JPH10185170A - 燃焼装置 - Google Patents
燃焼装置Info
- Publication number
- JPH10185170A JPH10185170A JP8356837A JP35683796A JPH10185170A JP H10185170 A JPH10185170 A JP H10185170A JP 8356837 A JP8356837 A JP 8356837A JP 35683796 A JP35683796 A JP 35683796A JP H10185170 A JPH10185170 A JP H10185170A
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- Japan
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- exhaust gas
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- Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】大型の脱炭酸装置を不要とし、安価な設備コス
トで、効率的に、排出するガス中のCO2 の含有量を低
減することのできる燃焼装置を提供する。 【選択手段】CO2 を排出する燃焼塔1と排ガス用ダク
トを、水素とCO2 を反応させてメタンを生成する熱交
換一体型触媒反応器4を介して接続してなる燃焼装置。
燃焼塔1と熱交換一体型触媒反応器4の間に水素供給口
を有すると共に、該熱交換一体型触媒反応器4から排出
されるガスの一部を前記燃焼塔1に再供給するように前
記排ガス用ダクトに、少なくともブロア5及びリサイク
ル用管路が設けられている。
トで、効率的に、排出するガス中のCO2 の含有量を低
減することのできる燃焼装置を提供する。 【選択手段】CO2 を排出する燃焼塔1と排ガス用ダク
トを、水素とCO2 を反応させてメタンを生成する熱交
換一体型触媒反応器4を介して接続してなる燃焼装置。
燃焼塔1と熱交換一体型触媒反応器4の間に水素供給口
を有すると共に、該熱交換一体型触媒反応器4から排出
されるガスの一部を前記燃焼塔1に再供給するように前
記排ガス用ダクトに、少なくともブロア5及びリサイク
ル用管路が設けられている。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は燃焼装置に関し、特
に、炭酸ガスの分離塔がないにもかかわらず炭酸ガスの
排出量が少ない、安価で熱効率に優れた燃焼装置に関す
る。
に、炭酸ガスの分離塔がないにもかかわらず炭酸ガスの
排出量が少ない、安価で熱効率に優れた燃焼装置に関す
る。
【0002】
【従来技術】近年、種々の内燃機関から排出される排ガ
ス中に含まれるCO2 が地球の温暖化をもたらすという
ことが明確になり、その削減の重要性が認識されるに至
った。そこで、例えば大規模なCO2 の発生源となって
いる火力発電所においては、排ガス中のNOX やSOX
を除去した後CO2 をアミン液に吸収させ、次いで、液
化して固定化し、海に隔離する方法が検討されている。
また、CO2 を吸収するアミン液の代わりにゼオライト
を使用する方法も検討されているが、何れにしても、そ
の脱炭酸部分の建設費は、石炭火力発電所の全建設費の
30%を占めると試算されているように、高額となると
いう欠点がある。
ス中に含まれるCO2 が地球の温暖化をもたらすという
ことが明確になり、その削減の重要性が認識されるに至
った。そこで、例えば大規模なCO2 の発生源となって
いる火力発電所においては、排ガス中のNOX やSOX
を除去した後CO2 をアミン液に吸収させ、次いで、液
化して固定化し、海に隔離する方法が検討されている。
また、CO2 を吸収するアミン液の代わりにゼオライト
を使用する方法も検討されているが、何れにしても、そ
の脱炭酸部分の建設費は、石炭火力発電所の全建設費の
30%を占めると試算されているように、高額となると
いう欠点がある。
【0003】また、排ガス中のCO2 を分離する方法と
して、高分子分離膜や無機膜を使用したり、CaOと反
応させる方法も検討されているが、高分子分離膜は20
0℃以上の排ガスに適用できず、無機膜は分離特性や耐
久性等が十分でなく、CaO+CO2 の反応の場合に
は、反応速度が遅いため装置が大型とならざるを得ず、
コスト高となる等、夫々難点がある。
して、高分子分離膜や無機膜を使用したり、CaOと反
応させる方法も検討されているが、高分子分離膜は20
0℃以上の排ガスに適用できず、無機膜は分離特性や耐
久性等が十分でなく、CaO+CO2 の反応の場合に
は、反応速度が遅いため装置が大型とならざるを得ず、
コスト高となる等、夫々難点がある。
【0004】これらのプロセスの検討は、例えば、“O
2 /CO2 燃焼”野口等、火力原子力発電、Vol.4
4,P412,(1993)、“CO2 回収型石炭部分
燃焼”藤井等、火力原子力発電、Vol.45,P26
(1994)、“気体反応による火力発電所排気ガスか
らのCO2 分離プロセス”、清水等、ケミカルエンジニ
アリング.P647(1996)においてなされてい
る。
2 /CO2 燃焼”野口等、火力原子力発電、Vol.4
4,P412,(1993)、“CO2 回収型石炭部分
燃焼”藤井等、火力原子力発電、Vol.45,P26
(1994)、“気体反応による火力発電所排気ガスか
らのCO2 分離プロセス”、清水等、ケミカルエンジニ
アリング.P647(1996)においてなされてい
る。
【0005】一方、CO2 を藻類に吸収させたり、尿
素、メタン、アルコール等の原材料として有効活用しよ
うとする研究もなされている。特にメタンについては、
次の(1)及び(2)式の触媒反応がよく知られてお
り、何れの場合も大きな生成熱が得られることも知られ
ている。 (1)CO2 +4H2 =CH4 +2H2 O △H298 =−165KJ/モル (2)CO2 +3H2 =CH4 +H2 O △H298 =−206KJ/モル
素、メタン、アルコール等の原材料として有効活用しよ
うとする研究もなされている。特にメタンについては、
次の(1)及び(2)式の触媒反応がよく知られてお
り、何れの場合も大きな生成熱が得られることも知られ
ている。 (1)CO2 +4H2 =CH4 +2H2 O △H298 =−165KJ/モル (2)CO2 +3H2 =CH4 +H2 O △H298 =−206KJ/モル
【0006】この場合、通常、下記(3)又は(4)式
も考慮される。 (3)CO2 +H2 →CO+H2 O △H298 =−42KJ/モル (4)CO2 +3H2 →CH3 OH+H2 O △H298 =−49KJ/モル しかしながら、これらの100〜500℃における平衡
定数は、(1)及び(2)式の場合よりはるかに小さい
ため、CH3 OHは殆ど生成せず、メタンが優先的に生
産される。また、(4)式によってメタノールを優先的
に生産するためには、200〜300℃で100気圧程
度の圧力を必要とするのでコスト高となる。
も考慮される。 (3)CO2 +H2 →CO+H2 O △H298 =−42KJ/モル (4)CO2 +3H2 →CH3 OH+H2 O △H298 =−49KJ/モル しかしながら、これらの100〜500℃における平衡
定数は、(1)及び(2)式の場合よりはるかに小さい
ため、CH3 OHは殆ど生成せず、メタンが優先的に生
産される。また、(4)式によってメタノールを優先的
に生産するためには、200〜300℃で100気圧程
度の圧力を必要とするのでコスト高となる。
【0007】そこで、本発明者等は、CO2 をメタンに
転換する系について更に検討したところ、前記(1)及
び(2)式に基づいて発生する生成熱の除去機能をも有
する熱交換一体型の触媒反応器を組み込むと共に、生成
したメタンを燃焼塔に戻すことにより、従来のような大
型の脱炭酸装置を設置する必要のない燃焼装置を実現す
ることができることを見い出し、本発明に到達した。
転換する系について更に検討したところ、前記(1)及
び(2)式に基づいて発生する生成熱の除去機能をも有
する熱交換一体型の触媒反応器を組み込むと共に、生成
したメタンを燃焼塔に戻すことにより、従来のような大
型の脱炭酸装置を設置する必要のない燃焼装置を実現す
ることができることを見い出し、本発明に到達した。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明の目的
は、大型の脱炭酸装置を不要とし、安価な設備コスト
で、効率的に、排出する排ガス中のCO2 の含有量を低
減することのできる燃焼装置を提供することにある。
は、大型の脱炭酸装置を不要とし、安価な設備コスト
で、効率的に、排出する排ガス中のCO2 の含有量を低
減することのできる燃焼装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の上記の目的は、
CO2 を排出する燃焼塔と排ガス用ダクトを、水素とC
O2 を反応させてメタンを生成する熱交換一体型触媒反
応器を介して接続してなる燃焼装置であって、前記燃焼
塔と熱交換一体型触媒反応器の間に水素供給口を有する
と共に、該熱交換一体型触媒反応器から排出されるガス
の一部を前記燃焼室に再供給する如く、前記排ガス用ダ
クトに、少なくともブロア及びリサイクル用管路を配し
てなることを特徴とする燃焼装置によって達成された。
CO2 を排出する燃焼塔と排ガス用ダクトを、水素とC
O2 を反応させてメタンを生成する熱交換一体型触媒反
応器を介して接続してなる燃焼装置であって、前記燃焼
塔と熱交換一体型触媒反応器の間に水素供給口を有する
と共に、該熱交換一体型触媒反応器から排出されるガス
の一部を前記燃焼室に再供給する如く、前記排ガス用ダ
クトに、少なくともブロア及びリサイクル用管路を配し
てなることを特徴とする燃焼装置によって達成された。
【0010】
【発明の実施の形態】以下に、本発明を図面に基づいて
詳述する。図1は、本発明の燃焼装置の構成概念図であ
る。図において、符合1は燃焼塔、2は脱NOX 装置及
び/又は脱SOX 装置、3は熱交換器、4は熱交換一体
型触媒反応塔、5はブロワー、6は、装置外に排出する
排気ガスを浄化するための熱交換一体型反応塔である。
燃焼塔1は、酸素を用いてLNG等の燃料を燃焼させる
公知の燃焼塔の中から適宜選択して使用することができ
る。また、脱NOX 及び脱SOX 装置は、燃料の種類に
応じて、公知のものの中から最も適当なものを選択して
使用する。熱交換器3は、CO2 と反応させる水素を予
熱するためのものであり、通常使用されるものを使用す
ることができる。予熱された水素は、水素供給口から燃
焼装置内に供給される。
詳述する。図1は、本発明の燃焼装置の構成概念図であ
る。図において、符合1は燃焼塔、2は脱NOX 装置及
び/又は脱SOX 装置、3は熱交換器、4は熱交換一体
型触媒反応塔、5はブロワー、6は、装置外に排出する
排気ガスを浄化するための熱交換一体型反応塔である。
燃焼塔1は、酸素を用いてLNG等の燃料を燃焼させる
公知の燃焼塔の中から適宜選択して使用することができ
る。また、脱NOX 及び脱SOX 装置は、燃料の種類に
応じて、公知のものの中から最も適当なものを選択して
使用する。熱交換器3は、CO2 と反応させる水素を予
熱するためのものであり、通常使用されるものを使用す
ることができる。予熱された水素は、水素供給口から燃
焼装置内に供給される。
【0011】本発明で使用する熱交換一体型触媒反応塔
としては、例えば、実公平8−4104号や特願平7−
349192号に記載されたような、少なくとも反応室
の内壁が触媒を担持したアルマイト表面となっている、
熱伝導性に優れた、金属性で熱交換器を兼ねた触媒反応
器を複数組み立てて使用する。触媒は、CO2 とH2 か
らメタンを生成するための公知の触媒の中から適宜選択
して用いることができる。
としては、例えば、実公平8−4104号や特願平7−
349192号に記載されたような、少なくとも反応室
の内壁が触媒を担持したアルマイト表面となっている、
熱伝導性に優れた、金属性で熱交換器を兼ねた触媒反応
器を複数組み立てて使用する。触媒は、CO2 とH2 か
らメタンを生成するための公知の触媒の中から適宜選択
して用いることができる。
【0012】本発明においては、CO2 とH2 からメタ
ンを生成する前記(1)及び(2)の反応が暴走するこ
とを防ぐために、反応燃を直ちに除去することのできる
上記熱交換一体型触媒反応塔が必須である。上記の反応
熱は、熱交換一体型反応器の非反応室内に通す冷媒によ
って除去する。本発明においては、上記の冷媒として、
燃焼塔に供給する酸素、及び/又はCO2 と反応させる
水素を用いることが、装置全体の熱効率を高める上から
好ましく、特に、除去する熱量の大きさその他の熱効率
の観点から、酸素ガスを使用し、これによって該酸素ガ
スを予熱することが好ましい。
ンを生成する前記(1)及び(2)の反応が暴走するこ
とを防ぐために、反応燃を直ちに除去することのできる
上記熱交換一体型触媒反応塔が必須である。上記の反応
熱は、熱交換一体型反応器の非反応室内に通す冷媒によ
って除去する。本発明においては、上記の冷媒として、
燃焼塔に供給する酸素、及び/又はCO2 と反応させる
水素を用いることが、装置全体の熱効率を高める上から
好ましく、特に、除去する熱量の大きさその他の熱効率
の観点から、酸素ガスを使用し、これによって該酸素ガ
スを予熱することが好ましい。
【0013】熱交換一体型反応塔4内では、前記(1)
又は(2)式の反応が進行し、燃焼塔から排出される排
ガスは、該排ガス中に含まれるCO2 の殆どはメタンに
還元された後放出される。本発明においては、上記の如
く改質された排ガスの一部をブロワー5によって燃焼塔
に還流し、該排ガスの中のメタンを燃料の一部として使
用する。
又は(2)式の反応が進行し、燃焼塔から排出される排
ガスは、該排ガス中に含まれるCO2 の殆どはメタンに
還元された後放出される。本発明においては、上記の如
く改質された排ガスの一部をブロワー5によって燃焼塔
に還流し、該排ガスの中のメタンを燃料の一部として使
用する。
【0014】このような構成上、及び、NOX の発生を
防止する観点から、本発明においては、燃焼塔で使用す
る酸素中には窒素の存在が少ない方が好ましいので、純
酸素ガスを用いることが好ましい。純酸素の代わりに空
気を用いる場合はN2 /メタンの分離が必要である。但
し、何れにしても、(1)又は(2)の反応を進行させ
るために、及び爆発の危険をなくすために、燃焼塔1の
燃焼後の排ガス中に酸素が残存しないように、脱酸素塔
を設けるか燃料と酸素の混合比を調節することが必要で
ある。
防止する観点から、本発明においては、燃焼塔で使用す
る酸素中には窒素の存在が少ない方が好ましいので、純
酸素ガスを用いることが好ましい。純酸素の代わりに空
気を用いる場合はN2 /メタンの分離が必要である。但
し、何れにしても、(1)又は(2)の反応を進行させ
るために、及び爆発の危険をなくすために、燃焼塔1の
燃焼後の排ガス中に酸素が残存しないように、脱酸素塔
を設けるか燃料と酸素の混合比を調節することが必要で
ある。
【0015】本発明で使用する水素については、本装置
と供にメタンの部分酸化等による水素製造装置を併設し
ても、タンクローリー等で搬入して使用しても良い。
尚、排煙脱硫装置を乾式とする場合には、本装置内にお
けるH2 Oの分圧が高くなるので、水蒸気を除去する必
要がある。また、CO2 の分圧が10容量%を超えると
下記の如く、排ガスの温度は、約570℃と極めて高温
になる。
と供にメタンの部分酸化等による水素製造装置を併設し
ても、タンクローリー等で搬入して使用しても良い。
尚、排煙脱硫装置を乾式とする場合には、本装置内にお
けるH2 Oの分圧が高くなるので、水蒸気を除去する必
要がある。また、CO2 の分圧が10容量%を超えると
下記の如く、排ガスの温度は、約570℃と極めて高温
になる。
【0016】前記(1)式によって炭酸ガスをメタン化
する場合の排気ガスの温度上昇△t(℃)は、排気ガス
中のCO2 の分圧を10容量%と仮定すると、1m3 中
のCO2 の量は、(100,000×10-6/22.
4)×103 =4.46(モル/nm3 )である。ま
た、CO2 の生成熱は、165×0.24(kcal/
モル)であるから、その発熱量は、165×0.24×
4.46=176.6(kcal/nm3 )となる。更
に、空気の比熱は0.31(kcal/nm3 ・℃)で
あるので、△t(℃)=176.6/0.31=56
9.7(℃)となる。
する場合の排気ガスの温度上昇△t(℃)は、排気ガス
中のCO2 の分圧を10容量%と仮定すると、1m3 中
のCO2 の量は、(100,000×10-6/22.
4)×103 =4.46(モル/nm3 )である。ま
た、CO2 の生成熱は、165×0.24(kcal/
モル)であるから、その発熱量は、165×0.24×
4.46=176.6(kcal/nm3 )となる。更
に、空気の比熱は0.31(kcal/nm3 ・℃)で
あるので、△t(℃)=176.6/0.31=56
9.7(℃)となる。
【0017】この熱は、前記熱交換一体型反応器におい
て冷媒に供給され、これによって反応を安定に維持する
ことができる。更に、窒素を加えてCO2 の分圧を抑制
することもできる。尚、水蒸気の除去には、適宜公知の
脱水蒸気塔を設ければ良いが、これは、脱NOX 及び/
又は脱SOX 装置と熱交換一体型触媒反応器との間に設
けることが特に好ましい。
て冷媒に供給され、これによって反応を安定に維持する
ことができる。更に、窒素を加えてCO2 の分圧を抑制
することもできる。尚、水蒸気の除去には、適宜公知の
脱水蒸気塔を設ければ良いが、これは、脱NOX 及び/
又は脱SOX 装置と熱交換一体型触媒反応器との間に設
けることが特に好ましい。
【0018】熱交換一体型反応塔4から排出される排気
ガスのうち、燃焼塔1に還流されない部分については、
空気を供給して他の熱交換一体型反応塔6で燃焼させ、
浄化した後、排気すれば良い。この場合に発生する燃焼
熱も、前記熱交換一体型反応塔の場合と同様に、水素ガ
ス等の予熱に使用することができる。更に、前記熱交換
器3の代わりに使用できるように設計することもでき
る。
ガスのうち、燃焼塔1に還流されない部分については、
空気を供給して他の熱交換一体型反応塔6で燃焼させ、
浄化した後、排気すれば良い。この場合に発生する燃焼
熱も、前記熱交換一体型反応塔の場合と同様に、水素ガ
ス等の予熱に使用することができる。更に、前記熱交換
器3の代わりに使用できるように設計することもでき
る。
【0019】
【発明の効果】本発明の燃焼装置は、熱交換一体型触媒
反応塔を使用しているので、従来設けられていた脱炭酸
塔を必要としない。従って、装置全体が小型となって設
備費が安価となるのみならず、炭酸ガスをメタン化する
際の反応熱を有効利用する上、排気ガスの一部を燃焼塔
に還流させるので、エネルギー効率が良好である。
反応塔を使用しているので、従来設けられていた脱炭酸
塔を必要としない。従って、装置全体が小型となって設
備費が安価となるのみならず、炭酸ガスをメタン化する
際の反応熱を有効利用する上、排気ガスの一部を燃焼塔
に還流させるので、エネルギー効率が良好である。
【図1】本発明の燃焼装置の構成を示す概念図である。
1 燃焼塔 2 脱NOX 及び/又はSOX 装置 3 熱交換器 4 熱交換一体型反応塔 5 ブロワー 6 熱交換一体型反応塔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C10L 3/06 C10L 3/00 A F23J 15/00 A H B
Claims (4)
- 【請求項1】 CO2 を排出する燃焼塔と排ガス用ダク
トを、水素とCO2を反応させてメタンを生成する熱交
換一体型触媒反応器を介して接続してなる燃焼装置であ
って、前記燃焼塔と熱交換一体型触媒反応器の間に水素
供給口を有すると共に、該熱交換一体型触媒反応器から
排出されるガスの一部を前記燃焼室に再供給する如く、
前記排ガス用ダクトに、少なくともブロア及びリサイク
ル用管路を配してなることを特徴とする燃焼装置。 - 【請求項2】 燃焼塔と熱交換一体型触媒反応器との間
に、脱NOX 及び/又は脱SOX 装置を有している、請
求項1に記載された燃焼装置。 - 【請求項3】脱NOX 及び/又は脱SOX 装置と熱交換
一体型触媒反応器との間に、脱水蒸気塔を配してなる、
請求項2に記載された燃焼装置。 - 【請求項4】熱交換一体型触媒反応器から排出される排
気ガスのうち、燃焼塔に再供給しない部分の排気ガスを
浄化して燃焼装置の外に排出する如く、更に、他の熱交
換一体型触媒反応器を設けてなる、請求項1〜3の何れ
かに記載された燃焼装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8356837A JPH10185170A (ja) | 1996-12-25 | 1996-12-25 | 燃焼装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8356837A JPH10185170A (ja) | 1996-12-25 | 1996-12-25 | 燃焼装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10185170A true JPH10185170A (ja) | 1998-07-14 |
Family
ID=18451022
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8356837A Pending JPH10185170A (ja) | 1996-12-25 | 1996-12-25 | 燃焼装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH10185170A (ja) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021045101A1 (ja) * | 2019-09-03 | 2021-03-11 | 国立大学法人静岡大学 | メタンを製造する方法、及び製造システム |
WO2021171731A1 (ja) * | 2020-02-28 | 2021-09-02 | 荏原環境プラント株式会社 | 原料の処理装置および処理方法 |
WO2021246315A1 (ja) * | 2020-06-04 | 2021-12-09 | 三菱マテリアル株式会社 | セメント製造排ガス中のco2活用方法及びco2活用システム |
WO2021246317A1 (ja) * | 2020-06-04 | 2021-12-09 | 三菱マテリアル株式会社 | セメント製造排ガス中のco2分離回収方法及びco2分離回収装置 |
WO2021246314A1 (ja) * | 2020-06-04 | 2021-12-09 | 三菱マテリアル株式会社 | セメント製造排ガス中のco2活用方法及びco2活用システム |
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JP2021195318A (ja) * | 2020-06-11 | 2021-12-27 | 三菱マテリアル株式会社 | セメント製造排ガス中のco2からのメタン製造方法及びメタン化装置 |
JP2021195270A (ja) * | 2020-06-11 | 2021-12-27 | 三菱マテリアル株式会社 | セメント製造排ガス中のco2分離回収方法及びco2分離回収装置 |
-
1996
- 1996-12-25 JP JP8356837A patent/JPH10185170A/ja active Pending
Cited By (10)
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