃度を増加させることを含む酸素富化燃焼ステップと、
２）ステップ１）の酸素富化燃焼において発生する前記排煙を海水で洗浄し、それにより前記排煙中の二酸化炭素が海水に溶解されて炭素回収を行い、清浄な炭素が除去された排煙と、前記排煙の二酸化炭素を含有する酸性の洗浄水とを生成することを含む海水による洗浄の炭素回収ステップと、
３）ステップ２）において生成された前記酸性の洗浄水を新しい海水で希釈し、それにより前記酸性の洗浄水のｐＨ値を海洋に排出できる法定値に戻して、洗浄用海水排出物を生成することを含む水質回復ステップと、
４）ステップ３）において生成された前記洗浄用海水排出物を前記海洋に放出して、海洋生態系での長期間に亘る安全かつ環境に優しい海洋炭素貯蔵を実現することを含む海洋炭素貯蔵ステップと、
５）ステップ２）において生成された前記炭素が除去された排煙を大気中に放出することを含む大気への低減された炭素排出ステップと、
６）ステップ１）において前記酸素富化燃焼で生産された熱エネルギを利用エネルギに変換して、該利用エネルギを出力することを含むエネルギ出力ステップと
を含む、方法。
【請求項２】
ステップ２）での前記排煙中の前記二酸化炭素が前記海水に溶解されて炭素回収を行うプロセスにおいて、前記排煙中の前記二酸化炭素の３％〜９９％が前記海水に溶解されて炭素回収を行う、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ステップ１）の化石燃料燃焼のための空気中の前記酸素濃度を増加させるプロセスにおいて、増加した酸素は、極低温液化空気法及び／又は圧力スイング吸着法及び／又は膜分離法を含む酸素生成プロセスによって得られる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ステップ４）の前記洗浄用海水排出物を海洋に放出するプロセスにおいて、前記洗浄用海水排出物が、ステップ３）での水質回復場所に近い位置で、大気圧下でパイプを通じて前記海洋に放出される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
ステップ６）の前記酸素富化燃焼で生産された熱エネルギを利用エネルギに変換し、該利用エネルギを出力するプロセスにおいて、前記熱エネルギは、電気エネルギ、運動エネルギ、熱エネルギ媒体及びそれらの組み合わせからなる群から選択された前記利用エネルギに変換される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記酸素生成プロセスにおいて、窒素が副生成物として再利用される、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
低減された炭素排出量で化石エネルギを利用して請求項１に記載の方法を実施するための設備であって、酸素増加装置（１）と、バーナー（２）と、炭素回収装置（３）とを含み、
前記酸素増加装置（１）は、酸素濃度を増加させるように構成され、吸気通路（１．１）と、酸素富化空気供給通路（１．２）と、窒素排出通路（１．３）とを含み、前記吸気通路（１．１）は大気と繋がっており、前記酸素富化空気供給通路（１．２）は、前記バーナー（２）と繋がれており、
前記バーナー（２）は、燃料供給装置（２．１）と、排煙排出通路（２．２）と、エネルギ変換及び出力装置（２．３）とを含み、前記排煙排出通路（２．２）は前記炭素回収装置（３）に接続され、
前記炭素回収装置（３）は、洗浄水が入るための通路（３．１）と、海水を汲み上げる装置（３．２）と、炭素が除去された排煙を排出するための通路（３．３）とを含み、
前記洗浄水が入るための通路（３．１）は、前記海水を汲み上げる装置（３．２）に接続され、
前記炭素が除去された排煙を排出するための通路（３．３）は、排気煙突（３．４）を通じて大気と繋がっており、
海水出口（３．５）は、水質回復装置（３．６）を介して海水排出パイプ（３．７）に接続されており、
前記海水排出パイプ（３.７）の出口は、海洋と繋がっている、
設備。
【請求項８】
前記酸素増加装置（１）は、極低温液化空気の分離装置、及び／又は圧力スイング吸着の装置、及び／又は膜分離の装置を含む、請求項７に記載の設備。
【請求項９】
前記酸素増加装置（１）は、ガス圧縮機及び／又はガス過給機を含むガス過給の酸素発生装置である、請求項７に記載の設備。
【請求項１０】
前記炭素回収装置（３）は海水と排煙のための洗浄装置からなり、前記炭素回収装置（３）に接続された前記水質回復装置（３．６）は水混合装置からなる、請求項７に記載の設備。
【請求項１１】
前記酸素増加装置（１）は、前記窒素排出通路（１．３）を介して窒素を再利用するための装置（１．４）に接続され、該窒素を再利用する装置は、アンモニア合成装置及び／又は窒素肥料を生産する装置からなり、更に／又は化学シールガスを貯蔵及び輸送するための装置からなる、請求項７に記載の設備。
【請求項１２】
前記炭素回収装置（３）の前記海水出口（３．５）は、熱電発電機（３．８）及び前記水質回復装置（３．６）を介して前記海水排出パイプ（３.７）に接続され、前記熱電発電機（３．８）は、内部電源システムを介して、前記酸素増加装置（１）及び前記海水を汲み上げる装置（３．２）と電気的に接続されている、請求項７に記載の設備。
【請求項１３】
請求項７〜１２のいずれか１つに記載の技術的特徴を含む、炭素排出量が低減された化石燃料発電所。
【請求項１４】
請求項７〜１２のいずれか１つに記載の技術的特徴を含む、炭素排出量が低減された化石燃料を動力源とする船舶。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低減された炭素排出量で化石エネルギを利用するための方法及び設備に関し、それは大気への炭素排出を低減して化石及びバイオマス燃料を利用することによってエネルギを生産するために適用可能であり、沿岸及び海域に適する。本発明は、クリーンエネルギ及び気候緩和の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
ＵＮＦＣＣＣのパリ協定が、今世紀後半に「排出源」と「炭素吸収源」の規模のバランスを達成するという気候での目標を提案して以降、海洋が地球の天然の炭素吸収源及び炭素プールの９３％を占め、人為的な炭素排出量の４０％近くを除去するという科学的事実が再び強調されている。海洋資源を地球上での最大の天然の「炭素吸収源」として利用し、大気への低減された炭素排出量で化石エネルギの利用を実現する方法が再び提案されている。
【０００３】
発明の名称「海洋炭素回収及び貯蔵方法並びに設備」の特許文献１では、天然の海水のみを使用して炭素を含有する気体を洗浄して二酸化炭素を回収し、法律で定められた水質指標に従って海洋に洗浄用海水を排出し、それにより天然アルカリ性の海洋炭素貯蔵を実現する方法が開示されている。自然の海洋での炭素吸収源と炭素プールの資源は、安全で環境に優しく費用対効果の高い形式で大気中の二酸化炭素を低減するために使用されることができる。しかし、一般的な排煙中の二酸化炭素濃度は低いため、二酸化炭素を回収するために必要な洗浄水の量と洗浄装置が占める場所が非常に大きく、そのためその適用範囲と費用対効果を更に改善する必要がある。
【０００４】
一方、海底地質及び地下地質の炭素貯蔵を含む二酸化炭素の地質学的貯蔵、炭素の湖底貯蔵、並びに石油回収における石油置換などの場合には、高濃度の二酸化炭素が必要とされるため、酸素富化燃焼の炭素回収、アミン添加剤による洗浄、炭素精製、及び地質学的炭素貯蔵が使用される、長い間存在する炭素回収及び貯蔵（ＣＣＳ）構想があった。酸素富化燃焼のプロセスは、化石燃料燃焼用の空気中の酸素濃度が自然大気中の酸素濃度よりも２０.９５％高く、燃焼用の空気中の酸素濃度が２１％以上であるという既存の技術であり、それにより燃焼排煙中の二酸化炭素濃度は自然大気燃焼中のそれよりも高く、これはアミン洗浄方式と比較して、二酸化炭素を回収するコストを低減することができる。例えば、ヨーロッパで発表されたフルチェーンの酸素富化燃焼と低減された炭素排出量の発電所のプロジェクト設計では、従来の発電所を基に空気分離システム（ＡＳＵ）とガス処理システム（ＧＰＵ）が追加されている。ＡＳＵシステムにより、燃焼用空気中の酸素濃度は９５％以上であり、それは排煙中の二酸化炭素濃度が８５％以上に達し得ることをもたらす。しかし、そのような方式の目標は地中隔離（陸地及び海底地質における石油置換を含む）であり長距離輸送が必要であるため、排煙中の二酸化炭素を更に浄化及び圧縮することが必要とされ、環境安全コストを含む技術面でのコスト障壁に直面している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願第１５５６８５９６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明における低減された炭素排出量で化石エネルギを利用するための方法及び設備の目的は、炭素回収及び貯蔵の海水洗浄方式の適用範囲及び費用対効果を更に改善すること、酸素富化燃焼の既存の方式の技術的な費用障壁を克服すること、及び大気への低減された炭素排出量で化石エネルギを利用するための方法及び設備を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の目的は、低減された炭素排出量で化石エネルギを利用するための方法を提供することであり、
１）化石燃料燃焼のための空気中の酸素濃度を増加させて、熱エネルギを生産するための燃焼において排煙中の二酸化炭素濃度を増加させることを含む酸素富化燃焼ステップと、
２）ステップ１）の酸素富化燃焼において発生する排煙を海水で洗浄し、それにより排煙中の二酸化炭素が海水に溶解されて炭素回収を行い、清浄な炭素が除去された排煙と、排煙の二酸化炭素を含有する酸性の洗浄水とを生成することを含む海水による洗浄の炭素回収ステップと、
３）ステップ２）において生成された酸性の洗浄水を新しい海水で希釈し、それにより酸性の洗浄水のｐＨ値を海洋に排出できる法定値に戻して、洗浄用海水排出物を生成することを含む水質回復ステップと、
４）ステップ３）において生成された洗浄用海水排出物を海洋に放出して、海洋生態系での長期間に亘る安全かつ環境に優しい海洋炭素貯蔵を実現することを含む海洋炭素貯蔵ステップと、
５）ステップ２）において生成された炭素が除去された排煙を大気中に放出することを含む大気への低減された炭素排出ステップと、
６）ステップ１）において酸素富化燃焼で生産された熱エネルギを利用エネルギに変換して、その利用エネルギを出力することを含むエネルギ出力ステップと
を含む。
【０００８】
好ましい実施形態は、以下のとおりである。
【０００９】
ステップ２）における排煙中の二酸化炭素が海水に溶解されて炭素回収を行うプロセスでは、排煙中の二酸化炭素の３％〜９９％が海水に溶解されて炭素回収を行う。
【００１０】
ステップ１）の化石燃料燃焼のための空気中の酸素濃度を増加させるプロセスでは、増加した酸素は、極低温液化空気法及び／又は圧力スイング吸着法及び／又は膜分離法を含む酸素生成プロセスによって得られる。
【００１１】
ステップ４）の洗浄用海水排出物を海洋に放出するプロセスでは、洗浄用海水排出物が、ステップ３）での水質回復場所に近い位置で、大気圧下でパイプを通じて海洋に放出される。
【００１２】
ステップ６）の酸素富化燃焼で生産された熱エネルギを利用エネルギに変換し、その利用エネルギを出力するプロセスでは、熱エネルギは、電気エネルギ、運動エネルギ、熱エネルギ媒体及びそれらの組み合わせからなる群から選択された利用エネルギに変換される。
【００１３】
酸素生成プロセスでは、窒素は副産物として再利用される。
【００１４】
化石燃料は、石油、天然ガス、可燃性の氷、バイオマス、石炭及びそれらの組み合わせなどの炭素含有燃料から選択される。
【００１５】
酸素富化燃焼では、化石燃料燃焼のための空気中の酸素濃度は２１％以上である。
【００１６】
海水は海洋からの天然の海水であり、産業施設の冷却に使用されている海洋からの海水を含む。
【００１７】
本発明の第２の目的は、低減された炭素排出量で化石エネルギを利用する、本方法の方法を実施するための設備を提供することであり、その設備は、酸素増加装置と、バーナーと、炭素回収装置とを含み、ここで、
酸素増加装置は、酸素濃度を増加させるように構成され、吸気通路と、酸素富化空気供給通路と、窒素排出通路とを含み、吸気通路は大気と繋がっており、酸素富化空気供給通路はバーナーと繋がれており、
バーナーは、燃料供給装置と、排煙排出通路と、エネルギ変換及び出力装置とを含み、排煙排出通路は炭素回収装置に接続され、
炭素回収装置は、洗浄水が入るための通路と、海水を汲み上げる装置と、炭素が除去された排煙を排出するための通路とを含み、ここで、
洗浄水が入るための通路は、海水を汲み上げる装置に接続され、
炭素が除去された排煙を排出するための通路は、排気煙突を通じて大気と繋がっており、
海水出口は、水質回復装置を介して海水排出パイプに接続されており、
海水排出パイプの出口は、海洋と繋がっている。
【００１８】
好ましい実施形態は、以下のとおりである。
【００１９】
酸素増加装置は、極低温液化空気の分離装置、及び／又は圧力スイング吸着の装置、及び／又は膜分離の装置を含む。
【００２０】
酸素増加装置は、ガス圧縮機及び／又はガス過給機を含むガス過給の酸素発生装置である。
【００２１】
炭素回収装置は海水と排煙のための洗浄装置からなり、炭素回収装置に接続された水質回復装置は水混合装置からなる。
【００２２】
酸素増加装置は、窒素排出通路を介して窒素を再利用するための装置に接続され、窒素を再利用する装置は、アンモニア合成装置及び／又は窒素肥料を生産する装置からなり、更に／又は化学シールガスを貯蔵及び輸送するための装置からなる。
【００２３】
炭素回収装置の海水出口は、熱電発電機及び水質回復装置を介して海水排出パイプに接続され、熱電発電機は、内部電源システムを介して、酸素増加装置及び海水を汲み上げる装置と電気的に接続されている。
【００２４】
バーナーは、化石燃料及び／若しくはバイオマス燃料を含む炭素含有燃料を燃焼させるボイラー並びに／又は内燃機関からなる。エネルギ変換及び出力装置は、タービン発電機、及び／又はガスタービン、及び／又は加熱ボイラー、及び／又はプロペラからなる。
【００２５】
炭素排出量が低減された化石燃料発電所は、低減された炭素排出量で化石エネルギを利用して本発明の方法を実施するための設備の上記の方式及び上記の更なる方式における技術的特徴のいずれかを含む。
【００２６】
化石燃料を動力源とする炭素排出量が低減された船舶は、低減された炭素排出量で化石エネルギを利用して本発明の方法を実施するための設備の上記の方式及び上記の更なる方式における技術的特徴のいずれかを含む。
【００２７】
本発明の技術原理及び効果は、以下のとおりである。
【００２８】
本発明は、二酸化炭素が海水に可溶で海水中に大量に存在する一種の天然物質であり、二酸化炭素は海洋に長期間に亘って大量に貯蔵されることができるという原理に基づいている。本発明では、海水を用いて化石燃料の排煙を洗浄し、排煙中の二酸化炭素を溶解して炭素回収を行い、次に排煙中の二酸化炭素を溶解することによって生成された酸性の海水を水質を回復するために調整し、それによりｐＨ値を海洋に排出することができる法定値に回復させて、海洋での炭素貯蔵のために海洋に放出する。この時点で、海水に貯蔵される二酸化炭素は主に重炭酸イオンに変換される。これは、気候科学の文献において、最も安全で最も安定した海洋炭素貯蔵の方法と考えられている。
【００２９】
排煙中の二酸化炭素濃度が低い場合、二酸化炭素を回収するために必要な洗浄水の量と洗浄装置の床面積が大きくなり、それはその適用範囲と費用対効果の更なる改善に影響を及ぼす。したがって、本発明は、酸素富化燃焼、海水洗浄での炭素回収、及び海洋炭素貯蔵を含むＣＣＳ（炭素回収及び貯蔵）方式を提供し、そこでは酸素富化燃焼の方法を使用して、排煙中のＣＯ２濃度を改善する。酸素富化燃焼の既存のＣＣＳ方式と比較して、本発明における炭素回収のコストは、約５０％〜８０％低減され、貯蔵のコストは約２桁低減される。これは、２つのＣＣＳ方式の間で、炭素の回収及び貯蔵の方法における基本的な違いがあるためである。本発明で生じる炭素含有排煙は圧縮されておらず、そして酸素供給濃度及び生じる二酸化炭素濃度の選択範囲が広い。同時に、本発明の炭素回収装置は、排煙脱硫の技術的効果を有するので、既存の酸素富化燃焼のＣＣＳ方式と比較して、ガス処理装置（ＧＰＵ）、ＦＧＤ装置、並びにそれらの物的消費及びエネルギ消費を少なくとも省いている。更に、空気分離装置（ＡＳＵ）は、高純度酸素の生成を必要としない。他方で、酸素供給濃度及び生じる二酸化炭素濃度の設計は、洗浄水の量などの全体的なコスト要因を含む包括的な考慮事項に従って最適化される必要がある。
【００３０】
更に、酸素富化燃焼は、バーナーのエネルギ変換率を約１〜３％改善し、そして酸素生成のプロセスでの窒素資源を再利用することができ、それは炭素の回収、利用及び貯蔵、すなわちＣＣＵＳを含めた効果を有する。これもまた、本発明の方式で実現される。
【発明の効果】
【００３１】
したがって、本発明の低減された炭素排出量で化石エネルギを利用するための方法及び設備の技術的方式では、化石燃料、バイオマス燃料及び他の炭素含有鉱物資源を利用して、大気への低減された炭素排出量及び低コストでクリーンエネルギを生産し、そのため安全で環境に優しい形式である自然の海洋の炭素吸収源と炭素プールを利用する緩和方式において、適用範囲と費用対効果が更に改善される。これは、大気中の温室効果ガスをより大規模かつ迅速に低減するのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の方法のステップの一例を示す概略図である。
【図２】本発明の方法を実施するための設備の構造を示す概略図である。
【図３】本発明の方法及び設備による沿岸発電所の改良の実施例を示す概略図である。
【図４】本発明の方法による船舶の実施例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図面と実施例を組み合わせて、本発明の更なる説明が以下に提供される。
【実施例１】
【００３４】
これは、本発明の方法の基本的な実施例である。図１に示されるように、次のステップを含む。
１）化石燃料燃焼のための空気中の酸素濃度を増加させて、熱エネルギを生産するための燃焼において排煙中の二酸化炭素濃度を増加させることを含む酸素富化燃焼と、
２）ステップ１）の酸素富化燃焼において発生する排煙を海水で洗浄し、それにより排煙中の二酸化炭素が海水に溶解されて炭素回収を行い、清浄な炭素が除去された排煙と、排煙の二酸化炭素を含有する酸性の洗浄水とを生成することを含む海水による洗浄の炭素回収と、
３）ステップ２）において生成された酸性の洗浄水を新しい海水で希釈し、それにより酸性の洗浄水のｐＨ値を海洋に排出できる法定値に戻して、洗浄用海水排出物を生成することを含む水質回復と、
４）ステップ３）において生成された洗浄用海水排出物を海洋に放出して、海洋生態系での長期間に亘る安全かつ環境に優しい海洋炭素貯蔵を実現することを含む海洋炭素貯蔵と、
５）ステップ２）において生成された炭素が除去された排煙を大気中に放出することを含む大気への低減された炭素排出と、
６）ステップ１）において酸素富化燃焼で生産された熱エネルギを利用エネルギに変換して、その利用エネルギを出力することを含むエネルギ出力。
【実施例２】
【００３５】
これは、実施例１を基にした実施例のグループである。化石燃料には、石油、天然ガス、可燃性の氷、バイオマス燃料及び石炭が含まれる。これらの実施例では、バイオマス燃料もまた、一般的な化石燃料と同様に、低減された炭素排出量でエネルギを生産するための炭素含有燃料として使用されることができ、低減された炭素排出量でのバイオマス燃料の燃焼は、ネガティブエミッションの気候緩和効果がある。
【００３６】
実施例１を基にした別の実施例のグループでは、化石燃料は、石油と天然ガスの組み合わせ、天然ガスと可燃性の氷の組み合わせ、バイオマス燃料と石炭の組み合わせ、及び石油と石炭の組み合わせを含む。
【００３７】
実施例１を基にした別の実施例のグループでは、化石燃料燃焼のための空気中の酸素濃度を増加させるプロセスにおいて、化石燃料燃焼のための空気中の酸素の体積濃度が、２１％〜２５％、又は２５％〜３５、又は３５％〜５５％、又は５５％〜７５％、又は７５％〜９９％に増加される。
【実施例３】
【００３８】
これは、実施例１を基にした実施例のグループである。燃焼において排煙中の二酸化炭素濃度を増加させるプロセスの後、排煙中の二酸化炭素濃度は、周囲の自然空気による燃焼で発生する排煙中のそれと比較して、１％〜１０％、又は１０％〜５０％、又は５０％〜１００％増加される。
【００３９】
これは、実施例１を基にした実施例のグループである。燃焼において排煙中の二酸化炭素濃度を増加させるプロセスの後、排煙中の二酸化炭素濃度は、周囲の自然空気による燃焼で発生する排煙中のそれと比較して、１〜２倍、又は２〜５倍、又は５〜１０倍、１０〜２０倍、又は２０〜３０倍増加される。
【実施例４】
【００４０】
これは、実施例１を基にした実施例のグループである。排煙中の二酸化炭素が海水に溶解されて炭素回収を行うプロセスにおいて、海水に溶解される排煙中の二酸化炭素の量は、３％〜５％、又は５％〜１５％、又は１５％〜３５％、又は３５％〜５５％、又は５５％〜７５％、又は７５％〜９９％に達する。
【実施例５】
【００４１】
これは、実施例１を基にした別の基本的な実施例である。化石燃料燃焼のための空気中の酸素濃度を増加させるプロセスでは、増加した酸素は、極低温液化空気の分離方法によって得られる。別の基本的な実施例では、増加した酸素は、圧力スイング吸着法によって得られる。別の実施例では、増加した酸素は、膜分離法によって得られる。
【００４２】
実施例１を基にした別の基本的な実施例では、ステップ６）での酸素富化燃焼で生産された熱エネルギを利用エネルギに変換して、その利用エネルギを出力するプロセスにおいて、熱エネルギは、ボイラーを加熱して蒸気を生成してタービン発電機を動かす方法によって電気エネルギに変換されて、電気エネルギが送電網に出力される。別の実施例では、酸素富化燃焼で生産された熱エネルギは、内燃機関によって船舶の推進のための運動エネルギに変換される。別の実施例では、酸素富化燃焼で生産された熱エネルギは、ボイラーを加熱することによって熱蒸気及び／又は温水媒体に変換され、その熱蒸気及び／又は温水媒体が出力される。別の実施例では、酸素富化燃焼で生産された熱エネルギは、ガスタービンによって運動エネルギに変換される。別の実施例では、酸素富化燃焼で生産された熱エネルギは、電気エネルギ、運動エネルギ、及び熱エネルギ媒体の利用エネルギの組み合わせに変換される。
【実施例６】
【００４３】
これは、本発明の設備の基本的な実施例である。図２に示されるように、その設備は、
酸素増加装置１と、バーナー２と、炭素回収装置３とを含み、ここで、
酸素増加装置１は、酸素濃度を増加させるように構成され、吸気通路１．１と、酸素富化空気供給通路１．２と、窒素排出通路１．３とを含み、吸気通路１．１は大気と繋がっており、酸素富化空気供給通路１．２は、バーナー２と繋がれており、
バーナー２は、燃料供給装置２．１と、排煙排出通路２．２と、エネルギ変換及び出力装置２．３とを含み、排煙排出通路２．２は炭素回収装置３に接続され、
炭素回収装置３は、洗浄水が入るための通路３．１と、海水を汲み上げる装置３．２と、炭素が除去された排煙を排出するための通路３．３とを含み、ここで、
洗浄水が入るための通路３．１は、海水を汲み上げる装置３．２に接続され、
炭素が除去された排煙を排出するための通路３．３は、排気煙突３．４を通じて大気と繋がっており、
海水出口３．５は、水質回復装置３．６を介して海水排出パイプ３．７に接続されており、
海水排出パイプ３.７の出口は、海洋と繋がっている。
【実施例７】
【００４４】
これは、実施例６を基にした実施例である。図２に示されるように、炭素回収装置３は、海水及び排煙のための洗浄装置からなる。炭素回収装置３が接続されている水質回復装置３．６は、水混合装置からなり、それにより新しい海水と酸性の海水が、大気から隔離された空間で十分に混合される。
【００４５】
実施例６を基にした実施例の別のグループにおいて、酸素増加装置は、極低温液化空気の分離装置、及び／又は圧力スイング吸着の装置、及び／又は膜分離の装置を含む酸素増加装置を含む。
【００４６】
実施例６を基にした実施例の別のグループでは、バーナーは、炭素含有化石及び／若しくはバイオマス燃料を燃焼するボイラー、並びに／又は内燃機関、並びに／又はガスタービンからなる。
【００４７】
実施例６を基にした実施例の別のグループでは、バーナーが接続されているエネルギ変換及び出力装置は、タービン発電機、及び／又は加熱ボイラー、及び／又は内燃機関、及び／又はプロペラ、及び／又はガスタービンからなる。
【実施例８】
【００４８】
これは実施例６を基にした実施例である。図３に示されるように、酸素増加装置１は、窒素排出通路１．３を介して窒素を再利用するための装置１．４に接続されている。その窒素を再利用するための装置は、合成アンモニアを生産するためのプラント全体からなる。別の実施例では、窒素を再利用するための装置は、窒素肥料を生産するためのプラント全体からなる。別の実施例では、窒素を再利用するための装置は、化学シールガスを貯蔵及び輸送するための装置からなる。
【００４９】
上記の実施例では、酸素を生成するプロセスで、窒素が副産物として再利用される。したがって、これは炭素の回収、利用及び貯蔵を含むＣＣＵＳの実施例である。
【実施例９】
【００５０】
これは、実施例６及び実施例７に基づいて発電所を改良する実施例である。図２に示されるように、バーナーは６００ＭＷの蒸気タービン発電機ユニットと組み合わせられた超臨界石炭燃料ボイラーであり、微粉炭とバイオマス燃料が燃料として用いられる。改良は、２つの段階で行われる。
【００５１】
第一段階の改良の実施例では、空気を入れるためのボイラー通路に酸素増加装置が設置され、海水による洗浄の炭素回収装置が排煙排出通路に設置される。設置される酸素増加装置は、極低温液化空気の分離装置であり、それによりボイラーの流入空気中の酸素体積濃度が約４０％まで増加され、燃焼排煙中の二酸化炭素の体積濃度が約３６％となる。設置される海水による洗浄の炭素回収装置では、高さを低くするために充填塔を使用しており、水供給装置の高さは約９ｍである。発電所の既存の冷却海水が洗浄用海水として直接使用され、追加の排水設備は建設されていない。この実施例では、一年での二酸化炭素の回収及び貯蔵量は約３００，０００トンであり、発電所のＣＯ２排出量は約１０％低減され、ＳＯ２排出量は約９９％低減され、酸素富化燃焼によりボイラーの燃焼効率は約３％向上する。
【００５２】
第二段階の改良の実施例では、第一段階の改良に基づいて、空気を入れるためのボイラー通路に設置された酸素増加装置の規模と出力が増大され、海水による洗浄の別の炭素回収装置が排煙排出通路に追加され、海水を汲み上げるためのポンプ設備が追加される。追加の酸素増加装置には、圧力スイング吸着の１つの装置と、膜分離の２つの装置が含まれる。酸素増加装置の規模と出力を増加させた後、ボイラーの流入空気中の酸素体積濃度は約８０％に達し、燃焼排煙中の二酸化炭素の体積濃度は約７６％となる。海水を汲み上げるポンプを追加したことにより、洗浄用海水の量が約２１０，０００ｔ／ｈに増加される。洗浄用海水のｐＨ値は、環境管理部門の法規定に従い、６.５以上の値になるように水質回復装置によって調整される。次に、洗浄用海水を大気圧下でパイプを通じて、水質回復場所に近い位置で海洋に放出する。この実施例では、一年での二酸化炭素の回収及び貯蔵量は約２，３００，０００トンであり、発電所のＣＯ２排出量は約８０％低減される。
【００５３】
第二段階の改良の実施例は、水素エネルギ産業の発展のための大規模なＣＣＳの要件を満たしている。
【実施例１０】
【００５４】
これは、炭素排出量の低減された化石燃料発電所の実施例であり、実施例６、実施例７、実施例８、又は実施例９に記載の低減された炭素排出量で化石エネルギを利用する設備の１つ以上の技術的特徴を含む。
【００５５】
実施例６を基にしたガス−蒸気複合サイクル発電所の別の実施例では、酸素増加装置は、ガスタービンのガス圧縮機及び酸素−窒素分離膜からなる、ガス過給の酸素発生装置である。
【実施例１１】
【００５６】
これは、実施例６及び実施例７を基にした船舶の実施例である。図４に示されるように、バーナー２には、プロペラに接続された主推進エンジンとしての２３ＭＷの船舶用ディーゼルエンジンが１つと、補助としての加熱ボイラーが１つ含まれている。エンジンとボイラーの空気入口には、ガス過給の酸素発生装置が設置されている。ガス過給の酸素発生装置は、ディーゼルエンジンのガスターボチャージャーと、酸素窒素分離膜とからなる。炭素回収装置３の海水出口３．５は、水質回復装置３．６を介して海水排出パイプ３．７に接続されている。排ガス通路には、海水による洗浄の船舶炭素回収装置が設置される。排出水は、ＭＡＲＰＯＬ条約の附属書ＶＩでのＭＥＰＣ規則に従っており、海洋への排出が認められている。船舶の排煙中のＣＯ２は３％〜５％低減され（具体的な値は船舶が航行する海水の質と温度に関係する）、ＳＯ２は９９％低減される。船舶のディーゼルエンジンの効率は、酸素富化燃焼によって約３.８％向上する。
【００５７】
船舶の別の実施例では、燃料はＬＮＧであり、石炭や石油よりも炭素排出量が少ないが、やはり炭素排出量を低減及び抑制することが必要な化石エネルギに属する。
【実施例１２】
【００５８】
これは、実施例１１を基にした船舶の実施例である。図４に示されるように、炭素回収装置３の海水出口３．５は、熱電発電機３．８及び水質回復装置３．６を介して海水排出パイプ３．７に接続されている。熱電発電機３．８は、内部電源システムを介して、酸素増加装置１及び海水を汲み上げる装置３．２と電気的に接続されている。船舶の内燃機関の排ガスは高温であるため、洗浄プロセス中に海水が排ガスの廃熱を吸収することがより容易である（燃料熱量の６０％以上）。廃熱のこの部分を熱電発電に使用して、酸素増加装置と海水による洗浄のエネルギ消費を減らすことができる。この実施例では、排ガス中のＣＯ２排出量が５％〜１０％低減される。
【実施例１３】
【００５９】
これは、化石燃料を動力源とする炭素排出量の低減された船舶の実施例のグループであり、実施例６、実施例７、実施例１１、又は実施例１２に記載の低減された炭素排出量で化石エネルギを利用する設備の１つ以上の技術的特徴を含む。
【００６０】
本発明の特許請求の範囲は、上記の実施例に限定されない。
【符号の説明】
【００６１】
図面の符号に対応する構成要素又は構造物の名称は、以下の通りである。
１−酸素増加装置
１．１−吸気通路
１．２−酸素富化空気供給通路
１．３−窒素排出通路
１．４−窒素を再利用するための装置
２−バーナー
２．１−燃料供給装置
２．２−排煙排出通路
２．３−エネルギ変換及び出力装置
３−炭素回収装置
３．１−洗浄水が入るための通路
３．２−海水を汲み上げる装置
３．３−炭素が除去された排煙を排出するための通路
３．４−排気煙突
３．５−海水出口
３．６−水質回復装置
３．７−海水排出パイプ
３．８−熱電発電機
３．９−海洋
３．１０−海流
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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