JP7153327B2 - 燃焼システム - Google Patents
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Description
図1は、本発明の第1の実施形態に係る燃焼システムの概略構成図である。図1を参照するに、第1の実施形態に係る燃焼システム10は、燃焼器11と、燃焼器11に燃料および空気を供給する供給部12と、燃焼器11からの排気ガスを排出する排気部13-1~13-3と、排気部13-1と供給部12とを接続する排気再循環路14と、排気再循環路14に設けられたNH3転換器15と、排気部13-2、13-3に接続された排気経路16に設けられたNOx回収器18と、その下流にNOx除去器19と、制御部20とを備える。なお、排気経路16は2経路図示されているが、1経路でもよく、3経路以上でもよい。
[燃料改質触媒15aによるCOおよびH2の生成反応]
C10H22+10H2O=10CO+21H2
C10H22+10CO2=20CO+11H2
C10H22+5O2=10CO+11H2
ここで、H2O、CO2、およびO2は、主に、燃焼器11からの排気ガスに含まれる燃焼によって発生したH2OおよびCO2、並びに燃焼において残存したO2である。
[NH3生成触媒15bによるNOxからNH3への転換反応]
2NO+5CO+3H2O=2NH3+5CO2
2NO+5H2=2NH3+2H2O
このようにして転換されたNH3が、NH3転換器15の出口から排気再循環路14を介して燃焼器11の供給部12に供給される。
[燃焼器11における反応]
(燃料の燃焼反応およびのN2酸化反応)
2C10H22+31O2=20CO2+22H2O
N2+O2=2NO
(NH3の燃焼反応)
4NH3+3O2=2N2+6H2O
4NH3+5O2=4NO+6H2O
図4は、本発明の第2の実施形態に係る燃焼システムの概略構成図である。図4において、図1に示した要素と共通する要素については同じ符号を付し、その要素の詳細な説明の繰り返しを省略する。
図1に示した第1の実施形態に係る燃焼システム(実施例)について、従来の炭化水素を用いる選択接触還元法(炭化水素SCRプロセス、比較例)を用いた燃焼システムと比較するための計算を行った。燃料の総供給量の削減率と燃焼器への供給ガスの熱流量を求めた。燃焼器およびNOの燃料改質触媒に供給する燃料はデカンとした。計算は、商用プロセスシュミレーターを用いた。
(1)比較例の燃焼室に供給するデカン流量を100.0kmol/hとした。
(2)燃焼器に供給する空気中の酸素のモル流量を、燃焼器へのデカン供給モル流量の量論比(以下、「供給する酸素量のデカン量に対する割合」と称する。)の1.5倍~3.3倍に変化させた。
(3)燃焼器で発生したNOの全量を、実施例の場合NH3(実施例)に、比較例の場合N2に転換するデカン量(転換用)を供給した。
(4)燃焼器における反応温度を1000℃とし、燃焼器の供給部に供給されるガスの生成熱がほぼ同じ場合について、デカンの総供給量を比較評価した。
11、211、211-1~211-3 燃焼器
12、212 供給部
13-1~13-3 排気部
14 排気再循環路
15 NH3転換器
15a 燃料改質触媒
15b NH3生成触媒
16 排気経路
18 NOx回収器
18a NOx吸蔵剤
19 NOx除去器
19a NH3選択還元触媒
20 制御部
22、23-1~23-3、25、222 流量調節絞り
24 NH3供給経路
125 EGR器
Claims (11)
- 燃料および空気が供給される供給部および排気ガスを排出する排気部を有する燃焼器と、
前記排気部と前記供給部とを接続する排気再循環路と、
前記排気再循環路に設けられ、前記排気ガスに含まれる窒素酸化物(NOx)をアンモニア(NH3)に転換する触媒を有する転換器であって、前記燃焼器からの燃料または噴射弁から噴射された燃料と前記排気ガスから前記触媒により一酸化窒素(CO)および水素(H 2 )を生成して、該COおよびH 2 を用いて前記排気ガスに含まれる前記NOxを前記触媒により前記NH 3 に転換し、または、前記排気ガスに含まれるNOxの一部を亜酸化窒素(N 2 O)に転換する、該転換器と、
を備え、
前記燃焼器は、前記燃料と前記転換されたNH3 またはN 2 Oとを燃焼する、燃焼システム。 - 前記触媒が、金属酸化物材料に担持された貴金属触媒である、請求項1記載の燃焼システム。
- 前記貴金属触媒は、ロジウム、パラジウム、イリジウムおよび白金のうち少なくとも一つを含む、請求項2記載の燃焼システム。
- 前記金属酸化物材料は、酸化チタン(TiO2)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化セリウム(CeO2)、シリカ(SiO2)およびAl2O3のうち少なくとも一つを含む、請求項1または2記載の燃焼システム。
- 前記触媒が、酸化タングステン(WO3)およびシリカ(SiO2)の複合体に担持されたイリジウム系金属と酸化マグネシウム(MgO)とを含む、請求項1記載の燃焼システム。
- 前記イリジウム系金属は、イリジウムまたはイリジウムにバリウムを添加してなる、請求項5記載の燃焼システム。
- 前記供給部に供給される空気中の酸素を、前記燃焼器および前記転換器で供給される燃料の総和量に対する理論酸素量のモル流量比で1.5~3.2倍に制御する制御部をさらに備える、請求項1~6のうちいずれか一項記載の燃焼システム。
- 前記排気部に接続された排気経路に排気ガス中のNOxを回収する回収器をさらに備える、請求項1~7のうちいずれか一項記載の燃焼システム。
- 前記排気経路において前記回収器の下流に、前記転換器において転換されたNH3の一部を供給して、排気ガス中のNOxを該NH3を用いて窒素(N2)に変換するNOx除去器をさらに備える、請求項8記載の燃焼システム。
- 前記燃料が気体または液体である、請求項1~9のうちいずれか一項記載の燃焼システム。
- 前記燃料が固体であり、
前記燃焼器が複数からなり、
前記複数の燃焼器のうち第1の燃焼器に前記排気再循環路が設けられ、該第1の燃焼器の前記供給部に流量調節絞り部材が設けられ、流量調節絞り部材により第1の燃焼器が他の燃焼器よりも酸素供給量が少なくなるように調整可能である、請求項1~9のうちいずれか一項記載の燃焼システム。
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