(57)【要約】【課題】  活性炭酸ナトリムによる排煙ガスの二酸化炭素回収方法および装置を開示する。【解決手段】  本方法によれば、アルコールアミン活性剤が加えられた炭酸ナトリウム水溶液がＣＯ２吸収剤として使用され、アルコールアミンは最初にＣＯ２と結合して両性中間体を生成し、次に水和され解放されて再利用される。水和によって生じたＨ＋は塩基イオンＣＯ３２−によって中和され、水和によって生じたＨＣＯ３−は金属イオンＮａ＋と結合して重炭酸ナトリウムを形成し、この重炭酸ナトリウムは徐々に分解し、最終的には重炭酸ナトリウムスラリーが得られる。分解により、重炭酸ナトリウムスラリーは再生されてＣＯ２ガスおよび炭酸ナトリウム水溶液が得られ、ＣＯ２ガスは従来の処理が施されて液体に加工される。本装置は主に、吸収塔（１）と、傾斜板沈殿池（６）と、再生塔（１０）と、冷却装置（１７）と、気液分離装置（１６）と、乾燥機（１５）と、圧縮機（１４）と、凝縮機（１３）を含み、これらは管により連結される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性炭酸ナトリウムを使用して排煙ガスから二酸化炭素を回収する方法であって、該方法は、一般的な除塵および脱硫処理後に、発電用ボイラの排煙ガスの再処理を行うものであって、
１）炭酸ナトリウム水溶液をアミノアルコール活性剤と混合してＣＯ２吸収剤を生成し、一般的な除塵および脱硫処理後に排煙ガスにＣＯ２吸収剤を均等に噴霧して、上方へ流れる排煙ガスを下方へ噴霧されるＣＯ２吸収剤と完全に接触させるとともに、排煙ガス中のＣＯ２をアミノアルコール活性剤および炭酸ナトリウム水溶液と反応させる工程と、アミノアルコール活性剤は、最初にＣＯ２と接触して双生イオン中間体を形成し、この場合も結果的に生じる双生イオン中間体の水和反応において結合されておらず、水和反応から生成されたＨ＋は炭酸ナトリウム水溶液中のアルカリイオンＣＯ３２−によって中和され、また、水和反応から生成されたＨＣＯ３−は炭酸ナトリウム水溶液中の金属イオンＮａ＋と接触して沈殿し、重炭酸ナトリウムスラリーを生成するものであり、
２）前記工程１）で得られた重炭酸ナトリウムスラリーを熱分解して高濃度のＣＯ２ガスおよび炭酸ナトリウム水溶液を生成する工程と、
３）工程２）で得られた炭酸ナトリウム水溶液を工程１）へ戻してＣＯ２吸収剤を形成し、再利用する工程と、
４）工程２）から分離された高濃度ＣＯ２ガスを冷却して、その中の高温の水蒸気を凝縮させる工程と、
５）工程４）の冷却処理後に高濃度ＣＯ２ガスに気液分離を行い、凝縮水を取り除き、純度が９９％を超える高純度ＣＯ２ガスを生成する工程と、
６）工程５）で得られた高純度ＣＯ２ガスを乾燥、圧縮および凝縮して、高純度ＣＯ２ガスを液体状に変換することにより、高濃度液体ＣＯ２を得る工程と
を含む方法。
【請求項２】
前記工程１）において、
前記炭酸ナトリウム水溶液の濃度は１０〜３０ｗｔ．％であり、
前記アミノアルコール活性剤はモノエタノールアミンまたはジエタノールアミンであり、
加えられる前記モノエタノールアミンまたはジエタノールアミンの重量は、加えられる前記炭酸ナトリウムの重量の０．５〜６％であり、
前記ＣＯ２吸収剤溶液全体および前記排煙ガスの循環液ガス比は５〜２５Ｌ／ｍ３である
請求項１の方法。
【請求項３】
前記排煙ガス中のＣＯ２および前記工程１）のＣＯ２吸収剤の反応温度は４０〜５５℃に制御され、前記反応の圧力は３〜３００ｋＰａに制御される
請求項１または２の方法。
【請求項４】
前記工程２）の重炭酸ナトリウムスラリーの熱分解温度は８０〜１３０℃に制御される
請求項１または２の方法。
【請求項５】
前記工程４）の前記高濃度ＣＯ２ガスは２０〜３５℃の温度に冷却される
請求項１または２の方法。
【請求項６】
請求項１の方法に従い、活性炭酸ナトリウムを使用して排煙ガスから二酸化炭素を回収する装置であって、
ａ）吸収塔（１）と、
ｂ）再生塔（１０）と、
ｃ）冷却装置（１７）と、
ｄ）気液分離装置（１６）と、
ｅ）乾燥機（１５）と、
ｆ）圧縮機（１４）と、
ｇ）凝縮機（１３）とを含み、
複数の吸収剤噴霧層（２０）および少なくとも１個のデミスタ装置（２１）が、前記吸収塔（１）の下側排煙ガス入口（５）および上端排煙ガス出口（２２）の間において、下から上へ次々と配置され、
前記吸収塔（１）の下端スラリー出口は傾斜板沈殿池（６）の上側スラリー入口（６ａ）と連通し、前記傾斜板沈殿池（６）の上側吸収剤入口（６ｂ）は吸収剤容器（１９）と連通しており、
前記傾斜板沈殿池（６）の浮遊物出口（６ｃ）は、吸収剤循環ポンプ（８）を介して、前記吸収塔（１）の吸収剤噴霧層（２０）と連結され、
前記傾斜板沈殿池（６）の底流出口（６ｄ）は、重炭酸ナトリウムポンプ（７）を介して、前記再生塔（１０）の上側供給入口と連結され、前記再生塔（１０）の下側供給出口は、炭酸ナトリウムポンプ（９）を介して、前記傾斜板沈殿池（６）の上側吸収剤入口（６ｂ）と連結され、
前記再生塔（１０）の上側分解ガス出口は、前記冷却装置（１７）を介して、前記気液分離装置（１６）の入口と連結され、前記気液分離装置（１６）のガス出口は前記乾燥機（１５）、圧縮機（１４）および凝縮機（１３）と直列接続される
装置。
【請求項７】
前記傾斜板沈殿池（６）の底流出口（６ｄ）は、重炭酸ナトリウムポンプ（７）および前記熱交換機（１８）を介して、前記再生塔（１０）の上側供給入口と連結され、
前記再生塔（１０）の下側供給出口は、前記炭酸ナトリウムポンプ（９）および前記熱交換器（１８）を介して、前記傾斜板沈殿池（６）の上側吸収剤入口（６ｂ）と連結される
請求項６の装置。
【請求項８】
前記気液分離装置（１６）の液体出口は、前記傾斜板沈殿池（６）の上側吸収剤入口（６ｂ）と連結される
請求項６または７の装置。
【請求項９】
３個の吸収剤噴霧層（２０）が採用されており、
充填材層（３）は一番上の吸収剤噴霧層（２０）の下に配置され、
等流ふるい板（４）が他の２個の吸収剤噴霧層（２０）各々の下に配置される
請求項６または７の装置。
【請求項１０】
前記等流ふるい板（４）の穴面積および板面積の比率は３０〜４０％である請求項９の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電用ボイラの排煙ガスからの二酸化炭素の放出低減および資源利用技術に関し、特に、活性炭酸ナトリウムを使用することにより、排煙ガスから二酸化炭素を回収する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
温室効果は、人類が現在取り組む最大の環境問題の一つである。全ての温室効果ガスにおいて、ＣＯ２の含有量は最も高く、長期にわたり存在し、また温室効果の最大の原因である。したがって、ＣＯ２の放出低減は、持続可能な発展に必須の要件である。統計によれば、２００７年の終わりまでに、中国でのＣＯ２の放出は６０億１千万トン／年であり、世界第一位であった。放出が強大な１６２３個の資源（単一資源でのＣＯ２放出は１００万トン／年以上である）は、３９億トン／年を放出しており、これはＣＯ２の放出合計の約６５パーセントにあたる。放出が強大な資源の大部分は石炭火力発電所であり、石炭火力発電所の排煙ガスからのＣＯ２は長期にわたり、また安定高濃度の放出手段である。したがって、発電用ボイラからの排煙ガスの二酸化炭素の放出低減および資源利用技術を発展させることは、経済発展が炭素放出目標の影響を受けないようにするために、極めて重要である。
【０００３】
ＣＯ２を回収する方法は幾つか開発されてきた。化学吸収方法は産業界で広く利用されており、化学吸収法の原理は次のとおりである。排煙ガス中のＣＯ２は化学溶剤と反応して吸収され易い。化学溶剤のリッチ溶液は、ＣＯ２を平衡状態で吸収した後に得られる。次に、リッチ溶液は再生塔に導入され、加熱され、且つ、ＣＯ２ガスを解放するために分解されて、貧液に変換される。その後、貧液は排煙ガスからＣＯ２を吸収するために再利用される。したがって、吸収剤溶液を吸収塔および再生塔の間で循環させることにより、排煙ガス中のＣＯ２は回収、分離、そして浄化される。昨今では、ＣＯ２を吸収するためにアミノアルコール溶液を使用する化学吸収法が、最も広く利用されている方法であり、詳細にはＭＥＡ法、ＭＤＥＡ法、および混合有機アミン法を含む。アミノアルコール溶液を使用する化学吸収法は、化学分野では約２０年間利用されてきており、吸収の速度が速く吸収能力が高いといった特徴を有するが、発電所からの排煙ガスを処理する際に利用されると、アミノアルコールの酸化的分解反応が装置の長期に亘る安定した作動に影響を及ぼし、装置が相当に腐食してしまい、再生時にエネルギ消費が大きいという共通の欠点があることが、生産現場で証明されている。これは主に、石炭火力発電所の排煙ガスが、一般的な化学ガス資源と比べると以下の特性を持つことに起因する。１）多量の排煙ガスは酸化炭素の濃度が相対的に低い（１０〜１５％）。２）排煙ガスは酸素（５〜１０％）および金属イオンＦｅその他を含む塵の含有量が相対的に高いため、有機アミンの酸化的分解反応が加速されてしまい、また、高価なアミノアルコール吸収剤を多量に消費することとなる。これらの理由全ては、アミノアルコールを使用する二酸化炭素回収方法が高額であることの原因となる。
【０００４】
炭酸ナトリウムは、ＣＯ２吸収剤の工業生産に最初に使用されており、ＣＯ２を吸収するとともにＮａＨＣＯ３を生成する。ＮａＨＣＯ３をＮａ２ＣＯ３とＣＯ２に完全に分解する温度は、アミノアルコールの再生温度よりも低い。そのため、再生のためのエネルギ消費について、炭酸ナトリウムを吸収剤として使用する本方法は、アミノアルコールを吸収剤として使用する方法よりも、２０〜３０％エネルギ消費が低いという明らかな利点がある。しかしながら、炭酸ナトリウムのアルカリ性はアミノアルコールよりも弱く、また、炭酸ナトリウムが単独で使用された時には、吸収速度が低く、吸収効果が少ない。更に、炭酸ナトリウムを使用する方法の全体的なエネルギ消費およびコストは、有機アミンを使用する方法ほど優れておらず、炭酸ナトリウムを使用する方法は殆ど断念されてきた。
【０００５】
したがって、ＣＯ２の吸収能力を高めるとともに、全体的なエネルギ消費およびコストを低減させるために、炭酸ナトリウム吸収方法を改良することが、当該技術分野に属する者にとって問題であった。しかしながら、多くの実験が行われてきたが満足のいく結果は得られておらず、ましてや商業的に利用されることもない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の問題に鑑み、本発明の目的の一つは、処理が簡単であり、装置の構造が単純であり、投資が少なく、製造コストが低い活性炭酸ナトリウムを使用することにより排煙ガスから二酸化炭素を回収する方法および装置を提供することにある。本方法および装置は完全に、発電用ボイラの排煙ガスの特性に完全に適合するものであり、有機アミンの酸化的分解反応、装置の相当な腐食、および高いエネルギ消費といった問題を解決する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明の一実施形態によれば、活性炭酸ナトリウムを使用することにより、排煙ガスから二酸化炭素を回収する方法が提供される。本方法は、一般的な除塵および脱硫処理後における、発電用ボイラの排煙ガスの再処理であり、以下の工程を含む。
【０００８】
１）炭酸ナトリウム水溶液をアミノアルコール活性剤と混合させて、ＣＯ２吸収剤を生成し、一般的な除塵および脱硫処理の後にＣＯ２吸収剤を排煙ガスに均等に噴霧して、上方へ流れる排煙ガスを下方に噴霧されるＣＯ２吸収剤と完全に接触させるとともに、排煙ガス中のＣＯ２をアミノアルコール活性剤および炭酸ナトリウム水溶液と反応させる工程。アミノアルコール活性剤は、最初にＣＯ２と接触して双生イオン中間体を形成し、この場合も結果的に生じる双生イオン中間体の水和反応において結合しておらず、水和反応から生じるＨ＋は炭酸ナトリウム水溶液中のアルカリイオンＣＯ３２−によって中和され、且つ、水和反応から生じるＨＣＯ３−は炭酸ナトリウム水溶液中の金属イオンＮａ＋と接触し、沈殿して重炭酸ナトリウムスラリーを生成する。以下、大文字Ａで表すアミノアルコール活性剤と炭酸ナトリウム水溶液（Ｎａ２ＣＯ３）の間の反応の原理を説明する。
【０００９】
第１に、アミノアルコール活性剤ＡはＣＯ２と接触して、以下の化学方程式で表す双生イオン中間体Ａ・ＣＯ２を形成する。
ＣＯ２＋Ａ→Ａ・ＣＯ２      （１‐１）
【００１０】
第２に、双生イオン中間体Ａ・ＣＯ２の水和反応において、この場合もアミノアルコール活性剤Ａは結合しておらず、以下の化学方程式で表すように、ＨＣＯ３−およびＨ＋も生成される。
Ａ・ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ→ＨＣＯ３−＋Ｈ＋＋Ａ      （１‐２）
【００１１】
第３に、水和反応から生成されるＨ＋は、以下の化学方程式で表すように、炭酸ナトリウム水溶液中のアルカリイオンＣＯ３２−によって中和される。
ＣＯ３２−＋Ｈ＋→ＨＣＯ３−      （１‐３）
【００１２】
第４に、以下の化学方程式で表すように、ＨＣＯ３−は炭酸ナトリウム水溶液中の金属イオンＮａ＋と接触して徐々に沈殿する。
Ｎａ＋＋ＨＣＯ３−→ＮａＨＣＯ３↓      （１‐４）
【００１３】
アミノアルコール活性剤ＡはＣＯ２と結合し易いので、双生イオン中間体Ａ・ＣＯ２はすぐに化学反応（１‐１）の反応領域で生成される。双生イオン中間体Ａ・ＣＯ２の水和反応はＣＯ２よりもずっと早いので、ＨＣＯ３−およびＨ＋の生成速度は非常に速い。したがって、アミノアルコール活性剤Ａは、反応領域において結合状態および非結合状態の間で再利用され、中和反応（１‐３）が確実に連続して生じ、また、本方法の全体ＣＯ２吸収速度は、Ｎａ２ＣＯ３を単独で使用することによるＣＯ２吸収速度よりもずっと早い。また、ＮａＨＣＯ３はＣＯ２吸収剤溶液での溶解度が相対的に低く、ＮａＨＣＯ３はその生成量が増加するに伴い結晶化および沈殿するので、吸収剤溶液中のＨＣＯ３−は減少し、反応全体がＣＯ２吸収の方向へ更に推進する。したがって、本方法のＣＯ２吸収効果全体は、アミノアルコールを単独で使用することによるＣＯ２吸収効果全体と比較的に等しいが、本方法の製造コストは大きく減少する。
【００１４】
２）以下の化学方程式で表すように、工程１）で得られた重炭酸ナトリウムスラリーを熱分解して、高濃度のＣＯ２ガスおよび炭酸ナトリウム水溶液を生成する工程。
２ＮａＨＣＯ３＝Ｎａ２ＣＯ３＋ＣＯ２↑＋Ｈ２Ｏ
【００１５】
３）工程２）で得られた炭酸ナトリウム水溶液を工程１）に戻し、ＣＯ２吸収剤を形成して再利用する工程。
【００１６】
４）工程２）から分離された高濃度ＣＯ２ガスを冷却して、その中の高温の水蒸気を凝縮する工程。
【００１７】
５）工程４）の冷却処理後に高濃度のＣＯ２ガスに気液分離を行い、凝縮水を取り除いて純度が９９％を超える高純度ＣＯ２ガスを生成する工程。
【００１８】
６）工程５）の高純度ＣＯ２ガスを乾燥、圧縮および凝縮して、高純度ＣＯ２ガスを液体状に変換し、高濃度の液体ＣＯ２を得る工程。
【００１９】
炭酸ナトリウム水溶液の濃度は１０〜３０ｗｔ．％である。アミノアルコール活性剤はモノエタノールアミン（ＭＥＡ）またはジエタノールアミン（ＤＥＡ）である。加えられるモノエタノールアミンまたはジエタノールアミンの重量は、加えられる炭酸ナトリウムの重量の０．５〜６％である。ＣＯ２吸収剤溶液全体と排煙ガスの循環液ガス比は、５〜２５Ｌ／ｍ３である。したがって、適当なアミノアルコール活性剤の比率および水溶液濃度により、確実にＣＯ２と高速反応させ、高価な吸収剤の投入量を最大限に減少させ、アミノアルコールの酸化的分解反応によって生じる装置の腐食を回避し、且つ装置および作動コストへの投資を大きく減らすことができる。
【００２０】
排煙ガス中のＣＯ２および工程１）のＣＯ２吸収剤の反応温度は４０〜５５℃に制御され、反応圧力は３〜３００ｋＰａに制御される。したがって、吸収剤溶液は、適切な温度および圧力で、排煙ガス中のＣＯ２と完全に反応する。
【００２１】
工程２）において、重炭酸ナトリウムスラリーの熱分解温度は８０〜１３０℃に制御される。この温度範囲内で、重炭酸ナトリウムは迅速に分解されて、多量のＣＯ２を解放するとともに、高濃度のＣＯ２ガスが得られる。
【００２２】
高濃度のＣＯ２ガスは、２０〜３５℃の温度に冷却される。したがって、多量の水蒸気が凝縮されるので、ＣＯ２ガスの純度が高まる。
【００２３】
上記の方法を実行するために、活性炭酸ナトリウムを使用することにより排煙ガスから二酸化炭素を回収する装置は、吸収塔と、再生塔と、冷却装置と、気液分離装置と、乾燥機と、圧縮機と、凝縮機を含む。複数の吸収剤噴霧層および少なくとも１個のデミスタ装置が、吸収塔の下側排煙ガス入口および上端排煙ガス出口の間において、下から上へ次々と配置される。吸収塔の下端スラリー出口は、傾斜板沈殿池の上側スラリー入口と連通する。傾斜板沈殿池の上側吸収剤入口は、吸収剤容器と連通する。傾斜板沈殿池の浮遊物出口は、吸収剤循環ポンプを介して、吸収塔の吸収剤噴霧層と連結される。傾斜板沈殿池の底流出口は、重炭酸ナトリウムポンプを介して、再生塔の上側供給入口と連結される。再生塔の下側供給出口は、炭酸ナトリウムポンプを介して、傾斜板沈殿池の上側吸収剤入口と連結される。再生塔の上側分解ガス出口は、冷却装置を介して、気液分離装置の入口と連結される。気液分離装置のガス出口は、乾燥機、圧縮機および凝縮機と直列接続される。したがって、ＣＯ２の吸収の間に、再生、脱水、乾燥、圧縮および凝縮を含むＣＯ２ガスの処理は、高純度の液体二酸化炭素が得られるまで、連続して行われる。
【００２４】
傾斜板沈殿池の底流出口は、重炭酸ナトリウムポンプおよび熱交換機を介して、再生塔の上側供給入口と連結される。再生塔の下側供給出口は、炭酸ナトリウムポンプおよび熱交換機を介して、傾斜板沈殿池の上側吸収剤入口と連結される。したがって、再生塔内において炭酸ナトリウムの貧液の排熱は完全に利用され、即ち、再生塔に導入された重炭酸ナトリウムのリッチ水溶液を予熱する一方で、炭酸ナトリウムの貧液を冷却することにより、熱交換の安全な再利用が実現されると共に、熱エネルギ源が節約される。
【００２５】
気液分離装置の液体出口は、傾斜板沈殿池の上側吸収剤入口と連結される。したがって、気液分離装置から分離された凝縮水は傾斜板沈殿池に戻されて、水が再利用されることにより、プロセス全体での水の消費が減少するとともに、製造コストが低減する。
【００２６】
３個の吸収剤噴霧層が採用される。充填材層は一番上の吸収剤噴霧層の下に配置される。等流ふるい板は、他の２個の吸収剤噴霧層各々の下に配置される。また、等流ふるい板の穴面積および板面積の比率は３０〜４０％である。一方では、等流ふるい板を介することで、上方へのガス流はより均等になるので、排煙ガスの死角が効果的に排除されると共に、排煙ガスと吸収剤の完全な接触がもたらされる。また他方では、複数の吸収剤噴霧層を介する吸収剤の噴霧作用下において、吸収塔の断面への吸収剤の噴霧範囲は３００％以上であるので、排煙ガス中のＣＯ２と吸収剤の完全な接触およびＣＯ２を吸収するための完全な化学反応が確実に行われる。
【００２７】
二酸化炭素を除去するためにアミノアルコールを利用する従来の処理方法と比べて、本発明の効果は以下のとおりである。
【００２８】
第１に、ＣＯ２吸収剤は、アミノアルコール活性剤を炭酸ナトリウム水溶液に加えることにより形成される。ＣＯ２吸収剤の全体ＣＯ２吸収効果は、アミノアルコールを単独で使用することによる全体ＣＯ２吸収効果と比較的等しい。しかし、アミノアルコールを単独で使用することによるＣＯ２吸収の困難さ、例えばアミノアルコール吸収剤を多量に消費、分解後の後処理が困難、作動コストが高い等が解消される。加えて、炭酸ナトリウムは広く利用される化学生成物であり、アミノアルコールの十分の一の価格で購入することが極めて容易であるので、ＣＯ２ガスを回収するためのコストが大きく低下する。
【００２９】
第２に、ＣＯ２が炭酸ナトリウム水溶液によって吸収された後に、生成された重炭酸ナトリウムは、アミノアルコールの再生温度よりも２０〜３０℃低い分解温度を備える。再生処理のエネルギ消費が低いだけでなく、排煙ガスおよび他の加熱手段の低温の排熱が効果的に利用されるので、エネルギの節約につながる。したがって、本発明は、排煙ガスの流れが多く、二酸化炭素の濃度が低い石炭火力発電所からの排煙ガスの処理に特に適する。
【００３０】
第３に、アミノアルコール活性剤は炭酸ナトリウム水溶液のごく一部であるため、アミノアルコール活性剤の酸化的分解反応の問題が回避される。加えて、装置の腐食現象は、アミノアルコール活性剤を単独で使用した時よりもはるかに少ない。したがって、本発明方法は、安定的に作動可能であり、装置の有効性は、アミノアルコール吸収方法よりもずっと高く、また、装置の投資および作動コストが、アミノアルコール吸収法よりもずっと低い。
【００３１】
最後に、本方法は、発電用ボイラからの排煙ガスを完全に利用しており、二酸化炭素の排出を効果的に減少させる一方で、純度９９％以上の液体二酸化炭素を得ることができ、これは国際工業等級の二酸化炭素規格を満たすものである。本方法は、環境汚染を包括的に管理するのに有利であるだけでなく、循環経済の良好な発展をも促進する。また、本方法は、発電用ボイラからの排煙ガスの無害な資源利用を実現することから、石炭火力発電所において特に適切である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】活性炭酸ナトリウムを使用することにより排煙ガスから二酸化炭素を回収する装置の接続構造図。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明を更に説明するために、活性炭酸ナトリウムを使用することにより排煙ガスから二酸化炭素を回収する装置および方法を詳述する実験を、以下に図面と併せて記載する。
【００３４】
図面に示すように、活性炭酸ナトリウムを使用する排煙ガスからの二酸化炭素回収装置は、吸収塔１と、再生塔１０と、冷却装置１７と、気液分離装置１６と、乾燥機１５と、圧縮機１４と、凝縮機１３を含む。３個の吸収剤噴霧層２０および１個のデミスタ装置２１が、吸収塔１の下側排煙ガス入口５および上端排煙ガス出口２２の間において、下から上へ次々と配置される。充填材層３は、一番上の吸収剤噴霧層２０の下に配置される。等流ふるい板４は、他の２個の吸収剤噴霧層２０各々の下に配置される。等流ふるい板４の穴面積および板面積の比率は３８％である。このような噴霧構造の組み合わせにより、吸収塔の断面への吸収剤の噴霧範囲は、確実に３５０％以上となる。デミスタ装置２１は、上側デミストフィルタスクリーンと、下側デミストフィルタスクリーンと、２個のデミストフィルタスクリーンの間に配置されて、排煙ガス中の吸収剤滴を取り除く浄化スプレー要素を含む。
【００３５】
吸収塔１の下端スラリー出口は、傾斜板沈殿池６の上側スラリー入口６ａと連通しており、また、重炭酸ナトリウムスラリーは重力により、傾斜板沈殿池６まで流入できる。傾斜板沈殿池６の上側吸収剤入口６ｂは吸収剤容器１９と連通しており、炭酸ナトリウム、アミノアルコール活性剤、およびプロセス水を補給する。炭酸ナトリウムは、傾斜板沈殿池６の浮遊物中の主要な含有物であり、重炭酸ナトリウムスラリーは、底流の主要な含有物である。傾斜板沈殿池６の浮遊物出口６ｃは、吸収剤循環ポンプ８を介して、吸収塔１の３個の吸収剤噴霧層２０と連結される。傾斜板沈殿池６の底流出口６ｄは、重炭酸ナトリウムポンプ７および熱交換機１８を介して、再生塔１０の上側供給入口と連結される。再生塔１０の下側供給出口は、炭酸ナトリウムポンプ９および熱交換機１８を介して、傾斜板沈殿池６の上側吸収剤入口６ｂと連結される。再生塔１０の支持沸騰ユニット１１は、再生塔１０の底部外側に配置される。
【００３６】
再生塔１０の上側分解ガス出口は、冷却装置１７を介して、気液分離装置１６の入口と連結される。気液分離装置１６の液体出口は、傾斜板沈殿池６の上側吸収剤入口６ｂと連結される。気液分離装置１６のガス出口は、乾燥機１５、圧縮機１４および凝縮機１３と直列接続される。凝縮機１３の出口は、液体二酸化炭素貯留タンク１２と連結される。上記の機器各々は、化学産業で一般的に使用される機器であるので、その構造についてはここでは述べない。
【００３７】
上記装置の作動テストにおいて、ＣＯ２吸収剤の混合比率のパラメータは、排煙ガス中の様々なＣＯ２含有量に応じて、以下から選択される。
【００３８】
１）炭酸ナトリウム水溶液の濃度が１０ｗｔ．％であるならば、モノエタノールアミン（ＭＥＡ）またはジエタノールアミン（ＤＥＡ）と炭酸ナトリウムの重量比は１．５〜６％である。
【００３９】
２）炭酸ナトリウム水溶液の濃度が１５ｗｔ．％であるならば、モノエタノールアミン（ＭＥＡ）またはジエタノールアミン（ＤＥＡ）と炭酸ナトリウムの重量比は１〜５％である。
【００４０】
３）炭酸ナトリウム水溶液の濃度が２０〜２５ｗｔ．％であるならば、モノエタノールアミン（ＭＥＡ）またはジエタノールアミン（ＤＥＡ）と炭酸ナトリウムの重量比は０・８〜４％である。
【００４１】
４）炭酸ナトリウム水溶液の濃度が３０ｗｔ．％であるならば、モノエタノールアミン（ＭＥＡ）またはジエタノールアミン（ＤＥＡ）と炭酸ナトリウムの重量比は０．５〜３％である。
【００４２】
本発明の詳細なプロセスの流れは以下の通りである。石炭火力発電所から排出された排煙ガスは、一般的な除塵および脱硫処理後に、下側排煙ガス入口５を介して吸収塔１に導入される。排煙ガスは等流ふるい板４および充填材層３を通過して上方へ流れる。一方、アミノアルコール活性剤が加えられた炭酸ナトリウム水溶液は、吸収剤噴霧層２０を介して下方へ噴霧される。ＣＯ２吸収剤溶液全体と排煙ガスの循環液ガス比は、５〜２５Ｌ／ｍ３内、特に１２〜２２Ｌ／ｍ３内に制御される。排煙ガス中のＣＯ２およびＣＯ２吸収剤の反応温度は、４０〜５５℃に制御され、反応圧力は３〜３００ｋＰａ、特に５〜２００ｋＰａに制御される。したがって、上方へ流れる排煙ガスは、充填材層３および等流ふるい板４において、下方へ噴霧されるＣＯ２吸収剤と完全に接触し、排煙ガス中のＣＯ２はアミノアルコール活性剤および炭酸ナトリウム水溶液と反応して吸収される。
【００４３】
多量のＣＯ２から取り除かれた後、排煙ガスは引き続き上方へ流れ、デミスタ装置２１を通過して、排煙ガスから吸収剤滴が更に取り除かれ、最終的に浄化排煙ガスが大気へ直接排出される。ＣＯ２を吸収することにより生成される重炭酸ナトリウムスラリーは、吸収塔１の底へ落下し、傾斜板沈殿池６へ導入されて、吸収塔１の下端スラリー出口を通過後に層状にされる。炭酸ナトリウムは傾斜板沈殿池６の浮遊物中の主要な含有物であり、重炭酸ナトリウムスラリーは底流の主要な含有物である。
【００４４】
重炭酸ナトリウムスラリーは、重炭酸ナトリウムポンプ７を介して、熱交換機１８の吸熱管に搬送されて、吸熱後に上側供給入口から再生塔１０に導入される。重炭酸ナトリウムスラリーは再生塔の各ふるい板に噴霧され、上方へ流れる水蒸気によって加熱および分解され、ＣＯ２が解放される。不完全分解された重炭酸ナトリウムスラリーは再生塔１０の底へ落下し、再生塔１０の支持沸騰ユニット１１によって８０〜１３０℃の温度に加熱され、更に分解されて高濃度のＣＯ２ガスを解放する一方で、炭酸ナトリウム水溶液が得られる。
【００４５】
再生塔１０の炭酸ナトリウム水溶液は、炭酸ナトリウムポンプ９によって上昇させられ、熱交換機１８の発熱管へ導入されて熱を解放する。その後、炭酸ナトリウム水溶液は、上側吸収剤入口６ｂから傾斜板沈殿池６へ導入され、更に吸収剤循環ポンプ８を介して吸収塔１の吸収剤噴霧層２へ搬送されて再利用される。
【００４６】
多量の水蒸気と共に再生塔から解放された高濃度のＣＯ２ガスは、再生塔１０の上側分解ガス出口を介して再生塔１０の外へ、冷却装置１７まで流れ、そこでＣＯ２ガスは２５〜３５℃の温度に冷却され、殆どの水蒸気が凝縮される。
【００４７】
高濃度のＣＯ２ガスは、冷却装置１７によって処理された後に得られ、気液分離装置１６へ搬送され、そこで凝縮水は遠心力によりＣＯ２ガスから完全に分離され、９９％以上の純度を備えた高純度のＣＯ２ガスが得られる。分離された凝縮水は気液分離装置１６の水出口および傾斜板沈殿池６の上側吸収剤入口６ｂを介して、最終的には傾斜板沈殿池６へ搬送されて、再利用される。分離された高純度のＣＯ２ガスは乾燥機１５へ搬送されて乾燥処理が施され、次に圧縮機１４に入れられて圧縮される。圧縮されたＣＯ２ガスは凝縮機１３へ搬送されて液体状に凝縮され、高濃度の工業用液体ＣＯ２生成物が得られ、最終的には液体二酸化炭素貯留タンク１２へ投入されて貯蔵される。
【符号の説明】
【００４８】
１    吸収塔
２    吸収剤噴霧層
３    充填材層
４    等流ふるい板
５    下側排煙ガス入口
６    傾斜板沈殿池
６ａ  上側スラリー入口
６ｂ  上側吸収剤入口
６ｃ  浮遊物出口
６ｄ  底流出口
７    重炭酸ナトリウムポンプ
８    吸収剤循環ポンプ
９    炭酸ナトリウムポンプ
１０  再生塔
１１  支持沸騰ユニット
１２  液体二酸化炭素貯留タンク
１３  凝縮機
１４  圧縮機
１５  乾燥機
１６  気液分離装置
１７  冷却装置
１８  熱交換器
１９  吸収剤容器
２０  吸収剤噴霧層
２１  デミスタ装置
２２  上端排煙ガス出口
【図１】
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【国際調査報告】
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