JP6021371B2 - Chemical looping combustion system - Google Patents
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Description
本発明は、地球温暖化問題となる二酸化炭素(CO2)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CO2の分離回収技術に関するものである。 The present invention relates to a carbon dioxide (CO 2 ) emission reduction technique that causes global warming, and more particularly to a technique for separating and recovering CO 2 generated by burning fossil fuel used in fossil fuel boiler power generation. is there.
近年、地球温暖化の原因の一つとして、大規模火力発電設備からのCO2排出が問題視され、燃焼排ガスからのCO2を分離・回収して貯留する技術(CCS:Carbon dioxide Capture and Storage)が、CO2の排出削減に有効な手段として世界的に注目されている。 In recent years, CO 2 emissions from large-scale thermal power generation facilities have become a problem as one of the causes of global warming, and technology for separating and collecting CO 2 from combustion exhaust gas (CCS: Carbon dioxide Capture and Storage) ) Is attracting worldwide attention as an effective means for reducing CO 2 emissions.
化石燃料を使用するボイラ設備に適用可能なCCS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 Combustino Systm)などがある。 CCS technologies applicable to boiler facilities that use fossil fuels include chemical absorption systems, oxyfuel combustion systems, and chemical looping combustion systems (CLC).
しかしながら、前記化学吸収システムは、CO2を吸着した液を再生するために多くのエネルギーが必要であり、また、前記酸素燃焼システムでは、酸素製造装置を駆動するために多くの動力が必要であり、これらのCCS技術では消費エネルギーの低減が望まれている。 However, the chemical absorption system requires a lot of energy to regenerate the liquid adsorbed with CO 2 , and the oxyfuel combustion system needs a lot of power to drive the oxygen production apparatus. In these CCS technologies, reduction of energy consumption is desired.
これに対して前記CLCは、化学吸収システム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、CCS技術の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という特長を有している。 On the other hand, since the CLC does not require liquid regeneration energy of the chemical absorption system or driving energy of the oxygen production apparatus in the oxygen combustion system, it can greatly reduce the energy consumption of the CCS technology and suppress the decrease in power generation efficiency. It has the feature that there is a possibility.
CLC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、その酸化反応によって還元された金属(Me)は空気で酸化して金属酸化物(MeO)として、再利用する技術である。これによって反応生成物は、CO2と水分となり、CO2の回収が容易となる技術である。 CLC oxidizes a fuel with metal oxide (MeO), which is an oxygen carrier, without directly contacting the air with the fuel, and the metal (Me) reduced by the oxidation reaction is oxidized with air to form a metal oxide. (MeO) is a technology for reuse. As a result, the reaction product becomes CO 2 and moisture, and CO 2 is easily recovered.
図8は、従来のCLCの原理を説明するための図である。従来の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。
FIG. 8 is a diagram for explaining the principle of the conventional CLC. As shown in the figure, the conventional CLC is composed of an
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酸化物(MeO)となる。
MexOy-1+0.5O2→MexOy・・・(1)
酸化した金属粒子(MeO)4は、サイクロン(図示せず)で排ガス(N2,O2など)8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、再び空気反応器1へ戻る循環ループを形成する。
In the
Me x O y-1 + 0.5O 2 → Me x O y ··· (1)
Oxidized metal particles (MeO) 4 are separated from exhaust gas (N 2 , O 2, etc.) 8 by a cyclone (not shown) and sent to the
(2n+m)MexOy+CnH2m→(2n+m)MexOy-1+mH2O+nCO2・・・(2)
空気反応器1からは窒素や残存酸素を含んだ排ガス8が排出され、燃料反応器2からはCO2ガス9やH2O10(水蒸気)などが排出される。これらのガスは高温であるため、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)。
(2n + m) Me x O y + C n H 2m → (2n + m) Me x O y-1 + mH 2 O + nCO 2 ··· (2)
現在では、諸外国、特に欧州や北米を中心に大学や公的研究機関、民間企業などで研究、開発が進められている。以前はメタンや天然ガスなどの気体燃料が中心であったが、CO2削減効果の大きい石炭などの固体燃料に対象が移りつつある。例えば固体燃料を使用したものに、Chalmers大学の10kWthベンチ装置、Ohio州立大学の150kWthベンチ装置、Alstom社の65kWthベンチ装置などがある(非特許文献2参照)。 Currently, research and development are underway in universities, public research institutes, and private companies mainly in other countries, especially in Europe and North America. In the past, gas fuels such as methane and natural gas were the focus, but the target is shifting to solid fuels such as coal, which have a large CO 2 reduction effect. For example, there are a 10 kWth bench device from Chalmers University, a 150 kWth bench device from Ohio State University, a 65 kWth bench device from Alstom, etc. (see Non-Patent Document 2).
固体燃料である石炭は、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(揮発分+水分)と固体成分(固定炭素+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。 Coal, which is a solid 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 pyrolyzed and gas components (volatile matter + moisture) ) And solid components (fixed carbon + ash). In general, a gas component is called a volatile component, and a solid component is called a char.
図9は、従来のCLCの具体例を示す概略系統図である。
同図に示すようにCLCは、空気反応器1、燃料反応器2、サイクロン12、排ガス浄化装置14、熱交換器15、空気予熱器16、熱交換器17、CO2浄化装置18、CO2圧縮液化装置30ならびにCO2貯留装置31などを備えている。前記空気反応器1−サイクロン12−燃料反応器2−空気反応器1の間は、金属粒子4,5が循環できるように太い実線で示されている配管でエンドレス状に連結されている。
FIG. 9 is a schematic system diagram showing a specific example of a conventional CLC.
As shown in the figure, the CLC includes an
固体燃料(例えば石炭)7とガス化剤(例えばCO2、H2O)19が燃料反応器2に供給される。この燃料反応器2の内部には、金属粒子(MeO)4が浮遊流動する流動層を形成している。燃料反応器2で還元された金属粒子(Me)5はLバルブ20を通過して、空気反応器1へ移送される。
A solid fuel (for example, coal) 7 and a gasifying agent (for example, CO 2 , H 2 O) 19 are supplied to the
空気反応器1には、空気予熱器16を通過した高温の空気6が導入されており、空気反応器1の内部では空気6と金属粒子(Me)5が反応して、金属粒子(MeO)4を生成する。この金属粒子(MeO)4は排気ガス(N2、残留O2、NOx、飛灰など)8と共にサイクロン12に移動され、固体の金属粒子(MeO)4と気体の排気ガス8に分離される。
Hot air 6 that has passed through the
金属粒子(MeO)4は重力でサイクロン12の下部に落下し、Lバルブ20により流量制御されて、燃料反応器2へ移動する。燃料反応器2から排出されたCO2ガス9ガスとH2O(水蒸気)10は熱交換器17に送られて冷却され、CO2浄化装置18で脱水ならびに不純物が除去され、さらにCO2の圧縮液化がCO2圧縮液化装置30で行われて、得られた液化CO2がCO2貯留装置31に 貯留される。
The metal particles (MeO) 4 fall to the lower part of the
一方、前記サイクロン12で分離されたN2、残留O2、NOx、飛灰などの排気ガス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と熱交換し、最後に排ガス浄化装置14で無害化されて大気へ放出されるシステムになっている。
On the other hand, the
従来技術では石炭から生成する気体成分の揮発分と固体成分のチャーの2つの反応速度の差異について十分に考慮されていなかった。
図10は、従来技術の課題を説明するための図である。同図に示すように、石炭が熱分解すると気体成分の揮発分と固体成分のチャーが生成する。揮発分は、金属粒子(MeO)と数秒オーダで迅速に反応して、CO2ガスとH2O(水蒸気)が生成する。これに対してチャーは、一般に反応性が低く、数分オーダの反応時間が必要となる。
The prior art has not fully considered the difference between the two reaction rates of the volatile component of the gas component produced from coal and the char component of the solid component.
FIG. 10 is a diagram for explaining the problems of the prior art. As shown in the figure, when coal is thermally decomposed, volatile components of gas components and char of solid components are generated. Volatile components react rapidly with metal particles (MeO) in the order of a few seconds to produce CO 2 gas and H 2 O (water vapor). In contrast, char is generally less reactive and requires a reaction time on the order of several minutes.
そのため、揮発分の反応速度を基準に1つの燃焼反応器を設計すると、チャーの方が燃焼反応器内部で反応時間を確保できず、チャーが未反応のままで排出されたり、もしくは未反応のチャーが反応器内に堆積するという問題がある。
一方、チャーの反応速度を基準に1つの燃焼反応器を設計すると、揮発分の滞留時間が長くなり、そのために反応容積が巨大化し、コストアップとなる。
Therefore, if one combustion reactor is designed based on the reaction rate of volatile matter, the char cannot secure the reaction time inside the combustion reactor, and the char is discharged without being reacted or unreacted. There is a problem that char accumulates in the reactor.
On the other hand, if one combustion reactor is designed on the basis of the reaction rate of char, the residence time of volatile components becomes longer, which increases the reaction volume and costs.
本発明の目的は、固体成分(チャー)と気体成分(揮発分)の酸化反応を2塔に分けて行うことで、揮発分反応器の容積を巨大化する必要がなく、チャーの未反応率が低減でき、システムの高効率化が図れる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 perform the oxidation reaction of the solid component (char) and the gas component (volatile component) in two towers, so that it is not necessary to enlarge the volume of the volatile reactor, and the unreacted rate of char It is an object of the present invention to provide a chemical looping combustion system that can reduce the amount of gas and increase the efficiency of the system.
前記目的を達成するため、本発明の第1の手段は、
例えば後述するような金属粒子(MeO)などの酸化物の酸素キャリア粒子を供給しながら形成した反応層に固体燃料とガス化剤を供給して前記固体燃料を熱分解させて、生成した固体成分をそのまま残して前記反応層で酸化反応を行う燃料反応器と、
前記燃料反応器で生成した気体成分を取り出して、酸化物の酸素キャリア粒子を供給しながら形成した反応層に導入して気体成分の酸化反応を行う揮発分反応器と、
前記燃料反応器によって還元された例えば後述するような金属粒子(Me)などの前記酸素キャリア粒子を燃料反応器から取り出して、空気で酸化して酸化物の酸素キャリア粒子とする空気反応器を備え、
前記酸素キャリア粒子が前記揮発分反応器と燃料反応器と空気反応器を循環流動するように構成され、前記燃料反応器内に形成される反応層が、前記酸素キャリア粒子が移動して、前記ガス化剤が前記酸素キャリア粒子の隙間を流れる移動層であり、当該移動層は、前記ガス化剤の流速が前記酸素キャリア粒子の流動化開始速度より遅い速度で前記燃料反応器に供給されることにより形成され、前記揮発分反応器内に形成される反応層が、前記酸素キャリア粒子が浮遊流動する流動層であって、前記流動層を形成するための流動化ガスとして前記燃料反応器で生成した気体成分を利用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:
For example, a solid component generated by thermally decomposing the solid fuel by supplying a solid fuel and a gasifying agent to a reaction layer formed while supplying oxygen carrier particles of oxide such as metal particles (MeO) as described later A fuel reactor for performing an oxidation reaction in the reaction layer,
A volatile reactor that takes out a gas component generated in the fuel reactor and introduces it into a reaction layer formed while supplying oxygen carrier particles of an oxide to perform an oxidation reaction of the gas component;
For example, an air reactor is provided which takes out the oxygen carrier particles such as metal particles (Me) as described below, which are reduced by the fuel reactor, from the fuel reactor and oxidizes them with air to form oxide oxygen carrier particles. ,
The oxygen carrier particles are configured to circulating fluidized the volatiles reactor fuel reactor and air reactor, the reaction layer formed on the fuel within the reactor, to move the oxygen carrier particles, wherein A gasifying agent is a moving bed that flows through the gaps between the oxygen carrier particles, and the moving bed is supplied to the fuel reactor at a flow rate of the gasifying agent that is slower than a fluidization start speed of the oxygen carrier particles. The reaction layer formed in the volatile content reactor is a fluidized bed in which the oxygen carrier particles float and flow, and the fuel reactor serves as a fluidized gas for forming the fluidized bed. It has the structure which utilizes the produced | generated gas component.
本発明の第2の手段は前記第1の手段において、
前記燃料反応器へ供給するガス化剤として、前記揮発分反応器で生成した二酸化炭素および/あるいは水蒸気を利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 second means of the present invention, in the first means,
The gasification agent supplied to the fuel reactor is configured to use carbon dioxide and / or water vapor generated in the volatile content reactor.
本発明の第3の手段は、
酸化物の酸素キャリア粒子を供給しながら形成した反応層に固体燃料とガス化剤を供給して前記固体燃料を熱分解させて、生成した気体成分の酸化反応を行う揮発分反応器と、
前記揮発分反応器で生成した固体成分と酸素キャリア粒子の一部を取り出して導入し、前記固体成分の酸化反応を行う燃料反応器と、
前記燃料反応器によって還元された前記酸素キャリア粒子を燃料反応器から取り出して、空気で酸化して酸化物の酸素キャリア粒子とする空気反応器を備え、
前記酸素キャリア粒子が前記揮発分反応器と燃料反応器と空気反応器を循環流動するように構成され、
前記燃料反応器内に形成される反応層は、前記固体成分の酸化反応が完了するまでの分単位の時間に亘って前記固体成分が前記反応層にて滞留できるように前記酸素キャリア粒子が所定速度で移動する移動層であり、
前記揮発分反応器内に形成される反応層は、前記酸素キャリア粒子が浮遊流動する流動層であることを特徴とするものである。
The third means of the present invention is:
A volatile reactor that supplies a solid fuel and a gasifying agent to a reaction layer formed while supplying oxygen carrier particles of oxide to thermally decompose the solid fuel and oxidize the generated gas component;
A fuel reactor that takes out and introduces a part of the solid component and oxygen carrier particles generated in the volatile reactor, and performs an oxidation reaction of the solid component;
The oxygen carrier particles reduced by the fuel reactor are removed from the fuel reactor, and the air reactor is oxidized with air to form oxygen carrier particles of oxide,
The oxygen carrier particles are configured to circulate and flow through the volatile reactor, the fuel reactor, and the air reactor;
Said fuel reactor reaction layer formed in, the oxygen carrier particles as the solid component in the course of minutes of time until the oxidation reaction is complete can be retained in said reaction layer of said solid component is predetermined A moving layer that moves at a speed ,
The volatiles reactor reaction layer formed on is characterized in that the oxygen carrier particles are fluidized layer floating flow.
本発明の第4の手段は前記第3の手段において、
前記燃料反応器で生成した二酸化炭素および/あるいは水蒸気を前記揮発分反応器に導入しないで排出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 the third means,
Carbon dioxide and / or water vapor generated in the fuel reactor is discharged without being introduced into the volatile reactor.
本発明の第5の手段は前記第4の手段において、
前記揮発分反応器のガス流れ方向後流側に熱交換器が設置されており、前記燃料反応器で生成した二酸化炭素および/あるいは水蒸気と、前記燃料反応器で生成した二酸化炭素および/あるいは水蒸気がともに前記熱交換器に導入され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 fifth means of the present invention, in the fourth means,
A heat exchanger is installed on the downstream side in the gas flow direction of the volatile content reactor, and carbon dioxide and / or steam generated in the fuel reactor and carbon dioxide and / or steam generated in the fuel reactor. Are both introduced into the heat exchanger.
本発明の第6の手段は前記第1または第3の手段において、
前記酸素キャリア粒子を配管で搬送するために使用する搬送用流体として、前記酸化反応で生成した二酸化炭素および/あるいは水蒸気を利用する構成になっていることを特徴とするものである。
A sixth means of the present invention is the first or third means,
The carrier fluid used for transporting the oxygen carrier particles by piping is configured to utilize carbon dioxide and / or water vapor generated by the oxidation reaction.
本発明は前述のような構成になっており、固体成分(チャー)と気体成分(揮発分)の酸化反応を2塔に分けて行うことで、揮発分反応器の容積を巨大化する必要がなく、チャーの未反応率が低減でき、システムの高効率化が図れる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 it is necessary to enlarge the volume of the volatile reactor by performing the oxidation reaction of the solid component (char) and the gas component (volatile component) in two towers. Therefore, it is possible to provide a chemical looping combustion system in which the unreacted rate of char can be reduced and the efficiency of the system can be improved.
次に本発明の実施例を図面と共に説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の実施例1に係るにケミカルルーピング燃焼システム(CLC)の具体例を示す概略系統図、図2はそのCLCの原理を説明するための図である。
まず、図2を用いて本実施例に係るCLCの原理について説明する。
本発明の基本的な特徴点は、本来の燃焼反応器を別個に独立した燃料反応器2と揮発分反応器3の2塔に分けたことである。従ってCLCは図2に示すように、空気反応器1と燃料反応器2と揮発分反応器3から主に構成されており、これらの間を金属粒子(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。
FIG. 1 is a schematic system diagram showing a specific example of a chemical looping combustion system (CLC) according to
First, the principle of CLC according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
The basic feature of the present invention is that the original combustion reactor is divided into two towers, a
燃料反応器2の内部には、高温の金属粒子(MeO)4と金属粒子(Me)5が混在しており、そこに固体燃料(石炭)7が供給されて、固体燃料(石炭)7は固体成分のチャーと気体成分11の揮発分13に分離する。チャーはそのまま燃料反応器2の内部で反応し、チャーの反応阻害要因である揮発分13は順次揮発分反応器3へ送られて、燃料反応器2内から排除される。
Inside the
なお、予備実験として、揮発分を分離したチャー単独の場合のチャーのガス化率と、揮発分を分離しない場合のチャーのガス化率を調べたところ、揮発分を分離した方がチャーのガス化率は増加していることを確認している。これは、揮発分とチャー反応生成物とのガス分圧差の影響や、揮発分がチャーの反応表面に吸着するなどが考えられる。このことからも、揮発分はチャーの反応阻害要因であることが分かり、チャーの反応を効率よく進めるには、揮発分とチャーの分離が必要である。 As a preliminary experiment, the char gasification rate when the volatile matter was separated alone and the char gasification rate when the volatile matter was not separated were examined. It has been confirmed that the conversion rate has increased. This may be due to the effect of the gas partial pressure difference between the volatile matter and the char reaction product, or the volatile matter adsorbed on the reaction surface of the char. From this, it can be seen that the volatile matter is a factor that inhibits the reaction of char, and separation of the volatile matter and char is necessary for the efficient reaction of char.
一方、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酸化物(MeO)4となり、生成した金属粒子(MeO)4は、サイクロン12(図1参照)で排ガス(N2,O2)8と分離されて、揮発分反応器3へ送られる。揮発分13は高温の金属粒子(MeO)4と接触して反応し、CO29やH2O10を生成して、それらは揮発分反応器3から排出される。
On the other hand, in the
燃料反応器2内での固体燃料7の酸化により、金属粒子(MeO)4は還元されて金属粒子(Me)5となり、再び空気反応器1へ戻る循環ループを形成する。
By the oxidation of the solid fuel 7 in the
次に図1を用いてCLCの概略について具体的に説明する。
同図に示すようにCLCは、空気反応器1、燃料反応器2、揮発分反応器3、サイクロン12、排ガス浄化装置14、熱交換器15、空気予熱器16、熱交換器17、CO2浄化装置18、CO2圧縮液化装置30ならびにCO2貯留装置31などを備え、図に示すような接続関係になっている。
Next, the outline of CLC will be specifically described with reference to FIG.
As shown in the figure, the CLC includes an
前記空気反応器1−サイクロン12−揮発分反応器3−燃料反応器2−空気反応器1の間は、金属粒子4,5が循環できるように太い実線で示されている配管でエンドレス状に連結されている。
Between the
始めに、固体燃料(例えば石炭)7とガス化剤(例えばCO2、H2O)19が燃料反応器2に供給される。この燃料反応器2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は熱分解し、固体成分のチャーと気体成分の揮発分13に分離し、チャーはそのまま燃料反応器2の内部に残って反応し、生成したガス状の揮発分13は揮発分反応器3へ移動する。また、燃料反応器2からは、還元された金属粒子(Me)5が適量排出される。
First, a solid fuel (for example, coal) 7 and a gasifying agent (for example, CO 2 , H 2 O) 19 are supplied to the
排出された金属粒子(Me)5は、粒子搬送量調整手段であるLバルブ20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6が導入されており、空気反応器1の内部では空気6と金属粒子(Me)5が反応して、酸化した金属粒子(MeO)4を生成する。この金属粒子(MeO)4は排気ガス(N2、残留O2、NOx、飛灰など)8と共にサイクロン12に移動され、比重差により固体の金属粒子(MeO)4と気体の排気ガス8に分離される。
The discharged metal particles (Me) 5 pass through the
金属粒子(MeO)4は、重力でサイクロン12の下部に落下し、粒子搬送量調整手段であるLバルブ20を通過して、揮発分反応器3へ移動する。この揮発分反応器3の内部では、燃料反応器2から送られてきた揮発分13が、金属粒子(MeO)4を浮遊流動させながら金属粒子(MeO)4と反応してCO2ガスとガスH2O(水蒸気)が生成する。また、金属粒子(MeO)4は揮発分13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、粒子搬送量調整手段であるLバルブ20を通過して、燃料反応器2へ移動する。
The metal particles (MeO) 4 fall to the lower part of the
このようにCLCでは、金属粒子4,5が燃料反応器2→空気反応器1→揮発分反応器3→燃料反応器2→・・・を循環流動しながら固体燃料7と反応している。また、金属粒子4,5を搬送する配管(図1において太い実線で示す部分)に使用する搬送用流体として、系内で生成したCO2ガスおよび/あるいはH2O(水蒸気)、または排ガス8が利用される。
Thus, in the CLC, the
揮発分反応器3内で生成した前記CO2ガス9とH2O(水蒸気)10は熱交換器17に送られて冷却され、熱交換器17で得られた蒸気は図示しない発電設備に送られる。その後、CO2ガス9とH2O(水蒸気)10はCO2浄化装置18で脱水と不純物の除去がなされ、CO2圧縮液化装置30でCO2ガス9の圧縮液化が行われて、液化したCO2がCO2貯留装置31に貯留される。
The CO 2 gas 9 and H 2 O (steam) 10 produced in the
前記サイクロン12で分離されたN2、残留O2、NOx、飛灰などの排気ガス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と熱交換し、最後に排ガス浄化装置14で無害化されて大気へ放出される。前記熱交換器15で得られた蒸気は図示しない発電設備に送られる。
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としては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 and oxidation reaction formulas when iron oxide is used as the metal particles (MeO) 4 are shown below.
還元反応: C(石炭)+6Fe2O3⇒4Fe3O4+CO2−吸熱 ・・・(3)
酸化反応: 4Fe3O4+O2(空気)⇒6Fe2O3+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Fe2O3、金属粒子(Me)5はFe3O4に相当する。そして空気反応器1では前記式(4)に示すFe3O4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)に示すFe2O3の還元反応が生じる。
Reduction reaction: C (coal) + 6Fe 2 O 3 ⇒4Fe 3 O 4 + CO 2 − endotherm (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
揮発分13の主成分はCH4とCOとH2であり、揮発分反応器3では揮発分13と金属粒子(MeO)4であるFe2O3の間で下記の反応が生じる。
The main components of the
CH4+6Fe2O3⇒CO+H2O+4Fe3O4 ・・・(5)
CO+3Fe2O3⇒CO2+2Fe3O4 ・・・(6)
H2+3Fe2O3⇒H2O+2Fe3O4 ・・・(7)
次に本発明に至った経過について説明する。図10で説明したように、石炭が熱分解すると気体成分の揮発分と固体成分のチャーが生成する。揮発分は金属粒子(MeO)との固−気反応であるため反応時間は数秒オーダと速いが、一方のチャーは反応完了時間が遅い。従って、チャーの反応が律速反応となり、チャーの反応速度に適した反応器の設計が必要である。
CH 4 + 6Fe 2 O 3 ⇒CO + H 2 O + 4Fe 3
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)
Next, the process leading to the present invention will be described. As described with reference to FIG. 10, when coal is thermally decomposed, volatile components of gas components and char of solid components are generated. Since the volatile component is a solid-gas reaction with metal particles (MeO), the reaction time is as fast as several seconds, while one char has a slow reaction completion time. Therefore, the reaction of char becomes a rate-limiting reaction, and a reactor design suitable for the reaction rate of char is required.
そこで本発明者らは、適切なチャーの反応時間を把握するために、要素試験を実施した。図3はその要素試験装置(a)ならびに試験仕様(b)を示す概要図、図4その要素試験の結果を示すチャー未反応率特性図である。 Therefore, the present inventors conducted an element test in order to grasp an appropriate char reaction time. FIG. 3 is a schematic diagram showing the element test apparatus (a) and the test specification (b), and FIG. 4 is a char unreacted rate characteristic diagram showing the result of the element test.
この要素試験装置は図3に示すように、石英製サンプル容器51(内径13mm、外径16mm、高さ60mm)が石英製反応管52(内径17mm、外径20mm、高さ1000mm)内に挿入されており、その反応管52は電気炉53内に設置されている。反応管52の出口側には、CO/O2/CO2モニタ55が接続されている。
In this element test apparatus, as shown in FIG. 3, a quartz sample container 51 (
要素試験は、サンプル容器51に石炭(アダロ炭)を1000℃で乾留したチャー54に金属粒子(MeO)4であるFe2O3を添加したものと無添加のものを投入し、それを反応管52にそれぞれ挿入する。次にガス化剤9(反応ガス)としてCO2ガスを反応管52に通気しながら、1000℃で反応させる。
In the element test,
C(チャー)+CO2⇒2CO ・・・(8)
そして、この反応によって生成したCOガス濃度と残留チャー重量からチャー反応の経時変化を求め、時間とチャーの未反応率との関係をFe2O3の有無別に図4にまとめた。
この図4の試験結果から明らかなように、時間の経過とともにチャーの未反応率は低下するが、Fe2O3を添加した方がFe2O3無添加のものに比べてチャーの未反応率は極端に下がっている。これにより、Fe2O3が反応促進の要因となることが明らなになった。
C (Char) + CO 2 ⇒ 2CO (8)
Then, the time-dependent change of the char reaction was determined from the CO gas concentration generated by this reaction and the residual char weight, and the relationship between the time and the unreacted rate of char was summarized in FIG. 4 according to the presence or absence of Fe 2 O 3 .
As is apparent from the test results of FIG. 4, the unreacted rate of char decreases with time, but the unreacted char is more when Fe 2 O 3 is added than when Fe 2 O 3 is not added. The rate is extremely low. As a result, it became clear that Fe 2 O 3 is a factor for promoting the reaction.
しかしながら、チャーの反応完了には分オーダの反応時間が必要であることが明らかになった。すなわち、揮発分の数秒オーダの反応速度を基準に燃料反応器を設計すると、反応器内に未反応のチャーが堆積するという問題があることを確認した。 However, it was revealed that a reaction time of the order of minutes was required for the completion of the char reaction. In other words, it was confirmed that when a fuel reactor was designed based on a reaction rate on the order of several seconds of volatile matter, unreacted char was deposited in the reactor.
本発明は、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1に示すように燃料反応器2とは別に揮発分反応器3を設けて、燃料反応器2で生成した揮発分13は直ちに揮発分反応器3に送ることによりチャーと分離し、チャーはそのまま燃料反応器2に残すようにした。このようにチャー反応と揮発分反応を器毎に分けることにより、揮発分反応器3は比較的容積の小さい反応器でよい。
The present invention divides the coal oxidation reaction into a char reaction and a volatile reaction, and reduces volatility separately from the
本実施例では、燃料反応器2内でのチャー滞留時間を確保するために、燃料反応器2内は移動層とした。移動層とは、金属粒子が連続的に供給され、砂時計の如く、金属粒子が充填されたままゆっくりと下方へ移動し、ガス(ガス化剤19)は粒子の隙間を流れて上方へ移動し、チャーはその移動層内でゆっくりとガス化反応する。移動層は気泡流動層のようにガス流速が速くないため、チャーが飛散して、燃料反応器2の内面に固着するようなことはない。
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から発生した揮発分13を利用することで、揮発分13と酸素キャリアである金属粒子(MeO)4の接触を良好に行い、反応性を高める効果がある。
In this embodiment, in order to ensure the char residence time in the
On the other hand, the
次に各機器の設計について説明する。
空気反応器1は、導入した金属粒子(Me)5を空気6により上昇させるため、空気6の空塔速度が金属粒子(Me)5の終末速度1.3m/s(1000℃、粒径150μm、密度5.15g/cm3)よりも速くなるように、空気反応器1の断面積を設計する。
Next, the design of each device will be described.
Since the
燃料反応器2は、金属粒子4、5が移動層を形成するため、ガス化剤19の流速は金属粒子(MeO)4、5の流動化開始速度より遅い速度で供給する必要がある。例えばFe2O3(粒径150μm、密度5.15g/cm3)を使用した場合、CO2雰囲気で1000℃の反応器内の流動化開始速度は0.015m/sであるから、燃料反応器2の空塔速度が0.015m/s未満になるように、ガス化剤19の流速調整、ならびに燃料反応器2の断面積を設計する。
In the
揮発分反応器3は、金属粒子(MeO)4を揮発分13のガス量により流動化させるため、揮発分13の空塔速度が流動化開始速度0.015m/sよりも速くなるように、揮発分反応器3の断面積を設計する。
The
また各反応器1,2,3の温度は高温ほど反応速度が速くなるものの、1100℃以上では灰が溶融し、冷却時に固化して、閉塞する可能性があるため、各反応器1,2,3の上限温度は1000℃付近が望ましい。本実施例では次の表1に示すように各反応器1,2,3での温度は、800〜1000℃の範囲に維持されている
次の表1は、各反応器1,2,3を設計する際の基準仕様を示すものである。
Table 1 below shows the standard specifications for designing the
図5は、この実施例1に係るCLC系統のヒートバランスの一例を示す図である。
この例の場合、空気反応器1から出た1000℃の金属粒子(MeO)4が、揮発分反応器3に導入される。揮発分13は944℃で揮発分反応器3に入り、金属粒子(MeO)4と流動層反応後、975℃になった金属粒子(MeO)4ならびにCO2ガス9,H2O(水蒸気)10が揮発分反応器3から排出される。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the heat balance of the CLC system according to the first embodiment.
In this example, 1000 ° C. metal particles (MeO) 4 exiting from the
975℃の金属粒子(MeO)4は燃料反応器2に入り、チャーと移動層反応を起こし、吸熱により944℃になった揮発分13と金属粒子(Me)5が燃料反応器2から排出される。944℃の金属粒子(Me)5は空気反応器1に入り、空気6と酸化反応を起こし、1000℃になった金属粒子(MeO)4と排気ガス8が空気反応器1から排出される。このようなCLCでは、1000℃前後の熱的平衡を維持することができる。
Metal particles (MeO) 4 at 975 ° C. enter the
次にLバルブ20について説明する。本発明における金属粒子の流量制御には、機械バルブでは1000℃で可動部が故障するため使用できない。そこでニューマティックバルブが使用可能であり、ニューマティックバルブには、Lバルブ、Jバルブ、Nバルブなどがある。
Next, the
Lバルブは側面形状がL字型をした配管で構成されており、管内でエアレーションを行うことで、管内の金属粒子を流動化および搬送でき、循環流動層などの循環流量制御用バルブとして使用される。Lバルブの設計では、エアレーションガスの空塔速度が流動化開始速度0.015m/sになるように、配管の直径を設計し、また、Lバルブの垂直管部と水平管部の圧力損失が垂直管部の方が大きくなるように、長さを設計する。 The L valve is composed of a pipe with an L-shaped side surface. By performing aeration in the pipe, the metal particles in the pipe can be fluidized and transported and used as a circulating flow control valve for circulating fluidized beds. The In the L valve design, the pipe diameter is designed so that the superficial velocity of the aeration gas is 0.015 m / s, and the pressure loss of the vertical and horizontal pipes of the L valve is reduced. Design the length so that the vertical tube is larger.
Lバルブによる金属粒子の流量制御は、Lバルブの垂直管部に制御用ガスを供給して行う。制御用ガスの流量は、粒子流動化開始ガス速度以上とし、制御用ガス流量の増減により金属粒子の移動量、すなわち流量の制御ができる。制御用ガスの供給口は、Lバルブの水平管部の底部や垂直管部に設けられる。特に垂直管部の供給口高さは、一般に水平管部中心高さ(H)から水平管部直径(D)の2倍程度が経験として推奨されている。 The flow control of the metal particles by the L valve is performed by supplying a control gas to the vertical pipe portion of the L valve. The flow rate of the control gas is not less than the particle fluidization start gas velocity, and the amount of movement of the metal particles, that is, the flow rate can be controlled by increasing or decreasing the control gas flow rate. The control gas supply port is provided at the bottom of the horizontal tube portion of the L valve or at the vertical tube portion. In particular, the height of the supply port of the vertical pipe portion is generally recommended as an experience that is approximately twice the horizontal pipe portion diameter (D) from the horizontal pipe center height (H).
本実施例において、固体燃料7には、例えば石炭、バイオマスあるいは石炭とバイオマスの併用など、炭化水素を主成分とする固体燃料が用いられる。
ガス化剤19には、例えばCO2ガスやH2O(水蒸気)などが用いられる。このガス化剤19で粒子を搬送すると、不要な配管を減らして、効率的になる。
In the present embodiment, the solid fuel 7 is a solid fuel mainly composed of hydrocarbon such as coal, biomass, or a combination of coal and biomass.
For the gasifying
排ガス浄化装置14には、排気ガス8にNOx、飛灰、微粉化金属粒子などが含まれることがあり、必要に応じて脱硝装置や除塵装置などを設けることもできる。
CO2浄化装置18には、ガス中にCO2以外に水分、灰、硫黄化合物、微量重金属などが含まれることがあり、必要に応じて脱水装置、除塵装置、脱硫装置、重金属回収装置などを設けることもできる。
In the exhaust
The CO 2 purification device 18 may contain moisture, ash, sulfur compounds, trace heavy metals, etc. in addition to CO 2 in the gas. If necessary, a dehydration device, a dust removal device, a desulfurization device, a heavy metal recovery device, etc. It can also be provided.
次に本実施例の効果について説明する。
(1).燃料反応器2に移動層を採用することで、反応器内でのチャーの滞留時間を分オーダで確保できるため、チャーの未反応率が低減でき、CLCでのCO2回収効率を向上することができる。さらに、本システムを発電システムに利用する場合は発電効率を向上することができる。
Next, the effect of the present embodiment will be described.
(1). By adopting a moving bed in the
(2).燃料反応器2から揮発分13を即座に揮発分反応器3に移動できるため、燃料反応器2の内部でのチャーの反応を揮発分13により阻害することが防止できる。
(3).揮発分反応器3の流動化ガスに揮発分13を流用するため、金属粒子との接触効率が高く、反応効率の向上に寄与できる。また、外部からの流動化ガスが不要なため、揮発分反応器3の容積を小さくして、システムのコンパクト化が図れる。
(2). Since the
(3). Since the
(4).未反応チャーが存在せず排ガスにCO2が含まれないため、CO2回収効率の低下が防止できる。
以上のように、チャーの反応律速の問題において、チャーと揮発分の酸化反応を2塔に分けて行うことで、チャーの未反応率が低減でき、CLCの高効率化が図れる。
(4). Since there is no unreacted char and CO 2 is not contained in the exhaust gas, it is possible to prevent a reduction in CO 2 recovery efficiency.
As described above, in the problem of the rate-determination of char, by performing the oxidation reaction of char and volatile components in two towers, the unreacted rate of char can be reduced, and the efficiency of CLC can be improved.
図6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す概略系統図である。 FIG. 6 is a schematic system diagram showing a specific example of the chemical looping combustion system according to the second embodiment of the present invention.
本実施例において、図1に示す実施例1と相違する点は、図6に示すように、揮発分反応器3と熱交換器17の間の排気ラインから燃料反応器2に延びたCO2戻しライン32を設け、そのCO2戻しライン32上に弁21とフローメータ22を付設し、揮発分反応器3から排出される高温のCO2ガス9やH2O(水蒸気)10をガス化剤19として利用した点である。
In this embodiment, the difference from the first embodiment shown in FIG. 1 is that, as shown in FIG. 6, CO 2 extending from the exhaust line between the
通常、燃料反応器2が冷えないようにするのに、ガス化剤19を400〜1000℃程度まで加熱する必要があり、そのために消費エネルギーが大きいという問題を有していた。本実施例では、揮発分反応器3から排出されるCO2ガス9やH2O(水蒸気)10の温度が約1000℃であるため(図5参照)、それをそのままガス化剤19として利用するから、加熱が不要となり、消費エネルギーの低減が可能となる。
Usually, in order to prevent the
図7は、本発明の実施例3に係るケミカルルーピング燃焼システムの具体例を示す概略系統図である。
本実施例において、図1に示す実施例1と相違する点は図7に示すように、
(1).空気反応器1で酸化された金属粒子(MeO)4を燃料反応器2と揮発分反応器3にそれぞれ独立して供給し、
(2).固体燃料7とガス化剤19(CO2、H2O)を燃料反応器2に供給しないで揮発分反応器3に供給して、
(3).揮発分反応器3で生成した固体成分(チャー)25と金属粒子(Me)26を共に抜き出して、燃料反応器2に搬送する固体成分・金属粒子搬送管27を設け、
(4).燃料反応器2で固体成分(チャー)25の酸化によって発生したCO2ガス23とH2O(水蒸気)24を、揮発分反応器3に通気させずに、揮発分反応器3で発生したCO2ガス9とH2O(水蒸気)10とともに熱交換器17に送り込むパイパス管28を設けた点である。
FIG. 7 is a schematic system diagram showing a specific example of the chemical looping combustion system according to the third embodiment of the present invention.
In the present embodiment, the difference from the first embodiment shown in FIG.
(1). Metal particles (MeO) 4 oxidized in the
(2). The solid fuel 7 and the gasifying agent 19 (CO 2 , H 2 O) are supplied to the
(3). A solid component / metal
(4). The CO 2 gas 23 and H 2 O (water vapor) 24 generated by the oxidation of the solid component (char) 25 in the
空気反応器1で酸化された金属粒子(MeO)4は、Lバルブ20によって燃料反応器2と揮発分反応器3にそれぞれ独立して供給される。また、固体燃料7とガス化剤19(CO2、H2O)は、燃料反応器2に供給しないで揮発分反応器3に供給される。固体燃料7は揮発分反応器3の内部で即座にチャーと揮発分に分解し、金属粒子(MeO)4は金属粒子(Me)26に還元され、チャー25と金属粒子(Me)26は固体成分・金属粒子搬送管27を通って燃料反応器2へ移動する。
Metal particles (MeO) 4 oxidized in the
燃料反応器2の内部には金属粒子(MeO)4が供給されて、移動層が形成され、揮発分反応器3では流動層が形成されている。ここでチャー25と金属粒子(MeO)4が反応し、それによって生成したCO2ガス23とH2O(水蒸気)24は、揮発分反応器3に通気させずに、直接パイパス管28を通り熱交換器17に送り込まれる。
Metal particles (MeO) 4 are supplied into the
燃料反応器2では石炭を供給していないため、チャーのみが金属粒子(MeO)4と反応し、CO2ガス9とH2O(水蒸気)10しか生成しない。このため揮発分が生成しないことから、燃料反応器2から揮発分反応器3に移動するガス量が減少し、揮発分反応器3のコンパクト化と配管の径縮少などで、コストの低減が図れる。
Since coal is not supplied in the
このようにすれば、揮発分反応器3への移動ガス量が減少し、揮発分反応器3のさらなるコンパクト化とコストの低減が図れる。
In this way, the amount of gas transferred to the
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、
9:CO2ガス、
10:H2O(水蒸気)
11:気体成分、
13:揮発分、
17:熱交換器、
19:ガス化剤、
23:CO2ガス、
24:H2O(水蒸気)、
25:チャー、
26:金属粒子(Me)、
27:固体成分・金属粒子搬送管、
28:バイパス管、
32:CO2戻し管。
1: air reactor,
2: Fuel reactor,
3: volatile reactor,
4: Metal particles (MeO),
5: Metal particles (Me),
6: Air,
7: Solid fuel,
9: CO 2 gas,
10: H 2 O (water vapor)
11: Gas component,
13: Volatile content,
17: heat exchanger,
19: Gasifying agent,
23: CO 2 gas,
24: H 2 O (water vapor),
25: Char,
26: Metal particles (Me),
27: Solid component / metal particle transport pipe,
28: Bypass pipe,
32: CO 2 return pipe.
Claims (6)
前記燃料反応器で生成した気体成分を取り出して、酸化物の酸素キャリア粒子を供給しながら形成した反応層に導入して気体成分の酸化反応を行う揮発分反応器と、
前記燃料反応器によって還元された前記酸素キャリア粒子を燃料反応器から取り出して、空気で酸化して酸化物の酸素キャリア粒子とする空気反応器を備え、
前記酸素キャリア粒子が前記揮発分反応器と燃料反応器と空気反応器を循環流動するように構成され、
前記燃料反応器内に形成される反応層は、前記酸素キャリア粒子が移動して、前記ガス化剤が前記酸素キャリア粒子の隙間を流れる移動層であり、当該移動層は、前記ガス化剤の流速が前記酸素キャリア粒子の流動化開始速度より遅い速度で前記燃料反応器に供給されることにより形成され、
前記揮発分反応器内に形成される反応層は、前記酸素キャリア粒子が浮遊流動する流動層であって、
前記流動層を形成するための流動化ガスとして前記燃料反応器で生成した気体成分を利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。 A solid fuel and a gasifying agent are supplied to a reaction layer formed while supplying oxygen carrier particles of oxide to thermally decompose the solid fuel, and an oxidation reaction is performed in the reaction layer while leaving the generated solid component as it is. A fuel reactor;
A volatile reactor that takes out a gas component generated in the fuel reactor and introduces it into a reaction layer formed while supplying oxygen carrier particles of an oxide to perform an oxidation reaction of the gas component;
The oxygen carrier particles reduced by the fuel reactor are removed from the fuel reactor, and the air reactor is oxidized with air to form oxygen carrier particles of oxide,
The oxygen carrier particles are configured to circulate and flow through the volatile reactor, the fuel reactor, and the air reactor;
The reaction layer formed in the fuel reactor is a moving layer in which the oxygen carrier particles move and the gasifying agent flows through the gaps between the oxygen carrier particles . Formed by supplying a flow rate to the fuel reactor at a rate slower than the fluidization start rate of the oxygen carrier particles;
The volatiles reactor reaction layer formed in, the oxygen carrier particles a fluidized bed floating flowing,
A chemical looping combustion system configured to utilize a gas component generated in the fuel reactor as a fluidizing gas for forming the fluidized bed.
前記燃料反応器へ供給するガス化剤として、前記揮発分反応器で生成した二酸化炭素および/あるいは水蒸気を利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 1,
A chemical looping combustion system characterized in that carbon dioxide and / or water vapor generated in the volatile content reactor is used as a gasifying agent supplied to the fuel reactor.
前記揮発分反応器で生成した固体成分と酸素キャリア粒子の一部を取り出して導入し、前記固体成分の酸化反応を行う燃料反応器と、
前記燃料反応器によって還元された前記酸素キャリア粒子を燃料反応器から取り出して、空気で酸化して酸化物の酸素キャリア粒子とする空気反応器を備え、
前記酸素キャリア粒子が前記揮発分反応器と燃料反応器と空気反応器を循環流動するように構成され、
前記燃料反応器内に形成される反応層は、前記固体成分の酸化反応が完了するまでの分単位の時間に亘って前記固体成分が前記反応層にて滞留できるように前記酸素キャリア粒子が所定速度で移動する移動層であり、
前記揮発分反応器内に形成される反応層は、前記酸素キャリア粒子が浮遊流動する流動層であ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 volatile reactor that supplies a solid fuel and a gasifying agent to a reaction layer formed while supplying oxygen carrier particles of oxide to thermally decompose the solid fuel and oxidize the generated gas component;
A fuel reactor that takes out and introduces a part of the solid component and oxygen carrier particles generated in the volatile reactor, and performs an oxidation reaction of the solid component;
The oxygen carrier particles reduced by the fuel reactor are removed from the fuel reactor, and the air reactor is oxidized with air to form oxygen carrier particles of oxide,
The oxygen carrier particles are configured to circulate and flow through the volatile reactor, the fuel reactor, and the air reactor;
Said fuel reactor reaction layer formed in, the oxygen carrier particles as the solid component in the course of minutes of time until the oxidation reaction is complete can be retained in said reaction layer of said solid component is predetermined A moving layer that moves at a speed ,
The volatiles reactor reaction layer formed in the, the chemical looping combustion system, wherein the oxygen carrier particles are fluidized layer floating flow.
前記燃料反応器で生成した二酸化炭素および/あるいは水蒸気を前記揮発分反応器に導入しないで排出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 3,
A chemical looping combustion system characterized in that carbon dioxide and / or water vapor generated in the fuel reactor is discharged without being introduced into the volatile content reactor.
前記揮発分反応器のガス流れ方向後流側に熱交換器が設置されており、前記燃料反応器で生成した二酸化炭素および/あるいは水蒸気と、前記燃料反応器で生成した二酸化炭素および/あるいは水蒸気がともに前記熱交換器に導入され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 4,
A heat exchanger is installed on the downstream side in the gas flow direction of the volatile content reactor, and carbon dioxide and / or steam generated in the fuel reactor and carbon dioxide and / or steam generated in the fuel reactor. A chemical looping combustion system characterized in that both are introduced into the heat exchanger.
前記酸素キャリア粒子を配管で搬送するために使用する搬送用流体として、前記酸化反応で生成した二酸化炭素および/あるいは水蒸気を利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 claim 1 or 3,
A chemical looping combustion system characterized in that carbon dioxide and / or water vapor generated by the oxidation reaction is used as a transport fluid used for transporting the oxygen carrier particles by piping.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP6300646B2 (en) * | 2014-06-03 | 2018-03-28 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | Chemical looping combustion system |
JP6381389B2 (en) * | 2014-09-29 | 2018-08-29 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | Chemical looping combustion system and operating method thereof |
JP6420613B2 (en) * | 2014-09-30 | 2018-11-07 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | Chemical looping combustion type solid carbonaceous fuel reformer and its operating method |
JP6390333B2 (en) * | 2014-10-15 | 2018-09-19 | 株式会社Ihi | Chemical loop combustion equipment |
CN104560211B (en) * | 2015-01-22 | 2017-05-24 | 兖矿集团有限公司 | Gasification furnace |
US10782016B2 (en) * | 2015-03-12 | 2020-09-22 | General Electric Technology Gmbh | System and method for reducing emissions in a chemical looping combustion system |
JP6455290B2 (en) * | 2015-04-08 | 2019-01-23 | 株式会社Ihi | Chemical loop combustion apparatus and chemical loop combustion method |
CN106398768B (en) * | 2016-11-04 | 2021-10-08 | 河南农业大学 | Device and method for preparing synthesis gas by chemical looping combustion |
JP6944798B2 (en) * | 2017-03-21 | 2021-10-06 | 川崎重工業株式会社 | Chemical looping combustion furnace and chemical looping combustion system |
CN107191920B (en) * | 2017-06-14 | 2023-04-25 | 西安热工研究院有限公司 | Coal carbonization-based coal-based fuel chemical looping combustion system and method |
CN108410513B (en) * | 2018-03-23 | 2024-01-16 | 广东国能中林实业有限公司 | Biomass staged gasification process and system |
CN110824099B (en) * | 2019-11-07 | 2022-03-04 | 东南大学 | Method for predicting reaction performance in solid fuel chemical chain process based on GBRT |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2850156B1 (en) * | 2003-01-16 | 2005-12-30 | Alstom Switzerland Ltd | COMBUSTION INSTALLATION WITH CO2 RECOVERY |
US7083658B2 (en) * | 2003-05-29 | 2006-08-01 | Alstom Technology Ltd | Hot solids gasifier with CO2 removal and hydrogen production |
US7767191B2 (en) * | 2003-12-11 | 2010-08-03 | The Ohio State University | Combustion looping using composite oxygen carriers |
EP2483371B1 (en) * | 2009-09-08 | 2017-11-08 | The Ohio State University Research Foundation | Synthetic fuels and chemicals production with in-situ co2 capture |
US8356992B2 (en) * | 2009-11-30 | 2013-01-22 | Chevron U.S.A. Inc. | Method and system for capturing carbon dioxide in an oxyfiring process where oxygen is supplied by regenerable metal oxide sorbents |
US8761943B2 (en) * | 2010-01-29 | 2014-06-24 | Alstom Technology Ltd | Control and optimization system and method for chemical looping processes |
JP5302245B2 (en) * | 2010-03-02 | 2013-10-02 | 東京瓦斯株式会社 | Chemical loop combustion system and oxidation reaction system device and reduction reaction system device constituting the same |
JP5707167B2 (en) * | 2011-02-21 | 2015-04-22 | 東京瓦斯株式会社 | Chemical loop combustion apparatus provided with means for supplying an inert gas as a separate gas |
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