(57)【要約】      （修正有）【課題】二酸化炭素吸収液の劣化を防止できる脱硫器を備えた、燃焼排ガスからの二酸化炭素回収システムを提供する。【解決手段】円筒部材２の外周面にカルボキシル基又はヒドロキシル基を有するゲルの間に、活性炭を含んだエポキシ樹脂４を配置した保水ゲルフィルム３が形成された複数の充填剤１よりなる充填層を形成し、該充填層に吸収液として水または海水を供給することにより、燃焼排ガスから亜硫酸ガスを除去したた後、該燃焼排ガスを二酸化炭素吸収塔へ導入する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
脱硫器に充填される充填材であって、
円筒部材と、
前記円筒部材の外周面上に形成され、水を保持できるフィルム状のゲルと、
を備える充填材。
【請求項２】
前記充填材は、前記円筒部材の外周面と前記ゲルとの間に活性炭を含むエポキシ樹脂をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の充填材。
【請求項３】
前記ゲルは、カルボキシル基又はヒドロキシル基を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の充填材。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の充填材が複数充填され、亜硫酸ガスを含む排ガスが供給される充填槽と、
前記充填槽の上部に設けられ、前記充填槽に水又は海水を供給する給水部と、
を備える脱硫器。
【請求項５】
請求項４に記載の脱硫器と、
前記充填槽を通過した前記排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させ、二酸化炭素を含む吸収液を排出する吸収塔と、
前記吸収塔から排出された吸収液が供給され、当該吸収液から蒸気を含む二酸化炭素ガスを除去し、当該吸収液を再生して排出する再生塔と、
前記吸収塔と前記再生塔との間に設けられ、前記再生塔から排出されて前記吸収塔に供給される吸収液を熱源として、前記吸収塔から排出されて前記再生塔に供給される吸収液を加熱する再生熱交換器と、
を備える二酸化炭素回収システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充填材、脱硫器、及び二酸化炭素回収システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
火力発電所から放出される排ガスには、二酸化炭素ガスや亜硫酸ガスが含まれる。排ガス中の二酸化炭素を回収する装置として、有機アミン系などのアルカリ性吸収液を用いて排ガス中の二酸化炭素を吸収する吸収塔と、吸収液から二酸化炭素を放出させて吸収液を再生する再生塔とを備えた回収装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、排ガス中の亜硫酸ガスが、アルカリ性である吸収液と反応し、吸収液の二酸化炭素吸収性能を低下させる問題があった。また、亜硫酸ガスが、回収装置の材質を腐食させるという問題があった。そのため、回収装置の前段または吸収塔の塔底部に、排ガスから亜硫酸ガスを除去する脱硫器が設けられている。
【０００４】
排ガスを消石灰又は苛性ソーダなどのアルカリ溶液でスプレー洗浄する湿式排煙脱硫塔法を用いた脱硫器が知られている。スプレー液に水酸化カルシウムを用いた場合、スプレー液は亜硫酸ガスと反応して硫酸カルシウムとなり、排ガスによる脱硫器からの飛沫同伴によって、硫酸カルシウムが吸収液に移行し得る。吸収液に移行した硫酸カルシウムは、再生塔伝熱面や熱交換器に付着するおそれがある。従って、水酸化カルシウムを用いる湿式排煙脱硫塔法は好ましくない。
【０００５】
亜硫酸ガスは、水溶液において亜硫酸水和物になりやすく、亜硫酸水素イオンに変化し、酸素によって硫酸イオンになる。そのため、水や海水を利用した排ガス洗浄も行われている。
【０００６】
このようなガス洗浄では、排ガスを放出する時にガスの圧損が生じやすく、スクラバー水のフラッデングが生じる。フラッデングが生じると、亜硫酸ガスを捕捉した水の飛沫が二酸化炭素回収装置まで移行し、吸収液の劣化を招くという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３２３３３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、燃焼排ガスから亜硫酸ガスを除去して二酸化炭素回収システム内を循環する吸収液の劣化を防止する脱硫器、前記脱硫器に充填される充填材、及び前記脱硫器を備える二酸化炭素回収システム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】
【０００９】
本発明の一態様による充填材は、脱硫器に充填される充填材であって、円筒部材と、前記円筒部材の外周面上に形成され、水を保持できるフィルム状のゲルと、を備えるものである。
【００１０】
本発明の一態様による脱硫器は、前記充填材が複数充填され、亜硫酸ガスを含む排ガスが供給される充填槽と、前記充填槽の上部に設けられ、前記充填槽に水又は海水を供給する給水部と、を備えるものである。
【００１１】
本発明の一態様による二酸化炭素回収システムは、前記脱硫器と、前記充填槽を通過した前記排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させ、二酸化炭素を含む吸収液を排出する吸収塔と、前記吸収塔から排出された吸収液が供給され、当該吸収液から蒸気を含む二酸化炭素ガスを除去し、当該吸収液を再生して排出する再生塔と、前記吸収塔と前記再生塔との間に設けられ、前記再生塔から排出されて前記吸収塔に供給される吸収液を熱源として、前記吸収塔から排出されて前記再生塔に供給される吸収液を加熱する再生熱交換器と、を備えるものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、燃焼排ガスから亜硫酸ガスを除去して二酸化炭素回収システム内を循環する吸収液の劣化を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る充填材の概略構成図である。
【図２】保水性ゲルフィルムによる保水状態を説明する図である。
【図３】同実施形態に係る脱硫器の概略構成図である。
【図４】水スクラバー方式の脱硫器及び本実施形態に係る脱硫器の圧力損失を示すグラフである。
【図５】同実施形態に係る二酸化炭素回収システムの概略構成図である。
【図６】変形例による吸収塔の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１（ａ）に、本発明の実施形態に係る脱硫器に充填される充填材１の概略構成を示す。充填材１は、円筒部材２、円筒部材２の外周面及び内周面に形成された保水性ゲルフィルム３を備える。円筒部材２は、耐食性及び１００℃程度の耐熱性を有する硬質プラスチック又は金属により構成され、例えばラシヒリング形状になっている。
【００１６】
保水性ゲルフィルム３は、保水性ゲルがフィルム化されたものである。保水性ゲルは例えばポリアクリル酸やポリビニルアルコール等により構成され、官能基としてカルボキシル基又はヒドロキシル基を有する。
【００１７】
図２に示すように、保水性ゲルフィルム３が官能基としてカルボキシル基を有する場合、水と水素結合することで、架橋剤２１により架橋されたポリマー分子鎖２２間に水分子２３が保持される。保水性ゲルフィルム３には、保水性ゲルフィルム３の体積の３００倍程度の水が保水される。水に硫酸が混在している場合でも、保水性ゲルフィルム３には、保水性ゲルフィルム３の体積の７０倍程度の水が保水される。
【００１８】
充填材は、図１（ｂ）に示すように、円筒部材２と保水性ゲルフィルム３との間に粉末活性炭が配合されたエポキシ樹脂４をさらに備える構成にしてもよい。粉末活性炭を加えることで、亜硫酸ガス補足性能が向上する。また、エポキシ樹脂４は円筒部材２及び保水性ゲルフィルム３との接着強度が強いため、円筒部材１上に保水性ゲルフィルム３を直接形成するよりも、保水性ゲルフィルム３の剥がれが発生し難くなる。
【００１９】
このような充填材の製造方法について説明する。まず、アクリル酸に重合開始剤として過硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ３）又は亜硫酸ナトリウム（Ｈ２Ｓ２Ｏ５）を加えて４０〜５７℃、約３時間の加熱攪拌を行う。その後、乾燥、水洗いを行って、グルタル酸アミド又はＥＤＧＥ（Ethylene Glycol Diglycidyl ether）を架橋剤として加えて保水性ゲルを作製する。
【００２０】
粉末活性炭を配合したエポキシ樹脂を円筒部材に塗布する。そして、エポキシ樹脂上に保水性ゲルを被覆させ、１１０〜１２５℃で乾燥させることで保水性ゲルをフィルム化する。これにより、図１（ｂ）に示すような充填材を製造することができる。充填材の製造開始段階で円筒部材が長い場合は、ラシヒリング形状に切断してからエポキシ樹脂を塗布してもよいし、保水性ゲルのフィルム化後に切断してもよい。
【００２１】
なお、図１（ａ）に示すような充填材を製造する場合は、エポキシ樹脂の塗布工程を省略すればよい。
【００２２】
図３に、このような充填材１が充填される脱硫器の構成の一例を示す。図３（ａ）は外観斜視図であり、図３（ｂ）は断面図である。
【００２３】
脱硫器３０は、充填材１が充填される円筒型の充填槽３１、充填槽３１の外周部に設けられた排ガスドーム３２、充填槽３１上に設けられた給水ドーム３３、及び充填槽３１下に設けられた回収ドーム３４を備える。
【００２４】
給水ドーム３３には配管３５を介して水（又は海水）が供給される。給水ドーム３３内の水は、分散板３６を介して充填槽３１へ降り注がれる。なお、図１（ａ）では分散板３６の図示を省略している。充填槽３１に降り注いだ水は、充填材１の保水性ゲルフィルム３に保持される。
【００２５】
充填槽３１の中心部には排ガスを供給する配管３７が設けられている。この配管３７から供給された排ガスは、複数の充填材１が充填された充填槽３１を通過し、排ガスドーム３２に達する。排ガスに含まれる亜硫酸ガスは、充填材１の保水性ゲルフィルム３に保持されている水に亜硫酸イオンとして吸収される。従って、排ガスドーム３２内の排ガスは、亜硫酸ガスが除去されたものである。排ガスドーム３２に集められた排ガスは配管３８から送出される。図３における矢印は排ガスの流れを示している。
【００２６】
この脱硫器３０では、円筒型の充填槽３１の中心部から外周部に向かって排ガスが移動する。充填槽３１内では外周部へ進む程、排ガスの亜硫酸ガス濃度は低くなるが、排ガスと充填材１との接触面積は大きくなるため、排ガス中の亜硫酸ガスを効率良く捕捉することができる。
【００２７】
過剰な水分や、排ガスから亜硫酸ガスを吸収した保水性ゲルフィルム３の水分（亜硫酸水）は、回収ドーム３４に一旦貯留された後、配管３９から排出されて回収される。
【００２８】
このような脱硫器３０と、一般の水スクラバー方式の脱硫器のガス流量とガス側圧力損失との関係の一例を図４に示す。脱硫器３０は、充填材１に保水機能を持たせているため、フラッデングが発生せず、水スクラバー方式の脱硫器より圧力損失が小さい。そのため、水スクラバー方式の脱硫器より処理できる排ガス流量が大きい。また、脱硫器３０を小型化することができる。
【００２９】
図５に、このような脱硫器３０を備える二酸化炭素回収システムの概略構成を示す。貯水タンク４１には水又は海水が貯められており、配管３５を介して脱硫器３０の充填層３１に供給される。供給された水又は海水は、充填材１の保水性ゲルフィルム３に保持される。
【００３０】
脱硫器３０には、配管３７を介して、火力発電所ボイラーから排ガスが供給される。上述したように、脱硫器３０に供給された排ガスは、充填材１により亜硫酸ガスが除去される。脱硫器３０内の過剰な水分や、排ガスから亜硫酸ガスを吸収した保水性ゲルフィルム３の水分（亜硫酸水）は、配管３９から排出され、回収タンク４２に回収される。
【００３１】
脱硫器３０により亜硫酸ガスが除去された排ガス１０２ａは、配管３８を介して吸収塔１０３の下部に供給される。吸収塔１０３では、排ガス１０２ａ中の二酸化炭素が吸収液に吸収される。吸収塔１０３の頂部から二酸化炭素が取り除かれた排ガス１０２ｂが排出される。二酸化炭素を吸収可能な吸収液には、例えばアミン化合物を水に溶かしたアミン化合物水溶液が使用される。
【００３２】
吸収塔１０３で二酸化炭素を吸収した吸収液（リッチ液）１０４ａは、再生塔１０５に供給される。再生塔１０５は、リッチ液１０４ａを加熱し、吸収液から蒸気を含む二酸化炭素ガスを放出させて、二酸化炭素ガスと蒸気とを含む排出ガス１０２ｃを排出し、吸収液を再生する。
【００３３】
リボイラー１０６は、再生塔１０５に貯留されていたリーン液１０４ｂの一部を加熱してその温度を上昇させて蒸気を生成し、再生塔１０５に供給する。なお、リボイラー１０６においてリーン液１０４ｂを加熱する際、リーン液１０４ｂから微量の二酸化炭素ガスが放出され、蒸気とともに再生塔１０５に供給される。そして、この蒸気により、再生塔１０５においてリッチ液１０４ａが加熱されて二酸化炭素ガスが放出される。
【００３４】
吸収塔１０３と再生塔１０５との間に、再生塔１０５から吸収塔１０３に供給されるリーン液１０４ｂを熱源として、吸収塔１０３から再生塔１０５に供給されるリッチ液１０４ａを加熱する再生熱交換器１０７が設けられ、リーン液１０４ｂの熱を回収するように構成されている。再生熱交換器１０７からのリーン液１０４ｂは冷却器１１４により冷却され、吸収塔１０３の上部に供給される。
【００３５】
吸収塔１０３の上部に供給されたリーン液１０４ｂは、吸収塔１０３内において上部から下降する。一方、吸収塔１０３に供給された燃焼排ガス１０２ａは、吸収塔１０３内において下部から頂部に向けて上昇する。そのため、二酸化炭素を含む燃焼排ガス１０２ａとリーン液１０４ｅが向流接触（直接接触）し、燃焼排ガス１０２ａから二酸化炭素が取り除かれてリーン液１０４ｅに吸収され、リッチ液１０４ａが生成される。二酸化炭素が取り除かれた燃焼排ガス１０２ｂは、吸収塔１０３の頂部から排出される。
【００３６】
凝縮器１１７は、再生塔１０５から排出された二酸化炭素ガスと蒸気とを含む排出ガス１０２ｃを凝縮（冷却）して、二酸化炭素ガスと生成された凝縮液とを分離する。凝縮器１１７から排出された二酸化炭素ガス１０２ｄは、貯蔵設備（図示せず）で貯蔵される。
【００３７】
ガス冷却器１１６は、再生塔１０５から排出された排出ガス１０２ｃを、冷却水（冷却媒体）を用いて冷却する。また、凝縮器１１７からの凝縮液は、再生塔１０５の上部に供給される。
【００３８】
吸収塔１０３に供給される排ガス１０２ａは、脱硫器３０により亜硫酸ガスが除去されている。そのため、二酸化炭素回収システムを循環する吸収液が亜硫酸ガスと反応することを防止し、吸収液の劣化を抑制することができる。
【００３９】
このように、保水機能を有する充填材を充填させた脱硫器を設けることで、燃焼排ガスから亜硫酸ガスを除去して二酸化炭素回収システム内を循環する吸収液の劣化を防止できる。  
上記実施形態では、図５に示すように、脱硫器３０を吸収塔１０３の前段に設けていたが、図６に示すように、充填材１を含む脱硫器を吸収塔１０３’内に設ける構成にしてもよい。配管５１から水又は海水が供給され、充填材１の保水性ゲルフィルム３に保持される。配管５２から供給された排ガスが充填材１を通過することで、排ガス中の亜硫酸ガスが除去される。亜硫酸ガスが除去された排ガスは、吸収塔１０３’内で吸収液（リーン液）と接触し、二酸化炭素が吸収される。二酸化炭素を吸収した吸収液（リッチ液）は図５の再生塔１０５へ送られる。排ガスから亜硫酸ガスを吸収した保水性ゲルフィルム３の水分（亜硫酸水）は、配管５３から回収される。
【００４０】
上記実施形態において、粉末活性炭に水酸化鉄を含ませてもよい。これにより亜硫酸ガスの酸化が促進され、硫酸イオンが充填材に保水された水に吸収される。
【００４１】
上記実施形態において、充填材１はポールリングに保水性ゲルフィルムを被覆したものでもよい。
【００４２】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１  充填材
２  円筒部材
３  保水性ゲルフィルム
４  エポキシ樹脂
【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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