JPWO2020203087A1 - Hydrocarbon combustion system - Google Patents
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Abstract
炭化水素燃焼システム(100)は、再生可能エネルギーから生成される電力を用いて水素を生成する電解装置(106)と、電解装置(106)で生成された水素と、二酸化炭素を用いて炭化水素を生成する炭化水素生成装置(108)と、炭化水素生成装置(108)で生成された炭化水素を貯留する炭化水素貯留部(112)と、炭化水素貯留部(112)から取り出された炭化水素を燃焼させる密閉式燃焼器(114)と、炭化水素が燃焼することで生じる二酸化炭素と水を分離し、二酸化炭素を炭化水素生成装置(108)に送出するとともに水を電解装置(106)に送出する気液分離部(116)と、を備える。The hydrocarbon combustion system (100) uses an electrolytic device (106) that generates hydrogen using electric power generated from renewable energy, hydrogen generated by the electrolytic device (106), and hydrocarbons using carbon dioxide. (108), a hydrocarbon storage unit (112) for storing the hydrocarbons generated by the hydrocarbon generation equipment (108), and a hydrocarbon taken out from the hydrocarbon storage unit (112). A closed-type combustor (114) that burns hydrocarbons, separates carbon dioxide and water generated by the combustion of hydrocarbons, sends carbon dioxide to the hydrocarbon generator (108), and transfers water to the electrolytic device (106). It is provided with a gas-liquid separation unit (116) to be sent out.
Description
本開示は、炭化水素燃焼システムに関する。本出願は2019年4月1日に提出された日本特許出願第2019−069808号に基づく優先権の利益を主張するものであり、その内容は、本出願に援用される。 The present disclosure relates to a hydrocarbon combustion system. This application claims the benefit of priority under Japanese Patent Application No. 2019-06988 filed on April 1, 2019, the contents of which are incorporated herein by reference.
特許文献1には、再生可能エネルギーを用いて電力を生成し、生成した電力を用いて電気ヒータにより熱を生成することについて開示がある。しかし、再生可能エネルギーによる発電は、時間帯によって発電量が変動し、必ずしも熱需要と供給のタイミングが一致しないという問題がある。 Patent Document 1 discloses that electric power is generated by using renewable energy and heat is generated by an electric heater using the generated electric power. However, power generation using renewable energy has a problem that the amount of power generation fluctuates depending on the time of day, and the timing of heat supply and demand does not always match.
一方、特許文献2には、再生可能エネルギーを用いて電力を生成し、生成した電力を用いてエレクトライザーにより水素を生成し、生成した水素を用いてメタネーション反応器によりメタンを生成することについて開示がある。生成したメタンを貯蔵し、必要に応じて貯蔵したメタンを燃焼させることができれば、時間帯によらず熱需要を満たすことができる。 On the other hand, Patent Document 2 describes that electric power is generated by using renewable energy, hydrogen is generated by an electrifier using the generated electric power, and methane is generated by a metanation reactor using the generated hydrogen. There is disclosure. If the generated methane can be stored and the stored methane can be burned as needed, the heat demand can be satisfied regardless of the time of day.
しかし、特許文献2では、エレクトライザーにより水素を生成するために、水が必要である。つまり、特許文献2では、再生可能エネルギーを用いて水素を生成する際にエレクトライザーに水を随時供給する必要がある。この水は、不純物の析出によるエレクトライザーの性能低下等を防止するために、事前に不純物を取り除いておく必要がある。また、二酸化炭素を系外から供給する場合、燃焼排ガスからの二酸化炭素の回収には、アミン吸収などの化学吸収法の他、物理吸収法、膜分離法などが適用可能であるが、二酸化炭素を分離するためには多大なエネルギーを要する。したがって、特許文献2では、特許文献1の電気ヒータにより熱を生成する場合に比べて、コストが増大するという問題があった。 However, in Patent Document 2, water is required to generate hydrogen by the electrizer. That is, in Patent Document 2, it is necessary to supply water to the electrizer at any time when hydrogen is generated using renewable energy. It is necessary to remove impurities from this water in advance in order to prevent deterioration of the performance of the electrizer due to precipitation of impurities. When carbon dioxide is supplied from outside the system, a chemical absorption method such as amine absorption, a physical absorption method, a membrane separation method, etc. can be applied to recover carbon dioxide from combustion exhaust gas. It takes a lot of energy to separate. Therefore, Patent Document 2 has a problem that the cost increases as compared with the case where heat is generated by the electric heater of Patent Document 1.
本開示は、熱を生成する際のコストを低減することが可能な炭化水素燃焼システムを提供することを目的とする。 It is an object of the present disclosure to provide a hydrocarbon combustion system capable of reducing the cost of generating heat.
上記課題を解決するために、本開示の一側面としての炭化水素燃焼システムは、再生可能エネルギーから生成される電力を用いて水素を生成する電解装置と、電解装置で生成された水素と、二酸化炭素を用いて炭化水素を生成する炭化水素生成装置と、炭化水素生成装置で生成された炭化水素を貯留する炭化水素貯留部と、炭化水素貯留部から取り出された炭化水素を燃焼させる密閉式燃焼器と、炭化水素が燃焼することで生じる二酸化炭素と水を分離し、二酸化炭素を炭化水素生成装置に送出するとともに水を電解装置に送出する分離部と、を備える。 In order to solve the above problems, the hydrocarbon combustion system as one aspect of the present disclosure includes an electrolytic device that generates hydrogen using electric power generated from renewable energy, hydrogen generated by the electrolytic device, and dioxide. A hydrocarbon generator that uses carbon to generate hydrocarbons, a hydrocarbon reservoir that stores the hydrocarbons generated by the hydrocarbon generator, and a closed combustion that burns the hydrocarbons taken out of the hydrocarbon reservoir. It is provided with a container and a separation unit that separates carbon dioxide and water generated by burning hydrocarbons and sends carbon dioxide to a hydrocarbon generator and water to an electrolytic device.
分離部から送出された二酸化炭素を貯留する酸化炭素貯留部をさらに備えてもよい。 A carbon oxide storage unit for storing carbon dioxide delivered from the separation unit may be further provided.
炭化水素生成装置、炭化水素貯留部、密閉式燃焼器、分離部を循環する二酸化炭素の量を制御する酸化炭素供給制御部をさらに備えてもよい。 It may further include a hydrocarbon generator, a hydrocarbon reservoir, a closed combustor, and a carbon oxide supply control unit that controls the amount of carbon dioxide circulating in the separation unit.
分離部から送出された水を貯留する水貯留部をさらに備えてもよい。 A water storage unit for storing water sent from the separation unit may be further provided.
電解装置、密閉式燃焼器、分離部を循環する水の量を制御する水供給制御部をさらに備えてもよい。 It may further include an electrolyzer, a closed combustor, and a water supply control unit that controls the amount of water circulating in the separation unit.
上記課題を解決するために、本開示の他の一側面としての炭化水素燃焼システムは、再生可能エネルギーから生成される電力を用いて水素および一酸化炭素を生成する電解装置と、電解装置で生成された水素と一酸化炭素を用いて炭化水素を生成する炭化水素生成装置と、炭化水素生成装置で生成された炭化水素を貯留する炭化水素貯留部と、炭化水素貯留部から取り出された炭化水素を燃焼させ、二酸化炭素および水を電解装置に送出する密閉式燃焼器と、を備える。 In order to solve the above problems, the hydrocarbon combustion system as another aspect of the present disclosure is generated by an electrolytic device that generates hydrogen and carbon monoxide using electric power generated from renewable energy, and an electrolytic device. A hydrocarbon generator that generates hydrocarbons using the generated hydrogen and carbon monoxide, a hydrocarbon reservoir that stores the hydrocarbons generated by the hydrocarbon generator, and a hydrocarbon taken out from the hydrocarbon reservoir. It is provided with a closed-type combustor, which burns the hydrocarbon and sends carbon dioxide and water to the electrolytic device.
密閉式燃焼器から送出された二酸化炭素および水を貯留する燃焼ガス貯留部をさらに備えてもよい。 A combustion gas storage unit for storing carbon dioxide and water delivered from the closed combustor may be further provided.
電解装置、炭化水素生成装置、炭化水素貯留部、密閉式燃焼器を循環する二酸化炭素および水の量を制御する燃焼ガス供給制御部と、をさらに備えてもよい。 It may further include an electrolyzer, a hydrocarbon generator, a hydrocarbon reservoir, and a combustion gas supply control unit that controls the amount of carbon dioxide and water circulating in the closed combustor.
炭化水素生成装置で生成された熱を炭化水素貯留部に供給する熱供給部をさらに備えてもよい。 A heat supply unit may be further provided to supply the heat generated by the hydrocarbon generator to the hydrocarbon storage unit.
密閉式燃焼器で生成された熱を炭化水素貯留部に供給する熱供給部をさらに備えてもよい。 A heat supply unit may be further provided to supply the heat generated by the closed combustor to the hydrocarbon storage unit.
密閉式燃焼器の下流側から排出される燃焼ガスの一部を密閉式燃焼器の上流側に還流させる循環配管をさらに備えてもよい。 A circulation pipe for returning a part of the combustion gas discharged from the downstream side of the closed combustor to the upstream side of the closed combustor may be further provided.
本開示によれば、炭化水素燃焼システムは、熱を生成する際のコストを低減することができる。 According to the present disclosure, the hydrocarbon combustion system can reduce the cost of generating heat.
以下に添付図面を参照しながら、本開示の実施形態について詳細に説明する。実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。 The embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, and other specific numerical values shown in the embodiments are merely examples for facilitating understanding, and the present disclosure is not limited unless otherwise specified. In the present specification and the drawings, elements having substantially the same function and configuration are designated by the same reference numerals, so that duplicate description will be omitted. In addition, elements not directly related to the present disclosure are not shown.
[第1実施形態]
図1は、第1実施形態における炭化水素燃焼システム100の概略的な構成を説明する図である。図1中、実線の矢印は、気体あるいは液体の流れを示す。図1中、破線矢印は、信号の流れを示す。図1に示すように、炭化水素燃焼システム100は、酸化炭素貯留部102と、水貯留部104と、電解装置106と、炭化水素生成装置108と、気液分離部110と、炭化水素貯留部112と、密閉式燃焼器114と、気液分離部(分離部)116とを備える。[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a
酸化炭素貯留部102は、酸化炭素を貯留する。酸化炭素貯留部102には、炭化水素燃焼システム100を初めて稼働させる前に、予め所定量の酸化炭素が貯留される。ただし、酸化炭素貯留部102には、炭化水素燃焼システム100を初めて稼働させる際に、所定量の酸化炭素が外部から供給されるようにしてもよい。第1実施形態において、酸化炭素貯留部102は、酸化炭素として、二酸化炭素(CO2)を貯留する。ただし、これに限定されず、酸化炭素貯留部102は、酸化炭素として、一酸化炭素(CO)を貯留してもよい。酸化炭素貯留部102と炭化水素生成装置108との間には、第1配管118が配される。第1配管118は、酸化炭素貯留部102と炭化水素生成装置108とを連通させる。酸化炭素貯留部102は、第1配管118を介して炭化水素生成装置108に酸化炭素(図1中、CO2)を供給する。The carbon
水貯留部104は、水(第1実施形態では、液体の水あるいは水蒸気:H2O)を貯留する。水貯留部104には、炭化水素燃焼システム100を初めて稼働させる前に、予め所定量の水が貯留される。ただし、水貯留部104には、炭化水素燃焼システム100を初めて稼働させる際に、所定量の水が外部から供給されるようにしてもよい。水貯留部104と電解装置106との間には、第2配管120が配される。第2配管120は、水貯留部104と電解装置106とを連通させる。水貯留部104は、第2配管120を介して電解装置106に水(図1中、2H2O(4H2O))を供給する。
後述するように、第1実施形態において、炭化水素燃焼システム100は、運転開始後の経過時間に応じて、水貯留部104から電解装置106に供給する水の量を変化させる。具体的に、炭化水素燃焼システム100は、運転開始時において、水貯留部104から電解装置106に図1に括弧で示す4H2Oの水を供給させる。また、炭化水素燃焼システム100は、運転開始後の密閉式燃焼器114の稼働後において、水貯留部104から電解装置106に図1に示す2H2Oの水を供給させる。As will be described later, in the first embodiment, the
電解装置106は、再生可能エネルギーから電力を生成する不図示の発電装置に接続される。電解装置106には、不図示の発電装置から電力が供給される。また、電解装置106には、炭化水素燃焼システム100の運転開始時(初期時)において、水貯留部104から水(図1中、4H2O)が供給される。電解装置106は、供給された電力および水から、水素(図1中、4H2)および酸素(図1中、2O2)を生成する。The
電解装置106と炭化水素生成装置108との間には、第3配管122が配される。第3配管122は、電解装置106と炭化水素生成装置108とを連通させる。電解装置106は、第3配管122を介して炭化水素生成装置108に水素(図1中、4H2)を供給する。A
電解装置106と密閉式燃焼器114との間には、第4配管124が配される。第4配管124は、電解装置106と密閉式燃焼器114とを連通させる。電解装置106は、第4配管124を介して密閉式燃焼器114に酸素(図1中、2O2)を供給する。A
炭化水素生成装置108は、供給された水素(図1中、4H2)と酸化炭素(図1中、CO2)から、炭化水素(図1中、CH4)および水(図1中、2H2O)を生成する。炭化水素生成装置108は、例えば、メタネーション反応器(サバティエ反応器)である。第1実施形態において、炭化水素生成装置108は、メタン(図1中、CH4)および水蒸気(図1中、2H2O)を生成している。しかし、これに限定されず、炭化水素生成装置108は、エタン、プロパン、ブタン等、メタンと異なる炭化水素(可燃性ガス)を生成してもよい。The
炭化水素生成装置108と気液分離部110との間には、第5配管126が配される。第5配管126は、炭化水素生成装置108と気液分離部110とを連通させる。炭化水素生成装置108は、第5配管126を介して気液分離部110に炭化水素(メタン:図1中、CH4)および水(水蒸気:図1中、2H2O)を供給する。A
第1実施形態において、第5配管126には、不図示の冷却装置が配される。冷却装置は、第5配管126を流通する炭化水素(メタン:図1中、CH4)および水(水蒸気:図1中、2H2O)を冷却する。冷却装置は、炭化水素(メタン)を液化させずに、水(水蒸気)を液化させる温度にまで冷却する。水蒸気は、冷却装置に冷却されることで液体の水になる。In the first embodiment, a cooling device (not shown) is arranged in the
気液分離部110は、供給された炭化水素(メタン)および水を気液分離する。気液分離部110と炭化水素貯留部112との間には、第6配管128が配される。第6配管128は、気液分離部110と炭化水素貯留部112とを連通させる。気液分離部110は、第6配管128を介して炭化水素貯留部112に、分離した炭化水素(図1中、CH4)を供給する。The gas-
気液分離部110と電解装置106との間には、第7配管130が配される。第7配管130は、気液分離部110と電解装置106とを連通させる。気液分離部110は、第7配管130を介して電解装置106に、分離した水(図1中、2H2O)を供給(返送)する。A
炭化水素貯留部112は、供給された炭化水素(図1中、CH4)を貯留する。炭化水素貯留部112と密閉式燃焼器114との間には、第8配管132が配される。第8配管132は、炭化水素貯留部112と密閉式燃焼器114とを連通させる。炭化水素貯留部112は、第8配管132を介して密閉式燃焼器114に炭化水素(図1中、CH4)を供給する。The
ところで、再生可能エネルギーによる発電は、時間帯によって発電量が変動する。このため、電気ヒータにより熱を生成する場合、熱需要と供給のタイミングが必ずしも一致しないという問題がある。そこで、炭化水素燃焼システム100は、再生可能エネルギーを基に生成された炭化水素を貯留する炭化水素貯留部112を備えている。 By the way, the amount of power generated by renewable energy fluctuates depending on the time of day. Therefore, when heat is generated by an electric heater, there is a problem that the timings of heat demand and supply do not always match. Therefore, the
炭化水素貯留部112は、再生可能エネルギーを基に生成された炭化水素を貯留および開放(放出)することができる。したがって、炭化水素貯留部112は、熱需要が小さいときに、生成された炭化水素を貯留し、熱需要が大きいときに、貯留した炭化水素を開放することができる。 The
その結果、炭化水素燃焼システム100は、炭化水素貯留部112に貯蔵された炭化水素を、必要に応じて任意のタイミングおよび任意の量で密閉式燃焼器114に供給し燃焼させることができる。したがって、炭化水素燃焼システム100は、時間帯によらず熱需要を満たすことができる。すなわち、炭化水素燃焼システム100は、再生可能エネルギーを基に生成された炭化水素を貯留し、必要に応じて貯留した炭化水素を密閉式燃焼器114に供給することで、熱需要と供給のタイミングを一致させることができる。 As a result, the
密閉式燃焼器114は、炭化水素貯留部112から取り出された炭化水素(図1中、CH4)および酸素(図1中、2O2)を混合し、燃焼させる。密閉式燃焼器114は、例えば、ラジアントチューブバーナである。密閉式燃焼器114は、燃料ガス(炭化水素と酸素の混合気)を燃焼させることで、熱を生成する。密閉式燃焼器114で生成された熱は、例えば、熱処理に用いられる。具体的に、密閉式燃焼器114で生成された熱は、加熱炉内のワークを加熱するために用いられる。The closed combustor 114 mixes and burns the hydrocarbon (CH 4 in FIG. 1) and oxygen (2O 2 in FIG. 1) taken out from the
密閉式燃焼器114は、燃料ガス(炭化水素と酸素の混合気)を燃焼させた際に、酸化炭素(二酸化炭素:図1中、CO2)および水(水蒸気:図1中、2H2O)を生成する。密閉式燃焼器114と気液分離部116との間には、第9配管134が配される。第9配管134は、密閉式燃焼器114と気液分離部116とを連通させる。密閉式燃焼器114は、第9配管134を介して気液分離部116に酸化炭素(図1中、CO2)および水(図1中、2H2O)を供給する。When the fuel gas (mixture of hydrocarbon and oxygen) is burned, the closed combustor 114 contains carbon oxide (carbon dioxide: CO 2 in FIG. 1) and water (water vapor: 2H 2 O in FIG. 1). ) Is generated. A
第1実施形態において、第9配管134には、不図示の冷却装置が配される。冷却装置は、第9配管134を流通する酸化炭素(二酸化炭素:図1中、CO2)および水(水蒸気:図1中、2H2O)を冷却する。冷却装置は、酸化炭素(二酸化炭素)を液化させずに、水(水蒸気)を液化させる温度まで冷却する。水蒸気は、冷却装置に冷却されることで液体の水になる。In the first embodiment, a cooling device (not shown) is arranged in the
気液分離部116は、供給された酸化炭素(二酸化炭素)および水を気液分離する。つまり、気液分離部116は、密閉式燃焼器114で燃料ガス(炭化水素と酸素の混合気)が燃焼することで生じる酸化炭素(二酸化炭素)および水を分離する。気液分離部116と酸化炭素貯留部102との間には、第10配管136が配される。第10配管136は、気液分離部116と酸化炭素貯留部102とを連通させる。気液分離部116は、第10配管136を介して酸化炭素貯留部102に、分離した酸化炭素(図1中、CO2)を供給(送出)する。酸化炭素貯留部102は、密閉式燃焼器114で生成された酸化炭素を貯留することができ、炭化水素生成装置108の駆動時に必要な酸化炭素を、任意のタイミングで炭化水素生成装置108に供給することができる。The gas-
気液分離部116と水貯留部104との間には、第11配管138が配される。第11配管138は、気液分離部116と水貯留部104とを連通させる。気液分離部116は、第11配管138を介して水貯留部104に、分離した水(図1中、2H2O)を供給(送出)する。水貯留部104は、密閉式燃焼器114で生成された水(水蒸気)を貯留することができ、電解装置106の駆動時に必要な水を、任意のタイミングで電解装置106に供給することができる。The
このように、炭化水素燃焼システム100は、密閉式燃焼器114で生じる酸化炭素(二酸化炭素:CO2)を酸化炭素貯留部102(炭化水素生成装置108)に、密閉式燃焼器114で生じる水(H2O)を水貯留部104(電解装置106)に返送する。これにより、炭化水素燃焼システム100は、酸化炭素および水を分解、合成させた物質が循環するクローズドサイクルを形成する。なお、クローズドサイクル内の圧力は、第1実施形態では、大気圧である。ただし、これに限定されず、クローズドサイクル内の圧力は、大気圧より大きくてもよい。クローズドサイクル内の圧力を大気圧より大きくすることで、炭化水素生成装置108における炭化水素の生成効率、および、密閉式燃焼器114における燃焼効率を向上させることができる。As described above, the
また、炭化水素燃焼システム100は、制御装置140と、酸化炭素バルブ142と、水バルブ144と、炭化水素バルブ146と、酸素バルブ148とを備える。制御装置140は、中央処理装置(CPU)、プログラム等が格納されたROM、ワークエリアとしてのRAM等を含むマイクロコンピュータでなる。制御装置140は、炭化水素燃焼システム100全体を制御する。 The
図2は、第1実施形態の制御装置140の概略的な構成を示すブロック図である。図2に示すように、第1実施形態において、制御装置140は、酸化炭素供給制御部140aと、水供給制御部140bと、炭化水素供給制御部140cと、酸素供給制御部140dとして機能する。 FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of the
酸化炭素供給制御部140aは、不図示のアクチュエータを介して酸化炭素バルブ142の開度を制御する。酸化炭素供給制御部140aは、酸化炭素バルブ142を閉状態あるいは開状態に制御することができる。 The carbon oxide
水供給制御部140bは、不図示のアクチュエータを介して水バルブ144の開度を制御する。水供給制御部140bは、水バルブ144を閉状態あるいは開状態に制御することができる。 The water
炭化水素供給制御部140cは、不図示のアクチュエータを介して炭化水素バルブ146の開度を制御する。炭化水素供給制御部140cは、炭化水素バルブ146を閉状態あるいは開状態に制御することができる。 The hydrocarbon
酸素供給制御部140dは、不図示のアクチュエータを介して酸素バルブ148の開度を制御する。酸素供給制御部140dは、酸素バルブ148を閉状態あるいは開状態に制御することができる。 The oxygen
図1に戻り、酸化炭素バルブ142は、第1配管118に配される。酸化炭素バルブ142は、制御装置140により開度が制御されることで、酸化炭素貯留部102から炭化水素生成装置108に供給される酸化炭素(図1中、CO2)の量を調整する。Returning to FIG. 1, the
水バルブ144は、第2配管120に配される。水バルブ144は、制御装置140により開度が制御されることで、水貯留部104から電解装置106に供給される水(図1中、2H2O(4H2O))の量を調整する。The
炭化水素バルブ146は、第8配管132に配される。炭化水素バルブ146は、制御装置140により開度が制御されることで、炭化水素貯留部112から密閉式燃焼器114に供給される炭化水素(図1中、CH4)の量を調整する。The
酸素バルブ148は、第4配管124に配される。酸素バルブ148は、制御装置140により開度が制御されることで、電解装置106から密閉式燃焼器114に供給される酸素(図1中、2O2)の量を調整する。The
すなわち、炭化水素バルブ146は、再生可能エネルギーを基に生成された炭化水素(図1中、CH4)の密閉式燃焼器114への供給量を調整することができる。炭化水素バルブ146は、熱需要が小さいときに密閉式燃焼器114への炭化水素の供給量を小さくすることで、炭化水素貯留部112に炭化水素を貯留させることができる。また、炭化水素バルブ146は、熱需要が大きいときに、貯留された炭化水素を開放し、密閉式燃焼器114に供給する炭化水素の量を大きくすることで、熱需要を満たすことができる。That is, the
つぎに、炭化水素燃焼システム100の作用および動作について説明する。炭化水素燃焼システム100の運転が開始されると、酸化炭素供給制御部140aは、酸化炭素バルブ142を開状態に制御し、酸化炭素貯留部102に貯められている酸化炭素(図1中、CO2)を炭化水素生成装置108に供給させる。Next, the operation and operation of the
また、水供給制御部140bは、水バルブ144を開状態に制御し、水貯留部104に貯められている水(図1中、4H2O)を電解装置106に供給させる。Further, the water
上述したように、電解装置106には、不図示の発電装置から電力が供給される。電解装置106は、水(図1中、4H2O)に電圧を加えることで、水素(図1中、4H2)と酸素(図1中、2O2)に分解する。電解装置106は、水素(図1中、4H2)を炭化水素生成装置108に供給し、酸素(図1中、2O2)を密閉式燃焼器114に供給する。As described above, the
炭化水素生成装置108には、メタネーション反応(4H2 + CO2 → CH4
+ 2H2O)を活性化させる触媒(例えば、ニッケル(Ni)系触媒、ルテニウム(Ru)系触媒、白金(Pt)系触媒等)が収容されている。炭化水素生成装置108には、不図示の加熱装置が配されている。加熱装置は、制御装置140により温度制御され、炭化水素生成装置108を所定の触媒活性化温度(温度条件)に達するまで加熱する。炭化水素生成装置108は、所定の触媒活性化温度に加熱されると、触媒により酸化炭素(図1中、CO2)および水素(図1中、4H2)を反応させ、炭化水素(図1中、CH4)および水(図1中、2H2O)を生成する。The
A catalyst that activates + 2H 2 O) (for example, a nickel (Ni) -based catalyst, a ruthenium (Ru) -based catalyst, a platinum (Pt) -based catalyst, etc.) is contained. A heating device (not shown) is arranged in the
炭化水素生成装置108は、炭化水素および水を気液分離部110に供給する。このとき、炭化水素および水は、不図示の冷却装置により冷却され、水は、気体(水蒸気)から液体(水)に変換される。 The
気液分離部110は、炭化水素(図1中、CH4)と、水(図1中、2H2O)を気液分離する。気液分離部110は、分離した炭化水素(図1中、CH4)を炭化水素貯留部112に供給し、分離した水(図1中、2H2O)を電解装置106に供給する。The gas-
炭化水素貯留部112は、炭化水素バルブ146が閉状態である場合、炭化水素(図1中、CH4)を貯留する。炭化水素貯留部112は、炭化水素バルブ146が開状態である場合、内部に貯められた炭化水素(図1中、CH4)を密閉式燃焼器114に供給する。 The hydrocarbon storage unit 112 stores hydrocarbons (CH 4 in FIG. 1) when the
炭化水素供給制御部140cは、需要者の熱需要(例えば、加熱炉の熱処理に要する熱量)に応じて、炭化水素バルブ146の開度を制御する。炭化水素バルブ146の開度が制御されることで、炭化水素貯留部112から密閉式燃焼器114に供給される炭化水素の量が制御(調整)される。 The hydrocarbon
このとき、酸素供給制御部140dは、炭化水素バルブ146の開度(すなわち、炭化水素の供給量)に応じて、酸素バルブ148の開度(すなわち、酸素の供給量)を制御する。例えば、酸素供給制御部140dは、密閉式燃焼器114で燃料が燃焼された後の燃焼ガス中に残存する酸素(O2)が低減される(なくなる)ように酸素バルブ148の開度を調整(制御)する。At this time, the oxygen
密閉式燃焼器114は、炭化水素貯留部112から供給される炭化水素(図1中、CH4)、および、電解装置106から供給される酸素(図1中、2O2)を燃焼させる。密閉式燃焼器114は、炭化水素(図1中、CH4)および酸素(2O2)を燃焼させることで、熱を生成する。密閉式燃焼器114は、炭化水素(図1中、CH4)および酸素(2O2)を燃焼させることで、酸化炭素(図1中、CO2)および水(2H2O)を生成する。The closed combustor 114 burns the hydrocarbon supplied from the hydrocarbon storage unit 112 (CH 4 in FIG. 1) and the oxygen supplied from the electrolyzer 106 (2O 2 in FIG. 1). The closed combustor 114 generates heat by burning hydrocarbons (CH 4 in FIG. 1) and oxygen (2O 2). The closed combustor 114 produces carbon oxide (CO 2 in FIG. 1) and water (2H 2 O) by burning hydrocarbons (CH 4 in FIG. 1) and oxygen (2O 2).
密閉式燃焼器114は、生成した熱を不図示の熱需要部(例えば、加熱炉)に供給する。密閉式燃焼器114は、生成した酸化炭素(図1中、CO2)および水(2H2O)を気液分離部116に供給する。このとき、酸化炭素および水は、不図示の冷却装置により冷却され、水は、気体(水蒸気)から液体(水)に変換される。The closed combustor 114 supplies the generated heat to a heat demand unit (for example, a heating furnace) (not shown). The closed combustor 114 supplies the generated carbon oxide (CO 2 in FIG. 1) and water (2H 2 O) to the gas-
気液分離部116は、酸化炭素(図1中、CO2)と、水(図1中、2H2O)を気液分離する。気液分離部116は、分離した酸化炭素(図1中、CO2)を酸化炭素貯留部102に供給し、分離した水(図1中、2H2O)を水貯留部104に供給する。The gas-
酸化炭素供給制御部140aは、密閉式燃焼器114の稼働後、酸化炭素バルブ142の開度(開状態)を維持する。酸化炭素バルブ142の開度が維持されることで、気液分離部116から酸化炭素貯留部102に供給される酸化炭素(図1中、CO2)は、酸化炭素貯留部102から炭化水素生成装置108に供給される。このように、密閉式燃焼器114で生成された酸化炭素(図1中、CO2)は、気液分離部116、酸化炭素貯留部102および酸化炭素バルブ142を介して、炭化水素生成装置108に供給されることとなる。The carbon oxide
水供給制御部140bは、密閉式燃焼器114の稼働後、水バルブ144の開度を開状態のまま小さくする。水バルブ144が開状態のまま維持されることで、気液分離部116から水貯留部104に供給される水(図1中、2H2O)は、水貯留部104から電解装置106に供給される。このように、密閉式燃焼器114で生成された水(図1中、2H2O)は、気液分離部116、水貯留部104および水バルブ144を介して、電解装置106に供給されることとなる。After the operation of the closed combustor 114, the water
ここで、電解装置106には、気液分離部110から水(図1中、2H2O)が供給される。そのため、水供給制御部140bは、気液分離部110から供給される水(図1中、2H2O)の量に応じて、水バルブ144の開度を小さく制御する。具体的に、水供給制御部140bは、水バルブ144の開度を小さく制御し、水貯留部104から電解装置106に供給される水の量を、炭化水素燃焼システム100の運転開始時に比べて大凡半分の量(図1中、4H2Oから2H2O)に低減させる。 Here, water (2H 2 O in FIG. 1) is supplied to the
電解装置106には、気液分離部110から供給される水(図1中、2H2O)と、水貯留部104から供給される水(図1中、2H2O)とが流入する。そのため、密閉式燃焼器114の稼働後に気液分離部110および水貯留部104から電解装置106に供給される水(4H2O = 2H2O+ 2H2O)の量は、炭化水素燃焼システム100の運転開始時に水貯留部104から電解装置106に供給される水(図1中、4H2O)の量と大凡等しくなる。Water supplied from the gas-liquid separation unit 110 (2H 2 O in FIG. 1) and water supplied from the water storage unit 104 (2H 2 O in FIG. 1) flow into the
このように、第1実施形態の炭化水素燃焼システム100は、密閉式燃焼器114で生成された酸化炭素(図1中、CO2)を炭化水素生成装置108に返送(送出)させている。また、炭化水素燃焼システム100は、密閉式燃焼器114で生成された水(図1中、2H2O)を電解装置106に返送(送出)させている。また、炭化水素燃焼システム100は、気液分離部110で分離した水(図1中、2H2O)を電解装置106に返送(送出)させている。As described above, the
これにより、炭化水素燃焼システム100は、電解装置106により水素および酸素を生成するために、炭化水素燃焼システム100の系外から電解装置106に水を随時供給する必要がなくなる。また、炭化水素燃焼システム100は、炭化水素生成装置108により炭化水素を生成するために、炭化水素燃焼システム100の系外から炭化水素生成装置108に酸化炭素を随時供給する必要がなくなる。したがって、炭化水素燃焼システム100は、密閉式燃焼器114により熱を生成する際に、炭化水素燃焼システム100の系外から水あるいは炭化水素を随時供給する場合に比べて、コストを低減することができる。 As a result, the
[第2実施形態]
図3は、第2実施形態における炭化水素燃焼システム200の概略的な構成を説明する図である。第1実施形態の炭化水素燃焼システム100と実質的に等しい構成要素については、同一符号を付して説明を省略する。第2実施形態の炭化水素燃焼システム200は、気液分離部110を備えていない点で、第1実施形態の炭化水素燃焼システム100と異なっている。[Second Embodiment]
FIG. 3 is a diagram illustrating a schematic configuration of the
炭化水素燃焼システム200は、第1実施形態の第5配管126および第6配管128の代わりに、第5配管226を備える。また、炭化水素燃焼システム200は、第1実施形態の第7配管130の代わりに、第7配管230を備える。炭化水素燃焼システム200は、第1実施形態の炭化水素貯留部112の代わりに、炭化水素貯留部212を備える。 The
炭化水素生成装置108と炭化水素貯留部212との間には、第5配管226が配される。第5配管226は、炭化水素生成装置108と炭化水素貯留部212とを連通させる。炭化水素生成装置108は、第5配管226を介して炭化水素貯留部212に、炭化水素(メタン:図3中、CH4)および水(水蒸気:図3中、2H2O)を供給する。A
図4は、炭化水素貯留部212の概略構成図である。図4に示すように、炭化水素貯留部212には、第5配管226から炭化水素(メタン:図4中、CH4)および水(水蒸気:図4中、2H2O)が供給される。FIG. 4 is a schematic configuration diagram of the
炭化水素貯留部212では、炭化水素(メタン)および水(水蒸気)が自然冷却され、水(水蒸気)が液化する。液化した水は、炭化水素貯留部212の鉛直下方に移動し、炭化水素貯留部212の底部に貯留される。ここで、炭化水素(メタン)は、自然冷却されても液化せずに、気体の状態を維持している。 In the
また、炭化水素貯留部212の鉛直下方には、第7配管230が配される。第7配管230は、炭化水素貯留部212と電解装置106とを連通させる。したがって、液化した水は、第7配管230に導入され、第7配管230を介して電解装置106(図3参照)に返送される。 Further, a
第7配管230は、略S字の湾曲部230aを有する。湾曲部230aには、常時、液化した水が貯留されている。つまり、第7配管230は、湾曲部230aが液化した水によってシール(水封)される。これにより、炭化水素貯留部212内の炭化水素(メタン)が第7配管230を介して電解装置106に供給されることを抑制することができる。 The
また、炭化水素貯留部212の鉛直上方には、第8配管132が配される。炭化水素貯留部212内の炭化水素は、第8配管132に導入され、第8配管132を介して密閉式燃焼器114(図3参照)に供給される。 Further, the
このように、第2実施形態の炭化水素燃焼システム200において、炭化水素生成装置108により生成された炭化水素(図3中、CH4)および水(図3中、2H2O)は、第5配管226および炭化水素貯留部212において自然冷却される。したがって、炭化水素燃焼システム200は、炭化水素生成装置108により生成された炭化水素(図3中、CH4)および水(図3中、2H2O)を冷却するための冷却装置を配さなくてもよい。このため、炭化水素燃焼システム200は、第1実施形態の炭化水素燃焼システム100と比べてコストを低減することができる。As described above, in the
[第3実施形態]
図5は、第3実施形態における炭化水素燃焼システム300の概略的な構成を説明する図である。第1実施形態の炭化水素燃焼システム100および第2実施形態の炭化水素燃焼システム200と実質的に等しい構成要素については、同一符号を付して説明を省略する。第3実施形態の炭化水素燃焼システム300は、反応熱供給部(熱供給部)302を備える点で、第1実施形態の炭化水素燃焼システム100および第2実施形態の炭化水素燃焼システム200と異なっている。[Third Embodiment]
FIG. 5 is a diagram illustrating a schematic configuration of the
図5に示すように、炭化水素生成装置108と炭化水素貯留部112との間には、反応熱供給部302が配される。反応熱供給部302は、炭化水素生成装置108および炭化水素貯留部112と接触している。ただし、反応熱供給部302は、炭化水素生成装置108および炭化水素貯留部112と接触していなくてもよい。例えば、反応熱供給部302は、炭化水素生成装置108より下流側にある部材(第5配管226)と、炭化水素貯留部112とを接触するようにしてもよい。反応熱供給部302は、例えば、銅、アルミニウム、グラファイトなどの伝熱部材で構成される。反応熱供給部302は、炭化水素生成装置108で生成された熱を炭化水素貯留部112に供給する。 As shown in FIG. 5, a reaction
炭化水素生成装置108では、炭化水素(第3実施形態では、メタン:CH4)が生成される。メタンを生成する際のメタネーション反応は、発熱反応である。反応熱供給部302は、炭化水素生成装置108で生じた反応熱の一部を炭化水素貯留部112に供給する。The
炭化水素貯留部112は、反応熱供給部302から供給された熱(反応熱)により加熱される。炭化水素貯留部112が加熱されると、炭化水素貯留部112内の液化した水(H2O)が気化する。The
上述したように、密閉式燃焼器114は、炭化水素(図5中、CH4)および酸素(図5中、2O2)を燃焼させる。このとき、密閉式燃焼器114の火炎温度は、非常に高い温度(例えば、3000℃以上の温度)となり、密閉式燃焼器114が溶損するおそれがある。As mentioned above, the closed combustor 114 burns hydrocarbons (CH 4 in FIG. 5) and oxygen (2O 2 in FIG. 5). At this time, the flame temperature of the closed combustor 114 becomes a very high temperature (for example, a temperature of 3000 ° C. or higher), and the closed combustor 114 may be melted.
そこで、第3実施形態において、炭化水素貯留部112は、反応熱供給部302から供給された熱により気化した水(水蒸気)を、密閉式燃焼器114に供給している。密閉式燃焼器114は、水蒸気が供給されると、供給された水蒸気の比熱分だけ温度が低下する。 Therefore, in the third embodiment, the
このように、第3実施形態において、炭化水素燃焼システム300は、反応熱供給部302を備える。これにより、炭化水素燃焼システム300は、密閉式燃焼器114に気化した水(水蒸気)を供給することができる。その結果、炭化水素燃焼システム300は、密閉式燃焼器114の温度を低下させることができ、密閉式燃焼器114の溶損を抑制することができる。 As described above, in the third embodiment, the
[第4実施形態]
図6は、第4実施形態における炭化水素燃焼システム400の概略的な構成を説明する図である。第1実施形態の炭化水素燃焼システム100および第2実施形態の炭化水素燃焼システム200と実質的に等しい構成要素については、同一符号を付して説明を省略する。第4実施形態の炭化水素燃焼システム400は、燃焼熱供給部(熱供給部)402を備える点で、第1実施形態の炭化水素燃焼システム100および第2実施形態の炭化水素燃焼システム200と異なっている。[Fourth Embodiment]
FIG. 6 is a diagram illustrating a schematic configuration of the
図6に示すように、炭化水素貯留部112と密閉式燃焼器114との間には、燃焼熱供給部402が配される。燃焼熱供給部402は、炭化水素貯留部112および密閉式燃焼器114と接触している。ただし、燃焼熱供給部402は、炭化水素貯留部112および密閉式燃焼器114と接触していなくてもよい。例えば、燃焼熱供給部402は、密閉式燃焼器114より下流側にある部材(第9配管134)と、炭化水素貯留部112とを接触するようにしてもよい。燃焼熱供給部402は、例えば、銅、アルミニウム、グラファイトなどの伝熱部材で構成される。燃焼熱供給部402は、密閉式燃焼器114で生成された熱を炭化水素貯留部112に供給する。 As shown in FIG. 6, a combustion
密閉式燃焼器114では、炭化水素(図6中、CH4)および酸素(図6中、2O2)が燃焼されることで、熱(燃焼熱)が生成される。燃焼熱供給部402は、密閉式燃焼器114で生成された熱の一部を炭化水素貯留部112に供給する。In the closed combustor 114, heat (heat of combustion) is generated by burning hydrocarbons (CH 4 in FIG. 6) and oxygen (2O 2 in FIG. 6). The combustion
炭化水素貯留部112は、燃焼熱供給部402から供給された熱(燃焼熱)により加熱される。炭化水素貯留部112が加熱されると、炭化水素貯留部112内の液化した水(H2O)が気化する。The
密閉式燃焼器114は、炭化水素(図6中、CH4)および酸素(図6中、2O2)を燃焼させると、燃焼の火炎温度(例えば、3000℃以上の温度)により、密閉式燃焼器114が溶損するおそれがある。When the closed combustor 114 burns hydrocarbons (CH 4 in FIG. 6) and oxygen (2O 2 in FIG. 6), the closed combustion is performed at the combustion flame temperature (for example, a temperature of 3000 ° C. or higher). The vessel 114 may be melted.
第4実施形態において、炭化水素貯留部112は、気化した水(水蒸気)を密閉式燃焼器114に供給している。密閉式燃焼器114は、水蒸気が供給されると、供給された水蒸気の比熱分だけ温度が低下する。 In the fourth embodiment, the
このように、第4実施形態において、炭化水素燃焼システム400は、燃焼熱供給部402を備える。これにより、炭化水素燃焼システム400は、密閉式燃焼器114に気化した水(水蒸気)を供給することができる。その結果、炭化水素燃焼システム400は、密閉式燃焼器114の温度を低下させることができ、密閉式燃焼器114の溶損を抑制することができる。 As described above, in the fourth embodiment, the
[第5実施形態]
図7は、第5実施形態における炭化水素燃焼システム500の概略的な構成を説明する図である。第1実施形態の炭化水素燃焼システム100と実質的に等しい構成要素については、同一符号を付して説明を省略する。第5実施形態の炭化水素燃焼システム500は、第1実施形態の炭化水素燃焼システム100と同じ構成を有する。ただし、酸化炭素供給制御部140a(図2参照)による酸化炭素バルブ142の制御が、第1実施形態と異なる。[Fifth Embodiment]
FIG. 7 is a diagram illustrating a schematic configuration of the
上述したように、密閉式燃焼器114は、炭化水素(図7中、CH4)および酸素(図7中、2O2)を燃焼させると、燃焼の火炎温度(例えば、3000℃以上の温度)により、密閉式燃焼器114が溶損するおそれがある。As described above, when the closed combustor 114 burns hydrocarbons (CH 4 in FIG. 7) and oxygen (2O 2 in FIG. 7), the combustion flame temperature (for example, a temperature of 3000 ° C. or higher) As a result, the closed combustor 114 may be melted and damaged.
第5実施形態において、酸化炭素供給制御部140a(図2参照)は、密閉式燃焼器114の温度に応じて、酸化炭素バルブ142の開度を制御し、炭化水素生成装置108に供給する酸化炭素(図7中、CO2)の供給量を制御する。In the fifth embodiment, the carbon oxide
例えば、炭化水素燃焼システム500は、密閉式燃焼器114の温度を計測する不図示の温度計を備えてもよい。酸化炭素供給制御部140aは、不図示の温度計の出力に基づいて、酸化炭素バルブ142の開度を制御してもよい。また、酸化炭素供給制御部140aは、炭化水素バルブ146の開度(すなわち、CH4の供給量)に基づいて、密閉式燃焼器114の温度を推定してもよい。酸化炭素供給制御部140aは、推定した密閉式燃焼器114の温度に基づいて、酸化炭素バルブ142の開度を制御してもよい。For example, the
第5実施形態において、酸化炭素供給制御部140aは、第1実施形態よりも炭化水素生成装置108に供給する酸化炭素の供給量を増加(図7中、「+nCO2」)させるように、酸化炭素バルブ142の開度を制御している。なお、図7中、「+nCO2」の「+」は、炭化水素生成装置108に要する酸化炭素に加えて、より多くの酸化炭素が供給されることを示している。「+nCO2」の「n」は、炭化水素生成装置108に要する酸化炭素に加えて、増加する酸化炭素の量を示している。In the fifth embodiment, the carbon oxide
つまり、酸化炭素供給制御部140aは、炭化水素生成装置108に要する酸化炭素よりも多くの酸化炭素(すなわち、余分な酸化炭素)を、炭化水素生成装置108に供給させる。余分な酸化炭素(図7中、「+nCO2」)は、炭化水素生成装置108、気液分離部110、炭化水素貯留部112を介して、密閉式燃焼器114に供給される。密閉式燃焼器114は、余分な酸化炭素が供給されると、供給された酸化炭素の比熱分だけ温度が低下する。That is, the carbon oxide
密閉式燃焼器114に供給された余分な酸化炭素(図7中、「+nCO2」)は、密閉式燃焼器114から気液分離部116を介して酸化炭素貯留部102に返送される。すなわち、余分な酸化炭素は、炭化水素生成装置108、気液分離部110、炭化水素貯留部112、密閉式燃焼器114、気液分離部116、酸化炭素貯留部102を循環する。酸化炭素供給制御部140aは、炭化水素生成装置108、気液分離部110、炭化水素貯留部112、密閉式燃焼器114、気液分離部116、酸化炭素貯留部102を循環する酸化炭素の量を制御する。すなわち、酸化炭素供給制御部140aは、図7中、「+nCO2」で示される酸化炭素の循環量を制御(調整)する。The excess carbon oxide (“+ nCO 2 ” in FIG. 7) supplied to the closed combustor 114 is returned from the closed combustor 114 to the carbon
このように、第5実施形態において、酸化炭素供給制御部140aは、密閉式燃焼器114に余分な酸化炭素(図7中、「+nCO2」)を供給させる。これにより、炭化水素燃焼システム500は、密閉式燃焼器114の温度を低下させることができ、密閉式燃焼器114が溶損することを抑制することができる。As described above, in the fifth embodiment, the carbon oxide
[第6実施形態]
図8は、第6実施形態における炭化水素燃焼システム600の概略的な構成を説明する図である。第3実施形態の炭化水素燃焼システム300と実質的に等しい構成要素については、同一符号を付して説明を省略する。第6実施形態の炭化水素燃焼システム600は、第3実施形態の炭化水素燃焼システム300と同じ構成を有する。ただし、水供給制御部140b(図2参照)による水バルブ144の制御が、第3実施形態と異なる。[Sixth Embodiment]
FIG. 8 is a diagram illustrating a schematic configuration of the
上述したように、密閉式燃焼器114は、炭化水素(図8中、CH4)および酸素(図8中、2O2)を燃焼させると、燃焼の火炎温度(例えば、3000℃以上の温度)により、密閉式燃焼器114が溶損するおそれがある。As described above, when the closed combustor 114 burns hydrocarbons (CH 4 in FIG. 8) and oxygen (2O 2 in FIG. 8), the combustion flame temperature (for example, a temperature of 3000 ° C. or higher) As a result, the closed combustor 114 may be melted and damaged.
第6実施形態において、水供給制御部140b(図2参照)は、密閉式燃焼器114の温度に応じて、水バルブ144の開度を制御し、電解装置106に供給する水(図8中、2H2O(4H2O))の供給量を制御する。In the sixth embodiment, the water
例えば、炭化水素燃焼システム600は、密閉式燃焼器114の温度を計測する不図示の温度計を備えてもよい。水供給制御部140bは、不図示の温度計の出力に基づいて、水バルブ144の開度を制御してもよい。また、水供給制御部140bは、炭化水素バルブ146の開度(すなわち、CH4の供給量)に基づいて、密閉式燃焼器114の温度を推定してもよい。水供給制御部140bは、推定した密閉式燃焼器114の温度に基づいて、水バルブ144の開度を制御してもよい。For example, the
第6実施形態において、水供給制御部140bは、第3実施形態よりも電解装置106に供給する水の供給量を増加(図8中、「+nH2O」)させるように、水バルブ144の開度を制御している。なお、図8中、「+nH2O」の「+」は、電解装置106に要する水に加えて、より多くの水が供給されることを示している。「+nH2O」の「n」は、電解装置106に要する水に加えて、増加する水の量を示している。In the sixth embodiment, the water
つまり、水供給制御部140bは、電解装置106に要する水よりも多くの水(すなわち、余分な水)を、電解装置106に供給させる。余分な水(図8中、「+nH2O」)は、電解装置106を介して密閉式燃焼器114に供給される。密閉式燃焼器114は、余分な水が供給されると、供給された水の比熱分だけ温度が低下する。That is, the water
密閉式燃焼器114に供給された余分な水(図8中、「+nH2O」)は、密閉式燃焼器114から気液分離部116を介して水貯留部104に返送される。すなわち、余分な水は、電解装置106、密閉式燃焼器114、気液分離部116、水貯留部104を循環する。水供給制御部140bは、電解装置106、密閉式燃焼器114、気液分離部116、水貯留部104を循環する水の量を制御する。すなわち、水供給制御部140bは、図8中、「+nH2O」で示される水の循環量を制御(調整)する。The excess water (“+ nH 2 O” in FIG. 8) supplied to the closed combustor 114 is returned from the closed combustor 114 to the
このように、第6実施形態において、水供給制御部140bは、密閉式燃焼器114に余分な水(図8中、「+nH2O」)を供給させる。これにより、炭化水素燃焼システム600は、密閉式燃焼器114の温度を低下させることができ、密閉式燃焼器114が溶損することを抑制することができる。As described above, in the sixth embodiment, the water
[第7実施形態]
図9は、第7実施形態における炭化水素燃焼システム700の概略的な構成を説明する図である。第3実施形態の炭化水素燃焼システム300と実質的に等しい構成要素については、同一符号を付して説明を省略する。第7実施形態の炭化水素燃焼システム700は、循環配管702、燃焼ガスバルブ704を備える点、制御装置140に代えて制御装置740を備える点で、第3実施形態の炭化水素燃焼システム300と異なっている。[7th Embodiment]
FIG. 9 is a diagram illustrating a schematic configuration of the
図9に示すように、密閉式燃焼器114には、循環配管702が接続される。循環配管702は、一端が密閉式燃焼器114の上流側(炭化水素貯留部112側)に接続され、他端が密閉式燃焼器114の下流側(気液分離部116側)に接続される。ただし、循環配管702は、一端が密閉式燃焼器114の上流側に接続され、他端が密閉式燃焼器114の下流側に接続されなくてもよい。例えば、循環配管702は、一端が密閉式燃焼器114より上流側にある部材(第8配管132)に接続され、他端が密閉式燃焼器114より下流側にある部材(第9配管134)に接続されてもよい。 As shown in FIG. 9, a
循環配管702は、密閉式燃焼器114の下流側から排出される燃焼ガスの一部を密閉式燃焼器114の上流側に還流させる。ここで、燃焼ガスの一部を還流させるために、循環配管702は、不図示のエジェクターを備えてもよい。 The
また、循環配管702には、燃焼ガスバルブ704が配される。燃焼ガスバルブ704は、制御装置740により開度が制御されることで、密閉式燃焼器114の下流側から密閉式燃焼器114の上流側に還流する燃焼ガスの流量を調整する。 Further, a
図10は、第7実施形態の制御装置740の概略的な構成を示すブロック図である。図10に示すように、第7実施形態において、制御装置740は、酸化炭素供給制御部140aと、水供給制御部140bと、炭化水素供給制御部140cと、燃焼ガス供給制御部740eとして機能する。 FIG. 10 is a block diagram showing a schematic configuration of the
燃焼ガス供給制御部740eは、不図示のアクチュエータを介して燃焼ガスバルブ704の開度を制御する。燃焼ガス供給制御部740eは、燃焼ガスバルブ704を閉状態あるいは開状態に制御することができる。燃焼ガス供給制御部740eは、燃焼ガスバルブ704の開度を制御することで、密閉式燃焼器114の下流側から密閉式燃焼器114の上流側に還流する燃焼ガスの流量を調整することができる。 The combustion gas
密閉式燃焼器114は、炭化水素(図9中、CH4)および酸素(図9中、2O2)を燃焼させると、燃焼の火炎温度(例えば、3000℃以上の温度)により、密閉式燃焼器114が溶損するおそれがある。When the closed combustor 114 burns hydrocarbons (CH 4 in FIG. 9) and oxygen (2O 2 in FIG. 9), the closed combustion is performed at the combustion flame temperature (for example, a temperature of 3000 ° C. or higher). The vessel 114 may be melted.
第7実施形態において、燃焼ガス供給制御部740eは、燃焼ガスバルブ704の開度を制御することで、密閉式燃焼器114で生成された燃焼ガス(図9中、CO2および4H2O)の一部を循環配管702により密閉式燃焼器114の上流側に還流させている。密閉式燃焼器114は、燃焼ガスの一部が供給されると、供給された燃焼ガス(CO2およびH2O)の比熱分だけ温度が低下する。In the seventh embodiment, the combustion gas
このように、第7実施形態において、炭化水素燃焼システム700は、循環配管702、燃焼ガスバルブ704、燃焼ガス供給制御部740eを備える。これにより、炭化水素燃焼システム700は、密閉式燃焼器114に燃焼ガスの一部を供給することができる。その結果、炭化水素燃焼システム700は、密閉式燃焼器114の温度を低下させることができ、密閉式燃焼器114の溶損を抑制することができる。 As described above, in the seventh embodiment, the
(第8実施形態)
図11は、第8実施形態における炭化水素燃焼システム800の概略的な構成を説明する図である。第3実施形態の炭化水素燃焼システム300と実質的に等しい構成要素については、同一符号を付して説明を省略する。第8実施形態の炭化水素燃焼システム800は、電解装置106に代えて電解装置806を備える点、水貯留部104に代えて燃焼ガス貯留部804を備える点、水バルブ144に代えて燃焼ガスバルブ844を備える点、制御装置140に代えて制御装置840を備える点で、第3実施形態と異なっている。(8th Embodiment)
FIG. 11 is a diagram illustrating a schematic configuration of the
燃焼ガス貯留部804は、密閉式燃焼器114から送出された燃焼ガス(第8実施形態では、二酸化炭素:CO2および水:3H2O)を貯留する。燃焼ガス貯留部804には、炭化水素燃焼システム800を初めて稼働させる前に、予め所定量の燃焼ガス(図11中、CO2および3H2O)が貯留される。ただし、燃焼ガス貯留部804には、炭化水素燃焼システム800を初めて稼働させる際に、所定量の燃焼ガス(図11中、CO2および3H2O)が外部から供給されるようにしてもよい。The combustion
燃焼ガス貯留部804は、不図示の加熱装置を備える。加熱装置は、炭化水素燃焼システム800の運転開始時に、燃焼ガス貯留部804内に貯留された二酸化炭素(図11中、CO2)および水(図11中、3H2O)を、例えば500℃以上に加熱する。燃焼ガス貯留部804は、加熱された二酸化炭素および水(水蒸気)を電解装置806に供給する。The combustion
また、炭化水素燃焼システム800の運転開始後、燃焼ガス貯留部804は、密閉式燃焼器114から送出された燃焼ガス(図11中、CO2、3H2O)を電解装置806に供給する。燃焼ガス貯留部804は、電解装置806の駆動時に必要な酸化炭素および水を、任意のタイミングで電解装置806に供給することができる。Further, after the operation of the
電解装置806は、再生可能エネルギーから電力を生成する不図示の発電装置に接続される。電解装置806には、不図示の発電装置から電力が供給される。また、電解装置806には、燃焼ガス貯留部804から燃焼ガス(図11中、CO2、3H2O)が供給される。The
第8実施形態において、電解装置806は、例えば、固体酸化物形電解セル(SOEC:Solid Oxide Electrolysis Cell)を含んで構成され、二酸化炭素と水を電気分解(共電解)し、水素と一酸化炭素と酸素に変換することができる。電解装置106は、供給された電力および燃焼ガス(図11中、CO2、3H2O)から、一酸化炭素(図11中、CO)、水素(図11中、3H2)および酸素(図11中、2O2)を生成する。In the eighth embodiment, the
電解装置806は、第3配管122を介して炭化水素生成装置108に一酸化炭素(図11中、CO)および水素(図11中、3H2)を供給する。また、電解装置806は、第4配管124を介して密閉式燃焼器114に酸素(図11中、2O2)を供給する。The
炭化水素生成装置108は、供給された一酸化炭素(図11中、CO)と水素(図11中、3H2)から、炭化水素(図11中、CH4)および水(図11中、H2O)を生成する。第8実施形態において、炭化水素生成装置108は、メタンおよび水蒸気を生成している。The
具体的に、炭化水素生成装置108には、メタネーション反応(3H2 + CO →
CH4 + H2O)を活性化させる触媒(例えば、ニッケル(Ni)系触媒、ルテニウム(Ru)系触媒、白金(Pt)系触媒等)が収容されている。炭化水素生成装置108には、不図示の加熱装置が配されている。加熱装置は、制御装置840により温度制御され、炭化水素生成装置108を所定の触媒活性化温度(温度条件)に達するまで加熱する。炭化水素生成装置108は、所定の触媒活性化温度に加熱されると、触媒により一酸化炭素(図11中、CO)および水素(図11中、3H2)を反応させ、炭化水素(図11中、CH4)および水(図11中、H2O)を生成する。Specifically, the
A catalyst that activates CH 4 + H 2 O) (for example, a nickel (Ni) -based catalyst, a ruthenium (Ru) -based catalyst, a platinum (Pt) -based catalyst, etc.) is contained. A heating device (not shown) is arranged in the
図12は、第8実施形態の制御装置840の概略的な構成を示すブロック図である。図12に示すように、第8実施形態において、制御装置840は、燃焼ガス供給制御部840aと、炭化水素供給制御部140cとして機能する。 FIG. 12 is a block diagram showing a schematic configuration of the
燃焼ガス供給制御部840aは、不図示のアクチュエータを介して燃焼ガスバルブ844の開度を制御する。燃焼ガス供給制御部840aは、燃焼ガスバルブ844を閉状態あるいは開状態に制御することができる。燃焼ガス供給制御部840aは、燃焼ガスバルブ844の開度を制御することで、燃焼ガス貯留部804から電解装置806に供給する燃焼ガスの量を調整することができる。このとき、燃焼ガス供給制御部840aは、上記実施形態5および6と同様に、密閉式燃焼器114に余分な酸化炭素あるいは水を供給させて密閉式燃焼器114の温度を低下させるように制御してもよい。 The combustion gas
このように、第8実施形態において、密閉式燃焼器114は、燃焼ガス(すなわち、酸化炭素(図11中、CO2)および水(図11中、3H2O))を電解装置806に返送(送出)させている。Thus, in the eighth embodiment, the closed combustor 114 returns the combustion gas (that is, carbon oxide (CO 2 in FIG. 11) and water (3H 2 O in FIG. 11)) to the
これにより、炭化水素燃焼システム800は、電解装置806により一酸化炭素、水素および酸素を生成するために、炭化水素燃焼システム800の系外から電解装置806に酸化炭素および水を随時供給する必要がなくなる。したがって、炭化水素燃焼システム800は、密閉式燃焼器114により熱を生成する際に、炭化水素燃焼システム800の系外から水あるいは炭化水素を随時供給する場合に比べて、コストを低減することができる。 As a result, the
また、第8実施形態の炭化水素燃焼システム800において、電解装置806は、燃焼ガスから、一酸化炭素、水素、酸素を生成することができる。したがって、炭化水素燃焼システム800は、燃焼ガスに含まれる酸化炭素(図11中、CO2)と水(図11中、3H2O)を分離するための気液分離部116を配さなくてもよい。このため、炭化水素燃焼システム800は、第1実施形態の炭化水素燃焼システム100と比べてコストを低減することができる。Further, in the
以上、添付図面を参照しながら本開示の実施形態について説明したが、本開示はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。 Although the embodiments of the present disclosure have been described above with reference to the accompanying drawings, it goes without saying that the present disclosure is not limited to such embodiments. It is clear to those skilled in the art that various modifications or modifications can be conceived within the scope of the claims, and it is understood that they also naturally belong to the technical scope of the present disclosure. Will be done.
上記第1〜7実施形態では、炭化水素燃焼システム100、200、300、400、500、600、700が、酸化炭素貯留部102を備える例について説明した。しかし、酸化炭素貯留部102は、必須の構成ではない。したがって、炭化水素燃焼システム100、200、300、400、500、600、700は、酸化炭素貯留部102を備えていなくてもよい。 In the first to seventh embodiments, the example in which the
上記第1〜7実施形態では、炭化水素燃焼システム100、200、300、400、500、600、700が、酸化炭素バルブ142および酸化炭素供給制御部140aを備える例について説明した。しかし、酸化炭素バルブ142および酸化炭素供給制御部140aは、必須の構成ではない。したがって、炭化水素燃焼システム100、200、300、400、500、600、700は、酸化炭素バルブ142および酸化炭素供給制御部140aを備えていなくてもよい。 In the first to seventh embodiments, the example in which the
上記第1〜7実施形態では、炭化水素燃焼システム100、200、300、400、500、600、700が、水貯留部104を備える例について説明した。しかし、水貯留部104は、必須の構成ではない。したがって、炭化水素燃焼システム100、200、300、400、500、600、700は、水貯留部104を備えていなくてもよい。 In the first to seventh embodiments, the example in which the
上記第1〜7実施形態では、炭化水素燃焼システム100、200、300、400、500、600、700が、水バルブ144および水供給制御部140bを備える例について説明した。しかし、水バルブ144および水供給制御部140bは、必須の構成ではない。したがって、炭化水素燃焼システム100、200、300、400、500、600、700は、水バルブ144および水供給制御部140bを備えていなくてもよい。 In the first to seventh embodiments, an example in which the
上記第8実施形態では、炭化水素燃焼システム800が、燃焼ガス貯留部804を備える例について説明した。しかし、燃焼ガス貯留部804は、必須の構成ではない。したがって、炭化水素燃焼システム800は、燃焼ガス貯留部804を備えていなくてもよい。 In the eighth embodiment, an example in which the
上記第8実施形態では、炭化水素燃焼システム800が、燃焼ガスバルブ844および燃焼ガス供給制御部840aを備える例について説明した。しかし、燃焼ガスバルブ844および燃焼ガス供給制御部840aは、必須の構成ではない。したがって、炭化水素燃焼システム800は、燃焼ガスバルブ844および燃焼ガス供給制御部840aを備えていなくてもよい。 In the eighth embodiment, an example in which the
また、上記各実施形態の炭化水素燃焼システム100、200、300、400、500、600、700、800は、それぞれ組み合わせ可能である。例えば、上記第3実施形態の炭化水素燃焼システム300は、上記第4実施形態の燃焼熱供給部402を備えてもよい。また、上記第3実施形態の炭化水素燃焼システム300は、上記第7実施形態の循環配管702、燃焼ガスバルブ704、燃焼ガス供給制御部740eを備えてもよい。また、上記第8実施形態の炭化水素燃焼システム800は、上記第3実施形態の反応熱供給部302を備えてもよい。また、上記第8実施形態の炭化水素燃焼システム800は、上記第4実施形態の燃焼熱供給部402を備えてもよい。また、上記第8実施形態の炭化水素燃焼システム800は、上記第7実施形態の循環配管702、燃焼ガスバルブ704、燃焼ガス供給制御部740eを備えてもよい。 Further, the
本開示は、炭化水素燃焼システムに利用することができる。 The present disclosure can be used for hydrocarbon combustion systems.
100:炭化水素燃焼システム 102:酸化炭素貯留部 104:水貯留部 106:電解装置 108:炭化水素生成装置 112:炭化水素貯留部 114:密閉式燃焼器
116:気液分離部(分離部) 140a:酸化炭素供給制御部 140b:水供給制御部 300:炭化水素燃焼システム 302:反応熱供給部(熱供給部) 400:炭化水素燃焼システム 402:燃焼熱供給部(熱供給部) 700:炭化水素燃焼システム 702:循環配管 800:炭化水素燃焼システム 804:燃焼ガス貯留部 840a:燃焼ガス供給制御部100: Combustion combustion system 102: Carbon oxide storage 104: Water storage 106: Electrolytic device 108: Hydrocarbon generator 112: Carbon dioxide storage 114: Sealed combustor 116: Gas-liquid separation unit (separation unit) 140a : Carbon oxide
Claims (11)
前記電解装置で生成された前記水素と、二酸化炭素を用いて炭化水素を生成する炭化水素生成装置と、
前記炭化水素生成装置で生成された前記炭化水素を貯留する炭化水素貯留部と、
前記炭化水素貯留部から取り出された前記炭化水素を燃焼させる密閉式燃焼器と、
前記炭化水素が燃焼することで生じる二酸化炭素と水を分離し、前記二酸化炭素を前記炭化水素生成装置に送出するとともに前記水を前記電解装置に送出する分離部と、
を備える炭化水素燃焼システム。An electrolyzer that uses electricity generated from renewable energy to generate hydrogen,
The hydrogen generated by the electrolyzer, a hydrocarbon generator that produces hydrocarbons using carbon dioxide, and the like.
A hydrocarbon storage unit that stores the hydrocarbons generated by the hydrocarbon generator, and
A closed combustor that burns the hydrocarbon taken out from the hydrocarbon reservoir, and
A separation unit that separates carbon dioxide and water generated by the combustion of the hydrocarbon, sends the carbon dioxide to the hydrocarbon generator, and sends the water to the electrolyzer.
Hydrocarbon combustion system with.
前記電解装置で生成された前記水素と前記一酸化炭素を用いて炭化水素を生成する炭化水素生成装置と、
前記炭化水素生成装置で生成された前記炭化水素を貯留する炭化水素貯留部と、
前記炭化水素貯留部から取り出された前記炭化水素を燃焼させ、二酸化炭素および水を前記電解装置に送出する密閉式燃焼器と、
を備える炭化水素燃焼システム。An electrolyzer that produces hydrogen and carbon monoxide using electricity generated from renewable energy,
A hydrocarbon generator that produces a hydrocarbon using the hydrogen generated by the electrolyzer and the carbon monoxide, and a hydrocarbon generator.
A hydrocarbon storage unit that stores the hydrocarbons generated by the hydrocarbon generator, and
A closed combustor that burns the hydrocarbon taken out from the hydrocarbon reservoir and sends carbon dioxide and water to the electrolyzer.
Hydrocarbon combustion system with.
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