JP2710267B2 - 二酸化炭素含有ガスからの二酸化炭素の分離装置と、二酸化炭素分離機能を有する燃焼装置 - Google Patents
二酸化炭素含有ガスからの二酸化炭素の分離装置と、二酸化炭素分離機能を有する燃焼装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、二酸化炭素含有ガス中
に含まれている二酸化炭素を装置効率よく分離する装置
と、二酸化炭素分離機能を備えた燃焼装置に関するもの
である。
に含まれている二酸化炭素を装置効率よく分離する装置
と、二酸化炭素分離機能を備えた燃焼装置に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】近年、地球環境問題の中でもＣＯ２によ
る温室効果が特に注目され、発電用及び工業用の化石燃
料燃焼ボイラーからのＣＯ２排出量の低減法やＣＯ２の
有効利用法が検討されている。ＣＯ２排出量低減法とし
ては、排ガスから分離回収したＣＯ２を海底や廃鉱に貯
留する等の方法が考えられている。このようなＣＯ２排
出量の低減及びその有効利用のためには燃焼ガスからの
ＣＯ２の分離回収操作が必要になり、これまでにアミン
等の溶液やゼオライト粒子を使った吸収又は吸着による
分離法や、燃料を純酸素で燃焼させる酸素燃焼法等が検
討されている。しかしながら、大量の燃焼排ガスからの
ＣＯ２の吸収／吸着による分離回収法は装置が大型化す
るために、特にコスト的に大きなリスクがあり、実用化
の見通しは立っていない。一方、酸素燃焼法では空気に
変えて純酸素を濃度１００％で供給する方式から、燃焼
排ガスを再循環してこれに純酸素を２０％程度加える方
式まで、理論的には供給酸素濃度の幅を自由に設定でき
る。この場合、例えば、石炭燃焼の排ガスは、水分、数
％程度の残余酸素及び微量のＳＯ２とＮＯｘなどを除い
た成分はすべてＣＯ２になり、従って、ＣＯ２の分離装
置が不要になるか又は抜本的に簡素化できる特長を持っ
ている。しかしながら、この酸素燃焼法では純酸素製造
プロセスが必要になり、窒素を含む排ガスからのＣＯ２
の分離回収方式よりも有利であるとはいえ、純酸素製造
のための動力と付加コストの低減が実用化にとっての重
要な鍵になる。
る温室効果が特に注目され、発電用及び工業用の化石燃
料燃焼ボイラーからのＣＯ２排出量の低減法やＣＯ２の
有効利用法が検討されている。ＣＯ２排出量低減法とし
ては、排ガスから分離回収したＣＯ２を海底や廃鉱に貯
留する等の方法が考えられている。このようなＣＯ２排
出量の低減及びその有効利用のためには燃焼ガスからの
ＣＯ２の分離回収操作が必要になり、これまでにアミン
等の溶液やゼオライト粒子を使った吸収又は吸着による
分離法や、燃料を純酸素で燃焼させる酸素燃焼法等が検
討されている。しかしながら、大量の燃焼排ガスからの
ＣＯ２の吸収／吸着による分離回収法は装置が大型化す
るために、特にコスト的に大きなリスクがあり、実用化
の見通しは立っていない。一方、酸素燃焼法では空気に
変えて純酸素を濃度１００％で供給する方式から、燃焼
排ガスを再循環してこれに純酸素を２０％程度加える方
式まで、理論的には供給酸素濃度の幅を自由に設定でき
る。この場合、例えば、石炭燃焼の排ガスは、水分、数
％程度の残余酸素及び微量のＳＯ２とＮＯｘなどを除い
た成分はすべてＣＯ２になり、従って、ＣＯ２の分離装
置が不要になるか又は抜本的に簡素化できる特長を持っ
ている。しかしながら、この酸素燃焼法では純酸素製造
プロセスが必要になり、窒素を含む排ガスからのＣＯ２
の分離回収方式よりも有利であるとはいえ、純酸素製造
のための動力と付加コストの低減が実用化にとっての重
要な鍵になる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、二酸化炭素
含有ガス中に含まれている二酸化炭素を装置効率よく分
離する装置と、二酸化炭素分離機能を備えた燃焼装置を
提供することをその課題とする。
含有ガス中に含まれている二酸化炭素を装置効率よく分
離する装置と、二酸化炭素分離機能を備えた燃焼装置を
提供することをその課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成する
に至った。
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成する
に至った。
【０００５】即ち、本発明によれば、二酸化炭素含有ガ
スを金属酸化物と接触させて燃焼ガス中に含まれる二酸
化炭素を金属酸化物と反応させて金属炭酸塩を形成する
二酸化炭素吸収装置と、純酸素で燃料を燃焼させ、その
際に得られる燃焼熱によって金属炭酸塩を熱分解させる
金属炭酸塩熱分解炉と、二酸化炭素吸収装置内で生成し
た金属炭酸塩を金属炭酸塩熱分解炉に移送させる配管
と、金属炭酸塩熱分解炉で生成した金属酸化物を二酸化
炭素吸収装置に移送させる配管を備えたことを特徴とす
る二酸化炭素含有ガスからの二酸化炭素分離装置が提供
される。
スを金属酸化物と接触させて燃焼ガス中に含まれる二酸
化炭素を金属酸化物と反応させて金属炭酸塩を形成する
二酸化炭素吸収装置と、純酸素で燃料を燃焼させ、その
際に得られる燃焼熱によって金属炭酸塩を熱分解させる
金属炭酸塩熱分解炉と、二酸化炭素吸収装置内で生成し
た金属炭酸塩を金属炭酸塩熱分解炉に移送させる配管
と、金属炭酸塩熱分解炉で生成した金属酸化物を二酸化
炭素吸収装置に移送させる配管を備えたことを特徴とす
る二酸化炭素含有ガスからの二酸化炭素分離装置が提供
される。
【０００６】また、本発明によれば、炉内上部が金属酸
化物充填層に形成された第１燃焼炉と、炉内上部が金属
炭酸塩充填層に形成された第２燃焼炉の組合せを用い、
第１燃焼炉に二酸化炭素含有ガスを供給し、金属酸化物
充填層を流通させてそのガスに含まれる二酸化炭素を金
属酸化物と反応させて金属炭酸塩に変換させ、一方、第
２燃焼炉に純酸素と燃料を供給し、純酸素により燃料を
燃焼させるとともに、その際の燃焼ガスを金属炭酸塩充
填層を流通させ、金属炭酸塩を熱分解させて金属酸化物
に変換させ、これらの反応操作の終了後、第１燃焼炉と
第２燃焼炉における前記反応操作を逆にして行うことを
特徴とする二酸化炭素含有ガスからの二酸化炭素の分離
方法が提供される。
化物充填層に形成された第１燃焼炉と、炉内上部が金属
炭酸塩充填層に形成された第２燃焼炉の組合せを用い、
第１燃焼炉に二酸化炭素含有ガスを供給し、金属酸化物
充填層を流通させてそのガスに含まれる二酸化炭素を金
属酸化物と反応させて金属炭酸塩に変換させ、一方、第
２燃焼炉に純酸素と燃料を供給し、純酸素により燃料を
燃焼させるとともに、その際の燃焼ガスを金属炭酸塩充
填層を流通させ、金属炭酸塩を熱分解させて金属酸化物
に変換させ、これらの反応操作の終了後、第１燃焼炉と
第２燃焼炉における前記反応操作を逆にして行うことを
特徴とする二酸化炭素含有ガスからの二酸化炭素の分離
方法が提供される。
【０００７】さらに、本発明によれば、空気で燃料を燃
焼させる空気燃焼炉と、その上方に連結管を介して連結
された二酸化炭素吸収炉と、二酸化炭素吸収炉の上部に
連結されたガス移送管と、ガス移送管の先端に連結され
た固気分離器と、固気分離器に連結された固体粒子下降
管と、固体粒子下降管を包囲し、その固体粒子下降管の
先端が炉内下部に位置する、純酸素による燃料の燃焼と
その際の燃焼熱により金属炭酸塩を熱分解させる金属炭
酸塩熱分解炉と、金属炭酸塩熱分解炉と空気燃焼炉とを
連結する金属酸化物移送管を備えたことを特徴とする二
酸化炭素分離機能を有する燃焼装置が提供される。
焼させる空気燃焼炉と、その上方に連結管を介して連結
された二酸化炭素吸収炉と、二酸化炭素吸収炉の上部に
連結されたガス移送管と、ガス移送管の先端に連結され
た固気分離器と、固気分離器に連結された固体粒子下降
管と、固体粒子下降管を包囲し、その固体粒子下降管の
先端が炉内下部に位置する、純酸素による燃料の燃焼と
その際の燃焼熱により金属炭酸塩を熱分解させる金属炭
酸塩熱分解炉と、金属炭酸塩熱分解炉と空気燃焼炉とを
連結する金属酸化物移送管を備えたことを特徴とする二
酸化炭素分離機能を有する燃焼装置が提供される。
【０００８】本発明において用いる金属炭酸塩として
は、炭酸カルシウムや炭酸マグネシウム等のアルカリ土
類金属の炭酸塩が用いられ、常圧下では好ましくは炭酸
カルシウムが用いられ、加圧下では好ましくは炭酸マグ
ネシウムが用いられる。金属炭酸塩の平均粒径は、流動
層として用いる場合には、０．０５〜１０ｍｍ、好まし
くは０．１〜１ｍｍであり、固定層として用いる場合に
は、５〜５０ｍｍ、好ましくは１０〜４０ｍｍである。
燃料としては従来公知の各種のもの、例えば、石炭、石
油、天然ガス等が用いられる。本発明で被処理原料とし
て用いる二酸化炭素含有ガスは、燃焼ガス等の不燃焼ガ
スや二酸化炭素含有天然ガス等の可燃焼ガス等であるこ
とができる。また、二酸化炭素含有ガスの温度は特に制
約されず、低温又は高温であることができる。
は、炭酸カルシウムや炭酸マグネシウム等のアルカリ土
類金属の炭酸塩が用いられ、常圧下では好ましくは炭酸
カルシウムが用いられ、加圧下では好ましくは炭酸マグ
ネシウムが用いられる。金属炭酸塩の平均粒径は、流動
層として用いる場合には、０．０５〜１０ｍｍ、好まし
くは０．１〜１ｍｍであり、固定層として用いる場合に
は、５〜５０ｍｍ、好ましくは１０〜４０ｍｍである。
燃料としては従来公知の各種のもの、例えば、石炭、石
油、天然ガス等が用いられる。本発明で被処理原料とし
て用いる二酸化炭素含有ガスは、燃焼ガス等の不燃焼ガ
スや二酸化炭素含有天然ガス等の可燃焼ガス等であるこ
とができる。また、二酸化炭素含有ガスの温度は特に制
約されず、低温又は高温であることができる。
【０００９】次に本発明を図面を参照して説明する。図
１は、燃焼ガスからそれに含まれている二酸化炭素（Ｃ
Ｏ２）を分離する装置の説明図を示す。図１において、
１は二酸化炭素吸収装置、２は金属炭酸塩熱分解炉を示
す。ＣＯ２吸収装置１は、その内部には熱交換器（水
管）７が配設され、また、その内部に金属炭酸塩熱分解
炉２から配管１２を通って導入される金属酸化物（図示
されず）が分散板４上に充填されている。燃焼ガスは、
その供給管３を通って装置１内に供給され、分散板４を
通して装置内上方に噴出され、これによって装置内には
金属酸化物の流動層が形成される。この流動層の上端部
は、金属炭酸塩の出口１３より上方で、ガス排出口より
下方に位置する。
１は、燃焼ガスからそれに含まれている二酸化炭素（Ｃ
Ｏ２）を分離する装置の説明図を示す。図１において、
１は二酸化炭素吸収装置、２は金属炭酸塩熱分解炉を示
す。ＣＯ２吸収装置１は、その内部には熱交換器（水
管）７が配設され、また、その内部に金属炭酸塩熱分解
炉２から配管１２を通って導入される金属酸化物（図示
されず）が分散板４上に充填されている。燃焼ガスは、
その供給管３を通って装置１内に供給され、分散板４を
通して装置内上方に噴出され、これによって装置内には
金属酸化物の流動層が形成される。この流動層の上端部
は、金属炭酸塩の出口１３より上方で、ガス排出口より
下方に位置する。
【００１０】ＣＯ２吸収装置１内の温度は、金属酸化物
とＣＯ２との反応が生じる温度であり、例えば、金属酸
化物が酸化カルシウム（ＣａＯ）の場合、装置内温度
は、常圧下で５５０〜６５０℃、好ましくは６００〜６
２０℃である。燃焼ガス供給管３から供給される燃焼ガ
ス温度は、１０００℃以下、好ましくは６００〜６５０
℃である。装置内に導入された燃焼ガスは、熱交換器７
を通る水によって冷却され、装置内温度は前記金属酸化
物とＣＯ２との反応温度に保持される。装置内における
金属酸化物の充填量は、分散板９上からの装置の高さに
対する静止した金属酸化物の層高の比で表わして、２０
〜７０％、好ましくは３０〜５０％である。
とＣＯ２との反応が生じる温度であり、例えば、金属酸
化物が酸化カルシウム（ＣａＯ）の場合、装置内温度
は、常圧下で５５０〜６５０℃、好ましくは６００〜６
２０℃である。燃焼ガス供給管３から供給される燃焼ガ
ス温度は、１０００℃以下、好ましくは６００〜６５０
℃である。装置内に導入された燃焼ガスは、熱交換器７
を通る水によって冷却され、装置内温度は前記金属酸化
物とＣＯ２との反応温度に保持される。装置内における
金属酸化物の充填量は、分散板９上からの装置の高さに
対する静止した金属酸化物の層高の比で表わして、２０
〜７０％、好ましくは３０〜５０％である。
【００１１】燃焼ガス供給管３から装置１内に供給され
る燃焼ガスの供給速度は、金属炭酸塩熱分解炉２から金
属酸化物移送管１２を通って装置１内に導入される金属
酸化物の供給速度と関係し、供給される金属酸化物によ
って、供給される燃焼ガス中のＣＯ２の８０％以上、特
に９０〜９５％が反応除去されるような供給速度であ
る。前記のようにしてＣＯ２吸収装置１を操作すること
により、燃焼ガス中のＣＯ２の８０％以上、特に９０〜
９５％が除去され、窒素を主成分とする排ガスがガス排
出管５を通って排出される。
る燃焼ガスの供給速度は、金属炭酸塩熱分解炉２から金
属酸化物移送管１２を通って装置１内に導入される金属
酸化物の供給速度と関係し、供給される金属酸化物によ
って、供給される燃焼ガス中のＣＯ２の８０％以上、特
に９０〜９５％が反応除去されるような供給速度であ
る。前記のようにしてＣＯ２吸収装置１を操作すること
により、燃焼ガス中のＣＯ２の８０％以上、特に９０〜
９５％が除去され、窒素を主成分とする排ガスがガス排
出管５を通って排出される。
【００１２】金属炭酸塩熱分解炉２内には、燃料として
の微粉状の石炭（図示されず）と金属炭酸塩（図示され
ず）がガス分散板９上に充填されている。その炉の底部
又は下部の酸素供給管８から純酸素が供給され、分散板
９を通って上方に噴出され、これによって分散板９の上
方には、微粉炭と金属炭酸塩の流動層が形成される。流
動層の先端部は、金属酸化物出口１５より上方で、ＣＯ
２排出口より下方に位置する。
の微粉状の石炭（図示されず）と金属炭酸塩（図示され
ず）がガス分散板９上に充填されている。その炉の底部
又は下部の酸素供給管８から純酸素が供給され、分散板
９を通って上方に噴出され、これによって分散板９の上
方には、微粉炭と金属炭酸塩の流動層が形成される。流
動層の先端部は、金属酸化物出口１５より上方で、ＣＯ
２排出口より下方に位置する。
【００１３】前記炉２内においては、純酸素による微粉
炭の燃焼と、その高温燃焼ガスによる金属炭酸塩の熱分
解が行われる。炉内温度は、金属炭酸塩の熱分解温度で
あればよく、例えば、金属炭酸塩が炭酸カルシウム（Ｃ
ａＣＯ３）の場合、９００〜１０００℃、好ましくは９
２０〜９５０℃である。炉内における金属炭酸塩の充填
量は、分散板９上からの炉の高さに対する静止した金属
炭酸塩の層高の比で表わして、３０〜７０％、好ましく
は２０〜５０％である。燃料としての石炭は、粉末状
で、供給管１０から炉２内に供給される。石炭の供給速
度は、炉２内の温度を金属炭酸塩の熱分解温度に保持す
るのに十分な速度であればよい。また、この炉２内に
は、補充用の金属炭酸塩が金属炭酸塩補充管（図示され
ず）から必要に応じて補充される。
炭の燃焼と、その高温燃焼ガスによる金属炭酸塩の熱分
解が行われる。炉内温度は、金属炭酸塩の熱分解温度で
あればよく、例えば、金属炭酸塩が炭酸カルシウム（Ｃ
ａＣＯ３）の場合、９００〜１０００℃、好ましくは９
２０〜９５０℃である。炉内における金属炭酸塩の充填
量は、分散板９上からの炉の高さに対する静止した金属
炭酸塩の層高の比で表わして、３０〜７０％、好ましく
は２０〜５０％である。燃料としての石炭は、粉末状
で、供給管１０から炉２内に供給される。石炭の供給速
度は、炉２内の温度を金属炭酸塩の熱分解温度に保持す
るのに十分な速度であればよい。また、この炉２内に
は、補充用の金属炭酸塩が金属炭酸塩補充管（図示され
ず）から必要に応じて補充される。
【００１４】前記のようにして炉２を操作することによ
り、炉２内の金属炭酸塩は熱分解され、金属酸化物とな
り、このものは、炉側壁上部に配設された金属酸化物抜
出し口１５から金属酸化物移送管１２を通ってＣＯ２吸
収装置１の下部に配設された金属酸化物供給口１６を通
って装置１内に供給される。また、炉２内の下部には、
装置１の上部側壁に配設された金属炭酸塩抜出し口１３
から金属炭酸移送配管６を通って、金属炭酸塩が金属炭
酸塩供給口１４から供給される。装置１下部に供給され
た金属酸化物は、装置１内においてＣＯ２と反応して金
属炭酸塩となり、移送管６を通って炉２内下部に供給さ
れる。一方、炉２内で生成したＣＯ２は、ガス排出管１
１を通って系外へ排出される。この炉２内で生成したＣ
Ｏ２は、金属炭酸塩の熱分解により生成したＣＯ２と、
石炭の純酸素による燃焼により生成したＣＯ２からなる
ものであり、窒素ガスを含有しないものである。
り、炉２内の金属炭酸塩は熱分解され、金属酸化物とな
り、このものは、炉側壁上部に配設された金属酸化物抜
出し口１５から金属酸化物移送管１２を通ってＣＯ２吸
収装置１の下部に配設された金属酸化物供給口１６を通
って装置１内に供給される。また、炉２内の下部には、
装置１の上部側壁に配設された金属炭酸塩抜出し口１３
から金属炭酸移送配管６を通って、金属炭酸塩が金属炭
酸塩供給口１４から供給される。装置１下部に供給され
た金属酸化物は、装置１内においてＣＯ２と反応して金
属炭酸塩となり、移送管６を通って炉２内下部に供給さ
れる。一方、炉２内で生成したＣＯ２は、ガス排出管１
１を通って系外へ排出される。この炉２内で生成したＣ
Ｏ２は、金属炭酸塩の熱分解により生成したＣＯ２と、
石炭の純酸素による燃焼により生成したＣＯ２からなる
ものであり、窒素ガスを含有しないものである。
【００１５】図１に示した装置を用いて燃焼ガス中から
ＣＯ２を分離する場合、金属炭酸塩熱分解炉２における
石炭の燃焼により発生した熱は、金属酸化物に蓄熱され
てＣＯ２吸収装置１に移動され、ここで、熱交換器７を
介して回収される。図１に示した装置を用いて燃焼ガス
からＣＯ２を分離する場合、装置１及び炉２は、常圧又
は加圧で操作することができる。また、装置１及び炉２
における金属酸化物及び金属炭酸塩の流動状態は、通常
の流動層である他、気流輸送層であることができる。
ＣＯ２を分離する場合、金属炭酸塩熱分解炉２における
石炭の燃焼により発生した熱は、金属酸化物に蓄熱され
てＣＯ２吸収装置１に移動され、ここで、熱交換器７を
介して回収される。図１に示した装置を用いて燃焼ガス
からＣＯ２を分離する場合、装置１及び炉２は、常圧又
は加圧で操作することができる。また、装置１及び炉２
における金属酸化物及び金属炭酸塩の流動状態は、通常
の流動層である他、気流輸送層であることができる。
【００１６】本発明の二酸化炭素含有ガスからのＣＯ２
分離装置は、固定床装置であることができる。この場合
の固定床装置の構造を図２に示す。図２において、Ａは
金属酸化物充填層、Ｂは金属炭酸塩充填層を示す。２
１、２１’は燃焼炉、２３はガス供給管、２４はガス分
散板、２５はガス排出管、２７は熱交換器、２８は石炭
供給管を示す。
分離装置は、固定床装置であることができる。この場合
の固定床装置の構造を図２に示す。図２において、Ａは
金属酸化物充填層、Ｂは金属炭酸塩充填層を示す。２
１、２１’は燃焼炉、２３はガス供給管、２４はガス分
散板、２５はガス排出管、２７は熱交換器、２８は石炭
供給管を示す。
【００１７】図２に示す装置を用いて燃焼ガスからのＣ
Ｏ２の分離を行うには、第１燃焼炉２１に対して、燃焼
ガスをライン１００、バルブ１０２を通して供給し、一
方、第２燃焼炉２１’に対して、純酸素をライン１０
１、バルブ１０５を通して供給する。また、第２燃焼炉
２１’に対しては、石炭供給管２８から石炭粉を炉内に
供給して純酸素により燃焼させる。
Ｏ２の分離を行うには、第１燃焼炉２１に対して、燃焼
ガスをライン１００、バルブ１０２を通して供給し、一
方、第２燃焼炉２１’に対して、純酸素をライン１０
１、バルブ１０５を通して供給する。また、第２燃焼炉
２１’に対しては、石炭供給管２８から石炭粉を炉内に
供給して純酸素により燃焼させる。
【００１８】第１燃焼炉２１においては、供給された燃
焼ガスを炉内上方に流し、金属酸化物からなる充填層Ａ
を流通させる。この場合、炉内温度は熱交換器２７によ
り、ＣＯ２と金属酸化物とが反応する温度に保持され
る。これによって、燃焼ガス中のＣＯ２と金属酸化物と
が反応し、金属酸化物は金属炭酸塩に変換される。ＣＯ
２の除去された窒素を主成分とする燃焼ガスはガス排出
管２５を通って系外へ排出される。一方、第２燃焼炉２
１’においては、石炭の純酸素による燃焼熱により、炉
内温度は金属炭酸塩の熱分解温度に保持される。これに
よって、金属炭酸塩からなる充填層Ｂにおける金属炭酸
塩は熱分解され、金属酸化物に変換される。金属炭酸塩
の熱分解及び石炭の燃焼により生じたＣＯ２はガス排出
管２５を通って系外へ排出される。このＣＯ２は、石炭
の燃焼に純酸素を用いたことからＮ２を含有しない。
焼ガスを炉内上方に流し、金属酸化物からなる充填層Ａ
を流通させる。この場合、炉内温度は熱交換器２７によ
り、ＣＯ２と金属酸化物とが反応する温度に保持され
る。これによって、燃焼ガス中のＣＯ２と金属酸化物と
が反応し、金属酸化物は金属炭酸塩に変換される。ＣＯ
２の除去された窒素を主成分とする燃焼ガスはガス排出
管２５を通って系外へ排出される。一方、第２燃焼炉２
１’においては、石炭の純酸素による燃焼熱により、炉
内温度は金属炭酸塩の熱分解温度に保持される。これに
よって、金属炭酸塩からなる充填層Ｂにおける金属炭酸
塩は熱分解され、金属酸化物に変換される。金属炭酸塩
の熱分解及び石炭の燃焼により生じたＣＯ２はガス排出
管２５を通って系外へ排出される。このＣＯ２は、石炭
の燃焼に純酸素を用いたことからＮ２を含有しない。
【００１９】次に、燃焼炉２１及び２１’の反応操作が
終了すると、燃焼炉２１と２１’における反応操作を逆
にして行う。即ち、第１燃焼炉２１に対しては、ライン
１０１、バルブ１０４を通って純酸素を供給するととも
に、石炭供給管２８から微粉状の石炭を供給し、燃焼さ
せる。一方、第２燃焼炉２１’に対しては、ライン１０
０及びバルブ１０３を通して燃焼ガスを供給する。この
ような操作によって、第１燃焼炉２１においては、充填
層Ａを形成する金属炭酸塩の熱分解が行われ、第２燃焼
炉２１’においては充填層Ｂを形成する金属酸化物と燃
焼ガス中の二酸化炭素との反応が行われる。以上の操作
を繰返し行うことにより、燃焼ガス中からＣＯ２を連続
的に分離回収することができる。
終了すると、燃焼炉２１と２１’における反応操作を逆
にして行う。即ち、第１燃焼炉２１に対しては、ライン
１０１、バルブ１０４を通って純酸素を供給するととも
に、石炭供給管２８から微粉状の石炭を供給し、燃焼さ
せる。一方、第２燃焼炉２１’に対しては、ライン１０
０及びバルブ１０３を通して燃焼ガスを供給する。この
ような操作によって、第１燃焼炉２１においては、充填
層Ａを形成する金属炭酸塩の熱分解が行われ、第２燃焼
炉２１’においては充填層Ｂを形成する金属酸化物と燃
焼ガス中の二酸化炭素との反応が行われる。以上の操作
を繰返し行うことにより、燃焼ガス中からＣＯ２を連続
的に分離回収することができる。
【００２０】以上、図１及び図２に示す装置を用いて焼
燃ガス中の二酸化炭素分離する方法について示したが、
これらの装置は、二酸化炭素を含む天然ガス等の他の二
酸化炭素の分離にも適用し得るものである。この場合、
二酸化ガスと金属酸化物との反応温度は、二酸化炭素含
有ガスの温度に対応して適当に定められ、二酸化炭素含
有ガスの温度が低温であるときには、その反応温度も低
温であることができる。
燃ガス中の二酸化炭素分離する方法について示したが、
これらの装置は、二酸化炭素を含む天然ガス等の他の二
酸化炭素の分離にも適用し得るものである。この場合、
二酸化ガスと金属酸化物との反応温度は、二酸化炭素含
有ガスの温度に対応して適当に定められ、二酸化炭素含
有ガスの温度が低温であるときには、その反応温度も低
温であることができる。
【００２１】図３に、燃焼ガスからのＣＯ２分離機能を
備えた燃焼装置の説明図を示す。図３において、３１は
空気燃焼炉、３３はＣＯ２吸収炉、３２は連結管、３５
は固気分離器、３７は金属炭酸塩熱分解炉、４２、４
３、４７は熱交換器（水管）を示す。図３に示した燃焼
装置において、石炭は、微粉状で石炭供給管４１を通っ
て空気燃焼炉３１に供給され、ここで、空気供給管３９
及びガス分散板４０を通って噴出される空気により流動
化された状態で燃焼される。この空気燃焼炉３１には、
金属酸化物移送管３８を通って金属酸化物が導入され、
この金属酸化物も分散板４０から噴出される空気によっ
て流動される。
備えた燃焼装置の説明図を示す。図３において、３１は
空気燃焼炉、３３はＣＯ２吸収炉、３２は連結管、３５
は固気分離器、３７は金属炭酸塩熱分解炉、４２、４
３、４７は熱交換器（水管）を示す。図３に示した燃焼
装置において、石炭は、微粉状で石炭供給管４１を通っ
て空気燃焼炉３１に供給され、ここで、空気供給管３９
及びガス分散板４０を通って噴出される空気により流動
化された状態で燃焼される。この空気燃焼炉３１には、
金属酸化物移送管３８を通って金属酸化物が導入され、
この金属酸化物も分散板４０から噴出される空気によっ
て流動される。
【００２２】空気燃焼炉３１において、その炉内温度
は、熱交換器４２により、８００〜９００℃に保持され
る。空気燃焼炉３１で得られた未燃石炭粉と金属酸化物
を含む燃焼ガスは、絞り部を構成する連結管３２を通っ
て上方のＣＯ２吸収炉３３に導入され、ここで、流動化
状態の金属酸化物と燃焼ガス中のＣＯ２との反応が行わ
れる。ＣＯ２吸収炉３３においては、その炉内温度は、
熱交換器３３により、金属酸化物がＣＯ２と反応する温
度領域に保持される。例えば、金属酸化物がＣａＯであ
る場合には、６５０℃程度に保持される。このＣＯ２吸
収炉においては、燃焼ガス中のＣＯ２は金属酸化物と反
応して、金属炭酸塩として固定化される。
は、熱交換器４２により、８００〜９００℃に保持され
る。空気燃焼炉３１で得られた未燃石炭粉と金属酸化物
を含む燃焼ガスは、絞り部を構成する連結管３２を通っ
て上方のＣＯ２吸収炉３３に導入され、ここで、流動化
状態の金属酸化物と燃焼ガス中のＣＯ２との反応が行わ
れる。ＣＯ２吸収炉３３においては、その炉内温度は、
熱交換器３３により、金属酸化物がＣＯ２と反応する温
度領域に保持される。例えば、金属酸化物がＣａＯであ
る場合には、６５０℃程度に保持される。このＣＯ２吸
収炉においては、燃焼ガス中のＣＯ２は金属酸化物と反
応して、金属炭酸塩として固定化される。
【００２３】未燃の石炭粉と金属炭酸塩を含む窒素を主
成分とする燃焼ガスは、ガス輸送管３４を通って気固分
離器３５に入り、ここでガスと固体粒子とに分離され
る。分離された燃焼ガスはガス排出管４４を通って系外
へ排出される。一方、分離された固体粒子は、未然の石
炭粉と金属炭酸塩からなり、このものは粒子下降管（金
属炭酸塩下降管）３６を通って金属炭酸塩熱分解炉３７
に導入され、ここで、ガス供給管４５を通り、ガス分散
板４６から噴出される純酸素によって流動化されるとと
もに、未燃の石炭粉が燃焼される。粒子下降管３６の下
端は炉３７の下部に位置する。
成分とする燃焼ガスは、ガス輸送管３４を通って気固分
離器３５に入り、ここでガスと固体粒子とに分離され
る。分離された燃焼ガスはガス排出管４４を通って系外
へ排出される。一方、分離された固体粒子は、未然の石
炭粉と金属炭酸塩からなり、このものは粒子下降管（金
属炭酸塩下降管）３６を通って金属炭酸塩熱分解炉３７
に導入され、ここで、ガス供給管４５を通り、ガス分散
板４６から噴出される純酸素によって流動化されるとと
もに、未燃の石炭粉が燃焼される。粒子下降管３６の下
端は炉３７の下部に位置する。
【００２４】金属炭酸塩熱分解炉３７における炉内温度
は、純酸素による石炭粉の燃焼熱により、金属炭酸塩の
熱分解温度に保持される。金属炭酸塩がＣａＣＯ３の場
合は、９５０〜１０００℃に保持される。金属炭酸塩
は、この炉３７で熱分解され、ＣＯ２を生成するととも
に、それ自体は金属酸化物に変換される。また、炉３７
においては、金属炭酸塩の熱分解と、石炭粉の燃焼とに
よりＣＯ２が生成されるが、このＣＯ２はガス排出管４
９を通して系外へ排出される。
は、純酸素による石炭粉の燃焼熱により、金属炭酸塩の
熱分解温度に保持される。金属炭酸塩がＣａＣＯ３の場
合は、９５０〜１０００℃に保持される。金属炭酸塩
は、この炉３７で熱分解され、ＣＯ２を生成するととも
に、それ自体は金属酸化物に変換される。また、炉３７
においては、金属炭酸塩の熱分解と、石炭粉の燃焼とに
よりＣＯ２が生成されるが、このＣＯ２はガス排出管４
９を通して系外へ排出される。
【００２５】金属炭酸塩熱分解炉３７において生成した
金属酸化物は、金属酸化物移送管３８を通して空気燃焼
炉３１の下部に供給され、ガス分散板４０から噴出され
る空気によって流動化され、ＣＯ２吸収炉３３に搬送さ
れる。固気分離器３５で分離され、粒子下降管３６を下
降する粒子の一部を粒子排出管５０を通して系外へ抜出
すとともに、この抜出量に対応して金属炭酸塩供給管４
８から金属炭酸塩を炉３７内に供給する。空気燃焼炉３
１、ＣＯ２吸収炉３３及び金属炭酸塩熱分解炉３７にお
ける炉内温度は、各炉に配設された熱交換器４２、４
３、４７と、装置内の粒子循環量によって調節される。
空気燃焼炉３１及びＣＯ２吸収炉３３内に形成させる流
動層は、固体粒子を上向きに流動化させる必要があるこ
とから、ガス流速の高い粒子循環型の流動層であること
が好ましく、一方、金属炭酸塩熱分解炉３７ではガス流
速の低い気泡流動層であることが好ましい。
金属酸化物は、金属酸化物移送管３８を通して空気燃焼
炉３１の下部に供給され、ガス分散板４０から噴出され
る空気によって流動化され、ＣＯ２吸収炉３３に搬送さ
れる。固気分離器３５で分離され、粒子下降管３６を下
降する粒子の一部を粒子排出管５０を通して系外へ抜出
すとともに、この抜出量に対応して金属炭酸塩供給管４
８から金属炭酸塩を炉３７内に供給する。空気燃焼炉３
１、ＣＯ２吸収炉３３及び金属炭酸塩熱分解炉３７にお
ける炉内温度は、各炉に配設された熱交換器４２、４
３、４７と、装置内の粒子循環量によって調節される。
空気燃焼炉３１及びＣＯ２吸収炉３３内に形成させる流
動層は、固体粒子を上向きに流動化させる必要があるこ
とから、ガス流速の高い粒子循環型の流動層であること
が好ましく、一方、金属炭酸塩熱分解炉３７ではガス流
速の低い気泡流動層であることが好ましい。
【００２６】図３に示した装置において、金属炭酸塩熱
分解炉３７の燃焼負荷は、空気燃焼炉３１の燃焼負荷の
２／５程度で十分である。従って、炉３７に供給する純
酸素供給量も、供給する石炭を純酸素で燃焼させる従来
の酸素燃焼法の場合に必要な純酸素量の２／５以下に低
減させることができる。また、空気燃焼炉３１で発生す
るＣＯ２を吸収除去するには、理論上は、石炭１ｋｇに
対して、金属酸化物、例えばＣａＯを約３ｋｇ循環させ
ればよいが、実用的には１０ｋｇ以上循環させるのが好
ましい。図３に示した装置は、常圧又は加圧下で操作す
ることができる。常圧下で操作する場合には、ＣＯ２吸
収反応の平衡による制約から、空気燃焼炉とＣＯ２吸収
炉を別個に配設し、空気燃焼炉の温度よりも、ＣＯ２吸
収炉の温度を低下させることが必要であるが、加圧下で
操作する場合にはこのような必要性はなく、例えば１０
気圧下での操作では、単筒の燃焼炉を用い、炉内温度を
８００℃に設定することにより、石炭の燃焼と８０％以
上のＣＯ２の吸収を同時に実施することができる。以上
の説明においては、燃料として石炭粉を用いた燃焼炉に
ついて示したが、本発明における燃焼炉は、燃料として
重油や、天然ガス等を用いた燃焼炉であることができ
る。
分解炉３７の燃焼負荷は、空気燃焼炉３１の燃焼負荷の
２／５程度で十分である。従って、炉３７に供給する純
酸素供給量も、供給する石炭を純酸素で燃焼させる従来
の酸素燃焼法の場合に必要な純酸素量の２／５以下に低
減させることができる。また、空気燃焼炉３１で発生す
るＣＯ２を吸収除去するには、理論上は、石炭１ｋｇに
対して、金属酸化物、例えばＣａＯを約３ｋｇ循環させ
ればよいが、実用的には１０ｋｇ以上循環させるのが好
ましい。図３に示した装置は、常圧又は加圧下で操作す
ることができる。常圧下で操作する場合には、ＣＯ２吸
収反応の平衡による制約から、空気燃焼炉とＣＯ２吸収
炉を別個に配設し、空気燃焼炉の温度よりも、ＣＯ２吸
収炉の温度を低下させることが必要であるが、加圧下で
操作する場合にはこのような必要性はなく、例えば１０
気圧下での操作では、単筒の燃焼炉を用い、炉内温度を
８００℃に設定することにより、石炭の燃焼と８０％以
上のＣＯ２の吸収を同時に実施することができる。以上
の説明においては、燃料として石炭粉を用いた燃焼炉に
ついて示したが、本発明における燃焼炉は、燃料として
重油や、天然ガス等を用いた燃焼炉であることができ
る。
【００２７】
【発明の効果】本発明によれば、二酸化炭素を含有する
各種のガス、例えば、燃料の燃焼に際して生成する燃焼
ガスからそれに含まれるＣＯ２を効率よく、かつ低コス
トで分離回収することができる。従って、本発明は、Ｃ
Ｏ２による地球の温室効果を防止するための有効な手段
となると同時に、燃焼ガスを原料としたＣＯ２の製造手
段及び窒素の製造手段となるものである。
各種のガス、例えば、燃料の燃焼に際して生成する燃焼
ガスからそれに含まれるＣＯ２を効率よく、かつ低コス
トで分離回収することができる。従って、本発明は、Ｃ
Ｏ２による地球の温室効果を防止するための有効な手段
となると同時に、燃焼ガスを原料としたＣＯ２の製造手
段及び窒素の製造手段となるものである。
【図１】二酸化炭素含有ガスからそれに含まれる二酸化
炭素を分離する装置の１つの例についての説明図を示
す。
炭素を分離する装置の１つの例についての説明図を示
す。
【図２】二酸化炭素含有ガスからそれに含まれる二酸化
炭素を分離する装置の他の例についての説明図を示す。
炭素を分離する装置の他の例についての説明図を示す。
【図３】燃焼ガスからそれに含まれる二酸化炭素を分離
する機能を有する燃焼装置の１つの例についての説明図
を示す。
する機能を有する燃焼装置の１つの例についての説明図
を示す。
１、３３ 二酸化炭素吸収装置 ２、３７ 金属炭酸塩熱分解炉 ３、３９ 燃焼ガス供給管 ４、９、２４、４０、４６ ガス分散板 ５、４４ 二酸化炭素の除去された燃焼ガス排出管 １０、２８、４１ 石炭供給管 ６ 金属炭酸塩移送管 １２、３８ 金属酸化物移送管 ３５ 固気分離器 ３６ 固体粒子下降管（金属炭酸塩下降管） ７、２７、４２、４３、４７ 熱交換器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北野 邦尋 北海道札幌市豊平区月寒東２条17丁目２ 番１号 工業技術院北海道工業技術研究 所内 (72)発明者 清水 忠明 新潟県新潟市文京町16−５ (56)参考文献 特開 平３−291406（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−184864（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】 二酸化炭素含有ガスを金属酸化物と接触
させてガス中に含まれる二酸化炭素を金属酸化物と反応
させて金属炭酸塩を形成する二酸化炭素吸収装置と、純
酸素で燃料を燃焼させ、その際に得られる燃焼熱によっ
て金属炭酸塩を熱分解させる金属炭酸塩熱分解炉と、二
酸化炭素吸収装置内で生成した金属炭酸塩を金属炭酸塩
熱分解炉に移送させる配管と、金属炭酸塩熱分解炉で生
成した金属酸化物を二酸化炭素吸収装置に移送させる配
管を備えたことを特徴とする二酸化炭素含有ガスからの
二酸化炭素分離装置。 - 【請求項２】 炉内上部が金属酸化物充填層に形成され
た第１燃焼炉と、炉内上部が金属炭酸塩充填層に形成さ
れた第２燃焼炉の組合せを用い、第１燃焼炉に二酸化炭
素含有ガスを供給し、金属酸化物充填層を流通させてそ
のガスに含まれる二酸化炭素を金属酸化物と反応させて
金属炭酸塩に変換させ、一方、第２燃焼炉に純酸素と燃
料を供給し、純酸素により燃料を燃焼させるとともに、
その際の燃焼ガスを金属炭酸塩充填層を流通させ、金属
炭酸塩を熱分解させて金属酸化物に変換させ、これらの
反応操作の終了後、第１燃焼炉と第２燃焼炉における前
記反応操作を逆にして行うことを特徴とする燃焼ガスか
らの二酸化炭素の分離方法。 - 【請求項３】 空気で燃料を燃焼させる空気燃焼炉と、
その上方に連結管を介して連結された二酸化炭素吸収炉
と、二酸化炭素吸収炉の上部に連結されたガス移送管
と、ガス移送管の先端に連結された固気分離器と、固気
分離器に連結された固体粒子下降管と、固体粒子下降管
を包囲し、その固体粒子下降管の先端が炉内下部に位置
する、純酸素による燃料の燃焼とその際の燃焼熱により
金属炭酸塩を熱分解させる金属炭酸塩熱分解炉と、金属
炭酸塩熱分解炉と空気燃焼炉とを連結する金属酸化物移
送管を備えたことを特徴とする二酸化炭素分離機能を有
する燃焼装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6182891A JP2710267B2 (ja) | 1994-07-12 | 1994-07-12 | 二酸化炭素含有ガスからの二酸化炭素の分離装置と、二酸化炭素分離機能を有する燃焼装置 |
| GB9512552A GB2291051B (en) | 1994-07-12 | 1995-06-20 | Combustion apparatus |
| US08/596,738 US5665319A (en) | 1994-07-12 | 1996-02-05 | Method of separating carbon dioxide from carbon dioxide containing gas and combustion apparatus having function to separate carbon dioxide from the combustion gas |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6182891A JP2710267B2 (ja) | 1994-07-12 | 1994-07-12 | 二酸化炭素含有ガスからの二酸化炭素の分離装置と、二酸化炭素分離機能を有する燃焼装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0824571A JPH0824571A (ja) | 1996-01-30 |
| JP2710267B2 true JP2710267B2 (ja) | 1998-02-10 |
Family
ID=16126210
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6182891A Expired - Lifetime JP2710267B2 (ja) | 1994-07-12 | 1994-07-12 | 二酸化炭素含有ガスからの二酸化炭素の分離装置と、二酸化炭素分離機能を有する燃焼装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5665319A (ja) |
| JP (1) | JP2710267B2 (ja) |
| GB (1) | GB2291051B (ja) |
Families Citing this family (35)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US6688318B1 (en) | 1996-10-16 | 2004-02-10 | Steve L. Clark | Process for cleaning hydrocarbons from soils |
| US7338563B2 (en) * | 1996-10-16 | 2008-03-04 | Clark Steve L | Process for cleaning hydrocarbons from soils |
| EP1013994A4 (en) * | 1998-06-16 | 2003-01-02 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | METHOD FOR OPERATING A FLUIDIZED BOTTLE WASTE COMBUSTION PLANT AND WASTE COMBUSTION PLANT |
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| CA2353307A1 (fr) * | 2001-07-13 | 2003-01-13 | Carmen Parent | Appareil et procede pour le traitement des effluents gazeux |
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| US7896951B2 (en) * | 2008-02-18 | 2011-03-01 | Alstom Technology Ltd | Reducing carbon dioxide (CO2) emissions from the burning of a fossil fuel |
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| FR2937881A1 (fr) * | 2008-11-04 | 2010-05-07 | Jean Xavier Morin | Procede et dispositif de capture de co2 sur gaz industriels a basse temperature. |
| ES2401294B1 (es) * | 2011-06-24 | 2014-05-09 | Consejo Superior De Investigaciones Científicas (Csic) | DISPOSITIVO Y PROCEDIMIENTO PARA LA CAPTURA DE CO2 POR CARBONATACION DE CaO |
| US20130145773A1 (en) * | 2011-12-13 | 2013-06-13 | General Electric Company | Method and system for separating co2 from n2 and o2 in a turbine engine system |
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