JP2008023438A - Carbon dioxide recovery system and carbon dioxide recovery method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、火力発電プラントにおけるボイラの燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収システムおよび二酸化炭素回収方法に関する。 The present invention relates to a carbon dioxide recovery system and a carbon dioxide recovery method for recovering carbon dioxide contained in combustion exhaust gas from a boiler in a thermal power plant.
近年、化石燃料の燃焼生成物である二酸化炭素の温室効果による地球温暖化の問題が大きくなっている。気候変動に関する国際連合枠組条約の京都議定書において、我が国の温室効果ガス排出削減の目標は、1990年の比率マイナス6%を2008〜2012年の間に達成することである。 In recent years, the problem of global warming due to the greenhouse effect of carbon dioxide, which is a combustion product of fossil fuel, has been increasing. In the Kyoto Protocol of the United Nations Framework Convention on Climate Change, Japan's goal of reducing greenhouse gas emissions is to achieve the 1990 ratio of minus 6% between 2008 and 2012.
このような背景の中、火力発電所、都市ごみ焼却場などから排出される二酸化炭素を、例えば、炭酸塩である炭酸カリウムの水溶液を吸収液として用いることにより、二酸化炭素を回収するシステムが提案されている(例えば、非特許文献1参照。)。 Against this background, a system that recovers carbon dioxide by using, for example, an aqueous solution of potassium carbonate, which is a carbonate, as an absorbent, is proposed for carbon dioxide discharged from thermal power plants, municipal waste incinerators, etc. (See, for example, Non-Patent Document 1).
ここで、従来の二酸化炭素回収システム200について、図2を参照して説明する。
Here, a conventional carbon
図2は、従来の二酸化炭素回収システム200の概要を示した図である。この従来の二酸化炭素回収システム200は、ピペラジンを添加した炭酸カリウム水溶液を吸収液として用いて、二酸化炭素を回収するシステムである。
FIG. 2 is a diagram showing an outline of a conventional carbon
図2に示すように、化石燃料を燃焼して排出された排ガス201は、ガスブロワ202によって吸収塔203に導かれる。吸収塔203の上部には、リーン吸収液204が供給され、このリーン吸収液204は、吸収塔203内に導入された排ガス201と気液接触して排ガス201中の二酸化炭素を吸収する。一方、リーン吸収液204に二酸化炭素を吸収された残りの排ガス201は、吸収塔203の上部から大気へ放出される。ここで、このリーン吸収液204は、温度が40〜46℃で吸収塔203に供給され、吸収塔203内は絶対圧力100kPa程度である。
As shown in FIG. 2,
二酸化炭素を吸収したリッチ吸収液205は、吸収塔203の下部から抜出しポンプ206によって再生塔207に導かれる。再生塔207に導かれたリッチ吸収液205は、加熱器208のスチーム209によって46℃から60℃以上の温度に加熱されて、絶対圧力16kPaで撹乱される。そして、二酸化炭素がリッチ吸収液205から放散され、再び二酸化炭素を吸収できるリーン吸収液204に再生される。再生されたリーン吸収液204は、循環ポンプ210により、冷却器211を介して吸収塔203の上部へ戻される。一方、リッチ吸収液205から放散された二酸化炭素は、スチーム209とともに、真空引き装置212に導かれ、さらに分離器213に導かれてスチーム209と分離され回収される。ここで、真空引き装置212は、スチーム209の一部を凝縮させて取り除くためのコンデンサを備えている。
The rich absorbent 205 that has absorbed carbon dioxide is extracted from the lower part of the
このように構成された従来の二酸化炭素回収システム200では、二酸化炭素の回収を行うために、再生塔207内でリッチ吸収液205を46℃から60℃以上の温度に加熱し、再生塔207内を絶対圧力16kPaに真空引きする必要がある。
上記した従来の二酸化炭素回収システムでは、再生塔内でリッチ吸収液を46℃から60℃以上の温度に加熱するため、大きな熱エネルギを消費する。 In the above-described conventional carbon dioxide recovery system, the rich absorbing liquid is heated to a temperature of 46 ° C. to 60 ° C. or higher in the regeneration tower, so that a large amount of heat energy is consumed.
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、蒸気タービンから導出された水蒸気を、吸収液を加熱する加熱源としてではなく、吸収液から放散された二酸化炭素のキャリアガスとして利用して吸収液の再生を行うことにより、熱エネルギの消費を大幅に削減し、システム効率の向上を図ることができる二酸化炭素回収システムおよび二酸化炭素回収方法を提供すること目的とする。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problem, and the carrier gas of carbon dioxide diffused from the absorbing liquid is not used as a heating source for heating the absorbing liquid, instead of the water vapor derived from the steam turbine. It is an object of the present invention to provide a carbon dioxide recovery system and a carbon dioxide recovery method capable of significantly reducing the consumption of heat energy and improving the system efficiency by regenerating the absorbing liquid.
上記目的を達成するために、本発明の二酸化炭素回収システムは、蒸気タービンを備えた、排ガス中の二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収システムであって、排ガス導入口、リーン吸収液導入口、残りガス排出口およびリッチ吸収液排出口を備え、前記ガス導入口から導入された前記排ガスと前記リーン吸収液導入口から導入された前記リーン吸収液とを気液接触させて前記排ガス中の二酸化炭素を前記リーン吸収液に吸収させてリッチ吸収液とする吸収装置と、リッチ吸収液導入口、リーン吸収液排出口、排気口および水蒸気導入口を備え、前記リッチ吸収液導入口から導入された前記リッチ吸収液と、前記水蒸気導入口から導入された前記蒸気タービンから導出された水蒸気とを気液接触させて前記リッチ吸収液から前記二酸化炭素を前記水蒸気中に放散させ、前記リッチ吸収液を前記リーン吸収液に再生し、前記二酸化炭素の混入した前記水蒸気を前記排気口から排出する再生装置と、前記吸収装置のリッチ吸収液排出口から排出されるリッチ吸収液を前記再生装置のリッチ吸収液導入口に導くリッチ吸収液ラインと、前記再生装置のリーン吸収液排出口から排出されるリーン吸収液を前記吸収装置のリーン吸収液導入口に導くリーン吸収液ラインと、前記蒸気タービンから導出された水蒸気を前記再生装置の水蒸気導入口に導く水蒸気供給ラインとを具備することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a carbon dioxide recovery system according to the present invention is a carbon dioxide recovery system that includes a steam turbine and recovers carbon dioxide in exhaust gas, the exhaust gas inlet, the lean absorbent inlet, and the remaining Carbon dioxide in the exhaust gas, comprising a gas discharge port and a rich absorption liquid discharge port, and bringing the exhaust gas introduced from the gas introduction port into gas-liquid contact with the lean absorption liquid introduced from the lean absorption liquid introduction port And an absorbent device that absorbs the lean absorbent into the rich absorbent, a rich absorbent inlet, a lean absorbent outlet, an exhaust outlet, and a water vapor inlet, and introduced from the rich absorbent inlet. The rich absorbent is brought into gas-liquid contact with the steam derived from the steam turbine introduced from the steam inlet, so that the carbon dioxide is produced from the rich absorbent. A regenerator that diffuses into the water vapor, regenerates the rich absorbent to the lean absorbent, and discharges the water vapor mixed with the carbon dioxide from the exhaust outlet, and exhausts from the rich absorbent outlet of the absorber. A rich absorbing liquid line that guides the rich absorbing liquid to the rich absorbing liquid inlet of the regenerator and the lean absorbing liquid discharged from the lean absorbing liquid outlet of the regenerator to the lean absorbing liquid inlet of the absorber It is characterized by comprising a lean absorbing liquid line for guiding and a steam supply line for guiding the steam derived from the steam turbine to the steam inlet of the regenerator.
この二酸化炭素回収システムによれば、再生装置において、蒸気タービンから導出された水蒸気を、吸収液を加熱する加熱源としてではなく、吸収液から放散された二酸化炭素のキャリアガスとして利用して吸収液の再生を行うことができる。これにより、熱エネルギの消費を大幅に削減し、システム効率の向上を図ることができる。 According to this carbon dioxide recovery system, in the regenerator, the water vapor derived from the steam turbine is used as a carrier gas for carbon dioxide released from the absorption liquid rather than as a heating source for heating the absorption liquid. Can be played. Thereby, the consumption of heat energy can be significantly reduced, and the system efficiency can be improved.
本発明の二酸化炭素回収方法は、排ガスとリーン吸収液とを吸収装置内に導き、前記排ガスと前記リーン吸収液とを気液接触させて前記リーン吸収液に前記排ガス中の二酸化炭素を吸収させリッチ吸収液とする吸収工程と、前記二酸化炭素を吸収したリッチ吸収液および蒸気タービンから導出された水蒸気を再生装置に導き、ほぼ同じ温度の前記リッチ吸収液と前記水蒸気とを気液接触させて前記リッチ吸収液から前記二酸化炭素を前記水蒸気中に放散させて前記リッチ吸収液を前記リーン吸収液に再生する再生工程と、前記二酸化炭素が混入した水蒸気を前記再生装置から吸引し、前記再生装置内を真空にする真空引き工程とを具備することを特徴とする。 In the carbon dioxide recovery method of the present invention, the exhaust gas and the lean absorbing liquid are guided into an absorption device, and the exhaust gas and the lean absorbing liquid are brought into gas-liquid contact so that the lean absorbing liquid absorbs carbon dioxide in the exhaust gas. The rich absorption liquid that absorbs the carbon dioxide, and the water vapor derived from the steam turbine are led to the regenerator, and the rich absorbent liquid and the water vapor at substantially the same temperature are brought into gas-liquid contact. A regeneration step of releasing the carbon dioxide from the rich absorption liquid into the water vapor to regenerate the rich absorption liquid into the lean absorption liquid; and suctioning the water vapor mixed with the carbon dioxide from the regenerator; And a vacuum drawing step for evacuating the inside.
この二酸化炭素回収方法によれば、再生工程において、蒸気タービンから導出された水蒸気を、吸収液を加熱する加熱源としてではなく、吸収液から放散された二酸化炭素のキャリアガスとして利用して吸収液の再生を行うことができる。これにより、熱エネルギの消費を大幅に削減し、システム効率の向上を図ることができる。 According to this carbon dioxide recovery method, in the regeneration process, the water vapor derived from the steam turbine is used not as a heating source for heating the absorption liquid but as a carrier gas for carbon dioxide released from the absorption liquid. Can be played. Thereby, the consumption of heat energy can be significantly reduced, and the system efficiency can be improved.
本発明の二酸化炭素回収システムおよび二酸化炭素回収方法によれば、蒸気タービンから導出された水蒸気を、吸収液を加熱する加熱源としてではなく、吸収液から放散された二酸化炭素のキャリアガスとして利用して吸収液の再生を行うことにより、熱エネルギの消費を大幅に削減し、システム効率の向上を図ることができる。 According to the carbon dioxide recovery system and the carbon dioxide recovery method of the present invention, water vapor derived from the steam turbine is used as a carrier gas for carbon dioxide released from the absorption liquid, not as a heating source for heating the absorption liquid. By regenerating the absorbent, the consumption of heat energy can be greatly reduced and the system efficiency can be improved.
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態の二酸化炭素回収システム10の概要を示した図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing an overview of a carbon
この二酸化炭素回収システム10は、低温低圧の水蒸気120が抽気される蒸気タービン170と、導入された排ガス103とリーン吸収液151を気液接触させる吸収塔100と、蒸気タービン170から抽気された水蒸気120中に、二酸化炭素を吸収したリッチ吸収液152から二酸化炭素を放散させてリーン吸収液151を再生する再生塔110と、吸収塔100の吸収液排出口101から排出されるリッチ吸収液152を再生塔110の吸収液導入口111に導くリッチ吸収液ライン130と、再生塔110の吸収液排出口112から排出されるリーン吸収液151を吸収塔100の吸収液導入口102に導くリーン吸収液ライン131と、蒸気タービン170から抽気された水蒸気120を再生塔110の水蒸気導入口121に導く水蒸気供給ライン171と、各ポンプ、各機器などを制御する制御部140とから主に構成されている。また、二酸化炭素回収システム10には、さらに、再生塔110から二酸化炭素および水蒸気120を吸引して再生塔110内を減圧する真空引き装置125と、二酸化炭素および水蒸気120の混合気を冷却してそれぞれを分離する分離器126とが備えられている。なお、低温低圧の水蒸気120が抽気される蒸気タービン170は、低圧蒸気タービンで構成される。
The carbon
ここで、リーン吸収液151とは、吸収塔100で二酸化炭素を吸収する前の吸収液であり、例えば、再生塔110で二酸化炭素を放散して再生された吸収液も含まれる。また、リッチ吸収液152とは、吸収塔100で二酸化炭素などを吸収した、再生塔110で二酸化炭素を放散する前の状態の吸収液である。
Here, the
なお、図1において、制御部140は、後述する各ポンプ、各構成機器などと電気的に接続されているが、図の明記のため接続線の記載は省略する。
In FIG. 1, the
吸収塔100の下部には、火力発電プラントのボイラから排出された二酸化炭素を含む排ガス103を吸収塔100内に導くための排ガス導入口104が設けられている。また、排ガス導入口104には、排ガス103を吸収塔100内に送気するためのガスブロワ105が連結されている。
An
また、吸収塔100の上部には、再生塔110の吸収液排出口112から排出されるリーン吸収液151を導入するための吸収液導入口102が設けられている。この吸収液導入口102には、リーン吸収液151を噴出する吸収液噴出部106が設けられている。また、吸収塔100の内部には、この吸収液噴出部106から噴出されたリーン吸収液151と吸収塔100に導入された排ガス103とを主として気液接触させる充填材107が設置されている。さらに、吸収塔100の上端部には、残りガス排出口として機能し、充填材107を通過することで、リーン吸収液151と気液接触した後の排ガス103を大気中に排気するための排気口108が設けられている。
Further, an absorption
ここで、吸収液噴出部106から噴出されるリーン吸収液151は、均一に噴出されることが好ましく、例えば、吸収液噴出部106に、所定の噴霧粒径および噴霧パターンが得られる噴霧ノズルや空気噴射ノズルなどを用いてもよい。なお、吸収液導入口102の構成によって、吸収塔100内にリーン吸収液151をほぼ均一に分散させることができる場合には、吸収液噴出部106を設けなくてもよい。また、充填材107は、例えば、多孔構造、ハニカム構造などを有するもので構成され、充填材107を通過するリーン吸収液151を撹乱する作用を有するものであればよい。また、充填材107は、吸収塔100内に多段に設置されてもよい。この充填材107を多段に設置した場合、例えば、各段に対応してリーン吸収液151を噴出する吸収液噴出部106を設けてもよい。なお、吸収塔100内において、排ガス103とリーン吸収液151との気液接触を効率よく行える場合には、充填材107を設置せずに吸収塔100を構成することも可能である。
Here, it is preferable that the lean absorbing
さらに、吸収塔100の底部には、二酸化炭素を吸収したリッチ吸収液152を排出するための吸収液排出口101が設けられている。この吸収液排出口101は、送液ポンプ160を介在したリッチ吸収液ライン130の一端と接続されている。リッチ吸収液ライン130の他端は、再生塔110の吸収液導入口111に接続されている。
Furthermore, an absorption
ここで、吸収塔100内は、絶対圧力で90〜150kPaに設定されている。吸収塔100内の圧力をこの範囲に設定したのは、圧力が90kPa未満の場合には、排ガス103中の二酸化炭素がリーン吸収液151に吸収される速度が不十分となり、圧力が150kPaを超える場合には、ガスブロワ105に要する動力エネルギが過大になるからである。
Here, the inside of the
再生塔110の上部には、リッチ吸収液152を導入するための吸収液導入口111が設けられ、この吸収液導入口111には、リッチ吸収液152を噴出する吸収液噴出部118が設けられている。なお、この吸収液噴出部118は、上記した吸収塔100における吸収液噴出部106と同様の構成である。また、再生塔110の内部には、この吸収液噴出部118から噴出されたリッチ吸収液152と再生塔110内に導入された水蒸気120とを主として気液接触させる充填材117が設置されている。なお、充填材117は、上記した吸収塔100における充填材107と同様の構成である。また、再生塔110の上端部には、リッチ吸収液152が充填材117を通過することで、リッチ吸収液152から水蒸気120中に放散した二酸化炭素を排気するための排気口119が設けられている。
An absorption
さらに、再生塔110の底部には、二酸化炭素を放散して再生されたリーン吸収液151を排出するための吸収液排出口112が設けられている。この吸収液排出口112は、送液ポンプ161を介在したリーン吸収液ライン131の一端と接続されている。リーン吸収液ライン131の他端は、吸収塔100の吸収液導入口102に接続されている。
Further, an absorption
ここで、再生塔110内は、絶対圧力で30〜70kPaに設定されている。再生塔110内の圧力をこの範囲に設定したのは、圧力が30kPa未満の場合には、真空引き装置125に要する動力エネルギが過大となり、圧力が70kPaを超える場合には、リッチ吸収液152が二酸化炭素を容易に放散しないからである。
Here, the inside of the
上記したように、吸収塔100、リッチ吸収液ライン130、再生塔110の順にリッチ吸収液152を流動し、再生塔110、リーン吸収液ライン131、吸収塔100の順にリーン吸収液151を流動する、吸収液の還流経路が形成される。なお、送液ポンプ160、161は、制御部140からの信号に基づいて作動し、リッチ吸収液ライン130に流れるリッチ吸収液152の流量およびリーン吸収液ライン131に流れるリーン吸収液151の流量を調整している。
As described above, the
ここで、リーン吸収液151およびリッチ吸収液152は、炭酸カリウムおよび炭酸水素カリウムの水溶液である。運転初期のリーン吸収液151は、水100g当たりに25〜54gの炭酸カリウムを溶解することにより、炭酸カリウムの重量濃度が20〜35%に調整されている。炭酸カリウム水溶液の濃度をこの範囲に設定したのは、重量濃度が20%より低い場合には、二酸化炭素の吸収量が不十分になるためであり、重量濃度が35%より高い場合には、二酸化炭素を吸収する速度が十分に高くならないからである。また、リーン吸収液151およびリッチ吸収液152の温度は、55〜70℃に設定される。リーン吸収液151の温度をこの範囲に設定するのは、温度が70℃より高い場合には、吸収塔100内で十分な量の二酸化炭素を吸収しないからである。また、リッチ吸収液152の温度をこの範囲に設定するのは、温度が55℃よりも低い場合には、再生塔110内で二酸化炭素を容易に放散しないからである。換言すれば、リッチ吸収液152からリーン吸収液151への再生率はリッチ吸収液152の温度が高くなるにつれて増大するものの、温度が70℃より高い場合には、リーン吸収液151への二酸化炭素の吸収率が低下するからである。
Here, the
なお、リーン吸収液151およびリッチ吸収液152の温度をこの温度範囲に維持するために、例えば、リッチ吸収液ライン130やリーン吸収液ライン131などの吸収液の還流経路に、加熱器などを介在させて吸収液の温度調節を行ってもよい。また、リーン吸収液151およびリッチ吸収液152には、二酸化炭素の吸収を促進するためのジエタノールアミンやピペラジンなどの有機物は添加されていない。ここで、リーン吸収液151およびリッチ吸収液152にジエタノールアミンやピペラジンなどの有機物を添加しないのは、吸収塔100内で排ガス103中の酸素がリーン吸収液151およびリッチ吸収液152に溶解し、溶解した酸素がジエタノールアミンやピペラジンなどの有機物を酸化させ、酸化した有機物が二酸化炭素の吸収を阻害するからである。
In order to maintain the temperature of the
また、吸収塔100内に導入される排ガス103の温度は、上記したリーン吸収液151およびリッチ吸収液152の設定温度範囲と同じ55〜70℃に設定される。ここで、吸収塔100内に導入される排ガス103の温度をこの範囲とするのは、温度が、55℃より低いと、吸収塔100の下部から排出されるリッチ吸収液152の温度が低下するからであり、70℃より高いと吸収塔100内でリーン吸収液151が加熱されて二酸化炭素を放散するようになるからである。
Further, the temperature of the
また、再生塔110の下部には、水蒸気120を導入するための水蒸気導入口121が設けられている。この水蒸気導入口121は、水蒸気供給ライン171の一端と接続され、水蒸気供給ライン171の他端は、蒸気タービン170の低圧力側の水蒸気抽気口172に接続されている。また、蒸気タービン170の低圧力側には、蒸気タービン170において膨張仕事を行った低圧水蒸気175を排出するための水蒸気排出口176が設けられている。この水蒸気排出口176は、図示していない復水器に連結されている。一方、蒸気タービン170の高圧力側には、高圧水蒸気173を導入するための水蒸気導入口174が設けられている。水蒸気導入口174は、例えば、中圧蒸気タービンからの排気を導くクロスオーバ管に接続される。また、蒸気タービン170は、蒸気タービン170の膨張仕事によって回動駆動され発電する発電機180に連結されている。
In addition, a
ここで、蒸気タービン170の水蒸気抽気口172から抽気される水蒸気120の絶対圧力は50〜150kPaであり、その水蒸気120の温度は40〜80℃である。また、水蒸気供給ライン171を介して再生塔110に導入される水蒸気120の温度は55〜70℃である。
Here, the absolute pressure of the
水蒸気抽気口172から抽気される水蒸気120の絶対圧力を50〜150kPaに設定したのは、絶対圧力が50kPa未満の場合には、絶対圧力が30〜70kPaである再生塔110内に水蒸気120を導入することが難しく、絶対圧力が150kPaを超える場合には、蒸気タービン170の駆動出力が過度に低下するからである。なお、抽気される水蒸気120の圧力は、水蒸気供給ライン171における圧力損失を加味して、再生塔110内の圧力よりも高く設定される。また、蒸気タービン170の水蒸気抽気口172から抽気される水蒸気120の温度を40〜80℃に設定したのは、温度が40℃未満の場合には、水蒸気抽気口172における絶対圧力が再生塔110内における絶対圧力(30〜70kPa)より低くなり、再生塔110内に水蒸気120を導入することが難く、温度が80℃を超える場合には、蒸気タービン170の駆動出力が過度に低下するからである。
The reason why the absolute pressure of the
また、再生塔110内に導入される水蒸気120の温度を、上記したリーン吸収液151およびリッチ吸収液152の設定温度範囲と同じ55〜70℃としたのは、温度が55℃より低い場合には、再生塔110内でリッチ吸収液152が冷却されて二酸化炭素を放散し難くなるからであり、70℃より高い場合には、リッチ吸収液152あるいはリーン吸収液151から過剰の水蒸気が蒸発するからである。ここで、再生塔110内において、温度が55〜70℃でも水蒸気として存在するのは、再生塔110内が減圧されているからである。なお、蒸気タービン170の水蒸気抽気口172から抽気される水蒸気120の温度が低い場合には、水蒸気供給ライン171に加熱器122を設けて、再生塔110内に導入される水蒸気120の温度が55〜70℃になるように加熱することが好ましい。加熱器122の加熱媒体には、例えば、吸収塔100に導入する前の排ガス103により加熱された工業用水や、吸収塔100に導入する前の排ガス103そのものを利用してもよい。また、水蒸気供給ライン171の配管長さは、配管内における圧力損失を小さくするために短いことが好ましい。すなわち、水蒸気供給ライン171内における圧力損失を小さくするために、再生塔110と蒸気タービン170とを近接させて配置することが好ましい。
In addition, the temperature of the
なお、ここでは、蒸気タービン170から温度が40〜80℃の水蒸気120を抽気する一例を示したが、例えば、蒸気タービン170において膨張仕事を行ったさらに低温の低圧水蒸気175を水蒸気供給ライン171に導き、加熱器122を介して、55〜70℃の水蒸気120に加熱して、再生塔110に導入してもよい。このように、蒸気タービン170において完全に膨張仕事の終わった水蒸気を抽気することで、蒸気タービン170における熱効率を低下させることなく、水蒸気を抽気することができる。
Here, an example in which the
また、蒸気タービン170から温度が40〜80℃の水蒸気120を抽気して再生塔110に導くとともに、再生塔110の底部に溜まっているリーン吸収液151の一部を加熱器122に導き、リーン吸収液151の一部の水を水蒸気とし、蒸発していないリーン吸収液151とともに再生塔110に導くように構成してもよい。このように、リーン吸収液151の一部を加熱して、水蒸気を形成することで、蒸気タービン170からの水蒸気120の抽気量を抑えることができ、蒸気タービン170における熱効率を低下させることなく、所定量の水蒸気を確保することができる。
Further,
また、水蒸気120、高圧水蒸気173および低圧水蒸気175には、ボイラや蒸気タービン170の金属腐食を抑制するためのモノエタノールアミンなどの有機物が添加されておらず、モノエタノールアミンなどの有機物の代わりに、金属腐食抑制材として微量のアンモニア(例えば、アンモニアの濃度が1mg/リットル程度)が添加されている。ここで、モノエタノールアミンなどの有機物の代わりにアンモニアを添加したのは、有機物を添加した場合には、有機物が酸化して二酸化炭素の吸収を阻害するが、アンモニアを添加した場合には、アンモニアは酸化しないため二酸化炭素の吸収が阻害されないからである。
Further, the
さらに、再生塔110の排気口119には、二酸化炭素が混入した水蒸気120を吸引するための真空引き装置125の吸入口123が配管を介して連結されている。なお、真空引き装置125は、水蒸気120の一部を凝縮させて取り除くためのコンデンサを備えている。また、真空引き装置125の排出口124には、二酸化炭素と水蒸気120との混合気から、水蒸気120を十分に凝縮させ、二酸化炭素を分離する分離器126の水蒸気導入口129が接続されている。
Furthermore, the
また、分離器126の上端部には、分離した二酸化炭素を回収するための二酸化炭素回収口127が設けられている。さらに、分離器126の底部には、水蒸気120が凝縮した水を排出するための水排出口128が設けられている。
A carbon
次に、二酸化炭素回収システム10の作用について説明する。
Next, the operation of the carbon
火力発電所プラントのボイラから排出された排ガス103は、温度を55〜70℃としてガスブロワ105によって吸収塔100内に導入される。排ガス103が吸収塔100内に導入されると、温度が55〜70℃のリーン吸収液151は、送液ポンプ161およびリーン吸収液ライン131によって吸収塔100に供給され、吸収塔100の上部の吸収液噴出部106から噴出される。吸収塔100内では、温度が55〜70℃のリーン吸収液151と排ガス103とが気液接触し、リーン吸収液151は、排ガス103に含まれる二酸化炭素を吸収してリッチ吸収液152となる。このリッチ吸収液152は、二酸化炭素の吸収に伴って温度が1〜5℃上昇する。気液接触後の排ガスは、吸収塔100の排気口108から大気中に放出される。
The
続いて、二酸化炭素などを吸収したリッチ吸収液152は、送液ポンプ160およびリッチ吸収液ライン130によって再生塔110に供給され、再生塔110の上部の吸収液噴出部118から噴出される。
Subsequently, the rich absorbing liquid 152 that has absorbed carbon dioxide or the like is supplied to the
一方、蒸気タービン170は、水蒸気導入口174から供給された高圧水蒸気173により回転し、発電機180を駆動する。高圧水蒸気173は、水蒸気導入口174から300℃以上の温度で蒸気タービン170内に供給され、蒸気タービン170内で膨張仕事をして、絶対圧力が50〜150kPa、温度が40〜80℃の水蒸気となり、さらに蒸気タービン170の最終段落後には温度が40℃以下の低圧水蒸気175となって水蒸気排出口176から排出される。
On the other hand, the
リッチ吸収液152が再生塔110内に噴出されると、蒸気タービン170の水蒸気抽気口172から水蒸気120が抽気され、水蒸気導入口121から再生塔110内に温度が55〜70℃の水蒸気120が供給される。再生塔110内では、リッチ吸収液152と水蒸気120とが気液接触し、リッチ吸収液152は、水蒸気120中に二酸化炭素を放散し、リーン吸収液151に再生される。このリーン吸収液151は、二酸化炭素の放散に伴って温度が1〜5℃降下する。しかしながら、水蒸気120の温度は、リッチ吸収液152の温度とほぼ同じであり、水蒸気120によってリッチ吸収液152が加熱させることはない。すなわち、再生塔110内の減圧の効果によってリッチ吸収液152からの二酸化炭素の放散を促進するとともに、リッチ吸収液152の周囲に放散された二酸化炭素を水蒸気120によって流動し、リッチ吸収液152の周囲における二酸化炭素の分圧を下げることで、リッチ吸収液152からの二酸化炭素の放散を促進している。換言すれば、水蒸気120は、放散した二酸化炭素を流動させるキャリアガスとして機能する。
When the rich absorbing liquid 152 is ejected into the
続いて、再生塔110において再生されたリーン吸収液151は、送液ポンプ161およびリーン吸収液ライン131によって、再び吸収塔100に供給される。ここで、再生塔110内では、リッチ吸収液152の加熱が行われないため、再生されたリーン吸収液151の温度は、再生される前のリッチ吸収液152の温度とほぼ同等であり、55〜70℃の温度に維持される。換言すれば、リーン吸収液151およびリッチ吸収液152の温度は、二酸化炭素の吸収および放散に伴って1〜5℃温度が変化するものの、これ以外には基本的に温度変化を生じるような工程は存在しない。そのため、リーン吸収液ライン131に、例えば冷却装置などを備えることなく、再生塔110で再生されたリーン吸収液151を直に吸収塔100に供給することができる。
Subsequently, the
また、再生塔110内における水蒸気120およびこの水蒸気120中に放散された二酸化炭素は、真空引き装置125によって、再生塔110内から分離器126内に導かれる。分離器126内では、水蒸気120および二酸化炭素が20〜30℃に冷却され、水蒸気120が凝縮して水となり、水排出口128から排出される。一方、冷却された二酸化炭素は、ガス成分として分離器126の二酸化炭素回収口127から回収される。なお、再生塔110における二酸化炭素の放散と吸収塔100における二酸化炭素の吸収とは平衡状態になるため、二酸化炭素回収口127から回収される二酸化炭素量は、吸収塔100で吸収された二酸化炭素量とほぼ等しくなる。
Further, the
また、真空引き装置125は、水蒸気120中に放散された二酸化炭素および水蒸気120を分離器126へ排出することにより、再生塔110内の絶対圧力は30〜70kPaに維持される。この範囲に再生塔110内の圧力を維持することで、再生塔110内においてリッチ吸収液152からの二酸化炭素の放散が促進される。
Further, the
上記したように、第1の実施の形態の二酸化炭素回収システム10では、蒸気タービン170において膨張仕事をして動力エネルギとして利用された後の低温低圧の水蒸気120を、吸収液を加熱する加熱源としてではなく、吸収液から放散された二酸化炭素のキャリアガスとして利用して吸収液の再生を行うことができる。これによって、熱エネルギの消費を大幅に削減し、システム効率の向上を図ることができる。
As described above, in the carbon
(他の実施の形態)
第1の実施の形態の二酸化炭素回収システム10を参照して、他の実施の形態の二酸化炭素回収システムについて説明する。
(Other embodiments)
With reference to the carbon
上記した第1の実施の形態の二酸化炭素回収システム10では、リーン吸収液151およびリッチ吸収液152として、炭酸カリウムおよび炭酸水素カリウムの水溶液を用いた一例を示したが、これらに限られるものではない。リーン吸収液151およびリッチ吸収液152として、炭酸ナトリウムおよび炭酸水素ナトリウムの水溶液を用いてもよい。
In the carbon
この場合には、運転初期のリーン吸収液151として、水100g当たりに10〜30gの炭酸ナトリウムを溶解することにより、炭酸ナトリウムの重量濃度を9〜23%に調整する。炭酸ナトリウム水溶液の濃度をこの範囲に設定したのは、重量濃度が9%より低い場合には、二酸化炭素の吸収量が不十分になるためであり、重量濃度が23%より高い場合には、二酸化炭素を吸収する速度が十分に高くならないからである。
In this case, the weight concentration of sodium carbonate is adjusted to 9 to 23% by dissolving 10 to 30 g of sodium carbonate per 100 g of water as the
なお、リーン吸収液151およびリッチ吸収液152の温度は、第1の実施の形態において述べた理由と同様の理由から、第1の実施の形態におけるリーン吸収液151およびリッチ吸収液152の温度と同じ55〜70℃に設定される。また、吸収塔100や再生塔110などの圧力などの設定条件も、第1の実施の形態の場合と同じである。
Note that the temperatures of the
上記したように、リーン吸収液151およびリッチ吸収液152を炭酸ナトリウムおよび炭酸水素ナトリウムの水溶液に代えても、第1の実施の形態の二酸化炭素回収システム10と同様に、蒸気タービン170において膨張仕事をして動力エネルギとして利用された後の低温低圧の水蒸気120を、吸収液を加熱する加熱源としてではなく、吸収液から放散された二酸化炭素のキャリアガスとして利用して吸収液の再生を行うことができる。これによって、熱エネルギの消費を大幅に削減し、システム効率の向上を図ることができる。
As described above, even if the
以上、本発明を実施の形態により具体的に説明したが、本発明はこれらの実施の形態にのみ限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。 Although the present invention has been specifically described above with reference to the embodiments, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
10…二酸化炭素回収システム、100…吸収塔、103…排ガス、105…ガスブロワ、107,117…充填材、110…再生塔、120…水蒸気、122…加熱器、125…真空引き装置、126…分離器、130…リッチ吸収液ライン、131…リーン吸収液ライン、140…制御部、151…リーン吸収液、152…リッチ吸収液、160、161…送液ポンプ、170…蒸気タービン、171…水蒸気供給ライン、173…高圧水蒸気、175…低圧水蒸気、180…発電機。
DESCRIPTION OF
Claims (15)
排ガス導入口、リーン吸収液導入口、残りガス排出口およびリッチ吸収液排出口を備え、前記ガス導入口から導入された前記排ガスと前記リーン吸収液導入口から導入された前記リーン吸収液とを気液接触させて前記排ガス中の二酸化炭素を前記リーン吸収液に吸収させてリッチ吸収液とする吸収装置と、
リッチ吸収液導入口、リーン吸収液排出口、排気口および水蒸気導入口を備え、前記リッチ吸収液導入口から導入された前記リッチ吸収液と、前記水蒸気導入口から導入された前記蒸気タービンから導出された水蒸気とを気液接触させて前記リッチ吸収液から前記二酸化炭素を前記水蒸気中に放散させ、前記リッチ吸収液を前記リーン吸収液に再生し、前記二酸化炭素の混入した前記水蒸気を前記排気口から排出する再生装置と、
前記吸収装置のリッチ吸収液排出口から排出されるリッチ吸収液を前記再生装置のリッチ吸収液導入口に導くリッチ吸収液ラインと、
前記再生装置のリーン吸収液排出口から排出されるリーン吸収液を前記吸収装置のリーン吸収液導入口に導くリーン吸収液ラインと、
前記蒸気タービンから導出された水蒸気を前記再生装置の水蒸気導入口に導く水蒸気供給ラインと
を具備することを特徴とする二酸化炭素回収システム。 A carbon dioxide recovery system for recovering carbon dioxide in exhaust gas, comprising a steam turbine,
An exhaust gas introduction port, a lean absorption liquid introduction port, a remaining gas discharge port, and a rich absorption liquid discharge port, the exhaust gas introduced from the gas introduction port and the lean absorption liquid introduced from the lean absorption liquid introduction port An absorbing device that makes gas-liquid contact and absorbs carbon dioxide in the exhaust gas into the lean absorbing liquid to form a rich absorbing liquid;
A rich absorption liquid introduction port, a lean absorption liquid discharge port, an exhaust port, and a water vapor introduction port, which are derived from the rich absorption liquid introduced from the rich absorption liquid introduction port and the steam turbine introduced from the water vapor introduction port The carbon dioxide is diffused into the water vapor from the rich absorption liquid by making gas-liquid contact with the generated water vapor, the rich absorption liquid is regenerated into the lean absorption liquid, and the water vapor mixed with the carbon dioxide is exhausted to the exhaust gas. A regeneration device for discharging from the mouth;
A rich absorbent liquid line that guides the rich absorbent discharged from the rich absorbent liquid outlet of the absorber to the rich absorbent inlet of the regenerator;
A lean absorbing liquid line that guides the lean absorbing liquid discharged from the lean absorbing liquid discharge port of the regenerating apparatus to the lean absorbing liquid inlet of the absorbing apparatus;
A carbon dioxide recovery system comprising: a steam supply line that guides steam derived from the steam turbine to a steam inlet of the regenerator.
前記二酸化炭素を吸収したリッチ吸収液および蒸気タービンから導出された水蒸気を再生装置に導き、ほぼ同じ温度の前記リッチ吸収液と前記水蒸気とを気液接触させて前記リッチ吸収液から前記二酸化炭素を前記水蒸気中に放散させて前記リッチ吸収液を前記リーン吸収液に再生する再生工程と、
前記二酸化炭素が混入した水蒸気を前記再生装置から吸引し、前記再生装置内を真空にする真空引き工程と
を具備することを特徴とする二酸化炭素回収方法。 An absorption step of guiding the exhaust gas and the lean absorbing liquid into an absorption device, bringing the exhaust gas and the lean absorbing liquid into gas-liquid contact, and absorbing the carbon dioxide in the exhaust gas into the lean absorbing liquid to form a rich absorbing liquid;
The rich absorption liquid that has absorbed carbon dioxide and the water vapor derived from the steam turbine are guided to a regenerator, and the rich absorption liquid and the water vapor at substantially the same temperature are brought into gas-liquid contact to bring the carbon dioxide from the rich absorption liquid. A regeneration step for regenerating the rich absorbent into the lean absorbent by dissipating it into the water vapor;
And a vacuum drawing step of sucking the water vapor mixed with carbon dioxide from the regenerator and evacuating the regenerator.
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