(57)【要約】【課題】蒸気タービンから導出された水蒸気を、吸収液から放散された二酸化炭素のキャリアガスとして利用して吸収液の再生を行うことにより、システム効率の向上を図ることができる二酸化炭素回収システムおよび二酸化炭素回収方法を提供すること目的とする。【解決手段】蒸気タービン１７０と、排ガス１０３とリーン吸収液１５１を気液接触させる吸収塔１００と、二酸化炭素を吸収したリッチ吸収液１５２と蒸気タービン１７０から抽気された水蒸気１２０とを気液接触させ、二酸化炭素を放散させてリーン吸収液１５１を再生する再生塔１１０と、リッチ吸収液１５２を吸収塔１００から再生塔１１０に導くリッチ吸収液ライン１３０と、リーン吸収液１５１を再生塔１１０から吸収塔１００に導くリーン吸収液ライン１３１と、蒸気タービン１７０から水蒸気１２０を再生塔１１０に導く水蒸気供給ライン１７１とを備える。【選択図】図１
2008023438.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気タービンを備えた、排ガス中の二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収システムであって、
排ガス導入口、リーン吸収液導入口、残りガス排出口およびリッチ吸収液排出口を備え、前記ガス導入口から導入された前記排ガスと前記リーン吸収液導入口から導入された前記リーン吸収液とを気液接触させて前記排ガス中の二酸化炭素を前記リーン吸収液に吸収させてリッチ吸収液とする吸収装置と、
リッチ吸収液導入口、リーン吸収液排出口、排気口および水蒸気導入口を備え、前記リッチ吸収液導入口から導入された前記リッチ吸収液と、前記水蒸気導入口から導入された前記蒸気タービンから導出された水蒸気とを気液接触させて前記リッチ吸収液から前記二酸化炭素を前記水蒸気中に放散させ、前記リッチ吸収液を前記リーン吸収液に再生し、前記二酸化炭素の混入した前記水蒸気を前記排気口から排出する再生装置と、
前記吸収装置のリッチ吸収液排出口から排出されるリッチ吸収液を前記再生装置のリッチ吸収液導入口に導くリッチ吸収液ラインと、
前記再生装置のリーン吸収液排出口から排出されるリーン吸収液を前記吸収装置のリーン吸収液導入口に導くリーン吸収液ラインと、
前記蒸気タービンから導出された水蒸気を前記再生装置の水蒸気導入口に導く水蒸気供給ラインと
を具備することを特徴とする二酸化炭素回収システム。
【請求項２】
前記再生装置の排気口から二酸化炭素が混入した水蒸気を吸引し、前記再生装置内を真空にする真空引き装置をさらに具備することを特徴とする請求項１記載の二酸化炭素回収システム。
【請求項３】
前記リーン吸収液および前記リッチ吸収液の温度が５５〜７０℃であり、前記再生装置内の絶対圧力が３０〜７０ｋＰａであることを特徴とする請求項１または２記載の二酸化炭素回収システム。
【請求項４】
前記リーン吸収液の主な溶質が炭酸塩であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の二酸化炭素回収システム。
【請求項５】
前記再生装置の水蒸気導入口から導入される水蒸気の温度が、５５〜７０℃であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の二酸化炭素回収システム。
【請求項６】
前記蒸気タービン内の絶対圧力が５０〜１５０ｋＰａである部分から温度が４０〜８０℃の水蒸気を導出し、前記水蒸気供給ラインを介して前記再生装置に導くことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の二酸化炭素回収システム。
【請求項７】
前記水蒸気が、有機物を含有していないことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の二酸化炭素回収システム。
【請求項８】
前記水蒸気が、金属腐食防止剤としてアンモニアを含有していることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の二酸化炭素回収システム。
【請求項９】
前記排ガスが、火力発電プラントから排出される燃焼排ガスであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項記載の二酸化炭素回収システム。
【請求項１０】
前記真空引き装置によって吸引された二酸化炭素が混入した水蒸気から二酸化炭素を分離する分離装置をさらに具備したことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項記載の二酸化炭素回収システム。
【請求項１１】
前記蒸気タービンが、低圧蒸気タービンであることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項記載の二酸化炭素回収システム。
【請求項１２】
排ガスとリーン吸収液とを吸収装置内に導き、前記排ガスと前記リーン吸収液とを気液接触させて前記リーン吸収液に前記排ガス中の二酸化炭素を吸収させリッチ吸収液とする吸収工程と、
前記二酸化炭素を吸収したリッチ吸収液および蒸気タービンから導出された水蒸気を再生装置に導き、ほぼ同じ温度の前記リッチ吸収液と前記水蒸気とを気液接触させて前記リッチ吸収液から前記二酸化炭素を前記水蒸気中に放散させて前記リッチ吸収液を前記リーン吸収液に再生する再生工程と、
前記二酸化炭素が混入した水蒸気を前記再生装置から吸引し、前記再生装置内を真空にする真空引き工程と
を具備することを特徴とする二酸化炭素回収方法。
【請求項１３】
前記真空引き工程で吸引された二酸化炭素が混入した水蒸気から二酸化炭素を分離する分離工程をさらに具備したことを特徴とする請求項１２記載の二酸化炭素回収方法。
【請求項１４】
前記リーン吸収液および前記リッチ吸収液の温度が５５〜７０℃であり、前記再生装置内の絶対圧力が３０〜７０ｋＰａであることを特徴とする請求項１２または１３記載の二酸化炭素回収方法。
【請求項１５】
前記蒸気タービン内の絶対圧力が５０〜１５０ｋＰａである部分から温度が４０〜８０℃の水蒸気を導出し、温度が５５〜７０℃の水蒸気を前記再生装置に導くことを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれか１項記載の二酸化炭素回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火力発電プラントにおけるボイラの燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収システムおよび二酸化炭素回収方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、化石燃料の燃焼生成物である二酸化炭素の温室効果による地球温暖化の問題が大きくなっている。気候変動に関する国際連合枠組条約の京都議定書において、我が国の温室効果ガス排出削減の目標は、１９９０年の比率マイナス６％を２００８〜２０１２年の間に達成することである。
【０００３】
このような背景の中、火力発電所、都市ごみ焼却場などから排出される二酸化炭素を、例えば、炭酸塩である炭酸カリウムの水溶液を吸収液として用いることにより、二酸化炭素を回収するシステムが提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００４】
ここで、従来の二酸化炭素回収システム２００について、図２を参照して説明する。
【０００５】
図２は、従来の二酸化炭素回収システム２００の概要を示した図である。この従来の二酸化炭素回収システム２００は、ピペラジンを添加した炭酸カリウム水溶液を吸収液として用いて、二酸化炭素を回収するシステムである。
【０００６】
図２に示すように、化石燃料を燃焼して排出された排ガス２０１は、ガスブロワ２０２によって吸収塔２０３に導かれる。吸収塔２０３の上部には、リーン吸収液２０４が供給され、このリーン吸収液２０４は、吸収塔２０３内に導入された排ガス２０１と気液接触して排ガス２０１中の二酸化炭素を吸収する。一方、リーン吸収液２０４に二酸化炭素を吸収された残りの排ガス２０１は、吸収塔２０３の上部から大気へ放出される。ここで、このリーン吸収液２０４は、温度が４０〜４６℃で吸収塔２０３に供給され、吸収塔２０３内は絶対圧力１００ｋＰａ程度である。
【０００７】
二酸化炭素を吸収したリッチ吸収液２０５は、吸収塔２０３の下部から抜出しポンプ２０６によって再生塔２０７に導かれる。再生塔２０７に導かれたリッチ吸収液２０５は、加熱器２０８のスチーム２０９によって４６℃から６０℃以上の温度に加熱されて、絶対圧力１６ｋＰａで撹乱される。そして、二酸化炭素がリッチ吸収液２０５から放散され、再び二酸化炭素を吸収できるリーン吸収液２０４に再生される。再生されたリーン吸収液２０４は、循環ポンプ２１０により、冷却器２１１を介して吸収塔２０３の上部へ戻される。一方、リッチ吸収液２０５から放散された二酸化炭素は、スチーム２０９とともに、真空引き装置２１２に導かれ、さらに分離器２１３に導かれてスチーム２０９と分離され回収される。ここで、真空引き装置２１２は、スチーム２０９の一部を凝縮させて取り除くためのコンデンサを備えている。
【０００８】
このように構成された従来の二酸化炭素回収システム２００では、二酸化炭素の回収を行うために、再生塔２０７内でリッチ吸収液２０５を４６℃から６０℃以上の温度に加熱し、再生塔２０７内を絶対圧力１６ｋＰａに真空引きする必要がある。
【非特許文献１】J. Tim Cullinane and Gary T. Rochelle, “Carbon Dioxide Absorption with Aqueous Potassium Carbonate Promoted by Piperazine”, Greenhouse Gas Control Technologies II, J.Gale and Y. Kaya(Eds.), p1603-1606(2003)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記した従来の二酸化炭素回収システムでは、再生塔内でリッチ吸収液を４６℃から６０℃以上の温度に加熱するため、大きな熱エネルギを消費する。
【００１０】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、蒸気タービンから導出された水蒸気を、吸収液を加熱する加熱源としてではなく、吸収液から放散された二酸化炭素のキャリアガスとして利用して吸収液の再生を行うことにより、熱エネルギの消費を大幅に削減し、システム効率の向上を図ることができる二酸化炭素回収システムおよび二酸化炭素回収方法を提供すること目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の二酸化炭素回収システムは、蒸気タービンを備えた、排ガス中の二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収システムであって、排ガス導入口、リーン吸収液導入口、残りガス排出口およびリッチ吸収液排出口を備え、前記ガス導入口から導入された前記排ガスと前記リーン吸収液導入口から導入された前記リーン吸収液とを気液接触させて前記排ガス中の二酸化炭素を前記リーン吸収液に吸収させてリッチ吸収液とする吸収装置と、リッチ吸収液導入口、リーン吸収液排出口、排気口および水蒸気導入口を備え、前記リッチ吸収液導入口から導入された前記リッチ吸収液と、前記水蒸気導入口から導入された前記蒸気タービンから導出された水蒸気とを気液接触させて前記リッチ吸収液から前記二酸化炭素を前記水蒸気中に放散させ、前記リッチ吸収液を前記リーン吸収液に再生し、前記二酸化炭素の混入した前記水蒸気を前記排気口から排出する再生装置と、前記吸収装置のリッチ吸収液排出口から排出されるリッチ吸収液を前記再生装置のリッチ吸収液導入口に導くリッチ吸収液ラインと、前記再生装置のリーン吸収液排出口から排出されるリーン吸収液を前記吸収装置のリーン吸収液導入口に導くリーン吸収液ラインと、前記蒸気タービンから導出された水蒸気を前記再生装置の水蒸気導入口に導く水蒸気供給ラインとを具備することを特徴とする。
【００１２】
この二酸化炭素回収システムによれば、再生装置において、蒸気タービンから導出された水蒸気を、吸収液を加熱する加熱源としてではなく、吸収液から放散された二酸化炭素のキャリアガスとして利用して吸収液の再生を行うことができる。これにより、熱エネルギの消費を大幅に削減し、システム効率の向上を図ることができる。
【００１３】
本発明の二酸化炭素回収方法は、排ガスとリーン吸収液とを吸収装置内に導き、前記排ガスと前記リーン吸収液とを気液接触させて前記リーン吸収液に前記排ガス中の二酸化炭素を吸収させリッチ吸収液とする吸収工程と、前記二酸化炭素を吸収したリッチ吸収液および蒸気タービンから導出された水蒸気を再生装置に導き、ほぼ同じ温度の前記リッチ吸収液と前記水蒸気とを気液接触させて前記リッチ吸収液から前記二酸化炭素を前記水蒸気中に放散させて前記リッチ吸収液を前記リーン吸収液に再生する再生工程と、前記二酸化炭素が混入した水蒸気を前記再生装置から吸引し、前記再生装置内を真空にする真空引き工程とを具備することを特徴とする。
【００１４】
この二酸化炭素回収方法によれば、再生工程において、蒸気タービンから導出された水蒸気を、吸収液を加熱する加熱源としてではなく、吸収液から放散された二酸化炭素のキャリアガスとして利用して吸収液の再生を行うことができる。これにより、熱エネルギの消費を大幅に削減し、システム効率の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の二酸化炭素回収システムおよび二酸化炭素回収方法によれば、蒸気タービンから導出された水蒸気を、吸収液を加熱する加熱源としてではなく、吸収液から放散された二酸化炭素のキャリアガスとして利用して吸収液の再生を行うことにより、熱エネルギの消費を大幅に削減し、システム効率の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態の二酸化炭素回収システム１０の概要を示した図である。
【００１８】
この二酸化炭素回収システム１０は、低温低圧の水蒸気１２０が抽気される蒸気タービン１７０と、導入された排ガス１０３とリーン吸収液１５１を気液接触させる吸収塔１００と、蒸気タービン１７０から抽気された水蒸気１２０中に、二酸化炭素を吸収したリッチ吸収液１５２から二酸化炭素を放散させてリーン吸収液１５１を再生する再生塔１１０と、吸収塔１００の吸収液排出口１０１から排出されるリッチ吸収液１５２を再生塔１１０の吸収液導入口１１１に導くリッチ吸収液ライン１３０と、再生塔１１０の吸収液排出口１１２から排出されるリーン吸収液１５１を吸収塔１００の吸収液導入口１０２に導くリーン吸収液ライン１３１と、蒸気タービン１７０から抽気された水蒸気１２０を再生塔１１０の水蒸気導入口１２１に導く水蒸気供給ライン１７１と、各ポンプ、各機器などを制御する制御部１４０とから主に構成されている。また、二酸化炭素回収システム１０には、さらに、再生塔１１０から二酸化炭素および水蒸気１２０を吸引して再生塔１１０内を減圧する真空引き装置１２５と、二酸化炭素および水蒸気１２０の混合気を冷却してそれぞれを分離する分離器１２６とが備えられている。なお、低温低圧の水蒸気１２０が抽気される蒸気タービン１７０は、低圧蒸気タービンで構成される。
【００１９】
ここで、リーン吸収液１５１とは、吸収塔１００で二酸化炭素を吸収する前の吸収液であり、例えば、再生塔１１０で二酸化炭素を放散して再生された吸収液も含まれる。また、リッチ吸収液１５２とは、吸収塔１００で二酸化炭素などを吸収した、再生塔１１０で二酸化炭素を放散する前の状態の吸収液である。
【００２０】
なお、図１において、制御部１４０は、後述する各ポンプ、各構成機器などと電気的に接続されているが、図の明記のため接続線の記載は省略する。
【００２１】
吸収塔１００の下部には、火力発電プラントのボイラから排出された二酸化炭素を含む排ガス１０３を吸収塔１００内に導くための排ガス導入口１０４が設けられている。また、排ガス導入口１０４には、排ガス１０３を吸収塔１００内に送気するためのガスブロワ１０５が連結されている。
【００２２】
また、吸収塔１００の上部には、再生塔１１０の吸収液排出口１１２から排出されるリーン吸収液１５１を導入するための吸収液導入口１０２が設けられている。この吸収液導入口１０２には、リーン吸収液１５１を噴出する吸収液噴出部１０６が設けられている。また、吸収塔１００の内部には、この吸収液噴出部１０６から噴出されたリーン吸収液１５１と吸収塔１００に導入された排ガス１０３とを主として気液接触させる充填材１０７が設置されている。さらに、吸収塔１００の上端部には、残りガス排出口として機能し、充填材１０７を通過することで、リーン吸収液１５１と気液接触した後の排ガス１０３を大気中に排気するための排気口１０８が設けられている。
【００２３】
ここで、吸収液噴出部１０６から噴出されるリーン吸収液１５１は、均一に噴出されることが好ましく、例えば、吸収液噴出部１０６に、所定の噴霧粒径および噴霧パターンが得られる噴霧ノズルや空気噴射ノズルなどを用いてもよい。なお、吸収液導入口１０２の構成によって、吸収塔１００内にリーン吸収液１５１をほぼ均一に分散させることができる場合には、吸収液噴出部１０６を設けなくてもよい。また、充填材１０７は、例えば、多孔構造、ハニカム構造などを有するもので構成され、充填材１０７を通過するリーン吸収液１５１を撹乱する作用を有するものであればよい。また、充填材１０７は、吸収塔１００内に多段に設置されてもよい。この充填材１０７を多段に設置した場合、例えば、各段に対応してリーン吸収液１５１を噴出する吸収液噴出部１０６を設けてもよい。なお、吸収塔１００内において、排ガス１０３とリーン吸収液１５１との気液接触を効率よく行える場合には、充填材１０７を設置せずに吸収塔１００を構成することも可能である。
【００２４】
さらに、吸収塔１００の底部には、二酸化炭素を吸収したリッチ吸収液１５２を排出するための吸収液排出口１０１が設けられている。この吸収液排出口１０１は、送液ポンプ１６０を介在したリッチ吸収液ライン１３０の一端と接続されている。リッチ吸収液ライン１３０の他端は、再生塔１１０の吸収液導入口１１１に接続されている。
【００２５】
ここで、吸収塔１００内は、絶対圧力で９０〜１５０ｋＰａに設定されている。吸収塔１００内の圧力をこの範囲に設定したのは、圧力が９０ｋＰａ未満の場合には、排ガス１０３中の二酸化炭素がリーン吸収液１５１に吸収される速度が不十分となり、圧力が１５０ｋＰａを超える場合には、ガスブロワ１０５に要する動力エネルギが過大になるからである。
【００２６】
再生塔１１０の上部には、リッチ吸収液１５２を導入するための吸収液導入口１１１が設けられ、この吸収液導入口１１１には、リッチ吸収液１５２を噴出する吸収液噴出部１１８が設けられている。なお、この吸収液噴出部１１８は、上記した吸収塔１００における吸収液噴出部１０６と同様の構成である。また、再生塔１１０の内部には、この吸収液噴出部１１８から噴出されたリッチ吸収液１５２と再生塔１１０内に導入された水蒸気１２０とを主として気液接触させる充填材１１７が設置されている。なお、充填材１１７は、上記した吸収塔１００における充填材１０７と同様の構成である。また、再生塔１１０の上端部には、リッチ吸収液１５２が充填材１１７を通過することで、リッチ吸収液１５２から水蒸気１２０中に放散した二酸化炭素を排気するための排気口１１９が設けられている。
【００２７】
さらに、再生塔１１０の底部には、二酸化炭素を放散して再生されたリーン吸収液１５１を排出するための吸収液排出口１１２が設けられている。この吸収液排出口１１２は、送液ポンプ１６１を介在したリーン吸収液ライン１３１の一端と接続されている。リーン吸収液ライン１３１の他端は、吸収塔１００の吸収液導入口１０２に接続されている。
【００２８】
ここで、再生塔１１０内は、絶対圧力で３０〜７０ｋＰａに設定されている。再生塔１１０内の圧力をこの範囲に設定したのは、圧力が３０ｋＰａ未満の場合には、真空引き装置１２５に要する動力エネルギが過大となり、圧力が７０ｋＰａを超える場合には、リッチ吸収液１５２が二酸化炭素を容易に放散しないからである。
【００２９】
上記したように、吸収塔１００、リッチ吸収液ライン１３０、再生塔１１０の順にリッチ吸収液１５２を流動し、再生塔１１０、リーン吸収液ライン１３１、吸収塔１００の順にリーン吸収液１５１を流動する、吸収液の還流経路が形成される。なお、送液ポンプ１６０、１６１は、制御部１４０からの信号に基づいて作動し、リッチ吸収液ライン１３０に流れるリッチ吸収液１５２の流量およびリーン吸収液ライン１３１に流れるリーン吸収液１５１の流量を調整している。
【００３０】
ここで、リーン吸収液１５１およびリッチ吸収液１５２は、炭酸カリウムおよび炭酸水素カリウムの水溶液である。運転初期のリーン吸収液１５１は、水１００ｇ当たりに２５〜５４ｇの炭酸カリウムを溶解することにより、炭酸カリウムの重量濃度が２０〜３５％に調整されている。炭酸カリウム水溶液の濃度をこの範囲に設定したのは、重量濃度が２０％より低い場合には、二酸化炭素の吸収量が不十分になるためであり、重量濃度が３５％より高い場合には、二酸化炭素を吸収する速度が十分に高くならないからである。また、リーン吸収液１５１およびリッチ吸収液１５２の温度は、５５〜７０℃に設定される。リーン吸収液１５１の温度をこの範囲に設定するのは、温度が７０℃より高い場合には、吸収塔１００内で十分な量の二酸化炭素を吸収しないからである。また、リッチ吸収液１５２の温度をこの範囲に設定するのは、温度が５５℃よりも低い場合には、再生塔１１０内で二酸化炭素を容易に放散しないからである。換言すれば、リッチ吸収液１５２からリーン吸収液１５１への再生率はリッチ吸収液１５２の温度が高くなるにつれて増大するものの、温度が７０℃より高い場合には、リーン吸収液１５１への二酸化炭素の吸収率が低下するからである。
【００３１】
なお、リーン吸収液１５１およびリッチ吸収液１５２の温度をこの温度範囲に維持するために、例えば、リッチ吸収液ライン１３０やリーン吸収液ライン１３１などの吸収液の還流経路に、加熱器などを介在させて吸収液の温度調節を行ってもよい。また、リーン吸収液１５１およびリッチ吸収液１５２には、二酸化炭素の吸収を促進するためのジエタノールアミンやピペラジンなどの有機物は添加されていない。ここで、リーン吸収液１５１およびリッチ吸収液１５２にジエタノールアミンやピペラジンなどの有機物を添加しないのは、吸収塔１００内で排ガス１０３中の酸素がリーン吸収液１５１およびリッチ吸収液１５２に溶解し、溶解した酸素がジエタノールアミンやピペラジンなどの有機物を酸化させ、酸化した有機物が二酸化炭素の吸収を阻害するからである。
【００３２】
また、吸収塔１００内に導入される排ガス１０３の温度は、上記したリーン吸収液１５１およびリッチ吸収液１５２の設定温度範囲と同じ５５〜７０℃に設定される。ここで、吸収塔１００内に導入される排ガス１０３の温度をこの範囲とするのは、温度が、５５℃より低いと、吸収塔１００の下部から排出されるリッチ吸収液１５２の温度が低下するからであり、７０℃より高いと吸収塔１００内でリーン吸収液１５１が加熱されて二酸化炭素を放散するようになるからである。
【００３３】
また、再生塔１１０の下部には、水蒸気１２０を導入するための水蒸気導入口１２１が設けられている。この水蒸気導入口１２１は、水蒸気供給ライン１７１の一端と接続され、水蒸気供給ライン１７１の他端は、蒸気タービン１７０の低圧力側の水蒸気抽気口１７２に接続されている。また、蒸気タービン１７０の低圧力側には、蒸気タービン１７０において膨張仕事を行った低圧水蒸気１７５を排出するための水蒸気排出口１７６が設けられている。この水蒸気排出口１７６は、図示していない復水器に連結されている。一方、蒸気タービン１７０の高圧力側には、高圧水蒸気１７３を導入するための水蒸気導入口１７４が設けられている。水蒸気導入口１７４は、例えば、中圧蒸気タービンからの排気を導くクロスオーバ管に接続される。また、蒸気タービン１７０は、蒸気タービン１７０の膨張仕事によって回動駆動され発電する発電機１８０に連結されている。
【００３４】
ここで、蒸気タービン１７０の水蒸気抽気口１７２から抽気される水蒸気１２０の絶対圧力は５０〜１５０ｋＰａであり、その水蒸気１２０の温度は４０〜８０℃である。また、水蒸気供給ライン１７１を介して再生塔１１０に導入される水蒸気１２０の温度は５５〜７０℃である。
【００３５】
水蒸気抽気口１７２から抽気される水蒸気１２０の絶対圧力を５０〜１５０ｋＰａに設定したのは、絶対圧力が５０ｋＰａ未満の場合には、絶対圧力が３０〜７０ｋＰａである再生塔１１０内に水蒸気１２０を導入することが難しく、絶対圧力が１５０ｋＰａを超える場合には、蒸気タービン１７０の駆動出力が過度に低下するからである。なお、抽気される水蒸気１２０の圧力は、水蒸気供給ライン１７１における圧力損失を加味して、再生塔１１０内の圧力よりも高く設定される。また、蒸気タービン１７０の水蒸気抽気口１７２から抽気される水蒸気１２０の温度を４０〜８０℃に設定したのは、温度が４０℃未満の場合には、水蒸気抽気口１７２における絶対圧力が再生塔１１０内における絶対圧力（３０〜７０ｋＰａ）より低くなり、再生塔１１０内に水蒸気１２０を導入することが難く、温度が８０℃を超える場合には、蒸気タービン１７０の駆動出力が過度に低下するからである。
【００３６】
また、再生塔１１０内に導入される水蒸気１２０の温度を、上記したリーン吸収液１５１およびリッチ吸収液１５２の設定温度範囲と同じ５５〜７０℃としたのは、温度が５５℃より低い場合には、再生塔１１０内でリッチ吸収液１５２が冷却されて二酸化炭素を放散し難くなるからであり、７０℃より高い場合には、リッチ吸収液１５２あるいはリーン吸収液１５１から過剰の水蒸気が蒸発するからである。ここで、再生塔１１０内において、温度が５５〜７０℃でも水蒸気として存在するのは、再生塔１１０内が減圧されているからである。なお、蒸気タービン１７０の水蒸気抽気口１７２から抽気される水蒸気１２０の温度が低い場合には、水蒸気供給ライン１７１に加熱器１２２を設けて、再生塔１１０内に導入される水蒸気１２０の温度が５５〜７０℃になるように加熱することが好ましい。加熱器１２２の加熱媒体には、例えば、吸収塔１００に導入する前の排ガス１０３により加熱された工業用水や、吸収塔１００に導入する前の排ガス１０３そのものを利用してもよい。また、水蒸気供給ライン１７１の配管長さは、配管内における圧力損失を小さくするために短いことが好ましい。すなわち、水蒸気供給ライン１７１内における圧力損失を小さくするために、再生塔１１０と蒸気タービン１７０とを近接させて配置することが好ましい。
【００３７】
なお、ここでは、蒸気タービン１７０から温度が４０〜８０℃の水蒸気１２０を抽気する一例を示したが、例えば、蒸気タービン１７０において膨張仕事を行ったさらに低温の低圧水蒸気１７５を水蒸気供給ライン１７１に導き、加熱器１２２を介して、５５〜７０℃の水蒸気１２０に加熱して、再生塔１１０に導入してもよい。このように、蒸気タービン１７０において完全に膨張仕事の終わった水蒸気を抽気することで、蒸気タービン１７０における熱効率を低下させることなく、水蒸気を抽気することができる。
【００３８】
また、蒸気タービン１７０から温度が４０〜８０℃の水蒸気１２０を抽気して再生塔１１０に導くとともに、再生塔１１０の底部に溜まっているリーン吸収液１５１の一部を加熱器１２２に導き、リーン吸収液１５１の一部の水を水蒸気とし、蒸発していないリーン吸収液１５１とともに再生塔１１０に導くように構成してもよい。このように、リーン吸収液１５１の一部を加熱して、水蒸気を形成することで、蒸気タービン１７０からの水蒸気１２０の抽気量を抑えることができ、蒸気タービン１７０における熱効率を低下させることなく、所定量の水蒸気を確保することができる。
【００３９】
また、水蒸気１２０、高圧水蒸気１７３および低圧水蒸気１７５には、ボイラや蒸気タービン１７０の金属腐食を抑制するためのモノエタノールアミンなどの有機物が添加されておらず、モノエタノールアミンなどの有機物の代わりに、金属腐食抑制材として微量のアンモニア（例えば、アンモニアの濃度が１ｍｇ／リットル程度）が添加されている。ここで、モノエタノールアミンなどの有機物の代わりにアンモニアを添加したのは、有機物を添加した場合には、有機物が酸化して二酸化炭素の吸収を阻害するが、アンモニアを添加した場合には、アンモニアは酸化しないため二酸化炭素の吸収が阻害されないからである。
【００４０】
さらに、再生塔１１０の排気口１１９には、二酸化炭素が混入した水蒸気１２０を吸引するための真空引き装置１２５の吸入口１２３が配管を介して連結されている。なお、真空引き装置１２５は、水蒸気１２０の一部を凝縮させて取り除くためのコンデンサを備えている。また、真空引き装置１２５の排出口１２４には、二酸化炭素と水蒸気１２０との混合気から、水蒸気１２０を十分に凝縮させ、二酸化炭素を分離する分離器１２６の水蒸気導入口１２９が接続されている。
【００４１】
また、分離器１２６の上端部には、分離した二酸化炭素を回収するための二酸化炭素回収口１２７が設けられている。さらに、分離器１２６の底部には、水蒸気１２０が凝縮した水を排出するための水排出口１２８が設けられている。
【００４２】
次に、二酸化炭素回収システム１０の作用について説明する。
【００４３】
火力発電所プラントのボイラから排出された排ガス１０３は、温度を５５〜７０℃としてガスブロワ１０５によって吸収塔１００内に導入される。排ガス１０３が吸収塔１００内に導入されると、温度が５５〜７０℃のリーン吸収液１５１は、送液ポンプ１６１およびリーン吸収液ライン１３１によって吸収塔１００に供給され、吸収塔１００の上部の吸収液噴出部１０６から噴出される。吸収塔１００内では、温度が５５〜７０℃のリーン吸収液１５１と排ガス１０３とが気液接触し、リーン吸収液１５１は、排ガス１０３に含まれる二酸化炭素を吸収してリッチ吸収液１５２となる。このリッチ吸収液１５２は、二酸化炭素の吸収に伴って温度が１〜５℃上昇する。気液接触後の排ガスは、吸収塔１００の排気口１０８から大気中に放出される。
【００４４】
続いて、二酸化炭素などを吸収したリッチ吸収液１５２は、送液ポンプ１６０およびリッチ吸収液ライン１３０によって再生塔１１０に供給され、再生塔１１０の上部の吸収液噴出部１１８から噴出される。
【００４５】
一方、蒸気タービン１７０は、水蒸気導入口１７４から供給された高圧水蒸気１７３により回転し、発電機１８０を駆動する。高圧水蒸気１７３は、水蒸気導入口１７４から３００℃以上の温度で蒸気タービン１７０内に供給され、蒸気タービン１７０内で膨張仕事をして、絶対圧力が５０〜１５０ｋＰａ、温度が４０〜８０℃の水蒸気となり、さらに蒸気タービン１７０の最終段落後には温度が４０℃以下の低圧水蒸気１７５となって水蒸気排出口１７６から排出される。
【００４６】
リッチ吸収液１５２が再生塔１１０内に噴出されると、蒸気タービン１７０の水蒸気抽気口１７２から水蒸気１２０が抽気され、水蒸気導入口１２１から再生塔１１０内に温度が５５〜７０℃の水蒸気１２０が供給される。再生塔１１０内では、リッチ吸収液１５２と水蒸気１２０とが気液接触し、リッチ吸収液１５２は、水蒸気１２０中に二酸化炭素を放散し、リーン吸収液１５１に再生される。このリーン吸収液１５１は、二酸化炭素の放散に伴って温度が１〜５℃降下する。しかしながら、水蒸気１２０の温度は、リッチ吸収液１５２の温度とほぼ同じであり、水蒸気１２０によってリッチ吸収液１５２が加熱させることはない。すなわち、再生塔１１０内の減圧の効果によってリッチ吸収液１５２からの二酸化炭素の放散を促進するとともに、リッチ吸収液１５２の周囲に放散された二酸化炭素を水蒸気１２０によって流動し、リッチ吸収液１５２の周囲における二酸化炭素の分圧を下げることで、リッチ吸収液１５２からの二酸化炭素の放散を促進している。換言すれば、水蒸気１２０は、放散した二酸化炭素を流動させるキャリアガスとして機能する。
【００４７】
続いて、再生塔１１０において再生されたリーン吸収液１５１は、送液ポンプ１６１およびリーン吸収液ライン１３１によって、再び吸収塔１００に供給される。ここで、再生塔１１０内では、リッチ吸収液１５２の加熱が行われないため、再生されたリーン吸収液１５１の温度は、再生される前のリッチ吸収液１５２の温度とほぼ同等であり、５５〜７０℃の温度に維持される。換言すれば、リーン吸収液１５１およびリッチ吸収液１５２の温度は、二酸化炭素の吸収および放散に伴って１〜５℃温度が変化するものの、これ以外には基本的に温度変化を生じるような工程は存在しない。そのため、リーン吸収液ライン１３１に、例えば冷却装置などを備えることなく、再生塔１１０で再生されたリーン吸収液１５１を直に吸収塔１００に供給することができる。
【００４８】
また、再生塔１１０内における水蒸気１２０およびこの水蒸気１２０中に放散された二酸化炭素は、真空引き装置１２５によって、再生塔１１０内から分離器１２６内に導かれる。分離器１２６内では、水蒸気１２０および二酸化炭素が２０〜３０℃に冷却され、水蒸気１２０が凝縮して水となり、水排出口１２８から排出される。一方、冷却された二酸化炭素は、ガス成分として分離器１２６の二酸化炭素回収口１２７から回収される。なお、再生塔１１０における二酸化炭素の放散と吸収塔１００における二酸化炭素の吸収とは平衡状態になるため、二酸化炭素回収口１２７から回収される二酸化炭素量は、吸収塔１００で吸収された二酸化炭素量とほぼ等しくなる。
【００４９】
また、真空引き装置１２５は、水蒸気１２０中に放散された二酸化炭素および水蒸気１２０を分離器１２６へ排出することにより、再生塔１１０内の絶対圧力は３０〜７０ｋＰａに維持される。この範囲に再生塔１１０内の圧力を維持することで、再生塔１１０内においてリッチ吸収液１５２からの二酸化炭素の放散が促進される。
【００５０】
上記したように、第１の実施の形態の二酸化炭素回収システム１０では、蒸気タービン１７０において膨張仕事をして動力エネルギとして利用された後の低温低圧の水蒸気１２０を、吸収液を加熱する加熱源としてではなく、吸収液から放散された二酸化炭素のキャリアガスとして利用して吸収液の再生を行うことができる。これによって、熱エネルギの消費を大幅に削減し、システム効率の向上を図ることができる。
【００５１】
（他の実施の形態）
第１の実施の形態の二酸化炭素回収システム１０を参照して、他の実施の形態の二酸化炭素回収システムについて説明する。
【００５２】
上記した第１の実施の形態の二酸化炭素回収システム１０では、リーン吸収液１５１およびリッチ吸収液１５２として、炭酸カリウムおよび炭酸水素カリウムの水溶液を用いた一例を示したが、これらに限られるものではない。リーン吸収液１５１およびリッチ吸収液１５２として、炭酸ナトリウムおよび炭酸水素ナトリウムの水溶液を用いてもよい。
【００５３】
この場合には、運転初期のリーン吸収液１５１として、水１００ｇ当たりに１０〜３０ｇの炭酸ナトリウムを溶解することにより、炭酸ナトリウムの重量濃度を９〜２３％に調整する。炭酸ナトリウム水溶液の濃度をこの範囲に設定したのは、重量濃度が９％より低い場合には、二酸化炭素の吸収量が不十分になるためであり、重量濃度が２３％より高い場合には、二酸化炭素を吸収する速度が十分に高くならないからである。
【００５４】
なお、リーン吸収液１５１およびリッチ吸収液１５２の温度は、第１の実施の形態において述べた理由と同様の理由から、第１の実施の形態におけるリーン吸収液１５１およびリッチ吸収液１５２の温度と同じ５５〜７０℃に設定される。また、吸収塔１００や再生塔１１０などの圧力などの設定条件も、第１の実施の形態の場合と同じである。
【００５５】
上記したように、リーン吸収液１５１およびリッチ吸収液１５２を炭酸ナトリウムおよび炭酸水素ナトリウムの水溶液に代えても、第１の実施の形態の二酸化炭素回収システム１０と同様に、蒸気タービン１７０において膨張仕事をして動力エネルギとして利用された後の低温低圧の水蒸気１２０を、吸収液を加熱する加熱源としてではなく、吸収液から放散された二酸化炭素のキャリアガスとして利用して吸収液の再生を行うことができる。これによって、熱エネルギの消費を大幅に削減し、システム効率の向上を図ることができる。
【００５６】
以上、本発明を実施の形態により具体的に説明したが、本発明はこれらの実施の形態にのみ限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第１の実施の形態の二酸化炭素回収システムの概要を示した図。
【図２】従来の二酸化炭素回収システムの概要を示した図。
【符号の説明】
【００５８】
１０…二酸化炭素回収システム、１００…吸収塔、１０３…排ガス、１０５…ガスブロワ、１０７，１１７…充填材、１１０…再生塔、１２０…水蒸気、１２２…加熱器、１２５…真空引き装置、１２６…分離器、１３０…リッチ吸収液ライン、１３１…リーン吸収液ライン、１４０…制御部、１５１…リーン吸収液、１５２…リッチ吸収液、１６０、１６１…送液ポンプ、１７０…蒸気タービン、１７１…水蒸気供給ライン、１７３…高圧水蒸気、１７５…低圧水蒸気、１８０…発電機。
【図１】
2008023438.tif 000003
【図２】
2008023438.tif 000004