(57)【要約】【課題】合成ガス利用プラントから二酸化炭素回収に必要な蒸気使用量を削減してプラントの効率を向上するプラントの二酸化炭素回収システムを提供する。【解決手段】化石燃料から合成ガスを生成するプラントの二酸化炭素回収システムは、一酸化炭素と水蒸気を二酸化炭素と水素に転化するシフト反応を促進する触媒を内部に充填してシフト反応で転化した二酸化炭素と水素を含むシフトガスを生成するシフト反応器と、シフト反応器の下流側に設置されて生成したシフトガスに含まれた二酸化炭素を吸着する固体吸着剤を内部に充填した二酸化炭素吸着器とを備え、シフト反応器及び二酸化炭素吸着器を直列に接続してユニットを構成し、このユニットを直列に複数個接続するように配設した。【選択図】図１
2013087021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化石燃料から合成ガスを生成するプラントの二酸化炭素回収システムにおいて、
合成ガスに含まれた一酸化炭素と水蒸気を二酸化炭素と水素に転化するシフト反応を促進する触媒を内部に充填してシフト反応で転化した二酸化炭素と水素を含むシフトガスを生成するシフト反応器と、前記シフト反応器の下流側に設置されて生成したシフトガスに含まれた二酸化炭素を吸着する吸着剤を内部に充填した二酸化炭素吸着器とを備え、
前記シフト反応器及び二酸化炭素吸着器を直列に接続してユニットを構成し、
このユニットを直列に複数個接続するように配設したことを特徴とする化石燃料から合成ガスを生成するプラントの二酸化炭素回収システム。
【請求項２】
請求項１に記載の化石燃料から合成ガスを生成するプラントの二酸化炭素回収システムにおいて、
前記各二酸化炭素回収システムを構成するシフト反応器と二酸化炭素吸着器のユニットのうち、前記二酸化炭素吸着器は複数個を並列に接続させて配設し、
一方の二酸化炭素吸着器にはシフト反応器で生成したシフトガスを通気して二酸化炭素を吸着する吸着工程となるように前記シフト反応器から二酸化炭素吸着器に供給されるシフトガスの供給経路にシフトガスの供給を切り替えるシフトガス切替弁を設置し、
前記各二酸化炭素吸着器には、水蒸気を通気して前記二酸化炭素吸着器に供給されたシフトガス中の二酸化炭素を脱離する再生工程となるように二酸化炭素吸着器に供給される水蒸気の供給経路に水蒸気の供給を切り替える水蒸気切替弁を設置したことを特徴とする化石燃料から合成ガスを生成するプラントの二酸化炭素回収システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の化石燃料から合成ガスを生成するプラントの二酸化炭素回収システムにおいて、
前記二酸化炭素吸着器の再生工程でシフトガスから脱離させた二酸化炭素を含む出口ガスをこの二酸化炭素吸着器から排出する排出経路に出口ガス中の水蒸気を凝縮する冷却器を設置し、
前記冷却器の下流側に前記出口ガスに含まれる水と二酸化炭素を気水分離により分離する気水分離器を設置して二酸化炭素を回収するように構成したことを特徴とする化石燃料から合成ガスを生成するプラントの二酸化炭素回収システム。
【請求項４】
請求項１に記載の化石燃料から合成ガスを生成するプラントの二酸化炭素回収システムにおいて、
前記二酸化炭素吸着器の下流側に前記シフト反応器での発熱反応であるシフト反応によって温度が上昇したシフトガスと水とを熱交換して水蒸気を発生させるボイラを設置し、
前記ボイラで発生した水蒸気を前記シフト反応器の上流側に供給する水蒸気の供給経路を配設してシフト反応用の水蒸気として前記シフト反応器に供給するように構成したことを特徴とする化石燃料から合成ガスを生成するプラントの二酸化炭素回収システム。
【請求項５】
請求項２に記載の化石燃料から合成ガスを生成するプラントの二酸化炭素回収システムにおいて、
複数個設置された二酸化炭素吸着器の下流側に前記シフト反応器での発熱反応であるシフト反応によって温度が上昇したシフトガスと水とを熱交換して水蒸気を発生させるボイラを設置し、
前記ボイラで発生した水蒸気をこのボイラから複数個設置された二酸化炭素吸着器に再生用水蒸気を供給する再生用水蒸気経路を配設して、複数個設置された前記二酸化炭素吸着器のうち再生工程となった二酸化炭素吸着器にこの再生用水蒸気経路を通じて再生用水蒸気を供給するように構成したことを特徴とする化石燃料から合成ガスを生成するプラントの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、石炭や石油などの化石燃料から合成ガスを生成するプラントの二酸化炭素回収方法及び二酸化炭素回収システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭ガス化プラントのように、ガス化炉で化石燃料から一酸化炭素や水素を含む合成ガスを生成し、この合成ガスを発電プラントの燃焼器の燃料として燃焼させて利用するように構成したシステムで、生成した合成ガスから二酸化炭素を回収する方法として、
石炭ガス化プラントから二酸化炭素の排出を抑制する技術が特開２０１０−２６０７３１号公報に開示されている。
【０００３】
この特開２０１０−２６０７３１号公報に開示された技術では、化石燃料からガス化炉で製造した一酸化炭素や水素を含む合成ガスと水蒸気を混合させてシフト反応触媒が充填されたシフト反応器に供給し、前記シフト反応器におけるシフト反応によって合成ガスに含まれた一酸化炭素と水蒸気を二酸化炭素と水素に転換している（ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２）。
【０００４】
そして二酸化炭素を含んだ合成ガスをシフト反応器の下流側に設置したＳｅｌｅｘｏｌプロセスやアミン吸収法などの二酸化炭素回収装置に供給して、前記合成ガスに含まれた二酸化炭素を分離させ、分離した二酸化炭素を回収するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２６０７３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ガス化炉で生成してシフト反応器に供給される合成ガスとして、シフト反応器の入口ガス組成が、一酸化炭素６０、水素２５、二酸化炭素５、窒素１０ｖｏｌ％の場合において、２５０℃、３００℃、３５０℃、及び４００℃の温度条件下における化学平衡を計算した計算例について図２に示す。
【０００７】
図２に示されたガス組成を有する合成ガスの化学平衡の計算例では、横軸が、シフト反応前の水蒸気の添加量と合成ガス中の一酸化炭素量の比率（入口Ｈ２Ｏ／ＣＯ（ｍｏｌ／ｍｏｌ））であり、縦軸が、シフト反応後のガス中の炭素含有ガスに対する二酸化炭素の比率（出口ＣＯ２／ＣＯ＋ＣＯ２（ｍｏｌ／ｍｏｌ））を示している。
【０００８】
ところで、特開２０１０−２６０７３１号公報に開示されたような構成の石炭ガス化プラントから排出される二酸化炭素の排出量を９０％削減する場合に、二酸化炭素回収設備での二酸化炭素の除去率を９５％と仮定すると、シフト反応器によるシフト反応後の炭素含有ガスに対する二酸化炭素の比率（図２の縦軸）を０．９５ｍｏｌ／ｍｏｌ以上にする必要がある。
【０００９】
シフト反応器に充填する市販されているシフト反応触媒は、２００〜３００℃以上で活性を示すものが一般的であるので、シフト反応後のガス温度を３００℃と仮定すると、図２に示した３００℃の温度条件下の化学平衡の計算例によると、合成ガスに添加する水蒸気の添加量は、シフト反応器の入口ガス中の一酸化炭素に対して（図２の横軸）、１．８ｍｏｌ／ｍｏｌ以上が必要となる。
【００１０】
実際に合成ガスに含まれた一酸化炭素と反応する水蒸気は、当然、１ｍｏｌ／ｍｏｌであるので、０．８ｍｏｌ／ｍｏｌ分の水蒸気が未反応となり無駄になる。
【００１１】
ところで、前記シフト反応器におけるシフト反応に必要な水蒸気は、ガス化炉を備えた石炭ガス化発電プラントの排熱回収ボイラや、ガスタービンの排熱回収ボイラなどによって製造された水蒸気を使用することが想定されるが、これらの水蒸気は、本来であれば、前記発電プラントを構成する蒸気タービンに供給されて発電に寄与すべきものである。
【００１２】
つまり、前記した発電プラントの排熱回収ボイラからシフト反応器に水蒸気を供給することにより、その水蒸気の供給分だけ発電プラントの蒸気タービンの出力が低下して、発電プラントの効率が低下することになる。
【００１３】
従って、シフト反応器でのシフト反応に使用するために供給したにも拘わらず、未反応として無駄になる水蒸気の量はできるだけ低減させることが望ましいが、未反応によって無駄になる水蒸気の量を効果的に低減させることは困難であった。
【００１４】
本発明の目的は、化石燃料から一酸化炭素と水素を含む合成ガスを生成して燃料として燃焼させて発電に利用するプラントにおいて、生成した合成ガスに水蒸気を添加して前記合成ガスに含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に転換して分離回収する際に、一酸化炭素を二酸化炭素に転換するシフト反応に使用する水蒸気の量を低減してプラントの効率を向上させることを可能にしたプラントの二酸化炭素回収システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の化石燃料から合成ガスを生成するプラントの二酸化炭素回収システムは、化石燃料から合成ガスを生成するプラントの二酸化炭素回収システムにおいて、合成ガスに含まれた一酸化炭素と水蒸気を二酸化炭素と水素に転化するシフト反応を促進する触媒を内部に充填してシフト反応で転化した二酸化炭素と水素を含むシフトガスを生成するシフト反応器と、前記シフト反応器の下流側に設置されて生成したシフトガスに含まれた二酸化炭素を吸着する吸着剤を内部に充填した二酸化炭素吸着器とを備え、前記シフト反応器及び二酸化炭素吸着器を直列に接続してユニットを構成し、このユニットを直列に複数個接続するように配設したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、化石燃料から一酸化炭素と水素を含む合成ガスを生成して燃料として燃焼させて発電に利用するプラントにおいて、生成した合成ガスに水蒸気を添加して前記合成ガスに含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に転換して分離回収する際に、一酸化炭素を二酸化炭素に転換するシフト反応に使用する水蒸気の量を低減してプラントの効率を向上させることを可能にした、プラントの二酸化炭素回収システムが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は本発明の第１実施例である化石燃料から合成ガスを生成するプラントの二酸化炭素回収システムの概略構成を示すブロック線図。
【図２】図２は、ガス化炉で生成してシフト反応器に供給される合成ガスの各種温度条件下における化学平衡を計算した計算例。
【図３】本発明での一酸化炭素と二酸化炭素の流量との関係を示した模式図。
【図４】本発明と比較例における水蒸気量と炭素回収率の関係を示す特性図。
【図５】本発明の第２実施例である化石燃料から合成ガスを生成するプラントの二酸化炭素回収システムにおけるシフト反応器と二酸化炭素吸着器のユニット構成例を示す部分図。
【図６】本発明の第３実施例である化石燃料から合成ガスを生成するプラントの二酸化炭素回収システムにおける再生ガスから二酸化炭素を分離して回収する構成を示す部分構成図。
【図７】本発明の第４実施例である化石燃料から合成ガスを生成するプラントの二酸化炭素回収システムにおけるシフト反応熱をシフト反応用の水蒸気に利用する構成を示す部分図。
【図８】本発明の第５実施例である化石燃料から合成ガスを生成するプラントの二酸化炭素回収システムにおけるシフト反応熱を二酸化炭素吸着器の再生用水蒸気に利用する構成を示す部分図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の化石燃料から合成ガスを生成するプラントの二酸化炭素回収システムの実施例について図面を引用して以下に説明する。
【実施例１】
【００１９】
本発明の第１実施例である化石燃料から合成ガスを生成するプラントの二酸化炭素回収システムについて図１を用いて説明する。
【００２０】
図１は、本発明の第１実施例である化石燃料から合成ガスを生成するプラントの二酸化炭素回収システムの概略構成を示すブロック線図である。
【００２１】
図１に示した本実施例の化石燃料から合成ガスを生成するプラントの二酸化炭素回収システムにおいて、ガス化炉２０は、化石燃料である石炭などの炭化水素を部分燃焼して、一酸化炭素と水素などの可燃性ガスを主成分とする生成ガス１を製造する。
【００２２】
ガス化炉２０で製造された生成ガス１は脱塵装置２１に導入され、この脱塵装置２１にて生成ガス１に同伴するチャーなどの煤塵を除去した合成ガス２となる。
【００２３】
脱塵装置２１を経た合成ガス２に対して水蒸気３を添加させて、この合成ガス２に含まれた一酸化炭素と水蒸気から二酸化炭素と水素に転化するシフト反応を行う第１のシフト反応器２２ａに導入される。
【００２４】
前記第１のシフト反応器２２ａの内部には前記シフト反応を促進するシフト反応触媒が充填されている。
【００２５】
そして第１のシフト反応器２２ａに導入された合成ガス２と添加された水蒸気３は、第１のシフト反応器２２ａの内部にて下記した（化学式１）のシフト反応により、合成ガス２中の一酸化炭素が水蒸気と反応して、二酸化炭素と水素に転換したシフトガス４ａが得られる。
【００２６】
シフト反応は化学平衡となるまで反応が進行するが、この化学平衡状態では未反応の一酸化炭素と水蒸気が残存している状態となる。即ち、下記した（数式１）において、この条件の化学平衡定数ｋｐを満足するような各成分の分圧が存在する状態である。
【００２７】
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ⇔ＣＯ２＋Ｈ２    （化学式１）
ｋｐ＝（［ＣＯ２］［Ｈ２］）／（［ＣＯ］［Ｈ２Ｏ］）    （数式１）
次に第１のシフト反応器２２ａによって合成ガス２に含まれた一酸化炭素と水蒸気から二酸化炭素と水素に転換した二酸化炭素と水素を含んだシフトガス４ａが得られるが、このシフトガス４ａは第１のシフト反応器２２ａの下流側に設置した第１の二酸化炭素吸着器２３ａに導入される。
【００２８】
この第１の二酸化炭素吸着器２３ａの内部には二酸化炭素吸着剤が充填されており、内部に導入されたシフトガス４ａ中の二酸化炭素が、内部に充填した二酸化炭素吸着剤によって吸着して除去されて水素リッチガス５ａが得られる。
【００２９】
前記第１のシフト反応器２２ａ及び第１の二酸化炭素吸着器２３ａの下流側には、直列に第２のシフト反応器２２ｂ及び第２の二酸化炭素吸着器２３ｂが配設されており、前記第１の二酸化炭素吸着器２３ａを経た水素リッチガス５ａは第２のシフト反応器２２ｂに導入される。
【００３０】
前記第１の二酸化炭素吸着器２３ａを経た水素リッチガス５ａは内部に充填した二酸化炭素吸着剤によって二酸化炭素が除去されているため、化学平衡状態ではなくなっている。
【００３１】
即ち、（数式１）において、同じ化学平衡定数ｋｐの状態で、二酸化炭素分圧［ＣＯ２］が下がったため、水素分圧［Ｈ２］が上がり、一酸化炭素分圧［ＣＯ］と水蒸気分圧［Ｈ２Ｏ］が上がることになる。
【００３２】
つまり、（化学式１）において、ある化学平衡状態から、右辺にある二酸化炭素を取り除いたため、その化学平衡状態ではなくなって次の化学平衡状態となるように反応が右辺側に進行することになる。
【００３３】
前記第２のシフト反応器２２ｂを経たシフトガス４ｂから、該第２のシフト反応器２２ｂで発生した二酸化炭素を除去するために、前記シフトガス４ｂを第２のシフト反応器２２ｂの下流側に設置した第２の二酸化炭素吸着器２３ｂに導入する。
【００３４】
更に第２の二酸化炭素吸着器２３ｂで得られた水素リッチガス５ｂは、第２の二酸化炭素吸着器２３ｂの下流側に設置されたガス精製装置２４に供給されて精製され、この精製された水素リッチガス５ｂが燃料ガス６としてガス精製装置２４から別設されたガスタービン２５に供給し、前記ガスタービン２５でこの燃料ガス６を燃焼させて発電等に利用する。
【００３５】
第１のシフト反応器２２ａ及び第２のシフト反応器２２ｂの内部にそれぞれ充填されたシフト反応触媒は、銅／鉄―クロム系触媒、銅―亜鉛系触媒、コバルトーモリブデン系触媒などを用いることができる。
【００３６】
第１の二酸化炭素吸着器２３ａ及び第２の二酸化炭素吸着器２３ｂの内部にそれぞれ充填された二酸化炭素吸着剤は、ハイドロタルサイト類を用いることができる。
【００３７】
図１に示した本実施例では、説明を簡単にするために、第１のシフト反応器２２ａ及び第１の二酸化炭素吸着器２３ａの下流側に第２のシフト反応器２２ｂ及び第２の二酸化炭素吸着器２３ｂを配設した構成を図示したが、これらの下流側に第３のシフト反応器２２ｃ及び第３の二酸化炭素吸着器２３ｃ、更に第４のシフト反応器２２ｄ及び第４の二酸化炭素吸着器２３ｄをそれぞれ直列に設置するようにすれば、本発明の効果は更に大きくすることが可能となる。
【００３８】
本実施例でのガス組成の挙動を図１及び図３を用いて説明する。図３は、上記した本発明の実施例である化石燃料から合成ガスを生成するプラントの二酸化炭素回収システムにおける一酸化炭素と二酸化炭素の流量の模式図である。
【００３９】
前記二酸化炭素回収システムにおいて、合成ガス２添加した水蒸気３と共に第１のシフト反応器２２ａに導入すると、シフト反応によって一酸化炭素が減少し、この一酸化炭素の減少量と同量の二酸化炭素が生成し、第一のシフトガス４ａが得られる。第１のシフト反応器２２ａの出口では、シフト反応が化学平衡に到達している。
【００４０】
次に第一のシフトガス４ａを第１の二酸化炭素吸着器２３ａに導入すると、二酸化炭素が第１の二酸化炭素吸着器２３ａの内部の二酸化炭素吸着剤に吸着されることによって減少して第一の水素リッチガス５ａが得られる。尚、第一の水素リッチガス５ａ中の一酸化炭素は変化しない。
【００４１】
第一の水素リッチガス５ａは、化学平衡状態ではないため、次の第２のシフト反応器２２ｂに導入すると、第一の水素リッチガス５ａには第１のシフト反応器２２ａでのシフト反応では余剰となって残存した水蒸気３が含まれているため、第１のシフト反応器２２ａと同様に、第２のシフト反応器２２ｂでのシフト反応によって一酸化炭素が減少し、この一酸化炭素の減少量と同量の二酸化炭素が生成されて二酸化炭素が増加した第二のシフトガス４ｂが得られる。第２のシフト反応器２２ｂの出口では、シフト反応した第二のシフトガス４ｂは化学平衡状態となる。
【００４２】
この第二のシフトガス４ｂを第２の二酸化炭素吸着器２３ｂに導入すると、第１の二酸化炭素吸着器２３ａと同様に、二酸化炭素が第２の二酸化炭素吸着器２３ｂの内部の二酸化炭素吸着剤に吸着されることによって減少して第二の水素リッチガス５ｂが得られる。尚、第二の水素リッチガス５ｂ中の一酸化炭素は変化しない。以降、これらの繰り返しとなる。
【００４３】
上記した本実施例の二酸化炭素回収システムにおいて、シフト反応は、その運転条件（温度や圧力）で一義的に決まっている化学平衡状態で反応が見かけ上停止する。このとき、第１のシフト反応器２２ａのシフト反応で得られた第一のシフトガス４ａには、一般的に反応物である一酸化炭素と水蒸気が残存している状態である。
【００４４】
即ち、第１のシフト反応器２２ａでのシフト反応では、一部の水蒸気は未反応のままで余剰となっている。生成物である二酸化炭素を取り除くとこの化学平衡状態が崩れるため、第１のシフト反応器２２ａで得られた第一のシフトガス４ａを下流側の第２のシフト反応器２２ｂに導入させてシフト反応させることで、更にシフト反応を促進させることが可能となる。
【００４５】
即ち、第一のシフトガス４ａに含まれた未反応で余剰の水蒸気を第２のシフト反応器２２ｂのシフト反応に利用することが可能となる。この結果、第２のシフト反応器２２ｂのシフト反応では、合成ガス２に含まれた一酸化炭素と水蒸気から二酸化炭素と水素に転化させる所望の転化率を得るのに必要な水蒸気の供給量を低減することができる。
【００４６】
上記した本発明の実施例である化石燃料から合成ガスを生成するプラントの二酸化炭素回収システムにおける効果について図４を用いて説明する。
【００４７】
図４は、本発明の上記した実施例である化石燃料から合成ガスを生成するプラントの二酸化炭素回収システムと比較例とにおける水蒸気量と炭素回収率の関係を示した特性図である。
【００４８】
図４の特性図において、比較例では、合成ガス中の一酸化炭素量に対する水蒸気添加量を１．８ｍｏｌ／ｍｏｌ以下にすると、炭素回収率が９０％以下となる。
【００４９】
これに対して本発明の上記した実施例では、１．０ｍｏｌ／ｍｏｌでも炭素回収率を９０％以上とすることができ、余剰となる水蒸気をほとんど無くすことが可能となった。
【００５０】
この結果、シフト反応器のシフト反応に必要な水蒸気の供給量を比較例に比べて減少させることが可能であり、発電プラントの排熱回収ボイラからシフト反応器に供給する水蒸気の供給量を抑制できるので、抑制した水蒸気量を発電プラントの蒸気タービンに供給してその出力を増加させ、発電プラントの効率を向上することができる。
【００５１】
本実施例によれば、化石燃料から一酸化炭素と水素を含む合成ガスを生成して燃料として燃焼させて発電に利用するプラントにおいて、生成した合成ガスに水蒸気を添加して前記合成ガスに含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に転換して分離回収する際に、一酸化炭素を二酸化炭素に転換するシフト反応に使用する水蒸気の量を低減してプラントの効率を向上させることを可能にした、プラントの二酸化炭素回収システムが実現できる。
【実施例２】
【００５２】
本発明の第２実施例である化石燃料から合成ガスを生成するプラントの二酸化炭素回収システムについて図５を用いて説明する。
【００５３】
本実施例の化石燃料から合成ガスを生成するプラントの二酸化炭素回収システムは図１乃至図４に示した第１実施例の化石燃料から合成ガスを生成するプラントの二酸化炭素回収システムと基本的な構成は同じであるので、両者に共通した構成の説明は省略し、相違する部分だけを以下に説明する。
【００５４】
図５に示した本実施例の二酸化炭素回収システムにおいては、シフト反応器２２と二酸化炭素吸着器２３で構成するユニットを、シフト反応器２２と並列に配設した二酸化炭素吸着器２３及び二酸化炭素吸着器２３’とで構成したユニット部分を示した実施例である。なお、図５に示したユニットにおいて、白抜きの弁記号は開状態を示し、塗り潰しの弁記号は閉状態を示す。
【００５５】
図５に本実施例の二酸化炭素回収システムを示したように、シフト反応器２２を出たシフトガス４は分岐されて、該シフト反応器２２の下流側に並列に設置した二酸化炭素吸着器２３及び二酸化炭素吸着器２３’にシフトガス供給経路４１及びシフトガス供給経路４２を通じてそれぞれ接続され、下記したシフトガス入口弁５０、５０’を切り替えてシフトガス４を二酸化炭素吸着器２３及び二酸化炭素吸着器２３’の何れか一方に供給するように構成している。
【００５６】
前記二酸化炭素吸着器２３及び二酸化炭素吸着器２３’の入口側となるシフトガス供給経路４１及びシフトガス供給経路４２には、シフトガス入口弁５０及びシフトガス入口弁５０’がそれぞれ設置され、前記二酸化炭素吸着器２３及び二酸化炭素吸着器２３’の出口側となるシフトガス排出経路９１及びシフトガス排出経路９２には、シフトガス出口弁５１及びシフトガス出口弁５１’がそれぞれ設置されている。
【００５７】
並列に配設された一方の二酸化炭素吸着器２３のシフトガス入口弁５０及びシフトガス出口弁５１は開状態として、前記一方の二酸化炭素吸着器２３がシフトガス４を通気する吸着工程となっている状態を示している。
【００５８】
また並列に配設された他方の二酸化炭素吸着器２３’のシフトガス入口弁５０’及びシフトガス出口弁５１’は閉状態として、前記他方の二酸化炭素吸着器２３’がシフトガス４を通気しない状態を示している。
【００５９】
更に、再生用水蒸気７は分岐されて、並列に設置した前記二酸化炭素吸着器２３及び二酸化炭素吸着器２３’に別途、再生用水蒸気７を供給する再生用水蒸気供給系統７１及び再生用水蒸気供給系統７２を通じてそれぞれ接続され、これらの再生用水蒸気供給系統７１及び再生用水蒸気供給系統７２に再生用水蒸気入口弁５２及び再生用水蒸気入口弁５２’をそれぞれ設置して、再生用水蒸気７を二酸化炭素吸着器２３及び二酸化炭素吸着器２３’の何れか一方に供給するように構成している。
【００６０】
また、並列に設置した前記二酸化炭素吸着器２３及び二酸化炭素吸着器２３’の出口側には再生ガス８を排出するシフトガス出口経路８３及びシフトガス出口経路８４がそれぞれ設置され、これらのシフトガス出口経路８３及びシフトガス出口経路８４に再生ガス出口弁５３及び再生ガス出口弁５３’をそれぞれ設置して、前記二酸化炭素吸着器２３及び二酸化炭素吸着器２３’の何れか一方から再生ガス８を前記シフトガス出口経路８３又はシフトガス出口経路８４を通じて下流側のシフトガス出口経路８１に排出するように構成している。
【００６１】
前記した本実施例において、シフト反応器２２を出たシフトガス４を一方の二酸化炭素吸着器２３に通気して前記二酸化炭素吸着器２３を吸着工程で運転する場合には、吸着工程中の前記二酸化炭素吸着器２３に供給する再生用水蒸気７の供給を切り替える再生用水蒸気入口弁５２は閉状態となっており、更に、前記二酸化炭素吸着器２３から排出する再生ガス８の排出を切り替える再生ガス出口弁５３は閉状態となっている。
【００６２】
これに対して、シフト反応器２２からシフトガス４を通気していない他方の二酸化炭素吸着器２３’を再生工程で運転する場合には、再生工程中の前記二酸化炭素吸着器２３’に供給する再生用水蒸気７の供給を切り替える再生用水蒸気入口弁５２’は開状態となっており、更に、前記二酸化炭素吸着器２３’から排出する再生ガス８の排出を切り替える再生ガス出口弁５３’は開状態となっていて、再生用水蒸気７を前記二酸化炭素吸着器２３’に通気してこの二酸化炭素吸着器２３’を再生工程で運転する。
【００６３】
再生工程中の二酸化炭素吸着器２３’内は、再生用水蒸気７の供給によって水蒸気が充満して、二酸化炭素がほとんどなくなるため、吸着平衡によって、二酸化炭素吸着器２３’の内部に充填した二酸化炭素吸着剤から二酸化炭素が脱離する。
【００６４】
二酸化炭素吸着剤から脱離した二酸化炭素は、再生用水蒸気７とともに再生ガス出口弁５３’、シフトガス出口経路８４及びシフトガス出口経路８１を経由して再生ガス８として前記二酸化炭素吸着器２３’から取り出される。
【００６５】
定期的に、一方の二酸化炭素吸着器２３と他方の二酸化炭素吸着器２３’におけるシフトガス入口弁５０、５０’と、シフトガス出口弁５１、５１’、並びに、再生用水蒸気入口弁５２、５２’と再生ガス出口弁５３、５３’の開閉を切り替えて、一方の二酸化炭素吸着器２３と他方の二酸化炭素吸着器２３’における吸着工程と再生工程を交換することにより、本実施例であるプラントの二酸化炭素回収システムを連続的に運転することができる。
【００６６】
本実施例によれば、化石燃料から一酸化炭素と水素を含む合成ガスを生成して燃料として燃焼させて発電に利用するプラントにおいて、生成した合成ガスに水蒸気を添加して前記合成ガスに含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に転換して分離回収する際に、一酸化炭素を二酸化炭素に転換するシフト反応に使用する水蒸気の量を低減してプラントの効率を向上させることを可能にした、プラントの二酸化炭素回収システムが実現できる。
【実施例３】
【００６７】
本発明の第３実施例である化石燃料から合成ガスを生成するプラントの二酸化炭素回収システムについて図６を用いて説明する。
【００６８】
本実施例の化石燃料から合成ガスを生成するプラントの二酸化炭素回収システムは図５に示した第２実施例の化石燃料から合成ガスを生成するプラントの二酸化炭素回収システムと基本的な構成は同じであるので、両者に共通した構成の説明は省略し、相違する部分だけを以下に説明する。
【００６９】
図６は前記二酸化炭素回収システムにおける再生ガスからの二酸化炭素の分離回収を行う部分を示した実施例である。
【００７０】
図６に示した本実施例において、並列に配設された他方の二酸化炭素吸着器２３’を再生工程で運転している場合に、再生用水蒸気７を通気して再生工程中の二酸化炭素吸着器２３’からは、再生ガス８が排出される。
【００７１】
再生ガス８は、二酸化炭素吸着器２３’に充填した二酸化炭素吸着剤から脱離した二酸化炭素と再生用水蒸気７の混合ガスである。
【００７２】
この再生ガス８を二酸化炭素吸着器２３’から排出するためにシフトガス出口経路８１の下流側に設置した冷却器２６によって排出した再生ガス８を冷却して再生ガス８に含まれた再生用水蒸気７を凝縮させ、更に冷却器２６から排出される再生ガス８の下流側に設置した気水分離器２７によって、前記排出された再生ガス８を凝縮水１１と二酸化炭素１０とに分離することによって純度の向上した二酸化炭素１０を回収するように構成されている。
【００７３】
本実施例では、上記したように純度の向上した二酸化炭素１０を効果的に回収することが可能となる。
【００７４】
本実施例によれば、化石燃料から一酸化炭素と水素を含む合成ガスを生成して燃料として燃焼させて発電に利用するプラントにおいて、生成した合成ガスに水蒸気を添加して前記合成ガスに含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に転換して分離回収する際に、一酸化炭素を二酸化炭素に転換するシフト反応に使用する水蒸気の量を低減してプラントの効率を向上させることを可能にした、プラントの二酸化炭素回収システムが実現できる。
【実施例４】
【００７５】
本発明の第４実施例である化石燃料から合成ガスを生成するプラントの二酸化炭素回収システムについて図７を用いて説明する。
【００７６】
本実施例の化石燃料から合成ガスを生成するプラントの二酸化炭素回収システムは図１乃至図４に示した第１実施例の化石燃料から合成ガスを生成するプラントの二酸化炭素回収システムと基本的な構成は同じであるので、両者に共通した構成の説明は省略し、相違する部分だけを以下に説明する。
【００７７】
図７に示した本実施例は、化石燃料から合成ガスを生成するプラントの二酸化炭素回収システムにおけるシフト反応熱をシフト反応用の水蒸気に利用する部分を示す実施例である。
【００７８】
図７に示した本実施例は、第１のシフト反応器２２ａと第１の二酸化炭素吸着器２３ａで構成する第１ユニットと、第２のシフト反応器２２ｂと第２の二酸化炭素吸着器２３ｂで構成する第２ユニットと、前記第１ユニットと第２ユニットとの間にボイラ給水１２を加熱して水蒸気３を発生させるボイラ２８を設置し、このボイラ２８で発生させた水蒸気３は水蒸気供給系路３１を通じて前記第１ユニットの第１のシフト反応器２２ａで使用するシフト反応用の水蒸気として第１のシフト反応器２２ａの上流側に供給するようにした構成である。
【００７９】
図７に示した本実施例において、合成ガス２と水蒸気３を第１ユニットのシフト反応器２２ａに導入してシフト反応させ、シフト反応器２２ａにおけるシフト反応によって得たシフトガス４ａを第１ユニットの第１の二酸化炭素吸着器２３ａに導入し、この二酸化炭素吸着器２３ａにてシフトガス４ａ中の二酸化炭素を除去して、水素リッチガス５ａを得ている。
【００８０】
前記二酸化炭素吸着器２３ａで得られた水素リッチガス５ａは、前記第１ユニットと第２ユニットとの間に設置したボイラ２８に導入される。ボイラ２８では、水素リッチガス５ａの供給により前記ボイラ２８に供給されたボイラ給水１２と熱交換することによってこのボイラ給水１２を加熱して水蒸気３を発生させる。
【００８１】
ボイラ２８で得られた水蒸気３は、第１ユニットの第１の二酸化炭素吸着器２３ａで使用させるシフト反応用の水蒸気３としてボイラ２８から水蒸気供給系路３１を通じて第１のシフト反応器２２ａの上流側に供給され、合成ガス２とともに第１のシフト反応器２２ａに導入するように構成されている。
【００８２】
この第１のシフト反応器２２ａでのシフト反応は発熱反応であり、シフト反応で得られたシフトガス４ａは合成ガス２よりも高温となる。例えば、前記シフト反応器２２ａの運転圧力が２．５ＭＰａで、合成ガス２の温度が２５０℃、組成が一酸化炭素６０、水素２５、二酸化炭素５、窒素１０ｖｏｌ％であり、２５０℃の水蒸気３を合成ガス２中の一酸化炭素と同量を供給（Ｈ２Ｏ／ＣＯ＝１ｍｏｌ／ｍｏｌ）して、化学平衡まで反応させた場合、シフト反応熱により、第１の二酸化炭素吸着器２３ａを経た水素リッチガス５ａの温度は５０８℃まで上昇する。
【００８３】
この反応熱によって昇温された水素リッチガス５ａをボイラ２８に導入して熱交換させ、水蒸気３を発生させることにより、ガス化炉やガスタービンの排熱回収ボイラから第１のシフト反応器２２ａにシフト反応用の水蒸気として供給する水蒸気の抽気量を削減することが可能となり、その分だけ発電プラントの蒸気タービンの出力低下を抑制して発電プラントの発電効率を向上することができる。
【００８４】
本実施例によれば、化石燃料から一酸化炭素と水素を含む合成ガスを生成して燃料として燃焼させて発電に利用するプラントにおいて、生成した合成ガスに水蒸気を添加して前記合成ガスに含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に転換して分離回収する際に、一酸化炭素を二酸化炭素に転換するシフト反応に使用する水蒸気の量を低減してプラントの効率を向上させることを可能にした、プラントの二酸化炭素回収システムが実現できる。
【実施例５】
【００８５】
本発明の第５の実施例である化石燃料から合成ガスを生成するプラントの二酸化炭素回収システムについて図８を用いて説明する。
【００８６】
本実施例の化石燃料から合成ガスを生成するプラントの二酸化炭素回収システムは図５に示した第２実施例の化石燃料から合成ガスを生成するプラントの二酸化炭素回収システムと基本的な構成は同じであるので、両者に共通した構成の説明は省略し、相違する部分だけを以下に説明する。
【００８７】
図８に示した本実施例は、化石燃料から合成ガスを生成するプラントの二酸化炭素回収システムにおけるシフト反応熱を二酸化炭素吸着器の再生用水蒸気に利用する部分を示す実施例である。
【００８８】
図８に示した本実施例では、シフト反応器２２と並列に配設した二酸化炭素吸着器２３及び二酸化炭素吸着器２３’とで構成したユニットにおいて、合成ガス２と水蒸気３をシフト反応器２２に導入してシフト反応させ、このシフト反応器２２のシフト反応によって得たシフトガス４を並列に配設した吸着行程中の一方の二酸化炭素吸着器２３に導入して、シフトガス４中の二酸化炭素を除去して水素リッチガス５を得た後、この水素リッチガス５を前記二酸化炭素吸着器２３の下流側に設置したボイラ２８に導入する。
【００８９】
前記ボイラ２８では、水素リッチガス５の供給により前記ボイラ２８に供給されたボイラ給水１２と熱交換することによってこのボイラ給水１２を加熱して再生用水蒸気７を発生させる。
【００９０】
ボイラ２８で得られた再生用水蒸気７は、前記ボイラ２８から再生用水蒸気供給系路７１を通じて並列に配設した再生工程中である他方の二酸化炭素吸着器２３’に再生用水蒸気７として導入して、前記二酸化炭素吸着器２３’に充填した二酸化炭素吸着剤の再生に供されるように構成されている。
【００９１】
このシフト反応器２２でのシフト反応は発熱反応であり、シフト反応で得られたシフトガス４は合成ガス２よりも高温となる。例えば、シフト反応器２２の運転圧力が２．５ＭＰａで、合成ガス２の温度が２５０℃、組成が一酸化炭素６０、水素２５、二酸化炭素５、窒素１０ｖｏｌ％であり、２５０℃の水蒸気３を合成ガス２中の一酸化炭素と同量を供給（Ｈ２Ｏ／ＣＯ＝１ｍｏｌ／ｍｏｌ）して、化学平衡まで反応させた場合、シフト反応熱により、前記一方の二酸化炭素吸着器２３を経た水素リッチガス５の温度は５０８℃まで上昇する。
【００９２】
この反応熱によって昇温された水素リッチガス５をボイラ２８に導入して熱交換させ、再生用水蒸気７を発生させることにより、ガス化炉やガスタービンの排熱回収ボイラから前記他方の二酸化炭素吸着器２３’に再生用水蒸気７として供給する水蒸気の抽気量を削減することが可能となり、蒸気タービンの出力低下を抑制してプラント効率を向上することができる。
【００９３】
本実施例によれば、化石燃料から一酸化炭素と水素を含む合成ガスを生成して燃料として燃焼させて発電に利用するプラントにおいて、生成した合成ガスに水蒸気を添加して前記合成ガスに含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に転換して分離回収する際に、一酸化炭素を二酸化炭素に転換するシフト反応に使用する水蒸気の量を低減してプラントの効率を向上させることを可能にした、プラントの二酸化炭素回収方法及び二酸化炭素回収システムが実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明は石炭や石油などの化石燃料をガス化した合成ガスから二酸化炭素を回収する合成ガスからの二酸化炭素回収システムに適用可能である。
【符号の説明】
【００９５】
１：生成ガス、２：合成ガス、３：水蒸気、４、４ａ、４ｂ：シフトガス、５、５ａ、５ｂ：水素リッチガス、６：燃料ガス、７：再生用水蒸気、８：再生ガス、９：冷却水、１０：二酸化炭素、１１：凝縮水、１２：ボイラ給水、２０：ガス化炉、２１：脱塵装置、２２：シフト反応器、２３：二酸化炭素吸着器、２４：ガス精製装置、２５：ガスタービン、２６：冷却器、２７：気水分離器、２８：ボイラ、３１：水蒸気供給系路、４１、４２：シフトガス供給経路、５０：シフトガス入口弁、５１：シフトガス出口弁、５２：再生用水蒸気入口弁、５３：再生ガス出口弁、７１：再生用水蒸気供給系路、８１、８３、８４：シフトガス出口経路、９１、９２：シフトガス排出経路。
【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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【図７】
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【図８】
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