JP2003054927A - System and method of recovering carbon dioxide - Google Patents
System and method of recovering carbon dioxideInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、含炭素燃料の燃焼
を伴うシステムにおける二酸化炭素を回収するシステム
および方法に関する。ここで、含炭素燃料の燃焼を伴う
システムには、燃焼炉、ボイラ、ガスタービン、ガスエ
ンジン、燃料電池などの種々の燃焼装置、ないしは発電
装置に使われる天然ガス、都市ガス、ＬＰＧ、あるいは
合成燃料など（メタノール、ジメチルエーテルなど）が
含まれる。FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to systems and methods for carbon dioxide capture in systems involving the combustion of carbon-containing fuels. Here, the system involving the combustion of carbon-containing fuel includes various combustion devices such as a combustion furnace, a boiler, a gas turbine, a gas engine, and a fuel cell, or natural gas, city gas, LPG, or synthetic gas used in a power generation device. Includes fuels such as methanol and dimethyl ether.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、地球の温暖化現象の原因の一つと
して、炭酸ガス、すなわち二酸化炭素による温室効果が
指摘され、地球環境を守る上で国際的にもその対策が急
務となっている。2. Description of the Related Art In recent years, the greenhouse effect of carbon dioxide gas, that is, carbon dioxide, has been pointed out as one of the causes of the global warming phenomenon, and it is an urgent international task to take measures to protect the global environment. .
【０００３】この炭酸ガス（二酸化炭素）は、人類の膨
大なエネルギー利用を賄うために各国で化石燃料（含炭
素燃料）を消費（燃焼）してエネルギーを産出する際に
排出されるものであり、上述した温室効果を低減して温
暖化現象を抑制するために、今後、化石燃料燃焼時の二
酸化炭素排出規制が一層強化される傾向にある。This carbon dioxide gas (carbon dioxide) is emitted when fossil fuels (carbon-containing fuels) are consumed (burned) in each country to produce energy in order to cover the vast amount of energy used by mankind. In order to reduce the above-mentioned greenhouse effect and suppress the global warming phenomenon, carbon dioxide emission regulations during fossil fuel combustion tend to be further tightened in the future.
【０００４】したがって、各国では、化石燃料以外の代
替エネルギーの研究とともに、大量の化石燃料を使用す
る火力発電所（発電プラント）などの動力（エネルギ
ー）発生設備（エネルギー発生プラント）を対象に、化
石燃料燃焼時に排出された排ガス中の炭酸ガス（二酸化
炭素）の回収方法、および回収された炭酸ガスを大気へ
放出することなく貯蔵する方法が精力的に研究されてい
る。Therefore, in each country, in addition to research on alternative energy other than fossil fuels, fossil fuels are targeted for power (energy) generating facilities (energy generating plants) such as thermal power plants (power plants) that use a large amount of fossil fuels. Actively researching a method for recovering carbon dioxide gas (carbon dioxide) in exhaust gas discharged during fuel combustion and a method for storing the recovered carbon dioxide gas without releasing it to the atmosphere.
【０００５】従来の二酸化炭素を分離回収する方法とし
ては、例えば特開平５−１８４８６５号公報に開示のも
のがある。これは、アミン水溶液（ここではモノエタノ
ールアミン水溶液）を用いて、燃焼排ガスから二酸化炭
素を分離回収する、いわゆるアミン法による二酸化炭素
回収方法である。A conventional method for separating and recovering carbon dioxide is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 5-184865. This is a so-called amine method for carbon dioxide recovery in which carbon dioxide is separated and recovered from combustion exhaust gas using an amine aqueous solution (here, monoethanolamine aqueous solution).
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たアミン法を用いた燃焼排ガスからの二酸化炭素分離回
収方法においては、大量の窒素と未燃酸素が含まれ二酸
化炭素濃度の薄くなった大流量の燃焼排ガスを吸収塔に
導入するため、吸引ファン（あるいは押し込みファン）
などの動力（電気エネルギー）を必要としていた。However, in the method for separating and recovering carbon dioxide from flue gas using the amine method described above, a large amount of nitrogen and unburned oxygen are contained and the carbon dioxide concentration is reduced to a large flow rate. Suction fan (or push-in fan) for introducing combustion exhaust gas into the absorption tower
Required power (electrical energy).
【０００７】さらに、上述した従来のアミン法を用いた
二酸化炭素分離回収方法においては、二酸化炭素分離材
料としてモノエタノールアミン水溶液を用いており、そ
のモノエタノールアミン水溶液の単位体積当たりの二酸
化炭素吸収量が大きくないために、大流量のアミン水溶
液を循環させる必要があり、ポンプ動力を大量に消費し
ていた。Furthermore, in the above-mentioned conventional carbon dioxide separation and recovery method using the amine method, a monoethanolamine aqueous solution is used as the carbon dioxide separating material, and the carbon dioxide absorption amount per unit volume of the monoethanolamine aqueous solution. Since it is not so large, it was necessary to circulate a large flow rate of the amine aqueous solution, and a large amount of pump power was consumed.
【０００８】したがって、二酸化炭素分離回収システム
全体のエネルギー効率は低く、この二酸化炭素分離回収
システムを用いた発電プラントなどのエネルギー発生プ
ラント全体のエネルギー効率を低下させていた。Therefore, the energy efficiency of the entire carbon dioxide separation and recovery system is low, and the energy efficiency of the entire energy generation plant such as a power plant using this carbon dioxide separation and recovery system is lowered.
【０００９】また、従来のアミン法を用いた二酸化炭素
分離回収方法においては、二酸化炭素を吸収したモノエ
タノールアミン水溶液を加熱する際に必要な大量の熱エ
ネルギーは、低温廃熱として他に利用されることなく廃
棄されるため、二酸化炭素分離回収システム全体の熱効
率およびエネルギー効率をそれぞれ低下させ、この二酸
化炭素分離回収システムを用いたエネルギー発生プラン
ト全体の熱効率およびエネルギー効率をそれぞれ低下さ
せていた。In addition, in the conventional carbon dioxide separation and recovery method using the amine method, a large amount of heat energy required for heating the monoethanolamine aqueous solution having absorbed carbon dioxide is used as other low temperature waste heat. Since it is discarded without being used, the thermal efficiency and energy efficiency of the entire carbon dioxide separation and recovery system are respectively reduced, and the thermal efficiency and energy efficiency of the entire energy generation plant using this carbon dioxide separation and recovery system are respectively reduced.
【００１０】本発明は、上述した事情に鑑みてなされた
もので、二酸化炭素回収に要するエネルギーを削減し、
システム全体およびエネルギー発生プラント全体のエネ
ルギー効率を向上可能な二酸化炭素分離回収システムお
よび方法を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and reduces the energy required for carbon dioxide recovery,
An object of the present invention is to provide a carbon dioxide separation and capture system and method capable of improving the energy efficiency of the entire system and the entire energy generation plant.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために、請求項１の発明は、含炭素燃料と水蒸気とを反
応させて二酸化炭素と水素を生成するとともに吸熱する
燃料改質反応を促進する燃料改質触媒と、二酸化炭素を
吸収するとともにその二酸化炭素吸収反応によって発熱
する二酸化炭素吸収材と、を充填した反応器を備え、そ
の反応器に含炭素燃料と水蒸気を導入して、その反応器
内で前記燃料改質反応および前記二酸化炭素吸収反応を
同時に起こさせる手段と、前記改質燃料または前記含炭
素燃料の一部を燃焼させて燃焼ガスを生成し、この燃焼
ガスによって、前記二酸化炭素を吸収した二酸化炭素吸
収材を加熱し、その二酸化炭素吸収材に吸収された二酸
化炭素を放出する手段と、を有すること、を特徴とす
る。In order to achieve the above-mentioned object, the invention of claim 1 is directed to a fuel reforming reaction in which a carbon-containing fuel and water vapor are reacted to generate carbon dioxide and hydrogen and endothermic. A fuel reforming catalyst that promotes, and a carbon dioxide absorbent that absorbs carbon dioxide and generates heat by the carbon dioxide absorption reaction are provided with a reactor filled with the carbon-containing fuel and steam, and A means for causing the fuel reforming reaction and the carbon dioxide absorption reaction at the same time in the reactor, and a combustion gas is generated by burning a part of the reformed fuel or the carbon-containing fuel, and by this combustion gas, Means for heating the carbon dioxide absorbent that has absorbed the carbon dioxide and releasing the carbon dioxide absorbed by the carbon dioxide absorbent.
【００１２】請求項１の発明によれば、二酸化炭素分離
・回収に余分なエネルギーを用いる必要がないため、二
酸化炭素分離回収システムのエネルギー効率を向上さ
せ、このシステムを用いたエネルギー発生プラントのエ
ネルギー効率を高く維持することができる。According to the invention of claim 1, since it is not necessary to use extra energy for carbon dioxide separation / recovery, the energy efficiency of the carbon dioxide separation / collection system is improved, and the energy of the energy generation plant using this system is improved. High efficiency can be maintained.
【００１３】また、請求項２の発明は、請求項１に記載
の二酸化炭素回収システムにおいて、前記反応器は複数
個あって、第１の反応器と第２の反応器とを含み、前記
第１の反応器で前記燃料改質反応および前記二酸化炭素
吸収反応を起こさせ、かつ前記第２の反応器で前記二酸
化炭素を放出する反応を起こさせる手段と、前記第１の
反応器で前記二酸化炭素を放出する反応を起こさせ、か
つ前記第２の反応器で前記燃料改質反応および前記二酸
化炭素吸収反応を起こさせる手段と、を有すること、を
特徴とする。The invention of claim 2 is the carbon dioxide recovery system according to claim 1, wherein there are a plurality of the reactors, and the first reactor and the second reactor are included. A means for causing the fuel reforming reaction and the carbon dioxide absorption reaction in one reactor and a reaction for releasing the carbon dioxide in the second reactor; and a means for causing the carbon dioxide absorption reaction in the first reactor. Means for causing a reaction to release carbon and causing the fuel reforming reaction and the carbon dioxide absorption reaction in the second reactor.
【００１４】請求項２の発明によれば、請求項１の発明
の作用・効果が得られるほか、第１と第２の反応器で異
なる反応が同時に進行するので、システム全体としては
ほぼ連続的に、燃料改質反応および二酸化炭素吸収反応
ならびに二酸化炭素放出反応を起こさせることができ
る。According to the invention of claim 2, in addition to the effects and advantages of the invention of claim 1, different reactions proceed simultaneously in the first and second reactors, so that the entire system is substantially continuous. In addition, it is possible to cause a fuel reforming reaction, a carbon dioxide absorption reaction, and a carbon dioxide release reaction.
【００１５】また、請求項３の発明は、請求項１または
２に記載の二酸化炭素回収システムにおいて、前記反応
器は、前記燃料改質触媒および前記二酸化炭素吸収材が
充填された複数の反応管を有し、これらの反応管の内部
に前記含炭素燃料および水蒸気が供給され、前記反応管
の外側を前記燃焼ガスが流れるように構成されているこ
と、を特徴とする。請求項３の発明によれば、請求項１
または２の発明の作用・効果が得られるほか、反応器内
のガスの分離と熱交換を効率的に行うことができる。Further, the invention of claim 3 is the carbon dioxide recovery system according to claim 1 or 2, wherein the reactor comprises a plurality of reaction tubes filled with the fuel reforming catalyst and the carbon dioxide absorbent. And the carbon-containing fuel and water vapor are supplied to the inside of these reaction tubes, and the combustion gas flows outside the reaction tubes. According to the invention of claim 3, claim 1
Alternatively, in addition to the effects and advantages of the second aspect of the invention, gas separation and heat exchange in the reactor can be efficiently performed.
【００１６】また、請求項４の発明は、請求項１、２ま
たは３に記載の二酸化炭素回収システムにおいて、前記
二酸化炭素吸収反応によって発生する熱を、前記燃料改
質反応で必要な熱として吸収させるように構成されてい
ること、を特徴とする。Further, in the invention of claim 4, in the carbon dioxide recovery system according to claim 1, 2 or 3, the heat generated by the carbon dioxide absorption reaction is absorbed as heat necessary for the fuel reforming reaction. It is characterized in that it is configured to.
【００１７】請求項４の発明によれば、請求項１、２ま
たは３の発明の作用・効果が得られるほか、燃料改質反
応と二酸化炭素吸収反応を同時にかつ効率的に進めるこ
とができる。According to the invention of claim 4, in addition to the effects and advantages of the invention of claim 1, 2 or 3, the fuel reforming reaction and the carbon dioxide absorption reaction can be simultaneously and efficiently advanced.
【００１８】また、請求項５の発明は、請求項１ないし
４のいずれかに記載の二酸化炭素回収システムにおい
て、前記燃焼ガスが有する熱エネルギーの一部を、前記
燃料改質反応で必要な反応熱として利用するように構成
されていること、を特徴とする。Further, the invention of claim 5 is the carbon dioxide recovery system according to any one of claims 1 to 4, wherein a part of the thermal energy of the combustion gas is required for the fuel reforming reaction. It is configured to be used as heat.
【００１９】請求項５の発明によれば、請求項１ないし
４のいずれかの発明の作用・効果が得られるほか、燃焼
ガスの有する熱エネルギーが有効に活用されるので、エ
ネルギー効率を一層高めることができる。According to the invention of claim 5, the action and effect of the invention of any one of claims 1 to 4 can be obtained, and since the thermal energy of the combustion gas is effectively utilized, the energy efficiency is further enhanced. be able to.
【００２０】また、請求項６の発明は、請求項１ないし
５のいずれかに記載の二酸化炭素回収システムにおい
て、前記燃焼ガスが有する熱エネルギーの一部を、前記
水蒸気の発生および前記含炭素燃料の予熱のうちの少な
くとも一方に利用するように構成されていること、を特
徴とする。Further, the invention of claim 6 is the carbon dioxide recovery system according to any one of claims 1 to 5, wherein a part of the thermal energy of the combustion gas is generated from the steam and the carbon-containing fuel. Is configured to be used for at least one of the preheating.
【００２１】請求項６の発明によれば、請求項１ないし
５のいずれかの発明の作用・効果が得られるほか、燃焼
ガスが有する熱エネルギーがさらに有効に活用されるの
で、エネルギー効率を一層高めることができる。According to the invention of claim 6, the operation and effect of any one of claims 1 to 5 can be obtained, and the thermal energy of the combustion gas can be used more effectively, so that the energy efficiency can be further improved. Can be increased.
【００２２】また、請求項７の発明は、請求項１ないし
６のいずれかに記載の二酸化炭素回収システムにおい
て、前記放出された二酸化炭素の有する熱エネルギーの
一部を、前記水蒸気の発生および前記含炭素燃料の予熱
のうちの少なくとも一方に利用するように構成されてい
ること、を特徴とする。The invention of claim 7 is the carbon dioxide recovery system according to any one of claims 1 to 6, wherein a part of the thermal energy of the released carbon dioxide is generated by the generation of the water vapor and the generation of the water vapor. It is configured to be used for at least one of preheating of carbon-containing fuel.
【００２３】請求項７の発明によれば、請求項１ないし
６のいずれかの発明の作用・効果が得られるほか、放出
された二酸化炭素の有する熱エネルギーが有効に活用さ
れるので、エネルギー効率を一層高めることができる。According to the invention of claim 7, the operation and effect of any one of claims 1 to 6 can be obtained, and the thermal energy of the released carbon dioxide can be effectively utilized, resulting in energy efficiency. Can be further enhanced.
【００２４】また、請求項８の発明は、請求項１ないし
７のいずれかに記載の二酸化炭素回収システムにおい
て、前記改質燃料が有する熱エネルギーの一部を、前記
燃焼ガスを生成するための燃焼用空気の予熱および水蒸
気の発生のうちの少なくとも一方に利用するように構成
されていること、を特徴とする。The invention according to claim 8 is the carbon dioxide recovery system according to any one of claims 1 to 7, wherein a part of the thermal energy of the reformed fuel is used to generate the combustion gas. It is configured to be used for at least one of preheating combustion air and generating steam.
【００２５】請求項８の発明によれば、請求項１ないし
７のいずれかの発明の作用・効果が得られるほか、改質
燃料の有する熱エネルギーが有効に活用されるので、エ
ネルギー効率を一層高めることができる。According to the invention of claim 8, the operation and effect of any of the inventions of claims 1 to 7 can be obtained, and the thermal energy of the reformed fuel is effectively utilized, so that the energy efficiency is further improved. Can be increased.
【００２６】また、請求項９の発明は、請求項１ないし
８のいずれかに記載の二酸化炭素回収システムにおい
て、前記改質燃料に含まれる水蒸気を凝縮させて、凝縮
潜熱を回収するように構成されていること、を特徴とす
る。Further, the invention of claim 9 is the carbon dioxide recovery system according to any one of claims 1 to 8, wherein the steam contained in the reformed fuel is condensed to recover the latent heat of condensation. It is characterized by being.
【００２７】請求項９の発明によれば、請求項１ないし
８のいずれかの発明の作用・効果が得られるほか、改質
燃料に含まれる水蒸気の凝縮潜熱が回収されるので、エ
ネルギー効率を一層高めることができる。According to the invention of claim 9, in addition to the effects and advantages of any one of claims 1 to 8, the latent heat of condensation of steam contained in the reformed fuel is recovered, so that the energy efficiency is improved. It can be further enhanced.
【００２８】また、請求項１０の発明は、請求項１ない
し９のいずれかに記載の二酸化炭素回収システムにおい
て、前記二酸化炭素吸収材は、二酸化炭素を吸収して炭
酸塩を生成する化合物を含むこと、を特徴とする。[0028] The invention of claim 10 is the carbon dioxide recovery system according to any one of claims 1 to 9, wherein the carbon dioxide absorbent contains a compound that absorbs carbon dioxide to form a carbonate. It is characterized by
【００２９】請求項１０の発明によれば、請求項１ない
し９のいずれかの発明の作用・効果が得られるほか、現
実的な吸収温度、再生温度で、二酸化炭素の吸収と再生
の各反応を効果的に起こさせることができる。According to the tenth aspect of the invention, in addition to the effects and advantages of the first aspect of the invention, the carbon dioxide absorption and regeneration reactions can be performed at realistic absorption and regeneration temperatures. Can be caused effectively.
【００３０】また、請求項１１の発明は、請求項１０に
記載の二酸化炭素回収システムにおいて、前記化合物は
リチウムの複合酸化物であること、を特徴とする。請求
項１１の発明によれば、請求項１０の発明の作用・効果
が得られるほか、各反応をより現実的に効果的に起こさ
せることができる。The eleventh aspect of the invention is characterized in that in the carbon dioxide recovery system according to the tenth aspect, the compound is a lithium complex oxide. According to the invention of claim 11, the action and effect of the invention of claim 10 can be obtained, and each reaction can be more effectively and effectively caused.
【００３１】また、請求項１２の発明は、請求項１ない
し１１のいずれかに記載の二酸化炭素回収システムを用
いて二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収方法である。
請求項１２の発明によれば、請求項１ないし１１のいず
れかの発明のシステムを用いた方法として実施すること
ができる。The twelfth aspect of the present invention is a carbon dioxide recovery method for recovering carbon dioxide using the carbon dioxide recovery system according to any one of the first to eleventh aspects.
According to the invention of claim 12, it can be implemented as a method using the system of any one of claims 1 to 11.
【００３２】また、請求項１３の発明は、燃料改質触媒
および二酸化炭素吸収材を充填した反応器内に含炭素燃
料と水蒸気とを導入する工程と、前記反応器内で、二酸
化炭素と水素を生成するとともに吸熱する燃料改質反応
を起こさせ、これと同時に前記二酸化炭素吸収材に前記
二酸化炭素を吸収して発熱する二酸化炭素吸収反応を起
こさせる工程と、前記改質燃料または前記含炭素燃料の
一部を燃焼させて燃焼ガスを生成する工程と、前記燃焼
ガスによって、前記二酸化炭素を吸収した二酸化炭素吸
収材を加熱し、その二酸化炭素吸収材に吸収された二酸
化炭素を放出する工程と、を有すること、を特徴とす
る。The invention according to claim 13 is the step of introducing the carbon-containing fuel and steam into a reactor filled with a fuel reforming catalyst and a carbon dioxide absorbent, and in the reactor, carbon dioxide and hydrogen are introduced. Generating a heat-reducing fuel reforming reaction, and at the same time causing a carbon dioxide absorbing reaction in which the carbon dioxide absorbent absorbs the carbon dioxide to generate heat, the reformed fuel or the carbon-containing material. A step of burning a part of the fuel to generate a combustion gas, and a step of heating the carbon dioxide absorbent that has absorbed the carbon dioxide by the combustion gas, and releasing the carbon dioxide absorbed by the carbon dioxide absorbent And having.
【００３３】請求項１３の発明によれば、二酸化炭素分
離・回収に余分なエネルギーを用いる必要がないため、
二酸化炭素分離回収システムのエネルギー効率を向上さ
せ、このシステムを用いたエネルギー発生プラントのエ
ネルギー効率を高く維持することができる。According to the thirteenth aspect of the present invention, since it is not necessary to use extra energy for carbon dioxide separation / recovery,
It is possible to improve the energy efficiency of the carbon dioxide separation and capture system and maintain the high energy efficiency of the energy generation plant using this system.
【００３４】また、請求項１４の発明は、請求項１２ま
たは１３に記載の二酸化炭素回収方法において、前記燃
料改質および二酸化炭素吸収を４００℃以上かつ７００
℃以下で行うことを特徴とする。請求項１４の発明によ
れば、請求項１２または１３の発明の作用・効果が得ら
れるほか、燃料改質および二酸化炭素吸収の反応を促進
することができる。The invention of claim 14 is the method for recovering carbon dioxide according to claim 12 or 13, wherein the fuel reforming and carbon dioxide absorption are 400 ° C. or higher and 700 or more.
It is characterized in that it is performed at a temperature of ℃ or less. According to the invention of claim 14, the action and effect of the invention of claim 12 or 13 can be obtained, and the reactions of fuel reforming and carbon dioxide absorption can be promoted.
【００３５】また、請求項１５の発明は、請求項１２、
１３または１４に記載の二酸化炭素回収方法において、
前記二酸化炭素放出を７００℃以上かつ９００℃以下で
行うことを特徴とする。請求項１５の発明によれば、請
求項１２、１３または１４の発明の作用・効果が得られ
るほか、二酸化炭素放出の反応を促進することができ
る。The invention of claim 15 is based on claim 12,
In the carbon dioxide recovery method according to 13 or 14,
It is characterized in that the carbon dioxide is released at 700 ° C. or higher and 900 ° C. or lower. According to the invention of claim 15, the action and effect of the invention of claim 12, 13 or 14 can be obtained, and the reaction of carbon dioxide release can be promoted.
【００３６】[0036]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。
［第１の実施の形態］本発明の第１の実施の形態に係る
二酸化炭素回収システムおよび方法について、図１ない
し図３を参照して説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. [First Embodiment] A carbon dioxide recovery system and method according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
【００３７】図１に示すように、ボイラ１の燃料である
天然ガス３は分配器４０で分配され、その一部が二酸化
炭素回収システム２に導入され、天然ガス３が水素リッ
チな改質燃料４に転換されるとともに、天然ガス３に含
まれる炭素分が二酸化炭素５として回収される。得られ
た改質燃料４は、残りの天然ガスと混合器４１で混合さ
れ、さらに空気が注入されてボイラ１に導入されて燃焼
される。As shown in FIG. 1, the natural gas 3 which is the fuel of the boiler 1 is distributed by the distributor 40, a part of which is introduced into the carbon dioxide recovery system 2, and the natural gas 3 is a hydrogen-rich reformed fuel. While being converted into 4, the carbon content contained in the natural gas 3 is recovered as carbon dioxide 5. The reformed fuel 4 thus obtained is mixed with the rest of the natural gas in the mixer 41, air is further injected, and the mixture is introduced into the boiler 1 and burned.
【００３８】二酸化炭素回収システム２には、天然ガス
３のほか、燃料改質用の水６と、得られた改質燃料の一
部を燃焼するための空気７が供給され、改質燃料４の一
部を燃焼した燃焼排ガス８と回収した二酸化炭素５が放
出される。図１では、ボイラ燃料の一部から二酸化炭素
を回収しているが、ボイラ燃料を全て二酸化炭素回収シ
ステム２に導入して二酸化炭素回収量を増加させること
も可能である。In addition to the natural gas 3, the carbon dioxide recovery system 2 is supplied with water 6 for fuel reforming and air 7 for burning a part of the obtained reformed fuel. The flue gas 8 that has burned a part of it and the recovered carbon dioxide 5 are released. In FIG. 1, carbon dioxide is recovered from a part of the boiler fuel, but it is also possible to introduce all the boiler fuel into the carbon dioxide recovery system 2 to increase the carbon dioxide recovery amount.
【００３９】このように、二酸化炭素回収システム２
は、ボイラの燃料である天然ガスを燃焼前に改質して炭
素分を二酸化炭素として回収するシステムであり、従来
のアミン法などのように燃焼排ガスから二酸化炭素を回
収するシステムと大きく異なる。Thus, the carbon dioxide recovery system 2
Is a system for recovering carbon dioxide as carbon dioxide by reforming natural gas, which is a fuel for a boiler, before combustion, and is significantly different from a system for recovering carbon dioxide from combustion exhaust gas such as the conventional amine method.
【００４０】図２に示すように、二酸化炭素回収システ
ム２は、第１の反応器９、第２の反応器１０、蒸発器１
１、熱回収器１２、給水ポンプ１３などから成る。第１
の反応器９、第２の反応器１０は同じ構造であるが、図
２においては、第１の反応器９は燃料改質・二酸化炭素
吸収（二酸化炭素分離）運転モードにあり、第２の反応
器１０は、二酸化炭素放出（再生）運転モードにあっ
て、所定時間ごとに、弁などの切替えによってガスの流
れを変え、両方の運転モードを逆にする。図２の流れの
詳細については後述する。As shown in FIG. 2, the carbon dioxide recovery system 2 comprises a first reactor 9, a second reactor 10 and an evaporator 1.
1, a heat recovery unit 12, a water supply pump 13, and the like. First
2 has the same structure, but in FIG. 2, the first reactor 9 is in the fuel reforming / carbon dioxide absorption (carbon dioxide separation) operation mode, and the second reactor 9 of FIG. The reactor 10 is in a carbon dioxide emission (regeneration) operation mode, and changes the gas flow by switching a valve or the like every predetermined time, and reverses both operation modes. Details of the flow of FIG. 2 will be described later.
【００４１】図３に、燃料改質・二酸化炭素吸収運転モ
ードにある反応器（図２の第１の反応器９）の概要を示
す。反応器９は、耐熱容器１９を有し、耐熱容器１９の
内部に、複数の平行な円筒状の反応管１８が配置されて
いる。各反応管１８内には、それぞれ粒状の改質触媒１
６と二酸化炭素吸収材１７（以下、吸収材と略す）が混
合して充填されている。FIG. 3 shows an outline of the reactor (first reactor 9 in FIG. 2) in the fuel reforming / carbon dioxide absorption operation mode. The reactor 9 has a heat-resistant container 19, and a plurality of parallel cylindrical reaction tubes 18 are arranged inside the heat-resistant container 19. A granular reforming catalyst 1 is provided in each reaction tube 18.
6 and carbon dioxide absorbent 17 (hereinafter abbreviated as absorbent) are mixed and filled.
【００４２】図３に示すように、これらの反応管１８内
に、第１のマニホルド５０を通して天然ガス３および水
蒸気１４が導入される。また、反応管１８から出た改質
燃料４は、第２のマニホルド５１を通じて反応器９から
出て行く。また、燃焼ガス１５が耐熱容器１９の内側で
反応管１８の外側に導入され、反応管１８の外側から内
側を加熱するようになっている。As shown in FIG. 3, natural gas 3 and water vapor 14 are introduced into the reaction tubes 18 through the first manifold 50. Further, the reformed fuel 4 that has exited from the reaction tube 18 exits from the reactor 9 through the second manifold 51. Further, the combustion gas 15 is introduced inside the heat-resistant container 19 to the outside of the reaction tube 18 and heats the inside from the outside of the reaction tube 18.
【００４３】改質触媒１６は、ニッケルなどをアルミナ
に担持させたペレット状の触媒で、９００℃程度の高温
でも使用できるものが望ましい。吸収材１７は、吸収材
粒子をペレット状に成型したものである。本実施形態で
は、吸収材粒子として、リチウムの複合酸化物（化合
物）であるリチウムシリケート（Ｌｉ４ＳｉＯ４）を含
んでいるものとする。The reforming catalyst 16 is a pellet catalyst in which nickel or the like is supported on alumina, and it is desirable that the reforming catalyst 16 can be used even at a high temperature of about 900.degree. The absorber 17 is formed by pelletizing absorber particles. In the present embodiment, the absorbent particles contain lithium silicate (Li 4 SiO 4 ) which is a composite oxide (compound) of lithium.
【００４４】吸収材粒子に含まれた化合物であるリチウ
ムシリケートは、所定の温度（吸収温度）で二酸化炭素
を選択的に吸収し、その吸収温度よりも高い温度（再生
温度）において吸収した二酸化炭素を再生（放出）する
性質を有しており、例えば、吸収温度は約６００℃であ
り、再生温度は約８５０℃である。Lithium silicate, which is a compound contained in the absorbent particles, selectively absorbs carbon dioxide at a predetermined temperature (absorption temperature) and absorbs carbon dioxide at a temperature higher than the absorption temperature (regeneration temperature). Is regenerated (released), for example, the absorption temperature is about 600 ° C and the regeneration temperature is about 850 ° C.
【００４５】なお、リチウムシリケートなどのリチウム
の複合酸化物は、自らの体積の４００倍の二酸化炭素を
吸収することができ、アミン水溶液に比べて、多量の二
酸化炭素を吸収することができる。A lithium composite oxide such as lithium silicate can absorb 400 times its own volume of carbon dioxide, and can absorb a large amount of carbon dioxide as compared with an amine aqueous solution.
【００４６】燃料改質・二酸化炭素吸収運転モードで
は、反応管１８内に天然ガス３と水蒸気１４を導入し、
下記の燃料改質反応（a）と、二酸化炭素吸収反応（b）
によって、天然ガス３を水素リッチな改質燃料４に転換
するとともに、生成した二酸化炭素５を吸収材と反応さ
せ分離回収する。反応温度は６００℃程度である。In the fuel reforming / carbon dioxide absorption operation mode, the natural gas 3 and the steam 14 are introduced into the reaction tube 18,
The following fuel reforming reaction (a) and carbon dioxide absorption reaction (b)
Thus, the natural gas 3 is converted into the hydrogen-rich reformed fuel 4, and the generated carbon dioxide 5 is reacted with the absorbent to be separated and recovered. The reaction temperature is about 600 ° C.
【００４７】 CH4 + 2H2O → CO2 + 4H2 - Ｑ1 （a） Li4SiO4 + CO2 → Li2SiO3 + Li2CO3 + Ｑ2 （b） ここで、Ｑ1、Ｑ2は反応熱である。CH 4 + 2H 2 O → CO 2 + 4H 2 -Q1 (a) Li 4 SiO 4 + CO 2 → Li 2 SiO 3 + Li 2 CO 3 + Q2 (b) Here, Q 1 and Q 2 are reaction It is heat.
【００４８】燃料改質反応（a）としては、天然ガスの
主成分であるメタンの改質反応を示してある。天然ガス
には、メタンのほか、エタン、プロパン、ブタンなどの
高級炭化水素が含まれているが、これらは反応管１８内
で分解してメタンになり、同様に改質される。As the fuel reforming reaction (a), the reforming reaction of methane which is the main component of natural gas is shown. Natural gas contains higher hydrocarbons such as ethane, propane, and butane in addition to methane. These are decomposed in the reaction tube 18 into methane, which is similarly reformed.
【００４９】改質反応によって生じた二酸化炭素は、吸
収材に含まれるリチウムシリケート（Ｌｉ4ＳｉＯ4）と
反応して炭酸塩（Ｌｉ2ＣＯ3）を生成し、気相中から分
離され吸収される。二酸化炭素の吸収反応は発熱反応で
あるが、燃料改質反応は吸熱反応であり、発生した吸収
熱はその場で燃料改質反応に使われる。ただし、二酸化
炭素の吸収熱だけでは燃料改質に必要な熱が不足するの
で、反応管１８の外側に燃焼ガス１５を流して若干加熱
する。The carbon dioxide generated by the reforming reaction reacts with lithium silicate (Li 4 SiO 4 ) contained in the absorbent to form a carbonate (Li 2 CO 3 ), which is separated from the gas phase and absorbed. It The absorption reaction of carbon dioxide is an exothermic reaction, but the fuel reforming reaction is an endothermic reaction, and the generated heat of absorption is used for the fuel reforming reaction on the spot. However, since the heat required for fuel reforming is insufficient only by the absorption heat of carbon dioxide, the combustion gas 15 is caused to flow outside the reaction tube 18 to slightly heat it.
【００５０】以上説明した燃料改質・二酸化炭素吸収運
転モードを第１の反応器９で続けると、第１の反応器９
の反応管１８内で、Ｌｉ4ＳｉＯ4が減り、Ｌｉ2ＳｉＯ3
およびＬｉ2ＣＯ3が増えてくる。そこで、所定時間後
に、第１の反応器９が二酸化炭素再生運転モードになる
ように切り替える。Continuing the fuel reforming / carbon dioxide absorption operation mode described above in the first reactor 9, the first reactor 9
In the inner reaction tube 18 reduces the Li 4 SiO 4, Li 2 SiO 3
And Li 2 CO 3 increases. Therefore, after a predetermined time, the first reactor 9 is switched to the carbon dioxide regeneration operation mode.
【００５１】二酸化炭素再生運転モードでは、天然ガス
および水蒸気の供給を停止し、反応管１８の外側に燃焼
ガス１５を導入して反応管１８を加熱し（すなわち、二
酸化炭素を吸収した吸収材を加熱し）、二酸化炭素再生
反応（c）によって二酸化炭素を再生する。反応温度は
８５０℃程度である。
Li2SiO3 + Li2CO3 → Li4SiO4 + CO2 - Ｑ3 （c）
ここで、Ｑ3は反応熱である。In the carbon dioxide regeneration operation mode, the supply of natural gas and water vapor is stopped, and the combustion gas 15 is introduced to the outside of the reaction tube 18 to heat the reaction tube 18 (that is, the absorbent that has absorbed carbon dioxide Heat) and regenerate carbon dioxide by the carbon dioxide regeneration reaction (c). The reaction temperature is about 850 ° C. Li 2 SiO 3 + Li 2 CO 3 → Li 4 SiO 4 + CO 2 -Q3 (c) Here, Q3 is the heat of reaction.
【００５２】二酸化炭素再生運転モードを続けると、燃
料改質・二酸化炭素吸収運転モードとは逆に、反応管１
８内で、Ｌｉ2ＳｉＯ3およびＬｉ2ＣＯ3が減り、Ｌｉ4
ＳｉＯ4が増えてくる。そこで、所定時間後に、再び二
酸化炭素再生運転モードに切り替える。Continuing with the carbon dioxide regeneration operation mode, contrary to the fuel reforming / carbon dioxide absorption operation mode, the reaction tube 1
8 within which the Li 2 SiO 3 and Li 2 CO 3 are reduced, and Li 4
SiO 4 increases. Therefore, after a predetermined time, the mode is switched to the carbon dioxide regeneration operation mode again.
【００５３】二つの反応器９、１０は、バルブ切替（三
方弁２２、２３、２４、四方弁２５の切替）によって、
燃料改質・二酸化炭素吸収（二酸化炭素分離）運転モー
ドと二酸化炭素再生（放出）運転モードを、常に互いに
他の運転モードになるようにして、交互に繰り返し、天
然ガスから炭素分を二酸化炭素として回収する。The two reactors 9 and 10 are switched by switching valves (switching the three-way valves 22, 23, 24 and the four-way valve 25).
The fuel reforming / carbon dioxide absorption (carbon dioxide separation) operation mode and the carbon dioxide regeneration (release) operation mode are always alternated with each other, and the carbon content is converted from natural gas into carbon dioxide. to recover.
【００５４】次に、図２を参照しながら、二酸化炭素回
収システム２のフローを説明する。給水ポンプ１３で昇
圧された水６は、熱回収器１２と蒸発器１１においてそ
れぞれ二酸化炭素５および燃焼排ガス８と熱交換して加
熱され、水蒸気１４となる。ボイラ燃料である天然ガス
３は、この水蒸気１４とともに、三方弁２２を通って第
１の反応器９の反応管１８（図３）の内側に導入され
る。Next, the flow of the carbon dioxide recovery system 2 will be described with reference to FIG. The water 6 pressurized by the water supply pump 13 is heated by exchanging heat with the carbon dioxide 5 and the combustion exhaust gas 8 in the heat recovery unit 12 and the evaporator 11, respectively, and becomes steam 14. Natural gas 3, which is a boiler fuel, is introduced into the reaction tube 18 (FIG. 3) of the first reactor 9 through the three-way valve 22 together with the steam 14.
【００５５】第１の反応器９の反応管１８で生成された
改質燃料４は、四方弁２５を通って分配器３２へ送ら
れ、大部分はボイラ１に供給され燃料として使用され
る。分配器３２で分けられた改質燃料４の一部は、三方
弁２３を経て第２の反応器１０のバーナ２１に送られ、
空気７で燃焼して９００℃程度の燃焼ガス１５を生成す
る。この燃焼ガス１５は、まず第２の反応器１０、続い
て第１の反応器９の反応管１８（図３）の外側を流れて
反応管１８を加熱し、第２の反応器１０では二酸化炭素
の再生反応を、第１の反応器９では燃料改質反応を進行
させる。The reformed fuel 4 produced in the reaction tube 18 of the first reactor 9 is sent to the distributor 32 through the four-way valve 25, and most of it is supplied to the boiler 1 and used as fuel. A part of the reformed fuel 4 divided by the distributor 32 is sent to the burner 21 of the second reactor 10 via the three-way valve 23,
Combustion with air 7 produces combustion gas 15 at about 900 ° C. The combustion gas 15 first flows outside the reaction tube 18 (FIG. 3) of the second reactor 10 and then the reaction tube 18 of the first reactor 9 to heat the reaction tube 18, and in the second reactor 10, The carbon regeneration reaction and the fuel reforming reaction proceed in the first reactor 9.
【００５６】第１の反応器９から流出した燃焼ガス１５
は、第１の反応器９のバーナ３０（ただしこのとき、バ
ーナ３０への空気供給は停止しており、バーナ３０は燃
焼していない）を経て、さらに三方弁２４を通って、蒸
発器１１に送られ、その熱エネルギーを水蒸気発生に使
った後、燃焼排ガス８として大気に放出される。Combustion gas 15 flowing out of the first reactor 9
Through the burner 30 of the first reactor 9 (however, at this time, the air supply to the burner 30 is stopped and the burner 30 is not burning), and further through the three-way valve 24, the evaporator 11 And is used to generate steam, and is then discharged to the atmosphere as combustion exhaust gas 8.
【００５７】一方、第２の反応器１０で再生された二酸
化炭素５は、四方弁２５を通り、熱回収器１２で改質用
の水と熱交換して温度低下した後、加圧・液化されて、
図示しないタンクに回収される。On the other hand, the carbon dioxide 5 regenerated in the second reactor 10 passes through the four-way valve 25, exchanges heat with the reforming water in the heat recovery unit 12 to lower the temperature, and then is pressurized and liquefied. Has been
It is collected in a tank (not shown).
【００５８】以上述べた（図２に示した）運転を所定時
間続けた後に、弁２２、２３、２４、２５を切り替え
て、第１の反応器９が二酸化炭素再生運転モード、第２
の反応器１０が燃料改質・二酸化炭素吸収運転モードに
なるようにする（図略）。このとき、バーナ２１への空
気７の供給を停止してバーナ２１の燃焼を停止させ、バ
ーナ３０への空気供給を行ってバーナ３０を燃焼させ
る。このような運転モード切替えを周期的に繰り返す。After the above-described operation (shown in FIG. 2) is continued for a predetermined time, the valves 22, 23, 24 and 25 are switched so that the first reactor 9 operates in the carbon dioxide regeneration operation mode, the second
The reactor 10 is set to the fuel reforming / carbon dioxide absorption operation mode (not shown). At this time, the supply of the air 7 to the burner 21 is stopped to stop the combustion of the burner 21, and the air is supplied to the burner 30 to burn the burner 30. Such operation mode switching is periodically repeated.
【００５９】以上述べたように、本実施形態によれば、
ボイラ燃料である天然ガスに含まれる炭素分を二酸化炭
素の形で、燃焼前に回収する。二酸化炭素を燃料段階で
回収するので、燃焼排ガスからの回収に比べて処理ガス
量が少なく、燃焼排ガスの昇圧やアミン水溶液の循環の
ための動力が不要となる。また、二酸化炭素の再生に使
われた熱エネルギーは、二酸化炭素吸収熱として発生
し、その場で燃料改質に利用される。したがって、二酸
化炭素の再生に使われた熱エネルギーは捨てられること
なく化学エネルギーとして改質燃料の中に蓄えられる。As described above, according to this embodiment,
The carbon content contained in natural gas, which is a boiler fuel, is recovered in the form of carbon dioxide before combustion. Since carbon dioxide is recovered in the fuel stage, the amount of treated gas is smaller than that of recovery from combustion exhaust gas, and power for pressurizing combustion exhaust gas and circulating amine aqueous solution is unnecessary. Further, the thermal energy used for the regeneration of carbon dioxide is generated as carbon dioxide absorption heat and is used for fuel reforming on the spot. Therefore, the thermal energy used to regenerate the carbon dioxide is stored as chemical energy in the reformed fuel without being discarded.
【００６０】結果的に、二酸化炭素回収に要するエネル
ギーを削減し、システム全体およびエネルギー発生プラ
ント全体のエネルギー効率を向上することができる。As a result, the energy required for carbon dioxide recovery can be reduced, and the energy efficiency of the entire system and energy generating plant can be improved.
【００６１】［第２の実施の形態］本発明の第２の実施
の形態に係る二酸化炭素回収システムおよび方法につい
て、図４を参照して説明する。[Second Embodiment] A carbon dioxide recovery system and method according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
【００６２】図４に示すように、本発明の第２の実施の
形態に係る二酸化炭素回収システム２Ａは、図２に示し
た二酸化炭素回収システム２に、空気予熱器２６と給水
予熱器２７、２８などを追加したものである。なお、二
酸化炭素回収システム２Ａのその他の構成は、図１、図
２、図３に示す第１の実施の形態の二酸化炭素回収シス
テム２と同様であるので、二酸化炭素回収システム２と
同一または類似の構成要素については、同一の符号を付
して重複説明は適宜省略する。As shown in FIG. 4, a carbon dioxide recovery system 2A according to a second embodiment of the present invention is the same as the carbon dioxide recovery system 2 shown in FIG. 2, except that an air preheater 26 and a feed water preheater 27 are provided. 28 and the like are added. The other configuration of the carbon dioxide recovery system 2A is the same as that of the carbon dioxide recovery system 2 of the first embodiment shown in FIGS. 1, 2, and 3, and is the same as or similar to the carbon dioxide recovery system 2. The same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be appropriately omitted.
【００６３】この二酸化炭素回収システム２Ａでは、第
１の反応器９から流出した改質燃料４は、四方弁２５を
通って空気予熱器２６に送られ、そこで、バーナ２１、
３０での燃焼用空気７を予熱する。その後、改質燃料４
は分配器６０で分配され、給水予熱器２７、２８へ送ら
れ、ポンプ１３で昇圧された水６を蒸発器１１の上流側
で予熱するのに使われる。給水予熱器２７を出た改質燃
料４はボイラ１（図１）に送られる。一方、給水予熱器
２８を出た改質燃料４は三方弁２３を経て第２の反応器
１０のバーナ２１に送られる。In this carbon dioxide recovery system 2A, the reformed fuel 4 flowing out from the first reactor 9 is sent to the air preheater 26 through the four-way valve 25, where the burner 21,
Preheat the combustion air 7 at 30. After that, reformed fuel 4
Is distributed by the distributor 60, sent to the feed water preheaters 27 and 28, and used to preheat the water 6 pressurized by the pump 13 on the upstream side of the evaporator 11. The reformed fuel 4 exiting the feedwater preheater 27 is sent to the boiler 1 (FIG. 1). On the other hand, the reformed fuel 4 exiting the feedwater preheater 28 is sent to the burner 21 of the second reactor 10 via the three-way valve 23.
【００６４】このように、空気および給水６との熱交換
を行うことによって、改質燃料４の有する熱エネルギー
を回収するよう構成されている。また、空気予熱器２６
と給水予熱器２７、２８において、改質燃料４を露点以
下まで冷却することにより改質燃料４に含まれていた水
蒸気の凝縮潜熱、ならびに水を回収することができる。As described above, the heat energy with the reformed fuel 4 is recovered by exchanging heat with the air and the feed water 6. Also, the air preheater 26
By cooling the reformed fuel 4 to below the dew point in the feed water preheaters 27 and 28, the latent heat of condensation of water vapor contained in the reformed fuel 4 and water can be recovered.
【００６５】さらに、第２の反応器１０で再生（放出）
された二酸化炭素５は、四方弁２５を経て熱回収器６２
へ送られ、熱回収器６２では、再生された二酸化炭素５
と天然ガス３との熱交換が行われ、二酸化炭素の有する
熱エネルギーによって天然ガス３を予熱する構成として
いる。Furthermore, regeneration (release) is carried out in the second reactor 10.
The generated carbon dioxide 5 passes through the four-way valve 25 and the heat recovery unit 62.
Carbon dioxide regenerated into the heat recovery unit 62
And the natural gas 3 are heat-exchanged with each other, and the natural gas 3 is preheated by the heat energy of carbon dioxide.
【００６６】以上述べたように、本実施形態に係る二酸
化炭素回収システム２Ａでは、改質燃料の有する顕熱だ
けでなく潜熱をも回収して利用するので、二酸化炭素回
収に要するエネルギーをさらに削減し、システム全体お
よびエネルギー発生プラント全体のエネルギー効率を向
上することができる。As described above, in the carbon dioxide recovery system 2A according to the present embodiment, not only the sensible heat of the reformed fuel but also the latent heat is recovered and used, so that the energy required for carbon dioxide recovery is further reduced. However, the energy efficiency of the entire system and the entire energy generation plant can be improved.
【００６７】なお、第１および第２の実施形態において
は、改質燃料の一部を燃焼させて熱エネルギーを発生さ
せ、二酸化炭素の再生や燃料改質に利用したが、天然ガ
スを燃焼させてもよい。この場合には、二酸化炭素の回
収率が若干低下するものの、システムが簡略化されプラ
ントコストが低下するメリットがある。In the first and second embodiments, part of the reformed fuel is burned to generate thermal energy, which is used for carbon dioxide regeneration and fuel reforming. May be. In this case, although the carbon dioxide recovery rate is slightly reduced, there is an advantage that the system is simplified and the plant cost is reduced.
【００６８】また、第１および第２の実施形態において
は、二酸化炭素回収システムが燃料改質触媒と二酸化炭
素吸収材とを充填した２台の反応器を使用して構成され
ているが、本発明はこれに限定されるものではなく、そ
の必要性に応じて、複数の反応器を使用することも可能
である。さらに、反応器を１台だけとして、周期的に燃
料改質・二酸化炭素吸収（二酸化炭素分離）運転モード
と二酸化炭素再生（放出）運転モードを繰り返させるよ
うにしてもよい。Further, in the first and second embodiments, the carbon dioxide recovery system is constructed by using two reactors filled with the fuel reforming catalyst and the carbon dioxide absorbent. The invention is not limited to this, and it is possible to use a plurality of reactors depending on the needs. Further, only one reactor may be provided, and the fuel reforming / carbon dioxide absorption (carbon dioxide separation) operation mode and the carbon dioxide regeneration (release) operation mode may be periodically repeated.
【００６９】また、第１および第２の実施形態において
は、再生した二酸化炭素、燃焼ガス、改質燃料が有する
熱エネルギーを回収する熱交換器（蒸発器１１、熱回収
器１２、空気予熱器２６、給水予熱器２７、２８、熱回
収器６２）を設けたが、本発明はこれに限定されるもの
ではなく、その必要性に応じて、適宜追加あるいは省略
することも可能である。In the first and second embodiments, the heat exchanger (evaporator 11, heat recovery unit 12, air preheater) for recovering the thermal energy of the regenerated carbon dioxide, the combustion gas, and the reformed fuel. 26, the feed water preheaters 27 and 28, and the heat recovery unit 62) are provided, but the present invention is not limited to this, and may be appropriately added or omitted depending on the necessity.
【００７０】また、第１および第２の実施形態において
は、二酸化炭素吸収材粒子（に含まれる化合物）とし
て、リチウムシリケートを用いたが、本発明はこれに限
定されるものではなく、リチウムジルコネートなどの他
のリチウムの複合酸化物を用いることも可能である。Further, in the first and second embodiments, lithium silicate was used as (the compound contained in) the carbon dioxide absorbent, but the present invention is not limited to this, and lithium zirco is used. It is also possible to use other lithium composite oxides such as nates.
【００７１】また、第１および第２の実施形態において
は、二酸化炭素吸収材粒子の吸収温度を約６００℃とし
たが、本発明はこの値に限定されるものではなく、二酸
化炭素が吸収できる温度範囲である、例えば、４００℃
以上、７００℃以下の範囲内であればよく、また、二酸
化炭素吸収材粒子の吸収温度を約８５０℃としたが、本
発明はこの値に限定されるものではなく、二酸化炭素が
再生できる温度範囲である、例えば、７００℃以上、９
００℃以下の範囲内であればよい。Further, in the first and second embodiments, the absorption temperature of the carbon dioxide absorbent particles is about 600 ° C., but the present invention is not limited to this value and carbon dioxide can be absorbed. Temperature range, for example, 400 ℃
As described above, the temperature may be in the range of 700 ° C. or less, and the absorption temperature of the carbon dioxide absorbent particles is set to about 850 ° C., but the present invention is not limited to this value, and the temperature at which carbon dioxide can be regenerated. The range is, for example, 700 ° C. or higher, 9
It may be in the range of 00 ° C or lower.
【００７２】また、第１および第２の実施形態において
は、ボイラ燃料からの二酸化炭素分離回収システムを例
にとって説明したが、本発明はこれに限定されるもので
はなく、天然ガス複合発電システムや燃料電池発電シス
テムなどにも同様の構成で適用できる。Further, in the first and second embodiments, the carbon dioxide separation and recovery system from the boiler fuel has been described as an example, but the present invention is not limited to this, and a combined natural gas power generation system and The same configuration can be applied to a fuel cell power generation system and the like.
【００７３】[0073]
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る二酸
化炭素回収システムおよび方法によれば、従来のアミン
水溶液を用いた燃焼排ガスからの二酸化炭素回収方法に
比べて、二酸化炭素分離・回収に余分なエネルギーを用
いる必要がなくなるため、二酸化炭素分離回収システム
のエネルギー効率を向上させ、このシステムを用いたエ
ネルギー発生プラントのエネルギー効率を高く維持する
ことができる。As described above, according to the carbon dioxide recovery system and method of the present invention, carbon dioxide can be separated and recovered as compared with the conventional method for recovering carbon dioxide from flue gas using an aqueous amine solution. Since it is not necessary to use extra energy, the energy efficiency of the carbon dioxide separation and capture system can be improved, and the energy efficiency of the energy generation plant using this system can be maintained high.
【図１】本発明に係る二酸化炭素回収システムの第１の
実施の形態を天然ガス焚きボイラに適用した場合の概略
構成を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration when a first embodiment of a carbon dioxide recovery system according to the present invention is applied to a natural gas fired boiler.
【図２】図１の二酸化炭素回収システムの概略構成を示
すブロック図。FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of the carbon dioxide recovery system of FIG.
【図３】図２の反応器の部分切欠き斜視図。3 is a partial cutaway perspective view of the reactor of FIG. 2. FIG.
【図４】本発明に係る二酸化炭素回収システムの第２の
実施の形態の概略構成を示すブロック図。FIG. 4 is a block diagram showing a schematic configuration of a second embodiment of a carbon dioxide recovery system according to the present invention.
１…ボイラ、２…二酸化炭素回収システム、２Ａ…二酸
化炭素回収システム、３…天然ガス、４…水蒸気、５…
二酸化炭素、６…水（給水）、７…燃焼用空気、８…燃
焼排ガス、９…第１の反応器、１０…第２の反応器、１
１…蒸発器、１２…熱回収器、１３…給水ポンプ、２１
…第１のバーナ、２２…三方弁、２３…三方弁、２４…
三方弁、２５…四方弁、２６…空気予熱器、２７…給水
予熱器、２８…給水予熱器、３０…第２のバーナ、３２
…分配器、４０…分配器、４１…混合器、５０…第１の
マニホルド、５１…第２のマニホルド、６０…分配器、
６２…熱回収器。1 ... Boiler, 2 ... Carbon dioxide capture system, 2A ... Carbon dioxide capture system, 3 ... Natural gas, 4 ... Steam, 5 ...
Carbon dioxide, 6 ... Water (water supply), 7 ... Combustion air, 8 ... Combustion exhaust gas, 9 ... First reactor, 10 ... Second reactor, 1
1 ... Evaporator, 12 ... Heat recovery device, 13 ... Water supply pump, 21
... first burner, 22 ... three-way valve, 23 ... three-way valve, 24 ...
Three-way valve, 25 ... Four-way valve, 26 ... Air preheater, 27 ... Water supply preheater, 28 ... Water supply preheater, 30 ... Second burner, 32
... Distributor, 40 ... Distributor, 41 ... Mixer, 50 ... First manifold, 51 ... Second manifold, 60 ... Distributor,
62 ... Heat recovery device.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０１Ｂ 3/58 Ｃ０１Ｂ 3/58 (72)発明者 山田 和矢 神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号 株 式会社東芝浜川崎工場内 Ｆターム(参考） 4G040 EA01 EA06 EB31 EB33 EB42 FA02 FB04 FC06 FE01 4G046 JA01 JB01 JB04 JB06 JC07─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) C01B 3/58 C01B 3/58 (72) Inventor Kazuya Yamada 2-1 Ukishima-cho, Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa No. Stock Company Toshiba Hamakawasaki Factory F-term (reference) 4G040 EA01 EA06 EB31 EB33 EB42 FA02 FB04 FC06 FE01 4G046 JA01 JB01 JB04 JB06 JC07
Claims (15)
化炭素と水素を生成するとともに吸熱する燃料改質反応
を促進する燃料改質触媒と、二酸化炭素を吸収するとと
もにその二酸化炭素吸収反応によって発熱する二酸化炭
素吸収材と、を充填した反応器を備え、 その反応器に含炭素燃料と水蒸気を導入して、その反応
器内で前記燃料改質反応および前記二酸化炭素吸収反応
を同時に起こさせる手段と、 前記改質燃料または前記含炭素燃料の一部を燃焼させて
燃焼ガスを生成し、この燃焼ガスによって、前記二酸化
炭素を吸収した二酸化炭素吸収材を加熱し、その二酸化
炭素吸収材に吸収された二酸化炭素を放出する手段と、 を有すること、を特徴とする二酸化炭素回収システム。1. A fuel reforming catalyst that promotes a fuel reforming reaction that reacts a carbon-containing fuel with water vapor to produce carbon dioxide and hydrogen and absorbs heat, and a carbon dioxide absorbing reaction that absorbs carbon dioxide. A reactor filled with an exothermic carbon dioxide absorbent is introduced, and a carbon-containing fuel and steam are introduced into the reactor to simultaneously cause the fuel reforming reaction and the carbon dioxide absorption reaction in the reactor. Means, by burning a part of the reformed fuel or the carbon-containing fuel to generate combustion gas, by this combustion gas, to heat the carbon dioxide absorbent that has absorbed the carbon dioxide, to the carbon dioxide absorbent A means for releasing absorbed carbon dioxide, and a carbon dioxide recovery system.
ムにおいて、 前記反応器は複数個あって、第１の反応器と第２の反応
器とを含み、 前記第１の反応器で前記燃料改質反応および前記二酸化
炭素吸収反応を起こさせ、かつ前記第２の反応器で前記
二酸化炭素を放出する反応を起こさせる手段と、 前記第１の反応器で前記二酸化炭素を放出する反応を起
こさせ、かつ前記第２の反応器で前記燃料改質反応およ
び前記二酸化炭素吸収反応を起こさせる手段と、 を有すること、を特徴とする二酸化炭素回収システム。2. The carbon dioxide recovery system according to claim 1, wherein there are a plurality of the reactors, the first reactor and the second reactor are included, and the fuel is used in the first reactor. A means for causing a reforming reaction and the carbon dioxide absorption reaction and causing a reaction for releasing the carbon dioxide in the second reactor; and a reaction for causing the carbon dioxide releasing in the first reactor. And a means for causing the fuel reforming reaction and the carbon dioxide absorption reaction in the second reactor, the carbon dioxide recovery system.
収システムにおいて、 前記反応器は、前記燃料改質触媒および前記二酸化炭素
吸収材が充填された複数の反応管を有し、 これらの反応管の内部に前記含炭素燃料および水蒸気が
供給され、前記反応管の外側を前記燃焼ガスが流れるよ
うに構成されていること、 を特徴とする二酸化炭素回収システム。3. The carbon dioxide recovery system according to claim 1 or 2, wherein the reactor has a plurality of reaction tubes filled with the fuel reforming catalyst and the carbon dioxide absorbent, and these reactions are performed. A carbon dioxide recovery system, characterized in that the carbon-containing fuel and water vapor are supplied to the inside of a tube, and the combustion gas flows outside the reaction tube.
素回収システムにおいて、前記二酸化炭素吸収反応によ
って発生する熱を、前記燃料改質反応で必要な熱として
吸収させるように構成されていること、を特徴とする二
酸化炭素回収システム。4. The carbon dioxide recovery system according to claim 1, 2 or 3, wherein the heat generated by the carbon dioxide absorption reaction is absorbed as heat necessary for the fuel reforming reaction. A carbon dioxide recovery system characterized by:
酸化炭素回収システムにおいて、前記燃焼ガスが有する
熱エネルギーの一部を、前記燃料改質反応で必要な反応
熱として利用するように構成されていること、を特徴と
する二酸化炭素回収システム。5. The carbon dioxide recovery system according to claim 1, wherein a part of the thermal energy of the combustion gas is used as reaction heat necessary for the fuel reforming reaction. The carbon dioxide capture system is characterized by being
酸化炭素回収システムにおいて、前記燃焼ガスが有する
熱エネルギーの一部を、前記水蒸気の発生および前記含
炭素燃料の予熱のうちの少なくとも一方に利用するよう
に構成されていること、を特徴とする二酸化炭素回収シ
ステム。6. The carbon dioxide recovery system according to claim 1, wherein a part of thermal energy of the combustion gas is at least one of generation of the steam and preheating of the carbon-containing fuel. The carbon dioxide capture system is characterized in that it is configured to be used for.
酸化炭素回収システムにおいて、前記放出された二酸化
炭素が有する熱エネルギーの一部を、前記水蒸気の発生
および前記含炭素燃料の予熱のうちの少なくとも一方に
利用するように構成されていること、を特徴とする二酸
化炭素回収システム。7. The carbon dioxide recovery system according to claim 1, wherein a part of the thermal energy of the released carbon dioxide is included in the generation of the steam and the preheating of the carbon-containing fuel. The carbon dioxide recovery system is configured to be used for at least one of the above.
酸化炭素回収システムにおいて、前記改質燃料が有する
熱エネルギーの一部を、前記燃焼ガスを生成するための
燃焼用空気の予熱および水蒸気の発生のうちの少なくと
も一方に利用するように構成されていること、を特徴と
する二酸化炭素回収システム。8. The carbon dioxide recovery system according to claim 1, wherein a part of the thermal energy of the reformed fuel is preheated for combustion air and steam for generating the combustion gas. Is configured to be used for at least one of the generation of carbon dioxide.
酸化炭素回収システムにおいて、前記改質燃料に含まれ
る水蒸気を凝縮させて、凝縮潜熱を回収するように構成
されていること、を特徴とする二酸化炭素回収システ
ム。9. The carbon dioxide recovery system according to claim 1, wherein the steam contained in the reformed fuel is condensed to recover latent heat of condensation. Carbon dioxide capture system.
二酸化炭素回収システムにおいて、前記二酸化炭素吸収
材は、二酸化炭素を吸収して炭酸塩を生成する化合物を
含むこと、を特徴とする二酸化炭素回収システム。10. The carbon dioxide recovery system according to claim 1, wherein the carbon dioxide absorbent contains a compound that absorbs carbon dioxide to form a carbonate. Carbon recovery system.
ステムにおいて、前記化合物はリチウムの複合酸化物で
あること、を特徴とする二酸化炭素回収システム。11. The carbon dioxide recovery system according to claim 10, wherein the compound is a lithium composite oxide.
の二酸化炭素回収システムを用いて二酸化炭素を回収す
る二酸化炭素回収方法。12. A carbon dioxide recovery method for recovering carbon dioxide using the carbon dioxide recovery system according to claim 1.
を充填した反応器内に含炭素燃料と水蒸気とを導入する
工程と、 前記反応器内で、二酸化炭素と水素を生成するとともに
吸熱する燃料改質反応を起こさせ、これと同時に前記二
酸化炭素吸収材に前記二酸化炭素を吸収して発熱する二
酸化炭素吸収反応を起こさせる工程と、 前記改質燃料または前記含炭素燃料の一部を燃焼させて
燃焼ガスを生成する工程と、 前記燃焼ガスによって、前記二酸化炭素を吸収した二酸
化炭素吸収材を加熱し、その二酸化炭素吸収材に吸収さ
れた二酸化炭素を放出する工程と、 を有すること、を特徴とする二酸化炭素回収方法。13. A step of introducing a carbon-containing fuel and water vapor into a reactor filled with a fuel reforming catalyst and a carbon dioxide absorbent, and a fuel which produces carbon dioxide and hydrogen and absorbs heat in the reactor. Causing a reforming reaction and at the same time causing a carbon dioxide absorption reaction in which the carbon dioxide absorbent absorbs the carbon dioxide to generate heat, and burning a part of the reformed fuel or the carbon-containing fuel The step of generating combustion gas by heating the carbon dioxide absorbent that has absorbed the carbon dioxide by the combustion gas, and releasing the carbon dioxide absorbed by the carbon dioxide absorbent. Characteristic carbon dioxide recovery method.
炭素回収方法において、前記燃料改質および二酸化炭素
吸収を４００℃以上かつ７００℃以下で行うことを特徴
とする二酸化炭素回収方法。14. The carbon dioxide recovery method according to claim 12, wherein the fuel reforming and carbon dioxide absorption are performed at 400 ° C. or higher and 700 ° C. or lower.
二酸化炭素回収方法において、前記二酸化炭素放出を７
００℃以上かつ９００℃以下で行うことを特徴とする二
酸化炭素回収方法。15. The carbon dioxide recovery method according to claim 12, 13 or 14, wherein the carbon dioxide release is 7
A method for recovering carbon dioxide, which is performed at a temperature of 00 ° C. or higher and 900 ° C. or lower.
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| JP2001247697A JP2003054927A (en) | 2001-08-17 | 2001-08-17 | System and method of recovering carbon dioxide |
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2001
- 2001-08-17 JP JP2001247697A patent/JP2003054927A/en active Pending
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