JP2010207729A - System for recovering carbon dioxide from exhaust gas - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、火力発電所等のボイラから排出される燃焼排ガス(以下、排ガスという)に含まれる二酸化炭素を回収する排ガスからの二酸化炭素回収システムに関する。 The present invention relates to a carbon dioxide recovery system from exhaust gas for recovering carbon dioxide contained in combustion exhaust gas (hereinafter referred to as exhaust gas) discharged from a boiler such as a thermal power plant.
近年、大気中の炭酸ガス量の増加と、いわゆる温室効果による大気温度上昇との関係が問題視されており、例えば石炭焚きボイラを有する火力発電所等からの排ガスが発生源の一つとして指摘されている。 In recent years, the relationship between an increase in the amount of carbon dioxide in the atmosphere and an increase in atmospheric temperature due to the so-called greenhouse effect has been regarded as a problem. For example, exhaust gas from a thermal power plant with a coal-fired boiler is pointed out as one of the sources Has been.
この対策として、二酸化炭素を含む排ガスを冷却することにより当該二酸化炭素を固化させてドライアイスとし、このドライアイスを回収することにより排ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収装置(サブリメータ)が公知である(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。 As a countermeasure, a carbon dioxide recovery device (sublimator) is known that cools exhaust gas containing carbon dioxide to solidify the carbon dioxide into dry ice and recovers carbon dioxide from the exhaust gas by recovering the dry ice. Yes (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).
この従来の二酸化炭素回収装置は、二酸化炭素の固化温度以下の冷媒(例えば、液体窒素)を流す伝熱管(例えば、フィンチューブ)を内部に有し、排ガスと冷媒とを間接熱交換させる容器を備えて構成されている。 This conventional carbon dioxide recovery device has a heat transfer tube (for example, a fin tube) for flowing a refrigerant (for example, liquid nitrogen) below the solidification temperature of carbon dioxide inside, and a container for indirectly heat-exchanging the exhaust gas and the refrigerant. It is prepared for.
分離された固体二酸化炭素(ドライアイス)は、サイクロンにて排ガスと分離され、例えば、上記容器とは別体で構成されたドライアイス溶融機等によって加温・加圧され、液化される。 The separated solid carbon dioxide (dry ice) is separated from the exhaust gas by a cyclone, and is heated and pressurized by, for example, a dry ice melting machine formed separately from the container and liquefied.
しかしながら、上記従来技術にあっては、固体二酸化炭素を液化するために、固体二酸化炭素を加温或いは加圧する手段を別途必要とし、ヒータ等による加温エネルギーや加圧するための動力を必要とするので、固体二酸化炭素の液化に必要なエネルギー消費が大きかった。 However, in the above prior art, in order to liquefy solid carbon dioxide, a means for heating or pressurizing solid carbon dioxide is required separately, and heating energy by a heater or the like and power for pressurization are required. Therefore, energy consumption required for liquefaction of solid carbon dioxide was large.
したがって、排ガスから回収された固体二酸化炭素の液化に必要なエネルギーを削減でき、システム全体のエネルギー効率を高めることができる手段の提供が望まれていた。 Therefore, it has been desired to provide means capable of reducing energy required for liquefying solid carbon dioxide recovered from exhaust gas and improving the energy efficiency of the entire system.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、排ガスから回収された固体二酸化炭素の液化に必要なエネルギーを削減でき、システム全体のエネルギー効率を高めることができる排ガスからの二酸化炭素回収システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and can reduce the energy required for liquefying solid carbon dioxide recovered from exhaust gas, and can improve the energy efficiency of the entire system. The purpose is to provide.
上記目的を達成するため、本発明は、以下のような排ガスからの二酸化炭素回収システムを提供する。 In order to achieve the above object, the present invention provides the following carbon dioxide recovery system from exhaust gas.
(1) ボイラから排出された排ガスから二酸化炭素を冷却固化して固体二酸化炭素として回収する二酸化炭素回収装置を備えた排ガスからの二酸化炭素回収システムであって、前記固体二酸化炭素及び液体二酸化炭素を貯蔵可能に構成された圧力容器と、前記二酸化炭素回収装置と前記圧力容器とを接続し、当該二酸化炭素回収装置から前記圧力容器に前記固体二酸化炭素を導入する導入路と、前記導入路を開閉する導入路開閉手段と、前記圧力容器に接続され当該圧力容器から前記液体二酸化炭素を排出する排出路と、前記排出路を開閉する排出路開閉手段と、前記圧力容器の内部状態を監視する監視手段と、前記監視手段による監視結果に基づいて前記導入路開閉手段及び前記排出路開閉手段を開閉制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記排出路開閉手段を閉じ、前記導入路開閉手段を開くことによって前記圧力容器に前記固体二酸化炭素を導入して貯蔵し、前記監視結果に基づいて前記固体二酸化炭素が所定量貯蔵されたと判断したときに、前記導入路開閉手段及び前記排出路開閉手段を閉じて前記圧力容器を密閉し、前記監視結果に基づいて前記固体二酸化炭素が前記液体二酸化炭素に変化したと判断したときに、前記排出路開閉手段を開いて当該液体二酸化炭素を排出することを特徴とする。 (1) A system for recovering carbon dioxide from exhaust gas comprising a carbon dioxide recovery device that cools and solidifies carbon dioxide from exhaust gas discharged from a boiler and recovers it as solid carbon dioxide, wherein the solid carbon dioxide and liquid carbon dioxide are A pressure vessel configured to be storable, and the carbon dioxide recovery device and the pressure vessel are connected to each other, and an introduction path for introducing the solid carbon dioxide from the carbon dioxide recovery device to the pressure vessel, and opening and closing the introduction path An inlet passage opening / closing means for connecting, a discharge passage for discharging the liquid carbon dioxide from the pressure vessel connected to the pressure vessel, a discharge passage opening / closing means for opening / closing the discharge passage, and a monitoring for monitoring an internal state of the pressure vessel. And a control means for controlling opening and closing of the introduction path opening and closing means and the discharge path opening and closing means based on a monitoring result by the monitoring means, The control means closes the discharge path opening / closing means and opens the introduction path opening / closing means to introduce and store the solid carbon dioxide in the pressure vessel, and to store a predetermined amount of the solid carbon dioxide based on the monitoring result When it has been determined that the introduction path opening and closing means and the discharge path opening and closing means are closed and the pressure vessel is sealed, and based on the monitoring result, it is determined that the solid carbon dioxide has changed to the liquid carbon dioxide Further, the liquid carbon dioxide is discharged by opening the discharge path opening / closing means.
制御手段は、監視手段による監視結果に基づいて圧力容器に固体二酸化炭素が所定量貯蔵されたと判断した場合には、導入路開閉手段及び排出路開閉手段を閉じて圧力容器を密閉状態とする。すると、圧力容器内の固体二酸化炭素は、例えば常温下で自然に加温される。すなわち、この自然加温によって固体二酸化炭素は加圧され、液化する。 When the control means determines that a predetermined amount of solid carbon dioxide has been stored in the pressure vessel based on the monitoring result of the monitoring means, the control means closes the introduction path opening / closing means and the discharge path opening / closing means to bring the pressure container into a sealed state. Then, the solid carbon dioxide in the pressure vessel is naturally heated, for example, at room temperature. That is, the solid carbon dioxide is pressurized and liquefied by this natural heating.
したがって、(1)の発明によれば、固体二酸化炭素(ドライアイス)を液化させるためにヒータ等による加温エネルギーを必要としないので、排ガスから回収された二酸化炭素の液化に必要なエネルギーを削減でき、システム全体のエネルギー効率を高めることができる。 Therefore, according to the invention of (1), since heating energy by a heater or the like is not required to liquefy solid carbon dioxide (dry ice), energy required for liquefying carbon dioxide recovered from exhaust gas is reduced. This can increase the energy efficiency of the entire system.
(2) (1)の発明においては、前記圧力容器を複数備え、前記制御手段は、複数の前記圧力容器のうち、一部の前記圧力容器で前記固体二酸化炭素が貯蔵されているときに他の前記圧力容器で前記固体二酸化炭素の液化が行われ、かつ、当該固体二酸化炭素の貯蔵と液化とがそれぞれの前記圧力容器において交互に行われるように、前記導入路開閉手段及び前記排出路開閉手段を開閉制御することが好ましい。 (2) In the invention of (1), a plurality of the pressure vessels are provided, and the control means is provided when the solid carbon dioxide is stored in some of the pressure vessels among the plurality of pressure vessels. The solid-state carbon dioxide is liquefied in the pressure vessel, and the solid-state carbon dioxide is stored and liquefied alternately in the pressure vessels. It is preferable to control the opening and closing of the means.
(2)の発明によれば、固体二酸化炭素の貯蔵と液化とがそれぞれの圧力容器において交互に行われるので、液体二酸化炭素を連続的に生成することができる。 According to the invention of (2), since storage and liquefaction of solid carbon dioxide are alternately performed in each pressure vessel, liquid carbon dioxide can be continuously generated.
(3) (1)又は(2)に記載の発明においては、前記監視手段は、前記圧力容器の前記固体二酸化炭素の量を検出する固体二酸化炭素量検出手段と、前記圧力容器の内部の温度を検出する温度検出手段と、前記圧力容器の内部の圧力を検出する圧力検出手段と、を備えることが好ましい。 (3) In the invention described in (1) or (2), the monitoring means includes a solid carbon dioxide amount detecting means for detecting the amount of the solid carbon dioxide in the pressure vessel, and a temperature inside the pressure vessel. It is preferable to include temperature detection means for detecting the pressure and pressure detection means for detecting the pressure inside the pressure vessel.
(3)の発明によれば、制御手段は、固体二酸化炭素量検出手段により圧力容器に貯蔵された固体二酸化炭素の量を容易に検出することができると共に、温度検出手段及び圧力検出手段によって得られた温度及び圧力情報から圧力容器内の二酸化炭素の相状態を容易に検出することができるので、導入路開閉手段及び排出路開閉手段を適宜のタイミングで開閉制御することができる。 According to the invention of (3), the control means can easily detect the amount of solid carbon dioxide stored in the pressure vessel by the solid carbon dioxide amount detection means, and can be obtained by the temperature detection means and the pressure detection means. Since the phase state of carbon dioxide in the pressure vessel can be easily detected from the obtained temperature and pressure information, the introduction path opening / closing means and the discharge path opening / closing means can be controlled to open / close at appropriate timing.
本発明によれば、排ガスから回収された固体二酸化炭素の液化に必要なエネルギーを削減でき、システム全体のエネルギー効率を高めることができる。 According to the present invention, energy required for liquefying solid carbon dioxide recovered from exhaust gas can be reduced, and the energy efficiency of the entire system can be increased.
以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment.
<二酸化炭素回収システム全体の概略説明>
図1は、本実施形態に係る二酸化炭素回収システム10を示す概略図である。図1に示すように、二酸化炭素回収システム10は、例えば、石炭焚きのボイラ11を有する火力発電所等から排出される排ガスから二酸化炭素を回収するためのものである。
<Overview of the entire carbon dioxide recovery system>
FIG. 1 is a schematic diagram showing a carbon
二酸化炭素回収システム10は、ボイラ11から排出された排ガスから二酸化炭素を冷却固化して固体二酸化炭素(ドライアイス)として回収するサブリメータ(二酸化炭素回収装置)35と、ボイラ11から排出された排ガスをサブリメータ35に供給する排ガス供給経路(後述するラインL1,L2,L3,L4)と、サブリメータ35を経た排ガスを煙突50に導く経路である排ガス排出経路(後述するラインL10a,L10b,L11,L12)と、熱交換器13,14,15,32と、排ガスが含む水分を凝縮させ除去するコンデンサ16と、コンデンサ16を経た排ガスが含む水分を更に除去するドライヤ20,24と、を備える。
The carbon
<サブリメータの説明>
サブリメータ35は、ボイラ11から排出された二酸化炭素を含む排ガスを冷却することにより当該二酸化炭素を固化させてドライアイスとして回収する装置である。このサブリメータ35は、二酸化炭素の固化温度以下の冷媒(例えば、液体窒素)を流す伝熱管を内部に有し、排ガスと当該冷媒とを間接熱交換させるように構成されている。
<Explanation of sublimator>
The
サブリメータ35内の伝熱管に流通させる冷媒は、冷却器37によって冷媒配管38を介して供給される。サブリメータ35の底部には、サブリメータ35で生成されたドライアイスを、後述する一対の二酸化炭素貯蔵液化タンク41,44に選択的に排出する排出部36が設けられている。排出部36は、後述する制御装置60によってドライアイスの排出先を制御される。なお、サブリメータ35で生成されたドライアイスの液化処理については、後述する。
The refrigerant to be circulated through the heat transfer pipe in the
<排ガス供給経路の説明>
排ガス供給経路は、ボイラ11から排出された排ガスをサブリメータ35に供給する経路である。すなわち、排ガス供給経路は、ボイラ11の煙道11aからコンデンサ16に至るラインL1と、コンデンサ16からドライヤ20,24に至るラインL2と、ドライヤ20,24から熱交換器32に至るラインL3と、熱交換器32からサブリメータ35に至るラインL4と、からなる。
<Description of exhaust gas supply route>
The exhaust gas supply path is a path for supplying the exhaust gas discharged from the
なお、ラインL1には、煙道11aから排ガスを導くためのブロア12や、排ガスに含まれる硫黄酸化物や窒素酸化物等を分離・除去するための、図示しない脱硫処理装置や脱硝処理装置が設けられている。また、図1において、ボイラ11からの煙道11aは、ラインL1〜ラインL12を経由せずに煙突50に接続されたバイパスラインを含んでいる。このバイパスラインは、ラインL1〜ラインL14中に含まれる構成機器(例えば、サブリメータ35等)に不具合等が生じた場合に連通されるものであり、通常運転時には連通されていない。
The line L1 includes a
<排ガス排出経路の説明>
排ガス排出経路は、サブリメータ35を経た排ガスを煙突50に導き、大気に放出する経路である。すなわち、排ガス排出経路は、サブリメータ35から熱交換器32に至るラインL10aと、熱交換器32から熱交換器15に至るラインL10bと、熱交換器15から熱交換器13に至るラインL11と、熱交換器13から煙突50に至るラインL12と、からなる。
<Explanation of exhaust gas discharge route>
The exhaust gas discharge path is a path through which the exhaust gas that has passed through the
<熱交換器の説明>
熱交換器13,14,15は、排ガス供給経路であるラインL1に設けられている。熱交換器13は、煙道11aから流れてきた高温の排ガスと、熱交換器15を経てラインL11を流れてきた低温の排ガスとを熱交換する。また、熱交換器14は、熱交換器13を経た排ガスを更に低温の海水と熱交換する。熱交換器15は、熱交換器14を経た排ガスと、ラインL10bを流れてきた低温の排ガスとを熱交換する。
<Description of heat exchanger>
The
また、熱交換器32は、ラインL3から流れてきた排ガスと、サブリメータ35を経てラインL10aを流れてきた低温の排ガスとを熱交換する。
The heat exchanger 32 exchanges heat between the exhaust gas flowing from the line L3 and the low-temperature exhaust gas flowing through the line L10a via the
<コンデンサの説明>
コンデンサ16は、熱交換器15の下流側であって、ドライヤ20,24の上流側に設けられている。コンデンサ16は、熱交換器15を経た排ガスが含む水分を凝縮させて除去する。すなわち、コンデンサ16は、下流のドライヤ20,24によって排ガスを除湿する前にできるだけ排ガスから水分を除去し、ドライヤ20,24で除湿する際の負荷を低減するために設けられている。なお、凝縮された水は、排水口16aから系外に排出される。
<Description of capacitor>
The
<ドライヤの説明>
ドライヤ20,24は、ラインL1に設けられたコンデンサ16の下流側に一対設けられている。ドライヤ20,24は、コンデンサ16を経た排ガスが含む水分を更に除去する。ドライヤ20,24は、排ガスの水分を吸着すると共に、加熱されることにより吸着した水分を放出して再生する水分吸着剤を備える。この水分吸着剤として、例えば、活性アルミナを用いることが好ましい。
<Description of dryer>
A pair of
一対のドライヤ20,24は、一方が水分の吸着を行っているときに、他方が、吸着した水分の放出(再生)を行うことができるように構成されている。すなわち、ボイラ11の運転中にドライヤ20,24によって連続した除湿が行えるように構成されている。
The pair of
一対のドライヤ20,24とコンデンサ16とは、ラインL2によって接続されている。ラインL2は、ドライヤ20と接続されるラインL2aと、ドライヤ24と接続されるラインL2bとに分岐している。ラインL2aには、流路を開閉するバルブ21が設けられている。ラインL2bには、流路を開閉するバルブ27が設けられている。
The pair of
なお、説明の便宜上、バルブ21は開弁状態となっており、白抜きで表示してある。また、バルブ27は閉弁状態であり、黒塗りで表示してある。このような表示の仕方は、他のバルブ22,25,26,28,29,30及び後述するバルブ42,43,45,46についても同様である。
For convenience of explanation, the
また、ドライヤ20,24は、熱交換器32とラインL3によって接続されている。ラインL3は、ドライヤ20と接続されるラインL3aと、ドライヤ24と接続されるラインL3bとに分岐している。ラインL3aには、流路を開閉するバルブ22(図1では開弁状態)が設けられている。ラインL3bには、流路を開閉するバルブ28(図1では閉弁状態)が設けられている。
The
<再生用排ガス供給経路の説明>
再生用排ガス供給経路は、ラインL12をラインL3に接続するラインL13からなる。ラインL13は、ドライヤ20,24の水分吸着剤を再生させるために、熱交換器13を経たラインL12を流れる高温の排ガスの一部をドライヤ20,24に供給する。
<Description of regeneration exhaust gas supply route>
The regeneration exhaust gas supply path includes a line L13 connecting the line L12 to the line L3. The line L13 supplies a part of the hot exhaust gas flowing through the line L12 that has passed through the
ラインL13は、ドライヤ24(ラインL3b)と接続されるラインL13aと、ドライヤ20(ラインL3a)と接続されるラインL13bとに分岐している。ラインL13aには、流路を開閉するバルブ25(図1では開弁状態)が設けられている。ラインL13bには、流路を開閉するバルブ29(図1では閉弁状態)が設けられている。 The line L13 branches into a line L13a connected to the dryer 24 (line L3b) and a line L13b connected to the dryer 20 (line L3a). The line L13a is provided with a valve 25 (opened state in FIG. 1) for opening and closing the flow path. The line L13b is provided with a valve 29 (opened state in FIG. 1) for opening and closing the flow path.
<排ガス還流経路の説明>
排ガス還流経路は、ラインL2をラインL12に接続するラインL14からなる。ラインL14は、ラインL13から供給されドライヤ20,24を経た排ガスを、ラインL12に戻す。ラインL14は、ドライヤ24(ラインL2b)と接続されるラインL14aと、ドライヤ20(ラインL2a)と接続されるラインL14bとに分岐している。
<Description of exhaust gas recirculation route>
The exhaust gas recirculation path includes a line L14 that connects the line L2 to the line L12. The line L14 returns the exhaust gas supplied from the line L13 and passed through the
ラインL14aには、流路を開閉するバルブ26(図1では開弁状態)が設けられている。ラインL14bには、流路を開閉するバルブ30(図1では閉弁状態)が設けられている。 The line L14a is provided with a valve 26 (opened state in FIG. 1) for opening and closing the flow path. The line L14b is provided with a valve 30 (a closed state in FIG. 1) for opening and closing the flow path.
<ドライアイスを貯蔵・液化する構成の説明>
また、二酸化炭素回収システム10は、ドライアイス及び液体二酸化炭素を貯蔵可能に構成された一対の二酸化炭素貯蔵液化タンク(圧力容器)41,44と、サブリメータ35から二酸化炭素貯蔵液化タンク41,44にドライアイスを導入するライン(導入路)L5,L7と、ラインL5,L7を開閉するバルブ(導入路開閉手段)42,45と、から液体二酸化炭素を排出するライン(排出路)L6,L8と、ラインL6,L8を開閉するバルブ(排出路開閉手段)43,46と、を備える。
<Description of configuration for storing and liquefying dry ice>
Further, the carbon
また、二酸化炭素回収システム10は、二酸化炭素貯蔵液化タンク41,44の内部状態を監視するドライアイス量検出センサ(監視手段、固体二酸化炭素量検出手段)62、温度センサ(監視手段、温度検出手段)63及び圧力センサ(監視手段、圧力検出手段)64と、を備える。
The carbon
また、二酸化炭素回収システム10は、ドライアイス量検出センサ62、温度センサ63及び圧力センサ64による監視結果に基づいてバルブ42,45及びバルブ43,46を開閉制御する制御装置(制御手段)60を備える。
Further, the carbon
一対の二酸化炭素貯蔵液化タンク41,44を設けたのは、一方をドライアイスの貯蔵に用いると共に、他方をドライアイスの液化に用い、液体二酸化炭素を連続的に生成するためである。ドライアイスの貯蔵と液化は、それぞれの二酸化炭素貯蔵液化タンク41,44において、制御装置60によるバルブ42,43,45,46の開閉制御によって交互に行われる。
The pair of carbon dioxide
ラインL5は、排出部36と二酸化炭素貯蔵液化タンク41の上端部とを接続する。ラインL7は、排出部36と二酸化炭素貯蔵液化タンク44の上端部とを接続する。ラインL5,L7には、それぞれ流路を開閉するバルブ42,45が設けられている。
The line L5 connects the
ラインL6は、二酸化炭素貯蔵液化タンク41の下端部に接続され、液化した二酸化炭素を排出する。ラインL8は、二酸化炭素貯蔵液化タンク44の下端部に接続され、液化した二酸化炭素を排出する。
The line L6 is connected to the lower end of the carbon dioxide
ラインL6,L8には、それぞれ流路を開閉するバルブ43,46が設けられている。また、ラインL6,L8は、液化した二酸化炭素を系外に送出するラインL9に接続されている。なお、ラインL9には、液化した二酸化炭素を系外に送出するための図示しない圧力ポンプ等を備えている。
The lines L6 and L8 are provided with
二酸化炭素貯蔵液化タンク41,44は、タンク内部に貯蔵されたドライアイスの量を検出するドライアイス量検出センサ62と、タンク内部の温度を検出する温度センサ63と、タンク内部の圧力を検出する圧力センサ64とを備える。
The carbon dioxide
制御装置60は、ドライアイス量検出センサ62による出力結果に基づいて二酸化炭素貯蔵液化タンク41,44にドライアイスが所定量貯蔵されたか否かを判断する。
The
また、制御装置60は、温度センサ63から得た温度データと、圧力センサ64から得た圧力データとに基づいて二酸化炭素貯蔵液化タンク41,44のドライアイスが液化したか否かを判断する。すなわち、制御装置60には、図3に示すように、二酸化炭素の飽和圧力と温度との関係を示すデータが予め記憶されており、当該データと上記温度データ及び圧力データとから、ドライアイスが液化したか否かを判断する。
Further, the
また、制御装置60は、サブリメータ35からのドライアイスをいずれか一方の二酸化炭素貯蔵液化タンク41,44に排出させるべく、排出部36を制御する。
In addition, the
<二酸化炭素回収システム全体の作用及び効果の説明>
次に、二酸化炭素回収システム10の動作(作用及び効果)について図1、図2及び図3を参照して説明する。ここで、図2は、図1の各ポイント(ポイントP1〜ポイントP14)における熱物質収支計算結果の一例を示す図である。
<Description of the action and effect of the entire carbon dioxide recovery system>
Next, the operation (action and effect) of the carbon
すなわち、図2は、図1の各ポイント(ポイントP1〜ポイントP14)における排ガスの相の種類、温度、圧力、平均分子量、モル流量及び組成を示す。図3は、二酸化炭素の飽和圧力と温度との関係を示すグラフ図である。 That is, FIG. 2 shows the phase type, temperature, pressure, average molecular weight, molar flow rate, and composition of the exhaust gas at each point (points P1 to P14) in FIG. FIG. 3 is a graph showing the relationship between the saturation pressure of carbon dioxide and the temperature.
図1及び図2に示すように、ボイラ11から排出された排ガスは、煙道11aからラインL1を流れ、熱交換器13に向かう。排ガスは、ラインL1のポイントP1において温度が約110℃であり、12で吸引されることにより昇温・昇圧される。排ガスは、熱交換器13の入口であるポイントP2において温度が約128.6℃となる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the exhaust gas discharged from the
熱交換器13に導入された排ガスは、ラインL11を流れる低温の排ガス(ポイントP11で温度が約9.4℃)と熱交換することにより、ポイントP3での出口温度が約60℃となる。そして、熱交換器14では、例えば海水と熱交換することにより、ポイントP4における出口温度は、約15℃となる。なお、このときの海水の入口温度は約15℃であり、出口温度は約21.7℃である。
The exhaust gas introduced into the
続いて、熱交換器15では、ラインL10bを流れる低温の排ガス(ポイントP10で温度が約−18.9℃)と熱交換することにより、ポイントP5での出口温度が約5℃となる。ラインL1を流れる排ガスは、図2に示すように、ポイントP1〜ポイントP3までは気体であるが、ポイントP4及びポイントP5では、水分が約11.4%混ざっており、気液混合状態である。
Subsequently, in the
そこで、コンデンサ16では、排ガスから水分を凝縮水として除去する。これにより、コンデンサ16の下流側のラインL2におけるポイントP6において、水分割合を約0.7%まで低下することができる。
Therefore, the
このように、排ガスが含む水分を、コンデンサ16の出口側、すなわち、ドライヤ20,24の入口側(上流側)で大部分除去しておくことにより、ドライヤ20,24で除湿する際の負荷を低減することができる。なお、コンデンサ16で除去された凝縮水(ポイントP14で温度が約5℃)は、排水口16aから系外に排出される。
Thus, by removing most of the moisture contained in the exhaust gas on the outlet side of the
<ドライヤでの作用及び効果の説明>
コンデンサ16を経た排ガスは、ラインL2を進み、更にラインL2a,L2bを進む。図1においては、ドライヤ20が水分の吸着に用いられ、ドライヤ24が水分吸着剤の再生に用いられている様子を示しているので、バルブ27,28,29,30が閉弁され、バルブ21,22,25,26が開弁されている。したがって、排ガスは、ラインL2aを通り、ドライヤ20に導入される。
<Description of actions and effects in dryer>
The exhaust gas that has passed through the
排ガスは、ドライヤ20内に充填された水分吸着剤よって水分を吸着された後、ラインL3aを流れ、熱交換器32に導入される。ドライヤ20の水分吸着剤として活性アルミナを用いているので、ポイントP7での組成(図2参照)に示されるように、排ガスに含まれる水分を完全に除去することができる。
The exhaust gas is adsorbed by the moisture adsorbent filled in the
また、水分吸着剤の吸着によって排ガスの水分を容易に除去しているので、従来のバブリング方式のドライヤのような除湿用冷媒を冷却するエネルギーが不要である。このため、排ガスから水分を除去するために必要なエネルギーを削減でき、二酸化炭素を効率良く回収することができる。なお、ドライヤ24における水分吸着剤の再生については、後述する。
Further, since the moisture of the exhaust gas is easily removed by the adsorption of the moisture adsorbent, energy for cooling the dehumidifying refrigerant such as a conventional bubbling dryer is unnecessary. For this reason, energy required for removing moisture from the exhaust gas can be reduced, and carbon dioxide can be efficiently recovered. The regeneration of the moisture adsorbent in the
熱交換器32に導入された排ガスは、ポイントP7における温度が約5℃であるが、サブリメータ35を経てラインL10aを流れてきた低温(ポイントP9で温度が約−117℃)の排ガスと熱交換することにより、ポイントP8における温度が約−78℃まで低下する。これにより、排ガスがサブリメータ35に導入される前に当該排ガスの温度を低下させることができ、サブリメータ35における冷却負荷を低減することができる。
The exhaust gas introduced into the
そして、ラインL4からサブリメータ35に導入された排ガスは、二酸化炭素の固化温度以下の冷媒(例えば、液体窒素)を流す伝熱管に接触し、伝熱管内を流れる当該冷媒と間接熱交換する。排ガス中の二酸化炭素は、温度が約−117℃、圧力が0.107MPaの条件下(図2のポイントP9参照)では、図3に示すように、冷却固化してドライアイスとなる。ドライアイスは、サブリメータ35内に貯蔵される。
The exhaust gas introduced from the line L4 into the sublimator 35 contacts a heat transfer tube that flows a refrigerant (for example, liquid nitrogen) that is equal to or lower than the solidification temperature of carbon dioxide, and indirectly exchanges heat with the refrigerant flowing in the heat transfer tube. Under the conditions of a temperature of about −117 ° C. and a pressure of 0.107 MPa (see point P9 in FIG. 2), the carbon dioxide in the exhaust gas is cooled and solidified into dry ice as shown in FIG. Dry ice is stored in the
このとき、サブリメータ35に導入される排ガスは、既に水分が完全に除去されているので、生成されるドライアイスも水分を含んでいない。したがって、水分を含まないドライアイスは、サブリメータ35内の伝熱管に付着しにくくなり、伝熱効率が低下するのを抑制することができる。
At this time, since the moisture has already been completely removed from the exhaust gas introduced into the
サブリメータ35に貯蔵されたドライアイスは、排出部36から二酸化炭素貯蔵液化タンク41,44に選択的に送出される。そして、二酸化炭素貯蔵液化タンク41,44に貯蔵され、液化される。このドライアイスの液化処理については、後述する。
The dry ice stored in the
サブリメータ35を経た排ガスは、ラインL10aを通り、熱交換器32に導入される。ラインL10aのポイントP9では、排ガス中の二酸化炭素の組成が約1.7%程度であるから、サブリメータ35によって二酸化炭素をほぼ回収できたことが分かる。
The exhaust gas that has passed through the sublimator 35 passes through the line L10a and is introduced into the
熱交換器32に導入された排ガスは、ポイントP9における温度が約−117℃であるが、ドライヤ20を経てラインL3を流れてきた排ガス(ポイントP7で温度が約5℃)と熱交換することにより、ポイントP10における温度が約−18.9℃まで上昇する。
The exhaust gas introduced into the
熱交換器32を経た排ガスは、ラインL10bを通って熱交換器15に導入される。この熱交換器15において、排ガスは、熱交換器14を経た排ガス(ポイントP4で温度が約15℃)と熱交換することにより、温度が約9.4℃(ポイントP11参照)まで上昇する。
The exhaust gas that has passed through the
<ドライヤの再生の説明>
熱交換器15を経た排ガスは、ラインL11を通って熱交換器13に導入される。この熱交換器13において、排ガスは、ボイラ11から排出された高温の排ガス(ポイントP2で温度が約128.6℃)と熱交換することにより、温度が約104.7℃(ポイントP12参照)まで上昇する。
<Description of dryer regeneration>
The exhaust gas that has passed through the
この100℃以上の排ガス(水分及び二酸化炭素を除去された熱風)は、ドライヤ20,24の水分を含んだ水分吸着剤を再生する熱源として好適であるので、ラインL13によって当該排ガスの一部がドライヤ20,24に導入される。
The exhaust gas at 100 ° C. or higher (hot air from which moisture and carbon dioxide have been removed) is suitable as a heat source for regenerating the moisture adsorbent containing the moisture in the
すなわち、ドライヤ20,24を再生するための熱源として、大気に放出される直前の排ガスの熱を利用しているため、当該再生用の加熱エネルギーが不要である。これにより、排ガスから水分を除去するために必要なエネルギーを削減でき、二酸化炭素を効率良く回収することができる。
That is, as the heat source for regenerating the
上述したように、図1においては、ドライヤ20が水分の吸着に用いられ、ドライヤ24が水分吸着剤の再生に用いられているので、バルブ27,28,29,30が閉弁され、バルブ21,22,25,26が開弁されている。したがって、ラインL13を流れてきた排ガスは、ラインL13aを通り、ドライヤ24に導入される。
As described above, in FIG. 1, since the
ドライヤ24では、水分を含んだ水分吸着剤が、高温の排ガス(ポイントP12で温度が約104.7℃)に曝されることによって水分が除去され、再生が行われる。そして、ドライヤ24に導入され、水分吸着剤の再生に使われた排ガスは、ラインL14a、ラインL14を通ってラインL12に還流され、煙突50から大気に放出される。
In the
以上のように、ドライヤ20が水分の吸着に用いられ、ドライヤ24が水分吸着剤の再生に用いられる場合について説明したが、所定条件下で、ドライヤ24を水分の吸着に用い、ドライヤ20を水分吸着剤の再生に用いるように、排ガスの流路を切り替える。
As described above, the case where the
ここで、所定条件とは、ドライヤ20の水分吸着能力(除湿能力)が低下し、かつ、ドライヤ24の再生が完了している場合をいう。所定の排ガス流量に対する目標除湿量やドライヤ20,24の除湿・再生能力等は既知であるので、例えば所定時間毎に、バルブ27,28,29,30を開弁し、バルブ21,22,25,26を閉弁することにより上記流路の切り替えを行うことができる。
Here, the predetermined condition refers to a case where the moisture adsorption capability (dehumidification capability) of the
このように、一対のドライヤ20,24において、水分の吸着と水分吸着剤の再生とを交互に切り替えて行うことで、除湿能力を再生されたドライヤ20又はドライヤ24を用いて、排ガスの水分除去を連続的に行うことができ、二酸化炭素を効率良く回収することができる。
As described above, the moisture removal of the exhaust gas is performed by using the
<ドライアイスの貯蔵及び液化の説明>
次に、ドライアイスの液化に係る二酸化炭素回収システム10の動作について説明する。図1においては、二酸化炭素貯蔵液化タンク41ではドライアイス(ポイントP13において温度が約−117℃)を貯蔵し、二酸化炭素貯蔵液化タンク44では、貯蔵されたドライアイスを常温(例えば、約15℃)下で自然に液化させた後に、ラインL8を介してラインL9に排出する様子を示している。
<Description of storage and liquefaction of dry ice>
Next, the operation of the carbon
上述したように、バルブ42,43,45,46は、制御装置60によって開閉される。すなわち、二酸化炭素貯蔵液化タンク41に、サブリメータ35で生成されたドライアイスを貯蔵するときには、バルブ42が開弁され、バルブ43が閉弁される。そして、排出部36から排出されたドライアイスは、ラインL5から二酸化炭素貯蔵液化タンク41に導入され貯蔵される。
As described above, the
制御装置60は、ドライアイス量検出センサ62による出力結果に基づいて二酸化炭素貯蔵液化タンク41にドライアイスが所定量貯蔵されたか否かを判断する。二酸化炭素貯蔵液化タンク41にドライアイスが所定量貯蔵されたと判断した場合には、バルブ42を閉弁することにより、二酸化炭素貯蔵液化タンク41を密閉状態にし、後述するドライアイスの液化を行う。
The
一方、二酸化炭素貯蔵液化タンク44では、予め貯蔵したドライアイスを自然液化する。すなわち、二酸化炭素貯蔵液化タンク44では、バルブ45を開弁し、バルブ46を閉弁した状態で予めドライアイスが貯蔵される。
On the other hand, in the carbon dioxide
制御装置60は、ドライアイス量検出センサ62による出力結果に基づいて二酸化炭素貯蔵液化タンク44にドライアイスが所定量貯蔵されたか否かを判断する。二酸化炭素貯蔵液化タンク44にドライアイスが所定量貯蔵されたと判断した場合には、バルブ45を閉弁することにより、二酸化炭素貯蔵液化タンク44を密閉状態とする。
The
すると、二酸化炭素貯蔵液化タンク44に貯蔵されたばかりのドライアイスは、温度が約−117℃であるから、常温(例えば、約15℃)下では、二酸化炭素貯蔵液化タンク44の外部の空気によって加温されることとなる。すなわち、ヒータ等の熱源によって加温しなくても、ドライアイスは次第に自己加圧(例えば、約50MPa)され、自然に液化する(図3参照)。
Then, since the dry ice just stored in the carbon dioxide
このように、ドライアイスを液化させるために、ヒータ等による加温のためのエネルギーを必要としないので、二酸化炭素回収システム10全体のエネルギー効率を向上することができる。なお、ドライアイスの液化を促進するための加温用の熱源として、冷却器37の廃熱を用いても良い。
Thus, since the energy for heating by a heater etc. is not required in order to liquefy dry ice, the energy efficiency of the carbon
制御装置60は、温度センサ63から得た温度データと、圧力センサ64から得た圧力データとに基づいて二酸化炭素貯蔵液化タンク44のドライアイスが液化したか否かを判断する。すなわち、制御装置60は、二酸化炭素の飽和圧力と温度との関係を示すデータ(図3参照)と上記温度データ及び圧力データとから、ドライアイスが液化したか否かを判断する。
The
制御装置60は、二酸化炭素貯蔵液化タンク44においてドライアイスが液化したと判断したら、図1に示すように、バルブ46を開弁し、液体二酸化炭素を、ラインL8を介してラインL9に排出する。
When the
二酸化炭素貯蔵液化タンク44内の液体二酸化炭素がすべて排出されたら、今度は二酸化炭素貯蔵液化タンク44をドライアイスの貯蔵に用いる一方、二酸化炭素貯蔵液化タンク41をドライアイスの液化に用いる。
When all the liquid carbon dioxide in the carbon dioxide
すなわち、制御装置60は、バルブ46を閉弁すると共にバルブ45を開弁し、二酸化炭素貯蔵液化タンク44内にドライアイスを貯蔵する。
That is, the
また、制御装置60は、上述したように、バルブ42及びバルブ43を閉弁状態にし、二酸化炭素貯蔵液化タンク41においても、上記二酸化炭素貯蔵液化タンク44の場合と同様の原理でドライアイスの液化を行う。
Further, as described above, the
二酸化炭素貯蔵液化タンク41においてドライアイスが液化したか否かは、上述した二酸化炭素貯蔵液化タンク44の場合と同様に、制御装置60が温度センサ63から得た温度データと圧力センサ64から得た圧力データとに基づいて判断する。
Whether or not the dry ice is liquefied in the carbon dioxide
制御装置60は、ドライアイスが液化したと判断したら、バルブ43を開弁し、液体二酸化炭素を、ラインL6を介してラインL9に排出する。
When it is determined that the dry ice has been liquefied, the
このように、制御装置60は、ドライアイス量検出センサ62、温度センサ63及び圧力センサ64から得た情報に基づいてドライアイスの貯蔵量やドライアイスの液化時期を判定してバルブ42,43,45,46を開閉操作し、ドライアイスの貯蔵と液化とを交互に繰り返す。これにより、液体二酸化炭素を連続的に生成することができる。なお、ラインL9から系外に排出された液化した二酸化炭素は、適宜、貯蔵・運搬され、有効活用可能である。
As described above, the
以上のように、この実施形態に係る二酸化炭素回収システム10によれば、ドライアイスを液化させるためにヒータ等による加温のためのエネルギーを必要としないので、二酸化炭素回収システム10全体のエネルギー効率を向上することができる。
As described above, according to the carbon
また、一対の二酸化炭素貯蔵液化タンク41、44を設け、ドライアイスの貯蔵と液化とをそれぞれの二酸化炭素貯蔵液化タンク41、44において交互に行うようにしたので、液体二酸化炭素を連続的に生成することができる。
Also, a pair of carbon dioxide
また、二酸化炭素回収システム10によれば、以下のような効果をも奏する。
Moreover, according to the carbon
すなわち、ドライヤ20,24の水分吸着剤の吸着によって排ガスの水分を容易に除去できるので、従来のバブリング方式のドライヤのような除湿用冷媒を冷却するエネルギーが不要である。
That is, since the moisture of the exhaust gas can be easily removed by the adsorption of the moisture adsorbent of the
また、ドライヤ20,24を再生するための熱源として、大気に放出される直前の排ガスの熱を利用しているため、当該再生用の加熱エネルギーが不要である。したがって、排ガスから水分を除去するために必要なエネルギーを削減でき、二酸化炭素を効率良く回収することができる。例えば、本実施形態に係る二酸化炭素回収システム10によれば、二酸化炭素の回収率が約90%となることを確認している。
Further, since the heat of the exhaust gas immediately before being released to the atmosphere is used as a heat source for regenerating the
また、水分の吸着容量が大きく、汎用的な水分吸着剤である活性アルミナを用いることにより、排ガスから水分を低コストで効率良く除去することができる。 Further, by using activated alumina, which has a large moisture adsorption capacity and is a general-purpose moisture adsorbent, moisture can be efficiently removed from exhaust gas at low cost.
また、サブリメータ35に導入される排ガスは、ドライヤ20,24によって既に水分が完全に除去されているので、生成されるドライアイスも水分を含んでいない。したがって、水分を含まないドライアイスは、サブリメータ35内の伝熱管に付着しにくくなり、伝熱効率が低下するのを抑制することができる。これにより、二酸化炭素を効率良く回収することができる。
Further, since the moisture in the exhaust gas introduced into the
また、一対のドライヤ20,24において、水分の吸着と水分吸着剤の再生とを交互に切り替えて行うことで、除湿能力を再生されたドライヤ20又はドライヤ24を用いて、排ガスの水分除去を連続的に行うことができ、二酸化炭素を効率良く回収することができる。
Further, the moisture removal of the exhaust gas is continuously performed by using the
また、コンデンサ16を設けたことにより、排ガスが含む水分を、コンデンサ16の出口側、すなわち、ドライヤ20,24の入口側(上流側)で大部分除去しておくことができ、ドライヤ20,24で除湿する際の負荷を低減することができる。
Further, by providing the
また、熱交換器32を設けたことにより、排ガスがサブリメータ35に導入される前に当該排ガスの温度を低下させることができ、サブリメータ35における冷却負荷を低減することができる。したがって、二酸化炭素を効率良く回収することができる。
In addition, by providing the
なお、上記実施形態においては、二酸化炭素回収システム10は、圧力容器として2つの二酸化炭素貯蔵液化タンク41,44を備えるものとして説明したが、これに限定されず、ボイラ11の規模や液化すべき二酸化炭素量に応じて3つ以上の二酸化炭素貯蔵液化タンクを備えても良い。
In the above embodiment, the carbon
また、上記実施形態においては、各ポイントP1〜P14における熱物質収支計算結果の一例を図2に示したが、本発明に係る実施形態がこれらの数値に限定されるものではない。 Moreover, in the said embodiment, although an example of the thermal material balance calculation result in each point P1-P14 was shown in FIG. 2, embodiment which concerns on this invention is not limited to these numerical values.
10 二酸化炭素回収システム
11 ボイラ
42,45 バルブ(導入路開閉手段)
43,46 バルブ(排出路開閉手段)
35 サブリメータ(二酸化炭素回収装置)
41,44 二酸化炭素貯蔵液化タンク(圧力容器)
60 制御装置(制御手段)
62 ドライアイス量検出センサ(監視手段、固体二酸化炭素量検出手段)
63 温度センサ(監視手段、温度検出手段)
64 圧力センサ(監視手段、圧力検出手段)
L5,L7 ライン(導入路)
L6,L8 ライン(排出路)
10 Carbon
43, 46 Valve (Discharge path opening / closing means)
35 Sublimator (carbon dioxide recovery device)
41,44 Carbon dioxide storage liquefaction tank (pressure vessel)
60 Control device (control means)
62 Dry ice amount detection sensor (monitoring means, solid carbon dioxide amount detection means)
63 Temperature sensor (monitoring means, temperature detection means)
64 Pressure sensor (monitoring means, pressure detecting means)
L5 and L7 lines (introduction route)
L6, L8 line (discharge path)
Claims (3)
前記固体二酸化炭素及び液体二酸化炭素を貯蔵可能に構成された圧力容器と、
前記二酸化炭素回収装置と前記圧力容器とを接続し、当該二酸化炭素回収装置から前記圧力容器に前記固体二酸化炭素を導入する導入路と、
前記導入路を開閉する導入路開閉手段と、
前記圧力容器に接続され当該圧力容器から前記液体二酸化炭素を排出する排出路と、
前記排出路を開閉する排出路開閉手段と、
前記圧力容器の内部状態を監視する監視手段と、
前記監視手段による監視結果に基づいて前記導入路開閉手段及び前記排出路開閉手段を開閉制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、
前記排出路開閉手段を閉じ、前記導入路開閉手段を開くことによって前記圧力容器に前記固体二酸化炭素を導入して貯蔵し、
前記監視結果に基づいて前記固体二酸化炭素が所定量貯蔵されたと判断したときに、前記導入路開閉手段及び前記排出路開閉手段を閉じて前記圧力容器を密閉し、
前記監視結果に基づいて前記固体二酸化炭素が前記液体二酸化炭素に変化したと判断したときに、前記排出路開閉手段を開いて当該液体二酸化炭素を排出することを特徴とする排ガスからの二酸化炭素回収システム。 A carbon dioxide recovery system from exhaust gas equipped with a carbon dioxide recovery device that cools and solidifies carbon dioxide from exhaust gas discharged from a boiler and recovers it as solid carbon dioxide,
A pressure vessel configured to store the solid carbon dioxide and liquid carbon dioxide;
Connecting the carbon dioxide recovery device and the pressure vessel, and introducing the solid carbon dioxide from the carbon dioxide recovery device to the pressure vessel;
An introduction path opening and closing means for opening and closing the introduction path;
A discharge path connected to the pressure vessel for discharging the liquid carbon dioxide from the pressure vessel;
A discharge path opening and closing means for opening and closing the discharge path;
Monitoring means for monitoring the internal state of the pressure vessel;
Control means for controlling opening and closing of the introduction path opening and closing means and the discharge path opening and closing means based on a monitoring result by the monitoring means;
With
The control means includes
Closing the discharge path opening and closing means, introducing and storing the solid carbon dioxide in the pressure vessel by opening the introduction path opening and closing means,
When it is determined that a predetermined amount of the solid carbon dioxide has been stored based on the monitoring result, the introduction path opening / closing means and the discharge path opening / closing means are closed to seal the pressure vessel,
When it is determined that the solid carbon dioxide has changed to the liquid carbon dioxide based on the monitoring result, the carbon dioxide recovery from the exhaust gas is characterized by opening the discharge path opening / closing means and discharging the liquid carbon dioxide. system.
前記制御手段は、複数の前記圧力容器のうち、一部の前記圧力容器で前記固体二酸化炭素が貯蔵されているときに他の前記圧力容器で前記固体二酸化炭素の液化が行われ、かつ、当該固体二酸化炭素の貯蔵と液化とがそれぞれの前記圧力容器において交互に行われるように、前記導入路開閉手段及び前記排出路開閉手段を開閉制御することを特徴とする請求項1に記載の排ガスからの二酸化炭素回収システム。 A plurality of the pressure vessels,
The control means is configured to perform liquefaction of the solid carbon dioxide in another pressure vessel when the solid carbon dioxide is stored in some of the pressure vessels among the plurality of pressure vessels, and 2. The exhaust gas according to claim 1, wherein the introduction path opening / closing means and the discharge path opening / closing means are controlled to be opened and closed so that storage and liquefaction of solid carbon dioxide are alternately performed in each of the pressure vessels. Carbon dioxide capture system.
前記圧力容器の前記固体二酸化炭素の量を検出する固体二酸化炭素量検出手段と、
前記圧力容器の内部の温度を検出する温度検出手段と、
前記圧力容器の内部の圧力を検出する圧力検出手段と、
を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の排ガスからの二酸化炭素回収システム。 The monitoring means includes
Solid carbon dioxide content detection means for detecting the amount of solid carbon dioxide in the pressure vessel;
Temperature detecting means for detecting the temperature inside the pressure vessel;
Pressure detecting means for detecting the pressure inside the pressure vessel;
The system for recovering carbon dioxide from exhaust gas according to claim 1 or 2, characterized by comprising:
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