ケミカルループ燃焼システムおよびそれを構成する酸化反応系装置と還元反応系装置
【課題】ＣＯ２の回収と熱利用とを互いに制約を受けることなくそれぞれ実施することができるケミカルループ燃焼を実施するためのシステムを提供する。
【解決手段】金属粒子Ｍを酸化する酸化反応系と金属酸化物ＭＯを還元する還元反応系との間で金属粒子Ｍおよび金属酸化物ＭＯを循環させることで熱を得るケミカルループ燃焼を実施するためのシステムにおいて、酸化反応系を司る酸化反応系装置Ａと還元反応系を司る還元反応系装置Ｂとをそれぞれ独立した施設として設置し、移送系装置Ｃを用いて、両装置間での金属粒子Ｍおよび金属酸化物ＭＯの移送を行うようにする。
【解決手段】金属粒子Ｍを酸化する酸化反応系と金属酸化物ＭＯを還元する還元反応系との間で金属粒子Ｍおよび金属酸化物ＭＯを循環させることで熱を得るケミカルループ燃焼を実施するためのシステムにおいて、酸化反応系を司る酸化反応系装置Ａと還元反応系を司る還元反応系装置Ｂとをそれぞれ独立した施設として設置し、移送系装置Ｃを用いて、両装置間での金属粒子Ｍおよび金属酸化物ＭＯの移送を行うようにする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケミカルループ燃焼システムと、それを構成する酸化反応系装置および還元反応系装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属粒子を酸化する酸化反応系と金属酸化物を還元する還元反応系との間で金属粒子および金属酸化物を循環させることで熱を得るようにしたケミカルループ燃焼法は知られている。ケミカルループ燃焼は、燃料を直接空気と燃焼させる代わりに、燃焼反応を「金属粒子の酸化」と、「金属酸化物の還元」という２つに分け、両者を物理的な粒子の循環で結ぶシステムである。燃料と空気は直接接触することがなく、金属を媒体として純酸素のやり取りをしている。
【０００３】
ケミカルループ燃焼では、メタンなどの炭化水素は、還元反応系において、あくまで酸化金属の還元剤として働き、金属の還元反応で吸熱する。また酸化反応系には、空気と金属粒子だけが供給され酸化反応によって発熱するが、燃焼温度が比較的低いことからサーマルＮＯｘは殆ど生成しない。さらに、還元反応系では、燃料の炭化水素と酸化金属から供給される酸素のみが存在し、そのため、排ガス成分はほぼ二酸化炭素と水だけとなる。そのために、排出されたガスを冷却して水を取り除けばほぼ純粋なＣＯ２を容易に回収可能となる。
【０００４】
上記のような利点があることから、ケミカルループ燃焼を実際に実施するためのシステムや装置がすでに提案されており、特許文献１には、ケミカルループ燃焼方式による発電プラントシステムが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３３７１６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来提案されているケミカルループ燃焼を実施するためのシステムあるいは装置は、特許文献１にも記載されるように、全体として酸化反応系と還元反応系とが１つの連続した反応系を構成するようになっているのが普通である。そのために、燃料を使用する場所と熱を利用する場所とが、ごく近接したあるいは同一の場所となっており、ＣＯ２を容易に取り出すことができるとしても、実際の運転においては、ＣＯ２回収場所と、熱利用場所のどちらかが制約を受けることになる。
【０００７】
また、従来のケミカルループ燃焼システムにおいては、燃料と熱利用は、ほぼ同時に行わなければならないため、運転中に燃料供給と熱需要のバランスを常に保つ必要があり、熱需要の変動に応じて燃料供給量も変化させることが求められる。燃料の供給は可能な限り平準であることが燃料供給側の設備の負荷率的には望ましいが、その観点からも、従来のケミカルループ燃焼システムを実際の運転に当たっては、なお改善すべき余地がある。
【０００８】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、実際の運転時に、ＣＯ２の回収と熱利用とを互いに制約を受けることなくそれぞれ実施することができ、かつ燃料供給側の設備の負荷率も大きく改善することのできる、ケミカルループ燃焼を実施するためのシステムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するための本発明によるケミカルループ燃焼システムは、金属粒子を酸化する酸化反応系と金属酸化物を還元する還元反応系との間で金属粒子および金属酸化物を循環させることで熱を得るケミカルループ燃焼を実施するためのシステムであって、前記ケミカルループ燃焼システムは、酸化反応系を司る酸化反応系装置と還元反応系を司る還元反応系装置とがそれぞれ独立した施設として設置されており、両装置間での金属粒子および金属酸化物の移送を行う移送系装置をさらに備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明によるケミカルループ燃焼システムでは、酸化反応系を司る酸化反応系装置と還元反応系を司る還元反応系装置とはそれぞれ独立した施設として設置され、その間で必要とされる金属粒子および金属酸化物の移送は、別途設ける移送系装置によって行うようにしている。それにより、還元反応系装置で排出されるＣＯ２の回収と、熱利用側（すなわち、酸化反応系装置側）とを切り離すことが可能となり、結果として、熱利用の時間と燃料供給の時間との制約も解消される。換言すれば、燃料を使用する時間（還元）と、熱を利用する時間（酸化）の同時使用の制約を失くすことができる。
【００１１】
さらに、酸化反応系装置側（熱利用側）においては、ＮＯｘ、ＣＯ２の排出がなされないゼロエミッションとなる。また、還元反応系装置側でＣＯ２を固定化すれば、トータルでもゼロエミッションの運転が可能となる。また、熱利用者（事業者、国）とＣＯ２の排出者（事業者、国）を分けることにより、ＣＯ２の排出権の取引も有効に行うことが可能となる。
【００１２】
本発明によるケミカルループ燃焼システムのより具体的な構成では、前記酸化反応系装置は、還元後の金属粒子を貯留するための金属粒子第１タンクと、前記金属粒子第１タンクからの金属粒子が投入される酸化塔と、酸化塔で酸化された金属酸化物を貯留するための金属酸化物第１タンクとを少なくとも備え、前記金属粒子第１タンクには前記移送系装置が搬送してくる金属粒子を受け入れるための受け入れ手段が備えられ、前記金属酸化物第１タンクには貯留する金属酸化物を前記移送系装置へ搬出するための搬出手段が備えられており、かつ、前記還元反応系装置は、酸化後の金属酸化物を貯留するための金属酸化物第２タンクと、前記金属酸化物第２タンクからの金属酸化物が投入される還元塔と、還元塔で還元された金属粒子を貯留するための金属粒子第２タンクとを少なくとも備え、前記金属酸化物第２タンクには前記移送系装置が搬送してくる金属酸化物を受け入れるための受け入れ手段が備えられ、前記金属粒子第２タンクには貯留する金属粒子を前記移送系装置へ搬出するための搬出手段が備えられている。
【００１３】
本発明は、また、上記したケミカルループ燃焼システムで用いる酸化反応系装置として、還元後の金属粒子を貯留するための金属粒子タンクと、前記金属粒子タンクからの金属粒子が投入される酸化塔と、酸化塔で酸化された金属酸化物を貯留するための金属酸化物タンクとを少なくとも備え、前記金属粒子タンクには適宜の移送系装置が搬送してくる金属粒子を受け入れるための受け入れ手段が備えられ、前記金属酸化物タンクには貯留する金属酸化物を適宜の移送系装置へ搬出するための搬出手段が備えられていることを特徴とする酸化反応系装置も開示する。
【００１４】
さらに、上記したケミカルループ燃焼システムで用いる還元反応系装置として、酸化後の金属酸化物を貯留するための金属酸化物タンクと、前記金属酸化物タンクからの金属酸化物が投入される還元塔と、還元塔で還元された金属粒子を貯留するための金属粒子タンクとを少なくとも備え、前記金属酸化物タンクには適宜の移送系装置が搬送してくる金属酸化物を受け入れるための受け入れ手段が備えられ、前記金属粒子タンクには貯留する金属粒子を適宜の移送系装置へ搬出するための搬出手段が備えられていることを特徴とする還元反応系装置も開示する。
【００１５】
本発明において、還元反応系で用いられる還元するエネルギーには、化石燃料（天然ガス、ＬＰＧ、重油、石炭）、水素（原子力、太陽光、風力などから得る）などを挙げることができる。また、金属粒子あるいは金属酸化物としては、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｇなどの様々な金属、あるいはそれらの金属酸化物が利用可能である。
【００１６】
両装置間での金属粒子および金属酸化物の移送を行う移送系装置も、それらを大きな化学変化を起こすことなく搬送できる手段であれば任意であり、トラック、列車、船舶などの移送手段、さらには、通常は酸化反応系装置および還元反応系装置からは分離しており必要時にそれらに接続するようにされるパイプラインなどを例示できる。好ましくは、搬送中、移送系装置の内部は不活性雰囲気に維持される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、実際の運転時に、熱利用とＣＯ２の回収とを互いに制約を受けることなくそれぞれ実施することができ、かつ燃料供給側の設備の負荷率も大きく改善することのできる、ケミカルループ燃焼の実施システムが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明によるケミカルループ燃焼システムの一実施の形態を説明するための模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図１を参照しながら、本発明によるケミカルループ燃焼システムの一実施の形態を、その運転状態とともに、説明する。
【００２０】
本発明によるケミカルループ燃焼システム１００は、基本的に、酸化反応系装置Ａと還元反応系装置Ｂと移送系装置Ｃとで構成される。酸化反応系装置Ａと還元反応系装置Ｂは、それぞれ物理的に独立した施設であり、距離的な間隔をおいて設置される。同一国内ばかりでなく、一方と他方を異なった国に設置してもよい。移送系装置Ｃは、酸化反応系装置Ａと還元反応系装置Ｂの間で金属粒子Ｍおよび金属酸化物ＭＯを搬送するのに用いられるものであり、図では車両を示しているが、これに限らない。なお、本発明において金属粒子Ｍは、金属のみでなく金属酸化物も含まれる。金属粒子Ｍが金属酸化物の場合、金属酸化物ＭＯは前記金属酸化物がさらに酸化した形態の金属酸化物が該当する。金属粒子Ｍの好ましいものとしては、鉄（Ｆｅ）または酸化鉄（ＦｅＯ）を例示できる。金属粒子ＭがＦｅＯの場合、金属酸化物ＭＯは例えばＦｅ２Ｏ３が挙げられる。
【００２１】
酸化反応系装置Ａは、還元後の金属粒子Ｍを貯留するための金属粒子第１タンク１と、金属粒子第１タンク１から金属粒子Ｍが投入される酸化塔２と、酸化塔２で酸化された金属酸化物ＭＯを貯留するための金属酸化物第１タンク３とを備える。
【００２２】
金属粒子Ｍは、輸送手段Ｃである金属搬送用車両Ｃ１によって、系外（酸化反応系装置Ａ外）から搬送されてくる。好ましくは、搬送する金属粒子Ｍの酸化が進まないように、金属搬送用車両Ｃ１の収容室内を窒素のような不活性ガスで充満する。
【００２３】
この例において、金属粒子第１タンク１には、金属搬送用車両Ｃ１が搬送してくる金属粒子Ｍを受け入れるための受け入れ手段が備えられている。受け入れ手段は、例えば秤４と投入装置５を備え、計量後の金属粒子Ｍがスクリューポンプのような投入装置５によって金属粒子第１タンク１内に投入され、そこに貯留される。金属粒子第１タンク１には不活性ガスが充填され、貯留中の金属粒子Ｍが酸化するのを防止する。必要時に、貯留されている金属粒子Ｍの必要量が、やはり不活性ガス雰囲気下におかれる適宜の投入装置６によって、酸化塔２に投入される。なお、必須ではないが、金属粒子第１タンク１には、粉塵爆発などの不測な事態が発生するのを防止するために、静電防止対策を施すことが望まれる。
【００２４】
酸化塔２は予熱器７を備えており、投入される金属粒子Ｍが酸化反応を開始できる温度（例えば８００℃程度）に予熱されている。また、酸化塔２には、ブロワ８からの環境温度（例えば２０℃）の空気が、後記する熱交換器９で例えば５００℃程度に加熱された状態で、投入される。それにより、酸化塔２内では、次式１のような、金属粒子Ｍの酸化反応が進行して発熱し、金属酸化物ＭＯと８００℃程度に昇温した加熱空気が酸化塔２から排出される。
【００２５】
式１ Ｍ ＋ Ｏ２ → ２ＭＯ
【００２６】
金属酸化物ＭＯと空気との混和物は、耐熱性を備えた従来知られた形式の固気分離装置１０内に流入し、そこで加熱空気と金属酸化物ＭＯに分離される。加熱空気は適宜の熱利用設備１１の熱源として利用され、その後に、排ガスとして系外に排出される。排ガスの温度は、ここでは１５０℃程度としているが、熱利用設備１１の具体例によって異なってくる。熱利用設備１１の具体例としては、工業炉、ボイラ、ガスタービン、化学プロセスなどが例示できる。
【００２７】
分離後の８００℃程度の温度である金属酸化物ＭＯは、熱交換器９において前記したブロワ８から送られてくる空気と熱交換して５０℃程度に降温した後、適宜の投入装置１２によって、前記した金属酸化物第１タンク３内に投入され、そこに任意の期間にわたって貯留される。金属酸化物第１タンク３内も、好ましくは不活性雰囲気下におかれると共に、金属粒子第１タンク１の場合と同様、静電防止対策が施される。
【００２８】
上記のようであり、酸化反応系装置Ａは、還元後の金属粒子Ｍを貯留するための金属粒子第１タンク１と、金属粒子第１タンク１から金属粒子Ｍが投入される酸化塔２と、酸化塔２で酸化された金属酸化物ＭＯを貯留するための金属酸化物第１タンク３とを備えることにより、酸化反応系装置Ａ単独で、金属粒子Ｍの酸化反応を進行させることが可能であり、また酸化塔２で生成された熱を、ケミカルループ燃焼システム１００を構成する他の装置とは独立して利用することができる。反応に使用する金属粒子Ｍが不足したときには、やはりシステムを構成する他の装置である輸送手段Ｃ（金属搬送用車両Ｃ１）によって、金属粒子第１タンク１内に補充すればよい。そして、反応で生成された金属酸化物ＭＯの量が金属酸化物第１タンク３の許容収容量を超える恐れがあるときには、金属酸化物第１タンク３に貯留されている金属酸化物ＭＯを系外に搬出すればよい。
【００２９】
そのために、金属酸化物第１タンク３は、貯留する金属酸化物ＭＯを系外に搬出するための適宜の搬出手段１３が備えられている。この例では、搬出手段１３の搬出側には秤１４が備えられており、金属酸化物第１タンク３内で１５℃程度の温度で貯留されていた金属酸化物ＭＯは、必要なときに、計量後、その所定量がケミカルループ燃焼システム１００を構成する他の装置、すなわち酸化反応系装置Ａから見れば系外の装置である輸送手段Ｃ（金属酸化物搬送用車両Ｃ２）に移される。金属酸化物搬送用車両Ｃ２も、搬送する金属酸化物ＭＯが化学変化しないように収容室内を窒素のような不活性ガスで充満することが望ましい。また、１５℃程度に保温されていることが望ましい。
【００３０】
金属酸化物搬送用車両Ｃ２に収容された金属酸化物ＭＯは、酸化反応系装置Ａとは独立した設備として設置されている前記した還元反応系装置Ｂに搬入される。以下、還元反応系装置Ｂをその運転状態と共に説明する。
【００３１】
還元反応系装置Ｂは、酸化後の金属酸化物ＭＯを貯留するための金属酸化物第２タンク３１と、金属酸化物第２タンク３１から金属酸化物ＭＯが投入される還元塔３２と、還元塔３２で酸化された金属粒子Ｍを貯留するための金属粒子第２タンク３３とを備える。
【００３２】
金属酸化物第２タンク３１内に貯留されるべき金属酸化物ＭＯは、前記したように、輸送手段Ｃを構成する金属酸化物搬送用車両Ｃ２によって、還元反応系装置Ｂから見れば系外の装置である酸化反応系装置Ａから搬送されてくる。
【００３３】
この例において、金属酸化物第２タンク３１には、金属酸化物搬送用車両Ｃ２が搬送してくる金属酸化物ＭＯを受け入れるための受け入れ手段が備えられており、受け入れ手段は、例えば秤３４と適宜の投入装置３５を備える。１５℃程度に保持された計量後の金属酸化物ＭＯが、投入装置３５によって金属酸化物第２タンク３１内に投入され、そこに貯留される。好ましくは金属酸化物第２タンク３１には不活性ガスが充填され、貯留中の金属酸化物ＭＯが化学的に変化するのを防止する。
【００３４】
必要時に、貯留されている金属酸化物ＭＯの必要量が、やはり不活性ガス雰囲気下におかれる適宜の投入装置３６によって、還元塔３２に投入される。なお、必須ではないが、ここでも、金属酸化物第２タンク３１には、粉塵爆発などの不測な事態が発生するのを防止するために、静電防止対策を施すことが望まれる。
【００３５】
還元塔３２は予熱器３７を備えており、投入される金属酸化物ＭＯの還元反応が開始できる温度（例えば６００℃程度）に予熱されている。また、還元塔３２内での還元反応は吸熱反応であることから、この例では、適宜の廃熱源３８から例えば７００℃程度の廃熱を利用して還元塔３２の保熱するための熱交換器３９が設置されている。廃熱は還元塔３２を保温した後、例えば６００℃程度に降温し系外へ排出されるか、図示しない適宜の手段によってさらに余熱の利用が行われる。例えば、廃熱を化学エネルギーに変換して、酸化反応系装置Ａ側まで移動させることができる。なお、廃熱源３８は、工業炉等の廃熱や低質燃料の燃焼熱が有効である。
【００３６】
予熱された状態の還元塔３２には、金属酸化物ＭＯを還元するための燃料（エネルギー）として、例えば１５℃程度に保持された天然ガス等が、後記する熱交換器４０で例えば５００℃程度に加熱された状態で、流入する。それにより、還元塔３２内では、次式２のような金属酸化物ＭＯの還元反応が進行し、６００℃程度の金属粒子ＭとＣＯ２と蒸気の混合体が還元塔３２から排出される。
【００３７】
式２ ４ＭＯ ＋ ＣＨ４ → ４Ｍ ＋ ＣＯ２ ＋ ２Ｈ２Ｏ
【００３８】
前記した混合体は、耐熱性を備えた従来知られた形式の固気分離装置４１内に流入し、そこでガス化したＣＯ２を含む気体と金属粒子Ｍとに分離される。６００℃程度の気体分は熱交換器４２を通すことで水分は取り除かれ、例えば１５０℃程度に降温したガス状のＣＯ２のみが、従来知られた適宜のＣＯ２回収装置４３に導入される。そして、回収されたＣＯ２の固定化や貯留（ＣＣＳ）が行われる。熱交換器４２からは、温水や蒸気が得られる。
【００３９】
固気分離装置４１で分離された金属粒子Ｍは、前記した熱交換器４０で燃料ガスと熱交換することで２００℃程度に降温した後、適宜の投入装置４４によって、前記した金属粒子第２タンク３３内に投入され、そこに任意の期間にわたって貯留される。金属粒子第２タンク３３内も、不活性雰囲気下におかれると共に、金属酸化物第２タンク３１の場合と同様、静電防止対策が施される。
【００４０】
さらに、金属粒子第２タンク３３には、貯留する金属粒子Ｍを系外に搬出するための適宜の搬出手段４５と秤４６が備えられており、金属粒子第２タンク３３内に貯留されている金属粒子Ｍを系外に搬出するのに用いられる。
【００４１】
上記のようであり、還元反応系装置Ｂは、金属酸化物ＭＯを貯留するための金属酸化物第２タンク３１と、金属酸化物第２タンク３１から金属酸化物ＭＯが投入される還元塔３２と、還元塔３２で還元された金属粒子Ｍを貯留するための金属粒子第２タンク３３とを備えることで、還元反応系装置Ｂ単独で、金属酸化物ＭＯの還元反応を進行させることが可能であり、また還元塔３２で生成されるＣＯ２を、ケミカルループ燃焼システム１００を構成する酸化反応系装置Ａ側の運転とは無関係に、独立して回収することができる。
【００４２】
一方、別施設として存在する酸化反応系装置Ａ側から要請があったときには、金属粒子第２タンク３３内に貯留してある金属粒子Ｍを、前記した金属搬送用車両Ｃ１を用いて、酸化反応系装置Ａの金属粒子第１タンク１に移送する。また、金属酸化物搬送用車両Ｃ２が金属酸化物ＭＯを搬送してきたときには、それを受け入れて金属酸化物第２タンク３１内に貯留する。そして、必要時に、還元塔３２を作動して金属酸化物ＭＯの還元処理を行う。
【００４３】
以上のように、本発明によるケミカルループ燃焼システム１００では、酸化反応系を司る酸化反応系装置Ａと還元反応系を司る還元反応系装置Ｂとがそれぞれ独立した施設として設置されており、かつ独立して運転することが可能であることから、燃料を使用する場所とＣＯ２排出場所とを完全に分離することができ、結果として、熱利用者とＣＯ２排出者とを分離することができる。それにより、熱利用者（事業者、国）と、ＣＯ２の排出者（事業者、国）を分けることが可能となり、ＣＯ２の排出権の取引にも有効にも寄与することができる。
【００４４】
また、燃料を使用する時間（還元）と、熱を利用する時間（酸化）の同時使用の制約をなくすことができ、システム運転の自由度が大きく向上する。
【００４５】
さらに、酸化反応系装置Ａ側（熱利用側）においては、ＮＯｘ、ＣＯ２がまったく排出されず、ゼロエミッションとなり、また、還元反応系装置ＢでＣＯ２の固定化を行えば、システム全体でのゼロエミッション運転が可能となる。
【００４６】
なお、図に示したケミカルループ燃焼システム１００では、１施設の酸化反応系装置Ａに対して１施設の還元反応系装置Ｂが対応する態様となっているが、これは１つの例であって、１施設の酸化反応系装置Ａに対して複数施設の還元反応系装置Ｂが対応する態様、複数施設の酸化反応系装置Ａに対して１施設の還元反応系装置Ｂが対応する態様、あるいは、複数施設の酸化反応系装置Ａに対して複数施設の還元反応系装置Ｂが対応する態様であってもよく、酸化反応系装置Ａあるいは還元反応系装置Ｂの処理能力あるいはその地域の熱需要等を勘案して適宜選択される。また、その形態に対応して効率的に金属粒子および金属酸化物の移送が行われるように、金属搬送用車両Ｃ１および金属酸化物搬送用車両Ｃ２の台数や容積あるいは運転回数等を設定する。
【符号の説明】
【００４７】
１００…本発明によるケミカルループ燃焼システム、
Ａ…酸化反応系装置、
Ｂ…還元反応系装置、
Ｃ…移送系装置、
Ｍ…金属粒子、
ＭＯ…金属酸化物、
Ｃ１…金属搬送用車両、
Ｃ２…金属酸化物搬送用車両、
１…金属粒子第１タンク、
２…酸化塔、
３…金属酸化物第１タンク、
４、１４、３４、４６…秤、
５、６、１２、３５、４４…投入装置、
７、３７…予熱器、
８…ブロワ、
９、３０、４２、７０…熱交換器、
１０、４１…固気分離装置、
１１…熱利用設備、
１３、４５…搬出手段、
３１…金属酸化物第２タンク、
３２…還元塔、
３３…金属粒子第２タンク、
３８…廃熱源、
４３…ＣＯ２回収装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケミカルループ燃焼システムと、それを構成する酸化反応系装置および還元反応系装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属粒子を酸化する酸化反応系と金属酸化物を還元する還元反応系との間で金属粒子および金属酸化物を循環させることで熱を得るようにしたケミカルループ燃焼法は知られている。ケミカルループ燃焼は、燃料を直接空気と燃焼させる代わりに、燃焼反応を「金属粒子の酸化」と、「金属酸化物の還元」という２つに分け、両者を物理的な粒子の循環で結ぶシステムである。燃料と空気は直接接触することがなく、金属を媒体として純酸素のやり取りをしている。
【０００３】
ケミカルループ燃焼では、メタンなどの炭化水素は、還元反応系において、あくまで酸化金属の還元剤として働き、金属の還元反応で吸熱する。また酸化反応系には、空気と金属粒子だけが供給され酸化反応によって発熱するが、燃焼温度が比較的低いことからサーマルＮＯｘは殆ど生成しない。さらに、還元反応系では、燃料の炭化水素と酸化金属から供給される酸素のみが存在し、そのため、排ガス成分はほぼ二酸化炭素と水だけとなる。そのために、排出されたガスを冷却して水を取り除けばほぼ純粋なＣＯ２を容易に回収可能となる。
【０００４】
上記のような利点があることから、ケミカルループ燃焼を実際に実施するためのシステムや装置がすでに提案されており、特許文献１には、ケミカルループ燃焼方式による発電プラントシステムが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３３７１６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来提案されているケミカルループ燃焼を実施するためのシステムあるいは装置は、特許文献１にも記載されるように、全体として酸化反応系と還元反応系とが１つの連続した反応系を構成するようになっているのが普通である。そのために、燃料を使用する場所と熱を利用する場所とが、ごく近接したあるいは同一の場所となっており、ＣＯ２を容易に取り出すことができるとしても、実際の運転においては、ＣＯ２回収場所と、熱利用場所のどちらかが制約を受けることになる。
【０００７】
また、従来のケミカルループ燃焼システムにおいては、燃料と熱利用は、ほぼ同時に行わなければならないため、運転中に燃料供給と熱需要のバランスを常に保つ必要があり、熱需要の変動に応じて燃料供給量も変化させることが求められる。燃料の供給は可能な限り平準であることが燃料供給側の設備の負荷率的には望ましいが、その観点からも、従来のケミカルループ燃焼システムを実際の運転に当たっては、なお改善すべき余地がある。
【０００８】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、実際の運転時に、ＣＯ２の回収と熱利用とを互いに制約を受けることなくそれぞれ実施することができ、かつ燃料供給側の設備の負荷率も大きく改善することのできる、ケミカルループ燃焼を実施するためのシステムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するための本発明によるケミカルループ燃焼システムは、金属粒子を酸化する酸化反応系と金属酸化物を還元する還元反応系との間で金属粒子および金属酸化物を循環させることで熱を得るケミカルループ燃焼を実施するためのシステムであって、前記ケミカルループ燃焼システムは、酸化反応系を司る酸化反応系装置と還元反応系を司る還元反応系装置とがそれぞれ独立した施設として設置されており、両装置間での金属粒子および金属酸化物の移送を行う移送系装置をさらに備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明によるケミカルループ燃焼システムでは、酸化反応系を司る酸化反応系装置と還元反応系を司る還元反応系装置とはそれぞれ独立した施設として設置され、その間で必要とされる金属粒子および金属酸化物の移送は、別途設ける移送系装置によって行うようにしている。それにより、還元反応系装置で排出されるＣＯ２の回収と、熱利用側（すなわち、酸化反応系装置側）とを切り離すことが可能となり、結果として、熱利用の時間と燃料供給の時間との制約も解消される。換言すれば、燃料を使用する時間（還元）と、熱を利用する時間（酸化）の同時使用の制約を失くすことができる。
【００１１】
さらに、酸化反応系装置側（熱利用側）においては、ＮＯｘ、ＣＯ２の排出がなされないゼロエミッションとなる。また、還元反応系装置側でＣＯ２を固定化すれば、トータルでもゼロエミッションの運転が可能となる。また、熱利用者（事業者、国）とＣＯ２の排出者（事業者、国）を分けることにより、ＣＯ２の排出権の取引も有効に行うことが可能となる。
【００１２】
本発明によるケミカルループ燃焼システムのより具体的な構成では、前記酸化反応系装置は、還元後の金属粒子を貯留するための金属粒子第１タンクと、前記金属粒子第１タンクからの金属粒子が投入される酸化塔と、酸化塔で酸化された金属酸化物を貯留するための金属酸化物第１タンクとを少なくとも備え、前記金属粒子第１タンクには前記移送系装置が搬送してくる金属粒子を受け入れるための受け入れ手段が備えられ、前記金属酸化物第１タンクには貯留する金属酸化物を前記移送系装置へ搬出するための搬出手段が備えられており、かつ、前記還元反応系装置は、酸化後の金属酸化物を貯留するための金属酸化物第２タンクと、前記金属酸化物第２タンクからの金属酸化物が投入される還元塔と、還元塔で還元された金属粒子を貯留するための金属粒子第２タンクとを少なくとも備え、前記金属酸化物第２タンクには前記移送系装置が搬送してくる金属酸化物を受け入れるための受け入れ手段が備えられ、前記金属粒子第２タンクには貯留する金属粒子を前記移送系装置へ搬出するための搬出手段が備えられている。
【００１３】
本発明は、また、上記したケミカルループ燃焼システムで用いる酸化反応系装置として、還元後の金属粒子を貯留するための金属粒子タンクと、前記金属粒子タンクからの金属粒子が投入される酸化塔と、酸化塔で酸化された金属酸化物を貯留するための金属酸化物タンクとを少なくとも備え、前記金属粒子タンクには適宜の移送系装置が搬送してくる金属粒子を受け入れるための受け入れ手段が備えられ、前記金属酸化物タンクには貯留する金属酸化物を適宜の移送系装置へ搬出するための搬出手段が備えられていることを特徴とする酸化反応系装置も開示する。
【００１４】
さらに、上記したケミカルループ燃焼システムで用いる還元反応系装置として、酸化後の金属酸化物を貯留するための金属酸化物タンクと、前記金属酸化物タンクからの金属酸化物が投入される還元塔と、還元塔で還元された金属粒子を貯留するための金属粒子タンクとを少なくとも備え、前記金属酸化物タンクには適宜の移送系装置が搬送してくる金属酸化物を受け入れるための受け入れ手段が備えられ、前記金属粒子タンクには貯留する金属粒子を適宜の移送系装置へ搬出するための搬出手段が備えられていることを特徴とする還元反応系装置も開示する。
【００１５】
本発明において、還元反応系で用いられる還元するエネルギーには、化石燃料（天然ガス、ＬＰＧ、重油、石炭）、水素（原子力、太陽光、風力などから得る）などを挙げることができる。また、金属粒子あるいは金属酸化物としては、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｇなどの様々な金属、あるいはそれらの金属酸化物が利用可能である。
【００１６】
両装置間での金属粒子および金属酸化物の移送を行う移送系装置も、それらを大きな化学変化を起こすことなく搬送できる手段であれば任意であり、トラック、列車、船舶などの移送手段、さらには、通常は酸化反応系装置および還元反応系装置からは分離しており必要時にそれらに接続するようにされるパイプラインなどを例示できる。好ましくは、搬送中、移送系装置の内部は不活性雰囲気に維持される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、実際の運転時に、熱利用とＣＯ２の回収とを互いに制約を受けることなくそれぞれ実施することができ、かつ燃料供給側の設備の負荷率も大きく改善することのできる、ケミカルループ燃焼の実施システムが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明によるケミカルループ燃焼システムの一実施の形態を説明するための模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図１を参照しながら、本発明によるケミカルループ燃焼システムの一実施の形態を、その運転状態とともに、説明する。
【００２０】
本発明によるケミカルループ燃焼システム１００は、基本的に、酸化反応系装置Ａと還元反応系装置Ｂと移送系装置Ｃとで構成される。酸化反応系装置Ａと還元反応系装置Ｂは、それぞれ物理的に独立した施設であり、距離的な間隔をおいて設置される。同一国内ばかりでなく、一方と他方を異なった国に設置してもよい。移送系装置Ｃは、酸化反応系装置Ａと還元反応系装置Ｂの間で金属粒子Ｍおよび金属酸化物ＭＯを搬送するのに用いられるものであり、図では車両を示しているが、これに限らない。なお、本発明において金属粒子Ｍは、金属のみでなく金属酸化物も含まれる。金属粒子Ｍが金属酸化物の場合、金属酸化物ＭＯは前記金属酸化物がさらに酸化した形態の金属酸化物が該当する。金属粒子Ｍの好ましいものとしては、鉄（Ｆｅ）または酸化鉄（ＦｅＯ）を例示できる。金属粒子ＭがＦｅＯの場合、金属酸化物ＭＯは例えばＦｅ２Ｏ３が挙げられる。
【００２１】
酸化反応系装置Ａは、還元後の金属粒子Ｍを貯留するための金属粒子第１タンク１と、金属粒子第１タンク１から金属粒子Ｍが投入される酸化塔２と、酸化塔２で酸化された金属酸化物ＭＯを貯留するための金属酸化物第１タンク３とを備える。
【００２２】
金属粒子Ｍは、輸送手段Ｃである金属搬送用車両Ｃ１によって、系外（酸化反応系装置Ａ外）から搬送されてくる。好ましくは、搬送する金属粒子Ｍの酸化が進まないように、金属搬送用車両Ｃ１の収容室内を窒素のような不活性ガスで充満する。
【００２３】
この例において、金属粒子第１タンク１には、金属搬送用車両Ｃ１が搬送してくる金属粒子Ｍを受け入れるための受け入れ手段が備えられている。受け入れ手段は、例えば秤４と投入装置５を備え、計量後の金属粒子Ｍがスクリューポンプのような投入装置５によって金属粒子第１タンク１内に投入され、そこに貯留される。金属粒子第１タンク１には不活性ガスが充填され、貯留中の金属粒子Ｍが酸化するのを防止する。必要時に、貯留されている金属粒子Ｍの必要量が、やはり不活性ガス雰囲気下におかれる適宜の投入装置６によって、酸化塔２に投入される。なお、必須ではないが、金属粒子第１タンク１には、粉塵爆発などの不測な事態が発生するのを防止するために、静電防止対策を施すことが望まれる。
【００２４】
酸化塔２は予熱器７を備えており、投入される金属粒子Ｍが酸化反応を開始できる温度（例えば８００℃程度）に予熱されている。また、酸化塔２には、ブロワ８からの環境温度（例えば２０℃）の空気が、後記する熱交換器９で例えば５００℃程度に加熱された状態で、投入される。それにより、酸化塔２内では、次式１のような、金属粒子Ｍの酸化反応が進行して発熱し、金属酸化物ＭＯと８００℃程度に昇温した加熱空気が酸化塔２から排出される。
【００２５】
式１ Ｍ ＋ Ｏ２ → ２ＭＯ
【００２６】
金属酸化物ＭＯと空気との混和物は、耐熱性を備えた従来知られた形式の固気分離装置１０内に流入し、そこで加熱空気と金属酸化物ＭＯに分離される。加熱空気は適宜の熱利用設備１１の熱源として利用され、その後に、排ガスとして系外に排出される。排ガスの温度は、ここでは１５０℃程度としているが、熱利用設備１１の具体例によって異なってくる。熱利用設備１１の具体例としては、工業炉、ボイラ、ガスタービン、化学プロセスなどが例示できる。
【００２７】
分離後の８００℃程度の温度である金属酸化物ＭＯは、熱交換器９において前記したブロワ８から送られてくる空気と熱交換して５０℃程度に降温した後、適宜の投入装置１２によって、前記した金属酸化物第１タンク３内に投入され、そこに任意の期間にわたって貯留される。金属酸化物第１タンク３内も、好ましくは不活性雰囲気下におかれると共に、金属粒子第１タンク１の場合と同様、静電防止対策が施される。
【００２８】
上記のようであり、酸化反応系装置Ａは、還元後の金属粒子Ｍを貯留するための金属粒子第１タンク１と、金属粒子第１タンク１から金属粒子Ｍが投入される酸化塔２と、酸化塔２で酸化された金属酸化物ＭＯを貯留するための金属酸化物第１タンク３とを備えることにより、酸化反応系装置Ａ単独で、金属粒子Ｍの酸化反応を進行させることが可能であり、また酸化塔２で生成された熱を、ケミカルループ燃焼システム１００を構成する他の装置とは独立して利用することができる。反応に使用する金属粒子Ｍが不足したときには、やはりシステムを構成する他の装置である輸送手段Ｃ（金属搬送用車両Ｃ１）によって、金属粒子第１タンク１内に補充すればよい。そして、反応で生成された金属酸化物ＭＯの量が金属酸化物第１タンク３の許容収容量を超える恐れがあるときには、金属酸化物第１タンク３に貯留されている金属酸化物ＭＯを系外に搬出すればよい。
【００２９】
そのために、金属酸化物第１タンク３は、貯留する金属酸化物ＭＯを系外に搬出するための適宜の搬出手段１３が備えられている。この例では、搬出手段１３の搬出側には秤１４が備えられており、金属酸化物第１タンク３内で１５℃程度の温度で貯留されていた金属酸化物ＭＯは、必要なときに、計量後、その所定量がケミカルループ燃焼システム１００を構成する他の装置、すなわち酸化反応系装置Ａから見れば系外の装置である輸送手段Ｃ（金属酸化物搬送用車両Ｃ２）に移される。金属酸化物搬送用車両Ｃ２も、搬送する金属酸化物ＭＯが化学変化しないように収容室内を窒素のような不活性ガスで充満することが望ましい。また、１５℃程度に保温されていることが望ましい。
【００３０】
金属酸化物搬送用車両Ｃ２に収容された金属酸化物ＭＯは、酸化反応系装置Ａとは独立した設備として設置されている前記した還元反応系装置Ｂに搬入される。以下、還元反応系装置Ｂをその運転状態と共に説明する。
【００３１】
還元反応系装置Ｂは、酸化後の金属酸化物ＭＯを貯留するための金属酸化物第２タンク３１と、金属酸化物第２タンク３１から金属酸化物ＭＯが投入される還元塔３２と、還元塔３２で酸化された金属粒子Ｍを貯留するための金属粒子第２タンク３３とを備える。
【００３２】
金属酸化物第２タンク３１内に貯留されるべき金属酸化物ＭＯは、前記したように、輸送手段Ｃを構成する金属酸化物搬送用車両Ｃ２によって、還元反応系装置Ｂから見れば系外の装置である酸化反応系装置Ａから搬送されてくる。
【００３３】
この例において、金属酸化物第２タンク３１には、金属酸化物搬送用車両Ｃ２が搬送してくる金属酸化物ＭＯを受け入れるための受け入れ手段が備えられており、受け入れ手段は、例えば秤３４と適宜の投入装置３５を備える。１５℃程度に保持された計量後の金属酸化物ＭＯが、投入装置３５によって金属酸化物第２タンク３１内に投入され、そこに貯留される。好ましくは金属酸化物第２タンク３１には不活性ガスが充填され、貯留中の金属酸化物ＭＯが化学的に変化するのを防止する。
【００３４】
必要時に、貯留されている金属酸化物ＭＯの必要量が、やはり不活性ガス雰囲気下におかれる適宜の投入装置３６によって、還元塔３２に投入される。なお、必須ではないが、ここでも、金属酸化物第２タンク３１には、粉塵爆発などの不測な事態が発生するのを防止するために、静電防止対策を施すことが望まれる。
【００３５】
還元塔３２は予熱器３７を備えており、投入される金属酸化物ＭＯの還元反応が開始できる温度（例えば６００℃程度）に予熱されている。また、還元塔３２内での還元反応は吸熱反応であることから、この例では、適宜の廃熱源３８から例えば７００℃程度の廃熱を利用して還元塔３２の保熱するための熱交換器３９が設置されている。廃熱は還元塔３２を保温した後、例えば６００℃程度に降温し系外へ排出されるか、図示しない適宜の手段によってさらに余熱の利用が行われる。例えば、廃熱を化学エネルギーに変換して、酸化反応系装置Ａ側まで移動させることができる。なお、廃熱源３８は、工業炉等の廃熱や低質燃料の燃焼熱が有効である。
【００３６】
予熱された状態の還元塔３２には、金属酸化物ＭＯを還元するための燃料（エネルギー）として、例えば１５℃程度に保持された天然ガス等が、後記する熱交換器４０で例えば５００℃程度に加熱された状態で、流入する。それにより、還元塔３２内では、次式２のような金属酸化物ＭＯの還元反応が進行し、６００℃程度の金属粒子ＭとＣＯ２と蒸気の混合体が還元塔３２から排出される。
【００３７】
式２ ４ＭＯ ＋ ＣＨ４ → ４Ｍ ＋ ＣＯ２ ＋ ２Ｈ２Ｏ
【００３８】
前記した混合体は、耐熱性を備えた従来知られた形式の固気分離装置４１内に流入し、そこでガス化したＣＯ２を含む気体と金属粒子Ｍとに分離される。６００℃程度の気体分は熱交換器４２を通すことで水分は取り除かれ、例えば１５０℃程度に降温したガス状のＣＯ２のみが、従来知られた適宜のＣＯ２回収装置４３に導入される。そして、回収されたＣＯ２の固定化や貯留（ＣＣＳ）が行われる。熱交換器４２からは、温水や蒸気が得られる。
【００３９】
固気分離装置４１で分離された金属粒子Ｍは、前記した熱交換器４０で燃料ガスと熱交換することで２００℃程度に降温した後、適宜の投入装置４４によって、前記した金属粒子第２タンク３３内に投入され、そこに任意の期間にわたって貯留される。金属粒子第２タンク３３内も、不活性雰囲気下におかれると共に、金属酸化物第２タンク３１の場合と同様、静電防止対策が施される。
【００４０】
さらに、金属粒子第２タンク３３には、貯留する金属粒子Ｍを系外に搬出するための適宜の搬出手段４５と秤４６が備えられており、金属粒子第２タンク３３内に貯留されている金属粒子Ｍを系外に搬出するのに用いられる。
【００４１】
上記のようであり、還元反応系装置Ｂは、金属酸化物ＭＯを貯留するための金属酸化物第２タンク３１と、金属酸化物第２タンク３１から金属酸化物ＭＯが投入される還元塔３２と、還元塔３２で還元された金属粒子Ｍを貯留するための金属粒子第２タンク３３とを備えることで、還元反応系装置Ｂ単独で、金属酸化物ＭＯの還元反応を進行させることが可能であり、また還元塔３２で生成されるＣＯ２を、ケミカルループ燃焼システム１００を構成する酸化反応系装置Ａ側の運転とは無関係に、独立して回収することができる。
【００４２】
一方、別施設として存在する酸化反応系装置Ａ側から要請があったときには、金属粒子第２タンク３３内に貯留してある金属粒子Ｍを、前記した金属搬送用車両Ｃ１を用いて、酸化反応系装置Ａの金属粒子第１タンク１に移送する。また、金属酸化物搬送用車両Ｃ２が金属酸化物ＭＯを搬送してきたときには、それを受け入れて金属酸化物第２タンク３１内に貯留する。そして、必要時に、還元塔３２を作動して金属酸化物ＭＯの還元処理を行う。
【００４３】
以上のように、本発明によるケミカルループ燃焼システム１００では、酸化反応系を司る酸化反応系装置Ａと還元反応系を司る還元反応系装置Ｂとがそれぞれ独立した施設として設置されており、かつ独立して運転することが可能であることから、燃料を使用する場所とＣＯ２排出場所とを完全に分離することができ、結果として、熱利用者とＣＯ２排出者とを分離することができる。それにより、熱利用者（事業者、国）と、ＣＯ２の排出者（事業者、国）を分けることが可能となり、ＣＯ２の排出権の取引にも有効にも寄与することができる。
【００４４】
また、燃料を使用する時間（還元）と、熱を利用する時間（酸化）の同時使用の制約をなくすことができ、システム運転の自由度が大きく向上する。
【００４５】
さらに、酸化反応系装置Ａ側（熱利用側）においては、ＮＯｘ、ＣＯ２がまったく排出されず、ゼロエミッションとなり、また、還元反応系装置ＢでＣＯ２の固定化を行えば、システム全体でのゼロエミッション運転が可能となる。
【００４６】
なお、図に示したケミカルループ燃焼システム１００では、１施設の酸化反応系装置Ａに対して１施設の還元反応系装置Ｂが対応する態様となっているが、これは１つの例であって、１施設の酸化反応系装置Ａに対して複数施設の還元反応系装置Ｂが対応する態様、複数施設の酸化反応系装置Ａに対して１施設の還元反応系装置Ｂが対応する態様、あるいは、複数施設の酸化反応系装置Ａに対して複数施設の還元反応系装置Ｂが対応する態様であってもよく、酸化反応系装置Ａあるいは還元反応系装置Ｂの処理能力あるいはその地域の熱需要等を勘案して適宜選択される。また、その形態に対応して効率的に金属粒子および金属酸化物の移送が行われるように、金属搬送用車両Ｃ１および金属酸化物搬送用車両Ｃ２の台数や容積あるいは運転回数等を設定する。
【符号の説明】
【００４７】
１００…本発明によるケミカルループ燃焼システム、
Ａ…酸化反応系装置、
Ｂ…還元反応系装置、
Ｃ…移送系装置、
Ｍ…金属粒子、
ＭＯ…金属酸化物、
Ｃ１…金属搬送用車両、
Ｃ２…金属酸化物搬送用車両、
１…金属粒子第１タンク、
２…酸化塔、
３…金属酸化物第１タンク、
４、１４、３４、４６…秤、
５、６、１２、３５、４４…投入装置、
７、３７…予熱器、
８…ブロワ、
９、３０、４２、７０…熱交換器、
１０、４１…固気分離装置、
１１…熱利用設備、
１３、４５…搬出手段、
３１…金属酸化物第２タンク、
３２…還元塔、
３３…金属粒子第２タンク、
３８…廃熱源、
４３…ＣＯ２回収装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属粒子を酸化する酸化反応系と金属酸化物を還元する還元反応系との間で金属粒子および金属酸化物を循環させることで熱を得るケミカルループ燃焼を実施するためのシステムであって、
前記ケミカルループ燃焼システムは、酸化反応系を司る酸化反応系装置と還元反応系を司る還元反応系装置とがそれぞれ独立した施設として設置されており、両装置間での金属粒子および金属酸化物の移送を行う移送系装置をさらに備えることを特徴とするケミカルループ燃焼システム。
【請求項２】
前記酸化反応系装置は、還元後の金属粒子を貯留するための金属粒子第１タンクと、前記金属粒子第１タンクからの金属粒子が投入される酸化塔と、酸化塔で酸化された金属酸化物を貯留するための金属酸化物第１タンクとを少なくとも備え、前記金属粒子第１タンクには前記移送系装置が搬送してくる金属粒子を受け入れるための受け入れ手段が備えられ、前記金属酸化物第１タンクには貯留する金属酸化物を前記移送系装置へ搬出するための搬出手段が備えられており、かつ、
前記還元反応系装置は、酸化後の金属酸化物を貯留するための金属酸化物第２タンクと、前記金属酸化物第２タンクからの金属酸化物が投入される還元塔と、還元塔で還元された金属粒子を貯留するための金属粒子第２タンクとを少なくとも備え、前記金属酸化物第２タンクには前記移送系装置が搬送してくる金属酸化物を受け入れるための受け入れ手段が備えられ、前記金属粒子第２タンクには貯留する金属粒子を前記移送系装置へ搬出するための搬出手段が備えられている、ことを特徴とする請求項１に記載のケミカルループ燃焼システム。
【請求項３】
請求項２に記載のケミカルループ燃焼システムで用いる酸化反応系装置であって、還元後の金属粒子を貯留するための金属粒子タンクと、前記金属粒子タンクからの金属粒子が投入される酸化塔と、酸化塔で酸化された金属酸化物を貯留するための金属酸化物タンクとを少なくとも備え、前記金属粒子タンクには適宜の移送系装置が搬送してくる金属粒子を受け入れるための受け入れ手段が備えられ、前記金属酸化物タンクには貯留する金属酸化物を適宜の移送系装置へ搬出するための搬出手段が備えられていることを特徴とする酸化反応系装置。
【請求項４】
請求項２に記載のケミカルループ燃焼システムで用いる還元反応系装置であって、酸化後の金属酸化物を貯留するための金属酸化物タンクと、前記金属酸化物タンクからの金属酸化物が投入される還元塔と、還元塔で還元された金属粒子を貯留するための金属粒子タンクとを少なくとも備え、前記金属酸化物タンクには適宜の移送系装置が搬送してくる金属酸化物を受け入れるための受け入れ手段が備えられ、前記金属粒子タンクには貯留する金属粒子を適宜の移送系装置へ搬出するための搬出手段が備えられていることを特徴とする還元反応系装置。
【請求項１】
金属粒子を酸化する酸化反応系と金属酸化物を還元する還元反応系との間で金属粒子および金属酸化物を循環させることで熱を得るケミカルループ燃焼を実施するためのシステムであって、
前記ケミカルループ燃焼システムは、酸化反応系を司る酸化反応系装置と還元反応系を司る還元反応系装置とがそれぞれ独立した施設として設置されており、両装置間での金属粒子および金属酸化物の移送を行う移送系装置をさらに備えることを特徴とするケミカルループ燃焼システム。
【請求項２】
前記酸化反応系装置は、還元後の金属粒子を貯留するための金属粒子第１タンクと、前記金属粒子第１タンクからの金属粒子が投入される酸化塔と、酸化塔で酸化された金属酸化物を貯留するための金属酸化物第１タンクとを少なくとも備え、前記金属粒子第１タンクには前記移送系装置が搬送してくる金属粒子を受け入れるための受け入れ手段が備えられ、前記金属酸化物第１タンクには貯留する金属酸化物を前記移送系装置へ搬出するための搬出手段が備えられており、かつ、
前記還元反応系装置は、酸化後の金属酸化物を貯留するための金属酸化物第２タンクと、前記金属酸化物第２タンクからの金属酸化物が投入される還元塔と、還元塔で還元された金属粒子を貯留するための金属粒子第２タンクとを少なくとも備え、前記金属酸化物第２タンクには前記移送系装置が搬送してくる金属酸化物を受け入れるための受け入れ手段が備えられ、前記金属粒子第２タンクには貯留する金属粒子を前記移送系装置へ搬出するための搬出手段が備えられている、ことを特徴とする請求項１に記載のケミカルループ燃焼システム。
【請求項３】
請求項２に記載のケミカルループ燃焼システムで用いる酸化反応系装置であって、還元後の金属粒子を貯留するための金属粒子タンクと、前記金属粒子タンクからの金属粒子が投入される酸化塔と、酸化塔で酸化された金属酸化物を貯留するための金属酸化物タンクとを少なくとも備え、前記金属粒子タンクには適宜の移送系装置が搬送してくる金属粒子を受け入れるための受け入れ手段が備えられ、前記金属酸化物タンクには貯留する金属酸化物を適宜の移送系装置へ搬出するための搬出手段が備えられていることを特徴とする酸化反応系装置。
【請求項４】
請求項２に記載のケミカルループ燃焼システムで用いる還元反応系装置であって、酸化後の金属酸化物を貯留するための金属酸化物タンクと、前記金属酸化物タンクからの金属酸化物が投入される還元塔と、還元塔で還元された金属粒子を貯留するための金属粒子タンクとを少なくとも備え、前記金属酸化物タンクには適宜の移送系装置が搬送してくる金属酸化物を受け入れるための受け入れ手段が備えられ、前記金属粒子タンクには貯留する金属粒子を適宜の移送系装置へ搬出するための搬出手段が備えられていることを特徴とする還元反応系装置。
【図１】
【公開番号】特開２０１１−１７９７７３（Ｐ２０１１−１７９７７３Ａ）
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４５６７１（Ｐ２０１０−４５６７１）
【出願日】平成２２年３月２日（２０１０．３．２）
【出願人】（０００２２０２６２）東京瓦斯株式会社 (1,166)
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２日（２０１０．３．２）
【出願人】（０００２２０２６２）東京瓦斯株式会社 (1,166)
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