JP2013532268A - ケミカルルーピング燃焼のループのための粒子分離装置 - Google Patents

Abstract

本発明の対象は、ケミカルルーピング燃焼装置であり、この装置は、未燃焼粒子を生じさせる固体燃料を利用すると共に、金属酸化物などの酸素運搬粒子を使用しており、少なくとも１つの燃焼ゾーンと、燃焼ゾーンで生じるガス状混合物に含まれる粒子用の分離器と、を有し、また、該分離器は、前記混合物のための少なくとも１つの吸入ライン（４）と、前記容器の下部に配置された排出ライン（５）と、装置の上部に配置された出口ライン（６）と、を備えた少なくとも１つの容器を有し、また、前記容器内の下部では濃密相が、上部では希薄相が生成されるように、吸入、排出、および出口のパラメータが選択され、また、前記吸入ラインは希薄相内へと開口している。また、本発明は、本発明によるケミカルルーピング燃焼装置を実現する燃焼方法に関する。
【選択図】図２

Description

本発明は、球形粒子の分離に関し、特に、エネルギー、合成ガス、および／または、水素の製造のためのケミカルルーピング燃焼を行う状況で、一方では金属酸化物粒子を分離し、他方ではフライアッシュに関連性のある未燃焼粒子を分離する技術に関する。

ケミカルルーピング燃焼（ＣＬＣ）は、高温の容器内で、ガス状、液状、および／または、固体の炭化水素原料を、酸素運搬金属酸化物型の固体に接触させるものである。金属酸化物は、炭化水素の燃焼に加えられる酸素の一部を生じさせる。

燃焼後、蒸気には、酸化炭素、水、時には水素も含まれる。実際、炭化水素原料を空気に接触させる必要はなく、蒸気は、主に、燃焼ガスと、時には、固体燃料のガス化を促進させる粒子またはガス（例えば、水蒸気）の搬送および流体化のために使用される希釈ガスと、によって生成される。

そのため、燃焼後に、ＣＯ_２の捕獲および貯蔵を見越せる高濃度のＣＯ_２成分（一般的に、９０ｖｏｌ．％を超えるか、または、９８ｖｏｌ．％程度）を含む無窒素の蒸気を、主に生産することが出来る。続いて、燃焼に加えられる金属酸化物は、再酸化のために空気と接触させる別の反応容器に搬送される。

ケミカルルーピング燃焼方法を実現するには、全ての燃料を燃焼させるために、大量の金属酸化物が必要になる。これらの金属酸化物は、一般的に、鉱石の粒子、または、工業処理で生じる粒子（化学工業もしくは精製業で生じる触媒を使用する、鉄鋼業または鉱業の残留物）のいずれかに含まれる。また、例えば、酸化可能な金属（例えば、ニッケル）を堆積するように担持する、アルミナまたはシリカアルミナといった合成物質を使用することも出来る。実際に利用可能な最大酸素容量は、一般的には０．１〜１５％、多くの場合は０．３〜６ｗｔ．％の範囲内で、ある酸化物から別の酸化物の間で、大きく変化する。そのため、流動床条件下での実現は、燃焼を行うにあたって、特に有利である。実際に、粒子に流体の特性を与えると、微粉化した酸化物粒子は、燃焼および酸化反応容器内で、および、これらの容器間で、急速に循環する。

フランス特許出願ＦＲ−２８５０１５６には、循環流動床条件下で動作する還元反応炉内へ供給する前に、燃料を粉砕するケミカルルーピング燃焼方法が記載されている。固体燃料粒子の微粉サイズによっては、より完全で高速な燃焼を実現することができる。循環床から下流で分離を行う場合、まず、サイクロンによる分離が行われ、続いて未燃焼粒子を金属酸化物粒子から分離する装置による分離が行われる。そのため、酸化ゾーンでの未燃焼粒子の巻込みと、それによって酸化反応炉廃水に出るＣＯ_２と、を防ぐことができる。

水蒸気によって分離装置を流動化し、それによって、カーボン含有残留物のような低密度で｛びさい｝軽い粒子を分離できると共に、それらを反応容器に再度供給することができ、その一方で、高密度で大きな酸化物粒子は、酸化反応容器に搬送される。

フランス特許出願ＦＲ−２８９６７０９の対象は、ケミカルルーピングプロセスにおいて動作する粒子分離器にある。この分離器には、固体燃料と混合させられる酸素運搬粒子の流れが供給される。分離器においては、粒子は、屈曲した経路を進み、バッフルを通過することによって、濃密相に流れ、それにより、滞留時間を制御したり、重粒子（金属酸化物）からの軽粒子（未燃焼粒子）の分離を促進したりすることができる。次いで、粒子は、偏向壁上の分離器の基部に配置された手段によって流動化を制御する流動化ゾーンに供給され、それにより、軽粒子を流動化反応炉へ取り込み、再循環させることが可能になる。

しかし、文献ＦＲ−２８９６７０９に記載された分離器の動作には、幾つかの欠点がある。

もっとも、ガス相における粒子混入容量には限界があるため、分離効果は小さい。実際には、搬送されるべき粒子が大量にあるため、大量のガスおよび空き領域が必要になる。

さらに、濃密相において、２つの異なる固相を完全に分離することは不可能である。実際には、気泡の上昇動作によって、逆に、軽粒子が濃密相の方へ再度下降し、完全な分離が妨げられてしまう。

それに加えて、文献ＦＲ−２８９６７０９に関する分離器の形状は、内部、特に内部の非対称性のために、非常に複雑である。一般に８００℃以上であるＣＬＣプロセスの温度条件で、分離器を構成する材料によって与えられる機械的なストレスを考慮すると、この形状は問題である。もっとも、外側壁はよく耐火セメントで保護されて低温状態を維持しているが、このことはプロセス条件の影響を受けやすい内側壁には当てはまらない。

出願人は、燃焼ゾーンで生じる粒子混合物を、燃焼ゾーンおよび／または外部ガス源から来るガス状ストリームと接触させる新たな分離器を開発した。さらにまた、この混合物は、分離器の希薄相に供給される。分離器においては、重粒子（実質的には、金属酸化物）については、沈むように、軽粒子（実質的には、未燃焼粒子）については、燃焼ゾーンで再循環させるために、分離器の上部へ搬送されるように、ガス流量が制御される。

これにより、本発明による分離器は、未燃焼粒子および金属酸化物の分離効果が改善される。

さらに、分離器のデザインが比較的簡単にされるため、熱応力に関連する問題を解決することが可能になる。

したがって、本発明は、ケミカルルーピング燃焼装置に関するものであり、この装置は、未燃焼粒子を生じさせる固体燃料を利用すると共に、金属酸化物などの酸素運搬粒子を使用しており、少なくとも１つの燃焼ゾーンと、燃焼ゾーンで生じるガス状混合物に含まれる粒子用の分離器と、を有し、該分離器は、前記混合用の少なくとも１つの吸入ライン（intake line）と、容器の下部に配置された排出ライン（discharge line）と、装置の上部に配置された出口ライン（outlet line）と、を備えた容器を有し、容器内の下部では濃密相が、上部では希薄相が生成されるように、吸入ライン、排出ライン、および出口ラインのパラメータが選択され、また、前記吸入ラインは希薄相内へと開口している。

また、分離器の容器は、外部源で生じるガス用の分配ライン（delivery line）を有することができる。

出口ラインは、ラインを通じて未燃焼粒子内で減少させられるガスを排出すると共に、燃焼ゾーンに通じるラインを通じて未燃焼粒子を再循環させる、ガス−固体の分離器と接続することができる。

吸入ラインは、基本的に軸方向に、容器の直径の１〜５倍の範囲の長さで、容器内へと開口することができる。

吸入ラインは、容器の下部内へと開口することができる。

容器の下部には、吸入ラインの外側壁と分離器の内側壁との間に環状空間を設けることができる。

燃焼ゾーンは、前記ガス状混合物を形成するために、少なくとも１つの固体原料分配ラインと、酸素運搬粒子分配ラインと、流動化ガス分配ラインと、を有することができる。

また、本発明は、ケミカルルーピング燃焼方法に関するものであり、この方法は、未燃焼粒子を生じさせる固体燃料を利用すると共に、金属酸化物などの酸素運搬粒子を使用しており、少なくとも１つの燃焼ゾーンと、燃焼ゾーンで生じるガス状混合物に含まれる粒子用の１つの分離器と、を有し、また、粒子の混合物およびガスの混合物を分離器の容器に投入し、容器の上部の出口および容器の下部の排出を通じて粒子を抽出し、また、容器内で下部の濃密相および上部の希薄相が生成されるように、吸入および排出のパラメータが選択され、また、希薄相に前記混合物が投入される。

分離器の容器には、外部源で生じるガスを供給することができる。

装置の容器の希薄相におけるガスの見かけ流速は、酸素運搬粒子の平均最終設定速度の３０〜３００％の範囲の値に設定することができる。

装置の容器の希薄相におけるガスの見かけ流速は、酸素運搬粒子の平均最終設定速度の７５〜１２５％の範囲の値に設定することができる。

燃焼ゾーンの上部におけるガスの流速は、３〜１０ｍ／ｓの範囲にすることができる。

分離器は、燃焼ゾーンの上方に配置することができる。

容器には、外部源で生じる、分離器における全ガス流量の２０％未満のガスを供給することができる。

燃焼ゾーンは、濃密相の流動床モードで動作することができ、また、該燃焼ゾーンの粒子は、Ｌ型バルブによって制御されて分離器に搬送される。

燃焼ゾーンは、濃密相の流動床モードで動作することができ、また、該燃焼ゾーンの粒子は、該粒子を分離器に流す出口に位置するガス／固体の分離器を通って、分離器に搬送される。

本発明は、ＣＬＣプラントの燃焼ゾーンの出口において、本発明による装置の各種の実現および統合を示す図１〜図５に図示されているが、これのみに限定されない。図５は、本発明による装置の特有の形状を図示している。

図１は、全体的な仕組みにまとめられた本発明を示す。

ゾーン（２）は、固体原料がライン（７）を通じて供給されるケミカルルーピング燃焼（ＣＬＣ）プロセスの燃焼ゾーンを表し、このゾーンでは、ＣＬＣプロセスの酸化ゾーン（不図示）で生じる酸素運搬粒子がライン（８）を通って供給されるとともに、ライン（１７）を通って分配される流動化ガスであって、例えば、酸化粒子の流動化を促す水蒸気またはＣＯ_２などの流動化ガスが供給される。

燃焼ゾーンで処理される固体原料（または燃料）は、一般に、炭素および水素を主に含む固体炭化水素源から成る。該固体原料は、石炭、コークス、石油コークス、バイオマス、瀝青砂、および家庭ごみの中から選択されるのがよい。

この燃焼ゾーン（２）は、濃密相の流動床モードまたは循環流動床モードで動作することができ、または、濃密相および運送相から構成される床のレイアウトを使って動作することができる。

燃焼ゾーンの上部におけるガスの流速は、３〜１０ｍ／ｓの範囲であるのがよい。

重粒子と称される金属酸化物粒子と、未燃焼粒子と時にはフライアッシュと備える軽粒子と、を全てガス状ストリーム中に含んでいる粒子ストリームは、吸入ライン（４）を通って分離器（１）に供給される前に、ゾーン（２）から抽出される。

該ガス状ストリームの全てまたは一部は、燃焼ゾーン（２）で生じ、かつＣＯ、ＣＯ_２、Ｈ_２、およびＨ_２Ｏから主に成り、また、これらの要素は、例えば、分離器（１）の下部におけるライン（１１）へ供給された例えば再循環させられるＣＯ_２および／または水蒸気を含む外部源で生じさせることができる。

ガス状の燃焼排出物の全てが分離用に使用されることが好ましく、燃焼ゾーンの少なくとも８０％の排出物が使用されることがさらに好ましい。

重粒子と軽粒子の分離は、この分離器（１）で行われる。重粒子は、排出ライン（５）を通って抽出される前に、分離器の下部に配され、また、軽粒子は、出力ライン（６）を通って抽出される前に、上部に運ばれ、続いて、例えばサイクロンのようなガス−固体の分離器（３）に供給される。

このサイクロンの目的は、ライン（１０）を通って後に抽出される未燃焼粒子内で減少させられるガスと、ライン（９）を通って抽出される金属酸化物粒子と共に運ばれ、燃焼ゾーン（２）に再循環させられる未燃焼粒子と、を分離することにある。

分離器の下部で抽出された重粒子は、金属酸化物から主に成り、酸素キャリアをさらに減少させる第２の燃焼ゾーンに送られるか、または、燃焼ゾーン（２）の吸入口での酸化度の少なくとも一部を回復させる酸化ゾーンに送られ、また、軽い未燃焼粒子は、ガス状の排出物から分離された後、燃焼ゾーンに再循環させられる。

そのため、吸入口および排出／出口のパラメータは、容器内で上部における濃密相と下部における希薄相とが生成されるように選択され、また、吸入ライン（４）は希薄相に向けて開口している。

下部に沈んだ粒子は、重粒子から構成される濃密相を形成し、その粒子の濃度や供給・抽出流動率に依存して、分離器内にかなりの高さで積まれるが、希薄相との境界を形成する前記濃密相の高さは、いかなる場合も、分離器内へと開口し、燃焼ゾーンから抽出された粒子の混合物を分配する吸入口（４）の下方にある。

そのため、ガス状ストリーム（ガス状ストリームにおける体積率は、一般に５％未満、好ましくは１〜２％の範囲である）で希釈された燃焼ゾーンから本発明の分離器の希薄相の中へ抽出された粒子の混合物が供給されることによって、良好な分離効果を持ちながら、一方では、前記分離器の下部すなわち濃密相に沈んだ金属酸化物粒子の、他方では、前記分離器の上部すなわち希薄相に沿って運ばれた未燃焼ガス、時にはフライアッシュ、およびガスの、可能な限り最良の分離効果を持つ高速の分離を得ることが出来る。

ここでは、１分未満、好ましくは２０秒未満で実行される分離を、高速の分離と称しており、この時間は、分離器の希薄相における軽粒子の滞留時間に対応している。

パラメータは、例えば、速度、流量、質量などに関連する流体および／または固体の循環を制御できる全ての条件について推測される。

希薄相は、一般的に、容量で５％または１％未満の固体成分を有している。

分離効果は、以下の数式により定義することができる：
Ｘ＝ガスと共に運ばれる未燃焼粒子の量／分離器に入る粒子の混合物における未燃焼粒子の総量
本発明は、一般的には７０％または８０％を超える分離効果を得ることができる。

この良好な分離効果によって、ＣＯ_２の捕獲率を、９０％を超える値で最適化することができ、この捕獲率は、ＣＬＣループに排出されるＣＯ_２の総量に対する、燃焼ゾーンに排出されるＣＯ_２の量の割合によって定義される。

さらに、分離ゾーンにおける見かけ流速は、ガスの取り込みを可能とするために、未燃焼燃料粒子の最終設定速度よりも高くする必要がある。

分離ゾーンの希薄相における見かけガス流速は、酸素運搬粒子の平均最終設定速度の３０〜３００％の範囲の値、好ましくは７５〜１２５％の範囲の値に設定される。この速度範囲では、分離器の希薄相に取り込まれる粒子の流量は、５ｋｇ／ｓ／ｍ^２未満、好ましくは１ｋｇ／ｓ／ｍ^２未満に維持される。

平均最終設定速度は、以下の数式によって得られる（^＊）：

ここで、ｄ_ｐは平均粒子直径、ρ_ｓは粒子密度（ｋｇ／ｍ^３）、ρ_ｇはガス密度（ｋｇ／ｍ^３）、Ｃ_Ｄは抵抗係数である。

（^＊）：Ｆｌｕｉｄｉｚａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈ−Ｈｅｉｎｅｍａｎｎ，Ｄａｉｚｏ Ｋｕｎｉｊｉ，Ｏｃｔａｖｅ Ｌｅｖｅｎｓｐｉｅｌ，ｐ．８０参照
分離器の形状は、平行６面体形状、円柱形状、または、好ましくは回転軸を介して対称となる他の任意の３次元形状とすることができる。

一般に、分離器の容器に使用される材料は、ハステロイまたはセラミックなどの特有のスチールの中から選択することができる。

また、製造コストを制限するために、分離器の外部部品として、耐火セメントの層で覆われた標準の鋼が、高温にさらされた内側面に堆積する（一般的には、２〜５０ｃｍの範囲の厚みで、２０ｃｍに近い）ことを考慮することもできる。

分離器の形状が回転軸を介して対称となる場合、ライン（４）は、軸方向の深さが好ましくは容器の直径の１〜４倍の範囲、さらに好ましくは容器の直径の１〜２倍の範囲の容器に向けて開口することになる。

さらに、容器が回転軸を介して対称となる場合、容器に向けて開口している吸入ライン（４）の位置よりも上方で利用可能になる容器の高さは、一般的に、容器の直径の１．５〜１０倍の範囲になる。

例えば、Ｆｅ，Ｔｉ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｖの酸化物である金属酸化物の粒子は、単独でまたは混合されて使用され、それらの平均サイズは、一般的に５０ミクロンを超え、好ましくは１００〜５００ミクロンの範囲である。

金属酸化物、合成物、または鉱石の密度は、支持の有無に拘らず、一般的に、１５００ｋｇ／ｍ^３を超える。例えば、一般的にアルミナ（ＮｉＯ／ＮｉＡｌ_２Ｏ_４）で支持されるニッケル酸化物粒子は、支持材の空隙率および酸化ニッケルの比率に依存して、２５００〜３５００ｋｇ／ｍ^３の範囲の粒子密度であり、典型的には、３２００ｋｇ／ｍ^３前後である。

チタンおよび鉄から構成される鉱石であるイルメナイトの密度は、４７００ｋｇ／ｍ^３である。

本発明による分離装置は、２５００ｋｇ／ｍ^３、好ましくは４０００ｋｇ／ｍ^３を超える密度の金属酸化物粒子から未燃焼粒子を分離するために使用されるとよい。

金属酸化物粒子のサイズおよび密度は、一般的に、燃焼ゾーン内で高温で酸素運搬粒子と接触させられたフライアッシュおよび未燃焼粒子のサイズおよび密度よりもはるかに大きい。燃焼ゾーンの出口では、未燃焼の石炭粒子のサイズは、１００ミクロン未満と推測され、その粒子の大部分のサイズは、５０ミクロン未満と推測される。これら粒子の密度は、一般的に、１０００〜１５００ｋｇ／ｍ^３の範囲である。

固体原料の燃焼によって生じるフライアッシュなどの他の粒子は、残りの粒子と循環させられ、また、酸素運搬粒子よりも、しばしば未燃焼粒子よりも、粒子サイズおよび密度が小さいという特徴がある。

図２は、吸入ライン（４）が、燃焼ゾーン（２）の上方に配置された分離器（１）内へ軸方向に直接開口している点で、図１とは異なる。

本実施形態によれば、燃焼ゾーンの上部が狭くなっており、これによって、燃焼ゾーンから離れたガス−粒子混合物であって、燃焼蒸気、未燃焼粒子、および時にはフライアッシュを有するガス−粒子混合物を、加速して搬送することが可能になる。

燃焼ゾーンの上部におけるガスの速度は、好ましくは３〜１０ｍ／ｓの範囲であり、上部を搬送される粒子の流量は、２５〜５００ｋｇ／ｓ／ｍ^２の範囲であり、好ましくは６０〜３００ｋｇ／ｓ／ｍ^２の範囲である。

ライン（４）は、分離器における、基本的にはガス（少なくとも９５ｖｏｌ．％）から成る希薄相に向けて開口している。分離器（１）におけるガス流速に制限があるため、重粒子は、その分離器の下部に沈み、ライン（５）を通って抽出され、その一方で、軽粒子は、その分離器の上部へと運ばれ、ライン（６）を通じて排出される。

分離器（１）の領域に関係して取り込まれる軽粒子の流量は、５ｋｇ／ｓ／ｍ^２未満、一般的には０．０２〜１．０ｋｇ／ｓ／ｍ^２の範囲であり、燃焼ゾーン（２）からの未燃焼粒子の少なくとも５０％を含んでいる。

分離器（１）の下部に流動化濃密相を形成することを考慮して、濃密相と希薄相との境界の高さは、分離器（１）内へ開口しているライン（４）の端部よりも下方に維持される。

この場合、濃密相の流動化は、ライン（１１）を通って燃焼室の外部に補給ガスを追加する工程によって行われる。このガスは、分離ゾーン（１）を通って流れるため、ライン（６）を通って該分離器を離れる前に粒子分離を行う物理プロセスにとって有利である。

図２の他の要素は、同じ符号を付した図１の要素と同様である。

図３は、燃焼ゾーン（２）では、ライン（７）を通って分配される固体原料が、ライン（８）を通って濃密相の流動床に分配される酸素運搬粒子との接触で燃焼される点、流動化は、ライン（１７）を通って分配された、例えば水蒸気および／または二酸化炭素を含むガスを供給することで行われる点で、図２とは異なる。燃焼蒸気は、燃焼ゾーン（２）の流動床の上部に配置されたライン（１５）を通って、燃焼ゾーン（２）から排出される。

この構成によれば、粒子は、流動床の濃密相にて除去され、ライン（４）および（４’）における燃焼蒸気とは無関係に、分離ゾーン（１）に搬送される。ライン（４）および（４’）で表される搬送手段は、例えば、濃密相除去装置、粒子を下方に流す垂直管、Ｌバルブ型の非機械的バルブを含み、この非機械的バルブによって、粒子を搬送するために燃焼ゾーン（２）の外側のガスが注入される搬送リフトの屈曲部より上流への通気ガスの注入を制御中でも粒子の流量を制御することができる。

そのため、本実施形態によれば、粒子は、粒子を上昇搬送させられるガスが存在する分離器（１）に流れる。 ライン（４’）の端部を介して分離器（１）の希薄相内へと開口している燃焼ゾーン（２）からのガス−粒子混合物は、基本的にはガス（少なくとも９５ｖｏｌ．％）から成り、その見かけ流速は、ライン（１１）によってガスを追加することで制御される。

分離器（１）で見かけ流速を調整することによって、出口（６）の方向に送り込まれる粒子の量を制御することができる。出口（６）の方向に送り込まれない粒子は、分離器（１）の濃密相に沈み、分離器（１）の下部にて収集され、ライン（５）を通って他の反応ゾーンへ排出される。

図３の他の要素は、同じ符号を付した図２の要素と同様である。

図４は、本発明の他の実施形態を示し、この実施形態は、粒子が濃密相内で降下搬送モードに達し、粒子の動きが重力に依存し周辺のガス流速には依存しない降下搬送ライン（descending line）（４”）によって、分離器（１）に入る粒子が分配される点で図３とは異なる。

そのため、吸入ライン（４）中を搬送される混合物の前分離が、例えば、ガス−固体の分離器（１２）で行われる。続いて、固体粒子は、ライン（４”）を通って分離器（１）に流れ、例えば、ライン（４”）よりも断面が大きな中空円錐形上の“中国帽”型の偏向器（デフレクター）などの偏向器（１４）によって分離器（１）の全体に分散させられる。

この新たな分配モードに伴い、分離器（１）内に粒子分離で取り込まれるガスは、見かけ上は、ライン（１１）を通して容器の基部全体に供給され、間隙ガスは無視できる程度の量の粒子と共にライン（４”）を通じて分配される。ライン（１１）中へ供給されるガスは、流動化粒子の濃密相を通じて自由に流れ、濃密相の高さは、偏向器（１４）よりも下方になるよう維持され、それにより、分離器に入る粒子は希薄相に流れる。

図５は、本発明による装置の特有の形状を示している。この装置の下部には、希薄相に向けて開口しているライン（４）の壁と、小さな直径で配置された分離器の外側壁（３００）と、の間に、円形凹部または環状空間（２００）が設けられている。そのため、装置の全表面は、容易に冷却可能な外側面を有しており、全内側面を耐火セメント（１００）で覆うことが可能になる。このような状況では、外側壁は、高温にさらされることはなく、ガスおよび粒子ストリームとは接触しないように保護される。そのため、装置に安価な鋼鉄を使用することが可能であり、このことは、大型の装置（ライン（４）の内径が１５ｃｍを超える装置）に非常に有利である。さらに、堆積した耐火材料層の形状をライン（４）の出口に適用することによって、装置の全領域で速度プロファイルを均一にする分岐円錐（４００）を生成することができる。

（本発明による）例
本発明の実現例は、図２に関連する実施形態によって図示される。

本発明による装置の性能を定量化するためのテストは、流量をシミュレートする冷却モデルで実行される。

このモデルは、周辺条件下で、燃焼蒸気をシミュレートする空気によって粒子が搬送される、内径が２ｃｍの輸送管を有している。

この輸送管は、一定領域の円筒形状の分離容器（内径が１２．５ｃｍ）の希薄相に向けて開口している。この管は、分離を実行するため、２０ｃｍの深さで容器を貫通し、希薄相におけるラインの出口の上方８０ｃｍの高さに位置している。分離容器の基部には、輸送管周囲の粒子を流動化させるガス分散ボックスが設けられている。流動化された濃密相の高さは、分離容器に向けて開口している輸送管よりも下方になるように維持される。

輸送管の出口よりも上方の希薄相における見かけガス流速は、Ｖｓｇで表される。

輸送管内のガス流速は、３ｍ／ｓである。

輸送管内を循環し、分離ゾーンに供給される固体の流量は、１４０ｋｇ／ｈであり、これは１２３ｋｇ／ｓ／ｍ^２の流量に対応する。

分離器に入る粒子の全体の流れにおける軽粒子の質量濃度は、Ｃｌで表される。

粒子間の分離は、２つのタイプの粒子を使用する周辺条件下でシミュレートされる：
・重い鉄およびチタン鉱（イルメナイト）から構成され、次の性質を有する酸素運搬粒子：
−平均粒径、ソーター径（Sauter diameter）：１１２ミクロン
−粒子密度：４７４０ｋｇ／ｍ^３
−プロセス条件下での平均最終設定速度：１．０７ｍ／ｓ
・細かく低密度で、プロセス条件下で未燃焼コークスまたは石炭粒子をシミュレートし、次の性質を有するＦＣＣ触媒粒子：
−平均粒径、ソーター径：５２ミクロン
−粒子密度：１４５０ｋｇ／ｍ^３
−プロセス条件下での平均最終設定速度：０．１２ｍ／ｓ
次の表は、分離器に入る粒子の量に関係して分離器のガス出口に取り込まれる粒子の一部に対応する軽いＦＣＣ粒子に対する分離効率（Ｅ％）を示している。

希薄相における見かけ流速が、重粒子の最終設定速度（平均で１．０７ｍ／ｓ）に近づいた場合、分離効果が向上していることが観察できる。そのため、希薄相における見かけ流速が１．０または１．１ｍ／ｓである場合、軽粒子の回収効果は、７０％を超え得る。

Claims (14)

1. 未燃焼粒子を生じさせる固体燃料を利用すると共に、金属酸化物のような酸素運搬粒子を使用しており、少なくとも１つの燃焼ゾーン（２）と、前記燃焼ゾーンで生じるガス状混合物に含まれる粒子用の分離器（１）と、ガス−固体分離器（３）と、を有するケミカルルーピング燃焼装置であって、
   分離器（１）が燃焼ゾーン（２）よりも上方に配置され、かつ、容器を有しており、該容器は、前記混合物のための少なくとも１つの吸入ライン（４）と、該容器の下部に配置された排出ライン（５）と、前記ケミカルルーピング燃焼装置の上部に配置された出口ライン（６）と、を備え、前記容器内の下部では濃密相が生成されるとともに前記容器内の上部では希薄相が生成されるように、前記吸入ライン、前記排出ライン、および前記出口ラインのパラメータが選択され、前記吸入ラインは前記希薄相内へと開口しており、
   ガス−固体分離器（３）が前記出口ライン（６）を通じて供給され、該ガス−固体分離器は、軽い未燃焼粒子内で減少させられるガスを排出するライン（１０）と、該未燃焼粒子を燃焼ゾーン（２）に再循環させる燃焼ゾーン（２）に通じるライン（９）と、を有する、ケミカルルーピング燃焼装置。
2. 請求項１に記載のケミカルルーピング燃焼装置であって、
   分離器（１）の前記容器は、外部源で生じるガスを供給する分配ライン（１１）をさらに有する、ケミカルルーピング燃焼装置。
3. 請求項１または２に記載のケミカルルーピング燃焼装置であって、
   前記吸入ライン（４）は、基本的に軸方向に、前記容器の直径の１〜５倍の範囲の長さで、前記容器内へと開口している、ケミカルルーピング燃焼装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のケミカルルーピング燃焼装置であって、
   前記吸入ライン（４）は、前記容器の下部にて前記容器内へと開口している、ケミカルルーピング燃焼装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載のケミカルルーピング燃焼装置であって、
   前記容器の前記下部は、吸入ライン（４）の外側壁と前記分離器の壁との間に環状空間（２００）を有している、ケミカルルーピング燃焼装置。
6. 請求項１に記載のケミカルルーピング燃焼装置であって、
   燃焼ゾーン（２）は、前記ガス状混合物を形成するために、少なくとも１つの固体原料分配ライン（７）と、酸素運搬粒子分配ライン（８）と、流動化ガス分配ライン（１７）と、を有している、ケミカルルーピング燃焼装置。
7. 未燃焼粒子を生じさせる固体燃料を利用すると共に、金属酸化物のような酸素運搬粒子を使用しており、少なくとも１つの燃焼ゾーン（２）と、分離器（１）と、ガス−固体分離器（３）と、を有するケミカルルーピング燃焼方法であって、
   前記燃焼ゾーン（２）で生じた、燃焼ガスおよび粒子を有するガス状混合物を、粒子分離器（１）の容器に投入し、
   前記容器の上部における出口（６）を通じて軽粒子を抽出すると共に、前記容器の下部における出口（５）を通じて重粒子を排出し、前記容器内で下部の濃密相および上部の希薄相、が生成されるように吸入および排出のパラメータが選択され、前記混合物が希薄相に投入され、
   前記容器の前記上部における出口（６）を通じて抽出された軽い未燃焼粒子から主に構成される前記混合物を、ガス−固体分離器（３）に送り、
   ライン（１０）を通じて未燃焼粒子内で減少させられるガスを、ガス−固体分離器（３）から排出し、
   未燃焼粒子を伝送ライン（９）を通じて燃焼ゾーン（２）に再循環させる、ケミカルルーピング燃焼方法。
8. 請求項７に記載のケミカルルーピング燃焼方法であって、
   分離器（１）の前記容器には、外部源（１１）で生じるガスが供給される、ケミカルルーピング燃焼方法。
9. 請求項７に記載のケミカルルーピング燃焼方法であって、
   装置の前記容器の前記希薄相における前記ガスの見かけ流速は、前記酸素運搬粒子の平均最終設定速度の３０〜３００％の範囲の値に設定される、ケミカルルーピング燃焼方法。
10. 請求項９に記載のケミカルルーピング燃焼方法であって、
    装置の前記容器の前記希薄相における前記ガスの見かけ流速は、前記酸素運搬粒子の平均最終設定速度の７５〜１２５％の範囲の値に設定される、ケミカルルーピング燃焼方法。
11. 請求項７に記載のケミカルルーピング燃焼方法であって、
    燃焼ゾーン（２）の上部における前記ガスの流速は、３〜１０ｍ／ｓの範囲にある、ケミカルルーピング燃焼方法。
12. 請求項７から１１のいずれか１項に記載のケミカルルーピング燃焼方法であって、
    前記容器には、外部源で生じる、前記分離器における全ガス流量の２０％未満のガスが供給される、ケミカルルーピング燃焼方法。
13. 請求項７から１２のいずれか１項に記載のケミカルルーピング燃焼方法であって、
    燃焼ゾーン（２）は、濃密相の流動床モードで動作し、該燃焼ゾーンの粒子は、Ｌ型バルブによって制御されて分離器（１）に搬送される、ケミカルルーピング燃焼方法。
14. 請求項７から１３のいずれか１項に記載のケミカルルーピング燃焼方法であって、
    燃焼ゾーン（２）は、濃密相の流動床モードで動作し、該燃焼ゾーンの粒子は、該粒子を分離器（１）に流す出口に位置するガス／固体の分離器（１２）を通って、分離器（１）に搬送される、ケミカルルーピング燃焼方法。

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