(57)【要約】  酸素の供給源と、酸素を用いて炭素質燃料を燃焼させ、それにより主な成分としてＣＯ２、水、及び過剰酸素を含む燃焼ガスを作るための燃焼チャンバとを有する、炭素質燃料を燃焼させる発電所から出る燃焼ガスからＣＯ２を回収する方法及び装置。燃焼ガスの少なくとも一部分が約６ＭＰａ（６０バール）を超える圧力まで圧縮され、ＣＯ２の第１の部分を凝縮して、液体ＣＯ２流れ、並びに、酸素及び過剰のＣＯ２を含む高圧排気ガス流れを作ることによりＣＯ２の第１の部分を回収するために、圧縮された燃焼ガスが１次ＣＯ２分離ユニット内で冷却され、液体ＣＯ２流れが発電所から排出され、ＣＯ２の第２の部分を吸着物質に吸着させることによりＣＯ２の第２の部分を回収するために、高圧排気ガス流れが２次ＣＯ２分離ユニットへ送られる。
2010507773.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素の供給源と、酸素を用いて炭素質燃料を燃焼させ、それにより主な成分としてＣＯ２、水及び過剰酸素を含む燃焼ガスを生成するための燃焼チャンバとを有する、炭素質燃料を燃焼させる発電所から出る燃焼ガスからＣＯ２を回収する方法において、該方法が、
（ａ）前記燃焼ガスの少なくとも第１の部分を第１の燃焼ガス・チャネルに送るステップと、
（ｂ）約６ＭＰａ（６０バール）を超える圧力まで圧縮された燃焼ガス流れを作るために前記燃焼ガスの第１の部分を圧縮するステップと、
（ｃ）ＣＯ２の第１の部分を凝縮させて、第１の液体ＣＯ２流れ、並びに、酸素及び過剰のＣＯ２を含む高圧排気ガス流れを作ることにより、前記ＣＯ２の第１の部分を回収するために、前記圧縮された燃焼ガス流れを１次ＣＯ２分離ユニット内で冷却するステップと、
（ｄ）前記発電所から前記第１の液体ＣＯ２流れを排出するステップと、
（ｅ）ＣＯ２の第２の部分を吸着物質に吸着させることにより前記ＣＯ２の第２の部分を回収するために、前記高圧排気ガス流れを２次ＣＯ２分離ユニットへ送るステップと
を含む、ＣＯ２を回収する方法。
【請求項２】
ステップ（ｃ）の前に、前記燃焼ガスの第１の部分から水を取り除く別のステップを更に含む、請求項１に記載されたＣＯ２を回収する方法。
【請求項３】
前記水を取り除くステップが、前記燃焼ガスの第１の部分を、前記燃焼ガス流れの第１の部分の水のうちの重量％で約９９％を超える水を凝縮するのに十分な圧力及び温度まで圧縮及び／又は冷却することによって実施される、請求項２に記載されたＣＯ２を回収する方法。
【請求項４】
前記ＣＯ２の第１の部分が、前記圧縮された燃焼ガス流れのＣＯ２のうちの重量％で少なくとも６０％を含む、請求項１に記載されたＣＯ２を回収する方法。
【請求項５】
前記ＣＯ２の第１の部分が、前記圧縮された燃焼ガス流れのＣＯ２のうちの重量％で少なくとも約８０％を含む、請求項４に記載されたＣＯ２を回収する方法。
【請求項６】
前記ＣＯ２の第２の部分が、前記過剰のＣＯ２のうちの重量％で少なくとも約６０％を含む、請求項１に記載されたＣＯ２を回収する方法。
【請求項７】
前記ＣＯ２の第２の部分が、前記過剰のＣＯ２のうちの重量％で少なくとも約９０％を含む、請求項６に記載されたＣＯ２を回収する方法。
【請求項８】
ステップ（ｅ）において吸着されたＣＯ２を熱によって前記吸着物質から放出させ、第２の液体ＣＯ２流れを作るために前記放出されたＣＯ２を再冷却して、前記第２の液体ＣＯ２流れの少なくとも一部分を前記第１の液体ＣＯ２流れと混合させるステップ（ｆ）を更に含む、請求項１に記載されたＣＯ２を回収する方法。
【請求項９】
前記第１の液体ＣＯ２流れを貯蔵場所又は別の用途へ移動させるために、前記第１の液体ＣＯ２流れを約１０ＭＰａ（１００バール）〜約１６ＭＰａ（１６０バール）の圧力にポンプで加圧するステップ（ｇ）を更に含む、請求項８に記載されたＣＯ２を回収する方法。
【請求項１０】
ステップ（ｃ）において、前記圧縮された燃焼ガス流れを、少なくとも１０℃の温度まで冷却する、請求項１に記載されたＣＯ２を回収する方法。
【請求項１１】
ステップ（ｃ）において、前記圧縮された燃焼ガス流れを少なくとも１６℃の温度まで冷却する、請求項１０に記載されたＣＯ２を回収する方法。
【請求項１２】
前記冷却ステップを、冷却塔で再冷却される再循環冷却剤を使用して実施する、請求項１０に記載されたＣＯ２を回収する方法。
【請求項１３】
前記冷却ステップを、冷却塔で再冷却される再循環冷却剤を使用して実施する、請求項１１に記載されたＣＯ２を回収する方法。
【請求項１４】
前記１次ＣＯ２分離ユニットが精留塔を有する、請求項１に記載されたＣＯ２を回収する方法。
【請求項１５】
前記第１の液体ＣＯ２流れを貯蔵場所又は別の用途へ移動させるために、前記第１の液体ＣＯ２流れを約１０ＭＰａ（１００バール）〜約１６ＭＰａ（１６０バール）の圧力にポンプで加圧するステップ（ｆ）を更に含む、請求項１に記載されたＣＯ２を回収する方法。
【請求項１６】
電力及び膨張した排気ガス流れを発生させるためのタービンを介して前記排気ガス流れの少なくとも一部分を膨張させるステップ（ｆ）を更に含む、請求項１に記載されたＣＯ２を回収する方法。
【請求項１７】
前記酸素の供給源が空気分離ユニットであり、前記膨張した排気ガス流れの少なくとも一部分を前記空気分離ユニットへ送るステップ（ｇ）を更に含む、請求項１６に記載されたＣＯ２を回収する方法。
【請求項１８】
前記燃焼ガスの第２の部分を第２の燃焼ガス・チャネルを通して前記燃焼チャンバに再循環させるステップ（ｆ）を更に含む、請求項１に記載されたＣＯ２を回収する方法。
【請求項１９】
酸素の供給源と、酸素を用いて炭素質燃料を燃焼させ、それにより主な成分としてＣＯ２、水、及び過剰酸素を含む燃焼ガスを生成するための燃焼チャンバとを有する、炭素質燃料を燃焼させる発電所から出る燃焼ガスからＣＯ２を回収する装置において、該装置が、
ＣＯ２を回収する手段へ向かうように前記燃焼ガスの少なくとも第１の部分を導くための第１の燃焼ガス・チャネルと、
約６ＭＰａ（６０バール）を超える圧力まで圧縮された燃焼ガス流れを作るように前記燃焼ガスの前記第１の部分を圧縮するための、前記第１の燃焼ガス・チャネル内に配置された最終圧縮機と、
前記ＣＯ２の第１の部分を凝縮させて、第１の液体ＣＯ２流れ、並びに、酸素及び過剰のＣＯ２を含む高圧排気ガス流れを作ることにより、１次ＣＯ２分離ユニット内で前記ＣＯ２の第１の部分を回収するために、圧縮された燃焼ガス流れを冷却する、前記第１の燃焼ガス・チャネルに連結された最終冷却手段と、
前記発電所から前記第１の液体ＣＯ２流れを排出する手段と、
ＣＯ２の第２の部分を吸着物質に吸着させることにより前記ＣＯ２の第２の部分を回収するために、前記吸着物質を含む２次ＣＯ２分離ユニットへ前記高圧排気ガス流れを送る通路と
を有する、ＣＯ２を回収する装置。
【請求項２０】
前記燃焼ガスの第１の部分から水を取り除くための、前記第１の燃焼ガス・チャネル内に配置される乾燥手段を更に含む、請求項１９に記載されたＣＯ２を回収する装置。
【請求項２１】
前記乾燥手段が、
（ｉ）第１次圧縮機システム及び
（ｉｉ）前記燃焼ガスの第１の部分の水のうちの重量％で約９９％を超える水を凝縮するのに十分な圧力及び温度まで前記燃焼ガス流れの第１の部分を圧縮及び／又は冷却するための第１次冷却手段
のうちの少なくとも１つを有する、請求項２０に記載されたＣＯ２を回収する装置。
【請求項２２】
前記最終冷却手段が熱交換器を有する、請求項１９に記載されたＣＯ２を回収する装置。
【請求項２３】
前記最終冷却手段が、前記熱交換器及び冷却塔を通して冷却剤を再循環させるための手段を有する、請求項２２に記載されたＣＯ２を回収する装置。
【請求項２４】
前記１次ＣＯ２分離ユニットが精留塔を有する、請求項１９に記載されたＣＯ２を回収する装置。
【請求項２５】
前記２次ＣＯ２分離ユニットが、吸着されたＣＯ２を前記吸着物質から放出するために前記吸着物質を加熱する手段と、第２の液体ＣＯ２流れを作り出すために前記放出されたＣＯ２を再冷却する手段と、前記第２の液体ＣＯ２流れの少なくとも一部分を前記第１の液体ＣＯ２流れと混合させる手段とを有する、請求項１９に記載されたＣＯ２を回収する装置。
【請求項２６】
前記第１の液体ＣＯ２流れを貯蔵場所又は別の用途へ移動させるために、前記第１の液体ＣＯ２流れを約１０ＭＰａ（１００バール）〜約１６ＭＰａ（１６０バール）の圧力にポンプで加圧する手段を更に有する、請求項１９に記載されたＣＯ２を回収する装置。
【請求項２７】
電力及び膨張した排気ガス流れを発生させるために前記排気ガス流れの少なくとも一部分を膨張させるためのタービンを更に有する、請求項１９に記載されたＣＯ２を回収する装置。
【請求項２８】
前記酸素の供給源が空気分離ユニットであり、前記膨張した排気ガス流れの少なくとも一部分を前記空気分離ユニットへ送る手段を更に有する、請求項２７に記載されたＣＯ２を回収する装置。
【請求項２９】
前記燃焼ガスの第２の部分を前記燃焼チャンバまで再循環させるための第２の燃焼ガス・チャネルを更に有する、請求項１９に記載されたＣＯ２を回収する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素燃焼におけるＣＯ２回収の方法及びシステムに関するものである。より詳細には、本発明は、ＣＯ２冷却負荷（ＣＯ２  ｃｏｏｌｉｎｇ  ｄｕｔｙ）及び圧縮力を最適化する、２段階方式のＣＯ２回収工程に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の発電所の燃焼ガスは、通常、（体積で）約４％〜１４％の二酸化炭素（ＣＯ２）を含んでいる。このＣＯ２は、温室効果を高めて地球を温暖化させる重要要因の代表的なものであると一般に考えられている。したがって、安全な貯蔵場所へ容易に輸送できるか、又は別の用途へ利用できる、加圧されたＣＯ２の濃縮流を生じさせるために、燃焼ガスからＣＯ２を回収する効率的な手法が必要であることは明らかである。ＣＯ２は主に以下の４つの技術によってガス流れから回収される。吸収（ＣＯ２が液体溶媒に選択的に吸収される）、膜（ＣＯ２が半透性プラスチック膜又は半透性セラミック膜によって分離される）、吸着（ＣＯ２が特別に設計された固体粒子の表面に吸着されることによって分離される）、および低温／高圧処理（ＣＯ２を凝縮することによって分離を実現する）。
【０００３】
現在、燃焼ガスからＣＯ２を回収する実証済みの最良の手法は、燃焼ガスをアミン溶液で洗浄してＣＯ２をアミン溶液に吸収させる手法である。この技術は、小規模の燃焼ガスからのＣＯ２回収システムに対しての処理としては商用形態にまで及んでいる。しかし、この技術を適用することは、発電所の全体の効率を大幅に低下させる。別の問題点は、不純物による溶液の汚染を最小にするには、例えば硫黄酸化物及び窒素酸化物を燃焼ガスから取り除くための効果的な措置が必要となることである。
【０００４】
酸素燃焼システムは、一次燃料の燃焼の際に、空気の代わりに、通常は空気分離ユニット（ａｉｒ  ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｕｎｉｔ（ＡＳＵ））で生成される酸素を使用する。この酸素は、燃焼温度を適切な水準に維持するために、しばしば、再循環させられた燃焼ガスなどの不活性ガスと混合される。酸素燃焼過程では、主要な成分としてＣＯ２、水、及びＯ２を含む燃焼ガスが生成され、ＣＯ２の濃度は、通常、体積で約７０％を超える。したがって、酸素燃焼過程の燃焼ガスからのＣＯ２回収は、低温での分離（ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｅｄ  ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）を利用して比較的容易に実現できる。通常、酸素燃焼過程の燃焼ガスを圧縮して冷却することにより、燃焼ガスから水蒸気が取り除かれる。ＣＯ２を分離して貯蔵場所へ送る前に、燃焼ガスから大気汚染物質及び凝縮されていないガス（窒素など）を取り除くために、燃焼ガスの別の処理が必要となる場合がある。
【０００５】
米国特許第６，８９８，９３６号明細書（特許文献１）は、燃焼ガスの再循環を用いた酸素燃焼過程を開示している。ここでは、燃焼ガスからＣＯ２を凝縮するために、燃焼ガスの一部分が、複数のステップで圧縮されて約３４．５ＭＰａ（３４５バール）の非常に高い圧力まで圧縮され、ＣＯ２の臨界温度である３１．０５℃を下回るまで冷却される。その結果生じる、Ｏ２を豊富に含むガス流れは、膨張させられて約１３．８ＭＰａ（１３８バール）まで戻り、空気分離ユニットへ送られる。
【０００６】
米国特許第６，５７４，９６２号明細書（特許文献２）は、燃焼ガスの再循環を用いた酸素燃焼過程を開示している。ここでは、燃焼ガスからＣＯ２を凝縮するために、燃焼ガスの一部分が、約−５１℃〜約−１２℃の範囲の非常に低い温度まで複数のステップで冷却されて約０．５８ＭＰａ（５．８バール）を上回るように圧縮される。その結果生じる、Ｏ２を豊富に含むガス流れは、空気分離ユニットからのＯ２を豊富に含むガス流れと混合され、燃焼ガスとして燃焼炉へ送られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６，８９８，９３６号明細書
【特許文献２】米国特許第６，５７４，９６２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した従来技術の解決策は、ＣＯ２を回収するために非常に高い圧力又は非常に低い温度のどちらかを利用することから複雑となる。したがって、炭素質燃料の酸素燃焼による燃焼ガスからＣＯ２を回収するためのより単純且つより経済的な処理がやはり必要である。
【０００９】
本発明の目的は、酸素燃焼におけるＣＯ２回収の効率的な方法を提供することである。
本発明の別の目的は、酸素燃焼におけるＣＯ２回収の効率的なシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一観点によると、本発明は、酸素の供給源と、酸素を用いて炭素質燃料を燃焼させ、それにより主な成分としてＣＯ２、水、及び過剰酸素を含む燃焼ガスを生成するための燃焼チャンバとを有する炭素質燃料を燃焼させる発電所から出る燃焼ガスからＣＯ２を回収する方法を提供する。この方法は、（ａ）燃焼ガスの少なくとも第１の部分を第１の燃焼ガス・チャネルに送るステップと、（ｂ）約６ＭＰａ（６０バール）を超える圧力まで圧縮された燃焼ガス流れを作るために燃焼ガスの第１の部分を圧縮するステップと、（ｃ）ＣＯ２の第１の部分を凝縮させて、第１の液体ＣＯ２流れ、並びに、酸素及び過剰のＣＯ２（ｅｘｃｅｓｓ  ＣＯ２）を含む高圧排気（ベント、ｖｅｎｔ）ガス流れを作ることによりＣＯ２の第１の部分を回収するために、圧縮された燃焼ガス流れを１次ＣＯ２分離ユニット内で冷却するステップと、（ｄ）発電所から第１の液体ＣＯ２流れを排出するステップと、（ｅ）ＣＯ２の第２の部分を吸着物質に吸着させることによりＣＯ２の第２の部分を回収するために、高圧排気ガス流れを２次ＣＯ２分離ユニットへ送るステップとを含む。
【００１１】
別の観点によると、本発明は、酸素の供給源と、酸素を用いて炭素質燃料を燃焼させ、それにより主な成分としてＣＯ２、水、及び過剰酸素を含む燃焼ガスを生成するための燃焼チャンバとを有する炭素質燃料を燃焼させる発電所から出る燃焼ガスからＣＯ２を回収する装置を提供する。この装置は、ＣＯ２を回収する手段へ向かうように燃焼ガスの少なくとも第１の部分を導くための第１の燃焼ガス・チャネルと、約６ＭＰａ（６０バール）を超える圧力まで圧縮された燃焼ガス流れを作るように燃焼ガスの第１の部分を圧縮するための、第１の燃焼ガス・チャネル内に配置された最終圧縮機と、ＣＯ２の第１の部分を凝縮して、第１の液体ＣＯ２流れ、並びに、酸素及び過剰のＣＯ２を含む高圧排気ガス流れを作ることにより１次ＣＯ２分離ユニット内でＣＯ２の第１の部分を回収するために、圧縮された燃焼ガス流れを冷却する、第１の燃焼ガス・チャネルに連結された最終冷却手段と、発電所から第１の液体ＣＯ２流れを排出する手段と、ＣＯ２の第２の部分を吸着物質に吸着させることによりＣＯ２の第２の部分を回収するために、吸着物質を含む２次ＣＯ２分離ユニットへ高圧排気ガス流れを送る通路とを有する。
【００１２】
炭素質燃料が発電所の燃焼チャンバ内で燃焼する際、生成される燃焼ガスは当初、循環流動層（ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ  ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ  ｂｅｄ（ＣＦＢ））ボイラの場合には一般的には約８００℃などの高温となる。酸素燃焼を利用する場合、燃焼温度を適切な水準に維持するために、通常、酸素に加えて、再循環させられた燃焼ガスなどの不活性ガスが燃焼炉に注入される。燃焼チャンバは、通常、周囲圧に近い圧力で作動され、それにより、燃焼炉から出る燃焼ガスの圧力も０．１ＭＰａ（１バール）に近いものとなる。しかし、約１ＭＰａ（１０バール）などの高い圧力で燃焼チャンバを作動させることも可能であり、その結果、燃焼ガスの圧力もそれに応じて初めから高い圧力となる。
【００１３】
燃焼ガス・チャネルの上流部分は、通常、過熱器、再熱器及び燃料節約装置などの、燃焼ガスの温度を約２５０℃などの低温まで減少させるような、蒸気生産に関連する様々な熱交換器を有する。燃料節約装置領域の下流にある燃焼ガスの第１の部分はＣＯ２回収手段へ向かうように案内され、また、燃焼ガスの第２の部分は燃焼炉に直接戻るように再循環させることができる。本発明は、燃焼ガスの第１の部分からＣＯ２を回収する方法及び装置に関するものである。
【００１４】
通常、燃焼ガスは、例えば使用される燃料に応じて、更には燃焼ガスの再循環に応じて、典型的には約１０％〜約４０％の比較的多量の水を含む。乾燥ステップの目的は燃焼ガスの第１の部分から水を効率的に取り除くことであるが、その結果、そうしない場合に高圧で比較的低温である下流ステージに凍結した水（すなわち、氷又は氷粒子）が存在することによって発生するおそれのある不都合が回避される。処理された燃焼ガス流れに元々存在していた水のうちの好適には約９５％を超える、更に好適には約９９％を超える水が除去される。
【００１５】
通常、燃焼ガスの乾燥は、燃焼ガスを適切な温度まで冷却して水を凝縮させることによって実施される。好適には乾燥は２つのステップで行われ、第１の冷却ステップは燃焼ガスの当初の圧力で、すなわち通常はほぼ周囲温度で行われることが有利であり、第２の冷却ステップは例えば約１．６ＭＰａ（１６バール）などの高い圧力で行われる。次いで、最終的な乾燥が、加圧された燃焼ガスを例えば約３２℃などの適切な温度まで冷却することによって実施できる。場合によっては、単一の圧力のみで乾燥ステップを実施することが有利である可能性がある。更に、場合によっては、３つ以上の圧力水準で燃焼ガスを乾燥させることが有利である可能性もある。乾燥ステップは化学的な水分除去（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｄｅ−ｍｏｉｓｔｕｒｅ）で完了できると有利である。燃焼ガスに水分がないことにより、このシステムの下流ステージにおいて、又は、このシステムから液体ＣＯ２を輸送するためのパイプラインでは酸素は生成されない。
【００１６】
酸素燃焼の利点は、燃焼炉に導入される燃焼ガスがＮ２を含んでいないことである。したがって、燃焼炉内の事実上すべての窒素は燃料から出ることになり、燃焼ガス内のＮ２レベル及びＮＯｘレベルは比較的低くなる。しかし、燃焼ガスは、従来通りの量のＳＯ２、塵埃粒子及び他の汚染物質を含んでいる可能性がある。これらの不純物は従来の手段によって燃焼ガスから除去されてよく、又は、これらの不純物の少なくとも一部分は凝縮水によって燃焼ガスから除去されてもよい。１次ＣＯ２分離ユニットに入る燃焼ガスに残留しているＳＯ２（及びＳＯ３）は、その分離ユニット内においてＣＯ２と共に凝縮される。
【００１７】
その時点で主にＣＯ２並びに多少のＯ２を含んでいる乾燥した燃焼ガス流れを約６ＭＰａ（６０バール）を超える高い圧力まで圧縮することにより、燃焼ガス内のＣＯ２の第１の部分を比較的高温、一般には通常の室温に近い温度で凝縮して回収できる。燃焼ガスをこのように高圧に圧縮することにより、ＣＯ２を凝縮するために大量の燃焼ガスを冷凍温度（ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｅｄ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）まで冷却する際のコストをなくすことができる。燃焼ガスは、好適には少なくとも１０℃、更に好適には少なくとも１５℃の温度まで冷却される。
【００１８】
一方で、過度の圧縮に付随するコストをなくすために、燃焼ガスの最終圧力は、最終的な冷却により到達できる温度においてＣＯ２の所望部分の凝縮に必要な圧力に限定されるべきである。したがって、最終圧力は、好適には約１０ＭＰａ（１００バール）よりも低く、更に好適には約８ＭＰａ（８０バール）よりも低くなる。この最終圧力は、米国特許第６，８９８，９３６号明細書に記述されている圧力よりも大幅に低い。
【００１９】
燃焼ガスの最終的な冷却は、通常は水である冷却剤を用いた熱交換器を使用することによって実施されることが好ましい。発電所の敷地では、河川水などの適切な冷却剤を容易に入手できる可能性がある。或いは、冷却剤は再循環水であってもよく、有利には、この再循環水は、冷却塔を通って再循環されることによって再冷却されてよい。回収されたＣＯ２の第１の部分は、重量で、燃焼ガス流れのＣＯ２のうちの好適には少なくとも約６０％、更に好適には少なくとも約８０％を含む。それにより、第１のＣＯ２回収ステップで、第１の液体ＣＯ２流れ、並びに、酸素及び過剰のＣＯ２を含む高圧排気ガス流れが作られる。
【００２０】
本発明の好適な具体例によると、１次ＣＯ２分離ユニットは、第１の液体ＣＯ２流れ、並びに、酸素及び過剰のＣＯ２を含む高圧排気ガス流れを作るための精留塔を有する。凝縮器と、頂部の流れのための還流ラインと、底部の液体流れのための再沸器とを有利に有する、適切な数のステージを備える精留塔を使用することにより、例えば、酸素源からのＯ２流れに予想される不純物が存在していても、或いは燃焼システムに漏れがあっても、高純度の液体ＣＯ２流れを作ることができる。
【００２１】
燃焼ガスからできるだけ多量のＣＯ２を回収しようとする際の、非常に高圧まで圧縮すること及び／又は非常に低温まで冷却することに関連する問題点は、本発明によれば、排気ガス流れからの過剰のＣＯ２の一部分を吸着物質に吸着させることにより２次ＣＯ２分離ユニット内でＣＯ２の第２の部分を回収することにより回避される。過剰のＣＯ２のうちの重量で好適には少なくとも約６０％、更に好適には少なくとも約９０％が２次ＣＯ２分離ユニット内で吸着される。
【００２２】
本発明の好適な具体例によると、２次ＣＯ２分離ユニットは温度スイング吸着（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｓｗｉｎｇ  ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ（ＴＳＡ））に基づいている。すなわち、吸着されたＣＯ２は、後のステージにおいて、吸着物質を加熱することにより加熱物質から放出される。放出されたＣＯ２は、熱交換器内で再冷却によって凝縮されることが有利である。ＰＳＡ（ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｓｗｉｎｇ  ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ（圧力スイング吸着））の代わりにＴＳＡを使用することにより、ＣＯ２の圧力は維持され、有利には、凝縮されたＣＯ２すなわち第２の液体ＣＯ２流れが、１次ＣＯ２分離ユニットからの第１の液体ＣＯ２流れと混合できる。次に、有利には、混合された液体ＣＯ２流れは、液体ＣＯ２を貯蔵場所又は別の用途へ移動させるために、通常は約１０ＭＰａ（１００バール）〜約１６ＭＰａ（１６０バール）の範囲の適切な圧力にポンプで加圧される。
【００２３】
本発明の好適な具体例によると、本方法は、電力及び膨張した排気ガス流れを発生させるためのタービンを介して高圧排気ガス流れの少なくとも一部分を膨張させる別のステップを含む。このタービンを使用することにより、発電所の全体の効率を向上させることができる。通常、多量の酸素を含んでいるこの排気ガス流れは、有利には、空気分離ユニットへのインプットガスに適した圧力となるように膨張され、膨張された排気ガス流れの少なくとも一部分は、有利な酸素リッチのインプットガスとして空気分離ユニットへ送られる。
【００２４】
上記の簡単な説明、並びに、本発明の別の目的、特徴及び利点は、一般には好適であるがそれでも例示にすぎない本発明の実施例の以下の詳細な説明を添付図面と共に参照することにより完全に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の好適な実施例による、ＣＯ２を回収するための装置を有する発電所の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１は、本発明の例示の実施例を含む発電所を概略的に表している。例えば、図１は、空気分離ユニット１４から燃焼室１２へ送られる酸素を用いて炭素質燃料を燃焼させるための燃焼室１２を有する発電所１０を示している。この燃焼過程により、例えば約７５％などの多量のＣＯ２を含み更にその他の主成分として水及び過剰酸素を含む燃焼ガス流れが作られる。燃焼室１２は、ＣＦＢボイラ、ＰＣボイラ、又は他のいくつかの適切なタイプの燃焼室であってよい。燃焼室１２はほぼ周囲温度で作動でき、或いは別法として、燃焼室１２は、例えば約１ＭＰａ（１０バール）などの高い圧力で作動されるタイプであってもよい。
【００２７】
空気分離ユニット１４は、入ってくる空気の流れ１６を、酸素を主に含む第１の流れ１８、並びに、もう１つの流れである窒素リッチの流れ２０に転換する。本発明によると、酸素リッチの流れ１８の少なくとも一部分は燃焼室１２へ送られ、窒素リッチの流れ２０は大気中へ出される又は別の用途へ送られる。
【００２８】
燃焼室１２の燃焼炉内で燃焼する炭素質燃料により作られる燃焼ガスは、燃焼ガス・チャネル２２へ送られる。燃焼ガス・チャネルは、過熱器、再熱器及び燃料節約装置などの蒸気を作るための、並びに、排出物質、特に塵埃粒子及びＳＯ２を回収するための従来の装置２４、２６を有してよい。しかし、これらの装置は本発明にとって重要ではないことから、これらの詳細は本明細書では説明しない。
【００２９】
燃焼ガスの一部分は、再循環チャネル２２’’を介して再循環でき、燃焼炉の温度を所望の水準に維持するために再循環供給路２２’’’を通って燃焼室１２の燃焼炉まで戻される。以後、燃焼ガスの第１の部分と呼ぶことにする燃焼ガスの残りの部分は、第１の燃焼ガス・チャネルと称されるチャネル２２’を介してＣＯ２回収手段に向かうように案内される。これらの燃焼ガス流れ部分の分岐点は、図１のように集塵装置２６の下流に配置されてよく、或いは、燃焼ガス・チャネル２２内の別の適切な位置に配置されてもよい。同じように第２の燃焼ガス・チャネルと称される再循環チャネル２２’’及び／又は第１の燃焼ガス・チャネル２２’は、例えば、ダンパ、調節弁又は他のフロー・レストリクタなどの燃焼ガスの流量を調節するための手段を有することができると有利であるが、これらは図１には示されていない。
【００３０】
燃焼ガスは、通常、約１０％〜約４０％の比較的多量の水を含むことができる。有利には、この水はＣＯ２の回収の前に燃焼ガスから効率的に取り除かれ、その結果、そうしない場合に下流ステージにおいて凍結した水（すなわち、氷又は氷粒子）が存在することによって発生するおそれのある不都合が回避される。第２の燃焼ガス流れに元々存在していた水のうちの約９５％を超える水が除去されることが好ましく、９９％を超える水が除去されることが更に好ましい。
【００３１】
本発明によると、第１の燃焼ガス・チャネル２２’は、約６ＭＰａ（６０バール）を超える圧力において乾燥されて圧縮された燃焼ガス流れを作るために、燃焼ガスの第１の部分を圧縮するための圧縮機システム２８及び水を取り除くための水分離器３０を有する。図１では、圧縮機システム２８は２つの圧縮機２８ａ、２８ｂを有するが、実際には、必要とされる最終圧力を達成するために通常およそ３〜４台の圧縮機が直列に連結される。通常、燃焼ガス流れに対して中間冷却を行うために、図１の熱交換器３０ｂなどの中間熱交換器が、圧縮機の各対の間に設けられる。
【００３２】
通常、燃焼ガスの乾燥は、燃焼ガスを適切な温度まで冷却して水を凝縮することによって実施される。好適には乾燥は少なくとも２つのステップで行われ、第１の熱交換器３０ａが、有利には、燃焼ガスの初期の圧力のところすなわち通常はほぼ周囲温度のところで第１の燃焼ガス・チャネル内に配置され、第２の熱交換器３０ｂが例えば約１．６ＭＰａ（１６バール）の高い圧力のところに配置される。その結果、加圧された燃焼ガスを例えば約３２℃などの適切な温度まで冷却することによって効率的な乾燥を行うことができる。乾燥ステップは、化学的な水分除去で完了できると有利である。燃焼ガスに水分がないことにより、このシステムの下流ステージにおいて、又はこのシステムから液体ＣＯ２を輸送するためのパイプラインにおいて、酸素は生成されない。
【００３３】
乾燥されて圧縮された燃焼ガス流れは、第１の液体ＣＯ２流れ３６、並びに、酸素及び過剰のＣＯ２を含む高圧排気ガス流れ３８を作るための１次ＣＯ２分離ユニット３４へ送られる。主にＣＯ２並びに多少のＯ２を含んでいる乾燥した燃焼ガス流れが６ＭＰａ（６０バール）を超える圧力まで圧縮されることにより、燃焼ガス内のＣＯ２の第１の部分を比較的高温、好適には通常の室温に近い温度で凝縮して回収できる。したがって、燃焼ガスは、好適には少なくとも約１０℃の温度まで冷却され、更に好適には少なくとも約１５℃まで冷却される。この最終温度は、例えば米国特許第６，５７４，９６２号明細書に記述されている温度よりも大幅に高い。
【００３４】
燃焼ガスの冷却は、冷却水又は他の適切な冷却剤を用いた熱交換器３２を使用して実施される。この冷却水は、海水又は河川水などの外部からの任意の適切な水であってよく、或いは、冷却塔を通って再循環されることによって有利には再冷却され得る回収水であってもよい。回収されたＣＯ２の第１の部分は、燃焼ガスの第１の部分のＣＯ２のうちの重量で好適には少なくとも約６０％、更に好適には少なくとも約８０％を含む。次に、第１のＣＯ２回収ステップにより、第１の液体ＣＯ２流れ３６、並びに、酸素及び過剰のＣＯ２を含む高圧排気ガス流れ３８が作られる。
【００３５】
１次ＣＯ２分離ユニット３４は、有利には、液体ＣＯ２流れ３６及び高圧排気ガス流れ３８を作るための精留塔４０を有することができる。凝縮器４２と、上部の流れのための還流ライン４４と、液体の底部流れのための再沸器４６とを有利には有する、適切な数のステージを備える精留塔４０を使用することにより、ＣＯ２が少ない排気ガス流れ３８及び高純度の液体ＣＯ２流れ３６を作ることができる。精留塔３４は、例えば、１０個のステージを備え還流比が０．２５である充てん塔であってよい。
【００３６】
燃焼ガスからできるだけ多量のＣＯ２を回収するために、本発明によると、１次ＣＯ２分離ユニット３４からの排気ガス流れ３８は、２次ＣＯ２分離ユニット４８へ送られる。２次ＣＯ２分離ユニット４８は、有利には、排気ガス流れ３８から過剰のＣＯ２を吸着するための、吸着物質のベッド５０を有する。吸着物質ベッド５０は、活性炭、ゼオライト又は他の適切な物質を含んでよい。従来技術で知られているような、非常に高圧まで圧縮すること及び／又は非常に低温まで冷却することに関連する問題点は、最終的なＣＯ２回収を吸収ベッド５０で実施することによって回避される。過剰のＣＯ２のうちの重量で好適には少なくとも約６０％、更に好適には少なくとも約９０％が２次ＣＯ２分離ユニット内で吸着される。それにより、全体のＣＯ２除去量が有利には９９％を超える。
【００３７】
本発明の好適な実施例によると、２次ＣＯ２分離ユニット４８は、温度スイング吸着（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｓｗｉｎｇ  ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ（ＴＳＡ））に基づいている。すなわち、吸着された物質は、後のステージにおいて、ベッドの温度を増大させることによりベッドから放出される。有利には、ＴＳＡユニット４８は、選択的に使用され得る少なくとも２つの吸着ベッド５０を有する。また、段階的な吸着ベッド５０を継続的に使用することも可能であり、その結果、熱交換器５２を用いてベッドを加熱することにより、ベッド材料の他の部分がより多くＣＯ２を吸着する一方で、ベッド材料の一部分からＣＯ２を放出することが可能となる。
【００３８】
放出されたＣＯ２５４は、熱交換器５６内で再冷却されることによって凝縮されることが有利である。凝縮されたＣＯ２、すなわち第２の液体ＣＯ２流れは、１次ＣＯ２分離ユニット３４で作られた第１の液体ＣＯ２流れ３６と混合されることが有利である。有利には、混合された液体ＣＯ２流れは、次に、ＣＯ２を貯蔵場所又は別の用途へ移送するために、通常は約１０ＭＰａ（１００バール）〜約１６ＭＰａ（１６０バール）の範囲の適切な圧力までポンプ５８により加圧される。
【００３９】
本発明の好適な実施例によると、本方法は、発電機６２を用いて電力を発生させるための並びに膨張した排気ガス流れ６４を形成するためのタービン６０を介してＴＳＡユニット４８からの排気ガス流れの少なくとも一部分を膨張させる別のステップを含むことが有利である。通常、排気ガス流れ６４は少なくとも約５０％〜約７０％のＯ２を含み、残りは主にＣＯ２及びＮ２である。それにより、空気分離ユニット１４に送り込むための有利なインプットガスが生成される。その結果、膨張した排気ガス流れの少なくとも一部分が、追加のインプットガスとして空気分離ユニット１４へ送られることが有利である。
【００４０】
本明細書では、本発明を、例として現在最も好適と考えられる実施例と併せて説明してきたが、本発明は、開示した実施例のみに限定されず、本発明の特徴の種々の組合せ又は修正形態、並びに、添付の特許請求の範囲で定義される本発明の範囲に含まれる他の複数の用途を包含することを意図する。
【図１】
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【国際調査報告】
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