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公開番号2025078209
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-20
出願番号2023190624
出願日2023-11-08
発明の名称ケミカルルーピング燃焼システムおよびケミカルルーピング燃焼システムの制御方法
出願人株式会社豊田中央研究所
代理人個人,個人
主分類F23C 10/10 20060101AFI20250513BHJP(燃焼装置;燃焼方法)
要約【課題】ケミカルルーピング燃焼システムの出力を安定させて制御する。
【解決手段】ケミカルルーピング燃焼システムは、酸素キャリア粒子を酸化する酸化塔と、酸化塔から供給されるガスと酸化された酸素キャリア粒子とを分離し、分離したガスを排出するサイクロンと、サイクロンから供給される酸化された酸素キャリア粒子を、炭素を含む燃料によって還元し、酸素キャリア粒子と二酸化炭素を含むガスとを分離して、分離されたガスを排出する燃料塔と、サイクロンから排出されるガスの圧力と、燃料塔から排出されるガスの圧力との少なくとも一方を調整する圧力調整部と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ケミカルルーピング燃焼システムであって、
酸素キャリア粒子を酸化する酸化塔と、
前記酸化塔から供給されるガスと酸化された前記酸素キャリア粒子とを分離し、分離したガスを排出するサイクロンと、
前記サイクロンから供給される酸化された前記酸素キャリア粒子を、炭素を含む燃料によって還元し、前記酸素キャリア粒子と二酸化炭素を含むガスとを分離して、分離されたガスを排出する燃料塔と、
前記サイクロンから排出されるガスの圧力と、前記燃料塔から排出されるガスの圧力との少なくとも一方を調整する圧力調整部と、
を備える、ケミカルルーピング燃焼システム。
続きを表示（約 920 文字）【請求項２】
請求項１に記載のケミカルルーピング燃焼システムであって、
前記圧力調整部は、
前記サイクロンから排出されるガスの圧力を調整する第１圧力調整弁と、
前記燃料塔から排出されるガスの圧力を調整する第２圧力調整弁と、
前記第１圧力調整弁の開度と、前記第２圧力調整弁の開度との少なくとも一方を調整する開度調整部と、
を有する、ケミカルルーピング燃焼システム。
【請求項３】
請求項２に記載のケミカルルーピング燃焼システムであって、
前記開度調整部は、前記サイクロンから排出されるガスの圧力と、前記燃料塔から排出されるガスの圧力との差を用いて、前記第１圧力調整弁の開度と、前記第２圧力調整弁の開度との少なくとも一方を調整する、ケミカルルーピング燃焼システム。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載のケミカルルーピング燃焼システムであって、さらに、
前記サイクロンの温度を取得する温度取得部を備え、
前記開度調整部は、前記サイクロンから排出されるガスの圧力と、前記燃料塔から排出されるガスの圧力とに加えて、前記サイクロンの温度を用いて、前記第１圧力調整弁の開度と、前記第２圧力調整弁の開度との少なくとも一方を調整する、ケミカルルーピング燃焼システム。
【請求項５】
ケミカルルーピング燃焼システムの制御方法であって、コンピュータが、
酸素キャリア粒子を酸化する酸化塔からガスと酸化された前記酸素キャリア粒子が供給されるサイクロンにより、前記酸素キャリア粒子から分離されて排出されるガスの圧力を取得する第１取得工程と、
前記サイクロンから供給される酸化された前記酸素キャリア粒子を、炭素を含む燃料によって還元する燃料塔により、前記酸素キャリア粒子から分離されて排出される二酸化炭素を含むガスの圧力を取得する第２取得工程と、
取得された前記サイクロンから排出されるガスの圧力と、前記燃料塔から排出されるガスの圧力との少なくとも一方を調整する圧力調整工程と、
を実行する、制御方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケミカルルーピング燃焼システムおよびケミカルルーピング燃焼システムの制御方法に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
二酸化炭素を本質的に分離可能なケミカルルーピング燃焼（ＣＬＣ：Chemical Looping Combustion）システムが知られている（例えば、特許文献１および非特許文献１参照）。特許文献１に記載されたケミカルループ燃焼装置は、酸化された酸素キャリア粒子を搬送ガスによって鉛直下方から鉛直上方へと移動させるライザーを備えている。この装置では、ライザー内の搬送ガスの圧力損失を用いて、搬送ガスの流量が調整されている。非特許文献１には、酸素キャリア粒子を酸化する酸化塔と、酸素キャリア粒子を還元する燃料塔とを一体に形成したＣＬＣ装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１６－８０２３８号公報
特許５０７１４７３号公報
【非特許文献】
【０００４】
Osman, Mogahid, et al. "Experimental demonstration of pressurized chemical looping combustion in an internally circulating reactor for power production with integrated CO2 capture." Chemical Engineering Journal Volume 401, December 2020, 125974
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＣＬＣシステムで発生する熱量は、酸化塔および燃料塔に単位時間当たりに供給される酸素キャリア粒子の循環量によって決定する。すなわち、ＣＬＣシステムの運転出力は、酸素キャリア粒子の循環量によって制御される。特許文献１に記載されたように、酸素キャリア粒子の搬送ガスの流量が制御されることにより、酸素キャリア粒子の循環量は変化する。しかしながら、搬送ガスの流量が変化すると、酸素キャリア粒子の運動状態が変化し、かつ、化学反応における量論バランスも変化してしまう。そのため、酸素キャリア粒子の搬送ガスの流量制御によるＣＬＣシステムの出力制御は容易ではなかった。
【０００６】
特許文献２には、酸素キャリア粒子を酸化させる酸化塔と、酸素キャリア粒子を還元させる燃料塔との２塔構成のＣＬＣシステムと異なり、空気を吹き込んで粒子を循環させる粒子循環制御装置が記載されている。この装置では、分離器からガスと分離された粒子が流動ガス化炉に供給される。流動ガス化炉の下部にはガス化剤が供給され、流動ガス化炉内の粒子は、燃焼炉に繋がる傾斜管へと送られる。すなわち、流動ガス化炉は、ループシールとして機能している。特許文献２に記載された技術では、流動ガス化炉の前後の差圧を制御することで、粒子の循環流量が制御されている。しかしながら、流動ガス化流路の下流側で圧力が測定される傾斜管との接続空間では、供給されたガス化剤により多量の粒子が舞っている。そのため、接続空間内の圧力を測定することは容易ではない。
【０００７】
本発明は、上述した課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、ケミカルルーピング燃焼システムの出力を安定させて制御することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現できる。
【０００９】
（１）本発明の一形態によれば、ケミカルルーピング燃焼システムが提供される。このケミカルルーピング燃焼システムは、酸素キャリア粒子を酸化する酸化塔と、前記酸化塔から供給されるガスと酸化された前記酸素キャリア粒子とを分離し、分離したガスを排出するサイクロンと、前記サイクロンから供給される酸化された前記酸素キャリア粒子を、炭素を含む燃料によって還元し、前記酸素キャリア粒子と二酸化炭素を含むガスとを分離して、分離されたガスを排出する燃料塔と、前記サイクロンから排出されるガスの圧力と、前記燃料塔から排出されるガスの圧力との少なくとも一方を調整する圧力調整部と、を備える。
【００１０】
この構成によれば、サイクロンからの排出ガスの圧力と、燃料塔からの排出ガスの圧力とが調整される。例えば、燃料塔からの排出ガスの圧力が高く設定されることで、燃料塔内の圧力も増加する。燃料塔内の圧力が増加することで、ケミカルルーピング燃焼システム内を循環する酸素キャリア粒子の循環量が増加する。一方で、燃料塔からの排出ガスの圧力が低く設定されることで、酸素キャリア粒子の循環量が減少する。本構成では、ケミカルルーピング燃焼システム内に供給されるガス流量が変化しないため、ガス流量の変化に応じた酸素キャリア粒子の流動状態の変化が抑制される。また、ガス流量が変化しないため、酸化塔内および燃料塔内において、ガスに含まれる化学物質量に見合った酸素キャリア粒子の循環量を容易に設定できる。すなわち、本構成では、ガス流量を変化させずに、サイクロンおよび燃料塔の背圧が制御されることで、ケミカルルーピング燃焼システムの出力が安定して制御される。
（【００１１】以降は省略されています）

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