JP2009221574A - 高炉ガスからの二酸化炭素分離回収方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 高炉から取り出された高炉ガスを吸収塔に導入し、前記吸収塔内で前記吸収液に前記高炉ガス中の二酸化炭素を吸収させ、前記二酸化炭素を除去された前記高炉ガスの一部を製鉄プロセスの加熱用燃料として利用し、前記二酸化炭素を除去された前記高炉ガスの他の一部はガスタービン発電装置に導入して高圧燃焼させて発電を行う燃料として利用し、前記吸収塔で前記二酸化炭素を吸収した吸収液を前記ガスタービンの排ガスの熱で加熱し、加熱された前記吸収液を再生塔へ導入し、前記再生塔内で前記吸収液から前記二酸化炭素を除去し、前記二酸化炭素を除去された前記吸収液を前記吸収塔へと循環させる。
【選択図】図1A
Description
例えば、特許文献1には、製鉄所で発生する副生ガスなどから化学吸収法にて二酸化炭素を分離回収する方法であって、当該ガスから化学吸収液で二酸化炭素を吸収後、化学吸収液を加熱し二酸化炭素を分離させるプロセスに製鉄所で発生する低品位排熱を利用または活用することにより、大規模二酸化炭素発生源から排出される二酸化炭素を、コンパクトな設備で効率的かつ安価に分離回収する二酸化炭素の分離回収方法が記載されている。
また、高炉から排出される高炉ガスは、集塵機によりダストを除去した後において0.2〜0.3MPaの圧力を有することから、TRT(炉頂圧力回収タービン:Top pressure Recovery Turbine)を用いて発電に利用している。その後、製鉄プロセスにおける加熱用及び発電用の燃料ガスとして使用されている。
近年、発電効率を向上させるために、高炉ガスをガスタービン発電装置で燃焼させることにより発電を行う方法が採用されている。このような方法は、例えば特許文献2に開示されている。
高炉から排出される高炉ガスの排出量は、極めて多量であるため、その処理量が多量となる。よって、前記のプロセスにおいて、多量の二酸化炭素を吸収した吸収液を加熱・再生するために、前記製鉄所で発生する低品位排熱を利用する方法では、全く、その加熱エネルギが著しく不足する。よって、前記多量の高炉ガスを処理するには、吸収液を加熱・再生するための新たな加熱手段を配置する必要があり、実用技術としての実現性が難しい。
一方、前記特許文献2では、ガス中の二酸化炭素の吸収・分離については、一切開示がない。よって、高炉ガス燃焼後のガスタービンからの排ガス中に含まれている二酸化炭素を処理することができない。
このような本発明では、吸収塔においては高炉ガスを減圧前の高い圧力とすることができ、吸収液への二酸化炭素の吸収性能を高く維持することができる。
このような本発明においては、高炉からの高炉ガスに含まれる二酸化炭素は前述した吸収塔で吸収されるとともに、その後にガスタービン発電装置で高炉ガスが燃焼することで発生する二酸化炭素は副吸収塔で吸収することができ、二酸化炭素の分離回収量を増加させつつ吸収液の循環による効率的な運用を行うことができる。
このような本発明においては、ガスタービン発電装置の従来捨てていた復水熱を前記吸収液の加熱に利用するので、ガスタービン発電装置で前記高炉ガスの燃焼により発生する熱の利用効率が向上する。
[第1実施形態]
図1Aには、本発明の第1実施形態が示されている。
図1Aにおいて、5はTRT(炉頂圧回収タービン)、6は減圧弁、7はサイレンサであり、以上により高炉ガスの減圧手段が構成されている。
8はガスホルダ、9−1は燃料ガス圧縮機、9−2は燃焼器、9−3はガスタービン、9−4A…二酸化炭素吸収液加熱用熱交換器、9−5は空気圧縮機、9−6は発電機を各々示す。
図中、矢印Bは、前記従来技術の項で説明した各種集塵装置(図示省略)により清浄化された高圧清浄高炉ガスであり、一部はラインCへと分岐され、他の一部はラインE,Fを経て矢印Gへ排出される。一方、矢印L,Mで示す流れは、二酸化炭素の吸収液の循環流れを示す。矢印Kは分離された二酸化炭素である。
なお、以後の各実施形態において、同じ要素については同じ記号を用いることにより説明の重複を避ける。
高炉から取り出され清浄化された高圧清浄高炉ガスBは、前記高炉ガスの減圧手段の前段に設置している吸収塔10に導入される。該吸収塔10内では、該高炉ガスを、二酸化炭素吸収媒体である化学吸収液に50℃前後で接触させ、化学吸収液に前記高炉ガス中の二酸化炭素が吸収される。
その後、前記二酸化炭素が除去された前記高炉ガスの一部は、ガスホルダ8を経て、例えば、図示していないコークス炉、加熱炉などに搬送され各種の製鉄プロセスで燃焼させて熱源として利用される。
この際、前記吸収塔10で前記二酸化炭素を吸収した吸収液は、前記ガスタービン9−3の排ガスの熱で、二酸化炭素吸収液加熱用熱交換器9−4Aにて120℃前後に加熱され、その後、再生塔12にて吸収液から二酸化炭素を分離回収し、再生された吸収液は戻り配管を通じて吸収塔10に戻すことで、吸収液は吸収塔10と再生塔12の間を循環して循環利用することができる。
ガスタービン9−3からの排ガス全熱量は、前記酸化炭素吸収液加熱用熱交換器9−4Aにて全て、二酸化炭素吸収液加熱用として使用されるため、従来のように、図5の蒸気タービン9−7を設置する必要がなく、簡素な設備構成でエネルギを有効に活用することが可能である。また、高炉ガス中の不燃成分である二酸化炭素を除去するため、燃料ガスとしての熱量が高くなり、COG等の増燃材の添加量を削減することができる
さらに、吸収塔10の配設位置を高炉ガスの各種集塵装置の後段にしているため、該高炉ガスは、清浄化されたものであり吸収液が劣化することがない。
さらに、吸収塔10を前記高炉ガスの減圧手段の前段に設置し、前記高炉ガスを高圧の状態で前記吸収塔10に導入している。よって、本発明では、吸収塔において、高炉ガスを減圧前の高い圧力とすることができ、吸収液への二酸化炭素の吸収性能を高く維持することができる。
図2Aには本発明の第2実施形態が示されている。
図2Aにおいて、本実施形態の前記第1実施形態に対するその構成上の相違点は、吸収塔10を前記高炉ガスの減圧手段(炉頂圧回収タービン5および減圧弁6)の後段に設置していることである。その他の構成は、前記図1Aと同じ構成であるので、重複する説明は省略する。
このような、図2Aの構成によっても、前記図1Aと同様の効果が得られる。但し、吸収塔10を前記高炉ガスの減圧手段の後段になるため、吸収性能は前記第1実施形態にはおよばない。
図1Bには本発明の第3実施形態が示されている。
図1Bにおいて、その構成は前記図1Aで説明した構成に加え、二酸化炭素吸収液加熱用熱交換器9−4Aの後段に、新たに副吸収塔11を設けた点である。
その他の構成は、前記図1Aと同じ構成であるので、重複する説明は省略する。
前記ガスタービン発電装置9の排ガスは、前記副吸収塔11にて、吸収液と接触し、排ガス中から、二酸化炭素が除去された後、系外に排出される。
一方、二酸化炭素を吸収した吸収液は、前記吸収塔10での二酸化炭素を吸収した吸収液と合流され、その後、前記ガスタービンの排ガスの熱で、二酸化炭素吸収液加熱用熱交換器9−4Aにて120℃前後に加熱し、再生塔12にて化学吸収液から二酸化炭素を分離回収される。
図6には、本発明の第4実施形態が示されている。
図6において、その構成は前記図1Bで説明した構成に加え、前記製鉄プロセスの排ガスNを前記二酸化炭素吸収液加熱用熱交換器9−4Aに導入して、前記ガスタービン発電装置9の排ガスと合流させた点である。その他の点は前記図1Bと同じ構成であるので、重複する説明は省略する。
製鉄プロセスの排ガスLはガスタービン発電装置9の排ガスとともに副吸収塔11にて、吸収液と接触し、排ガス中から、二酸化炭素が除去された後、形骸に排出される。また、前記ガスタービンからの排ガスと前記製鉄プロセスからの排ガスを混合することにより、前記二酸化炭素吸収液加熱用熱交換器でのガス温度が下がり、二酸化炭素吸収液が過熱され、劣化することを防止できる。
図2Bには本発明の第5実施形態が示されている。
図2Bにおいて、その構成は吸収塔10を前記高炉ガスの減圧手段の後段に設置している。その他の構成は、前記図1Bと同じ構成であるので、重複する説明は省略する。
このような、図2Bの構成によっても、前記図1Bと同様の効果が得られる。但し、吸収塔10を前記高炉ガスの減圧手段の後段になるため、吸収性能は前記第1実施形態にはおよばない。
図3Aには本発明の第6実施形態が示されている。
図3Aにおいて、9−4蒸気ボイラ、9−7は蒸気タービン、9−8は前記蒸気タービン9−7からの利用済蒸気を復水する復水器を示す。蒸気ボイラ13内には、二つの熱交換管路が設けられている。前記ガスタービン9−3の排ガスの熱で、一方は高圧蒸気Iを発生させ、前記蒸気タービン9−7を駆動させ、発電するものであり、他方は、吸収塔10で、高炉ガス中の二酸化炭素を吸着した吸収液Lから二酸化炭素分離するために前記二酸化炭素を吸着した二酸化炭素吸収液Lを加熱するための熱交換管路である。
即ち、前記ガスタービン発電装置9として、前記ガスタービン9−3の排ガスの熱の一部を利用して高圧蒸気を発生する蒸気ボイラ9−4と、この蒸気ボイラからの高圧蒸気を前記ガスタービン発電装置9の動力として利用する蒸気タービン9−7と、この蒸気タービン9−7からの利用済蒸気を復水する復水器9−8とを有する装置を用い、前記吸収液の加熱には前記ガスタービン9−3の排ガスの熱の一部と前記復水器9−8での復水熱を利用することが望ましい。
このような本発明においては、ガスタービン発電装置9を構成する復水器9−8における従来捨てていた復水熱を前記吸収液の加熱に利用するので、ガスタービン発電装置9で前記高炉ガスの燃焼により発生する熱の利用効率が向上する。
図3Bには本発明の第7実施形態が示されている。
図3Bにおいて、その構成は前記図3Aで説明した構成に加え、二酸化炭素吸収液加熱用熱交換器9−4Aの後段に、副吸収塔11を設けている。
その他の構成は、前記図1Aと同じ構成であるので、重複する説明は省略する。
前記ガスタービン発電装置9の排ガスは、前記副吸収塔11にて、吸収液と接触し、排ガス中から、二酸化炭素が除去された後、系外に排出される。
一方、二酸化炭素を吸収した吸収液は、前記吸収塔10での二酸化炭素を吸収した吸収液と合流され、その後、前記ガスタービン9−3の排ガスの熱で、二酸化炭素吸収液加熱用熱交換器9−4Aにて120℃前後に加熱し、再生塔12にて吸収液から二酸化炭素を分離回収される。
図4Aには本発明の第8実施形態が示されている。
図4Aにおいて、その構成は、前記図3Aで説明した構成において、吸収塔10を高炉ガスの減圧手段の後段に配設している。
その他の構成は、前記図1Aと同じ構成であるので、重複する説明は省略する。
図4Bには本発明の第9実施形態が示されている。
図4Bにおいて、その構成は、前記図4Aで説明した構成に加え、二酸化炭素吸収液加熱用熱交換器9−4Aの後段に、新たに副吸収塔11を設けた点である。
その他の構成は、前記図4Aと同じ構成であるので、重複する説明は省略する。
なお、本発明は前記実施形態の構成に限定されるものではなく、本発明の目的を達成しようとする範囲内の変形等は本発明に含まれるものである。
前記図1B、図2B、図3B、図4Bの実施形態において、副吸収塔11にて二酸化炭素を吸着した吸収液と、吸収塔10にて二酸化炭素を吸着した吸収液とを一旦、合流後、二酸化炭素吸収液加熱用熱交換器9−4Aに搬送しているが、本発明は、これに限られることなく、前記各々の吸収塔から、個別に二酸化炭素吸収液加熱用熱交換器9−4Aに搬送しても同様な効果を奏する。
2…第1ベンチュリースクラバ
3…第2ベンチュリースクラバ
4…乾式集塵装置
5…TRT(炉頂圧回収タービン)
6…減圧弁
7…サイレンサ
8…ガスホルダ
9…ガスタービン発電装置
9−1…燃料ガス圧縮機
9−2…燃焼器
9−3…ガスタービン
9−4…蒸気ボイラ
9−4A…二酸化炭素吸収液加熱用熱交換器
9−5…空気圧縮機
9−6…発電機
9−7…蒸気タービン
9−8…復水器
10…吸収塔
11…副吸収塔
12…再生塔
A…高炉ガス
B…高圧清浄高炉ガス
C…製鉄プロセスの加熱用燃料ガス
D…コークス炉ガス
E…ガスタービン発電装置用燃料ガス
F…空気
G…排ガス
H…冷却水
I…蒸気
J…オフガス
K…二酸化炭素
L…二酸化炭素を吸着した二酸化炭素吸収液
M…二酸化炭素を吸着する前の二酸化炭素吸収液
N…製鉄プロセスからの排ガス
Claims (4)
- 高炉から取り出された高炉ガスを吸収塔に導入し、前記吸収塔内で前記吸収液に前記高炉ガス中の二酸化炭素を吸収させ、前記二酸化炭素を除去された前記高炉ガスの一部を製鉄プロセスで燃焼させて熱源として利用し、前記二酸化炭素を除去された前記高炉ガスの他の一部はガスタービン発電装置に導入して燃焼させて発電を行う燃料として利用し、前記吸収塔で前記二酸化炭素を吸収した吸収液を前記ガスタービンの排ガスの熱で加熱し、加熱された前記吸収液を再生塔へ導入し、前記再生塔内で前記吸収液から前記二酸化炭素を除去し、前記二酸化炭素を除去された前記吸収液を前記吸収塔へと循環させることを特徴とする高炉ガスからの二酸化炭素分離回収方法。
- 請求項1に記載の高炉ガスからの二酸化炭素分離回収方法において、
前記吸収塔を前記高炉ガスの減圧手段の前段に設置し、前記高炉ガスを高圧の状態で前記吸収塔に導入することを特徴とする高炉ガスからの二酸化炭素分離回収方法。 - 請求項1または請求項2に記載の高炉ガスからの二酸化炭素分離回収方法において、
前記ガスタービン発電装置の排ガスを副吸収塔に導入し、前記副吸収塔内で前記吸収液に前記排ガス中の二酸化炭素を吸収させることを特徴とする高炉ガスからの二酸化炭素分離回収方法。 - 請求項1から請求項3までの何れかに記載の高炉ガスからの二酸化炭素分離回収方法において、
前記ガスタービン発電装置として、ガスタービンの排ガスの熱を利用して高圧蒸気を発生する蒸気ボイラと、この蒸気ボイラからの高圧蒸気を前記ガスタービン発電装置の動力として利用する蒸気タービンと、この蒸気タービンからの利用済蒸気を復水する復水器とを有する装置を用い、前記ガスタービンの排ガスの熱の一部と前記復水器の熱を前記吸収液の加熱に利用することを特徴とする高炉ガスからの二酸化炭素分離回収方法。
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