(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素を含む燃料をガス化して生じる生成ガスからのＣＯ２回収方法において、
前記生成ガスと水蒸気を触媒上で反応させて、前記生成ガスに含まれるＣＯをＣＯ２に変換するＣＯシフト工程と、
前記ＣＯシフト工程を経た後の生成ガスを、冷却して凝縮水を除去してから、吸収液と接触させて前記生成ガス中の主にＣＯ２を吸収させるＣＯ２吸収工程と、
前記ＣＯ２吸収工程でＣＯ２を吸収した吸収液を減圧し、この吸収液に含まれているＣＯ２の一部を放出させる第１のガス放出工程と、
前記ＣＯシフト工程と前記ＣＯ２吸収工程との間の生成ガスを熱源として、前記第１のガス放出工程を経た後の吸収液を加熱する加熱工程と、
前記加熱工程で加熱された吸収液を減圧し、この吸収液に含まれているＣＯ２を放出させて、前記ＣＯ２吸収工程に用いるために再生された吸収液を得る第２のガス放出工程と、
を有することを特徴とするＣＯ２回収方法。
【請求項２】
請求項１記載のＣＯ２回収方法において、
前記第２のガス放出工程で再生された吸収液を熱源として、前記第１のガス放出工程と前記加熱工程との間の吸収液を加熱する第２の加熱工程を有するＣＯ２回収方法。
【請求項３】
請求項１または２記載のＣＯ２回収方法において、
前記ＣＯ２吸収工程を経た後の生成ガスをＣＯ２とＨ２Ｓを吸収する吸収液と接触させて、前記生成ガス中のＣＯ２とＨ２Ｓを除去するガス除去工程と、
前記ガス除去工程でＣＯ２とＨ２Ｓを吸収した吸収液からＣＯ２とＨ２Ｓを放出させて、前記ガス除去工程に用いるために再生された吸収液を得る再生工程と、
前記再生工程で再生された吸収液を熱源として、前記ガス除去工程と前記再生工程との間の吸収液を加熱する再生前加熱工程と、
を有するＣＯ２回収方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載のＣＯ２回収方法において、
前記ＣＯシフト工程と前記加熱工程との間の生成ガスを冷媒により冷却する冷却工程と、
前記冷媒の流量を調整して前記生成ガスの温度を変化させて、前記加熱工程で加熱する吸収液の温度を変えることにより、前記第２のガス放出工程で放出されるＣＯ２の量を制御する工程と、
を有するＣＯ２回収方法。
【請求項５】
炭素を含む燃料をガス化して生じる生成ガスからＣＯ２を吸収液に吸収させるＣＯ２回収装置において、
前記生成ガスと水蒸気を触媒上で反応させて、前記生成ガスに含まれるＣＯをＣＯ２に変換するシフト反応器と、
前記シフト反応器を出た生成ガスに含まれるＣＯ２を前記吸収液に吸収させるＣＯ２吸収塔と、
前記ＣＯ２吸収塔の塔底から抜き出した吸収液を減圧し、この吸収液に含まれているＣＯ２の一部を放出させる第１のフラッシュドラムと、
前記ＣＯシフト反応器を出た後の生成ガスを熱源として、前記第１のフラッシュドラムを出た吸収液を加熱する吸収液加熱器と、
前記吸収液加熱器で加熱された吸収液を減圧し、この吸収液に含まれているＣＯ２を放出させて、前記ＣＯ２吸収塔で用いるために再生された吸収液を得る第２のフラッシュドラムと、
を備えることを特徴とするＣＯ２回収装置。
【請求項６】
炭素を含む燃料をガス化して生じる生成ガスからＣＯ２を吸収液に吸収させるＣＯ２回収装置において、
前記生成ガスと水蒸気を触媒上で反応させて、前記生成ガスに含まれるＣＯをＣＯ２に変換するシフト反応器と、
前記シフト反応器を出た生成ガスに含まれるＣＯ２を前記吸収液に吸収させるＣＯ２吸収塔と、
前記ＣＯ２吸収塔の塔底から抜き出した吸収液を減圧し、この吸収液に含まれているＣＯ２を放出させて、前記ＣＯ２吸収塔で用いるために再生された吸収液を得るフラッシュドラムと、
前記ＣＯシフト反応器を出た後の生成ガスを熱源とする吸収液加熱器と、を備え、
前記フラッシュドラムは、内部に設けられた断熱壁により第１のフラッシュドラムと第２のフラッシュドラムに分割され、
前記第１のフラッシュドラムは、前記ＣＯ２吸収塔の塔底から抜き出した吸収液を減圧し、この吸収液に含まれているＣＯ２の一部を放出させ、
前記吸収液加熱器は、前記第１のフラッシュドラムを出た吸収液を加熱し、
前記第２のフラッシュドラムは、前記吸収液加熱器で加熱された吸収液を減圧し、この吸収液に含まれているＣＯ２を放出させて、前記ＣＯ２吸収塔で用いるために再生された吸収液を得る、
ことを特徴とするＣＯ２回収装置。
【請求項７】
請求項５または６記載のＣＯ２回収装置において、
前記第１のフラッシュドラムと前記吸収液加熱器との間に設置され、前記第２のフラッシュドラムで再生された吸収液を熱源として、前記第１のフラッシュドラムを出た吸収液を加熱する第２の吸収液加熱器を備えるＣＯ２回収装置。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか１項記載のＣＯ２回収装置において、
前記ＣＯ２吸収塔を通過した後の生成ガスをＣＯ２とＨ２Ｓを吸収する吸収液と接触させて、前記生成ガス中のＣＯ２とＨ２Ｓを除去する吸収塔と、
前記吸収塔でＣＯ２とＨ２Ｓを吸収した吸収液からＣＯ２とＨ２Ｓを放出させて、前記吸収塔で用いるために再生された吸収液を得る再生塔と、
前記再生塔で再生された吸収液を熱源として、前記吸収塔を出た吸収液を加熱する液液熱交換器と、
前記再生塔で再生されて前記液液熱交換器で冷却された吸収液を、前記吸収塔へ供給する前に冷却する冷却器と、
を備えるＣＯ２回収装置。
【請求項９】
請求項５〜８のいずれか１項記載のＣＯ２回収装置において、
前記シフト反応器の後段に設置され、冷媒が供給されて前記シフト反応器を出た生成ガスを冷却する蒸気発生器と、
前記冷媒の流量を調整する流量調節手段と、
前記吸収液加熱器と前記第２のフラッシュドラムとの間に設置され、前記吸収液加熱器で加熱された吸収液の温度を計測する温度計測手段と、
前記温度計測手段が計測した吸収液の温度に基づき、前記流量調節手段を制御する制御機を備え、
前記制御機は、前記温度計測手段が計測した吸収液の温度が予め定めた所定の温度より高い場合は、前記冷媒の流量が増加するように前記流量調節手段を制御し、前記温度計測手段が計測した吸収液の温度が予め定めた所定の温度より低い場合は、前記冷媒の流量が減少するように前記流量調節手段を制御するＣＯ２回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素を含む燃料のガス化ガスからＣＯ２を回収する方法および回収する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化現象の一因としてＣＯ２による温室効果が指摘され、地球環境を守る上でその対策が急務となっている。ＣＯ２の発生源としては、化石燃料を燃焼させるあらゆる人間の活動分野に及び、その排出抑制への要求が一層強まる傾向にある。特に大量の化石燃料を使用する火力発電所を対象に、ＣＯ２を含む燃焼排ガスをアルカノールアミン水溶液等と接触させてＣＯ２を吸収させ、ＣＯ２を回収する方法、および回収されたＣＯ２を大気へ放出することなく貯蔵する方法が精力的に研究されている。
【０００３】
アルカノールアミンの例としては、モノエタノールアミン（ＭＥＡ）やＮ−メチルジエタノールアミン（ＭＤＥＡ）などが挙げられる。アルカノールアミン水溶液を吸収液とする吸収法では、吸収塔においてＣＯ２を吸収した吸収液は、再生塔において１５０℃前後の水蒸気を使用して加熱され再生される（例えば、特許文献１、２）。処理ガス量が多いほど、使用する吸収液量は多くなり、それに伴い、再生に必要な水蒸気量も増大する。したがって、石炭やオイルコークス等のガス化ガスを対象とした場合には、燃焼によりガス量が増加してしまうので、燃焼前にＣＯ２を回収する方法が望ましい。
【０００４】
ガス化ガスには、炭素は主にＣＯの形で含まれるので、予め式（１）に示すシフト反応によりＣＯをＣＯ２に変換する必要がある。
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２    （１）
シフト反応は、ＣＯを含むガスと水蒸気を触媒の存在下で２００℃以上の温度で反応させることにより進行する。つまり、シフト反応でも水蒸気を使用する。一方、シフト反応は発熱反応なので、反応熱を熱源として水蒸気を発生させることが可能である。しかし、この水蒸気だけでは吸収液の再生とシフト反応の両方を賄い切れず、外部からも水蒸気の供給が必要である。また、火力発電所においては、本来発電に供するための水蒸気をＣＯ２回収プロセスに抽気することにより、送電端効率が低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０３−１９３１１６号公報
【特許文献２】特開２００６−２３２５９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、従来の火力発電所では、吸収液の再生に、本来発電に供するための水蒸気、すなわち蒸気タービンから抽気した蒸気を主に利用していた。その結果として、送電端効率が大幅に低下するという課題が生じていた。
【０００７】
本発明は、石炭や石油ピッチ等の炭素を含む燃料のガス化ガスと吸収液とを接触させてＣＯ２を回収するプロセスにおいて、発電用水蒸気の抽気による送電端効率の低下を抑制し、発電効率を大幅に増加することが可能なＣＯ２回収方法および回収装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によるＣＯ２回収方法は、以下のような基本的な特徴を有する。
【０００９】
炭素を含む燃料をガス化して生じる生成ガスからのＣＯ２回収方法において、前記生成ガスと水蒸気を触媒上で反応させて、前記生成ガスに含まれるＣＯをＣＯ２に変換するＣＯシフト工程と、前記ＣＯシフト工程を経た後の生成ガスを、冷却して凝縮水を除去してから、吸収液と接触させて前記生成ガス中の主にＣＯ２を吸収させるＣＯ２吸収工程と、前記ＣＯ２吸収工程でＣＯ２を吸収した吸収液を減圧し、この吸収液に含まれているＣＯ２の一部を放出させる第１のガス放出工程と、前記ＣＯシフト工程と前記ＣＯ２吸収工程との間の生成ガスを熱源として、前記第１のガス放出工程を経た後の吸収液を加熱する加熱工程と、前記加熱工程で加熱された吸収液を減圧し、この吸収液に含まれているＣＯ２を放出させて、前記ＣＯ２吸収工程に用いるために再生された吸収液を得る第２のガス放出工程とを有する。
【００１０】
また、本発明によるＣＯ２回収装置は、以下のような基本的な特徴を有する。
【００１１】
炭素を含む燃料をガス化して生じる生成ガスからＣＯ２を吸収液に吸収させるＣＯ２回収装置において、前記生成ガスと水蒸気を触媒上で反応させて、前記生成ガスに含まれるＣＯをＣＯ２に変換するシフト反応器と、前記シフト反応器を出た生成ガスに含まれるＣＯ２を前記吸収液に吸収させるＣＯ２吸収塔と、前記ＣＯ２吸収塔の塔底から抜き出した吸収液を減圧し、この吸収液に含まれているＣＯ２の一部を放出させる第１のフラッシュドラムと、前記ＣＯシフト反応器を出た後の生成ガスを熱源として、前記第１のフラッシュドラムを出た吸収液を加熱する吸収液加熱器と、前記吸収液加熱器で加熱された吸収液を減圧し、この吸収液に含まれているＣＯ２を放出させて、前記ＣＯ２吸収塔で用いるために再生された吸収液を得る第２のフラッシュドラムとを備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、蒸気タービンから抽気した蒸気や、シフト反応の熱を利用して発生させた蒸気を使うことなく、シフト反応の反応熱により高温となった生成ガスの保有する熱量のみでＣＯ２回収に必要な熱を賄うことができる。したがって、火力発電所において、従来よりも発電効率を大幅に増加することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例１によるＣＯ２回収装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の比較例１によるＣＯ２回収装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施例２によるＣＯ２回収装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施例３によるＣＯ２回収装置の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施例４によるＣＯ２回収装置の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施例５によるＣＯ２回収装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明によるＣＯ２回収方法の概要は、次の通りである。
【００１５】
炭素を含む燃料をガス化して生じる生成ガスを触媒上で水蒸気と反応させて、生成ガス中のＣＯをＣＯ２に変換する。この際に発生する反応熱により自己加熱された生成ガスを熱源として、蒸気発生器で水蒸気を発生させてもよい。生成ガス中のＣＯ２は、吸収塔で吸収液に吸収される。ＣＯ２を吸収した吸収液は、吸収塔の底部より抜き出され、減圧され、吸収していたＣＯ２の一部を放出する。さらに、この吸収液は、生成ガスを熱源として加熱され、残存しているＣＯ２を放出して再生される。この再生された吸収液は、吸収塔へ塔頂から導入される。一方、吸収液の加熱に用いられた生成ガスは、水分が除去された後に、吸収塔に導入される。
【００１６】
本発明によれば、ＣＯ２を吸収した吸収液を加熱・再生する前に減圧し、吸収液に吸収されていたＣＯ２の一部を放出させる。吸収液中のＣＯ２の量を加熱前に減らすことで、吸収液の再生に必要な加熱量を低減できる。さらには、減圧によるＣＯ２の放散に伴い吸収液の温度が低下するため、吸収液を加熱する工程で生成ガスの保有する熱を有効に利用できる。その結果、従来は必要であった加熱用蒸気が一切不要となる。
【００１７】
以下では、吸収塔の底部より抜き出された吸収液を「リッチ液」、ＣＯ２を放出して再生した吸収液を「セミリーン液」と称する。また、実施例４において、再生塔で加熱再生された吸収液を「リーン液」と称する。
【００１８】
本発明で対象となる生成ガスは、石炭や石油ピッチや重油などの炭素を含む燃料を部分酸化してガス化したときに発生するＣＯ、Ｈ２、ＣＨ４、ＣＯ２等を含むガスである。
【００１９】
以下に本発明の実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【実施例１】
【００２０】
本発明によるＣＯ２の回収方法および回収装置の第１の実施例を、図１を用いて説明する。実施例１は、本発明によるＣＯ２回収方法および回収装置の基本的な構成を、石炭のガス化プロセスに適用した例である。図１は、本実施例でのＣＯ２回収装置の構成を示すブロック図である。
【００２１】
図１に示すように、本実施例でのＣＯ２回収装置は、高温シフト反応器２１ａ、中温シフト反応器２１ｂ、低温シフト反応器２１ｃ、吸収液加熱器２３ａ、吸収塔２４、冷却器２５、２８、気水分離器２６、およびフラッシュドラム２７ａ、２７ｂを備える。高温シフト反応器２１ａ、中温シフト反応器２１ｂ、および低温シフト反応器２１ｃの後段には、それぞれ高温蒸気発生器２２ａ、中温蒸気発生器２２ｂ、および低温蒸気発生器２２ｃが設けられている。高温蒸気発生器２２ａ、中温蒸気発生器２２ｂ、および低温蒸気発生器２２ｃからは、それぞれ高温蒸気３、中温蒸気４、および低温蒸気５が発生する。
【００２２】
ガス化炉（図示せず）で石炭と酸素を含むガスを高温で反応させて発生した生成ガス１は、脱塵や水洗の後、ＣＯＳをＨ２Ｓに変換するＣＯＳ転換処理やＨ２Ｓを除去する脱硫処理を経た後、水蒸気２と共に高温シフト反応器２１ａに導入される。
【００２３】
高温シフト反応器２１ａには、ＦｅとＣｒを主な活性成分とするシフト触媒が充填されており、この触媒により式（１）のシフト反応が促進される。シフト反応は発熱反応であり、触媒と生成ガス１は反応熱により加熱される。石炭をガス化して得られる生成ガスの場合、一般にＣＯ濃度は２０〜６０％と高いため、ＣＯの全量を一度に反応させると反応熱により触媒の温度がその耐熱温度を上回ってしまう。そのため、高温シフト反応器２１ａでは、生成ガス１に含まれるＣＯの一部だけを反応させる。
【００２４】
生成ガス１は、次に、高温シフト反応器２１ａと同じ触媒が充填された中温シフト反応器２１ｂに導入される。中温シフト反応器２１ｂでは、生成ガス１に含まれる残りのＣＯの一部がＣＯ２に転化される。
【００２５】
生成ガス１は、さらに、低温シフト反応器２１ｃに導入される。低温シフト反応器２１ｃには、比較的低い温度でシフト反応促進活性を有するＣｕとＺｎを主な活性成分とする触媒が充填されている。生成ガス１は、低温シフト反応器２１ｃにおいて、所望するＣＯ濃度まで転化される。なお、シフト反応の温度レベルは、例えば、高温シフト反応器２１ａでは２５０〜４５０℃、中温シフト反応器２１ｂでは２５０〜３５０℃、低温シフト反応器２１ｃでは２００〜２７０℃とすることができる。
【００２６】
次に、生成ガス１は、吸収液加熱器２３ａに導入される。吸収液加熱器２３には、吸収塔２４の底部から抜き出された後、フラッシュドラム２７ａで部分的に再生されたリッチ液６ｂが導入されている。生成ガス１は、このリッチ液６ｂとの熱交換により冷却される。
【００２７】
生成ガス１は、さらに、冷却器２５で５０℃以下に冷却され、気水分離器２６で凝縮水７が除去された後、吸収塔２４に導入される。ここで、生成ガス１は、再生されたセミリーン液６ｃと接触し、酸性ガスであるＣＯ２が除去され精製ガス８が得られる。
【００２８】
一方、ＣＯ２を吸収したリッチ液６ａは、吸収塔２４よりも低い圧力に調節されたフラッシュドラム２７ａに導入される。フラッシュドラム２７ａでは、リッチ液６ａが吸収していたＣＯ２の一部が放出される。すなわち、リッチ液６ａからＣＯ２を含む放散ガス９ａが放出され、リッチ液６ａは部分的に再生されてリッチ液６ｂとなる。放散ガス９ａの放出の際に潜熱が奪われ、リッチ液６ｂの温度は低下する。
【００２９】
次にリッチ液６ｂは、吸収液加熱器２３ａに導入される。加熱源として吸収液加熱器２３ａに導入される生成ガス１には、シフト反応用に供給された水蒸気２のうち反応に使われなかった水蒸気が含まれている。リッチ液６ｂは、この水蒸気の凝縮熱と生成ガス１の顕熱により加熱される。
【００３０】
加熱されたリッチ液６ｂは、フラッシュドラム２７ｂに導入され、ＣＯ２を含む放散ガス９ｂが放出されて再生し、セミリーン液６ｃとなる。セミリーン液６ｃは、冷却器２８で所定の温度に冷却された後、再び吸収塔２４に導入される。
【００３１】
ここで、流量が１６万ｍ３Ｎ／ｈ（下付きのＮはノルマル流量を表す）、ＣＯ２濃度が３２．６％、圧力が２．５ＭＰａである生成ガスからＣＯ２を除去する際に、本実施例を適用した場合について、以下に説明する。本実施例は、以下に示す式（２）で求められる炭素回収率が９０％となるようにＣＯ２回収装置を運転したときの例である。
【００３２】
吸収塔２４において、塔頂から供給されるセミリーン液量６ｃの流量が２５００ｔ／ｈ、温度が４３℃のとき、ＣＯ２を吸収したリッチ液６ａの温度は６１℃であった。吸収塔２４の塔底から抜き出されたこのリッチ液６ａを、０．２ＭＰａに設定したフラッシュドラム２７ａに導入したところ、９千ｍ３Ｎ／ｈの放散ガス９ａが発生し、リッチ液６ｂの温度は５７℃に低下した。
【００３３】
次に、このリッチ液６ｂを吸収液加熱器２３ａへ導入したところ、リッチ液６ｂの温度は９０℃に上昇した。このリッチ液６ｂをフラッシュドラム２７ｂに導入した結果、５万４千ｍ３Ｎ／ｈの放散ガス９ｂが発生し、セミリーン液６ｃの温度は７３℃に低下した。
【００３４】
放散ガス９ａと９ｂに含まれるＣＯ２量を合計すると５万２千ｍ３Ｎ／ｈであり、式（２）に従って求めた炭素回収率は９０％であった。吸収液加熱器２３ａにおける加熱量を計算したところ、５５ＭＷであった。炭素回収率を求める式は、次式である。
η＝ＦｏＣＯ２／（ＦｉＣＯ＋ＦｉＣＨ４＋ＦｉＣＯ２）×１００    （２）
η：炭素回収率（％）
ＦｉＣＯ：吸収塔入口でのＣＯの流量（ｍ３Ｎ／ｈ）
ＦｉＣＨ４：吸収塔入口でのＣＨ４の流量（ｍ３Ｎ／ｈ）
ＦｉＣＯ２：吸収塔入口でのＣＯ２の流量（ｍ３Ｎ／ｈ）
ＦｏＣＯ２：フラッシュドラム出口でのＣＯ２流量（ｍ３Ｎ／ｈ）
ＦｉＣＯ、ＦｉＣＨ４、およびＦｉＣＯ２は、生成ガス１の流量に、それぞれ生成ガス１中のＣＯの濃度、ＣＨ４の濃度、およびＣＯ２の濃度をかけて求めた。ＦｏＣＯ２は、放散ガス９ａの流量に放散ガス９ａ中のＣＯ２濃度をかけた量と、放散ガス９ｂの流量に放散ガス９ｂ中のＣＯ２濃度をかけた量を合計して求めた。
（比較例１）
実施例１の比較例について、図２を用いて説明する。比較例１は、実施例１と同様の石炭のガス化プロセスの例である。図２は、本比較例のＣＯ２回収装置の構成を示すブロック図である。図２において、図１と同一の符号は、図１と同一または共通の要素を示す。本比較例のＣＯ２回収装置は、フラッシュドラムを１つ備え、吸収塔とフラッシュドラムの間に吸収液加熱器を２つ備える。以下の説明では、実施例１と異なる部分のみ説明する。
【００３５】
吸収塔２４から排出されたリッチ液６ａは、吸収液加熱器２３ａに導入され、シフト反応後の生成ガス１により加熱される。さらに、リッチ液６ａは、吸収液加熱器２３ｃに導入され、蒸気発生器２２ａで発生した高温蒸気３により９５℃まで加熱され、フラッシュドラム２７へ導入されて、放散ガス９とセミリーン液６ｃが得られる。
【００３６】
比較例１において、実施例１と同じ生成ガスを処理した場合、吸収液加熱器２３ａ、２３ｃを通過した後のリッチ液６ａの温度を９５℃にすることで、式（２）で求められる炭素回収率が９０％となった。このときの吸収液加熱器２３ａ、２３ｃにおける加熱量の合計値は、６３ＭＷであった。
【００３７】
実施例１と比較例１の結果から、以下のことがわかる。実施例１では、フラッシュドラム２７ａを設置することにより、リッチ液６ａに含まれるＣＯ２の一部が放散ガス９ａとして放出される。このため、リッチ液６ｂを比較例１よりも５℃低い９０℃まで加熱するだけで、リッチ液６ｂに含まれる残りのＣＯ２をフラッシュドラム２７ｂで放散ガス９ｂとして放散させることができる。また、フラッシュドラム２７ａでリッチ液６ｂの温度が低下することにより、吸収液加熱器２３ａにおいて生成ガス１との温度差が拡大し、より効率よく加熱できるという効果もある。その結果として、吸収液（リッチ液６ｂ）の加熱量を低減でき、高温蒸気３をリッチ液６ｂの加熱源として使用する必要が一切ない。したがって、本実施例によるＣＯ２回収装置を発電プラントからのＣＯ２回収に適用すれば、従来に比べて発電効率の大幅な向上を図ることができる。
【実施例２】
【００３８】
本発明によるＣＯ２の回収方法および回収装置の第２の実施例を、図３を用いて説明する。実施例２は、比較例１（図２）に示したようなフラッシュドラムを１つだけ有する構成のＣＯ２回収装置において、本発明を適用する例である。図３は、本実施例でのＣＯ２回収装置の構成を示すブロック図である。図３において、図１と同一の符号は、図１と同一または共通する要素を示す。以下の説明では、実施例１と異なる部分のみ説明する。
【００３９】
本実施例のＣＯ２回収装置は、比較例１と同様に、フラッシュドラムを１つ備える。ただし、このフラッシュドラムは、断熱壁４０を内部に有し、２つのフラッシュドラム２７ｃ、２７ｄに分割されている。分割されたフラッシュドラム２７ｃ、２７ｄは、それぞれが独立したフラッシュドラムとして機能する。また、フラッシュドラム２７ｃとフラッシュドラム２７ｄは、配管で接続される。この配管には、シフト反応後の生成ガス１が導入される吸収液加熱器２３ａが設けられている。
【００４０】
本実施例においても、実施例１と同様に、吸収塔２４の塔底から抜き出されたリッチ液６ａは、２つのフラッシュドラム２７ｃ、２７ｄにより、放散ガス９ａ、９ｂを放出して再生し、セミリーン液６ｃとなる。フラッシュドラム２７ｃ、２７ｄは、断熱壁４０で分離されているので、それぞれが処理するリッチ液の温度が異なっていてもよい。以下、リッチ液６ａがフラッシュドラム２７ｃ、２７ｄによってセミリーン液６ｃとなる過程を説明する。
【００４１】
リッチ液６ａは、吸収塔２４からフラッシュドラム２７ｃに導入される。フラッシュドラム２７ｃでは、リッチ液６ａが吸収していたＣＯ２の一部が放散ガス９ａとして放出され、リッチ液６ａは、部分的に再生されてリッチ液６ｂとなる。放散ガス９ａの放出の際に潜熱が奪われ、リッチ液６ｂの温度は低下する。
【００４２】
リッチ液６ｂは、フラッシュドラム２７ｃとフラッシュドラム２７ｄを接続する配管を通って、フラッシュドラム２７ｃからフラッシュドラム２７ｄへ流れる。このとき、リッチ液６ｂは、吸収液加熱器２３ａにて生成ガス１により加熱される。
【００４３】
加熱されたリッチ液６ｂは、フラッシュドラム２７ｄにて、ＣＯ２を含む放散ガス９ｂが放出されて再生し、セミリーン液６ｃとなる。セミリーン液６ｃは、実施例１と同様に、冷却器２８で所定の温度に冷却された後、再び吸収塔２４に導入される。
【００４４】
したがって、本実施例においても、実施例１と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施例では、１つのフラッシュドラムを分割して２つのフラッシュドラムとして再構成しているため、フラッシュドラムを１つだけ備える既存の設備を活用することができるという効果もある。また、新たなフラッシュドラムを設ける必要がないので、２つのフラッシュドラムを配置するスペースがない場合であっても、本実施例は適用可能である。
【実施例３】
【００４５】
本発明によるＣＯ２の回収方法および回収装置の第３の実施例を、図４を用いて説明する。実施例３は、実施例１と同様に、本発明によるＣＯ２回収方法および回収装置を石炭のガス化プロセスに適用した例であるが、以下の点が異なる。すなわち、セミリーン液を熱源として、生成ガスで加熱する前のリッチ液を予め加熱する点である。
【００４６】
図４は、本実施例でのＣＯ２回収装置の構成を示すブロック図である。図４において、図１と同一の符号は、図１と同一または共通する要素を示す。本実施例のＣＯ２回収装置は、実施例１と同様の構成であるが、フラッシュドラム２７ａと吸収液加熱器２３ａの間に吸収液加熱器２３ｂが設置されている点が異なる。
【００４７】
本実施例でのＣＯ２回収方法は、実施例１と同様であり、以下では相違点のみを説明する。
【００４８】
フラッシュドラム２７ａで吸収していたＣＯ２の一部を放散したリッチ液６ｂは、吸収液加熱器２３ｂに導入され、セミリーン液６ｃを加熱源として加熱される。その後、リッチ液６ｂは、吸収液加熱器２３ａに導入され、さらに加熱される。
【００４９】
このように、吸収液加熱器２３ａの前段において、事前にリッチ液６ｂを加熱することで、吸収液加熱器２３ａでの加熱量が少なくなり、加熱源である生成ガスの温度を低くすることが可能となる。一方、新たな加熱源として使用したセミリーン液は、元々吸収塔へ導入する前に冷却器２８で冷却しており、温度が低下することはむしろ好都合である。吸収液加熱器２３ａに導入する生成ガスの温度を低くできるということは、蒸気発生器２２ｃにおける蒸気発生量を増加できることを意味する。したがって、本実施例によれば、さらなる発電効率の向上が可能となる。
【実施例４】
【００５０】
本発明によるＣＯ２の回収方法および回収装置の第４の実施例を、図５を用いて説明する。実施例４は、本発明によるＣＯ２回収方法および回収装置を、石炭のガス化プロセスに適用した例であり、生成ガスを、脱塵、水洗した後、直接シフト反応を行い、その後、ＣＯ２とＨ２Ｓを同時に除去するプロセスに適用した例である。図５は、本実施例でのＣＯ２回収装置の構成を示すブロック図である。図５において、図１と同一の符号は、図１と同一または共通する要素を示す。本実施例は、図１に示した装置に加え、Ｈ２Ｓ吸収塔３１、再生塔３２、液液熱交換器３３、冷却器３４を備える。
【００５１】
本実施例でのＣＯ２回収方法は、実施例１と同様であり、以下では相違点のみを説明する。
【００５２】
シフト反応器２１ａ〜２１ｃには、ＣｏとＭｏを主な活性成分とするシフト触媒が充填されており、Ｈ２Ｓの存在下において式（１）のシフト反応が促進される。
【００５３】
吸収塔２４を出た精製ガス８は、Ｈ２Ｓ吸収塔３１へ導入され、リーン液１３と接触させられる。精製ガス８に残存するＣＯ２とＨ２Ｓは、リーン液１３に吸収されて除去され、精製ガス１０が得られる。Ｈ２Ｓ吸収塔３１の塔底から抜き出されたリッチ液１２は、液液熱交換器３３でリーン液１３により加熱され、再生塔３２へ導入される。
【００５４】
リッチ液１２は、再生塔３２で約１２０〜２００℃の水蒸気により所定の温度まで加熱され、吸収していたＣＯ２とＨ２Ｓ等を放散ガス１１として放出し、再生されてリーン液１３が得られる。リーン液１３は、約１１０〜１３０℃に加熱されており、液液熱交換器３３に導入されてリッチ液１２の加熱に供される。その後、冷却器３４で所定の温度まで冷却された後、Ｈ２Ｓ吸収塔３１に導入される。
【００５５】
このように、本実施例によれば、従来個別に実施されていたＨ２Ｓ除去とＣＯ２回収を同時に行う場合においても、発電効率の向上が図れる。
【実施例５】
【００５６】
本発明によるＣＯ２の回収方法および回収装置の第５の実施例を、図６を用いて説明する。実施例５では、実施例１と同様の構成のＣＯ２回収装置の運転制御方法の例について説明する。
【００５７】
図６は、本実施例でのＣＯ２回収装置の構成を示すブロック図である。図６において、図１と同一の符号は、図１と同一または共通する要素を示す。本実施例のＣＯ２回収装置は実施例１と同様の構成であるが、図６には、凝縮熱を回収してリッチ液６ａ、６ｂを加熱する際の運転制御に必要な構成要素を追加して記載した。また、高温シフト反応器２１ａ、中温シフト反応器２１ｂ、高温蒸気発生器２２ａ、および中温蒸気発生器２２ｂは、図示を省略した。
【００５８】
吸収塔２４に導入される生成ガス１の流路には、流量計５１とガス分析用のガスサンプリング手段５４が設置されている。ガスサンプリング手段５４は、生成ガス１の一部を採取し、生成ガス１中のＣＯ２、ＣＯ、ＣＨ４、Ｈ２Ｓ等の成分濃度を測定する。
【００５９】
フラッシュドラム２７ａから放出される放散ガス９ａの流路には、冷却器２９ａと気液分離器２６ａが設置されており、フラッシュドラム２７ｂから放出される放散ガス９ｂの流路には、冷却器２９ｂと気液分離器２６ｂが設置されている。放散ガス９ａは、冷却器２９ａで所定の温度まで冷却されて、気液分離器２６ａで水分４２ａと酸性ガス４３ａとに分離される。放散ガス９ｂも、同様にして、冷却器２９ｂと気液分離器２６ｂにより、水分４２ｂが除去され、酸性ガス４３ｂが得られる。酸性ガス４３ａ、４３ｂの流路には、それぞれ流量計５２、５３およびガスサンプリング手段５５、５６が設置されている。酸性ガス４３ａ、４３ｂは、主にＣＯ２を含むガスであり、Ｈ２Ｓを含む場合もある。
【００６０】
低温蒸気発生器２２ｃには冷媒が供給され、低温シフト反応器２１ｃを出た生成ガス１を冷却する。低温蒸気発生器２２ｃに供給される冷媒の流路には、冷媒の流量調節手段が設置されている。冷媒としては、液体や気体を用いることができ、例えば、水や水素（精製ガス８）を用いることができる。本実施例では、冷媒としてボイラ給水１４ｃを用いる。また、本実施例では、ボイラ給水１４ｃの流量調節手段として流量調節弁５７を用いる。流量調節手段は、流量調節弁だけに限られず、冷媒の種類や想定される流量などに応じて任意の手段を用いることができる。
【００６１】
吸収液加熱器２３ａとフラッシュドラム２７ｂの間には、リッチ液６ｂの温度を計測する手段である温度計測手段５８が設置されている。温度計測手段５８としては、例えば温度計を用いることができる。
【００６２】
また、本実施例でのＣＯ２回収装置には、流量、温度、ガス濃度などの計測値を監視し、流量調節弁５７の開度を制御する制御機１００が設置されている。制御機１００は、演算装置を備え、式（２）に従って炭素回収率を求めることができる。
【００６３】
ここで、フラッシュドラム２７ｂから放出される放散ガス９ｂの流量を制御する方法について説明する。放散ガス９ｂの流量は、フラッシュドラム２７ｂに流入するリッチ液６ｂの温度が高いと増加し、低いと減少する。リッチ液６ｂは、吸収液加熱器２３ａで生成ガス１により加熱される。したがって、生成ガス１の温度を変えることにより、リッチ液６ｂの温度を変え、放散ガス９ｂの流量を変化させることができる。生成ガス１の温度は、低温蒸気発生器２２ｃに供給されるボイラ給水１４ｃの流量によって、制御することができる。そこで、制御機１００は、放散ガス９ｂの流量やリッチ液６ｂの温度に基づき、流量調節弁５７の開度を変化させることにより、ボイラ給水１４ｃの流量を制御する。
【００６４】
以下、制御機１００が放散ガス９ｂの流量を制御する例について説明する。この例では、制御機１００は、温度計測手段５８で計測されるリッチ液６ｂの温度に基づき、放散ガス９ｂの流量を制御するものとする。制御機１００は、温度計測手段５８が計測したリッチ液６ｂの温度が予め定めた所定の温度より高い場合は、ボイラ給水１４ｃの流量が増加するように流量調節弁５７の開度を大きくする。この結果、生成ガス１の温度が低下し、リッチ液６ｂの温度も低下し、放散ガス９ｂの流量は減少する。一方、温度計測手段５８が計測したリッチ液６ｂの温度が予め定めた所定の温度より低い場合は、制御機１００は、ボイラ給水１４ｃの流量が減少するように流量調節弁５７の開度を小さくする。この結果、生成ガス１の温度が上昇し、リッチ液６ｂの温度も上昇し、放散ガス９ｂの流量は増加する。
【００６５】
以上説明した放散ガス９ｂの流量の制御方法を応用して、式（２）に示した炭素回収率を制御することができる。本実施例では、炭素回収率を所定の値に維持するための制御方法を説明する。炭素回収率は、流量計５１〜５３でそれぞれ測定される生成ガス１、放散ガス９ａ、９ｂの流量と、ガスサンプリング手段５４〜５６でそれぞれ測定される生成ガス１、放散ガス９ａ、９ｂのＣＯ２、ＣＯ、ＣＨ４の各濃度から、制御機１００により、式（２）に従って求められる。
【００６６】
求められた炭素回収率が、予め定めた目標値より低い場合には、流量調節弁５７を徐々に閉止し、低温蒸気発生器２２ｃに供給されるボイラ給水１４ｃの流量を減らしていって生成ガス１の温度を高くし、温度計測手段５８で計測されるリッチ液６ｂの温度を高くする。その結果、放散ガス９ｂの流量が増加し、炭素回収率が上昇する。
【００６７】
一方、炭素回収率が予め定めた目標値より高い場合には、流量調節弁５７の開度を徐々に大きくし、低温蒸気発生器２２ｃに供給されるボイラ給水１４ｃの流量を増やしていって生成ガス１の温度を低くし、リッチ液６ｂの温度を低くする。その結果、放散ガス９ｂの流量と炭素回収率が減少し、所定の炭素回収率が得られる。これと同時に、ボイラ給水１４ｃの流量が増えたので低温蒸気５の発生量が増加し、発電端出力が増加する。したがって、炭素回収率が所定の目標値より高い場合には、過剰になっている炭素回収率を下げて、代わりに発電効率を向上させることが可能である。
【００６８】
このように、本実施例によれば、非常に簡単な設備と制御のみで、炭素回収率を所定の値に維持することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１…生成ガス、２…水蒸気、３…高温蒸気、４…中温蒸気、５…低温蒸気、６ａ，６ｂ，１２…リッチ液、６ｃ…セミリーン液、７…凝縮水、８，１０…精製ガス、９，９ａ，９ｂ，１１…放散ガス、１３…リーン液、１４ｃ…ボイラ給水、２１ａ…高温シフト反応器、２１ｂ…中温シフト反応器、２１ｃ…低温シフト反応器、２２ａ…高温蒸気発生器、２２ｂ…中温蒸気発生器、２２ｃ…低温蒸気発生器、２３ａ，２３ｂ，２３ｃ…吸収液加熱器、２４…吸収塔、２５，２８…冷却器、２６…気水分離器、２６ａ，２６ｂ…気液分離器、２７，２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ…フラッシュドラム、２９ａ，２９ｂ…冷却器、３１…Ｈ２Ｓ吸収塔、３２…再生塔、３３…液液熱交換器、３４…冷却器、４０…断熱壁、４２ａ，４２ｂ…水分、４３ａ，４３ｂ…酸性ガス、５１，５２，５３…流量計、５４，５５，５６…ガスサンプリング手段、５７…流量調節弁、５８…温度計測手段、１００…制御機。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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