JP2002079052A - 二酸化炭素回収方法およびシステム - Google Patents

二酸化炭素回収方法およびシステム

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JP2002079052A
JP2002079052A JP2000273947A JP2000273947A JP2002079052A JP 2002079052 A JP2002079052 A JP 2002079052A JP 2000273947 A JP2000273947 A JP 2000273947A JP 2000273947 A JP2000273947 A JP 2000273947A JP 2002079052 A JP2002079052 A JP 2002079052A
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adsorbent
flow path
gas
temperature
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Masayuki Horio
Morihiro Kurushima
Kenya Kuwaki
Keiji Murata
Takao Nakagaki
隆雄 中垣
守宏 久留島
正靱 堀尾
圭治 村田
賢也 桑木
Original Assignee
Toshiba Corp
株式会社東芝
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】二酸化炭素回収に要するエネルギーを削減し、
システム全体のエネルギー効率を向上させる。 【解決手段】燃焼排ガス中の二酸化炭素を燃焼排ガスか
ら分離して回収する二酸化炭素回収システム2。燃焼排
ガス用流路内に流動する吸着材6および燃焼排ガス5A
を反応させて燃焼排ガス5A内の二酸化炭素7を吸着材
6に吸着させる吸着部ライザ20と、二酸化炭素が吸着
された吸着材6Aおよび燃焼排ガス5Bをそれぞれ分離
するサイクロン30と、サイクロンにより分離され流路
25Aに流入されてきた吸着材6Aを二酸化炭素脱着温
度に昇温させることにより、吸着した二酸化炭素7を脱
着させる脱着部ライザ21と、二酸化炭素7および吸着
材6をそれぞれ分離するサイクロン32と、分離された
吸着材6を吸着部ライザ20および脱着部ライザ21間
で循環的に移動させる輸送管33とを備えている

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、天然ガス(メタ
ン)、石油、石炭、あるいは合成燃料(メタノール、ジ
メチルエーテル等)等の含炭素燃料を燃焼させる種々の
燃焼装置から発生する燃焼排ガス中の二酸化炭素の少な
くとも一部を分離・回収する二酸化炭素回収方法および
システムに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、地球の温暖化現象の原因の一つと
して、炭酸ガス、すなわち二酸化炭素による温室効果が
指摘され、地球環境を守る上で国際的にもその対策が急
務となっている。
【0003】この炭酸ガス(二酸化炭素)は、人類の膨
大なエネルギー利用を賄うために各国で化石燃料(含炭
素燃料)を消費(燃焼)してエネルギーを産出する際に
排出されるものであり、上述した温室効果を低減して温
暖化減少を抑制するために、今後、化石燃料燃焼時の二
酸化炭素排出規制が一層強化される傾向にある。
【0004】従って、各国では、化石燃料以外の代替エ
ネルギーの研究とともに、大量の化石燃料を使用する火
力発電所(発電プラント)等の動力(エネルギー)発生
設備(エネルギー発生プラント)を対象に、化石燃料燃
焼時に排出された排ガス中の炭酸ガス(二酸化炭素)の
回収方法、および回収された炭酸ガスを大気へ放出する
ことなく貯蔵する方法が精力的に研究されている。
【0005】図4は、従来の二酸化炭素を分離回収する
方法として、アミン水溶液(ここではモノエタノールア
ミン水溶液)を用いて、燃焼排ガスから二酸化炭素を分
離回収する、いわゆるアミン法による二酸化炭素回収方
法およびシステムを示す図である。
【0006】図4によれば、化石燃料を燃焼して排出さ
れた燃焼排ガスは、ライン124により燃焼排ガス冷却
塔125に導入され、その冷却塔125において冷却さ
れてライン126により吸収塔127に導入される。
【0007】このとき、吸収塔127の上部にはライン
128により濃度20〜30重量%前後のモノエタノー
ルアミン水溶液が供給されており、このモノエタノール
アミン水溶液は、導入された燃焼排ガスと向流接触し
て、燃焼排ガス中の二酸化炭素が選択的に吸収・分離さ
れる。
【0008】二酸化炭素を吸収したモノエタノールアミ
ン水溶液は、吸収塔127の下部からライン129によ
りモノエタノールアミン水溶液再生塔130に送られ、
また、吸収塔127の上部からは、炭酸ガス吸収分離後
の残りの燃焼排ガスがライン131を介して大気へ放出
される。
【0009】一方、モノエタノールアミン水溶液再生塔
130では、二酸化炭素を吸収したモノエタノールアミ
ン水溶液は、リボイラ132において蒸気により加熱さ
れ、その結果、二酸化炭素が気化してモノエタノールア
ミン水溶液が再生される。
【0010】再生されたモノエタノールアミン水溶液
は、ライン128により吸収塔127へ戻されて、二酸
化炭素の分離回収に再利用される。一方、気化した二酸
化炭素(炭酸ガス)は、ライン133を介して回収工程
に導かれる。
【0011】上述した二酸化炭素分離回収システムの操
業中において、モノエタノールアミンは排気ガスに同伴
したり、劣化物として徐々に系外(システムにおける分
離回収系外)へ失われる。したがって、失われたモノエ
タノールアミンを補充するために、例えばライン129
の途中にタンク134からモノエタノールアミンの原液
が系内に供給され、同様にタンク135により希釈水が
系内に供給される。なお、モノエタノールアミンの原液
は通常タンクローリ等によりシステム設備内に搬入され
る。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のアミン法を用いた二酸化炭素分離回収方法およ
びシステムにおいては、二酸化炭素分離材料としてモノ
エタノールアミン水溶液を用いており、そのモノエタノ
ールアミン水溶液の単位体積当たりの二酸化炭素吸収量
は大きくないため、大量のアミン水溶液を循環させる必
要が生じていた。
【0013】したがって、大量のアミン水溶液を循環さ
せるためにエネルギーが必要になり、二酸化炭素分離回
収システム全体のエネルギー効率を低下させ、延いて
は、この二酸化炭素分離回収システムを用いた発電プラ
ント等のエネルギー発生プラント全体のエネルギー効率
を低下させていた。
【0014】また、従来のアミン法を用いた二酸化炭素
分離回収方法およびシステムにおいては、二酸化炭素を
吸収したモノエタノールアミン水溶液を加熱する際に必
要な大量の熱エネルギーは、低温廃熱として他に利用さ
れることなく破棄されるため、二酸化炭素分離回収シス
テム全体の熱効率およびエネルギー効率をそれぞれ低下
させ、延いては、この二酸化炭素分離回収システムを用
いたエネルギー発生プラント全体の熱効率およびエネル
ギー効率をそれぞれ低下させていた。
【0015】本発明は、上述した事情に鑑みてなされた
もので、二酸化炭素回収に要するエネルギーを削減し、
システム全体およびエネルギー発生プラント全体のエネ
ルギー効率を向上可能な二酸化炭素分離回収方法および
システムを提供することをその第1の目的とする。
【0016】また、本発明は、上述した事情に鑑みてな
されたもので、二酸化炭素回収に要する熱エネルギーを
有効に再利用することにより、システム全体およびエネ
ルギー発生プラント全体の熱効率およびエネルギー効率
をそれぞれ向上可能な二酸化炭素分離回収方法およびシ
ステムを提供することをその第2の目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために、請求項1に記載した発明によれば、含炭素燃料
を燃焼させる燃焼装置で発生した燃焼排ガス中の二酸化
炭素を前記燃焼排ガスから分離して回収する二酸化炭素
回収システムにおいて、燃焼排ガス用の流路およびこの
流路内に供給された二酸化炭素吸着用の吸着材を有し、
前記燃焼排ガス用流路内に二酸化炭素吸着温度を有する
状態で導入され当該流路を流動する前記吸着材および燃
焼排ガスを反応させて当該燃焼排ガス内の二酸化炭素を
前記吸着材に吸着させる吸着装置と、前記吸着装置の燃
焼排ガス用流路に連通されており、当該燃焼排ガス用流
路を介して流入されてきた二酸化炭素が吸着された吸着
材および前記燃焼排ガスをそれぞれ分離する第1の固気
分離装置と、吸着材用の流路および燃焼排ガス用の流路
を有し、前記第1の固気分離装置により分離され当該吸
着材用流路に流入されてきた吸着材および当該吸着材の
二酸化炭素脱着温度以上に昇温された状態で前記燃焼ガ
ス用流路に流入されてきた燃焼排ガスを熱交換させて前
記吸着材を前記二酸化炭素脱着温度に昇温させることに
より前記吸着した二酸化炭素を前記吸着材から脱着させ
る脱着装置と、この脱着装置の吸着材用流路に連通され
ており、当該吸着材用流路を介して流入されてきた二酸
化炭素および吸着材をそれぞれ分離する第2の固気分離
装置と、分離された吸着材を前記吸着装置の燃焼排ガス
用流路に供給することにより、前記吸着材を前記吸着装
置および前記脱着装置間で循環的に移動させる手段とを
備えている。
【0018】請求項2に記載した発明によれば、前記脱
着装置の吸着材用流路の吸着材流動方向上流側端部から
二酸化炭素を供給することにより前記吸着材を前記第2
の固気分離装置へ案内する二酸化炭素供給装置を備えて
いる。
【0019】請求項3に記載した発明では、前記脱着装
置の前記燃焼ガス用流路から流出された熱交換後の燃焼
排ガスは、前記二酸化炭素吸着温度を有する状態に冷却
されるようになっており、その熱交換後の燃焼排ガス
を、前記吸着材に基づく吸着反応用の燃焼排ガスとして
前記吸着装置の燃焼排ガス用流路に流入させるように構
成されている。
【0020】請求項4に記載した発明では、前記燃焼装
置および前記脱着装置の燃焼排ガス用流路にそれぞれ連
通されており、前記燃焼装置で発生した燃焼排ガスを、
前記吸着材に基づく脱着反応用の燃焼排ガスとして当該
燃焼排ガス用流路に供給するガス供給ラインを備えてい
る。
【0021】請求項5に記載した発明では、前記ガス供
給ラインの流路途中に配設されており、前記含炭素燃料
の一部を用いて前記燃焼装置から排出された燃焼排ガス
を再燃させて前記二酸化炭素脱着温度以上に昇温させる
再燃焼装置を備え、この再燃焼装置により二酸化炭素脱
着温度以上に昇温された燃焼排ガスを、前記ガス供給ラ
インを介して前記燃焼排ガス用流路に供給するように構
成している。
【0022】請求項6に記載した発明では、前記燃焼装
置から前記二酸化炭素脱着温度以上に昇温された燃焼排
ガスを抽出し、抽出した燃焼排ガスを前記ガス供給ライ
ンを介して前記燃焼排ガス用流路に供給するように構成
している。
【0023】請求項7に記載した発明では、前記吸着材
の二酸化炭素吸着温度を400℃以上650℃以下とし
ている。
【0024】請求項8に記載した発明では、前記吸着材
の二酸化炭素脱着温度を700℃以上850℃以下とし
ている。
【0025】請求項9に記載した発明では、前記吸着材
は、二酸化炭素と反応して炭酸塩を生成する化合物を含
んでいる。
【0026】請求項10に記載した発明では、前記化合
物は、リチウムジルコネート、リチウムシリケート等の
リチウムの複合酸化物である。
【0027】請求項11に記載した発明では、前記第1
の固気分離装置により分離された燃焼排ガス、前記第2
の固気分離装置により分離された二酸化炭素および吸着
材の内の少なくとも1つが有する熱エネルギーを回収し
て利用する熱エネルギー利用装置を備えている。
【0028】請求項12に記載した発明では、前記熱エ
ネルギー利用装置は、回収した熱エネルギーに基づいて
発電エネルギーを発生させるエネルギー発生部を備えて
いる。
【0029】上述した目的を達成するため、請求項13
に記載した発明によれば、含炭素燃料を燃焼させる燃焼
装置で発生した燃焼排ガス中の二酸化炭素を前記燃焼排
ガスから分離して回収する二酸化炭素回収方法におい
て、燃焼排ガス用の流路およびこの流路内に供給された
二酸化炭素吸着用の吸着材を有する吸着器を用意するス
テップと、吸着材用の流路および燃焼ガス用の流路を有
する脱着器を用意するステップと、用意された吸着器の
燃焼排ガス用流路内に導入され当該流路を流動する前記
吸着材および燃焼排ガスを反応させて当該燃焼排ガス内
の二酸化炭素を前記吸着材に吸着させるステップと、前
記二酸化炭素が吸着された吸着材および前記燃焼排ガス
をそれぞれ分離するステップと、前記分離ステップによ
り分離され、用意された脱着器の吸着材用流路に流入さ
れてきた吸着材および当該吸着材の二酸化炭素脱着温度
以上に昇温された状態で前記脱着器の燃焼ガス用流路に
流入されてきた燃焼排ガスを熱交換させて前記吸着材を
前記二酸化炭素脱着温度に昇温させることにより前記吸
着した二酸化炭素を前記吸着材から脱着させるステップ
と、前記脱着された二酸化炭素および吸着材をそれぞれ
分離するステップと、分離された吸着材を前記吸着器の
燃焼排ガス用流路に供給することにより、前記吸着材を
前記吸着器および前記脱着器間で循環的に移動させるス
テップとを備えている。
【0030】請求項1乃至6および13に記載した発明
によれば、吸着装置(吸着器)において、二酸化炭素吸
着温度を有する燃焼排ガスと吸着材との反応により吸着
材が二酸化炭素を吸着して燃焼排ガスから二酸化炭素が
分離される。そして、脱着装置(脱着器)において、脱
着温度以上の高温の燃焼排ガスと二酸化炭素が吸着され
た吸着材とが熱交換されて二酸化炭素が分離回収され、
二酸化炭素分離後の吸着材が吸着装置(吸着器)に供給
されることにより、吸着材が吸着装置と脱着装置間を循
環移動するようになっている。
【0031】請求項7乃至12に記載した発明によれ
ば、上記請求項1乃至6および13に記載の作用に加え
て、第1の固気分離装置により分離された燃焼排ガス、
第2の固気分離装置により分離された二酸化炭素および
吸着材は、それぞれ前記吸着材の二酸化炭素吸着温度
(400℃以上650℃以下)に応じた高い熱エネルギ
ーを有するものとして流出される。
【0032】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。
【0033】(第1の実施の形態)本発明の第1の実施
の形態に係る二酸化炭素回収方法およびシステムについ
て、図1および図2を参照して説明する。
【0034】図1は、エネルギー発生プラントとして、
例えば二酸化炭素回収型のLNG火力発電プラント1に
適用された二酸化炭素回収システム2の概略構成を示す
ブロック図であり、図2は、図1に示す二酸化炭素回収
システム2における後述する分離回収部の構成要素およ
び配置関係を説明するための斜視図である。
【0035】図1および図2に示すように、本発明の第
1の実施の形態に係る二酸化炭素回収システム2は、含
炭素燃料3を動力源として駆動したLNG火力発電プラ
ント1のボイラ4から排出された燃焼排ガス5Aから、
二酸化炭素吸着材粒子{本実施形態では、リチウムの複
合酸化物(化合物)であるリチウムジルコネート(Li
ZrO)を含んでいるものとし、また、以下の説明
では、単に吸着材粒子とも記載する}6を用いて二酸化
炭素7を分離回収するための分離回収部10と、この分
離回収部10により分離回収された二酸化炭素7が有す
る熱エネルギーを回収して利用するための第1の熱エネ
ルギー利用部11と、分離回収部10から出力され固気
分離された後の吸着材粒子が有する熱エネルギーを回収
して利用するための第2の熱エネルギー利用部12と、
分離回収部10による二酸化炭素分離回収後の燃焼排ガ
ス5Bが有する熱エネルギーを回収して利用するための
第3の熱エネルギー利用部13とを備えている。
【0036】吸着材粒子6に含まれた化合物であるリチ
ウムジルコネートは、所定の温度(吸着温度)で二酸化
炭素を選択的に吸着し、その吸着温度よりも高い温度
(脱着温度)において吸着した二酸化炭素を脱着する性
質を有しており、リチウムジルコネートでは、吸着温度
は、約500℃であり、脱着温度は、約800℃であ
る。
【0037】また、リチウムジルコネート等のリチウム
の複合酸化物は、自らの体積の400倍の二酸化炭素を
吸収することができ、アミン水溶液に比べて、多量の二
酸化炭素を吸収することができる。
【0038】そして、二酸化炭素回収システム2の分離
回収部10は、燃焼排ガス用の流路(管路)を有してお
り、この流路に供給される約50μm〜数100μmの
吸着材粒子6の吸着反応を利用して二酸化炭素を吸着回
収するための吸着部ライザ20と、吸着材用の流路(管
路)を有しており、吸着部ライザ20から後述する第1
のサイクロンを介して供給される吸着材粒子の脱着反応
を利用して二酸化炭素を吸着回収するための脱着部ライ
ザ21とを備えている。
【0039】吸着部ライザ20の一端部(図2中下端部
20A)は、脱着部ライザ21の一端部(図2中下端部
21A)に連通されており、それぞれのライザ20およ
び21に充填された吸着材粒子6は、それらライザ20
および21間を流動循環するようになっている。
【0040】一方、分離回収部10は、ボイラ4の燃焼
ガス排出口に接続された燃焼ガス排出用ライン22と、
この燃焼ガス排出用ライン22の流路途中に配設された
排気再燃用燃焼器23とを備えており、排出用ライン2
2のガス排出側端部は、脱着部ライザ21に連通されて
いる。
【0041】また、脱着部ライザ21内には、排出用ラ
イン22を介してライザ21内に流入する燃焼排ガス5
Aと脱着部ライザ21内を流動する吸着材粒子6とを熱
交換させるための熱交換器25が組み込まれている(図
1においては、説明の都合上、脱着部ライザ21外に示
している)。
【0042】脱着部ライザ21に組み込まれたプレート
型熱交換器25は、図2に示すように、四角形状および
熱交換機能を有する複数の熱交換用プレート型伝熱壁部
を備え、これら複数の伝熱壁部は、ライザ21の管軸方
向(吸着材粒子6の搬送方向)および排出用ライン22
のライン軸方向(ガスの流出方向)にそれぞれ沿うよう
に所定間隔を隔てて積層されており、この結果、伝熱壁
部間に吸着材粒子流動用流路25Aおよび燃焼排ガス流
路25Bをその伝熱壁部を隔てて隣接するように互い違
いに配置している。
【0043】すなわち、この熱交換器25においては、
流路25Aを流れる吸着材粒子と流路25Bを流れる燃
焼排ガスとは、伝熱壁部を介して熱交換するようになっ
ている。
【0044】また、分離回収部10は、吸着部ライザ2
0の他端部(図2中上端部20B)に連通された固気分
離用の第1のサイクロン30を備えており、この第1の
サイクロン30の固体流出側端部(図2中の下端部)
は、輸送管31を介して脱着部ライザ21の下端部21
Aに連通状に接続されている。
【0045】さらに、分離回収部10は、脱着部ライザ
21の他端部(図2中上端部21B)に連通された固気
分離用の第2のサイクロン32を備えており、この第2
のサイクロン32の固体流出側端部(図2中の下端部)
は、輸送管33を介して吸着部ライザ20の下端部20
Aに連通状に接続されている。
【0046】一方、第1のサイクロン30の気体流出側
端部(図2中の上端部)は、輸送管35を介して第3の
エネルギー利用部13における後述する排熱回収ボイラ
に接続されており、第2のサイクロン32の気体流出側
端部(図2中の上端部)は、輸送管36を介して第1の
エネルギー利用部11における後述する熱交換器に接続
されている。
【0047】そして、第1のエネルギー利用部11は、
熱交換器40および凝縮水が貯留された熱回収部41を
備えており、熱交換器40は、輸送管36を介して流入
される気体(二酸化炭素)が有する熱エネルギーを、熱
交換機能により熱回収部41の凝縮水を介して回収する
ようになっている。
【0048】熱交換器40の熱交換機能により冷却され
た二酸化炭素は、圧縮部43により圧縮された後、貯蔵
タンク44に貯蔵される。
【0049】第2のエネルギー利用部12は、熱交換器
45および凝縮水が貯留された熱回収部46を備えてお
り、熱交換器45は、輸送管33を介して流入される固
体(吸着材粒子)が有する熱エネルギーを、熱交換機能
により熱回収部46の凝縮水を介して回収するようにな
っている。
【0050】一方、第3の熱エネルギー利用部13は、
輸送管35を介して流入された燃焼排ガスが有する熱エ
ネルギーを回収して水蒸気を発生させる排熱回収ボイラ
50と、この排熱回収ボイラ50から発生した水蒸気5
1に基づいて駆動される蒸気タービン52と、この蒸気
タービン52の駆動力に基づいて駆動して発電する発電
機53と、蒸気タービン52から排出された水蒸気51
を冷却して凝縮する復水器54と、この復水器54によ
り得られた凝縮水を蒸気タービン52や熱回収部41等
に供給するための給水ポンプ55とを備えている。
【0051】次に、本実施形態に係る二酸化炭素回収シ
ステム2の全体作用について、特に、分離回収部10の
作用を中心に説明する。
【0052】LNG火力発電プラント1のボイラ4から
排出された約100℃の燃焼排ガス5Aは、供給された
含炭素燃料3の一部と共に排気再燃用燃焼装置23によ
り再燃焼され、その結果、燃焼排ガス5Aは、吸着材粒
子6の脱着(再生)温度以上、例えば850℃程度に昇
温される。
【0053】排気再燃用燃焼装置23を流出した約85
0℃の燃焼排ガス5Aは、排出用ライン22を介して案
内されて、脱着部ライザ21の熱交換器25における燃
焼排ガス通路25Bを介して、吸着材粒子(リチウムジ
ルコネート)自体の吸着温度である約500℃に冷却さ
れた後、吸着部ライザ20にその下端部20Aを介して
流入する。
【0054】吸着部ライザ20内に流入した燃焼排ガス
5Aは、輸送管33を介して吸着部ライザ20内に供給
された吸着材粒子6を流動させながら、吸着部ライザ2
0内をその上端部20Bに向けて上昇する。
【0055】このとき、吸着材粒子6は二酸化炭素吸着
温度である約500℃に昇温しているため、燃焼排ガス
5Aに含有されている二酸化炭素は、吸着部ライザ20
にて、吸着材粒子(リチウムジルコネート)6の下式に
示す反応により排ガス5Aから分離されて吸着材粒子6
に炭酸塩として吸着される。
【0056】
【外1】
【0057】二酸化炭素が吸着された吸着材粒子6Aお
よび二酸化炭素が分離された燃焼排ガス5Bは、吸着部
ライザ20の上端部20Bを介して第1のサイクロン3
0に流入し、そのサイクロン30の固気分離処理によ
り、二酸化炭素を有する吸着材粒子6Aおよび燃焼排ガ
ス5Bに分離され、分離された二酸化炭素を有する吸着
材粒子6Aは、輸送管31を介して脱着部ライザ21内
にその下端部21Aを介して流入する。
【0058】二酸化炭素が分離された燃焼排ガス5B
は、排熱回収ボイラ50の供給水にその熱エネルギーを
与えて冷却され、廃ガスとして図示しない煙突から大気
に放出される。このとき、第3の熱エネルギー利用部1
3では、排熱回収ボイラ50により回収された熱エネル
ギーに基づいて蒸気サイクルが形成され、発電機53に
よる発電エネルギーの生成および凝縮水の供給等、熱エ
ネルギーの有効利用が実現される。
【0059】一方、輸送管31を介して脱着部ライザ2
1内にその下端部21Aから流入された二酸化炭素吸着
材粒子6は、ライザ21内で上方に流動して吸着材粒子
流動用流路25Aに流入する。
【0060】このとき、脱着部ライザ21の熱交換器2
5における燃焼排ガス通路25Bには、約850℃に昇
温された燃焼排ガス5Aが流れているため、熱交換器2
5の吸着材粒子流動用流路25Aに流入した吸着材粒子
6は、その伝熱壁部を介して約850℃の燃焼排ガス5
Aにより加熱され、吸着材粒子6自体の脱着温度(約8
00℃)まで昇温される。
【0061】この結果、吸着材粒子であるリチウムジル
コネート6は、次式に示す反応を起こして、吸着してい
た二酸化炭素7を脱着する。
【0062】
【外2】
【0063】吸着材粒子6および二酸化炭素7は、脱着
された二酸化炭素自体の流力により流動し、脱着部ライ
ザ21の上端部21Bを介して第2のサイクロン32に
流入する。
【0064】なお、脱着した二酸化炭素7の量が多い場
合には、吸着材粒子6および二酸化炭素7は、脱着され
た二酸化炭素自体の流力によりサイクロン32に流入す
る、いわゆる自己循環流動方式として分離回収部10を
構成できるが、脱着した二酸化炭素7の量が充分でない
場合には、脱着部ライザー21の下端部21Aから供給
装置60により新たに二酸化炭素7を供給して吸着材粒
子6を強制的に搬送してサイクロン32に流入させる、
いわゆる強制循環流動方式として分離回収部10を構成
してもよい。また、サイクロン32を熱交換装置25の
下方に設置し、重力で吸着材粒子6を搬送してサイクロ
ン32内に流入させる方式として分離回収部10を構成
することも可能である。
【0065】サイクロン32に流入した吸着材粒子6お
よび二酸化炭素7は、そのサイクロン32の固気分離処
理により分離される。分離された吸着材粒子6は、熱交
換器45および熱回収部46を介して熱エネルギーが回
収された後、輸送管33を介して吸着部ライザ20内に
流入され、上述した吸着ライザ20内の二酸化炭素吸着
工程に利用される。
【0066】一方、分離された二酸化炭素7は、熱交換
器40および熱回収部41を介して熱エネルギーが回収
された後、圧縮部43を介して圧縮されて貯蔵タンク4
4内に貯蔵される。
【0067】以下、上述した吸着部ライザ20における
二酸化炭素吸着工程および脱着部ライザ21における二
酸化炭素脱着工程が繰り返し実行されることにより、燃
焼排ガス5Aから二酸化炭素を分離して貯蔵タンク44
内に貯蔵・回収することができる。
【0068】以上述べたように、本実施形態によれば、
吸着温度の燃焼排ガス5Aとアミン水溶液よりも二酸化
炭素吸収量が大きい吸着材粒子6とを反応させて二酸化
炭素7を燃焼排ガス5Aから分離して吸着材粒子6に吸
着させ、含炭素燃料3の一部を燃焼させて脱着温度以上
に昇温させた高温の燃焼排ガス5Aと上記二酸化炭素を
吸着した吸着材粒子6Aとを熱交換器25の伝熱壁部を
介して熱交換させることにより、吸着材粒子6Aを脱着
温度に昇温させて二酸化炭素を脱着・再生することがで
きるため、純度の高い二酸化炭素を大量に得ることがで
き、しかも、含炭素燃料3の一部を燃焼させて得られた
熱エネルギーを利用して二酸化炭素分離・回収させるこ
とができるため、余分なエネルギーを用いることがな
く、二酸化炭素分離回収システム2のエネルギー効率を
向上させ、LNG火力発電プラント1の発電効率の低下
を抑制し、その発電効率を高く維持することができる。
【0069】また、本実施形態によれば、吸着部ライザ
20においては、燃焼排ガス5Aによって吸着材粒子6
を流動化させてサイクロン30に搬送することができ、
さらに、脱着部ライザー21においては、吸着材粒子6
から脱着した二酸化炭素7により吸着材粒子6Aを流動
化させてサイクロン32に搬送することができるため、
二酸化炭素7の吸・脱着を効率良く行うことができるだ
けでなく、特別な搬送装置と搬送のためのエネルギーを
削減することができ、二酸化炭素7の回収のための設備
コストを低減し、エネルギー発生効率を高く維持するこ
とができる。
【0070】さらに、本実施形態によれば、吸着材粒子
として、二酸化炭素7の吸着温度が約500℃、脱着温
度が約800℃であるリチウムジルコネートを用いてい
るため、再生した二酸化炭素7、吸着部ライザ20を流
出した燃焼排ガス5Bおよびサイクロン32から流出し
た吸着材粒子6それぞれが有する熱エネルギーを回収し
て発電等に有効利用することができ、二酸化炭素分離に
よるエネルギー発生効率の低下を抑制することができ
る。
【0071】(第2の実施の形態)本発明の第2の実施
の形態に係る二酸化炭素回収方法およびシステムについ
て、図3を参照して説明する。
【0072】図3は、エネルギー発生プラントとして、
二酸化炭素回収型のLNG火力発電プラント1に適用さ
れた二酸化炭素回収システム2Aの概略構成を示すブロ
ック図である。
【0073】図3に示すように、本発明の第2の実施の
形態に係る二酸化炭素回収システム2Aは、図1に示し
た二酸化炭素回収システム2において、ボイラ4からの
燃焼排ガス5Aを、脱着温度800℃以上の温度、例え
ば850℃で抽出し、直接、熱交換装置25の燃焼排ガ
ス流動用流路25Bに流入させる構成となっている。
【0074】なお、二酸化炭素回収システム2Aのその
他の構成は、図1および図2に示す第1の実施の形態の
二酸化炭素回収システム2と同様であるので、図1およ
び図2に示す二酸化炭素回収システム2と同一の構成要
素については、同一の符号を付して詳細な説明は省略ま
たは簡略化する。
【0075】本実施形態に係る二酸化炭素回収システム
2Aでは、ボイラ4から脱着温度(800℃)以上の温
度を有する燃焼排ガス5Aを抽出し、抽出した燃焼排ガ
ス5Aをそのまま熱交換装置25に供給するように構成
されているため、吸着材再生用の高温の燃焼排ガスを生
成するための新たな燃焼装置(図1では、排気再燃用燃
焼装置23)が不要になる。
【0076】すなわち、本実施形態では、ボイラ4から
排出された燃焼排ガス5Aが有する熱エネルギーを、二
酸化炭素7分離回収用の熱エネルギーとして有効に利用
することができ、第1実施形態の二酸化炭素回収システ
ム2で得られた効果に加えて、さらにエネルギーの省力
化を図ることができ、二酸化炭素分離回収システム2の
エネルギー効率を向上させ、LNG火力発電プラント1
の発電効率の低下を抑制して、その発電効率を高く維持
することができる。
【0077】なお、第1〜第2の実施形態においては、
再生した二酸化炭素、燃焼排ガス、吸着材粒子それぞれ
が有する全ての熱エネルギーを回収する第1〜第3の熱
エネルギー利用部を設けたが、本発明はこれに限定され
るものではなく、その必要性に応じて、適宜省略するこ
とも可能である。
【0078】また、第1〜第2の実施形態においては、
二酸化炭素吸着材粒子(に含まれる化合物)として、リ
チウムジルコネートを用いたが、本発明はこれに限定さ
れるものではなく、リチウムシリケート等の他のリチウ
ムの複合酸化物を用いることも可能である。
【0079】さらに、第1〜第2の実施形態において
は、二酸化炭素吸着材粒子の吸着温度を約500℃とし
たが、本発明はこの値に限定されるものではなく、二酸
化炭素が吸着できる温度範囲である400℃以上、65
0℃以下(400℃〜650℃)の範囲内であればよ
く、また、二酸化炭素吸着材粒子の脱着温度を約800
℃としたが、本発明はこの値に限定されるものではな
く、二酸化炭素が脱着できる温度範囲である700℃以
上、850℃以下(700℃〜850℃)の範囲内であ
ればよい。
【0080】そして、第1〜第2の実施形態において
は、第3の熱エネルギー利用部においてのみ、回収した
熱エネルギーを利用して発電機を動作させて発電エネル
ギー等のエネルギーを発生させたが、本発明はこれに限
定されるものではなく、他の第1〜第2の熱エネルギー
利用部においても、回収した熱エネルギーを利用してエ
ネルギーを発生するようにしてもよい。
【0081】また、第1〜第2の実施形態においては、
LNG火力発電プラントの燃焼排ガスからの二酸化炭素
分離回収システムを例にとって説明したが、本発明はこ
れに限定されるものではなく、天然ガス複合発電の他、
微粉炭火力、加圧流動床ボイラ複合発電(PFBC)、
石炭ガス化複合装置(IGCC)等にも同様の構成で適
用できる。
【0082】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る二酸
化炭素回収方法およびシステムによれば、従来のアミン
水溶液を用いた場合に比べて、純度の高い二酸化炭素を
大量に得ることができ、さらに、二酸化炭素分離・回収
に余分なエネルギーを用いる必要がなくなるため、二酸
化炭素分離回収システムのエネルギー効率を向上させ、
このシステムを用いたエネルギー発生プラントのエネル
ギー効率を高く維持することができる。
【0083】また、本発明に係る二酸化炭素回収方法お
よびシステムによれば、吸着材粒子は、二酸化炭素の吸
着温度が約400℃〜650℃、脱着温度が約700℃
〜850℃であるリチウムの複合酸化物等の化合物を含
んでいるため、前記第1の固気分離装置により分離され
た燃焼排ガス、第2の固気分離装置により分離された二
酸化炭素および吸着材が有する熱エネルギーを回収して
発電等に有効利用することができるため、二酸化炭素シ
ステム全体およびこのシステムを用いたエネルギー発生
プラント全体の熱効率およびエネルギー効率をそれぞれ
向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る二酸化炭素回
収システムの概略構成を示すブロック図。
【図2】本発明の第1の実施の形態に係る二酸化炭素回
収システムの分離回収部の概略構成を示す斜視図。
【図3】本発明の第2の実施の形態に係る二酸化炭素回
収システムの概略構成を示すブロック図。
【図4】従来の二酸化炭素回収システムの概略構成を示
す図。
【符号の説明】
1 火力発電プラント 2、2A 二酸化炭素回収システム 3 含炭素燃料 4 ボイラ 5、5A、5B 燃焼排ガス 6A 吸着材粒子 7 二酸化炭素 10 分離回収部 11 第1の熱エネルギー利用部 12 第2の熱エネルギー利用部 13 第3の熱エネルギー利用部 20 吸着部ライザ 21 脱着部ライザ 22 燃焼ガス排出用ライン 23 排気再燃用燃焼器 25 熱交換器 25A 吸着材粒子流動用流路 25B 燃焼排ガス流路 30 第1のサイクロン 31、33、35、36 輸送管 32 第2のサイクロン 40、45 熱交換器 41、46 熱回収部 50 排熱回収ボイラ 51 水蒸気 52 蒸気タービン 53 発電機 54 復水器 55 給水ポンプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // B01J 20/06 B01D 53/34 135Z 20/10 ZAB (72)発明者 村田 圭治 東京都府中市東芝町1番地 株式会社東芝 府中事業所内 (72)発明者 中垣 隆雄 東京都府中市東芝町1番地 株式会社東芝 府中事業所内 Fターム(参考) 4D002 AA09 BA03 CA09 DA01 DA11 DA70 EA08 FA10 GA01 GB11 HA02 4D020 AA03 BA01 BA06 BA08 BB01 BC01 CA07 CC09 CD02 DA03 DB06 4G046 JA08 JB08 JB21 4G066 AA13B AA23B AA30B CA35 DA02 GA01 GA22 GA32 4G070 AA01 AB06 BB31 CA13 CA26 CB19 CC03 DA14

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 含炭素燃料を燃焼させる燃焼装置で発生
    した燃焼排ガス中の二酸化炭素を前記燃焼排ガスから分
    離して回収する二酸化炭素回収システムにおいて、 燃焼排ガス用の流路およびこの流路内に供給された二酸
    化炭素吸着用の吸着材を有し、前記燃焼排ガス用流路内
    に二酸化炭素吸着温度を有する状態で導入され当該流路
    を流動する前記吸着材および燃焼排ガスを反応させて当
    該燃焼排ガス内の二酸化炭素を前記吸着材に吸着させる
    吸着装置と、前記吸着装置の燃焼排ガス用流路に連通さ
    れており、当該燃焼排ガス用流路を介して流入されてき
    た二酸化炭素が吸着された吸着材および前記燃焼排ガス
    をそれぞれ分離する第1の固気分離装置と、吸着材用の
    流路および燃焼排ガス用の流路を有し、前記第1の固気
    分離装置により分離され当該吸着材用流路に流入されて
    きた吸着材および当該吸着材の二酸化炭素脱着温度以上
    に昇温された状態で前記燃焼ガス用流路に流入されてき
    た燃焼排ガスを熱交換させて前記吸着材を前記二酸化炭
    素脱着温度に昇温させることにより前記吸着した二酸化
    炭素を前記吸着材から脱着させる脱着装置と、この脱着
    装置の吸着材用流路に連通されており、当該吸着材用流
    路を介して流入されてきた二酸化炭素および吸着材をそ
    れぞれ分離する第2の固気分離装置と、分離された吸着
    材を前記吸着装置の燃焼排ガス用流路に供給することに
    より、前記吸着材を前記吸着装置および前記脱着装置間
    で循環的に移動させる吸着材供給装置とを備えたことを
    特徴とする二酸化炭素回収システム。
  2. 【請求項2】 前記脱着装置の吸着材用流路の吸着材流
    動方向上流側端部から二酸化炭素を供給することにより
    前記吸着材を前記第2の固気分離装置へ案内する二酸化
    炭素供給装置を備えた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。
  3. 【請求項3】 前記脱着装置の前記燃焼ガス用流路から
    流出された熱交換後の燃焼排ガスは、前記二酸化炭素吸
    着温度を有する状態に冷却されるようになっており、そ
    の熱交換後の燃焼排ガスを、前記吸着材に基づく吸着反
    応用の燃焼排ガスとして前記吸着装置の燃焼排ガス用流
    路に流入させるように構成された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。
  4. 【請求項4】 前記燃焼装置および前記脱着装置の燃焼
    排ガス用流路にそれぞれ連通されており、前記燃焼装置
    で発生した燃焼排ガスを、前記吸着材に基づく脱着反応
    用の燃焼排ガスとして当該燃焼排ガス用流路に供給する
    ガス供給ラインを備えたことを特徴とする請求項1乃至
    3の内の何れか1項記載の二酸化炭素回収システム。
  5. 【請求項5】 前記ガス供給ラインの流路途中に配設さ
    れており、前記含炭素燃料の一部を用いて前記燃焼装置
    から排出された燃焼排ガスを再燃させて前記二酸化炭素
    脱着温度以上に昇温させる再燃焼装置を備え、この再燃
    焼装置により二酸化炭素脱着温度以上に昇温された燃焼
    排ガスを、前記ガス供給ラインを介して前記燃焼排ガス
    用流路に供給するように構成したことを特徴とする請求
    項4記載の二酸化炭素回収システム。
  6. 【請求項6】 前記燃焼装置から前記二酸化炭素脱着温
    度以上に昇温された燃焼排ガスを抽出し、抽出した燃焼
    排ガスを前記ガス供給ラインを介して前記燃焼排ガス用
    流路に供給するように構成したことを特徴とする請求項
    4記載の二酸化炭素回収システム。
  7. 【請求項7】 前記吸着材の二酸化炭素吸着温度を40
    0℃以上650℃以下としたことを特徴とする請求項1
    乃至6の内の何れか1項記載の二酸化炭素回収システ
    ム。
  8. 【請求項8】 前記吸着材の二酸化炭素脱着温度を70
    0℃以上850℃以下としたことを特徴とする請求項1
    乃至7の内の何れか1項記載の二酸化炭素回収システ
    ム。
  9. 【請求項9】 前記吸着材は、二酸化炭素と反応して炭
    酸塩を生成する化合物を含むことを特徴とする請求項1
    乃至8の内の何れか1項記載の二酸化炭素回収システ
    ム。
  10. 【請求項10】 前記化合物は、リチウムジルコネー
    ト、リチウムシリケート等のリチウムの複合酸化物であ
    ることを特徴とする請求項9記載の二酸化炭素回収シス
    テム。
  11. 【請求項11】 前記第1の固気分離装置により分離さ
    れた燃焼排ガス、前記第2の固気分離装置により分離さ
    れた二酸化炭素および吸着材の内の少なくとも1つが有
    する熱エネルギーを回収して利用する熱エネルギー利用
    装置を備えたことを特徴とする請求項1乃至10の内の
    何れか1項記載の二酸化炭素回収システム。
  12. 【請求項12】 前記熱エネルギー利用装置は、回収し
    た熱エネルギーに基づいて発電エネルギーを発生させる
    エネルギー発生部を備えたことを特徴とする請求項11
    記載の二酸化炭素回収システム。
  13. 【請求項13】 含炭素燃料を燃焼させる燃焼装置で発
    生した燃焼排ガス中の二酸化炭素を前記燃焼排ガスから
    分離して回収する二酸化炭素回収方法において、 燃焼排ガス用の流路およびこの流路内に供給された二酸
    化炭素吸着用の吸着材を有する吸着器を用意するステッ
    プと、吸着材用の流路および燃焼ガス用の流路を有する
    脱着器を用意するステップと、用意された吸着器の燃焼
    排ガス用流路内に導入され当該流路を流動する前記吸着
    材および燃焼排ガスを反応させて当該燃焼排ガス内の二
    酸化炭素を前記吸着材に吸着させるステップと、前記二
    酸化炭素が吸着された吸着材および前記燃焼排ガスをそ
    れぞれ分離するステップと、前記分離ステップにより分
    離され、用意された脱着器の吸着材用流路に流入されて
    きた吸着材および当該吸着材の二酸化炭素脱着温度以上
    に昇温された状態で前記脱着器の燃焼ガス用流路に流入
    されてきた燃焼排ガスを熱交換させて前記吸着材を前記
    二酸化炭素脱着温度に昇温させることにより前記吸着し
    た二酸化炭素を前記吸着材から脱着させるステップと、
    前記脱着された二酸化炭素および吸着材をそれぞれ分離
    するステップと、分離された吸着材を前記吸着器の燃焼
    排ガス用流路に供給することにより、前記吸着材を前記
    吸着器および前記脱着器間で循環的に移動させるステッ
    プとを備えたことを特徴とする二酸化炭素回収方法。
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