Method of burning hydrocarbon

【発明の詳細な説明】 本発明は、燃焼工程、又は、化学的工程のための天然ガス、又は、他の炭化水素ガスのフィード流中の炭素含有量を減少し、これにより例えば、ガス専焼火力発電所に関連するガスの燃焼中における二酸化炭素の排出を所望の程度までなくするか、又は、少なくとも減少するための方法に関する。

化石燃料、石炭、天然ガス及び他の炭化水素の燃焼の間、蒸気の形態の水及び二酸化炭素の双方が廃ガス中に見い出される。 これらの二つのガスの発生比率は、当該燃料の炭素と水素の量の比に依存する。 石炭は殆ど二酸化炭素のみを生じ、メタンは水及び二酸化炭素を2:1の比で生じ、水素は水のみを生じる。 温室効果を低減する努力の結果において、二酸化炭素の排出は一層許容されなくなってきている。 従って、これらの排出を制限することは極めて重要であり、それらを全く除去することが最良の解決となる。

本発明の目的は、天然ガス及び炭化水素ガスの炭素含量を減少する方法を提供することにより、この状況を改善することにある。 この減少は、燃焼工程、又は、化学的工程の後に、CO ₂含量の所望の程度の減少が達成されるような方法で行われ得るべきである。 この減少は、もっとも燃料として純粋な水素が使用され、従って、CO ₂
の排出は完全になくなるに至るまで行うことができる。

従って、本発明の別の目的は、天然ガスが、例えばガスタービン内で、二酸化炭素の生成を著しく減少させる状態で燃料として使用されるようにすることにもある。

これらの目的は、提出した請求の範囲中の各請求項の特徴により特徴づけられる本発明による方法により達成される。

本発明は、炭化水素を炭素及び水素に熱分解できるという事実に基づく。 燃料として純粋な水素を用いることにより、二酸化炭素の排出が除去される。 燃料として使用される天然ガス、又は、炭化水素ガスから炭素が取り除かれれば、燃焼前に、二酸化炭素の排出は減少されることになる。

この種の減少は、燃焼工程、又は、化学的工程へのフィード流中の天然ガス、又は、炭化水素ガスの完全な、
又は、部分的な転化を行うことにより実施される。 フィード流が所望の程度まで炭素と水素とに分解され、減少した炭素含量を有するその天然ガスは、燃焼工程、又は、化学的工程に供され、同時に炭素成分は別の用途のために該工程から除去される。 そのような減少も、天然ガス、又は、炭化水素ガスのフィード流の一部を転化することにより実施され得る。

両方の場合において、炭素及び水素への分解にはエネルギーが必要である。 遊離した炭素はエネルギーの損失を意味するため、炭素含量が減少したガス中のエネルギー含量は、純粋な天然ガス、又は、炭化水素ガスに比べて低い。 その結果、純粋な天然ガス、又は、炭化水素ガスの場合と同じ実質的な効果を達成するためには、合計して、より多くのガスを工程中に供給しなけばならないことになる。 この追加量の範囲は、減少すべき炭素含量の程度、即ち、転化が行われなければならない程度、並びに、当該燃焼工程の効率に依存する。

目的は、燃焼ガスとしての純粋な水素を使用でき、これによりCO ₂排出を完全になくすことができるようにすることにある。

しかしながら、現存するプラントにおいては、純粋な水素の使用を妨げ、従って、一定量の炭化水素を添加することを必要とする作動条件が存在する。

従って、本方法は、一定量の天然ガス、又は、炭化水素を水素流に添加することを可能にするように意図されており、その量は作動条件によって調整することができる。

燃焼工程の後、廃ガスは当該技術分野で知られた方法により精製されるが、多くの場合、その精製方法は、例えば触媒精製の場合のように、非常に高価である。

今回、燃焼プラントのための燃料として使用される天然ガス、又は、炭化水素ガスの転化にかかる、即ち、燃焼前にかかる費用を補い、これにより燃焼流中のエネルギー損失にもかかわらず、経済的にも妥当な方法を達成できることが見い出された。 これは、本発明による方法において、熱分解方法に水素を加えて、純粋な炭素を製造することにより達成される。 炭素を含む材料は、カーボンブラックの形態で存在し、そして、それはそのような材料としては非常に高い価値を有する。 例えば、カーボンブラックは、冶金産業における還元剤として使用することができ、又は、伝統的な“カーボンブラック市場”に出すことができる。 炭素を含む材料がアルミニウム産業における陽極として使用される場合、これは、環境的観点及び経済的観点の両方において著しい改善を伴う。 何故ならば、この新規な陽極は電解質、即ち、生成物を汚染することも、環境を硫黄及びタールの排出によって汚染することもないからである。

従って、本発明により、経済的に利益のある工業的生産と環境の保護、即ち、汚染の減少という非常に好ましい組み合わせが得られる。

下記の節において、本方法を使用した実施例を用いて、本発明をより詳細に記載する。

一例として、エネルギー源として天然ガスをベースとするガス専焼火力発電所の操作が選択された。 この例は、本発明の主な原理を説明するためのものである。 本発明の他の適用例としては、純粋な水素の製造、並びに、天然ガス、又は、他の炭化水素ガスがエネルギー源として使用される全ての工程において、本方法は使用される。 本発明は、燃焼手段として水素をベースとする燃料電池を用いた発電に関するものに特に適している。

例えば天然ガス、例えばメタンの使用により作動されるガス専焼火力発電所への供給ラインにおいて、プラズマトーチを用いた熱分解の原理により作動され、導入される天然ガス、又は、炭化水素ガスを水素成分及び炭素粒子成分に分解させる反応器が提供されている。 この反応器は、分岐ライン、即ち、反応器に側路を付けるラインに配置し得る。 そのような反応器の操作方法及びこのためのプラズマトーチの構成は、出願人の同時に出願したノルウェー特許出願第914904号及び同ノルウェー特許出願第914907号に記載されている。 これらの特許文献に記載されているように、炭素成分について品質の制御を行うことができる。 生じた水素は、循環ラインを通ってトーチのプラズマ形成ガスとしても使用され、結果として、汚染を起こすことなく全反応器を操作することが可能になる。

その後、反応器からの水素ガスは、ガスタービンに送られ、そこで、単独で、又は、ガスタービン中の燃料としての炭化水素（メタン）と共に使用される。 このガスタービンは、慣用方法により作動される。 しかしながら、一つの主な違いは、二酸化炭素の排出が減少するか、又は、完全になくなることである。 二酸化炭素の排出が減少する度合いは、ガスタービンに供給される純粋な水素の比率がどれだけ高いかによる。 本方法を通して、この比率は、水素の混合がないものから純粋な水素までの全域にわたって調節され得る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フグダール ヤン ノールウェイ国 エヌ―7011 トロンハ イム ハラール ボットネルスヴェイグ 10 (72)発明者 ミュクレブスト ニルス ノールウェイ国 エヌ―7030 トロンハ イム ニーダロイガータ ６ベー (56)参考文献 特公 昭55−21785（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭56−4482（ＪＰ，Ｂ２)