JP6567510B2 - 直接燃焼される加熱方法、及びその実施のための設備 - Google Patents
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Description
・例えば、ガラスの融解のような、ガラス化、
・例えば、材料の二次的溶融(second melting)のような金属の溶融、及び、
・金属の再加熱、である。
これらの加熱方法は、連続、又は、バッチ式でなされ得る。
・NOxの排出の減少、
・発生された燃料ガスの体積の減少、
・燃料消費の減少、かくして、また、化石資源のCO2の排出の減少。
・オキシ燃料のバナーのタイプ及びデザイン、
・特に、炉の出口での燃料ガスの温度を低くすること及び、熱損失を減少させること、等を可能にする、燃焼室のデザイン
・発生された燃料ガスからの熱の回収による酸化剤及び/又は燃料の予加熱。
本願発明は、特に、記載された加熱方法を改良している。
・H2が、炭素系材料に含まれているSをH2Sに転化し、又、炭素系材料に含まれている可能性のあるClをHClに転化し、そして、不飽和炭素系化合物を飽和炭素系化合物に転化するように、触媒水素化反応器内で炭素系材料に導入される。
・合成ガスの合成のための反応器、
・酸化剤を使用した燃料の燃焼のための1又は複数のバナーと、煙道ガスのための少なくとも1つの出口とを備えた炉、
・加熱された熱交換流体のための出口を備え、煙道ガスと熱交換流体との間の熱交換により熱エネルギーを回収するためのプラント。
・炉の少なくとも1つのバナーに燃料として、反応器で生成された合成ガスの供給を可能にするように、前記炉に接続された合成反応器、
・炉からの煙道ガスの反応プラントへの供給を可能にするように、熱エネルギーの回収のためのプラントに接続された炉からの煙道ガスのための出口、
・加熱された熱交換流体の少なくとも一部を合成反応器に供給可能なように、合成ガスの合成のための反応器に接続された熱エネルギーの回収のためのプラント。
以下に、出願当初の特許請求の範囲に記載の事項を、そのまま、付記しておく。
[1] (a)加熱される供給原料が、炉の中に導入され、
(b)燃料が、前記炉(300)で熱と煙道ガスとが発生するように、酸化剤を使用して燃焼され、
(c)前記供給原料が、発生された前記熱により炉(300)内で加熱され、
(d)加熱された前記供給原料と発生された煙道ガスとが、前記炉(300)から排出され、排出された煙道ガス(301)は、残留熱エネルギーを含み、
(e)合成ガス(110)が、(i)炭素系材料と(ii)水蒸気及び/又はCO2とを含んだ反応物との間の吸熱化学反応により、合成反応器(100)内で生成され、前記合成反応器は、反応物が中に導入され、又吸熱化学反応が生じる少なくとも1つの反応領域を有し、前記反応領域から合成ガスが取り出される、工程(a)乃至(e)を有する直熱燃焼式の加熱方法において、
前記残留熱エネルギーは、前記炉(300)から排出された煙道ガス(301)から回収され、この回収された残留熱エネルギーの少なくとも一部は、前記合成反応器(100)の中に導入され、前記工程(e)の発熱化学反応により消費されることを特徴とする方
法。
[2] 前記合成反応炉(100)は、又、中に回収された残留熱エネルギーが導入される少なくとも1つの加熱室を有し、前記少なくとも1つの加熱室は、前記少なくとも1つの反応領域に、回収された残留熱エネルギーが、少なくとも1つの加熱室から発熱化学反応が生じる少なくとも1つの反応領域へと、前記少なくとも1つの加熱室及び少なくとも1つの反応領域を介して伝達される、[1]に記載された方法。
[3] 各合成反応器(100)は、近接した加熱室に囲まれているか、2つの近接した加熱室間にある[2]に記載された方法。
[4] 前記合成反応器(100)は、複数の加熱室と複数の反応領域とが交互に位置した層構造を有し、前記複数の加熱室と反応領域とは、2つの連続したプレート間に配置されている、[2]又は[3]に記載された方法。
[5] 前記残留熱エネルギーは、回収された残留熱エネルギーを含み加熱された熱交換流体(402)と調整された煙道ガス(601)とを得るように、排出された煙道ガス(301,501)と熱交換流体(602,401)との間の熱交換により、排出された煙道ガス(301.501)から回収され、又、加熱された熱交換流体(402)の少なくとも一部は、回収された残留熱エネルギーの少なくとも一部を、発熱化学反応の工程(e)に与えるために、前記合成反応器(100)の中に導入される、[1]に記載された方法。
[6] 前記残留熱エネルギーは、回収された残留熱エネルギーを含む加熱された熱交換流体(402)と調整された煙道ガス(601)とを得るように、排出された煙道ガス(301,501)と熱交換流体(402)との間の熱交換により、排出された煙道ガス(301,501)から回収され、又、前記加熱された熱交換流体(402)の少なくとも一部は、前記回収された残留熱エネルギーの一部を少なくとも反熱化学反応の工程(e)に与えるために、少なくとも1つの加熱室の中に導入される[2]乃至[4]の何れか1項に記載された方法。
[7] 前記排出された煙道ガスは、600℃と800℃との間の温度で凝縮可能な埃及び/又は揮発性物質を含んでおり、又、前記炉(300)から排出された前記煙道ガス(301)からの残留熱エネルギーの回収の工程は、前記煙道ガスの第1の温度範囲での回収の第1の段階と、前記第1の温度範囲よりも低い、煙道ガスの第2の温度範囲での回収の第2の段階とを、少なくとも有し、
前記第1の温度範囲の温度で、煙道ガス中にある揮発性物質の凝縮は無く、
前記煙道ガスは、回収の前記第1の段階と第2の段階との間で、クリーニング操作がなされ、このクリーニング操作は、前記第2の温度範囲の温度で凝縮可能な埃及び/又は揮発性物質を除去することを含んでいる、[1]乃至[6]のいずれか1項に記載された方法。
[8] 熱交換流体(602)は、回収の前記第2の段階での煙道ガス(501)との熱交換により部分的に加熱され、又、回収の前記第1の段階で部分的に加熱された熱交換流体(603)は、回収の第1の段階での煙道ガス(301)との熱交換により加熱される、[7]に記載された方法。
[9] 前記熱交換流体は、空気と、窒素と、水蒸気とから選ばれる[7]又は[8]に記載された方法。
[10] 燃料の少なくとも一部、好ましくは全部は、酸素リッチ酸化剤を使用して、炉(300)内で燃焼される[1]乃至[9]の何れか1項に記載された方法。
[11] 前記炉(300)は、ガラス溶融炉、又は、金属の溶融のための炉である[8]に記載された方法。
[12] 前記吸熱化学反応は、SMR、DMR、又は、これら両者の混合である[1]乃至[11]の何れか1項に記載された方法。
[13] 前記排出された煙道ガスから回収された熱エネルギーの一部は、
a)炭素系材料が、発熱化学反応で反応物として使用される前に、この炭素系材料を予加熱するため、
b)水蒸気が、発熱化学反応で反応物として使用される前に、この水蒸気を発生及び/又は過加熱するため、
c)CO2が、発熱化学反応で反応物として使用される前に、このCO2を予加熱するため、
d)燃料の燃焼での酸化剤の使用の上流で、酸化剤を予加熱するため、の目的の少なくとも1つ、好ましくは、幾つかのために使用される、[1]乃至[12]の何れか1項に記載された方法。
[14] 水が、炉(300)内で燃料として使用される前に、凝縮により合成ガスから取り出される[1]乃至[13]の何れか1項に記載された方法。
[15] [1]乃至[14]のいずれか1項に記載された方法の実施のための加熱プラントであって、この加熱プラントは、
供給原料のための入口と、加熱された供給原料のための出口と、酸化剤を使用した燃料の燃焼、及び、供給原料を加熱するための熱の発生のための少なくとも1つのバナーとを備えた炉(300)と、
加熱された熱交換流体のための出口を備え、排出された煙道ガス(301)と熱交換流体(602)との間の熱交換により熱エネルギーを回収するためのプラント(400,500,600)と、
合成ガス(100)の合成のための反応器とを具備し、
前記合成のための反応器(100)は、炉(300)の少なくとも1回の燃焼に対する燃料として反応器(100)内で生成された合成ガス(210)の供給を可能にするように、熱エネルギーを回収するための前記プラント(400,500,600)に接続されており、又、
熱エネルギーを回収するための前記プラント(400,500,600)からの加熱された熱交換流体のための出口が、加熱された熱交換流体の少なくとも一部を合成するための反応器(100)に供給することが可能なように、合成ガスの合成のための反応器(100)に接続されている、加熱プラント。
・AA1:燃料酸化剤として、新しい回収熱交換器により予加熱された空気を使用した、天然ガスの燃焼を利用した従来技術に係わるガラス融解炉に関する、
・AA2:燃料酸化剤として、予加熱されなかった空気を使用した、天然ガスの燃焼を利用した従来技術に係わるガラス融解炉に関する、
・AA3:EP-A-0 872 690に記載された出願人の会社により開発された技術により予加熱された酸素を使用した、天然ガスの燃焼を利用した従来技術に係わるガラス融解炉に関する、
・Inv 1:燃料酸化剤として、予加熱された酸素を使用し、炉内で唯一の燃料として発生された合成然ガスの燃焼を利用したガラス融解炉内での本願発明に係わる方法の実施に関する。
Claims (13)
- (a)加熱される供給原料が、炉(300)の中に導入され、
(b)燃料が、前記炉(300)で熱と煙道ガスとが発生するように、酸化剤を使用して燃焼され、
(c)前記供給原料が、発生された前記熱により前記炉(300)内で加熱され、
(d)加熱された前記供給原料と発生された煙道ガスとが、前記炉(300)から排出され、排出された前記煙道ガス(301)は、残留熱エネルギーを含み、
(e)合成ガス(110)が、(i)炭素系材料と(ii)水蒸気及び/又はCO 2 とを含んだ反応物との間の吸熱化学反応により、合成反応器(100)内で生成され、前記合成反応器は、反応物が中に導入され、吸熱化学反応が生じる少なくとも1つの反応領域を有し、前記反応領域から合成ガスが取り出される、工程(a)乃至(e)を有する直熱燃焼式の加熱方法において、
前記残留熱エネルギーは、前記炉(300)から排出された前記煙道ガス(301)から、回収された残留熱エネルギーを含み加熱された熱交換流体(402)と冷却された煙道ガス(601)とを得るように、前記排出された煙道ガス(301,501)と熱交換流体(602,401)との間の熱交換によって、回収され、
この回収された残留熱エネルギーの少なくとも一部は、前記合成反応器(100)の中に導入され、前記工程(e)の吸熱化学反応により消費され、ここで、加熱された熱交換流体(402)の少なくとも一部は、前記回収された残留熱エネルギーの少なくとも一部を前記吸熱化学反応の工程(e)に与えるために、前記合成反応器(100)の中に導入されるものであり、
工程(b)において前記炉(300)内で燃焼された前記燃料の少なくとも一部は、工程(e)で生成された合成ガス(110,210)であり、
前記合成反応器(100)は、また、中に前記回収された残留熱エネルギーの少なくとも一部が導入される少なくとも1つの加熱室を有し、前記少なくとも1つの加熱室は、回収された残留熱エネルギーが、前記少なくとも1つの加熱室から吸熱化学反応が生じる前記少なくとも1つの反応領域へと、前記少なくとも1つの加熱室と前記少なくとも1つの反応領域との間の少なくとも1つの隔壁を介して伝達されるように、前記少なくとも1つの反応領域に対して位置していることを特徴とする、方法。 - 各反応領域は、近接した加熱室に囲まれているか、2つの近接した加熱室間にある、請求項1に記載の方法。
- 前記合成反応器(100)は、複数の加熱室と複数の反応領域とが交互に位置した層構造を有し、前記複数の加熱室と反応領域とは、2つの連続したプレート間に配置されている、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記加熱された熱交換流体(402)の少なくとも一部は、前記回収された残留熱エネルギーの一部を、前記少なくとも1つの隔壁を介して前記少なくとも吸熱化学反応の工程(e)に与えるために、前記少なくとも1つの加熱室の中に導入される、請求項1乃至3の何れか1項に記載の方法。
- 前記排出された煙道ガスは、600℃と800℃との間の温度で凝縮可能な埃及び/又は揮発性物質を含んでおり、又、前記炉(300)から排出された前記煙道ガス(301)からの残留熱エネルギーの回収の工程は、前記煙道ガスの第1の温度範囲での回収の第1の段階と、前記第1の温度範囲よりも低い、前記煙道ガスの第2の温度範囲での回収の第2の段階とを、少なくとも有し、
前記第1の温度範囲の温度で、前記煙道ガス中にある揮発性物質の凝縮は無く、
前記煙道ガスは、回収の前記第1の段階と第2の段階との間でクリーニング操作がなされ、このクリーニング操作は、前記第2の温度範囲の温度で凝縮可能な埃及び/又は揮発性物質を除去することを含んでいる、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の方法。 - 熱交換流体(602)が、回収の前記第2の段階での前記煙道ガス(501)との熱交換により部分的に加熱され、回収の前記第1の段階で部分的に加熱された前記熱交換流体(603,401)は、回収の第1の段階での前記煙道ガス(301)との熱交換により加熱される、請求項5に記載の方法。
- 前記熱交換流体は、空気と、窒素と、水蒸気とから選ばれる、請求項5又は6に記載の方法。
- 燃料の少なくとも一部は、酸素リッチ酸化剤を使用して、前記炉(300)内で燃焼される、請求項1乃至7の何れか1項に記載の方法。
- 前記炉(300)は、ガラス溶融炉、又は、金属の溶融のための炉である、請求項6に記載の方法。
- 前記吸熱化学反応は、SMR、DMR、又は、これら両者の混合である、請求項1乃至9の何れか1項に記載の方法。
- 前記排出された煙道ガスから回収された熱エネルギーの一部は、
a)炭素系材料が、吸熱化学反応で反応物として使用される前に、この炭素系材料を予加熱するため、
b)水蒸気が、吸熱化学反応で反応物として使用される前に、この水蒸気を発生及び/又は過加熱するため、
c)CO 2 が、吸熱化学反応で反応物として使用される前に、このCO 2 を予加熱するため、
d)前記燃料の燃焼での酸化剤の使用の上流で、前記酸化剤を予加熱するため、
の目的の少なくとも1つに使用される、請求項1乃至10の何れか1項に記載の方法。 - 水が、前記炉(300)内で燃料として使用される前に、凝縮により前記合成ガスから取り出される、請求項1乃至11の何れか1項に記載の方法。
- 請求項1乃至12のいずれか1項に記載の方法の実施のための加熱プラントであって、この加熱プラントは、
加熱されるべき供給原料のための入口と、加熱された前記供給原料のための出口と、酸化剤を使用した燃料の燃焼、及び、供給原料を加熱するための熱の発生のための少なくとも1つのバーナーと、煙道ガスのための少なくとも1つの出口とを備えた炉(300)と、
加熱された熱交換流体のための出口を備え、前記排出された煙道ガス(301)と前記熱交換流体(602)との間の熱交換により熱エネルギーを回収するための熱回収プラント(400,500,600)と、
合成ガスの合成のための合成反応器(100)とを具備し、
前記合成反応器(100)は、前記炉(300)の少なくとも1つのバーナーに対する燃料として前記合成反応器(100)内で生成された合成ガス(210)の供給を可能にするように、熱エネルギーを回収するための前記熱回収プラント(400,500,600)に接続されており、
前記炉(300)からの前記煙道ガスのための前記出口は、前記炉(300)から熱エネルギー回収のための熱回収プラント(400,500,600)へと行く煙道ガスを提供することができるように、前記熱回収プラント(400,500,600)に接続されており、
熱エネルギーを回収するための前記熱回収プラント(400,500,600)からの加熱された熱交換流体のための前記出口が、前記加熱された熱交換流体の少なくとも一部を前記合成反応器(100)に供給することが可能なように、前記合成ガスの合成のための前記合成反応器(100)に接続されており、
前記合成反応器(100)は、また、中に前記回収された残留熱エネルギーの少なくとも一部が導入される少なくとも1つの加熱室を有し、前記少なくとも1つの加熱室は、回収された残留熱エネルギーが、前記少なくとも1つの加熱室から吸熱化学反応が生じる前記少なくとも1つの反応領域へと、前記少なくとも1つの加熱室と前記少なくとも1つの反応領域との間の少なくとも1つの隔壁を介して伝達されるように、前記少なくとも1つの反応領域に対して位置している、加熱プラント。
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