(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素系燃料を一酸化炭素、水素および二酸化炭素を含むガスに変換する燃料変換装置と、
前記変換装置で発生したガスが導入され、３５０〜５００℃の温度で二酸化炭素を吸収するリチウム化ジルコニア、リチウム化フェライト、リチウム化ニッケルオキサイド、リチウム化チタニアから選ばれる少なくとも１つのリチウム化複合酸化物からなる二酸化炭素吸収材が収納された二酸化炭素分離装置と、
前記分離装置で分離されたガスを燃料して燃焼させる燃焼装置と
を具備したことを特徴とする燃焼システム。
【請求項２】
前記燃料変換装置の後段に脱硫装置を配置したことを特徴とする請求項１記載の燃焼システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、炭化水素を主成分とする燃料を利用する燃焼システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
石炭、石油のような炭化水素を主成分とする固体、液体の燃料を用いる燃焼システムでは、主に前記燃料を予めガス化して水素、一酸化炭素に変換して燃焼させている。しかしながら、前記ガス化プロセスにおいて二酸化炭素ガス（炭酸ガス）の生成を伴い、燃料ガス中に炭酸ガスが１０〜４０体積％程度共存するようになるため、燃料ガスの燃焼カロリーが低下するという問題があった。
【０００３】
このようなことから燃料ガス中の炭酸ガスを分離、除去する方法としては、前記石油のような燃料をガス化することにより得られた高温の燃料ガスを一旦室温付近まで下げてアルカノールアミン系溶媒で化学吸収する方法や酢酸セルロース膜により分離、除去する方法が検討されている。
【０００４】
しかしながら、前記いずれの炭酸ガス分離、除去方法は高温の燃焼装置に導入する燃料ガスを一旦冷却するために、熱損失が大きく、幅広い利用が妨げられていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、炭化水素系燃料をガス化して燃焼する際、高温の燃料ガス中の炭酸ガスを冷却することなく、そのまま除去して高効率の燃焼を可能にした燃焼システムを提供しようとするものである。
【０００６】
本発明は、炭化水素系燃料をガス化して燃焼する際、高温の燃料ガス中の炭酸ガスを冷却することなく、そのまま除去して高効率の燃焼を可能にし、かつ前記燃料ガス中の硫化物ガスを除去することが可能な燃焼システムを提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる燃焼システムは、炭化水素系燃料を一酸化炭素、水素および二酸化炭素を含むガスに変換する燃料変換装置と、
前記変換装置で発生したガスが導入され、３５０〜５００℃の温度で二酸化炭素を吸収するリチウム化ジルコニア、リチウム化フェライト、リチウム化ニッケルオキサイド、リチウム化チタニアから選ばれる少なくとも１つのリチウム化複合酸化物からなる二酸化炭素吸収材が収納された二酸化炭素分離装置と、
前記分離装置で分離されたガスを燃料して燃焼させる燃焼装置と
を具備したことを特徴とするものである。
【０００９】
本発明に係わる燃焼システムにおいて、前記燃料変換装置の後段に脱硫装置を配置し、前記変換装置から導入されたガス中の硫化物ガスを除去することが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる燃焼システムを図１を参照してを詳細に説明する。
燃料変換装置１は、炭化水素系燃料が導入され、水素、一酸化炭素および二酸化炭素（炭酸ガス）を含むガスに変換する。必要に応じて配置される変成装置２は、前記燃料変換装置１で発生したガスが導入され、そのガス中の一酸化炭素に水蒸気または酸素と水蒸気の両者を反応させて水素を生成する。炭酸ガス分離装置３は、前記燃料変換装置１で発生したガス（もしくは前記変成装置２内のガス）が導入され、そのガス温度近傍で炭酸ガスを吸収する炭酸ガス吸収材が充填されている。燃焼装置４は、前記分離装置３で分離されたガスを燃料とし、これに酸素を含むガス（例えば空気）を混合して燃焼させる。
【００１１】
前記炭化水素系燃料としては、例えば火力発電等の燃料に用いられる石油、石炭または薪、木材のような植物燃料等を挙げることができる。
前記燃料変換装置は、石炭や石油をガス化する通常知られた方式のものであればよい。特に、前記変換装置は、２０〜３０気圧の環境下で水蒸気を添加する方式、酸素を供給する方式のものを用いることが好ましい。
【００１２】
前記変成装置は、必要に応じて前記燃料変換装置と炭酸ガス分離装置の間に配置されるもので、省略してもよい。この変成装置は、前記燃料変換装置から導入されたガス中の一酸化炭素に水蒸気または酸素と水蒸気の両者を供給し、３５０〜５００℃の温度で次式（１）に示す反応を進行させるものである。
【００１３】
ＣＯ＋Ｈ2 Ｏ→Ｈ2 ＋ＣＯ2             …（１）
前記炭酸ガス分離装置に充填される炭酸ガス吸収材としては、例えば炭酸ガスと反応して炭酸リチウムを生成するリチウム化ジルコニア、リチウム化フェライト、リチウム化ニッケルオキサイド、リチウム化チタニアから選ばれる少なくとも１つのリチウム化複合酸化物を主成分とすることが好ましい。これらの吸収材は、前記燃料変換装置の出口温度（変成装置を配置した場合にはその出口温度）に近似した温度で炭酸ガスを吸収する。前記各吸収材は、次式（２）〜（５）に従って炭酸ガスを吸収し、その逆反応によって炭酸ガスを放出する。
【００１４】
Ｌｉ2 ＺｒＯ3 （ｓ）＋ＣＯ2 （ｇ）
→ＺｒＯ2 （ｓ）＋Ｌｉ2 ＣＯ3 （ｌ）        …（２）
２ＬｉＦｅＯ2 （ｓ）＋ＣＯ2 （ｇ）
→Ｆｅ2 Ｏ3 （ｓ）＋Ｌｉ2 ＣＯ3 （ｌ）          …（３）
Ｌｉ2 ＮｉＯ2 ｓ）＋ＣＯ2 （ｇ）
→ＮｉＯ（ｓ）＋Ｌｉ2 ＣＯ3 （ｌ）          …（４）
Ｌｉ2 ＴｉＯ3 （ｓ）＋ＣＯ2 （ｇ）
→ＴｉＯ2 （ｓ）＋Ｌｉ2 ＣＯ3 （ｌ）        …（５）
前記炭酸ガス吸収材は、３５０〜５００℃の温度域において炭酸ガスの吸収に伴う発熱を生じ、この熱を燃料ガスに与える性質を有する。このため、燃料ガスは前記燃料変換装置の出口から前記炭酸ガス分離装置を通過して前記燃焼装置に至るまでの間に熱エネルギーを得て、より高い顕熱を有する燃料として前記燃焼装置に導入される。なお、前記炭酸ガス分離装置に充填された炭酸ガス吸収材による炭酸ガスの吸収が飽和した場合には例えば燃料の一部を燃焼させ、その熱を前記分離装置の吸収材に供給して６００〜９００℃に加熱することにより、前記吸収材の炭酸ガスを放出させて再生することが可能である。
【００１５】
前記炭酸ガス吸収材は、例えば粒子、顆粒、ペレットの形態のほか、ハニカム形状の構造基材に吸収材層を被覆した形態で使用される。
次に、本発明に係わる別の燃焼装置を図２を参照して詳細に説明する。
【００１６】
燃料変換装置１１は、炭化水素系燃料が導入され、水素、一酸化炭素および二酸化炭素（炭酸ガス）を含むガスに変換する。脱硫装置１２は、前記燃料変換装置１で発生したガスが導入され、そのガス中のＳＯx のような硫化物ガスを除去する。必要に応じて配置される変成装置１３は、前記脱硫装置１２で硫化物ガスが除去されたガスが導入され、そのガス中の一酸化炭素に水蒸気または酸素と水蒸気の両者を反応させて水素を生成する。炭酸ガス分離装置１４は、前記脱硫装置１２で硫化物ガスが除去されたガス（もしくは前記変成装置１３内のガス）が導入され、そのガス温度近傍で炭酸ガスを吸収する炭酸ガス吸収材が充填されている。燃焼装置１５は、前記分離装置１４で分離されたガスを燃料とし、これに酸素を含むガス（例えば空気）を混合して燃焼させる。
【００１７】
前記燃料変換装置、変成装置、炭酸ガス分離装置および燃焼装置は、前述した燃焼システムと同様な機能、構成を有する。
前記脱硫装置は、３５０〜５００℃で脱硫が進行する乾式脱硫方式のものを用いることが好ましい。
【００１８】
以上説明した本発明に係わる燃焼システムは、炭化水素系燃料を一酸化炭素、水素および二酸化炭素を含むガスに変換する燃料変換装置と、前記変換装置で発生したガスが導入され、そのガス温度近傍で炭酸ガスを吸収する炭酸ガス吸収材が充填された炭酸ガス分離装置と、前記分離装置で分離されたガスを燃料して燃焼させる燃焼装置とを具備した構成を有する。
【００１９】
このような構成によれば、石炭、石油のような炭化水素系燃料を前記燃料変換装置でガス化によって主として水素、一酸化炭素、炭酸ガスからなるガスに変換し、このガスを炭酸ガス吸収材が充填された前記炭酸ガス分離装置で冷却することなく、燃焼に関与しない炭酸ガスのみを効率よく除去することによって、高燃焼カロリーの燃料ガスを前記燃焼装置に導入することができるため、燃焼効率を向上することができる。
【００２０】
また、前記燃料変換装置と前記炭酸ガス分離装置の間に変成装置を配置することによって、前記変換装置から導入されたガス中の一酸化炭素を原料として水素を生成でき、かつここで生成した副生ガスとしての炭酸ガスを前記分離装置で吸収除去できるため、水素濃度がより高い高燃焼カロリーを持つ燃料ガスを燃焼装置に導入することが可能になる。
【００２１】
さらに、本発明に係わる別の燃焼システムは炭化水素系燃料を一酸化炭素、水素および二酸化炭素を含むガスに変換する燃料変換装置の後段に脱硫装置を配置することによって、前記変換装置から導入されたガス中の硫化物ガスを除去できるため、前述した燃焼システムと同様、燃焼効率の向上と排ガス中の硫化物ガスの低減とを達成することができる。
【００２２】
さらに、前記脱硫装置と前記炭酸ガス分離装置の間に変成装置を配置することによって、前記変換装置から導入されたガス中の一酸化炭素を原料として水素を生成でき、かつここで生成した副生ガスとしての炭酸ガスを前記分離装置で吸収除去できるため、水素濃度がより高い高燃焼カロリーを持ち、かつ硫化物濃度が低減された燃料ガスを燃焼装置に導入することが可能になる。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明の好ましい実施例を前述した図２を参照して詳細に説明する。
（実施例１〜３および参照例１、２）
図２に示す燃焼変換装置（ガス化装置）１１、脱硫装置１２、変成装置１３および炭酸ガス分離装置１４の条件を以下のように設定し、かつ前記各装置および燃焼装置１５を下記表１に示すように組み合わせて燃焼システムを構成し、燃料ガスを前記燃焼装置１５で燃焼させた。
【００２４】
［燃料変換装置］
・石炭供給量；１３３，０００ｋｇ／ｈｒ
・水蒸気および酸素の供給
・装置内の圧力および温度；２６気圧、１４００℃
・ガス取り出し温度；４３０℃
［脱硫装置］
・触媒；酸化鉄
・運転温度；４３０℃
［変成装置］
・触媒；酸化鉄
・運転温度；５００℃
［炭酸ガス分離装置］
・炭酸ガス吸収材；平均粒径１μｍのリチウムジルコネートまたはリチウムフェライトを直径１２ｍｍの金型に１．３ｇ投入し加圧成形することにより得られた気孔率４０％のペレット
（比較例１）
下記表１に示すように炭酸ガス分離装置を取り除いた以外、実施例２と同様な燃焼システム（ガス化装置、脱硫装置、変成装置および燃焼装置）により石炭をガス化した燃料ガスを燃焼させた。
【００２５】
（比較例２）
下記表１に示すように炭酸ガス分離装置としてアルカノールアミンによる溶液回収方式を適用したものを用いた以外、実施例２と同様な燃焼システム（ガス化装置、脱硫装置、炭酸ガス分離装置および燃焼装置）により石炭をガス化した燃料ガスを燃焼させた。ただし、炭酸ガス分離装置で採用した溶液吸収法式は４０℃付近でのみ機能するため、分離装置への導入ガスを熱交換を利用しながら一度冷却し、再度昇温して燃焼装置に導入した。
【００２６】
【表１】
0003926917.tif 000002
【００２７】
実施例１〜３、参照例１、２および比較例１,２による燃焼において、燃焼装置での燃焼温度、炭酸分離装置の入口および出口でのガス組成を測定すると共に、炭酸ガス分離装置の出口ガスの組成に基づいて単位体積あたりの燃焼熱を測定した。さらに、実施例１〜３、参照例１、２および比較例２による燃焼において、供給燃料が持つ熱量に対して燃焼装置で回収できる熱量の割合から炭酸ガス分離装置の熱損失を測定した。これらの結果を下記表２に示す。
【００２８】
【表２】
0003926917.tif 000003
【００２９】
前記表２から明らかなように実施例１〜３の燃焼システムは、炭酸ガス分離装置を取付けていない比較例１の燃焼システムに比べていずれも燃焼温度および燃料ガスの燃焼エネルギーを向上できることがわかる。
【００３０】
また、実施例１〜３の燃焼システムは、アルカノールアミンによる溶液回収方式の炭酸ガス分離装置を配置した比較例２の燃焼システムに比べて燃焼温度を向上できるとともに、分離装置における供給燃料に対する熱損失の割合を低減できることがわかる。
【００３１】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、炭化水素系燃料をガス化して燃焼する際、高温の燃料ガス中の炭酸ガスを冷却することなく、そのまま除去できるため、消費エネルギーを削減できるとともに、高い燃焼カロリーの燃料ガスを高効率で燃焼することができる燃焼システムを提供できる。
【００３２】
また、本発明によれば炭化水素系燃料をガス化して燃焼する際、高温の燃料ガス中の炭酸ガスを冷却することなく、そのまま除去して消費エネルギーを削減できるとともに、硫化物ガス量が低減された高い燃焼カロリーの燃料ガスを高効率の燃焼することが可能な燃焼システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる燃料システムを示す概略図。
【図２】本発明に係わる別の燃料システムを示す概略図。
【符号の説明】
１，１１…燃料変換装置、
２，１３…変成装置、
３，１４…炭酸ガス分離装置、
４，１５…燃焼装置、
１２…脱硫装置。
【図１】
0003926917.tif 000004
【図２】
0003926917.tif 000005