JP7505100B1 - 性能を向上させるための熱分解反応器への入力を調整する方法及びシステム - Google Patents
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Abstract
Description
(a)燃料入口、酸化剤入口、燃焼生成物出口、及び排気出口を有する少なくとも1つの燃焼室と、
(b)燃焼室、燃焼生成物出口、原料入口、及び反応生成物出口と連通する燃焼生成物入口を有する少なくとも1つの混合室と、
(c)反応生成物出口と通じている水素及び炭素センサと、
(d)制御装置によって実行可能なプログラムコードと共に符号化されるメモリを有する制御装置とを含み、この制御装置は、
燃料/酸化剤の当量比の範囲内で少なくとも1つの燃焼室への第1の量の燃料及び酸化剤の供給を制御することを含み、第1の量の燃料及び酸化剤は燃焼して、燃焼生成物を生成し、また、少なくとも1つの混合室への原料及び燃焼生成物の供給を制御することを含み、燃焼生成物は原料と混合され、原料は、熱分解工程において、水素及び炭素を含む反応生成物に分解され、
水素センサ及び炭素センサを測定し、熱分解工程の間に水素及び炭素の生成物を決定(確定)することを含み、
測定された炭素及び水素の生成物が、目標とする炭素及び水素の仕様外であるときに、少なくとも1つの混合室への第2の量の酸化剤の供給を制御することを含み、供給された酸化剤は、少なくとも1つの混合室の壁に付着した炭素と反応させられ、
測定された炭素の生成物が、目標とする炭素の仕様外であるときに、燃料/酸化剤の当量比の範囲より高い、濃い(リッチな)燃料/酸化剤割合で、第3の量の燃料及び酸化剤の少なくとも1つの燃焼室への供給を制御することを含み、第3の量の燃料及び酸化剤は、燃焼して、燃焼生成物及び煤煙を生成し、また、少なくとも1つの混合室への原料、燃焼生成物、及び煤煙の供給を制御することを含み、燃焼生成物と煤煙は原料と混合され、原料は、熱分解工程において反応生成物に分解され、その煤煙は炭素生成の因子(種)となる。
1.対象の反応器1のために酸化剤バルブ37を開放しながら、定期的に燃料バルブ36を閉じて、燃焼室30に対する燃料の供給を停止し、それによって、酸化剤(例えば、純粋なO2)を、反応器1の燃焼室30に供給し、次いで、混合室10に供給し、反応器1の混合室10の入口バルブ12を閉じ、反応器1への原料ガスの供給を停止させる。
2.通常の反応サイクルの間、O2を反応器1の混合室10内で堆積した炭素と反応させ、主にCO2の排出ガスを形成させる。
3.反応器1の混合室の排出バルブ14を開放し、反応器1から排出ガスを排出する。
4.熱分解システム100における他の反応器2~nについても上記順序を繰り返す。
5.必要ならば、十分なサイクルが完了したことが判定(決定、確定)されるまで、全ての反応器に対して、再び付着物除去工程を繰り返し、炭素堆積物を除去する。
Claims (20)
- 熱分解反応器を作動するための方法であって、
燃料/酸化剤の当量比の範囲内で第1の量の燃料及び酸化剤を燃焼室に供給し且つ前記第1の量の燃料及び酸化剤を燃焼させて燃焼生成物を生成し、混合室に原料及び前記燃焼生成物を供給するステップを含み、前記燃焼生成物は、前記原料と混合され、前記原料は、熱分解工程において水素及び炭素を含む反応生成物に分解され、
前記熱分解工程の間に、前記炭素及び水素の生成物を測定するステップを含み、
前記測定された炭素及び水素の生成物が、目標とする炭素及び水素の仕様外であるときに、前記混合室に第2の量の酸化剤を供給し、前記供給した酸化剤を前記混合室の壁に付着した炭素と反応させるステップを含み、
前記測定された炭素の生成物のみが、目標とする炭素の仕様外であるときに、前記燃料/酸化剤の当量比の範囲を超える濃い燃料/酸化剤の割合で第3の量の前記燃料及び前記酸化剤を前記燃焼室に供給し且つ前記第3の量の前記燃料及び前記酸化剤を燃焼させて前記燃焼生成物及び煤煙を生成し、前記原料、前記燃焼生成物及び前記煤煙を前記混合室に供給するステップを含み、前記燃焼生成物及び前記煤煙は、前記原料と混合され、前記原料は、熱分解工程において前記反応生成物に分解され、前記煤煙は、炭素生成の因子となる、ことを特徴とする方法。 - 前記燃料/酸化剤の当量比の範囲は、0.9と1.1の間である請求項1に記載の方法。
- 少なくとも1つの前記燃料及び前記原料は、メタン、天然ガス、水素、エタン、プロパン、ブタン、及びその混合気からなる群から選択される請求項1又は2に記載の方法。
- 前記測定された炭素及び水素の生成物が、前記目標とする炭素及び水素の仕様外であるとき、前記方法は、前記燃焼室への前記燃料の供給を停止し且つ前記混合室への前記原料の供給を停止するステップと、前記燃焼室に前記第2の量の酸化剤を供給し、次いで、前記混合室に前記第2の量の酸化剤を供給して前記混合室の壁に付着した前記炭素と反応させるステップとを含む付着物除去工程を実行するステップを更に含む請求項1又は2に記載の方法。
- 前記測定された炭素及び水素の生成物が、前記目標とする炭素及び水素の仕様外であるときに、前記方法は、前記燃料/酸化剤の当量比の範囲を下回る薄い燃料/酸化剤の割合で前記混合室に第4の量の燃料及び酸化剤を供給し、前記第4の量の燃料及び前記第4の量の一部の酸化剤を燃焼させて前記燃焼生成物を生成し、前記混合室に不燃性の酸化剤を供給して前記混合室の壁に付着した前記炭素と反応させるステップを含むリーンバーン工程を実行するステップを更に含む請求項1又は2に記載の方法。
- 前記熱分解反応器は、混合室を各々有する多数の反応器を備え、前記方法は、1つの前記反応器の前記混合室で前記付着物除去工程を実行すると共に、1又はそれ以上の他の前記反応器で熱分解工程を実行するステップを更に含む請求項4に記載の方法。
- 前記燃料の供給を停止し、前記第2の量のみの前記酸化剤を順次前記多数の反応器の各々の反応器に供給し、それによって、各々の前記反応器の前記混合室で前記付着物除去工程を連続して実行するステップを更に含む請求項6に記載の方法。
- 炭素及び水素の生成物を測定するステップは、前記炭素及び水素の流量を測定するステップを含む請求項1又は2に記載の方法。
- 熱分解システムであって、
(a)燃料入口、酸化剤入口、燃焼生成物出口、及び排気口を有する少なくとも1つの燃焼室と、
(b)前記燃焼室、前記燃焼生成物出口、原料入口、及び反応生成物出口と連通する燃焼生成物入口を有する少なくとも1つの混合室と、
(c)前記反応生成物出口と通じている水素及び炭素センサと、
(d)制御装置は、前記制御装置によって実行可能なプログラムコードと共に符号化されるメモリを有し、前記制御装置は、
燃料/酸化剤の当量比の範囲内で第1の量の燃料及び酸化剤の前記少なくとも1つの燃焼室への供給を制御し、前記第1の量の燃料及び酸化剤は燃焼して燃焼生成物が生成され、前記少なくとも1つの混合室への前記原料及び前記燃焼生成物の供給を制御し、前記燃焼生成物は、前記原料と混合され、前記原料は、熱分解工程において水素及び炭素を含む反応生成物に分解され、
前記熱分解工程の間に、前記水素及び炭素センサを測定して前記水素及び炭素の生成物を確定し、
前記測定された炭素及び水素の生成物が、目標とする炭素及び水素の仕様外であるときに、第2の量の酸化剤の前記少なくとも1つの混合室への供給を制御し、前記供給された酸化剤が、前記少なくとも1つの混合室の壁に付着した炭素と反応させられ、
前記測定された炭素の生成物のみが、目標とする炭素の仕様外であるときに、前記燃料/酸化剤の当量比の範囲より高い濃い燃料/酸化剤の割合の第3の量の前記燃料及び前記酸化剤の前記少なくとも1つの燃焼室への供給を制御し、前記第3の量の前記燃料及び前記酸化剤が燃焼して、前記燃焼生成物及び煤煙が生成され、前記少なくとも1つの混合室への前記原料、前記燃焼生成物、前記煤煙の供給を制御し、前記燃焼生成物及び前記煤煙は、前記原料と混合され、前記原料は、熱分解工程において前記反応生成物に分解され、前記煤煙は、炭素生成の因子となる、ことを特徴とするシステム。 - 前記燃料/酸化剤の当量比の範囲は、0.9~1.1の間である請求項9に記載のシステム。
- 前記炭素及び水素センサは、質量流量センサである請求項9に記載のシステム。
- 少なくとも1つの前記原料及び前記燃料は、メタン、天然ガス、水素、エタン、プロパン、ブタン、及びその混合気からなる群から選択されることを特徴とする請求項9又は10に記載のシステム。
- 多数の反応器を更に含み、各々の反応器は、少なくとも1つの前記燃焼室を備える請求項9~11のいずれか一つに記載のシステム。
- 前記少なくとも1つの混合室は、前記多数の反応器の各々の燃焼室と連通する共通の混合室である請求項13に記載のシステム。
- 各々の反応器が、少なくとも1つの前記混合室を備え、前記多数の反応器の各々の混合室と連通する共通の反応生成物導管を更に備え、前記水素及び炭素センサは、前記共通の反応生成物導管内に位置する請求項13に記載のシステム。
- 前記多数の反応器の各々の混合室及並びに炭素セパレータ及び水素セパレータと連通する共通の反応生成物導管を更に備え、前記水素センサは、前記水素セパレータの下流に位置し、前記炭素センサは、前記炭素セパレータの下流に位置する請求項15に記載のシステム。
- 前記制御装置のメモリが、前記多数の反応器の各々の反応器に対して付着物除去工程を順次実行するように、前記制御装置によって実行可能なプログラムコードと共に更に符号化され、前記付着物除去工程は、各々の反応器について、前記燃焼室及び前記混合室のそれぞれへの前記燃料及び前記原料の供給を停止し、前記燃焼室に前記第2の量の酸化剤のみを供給し、次いで、前記混合室に前記第2の量の酸化剤のみを供給することを順次行ない、前記供給された酸化剤が、前記各々の混合室の壁に付着した前記炭素と反応させられる請求項9に記載のシステム。
- 前記制御装置が、前記付着物除去工程を実行している前記反応器を除く全ての前記反応器への前記燃料、前記酸化剤、及び前記原料の供給を制御して通常の熱分解工程を実行させ、前記システムが、前記各々の反応器で前記付着物除去工程を順次実行している間に炭素及び水素を生成し続けるようにする請求項17に記載のシステム。
- 熱分解反応器を作動させる方法であって、
0.9~1.1の燃料/酸化剤の当量比内で第1の量の燃料及び酸化剤を燃焼室に供給し且つ前記第1の量の燃料及び酸化剤を燃焼させて燃焼生成物を生成し、原料及び前記燃焼生成物を混合室に供給するステップを含み、前記原料は、前記燃焼生成物と混合され、熱分解工程において水素及び炭素を含む反応生成物に分解され、
前記熱分解工程の間に、前記炭素及び水素の生成物を測定モニタリングするステップを含み、
前記測定モニタリングされた炭素及び水素の生成物が、目標とする炭素及び水素の仕様外であるときに、第2の量の酸化剤を前記混合室に供給し、前記供給された第2の量の酸化剤を前記混合室の壁に付着した前記炭素と反応させるステップを含む、方法。 - 熱分解反応器を作動させる方法であって、
0.9~1.1の燃料/酸化剤の当量比内で第1の量の燃料及び酸化剤を燃焼室に供給し且つ前記第1の量の燃料及び酸化剤を燃焼させて燃焼生成物を生成し、原料及び前記燃焼生成物を混合室に供給するステップを含み、前記原料は、前記燃焼生成物と混合され且つ熱分解工程において水素及び炭素を含む反応生成物に分解され、
前記熱分解工程の間に、前記炭素及び水素の生成物を測定するステップを含み、
前記測定された炭素の生成物のみが目標とする炭素の仕様外にあるときに、1.1より大きい燃料及び酸化剤の当量比を有する濃い燃料/酸化剤の割合で第2の量の前記燃料及び前記酸化剤を前記燃焼室に供給し且つ前記第2の量の前記燃料及び前記酸化剤を燃焼させて前記燃焼生成物及び煤煙を生成するステップを含み、前記原料、前記燃焼生成物、及び前記煤煙を前記混合室に供給するステップを含み、前記燃焼生成物及び前記煤煙は、前記原料と混合され、前記原料は、熱分解工程において反応生成物に分解され、前記煤煙は、炭素生成の因子となる、ことを特徴とする方法。
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