JPH10279955A - 太陽光利用還元反応器 - Google Patents
太陽光利用還元反応器Info
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- JPH10279955A JPH10279955A JP9083524A JP8352497A JPH10279955A JP H10279955 A JPH10279955 A JP H10279955A JP 9083524 A JP9083524 A JP 9083524A JP 8352497 A JP8352497 A JP 8352497A JP H10279955 A JPH10279955 A JP H10279955A
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- coal
- reactor
- particles
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S20/00—Solar heat collectors specially adapted for particular uses or environments
- F24S20/20—Solar heat collectors for receiving concentrated solar energy, e.g. receivers for solar power plants
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
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- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 太陽光を利用して化石燃料等を効率的に還元
することができ、かつ粒子に効率よく太陽光を照射で
き、これにより粒子の反応効率を高め、反応炉をコンパ
クト化しかつ未反応粒子の循環量も低減できる太陽光利
用還元反応器を提供する。 【解決手段】 石炭とマグネサイトの混合粒子に太陽光
４を照射して石炭の還元反応を起こさせる太陽熱化学反
応炉１２と、石炭の還元反応で生じたウスタイトを水蒸
気との反応によりマグネサイトに戻し同時に水素を発生
させる水素発生反応炉１４とを備える。太陽熱化学反応
炉は、太陽光を下向きに通すように上面に気密に設けら
れた透過窓１３ａと、外周部で疎、中央部で密に粒子を
自由落下させるように放射状かつ内方が下向きに設けら
れた複数の粒子投入管１３ｂとを備え、粒子投入管から
反応用粒子５を供給しこれに透過窓を通して太陽光４を
粒子に照射して反応させる。
することができ、かつ粒子に効率よく太陽光を照射で
き、これにより粒子の反応効率を高め、反応炉をコンパ
クト化しかつ未反応粒子の循環量も低減できる太陽光利
用還元反応器を提供する。 【解決手段】 石炭とマグネサイトの混合粒子に太陽光
４を照射して石炭の還元反応を起こさせる太陽熱化学反
応炉１２と、石炭の還元反応で生じたウスタイトを水蒸
気との反応によりマグネサイトに戻し同時に水素を発生
させる水素発生反応炉１４とを備える。太陽熱化学反応
炉は、太陽光を下向きに通すように上面に気密に設けら
れた透過窓１３ａと、外周部で疎、中央部で密に粒子を
自由落下させるように放射状かつ内方が下向きに設けら
れた複数の粒子投入管１３ｂとを備え、粒子投入管から
反応用粒子５を供給しこれに透過窓を通して太陽光４を
粒子に照射して反応させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽エネルギーを
用いた石炭ガス化装置に係わり、更に詳しくは、これに
用いる太陽光利用還元反応器に関する。
用いた石炭ガス化装置に係わり、更に詳しくは、これに
用いる太陽光利用還元反応器に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＣＯ2 による地球温暖化を回避するため
に、砂漠地帯で豊富に得られる太陽エネルギーを効率的
に利用できる太陽エネルギーの化学燃料化技術が求めら
れている。この太陽エネルギーの化学燃料化技術は、
太陽エネルギーの高効率化学エネルギー転換を可能とす
る、得られた化学エネルギーはグローバル輸送及び貯
蔵を容易にする、プロセス中で硫黄等の環境汚染物質
を除去できる、輸送コストとインフラ整備の面で導入
の経済的障壁が小さい、等の優れた特徴を有している。
に、砂漠地帯で豊富に得られる太陽エネルギーを効率的
に利用できる太陽エネルギーの化学燃料化技術が求めら
れている。この太陽エネルギーの化学燃料化技術は、
太陽エネルギーの高効率化学エネルギー転換を可能とす
る、得られた化学エネルギーはグローバル輸送及び貯
蔵を容易にする、プロセス中で硫黄等の環境汚染物質
を除去できる、輸送コストとインフラ整備の面で導入
の経済的障壁が小さい、等の優れた特徴を有している。
【０００３】かかる技術を確立するために、ＩＥＡ（国
際エネルギー機構）の中で、オーストラリア、ドイツ、
イスラエル、ロシア、スペイン、スイス、米国等が参加
した国際共同研究として、太陽エネルギーの化学エネル
ギー変換の研究が現在進められている。
際エネルギー機構）の中で、オーストラリア、ドイツ、
イスラエル、ロシア、スペイン、スイス、米国等が参加
した国際共同研究として、太陽エネルギーの化学エネル
ギー変換の研究が現在進められている。
【０００４】この研究の一環として、スイスでは、マグ
ネタイトを２０００℃付近の高温でウスタイトに分解す
る太陽／化学エネルギー変換系の研究が進められ、２０
００℃付近での反応を実現するために、集光ビームをギ
ャビィティの大きい反応炉に導入し、そこにマグネタイ
ト粒子を雲のごとく噴霧する流動床技術が開発・研究さ
れている。また、アメリカとドイツの共同により、１０
０ｋＷの大口径集光太陽炉を用いて、メタンのＣＯ2 リ
フォーミングによる研究で太陽／化学エネルギー変換技
術が研究されている。
ネタイトを２０００℃付近の高温でウスタイトに分解す
る太陽／化学エネルギー変換系の研究が進められ、２０
００℃付近での反応を実現するために、集光ビームをギ
ャビィティの大きい反応炉に導入し、そこにマグネタイ
ト粒子を雲のごとく噴霧する流動床技術が開発・研究さ
れている。また、アメリカとドイツの共同により、１０
０ｋＷの大口径集光太陽炉を用いて、メタンのＣＯ2 リ
フォーミングによる研究で太陽／化学エネルギー変換技
術が研究されている。
【０００５】図５は、太陽エネルギーを用いた石炭ガス
化装置用の還元反応炉（以下、太陽光利用還元反応器）
の模式図であり、（Ａ）は粒子を垂直方向に落下させ、
水平方向から太陽光を照射する還元反応炉、（Ｂ）は粒
子でベッドを形成させそこに太陽光を照射する還元反応
炉である。これらは、いずれもＡＳＭＥレポートに報告
されている（"DEVELOPMENT OF SOLAR COAL GASIFICATIO
N TECHNOLOGY", 1996.9.01, ASME REPORT)。
化装置用の還元反応炉（以下、太陽光利用還元反応器）
の模式図であり、（Ａ）は粒子を垂直方向に落下させ、
水平方向から太陽光を照射する還元反応炉、（Ｂ）は粒
子でベッドを形成させそこに太陽光を照射する還元反応
炉である。これらは、いずれもＡＳＭＥレポートに報告
されている（"DEVELOPMENT OF SOLAR COAL GASIFICATIO
N TECHNOLOGY", 1996.9.01, ASME REPORT)。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】図５に示した従来の太
陽光利用還元反応器では、太陽光が当たるのは粒子の１
列目或いは１層目のみであるため、２列目以降には十分
に光が当たらず、広い照射面積が必要となるか、より多
くの未反応粒子を循環させる必要がある問題点があっ
た。
陽光利用還元反応器では、太陽光が当たるのは粒子の１
列目或いは１層目のみであるため、２列目以降には十分
に光が当たらず、広い照射面積が必要となるか、より多
くの未反応粒子を循環させる必要がある問題点があっ
た。
【０００７】すなわち、太陽光を利用して化石燃料等を
金属酸化物で還元する場合に、酸化・還元反応を十分に
促進させるためには、各々の粒子に効率よく太陽光を照
射させる必要があるが、従来の太陽光利用還元反応器で
は、各々の粒子自体によって太陽光が遮られてしまいそ
の影に位置する粒子が反応せず、その結果、全体の粒子
を効率的に反応させるためには大面積を必要としたり粒
子循環を繰り返す必要があり、結果として反応効率が低
く反応器が大型化する問題点があった。
金属酸化物で還元する場合に、酸化・還元反応を十分に
促進させるためには、各々の粒子に効率よく太陽光を照
射させる必要があるが、従来の太陽光利用還元反応器で
は、各々の粒子自体によって太陽光が遮られてしまいそ
の影に位置する粒子が反応せず、その結果、全体の粒子
を効率的に反応させるためには大面積を必要としたり粒
子循環を繰り返す必要があり、結果として反応効率が低
く反応器が大型化する問題点があった。
【０００８】本発明は、上述した問題点を解決するため
に創案されたものである。すなわち本発明の主目的は、
太陽光を利用して化石燃料等を効率的に還元することが
できる太陽光利用還元反応器を提供することにある。更
に、本発明の別の目的は、粒子に効率よく太陽光を照射
でき、これにより粒子の反応効率を高め、反応炉をコン
パクト化しかつ未反応粒子の循環量も低減できる太陽光
利用還元反応器を提供することにある。
に創案されたものである。すなわち本発明の主目的は、
太陽光を利用して化石燃料等を効率的に還元することが
できる太陽光利用還元反応器を提供することにある。更
に、本発明の別の目的は、粒子に効率よく太陽光を照射
でき、これにより粒子の反応効率を高め、反応炉をコン
パクト化しかつ未反応粒子の循環量も低減できる太陽光
利用還元反応器を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】マグネタイト（Ｆｅ3 Ｏ
4 ）がウスタイト（ＦｅＯ）に還元される反応は、１２
００℃付近で非常に速い反応速度を示す。この速い速度
は、マグネタイトもウスタイトも同じ酸素イオンの立法
最密充填構造を有し、カチオン移動のみで結晶構造変化
が可能なこと、しかもカチオン移動が電子ホッピングで
進行できることなどの理由による。そのため、石炭を共
存させ、マグネタイトがウスタイトに変化する際に放出
される酸素と結合させることによりＣＯに転換するよう
にすると、石炭とマグネタイトの反応は固体同士の反応
であるが実際には固体／気体反応で進行し、石炭とマグ
ネタイトとは１２００℃付近で極めて速い反応速度を示
し、この高速反応が太陽光／化学エネルギー変換に要求
される反応速度を十分に上回っていることを本発明の発
明者等は実験により見出した。本発明はかかる新規の知
見に基ずくものである。
4 ）がウスタイト（ＦｅＯ）に還元される反応は、１２
００℃付近で非常に速い反応速度を示す。この速い速度
は、マグネタイトもウスタイトも同じ酸素イオンの立法
最密充填構造を有し、カチオン移動のみで結晶構造変化
が可能なこと、しかもカチオン移動が電子ホッピングで
進行できることなどの理由による。そのため、石炭を共
存させ、マグネタイトがウスタイトに変化する際に放出
される酸素と結合させることによりＣＯに転換するよう
にすると、石炭とマグネタイトの反応は固体同士の反応
であるが実際には固体／気体反応で進行し、石炭とマグ
ネタイトとは１２００℃付近で極めて速い反応速度を示
し、この高速反応が太陽光／化学エネルギー変換に要求
される反応速度を十分に上回っていることを本発明の発
明者等は実験により見出した。本発明はかかる新規の知
見に基ずくものである。
【００１０】すなわち、本発明によれば、石炭と酸化物
の混合粒子に光を照射して石炭の還元反応を起こさせる
光化学反応炉と、前記石炭の還元反応で生じた還元物を
水蒸気との反応により酸化物に戻し同時に水素を発生さ
せる水素発生反応炉と、を備えたことを特徴とする光利
用還元反応器が提供される。また、より具体的には、石
炭とマグネタイトの混合粒子に太陽光を照射して石炭の
還元反応を起こさせる太陽熱化学反応炉と、前記石炭の
還元反応で生じたウスタイトを水蒸気との反応によりマ
グネタイトに戻し同時に水素を発生させる水素発生反応
炉と、を備えたことを特徴とする太陽光利用還元反応器
が提供される。
の混合粒子に光を照射して石炭の還元反応を起こさせる
光化学反応炉と、前記石炭の還元反応で生じた還元物を
水蒸気との反応により酸化物に戻し同時に水素を発生さ
せる水素発生反応炉と、を備えたことを特徴とする光利
用還元反応器が提供される。また、より具体的には、石
炭とマグネタイトの混合粒子に太陽光を照射して石炭の
還元反応を起こさせる太陽熱化学反応炉と、前記石炭の
還元反応で生じたウスタイトを水蒸気との反応によりマ
グネタイトに戻し同時に水素を発生させる水素発生反応
炉と、を備えたことを特徴とする太陽光利用還元反応器
が提供される。
【００１１】この構成により、太陽熱化学反応炉によ
り、太陽光を用いた１２００℃付近の高温を発生させて
石炭の還元反応を起こすことにより、石炭のガス化を行
うことができ、水素発生反応炉により、水素ガスを更に
発生させながらウスタイト（ＦｅＯ）をマグネタイト
（Ｆｅ3 Ｏ4 ）に戻すことができる。
り、太陽光を用いた１２００℃付近の高温を発生させて
石炭の還元反応を起こすことにより、石炭のガス化を行
うことができ、水素発生反応炉により、水素ガスを更に
発生させながらウスタイト（ＦｅＯ）をマグネタイト
（Ｆｅ3 Ｏ4 ）に戻すことができる。
【００１２】更に、マグネタイトと石炭灰との混合物か
らマグネタイトを磁気分離する磁気分離器と、分離され
たマグネタイトを太陽熱化学反応炉へリサイクルするリ
サイクルラインと、を備えることにより、マグネタイト
を分離して太陽熱化学反応炉へリサイクルさせ、石炭灰
のみを分離除去することができ、太陽光利用還元反応器
のガス化効率を高めることができる。
らマグネタイトを磁気分離する磁気分離器と、分離され
たマグネタイトを太陽熱化学反応炉へリサイクルするリ
サイクルラインと、を備えることにより、マグネタイト
を分離して太陽熱化学反応炉へリサイクルさせ、石炭灰
のみを分離除去することができ、太陽光利用還元反応器
のガス化効率を高めることができる。
【００１３】本発明の好ましい実施形態によれば、前記
太陽熱化学反応炉は、太陽光を下向きに通すように上面
に気密に設けられた透過窓と、外周部で疎、中央部で密
に粒子を自由落下させるように放射状かつ内方が下向き
に設けられた複数の粒子投入管と、を備え、粒子投入管
から反応用粒子を供給しこれに透過窓を通して太陽光を
粒子に照射して反応させるようになっている。
太陽熱化学反応炉は、太陽光を下向きに通すように上面
に気密に設けられた透過窓と、外周部で疎、中央部で密
に粒子を自由落下させるように放射状かつ内方が下向き
に設けられた複数の粒子投入管と、を備え、粒子投入管
から反応用粒子を供給しこれに透過窓を通して太陽光を
粒子に照射して反応させるようになっている。
【００１４】この構成により、粒子投入管から反応用粒
子を供給することにより、反応初期の投入口近傍では粒
子を疎にでき、逆に反応完了する炉心部では放射状から
投入された粒子が集まるため粒子分布を密にできる。反
応粒子（石炭とマグネタイトの混合物）は、反応初期に
は大きく、反応が完了する末期には反応物がガス化して
小さくなるので、初期の大きい粒子を疎に分布させて粒
子の影に位置しないようにして反応を促進し、末期の小
さい粒子は密に配置しても粒子の影部分が少ないため相
互の影響が少なく同様に効率よく反応させることができ
る。従って粒子全体に効率よく太陽光を照射することが
でき、コンパクトな反応炉とすることができ、かつ未反
応粒子の必要循環量も少なくすることができる。
子を供給することにより、反応初期の投入口近傍では粒
子を疎にでき、逆に反応完了する炉心部では放射状から
投入された粒子が集まるため粒子分布を密にできる。反
応粒子（石炭とマグネタイトの混合物）は、反応初期に
は大きく、反応が完了する末期には反応物がガス化して
小さくなるので、初期の大きい粒子を疎に分布させて粒
子の影に位置しないようにして反応を促進し、末期の小
さい粒子は密に配置しても粒子の影部分が少ないため相
互の影響が少なく同様に効率よく反応させることができ
る。従って粒子全体に効率よく太陽光を照射することが
でき、コンパクトな反応炉とすることができ、かつ未反
応粒子の必要循環量も少なくすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下に本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通
する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略す
る。太陽エネルギーの化学燃料化の反応として、集光太
陽エネルギー照射により石炭／Ｆｅ3 Ｏ4 酸化還元反応
を進行させ、太陽エネルギーをＣＯ，Ｈ2 とＦｅＯの化
学エネルギーに変換し（式）、つづいて、ＦｅＯを水
との反応により水素ガスに転換し（式）、全体とし
て、太陽／化学エネルギー変換反応を組み込んだ石炭と
水から合成ガスを得る反応（式）を行うことができ
る。これらの反応式は以下のようになる。 ＣＨｘ（石炭）＋Ｆｅ3 Ｏ4 →ＣＯ＋（ｘ／２）Ｈ2 ＋３ＦｅＯ．．． ３ＦｅＯ＋Ｈ2 Ｏ→Ｆｅ3 Ｏ4 ＋Ｈ2 ．．． ＣＨｘ（石炭）＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ＋（１＋ｘ／２）Ｈ2 ．．． なお、ＦｅＯはウスタイト、Ｆｅ3 Ｏ4 はマグネタイト
と呼ばれる。
を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通
する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略す
る。太陽エネルギーの化学燃料化の反応として、集光太
陽エネルギー照射により石炭／Ｆｅ3 Ｏ4 酸化還元反応
を進行させ、太陽エネルギーをＣＯ，Ｈ2 とＦｅＯの化
学エネルギーに変換し（式）、つづいて、ＦｅＯを水
との反応により水素ガスに転換し（式）、全体とし
て、太陽／化学エネルギー変換反応を組み込んだ石炭と
水から合成ガスを得る反応（式）を行うことができ
る。これらの反応式は以下のようになる。 ＣＨｘ（石炭）＋Ｆｅ3 Ｏ4 →ＣＯ＋（ｘ／２）Ｈ2 ＋３ＦｅＯ．．． ３ＦｅＯ＋Ｈ2 Ｏ→Ｆｅ3 Ｏ4 ＋Ｈ2 ．．． ＣＨｘ（石炭）＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ＋（１＋ｘ／２）Ｈ2 ．．． なお、ＦｅＯはウスタイト、Ｆｅ3 Ｏ4 はマグネタイト
と呼ばれる。
【００１６】図１は、本発明の太陽光利用還元反応器を
備えた石炭ガス化装置の構成図である。この図は、反射
タワー方式の集光システムを示しており、１はヘリオス
タット、２はタワーに設けられた反射ミラー、３はＣＰ
Ｃ、１０は太陽光利用還元反応器である。太陽光４は、
多数のヘリオスタット１で反射し、次いで反射ミラー２
で反射してＣＰＣ３の焦点に集光され、太陽光利用還元
反応器１０に下向きに照射されようになっている。この
構成により、太陽光利用還元反応器１０の内部を１２０
０℃以上の高温に加熱することができる。なお、本発明
はかかる集光システムに限定されず、例えばフレネルレ
ンズを用いた集光システムであってもよい。
備えた石炭ガス化装置の構成図である。この図は、反射
タワー方式の集光システムを示しており、１はヘリオス
タット、２はタワーに設けられた反射ミラー、３はＣＰ
Ｃ、１０は太陽光利用還元反応器である。太陽光４は、
多数のヘリオスタット１で反射し、次いで反射ミラー２
で反射してＣＰＣ３の焦点に集光され、太陽光利用還元
反応器１０に下向きに照射されようになっている。この
構成により、太陽光利用還元反応器１０の内部を１２０
０℃以上の高温に加熱することができる。なお、本発明
はかかる集光システムに限定されず、例えばフレネルレ
ンズを用いた集光システムであってもよい。
【００１７】本発明の発明者等は、現在までの研究で、
太陽炉を用いた石炭／マグネタイト混合試料による太
陽／化学エネルギー転換実験において、上述した反応
は０．２〜０．３秒以内に完結する高速反応であり、
その反応効率は４７％に達し、１２００℃における生
成ガスのＣＯ／ＣＯ2 モル比は５に達し、高温である程
ＣＯ収率が大きくなり、石炭の金属酸化物による酸化
反応は、水性ガス反応より高効率で進行し、反応速度
は石炭の粒子サイズに依存し、フレネルレンズ方式に
よる集光太陽光でマグネタイト粒子を照射することによ
り、１５００℃まで昇温できること等を見出している。
太陽炉を用いた石炭／マグネタイト混合試料による太
陽／化学エネルギー転換実験において、上述した反応
は０．２〜０．３秒以内に完結する高速反応であり、
その反応効率は４７％に達し、１２００℃における生
成ガスのＣＯ／ＣＯ2 モル比は５に達し、高温である程
ＣＯ収率が大きくなり、石炭の金属酸化物による酸化
反応は、水性ガス反応より高効率で進行し、反応速度
は石炭の粒子サイズに依存し、フレネルレンズ方式に
よる集光太陽光でマグネタイト粒子を照射することによ
り、１５００℃まで昇温できること等を見出している。
【００１８】図２は、本発明の太陽光利用還元反応器の
構成図である。この図に示すように、太陽光利用還元反
応器１０は、太陽熱化学反応炉１２、水素発生反応炉１
４、磁気分離器１６及びリサイクルライン１８を備えて
いる。太陽熱化学反応炉１２は、石炭とマグネタイトの
混合粒子５に太陽光を照射して上述したの反応式（石
炭の還元反応）を起こさせるようになっている。また水
素発生反応炉１４は、石炭の還元反応で生じたウスタイ
トを、上述したの反応により水蒸気と反応させてマグ
ネタイトに戻し、同時に水素を発生させるようになって
いる。更に、磁気分離器１６は、マグネタイトの磁性を
利用してマグネタイトと石炭灰との混合物からマグネタ
イトを磁気分離する。またリサイクルライン１８は、分
離されたマグネタイトを太陽熱化学反応炉へリサイクル
するようになっている。
構成図である。この図に示すように、太陽光利用還元反
応器１０は、太陽熱化学反応炉１２、水素発生反応炉１
４、磁気分離器１６及びリサイクルライン１８を備えて
いる。太陽熱化学反応炉１２は、石炭とマグネタイトの
混合粒子５に太陽光を照射して上述したの反応式（石
炭の還元反応）を起こさせるようになっている。また水
素発生反応炉１４は、石炭の還元反応で生じたウスタイ
トを、上述したの反応により水蒸気と反応させてマグ
ネタイトに戻し、同時に水素を発生させるようになって
いる。更に、磁気分離器１６は、マグネタイトの磁性を
利用してマグネタイトと石炭灰との混合物からマグネタ
イトを磁気分離する。またリサイクルライン１８は、分
離されたマグネタイトを太陽熱化学反応炉へリサイクル
するようになっている。
【００１９】上述した構成により、太陽熱化学反応炉１
２により、太陽光を用いた１２００℃付近の高温を発生
させて石炭の還元反応を起こすことにより、石炭のガス
化を行うことができ、水素発生反応炉１４により、水素
ガスを更に発生させながらウスタイト（ＦｅＯ）をマグ
ネタイト（Ｆｅ3 Ｏ4 ）に戻すことができる。更に、磁
気分離器１６とリサイクルライン１８により、マグネタ
イトを分離して太陽熱化学反応炉１２へリサイクルさ
せ、石炭灰のみを分離除去することができ、太陽光利用
還元反応器１０のガス化効率を高めることができる。
２により、太陽光を用いた１２００℃付近の高温を発生
させて石炭の還元反応を起こすことにより、石炭のガス
化を行うことができ、水素発生反応炉１４により、水素
ガスを更に発生させながらウスタイト（ＦｅＯ）をマグ
ネタイト（Ｆｅ3 Ｏ4 ）に戻すことができる。更に、磁
気分離器１６とリサイクルライン１８により、マグネタ
イトを分離して太陽熱化学反応炉１２へリサイクルさ
せ、石炭灰のみを分離除去することができ、太陽光利用
還元反応器１０のガス化効率を高めることができる。
【００２０】図３は、本発明の太陽熱化学反応炉の構成
図であり、（Ａ）は部分側面図、（Ｂ）は平面図を示し
ている。また、図４はその機能説明図であり、（Ａ）は
粒子の落下軌跡、（Ｂ）は、粒子の密度分布を示してい
る。なお、図３、図４において、ｘ軸は粒子投入点から
の水平距離、ｙ軸は垂直距離を示す。図３及び図４
（Ａ）に示すように、太陽熱化学反応炉１２は、太陽光
４を下向きに通すように上面に気密に設けられた透過窓
１３ａと、外周部で疎、中央部で密に粒子を自由落下さ
せるように放射状かつ内方が下向きに設けられた複数の
粒子投入管１３ｂとを備えている。
図であり、（Ａ）は部分側面図、（Ｂ）は平面図を示し
ている。また、図４はその機能説明図であり、（Ａ）は
粒子の落下軌跡、（Ｂ）は、粒子の密度分布を示してい
る。なお、図３、図４において、ｘ軸は粒子投入点から
の水平距離、ｙ軸は垂直距離を示す。図３及び図４
（Ａ）に示すように、太陽熱化学反応炉１２は、太陽光
４を下向きに通すように上面に気密に設けられた透過窓
１３ａと、外周部で疎、中央部で密に粒子を自由落下さ
せるように放射状かつ内方が下向きに設けられた複数の
粒子投入管１３ｂとを備えている。
【００２１】この構成により、図４（Ｂ）に示すよう
に、粒子投入管１３ｂから反応用粒子５を供給すること
により、反応初期の投入口近傍では粒子を疎にでき、逆
に反応完了する炉心部では放射状から投入された粒子が
集まるため粒子分布を密にできる。反応粒子５（石炭と
マグネタイトの混合物）は、反応初期には大きく、反応
が完了する末期には反応物がガス化して小さくなるの
で、初期の大きい粒子を疎に分布させて粒子の影に位置
しないようにして反応を促進し、末期の小さい粒子は密
に配置しても粒子の影部分が少ないため相互の影響が少
なく同様に効率よく反応させることができる。従って粒
子全体に効率よく太陽光を照射することができ、コンパ
クトな反応炉とすることができ、かつ未反応粒子の必要
循環量も少なくすることができる。
に、粒子投入管１３ｂから反応用粒子５を供給すること
により、反応初期の投入口近傍では粒子を疎にでき、逆
に反応完了する炉心部では放射状から投入された粒子が
集まるため粒子分布を密にできる。反応粒子５（石炭と
マグネタイトの混合物）は、反応初期には大きく、反応
が完了する末期には反応物がガス化して小さくなるの
で、初期の大きい粒子を疎に分布させて粒子の影に位置
しないようにして反応を促進し、末期の小さい粒子は密
に配置しても粒子の影部分が少ないため相互の影響が少
なく同様に効率よく反応させることができる。従って粒
子全体に効率よく太陽光を照射することができ、コンパ
クトな反応炉とすることができ、かつ未反応粒子の必要
循環量も少なくすることができる。
【００２２】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できる
ことは勿論である。
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できる
ことは勿論である。
【００２３】
【発明の効果】上述したように、本発明の太陽光利用還
元反応器は、太陽光を利用して化石燃料等を効率的に還
元することができ、かつ粒子に効率よく太陽光を照射で
き、これにより粒子の反応効率を高め、反応炉をコンパ
クト化しかつ未反応粒子の循環量も低減できる、等の優
れた効果を有する。
元反応器は、太陽光を利用して化石燃料等を効率的に還
元することができ、かつ粒子に効率よく太陽光を照射で
き、これにより粒子の反応効率を高め、反応炉をコンパ
クト化しかつ未反応粒子の循環量も低減できる、等の優
れた効果を有する。
【図１】本発明の太陽光利用還元反応器を備えた石炭ガ
ス化装置の構成図である。
ス化装置の構成図である。
【図２】本発明の太陽光利用還元反応器の構成図であ
る。
る。
【図３】本発明の太陽熱化学反応炉の構成図である。
【図４】太陽熱化学反応炉の機能説明図である。
【図５】従来の太陽光利用還元反応器の構成図である。
１ ヘリオスタット ２ タワーに設けられた反射ミラー ３ ＣＰＣ ４ 太陽光 ５ 石炭とマグネタイトの混合粒子 １０ 太陽光利用還元反応器 １２ 太陽熱化学反応炉 １３ａ 透過窓 １３ｂ 粒子投入管 １４ 水素発生反応炉 １６ 磁気分離器 １８ リサイクルライン
Claims (3)
- 【請求項１】 石炭と酸化物の混合粒子に光を照射して
石炭の還元反応を起こさせる光化学反応炉と、前記石炭
の還元反応で生じた還元物を水蒸気との反応により酸化
物に戻し同時に水素を発生させる水素発生反応炉と、を
備えたことを特徴とする光利用還元反応器。 - 【請求項２】 石炭とマグネタイトの混合粒子に太陽光
を照射して石炭の還元反応を起こさせる太陽熱化学反応
炉と、前記石炭の還元反応で生じたウスタイトを水蒸気
との反応によりマグネタイトに戻し同時に水素を発生さ
せる水素発生反応炉と、を備えたことを特徴とする太陽
光利用還元反応器。 - 【請求項３】 前記太陽熱化学反応炉は、太陽光を下向
きに通すように上面に気密に設けられた透過窓と、外周
部で疎、中央部で密に粒子を自由落下させるように放射
状かつ内方が下向きに設けられた複数の粒子投入管と、
を備え、粒子投入管から反応用粒子を供給しこれに透過
窓を通して太陽光を粒子に照射して反応させる、ことを
特徴とする請求項２に記載の太陽光利用還元反応器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9083524A JPH10279955A (ja) | 1997-04-02 | 1997-04-02 | 太陽光利用還元反応器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9083524A JPH10279955A (ja) | 1997-04-02 | 1997-04-02 | 太陽光利用還元反応器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10279955A true JPH10279955A (ja) | 1998-10-20 |
Family
ID=13804879
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9083524A Pending JPH10279955A (ja) | 1997-04-02 | 1997-04-02 | 太陽光利用還元反応器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10279955A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013096813A1 (en) * | 2011-12-22 | 2013-06-27 | University Of Florida Research Foundation, Inc. | Solar thermochemical reactor, methods of manufacture and use thereof and thermogravimeter |
| JP2013131665A (ja) * | 2011-12-22 | 2013-07-04 | Tamotsu Yokoo | シリコン回収方法 |
| US9776154B2 (en) | 2012-12-21 | 2017-10-03 | University Of Florida Research Foundation, Inc. | Material comprising two different non-metallic parrticles having different particle sizes for use in solar reactor |
| US9966171B2 (en) | 2011-07-08 | 2018-05-08 | University Of Florida Research Foundation, Inc. | Porous stabilized beds, methods of manufacture thereof and articles comprising the same |
| US10239036B2 (en) | 2011-12-22 | 2019-03-26 | University Of Florida Research Foundation | Solar thermochemical reactor, methods of manufacture and use thereof and thermogravimeter |
| US10906017B2 (en) | 2013-06-11 | 2021-02-02 | University Of Florida Research Foundation, Inc. | Solar thermochemical reactor and methods of manufacture and use thereof |
-
1997
- 1997-04-02 JP JP9083524A patent/JPH10279955A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9966171B2 (en) | 2011-07-08 | 2018-05-08 | University Of Florida Research Foundation, Inc. | Porous stabilized beds, methods of manufacture thereof and articles comprising the same |
| US10991490B2 (en) | 2011-07-08 | 2021-04-27 | University Of Florida Research Foundation, Inc. | Porous stabilized beds, methods of manufacture thereof and articles comprising the same |
| US11705255B2 (en) | 2011-07-08 | 2023-07-18 | University Of Florida Research Foundation, Inc. | Porous stabilized beds, methods of manufacture thereof and articles comprising the same |
| US12119148B2 (en) | 2011-07-08 | 2024-10-15 | University Of Florida Research Foundation, Inc. | Porous stabilized beds, methods of manufacture thereof and articles comprising the same |
| WO2013096813A1 (en) * | 2011-12-22 | 2013-06-27 | University Of Florida Research Foundation, Inc. | Solar thermochemical reactor, methods of manufacture and use thereof and thermogravimeter |
| JP2013131665A (ja) * | 2011-12-22 | 2013-07-04 | Tamotsu Yokoo | シリコン回収方法 |
| US9669379B2 (en) | 2011-12-22 | 2017-06-06 | University Of Florida Research Foundation, Inc | Solar thermochemical reactor, methods of manufacture and use thereof and thermogravimeter |
| US10239036B2 (en) | 2011-12-22 | 2019-03-26 | University Of Florida Research Foundation | Solar thermochemical reactor, methods of manufacture and use thereof and thermogravimeter |
| US10239035B2 (en) | 2011-12-22 | 2019-03-26 | University Of Florida Research Foundation, Inc. | Solar thermochemical reactor, methods of manufacture and use thereof and thermogravimeter |
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| US10906017B2 (en) | 2013-06-11 | 2021-02-02 | University Of Florida Research Foundation, Inc. | Solar thermochemical reactor and methods of manufacture and use thereof |
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