JP2009226367A - 脱硫脱炭装置および二酸化炭素除去方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】吸収塔1内の下部に外部から導入された燃焼排ガスから硫黄酸化物を吸収して分離するとともに煤塵を分離する脱硫部2を設ける。また、この吸収塔1内の上部に前記脱硫部2で硫黄酸化物が吸収分離された燃焼排ガスから二酸化炭素を吸収して分離する脱炭部4を設けることでスペース効率の向上を図る。また、脱硫部2において、燃焼排ガスに含まれる硫黄酸化物を当該硫黄酸化物濃度が1ppm以下となるまで除去し、かつ、燃焼排ガスに含まれる煤塵を3mg/m3N以下となるまで除去する。これにより、脱炭部4において二酸化炭素を吸収するアミン吸収液の劣化を防止し、エネルギ効率の向上を図ることができる。
【選択図】図1
Description
それに対して近年、地球温暖化が問題となり、排煙(燃焼排ガス)からさらに温室効果ガスとしての二酸化炭素(CO2)を取り除くことが要望されている。
現在、大気中に放出されるCO2のうちの比較的多くの部分を、火力発電所における石炭等化石燃料の燃焼により発生するCO2が占めている。
そして、このようなCO2の放出を防止するために、火力発電所で発生するCO2を地下深くに注入して封じ込めることも試みられている。
CO2の分離回収方法としては、様々なものが知られており、液体にCO2を吸収させ吸収法や、多孔質の合成ゼオライトや活性炭に吸着させる吸着法や、膜でCO2を分離する膜分離法などがある。
このような条件で、好適なCO2の分離回収方法としては、例えば、前記吸収法のうちの化学反応を伴なう反応吸収法で、吸収液として、例えば、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジグリコールアミン、ジイソプロパノールアミン、メチルジエタノールアミン等のアルカノールアミン(有機アミン類)の水溶液を用いるアミン吸収法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
また、アミン吸収法において、SOx濃度が高い排煙をアミン吸収液と接触させるとアミン吸収液のCO2の吸収能力が低下し、実用的ではない。また、排煙に含まれる煤塵によってもアミン吸収液が劣化する。
外部から燃焼排ガスが導入されて処理された後に外部に導出される吸収塔と、
当該吸収塔内の下部に設けられ、外部から導入された燃焼排ガスから硫黄酸化物を吸収して分離するとともに煤塵を分離する脱硫部と、
当該吸収塔内の上部に設けられ、前記脱硫部で硫黄酸化物が吸収分離された燃焼排ガスから二酸化炭素を吸収して分離する脱炭部と、
前記脱硫部には、石灰石を含んで硫黄酸化物を吸収する脱硫用吸収液が貯留された脱硫槽と、
当該脱硫槽の上に設けられ、燃焼排ガスが外部から導入される吸収塔排ガス導入部と、
当該吸収塔排ガス導入部から導入された燃焼排ガスを前記脱硫槽の脱硫用吸収液内に噴出して分散させる複数のガス分散管と、
前記脱硫用吸収液から放出された脱硫処理済みの燃焼排ガスを脱炭部に導出する脱硫側排ガス導出部と、
当該ガス導出部に設けられ、前記脱硫槽で硫黄酸化物が吸収分離された燃焼排ガス中に残る硫黄酸化物を触媒作用を利用して酸化するとともに水分との反応により硫酸を生成して除去する触媒脱硫手段とが備えられ、
前記脱炭部には、
前記脱硫側排ガス導出部から導出された燃焼排ガスが導入される脱炭側排ガス導入部と、
当該脱炭側排ガス導入部から導入された燃焼排ガスが通過し、かつ、表面に二酸化炭素を吸収するアミン吸収液が保持される繊維状液分散材を備え、アミン吸収液と燃焼排ガスを気液接触させて二酸化炭素を吸収する脱炭帯域と、
前記脱炭帯域のアミン吸収液に接触して脱炭処理済みの燃焼排ガスを前記吸収塔の外部に導出する吸収塔排ガス導出部とを備えたことを特徴とする。
さらに、脱硫用吸収液、たとえば、石灰石粉のスラリーに燃焼排ガスを噴出して分散して、硫黄酸化物を除去するだけではなく、さらに、触媒作用により硫黄酸化物を酸化するともに水分と反応させて硫酸を生じさせることで硫黄酸化物を除去するので、燃焼排ガスに含まれる硫黄酸化物の濃度が高い場合でも、たとえば1ppmレベルまで硫黄酸化物濃度を下げることができる。
前記脱硫槽には、当該脱硫槽に石灰石を含む脱硫用吸収液を供給する脱硫用吸収液供給手段と、当該脱硫槽に酸素を供給する酸素供給手段と、当該脱硫層から抜き取った脱硫用吸収液から煤塵と脱硫により生じた石膏とを分離する石膏分離手段とが接続され、
前記脱炭帯域には、当該脱炭帯域で二酸化炭素を吸収したアミン吸収液を加熱して二酸化炭素を分離することにより当該アミン吸収液を再生して再び前記脱炭帯域に戻して循環させるアミン吸収液再生循環手段が接続されていることを特徴とする。
また、アミン吸収液も脱炭帯域から抜き取られて加熱されることで、二酸化炭素と分離されて再利用される。
硫黄酸化物を吸収する脱硫用吸収液中に燃焼排ガスを高速で噴出させて分散させることにより燃焼排ガスに含まれる硫黄酸化物を脱硫用吸収液に吸収させるとともに煤塵を除去し、次いで、硫黄酸化物を触媒作用により酸化するとともに水分との反応により硫酸を生成して除去する触媒層に燃焼排ガスを通過させることにより、燃焼排ガス中に残る硫黄酸化物を分離することで、燃焼排ガスに含まれる硫黄酸化物の濃度を1ppm以下とし、かつ、燃焼排ガスに含まれる煤塵を3mg/m3N以下とした後に、
前記燃焼排ガスを前記脱硫用吸収液より上側に設けられるとともに200〜400m2/m3の表面積を有する繊維状液分散材を備えた脱炭帯域を通過させて、前記繊維状液分散材の表面に保持されたアミン吸収液に当該燃焼排ガスを接触処理することで当該燃焼排ガスから二酸化炭素を分離除去することを特徴とする。
また、燃焼排ガスからの二酸化炭素除去の前に、脱炭用吸収液に硫黄酸化物を吸収させ、さらに触媒により硫黄酸化物を酸化するとともに水分と反応させて硫酸とすることで燃焼排ガスから硫黄酸化物を除去する。これによって、燃焼排ガス中の硫黄酸化物濃度を1ppm以下とし、煤塵を3mg/m3N以下とすることができる。
そして、燃焼排ガス中の硫黄酸化物濃度および煤塵量を確実に低下させることで、二酸化炭素を除去する際に用いられるアミン吸収液の劣化を確実に防止し、アミン吸収液を長期に渡って安定して使用することができることからエネルギ効率の向上を図ることができる。
図1は本発明の実施の形態の脱硫脱炭装置を示すものである。
図1に示す脱硫脱炭装置は、例えば、火力発電所、工場等のボイラやその他の燃焼設備から排出される燃焼排ガスから煤塵と、硫黄酸化物と、二酸化炭素とを分離回収するものである。
なお、脱炭部4のうち後述のアミン吸収液貯留槽49は、吸収塔1下部の脱硫部2側に設けられている。
また、脱硫槽21内部には、撹拌機29の撹拌羽28が設けられるとともに、脱硫槽21内に例えばブロワにより空気(酸素)を供給する酸素供給手段(図示略)が設けられている。
そして、吸収塔排ガス導入部22には、吸収塔1の外部から燃焼排ガスが例えばファンにより送り込まれることになる。なお、この際には、工業用水または脱硫用吸収液を燃焼排ガスに噴霧して、燃焼排ガスを冷却して温度を低下させることが好ましい。
すなわち、ガス分散管23は、脱硫側隔壁25から鉛直方向に垂設されるとともに、縦横に複数列に並んだ状態となっている。
そして、ガス分散管23の上端は、脱硫側隔壁25の上面側に開口して吸収塔排ガス導入部22に連通し、ガス分散管23の下端部は、脱硫用吸収液の液面より下側で開口した状態となっている。
この際にガス分散管23の下端部から噴出した燃焼排ガスと、脱硫用吸収液とが激しく混合することでジェットバブル(気泡)が生じ、脱硫用吸収液の液面部分にジェットバブリング層(気泡層)が形成され、この気泡層で高効率な気液接触が行われる。これにより、燃焼排ガス中の硫黄酸化物と脱硫用吸収液中の酸素と石灰石粒子とが反応し石膏が析出する。例えば、硫黄酸化物としての亜硫酸ガスが酸化されるとともに、脱硫用吸収液の石灰石によって中和される反応が行われて、脱硫用吸収液中に硫黄酸化物が吸収されることで、燃焼排ガス中から硫黄酸化物が分離除去される。
なお、脱硫槽21では、上述の硫黄酸化物と石灰石との反応で、石灰石が消費されるので、石灰石のスラリー(脱硫用吸収液)を脱硫槽21に供給する脱流用吸収液供給手段が設けられている。なお、脱流用吸収液供給手段は、例えば、石灰石と水とを混合した状態で貯留する石灰スラリーピットと、石灰粉を石灰スラリーピットに供給する石灰石分サイロと、石灰スラリーピットのスラリーを脱硫槽に供給する石灰スラリーポンプとを備える。
なお、石膏分離手段は、例えば、スラリーを脱水する脱水機で構成されている。なお、スラリーには上述のように石灰石も含まれている。なお、脱水された石膏は、石膏ボードやセメント混合用材等として利用可能である。
なお、脱硫槽21の脱硫用吸収液の液面より上側の空間と、脱硫側排ガス導出部24との間には、後述の触媒脱硫手段51が設けられている。
なお、この例では、吸収塔1の中央部に一つだけガスライザが設けられた構成となっている。また、縦隔壁11には、脱硫槽21の上の空間部分とガスライザとなる脱硫側排ガス導出部24とを連通させる複数の開口部が設けられ、各開口部に触媒脱硫手段51が設けられている。
そして、触媒脱硫手段51の触媒としては、たとえば、活性炭にフッ素樹脂を混合、担持した活性炭触媒(撥水性活性炭触媒)が高い脱硫性能を有することが知られており、この活性炭触媒を用いる。なお、活性炭として活性炭素繊維を用いた触媒も知られており、このような触媒を用いてもよい。
第1ミストエリミネータ53と第2ミストエリミネータ54とは、燃焼排ガスに同伴されるミスト(微小液滴)を除去するようになっている。
第2ミストエリミネータ54は、洗浄液が散布された触媒ブロック52を通過する脱硫済みの燃焼排ガスが同伴するミスト(洗浄液、希硫酸)を除去するものであり、周知のミストエリミネータを使用することができる。
アミン吸収液貯留槽49は、前記アミン吸収液散布手段61によりアミン吸収液が散布された繊維状液分散材からなる脱炭帯域42から流下するアミン吸収液を受けて貯留し、かつ、貯留されたアミン吸収液は再びアミン吸収液散布手段61によって、脱炭帯域42に散布される。なお、後述のようにアミン吸収液貯留槽49から送出されるアミン吸収液は、後述のアミン再生装置71で加熱により二酸化炭素が分離された後にアミン吸収液散布手段61に返送されるようになっている。
繊維状液分散材としては、気液接触装置に用いられる周知のものを用いることができるが、後述のようにその表面積が200〜400m2/m3となっているものを用いる。
なお、表面積は、繊維の太さ等の断面形状や、空間内の繊維の密度によって変更することが可能である。
そして、脱炭帯域42は、燃焼排ガスが通過可能となっており、燃焼排ガスが脱炭帯域42の繊維状液分散材の表面に保持されたり、表面を流下したりしているアミン吸収液に気液接触することになる。
そして、二酸化炭素を吸収したアミン吸収液は、上から散布されるアミン吸収液により押し流されて脱炭帯域42から下方に流下してアミン吸収液貯留槽49に貯留される。そして、ポンプ73によりアミン吸収液貯留槽49のアミン吸収液が吸い出されてアミン再生装置71に送られ、アミン再生装置71の再生反応器72でアミン吸収液が加熱されて二酸化炭素が分離されるとともに、アミン吸収液が再生される。
また、脱炭帯域42を通過した燃焼排ガスは、吸収塔排ガス導出部48に至るとともに、第3エリミネータによりアミン吸収液のミストを除去され、吸収塔1から外部に導出される。外部に導出された燃焼排ガスはたとえば煙突等を介して外気に放出される。
そして、再生反応器72に送られたアミン吸収液は、加熱器78によりスチームで加熱される。そして、加熱されることによりアミン吸収液から二酸化炭素が配管80を介して冷却器81および第4ミストエリミネータ82に送られる。そして、分離された二酸化炭素が水により冷却されてから第4ミストエリミネータ82でミストを除去され、二酸化炭素の貯留設備に送られる。
また、再生されたアミン吸収液は、配管75を通りポンプ77によりアミン吸収液散布手段61に送られ、脱炭帯域42に散布される。なお、この際に加熱されたアミン吸収液は、熱交換器90で予冷された後に冷却器76により冷却される。
このアミン再生装置71により、脱炭帯域42で、燃焼排ガスと接触して二酸化炭素を吸収したアミン吸収液から加熱により二酸化炭素が分離され、このアミン吸収液が再び、脱炭帯域42に返送される。
燃焼設備から排出される燃焼排ガスは、ファンにより吸収塔1の吸収塔排ガス導入部22に導入される。そして、この際の吸収塔における装置空塔速度は、1〜2m/sとなっていることが好ましい。
また、スパージングパイプからのスパージングガスとしての燃焼排ガスの噴出し速度が15〜30m/sとなっていることが好ましい。
そして、上述のようにこの例では、ガス分散管23から脱硫用吸収液に噴出した燃焼ガスがジェットバブリング状態となり脱硫用吸収液に気泡層が形成され、高い気液接触率で燃焼排ガスが脱硫用吸収液に接触し、当該燃焼排ガスから硫黄酸化物が吸収されることになる。また、この燃焼排ガスと脱硫用吸収液との接触により煤塵が除去されることになる。
そして、脱硫用吸収液に噴出された燃焼排ガスにおいては、たとえば、当該燃焼排ガスに含まれる硫黄酸化物の99%以上を除去された状態となり、さらに触媒脱硫手段51により硫黄酸化物が除去されることにより残りの硫黄酸化物が99.5%以上除去され、これによって、燃焼排ガスに含まれる硫黄酸化物濃度を1pmm以下とし、かつ、煤塵を3mg/m3N以下とする。
なお、触媒脱硫手段51の触媒ブロック52での空塔速度は、4m/s以下となる。
そして、ガスライザ内を上昇する燃焼排ガスは、繊維状液分散材が充填された脱炭帯域42を通過し、この際に二酸化炭素が除去される。そして、この際の脱炭帯域42における空塔速度は1〜3m/sとなる。
2 脱硫部
21 脱硫槽
22 吸収塔排ガス導入部
23 ガス分散管
24 脱硫側排ガス導出部
4 脱炭部
42 脱炭帯域
46 脱炭側排ガス導入部
48 吸収塔排ガス導出部
51 触媒脱硫手段
52 触媒ブロック(触媒層)
71 アミン再生装置(アミン吸収液再生循環手段)
Claims (3)
- 燃焼排ガスから硫黄酸化物と二酸化炭素とを分離回収する脱硫脱炭装置であって、
外部から燃焼排ガスが導入されて処理された後に外部に導出される吸収塔と、
当該吸収塔内の下部に設けられ、外部から導入された燃焼排ガスから硫黄酸化物を吸収して分離するとともに煤塵を分離する脱硫部と、
当該吸収塔内の上部に設けられ、前記脱硫部で硫黄酸化物が吸収分離された燃焼排ガスから二酸化炭素を吸収して分離する脱炭部と、
前記脱硫部には、石灰石を含んで硫黄酸化物を吸収する脱硫用吸収液が貯留された脱硫槽と、
当該脱硫槽の上に設けられ、燃焼排ガスが外部から導入される吸収塔排ガス導入部と、
当該吸収塔排ガス導入部から導入された燃焼排ガスを前記脱硫槽の脱硫用吸収液内に噴出して分散させる複数のガス分散管と、
前記脱硫用吸収液から放出された脱硫処理済みの燃焼排ガスを脱炭部に導出する脱硫側排ガス導出部と、
当該ガス導出部に設けられ、前記脱硫槽で硫黄酸化物が吸収分離された燃焼排ガス中に残る硫黄酸化物を触媒作用を利用して酸化するとともに水分との反応により硫酸を生成して除去する触媒脱硫手段とが備えられ、
前記脱炭部には、
前記脱硫側排ガス導出部から導出された燃焼排ガスが導入される脱炭側排ガス導入部と、
当該脱炭側排ガス導入部から導入された燃焼排ガスが通過し、かつ、表面に二酸化炭素を吸収するアミン吸収液が保持される繊維状液分散材を備え、アミン吸収液と燃焼排ガスを気液接触させて二酸化炭素を吸収する脱炭帯域と、
前記脱炭帯域のアミン吸収液に接触して脱炭処理済みの燃焼排ガスを前記吸収塔の外部に導出する吸収塔排ガス導出部とを備えたことを特徴とする脱硫脱炭装置。 - 前記脱硫部では、前記ガス分散管から前記脱硫槽内に燃焼排ガスを噴出してジェットバブリングさせることで脱硫用吸収液内に気泡層を形成することにより脱硫用吸収液に硫黄酸化物を吸収させ、
前記脱硫槽には、当該脱硫槽に石灰石を含む脱硫用吸収液を供給する脱硫用吸収液供給手段と、当該脱硫槽に酸素を供給する酸素供給手段と、当該脱硫層から抜き取った脱硫用吸収液から煤塵と脱硫により生じた石膏とを分離する石膏分離手段とが接続され、
前記脱炭帯域には、当該脱炭帯域で二酸化炭素を吸収したアミン吸収液を加熱して二酸化炭素を分離することにより当該アミン吸収液を再生して再び前記脱炭帯域に戻して循環させるアミン吸収液再生循環手段が接続されていることを特徴とする請求項1に記載の脱硫脱炭装置。 - 硫黄酸化物および炭酸ガスを含有する燃焼排ガスから硫黄酸化物を除去する脱硫機能と、二酸化炭素を除去する脱炭機能とを備えた反応装置内で二酸化炭素を除去する二酸化炭素除去方法であって、
硫黄酸化物を吸収する脱硫用吸収液中に燃焼排ガスを高速で噴出させて分散させることにより燃焼排ガスに含まれる硫黄酸化物を脱硫用吸収液に吸収させるとともに煤塵を除去し、次いで、硫黄酸化物を触媒作用により酸化するとともに水分との反応により硫酸を生成して除去する触媒層に燃焼排ガスを通過させることにより、燃焼排ガス中に残る硫黄酸化物を分離することで、燃焼排ガスに含まれる硫黄酸化物の濃度を1ppm以下とし、かつ、燃焼排ガスに含まれる煤塵を3mg/m3N以下とした後に、
前記燃焼排ガスを前記脱硫用吸収液より上側に設けられるとともに200〜400m2/m3の表面積を有する繊維状液分散材を備えた脱炭帯域を通過させて、前記繊維状液分散材の表面に保持されたアミン吸収液に当該燃焼排ガスを接触処理することで当該燃焼排ガスから二酸化炭素を分離除去することを特徴とする二酸化炭素除去方法。
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