二酸化炭素の回収方法及びその装置
【課題】コストを抑制すると共に固体燃料を用いて二酸化炭素を回収し得る二酸化炭素の回収方法及びその装置を提供する。
【解決手段】固体燃料又は／及び熱分解ガスと、酸化した金属粒子とが供給されて流動層を形成し、酸化した金属粒子を流動層で還元すると共に、流動層で生じた燃焼排ガスを二酸化炭素として排出する燃焼炉１と、
還元した金属粒子と、流動層で生じた燃焼灰とが燃焼炉１から供給され、金属粒子を酸化すると共に、燃焼灰を排ガスに含まれる状態にする金属酸化炉２と、
酸化した金属粒子と、燃焼灰を含む排ガスとが金属酸化炉２から供給され、酸化した金属粒子を分離して燃焼炉１に戻す分離手段３とを備える。
【解決手段】固体燃料又は／及び熱分解ガスと、酸化した金属粒子とが供給されて流動層を形成し、酸化した金属粒子を流動層で還元すると共に、流動層で生じた燃焼排ガスを二酸化炭素として排出する燃焼炉１と、
還元した金属粒子と、流動層で生じた燃焼灰とが燃焼炉１から供給され、金属粒子を酸化すると共に、燃焼灰を排ガスに含まれる状態にする金属酸化炉２と、
酸化した金属粒子と、燃焼灰を含む排ガスとが金属酸化炉２から供給され、酸化した金属粒子を分離して燃焼炉１に戻す分離手段３とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二酸化炭素の回収方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化の観点より二酸化炭素の削減が求められている。そこで石炭、バイオマス、廃プラスチック、或いは各種の含水廃棄物等の固体燃料を燃焼した際に、燃焼により生じた燃焼ガス中から二酸化炭素を分離回収し、更に二酸化炭素を地中等に貯留するように技術開発が進められている。
【０００３】
二酸化炭素を分離回収する技術としては、アミン水溶液を用いた二酸化炭素回収法や化学ループ燃焼法等が考えられており、アミン水溶液を用いた二酸化炭素回収法は、燃焼設備から排出される窒素、酸素、二酸化炭素等を含むガスに対し、二酸化炭素をアミン水溶液に化学反応で吸収させ、それを加熱等することにより二酸化炭素を分離回収する方法である。
【０００４】
化学ループ燃焼法は、金属酸化物中の酸素を用いて燃料を燃焼させることにより、排ガス中に窒素や酸素が含まれないようにし、排ガスを二酸化炭素として分離回収する方法である。
【０００５】
尚、前述の如き二酸化炭素の回収方法と関連する一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１，２がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第２７８６５５９号公報
【特許文献２】特許第３３１５７１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、アミン水溶液を用いた二酸化炭素回収法で二酸化炭素を回収する場合にはアミン水溶液の使用により多大な動力や手間が掛かり、コストが上昇するという問題があった。又、化学ループ燃焼法で二酸化炭素を回収する場合には、燃焼により生じる燃焼灰と金属酸化物との分離が困難であるため、石炭、バイオマス、廃プラスチック、或いは各種の含水廃棄物等を固体燃料として用いることができないという問題があった。
【０００８】
本発明は、斯かる実情に鑑み、コストを抑制すると共に固体燃料を用いて二酸化炭素を回収し得る二酸化炭素の回収方法及びその装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の二酸化炭素の回収方法は、
固体燃料又は／及び熱分解ガスと、酸化した金属粒子とを燃焼炉に供給して流動層にし、酸化した金属粒子を流動層で還元すると共に、流動層で生じた燃焼排ガスを二酸化炭素として排出し、
還元した金属粒子と、流動層で生じた燃焼灰とを金属酸化炉に供給して金属粒子を酸化すると共に、燃焼灰を排ガスに含まれる状態にし、
酸化した金属粒子と、燃焼灰を含む排ガスとを分離手段に供給し、酸化した金属粒子を分離して燃焼炉に戻すものである。
【００１０】
又、本発明の二酸化炭素の回収方法は、
ガス化ガスと、酸化した金属粒子とを燃焼炉に供給して流動層にし、酸化した金属粒子を流動層で還元すると共に、流動層で生じた燃焼排ガスを二酸化炭素として排出し、
還元した金属粒子を金属酸化炉に供給して金属粒子を酸化すると共に排ガスを生じ、
酸化した金属粒子と、排ガスとを分離手段に供給し、酸化した金属粒子を分離して燃焼炉に戻すものである。
【００１１】
本発明の二酸化炭素の回収方法において、固体燃料を熱分解炉に供給して熱分解ガスにすることが好ましい。
【００１２】
本発明の二酸化炭素の回収方法において、固体燃料をガス化炉に供給してガス化ガスにすることが好ましい。
【００１３】
本発明の二酸化炭素の回収方法において、分離手段で排出される排ガスを集塵装置に供給し、排ガスから燃焼灰を分離することが好ましい。
【００１４】
本発明の二酸化炭素の回収方法において、金属粒子を５０μｍ以上１，０００μｍ以下にすると共に燃焼灰を２０μｍ以下にして粒子径の差により分離手段で分離することが好ましい。
【００１５】
本発明の二酸化炭素の回収装置は、
固体燃料又は／及び熱分解ガスと、酸化した金属粒子とが供給されて流動層を形成し、酸化した金属粒子を流動層で還元すると共に、流動層で生じた燃焼排ガスを二酸化炭素として排出する燃焼炉と、
還元した金属粒子と、流動層で生じた燃焼灰とが燃焼炉から供給され、金属粒子を酸化すると共に、燃焼灰を排ガスに含まれる状態にする金属酸化炉と、
酸化した金属粒子と、燃焼灰を含む排ガスとが金属酸化炉から供給され、酸化した金属粒子を分離して燃焼炉に戻す分離手段とを備えるものである。
【００１６】
本発明の二酸化炭素の回収装置は、
ガス化ガスと、酸化した金属粒子とが供給されて流動層を形成し、酸化した金属粒子を流動層で還元すると共に、流動層で生じた燃焼排ガスを二酸化炭素として排出する燃焼炉と、
還元した金属粒子が燃焼炉から供給され、金属粒子を酸化すると共に排ガスを生じる金属酸化炉と、
酸化した金属粒子と、排ガスとが金属酸化炉から供給され、酸化した金属粒子を分離して燃焼炉に戻す分離手段とを備えるものである。
【００１７】
本発明の二酸化炭素の回収装置において、固体燃料を熱分解ガスにして燃料炉に供給する熱分解炉を備えることが好ましい。
【００１８】
本発明の二酸化炭素の回収装置において、固体燃料をガス化ガスにして燃料炉に供給するガス化炉を備えることが好ましい。
【００１９】
本発明の二酸化炭素の回収装置において、分離手段で排出される排ガスから燃焼灰を分離する集塵装置を備えることが好ましい。
【００２０】
本発明の二酸化炭素の回収装置において、金属粒子を５０μｍ以上１，０００μｍ以下にすると共に燃焼灰を２０μｍ以下にして粒子径の差により分離手段で分離するように構成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の二酸化炭素の回収方法及びその装置によれば、固体燃料又は／及び熱分解ガスと、酸化した金属粒子とを燃焼炉に供給して流動層を形成し、酸化した金属粒子を流動層で還元すると共に、流動層で生じた燃焼排ガスを二酸化炭素として排出するので、燃焼排ガスを二酸化炭素として容易に分離回収することができ、よってアミン水溶液を用いた二酸化炭素回収法に比べて手間を低減すると共に単純な構成によりコストを抑制することができる。又、還元された金属粒子と、燃焼炉で生じた燃焼灰とを金属酸化炉に供給して金属粒子を酸化すると共に、燃焼灰を排ガスに含まれる状態にし、酸化した金属粒子と、燃焼灰を含む排ガスとを分離手段に供給し、酸化して金属粒子を分離して燃焼炉に戻すので、石炭、バイオマス、廃プラスチック、或いは各種の含水廃棄物等の適用により、酸化した金属粒子と燃焼灰とが混合される場合であっても、酸化した金属粒子と燃焼灰の分離を容易にし、よって石炭、バイオマス、廃プラスチック、或いは各種の含水廃棄物等を固体燃料として好適に用いることができるという優れた効果を奏し得る。
【００２２】
本発明の二酸化炭素の回収方法及びその装置によれば、ガス化ガスと、酸化した金属粒子とを燃焼炉に供給して流動層を形成し、酸化した金属粒子を流動層で還元すると共に、流動層で生じた燃焼排ガスを二酸化炭素として排出するので、燃焼排ガスを二酸化炭素として容易に分離回収することができ、よってアミン水溶液を用いた二酸化炭素回収法に比べて手間を低減すると共に単純な構成によりコストを抑制することができる。又、石炭、バイオマス、廃プラスチック、或いは各種の含水廃棄物等をガス化ガスにして処理するので、酸化した金属粒子と燃焼灰の混合を抑制し、よって石炭、バイオマス、廃プラスチック、或いは各種の含水廃棄物等を固体燃料として好適に用いることができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態の第一例を示す全体概要構成図である。
【図２】本発明の実施形態の第二例を示す全体概要構成図である。
【図３】本発明の実施形態の第三例を示す全体概要構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を実施する形態の第一例を図１を参照して説明する。ここで第一例は請求項１，５，６，７，１１，１２に対応している。
【００２５】
第一例の二酸化炭素の回収方法及びその装置は、固体燃料と金属粒子とが供給されて流動層を形成する燃焼炉１と、燃焼炉１から金属粒子等が供給される金属酸化炉２と、金属酸化炉２から酸化した金属粒子等が供給され且つ酸化した金属粒子を燃焼炉１に戻す分離手段３とを備え、金属粒子を燃焼炉１、金属酸化炉２、分離手段３の間で循環可能にしている。
【００２６】
燃焼炉１は、固体燃料が外部から供給されるように下方側部に固定燃料の供給ライン４を備えると共に、酸化した金属粒子が分離手段３から燃焼炉１内へ供給されるように移送管による移送ライン５を配置している。又、燃焼炉１の下部には、流体の供給ライン６を接続した風箱７が配置されており、風箱７は流体を燃焼炉１内の下部へ吹き出すようになっている。更に燃焼炉１の上部には、燃焼炉１内で発生した燃焼排ガスを排出する燃焼排ガスの供給ライン８が備えられると共に、燃焼炉１の側部には、燃焼炉１内で処理した金属粒子等を金属酸化炉２へ供給するように連通管による連通ライン９が配置されている。
【００２７】
ここで固体燃料とは、石炭、バイオマス、廃プラスチック、或いは各種の含水廃棄物等である。又、ここでいう金属粒子とは、担体に金属を担持して粒子径５０μｍ以上１，０００μｍ以下、好ましくは１００μｍ以上５００μｍ以下で構成されている。金属粒子の担体は、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、ＮｉＡｌ２Ｏ４、ＣｏＡｌ２Ｏ４、ＹＳＺ、ＣｕＡｌ２Ｏ４、ＡｌＰＯ４等から選択されており、担体に担持する金属は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｍｎ等から選択されている。又、供給ライン６の流体は、蒸気又は二酸化炭素等であり、二酸化炭素には酸素を含んでも良い。なお図１中、金属粒子はＭで示し、酸化した金属粒子をＭＯで示している。
【００２８】
金属酸化炉２は、燃焼炉１と通じる連通ライン９を下部に接続している。又、金属酸化炉２の下部には、空気の供給ライン１０を接続した風箱１１が配置されており、風箱１１は空気を金属酸化炉２内の下部へ吹き出すようになっている。更に金属酸化炉２の上部には、酸化した金属粒子等を分離手段３へ供給するように送給管による送給ライン１２を配置している。
【００２９】
分離手段３は、金属酸化炉２と通じる送給ライン１２を側部に接続しており、酸化した金属粒子と排ガスとを粒子径の差により分離するように構成されている。又、分離手段３の上部には、排ガスを排出する排出ライン１３が備えられると共に、分離手段３の下部には移送管による移送ライン５を配置し、酸化した金属粒子を燃焼炉１へ投下するようになっている。ここで分離手段３は、酸化した金属粒子と排ガスとを分離し得るならば構成は特に制限されるものではないが、サイクロン等が好ましい。又、排出ライン１３には、排ガス中の燃焼灰を分離する集塵装置１４が配置されている。
【００３０】
次に、上記実施の形態の第一例の作用を説明する。
【００３１】
固体燃料を燃焼して二酸化炭素を回収する際には、燃焼炉１に、固体燃料を供給ライン４から供給すると共に、酸化した金属粒子を移送ライン５から投下し、更に風箱７から蒸気等の流体を吹き出して燃焼炉１内に流動層を形成し、酸化した金属粒子を５００℃以上１，２００℃以下の温度領域で還元すると共に固体燃料を燃焼する。
【００３２】
ここで燃焼炉１の主な反応を示すと、次の反応を生じると考えられる。
［式１］
Ｃ＋２ＭＯ→ＣＯ２＋２Ｍ
［式２］
Ｃ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋Ｈ２
［式３］
Ｃ＋ＣＯ２→２ＣＯ
［式４］
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ⇔ＣＯ２＋Ｈ２
［式５］
ＣＯ＋ＭＯ→ＣＯ２＋Ｍ
［式６］
Ｈ２＋ＭＯ→Ｈ２Ｏ＋Ｍ
【００３３】
次に燃焼炉１で燃焼して生じた燃焼排ガスを供給ライン８により取り出す。ここで燃焼排ガスは二酸化炭素及び蒸気が主成分であることから二酸化炭素を適宜回収することが可能となる。
【００３４】
同時に、燃焼炉１で還元した金属粒子と、流動層で生じた燃焼灰とを連通ライン９より金属酸化炉２に供給し、そして風箱１１から空気を吹き出して流動状態にし、５００℃以上１，２００℃以下の温度領域で金属粒子を酸化する（［式７］参照）と共に、燃焼灰を排ガスに含まれる状態にする。ここで排ガス中の燃焼灰は、粒子径が２０μｍ以下となっており、粒子径の下限値は１μｍ以下のサブミクロンの値になっている。又、燃焼灰の粒子径の下限値は１μｍ以下で所定の粒子径を有するならば特に制限されるものではない。［式７］
Ｍ＋１／２Ｏ２→ＭＯ
【００３５】
続いて酸化した金属粒子と、燃焼灰を含む排ガスとを金属酸化炉２から送給ライン１２を介して分離手段３に送給し、酸化した金属粒子と燃焼灰とを粒子径の差により分離し、酸化した金属粒子を移送ライン５から燃焼炉１へ戻す。又、分離手段３で分離した排ガスを、排出ライン１３により集塵装置１４に供給し、排ガス中の燃焼灰と、窒素及び酸素の排ガスとに分離し、排ガスを外気等へ排出する。
【００３６】
而して、このように実施の形態例の第一例によれば、固体燃料と、酸化した金属粒子とを燃焼炉１に供給して流動層にし、酸化した金属粒子を流動層で還元すると共に、流動層で生じた燃焼排ガスを二酸化炭素及び蒸気として排出するので、燃焼排ガスを二酸化炭素として容易に分離回収することができ、よってアミン水溶液を用いた二酸化炭素回収法に比べて手間を低減すると共に単純な構成によりコストを抑制することができる。又、燃焼炉１の流動状態を５００℃以上１，２００℃以下の温度領域にすることで、酸化した金属粒子を好適に還元すると共に、固体燃料を好適に燃焼し、流動層から生じた燃焼排ガスを二酸化炭素及び蒸気として排出することができる。
【００３７】
更に還元した金属粒子と、流動層で生じた燃焼灰とを金属酸化炉２に供給して金属粒子を酸化すると共に、燃焼灰を排ガスに含まれる状態にし、酸化した金属粒子と、燃焼灰を含む排ガスとを分離手段３に供給し、酸化した金属粒子を分離して燃焼炉１に戻すので、石炭、バイオマス、廃プラスチック、或いは各種の含水廃棄物等の適用により、酸化した金属粒子と燃焼灰とが混合される場合であっても、酸化した金属粒子と燃焼灰の分離を容易にし、よって石炭、バイオマス、廃プラスチック、或いは各種の含水廃棄物等を固体燃料として好適に用いることができる。更に又、金属酸化炉２の流動状態を５００℃以上１，２００℃以下の温度領域にすることで、還元された金属粒子を好適に酸化することができる。
【００３８】
実施の形態例の第一例において、分離手段３で排出される排ガスを集塵装置１４に供給し、排ガスから燃焼灰を分離すると、排ガス中の燃焼灰を適切に取り除いて外気へ排出し得るので、石炭、バイオマス、廃プラスチック、或いは各種の含水廃棄物等を固体燃料として好適に用いることができる。
【００３９】
実施の形態例の第一例において、金属粒子を５０μｍ以上１，０００μｍ以下にすると共に、燃焼炉１及び金属酸化炉２で燃焼灰を２０μｍ以下にして粒子径の差により分離手段３で分離するので、石炭、バイオマス、廃プラスチック、或いは各種の含水廃棄物等の適用により、酸化した金属粒子と燃焼灰とが混合される場合であっても、酸化した金属粒子と燃焼灰の分離を容易にし、よって石炭、バイオマス、廃プラスチック、或いは各種の含水廃棄物等を固体燃料として好適に用いることができる。又、金属粒子の粒子径を１００μｍ以上、５００μｍ以下にすると、酸化した金属粒子と燃焼灰の分離を一層容易にするので、種々の固体燃料を極めて好適に用いることができる。ここで金属粒子の粒子径を５０μｍ未満にすると、燃焼灰との粒子径の差が小さくなり、金属粒子と燃焼灰を適切に分離することができないという問題がある。又、金属粒子の粒子径を１，０００μｍより大きくすると、燃焼炉１の流動層の形成や、燃焼炉１、金属酸化炉２、分離手段３の間での循環が困難になるという問題がある。更に燃焼灰は２０μｍ以下ならば、金属粒子と適切に分離し得るので、燃焼灰の下限値は問題となることがない。
【００４０】
以下、本発明を実施する形態の第二例を図２を参照して説明する。ここで第二例は請求項２，４，８，１０に対応している。
【００４１】
第二例の二酸化炭素の回収方法及びその装置は、固体燃焼をガス化ガスにするガス化炉１５と、ガス化炉１５からのガス化ガスと後述する酸化した金属粒子とが供給されて流動層を形成する燃焼炉１６と、燃焼炉１６から金属粒子が供給される金属酸化炉１７と、金属酸化炉１７から酸化した金属粒子等が供給され且つ酸化した金属粒子を燃焼炉１６に戻す分離手段１８とを備え、金属粒子を燃焼炉１６、金属酸化炉１７、分離手段１８の間で循環可能にしている。
【００４２】
ガス化炉１５は、固体燃料が外部から供給されるように下方側部に固体燃料の供給ライン１９を備えている。又、ガス化炉１５の下部には、蒸気、酸素又は二酸化炭素の供給ライン２０を接続した風箱２１が配置されており、風箱２１は蒸気、酸素又は二酸化炭素をガス化炉１５内の下部へ吹き出すようになっている。更にガス化炉１５の上部には、ガス化炉１５内で発生したガス化ガスを燃焼炉１６へ供給するガス化ガスの供給ライン２２が備えられている。更に又、ガス化ガスの供給ライン２２には、サイクロン等による分離手段２２ａが備えられており、ガス化ガスに含まれる燃焼灰を分離するようになっている。ここで固体燃料は、第一例と同様に、石炭、バイオマス、廃プラスチック、或いは各種の含水廃棄物等である。又、風箱２１よりガス化炉１５へ供給するものは、酸素や二酸化炭素より蒸気が好ましい。
【００４３】
燃焼炉１６は、酸化した金属粒子が分離手段１８から燃焼炉１６内へ供給されるように移送管による移送ライン２３を配置している。又、燃焼炉１６の下部には、ガス化ガスの供給ライン２２を接続した風箱２４が配置されており、風箱２４はガス化ガスを燃焼炉１６内の下部へ吹き出すようになっている。更に燃焼炉１６の上部には、燃焼炉１６内で発生した燃焼排ガスを排出する燃焼排ガスの供給ライン２５が備えられると共に、燃焼炉１６の側部には、燃焼炉１６内で処理した金属粒子等を金属酸化炉１７へ供給するように連通管による連通ライン２６が配置されている。
【００４４】
ここで金属粒子とは、第一例と同様に、担体に金属を担持して粒子径５０μｍ以上１，０００μｍ以下、好ましくは１００μｍ以上５００μｍ以下で構成されている。金属粒子の担体は、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、ＮｉＡｌ２Ｏ４、ＣｏＡｌ２Ｏ４、ＹＳＺ、ＣｕＡｌ２Ｏ４、ＡｌＰＯ４等から選択されており、担体に担持する金属は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｍｎ等から選択されている。なお図２中、金属粒子はＭで示し、酸化した金属粒子をＭＯで示している。
【００４５】
金属酸化炉１７は、燃焼炉１６と通じる連通ライン２６を下部に接続している。又、金属酸化炉１７の下部には、空気の供給ライン２７を接続した風箱２８が配置されており、風箱２８は空気を金属酸化炉１７内の下部へ吹き出すようになっている。更に金属酸化炉１７の上部には、酸化した金属粒子等を分離手段１８へ供給するように送給管による送給ライン２９を配置している。
【００４６】
分離手段１８は、金属酸化炉１７と通じる送給ライン２９を側部に接続しており、酸化した金属粒子と排ガスを粒子径の差により分離するように構成されている。又、分離手段１８の上部には、排ガスを排出する排出ライン３０が備えられると共に、分離手段１８の下部には、移送管による移送ライン２３を配置し、酸化した金属粒子を燃焼炉１６へ投下するようになっている。ここで分離手段１８は、金属粒子等を分離し得るならば構成は特に制限されるものではないが、サイクロン等が好ましい。
【００４７】
次に、上記実施の形態の第二例の作用を説明する。
【００４８】
固体燃料を燃焼して二酸化炭素を回収する際には、ガス化炉１５に、固体燃料の供給ライン１９から固体燃料を供給し、風箱２１から蒸気等を吹き出してガス化炉１５内に流動層を形成し、５００℃以上２，０００℃以下の温度領域で固体燃料をガス化ガスにし、ガス化ガスの供給ライン２２により分離手段２２ａで燃焼灰を分離してガス化ガスを燃焼炉１６の風箱２４に供給する。
【００４９】
次に、燃焼炉１６に、酸化した金属粒子を移送ライン２３から投下する共に、風箱２４からガス化ガスを吹き出して燃焼炉１６内に流動層を形成し、酸化した金属粒子を５００℃以上１，２００℃以下の温度領域で還元すると共にガス化ガスを燃焼する。
【００５０】
続いて燃焼炉１６で燃焼して生じた燃焼排ガスを供給ライン２５により取り出す。ここで燃焼排ガスは二酸化炭素及び蒸気が主成分であることから二酸化炭素を適宜回収することが可能となる。
【００５１】
同時に、燃焼炉１６で還元した金属粒子を連通ライン２６より金属酸化炉１７に供給し、そして風箱２８から空気を吹き出して流動状態にし、５００℃以上１，２００℃以下の温度領域で金属粒子を酸化すると共に排ガスを生じる。
【００５２】
更に酸化した金属粒子と排ガスとを金属酸化炉１７から送給ライン２９を介して分離手段１８に送給し、酸化した金属粒子と排ガスとを分離し、酸化した金属粒子を移送ライン２３から燃焼炉１６へ戻す。又、排ガス中には、燃焼灰が存在しないことから第一例の集塵装置１４（図１参照）の使用を不要にして、排出ライン３０により外気等へ排出する。
【００５３】
而して、実施の形態例の第二例によれば、ガス化ガスと、酸化した金属粒子とを燃焼炉１６に供給して流動層にし、酸化した金属粒子を流動層で還元すると共に、流動層で生じた燃焼排ガスを二酸化炭素として排出するので、燃焼排ガスを二酸化炭素として容易に分離回収することができ、よってアミン水溶液を用いた二酸化炭素回収法に比べて手間を低減すると共に単純な構成によりコストを抑制することができる。又、燃焼炉１６の流動状態を５００℃以上１，２００℃以下の温度領域にすることで、酸化した金属粒子を好適に還元すると共に、ガス化ガスを好適に燃焼し、流動層から生じた燃焼排ガスを二酸化炭素及び蒸気として排出することができる。
【００５４】
更に石炭、バイオマス、廃プラスチック、或いは各種の含水廃棄物等をガス化ガスにするので、酸化した金属粒子と燃焼灰の混合を抑制し、石炭、バイオマス、廃プラスチック、或いは各種の含水廃棄物等を固体燃料として好適に用いることができる。更に又、金属酸化炉１７の流動状態を５００℃以上１，２００℃以下の温度領域にすることで、還元された金属粒子を好適に酸化することができる。
【００５５】
実施の形態例の第二例において、固体燃料をガス化炉１５に供給してガス化ガスにすると、酸化した金属粒子を燃焼炉１６の流動層でガス化ガスにより還元すると共に、流動層で生じた燃焼排ガスを二酸化炭素として排出するので、燃焼排ガスを二酸化炭素として容易に分離回収することができ、よってアミン水溶液を用いた二酸化炭素回収法に比べて手間を低減すると共に単純な構成によりコストを抑制することができる。又、ガス化炉１５及び分離手段２２ａにより固体燃料の燃焼灰を除去するので、金属粒子と燃焼灰との分離を不要にし、石炭、バイオマス、廃プラスチック、或いは各種の含水廃棄物等を固体燃料として好適に用いることができる。
【００５６】
以下、本発明を実施する形態の第三例を図３を参照して説明する。ここで第三例は第一例を変更したものであり、第一例と同じ符号を付したものは同じものを示している。又、第三例は、請求項１，３，５，６，７，９，１１，１２に対応している。
【００５７】
第三例の二酸化炭素の回収方法及びその装置は、固体燃料を熱分解ガスにする熱分解炉３１と、熱分解ガスと酸化した金属粒子とが供給されて流動層を形成する燃焼炉３２と、燃焼炉３２から金属粒子等が供給される金属酸化炉２と、金属酸化炉２から酸化した金属粒子等が供給され且つ酸化した金属粒子を燃焼炉３２に戻す分離手段３とを備え、金属粒子を燃焼炉３２、金属酸化炉２、分離手段３の間で循環可能にしている。
【００５８】
熱分解炉３１は、固体燃料が外部から供給されるように下方側部に固体燃料の供給ライン３３を備えている。又、熱分解炉３１の上部には、熱分解炉３１内で発生した熱分解ガスを燃焼炉３２へ供給する熱分解ガスの供給ライン３４が備えられている。更に熱分解炉３１には、熱分解炉３１内で生じた熱分解残渣を取り出す熱分解残渣の取出ライン３１ａが備えられている。ここで固体燃料は、第一例と同様に、石炭、バイオマス、廃プラスチック、或いは各種の含水廃棄物等である。
【００５９】
燃焼炉３２は、酸化した金属粒子が分離手段３から燃焼炉３２内へ供給されるように移送管による移送ライン３５を配置している。又、燃焼炉３２の下部には、熱分解ガスの供給ライン３４を接続した風箱３６が配置されており、風箱３６は熱分解ガスを燃焼炉３２内の下部へ吹き出すようになっている。更に燃焼炉３２の上部には、燃焼排ガスを排出する燃焼排ガスの供給ライン３７が備えられると共に、燃焼炉３２の側部には、金属粒子等を金属酸化炉２へ供給するように連通管による連通ライン３８が配置されている。ここで燃焼炉３２には、別途、固体燃料が外部から供給されるように下方側部に固体燃料の供給ライン４を備えても良いし、熱分解炉３１で生じた熱分解残渣が固体燃料として供給されるように、下方側部に熱分解残渣の供給ライン３１ｂを備えても良い。
【００６０】
ここで金属粒子とは、第一例と同様に、担体に金属を担持して粒子径５０μｍ以上１，０００μｍ以下、好ましくは１００μｍ以上５００μｍ以下で構成されている。金属粒子の担体は、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、ＮｉＡｌ２Ｏ４、ＣｏＡｌ２Ｏ４、ＹＳＺ、ＣｕＡｌ２Ｏ４、ＡｌＰＯ４等から選択されており、担体に担持する金属は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｍｎ等から選択されている。なお図３中、金属粒子はＭで示し、酸化した金属粒子をＭＯで示している。
【００６１】
又、金属酸化炉２、分離手段３、集塵装置１４は、第一例と同様に構成されている。
【００６２】
次に、上記実施の形態の第三例の作用を説明する。
【００６３】
固体燃料を燃焼して二酸化炭素を回収する際には、熱分解炉３１に、固体燃料を供給ライン３３から供給して５００℃以上１，２００℃以下の温度領域で熱分解ガスと熱分解残渣にし、供給ライン３４により熱分解ガスを燃焼炉３２の風箱３６に供給する。ここで熱分解残渣は取出ライン３１ａより製品として排出されることが好ましい。
【００６４】
次に、燃焼炉３２に、酸化した金属粒子を分離手段３の移送ライン３５から投下する共に、熱分解ガスを風箱３６から吹き出して燃焼炉３２内に流動層を形成し、酸化した金属粒子を５００℃以上１，２００℃以下の温度領域で還元すると共に熱分解ガスを燃焼する。ここで燃焼炉３２には、別途、固体燃料を供給ライン４より供給しても良いし、熱分解残渣からなる固体燃料を供給ライン３１ｂより供給しても良い。
【００６５】
続いて燃焼炉３２で燃焼して生じた燃焼排ガスを供給ライン３７により取り出す。ここで燃焼排ガスは二酸化炭素及び蒸気が主成分であることから二酸化炭素を適宜回収することが可能となる。
【００６６】
同時に、第一例と同様に、燃焼炉３２で還元した金属粒子と、流動層で生じた燃焼灰とを連通ライン３８より金属酸化炉２に供給し、そして風箱１１から空気を吹き出して流動状態にし、５００℃以上１，２００℃以下の温度領域で金属粒子を酸化すると共に、燃焼灰を排ガスに含まれる状態にする。ここで排ガス中の燃焼灰は、粒子径が２０μｍ以下となっており、粒子径の下限値は１μｍ以下のサブミクロンの値になっている。又、燃焼灰の粒子径の下限値は１μｍ以下で所定の粒子径を有するならば特に制限されるものではない。
【００６７】
続いて金属酸化炉２で酸化した金属粒子と、燃焼灰を含む排ガスとを送給ライン１２によりサイクロン等の分離手段３に送給し、酸化した金属粒子と燃焼灰とを粒子径の差により分離し、酸化した金属粒子を移送ライン３５により燃焼炉３２へ戻す。又、分離手段３で分離した燃焼灰を含む排ガスを、排出ライン１３により集塵装置１４に供給し、排ガス中の燃焼灰と、窒素及び酸素の排ガスとに分離し、排ガスを外気等へ排出する。
【００６８】
而して、実施の形態例の第三例によれば、第一例と同様な作用効果を得ることができる。
【００６９】
実施の形態例の第三例において、固体燃料を熱分解炉３１に供給して熱分解ガスにすると、酸化した金属粒子を燃焼炉３２の流動層で熱分解ガスにより還元すると共に、流動層で生じた燃焼排ガスを二酸化炭素として排出するので、燃焼排ガスを二酸化炭素として容易に分離回収することができ、よってアミン水溶液を用いた二酸化炭素回収法に比べて手間を低減すると共に単純な構成によりコストを抑制することができる。又、熱分解炉３１によって固体燃料を熱分解ガスと熱分解残渣にするので、熱分解ガスを燃焼炉３２で容易に適用することができると共に、熱分解残渣を別の製品又は固体燃料として利用することができる。更に熱分解ガスを燃焼炉３２の流動ガスとして用いるので、第一例で必要であった蒸気や二酸化炭素等の流動ガス（リサイクルガス）を不要にすることができる。
【００７０】
尚、本発明の二酸化炭素の回収方法及びその装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００７１】
１ 燃焼炉
２ 金属酸化炉
３ 分離手段
１４ 集塵装置
１５ ガス化炉
１６ 燃焼炉
１７ 金属酸化炉
１８ 分離手段
３１ 熱分解炉
３２ 燃焼炉
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二酸化炭素の回収方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化の観点より二酸化炭素の削減が求められている。そこで石炭、バイオマス、廃プラスチック、或いは各種の含水廃棄物等の固体燃料を燃焼した際に、燃焼により生じた燃焼ガス中から二酸化炭素を分離回収し、更に二酸化炭素を地中等に貯留するように技術開発が進められている。
【０００３】
二酸化炭素を分離回収する技術としては、アミン水溶液を用いた二酸化炭素回収法や化学ループ燃焼法等が考えられており、アミン水溶液を用いた二酸化炭素回収法は、燃焼設備から排出される窒素、酸素、二酸化炭素等を含むガスに対し、二酸化炭素をアミン水溶液に化学反応で吸収させ、それを加熱等することにより二酸化炭素を分離回収する方法である。
【０００４】
化学ループ燃焼法は、金属酸化物中の酸素を用いて燃料を燃焼させることにより、排ガス中に窒素や酸素が含まれないようにし、排ガスを二酸化炭素として分離回収する方法である。
【０００５】
尚、前述の如き二酸化炭素の回収方法と関連する一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１，２がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第２７８６５５９号公報
【特許文献２】特許第３３１５７１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、アミン水溶液を用いた二酸化炭素回収法で二酸化炭素を回収する場合にはアミン水溶液の使用により多大な動力や手間が掛かり、コストが上昇するという問題があった。又、化学ループ燃焼法で二酸化炭素を回収する場合には、燃焼により生じる燃焼灰と金属酸化物との分離が困難であるため、石炭、バイオマス、廃プラスチック、或いは各種の含水廃棄物等を固体燃料として用いることができないという問題があった。
【０００８】
本発明は、斯かる実情に鑑み、コストを抑制すると共に固体燃料を用いて二酸化炭素を回収し得る二酸化炭素の回収方法及びその装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の二酸化炭素の回収方法は、
固体燃料又は／及び熱分解ガスと、酸化した金属粒子とを燃焼炉に供給して流動層にし、酸化した金属粒子を流動層で還元すると共に、流動層で生じた燃焼排ガスを二酸化炭素として排出し、
還元した金属粒子と、流動層で生じた燃焼灰とを金属酸化炉に供給して金属粒子を酸化すると共に、燃焼灰を排ガスに含まれる状態にし、
酸化した金属粒子と、燃焼灰を含む排ガスとを分離手段に供給し、酸化した金属粒子を分離して燃焼炉に戻すものである。
【００１０】
又、本発明の二酸化炭素の回収方法は、
ガス化ガスと、酸化した金属粒子とを燃焼炉に供給して流動層にし、酸化した金属粒子を流動層で還元すると共に、流動層で生じた燃焼排ガスを二酸化炭素として排出し、
還元した金属粒子を金属酸化炉に供給して金属粒子を酸化すると共に排ガスを生じ、
酸化した金属粒子と、排ガスとを分離手段に供給し、酸化した金属粒子を分離して燃焼炉に戻すものである。
【００１１】
本発明の二酸化炭素の回収方法において、固体燃料を熱分解炉に供給して熱分解ガスにすることが好ましい。
【００１２】
本発明の二酸化炭素の回収方法において、固体燃料をガス化炉に供給してガス化ガスにすることが好ましい。
【００１３】
本発明の二酸化炭素の回収方法において、分離手段で排出される排ガスを集塵装置に供給し、排ガスから燃焼灰を分離することが好ましい。
【００１４】
本発明の二酸化炭素の回収方法において、金属粒子を５０μｍ以上１，０００μｍ以下にすると共に燃焼灰を２０μｍ以下にして粒子径の差により分離手段で分離することが好ましい。
【００１５】
本発明の二酸化炭素の回収装置は、
固体燃料又は／及び熱分解ガスと、酸化した金属粒子とが供給されて流動層を形成し、酸化した金属粒子を流動層で還元すると共に、流動層で生じた燃焼排ガスを二酸化炭素として排出する燃焼炉と、
還元した金属粒子と、流動層で生じた燃焼灰とが燃焼炉から供給され、金属粒子を酸化すると共に、燃焼灰を排ガスに含まれる状態にする金属酸化炉と、
酸化した金属粒子と、燃焼灰を含む排ガスとが金属酸化炉から供給され、酸化した金属粒子を分離して燃焼炉に戻す分離手段とを備えるものである。
【００１６】
本発明の二酸化炭素の回収装置は、
ガス化ガスと、酸化した金属粒子とが供給されて流動層を形成し、酸化した金属粒子を流動層で還元すると共に、流動層で生じた燃焼排ガスを二酸化炭素として排出する燃焼炉と、
還元した金属粒子が燃焼炉から供給され、金属粒子を酸化すると共に排ガスを生じる金属酸化炉と、
酸化した金属粒子と、排ガスとが金属酸化炉から供給され、酸化した金属粒子を分離して燃焼炉に戻す分離手段とを備えるものである。
【００１７】
本発明の二酸化炭素の回収装置において、固体燃料を熱分解ガスにして燃料炉に供給する熱分解炉を備えることが好ましい。
【００１８】
本発明の二酸化炭素の回収装置において、固体燃料をガス化ガスにして燃料炉に供給するガス化炉を備えることが好ましい。
【００１９】
本発明の二酸化炭素の回収装置において、分離手段で排出される排ガスから燃焼灰を分離する集塵装置を備えることが好ましい。
【００２０】
本発明の二酸化炭素の回収装置において、金属粒子を５０μｍ以上１，０００μｍ以下にすると共に燃焼灰を２０μｍ以下にして粒子径の差により分離手段で分離するように構成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の二酸化炭素の回収方法及びその装置によれば、固体燃料又は／及び熱分解ガスと、酸化した金属粒子とを燃焼炉に供給して流動層を形成し、酸化した金属粒子を流動層で還元すると共に、流動層で生じた燃焼排ガスを二酸化炭素として排出するので、燃焼排ガスを二酸化炭素として容易に分離回収することができ、よってアミン水溶液を用いた二酸化炭素回収法に比べて手間を低減すると共に単純な構成によりコストを抑制することができる。又、還元された金属粒子と、燃焼炉で生じた燃焼灰とを金属酸化炉に供給して金属粒子を酸化すると共に、燃焼灰を排ガスに含まれる状態にし、酸化した金属粒子と、燃焼灰を含む排ガスとを分離手段に供給し、酸化して金属粒子を分離して燃焼炉に戻すので、石炭、バイオマス、廃プラスチック、或いは各種の含水廃棄物等の適用により、酸化した金属粒子と燃焼灰とが混合される場合であっても、酸化した金属粒子と燃焼灰の分離を容易にし、よって石炭、バイオマス、廃プラスチック、或いは各種の含水廃棄物等を固体燃料として好適に用いることができるという優れた効果を奏し得る。
【００２２】
本発明の二酸化炭素の回収方法及びその装置によれば、ガス化ガスと、酸化した金属粒子とを燃焼炉に供給して流動層を形成し、酸化した金属粒子を流動層で還元すると共に、流動層で生じた燃焼排ガスを二酸化炭素として排出するので、燃焼排ガスを二酸化炭素として容易に分離回収することができ、よってアミン水溶液を用いた二酸化炭素回収法に比べて手間を低減すると共に単純な構成によりコストを抑制することができる。又、石炭、バイオマス、廃プラスチック、或いは各種の含水廃棄物等をガス化ガスにして処理するので、酸化した金属粒子と燃焼灰の混合を抑制し、よって石炭、バイオマス、廃プラスチック、或いは各種の含水廃棄物等を固体燃料として好適に用いることができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態の第一例を示す全体概要構成図である。
【図２】本発明の実施形態の第二例を示す全体概要構成図である。
【図３】本発明の実施形態の第三例を示す全体概要構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を実施する形態の第一例を図１を参照して説明する。ここで第一例は請求項１，５，６，７，１１，１２に対応している。
【００２５】
第一例の二酸化炭素の回収方法及びその装置は、固体燃料と金属粒子とが供給されて流動層を形成する燃焼炉１と、燃焼炉１から金属粒子等が供給される金属酸化炉２と、金属酸化炉２から酸化した金属粒子等が供給され且つ酸化した金属粒子を燃焼炉１に戻す分離手段３とを備え、金属粒子を燃焼炉１、金属酸化炉２、分離手段３の間で循環可能にしている。
【００２６】
燃焼炉１は、固体燃料が外部から供給されるように下方側部に固定燃料の供給ライン４を備えると共に、酸化した金属粒子が分離手段３から燃焼炉１内へ供給されるように移送管による移送ライン５を配置している。又、燃焼炉１の下部には、流体の供給ライン６を接続した風箱７が配置されており、風箱７は流体を燃焼炉１内の下部へ吹き出すようになっている。更に燃焼炉１の上部には、燃焼炉１内で発生した燃焼排ガスを排出する燃焼排ガスの供給ライン８が備えられると共に、燃焼炉１の側部には、燃焼炉１内で処理した金属粒子等を金属酸化炉２へ供給するように連通管による連通ライン９が配置されている。
【００２７】
ここで固体燃料とは、石炭、バイオマス、廃プラスチック、或いは各種の含水廃棄物等である。又、ここでいう金属粒子とは、担体に金属を担持して粒子径５０μｍ以上１，０００μｍ以下、好ましくは１００μｍ以上５００μｍ以下で構成されている。金属粒子の担体は、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、ＮｉＡｌ２Ｏ４、ＣｏＡｌ２Ｏ４、ＹＳＺ、ＣｕＡｌ２Ｏ４、ＡｌＰＯ４等から選択されており、担体に担持する金属は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｍｎ等から選択されている。又、供給ライン６の流体は、蒸気又は二酸化炭素等であり、二酸化炭素には酸素を含んでも良い。なお図１中、金属粒子はＭで示し、酸化した金属粒子をＭＯで示している。
【００２８】
金属酸化炉２は、燃焼炉１と通じる連通ライン９を下部に接続している。又、金属酸化炉２の下部には、空気の供給ライン１０を接続した風箱１１が配置されており、風箱１１は空気を金属酸化炉２内の下部へ吹き出すようになっている。更に金属酸化炉２の上部には、酸化した金属粒子等を分離手段３へ供給するように送給管による送給ライン１２を配置している。
【００２９】
分離手段３は、金属酸化炉２と通じる送給ライン１２を側部に接続しており、酸化した金属粒子と排ガスとを粒子径の差により分離するように構成されている。又、分離手段３の上部には、排ガスを排出する排出ライン１３が備えられると共に、分離手段３の下部には移送管による移送ライン５を配置し、酸化した金属粒子を燃焼炉１へ投下するようになっている。ここで分離手段３は、酸化した金属粒子と排ガスとを分離し得るならば構成は特に制限されるものではないが、サイクロン等が好ましい。又、排出ライン１３には、排ガス中の燃焼灰を分離する集塵装置１４が配置されている。
【００３０】
次に、上記実施の形態の第一例の作用を説明する。
【００３１】
固体燃料を燃焼して二酸化炭素を回収する際には、燃焼炉１に、固体燃料を供給ライン４から供給すると共に、酸化した金属粒子を移送ライン５から投下し、更に風箱７から蒸気等の流体を吹き出して燃焼炉１内に流動層を形成し、酸化した金属粒子を５００℃以上１，２００℃以下の温度領域で還元すると共に固体燃料を燃焼する。
【００３２】
ここで燃焼炉１の主な反応を示すと、次の反応を生じると考えられる。
［式１］
Ｃ＋２ＭＯ→ＣＯ２＋２Ｍ
［式２］
Ｃ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋Ｈ２
［式３］
Ｃ＋ＣＯ２→２ＣＯ
［式４］
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ⇔ＣＯ２＋Ｈ２
［式５］
ＣＯ＋ＭＯ→ＣＯ２＋Ｍ
［式６］
Ｈ２＋ＭＯ→Ｈ２Ｏ＋Ｍ
【００３３】
次に燃焼炉１で燃焼して生じた燃焼排ガスを供給ライン８により取り出す。ここで燃焼排ガスは二酸化炭素及び蒸気が主成分であることから二酸化炭素を適宜回収することが可能となる。
【００３４】
同時に、燃焼炉１で還元した金属粒子と、流動層で生じた燃焼灰とを連通ライン９より金属酸化炉２に供給し、そして風箱１１から空気を吹き出して流動状態にし、５００℃以上１，２００℃以下の温度領域で金属粒子を酸化する（［式７］参照）と共に、燃焼灰を排ガスに含まれる状態にする。ここで排ガス中の燃焼灰は、粒子径が２０μｍ以下となっており、粒子径の下限値は１μｍ以下のサブミクロンの値になっている。又、燃焼灰の粒子径の下限値は１μｍ以下で所定の粒子径を有するならば特に制限されるものではない。［式７］
Ｍ＋１／２Ｏ２→ＭＯ
【００３５】
続いて酸化した金属粒子と、燃焼灰を含む排ガスとを金属酸化炉２から送給ライン１２を介して分離手段３に送給し、酸化した金属粒子と燃焼灰とを粒子径の差により分離し、酸化した金属粒子を移送ライン５から燃焼炉１へ戻す。又、分離手段３で分離した排ガスを、排出ライン１３により集塵装置１４に供給し、排ガス中の燃焼灰と、窒素及び酸素の排ガスとに分離し、排ガスを外気等へ排出する。
【００３６】
而して、このように実施の形態例の第一例によれば、固体燃料と、酸化した金属粒子とを燃焼炉１に供給して流動層にし、酸化した金属粒子を流動層で還元すると共に、流動層で生じた燃焼排ガスを二酸化炭素及び蒸気として排出するので、燃焼排ガスを二酸化炭素として容易に分離回収することができ、よってアミン水溶液を用いた二酸化炭素回収法に比べて手間を低減すると共に単純な構成によりコストを抑制することができる。又、燃焼炉１の流動状態を５００℃以上１，２００℃以下の温度領域にすることで、酸化した金属粒子を好適に還元すると共に、固体燃料を好適に燃焼し、流動層から生じた燃焼排ガスを二酸化炭素及び蒸気として排出することができる。
【００３７】
更に還元した金属粒子と、流動層で生じた燃焼灰とを金属酸化炉２に供給して金属粒子を酸化すると共に、燃焼灰を排ガスに含まれる状態にし、酸化した金属粒子と、燃焼灰を含む排ガスとを分離手段３に供給し、酸化した金属粒子を分離して燃焼炉１に戻すので、石炭、バイオマス、廃プラスチック、或いは各種の含水廃棄物等の適用により、酸化した金属粒子と燃焼灰とが混合される場合であっても、酸化した金属粒子と燃焼灰の分離を容易にし、よって石炭、バイオマス、廃プラスチック、或いは各種の含水廃棄物等を固体燃料として好適に用いることができる。更に又、金属酸化炉２の流動状態を５００℃以上１，２００℃以下の温度領域にすることで、還元された金属粒子を好適に酸化することができる。
【００３８】
実施の形態例の第一例において、分離手段３で排出される排ガスを集塵装置１４に供給し、排ガスから燃焼灰を分離すると、排ガス中の燃焼灰を適切に取り除いて外気へ排出し得るので、石炭、バイオマス、廃プラスチック、或いは各種の含水廃棄物等を固体燃料として好適に用いることができる。
【００３９】
実施の形態例の第一例において、金属粒子を５０μｍ以上１，０００μｍ以下にすると共に、燃焼炉１及び金属酸化炉２で燃焼灰を２０μｍ以下にして粒子径の差により分離手段３で分離するので、石炭、バイオマス、廃プラスチック、或いは各種の含水廃棄物等の適用により、酸化した金属粒子と燃焼灰とが混合される場合であっても、酸化した金属粒子と燃焼灰の分離を容易にし、よって石炭、バイオマス、廃プラスチック、或いは各種の含水廃棄物等を固体燃料として好適に用いることができる。又、金属粒子の粒子径を１００μｍ以上、５００μｍ以下にすると、酸化した金属粒子と燃焼灰の分離を一層容易にするので、種々の固体燃料を極めて好適に用いることができる。ここで金属粒子の粒子径を５０μｍ未満にすると、燃焼灰との粒子径の差が小さくなり、金属粒子と燃焼灰を適切に分離することができないという問題がある。又、金属粒子の粒子径を１，０００μｍより大きくすると、燃焼炉１の流動層の形成や、燃焼炉１、金属酸化炉２、分離手段３の間での循環が困難になるという問題がある。更に燃焼灰は２０μｍ以下ならば、金属粒子と適切に分離し得るので、燃焼灰の下限値は問題となることがない。
【００４０】
以下、本発明を実施する形態の第二例を図２を参照して説明する。ここで第二例は請求項２，４，８，１０に対応している。
【００４１】
第二例の二酸化炭素の回収方法及びその装置は、固体燃焼をガス化ガスにするガス化炉１５と、ガス化炉１５からのガス化ガスと後述する酸化した金属粒子とが供給されて流動層を形成する燃焼炉１６と、燃焼炉１６から金属粒子が供給される金属酸化炉１７と、金属酸化炉１７から酸化した金属粒子等が供給され且つ酸化した金属粒子を燃焼炉１６に戻す分離手段１８とを備え、金属粒子を燃焼炉１６、金属酸化炉１７、分離手段１８の間で循環可能にしている。
【００４２】
ガス化炉１５は、固体燃料が外部から供給されるように下方側部に固体燃料の供給ライン１９を備えている。又、ガス化炉１５の下部には、蒸気、酸素又は二酸化炭素の供給ライン２０を接続した風箱２１が配置されており、風箱２１は蒸気、酸素又は二酸化炭素をガス化炉１５内の下部へ吹き出すようになっている。更にガス化炉１５の上部には、ガス化炉１５内で発生したガス化ガスを燃焼炉１６へ供給するガス化ガスの供給ライン２２が備えられている。更に又、ガス化ガスの供給ライン２２には、サイクロン等による分離手段２２ａが備えられており、ガス化ガスに含まれる燃焼灰を分離するようになっている。ここで固体燃料は、第一例と同様に、石炭、バイオマス、廃プラスチック、或いは各種の含水廃棄物等である。又、風箱２１よりガス化炉１５へ供給するものは、酸素や二酸化炭素より蒸気が好ましい。
【００４３】
燃焼炉１６は、酸化した金属粒子が分離手段１８から燃焼炉１６内へ供給されるように移送管による移送ライン２３を配置している。又、燃焼炉１６の下部には、ガス化ガスの供給ライン２２を接続した風箱２４が配置されており、風箱２４はガス化ガスを燃焼炉１６内の下部へ吹き出すようになっている。更に燃焼炉１６の上部には、燃焼炉１６内で発生した燃焼排ガスを排出する燃焼排ガスの供給ライン２５が備えられると共に、燃焼炉１６の側部には、燃焼炉１６内で処理した金属粒子等を金属酸化炉１７へ供給するように連通管による連通ライン２６が配置されている。
【００４４】
ここで金属粒子とは、第一例と同様に、担体に金属を担持して粒子径５０μｍ以上１，０００μｍ以下、好ましくは１００μｍ以上５００μｍ以下で構成されている。金属粒子の担体は、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、ＮｉＡｌ２Ｏ４、ＣｏＡｌ２Ｏ４、ＹＳＺ、ＣｕＡｌ２Ｏ４、ＡｌＰＯ４等から選択されており、担体に担持する金属は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｍｎ等から選択されている。なお図２中、金属粒子はＭで示し、酸化した金属粒子をＭＯで示している。
【００４５】
金属酸化炉１７は、燃焼炉１６と通じる連通ライン２６を下部に接続している。又、金属酸化炉１７の下部には、空気の供給ライン２７を接続した風箱２８が配置されており、風箱２８は空気を金属酸化炉１７内の下部へ吹き出すようになっている。更に金属酸化炉１７の上部には、酸化した金属粒子等を分離手段１８へ供給するように送給管による送給ライン２９を配置している。
【００４６】
分離手段１８は、金属酸化炉１７と通じる送給ライン２９を側部に接続しており、酸化した金属粒子と排ガスを粒子径の差により分離するように構成されている。又、分離手段１８の上部には、排ガスを排出する排出ライン３０が備えられると共に、分離手段１８の下部には、移送管による移送ライン２３を配置し、酸化した金属粒子を燃焼炉１６へ投下するようになっている。ここで分離手段１８は、金属粒子等を分離し得るならば構成は特に制限されるものではないが、サイクロン等が好ましい。
【００４７】
次に、上記実施の形態の第二例の作用を説明する。
【００４８】
固体燃料を燃焼して二酸化炭素を回収する際には、ガス化炉１５に、固体燃料の供給ライン１９から固体燃料を供給し、風箱２１から蒸気等を吹き出してガス化炉１５内に流動層を形成し、５００℃以上２，０００℃以下の温度領域で固体燃料をガス化ガスにし、ガス化ガスの供給ライン２２により分離手段２２ａで燃焼灰を分離してガス化ガスを燃焼炉１６の風箱２４に供給する。
【００４９】
次に、燃焼炉１６に、酸化した金属粒子を移送ライン２３から投下する共に、風箱２４からガス化ガスを吹き出して燃焼炉１６内に流動層を形成し、酸化した金属粒子を５００℃以上１，２００℃以下の温度領域で還元すると共にガス化ガスを燃焼する。
【００５０】
続いて燃焼炉１６で燃焼して生じた燃焼排ガスを供給ライン２５により取り出す。ここで燃焼排ガスは二酸化炭素及び蒸気が主成分であることから二酸化炭素を適宜回収することが可能となる。
【００５１】
同時に、燃焼炉１６で還元した金属粒子を連通ライン２６より金属酸化炉１７に供給し、そして風箱２８から空気を吹き出して流動状態にし、５００℃以上１，２００℃以下の温度領域で金属粒子を酸化すると共に排ガスを生じる。
【００５２】
更に酸化した金属粒子と排ガスとを金属酸化炉１７から送給ライン２９を介して分離手段１８に送給し、酸化した金属粒子と排ガスとを分離し、酸化した金属粒子を移送ライン２３から燃焼炉１６へ戻す。又、排ガス中には、燃焼灰が存在しないことから第一例の集塵装置１４（図１参照）の使用を不要にして、排出ライン３０により外気等へ排出する。
【００５３】
而して、実施の形態例の第二例によれば、ガス化ガスと、酸化した金属粒子とを燃焼炉１６に供給して流動層にし、酸化した金属粒子を流動層で還元すると共に、流動層で生じた燃焼排ガスを二酸化炭素として排出するので、燃焼排ガスを二酸化炭素として容易に分離回収することができ、よってアミン水溶液を用いた二酸化炭素回収法に比べて手間を低減すると共に単純な構成によりコストを抑制することができる。又、燃焼炉１６の流動状態を５００℃以上１，２００℃以下の温度領域にすることで、酸化した金属粒子を好適に還元すると共に、ガス化ガスを好適に燃焼し、流動層から生じた燃焼排ガスを二酸化炭素及び蒸気として排出することができる。
【００５４】
更に石炭、バイオマス、廃プラスチック、或いは各種の含水廃棄物等をガス化ガスにするので、酸化した金属粒子と燃焼灰の混合を抑制し、石炭、バイオマス、廃プラスチック、或いは各種の含水廃棄物等を固体燃料として好適に用いることができる。更に又、金属酸化炉１７の流動状態を５００℃以上１，２００℃以下の温度領域にすることで、還元された金属粒子を好適に酸化することができる。
【００５５】
実施の形態例の第二例において、固体燃料をガス化炉１５に供給してガス化ガスにすると、酸化した金属粒子を燃焼炉１６の流動層でガス化ガスにより還元すると共に、流動層で生じた燃焼排ガスを二酸化炭素として排出するので、燃焼排ガスを二酸化炭素として容易に分離回収することができ、よってアミン水溶液を用いた二酸化炭素回収法に比べて手間を低減すると共に単純な構成によりコストを抑制することができる。又、ガス化炉１５及び分離手段２２ａにより固体燃料の燃焼灰を除去するので、金属粒子と燃焼灰との分離を不要にし、石炭、バイオマス、廃プラスチック、或いは各種の含水廃棄物等を固体燃料として好適に用いることができる。
【００５６】
以下、本発明を実施する形態の第三例を図３を参照して説明する。ここで第三例は第一例を変更したものであり、第一例と同じ符号を付したものは同じものを示している。又、第三例は、請求項１，３，５，６，７，９，１１，１２に対応している。
【００５７】
第三例の二酸化炭素の回収方法及びその装置は、固体燃料を熱分解ガスにする熱分解炉３１と、熱分解ガスと酸化した金属粒子とが供給されて流動層を形成する燃焼炉３２と、燃焼炉３２から金属粒子等が供給される金属酸化炉２と、金属酸化炉２から酸化した金属粒子等が供給され且つ酸化した金属粒子を燃焼炉３２に戻す分離手段３とを備え、金属粒子を燃焼炉３２、金属酸化炉２、分離手段３の間で循環可能にしている。
【００５８】
熱分解炉３１は、固体燃料が外部から供給されるように下方側部に固体燃料の供給ライン３３を備えている。又、熱分解炉３１の上部には、熱分解炉３１内で発生した熱分解ガスを燃焼炉３２へ供給する熱分解ガスの供給ライン３４が備えられている。更に熱分解炉３１には、熱分解炉３１内で生じた熱分解残渣を取り出す熱分解残渣の取出ライン３１ａが備えられている。ここで固体燃料は、第一例と同様に、石炭、バイオマス、廃プラスチック、或いは各種の含水廃棄物等である。
【００５９】
燃焼炉３２は、酸化した金属粒子が分離手段３から燃焼炉３２内へ供給されるように移送管による移送ライン３５を配置している。又、燃焼炉３２の下部には、熱分解ガスの供給ライン３４を接続した風箱３６が配置されており、風箱３６は熱分解ガスを燃焼炉３２内の下部へ吹き出すようになっている。更に燃焼炉３２の上部には、燃焼排ガスを排出する燃焼排ガスの供給ライン３７が備えられると共に、燃焼炉３２の側部には、金属粒子等を金属酸化炉２へ供給するように連通管による連通ライン３８が配置されている。ここで燃焼炉３２には、別途、固体燃料が外部から供給されるように下方側部に固体燃料の供給ライン４を備えても良いし、熱分解炉３１で生じた熱分解残渣が固体燃料として供給されるように、下方側部に熱分解残渣の供給ライン３１ｂを備えても良い。
【００６０】
ここで金属粒子とは、第一例と同様に、担体に金属を担持して粒子径５０μｍ以上１，０００μｍ以下、好ましくは１００μｍ以上５００μｍ以下で構成されている。金属粒子の担体は、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、ＮｉＡｌ２Ｏ４、ＣｏＡｌ２Ｏ４、ＹＳＺ、ＣｕＡｌ２Ｏ４、ＡｌＰＯ４等から選択されており、担体に担持する金属は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｍｎ等から選択されている。なお図３中、金属粒子はＭで示し、酸化した金属粒子をＭＯで示している。
【００６１】
又、金属酸化炉２、分離手段３、集塵装置１４は、第一例と同様に構成されている。
【００６２】
次に、上記実施の形態の第三例の作用を説明する。
【００６３】
固体燃料を燃焼して二酸化炭素を回収する際には、熱分解炉３１に、固体燃料を供給ライン３３から供給して５００℃以上１，２００℃以下の温度領域で熱分解ガスと熱分解残渣にし、供給ライン３４により熱分解ガスを燃焼炉３２の風箱３６に供給する。ここで熱分解残渣は取出ライン３１ａより製品として排出されることが好ましい。
【００６４】
次に、燃焼炉３２に、酸化した金属粒子を分離手段３の移送ライン３５から投下する共に、熱分解ガスを風箱３６から吹き出して燃焼炉３２内に流動層を形成し、酸化した金属粒子を５００℃以上１，２００℃以下の温度領域で還元すると共に熱分解ガスを燃焼する。ここで燃焼炉３２には、別途、固体燃料を供給ライン４より供給しても良いし、熱分解残渣からなる固体燃料を供給ライン３１ｂより供給しても良い。
【００６５】
続いて燃焼炉３２で燃焼して生じた燃焼排ガスを供給ライン３７により取り出す。ここで燃焼排ガスは二酸化炭素及び蒸気が主成分であることから二酸化炭素を適宜回収することが可能となる。
【００６６】
同時に、第一例と同様に、燃焼炉３２で還元した金属粒子と、流動層で生じた燃焼灰とを連通ライン３８より金属酸化炉２に供給し、そして風箱１１から空気を吹き出して流動状態にし、５００℃以上１，２００℃以下の温度領域で金属粒子を酸化すると共に、燃焼灰を排ガスに含まれる状態にする。ここで排ガス中の燃焼灰は、粒子径が２０μｍ以下となっており、粒子径の下限値は１μｍ以下のサブミクロンの値になっている。又、燃焼灰の粒子径の下限値は１μｍ以下で所定の粒子径を有するならば特に制限されるものではない。
【００６７】
続いて金属酸化炉２で酸化した金属粒子と、燃焼灰を含む排ガスとを送給ライン１２によりサイクロン等の分離手段３に送給し、酸化した金属粒子と燃焼灰とを粒子径の差により分離し、酸化した金属粒子を移送ライン３５により燃焼炉３２へ戻す。又、分離手段３で分離した燃焼灰を含む排ガスを、排出ライン１３により集塵装置１４に供給し、排ガス中の燃焼灰と、窒素及び酸素の排ガスとに分離し、排ガスを外気等へ排出する。
【００６８】
而して、実施の形態例の第三例によれば、第一例と同様な作用効果を得ることができる。
【００６９】
実施の形態例の第三例において、固体燃料を熱分解炉３１に供給して熱分解ガスにすると、酸化した金属粒子を燃焼炉３２の流動層で熱分解ガスにより還元すると共に、流動層で生じた燃焼排ガスを二酸化炭素として排出するので、燃焼排ガスを二酸化炭素として容易に分離回収することができ、よってアミン水溶液を用いた二酸化炭素回収法に比べて手間を低減すると共に単純な構成によりコストを抑制することができる。又、熱分解炉３１によって固体燃料を熱分解ガスと熱分解残渣にするので、熱分解ガスを燃焼炉３２で容易に適用することができると共に、熱分解残渣を別の製品又は固体燃料として利用することができる。更に熱分解ガスを燃焼炉３２の流動ガスとして用いるので、第一例で必要であった蒸気や二酸化炭素等の流動ガス（リサイクルガス）を不要にすることができる。
【００７０】
尚、本発明の二酸化炭素の回収方法及びその装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００７１】
１ 燃焼炉
２ 金属酸化炉
３ 分離手段
１４ 集塵装置
１５ ガス化炉
１６ 燃焼炉
１７ 金属酸化炉
１８ 分離手段
３１ 熱分解炉
３２ 燃焼炉
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体燃料又は／及び熱分解ガスと、酸化した金属粒子とを燃焼炉に供給して流動層にし、酸化した金属粒子を流動層で還元すると共に、流動層で生じた燃焼排ガスを二酸化炭素として排出し、
還元した金属粒子と、流動層で生じた燃焼灰とを金属酸化炉に供給して金属粒子を酸化すると共に、燃焼灰を排ガスに含まれる状態にし、
酸化した金属粒子と、燃焼灰を含む排ガスとを分離手段に供給し、酸化した金属粒子を分離して燃焼炉に戻すことを特徴とする二酸化炭素の回収方法。
【請求項２】
ガス化ガスと、酸化した金属粒子とを燃焼炉に供給して流動層にし、酸化した金属粒子を流動層で還元すると共に、流動層で生じた燃焼排ガスを二酸化炭素として排出し、
還元した金属粒子を金属酸化炉に供給して金属粒子を酸化すると共に排ガスを生じ、
酸化した金属粒子と、排ガスとを分離手段に供給し、酸化した金属粒子を分離して燃焼炉に戻すことを特徴とする二酸化炭素の回収方法。
【請求項３】
固体燃料を熱分解炉に供給して熱分解ガスにすることを特徴とする請求項１に記載の二酸化炭素の回収方法。
【請求項４】
固体燃料をガス化炉に供給してガス化ガスにすることを特徴とする請求項２に記載の二酸化炭素の回収方法。
【請求項５】
分離手段で排出される排ガスを集塵装置に供給し、排ガスから燃焼灰を分離することを特徴とする請求項１に記載の二酸化炭素の回収方法。
【請求項６】
金属粒子を５０μｍ以上１，０００μｍ以下にすると共に燃焼灰を２０μｍ以下にして粒子径の差により分離手段で分離することを特徴する請求項１に記載の二酸化炭素の回収方法。
【請求項７】
固体燃料又は／及び熱分解ガスと、酸化した金属粒子とが供給されて流動層を形成し、酸化した金属粒子を流動層で還元すると共に、流動層で生じた燃焼排ガスを二酸化炭素として排出する燃焼炉と、
還元した金属粒子と、流動層で生じた燃焼灰とが燃焼炉から供給され、金属粒子を酸化すると共に、燃焼灰を排ガスに含まれる状態にする金属酸化炉と、
酸化した金属粒子と、燃焼灰を含む排ガスとが金属酸化炉から供給され、酸化した金属粒子を分離して燃焼炉に戻す分離手段とを備えたことを特徴とする二酸化炭素の回収装置。
【請求項８】
ガス化ガスと、酸化した金属粒子とが供給されて流動層を形成し、酸化した金属粒子を流動層で還元すると共に、流動層で生じた燃焼排ガスを二酸化炭素として排出する燃焼炉と、
還元した金属粒子が燃焼炉から供給され、金属粒子を酸化すると共に排ガスを生じる金属酸化炉と、
酸化した金属粒子と、排ガスとが金属酸化炉から供給され、酸化した金属粒子を分離して燃焼炉に戻す分離手段とを備えたことを特徴とする二酸化炭素の回収装置。
【請求項９】
固体燃料を熱分解ガスにして燃料炉に供給する熱分解炉を備えたことを特徴とする請求項７に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項１０】
固体燃料をガス化ガスにして燃料炉に供給するガス化炉を備えたことを特徴とする請求項８に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項１１】
分離手段で排出される排ガスから燃焼灰を分離する集塵装置を備えたことを特徴とする請求項７に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項１２】
金属粒子を５０μｍ以上１，０００μｍ以下にすると共に燃焼灰を２０μｍ以下にして粒子径の差により分離手段で分離するように構成されたことを特徴する請求項７に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項１】
固体燃料又は／及び熱分解ガスと、酸化した金属粒子とを燃焼炉に供給して流動層にし、酸化した金属粒子を流動層で還元すると共に、流動層で生じた燃焼排ガスを二酸化炭素として排出し、
還元した金属粒子と、流動層で生じた燃焼灰とを金属酸化炉に供給して金属粒子を酸化すると共に、燃焼灰を排ガスに含まれる状態にし、
酸化した金属粒子と、燃焼灰を含む排ガスとを分離手段に供給し、酸化した金属粒子を分離して燃焼炉に戻すことを特徴とする二酸化炭素の回収方法。
【請求項２】
ガス化ガスと、酸化した金属粒子とを燃焼炉に供給して流動層にし、酸化した金属粒子を流動層で還元すると共に、流動層で生じた燃焼排ガスを二酸化炭素として排出し、
還元した金属粒子を金属酸化炉に供給して金属粒子を酸化すると共に排ガスを生じ、
酸化した金属粒子と、排ガスとを分離手段に供給し、酸化した金属粒子を分離して燃焼炉に戻すことを特徴とする二酸化炭素の回収方法。
【請求項３】
固体燃料を熱分解炉に供給して熱分解ガスにすることを特徴とする請求項１に記載の二酸化炭素の回収方法。
【請求項４】
固体燃料をガス化炉に供給してガス化ガスにすることを特徴とする請求項２に記載の二酸化炭素の回収方法。
【請求項５】
分離手段で排出される排ガスを集塵装置に供給し、排ガスから燃焼灰を分離することを特徴とする請求項１に記載の二酸化炭素の回収方法。
【請求項６】
金属粒子を５０μｍ以上１，０００μｍ以下にすると共に燃焼灰を２０μｍ以下にして粒子径の差により分離手段で分離することを特徴する請求項１に記載の二酸化炭素の回収方法。
【請求項７】
固体燃料又は／及び熱分解ガスと、酸化した金属粒子とが供給されて流動層を形成し、酸化した金属粒子を流動層で還元すると共に、流動層で生じた燃焼排ガスを二酸化炭素として排出する燃焼炉と、
還元した金属粒子と、流動層で生じた燃焼灰とが燃焼炉から供給され、金属粒子を酸化すると共に、燃焼灰を排ガスに含まれる状態にする金属酸化炉と、
酸化した金属粒子と、燃焼灰を含む排ガスとが金属酸化炉から供給され、酸化した金属粒子を分離して燃焼炉に戻す分離手段とを備えたことを特徴とする二酸化炭素の回収装置。
【請求項８】
ガス化ガスと、酸化した金属粒子とが供給されて流動層を形成し、酸化した金属粒子を流動層で還元すると共に、流動層で生じた燃焼排ガスを二酸化炭素として排出する燃焼炉と、
還元した金属粒子が燃焼炉から供給され、金属粒子を酸化すると共に排ガスを生じる金属酸化炉と、
酸化した金属粒子と、排ガスとが金属酸化炉から供給され、酸化した金属粒子を分離して燃焼炉に戻す分離手段とを備えたことを特徴とする二酸化炭素の回収装置。
【請求項９】
固体燃料を熱分解ガスにして燃料炉に供給する熱分解炉を備えたことを特徴とする請求項７に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項１０】
固体燃料をガス化ガスにして燃料炉に供給するガス化炉を備えたことを特徴とする請求項８に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項１１】
分離手段で排出される排ガスから燃焼灰を分離する集塵装置を備えたことを特徴とする請求項７に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項１２】
金属粒子を５０μｍ以上１，０００μｍ以下にすると共に燃焼灰を２０μｍ以下にして粒子径の差により分離手段で分離するように構成されたことを特徴する請求項７に記載の二酸化炭素の回収装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−１６８７３（Ｐ２０１１−１６８７３Ａ）
【公開日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１６０８５２（Ｐ２００９−１６０８５２）
【出願日】平成２１年７月７日（２００９．７．７）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月７日（２００９．７．７）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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