JP6381389B2 - Chemical looping combustion system and operating method thereof - 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 the reduction of carbon dioxide (CO 2 ) emission, which is a global warming problem, and particularly relates to a technology for separating and recovering CO 2 generated by burning fossil fuel used in fossil fuel boiler power generation and the like. .
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の排出が問題視され、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 that separates, collects and stores CO 2 from combustion exhaust gas (CCS: Carbon dioxide Capture and Storage) has attracted 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法、酸素燃焼法、ケミカルルーピング燃焼(ＣＬＣ：Chemical Looping Combustion)法などがある。特にＣＬＣは、化学吸収法の液再生エネルギーや、酸素燃焼法における酸素製造装置の動力が不要であるため、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という特長を有している。 CCS technologies applicable to boiler facilities that use fossil fuels include chemical absorption, oxyfuel combustion, and chemical looping combustion (CLC) methods. In particular, CLC does not require liquid regeneration energy in the chemical absorption method or the power of the oxygen production device in the oxyfuel combustion method, so it has the feature of significantly reducing the energy consumption of the CCS technology and suppressing the decrease in power generation efficiency. doing.
ＣＬＣシステムの原理について、図４（ａ），（ｂ）を用いて説明する。図４（ａ）は二塔式ＣＬＣシステム、図４（ｂ）は三塔式ＣＬＣシステムを示している。 The principle of the CLC system will be described with reference to FIGS. 4 (a) and 4 (b). FIG. 4 (a) shows a two-column CLC system, and FIG. 4 (b) shows a three-column CLC system.
ＣＬＣの基本構成は、空気反応器１と燃料反応器２の二塔で構成され、その間を酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）４と酸素キャリア金属粒子（Ｍｅ）５が循環流動するシステムになっている。 The basic structure of the CLC is composed of two towers, an air reactor 1 and a fuel reactor 2, in which oxygen carrier metal particles (MeO) 4 and oxygen carrier metal particles (Me) 5 circulate and flow between them. .
空気反応器１内では酸素キャリア金属粒子（Ｍｅ）５が酸化剤（空気中の酸素）により酸化されて酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）４、燃料反応器２内では酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）４が還元剤として使用される固体炭素質燃料（石炭）７により還元されて酸素キャリア金属粒子（Ｍｅ）５となる。 In the air reactor 1, oxygen carrier metal particles (Me) 5 are oxidized by an oxidizing agent (oxygen in the air) to be oxygen carrier metal particles (MeO) 4, and in the fuel reactor 2, oxygen carrier metal particles (MeO) 4 Is reduced by solid carbonaceous fuel (coal) 7 used as a reducing agent to form oxygen carrier metal particles (Me) 5.
より具体的に各反応器１，２内で起こる化学反応式を以下に示す。 More specifically, chemical reaction formulas occurring in the reactors 1 and 2 are shown below.
燃料反応塔：石炭＋ＭｅＯ⇒Ｍｅ＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ （１）
空気反応塔：Ｍｅ＋空気（Ｏ２＋Ｎ２）⇒ＭｅＯ＋Ｎ２ （２）
しかし、燃料反応器２内での石炭の反応は以下の３段階で反応が進むと考える。
Fuel reaction tower: Coal + MeO => Me + CO 2 + H 2 O (1)
Air reaction tower: Me + air (O 2 + N 2 ) => MeO + N 2 (2)
However, the coal reaction in the fuel reactor 2 is considered to proceed in the following three stages.
STEP１ 石炭熱分解：石炭⇒チャー（Ｃ）＋揮発分（ＣＨ４＋ＣＯ＋Ｈ２等）（３）
STEP２ 揮発分酸化反応：揮発分（ＣＨ４＋ＣＯ＋Ｈ２等）＋ＭｅＯ
⇒Ｍｅ＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ （４）
STEP３ チャーガス化反応：チャー（Ｃ）＋Ｈ２Ｏ／ＣＯ２＋ＭｅＯ
⇒Ｍｅ＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ （５）
これらの化学反応において、律速反応はチャーガス化反応である。これは、石炭を熱分解したときに発生する揮発分がチャーのガス化反応を阻害しているためと言われている（非特許文献１参照）。
STEP1 Coal pyrolysis: coal ⇒ char (C) + volatile matter (CH 4 + CO + H 2 etc.) (3)
STEP2 Volatile oxidation reaction: Volatile components (CH 4 + CO + H 2 etc.) + MeO
⇒Me + CO 2 + H 2 O (4)
STEP3 Char gasification reaction: Char (C) + H 2 O / CO 2 + MeO
⇒Me + CO 2 + H 2 O (5)
In these chemical reactions, the rate-limiting reaction is a char gasification reaction. This is said to be because volatile matter generated when coal is pyrolyzed inhibits the gasification reaction of char (see Non-Patent Document 1).
従って、揮発分を分離すれば、チャーのガス化反応を効率よく進行できる可能性がある。そこで本発明者らはＣＬＣシステムにおいて石炭と酸素キャリア金属粒子の反応性を向上させるため、図４（ｂ）に示すように、空気反応器１と燃料反応器２の間に揮発分反応器３を設けて、空気反応器１と揮発分反応器３と燃料反応器２を直列に配置した三塔式ＣＬＣシステムを提案した（特開２０１３−１９４２１３号公報 特許文献１参照）。 Therefore, if the volatile components are separated, there is a possibility that the char gasification reaction can proceed efficiently. Therefore, in order to improve the reactivity of coal and oxygen carrier metal particles in the CLC system, the present inventors have a volatile reactor 3 between the air reactor 1 and the fuel reactor 2 as shown in FIG. And a three-column CLC system in which an air reactor 1, a volatile content reactor 3, and a fuel reactor 2 are arranged in series has been proposed (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-194213).
図５は、この従来技術である三塔式ＣＬＣシステムを示す概略系統図である。 FIG. 5 is a schematic system diagram showing this conventional three-column CLC system.
この三塔式ＣＬＣシステムは、空気反応器１−サイクロン１３−揮発分反応器３−燃料反応器２−空気反応器１の間は、酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）４、（Ｍｅ）５が循環できるようループ状の流路によって連結されている。 In this three-column CLC system, oxygen carrier metal particles (MeO) 4 and (Me) 5 circulate between the air reactor 1, the cyclone 13, the volatile content reactor 3, the fuel reactor 2, and the air reactor 1. They are connected by a loop-shaped flow path so that they can be made.
空気反応器１には、燃料反応器２からの酸素キャリア金属粒子（Ｍｅ）５と、空気予熱器１６によって加温された空気６が供給され、空気反応器１内において前記（２）式の反応により、酸素キャリア金属粒子（Ｍｅ）５が酸化されて酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）４となる。 The air reactor 1 is supplied with oxygen carrier metal particles (Me) 5 from the fuel reactor 2 and air 6 heated by the air preheater 16. By the reaction, the oxygen carrier metal particles (Me) 5 are oxidized to become oxygen carrier metal particles (MeO) 4.
空気反応器１からは、酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）４と、Ｎ２（窒素）、Ｏ２（残存酸素）、ＮＯｘ（窒素酸化物）ならびに飛灰などを含んだ排気ガス８が排出され、酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）４と排気ガス８は比重の差によってサイクロン１３で分離される。 From the air reactor 1, exhaust gas 8 containing oxygen carrier metal particles (MeO) 4, N 2 (nitrogen), O 2 (residual oxygen), NOx (nitrogen oxide), fly ash, and the like is discharged, Oxygen carrier metal particles (MeO) 4 and exhaust gas 8 are separated by a cyclone 13 due to the difference in specific gravity.
サイクロン１３で分離された排気ガス８は高温であるため熱交換器１５で冷却され、さらに空気予熱器１６で空気６と熱交換して、最後に排ガス浄化装置１４で飛灰が除去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。
一方、サイクロン１３で分離された酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）４は、Ｌバルブ配管２０を通して揮発分反応器３に送られる。
Since the exhaust gas 8 separated by the cyclone 13 has a high temperature, it is cooled by the heat exchanger 15, further exchanges heat with the air 6 by the air preheater 16, and finally the fly ash is removed by the exhaust gas purification device 14 to the atmosphere. Is released. The steam obtained by the heat exchanger 15 is sent to a power generation facility (not shown).
On the other hand, oxygen carrier metal particles (MeO) 4 separated by the cyclone 13 are sent to the volatile reactor 3 through the L valve pipe 20.
揮発分反応器３内は流動層が形成されており、流動化ガスとして燃料反応器２から発生した揮発分が主成分である生成ガス１１を利用することで、揮発分ガスと酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）４の接触を良好に行い、反応性を高める効果がある。 A fluidized bed is formed in the volatile content reactor 3, and the volatile content gas and the oxygen carrier metal particles are obtained by using the product gas 11 mainly composed of the volatile content generated from the fuel reactor 2 as the fluidizing gas. There is an effect of improving the reactivity by making the contact of (MeO) 4 well.
揮発分反応器３からは、ＣＯ２(二酸化炭素)９やＨ２Ｏ(水蒸気)１０などが排出される。これらのガスは高温のため、熱交換器(排熱回収ボイラ)１７で熱回収されて、熱回収で生成された過熱蒸気は発電に利用される。熱交換器１７を通過した後、ＣＯ２圧縮液化装置１８に送られてＣＯ２の回収が行われる。 From the volatile reactor 3, CO 2 (carbon dioxide) 9 and H 2 O (water vapor) 10 are discharged. Since these gases are high in temperature, heat is recovered by the heat exchanger (exhaust heat recovery boiler) 17 and the superheated steam generated by the heat recovery is used for power generation. After passing through the heat exchanger 17, is sent to the CO 2 compression liquefier 18 recovery of CO 2 is carried out.
燃料反応器２には、石炭などの固体燃料７と、ＣＯ２やＨ２Ｏなどのガス化剤１９と、揮発分反応器３からの酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）４，（Ｍｅ）５が供給されて、前述のように燃料反応器２内での石炭の反応が３段階で進んでいると考えられる。 The fuel reactor 2 includes solid fuel 7 such as coal, a gasifying agent 19 such as CO 2 and H 2 O, and oxygen carrier metal particles (MeO) 4 and (Me) 5 from the volatile content reactor 3. It is considered that the reaction of coal in the fuel reactor 2 proceeds in three stages as described above.
この三塔式ＣＬＣシステムでは、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内は移動層としてある。移動層とは、酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）４，（Ｍｅ）５が連続的に供給され、砂時計の如く、酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）４、（Ｍｅ）５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)は酸素キャリア金属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。 In this three-column CLC system, the inside of the fuel reactor 2 is a moving bed in order to ensure the char residence time in the fuel reactor 2. The moving bed is continuously supplied with oxygen carrier metal particles (MeO) 4 and (Me) 5, and slowly moves downward while being filled with oxygen carrier metal particles (MeO) 4 and (Me) 5 like an hourglass. The gas (gasification agent 19) flows through the gaps between the oxygen carrier metal particles and moves upward, and the char slowly gasifies in the moving bed.
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無いという特長を有している。 Since the moving bed does not have a high gas flow rate unlike the bubble fluidized bed, the moving bed has a feature that the char does not scatter and adhere to the inner surface of the fuel reactor 2.
図４において符号３６は、空気反応器１から排出される反応後ガス（Ｎ２，Ｏ２)である。 In FIG. 4, reference numeral 36 denotes a post-reaction gas (N 2 , O 2 ) discharged from the air reactor 1.
なお、ＣＬＣシステムに関する先行技術文献としては、例えば下記の特許文献１〜４や非特許文献１，２などを挙げることができる。 In addition, as a prior art document regarding a CLC system, the following patent documents 1-4, a nonpatent literature 1, 2 etc. can be mentioned, for example.
しかしながら、従来技術のＣＬＣシステムでは酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）４，（Ｍｅ）５の使用量が非常に多く、例えば、石炭１に対して約１００倍の重量の酸素キャリア金属粒子が必要になる。 However, in the prior art CLC system, the amount of oxygen carrier metal particles (MeO) 4, (Me) 5 used is very large, for example, oxygen carrier metal particles having a weight about 100 times that of coal 1 are required. .
前記非特許文献２によると、例えば、２５０ＭＷｔｈ規模の事業用プラントでは、石炭３６ｔ／ｈに対し酸素キャリア金属粒子（イルメナイト：ＦｅＴｉＯ３）の循環量が３，６００ｔ／ｈと非常に多くなる。従って、燃料反応器２ならびに揮発分反応器３の巨大化、それに伴う補強鉄骨などによるコストアップ等といった課題が生じる。 According to Non-Patent Document 2, for example, in an industrial plant of 250 MWth scale, the circulation amount of oxygen carrier metal particles (ilmenite: FeTiO 3 ) is very large at 3,600 t / h with respect to 36 t / h of coal. Accordingly, problems such as enlarging the fuel reactor 2 and the volatile content reactor 3 and the associated cost increase due to the reinforcing steel frame and the like arise.
さらに、酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）４，（Ｍｅ）５は揮発分反応器３を通過して燃料反応器２へ移動する際、吸熱反応により酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）４，（Ｍｅ）５の顕熱が下がり、そのためにチャーのガス化反応速度が低下する。 Further, when the oxygen carrier metal particles (MeO) 4, (Me) 5 pass through the volatile reactor 3 and move to the fuel reactor 2, the oxygen carrier metal particles (MeO) 4, (Me) 5 are absorbed by an endothermic reaction. Sensible heat is reduced, and the gasification rate of char is reduced.
ケミカルルーピング燃焼技術は、流動層が採用される。流動層の大型化は、反応器断面積が増加するのに伴い流動化空気量が増加するために大容量ファンが必要になる。しかし、ファンの大型化には限界があり、さらに動力や設備費が甚大に増加し、現状の流動層技術では大型化が困難とされている。 In the chemical looping combustion technique, a fluidized bed is employed. In order to increase the size of the fluidized bed, the amount of fluidized air increases as the cross-sectional area of the reactor increases, so a large capacity fan is required. However, there is a limit to increasing the size of the fan, and the power and equipment costs have increased significantly, making it difficult to increase the size with the current fluidized bed technology.
図５に示す従来技術では、揮発分反応器３と燃料反応器２が直列に配置されため、揮発分反応器３から燃料反応器２へ移動する酸素キャリア金属粒子（Ｍｅ）５には未反応の酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）４が含まれる。すなわち燃料反応器２には、酸素キャリア金属粒子が余分に供給されることになる。 In the prior art shown in FIG. 5, since the volatile reactor 3 and the fuel reactor 2 are arranged in series, the oxygen carrier metal particles (Me) 5 moving from the volatile reactor 3 to the fuel reactor 2 are not reacted. Of oxygen carrier metal particles (MeO) 4. That is, extra oxygen carrier metal particles are supplied to the fuel reactor 2.
一方、燃料反応器２へ移動反応する酸素キャリア金属粒子には揮発分反応器３で反応した酸素キャリア金属粒子（Ｍｅ）５が含まれており、燃料反応器２の反応に不要な酸素キャリア金属粒子（Ｍｅ）５が供給されることになる。従って、揮発分反応器３ならびに燃料反応器２の両反応器に供給される酸素キャリア金属粒子は余分に供給されているため、両反応器の寸法が大きくなった。 On the other hand, the oxygen carrier metal particles that move and react to the fuel reactor 2 include oxygen carrier metal particles (Me) 5 reacted in the volatile content reactor 3, and are unnecessary for the reaction of the fuel reactor 2. Particles (Me) 5 will be supplied. Therefore, since the oxygen carrier metal particles supplied to both reactors of the volatile content reactor 3 and the fuel reactor 2 are supplied in excess, the dimensions of both reactors are increased.
そこで、各反応器で必要な酸素キャリア金属粒子量だけ供給すれば反応器内の酸素キャリア量を減少し、反応器サイズがコンパクト化できる可能性を見出した。 Accordingly, the present inventors have found that if only the amount of oxygen carrier metal particles necessary for each reactor is supplied, the amount of oxygen carrier in the reactor can be reduced and the reactor size can be reduced.
本発明はこのような技術背景においてなされたものであり、その目的は揮発分反応器と燃料反応器の粒子層重量を低減して、両反応器のコンパクト化、補強鉄骨不要による軽量化が図れ、また、燃料反応器に入る酸素キャリアの顕熱低下を防止できるチャーガス化反応速度低下を抑制できるケミカルルーピング燃焼システムならびにその運転方法を提供することにある。 The present invention has been made in such a technical background, and the object thereof is to reduce the particle layer weight of the volatile reactor and the fuel reactor, to make the both reactors more compact and lighter by eliminating the need for reinforcing steel frames. Another object of the present invention is to provide a chemical looping combustion system capable of preventing a decrease in the sensible heat of the oxygen carrier entering the fuel reactor, and a method for operating the same.
前記目的を達成するため、第１の本発明は、
酸化物の酸素キャリア金属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（後述の生成ガス）を取り出して、酸化物の酸素キャリア金属粒子を供給しながら形成した反応層に導入して前記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酸素キャリア金属粒子を前記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金属粒子とする空気反応器を備え、
前記燃料反応器と揮発分反応器と空気反応器の間を前記酸素キャリア金属粒子が循環流動するように流路で連結されたケミカルループ燃焼システムを対象とするものである。
In order to achieve the above object, the first present invention provides:
A solid fuel and a gasifying agent are supplied to the reaction layer formed while supplying the oxygen carrier metal particles of the 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 to perform,
A volatile reactor that takes out a gas component (a gas to be described later) generated in the fuel reactor and introduces it into a reaction layer formed while supplying oxygen carrier metal particles of an oxide to perform an oxidation reaction of the gas component When,
The oxygen reactor metal particles reduced by the fuel reactor are taken out from the fuel reactor, and are provided with an air reactor that is oxidized with air to form oxide oxygen carrier metal particles.
The present invention is intended for a chemical loop combustion system in which the oxygen carrier metal particles are circulated and flowed between the fuel reactor, the volatile content reactor, and the air reactor.
そして本発明の第１の手段は、前記酸素キャリア金属粒子の流れに対して前記燃料反応器と揮発分反応器が並列に配置されて、
前記空気反応器から排出される前記酸化物の酸素キャリア金属粒子の流路が前記燃料反応器に接続される流路と前記揮発分反応器に接続される流路に分岐され、
前記燃料反応器から排出される還元された酸素キャリア金属粒子を前記空気反応器へ供給する流路と、前記揮発分反応器から排出される還元された酸素キャリア金属粒子を前記空気反応器へ供給する流路を備えたことを特徴とするものである。
And the first means of the present invention, the fuel reactor and the volatile reactor are arranged in parallel with respect to the flow of the oxygen carrier metal particles,
The oxide oxygen carrier metal particle flow path discharged from the air reactor is branched into a flow path connected to the fuel reactor and a flow path connected to the volatile content reactor,
A flow path for supplying reduced oxygen carrier metal particles discharged from the fuel reactor to the air reactor, and supplying reduced oxygen carrier metal particles discharged from the volatile reactor to the air reactor. It is characterized by having a flow path.
本発明の第２の手段は前記第１の手段において、
前記空気反応器から排出される前記酸化物の酸素キャリア金属粒子の流路上に前記酸化物の酸素キャリア金属粒子の分級装置（例えば後述の第１サイクロンと第２サイクロンなど）を設け、
前記分級装置から粒子径の小さい酸素キャリア金属粒子の排出流路が前記燃料反応器側に接続され、粒子径の大きい酸素キャリア金属粒子の排出流路が前記揮発分反応器側に接続され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,
A device for classifying the oxygen carrier metal particles of the oxide (for example, a first cyclone and a second cyclone described later) is provided on the flow path of the oxygen carrier metal particles of the oxide discharged from the air reactor,
A discharge channel for oxygen carrier metal particles having a small particle diameter is connected to the fuel reactor side from the classifier, and a discharge channel for oxygen carrier metal particles having a large particle diameter is connected to the volatile reactor side. It is characterized by this.
本発明の第３の手段は前記第２の手段において、
前記粒子径の小さい酸素キャリア金属粒子が前記燃料反応器で移動層を形成する粒子径を有し、前記粒子径の大きい酸素キャリア金属粒子が前記揮発分反応器で流動層を形成する粒子径を有することを特徴とするものである。
According to a third means of the present invention, in the second means,
The oxygen carrier metal particles having a small particle diameter have a particle diameter that forms a moving bed in the fuel reactor, and the oxygen carrier metal particles having a large particle diameter have a particle diameter that forms a fluidized bed in the volatile content reactor. It is characterized by having.
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気体成分を前記揮発分反応器に流動化ガスとして供給す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,
The gas component generated in the fuel reactor is supplied to the volatile content reactor as a fluidized gas.
本発明の第５の手段は前記第１ないし第４のいずれかの手段において、
前記揮発分反応器の排出ライン上に排ガス中の二酸化炭素を分離・回収するための二酸化炭素分離・回収手段（例えば後述の二酸化炭素圧縮液化装置など）が設けられ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 any one of the first to fourth means,
Carbon dioxide separation / recovery means (for example, a carbon dioxide compression liquefaction device described later) for separating and recovering carbon dioxide in exhaust gas is provided on the discharge line of the volatile content reactor. It is.
本発明の第６の手段は前記第１ないし第５の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排出される排ガスを再循環して使用す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 fifth means,
As a gasifying agent supplied to the fuel reactor, exhaust gas discharged from the volatile content reactor is recirculated and used.
前記目的を達成するため第２の本発明は、
酸化物の酸素キャリア金属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工程と、
前記燃料反応行程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金属粒子を供給しながら形成した反応層に導入して前記気体成分の酸化反応を行う揮発分反応工程と、
前記燃料反応行程によって還元された酸素キャリア金属粒子を取り出して、空気で酸化して酸化物の酸素キャリア金属粒子とする空気反応工程を備え、
前記燃料反応工程と揮発分反応工程と空気反応工程の間で前記酸素キャリア金属粒子を循環流動させるケミカルループ燃焼システムの運転方法を対象とするものである。
In order to achieve the above object, the second present invention provides:
A solid fuel and a gasifying agent are supplied to the reaction layer formed while supplying the oxygen carrier metal particles of the 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 reaction process to be performed;
A volatile component reaction step of taking out the gas component generated in the fuel reaction step and introducing it into a reaction layer formed while supplying oxygen carrier metal particles of an oxide to perform an oxidation reaction of the gas component;
The oxygen carrier metal particles reduced by the fuel reaction step are taken out, and are oxidized with air to form an oxygen carrier metal particle of an oxide.
The present invention is directed to a method of operating a chemical loop combustion system in which the oxygen carrier metal particles are circulated and flowed between the fuel reaction step, the volatile component reaction step, and the air reaction step.
そして本発明の第７の手段は、前記酸素キャリア金属粒子の流れに対して前記燃料反応工程と揮発分反応工程を並列に設けて、
前記空気反応工程から排出される前記酸化物の酸素キャリア金属粒子を前記燃料反応工程と前記揮発分反応工程に分けて供給し、
前記燃料反応工程から排出される還元された酸素キャリア金属粒子と、前記揮発分反応工程から排出される還元された酸素キャリア金属粒子を前記空気反応工程に戻すことを特徴とするものである。
And the 7th means of this invention provides the said fuel reaction process and the volatile matter reaction process in parallel with respect to the flow of the said oxygen carrier metal particle,
Supplying the oxygen carrier metal particles of the oxide discharged from the air reaction step separately into the fuel reaction step and the volatile matter reaction step;
The reduced oxygen carrier metal particles discharged from the fuel reaction step and the reduced oxygen carrier metal particles discharged from the volatile component reaction step are returned to the air reaction step.
本発明の第８の手段は前記第７の手段において、
前記空気反応工程から排出される前記酸化物の酸素キャリア金属粒子を、粒子径の小さい酸素キャリア金属粒子と粒子径の大きい酸素キャリア金属粒子に分級する分級工程を設け、
前記分級工程で得られた粒子径の小さい酸素キャリア金属粒子を前記燃料反応工程に供給し、
前記分級工程で得られた粒子径の大きい酸素キャリア金属粒子を前記揮発分反応工程に供給す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,
Providing a classification step of classifying the oxygen carrier metal particles of the oxide discharged from the air reaction step into oxygen carrier metal particles having a small particle size and oxygen carrier metal particles having a large particle size;
Supplying oxygen carrier metal particles having a small particle diameter obtained in the classification step to the fuel reaction step;
The oxygen carrier metal particles having a large particle diameter obtained in the classification step are supplied to the volatile component reaction step.
本発明の第９の手段は前記第８の手段において、
前記粒子径の小さい酸素キャリア金属粒子が前記燃料反応工程で移動層を形成する粒子径を有し、前記粒子径の大きい酸素キャリア金属粒子が前記揮発分反応工程で流動層を形成する粒子径を有す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 eighth means,
The oxygen carrier metal particles having a small particle diameter have a particle diameter that forms a moving bed in the fuel reaction step, and the oxygen carrier metal particles having a large particle diameter have a particle diameter that forms a fluidized bed in the volatile matter reaction step. It is characterized by having.
本発明は前述のような構成なっており、揮発分反応器と燃料反応器の粒子層重量を低減できるため、両反応器のコンパクト化、補強鉄骨不要による軽量化が可能となる。また、燃料反応器に入る酸素キャリアの顕熱低下を防止できるため、チャーガス化反応速度低下を抑制できるケミカルルーピング燃焼システムならびにその運転方法の提供が可能となる。 The present invention is configured as described above, and the weight of the particle layer of the volatile reactor and the fuel reactor can be reduced. Therefore, both reactors can be made compact, and the weight can be reduced by eliminating the need for reinforcing steel frames. Moreover, since the sensible heat reduction of the oxygen carrier entering the fuel reactor can be prevented, it is possible to provide a chemical looping combustion system that can suppress a reduction in the char gasification reaction rate and an operation method thereof.
次に本発明の各実施例を図面とともに説明する。
（実施例１）
図１は、本発明の実施例に係るＣＬＣシステムの基本構成を示す概略構成図である。
Next, each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
Example 1
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a basic configuration of a CLC system according to an embodiment of the present invention.
図４（ｂ）示す従来技術のＣＬＣシステムと図１に示す本発明の実施例に係るＣＬＣシステムの異なる点は、図４（ｂ）示す従来技術のＣＬＣシステムでは、空気反応器１と揮発分反応器３と燃料反応器２が直列に配置されており、空気反応器１から移動して来た酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）４が全量揮発分反応器３に送られ、揮発分反応器３から排出された酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ、Ｍｅ）１２が全量燃料反応器２に送られるシステムになっている。 The difference between the prior art CLC system shown in FIG. 4B and the CLC system according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1 is that the conventional CLC system shown in FIG. The reactor 3 and the fuel reactor 2 are arranged in series, and oxygen carrier metal particles (MeO) 4 moved from the air reactor 1 are sent to the volatile content reactor 3 in total, and the volatile content reactor 3 The oxygen carrier metal particles (MeO, Me) 12 discharged from the fuel are sent to the fuel reactor 2 in the whole amount.
これに対して本発明の実施例に係るＣＬＣシステムでは、揮発分反応器３と燃料反応器２が並列に配置されており、空気反応器１から取り出された酸化物の酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）４が２系統に分配されて、燃料反応器２と揮発分反応器３に同時にかつ個別に供給されるシステムになっている点である。 On the other hand, in the CLC system according to the embodiment of the present invention, the volatile content reactor 3 and the fuel reactor 2 are arranged in parallel, and the oxygen carrier metal particles (MeOO) extracted from the air reactor 1 are used. ) 4 is distributed to two systems, and is a system that is supplied to the fuel reactor 2 and the volatile content reactor 3 simultaneously and individually.
図２は、本発明の実施例１に係るＣＬＣ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 illustrating a specific example of the CLC system according to the first embodiment of the present invention.
この三塔式ＣＬＣシステムは図２に示すように、空気反応器１−サイクロン１３−（燃料反応器２あるいは揮発分反応３）−空気反応器１の間は、酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）４、（Ｍｅ）５、２４、２５が循環流動できるようループ状の流路によって連結されている。 As shown in FIG. 2, this three-tower CLC system has an oxygen carrier metal particle (MeO) 4 between the air reactor 1, the cyclone 13, the fuel reactor 2 or the volatile component reaction 3, and the air reactor 1. , (Me) 5, 24, 25 are connected by a loop-shaped flow path so that they can circulate.
空気反応器１には、燃料反応器２からの酸素キャリア金属粒子（Ｍｅ）２４ならびに揮発分反応３からの酸素キャリア金属粒子（Ｍｅ）２５が合流して酸素キャリア金属粒子（Ｍｅ）５として、また空気予熱器１６によって加温された空気６が供給され、空気反応器１内において酸素キャリア金属粒子（Ｍｅ）５が酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）４となる。 In the air reactor 1, oxygen carrier metal particles (Me) 24 from the fuel reactor 2 and oxygen carrier metal particles (Me) 25 from the volatile reaction 3 merge to form oxygen carrier metal particles (Me) 5, Air 6 heated by the air preheater 16 is supplied, and oxygen carrier metal particles (Me) 5 become oxygen carrier metal particles (MeO) 4 in the air reactor 1.
空気反応器１からは、酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）４と、Ｎ２（窒素）、Ｏ２（残存酸素）、ＮＯｘ（窒素酸化物）ならびに飛灰などを含んだ排気ガス８が排出され、酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）４と排気ガス８はサイクロン１３で比重差により分離される。 From the air reactor 1, exhaust gas 8 containing oxygen carrier metal particles (MeO) 4, N 2 (nitrogen), O 2 (residual oxygen), NOx (nitrogen oxide), fly ash, and the like is discharged, Oxygen carrier metal particles (MeO) 4 and exhaust gas 8 are separated by a cyclone 13 due to the difference in specific gravity.
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と熱交換し、最後に排ガス浄化装置１４で飛灰が除去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。一方、酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）４は、その重量によりサイクロン１３の下部に落下する。 The combustion exhaust gas 8 separated by the cyclone 13 is cooled by the heat exchanger 15, further exchanges heat with the air 6 by the air preheater 16, and finally the fly ash is removed by the exhaust gas purification device 14 and released to the atmosphere. . The steam obtained by the heat exchanger 15 is sent to a power generation facility (not shown). On the other hand, the oxygen carrier metal particles (MeO) 4 fall to the lower part of the cyclone 13 due to its weight.
図１に示すように燃料反応器２と揮発分反応器３は酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）４，（Ｍｅ）５の流れに対して並列に配置されて、空気反応器１からの排出流路が途中から排出流路１１ａと１１ｂに分岐され、一方の排出流路１１ａは途中にＬバルブ配管２０を有して揮発分反応器３に接続され、他方の排出流路１１ｂは途中にＬバルブ配管２１を有して燃料反応器２に接続されている。 As shown in FIG. 1, the fuel reactor 2 and the volatile content reactor 3 are arranged in parallel with the flow of oxygen carrier metal particles (MeO) 4 and (Me) 5, and are discharged from the air reactor 1. Is branched into the discharge flow paths 11a and 11b from the middle, one discharge flow path 11a has an L valve pipe 20 in the middle and is connected to the volatile reactor 3, and the other discharge flow path 11b has an L valve in the middle. It has a pipe 21 and is connected to the fuel reactor 2.
従って、空気反応器１から排出された酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）４は２系統に分配され、一方は排出流路１１ａからＬバルブ配管２０を通過して揮発分反応器３へ移動し、もう一方は排出流路１１ｂからＬバルブ配管２１を通過して燃料反応器２へ移動する。 Therefore, the oxygen carrier metal particles (MeO) 4 discharged from the air reactor 1 are distributed into two systems, one of which passes through the L valve pipe 20 from the discharge flow path 11a and moves to the volatile reactor 3, One moves from the discharge channel 11 b to the fuel reactor 2 through the L valve pipe 21.
なお、酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）４の分配量は、Ｌバルブ配管２０、２１に供給する搬送ガス（図示せず）の流量を調整することにより制御できる。 The distribution amount of the oxygen carrier metal particles (MeO) 4 can be controlled by adjusting the flow rate of the carrier gas (not shown) supplied to the L valve pipes 20 and 21.
燃料反応器２には、固体燃料（石炭）７と、ガス化剤（ＣＯ２、Ｈ２Ｏ）１９が供給されている。燃料反応器２の内部では移動層が形成され、固体燃料（石炭）７が揮発分とチャーに熱分解する。揮発分は生成ガス１１として燃料反応器２から取り出されて揮発分反応器３へ移動する。チャーは燃料反応器２内でガス化剤１９によってガス化反応を越し（前記式５参照）、生成ガス１１として揮発分と共に揮発分反応器３へ移動する。 The fuel reactor 2 is supplied with solid fuel (coal) 7 and gasifying agents (CO 2 , H 2 O) 19. A moving bed is formed inside the fuel reactor 2, and the solid fuel (coal) 7 is thermally decomposed into volatile matter and char. Volatiles are extracted from the fuel reactor 2 as product gas 11 and moved to the volatile reactor 3. The char passes through the gasification reaction by the gasifying agent 19 in the fuel reactor 2 (see Equation 5), and moves to the volatile content reactor 3 together with the volatile content as the product gas 11.
燃料反応器２内の酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）４は生成ガス１１との反応により還元されて酸素キャリア金属粒子（Ｍｅ）２４となり、その酸素キャリア金属粒子（Ｍｅ）２４はＬバルブ配管２３を有する排出流路３７ａを通して燃料反応器２から取り出され、途中で後述する酸素キャリア金属粒子（Ｍｅ）２５と合流して、空気反応器１へ移動する。 The oxygen carrier metal particles (MeO) 4 in the fuel reactor 2 are reduced by the reaction with the product gas 11 to become oxygen carrier metal particles (Me) 24, and the oxygen carrier metal particles (Me) 24 pass through the L valve pipe 23. It is taken out from the fuel reactor 2 through the discharge flow path 37a, and is joined with oxygen carrier metal particles (Me) 25, which will be described later, and moves to the air reactor 1 on the way.
一方、揮発分反応器３の内部では、燃料反応器２から送られてきた生成ガス１１が、酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）４を浮遊流動させながら酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）４と反応して（前記式４参照）、その結果、ＣＯ２ガス９とＨ２Ｏ(水蒸気)１０が生成する。 On the other hand, inside the volatile reactor 3, the product gas 11 sent from the fuel reactor 2 reacts with the oxygen carrier metal particles (MeO) 4 while causing the oxygen carrier metal particles (MeO) 4 to float and flow. As a result, CO 2 gas 9 and H 2 O (water vapor) 10 are generated.
また、揮発分反応器３内の酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）４は生成ガス１１との反応により還元されて酸素キャリア金属粒子（Ｍｅ）２５となり、その酸素キャリア金属粒子（Ｍｅ）２５はＬバルブ配管２２を有する排出流路３７ｂを通して揮発分反応器３から取り出されて、空気反応器１へ移動する。 The oxygen carrier metal particles (MeO) 4 in the volatile content reactor 3 are reduced by the reaction with the product gas 11 to become oxygen carrier metal particles (Me) 25, and the oxygen carrier metal particles (Me) 25 are L valves. It is taken out from the volatile content reactor 3 through the discharge flow path 37 b having the pipe 22 and moves to the air reactor 1.
揮発分反応器３内で生成したＣＯ２ガス９とＨ２Ｏ(水蒸気)１０は、揮発分反応器３からの排出ラインを通って熱交換器１７に送られて冷却され、熱交換器１７で得られた過熱蒸気は図示しない発電設備に送られる。 The CO 2 gas 9 and H 2 O (water vapor) 10 generated in the volatile content reactor 3 are sent to the heat exchanger 17 through the discharge line from the volatile content reactor 3 to be cooled, and the heat exchanger 17 The superheated steam obtained in is sent to a power generation facility (not shown).
その後、ＣＯ２ガス９とＨ２Ｏ(水蒸気)１０は脱硝装置、除塵装置、脱硫装置等(何れも図示せず)で不純物の除去がなされ、ＣＯ２圧縮液化装置１８でＣＯ２ガス９の圧縮液化が行われて、ＣＯ２回収行される。 Thereafter, impurities are removed from the CO 2 gas 9 and H 2 O (water vapor) 10 by a denitration device, a dust removal device, a desulfurization device or the like (all not shown), and the CO 2 compression liquefaction device 18 removes the CO 2 gas 9. Compressed liquefaction is performed and CO 2 is recovered.
燃料反応器２内では、チャーの滞留時間を確保するために、燃料反応器２内は移動層を形成している。移動層とは、酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）４が連続的に供給され、砂時計の如く、酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）４が充填されたままゆっくりと下方へ移動する。 In the fuel reactor 2, a moving bed is formed in the fuel reactor 2 in order to ensure the residence time of char. The moving layer is continuously supplied with oxygen carrier metal particles (MeO) 4 and slowly moves downward while being filled with oxygen carrier metal particles (MeO) 4 like an hourglass.
一方、燃料反応器２の下部から供給されたガス(ガス化剤２７)は酸素キャリア金属粒子（Ｍｅ）２５の隙間を流れて上方へ移動し、チャーはその移動層内でガス化反応する（前記式５参照）。 On the other hand, the gas (gasification agent 27) supplied from the lower part of the fuel reactor 2 flows upward through the gap between the oxygen carrier metal particles (Me) 25, and the char undergoes a gasification reaction in the moving bed ( (See Formula 5 above).
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から発生した生成ガス１１を利用することで、酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）４との接触を良好に行い、反応性を高める効果がある。 The volatile content reactor 3 is a fluidized bed, and by using the product gas 11 generated from the fuel reactor 2 as a fluidizing gas, contact with the oxygen carrier metal particles (MeO) 4 is favorably performed and the reactivity is increased. effective.
次に、本発明の特徴点である酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）４の２分割供給について詳細に説明する。 Next, the two-part supply of oxygen carrier metal particles (MeO) 4 that is a feature of the present invention will be described in detail.
次の表１は、２５０ＭＷｔｈ級ＣＬＣシステムの概念設計例を示す表で（出典：非特許文献２）、従来技術である比較例と本発明の実施例１を比較して示したものである。 The following Table 1 is a table showing a conceptual design example of a 250 MWth class CLC system (Source: Non-Patent Document 2), and shows a comparison between a comparative example which is a prior art and Example 1 of the present invention.
この表１の結果から明らかなように、比較例において、揮発分反応器３には未反応の酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）４が約３２％分が過剰に供給され、燃料反応器２には反応済みの酸素キャリア金属粒子（Ｍｅ）５が約６７％分が不要に供給されている。 As is apparent from the results of Table 1, in the comparative example, about 32% of the unreacted oxygen carrier metal particles (MeO) 4 is excessively supplied to the volatile content reactor 3, and the fuel reactor 2 is supplied to the fuel reactor 2. About 67% of the reacted oxygen carrier metal particles (Me) 5 is supplied unnecessarily.
そのため、燃料反応器２および揮発分反応器３ともに反応器断面積が非常に大きく、両反応器の寸法も大きくなっている。これは図５に示すように、揮発分反応器３と燃料反応器２が直列に配置されているためである。 Therefore, both the fuel reactor 2 and the volatile content reactor 3 have very large reactor cross-sectional areas, and the dimensions of both reactors are also large. This is because the volatile reactor 3 and the fuel reactor 2 are arranged in series as shown in FIG.
さらに、比較例の酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）４の温度は、揮発分反応器３は吸熱反応であるため、空気反応器１の出口では９５０℃あった酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）４は、揮発分反応器３を通過して、燃料反応器２に供給する頃には９００℃まで低下している。燃料反応器入口温度が９５０℃から５０℃低下した場合、チャーのガス化反応速度は約１／２遅くなるため、ＣＬＣシステムの効率が低下するといった課題が生じる。 Further, the temperature of the oxygen carrier metal particles (MeO) 4 of the comparative example is 950 ° C. at the outlet of the air reactor 1 because the volatile reactor 3 is an endothermic reaction. The temperature drops to 900 ° C. when the fuel is passed through the volatile reactor 3 and supplied to the fuel reactor 2. When the fuel reactor inlet temperature is decreased from 950 ° C. to 50 ° C., the char gasification reaction rate is reduced by about ½, which causes a problem that the efficiency of the CLC system decreases.
これに対して本発明の実施例１は、図１および図２に示すように燃料反応器２と揮発分反応器３を並列に配置して、酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）４を２分して燃料反応器２と揮発分反応器３に個別に供給するシステムになっている。 In contrast, in the first embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 1 and 2, the fuel reactor 2 and the volatile content reactor 3 are arranged in parallel to divide the oxygen carrier metal particles (MeO) 4 into two. Thus, the fuel reactor 2 and the volatile content reactor 3 are separately supplied.
そのため、両反応器２，３内に滞留させる酸素キャリア金属粒子の重量が低減でき、燃料反応器２が約７割、揮発分反応器２が約３割まで寸法を短くすることが可能である。また、燃料反応塔３の入口温度は揮発分反応器２を通過しないため、温度を低下せずに９５０℃で供給でき、チャーガス化反応速度の低下を防止できる。 Therefore, the weight of the oxygen carrier metal particles retained in both reactors 2 and 3 can be reduced, and the size of the fuel reactor 2 can be reduced to about 70% and the volatile content reactor 2 can be reduced to about 30%. . Moreover, since the inlet temperature of the fuel reaction tower 3 does not pass through the volatile reactor 2, it can be supplied at 950 ° C. without lowering the temperature, and a reduction in the char gasification reaction rate can be prevented.
燃料反応器２に供給するガス化剤１９としては、ＣＯ２やＨ２Ｏ（水蒸気）、もしくはその両方を使用することができる。ＣＯ２やＨ２Ｏ（水蒸気）を別のシステムから供給しても構わない。また、ＣＯ２の供給元として、ＣＯ２圧縮液化装置１８から回収したＣＯ２を再利用することも可能である。さらに、Ｈ２Ｏ（水蒸気）の供給元として、熱交換器１５、１７から生成した水蒸気を使用することも可能である。 As the gasifying agent 19 supplied to the fuel reactor 2, CO 2 , H 2 O (water vapor), or both can be used. CO 2 and H 2 O (water vapor) may be supplied from another system. Further, as a source of CO 2, it is also possible to reuse the CO 2 recovered from CO 2 compressor liquefier 18. Furthermore, it is also possible to use water vapor generated from the heat exchangers 15 and 17 as a supply source of H 2 O (water vapor).
さらに、ガス化剤１９としてＣＯ２とＨ２Ｏ（水蒸気）の混合ガスを使用する場合は、揮発分反応器３から排出されるＣＯ２９、Ｈ２Ｏ（水蒸気）１０を循環ブロア（図示せず）で再循環して供給すれば、ランニングコストを低く抑えることが可能である。 Further, when a mixed gas of CO 2 and H 2 O (steam) is used as the gasifying agent 19, CO 2 9 and H 2 O (steam) 10 discharged from the volatile content reactor 3 are circulated in a blower (see FIG. It is possible to keep the running cost low if it is recirculated and supplied.
このように揮発分反応器３から排出される排ガス（ＣＯ２９、Ｈ２Ｏ（水蒸気）１０）を再循環する場合は、図２において、排ガスの排出ライン上に設置された熱交換器１７や脱硝装置、除塵装置、脱硫装置等(何れも図示せず)で不純物の除去がなされ後のＣＯ２圧縮液化装置１８の入口直前の所で排出ラインから分岐する再循環ライン(図示せず)を設け、その再循環ラインの先端部を燃料反応器２の下部に接続し、再循環ラインの途中に循環ブロア（図示せず）を付設すればよい。 When the exhaust gas (CO 2 9, H 2 O (water vapor) 10) discharged from the volatile reactor 3 is recirculated in this way, the heat exchanger 17 installed on the exhaust gas discharge line in FIG. A recirculation line (not shown) branches from the discharge line immediately before the inlet of the CO 2 compression liquefaction device 18 after impurities are removed by a NOx removal device, a denitration device, a desulfurization device, etc. (all not shown). , The tip of the recirculation line is connected to the lower part of the fuel reactor 2, and a circulation blower (not shown) may be attached in the middle of the recirculation line.
酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）４には、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システムに好適である。酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）４としては、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）を使用した場合の、還元／酸化反応式を下記に示す。 For the oxygen carrier 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 a CLC system because it is pollution-free and inexpensive. As the oxygen carrier metal particles (MeO) 4, the reduction / oxidation reaction formula when iron oxide (Fe 2 O 3 ) is used is shown below.
還元反応：Ｃ（石炭）＋６Ｆｅ２Ｏ３⇒４Ｆｅ３Ｏ４＋ＣＯ２−吸熱 （９）
酸化反応：４Ｆｅ３Ｏ４＋Ｏ２(空気) ⇒６Ｆｅ２Ｏ３＋発熱 （１０）
酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）４として酸化鉄を使用した場合、酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）４はＦｅ２Ｏ３、酸素キャリア金属粒子（Ｍｅ）５はＦｅ３Ｏ４となる。そして空気反応器１では前記式(１０)に示すようにＦｅ３Ｏ４とＯ２ (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（９）に示すようにＦｅ２Ｏ３の還元反応が生じる。
Reduction reaction: C (coal) + 6Fe 2 O 3 ⇒4Fe 3 O 4 + CO 2 − endothermic (9)
Oxidation reaction: 4Fe 3 O 4 + O 2 (air) ⇒6Fe 2 O 3 + exotherm (10)
When iron oxide is used as the oxygen carrier metal particles (MeO) 4, the oxygen carrier metal particles (MeO) 4 are Fe 2 O 3 and the oxygen carrier metal particles (Me) 5 are Fe 3 O 4 . In the air reactor 1, an oxidation reaction of Fe 3 O 4 and O 2 (air) occurs as shown in the equation (10). In the fuel reactor 2 and the volatile content reactor 3, the equation (9) Thus, the reduction reaction of Fe 2 O 3 occurs.
生成ガス１１の主成分はＣＨ４とＣＯとＨ2であり、揮発分反応器３では生成ガス１１と酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）４であるＦｅ２Ｏ３の間で下記の反応が生じる。 The main components of the product gas 11 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 oxygen carrier metal particles (MeO) 4.
ＣＨ４＋６Ｆｅ２Ｏ３⇒ＣＯ＋Ｈ２Ｏ＋４Ｆｅ３Ｏ４ （１１）
ＣＯ＋３Ｆｅ２Ｏ３⇒ＣＯ２＋２Ｆｅ３Ｏ４ （１２）
Ｈ2＋３Ｆｅ２Ｏ３⇒Ｈ２Ｏ＋２Ｆｅ３Ｏ４ （１３）
循環流動系では粒子搬送用ガスシールバルブとして、一般に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、本発明ではＬバルブ配管などのニューマティックバルブを使用している。Ｌバルブ配管はＬ字型の配管で構成されており、エア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。
CH 4 + 6Fe 2 O 3 ⇒CO + H 2 O + 4Fe 3 O 4 (11)
CO + 3Fe 2 O 3 ⇒CO 2 + 2Fe 3 O 4 (12)
H 2 + 3Fe 2 O 3 ⇒H 2 O + 2Fe 3 O 4 (13)
In a circulating flow system, a pneumatic valve such as a mechanical valve or an L valve is generally used as a particle seal gas seal valve. In the mechanical valve, since the seal portion is damaged at 600 ° C. or higher, a pneumatic valve such as an L valve pipe is used in the present invention. The L valve pipe is composed of an L-shaped pipe, and by aeration, the particle bed is fluidized and driven to control the particle transport flow rate.
また、酸素キャリア金属粒子を搬送するＬバルブ配管に使用する搬送用流体としては、システム系内で生成したＣＯ２ガスおよび（あるいは）Ｈ２Ｏ（水蒸気）が利用される。 In addition, as a transporting fluid used for the L valve piping for transporting oxygen carrier metal particles, CO 2 gas and / or H 2 O (water vapor) generated in the system system is used.
次に本実施例１の作用、効果について説明する。 Next, functions and effects of the first embodiment will be described.
本実施例１の特徴部分は、揮発分反応器と燃料反応器を並列に配置して、空気反応器から送られてくる酸素キャリア金属粒子を揮発分反応器と燃料反応器に分配して個別に供給する構成にある。 The characteristic part of the first embodiment is that the volatile reactor and the fuel reactor are arranged in parallel, and the oxygen carrier metal particles sent from the air reactor are distributed to the volatile reactor and the fuel reactor individually. It is in the structure which supplies to.
これより揮発分反応器内および燃料反応器内に形成される酸素キャリア金属粒子の粒子層重量を低減できるため、両反応器のコンパクト化、補強鉄骨不要による軽量化が可能である。また、燃料反応器に供給される酸素キャリア金属粒子の顕熱低下を防止できるため、チャーガス化反応速度の低下が抑制できる。 As a result, the weight of the oxygen carrier metal particles formed in the volatile reactor and the fuel reactor can be reduced, so that both reactors can be made compact and light weight can be achieved by eliminating the need for reinforcing steel frames. Moreover, since the sensible heat fall of the oxygen carrier metal particles supplied to the fuel reactor can be prevented, a reduction in the char gasification reaction rate can be suppressed.
（実施例２）
次に本発明の実施例２について説明する。実施例２において前記実施例１と相違する点は、酸素キャリア金属粒子を２分割する方法として、大小異なる粒子径の酸素キャリア金属粒子を使用して、２段サイクロン（分級装置）により大粒子径の酸素キャリア金属粒子と小粒子径の酸素キャリア金属粒子に分離して、それぞれ揮発分反応器と燃料反応器に供給する点である。
(Example 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. Example 2 differs from Example 1 in that the oxygen carrier metal particles are divided into two, using oxygen carrier metal particles having different particle sizes, and using a two-stage cyclone (classifier) to increase the particle size. The oxygen carrier metal particles and the oxygen carrier metal particles having a small particle diameter are separated and supplied to the volatile content reactor and the fuel reactor, respectively.
図３は、本発明の実施例２に係るＣＬＣシステムの具体例を示した概略系統図である。この実施例２では図３に示すように、空気反応器１の後流に第１サイクロン３０と第２サイクロン３１の２段のサイクロンを設置している。 FIG. 3 is a schematic system diagram showing a specific example of the CLC system according to the second embodiment of the present invention. In the second embodiment, as shown in FIG. 3, a two-stage cyclone of a first cyclone 30 and a second cyclone 31 is installed in the downstream of the air reactor 1.
本実施例では、この第１サイクロン３０と第２サイクロン３１で、粒子径が異なる２種類の酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）を分級する分級装置を構成している。 In the present embodiment, the first cyclone 30 and the second cyclone 31 constitute a classifier that classifies two types of oxygen carrier metal particles (MeO) having different particle diameters.
そして第１サイクロン３０はＬバルブ配管２０を有する排出流路３５ｂで揮発分反応器３と接続し、第２サイクロン３１はＬバルブ配管２１を有する排出流路３５ａで燃料反応器２に接続されている。また、第１サイクロン３０と第２サイクロン３１は、連絡管３４で接続されている。 The first cyclone 30 is connected to the volatile reactor 3 through a discharge passage 35 b having an L valve pipe 20, and the second cyclone 31 is connected to the fuel reactor 2 through a discharge passage 35 a having an L valve pipe 21. Yes. The first cyclone 30 and the second cyclone 31 are connected by a connecting pipe 34.
前述の異径酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）としては、例えば平均粒子径が１５０μｍの酸素キャリア金属粒子３２（酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）＞１００μｍ）と、平均粒子径が４０μｍの酸素キャリア金属粒子３３（酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）＜１００μｍ）の２種類が、空気反応器１内では混合して用いられる。 As the above-mentioned different diameter oxygen carrier metal particles (MeO), for example, oxygen carrier metal particles 32 having an average particle diameter of 150 μm (oxygen carrier metal particles (MeO)> 100 μm) and oxygen carrier metal particles 33 having an average particle diameter of 40 μm. Two types (oxygen carrier metal particles (MeO) <100 μm) are used in the air reactor 1 in a mixed state.
空気反応器１から排出された酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）３２、３３は、排気ガス８により浮遊流動しながら１段目の第１サイクロン３０に供給され、ここで粒子径大の酸素キャリア金属粒子３２は粒子径小の酸素キャリア金属粒子３３と比重差により分離されて、第１サイクロン３０の下部に落下する。 Oxygen carrier metal particles (MeO) 32 and 33 discharged from the air reactor 1 are supplied to the first first cyclone 30 while being suspended and flowing by the exhaust gas 8, where oxygen carrier metal particles having a large particle diameter are supplied. 32 is separated from the oxygen carrier metal particles 33 having a small particle diameter by the difference in specific gravity and falls to the lower part of the first cyclone 30.
この粒子径大の酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）３２はＬバルブ配管２０を通過し、揮発分反応器３に移動して流動層を形成し、燃料反応器２から供給された生成ガス１１と反応して、酸素キャリア金属粒子（Ｍｅ）２５、ならびにＣＯ２９とＨ２Ｏ１０となる（前記式４参照）。 The large oxygen carrier metal particles (MeO) 32 pass through the L valve pipe 20 and move to the volatile content reactor 3 to form a fluidized bed, which reacts with the product gas 11 supplied from the fuel reactor 2. Thus, oxygen carrier metal particles (Me) 25, and CO 2 9 and H 2 O10 are obtained (see Formula 4 above).
揮発分反応器３から排出される酸素キャリア金属粒子２５（Ｍｅ）はＬバルブ配管２２を有する排出流路３７ｂを通過後、後述する粒子径小の酸素キャリア金属粒子（Ｍｅ）２４と合流し、酸素キャリア金属粒子（Ｍｅ）５として空気反応器１へ移動する。 The oxygen carrier metal particles 25 (Me) discharged from the volatile content reactor 3 pass through the discharge flow path 37b having the L valve pipe 22, and then merge with oxygen carrier metal particles (Me) 24 having a small particle diameter, which will be described later. It moves to the air reactor 1 as oxygen carrier metal particles (Me) 5.
一方、粒子径小の酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）３３は、排ガス８と共に第１サイクロン３０の上部から排出され、２段目の第２サイクロン３１で酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）３３と排ガス８が分離され、酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）３３は第２サイクロン３１の下部に落下する。 On the other hand, the oxygen carrier metal particles (MeO) 33 having a small particle diameter are discharged from the upper part of the first cyclone 30 together with the exhaust gas 8, and the oxygen carrier metal particles (MeO) 33 and the exhaust gas 8 are discharged from the second cyclone 31 in the second stage. The separated oxygen carrier metal particles (MeO) 33 fall to the lower part of the second cyclone 31.
粒子径小の酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）３３はＬバルブ配管２１を有する排出流路３５ａを通過し、燃料反応器２に移動して移動層を形成し、チャーガス化反応物と反応し（前記式５参照）、酸素キャリア金属粒子（Ｍｅ）２４と生成ガス１１となる。 Oxygen carrier metal particles (MeO) 33 having a small particle diameter pass through the discharge flow path 35a having the L valve pipe 21, move to the fuel reactor 2 to form a moving bed, and react with the char gasification reactant (see above). The oxygen carrier metal particles (Me) 24 and the product gas 11 are obtained.
燃料反応器２から排出した酸素キャリア金属粒子（Ｍｅ）２４はＬバルブ配管２３を有する排出流路３７ａを通過後、酸素キャリア金属粒子２５（Ｍｅ）と合流して空気反応器１へ移動する。 The oxygen carrier metal particles (Me) 24 discharged from the fuel reactor 2 pass through the discharge flow path 37a having the L valve pipe 23, and then merge with the oxygen carrier metal particles 25 (Me) and move to the air reactor 1.
ここで、酸素キャリア金属粒子の粒子径範囲は、粒子径大の酸素キャリア金属粒子３２には流動層を形成可能な１００〜１０００μｍ、粒子径小の酸素キャリア金属粒子３３には流動化しない１０〜９０μｍの２種類の範囲が望ましい。 Here, the particle diameter range of the oxygen carrier metal particles is such that the oxygen carrier metal particles 32 having a large particle diameter can form a fluidized layer of 100 to 1000 μm, and the oxygen carrier metal particles 33 having a small particle diameter are not fluidized to 10 to 10 μm. Two ranges of 90 μm are desirable.
もし、粒子径小の酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）３３を揮発分反応器３に供給した場合、細かい粒子径により空隙率が低くなり、流動層が形成できず、スラッギングやチャネリングを引き起こす（非特許文献３参照）。このため、１段目の第１サイクロン３０は揮発分反応器３０に接続して、流動化がし易い粒子径大（１００〜１０００μｍ）の酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）３２を供給しなければならない。 If oxygen carrier metal particles (MeO) 33 having a small particle diameter are supplied to the volatile content reactor 3, the fine particle diameter decreases the porosity, and a fluidized bed cannot be formed, causing slagging and channeling (non-patented). Reference 3). For this reason, the first cyclone 30 in the first stage must be connected to the volatile reactor 30 to supply oxygen carrier metal particles (MeO) 32 having a large particle diameter (100 to 1000 μm) that can be easily fluidized. .
一方、燃料反応器２は移動層を形成させるため、流動化できない粒子径小（数１０μｍ）の酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）３３でも構わない。むしろ、粒子径小の酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）３３の方が、固体燃料７との接触面積を広く確保できるため反応促進効果が期待できる。 On the other hand, since the fuel reactor 2 forms a moving bed, oxygen carrier metal particles (MeO) 33 having a small particle diameter (several tens of μm) that cannot be fluidized may be used. Rather, the oxygen carrier metal particles (MeO) 33 having a smaller particle diameter can ensure a wider contact area with the solid fuel 7, so that a reaction promoting effect can be expected.
また、組成や原料が異なる２種類の酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）を用いても構わない。例えば、粒子径大の酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）に高反応性だが高価な人工合成粒子、粒子径小の酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）に低反応性だが安価な天然鉱物を採用すれば、低コスト化が可能である。 Also, two types of oxygen carrier metal particles (MeO) having different compositions and raw materials may be used. For example, if artificial mineral particles that are highly reactive but expensive to oxygen carrier metal particles (MeO) with a large particle diameter, and low-reactivity but inexpensive natural minerals are used for oxygen carrier metal particles (MeO) with a small particle diameter, low Cost can be reduced.
例えば、粒子径大の酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）としてＮｉＯ、粒子径小の酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）としてＣｕＯを用いれば、ＣＨ４との反応性が高いＮｉＯは揮発分反応器３で生成ガス１１の反応速度を加速する。一方、ＣｕＯは燃料反応器２内で、酸素を脱離してチャーのガス化反応を加速する効果が期待できるため、酸素キャリア金属粒子の滞留時間が短くなって、反応器容積のコンパクト化が達成できる。 For example, if NiO is used as the oxygen carrier metal particles (MeO) having a large particle diameter and CuO is used as the oxygen carrier metal particles (MeO) having a small particle diameter, NiO having a high reactivity with CH 4 is generated in the volatile reactor 3. The reaction rate of the gas 11 is accelerated. On the other hand, since CuO can be expected to accelerate the gasification reaction of char by desorbing oxygen in the fuel reactor 2, the residence time of the oxygen carrier metal particles is shortened, and the reactor volume is reduced. it can.
実施例２の作用効果は、前述した実施例１の作用効果が期待できる上、さらに、２種類の異種酸素キャリア金属粒子を使用することで、反応速度が加速され、反応器内に滞留する時間短縮による反応器のコンパクト化や、安価な天然鉱物の酸素キャリア金属粒子の採用による低コスト化が可能である。 The operational effect of Example 2 can be expected to be the operational effect of Example 1 described above, and further, by using two kinds of different oxygen carrier metal particles, the reaction rate is accelerated and the time for staying in the reactor It is possible to make the reactor compact by shortening, and to reduce the cost by using inexpensive natural mineral oxygen carrier metal particles.
前記実施例１，２では、揮発分反応器ならびに燃料反応器から排出される酸素キャリア金属粒子が空気反応器の前流側で合流する構成になっているが、合流しないで、揮発分反応器から排出される酸素キャリア金属粒子と、燃料反応器から排出される酸素キャリア金属粒子を個別に空気反応器に供給しても構わない。 In Examples 1 and 2, the oxygen carrier metal particles discharged from the volatile reactor and the fuel reactor are joined on the upstream side of the air reactor, but the volatile reactor is not joined. The oxygen carrier metal particles discharged from the fuel and the oxygen carrier metal particles discharged from the fuel reactor may be separately supplied to the air reactor.
前記実施例１，２では、空気反応器に空気のみを供給したが、空気と排ガスの混合気体を空気反応器に供給しても構わない。 In Examples 1 and 2, only air is supplied to the air reactor, but a mixed gas of air and exhaust gas may be supplied to the air reactor.
１：空気反応器
２：燃料反応器
３：揮発分反応器
４：酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）
５：酸素キャリア金属粒子（Ｍｅ）
６：空気
７：固体燃料(石炭)
８：排気ガス
９：ＣＯ2
１０：Ｈ2Ｏ
１１：生成ガス
１３：サイクロン
１８：ＣＯ2圧縮液化装置
１９：ガス化剤
２４：酸素キャリア金属粒子（Ｍｅ）
２５：酸素キャリア金属粒子（Ｍｅ）
３０：第１サイクロン
３１：第２サイクロン
３２：酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）
３３：酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）
３５ａ，３５ｂ：酸素キャリア金属粒子（ＭｅＯ）
1: Air reactor 2: Fuel reactor 3: Volatiles reactor 4: Oxygen carrier metal particles (MeO)
5: Oxygen carrier metal particles (Me)
6: Air 7: Solid fuel (coal)
8: Exhaust gas 9: CO 2
10: H 2 O
11: Product gas 13: Cyclone 18: CO 2 compression liquefaction device 19: Gasifying agent 24: Oxygen carrier metal particles (Me)
25: Oxygen carrier metal particles (Me)
30: First cyclone 31: Second cyclone 32: Oxygen carrier metal particles (MeO)
33: Oxygen carrier metal particles (MeO)
35a, 35b: oxygen carrier metal particles (MeO)
Claims (9)
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金属粒子を供給しながら形成した反応層に導入して前記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酸素キャリア金属粒子を前記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金属粒子とする空気反応器を備え、
前記燃料反応器と揮発分反応器と空気反応器の間を前記酸素キャリア金属粒子が循環流動するように流路で連結されたケミカルループ燃焼システムにおいて、
前記酸素キャリア金属粒子の流れに対して前記燃料反応器と揮発分反応器が並列に配置されて、
前記空気反応器から排出される前記酸化物の酸素キャリア金属粒子の流路が前記燃料反応器に接続される流路と前記揮発分反応器に接続される流路に分岐され、
前記燃料反応器から排出される還元された酸素キャリア金属粒子を前記空気反応器へ供給する流路と、前記揮発分反応器から排出される還元された酸素キャリア金属粒子を前記空気反応器へ供給する流路を備えた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 the reaction layer formed while supplying the oxygen carrier metal particles of the 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 to perform,
A volatile content reactor that takes out the gas component generated in the fuel reactor and introduces it into a reaction layer formed while supplying oxygen carrier metal particles of an oxide to oxidize the gas component;
The oxygen reactor metal particles reduced by the fuel reactor are taken out from the fuel reactor, and are provided with an air reactor that is oxidized with air to form oxide oxygen carrier metal particles.
In the chemical loop combustion system in which the oxygen carrier metal particles are circulated between the fuel reactor, the volatile content reactor, and the air reactor so as to circulate and flow,
The fuel reactor and the volatile reactor are arranged in parallel to the flow of the oxygen carrier metal particles,
The oxide oxygen carrier metal particle flow path discharged from the air reactor is branched into a flow path connected to the fuel reactor and a flow path connected to the volatile content reactor,
A flow path for supplying reduced oxygen carrier metal particles discharged from the fuel reactor to the air reactor, and supplying reduced oxygen carrier metal particles discharged from the volatile reactor to the air reactor. A chemical looping combustion system characterized by comprising a flow path.
前記空気反応器から排出される前記酸化物の酸素キャリア金属粒子の流路上に前記酸化物の酸素キャリア金属粒子の分級装置を設け、
前記分級装置から粒子径の小さい酸素キャリア金属粒子の排出流路が前記燃料反応器側に接続され、粒子径の大きい酸素キャリア金属粒子の排出流路が前記揮発分反応器側に接続され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,
Providing a classification device for the oxygen carrier metal particles of the oxide on the flow path of the oxygen carrier metal particles of the oxide discharged from the air reactor;
A discharge channel for oxygen carrier metal particles having a small particle diameter is connected to the fuel reactor side from the classifier, and a discharge channel for oxygen carrier metal particles having a large particle diameter is connected to the volatile reactor side. A chemical looping combustion system characterized by that.
前記粒子径の小さい酸素キャリア金属粒子が前記燃料反応器で移動層を形成する粒子径を有し、前記粒子径の大きい酸素キャリア金属粒子が前記揮発分反応器で流動層を形成する粒子径を有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 2,
The oxygen carrier metal particles having a small particle diameter have a particle diameter that forms a moving bed in the fuel reactor, and the oxygen carrier metal particles having a large particle diameter have a particle diameter that forms a fluidized bed in the volatile content reactor. A chemical looping combustion system comprising:
前記燃料反応器で生成した気体成分を前記揮発分反応器に流動化ガスとして供給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 3,
A chemical looping combustion system, wherein a gaseous component generated in the fuel reactor is supplied to the volatile content reactor as a fluidized gas.
前記揮発分反応器の排出ライン上に排ガス中の二酸化炭素を分離・回収するための二酸化炭素分離・回収手段が設けられ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 4,
A chemical looping combustion system, characterized in that carbon dioxide separation / recovery means for separating and recovering carbon dioxide in the exhaust gas is provided on the discharge line of the volatile content reactor.
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排出される排ガスを再循環して使用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 according to any one of claims 1 to 5,
A chemical looping combustion system, wherein exhaust gas discharged from the volatile reactor is recirculated and used as a gasifying agent supplied to the fuel reactor.
前記燃料反応行程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金属粒子を供給しながら形成した反応層に導入して前記気体成分の酸化反応を行う揮発分反応工程と、
前記燃料反応行程によって還元された酸素キャリア金属粒子を取り出して、空気で酸化して酸化物の酸素キャリア金属粒子とする空気反応工程を備え、
前記燃料反応工程と揮発分反応工程と空気反応工程の間で前記酸素キャリア金属粒子を循環流動させるケミカルループ燃焼システムの運転方法において、
前記酸素キャリア金属粒子の流れに対して前記燃料反応工程と揮発分反応工程を並列に設けて、
前記空気反応工程から排出される前記酸化物の酸素キャリア金属粒子を前記燃料反応工程と前記揮発分反応工程に分けて供給し、
前記燃料反応工程から排出される還元された酸素キャリア金属粒子と、前記揮発分反応工程から排出される還元された酸素キャリア金属粒子を前記空気反応工程に戻すことを特徴とするケミカルルーピング燃焼システムの運転方法。 A solid fuel and a gasifying agent are supplied to the reaction layer formed while supplying the oxygen carrier metal particles of the 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 reaction process to be performed;
A volatile component reaction step of taking out the gas component generated in the fuel reaction step and introducing it into a reaction layer formed while supplying oxygen carrier metal particles of an oxide to perform an oxidation reaction of the gas component;
The oxygen carrier metal particles reduced by the fuel reaction step are taken out, and are oxidized with air to form an oxygen carrier metal particle of an oxide.
In a method of operating a chemical loop combustion system in which the oxygen carrier metal particles are circulated and flowed between the fuel reaction step, the volatile component reaction step, and the air reaction step,
The fuel reaction step and the volatile component reaction step are provided in parallel to the flow of the oxygen carrier metal particles,
Supplying the oxygen carrier metal particles of the oxide discharged from the air reaction step separately into the fuel reaction step and the volatile matter reaction step;
A chemical looping combustion system, wherein the reduced oxygen carrier metal particles discharged from the fuel reaction step and the reduced oxygen carrier metal particles discharged from the volatile component reaction step are returned to the air reaction step. how to drive.
前記空気反応工程から排出される前記酸化物の酸素キャリア金属粒子を、粒子径の小さい酸素キャリア金属粒子と粒子径の大きい酸素キャリア金属粒子に分級する分級工程を設け、
前記分級工程で得られた粒子径の小さい酸素キャリア金属粒子を前記燃料反応工程に供給し、
前記分級工程で得られた粒子径の大きい酸素キャリア金属粒子を前記揮発分反応工程に供給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の運転方法。 The method of operating a chemical looping combustion system according to claim 7,
Providing a classification step of classifying the oxygen carrier metal particles of the oxide discharged from the air reaction step into oxygen carrier metal particles having a small particle size and oxygen carrier metal particles having a large particle size;
Supplying oxygen carrier metal particles having a small particle diameter obtained in the classification step to the fuel reaction step;
A method for operating a chemical looping combustion system, comprising supplying oxygen carrier metal particles having a large particle size obtained in the classification step to the volatile component reaction step.
前記粒子径の小さい酸素キャリア金属粒子が前記燃料反応工程で移動層を形成する粒子径を有し、前記粒子径の大きい酸素キャリア金属粒子が前記揮発分反応工程で流動層を形成
する粒子径を有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の運転方法。 The method of operating a chemical looping combustion system according to claim 8,
The oxygen carrier metal particles having a small particle diameter have a particle diameter that forms a moving bed in the fuel reaction step, and the oxygen carrier metal particles having a large particle diameter have a particle diameter that forms a fluidized bed in the volatile matter reaction step. A method for operating a chemical looping combustion system, comprising:
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