JP2006159179A - 擬似交換リアクタを使用する酸化による高温ガスの生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二酸化炭素の捕獲を容易にするために、様々な種類の熱発生器、特にガスタービン、オーブン、およびボイラによって生成された二酸化炭素を容易に隔離することを可能にすること。
【解決手段】本発明は、擬似交換リアクタを用いて、酸化された形態および還元された形態を示す活性材料の酸化による高温ガスを生成する装置に関する。
【選択図】図１

Description

本発明は、特に石油産業、ガラス産業、およびセメント工場におけるガスタービン、ボイラ、およびオーブンのエネルギー生成の領域に関する。本発明は、電気、熱、または蒸気の生成のためのこれら種々の手段の使用にも関する。

本発明の分野は、より詳しくは、活性相の酸化還元反応を介して、炭化水素または炭化水素の混合物を用いて高温ガスを生成すること、および二酸化炭素を捕獲できるように二酸化炭素を分離することを可能にする装置および方法に関する。本発明は、水素または酸素生成の範囲にも適用される。

世界的なエネルギー需要の増大は、新たな火力発電設備の建設と、環境に対して有害な二酸化炭素の増大する量の放出を導く。二酸化炭素を隔離するための二酸化炭素の捕獲は、したがって必須に必要になった。

二酸化炭素を捕獲するために使用できる技術の１つは、活性相の酸化還元反応を使用して一般に使用される燃焼反応を２つの連続する反応、すなわち、
空気を用いる活性相の酸化反応であって、酸化の発熱特徴によりそのエネルギーを使用することができる高温ガスを得ることを可能にする酸化反応と、
還元ガスを用いるこのように酸化された活性相の還元反応であって、次に、再利用可能な活性相と、二酸化炭素および水を本質的に含むガス状混合物とを得ることを可能にする還元反応とに分解することからなっている。

このようにしてなされる酸化段階と還元段階との間の非結合は、後で、実質的に酸素および窒素を含まないガス状混合物からの二酸化炭素のより容易な分離を可能にする。

従来技術はＣＯ₂の回収を可能にするシステムを含むが、本発明とは異なり、本発明は、酸化段階、スイープ段階、および還元段階という３つの連続する別個の段階を管理することを可能にする擬似交換リアクタを使用することからなるものであって、これらの３つの段階は、適切に決定されたシーケンスに従って時間につれて互いに続いている。

米国特許第５４４７０２４号は、還元ガスを用いて金属酸化物の還元反応を使用する第１のリアクタと、湿った空気を用いる酸化反応によって前記金属酸化物を製造する第２のリアクタとを含む方法を記載する。２つのリアクタからの排出ガスは、発電設備のガスタービン内に送られる。この特許に記載される方法は、金属での酸化還元反応を用いて、窒素に対する二酸化炭素の隔離を容易にし、したがって二酸化炭素の捕獲を容易にする。

しかしながら、このような方法の実施には、２つの別個のリアクタと、固体粒子の形態で表れる活性相を輸送する手段とを必要とする。したがって、このような方法は、実施するのが比較的複雑であり、かなりの操作および維持費用を伴う。加えて、排出ガスへの活性相の微粒子の同伴が、後でこれらガスを処理することに関して障害の原因になる可能性がある。

したがって、本発明の１つの目的は、前述の問題を解消しながら二酸化炭素の捕獲を容易にするために、様々な種類の熱発生器、特にガスタービン、オーブン、およびボイラによって生成された二酸化炭素を容易に隔離することを可能にすることである。

本発明の他の目的は、仏国特許出願第２８４６７１０号に記載される装置を改善することであり、この発明の装置は、静止部分と可動部分との間で物理的な交換がなされる意味で本当の交換リアクタに関連している。このタイプのリアクタは、静止部分と可動部分との間にシーリング片を必要とし、このことは少なくともあるリアクタサイズから実現することは極めて困難である。

本出願で記述されるリアクタの種類は、仏国特許出願第２８４６７１０号に記載されるリアクタと同じ反応を実施するものであるが、実際の交換を必要としない。交換、より正確には１つのリアクタのコンフィギュレーション（形態）から他のリアクタのコンフィギュレーションへの変更は、本願では好ましくは同一の１組のモジュールに適用される一定の周期性の時間の遅れによって得られ、各モジュールへは、特定の手段によって、酸化ガス、還元ガス、または不活性ガス（スイープガスとも呼ばれる）を供給されることができる。

以降の記載において、「段階」と呼ばれるものは、酸化、還元、またはスイープ段階のいずれか１つであり、重要手段がこれら段階が実行されることを可能にする。

この重要手段は、考えられた時間の期間に従って、酸化ガス、スイープガス、または還元ガスを、各モジュールに送ることを可能にするバルブのシステムを本質的に備える。これらの手段は、各モジュールに特有である。

したがって、本発明は、活性材料の酸化によって高温ガスを生成するための装置に関し、装置は複数の反応モジュールを備え、各モジュールは、時間につれて酸化、還元、またはスイープ段階であることができる。モジュールは好ましくは同一であり、酸化、還元、またはスイープ領域に対応する領域にグループ分けされる。

各領域は、それが含むモジュールの数、すなわち酸化、還元、またはスイープ段階のある一つで作動する連続するモジュールの数によって画定される。

単一領域の全てのモジュールは、同一の動作条件の下で作動する。モジュールが作動する段階の周期的な時間遅れのために、モジュールは物理的に固定されているが、領域は、遅れ期間毎に１つのモジュールの速度で時間につれて移動し、それら領域は、以降ではサイクル時間と呼ばれる遅れ期間の集合である所定の時間の後に、その初期位置に最終的に戻る。

この意味で、擬似交換（simulated rotation）の用語が使用される。

したがって、本発明による装置は、活性材料の酸化による高温ガスの生成装置として定義することができ、１組の反応モジュールを備え、各モジュールは、それぞれ酸化、スイープ、または還元ガスと接触することによって、時間の関数として連続して酸化、スイープ、および還元段階において作動する活性材料を含み、前記接触は、供給システムを用いて実行され、この供給システムは、各モジュールに特有であり、かつ時間の関数として酸化、スイープ、または還元ガスを受け入れることができ、酸化段階において作動する全ての連続するモジュールは、酸化領域を形成しかつ高温ガス生成し、還元段階において作動する全てのモジュールは、還元領域を形成しかつ還元排出物を生成し、スイープ段階でにおいて作動する全てのモジュールは、スイープ領域を形成しかつ主にスイープガスからなる排出物を生成し、各領域は、各モジュールが酸化、スイープ、還元、スイープ、酸化のシーケンスに従って時間につれて作動し、前記スイープ段階が、常に酸化段階または還元段階に続くように、１つのモジュールに等しい増分によって各時間期間（Ｔ）で移動する所定数のモジュールを備える。

以降において、リアクタが、単一の酸化、還元、またはスイープ領域を備える場合と、そのリアクタが、複数のそのような領域を備える場合とは区別されない、なぜなら複数の領域を備える場合も、リアクタ動作において何の変更をもたらさないからである。

一般的には、スイープ領域で作動するモジュール数に対する酸化領域で作動するモジュール数は、１から１２、好ましくは１から１０である。

本発明は、上述の装置を実施するための方法にも関する。

本発明の目的である装置に使用される活性材料は、一般に、酸化された形態または還元された形態のいずれかになることができる少なくとも１つの金属を含む。

酸化された形態と呼ばれるものは、酸化反応を受けた金属の任意の形態である。同様に、還元された形態と呼ばれるものは、還元反応を受けた金属、すなわち酸化形態に対応するレベルよりも低い酸化レベルでの任意の形態である。

例えば、ＣｅＯ₂分子は、ＣｅＯ₃分子に対する還元された形態に対応する。

活性材料の１つ以上の金属は、銅、ニッケル、セリウム、コバルト、鉄、およびこれらの金属の任意の組み合わせを含む群から選択されることができる。

好ましくは、活性材料の１つ以上の金属は、ニッケルおよびセリウムを含むグループから選択される。

本発明によれば、反応モジュールは、少なくとも部分的に活性材料で被覆された交換表面を有する。

酸化ガスは、一般には酸素である酸化化合物を含むガスである。

酸化ガスは、５％から１００％の重量の酸素、好ましくは７％から７０％の重量の酸素、より好ましくは１０％から３０％の重量の酸素を含むことができる。

本発明の装置に使用される酸化ガスは、好ましくは空気または湿った空気である。したがって、酸化ガスの作動の下で、活性材料の少なくとも一部は、還元された形態から酸化された形態へ次第に変化する。酸化は発熱反応であり、酸化反応によって生成された排出物は、高温である。したがって、酸化段階の終了の時点で生成されたガスは、高温ガスと呼ばれる。

還元ガスは、一般に炭化水素および蒸気の混合物を含む。ある場合には、還元ガスは、天然ガスでもよい。還元ガスは、少なくとも３０％、好ましくは５０％の重量のメタンを含むことができる。

ある場合において、還元ガスは、当業者には合成ガスとして良く知られている、一酸化炭素、二酸化炭素、および水素の混合物を含むことができる。

最も一般的な場合において、還元ガスは、炭化水素、蒸気、一酸化炭素、二酸化炭素および水素の任意の混合物を含むことができる。

したがって、還元ガスの作動の下で、活性材料の少なくとも一部は、酸化された形態から還元された形態に次第に変化する。

好ましくは、不活性ガスは、酸化炭素および蒸気の混合物を含む。

不活性（またはスイープ）ガスの作動の下で、反応モジュールは、酸化ガスおよび還元ガスの接触の結果によってもたらされる爆発の危険性を防止するように、酸化または還元モードで作動する前にスイープされる。

本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照しつつ以降の記載を読むことから明らかになる。

擬似交換リアクタ（ＳＲＲ）と呼ばれる本発明の装置は、１組の同一のモジュールを含み、各モジュールは、時間の関数として酸化、還元またはスイープ段階で作動することができる。

モジュールは、使用に応じて異なる方法で物理的に一緒にまとめられる。加圧下で起きる反応を伴う使用において、好ましくは円筒状の囲い内で小型な形態でモジュールを一緒にまとめられることは注意を引こう。

他の配置では、各モジュールは使用によって加えられる圧力に耐え、ある場合には圧力は数十バールに達し、そこではモジュールは、スキッド上に単に配置される。

他の使用において、モジュールは、空間的要求にしたがって垂直に対してある角度をもつ共通軸に沿って整列されることができる。本発明は、いずれの場合もモジュールの特定の配置によって制限されないことを強調することは重要である。

本発明は、どのようなコンフィギュレーションをとろうが、各モジュールが、時間の関数として酸化段階、スイープ段階、還元段階、スイープ段階において作動し、リアクタの作動シーケンスを画定するこの順番でこれらの段階が互いに続くという事実に基づくものである。

任意のモジュールが、所定の酸化、スイープ、または還元段階の１つで作動する期間により、シーケンスが完全に画定される。この期間は、所定の領域に対応するモジュール数で乗算された遅れ期間に等しい。したがって、リアクタ作動シーケンスは、連続する領域（酸化、スイープ、および還元）、および各領域を含むモジュール数によって完全に画定される。

各モジュールは、入るガスが供給される入口端部と、出るガスまたは排出物が排出される出口端部とを有する。入口端部は、バルブシステムを備え、このバルブシステムは、考えられた期間に応じて、酸化ガス、スイープガス、または還元ガスを受け入れることを可能にする。

出口端部は、同様にバルブシステムを備え、このバルブシステムは、考えられた期間に応じて、酸化段階排出物、すなわち高温ガス、前の酸化または還元段階からの排出物の痕跡を含むことがあるスイープガス、および還元段階排出物を受けることを可能にする。

モジュールは、互いに連結せず、それらモジュールは並列に作動する。

それらモジュールは、選択された構成に応じて単に並置される。もちろん、当業者に知られている機械的な固定要素が、それらモジュールが、それらの相対位置に維持されることを可能にする。

これらの固定要素は、非常に多様であることができ、本発明を限定するものではない。

各モジュールは、酸化された形態および還元された形態である２つの形態を有することができる１組の金属材料から選択される活性材料を含む。

活性材料の酸化された形態は、酸化ガスを用いて得られ、活性材料の還元された形態は、還元ガスを用いて得られる。

一般に蒸気である第３のガスは、スイープ段階のために使用される。

一例としてニッケルベースの活性材料、酸素ベースの酸化ガス、およびメタンベースの還元ガスの場合において、酸化還元反応は、以下の式によって示すことができる。

２Ｎｉ＋Ｏ₂→２ＮｉＯ、
４ＮｉＯ＋ＣＨ₄→ＣＯ₂＋２Ｈ₂Ｏ＋４Ｎｉ
ここで、Ｎｉは、その還元された形態におけるニッケルであり、ＮｉＯは、その酸化された形態におけるニッケルである。

セリウムベースの活性材料、酸素ベースの酸化ガス、およびメタンベースの還元ガスの場合において、酸化還元反応は、以下の式によって示すことができる。

２Ｃｅ₂Ｏ₃＋Ｏ₂→４ＣｅＯ₂、
８ＣｅＯ₂＋４ＣＨ₄→４ＣＯ₂＋２Ｈ₂Ｏ＋４Ｃｅ₂Ｏ₃
ここで、ＣｅＯ₂は、その還元された形態におけるセリウムであり、Ｃｅ₂Ｏ₃は、その酸化された形態におけるセリウムである。

本発明の実施形態において、各モジュールは、触媒コンバータで使用されるような同一の軸に沿って配列される１組のモノリスを含むことができる。

各モノリスは、典型的な寸法として１ミリメートル程度の複数の並行流路を画定する。並行流路のこのシステムは、含浸後に前述の活性材料が構成する被覆をその内壁上に配設することができる。

被覆技術は、当業者に良く知られており、本発明は、特定の被覆技術によって限定されるものではない。

問題とされる段階に応じて酸化、還元、またはスイープガスは、被覆操作の後にはかなりの交換表面積を有する前記流路内を循環する。

一般に、触媒コンバータの製造に関して使用される種類の標準的なモノリスにおいて、交換表面積は、流路の長さ１メートル当たり１００ｍ²のオーダーである。

本発明の他の実施形態において、各モジュールは、前記モジュール内のガスの通過を可能にする多孔性バスケット内に収納された１組のボールまたは押出物を含むことができる。

本発明の他の実施形態において、活性材料は、ガスが通って循環する通路を形成する孔を備える発泡体またはスポンジの形態の基体上に付着される。

本発明の好ましい実施形態では、各モジュールは、同一の軸に沿って整列される１組のモノリスを備え、側方寸法が１から５ｍｍの平行流路のネットワークを画定する。

モノリスは、一般に流路内壁上の被覆を備え、活性材料が被覆上に付着されている。

活性材料自体からなるモノリスを使用することもできる。

モノリスは、金属合金またはセラミックを含むことができる。

モノリスに使用される材料としては、例えば密なアルミナ、ムライト、シリコンカーバイト、コーディアライト、またはフェクラロイ（ＦｅＣｒＡｌ）などの鉄、クロムおよびアルミニウムベースの合金が挙げられる。

被覆は、その表面積および多孔性がモノリスの表面積および多孔性より大きい１つ以上の耐熱性酸化物を含むことができる。好ましくは被覆は、アルミナまたはジルコニアを主体とするもので、希土類またはシリカでドープされていてもよい。

モノリスは、好ましくはコーディアライトを含み、コーディアライト上に、活性材料が、アルミナまたはジルコニアベースの被覆を用いて付着される。

活性材料は、モノリスに、本発明の技術的範囲内で求められる酸化還元反応を実行するための化学的機能を与え、かなりの特定表面を形成する流路構造が、物理的な熱伝達機能を可能にしている。

一般的な吸熱還元段階が、発熱酸化段階の終了時点で到達した熱レベルを維持している１組のモノリス上で行われることは、実際に重要である。実際には、還元段階の開始時点でのこの熱レベルは、モノリス熱の一部を消費する中間スイープ段階のために、酸化段階の終了時点で到達したレベルより一般的に低い。このことが、何故スイープ段階が可能であれば必要とされる最小値まで減らさなければならないかを説明している。

所望の反応の変換速度を最大化するためには、ガスと活性材料との間の交換表面積が最大値を有することが必要である。

したがって、可能な最大の流路密度を有するモノリスを選択することが有利である。

モノリスの流路密度は、しばしば１００から９００ＣＰＳＩ（平方インチ当たりのセル）、好ましくは２００Ｃから６００ＣＰＳＩである。

一般に、モノリスの体積に対する表面積の比は、流路の密度が増大するときに増大する。

流路は、一般に、０．１から１０ｍｍ、好ましくは０．５から２ｍｍ、例えば１ｍｍである等価直径を有する。等価直径との用語は、流体機械工学における当業者に良く知られている流体的直径の意味である。

各モジュールの供給および排出手段は、前記モジュールの各端部で、考えられた期間に応じて該当ガスの供給および排出をそれぞれ可能にする。それぞれ３つの動作段階（酸化、スイープ、および還元）を提供するために、各モジュールは、３つの対応するガスのそれぞれ１つ、すなわち酸化ガス、スイープガス、および還元ガスを供給および排出を意図した手段が装備されなければならない。

供給手段は、デフューザを備えることができる。同様に排出手段は、コレクタを備えることができる。デフューザおよびコレクタの機能は、モジュールの区画全体にわたる供給されまたは排出されるガスの良好な分配を可能にする。この点は、モノリスを伴う好ましい変形形態において、複数の流路をできる限り均一な方法で与えてモジュールを形成するために重要である。

本発明は、本発明の装置を使用するエネルギー生成方法にも関連し、この方法は、
特定の供給手段を介して、圧縮されてもよい酸化ガス、還元ガス、および不活性ガスを擬似交換リアクタの対応する領域、すなわち酸化、還元、およびスイープ領域に連続的に供給することと、
酸化領域の排出物としての高温ガス、還元領域の排出物としての二酸化炭素および水を基本として含むガス、およびスイープ領域の排出物としてのスイープガスを回収することであって、この回収は、特定の排出手段を介して実行されることと、
本発明の一部ではない補助ユニットにおいて、還元領域排出物に含まれる水から二酸化炭素を分離することとを含む。

二酸化炭素および水を基本として含むガスの熱量は、蒸気を提供するために好ましくは本発明の装置の外部の交換機で交換される。

本発明の１つの本質的な利点は、ＣＯ₂をその隔離の目的で後での分離を実行するように、ＣＯ₂および水を基本として含むガスの容易な回収を可能にすることである。

本発明の他の利点は、酸化還元反応を実施するための簡単で、信頼性があり、安価な手段を提供することである。

そのような簡略化は、主に交換する部分の除去（特に、仏国特許出願第２８４６７１０号に記載される装置に対して）およびリアクタの各モジュールが、時間につれて酸化、スイープ、および還元段階として作動できる事実のためである。

本発明の他の利点は、粒子形態の活性相の輸送に関連する問題を解消したことである。このような粒子の輸送は、特殊であり高価な機器を伴う。排出ガス内に微粒子を存在させなくすることにより、維持費用が大きく低減する。

最後に、本発明の他の利点は、限られた圧力低下のもとに動作する装置で酸化還元反応を実行することを可能にすることである。なぜなら、特にモノリスの形態での活性材料の全ての実施変形形態は、非常に高い多孔性を特徴とするからである。

図１は、本発明を限定するものではないが本発明のリアクタの動作のよりよい理解を可能にするためのものである。なぜなら、モジュールは、任意の数および任意の方向を有することができるからである。

図１のリアクタは、頂部から底部へ１から１０の番号が付けられた、簡略化のために垂直方向に積層された１０個のモジュールを備える。

モジュールは互い連絡せず、各モジュールは一端部で流入する流体を受け、かつその入口端部とは反対側の端部から流出する排出物を放出する。

説明を簡略化するために、初期のコンフィギュレーションｔ０において、酸化領域（ｏによって示される）は、モジュール１、２、３、９、１０に対応し、スイープ領域（ｉで示される）は、モジュール４およびモジュール８に対応し、還元領域（ｒによって示される）は、モジュール５、６、７に対応することを仮定する。酸化段階におけるモジュールをｏ、スイープ段階におけるモジュールをｉ、および還元段階におけるモジュールをｒで示すことによって、この初期のコンフィギュレーションをｏｏｏｉｒｒｒｉｏｏと示す。

遅れ時間Ｔの後、すなわちｔ０＋Ｔにおいては、モジュールは、１ユニット下方にシフトされる。

したがって、ｏｏｏｏｉｒｒｒｉｏで示されるコンフィギュレーションが、モジュール１から１０に関して得られる。ｔ０＋２Ｔにおいては、コンフィギュレーションはｏｏｏｏｏｉｒｒｒｉとなり、以下同様である。

遅れの概念、および時間ｔ＝１０Ｔの後には、初期のコンフィギュレーションに戻る事実は、以上からよく理解できよう。

したがって、各モジュールは、時間につれて酸化、スイープ、または還元段階として作動し、１つの段階から他の段階への変更は、各モジュールに関して、所定時間ｔでのその機能に対応するガスを送るバルブシステムによって可能である。

バルブシステムは、本発明の目的ではなく、そのバルブシステムは、例えば仏国特許出願第２７６２７９３号に記載される、例えばＥＬＵＸＹＬタイプの擬似逆流リアクタで使用されるシステムに類似している。

このバルブシステムによって達成される重要な点は、図２に模式的に示されるように、考えられた期間に応じて酸化、スイープ、または還元ガスを、リアクタの各モジュールに送ることが可能であることである。

同様に、モジュールの出口で、バルブシステムは、高温ガス、スイープガス、または還元段階からの排出物ガスを回収することを可能にする。

本発明による高温ガスを生成する装置は、行なわれる反応に従って、酸化領域、還元領域、およびスイープ領域間の配分を与え、この配分は、場合により大きく異なるが、一般にスイープ領域で動作するモジュール数に対する酸化領域で動作するモジュール数は、１から１２、好ましくは１から１０である。

本発明によるリアクタのモジュールの遅れ時間は、含まれる反応に応じてかなり幅広い範囲内であることもできるが、一般に１０から５００秒、好ましくは１０から１００秒である。

酸化、還元、またはスイープ段階で作動する各モジュール内のガスの循環速度は、一般に、０．１から５０ｍ／ｓ、好ましくは０．５から１０ｍ／ｓである。この速度は圧力低下によって制限され、圧力低下によっては禁止になることもある。

本発明は、以降に記載される限定を意図するものではない実施例から明らかになろう。

図１に関連して示された実施例では、天然ガスからＣＯ₂のない高温ガス、およびＣＯ₂を基本とする蒸気が生成する。

使用される天然ガスは、分子割合で与えられる以下の組成を有する。

図１に模式的に示された使用リアクタは、直径１．３ｍで長さ３．８ｍの１０個の同一モジュールを含み、それぞれが５個のモジュールを備える２つの水平方向の列の形態で配置されている。

各モジュールは、各モジュールのモノリスの壁上に付着された２２９３ｋｇのニッケルを含み、かつ図２に模式的に示されるように、個別に空気、蒸気、または天然ガスの供給を受けられる。

図１では、モジュールは頂部から底部へ向けて１から１０の番号が付けられているが、図１の表示は模式的であり、実施例のリアクタでは、５個のモジュールからなる列が２つ平行に配置されている。

全ての時間において、７個の連続的なモジュールは、酸化段階（空気供給）で動作し、１個のモジュールは、還元段階（天然ガス供給）で動作し、かつ２個のモジュールは、スイープ段階で作動し、各スイープモジュールは、酸化モードで作動するモジュールのグループと還元モードで作動するモジュールとの間に挿入される。

リアクタには、酸化モードで作動するモジュールに対して、２０バール、５００℃の空気が２７８ｋｇ／ｓの流量で供給される。この流れは、同一の７つのストリームに分割され、７つのストリームの各々がリアクタの７つの連続するモジュールへ供給される。

リアクタのスイープモードで作動するモジュールに対しては、２０バール、５００℃の蒸気が１７ｋｇ／ｓの流量で供給される。

この流れは、２つの同一のストリームに分割され、２つのストリームの各々は、スイープモードで作動する２つのモジュールのそれぞれに供給される。

最後に、２０バール、４０℃の天然ガスが４ｋｇ／ｓの流量で供給され、この流れが還元モードで作動するリアクタモジュール全体に供給される。

遅れ時間は３０秒であり、サイクル時間は３００秒間である。

時間ｔ＝０で、モジュール１には天然ガスが供給され、モジュール２には蒸気が供給され、モジュール３から９には空気が供給され、かつモジュール１０には蒸気が供給される。これは、コンフィギュレーションｒｉｏｏｏｏｏｏｏｉに対応し、
時間ｔ＝３０秒で、供給は交換され、モジュール１は、蒸気が供給され、モジュール２は、天然ガスが供給され、モジュール３は、蒸気が供給され、かつモジュール４から１０は、空気が供給される。これは、コンフィギュレーションｉｒｉｏｏｏｏｏｏｏに対応し、
時間ｔ＝６０秒で、供給は再び交換され、モジュール１は、空気が供給され、モジュール２は、蒸気が供給され、モジュール３は、天然ガスが供給され、かつモジュール４は、蒸気が供給され、かつモジュール５から１０は、空気が供給される。これは、コンフィギュレーションｏｉｒｉｏｏｏｏｏｏに対応する。

このように、これらの交換が３０秒周期で続けられる。

完全なサイクル、すなわちリアクタがその初期位置に戻るために必要な時間の期間は、３００秒である。

空気が供給されるモジュールでは、ニッケルの酸化ニッケルへの酸化が進み、１０５０℃の高温ガスを生成する。

２つの蒸気が供給されるモジュールは、スイープ段階にある。

天然ガスが供給されるモジュールでは、酸化ニッケルのニッケルへの還元が進み、二酸化炭素および水を基本的的に生成し、水は、二酸化炭素を基本として含む流れとなるように凝集することができる。

リアクタは、窒素および酸素を基本として含む約１０５０℃、２６２ｋｇ／ｓの高温ガス、ならびに二酸化炭素および水を基本として含む蒸気約２ｋｇ／ｓを生成する。

非限定的な垂直構成における擬似交換リアクタのフローシートである。 ３つの方向Ａ、Ｂ、Ｃに対応する３つの個別の流体を入口に、また３つの方向Ｄ、Ｅ、Ｆに対応する３つの排出物を出口に、時間につれて送ることを可能にする、モジュールについての各モジュールに結合されるバルブの例を示す図である。

符号の説明

１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０ モジュール

Claims (12)

1. １組の反応モジュールを備える活性材料の酸化によって高温ガスを生成する装置であり、各モジュールは、活性材料を含み、かつそれぞれ酸化、スイープまたは還元ガスと接触することによって、時間に応じて連続して酸化、スイープおよび還元段階において作動する装置であって、前記接触は、供給システムを用いて実行され、該供給システムは、各モジュールに特有であり、かつ時間に応じて酸化、スイープまたは還元ガスを受け入れることができ、前記酸化段階において作動する全ての連続する前記モジュールは、酸化領域を形成しかつ高温ガス生成し、前記還元段階において作動する全てのモジュールは、還元領域を形成しかつ還元排出物を生成し、前記スイープ段階において作動する全てのモジュールは、スイープ領域を形成しかつ主にスイープガスを含む排出物を生成し、各領域は、各モジュールが、酸化、スイープ、還元、スイープ、酸化のシーケンスに従って時間につれて作動するように、１つのモジュールに等しい増分によって各時間期間（Ｔ）で移動する所定数のモジュールを備えることを特徴とする高温ガス生成装置。
2. 前記酸化ガスは、５から１００重量％の酸素、好ましくは７から７０重量％の酸素、より好ましくは１０から３０重量％の酸素を含む請求項１に記載の高温ガスを生成する装置。
3. 前記還元ガスは、メタンおよび蒸気を基本として含む請求項１または２に記載の高温ガスを生成する装置。
4. 前記スイープガスは、二酸化炭素または蒸気を基本として含む請求項１から３のいずれか一項に記載の高温ガスを生成する装置。
5. 前記活性材料は、少なくとも酸化された形態および還元された形態を有する金属で、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、セリウム（Ｃｅ）、コバルト（Ｃｏ）および鉄（Ｆｅ）、ならびにこれら金属の任意の組み合わせを含むグループから選択されたものである請求項１から４のいずれか一項に記載の高温ガスを生成する装置。
6. 各モジュールは、複数の並列流路を画定する１組の同一のモノリスが装備され、前記流路の内壁は、前記活性材料で含浸される請求項１から５のいずれか一項に記載の高温ガスを生成する装置。
7. 各モジュールは、多孔性バスケットに閉じ込められた１組のボールまたは押出物が装備され、前記ボールまたは押出物は、前記活性材料の少なくとも一部を含む請求項１から５のいずれか一項に記載の高温ガスを生成する装置。
8. 前記スイープ段階において作動するモジュール数に対する前記酸化段階において作動するモジュール数が、１から１２、好ましくは１から１０である請求項１から５のいずれか一項に記載の高温ガスを生成する装置。
9. 前記リアクタモジュールの遅れ期間は、１０から５００秒間、好ましくは１０から１００秒間である請求項１から８のいずれか一項に記載の高温ガスを生成する装置。
10. 酸化、還元、またはスイープ段階で作動する各モジュール内の前記ガスの循環速度は、０．１から５０ｍ／ｓ、好ましくは０．５から１０ｍ／ｓである請求項１から９のいずれか一項に記載の高温ガスを生成する装置。
11. 各モジュールを構成する前記モノリスは、金属合金またはセラミックを含み、使用される前記材料は、例えば、密なアルミナ、ムライト、シリコンカーバイト、コーディアライト、またはフェクラロイなどの鉄、クロム、およびアルミニウムベースの合金から作られるグループから選択される請求項１から１０のいずれか一項に記載の高温ガスを生成する装置。
12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載の装置を使用するエネルギー生成方法であって、前記方法は、
    圧縮されてもよい酸化ガス、還元ガス、および不活性ガスを、リアクタの対応する領域、すなわち前記酸化、還元、およびスイープ領域に供給することと、
    前記酸化領域の排出物としての高温ガス、前記還元領域の排出物としての二酸化炭素および水を基本として含むガス、および前記スイープ領域の排出物としてのスイープガスを回収することと、
    補助ユニットにおいて、前記還元領域排出物に含まれる水から二酸化炭素を分離することとを含む方法。
    
    

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