(57)【要約】  排煙から二酸化炭素の除去する方法および装置を開示する。該方法は、排煙をアンモニア溶液に接触させて重炭酸アンモニウム溶液を製造する工程、および上記重炭酸アンモニウム溶液を硫酸塩源に接触させて炭酸化合物および硫酸アンモニウム溶液を製造する工程を含む。該装置は、排煙をアンモニア溶液に接触させて重炭酸アンモニウム溶液を製造するように構成されたガス−液体吸収区域を含む；該ガス−液体吸収区域は、排煙およびアンモニア溶液をガス−液体吸収区域に受け入れるための注入口、および重炭酸アンモニウム溶液が流出する出口をそれぞれ有する。該装置は、重炭酸アンモニウム溶液を硫酸塩源に接触させて炭酸化合物および硫酸アンモニウム溶液を製造するように構成された反応器も含む；該反応器は、重炭酸アンモニウム溶液および硫酸塩源を該反応器に受け入れるための注入口、および、炭酸化合物および硫酸アンモニウム溶液が流出する出口をそれぞれ有する。該方法および装置は、肥料製品を製造する過程において硫酸アンモニウム溶液を使用することにより、排煙からの肥料の製造に採用され得る。【選択図】  図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）排煙をアンモニア溶液に接触させて、重炭酸アンモニウム溶液を製造する工程、および
ｂ）上記重炭酸アンモニウム溶液を硫酸塩源に接触させて、炭酸化合物および硫酸アンモニウム溶液を製造する工程、
を含む、排煙から二酸化炭素を除去する方法。
【請求項２】
上記硫酸アンモニウム溶液から炭酸カルシウムを分離することで、炭酸化合物を取り出す工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記アンモニア溶液が水酸化アンモニウムである、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
上記アンモニア溶液中のアンモニアの濃度が、およそ５％ｗ／ｖ〜およそ３０％ｗ／ｖの範囲である、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
上記アンモニア溶液のｐＨが、およそ９〜およそ１１の範囲である、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
上記アンモニア溶液の温度が、およそ５℃〜およそ３０℃である、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
上記アンモニア溶液の温度が、およそ１０℃〜およそ２５℃である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
上記排煙をアンモニア溶液に接触させる工程が、排煙およびアンモニア溶液をガス−液体吸収区域に通過させる工程を含む、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
上記アンモニア溶液を、噴霧形状でガス−液体吸収区域に分散させる、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
上記噴霧されたアンモニア溶液は、噴霧ノズルを介した液滴として上記ガス−液体吸収区域に導入される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
上記排煙を、アンモニア溶液の噴霧の方向に対して向流方向でガス−液体吸収区域に流れさせる、請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１２】
上記排煙を、アンモニア溶液の噴霧の方向に対して並流方向でガス−液体吸収区域に流れさせる、請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１３】
上記排煙を、アンモニア溶液の噴霧の方向に対して交差する方向でガス−液体吸収区域に流れさせる、請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１４】
上記排煙を、アンモニア溶液に直接通過させることのできる、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
上記排煙をアンモニア溶液に接触させる工程の前に、上記排煙を３０℃未満に冷却する、請求項１〜１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
上記排煙を冷却する工程が、排煙を膨張器で膨張させる工程を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
上記排煙を冷却する工程が、排煙を１以上の熱交換器に通過させる工程を含む、請求項１５または１６に記載の方法。
【請求項１８】
上記排煙を冷却する工程が、排煙をより低温のガスと混合する工程を含む、請求項１５〜１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
より低温のガスがアンモニアガスである、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
排煙をアンモニア溶液に接触させる前に、ＮＯＸおよびＳＯＸをＮＯ２、ＮＨ３およびＳＯ３に変換するために排煙を触媒コンバータ混合室に通過させて、排煙からＮＯＸおよびＳＯＸを除去する工程をさらに含む、請求項１〜１９のいずれかに記載の方法。
【請求項２１】
上記炭酸化合物が炭酸カルシウムである、請求項１〜２０のいずれかに記載の方法。
【請求項２２】
−排煙をアンモニア溶液に接触させて、重炭酸アンモニウム溶液を製造するように構成され、
−排煙およびアンモニア溶液をガス−液体吸収区域に受け入れるための注入口、および重炭酸アンモニウム溶液が流出する出口をそれぞれ有する、ガス−液体吸収区域、および
−重炭酸アンモニウム溶液を硫酸塩源に接触させて、炭酸化合物および硫酸アンモニウム溶液を製造するように構成され、
−重炭酸アンモニウム溶液および硫酸塩源を反応器に受け入れるための注入口、および、炭酸化合物および硫酸アンモニウム溶液が流出する出口をそれぞれ有する、反応器、
を含む、排煙から二酸化炭素を除去するための装置。
【請求項２３】
上記装置が、硫酸アンモニウム溶液から炭酸化合物を分離するためのセパレータをさらに含む、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
上記装置が、ガス−液体吸収区域において排煙をアンモニア溶液に接触させる前に、排煙を冷却する冷却手段を含む、請求項２２または２３に記載の装置。
【請求項２５】
上記冷却手段が、ガス−液体吸収区域の排煙注入口の上流に配置された膨張器を含む、請求項２２〜２４のいずれかに記載の装置。
【請求項２６】
上記冷却手段が、ガス−液体吸収区域の排煙注入口の上流に配置された熱交換器を含む、請求項２２〜２５のいずれかに記載の装置。
【請求項２７】
上記装置が、ＮＯＸおよびＳＯＸをＮＯ２、ＮＨ３およびＳＯ３に変換するための触媒コンバータ混合室を含み、該触媒コンバータ混合室はガス−液体吸収区域の排煙注入口の上流に配置される、請求項２２〜２６のいずれかに記載の装置。
【請求項２８】
上記ガス−液体吸収区域が充填カラムを含む、請求項２２〜２７のいずれかに記載の装置。
【請求項２９】
充填カラムの充填は、ランダム充填または構造充填である、請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
上記ガス−液体吸収区域が噴霧カラムを含む、請求項２２〜２７のいずれかに記載の装置。
【請求項３１】
上記ガス−液体吸収区域が、第１端部および第２端部、排煙を受け入れるための、第１端部またはその近くに配置された注入口、および重炭酸アンモニウム溶液が流出する出口となる、第２端部またはその近くに配置された出口を有する水平配置容器、および、該容器の長手方向中央軸線に沿って配置された噴霧管を含み、該噴霧管は、使用時に該容器中でアンモニア溶液の噴霧体を複数放出するために、放射状の離間した噴霧体を複数提供するように構成され、該噴霧管の開口端部はアンモニア溶液を受け入れるための注入口である、請求項２２〜２７のいずれかに記載の装置。
【請求項３２】
重炭酸アンモニウム溶液が流出する出口がアンモニア溶液の貯蔵器と流体連通しており、ガス−液体吸収区域で製造された重炭酸アンモニウム溶液が排出されて貯蔵器中のアンモニア溶液と混合されるように配置され、さらに上記装置が、混合された重炭酸アンモニウム／アンモニア溶液を噴霧管の開口端部に再循環させる手段を含む、請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
上記炭酸化合物が炭酸カルシウムである、請求項２２〜３２のいずれかに記載の装置。
【請求項３４】
ａ）排煙をアンモニア溶液に接触させて、重炭酸アンモニウム溶液を製造する工程、
ｂ）上記重炭酸アンモニウム溶液を硫酸塩源に接触させて、炭酸化合物および硫酸アンモニウム溶液を製造する工程、
ｃ）硫酸アンモニウム溶液から炭酸化合物を分離する工程、および
ｄ）肥料製品を製造する過程において、分離した硫酸アンモニウム溶液を使用する工程、
を含む、排煙から肥料を製造する方法。
【請求項３５】
−排煙をアンモニア溶液に接触させて、重炭酸アンモニウム溶液を製造するように構成され、
−排煙およびアンモニア溶液をガス−液体吸収区域に受け入れるための注入口、および重炭酸アンモニウム溶液が流出する出口をそれぞれ有する、ガス−液体吸収区域、
−重炭酸アンモニウム溶液を硫酸塩源に接触させて、炭酸化合物および硫酸アンモニウム溶液を製造するように構成され、
−重炭酸アンモニウム溶液および硫酸塩源を反応器に受け入れるための注入口、および、炭酸化合物および硫酸アンモニウム溶液が流出する出口をそれぞれ有する、第１反応器、
−硫酸アンモニウム溶液から炭酸化合物を分離するセパレータ、および
−肥料製品を製造する過程において、硫酸アンモニウム溶液を使用するために構成された第２反応器、
を含む、排煙から肥料を製造するシステム。
【請求項３６】
請求項１〜２１のいずれかで定義された排煙から二酸化炭素を除去する方法を利用する工程を含む、温室効果ガス排出量取引計画（ＥＴＳ）に基づいて取引可能な金融商品を創出する方法。
【請求項３７】
上記金融商品が、二酸化炭素排出権、カーボンオフセットまたは再生可能エネルギー証明書のいずれか１つを含む、請求項３６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排煙から二酸化炭素を除去する方法および装置に関する。本発明は、排煙から肥料を製造する方法およびシステムにも関する。
【背景技術】
【０００２】
発電プラント、工業プラント、精油所等からの排煙は、温室効果ガス、特に二酸化炭素の主な出所である。環境排出量制御規制に従うため、微粒子、重金属化合物、窒素酸化物および硫黄酸化物等の汚染物質を除去するように排煙を処理する、化学的工程およびスクラバーが日常的に使用されている。しかしながら、経済的に実現可能な、二酸化炭素を捕らえて貯蔵する方法およびシステムにつながる科学技術が今求められている。
【０００３】
排煙から二酸化炭素を取り出すための、商業的に証明された方法では、モノエタノールアミン（ＭＥＡ）およびその他の第１アミン類を含む、市販の吸収剤を用いる。これらの吸収剤は、排煙中の８５〜９５％の二酸化炭素を取り出すことができ、再生すると純度９９．９５％以上の二酸化炭素製品を製造できる。しかしながら、これらの吸収剤では、エネルギーコストのかかる再生が定期的に要求され、また、吸収剤では、時間の経過により、腐敗や溶媒変質が問題となる。
【０００４】
したがって、排煙から二酸化炭素を除去する、新しいまたは改良された方法およびシステムが必要とされる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の観点によれば、
ａ）排煙をアンモニア溶液に接触させて、重炭酸アンモニウム溶液を製造する工程、および
ｂ）上記重炭酸アンモニウム溶液を硫酸塩源に接触させて、炭酸化合物および硫酸アンモニウム溶液を製造する工程、
を含む、排煙から二酸化炭素を除去する方法が提供される。
【０００６】
本発明の実施形態において、上記方法は、上記硫酸アンモニウム溶液から炭酸化合物を分離することで、炭酸化合物を取り出す工程をさらに含むことができる。
【０００７】
本発明の好ましい実施形態において、上記炭酸化合物は炭酸カルシウムである。
【０００８】
第２の観点によれば、
−排煙をアンモニア溶液に接触させて、重炭酸アンモニウム溶液を製造するように構成され、
−排煙およびアンモニア溶液をガス−液体吸収区域に受け入れるための注入口、および重炭酸アンモニウム溶液が流出する出口をそれぞれ有する、ガス−液体吸収区域、および
−重炭酸アンモニウム溶液を硫酸塩源に接触させて、炭酸化合物および硫酸アンモニウム溶液を製造するように構成され、
−重炭酸アンモニウム溶液および硫酸塩源を反応器に受け入れるための注入口、および、炭酸化合物および硫酸アンモニウム溶液が流出する出口をそれぞれ有する、反応器、
を含む、排煙から二酸化炭素を除去するための装置が提供される。
【０００９】
本発明の実施形態において、上記システムは、硫酸アンモニウム溶液から炭酸化合物を分離するためのセパレータをさらに含み得る。
【００１０】
第３の観点によれば、
ａ）排煙をアンモニア溶液に接触させて、重炭酸アンモニウム溶液を製造する工程、
ｂ）上記重炭酸アンモニウム溶液を硫酸塩源に接触させて、炭酸化合物および硫酸アンモニウム溶液を製造する工程、
ｃ）硫酸アンモニウム溶液から炭酸化合物を分離する工程、および
ｄ）肥料製品を製造する過程において、分離した硫酸アンモニウム溶液を使用する工程、
を含む、排煙から肥料を製造する方法が提供される。
【００１１】
第４の観点によれば、
排煙をアンモニア溶液に接触させて、重炭酸アンモニウム溶液を製造するように構成され、
−排煙およびアンモニア溶液をガス−液体吸収区域に受け入れるための注入口、および重炭酸アンモニウム溶液が流出する出口をそれぞれ有する、ガス−液体吸収区域、
−重炭酸アンモニウム溶液を硫酸塩源に接触させて、炭酸化合物および硫酸アンモニウム溶液を製造するように構成され、
−重炭酸アンモニウム溶液および硫酸塩源を反応器に受け入れるための注入口、および、炭酸化合物および硫酸アンモニウム溶液が流出する出口をそれぞれ有する、第１反応器、
−硫酸アンモニウム溶液から炭酸化合物を分離するセパレータ、および
−肥料製品を製造する過程において、硫酸アンモニウム溶液を使用するために構成された第２反応器、
を含む、排煙から肥料を製造する装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
上記発明の概要に記載されたシステムおよび方法の範囲にある他の形態もあるが、ある特別な実施形態について、以下の付随する図を参照して、単なる例示として説明する。
【図１】図１は、排煙から二酸化炭素を除去するためのプラントの略図であり、プラントは肥料製品の製造に対応している。
【図２ａ】図２ａは、図１に示したプラントで用いられる、ＮＯＸおよびＳＯＸ排出量制御ユニットの略図である。
【図２ｂ】図２ｂは、図２ａに示す排出量制御ユニットの分解図である。
【図２ｃ】図２ｃは、図２ａおよび図２ｂに示す排出量制御ユニットの、別の略図である。
【図３】図３は、図１に示すプラントで用いられる、排煙から二酸化炭素を除去する装置における第１構成部分の実施形態の略図である。
【図４】図４は、図１に示すプラントで用いられる、図３に示す排煙から二酸化炭素を除去する装置における第２構成部分の実施形態の略図である。
【図５】図５は、硫酸カリウム肥料の製造に適した、図３および図４に示す装置における第３構成部分の実施形態の略図である。
【図６】図６は、硫酸カリウム肥料の製造に適した、図３〜図５に示す装置における第４構成部分の実施形態の略図である。
【図７】図７は、排煙から二酸化炭素を除去する装置の、別の実施形態の略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態において、本発明は排煙から二酸化炭素を除去する方法に関する。
【００１４】
＜排煙＞
「排煙」という用語は、煙道を通って大気中に排出されるあらゆるガスを指すために広くに用いられ、煙道とは、工業的または燃焼のプロセスによって発生する排ガスを運ぶ管または煙突である。一般に、排煙は、石炭、油およびガスのような化石燃料を用いる発電プラントで発生する燃焼排ガスを指す。しかしながら、排煙という用語は、セメントおよび石灰の製造、鋼鉄の製造、焼却炉などの他の工業的プロセス、および大規模な精油所、石油化学および化学プラントのプロセス炉等で発生する二酸化炭素を含む排ガスを指し、また、特に限定されるものではないが、ディーゼルエンジン、燃焼エンジンおよびガスタービンエンジンを含む様々な種類のエンジンからの排ガスをも指すことは認識されるだろう。
【００１５】
排煙の組成は、燃焼燃料または排煙を発生させる工業的プロセスの種類に依存する。排煙は、窒素、二酸化炭素、一酸化炭素、水蒸気、酸素、炭化水素、および粒子状物質、窒素酸化物（ＮＯＸ）および硫黄酸化物（ＳＯＸ）等の汚染物質を含み得る。
【００１６】
＜二酸化炭素の除去＞
排煙から二酸化炭素を除去する方法は、
ａ）排煙をアンモニア溶液に接触させて、重炭酸アンモニウム溶液を製造する工程、および
ｂ）上記重炭酸アンモニウム溶液を硫酸塩源に接触させて、炭酸化合物および硫酸アンモニウム溶液を製造する工程、
を含む。
【００１７】
＜アンモニア溶液＞
「アンモニア溶液」という用語は、広くは、液体、特に水溶液のような、アンモニアを含むあらゆる種類の溶液を指す。アンモニア溶液中のアンモニアは、アンモニウムイオンおよび／または溶解したアンモニア分子の形態となり得る。水溶液の溶媒は、水、脱イオン水、超純水、蒸留水、都市用水、生産水、工程用水、塩水、高濃度塩水または海水であり得る。
【００１８】
アンモニア溶液は、無水アンモニアガスのようなアンモニア源を溶媒に注入して、水酸化アンモニウム水溶液を製造することによって調製され得る。もしくは、アンモニア溶液は、水酸化アンモニウム水溶液および／または重炭酸アンモニウムもしくは炭酸アンモニウム溶液を溶媒と混合することで調製され得る。好ましくは、アンモニア溶液におけるアンモニアの濃度は、およそ５％ｗ／ｖ〜およそ３０％ｗ／ｖの範囲である。
【００１９】
アンモニア溶液のｐＨは、およそ９〜およそ１１の範囲であり、好ましくはおよそ９．５〜およそ１０．５の範囲である。アンモニア溶液は自己緩衝であることは認識されるだろう。
【００２０】
アンモニア溶液を、およそ５℃〜およそ３０℃、好ましくはおよそ１０℃〜およそ２５℃の低温で保持する。アンモニア溶液は、アンモニア溶液の上部空間におけるアンモニアの分圧を下げるために低温で維持される。好都合なことに、アンモニア溶液を低温にすると、後述するとおり、アンモニア溶液が、排煙から二酸化炭素を吸収し、溶液中で二酸化炭素を重炭酸／炭酸アニオンとして保持する容量が増加する。
【００２１】
＜排煙をアンモニア溶液に接触させる工程＞
排煙をアンモニア溶液に接触させる工程は、排煙およびアンモニア溶液をガス−液体吸収区域に通過させる工程を含む。ガス−液体吸収区域は、排煙をアンモニア溶液に接触させて、重炭酸アンモニウム溶液を製造するように構成され得る。
【００２２】
ＣＯ２−ＮＨ３−Ｈ２Ｏ系のスペシエーションの観点から、「重炭酸アンモニウム溶液」という用語は、温度、圧力、ｐＨ、および重炭酸アンモニウム溶液中の二酸化炭素およびアンモニアの濃度に依存して、さまざまな相対濃度の下記種を含む重炭酸アンモニウムの水溶液を指す：Ｈ＋、ＯＨ−，ＮＨ４＋、ＨＮ２ＣＯＯ−、ＨＣＯ３−、ＣＯ３２−。
【００２３】
排煙をアンモニア溶液に接触させて、重炭酸アンモニウム溶液を製造する工程では、アンモニア溶液中での二酸化炭素（および、後述するとおり、ＳＯＸガスおよびＮＯＸガス）の吸収が促進されることが認識されるだろう。吸収は、物理的吸収プロセスまたは化学吸着プロセスによることができる。
【００２４】
物理的吸収プロセスでは、二酸化炭素ガスはアンモニア溶液に溶解する。溶解した二酸化炭素ガスの溶解性は、少なくとも部分的には、アンモニア溶液の温度および圧力に依存するだろう。
【００２５】
アンモニア溶液中での二酸化炭素の吸収に関する主な化学吸着プロセスは、以下のように説明できる。
ＣＯ２＋（ＮＨ４）ＯＨ（ａｑ）  →  （ＮＨ４）ＨＣＯ３
【００２６】
もしくは、
ＣＯ２＋ＮＨ３＋Ｈ２Ｏ  →  （ＮＨ４）ＨＣＯ３（ａｑ）
【００２７】
重炭酸アンモニウムは、熱的に不安定であり、温度が３６℃を超えるとアンモニアと二酸化炭素とに分解され得る。したがって、アンモニア溶液は、３２℃未満の温度、好ましくはおよそ５℃〜およそ２５℃の温度範囲で保持される。好都合なことに、二酸化炭素は、この温度範囲においてアンモニア溶液によりよく溶解する。
【００２８】
本発明の実施形態において、アンモニア溶液は、噴霧形状でガス−液体吸収区域に分散され得る。噴霧体は、噴霧ノズルを介して、液滴として上記ガス−液体吸収区域に導入され得る。
【００２９】
噴霧ノズルの操作圧力は、所望するガス物質移動量を確保して、アンモニア溶液における二酸化炭素の吸収および効果的なガス洗浄を達成するための、平均的な液滴の大きさになるように選択され得る。
【００３０】
噴霧ノズルからのアンモニア溶液の流速は、所望するガス物質移動量を確保して、アンモニア溶液における二酸化炭素の吸収および効果的なガス洗浄を達成するための、平均的な液滴の大きさになるように選択され得る。
【００３１】
噴霧ノズルは、所望するガス物質移動量を確保して、アンモニア溶液における二酸化炭素の吸収および効果的なガス洗浄を達成するための、平均的な液滴の大きさになるように構成され得る。
【００３２】
排煙を、アンモニア溶液の噴霧の方向に対して向流方向でガス−液体吸収区域に流れさせることができる。もしくは、排煙を、アンモニア溶液の噴霧の方向に対して並流方向でガス−液体吸収区域に流れさせることができる。さらなる実施形態では、排煙を、アンモニア溶液の噴霧の方向に対して交差する方向でガス−液体吸収区域に流れさせることができる。
【００３３】
ガス−液体吸収区域における排煙の流速は、所望するガス物質移動量を確保して、アンモニア溶液における二酸化炭素の吸収および効果的なガス洗浄を達成するように選択され得る。
【００３４】
ガス−液体吸収区域における排煙の滞留時間は、所望するガス物質移動量を確保して、アンモニア溶液における二酸化炭素の吸収および効果的なガス洗浄を達成するように選択され得る。
【００３５】
ガス−液体吸収区域におけるアンモニア溶液と排煙との割合（Ｌ/Ｇ）は、所望するガス物質移動量を確保して、アンモニア溶液における二酸化炭素の吸収および効果的なガス洗浄を達成するように選択され得る。
【００３６】
本願発明の他の実施形態において、排煙を、アンモニア溶液に直接通過させることができる。
【００３７】
また他の実施形態において、排煙を、アンモニア溶液の流れに関連した吸収装置に通過させることができる。アンモニア溶液の流れは、吸収装置を通過する排煙の流れに対して向流方向とすることができる。
【００３８】
＜排煙の冷却＞
煙道から排出された排煙の温度は、排煙が発生する工程、煙道の長さ、および当業者が想定し得る他の要因によって、およそ３００℃からおよそ８００℃の範囲となり得る。アンモニア溶液を比較的低温に保持することによって得られる優位性を考慮すると、排煙をアンモニア溶液に接触させる前に冷却することは同様に有益である。したがって、排煙をアンモニア溶液に接触させる前に、排煙は、３０℃未満、特に２５℃未満に冷却され得る。
【００３９】
排煙の冷却は、排煙を膨張器で膨張させる工程によってなされ得る。
【００４０】
さらに、またはもしくは、排煙の冷却は、排煙を１以上の熱交換器に通過させる工程によってなされ得る。熱交換器は、空冷式熱交換器、または水冷式熱交換器であり得る。
【００４１】
さらに、またはもしくは、排煙の冷却は、排煙をより低温のガスと混合する工程によってなされ得る。本発明の実施形態において、排煙の冷却は、排煙をアンモニア溶液に接触させる前に、排煙をアンモニアガスと混合する工程によってよってなされ得る。
【００４２】
優位な点として、上述のとおり、排煙とアンモニアとの混合物がガス−液体吸収区域を通過する際に、排煙とアンモニアとの混合物中のアンモニアは、アンモニア溶液に吸収および溶解される。
【００４３】
＜排煙からのＮＯＸおよびＳＯＸの除去＞
多くの環境保護規制は、排煙の排出により大気中に発散させられ得るＮＯＸおよびＳＯＸの量を厳しく制限する。結果として、環境規制を遵守するために、多くの排煙排出源では、排煙が大気に発散される前に気体の汚染物質を除去または分解するため、排煙を１以上の汚染物質制御システムに通過させる。汚染物質制御システムは、排煙から二酸化炭素を除去する方法またはシステムとは区別され、分離され得る。
【００４４】
ここで述べる方法およびシステムは、排煙からのＮＯＸおよびＳＯＸの除去に容易に適用できる。
【００４５】
本発明の実施形態において、排煙からＮＯＸおよびＳＯＸを除去する工程は、触媒コンバータ混合室において排煙をアンモニアに接触させる工程を含み得る。触媒コンバータ混合室は、上述した膨張器と一体化し得る。また、触媒コンバータ混合室は、膨張器の上流に配置され得る。別の配置では、触媒コンバータ混合室は、膨張器の下流に配置され得る。
【００４６】
触媒コンバータ混合室は、排煙中に残存する酸素の存在下で、ＮＯＸおよびＳＯＸとアンモニアとの間の分子衝突の増加を促進するように設計され得る。この方法では、ＳＯＸは酸化してＳＯ３となり、ＮＯＸとＮＨ３とは反応して窒素（Ｎ２）および水を生成する。触媒コンバータ混合室での反応による生成物は、排煙によって容易に運ばれて、その後排煙をアンモニア溶液に接触させる際に、上述のとおり、アンモニア溶液に吸収される。
【００４７】
＜重炭酸アンモニウム溶液を硫酸塩源に接触させる工程＞
排煙から二酸化炭素を除去する方法は、排煙をアンモニア溶液に接触させて重炭酸アンモニウムを製造する工程に続いて、重炭酸アンモニウム溶液を硫酸塩源に接触させて炭酸化合物および硫酸アンモニウム溶液を製造する工程も含む。
【００４８】
「硫酸塩源」という用語は、広くは、硫酸アンモニウム溶液を製造するために重炭酸アンモニウム溶液と反応し得る、硫酸イオンのあらゆる形態を指す。硫酸塩源は、硫酸カリウムや硫酸ナトリウムなどのアルカリ土類金属硫酸塩のような、１以上の溶解性金属硫酸塩を形成してもよいもしくは、硫酸塩源は固体の硫酸塩を形成してもよい。好ましい固体の硫酸塩としては、特に限定されるものではないが、例えば、硫酸カルシウム（もしくは石膏として知られるもの）が挙げられる。
【００４９】
本発明の好ましい実施形態として、硫酸塩源は石膏を含み得る。
石膏の優位な点は、溶液中で炭酸イオンと反応して、以下の反応により固体の炭酸カルシウムを生成するための、カルシウムイオン源を提供することである。
ＣａＳＯ４（ｓ）＋（ＮＨ４）ＨＣＯ３（ａｑ）  →  ＣａＣＯ３（ｓ）＋（ＮＨ４）ＳＯ４（ａｑ）
この方法では、排煙から除去された二酸化炭素は、固体の炭酸カルシウムに変換される。固体の炭酸カルシウムは反応混合物から分離され得る。
【００５０】
本発明の実施形態において、重炭酸アンモニウム溶液を硫酸塩源に接触させる工程には、硫酸塩源を重炭酸アンモニウム溶液と混合することが含まれる。硫酸塩源は、重炭酸アンモニウム溶液の濃度に対して化学量論的な量で、重炭酸アンモニウム溶液と混合され得る。
【００５１】
硫酸塩源は、重炭酸アンモニウム溶液と攪拌器で混合され得る。
【００５２】
＜炭酸化合物の分離＞
硫酸塩源と重炭酸アンモニウム溶液との反応により製造される炭酸化合物は、セパレータ中で、生成した硫酸アンモニウム溶液から分離される。
【００５３】
生成した硫酸アンモニウム溶液は、肥料製品を製造する過程における適切な前駆物質を含み得ることが認識されるだろう。
【００５４】
したがって、ここで述べた方法は、肥料の製造にも適用できる。
【００５５】
＜肥料＞
「肥料」という用語は、植物の成長に不可欠な１以上の植物栄養素を供給するために、土壌に加え得るあらゆる無機材料を指す。肥料は、粒状または粉状の固体の肥料であり得る。もしくは、肥料は、液状の肥料であり得る。
【００５６】
肥料は、アンモニウム化合物または硝酸塩化合物を含む窒素肥料であり得る。さらに、またはもしくは、肥料は、塩化カリウムおよび／または硫酸カリウムのようなカリウム化合物を含むカリウム肥料であり得る。
【００５７】
＜排煙から肥料を製造する工程＞
排煙から肥料を製造する方法は、
排煙をアンモニア溶液に接触させて、重炭酸アンモニウム溶液を製造する工程、
上記重炭酸アンモニウム溶液を硫酸塩源に接触させて、炭酸化合物および硫酸アンモニウム溶液を製造する工程、
硫酸アンモニウム溶液から炭酸化合物を分離する工程、および
肥料製品を製造する過程において、分離した硫酸アンモニウム溶液を前駆物質として使用する工程、
を含む。
【００５８】
前述のとおり、排煙は、重炭酸アンモニウム溶液を製造するために、アンモニア溶液に接触させられ得る。
【００５９】
前述のとおり、重炭酸アンモニウム溶液は、炭酸化合物（例えば、炭酸カルシウム）および硫酸アンモニウム溶液を製造するために、硫酸塩源に接触させられ得る。また、固体の炭酸カルシウムは硫酸アンモニウム溶液から分離され得る。
【００６０】
＜分離した硫酸アンモニウム溶液を肥料前駆物質として使用する工程＞
分離した硫酸アンモニウム溶液はセパレータから回収され、当業者が理解し得る通常の技術によって反応器に供給される。
【００６１】
「前駆物質」という用語は、特に「肥料前駆物質」という用語は、肥料の製造に用いられるあらゆる物質を指す。
【００６２】
本発明の実施形態において、硫酸アンモニウム溶液は、硫酸アンモニウムを含む肥料を製造する前駆物質として用いられ得る。例えば、硫酸アンモニウム溶液は、リン酸のようなリン肥料、塩化カリウム、硫酸カリウムまたは硝酸カリウムのようなカリウム肥料、および／または尿素のような窒素肥料など他の肥料と混合され得る。
【００６３】
混合肥料は、液状または固体であり得る。混合肥料は、当業者に周知の石灰、石膏または他の粒状剤などの固形材料と混合され得る。該混合物は、周知の技術（例えば、流動床または回転乾燥機）で乾燥および処理され、硫酸アンモニウムを含む粒状の混合肥料が製造され得る。この実施形態においては、硫酸アンモニウム溶液は、化学反応に供されるものではないが、所望の肥料製品を製造するために物理的に処理され、または他の肥料と混合され得る。
【００６４】
別の実施形態において、硫酸アンモニウム溶液は、カリウム肥料を製造するための前駆物質として用いられ得る。この特別な実施形態において、硫酸アンモニウム溶液を前駆物質として使用する工程は、結晶性硫酸カリウムを製造するために、硫酸アンモニウム溶液を硝酸カリウムまたは塩化カリウムと混合することを含む。
【００６５】
この特別な実施形態において、硫酸アンモニウム溶液は、およそ４０℃〜およそ８０℃の範囲の温度に加熱され得る。硝酸カリウムまたは塩化カリウムは、得られる混合物が過飽和となる量で、加熱された硫酸アンモニウム溶液に添加される。加熱された混合物は、より低温（例えば、およそ５℃〜およそ２５℃の範囲）に冷却することができ、その結果、硫酸カリウムの固体が溶液から結晶として析出する。硫酸カリウム結晶は、通常の分離技術により、得られる上澄み液から分離され得る。上澄み液は、今度は、上述した混合肥料を製造するために用いられ得る。
【００６６】
＜排煙から二酸化炭素を除去するための装置＞
排煙から二酸化炭素を除去するための装置は、
−排煙をアンモニア溶液に接触させて、重炭酸アンモニウム溶液を製造するように構成され、
−排煙およびアンモニア溶液をガス−液体吸収区域に受け入れるための注入口、および重炭酸アンモニウム溶液が流出する出口をそれぞれ有する、ガス−液体吸収区域、および
−重炭酸アンモニウム溶液を硫酸塩源に接触させて、炭酸化合物および硫酸アンモニウム溶液を製造するように構成され、
重炭酸アンモニウム溶液および硫酸塩源を反応器に受け入れるための注入口、および、炭酸化合物および硫酸アンモニウム溶液が流出する出口をそれぞれ有する、反応器、
を含む。
【００６７】
装置は、硫酸アンモニウム溶液から炭酸化合物を分離するためのセパレータをさらに含み得る。
【００６８】
排煙の流路は、排煙をガス−液体吸収区域に運ぶために構成されると認識されるだろう。
【００６９】
＜ガス−液体吸収区域＞
「ガス−液体吸収区域」という用語は、広くは、装置において、物理的吸収プロセスおよび／または化学吸収プロセスによってガスの液体への吸収が生じる区域を指す。この区域は、ガスと液体とが接触する表面積が大きくなるように、また、それらの混合を促進させるために両方の相の活発な運動を維持するように構成された、カラム、ダクトまたはその一部、構造または容器を含み得る。
【００７０】
ガス−液体吸収区域は、排煙が、アンモニア溶液に対して、並流、向流、または交差する流れで通過するように構成され得る。
【００７１】
ガス−液体吸収区域は、充填カラムであり得るが、充填カラム内では、アンモニア溶液がその充填物の広範な表面の上をフィルムのように流れており、排煙は充填物の隙間を通過する。充填は、ランダム充填または構造充填であり得る。
【００７２】
ガス−液体吸収区域は、噴霧カラムであり得るが、噴霧カラム内では、排煙は、液滴状のアンモニア溶液の噴霧と接触する。
【００７３】
ガス−液体吸収区域は、攪拌槽であり得るが、攪拌槽内では、排煙は、泡状のアンモニア溶液中に投入され分散される。
【００７４】
ガス−液体吸収区域は、二酸化炭素（および、ＳＯＸガスおよびＮＯＸガス、およびそれらから触媒作用により得られる生成物）をガス−液体吸収区域においてアンモニア溶液中に吸収させるために、排煙およびアンモニア溶液の両方に対して十分な滞留時間を提供するための容積、長さおよび配置方向を有し得る。
【００７５】
＜炭酸化合物および硫酸アンモニウム溶液を製造するための反応器＞
反応器は、炭酸化合物および硫酸アンモニウム溶液を製造するために、重炭酸アンモニウム溶液を硫酸塩源に接触させるのに適したあらゆる容器であり得る。
【００７６】
反応器は、重炭酸アンモニウム溶液と硫酸塩源との間の接触を容易にする攪拌機を備え得る。攪拌機の好ましい例として、これに限定されるものではないが、プロペラ型攪拌機およびインペラーのような機械攪拌機、静止型攪拌機、回転槽攪拌機、ポンプ駆動流体流攪拌機およびガス駆動攪拌機が挙げられる。
【００７７】
機械攪拌機は、硫酸アンモニウム溶液中で硫酸塩源を確実に分散するのに特に適しており、特に硫酸塩源が固体形状（例えば、石膏）の場合に好適である。
【００７８】
反応器は、反応器を洗うように注がれる重炭酸アンモニウム溶液の流れを受け入れるようにも構成され得る。この方法では、炭酸カルシウムのような固体の炭酸化合物が、反応器の底に溜まることが回避され、および重炭酸アンモニウム／硫酸アンモニウム溶液中に浮遊したままとなり、その結果、その後の、炭酸カルシウムの硫酸アンモニウム溶液からの分離が促進される。
【００７９】
＜セパレータ＞
セパレータは、炭酸化合物、特に固体の炭酸化合物を硫酸アンモニウム溶液から分離するのに適していると当業者が理解できるような、あらゆるセパレータであり得る。セパレータの好ましい例としては、これに限定されるものではないが、サイクロン、フィルタープレス装置のようなフィルター類、濾過布セパレータ、重力セパレータ等が挙げられる。
【００８０】
＜冷却手段＞
装置は、ガス−液体吸収区域の上流に配置された、排煙を冷却するための冷却手段をさらに含み得る。冷却手段は、1以上の熱交換器または膨張器の形態をとり得る。
【００８１】
熱交換器は、シェルアンドチューブ式熱交換器、プレート式熱交換器、プレートアンドシェル式熱交換器、プレートフィン式熱交換器等のような、あらゆる適切な熱交換器であり得る。熱交換器は空冷式であり得る。もしくは、熱交換器は、１以上のポンプで冷却回路および熱交換器を循環する、水または冷却剤のようなガスまたは液体いずれかの冷却剤を採用し得る。
【００８２】
膨張器は、排煙ガスを膨張させて、その圧力および温度を低下させるために構成されたあらゆる適切な装置であり得る。膨張器の適切な例として、これに限定されるものではないが、ベンチュリ管、ターボ膨張器、減圧弁などが挙げられる。
【００８３】
＜触媒コンバータ＞
装置は、排煙のＮＯＸ成分およびＳＯＸ成分を除去するための触媒コンバータをさらに備え得る。触媒コンバータは、排煙のＮＯＸ成分およびＳＯＸ成分と、酸素、水および任意に存在するアンモニアとの分子衝突を促進するよう構成され、これらはそれぞれＮＯ２、ＮＨ３およびＳＯ３に変換される。これらのガスは水溶性であり、水溶液中でＮＯ３−、ＮＨ４＋およびＳＯ４２−に加水分解される。優位なことには、これら加水分解されたものは、肥料製品として有益である。
【００８４】
排煙から二酸化炭素を除去するための装置は、硫酸アンモニウム溶液の濾液から肥料を製造するのに適している。
【００８５】
＜排煙から肥料を製造するための装置＞
排煙から肥料を製造するための装置は、
−排煙をアンモニア溶液に接触させて、重炭酸アンモニウム溶液を製造するように構成され、
−排煙およびアンモニア溶液をガス−液体吸収区域に受け入れるための注入口、および重炭酸アンモニウム溶液が流出する出口をそれぞれ有する、ガス−液体吸収区域、
−重炭酸アンモニウム溶液を硫酸塩源に接触させて、炭酸化合物および硫酸アンモニウム溶液を製造するように構成され、
重炭酸アンモニウム溶液および硫酸塩源を反応器に受け入れるための注入口、および、炭酸化合物および硫酸アンモニウム溶液が流出する出口をそれぞれ有する、第１反応器、
−硫酸アンモニウム溶液から炭酸化合物を分離するセパレータ、および
−肥料製品を製造する過程において、硫酸アンモニウム溶液を使用するために構成された第２反応器、
を含む。
【００８６】
装置は、硫酸アンモニウム溶液を、第１反応器から第２反応器に運ぶ手段をさらに含み得る。
【００８７】
本発明のさまざまな実施形態を、図１〜７を参照して説明する。図１〜７の符号は同じ部分を示す。
【００８８】
図１〜６を参照して、排煙から二酸化炭素を除去するための方法および装置１０の実施形態を説明する。この特別な実施形態において、装置１０は、肥料副産物としての硫酸カリウムの製造に適している。
【００８９】
図１に、排煙を発生する発電ステーション１００（例えば、石炭火力またはガス火力発電ステーション）に併設された、排煙から二酸化炭素を除去する方法を採用した上述の装置１０を含む肥料プラント１１０を示す。肥料プラント１１０は、平行に配置された多数の装置１０を含む。単一の装置１０についての詳細は、平行に配置された多数の装置１０のいずれにも同様に適用できることは認識されるだろう。
【００９０】
排煙は、煙道１０２を通って発電ステーション１００から排出される。煙道１０２は、排煙から二酸化炭素の除去するための多数の装置１０のそれぞれの注入口１２と煙道１０２との間の排煙の流れを規制するように配置され得る多岐管１１２と、流体連通して構成され得る。
【００９１】
注入口１２の下流は、排煙中のＮＯＸガスおよびＳＯＸガスを処理するための、触媒コンバータ１４となり得る。熱交換器１６は、排煙を３０℃未満の温度に冷却するために、触媒コンバータ１４の下流に配置され得る。冷却された排煙は、ガス−液体吸収区域１８に送られ、そこで重炭酸アンモニウム溶液を製造するために、冷却された排煙がアンモニア溶液と接触させられ得る。
【００９２】
重炭酸アンモニウム溶液は、ガス−液体吸収区域１８から導管２２を通って第１反応器２０に運ばれ得る。第１反応器２０は、インペラーのような攪拌機２４を備え得る。
【００９３】
肥料プラント１１０は、石膏のような硫酸塩源を貯蔵するための貯蔵庫１１２を備え得る。硫酸塩源は、貯蔵庫１１２とつながっているホッパー１１４から、ベルトコンベアのようなコンベア１１６を通って、多数の第１反応器１８に供給され得る。
【００９４】
攪拌機２４は、硫酸アンモニウム溶液中に浮遊する炭酸カルシウム固体の反応混合物を製造するために、第１反応器２０の中で、硫酸塩源と重炭酸アンモニウム溶液との混合物を攪拌し得る。
【００９５】
反応混合物は、第１反応器２０から、導管２８を通って、遠心分離機またはプレスプレート濾過器のようなセパレータ２６に運ばれ得る。炭酸カルシウムを含む生成したスラリーは、当業者であれば理解するだろうさらなる濃縮および沈殿工程のために、導管３０を通って濃縮槽３２に運ばれ得る。分離された硫酸アンモニウム溶液は、導管３４を通って、貯蔵槽３６に流れ得る。分離された硫酸アンモニウム溶液は、１以上の肥料製品の前駆物質として、第２反応器（図１には示されない）でさらに処理されてもよいことが認識されるだろう。
【００９６】
触媒コンバータ１４および熱交換器１６の詳細な配置を、図２ａ〜２ｃに示す。
【００９７】
触媒コンバータ１４は、注入口１２と熱交換器１６との間に列をなして配置される、連続的に構成された多数の円柱部１４ａ、１４ｂ、１４ｃおよび１４ｄを含む。
【００９８】
この特別な実施形態において、注入口１２は、排煙が触媒コンバータ１４を通過する前に少なくとも一部分の排煙を膨張させて冷却する、ベンチュリ管形状の膨張器と一体化している。注入口１２は、アンモニアライン１２ａ’と操作的に流体連通するように構成されたアンモニア制御弁１２ａも備え得る。アンモニア制御弁１２ａは、排煙が触媒コンバータ１４を通過する前にアンモニアガスと混合するように、アンモニアガスの注入口１２への流入を制御する。
【００９９】
円柱部１４ａは、膨張器に隣接している。円柱部１４ａは、膨張器と一体化して構成され、それにより、さらに排煙を膨張させその温度を低下させる。円柱部１４ａは、上流方向に向いた円錐部材１４ａ’を備える。円錐部材１４ａ’の底の周縁部は、円柱部１４ａ、１４ｂ、１４ｃおよび１４ｄの内側の周縁部よりもきわめてわずかに狭いので、排煙の、円錐部材１４ａ’の底の周縁部の周囲から、隣接した円柱部１４ｂへの通過が制限される。
【０１００】
円柱部１４ｂは、円柱部１４ａおよび１４ｃの間に配置される。円柱部１４ｂは、上流方向を向いた円錐台部材１４ｂ’を備える。円錐台部材１４ｂ’の底の周縁部は、円柱部１４ａ、１４ｂ、１４ｃおよび１４ｄの内側の周縁部よりも狭く、円錐部材１４ａ’の底の周縁部よりもわずかに狭い。
【０１０１】
円柱部１４ｃは、円柱部１４ｂおよび１４ｄの間に配置される。円柱部１４ｃは、円柱部１４ｂに突き出るように構成された円錐キャップ１４ｂ”を備える、上流方向を向いた円柱部材１４ｃ’を備える。円錐キャップ１４ｂ”は、同心円状に、円錐台部材１４ｂ’と離れて配置されるので、円柱部１４ｂでは、円錐台部材１４ｂ’’’が形成される。円柱部材１４ｃ’は、円柱部１４ｃの環状室１４ｃ”の範囲を定める。
【０１０２】
円柱部１４ｄは、円柱部１４ｃと、熱交換器１６の上流端部１６ａとの間に配置される。円柱部１４ｄは、その中にある円柱室１４ｄ’の範囲を定める。
【０１０３】
この触媒コンバータ１４において連続的に配置された円柱部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄを通る排煙の通路では、排煙のＮＯＸ成分およびＳＯＸ成分と、酸素、水および任意に存在するアンモニアとの分子衝突が増加し、それぞれがＮＯ２、ＮＨ３およびＳＯ３に変換されると発明者は考える。変換されたものは、排煙によって熱交換器１６を通って運ばれる。優位なことには、排煙のＮＯＸ成分およびＳＯＸ成分の触媒変換により、上述のとおり、アンモニア溶液が必要とするアンモニア供給量が減少することを発明者は発見した。
【０１０４】
この特別な実施形態において、熱交換器１６は、水冷式のシェルアンドチューブ熱交換機である。熱交換器は、冷却水を受け取るための注入口１６ｃ、および使用した（加熱された）冷却水を排出するための排出口１６ｄを有する。冷却水は、冷却水を再生産するために、冷却回路または冷却装置を通って巡回し得ることは認識されるだろう（図示しない）。排煙を３０℃未満の温度に冷却するのに適した、あらゆる液状または気体の冷却剤を採用できることも認識されるだろう。
【０１０５】
冷却された排煙は、図３で示すとおり、重炭酸アンモニウム溶液を製造するための、冷却された排煙をアンモニア溶液と接触させ得るガス−液体吸収区域１８の、注入口３８に向かい得る。注入口３８は、噴煙状の排煙をガス−液体吸収区域１８に分散するように構成され得る。
【０１０６】
図３を参照すると、ガス−液体吸収区域１８は、第２水平配置容器４２と排水管４４を介して流体連通した第１水平配置容器４０によって範囲が定められる。排水管４４は、注入口３８に対して対向する第１容器４０の端部に配置される。上記第２容器４２は、上記第１水平配置容器４０の下であって、上記水平配置容器４０と上下で平行に配置される。排水管４４は、上記第１容器４０の下部内側４６を、第２容器４２の上部内側４８につないでいる。この方法では、第１容器４０の下部内側４６に集まったガスおよび液体は、第２容器４２に流れ得る。
【０１０７】
第２容器４２の下部内側５０は、アンモニア溶液および／または重炭酸アンモニウム溶液を貯蔵するための１対のタンク５４のいずれかと選択的に交互に流体連通し得る排水管５２も備える。後述するとおり、１対のタンクのいずれかの選択は、制御弁ユニット（図示しない）でなされる。排水管５２は、排水管４４に対して対向する第２容器４２の端部に配置される。
【０１０８】
タンク５４は、使用時には、アンモニア溶液を、導管５６、５８を通って、第１および第２容器４０、４２それぞれに循環させるように配置される。タンク５４は、アンモニア溶液を、圧力下で第１および第２容器４０、４２に循環させるポンプ６０を備える。
【０１０９】
導管５６は、第１容器４０の長手方向中央軸線に沿って配置された噴霧管６２と流体連通している。導管５８は、第２容器４２の長手方向中央軸線に沿って配置された噴霧管６４と流体連通している。噴霧管６２、６４はそれぞれ、第１容器４０および第２容器４２のそれぞれで、アンモニア溶液の噴霧体を複数提供する、離間した３６０度の方向に噴霧する放射部を複数備える。
【０１１０】
操作時には、冷却された排煙は、注入口３８を通って第１容器４０に入り、第１容器４０の対向する端部に向かって、噴霧管６２からのアンモニア溶液の一連の噴霧の方向に対して向流方向に流れる。排煙は、アンモニア溶液と接触し混ざり合って、排水管４４を通って第２容器４２に排出／流れ出る。
【０１１１】
排煙は、噴霧管６４からのアンモニア溶液の一連の噴霧の方向に対して向流方向の流れで、第２容器４２の１つの端部からその対向する端部に流れる。排煙は、アンモニア溶液と接触し混ざり合って、排水管５２を通ってタンク５４に排出／流れ出る。
【０１１２】
タンク５４に排出される溶液は重炭酸アンモニウム溶液を含み得るが、アンモニア溶液（重炭酸アンモニウム溶液が混合している）は、アンモニア溶液が二酸化炭素の吸収容量に達するまで、噴霧管６２、６４を通って連続的に再循環する。言い換えれば、タンク中のアンモニア溶液は、重炭酸アンモニウム溶液に実質的に変換されるまで、噴霧管６２、６４を通って再循環する。アンモニア溶液が二酸化炭素の吸収容量に達したとき、制御弁ユニットは、１対のタンク５４のもう一方に選択的に切れ替わり、製造過程は継続し得る。二酸化炭素に対するアンモニア溶液の吸収容量は、溶液中の二酸化炭素、炭酸塩または重炭酸塩の濃度を測定できる、あらゆる適切なセンサーでモニターされ得る。
【０１１３】
アンモニア溶液が二酸化炭素に対する吸収容量に達するとき、第１のタンク５４からの重炭酸アンモニウム溶液は、導管２２を通って第１反応器２０に流れ得る。アンモニア溶液が第２のタンク５４で二酸化炭素に対する吸収容量に達するとき、重炭酸アンモニウム溶液は、同様に、導管２２を通って第１反応器２０に流れることが認識されるだろう。
【０１１４】
第１および第２容器４０、４２を通過してきた、タンク５４の上部空間に存在している低ＣＯ２排煙は、排気管６６を通って大気中に発散され得る。
【０１１５】
図４を参照すると、ガス−液体吸収区域１８からの重炭酸アンモニウム溶液は、排水管２２を通って第１反応器２０に流れ得る。石膏のような硫酸塩源は、炭酸カルシウムおよび硫酸アンモニウム溶液を製造するために、攪拌機２４により重炭酸アンモニウム溶液と混合され得る。炭酸カルシウムは、フィルタープレスのようなセパレータ（図示しない）により硫酸アンモニウム溶液から分離され得る。
【０１１６】
硫酸アンモニウム濾液は、図５、６を参照して後述するとおり、肥料製品の前駆物質として用いられ得る。
【０１１７】
硫酸アンモニウム濾液は、第２反応器６８に流れて、およそ６０℃に加熱され得る。第２反応器６８は、熱交換器７２、ポンプ７４、冷却剤を含む冷却容器７６、および放熱器７８を含む、加熱回路７０の中に構成され得る。本願発明の実施形態では、熱交換器７２は、熱交換器１６と流体連通し得る。もしくは、加熱回路７０の熱交換器７２は、熱交換器１６であり得る。
【０１１８】
第２反応器６８は、硫酸アンモニウム濾液を反応物質と混合するための攪拌機８０を備える。この特別な実施形態において、反応物質は、塩化カリウムまたは硝酸カリウムのようなカリウム塩であり得る。カリウム塩は、水溶性で、加熱された硫酸アンモニウム濾液に容易に溶解するので、加熱された硫酸カリウムの過飽和溶液が形成される。
【０１１９】
加熱された硫酸カリウムの過飽和溶液は、その後、図６に示す結晶化容器８２に流れる。結晶化容器８２は、冷水浴８６または冷媒を含む熱交換器中に沈めた、旋回可能容器８４を含む。加熱された硫酸カリウムの過飽和溶液は、結晶化容器８２の中で冷却される。上記溶液の温度が低下すると、溶液中の硫酸カリウムの熔解性も低下し、硫酸カリウムの結晶および／または固体が形成し始める。
【０１２０】
硫酸カリウムの結晶化が完了すると、旋回可能容器８４は、当業者であれば理解されるとおり、他の肥料製品の前駆物質としてその後用いられる、硫酸カリウム溶液の上澄み液を注ぎ出すために、レバー支点８８によって旋回される。硫酸カリウムの固体（結晶）は、旋回可能容器８４から回収され、例えば回転乾燥機中で乾燥され、その後貯蔵され得る。
【０１２１】
図７には、排煙から二酸化炭素を除去するための装置１０’の別の実施形態を示す。
【０１２２】
排煙は、煙道１０２を通ってモーター１００’から排出される。排煙の温度は、モーター１００’における燃焼のために用いられる燃料源、および空気−燃料源の割合によって変化し得るが、説明のために、モーター１００’から排出される排煙の温度を、およそ４７０℃とする。煙道１０２を通る排煙の流路において、排煙はおよそ１７０℃に冷却され得る。煙道１０２は、排煙をおよそ１７０℃からおよそ８０℃に冷却するために配置された空冷式熱交換器１１と流体連通し得る。装置１０’は、空冷式熱交換器１１と直列に構成される水冷式熱交換器１３をさらに含む。排煙は、空冷式熱交換器１１から水冷式熱交換器１３へと通過するが、排煙の温度は、水冷式熱交換器１３を通過することによりおよそ２３℃にまでさらに冷却される。
【０１２３】
冷却された排煙は、パイプ容器１５の中に導かれ、ここでアンモニア冷却装置２１からの低温のアンモニアガスと混合される。容器５４の上部空間から導管２５を通って供給されるアンモニアも、冷却された排煙と混合される。冷却された排煙中の成分とアンモニアとの発熱反応の結果、排煙−アンモニア混合物の温度はおよそ３３℃まで上昇して、パイプ容器１５から排出される。
【０１２４】
排煙−アンモニア混合物は、ガス−液体吸収区域１８の注入口３８に流れ、ガス−液体吸収区域では、重炭酸アンモニウム溶液を製造するために、排煙−アンモニア混合物はアンモニア溶液と接触させられる。注入口３８は、噴煙状の排煙−アンモニア混合物をガス−液体吸収区域１８に分散するように構成され得る。
【０１２５】
ガス−液体吸収区域１８は、第２水平配置容器４２と排水管４４を介して流体連通している第１水平配置容器４０を含む。排水管４４は、注入口３８に対して対向する第１容器４０の端部に配置される。上記第２容器４２は、上記第１水平配置容器４０の下に、上記第１水平配置容器４０と上下で平行に配置される。排水管４４は、上記第１容器４０の下部内側４６を、第２容器４２の上部内側４８につないでいる。この方法では、第１容器４０の下部内側４６に集まったガスおよび液体は、第２容器４２に流れる。
【０１２６】
第２容器４２の下部内側５０は、アンモニア溶液および／または重炭酸アンモニウム溶液を貯蔵するための１対のタンク５４のいずれかと選択的に交互に流体連通し得る排水管５２も備える。１対のタンク５４のいずれかの選択は、制御弁ユニットでなされる。排水管５２は、排水管４４に対して対向する第２容器４２の端部に配置される。
【０１２７】
タンク５４は、使用時には、アンモニア溶液を、導管５６、５８を通って、第１および第２容器４０、４２それぞれに循環させるように配置される。タンク５４は、アンモニア溶液を、圧力下で第１および第２容器４０、４２に循環させるポンプ６０を備える。
【０１２８】
導管５６は、第１容器４０の長手方向中央軸線に沿って配置された噴霧管（図示しない）と流体連通している。導管５８は、第２容器４２の長手方向中央軸線に沿って配置された噴霧管（図示しない）と流体連通している。噴霧管はそれぞれ、上述したとおり、第１容器４０および第２容器４２のそれぞれで、アンモニア溶液の噴霧体を複数提供する、離間した３６０度の方向に噴霧する放射部を複数備える。
【０１２９】
操作時には、冷却された排煙−アンモニア混合物は、注入口３８を通って第１容器４０に入り、第１容器４０の対向する端部に向かって、アンモニア溶液の一連の噴霧の方向に対して向流方向に流れる。排煙は、アンモニア溶液と接触し混ざり合って、排水管４４を通って第２容器４２に排出／流れ出る。通常、第１容器４０を出る液体−ガス混合物の温度は、およそ３４℃である。
【０１３０】
排煙は、アンモニア溶液の一連の噴霧の方向に対して向流方向の流れで、第２容器４２の１つの端部からその対向する端部に流れる。排煙は、アンモニア溶液と接触し混ざり合って、排水管５２を通ってタンク５４に排出／流れ出る。通常、第２容器を出る液体−ガス混合物の温度は、およそ３５℃である。
【０１３１】
タンク５４に排出される溶液は重炭酸アンモニウム溶液を含むけれども、アンモニア溶液（重炭酸アンモニウム溶液が混合している）は、アンモニア溶液が二酸化炭素の吸収容量に達するまで、導管５６、５８、および第１および第２反応器４０、４２を通って連続的に再循環される。言い換えれば、タンク中のアンモニア溶液は、重炭酸アンモニウム溶液に実質的に変換されるまで、導管５６、５８、および第１および第２反応器４０、４２を通って再循環される。アンモニア溶液が二酸化炭素の吸収容量に達したとき、制御弁ユニットは、１対のタンク５４のもう一方に選択的に切れ替わり、製造過程は継続し得る。二酸化炭素に対するアンモニア溶液の吸収容量は、溶液中の二酸化炭素、炭酸塩または重炭酸塩の濃度を測定できる、あらゆる適切なセンサーでモニターされ得る。
【０１３２】
タンク５４中の重炭酸アンモニウム溶液の温度は、３０℃未満に維持され得る。図７に示す実施形態では、タンク５４中の重炭酸アンモニウム溶液は、該溶液を、アンモニア冷却装置２１からの冷却剤、好ましくはアンモニア冷却剤と熱交換関係にある熱交換器１９を通って循環させることで冷却され得る。アンモニア冷却装置２１は、アンモニアガスを、導管２３を介してパイプ容器１５に供給し得る。
【０１３３】
アンモニア溶液が二酸化炭素に対する吸収容量に達するとき、第１のタンク５４からの重炭酸アンモニウム溶液は、導管２２を通って第１反応器２０に流れ得る。アンモニア溶液が第２のタンク５４で二酸化炭素に対する吸収容量に達するとき、重炭酸アンモニウム溶液は、同様に、導管２２を通って第１反応器２０に流れることが認識されるだろう。
【０１３４】
第１および第２容器４０、４２を通過してきた、タンク５４の上部空間に存在している低ＣＯ２排煙は、導管６６を通って大気中に発散され得る。低ＣＯ２排煙は、大気中に発散される前に、任意にスクラバーを通過し得ることは認識されるだろう。
【０１３５】
石膏のような硫酸塩源は、炭酸カルシウムおよび硫酸アンモニウム溶液を製造するために、第１反応器２０中で攪拌機２４により重炭酸アンモニウム溶液と混合され得る。炭酸カルシウムを含む硫酸アンモニウム混合溶液は、液体輸送ポンプ１７を通って、フィルタープレスのようなセパレータ（図示しない）に輸送され得る。
【０１３６】
前述する記載から明らかなように、本発明の方法は、排煙を処理する従来技術と比較して、温室効果ガスの排出量（すなわち、二酸化炭素）の低減を容易にする。
【０１３７】
温室効果ガス排出量取引計画（ＥＴＳ）に基づいて取引可能な金融商品は、本発明の方法が容易に適用され得る形態で、肥料工場と工業発電プラントのような排煙排出源とを併設することによって創出できる。その手段としては、例えば、二酸化炭素排出権、カーボンオフセット、または再生可能エネルギー証明書が挙げられる。一般に、そのような手段は、キャップアンドトレードの取り組みを介して二酸化炭素の排出を防止するため設置される市場において取引可能である。キャップアンドトレードの取り組みにおいては、総排出量が制限され、許可証により制限量が割り当てられ、また、取引は、必要な排出量の削減に見合う最も安価な方法を市場が見つけられるようにするものである。京都議定書および欧州連合ＥＴＳは、いずれもこの取り組みに基づく。
【０１３８】
肥料プラントを用いて排出権を生み出す方法の例を以下に示す。先進工業国の者は、欧州ＥＴＳに基づいて、クリーン開発メカニズム（ＣＤＭ）プロジェクトから排出権を得ようとする。その者は、排煙排出源の周辺において、本発明の方法を採用する肥料プラントの設立に寄与する。排出権（または、認証排出削減量単位（ＣＥＲ）、１単位は１メータートンまたはそれと同等のＣＯ２削減量と等しい）は、その者に交付され得る。交付されるＣＥＲの数は、ベースラインと実際に測定された排出量との差に基づく。出願人は、先進国において低炭素排出量エネルギー生産に投資した者は、ＣＥＲと本質的に同様のオフセットまたは排出権をすぐに入手できるだろうし、同様に実現可能であると予期している。
【０１３９】
当業者であれば、特別な実施形態において示した発明に対して、広く記載された発明の趣旨または範囲から離れることなしに、さまざまな変形および／または修飾が可能であることが認識されるだろう。本願実施形態は、それゆえ、あらゆる面において実施例であり、それによって限定されるものではない。
【０１４０】
先行技術公開文献について本明細書で言及されている場合であっても、そのような文献は、オーストラリアまたはその他の国において、該文献が当該技術分野における共通の一般的知識の一部を形成するとの自白を構成するものはないことは理解されるだろう。
【０１４１】
以下の特許請求の範囲および前述の発明の詳細な説明において、表現された用語または必要な含意によるのとは別に文脈で規定する箇所以外は、「含む」という用語、または「（複数主語による）含む」または「含んでいる」のような変形例は、含有する意味に用いられ、すなわち、記載した特徴の存在を明らかにするものであり、本発明のさまざまな実施形態におけるさらなる特徴の存在または追加を排除するものではない。
【図１】
2016540626.tif 000003
【図２ａ】
2016540626.tif 000004
【図２ｂ】
2016540626.tif 000005
【図２ｃ】
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【図３】
2016540626.tif 000007
【図４】
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【図５】
2016540626.tif 000009
【図６】
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【図７】
2016540626.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成27年7月27日(2015.7.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）排煙を３０℃未満に冷却する工程、
ｂ）排煙をアンモニア溶液に接触させて、重炭酸アンモニウム溶液を製造する工程、および
ｃ）上記重炭酸アンモニウム溶液を硫酸塩源に接触させて、炭酸化合物および硫酸アンモニウム溶液を製造する工程、
を含む、排煙から二酸化炭素を除去する方法。
【請求項２】
上記硫酸アンモニウム溶液から炭酸化合物を分離することで、炭酸化合物を取り出す工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記アンモニア溶液が水酸化アンモニウムである、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
上記アンモニア溶液中のアンモニアの濃度が、およそ５％ｗ／ｖ〜およそ３０％ｗ／ｖの範囲である、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
上記アンモニア溶液のｐＨが、およそ９〜およそ１１の範囲である、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
上記アンモニア溶液の温度が、およそ５℃〜およそ３０℃である、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
上記アンモニア溶液の温度が、およそ１０℃〜およそ２５℃である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
上記排煙をアンモニア溶液に接触させる工程が、排煙およびアンモニア溶液をガス−液体吸収区域に通過させる工程を含む、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
上記アンモニア溶液を、噴霧形状でガス−液体吸収区域に分散させる、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
上記噴霧されたアンモニア溶液は、噴霧ノズルを介した液滴として上記ガス−液体吸収区域に導入される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
上記排煙を、アンモニア溶液の噴霧の方向に対して向流方向でガス−液体吸収区域に流れさせる、請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１２】
上記排煙を、アンモニア溶液の噴霧の方向に対して並流方向でガス−液体吸収区域に流れさせる、請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１３】
上記排煙を、アンモニア溶液の噴霧の方向に対して交差する方向でガス−液体吸収区域に流れさせる、請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１４】
上記排煙を、アンモニア溶液に直接通過させることのできる、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
上記排煙を冷却する工程が、排煙を膨張器で膨張させる工程を含む、請求項１〜１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
上記排煙を冷却する工程が、排煙を１以上の熱交換器に通過させる工程を含む、請求項１〜１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
上記排煙を冷却する工程が、排煙をより低温のガスと混合する工程を含む、請求項１〜１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
より低温のガスがアンモニアガスである、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
排煙をアンモニア溶液に接触させる前に、ＮＯＸおよびＳＯＸをＮＯ２、ＮＨ３およびＳＯ３に変換するために排煙を触媒コンバータ混合室に通過させて、排煙からＮＯＸおよびＳＯＸを除去する工程をさらに含む、請求項１〜１８のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
上記炭酸化合物が炭酸カルシウムである、請求項１〜１９のいずれかに記載の方法。
【請求項２１】
硫酸塩源が硫酸カルシウムである、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
−排煙を３０℃未満に冷却するための冷却手段、
−排煙をアンモニア溶液に接触させて、重炭酸アンモニウム溶液を製造するように構成され、
−排煙およびアンモニア溶液をガス−液体吸収区域に受け入れるための注入口、および重炭酸アンモニウム溶液が流出する出口をそれぞれ有する、ガス−液体吸収区域、および
−重炭酸アンモニウム溶液を硫酸塩源に接触させて、炭酸化合物および硫酸アンモニウム溶液を製造するように構成され、
−重炭酸アンモニウム溶液および硫酸塩源を反応器に受け入れるための注入口、および、炭酸化合物および硫酸アンモニウム溶液が流出する出口をそれぞれ有する、反応器、
を含む、排煙から二酸化炭素を除去するための装置。
【請求項２３】
上記装置が、硫酸アンモニウム溶液から炭酸化合物を分離するためのセパレータをさらに含む、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
上記冷却手段が、ガス−液体吸収区域の排煙注入口の上流に配置された膨張器を含む、請求項２２または２３に記載の装置。
【請求項２５】
上記冷却手段が、ガス−液体吸収区域の排煙注入口の上流に配置された熱交換器を含む、請求項２２〜２４のいずれかに記載の装置。
【請求項２６】
上記装置が、ＮＯＸおよびＳＯＸをＮＯ２、ＮＨ３およびＳＯ３に変換するための触媒コンバータ混合室を含み、該触媒コンバータ混合室はガス−液体吸収区域の排煙注入口の上流に配置される、請求項２２〜２５のいずれかに記載の装置。
【請求項２７】
上記ガス−液体吸収区域が充填カラムを含む、請求項２２〜２６のいずれかに記載の装置。
【請求項２８】
充填カラムの充填は、ランダム充填または構造充填である、請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
上記ガス−液体吸収区域が噴霧カラムを含む、請求項２２〜２６のいずれかに記載の装置。
【請求項３０】
上記ガス−液体吸収区域が、第１端部および第２端部、排煙を受け入れるための、第１端部またはその近くに配置された注入口、および重炭酸アンモニウム溶液が流出する出口となる、第２端部またはその近くに配置された出口を有する水平配置容器、および、該容器の長手方向中央軸線に沿って配置された噴霧管を含み、該噴霧管は、使用時に該容器中でアンモニア溶液の噴霧体を複数放出するために、放射状の離間した噴霧体を複数提供するように構成され、該噴霧管の開口端部はアンモニア溶液を受け入れるための注入口である、請求項２２〜２６のいずれかに記載の装置。
【請求項３１】
重炭酸アンモニウム溶液が流出する出口がアンモニア溶液の貯蔵器と流体連通しており、ガス−液体吸収区域で製造された重炭酸アンモニウム溶液が排出されて貯蔵器中のアンモニア溶液と混合されるように配置され、さらに上記装置が、混合された重炭酸アンモニウム／アンモニア溶液を噴霧管の開口端部に再循環させる手段を含む、請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】
上記炭酸化合物が炭酸カルシウムである、請求項２２〜３１のいずれかに記載の装置。
【請求項３３】
ａ）排煙を３０℃未満に冷却する工程、
ｂ）排煙をアンモニア溶液に接触させて、重炭酸アンモニウム溶液を製造する工程、
ｃ）上記重炭酸アンモニウム溶液を硫酸塩源に接触させて、炭酸化合物および硫酸アンモニウム溶液を製造する工程、
ｄ）硫酸アンモニウム溶液から炭酸化合物を分離する工程、および
ｅ）肥料製品を製造する過程において、分離した硫酸アンモニウム溶液を使用する工程、
を含む、排煙から肥料を製造する方法。
【請求項３４】
−排煙を３０℃未満に冷却するための冷却手段、
−排煙をアンモニア溶液に接触させて、重炭酸アンモニウム溶液を製造するように構成され、
−排煙およびアンモニア溶液をガス−液体吸収区域に受け入れるための注入口、および重炭酸アンモニウム溶液が流出する出口をそれぞれ有する、ガス−液体吸収区域、
−重炭酸アンモニウム溶液を硫酸塩源に接触させて、炭酸化合物および硫酸アンモニウム溶液を製造するように構成され、
−重炭酸アンモニウム溶液および硫酸塩源を反応器に受け入れるための注入口、および、炭酸化合物および硫酸アンモニウム溶液が流出する出口をそれぞれ有する、第１反応器、
−硫酸アンモニウム溶液から炭酸化合物を分離するセパレータ、および
−肥料製品を製造する過程において、硫酸アンモニウム溶液を使用するために構成された第２反応器、
を含む、排煙から肥料を製造するシステム。
【請求項３５】
請求項１〜２１のいずれかで定義された排煙から二酸化炭素を除去する方法を利用する工程を含む、温室効果ガス排出量取引計画（ＥＴＳ）に基づいて取引可能な金融商品を創出する方法。
【請求項３６】
上記金融商品が、二酸化炭素排出権、カーボンオフセットまたは再生可能エネルギー証明書のいずれか１つを含む、請求項３５に記載の方法。
【国際調査報告】
2016540626.tif 000012
2016540626.tif 000013
2016540626.tif 000014
2016540626.tif 000015