(57)【要約】  酸素燃焼装置１からの排ガスを圧縮し排ガス中の不純物を水溶性にする圧縮機３と、該圧縮機３で圧縮した排ガスを冷却し水分を凝縮させて不純物が溶解したドレン４を取り出す冷却器５とからなる前部不純物除去装置６と、前記圧縮機３より高い圧力で排ガスを圧縮する後部圧縮機３ａと後部冷却器５ａを有してドレン４ａを取り出す少なくとも１段の後部不純物除去装置６ａを備える。
2012107953.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素燃焼装置からの排ガスに含まれる不純物を除去するための排ガス処理システムであって、酸素燃焼装置からの排ガスを圧縮し排ガス中の不純物を水溶性にする圧縮機と、該圧縮機で圧縮した排ガスを冷却し水分を凝縮させて不純物が溶解したドレンを取り出す冷却器とからなる前部不純物除去装置と、前記圧縮機より高い圧力で排ガスを圧縮する後部圧縮機と後部冷却器を有してドレンを取り出す少なくとも１段の後部不純物除去装置を備え酸素燃焼装置の排ガス処理システム。
【請求項２】
前記後部不純物除去装置が、後部圧縮機と、該後部圧縮機によって加圧された排ガスに対して冷却器により冷却した水を循環接触させる脱硫・脱硝塔とからなる請求項１に記載の酸素燃焼装置の排ガス処理システム。
【請求項３】
前記後部不純物除去装置が、前部不純物除去装置の圧縮機の前段に、前部冷却器を備えた請求項１に記載の酸素燃焼装置の排ガス処理システム。
【請求項４】
前記後部不純物除去装置が、前部不純物除去装置の圧縮機の前段に、前部冷却器を備えた請求項２に記載の酸素燃焼装置の排ガス処理システム。
【請求項５】
前記後部不純物除去装置下流の排ガスをドライヤを介し導入して圧縮・冷却することにより液化二酸化炭素を得る液化装置を備えた請求項１に記載の酸素燃焼装置の排ガス処理システム。
【請求項６】
前記後部不純物除去装置下流の排ガスをドライヤを介し導入して圧縮・冷却することにより液化二酸化炭素を得る液化装置を備えた請求項２に記載の酸素燃焼装置の排ガス処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は酸素燃焼装置の排ガス処理システムに係わり、特に酸素燃焼装置からの排ガス中に含まれる不純物を簡単な装置によって除去できるようにした酸素燃焼装置の排ガス処理システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化の原因の一つと言われている二酸化炭素（ＣＯ2）の排出量を低減する技術の一つとして、酸素燃焼装置が検討されており、例えば微粉炭を酸素燃焼する石炭焚ボイラが注目されている。この石炭焚ボイラは、酸化剤として空気の代わりに酸素を使用することで、ＣＯ2を主体とする燃焼排ガスが発生し、この高ＣＯ2濃度の排ガスを圧縮・冷却することで液化二酸化炭素として回収し処分することが考えられている。又、排ガスを加圧して地中に貯蔵することも考えられている。このような酸素燃焼用石炭焚ボイラの排ガス処理装置としては特許文献１がある。【０００３】
上記特許文献１に示すように、石炭焚ボイラによって石炭を酸素燃焼した場合の排ガス中には、ＣＯ2以外に、石炭原料由来の窒素酸化物（ＮＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、水銀（Ｈｇ）、塩化水素（ＨＣｌ）、煤塵等の不純物が含まれている。不純物であるＮＯｘのうち、二酸化窒素（ＮＯ2）は水と接触することにより水に溶解して硝酸となる。しかし、石炭焚ボイラからの排ガス中には酸素（Ｏ2）が少ないために、ＮＯｘは殆どが一酸化窒素（ＮＯ）として存在しており、このＮＯは水に不溶であるためにスプレー等を行っても除去することはできない。又、前記ＳＯｘは水と接触することにより水に溶解して硫酸となり、ＨＣｌは水に溶解して塩酸となる。特に、硫酸は排ガス処理装置の機器を腐食させる問題を有し、又、前記Ｈｇは熱交換器の低温のアルミニウム部材を損傷させることが分かっているので、これらの不純物は早い段階で除去することが好ましい。更に、上記不純物が混入するとＣＯ2の純度が低下し、圧縮・冷却による液化が大変になるという問題がある。従って、酸素燃焼を行う石炭焚ボイラ等においては、排ガス処理システムを備えて不純物を除去する必要がある。【０００４】
このため、酸素燃焼を行う石炭焚ボイラ等における排ガス処理システムとしては、特許文献１の図２に示されるような従来の空気焚ボイラ等で用いられて来たスプレー塔方式或いは充填塔方式からなる湿式と言われる脱硫装置を備えてＳＯｘを除去することが考えられる。又、酸素燃焼を行う石炭焚ボイラ等からの排ガス中には石炭原料由来のＮＯｘが発生するため、特許文献１には記載されていないがＮＯｘを除去するための脱硝装置を備える必要がある。【０００５】
又、上記したような湿式の脱硫装置を設置すると、ＳＯｘの除去が行われると共に煤塵の除去が行われ、更に、Ｈｇ及びＨＣｌもある程度除去されることが知られている。又、上記排ガス処理を行って不純物を除去した後の排ガス中のＨｇの濃度が高い場合には、Ｈｇ除去塔を設置してＨｇを吸着剤等により除去している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１７２８７８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、上記従来の排ガス処理システムにおいては、スプレー塔方式或いは充填塔方式の脱硫装置と脱硝装置を別個に独立して備えているために、装置が大型且つ複雑になり設備コストが増加するという問題を有していた。【０００８】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなしたものであり、酸素燃焼装置からの排ガス中に含まれる不純物を簡単な装置で除去できるようにした酸素燃焼装置の排ガス処理システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の酸素燃焼装置の排ガス処理システムは、酸素燃焼装置からの排ガスに含まれる不純物を除去するための排ガス処理システムであって、酸素燃焼装置からの排ガスを圧縮し排ガス中の不純物を水溶性にする圧縮機と、該圧縮機で圧縮した排ガスを冷却し水分を凝縮させて不純物が溶解したドレンを取り出す冷却器とからなる前部不純物除去装置と、前記圧縮機より高い圧力で排ガスを圧縮する後部圧縮機と後部冷却器を有してドレンを取り出す少なくとも１段の後部不純物除去装置を備えている。【００１０】
上記酸素燃焼装置の排ガス処理システムにおいて、後部不純物除去装置が、後部圧縮機と、該後部圧縮機によって加圧された排ガスに対して冷却器により冷却した水を循環接触させる脱硫・脱硝塔とを備えていてもよい。【００１１】
上記酸素燃焼装置の排ガス処理システムにおいて、前記前部不純物除去装置の圧縮機の前段に、前部冷却器を備えていてもよい。【００１２】
上記酸素燃焼装置の排ガス処理システムにおいて、前記後部不純物除去装置下流の排ガスをドライヤを介し導入して圧縮・冷却することにより液化二酸化炭素を得る液化装置を備えていてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の酸素燃焼装置の排ガス処理システムによれば、圧縮機と冷却器という簡単な装置構成によって排ガス中の不純物を効果的に除去できるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明における酸素燃焼装置の排ガス処理システムの一実施例を示す系統図である。
【図２】本発明における酸素燃焼装置の排ガス処理システムの他の実施例を示す系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施例を、添付図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は本発明における酸素燃焼装置の排ガス処理システムの一実施例を示す系統図である。図１中、１は微粉炭を酸素燃焼する石炭焚ボイラ１ａ等からなる酸素燃焼装置であり、該酸素燃焼装置１では、酸素燃焼した排ガスの熱を熱交換により回収しており、熱交換後の排ガスの一部は燃焼用ガスとして再循環し、再循環しない残りの例えば１００℃の排ガスは排ガス流路２により外部へ取り出すようにしている。上記排ガスの再循環を行わない場合には、上記１００℃よりも高温の排ガスが取り出される。図１の排ガス流路２には、酸素燃焼装置１からの排ガスを圧縮して排ガス中の不純物を水溶性にするための圧縮機３と、該圧縮機３で圧縮した排ガスを冷却し水分を凝縮させて不純物が溶解したドレン４を取り出すための冷却器５とからなる前部不純物除去装置６を備えている。又、前記圧縮機３の前段には、酸素燃焼装置１から排出される排ガスを冷却することによって前記圧縮機３による圧縮効率を高めるための前部冷却器５'を備えており、該前部冷却器５'による冷却によって水分が凝縮し不純物が溶解したドレン４'を取り出すようにしている。
【００１７】
更に、前記前部不純物除去装置６の下流には、前記圧縮機３よりも高い圧力で排ガスを圧縮して排ガス中の不純物を水溶性にするための後部圧縮機３ａと、該後部圧縮機３ａで圧縮した排ガスを冷却し水分を凝縮させて不純物が溶解したドレン４ａを取り出す後部冷却器５ａとからなる後部不純物除去装置６ａを備えている。図１では、１段の後部不純物除去装置６ａを備えた場合について例示したが、更に高い圧力で圧縮して不純物を除去するようにした追加の後部不純物除去装置を備えるようにしてもよい。又、前記ドレン４'、４，４ａには、排ガスから除去された煤塵、ＣＯ2、ＳＯｘ、ＮＯｘ、Ｈｇ、ＨＣｌ等の不純物が混入しているので、図１に示すように排水処理装置１２を備えて水を無害化することは好ましい。
【００１８】
又、前記酸素燃焼装置１から排出される排ガス中の水分が少なく、ドレン４'、４，４ａの発生が少ない場合には、排ガスに水７をスプレーして加湿することにより、ドレンを生じさせることもできる。
【００１９】
更に、後部不純物除去装置６ａの下流の排ガスは、ドライヤ９を介して液化装置１０に導かれており、液化装置１０では排ガスの圧縮・冷却を行って液化二酸化炭素を得るようにしている。前記前部不純物除去装置６及び後部不純物除去装置６ａによって不純物を除去した排ガス中のＨｇの濃度が、設定される目標値よりも高い場合には、Ｈｇ除去塔１１を設置してＨｇを吸着剤等により除去することができる。
【００２０】
次に上記実施例の作動を説明する。
【００２１】
酸素燃焼装置１では、酸素燃焼した排ガスの熱が熱交換により回収され、熱交換後の排ガスの一部は燃焼用ガスとして再循環し、再循環しない残りの排ガスは排ガス流路２により外部へ取り出すようにしており、この排ガス流路２から排出される例えば１気圧［０．１Ｐａ］で１００℃の排ガスは、先ず前部冷却器５'に導いて例えば３５℃に冷却することにより、後段の前記圧縮機３による圧縮効率を高めるようにしている。又、前部冷却器５'によって排ガスを冷却して水分を凝縮することにより、煤塵、ＣＯ2、ＳＯｘ、ＮＯｘ、Ｈｇ、ＨＣｌ等の不純物が溶解したドレン４'となって取り出される。ここで、ＮＯｘのうち、二酸化窒素ＮＯ2は水に溶解して硝酸となって除去されるが、石炭焚ボイラからの排ガス中には酸素Ｏ2が少ないために、ＮＯｘは殆どが一酸化窒素（ＮＯ）として存在しており、このＮＯは水に不溶であるため、前部冷却器５'では僅かに存在しているＮＯ2のみが除去される。
【００２２】
前部冷却器５'を経た排ガスは、前部不純物除去装置６の圧縮機３に導入して１．５ＭＰａに加圧している。この時の排ガスの温度は例えば２００℃である。上記したように排ガスを加圧して圧力が上昇すると、排ガス中に含まれる不純物は水溶性となる。即ち、水に不溶のＮＯは酸素Ｏ2が少ない状況でもＮＯ２となり、ＳＯ２はＳＯ３となって水に溶解するように平衡状態が変化する。続いて、圧縮された排ガスを冷却器５で例えば３０℃まで冷却すると、排ガス中の水分が凝縮するので、排ガス中に含まれる煤塵、水溶性のＣＯ2、ＳＯｘ、ＮＯｘ、Ｈｇ、ＨＣｌは凝縮した水により捕捉され、ドレン４と共に排出される。ここで、前部不純物除去装置６では、ＳＯｘ、ＮＯｘの除去率は排ガス中のＳＯｘ、ＮＯｘの濃度にもよるが、排ガス中のＳＯｘは約９９％まで除去され、排ガス中のＮＯｘは約９０％まで除去される。
【００２３】
前部不純物除去装置６で処理された排ガスは、後部不純物除去装置６ａの後部圧縮機３ａによって前記圧縮機３よりも高い圧力である３ＭＰａまで加圧している。この時の排ガスの温度は例えば１５０℃である。上記したように排ガスが加圧されて圧力が上昇すると、排ガス中に含まれる不純物の水溶性は更に高められる。続いて、圧縮された排ガスを後部冷却器５ａで例えば３０℃まで冷却すると、排ガス中の水分が凝縮するので、排ガス中に含まれる煤塵、水溶性のＣＯ2、ＳＯｘ、ＮＯｘ、Ｈｇ、ＨＣｌは凝縮した水によって更に高い除去率で捕捉されドレン４ａと共に排出される。ここで、後部不純物除去装置６ａでは排ガス中のＳＯｘは最終的に約１００％まで除去され、排ガス中のＮＯｘは約９５〜９９％まで除去される。
【００２４】
後部不純物除去装置６ａの下流の排ガスは、液化装置１０において結露が生じないようにドライヤ９によって排ガスの水分除去（乾燥）を行った後、液化装置１０に導いて排ガスの圧縮・冷却を行うことにより液化二酸化炭素を得る。
【００２５】
上記した圧縮機３及び後部圧縮機３ａは酸による腐食環境に置かれており、運転中は温度が高いために問題にならないと考えられるが、運転停止時には腐食の問題があるため、例えばパージ配管８により窒素ガス等を供給して排ガス流路２系統をパージする等の腐食対策を講じることが好ましい。８'はパージガス排出管である。
【００２６】
又、図１の実施例では、前部不純物除去装置６と後部不純物除去装置６ａによる２段の装置を備えて不純物を除去しているが、これは大量の排ガスを１段の圧縮機で３ＭＰａまで加圧することが技術的に困難でしかも装置が非常に高価になる問題を有することに基づいており、このために、１段で１．５ＭＰａずつ加圧する２段の圧縮機３，３ａを備えることによって３ＭＰａまで加圧できる実用上有益な装置を提供しようとしたものである。
【００２７】
図２は本発明における酸素燃焼装置の排ガス処理システムの他の実施例を示す系統図であり、図１の構成に対して後部不純物除去装置６ａの構成のみが異なっており、その他の構成については同様である。図２に示す後部不純物除去装置６ａは、前部不純物除去装置６の圧縮機３よりも高い圧力で加圧できる後部圧縮機３ａと、該後部圧縮機３ａによって加圧した排ガスを導入して排ガス処理を行う脱硫・脱硝塔１３とにより構成している。該脱硫・脱硝塔１３は、装置本体の内底部の水１４をポンプ１５により汲み上げて上部に備えたノズル１６に循環供給することで充填材１７上へ噴射し、装置本体の胴側部から導入した排ガスは前記充填材１７を流動する間に水１４と接触して上部から排出されるようにしている。前記後部圧縮機３ａによって３ＭＰａまで加圧した排ガスの温度は例えば１５０℃であり、この排ガスが脱硫・脱硝塔１３に導入される。このとき、前記ポンプ１５からノズル１６に導かれる水１４を冷却するための冷却器１８が設けてあり、該冷却器１８によってノズル１６に供給する水１４の温度を例えば７℃に冷却しており、これにより排ガス中の水分が凝縮されることで排ガス中の不純物が水中に回収される。
【００２８】
図２の装置においても前記図１の装置と同等の作用効果を奏することができる。更に、脱硫・脱硝塔１３に導入する排ガスは後部圧縮機３ａによって３ＭＰａに加圧しているので、酸素燃焼装置１からの０．１ＭＰａの排ガスはガス量が１／３０に減少され、よって、脱硫・脱硝塔１３の構成をコンパクトなものとすることができる。
【００２９】
上記したように、本発明では、酸素燃焼装置１からの水分を含む排ガスを加圧・冷却して水分が凝縮することにより排ガス中の不純物をドレンと共に除去するようにしたので、装置構成を著しく簡略或いは小型化して従来と同等の不純物の除去率を達成することができる。
【００３０】
なお、本発明の酸素燃焼装置の排ガス処理システムは、種々の燃料を用いる酸素燃焼装置に適用できること、その他、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。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明の酸素燃焼装置の排ガス処理システムは、酸素燃焼装置の排ガス処理のための装置構成を簡略する際に適用することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１  酸素燃焼装置
３  圧縮機
３ａ        後部圧縮機
４，４ａ    ドレン
５  冷却器
５'  前部冷却器
５ａ        後部冷却器
６  前部不純物除去装置
６ａ        後部不純物除去装置
９  ドライヤ
１０  液化装置
１３  脱硫・脱硝塔
１８  冷却器
【図１】
2012107953.tif 000003
【図２】
2012107953.tif 000004
【国際調査報告】
2012107953.tif 000005
2012107953.tif 000006