JP6574183B2 - 固体、液体、または気体炭化水素(hc)原材料の熱機関での燃焼のプロセス、炭化水素(hc)材料からエネルギーを作り出す熱機関およびシステム - Google Patents
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Description
‐多量の炭化水素材料および酸化ガス状混合物の前記の燃焼室への導入;および
‐前記の酸化ガス状混合物との前記の多量の炭化水素材料の燃焼の誘発;前記の酸化剤は、以下を含む:
‐三酸素(O3);および
‐二酸化炭素(CO2)および/または三酸化炭素(CO3)。
CO2+O3 ⇔ CO3+O2・・・(1)
続いて、三酸素は、有機材料と反応し、それは、次の反応に従って触媒と作用する:
O3+触媒 → 触媒+O触媒+O2 (2)
前記の相互作用の結合は、不安定であり、燃焼中ミリ秒のオーダーで保たれる。
‐燃焼室に圧力を加えること;および/または
‐例えば当該技術の専門家によって知られるスパークプラグで、電気的エネルギーを前記の燃焼室に供給すること;
で行うことができる。
O2+hv → O2 *(3Σu −)
(170から210nm)
O2 *+O2 → O3+O,O+O2 → O3
変換される酸素の比は、引き起こされるコロナ効果の強度によって定められ、O3の一部は、ガス状酸化混合物に含まれる酸化気体の10〜100%の間で変わることができる。
‐O3;および
‐CO2またはCO3またはCO2およびCO3の混合物;およびコロナ効果が求められる放電のエネルギーに応じて、最終的にO2、を含む。
‐CO2および/またはCO3の量;および/または
‐純O3またはO3とO2の混合物の形での酸素の量;
についての少なくとも1つの調整モジュールをさらに備えることができる。
‐CO2を含む燃焼ガスを供給する、本発明による熱機関;および
‐光合成によってO2を作り出す少なくとも1つの微細藻類反応器;
‐前記の燃焼ガスに存在しているCO2の少なくとも一部を含む前記の反応器に送り込む少なくとも1つの手段;および
‐前記の微細藻類反応器によって作り出された前記のO2の少なくとも一部を回収する、および三酸素を発生させるように前記の回収されたO2を再利用する、少なくとも1つの手段。
‐第1モジュールで110iであって、炭化水素材料のリザーバ112から、燃焼室106に導入される炭化水素材料HCの量を調整する、第1モジュールで110i;
‐第2モジュール114iであって、純O3またはO3およびO2の混合物の形で、燃焼室106に導入される酸素の量を投与する、第2モジュール114i;
‐第3モジュール116iであって、燃焼室106に導入される、純CO2、純CO3またはまたCO3と混ぜられたCO2の量を投与する、第3モジュール116i;
‐第4モジュール118iであって、H2Oリザーバ120から燃焼室106に導入される液体H2Oの量を投与する、第4モジュール118i。
‐CO2の1モルの炭素の1モルの完全な酸化は、394キロジュールの発熱反応を起こすが、COの1モルへの炭素の1モルの不完全な酸化は、111キロジュールの発熱反応を起こすだけである。すなわち、3.55倍少ない。
‐各粒子は炭素であり、炭素の各グラムは、炭素の1モル=12gで熱エネルギーの32.83キロジュールを生成できる。
・C+CO2 ⇔ 2CO+172kJ/mol
・H2+CO2 ⇔ H2O+CO+41kJ/mol
これらの反応は吸熱である;それらは、媒体の温度の調節に加わり、熱散逸を減らす。反応(C+CO2⇔2CO)は、O2によって直接酸化されない非晶質炭素要素(粒子、煤)および炭素構造を気化する。従って、それらは、気体分子(CO)に変換され、気体分子(CO)は、遊離酸素の存在下で完全な酸化に反応性がより高い(その気体状態のために際立ってより可燃性であり、それは、CO分子を、熱システムの炎の前で、および媒体の熱化学状態によって、より良好な分布を有するようにする):
・CO+O ⇔ CO2−283kJ/mol
従って、燃焼の完了は、機関ピストンのスラスト(仕事)期間の間漸進的であり、それは、燃料の同じユニットの熱力学的能力を高め、前記のピストンの経路にわたって熱的効果を分布させることによって線形効率を改善し、および従って示差熱による損耗を減らし、全体的な熱散逸を減らす。
・H2O+CO ⇔ CO2−41kJ/mol;および
・H2+O ⇔ H2O−242kJ/mol
‐O2の3.98kgまたは2.79Nm3
65%のO2の分離の効率係数を考える:
‐O2の2.79/65%=4.29Nm3
空気のO2/m3の21%百分率を考える:
‐ヘキサデカンの空気/リットルの20.43Nm3。
‐O2の3.57kgまたは2.50Nm3。
‐C+O = CO111kJ/mol
‐C+O2 = CO2394kJ/mol
事実のこの状態は、燃焼ガスのより良好な膨張からのエネルギーを提供する。
‐酸化酸素「O2の2.425Nm3」(表参照)を差し引いたヘキサデカンの空気/リットルの20.43Nm3=バラストガス(窒素+希ガス)の18Nm3:
800℃で、前記のバラストガスの18Nm3は、9.283kWhの熱容量の48.021m3を表す。ヘキサデカンの1kgは、11.48kWhの低火力(PCI)を有し、従って80.86%の燃焼収率を表す。
‐バラストガスCO2の18Nm3:
800℃で、CO2によって置き換えられた前記の18Nm3は、7.174kWhの熱容量の62.654m3に膨張する。
‐ヘキサデカンの1kgは、11.48kWhの低火力(PCI)を有し、それは、超過の熱エネルギーの4kWh以上を残す、すなわち:800℃でCO2の約35m3を生成する能力、すなわち、800℃でCO2の50m3の集積した超過の全体。
‐ヘキサデカンの1kg+O2の2.425Nm3+CO2の18Nm3は、大気中燃焼でヘキサデカンの1kgよりも2倍多い作業能力を作り出す。
または:
‐ヘキサデカンの1/2kg+O2の1.213Nm3+CO2の9Nm3は、大気中燃焼でヘキサデカンの1kgと同じ仕事を作り出す。
‐潜熱の大量のエネルギーを吸収する燃焼温度を調節して、それを蒸気の体積膨張によって力学的エネルギーに変換する;および
‐蒸気のH2O分子がCO分子に近い場合に状態の変化(液体/蒸気)の際に起きるレドックス反応によって燃焼を均一化する。前記の発熱反応は、媒体に二水素(H2)分子を放出し、それは、何らかの形で前記の媒体の酸素と反応し、自由(O)原子と、または三酸素分子の(O)原子と、である。
‐消散による熱損失を減らす。潜熱は、冷熱キャリア(液体および/または気体のCO2、酸素、液体の水)による蒸気凝縮の際に回収される。
‐H2Oは、蒸留水に凝縮できる。
‐CO2は、本発明によるプロセスでの再利用のために部分的にリサイクルされる。
‐過剰なCO2およびH2Oは、微細藻類培養プラントでリサイクルでき、それはその後炭化水素材料および酸素を作る。
Claims (14)
- 燃焼のプロセスであって、少なくとも1つの燃焼室(106)を備える熱機関(100;200)での、固体、液体または気体炭化水素(HC)原材料の燃焼のプロセスであり、前記プロセスは、燃焼サイクルを構成する以下のステップの少なくとも1つの繰り返しを含み、燃焼サイクルは、所定量の炭化水素材料(HC)および酸化気体の前記燃焼室(106)への導入、前記酸化気体との前記所定量の炭化水素材料の燃焼の誘発、により、前記酸化気体は、
‐三酸素(O3);および
‐少なくとも三酸化炭素(CO3)、
を含むことを特徴とする、プロセス。 - 請求項1に記載のプロセスであって、酸化気体は、三酸素(O3)、三酸化炭素(CO3)および二酸化炭素(CO2)だけを含むことを特徴とする、プロセス。
- 請求項1に記載のプロセスであって、酸化気体は、二酸素(O2)も含むことを特徴とする、プロセス。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載のプロセスであって、前記所定量の炭化水素材料(HC)は、燃焼室(106)に導入される前に酸化気体の少なくとも1つの成分と混ぜられることを特徴とする、プロセス。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載のプロセスであって、燃焼の燃焼誘発は、
‐燃焼室(106)に圧力を加えること;および/または
‐電気的エネルギーを前記燃焼室(106)に供給すること、
によって行われることを特徴とする、プロセス。 - 請求項1〜5のいずれか1項に記載のプロセスであって、プロセスは、前記燃焼室への所定量の液体の水(H2O)の注入をさらに含むことを特徴とする、プロセス。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載のプロセスであって、酸化気体は、純O3の形でまたはO3とO2との混合物の形で、酸素の15〜25%と、CO2および/またはCO3の85〜75%と、を含むことを特徴とする、プロセス。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載のプロセスであって、酸化気体は、炭化水素材料の炭素の1モルについて、CO2および/またはCO3の少なくとも1モル、およびCO2および/またはCO3の最大17モル、を含むことを特徴とする、プロセス。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載のプロセスであって、燃焼の後に得られる燃焼ガス(GC)に存在しているCO2を、前記燃焼ガス(GC)の冷却によって、回収することと、新しい燃焼サイクルのために酸化気体で、燃焼ガス(GC)から回収されたCO2の少なくとも一部を使用することと、を含むことを特徴とする、プロセス。
- 請求項9に記載のプロセスであって、燃焼ガス(GC)で回収されたCO2の一部を微細藻類培養で使用することを含み、前記微細藻類培養は、光合成によってO2を提供し、前記O2の少なくとも一部は、三酸素を得るのに使用され、新しい燃焼サイクルのための酸化気体を含むことを特徴とする、プロセス。
- 請求項1〜10のいずれか1項に記載のプロセスであって、二酸素(O2)の分子におよびそれぞれ二酸化炭素(CO2)の分子に与えられるコロナ効果によって、三酸素(O3)およびそれぞれ三酸化炭素(CO3)を生成するステップを含むことを特徴とする、プロセス。
- 熱機関(100,200)であって、請求項1〜11のいずれか1項に記載のプロセスを行うことを特徴とする、熱機関。
- 請求項12に記載の熱機関(100,200)であって、酸化気体で使用される、
‐CO2および/またはCO3の量;および/または
‐純O3の形でのまたはO3とO2の混合物の形での酸素の量;
についての少なくとも1つの調整モジュール(114,116)を備えることを特徴とする、熱機関。 - 炭化水素(HC)材料からエネルギーを作り出すシステム(300)であって、
‐CO2を含む燃焼ガス(GC)を提供する、請求項12または13に記載の熱機関(100,200);および
‐光合成によってO2を作り出す少なくとも1つの微細藻類反応器(302);
‐前記燃焼ガス(GC)に存在しているCO2の少なくとも一部を含む前記反応器(302)に送り込む少なくとも1つの手段(202,304);および
‐前記微細藻類反応器によって作り出された前記O2の少なくとも一部を回収する、および酸化気体の一部を発生させるようにそれを再利用する、少なくとも1つの手段(306)、
を備えることを特徴とする、システム。
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