(57)【要約】本発明は、炭化水素燃焼に由来するメタンまたは排煙から二酸化炭素および／または二酸化硫黄を抽出する方法およびシステムに関する。本発明によるシステムは、集積型カスケード（１８、２２、２５、２６、２８、３２、３３、３４、３９、４０）を有する冷凍装置などメタンまたは排煙を大気圧にほぼ等しい圧力下で、逆昇華プロセスによって二酸化炭素および／または二酸化硫黄が直接蒸気状態から固体状態に変化するような温度に冷却する冷却手段を含む。
2006519695.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排煙を大気圧にほぼ等しい圧力下で、逆昇華プロセスによって二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄が直接蒸気状態から固体状態に変化するような温度に冷却するステップを含み、排煙を冷却するステップが、
圧縮相、ならびに凝縮と蒸発の連続相を含むサイクルに従って、低下温度レベルで冷媒流体の混合物を分別蒸留して冷気を供給することによって、窒素、二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄の混合物を冷却するステップを含むことを特徴とする、大気中酸素および大気中窒素の存在下における炭化水素の燃焼に由来する排煙から二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄を抽出する方法。
【請求項２】
排煙を大気圧にほぼ等しい圧力下で、逆昇華プロセスによって二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄が直接蒸気状態から固体状態に変化するような温度に冷却するステップが、
液体の形の水を排煙から大気圧にほぼ等しい圧力下で抽出するステップも含むような方法であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
空気または水熱交換器を使用して、排煙から液体の形の水の全部または一部分を大気圧にほぼ等しい圧力下で抽出することを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
冷却熱交換器および／または脱水装置を使用することによって、排煙から残量の水を全部抽出するステップも含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
ステップが、排煙を大気圧にほぼ等しい圧力下で、逆昇華プロセスによって二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄が直接蒸気状態から固体状態に変化するような温度に冷却することを含み、その後に、
閉じた空間の二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄を融解するステップが続き、冷媒流体の混合物が過冷却しながら温気を空間に供給するとき、融解中の閉じた空間の圧力および温度が、二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄の三重点に変化することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
冷媒流体の混合物が、閉じた空間の二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄の融解と、先行する空間と対称をなす空間中の開いたサイクルを循環する二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄の逆昇華とを次々に保証し、二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄の融解と逆昇華が、閉じた空間と開いた空間の一方または他方で交互に実施されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
液体の形の二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄をタンク、特に取り外し可能なタンクに貯蔵するステップも含むことを特徴とする請求項５または６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
液体の形の二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄をタンク、特に取り外し可能なタンクに貯蔵するステップが、
閉じた空間に含まれている液体の二酸化硫黄、または液体の二酸化炭素および液体の二酸化硫黄を吸い込むステップと、
閉じた空間の圧力を大気圧に近い圧力にするステップと、
液体の二酸化硫黄、または液体の二酸化炭素および液体の二酸化硫黄をタンクに移送するステップとを含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
排煙に含まれている蒸気、二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄を連続抽出した後、窒素を外気に排出するステップも含むことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
外気に排出された窒素に含まれている冷気を排煙に移送し、したがって排煙の冷却に寄与するステップも含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
エネルギーを追加供給せずに排煙中の利用可能な熱エネルギーを使用して、排煙を大気圧にほぼ等しい圧力下で、二酸化硫黄の逆昇華温度、または二酸化炭素および二酸化硫黄の逆昇華温度に冷却するステップも含むことを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
排煙中の利用可能な熱エネルギーを利用するために、
排煙によって水を加熱し、次いで蒸発させて、加圧下で蒸気を発生させるステップと、
タービン中で蒸気を加圧下で膨張させて、力学的エネルギーまたは電気を発生させるステップも含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
排煙を大気圧にほぼ等しい圧力下で、逆昇華プロセスによって二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄が直接蒸気状態から固体状態に変化するような温度に冷却する冷却手段を含み、冷却手段が、
圧縮相（１７）、ならびに前記凝縮と蒸発の連続相を含むサイクルに従って、低下温度レベルで冷媒流体の混合物を分別蒸留して冷気を供給することによって、窒素、二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄の混合物を冷却するための集積型カスケード（１８、２２、２５、２６、２８、３２、３３、３４、３９、４０）を有する冷凍装置を含み、
冷凍装置が、
圧縮機（１７）、
部分凝縮装置（１８）、
分離用タンク（２８）、
前記蒸発凝縮装置（２２、３２）、
前記排煙冷却蒸発装置（２５、３３）、
前記気液熱交換器（２６、３４）、
前記逆昇華蒸発装置（３９、４０）、および
前記膨張装置（２４、３１、４１、４２）を含むことを特徴とする、大気中酸素および大気中窒素の存在下における炭化水素の燃焼に由来する排煙から二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄を抽出するシステム。
【請求項１４】
排煙を大気圧にほぼ等しい圧力下で、逆昇華プロセスによって二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄が直接蒸気状態から固体状態に変化するような温度に冷却する手段が、
液体の形の水を排煙から大気圧にほぼ等しい圧力下で抽出する前記抽出手段、特に前記熱交換器（１１、２５）も含むことを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
排煙から液体の形の水の全部または一部分を大気圧にほぼ等しい圧力下で抽出する抽出手段が空気または水熱交換器（１１）を含むようなシステムであることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
排煙に存在する残量の水の全部を抽出する抽出手段が熱交換器（２５）および／または脱水装置（５６）を含むようなシステムであることを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
冷媒流体の混合物が循環するサイクルが通り抜けている閉じた空間（３９、４０）も含み、
冷媒流体の混合物が過冷却しながら温気を空間に供給し、
二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄が固体状態から液体状態に変化するとき、
閉じた空間の圧力および温度が、二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄の三重点に変化することを特徴とする請求項１３から１６のいずれかに記載のシステム。
【請求項１８】
冷媒流体の混合物が、閉じた空間の二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄の融解と、先行する空間と対称をなす空間中の開いたサイクルを循環する二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄の逆昇華とを次々に保証し、二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄の融解と逆昇華が、閉じた空間と開いた空間（３９、４０）の一方または他方で交互に実施されることを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
液体の形の二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄を貯蔵する前記貯蔵手段、特に固定タンク（４０）および／または取り外し可能なタンク（５１）も含むことを特徴とする請求項１８または１８のいずれかに記載のシステム。
【請求項２０】
液体の形の二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄を固定タンク（４９）および／または取り外し可能なタンク（５１）に貯蔵する手段が、
空間（３９、４０）に含まれている液体の二酸化硫黄、または液体の二酸化炭素および液体の二酸化硫黄を吸い込み、
空間（３９、４０）の圧力を大気圧に近い圧力にし、
液体の二酸化硫黄、または液体の二酸化炭素および液体の二酸化硫黄をタンク（４９）に移送する
ための吸込み手段、特に空気ポンプ（４８）も含むことを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
排煙に含まれている蒸気、二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄を連続抽出した後、窒素を外気に排出する前記圧縮および／または吸込み手段（５７、５９）も含むことを特徴とする請求項１３から２０のいずれかに記載のシステム。
【請求項２２】
外気に排出された窒素に含まれている冷気を排煙に移送し、したがって排煙の冷却に寄与する前記移送手段（５５、１３）も含むことを特徴とする請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
少なくとも部分的に排煙を大気圧にほぼ等しい圧力下で、二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄の逆昇華温度に冷却するための前記排煙中の利用可能な熱エネルギーを回収する手段（６、７、８、９、１０）も含むことを特徴とする請求項１３から２２のいずれかに記載のシステム。
【請求項２４】
排煙中に存在する利用可能な熱エネルギーを回収する手段（６、７、８、９、１０）が、
排煙によって水を加熱し、蒸発させ、加圧下で蒸気を発生させる加熱手段、特に熱交換器（６）と、
蒸気を加圧下で膨張させ、力学的エネルギーまたは電気（１０）を発生させる膨張手段、特にタービン（７）を含むことを特徴とする請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
メタンを大気圧にほぼ等しい圧力下で、逆昇華プロセスによって二酸化炭素および／または二酸化硫黄が直接蒸気状態から固体状態に変化するような温度に冷却するステップを含み、メタンを冷却することを含むステップが、
圧縮相、ならびに凝縮と蒸発の連続相を含むプロセスに従って、低下温度レベルで冷媒流体の混合物を分別蒸留して冷気を供給することによって、メタン、二酸化炭素および／または二酸化硫黄の混合物を冷却するステップを含むことを特徴とする、特にガス田に由来するメタンに含まれている二酸化炭素および／または二酸化硫黄の抽出方法。
【請求項２６】
メタンが蒸気状態の水を含み、メタンを大気圧にほぼ等しい圧力下で、逆昇華プロセスによって二酸化炭素および／または二酸化硫黄が直接蒸気状態から固体状態に変化するような温度に冷却するステップが、
メタンから液体の形の水を大気圧にほぼ等しい圧力下で抽出するステップも含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
空気または水熱交換器を使用して、メタンから液体の形の水の全部または一部分を大気圧にほぼ等しい圧力下で抽出することを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
熱交換器および／または脱水装置を使用することによって、メタン中に存在している残量の水を全部抽出するステップも含むことを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
メタンを大気圧にほぼ等しい圧力下で、逆昇華プロセスによって二酸化炭素および／または二酸化硫黄が直接蒸気状態から固体状態に変化するような温度に冷却することを含むステップの後に、
閉じた空間の二酸化炭素および／または二酸化硫黄を融解するステップが続き、冷媒流体の混合物が過冷却しながら温気を空間に供給するとき、融解中の閉じた空間の圧力および温度が二酸化炭素および／または二酸化硫黄の三重点に変化することを特徴とする請求項２５から２８のいずれかに記載の方法。
【請求項３０】
冷媒流体の混合物が、閉じた空間の二酸化炭素および／または二酸化硫黄の融解と、先行する空間と対称をなす空間中の開いたサイクルを循環する二酸化炭素および／または二酸化硫黄の逆昇華とを次々に保証し、二酸化炭素および／または二酸化硫黄の融解と逆昇華が、閉じた空間と開いた空間の一方または他方で交互に実施されることを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
液体の形の二酸化炭素および／または二酸化硫黄をタンク、特に取り外し可能なタンクに貯蔵するステップも含むことを特徴とする請求項２９または３０のいずれかに記載の方法。
【請求項３２】
液体の形の二酸化炭素および／または二酸化硫黄をタンク、特に取り外し可能なタンクに貯蔵するステップが、
閉じた空間に含まれている液体の二酸化炭素および／または液体の二酸化硫黄を吸い込むステップと、
閉じた空間の圧力を大気圧に近い圧力にするステップと、
液体の二酸化炭素および／または液体の二酸化硫黄をタンクに移送するステップとを含むことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
メタンに含まれている二酸化炭素および／または二酸化硫黄を抽出した後、メタンを回収するステップも含むことを特徴とする請求項２５から３２のいずれかに記載の方法。
【請求項３４】
回収されたメタンに含まれている冷気をガス田に由来するメタンに移送し、したがってメタンの冷却に寄与するステップも含むことを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
メタンが周囲温度より高い温度であり、
メタンを、大気圧にほぼ等しい圧力下における二酸化炭素および／または二酸化硫黄の逆昇華温度に冷却し、追加のエネルギー供給なしにメタン中の利用可能な熱エネルギーを利用するステップも含むことを特徴とする請求項２５から３４のいずれかに記載の方法。
【請求項３６】
メタン中の利用可能な熱エネルギーを利用するために、
メタンによって水を加熱し、次いで蒸発させて、加圧下で蒸気を発生させるステップと、
タービン中で蒸気を加圧下で膨張させて、力学的エネルギーまたは電気を発生させるステップも含むことを特徴とする請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
メタンを大気圧にほぼ等しい圧力下で、逆昇華プロセスによって二酸化炭素および／または二酸化硫黄が直接蒸気状態から固体状態に変化するような温度に冷却する冷却手段を含み、冷却手段が、
圧縮相（１７）、ならびに前記凝縮と蒸発の連続相を含むサイクルに従って、低下温度レベルで冷媒流体の混合物を分別蒸留して冷気を供給することによって、メタン、二酸化炭素および／または二酸化硫黄の混合物を冷却するための集積型カスケード（１８、２２、２５、２６、２８、３２、３３、３４、３９、４０）を有する冷凍装置を含み、
冷凍装置が、
圧縮機（１７）、
部分凝縮装置（１８）、
分離用タンク（２８）、
前記蒸発凝縮装置（２２、３２）、
前記排煙冷却蒸発装置（２５、３３）、
前記気液熱交換器（２６、３４）、
前記逆昇華蒸発装置（３９、４０）、および
前記膨張装置（２４、３１、４１、４２）を含むことを特徴とする、特にガス田に由来するメタンに含まれている二酸化炭素および／または二酸化硫黄を抽出するシステム。
【請求項３８】
メタンが蒸気状態の水を含み、メタンを大気圧にほぼ等しい圧力下で、逆昇華プロセスによって二酸化炭素および／または二酸化硫黄が直接蒸気状態から固体状態に変化するような温度に冷却する手段が、
メタンから液体の形の水を大気圧にほぼ等しい圧力下で抽出する抽出手段、特に前記熱交換器（１１、２５）も含むことを特徴とする請求項３７に記載のシステム。
【請求項３９】
メタンから液体の形の水の全部または一部分を大気圧にほぼ等しい圧力下で抽出する抽出手段が、空気または水熱交換器（１１）を含むようなシステムであることを特徴とする請求項３８に記載のシステム。
【請求項４０】
メタン中に存在する残量の水を全部抽出する抽出手段が、冷凍熱交換器（２５）および／または脱水装置（５６）を含むようなシステムであることを特徴とする請求項３９に記載のシステム。
【請求項４１】
冷媒流体の混合物が循環するサイクルが通り抜けている閉じた空間（３９、４０）も含み、
冷媒流体の混合物が過冷却しながら温気を空間に供給し、
二酸化炭素および／または二酸化硫黄が固体状態から液体状態に変化するとき、
閉じた空間の圧力および温度が、二酸化炭素および／または二酸化硫黄の三重点に変化することを特徴とする請求項３７から４０のいずれかに記載のシステム。
【請求項４２】
冷媒流体の混合物が、閉じた空間の二酸化炭素および／または二酸化硫黄の融解と、先行する空間と対称をなす空間中の開いたサイクルを循環する二酸化炭素および／または二酸化硫黄の逆昇華とを次々に保証し、二酸化炭素および／または二酸化硫黄の融解と逆昇華が、閉じた空間と開いた空間（３９、４０）の一方または他方で交互に実施されることを特徴とする請求項４１に記載のシステム。
【請求項４３】
液体の形の二酸化炭素および／または二酸化硫黄を貯蔵する貯蔵手段、特に固定タンク（４９）および／または取り外し可能なタンク（５１）も含むことを特徴とする請求項４１または４２のいずれかに記載のシステム。
【請求項４４】
液体の形の二酸化炭素および／または二酸化硫黄を固定タンク（４９）および／または取り外し可能なタンク（５１）に貯蔵する手段が、
空間（３９、４０）に含まれている液体の二酸化炭素および／または液体の二酸化硫黄を吸い込み、
空間（３９、４０）の圧力を大気圧に近い圧力にし、
液体の二酸化炭素および／または液体の二酸化硫黄をタンク（４９）に移送する
吸込み手段、特に空気ポンプ（４８）も含むことを特徴とする請求項４３に記載のシステム。
【請求項４５】
メタンに含まれている二酸化炭素および／または二酸化硫黄を抽出した後、メタンを回収する前記圧縮および／または吸込み手段（５７、５９）も含むことを特徴とする請求項３７から４４のいずれかに記載のシステム。
【請求項４６】
回収されたメタンに含まれている冷気をガス田に由来するメタンに移送し、したがってメタンの冷却に寄与する前記移送手段（５５、１３）も含むことを特徴とする請求項４５に記載のシステム。
【請求項４７】
メタンが周囲温度より高い温度にあり、
前記少なくとも部分的にメタンを大気圧にほぼ等しい圧力下で、二酸化炭素および／または二酸化硫黄の逆昇華温度に冷却するためのメタン中の利用可能な熱エネルギーを回収する手段（６、７、８、９、１０）も含むことを特徴とする請求項３７から４６のいずれかに記載のシステム。
【請求項４８】
メタン中の利用可能な熱エネルギーを回収する手段（６、７、８、９、１０）が、
排煙によって水を加熱し、蒸発させ、加圧下で蒸気を発生させる加熱手段、特に熱交換器（６）と、
蒸気を加圧下で膨張させ、前記力学的エネルギーまたは電気（１０）を発生させる膨張手段、特にタービン（７）を含むことを特徴とする請求項４７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、大気圧下での逆昇華（ａｎｔｉ−ｓｕｂｌｉｍａｔｉｏｎ）によって二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄の抽出または捕獲を可能にする方法およびシステムに関する。本発明では、二酸化硫黄は、適切に二酸化硫黄（ＳＯ２）として定義されるが、ＳＯｘのタイプの化学種（ただし、ｘは特に３の値とすることができる）としても定義される。さらに詳細には、電気を発生させる発電所、すなわち火力発電所の煙突、または車両機関の排気管を循環する排煙中に存在する二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄の捕獲を可能にする方法およびシステムに関する。この二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄の捕獲は、それらを貯蔵するために実施される。
【背景技術】
【０００２】
暖房装置、発電所、または車両機関における燃焼プロセスに関連した二酸化炭素、すなわちＣＯ２の排出は、大気中のＣＯ２濃度の上昇を招き、これは長期的に許容できないことと見なされる。京都議定書は、排出を制限する議定書に署名した当事者の公約から成る。抑制、およびエネルギー効率は、ＣＯ２濃度を許容できるレベルに制限するには十分でない。二酸化炭素の捕獲、およびその遮蔽（ｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎ）は、経済発展のため、また大気中濃度を気候変動を制限するレベルに維持するために不可欠な目標である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
０．１％から最大３％までの様々な濃度のＳＯ２を含む排煙は、通常は、石炭、または炭化水素を含めて他の燃料で操業される発電所で処理される。これらの処理は、ＳＯｘ、ＳＯ２、ＳＯ３、および他の酸化物の大気中への排出を制限する効力のある規則に従った特定の装置で実施される。というのは、これらの物質が、特に酸性雨、ならびに都市部では、刺激および肺疾患の原因となるからである。ＳＯｘ排出を最小限に抑えて許容できるレベルにするのに適用される規則は１９８０年代初期に先進国で導入された。本発明によるこの方法およびシステムの価値は、逆昇華によるＳＯ２の捕獲、またはＣＯ２とＳＯ２、ならびに未燃炭化水素などの少量種の合同捕獲を含む。実際には、これら少量種は、一般に濃度が１％未満であり、したがって排煙内において非常に低分圧であり、その三重点未満、すなわち固相でしか捕獲することができない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、任意の燃焼システムに適用することができる、二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄の捕獲方法に関する。本発明による方法は、かかる燃焼システムを用いた、推進力もしくは電力発生のために使用される車両機関またはタービンのエネルギー効率にどんな変化も引き起こさないという特徴を有する。大気圧、またはほぼ大気圧下での逆昇華プロセスによるＣＯ２（またはＳＯ２）の捕獲は、エネルギー消費が全くまたは極めてわずかしか増加することなく実施される。例として、自動車用内燃機関向けのシステムの設計を記載する。
方法
本発明は、二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄を、大気中酸素および大気中窒素の存在下での炭化水素の燃焼に由来する排煙から、特に力学的エネルギーを発生させるための装置で抽出する方法に関する。本発明による方法は、排煙を大気圧にほぼ等しい圧力下で、逆昇華プロセスによって二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄が直接蒸気状態から固体状態に変化するような温度に冷却するステップを含む。
本発明による方法は、排煙を大気圧にほぼ等しい圧力下で、逆昇華プロセスによって二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄が直接蒸気状態から固体状態に変化するような温度に冷却するステップがさらに、液体の形の水を排煙から大気圧にほぼ等しい圧力下で抽出するステップを含むことが好ましい。
空気または水熱交換器を使用して、液体の形の水の全部または一部分を排煙から大気圧にほぼ等しい圧力下で抽出する。
さらに、本発明による方法は、冷凍熱交換器、および／または脱水装置を使用することによって排煙中に存在する水の残量をすべて抽出するステップも含むことが好ましい。
さらに、排煙を大気圧にほぼ等しい圧力下で、逆昇華プロセスによって二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄が直接蒸気状態から固体状態に変化するような温度に冷却することを含むステップは、冷媒流体の分別蒸留により冷気（ｆｒｉｇｏｒｙ）を供給することによって窒素、二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄の混合物を冷却するステップも含むことが好ましい。この分別蒸留は、圧縮相、ならびに凝縮と蒸発の連続相を含むサイクルに従って、冷媒流体の混合物の低下温度レベルで実施する。
排煙を大気圧にほぼ等しい圧力下で、逆昇華プロセスによって二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄が直接蒸気状態から固体状態に変化するような温度に冷却することを含むステップは、その後に、閉じた空間の二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄を融解するステップが続くことが好ましい。
冷媒流体の混合物は過冷却しながら閉じた空間に温気（ｃａｌｏｒｙ）を供給するので、閉じた空間の圧力および温度は、二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄の三重点まで変化する。
冷媒流体の混合物は、
・閉じた空間の二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄の融解と、
・先行する空間と対称をなす空間中の開いたサイクルを循環する二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄の逆昇華
とを次々に保証することが好ましい。
二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄の融解と逆昇華は、閉じた空間と開いた空間の一方または他方で交互に実施する。
さらに、本発明による方法は、液体の形の二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄を、タンク、特に取り外し可能なタンクに貯蔵するステップも含む。
液体の形の二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄を、タンク、特に取り外し可能なタンクに貯蔵するステップは、
閉じた空間に含まれている液体の二酸化硫黄、または液体の二酸化炭素および液体の二酸化硫黄を吸い込むステップと、
閉じた空間の圧力を大気圧に近い圧力に戻すステップと、
液体の二酸化硫黄、または液体の二酸化炭素および液体の二酸化硫黄をタンクに移送するステップとを含む。
本発明による方法は、排煙に含まれている蒸気、二酸化炭素、ＳＯ２、および未燃炭化水素などの少量種を連続抽出した後、窒素を外気に排出するステップも含むことが好ましい。
本発明による方法は、
・外気に排出された窒素に含まれている冷気を排煙に伝達し、
・したがって、排煙の冷却に寄与する
ステップも含むことが好ましい。
本発明による方法は、エネルギーを追加供給せずに少なくとも部分的に排煙中の利用可能な熱エネルギーを使用して、排煙を大気圧にほぼ等しい圧力下で、二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄の逆昇華温度に冷却するステップも含むことが好ましい。
排煙中の利用可能な熱エネルギーを利用するために、本発明による方法は、
排煙によって水を加熱し、次いで蒸発させて、加圧下で蒸気を発生させるステップと、
タービン中で蒸気を加圧下で膨張させて、力学的エネルギーまたは電気を発生させるステップも含む。
システム
本発明は、大気中酸素および大気中窒素の存在下における炭化水素の燃焼に由来する排煙から、二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄を、特に力学的エネルギーを発生させるための装置を用いて抽出するシステムにも関する。
本発明によるシステムは、排煙を大気圧にほぼ等しい圧力下で、逆昇華プロセスによって二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄が直接蒸気状態から固体状態に変化するような温度に冷却する冷却手段を含む。
排煙を大気圧にほぼ等しい圧力下で、逆昇華プロセスによって二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄が直接蒸気状態から固体状態に変化するような温度に冷却する手段が、液体の形の水を排煙から大気圧にほぼ等しい圧力下で抽出する抽出手段、特に交換器も含むことが好ましい。
排煙から液体の形の水の全部または一部を大気圧にほぼ等しい圧力下で抽出する抽出手段は、空気または水熱交換器も含むことが好ましい。
排煙中に存在する水の残量を全部抽出するために、抽出手段は、冷凍熱交換器、および／または脱水装置を含むことが好ましい。
さらに、排煙を大気圧にほぼ等しい圧力下で、逆昇華プロセスによって二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄（ならびに少量種）が直接蒸気状態から固体状態に変化するような温度に冷却する冷却手段は、冷媒流体の混合物の分別蒸留により冷気を供給することによって窒素、二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄の混合物を冷却する、集積型カスケード付き冷凍装置も含む。冷媒流体の混合物の分別蒸留は、圧縮相、ならびに凝縮と蒸発の連続相を含むサイクルに従って、低下温度レベルで実施する。冷凍装置は、圧縮機、部分凝縮装置、分離用タンク、蒸発凝縮装置、排煙冷却蒸発装置、気液熱交換器、逆昇華蒸発装置、および膨張装置を含む。
本発明によるシステムは、冷媒流体の混合物が循環するサイクルが通り抜けている閉じた空間も含むことが好ましい。閉じた空間の圧力および温度は、
・冷媒流体の混合物が過冷却しながら温気を閉じた空間に供給し、
・二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄が、固体状態から液体状態に変化するとき、
二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄の三重点まで変化する。
冷凍用流体の混合物は、閉じた空間の二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄の融解と、先行する空間と対称をなす空間中の開いたサイクルを循環する二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄の逆昇華とを次々に保証することが好ましい。二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄の融解と逆昇華は、閉じた空間と開いた空間の一方または他方で交互に実施する。
本発明によるシステムは、液体の形の二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄を貯蔵するための貯蔵手段、特に固定タンク、および／または取り外し可能なタンクも含むことが好ましい。
液体の形の二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄を固定タンク、および／または取り外し可能なタンクに貯蔵する手段は、吸込み手段、特に空気ポンプも含むことが好ましい。吸込み手段は、
閉じた空間に含まれている液体の二酸化硫黄、または液体の二酸化炭素および液体の二酸化硫黄を取り出し、
閉じた空間の圧力を大気圧に近い圧力に戻し、
液体の二酸化硫黄、または液体の二酸化炭素および液体の二酸化硫黄をタンクに移送する。
本発明によるシステムは、排煙に含まれている蒸気、二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄を連続抽出した後、窒素を外気に排出する圧縮手段、および／または吸込み手段も含むことが好ましい。
本発明によるシステムは、外気に排出された窒素に含まれている冷気を排煙に伝達し、したがって、排煙の冷却に寄与する伝達手段も含むことが好ましい。
本発明によるシステムは、エネルギーを追加供給せずに、少なくとも部分的に排煙を大気圧にほぼ等しい圧力下で、二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄の逆昇華温度に冷却するための、排煙中に存在する熱エネルギーを回収する手段も含むことが好ましい。
排煙中に存在する熱エネルギーを回収する手段は、
・排煙によって水を加熱し、蒸発させ、加圧下で蒸気を発生させる加熱手段、特に熱交換器、
・蒸気を加圧下で膨張させて、力学的エネルギーまたは電気を発生させる膨張手段、特にタービンを含むことが好ましい。
本発明による方法およびシステムの概要
本発明の一実施形態の変形を下記に概要を記載する。二酸化炭素について、定性および定量的な説明を展開している。これらを、当業者は、二酸化硫黄について、または二酸化硫黄および二酸化炭素について外挿することができる。このような外挿を行わなければならないときはいつでも、「（またはＳＯ２）」という表現を導入する。排煙とも呼ばれる排気ガスは、通常は二酸化炭素（ＣＯ２）、蒸気（Ｈ２Ｏ）、および窒素（Ｎ２）から構成される。ＣＯ、ＮＯｘ、ＳＯ２、未燃炭化水素など微量で発生する成分も同様に見つけられる。排煙中に存在する微量ガスはすべて、一般的に１％未満から２％までの内容物を表すが、その一部、例えばＳＯ２や未燃炭化水素は、上記に記載する方法によってガス流れの全量を冷却することを考慮して、捕獲することができる。
表１は、内燃機関の排気排煙の典型的なモル組成および重量組成を示す。
【０００５】
【表１】
2006519695.tif 000003
表２は、石炭燃料ボイラ排煙の典型的なモル組成を示す。
【０００６】
【表２】
2006519695.tif 000004
本発明による方法によれば、これらの排煙を冷却して、力学的エネルギーを回収し、かつ温度を周囲温度よりわずかに低くする。次いで、これらを冷媒サイクルによって漸進的により低い温度に冷却して、温度約−８０℃、圧力大気圧程度の大きさでのＣＯ２（またはＳＯ２）の逆昇華を可能にする。
本明細書では、逆昇華という用語は、当該気体の温度が三重点未満である場合に起こる気／固相の直接的な変化を表す。図１は、圧力−温度図で固相、液相、および気相の共存を示す図を示す。この図は、純物質すべてに対して有効である。三重点未満の場合、変化は直接固相と気相の間で起こる。固体から気体への変化は昇華と呼ばれる。逆の変化を表す慣用語はない。本明細書では気相から固相への直接的な変化を表すために逆昇華という用語を使用した。
排煙についての熱力学データは、９００℃から５０℃で利用可能なエネルギーが、１，０００ｋＪ／ｋｇよりわずかに高いことを示している。記載した例は、単純蒸気タービンサイクルによって、この熱エネルギーの３４％〜３６％を力学的エネルギーに変換することができ、それによると、交流発電機の効率（ａｌｔｅｒｎａｔｏｒ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）０．９を考慮して３０．５％〜３２．５％の電気を回収することが可能になることを示している。
一方、本発明によるシステムは、熱エネルギーを力学的エネルギーおよび／または電気に変換することが可能になるエネルギー発生装置、および集積型カスケード付きで設計された冷凍装置によって形成されたエネルギー消費装置で形成される。排気ガスの温度は、約＋９００℃から−９０℃に変化する。ガスは、この９００℃から約５０℃への冷却の過程においてエネルギーを生成し、その後、周囲温度（例えば、４０℃）から−９０℃のガスはエネルギーを消費する。記載した例は、利用可能なエネルギーは消費されるエネルギーより大幅に高く、したがって排煙から蒸気、次いでＣＯ２（またはＳＯ２）を次々に抽出することが可能になり、窒素、および露点がその時点で−９０℃より低い微量存在するガスだけを大気中に排出することを示している。
蒸気タービンのサイズは、処理される排煙の流速によって異なる。自動車用内燃機関の場合、内燃機関自体の出力および運転に応じた、３ｋＷ〜３０ｋＷ程度の大きさの電気を発生させる小型タービンである。力学的エネルギーを発生させるサイクルからの水の蒸発は、加圧下の閉じた水サイクルと排気管の間の交換によって行われる。実際には、水サイクルによって排気ガスから熱エネルギーを抽出すると、例えば排煙によって直接操作されるガスタービンが引き起こすはずの排気ガス中の力学的乱れを制限することが可能になる。ディーゼルまたはガソリン機関の操作パラメータは、排気圧の変化によって非常に乱されることが知られている。このような排気圧の変化が大幅になる場合、機関のエネルギー効率の低下を招く。熱交換器の対向流設計、およびサイクルに沿った非常に大きな温度勾配を使うと、力学的エネルギー発生サイクルの水を加熱し蒸発させることが可能になる。記載した例の場合、凝縮温度は、４０℃に等しい。この４０℃という温度は、空冷凝縮器の典型的な夏の状態に対応する。
この水を３１０℃〜３４０℃の飽和温度まで加熱する；約９．９ＭＰａ（９９バール）〜１４．５ＭＰａ（１４５バール）のボイラの飽和圧力は、これらの温度に対応する。圧力レベルを、機関の運転条件に応じて関数として調整する。圧力レベルをできる限り最善の方式で調整するために、水の流速を、熱交換器の入口および／または出口の排気ガス温度の測定に基づいて修正する。排煙の流速は極めて可変であるが、機関の運転モードについての知識、および燃料の流速からわかる。これらのデータは、機関の回転速度計と電子燃料噴射制御装置とから入手することができる。これらのデータによって、エネルギー回収サイクルを循環する水の流速の範囲、熱交換器の入口および／または出口の排気ガス温度の関数として調整される水サイクルの圧力を選択することが可能になる。
この沸点圧力で、液体を結果的に蒸気に変換する。次いで、蒸気それ自体を、排気ガスの利用可能な温度レベルの関数として典型的な温度４００℃〜５５０℃に過熱する。次いで、蒸気をタービン本体中で膨張させる。したがって、力学的エネルギーを排煙から抽出することが可能である。タービンは、電気交流発電機、はずみ車、または直接に冷凍システムの圧縮機さえ駆動することができる。電気交流発電機を駆動する版は、車両の内燃機関の様々なタイプの使用に応じて、より高い柔軟性をもたらす。
２通りのサイクル操作の場合に利用可能な力学的エネルギーの量を、下記のデータに基づいて評価する。
第１の場合、凝縮温度は４０℃に等しく、沸点は３１０℃に等しい。第２の場合、凝縮温度は常に４０℃に等しいが、沸点は３４０℃に等しい。しかし、蒸気を、第１の場合には４００℃に、第２の場合には５００℃に過熱する。排気ガス温度の様々な操作条件を示し、それ自体ｋｇ／秒で表された排煙の流速Ｍの関数として表される利用可能な出力に典型的な数値を提供するために、記載した例を選択する。これらによって、本発明による方法についてＣＯ２（またはＳＯ２）を含む排煙を高温で排出する管の点で概要を述べることが可能になる。排煙からのエネルギーの回収は、結果的に排煙の温度を７５０℃〜９００℃の典型的な値から約５０℃〜８０℃の温度に変えた。
以下のデータは、排煙を冷媒サイクルによってＣＯ２（またはＳＯ２）の逆昇華温度に冷却するのに必要な力学的エネルギーの量の大まかな値を示している。冷凍装置の熱交換器に到達する前に、排煙を５０℃から周囲温度に冷却する。熱交換が空気または水熱交換器中で行われる。乾燥排煙１ｋｇ当たり水約８６ｇの濃度の場合、露点が約５０℃であるので、排煙流れに含まれている水は、外側温度レベルに応じて、また微量存在する成分のレベルに応じて、この熱交換器で部分凝縮される。しかし、排煙中に微量ガスが存在することを考慮すると、水は酸性となることができ、純水の露点より高い特定の露点を有し得る。この場合、露点は通常は５０℃〜１００℃である。露点を上昇させる排煙中の微量ガスを考慮せずに、蒸気を凝縮するための従うべき手順を下記に記載する。
凝縮された水はその特性に応じて、直接排出しても、あるいは排出する前に予備処理するために貯蔵してもよい。周囲温度未満の場合は、排煙を、複数の交換セグメントを含むサイクル中で冷却する。したがって、これらは、大気圧または大気圧近くでのＣＯ２（またはＳＯ２）の逆昇華温度より低い温度になる。
排煙の流速Ｍは、その中に含まれている蒸気が凝縮されるので、集積型カスケードの空気交換器と第１冷却熱交換器の間で変化する。重量濃度が
ＣＯ２＝１９．５％、Ｈ２Ｏ＝８．６％、およびＮ２＝７１．９％
にそれぞれ等しい場合、排煙の流速Ｍは、微量ガスの濃度を無視して、水を含まない媒体の流速にほぼ等しい。すなわち、
ＭＮ２＋ＣＯ２＋ＳＯ２＝０．９１４Ｍである。
２台の逆昇華蒸発装置に到達する前に、冷凍システムの別の熱交換器で冷却され続けるのは、この水を含まない流れＭＮ２＋ＣＯ２＋ＳＯ２である。ＳＯ２含有量が、表２（０．４％）に示されるような場合、ＳＯ２は、４００Ｐａ（０．００４バール）程度の大きさのその分圧を考慮して、この温度レベルでは依然として気相で存在する。蒸発装置の表面温度は−９０℃未満であるので、ＳＯ２はＣＯ２とともに表面に被着する。このＳＯ２の合同捕獲は、最高のＳＯ２含有量の排煙のレベルよりも顕著に高い容量濃度３％までで起こる。
２台の逆昇華蒸発装置は、交互に動作する。排煙および冷媒流体は、２台の蒸発装置の一方または他方を交互に通過する。
逆昇華相中に、ＣＯ２氷またはＳＯ２氷は、逆昇華蒸発装置に配置されている熱交換器サイクルの外側壁上に被着する。ＳＯ２を含む排煙の場合、ＳＯ２もその分圧のために、気相から直接固相になる。この被着は、冷排煙の循環に対する障害物を漸進的に生じる。この蒸発装置をある期間操作した後、熱交換器の外側部分の排煙流れ、および熱交換器の内側の冷媒流体の流れを、対称的な蒸発装置に移す。冷媒流体は、熱交換器の内側のこの第２の蒸発装置で蒸発し、ＣＯ２またはＳＯ２が、その外側表面に被着する。第１の蒸発装置は、この期間はもはや蒸発部位ではなく、第１の蒸発装置の温度は上昇する。この温度上昇は、膨張前に液体冷媒を第１の蒸発装置の熱交換器を循環させることによって加速される。固体ＣＯ２を、大気圧での固相および気相の平衡温度である−７８．５℃から、３相、すなわち固相、液相、および気相が共存する三重点の圧力／温度特性である０．５２Ｍｐａ（５．２バール）で−５６．５℃に加熱する。
固体ＣＯ２は融解する、すなわち固相から液相になる。ＳＯ２も、より低い圧力の０．００１６ＭＰａ（０．０１６バール）で−７５．５℃から融解する、すなわちＣＯ２より先に融解し、好ましくは、必要なら、除氷の最初の瞬間に、部分真空下での特別な抽出によって回収することができる。
この熱交換器の圧力は、温度上昇とともに上昇し続ける。
ＣＯ２（またはＳＯ２）は、完全に液相になった後、ポンプで断熱性タンクに移送する。ポンプは、残留ガス、特にＣＯ２（またはＳＯ２）を吸い込むこともできる。したがって、排煙がその中に再び入ることができるように、逆昇華蒸発装置内の圧力を０．５２ＭＰａ（５．２バール）から大気圧に近い圧力にすることができる。
ここで、下記のサイクルを実施し、冷排煙に含まれているＣＯ２（またはＳＯ２）の蒸発装置の壁上への逆昇華を行うことができる。後者に、再び冷媒流体が供給される。したがって、サイクルは、平行に並んだ２台の低温蒸発装置で交互に継続される。
逆昇華を使用する本発明による方法は、気相を液体ＣＯ２相（または液体ＳＯ２相）にさせるステップを含む方法に比べて、有利である。実際には、気相から直接液相にするために、排煙の圧力を少なくとも０．５２Ｍｐａ（５．２バール）に上げ、その温度を−５６．５℃に下げる必要がある。実際には、この方法は、排煙の温度を０℃に下げて、水を除去し、次いで窒素とＣＯ２の混合物を少なくとも０．６Ｍｐａ（６バール）まで圧縮するステップを示唆する。この圧縮の間、窒素とＣＯ２の混合物を１２０℃に加熱する。再び１２０℃から−５６．５℃への冷却を実施する必要がある。この方法はさらに、無駄に窒素を０．５２Ｍｐａ（５．２バール）に圧縮するステップも示唆する。
冷凍装置は、それ自体知られている冷却の原理、いわゆる集積型カスケードでの冷却に従って動作する。しかし、本発明による冷凍装置は、下記に述べる特定の技術的特長を有する。実際には、圧縮機を１台しか含まない１台の冷凍装置によって周囲温度から−９０℃までの大幅な温度差を制して、排煙を冷却するために、本発明による方法は、冷媒流体の混合物を使用する。本発明による冷凍装置は、上記に記載した圧縮機１台、中間蒸発凝縮装置２台、および平行に接続された低温逆昇華凝縮装置２台を含む。中間蒸発凝縮装置によって、冷媒流体の蒸留と排煙流れの漸進的な冷却とが可能になる。
気候条件、および微量成分の含有量に応じて、排煙に含まれている残留蒸気を、上記に記載の空冷または水冷熱交換器内で、完全または部分凝縮する。そうしない場合には、水を冷凍装置の第１の熱交換器内で相補的に濃縮する。この場合、その温度は、０℃よりわずかに高く、滞留時間は、この濃縮を可能にするのに十分である。
サイクルの実施を可能にする冷媒流体の混合物は、３成分、４成分、または５成分混合物とすることができる。記載する混合物は、塩素含有冷媒ガスの生産、および最終的にはその使用を禁止するモントリオール議定書の要件を集約している。これは、ＣＦＣ（クロロフルオロカーボン）もＨ−ＣＦＣ（ヒドロクロロフルオロカーボン）も、これら流体のいくつかが集積型カスケードで作動流体として使用するのに機能上極めて興味深いものであるとしても、使用できる成分中には存在しないことを示唆する。京都議定書も、地球温暖化係数（ＧＷＰ）の高いガスに規制を加えている。しかし、それらが現時点で禁止されていないとしても、考え得る最低のＧＷＰの流体を本発明に従って使用することが好ましい。排煙からのＣＯ２（またはＳＯ２）の捕獲を実施するために、本発明による集積型カスケードで使用するのに適した混合物を以下に示す。
・３成分混合物
３成分混合物は、メタン／ＣＯ２／Ｒ−１５２ａ混合物、または冷媒流体の標準化命名法（ＩＳＯ  ８１７）を採用して、Ｒ−５０／Ｒ−７４４／Ｒ−１５２ａ混合物とすることができる。Ｒ−１５２ａをブタンＲ−６００、またはイソブタンＲ−６００ａで置換することができる。
・４成分混合物
４成分混合物は、
Ｒ−５０／Ｒ−１７０／Ｒ−７４４／Ｒ−１５２ａ、または
Ｒ−５０／Ｒ−１７０／Ｒ−７４４／Ｒ−６００、または
Ｒ−５０／Ｒ−１７０／Ｒ−７４４／Ｒ−６００ａの混合物とすることができる。
Ｒ−５０を、Ｒ−１４で置換することもできるが、そのＧＷＰは非常に高い（６，５００ｋｇ等量のＣＯ２）。
・５成分混合物
５成分混合物は、臨界温度が漸進的にずれている以下の８流体の一覧：Ｒ−７４０、Ｒ−５０、Ｒ−１４、Ｒ−１７０、Ｒ−７４４、Ｒ−６００、Ｒ−６００ａ、Ｒ−１５２ａからこれら５成分を適した割合で選択することによって調製することができる。これら臨界温度を表２に示す。以下の混合物は、例として記述するものとする。
Ｒ−５０／Ｒ−１４／Ｒ−１７０／Ｒ−７４４／Ｒ−６００、または
Ｒ−７４０／Ｒ−１４／Ｒ−１７０／Ｒ−７４４／Ｒ−６００、または
Ｒ−７４０／Ｒ−１４／Ｒ−１７０／Ｒ−７４４／Ｒ−６００ａ、または
Ｒ−７４０／Ｒ−１４／Ｒ−１７０／Ｒ−７４４／Ｒ−１５２ａ、または
Ｒ−７４０／Ｒ−５０／Ｒ−１７０／Ｒ−７４４／Ｒ−１５２ａ（Ｒ−７４０はアルゴンである）。
表２は、これら流体の主要な熱力学的諸特性、および名前を示す。
【０００７】
【表３】
2006519695.tif 000005
２台の中間蒸発凝縮装置、および逆昇華蒸発装置によって、温度が３段階の集積型カスケードが形成されている。これら３段階は、すべて圧縮機の吸込みに接続されているのですべて同じ圧力で動作するが、これら３段階の平均温度は、各熱交換器のその他の管を循環する冷媒の流速間で温度差が存在するはずなので、通常は−５℃、−３０℃、および−９０℃程度の大きさである。
集積型カスケードの３「段階」における冷媒流体混合物の流速は、冷媒流体混合物の成分の割合に応じて異なる。したがって、組成とカスケードの温度レベルの間には関連がある。
集積型カスケードを有する冷凍装置に関して例として提供された以下のデータは、５成分を含む冷媒流体混合物の使用に基づいている。５成分の重量組成は以下のとおりである。
・Ｒ−５０      １％
・Ｒ−１４      ３％
・Ｒ−１７０    １９％
・Ｒ−７４４    ２７％
・Ｒ−６００    ５０％。
可燃性および不燃性成分の割合は、混合物が不燃性で安全な混合物となるようなものである。この混合物の臨界温度は、７４．２℃であり、その臨界圧力は、５Ｍｐａ（５０バール）である。
最も臨界温度の高い成分、この場合はＲ−６００およびＲ−７４４の割合が、混合物中で最も高い。というのは、これらが中間の２段階で蒸発するので、臨界温度の低い成分の蒸留を実施することが可能になるからである。臨界温度の低い成分は、このときその平行な管の一方または他方を交互に運転する２重蒸発装置である逆昇華蒸発装置において、低温で蒸発することができる。
カスケード内の熱交換器は、向流熱交換器であることが好ましい。これらによって、入口と出口の間の非常に大きな温度差を利用することが可能になる。また、これらによって、様々な温度における液体と蒸気の間の熱を回収することも可能になる。
逆昇華蒸発装置を通過した後、水を含まない排煙流れＭＮ２＋ＣＯ２＋ＳＯ２は、初期の流れＭの０．７１９を占める窒素流れＭＮ２に低下する。温度−９０℃のこの窒素流れは、排煙チューブへ向流で循環して、水を含まない排煙流れＭＮ２＋ＣＯ２＋ＳＯ２、次いで全排煙流れＭの冷却に関与する。逆昇華蒸発装置を出た窒素流れは、窒素の温度が再び周囲温度レベルに到達するまで、排煙の冷却に関与する。窒素流れＭＮ２の圧力は、蒸気、およびＣＯ２（またはＳＯ２）蒸気の連続捕獲を考慮して、流れＭの初期圧力の７３％に等しい。この循環に必要な過剰圧力は、例えば空気圧縮機によってもたらされる。ベンチュリに注入される空気圧縮機の流れによって、窒素流れを抽出することが可能になる。
別の概念は、排煙が循環するサイクル全体に沿って、かつ排煙が空気中に排出されるまで、大気圧に比べてわずかに過剰な圧力にするため、空冷熱交換器の出口で全流れを圧縮することからなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明による方法およびシステムの詳細な説明
本発明の他の特性および利点は、指示的で非限定的な実施例として挙げられている本発明の一実施形態変形の説明を読み、かつ一実施形態変形の逆昇華による二酸化炭素の捕獲を可能にするシステムの概略図を示す図３から明らかであろう。示された数値は、二酸化炭素に対応し、当業者は、これらを二酸化硫黄の場合、または二酸化硫黄および二酸化炭素の場合に外挿することができる。このような外挿をするときはいつも、「（またはＳＯ２）」という記載が挿入される。
次に、図３を述べる。使用する参照番号は、図３中のものである。
下記の表は、使用する数値参照システムを示している。それは、異なる参照番号を有する同一技術用語の意味を明確に示している。
排煙中の熱含量、および排煙の化学組成の変化を、排煙がサイクルを循環して、冷却される間監視した。
排煙の流れＭは、４つの流れの合計である。
Ｍ＝ｍＨ２Ｏ＋ｍＣＯ２＋ｍＮ２＋ｍ微量、
式中、ｍＨ２Ｏは、蒸気流れを表し、
ｍＣＯ２は、二酸化炭素流れを表し、
ｍＮ２は、窒素流れを表し、かつ
ｍ微量は、ＳＯ２または未燃炭化水素を含めて、微量ガス流れを表す。
排煙は、内燃機関１（または内燃機関）から管２（内燃機関の出口管）を経由して出て行く。その温度は９００℃である。熱交換器６（第１排煙冷却熱交換器）中のこれら排煙から放出されるエネルギーは、排煙流れＭの関数として表すことができる。
Ｑｅｃｈ＝Ｍ（ｈｓ６−ｈｅ６）
式中、ｈｓ６、ｈｅ６はそれぞれ、熱交換器６の出口および入口における排煙のエンタルピーを表す。
内燃機関１の出口における排煙の重量組成はそれぞれ、
・ＣＯ２：１９．５％、
・Ｈ２Ｏ：８．６％、
・Ｎ２：７１．９％に等しい。
この明細書では、ＳＯ２などの微量ガスは、エネルギーの点から見てその影響力が無視できるものであると見なして、無視した。
熱交換器６中の排煙から放出されたエネルギーＱｅｃｈは、約１，０００ｋＪ／ｋｇに等しい。熱交換器６の出口における排煙の温度は、５０℃である。放出された（ｋＷで表される）出力Ｐｅｃｈを、ｋｇ／秒で表される排煙流れＭの関数として表すことが可能である。
Ｐｅｃｈ＝Ｑｅｃｈ×Ｍ＝１，０００ｋＪ／ｋｇ×Ｍｋｇ／秒＝１，０００Ｍ（単位ｋＷ）。
熱交換器６中の排煙から放出された熱エネルギーを、それ自体知られている方式で、力学的エネルギー、次いで電気に変換する。排煙は、そのエネルギーを熱交換器６を循環する水に放出する。この水を逐次、液相中で４２℃から３１０℃に加熱し、次いで飽和圧力、すなわち９．９Ｍｐａ（９９バール）、３１０℃で、あるいは熱交換器６の第２の実施形態変形では３４０℃、１４．５Ｍｐａ（１４５バール）で沸騰し、この水を、最終的に熱交換器６の第２の実施形態変形中で４００℃、または５００℃に過熱する。過熱された蒸気を、記載する変形中の交流発電機１０を駆動するタービン７中で膨張させる。この膨張の後に部分的に２相である膨張蒸気を、空冷凝縮器である凝縮装置８中で凝縮させる。第２の実施形態変形では、このようにして形成された液体を、ポンプ９によって、圧力９．９Ｍｐａ（９９バール）、１４．５Ｍｐａ（１４５バール）に圧縮する。記載するエネルギー収支で考慮されない熱エネルギーを、内燃機関１の冷却サイクル３から場合によっては回収することができる。内燃機関１の冷却サイクル３からエネルギーを回収する熱交換器５は、この目的で回収サイクル４を含む。回収サイクル４と内燃機関１の冷却サイクル３の間の接続は示していない。夏には、空冷凝縮器８では、凝縮温度は４０℃である。最高温度の諸国では、冬と夏の間の凝縮温度は、通常は１０℃から６５℃に及ぶこともある。蒸気凝縮温度が１０℃に等しい場合に回収できるエネルギーの量は、凝縮温度が６５℃に等しい場合に回収される量より大きい。
表３および４は、各実施形態変形の場合の、液体の水、または蒸気のエンタルピーを示す。
・熱交換器６の入口および出口、
・タービン７の出口、ならびに
・空冷凝縮器８の出口。
これら４つのエンタルピー値は、エネルギー回収サイクルのエネルギー効率を表す。熱交換器６、タービン７、凝縮装置８、およびポンプ９は、管で接続され、排煙からエネルギーを回収するための熱エネルギー回収システムを形成する。
こうして回収された熱エネルギーは、力学的エネルギーに変換される。
タービン７に結合された交流発電機１０によって、力学的エネルギーを電気に変換することが可能になる。
【０００９】
【表４】
2006519695.tif 000006
【００１０】
【表５】
2006519695.tif 000007
排煙は、水流れに向流で熱交換器６を循環する。排煙の温度は、９００℃から５０℃であり、水の温度は、第１の変形では４０℃から４００℃であり、第２の変形では最高５００℃である。第１の変形の場合では、蒸発は、３１０℃、圧力９．９Ｍｐａ（９９バール）で起こる。第２の変形の場合では、蒸発は、３４０℃、圧力１４．５Ｍｐａ（１４５バール）で起こる。したがって、熱交換器６は水ヒータであると同時にボイラである。
熱交換器６の出口における温度が４００℃に等しい第１の変形の場合では、熱交換器６の入口における圧力は、９．９Ｍｐａ（９９バール）に等しく、凝縮温度は４０℃に等しく、表３によって、熱交換器６のサイクル中の水の単位質量流量で表される力学的エネルギーを決定することが可能になる。タービン７の機械効率が０．８５に等しい場合、力学的エネルギーは、
（３，０９８．２−１，９３５．９）×０．８５＝９８８ｋＪ／ｋｇに等しい。
第２の変形の場合では、熱交換器６の出口における温度が５００℃に等しいとき、熱交換器６の入口における圧力は、１４．５Ｍｐａ（１４５バール）に等しく、凝縮温度は４０℃に等しい。表４によって、熱交換器６のサイクル中の水の単位質量流量で表される力学的エネルギーを決定することが可能になる。タービン７の機械効率が０．８５に等しい場合、力学的エネルギーは、
（３，３１４．８−１，９８２．１）×０．８５＝１，１３２．８ｋＪ／ｋｇに等しい。
第１の変形の場合、排煙サイクルによって熱交換器６に供給されるエネルギーは、
Ｑｅｃｈ＝３，０９８．２−１７７．４＝２，９２０．８ｋＪ／ｋｇに等しい。
第２の変形の場合、排煙サイクルによって熱交換器６に供給されるエネルギーは、
Ｑｅｃｈ＝３，３１４．８−１８２＝３，１３２．８ｋＪ／ｋｇに等しい。
熱交換器６中の排煙から放出される熱出力Ｐｅｃｈが、
排煙流れの関数としてｋＷで表されるＰｅｃｈ＝１，０００Ｍに等しいことは上記で指摘した。
抽出された力学的出力は、タービンサイクルの収率に基づいて、排煙流れの関数として表される。
この流れＭに関係する、抽出された力学的エネルギーは、タービンサイクルの収率を排煙流れの関数として表す。
ケース１の場合：Ｐｍｅｃｈ＝（９８８／２，９２０．８）×１，０００×Ｍ＝３３８．６Ｍ（単位、ｋＷ）、
ケース２の場合：Ｐｍｅｃｈ＝（１，１３２．８／３，１３２．８）×１，０００×Ｍ＝３６１．６Ｍ（単位、ｋＷ）。
第１および第２の実施形態の場合では、交流発電機１０は、効率が０．９である。排煙から熱エネルギーを回収するサイクルによって得られた電力Ｐｅｌｅｃは、
第１の実施形態変形の場合、Ｐｅｌｅｃ＝３０４．５Ｍ（単位、ｋＷ）であり、
第２の実施形態変形の場合、Ｐｅｌｅｃ＝３２５．４Ｍ（単位、ｋＷ）である。
したがって、排煙の温度が４００℃より高い場合、排煙から３０．５％〜３２．５％の電気を回収することが可能である。
次に、別の熱交換器における排煙連続冷却相を述べる。冷却は、窒素の場合、純粋な冷却であり、水の場合、冷却と凝縮であり、ＣＯ２（またはＳＯ２）の場合、冷却と逆昇華である。液体の水、固体の水、次いで液体のＣＯ２（またはＳＯ２）を抽出する場合を理解するために、これら３成分の質量流量の変化、および排煙冷却サイクルに沿った、すなわち管１３に沿ったエネルギーの変化を監視することが必要である。各成分に関してエネルギーの変化はｋＪ／ｋｇで表され、追加の大きさも、重量分率も表されている。表６では、窒素のエンタルピーを示し、表５では、ＣＯ２（またはＳＯ２）のエンタルピーを示し、図２では、それ自体知られている方式で、ＣＯ２（またはＳＯ２）の場合の温度対エントロピー図が示されている。
この図では、
・温度をＫで表し、
・エントロピーをｋＪ／ｋｇ・Ｋで表す。
ポイントＡは、第１（Ｎｏ．１）冷却蒸発装置２５の入口におけるＣＯ２を表すポイントである。圧力は、０．１Ｍｐａ（１バール）であり、温度は、５０℃（３２３Ｋ）であり、ＣＯ２（またはＳＯ２）のエンタルピーは、４５０．８ｋＪである（表５を参照）。
ポイントＢは、熱交換器１１の出口におけるＣＯ２（またはＳＯ２）の状態を表すポイントであり、温度は、４０℃であり、エンタルピーは表５に示すとおりである。
ポイントＣは、気／固相変化の前の逆昇華蒸発装置（Ｎｏ．１）３９の入口におけるＣＯ２（またはＳＯ２）を表すポイントである。圧力は、０．０８５Ｍｐａ（０．８５バール）であり、温度は、−７２℃（２０１Ｋ）であり、エンタルピーは、３４９ｋＪ／ｋｇである（表５を参照）。
ポイントＤは、−８０℃におけるＣＯ２（またはＳＯ２）の完全凝固曲線のＣＯ２（またはＳＯ２）を表すポイントである。凝固は、逆昇華蒸発装置（Ｎｏ．１）３９のチューブの壁上で起こる。完全な気／固相変化には、冷却エネルギー５６８ｋＪ／ｋｇが必要であった。
ポイントＥは、逆昇華蒸発装置（Ｎｏ．１）４０の空間での固体ＣＯ２（または固体ＳＯ２）の昇華による除氷操作中のＣＯ２（またはＳＯ２）を表すポイントである。この操作は、固体ＣＯ２（または固体ＳＯ２）が部分昇華して、蒸気圧を０．５２Ｍｐａ（５．２バール）に上げるので、圧力増大を招く。
ポイントＦは、一定圧力０．５２Ｍｐａ（５．２バール）下でのＣＯ２（または固体ＳＯ２）の融解の終点におけるＣＯ２（または固体ＳＯ２）を表すポイントである。したがって、ＣＯ２（または固体ＳＯ２）はポイントＦでは完全に液体である。
【００１１】
【表６】
2006519695.tif 000008
表５の数値を使用したエネルギー収支を以下に述べる。
次に、排煙冷却熱交換器１１の入口における排煙流れの変化について記述を続けて行い、蒸気の捕獲の機構、ならびにそれに関連するエネルギー消費を明確に説明する。
表６は、熱交換器の入口と出口、ならびにそれに接続する管セクションにおける温度、エンタルピー、および重量分率の変化を示す。各熱交換器で抽出されたエネルギーの量を示して、蒸気、次いでＣＯ２（またはＳＯ２）の連続捕獲に応じた流れの変化も述べる。排煙管１３と窒素通気管５５は、緊密に接触させて配置し、外部から断熱する。構成要素１１、２５、３３、３９、および４０の間に配置された管１３および５５は、連続した熱交換器を形成する。
【００１２】
【表７】
2006519695.tif 000009
水の部分凝縮によって熱交換器１１の排煙を５０℃から４０℃に冷却するには、１０９Ｍ（ｋＷ）の出力が必要である。記載した例では、水は、この排煙冷却熱交換器１１内で凝縮し始める。他の温度条件の場合、あるいは水の露点を改変する微量化合物が存在するため、水の凝縮は、熱交換器６で始まることがある。実際には、排煙中の水の重量濃度が８．６％である場合、水の露点は約５０℃である。熱交換器１１の出口における排煙流れは、０．９６４Ｍに等しい。水の重量分率は、８．６％から５％に変わった。熱交換器１１は、水の凝縮物を管１４を介して除去できるように設計されている。管１４は、熱交換器１１と集水タンク１６を接続する。
熱交換器１１を熱交換器２５の入口に接続している管１３中の排煙は、管５５によって冷却する。さらに、これらの管セクションを、外部から断熱する。
２本の管１３および５５の間の交換モードを正確に述べる。これらは、熱交換器１１、２５、３３、および３９、または４０の間で管１３を形成する各接続セクションでは、熱的に有効な接触している。これら３セクションは、管５５中の窒素流れの冷熱が管１３を向流で循環する排煙流れを冷却する真の熱交換器を形成する。表６は、熱交換器３９または４０と熱交換器３３の間、次いで熱交換器３３と熱交換器２５の間、最後に熱交換器２５と熱交換器１１の間の３セクションのそれぞれについて、管５５中における窒素流れのエンタルピーの変化を示す。０．７１９Ｍ（ｋｇ／秒）に等しい窒素流れのエンタルピーの変化は、上記の３つの熱交換器セクションのそれぞれにおいて管１３を循環する排煙流れに、交換効率９０％で伝達される。熱交換器１１と２５の間の窒素流れから放出されるエネルギーは、２６．３Ｍ（ｋＷ）である。これは、蒸気の一部分を凝縮して、４．２％に低減し、かつ熱交換器２５の入口における排煙流れを３６．５℃まで冷却するために使用される。
熱交換器２５の出口において、排煙流れ温度は１℃であるが、排煙温度のこのような低下、および残存蒸気の凝縮を可能にするためには、熱交換器２５において冷凍出力１３８Ｍ（ｋＷ）を必要とする。
排煙に含まれている水から氷が形成するのを避けるために、排煙温度を１℃に調整する。第１（Ｎｏ．１）冷却蒸発装置２５のセクションおよび設計によって、排煙流れの厳密な減湿を保証することが可能になる。第１（Ｎｏ．１）冷却蒸発装置２５の出口における排煙には、通常は、０．０５ｗｔ％未満の水しか残存していない。
排煙管１３は、第１（Ｎｏ．１）冷却蒸発装置２５の内部室と連通する。排煙が第１（Ｎｏ．１）冷却蒸発装置２５を通過する間にそれから抽出された水を、内部室に回収する。次いで、第１（Ｎｏ．１）冷却蒸発装置２５の排水管１５を経由して集水タンク１６に移送する。第１（Ｎｏ．１）冷却蒸発装置２５を出た排煙は、排煙の完全な乾燥を保証する脱水装置５６を通過する。ＭＮ２＋ＣＯ２＋ＳＯ２で示される水を含まない排煙の質量流量は、内燃機関１を出た流れＭの０．９１４に等しい。実際には、質量流量の８．６％は、液体の水の形で、排煙冷却熱交換器１１、接触している管１３および５５のセクションで形成された熱交換器、第１（Ｎｏ．１）冷却蒸発装置２５、および脱水装置５６で捕獲された。
管５５を循環する窒素流れは、熱交換器２５と３３を接続する管１３のセクションにおいて、冷凍出力１４Ｍ（ｋＷ）を産出し、熱交換器３３の入口において窒素およびＣＯ２（またはＳＯ２）の残留排煙流れＭＮ２＋ＣＯ２＋ＳＯ２を温度−１４℃に冷却する。
冷凍出力５．４Ｍを第２（Ｎｏ．２）冷却蒸発装置３３に供給し、窒素およびＣＯ２（またはＳＯ２）の残留流れＭＮ２＋ＣＯ２＋ＳＯ２を温度−２０℃に冷却する。
管１３と５５の間の冷却を考慮すれば、管５５が冷凍出力４７Ｍ（ｋＷ）を供給したので温度約−７２℃の残留流れＭＮ２＋ＣＯ２＋ＳＯ２は、２台の逆昇華蒸発装置（Ｎｏ．１）３９または（Ｎｏ．２）４０のうちの１台に入る。
２台の逆昇華蒸発装置（Ｎｏ．１）３９または（Ｎｏ．２）４０の形式および設計によって、気体の場合長い滞留時間が可能になる。ＣＯ２（またはＳＯ２）の逆昇華は冷凍出力１２５．９Ｍ（単位、ｋＷ）を必要とするが、残留排煙流ＭＮ２＋ＣＯ２＋ＳＯ２をＣＯ２（またはＳＯ２）が逆昇華するまで冷却する。すなわち、ＣＯ２（またはＳＯ２）を、逆昇華蒸発装置３９または４０において、温度約−８０℃、圧力０．０８５Ｍｐａ（０．８５バール）（絶対値）、または−７８．６℃、圧力０．１Ｍｐａ（１バール）で逆昇華させることによって捕獲し、一方、ＭＮ２で示される残留窒素流れを−９０℃に冷却し、次いで管１３と向流交換を行う管５５を経由して大気中に排出する。
温度約−７２℃、およびエンタルピー３４９ｋＪ／ｋｇ（表５および図２中のポイントＣ）で逆昇華蒸発装置（Ｎｏ．１）３９に入るＣＯ２（またはＳＯ２）のそこでのエネルギー変化を詳細に記述する。完全な気−固相変化（逆昇華）が、逆昇華蒸発装置（Ｎｏ．１）３９のチューブ上で起こり、ＣＯ２（またはＳＯ２）は、ポイントＤ（表５および図２）に向かって変化し、そのエンタルピーは、−２２８ｋＪ／ｋｇである。
排煙流れの関数としてｋＷで表される冷凍出力は、
（３４９−（−２２８））×０．１９５Ｍ＝１１２．５Ｍである。
除氷相である冷媒流体は、膨張装置（Ｎｏ．１）４１で膨張する前に逆昇華蒸発装置（Ｎｏ．２）４０を通過する。したがって、冷媒流体は、ＣＯ２の融解エネルギーを回収する。回収できるエネルギーは、図２の図の、ポイントＤ（０．０８５Ｍｐａ（０．８５バール）での固体ＣＯ２）（またはＳＯ２）からポイントＦ（０．５２Ｍｐａ（５．２バール）での液体ＣＯ２）（またはＳＯ２）への変化に対応する。エンタルピーの総変化は２２８ｋＪ／ｋｇである。記載する実施形態変形の場合、熱交換器の伝達効率は、９０％である。したがって、回収されるエネルギーは、２０５ｋＪ／ｋｇに等しい。全排煙流れＭの関数として回収された冷凍出力は、ｋＷで表される４０Ｍである。
２０５×０．１９５Ｍ＝４０Ｍ。
液体冷媒流体によってＣＯ２（またはＳＯ２）の除氷からエネルギーを回収することを考慮すると、蒸発温度−９０℃におけるＣＯ２（またはＳＯ２）の逆昇華（ＣＯ２を氷に変えるには、冷媒流体とＣＯ２蒸気または固体ＣＯ２の間に約１０℃の差がなければならない）（またはＳＯ２）は、冷凍出力（１１２．５−４０）Ｍ＝７２．５Ｍ（ｋＷで表される）しか必要でない。
上記の２つの実施形態変形の場合に回収することができる電力（ｋＷで表される）はそれぞれ３０４．５Ｍ、および３２５．４Ｍに等しいことが判明した。これらは、冷凍出力を発生するために圧縮機が提供しなければならない、圧縮に必要とされる電力よりも高い。実際には、排煙流れＭの関数としてｋＷで表される、圧縮に必要とされる電力は、１８７Ｍ程度の大きさである。
このエネルギー収支は、冷凍出力を発生するために圧縮機が提供しなければならない、圧縮に必要とされる電力を理論的に推定することによって確認することができる。この推定を実施するために、まず、冷凍機の動作係数が意味することを想起する必要がある。動作係数は、冷凍出力Ｐｆｒｉｇと圧縮機用電動機によって提供される電力Ｐｅｌｅｃ．＿ｃｏｍｐ．の比である。
ＣＯＰ＝Ｐｆｒｉｇ／Ｐｅｌｅｃ．＿ｃｏｍｐ．
冷凍出力は、様々な温度レベル：−５℃、−３０℃、−９０℃で交換されることを考慮すると、動作係数の変化を温度の関数として記述する典型的な法則を使用することが絶対必要である。
この法則を表す最も簡潔な方法は、カルノーの動作係数の関数として表すことである。カルノーの動作係数は、冷凍機の理想的な動作を表し、次式の単に凝縮温度（Ｔｃｏｎｄ）、および蒸発温度（Ｔｅｖａｐ）の関数として算出される。
ＣＯＰカルノー＝Ｔｅｖａｐ／（Ｔｃｏｎｄ−Ｔｅｖａｐ）
温度は、Ｋで表される。
実機の分析に基づく法則は、
ＣＯＰ＝（２．１５×１０−３Ｔ＋０．０２５）ＣＯＰカルノー
によって表すことができる。
以下の表７は、蒸発温度の関数であるＣＯＰ値を示す。
【００１３】
【表８】
2006519695.tif 000010
この表によって、冷凍出力が供給される温度レベルの関数である、圧縮によって消費される電力を算出することが可能になる。動作係数によって、別の熱交換器に供給するために圧縮機によって消費される出力を算出することが可能になる。
排煙を０℃に冷却するために熱交換器２５に供給される冷凍出力は、−５℃で供給される。供給されるべき冷凍出力は１３８Ｍに等しく（表６）、動作係数は３．５７である（表７）ので、圧縮機によって消費される電力は、１３８Ｍ／３．５７＝３８．６Ｍ（単位、ｋＷ）に等しい。
第２の排煙冷却蒸発装置３３に供給される冷凍出力は、−３０℃で供給される。供給されるべき冷凍出力は５．４Ｍに等しく（表６）、動作係数は１．９である（表７）ので、圧縮機によって消費される電力は、５．４／１．９＝２．８Ｍ（単位、ｋＷ）に等しい。
逆昇華蒸発装置（Ｎｏ．１）３９または（Ｎｏ．２）４０に供給される冷凍出力は、−９０℃で供給される。冷凍出力は（１２５．９Ｍ−４０Ｍ）＝８５．９Ｍであり、動作係数は０．５９（表７）であるので、圧縮機によって消費される電力は、８５．９Ｍ／０．５９＝１４５．６Ｍ（単位、ｋＷ）に等しい。
各熱交換器の算出の際に、窒素を５０℃から−９０℃に冷却するのに必要な冷凍出力を考慮に入れた。
したがって、圧縮に必要な全電力（Ｐｃｏｍｐ）は、蒸発装置２５、３３、および３９または４０にのみ供給されるべきであり、したがって、上記に述べたのと全く同様に、
Ｐｃｏｍｐ＝３８．６＋２．８＋１４５．６＝１８７Ｍ（単位、ｋＷ）に等しい。
したがって、排煙流れＭの関数である、冷凍圧縮機によって消費される電力は、１８７Ｍ（単位、ｋＷ）である。この電力は、排煙流れから回収される３０４．５Ｍ〜３２５．４Ｍの電力と比較されるべきである。したがって、圧縮機の電力は、上記の回収サイクルによって蒸気で回収することができる電気の約６０％を占める。
再度図３を参照して、次に集積型カスケードとともに動作する冷凍装置の操作を具体的に述べる。冷凍圧縮機１７は、上記で定義する多成分冷媒混合物のうちの１つから気相質量流量を吸い込む。
より具体的には、下記に記載する実施形態変形の場合、混合物は、５成分からなり、その重量パーセントは以下のとおりである。
・Ｒ−５０          （１％）
・Ｒ−１４          （３％）
・Ｒ−１７０        （１９％）
・Ｒ−７４４        （２７％）
・Ｒ−６００        （５０％）。
吸込み圧力は、０．１７Ｍｐａ（１．７バール）である。凝縮圧力は、凝縮物が温度４０℃で排出される場合、２．２Ｍｐａ（２２バール）である。部分冷凍凝縮装置１８を部分冷凍凝縮装置の冷却サイクルである冷却サイクル１９によって冷却する。水または空気が冷却サイクル１９を循環する。
部分冷凍凝縮装置１８は、以下Ｍｆで示される入ってくる全冷媒流れの液相と気相を分離するための分離装置である。以下Ｍｔｅｔｅ１で示される気相流れは、部分冷凍凝縮装置１８のヘッドの頂部で、管２０を経由して出て行く。以下Ｍｐｉｅｄ１で示される液体流れは、足部の底部で、管２１を経由して出て行く。この液体を、部分冷凍凝縮装置１８の底部で、重力の作用によって排液する。
液体流れ（Ｍｐｉｅｄ１）を気液熱交換器（Ｎｏ．１）２６で過冷却する。この流れ（Ｍｐｉｅｄ１）は、全冷媒流れ（Ｍｆ）の５０％にほぼ等しい。液体流れ（Ｍｐｉｅｄ１）は、最も重質の成分、すなわちＲ−６００およびＲ−７４４に富み、膨張装置２４で膨張して、蒸発圧力０．１７Ｍｐａ（１．７バール）になる。膨張した液体流れ（Ｍｐｉｅｄ１）は、第１（Ｎｏ．１）蒸発凝縮装置２２、次いで第１（Ｎｏ．１）排煙冷却蒸発装置２５で次々に蒸発し、蒸発が完了する。したがって、完全に蒸発させた液体流れ（Ｍｐｉｅｄ１）は、気液熱交換器（Ｎｏ．１）でその冷熱を放出し、次いで管２７を経由して圧縮機１７の吸込み収集タンクに再び入る。
部分凝縮装置１８のヘッドで出た気体流れ（Ｍｔｅｔｅ１）は、全冷媒流れ（Ｍｆ）の残りの５０％を占める。気体流（Ｍｔｅｔｅ１）は、第１（Ｎｏ．１）蒸発凝縮装置２２で部分凝縮する。第１（Ｎｏ．１）蒸発凝縮装置２２の出口において二相（液体−蒸気）となるこの流れ（Ｍｔｅｔｅ１）は、分離用タンク２８内で独立した液相と独立した気相に分離する。気相流れ（Ｍｔｅｔｅ２）は、分離用タンク２８のヘッドで管２９を経由して出て行く。液体流れ（Ｍｐｉｅｄ２）は、分離用タンク２８の足部で出て行く。すなわち、部分凝縮装置１８のヘッドで出て行く気体流れ（Ｍｔｅｔｅ１）は、２つの流れに分離する。気体流れ（Ｍｔｅｔｅ２）は、入り流れ（Ｍｔｅｔｅ１）の４０％を占め、液体流れ（Ｍｐｉｅｄ２）は、入り流れ（Ｍｔｅｔｅ１）の６０％を占める。分離用タンク２８を管２９を経由して出て行く気相流れ（Ｍｔｅｔｅ２）は、第２（Ｎｏ．２）蒸発凝縮装置３２で完全に凝縮される。完全に液体の流れ（Ｍｔｅｔｅ２）は、交互に逆昇華蒸発装置（Ｎｏ．１）３９または（Ｎｏ．２）４０で蒸発する。
第２（Ｎｏ．２）蒸発凝縮装置３２の分離用タンク２８を出て行く気相流れ（Ｍｔｅｔｅ２）の凝縮を、分離用タンク２８の足部を出て行く液体流れ（Ｍｐｉｅｄ２）の部分蒸発によって実施し、この後、液体（Ｍｐｉｅｄ２）を膨張装置３１で膨張させる。液体流れ（Ｍｐｉｅｄ２）は、排煙冷却蒸発装置３３で蒸発する。完全に蒸発させた液体流れ（Ｍｐｉｅｄ２）は、第２（Ｎｏ．２）気液熱交換器３４でその冷熱を放出し、次いで管３５を経由して圧縮機１７の吸込み収集タンクに再び入る。
液体流れ（Ｍｔｅｔｅ２）は、第１（Ｎｏ．１）三方弁３７を通過する。この弁は管３８で開いて、したがって、管４４で閉じている。液体流れ（Ｍｔｅｔｅ２）は、第２（Ｎｏ．２）逆昇華蒸発装置４０で過冷却し、装置４０はここではそのＣＯ２除氷相の間に過冷却用熱交換器として使用される。次いで、過冷却された液体流れ（Ｍｔｅｔｅ２）は、第１（Ｎｏ．１）膨張装置４１で膨張する。次いで、第１（Ｎｏ．１）逆昇華蒸発装置３９で膨張する。
第１（Ｎｏ．１）逆昇華蒸発装置３９を出る冷媒蒸気（Ｍｔｅｔｅ２）の流れは、第２（Ｎｏ．２）三方弁４６を通過し、ガス帰還管４５を経由して冷凍圧縮機１７に戻る。この流れ（Ｍｔｅｔｅ２）は、冷凍圧縮機１７によって吸い込まれた全冷媒流れ（Ｍｆ）の約２０％を占める。
第１（Ｎｏ．１）逆昇華蒸発装置３９の操作と第２（Ｎｏ．２）逆昇華蒸発装置４０の操作が交互に行われる場合、第１（Ｎｏ．１）三方弁３７は、管４４を経由して、液体冷媒流体循環を、それを過冷却する第１（Ｎｏ．１）逆昇華蒸発装置３９に切り替える。次いで、冷媒流体は、膨張装置（Ｎｏ．２）４２で膨張する。次いで、第２（Ｎｏ．２）逆昇華蒸発装置４０で蒸発し、次いで第２（Ｎｏ．２）三方弁４６、および管４５を経由して冷凍圧縮機１７に戻る。
次に、２台の逆昇華蒸発装置３９および４０における冷媒流体の循環を述べる。これら逆昇華蒸発装置は、交互に動作する。そのうちの１台が事実上蒸発装置となる場合、もう１台は、過冷却用熱交換器となり、逆の場合も同じである。蒸発が第１（Ｎｏ．１）逆昇華蒸発装置３９で起こる場合、第１（Ｎｏ．１）三方弁３７が開かれ、冷媒混合物は管３８を循環することができるが、管４４で循環することはあり得ない。
膨張装置（Ｎｏ．１）４１で膨張した後、液体冷媒混合物（Ｍｔｅｔｅ２）は、第１（Ｎｏ．１）逆昇華蒸発装置３９で、約−１００℃で始まる温度で、出口における約−７０℃の温度までで蒸発する。
検討されている図の場合、第２（Ｎｏ．２）排煙冷却蒸発装置３３から生じる排煙は、第４（Ｎｏ．４）三方弁５３を通過して、第１（Ｎｏ．１）逆昇華蒸発装置３９に入る。図の場合では、排煙は、第２（Ｎｏ．２）逆昇華蒸発装置４０に入らない。
これら排煙は、−７２℃であるその流入温度約から、第１（Ｎｏ．１）逆昇華蒸発装置３９の圧力が０．１Ｍｐａ（１バール）（絶対値）、または０．０８５Ｍｐａ（０．８５バール）（絶対値）であるかどうかに応じて−７８．６℃、または−８０℃に等しいＣＯ２の逆昇華温度に冷却する。この温度に到達すると、ＣＯ２は、第１（Ｎｏ．１）逆昇華蒸発装置３９の内部で、冷媒混合物が循環する管の外側壁上に氷を形成する。
第１（Ｎｏ．１）逆昇華蒸発装置３９に入る前に、冷媒液体は、温度約−４５℃で過冷却用熱交換器として動作する第２（Ｎｏ．２）逆昇華蒸発装置４０に入る。冷媒流体は、ＣＯ２（またはＳＯ２）除氷サイクルの始めには−４５℃から−７８℃に過冷却し、ＣＯ２（またはＳＯ２）除氷サイクルの終わりには−４５℃から−５５℃にだけ過冷却する。液体ＣＯ２は、除氷中に第２（Ｎｏ．２）逆昇華蒸発装置４０の下部に蓄積する。第２（Ｎｏ．２）逆昇華蒸発装置４０の操作を蒸発モードに、ＣＯ２（またはＳＯ２）の液化の終わりに切り替える前に、第３（Ｎｏ．３）三方弁４７を開く。したがって、ポンプ４８、すなわち液体ＣＯ２（または液体ＳＯ２）吸込みポンプによって、液体ＣＯ２（または液体ＳＯ２）を引き込むことができる。ポンプ４８は、例えば液体と気体とをともに吸い込むことができる電気空気ポンプである。
ポンプ４８は、液体ＣＯ２（または液体ＳＯ２）を貯蔵タンク４９に輸送し、次いで、ＣＯ２（またはＳＯ２）の蒸気を引き込む。この蒸気は、窒素と混合されて、第２（Ｎｏ．２）逆昇華蒸発装置４０の気体環境が、排煙循環のために選択された技術的オプションに応じて、運転圧力、すなわち０．０８５Ｍｐａ（０．８５バール）（絶対値）または０．１Ｍｐａ（１バール）（絶対値）に戻される。実用的な理由から、特に車両の場合、取り外し可能なタンク５１を貯蔵タンク４９に接続する。ポンプ５０、すなわち取り外し可能なタンクの充填用ポンプによって、貯蔵タンク４９から取り外し可能なタンク５１を充填することが可能になる。弁５２によって、必要なら、２台のタンク４９および５１の間の圧力のバランスを取ることが可能になる。取り外し可能なタンク５１によって、捕獲されたＣＯ２（または捕獲されたＳＯ２）の輸送が可能になる。空にした新しい取り外し可能なタンクを充填されたタンクと取り換える。
次に、第１（Ｎｏ．１）逆昇華蒸発装置３９を出た窒素の循環を述べる。窒素蒸気は、第５（Ｎｏ．５）三方弁５４を通過して、次いで窒素通気管５５に再び入る。第５（Ｎｏ．５）三方弁５４は、場合によっては、窒素通気管５５と、第１（Ｎｏ．１）逆昇華蒸発装置３９または第２（Ｎｏ．２）逆昇華蒸発装置４０との間の連通を確立している。
除氷中、圧力は、その時点で閉じたサイクルである逆昇華蒸発装置３９および４０中のＣＯ２（またはＳＯ２）が昇華するため上昇する。圧力は、三重点の平衡温度において０．５２Ｍｐａ（５．２バール）に等しい。ＣＯ２（またはＳＯ２）は、この圧力で固体状態から液体状態に変化する。
窒素通気管５５中の窒素流れＭＮ２は、排煙の初期の質量流量の７１．９％しか占めていない。窒素だけの圧力は、圧力低下、または微量ガスを考慮せずに、０．０７３６Ｍｐａ（０．７３６バール）に等しい。
内燃機関１の出口管２、排煙管１３、および窒素通気管５５は互いに連通して、１サイクルを形成する。
第１（Ｎｏ．１）排煙冷却蒸発装置２５、および脱水装置５６の排煙冷却熱交換器１１中の水の除去は補償されなければ、管２、１３、５５中の圧力の低下を招くはずである。大気は、窒素通気管５５を経由して冷凍装置に入るはずである。逆昇華蒸発装置３９および４０でのＣＯ２（またはＳＯ２）の逆昇華も、さらに圧力低下を招くはずである。この圧力低下は、窒素が大気中に排出され得るために、補償されなければならない。図３に示す解決策は、窒素流れを圧力０．０６５ＭＰａ（０．６５バール）程度の大きさで引き込むことができ、系への空気の流入を防ぐ、ベンチュリ５９の頚部にある管５８、すなわちベンチュリ注入管を経由して空気流れを注入する空気圧縮機５７を含む一解決策である。この解決策は、ベンチュリの出口において窒素と酸素の混合物を再現する点でも興味深い。
図３に示していない別の解決策は、微量成分が加わっている窒素または窒素流れを窒素通気管５５の出口において大気中に吐き出すことを可能にする過剰圧力を生み出すために、排煙管１３中、排煙冷却熱交換器１１の出口に、小さい圧力差のブローイング型圧縮機を配置するものである。
微量成分の含有量、特に一酸化炭素ＣＯ、およびある種の軽量炭化水素の含有量が無視できない場合、窒素および微量成分の流れを追加の十分な空気流れでミキサーに戻して、いわゆる希薄可燃性混合気を作り出す。この可燃性混合気の燃焼は、汚染物質の削減、およびこのために設計された内燃機関のエネルギー効率の向上に適している。
運転中の逆昇華蒸発装置でのＣＯ２（またはＳＯ２）の除氷中、温度は−８０℃〜−５５℃であることがわかる。この温度の大幅な変動を利用して、２台の逆昇華蒸発装置の交替を調節することができる。実際には、ＣＯ２（またはＳＯ２）の除氷中、温度が−５５℃に到達する場合、ＣＯ２（またはＳＯ２）は完全に液相に変化したと見なすことができる。貯蔵タンク４９への移行のために、液体ＣＯ２（または液体ＳＯ２）吸込みポンプのスイッチをここで入れることができる。次に、ＣＯ２（またはＳＯ２）除氷蒸発装置の内側空間の圧力を測定することによって、この空にするプロセスを止め、次いでサイクルを再び開始し、先に液体ＣＯ２（または液体ＳＯ２）を空にしておいたこの逆昇華蒸発装置中の冷媒を蒸発させることができる。サイクルの始めに、どの蒸発装置も氷を含んでいない場合、集積型カスケードを有する圧縮システムは、より多くのエネルギーを消費することが指摘されている。実際には、逆昇華蒸発装置で膨張している混合物は、過冷却されない。エネルギーパラメータの最適化は、機関の最も考えられ得る運転時間、エネルギー生成プロセスなどを考慮に入れて、２台の蒸発装置の交替周期を設定する。
本発明は、また、ガス田から抽出されたメタン（ＣＨ４）中のＣＯ２を大気圧、または±０．０３Ｍｐａ（０．３バール）の準大気圧下、逆昇華（氷形成）させることによって、ＣＯ２および／またはＳＯ２を抽出（捕獲）することが可能になる方法およびシステムにも関する。このＳＯ２が０．１％〜３％の濃度を有する場合、ＳＯ２単独の捕獲を気体流出物、または排煙にも適用する。より具体的には、メタン気体流れ、特にガス田から凝固によって抽出されたメタン（ＣＨ４）に含まれている気相ＣＯ２および／またはＳＯ２を捕獲することが可能になる方法、およびシステムに関する。
このＣＯ２および／またはＳＯ２の捕獲は、その貯蔵、再注入、転化、またはその後の利用のために実施する。
二酸化炭素、すなわちＣＯ２の排出は、大気中のＣＯ２濃度の上昇を招き、これは長期的に許容できないものと見なされる。京都議定書は、これらの排出を制限するという加盟国側の言質から成る。二酸化炭素の捕獲およびその遮蔽は、経済発展のため、かつ気候変動を制限するレベルに大気中濃度を維持するために不可欠な目標である。ＳＯｘ（ＳＯ２、ＳＯ３、および他の酸化物）の排出は、酸性雨を防ぎ、かつならびに都市部では呼吸器系偶発症を制限するために、すでに規制されている。様々な理由で、ＣＯ２およびＳＯ２の捕獲は、汚染削減システム向けの市場が存在または新興していることを表している。
本発明は、二酸化炭素、および少量種を低分圧下で逆昇華によって捕獲する方法に関する。メタン（ＣＨ４）は、大気圧下、−１６１．５℃で液化するが、ＣＯ２およびＳＯ２は、大気圧下、気体混合物中のその分圧に応じて−８０℃〜−１２０℃の温度で気相から固相に変化する。
例えば、ＳＯ２は、体積濃度約０．５％で、通常は温度−７５℃未満の完全に冷えた壁上に氷を形成する。次いで、これら化合物を、交互に行われる氷形成／除氷プロセスによって、液相で回収することができ、その間、閉じたしかも密閉した空間の圧力および温度はこの除氷中、ＣＯ２およびＳＯ２のそれぞれ三重点を越えて上昇する。この交互に行われる除氷プロセスは、除氷中に放出されたエネルギーを回収するために設計できることが遊離である。
本発明は、ＣＯ２および／またはＳＯ２の抽出方法に関する。本発明による方法は、試錐孔から抽出されたメタンを、大気圧にほぼ等しい圧力下、ＣＯ２および／またはＳＯ２が逆昇華プロセスによって直接蒸気状態から固体状態に変化するような温度に冷却するステップを含む。
試錐孔から抽出されたメタンを、大気圧にほぼ等しい圧力下、ＣＯ２および／またはＳＯ２が逆昇華プロセスによって直接蒸気状態から固体状態に変化するような温度で冷却することを含むステップは、さらに、冷媒流体の混合物の分別蒸留によって冷気を供給することによって、一方で試錐孔から抽出されたメタンを、他方でＣＯ２、ＳＯ２を冷却するステップを含むことが好ましい。この分別蒸留は、圧縮の相と、後続の凝縮および蒸発の相を含むサイクルに従って、冷媒流体の混合物の低下温度レベルで実施する。
試錐孔から抽出されたメタンを、大気圧にほぼ等しい圧力下、ＣＯ２および／またはＳＯ２が逆昇華プロセスによって直接蒸気状態から固体状態に変化するような温度で冷却することを含むステップは、ＣＯ２および／またはＳＯ２を閉じた空間で融解するステップが続くことが好ましい。過冷却を受ける冷媒流体の混合物が閉じた空間に温気を供給するとき、閉じた空間の圧力および温度は、ＣＯ２および／またはＳＯ２の三重点まで変化する。
冷媒流体の混合物は、
・閉じた空間のＣＯ２および／またはＳＯ２の融解と、
・先行する空間と対称をなす空間の閉じたサイクルを循環するＣＯ２および／またはＳＯ２の昇華
を次々に保証することが好ましい。
ＣＯ２および／またはＳＯ２の融解および逆昇華を、閉じた空間と開いた空間の一方または他方で交互に実施する。
本発明による方法は、液体の形のＣＯ２および／またはＳＯ２を、タンク、特に取り外し可能なタンクに貯蔵するステップも含むことが好ましい。
液体の形のＣＯ２および／またはＳＯ２を、タンク、特に取り外し可能なタンクに貯蔵するステップは、
閉じた空間に含まれている液体の形のＣＯ２および／またはＳＯ２を吸い込むステップと
閉じた空間の圧力を大気圧に近い圧力にするステップと、
液体の形のＣＯ２および／またはＳＯ２をタンクに移送するステップとを含む。
本発明による方法は、試錐孔から抽出されたメタンを、追加のエネルギー供給なしに利用可能な排煙内の冷凍エネルギーを使用して、大気圧にほぼ等しい圧力下、ＣＯ２および／またはＳＯ２の逆昇華温度に冷却するステップも含むことが好ましい。
本発明によるシステムは、試錐孔から抽出されたメタンを、大気圧にほぼ等しい圧力下、ＣＯ２および／またはＳＯ２が逆昇華プロセスによって直接蒸気状態から固体状態に変化するような温度で冷却するための冷却手段を含む。
試錐孔から抽出されたメタンを、大気圧にほぼ等しい圧力下、ＣＯ２および／またはＳＯ２が逆昇華プロセスによって直接蒸気状態から固体状態に変化するような温度で冷却するための冷却手段は、冷媒流体の混合物の分別蒸留によって冷気を供給することによって、メタン流れと、ＣＯ２および／またはＳＯ２を冷却するための集積型カスケードを有する冷凍装置も含む。冷媒流体の混合物の分別蒸留は、圧縮の相と、後続の凝縮および蒸発の相を含むサイクルに従って、低下温度レベルで実施する。冷凍装置は、圧縮機、部分凝縮装置、分離用タンク、蒸発凝縮装置、排煙冷却蒸発装置、気液熱交換器、逆昇華蒸発装置、および膨張装置を含む。
本発明によるシステムは、冷媒流体の混合物が循環するサイクルが通り抜けている閉じた空間も含むことが好ましい。閉じた空間の圧力および温度は、
・冷媒流体の混合物は、過冷却しながら、閉じた空間に温気を供給し、
・ＣＯ２および／またはＳＯ２は、固体状態から液体状態に変化する
とき、ＣＯ２および／またはＳＯ２の三重点まで変化する。
冷凍用流体の混合物は、閉じた空間のＣＯ２および／またはＳＯ２の融解と、先行する空間と対称をなす空間中の開いたサイクルを循環するＣＯ２および／またはＳＯ２の逆昇華とを次々に保証することが好ましい。ＣＯ２および／またはＳＯ２の融解と逆昇華は、閉じた空間と開いた空間の一方または他方で交互に実施する。
本発明によるシステムは、液体の形のＣＯ２および／またはＳＯ２を貯蔵するための貯蔵手段、特に固定タンク、および／または取り外し可能なタンクも含むことが好ましい。
液体の形のＣＯ２および／またはＳＯ２を固定タンク、および／または取り外し可能なタンクに貯蔵するための手段は、吸込み手段、特に空気ポンプを含むことが好ましい。吸込み手段によって、ＳＯ２およびＣＯ２の合同捕獲中その回収の選択性を実現することが可能になる：
ＳＯ２は、温度−７５．５℃、圧力０．００１６６６４ＭＰａ（０．０１６６６４バール）で再び液体状態になり、
ＣＯ２は、温度−５６．５℃、圧力０．５２Ｍｐａ（５．２バール）で再び液体状態になる。
吸込み手段によって、
閉じた空間の圧力を大気圧に近い圧力にし、
液体ＣＯ２および／または液体ＳＯ２をタンクに移送することも可能になる。
本発明によるシステムは、試錐孔から抽出されたメタンを、貯蔵に対応する、またはそのメタンに含まれているＣＯ２および／もしくはＳＯ２を抽出した後の後続の処理に対応する装置に移送するための圧縮および／または吸込み手段も含むことが好ましい。
本発明によるシステムは、冷凍システムの管に入る全流れ（メタン＋ＣＯ２＋ＳＯ２）からＣＯ２およびＳＯ２を分離した後メタンに含まれている冷気を移送させ、したがって全流れの冷却に寄与するための移送手段も含むことが好ましい。
次に、本発明の一実施形態変形を一般的な方式で述べる。処理対称の気体は、
１つは、典型的な濃度を９０％〜９９％とすることができるメタン（ＣＨ４）、
もう１つは、体積濃度を１％〜１０％とすることができるＣＯ２、および／または濃度を０．１％〜３％とすることができるＳＯ２の少量種からなる。
本発明による方法によれば、試錐孔から抽出されたメタンと、ＣＯ２および／またはＳＯ２を含む全流れを、冷凍サイクルによって、漸進的により低い温度に冷却して、温度−８０℃〜−１２０℃、圧力大気圧±０．０３Ｍｐａ（０．３バール）程度の大きさでのＣＯ２および／またはＳＯ２の逆昇華を可能にする。
本明細書では、「逆昇華」という用語は、当該気体の温度が三重点未満である場合に起こる気／固相の直接的な変化を表す。図１は、すべての純物質、特にＳＯ２について、固相、液相、および気相の共存を示す概略図を示す。三重点未満の場合、変化は直接固相と気相の間で起こる。固体から気体への変化は昇華と呼ばれる。逆の変化を表す慣用語はない。本明細書では気相から固相への直接的な変化を表すために逆昇華という用語を使用した。
周囲温度未満の場合は、全流れを、複数の熱交換セグメントを含むサイクル中で冷却する。したがって、大気圧または大気圧近くでのＣＯ２および／またはＳＯ２の逆昇華温度より低い温度になる。
全流れの冷却は、２台の逆昇華蒸発装置に到達する前に冷凍システムの別の熱交換器で実施する。
２台の大気圧蒸発装置は、交互に動作する。全流れは、２台の蒸発装置の一方または他方を交互に通過する。
逆昇華相中に、ＣＯ２および／またはＳＯ２の氷は、逆昇華蒸発装置に配置されている熱交換器サイクルの外側壁上に被着する。この被着は、試錐孔から抽出されたメタンに対する障害物を漸進的に生じる。この蒸発装置をある期間操作した後、全流れ、および冷媒流体の混合物の流れを対称的な蒸発装置に移す。冷媒流体の混合物は、熱交換器の内側のこの第２の蒸発装置で蒸発し、ＣＯ２および／またはＳＯ２が、その外側表面に被着する。第１の蒸発装置は、この期間はもはや蒸発部位ではなく、第１の蒸発装置の温度は上昇する。この温度上昇は、膨張前に液体冷媒を第１の蒸発装置の熱交換器を循環させることによって加速される。固体のＳＯ２および／またはＣＯ２を−８０℃〜−１２０℃の温度からそれぞれの融点まで加熱する。熱交換器の壁上に氷を形成した種の昇華は、最初に蒸気を生成し、この蒸気は除氷の過程で、異なる物質の三重点（ＳＯ２の場合０．００１６Ｍｐａ（０．０１６バール）、ＣＯ２の場合０．５２Ｍｐａ（５．２バール））に対応するそれぞれの圧力に到達するまで、蒸発装置の空間の圧力上昇を招く。これらのそれぞれの圧力に到達したとき、氷の固相から液相への融解が起こる。
ＳＯ２、少量種、およびＣＯ２が完全に液相になると、相対的に減圧にすることによって１個または複数の断熱性タンクに移送する。ＳＯ２およびＣＯ２が一緒に凍った場合分離する必要性に応じて、移送は、これらの化合物の優先圧力に対応する連続圧力で実施することができる。移送の終わりに、ポンプは、残留ガス、または残留気体を吸い込むこともできる。したがって、全流れが再び流入でき、ＣＯ２および／またはＳＯ２がメタンから分離できるように、逆昇華蒸発装置の空間内の圧力を、除氷の終わりに対応する最終圧力から、大気圧に近い初期圧力にすることが可能である。
次に、以下のサイクルを実施し、試錐孔から抽出されたメタンに含まれているＣＯ２および／またはＳＯ２の蒸発装置の壁上への逆昇華を実施することが可能である。後者に、再び冷媒流体を供給する。平行に接続された２台の低温蒸発装置を交互に使用して、サイクルなどを継続する。
冷凍装置は、それ自体知られているいわゆる集積型カスケード冷却原理に基づくものである。しかし、本発明による冷凍装置は、下記に述べる特定の技術的特長を有する。実際には、製造の容易な冷凍装置によって周囲温度から−９０℃、しかも−１２０℃までの大幅な温度差を制して、排煙を冷却するために、本発明による方法は、冷媒流体の混合物を使用する。本発明による冷凍装置は、本発明による冷凍装置は、圧縮機１台、中間蒸発凝縮装置２台、および平行に接続された低温逆昇華蒸発装置２台を含む。中間蒸発凝縮装置を使用すると、冷媒流体の混合物を蒸留することと、排煙流れを漸進的に冷却することが同時に可能になる。
サイクルの実施を可能にする冷媒流体の混合物は、３成分、４成分、または５成分混合物とすることができる。記載する混合物は、塩素含有冷媒ガスの生産、および後にはその使用を禁止するモントリオール議定書の要件を反映している。これは、ＣＦＣ（クロロフルオロカーボン）もＨ−ＣＦＣ（ヒドロクロロフルオロカーボン）も、これら流体のいくつかが集積型カスケードで作動流体として使用するのに機能上極めて興味深いものであるとしても、適切な成分には含まれていないことを示唆する。京都議定書も、地球温暖化係数（ＧＷＰ）の高いガスに要件を課している。それらが現時点で禁止されていないとしても、考え得る最低のＧＷＰの流体を本発明に従って使用することが好ましい。排煙中に存在するＣＯ２の捕獲を実施するために、本発明による集積型カスケードで使用するのに適した混合物を以下に示す。
・３成分混合物
３成分混合物は、メタン／ＣＯ２／Ｒ−１５２ａの混合物、あるいは冷媒流体の標準化命名法（ＩＳＯ  ８１７）に従って、Ｒ−５０／Ｒ−７４４／Ｒ−１５２ａの混合物とすることができる。Ｒ−１５２ａをブタンＲ−６００、またはイソブタンＲ−６００ａで置換することが可能である。
・４成分混合物
４成分混合物は、
Ｒ−５０／Ｒ−１７０／Ｒ−７４４／Ｒ−１５２ａ、または
Ｒ−５０／Ｒ−１７０／Ｒ−７４４／Ｒ−６００、または
Ｒ−５０／Ｒ−１７０／Ｒ−７４４／Ｒ−６００ａの混合物とすることができる。
Ｒ−５０を、Ｒ−１４で置換することもできるが、そのＧＷＰは非常に高い（６，５００ｋｇ等量のＣＯ２）。
・５成分混合物
５成分混合物は、臨界温度が漸進的に変化する以下の８流体の一覧：Ｒ−７４０、Ｒ−５０、Ｒ−１４、Ｒ−１７０、Ｒ−７４４、Ｒ−６００、Ｒ−６００ａ、Ｒ−１５２ａからこれら５成分を適した割合で選択することによって調製することができる。これら臨界温度を表２に示す。以下の混合物は、例として記述するものとする。
Ｒ−５０／Ｒ−１４／Ｒ−１７０／Ｒ−７４４／Ｒ−６００、または
Ｒ−７４０／Ｒ−１４／Ｒ−１７０／Ｒ−７４４／Ｒ−６００、または
Ｒ−７４０／Ｒ−１４／Ｒ−１７０／Ｒ−７４４／Ｒ−６００ａ、または
Ｒ−７４０／Ｒ−１４／Ｒ−１７０／Ｒ−７４４／Ｒ−１５２ａ、または
Ｒ−７４０／Ｒ−５０／Ｒ−１７０／Ｒ−７４４／Ｒ−１５２ａ（Ｒ−７４０はアルゴンである）。
表２は、これら流体の主要な熱力学的諸特性、および名前を示す。
【００１４】
【表９】
2006519695.tif 000011
２台の中間蒸発凝縮装置、および逆昇華蒸発装置によって、温度が３段階の集積型カスケードが形成されている。これら３段階はすべて、圧縮機の吸込みに接続されているのですべて同じ圧力で動作するが、これら３段階の平均温度は、各熱交換器のその他の管を循環する冷媒流れの間で温度差が存在するはずなので、通常は−５℃、−３０℃、および−９０℃程度の大きさである。−１２０℃まで下がって動作するシステムの場合、カスケードは、それぞれの平均温度が約−５℃、−４０℃、−８５℃、および−１２０℃の４段階を含むことができる。
集積型カスケードの３または４段階における冷媒流体混合物の流れは、冷媒流体混合物の成分の割合に応じて異なる。したがって、組成とカスケードの温度レベルの間には関連がある。
例として提供された以下のデータは、５成分を含む冷媒流体混合物を使用する集積型カスケードを有する冷凍装置に関係している。５成分の重量組成は以下のとおりである。
・Ｒ−５０      １％
・Ｒ−１４      ３％
・Ｒ−１７０    １９％
・Ｒ−７４４    ２７％
・Ｒ−６００    ５０％。
可燃性および不燃性成分の割合は、混合物が不燃性で安全な混合物となるようなものである。この混合物の臨界温度は、７４．２℃であり、その臨界圧力は、５Ｍｐａ（５０バール）である。
最も臨界温度の高い成分、この場合はＲ−６００およびＲ−７４４の割合が、混合物中で最も高い。というのは、これらが中間の２段階で蒸発するので、臨界温度の低い成分の蒸留を実施することが可能になるからである。すなわち、臨界温度の低い成分は、その平行な管の一方または他方を交互に運転する２重蒸発装置である逆昇華蒸発装置において、低温で蒸発することができる。
カスケード内の熱交換器は、向流熱交換器であることが好ましい。これらによって、入口と出口の間の大きな温度差を利用することが可能になる。また、これらによって、様々な温度における液相と蒸気の間の熱を回収することも可能になる。
メタンがその後液化される場合、冷却は通常のメタン液化方法に従って継続する。対照的に、液化されない場合は、ＣＯ２および／またはＳＯ２逆昇華蒸発装置を出るメタンの「冷熱」を利用して、全流れを冷却することができる。逆昇華蒸発装置を出る冷メタン流れは、メタンの温度が周囲温度レベルに上がるまで、全流れの冷却に関与する。ＣＯ２および／またはＳＯ２の捕獲を考慮すると、メタンの圧力はこのとき、全流れの初期圧力の値９０％〜９９％に等しい。循環に必要な過剰圧力は、例えば空冷圧縮機によって発生され、ベンチュリに注入されるその流れによって、ＣＯ２および／またはＳＯ２の抽出後に、メタン流れを抽出することが可能になる。
別の概念は、試錐孔から抽出されたメタンのサイクルに沿って大気圧に比べてわずかに過剰な圧力を発生させるように、冷凍システムの上流で全流れを圧縮することである。
排煙、特に発電所の煙突を循環する排煙からＣＯ２およびＳＯ２を随伴抽出するためのプラントの一実施形態変形を上記に詳述した。当業者が行うことができる技術的な外挿であることを条件として、本明細書は、ガス田に由来するメタン（ＣＨ４）に含まれているＣＯ２および／またはＳＯ２の抽出のためのプラントに適用することができる。
【００１５】
【表１０】
2006519695.tif 000012
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】固相、液相、および気相の共存を示す圧力−温度図である。
【図２】ＣＯ２（またはＳＯ２）の場合の温度対エントロピー図である。
【図３】一実施形態変形の逆昇華による二酸化炭素の捕獲を可能にするシステムの概略図である。
【図１】
2006519695.tif 000013
【図２】
2006519695.tif 000014
【図３】
2006519695.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成18年3月23日(2006.3.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排煙を排煙の循環を保証する圧力下で、逆昇華プロセスによって二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄が直接蒸気状態から固体状態に変化するような温度に冷却するステップを含み、排煙を冷却するステップが、
圧縮相、ならびに凝縮と蒸発の連続相を含むサイクルに従って、低下温度レベルで冷媒流体の混合物を分別蒸留して冷気を供給することによって、窒素、二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄の混合物を冷却するステップを含むことを特徴とする、大気中酸素および大気中窒素の存在下における炭化水素の燃焼に由来する排煙から二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄を抽出する方法。
【請求項２】
排煙を排煙の循環を保証する圧力下で、逆昇華プロセスによって二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄が直接蒸気状態から固体状態に変化するような温度に冷却するステップが、
大気圧にほぼ等しい圧力下にある液体の形の水を排煙から抽出するステップをさらに含む請求項４９に記載の方法。
【請求項３】
空気または水熱交換器を使用して、排煙から液体の水の全部または一部分を大気圧にほぼ等しい圧力下で抽出する請求項５０に記載の方法。
【請求項４】
冷凍熱交換器または脱水装置の少なくとも一方を使用することによって、排煙から残量の水を全部抽出するステップをさらに含む請求項５１に記載の方法。
【請求項５】
排煙を排煙の循環を保証する圧力下で、逆昇華プロセスによって二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄が直接蒸気状態から固体状態に変化するような温度に冷却することを含むステップが、その後に、
閉じた空間の二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄を融解するステップが続き、冷媒流体の混合物が過冷却しながら温気を閉じた空間に供給するとき、融解中の閉じた空間の圧力および温度が、二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄の三重点に変化する請求項４９に記載の方法。
【請求項６】
冷媒流体の混合物が、閉じた空間の二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄の融解と、閉じた空間と対称をなす空間中の開いたサイクルを循環する二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄の逆昇華とを次々に保証し、二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄の融解と逆昇華が、閉じた空間と開いた空間の一方または他方で交互に実施される請求項５３に記載の方法。
【請求項７】
液体の形の二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄をタンクに貯蔵するステップをさらに含む請求項５４に記載の方法。
【請求項８】
液体の形の二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄をタンクに貯蔵するステップが、
閉じた空間に含まれている液体の二酸化硫黄、または液体の二酸化炭素および液体の二酸化硫黄を吸い込むステップと、
閉じた空間の圧力を大気圧に近い圧力にするステップと、
液体の二酸化硫黄、または液体の二酸化炭素および液体の二酸化硫黄をタンクに移送するステップとを含む請求項５５に記載の方法。
【請求項９】
排煙に含まれている蒸気、二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄を連続抽出した後、窒素を外気に排出するステップをさらに含む請求項４９に記載の方法。
【請求項１０】
外気に排出された窒素に含まれている冷気を排煙に移送し、したがって排煙の冷却に寄与するステップをさらに含む請求項５７に記載の方法。
【請求項１１】
エネルギーを追加供給せずに排煙中の利用可能な熱エネルギーを使用して、排煙を排煙の循環を保証する圧力下で、二酸化硫黄の逆昇華温度、または二酸化炭素および二酸化硫黄の逆昇華温度に冷却するステップをさらに含む請求項４９に記載の方法。
【請求項１２】
排煙中の利用可能な熱エネルギーを利用するために、
排煙によって水を加熱し、次いで蒸発させて、加圧下で蒸気を発生させるステップと、
タービン中で蒸気を加圧下で膨張させて、力学的エネルギーまたは電気を発生させるステップをさらに含む請求項５９に記載の方法。
【請求項１３】
排煙を排煙の循環を保証する圧力下で、逆昇華プロセスによって二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄が直接蒸気状態から固体状態に変化するような温度に冷却する冷却手段を含み、冷却手段が、
圧縮相、ならびに凝縮と蒸発の連続相を含むサイクルに従って、低下温度レベルで冷媒流体の混合物を分別蒸留して冷気を供給することによって、窒素、二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄の混合物を冷却するための集積型カスケードを有する冷凍装置を含み、
冷凍装置が、
圧縮機、
部分凝縮装置、
分離用タンク、
複数の蒸発凝縮装置、
複数の排煙冷却蒸発装置、
複数の逆昇華蒸発装置、および
複数の膨張装置を含む、大気中酸素および大気中窒素の存在下における炭化水素の燃焼に由来する排煙から二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄を抽出するシステム。
【請求項１４】
排煙を排煙の循環を保証する圧力下で、逆昇華プロセスによって二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄が直接蒸気状態から固体状態に変化するような温度に冷却する手段が、
液体の形の水を排煙から大気圧にほぼ等しい圧力下で抽出する抽出手段も含む請求項６１に記載のシステム。
【請求項１５】
排煙から液体の形の水の全部または一部分を大気圧にほぼ等しい圧力下で抽出する抽出手段が空気または水熱交換器を含むようなシステムである請求項６２に記載のシステム。
【請求項１６】
排煙に存在する水を抽出する抽出手段が熱交換器または脱水装置の少なくとも一方を含む請求項６３に記載のシステム。
【請求項１７】
冷媒流体の混合物が循環するサイクルが通り抜けている閉じた空間をさらに含み、
冷媒流体の混合物が過冷却しながら温気を空間に供給し、
二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄が固体状態から液体状態に変化するとき、
閉じた空間の圧力および温度が、二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄の三重点に変化する請求項６１に記載のシステム。
【請求項１８】
冷媒流体の混合物が、閉じた空間の二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄の融解と、閉じた空間と対称をなす開いた空間中の開いたサイクルを循環する二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄の逆昇華とを次々に保証し、二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄の融解と逆昇華が、閉じた空間と開いた空間（３９、４０）の一方または他方で交互に実施される請求項６５に記載のシステム。
【請求項１９】
液体の形の二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄を貯蔵する貯蔵手段をさらに含むことを特徴とする請求項６６に記載のシステム。
【請求項２０】
液体の形の二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄を貯蔵する手段が、
空間に含まれている液体の二酸化硫黄、または液体の二酸化炭素および液体の二酸化硫黄を吸い込み、
空間の圧力を大気圧に近い圧力にし、
液体の二酸化硫黄、または液体の二酸化炭素および液体の二酸化硫黄をタンクに移送する
ための吸込み手段も含む請求項６７に記載のシステム。
【請求項２１】
排煙に含まれている蒸気、二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄を連続抽出した後、窒素を外気に排出する圧縮手段または吸込み手段の少なくとも一方をさらに含む請求項６１に記載のシステム。
【請求項２２】
外気に排出された窒素に含まれている冷気を排煙に移送し、したがって排煙の冷却に寄与する移送手段も含む請求項６９に記載のシステム。
【請求項２３】
少なくとも部分的に排煙を排煙の循環を保証する圧力下で、二酸化硫黄、または二酸化炭素および二酸化硫黄の逆昇華温度に冷却するための前記排煙中の利用可能な熱エネルギーを回収する手段をさらに含む請求項６１に記載のシステム。
【請求項２４】
排煙中の利用可能な熱エネルギーを回収する手段が、
排煙によって水を加熱し、蒸発させ、加圧下で蒸気を発生させる加熱手段と、
蒸気を加圧下で膨張させ、力学的エネルギーまたは電気を発生させる膨張手段を含む請
求項７１に記載のシステム。
【請求項２５】
メタンをメタンの循環を保証する圧力下で、逆昇華プロセスによって二酸化炭素または二酸化硫黄が直接蒸気状態から固体状態に変化するような温度に冷却するステップを含み、メタンを冷却することを含むステップが、
圧縮相、ならびに凝縮と蒸発の連続相を含むサイクルに従って、低下温度レベルで冷媒流体の混合物を分別蒸留して冷気を供給することによって、メタンならびに二酸化炭素または二酸化硫黄の少なくとも一方の混合物を冷却するステップを含む、特にガス田に由来するメタンに含まれている二酸化炭素または二酸化硫黄の少なくとも一方の抽出方法。
【請求項２６】
メタンが蒸気状態の水を含み、メタンをメタンの循環を保証する圧力下で、逆昇華プロセスによって二酸化炭素または二酸化硫黄の少なくとも一方が直接蒸気状態から固体状態に変化するような温度に冷却するステップが、
液体の形の水をメタンから大気圧にほぼ等しい圧力下で抽出するステップも含む請求項７３に記載の方法。
【請求項２７】
空気または水熱交換器を使用して、液体の形の水の全部または一部分をメタンから大気圧にほぼ等しい圧力下で抽出する請求項７４に記載の方法。
【請求項２８】
冷凍熱交換器または脱水装置の少なくとも一方を使用することによって、メタン中に存在している残量の水を全部抽出するステップをさらに含む請求項７５に記載の方法。
【請求項２９】
メタンをメタンの循環を保証する圧力下で、逆昇華プロセスによって二酸化炭素または二酸化硫黄の少なくとも一方が直接蒸気状態から固体状態に変化するような温度に冷却することを含むステップの後に、
閉じた空間の二酸化炭素または二酸化硫黄の少なくとも一方を融解するステップが続き、冷媒流体の混合物が過冷却しながら温気を空間に供給するとき、融解中の閉じた空間の圧力および温度が二酸化炭素または二酸化硫黄の少なくとも一方の三重点に変化する請求項７３に記載の方法。
【請求項３０】
冷媒流体の混合物が、閉じた空間の二酸化炭素または二酸化硫黄の少なくとも一方の融解と、閉じた空間と対称をなす開いた空間中の開いたサイクルを循環する二酸化炭素または二酸化硫黄の少なくとも一方の逆昇華とを次々に保証し、二酸化炭素または二酸化硫黄の融解と逆昇華が、閉じた空間と開いた空間の一方または他方で交互に実施される請求項７７に記載の方法。
【請求項３１】
液体の形の二酸化炭素または二酸化硫黄の少なくとも一方をタンクに貯蔵するステップをさらに含む請求項７８に記載の方法。
【請求項３２】
液体の形の二酸化炭素または二酸化硫黄の少なくとも一方をタンクに貯蔵するステップが、
閉じた空間に含まれている液体の二酸化炭素または液体の二酸化硫黄の少なくとも一方を吸い込むステップと、
閉じた空間の圧力をメタンの循環を保証する圧力にするステップと、
液体の二酸化炭素または液体の二酸化硫黄の少なくとも一方をタンクに移送するステップとを含む請求項７９に記載の方法。
【請求項３３】
メタンに含まれている二酸化炭素または二酸化硫黄の少なくとも一方を抽出した後、メタンを回収するステップをさらに含む請求項７３に記載の方法。
【請求項３４】
回収されたメタンに含まれている冷気をガス田に由来するメタンに移送し、したがってメタンの冷却に寄与するステップをさらに含む請求項８１に記載の方法。
【請求項３５】
メタンが周囲温度より高い温度であり、
追加のエネルギー供給なしにメタン中の利用可能な熱エネルギーを利用することにより、メタンを、メタンの循環を保証する圧力下における二酸化炭素または二酸化硫黄の少なくとも一方の逆昇華温度に冷却するステップをさらに含む請求項７３に記載の方法。
【請求項３６】
メタン中の利用可能な熱エネルギーを利用するために、
メタンによって水を加熱し、次いで蒸発させて、加圧下で蒸気を発生させるステップと、
タービン中で蒸気を加圧下で膨張させて、力学的エネルギーまたは電気を発生させるステップをさらに含む請求項８３に記載の方法。
【請求項３７】
メタンをメタンの循環を保証する圧力下で、逆昇華プロセスによって二酸化炭素または二酸化硫黄の少なくとも一方が直接蒸気状態から固体状態に変化するような温度に冷却する冷却手段を含み、冷却手段が、
圧縮相、ならびに凝縮と蒸発の連続相を含むサイクルに従って、低下温度レベルで冷媒流体の混合物を分別蒸留して冷気を供給することによって、メタンならびに二酸化炭素または二酸化硫黄の少なくとも一方の混合物を冷却するための集積型カスケードを有する冷凍装置を含み、
冷凍装置が、
圧縮機、
部分凝縮装置、
分離用タンク、
複数の蒸発凝縮装置、
複数の排煙冷却蒸発装置、
複数の気液熱交換器、
複数の逆昇華蒸発装置、および
複数の膨張装置を含むことを特徴とする、特にガス田に由来するメタンに含まれている二酸化炭素または二酸化硫黄の少なくとも一方を抽出するシステム。
【請求項３８】
メタンが蒸気状態の水を含み、メタンをメタンの循環を保証する圧力下で、逆昇華プロセスによって二酸化炭素または二酸化硫黄の少なくとも一方が直接蒸気状態から固体状態に変化するような温度に冷却する手段が、
メタンから液体の形の水を大気圧にほぼ等しい圧力下で抽出する抽出手段も含む請求項８５に記載のシステム。
【請求項３９】
メタンから液体の形の水の全部または一部分を大気圧にほぼ等しい圧力下で抽出する抽出手段が、空気または水熱交換器を含む請求項８６に記載のシステム。
【請求項４０】
メタン中に存在する水を抽出する抽出手段が、冷凍熱交換器または脱水装置の少なくとも一方を含む請求項８７に記載のシステム。
【請求項４１】
冷媒流体の混合物が循環するサイクルが通り抜けている閉じた空間をさらに含み、
冷媒流体の混合物が過冷却しながら温気を空間に供給し、
二酸化炭素または二酸化硫黄の少なくとも一方が固体状態から液体状態に変化するとき、
閉じた空間の圧力および温度が、二酸化炭素または二酸化硫黄の少なくとも一方の三重点に変化する請求項８５に記載のシステム。
【請求項４２】
冷媒流体の混合物が、閉じた空間の二酸化炭素または二酸化硫黄の少なくとも一方の融解と、閉じた空間と対称をなす空間中の開いたサイクルを循環する二酸化炭素または二酸化硫黄の少なくとも一方の逆昇華とを次々に保証し、二酸化炭素または二酸化硫黄の少なくとも一方の融解と逆昇華が、閉じた空間と開いた空間の一方または他方で交互に実施される請求項８９に記載のシステム。
【請求項４３】
液体の形の二酸化炭素または二酸化硫黄の少なくとも一方を貯蔵する貯蔵手段をさらに含む請求項８５に記載のシステム。
【請求項４４】
液体の形の二酸化炭素または二酸化硫黄の少なくとも一方を貯蔵する手段が、
空間に含まれている液体の二酸化炭素または液体の二酸化硫黄の少なくとも一方を吸い込み、
空間の圧力をメタンの循環を保証する圧力にし、
液体の二酸化炭素または液体の二酸化硫黄の少なくとも一方をタンクに移送する
吸込み手段も含む請求項９１に記載のシステム。
【請求項４５】
メタンに含まれている二酸化炭素または二酸化硫黄の少なくとも一方を抽出した後、メタンを回収する圧縮または吸込み手段の少なくとも一方をさらに含む請求項８５に記載のシステム。
【請求項４６】
回収されたメタンに含まれている冷気をガス田に由来するメタンに移送し、したがってメタンの冷却に寄与する移送手段をさらに含む請求項９３に記載のシステム。
【請求項４７】
メタンが周囲温度より高い温度にあり、
前記少なくとも部分的にメタンをメタンの循環を保証する圧力下で、二酸化炭素または二酸化硫黄の少なくとも一方の逆昇華温度に冷却するためのメタン中の利用可能な熱エネルギーを回収する手段をさらに含む請求項８５に記載のシステム。
【請求項４８】
メタン中の利用可能な熱エネルギーを回収する手段が、
排煙によって水を加熱し、蒸発させ、加圧下で蒸気を発生させる加熱手段と、
蒸気を加圧下で膨張させ、力学的エネルギーまたは電気を発生させる膨張手段、特にタービンを含む請求項９５に記載のシステム。
【国際調査報告】
2006519695.tif 000016
2006519695.tif 000017
2006519695.tif 000018
2006519695.tif 000019
2006519695.tif 000020
2006519695.tif 000021