JP2014237096A - 不純物除去システム - Google Patents

Abstract

【課題】外部から水を供給することなしにアルカリ水溶液を製造して供給できるようにする。【解決手段】冷却器５ａからのドレンＤ１を所定量貯留するドレンタンク１０と、タンク１０のドレンの一部を取り込んで所定量貯留する水溶液調整タンク１５と、固形アルカリ剤１７を供給してアルカリ水溶液１９を製造する固形アルカリ剤供給機１８と、供給機１８を制御してアルカリ水溶液のアルカリ濃度を調節するアルカリ濃度制御器２３と、アルカリ水溶液を冷却器５ａの排ガス入口側に供給するポンプ２４とを有するアルカリ水溶液供給装置９と、後段の冷却器５ｃ下流側に備えた不純物検出器２７と、タンク１０のドレンのｐＨ検出値を得るドレンｐＨ検出器２８と、不純物検出値２７ａに基づいて、ｐＨ検出値２８ａが設定値になるように、冷却器５ａの排ガス入口側に供給するアルカリ供給量を制御する供給制御器２９を有するアルカリ供給制御装置２６とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、酸素燃焼装置からの排ガスを圧縮する圧縮機下流に備えられる冷却器の排ガス入口側にアルカリ水溶液を供給して排ガス中の不純物をドレンと共に除去する際に、外部から水を供給することなしにアルカリ水溶液を製造して供給できるようにした不純物除去システムに関するものである。

近年、地球温暖化の原因の一つと言われている二酸化炭素（ＣＯ₂）の排出量を低減する技術の一つとして、酸素燃焼装置が検討されており、例えば微粉炭を酸素燃焼する石炭焚ボイラが注目されている。この石炭焚ボイラでは、酸化剤として空気の代わりに酸素を使用することで、二酸化炭素を主体とする燃焼排ガスを発生させ、この二酸化炭素主体の排ガスを圧縮・冷却することで液化二酸化炭素又は圧縮二酸化炭素として目的地に運搬して処分することが考えられている。処分の一例としては液化二酸化炭素を地中に貯蔵することが考えられている。このような酸素燃焼用石炭焚ボイラの排ガス処理装置としては特許文献１がある。

上記特許文献１に示すように、石炭焚ボイラによって石炭を酸素燃焼した場合には、排ガス中に、主体となる二酸化炭素（ＣＯ₂）以外に、石炭原料由来の窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）、硫黄酸化物（ＳＯ_ｘ）、塩化水素（ＨＣｌ）、水銀（Ｈｇ）、煤塵等の不純物が含まれる。

特許文献１では、酸素燃焼を行う石炭焚ボイラ等からの排ガス中に混入する石炭原料由来の硫黄（Ｓ）を除去するために、従来の空気焚ボイラ等で用いられているスプレー塔方式或いは充填塔方式等からなる湿式と言われる脱硫装置を備えて、硫黄酸化物（ＳＯ_ｘ）を除去することが行われている。又、酸素燃焼を行う石炭焚ボイラ等からの排ガス中に混入する石炭原料由来の窒素（Ｎ）を除去するために、触媒方式等による脱硝装置を備えて、窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）を除去しており、このようにして不純物が除去された二酸化炭素は圧縮機に導いて圧縮している。

前記不純物のうち、硫黄酸化物（ＳＯ_ｘ）は水と接触することにより水に溶解して硫酸となり、塩化水素（ＨＣｌ）は水に溶解して塩酸となるため、このように水溶性を示す硫黄酸化物及び塩化水素については水と接触させることによって除去できる。

又、前記不純物である窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）のうち、二酸化窒素（ＮＯ₂）は水と接触することにより水に溶解し硝酸となって除去される。しかし、石炭焚ボイラからの排ガス中には酸素（Ｏ₂）が少なくなっているために、窒素（Ｎ）は殆どが一酸化窒素（ＮＯ）の形で存在しており、この一酸化窒素（ＮＯ）は水に不溶であるために水と接触させても除去することはできない。

一方、前記硫酸、塩酸及び硝酸は排ガス処理装置の機器を腐食させる問題を有しており、又、前記微量金属である水銀は熱交換器の低温のアルミニウム部材を損傷させることが分かっている。従って、これらの不純物は早い段階において除去することが好ましい。又、前記不純物が排ガス中に混入していると、二酸化炭素の純度が低下するために、圧縮・冷却により二酸化炭素を液化することが大変となり装置機器が大型化するという問題がある。更に、二酸化炭素を液化して地中に所蔵する際に硫黄酸化物が混入していると、硫黄酸化物が地中のカルシウムと反応して貯蔵の密閉性に問題を生じる可能性があることが懸念されている。従って、酸素燃焼を行う石炭焚ボイラ等のように、二酸化炭素主体の排ガスを生じさせてその二酸化炭素を処分するシステムにおいては、排ガス中の不純物を除去することが非常に重要となる。

尚、前記湿式の脱硫装置においては、水溶性の硫黄酸化物及び塩化水素が除去されると共に、煤塵が除去され、更に、窒素酸化物も一部が除去されると共に、元々含有量が少ない水銀も僅かに除去されることが知られている。又、上記排ガス処理を行っても排ガス中の水銀の濃度が高い場合には、水銀除去塔を設置して水銀を吸着剤等により除去することが考えられている。

しかし、特許文献１では、循環ライン中にスプレー塔方式或いは充填塔方式等からなる湿式の脱硫装置と、触媒方式等による脱硝装置の両方を備えて排ガス中の不純物を除去しているために、不純物除去のための脱硫装置及び脱硝装置が非常に大型となり、しかも複雑な構成が必要となって設備コストが増加する。

一方、特許文献２には、吸着精製ユニットを用いるＣＯ₂を含むガスの精製方法が記載されている。特許文献２では、酸素燃焼装置からのガスに含まれる不純物を除去するために予備処理する工程（ａ）と、該工程（ａ）からのガスを１０と５０バールの間の圧力に圧縮する工程（ｂ）と、精製ＣＯ₂富化ガスを液体、ガスまたは超臨界の状態で回収する工程（ｃ）とを含む構成において、水を少なくともＮＯ_ｘ、ＳＯ_ｘの一方の存在で最小でも部分的に除去することができる吸着特性を有する吸着材の床（吸着精製ユニット）を、前記工程（ａ）と工程（ｂ）の間、又は工程（ｂ）の下流に備えている。

しかし、上記特許文献２においても、吸着精製ユニットを備えて酸素燃焼排ガスに含まれる不純物を除去しているために、構造も複雑となって設備コストが増加する。更に、吸着精製ユニットはメンテナンスが大変になる。

上記のような問題に対処するため、酸素燃焼装置からの二酸化炭素からなる排ガスを処分するために目的圧力まで圧縮する圧縮機を備え、該圧縮機で圧縮した排ガスを冷却器で冷却することにより生じるドレンによって排ガス中の不純物を除去するようにし、更に、前記圧縮機の下流に備えられる冷却器の排ガス入口側にアルカリ水溶液を供給することにより、不純物の除去効果を高めるようにした不純物除去システムが提案されている。この不純物除去システムによれば、二酸化炭素を液化搬送又は圧縮搬送するために備えられる圧縮機及び冷却器を利用して不純物を除去できるため、装置の大幅な簡略化を図ることができる。

前記不純物除去システムでは、排ガスを圧縮機によって圧縮すると、排ガス中の不純物は酸化が促進されるため、この酸化した不純物は下流の冷却器による冷却によって生じるドレンに溶け込み易くなり、これにより不純物はドレンと共に除去される。このとき、前記冷却器の排ガス入口側にアルカリ水溶液を噴霧すると、排ガス中の酸化した不純物はｐＨ値が高いアルカリ水溶液に吸収され易くなるため、不純物の除去効果が高められる。

特開２０１０−１７２８７８号公報 特表２０１０−５３３０６３号公報

前記したように、冷却器の排ガス入口側にアルカリ水溶液を噴霧して不純物の除去効果を高める方法を実施する際には、大量のアルカリ水溶液が必要となる。前記アルカリ水溶液は、アルカリ水溶液の状態で購入するか、又は、固形アルカリ剤を水に溶解して製造しているが、アルカリ水溶液を購入する場合にはコストが増加する問題があり、又、現地でアルカリ水溶液を製造する場合は連続的に水を供給する必要があることから、アルカリ水溶液を製造するための大量の水が必要となる。

しかし、酸素燃焼装置を設置する場所によっては、水が高価であることから運転コストが大幅に増加するという問題があり、又、水の入手が困難な地域では、アルカリ水溶液を用いて排ガス中の不純物除去の効果を高めることができないという問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなしたもので、外部から水を供給することなく、アルカリ水溶液を製造して冷却器の排ガス入口側に供給できるようにした不純物除去システムに関するものである。

本発明は、酸素燃焼装置からの二酸化炭素主体の排ガスを液化搬送又は圧縮搬送のための目的圧力まで段階的に圧縮する複数段の圧縮機と、各圧縮機で圧縮した排ガスを冷却し、冷却によって凝縮した水分をドレンとして取り出すようにした冷却器とを有する複数段の不純物分離装置を備え、前記冷却器の排ガス入口側にアルカリ水溶液を供給することにより排ガス中の不純物を前記ドレンと共に除去するようにした不純物除去システムであって、
前記冷却器からのドレンを受けて所定量のドレンを貯留するドレンタンクと、
該ドレンタンクのドレンの一部を取り込んで貯留する水溶液調整タンクと、該水溶液調整タンクのドレンに固形アルカリ剤を供給してアルカリ水溶液を製造するための固形アルカリ剤供給機と、該固形アルカリ剤供給機を制御してアルカリ水溶液のアルカリ濃度検出値を調節するアルカリ濃度制御器と、前記水溶液調整タンクのアルカリ水溶液を前記冷却器の排ガス入口側に供給するポンプと、を有するアルカリ水溶液供給装置と、
後段の不純物分離装置の冷却器の下流側に備えた不純物検出器と、前記ドレンタンクのドレンのｐＨ検出値を得るドレンｐＨ検出器と、前記不純物検出器からの不純物検出値と前記ドレンｐＨ検出器からのｐＨ検出値を入力し、不純物検出器の不純物検出値に基づいて、前記ドレンｐＨ検出器のｐＨ検出値が設定値に保持されるように、前記アルカリ水溶液供給装置を調節して前記冷却器の排ガス入口側に供給するアルカリ供給量を制御する供給制御器と、を有するアルカリ供給制御装置と、
を有することを特徴とする。

前記不純物除去システムにおいて、前記アルカリ水溶液供給装置は、前記ドレンタンクのドレンの一部を取入弁により取り込んで貯留する水溶液調整タンクと、調節器により前記水溶液調整タンクに固形アルカリ剤を供給してアルカリ水溶液を製造するための固形アルカリ剤供給機と、前記水溶液調整タンクのアルカリ水溶液の液面レベルを計測するレベル計と、前記水溶液調整タンクのアルカリ水溶液のアルカリ濃度検出値を得るアルカリ濃度検出器と、前記レベル計による検出レベルと前記アルカリ濃度検出器のアルカリ濃度検出値を入力して、前記水溶液調整タンクのアルカリ水溶液のレベルが一定に保持されるように前記取入弁を制御し、且つ、前記水溶液調整タンクのアルカリ水溶液のアルカリ濃度検出値を任意の値に保持するように前記固形アルカリ剤供給機を制御するアルカリ濃度制御器と、前記水溶液調整タンクのアルカリ水溶液を前記冷却器の排ガス入口側に供給する前記ポンプと、を有することができる。

又、前記不純物除去システムにおいて、前記アルカリ供給制御装置は、前記水溶液調整タンクで一定のアルカリ濃度検出値のアルカリ水溶液が製造されるように前記アルカリ濃度制御器を制御して固形アルカリ剤供給機を調節し、且つ、前記不純物検出器の不純物検出値に対応したアルカリ水溶液の供給量になるように前記ポンプを調節することができる。

又、前記不純物除去システムにおいて、前記アルカリ供給制御装置は、アルカリ水溶液の供給量を一定に保持するように前記ポンプを調節し、且つ、前記不純物検出器の不純物検出値に対応した水溶液調整タンクのアルカリ水溶液のアルカリ濃度検出値となるように、前記アルカリ濃度制御器を制御して前記固形アルカリ剤供給機を調節することができる。

又、前記不純物除去システムにおいて、少なくとも最前段の不純物分離装置における冷却器のドレンを前記ドレンタンクに導くことが好ましい。

又、前記不純物除去システムにおいて、前記水溶液調整タンクのアルカリ水溶液を、前記ポンプを介して前段の不純物分離装置における冷却器の排ガス入口側に供給することができる。

又、前記不純物除去システムにおいて、前記水溶液調整タンクのアルカリ水溶液を、別のポンプを介して後段の不純物分離装置における冷却器の排ガス入口側に供給することができる。

又、前記不純物除去システムにおいて、前記アルカリ供給制御装置は、前記水溶液調整タンクに一定のアルカリ濃度検出値のアルカリ水溶液が製造されるように前記アルカリ濃度制御器を制御して固形アルカリ剤供給機を調節すると共に、前記不純物検出器の不純物検出値に対応したアルカリ水溶液の供給量となるように前記ポンプを調節することでアルカリ供給量を制御することができる。

又、前記不純物除去システムにおいて、前記アルカリ供給制御装置は、アルカリ水溶液の供給量を一定に保持するように前記ポンプを調節すると共に、前記不純物検出器の不純物検出値に対応した水溶液調整タンクのアルカリ水溶液のアルカリ濃度検出値となるように、前記アルカリ濃度制御器を制御して固形アルカリ剤供給機を調節することでアルカリ供給量を制御することができる。

本発明の不純物除去システムによれば、圧縮機下流の冷却器から取り出されるドレンを用いてアルカリ水溶液を製造することにより、外部から水を供給することなしにアルカリ水溶液を製造して供給することができ、よって、水が高価、或いは水の入手が困難な地域においても、アルカリ水溶液を用いて酸素燃焼装置からの排ガスに含まれる不純物を効果的に除去できるという優れた効果を奏し得る。

酸素燃焼装置に備えた本発明の不純物除去システムの一実施例を示す系統図である。 （ａ）は水を利用したアルカリ水溶液（ドレン利用なし）を最前段の冷却器の排ガス入口側に供給した場合Ｉと、ドレンを利用したアルカリ水溶液を最前段の冷却器の排ガス入口側に供給した場合ＩＩと、ドレンを利用したアルカリ水溶液を最後段の冷却器の排ガス入口側に供給した場合ＩＩＩとにおける、アルカリ供給量と取り出されるドレンのｐＨとの関係をシミュレーションした結果の線図、（ｂ）は（ａ）の夫々の場合におけるアルカリ供給量と脱硫率との関係をシミュレーションした線図である。 本発明における不純物除去システムの他の実施例を示す系統図である。

以下、本発明の実施例を、添付図面を参照して説明する。

図１は酸素燃焼装置に備えた本発明の不純物除去システムの一実施例を示す系統図であり、図１中、１は微粉炭を酸素燃焼する石炭焚ボイラ１ａ等の酸素燃焼装置であり、該酸素燃焼装置１からは二酸化炭素（ＣＯ_２）を主体とする排ガス２が排出される。前記酸素燃焼装置１からの二酸化炭素主体の排ガス２を二酸化炭素液化装置３に供給して液化するために、酸素燃焼装置１の下流には、所定の目的圧力まで排ガス２を圧縮する圧縮装置４を有して排ガス２中の不純物を除去する不純物除去システムを構成している。

図１の圧縮装置４は、前記酸素燃焼装置１の下流に、排ガス２を段階的に目的圧力まで圧縮する複数段の圧縮機４ａ，４ｂ，４ｃと、各圧縮機４ａ，４ｂ，４ｃで圧縮した排ガス２を冷却することによって凝縮した水分をドレンＤ１，Ｄ２，Ｄ３として取り出すようにした冷却器５ａ，５ｂ，５ｃとを有する複数段（図示例では３段）の不純物分離装置６ａ，６ｂ，６ｃを備えている。一般に、多段の圧縮機に備えられるクーラはインタークーラと称されるが、本発明では説明を簡略化するために冷却器５ａ，５ｂ，５ｃとして説明する。

二酸化炭素を液化するために前記不純物分離装置６ａ，６ｂ，６ｃを色々な温度・圧力条件で運転した場合について検討した結果、二酸化炭素液化装置３に供給する前に、二酸化炭素を２．５ＭＰａ［Ｇ］まで昇圧し、−３０℃まで温度を下げた場合に圧縮機４ａ，４ｂ，４ｃと二酸化炭素液化装置３の合計の作動エネルギーが最も小さくなるという知見を得た。このため、２．５ＭＰａ［Ｇ］を目的圧力とした。ここで、不純物分離装置６ａ，６ｂ，６ｃに設定する温度・圧力は、排ガス２の組成、水分量、運搬手段（運搬船等）の条件によって変化するため、前記目的圧力２．５ＭＰａ［Ｇ］は目安として設定したものである。又、ここで、−４０℃以下に冷却する必要がある場合には、一般的な代替フロン冷媒が使えなくなり、アンモニア冷凍機を用いる必要があるため設備が高価になる問題がある。従って、冷却器５ａ，５ｂ，５ｃによる冷却温度は−３０℃程度とすることが好ましい。

一台の圧縮機では排ガス２を目的圧力である２．５ＭＰａ［Ｇ］まで一気に昇圧することはできないため、本実施例では、三台の圧縮機４ａ，４ｂ，４ｃを設置して０．７５ＭＰａ［Ｇ］、１．５ＭＰａ［Ｇ］、２．５ＭＰａ［Ｇ］のように三段階に圧縮するようにした不純物分離装置６ａ，６ｂ，６ｃを構成している。尚、前記圧縮機４ａ，４ｂ，４ｃの設置台数（不純物分離装置６ａ，６ｂ，６ｃの設置数）は四台以上としてもよく任意の台数を設置することができる。

上記圧力に設定した最前段の不純物分離装置６ａにおいては、排ガス２中の殆どの水分がドレンＤ１として取り出されるようになり、中段の不純物分離装置６ｂにおいては少量のドレンＤ２が取り出され、最後段の不純物分離装置６ｃでは更に少量のドレンＤ３が取り出される。

前記排ガス２中の不純物の一部は、前記不純物分離装置６ａ，６ｂ，６ｃによって冷却される間にドレンＤ１，Ｄ２，Ｄ３と共に除去されるようになるが、前記不純物分離装置６ａ，６ｂ，６ｃを経た二酸化炭素中における水銀（Ｈｇ）の濃度が、設定した目標値よりも高い場合には、圧縮装置４の下流に水銀除去塔７を設置して吸着剤等により水銀を除去するようにしている（図面では水銀除去塔７を破線で示している）。ここで、水銀除去塔７にはバイパスダクト３８と切替弁３９，４０を設けておき、後述する供給制御器２９からの指令によって切替弁３９，４０を切り替えることで、前記水銀除去塔７に排ガスを導く場合と導かない場合とに自動で切り替えるようにしてもよい。又、前記二酸化炭素液化装置３の前段には、二酸化炭素液化装置３に供給する二酸化炭素に含まれる水分を除去するための乾燥機８を設けている。

図１中、１０は、最前段の不純物分離装置６ａにおける冷却器５ａからのドレンＤ１を受けてドレンＤ１を貯留するドレンタンクである。該ドレンタンク１０には、出口管に備えた排出弁１１と、前記ドレンタンク１０のドレンＤ１の液面レベルを検出し、検出した液面レベルが常に所定量の一定に保持されるように前記排出弁１１の開度を制御するレベル制御器１２を備えている。

図１中、９はアルカリ水溶液供給装置であり、該アルカリ水溶液供給装置９は、前記ドレンタンク１０のドレンＤ１の一部を、取入弁１３を有する取入管１３'により取り込んで貯留する水溶液調整タンク１５を有している。該水溶液調整タンク１５には、貯留タンク１６の固形アルカリ剤１７を調節器１６ａにより調節して供給するようにした固形アルカリ剤供給機１８が備えられている。貯留タンク１６は、固形アルカリ剤１７が吸湿しないように気密の構造や吸湿剤を有することが好ましい。更に、前記水溶液調整タンク１５には、前記ドレンＤ１と固形アルカリ剤１７を撹拌してアルカリ水溶液１９を製造する攪拌機２０を備えている。

前記固形アルカリ剤１７としては、分散性がよく且つ固着等が生じない苛性ソーダ（ＮａＯＨ）、水酸化マグネシウム等を用いることができるが、分散性が維持され且つ固着等の問題を解消できる場合には、石灰石（ＣａＣＯ_３）、生石灰（ＣａＯ）、消石灰（Ｃａ（ＯＨ）_２）等を用いることができる。

一方、前記ドレンタンク１０のドレンＤ１を水溶液調整タンク１５に取り入れる取入管１３'には流量計１４が設けてあり、又、前記水溶液調整タンク１５には、アルカリ水溶液１９の液面レベルを計測するレベル計２１と、前記水溶液調整タンク１５のアルカリ水溶液１９のアルカリ濃度検出値を得るアルカリ濃度検出器２２を備えている。そして、前記流量計１４による流量検出値１４ａと、レベル計２１による検出レベル２１ａと、前記アルカリ濃度検出器２２のアルカリ濃度検出値２２ａはアルカリ濃度制御器２３に入力されている。このアルカリ濃度制御器２３は、前記水溶液調整タンク１５のアルカリ水溶液１９の検出レベル２１ａが一定に保持されるように前記取入弁１３を制御し、且つ、前記流量計１４により検出される流量検出値１４ａに応じてアルカリ水溶液供給装置９の調節器１６ａを調節し、水溶液調整タンク１５のアルカリ水溶液１９のアルカリ濃度が一定の値に保持されるように、又は、アルカリ濃度が任意の値に保持されるように制御するようになっている。

更に、前記水溶液調整タンク１５のアルカリ水溶液１９を取り出して、最前段の不純物分離装置６ａにおける冷却器５ａの排ガス入口側に供給するポンプ２４を設けた供給管２５を備えている。冷却器５ａの排ガス入口側に供給されるアルカリ水溶液１９は、例えばノズルを備えることにより排ガス２中にアルカリ水溶液１９を噴霧することが好ましい。

ここで、供給管２５によってアルカリ水溶液１９を排ガス２に供給する位置は、冷却器５ａに近い排ガス入口側とすることができるが、冷却器５ａと該冷却器５ａの上流側における圧縮機４ａとの間の任意の位置とすることができる。

図１中、２６は、前記アルカリ水溶液供給装置９により製造したアルカリ水溶液１９を冷却器５ａの排ガス入口側に供給する制御を行うためのアルカリ供給制御装置である。このアルカリ供給制御装置２６は、最後段の不純物分離装置６ｃの冷却器５ｃの下流側に備えて排ガス２中の不純物（例えば、硫黄酸化物、塩化水素、窒素酸化物）を検出する不純物検出器２７と、前記ドレンタンク１０のドレンＤ１のｐＨ検出値を得るドレンｐＨ検出器２８と、前記不純物検出器２７により検出される不純物検出値２７ａ及び前記ドレンｐＨ検出器２８により検出されるｐＨ検出値２８ａを入力する供給制御器２９を備えている。不純物検出器２７には、少なくとも硫黄酸化物を検出するためのセンサと、塩化水素を検出するためのセンサと、窒素酸化物を検出するためのセンサを備えており、更に、水銀を検出するためのセンサを備えていてもよい。

ここで、前記不純物検出器２７を設置する場所は、本発明による不純物の除去効果を確認する上で、最終段の冷却器５ｃの出口が好ましいが、冷却器５ｃの下流側で冷却器５ｃから乾燥機８（または水銀除去塔７）までの任意の設置とすることができる。

前記供給制御器２９は、前記不純物検出器２７による不純物検出値２７ａに基づいて、前記ドレンｐＨ検出器２８によるｐＨ検出値２８ａが設定値に保持されるように、前記アルカリ水溶液供給装置９を調節することにより、冷却器５ａの排ガス入口側に供給するアルカリ供給量（アルカリ剤としての供給量）を制御するようにしている。又、前記供給制御器２９は、前記不純物検出器２７により検出される水銀の量が設定値よりも大きくなった場合には、図１の水銀除去塔７に排ガス２を通すように切替弁３９，４０を切り替える。

前記アルカリ供給制御装置２６は、次の２つの方法から選択してアルカリ供給量（実質的なアルカリ剤としての供給量）を制御できるようにしている。

第一の方法は、前記アルカリ供給制御装置２６により、先ず、水溶液調整タンク１５に一定のアルカリ濃度検出値２２ａのアルカリ水溶液１９が製造されるように前記アルカリ濃度制御器２３を信号２６ａにより制御して前記固形アルカリ剤供給機１８を調節しておき、この状態で、前記不純物検出器２７の不純物検出値２７ａに対応したアルカリ水溶液１９が冷却器５ａの排ガス入口側に供給されるように前記ポンプ２４を信号２６ｂにより調節してアルカリ水溶液１９の供給量を制御する。

第二の方法は、前記アルカリ供給制御装置２６により、先ず、冷却器５ａの排ガス入口側に供給するアルカリ水溶液１９の供給量が一定に保持されるように前記ポンプ２４を信号２６ｃにより調節しておき、この状態で、前記不純物検出器２７の不純物検出値２７ａに対応した水溶液調整タンク１５のアルカリ水溶液１９のアルカリ濃度検出値２２ａとなるように、前記アルカリ濃度制御器２３を信号２６ｄにより制御して固形アルカリ剤供給機１８による固形アルカリ剤１７の供給を調節してアルカリ水溶液１９の濃度を制御する。

上記第一、第二の方法によれば、前記不純物検出器２７の不純物検出値２７ａが変化した際に、ドレンタンク１０のドレンｐＨ検出器２８のｐＨ検出値２８ａを所定の設定値に保持するのに必要なアルカリ供給量を冷却器５ａの排ガス入口側に供給することができる。

尚、前記ドレンタンク１０から水溶液調整タンク１５に取り入れられる以外のドレンＤ１は、排出弁１１により余剰分として排出されるが、この余剰のドレンＤ１と、下流に備えられる不純物分離装置６ｂ，６ｃからのドレンＤ２，Ｄ３は、環境に対する影響が生じないようにアルカリ剤を用いてｐＨ６〜８に調整した後に、自然に戻すようにしている。

図１の実施例では、最前段の不純物分離装置６ａにおける冷却器５ａのドレンＤ１を前記ドレンタンク１０に貯留して、そのドレンＤ１の一部を水溶液調整タンク１５に供給する場合について説明したが、前段の冷却器５ｂ或いは後段の冷却器５ｂからもある程度のドレンＤ２が取り出されるので、このドレンＤ２、Ｄ３を図中、破線で示すように、前記ドレンタンク１０に供給してもよい。

又、図１の実施例では、水溶液調整タンク１５のアルカリ水溶液１９を、最前段の不純物分離装置６ａにおける冷却器５ａの排ガス入口側に供給した場合について説明したが、水溶液調整タンク１５のアルカリ水溶液１９の量に余裕がある場合には、前段の不純物分離装置である第二段の不純物分離装置６ｂの冷却器５ｂの排ガス入口側にもアルカリ水溶液１９を供給することができる。

次に上記実施例の作動を説明する。

酸素燃焼装置１で酸素燃焼した二酸化炭素主体の排ガス２は、例えば０．１ＭＰａ［Ｇ］（１気圧）程度の圧力を有して最前段の不純物分離装置６ａの圧縮機４ａに導かれ、該圧縮機４ａによって０．７ＭＰａ［Ｇ］に圧縮される。圧縮機４ａで圧縮された排ガス２には、アルカリ水溶液供給装置９からのアルカリ水溶液１９が噴霧により混合され、排ガス２とアルカリ水溶液１９の混合流体は圧縮機４ａ下流の冷却器５ａに供給されて冷却され、最前段の冷却器５ａからは多量のドレンＤ１が取り出されてドレンタンク１０に供給される。

前記したように、圧縮機４ａによって圧縮された排ガス２中の不純物は酸化が促進されるため、この酸化した不純物は下流の冷却器５ａによる冷却によって生じるドレンＤ１に溶け込み易くなる。更に、冷却器５ａの排ガス入口側にアルカリ水溶液１９を供給することにより該供給部中の水分のｐＨが高まるので、特に排ガス２中の水溶性の不純物である硫黄酸化物及び塩化水素は、アルカリ水溶液１９に吸収されて、ドレン１Ｄと共に効果的に除去される。ここで、前記圧縮機４ａの圧縮により酸化が促進されるために排ガス２中の水分のｐＨは例えばｐＨ２以下のような低い値となる。従って、アルカリ水溶液１９を噴霧することにより、前記排ガス２とアルカリ水溶液１９の混合雰囲気中の水分のｐＨを高く保持し、これによって、ドレンタンク１０のドレンＤ１のｐＨ検出値２８ａが例えば４〜６の範囲の設定値に保持されるようにアルカリ水溶液１９の供給（アルカリ供給量）を制御する。

アルカリ供給量の制御は、前記アルカリ供給制御装置２６によって行われる。その第一の方法は、前記アルカリ供給制御装置２６が、先ず、水溶液調整タンク１５に一定のアルカリ濃度検出値２２ａのアルカリ水溶液１９が製造されるように前記アルカリ濃度制御器２３を信号２６ａにより制御して前記固形アルカリ剤供給機１８を調節しておき、この状態で、前記不純物検出器２７の不純物検出値２７ａに対応したアルカリ水溶液１９が冷却器５ａの排ガス入口側に供給されるように信号２６ｂにより前記ポンプ２４を調節する。即ち、不純物検出値２７ａによる硫黄酸化物或いは塩化水素の不純物が多くなると、アルカリ水溶液１９の供給量を増加する制御を行う。

その第二の方法は、前記アルカリ供給制御装置２６が、先ず、冷却器５ａの排ガス入口側に供給するアルカリ水溶液１９の供給量が一定に保持されるように前記ポンプ２４を信号２６ｃにより調節しておき、この状態で、前記不純物検出器２７の不純物検出値２７ａに対応した水溶液調整タンク１５のアルカリ水溶液１９のアルカリ濃度検出値２２ａとなるように、前記アルカリ濃度制御器２３を信号２６ｄにより制御して固形アルカリ剤供給機１８による固形アルカリ剤１７の供給を調節する。即ち、不純物検出値２７ａによる硫黄酸化物或いは塩化水素の不純物が多くなると、アルカリ水溶液１９のアルカリ濃度検出値２２ａが高くなるように固形アルカリ剤供給機１８による固形アルカリ剤の供給量を増加してアルカリ水溶液１９のアルカリ濃度検出値２２ａを高くする制御を行う。

上記したように、不純物検出器２７によって検出される硫黄酸化物、塩化水素の不純物検出値２７ａに応じて、前記ドレンタンク１０内のドレンＤ１のｐＨ検出値２８ａが設定値に保持されるように、冷却器５ａの排ガス入口側に供給されるアルカリ供給量を制御することにより、最前段の不純物分離装置６ａにおいて、主に硫黄酸化物、塩化水素からなる不純物の除去が安定して高効率に行われるようになる。

上記実施例によれば、圧縮機４ａ下流の冷却器５ａから取り出されるドレンＤ１を用いてアルカリ水溶液１９を製造するようにしたことにより、外部から水を全く供給することなしにアルカリ水溶液１９を製造して供給することができる。

発明者は、ドレンを用いて製造したアルカリ水溶液と、水を用いて製造したアルカリ水溶液との不純物除去の効果を比較する試験を実施した。

図２（ａ）は、水を利用したアルカリ水溶液（ドレン利用なし）を最前段の冷却器５ａの排ガス入口側に供給した場合Ｉと、ドレンを利用したアルカリ水溶液を最前段の冷却器５ａの排ガス入口側に供給した場合ＩＩと、ドレンを利用したアルカリ水溶液を最後段の冷却器５ｃの排ガス入口側に供給した場合ＩＩＩとにおける、アルカリ供給量と、取り出されるドレンのｐＨとの関係をシミュレーションした結果の線図である。又、図２（ｂ）は図２（ａ）の夫々の場合におけるアルカリ供給量と脱硫率との関係をシミュレーションした結果の線図である。

図２（ａ）では、水の場合Ｉは水が元々中性（ｐＨ７前後）であることから、アルカリ水溶液の供給によるｐＨは大きい値を示し、又、ドレンを利用したアルカリ水溶液を最前段の冷却器５ａの排ガス入口側に供給した場合ＩＩは、ドレンＤ１の量が大きいことから、アルカリ水溶液の供給によるｐＨは小さい値を示し、一方、ドレンを利用したアルカリ水溶液を最後段の冷却器５ｃの排ガス入口側に供給した場合ＩＩＩは、ドレンＤ３の量が少ないことから、アルカリ水溶液の供給によるｐＨの値はＩとＩＩの間を示した。

図２（ｂ）では、水の場合ＩはｐＨが高く保持されることから高い脱硫率が得られ、又、ドレンを利用したアルカリ水溶液を最前段の冷却器５ａの排ガス入口側に供給した場合ＩＩは、ドレンＤ１のｐＨが低いことから脱硫率は低く、一方、ドレンを利用したアルカリ水溶液を最後段の冷却器５ｃの排ガス入口側に供給した場合ＩＩＩは、ｐＨが前記ＩとＩＩの間を示したことから、脱硫率も前記ＩとＩＩの間を示した。

図２（ｂ）から明らかなように、ドレンを用いたアルカリ水溶液でも、又、水を用いたアルカリ水溶液でも、ドレンＤ１のｐＨが高く保持されるようにアルカリ水溶液を供給すると、ｐＨの上昇に伴って不純物除去効果が高まる同様の作用が確認された。従って、ドレンを用いたアルカリ水溶液は有効に利用できることが判明した。

尚、前記水溶液調整タンク１５では多量のアルカリ水溶液１９を製造するために多量の固形アルカリ剤１７を使用することになるが、前記ドレンＤ１，Ｄ２，Ｄ３は最終的に排水されるものであり、且つ、排水する際には環境に対する影響が生じないようにアルカリ剤を用いてｐＨ６〜８に調整する必要があるので、アルカリ剤をどの段階で使用するかの違いであって、アルカリ剤のトータルでの使用量は同一となる。

又、最前段の不純物分離装置６ａにおける冷却器５ａの排ガス入口側にアルカリ水溶液１９を供給することにより、排ガス２の腐食成分が除去され、更に、ｐＨが高められるので、特に圧縮圧力が高いことによって酸化が促進される第二段、第三段の不純物分離装置６ｂ，６ｃの圧縮機４ｂ，４ｃの材料の腐食を低減することができる。

前記したように不純物除去システムによって排ガス２中の不純物が除去された二酸化炭素は、必要に応じて水銀除去塔７により水銀を除去し、乾燥機８に送られて水分が除去された後、二酸化炭素液化装置３に供給され、冷却により液化される。生成した液化二酸化炭素は、船等の搬送手段により処分地まで液化搬送されて処分される。尚、上記実施例では、二酸化炭素液化装置３により二酸化炭素を液化するのに適した目的圧力まで圧縮装置４によって圧縮する場合について説明したが、本発明は、前記圧縮装置４によって目的圧力まで圧縮した二酸化炭素を、更に高圧の圧縮設備によって臨界圧まで圧縮してパイプライン等により処分地まで圧縮搬送して処分する場合にも適用することができる。

尚、図１の実施例において、最前段の不純物分離装置６ａに供給する水溶液調整タンク１５のアルカリ水溶液１９の量に余裕がある場合には、最前段の不純物分離装置６ａにアルカリ水溶液１９を供給すると共に、水溶液調整タンク１５のアルカリ水溶液１９の一部を、前記最後段の不純物分離装置６ｃの冷却器５ｃの排ガス入口側に供給するようにしてもよい。

図３は本発明における不純物除去システムの他の実施例を示す系統図であり、この実施例では、前記アルカリ水溶液供給装置９における水溶液調整タンク１５のアルカリ水溶液１９を、加圧する別のポンプ３０により供給管３１を介して最後段の不純物分離装置６ｃにおける冷却器５ｃの排ガス入口側に供給している。最後段の不純物分離装置６ｃでは、最後段の圧縮機４ｃによって排ガス２が２．５ＭＰａ［Ｇ］に加圧されているので、この圧力に打ち勝つように別のポンプ３０により加圧して供給する。

図３のように、最後段の不純物分離装置６ｃにおける冷却器５ｃの排ガス入口側にアルカリ水溶液１９を供給すると、最後段の不純物分離装置６ｃでは圧縮によって酸化した窒素酸化物をドレンＤ３と共に除去することができる。

又、図３では、最後段の不純物分離装置６ｃの出口に湿式の脱硫・脱硝装置を設けた場合を同時に示している。即ち、不純物分離装置６ｃの出口に脱硫・脱硝装置３２を配置し、切替弁３３，３４，３５を備えて、前記該脱硫・脱硝装置３２に排ガス２を供給する供給ダクト３６と、脱硫・脱硝装置３２をバイパスして排ガス２を流すバイパスダクト３７を備えている。

図３のように、最後段の不純物分離装置６ｃの出口に湿式の脱硫・脱硝装置３２を備えた構成では、排ガス２を必要に応じて脱硫・脱硝装置３２に導くことにより、排ガス中の不純物を更に低減することができる。このとき、最後段の不純物分離装置６ｃの圧縮機４ｃから導出される排ガス２の容量（流量）は著しく小さくなっているため、前記脱硫・脱硝装置３２は著しく小型（従来の数十分の１）のものを用いて不純物を除去することができる。又、図３に示した脱硫・脱硝装置３２の構成は、図１に示す実施例に対しても適用することができる。

図３の供給制御器２９は、前記不純物検出器２７により検出される窒素酸化物の量と窒素酸化物の量の少なくとも一方が設定値よりも大きくなった場合には、前記該脱硫・脱硝装置３２に排ガス２を導くように切替弁３３，３４，３５を切り替える。又、前記供給制御器２９は、前記不純物検出器２７により検出される水銀の量が設定値よりも大きくなった場合には、水銀除去塔７に排ガス２を導くように切替弁３９，４０を切り替える。

図１、図３に示すように、本発明の不純物除去システムによれば、圧縮機４ａ下流の冷却器５ａから取り出されるドレンＤ１を用いてアルカリ水溶液１９を製造するので、外部から水を全く供給することなしにアルカリ水溶液１９を製造して供給することができる。従って、水が高価、或いは水の入手が困難な地域においても、アルカリ水溶液１９を用いて酸素燃焼装置１からの排ガス２中に含まれる不純物を除去できるため、酸素燃焼装置１を実施する地域の範囲を拡大することができる。

前記アルカリ水溶液供給装置９は、前記ドレンタンク１０のドレンの一部を取り入れて一定量を水溶液調整タンク１５に貯留し、アルカリ濃度制御器２３により固形アルカリ剤供給機１８を制御して固形アルカリ剤１７の供給を調節することによりアルカリ水溶液１９のアルカリ濃度検出値２２ａを任意の値に調節し、水溶液調整タンク１５のアルカリ水溶液１９をポンプ２４により冷却器５ａの排ガス入口側に供給するので、任意のアルカリ濃度検出値２２ａのアルカリ水溶液１９を供給できる利点がある。

前記アルカリ供給制御装置２６は、水溶液調整タンク１５に一定のアルカリ濃度検出値２２ａのアルカリ水溶液１９が製造されるようにアルカリ濃度制御器２３を制御して固形アルカリ剤供給機１８を調節し、且つ、不純物検出器２７の不純物検出値２７ａに対応したアルカリ水溶液１９の供給量になるようにポンプ２４を調節することにより、必要なアルカリ供給量を正確に供給することができる。

前記アルカリ供給制御装置２６は、アルカリ水溶液１９の供給量を一定に保持するようにポンプ２４を調節し、且つ、不純物検出器２７の不純物検出値２７ａに対応した水溶液調整タンク１５のアルカリ水溶液１９のアルカリ濃度検出値２２ａとなるように、アルカリ濃度制御器２３を制御して固形アルカリ剤供給機１８を調節することにより、必要なアルカリ供給量を正確に供給することができる。

前段である少なくとも最前段の不純物分離装置６ａにおける冷却器５ａのドレンＤ１を前記ドレンタンク１０に導くようにすると、前段の不純物分離装置６ａにおける冷却器５ａのドレン量は多いため、アルカリ水溶液１９を製造するための十分なドレンＤ１を確保することかできる。

図１に示すように、前記水溶液調整タンク１５のアルカリ水溶液１９を、ポンプ２４を介して前段である例えば最前段の不純物分離装置６ａにおける冷却器５ａの排ガス入口側に供給すると、排ガス中の特に硫黄酸化物及び塩化水素を効果的に除去できる。

図３に示すように、前記水溶液調整タンク１５のアルカリ水溶液１９を、別のポンプ３０を介して後段である例えば最後段の不純物分離装置６ｃにおける冷却器５ｃの排ガス入口側に供給すると、排ガス中の特に窒素酸化物を効果的に除去できる。

前記アルカリ供給制御装置２６によって、先ず、水溶液調整タンク１５に一定のアルカリ濃度検出値２２ａのアルカリ水溶液１９が製造されるように前記アルカリ濃度制御器２３を制御して前記固形アルカリ剤供給機１８を調節しておき、この状態で、前記不純物検出器２７の不純物検出値２７ａに対応したアルカリ水溶液１９が冷却器５ａの排ガス入口側に供給されるように前記ポンプ２４を調節すると、アルカリ水溶液１９の供給量によってアルカリ供給量を制御することができる。

又、前記アルカリ供給制御装置２６によって、先ず、冷却器５ａの排ガス入口側に供給するアルカリ水溶液１９の供給量が一定に保持されるように前記ポンプ２４を調節しておき、この状態で、前記不純物検出器２７の不純物検出値２７ａに対応した水溶液調整タンク１５のアルカリ水溶液１９のアルカリ濃度検出値２２ａとなるように、前記アルカリ濃度制御器２３を制御して固形アルカリ剤供給機１８による固形アルカリ剤１７の供給を調節すると、アルカリ水溶液１９のアルカリ濃度検出値２２ａを変えることによってアルカリ供給量を制御することができる。

尚、本発明の不純物除去システムは、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ 酸素燃焼装置
２ 排ガス
３ 二酸化炭素液化装置
４ 圧縮装置
４ａ，４ｂ，４ｃ 圧縮機
５ａ，５ｂ，５ｃ 冷却器
６ａ，６ｂ，６ｃ 不純物分離装置
７ 水銀除去塔
８ 乾燥機
９ アルカリ水溶液供給装置
１０ ドレンタンク
１３ 取入弁
１５ 水溶液調整タンク
１６ａ 調節器
１７ 固形アルカリ剤
１８ 固形アルカリ剤供給機
１９ アルカリ水溶液
２１ レベル計
２１ａ 検出レベル
２２ アルカリ濃度検出器
２２ａ アルカリ濃度検出値
２３ アルカリ濃度制御器
２４ ポンプ
２６ アルカリ供給制御装置
２７ 不純物検出器
２７ａ 不純物検出値
２８ ドレンｐＨ検出器
２８ａ ｐＨ検出値
２９ 供給制御器
３０ 別のポンプ
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３ ドレン

Claims (9)

1. 酸素燃焼装置からの二酸化炭素主体の排ガスを液化搬送又は圧縮搬送のための目的圧力まで段階的に圧縮する複数段の圧縮機と、各圧縮機で圧縮した排ガスを冷却し、冷却によって凝縮した水分をドレンとして取り出すようにした冷却器とを有する複数段の不純物分離装置を備え、前記冷却器の排ガス入口側にアルカリ水溶液を供給することにより排ガス中の不純物を前記ドレンと共に除去するようにした不純物除去システムであって、
   前記冷却器からのドレンを受けて所定量のドレンを貯留するドレンタンクと、
   該ドレンタンクのドレンの一部を取り込んで貯留する水溶液調整タンクと、該水溶液調整タンクのドレンに固形アルカリ剤を供給してアルカリ水溶液を製造するための固形アルカリ剤供給機と、該固形アルカリ剤供給機を制御してアルカリ水溶液のアルカリ濃度検出値を調節するアルカリ濃度制御器と、前記水溶液調整タンクのアルカリ水溶液を前記冷却器の排ガス入口側に供給するポンプと、を有するアルカリ水溶液供給装置と、
   後段の不純物分離装置の冷却器の下流側に備えた不純物検出器と、前記ドレンタンクのドレンのｐＨ検出値を得るドレンｐＨ検出器と、前記不純物検出器からの不純物検出値と前記ドレンｐＨ検出器からのｐＨ検出値を入力し、不純物検出器の不純物検出値に基づいて、前記ドレンｐＨ検出器のｐＨ検出値が設定値に保持されるように、前記アルカリ水溶液供給装置を調節して前記冷却器の排ガス入口側に供給するアルカリ供給量を制御する供給制御器と、を有するアルカリ供給制御装置と、
   を有することを特徴とする不純物除去システム。
2. 前記不純物除去システムにおいて、前記アルカリ水溶液供給装置は、前記ドレンタンクのドレンの一部を取入弁により取り込んで貯留する水溶液調整タンクと、調節器により前記水溶液調整タンクに固形アルカリ剤を供給してアルカリ水溶液を製造するための固形アルカリ剤供給機と、前記水溶液調整タンクのアルカリ水溶液の液面レベルを計測するレベル計と、前記水溶液調整タンクのアルカリ水溶液のアルカリ濃度検出値を得るアルカリ濃度検出器と、前記レベル計による検出レベルと前記アルカリ濃度検出器のアルカリ濃度検出値を入力して、前記水溶液調整タンクのアルカリ水溶液のレベルが一定に保持されるように前記取入弁を制御し、且つ、前記水溶液調整タンクのアルカリ水溶液のアルカリ濃度検出値を任意の値に保持するように前記固形アルカリ剤供給機を制御するアルカリ濃度制御器と、前記水溶液調整タンクのアルカリ水溶液を前記冷却器の排ガス入口側に供給する前記ポンプと、を有することを特徴とする請求項１に記載の不純物除去システム。
3. 前記アルカリ供給制御装置は、水溶液調整タンクに一定のアルカリ濃度検出値のアルカリ水溶液が製造されるように前記アルカリ濃度制御器を制御して固形アルカリ剤供給機を調節し、且つ、前記不純物検出器の不純物検出値に対応したアルカリ水溶液の供給量になるように前記ポンプを調節することを特徴とする請求項１又は２に記載の不純物除去システム。
4. 前記アルカリ供給制御装置は、アルカリ水溶液の供給量を一定に保持するように前記ポンプを調節し、且つ、前記不純物検出器の不純物検出値に対応した水溶液調整タンクのアルカリ水溶液のアルカリ濃度検出値となるように、前記アルカリ濃度制御器を制御して前記固形アルカリ剤供給機を調節することを特徴とする請求項１又は２に記載の不純物除去システム。
5. 少なくとも最前段の不純物分離装置における冷却器のドレンを前記ドレンタンクに導くようにしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の不純物除去システム。
6. 前記水溶液調整タンクのアルカリ水溶液を、前記ポンプを介して前段の不純物分離装置における冷却器の排ガス入口側に供給するようにしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の不純物除去システム。
7. 前記水溶液調整タンクのアルカリ水溶液を、別のポンプを介して後段の不純物分離装置における冷却器の排ガス入口側に供給するようにしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の不純物除去システム。
8. 前記アルカリ供給制御装置は、前記水溶液調整タンクで一定のアルカリ濃度検出値のアルカリ水溶液が製造されるように前記アルカリ濃度制御器を制御して固形アルカリ剤供給機を調節すると共に、前記不純物検出器の不純物検出値に対応したアルカリ水溶液の供給量となるように前記ポンプを調節することでアルカリ供給量を制御することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の不純物除去システム。
9. 前記アルカリ供給制御装置は、アルカリ水溶液の供給量を一定に保持するように前記ポンプを調節すると共に、前記不純物検出器の不純物検出値に対応した水溶液調整タンクのアルカリ水溶液のアルカリ濃度検出値となるように、前記アルカリ濃度制御器を制御して固形アルカリ剤供給機を調節することでアルカリ供給量を制御することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の不純物除去システム。

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