(57)【要約】  本発明は、化石燃料発電所設備の排ガスから二酸化炭素を分離するための方法に関する。発電所設備は燃焼プロセスを備え、この燃焼プロセスにおいて化石燃料が燃焼させられ、その際に二酸化炭素を含んだ排ガスが発生させられる。これに続く吸収プロセスにおいて、二酸化炭素を含んだ排ガスが吸収剤と接触させられて、二酸化炭素が吸収剤に吸収され、その際に二酸化炭素を吸収した吸収剤及び浄化された排ガスが生成される。次の脱離プロセス（１０）において、二酸化炭素を吸収した吸収剤（２５）が再生されて、再生された吸収剤（２６）が生成される。その際に、二酸化炭素を吸収した吸収剤（２５）が少なくとも第１の部分流（３０）及び第２の部分流（４０）として、脱離プロセス（１０）に、導入される。脱離プロセス（１０）の後に続く膨張プロセス（２０）において、再生された吸収剤（２６）が膨張させられて、蒸気状態の吸収剤（２７）が生成される。続いて、この蒸気状態の吸収剤（２７）が脱離プロセス（１０）に返還される。【選択図】図１
2012516226.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）燃焼プロセスにおいて、化石燃料が燃焼させられることにより、二酸化炭素を含んだ排ガスが発生させられ、
ｂ）吸収プロセスにおいて、二酸化炭素を含んだ排ガスが吸収剤と接触させられることにより、二酸化炭素が吸収剤に吸収されて、二酸化炭素を吸収した吸収剤（２５）と浄化された排ガスとが生成され、
ｃ）脱離プロセス（１０）において、二酸化炭素を吸収した吸収剤（２５）が再生されることにより、再生された吸収剤（２６）が生成され、
ｄ）二酸化炭素を吸収した吸収剤（２５）が、少なくとも第１の部分流（３０）及び第２の部分流（４０）として、脱離プロセス（１０）に導入され、そして、
ｅ）膨張プロセス（２０）において、再生された吸収剤（２６）が膨張させられることにより、蒸気状態の吸収剤（２７）が生成され、蒸気状態の吸収剤（２７）が脱離プロセス（１０）に返還される、
化石燃料発電所設備の排ガスから二酸化炭素を分離するための方法。
【請求項２】
前記第１の部分流（３０）が温度Ｔ1に調整され、前記第２の部分流（４０）が温度Ｔ2に調整され、ここで、温度Ｔ1が温度Ｔ2よりも低い請求項１に記載の方法。
【請求項３】
膨張プロセス（２０）において、再生された吸収剤（２６）が分離され、熱交換器プロセスにおいて、再生された吸収剤（２６）から熱が取り出されて、第２の部分流（４０）内の二酸化炭素を吸収した吸収剤（２５）に導入される請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記膨張プロセス（２０）が圧力Ｐ1において実施され、前記脱離プロセス（１０）が圧力Ｐ2において実施され、ここで、圧力Ｐ1が圧力Ｐ2よりも低く調整される請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
圧力Ｐ2がほぼ大気圧に相当する請求項４に記載の方法。
【請求項６】
蒸気状態の吸収剤（２７）が、前記脱離プロセス（１０）へ返還される前に、圧縮される請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記二酸化炭素を吸収した吸収剤（２５）が、前記吸収プロセスから、１つの全体流として取り出され、この全体流が前記第１の部分流及び前記第２の部分流に分割される請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
脱離プロセス（１０）において、二酸化炭素を吸収した吸収剤（２５）の再生によって、ガス状態の二酸化炭素と蒸気状態の吸収剤とからなるガス−蒸気混合物（５０）が生成され、凝縮プロセスにおいて、前記ガス−混合物から凝縮液が取り出される請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
Ｈ2Ｏ及びアミン誘導体からなる溶液が吸収剤として使用される請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
化石燃料蒸気発電所設備（５５）において使用されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
ガスタービン−蒸気タービン複合発電所設備（５６）において使用されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
燃焼装置の後段に接続されていて二酸化炭素を含んだ排ガスが通流可能な二酸化炭素分離装置（７０）を備えた化石燃料発電所設備であって、分離装置（７０）が、二酸化炭素を含んだ排ガスから二酸化炭素を吸収するための吸収ユニット（１２０）と、前記吸収された二酸化炭素を放出させるための脱離ユニット（１３０）とを備え、前記吸収ユニット（１２０）が、二酸化炭素を吸収した吸収剤を通すために、接続管（２００）を介して脱離ユニット（１３０）に接続されている化石燃料発電所設備において、
接続管（２００）が第１の部分管（２０１）及び第２の部分管（２０２）を備え、前記第１の部分管（２０１）及び前記第２の部分管（２０２）が脱離ユニット（１３０）の相異なる接続個所（２１０，２１１）に接続されていること、及び、脱離ユニット（１３０）が圧力容器（１４０）に接続されていて、圧力容器（１４０）内で形成される蒸気が蒸気管（２３１）を介して脱離ユニット（１３０）に返還可能であること、を特徴とする化石燃料発電所設備。
【請求項１３】
接続管（２００）が吸収ユニット（１２０）の１つの接続個所に接続されていることを特徴とする請求項１２に記載の化石燃料発電所設備。
【請求項１４】
圧力容器（１４０）内において真空が達成可能であることを特徴とする請求項１２に記載の化石燃料発電所設備。
【請求項１５】
熱交換器（１６０）が設けられていて、その熱交換器（１６０）は、１次側が前記第２の部分管（２０２）内に接続され、２次側の導入側が圧力容器（１４０）に接続され、２次側の導出側が前記吸収ユニット（１２０）に接続されていることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の化石燃料発電所設備。
【請求項１６】
前記蒸気管（２３１）内に圧縮機が接続されていることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の化石燃料発電所設備。
【請求項１７】
導入側が前記接続管（２００）を介して前記吸収ユニット（１２０）に接続され、導出側が前記第１の部分管（２０１）及び前記第２の部分管（２０２）を介して前記脱離ユニット（１３０）に接続されている調整弁が設けられていることにより、運転中に、接続管（２００）を通して通流する吸収剤が、或る割合Ｖで、前記第１の部分管（２０１）及び前記第２の部分管（２０２）に分割可能となっていることを特徴とする請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の化石燃料発電所設備。
【請求項１８】
化石燃料式ボイラ（６０）及び蒸気タービン（１００）を備える蒸気発電所設備（５５）として構成されていることを特徴とする請求項１２〜１６のいずれか１項に記載の化石燃料発電所設備。
【請求項１９】
ガスタービン（１０１）と、蒸気タービン（１００）の水−蒸気循環路（９０）内に接続されていて、このガスタービン（１０１）の排ガス側後段に接続されている排熱回収ボイラ（１１２）とを、備えるガスタービン−蒸気タービン複合発電所設備（５６）として構成されていることを特徴とする請求項１２〜１６のいずれか１項に記載の化石燃料発電所設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化石燃料発電所設備を運転するための方法及び特に化石燃料発電所設備の排ガスから二酸化炭素を分離するための方法に関する。更に、本発明は、排ガスから二酸化炭素を分離するための分離装置を備えた化石燃料発電所設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気エネルギを発生するための化石燃料発電所設備においては、化石燃料の燃焼によって二酸化炭素を含んだ排ガスが発生する。この生成物は、一般に、大気中に放出される。大気中に溜まる二酸化炭素は、我々の地球の熱放射を妨げ、いわゆる温室効果によって地球表面温度の上昇をもたらす。化石燃料発電所設備において、二酸化炭素の放出を低減するためには、排ガスから二酸化炭素を分離すればよい。
【０００３】
ガス混合物から二酸化炭素を分離するために、様々な方法が知られている。特に燃焼プロセスの後の排ガスから二酸化炭素を分離するために、吸収−脱離法が一般に使用されている。
【０００４】
巨大技術規模においては、上述の吸収脱離法による二酸化炭素の分離が洗浄剤により行なわれる。古典的な吸収−脱離プロセスでは、排ガスが、吸収塔において、洗浄剤としての選択性の溶剤に接触させられる。その際に、二酸化炭素の吸収は、化学的又は物理学的プロセスによって行なわれる。洗浄された排ガスは、後処理のために又は放出のために、吸収塔から排出される。二酸化炭素を吸収した溶剤は、二酸化炭素の分離及び溶剤再生のために脱離塔に導かれる。脱離塔における分離は、熱により行なわれる。二酸化炭素を吸収した溶剤が加熱され、ガス状態の二酸化炭素と蒸気状態の溶剤とからなるガス−蒸気混合物、いわゆるフラッシュ蒸気、が生じる。しかる後に、蒸気状態の溶剤が二酸化炭素から分離される。二酸化炭素は、複数のステップで圧縮され、そして冷却される。それから二酸化炭素は、液化状態又は凍結状態で、貯蔵又は利用に供される。再生された溶剤は、改めて吸収塔に導かれ、そこで再び二酸化炭素を含んだ排ガスから二酸化炭素を吸収することができる。
【０００５】
排ガスから二酸化炭素を分離するための既存の方法における主要な問題は、特に、脱離用の加熱エネルギの形で必要とされる非常に大きなエネルギ消費にある。これに対して今まで、従来技術においては、二酸化炭素を分離するために発電所プロセスに組み込まれた分離設備のエネルギ消費を十分な限度内に低減する有用な改良策が見つかっていない。
【０００６】
化学工業では、脱離プロセスにおいて加熱エネルギを節約するために、多数の拡張システムが公知である。例えば、特許文献１には、脱離装置における吸収剤の再生を支援するための方法、いわゆるリーン溶液フラッシュ法、が示されている。特許文献２は、脱離プロセスが側面から支援されるリーン溶液再加熱法を示している。特許文献３に開示されたシステムは、側面冷却によって吸収プロセスを支援する。特許文献４は、いわゆるスリップフィード法を用いた他の拡張システムを開示している。
【０００７】
しかし、排ガスから二酸化炭素を分離するための化学工業からの拡張システムに対する公知の標準方法は、簡単には他の用途へ適合させることができない。まさに、二酸化炭素分離方法を発電所プロセスに組み込む場合に、拡張システムのエネルギ節約が、発電所プロセスとの作用的な関わり合いでの全体収支として明らかに減少させられ、或いはそれどころか不都合な結果にさえなり得る。
【０００８】
有り得るエネルギ需要の低下さえも必ずしも全体効率の向上をもたらすわけではない。相互の作用の関わり合いによっても、発電所プロセスに組み込んだ際に有利な全体効率が期待できるとは限らない。それゆえ、追加費用を経済的に正当化することはできないであろう。
【０００９】
従って、従来技術から公知の二酸化炭素分離方法における一般的な欠点は、特に高いままのエネルギ費用にある。まさに化石燃料発電所設備にこの分離方法を組み込む場合に、このことが化石燃料発電所設備の願わしくない全体効率の悪化を招く。化学工業からの公知の拡張システムを用いて標準方法を拡張する場合ですら、これまでは分離方法の固有エネルギ需要を言うに足るほど減少させることができていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】欧州特許第０１３３２０８号明細書
【特許文献２】欧州特許出願公開第１７５９７５６号明細書
【特許文献３】独国特許第２８１７０８４号明細書
【特許文献４】独国特許第１１６７３１８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の課題は、発電所プロセスの少ないエネルギ需要と同時に有利な全体設備効率において高い分離効率を可能にする、化石燃料発電所設備の排ガスから二酸化炭素を分離するための方法を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の課題は、発電所設備の少ないエネルギ需要と同時に有利な全体設備効率において高い分離効率を可能にする、二酸化炭素分離装置を備えた化石燃料発電所設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
方法に向けられた課題は、本発明によれば、燃焼プロセスにおいて、化石燃料が燃焼させられて、二酸化炭素を含んだ排ガスが発生させられ、次の吸収プロセスにおいて、二酸化炭素を含んだ排ガスが吸収剤と接触させられて、二酸化炭素が吸収剤に吸収され、その際に二酸化炭素を吸収した吸収剤及び浄化された排ガスが生成され、次の脱離プロセスにおいて、二酸化炭素を吸収した吸収剤が再生されて、再生された吸収剤が生成され、その際に、二酸化炭素を吸収した吸収剤が、少なくとも第１の部分流及び第２の部分流として、脱離プロセスに、導入され、そして膨張プロセスにおいて、再生された吸収剤が膨張させられて、蒸気状態の吸収剤が生成され、蒸気状態の吸収剤が脱離プロセスに返還される、化石燃料発電所設備の排ガスから二酸化炭素を分離するための方法により解決される。
【００１４】
本発明は、課題解決のために、化学的なプロセス技術から公知の方法を考慮するという考えから出発している。種々の実証された大がかりな多様な追加システムから、次の複数の方法を選択することが肝要である。即ち、それらの方法の有利な特性を発電所プロセスとの相互の作用的な関わり合いの中でも帳消しにし、又はそれどころか過剰補償するということのない複数の方法を選択することが肝要である。本発明の本質は、複数の方法の有利な作用を大々的に互いに勘定に入れ得るように互いに組み合わせることにある。このことが、本発明によれば、スプリットフィード法とリーン溶液フラッシュ法との狙いを定めた組合せによって達成される。まさに、これらの両方法を組み合わせた場合に、驚くほどに分離装置のエネルギ消費を著しく低減することができ、そのうえ、二酸化炭素分離設備を伴った発電所プロセスの全体効率を明らかに向上させ得ることが判明した。それによって二酸化炭素分離プロセスのためのコストを抜本的に低減することができる。
【００１５】
リーン溶液フラッシュ法の場合には、脱離ユニットの液溜め部における蒸発が真空フラッシュタンクによって促進される。その際に、圧力が低くなると溶剤の沸騰温度が低下するという作用が利用される。フラッシュタンク内での真空発生に必要な電気エネルギは、溶剤蒸発のための節約された熱エネルギに比べて非常に僅かであるので、全体収支は好ましい結果となる。
【００１６】
スプリットフィード法の場合には、吸収塔から出て来た二酸化炭素を吸収した溶剤の流れが分割され、部分的に冷えた状態で脱離塔の頭部に導入される。それによって脱離塔の頭部に存在するフラッシュ蒸気が既に大幅に凝縮される。これは脱離塔の後に接続される凝縮器の負担を軽減するので、この凝縮器は、冷却水を介して、熱を外へ向けて排出する必要がない。その熱は、その代わりに直接的に、二酸化炭素を吸収した溶剤を温め直すのに利用できる。
【００１７】
本発明によれば、これらの方法が、狙いどおりに組み合わされて発電所プロセスに組み込まれる。このために脱離プロセスには、二酸化炭素を吸収した吸収剤が、少なくとも２つの部分流として導入される。少なくとも２つの部分流として導入するのに、追加的なエネルギは必要でない。その際に、第１の部分流は、脱離プロセスに、脱離プロセスにおいて圧倒的に多くのフラッシュ蒸気が存在するプロセス段階において導入される。第１の部分流からの二酸化炭素を吸収した吸収剤にフラッシュ蒸気を供給することによってフラッシュ蒸気が凝縮する。それによって、脱離プロセスの後に続く凝縮プロセスの負担が軽減され、凝縮プロセスの冷却水を導く電気エネルギが節約される。更に、導入された二酸化炭素を吸収した吸収剤が、その凝縮によって加熱されて脱離プロセスの意のままになる。この節約された予熱によって、脱離プロセスにおいて、加熱蒸気の形での加熱エネルギが節約される。
【００１８】
第２の部分流は、それが直接的に脱離プロセスの意のままになるプロセス段階において脱離プロセスに導入される。二酸化炭素を吸収した吸収剤を複数の部分流として脱離ユニットの複数のプロセス段階に導入することが同様に考えられ得る。
【００１９】
脱離プロセスを出て来た再生された吸収剤が、今や膨張プロセスに導入され、この膨張プロセスにおいて、その再生された吸収剤が膨張させられる。負圧の発生のために電気エネルギが消費される。膨張によって吸収剤の一部が蒸発する。従って、膨張プロセスは液体状態の吸収剤を蒸気状態の吸収剤から分離する。蒸気状態の吸収剤は、今や脱離プロセスに返還される。それによって、返還された蒸気状態の吸収剤が脱離プロセスを促進し、従って加熱蒸気の形での加熱エネルギの節約をもたらす。それゆえ、節約された加熱蒸気は、発電所プロセスにおいて電気エネルギ発生のために使用することができる。
【００２０】
スリットフィード法とリーン溶液フラッシュ法との組合せは、驚くほど非常に僅かしか干渉し合わない。従って、個々の方法における分離法のエネルギ消費のための割当てを著しく差し引くことなく殆ど加え合わせることができる。その際に分離効率が高められる。特に驚くほどに、両方法の本発明による組合せによって発電所プロセスの総合効率も同程度向上する。
【００２１】
二酸化炭素分離方法の有利な発展形態においては、第１の部分流が温度Ｔ1に調整され、第２の部分流が温度Ｔ2に調整される。その際に温度Ｔ1が温度Ｔ2よりも低い。この場合に、温度Ｔ1は、吸収プロセスから出て来る二酸化炭素を吸収した吸収剤の温度にほぼ相当する。脱離プロセスの動作条件に依存して、温度Ｔ1を他の温度に調整することも必要であり得る。この温度調整は、制御プロセスによって行なわれる。脱離プロセスにおいて必要な動作条件に依存して温度Ｔ1及び温度Ｔ2が調節される。
【００２２】
二酸化炭素分離方法の他の有利な実施態様では、膨張プロセスにおいて、再生された吸収剤が分離され、熱交換器プロセスにおいて、再生された吸収剤から熱が取り出されて、第２の部分流内における二酸化炭素を吸収した吸収剤に導入される。これは、再生された吸収剤の中に未だ残っている熱を、第２の部分流内における二酸化炭素を吸収した吸収剤を加熱するために利用することを可能にする。従って、熱交換プロセスの調節により、同時に温度Ｔ2の調整を行なうことができる。
【００２３】
好ましくは、膨張プロセスが圧力Ｐ1において実施され、脱離プロセスが圧力Ｐ2において実施され、その際に、圧力Ｐ1が圧力Ｐ2よりも低く調整される。膨張プロセスにおける低い圧力Ｐ1によって、吸収剤の蒸気化が達成される。その際に圧力Ｐ2が大気圧を上回っているとよく、従って圧力Ｐ1が大気圧と圧力Ｐ2との間の圧力にあるとよい。二酸化炭素分離方法の特別な発展形態では、圧力Ｐ2がほぼ大気圧に調整される。これは、実際的には、脱離プロセスが大気圧において実施されることによって行なわれる。従って、圧力Ｐ1が大気圧を下回る圧力に調整される。
【００２４】
二酸化炭素分離方法の他の有利な発展形態では、蒸気状態の吸収剤が脱離プロセスへ返還される前に圧縮される。その際に圧力Ｐ1が圧力Ｐ2に上げられる。圧縮の狙いは蒸気状態の吸収剤を脱離プロセスへ返還することにある。その際に、この返還はとりわけ液溜め部の領域内で行なわれる。
【００２５】
好ましくは、二酸化炭素を吸収した吸収剤が吸収プロセスから１つの全体流にて取り出され、その全体流が第１の部分流及び第２の部分流に分割される。多数の部分流への分割が同様に可能である。第１の部分流及び第２の部分流への分割は、調節プロセスによって制御されるとよい。その際に、調節は脱離プロセスにおいて必要な動作条件に依存して行なわれる。分割とは、分岐又は部分取出しのことでもある。原理的には、二酸化炭素を吸収した吸収剤を吸収プロセスから複数の部分流として取り出すことも考えられ得る。
【００２６】
二酸化炭素分離方法の有利な発展形態では、脱離プロセスにおいて、二酸化炭素を吸収した吸収剤が再生によって、ガス状態の二酸化炭素と蒸気状態の吸収剤とからなるガス−蒸気混合物が生成され、凝縮プロセスにおいてそのガス−蒸気混合物から凝縮液が取り出される。凝縮プロセスは、脱離プロセスの後段に接続されている。そのガス−蒸気混合物は、大部分がフラッシュ蒸気である。凝縮液の組成は、使用される吸収剤に依存する。本発明による方法では、極めて純粋な水が凝縮して出る。スプリットフィード法によって凝縮プロセスが言うに値するほど負担を軽減されるので、一方では、凝縮のためにごく僅かの冷却水しか用意する必要がなく、他方では、凝縮液もごく僅かしか生じない。
【００２７】
Ｈ2Ｏ及びアミン誘導体からなる溶液が吸収剤として使用されるとよい。アンモニアを基礎とする吸収剤に比べて、Ｈ2Ｏ及びアミン誘導体からなる溶液との接触は、危険や不都合な環境影響を殆どもたらさない。
【００２８】
方法は、化石燃料蒸気発電所又はガス−蒸気タービン複合発電所設備において使用されるとよい。
【００２９】
装置に向けられた課題は、燃焼装置の後段に接続されていて二酸化炭素を含んだ排ガスによって通流可能な二酸化炭素のための分離装置を備えた化石燃料発電所設備であって、分離装置が、二酸化炭素を含んだ排ガスから二酸化炭素を吸収するための吸収ユニットと、その吸収された二酸化炭素を放出させるための脱離ユニットとを有し、吸収ユニットが、二酸化炭素を吸収した吸収剤を通すために、接続管を介して脱離ユニットに接続されている化石燃料発電所設備において、接続管が第１の部分管及び第２の部分管を備え、第１の部分管及び第２の部分管が脱離ユニットの相異なる個所に接続されていること、及び、脱離ユニットが圧力容器に接続されていて、圧力容器内で形成される蒸気が蒸気管を介して脱離ユニットに返還可能であること、によって解決される。
【００３０】
本発明は、スプリットフィードシステムとリーン溶液フラッシュとを一緒に分離装置に組み込むという考えから出発している。このために接続管は、第１及び第２の部分管を有する。更に別の部分管も可能である。第１の部分管は、脱離プロセスに、第２の部分管が接続されているのとは異なる接続個所で接続されている。垂直に設置された脱離塔の場合には、それらの接続個所が水平方向に互いに隔てられている。接続個所の水平配置が構造上の条件付で可変であるとよい。部分管は、二酸化炭素を吸収した吸収剤を通流すべく設計されている。
【００３１】
脱離ユニットの後段には圧力容器が接続されていて、この圧力容器は、適切な管を介して、再生された吸収剤を通流すべく脱離ユニットに接続されている。圧力容器は、媒質を蒸気化することができるいわゆるフラッシュタンクである。圧力容器は、更に蒸気戻り管を介して脱離ユニットに接続されている。
【００３２】
スプリットフィードシステムは、リーン溶液フラッシュに意外な方法で組合せ可能である。化石燃料発電所設備の運転によって確認される両システムの相互の影響は非常に僅かである。従って、分離方法の固有エネルギ消費を低減するための割当てと、発電所プロセスの全体効率のための割当てとを、著しい差し引きなしに加え合わせることが可能であり、そのうえに分離効率の向上が可能である。
【００３３】
化石燃料発電所設備の適切な発展形態においては、接続管が吸収ユニットの１つの接続個所に接続されている。従って、運転中に吸収ユニットから導き出される吸収剤は、その接続管を通して１つの個所のみにから排出される。導き出されるべき吸収剤が排出される複数の接続個所も考えられ得る。その場合に、複数の接続個所は垂直に設置された吸収塔の場合に垂直又は水平に互いに隔てられている。
【００３４】
圧力容器内において真空が達成可能であるとよい。このために圧力容器が相応に設計されていて、真空ポンプ及び排気弁を含んでいる。
【００３５】
化石燃料発電所設備の特に有利な発展形態においては、熱交換器が設けられていて、その熱交換器は、１次側が第２の部分管内に接続され、２次側の導入側が圧力容器に接続され、２次側の導出側が吸収ユニットに接続されている。それによって、化石燃料発電所設備の運転中に、圧力容器内の再生された吸収剤の熱が、第２の部分管内の二酸化炭素を吸収した吸収剤に伝達される。従って、再生された吸収剤は吸収ユニット内での再使用のために冷却され、二酸化炭素を吸収した吸収剤は脱離ユニット内での再生のために加熱される。
【００３６】
化石燃料発電所設備の有利な実施態様においては、蒸気管内に圧縮機が接続されている。この圧縮機は蒸気を圧力容器から脱離ユニットへ移送することを可能にする装置である。圧縮機は、逆止弁を有する真空ポンプであるとよい。逆止弁は、脱離ユニットから圧力容器への媒質の逆流を防止する。
【００３７】
本発明の他の有利な発展形態においては、調整弁が設けられ、この調整弁が接続管により吸収ユニットに接続され、かつ第１の部分管及び第２の部分管により脱離ユニットに接続されていることにより、運転時に、接続管を通して通流する吸収剤が或る割合Ｖで第１の部分管及び第２の部分管に分割可能である。その際に、調整は脱離ユニットにおいて必要な動作条件に依存して行なわれる。
【００３８】
化石燃料発電所設備が、化石燃料式ボイラ及び蒸気タービンを含む蒸気発電所設備として構成されているか、又はガスタービンとこのガスタービンの排ガス側後段に接続された排熱回収ボイラとを備え、この排熱回収ボイラが蒸気タービンの水−蒸気循環路内に接続されているガスタービン−蒸気タービン複合発電所設備として構成されているとよい。
【００３９】
以下において、本発明の実施例を添付の概略図面に基づいて更に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は、化石燃料発電所設備の二酸化炭素分離方法の実施例を示す。
【図２】図２は、二酸化炭素分離装置を備えた蒸気発電所設備の実施例を示す。
【図３】図３は、二酸化炭素分離装置を備えたガスタービン−蒸気タービン発電所設備の実施例を示す。
【００４１】
図１に示された二酸化炭素分離方法は、主として脱離プロセス１０及び膨張プロセス２０を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
二酸化炭素を吸収した吸収剤２５が脱離プロセスに第１の部分流３０及び第２の部分流４０を介して導入される。この導入は、脱離プロセス１０の異なるプロセス段階で行われる。脱離プロセス１０において、二酸化炭素を吸収した吸収剤２５が再生される。その際に、二酸化炭素及び蒸気状態の吸収剤からなるガス−蒸気混合物５０が生成される。脱離プロセス１０からガス−蒸気混合物５０と再生された吸収剤２６とが出ていく。
【００４３】
再生された吸収剤２６は、続いて膨張プロセス２０に導入される。膨張プロセス２０では、脱離プロセスにおける圧力よりも低い圧力において、再生された吸収剤２６ａから蒸気状の吸収剤２７が分離される。再生された吸収剤２６ａは、膨張プロセス２０から導き出され、吸収循環路内に返還される。蒸気状態の吸収剤２７は、脱離プロセスに返還される。
【００４４】
二酸化炭素のための分離装置を組み込まれた図２に示された蒸気発電所設備は、主として化石燃料ボイラ６０と、化石燃料ボイラ６０の後段に接続された二酸化炭素のための分離装置７０と、を含む。
【００４５】
化石燃料ボイラ６０は、排ガスを導き出すために、排ガス管８０を介して分離装置７０に接続されている。燃料を燃やされるボイラ６０が、水−蒸気循環路９０を介して、蒸気タービン１００に接続されていて、この蒸気タービンによって発電機１１０が駆動可能である。
【００４６】
分離装置７０は、吸収ユニット１２０と、脱離ユニット１３０と、圧力容器１４０と、圧縮機１５０と、熱交換器１６０と、凝縮器１７０と、加熱装置１８０と、熱交換機１９０とからなる。
【００４７】
吸収ユニット１２０は、排ガス管８０内に接続されている。排ガス管８０中には、他の装置、例えば脱硫設備又は送風機、が接続されているとよい。二酸化炭素を吸収した吸収剤を導くために、吸収ユニット１２０に吸収剤管２００が接続されている。吸収剤管２００は、分岐２０５において、第１の部分管２０１と第２の部分管２０２とに分岐する。脱離ユニット１３０には、第１の部分管２０１が第１の接続個所２１０において接続され、第２の接続管２０２が第２の接続個所２１１において接続されている。第２の部分管２０２内には、熱交換器１６０の１次側が接続されている。
【００４８】
脱離ユニット１３０の後段には、凝縮器１７０が接続されていて、この凝縮器１７０は、凝縮器管２２０を介して脱離ユニット１３０に接続されている。
【００４９】
吸収剤管２３０を介して、脱離ユニットが吸収ユニット１２０及び加熱装置１８０に接続されている。吸収剤管２３０中には、圧力容器１４０が接続されている。これは負圧が出せるように設計されていて、蒸気管２３１を介して脱離ユニット１３０に接続されている。蒸気管２３１中には、圧縮機１５０が接続されている。ここには、圧力容器１５０内の負圧の発生及び調節のための他の装置は示されていない。更に、吸収剤管２３０を介して、脱離装置１４０が加熱装置１８０に接続されている。
【００５０】
吸収剤管２３０は、熱交換器１６０の２次側に接続されているので、吸収剤管２３０にて導かれる吸収剤から熱が取り出されて、第２の部分管２０２にて導かれる吸収剤に伝達可能である。
【００５１】
付加的に他の装置が吸収剤管２３０内に挿入されていてよい。例えば、熱交換器又は吸収剤ポンプである。加熱装置１８０は、熱交換器に相当し、水−蒸気循環路９０内に接続されている。水−蒸気循環路９０は、冷却器又はポンプのような他の装置を有することができる。
【００５２】
図３には、組込式の二酸化炭素分離装置７０を備えたガスタービン−蒸気タービン複合発電所設備５６が示されている。ガスタービン−蒸気タービン複合発電所設備５６は、主として、回転軸を介してプロセス圧縮機１０２及び発電機１１１を駆動するガスタービン１０１と、ガスタービン１０１の排ガス側の後段に接続されていてガスタービン１０１によって加熱されかつ蒸気発生のために用意されている排熱回収ボイラ１１２と、蒸気管により排熱回収ボイラ１１２に接続されていて回転軸を介して発電機１１０に接続されている蒸気タービン１００とを含む。排熱回収ボイラ１１２は、排ガスを導くように分離装置７０に接続されている。後段に接続されたその分離装置７０は、蒸気発電所設備５５の図２おけると殆ど同じように構成されている。
【００５３】
この場合において、本発明による利点を、瀝青炭を燃料とする８００ＭＷの発電所プロセスの例で明らかにする。この種の化石燃料の燃焼プロセスでは、約１０〜１５体積パーセントの二酸化炭素を有する排ガスが生じる。排ガス中に含まれる二酸化炭素の達成すべき分離率が９０％である場合に、１トンのＣＯ2の分離のためには、二酸化炭素分離プロセスの標準的なシステムによれば、３．５ＧＪ／ｔCO2の熱エネルギ需要が必要とされる。吸収−脱離プロセスの標準的なシステムは、基準として次の計算を代表している。
【００５４】
スプリットフィード法の使用によって、１トンの二酸化炭素を分離するための熱エネルギ需要を３．１ＧＪ／ｔCO2に低減することができる。それによって、その基準に比べて全体電気出力の損失を７．５％だけ低減することができる。この措置は分離プロセスの相対的なＣＯ2の回避コストを９．９％だけ下げる。
【００５５】
リーン溶液フラッシュ法の個別の組込みは、１トンのＣＯ2の分離するためのエネルギ需要を２．３ＧＪ／ｔCO2に低減することを可能にする。それによって、全体電気出力の損失が９．２％だけ低減されるので、分離プロセスの相対的なＣＯ2の回避コストが８．２％だけ減少する。
【００５６】
今や、本発明によって、両方法の利点を加え合わせることができる。従って、両方法がエネルギ需要に不都合に作用することはないので、１トンのＣＯ2の分離のためにこの運転例では、例えば２．３ＧＪ／ｔCO2が必要とされる。全体電気出力の損失を１５％だけ低減することができ、分離プロセスの相対的なＣＯ2の回避コストを１６．９％だけ下げることさえもができる。
【００５７】
それゆえ、本発明によって、二酸化炭素のための組込式の分離プロセスを有する発電所プロセスを提供することができる。スプリットフィード法とリーン溶液フラッシュ法との狙いを定めた複合化によって発電所の発生される電流量の明確な増大を達成することができる。このことは可能である。なぜならば、複合化された分離プロセスの固有エネルギ需要が単独システムのそれよりも驚くほど遙かに少ないからである。同時に少ない投資需要によって、二酸化炭素分離のためのコストを徹底的に下げることができる。
【符号の説明】
【００５８】
１０        脱離プロセス
２０        膨張プロセス
２５        二酸化炭素を吸収した吸収剤
２６        再生された吸収剤
２６ａ      再生された吸収剤
２７        蒸気状態の吸収剤
３０        第１の部分流
４０        第２の部分流
５０        ガス−蒸気混合物
５５        蒸気発電所設備
５６        ガス−蒸気タービン発電所設備
６０        化石燃料ボイラ
７０        分離装置
８０        排ガス管
９０        水−蒸気循環路
１００      蒸気タービン
１０１      ガスタービン
１０２      プロセス圧縮機
１１０      発電機
１１１      発電機
１１２      排熱回収ボイラ
１２０      吸収ユニット
１３０      脱離ユニット
１４０      圧力容器
１５０      圧縮機
１６０      熱交換器
１７０      凝縮器
１８０      加熱装置
１９０      熱交換器
２００      吸収剤管
２０１      第１の部分管
２０２      第２の部分管
２０５      分岐
２１０      接続個所
２２０      凝縮器管
２３０      吸収剤管
２３１      蒸気管
【図１】
2012516226.tif 000003
【図２】
2012516226.tif 000004
【図３】
2012516226.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成23年12月2日(2011.12.2)
【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】
二酸化炭素を含んだ排ガスが吸収剤と接触させられることにより、二酸化炭素を吸収した吸収剤（２５）が生成される吸収プロセスと、
化石燃料発電所設備の水−蒸気循環路からの加熱蒸気により作動させられ且つ前記二酸化炭素を吸収した吸収剤（２５）が再生されることにより、再生された吸収剤（２６）が生成される脱離プロセス（１０）と、
を有する化石燃料発電所設備の排ガスから二酸化炭素を分離するための方法であって、
脱離プロセス（１０）の後に接続された膨張プロセス（２０）において、前記再生された吸収剤（２６）が膨張させられることにより、蒸気（２７）及び膨張した吸収剤が生成されて、前記蒸気（２７）が前記脱離プロセス（１０）に返還され、そして、前記二酸化炭素を吸収した吸収剤（２５）が、少なくとも第１の部分流（３０）と第２の部分流（４０）とに分割され、前記第２の部分流（４０）だけが、膨張した吸収剤と熱交換させられ、前記第１の部分流（３０）及び前記第２の部分流（４０）が、異なるプロセス段において、脱離プロセス（１０）に導入されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１の部分流（３０）が温度Ｔ1に調整され、前記第２の部分流（４０）が温度Ｔ2に調整され、ここで、温度Ｔ1が温度Ｔ2よりも低い請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記膨張プロセス（２０）が圧力Ｐ1において実施され、前記脱離プロセス（１０）が圧力Ｐ2において実施され、ここで、圧力Ｐ1が圧力Ｐ2よりも低く調整される請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
圧力Ｐ2が大気圧に相当する請求項３に記載の方法。
【請求項５】
蒸気状態の吸収剤（２７）が、前記脱離プロセス（１０）へ返還される前に、圧縮される請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記二酸化炭素を吸収した吸収剤（２５）が、前記吸収プロセスから、１つの全体流として取り出され、この全体流が前記第１の部分流及び前記第２の部分流に分割される請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
脱離プロセス（１０）において、二酸化炭素を吸収した吸収剤（２５）の再生によって、ガス状態の二酸化炭素と蒸気状態の吸収剤とからなるガス−蒸気混合物（５０）が生成され、凝縮プロセスにおいて、前記ガス−混合物から凝縮液が取り出される請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
Ｈ2Ｏ及びアミン誘導体からなる溶液が吸収剤として使用される請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
化石燃料蒸気発電所設備（５５）において使用されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
ガスタービン−蒸気タービン複合発電所設備（５６）において使用されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
化石燃料発電所設備に組み込まれた、吸収ユニット（１２０）と脱離ユニット（１３０）とを備えた二酸化炭素分離装置であって、前記吸収ユニット（１２０）が化石燃料発電所設備の排ガス管（８０）中に接続されていることにより、二酸化炭素を含んだ排ガスが前記吸収ユニット（１２０）を通り抜け可能であり、二酸化炭素を吸収した吸収剤の移送のために、前記吸収ユニット（１２０）に接続管（２００）が接続されており、且つ、前記脱離ユニット（１３０）が化石燃料発電所設備の水−蒸気循環路（９０）内に接続されていることにより、前記脱離プロセス（１３０）が前記水−蒸気循環路（９０）から取り出された加熱蒸気によって加熱可能である、二酸化炭素分離装置において、
−前記脱離ユニット（１３０）が吸収剤管（２３０）を介して圧力容器（１４０）に接続されていることにより、再生された吸収剤が圧力容器（１４０）に導入可能であり、圧力容器（１４０）が、蒸気管（２３１）を介して、脱離ユニット（１３０）に接続されていることにより、蒸気が前記脱離ユニット（１３０）に返還可能であり、そして、圧力容器（１４０）が、吸収剤戻り管を介して、吸収ユニット（１２０）に接続されており、
−前記接続管（２００）が少なくとも第１の部分管（２０１）及び第２の部分管（２０２）に分岐し、ここで、部分管（２０１，２１１）が脱離ユニット（１３０）における相異なる接続個所（２１０，２１１）に接続されていること、並びに
−吸収剤戻り管に唯１つの熱交換器が設けられていて、熱交換器一次側が前記第２の部分管（２０２）内に接続され、熱交換器二次側が前記吸収剤戻り管内に接続されていること、を特徴とする二酸化炭素分離装置。
【請求項１２】
圧力容器（１４０）内において真空が達成可能であることを特徴とする請求項１１に記載の二酸化炭素分離装置。
【請求項１３】
前記蒸気管（２３１）内に圧縮機が接続されていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の二酸化炭素分離装置。
【請求項１４】
導入側が前記接続管（２００）を介して前記吸収ユニット（１２０）に接続され、導出側が前記第１の部分管（２０１）及び前記第２の部分管（２０２）を介して前記脱離ユニット（１３０）に接続されている調整弁が設けられていることにより、運転中に、接続管（２００）を通して通流する吸収剤が、或る割合Ｖで、前記第１の部分管（２０１）及び前記第２の部分管（２０２）に、分割可能となっている請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の二酸化炭素分離装置。
【請求項１５】
化石燃料式ボイラ（６０）及び蒸気タービン（１００）を備える蒸気発電所設備（５５）に組み込まれている請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の二酸化炭素分離装置。
【請求項１６】
ガスタービン（１０１）と、蒸気タービン（１００）の水−蒸気循環路（９０）内に接続されていて、このガスタービン（１０１）の排ガス側後段に接続されている、排熱回収ボイラ（１１２）とを、備えるガスタービン−蒸気タービン複合発電所設備（５６）に組み込まれている請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の二酸化炭素分離装置。
【国際調査報告】
2012516226.tif 000006
2012516226.tif 000007
2012516226.tif 000008
2012516226.tif 000009
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