专利名称：烧成炉及烧成方法
技术领域：
本发明涉及烧成炉及烧成方法，更具体地说，涉及在将含有通过燃烧含甲烷的燃料所得到的二氧化碳的燃烧气体作为燃烧废气排出时，可大幅度地降低燃烧废气中的二氧化碳含量，能有效利用回收燃烧气体所具有的热，并能进一步降低燃料成本的烧成炉及烧成方法。
背景技术：
过去，作为在各种工业领域加热被加热体的装置，广泛使用工业炉。在这些工业炉中，也有通过燃烧含有碳的燃料加热被加热体的、由于在燃烧燃料而发热的同时，产生含有二氧化碳的高温燃烧气体的工业炉。并且，将所产生的燃烧气体排放到外部(以下，有时将排放到外部的燃烧气体称为“燃烧废气”或简称为“废气”)。近年来，由于排出这样的高温废气而成为对环境造成严重污染的问题，并且，一直以来，对燃烧废气所带的热量进行有效地回收再利用也成为一项课题。另外，产生含有这样的二氧化碳的废气的问题，近年来，因为地球的温室效应问题等受到特别关注，对降低来自工业炉的废气中所含有的二氧化碳量提出了更强烈的要求。
对此，对于作为规模比较小的工业炉的烧成陶瓷等的烧成炉，至今尚没有回收燃烧废气的热量的良策以及用于减少二氧化碳排出量的良策，被加热体(被烧成体)加热所使用的含有二氧化碳的燃烧气体仍作为废气原样排放到大气中。另一方面，例如，虽然提出了一种通过将从烧成炉主体中排出的废气再次返回到烧成炉主体中以回收废气的热能的方法(例如，参照日本特开2002-340482号公报)，但若采用这种方法，由于回收了废气热能的一部分，虽可减少使用燃料的总量，但其能量的回收量、燃料减少量都不太大。另外，虽然因此对所产生的二氧化碳量也得到削减，但其削减量也不太大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种将含有通过燃烧含碳的燃料、特别是含有甲烷的燃料所得到的二氧化碳的燃烧气体排放到外部时，可有效地回收燃烧气体所具有的热，并能进一步降低燃料成本的烧成炉及烧成方法。另外，若以固定燃烧气体中的二氧化碳含量的方式进行排放，则可大幅度地降低排放到外部的二氧化碳量。
解决上述问题的本发明的烧成炉及烧成方法如下所述。
(1).本发明的烧成炉，具有使流入的含有甲烷的燃料燃烧而产生燃烧气体的燃烧装置，利用燃烧气体加热并烧成搬入到其内部的被烧成体的同时，将烧成后的燃烧气体排放到外部的烧成炉主体，其特征是，还具有通过在内部充填有甲烷改性催化剂，一边利用上述燃烧气体加热流入其中的由以甲烷为主成分的改性用甲烷副燃料和水蒸汽组成的改性原料，一边使上述改性原料与上述甲烷改性催化剂接触，从而使上述改性原料中的上述甲烷与上述水蒸汽反应而生成含有氢和二氧化碳的改性气体的甲烷改性器。
(2).上述(1)所述的烧成炉的特征是，上述甲烷改性器配置在烧成炉主体内，其一边利用上述燃烧气体加热上述改性原料，一边使上述改性原料与上述甲烷改性催化剂接触而生成上述改性气体。
(3).上述(1)所述的烧成炉的特征是，上述甲烷改性器配置在烧成炉主体的外部，其一边利用排出到上述烧成炉主体外部的上述燃烧气体加热上述改性原料，一边使上述改性原料与上述甲烷改性催化剂接触而生成上述改性气体。
(4).上述(1)-(3)中任何一项所述烧成炉的特征是，还具有通过使氢与氧或空气反应进行发电的燃料电池，将上述改性气体中含有的氢的一部分或全部作为燃料电池用氢并用于与上述燃料电池中的氧或空气进行反应。
(5).上述(1)-(4)中任何一项所述烧成炉的特征是，还具有使由上述甲烷改性器生成的上述改性气体流入内部并选择性地分离上述改性气体中的上述氢，且将上述改性气体分离成为以氢为主成分的氢燃料和含有二氧化碳的残留气体的氢分离器。
(6).上述(5)所述的烧成炉的特征是，将上述氢燃料的一部分或全部作为燃料电池用氢并用于与上述燃料电池中的氧或空气进行反应。
(7).上述(5)所述的烧成炉的特征是，将上述氢燃料的一部分或全部与以甲烷为主成分的混合用甲烷主燃料混合而成为混合燃料，并利用上述燃烧装置使上述混合燃料燃烧。
(8).上述(5)所述的烧成炉的特征是，将上述氢燃料的一部分作为燃料电池用氢并用于与上述燃料电池中的氧或空气进行反应，将上述氢燃料的其余部分与以甲烷为主成分的混合用甲烷主燃料混合而成为混合燃料，并利用上述燃烧装置使上述混合燃料燃烧。
(9).上述(7)或(8)所述烧成炉的特征是，上述改性用甲烷副燃料和上述混合用甲烷主燃料的体积比(改性用甲烷副燃料∶混合用甲烷主燃料)为5∶95-100∶0。
(10).上述(5)-(9)中任何一项所述烧成炉的特征是，利用上述燃烧装置使从上述氢分离器排出的上述残留气体燃烧。
(11).上述(5)-(10)中任何一项所述烧成炉的特征是，还具有将由上述氢分离器分离出的上述残留气体中的二氧化碳进行固定以使其不以气体状态排放到外部的二氧化碳固定器。
(12).上述(11)所述的烧成炉的特征是，上述二氧化碳固定器可以具有作为使二氧化碳固定的固定剂的氢氧化钠，并使上述氢氧化钠和二氧化碳反应生成碳酸钠。
(13).上述(1)-(12)中任何一项所述烧成炉的特征是，上述烧成炉主体是连续地将上述被烧成体搬入其内部，并在内部加热上述被烧成体之后，连续地搬出到其外部的连续式烧成炉主体。
(14).上述(1)-(13)中任何一项所述烧成炉的特征是，上述改性用甲烷副燃料和上述混合用甲烷主燃料中的至少一方是液化天然气(LNG)。
(15).上述(1)-(14)中任何一项所述烧成炉的特征是，上述被烧成体的材质是陶瓷。
(16).上述(1)-(15)中任何一项所述烧成炉的特征是，上述被烧成体是蜂窝结构件。
(17).本发明的烧成方法是，通过使含有甲烷的燃料流入到燃烧装置中并使其燃烧而产生燃烧气体，将由上述燃烧装置产生的上述燃烧气体导入到烧成炉主体内部，利用上述燃烧气体加热并烧成搬入其内部的被烧成体，同时，将烧成后的上述燃烧气体排出到烧成炉主体的外部；其特征是，通过一边使由以甲烷为主成分的改性用甲烷副燃料和水蒸汽组成的改性原料流入到在内部充填有甲烷改性催化剂的甲烷改性器中并利用上述燃烧气体加热上述改性原料，一边使上述改性原料与上述甲烷改性催化剂接触，从而使上述改性原料中的上述甲烷与上述水蒸汽反应而生成含有氢及二氧化碳的改性气体。
(18).上述(17)所述的烧成方法的特征是，上述甲烷改性器配置在烧成炉主体内，一边利用上述燃烧气体加热上述改性原料，一边使上述改性原料与上述甲烷改性催化剂接触而生成上述改性气体。
(19).上述(17)或(18)所述的烧成方法的特征是，上述甲烷改性器配置在烧成炉主体的外部，一边利用排出到上述烧成炉主体外部的上述燃烧气体加热上述改性原料，一边使上述改性原料与上述甲烷改性催化剂接触而生成改性气体。
(20).上述(17)-(19)中任何一项所述烧成方法的特征是，还具有通过使氢与氧或空气反应进行发电的燃料电池，将上述改性气体中含有的氢的一部分或全部作为燃料电池用氢，通过使其与上述燃料电池中的氧或空气反应进行发电。
(21).上述(17)-(20)中任何一项所述烧成方法的特征是，使由上述甲烷改性器生成的上述改性气体流入氢分离器的内部，并选择性地分离上述改性气体中的上述氢，从而将上述改性气体分离成为以氢为主成分的氢燃料和含有二氧化碳的残留气体。
(22).上述(21)所述的烧成方法的特征是，将上述氢燃料的一部分或全部作为燃料电池用氢并用于与在上述燃料电池中的氧或空气进行反应。
(23).上述(21)所述的烧成方法的特征是，将上述氢燃料的一部分或全部与以甲烷为主成分的混合用甲烷主燃料混合而成为混合燃料，并利用上述燃烧装置使上述混合燃料燃烧。
(24).上述(21)所述的烧成方法的特征是，将上述氢燃料的一部分用于与上述燃料电池中的氧或空气进行反应，将上述氢燃料的其余部分与以甲烷为主成分的混合用甲烷主燃料混合而成为混合燃料，并利用上述燃烧装置使上述混合燃料燃烧。
(25).上述(23)或(24)所述烧成方法的特征是，上述改性用甲烷副燃料和上述混合用甲烷主燃料的体积比(改性用甲烷副燃料∶混合用甲烷主燃料)为5∶95-100∶0。
(26).上述(21)-(25)中任何一项所述烧成方法的特征是，利用上述燃烧装置使从上述氢分离器排出的上述残留气体燃烧。
(27).上述(21)-(26)中任何一项所述烧成方法的特征是，使由上述氢分离器分离了的上述残留气体流入二氧化碳固定器内部，并进行固定从而使上述残留气体中的二氧化碳不以气体状态排放到外部。
(28).上述(27)所述的烧成方法的特征是，上述二氧化碳固定器可以具有作为使二氧化碳固定的固定剂的氢氧化钠，并使上述氢氧化钠和二氧化碳反应生成碳酸钠。
(29).上述(17)-(28)中任何一项所述烧成方法的特征是，作为上述烧成炉主体使用连续地将上述被烧成体搬入其内部，并在内部加热上述被烧成体之后，连续地搬出到其外部的连续式烧成炉主体。
(30).上述(17)-(29)中任何一项所述烧成方法的特征是，作为上述改性用甲烷副燃料和上述混合用甲烷主燃料中的至少一方，使用液化天然气(LNG)。
(31).上述(17)-(30)中任何一项所述烧成方法的特征是，作为上述被烧成体的材质，使用陶瓷。
(32).上述(17)-(31)中任何一项所述烧成方法的特征是，作为上述被烧成体，使用蜂窝结构件。
若采用本发明的烧成炉，则由于使用燃烧气体的热量作为用甲烷改性催化剂使改性原料反应时的吸热反应所必须的热量，因而，可以将排放到外部的燃烧气体所具有的热的一部分作为燃料的燃烧而有效地回收，且可以削减燃料的总使用量。另外，作为回收燃烧气体的热的方法，有从已排放到烧成炉的外部的燃烧气体(以下，有时称为“燃烧废气”)回收的方法和使用在烧成炉主体内的燃烧气体的方法，也可以将这两种方法同时进行。当使用在烧成炉主体内的燃烧气体的热时，可以消除燃烧废气移动等时的放热，从而可以更有效地回收热量。
若采用本发明的烧成炉的最佳方式，则作为用燃烧装置燃烧的含有甲烷的燃料，由于使用的是以甲烷为主成分的混合用甲烷主燃料和氢燃料的混合燃料，因而可以大幅度地降低燃烧废气中的二氧化碳含量；其中，氢燃料是用甲烷改性催化剂使以甲烷为主成分的改性用甲烷副燃料和水蒸汽组成的改性原料进行反应所得到的。另外，以甲烷改性催化剂使上述改性原料反应时所生成的二氧化碳，由于可以用二氧化碳固定器固定，因而，由改性原料生成的二氧化碳不会以气体的状态排放到外部。此处已被固定了的二氧化碳就相当于上述燃烧废气中的二氧化碳中的已被减少了的二氧化碳量。进而，作为甲烷改性催化剂使上述改性原料反应时的吸热反应所必须的热量，由于使用烧成炉主体内的燃烧气体的热量或从烧成炉主体排放到外部的燃烧废气的热量，因而，可以将燃烧气体的热的一部分(燃烧废气的废热的一部分)作为燃料的燃烧热而有效地回收，且可以削减燃料的总使用量。
若采用本发明的烧成炉的另一最佳方式，在使用了烧成炉主体内的燃烧气体的热量或从烧成炉主体排放到外部的燃烧废气的热的甲烷改性器中，由于由甲烷和水蒸汽产生氢和二氧化碳(改性气体)，并利用氢分离器从该改性气体中分离出氢而提取出氢燃料，再将该氢燃料作为燃料电池用氢而由燃料电池发电，因而，可以有效地回收燃烧气体(燃烧废气)所具有的热，并将其利用于燃料电池的发电。上述氢燃料的一部分可用作上述混合燃料，其剩余部分可用作燃料电池用氢。进而，也可以将上述全部氢燃料用作上述混合燃料。
另外，若采用本发明的烧成方法，与使用上述的本发明的烧成炉进行烧成的情况相同，作为用甲烷改性催化剂使改性原料反应时的吸热反应所必须的热量，由于使用烧成炉主体内的燃烧气体的热量或从烧成炉排放到外部的燃烧废气的热量，因而，可以将燃烧气体(燃烧废气)的热的一部分作为燃料的燃烧热回收，从而削减燃料的总使用量。另外，通过使用燃烧气体的热来代替使用燃烧废气的热，可以消除燃烧废气移动等时的放热，从而可以更有效地回收热量。
若采用本发明的烧成方法的最佳方式，则在使用从烧成炉主体排出的燃烧废气的热的甲烷改性器中，由于从甲烷和水蒸汽产生氢和二氧化碳(改性气体)，并利用氢分离器从该改性气体中分离出氢而提取出氢燃料，再将该氢燃料作为燃料电池用氢由燃料电池发电，因而，可以有效地回收燃烧废气所具有的热，并将其利用于燃料电池的发电。
若采用本发明的烧成方法的另一最佳方式，作为用燃烧装置燃烧的含有甲烷的燃料，由于使用的是以甲烷为主成分的混合用甲烷主燃料和氢燃料的混合燃料，因而可以大幅度地降低燃烧废气中的二氧化碳含量；其中，氢燃料是用甲烷改性催化剂使以甲烷为主成分的改性用甲烷副燃料和水蒸汽组成的改性原料进行反应所得到的。另外，以甲烷改性催化剂使上述改性原料反应时所生成的二氧化碳，由于可以用二氧化碳固定器固定，因而，由改性原料生成的二氧化碳不会以气体的状态排放到外部。此处已被固定了的二氧化碳就相当于上述燃烧废气中的二氧化碳中的已被减少了的二氧化碳量。
图1是示意地表示本发明的烧成炉的一个实施例的方框流程图。
图2是示意地表示本发明的烧成炉的另一实施例的方框流程图。
图3是示意地表示本发明的烧成炉的又一实施例的方框流程图。
图4是示意地表示本发明的烧成炉的再一实施例的方框流程图。
图5是示意地表示本发明的烧成炉的一个实施例所使用的烧成炉主体，是以垂直于其长度方向的平面切断的剖面图。
图6是示意地表示本发明的烧成炉的另一个实施例所使用的烧成炉主体，是以垂直于其长度方向的平面切断的剖面图。
具体实施例方式
下面，参照附图详细说明本发明的实施例，但本发明不限定于以下的实施例，在不超出本发明的宗旨的范围内，根据本专业的普通知识，对本发明可以进行适当的设计变更、改进等应是可以理解的。
图1是示意地表示本发明的烧成炉的一个实施例的方框流程图。并且，图1中的箭头表示各种燃料、燃烧废气、水蒸汽、其它物质等的移动状态。
如图1所示，本实施例的烧成炉100具有燃烧已流入的含有甲烷的燃料并产生燃烧气体的燃烧装置2，和在用燃烧气体对搬入到其内部的被烧成体进行加热并使之烧成的同时，将烧成后的上述燃烧气体排放到外部的烧成炉主体1；此外，还具有甲烷改性器3；在甲烷改性器3的内部充填有甲烷改性催化剂6，通过一边利用从烧成炉主体1排放到外部的燃烧气体(燃烧废气12)加热已流入其中的以甲烷为主成分的由改性用甲烷副燃料21和水蒸汽22组成的改性原料23，一边使性原料23与甲烷改性催化剂接触，从而使改性原料23中的甲烷和水蒸汽22反应而生成含有氢和二氧化碳的改性气体24(进行甲烷改性反应)。
若采用本实施例的烧成炉100，则通过使用燃烧废气12所具有的热来进行甲烷改性器3的甲烷改性反应，可以对燃烧废气12所具有的热有效地进行再利用。
进而，如图1所示，本实施例的烧成炉100还具有氢分离器4和二氧化碳固定器5。氢分离器4使由甲烷改性器3生成的改性气体24流入其内部并选择性地从改性气体24中分离出氢，从而将改性气体24分离成以氢为主成分的氢燃料25和含有二氧化碳的残留气体26；二氧化碳固定器5使由氢分离器4分离后的残留气体26中的二氧化碳固定而不能以气体状态排放到外部。
并且，本实施例的烧成炉100，其燃烧装置2通过使流入的以甲烷为主成分的混合用甲烷主燃烧料31和由氢分离器4分离出的氢燃料25(混合用氢燃料28)的混合燃料32燃烧，即，通过使用混合燃料32来作为含甲烷的燃料11以产生燃烧气体，就可以降低燃烧废气中的二氧化碳的含量。这样，在甲烷改性器中使用了燃烧废气12之后，就可以降低作为改性器的废气43排放到外部时的二氧化碳向外部的排放量。并且，由于是使用燃烧废气所具有的热来进行甲烷改性器3的甲烷改性反应，因而，可以对燃烧废气所具有的热进行有效的再利用。另外，二氧化碳固定器5做成使作为用于固定二氧化碳的固定剂41的氢氧化碳流入到其内部，使在内部的固定剂41和残留气体26接触，使残留气体中含有的二氧化碳被固定剂41吸收，生成碳酸钠，并使含有碳酸钠的废液42排放到外部。此处，在以甲烷为主成分的混合用甲烷主燃料31中，所谓“以甲烷为主成分”是指甲烷的含有率在80体积％或其以上。另外，作为固定剂41，只要是能与二氧化碳反应或吸收二氧化碳的，没有特别限定，可列举NaOH、Mg(OH)2等。此外，各种设备之间以一定的管道连接，各种燃料、水蒸汽等在这些管道内流通移动。
这样，若采用本实施例的烧成炉100，作为由燃烧装置2燃烧的含甲烷的燃料11，由于使用了混合用甲烷主燃料31和氢燃料25(混合用氢燃料28)的混合燃料32，因而，可以减少的二氧化碳的发生，其量与混合燃料32(燃料11)中所含有的即使燃烧时也不产生二氧化碳的氢(氢燃料25)的量相当。这时，混合燃料32中所含的氢的含有率(氢/混合燃料之比)优选5-95体积％，更优选25-75体积％。若小于5体积％，则减少二氧化碳的效果不充分，若大于95体积％，则进行甲烷改性反应时，不仅需要燃烧废气，还必须使用其它的热源。另外，利用甲烷改性催化剂使上述改性原料23反应时生成的二氧化碳，由于用二氧化碳固定器5固定，所以从改性原料23生成的二氧化碳就不会以气体状态排放到外部。再有，作为利用甲烷改性催化剂6使上述改性原料23反应时进行吸热反应所必须的热量，由于使用从烧成炉主体1排放到外部的燃烧废气12的热量，因而，可以将燃烧废气12的废热的一部分作为燃料的燃烧热有效地回收，从而可以削减燃料的总使用量。此处，用于甲烷改性反应的热源除燃烧废气以外，还可以使用从炉壁的放热以及在冷却陶瓷烧成时所使用的炉窑工具时所废弃的热。
如图1所示，本实施例的烧成炉100还具有燃料电池7。燃料电池7是通过使氢(燃料电池用氢)和氧或空气反应来发电的电池。如图1所示，虽然最好将由氢分离器4分离得到的氢燃料25的一部分作为燃料电池用氢28予以分支，并将其用于燃料电池7以进行发电，但也可以将从甲烷改性器3排出的改性气体24直接在燃料电池7中使用而不通过氢分离器4。由于由氢分离器4分离得到的氢燃料25所含有的氢的纯度高，因而可以由燃料电池7有效地进行发电。例如，使用普通的氢来使燃料电池发电时，其电力效率为40％左右；但在本实施例所使用的燃料电池7中，电力效率可飙升到60-70％。另外，通过将由氢分离器4分离得到的氢燃料25的一部分作为混合用氢燃料28最终用燃烧装置2进行燃烧，将其余剩下的部分作为燃料电池用氢27利用于由燃料电池7进行发电，就可以降低燃烧废气12中所含有的二氧化碳量，同时，还可以有效地回收燃烧废气12所具有的热，并将其利用于发电。
另外，在从甲烷改性器3中排出的改性气体24不通过氢分离器4而直接在燃料电池7中使用的情况下，虽然改性气体24中的氢被用于发电，但残留气体由燃料电池7排出。这些残留气体最好混合在燃料中并使其在燃烧装置中燃烧。并且，在由氢分离器4分离得到的氢燃料25的一部分或全部在燃料电池7中使用的情况下，由于残留气体从燃料电池7排出，因而，最好将这些残留气体也混合在燃料中并使其在燃烧装置中燃烧。
另外，在从燃料电池排出的残留气体中含有二氧化碳，并使用二氧化碳固定器的情况下，最好在使从燃料电池排出的残留气体通过二氧化碳固定器以除去二氧化碳之后，再混合到燃料中以使其在燃烧装置中燃烧。
氢燃料25既可以将其全部用作混合用氢燃料28，也可以将其全部分为混合用氢燃料28和燃料电池用氢27两部分使用。分为混合用氢燃料28和燃料电池用氢27两部分时的比例没有特别的限定，只要使二氧化碳的排出量和发电量两者平衡而达到适当的最佳值即可。
在图1所示的本发明的烧成炉100中，作为烧成炉主体1没有特别的限定，可以使用通常使用的烧成炉，即，将作为被烧成体的陶瓷等搬入到内部，利用由燃烧装置2使含有甲烷的燃料11燃烧所产生的燃烧气体来烧成陶瓷等被烧成体。作为被烧成体可以适用于烧成陶瓷蜂窝结构件。此处，所谓陶瓷蜂窝结构件是指陶瓷制的具有由间壁划分的作为流体的流道的多个隔室的蜂窝结构的烧结体。另外，烧成炉主体1虽然可以是将预定量的被烧成体作为一次的烧成单位，一次一次断续地烧成的间隙式烧成炉主体1，但最好是将蜂窝陶瓷结构件等被烧成体连续地搬入其内部，并在内部加热那些被烧成体，且在烧成之后连续地搬出到其外部的连续式的烧成炉主体1。由于通过连续地进行烧成，可以经常稳定地从烧成炉主体1排出燃烧废气12，因而，可以在甲烷改性器3中利用燃烧废气12的热稳定地进行甲烷的改性反应，从而可以稳定地供给氢燃料25，可以将通过将氢燃料25和混合用甲烷主燃料31进行混合而得到的混合燃料32稳定地供给燃烧装置2。
在图1所示的本实施例的烧成炉100中，燃烧装置2只要是能有效地燃烧含有甲烷及氢的燃料11的燃烧装置即可，没用特别的限定。燃烧装置2虽可以配置在烧成炉主体1的外部，使燃烧气体通过配管流入到烧成炉主体1内，但也可以配置在烧成炉主体1的内部。另外，燃烧装置2根据其能力及烧成炉主体1的大小等，既可以在烧成炉主体1上只设置一个，也可以设置多个。作为燃烧装置2，只要是具有导入空气和燃料气体的管道的燃烧器，而不论其形式。预热燃烧用空气的回热式燃烧器等也可以适用。
在图1所示的本实施例的烧成炉100中，甲烷改性器3在由不锈钢或陶瓷等构成的容器的内部充填有甲烷改性催化剂6，并通过利用燃烧废气12加热流入其中的由以甲烷为主成分的改性用甲烷副燃料21和水蒸汽22组成的改性原料23，同时，使其与甲烷改性催化剂6接触，从而使改性原料23中的甲烷和水蒸汽反应而生成含有氢和二氧化碳的改性气体24(进行甲烷改性反应)。作为本实施例中所使用的甲烷改性器3，只要是能使甲烷反应而得到氢，进而最终可使甲烷中的碳固定化而不排放到外部即可。将甲烷中的碳固定化也可以在甲烷改性器3之后的工序进行，在本实施例中，在二氧化碳固定器5中固定二氧化碳与此相当。甲烷改性器3的甲烷与水的反应率(相对于投入的原料(甲烷和水)，实际产生的氢的量与应产生的氢的量的理论值的比率)最好在50摩尔％以上。若低于50摩尔％，则燃料的使用会增多。另外，甲烷与水的反应率越高越好。
甲烷改性器3中生成的改性气体24中的氢的含有率最好是10-80摩尔％，二氧化碳的含有率最好是1-20摩尔％。
充填甲烷改性催化剂6的容器的形状没有特别的限定，可以是筒状、箱形等任何形状。
作为甲烷改性器3的具体例子，可以适用例如采用被称为“ICI法”的在含有镍催化剂、温度为700-950℃，压力为1.01×105-40.52×105N/m2的条件下，使1摩尔甲烷和2摩尔水进行吸热反应而生成4摩尔氢和1摩尔二氧化碳的方法的改性器。作为含有镍的催化剂可以适用例如ジヨンソンマツセイ社制的Synetix催化剂等。作为有效的催化剂，可以列举Ni系、Cu系、过渡金属系和铂系等。
在甲烷改性器3中，由于从甲烷生成氢的反应是吸热反应，因而，必须一边加热一边使其反应。在本实施例中，该加热利用从烧成炉主体1排放的燃烧废气12进行。因此，可以有效地回收燃烧废气中所具有的热而不用新产生热。这样，可以削减燃料的总使用量，可以充分利用能源。此处，燃烧废气12的温度最好是200-950℃。若低于200℃，则难于使甲烷和水蒸汽产生反应；若高于950℃，则会降低构成反应装置的部件的寿命。另外，燃烧废气12所具有的热因随烧成炉主体1的种类、大小等而不同，所以对其没有特别的限定。
在图1所示的本实施例的烧成炉100中，氢分离器4是使含有由甲烷改性器3生成的氢和二氧化碳的改性气体24流入内部，并选择性地分离改性气体24中的氢，从而分离成以氢为主成分的氢燃料25和含有二氧化碳的残留气体26的装置。氢分离器4只要能从含有氢的混合气体中选择性地分离氢即可，没有特别的限定，例如，可以采用如下结构将钯或含钯的合金形成膜状物体(氢分离膜)并做成筒状，将这种氢分离膜配置在由不锈钢等制成的筒状的容器内，并做成氢分离膜的筒的内部侧的空间和外周侧的空间互不连接，使含有氢的混合气体流入到筒状的容器内，将其导入到氢分离膜的筒内部一侧，只选择氢从氢分离膜的内部一侧向外周侧透过，并使流出到氢分离膜的筒外周侧的氢作为氢燃料25流出到筒状容器的外部，其它气体则作为残留气体26以原状通过氢分离膜的筒内部而流出到筒状容器的外部。含有氢的混合气体也可以导入到氢分离膜的筒外侧，并使氢流出到氢分离膜的筒内部侧。此处，将已分离的氢用作以氢为主成分的氢燃料25，而将其它含有二氧化碳的残留气体送到二氧化碳固定器5中。所谓以上述氢为主成分的氢燃料25的“以氢为主成分”是指氢的含有率为50体积％以上。另外，上述筒状容器不一定是筒状，只要是在内部具有空间的形状，例如箱型等即可。为了提高氢分离膜的机械强度，也可以做成将其配置在由陶瓷等构成的多孔件的表面或内部。另外，氢分离膜的形状不一定是筒状，也可是平面状或其它任何形状。
可以将氢分离器4与甲烷改性器3做成一体，利用设置在甲烷改性器3中的氢分离器4选择性地分离在甲烷改性器3中产生的氢，并使这些氢从甲烷改性器3中流出而用作氢燃料25。作为将氢分离器4设置在甲烷改性器3中的方法，可以采用例如，将形成筒状的氢分离膜设置在甲烷改性器3内，并将甲烷改性催化剂6充填在该筒内部的方法。这时，氢分离膜作为氢分离器4发挥作用，并将氢分离器4设置在甲烷改性器3内。这样，将改性原料23导入氢分离膜的筒内部，可通过设置在氢分离膜的筒内部的甲烷改性催化剂6产生氢，并使所产生的氢流出到氢分离膜的筒外周一侧。并且，将流出来的氢用作氢燃料25。
作为利用氢分离器4从改性气体24分离氢时的氢的分离效率(改性气体24中所含的氢量已分离的氢量)最好为50∶50-1∶99(体积比)。若低于50∶50(体积比)，则燃料不能有效地利用。作为分离效率虽然是越高越好，但若为1∶99(体积比)，则燃烧用氢的回收率是充分的，为了实现比其更高的分离效率，成本将增高。
图1所示的本实施例的烧成炉100中，二氧化碳固定器5用于使由氢分离器4分离的残留气体26中的二氧化碳予以固定而不以气体状态排放到外部。二氧化碳固定器5只要能将残留气体26中所含有的二氧化碳予以固定而不使二氧化碳以气体状态排放到外部即可，没有特别的限定。例如，将作为将二氧化碳予以固定的固定剂41的氢氧化钠的水溶液预先加入到既定的容器中，通过将残留气体26导入其中，并一边以残留气体26对氢氧化钠水溶液进行吹泡，一边使残留气体26中所含有的二氧化碳与氢氧化钠反应而生成碳酸钠，从而可以用作固定二氧化碳的很好的方法。此处，所谓固定二氧化碳是指二氧化碳或者与其它物质反应，或者被其它物质吸收而不以气体状态排放到外部。
如上所述，通过使用氢氧化钠的水溶液等含有氢氧化钠的物质(溶液)来作为固定剂41，由于能由二氧化碳固定器5生成碳酸钠，因而能将从二氧化碳固定器5中排出的废液42做成含有碳酸钠的溶液，并可以将二氧化碳固定器5用作碳酸钠生成器。下面，就以用作碳酸钠生成器的情况为例对二氧化碳固定器5进行更详细的说明。
构成二氧化碳固定器5的上述既定容器的构造，只要是能将氢氧化钠预先加入到其内部，使其与二氧化碳反应而生成碳酸钠即可，没有特别的限定。例如，可以使用具有用于导入残留气体及氢氧化碳的至少一条导入管和用于排出废液(以下，有时称为“含碳酸钠溶液”)的排出部的筒状容器。容器的形状没有特别的限定，可以做成圆筒形、底面的形状为四边形等的多边形筒(包括箱形)、底面的形状为异形的筒(包括箱形)等。另外，根据需要可以在二氧化碳固定器5中设置搅拌器和加热、冷却用的管套及线圈。再有，作为二氧化碳固定器5既可以做成间隙式，也可以做成半间隙式；所谓间隙式就是，设置一个上述容器，在氢氧化钠几乎已完全反应时，停止残留气体的流入，在将含有碳酸钠的溶液排出之后，再将氢氧化钠加入到容器内重新开始残留气体的流入；所谓半间隙式就是，设置两个以上的上述容器，在一个容器中的氢氧化钠几乎已完全反应时，将残留气体的流入从该容器切换到另一个容器，并在另一个容器内开始碳酸钠的生成，在这期间，将氢氧化钠几乎已完全反应的容器中的含有碳酸钠的溶液排出。
另外，作为将二氧化碳予以固定并生成碳酸钠的方法，也可以采用下述方法，即使用氢氧化钠水溶液作为固定剂41，使该氢氧化钠水溶液循环，将残留气体26通入循环的氢氧化钠水溶液中使其混合，从而使氢氧化钠和二氧化碳反应的方法。作为氢氧化钠水溶液(碳酸钠生成后也含有碳酸钠)的循环方法，例如，可以将氢氧化钠水溶液加入到容器中，再利用泵使从容器通过管道排出的氢氧化钠水溶液返回到该容器中。这时，在含有氢氧化钠及经反应生成的碳酸钠的水溶液的循环系统中，连续地送入氢氧化钠，进而从该循环系统中将连续循环的含有碳酸钠的水溶液作为含碳酸钠的溶液(废液)42抽出，从而可以使二氧化碳固定器5连续地运转。
在将二氧化碳固定器5用作碳酸钠生成器的情况下，利用氢分离器4从改性气体24中分离了氢后的残留气体26中的二氧化碳含有率最好是15-99.9质量％，优选60质量％以上。若低于15质量％，则由于残留气体26中的杂质增多，所以精制从二氧化碳固定器5排出的含有碳酸钠的溶液42而提取的碳酸钠的纯度难以提高。另外，在残留气体26中的二氧化碳含有率低的情况下，或者在要使残留气体26中的二氧化碳含有率更高的情况下，可以设置转化器(一氧化碳转化器)。这时，使从氢分离器4排出的残留气体26流入转化器中，使经转化而二氧化碳的含有率增高了的残留气体26流入到二氧化碳固定器5中。
另外，在残留气体26中作为甲烷改性器3的副产物而生成的一氧化碳含碳较多的情况下，也可以设置一氧化碳转化器，使残留气体26流入到一氧化碳转化器中。作为一氧化碳转化器，通过使在其内部调整到350-360℃的残留气体26与Fe-Cr系列催化剂接触，可以使一氧化碳很好地转化。这时，一氧化碳转化器以一氧化碳和水为原料而生成二氧化碳和氢。这样，可以将残留气体26中所含有的一氧化碳转化为二氧化碳，从而使残留气体26中的一氧化碳含有率降低。并且，可以使一氧化碳含有率降低了的残留气体26流入到二氧化碳固定器5中。在一氧化碳转化器中，由于除二氧化碳以外还产生了氢，因而，可以通过使从一氧化碳转化器流出的残留气体26通过氢分离器，从而分离出氢，并将该氢混入到混合燃料32中使用。这时，既可以新设置氢分离器，使全部残留气体26流入；也可以将残留气体26的一部分分出，使其与改性气体24一起流入到氢分离器4中，从而使残留气体的一部分循环。经转化并提高了二氧化碳的含有率的残留气体26(转化后通过氢分离器时，从氢分离器流出的残留气体26)流入到二氧化碳固定器5中。
另外，在上述一氧化碳转化器中转化了残留气体26之后，在残留气体26中仍然残留一氧化碳的情况下，或者在一氧化碳转化器中未将残留一氧化碳的残留气体26进行转化的情况下，使该残留气体26流入到二氧化碳固定器5中，且在使二氧化碳进行反应后的废气(二氧化碳固定器的废气)44中将含有仍残留在残留气体26中的一氧化碳。作为对二氧化碳固定器的废气44中所含的一氧化碳进行处理的方法，最好采用将二氧化碳固定器的废气44混入到混合燃料32中，并利用燃烧装置2进行燃烧的方法。这时，在二氧化碳固定器的废气44中含有氢的情况下，最好将氢也用作燃料并利用燃烧装置2进行燃烧。
在二氧化碳固定器的废气44中，由于二氧化碳固定器5内的氢氧化钠飞溅而含有其飞沫，因而，在将二氧化碳固定器的废气44混入到混合燃料32中的情况下，有时所含有的氢氧化钠会进入到烧成炉主体1内从而将烧成炉主体1腐蚀。因而，在将二氧化碳固定器的废气44混入到混合燃料32中并使其燃烧时，最好在燃烧前除去氢氧化钠。除去氢氧化钠既可以在将二氧化碳固定器的废气44与混合燃料32混合之前，也可以在混合之后。例如，在将二氧化碳固定器的废气44混入到混合燃料32中之前，可以使其通过氢氧化钠除去器(未图示)而除去氢氧化钠。作为氢氧化钠除去器，可以使用充填了水等的捕集器，并最好设置在管道中途。
在二氧化碳固定器5内残留气体26中的二氧化碳完全未反应，且未反应的二氧化碳残留在二氧化碳固定器的废气44中的情况下，最好将二氧化碳固定器的废气44的一部分分出，并使其再次流入到二氧化碳固定器5中。这样，可以减少残留的二氧化碳。另外，可以再设置一个二氧化碳固定器，使二氧化碳固定器的废气44流入到该第二个二氧化碳固定器中以生成碳酸钠。这样，可以进一步减少残留的二氧化碳。
上述的用一氧化碳转化器处理残留气体26的方法、将二氧化碳固定器的废气44混入到混合燃料32中的方法及使二氧化碳固定器的废气44流入到二氧化碳固定器中的方法，根据残留气体26中所含的一氧化碳量及二氧化碳固定器的废气44中所含的一氧化碳量和二氧化碳量，既可以单独使用其中任何一种操作，也可以将它们予以组合以达到最佳条件。
在二氧化碳固定器5中生成的碳酸钠，作为含有碳酸钠的溶液42从二氧化碳固定器5中排出之后，最好在碳酸钠精制工序(未图示)中予以精制并作为高纯度的碳酸钠提取出来。因此，在二氧化碳固定器5内生成的碳酸钠的溶液42中所含的碳酸钠相对于从含有碳酸钠的溶液42中除去水的残留物质的含有率最好是80-99.9质量％，优选95质量％以上。若低于80质量％，在上述碳酸钠精制工序(未图示)中，经精制得到的碳酸钠的纯度则难于增高。
这样，为了使精制得到的碳酸钠达到高纯度，最好使用高纯度的氢氧化钠作为在二氧化碳固定器5中与二氧化碳反应的氢氧化钠。即，加入到二氧化碳固定器5内部的固定剂41中的氢氧化钠相对于从固定剂41中除去水的残留物质(在固定剂41不含水时为全部固定剂41)的含有率最好为80-99.9质量％，优选为95质量％以上。若低于80质量％，则精制得到的碳酸钠的纯度难以增高。作为固定剂41，如上所述，既可以使用氢氧化钠的水溶液，也可以使用熔融了的氢氧化钠。另外，作为固定剂41，在使用氢氧化钠水溶液时，相对于整个水溶液的氢氧化钠的含有率最好为30-95质量％。若低于30质量％，由于氢氧化钠的浓度低，则与二氧化碳难于有效地反应，致使二氧化碳固定器的废气44中残留的二氧化碳的含有率增高。另外，若高于95质量％，氢氧化钠水溶液的粘度增高，由于流动性变差，则难于与二氧化碳有效地进行反应。
通过在精制工序(未图示)中对从二氧化碳固定器5排出的含有碳酸钠的溶液42进行精制而提取的碳酸钠的纯度最好是98-99.9质量％，优选99.0质量％以上。通过使其达到高于98质量％，可以将所得到的高纯度碳酸钠使用于光学玻璃、医药品等必须以高纯度碳酸钠为原料的领域。作为碳酸钠的纯度的上限越高越好。此外，碳酸钠相对于全部含有碳酸钠的溶液42的含有率最好是60-95质量％。若低于60质量％，由于碳酸钠的浓度低，则难于有效地生成碳酸钠晶体。而若高于95质量％，则碳酸钠在结晶器中结晶时，由于碳酸钠晶体的浆液浓度增高，而使流动性变差。
作为精制从二氧化碳固定器5排出的含有碳酸钠的溶液42的精制方法，最好是通过使碳酸钠晶体从含有碳酸钠的溶液42中析出，并将析出的碳酸钠与母液分离，以提取碳酸钠晶体的方法。这种精制方法最好在具有使碳酸钠晶体从含有碳酸钠的溶液42中析出的结晶器(未图示)，和将由结晶器中析出了的碳酸钠晶体从母液中分离的过滤器(未图示)的精制工序(未图示)中进行。
作为结晶器，可以使用通常工业上所使用的结晶器，例如，可以使用带有搅拌器、套管、线圈等，可通过冷却溶液来析出晶体的圆筒状的结晶器。在含有碳酸钠的溶液42的温度很低，且所含有的碳酸钠的一部分已经析出的情况下，也可以不用结晶器进行结晶而直接用过滤器进行过滤，或者在形式上经过结晶器后再用过滤器进行过滤。
作为过滤器，可使用通常工业上所使用的篮式离心过滤器，重力式过滤器、减压过滤器等。由于碳酸钠溶解在从过滤器排出的母液中，因而，也可以通过进一步使用另外的结晶器将该母液降低到更低的温度而使碳酸钠析出，再用过滤器过滤出析出的碳酸钠晶体。另外，由于在从过滤器排出的母液中含有未反应的氢氧化钠，所以为了有效利用这些氢氧化钠，可以通过进一步添加氢氧化钠来调整氢氧化钠的浓度，并将其返回到二氧化碳固定器5中。
通常，作为制造碳酸钠的方法，公知的有利用苏尔维法合成的方法及使用从ワイミンゲ州的Green River(绿江)矿床产出的天然碱灰为代表的天然原料进行精制的方法等，但用这些方法要使碳酸钠达到高纯度是困难的，若要提高其纯度，则存在精制成本增高的问题。例如，在苏维尔法中，由于使用氯化钠作为原料，所以在生成碳酸钠后必须除去氯。若对该氯的除去不充分，则碳酸钠的纯度就低，若要充分地除去氯而使碳酸钠达到高纯度，则精制成本增高。另外，当使用天然原料时，由于天然原料本身含有许多杂质，为了除去这些杂质则精制成本增高。与此相反，若利用构成本实施例的烧成炉二氧化碳固定器来生成碳酸钠，则由于以由甲烷改性得到的二氧化碳和高纯度氢氧化钠作为原料，因而可以简化精制工序、降低成本并得到高纯度的碳酸钠。
在图1所示的本实施例的烧成炉100中，燃料电池7可以使用市场上销售的系统。虽然可以使用高分子型、磷酸型、熔融碳酸盐型、固体电解质型等任何一种，但由于废热的温度很高，因而最好使用磷酸型或熔融碳酸盐型或固体电解质型。另外，可生成的电力容量根据现在市场上销售的系统的性能，虽然每个系统达到100KW到200KW左右，但若采用将其并列设置之类的方法，其电力容量则可自由设计。并且，氢燃料25的一部分作为燃料电池用氢27通过管道输送，在燃料电池7中，燃料电池用氢27和空气(空气中的氧)反应而发电。
在图1所示的本实施例的烧成炉100中，作为由燃烧装置2燃烧的燃料，使用以甲烷为主成分的混合用甲烷主燃料31和由氢分离器4分离出的氢燃料25的混合燃料32。在烧成炉100的运转开始时，由于燃烧废气12处于未稳定地排出的状态(燃烧废气12还未产生的状态或逐渐增加的状态)，因而使用燃烧废气12来进行甲烷改性器3的反应是困难的，这样，使用混合燃料32可以使烧成炉主体1内处于稳定状态而正常地排出燃烧废气12(在后述的甲烷改性器设置在烧成炉主体内的情况下，则可以使燃烧气体的温度达到稳定)。这种情况下，在烧成炉的运转开始时，仅使用以甲烷为主成分的混合用甲烷主燃料31进行烧成。另外，在运转开始时，烧成炉主体1内不稳定，燃烧废气12处于未稳定排出的状态时，可以在甲烷改性器3中设置利用蒸汽或电之类的其它加热装置(未图示)，以便使用这些加热装置来运转甲烷改性器3。
图1所示的本实施例的烧成炉100，可以适用于烧成时需要的热量为100万-1亿KJ/Hr的烧成陶瓷的烧成炉。
改性用甲烷副燃料21和混合用甲烷主燃料31的体积比(改性用甲烷副燃料21∶混合用甲烷主燃料31)最好是5∶95-100∶0(体积比)。改性用甲烷副燃料21的比若小于5(体积比)，则有时不能充分降低二氧化碳。另外，混合用甲烷主燃料31及改性用甲烷副燃料21中至少一方可以为液化天然气(LNG)。由于采用LNG，所以可因LNG的燃烧性能优良而更有效地燃烧，并且，LNG是清洁廉价的燃料，由于其燃烧不产生硫氧化合物及灰尘等有害物质故而最佳。
下面要说明的是，在图1所示的本实施例的烧成炉100中，当使用混合用甲烷主燃料31和氢燃料25的混合燃料32并用燃烧装置2进行燃烧时(本实施例)，和只使用甲烷气体(甲烷含有率为100％的气体)作为燃料11并用燃烧装置2进行燃烧时(比较例)，各自的燃料使用量和产热量的不同以及所产生的二氧化碳量的不同。
例如，使用甲烷气体作为改性用甲烷副燃料21和混合用甲烷主燃料31，甲烷改性器3的反应率为100％(将1摩尔的甲烷和2摩尔的水导入甲烷改性器3中时，产生4摩尔的氢)，氢分离器4的氢的分离效率为100％(改性气体24中所含有的氢的全部被氢分离器4分离，成为氢燃料25)，并将氢燃料25的全部作为混合用氢燃料28与混合用甲烷主燃料31混合。这时，例如，当设只使用1Nm3/Hr的甲烷气体并用燃烧装置2燃烧时，所产生的热量为39800KJ/Hr(比较例)。与之相应，作为本实施例的一个例子，当设使用0.5Nm3/Hr甲烷气体作为混合用甲烷主燃料，使用0.4Nm3/Hr甲烷气体作为改性用甲烷副燃料时，从甲烷改性器3中产生1.6Nm3/Hr的氢，利用氢分离器4将其分离，并将被分离的氢作为氢燃料25与上述改性用甲烷副燃料(甲烷气体)混合而成为混合燃料32(甲烷气体为0.5Nm3/Hr，氢为1.6Nm3/Hr的混合气体)。将该混合燃料32用燃烧装置2进行燃烧时，由0.5Nm3/Hr的甲烷气体产生19900KJ/Hr的热量，由1.6Nm3/Hr的氢产生20480KJ/Hr的热量。因此，通过使混合燃料燃烧所得到的热量为40380KJ/Hr。
根据以上所述，如果只燃烧甲烷气体，则在甲烷气体的使用量为1Nm3/Hr时，所得到的热量为39800KJ/Hr；与此相应，在本实施例的情况下，甲烷气体的总使用量(混合用甲烷主燃料31和改性用甲烷副燃料21的合计)为0.9Nm3/Hr时，所得到的热量为40380KJ/Hr。另外，由于燃烧1摩尔甲烷气体时所产生的二氧化碳量为1摩尔(理论量)，因而，上述比较例的情况下，二氧化碳的产生量为1Nm3/Hr；与之相应，在上述本实施例的一个例子的情况下，二氧化碳的产生量为0.5Nm3/Hr。因此，当将本实施例与比较例的情况下比较时，为了使通过用燃烧装置2燃烧所产生的热量基本相等(本实施例还稍大一些)所需要的甲烷使用量，本实施例的情况相对比较例的情况减少10％，进而，所产生二氧化碳量，本实施例的情况相对比较例的情况则减少50％。
下面，参照
本发明的烧成炉的另一实施例。图2是示意地表示本实施例的烧成炉的方框流程图。并且，图2中的箭头表示各种燃料、燃烧废气、水蒸汽、其它物质等的移动状态。
如图2所示，本实施例的烧成炉200具有使流入的含有甲烷的燃烧61燃烧并产生燃烧气体的燃烧装置52，和在利用燃烧气体加热并烧成搬入到其内部的被烧成体的同时，将烧成后的燃烧气体作为含有二氧化碳的燃烧废气(排放到外部的燃烧气体)62排放到外部的烧成炉主体51；进而，还具有甲烷改性器53、氢分离器54、二氧化碳固定器55和燃料电池57。其中，甲烷改性器53的内部充填有甲烷改性催化剂56，通过一边利用燃烧废气62加热流入其中的由以甲烷为主成分的改性用甲烷副燃料71及水蒸汽72组成的改性原料73，一边使改性原料73与甲烷改性催化剂56接触，从而使改性原料73中的甲烷和水蒸汽72反应而生成含有氢及二氧化碳的改性气体74(进行甲烷改性反应)。氢分离器54使由甲烷改性器53生成的改性气体74流入其内部，选择性地分离出改性气体74中的氢，并将改性气体74分离为以氢为主成分的氢燃料75和含有二氧化碳的残留气体76。二氧化碳固定器55用于固定由氢分离器54分离出的残留气体76中的二氧化碳，以使其不以气体状态排放到外部。燃料电池57通过使含有由氢分离器54分离得到的氢75的燃料电池用氢77和氧或空气反应而发电。
并且，本实施例的烧成炉200，通过使用燃烧废气62所具有的热进行甲烷改性器53的甲烷改性反应，可以对燃烧废气62所具有的热进行有效的再利用。另外，二氧化碳固定器55使氢氧化钠作为用于固定二氧化碳的固定剂91流入到内部，使固定剂91和残留气体76在内部接触，使残留气体76中所含的二氧化碳被固定剂91吸收，以形成含有碳酸钠的废液92排放到外部。并且，未反应的气体作为二氧化碳固定器的废气94排放到外部。另外，作为固定剂91，只要能与二氧化碳反应或吸收二氧化碳即可，没有特别的限定，可列举NaOH、Mg(OH)2等。另外，各设备间以一定的管道连接，各种燃料、水蒸汽等在这些管道内流通移动。
这样，本实施例的烧成炉200，由于具有燃料电池57，并使用含有氢燃料75的燃料电池用氢77发电，因而，可以将燃烧废气62所具有的热能有效地转换为电能。即，通过使用燃烧废气62所具有的热在甲烷改性器53中产生含有氢的改性气体74，并利用氢分离器54从改性气体74中分离出氢燃料75，且将已分离出的氢燃料75的全部作为燃料电池用氢77来用燃料电池57发电，则可以将燃烧废气62所具有的热能有效地转换为利用价值更高的电能。燃料电池57虽通过使氢(燃料电池用氢)和氧或空气反应发电，但由于用作燃料电池用氢77的氢燃料75所含有的氢的纯度高，因而，可以有效地进行发电。例如，使用普通的氢来使燃料电池发电时，其电力效率为40％左右，但在本实施例所使用的燃料电池57中，电力效率则飙升到60-70％。在本实施例的烧成炉中，可以不让改性气体74通过氢分离器54而直接在燃料电池57中使用。关于二氧化碳的排出量，燃料电池若与火力发电等比较，将其热能转换为电能的效率高达2倍左右。因此，为了减少二氧化碳的排出量，如果不是用源于火力发电等的电力，而是用源于燃料电池的电力，则对于相同的电力量，可将二氧化碳的排出量减半。因此，并非进行二氧化碳的固定就能减少产生的二氧化碳，但若进行二氧化碳的固定，则产生进一步提高减少二氧化碳的效果。
另外，若采用本实施例的烧成炉200，利用甲烷改性催化剂56使上述改性原料73反应时所生成的二氧化碳，由于利用二氧化碳固定器55固定，从改性原料73生成的二氧化碳就不会以气体状态排放到外部。此处，甲烷改性反应所使用的热源除了燃烧废气以外，还可以使用从炉壁散发的热或冷却陶瓷烧成时所使用的烧窑工具时所废弃的热，从而可进一步实现热的有效回收。
在本实施例的烧成炉200中，由于在残留气体76中有时含有一氧化碳等可燃烧的物质，所以当含有这样的可燃物质时，可以利用燃烧装置52使残留气体76的一部分或全部燃烧。最好用于燃料的回收。
图2所示的本实施例的烧成炉200的烧成炉主体51、燃烧装置52、甲烷改性器53、氢分离器54、二氧化碳固定器55及燃烧电池57中的每个最好与上述的图1所示的本发明的烧成炉的一个实施例的烧成炉主体1、燃烧装置2、甲烷改性器3、氢分离器4及二氧化碳固定器5、燃料电池7中的每个具有同样的结构，这样，可以获得同样的效果。但是，含有甲烷的燃料61最好以甲烷为主成分；燃烧装置52最好是可以使以甲烷为主成分的燃料61有效燃烧的装置。此处，所谓“以甲烷为主成分”是指甲烷的含有率在80体积％以上。另外，本实施例的烧成炉200由于将氢燃料75的全部用于燃料电池57的发电，因而，不需要将氢燃料75的一部分与燃料61混合用的分支用的管道等。
图2所示的本实施例的烧成炉200可以适用于烧成时所需要的热量为100万-1亿KJ/Hr的烧成陶瓷用的烧成炉。另外，作为被烧成体，与上述本发明的烧成炉的一个实施例的情况同样，可以适用于烧成陶瓷蜂窝结构件。
下面，参照附图对本发明的烧成炉的又一个实施例进行说明。图3是示意地表示本实施例的烧成炉的方框流程图。并且，图3中的箭头表示各种燃料、燃烧废气、水蒸汽、其它物质等的移动状态。
如图3所示，本实施例的烧成炉300具有使流入的含有甲烷的燃料111燃烧并产生燃烧气体的燃烧装置102，和在利用燃烧气体加热并烧成搬入其内部的被烧成体的同时，将烧成后的燃烧气体作为含有二氧化碳的燃烧废气(排放到外部的燃烧气体)112排放到外部的烧成炉主体101；进而，还具有甲烷改性器103、氢分离器104和二氧化碳固定器105。其中，甲烷改性器103设置在烧成炉主体101内部，在其内部充填有甲烷改性催化剂106，通过一边利用燃烧111所产生的燃烧气体来加热流入其中的由以甲烷为主成分的改性用甲烷副燃料121和水蒸汽122组成的改性原料123，并一边使改性原料123与甲烷改性催化剂106接触，从而使改性原料123中的甲烷与水蒸汽122反应而生成含有氢及二氧化碳的改性气体124(进行甲烷改性反应)；氢分离器104使由甲烷改性器103生成的改性气体124流入其内部，并选择性地分离出改性气体124中的氢，从而将改性气体124分离成以氢为主成分的氢燃料125和含有二氧化碳的残留气体126；二氧化碳固定器105用于固定由氢分离器104分离出的残留气体126中的二氧化碳，以使其不以气体状态排放到外部。
这样，若根据本实施例的烧成炉，由于甲烷改性器103设置在烧成炉主体101内，利用燃烧气体代替燃烧废气112来加热改性原料123并使其与甲烷改性催化剂106接触而生成改性气体124，因而，可以在烧成炉主体101内直接使用燃烧气体所具有的热，并可以减少燃烧气体所具有的热的损失而更有效地利用。这与例如，将燃烧气体一旦从烧成炉主体101排放到外部之后，用设置在烧成炉主体101的外部的设备进行热回收的情况比较，可以显著地减少该燃烧气体所具有的热能因放热等带来的损失。这样，可以进一步削减燃料的总使用量，并可以更有效地利用能源。
并且，本实施例的烧成炉300，通过燃烧装置102使流入的以甲烷为主成分的混合用甲烷主燃料131和由氢分离器104分离的氢燃料125(混合用氢燃料128)的混合燃料132燃烧，即，使用混合燃料132作为含有甲烷的燃料111来产生燃烧气体，从而可减少燃烧废气112中的二氧化碳的含量，可减少二氧化碳向外部的排放量。另外，二氧化碳固定器105使氢氧化钠作为固定二氧化碳用的固定剂141流入到内部，使固定剂141和残留气体126在内部接触，使残留气体126中所含的二氧化碳被固定剂141吸收，并生成碳酸钠，形成含有碳酸钠的废液142而排放到外部。并且，未反应的气体作为二氧化碳固定器的废气144排放到外部。此处，在以甲烷为主成分的混合用甲烷主燃料131中，所谓“以甲烷为主成分”是指甲烷的含有率在80体积％以上。另外，作为固定剂141，只要能与二氧化碳反应或吸收二氧化碳即可，没有特别限定，可以列举NaOH、Mg(OH)2等。另外，各设备之间以一定的管道连接，各种燃料、水蒸汽等在这些管道中流通移动。
这样，若采用本实施例的烧成炉300，作为用燃烧装置102燃烧的含有甲烷的燃烧111，由于使用混合用甲烷主燃料131和氢燃料125(混合用氢燃料128)的混合燃料132，因而，可以减少二氧化碳的发生，其量与混合燃料132(燃料111)中所含有的即使燃烧时也不产生二氧化碳的氢(氢燃料125)的量相当。另外，在利用甲烷改性催化剂106使上述改性原料123反应时生成的二氧化碳由于利用二氧化碳固定器105固定，因而，从改性原料123生成的二氧化碳不会以气体状态排放到外部。再有，作为利用甲烷改性催化剂106使上述改性原料123反应时的吸热反应所需要的热量，由于使用烧成炉主体101内的燃烧气体的热量(燃烧111的燃烧热)，因而，可以将燃烧气体所具有的热的一部分作为燃料111的燃烧热有效地回收并再次利用，从而可削减燃料的总使用量。此处，所谓作为甲烷改性反应用的热源的燃烧气体所具有的热是燃料111的燃烧热，也包含燃料111燃烧时的辐射热及从炉壁散发的热。另外，还可以使用冷却陶瓷烧成时所使用的炉窑工具时所废弃的热。
如图3所示，本实施例的烧成炉300还具有燃料电池107。其结构为，将由氢分离器104分离得到的氢燃料125的一部分作为燃料电池用氢127予以分支，将其用于燃料电池107进行发电。由于氢燃料125所含有的氢的纯度高，因而，利用燃料电池107可以更有效地进行发电。
氢燃料125，既可以将其全部用作混合用氢燃料128，也可以将其分为混合用氢燃料128和燃料电池用氢127使用。分为混合用氢燃料128和燃料电池用氢127时的比例没有特别限定，只要使二氧化碳的排出量和发电量平衡并达到适当的最佳值即可。
在本实施例的烧成炉中，也可以使改性气体125不通过氢分离器104而直接在燃料电池107中使用。
图5是示意地表示构成本实施例的烧成炉300的烧成炉主体101，以垂直于其长度方向的平面剖切的剖面图。图5所示的烧成炉主体101是连续式的烧成炉101，其长度方向是指被烧成体m搬入到烧成炉主体101内向前行进的方向。被烧成体m形成利用带式输送机B沿长度方向在烧成炉主体101内行进的状况。如图5所示，烧成炉主体101虽表示将甲烷改性器103沿其外周壁101a的内侧面配置的方式，但也可以如图6所示，将甲烷改性器103配置在内侧炉壁101b的内侧，即利用燃烧气体烧成被烧成体m的空间中。另外，也可以配置在这两个地方。并且，在图5所示的烧成炉主体101的剖面图中，在其整个剖面的温度分布中，最好将甲烷改性器103配置在为进行甲烷改性反应的最佳温度位置。另外，作为在烧成炉主体101的长度方向上配置甲烷改性器103的位置，最好是在烧成炉主体101的温度分布中为最适合于甲烷改性反应的位置。另外，为了使配置甲烷改性器103的位置的温度状态达到最佳，如图5所示，最好利用内侧炉壁101b将配置甲烷改性器103的空间和利用燃烧气体烧成被烧成体m的空间隔开。通过用内侧炉壁101b将烧成炉主体101内隔开，由于可以做成使燃烧气体与甲烷改性器103不直接接触，或者难于接触，因而，可以将传递给甲烷改性器103的热量进行更适当地调节，可以使甲烷改性器103的温度更适当。这对于将甲烷改性器103配置在烧成炉主体101的高温区域的情况是很有效的。
甲烷改性器103做成在筒状的改性反应管103a内充填有甲烷改性催化剂106。甲烷改性器103做成改性反应管103a的两端部与烧成炉主体101的外部连通，使改性原料从一个端部流入，使得在烧成炉主体101内利用燃烧气体的热和甲烷改性催化剂进行甲烷改性反应所得到的改性气体从改性反应管103a的另一个端部流出到烧成炉主体101的外部。
作为充填甲烷改性催化剂106的容器，在本实施例中虽使用图5所示的管状的改性反应管，但容器的形状不限定于管状(筒状)，也可以是箱形或者其它在内部充填有甲烷改性催化剂106并能将其配置在烧成炉主体101内，能利用燃烧气体进行改性反应的任意形状。
图3所示的本实施例的烧成炉300的烧成炉主体101、燃烧装置102、甲烷改性器103、氢分离器104和二氧化碳固定器105、燃料电池107的各自的结构，除了将甲烷改性器103配置在烧成炉主体101内而外，最好做成与上述的图1所示的本发明的烧成炉的一个实施例的烧成炉主体1、燃烧装置2、甲烷改性器3、氢分离器4和二氧化碳固定器5、燃料电池7的各个结构相同，这样，可以获得相同的效果。
另外，本实施例的烧成炉中，虽将甲烷改性器配置在烧成炉主体内，但除此以外，还可以具有如上述图1所示的本发明的烧成炉的一个实施例的甲烷改性器那样的配置在烧成炉主体外部的甲烷改性器。即，可以在烧成炉主体的内部和外部都具有甲烷改性器，在内部利用燃烧气体的热进行甲烷改性，而在外部利用燃烧废气的热进行甲烷改性。
下面，参照
本发明的烧成炉的再一个实施例。图4是示意地表示本发明的烧成炉的再一个实施例的方框流程图。并且，图4中的箭头表示各种燃料、燃烧废气、水蒸汽、其它物质等的移动状态。
如图4所示，本实施例的烧成炉400具有使流入的含有甲烷的燃料161燃烧并产生燃烧气体的燃烧装置152，和在利用燃烧气体加热并烧成搬入到其内部的被烧成体的同时，使烧成后的燃烧气体作为含有二氧化碳的燃烧废气162排放到外部的烧成炉主体151；进而，还具有甲烷改性器153、氢分离器154、二氧化碳固定器155、燃料电池157。其中，甲烷改性器153配置在烧成炉主体151内，在其内部充填有甲烷改性催化剂156，通过一边利用燃烧气体加热流入其中的由以甲烷为主成分的改性用甲烷副燃料171和水蒸汽172组成的改性原料173，一边使改性原料173与甲烷改性催化剂156接触，从而使改性原料173中的甲烷与水蒸汽172反应而生成含有氢及二氧化碳的改性气体174(进行甲烷改性反应)；氢分离器154使由甲烷改性器153生成的改性气体174流入到内部并选择性地分离改性气体174中的氢，从而将改性气体174分离成以氢为主成分的氢燃料175和含有二氧化碳的残留气体176；二氧化碳固定器155用于将由氢分离器154分离的残留气体176中的二氧化碳予以固定使其不以气体状态排放到外部；燃料电池157通过使含有由氢分离器154分离的氢燃料175的燃料电池用氢177与氧或空气反应来发电。各设备间以一定的管道连接，使各种燃料、水蒸汽等在这些管道中流通移动。未利用二氧化碳固定器155固定的气体作为二氧化碳固定器的废气194排放到外部。
这样，本实施例的烧成炉400，由于将甲烷改性器153配置在烧成炉主体151内，通过使用烧成炉主体151内的燃烧气体所具有的热的一部分来进行甲烷改性反应，可以有效地利用燃烧气体所具有的热。并且，本实施例的烧成炉400，由于具有燃料电池157，使用含有氢燃料175的燃料电池用氢177来发电，因而，可以将燃烧气体所具有的热能的一部分有效地转换为电能。即，通过使用燃烧气体所具有的热利用甲烷改性器153来产生含有氢的改性气体174，并利用氢分离器154从改性气体174中分离出氢燃料175，再将已分离出的氢燃料175的全部作为燃料电池用氢177用于以燃料电池157发电，便将燃烧气体所具有的热能的一部分有效地转换为利用价值更高的电能。燃料电池157虽通过使氢(燃料电池用氢)与氧或空气反应来发电，但由于作为燃料电池用氢177所使用的氢燃料175所含有的氢的纯度高，因而，可以更有效地进行发电。例如，使用普通的氢使燃料电池发电时，电力效率为40％左右，但在本实施例所使用的燃料电池157中，电力效率飙升到60-70％。在本实施例的烧成炉中，也可以使改性气体174不通过氢分离器154而直接在燃料电池157中使用。关于二氧化碳的排出量，燃料电池若与火力发电等比较，将其热能转换为电能的效率高达2倍左右。因此，为了减少二氧化碳的排出量，若不使用源于火力发电等的电力，而使用源于燃料电池的电力，则对于等量的电力，二氧化碳的排放量减少一半。因此，并非进行二氧化碳的固定就可以减少二氧化碳的产生。但若进行二氧化碳的固定，则具有进一步提高减少二氧化碳的效果。
图4所示的本实施例的烧成炉400的烧成炉主体151、燃烧装置152、甲烷改性器153、氢分离器154、二氧化碳固定器155和燃料电池157的各自的结构，除了将甲烷改性器153配置在烧成炉主体151内以外，最好与上述图1所示的本发明的烧成炉的一个实施例的烧成炉1、燃烧装置2、甲烷改性器3、氢分离器4及二氧化碳固定器5、燃料电池7的各自的结构相同，这样，可以获得同样的效果。并且，作为将甲烷改性器153配置在烧成炉主体151内部的结构，最好与图5或图6所示的烧成炉主体101具有相同的结构，这样，可以获得同样的效果。但是，含有甲烷的燃料161最好是以甲烷为主成分的燃料，燃烧装置152最好是可以使以甲烷为主成分的燃料161有效地燃烧的装置。
下面，参照表示上述的本发明的烧成炉的一个实施例的图1，对本发明的烧成方法的一个实施例进行说明。
作为本实施例的烧成方法所使用的烧成炉100，可以适用参照图1说明了的上述本发明的烧成炉的一个实施例。本实施例的烧成方法是，通过使含有甲烷的燃料11流入燃烧装置2中并使其燃烧而产生燃烧气体，将由燃烧装置2产生的燃烧气体导入烧成炉主体1内部，利用燃烧气体加热并烧成搬入其内部的被烧成体，同时，将烧成后的燃烧气体排放到外部的烧成方法。并且，还通过使由以甲烷为主成分的改性用甲烷副燃料21及水蒸汽22组成的改性原料23流入到在内部充填有甲烷改性催化剂6的甲烷改性器3中，并一边利用燃烧气体12加热改性原料23一边使其与甲烷改性催化剂6接触，从而使改性原料23中的甲烷和水蒸汽22反应而生成含有氢及二氧化碳的改性气体24。
这样，若采用本实施例的烧成方法，通过使用排放到烧成炉1的外部的燃烧气体(燃烧废气12)所具有的热来进行甲烷改性器3的甲烷改性反应，可以有效地再利用燃烧废气12所具有的热。
并且，本实施例的烧成方法还是如下的烧成方法使由甲烷改性器3生成的改性气体24流入氢分离器4内部，并选择性地分离改性气体24中的氢，从而将改性气体24分离成以氢为主成分的氢燃料25和含有二氧化碳的残留气体26；使由氢分离器4分离的残留气体流入到二氧化碳固定器5内，并利用固定剂41固定残留气体26中的二氧化碳以使其不以气体状态排放到外部；通过使以甲烷为主成分的混合用甲烷主燃料31和由氢分离器4分离出的氢燃料25(混合用氢燃料28)的混合燃料32流入燃烧装置2并使其燃烧而生成燃烧气体，从而可减少燃烧废气12中的二氧化碳含有量。甲烷改性器3中所使用的燃烧废气12在此之后作为甲烷改性器的废气43排放到外部。另外，也可以在利用固定剂41将二氧化碳固定之后作为废液42排放到外部。
在此，在以甲烷为主成分的混合用甲烷主燃料31中，所谓“以甲烷为主成分”是指甲烷的含有率在80体积％以上。另外，所谓以氢为主成分的氢燃料25的“以氢为主成分”是指氢的含有率在50体积％以上。
这样，若采用本实施例的方法，作为用燃烧装置2燃烧的含有甲烷的燃料11、由于使用混合用甲烷主燃料31和氢燃料25(混合用氢燃料28)的混合燃料32，因而，可以减少二氧化碳的产生，其量与混合燃料32(燃料11)中所含有的即使燃烧也不产生二氧化碳的氢(混合用氢燃料28)的量相当。这时，混合燃料32所含的氢的含有率(氢/混合燃料)最好为5-95体积％，优选为25-75体积％。若少于5体积％，则减少二氧化碳的效果不充分，若高于95体积％时，则在进行甲烷改性反应时，作为热源不仅需要燃烧废气，有时还需要使用其它热源。另外，在利用甲烷改性催化剂6使上述改性原料23反应时生成的二氧化碳，由于利用二氧化碳固定器5进行固定，因而，从改性原料23生成的二氧化碳不会以气体状态排放到外部。再有，作为利用甲烷改性催化剂6使上述改性原料23反应时的吸热反应中所需要的热量，由于使用从烧成炉主体1排出的燃烧废气12的热量，因而，可将燃烧废气12的废热的一部分作为燃料的燃烧热予以回收，从而可减少燃料的总使用量。
如图1所示，本实施例的烧成方法所使用的烧成炉100的结构还具有燃料电池7，可将氢燃料25的一部分用作燃料电池用氢27来发电。燃料电池7通过使氢(燃料电池用氢)与氧或空气反应来发电，在本实施例的烧成方法中，可以将由氢分离器4分离得到的氢燃料25的一部分分离为燃料电池用氢27，并将其使用于燃料电池7中进行发电。由于氢燃料25所含有的氢的纯度高，因而，通过将其一部分用作燃料电池用氢27，可以用燃料电池7有效地进行发电。例如，使用普通的氢使燃料电池发电时，电力效率为40％左右，但在本实施例中用燃料电池7发电时，电力效率可飙升到60-70％。另外，通过将由氢分离器4分离得到的氢燃料25的一部分作为混合用氢燃料28最终用燃烧装置2燃烧，而将其残余的部分作为燃料电池用氢27用于燃料电池7的发电，从而，在降低燃烧废气12中所含有的二氧化碳的同时，可以将燃烧废气12所具有的热能有效地回收并用于发电，可以得到利用价值更高的电能。
关于二氧化碳气体的排出量，燃料电池若与火力发电等比较，将其热能转换成电能的效率高达2倍左右。因此，为了减少二氧化碳的排出量，若不是使用源于火力发电等的电力，而是使用源于燃料电池的电力，则相对于等量的电力，二氧化碳的生成量可减少一半。因此，并非进行二氧化碳的固定就可减少二氧化碳的产生。但若进行二氧化碳的固定，就会产生进一步提高减少二氧化碳的效果。
氢燃料25既可以将其全部用作混合用氢燃料28，也可以将其分成混合用氢燃料28和燃料电池用氢27使用。分成混合用氢燃料28和燃料电池用氢27时的比例没有特别的限定，只要使二氧化碳的排出量和发电量平衡达到适当的最佳值即可。
图1所示的本实施例的烧成方法所使用的烧成炉100中，烧成炉主体1最好采用与上述本发明的烧成炉的烧成炉主体的结构相同的结构，这样，便可以得到同样的效果。另外，烧成炉主体1虽可以是断续地烧成每批预定量的被烧成体的间歇式，但最好是将陶瓷结构件等被烧成体连续地搬入其内部，并在内部加热这些被烧成体，在烧成之后连续地搬出到其外部的连续式的烧成炉主体1。通过连续地进行烧成，由于可以从烧成炉主体1经常而稳定地排出燃烧废气12，因而，在甲烷改性器3中，可以利用燃烧废气12的热稳定地进行甲烷改性反应，从而，可以稳定地供给氢燃料25，通过使氢燃料25和混合用甲烷主燃料31混合，就可以将所得到的混合燃料32稳定地供给燃烧装置2。
另外，作为利用本实施例的烧成方法烧成的被烧成体，可以适用烧成餐具、瓷砖、卫生陶瓷件、绝缘子等陶瓷，更适于烧成蜂窝陶瓷结构件。在此，所谓蜂窝陶瓷结构件是指陶瓷制的具有由间隔壁隔开的作为流体的流道的多个隔室的蜂窝结构的烧结体。
图1所示的本实施例的烧成方法所使用的烧成炉100中，燃烧装置2、甲烷改性器3、氢分离器4及一氧化碳固定器5的结构最好与上述的本发明的烧成炉的一个实施例的燃烧装置2、甲烷改性器3、氢分离器4及二氧化碳固定器5的结构相同，这样，便可以得到同样的效果。在将二氧化碳固定器用作碳酸钠生成器的情况下，最好也与在上述的本发明的烧成炉的一个实施例中，将二氧化碳固定器用作碳酸钠生成器的情况相同。
在本实施例的烧成方法中，与使用上述的本发明的烧成炉的一个实施例烧成的情况同样，作为用燃烧装置2燃烧的燃料，使用以甲烷为主成分的混合用甲烷主燃料31和由氢分离器4分离出的氢燃料25(混合用氢燃料28)的混合燃料32。烧成炉100开始运转时，由于燃烧废气12处于未稳定地排出的状态(燃烧废气还没有产生或逐渐增加的状态)，因而，要使用燃烧废气12来进行甲烷改性器3的反应是困难的，使用混合燃料32可以使燃烧废气12达到稳定地排出状态。这种情况下，在烧成炉100开始运转时，只用以甲烷为主成分的混合用甲烷主燃料31来进行烧成。另外，在开始时的燃烧废气12处于未稳定地排出的状态时，可以在甲烷改性器3中设置利用蒸汽或电等的其它加热装置(未图示)，并使用该加热装置来运转甲烷改性器3。
本实施例的烧成方法可以适用于以100万-1亿KJ/Hr的热量烧成陶瓷的情况。在设备小于100万KJ/Hr的情况下，也可以通过将几台小的设备组合起来以使用本发明。虽然本发明在100万KJ/Hr以下的设备中也能适用，但现状是甲烷的水蒸汽改性设备的价格昂贵，因而是不经济的。
在本实施例的烧成方法中，与使用上述的本发明的烧成炉的一个实施例进行烧成的情况相同，最好将改性用甲烷副燃料121与混合用甲烷主燃料131的体积比(改性用甲烷副燃料121∶混合用甲烷主燃料131)定为5∶95-100∶0(体积比)。若改性用副燃料121的比小于5(体积比)，则有时不能充分减少二氧化碳。另外，混合用甲烷主燃料131和改性用甲烷副燃料121中的至少一方可以使用液化天然气(LNG)。通过使用LNG，因LNG的燃烧性能优良而能有效地燃烧，并且，LNG由于是清洁而廉价的燃料，由于燃烧不产生硫氧化合物及粉尘等有害物质而较为理想。
当表示作为本实施例的烧成方法使用混合用甲烷主燃料31和氢燃25(混合用氢燃料28)的混合燃料32用燃烧装置2燃烧时(本实施例)，与只使用甲烷气体(甲烷含有率为100％的气体)作为燃料11用燃烧装置2燃烧时(比较例)的各自的燃料使用量和产生热量的不同及所产生的二氧化碳量的不同时，则可以得到与在上述的本发明的烧成炉的一个实施例中进行同样的比较的情况相同的结果。即，在只以甲烷气体作为燃料11燃烧时，相对于使用1Nm3/Hr的甲烷气体可以得到39800KJ/Hr的热量，在本实施例的情况下，相对于甲烷气体的总使用量(混合用甲烷主燃料131和改性用甲烷副燃料121的合计量)为0.9Nm3/Hr，可得到的热量为40380KJ/Hr。另外，由于燃烧1摩尔甲烷气体时所产生的二氧化碳量是1摩尔(理论量)，因而，相对于在上述比较例的情况下产生1Nm3/Hr的二氧化碳，则在本实施例的情况下产生0.5Nm3/Hr的二氧化碳。因此，当对本实施例和比较例的情况进行比较时，为了将用燃烧装置102的燃烧所产生的热量做到基本上相等(本实施例的热量稍大一些)所需要的甲烷使用量在本实施例的情况下相对比较例的情况下削减10％，而所产生的二氧化碳量在本实施例的情况下相对比较例的情况下则进一步削减50％。
下面，参照表示上述本发明的烧成炉的另一实施例的图2对本发明的烧成方法的另一实施例进行说明。
作为本实施例的烧成方法所使用的烧成炉200，最好是与参照图2说明了的上述本发明的烧成炉的另一实施例相同的烧成炉。本实施例的烧成方法是通过使含有甲烷的燃料61流入燃烧装置52并使其燃烧而产生燃烧气体，将由燃烧装置52产生的燃烧气体导入烧成炉主体51内部，利用燃烧气体加热并烧成搬入其内部的被烧成体，同时，将烧成后的燃烧气体排出到烧成炉主体51的外部的烧成方法。并且，进而使由以甲烷为主成分的改性用甲烷副燃料71和水蒸汽72组成的改性原料73流入到在内部充填有甲烷改性催化剂56的甲烷改性器53中，通过一边利用从烧成炉主体51排出的燃烧气体(燃烧废气62)加热改性原料73，一边使改性原料73与甲烷改性催化剂56接触，从而使改性原料73中的甲烷和水蒸汽72反应而生成含有氢和二氧化碳的改性气体74。
这样，若采用本实施例的烧成方法，则通过使用燃烧废气62所具有的热来进行甲烷改性器53的甲烷改性反应，可以对燃烧废气62所具有的热有效地再利用。
并且，本实施例的烧成方法还是如下的烧成方法使由甲烷改性器53生成的改性气体74流入到氢分离器54的内部，并选择性地分离改性气体74中的氢，从而分离成以氢为主成分的氢燃料75和含有二氧化碳的残留气体76；使由氢分离器54分离出的残留气体76流入到二氧化碳固定器55内，并利用固定剂91固定残留气体76中的二氧化碳以使其不以气体状态排放到外部；使由氢分离器54分离出的氢燃料75作为燃料电池用氢77流入燃料电池57，通过使燃料电池用氢77与氧或空气反应来发电；这样，就可以使用燃烧废气62所具有的热并用甲烷改性器53来产生含有氢的改性气体74，用氢分离器54从改性气体74中分离出氢燃料75，将氢燃料75用作燃料电池用氢77由燃料电池57进行发电，从而将燃烧废气62所具有的热能转换为电能。在甲烷改性器53中所使用的燃烧废气62在此之后作为改性器的废气93排放到外部。另外，也可以在利用固定剂91将二氧化碳固定后作为废液92排放到外部。
这样，根据本实施例的烧成方法，由于将氢燃料75的全部用作燃料电池用氢77并由燃料电池发电，因而，可以有效地回收并利用燃烧废气62所具有的热来发电，可以得到利用价值更高的电能。由于氢燃料75所含有的氢的纯度高，因而，通过将其用作燃料电池用氢77，可以利用燃料电池57有效地进行发电。例如，使用普通的氢使燃料电池发电时，电力效率为40％左右，但在本实施例中用燃料电池发电时，电力效率可飙升到60-70％。
另外，若采用本实施例的烧成方法，则在用甲烷改性催化剂56使上述改性原料73反应时生成的二氧化碳，由于用二氧化碳固定器55予以固定，因而，由改性原料73生成的二氧化碳不会以气体状态排放到外部。
在图2所示的本实施例的烧成方法所使用的烧成炉200中，烧成炉主体51最好采用与图1所示的上述本发明的烧成炉的一个实施例的烧成炉主体1的情况相同的结构，这样，可以获得同样的效果。另外，烧成炉主体51虽可以是断续地烧成每批预定量的被烧成体的间歇式，但最好是连续地将陶瓷结构件等被烧成体搬入到其内部，在内部加热并烧成这些被烧成体后，连续地搬出到外部的连续式的烧成炉主体51。通过连续地进行烧成，由于可以经常并稳定地从烧成炉主体51排出燃烧废气62，因而，可以在甲烷改性器53中利用燃烧废气62的热稳定地进行甲烷改性反应，这样，可以稳定地供给氢燃料75，可以稳定地利用燃料电池发电。
另外，作为利用本实施例的烧成方法烧成的被烧成体，可以适用烧成餐具、瓷砖、卫生陶瓷件、绝缘子等陶瓷，更适于烧成陶瓷蜂窝结构件。在此，所谓陶瓷蜂窝结构件是指陶瓷制的具有由间隔壁隔开的作为流体的流道的多个隔室的蜂窝结构的烧结体。
图2所示的本实施例的烧成方法所使用的烧成炉200中，燃烧装置52、甲烷改性器53、氢分离器54及一氧化碳固定器55的结构最好与上述的本发明的烧成炉的一个实施例的燃烧装置2、甲烷改性器3、氢分离器4及二氧化碳固定器5的结构相同，这样，便可以得到同样的效果。但是含有甲烷的燃料61最好以甲烷为主成分，燃烧装置52最好是可以有效地燃烧以甲烷为主成分的燃料61的装置，在此，所谓“以甲烷为主成分”是指甲烷的含有率在80体积％以上。
在本实施例的烧成炉200中，由于在残留气体76中含有一氧化碳等可燃烧的物质，因而，在含有这样的可燃烧的物质时，可以利用燃烧装置152燃烧残留气体76的一部分或全部，以便进行燃料的回收。
本实施例的烧成方法可以适用于以100万-1亿KJ/Hr的热量烧成陶瓷的情况。在设备小于100万KJ/Hr的情况下，也可以将几台小设备进行组合来使用本发明。虽然本发明在100KJ/Hr以下的设备中也可以采用，但因现状是甲烷的水蒸汽改性设备的价格昂贵，因而是不经济的。
下面，参照表示上述的本发明的烧成炉的又一实施例的图3，对本发明的烧成方法的又一实施例进行说明。
作为本实施例的烧成方法所使用的烧成炉300，最好是与参照图3说明了的上述本发明的烧成炉的又一实施例相同的烧成炉。本实施例的烧成方法是通过使含有甲烷的燃烧111流入燃烧装置102并使其燃烧而产生燃烧气体，将由燃烧装置102产生的燃烧气体导入烧成炉主体101内部，利用燃烧气体加热并烧成搬入其内部的被烧成体的烧成方法。并且，进而还通过使由以甲烷为主成分的改性用甲烷副燃料121及水蒸汽122组成的改性原料123流入到在内部充填有甲烷改性催化剂106，并配置在烧成炉主体101内的甲烷改性器3中，并一边利用燃烧气体加热改性原料123一边使其与甲烷改性催化剂106接触，从而使改性原料123中的甲烷和水蒸汽122反应而生成含有氢及二氧化碳的改性气体124。
这样，若采用本实施例的烧成方法，作为利用甲烷改性催化剂106使上述改性原料123反应时的吸热反应所必须的热，由于使用在烧成炉101内的的燃烧气体的热量，因而，可以将燃烧气体所具有的热量的一部分作为燃料的燃烧热回收并再利用，可削减燃料的总使用量。
并且，本实施例的烧成方法还是如下的烧成方法使由甲烷改性器103生成的改性气体124流入氢分离器104内部，并选择性地分离改性气体124中的氢，从而将改性气体124分离成以氢为主成分的氢燃料125和含有二氧化碳的残留气体126；使由氢分离器4分离的残留气体126流入到二氧化碳固定器105内，并利用固定剂141固定残留气体126中的二氧化碳以使其不以气体状态排放到外部；通过使以甲烷为主成分的混合用甲烷主燃料131和由氢分离器104分离出的氢燃料125(混合用氢燃料128)的混合燃料132流入燃烧装置102并使其燃烧而生成燃烧气体，从而使燃烧气体112中的二氧化碳含有量减少，可降低排放到外部的燃烧废气112中的二氧化碳含有量。另外，二氧化碳在利用固定剂141固定之后作为废液142排放到外部。
在此，在以甲烷为主成分的混合用甲烷主燃料131中，所谓“以甲烷为主成分”是指甲烷的含有率在80体积％以上。另外，所谓以氢为主成分的氢燃料125的“以氢为主成分”是指氢的含有率在50体积％以上。
这样，若采用本实施例的烧成方法，作为用燃烧装置102燃烧的含有甲烷的燃料111，由于使用混合用甲烷主燃料131和氢燃料125(混合用氢燃料28)的混合燃料132，因而，可以减少二氧化碳的产生，其量与在混合燃料132(燃料111)中所含有的即使燃烧也不产生二氧化碳的氢(混合用氢燃料128)的量相当。这时，混合燃料132所含的氢的含有率(氢/混合燃料)最好为5-95体积％，优选为25-75体积％。若少于5体积％，则减少二氧化碳的效果不充分，若高于95体积％时，则在进行甲烷改性反应时，作为热源不仅需要燃烧废气，有时还需要使用其它热源。另外，在利用甲烷改性催化剂106使上述改性原料123反应时生成的二氧化碳，由于利用二氧化碳固定器105进行固定，因而，从改性原料123生成的二氧化碳不会以气体状态排放到外部。
如图3所示，本实施例的烧成方法所使用的烧成炉300的结构还具有燃料电池107，可将氢燃料125的一部分用作燃料电池用氢127来发电。燃料电池107通过使氢(燃料电池用氢)与氧或空气反应来发电，在本实施例的烧成方法(第三项发明)中，可以将由氢分离器104分离得到的氢燃料125的一部分分离为燃料电池用氢127，并将其使用于燃料电池107中进行发电。由于氢燃料125所含有的氢的纯度高，因而，通过将其一部分用作燃料电池用氢127，就可以用燃料电池107有效地进行发电。例如，使用普通的氢使燃料电池发电时，电力效率为40％左右，但在本实施例中用燃料电池107发电时，电力效率可飙升到60-70％。另外，通过将由氢分离器104分离得到的氢燃料125的一部分作为混合用氢燃料128最终用燃烧装置102燃烧，而将其残余的部分作为燃料电池用氢127用于燃料电池7的发电，从而，在降低燃烧废气112中所含有的二氧化碳的同时，可以将燃烧废气所具有的热能有效地回收并用于发电，可以得到利用价值更高的电能。
关于二氧化碳气体的排出量，燃料电池若与火力发电等比较，将其热能转换成电能的效率高达2倍左右。因此，为了减少二氧化碳的排出量，若不是使用源于火力发电等的电力，而是使用源于燃料电池的电力，则相对于等量的电力，二氧化碳的生成量可减少一半。因此，并非进行二氧化碳的固定就可减少二氧化碳的产生。但若进行二氧化碳的固定，就会产生进一步提高减少二氧化碳的效果。
氢燃料125既可以将其全部用作混合用氢燃料128，也可以将其分成混合用氢燃料128和燃料电池用氢127使用。分成混合用氢燃料128和燃料电池用氢127时的比例没有特别的限定，只要使二氧化碳的排出量和发电量平衡达到适当的最佳值即可。
图3所示的本实施例的烧成方法所使用的烧成炉300中，烧成炉主体101最好采用与参照图1说明的本发明的烧成炉一个实施例的烧成炉100的烧成炉主体1的结构相同的结构，作为将甲烷改性器103配置在烧成炉主体101中的结构，最好采用与图5或图6所示的烧成炉主体101相同的结构。这样，便可以得到同样的效果。另外，烧成炉主体1虽可以是断续地烧成每批预定量的被烧成体的间歇式，但最好是将陶瓷结构件等被烧成体连续地搬入其内部，并在内部加热这些被烧成体，在烧成之后连续地搬出到其外部的连续式的烧成炉主体101。通过连续地进行烧成，由于可以使燃烧气体的温度经常保持稳定，因而，在烧成炉主体101内的甲烷改性器103中，可以利用燃烧气体的热稳定地进行甲烷改性反应，从而，可以稳定地供给氢燃料125，通过使氢燃料125和混合用甲烷主燃料131混合，就可以将所得到的混合燃料132稳定地供给燃烧装置102。
另外，作为利用本实施例的烧成方法烧成的被烧成体，可以适用烧成餐具、瓷砖、卫生陶瓷件、绝缘子等陶瓷，更适于烧成陶瓷蜂窝结构件。在此，所谓蜂窝陶瓷结构件是指陶瓷制的具有由间隔壁隔开的作为流体的流道的多个隔室的蜂窝结构的烧结体。
图3所示的本实施例的烧成方法所使用的烧成炉300中，燃烧装置102、甲烷改性器103、氢分离器104及一氧化碳固定器105及燃料电池107的结构最好与图1所示的、上述本发明的烧成炉100(第一个发明)的燃烧装置2、甲烷改性器3、氢分离器4及二氧化碳固定器5及燃料电池7的结构相同，这样，便可以得到同样的效果。
在本实施例的烧成方法中，与上述的本发明的烧成方法的一个实施例的情况同样，作为用燃烧装置102燃烧的燃料，使用以甲烷为主成分的混合用甲烷主燃料131和由氢分离器104分离出的氢燃料125(混合用氢燃料128)的混合燃料132。烧成炉300开始运转时，由于燃烧气体的温度处于不稳定的状态(燃烧气体还没有产生的状态或逐渐增加的状态)，因而，要使用燃烧气体来进行甲烷改性器103的反应是困难的，使用混合燃料132可以使燃烧气体达到稳定地排出状态。这种情况下，在烧成炉300开始运转时，只用以甲烷为主成分的混合用甲烷主燃料131来进行烧成。另外，在开始时的燃烧气体处于未稳定地排出、温度也不稳定的状态时，可以在甲烷改性器103中设置利用蒸汽或电等的其它加热装置(未图示)，并使用该加热装置来运转甲烷改性器103。
本实施例的烧成方法可以适用于以100万-1亿KJ/Hr的热量烧成陶瓷的情况。在设备小于100万KJ/Hr的情况下，也可以通过将几台小的设备组合起来以使用本发明。虽然本发明在100万KJ/Hr以下的设备中也能适用，但现状是甲烷的水蒸汽改性设备的价格昂贵，因而是不经济的。
在本实施例的烧成方法中，与上述的本发明的烧成方法的一个实施例的情况相同，最好将改性用甲烷副燃料121与混合用甲烷主燃料131的体积比(改性用甲烷副燃料121∶混合用甲烷主燃料131)定为5∶95-100∶0(体积比)。若改性用副燃料121的比小于5(体积比)，则有时不能充分减少二氧化碳。另外，混合用甲烷主燃料131和改性用甲烷副燃料121中的至少一方可以使用液化天然气(LNG)。通过使用LNG，因LNG的燃烧性能优良而能有效地燃烧，并且，由于LNG是清洁而廉价的燃料，燃烧时又不产生硫氧化合物及粉尘等有害物质而较为理想。
当表示作为本实施例的烧成方法使用混合用甲烷主燃料131和氢燃125(混合用氢燃料128)的混合燃料132用燃烧装置102燃烧时(本实施例)，与只使用甲烷气体(甲烷含有率为100％的气体)作为燃料111用燃烧装置102燃烧时(比较例)的各自的燃料使用量和产生热量的不同及所产生的二氧化碳量的不同时，则可以得到与上述的图1所示的本发明的烧成炉中进行同样的比较的情况下相同的结果。即，只以甲烷气体作为燃料111燃烧时，相对于使用1Nm3/Hr的甲烷气体可以得到39800KJ/Hr的热量，在本实施例的情况下，相对于甲烷气体的总使用量(混合用甲烷主燃料131和改性用甲烷副燃料121的合计量)为0.9Nm3/Hr，可得到的热量为40380KJ/Hr。另外，由于燃烧1摩尔甲烷气体时所产生的二氧化碳量是1摩尔(理论量)，因而，相对于在上述比较例的情况下产生1Nm3/Hr的二氧化碳，则在本实施例的情况下产生0.5Nm3/Hr的二氧化碳。因此，当对本实施例和比较例的情况进行比较时，为了将用燃烧装置102燃烧所产生的热量做到基本上相等(本实施例的热量稍大一些)所需要的甲烷使用量，在本实施例的情况下相对比较例的情况下削减10％，而所产生的二氧化碳量在本实施例的情况下相对比较例的情况下则进一步削减50％。
另外，在本实施例的烧成方法中，虽将甲烷改性器配置在烧成炉主体的内部，但除此之外，还可以具有如参照图1说明了的上述本发明的烧成方法的一个实施例的中所使用的甲烷改性器那样的、配置在烧成炉主体外部的甲烷改性器。即，可以在烧成炉主体的内部和外部都具有甲烷改性器，在内部利用燃烧气体的热进行甲烷改性，在外部利用燃烧废气的热进行甲烷改性。
下面，参照表示上述本发明的烧成炉的再一实施例的图4对本发明的烧成方法的再一实施例进行说明。
作为本实施例的烧成方法所使用的烧成炉400，最好是与参照图4说明了的上述本发明的烧成炉的再一实施例相同的烧成炉。本实施例的烧成方法是通过使含有甲烷的燃料161流入燃烧装置152并使其燃烧而产生燃烧气体，将由燃烧装置152产生的燃烧气体导入烧成炉主体151内部，利用燃烧气体加热并烧成搬入其内部的被烧成体的烧成方法。并且，进而使由以甲烷为主成分的改性用甲烷副燃料171和水蒸汽172组成的改性原料173流入到在内部充填有甲烷改性催化剂156的、配置在烧成炉主体151内的甲烷改性器153中，通过一边利用燃烧气体加热改性原料173，一边使改性原料173与甲烷改性催化剂156接触，从而使改性原料173中的甲烷和水蒸汽172反应而生成含有氢和二氧化碳的改性气体174。
这样，若采用本实施例的烧成方法，作为利用甲烷改性催化剂156使上述改性原料173反应时的吸热反应所必须的热，由于使用在烧成炉151内的的燃烧气体的热量，因而，可以将燃烧气体所具有的热量的一部分作为燃料的燃烧热回收并再利用，可削减燃料的总使用量。。
并且，本实施例的烧成方法还是如下的烧成方法使由甲烷改性器153生成的改性气体174流入到氢分离器154的内部，并选择性地分离改性气体174中的氢，从而分离成以氢为主成分的氢燃料175和含有二氧化碳的残留气体176；使由氢分离器154分离出的残留气体176流入到二氧化碳固定器155内，并利用固定剂191固定残留气体176中的二氧化碳以使其不以气体状态排放到外部；通过使由氢分离器154分离出的氢燃料175作为燃料电池用氢177流入燃料电池157中，使燃料电池用氢177与氧或空气反应来发电；这样，就可以使用燃烧气体所具有的热并用甲烷改性器153来产生含有氢的改性气体174，用氢分离器54从改性气体74中分离出氢燃料175，将氢燃料175用作燃料电池用氢177由燃料电池157进行发电，从而将燃烧气体所具有的热能的一部分转换为电能。燃烧废气162被排放到外部。另外，也可以利用固定剂191将二氧化碳固定后作为废液192排放到外部。
这样，根据本实施例的烧成方法，由于将氢燃料175的全部用作燃料电池用氢177并由燃料电池发电，因而，可以有效地回收并利用燃烧气体所具有的热来发电，可以得到利用价值更高的电能。由于氢燃料175所含有的氢的纯度高，因而，通过将其用作燃料电池用氢177，可以利用燃料电池157有效地进行发电。例如，使用普通的氢使燃料电池发电时，电力效率为40％左右，但在本实施例中用燃料电池157发电时，电力效率可飙升到60-70％。
另外，若采用本实施例的烧成方法，用甲烷改性催化剂156使上述改性原料173反应时生成的二氧化碳，由于用二氧化碳固定器155予以固定，因而，由改性原料173生成的二氧化碳不会以气体状态排放到外部。
在图4所示的本实施例的烧成方法所使用的烧成炉400中，烧成炉主体151最好采用与图1所示的上述本发明的烧成炉的一个实施例的烧成炉主体1的情况下相同的结构，作为将甲烷改性器153配置在烧成炉主体151中的结构，最好采用与图5或图6所示的烧成炉主体101相同的结构。这样，可以获得同样的效果。另外，烧成炉主体151虽可以是断续地烧成每批预定量的被烧成体的间歇式，但最好是连续地将陶瓷结构件等被烧成体搬入到其内部，在内部加热并烧成这些被烧成体后，连续地搬出到外部的连续式的烧成炉主体151。通过连续地进行烧成，由于可以经常使烧成炉主体151内的燃烧气体的温度保持稳定，因而，可以在甲烷改性器153中利用燃烧气体的热稳定地进行甲烷改性反应，这样，可以稳定地供给氢燃料175，可以稳定地利用燃料电池157发电。
另外，作为利用本实施例的烧成方法烧成的被烧成体，可以适用烧成餐具、瓷砖、卫生陶瓷件、绝缘子等陶瓷，更适于烧成陶瓷蜂窝结构件。在此，所谓蜂窝陶瓷结构件是指陶瓷制的具有由间隔壁隔开的作为流体的流道的多个隔室的蜂窝结构的烧结体。
图4所示的本实施例的烧成方法所使用的烧成炉400中，燃烧装置152、甲烷改性器153、氢分离器154、一氧化碳固定器155及燃料电池157的结构最好与图1所示的上述的本发明的烧成炉的一个实施例烧成炉100的燃烧装置2、甲烷改性器3、氢分离器4、二氧化碳固定器5及燃料电池7的结构相同，这样，便可以得到同样的效果。但是含有甲烷的燃料161最好以甲烷为主成分，燃烧装置152最好是可以有效地燃烧以甲烷为主成分的燃料161的装置，在此，所谓“以甲烷为主成分”是指甲烷的含有率在80体积％以上。
在本实施例的烧成炉400中，由于在残留气体176中含有一氧化碳等可燃烧的物质，因而，在含有这样的可燃烧的物质时，可以利用燃烧装置152燃烧残留气体176的一部分或全部，以便进行燃料的回收。
本实施例的烧成方法可以适用于以100万-1亿KJ/Hr的热量烧成陶瓷的情况。在设备小于100万KJ/Hr的情况下，也可以将几台小设备进行组合来使用本发明。虽然本发明在100KJ/Hr以下的设备中也可以采用，但因现状是甲烷的水蒸汽改性设备的价格昂贵，因而是不经济的。
本发明的烧成炉可以在陶瓷工业等中，作为烧成陶瓷等的烧成炉利用，这样，便可以回收由该烧成炉产生的燃烧气体或从该烧成炉排出的燃烧废气所具有的热。进而，可以降低燃烧废气中所含有的二氧化碳、可以降低排放到大气中的二氧化碳量，还可以进一步降低燃料成本。另外，通过回收利用燃烧废气的热能，还可以利用燃料电池来进行发电。
权利要求
1.一种烧成炉，具有使流入的含有甲烷的燃料燃烧而产生燃烧气体的燃烧装置，和利用上述燃烧气体加热并烧成搬入到其内部的被烧成体的同时，将烧成后的上述燃烧气体排放到外部的烧成炉主体，其特征在于还具有通过在内部充填有甲烷改性催化剂，一边利用上述燃烧气体加热流入其中的由以甲烷为主成分的改性用甲烷副燃料和水蒸汽组成的改性原料，一边使上述改性原料与上述甲烷改性催化剂接触，从而使上述改性原料中的上述甲烷与上述水蒸汽反应而生成含有氢和二氧化碳的改性气体的甲烷改性器。
2.根据权利要求1所述的烧成炉，其特征在于上述甲烷改性器配置在烧成炉主体内，一边利用上述燃烧气体加热上述改性原料，一边使上述改性原料与上述甲烷改性催化剂接触而生成上述改性气体。
3.根据权利要求1所述的烧成炉，其特征在于上述甲烷改性器配置在烧成炉主体的外部，一边利用排出到上述烧成炉主体外部的上述燃烧气体加热上述改性原料，一边使上述改性原料与上述甲烷改性催化剂接触而生成上述改性气体。
4.根据权利要求1-3中任何一项所述的烧成炉，其特征在于还具有通过使氢与氧或空气反应进行发电的燃料电池，将上述改性气体中含有的氢的一部分或全部作为燃料电池用氢并用于与在上述燃料电池中的氧或空气进行反应。
5.根据权利要求1-3中任何一项所述的烧成炉，其特征在于还具有使由上述甲烷改性器生成的上述改性气体流入内部并选择性地分离上述改性气体中的上述氢，将上述改性气体分离成为以氢为主成分的氢燃料和含有二氧化碳的残留气体的氢分离器。
6.根据权利要求5所述的烧成炉，其特征在于将上述氢燃料的一部分或全部作为燃料电池用氢并用于与在上述燃料电池中的氧或空气进行反应。
7.根据权利要求5所述的烧成炉，其特征在于将上述氢燃料的一部分或全部与以甲烷为主成分的混合用甲烷主燃料混合而成为混合燃料，并利用上述燃烧装置使上述混合燃料燃烧。
8.根据权利要求5所述的烧成炉，其特征在于将上述氢燃料的一部分作为燃料电池用氢用于与在上述燃料电池中的氧或空气进行反应，将上述氢燃料的其余部分与以甲烷为主成分的混合用甲烷主燃料混合而成为混合燃料，并利用上述燃烧装置使上述混合燃料燃烧。
9.根据权利要求7-8中任何一项所述的烧成炉，其特征在于上述改性用甲烷副燃料和上述混合用甲烷主燃料的体积比(改性用甲烷副燃料∶混合用甲烷主燃料)为5∶95-100∶0。
10.根据权利要求5-9中任何一项所述的烧成炉，其特征在于利用上述燃烧装置使从上述氢分离器排出的上述残留气体燃烧。
11.根据权利要求5-10中任何一项所述的烧成炉，其特征在于还具有将由上述氢分离器分离出的上述残留气体中的二氧化碳进行固定以使其不以气体状态排放到外部的二氧化碳固定器。
12.根据权利要求11所述的烧成炉，其特征在于上述二氧化碳固定器可以具有作为使二氧化碳固定的固定剂的氢氧化钠，并使上述氢氧化钠和二氧化碳反应生成碳酸钠。
13.根据权利要求1-12中任何一项所述的烧成炉，其特征在于上述烧成炉主体是连续地将上述被烧成体搬入其内部，并在内部加热上述被烧成体之后，连续地搬出到其外部的连续式烧成炉主体。
14.根据权利要求1-13中任何一项所述的烧成炉，其特征在于上述改性用甲烷副燃料和上述混合用甲烷主燃料中的至少一方是液化天然气(LNG)。
15.根据权利要求1-14中任何一项所述的烧成炉，其特征在于上述被烧成体的材质是陶瓷。
16.根据权利要求1-15中任何一项所述的烧成炉，其特征在于上述被烧成体是蜂窝结构件。
17.一种烧成方法，包含以下步骤通过使含有甲烷的燃料流入到燃烧装置中并使其燃烧而产生燃烧气体，将由上述燃烧装置产生的上述燃烧气体导入到烧成炉主体内部，利用上述燃烧气体加热并烧成搬入其内部的被烧成体的同时，将烧成后的上述燃烧气体排出到烧成炉主体的外部；其特征在于通过使由以甲烷为主成分的改性用甲烷副燃料和水蒸汽组成的改性原料流入到在内部充填有甲烷改性催化剂的甲烷改性器中，一边利用上述燃烧气体加热上述改性原料，一边使上述改性原料与上述甲烷改性催化剂接触，从而使上述改性原料中的上述甲烷与上述水蒸汽反应而生成含有氢及二氧化碳的改性气体。
18.根据权利要求17所述的烧成方法，其特征在于上述甲烷改性器配置在烧成炉主体内，一边利用上述燃烧气体加热上述改性原料，一边使上述改性原料与上述甲烷改性催化剂接触而生成上述改性气体。
19.根据权利要求17或18所述的烧成方法，其特征在于上述甲烷改性器配置在烧成炉主体的外部，一边利用排出到上述烧成炉主体外部的上述燃烧气体加热上述改性原料，一边使上述改性原料与上述甲烷改性催化剂接触而生成上述改性气体。
20.根据权利要求17-19中任何一项所述的烧成方法，其特征在于将上述改性气体中含有的氢的一部分或全部作为燃料电池用氢，通过使其与上述燃料电池中的氧或空气反应进行发电。
21.根据权利要求17-20中任何一项所述的烧成方法，其特征在于使由上述甲烷改性器生成的上述改性气体流入氢分离器的内部，并选择性地分离上述改性气体中的上述氢，从而使上述改性气体分离成为以氢为主成分的氢燃料和含有二氧化碳的残留气体。
22.根据权利要求21所述的烧成方法，其特征在于将上述氢燃料的一部分或全部作为燃料电池用氢并用于与在上述燃料电池中的氧或空气进行反应。
23.根据权利要求21所述的烧成方法，其特征在于将上述氢燃料的一部分或全部与以甲烷为主成分的混合用甲烷主燃料混合而成为混合燃料，并利用上述燃烧装置使上述混合燃料燃烧。
24.根据权利要求21所述的烧成方法，其特征在于将上述氢燃料的一部分用于与上述燃料电池中的氧或空气进行反应，将上述氢燃料的其余部分与以甲烷为主成分的混合用甲烷主燃料混合而成为混合燃料，并利用上述燃烧装置使上述混合燃料燃烧。
25.根据权利要求23或24所述的烧成方法，其特征在于上述改性用甲烷副燃料和上述混合用甲烷主燃料的体积比(改性用甲烷副燃料∶混合用甲烷主燃料)为5∶95-100∶0。
26.根据权利要求21-25中任何一项所述的烧成方法，其特征在于利用上述燃烧装置使从上述氢分离器排出的上述残留气体燃烧。
27.根据权利要求21-26中任何一项所述的烧成方法，其特征在于使由上述氢分离器分离了的上述残留气体流入二氧化碳固定器内部，从而使上述残留气体中的二氧化碳固定而不以气体状态排放到外部。
28.根据权利要求27所述的烧成方法，其特征在于上述二氧化碳固定器可以具有作为使二氧化碳固定的固定剂的氢氧化钠，并使上述氢氧化钠和二氧化碳反应生成碳酸钠。
29.根据权利要求17-28中任何一项所述的烧成方法，其特征在于作为上述烧成炉主体使用连续地将上述被烧成体搬入其内部，并在内部加热上述被烧成体之后，连续地搬出到其外部的连续式烧成炉主体。
30.根据权利要求17-29中任何一项所述的烧成方法，其特征在于作为上述改性用甲烷副燃料和上述混合用甲烷主燃料中的至少一方，使用液化天然气(LNG)。
31.根据权利要求17-30中任何一项所述的烧成方法，其特征在于作为上述被烧成体的材质，使用陶瓷。
32.根据权利要求17-31中任何一项所述的烧成方法，其特征在于作为上述被烧成体，使用蜂窝结构件。
全文摘要
本发明提供一种烧成炉(100)，其具有使燃料(11)燃烧的燃烧装置(2)，烧成被烧成体并排出燃烧气体的烧成炉主体(1)；还具有一边利用燃烧气体加热由改性用甲烷副燃料(21)和水蒸气(22)组成的改性原料(23)，一边利用充填在内部的甲烷改性催化剂(6)使改性原料(23)反应，从而生成含有氢及二氧化碳的改性气体(24)的甲烷改性器(3)。并且，本发明提供了可降低燃料成本的烧成炉。
文档编号H01M8/06GK1823252SQ20048002013
公开日2006年8月23日 申请日期2004年4月19日 优先权日2003年7月15日
发明者藏岛吉彦, 半泽茂, 日高道孝, 本多俊彦 申请人:日本碍子株式会社