(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素キャリアの存在下で少なくとも１つの液化炭化水素供給物を分解させ、第１の生成物流と、前記酸素キャリアに堆積する石油コークスと、を生成する第１の反応条件下で運転する第１の反応器に、少なくとも１つの液化炭化水素供給物を注入するステップと；
前記酸素キャリアを石油コークスが堆積した状態で前記第１の反応器から第２の反応器に移動するステップと；
第２の生成物流を生成し、石油コークスが堆積して含まれている前記酸素キャリアを還元する第２の反応条件で、前記第２の反応器を運転するステップであって、前記第２の反応条件には、前記酸素キャリアに堆積した石油コークスが、前記第２の反応器に注入された蒸気およびＣＯ２、と反応して第２の生成物流を生成し、前記第２の生成物流には合成ガスが含まれ、これにより酸素キャリアが還元される、ガス化プロセスが含まれているステップと；
還元された酸素キャリアの少なくとも第１の部分を前記第１の反応器に移動するステップであって、前記還元された酸素キャリアが、前記第１の反応条件で前記第１の反応器を運転可能とする熱およびエネルギーを提供するステップと；
前記還元された酸素キャリアの少なくとも第２の部分を第３の反応器に移動するステップであって、前記第３の反応器は、前記還元された酸素キャリアを酸化する第３の条件の下で運転されることを特徴とするステップと；
酸化された酸素キャリアを前記第３の反応器から前記第２の反応器に再び移動させるステップと、を備えることを特徴とする炭化水素分解が一体化した化学ループのための方法。
【請求項２】
前記第１の反応器に分解反応器が備えられ、前記第２の反応器に燃料反応器が備えられ、前記第３の反応器に空気反応器が備えられていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つの液化炭化水素供給物に重質液体燃料が含まれていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記酸素キャリアに金属酸化物が含まれていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
金属酸化物が前記第１の反応器の内部にある層の中に設けられることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第２の反応器からくる前記還元された酸素キャリアのうち前記第１の部分を、分割反応器の中で、前記第１の反応器に戻される一部分と、前記第２の反応器に再び戻される別部分と、に分割するステップと、
前記第１の反応器と前記第２の反応器との間で前記還元された酸素キャリアの循環を制御することにより、前記第１の反応器と前記第２の反応器の間の圧力バランスを前記分割反応器により保つステップとがさらに備えられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第３の反応器からくる前記酸化された酸素キャリアを、分割反応器の中で、前記第２の反応器に戻される部分と、前記第３の反応器に戻される別の部分とに分割するステップと、
前記第２の反応器と前記第３の反応器との間で前記酸化された酸素キャリアの循環を制御することにより、前記第２の反応器と前記第３の反応器の間の圧力バランスを前記分割反応器により保つステップと、
がさらに備えられることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
エネルギーを生成するために、前記第２の生成物流を、前記第２の反応器からガスタービンに移動させるステップをさらに備え、前記第２の生成物流に合成ガスが含まれていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
重質液体燃料と金属酸化物を分解反応器に注入するステップと；
前記分解反応器にある前記重質燃料を前記金属酸化物の存在下で分解して、石油系生成物と、前記金属酸化物に石油コークス堆積物を生成するステップと；
石油コークスが堆積した金属酸化物を、前記分解反応器から燃料反応器に供給するステップと；
前記石油コークスが堆積した金属酸化物を、水蒸気存在下で前記燃料反応器の中でガス化させ、生成ガス流、未燃ガス、および還元された金属酸化物を生成するステップと；
前記生成ガス流、未燃ガス、および前記還元された金属酸化物を前記燃料反応器からライザーに供給するステップと；
分離区域の中で前記未燃ガスおよび前記生成ガス流から前記還元された金属酸化物を分離させるステップと；
分離された還元された金属酸化物を空気反応器に供給するステップと；
前記還元された金属酸化物を前記空気反応器の中で酸化させることで、酸化された金属酸化物と燃焼排ガスを生成し、前記酸化された金属酸化物が前記燃料反応器に戻って供給されるステップと、を備えることを特徴とする、炭化水素分解が一体化した化学ループ燃焼のためのプロセス。
【請求項１０】
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９に記載のプロセス。
【請求項１１】
前記分解反応器が乱流層型、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９に記載のプロセス。
【請求項１２】
前記石油系生成物に、ナフサ、ガソリン、ディーゼル燃料、石油コークス、軽油、およびＬＰＧからなる群から選択される生成物が含まれることを特徴とする請求項９に記載のプロセス。
【請求項１３】
前記石油系生成物を前記分解反応器から分離装置に供給するステップをさらに備えることを特徴とする請求項９に記載のプロセス。
【請求項１４】
前記還元された金属酸化物に堆積した石油コークスの生産性を高めるために、前記石油系生成物を前記分離装置から前記分解反応器に再利用するステップをさらに備えたことを特徴とする請求項１３に記載のプロセス。
【請求項１５】
前記生成ガス流にＣＯとＨ２が含まれることを特徴とする請求項９に記載のプロセス。
【請求項１６】
前記生成ガス流に合成ガスが含まれることを特徴とする請求項１５に記載のプロセス。
【請求項１７】
前記合成ガスを複合サイクルタービンに使用して電気を生成することを特徴とする請求項１６に記載のプロセス。
【請求項１８】
前記未燃ガスに硫黄が含まれることを特徴とする請求項９に記載のプロセス。
【請求項１９】
前記ライザーに硫黄吸着材を注入するステップがさらに備えられることを特徴とする請求項９に記載のプロセス。
【請求項２０】
前記硫黄吸着材が石灰石であることを特徴とする請求項１９に記載のプロセス。
【請求項２１】
前記分離区域から分割反応器に前記還元された金属酸化物を運搬するステップと、
前記分割反応器と前記燃料反応器との間で前記還元された酸素キャリアの循環を制御することにより前記分割反応器と前記燃料反応器の間の圧力バランスを前記分割反応器により保つステップと、
前記還元された金属酸化物の一部を、前記分割反応器から、前記分解反応器および前記燃料反応器へと運搬するステップとをさらに備えることを特徴とする請求項９に記載のプロセス。
【請求項２２】
前記酸化された金属酸化物および燃焼排ガスを、前記空気反応器から分離装置へと運搬するステップをさらに含み、前記酸化された金属酸化物が前記燃焼排ガスから分離されることを特徴とする請求項９に記載のプロセス。
【請求項２３】
前記酸化された金属酸化物を前記分離装置から分割反応器へと運搬するステップと、
前記燃料反応器と前記空気反応器との間で前記還元された酸素キャリアの循環を制御することにより前記燃料反応器と前記空気反応器の間の圧力バランスを前記分割反応器により保つステップと、
前記酸化された金属酸化物の一部を前記分割反応器から、前記燃料反応器および前記空気反応器へと運搬するステップと、
をさらに備えたことを特徴とする請求項２２に記載のプロセス。
【請求項２４】
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９に記載のプロセス。
【請求項２５】
重質液体燃料の燃料源と；
重質液体燃料および金属酸化物が導入され、前記重質液体燃料が分解反応を経て石油系生成物を形成し、石油コークス粒子が前記金属酸化物に堆積する分解反応器と；
前記分解反応器に第１の導管を介して流体連通し、石油コークスが堆積する金属酸化物を受け入れる燃料反応器であって、前記燃料反応器に導入された水蒸気を用いて、金属酸化物を石油コークス堆積物と共にガス化させることにより、合成ガス、未燃ガス、および還元された金属酸化物が生成するように構成された燃料反応器と；
前記燃料反応器と流体連通して前記合成ガス、未燃ガスおよび前記還元された金属酸化物を受け入れ、前記分解反応器とも流体連通しているライザーであって、還元された金属酸化物の第１の部分が前記ライザーから前記分解反応器に運搬され、還元された金属酸化物の第２の部分が前記ライザーから前記燃料反応器に運搬されるように構成されたライザーと；
前記燃料反応器と第２の導管を通って流体連通し、前記燃料反応器から還元された金属酸化物を受け入れる空気反応器であって、前記空気反応器には、前記還元された金属酸化物を酸化させ、酸化された金属酸化物と燃焼排ガスを生成するための空気を導入する吸気口が設けられている空気反応器と；
前記空気反応器と前記燃料反応器を流体接続する第３の導管であって、前記酸化された金属酸化物の第１の部分を前記空気反応器から前記燃料反応器に運搬し、前記酸化された金属酸化物の第２の部分が前記空気反応器に再利用されるように構成された第３の導管と、が備えられたことを特徴とする重質燃料コークス化と化学ループ燃焼が一体化したシステム。
【請求項２６】
前記分解反応器と第４の導管を介して流体連通する分離装置をさらに備え、前記分離装置が前記分解反応器から石油系生成物を受け入れることを特徴とする請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
前記ライザーと第４の導管を介して流体連通する分離器をさらに備え、前記分離器は前記ライザーからくる前記合成ガス、前記未燃ガスおよび前記還元された金属酸化物を受け入れて、前記還元された金属酸化物から前記合成ガス、未燃ガスを分離し、前記還元された金属酸化物を前記分解反応器および前記燃料反応器に運搬することを特徴とする請求項２５に記載のシステム。
【請求項２８】
前記分解反応器と前記燃料反応器との圧力バランスを保つ分割反応器をさらに備え、前記分割反応器が第５の導管により前記分離器に流体接続され、前記分離器からくる還元された金属酸化物が前記分割反応器を通過してから、前記分解反応器と前記燃料反応器に受け入れられることを特徴とする請求項２７に記載のシステム。
【請求項２９】
前記空気反応器と第４の導管を介して流体連通する分離器をさらに備え、
前記分離器は前記空気反応器からくる酸化された金属酸化物と燃焼排ガスを受け入れて、前記燃焼排ガスから前記酸化された金属酸化物を分離し、前記酸化された金属酸化物を、前記燃料反応器と前記空気反応器に運搬することを特徴とする請求項２５に記載のシステム。
【請求項３０】
前記燃料反応器と前記空気反応器との圧力バランスを保つ分割反応器をさらに備え、前記分割反応器が第５の導管により前記分離器に流体接続され、前記分離器からくる酸化された金属酸化物が前記分割反応器を通過してから、前記燃料反応器と前記空気反応器に受け入れられることを特徴とする請求項２９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱と電気を生成する重質燃料コークス化および化学ループ燃焼のためのプロセスに関する。さらに本発明は、価値の高い石油系生成物の現場生成を用いた重質燃料の価格安定化と、生成ガスを発電用に使用することに関する。
【背景技術】
【０００２】
重質油は、石油の一種であり、世界中で発掘されている豊富なエネルギー源の１つである。世界の全石油埋蔵量のうち、推定５３パーセントが重質油または瀝青（これらの用語は同じ意味で用いられるものとする）の形で存在している。事実、２０３０年までに、重質油の生成は200パーセント増加すると予想されている。重質油は、慣習的な石油で「樽の底」と呼ばれている通り、通常炭素に富み、また非常に高密度である。重質油は粘性が高く、室温で固体または半固体となっており、また水素含有量が低く質量密度が高い（例えば、ＡＰＩ比重が２０以下となる）。
【０００３】
しかしながら、その豊富さにも関わらず、重質油の精製は困難であることがすでに分かっている。慣習的に、様々の重質燃料を改質するために複数の手法が用いられているが、これは、単一の手法のみを使用して改質を達成することは、これまで困難であるとされてきたためである。例えば、「真空蒸留塔底油」は、300℃〜400℃で液体だが、室温で固形を保っており、精製所で取扱うことおよび輸送することが、最も困難なタイプの重質油の１つを代表している。しかし、通常原油価格が上昇し続けるにつれて、重質油を合成原油に改質する需要がますます高まっている。
【０００４】
循環流動層ボイラーは、精製副産物をクリーンにかつ効率的に燃焼することができる。しかしながら、これら燃料は、精製所を液状で高温度にて排出され、この形状で燃焼器に直接導入されなければならないため、取扱いが困難となる傾向にある。循環流動層（Circulating Fluidized Bed; CFB）燃焼は、石炭および石油コークスの燃焼に通常用いられる慣習的な工業プロセスであって、化学ループ燃焼プロセスの発展の基礎とされてきた。
【０００５】
化学ループ燃焼（ＣＬＣ）は、元来ＣＯ２を生成するために１９５０年代に考案された特定のタイプの燃焼プロセスのことであるが、近年ではＣＯ２を回収できるプロセスとしてますます注目を集めている。慣習的なＣＬＣプロセスにおいて、酸素輸送材料、つまり「酸素キャリア」は、２つの異なる反応域間の酸素の中間輸送媒体として機能する。燃料が注入される第１の領域は燃料反応器と呼ばれ、また空気が注入され酸素キャリアが酸化される第２の領域は空気反応器と呼ばれる。したがって、ＣＬＣプロセスにより、空気と燃料の直接の接触が防止される。ＣＬＣプロセスでは、燃料反応器の燃料流を酸化させるために、固体金属酸化物酸素キャリアが通常使用される。これによりＣＯ２およびＨ２Ｏの生成が生じる。酸素キャリアの還元体はその後、空気反応器に運搬され、ここで空気と接触し、最初の状態まで再酸化され、その後、燃料反応器に戻されさらなる燃焼反応の用に供される。液化炭化水素供給物を用いたＣＬＣプロセスは当技術分野で知られている。しかし、このようなプロセスは、単一のプロセスで重質油供給物を価値の高い石油系生成物に改質することはしない。
【０００６】
よって、重質燃料を改質し、発電に使用される価値の高い石油系生成物を生成する単一の技術に需要がある。
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、重質液体燃料コークス化に化学ループ燃焼の概念を組み入れた発電プロセスに関する。一以上の実施態様において、還元された金属酸化物（熱媒体）と共に重質液体燃料が分解反応器に注入され、これにより分解反応が引き起こされ、還元された金属酸化物粒子に石油コークス堆積物が生成される。還元された金属酸化物粒子は石油コークス堆積物と共に、分解反応器から燃料反応器へと運搬される。ここに蒸気存在下でガス化されて、生成ガス流、未燃ガス、および還元された金属酸化物が生成される。生成ガス流は、発電のため複合サイクルユニットに使用することができる。還元された金属酸化物の一部は燃料反応器から分解反応器に戻され、また一部が燃料反応器から空気反応器へと運搬されて、ここで還元された金属酸化物が酸化されて、その後、燃料反応器に再び運ばれる。
【０００８】
一以上の実施態様において、金属酸化物粒子を循環させるため、一以上の分割反応器を本システムに使用することが可能であって、これにより主反応器間の圧力バランスが保たれている。一以上の実施態様において、分解反応器の分解反応から、ナフサ、および／または、ガソリンなどの高価値石油系生成物を生成することができる。少なくとも１つの実施態様において、燃料反応器と液体連通するライザーを利用することができる。ライザーには石灰石などの硫黄吸着材が導入されていて、硫黄吸着材によって、燃料反応器のガス化反応から生成された未燃ガスに存在する硫黄が吸着される。本発明およびその多くの特徴および利点のより完全な理解は、以下の詳細な説明および添付の図面を参照することによって達成される。
【０００９】
図面は、本発明の１つの実施形態のみを示しているのであって、その範囲を限定するものと見なすべきではないことに留意することが重要である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、化学ループ燃焼サイクルが分解反応器に組み込まれたプロセスの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本出願は重質液体燃料コークス化が分解反応器に組み込まれた化学ループ燃焼プロセスに関する。本出願の化学ループ燃焼プロセスは、液体燃料を用いたこれまでの化学ループ構成にあった制約の多くを取り除き、また液化重質炭化水素供給物および真空残油供給物の使用に対して柔軟性を与える。特に、一以上の変形例において、本発明のＣＬＣプロセスには重質液体燃料が用いられ、重質液体燃料が分解反応器での分解反応を経ることで、金属酸化物粒子に石油コークス堆積物が生じる。「コークス化」された金属酸化物はその後、化学ループ燃焼用の燃料として、燃料反応器で使用される。本出願に関連する他の利点は、以下の説明を考慮して理解されよう。
【００１２】
図１は本出願による重質液体燃料のコークス化が組み込まれた化学ループ燃焼プロセスを実行するための例示的なシステム100を図示している。図１はまた本出願によるＣＬＣプロセスを説明する例示的なフロー図も示している。一以上の実施態様において、図１のシステム100に例示されている通り、本ＣＬＣシステムには３つの主反応域：つまり、分解反応器200により定められる第１の反応域と；燃料反応器300により定められる第２の反応域と；空気反応器400により定められる第３の反応域と、を有することができる。燃料反応器300は、分解反応器200と空気反応器400の両方に作動可能に接続することができる。
【００１３】
一以上の変形例において、分解反応器200は、重質液体燃料および金属酸化物粒子に関する分解反応を促進するように設計されており、あらゆる適当な形態をとることができる。一以上の変形例において、分解反応器200は、重質液体燃料を処理することで、ガソリン、軽油、石油コークス、ディーゼル燃料、ナフサ、Ｃ１〜Ｃ４ガス、および液化石油ガス（ＬＰＧ）など、沸点の低いより価値の高い生成物を生成することができる。分解反応器200は、輸送ライン205から燃料が注入されるように設計されている。一以上の変形例において、注入される燃料は重質液体燃料であって、このようなものとしては、異なる重質油を多分に含有し、真空蒸留塔からくる残油（真空残油）を挙げることができる。別の実施例では、分解反応器200に注入される燃料は、固形燃料またはガス燃料とすることができる。
【００１４】
一以上の実施態様において、分解反応器200での燃料の分解反応に必要な熱およびエネルギーは、金属酸化物によって供給され、前記金属酸化物は熱媒体および酸素キャリアとして機能する。金属酸化物粒子は輸送ライン210から分解反応器200に輸送される。一以上の実施態様において、蒸気により流動化される分解反応器200の層は、金属酸化物により形成されてもよい。別の変形例では、分解反応器200を循環流動層または乱流層として機能させてもよい。一以上の実施態様において、金属酸化物は分解反応器に還元された状態で供給される。一以上の実施態様において、熱媒体金属酸化物粒子は、４８２℃から５０７℃までの温度で分解反応器200に入る。分解反応器200での熱媒体金属酸化物粒子の滞留時間は、１分から６０分までの間、優先的に１０分から３０分までの間とすることができる。例示的な実施例において、分解反応器200内部の圧力は１５psigから３５psigまでの間とすることができる。
【００１５】
これらの条件の下、少なくとも１つの実施態様において、分解反応器200で分解反応を進行させることにより、より価値の高い生成物を生成することができる。分解反応により生成された軽質分は分離装置215に送られ、ここでガス、ガソリン、ナフサ、軽油、および／または、他の高価値液体生成物に分離される。また、分解反応により石油コークスの固体残渣が形成され、これが金属酸化物粒子の表面に残る（以下、これを「コークス化金属酸化物」とよぶ）。一以上の変形例において、液体生成物のいくつか（ナフサおよび軽油、など）は、分離装置215から輸送ライン220を通って分解反応器200に戻って再利用され、これにより、金属酸化物粒子の石油コークスの生産量が増える。一以上の変形例において、分解反応器200に蒸気を導入することも可能であって、蒸気の存在下で、流動層のコークス化金属酸化物がガス化され、生成ガス（ＣＯおよびＨ２、など）を発生させることができる。換言すると、蒸気を用いて金属酸化物にあるコークス化された石油コークス堆積物を変換することが可能であって、蒸気の存在下では、石油コークスのガス化率が高くなる。一以上の変形例において、分解反応器200の流動層のバイパス形成を防止して、また縦方向に混合しないようにするために、バッフルまたはパッキンを使用することもできる。
【００１６】
分解反応器200の中で重質液体燃料の分解によって生成された、金属酸化物粒子に堆積する石油コークスは、燃料反応器300での化学ループ燃焼用の燃料としてその後使用される原料を提供する。換言すると、金属酸化物は酸素キャリアとしてだけでなく、石油コークスの物理的なキャリアとしても機能し、これが燃料反応器の反応条件下に置かれると、反応する。「コークス化」された金属酸化物粒子は、分解反応器200から輸送ライン225を通って燃料反応器300へと運搬される。一以上の変形例において、この「コークス化」された金属酸化物粒子は、燃料反応器300の底部に層を形成することが可能で、これを蒸気および／またはＣＯ２で流動化させることができる。蒸気、および／または、ＣＯ２は、輸送ライン305から燃料反応器300に注入することができる。蒸気の存在下で、この「コークス化」された金属酸化物はガス化され、生成ガス流が生成される。この生成ガス流に、ＣＯとＨ２を含有させることができる。一以上の実施態様において、この生成ガス流は合成ガスとなる。特に、燃料反応器300でのガス化反応により、金属酸化物粒子の石油コークスをクリーンな合成ガスに転換することができる。一以上の実施態様において、前記クリーンな合成ガスを複合サイクルユニットに使用（燃焼等）することが可能であって、前記複合サイクルユニットを化学ループユニットに作動可能に接続させることができる。
【００１７】
金属酸化物粒子の表面に存在する石油コークスは、燃料反応器300にて高温でガス化され、典型的には850℃から1200℃まで、優先的に950℃から1100℃までの温度でガス化される。一以上の変形例では、燃料反応器300は乱流域（乱流層）で運転し、これにより燃料反応器300における適切な混合および金属酸化物の分布が促進され、これによりガス化反応および合成ガスの生産性が高まる。別の変形例では、燃料反応器300は流動層または循環流動層として機能する。コークス化された金属酸化物粒子の燃料反応器300における滞留時間は１分から１５分、優先的には３分から１０分とすることができる。しかし、用途の詳細および他のパラメタを考慮すれば、これとは違う滞留時間でも構わない。
【００１８】
燃料反応器300は、ガス表面速度に基づいて設計され、またあらゆる適切な形態をとることができる。例示的な流動化ガス分布および良好な金属酸化物混合のためには、燃料反応器300の底部におけるガス表面速度は、0.3m/sから1.25m/sまでが望ましく、優先的には0.5 m/sから0.75m/sまである。
【００１９】
燃料反応器300でのガス化反応に引き続いて、還元された金属酸化物、合成ガス、および未燃ガスは、ライザー310に運搬される（実施例によっては、ライザーと燃料反応器を単一のユニットとして統合することができるものと理解されよう）。ライザー310では、未燃ガスが比較的細かい還元された金属酸化物粒子の一部を取り込み、輸送ライン315を通って分離区域320に移動する。合成ガスもまた、ライザー310から分離区域320へと移動し、その後、輸送ライン450を通って本システムから排出される。一以上の変形例において、石灰石などの硫黄吸着材をライザー310に導入することが可能であって、これによりガス化反応により生成されたガスに存在する硫黄が、硫黄吸着材により吸収されるようになっている。硫黄と硫黄吸着材（CaSO4、等）の反応生成物は、分離区域320より本システムから除去することができる。一以上の変形例において、分離区域320にサイクロン分離器を設けることが可能で、これは取り込まれた粒子状材料（還元された金属酸化物粒子）を通常の方法にて未燃ガスから分離するように機能する。分離区域320は、このように、気固分離器として考えることができる。
【００２０】
未燃ガスから分離された後、還元された金属酸化物は、分解反応器200、および／または、燃料反応器300に再循環される。一以上の実施態様において（図１に図示されている通り）、分離区域320で未燃ガスから分離された後、還元された金属酸化物粒子はまず、輸送ライン325から分割反応器330に運搬される。分割反応器330は、燃料反応器300と分解反応器200の金属酸化物粒子の循環を制御することにより、システムの圧力降下を維持する。分割反応器から排出された後に、還元された金属酸化物粒子は、輸送ライン335を通って燃料反応器300に再循環されるか、および／または、輸送ライン210を通って分解反応器に戻すことができる。一以上の変形例において、金属酸化物粒子の循環速度を圧力バランスユニットから制御することが可能であって、圧力バランスユニットとは反応器間の固形物循環を制御するように構成された装置のことである。圧力バランスユニットはまた、固形物循環の制御に関する技術的な指標を提供することができる。適切なダクト（図示せず）を設けることで、金属酸化物の微粒子を、燃料反応器300から、Ｕビームなど周知の分離媒体型サイクロンを通って、分解反応器200に移動させることができるものと理解されよう。
【００２１】
燃料反応器300の還元された金属酸化物は、輸送ライン340および前記輸送ラインに配置されるループシール345から、空気反応器400に供給することができる。還元された金属酸化物は、空気反応器400に入った後に、輸送ライン405から空気反応器400に注入された空気によって酸化される。一以上の変形例において、還元された金属酸化物は空気反応器400の底部に供給され、ここで空気が注入されることにより、金属酸化物粒子が流動化される。空気反応器400の基底部が流動化されることにより、還元された金属酸化物のフローが、安定かつ滑らかとなることを確実にすることができて、これにより還元された金属酸化物の酸化をより効率的なものにすることができる。空気反応器400における還元された金属酸化物の酸化反応は発熱反応であるため、熱の放出が生じる。この金属酸化物は空気反応器400で完全に酸化され、また粒子を（輸送ライン415から）サイクロン等の分離装置410まで持ち上げるのに十分な速度で酸化されて、ここで酸化された金属酸化物粒子が燃焼排ガスから分離される。サイクロン装置410から排出された後に、酸化された金属酸化物を、燃料反応器、および／または、空気反応器に供給することができる。かわりに、図１に示されるように、一以上の実施態様において、酸化された金属酸化物を、輸送ライン425から分割反応器420へと、まず供給させることができる。分割反応器420は、金属酸化物の循環を制御することにより、空気反応器400と燃料反応器300の圧力を維持する。分割反応器420から排出されると、酸化された金属酸化物粒子はその後、立て管435から燃料反応器300の底部に再循環されるか、および／または、立て管445から空気反応器400に再循環することが可能で、還元された金属酸化物の酸化反応が完了しない場合にも、還元された金属酸化物の酸化反応を完了させることができる。
【実施例】
【００２２】
以下の実施例は、本発明の実施態様をよりよく説明するために提供されるが、本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
【００２３】
この実施例では、金属酸化物は、4190kg/m3の密度を有し、約１０重量パーセントの酸素運搬能力を有するマンガン系の金属酸化物である。19.2パーセントだけの酸素が反応に加わり、これにより約1.92パーセントの酸素輸送が生じる。また、この実施例では、重質液体燃料が使用される。注入される重質燃料の量は一日あたり約10,000バレルである。分解反応器は、10.50パーセントがガス、42.11パーセントが液体、47.31パーセントが石油コークスからなる分解反応生成物を産出するように運転される。特に、ガスはＣ１〜ｎＣ４の組成を有し、液体は軽油とナフサから構成され、また石油コークスは硫黄を含有するが、硫黄は後にライザー内で石灰石注入によって処理される。金属酸化物粒子に形成された石油コークスの部分燃焼（ガス化プロセスの一部として生じる）が確実となるのに必要な酸素量を提供するために必要な金属酸化物は、１．２トン／秒である。
【００２４】
本発明は、従来技術に対していくつかの進歩を提供する。まず、単一のプロセスで重質燃料を価値の高い石油生成物に改質することができる。本発明の構成はまた、燃料を単に燃料反応器または運搬領域に注入することに対して改善をもたらす。特に、金属酸素キャリアに接触させた状態で燃料を燃料反応器に直接注入することで、燃料を直接ＣＯ２とＨ２Ｏに変換させ、発電の用に供することができる。その一方で、本開示の構成により重質燃料を価値の高い石油系生成物に改質することが可能になり、また石油コークスを生成して熱を生産することもできる。したがって、本発明の構成により、重質燃料の改質と発電を１つのプロセスに統合することができるようになる。
【００２５】
本発明は酸素キャリア（金属酸化物）の改善された−実施例によっては完全なる−還元を提供し、これは燃料反応器での酸素キャリアの滞留時間によっては制限されず、燃料反応器のサイズを増大させて滞留時間を大きくするか、あるいは酸素キャリアの循環速度を低くする。加えて、上述の通り、還元された金属酸化物を分解反応器に再循環させることで、分解反応に必要な熱が提供される。加えて、本発明により石油コークスが現場生成され、これにより石油コークスの輸送、調製、および加熱の必要性がなくなる。さらに、一以上の変形例において、本発明は、分解反応器から得られた生成ガスと、燃料反応器の石油コークス（合成ガス等）のガス化による生成ガスを組み合わせて、ガスタービンを運転するのに必要とされるガスを供給することができる。一以上の実施態様において、分解反応器から得られた生成ガスとして、Ｈ２、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、および／または、ｎＣ４を挙げることができるが、これらには限られない。
【００２６】
本発明のさらなる利点は、酸素キャリア（金属酸化物）の循環速度を低下させたまま、燃料反応器の酸素キャリアの部分的な還元が可能となる点にある。これにより、従来のプロセスと比較して、運動量がより大きく、またエネルギー効率のより高い酸素キャリアの還元が発生する。最後に、本発明は重質液体燃料に限られたものではなく、固形燃料やガス燃料などを含む、他のタイプの燃料を注入する柔軟性の余地を残している。
【００２７】
本発明を特定の実施形態および実施例を用いてこれまで説明してきたが、当業者には明らかである数多くの変形例および改善例が存在する。そのようなものとして、記載された実施形態は、すべての点で例示的なものであり、限定的ではないと考えられるべきである。したがって、本発明の範囲は、前述の説明によってではなく、添付の特許請求の範囲によって示される。特許請求の範囲の均等物の意味および範囲内に入るすべての変更は、その範囲内に包含されるべきである。
【図１】
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