(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部にガス流入管と連通する捕集バッファリングチャンバが設けられ、上記捕集バッファリングチャンバの上側は捕集拡散板で覆われ、上記捕集拡散板上に形成される空間の一部に吸収粒子が貯留される捕集反応器と、
上記捕集反応器に一端が連結され、他端は、吸収粒子により二酸化炭素が捕集され、残りの気体を分離して排出する第１分離器に連結される垂直移送管と、
下部に再生熱源流入管と連通する再生バッファリングチャンバが設けられ、上記再生バッファリングチャンバの上側は再生拡散板で覆われ、上記再生拡散板上に形成される空間の一部に吸収粒子が貯留され、上記第１分離器に連結される第１粒子伝達管により、上記第１分離器で分離される吸収粒子が供給される再生反応器と、
上記再生反応器で分離される二酸化炭素のみを分離排出する第２分離器と、
上記再生反応器と一端が連通し、上記捕集反応器と他端が連通する第２粒子伝達管と
を含み、
上記垂直移送管の下端部は、上記捕集反応器の内部に位置し、かつ、上記捕集反応器内部の吸収粒子が貯留されている最大高さよりも下側に位置し、
上記第１粒子伝達管の下端部は、上記再生反応器の内部に位置し、かつ、上記再生反応器内部の吸収粒子が貯留されている最大高さよりも下側に位置し、
上記第２粒子伝達管の下端部は、上記捕集反応器の内部に位置し、上記捕集反応器内部の吸収粒子が貯留されている最大高さよりも下側に位置し、
上記第２粒子伝達管の上端部は、上記再生反応器の再生拡散板の上側空間に連通する
ことを特徴とする、乾式二酸化炭素捕集装置。
【請求項２】
上記捕集反応器の周囲には、上記捕集反応器の内部で発生する反応熱を吸収できる冷却ジャケットが設けられることを特徴とする、請求項１に記載の乾式二酸化炭素捕集装置。
【請求項３】
上記垂直移送管の下端部には、上記吸収粒子が移動できる貫通孔が１つ以上設けられることを特徴とする、請求項１又は２に記載の乾式二酸化炭素捕集装置。
【請求項４】
上記第２粒子伝達管には、調節バルブが設けられ、上記捕集反応器へ移動する吸収粒子の量を制御することを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の乾式二酸化炭素捕集装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、乾式二酸化炭素捕集装置に関し、より詳細には、垂直輸送管へのガスの逆流を防止し、二酸化炭素の捕集効率を向上できる乾式二酸化炭素捕集装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のＣＯ2回収工程では、湿式法による工程が用いられていた。即ち、ＣＯ2を含むガスを、アミン類の溶液を通過させてＣＯ2を吸収するようにし、再生塔でその溶液を再生して用いる方法であり、このような湿式法は、工程過程で廃水が追加で発生する短所がある。
そのため、上記湿式法の短所を解消するための代案として、乾式法によるＣＯ2の回収方法が提案された。上記乾式法を用いたシステムは、２つの反応器を用いてＣＯ2を回収するものであり、回収反応器に供給されたＣＯ2を固体吸収剤（乾式吸収剤）に吸着除去し、上記固体吸収剤は、再生反応器に流入し、吸着したＣＯ2を除去してさらに回収反応器へ供給する過程からなる。
図２を参照して、従来の乾式法を用いた乾式二酸化炭素捕集装置１の一例を説明する。上記乾式二酸化炭素捕集装置１は、回収反応器２と、上記回収反応器２でＣＯ2を吸着した固体吸収剤とガス成分を分離する第１サイクロン３と、上記固体吸収剤の供給を受けてＣＯ2を分離した後、固体吸収剤をさらに回収反応器２へ供給する再生反応器４と、上記再生反応器４に連結され、上記再生反応器４で発生するＣＯ2を排出する第２サイクロン５とを含んでなる。
【０００３】
上記乾式二酸化炭素捕集装置１では、ＣＯ2が含まれた混合ガスを、上記回収反応器２の下部に供給し、上記回収反応器２内で流動する固体吸収剤と接触してＣＯ2が吸着分離されるようにする。
しかし、このような従来技術による乾式二酸化炭素捕集装置１では、上記再生反応器４の気体が一部逆流し、上記回収反応器２内で混合されることにより、ＣＯ2の捕集除去効率が予想値よりも低くなる問題がある。
また、混合ガスに含まれているＣＯ2とＨ2Ｏは、高速輸送管方式の上記回収反応器２に投入され、直ちに吸着分離が行われるため、上記回収反応器２の上側へ行くほどＣＯ2とＨ2Ｏの濃度は低くなる。従って、上記回収反応器内のＣＯ2とＨ2Ｏの濃度差のため、ＣＯ2の分離効率に限界がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記の問題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、気泡流動層捕集器を用い、垂直輸送管へのガスの逆流を防止することにより、二酸化炭素の捕集効率を向上できる乾式二酸化炭素捕集装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するための本発明は、下部にガス流入管と連通する捕集バッファリングチャンバが設けられ、上記捕集バッファリングチャンバの上側は捕集拡散板で覆われ、上記捕集拡散板上に形成される空間の一部に吸収粒子が貯留される捕集反応器と、上記捕集反応器に一端が連結され、他端は、吸収粒子により二酸化炭素が捕集され、残りの気体を分離して排出する第１分離器に連結される垂直移送管と、下部に再生熱源流入管と連通する再生バッファリングチャンバが設けられ、上記再生バッファリングチャンバの上側は再生拡散板で覆われ、上記再生拡散板上に形成される空間の一部に吸収粒子が貯留され、上記第１分離器に連結される第１粒子伝達管により、上記第１分離器で分離される吸収粒子が供給される再生反応器と、上記再生反応器で分離される二酸化炭素のみを分離排出する第２分離器と、上記再生反応器と一端が連通し、上記捕集反応器と他端が連通する第２粒子伝達管とを含む乾式二酸化炭素捕集装置である。
上記捕集反応器の周囲には、上記捕集反応器の内部で発生する反応熱を吸収できる冷却ジャケットが設けられることができる。
また、上記垂直移送管の下端部は、上記捕集反応器の内部に位置することができる。
また、上記垂直移送管の下端部は、上記捕集反応器内部の吸収粒子が貯留されている高さよりも下側に位置することができる。
また、上記垂直移送管の下端部には、上記吸収粒子が移動できる貫通孔が１つ以上設けられることができる。
また、上記第２粒子伝達管の下端部は、上記捕集反応器内部の吸収粒子が貯留されている高さよりも下側に位置し、さらに上端部は、上記再生反応器の再生拡散板の上側空間に連通することができる。
また、上記第２粒子伝達管には、調節バルブが設けられ、上記捕集反応器へ移動する吸収粒子の量を制御することができる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、大量の排ガスを処理する乾式二酸化炭素捕集装置における吸収反応器に、既存の高速流動層ではなく、気泡流動層捕集器を用い、吸収塔内に垂直上昇管を設け、ガスの逆流を防止し、ＣＯ2の捕集除去効率を向上させた乾式二酸化炭素捕集装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施例による乾式二酸化炭素捕集装置の概略的な断面図である。
【図２】従来技術による乾式二酸化炭素捕集装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の好適な実施例を、添付した図面を参照して説明する。下記の各図面の構成要素に参照符号を付加するにおいて、同一の構成要素については、たとえ他の図面上に示されても、なるべく同一の符号を与えており、また、本発明の要旨を不要にぼかし得ると判断される公知機能及び構成に関する詳細な説明は省略する。
【０００９】
図１に示す図面符号１００は、本発明の乾式二酸化炭素捕集装置の概略を示す。上記乾式二酸化炭素捕集装置１００は、捕集反応器１０１と再生反応器１２４とを含んでなり、上記再生反応器１２４の前端には第１分離器１１２が設けられ、後端には第２分離器１２０が設けられ、それぞれ二酸化炭素が除去された残りの気体及び二酸化炭素をそれぞれ分離できるようになっている。
上記捕集反応器１０１は、内部に反応のための空間が形成される密閉型チャンバである。上記捕集反応器１０１の下部には、ガス流入管１０６と連通する捕集バッファリングチャンバ１０２が設けられる。上記捕集バッファリングチャンバ１０２の上側に捕集拡散板１０４が配置される。上記ガス流入管１０６には、二酸化炭素を含む火力発電所の排ガスのような対象ガスが投入される。
【００１０】
上記捕集拡散板１０４には、吸収粒子１３８が通過できない大きさの気体移動ホールが多数設けられる。上記吸収粒子１３８は、二酸化炭素を吸着する公知の乾式吸着剤であって、ソーダ灰とセラミックを主成分として製作される。上記乾式吸着剤は、公知の技術であるので、ここでは上記吸収粒子１３８に関する詳細な説明は省略する。
上記捕集拡散板１０４の上側に形成される空間は、上記吸収粒子１３８から二酸化炭素が吸着する領域であり、図１に示すように、上記空間の一部空間には、上記吸収粒子１３８が貯留される。
そして、上記捕集反応器１０１の周囲は、冷却ジャケット１３６により包囲される。そのため、上記吸収粒子１３８が二酸化炭素を吸収することにより発生する反応熱を除去することができ、これにより、上記吸収粒子１３８の二酸化炭素の吸収能力が保持され、上記二酸化炭素捕集装置１００の二酸化炭素処理能力を常に一定の水準に保持することが可能である。
【００１１】
上記捕集反応器１０１で二酸化炭素を吸収した吸収粒子１３８を移動させるために、垂直移送管１０８が設けられる。上記垂直移送管１０８の下端部は、上記捕集反応器１０１の内部に位置し、特に上記捕集反応器１０１の内部に貯留されている吸収粒子１３８の最大高さよりも低くなるように配置される。
また、上記垂直移送管１０８の下端部の外周面には、上記吸収粒子１３８が流通できる大きさの貫通孔１１０が設けられる。そのため、上記垂直移送管１０８に、下端面の開口部以外にも複数の貫通孔１１０を通じても吸収粒子１３８が流入することができ、上記垂直移送管１０８を通じて上記吸収粒子１３８の移動が円滑に行われ得る。
上記垂直移送管の上端には、第１分離器１１２が連結される。上記第１分離器１１２は、気体と固体とを分離するものであり、サイクロンなどを用いることができる。上記第１分離器１１２では、二酸化炭素を吸着した吸収粒子１３８は固体であるため、重力により下側へ移動して落下し、二酸化炭素が除去された残りの気体のみが第１分離排出管１１４から排出される。
【００１２】
上記第１分離器１１２の下側に再生反応器１２４が配置される。上記再生反応器１２４は、上記第１分離器１１２よりは低い位置に、また、上記捕集反応器１０１よりは高い位置に配置される。従って、後述する第１粒子伝達管１１６及び第２粒子伝達管１３２を通じて移動する時に、上記吸収粒子１３８に重力が作用し、上記吸収粒子１３８の上記第１分離器１１２から、上記第１粒子伝達管１１６、上記再生反応器１２４、上記第２粒子伝達管１３２、及び上記捕集反応器１０１の方向に移動が容易に行われ得る。
上記第１粒子伝達管１１６の下端部は、上記再生反応器１２４内に配置される。特に、上記第１粒子伝達管１１６の下端部を上記再生反応器１２４内に貯留されている吸収粒子１３８の最大高さよりも低くなるように配置させることにより、上記吸収粒子１３８により空気の移動が妨害され、上記第１粒子伝達管１１６を通じて上記第１分離器１１２側へ気体が逆流することを防止することが可能である。
また、上記第１粒子伝達管１１６には、第１調節バルブ１４０が設けられ、上記第１分離器１１２から落下する吸収粒子１３８の量を調節することが可能である。
【００１３】
上記再生反応器１２４には、下部に再生熱源流入管１３０と連通する再生バッファリングチャンバ１２６が設けられ、上記再生バッファリングチャンバ１２６の上側は再生拡散板１２８で覆われる。上記再生拡散板１２８には、吸収粒子１３８が通過できない大きさの気体移動ホールが多数設けられ、上記捕集拡散板１０４と概ね同一の構成を有する。
上記再生拡散板１２８の上側に形成される空間は、上記吸収粒子１３８に二酸化炭素が排出する領域であり、図１に示すように、上記空間の一部空間には上記吸収粒子１３８が貯留される。
上記再生熱源流入管１３０には、熱風またはスチームが供給される。このような熱風またはスチームにより、上記吸収粒子１３８は、内部に吸着している二酸化炭素を外部に放出する。この時、発生した二酸化炭素は、上記再生反応器１２４に、ガス分離管１１８により連結される第２分離器１２０により排出される。
上記第２分離器１２０は、上記第１分離器１１２と同様に、気体と固体を分離する機構であって、サイクロンなどを用いることができる。上記第２分離器１２０は、上記再生反応器１２４の上端に連結されているので、一般の大きさの吸収粒子１３８は、重力により上記第２分離器１２０に到達できず、二酸化炭素の吸収過程で上記吸収粒子１３８の衝突などにより形成される吸収粒子１３８の粉末が到達できる。
【００１４】
従って、細かくなった吸収粒子１３８は、固体であるため、上記第２分離器１２０の内部で重力により下側へ移動して落下し、気体である二酸化炭素のみが第２分離排出管１２２を通じて排出される。上記吸収粒子１３８の粉末は、その量が微々たるものであるだけでなく、上記再生反応器１２４に再度供給する場合、上記垂直移送管１０８、上記第１粒子伝達管１１６、及び上記第２粒子伝達管１３２が閉塞するおそれがあるので、分離して別途に処理することが好ましい。
上記第２粒子伝達管１３２の上端は、上記再生拡散板１２８の上側空間に連通し、上記再生反応器１２４内部の吸収粒子１３８がスチームまたは熱風の影響を受けることなく、上記吸収粒子１３８が上記第２粒子伝達管１３２を通じて下側へ移動することができる。
上記第２粒子伝達管１３２の下端部は、上記捕集反応器１０１内部の吸収粒子１３８が貯留されている高さよりも下側に位置する。そのため、上記第２粒子伝達管１３２と上記垂直移送管１０８は、上記吸収粒子１３８により空気の移動が妨害される。従って、上記第２粒子伝達管１３２から再生反応により分離された二酸化炭素が再流入され、上記吸収粒子１３８に吸着せずに二酸化炭素の状態で上記垂直移送管１０８へ移動されることが防止できる。
上記第２粒子伝達管１３２には、第２調節バルブ１３４が設けられ、上記再生反応器１２４から落下する吸収粒子１３８の量を調節することが可能である。
【００１５】
本発明の実施例による乾式二酸化炭素捕集装置１００は、基本的に上述したように構成される。以下では、上記乾式二酸化炭素捕集装置１００の作動について説明する。
まず、上記ガス流入管１０６から二酸化炭素を多量含んでいる排ガスなどが流入する。上記流入したガスは、上記捕集バッファリングチャンバ１０２で拡散しながら上記捕集拡散板１０４を通じて上昇し、上記吸収粒子１３８と接触しながら上記ガス中に含まれている二酸化炭素が上記吸収粒子１３８に吸収される。特に、上記捕集反応器１０１の上部は空いている空間であるので、上記ガスは、上記捕集反応器１０１の内部を満たし、その圧力により二酸化炭素を吸収した吸収粒子１３８を上記垂直移送管１０８を通じて押し上げるようになる。また、上記吸収粒子１３８が二酸化炭素を吸収することにより発生する熱は、上記冷却ジャケット１３６により吸収される。
上記垂直移送管１０８を通じて移送される吸収粒子１３８は、上記第１分離器１１２に到達した後、上記第１分離器１１２から荷重により落下し、二酸化炭素が除去された気体と分離される。二酸化炭素が除去された気体は、上記第１分離器１１２に連結される第１分離排出管１１４から排出される。
【００１６】
二酸化炭素を吸収した吸収粒子１３８は、上記再生反応器１２４に供給される。この時、上記吸収粒子１３８の移動は、上記ガス流入管１０６から供給されるガスの圧力と上記吸収粒子１３８の自重の同時作用による。
上記吸収粒子１３８は、上記再生反応器１２４内で上記再生熱源流入管１３０から供給された熱風またはスチームにより温度が上昇し、吸収した二酸化炭素を放出する。放出された二酸化炭素は、上昇して、上記第２分離器１２０を通って第２分離排出管１２２から排出される。上記第２分離器１２０で分離される上記吸収粒子１３８の微細粉末は、捕集され、後で別途処理される。
上記再生熱源流入管１３０から供給された熱風またはスチームは、上記再生反応器１２４の再生バッファリングチャンバ１２６で拡散され、上記再生拡散板１２８を通じて上記吸収粒子１３８と接触する。
【００１７】
二酸化炭素を排出した吸収粒子１３８は、上記第２粒子伝達管１３２を通じて下側へ移動する。上記第２粒子伝達管１３２を通じた吸収粒子１３８の移動は、上記ガス流入管１０６から供給されるガスの圧力と上記吸収粒子１３８の自重、そして、上記再生熱源流入管１３０から供給された熱風またはスチームの圧力の同時作用による。
上記捕集反応器１０１に再度流入した吸収粒子１３８は、上記のような作用を繰り返す。特に、上記乾式二酸化炭素捕集装置１００は、上記垂直移送管１０８の下端部、上記第２粒子伝達管１３２の下端部、上記第１粒子伝達管１１６の下端部を、上記吸収粒子１３８が貯留されている部分に位置させることにより、気体の逆流、または上記捕集反応器１０１と上記再生反応器１２４との間の不要な気体の混合を防止することができる。
【００１８】
このように、本発明の好適な実施例を参照して説明したが、該当技術分野の熟練した当業者であれば、下記の特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から逸脱しない範囲内で本発明を多様に修正及び変更させることができることを理解できるだろう。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明は、垂直輸送管へのガスの逆流を防止し、二酸化炭素の捕集効率を向上できる乾式二酸化炭素捕集装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００２０】
１、１００    乾式二酸化炭素捕集装置
２    回収反応器
３    第１サイクロン
４    再生反応器
５    第２サイクロン
１０１    捕集反応器
１０２    捕集バッファリングチャンバ
１０４    捕集拡散板
１０６    ガス流入管
１０８    垂直上昇管
１１０    貫通孔
１１２    第１分離器
１１４    第１分離排出管
１１６    第１粒子伝達管
１１８    ガス排出管
１２０    第２分離器
１２２    第２分離排出管
１２４    再生反応器
１２６    再生バッファリングチャンバ
１２８    再生拡散板
１３０    再生熱源流入管
１３２    第２粒子伝達管
１３４    第２調節バルブ
１３６    冷却ジャケット
１３８    吸収粒子
１４０    第１調節バルブ
【図１】
0005550618.tif 000002
【図２】
0005550618.tif 000003