JP2018510313A

JP2018510313A - ケミカルルーピング燃焼システムのエミッションを低減するためのシステムおよび方法

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Publication number: JP2018510313A
Application number: JP2017546146A
Authority: JP
Inventors: アブドゥラリ−，イクバル; カン，シン・ギョオ
Original assignee: General Electric Technology GmbH
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Priority date: 2015-03-12
Filing date: 2016-03-09
Publication date: 2018-04-12
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Abstract

燃焼後ガス（１９）から不純物を取り除くためのシステム（６０）は、酸化器（６４）と、酸化器（６４）に動作可能に接続された還元器（６２）であって、燃焼後ガス（１９）を受け入れるように構成された還元器（６２）とを含む。システムはさらに、酸化器（６４）と還元器（６２）との間を選択的に循環することができるＣＬＯＵ材料（６６）を含む。ＣＬＯＵ材料（６６）はさらに、燃焼後ガス（１９）中に存在する不純物を酸化させて、それを減らす、または取り除く。【選択図】図２

Description

本開示は一般に、燃焼ガスから不純物を取り除くことに関し、より詳細には、燃焼ガスの未燃または部分酸化ガス種を酸化させることによってケミカルルーピング燃焼（ＣＬＣ：ｃｈｅｍｉｃａｌｌｏｏｐｉｎｇｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ）システムのエミッションを低減するためのシステムに関する。

ＣＬＣシステムは、例えば、カルシウムまたは金属ベースの化合物などの固体が、酸化器と呼ばれる第１の反応器と、還元器と呼ばれる第２の反応器との間を「ループ」させられる高温プロセスを利用する。酸化器では、酸化反応において、噴射された空気からの酸素がそれらの固体によって捕捉される。次いで、捕捉された酸素は、酸化された固体によって還元器に運ばれて、石炭などの燃料の燃焼またはガス化のために使用される。還元器で還元反応をした後、反応した固体、および、もしかすると、いくらかの未反応の固体は、酸化器に戻されて再び酸化され、そして、このサイクルが繰り返される。

石炭などの燃料の燃焼においては、生成物ガスが発生する。このガスは典型的には、二酸化炭素（ＣＯ２）、二酸化硫黄（ＳＯ２）、および三酸化硫黄（ＳＯ３）などの汚染物質を含有する。これらの汚染物質が大気に放出されると環境に影響することが広く認識されており、その結果、石炭および他の燃料の燃焼で発生するガスから汚染物質を取り除くのに適合するプロセスが開発されてきた。ガス流からＣＯ２を取り除くためのシステムおよび方法には、生成物ガスをＣＯ２吸収装置と接触させるＣＯ２回収システムが含まれる。

認識されるように、ＣＯ２回収プロセス中に取り除かれたＣＯ２を隔離、または、潜在的には、再使用することが望ましい。実際、ＣＯ２は、プラスチックの製造、石油増進回収プロセスでの使用、または、潜在的には、高値で販売可能な製品への変換など、他の工業用途に供給原料として再使用することができる。隔離または再使用するためには、回収されたＣＯ２が十分な品質／純度であることが必要である。

しかしながら、ケミカルルーピングプラントなどの酸素燃焼システムは、ＣＯ、ＣＯＳ、Ｈ２、ＣＨ４、およびＨ２Ｓなどの比較的多量の未燃または部分酸化ガス種を含有する燃焼後／生成物ガスを発生するので、高純度のＣＯ２を得ることが困難な場合がある。その結果、このガスは低品質であり、隔離または再使用するための要件には合致しない。さらに、これらの部分酸化ガス種のエミッションを低減することは、下流の機器、より重要には、環境への潜在的な害を減らすために望ましい。

より詳細には、図１を参照すると、従来技術のＣＬＣプラント構成が図示されている。なお、プラント１０は、還元器後の空気質制御システム４０、煙道ガス凝縮器４２、およびガス処理装置４４を使用して、生成物ガス１９を浄化して、隔離または再使用するためのＣＯ２流を供給しようとしている。しかしながら、このタイプのプラントの燃焼後ガス中に上記の部分酸化ガス種が典型的には存在することを考えると、凝縮器およびガス処理装置では、高純度のＣＯ２を回収するには不十分な場合がある。実際、生成物ガス中の部分酸化種を許容レベルまで取り除く、または低減するために必要な追加の酸素すなわち「酸素要求量」は、プロセスを経済的に高コストにし、潜在的には、実行不可能にする。

上記を鑑みると、燃焼後ガスからの未燃／部分酸化ガス種を酸化させて、ＣＯ２を回収しやすくするシステムおよび方法に対する必要性がある。上記および他の特徴は、以下の図面および詳細な説明によって例示される。

国際公開第２０１１／０３１７５５号

一実施形態では、燃焼後ガス中の不純物を酸化させるためのシステムが提供される。システムは、酸化器と、酸化器に動作可能に接続された還元器であって、燃焼後ガスを受け入れるように構成された還元器と、酸化器と還元器との間を選択的に循環することができるケミカルルーピング酸素分離（ＣＬＯＵ：ｃｈｅｍｉｃａｌｌｏｏｐｉｎｇｗｉｔｈｏｘｙｇｅｎｕｎｃｏｕｐｌｉｎｇ）材料とを含む。ＣＬＯＵ材料は、燃焼後ガス中に存在する不純物を酸化させてその不純物を取り除く。

別の実施形態では、ケミカルルーピングシステムは、燃料を燃焼して部分酸化不純物を含有する生成ガスを成生する一次ケミカルルーピング燃焼システムと、生成ガス中の部分酸化不純物を酸化させるための燃焼後システムとを含む。燃焼後システムは、一次ケミカルルーピング燃焼システムに動作可能に接続され、還元器および酸化器を含み、ＣＬＯＵ材料が、それらの間を循環する。還元器は、一次ケミカルルーピング燃焼システムから生成ガスを受け入れ、その中の部分酸化不純物をさらに酸化させる。

さらに別の実施形態では、燃焼後ガスからの不純物を酸化させる方法が提供される。本方法は、酸化器に動作可能に接続された還元器に燃焼後ガスを導入するステップと、還元器内の燃焼後ガスをＣＬＯＵ材料と反応させて、燃焼後ガス中の不純物を酸化させるステップとを含む。本方法はさらに、ＣＬＯＵ材料を酸化器に移動して、ＣＬＯＵ材料を酸化させるために空気を導入するステップと、ＣＬＯＵ材料を還元器に戻して燃焼後ガスとさらに反応させるステップとを含む。

さらなる実施形態では、ケミカルルーピング燃焼システムからの燃焼後ガス内のＣＯ２を隔離または再使用するために回収する方法が提供される。本方法は、ケミカルルーピング燃焼システムによって生成された燃焼後ガスを燃焼後システムの還元器内に導入するステップであって、還元器が、燃焼後システムの酸化器に動作可能に接続される、ステップを含む。本方法はさらに、還元器内の燃焼後ガスをＣＬＯＵ材料と反応させて、燃焼後ガス中の不純物を酸化させるステップと、ＣＬＯＵ材料によって酸化された後の燃焼後ガスをＣＯ２回収システムに移動するステップとを含む。

本発明は、添付の図面を参照して、以下の非限定的な実施形態の説明を読めば、よりよく理解できるであろう。

公知のケミカルルーピング燃焼システムを示す模式図である。本発明の実施形態による、ケミカルルーピング後システムを含むケミカルルーピング燃焼システムの詳細な模式図である。図２のケミカルルーピング後システムの単純化された模式図である。本発明の実施形態による周期的な還元−酸化実験のガス成分のプロットである。本発明の実施形態によるＣＯからＣＯ₂への変換に対する酸化マンガンキャリアの反応度のプロットである。

以下に、それらの例が添付図に示されている本発明の例示的な実施形態を詳細に参照する。可能である限り、図面全体を通して使用される同じ参照符号は同じまたは類似の部品を指す。本明細書では、本発明の実施形態は、ケミカルルーピングを利用する発電プロセスと関連して使用するのに適したものとして説明されるが、本発明の実施形態はまた、他の形式の発電システムおよびプロセスで使用するために適用可能な場合がある。特に、本発明の実施形態は、燃焼後ガスからの未燃／部分酸化ガス種すなわち不純物を酸化させてＣＯ２を回収しやすくする際に使用するために適用可能な場合がある。

「動作可能に接続」は、本明細書で使用するとき、直接、または間接の接続を指す。接続は、必ずしもそうではないが、機械的な取付けとすることができる。「通信」は、本明細書で使用するとき、２つ以上の構成部品が、例えば、限定するものではないが、ワイヤ／ケーブル、光ファイバ、および無線の発信機／受信機を通じて、このような構成部品間の信号の伝播が可能になるように接続されることを意味する。「流体結合」または「流体連通」は、本明細書で使用するとき、２つ以上の要素間を流体が流れることができる、かつ流体が移動できるような方法でこれらの要素が接続されるような要素の配置を指す。「燃焼後」は、本明細書で使用するとき、限定するものではないが、ＣＬＣ燃焼プロセスを含む発電プロセスにおいて、石炭などの燃料を燃焼した後の段階またはステップを指す。「高品質」ＣＯ２は、隔離および再使用するのに十分可能な純度のＣＯ２を指す。

次に、図１を参照すると、公知のケミカルルーピング燃焼システム１０が示されている。図示のように、ケミカルルーピングシステム１０は、容器／反応器よりなる燃料反応器／還元器１２、およびこれもまた容器／反応器よりなる空気反応器／酸化器１４を含む。金属酸化物（ＭｅＯｘ）または酸化カルシウム（ＣａＯｘ）などの固体酸化物１７ａおよび１７ｂを含有する流れが、還元器１２と酸化器１４との間を循環する。燃料１６および流れ１８または生成物ガスは、還元器１２に供給され、酸化物１７ａによって供給された酸素を使って燃焼する。その結果生じた還元器後ガス１９は、本明細書では、「燃焼後ガス」または「生成ガス」と呼ばれるが、使用済／還元後の酸化物１７ｂとともに、還元器１２の上部を通ってサイクロンなどの第１の粒子分離器２０に出る。

第１の粒子分離器２０を出る使用済の酸化物１７ｂおよび未燃粒子は、還元器１２に戻って再循環されるか、または酸化器１４の下部に供給される。酸化器１４は空気または酸素２１を受け入れて、還元された酸化物１７ｂを酸化させる、またはそれに酸素を補給する。補給された酸化物１７ａは酸化器１４の上部から出て、サイクロンなどの第２の粒子分離器３２によって、例えば、窒素および酸素などの生成ガス３０から分離される。補給された酸化物は、酸化器１４に戻る、または還元器１２の下部に供給される。このようにして、酸化物１７ａおよび１７ｂは、酸化器１４と還元器１２との間を循環する。さらに、それぞれ還元器１２および酸化器１４を出る生成ガス１９、３０は、ガス１９、３０を冷却し、かつ、発電するために蒸気を蒸気タービン４６に供給する熱交換器３８、３６を通過する。

図示のように、燃焼後に還元器１２を出る燃焼後ガス１９は、脱硫器および集塵器などの空気質制御システム４０に供給される。次いで、ガス１９はさらに、すべての水を除去し、燃焼後ガス１９を浄化するためにガス凝縮器４２およびガス処理装置４４を通過して、隔離または再使用のためのＣＯ２流を供給する。しかしながら、燃焼後ガス１９は、ＣＯ、Ｈ２、ＣＨ４、およびＨ２Ｓなど、本明細書で「不純物」とも称される未燃または部分酸化ガス種を含む。その結果、たとえ上述のガス凝縮器および処理装置を用いても、高品質のＣＯ２を回収するにはそれらの凝縮器およびガス処理装置では不十分な場合がある。

次に、図２を参照すると、本発明の実施形態の模式図が示されている。図示のように、システム６０は、燃焼後ガス中の未燃または部分酸化不純物を酸化させるために提供される。本明細書では「燃焼後システム」とも称されるシステム６０は全体として、燃料反応器すなわち還元器６２、および空気反応器すなわち酸化器６４を含む。図示のように、ＣＯ２生成物流すなわち燃焼後ガス１９は、その中のＣＯ、Ｈ２、Ｈ２Ｓなどの未燃または部分酸化ガス種／不純物を酸化させるために還元器６２に供給される。図示の実施形態は、燃焼後ガスはケミカルルーピングシステム１０を出る燃焼後ガスを示しているが、未燃または部分酸化ガス種／不純物を含有する燃焼後ガスを生成する他のシステムとともに実施形態を利用することができることは認識されよう。

燃焼後ガス１９に加えて、ＣＬＯＵ材料、またはＣＬＯＵ材料と固体酸素キャリア（ＳＯＣ：ｓｏｌｉｄｏｘｙｇｅｎｃａｒｒｉｅｒ）との混合物６６ａおよび６６ｂが、燃焼後システム６０の還元器６２に供給されて、例えばＣＯ、Ｈ２、Ｈ２Ｓなどの未燃または部分酸化ガス種を内部で酸化させる。認識されるように、ＣＬＯＵまたはＣＬＯＵ／ＳＯＣ混合物は、他の構成成分、例えば、燃料灰および他の固体副産物を含む場合がある。

酸化後、きれいになった燃焼後ガス６８および使用済ＣＬＯＵ材料６６は、サイクロンなどの第１の粒子分離器７０に供給される。用語「きれいな」は、本明細書で使用されるとき、下流の処理の後に、隔離または再使用に適切なＣＯ２を回収することができるような、不純物が十分少ないＣＯ２生成物流を指す。分離されたＣＬＯＵ材料６６ｂは、次いで、ケミカルルーピング後システム６０の酸化器６４に供給される。いくつかの実施形態では、浄化されたＣＯ２生成物流のきれいな燃焼後ガス６８は、炭素回収システムに供給される。いくつかの実施形態では、炭素回収システムは、ＣＯ２浄化、隔離、および再使用のために空気質制御システム４０、ガス凝縮器４２、およびガス処理装置４４を含む。認識されるように、特定の実施形態では、他の炭素回収システムまたは技法を用いることができる。このように、ＣＬＯＵまたはＣＬＯＵ／ＳＯＣ混合物は還元器６２と酸化器６４との間を循環する。

次に、図３を参照すると、一実施形態では、燃焼後システム６０の酸化器６４は、一次ケミカルルーピング燃焼システム１０の酸化器１４からガスすなわち窒素、酸素３０を受け入れる。しかしながら、他の実施形態では、ガスすなわち空気または酸素流３０は、別個の空気または酸素源から供給することができる。本発明は、一次ケミカルルーピング燃焼システム１０の酸化器１４からの冷却された汚れた空気３０を示しているが、特定の実施形態では、汚れた空気３０を新鮮な空気または空気スリップ流２１などの他の酸素流に置き換えてＣＬＯＵ材料６６ｂに補給することができる。このような実施形態では、汚れた空気は、一次ケミカルルーピング燃焼システム１０の集塵機７５および煙突７７を通して大気に放出することができる。

上記のように、酸化器６４は、還元器６２から使用済ＣＬＯＵ材料を受け入れる。使用済ＣＬＯＵ材料は、酸化器内で反応して、空気流３０から分子酸素を補給される。ＣＬＯＵ材料６６ｂが酸化されると、サイクロンなどの第２の粒子分離器６９に供給される。酸化されたＣＬＯＵ材料６６は、次いで、還元器６２に戻って再循環される。生成ガス７３は、次いで、集塵機および煙突を経て大気に放出することができる。

特定の実施形態では、酸化器６４はさらに、使用済ＳＯＣを取り除くための出口、および酸化器６４に蒸気などの熱源から熱を供給するための熱交換器７１を含む（図２）。

上記のように、ＣＬＯＵ材料、またはＣＬＯＵ材料とＳＯＣとの混合物６６ａ、６６ｂが使用される。ＣＬＯＵ材料は、特定の熱条件下で気体の酸素を放出する酸素キャリアとして機能する。詳細には、ＣＬＯＵ材料６６ａ、６６ｂは、温度が異なると、その酸化状態が酸化物、亜酸化物、および元素状態の間で変わり、また高い反応性を有する。この相変化は、分子酸素を保持するか、または気相へ放出するために用いられる。ＣＬＯＵ材料６６ａ、６６ｂは、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、およびコバルト（Ｃｏ）を含むことができ、３００°Ｆから１８００°Ｆの温度範囲で相変化する。特定の実施形態では、ＣＬＯＵは酸化マンガンである。混合物で使用する、すなわちＣＬＯＵと組み合わせて使用するＳＯＣには、金属酸化物（ＭｅＯｘ）および酸化カルシウム（ＣａＯｘ）などの酸化物が含まれる。その結果、実施形態は、固体酸素キャリアとして同じものを使用するＣＬＣシステムとともに使用するのに特に都合がよい場合がある。

ＣＬＯＵおよびＳＯＣによってＯ２が放出されると、不純物は、高速反応の、短い滞留時間で済む通常の燃焼過程によって変換される。その結果、システム６０は、一次ケミカルルーピング燃焼システム１０で起こるガス化反応に比べて少量のガスを高反応状態で処理するので、システム６０の大きさは、例えば、一次ケミカルルーピング燃焼システム１０の酸化器および還元器に比べて小さくすることができる。

認識されるように、本発明の実施形態は、燃焼後システム６０の酸化器と還元器との間を循環する空気と固体の量を変えることによって、燃焼後ガス中の不純物の変化する量を酸化させることができる。動作的には、これらの２つのパラメータは直列で作動し、相補的である。システム６０は、変化する不純物の量を計算して空気と固体の量を変化させるために使用することができる制御器に動作可能に接続することができることは認識されよう。特定の実施形態では、還元後ガス中の不純物の量をリアルタイムにフィードバック／測定することができ、その結果、それに従って上記のパラメータを調節することができる。

次に、図４および５を参照すると、ＣＬＯＵとしてマンガンを使用して調べた最近の周期的な還元−酸化実験では、粉末状にした約３０グラムのマンガン鉱石を直径１インチの沸騰床反応器内に置いた。Ｍｎ鉱石は、まず、５分間、２標準リットル／分の酸素含有ガス（Ｎ₂中に１２．５％Ｏ２）によって流動化され、次いで、２．５分間のＮ₂パージをはさんで、５分間、ＣＯ含有ガス（Ｎ₂中に１２．５％ＣＯ）によって流動化された。Ｍｎ鉱石床は、４つのサイクルすなわち全部で６０分の還元−酸化反応を受けている間、一定の温度Ｄに保たれた。

５５０℃での実験から測定された出口ガス成分が図４に示されている。図示のように、酸化されたＭｎ粉末ＣＬＯＵ材料は、サイクルの最初の２分間で、ＣＯを完全にＣＯ２に変換する。図示のように、この酸化還元反応は可逆的で、周期的に動作することができる。図５は、様々な温度でのＣＯ変換率Ｅの計算値を示す。反応率は５５０℃（１０２２°Ｆ）まで急上昇し、その後、横ばいになる。実験結果に基づくと、他の部分酸化ガス種（Ｈ２、Ｈ２Ｓなど）も同様に完全に酸化させることができると予想される。ＣｏおよびＣｕなどの他の材料が同様の挙動を示すこともまた予想される。

一実施形態では、燃焼後ガス中の不純物を酸化させるためのシステムは、酸化器と、酸化器に動作可能に接続された還元器であって、燃焼後ガスを受け入れるように構成された還元器と、酸化器と還元器との間を選択的に循環することができるＣＬＯＵ材料とを含む。ＣＬＯＵ材料は、燃焼後ガス中に存在する不純物を酸化させて取り除く。一実施形態では、還元器は、ケミカルルーピングシステムから燃焼後ガスを受け入れる。不純物はＣ、ＣＯ、ＣＨ４、またはＨ２Ｓとすることができ、ＣＬＯＵ材料はマンガン、銅、またはコバルトである。特定の態様では、ＣＬＯＵ材料は、酸化マンガンである。ＣＬＯＵ材料は、固体酸素キャリアとともに存在することができる。いくつかの実施形態では、請求項１記載のシステムでは、還元器は、脱硫器と、ガス凝縮器と、ガス処理装置とを含むことができる炭素回収システムに動作可能に接続される。

他の実施形態では、ケミカルルーピングシステムは、燃料を燃焼して未燃／部分酸化不純物を含有する生成ガスを成生する一次ケミカルルーピング燃焼システムと、一次ケミカルルーピング燃焼システムに動作可能に接続され、還元器および酸化器を含む、生成ガス中の部分酸化不純物を酸化させるための燃焼後システムとを含み、ＣＬＯＵ材料は、還元器と酸化器との間を循環する。還元器は、一次ケミカルルーピング燃焼システムから生成ガスを受け入れ、その中の未燃／部分酸化不純物をさらに酸化させる。未燃／部分酸化不純物はＣ、ＣＯ、ＣＨ４、またはＨ２Ｓであり、ＣＬＯＵ材料はマンガン、銅、またはコバルトであり、特定の実施形態では、ＣＬＯＵ材料は酸化マンガンである。ＣＬＯＵ材料は、固体酸素キャリアとともに存在することができ、炭素回収システムは、燃焼後システムの還元器に動作可能に接続することができる。炭素回収システムは、脱硫器と、ガス凝縮器と、ガス処理装置とを含む。

特定の実施形態では、燃焼後ガスからの不純物を酸化させる方法は、酸化器に動作可能に接続された還元器に燃焼後ガスを導入するステップと、還元器内の燃焼後ガスをＣＬＯＵ材料と反応させて、燃焼後ガス中の不純物を酸化させるステップと、ＣＬＯＵ材料を酸化器に移動して、ＣＬＯＵ材料を酸化させるために空気を導入するステップと、ＣＬＯＵ材料を還元器に戻して燃焼後ガスとさらに反応させるステップとを含む。燃焼後ガスは、ケミカルルーピングシステムから受け入れる。本方法はまた、ＣＬＯＵ材料によって酸化された後の燃焼後ガスを炭素回収システムに移動するステップを含むことができる。不純物は、Ｃ、ＣＯ、ＣＨ４、またはＨ２Ｓである。ＣＬＯＵ材料はマンガン、銅、またはコバルトである。特定の実施形態では、ＣＬＯＵ材料は酸化マンガンである。ＣＬＯＵ材料および固体酸素キャリアは、還元器内で燃焼後ガスと反応させられる。

他の態様では、ケミカルルーピング燃焼システムからの燃焼後ガス内のＣＯ２を隔離または再使用するために回収する方法は、ケミカルルーピング燃焼システムによって生成された燃焼後ガスを燃焼後システムの還元器内に導入するステップであって、還元器が、燃焼後システムの酸化器に動作可能に接続される、ステップと、還元器内の燃焼後ガスをＣＬＯＵ材料と反応させて、燃焼後ガス中の不純物を酸化させるステップとを含む。本方法はさらに、ＣＬＯＵ材料によって酸化された後の燃焼後ガスをＣＯ２回収システムに移動するステップを含む。不純物はＣ、ＣＯ、ＣＨ４、またはＨ２Ｓであり、ＣＬＯＵ材料はマンガン、銅、またはコバルトである。ＣＬＯＵ材料は酸化マンガンとすることができる。ＣＬＯＵ材料および固体酸素キャリアは、還元器内で燃焼後ガスと反応させられる。

上記の説明は、例示的であることを意図し、限定するものではないことをさらに理解されたい。例えば、上記の実施形態（またはそれらの態様）は互いに組み合わせて使用することができる。さらに、本発明の教示の範囲から逸脱することなく、特定の状況または材料を本発明の教示に適合させるように多くの修正を行うことができる。本明細書で説明した材料の寸法およびタイプは、本発明のパラメータを規定するように意図されているが、それらは決して限定するものではなく、例示的な実施形態である。他の多くの実施形態は、上記の説明を検討する際に当業者には明らかになるであろう。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照して、そのような特許請求の範囲が権利を有する均等物の全ての範囲とともに判定されるべきである。添付の特許請求の範囲において、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「において（ｉｎｗｈｉｃｈ）」はそれぞれ、用語「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「ここでは（ｗｈｅｒｅｉｎ）」を簡単にした同等の英語表現として使用される。さらに、以下の特許請求の範囲において、「第１」、「第２」、「第３」、「上側」、「下側」、「底部」、「頂部」などの用語は、単にラベルとして使用され、その物体に数的または位置的な要件を課すことを意図するものではない。さらに、以下の請求項の限定事項は、ミーンズプラスファンクション形式で書かれておらず、このような請求項の限定事項が、「するための手段（ｍｅａｎｓｆｏｒ）」という語句に続いて追加的な構造に関する機能排除の記述を明示的に使用しない限り、および使用するまでは、米国特許法第１１２条第６項に基づいて解釈されることを意図していない。

本明細書では、最良の態様を含む例を用いて本発明のいくつかの実施形態を開示し、また、任意の装置またはシステムの作製および使用、ならびに任意の組み入れられた方法の実施を含め、当業者が本発明の実施形態を実施できるようにしている。本発明の特許性を有する範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者が想到する他の例を含むことができる。このような他の例は、特許請求の範囲の文言と相違ない構成要素を含む場合、または特許請求の範囲の文言と実質的に相違ない等価の構成要素を含む場合、特許請求の範囲内であることを意図されている。

単数形で記述され、その前に語「１つの（ａ）」または「１つの（ａｎ）」が付く要素またはステップは、本明細書で使用するとき、排除することが明確に記載されていない限り、複数の前記要素またはステップを排除するものではないと理解すべきである。さらに、本発明の「一実施形態」に言及する場合、記述された特徴も取り入れた追加の実施形態の存在を排除するものと解釈することは意図されていない。さらに、逆の意味で明確に記載しない限り、特定の性質を有する１つの要素または複数の要素を「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」または「有する（ｈａｖｉｎｇ）」実施形態は、その性質を有しない追加のこのような要素を含むことができる。

本明細書に含まれる本発明の精神および範囲から逸脱することなく、上記のシステムおよび方法に特定の変更を行うことができるので、添付の図面に示された上記の主題のすべては、本発明の概念を例示する単なる例として解釈されるべきで、本発明を限定するものとして解釈すべきではないことを意図する。

最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
酸化器（６４）と、
前記酸化器（６４）に動作可能に接続された還元器（６２）であって、燃焼後ガス（１９）を受け入れるように構成された還元器（６２）と
前記酸化器（６４）と前記還元器（６２）との間を選択的に循環することができるＣＬＯＵ材料（６６）と
を備える、前記燃焼後ガス中の不純物を酸化させるためのシステム（６０）であって、
前記ＣＬＯＵ材料（６６）が、前記燃焼後ガス（１９）中に存在する不純物を酸化させて取り除く、システム。
［実施態様２］
前記還元器（６２）が、ケミカルルーピングシステム（１０）から燃焼後ガス（１９）を受け入れる、実施態様１に記載のシステム。
［実施態様３］
前記不純物がＣ、ＣＯ、ＣＨ４、またはＨ２Ｓである、実施態様１に記載のシステム。
［実施態様４］
前記ＣＬＯＵ材料がマンガン、銅、またはコバルトである、実施態様１に記載のシステム。
［実施態様５］
前記ＣＬＯＵ材料が酸化マンガンである、実施態様１に記載のシステム。
［実施態様６］
前記ＣＬＯＵ材料が、固体酸素キャリアとともに存在する、実施態様１に記載のシステム。
［実施態様７］
前記還元器（６２）が、炭素回収システムに動作可能に接続される、実施態様１に記載のシステム。
［実施態様８］
前記炭素回収システムが、
脱硫器（４０）と、
ガス凝縮器（４２）と、
ガス処理装置（４４）と
を備える、実施態様７に記載のシステム。
［実施態様９］
燃料を燃焼して未燃／部分酸化不純物を含有する生成ガスを成生する一次ケミカルルーピング燃焼システム（１０）と、
前記一次ケミカルルーピング燃焼システム（１０）に動作可能に接続され、還元器（６２）および酸化器（６４）とを含む、前記生成ガス中の前記部分酸化不純物を酸化させるための燃焼後システム（６０）であって、ＣＬＯＵ材料（６６）が、前記還元器（６２）と前記酸化器（６４）との間を循環し、前記還元器（６２）が、前記一次ケミカルルーピング燃焼システム（１０）から前記生成ガス（１９）を受け入れ、その中の前記未燃／部分酸化不純物をさらに酸化させる、燃焼後システム（６０）と
を備えるケミカルルーピングシステム。
［実施態様１０］
前記未燃／部分酸化不純物がＣ、ＣＯ、ＣＨ４、またはＨ２Ｓである、実施態様９に記載のシステム。
［実施態様１１］
前記ＣＬＯＵ材料（６６）がマンガン、銅、またはコバルトである、実施態様９に記載のシステム。
［実施態様１２］
前記ＣＬＯＵ材料（６６）が酸化マンガンである、実施態様９に記載のシステム。
［実施態様１３］
前記ＣＬＯＵ材料（６６）が、固体酸素キャリアとともに存在する、実施態様９に記載のシステム。
［実施態様１４］
前記燃焼後システムの前記還元器（６２）に動作可能に接続された炭素回収システムをさらに備える実施態様９に記載のシステム。
［実施態様１５］
前記炭素回収システムが、
脱硫器（４０）と、
ガス凝縮器（４２）と、
ガス処理装置（４４）と
を備える、実施態様１４に記載のシステム。
［実施態様１６］
酸化器（６４）に動作可能に接続された還元器（６２）に燃焼後ガス（１９）を導入するステップと、
前記還元器（６２）内の前記燃焼後ガス（１９）をＣＬＯＵ材料（６６）と反応させて、前記燃焼後ガス（１９）中の不純物を酸化させるステップと、
前記ＣＬＯＵ材料（６６）を前記酸化器（６４）に移動して、前記ＣＬＯＵ材料（６６）を酸化させるために空気を導入するステップと、
前記ＣＬＯＵ材料（６６）を前記還元器（６２）に戻して前記燃焼後ガス（１９）とさらに反応させるステップと
を含む、前記燃焼後ガスからの前記不純物を酸化させる方法。
［実施態様１７］
前記燃焼後ガス（１９）は、ケミカルルーピングシステム（１０）から受け入れる、実施態様１６に記載の方法。
［実施態様１８］
本方法はまた、前記ＣＬＯＵ材料（６６）によって酸化された後の前記燃焼後ガス（１９）を炭素回収システムに移動するステップを含む実施態様１６に記載の方法。
［実施態様１９］
前記不純物がＣ、ＣＯ、ＣＨ４、またはＨ２Ｓである、実施態様１６に記載の方法。
［実施態様２０］
前記ＣＬＯＵ材料がマンガン、銅、またはコバルトである、実施態様１６に記載の方法。
［実施態様２１］
前記ＣＬＯＵ材料が酸化マンガンである、実施態様１６に記載の方法。
［実施態様２２］
前記ＣＬＯＵ材料および固体酸素キャリアが、前記還元器（６２）内で前記燃焼後ガス（１９）と反応させられる、実施態様１６に記載の方法。
［実施態様２３］
ケミカルルーピング燃焼システム（１０）からの燃焼後ガス内（１９）のＣＯ２を隔離または再使用するために回収する方法であって、
前記ケミカルルーピング燃焼システム（１０）によって生成された燃焼後ガス（１９）を燃焼後システム（６０）の還元器内（６２）に導入するステップであって、前記還元器（６２）が、前記燃焼後システム（６０）の酸化器（６４）に動作可能に接続される、ステップと、
前記還元器（６２）内の前記燃焼後ガス（１９）をＣＬＯＵ材料（６６）と反応させて、前記燃焼後ガス（１９）中の不純物を酸化させるステップと、
前記ＣＬＯＵ材料（６６）によって酸化された後の前記燃焼後ガス（１９）をＣＯ２回収システムに移動するステップと
を含む方法。
［実施態様２４］
前記不純物がＣ、ＣＯ、ＣＨ４、またはＨ２Ｓ、または他のそのような種である、実施態様２３に記載の方法。
［実施態様２５］
前記ＣＬＯＵ材料がマンガン、銅、またはコバルト、またはＣＬＯＵの挙動を示す他のそのような材料である、実施態様２３に記載のシステム。
［実施態様２６］
前記ＣＬＯＵ材料が酸化マンガンである、実施態様２３に記載の方法。
［実施態様２７］
前記ＣＬＯＵ材料および固体酸素キャリアが、前記還元器（６２）内で前記燃焼後ガス（１９）と反応させられる、実施態様２３に記載の方法。

１０ケミカルルーピング燃焼システム
１２還元器
１４酸化器
１６燃料
１７固体酸化物
１８ガス
１９ガス
２０粒子分離器
２１空気または酸素
３０ガス
３２粒子分離器
３６熱交換器
３８熱交換器
４０空気質制御システム、脱硫器
４２ガス凝縮器
４４ガス処理装置
４６蒸気タービン
６０システム
６２還元器
６４酸化器
６６ＣＬＯＵ材料
６８燃焼後ガス
６９粒子分離器
７０粒子分離器
７１熱交換器
７３ガス
７５集塵機
７７煙突

Claims

酸化器（６４）と、
前記酸化器（６４）に動作可能に接続された還元器（６２）であって、燃焼後ガス（１９）を受け入れるように構成された還元器（６２）と
前記酸化器（６４）と前記還元器（６２）との間を選択的に循環することができるＣＬＯＵ材料（６６）と
を備える、前記燃焼後ガス中の不純物を酸化させるためのシステム（６０）であって、
前記ＣＬＯＵ材料（６６）が、前記燃焼後ガス（１９）中に存在する不純物を酸化させて取り除く、システム。
前記還元器（６２）が、ケミカルルーピングシステム（１０）から燃焼後ガス（１９）を受け入れる、請求項１記載のシステム。
前記不純物がＣ、ＣＯ、ＣＨ４、またはＨ２Ｓである、請求項１記載のシステム。
前記ＣＬＯＵ材料がマンガン、銅、またはコバルトである、請求項１記載のシステム。
前記ＣＬＯＵ材料が酸化マンガンである、請求項１記載のシステム。
前記ＣＬＯＵ材料が、固体酸素キャリアとともに存在する、請求項１記載のシステム。
前記還元器（６２）が、炭素回収システムに動作可能に接続される、請求項１記載のシステム。
前記炭素回収システムが、
脱硫器（４０）と、
ガス凝縮器（４２）と、
ガス処理装置（４４）と
を備える、請求項７記載のシステム。
燃料を燃焼して未燃／部分酸化不純物を含有する生成ガスを成生する一次ケミカルルーピング燃焼システム（１０）と、
前記一次ケミカルルーピング燃焼システム（１０）に動作可能に接続され、還元器（６２）および酸化器（６４）を含む、前記生成ガス中の前記部分酸化不純物を酸化させるための燃焼後システム（６０）であって、ＣＬＯＵ材料（６６）が、前記還元器（６２）と前記酸化器（６４）との間を循環し、
前記還元器（６２）が、前記一次ケミカルルーピング燃焼システム（１０）から前記生成ガス（１９）を受け入れ、その中の前記未燃／部分酸化不純物をさらに酸化させる、燃焼後システム（６０）と
を備えるケミカルルーピングシステム。
前記未燃／部分酸化不純物がＣ、ＣＯ、ＣＨ４、またはＨ２Ｓである、請求項９記載のシステム。
前記ＣＬＯＵ材料（６６）がマンガン、銅、またはコバルトである、請求項９記載のシステム。
前記ＣＬＯＵ材料（６６）が酸化マンガンである、請求項９記載のシステム。
前記ＣＬＯＵ材料（６６）が、固体酸素キャリアとともに存在する、請求項９記載のシステム。
前記燃焼後システムの前記還元器（６２）に動作可能に接続された炭素回収システムをさらに備える請求項９記載のシステム。
前記炭素回収システムが、
脱硫器（４０）と、
ガス凝縮器（４２）と、
ガス処理装置（４４）と
を備える、請求項１４記載のシステム。