JPH02206689A - 排出燃焼ガス中に炭酸ガス量がほとんど無い燃焼方法及び燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 、　　Ｑｌ」Ｌ化石 本発明は、炭酸ガスの排出量のほとんど無い燃焼方法及
びこの方法を実施するための燃焼装置に関するものであ
る。

ｔＬ＊　（１）−伎黄 近年、大気中の炭酸ガスの増加による地球環境に対する
温室効果などによる気候、生物などへの悪影響が真剣に
地球規模で国際的に取り上げられており、地球環境への
各種の悪影響や、大気中の炭酸ガス量と、海洋中に溶解
している炭酸ガス量などの議論がなされているが、今後
、人類のエネルギー消Ｙ！量が、益々増加することが予
想されるにもかかわらず、現在消費されているエネルギ
ーの大部分な発生するために使用されている化石燃料を
燃焼させる燃焼装置における炭酸ガスの排出量を少なく
するか、あるいは、はとんど無くす具体的な手段が、は
とんど考えられていないのが現状である６従来、この種
の燃焼装置は、熱エネルギーを必要とするほとんどすべ
ての装置に使用されており、例えば、大型ボイラに使用
されている燃焼装置の代表的なものは、ガス燃料を使用
する場合には、添付図面の第３図に示すような構成を有
している。すなわち、ボイラは、燃焼ガスが流れる煙道
１の中の最も下流に、燃焼装置から煙突を経て大気中に
排出される排出ガスの温度を許される限りなるべく下げ
、燃焼装置の熱利用効率を高めるために、大気温度の燃
焼用空気０の温度を煙突に送る直前の燃焼ガスにより高
めるための空気予熱器２があり、これにより予熱された
空気０によりガス燃料Ｎを燃焼器３において燃焼させ、
１，５００℃前後の温度の燃焼ガスを得るようにしてい
る。この時、燃料中に含まれる炭素は、すべて炭酸ガス
となり、燃焼ガス中に、水蒸気及び窒素と共に混合燃焼
ガスを形成している。一方、火力発電所などにおいては
、燃焼装置などにおいて高い利用効率で水蒸気を生成す
るために、蒸気タービンの油気により復水を加熱する給
水加熱器により、２５０℃前後に加熱された高圧の給水
−を節炭器４に道びき、これを飽和温度近くまで加熱し
、その飽和に近い状態の給水を、高温の燃焼ガスが流れ
る燃焼室５の周壁に、水冷壁管を取り付けることにより
構成されているボイラ本体６により飽和水蒸気になるま
で、ふく射熱と、強制対流の伝熱との態様により加熱し
、この飽和水蒸気を過熱器７により過熟水蒸気Ｓとした
後、高圧蒸気タービンなどに送る。この場合、燃焼ガス
は、燃焼室５の下部において１，５００℃前後の温度で
あるが、ボイラ本体６の下流において８００℃〜１００
０℃となり、過熱器フにより　５００”Ｃ〜６００”Ｃ
まで飽和水蒸気を過熱することにより温度が低下し、節
炭器４の出口において、２００℃〜２５０℃　となり、
更に、空気予熱器２において、約１４０℃前後まで温度
が下がり、炭酸ガスは、燃焼排出ガス中に含まれたまま
、すべて煙突から大気中に放出される。

このように、従来のボイラを始め、すべての化石燃料を
使用する燃焼装置においては、化石燃料の中に含まれる
炭素は燃焼する際に、すべて空気中の酸素と反応して炭
酸ガスとなり、後に煙道中を流れ、その熱エネルギーを
水あるいは水蒸気に伝え、最終的には、１４０℃前後の
温度となった排出ガスに含まれて大気中に放出される。

従って、従来の燃焼装置を使用する限りは、人類のエネ
ルギー消費が増加すると共にエネルギーの供給の大部分
を現在のように化石燃料を直接的に燃焼させて得られる
燃焼ガスを使用し、火力発電や、各種内燃機間などによ
り電力や、動力に変えている限りは、炭酸ガスは、大気
中に益々多く放出される結果となり、地球の環境に悪影
響を与える温室効果の主原因といわれる大気中の炭酸ガ
スの加速度的な増大をもならずことは、十分に予期され
るところである。

なお、化石燃料は、このようにボイラなどにおいて使用
されるだけでは無く、その燃料ガスは、ガスタービンプ
ラントなどの駆動用エネルギーとしても使用され、この
場合にも、この燃焼ガスは、ガスタービンに動力を発生
させた後、炭酸ガスをきんだ排気ガスとして大気中に放
出され、地球環境に悪影響を与えることは、ボイラなど
の場合と同様である。

本発明は、発電及び産業界及び民生のボイラなどや、ガ
スタービンプラントなどの分野における燃焼装置におい
て、その燃焼の結果発生する炭酸ガスの排出量を、非常
に少なくすることに利用することができ、今後の地球環
境の悪化を防止することができるだけでは無く、必要な
量の化石燃料を燃焼させ、必要なエネルギーご供給する
ほとんどの分野の燃焼装置に適用することが可能であり
、しかも、従来の燃焼装置によっては、炭酸ガスを発生
する炭化水素燃料を燃料させた場合にも、炭酸ガスの排
出量のほとんど無い新規な燃焼方法及びこの方法を実施
するための装置を得ることを、その課題とするものであ
る。

乳延土邂進−１ｊ」ＪＢ１王上 本発明においては、この課題を解決するなめに、従来の
ように、燃焼ガスがら炭酸ガスを除去することは、燃焼
ガスの流量が多いことのために技術的にも、経済的にも
有利な方法では無いことを考慮に入れ、固体の化石燃料
は、まず、ガス化し、このガスから硫黄などを取り除き
、このガスを成分（ＣＩＴｚ）ｎのガス、又は、メタン
、水素及び一酸化炭素などの混合ガス燃料とした後、あ
るいは、炭化水素ガス燃料はそのまま予熱し、その後、
このガスに高温水蒸気を加え、触媒上において炭化水素
改質反応を行わせることにより、炭酸ガスと水素との混
合ガスを造成し、この混合ガスを、炭酸カリウム溶液な
どの適当な炭酸ガス吸収液を含む炭酸ガス吸収塔を通過
させることにより、炭酸ガスを炭酸ガス吸収液に吸収さ
せる、これにより炭酸ガスを除去し、このようにして、
混合燃料ガスを、その中から炭酸ガスを除去した結果水
素を主成分とする燃料ガスとし、この燃料ガスを燃焼装
置の燃焼器において空気と共に燃焼させ、このようにし
て、炭酸ガスをほどんど含まない高温燃焼ガスを作り、
これを使用して、ボイラの場合には、蒸気タービンを駆
動するための過熱水蒸気あるいは再熱水蒸気とし、一方
、炭酸ガス吸収液に吸収された炭酸ガスは、炭酸ガス吸
収液を適宜に処理することにより、これを固化された炭
酸カリウム、あるいは、液相炭酸又は固形炭酸などとし
て取り出し、これを深海に投棄・溶解させた後、海中の
植物により分解させることを特徴とするものである。

ここで、この手段をやや具体的に、−層詳細に説明をす
ると、次ぎのようになる。

本発明においては、まず、化石燃料や、炭化水素をガス
化などの過程や、処理を経させたもの、あるいは、メタ
ン、一酸化炭素、水素、あるいは、これらの混合ガスで
ある石炭ガス化ガスを燃料ガスとし、この燃料ガスを、
従来の燃焼装置におけるように直接的に燃焼させる場合
に発生する燃焼ガスの中から、これに含まれる炭酸ガス
を吸収・分離することは、燃焼ガスの流量が大きいため
に好ま１．　＜ないことに濫がみ、まず、燃料ガスを予
熱し、一方、燃焼装置の煙道内に配置したボイラとは別
の蒸発器により、ボイラ用給水程には純粋ではない、例
えば、工業用水を炭化水素改質用水として、圧力１〜２
ＭＰａ　、温度約２００℃〜２５０”Ｃに加熱して飽和
水蒸気を作り、この飽和水蒸気を、予熱した燃料ガスと
を混合した後、この混合ガスを、必要があれば、更に、
５００℃前後まで予熱し、この予熱混合ガスを、炭化水
素改質触媒、例えば、ラシリング状にしたニッケル触媒
などを充填した管内に流し、この管をボイラ本体下流の
燃焼ガスの煙道中に設置して管外から高温の燃焼ガスに
より加熱し、これにより、燃料ガスと、過熱水蒸気との
間において炭化水素改質反応を起こさせ、例えば、メタ
ンガス１分子と、過熱水蒸気１分子との場合には、１分
子の００２と、４分子の１１２とを得るようにする。こ
のようにして改質された混合ガスを、混合ガスの予熱及
び炭化水素改質用飽和水蒸気の過熱などの過程において
放熱させ、２００℃前後にした後、この改質混合ガスを
、炭酸ガスの吸収剤である炭酸カリウムあるいは炭酸ナ
トリウムの溶液が循環する炭酸ガス吸収塔に導き、炭酸
ガスをＫ１１ＣＯ３あるいはＮａ１ｌＣＯ＊とじて回収
するか、又は、更に冷却し、これらの固体としてＣ０２
を固定・回収するか、又は、炭酸ガス濃吸収液を炭酸ガ
ス再生塔に送り、炭酸ガス再生塔内の炭酸ガス希薄溶液
を加熱して得られる水蒸気の熱により、炭酸ガス濃吸収
液から炭酸ガスを放出させ、この炭酸ガスを圧縮・冷却
して液相、又は、固相とする。

このようにして、Ｃ０２が回収・除去された炭化水素改
質ガスは、大部分が水素であり、この水素を空気により
燃焼させて高温の燃焼ガスを作り、この燃焼ガスを、例
えば、従来のボイラの形式では、ボイラ本体、炭化水素
改質反応装置、蒸気過熱器などにより放熱させて冷却し
、最終的には１４０℃前後の温度で炭酸ガスをほとんど
含まない状態で、排出ガスとして大気に排出するように
するものである。

このように、本発明においては、燃料ガスを燃料として
使用する前に、これを炭化水素改質反応に服させ、炭酸
ガスと水素とから成る改質混合ガスとした後、この混合
ガス中から炭酸ガスを取り除くので、燃焼時の燃焼ガス
の中には、ＣＯ２及び炭素原子を含む成分は、はとんど
含まれておらず、従って、本発明による燃焼方法ないし
は燃焼装置からの排出ガスには、炭酸ガスもほとんど禽
よれず、方、炭酸ガスは、炭化水素改質反応により得ら
れた混合ガスから分離された後、液相、又は、固相とし
て深海中に導いた後、深海中に拡散・溶解させ、その後
、海中の植物により分解させるか、又は、炭酸カリウム
などの結晶として炭鉱廃坑などに投棄するかすることに
より、地球の大気環境を悪化させる炭酸ガスの排出の問
題は、解決されることとなる。

更に、燃焼装置の燃焼器で使用される燃料ガスは、水素
を主成分としているので、同じ燃焼温度に対しても、窒
素酸化物の生成は、一般の炭化水素燃料を直接的に使用
した場合に比べ、かなり少なくなり、この点からも、本
発明は、環境的に優れた燃焼方法及びその装置を提供す
るものである。

栗−」［−」 以丁、本発明をその実施例を示す添付図面の第１及び２
図に基づいて、詳細に説明をする。

まず、第１図は、最近、クリーンなエネルギーとしての
電力の利用が非常に増加しており、その電力の多くを発
電している火力発電所のボイラに、本発明装置の１実施
例を装備した場合を略図により示すものであり、また、
このボイラの燃焼装置で、メタンを燃料として使用させ
るものと仮定する。

まず、このボイラは、大きく分けて ■、水蒸気発生部 Ｉｌ、炭化水素改質部 ＋Ｕ、炭酸ガス吸収部 から成り立っているが２本発明装置は、これらの各部分
の内、主として、部分ＩＩ及びＩＩＩか、ら構成されて
いるしのである。

さて、これらの各部分の内、水蒸気発生部Ｉは、第１図
に示すように、周壁面を水冷壁管１０により包囲されて
いる垂直な中空室状の燃焼室１１と、燃焼室１１の頂部
に連結された中空室状の水平な煙道１２とその端部に連
結された垂直な中空状の煙突１３とから構成されており
、燃焼室１１の底部近くには、燃焼器１４が設置されて
いる外、煙道１２の内部には、その上流部分に、水冷壁
管１０に連結された水蒸気過熱器１５が設置されると共
にその下流には節炭器１６が設置されており、更に、そ
の下流には、空気予熱器１７が設置されている。このよ
うにして、？麦に詳細に説明をするように、従来のボイ
ラの場合と同様に、外部から節炭器１６へ水蒸気発生用
水讐。を供給し、この供給水−０が節炭器１６により予
熱された後、燃焼室１１を包囲している水冷壁管１０及
び煙道１２内に設置された水蒸気過熱器１５を通して流
れる間に、燃焼器１４において、それに送られる燃料ガ
スＮが、同様に、燃焼器１４に空気予熱器１７から送ら
れて来る予熱空気０により燃焼されることにより発生す
る高温燃焼ガスにより加熱することにより、水蒸気過熱
器１５から過熟水蒸気Ｓとして取り出し、これにより、
蒸気タービンなどを駆動するようにする。

次ぎに、炭化水素改質部ＩＩは、煙道１２の内部に、水
蒸気過熱器１５の上流に設置された炭化水素改質装置２
０及び水蒸気過熱器１５と節炭器１６との間に設置され
た炭化水素改質用水加熱器２１と、煙道１２の外部に設
置されたメタン加熱器２２と、炭化水素改質用水蒸気過
熱器２３とから構成されている。

このようにして、メタン加熱器２２へは外部から燃料と
してのメタンＨを送り、これを後に説明をされれる改質
混合ガスＭ。により加熱されるメタン加熱器２２におい
て加熱し、一方、炭化水素改質用水加熱器２１には、外
部から、例えばＪＯ気圧前後の圧力に加圧された炭化水
素改質用水としての工業用水−′を送り、その中におい
て、煙道１２を通る燃焼ガスの熱により加熱し、これに
より、例えば、圧力２０気圧前後、ｌ晶度約り００℃〜
２５０℃に加熱された炭化水素改質用飽和水蒸気−０を
発生させ、これをメタン加熱器２２において加熱された
メタンＨと一緒に炭化水素改質用水蒸気過熱器２３へ送
り、その中において、同様に、改質混合ガスＭ。の熱に
より加熱することにより、炭化水素改質用飽和水蒸気Ｉ
Ａ’ｏを、例えば、約５００℃前後まで加熱し、炭化水
素改質用過熱水蒸気−Ｓとすると共にメタンＨも同一温
度まで加熱し、このようにして生成された炭化水素改質
用過熱水蒸気−′Ｓと、同温度のメタンＨとを炭化水素
改質装置２０へ送る。この炭化水素改質装置２０は、炭
化水素改質反応触媒、例えば、ラシリング状にしたニッ
ケル触媒などを充填した多数の管から成り立っており、
これらの管内を炭化水素改質用過熱水蒸気−′Ｓ及び高
温度のメタンＮを通過させる間に、この炭化水素改質装
置２０を形成する管の外部を通過する煙道１２内の高温
燃焼ガスにより加熱することにより、炭化水素改質用加
熱水蒸気−Ｓとメタン台との間に、炭化水素改質反応が
起こり、例えば、メタンガス阿と、炭化水素改質用過熱
水蒸気−３の場合には、１分子のＣＯ□と、４分子の水
素■２とを得ることができる。なお、メタン加熱器２２
及び炭化水素改質用水蒸気過熟２３の加熱は、上記のよ
うに、炭化水素改質装置２０により改質された後、これ
を去る改質混合ガスＨ０を炭酸ガス吸収部ＩＩＩに送る
途中において、高温度のこの改質混合ガスＭＯの有する
熱により行われるものである。

最後に、炭酸ガス吸収部Ｉｌｌは、炭酸ガス吸収塔３０
と、炭酸ガス再生塔３１と、熱交換器３２などから成り
立っており、まず、炭化水素改質部１■から送られて来
る改質混合ガスＨ０を、熱交換器３２を通すことにより
、これを、例えば、大気温度よりもやや高い温度まで冷
却した後、炭酸ガス吸収塔３０に供給する。この炭酸ガ
ス吸収塔３０と、炭酸ガス再生器３１との内部には、炭
酸カリウムあるいは炭酸ナトリウムなどから成る炭酸ガ
ス吸収液Ｑ、が収容されているが、この炭酸ガス吸収液
ｑ１は、炭酸ガス吸収塔３０及び炭酸ガス再生塔３１を
相互に連結する管路３３及び循環吸収液循環ポンプ３４
を含む管路３５を介して、両塔３０，３１の間を循環す
るようにされている。

このようにして、炭酸ガス吸収塔３０に供給された改質
混合ガスＨ０は、その中に含まれる炭酸ガスを、炭酸ガ
ス吸収塔３０の中を循環する炭酸ガス吸収液Ｑ、により
　ＫＨＣＯ，あるいはＮａＨＣＯｘとして吸収させ、炭
酸ガス吸収液Ｑ、は炭酸ガス濃吸収液Ｑ２となり、管路
３３を経て炭酸ガス再生塔３１へ送られる。また、この
ようにして、改質混合ガスＨ０からは、その中からほと
ん〈全部の炭酸ガスを炭酸ガス吸収液Ｑ１により吸収・
回収されることにより、水素が放出され、従って、はと
んどが水素を主成分とする燃料ガスＮが、改質混合ガス
Ｈ０から放出゛されることとなり、この燃料ガスＮは、
炭酸ガス吸収塔３０から燃焼器１４へ供給される。

更に、炭酸ガス吸収塔３０において、炭酸ガスを吸収す
ることにより炭酸ガスの濃度が高くなり、炭酸ガス再生
塔３１へ送られた炭酸ガス濃吸収液Ｑ２は、炭酸ガス再
生塔３１において、これと、管路３６を介して熱交換器
３２との間を循環させることにより、炭酸ガス濃吸収液
ｑ２を、この熱交換器３２を通る改質混合ガスＮ０が放
熱することにより加熱し、この加熱により、炭酸ガス濃
吸収液Ｑ２を水蒸気を含む高温の混相流Ｑ、とし、この
水蒸気により、炭酸ガス濃吸収液ｑ２から炭酸ガスだけ
を放出させ、この炭酸ガスＱ４を、空気予熱器１７へ供
給される燃焼用空気０により冷却されるようにされた炭
酸ガス冷却器３７を通過させることにより冷却した後、
炭酸ガス圧縮機３８により圧縮し、更に、炭酸ガス深冷
機３９により冷却し、液相炭酸、又は、固形炭１！！２
（ドライアイス）ｑ、として回収する。あるいは、炭酸
ガス吸収塔３０の中において得られた炭酸ガス濃溶液Ｑ
２は、ＫＨＣＯ。

又はＮａＨＣＯ３として回収することもできる。なお、
炭酸ガス再生塔３２において、炭酸ガスをｑ４を放出す
ることにより炭酸ガス濃度が希薄となった炭酸ガス希薄
溶液ｑ、は、管路３５を介して循環ポンプ３４により炭
酸ガス吸収塔３０へ戻すようにする。

このようにして回収された液相、又は、固相の炭酸ガス
は、例えば、液相のものは、比重を　１よりも大きくす
るために０℃近くまで冷却した後、管などにより深海に
導き、海水中に拡散させ、また、固相の場合には、その
比重は１．５位であるが、これを固相のまま放棄すると
、直ちに蒸発して大気と混合するので、これを砂と氷と
を混ぜて作った容器の中に入れ、固相の炭酸ガスと、砂
との重量により適当な深海に放棄すると、固相の炭酸ガ
スは海水から断熱されて自由落下し、深海水で容器が溶
解し、その後、固相の炭酸ガスは蒸発するが、短時間の
間に海水に物理的溶解及び化学反応溶解を行って海水と
混合することとなる。また、固相としてのＫＨＣＯ２な
どの結晶は、例えば、炭鉱廃坑などに投棄するものとす
る。

以上には、本発明装置の１実施例を、これを装備したボ
イラの構成と共に説明をしたが、次ぎに、その作用を詳
細に説明する。

本発明においては、燃焼器１４における燃料Ｎとして、
水素を主成分とする燃料ガスを使用するので、その燃焼
ガスのボイラの水冷管壁１０及び燃焼室１１の部分にお
ける伝熱は、ガスふく射と、対流とにより行われ、また
、水素ガスＮは、燃焼室１１の中において、空気予熱器
１７により予熱された空気比的１，５の予熱空気０によ
り燃焼するが、燃焼室１１の出口において、水冷壁管１
ｏへの伝熱による放熱のために、燃焼ガスは、約１．１
０（１℃前後になった後、煙道１２の中に設けられた炭
化水素改質反応装置２０に到達し、ここで、これに送ら
れた加熱メタンＨ及び炭化水素改質用過熱水蒸気−°Ｓ
を炭化水素改質反応させ、前記の割合で改質混合ガス−
〇とする。

なお、水素ガスの発生を目的とする従来のメタン・水蒸
気の改質装置においては、メタンの分子数に対して高温
水蒸気を、前記の割合よりも多く混合し、改質混合ガス
台。の中のメタンの含有量が少なくなるような反応をす
るため、炭化水素改質用過熱水蒸気−Ｓを過剰に加える
ので、炭化水素改質装置２０の出口において、改質混合
ガスＨ０の成分中に過剰な過熱水蒸気−°Ｓが食よれる
が、本発明の場合には、純粋な水素を得る必要は、必ず
しも無く、従って、メタンＨと、炭化水素改質用過熱水
蒸気Ｈ’ｓとの混合比を、旦論比に近い状態で炭化水素
改質装置２０へ送っても、炭化水素改質装置２０の出口
のメタンＨの残留体積容量は、せいぜい７ｚ位であり、
燃焼排ガス中の炭酸ガスの含有量は、２ｚ以内に抑える
ことができる。

このような条件の下に作動をしている炭化水素改質装置
２０内を流れる炭化水素改質用の加熱されたメタンＨ及
び過熱水蒸気ＩＩ’ｓの流量は、燃焼ガスの流量よりも
、約１けた近く小さいので、本発明を実施するために新
たに設置する必要のある炭化水素改質装置２０．炭化水
素改質用水加熱器２１．メタン加熱器２２．炭化水素改
質用水蒸気過熱器２３などは、ボイラ用水冷管壁１６や
、水蒸気過熱器１５、節炭器１６などに比べて著しく小
さく、従って、それらの設備費を小さなものとすること
ができる。

また、従来の燃焼装置において、燃焼排ガス中の炭酸ガ
ス濃度を低減させるための設備を設置しているものはほ
とんど存在せず、ただ、この炭酸ガス濃度を減少させる
ために、燃焼排ガス中がら炭酸ガスを分離し、これを液
化、又は、固化して海水中に投棄することが、提案され
ているでけである６しかしながら、メタンを燃料とする
場合にも、一般に（ＣＨ２）ｎの分子式を持つ化石燃料
を使用する燃焼装置でも、これらの燃料を空気中の酸素
により完全に燃焼させた場合には、ｎ分子の炭酸ガスが
発生することとなり、燃焼排ガス中の炭酸ガスの体積濃
度は、化石燃料燃焼ガスの１３．２２から、メタンガス
では９．６ｚとフ２ｚには減少するが−、メタンガスだ
けを燃焼用に使用することは、天然ガスがらメタンガス
を得るためには、一酸化炭素を除去する必要があり、こ
の過程において炭酸ガスを発生することが多く、シかも
、一酸化炭素の濃度は、天然ガス中で余り多くないが、
各国において、天然ガスをメタンを得るために利用する
ことは、地球全体の天然ガスの消費から考えると、資源
量的にかなり限られた年月の対策に過ぎないものと言う
べきであり、しかも、炭酸ガスの放出は、９．６１とは
いえ、続けられることとなる。

一方、従来の燃焼装置の燃焼排ガスから炭酸ガスを分に
し、これを適当な方法により深海中に投棄することが提
案されているが、まだ、上記したよう具体的な手段は提
案されていない。

本発明は、原理的には、これらの方法と一部において重
なる部分があるとは考えられるが、従来提案されている
手段とは、本質的に相違しているものである。すなわち
、従来提案されている手段は、大流量の燃焼排ガスから
炭酸ガスを除去し、深海中に投棄するものであり、この
従来方法は、技術的にも、経済的にも、困難性を有して
いるものであり、しかも、従来、その具体的手段が提案
されていないのに対し、本発明においては、燃料を燃焼
させる前に、燃料ガス中から炭酸ガスを取り除くことを
特徴とするだけではなく、一般の化石燃料も、高温水蒸
気と改質反応をさせることにより、多量の水素と、わず
かな炭酸ガスとの混合ガスとするものであるが、本発明
のように、燃焼前の燃料ガス中から炭酸ガスを取り除く
場合には、燃焼排ガスに対して重量で１７６〜１７１０
程度の燃料ガスを取り扱えば良く、シかも、その燃料ガ
ス中の炭酸ガスの濃度が、数分の１である炭酸ガスを、
容易に除去されることが可能である状態において炭酸ガ
スを除去することを特徴としているので、技術的にも非
常に優れた条件の下において且つ燃焼装置からの炭酸ガ
スの排出量もほとんど無く、シかも、水素を主成分とす
る燃料を燃焼させるので、排気ガス中の窒素酸化物の濃
度も低い状態で、運転することが可能である。

このように、本発明方法ないしは装置は、上記のような
構成及び作用を有するものであるが、次に、この装置を
ボイラに設置した場合についての数値例を、説明する。

λ−夏−１ 本発明においては、一般にＣｍｆｌｎにより現される炭
化水素を燃料として使用する場合に、燃焼前に高温過熱
水蒸気を使用して炭化水素改質反応を行わせるものであ
るが、水蒸気が必要で且つ十分な量を混合していれば、
その反応は ＣｍＨｎ　＋　２＋Ｈ２Ｏ−ｍｃＯ２＋（２ｍ　＋　ｎ
／２）！Ｌとなり、この反応により生成される炭酸ガス
を除いてから、！（２をボイラの燃料として使用するも
のである。

以下の数値例においては、Ｃｍｆｌｎの炭化水素の代表
例として　ＣＩ＋、（メタン）を採り、第１図に示した
ような火力発電所のボイラの燃焼装置において、燃焼装
置の性能を示す上において最も重要な温度であるボイラ
給水、水蒸気、メタン、空気及び燃焼排ガスなど温度を
、このボイラ内の主要点について示すものとし、このボ
イラを示す第２図中の主要な点において、燃焼ガスの温
度については、点＾〜Ｃにおいて、炭化水素改質反応ガ
スについては、点ａ〜ｋにおいて、燃焼用空気について
は、点Ｈ〜Ｊにおいて、また、ボイラ給水−とタービン
への水蒸気Ｓの状態については、点賛及びＳにおいて、
それぞれ、示すものとする。

また、以下の数値例は、メタン１　ｋｍｏｌについて示
すものであるが、メタンの改質反応は Ｃ）１４　＋　２Ｈ２０→ＣＯ□＋４１１２で現される
。

また、メタン１　ｋ請ｏ１　を空気により燃焼させる時
における標準低燃焼発熱量は、８９０．８　ＭＪである
。

本発明において使用する燃料である４Ｈ２の低燃焼発熱
量は、１，１３２゜７　ＨＪである。

しかしながら、この発熱量の内、１６５．４　ＮＪは、
改質反応の吸収熱に使用されるので、実質的なボイラに
おいて利用可能な発熱量は、９６７．３　ＮＪであり、
本発明装置による方が、約８．７２多くの熱量が燃焼室
１１内において発生する。メタンＨそのものを燃料とし
て使用する場合は、空気比を１．３とすると、燃焼用空
気０の予熱温度ｔａ＝２４０℃の時、第２図における燃
焼室の下部のへ点の温度ＬＡは、約１．８００°Ｃであ
るが、メタンを改質して水素を同じ予熱温度の空気で炭
酸ガスを除いて水素を主成分とする燃料ガスを　１．５
　　の空気比で燃焼させると、ｔＡは約１．８３０℃と
なる。この燃焼ガスにより燃焼室１１における水冷管壁
１０の中の水を加熱し、燃焼室１１の出口の燃焼ガスの
温度ｔ、は、約１，１００℃　となり、この燃焼ガスを
改質反応装置２０に送る。大気温度ｔａのメタン阿をメ
タン加熱器２２で約２５０℃まで加熱する。一方、２０
気圧の圧力の下にあり、温度が大気温度し、の工業用水
−′を改質用飽和水蒸気発生器２１により　ｔｏ＝５０
０℃の燃焼ガスによりｔｅ＝２１０℃の飽和蒸気−°。

に予熱し、更に、この水蒸気−′。を予熱されたメタン
８と混合した後、炭化水素改質装置２０の出口の改質混
合ガスの温度ｔ、＝８４０℃により　５００℃　まで過
熱し、炭化水素改質装置２０に送る。

燃焼ガスは、炭化水素改質装置２０の入口でｌ、＝１．
１００℃、出口でｊ、＝　１，０３０℃となり、水蒸気
過熱器１５に送られ、水蒸気過熱器１５で２００気圧、
ｔｓ＝５００℃の過熱水蒸気Ｓが得られ、これは蒸気タ
ービンに送られる。この水蒸気過熱器１５の出口で燃焼
ガスは、温度り。−５００℃　となる、この燃焼ガスは
、炭化水素改質装置２０へ送るための炭化水素改質用工
業用水−”を、炭化水素改質用加熱器２１によりｔｏ　
＝　２１０’Ｃの飽和状水蒸気まで予熱する。炭化水素
改質装置２０においては、触媒の温度約９００℃以上で
メタンＨと、過熱水蒸気Ｗ’ｓは改質され、１＋８４０
℃で炭酸ガスと、水素となり、この改質された混合ガス
Ｍ。は、炭化水素改質用水加熱器２３及びメタン加熱器
２２を通り、約２００℃　まで温度が下がり、炭酸ガス
吸収部ＩＩＩの熱交換器３２に送られる。ボイラの復水
器からの循環水約４２０　ｋｇは、火力発電システムに
設けられている再生器で約ｆ＝２３０°Ｃまで予熱され
、燃焼ガスの煙道１２中の節炭器１６により、更に、３
００℃まで予熱され、燃焼室１１の周囲に設けである水
水冷壁管１０に送られる。燃焼ガスは、節炭）ｉｉ１６
で約ｔ、＝２７０℃　まで温度が下がり、空気予熱器１
７で約ｔ。−１４０℃　まで降温し、煙突１３から排出
する。なお、空気Ｏは、この空気予熱器１７と、炭酸ガ
ス冷却器３７において約ｔＪ＝２４０℃まで予熱され、
これが燃焼用空気Ｏとなる。改質混合ガスＮ、は、メタ
ン予熱器２２の出口において　ｔｅ＝２００℃となり、
炭酸ガス吸収部ＩＩＩに入る。炭酸ガス吸収部ＩＩＩの
炭酸ガス吸収塔３０の炭酸ガス吸収液Ｑ、の温度は、大
気温度よりもやや高く、改質混合ガスＭ。

の温度は、熱交換器３２で温度が下降し、炭酸ガス吸収
塔３０の入口において、約ｔｇ＝　１３０℃である。炭
酸ガス吸収塔３０の上部から炭酸ガス溶解濃度の薄い炭
酸ガス吸収液Ｑ、がポンプ３４を介して管路３５を経て
導かれ、炭酸ガス吸収塔３０内において改質混合ガス−
〇から炭酸ガスを吸収し、炭酸ガス吸収塔３０の上部か
らは、水素を主成分とするガスが出るが、このガスは燃
焼器１４へ送られ、一方、炭酸ガス吸収液貼は、炭酸ガ
ス濃吸収液Ｑ２となる。燃焼器１４へ送られる水素ガス
の温度ｔｈは、はぼ１００℃である。このような状態で
作動される本発明による燃焼装置の煙突１３からの排ガ
スＸの温度ｔｏは、はぼ１４０℃であり、この排ガスＸ
の中に３よれる炭酸ガスは、水素中に含まれる少量のメ
タンなどの燃焼により発生するもので、排ガスＸの中の
約２ｚに過ぎないものである。また、炭酸ガスは、炭酸
ガス再生塔３１を、大気温度よりもやや高い温度ｔｉ・
１００℃前後で出るが、この炭酸ガスは、炭酸ガス冷却
器３７において大気温度の空気Ｏにより冷却され、また
、炭酸ガス中の水蒸気は、−′ｅとして除去される。こ
のようにして純度を高くされた炭酸ガスは、炭酸ガス圧
縮機３８により圧縮された後、炭酸ガス深冷機３９を通
り、液相か、固相かに対応した温度ｔｋで装置を出るが
、液相は、大気温度においては、比重が１よりも小さい
ので、０℃付近の温度まで冷却してから、ポンプにより
圧力を上げ、深海へ導いて海中に放出し、また、固相、
すなわち、ドライアイスは、比重が１．５位であるが、
固相のままの状態において海中に放棄すると、直ちに蒸
発し、大気と混合をするので、これを砂及で氷により固
めた容器の中に入れた後、これを海中に放棄すると、浅
い海水中においては気相を発生することが無く、深く沈
んだ後に、容器が溶解し、次いで、炭酸ガスが発生する
が、この炭酸ガスは、やがて海水中に溶解し、大気に出
ることは無い。

本発明は、上記のような構成及び作用を有しており、ま
た、上記の数値例からも分かるように、所期の目的を達
成するものであることは、明らかなところである。

ここで、参考のために、本発明の要旨を要約すると、次
ぎのようになる。

（１）各種化石燃料及び石炭ガス化ガスなどの炭化水素
を主成分とする燃料を使用するボイラなどの各種の燃焼
装置において、これらの炭化水素燃料を直接燃焼させる
こと無く、これを燃焼させる前に、予熱した炭化水素ガ
スと、過熱水蒸気とを混合し、燃焼前における燃料中の
炭素を適当な触媒による改質反応により炭酸ガスと水素
との混合ガスとし、この改質混合ガスから炭酸ガスを分
離することにより燃料ガス中から燃焼前に取り除くと同
時に水素を主成分とする燃料ガスを作り、これを燃焼さ
せ、燃焼装置からの排ガス中に炭酸ガスをほとんど含ま
ないようにすることができる。

〈２）炭化水素燃料中の炭素を改質反応により炭酸ガス
に変えるので、炭化水素改質用水加熱器、炭化水素改質
装置などをボイラなどの煙道などの中に設け、特に、炭
化水素改質装置を別に設置することを必要とすること無
しに、水素を主成分とする燃料ガスを得ることができる
。

（３）石炭なその化石燃料を燃焼させる前に、化石燃料
中の炭素を適当量の水蒸気と混合・昇温し、適当な触媒
により改質させて炭酸ガスと水素との混合ガスとし、こ
の混合ガスから炭酸ガスを除去するので、燃焼させた後
の多量であり且つ窒素を含む燃焼排ガス中から炭酸ガス
を除去する場合に比べ、炭酸ガスの除去処理が容易であ
り、しがも、必要とする設備を小型とすることができる
。

ｌ肌Ａ叉Ｊ 本発明方法ないしは装置は、上記のように要約されるが
、ここで、本発明の詳細な説明すると、次ぎのようにな
る。

（１）本発明による燃焼方法ないしは装置は、炭化水素
燃料を燃焼させる前に、必要があるならば、これを予熱
してガス化し、この燃料ガスを高温水蒸気と触媒上で改
質反応をさせることにより、燃料ガス中の炭素を炭酸ガ
スに変え、これを燃料ガスから分離して除き、この炭酸
ガスは降温させた後、液化、又は、固化して深海中に投
棄し、海水に吸収させ、海水中の植物により分解させる
ので、従来のように、燃料ガスを直接的に燃焼させ、そ
の燃焼排ガスか炭酸ガスを除去する場合に比べ、処理ガ
ス量として、１けた小さな量のガスを扱えば良いので、
この炭化水素改質のために必要とされる装置は小型で済
み、従って、これを従来のボイラなどの水管や、過熱器
などの間に容易に設置することができる。

（２）炭酸ガスは、炭酸ガス吸収液に吸収させることに
より、これを改質混合ガスから分離したり、炭酸基を含
む化合物としての固化させたりし、炭酸ガスそれ自体を
液体あるいは固化して深海中に放棄し、海水中の植物に
より分解させたり、化合物は、炭鉱廃坑などに放棄する
ことにより、炭酸ガスが大気中に放出されることを、防
止することができる。

（３）従来提案されている燃焼ガス中の炭酸ガスの量を
減少させるてめの手段は、燃料にメタンを直接的に使用
するか、燃焼排ガス中から炭酸ガスを除去するかするも
のであるが、本発明におては、一般の炭化水素燃料を対
象とし、しかも、それを燃焼する前に燃料中の炭素を反
応させて炭酸ガスとした後にこれを除去するので、燃焼
器における燃料ガスの中には炭素はほとんど含まれてお
らず、また、燃料は水素を主成分とするので、窒素炭化
物の生成量も少なく、更に、燃料は、はとんど水素から
成り立っており、しかも、燃料中から炭素を除去するの
で、その処理にも、少量のガスを取り扱えば良い。

（４）地球環境上の立場から、燃焼装置がちの炭酸ガス
の排出量の規制が厳しくなるにつれ、メタンなどのよう
に、燃料分子中に炭素原子を余り含まない燃料の利用が
提案され、実施されて始めているが、本発明においては
、炭化水素改質反応により、燃焼前に一般の化石燃料を
ガス化改質し、炭酸ガスと水素にするために、改質反応
に適当な純度の水蒸気と、触媒の種類の選択とにより、
どのような化石撚°料にも適用することができる。この
ように、本発明は、化石燃料の種類に関係無く使用する
ことができると共に従来の水素製造の改質装置の場合の
ように、生成された水素中に原料炭化水素がほとんど含
まれないような厳しい条件を守る必要は無く、数２のメ
タンや、一酸化炭素が改質後の水素中に含まれいても、
これにより発生する燃焼ガス中の炭酸ガスの量は、１〜
２ｚであり、燃料の種類、炭化水素改質装置の運転条件
に対して広い適応性を有しているだけでは無く、燃料は
水素を主成分とするので、窒素酸化化合物の生成も少な
い。

（５）このように、本発明は、大きな資源量を持つ化石
燃料を使用する燃焼器に対して、地球環境を悪化させる
こと無しに、化石燃料をエネルギー源として使用する道
を開いたものであり、今後エネルギー源の主役をなすも
のとして期待される化石燃料を産業界が、今後も利用す
ることができる手段を提供するものであり、その効果は
、極めて大きいものということができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による燃焼装置の１実施例を装備した
典型的な蒸気発生設備の全体の配置を示す略図、第２図
は、その各部における蒸気ないしは各種ガスの温度の測
定箇所を示す図、第３図は、従来の燃焼装置を装備した
典型的な蒸気発生設備の全体の配置を示す略図である。 １０・・・水冷壁管、１１・・・燃焼室、１２・・・煙
道、１３・・・煙突、１４・・・燃焼器、１５・・・水
蒸気過熱器、１６・・・節炭器５．１７・・・空気予熱
器、２０・・炭化水素改質装置、２１・・・炭化水素改
質用水加熱器、２２・・・メタン加熱器、２３・・・炭
化水素改質用水蒸気過熱器、３０・・・炭酸ガス吸収塔
、３１・・・炭酸ガス再生塔、３２・・・熱交換器、３
４・・・循環炭酸ガス吸収液循環ポンプ、３７・・・炭
酸ガス冷却器、３８・・・炭酸ガス圧縮機、３９・・・
炭酸ガス深冷機。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、炭化水素、又は、炭化水素及び一酸化炭素の混合燃
   料ガス、あるいは、石炭などの化石燃料のガス化により
   得られる燃焼用ガスなどの燃料ガスを燃焼させることに
   より発生する熱を利用する各種の加熱装置において、燃
   料ガスの燃焼により発生する炭酸ガスの排出量を最少と
   させるために、燃料ガスを直接的に燃焼させること無く
   、これを燃焼させる前に、これを高温水蒸気と反応させ
   ることにより炭化水素改質反応を行わせ、この炭化水素
   改質反応により、水素と、炭酸ガスとの混合ガスを生成
   し、この混合ガスを炭酸ガス吸収液を通過させることに
   より炭酸ガスを炭酸ガス吸収液に吸収させ、この場合に
   、炭酸ガスを除いた混合ガスの主成分でる水素を燃料ガ
   スとして燃焼させて必要とする加熱を行い、一方、炭酸
   ガス吸収液に吸収された炭酸ガスは、炭酸ガス吸収液か
   ら、液相又は固相として回収・除去するようにすること
   を特徴とする炭酸ガスの排出量のほとんど無い燃焼方法
   。 ２、炭化水素、又は、炭化水素及び一酸化炭素の混合燃
   料ガス、あるいは、化石燃料のガス化により得られる燃
   焼用ガスなどの燃料ガスを燃焼させることにより発生す
   る熱を利用する各種の加熱装置において、燃料ガスの燃
   焼により発生する炭酸ガスの排出量を最少とさせるため
   に、高温燃焼ガス通路の中に、炭化水素を加熱水蒸気と
   一緒に加熱することにより炭酸ガスと、水素との混合ガ
   スを生成するための炭化水素改質用装置を配置し、また
   、高温燃焼ガス通路の中には、炭化水素改質用飽和水蒸
   気を発生するための炭化水素改質用水加熱器を設けると
   共に高温燃焼ガス通路の外部には、混合ガスにより加熱
   される炭化水素加熱器及び炭化水素を一層高温に加熱す
   ると共に炭化水素改質用飽和水蒸気を炭化水素改質用過
   熱水蒸気とするための炭化水素改質用飽和蒸気過熱器を
   設け、更に、高温燃焼ガス通路の外部には、混合ガス中
   の炭酸ガスを吸収する炭酸ガス吸収液を含んでいる炭酸
   ガス吸収塔を設け、この炭酸ガス吸収塔を混合ガスが通
   過するようにし、これにより、混合ガス中に含まれてい
   る炭酸ガスを炭酸ガス吸収液に吸収されるようにし、こ
   の際に、混合ガスから放出される水素を燃料ガスとして
   燃焼装置の燃焼器に供給して燃焼させるようにし、一方
   、炭酸ガス吸収液により吸収された炭酸ガスは、これを
   炭酸ガス吸収液から放出され、液相又は固相として回収
   ・除去するようにすることを特徴とする炭酸ガスの排出
   量のほとんど無い燃焼装置。