JP2009221575A - 高炉ガスの利用プロセスにおける高炉ガスからの二酸化炭素の分離回収方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】二酸化炭素の分離回収と高炉ガスのエネルギ再利用とが効率よく行えるようにすること。
【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膨張タービンに導入し、減圧させたのちガスホルダに貯蔵して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前記膨張タービンで駆動される高炉ガス圧縮機に導入し、昇圧させたのち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発電装置の排熱で加熱し、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
【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膨張タービンに導入し、減圧させたのちガスホルダに貯蔵して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前記膨張タービンで駆動される高炉ガス圧縮機に導入し、昇圧させたのち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発電装置の排熱で加熱し、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
本発明は、高炉ガスの利用プロセスにおける高炉ガスからの二酸化炭素の分離回収方法に関し、高炉ガスを製鉄プロセスや発電用に利用するとともに、高炉ガスから二酸化炭素を分離回収する方法に関する。
従来、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でも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の一例として特許文献１に開示されている。
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の一例として特許文献１に開示されている。
図３を用いて前記従来技術の概要を説明する。図３は高炉ガスを燃料とするガスタービン発電装置の系統図、即ち、高炉ガスの利用方法を例示する図である。
図３に示すように、ダストが除去されて清浄化された０．２〜０．３ＭＰａ程度の高炉ガスは、ＴＲＴ５にて発電を行いながら降圧した後、ガスホルダ８に貯蔵される。ＴＲＴ５を稼動させないときは、高炉ガスは、減圧弁６により降圧してサイレンサ７により消音した後、ガスホルダ８に貯蔵される。
図３に示すように、ダストが除去されて清浄化された０．２〜０．３ＭＰａ程度の高炉ガスは、ＴＲＴ５にて発電を行いながら降圧した後、ガスホルダ８に貯蔵される。ＴＲＴ５を稼動させないときは、高炉ガスは、減圧弁６により降圧してサイレンサ７により消音した後、ガスホルダ８に貯蔵される。
ガスホルダ８に貯蔵された高炉ガスは、ガスタービン発電装置９側と図示していない熱風炉、コークス炉等の製鉄プロセスにおける加熱側に分岐され、ガスタービン発電装置９側に導入された高炉ガスは図示していないコークス炉ガス（ＣＯＧ）等と混合されてガスタービン燃焼に必要な熱量まで増燃され、燃料ガス圧縮機９−１により大気圧から昇圧された後、空気圧縮機９−５で昇圧された空気と混合して燃焼器９−２で燃焼され、ガスタービン９−３駆動した後、蒸気ボイラ９−４に熱を供給して過熱蒸気を生成し、この過熱蒸気で蒸気タービン９−４を駆動して発電している。
一方、製鉄プロセスにおける加熱側に導入される高炉ガスはコークス炉ガス
とともに熱風炉やコークス炉等の加熱用の燃料として使用される。
このように、前記図３に示す従来の高炉ガスの利用プロセスにおいては、清浄化された高炉ガスをＴＲＴ５にて当該ガスの圧力を降下させ、発電を行い、その後、ガスホルダ８にて貯蔵した後、前記貯蔵されている高炉ガスの一部を降下させた圧力のままで燃焼させて熱風炉やコークス炉などの製鉄プロセスでの加熱用燃料として使用する一方、前記貯蔵されている残りの高炉ガスを、昇圧してガスタービン発電装置９で燃焼させ発電を行っていた。
とともに熱風炉やコークス炉等の加熱用の燃料として使用される。
このように、前記図３に示す従来の高炉ガスの利用プロセスにおいては、清浄化された高炉ガスをＴＲＴ５にて当該ガスの圧力を降下させ、発電を行い、その後、ガスホルダ８にて貯蔵した後、前記貯蔵されている高炉ガスの一部を降下させた圧力のままで燃焼させて熱風炉やコークス炉などの製鉄プロセスでの加熱用燃料として使用する一方、前記貯蔵されている残りの高炉ガスを、昇圧してガスタービン発電装置９で燃焼させ発電を行っていた。
また、近年、地球温暖化を防止するため、二酸化炭素の排出削減が重要な課題となっており、二酸化炭素の分離回収方法については、従来から種々の提案がなされている。一例として、特許文献２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
しかしながら、前記特許文献１には、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、ガスホルダ８を経て製鉄プロセスにおける加熱側に導入される高炉ガス及び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。
また、高炉ガスの圧力を一旦大気圧まで降圧した後、ガスタービン９−３燃焼させるために、燃料ガス圧縮機９−１を設けて昇圧する必要があり、そのための設備コストがかかるうえ、降圧および昇圧するときにエネルギ損失が発生し、設備全体のエネルギ効率が低下するという問題点があった。
また、高炉ガスの圧力を一旦大気圧まで降圧した後、ガスタービン９−３燃焼させるために、燃料ガス圧縮機９−１を設けて昇圧する必要があり、そのための設備コストがかかるうえ、降圧および昇圧するときにエネルギ損失が発生し、設備全体のエネルギ効率が低下するという問題点があった。
更に、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、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、前記特許文献２に開示されている、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。
本発明の主な目的は、前述のような従来技術の課題を解決し、前記発電効率を向上させるため、清浄化された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において、設備全体のエネルギ効率を低下することなく、高炉ガス中及び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多量の二酸化炭素を共に、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ことなく分離回収する方法を提供することにある。
本発明の高炉ガスの利用プロセスにおける高炉ガスからの二酸化炭素の分離回収方法は、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膨張タービンに導入し、減圧させたのちガスホルダに貯蔵して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前記膨張タービンで駆動される高炉ガス圧縮機に導入し、昇圧させたのち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ことを特徴とする。
このような本発明においては、高炉からの高炉ガスは吸収塔において二酸化炭素を除去されたうえ、製鉄プロセスの熱源として利用されるとともに、ガスタービン発電装置の燃料として発電に利用される。
この際、ガスタービン発電装置へ送られる高炉ガスを予め高炉ガス圧縮機１３で昇圧することで、ガスタービン発電装置９において、燃料ガス圧縮機９−１で消費するエネルギを削減され、発電量を増加させることができる。前記高炉ガス圧縮機１３の駆動には、前記製鉄プロセスの加熱用燃料に利用する高炉ガスを膨張タービン１４で降圧させるときのエネルギを利用する。前記ガスタービン発電装置での発電量の増加量は従来方式のガス利用法におけるＴＲＴでの発電量より多いため、全体としてエネルギ効率を向上できる。
この際、ガスタービン発電装置へ送られる高炉ガスを予め高炉ガス圧縮機１３で昇圧することで、ガスタービン発電装置９において、燃料ガス圧縮機９−１で消費するエネルギを削減され、発電量を増加させることができる。前記高炉ガス圧縮機１３の駆動には、前記製鉄プロセスの加熱用燃料に利用する高炉ガスを膨張タービン１４で降圧させるときのエネルギを利用する。前記ガスタービン発電装置での発電量の増加量は従来方式のガス利用法におけるＴＲＴでの発電量より多いため、全体としてエネルギ効率を向上できる。
この際、吸収塔を、高炉ガスが膨張タービンと高炉ガス圧縮機に分岐する前に設置することで、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とともに、吸収塔を１箇所に集約することができる。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。
更に、ガスタービンからの排ガスは、その熱を先の吸収塔で二酸化炭素除去に用いた吸収液の再生に利用される。従って、二酸化炭素の分離回収を効率よく行うことができる。
更に、ガスタービンからの排ガスは、その熱を先の吸収塔で二酸化炭素除去に用いた吸収液の再生に利用される。従って、二酸化炭素の分離回収を効率よく行うことができる。
本発明の高炉ガスの利用プロセスにおける高炉ガスからの二酸化炭素の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が望ましい。
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、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。
本発明の高炉ガスの利用プロセスにおける高炉ガスからの二酸化炭素の分離回収方法において、前記副吸収塔に前記製鉄プロセスの排ガスを導入して前記ガスタービン発電装置の排ガスと合流させ、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が望ましい。
このような本発明においては、製鉄プロセスで発生する二酸化炭素についても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。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を下げることができ、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。
このような本発明においては、製鉄プロセスで発生する二酸化炭素についても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。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を下げることができ、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。
本発明の高炉ガスの利用プロセスにおける高炉ガスからの二酸化炭素の分離回収方法において、前記吸収液の加熱に必要な熱量が前記ガスタービンの排ガスが持つ熱量と比較して著しく少ない場合は、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、前記吸収液の加熱には前記ガスタービン排ガスの熱の一部と前記復水器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。
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。
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
［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、６は減圧弁、７はサイレンサ、１３は高炉ガス圧縮機、１４は膨張タービン１４を示し、以上により高炉ガスの減圧手段が構成されている。また、１０は吸収塔、９−４Ａは二酸化炭素吸収液加熱用熱交換器、１２再生塔を各々示す。
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。
［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、６は減圧弁、７はサイレンサ、１３は高炉ガス圧縮機、１４は膨張タービン１４を示し、以上により高炉ガスの減圧手段が構成されている。また、１０は吸収塔、９−４Ａは二酸化炭素吸収液加熱用熱交換器、１２再生塔を各々示す。
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。
本発明においては、ダストが除去されて清浄化された０．２〜０．３ＭＰａ程度の高炉ガスをガスタービン発電装置９で燃焼させるラインと製鉄プロセスにおける加熱用燃料として燃焼させるラインＣに分岐させ、製鉄プロセスにおける加熱用燃料として燃焼させる高炉ガスは膨張タービン１４通過させて圧力を降下させた後、ガスホルダ８に貯蔵して図示していない熱風炉、コークス炉等の製鉄プロセスにおける加熱用燃料として使用する一方、前記膨張タービン１４の回転により駆動させる高炉ガス圧縮機１３にガスタービン発電装置９で燃焼させる高炉ガスを通過させて昇圧し、ガスタービン発電装置９に供給し、燃料ガス圧縮機９−１でさらに昇圧した後、燃焼器９−２で燃焼させてガスタービン９−３を駆動させて発電を行った後、二酸化炭素吸収液加熱用熱交換器９−４Ａに熱を供給して二酸化炭素を吸着した二酸化炭素吸収液Ｌを加熱する（以上構成Ａ）。
更に、図示していない高炉から取り出された高炉ガスを吸収塔１０に導入し、前記吸収塔１０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、前記吸収塔１０内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９−３の排ガスの熱で加熱し、加熱された前記吸収液を再生塔１２へ導入し、前記再生塔１２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（以上構成Ｂ）。
図５は、前述した構成Ａについての作用・効果を例示する図である
本実施形態においては、前述した構成Ａにより、膨張タービン１４を用いて、製鉄プロセスにおける加熱用燃料を降圧するときに発生する膨張エネルギを用いて、ガスタービン発電装置９の燃料に用いる高炉ガスを昇圧させ、ガスタービン発電装置９の燃料として供給することができる。
これにより、従来の高炉ガスの利用方法として使用していた図３のＴＲＴ５での発電量Iはなくなるが、高炉ガスを高圧で供給しているため、燃料ガス圧縮機９−１で必要な駆動力をIVからIV’に削減できる。空気圧縮機９−５に必要な駆動力IIIは変わらない。
本実施形態においては、前述した構成Ａにより、膨張タービン１４を用いて、製鉄プロセスにおける加熱用燃料を降圧するときに発生する膨張エネルギを用いて、ガスタービン発電装置９の燃料に用いる高炉ガスを昇圧させ、ガスタービン発電装置９の燃料として供給することができる。
これにより、従来の高炉ガスの利用方法として使用していた図３のＴＲＴ５での発電量Iはなくなるが、高炉ガスを高圧で供給しているため、燃料ガス圧縮機９−１で必要な駆動力をIVからIV’に削減できる。空気圧縮機９−５に必要な駆動力IIIは変わらない。
また、ガスタービン発電装置９の総出力VIは一定であるのでガスタービン発電機９−６での発電量はIIからII’に増加する。この増加量は高炉ガス圧縮機１３により回収したエネルギVと等しい。これは従来方式でのＴＲＴ発電量Iより多いので全体として発電量が増加し、高炉ガスのエネルギ利用効率がよくなる。
さらに、ＴＲＴ５の代わりに高炉ガス圧縮機１３及び膨張タービン１４を設置する必要があるものの、ガスタービン発電装置９の燃料ガス圧縮機９−１を小型化することができ、ガスホルダ８に貯蔵する高炉ガスの量が減少するため、ガスホルダ８の容量も小さくすることができ、全体として設備コストを低減することができる。
さらに、ＴＲＴ５の代わりに高炉ガス圧縮機１３及び膨張タービン１４を設置する必要があるものの、ガスタービン発電装置９の燃料ガス圧縮機９−１を小型化することができ、ガスホルダ８に貯蔵する高炉ガスの量が減少するため、ガスホルダ８の容量も小さくすることができ、全体として設備コストを低減することができる。
なお、清浄化された高炉ガスの圧力は、高炉の操業状態によって圧力と流量が変動するが、ガスタービン発電に用いる高炉ガスの圧力と流量は一定に保つことがガスタービン発電装置９の操業上好ましい。
そこで、高炉ガス圧縮機１３および膨張タービン１４を通過させる高炉ガスの流量を一定にし、残りの高炉ガスは減圧弁６を通過させて大気圧に降圧させた後、ガスホルダ８に貯蔵することにより、ガスタービン発電に用いる高炉ガスの圧力と流量を一定に保つことができる。
そこで、高炉ガス圧縮機１３および膨張タービン１４を通過させる高炉ガスの流量を一定にし、残りの高炉ガスは減圧弁６を通過させて大気圧に降圧させた後、ガスホルダ８に貯蔵することにより、ガスタービン発電に用いる高炉ガスの圧力と流量を一定に保つことができる。
本発明においては、減圧弁６を通過する高炉ガスの流量を制御する方法は問わないが、流量計１６にて高炉ガス圧縮機１３及び膨張タービン１４に導入される高炉ガスの流量を測定し、この流量が一定になるように流量調整弁１５の開度を調整することにより、高炉ガス圧縮機１３及び膨張タービン１４に導入される流量を調整することができる。
図１Ａに戻って、本発明に適用する二酸化炭素の分離吸収法としては、例えば化学吸収法を用いて、アミン類などの化学吸収液を用いる。
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。
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。
他方、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９おいて、燃焼し、排気ガスは二酸化炭素吸収液加熱用熱交換器９−４Ａを経て煙突から大気中に放出される。
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。
前記のとおり、ガスタービン発電装置９からの排ガスは、その熱を先の吸収塔で二酸化炭素除去に用いた吸収液の再生に利用される。従って、新たな加熱手段を設けることなく、二酸化炭素の分離回収を効率よく、且つ多量の高炉ガスの処理が可能となる。
他方、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９おいて、燃焼し、排気ガスは二酸化炭素吸収液加熱用熱交換器９−４Ａを経て煙突から大気中に放出される。
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。
前記のとおり、ガスタービン発電装置９からの排ガスは、その熱を先の吸収塔で二酸化炭素除去に用いた吸収液の再生に利用される。従って、新たな加熱手段を設けることなく、二酸化炭素の分離回収を効率よく、且つ多量の高炉ガスの処理が可能となる。
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3の蒸気タービン９−７を設置する必要がなく、設備を簡素にしながらエネルギを有効に活用することが可能である。また、高炉ガスを燃料として使用する前に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（コークスガス）等の増燃剤の添加量を削減することができる。
また、前記のとおり、分離回収された二酸化炭素は、例えば、圧縮処理され超臨界状態で地中に圧入されるので、大気中に排出される二酸化炭素を大幅に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。
また、前記のとおり、分離回収された二酸化炭素は、例えば、圧縮処理され超臨界状態で地中に圧入されるので、大気中に排出される二酸化炭素を大幅に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。
［第２実施形態］
図１Ｂには本発明の第２実施形態が示されている。
図１Ｂ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、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１Ｂには本発明の第２実施形態が示されている。
図１Ｂ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、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。
［第３実施形態］
図４には本発明の第３実施形態が示されている。
図４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４には本発明の第３実施形態が示されている。
図４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。
［第４実施形態］
図２Ａには本発明の第４実施形態が示されている。
図２Ａ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９−４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収した吸収液から二酸化炭素を分離するために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。
かかる構成を有する高炉ガスからの二酸化炭素分離回収方法の適用方法は、前記吸収液の加熱に必要な熱量が前記ガスタービン９−７の排ガスの持つ熱量と比較して著しく少ない場合に実施すると好ましい。
図２Ａには本発明の第４実施形態が示されている。
図２Ａ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９−４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収した吸収液から二酸化炭素を分離するために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。
かかる構成を有する高炉ガスからの二酸化炭素分離回収方法の適用方法は、前記吸収液の加熱に必要な熱量が前記ガスタービン９−７の排ガスの持つ熱量と比較して著しく少ない場合に実施すると好ましい。
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Ｉ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。
［第５実施形態］
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、その構成は前記図２Ａ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２Ａ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、その構成は前記図２Ａ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２Ａ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。
［変形例］
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。
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。
本発明の高炉ガスからの二酸化炭素分離回収方法は、清浄化された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工程、高炉ガス中及びまたは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多量の二酸化炭素を吸収した吸収液を加熱・再生する工程として利用できる。
１…ダストキャッチャ
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
１３…高炉ガス圧縮機
１４…膨張タービン
１５ 流量調整弁
１６ 流量計
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
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
１３…高炉ガス圧縮機
１４…膨張タービン
１５ 流量調整弁
１６ 流量計
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 (3)
- 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膨張タービンに導入し、減圧させたのちガスホルダに貯蔵して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前記膨張タービンで駆動される高炉ガス圧縮機に導入し、昇圧させたのち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
ことを特徴とする高炉ガスの利用プロセスにおける高炉ガスからの二酸化炭素の分離回収方法。 - 請求項１記載の高炉ガスの利用プロセスにおける高炉ガスからの二酸化炭素の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の利用プロセスにおける高炉ガスからの二酸化炭素の分離回収方法。 - 請求項１または請求項２に記載の高炉ガスの利用プロセスにおける高炉ガスからの二酸化炭素の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の利用プロセスにおける高炉ガスからの二酸化炭素の分離回収方法。
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