JP2016038186A - Chemical loop combustion apparatus, power generation apparatus and chemical loop combustion method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ケミカルループ燃焼装置、発電装置、及びケミカルループ燃焼方法に関する。 The present invention relates to a chemical loop combustion apparatus, a power generation apparatus, and a chemical loop combustion method.
地球の温暖化を抑制するためには、化石燃料の燃焼に伴って生成する二酸化炭素を回収することが必要である。化石燃料の燃焼によって発生する排ガスは、二酸化炭素のみならず、空気に由来する酸素、窒素又は窒素酸化物等も含有する。したがって、二酸化炭素を回収するためには、二酸化炭素を排ガスから分離する工程が必要となる。しかし、分離工程では多大なエネルギーが消費されてしまう。例えば、二酸化炭素の吸脱着工程では、吸着剤の温度、又は吸着剤を取り巻く雰囲気の圧力を制御するために、多大なエネルギーが必要となる。 In order to suppress global warming, it is necessary to recover the carbon dioxide produced with the combustion of fossil fuels. The exhaust gas generated by the combustion of fossil fuel contains not only carbon dioxide but also oxygen, nitrogen or nitrogen oxides derived from air. Therefore, in order to collect carbon dioxide, a process for separating carbon dioxide from exhaust gas is required. However, a great deal of energy is consumed in the separation process. For example, in the carbon dioxide adsorption / desorption process, a large amount of energy is required to control the temperature of the adsorbent or the pressure of the atmosphere surrounding the adsorbent.
近年、排ガス中の二酸化炭素を容易に回収する方法として、ケミカルループ燃焼(化学燃焼)と呼ばれる方法が注目されている(下記特許文献1参照)。ケミカルループ燃焼用の反応装置(ケミカルループ燃焼装置)は、主に空気反応器及び燃料反応器の組合せから構成されている。ケミカルループ燃焼方法では、空気反応器において金属を含む還元剤(いわゆる酸素キャリア)を空気中の酸素で酸化して、金属及び酸素を含む酸化剤を生成させる。空気反応器内では、燃料が存在しないので、二酸化炭素及び窒素酸化物が生成し難い。空気反応器内で生成した酸化剤を燃料反応器へ供給する。燃料反応器において炭素を含む燃料を酸化剤で酸化して、二酸化炭素を含むガスと、還元剤とを、生成させる。燃料反応器で生成した還元剤を空気反応器に戻して再び酸化して、酸化剤として再利用する。以上のように、ケミカルループ燃焼方法では、空気反応器及び燃料反応器の間を循環する酸素キャリアが、空気から燃料へ酸素を媒介する。つまり、空気が燃料と直接反応しない。したがって、ケミカルループ燃焼方法では、燃料の酸化(燃焼)によって発生する排ガスが空気に由来する窒素を含まず、二酸化炭素を容易に回収することができる。
In recent years, a method called chemical loop combustion (chemical combustion) has attracted attention as a method for easily recovering carbon dioxide in exhaust gas (see
ケミカルループ燃焼方法では、過剰の燃料が燃料反応器へ供給されたり、燃料反応器内の温度が低かったりすると、燃料の一部が燃焼しない。未燃焼又は不完全燃焼の燃料に由来する炭素含有物質は、還元剤と共に、燃料反応器から空気反応器へ供給されてしまう。その結果、空気反応器内で炭素含有物質が酸化されて二酸化炭素が生成し、空気反応器の排ガスが、空気に由来する窒素及び酸素のみならず、二酸化炭素を含んでしまう。この排ガスから二酸化炭素を分離・回収するためには、余分なコスト及びエネルギーが必要となる。したがって、炭素含有物質が燃料反応器から空気反応器へ供給されることを抑制することが必要である。 In the chemical loop combustion method, when excess fuel is supplied to the fuel reactor or the temperature in the fuel reactor is low, a part of the fuel does not burn. Carbon-containing materials derived from unburned or incompletely burned fuel are supplied from the fuel reactor to the air reactor together with the reducing agent. As a result, the carbon-containing material is oxidized in the air reactor to generate carbon dioxide, and the exhaust gas of the air reactor contains not only nitrogen and oxygen derived from air but also carbon dioxide. In order to separate and recover carbon dioxide from the exhaust gas, extra cost and energy are required. Therefore, it is necessary to prevent the carbon-containing material from being supplied from the fuel reactor to the air reactor.
上記特許文献1には、炭素分離器(カーボンストリッパー)を用いて、炭素含有物質を物理的に分離・回収する技術が開示されている。この技術では、炭素分離器を、燃料反応器と空気反応器との間に設置する。燃料反応器から排出される炭素含有物質(未燃焼の燃料粒子)及び還元剤(金属酸化物の粒子)を炭素分離器へ供給する。流動化ガスを炭素分離器内に供給し、炭素分離器内の炭素含有物質及び還元剤から、移動層を形成する。そして、炭素含有物質及び還元剤の密度及び粒径の差に基づく分級により、炭素含有物質を物理的に分離する。分離された炭素含有物質は、流動化ガスによって炭素分離器から排出され、燃料反応器へ回収される。炭素含有物質から分離された還元剤は、炭素分離器から空気反応器へ供給される。
しかし、上記特許文献1に記載の炭素分離器では、還元剤と同程度の密度及び粒径を有する炭素含有物質を還元剤から分離することは困難である。また、密度が高く粒径の大きい炭素含有物質は炭素分離器から排出され難い。さらに、還元剤に付着している炭素含有物質を還元剤から分離することも困難である。また、炭素含有物質が燃料反応器から炭素分離器へ供給される過程で、炭素含有物質の温度は低下する。したがって、炭素含有物質を炭素分離器から燃料反応器へ回収すると、燃料反応器内の温度が低下して、燃料の燃焼が阻害され得る。その結果、再び炭素含有物質が燃料反応器から炭素分離器へ供給される可能性がある。
However, in the carbon separator described in
上記特許文献1には、水蒸気を流動化ガスとして炭素分離器内へ供給することが開示されている。仮に炭素分離器内の温度が十分に高ければ、水蒸気による炭素含有物質の改質(酸化)により、炭素含有物質が化学的に還元剤から分離され得る。しかし、炭素含有物質及び還元剤が燃料反応器から炭素分離器へ供給される過程で、炭素含有物質及び還元剤の温度は低下する。したがって、炭素分離器内の温度は、炭素含有物質の改質が促進されるほど高くない。また、炭素分離器へ供給される還元剤は、燃料反応器において既に還元されているため、還元剤における酸素の含有量は少ない。したがって、炭素分離器へ供給される還元剤の酸化力は弱く、還元剤は炭素含有物質の改質を促進し難い。
上記の理由から、従来のケミカルループ燃焼装置では、炭素分離器において炭素含有物質の一部が還元剤から分離されず、空気反応器へ供給されてしまう。 For the above reasons, in the conventional chemical loop combustion apparatus, a part of the carbon-containing material is not separated from the reducing agent in the carbon separator and is supplied to the air reactor.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、炭素含有物質が燃料反応器から空気反応器へ供給されることを抑制することができるケミカルループ燃焼装置、当該ケミカルループ燃焼装置を備える発電装置、及びケミカルループ燃焼方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and a chemical loop combustion apparatus capable of suppressing the supply of a carbon-containing substance from a fuel reactor to an air reactor, and power generation including the chemical loop combustion apparatus An object is to provide an apparatus and a chemical loop combustion method.
本発明の一側面に係るケミカルループ燃焼装置は、金属を含む固体状の還元剤を空気中の酸素で酸化して、金属及び酸素を含む固体状の酸化剤を生成させる空気反応器と、炭素を含む燃料を酸化剤で酸化して、二酸化炭素を含むガスと、還元剤とを生成させる燃料反応器と、燃料に由来する炭素含有物質と、還元剤とが、燃料反応器から供給され、炭素含有物質を酸化して、二酸化炭素を含むガスを生成させ、ガスを還元剤から分離する炭素分離器と、空気反応器で生成した酸化剤を、燃料反応器へ供給する第一ラインと、炭素含有物質及び還元剤を、燃料反応器から炭素分離器へ供給する第二ラインと、還元剤を、炭素分離器から空気反応器へ供給する第三ラインと、空気反応器で生成した酸化剤を、炭素分離器へ供給する第四ラインと、を備え、炭素分離器において、第四ラインを通して供給される酸化剤により、炭素含有物質を酸化して、ガスを生成させる。 A chemical loop combustion apparatus according to one aspect of the present invention includes an air reactor that oxidizes a solid reducing agent containing metal with oxygen in the air to generate a solid oxidizing agent containing metal and oxygen, and carbon. A fuel reactor containing a gas containing carbon dioxide and a gas containing carbon dioxide and a reducing agent, a carbon-containing substance derived from the fuel, and a reducing agent are supplied from the fuel reactor. A carbon separator that oxidizes the carbon-containing material to generate a gas containing carbon dioxide and separates the gas from the reducing agent; a first line that supplies the oxidizing agent generated in the air reactor to the fuel reactor; A second line for supplying the carbon-containing material and the reducing agent from the fuel reactor to the carbon separator, a third line for supplying the reducing agent from the carbon separator to the air reactor, and an oxidant generated in the air reactor. A fourth line for supplying the carbon separator; Comprising, in a carbon separator, the oxidizing agent supplied through the fourth line, to oxidize the carbonaceous material to produce a gas.
本発明の一側面に係るケミカルループ燃焼方法は、空気反応器において、金属を含む固体状の還元剤を空気中の酸素で酸化して、金属及び酸素を含む固体状の酸化剤を生成させる工程と、酸化剤を、空気反応器から燃料反応器へ供給する工程と、燃料反応器において、炭素を含む燃料を酸化剤で酸化して、二酸化炭素を含むガスと、還元剤とを生成させる工程と、燃料に由来する炭素含有物質と、還元剤とを、燃料反応器から炭素分離器へ供給する工程と、酸化剤を、空気反応器から炭素分離器へ供給する工程と、炭素分離器において、空気反応器から供給される酸化剤により、炭素含有物質を酸化して、二酸化炭素を含むガスを生成させ、ガスを還元剤から分離する工程と、還元剤を、炭素分離器から空気反応器へ供給する工程と、を備える。 The chemical loop combustion method according to one aspect of the present invention includes a step of oxidizing a solid reducing agent containing a metal with oxygen in the air in an air reactor to generate a solid oxidizing agent containing the metal and oxygen. Supplying an oxidizing agent from the air reactor to the fuel reactor, and oxidizing a fuel containing carbon with the oxidizing agent in the fuel reactor to generate a gas containing carbon dioxide and a reducing agent. A step of supplying a carbon-containing substance derived from fuel and a reducing agent from the fuel reactor to the carbon separator, a step of supplying an oxidizing agent from the air reactor to the carbon separator, and a carbon separator. A step of oxidizing a carbon-containing substance by an oxidant supplied from an air reactor to generate a gas containing carbon dioxide and separating the gas from the reducing agent; and the reducing agent from the carbon separator to the air reactor. A process of supplying to .
空気反応器から炭素分離器へ供給される酸化剤は、燃料反応器を経由していないので、強い酸化力を保持する。また、空気反応器における還元剤の酸化は発熱反応であるので、空気反応器から炭素分離器へ供給される酸化剤の温度は、燃料反応器から炭素分離器へ供給される炭素含有物質及び還元剤よりも高い。このように、酸化力が強く高温の酸化剤を炭素分離器へ供給することにより、炭素分離器内での炭素含有物質の酸化(ガス化)が促進され、ガスは還元剤から分離される。その結果、炭素含有物質が燃料反応器から空気反応器へ供給されることが抑制され、空気反応器における二酸化炭素の生成が抑制される。 Since the oxidant supplied from the air reactor to the carbon separator does not pass through the fuel reactor, it retains strong oxidizing power. In addition, since the oxidation of the reducing agent in the air reactor is an exothermic reaction, the temperature of the oxidizing agent supplied from the air reactor to the carbon separator depends on the carbon-containing material and the reduction supplied from the fuel reactor to the carbon separator. Higher than the drug. Thus, by supplying a high-temperature oxidizing agent having a strong oxidizing power to the carbon separator, the oxidation (gasification) of the carbon-containing substance in the carbon separator is promoted, and the gas is separated from the reducing agent. As a result, the carbon-containing substance is suppressed from being supplied from the fuel reactor to the air reactor, and the production of carbon dioxide in the air reactor is suppressed.
本発明の一側面に係るケミカルループ燃焼装置は、空気反応器から排出される気体中の二酸化炭素の含有量を測定する測定手段と、測定手段により測定された二酸化炭素の含有量に基づいて、空気反応器から第四ラインを通して炭素分離器へ供給する酸化剤の量を制御する制御装置と、を更に備えてよい。 The chemical loop combustion apparatus according to one aspect of the present invention is based on the measurement means for measuring the carbon dioxide content in the gas discharged from the air reactor, and the carbon dioxide content measured by the measurement means. And a controller for controlling the amount of oxidant fed from the air reactor through the fourth line to the carbon separator.
空気反応器から排出される気体中の二酸化炭素の含有量の増加に伴い、炭素分離器へ供給する酸化剤の量を増加させることにより、炭素分離器における炭素含有物質の酸化がより促進され、炭素含有物質が炭素分離器から空気反応器へ供給され難くなる。 As the content of carbon dioxide in the gas discharged from the air reactor increases, by increasing the amount of oxidant supplied to the carbon separator, the oxidation of the carbon-containing material in the carbon separator is further promoted, It becomes difficult for the carbon-containing material to be supplied from the carbon separator to the air reactor.
本発明の一側面に係るケミカルループ燃焼装置は、第二ライン又は第三ラインの途中に設けられ、還元剤の少なくとも一部を水蒸気により部分的に酸化して、少なくとも水素を生成させる水素生成器を更に備えてよい。 A chemical loop combustion apparatus according to an aspect of the present invention is provided in the middle of a second line or a third line, and at least a part of a reducing agent is partially oxidized with water vapor to generate at least hydrogen. May further be provided.
水素生成器を備えるケミカルループ燃焼装置によれば、水素を製造することができる。 According to the chemical loop combustion apparatus provided with a hydrogen generator, hydrogen can be produced.
本発明の一側面に係るケミカルループ燃焼装置は、第一ラインの途中に設けられ、空気反応器から供給される酸化剤と気体とを分離し、分離された酸化剤を燃料反応器及び炭素分離器のうち少なくとも一方へ供給する粉体分離器(サイクロン)を更に備えてよい。 A chemical loop combustion apparatus according to an aspect of the present invention is provided in the middle of a first line, separates an oxidant and a gas supplied from an air reactor, and separates the separated oxidant into a fuel reactor and a carbon separator. You may further provide the powder separator (cyclone) supplied to at least one of the vessels.
空気反応器から粉体分離器へ供給される気体は、少なくとも空気に由来する窒素を含む。粉体分離器を用いて気体を酸化剤から分離することにより、窒素が酸化剤と共に燃料反応器又は炭素分離器へ供給されることが抑制される。その結果、燃料反応器又は炭素分離器における二酸化炭素と窒素との混合が抑制される。 The gas supplied from the air reactor to the powder separator contains at least nitrogen derived from air. By separating the gas from the oxidant using the powder separator, nitrogen is suppressed from being supplied to the fuel reactor or the carbon separator together with the oxidant. As a result, mixing of carbon dioxide and nitrogen in the fuel reactor or carbon separator is suppressed.
本発明の一側面に係る発電装置は、上記のケミカルループ燃焼装置と、ケミカルループ燃焼装置から供給されるガスによって駆動されるタービン発電機と、を備える。 A power generation device according to one aspect of the present invention includes the chemical loop combustion device described above and a turbine generator driven by a gas supplied from the chemical loop combustion device.
本発明の一側面に係る発電装置によれば、発電に伴って生成する二酸化炭素が容易に回収される。 According to the power generator according to one aspect of the present invention, carbon dioxide generated with power generation is easily recovered.
本発明によれば、炭素含有物質が燃料反応器から空気反応器へ供給されることを抑制することができるケミカルループ燃焼装置、当該ケミカルループ燃焼装置を備える発電装置、及びケミカルループ燃焼方法が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the chemical loop combustion apparatus which can suppress that a carbon containing material is supplied to an air reactor from a fuel reactor, an electric power generating apparatus provided with the said chemical loop combustion apparatus, and a chemical loop combustion method are provided. Is done.
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について説明する。図面において、同等の構成要素には同等の符号を付す。本発明は下記実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals. The present invention is not limited to the following embodiment.
[第一実施形態]
(ケミカルループ燃焼装置、及びケミカルループ燃焼方法)
図1に示すように、第一実施形態に係るケミカルループ燃焼装置10aは、空気反応器5、第一ライン1、第一粉体分離器8a、燃料反応器6、第二ライン2、炭素分離器7、第三ライン3、第四ライン4、測定手段9、制御装置11、バルブ12、第二粉体分離器8b、第一熱交換器14a及び第二熱交換器14bを備える。これらのケミカルループ燃焼装置10aの構成要素の位置関係は、図1に示す通りであってよい。「ライン」とは、物質を輸送する管を意味する。第一ライン1は、空気反応器5と燃料反応器6とを接続する。第二ライン2は、燃料反応器6と炭素分離器7とを接続する。第三ライン3は、炭素分離器7と空気反応器5とを接続する。
[First embodiment]
(Chemical loop combustion apparatus and chemical loop combustion method)
As shown in FIG. 1, the chemical
空気反応器5の上部と第一粉体分離器8aとを接続するラインは、第一ライン1及び第四ライン4に共通する部分である。第一粉体分離器8aの下部において分枝する一方のラインは、第一ライン1の一部であり、燃料反応器6に接続される。第一粉体分離器8aの下部において分枝する他方のラインは、第四ライン4の一部であり、炭素分離器7に接続される。このように、第一粉体分離器8aは、第一ライン1及び第四ライン4の途中に設けられている。
The line connecting the upper part of the
第一実施形態に係るケミカルループ燃焼方法は、以下に説明するように、ケミカルループ燃焼装置10aを用いて実施される。
The chemical loop combustion method according to the first embodiment is performed using a chemical
金属を含む固体状の還元剤を、空気反応器5内へ供給する。空気Aを、空気反応器5の下部から空気反応器5内へ供給する。空気反応器5内では、還元剤と空気Aとから、移動層又は流動層を形成する。つまり、空気反応器5は、移動層式反応器又は流動層式反応器であってよい。移動層又は流動層において還元剤を空気A中の酸素で酸化して、金属及び酸素を含む固体状の酸化剤を生成させる。還元剤の酸化は、発熱反応であるので、還元剤の酸化によって空気反応器5内の温度は高温に維持される。したがって、空気反応器5内の酸化剤及び気体は、高温で加熱される。空気反応器5内の気体は、空気Aに由来する窒素及び酸素を含む。空気反応器5内の温度は、特に限定されないが、例えば、500℃以上1200℃以下であってよい。第一実施形態では、空気反応器5内の酸化剤は、空気反応器5の下部から供給される空気Aによって空気反応器5の上部へ吹き飛ばされ、気体と共に空気反応器5の上部から排出される。空気反応器5は、酸素キャリア(還元剤又は酸化剤)を空気Aの上昇流によって鉛直上方へ移動させて酸素キャリアに位置エネルギー又は運動エネルギーを付与するライザーであってよい。このエネルギーによって酸素キャリアが駆動される結果、酸素キャリアがケミカルループ燃焼装置10a内を循環してよい。空気Aと共に水を空気反応器5内へ供給して、水蒸気を生成させ、空気反応器5の上部から排出させてもよい。
A solid reducing agent containing metal is supplied into the
還元剤は、例えば、一般式MOxで表される。一般式中、Mは金属であり、xは0以上の実数である。つまり還元剤は、金属単体であってよく、金属酸化物であってもよい。金属Mは、特に限定されないが、例えば、Ni、Fe、Cu、Co及びMnからなる群より選ばれる少なくとも一種であってよい。複数の金属単体を還元剤として用いてよい。複数の金属酸化物を還元剤として用いてもよい。複数の金属を含む複合酸化物(例えば、ペロブスカイト型酸化物)を還元剤として用いてもよい。還元剤は、金属又は金属酸化物と、金属又は金属酸化物が担持された担体と、を備えてもよい。担体は、特に限定されないが、例えば、Al2O3、ZrO2、TiO2、SiO2、MgO、NiAl2O4、CoAl2O4、YSZ(Yttria−Stabilized Zirconia)、CuAl2O4及びAlPO4からなる群より選ばれる少なくとも一種であってよい。還元剤が、複数種の担体を備えてもよい。還元剤の粒径は、特に限定されないが、例えば、50μm以上1000μm以下、又は100μm以上500μm以下であってよい。酸化剤は、例えば、一般式MOx+yで表される。一般式中、yは正の実数である。還元剤及び酸化剤は、粉体であってよい。 The reducing agent is represented by, for example, the general formula MO x . In the general formula, M is a metal, and x is a real number of 0 or more. That is, the reducing agent may be a single metal or a metal oxide. The metal M is not particularly limited, but may be at least one selected from the group consisting of Ni, Fe, Cu, Co, and Mn, for example. A plurality of simple metals may be used as the reducing agent. A plurality of metal oxides may be used as the reducing agent. A composite oxide containing a plurality of metals (for example, a perovskite oxide) may be used as the reducing agent. The reducing agent may include a metal or metal oxide and a carrier on which the metal or metal oxide is supported. The support is not particularly limited, and examples thereof include Al 2 O 3 , ZrO 2 , TiO 2 , SiO 2 , MgO, NiAl 2 O 4 , CoAl 2 O 4 , YSZ (Ytria-Stabilized Zirconia), CuAl 2 O 4, and AlPO. It may be at least one selected from the group consisting of 4 . The reducing agent may include a plurality of types of carriers. The particle size of the reducing agent is not particularly limited, and may be, for example, 50 μm or more and 1000 μm or less, or 100 μm or more and 500 μm or less. The oxidizing agent is represented by, for example, a general formula MO x + y . In the general formula, y is a positive real number. The reducing agent and the oxidizing agent may be a powder.
空気反応器5内の酸化剤及び気体を、第一ライン1及び第四ライン4に共通するラインを通じて、第一粉体分離器8aへ供給する。第一粉体分離器8aにより、酸化剤を高温の気体g3から分離する。分離された酸化剤を、第一粉体分離器8aの下部から延びる第一ライン1を通じて、燃料反応器6へ供給する。また分離された酸化剤を、第一粉体分離器8aの下部から延びる第四ライン4を通じて、炭素分離器7に供給する。分離された高温の気体g3を、第一粉体分離器8aから第一熱交換器14aへ供給する。
The oxidant and gas in the
第一粉体分離器8aの下部から延びる第四ライン4は、鉛直方向に対して傾斜している。第四ライン4が傾斜していることにより、第四ライン4内における酸化剤の堆積、及び酸化剤による第四ライン4の詰まりが抑制される。
The
第一ライン1から供給された酸化剤を、燃料反応器6の上部から、燃料反応器6内へ投下する。第一流動化ガスG1を、燃料反応器6の下部から、燃料反応器6内へ供給する。燃料反応器6内では、炭素を含む燃料Fと酸化剤とを第一流動化ガスG1で流動化して、流動層を形成する。流動層において燃料Fを酸化剤により酸化して、二酸化炭素を含む高温の第一ガスg1と、還元剤とを生成させる。
The oxidant supplied from the
燃料反応器6内の温度は、空気反応器5から供給される高温の酸化剤の温度と反応率に依存する。燃料反応器6内の温度は、特に限定されないが、例えば、500℃以上1200℃以下であってよい。
The temperature in the
第一流動化ガスG1は、空気以外の気体である。第一流動化ガスG1は、例えば、水蒸気、二酸化炭素及び酸素からなる群より選ばれる少なくとも一種であってよい。複数種の第一流動化ガスG1を用いてよい。第一流動化ガスG1が水蒸気である場合、燃料反応器6内において、水蒸気改質反応又は水性ガスシフト反応が進行し、燃料Fの酸化が促進される。
The first fluidizing gas G1 is a gas other than air. The first fluidizing gas G1 may be at least one selected from the group consisting of water vapor, carbon dioxide, and oxygen, for example. A plurality of first fluidizing gases G1 may be used. When the first fluidizing gas G1 is steam, the steam reforming reaction or the water gas shift reaction proceeds in the
燃料Fは、固体燃料、液体燃料、及び気体燃料からなる群より選ばれる少なくとも一種であってよい。固体燃料は、特に限定されないが、例えば、石炭、コークス(骸炭)、プラスチック及びバイオマス燃料からなる群より選ばれる少なくとも一種であってよい。液体燃料は、特に限定さないが、例えば、軽油、重油、灯油及びガソリンからなる群より選ばれる少なくとも一種であってよい。気体燃料は、特に限定されないが、例えば、メタン、プロパン、ブタン、天然ガス、及び石炭のガス化ガスからなる群より選ばれる少なくとも一種であってよい。複数種の燃料を用いてもよい。燃料Fは粒子であってよい。第一流動化ガスG1が気体燃料を含んでもよい。つまり、第一流動化ガスG1として気体燃料を用いてもよい。この場合、燃料反応器6内で酸化剤及び第一流動化ガスG1から流動層を形成し、流動層において第一流動化ガスG1に含まれる気体燃料を酸化剤により酸化すればよい。
The fuel F may be at least one selected from the group consisting of solid fuel, liquid fuel, and gaseous fuel. The solid fuel is not particularly limited, but may be at least one selected from the group consisting of coal, coke, plastic, and biomass fuel, for example. The liquid fuel is not particularly limited, but may be at least one selected from the group consisting of light oil, heavy oil, kerosene and gasoline, for example. The gaseous fuel is not particularly limited, and may be at least one selected from the group consisting of methane, propane, butane, natural gas, and coal gasification gas, for example. Multiple types of fuels may be used. The fuel F may be particles. The first fluidizing gas G1 may include gaseous fuel. That is, gaseous fuel may be used as the first fluidizing gas G1. In this case, a fluidized bed may be formed from the oxidant and the first fluidized gas G1 in the
第一ガスg1は、二酸化炭素に加えて、例えば、一酸化炭素、水素又は水を含んでよい。 The first gas g1 may include, for example, carbon monoxide, hydrogen, or water in addition to carbon dioxide.
燃料反応器6内には、燃料に由来する炭素含有物質が残存する。炭素含有物質は、燃料に由来する固体又は液体であってよい。炭素含有物質は、例えば、酸化されなかった燃料の一部であってよい。炭素含有物質は、例えば、燃料の不完全な酸化によって生成した有機化合物であってよい。炭素含有物質は、例えば、石炭チャー等の無機化合物であってよい。炭素含有物質は、例えば、水素又はヘテロ元素(例えば、酸素、硫黄又は窒素)を含んでいてよい。炭素含有物質は粒子であってよい。固体状の炭素含有物質が、還元剤に付着していてよい。液状の炭素含有物質が、固体状の炭素含有物質又は還元剤に付着していてよい。液状の炭素含有物質は、例えば、タールであってよい。特に固体燃料を用いた場合、固体燃料に由来する炭素含有物質が燃料反応器6内に残存し易い。
In the
炭素含有物質及び還元剤を、第二ライン2を通じて、燃料反応器6の下部から炭素分離器7へ供給する。また、炭素含有物質及び還元剤から分離された第一ガスg1を、燃料反応器6の上部から排出し、第二粉体分離器8bへ供給する。
The carbon-containing substance and the reducing agent are supplied to the
第四ライン4を通じて空気反応器5から供給された酸化剤を、炭素分離器7の上部から炭素分離器7内へ投下する。第二流動化ガスG2を、炭素分離器7の下部から、炭素分離器7内へ供給する。炭素分離器7内では、炭素含有物質、酸化剤及び還元剤を第二流動化ガスG2で流動化して、流動層を形成する。流動層において炭素含有物質を酸化剤により酸化して、二酸化炭素を含む第二ガスg2と、還元剤とを生成させる。第二ガスg2を、炭素分離器7の上部から排出して、第二ガスg2を還元剤から分離する。炭素分離器7の上部から排出された第二ガスg2を、第二粉体分離器8bへ供給する。炭素分離器7内に残存する還元剤は、第四ライン4から供給された酸化剤に由来する還元剤と、第二ラインから供給された還元剤とを、含む。
The oxidant supplied from the
第二流動化ガスG2は、空気以外の気体である。第二流動化ガスG2は、例えば、水蒸気、二酸化炭素及び酸素からなる群より選ばれる少なくとも一種であってよい。複数種の第二流動化ガスG2を用いてよい。第二流動化ガスG2が水蒸気である場合、炭素分離器7内において、水蒸気改質反応及び水性ガスシフト反応が進行し、炭素含有物質の反応(酸化によるガス化)が促進される。
The second fluidizing gas G2 is a gas other than air. The second fluidizing gas G2 may be at least one selected from the group consisting of water vapor, carbon dioxide, and oxygen, for example. A plurality of types of second fluidizing gases G2 may be used. When the second fluidizing gas G2 is steam, the steam reforming reaction and the water gas shift reaction proceed in the
第二ガスg2は、二酸化炭素に加えて、例えば、一酸化炭素、水素又は水を含んでよい。 The second gas g2 may include, for example, carbon monoxide, hydrogen, or water in addition to carbon dioxide.
第一実施形態では、酸化力が強く高温の酸化剤によって炭素含有物質を酸化(ガス化)するので、従来の物理的方法では除去することが困難な炭素含有物質を還元剤から除去することができる。つまり、第一実施形態では、還元剤と同程度の密度及び粒径を有する炭素含有物質を除去することができる。また、密度が高く粒径の大きい炭素含有物質を除去することもできる。さらに、還元剤に付着している炭素含有物質を還元剤から除去することができる。第一実施形態では、炭素含有物質を物理的に還元剤から分離する必要がなく、炭素含有物質を炭素分離器7から燃料反応器6へ回収する必要がない。特に固体燃料を用いた場合、固体燃料に由来する炭素含有物質が燃料反応器6内に残存し易いが、第一実施形態によれば、固体燃料に由来する炭素含有物質を炭素分離器7において還元剤から容易に除去することができる。
In the first embodiment, since the carbon-containing material is oxidized (gasified) by a high-temperature oxidizing agent having strong oxidizing power, it is possible to remove the carbon-containing material that is difficult to remove by a conventional physical method from the reducing agent. it can. That is, in the first embodiment, it is possible to remove a carbon-containing material having a density and particle size comparable to those of the reducing agent. In addition, a carbon-containing substance having a high density and a large particle diameter can be removed. Furthermore, the carbon-containing substance adhering to the reducing agent can be removed from the reducing agent. In the first embodiment, it is not necessary to physically separate the carbon-containing material from the reducing agent, and it is not necessary to recover the carbon-containing material from the
第一実施形態では、酸化力が強く高温の酸化剤を空気反応器5から炭素分離器7へ供給するので、水蒸気のみを炭素分離器へ供給する従来の方法に比べて、炭素分離器7における炭素含有物質の反応(酸化によるガス化)が促進され易い。
In the first embodiment, since the oxidizing agent having a strong oxidizing power and a high temperature is supplied from the
炭素含有物質が除去された還元剤を、炭素分離器7の下部から空気反応器5の下部へ供給する。炭素分離器7内で酸化剤の一部が炭素含有物質を酸化せずに残存する場合、酸化剤も還元剤と共に空気反応器5へ供給する。空気反応器5内では、還元剤を空気A中の酸素で再び酸化して、酸化剤を再生する。再生された酸化剤を燃料反応器6及び炭素分離器7へ再び供給する。
The reducing agent from which the carbon-containing material has been removed is supplied from the lower part of the
測定手段9は、例えば、空気反応器5の上部の近傍(空気反応器5における酸化剤及び気体の排出口の近傍)に設置されてよい。測定手段9は、例えば、空気反応器5と第一粉体分離器8aとの間に位置する第一ライン1の途中に設置されてもよい。
The measuring means 9 may be installed, for example, in the vicinity of the upper part of the air reactor 5 (in the vicinity of the oxidant and gas outlet in the air reactor 5). The measurement means 9 may be installed in the middle of the
測定手段9は、例えば、ガスセンサであってよい。測定手段9より、空気反応器5の上部から酸化剤と共に排出される気体中の二酸化炭素の含有量を測定する。炭素含有物質が炭素分離器7から空気反応器5へ供給されると、二酸化炭素が測定手段9によって検出される。
The measuring means 9 may be a gas sensor, for example. From the measuring means 9, the content of carbon dioxide in the gas discharged together with the oxidant from the upper part of the
バルブ12は、例えば、第四ライン4が第一粉体分離器8aに連結する部分の近傍に設置されていてよい。バルブ12は、例えば、第四ライン4の途中に設置されてもよい。バルブ12の開閉により、第四ライン4内の酸化剤の流量を調整する。
For example, the
制御装置11は、測定手段9により測定された二酸化炭素の含有量のデータを取得し、二酸化炭素の含有量に基づいてバルブ12を開閉し、空気反応器5から第四ライン4を通して炭素分離器7へ供給する酸化剤の量(例えば、供給速度)を制御する。例えば、測定手段9により測定された二酸化炭素の含有量の増加に伴い、制御装置11によりバルブ12を開き、炭素分離器7へ供給する酸化剤の量を増加させる。その結果、炭素分離器7における炭素含有物質の酸化がより促進され、炭素含有物質が炭素分離器7から空気反応器5へ供給され難くなる。
The
測定手段9により連続的に測定される二酸化炭素の含有量の変化に応じて、制御装置11により、炭素分離器7へ供給する酸化剤の量を連続的に変化させてよい。測定手段9により測定される二酸化炭素の含有量が所定の許容値(閾値)を超えた場合、制御装置11によりバルブ12を開き、炭素分離器7への酸化剤の供給を開始したり、炭素分離器7への酸化剤の供給量を増加させたりしてよい。測定される二酸化炭素の含有量が所定の許容値以下になった場合、制御装置11によりバルブ12を締めて、炭素分離器7への酸化剤の供給を停止したり、炭素分離器7への酸化剤の供給量を減少させたりしてよい。
The amount of oxidant supplied to the
制御装置11により、炭素分離器7へ供給する酸化剤の量を増加させると、空気反応器5から第一ライン1を通して燃料反応器6へ供給する酸化剤の量が減少する。燃料反応器6へ供給する酸化剤の量が減少すると、燃料Fの一部が酸化せず、炭素含有物質が燃料反応器6から炭素分離器7へ供給されることがある。したがって、制御装置11により、燃料反応器6への燃料Fの供給量を制御してよい。例えば、炭素分離器7へ供給する酸化剤の量の増加に伴い、燃料反応器6への燃料Fの供給を停止したり、燃料反応器6への燃料Fの供給量を減少させたりしてよい。また、制御装置11により、燃料反応器6への酸化剤の供給量を制御してもよい。
When the amount of oxidant supplied to the
ケミカルループ燃焼装置10aは、炭素分離器7を加熱する補助的なヒーターを備えてもよい。補助的なヒーターで炭素分離器7内を加熱することで、炭素分離器7内での炭素含有物質の酸化が促進される。ただし、第一実施形態では、酸化力が強く高温の酸化剤を空気反応器5から炭素分離器7へ供給するので、補助的なヒーターがなくとも、炭素分離器7における炭素含有物質の酸化を促進することができる。
The chemical
第一熱交換器14aでは、水を、第一粉体分離器8aから供給された高温の気体g3で加熱して、高温の水蒸気を発生させる。つまり、気体g3を水で冷却する。
In the
冷却された気体g3を回収する。回収された気体g3中に残存する微小な固形分(例えば、灰)を集塵器で除去してよい。回収された気体g3は、主成分として、窒素を含有する。回収された気体g3は、副成分として、酸素を含有してよい。回収された気体g3から窒素以外の成分を分離・除去することにより、高純度の窒素が得られる。高純度の窒素は、例えば、化学産業、電気機械産業、又は鉄鋼業において利用される。 The cooled gas g3 is recovered. Fine solids (for example, ash) remaining in the recovered gas g3 may be removed with a dust collector. The recovered gas g3 contains nitrogen as a main component. The recovered gas g3 may contain oxygen as a subcomponent. High purity nitrogen can be obtained by separating and removing components other than nitrogen from the recovered gas g3. High purity nitrogen is used, for example, in the chemical industry, the electrical machinery industry, or the steel industry.
第二粉体分離器8bでは、第一ガスg1及び第二ガスg2に混在する固形分を分離する。分離された固形分を第二粉体分離器8bの下部から排出する。固形分は、例えば、還元剤、酸化剤、又は燃料Fの酸化によって生じた灰を含んでよい。
In the
固形分から分離された第一ガスg1及び第二ガスg2を、第二粉体分離器8bから第二熱交換器14bへ供給する。第二熱交換器14bにおいて、水を第一ガスg1及び第二ガスg2で加熱して、高温の水蒸気を発生させる。つまり、第一ガスg1及び第二ガスg2を水で冷却する。
The first gas g1 and the second gas g2 separated from the solid content are supplied from the
冷却された第一ガスg1及び第二ガスg2を回収する。回収された第一ガスg1及び第二ガスg2は、主成分として、二酸化炭素を含む。第一ガスg1及び第二ガスg2に残存する微小な固形分(たとえば、灰)を集塵器で除去してよい。続いて、第一ガスg1及び第二ガスg2に含まれる水を脱水器で除去してよい。第一ガスg1及び第二ガスg2に含まれる水を除去することにより、高純度の二酸化炭素が得られる。高純度の二酸化炭素は、例えば、アーク溶接用ガス、炭酸飲料の原料、冷却剤、工業プロセス用の超臨界流体、又は化学品の原料として利用される。 The cooled first gas g1 and second gas g2 are recovered. The recovered first gas g1 and second gas g2 contain carbon dioxide as a main component. Fine solids (for example, ash) remaining in the first gas g1 and the second gas g2 may be removed with a dust collector. Subsequently, the water contained in the first gas g1 and the second gas g2 may be removed with a dehydrator. By removing the water contained in the first gas g1 and the second gas g2, high-purity carbon dioxide is obtained. High-purity carbon dioxide is used, for example, as a gas for arc welding, a raw material for carbonated beverages, a coolant, a supercritical fluid for industrial processes, or a raw material for chemical products.
(発電装置)
第一実施形態に係る発電装置100aは、ケミカルループ燃焼装置10aと、タービン発電機20と、を備える。タービン発電機20は、タービン20aと、タービン20aによって駆動される発電機20bと、を備える。タービン20aは水蒸気タービンである。高温の水蒸気を、第一熱交換器14a及び第二熱交換器14bからタービン20aに供給する。水蒸気でタービン20aを駆動し、タービン20aで発電機20bを駆動することにより、電力を発生させる。
(Power generation device)
The
[第二実施形態]
本発明の第二実施形態は、以下に記載する事項を除いて、第一実施形態と同じである。第二実施形態によれば、第一実施形態と同様に、炭素含有物質が燃料反応器6から空気反応器5へ供給されることを抑制することができる。
[Second Embodiment]
The second embodiment of the present invention is the same as the first embodiment except for the matters described below. According to the second embodiment, similarly to the first embodiment, it is possible to prevent the carbon-containing material from being supplied from the
図2に示すように、第二実施形態に係る発電装置100bは、ケミカルループ燃焼装置10bとタービン発電機20とを備える。第二実施形態に係るケミカルループ燃焼装置10bでは、第四ライン4が、第一粉体分離器8aを経由することなく、空気反応器5の上部と炭素分離器7とを直接接続する。したがって、第二実施形態では、酸化剤のみならず、窒素及び酸素を含む高温の気体も、第四ライン4を通じて、空気反応器5から炭素分離器7へ供給される。空気反応器5から供給された酸化剤及び酸素は、炭素分離器7内において炭素含有物質を酸化する。空気反応器5から供給される窒素は炭素含有物質の酸化に関与しない。炭素分離器7の上部から排出される第二ガスg2は、少なくとも二酸化炭素及び窒素を含む。したがって、第二実施形態では、第二ガスg2中の二酸化炭素及び窒素を互いに分離する工程を行ってよい。
As shown in FIG. 2, the
[第三実施形態]
本発明の第三実施形態は、以下に記載する事項を除いて、第一実施形態と同じである。第三実施形態によれば、第一実施形態と同様に、炭素含有物質が燃料反応器6から空気反応器5へ供給されることを抑制することができる。
[Third embodiment]
The third embodiment of the present invention is the same as the first embodiment except for the matters described below. According to the third embodiment, similarly to the first embodiment, it is possible to prevent the carbon-containing material from being supplied from the
図3に示すように、第三実施形態に係る発電装置100cは、ケミカルループ燃焼装置10cとタービン発電機20とを備える。第三実施形態に係るケミカルループ燃焼装置10cは、水素生成器13と、第三粉体分離器8cと、第三熱交換器14cと、を更に備える。水素生成器13は、第二ライン2の途中に設けられている。第二ライン2を通じて、炭素含有物質及び還元剤を、燃料反応器6から水素生成器13へ供給する。
As shown in FIG. 3, the
空気反応器5から供給された炭素含有物質及び酸化剤を、水素生成器13の上部から水素生成器13内へ投下する。水蒸気を、水素生成器13の下部から水素生成器13内へ供給する。水素生成器13内では、炭素含有物質及び還元剤を水蒸気で流動化して、流動層を形成する。流動層において、還元剤の少なくとも一部を水蒸気により部分的に酸化して、水素を含むガス(水素含有ガスh)を生成させる。つまり、水蒸気を還元剤で還元して、水素含有ガスhを生成させる。還元剤の一部が完全に酸化され、一般式MOx+yで表される酸化剤が生成されてもよい。蒸気により部分的に酸化された還元剤は、例えば、一般式MOx+zで表される。一般式中、zはyよりも小さい正の実数である。水素生成器13内では、炭素含有物質の一部を水蒸気により酸化して、水素と、二酸化炭素又は一酸化炭素とを生成させてもよい。つまり、水素含有ガスhは、二酸化炭素又は一酸化炭素を含有してよい。水素含有ガスhは、例えば、硫化水素又は水を更に含有してよい。
The carbon-containing substance and the oxidant supplied from the
水素生成器13内に残存する炭素含有物質、還元剤、及び部分的に酸化された還元剤を、第二ライン2を通じて、水素生成器13の下部から炭素分離器7の上部へ供給する。水素生成器13内で酸化剤が生成した場合、酸化剤も、第二ライン2を通じて、水素生成器13から炭素分離器7へ供給する。第三実施形態では、還元剤の少なくとも一部が炭素分離器7へ供給される前に水素生成器13において部分的に酸化され、還元剤の少なくとも一部の酸化力が回復する。したがって、第三実施形態では、水素生成器13を用いない第一実施形態及び第二実施形態に比べて、炭素分離器7における炭素含有物質の酸化が促進され易い。
The carbon-containing material, the reducing agent, and the partially oxidized reducing agent remaining in the
水素生成器13内の水素含有ガスhを、水素生成器13の上部から排出する。水素生成器13の上部から排出された水素含有ガスhを、第三粉体分離器8cへ供給する。第三粉体分離器8cにおいて、水素含有ガスh中に残存する固形分を分離する。分離された固形分を第三粉体分離器8cの下部から排出する。固形分は、例えば、還元剤、酸化剤、は炭素含有物質、又は灰を含んでよい。
The hydrogen-containing gas h in the
第三粉体分離器8cにおいて固形分から分離された水素含有ガスhを、第三熱交換器14cへ供給する。第三熱交換器14cにおいて、水を水素含有ガスhで加熱して、高温の水蒸気を発生させる。この水蒸気をタービン20aへ供給する。
The hydrogen-containing gas h separated from the solid content in the
第三熱交換器14cで冷却された水素含有ガスhを回収する。回収された水素含有ガスhに残存する微小な固形分(例えば、灰)を集塵器で除去してよい。続いて、水素含有ガスhに含まれる水素以外の成分(例えば、硫化水素)を除去してもよい。水素以外の成分を水素含有ガスhから除去することにより、高純度の水素が得られる。高純度の水素は、例えば、化学品の製造、石油の精製、又は製鉄に利用される。
The hydrogen-containing gas h cooled by the
[第四実施形態]
本発明の第四実施形態は、以下に記載する事項を除いて、第三実施形態と同じである。第四実施形態によれば、第三実施形態と同様に、炭素含有物質が燃料反応器6から空気反応器5へ供給されることを抑制することができる。
[Fourth embodiment]
The fourth embodiment of the present invention is the same as the third embodiment except for the matters described below. According to the fourth embodiment, similarly to the third embodiment, it is possible to prevent the carbon-containing material from being supplied from the
図4に示すように、第四実施形態に係る発電装置100dは、ケミカルループ燃焼装置10dとタービン発電機20とを備える。第四実施形態に係るケミカルループ燃焼装置10dでは、水素生成器13は、第三ライン3の途中に設けられている。第四実施形態では、炭素分離器7において既に炭素含有物質が除去された還元剤を、第三ライン3を通じて、水素生成器13へ供給する。したがって、水素生成器13内では、還元剤の少なくとも一部が水蒸気により部分的に酸化されて水素が生成するが、炭素含有物質の酸化は起き難い。つまり、水素生成器13内で生成する水素含有ガスhは、二酸化炭素及び一酸化炭素を含有し難い。したがって、第四実施形態において最終的に得られる水素の純度は、第三実施形態において得られる水素の純度よりも高くなり易い。
As shown in FIG. 4, the
水素生成器13内の還元剤、及び部分的に酸化された還元剤を、第三ライン3を通じて、水素生成器13の下部から空気反応器5の下部へ供給する。水素生成器13内で酸化剤が生成した場合、酸化剤も、第三ライン3を通じて、水素生成器13のから空気反応器5へ供給する。
The reducing agent in the
[他の実施形態]
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されない。
[Other Embodiments]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to said embodiment.
例えば、上記実施形態に係るケミカルループ燃焼装置のいずれかが、第四ライン4から分枝して第二ライン2へ接続される第五ラインを更に具備してよい。酸化剤を、第五ラインを通じて、空気反応器5から第二ライン2へ供給してよい。その結果、第二ライン2内の炭素含有物質が炭素分離器7へ供給される前の時点から、酸化剤による炭素含有物質の酸化(ガス化)が始まり、炭素分離器7において炭素含有物質が還元剤から除去され易くなる。
For example, any of the chemical loop combustion apparatuses according to the above embodiments may further include a fifth line branched from the
第一粉体分離器8aにおいて酸化剤から分離された高温の気体g3を、第一熱交換器14aに供給せず、タービン20aに直接供給してよい。この場合、タービン20aは、水蒸気タービンではなく、ガスタービンであればよい。
The high temperature gas g3 separated from the oxidant in the
空気Aを、空気反応器5へ供給する前に、第一熱交換器14a、第二熱交換器14b又は第三熱交換器14cにおいて加熱してよい。第一熱交換器14a、第二熱交換器14b又は第三熱交換器14cで発生させた水蒸気の一部を、燃料反応器6、炭素分離器7、又は水素生成器13のいずれかに供給してよい。
Before supplying the air A to the
燃料反応器6、炭素分離器7、又は水素生成器13は、移動層式反応器であってもよい。
The
本発明に係るケミカルループ燃焼装置、発電装置及びケミカルループ燃焼方法によれば、例えば、石炭の燃焼、又は石炭を用いた発電において生成する二酸化炭素を容易に回収することができる。 According to the chemical loop combustion apparatus, the power generation apparatus, and the chemical loop combustion method according to the present invention, for example, carbon dioxide generated in combustion of coal or power generation using coal can be easily recovered.
1 第一ライン
2 第二ライン
3 第三ライン
4 第四ライン
5 空気反応器
6 燃料反応器
7 炭素分離器
8a 第一粉体分離器
8b 第二粉体分離器
8c 第三粉体分離器
9 測定手段
10a、10b、10c、10d ケミカルループ燃焼装置
11 制御装置
12 バルブ
13 水素生成器
14a 第一熱交換器
14b 第二熱交換器
14c 第三熱交換器
20 タービン発電機
20a タービン
20b 発電機
100a、100b、100c、100d 発電装置
A 空気
F 燃料
g1 第一ガス
G1 第一流動化ガス
g2 第二ガス
G2 第二流動化ガス
g3 気体
h 水素含有ガス
DESCRIPTION OF
Claims (6)
炭素を含む燃料を前記酸化剤で酸化して、二酸化炭素を含むガスと、前記還元剤とを生成させる燃料反応器と、
前記燃料に由来する炭素含有物質と、前記還元剤とが、前記燃料反応器から供給され、前記炭素含有物質を酸化して、二酸化炭素を含むガスを生成させ、前記ガスを前記還元剤から分離する炭素分離器と、
前記空気反応器で生成した前記酸化剤を、前記燃料反応器へ供給する第一ラインと、
前記炭素含有物質及び前記還元剤を、前記燃料反応器から前記炭素分離器へ供給する第二ラインと、
前記還元剤を、前記炭素分離器から前記空気反応器へ供給する第三ラインと、
前記空気反応器で生成した前記酸化剤を、前記炭素分離器へ供給する第四ラインと、
を備え、
前記炭素分離器において、前記第四ラインを通して供給される前記酸化剤により、前記炭素含有物質を酸化して、前記ガスを生成させる、
ケミカルループ燃焼装置。 An air reactor that oxidizes a solid reducing agent containing a metal with oxygen in the air to produce the solid oxidizing agent containing the metal and oxygen;
A fuel reactor that oxidizes a fuel containing carbon with the oxidant to generate a gas containing carbon dioxide and the reducing agent;
A carbon-containing substance derived from the fuel and the reducing agent are supplied from the fuel reactor, oxidize the carbon-containing substance to generate a gas containing carbon dioxide, and separate the gas from the reducing agent. A carbon separator,
A first line for supplying the oxidant generated in the air reactor to the fuel reactor;
A second line for supplying the carbon-containing material and the reducing agent from the fuel reactor to the carbon separator;
A third line for supplying the reducing agent from the carbon separator to the air reactor;
A fourth line for supplying the oxidant produced in the air reactor to the carbon separator;
With
In the carbon separator, the carbon-containing material is oxidized by the oxidant supplied through the fourth line to generate the gas.
Chemical loop combustion device.
前記測定手段により測定された前記二酸化炭素の含有量に基づいて、前記空気反応器から前記第四ラインを通して前記炭素分離器へ供給する前記酸化剤の量を制御する制御装置と、
を更に備える、
請求項1に記載のケミカルループ燃焼装置。 Measuring means for measuring the content of carbon dioxide in the gas discharged from the air reactor;
A control device for controlling the amount of the oxidant supplied from the air reactor to the carbon separator through the fourth line based on the carbon dioxide content measured by the measuring means;
Further comprising
The chemical loop combustion apparatus according to claim 1.
請求項1又は2に記載のケミカルループ燃焼装置。 A hydrogen generator that is provided in the middle of the second line or the third line and that partially oxidizes at least a part of the reducing agent with water vapor to generate at least hydrogen;
The chemical loop combustion apparatus according to claim 1 or 2.
請求項1〜3のいずれか一項に記載のケミカルループ燃焼装置。 Provided in the middle of the first line, separates the oxidant and gas supplied from the air reactor, and supplies the separated oxidant to at least one of the fuel reactor and the carbon separator A powder separator
The chemical loop combustion apparatus as described in any one of Claims 1-3.
前記ケミカルループ燃焼装置から供給されるガスによって駆動されるタービン発電機と、
を備える、
発電装置。 The chemical loop combustion apparatus according to any one of claims 1 to 4,
A turbine generator driven by gas supplied from the chemical loop combustion device;
Comprising
Power generation device.
前記酸化剤を、前記空気反応器から燃料反応器へ供給する工程と、
前記燃料反応器において、炭素を含む燃料を前記酸化剤で酸化して、二酸化炭素を含むガスと、前記還元剤とを生成させる工程と、
前記燃料に由来する炭素含有物質と、前記還元剤とを、前記燃料反応器から炭素分離器へ供給する工程と、
前記酸化剤を、前記空気反応器から前記炭素分離器へ供給する工程と、
前記炭素分離器において、前記空気反応器から供給される前記酸化剤により、前記炭素含有物質を酸化して、二酸化炭素を含むガスを生成させ、前記ガスを前記還元剤から分離する工程と、
前記還元剤を、前記炭素分離器から前記空気反応器へ供給する工程と、
を備える、
ケミカルループ燃焼方法。 Oxidizing a solid reducing agent containing a metal with oxygen in the air in an air reactor to produce a solid oxidizing agent containing the metal and oxygen;
Supplying the oxidant from the air reactor to a fuel reactor;
Oxidizing the fuel containing carbon with the oxidant in the fuel reactor to generate a gas containing carbon dioxide and the reducing agent;
Supplying a carbon-containing substance derived from the fuel and the reducing agent from the fuel reactor to a carbon separator;
Supplying the oxidant from the air reactor to the carbon separator;
In the carbon separator, the step of oxidizing the carbon-containing substance with the oxidant supplied from the air reactor to generate a gas containing carbon dioxide, and separating the gas from the reducing agent;
Supplying the reducing agent from the carbon separator to the air reactor;
Comprising
Chemical loop combustion method.
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