JP2013518149A

JP2013518149A - 熱処理システムから熱エネルギーを供給するためのプロセスおよびシステムならびに該システムを作動する設備

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Publication number: JP2013518149A
Application number: JP2012550269A
Authority: JP
Inventors: レイモンフランソワギュヨマルヒ
Original assignee: シー ― ソルコエスエネルギアイメイオアンビエンテリミターダ
Priority date: 2010-02-01
Filing date: 2010-08-08
Publication date: 2013-05-20
Also published as: US9505997B2; BR112012019105A2; PT2532728T; ES2727429T3; EP2532728B1; FR2955866A1; US20120298921A1; RU2553892C2; CN102844412A; EP2532728A1; BR112012019105B1; RU2012137276A; WO2011091488A8; FR2955866B1; EP2532728A4; WO2011091488A1

Abstract

本発明は、熱エネルギーを、原材料を処理するためのシステムに供給するための方法に関する。本発明はまた、その方法を実施するシステムおよびこのシステムを作動する設備に関する。その方法は、乾燥した炭素を含有する原材料（ＭＰＣＳ）を、第１のリアクタにおいて、ＣＯ_２を含有するガス化のガス流によりガス化する工程、ガス化したガスを、第２のリアクタにおいて酸素担体により酸化する工程、酸化に使用した酸素担体を第３のリアクタにおいて活性化する工程を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は原材料についての熱処理システムから熱エネルギーを供給するためのプロセスを含む。本発明はまた、該プロセスを実施するシステムおよび該システムを含む原材料熱処理設備を含む。

湿潤原材料および／または乾燥原材料および／またはそれらの乾燥／脱水に関する工業製品の熱処理ならびに／あるいは特定の特徴を得るための熱処理は完全に知られており、工業において異なる取扱者により確立されている。

湿潤材料の熱処理は、一方で、処理のためのガス流（熱保有ガスとも呼ばれる）を必要とし、他方で、処理を実施するのに必要とされる熱エネルギーを必要とし、その熱エネルギーは、処理ガス流により処理される原材料に移される。

最も広範に使用される処理ガス流は、高温空気、不完全燃焼ガス、水蒸気またはその熱容量を処理される媒体に移動および分散する以外の問題を有さない任意の燃料ガスである。二酸化炭素（ＣＯ_２）は、その特性（例えば化学安定性および多くの処理媒体に対して中性、ならびに最も特には相互作用に関する特定の条件下（温度、圧力、水蒸気飽和度など）で、炭素を含有する材料が湿っている場合、その炭素を含有する材料との天然に生じる特定の相互作用）に起因して炭素を含有する材料の熱処理のための燃料ガスなどの重要な開発の目的であった。

原材料の処理に必要とされる熱エネルギーは、通常、「熱媒体」として公知の手段により供給される。前記熱処理プロセスおよびシステムは熱エネルギーの外部供給に依存する。

ここ数年において、原材料の熱処理のための多数のプロセスが、炭素を含有する乾燥材料のそれらの酸素燃焼による処理のための燃料ガス（ＣＯ_２）および必要な熱を同時に生成させるように開発されている。他方で、その酸素燃焼はＣＯ_２のガス流および熱処理をするのに必要な熱エネルギーを生成する。

しかしながら、再び、これらのプロセスおよびシステムは酸素の連続流に依存する。

要約すると、現在のプロセスおよびシステムは以下に依存する：
−処理に必要とされる熱エネルギーの連続外部供給、または
−酸素燃焼に必要とされる酸素の連続外部供給。

しかしながら、これらのプロセスおよびシステムは高エネルギーを要求し、環境にマイナスの影響を与える。

本発明の目的は上述の不都合な点を回避することである。

本発明の別の目的は、ほとんどエネルギーを消費せずに原材料のための熱処理システムを供給するためのプロセスおよびシステムを提示することである。

本発明の別の目的は、前記システムを連続外部供給を維持することから解放できる熱処理システムのための供給プロセスおよびシステムを提案することである。

最後に、本発明の目的は、環境に対するこのようなシステムのマイナスの影響を低減する熱処理システムのための供給プロセスおよびシステムを提案することである。

本発明は、熱エネルギーを原材料のための熱処理システムに供給するプロセスであって、前記プロセスは、以下の工程：
いわゆる第１のガス化リアクタにおいて、高温にてＣＯ_２および酸素Ｏ_２を含有するガス化のガス流を用いて炭素を含有する乾燥原材料をガス化する工程であって、前記ガス化は、ＣＯ_２、一酸化炭素分子（ＣＯ）、二水素（Ｈ_２）および最終的に水蒸気（Ｈ_２Ｏ_ｇ）を含有する第１のガス流を供給する、工程と、
いわゆる第２の酸化リアクタにおいて、前記第１のガス流に存在する前記一酸化炭素分子（ＣＯ）および二水素（Ｈ_２）を、酸化状態の酸素保有物質（ＭｅＯ）により酸化する工程であって、前記酸化は、高温にてＣＯ_２および水蒸気（Ｈ_２Ｏ_ｇ）および還元状態の酸素保有物質（Ｍｅ）を含有する第２のガス流を供給する、工程と、
いわゆる第３の活性化リアクタにおいて、還元状態の前記酸素保有物質を、酸素元素を含むガス流（ＦＡＰ）を用いて活性化する工程であって、前記酸化は、酸化状態の酸素保有物質および過剰な熱エネルギーを供給する、工程と、
前記第２のガス流の熱エネルギーの一部および／または前記過剰な熱を、前記活性化から原材料のための前記熱処理システムに供給する工程と、
前記ガス化のガス流をガス化温度まで増加させるために酸素保有物質の活性化からの過剰な熱の少なくとも一部を用いて前記ガス化のガス流（ＦＧＧ）の温度を増加させる工程と、
の少なくとも１回の反復を含むプロセスにより上述の目的を達成できる。

本開示において、
ガス化のガス流は、乾燥原材料のガス化のために使用されるＣＯ_２のガス流と指定され、
処理ガス流は、原材料の熱処理を実施するための熱処理システムにより使用されるガス流と指定され、
負荷した処理ガス流は、原材料の負荷の処理後に得られる、処理システムの排出口における処理ガス流と指定される。

本開示の工程において、本発明のプロセスが前記ガス化の熱要件に必要とされるＯ_２源に依然として依存すると、乾燥原材料のガス化は純粋な酸素の供給により実施される。本発明のシステムおよびプロセスが酸素の外部供給源に依存しない方法をさらに以下に詳細に説明する。

他方で、乾燥原材料以外に、本発明のプロセスは外部エネルギー源からの熱および／または電力の連続供給を必要としない。本発明のプロセスに消費される唯一の外部エネルギーは、プロセスの初期のガス化工程の開始に必要とされる熱および／または電力である。一旦ガス化が開始すると、本発明のプロセスは、そのプロセスにおける全ての工程を実施するのに十分なエネルギーを供給することができる。したがって、第２のガス流の熱が熱処理システムに熱エネルギーを供給するのに十分であることを本開示において以下にさらに説明する。第２のガス流の熱容量および酸素保有物質の活性化により供給される熱エネルギーに利用可能なエネルギーは、ガス化のガス流をガス化温度にするのに十分である。前記ガス化のガス流の温度を増加させるのに必要とされるエネルギー全ては最終的に、ガス化リアクタにおける酸素（Ｏ_２）供給により供給される熱補完により得られる。次いで前記供給は追加的な熱要件に制限され、各モルのＯ_２は、２分子の水素（Ｈ_２）および／またはＣ原子を酸化して、２つのＨ_２Ｏおよび／または２つのＣＯ（または炭素を含有する原材料の初期の組成に応じて１つまたは別）を生成し、それによって、本発明のプロセスの反応に有用な熱エネルギーを生成する。次いで新たなガス化工程が実施され得るので、このプロセスの工程の新たな反復が行われる。

実施形態の特に有益な第１の方法において、処理システムに使用される処理ガス流は、少なくとも部分的に、（処理ガス流に含有する水蒸気の少なくとも一部と分離される）ＣＯ_２を含有する第２のガス流を含んでもよい。このような実施形態において、熱処理システムへの熱エネルギーの少なくとも一部の供給は、原材料の熱処理システムへの第２のガス流の少なくとも一部の供給を含んでもよい。次いで第２のガス流は熱処理システムへの熱エネルギーの輸送手段により輸送される。

この第１の方法の実施形態において、本発明のプロセスは、熱エネルギーだけでなく、同様に処理ガス流を供給する熱処理システムを供給する。

第１の方法の実施形態において常に、本発明のプロセスは、処理ガス流としての使用前に、熱処理システムに供給される前記第２のガス流の一部の温度を減少させる工程を含んでもよい。

温度減少は熱交換によりまたは冷ＣＯ_２を含有するガス流と混合することにより実施され得る。

第１の方法の実施形態において常に、本発明のプロセスは、熱処理システムにおける処理ガス流としての使用前に第２のガス流においてＣＯ_２濃度を調節する工程を含んでもよい。第２のガス流のＣＯ_２濃度の調節は、所望の割合下で一定量の純粋な冷（２０℃以下）および乾燥ＣＯ_２と、その第２のガス流とを混合することにより実施されてもよい。

その第１の方法の実施形態において、本発明のプロセスは、少なくとも部分的にガス化のガス流を構成するために、熱処理システムの排出口に運ばれる熱処理ガス流に存在するＣＯ_２の少なくとも一部を閉じた回路において再利用する工程であって、前記閉じた回路の再利用は、負荷される前記処理ガス流に存在するＣＯ_２と水蒸気を分離する工程を含む、工程を含んでもよい。

前記再利用は、少なくとも部分的に、処理ガス流としてガス化のガス流として同じ時間における同じＣＯ_２のガス流の使用および前記処理ガス流の調節を可能にする。

前記ＣＯ_２のガス流は有益にはガス化により供給され得ることが本開示の以下において示される。

第２の方法の実施例において、熱処理システムへの熱エネルギーの少なくとも一部の供給は、熱処理ガス流への熱エネルギーの移動を含んでもよい。その場合、熱の移動は当業者に公知の熱交換器により実施され得る。

この第２の方法の実施例において常に、本発明のプロセスは、前記ガス化のガス流を構成するために、第２のガス流中のＣＯ_２の少なくとも一部を閉じた回路において再利用する工程を含んでもよい。

再利用する工程は当業者に公知のシステムにより第２のガス流に存在するＣＯ_２と水蒸気を分離する工程を含んでもよい。

有益には、還元状態の酸素保有物質の活性化は予熱した大気流による還元状態の前記酸素保有物質の酸化を含んでもよい。

第１の方法の実施形態の場合、大気流の予熱は、有益には、熱処理後に、熱処理システムの排出口に運ばれる熱処理ガス流から前記大気流への熱エネルギー移動を含んでもよい。

第２の方法の実施形態の場合、大気流の予熱は、有益には、第２のリアクタの排出口における第２のガス流の後に、前記大気流までの熱エネルギーの移動を含んでもよい。

第１の方法の実施形態の場合、システムの排出口に運ばれる熱処理ガス流から前記大気流までの熱エネルギーの移動は、運ばれる熱処理の第２のガス流に存在するＣＯ_２と水蒸気の分離を実施する。

第２の方法の実施形態の場合、第２のガス流から前記大気流までの熱エネルギーの移動は、第２のガス流に存在するＣＯ_２と水蒸気の分離を実施する。

本発明の別の態様によれば、原材料の熱処理システムのための熱エネルギー供給システムであって、
高温にてＣＯ_２およびガス化反応に有用な最終的な熱補完を可能にする追加の酸素（Ｏ_２）を含有するガス化のガス流を用いて乾燥炭素を含有する原材料をガス化する第１のガス化リアクタであって、前記ガス化リアクタは、ＣＯ_２、一酸化炭素分子（ＣＯ）、二水素（Ｈ_２）および最終的に水蒸気（Ｈ_２Ｏ_ｇ）を含有する第１のガス流を供給する、第１のガス化リアクタと、
酸化状態の酸素保有物質（ＭｅＯ）により、前記第１のガス流に存在する前記一酸化炭素分子（ＣＯ）および二水素（Ｈ_２）を酸化する第２の酸化リアクタであって、前記第２の酸化リアクタは、高温にてＣＯ_２および水蒸気（Ｈ_２Ｏ_ｇ）および還元状態の酸素保有物質（Ｍｅ）を含有する第２のガス流を供給する、第２の酸化リアクタと、
酸素元素を含有するガス流を用いて還元状態の前記酸素保有物質を活性化する第３の活性化リアクタであって、前記第３の活性化リアクタは、酸化状態の酸素保有物質および過剰な熱エネルギーを供給する、第３の活性化リアクタと、
前記第２のガス流の熱エネルギーの少なくとも一部および／または前記過剰な熱を、前記活性化から原材料のための前記熱処理システムに供給するための手段と、
前記ガス化のガス流をガス化温度にするために、前記酸素保有物質の活性化からの前記過剰な熱の少なくとも一部を用いて前記ガス化のガス流の温度を増加させる手段と、
を含む、システムを提案する。

他方で、そのシステムは、第２のリアクタから第３のリアクタまでおよび／または第３のリアクタから第２のリアクタまでの酸素保有物質の機械的輸送手段を含んでもよい。

有益には、本発明のシステムは、ガス化のガス流になるように、第２のガス流に存在するＣＯ_２の少なくとも一部を再利用する閉じた回路を含んでもよく、その再利用する回路はＣＯ_２と水蒸気を分離する手段を備える。

本発明のシステムの特定の有益なバージョンにおいて、再利用する回路は、少なくとも間接的に、第２のリアクタ、熱処理システム、ＣＯ_２と水を分離する手段、ガス化のガス流の温度を増加させる手段、および第１のリアクタと相互接続する。

本発明の別の態様によれば、本発明のエネルギー供給システムを一体化している原材料のための熱処理システムを提案する。

さらに本発明の他の態様によれば、本発明の原材料のための熱処理システムおよび前記熱処理システムのためのエネルギー供給システムを含む原材料のための熱処理設備を提案する。

他の利点および特徴は非限定的な実施例および添付の図面の詳細な説明の分析から明らかになるだろう。

図１は本発明の設備の第１のバージョンの概略図である。図２は本発明の設備の第２のバージョンの概略図である。

図１は本発明の設備の好ましいバージョンの概略図である。

設備１００は熱処理設備１０４のための熱エネルギー供給システム１０２を備える。

供給システム１０２はガス化リアクタ１０６、酸化リアクタ１０８および酸素保有物質のための活性化リアクタ１１０を備える。

ガス化リアクタ１０６は、ＣＯ_２制御下で炭素を含有する材料ＭＰＣＳの供給チャンバ（図示せず）を有する。その供給チャンバはＣＯ_２により制御され、ガス化リアクタ１０６における空気の侵入を回避し、そのガス化リアクタ１０６の気密性を保証する。そのガス化リアクタ１０６は、ガス化リアクタにおいて炭素を含有する材料ＭＰＣＳの供給口（図示せず）および導入装置（図示せず）を備える。

ガス化リアクタ１０６は、一方で、炭素を含有する乾燥原材料ＭＰＣＳ１１２を供給され、他方で、１０００℃以上の高温にてＣＯ_２を含有するガス化のガス流ＦＧＧを供給される。最終的に熱補完が、ガス化のガス流ＦＧＧ中の酸素（Ｏ_２）の導入によりガス化リアクタの中心でなされ得る。次いで導入されるこの各モルの酸素が、２モルのＨ_２および／または２モルのＣを酸化し、ガス化リアクタの中心において対応する熱エネルギーを生成する。この最終的な補完は、前記ガス化リアクタにおける反応の熱調節の制御ならびに本発明のプロセスのエネルギーおよび反応の最終生成を増加させるように反応の収率の増加を可能にする。

ガス化リアクタ１０６において、炭素を含有する乾燥原材料ＭＰＣＳは、約１０００／１１００℃の高温にて炭素を含有する原材料と接触するガス化のガス流ＦＧＧに供される。その温度にて、ＣＯ_２と炭素を含有する原材料との間の相互作用が完全になる。熱反応は激しく瞬時である。炭素（Ｃ）を含有する原材料ＭＰＣＳは、その同じ炭素を含有する原材料ＭＰＣＳの酸素分子（Ｏ）と反応して以下の反応により一酸化炭素を形成する：
Ｃ＋Ｏ→ＣＯ。

炭素を含有する乾燥原材料ＭＰＣＳの残留炭素は反応性ＣＯ_２の注入温度に取られる。それらは主にその温度にてオキシドリダクター（ｏｘｉｄｏｒｅｄｕｃｔｏｒ）であり、以下の反応後にＣＯ_２と反応し、１０００℃にて「ＢＯＵＤＯＵＡＲＴ平衡」と呼ばれる。
１Ｃ＋１ＣＯ_２＝２ＣＯ。

ガス化リアクタ１０６を出て行く場合、第１のガス流ＰＦＧと呼ばれる、ガス状のセットは９００℃以上の温度下である。それは以下から構成される：
−炭素を含有する乾燥原材料（ＭＰＣＳ）の熱分解および（その酸化還元特性の最適温度における残存炭素に対して）「反応性ＣＯ_２」からＣＯへの変換により生成したＣＯ；
−１０００／１１００℃の温度にて「反応性ＣＯ_２」により生じる熱分解により生成した炭素を含有する乾燥原材料（ＭＰＣＳ）の分子分解の間に放出されるＨ_２；
−炭素を含有する乾燥原材料（ＭＰＣＳ）の熱分解に必要とされる熱補完に有用なＨ_２の強制酸化により生成したＨ_２Ｏ_ｇ；
−最後に、ガス化のガス流ＦＧＧからの過剰のＣＯ_２。

過剰なＣＯ_２は、ガス化およびＢＯＵＤＯＵＡＲＴ吸熱反応のための熱エネルギーを供給する必要性により「反応性ＣＯ_２」に対する補完として使用され得る熱ベクトルである。その第１のガス流ＰＦＧはガス化リアクタ１０６の排出口において９００℃以上の温度下である。

次いで第１のガス流ＰＦＧは酸化リアクタ１０８内に導入される。その酸化リアクタ１０８は、一方で、第１のガス流ＰＦＧが供給され、他方で、ＭｅＯとして示される酸化または活性化状態の酸素保有物質が供給される。

活性化した酸素保有物質ＭｅＯは、以下の反応で第１のガス流ＰＦＧに存在する一酸化炭素分子ＣＯおよび二水素Ｈ_２を酸化する：
ＣＯ＋ＭｅＯ→ＣＯ_２＋Ｍｅ；および
Ｈ_２＋ＭｅＯ→Ｈ_２Ｏ＋Ｍｅ。

前記酸化は、活性化酸素保有物質ＭｅＯの非活性化酸素保有物質Ｍｅへの還元により実施され、その酸素をガス状分子ＣＯおよびＨ_２とやり取りする。実際に、前記分子は高い酸化還元性であり、９００℃より高いガス化リアクタ１０６の排出口温度において燃焼性である。

酸化リアクタ１０８から出て行く第２のガス流ＤＦＧと呼ばれるガス状のセットは以下を含む：
−ＣＯ分子から酸化反応により得られるＣＯ_２；
−第１のガス流に最初に存在するＣＯ_２；および
−Ｈ_２分子から酸化反応により得られるＨ_２Ｏ_ｇ。

その第２のガス流ＤＦＧは、９００℃以上の温度にて酸化リアクタ１０８から出て行き、熱処理システムにおける処理ガス流として機能する。

しかしながら、酸化リアクタ１０８の注入口における第２のガス流ＤＦＧは９００℃以上の温度である。したがって、その第２のガス流が生成される大部分の熱処理操作に必要とされるよりも高い。さらに、その第２のガス流は約３４％の水蒸気を含有する（この割合はガス化リアクタの操作に入れられるＭＰＣＳの化学組成に対してである）。熱処理システム１０４の熱処理ゾーンに導入する前に、調整したＣＯ_２のリザーバ１１４から低温の乾燥ＣＯ_２を供給することによりこのガス流を調節する（ｔｅｍｐｅｒ）ことは有益である。

低温の乾燥ＣＯ_２は所望の割合下で混合装置１１６によって第２のガス流ＤＦＧと混合されて、前記処理条件下の処理ガス流ＦＧＴを得る。

ＣＯ_２および水蒸気から構成される処理ガス流ＦＧＴは本発明の例において２００℃以下の温度である。この処理ガス流は原材料のための熱処理システム１０４に供給される。

熱処理システム１０４は、排出口において、処理ガス流ＦＧＴおよび処理原材料からの水蒸気から構成される負荷した処理ガス流ＦＧＴＣを供給する。エネルギーの連続生成およびその結果として生じるＣＯ_２を踏まえれば、処理ガス流ＦＧＴの等価物は取り除かれるべきである。熱処理システム１０４の排出口において、処理ガス流ＦＧＴＣの等量が取り除かれる。次いでこのＣＯ_２は環境に悪影響を与えずに大気に放出され得る。なぜならそれは再生可能な材料から生じるものであり、さらに、本発明のプロセス／システムにより生成される主なエネルギーは有害なＣＯ_２を生成または排出しない。そのＣＯ_２はまた、除湿後、他の用途に再利用されてもよく、および／またはバイオマス「原材料」を生成するために微細藻類培養設備において再利用されてもよい。

再利用される負荷した処理ガス流ＦＧＴＣおよび大気流ＦＡは吸収式冷凍システム１１８に供給される。冷凍システムは、負荷した処理ガス流ＦＧＴＳと大気流ＦＡとの間で熱交換を実施する。その熱交換は、負荷した熱処理ガス流ＦＧＴＳの熱を大気流ＦＡに移す。その熱交換は負荷した熱処理ガス流ＦＧＴＳを十分に冷凍でき、水蒸気を凝結させ、ＣＯ_２と水蒸気を分離する。排出口において、冷凍システムは、液体Ｈ_２Ｏ_Ｌ、熱処理段階に対応する温度に対して予熱した大気流ＦＡＰを供給し、最終的に３０℃の処理温度にし、木材を乾燥させ、１３０℃以上になり（高温の処理プロセスの場合、３００℃より高い）、示した再利用されるＣＯ_２ＦＣＯ_２の流れが可能となる。

予熱した大気流ＦＡＰは、非活性化酸素保有物質のための活性化リアクタ１１０に供給される。そのリアクタ１１０は、酸化リアクタ１０８により供給される非活性化酸素保有物質（または還元状態）Ｍｅを均一に受け取る。これらの非活性化酸素保有物質Ｍｅは、予熱した大気流ＦＡＰの流れと接触するように入れられる。予熱した大気流ＦＡＰに存在する酸素分子Ｏ_２は、以下の反応により非活性化酸素保有物質を酸化（活性化）する：
Ｍｅ＋１／２Ｏ_２→ＭｅＯ。

酸素保有物質は活性化され、新たな酸化に役立つように酸化リアクタ１０８に供給され得る。

活性化リアクタ１１０は、その排出口において、酸化リアクタ１０８に供給される活性化酸素保有物質ＭｅＯおよび高温の酸素の少ない空気の流れＦＡＡを供給する。そのような酸素の少ない空気の流れＦＡＡは依然として高温であり、処理ガス流ＦＧＴを調整するためおよび／または示した再利用されるＣＯ_２ＦＣＯ_２の流れを予熱するために熱交換器（図示せず）により使用されてもよく、その後、活性化リアクタ１１０の交換器Ｅ１に導入される。

酸素保有物質の酸化反応は非常に発熱性であり、重要な過剰な熱エネルギーが活性化リアクタ１１０内で生じ、使用されるＭＰＣＳの固有のエネルギーポテンシャルの８５％より多くに対応する。

この過剰な熱は、示されるＣＯ_２ＦＣＯ_２（図示していない交換器において流れＦＡＡにより冷却または予熱された）の流れの一部が供給される第１の熱交換器Ｅ１に侵入する。このＣＯ_２は熱交換器Ｅ１において１０００℃以上の温度で加熱される。この熱交換器Ｅ１の排出口で得られるＣＯ_２のガス流は、ガス化のガス流ＦＧＧとして使用される。

低温のＣＯ_２（２０℃以下）ＦＣＯ_２の流れの他の部分は、調整したＣＯ_２のリザーバ１１４に供給するために使用される。

活性化リアクタ１１０において生じる過剰な熱は、ターボ交流発電器を備え得るシステム１２０において機械的エネルギーおよび／または電気を同時生成するための高圧および高温にて水蒸気の生成下で熱力学的エネルギーを生成する役割を果たすガス状の同時生成流ＦＧＧの温度を上昇できる第２の熱交換器に均一に侵入する。

供給システムは、他方で、酸素リアクタ１０８から活性化リアクタ１１０までおよびその逆で酸素保有物質の輸送を可能にする機械的装置１３０を備える。

図２は本発明の設備の第２のバージョンの概略図である。

図２に示す設備２００は図１に示す設備要素１００を全て備える。

他方で、設備２００は微細藻類を含有するバイオリアクタ２０２を備える。

負荷した処理ガス流ＦＧＴＳに存在するＣＯ_２の一部は、冷却され、バイオリアクタ２０２に注入される。藻類培養バイオリアクタ２０２において、二酸化炭素ＣＯ_２は、微細藻類により行われる光合成に使用される。光合成は、一方で、炭素を含有するバイオマスＢＣを生成し、他方で、炭素元素＜＜Ｃ＞＞を二酸素分子＜＜Ｏ＞＞から分離することにより酸素のガス流ＦＯ_２を生成する。

得られる炭素を含有するバイオマスＢＣは、
−高含有量の脂質を有する微細藻類ならびに精製用の薬物類および／または炭化水素に使用される供給薬物分子から精油を抽出するシステム；その抽出の終わりに、約３０％のバイオマスが炭素の形態で残り、ガス化装置１０６に戻され得る；
−または例えばガス化リアクタ１０６に導入する前に調整される乾燥システム
であり得るバイオマス調整システム２０４に供給される

ガス状酸素流ＦＯ_２は、ガス化リアクタ１０２において炭素を含有する材料のガス化を補完するために例えばガス化リアクタ１０２のレベルで本発明のシステムに供給され得る。したがって、プロセスの自発性が達成され、（熱手段としての）酸素の外部供給源が無用となる。

有益には、この第２の方法の実施形態における炭素を含有するバイオマスの生成は全体の収率を上げる。

ここで、図１に示した設備１００の作動において本発明のプロセスのエネルギー平衡を開示し、炭素を含有する乾燥原材料ＭＰＣＳとして１ｋｇのバイオマスの負荷の例を考慮する。１ｋｇのバイオマスの平均化学組成は以下の通りである：
−Ｃ約５０％：すなわち１ｋｇのＭＣＰＳ：０．５００ｋｇ、すなわち４１．６７モル。
したがって、熱エネルギーは：
４１．６７×３９４ｋｊ／モル−１６，４１７．９８ｋｊ
−Ｏ_２約４４％：すなわち、１ｋｇのＭＣＰＳ当たり：０．４４０ｋｇ、すなわち１３．７５モルのＯ_２、したがって２７．５０「Ｏ」；および
−Ｈ_２約６％：すなわち、１ｋｇのＭＣＰＳ当たり：０．０６０ｋｇ、すなわち２９．７６モル。
したがって、熱エネルギーは：
２９．７６×２４２ｋＪ／モル＝７，２０１．９２ｋＪ
すなわち
１６，４１７．９８＋７，２０１．９２＝２３，６１９．９０ｋＪ
の固有エネルギー。

ガス化リアクタの排出口において
この組成に従って、ガス化リアクタ１０６におけるＭＣＰＳの「内在性」ガス化は以下を生成する：
−２７．５０モルのＣＯ；
−１４．１７モルのＣ；および
−２９．７６モルのＨ_２；
すなわち、１ｋｇの（ＭＣＰＳ／バイオマス）、ガス形態で０．８３０ｋｇおよび固体炭素の形態、すなわちバイオマス炭素で０．１７０ｋｇ。

１，０００℃以上の温度にてこれらの１４．１７モルの炭素は、同じ量のモルのＣＯ_２と反応し、それらを２８．３４モルのＣＯまで還元させる。

熱化学的反応ＣＯ_２＋Ｃ＝２ＣＯは吸熱性であり、以下の反応による：
ＣＯ_２−１／２Ｏ_２＝ＣＯ＋Ｏ＋２８３ｋＪ／モル
Ｃ＋１／２Ｏ_２（ＣＯ_２由来）＝ＣＯ−１１１ｋＪ／モル
すなわちこの反応により「変換された」ＣＯ_２の１７２ｋＪ／モルの熱損失。

最終的に、第１のガス流の組成は以下の通りである：
−５５．８４モルのＣＯ、このように吸熱性の要件を補完するために有用な熱エネルギーは：
−１４．１７モルのＣＯ_２×１７２ｋＪ／モル＝２，４３７．２４ｋＪ＋
ＭＣＰＳおよびガス化に有用な反応性ＣＯ_２の熱容量および変換＝１，７８６．１４ｋＪ。
−２９．７６モルのＨ_２；
ここで、ガス化に必要なエネルギーは：
２，４３７．２４＋１，７８６．１４ｋＪ＝４，２２３．３８ｋＪ。

この熱分解媒体における分子間相互作用は非熱的とみなされる。分子組成の酸化によるＣの発熱酸化は、このシステムの分子の発熱分解を補償する。その反応は熱流体について計算されるべきであり、全体の熱交換により、前記熱分解の温度に到達しやすい熱において有用なエネルギーが供給される。それはまた、それらの媒体の分子組成の酸素と会合しない炭素の反応のための吸熱補完エネルギー（および酸素）を供給するために熱流体の役割を果たす。そのガス化リアクタにおける反応の目標の平衡は吸熱性である。

１ｋｇ（ＭＣＰＳ／バイオマス）に対して前記反応の生成に有用な熱供給は４，２２３．３８ｋＪである。

前記ガス流ＦＧＧが変換反応に有用な単に１４．１７モルのＣＯ_２から構成される場合、活性化リアクタ１１０におけるその通過の間、そのガス流は１０００℃より高い温度である。すなわち、５７４．３４４ｋＪのみの熱容量が回収される。

したがって、４，２３３．３８−５７４．３４４＝３，６４９．０３６ｋＪの熱容量がガス化リアクタ１０６における反応のために失われている。

示した順序で見られるように、このような熱容量を供給するために（反応連鎖により生成される）エネルギーが利用可能である。一方で、これは、供給源からガス化リアクタ１０２までのこのようなエネルギーの移動を含む。そのために、再利用されるＣＯ_２の補完が必要とされる（プロセスを開始するために外部供給が有用である）。

このような熱エネルギーを生成するために、Ｏ_２の注入が、ガス化リアクタ１０６の反応段階においてその注入口にてガス化のガス流ＦＧＧにより行われ得る。

本発明の熱分解媒体において、１０００／１１００℃にて、水素分子が利用可能な酸素と最初に反応し、本発明のプロセスは（この場合）２９．７６２モルのＨ_２を有するので、完全な熱エネルギーは７，２０２．４０４ｋＪである。

これが選択されたオプションである場合、１５．０７９モルの水素が失われた熱容量を生成するために必要とされる。各々の注入されたモルのＯ_２は２モルの水素と反応して、２モルのＨ_２Ｏを生成するので、次いで７．５４モルのＯ_２がこの反応に必要とされる熱容量の不足を補完するために必要とされる。１４．８６３モルのＨ_２が残っており、酸化リアクタ１０８における反応順序を得るためにＣＯと反応する。

酸化リアクタの排出口において
１４．６８３モルのＨ_２の熱エネルギーは：
１４．６８３×２４２ｋＪ／モル＝３，５５３．２８６ｋＪであり；
５５．８４モルのＣＯの熱エネルギーは：
５５．８４×２８３ｋＪ／モル−１５，８０２．７２ｋＪである。

酸化リアクタ１０６からの第１のガス流ＰＦＧに存在するＣＯおよびＨ_２の酸化は：
１５，８０２．７２＋３，５５３．２８６−１９，３５６．００８ｋＪの発熱である。

例えば酸素保有物質はＮｉＯ（活性状態ではＮｉＯおよび非活性状態ではＮｉ）であるが、７０．５２３モルのＭｅＯが、５５．８４モルのＣＯおよび１４．６８３モルのＨ_２を酸化するのに必要とされる。７０．５２３モルのＭｅＯの７０．５２３モルのＭｅへの還元は、ＮｉＯのＮｉへの例を考慮して：
７０．５２３モル×２４４．３０ｋＪ／モル＝１７，０６６．５６６ｋＪの発熱である。

最後に、酸化リアクタにおける反応の熱平衡は発熱であり、２，２８９．４４２ｋＪを生成する。

酸化リアクタから出て行く第２のガス流ＤＦＧは、反応＋最終的に「過剰な」高温ＣＯ_２＋Ｈ_２の酸化により生成される水蒸気から得られるＣＯ_２から構成される。すなわち、
反応から２．４５７ｋｇのＣＯ_２（５５．８４モル、１．２５２Ｎｍ^３）＋
反応から０．５３６ｋｇのＨ_２Ｏ_ｇ（２９．７６モル、０．６６７Ｎｍ^３）
すなわち、２２質量％および５３体積％。

この第２のガス流ＤＦＧは９００℃以上の温度であり、重要な熱エネルギー：液体Ｈ_２Ｏ中で濃縮される２９．７６２モル（Ｈ_２Ｏ_ｇ）の３，５７３．０８３ｋＪの熱容量＋２，２２８．９５１ｋＪのエンタルピー、すなわち５，８０２．０３４ｋＪを有する。

その熱エネルギーは、処理ガス流ＦＧＴを生成するための熱交換システム１１６において使用される。その処理ガス流ＦＧＴは実質的に以下を含む：
−熱交換の間、部分的に除湿される冷および乾燥ＣＯ_２（ストック１１４由来）で前記熱交換器１１６においてその熱容量を変化させた後に維持される第２のガス流ＤＦＧの一部；
−前記処理ガス流ＦＧＴを調整するために使用される、熱交換器１１６における冷源として機能するストック１１４由来の乾燥ＣＯ_２の一部（除湿および冷却要件に従って、ストック１１４由来の前記乾燥ＣＯ_２は過剰であってもよく、次いで過剰分が再利用のために冷却システム１１８に再導入される）。

次いで前記処理ガス流ＦＧＴは、原材料を処理するのに必要とされる温度（作業温度：３０〜３００℃以上および高温下での処理に関してそれ以上）になり、その残存湿度は最小になる。

本発明のシステムおよびプロセスのこの工程について、熱平衡は既にプラスである：
１ｋｇ（ＭＰＣＳ／バイオマス）についてガス化リアクタの反応に対して−４，２２３．３８ｋＪの熱供給；
第１のガス流「燃料」の酸化リアクタに対して＋２，２８９．４４２ｋＪの発熱；
酸化リアクタから出て行く第２のガス流ＤＦＧに利用可能な＋５，８０２．０３４ｋＪの熱容量。
すなわち、１ｋｇの使用されるバイオマスＭＰＣＳあたり合計でプラスである：
２，２８９．４４２ｋＪ＋５，８０２．０３４＝８，０９１．４７６−４，２２３．３８ｋＪ＝３，８６８．０９６ｋＪ。

活性化リアクタの排出口において
ＭｅＯへのＭｅの再活性化は発熱性：２４４．３０ｋＪ／モルである。この例において、使用したバイオマスのＭＰＣＳ１ｋｇあたり７０．５２３モルのＭｅを有する。この活性化反応において生成される熱エネルギーを考慮すると、使用したバイオマスのＭＰＣＳの＋１７，２２８．７６９ｋＪ／ｋｇである。

ガス化ＣＯ_２は、前述の平衡を考慮して、交換器Ｅ１からその熱容量（すなわち、４，２２３．３８ｋＪ／ｋｇのＭＰＣＳ）を獲得する。

本発明のシステム／プロセスの反応および交換の最終的な熱平衡は：
３，８６８．０９６＋１７，２２８．７６９＝２１，０９６．８６５ｋＪ／ｋｇのＭＣＰＳである。

８９％の原材料のエネルギーポテンシャルも考慮する。

この完全なエネルギーは、本発明のシステムおよびプロセスに関する作用エネルギーの適用および生成に利用可能である。

この利用可能なエネルギーは、熱処理システムにおいて原材料の処理を可能にするように移動する。大部分のこのエネルギーは過剰であり、それらを電気に機械的および／または変換される、対応する適用に有用なエネルギーの同時生成に使用され得る。

本発明において、原材料についての熱処理システムは、以下のシステムであり得る：
乾燥：
製造プロセスに使用する前に除湿および／または脱水される全ての原材料の乾燥；
使用および／または調整される前に乾燥されるべき全ての原材料および／または製品の乾燥；
熱処理：
製造プロセスにおけるその使用前に、ＣＯ_２との相互作用および可能な限り均一におよび／または高温（１０００／１１００℃までおよび最適な動態を有する高温ＣＯ_２に必要とされる相互作用に応じてそれ以上）で熱を拡散するように供されるべき全ての感受性原材料（その組成において）の熱処理；
（使用および／または調整前の全ての熱化学的および／または熱物理的修飾／中和に関して）熱的に処理されるべき全ての原材料および／または製品の熱処理。

本発明は開示される実施例に限定されるわけではない。

Claims

原材料の熱処理システム（１０４）のための熱エネルギー供給プロセスであって、前記プロセスは、
いわゆる第１のガス化リアクタ（１０６）において、高温にてＣＯ_２および酸素（Ｏ_２）を含有するガス化のガス流（ＦＧＧ）を用いて炭素を含有する乾燥原材料（ＭＰＣＳ）をガス化する工程であって、前記ガス化は、一酸化炭素分子（ＣＯ）、二水素（Ｈ_２）および最終的に水蒸気（Ｈ_２Ｏ_ｇ）を実質的に含有する第１のガス流（ＰＦＧ）を供給する、工程と、
いわゆる第２の酸化リアクタ（１０８）において、前記第１のガス流（ＰＦＧ）に存在する前記一酸化炭素分子（ＣＯ）および二水素（Ｈ_２）を、酸化状態の酸素保有物質（ＭｅＯ）により酸化する工程であって、前記酸化は、高温にてＣＯ_２および水蒸気（Ｈ_２Ｏ_ｇ）および還元状態の酸素保有物質（Ｍｅ）を含有する第２のガス流（ＤＦＧ）を供給する、工程と、
いわゆる第３の活性化リアクタにおいて、還元状態の前記酸素保有物質を、酸素元素を含むガス流（ＦＡＰ）を用いて活性化する工程であって、前記酸化は、酸化状態の酸素保有物質（ＭｅＯ）および過剰な熱エネルギーを供給する、工程と、
前記第２のガス流（ＤＦＧ）の熱エネルギーの一部および／または前記過剰な熱を、前記活性化から原材料のための前記熱処理システム（１０４）に供給する工程と、
前記ガス化のガス流（ＦＧＧ）をガス化温度まで増加させるために酸素保有物質の活性化からの過剰な熱の少なくとも一部を用いて前記ガス化のガス流（ＦＧＧ）の温度を増加させる工程と、
を含むプロセス。
熱エネルギーの少なくとも一部を前記熱処理システム（１０４）に供給する工程は、熱処理ガス流（ＦＧＴ）として使用するために原材料のための前記熱処理システム（１０４）へ前記第２のガス流（ＤＦＧ）の少なくとも一部を供給することを含むことを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
処理ガス流（ＦＧＴ）として使用する前に、前記第２のガス流（ＤＦＧ）の少なくとも一部の供給温度を減少させることを含むことを特徴とする、請求項２に記載のプロセス。
少なくとも部分的に前記ガス化のガス流（ＦＧＧ）を構成するために、前記熱処理システム（１０４）の排出口において負荷した熱処理ガス流（ＦＧＴＣ）に存在するＣＯ_２の少なくとも一部を再利用する閉じた回路を含み、前記閉じた回路における再利用は、前記負荷した処理ガス流（ＦＧＴＣ）に存在するＣＯ_２と水蒸気（Ｈ_２Ｏ_ｇ）とを分離する工程を含むことを特徴とする、請求項２または３に記載のプロセス。
熱エネルギーの少なくとも一部を前記熱処理システム（１０４）に供給する工程は、熱処理ガス流へ熱エネルギーを移動させることを含むことを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
前記ガス化のガス流を構成するために前記第２のガス流（ＤＦＧ）からＣＯ_２の少なくとも一部を再利用する閉じた回路を含むことを特徴とする、請求項５に記載のプロセス。
前記還元状態の酸素保有物質（Ｍｅ）の活性化が、予熱した大気流（ＦＡＰ）による前記還元状態の酸素保有物質（Ｍｅ）の酸化を含むことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のプロセス。
大気流を予熱することが、前記熱処理システムの排出口における負荷した熱処理ガス流（ＦＧＴＣ）の後に熱エネルギーを前記大気流に移動させることを含むことを特徴とする、請求項７に記載のプロセス。
前記熱処理システム（１０４）の排出口における負荷した熱処理ガス流（ＦＧＴＣ）の後に熱エネルギーを前記大気流（ＦＡ）に移動させることが、前記負荷した熱処理ガス流（ＦＧＴＣ）に存在するＣＯ_２と水蒸気（Ｈ_２Ｏ_ｇ）との分離を実施することを特徴とする、請求項４および８に記載のプロセス。
原材料のための熱処理システム（１０４）のための熱エネルギー供給システム（１０２）であって、前記システムは、
高温にてＣＯ_２を含有するガス化のガス流（ＦＧＧ）を用いて乾燥炭素を含有する原材料（ＭＰＣＳ）をガス化する第１のガス化リアクタ（１０６）であって、前記ガス化リアクタ（１０６）は、ＣＯ_２、一酸化炭素分子（ＣＯ）、二水素（Ｈ_２）および最終的に水蒸気（Ｈ_２Ｏ_ｇ）を含有する第１のガス流（ＰＦＧ）を供給する、第１のガス化リアクタ（１０６）と、
酸化状態の酸素保有物質（ＭｅＯ）により、前記第１のガス流（ＰＦＧ）に存在する前記一酸化炭素分子（ＣＯ）および二水素（Ｈ_２）を酸化する第２の酸化リアクタ（１０８）であって、前記第２の酸化リアクタ（１０８）は、高温にてＣＯ_２および水蒸気（Ｈ_２Ｏ_ｇ）および還元状態の酸素保有物質（Ｍｅ）を含有する第２のガス流（ＤＦＧ）を供給する、第２の酸化リアクタ（１０８）と、
酸素元素を含有するガス流（ＦＡ）を用いて還元状態の前記酸素保有物質（Ｍｅ）を活性化する第３の活性化リアクタ（１１０）であって、前記第３の活性化リアクタ（１１０）は、酸化状態の酸素保有物質（ＭｅＯ）および過剰な熱エネルギーを供給する、第３の活性化リアクタ（１１０）と、
前記第２のガス流（ＤＦＧ）の熱エネルギーの少なくとも一部および／または前記過剰な熱を、前記活性化から原材料のための前記熱処理システム１０４に供給するために処理ガス流（ＦＧＴ）の温度を調節する手段と、
前記ガス化のガス流（ＦＧＧ）をガス化温度にするために、前記酸素保有物質の活性化からの前記過剰な熱の少なくとも一部を用いて前記ガス化のガス流（ＦＧＧ）の温度を増加させる手段（Ｅ１）と、
を含む、システム。
前記第２のリアクタ（１０８）から前記第３のリアクタ（１１０）までおよび／または前記第３のリアクタ（１１０）から前記第２のリアクタ（１０８）までの酸素保有物質の機械的輸送手段（１３０）を備えることを特徴とする、請求項１０に記載のシステム。
前記第２のガス流（ＤＦＧ）および前記ガス化のガス流（ＦＧＧ）に存在するＣＯ_２の少なくとも一部の閉じた回路の再利用回路を含み、前記再利用回路はＣＯ_２と水蒸気（Ｈ_２Ｏ_ｇ）とを分離する手段（１１８）を備えることを特徴とする、請求項１０または１１に記載のシステム。
前記再利用回路は、少なくとも間接的に、前記第２のリアクタ（１０８）、前記熱処理システム（１０４）、前記ＣＯ_２と水蒸気（Ｈ_２Ｏ_ｇ）とを分離する手段（１１８）、前記ガス化のガス流（ＦＧＧ）の温度を増加させる手段（Ｅ１）、および前記第１のリアクタ（１０６）と相互接続することを特徴とする、請求項１２に記載のシステム。
請求項１０〜１３のいずれか一項に記載のエネルギー供給システムおよび処理ガス流（ＦＧＴ）を一体化している原材料のための熱処理システム。
請求項１０〜１４のいずれか一項に記載の原材料のための熱処理システム（１０４）および前記熱処理システムのエネルギー供給システム（１０２）を含む、原材料の熱処理のための設備（１００）。