JP2015229603A - Chemical looping combustion system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a CLC (Chemical Looping Combustion) which makes it possible to change a COrecovery rate according to fluctuation in COdemand.SOLUTION: The CLC has a fuel reactor 2, a volatile component reactor 3, an air reactor 1, and COrecovery means 23. By adjusting the supply rate of a gasification agent 27 composed of COand moisture vapor to be supplied to the fuel reactor 2, a COrecovery rate in the COrecovery means 23 is controlled.

Description

本発明は、地球温暖化問題となる二酸化炭素(以下、COと略記することもある)の排出削減技術に係り、特に化石燃料ボイラ発電などで使用する化石燃料を燃焼することによって発生するCOの分離回収技術に関するものである。 The present invention relates to a technique for reducing carbon dioxide (hereinafter also abbreviated as CO 2 ), which is a global warming problem, and more particularly, CO generated by burning fossil fuel used in fossil fuel boiler power generation and the like. This relates to the second separation and recovery technology.

近年、主な産業用COの供給源である製油所の統廃合が進み、CO販売業者は新たなCO供給元を探索中である。その中で、石炭火力発電所から排出されるCOが新たな産業用COの供給元として注目されている。 In recent years, the consolidation of which is the main source of industrial CO 2 refinery, CO 2 seller is in search of new CO 2 sources. Among them, CO 2 discharged from a coal-fired power plant is attracting attention as a new supplier of industrial CO 2 .

石炭燃料を使用するボイラ設備に適用可能なCO回収技術として化学吸収システム、酸素燃焼システム、ケミカルルーピング燃焼システム(CLC:Chemical Looping Combustion)などがある。 There are chemical absorption systems, oxyfuel combustion systems, chemical looping combustion systems (CLC) and the like as CO 2 capture technologies applicable to boiler facilities using coal fuel.

特に最近、CLC技術が注目されている。CLCとは、空気を燃料に直接接触させずに、酸素キャリアである金属酸化物(MeO)で燃料を酸化反応させ、還元された金属(Me)は空気で酸化して再度金属酸化物(MeO)として利用する技術である。結局、このシステムでの反応生成物はCOと水分であり、COの回収が容易となる技術である。
CLCの特長は、化学吸収システムでの液再生エネルギーや酸素燃焼システムにおける酸素製造装置の駆動エネルギーが不要であるため、これらの技術に比べて消費エネルギーを大幅に低減し、発電効率の低下を抑制できる可能性がある。
In particular, CLC technology has recently attracted attention. CLC means that the fuel is oxidized with a metal oxide (MeO), which is an oxygen carrier, without directly contacting the air with the fuel, and the reduced metal (Me) is oxidized with the air and again becomes a metal oxide (MeO). ). After all, the reaction products in this system are CO 2 and moisture, which is a technology that facilitates the recovery of CO 2 .
The feature of CLC is that liquid regeneration energy in the chemical absorption system and driving energy of the oxygen production system in the oxygen combustion system are unnecessary, so energy consumption is greatly reduced compared to these technologies, and reduction in power generation efficiency is suppressed. There is a possibility.

図4は、一般的な2塔式CLCの原理を説明するための図である。CLCは同図に示すように空気反応器1と燃料反応器2で構成され、その間を金属粒子(MeO)4と金属粒子(Me)5が循環流動するシステムになっている。
空気反応器1では、金属粒子(Me)5が空気6中の酸素と反応して金属粒子(MeO)4となる。
FIG. 4 is a diagram for explaining the principle of a general two-column CLC. The CLC is composed of an air reactor 1 and a fuel reactor 2 as shown in the figure, and is a system in which metal particles (MeO) 4 and metal particles (Me) 5 circulate between them.
In the air reactor 1, the metal particles (Me) 5 react with oxygen in the air 6 to become metal particles (MeO) 4.

Mey−1+0.5O→Me (1)
酸化した金属粒子(MeO)4はサイクロン(図示せず)でNやOなどの反応後ガス36と分離され、燃料反応器2へ送られる。
燃料反応器2では高温の金属粒子(MeO)4と固体燃料(例えば石炭)7が接触して、金属粒子(MeO)4の酸素と固体燃料7が反応する。このとき固体燃料7を酸化した金属粒子(MeO)4は還元されて金属粒子(Me)5となり、空気反応器1へ戻る循環ループを形成する。
Me x O y-1 + 0.5O 2 → Me x O y (1)
The oxidized metal particles (MeO) 4 are separated from the post-reaction gas 36 such as N 2 or O 2 by a cyclone (not shown) and sent to the fuel reactor 2.
In the fuel reactor 2, high-temperature metal particles (MeO) 4 and a solid fuel (for example, coal) 7 come into contact with each other, and oxygen of the metal particles (MeO) 4 and the solid fuel 7 react. At this time, the metal particles (MeO) 4 obtained by oxidizing the solid fuel 7 are reduced to become metal particles (Me) 5 and form a circulation loop returning to the air reactor 1.

(2n+m) Me+C2m
(2n+m) Mey−1+mHO+nCO (2)
空気反応器1からは窒素や残存酸素を含んだ反応後ガス36が放出され、燃料反応器2からはCOガス9やHO(水蒸気) 10などが排出される。これらのガスは高温のため、排熱回収ボイラ(図示せず)で熱回収して、発電に利用する(非特許文献1参照)。
固定燃料である石炭は、水分、灰分、揮発分ならびに固定炭素などの成分から構成されており、800℃以上の高温場に石炭が投入されると、熱分解し、気体成分(水分と揮発分)と固体成分(固定炭素と灰分)に瞬時に分離される。一般に、気体成分を揮発分、固体成分をチャーと呼んでいる。
(2n + m) Me x O y + C n H 2m
(2n + m) Me x O y-1 + mH 2 O + nCO 2 (2)
A post-reaction gas 36 containing nitrogen and residual oxygen is released from the air reactor 1, and a CO 2 gas 9 and H 2 O (water vapor) 10 are discharged from the fuel reactor 2. Since these gases are high in temperature, heat is recovered by an exhaust heat recovery boiler (not shown) and used for power generation (see Non-Patent Document 1).
Coal, which is a fixed fuel, is composed of components such as moisture, ash, volatiles, and fixed carbon. When coal is introduced into a high-temperature field of 800 ° C or higher, it is thermally decomposed and gas components (water and volatiles). ) And solid components (fixed carbon and ash). In general, a gas component is called a volatile component, and a solid component is called a char.

CLCシステムに関する先行技術として、例えば下記のような特許文献1〜4、非特許文献1,2などを挙げることができる。   Examples of prior art related to the CLC system include Patent Documents 1 to 4 and Non-Patent Documents 1 and 2 as described below.

図5は、本出願人が先に提案した3塔式CLCの基本構成を説明するための概念図である(特許文献4参照)。
この3塔式CLCでは、石炭の酸化反応をチャー反応と揮発分反応に分割し、チャーの反応時間確保による未反応物を低減することを目的として、図4で示した燃料反応器を、燃料反応器2と揮発反応器3の2塔に分けたものである。この理由は、チャーのガス化反応阻害要因である揮発分を分離し、チャーのガス化反応を効率よく進行させるためである(非特許文献2参照)。
FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining the basic configuration of the three-column CLC previously proposed by the present applicant (see Patent Document 4).
In this three-column CLC, the oxidation reaction of coal is divided into a char reaction and a volatile reaction, and the fuel reactor shown in FIG. The reactor 2 and the volatile reactor 3 are divided into two towers. The reason for this is to separate the volatile matter, which is a factor that inhibits the gasification reaction of char, and to efficiently advance the gasification reaction of char (see Non-Patent Document 2).

従って図5に示すように、固体燃料 (例えば石炭)7は、固体成分のチャーと揮発分からなる生成ガス11に分離する。チャー(図示せず)はそのまま燃料反応器2の内部でガス化反応し、チャーのガス化反応阻害要因である揮発分主体の生成ガス11は燃料反応器2の上部に配置されている揮発反応器3へ順次移動し、燃料反応器2内部から排除する。
図6は、この3塔式CLCの具体例を示す概略系統図である。
Accordingly, as shown in FIG. 5, the solid fuel (for example, coal) 7 is separated into a product gas 11 composed of char and volatile components of a solid component. The char (not shown) undergoes a gasification reaction inside the fuel reactor 2 as it is, and the volatile component-produced gas 11 which is a factor inhibiting the gasification reaction of the char is a volatile reaction disposed at the upper part of the fuel reactor 2. It moves to the reactor 3 sequentially and is excluded from the fuel reactor 2 inside.
FIG. 6 is a schematic system diagram showing a specific example of the three-column CLC.

同図に示すように3塔式CLCは、空気反応器1と燃料反応器2と揮発反応器3の3塔を主体に構成されており、これらにサイクロン13、熱交換器15、空気予熱器16、除塵装置17、熱交換器19、脱硝装置20、除塵装置21、脱硫装置22、CO圧縮液化装置23および空気ブロア35などが図に示すように配置、接続されている。 As shown in the figure, the three-column CLC is mainly composed of three towers of an air reactor 1, a fuel reactor 2, and a volatile reactor 3, and includes a cyclone 13, a heat exchanger 15, and an air preheater. 16, a dust removal device 17, a heat exchanger 19, a denitration device 20, a dust removal device 21, a desulfurization device 22, a CO 2 compression liquefaction device 23, an air blower 35, and the like are arranged and connected as shown in the figure.

この3塔式CLCでは、空気反応器1−サイクロン13−揮発反応器3−燃料反応器2−空気反応器1の間は、金属粒子(MeO)4と金属粒子(Me)5が循環できるように、ガスシール機能を有するニューマチックバルブの種類であるLバルブ24,25,26と配管でループ状に連結されている。   In this three-column CLC, metal particles (MeO) 4 and metal particles (Me) 5 can be circulated between the air reactor 1, the cyclone 13, the volatile reactor 3, the fuel reactor 2, and the air reactor 1. In addition, they are connected to L valves 24, 25, and 26, which are types of pneumatic valves having a gas seal function, in a loop shape by piping.

特開2011−016873号公報JP 2011-016873 A 特開2011−178572号公報JP 2011-178572 A 米国特許第7767191号明細書US Pat. No. 7,767,191 特開2013−194213号公報JP 2013-194213 A

吉田,小野崎:ケミカルルーピング燃焼技術 季報 エネルギー総合工学研究所 vol33,No.1,pp29−35,2010,4Yoshida, Onosaki: Chemical Looping Combustion Technology Quarterly Research Institute of Advanced Energy, Vol. 1, pp29-35,2010,4 林:次世代高効率石炭ガス化技術の開発 CCT Workshop 2009Hayashi: Development of next generation high efficiency coal gasification technology CCT Workshop 2009

国内産業用COは主に溶接用シールガスや冷却用ドライアイスに使用するため、製造業の景気や夏場の気温で、COの需要が変動する。従って、石炭火力発電所から排出されるCOを利用する場合、産業用COの需要に合わせる必要がある。 Since domestic industrial CO 2 is mainly used for welding seal gas and cooling dry ice, the demand for CO 2 fluctuates depending on the manufacturing industry's economy and summer temperature. Therefore, when using CO 2 discharged from a coal-fired power plant, it is necessary to meet the demand for industrial CO 2 .

しかし、石炭火力発電所からCO回収を行う従来の酸素燃焼法やCLC法では、CO回収率の変更に伴って石炭投入熱負荷を変更する必要があり、その結果、蒸気量と発電量も変化するといった課題がある。 However, in the conventional oxyfuel combustion method and CLC method that recover CO 2 from a coal-fired power plant, it is necessary to change the coal input heat load in accordance with the change in the CO 2 recovery rate. There is also a problem that changes.

化学吸収法ではCO回収率の変更は可能であるが、吸収液の再生熱にシステム内蒸気を使用するため、他の技術と同様に発電量が変化するといった課題がある。 Although it is possible to change the CO 2 recovery rate in the chemical absorption method, since the steam in the system is used for the regeneration heat of the absorbing solution, there is a problem that the amount of power generation changes as in other technologies.

このように従来のCO回収技術では、産業用COの需要変動に合わせたCO回収率の変更ができなかった。なお、前記特許文献4には、COの需要変動に合わせてCOの回収率を変更するという技術については開示されていない。 Thus, with the conventional CO 2 recovery technology, it was not possible to change the CO 2 recovery rate in accordance with fluctuations in demand for industrial CO 2 . Patent Document 4 does not disclose a technique for changing the CO 2 recovery rate in accordance with fluctuations in the CO 2 demand.

本発明の目的は、このような背景においてなされたものであり、産業用などのCOの需要変動に合わせたCO回収率の変更が可能なケミカルルーピング燃焼システムを提供することにある。 The object of the present invention is to provide a chemical looping combustion system capable of changing the CO 2 recovery rate in accordance with fluctuations in demand for CO 2 for industrial use.

前記目的を達成するため、本発明の第1の手段は、
固体燃料をガス化させる移動層式燃料反応器と、
前記燃料反応器から生成したガス成分を金属粒子で酸化する流動層式揮発分反応器と、
前記ガス成分の酸化により還元された前記金属粒子を空気により酸化する流動層式空気反応器と、
前記空気反応器から排出される前記金属粒子と前記ガス成分を分離するサイクロンと、
前記揮発分反応器から排出される二酸化炭素を分離・回収する例えば二酸化炭素圧縮液化装置などの二酸化炭素回収手段を備えて、
前記金属粒子が循環するように、前記燃料反応器と前記揮発分反応器と前記空気反応器と前記サイクロンをニューマティックバルブと配管でループ状に接続したケミカルルーピング燃焼システムを対象とするものである。
そして本発明の第1の手段は、
前記燃料反応器に供給する二酸化炭素もしくは水蒸気、あるいは二酸化炭素と水蒸気の両方を成分とするガス化剤の供給量の調整により、前記二酸化炭素回収手段での二酸化炭素の回収率を制御する構成になっていることを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the first means of the present invention comprises:
A moving bed fuel reactor for gasifying solid fuel;
A fluidized bed volatile reactor that oxidizes gas components generated from the fuel reactor with metal particles;
A fluidized bed air reactor that oxidizes the metal particles reduced by oxidation of the gas component with air;
A cyclone for separating the metal particles and the gas component discharged from the air reactor;
Carbon dioxide recovery means such as a carbon dioxide compression liquefaction device for separating and recovering carbon dioxide discharged from the volatile content reactor,
The present invention is directed to a chemical looping combustion system in which the fuel reactor, the volatile content reactor, the air reactor, and the cyclone are connected in a loop with a pneumatic valve and piping so that the metal particles circulate. .
And the first means of the present invention is:
The carbon dioxide recovery rate is controlled by the carbon dioxide recovery means by adjusting the supply amount of carbon dioxide or water vapor supplied to the fuel reactor or a gasifying agent containing both carbon dioxide and water vapor as components. It is characterized by becoming.

本発明の第2の手段は前記第1の手段において、
前記固体燃料が例えば石炭の単独、あるいは石炭と植物由来バイオマスの併用など石炭を含む固体燃料であって、
前記固体燃料の固定炭素モル量に対する前記ガス化剤モル量の比(ガス化剤モル量/固定炭素モル量)αと、前記燃料反応器で生成するチャーのガス化率との関係を予め求めておき、
前記制御する二酸化炭素の回収率に対応した前記チャーのガス化率と前記(ガス化剤モル量/固定炭素モル量)αの関係に基づいて、前記ガス化剤の供給量を調整することを特徴とするものである。
According to a second means of the present invention, in the first means,
The solid fuel is, for example, a solid fuel containing coal such as coal alone or a combination of coal and plant-derived biomass,
The relationship between the ratio of the gasifying agent molar amount to the fixed carbon molar amount of the solid fuel (gasifying agent molar amount / fixed carbon molar amount) α and the gasification rate of char generated in the fuel reactor is obtained in advance. Leave
Adjusting the supply amount of the gasifying agent based on the relationship between the gasification rate of the char corresponding to the carbon dioxide recovery rate to be controlled and the (molar amount of gasifying agent / molar amount of fixed carbon) α. It is a feature.

本発明の第3の手段は前記第1または第2の手段において、
前記ガス化剤の供給量の調整により二酸化炭素の回収率を制御する構成が、
前記燃料反応器に前記ガス化剤を供給するガス化剤供給管と、
前記ガス化剤供給管に付設された弁と、
前記二酸化炭素の回収率に応じて前記弁の開度調整を指示する二酸化炭素回収率変更指示手段を備えていることを特徴とするものである。
A third means of the present invention is the first or second means,
The configuration for controlling the carbon dioxide recovery rate by adjusting the supply amount of the gasifying agent,
A gasifying agent supply pipe for supplying the gasifying agent to the fuel reactor;
A valve attached to the gasifying agent supply pipe;
Carbon dioxide recovery rate change instructing means for instructing the opening degree adjustment of the valve according to the carbon dioxide recovery rate is provided.

本発明の第4の手段は前記第1ないし第3の手段いずれかの手段において、
前記燃料反応器に供給するガス化剤として、前記揮発分反応器からの排気ガスの一部を使用する構成になっていることを特徴とするものである。
本発明の第5の手段は前記第1ないし第3の手段いずれかの手段において、
前記燃料反応器に供給するガス化剤として、前記二酸化炭素回収手段で回収した二酸化炭素の一部を使用する構成になっていることを特徴とするものである。
According to a fourth means of the present invention, in any one of the first to third means,
A part of the exhaust gas from the volatile content reactor is used as the gasifying agent supplied to the fuel reactor.
According to a fifth means of the present invention, in any one of the first to third means,
As a gasifying agent supplied to the fuel reactor, a part of carbon dioxide recovered by the carbon dioxide recovery means is used.

本発明の第6の手段は前記第1ないし第3の手段いずれかの手段において、
前記揮発分反応器の排気ガス出口側に設けた熱交換器または/および前記サイクロンの排気ガス出口側に設けた熱交換器で生成した水蒸気の一部を、前記燃料反応器に供給するガス化剤として使用する構成になっていることを特徴とするものである。
According to a sixth means of the present invention, in any one of the first to third means,
Gasification for supplying a part of water vapor generated by a heat exchanger provided on the exhaust gas outlet side of the volatile content reactor and / or a heat exchanger provided on the exhaust gas outlet side of the cyclone to the fuel reactor It is the structure used as an agent.

本発明の第7の手段は前記第1ないし第6の手段いずれかの手段において、
前記燃料反応器とその燃料反応器の上に設けられた前記揮発分反応器の間に、前記揮発分反応器内の前記金属粒子の流動化を促進するための二酸化炭素もしくは水蒸気、あるいは二酸化炭素と水蒸気の両方を成分とするアシスタントガスを供給する例えばアシスタントガス供給配管と弁からなるアシスタントガス供給手段を設けたことを特徴とするものである。
According to a seventh means of the present invention, in any one of the first to sixth means,
Carbon dioxide or water vapor or carbon dioxide for promoting fluidization of the metal particles in the volatile content reactor between the fuel reactor and the volatile content reactor provided on the fuel reactor. For example, an assistant gas supply means comprising an assistant gas supply pipe and a valve for supplying an assistant gas containing both water and water vapor as a component is provided.

本発明の第8の手段は前記第7の手段において、
前記燃料反応器に供給する前記ガス化剤の一部を前記アシスタントガスとして前記揮発分反応器に供給する構成になっていることを特徴とするものである。
The eighth means of the present invention is the seventh means,
A part of the gasifying agent supplied to the fuel reactor is supplied to the volatile reactor as the assistant gas.

本発明の第9の手段は前記第7の手段において、
前記揮発分反応器に供給する前記アシスタントガスとして、前記二酸化炭素回収手段で回収した二酸化炭素の一部を使用する構成になっていることを特徴とするものである。
According to a ninth means of the present invention, in the seventh means,
A part of the carbon dioxide recovered by the carbon dioxide recovery means is used as the assistant gas supplied to the volatile reactor.

本発明の第10の手段は前記第7の手段において、
前記揮発分反応器の排気ガス出口側に設けた熱交換器または/および前記サイクロンの排気ガス出口側に設けた熱交換器で生成した水蒸気の一部を、前記揮発分反応器に供給する前記アシスタントガスとして使用する構成になっていることを特徴とするものである。
According to a tenth means of the present invention, in the seventh means,
A part of water vapor generated by a heat exchanger provided on the exhaust gas outlet side of the volatile reactor or / and a heat exchanger provided on the exhaust gas outlet side of the cyclone is supplied to the volatile reactor. It is the structure used as assistant gas, It is characterized by the above-mentioned.

本発明は前述のような構成になっており、産業用などのCOの需要変動に合わせたCO回収率の変更が可能なケミカルルーピング燃焼システムを提供することができる。 The present invention is configured as described above, and can provide a chemical looping combustion system capable of changing the CO 2 recovery rate in accordance with fluctuations in the demand for CO 2 for industrial use.

本発明の実施例1に係るケミカルルーピング燃焼システムの具体例を示した概略系統図である。It is the schematic system diagram which showed the specific example of the chemical looping combustion system which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例2に係るケミカルルーピング燃焼システムの具体例を示した概略系統図である。It is the schematic system diagram which showed the specific example of the chemical looping combustion system which concerns on Example 2 of this invention. 固定炭素モル量に対するガス化剤モル量の比(ガス化剤モル量/固定炭素モル量)αをパラメータとして、チャーのガス化率とαの関係を示した特性図である。FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the gasification rate of char and α, with the ratio of the molar amount of gasifying agent to the molar amount of fixed carbon (gasic agent molar amount / fixed carbon molar amount) α as a parameter. 一般的な2塔式CLCの原理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the principle of general two-column CLC. 本出願人が先に提案した3塔式CLCの基本構成を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the basic composition of 3 tower type CLC which the present applicant proposed previously. この3塔式CLCの具体例を示す概略系統図である。It is a schematic system diagram which shows the specific example of this 3 tower type CLC.

本発明の各実施例を図面と共に説明する。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施例1に係るケミカルルーピング燃焼システムの具体例を示した概略系統図である。
図1に示すように3塔式CLCは、空気反応器1と燃料反応器2と揮発反応器3の3塔を主体に構成されており、これらにサイクロン13、熱交換器15、空気予熱器16、除塵装置17、熱交換器19、脱硝装置20、除塵装置21、脱硫装置22、CO圧縮液化装置23および空気ブロア35などが図に示すように配置、接続されている。
FIG. 1 is a schematic system diagram showing a specific example of a chemical looping combustion system according to Embodiment 1 of the present invention.
As shown in FIG. 1, the three-column CLC is mainly composed of three towers of an air reactor 1, a fuel reactor 2, and a volatile reactor 3, and includes a cyclone 13, a heat exchanger 15, and an air preheater. 16, a dust removal device 17, a heat exchanger 19, a denitration device 20, a dust removal device 21, a desulfurization device 22, a CO 2 compression liquefaction device 23, an air blower 35, and the like are arranged and connected as shown in the figure.

この3塔式CLCでは、空気反応器1−サイクロン13−揮発反応器3−燃料反応器2−空気反応器1の間は、金属粒子(MeO)4と金属粒子(Me)5が循環できるように、ガスシール機能を有するニューマチックバルブの種類であるLバルブ24,25,26と配管でループ状に連結されている。   In this three-column CLC, metal particles (MeO) 4 and metal particles (Me) 5 can be circulated between the air reactor 1, the cyclone 13, the volatile reactor 3, the fuel reactor 2, and the air reactor 1. In addition, they are connected to L valves 24, 25, and 26, which are types of pneumatic valves having a gas seal function, in a loop shape by piping.

燃料反応器2内には、高温の金属粒子(MeO)4と金属粒子(Me)5が混在した移動層(図示せず)が形成されている。ここで、固体燃料(例えば石炭)7は800℃以上の高温場で熱分解し、固体成分のチャー12と揮発分が主体の生成ガス11に分離し、生成ガス11は燃料反応器2の上部に配置された揮発反応器3へ即座に移動する。また、燃料反応器2からは、還元された金属粒子(Me)5と生成したチャー12が適量排出される。
排出されたチャー12と金属粒子(Me)5はLバルブ26を通過して、空気反応器1へ移送される。空気反応器1には、空気予熱器16を通過した高温の空気30が導入されており、空気予熱器16の内部では空気30がチャー12を燃焼する。
A moving bed (not shown) in which high-temperature metal particles (MeO) 4 and metal particles (Me) 5 are mixed is formed in the fuel reactor 2. Here, the solid fuel (for example, coal) 7 is thermally decomposed in a high temperature field of 800 ° C. or higher, and is separated into a solid component char 12 and a product gas 11 mainly composed of volatile components. The product gas 11 is an upper part of the fuel reactor 2. Immediately move to the volatile reactor 3 located in Further, from the fuel reactor 2, reduced metal particles (Me) 5 and the generated char 12 are discharged in an appropriate amount.
The discharged char 12 and metal particles (Me) 5 pass through the L valve 26 and are transferred to the air reactor 1. Hot air 30 that has passed through the air preheater 16 is introduced into the air reactor 1, and the air 30 burns the char 12 inside the air preheater 16.

それと同時に、空気30は金属粒子(Me)5と酸化反応して、金属粒子(MeO)4を生成する。この金属粒子(MeO)4は燃焼排気ガス(N,O,CO,飛灰など)8と共にサイクロン13に移動され、比重差により固体の金属粒子(MeO)4と気体の燃焼排気ガス8に分離される。 At the same time, the air 30 reacts with the metal particles (Me) 5 to generate metal particles (MeO) 4. The metal particles (MeO) 4 are moved to the cyclone 13 together with the combustion exhaust gas (N 2 , O 2 , CO 2 , fly ash, etc.) 8, and the solid metal particles (MeO) 4 and the gaseous combustion exhaust gas due to the difference in specific gravity. 8 is separated.

金属粒子(MeO)4は、重力でサイクロン13の下部に落下し、Lバルブ24を通過して、揮発反応器3へ移動する。燃料反応器2から送られてきた揮発分13が、揮発反応器3内の金属粒子(MeO)4を浮遊流動させながら金属粒子(MeO)4と反応する。その結果、COガスとHO(水蒸気)が生成する。 The metal particles (MeO) 4 fall to the lower part of the cyclone 13 by gravity, pass through the L valve 24, and move to the volatile reactor 3. The volatile matter 13 sent from the fuel reactor 2 reacts with the metal particles (MeO) 4 while floating and flowing the metal particles (MeO) 4 in the volatile reactor 3. As a result, CO 2 gas and H 2 O (water vapor) are generated.

また、金属粒子(MeO)4は生成ガス11との反応により還元されて金属粒子(Me)5となり、その金属粒子(Me)5と未反応の金属粒子(MeO)4は、Lバルブ25通過して、燃料反応器2へ移動する。   The metal particles (MeO) 4 are reduced by reaction with the product gas 11 to become metal particles (Me) 5, and the metal particles (Me) 5 and unreacted metal particles (MeO) 4 pass through the L valve 25. Then, it moves to the fuel reactor 2.

このようにしてCLCでは、金属粒子4,5が燃料反応器2→空気反応器1→揮発反応器3→燃料反応器2→・・・を循環流動しながら固体燃料(例えば石炭)7と反応する。金属粒子4,5を搬送するLバルブ24,25,26に使用する金属粒子搬送ガス28,29には、システム内で生成したCOガス、HO(水蒸気)あるいはNが使用される。 Thus, in the CLC, the metal particles 4 and 5 react with the solid fuel (for example, coal) 7 while circulating and flowing through the fuel reactor 2 → the air reactor 1 → the volatile reactor 3 → the fuel reactor 2 →. To do. CO 2 gas, H 2 O (water vapor) or N 2 generated in the system is used as the metal particle carrier gas 28 and 29 used for the L valves 24, 25 and 26 that carry the metal particles 4 and 5. .

揮発反応器3内で生成したCOガス9とHO(水蒸気)10は熱交換器19に送られて冷却され、熱交換器19で得られた水蒸気は図示しない発電設備に送られる。その後、COガス9とHO(水蒸気)10は脱硝装置20、除塵装置21、脱硫装置22などを経て脱水と不純物の除去がなされ、CO圧縮液化装置23でCOガス9の圧縮液化による回収が行われる。 The CO 2 gas 9 and H 2 O (steam) 10 generated in the volatile reactor 3 are sent to a heat exchanger 19 to be cooled, and the steam obtained by the heat exchanger 19 is sent to a power generation facility (not shown). Then, CO 2 gas 9 and H 2 O (steam) 10 denitrator 20, dust collector 21, removal of the desulfurization apparatus 22 dehydration and impurities through such is done, the compression of CO 2 gas 9 with CO 2 compressed liquefier 23 Recovery by liquefaction is performed.

サイクロン13で分離された燃焼排気ガス8は熱交換器15で冷却され、さらに空気予熱器16で空気6と熱交換されて、最後に除塵装置17で飛灰が除去されて大気中へ排気18される。   The combustion exhaust gas 8 separated by the cyclone 13 is cooled by a heat exchanger 15, further heat-exchanged with the air 6 by an air preheater 16, and finally fly ash is removed by a dust removing device 17 and exhausted 18 into the atmosphere. Is done.

前記熱交換器15で得られた水蒸気は、図示しない発電設備に送られる。また、空気予熱器16で加熱された高温の空気30は、空気ブロア35によって昇圧され、弁33で流量調整されて、空気反応器1の下部から供給される。なお、空気反応器1の内周部には水冷壁14が設置されて、空気反応器1内での熱回収を行っている。   The steam obtained by the heat exchanger 15 is sent to a power generation facility (not shown). The hot air 30 heated by the air preheater 16 is pressurized by the air blower 35, the flow rate is adjusted by the valve 33, and supplied from the lower part of the air reactor 1. A water cooling wall 14 is installed on the inner peripheral portion of the air reactor 1 to recover heat in the air reactor 1.

本発明の3塔式CLCでは、燃料反応器2内でのチャー12の滞留時間を確保するために、燃料反応器2内は流動層を形成している。金属粒子(Me)5が連続的に供給され、砂時計の如く、金属粒子(Me)5は充填されたままゆっくりと下方へ移動する。一方、燃料反応器2の下部から供給されたガス化剤(CO、HO)27は移動する金属粒子(Me)5の隙間を通って上方へ移動し、チャー12はその移動層内でガス化反応する。 In the three-column CLC of the present invention, a fluidized bed is formed in the fuel reactor 2 in order to ensure the residence time of the char 12 in the fuel reactor 2. The metal particles (Me) 5 are continuously supplied, and like the hourglass, the metal particles (Me) 5 move slowly downward while being filled. On the other hand, the gasifying agents (CO 2 , H 2 O) 27 supplied from the lower part of the fuel reactor 2 move upward through the gaps of the moving metal particles (Me) 5, and the char 12 is in the moving bed. The gasification reaction occurs.

一方、揮発分反応器3は流動層とし、流動化ガスとして燃料反応器2で生成した生成ガス11を利用することで、酸素キャリアである金属粒子(MeO)4との接触を良好に行い、反応性を高める効果がある。   On the other hand, the volatile content reactor 3 is a fluidized bed, and by making use of the product gas 11 generated in the fuel reactor 2 as a fluidizing gas, contact with the metal particles (MeO) 4 that are oxygen carriers is favorably performed. It has the effect of increasing reactivity.

次に、本発明の特徴である任意に変更できるCO回収率の変更手段について詳細に説明する。
図3は、固定炭素モル量に対するガス化剤モル量の比(ガス化剤モル量/固定炭素モル量)αをパラメータとして、チャーのガス化率とαの関係を示した特性図である。
固定炭素とは、石炭の工業分析で得られる揮発分と水分と灰分を除いた固体の炭素分である。例えばガス化時間(チャー12が燃料反応器2内に滞留する時間)が15分に設計されている場合、図3に示すようにα=1.2ではガス化率は約98%、α=0.5ではガス化率は30%と、αが減少するのに伴いチャーのガス化率が低下する傾向にある。
Next, the CO 2 recovery rate changing means that can be arbitrarily changed, which is a feature of the present invention, will be described in detail.
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the gasification rate of char and α, with the ratio of the molar amount of gasifying agent to the molar amount of fixed carbon (gas molar amount / fixed carbon molar amount) α as a parameter.
Fixed carbon is a solid carbon content excluding volatile matter, moisture and ash obtained by industrial analysis of coal. For example, when the gasification time (the time during which the char 12 stays in the fuel reactor 2) is designed to be 15 minutes, as shown in FIG. 3, when α = 1.2, the gasification rate is about 98%, and α = At 0.5, the gasification rate is 30%, and the gasification rate of char tends to decrease as α decreases.

この固定炭素モル量に対するガス化剤モル量の比であるαは、ガス化剤27(図1参照)の供給量で変更できるため、チャー12のガス化率の制御が可能となる。その結果、未反応のチャー12を空気反応器1へ移動して燃焼することは、揮発分反応器3から排出されるCO量は未反応チャー12の量だけ減少することを意味している。すなわち、ガス化剤27の供給量変更⇒チャー12のガス化率変更⇒COガスの生成量変更⇒CO回収率の変更となる。 Since the ratio α of the gasifying agent molar amount to the fixed carbon molar amount can be changed by the supply amount of the gasifying agent 27 (see FIG. 1), the gasification rate of the char 12 can be controlled. As a result, moving the unreacted char 12 to the air reactor 1 and burning it means that the amount of CO 2 discharged from the volatile content reactor 3 is reduced by the amount of the unreacted char 12. . That is, a change in the supply amount of the gasifying agent 27 ⇒ a change in the gasification rate of the char 12 ⇒ a change in the production amount of the CO 2 gas ⇒ a change in the CO 2 recovery rate.

また、未反応のチャー12は空気反応器1で燃焼するため、チャー12の持つ熱量は空気反応器1で熱回収されるので、システム全体の回収熱は変化しない。
このように本発明では、CO回収率の調整をチャー12のガス化剤27の供給量の制御によって行うことを特徴としている。
Further, since the unreacted char 12 burns in the air reactor 1, the amount of heat of the char 12 is recovered by the air reactor 1, so that the recovered heat of the entire system does not change.
As described above, the present invention is characterized in that the CO 2 recovery rate is adjusted by controlling the supply amount of the gasifying agent 27 of the char 12.

次に図1を用いて、CO回収率の変更方法について説明する。
図1に示すように揮発分反応器3から排出されたCOガス9とHO(水蒸気)10の高温混合ガスは、それを熱交換器19に通すことにより低温化される。この混合ガスの一部をガス化剤27として用いるため、熱交換器19の出口側から燃料反応器2の下部側に延びたガス化剤供給配管40を設け、そのガス化剤供給配管40の途中に循環ブロア34と弁32を設ける。
Next, a method for changing the CO 2 recovery rate will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, the high temperature mixed gas of CO 2 gas 9 and H 2 O (water vapor) 10 discharged from the volatile content reactor 3 is lowered in temperature by passing it through a heat exchanger 19. In order to use a part of this mixed gas as the gasifying agent 27, a gasifying agent supply pipe 40 extending from the outlet side of the heat exchanger 19 to the lower side of the fuel reactor 2 is provided. A circulation blower 34 and a valve 32 are provided on the way.

また、弁32の開度は、例えばキーボードなどで構成されているCO回収率変更指示手段31によってコントロールされるようになっている。
産業用COの需要変化に伴ってCO回収率を変更する場合、初めにCO回収率変更指示手段31に希望するCO回収率を入力する。この入力に基づいて、弁32の開度が調整され、循環ブロア34によって送られてくるガス化剤27の供給流量がコントロールされる。
Further, the opening degree of the valve 32 is controlled by a CO 2 recovery rate changing instruction means 31 constituted by, for example, a keyboard.
When changing the CO 2 recovery rate in accordance with a change in demand for industrial CO 2 , the desired CO 2 recovery rate is first input to the CO 2 recovery rate change instruction means 31. Based on this input, the opening degree of the valve 32 is adjusted, and the supply flow rate of the gasifying agent 27 sent by the circulation blower 34 is controlled.

そして未反応のチャー12が金属粒子(Me)5と共に空気反応器1へ移動する。この結果、燃焼排気ガス8中のCO量が変化し、同時に揮発分反応器3から排出されるCOガス9とHO(水蒸気)10の量も変化し、希望するCO回収率に変更される。 Then, the unreacted char 12 moves to the air reactor 1 together with the metal particles (Me) 5. As a result, the amount of CO 2 in the combustion exhaust gas 8 changes, and at the same time, the amount of CO 2 gas 9 and H 2 O (water vapor) 10 discharged from the volatile content reactor 3 also changes, and the desired CO 2 recovery rate. Changed to

それと同時に、燃焼排気ガス8のガス温度が変化するため、所定のガス温度になるように、熱交換器15に流す水量を変更し、蒸気としての排気ガス顕熱を回収する。同様に揮発分反応器3から排出されるガス温度も変化するため、所定のガス温度になるように、熱交換器19に流す水量を変え、蒸気としての排気ガス顕熱を回収する。これにより、CO回収率を変更しても、蒸気流量は変わらない。 At the same time, since the gas temperature of the combustion exhaust gas 8 changes, the amount of water flowing to the heat exchanger 15 is changed so as to reach a predetermined gas temperature, and the exhaust gas sensible heat as steam is recovered. Similarly, since the temperature of the gas discharged from the volatile reactor 3 also changes, the amount of water flowing to the heat exchanger 19 is changed so as to reach a predetermined gas temperature, and exhaust gas sensible heat as steam is recovered. Thereby, even if the CO 2 recovery rate is changed, the steam flow rate does not change.

ガス化剤27の供給量を調整するには、図3の(ガス化剤モル量/固定炭素モル量)αとチャーのガス化率の関係を利用して、弁32の開度を調整する。
例えば、燃料反応器2をチャー12の滞留する時間が15分になるように設計していた場合、CO回収率を98%から30%に変更するには、図3よりガス化時間15分におけるチャーガス化率98%から30%に変更したときの、(ガス化剤モル量/固定炭素モル量)αに設定する。この場合、αが1.2から0.5へ変更することになる。
In order to adjust the supply amount of the gasifying agent 27, the opening degree of the valve 32 is adjusted using the relationship between (gasifying agent molar amount / fixed carbon molar amount) α in FIG. .
For example, when the fuel reactor 2 is designed so that the char 12 stays for 15 minutes, in order to change the CO 2 recovery rate from 98% to 30%, the gasification time 15 minutes from FIG. When the char gasification rate in 98 is changed from 98% to 30%, it is set to (amount of gasifying agent / amount of fixed carbon) α. In this case, α is changed from 1.2 to 0.5.

そこで、弁32の開度を広げ、循環ブロア34からガス化剤27の供給量を前記αの値が0.5になるように増加させる。その結果、チャーは30%がガス化して揮発分反応器3へ移動して産業用COとして回収され、残りの未反応のチャー12は空気反応器1で燃焼する。 Therefore, the opening degree of the valve 32 is widened, and the supply amount of the gasifying agent 27 from the circulation blower 34 is increased so that the value of α is 0.5. As a result, 30% of the char is gasified and transferred to the volatile reactor 3 to be recovered as industrial CO 2 , and the remaining unreacted char 12 is combusted in the air reactor 1.

ガス化剤としては、COガスあるいはHO(水蒸気)、もしくはCOガスとHO(水蒸気)の両方を使用することができる。また、COガスあるいはHO(水蒸気)、もしくはCOガスとHO(水蒸気)の両方を、図1に示す実施例よりも別の系統から供給することもできる。 As the gasifying agent, CO 2 gas or H 2 O (water vapor), or both CO 2 gas and H 2 O (water vapor) can be used. Further, CO 2 gas or H 2 O (water vapor), or both CO 2 gas and H 2 O (water vapor) can be supplied from a system different from the embodiment shown in FIG.

COガスの供給元として、図1に示すCO圧縮液化装置23で回収したCOの再利用でもよい。
また,水蒸気の供給元として、図1に示す熱交換器15,19から生成した水蒸気を利用してもよい。
As a CO 2 gas supply source, CO 2 recovered by the CO 2 compression liquefaction apparatus 23 shown in FIG. 1 may be reused.
Moreover, you may utilize the water vapor | steam produced | generated from the heat exchangers 15 and 19 shown in FIG.

さらに、ガス化剤としてCOガスとHO(水蒸気)の混合ガスを使用する場合は、本実施例のように揮発分反応器3から排出される混合ガスの一部を循環ブロア34で再循環して使用すれば、ランニングコストを低く抑えることが可能である。 Furthermore, when a mixed gas of CO 2 gas and H 2 O (water vapor) is used as the gasifying agent, a part of the mixed gas discharged from the volatile reactor 3 is circulated by the circulation blower 34 as in this embodiment. If it is used after recirculation, the running cost can be kept low.

金属粒子(MeO)4としては、例えばニッケル(Ni)、鉄(Fe)、銅(Cu)、カルシウム(Ca)などの酸化物が使用される。特に酸化鉄は、無公害で安価なためCLCに好適である。
金属粒子(MeO)4として酸化鉄を使用した場合の、還元/酸化反応式を下記に示す。
As the metal particles (MeO) 4, for example, oxides such as nickel (Ni), iron (Fe), copper (Cu), and calcium (Ca) are used. In particular, iron oxide is suitable for CLC because it is pollution-free and inexpensive.
The reduction / oxidation reaction formula when iron oxide is used as the metal particles (MeO) 4 is shown below.

還元反応:C(例えば石炭)+6Fe⇒4Fe+CO−吸熱 (3)
酸化反応:4Fe+O(空気)⇒6Fe+発熱 (4)
金属粒子(MeO)4として酸化鉄を使用した場合、金属粒子(MeO)4はFe3、金属粒子(Me)5はFeに相当する。そして空気反応器1では前記式(4)で示すFeと空気の酸化反応が生じ、燃料反応器2と揮発分反応器3では前記式(3)で示すFeの還元反応が生じる。
Reduction reaction: C (for example, coal) + 6Fe 2 O 3 ⇒4Fe 3 O 4 + CO 2 − endothermic (3)
Oxidation reaction: 4Fe 3 O 4 + O 2 (air) ⇒6Fe 2 O 3 + exotherm (4)
When iron oxide is used as the metal particles (MeO) 4, the metal particles (MeO) 4 correspond to Fe 2 O 3 and the metal particles (Me) 5 correspond to Fe 3 O 4 . In the air reactor 1, an oxidation reaction of Fe 3 O 4 represented by the above formula (4) occurs with air, and in the fuel reactor 2 and the volatile content reactor 3, the reduction reaction of Fe 2 O 3 represented by the above formula (3). Occurs.

図1に示す生成ガス11の主成分はCHとCOとHであり、揮発分反応器3では生成ガス11と金属粒子(MeO)4であるFeの間で下記の反応が生じる
CH+6Fe⇒CO+HO+4Fe (5)
CO+3Fe⇒CO+2Fe (6)
+3Fe⇒HO+2Fe (7)
The main components of the product gas 11 shown in FIG. 1 are CH 4 , CO, and H 2. In the volatile content reactor 3, the following reaction occurs between the product gas 11 and Fe 2 O 3 that is metal particles (MeO) 4. Resulting CH 4 + 6Fe 2 O 3 ⇒CO + H 2 O + 4Fe 3 O 4 (5)
CO + 3Fe 2 O 3 ⇒CO 2 + 2Fe 3 O 4 (6)
H 2 + 3Fe 2 O 3 ⇒H 2 O + 2Fe 3 O 4 (7)

また、一般に循環流動層では粒子搬送用ガスシールバルブとしてメカニカルバルブまたはLバルブなどのニューマティックバルブが用いられている。メカニカルバルブでは600℃以上でシール部が破損するため、Lバルブなどのニューマティックバルブを採用する。LバルブとはL字型配管で、エアーレーションを行うことで粒子層を流動化して駆動し、粒子搬送流量を制御するものである。   In general, in a circulating fluidized bed, a pneumatic valve such as a mechanical valve or an L valve is used as a gas seal valve for particle conveyance. For mechanical valves, a pneumatic valve such as an L valve is used because the seal portion is damaged at 600 ° C. or higher. The L valve is an L-shaped pipe, which is driven by aeration by fluidizing the particle layer and controlling the particle conveying flow rate.

図2は、本発明の実施例2に係るケミカルルーピング燃焼システムの具体例を示した概略系統図である。   FIG. 2 is a schematic system diagram showing a specific example of the chemical looping combustion system according to the second embodiment of the present invention.

ケミカルルーピング燃焼システムの起動時や低負荷運転時では、燃料反応器2からの生成ガス11の量が少ないため、揮発分反応器3内の金属粒子4,5の良好な流動化ができないことがある。流動化しないと金属粒子4,5がLバルブ25にオーバーフローして移動できないため、揮発分反応器3内に金属粒子4,5が溜まり、揮発分反応器3の圧力損失が増加する。   When starting up the chemical looping combustion system or during low load operation, the amount of the product gas 11 from the fuel reactor 2 is small, and therefore the metal particles 4 and 5 in the volatile reactor 3 cannot be fluidized well. is there. If it does not fluidize, the metal particles 4 and 5 overflow into the L valve 25 and cannot move. Therefore, the metal particles 4 and 5 accumulate in the volatile reactor 3 and the pressure loss of the volatile reactor 3 increases.

この揮発分反応器3の粒子層圧がLバルブ25の圧力よりも大きくなると、ガスシールができなくなる。この結果、燃料反応器2からの生成ガス11はLバルブ25から流れ、揮発分反応器3の循環流動化が停止するという課題がある。
また、金属粒子(MeO)4が撹拌されないため、生成ガス11との反応性が低下する。
When the particle layer pressure of the volatile reactor 3 becomes larger than the pressure of the L valve 25, gas sealing cannot be performed. As a result, there is a problem that the product gas 11 from the fuel reactor 2 flows from the L valve 25 and the circulation fluidization of the volatile content reactor 3 is stopped.
Further, since the metal particles (MeO) 4 are not stirred, the reactivity with the product gas 11 is lowered.

この対策として本実施例では、図2に示されているように、燃料反応器2と揮発分反応器3の間、すなわち揮発分反応器3の下部に流動化用のアシストガス37を供給するアシストガス供給管41を接続して、アシストガス供給管41に弁38を付設している。   As a countermeasure, in this embodiment, as shown in FIG. 2, fluidizing assist gas 37 is supplied between the fuel reactor 2 and the volatile content reactor 3, that is, in the lower part of the volatile content reactor 3. An assist gas supply pipe 41 is connected, and a valve 38 is attached to the assist gas supply pipe 41.

そしてシステムの起動時や低負荷運転時などのように、燃料反応器2から所定の生成ガス11の量が得られないときには、アシストガス供給管41から流動化用のアシストガス37を供給して、揮発分反応器3内の金属粒子4,5の流動化をアシストガス37で促進する。   When the predetermined amount of product gas 11 cannot be obtained from the fuel reactor 2 such as when the system is started up or during low load operation, the assist gas 37 for fluidization is supplied from the assist gas supply pipe 41. The fluidization of the metal particles 4 and 5 in the volatile content reactor 3 is promoted by the assist gas 37.

アシストガス37には、COガスやHO(水蒸気)、もしくはCOガスとHO(水蒸気)の混合ガスを使用することができる。
本実施例では図2に示すように、ガス化剤供給配管40上の循環ブロア34と弁32の間から揮発分反応器3の下部に向けてアシストガス供給管41を分岐し、そのアシストガス供給管41上に弁38を付設して、弁38に例えばキーボードなどで構成されているアシストガス供給指示手段42を接続している。
As the assist gas 37, CO 2 gas, H 2 O (water vapor), or a mixed gas of CO 2 gas and H 2 O (water vapor) can be used.
In this embodiment, as shown in FIG. 2, an assist gas supply pipe 41 is branched from between the circulation blower 34 on the gasifying agent supply pipe 40 and the valve 32 toward the lower part of the volatile reactor 3, and the assist gas A valve 38 is provided on the supply pipe 41, and an assist gas supply instructing means 42 composed of, for example, a keyboard is connected to the valve 38.

システムの起動時や低負荷運転時などのように、燃料反応器2から所定の生成ガス11の量が得られないときには、アシストガス供給指示手段42からの指示により弁38を開いて、所定量のアシストガス37を揮発分反応器3の下部から供給して、揮発分反応器3内の金属粒子4,5の流動化を促進する。   When the predetermined amount of the produced gas 11 cannot be obtained from the fuel reactor 2, such as when the system is started up or during low load operation, the valve 38 is opened by an instruction from the assist gas supply instructing means 42, The assist gas 37 is supplied from the lower part of the volatile content reactor 3 to promote fluidization of the metal particles 4 and 5 in the volatile content reactor 3.

揮発分反応器3内の金属粒子4,5の流動化がスムーズに行われるようになると、アシストガス供給指示手段42からの指示により弁38を閉じる。
本実施例のように、揮発分反応器3から排出されるCOガスやHO(水蒸気)をガス化剤供給配管40から分岐してアシストガス37として供給すれば、ランニングコストを低く抑えることができる。
When fluidization of the metal particles 4 and 5 in the volatile reactor 3 is performed smoothly, the valve 38 is closed by an instruction from the assist gas supply instruction means 42.
If the CO 2 gas or H 2 O (water vapor) discharged from the volatile content reactor 3 is branched from the gasifying agent supply pipe 40 and supplied as the assist gas 37 as in this embodiment, the running cost can be kept low. be able to.

また、COガスやHO(水蒸気)を別系統から供給することもできる。
さらにCOガスの供給元として、CO圧縮液化装置23で回収したCOを再利用しても良い。さらにまた、HO(水蒸気)の供給元として、熱交換器15,19から生成した水蒸気を利用しても良い。
It is also possible to supply CO 2 gas and H 2 O a (water vapor) from another system.
Further as the supply source of the CO 2 gas, it may be reused a CO 2 recovered by the CO 2 compressor liquefier 23. Furthermore, water vapor generated from the heat exchangers 15 and 19 may be used as a source of H 2 O (water vapor).

この実施例のようにアシストガス37を利用すれば、ケミカルルーピング燃焼システムの起動時や低負荷運転時でも金属粒子4,5が移動できるため、システム内の圧力バランスが維持でき、良好な循環流動状態が保たれる。   If the assist gas 37 is used as in this embodiment, the metal particles 4 and 5 can move even when the chemical looping combustion system is started up or during low load operation, so that the pressure balance in the system can be maintained, and good circulation flow can be maintained. State is maintained.

図2では説明上、CO回収率変更指示手段31とアシストガス供給指示手段42を別々に設けた構成になっているが、実際には1つの指示手段でCO回収率変更ならびにアシストガス供給の指示を行うことになる。 In FIG. 2, for the sake of explanation, the CO 2 recovery rate change instructing means 31 and the assist gas supply instructing means 42 are separately provided. In practice, however, the CO 2 recovery rate is changed and the assist gas is supplied with one instruction means. Will be instructed.

この実施例におけるCLCの他の構成や機能などは図1に示す実施例1と同様であるので、重複する説明は省略する。   Other configurations and functions of the CLC in this embodiment are the same as those in the first embodiment shown in FIG.

産業用COの需要に合わせたCO回収率は化学吸収法でも可能であるが、エネルギー損失が大きく、蒸気量が変動し、安定した発電量が得られないという課題がある。 Although the CO 2 recovery rate in accordance with the demand for industrial CO 2 can be achieved by the chemical absorption method, there is a problem that energy loss is large, the amount of steam fluctuates, and a stable power generation amount cannot be obtained.

これに対して本発明のケミカルルーピング燃焼システムは、産業用COの需要に対応したCO回収率を任意に選択でき、その際、システム全体で得られる熱は略同じであるため、必要な蒸気量が得られ、発電量は低下しないことを特長としている。 On the other hand, the chemical looping combustion system of the present invention can arbitrarily select a CO 2 recovery rate corresponding to the demand for industrial CO 2 , and at this time, the heat obtained in the entire system is substantially the same. The feature is that the amount of steam is obtained and the amount of power generation does not decrease.

また、石炭火力発電所から回収した多量のCOの処分方法は解決されておらず、実用化が困難であると見られている。一方、国内外では天然ガス火力発電所並みのCO発生レベルであれば、許容される見通しである。石炭火力発電所からのCO回収率を100%から50%にすることで、天然ガス火力発電所並みのCO排出量に抑制でき、石炭火力発電所でも燃焼排気ガスからのCOを分離・回収して貯留する技術(CCS:Carbon dioxide Capture and Storage)に十分対応可能である。 Moreover, the disposal method of a large amount of CO 2 recovered from a coal-fired power plant has not been solved, and it is considered that practical application is difficult. On the other hand, it is expected to be acceptable at home and abroad as long as it is at the same level of CO 2 generation as natural gas thermal power plants. By the CO 2 recovery from coal-fired power plant from 100% to 50%, can be suppressed to a CO 2 emission of natural gas-fired power plants comparable, the CO 2 from the combustion exhaust gases in coal-fired power plants separation -It is fully compatible with carbon dioxide capture and storage (CCS) technology.

さらに本発明は、産業用COのだけでなく、事業用CCS分野へも適用可能である。 Furthermore, the present invention is applicable not only to industrial CO 2 but also to the business CCS field.

前記実施例では固体燃料として石炭を使用したが、例えば石炭と植物系由来のバイオマスを併用する固定燃料でも適用可能である。   In the above embodiment, coal is used as the solid fuel. However, for example, a fixed fuel using both coal and plant-derived biomass is also applicable.

1:空気反応器、
2:燃料反応器、
3:揮発分反応器、
4:金属粒子(MeO)、
5:金属粒子(Me)、
6:空気、
7:固体燃料、
8:燃焼排気ガス、
9:COガス、
10:HO(水蒸気)、
11:生成ガス、
12:チャー、
13:サイクロン、
15,19:熱交換器、
23:CO圧縮液化装置、
24,25,26:Lバルブ、
27:ガス化剤、
30:空気、
31:CO回収率変更指示手段、
32,38:弁、
37:アシストガス、
40:ガス化剤供給配管、
41:アシストガス供給配管、
42:アシストガス供給指示手段。
1: air reactor,
2: Fuel reactor,
3: volatile reactor,
4: Metal particles (MeO),
5: Metal particles (Me),
6: Air,
7: Solid fuel,
8: Combustion exhaust gas,
9: CO 2 gas,
10: H 2 O (water vapor),
11: generated gas,
12: Char,
13: Cyclone,
15, 19: heat exchanger,
23: CO 2 compression liquefaction device,
24, 25, 26: L valve,
27: Gasifying agent,
30: Air,
31: CO 2 recovery rate change instruction means,
32, 38: valve,
37: Assist gas,
40: Gasifying agent supply piping,
41: Assist gas supply piping,
42: Assist gas supply instruction means.

Claims (10)

固体燃料をガス化させる移動層式燃料反応器と、
前記燃料反応器から生成したガス成分を金属粒子で酸化する流動層式揮発分反応器と、
前記ガス成分の酸化により還元された前記金属粒子を空気により酸化する流動層式空気反応器と、
前記空気反応器から排出される前記金属粒子と前記ガス成分を分離するサイクロンと、
前記揮発分反応器から排出される二酸化炭素を分離・回収する二酸化炭素回収手段を備えて、
前記金属粒子が循環するように、前記燃料反応器と前記揮発分反応器と前記空気反応器と前記サイクロンをニューマティックバルブと配管でループ状に接続したケミカルルーピング燃焼システムにおいて、
前記燃料反応器に供給する二酸化炭素もしくは水蒸気、あるいは二酸化炭素と水蒸気の両方を成分とするガス化剤の供給量の調整により、前記二酸化炭素回収手段での二酸化炭素の回収率を制御する構成になっていることを特徴とするケミカルルーピング燃焼システム。
A moving bed fuel reactor for gasifying solid fuel;
A fluidized bed volatile reactor that oxidizes gas components generated from the fuel reactor with metal particles;
A fluidized bed air reactor that oxidizes the metal particles reduced by oxidation of the gas component with air;
A cyclone for separating the metal particles and the gas component discharged from the air reactor;
Comprising carbon dioxide recovery means for separating and recovering carbon dioxide discharged from the volatile content reactor,
In the chemical looping combustion system in which the fuel reactor, the volatile content reactor, the air reactor, and the cyclone are connected in a loop with a pneumatic valve and piping so that the metal particles circulate,
The carbon dioxide recovery rate is controlled by the carbon dioxide recovery means by adjusting the supply amount of carbon dioxide or water vapor supplied to the fuel reactor or a gasifying agent containing both carbon dioxide and water vapor as components. A chemical looping combustion system characterized by
請求項1に記載のケミカルルーピング燃焼システムにおいて、
前記固体燃料が石炭を含む固体燃料であって、
前記固体燃料の固定炭素モル量に対する前記ガス化剤モル量の比(ガス化剤モル量/固定炭素モル量)αと、前記燃料反応器で生成するチャーのガス化率との関係を予め求めておき、
前記制御する二酸化炭素の回収率に対応した前記チャーのガス化率と前記(ガス化剤モル量/固定炭素モル量)αの関係に基づいて、前記ガス化剤の供給量を調整することを特徴とするケミカルルーピング燃焼システム。
The chemical looping combustion system of claim 1,
The solid fuel is a solid fuel containing coal,
The relationship between the ratio of the gasifying agent molar amount to the fixed carbon molar amount of the solid fuel (gasifying agent molar amount / fixed carbon molar amount) α and the gasification rate of char generated in the fuel reactor is obtained in advance. Leave
Adjusting the supply amount of the gasifying agent based on the relationship between the gasification rate of the char corresponding to the carbon dioxide recovery rate to be controlled and the (molar amount of gasifying agent / molar amount of fixed carbon) α. Characteristic chemical looping combustion system.
請求項1または2に記載のケミカルルーピング燃焼システムにおいて、
前記ガス化剤の供給量の調整により二酸化炭素の回収率を制御する構成が、
前記燃料反応器に前記ガス化剤を供給するガス化剤供給管と、
前記ガス化剤供給管に付設された弁と、
前記二酸化炭素の回収率に応じて前記弁の開度調整を指示する二酸化炭素回収率変更指示手段を備えていることを特徴とするケミカルルーピング燃焼システム。
The chemical looping combustion system according to claim 1 or 2,
The configuration for controlling the carbon dioxide recovery rate by adjusting the supply amount of the gasifying agent,
A gasifying agent supply pipe for supplying the gasifying agent to the fuel reactor;
A valve attached to the gasifying agent supply pipe;
A chemical looping combustion system comprising: a carbon dioxide recovery rate change instructing means for instructing an opening degree adjustment of the valve according to the carbon dioxide recovery rate.
請求項1ないし3のいずれか1項に記載のケミカルルーピング燃焼システムにおいて、
前記燃料反応器に供給するガス化剤として、前記揮発分反応器からの排気ガスの一部を使用する構成になっていることを特徴とするケミカルルーピング燃焼システム。
The chemical looping combustion system according to any one of claims 1 to 3,
A chemical looping combustion system characterized in that a part of exhaust gas from the volatile content reactor is used as a gasifying agent supplied to the fuel reactor.
請求項1ないし3のいずれか1項に記載のケミカルルーピング燃焼システムにおいて、
前記燃料反応器に供給するガス化剤として、前記二酸化炭素回収手段で回収した二酸化炭素の一部を使用する構成になっていることを特徴とするケミカルルーピング燃焼システム。
The chemical looping combustion system according to any one of claims 1 to 3,
A chemical looping combustion system characterized in that a part of carbon dioxide recovered by the carbon dioxide recovery means is used as a gasifying agent supplied to the fuel reactor.
請求項1ないし3のいずれか1項に記載のケミカルルーピング燃焼システムにおいて、
前記揮発分反応器の排気ガス出口側に設けた熱交換器または/および前記サイクロンの排気ガス出口側に設けた熱交換器で生成した水蒸気の一部を、前記燃料反応器に供給するガス化剤として使用する構成になっていることを特徴とするケミカルルーピング燃焼システム。
The chemical looping combustion system according to any one of claims 1 to 3,
Gasification for supplying a part of water vapor generated by a heat exchanger provided on the exhaust gas outlet side of the volatile content reactor and / or a heat exchanger provided on the exhaust gas outlet side of the cyclone to the fuel reactor A chemical looping combustion system, characterized in that it is configured to be used as an agent.
請求項1ないし6のいずれか1項に記載のケミカルルーピング燃焼システムにおいて、
前記燃料反応器とその燃料反応器の上に設けられた前記揮発分反応器の間に、前記揮発分反応器内の前記金属粒子の流動化を促進するための二酸化炭素もしくは水蒸気、あるいは二酸化炭素と水蒸気の両方を成分とするアシスタントガスを供給するアシスタントガス供給手段を設けたことを特徴とするケミカルルーピング燃焼システム。
The chemical looping combustion system according to any one of claims 1 to 6,
Carbon dioxide or water vapor or carbon dioxide for promoting fluidization of the metal particles in the volatile content reactor between the fuel reactor and the volatile content reactor provided on the fuel reactor. A chemical looping combustion system comprising an assistant gas supply means for supplying an assistant gas containing both water and water vapor as components.
請求項7に記載のケミカルルーピング燃焼システムにおいて、
前記燃料反応器に供給する前記ガス化剤の一部を前記アシスタントガスとして前記揮発分反応器に供給する構成になっていることを特徴とするケミカルルーピング燃焼システム。
The chemical looping combustion system of claim 7,
A chemical looping combustion system, wherein a part of the gasifying agent supplied to the fuel reactor is supplied to the volatile reactor as the assistant gas.
請求項7に記載のケミカルルーピング燃焼システムにおいて、
前記揮発分反応器に供給する前記アシスタントガスとして、前記二酸化炭素回収手段で回収した二酸化炭素の一部を使用する構成になっていることを特徴とするケミカルルーピング燃焼システム。
The chemical looping combustion system of claim 7,
A chemical looping combustion system characterized in that a part of the carbon dioxide recovered by the carbon dioxide recovery means is used as the assistant gas supplied to the volatile content reactor.
請求項7に記載のケミカルルーピング燃焼システムにおいて、
前記揮発分反応器の排気ガス出口側に設けた熱交換器または/および前記サイクロンの排気ガス出口側に設けた熱交換器で生成した水蒸気の一部を、前記揮発分反応器に供給する前記アシスタントガスとして使用する構成になっていることを特徴とするケミカルルーピング燃焼システム。
The chemical looping combustion system of claim 7,
A part of water vapor generated by a heat exchanger provided on the exhaust gas outlet side of the volatile reactor or / and a heat exchanger provided on the exhaust gas outlet side of the cyclone is supplied to the volatile reactor. A chemical looping combustion system that is configured to be used as an assistant gas.
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