JP2023179257A - Combustion system and exhaust gas treatment unit - Google Patents

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由弥 泉澤
Yoshiya Izumisawa
怜史 今坂
Satoshi Imasaka
康司 来田
Koji Kida
通孝 古林
Michitaka Furubayashi
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Abstract

To easily and efficiently separate CO2 contained in gas to be treated, in a combustion system.SOLUTION: A refuse incineration facility 1, which is a combustion system, comprises: a boiler 41 that generates steam by burning fuel in a combustion chamber 11; a turbine 42 to which steam is supplied from the boiler 41; and a separation membrane module 32 that has a separation membrane containing a CO2 carrier, in which for a first space and a second space separated by the separation membrane, gas to be treated containing CO2 is supplied to the first space, and steam discharged from the turbine 42 is supplied to the second space, and that moves CO2 contained in the gas to be treated from the first space to the second space. Consequently, CO2 contained in the gas to be treated can be easily and efficiently separated.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、燃焼システムおよび排ガス処理ユニットに関する。 The present invention relates to combustion systems and exhaust gas treatment units.

近年、CO(二酸化炭素)を発生する様々な施設において、CO回収の需要が高まっており、分離膜を用いたCOの分離回収が注目されている。例えば、特許文献1の燃焼システムでは、分離膜である促進輸送膜によって隔てられた第1処理室および第2処理室のうち、第1処理室にメタンガスを含む被処理ガスが供給され、第2処理室に水蒸気を含むスイープガスが供給される。これにより、被処理ガス中のCOが選択的に第2処理室へと透過する。特許文献1における上記水蒸気は、第1処理室を通過したガスから除去されたものである、または、第1処理室を通過したガスに含まれるメタンガスの燃焼排ガスを用いて生成される。 In recent years, there has been an increasing demand for CO 2 recovery in various facilities that generate CO 2 (carbon dioxide), and separation and recovery of CO 2 using separation membranes has been attracting attention. For example, in the combustion system of Patent Document 1, of a first processing chamber and a second processing chamber separated by a facilitated transport membrane that is a separation membrane, a gas to be treated containing methane gas is supplied to the first processing chamber, and a gas to be treated containing methane gas is supplied to the second processing chamber. A sweep gas containing water vapor is supplied to the processing chamber. As a result, CO 2 in the gas to be processed selectively permeates into the second processing chamber. The water vapor in Patent Document 1 is removed from the gas that has passed through the first processing chamber, or is generated using combustion exhaust gas of methane gas contained in the gas that has passed through the first processing chamber.

特許文献2では、混合ガス流を促進輸送膜の一方の面に沿って通過させ、水蒸気を膜のもう一方の面に沿って通過させることにより、混合ガス流からCOを除去する手法が開示されている。当該水蒸気は、内燃機関から発生した排ガスを冷却する作用、または、内燃機関の冷却液の作用によって生成される。特許文献3の装置は、第一空間に流入するCO含有ガスに含まれるCOを分離膜によって選択的に第二空間に透過させるように構成されたCO分離器と、水タンクと、水タンクにおける水面よりも上の空間と第二空間とを連通させる水蒸気供給流路と、第二空間を減圧するポンプとを有する。ポンプの減圧により水タンク内部の水の蒸発が促進され、水蒸気が第二空間に供給される。 Patent Document 2 discloses a method for removing CO 2 from a mixed gas stream by passing the mixed gas stream along one side of a facilitated transport membrane and passing water vapor along the other side of the membrane. has been done. The water vapor is generated by the action of cooling exhaust gas generated from the internal combustion engine or by the action of the coolant of the internal combustion engine. The device of Patent Document 3 includes a CO 2 separator configured to selectively permeate CO 2 contained in the CO 2 -containing gas flowing into the first space into the second space through a separation membrane, and a water tank. It has a water vapor supply channel that communicates a space above the water level in the water tank with a second space, and a pump that reduces the pressure of the second space. Evaporation of water inside the water tank is promoted by the reduced pressure of the pump, and water vapor is supplied to the second space.

なお、特許文献4では、ボイラおよび蒸気タービンを備えた発電プラントから排出される被処理気体からCOを回収する方法が開示されている。当該方法では、CO吸着材を用いて被処理気体からCOを吸着する吸着工程と、COを吸着したCO吸着材から脱離用水蒸気を用いてCOを脱離させる脱離工程とが行われる。脱離用水蒸気は、蒸気タービン出口から排出される出口蒸気の一部を圧縮して得られる過熱蒸気から調製される飽和蒸気である。 Note that Patent Document 4 discloses a method of recovering CO 2 from a gas to be treated discharged from a power generation plant equipped with a boiler and a steam turbine. This method includes an adsorption step of adsorbing CO 2 from the gas to be treated using a CO 2 adsorbent, and a desorption step of desorbing CO 2 from the CO 2 adsorbent that has adsorbed CO 2 using desorption steam. will be carried out. The desorption steam is saturated steam prepared from superheated steam obtained by compressing a part of the outlet steam discharged from the steam turbine outlet.

特許第6966993号公報Patent No. 6966993 特表2015-536814号公報Special table 2015-536814 publication 特開2021-159813号公報JP 2021-159813 Publication 特許第5812694号公報Patent No. 5812694

ところで、ボイラおよびタービンを有する燃焼システムにおいて、排ガス等、COを含有する被処理ガスから分離膜を用いてCOを分離する場合に、特許文献1ないし3の手法を適用することが考えられる。しかしながら、特許文献1ないし3の手法では、分離膜に供給する水蒸気を生成するための、追加の装置やエネルギーが必要となる。したがって、燃焼システムにおいて、このような追加の装置やエネルギーを要することなく、COを容易かつ効率的に分離する手法が求められている。また、被処理ガスが排ガスである場合に、排ガスに含有されるCOの分離を適切に行う手法も求められている。 By the way, in a combustion system having a boiler and a turbine, when separating CO 2 from a gas to be treated containing CO 2 such as exhaust gas using a separation membrane, it is possible to apply the methods of Patent Documents 1 to 3. . However, the methods of Patent Documents 1 to 3 require additional equipment and energy to generate water vapor to be supplied to the separation membrane. Therefore, there is a need for an approach to easily and efficiently separate CO2 in combustion systems without requiring such additional equipment or energy. Furthermore, when the gas to be treated is exhaust gas, a method for appropriately separating CO 2 contained in the exhaust gas is also required.

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、燃焼システムにおいて、被処理ガスに含有されるCOを容易かつ効率的に分離することを目的とし、排ガス処理において、排ガスに含有されるCOの分離を適切に行うことも目的としている。 The present invention was made in view of the above problems, and aims to easily and efficiently separate CO 2 contained in the gas to be treated in a combustion system. The purpose is also to properly separate the

請求項1に記載の発明は、燃焼システムであって、燃焼室にて燃料を燃焼することにより水蒸気を生成するボイラと、前記ボイラから前記水蒸気が供給されるタービンと、二酸化炭素キャリアを含む分離膜を有し、前記分離膜により隔てられる第1空間および第2空間のうち、前記第1空間に二酸化炭素を含有する被処理ガスが供給され、前記第2空間に前記タービンから排出される前記水蒸気が供給され、前記被処理ガスに含まれる二酸化炭素を前記第1空間から前記第2空間に移動させる分離膜モジュールとを備える。 The invention according to claim 1 is a combustion system that includes a boiler that generates steam by burning fuel in a combustion chamber, a turbine to which the steam is supplied from the boiler, and a separation system that includes a carbon dioxide carrier. Of a first space and a second space that have a membrane and are separated by the separation membrane, the first space is supplied with a gas to be treated containing carbon dioxide, and the gas that is discharged from the turbine is supplied to the second space. and a separation membrane module to which water vapor is supplied and which moves carbon dioxide contained in the gas to be treated from the first space to the second space.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の燃焼システムであって、二酸化炭素を含有する前記被処理ガスが、前記燃焼室から排出される排ガス、高炉の炉頂から排出される炉頂ガス、大気中の空気、または、水素もしくは炭化水素を主成分とする混合ガスを含む。 The invention according to claim 2 is the combustion system according to claim 1, wherein the gas to be treated containing carbon dioxide is an exhaust gas discharged from the combustion chamber or a furnace discharged from the top of a blast furnace. It includes top gas, atmospheric air, or a mixture of gases mainly composed of hydrogen or hydrocarbons.

請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の燃焼システムであって(請求項1または2に記載の燃焼システムであってもよい。)、前記被処理ガスに水を含む液体を供給することにより、前記被処理ガスの温度を低下させるガス冷却部をさらに備える。 The invention according to claim 3 is the combustion system according to claim 1 (which may be the combustion system according to claim 1 or 2), wherein a liquid containing water is supplied to the gas to be treated. The apparatus further includes a gas cooling section that lowers the temperature of the gas to be processed.

請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の燃焼システムであって、前記被処理ガスが、前記燃焼室から排出される排ガスを含み、前記ガス冷却部が、前記燃焼室と前記分離膜モジュールとの間の前記排ガスの経路に設けられ、前記液体が薬剤を含み、前記ガス冷却部において前記排ガスから所定成分が除去される。 The invention according to claim 4 is the combustion system according to claim 3, wherein the gas to be treated includes exhaust gas discharged from the combustion chamber, and the gas cooling section is configured to separate the combustion chamber from the separation gas. It is provided in the path of the exhaust gas between the membrane module, the liquid contains a drug, and a predetermined component is removed from the exhaust gas in the gas cooling section.

請求項5に記載の発明は、請求項1ないし4のいずれか1つに記載の燃焼システムであって、前記分離膜モジュールの前記第2空間から排出される二酸化炭素含有水蒸気を復水することにより、水と二酸化炭素とを分離する復水器をさらに備える。 The invention according to claim 5 is the combustion system according to any one of claims 1 to 4, which comprises condensing carbon dioxide-containing steam discharged from the second space of the separation membrane module. The system further includes a condenser that separates water and carbon dioxide.

請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の燃焼システムであって、前記タービンから排出され、前記分離膜モジュールの前記第2空間を経由しない水蒸気を復水するもう1つの復水器をさらに備える。 The invention according to claim 6 is the combustion system according to claim 5, further comprising another condenser for condensing steam discharged from the turbine and not passing through the second space of the separation membrane module. Furthermore, it is equipped with.

請求項7に記載の発明は、請求項1ないし4のいずれか1つに記載の燃焼システムであって(請求項1ないし6のいずれか1つに記載の燃焼システムであってもよい。)、前記分離膜モジュールの前記第2空間から排出される二酸化炭素含有水蒸気から水を分離するもう1つの分離膜モジュールをさらに備える。 The invention according to claim 7 is the combustion system according to any one of claims 1 to 4 (or may be the combustion system according to any one of claims 1 to 6). , further comprising another separation membrane module that separates water from carbon dioxide-containing water vapor discharged from the second space of the separation membrane module.

請求項8に記載の発明は、請求項1ないし4のいずれか1つに記載の燃焼システムであって(請求項1ないし7のいずれか1つに記載の燃焼システムであってもよい。)、前記分離膜モジュールの前記第2空間から排出される二酸化炭素含有水蒸気を利用して所定の生成物を生成する二酸化炭素利用装置をさらに備える。 The invention according to claim 8 is the combustion system according to any one of claims 1 to 4 (or may be the combustion system according to any one of claims 1 to 7). , further comprising a carbon dioxide utilization device that generates a predetermined product using carbon dioxide-containing water vapor discharged from the second space of the separation membrane module.

請求項9に記載の発明は、請求項1ないし4のいずれか1つに記載の燃焼システムであって(請求項1ないし8のいずれか1つに記載の燃焼システムであってもよい。)、前記燃料が廃棄物であり、前記被処理ガスが、前記燃焼室から排出される排ガスを含む。 The invention according to claim 9 is the combustion system according to any one of claims 1 to 4 (or may be the combustion system according to any one of claims 1 to 8). , the fuel is waste, and the gas to be treated includes exhaust gas discharged from the combustion chamber.

請求項10に記載の発明は、排ガス処理ユニットであって、排ガスに水および薬剤を含む液体を供給して前記排ガスから所定成分を除去するとともに、前記排ガスの温度を低下させる湿式洗煙塔と、二酸化炭素キャリアを含む分離膜を有し、前記分離膜により隔てられる第1空間および第2空間のうち、前記第1空間に前記湿式洗煙塔を通過した前記排ガスが供給され、前記第2空間に水蒸気が供給され、前記排ガスに含まれる二酸化炭素を前記第1空間から前記第2空間に移動させる分離膜モジュールとを備える。 The invention according to claim 10 is an exhaust gas treatment unit, which includes a wet smoke scrubbing tower that supplies a liquid containing water and a drug to the exhaust gas to remove a predetermined component from the exhaust gas, and lowers the temperature of the exhaust gas. , having a separation membrane containing a carbon dioxide carrier, of a first space and a second space separated by the separation membrane, the exhaust gas that has passed through the wet smoke scrubber is supplied to the first space; A separation membrane module is provided, into which water vapor is supplied and which moves carbon dioxide contained in the exhaust gas from the first space to the second space.

請求項1ないし9の発明では、燃焼システムにおいて、被処理ガスに含有されるCOを容易かつ効率的に分離することができる。請求項10の発明では、排ガス処理において、排ガスに含有されるCOの分離を適切に行うことができる。 In the invention according to claims 1 to 9, CO 2 contained in the gas to be treated can be easily and efficiently separated in the combustion system. In the tenth aspect of the invention, in the exhaust gas treatment, CO 2 contained in the exhaust gas can be appropriately separated.

第1実施形態に係るごみ焼却設備の構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a garbage incineration facility according to a first embodiment. 湿式洗煙塔および分離膜モジュールを示す断面図である。It is a sectional view showing a wet smoke scrubbing tower and a separation membrane module. 第1比較例のごみ焼却設備の構成を示すブロック図である。It is a block diagram showing the composition of garbage incineration equipment of a first comparative example. 第2実施形態に係るごみ焼却設備の構成を示すブロック図である。It is a block diagram showing the composition of garbage incineration equipment concerning a 2nd embodiment. 第3実施形態に係るごみ焼却設備の構成を示すブロック図である。It is a block diagram showing the composition of garbage incineration equipment concerning a 3rd embodiment. 第4実施形態に係るごみ焼却設備の構成を示すブロック図である。It is a block diagram showing the composition of garbage incineration equipment concerning a 4th embodiment.

(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係るごみ焼却設備1の構成を示すブロック図である。ごみ焼却設備1は、廃棄物であるごみを焼却する廃棄物焼却設備であり、ごみを燃料として燃焼してエネルギーに変換する燃焼システムでもある。ごみ焼却設備1は、燃焼室11と、排ガス流路21と、エコノマイザ22と、集じん器23と、湿式洗煙塔31と、分離膜モジュール32と、脱硝装置24と、煙突25とを備える。燃焼室11は、焼却炉であり、図示省略のごみピットから投入されるごみを燃焼(焼却)する。排ガス流路21は、燃焼室11から排出される排ガスが流れる煙道である。図1の例では、排ガス流路21は、燃焼室11から煙突25に至る流路である。エコノマイザ22、集じん器23、湿式洗煙塔31、分離膜モジュール32および脱硝装置24は、排ガス流路21に設けられ、排ガスの流れ方向における上流側から下流側に向かって(すなわち、燃焼室11から煙突25に向かって)順に配置される。図1では、複数の太線の矢印にて排ガス流路21を示し、燃焼室11とエコノマイザ22との間の矢印のみに排ガス流路を示す符号21を付している。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a garbage incineration facility 1 according to a first embodiment of the present invention. The garbage incineration facility 1 is a waste incineration facility that incinerates garbage, which is waste, and is also a combustion system that burns garbage as fuel and converts it into energy. The waste incineration equipment 1 includes a combustion chamber 11, an exhaust gas flow path 21, an economizer 22, a dust collector 23, a wet smoke scrubber 31, a separation membrane module 32, a denitrification device 24, and a chimney 25. . The combustion chamber 11 is an incinerator, and burns (incinerates) garbage input from a garbage pit (not shown). The exhaust gas passage 21 is a flue through which exhaust gas discharged from the combustion chamber 11 flows. In the example of FIG. 1, the exhaust gas passage 21 is a passage from the combustion chamber 11 to the chimney 25. The economizer 22, dust collector 23, wet smoke scrubber 31, separation membrane module 32, and denitrification device 24 are provided in the exhaust gas flow path 21, and are arranged from the upstream side to the downstream side in the flow direction of the exhaust gas (i.e., from the combustion chamber to the downstream side). 11 toward the chimney 25). In FIG. 1, the exhaust gas flow path 21 is indicated by a plurality of thick arrows, and only the arrow between the combustion chamber 11 and the economizer 22 is given the reference numeral 21 indicating the exhaust gas flow path.

エコノマイザ22は、後述のボイラ41に供給される水を排ガスとの熱交換により加熱する。集じん器23は、いわゆるバグフィルタであり、排ガスに含まれる飛灰をろ布により捕集する。集じん器23の上流側において、粉末状の排ガス処理薬剤が排ガスに供給され、集じん器23において飛灰と共に当該排ガス処理薬剤が捕集されてもよい。排ガス処理薬剤は、硫黄酸化物、塩化水素、ダイオキシン類、水銀化合物等の除去に利用される。集じん器23を通過した排ガスは湿式洗煙塔31に流入する。 The economizer 22 heats water supplied to a boiler 41 (described later) through heat exchange with exhaust gas. The dust collector 23 is a so-called bag filter, and uses a filter cloth to collect fly ash contained in the exhaust gas. A powdered exhaust gas treatment agent may be supplied to the exhaust gas on the upstream side of the dust collector 23, and the exhaust gas treatment agent may be collected together with the fly ash in the dust collector 23. Exhaust gas treatment chemicals are used to remove sulfur oxides, hydrogen chloride, dioxins, mercury compounds, etc. The exhaust gas that has passed through the dust collector 23 flows into a wet smoke scrubbing tower 31 .

図2は、湿式洗煙塔31および分離膜モジュール32を示す断面図である。湿式洗煙塔31の内部には、例えば、少なくとも1つ(図2では、複数)の噴霧部311と、充填層312とが設けられる。噴霧部311は、所定の薬剤および水を含む液体を噴霧する。当該薬剤は、例えば、苛性ソーダ等のアルカリ薬剤である。充填層312には、所定の充填材が充填される。充填材間の隙間には、当該液体が流れ込む。図2の例では、排ガスが湿式洗煙塔31の下部から内部に流入し、上方に向かって流れる。湿式洗煙塔31内では、排ガスが当該液体の噴霧を受けるとともに、充填材間の隙間を通過する。これにより、排ガスの温度が、例えば50℃~70℃に低下するとともに、排ガスに含まれる硫黄酸化物、塩化水素等の所定成分が除去される。湿式洗煙塔31の上部に到達した排ガスは、分離膜モジュール32に排出される。湿式洗煙塔31では、後述の分離膜322におけるCO(二酸化炭素)の分離の阻害物質を除去することが可能である。 FIG. 2 is a sectional view showing the wet smoke scrubbing tower 31 and the separation membrane module 32. Inside the wet smoke scrubbing tower 31, for example, at least one (in FIG. 2, a plurality of) spray sections 311 and a packed bed 312 are provided. The spray unit 311 sprays a liquid containing a predetermined medicine and water. The drug is, for example, an alkaline drug such as caustic soda. The filling layer 312 is filled with a predetermined filler. The liquid flows into the gaps between the fillers. In the example of FIG. 2, exhaust gas flows into the wet smoke scrubbing tower 31 from the lower part and flows upward. In the wet smoke scrubbing tower 31, the exhaust gas is sprayed with the liquid and passes through the gaps between the fillers. As a result, the temperature of the exhaust gas is lowered to, for example, 50° C. to 70° C., and predetermined components such as sulfur oxides and hydrogen chloride contained in the exhaust gas are removed. The exhaust gas that has reached the upper part of the wet smoke scrubbing tower 31 is discharged to the separation membrane module 32. In the wet smoke scrubbing tower 31, it is possible to remove substances that inhibit the separation of CO2 (carbon dioxide) in the separation membrane 322, which will be described later.

分離膜モジュール32は、例えば、外筒321と、分離膜322とを備える。外筒321は、例えば、有蓋および有底の筒状形状を有し、図2の上下方向に延びる。分離膜322は、上下方向に延びる筒状形状を有し、外筒321の内部に収容される。分離膜モジュール32は、分離膜322の内部空間である第1空間326と、分離膜322の外周面と外筒321の内周面との間の空間である第2空間327とを有する。第1空間326および第2空間327は、分離膜322により隔てられる。分離膜322は、例えば、有機高分子膜であり、水分存在下で稼働する。分離膜322は、アミン種等のCOキャリアを含み、COを選択的に透過する促進輸送膜である。分離膜322は、水分存在下で稼働するものであれば、高分子膜以外の膜であってよい。COキャリアは、アルカリ種等、アミン種以外の物質であってよい。分離膜322が、筒状の多孔質支持体の表面に設けられ、外筒321内に配置されてもよい。分離膜322は、平膜型、管状型、中空糸型、スパイラル型等であってもよい。また、湿式洗煙塔31に対して、複数の分離膜モジュール32が直列または並列に設けられてもよい。 The separation membrane module 32 includes, for example, an outer cylinder 321 and a separation membrane 322. The outer cylinder 321 has, for example, a cylindrical shape with a lid and a bottom, and extends in the vertical direction in FIG. 2 . The separation membrane 322 has a cylindrical shape extending in the vertical direction, and is housed inside the outer cylinder 321. The separation membrane module 32 has a first space 326 that is an internal space of the separation membrane 322 and a second space 327 that is a space between the outer peripheral surface of the separation membrane 322 and the inner peripheral surface of the outer cylinder 321. The first space 326 and the second space 327 are separated by a separation membrane 322. The separation membrane 322 is, for example, an organic polymer membrane, and operates in the presence of moisture. The separation membrane 322 is a facilitated transport membrane that contains a CO 2 carrier such as an amine species and selectively permeates CO 2 . The separation membrane 322 may be a membrane other than a polymer membrane as long as it operates in the presence of moisture. The CO2 carrier may be a substance other than an amine species, such as an alkali species. The separation membrane 322 may be provided on the surface of the cylindrical porous support and placed within the outer cylinder 321. The separation membrane 322 may be of a flat membrane type, a tubular type, a hollow fiber type, a spiral type, or the like. Further, a plurality of separation membrane modules 32 may be provided in series or in parallel to the wet smoke scrubbing tower 31.

図2の例では、湿式洗煙塔31から排出された排ガスは、分離膜モジュール32の下端の流入口から第1空間326に流入し、上方に向かって、すなわち、湿式洗煙塔31内での流れ方向と同じ方向に流れる。当該排ガスは、湿式洗煙塔31を通過することにより、水蒸気を多く含んでおり、水分がほぼ飽和状態である。また、後述するように、第2空間327には、COをほとんど含まない水蒸気がスイープガスとして供給される。当該水蒸気は、例えば、分離膜モジュール32の上端の流入口から第2空間327に流入し、下方に向かって流れる。 In the example of FIG. 2, the exhaust gas discharged from the wet smoke scrubbing tower 31 flows into the first space 326 from the inlet at the lower end of the separation membrane module 32, and flows upward, that is, within the wet smoke scrubbing tower 31. flows in the same direction as the direction of flow. The exhaust gas contains a large amount of water vapor by passing through the wet smoke scrubbing tower 31, and is almost saturated with water vapor. Further, as described later, water vapor containing almost no CO 2 is supplied to the second space 327 as a sweep gas. For example, the water vapor flows into the second space 327 from an inlet at the upper end of the separation membrane module 32 and flows downward.

ここで、促進輸送膜である分離膜322では、COの透過速度を高くするために、常時、十分な量の水を保持する必要がある。既述のように、第1空間326および第2空間327における水分濃度(湿度)が高いことにより、分離膜322では、十分な量の水を保持した状態が維持される。また、第2空間327に流入する水蒸気は、COをほとんど含まず、第2空間327のCOの分圧は、第1空間326のCOの分圧よりも十分に小さい。その結果、第1空間326では、排ガスに含まれるCOと分離膜322のCOキャリアとが反応し、分離膜322へのCOの収着および拡散が生じる。また、第2空間327では、分離膜322におけるCOの放散(脱離)が生じ、第2空間327を流れる水蒸気にCOが混合される。一例では、分離膜322において下式の反応が生じる。 Here, the separation membrane 322, which is a facilitated transport membrane, needs to hold a sufficient amount of water at all times in order to increase the permeation rate of CO2 . As described above, due to the high moisture concentration (humidity) in the first space 326 and the second space 327, the separation membrane 322 maintains a state in which a sufficient amount of water is retained. Further, the water vapor flowing into the second space 327 contains almost no CO 2 , and the partial pressure of CO 2 in the second space 327 is sufficiently lower than the partial pressure of CO 2 in the first space 326 . As a result, in the first space 326, the CO 2 contained in the exhaust gas reacts with the CO 2 carrier of the separation membrane 322, causing sorption and diffusion of CO 2 to the separation membrane 322. Further, in the second space 327, CO 2 is diffused (desorbed) in the separation membrane 322, and CO 2 is mixed with the water vapor flowing in the second space 327. In one example, the following reaction occurs in the separation membrane 322.

Figure 2023179257000002
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以上のように、分離膜モジュール32は、排ガスを被処理ガスとして、排ガスに含まれるCOを第1空間326から第2空間327に移動させ、排ガスからCOを分離(除去)する。ごみ焼却設備1では、湿式洗煙塔31および分離膜モジュール32により、排ガスに含まれる所定成分の除去およびCOの分離を行う排ガス処理ユニット3が構成される。CO除去後の排ガスは、分離膜モジュール32の上端の流出口から第1空間326の外部に排出され、脱硝装置24(図1参照)に導かれる。第2空間327においてCOが混合された水蒸気(以下、「CO含有水蒸気」ともいう。)は、分離膜モジュール32の下端近傍の流出口から第2空間327の外部に排出される。分離膜モジュール32から排出されたCO含有水蒸気については後述する。 As described above, the separation membrane module 32 uses the exhaust gas as the gas to be processed, moves CO 2 contained in the exhaust gas from the first space 326 to the second space 327, and separates (removes) CO 2 from the exhaust gas. In the waste incineration facility 1, a wet smoke scrubber 31 and a separation membrane module 32 constitute an exhaust gas treatment unit 3 that removes predetermined components contained in exhaust gas and separates CO2 . The exhaust gas after CO 2 removal is discharged from the outlet at the upper end of the separation membrane module 32 to the outside of the first space 326 and guided to the denitrification device 24 (see FIG. 1). The water vapor mixed with CO 2 in the second space 327 (hereinafter also referred to as "CO 2 -containing water vapor") is discharged to the outside of the second space 327 from an outlet near the lower end of the separation membrane module 32 . The CO2- containing water vapor discharged from the separation membrane module 32 will be described later.

排ガス処理ユニット3では、排ガスの流れ方向において、分離膜モジュール32が湿式洗煙塔31の下流側に配置されるのであるならば、湿式洗煙塔31の下方に分離膜モジュール32が配置されてよく、湿式洗煙塔31と分離膜モジュール32とが略水平方向に並んで配置されてもよい。また、分離膜モジュール32の第1空間326における排ガスの流れ方向と、第2空間327における水蒸気の流れ方向は、同じであっても、逆向きであってもよい。また、両者は、交差するような流れ方向であってもよい。 In the exhaust gas treatment unit 3, if the separation membrane module 32 is placed downstream of the wet smoke scrubbing tower 31 in the flow direction of the exhaust gas, the separation membrane module 32 is placed below the wet smoke scrubbing tower 31. Often, the wet smoke scrubbing tower 31 and the separation membrane module 32 may be arranged side by side in a substantially horizontal direction. Moreover, the flow direction of exhaust gas in the first space 326 of the separation membrane module 32 and the flow direction of water vapor in the second space 327 may be the same or may be opposite. Moreover, the flow directions may intersect with each other.

図1の脱硝装置24は、内部に脱硝触媒が設けられた脱硝塔を有し、排ガスに含まれる窒素酸化物等を除去する。脱硝装置24では、必要に応じて排ガスが再加熱されてもよい。脱硝装置24を通過した排ガスは、煙突25から外部に排出される。 The denitrification device 24 in FIG. 1 has a denitrification tower in which a denitrification catalyst is provided, and removes nitrogen oxides and the like contained in the exhaust gas. In the denitrification device 24, the exhaust gas may be reheated as necessary. The exhaust gas that has passed through the denitrification device 24 is discharged to the outside from the chimney 25.

ごみ焼却設備1は、ボイラ41と、タービン(蒸気タービン)42と、復水器43と、復水タンク44と、脱気器45とをさらに備える。ボイラ41は、ボイラ管群である排熱回収部411を有する。排熱回収部411では、燃焼室11にて発生する排ガスを熱源として高温かつ高圧の水蒸気が生成される。このように、ボイラ41では、燃焼室11にてごみを燃焼することにより水蒸気が生成される。高圧の水蒸気はタービン42に供給される。後述するように、ごみ焼却設備1では、ボイラ41、タービン42、分離膜モジュール32、復水器43、復水タンク44および脱気器45の順に水(水蒸気)が循環しており、当該水の循環経路を、複数の破線の矢印にて示している。 The waste incineration facility 1 further includes a boiler 41, a turbine (steam turbine) 42, a condenser 43, a condensate tank 44, and a deaerator 45. The boiler 41 has an exhaust heat recovery section 411 that is a group of boiler tubes. In the exhaust heat recovery section 411, high temperature and high pressure steam is generated using the exhaust gas generated in the combustion chamber 11 as a heat source. In this way, in the boiler 41, water vapor is generated by burning waste in the combustion chamber 11. High pressure steam is supplied to the turbine 42. As described later, in the waste incineration equipment 1, water (steam) circulates in the order of the boiler 41, turbine 42, separation membrane module 32, condenser 43, condensate tank 44, and deaerator 45. The circulation route is indicated by a plurality of broken line arrows.

タービン42では、高圧の水蒸気を利用して発電が行われる。タービン42での使用済みの水蒸気は、排出水蒸気としてタービン42から排出される。排出水蒸気は、圧力が低下した低温かつ低圧の水蒸気である。排出水蒸気の温度は、例えば100℃以下であり、本処理例では、50℃~70℃である。本実施の形態では、タービン42からの排出水蒸気は、加熱および加圧されることなく、そのままの状態で、図2の分離膜モジュール32の第2空間327にスイープガスとして供給される。排出水蒸気は、加熱、冷却、加圧または減圧されて分離膜モジュール32に供給されてもよい。 The turbine 42 generates electricity using high pressure steam. The used steam in the turbine 42 is discharged from the turbine 42 as exhaust steam. The discharged steam is low-temperature, low-pressure steam with reduced pressure. The temperature of the discharged steam is, for example, 100°C or less, and in this treatment example, it is 50°C to 70°C. In this embodiment, the steam discharged from the turbine 42 is supplied as a sweep gas to the second space 327 of the separation membrane module 32 in FIG. 2 without being heated or pressurized. The discharged water vapor may be heated, cooled, pressurized or depressurized, and then supplied to the separation membrane module 32.

CO含有水蒸気は、復水器43に流入する。復水器43では、冷却によりCO含有水蒸気に含まれる水が凝縮する(すなわち、復水される)。換言すると、CO含有水蒸気から水が除去され、濃縮されたCOガスが得られる。復水器43には、真空ポンプ等を有するガス抽出器(空気抽出器)が設けられており、COガスはガス抽出器により抽出可能である。凝縮した水(復水)は、復水タンク44に送られ、貯留される。濃縮されたCOガスは、CO貯留タンク51に貯留される。COガスは、後述の二酸化炭素利用装置56(図6参照)においてメタンの生成等に利用されてもよい(以下同様)。復水タンク44内の水(液体)は、脱気器45により脱気された後、エコノマイザ22にて排ガスとの熱交換により加熱される。加熱後の水は、排熱回収部411に供給され、高圧の水蒸気が生成される。 The CO 2 -containing steam flows into the condenser 43 . In the condenser 43, water contained in the CO2- containing steam is condensed (ie, condensed) by cooling. In other words, water is removed from the CO2- containing water vapor and concentrated CO2 gas is obtained. The condenser 43 is provided with a gas extractor (air extractor) having a vacuum pump or the like, and CO 2 gas can be extracted by the gas extractor. The condensed water (condensate) is sent to the condensate tank 44 and stored there. The concentrated CO 2 gas is stored in the CO 2 storage tank 51. The CO 2 gas may be used to generate methane or the like in a carbon dioxide utilization device 56 (see FIG. 6), which will be described later (the same applies hereinafter). The water (liquid) in the condensate tank 44 is degassed by the deaerator 45 and then heated by the economizer 22 by heat exchange with exhaust gas. The heated water is supplied to the exhaust heat recovery section 411, and high-pressure steam is generated.

図3は、第1比較例のごみ焼却設備9の構成を示すブロック図である。第1比較例のごみ焼却設備9では、図1の分離膜モジュール32に代えて、CO回収部92が設けられる。CO回収部92は、化学吸収法によりCOを回収するものであり、吸収塔と、再生塔とを備える。吸収塔では、例えば、アミンおよび水を含む液体が排ガス中に噴霧され、COが当該液体に吸収される。すなわち、排ガスからCOが除去される。COを吸収した液体は、再生塔に送られて加熱され、COが取り出されて回収される。CO回収部92を通過した排ガスは、脱硝装置24を介して煙突25から外部に排出される。 FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the waste incineration facility 9 of the first comparative example. In the waste incineration equipment 9 of the first comparative example, a CO 2 recovery section 92 is provided in place of the separation membrane module 32 in FIG. The CO 2 recovery unit 92 recovers CO 2 by a chemical absorption method, and includes an absorption tower and a regeneration tower. In an absorption tower, a liquid containing, for example, amine and water is sprayed into the exhaust gas, and the CO 2 is absorbed into the liquid. That is, CO2 is removed from the exhaust gas. The liquid that has absorbed CO 2 is sent to a regeneration tower and heated, and the CO 2 is removed and recovered. The exhaust gas that has passed through the CO 2 recovery section 92 is discharged to the outside from the chimney 25 via the denitrification device 24 .

ところで、湿式洗煙塔31から排出された排ガスは、高温であり、化学吸収法によりCOを回収するには、40℃程度まで排ガスを冷却する必要がある。したがって、図3の第1比較例のごみ焼却設備9では、湿式洗煙塔31とCO回収部92との間で、ガス冷却部91により排ガスを冷却する必要があり(循環水冷却設備を付加した湿式洗煙塔31により冷却してもよい。)、COの回収に係る処理が非効率となる。吸着法によりCOを回収することも考えられるが、この場合、吸着剤の再生処理が必要となり、同様に、COの回収に係る処理が非効率となる。また、第1比較例のごみ焼却設備9では、タービン42から排出される低圧の排出水蒸気は、復水器43に直接流入して復水される。すなわち、排出水蒸気はいずれの用途にも利用されず、復水される。なお、ごみ焼却設備9の復水器43では、排出水蒸気に混合する空気等は大気に放出される。 Incidentally, the exhaust gas discharged from the wet smoke scrubbing tower 31 is at a high temperature, and in order to recover CO 2 by the chemical absorption method, it is necessary to cool the exhaust gas to about 40°C. Therefore, in the waste incineration equipment 9 of the first comparative example shown in FIG. ), the process related to CO 2 recovery becomes inefficient. It is also possible to recover CO 2 by an adsorption method, but in this case, a regeneration process of the adsorbent is required, and similarly, the process related to CO 2 recovery becomes inefficient. Furthermore, in the waste incineration facility 9 of the first comparative example, the low-pressure exhaust steam discharged from the turbine 42 directly flows into the condenser 43 and is condensed. That is, the discharged steam is not used for any purpose but is condensed. Note that in the condenser 43 of the waste incineration facility 9, air and the like mixed with the discharged water vapor are released into the atmosphere.

次に、分離膜モジュールにおいて、促進輸送膜ではなく、分子篩作用によりCOの分離を行う分子篩膜(例えば、ゼオライト膜等)を用いる第2比較例について述べる。分子篩膜では、膜の両側に差圧(駆動力)を与えることにより、COを選択的に、かつ、連続的に透過させることが可能であるが、燃焼排ガスにおいては、排ガスの圧力はあまり高くないため、COを効率よく分離することができない。したがって、排ガスの圧力を高くする圧縮機や、分子篩膜の透過側を減圧する真空ポンプが必要となる。また、水分の存在下ではCOが透過しにくくなるため、排ガスを除湿する機構も必要となる。 Next, a second comparative example will be described in which, in the separation membrane module, a molecular sieve membrane (such as a zeolite membrane) that separates CO 2 by a molecular sieving action is used instead of a facilitated transport membrane. With a molecular sieve membrane, it is possible to selectively and continuously permeate CO2 by applying a pressure difference (driving force) on both sides of the membrane, but in the case of combustion exhaust gas, the pressure of the exhaust gas is not very high. Since it is not expensive, CO 2 cannot be efficiently separated. Therefore, a compressor that increases the pressure of the exhaust gas and a vacuum pump that reduces the pressure on the permeate side of the molecular sieve membrane are required. Furthermore, in the presence of moisture, it becomes difficult for CO 2 to permeate, so a mechanism for dehumidifying the exhaust gas is also required.

一方、図1のごみ焼却設備1では、COキャリアを含む分離膜322を有する分離膜モジュール32が設けられる。分離膜322により隔てられる第1空間326および第2空間327のうち、第1空間326には、COを含有する排ガスが供給され、第2空間327には、タービン42から排出される水蒸気が供給される。これにより、分離膜モジュール32では、排ガスに含まれるCOを第1空間326から第2空間327に移動させ、排ガスからCOを分離することが可能となる。このように、ごみ焼却設備1では、第1比較例におけるガス冷却部91を用いることなく、また、第1比較例において利用されない、タービン42から排出される水蒸気(すなわち、排出水蒸気)を活用して、排ガスに含有されるCOを容易かつ効率的に分離することができる。また、第2比較例における圧縮機または真空ポンプも不要であり、排ガスを除湿する機構も不要となるため、省エネルギーを実現するとともに、ごみ焼却設備1の製造コストを削減することも可能である。なお、ごみ焼却設備1の設計によっては、排出水蒸気が、タービン42から排出される抽気蒸気を含んでもよい。 On the other hand, the waste incineration facility 1 of FIG. 1 is provided with a separation membrane module 32 having a separation membrane 322 containing a CO 2 carrier. Of the first space 326 and second space 327 separated by the separation membrane 322, exhaust gas containing CO 2 is supplied to the first space 326, and water vapor discharged from the turbine 42 is supplied to the second space 327. Supplied. Thereby, in the separation membrane module 32, it becomes possible to move CO 2 contained in the exhaust gas from the first space 326 to the second space 327 and separate CO 2 from the exhaust gas. In this way, the waste incineration facility 1 does not use the gas cooling unit 91 in the first comparative example, and utilizes the water vapor discharged from the turbine 42 (i.e., discharged water vapor), which is not used in the first comparative example. Therefore, CO 2 contained in exhaust gas can be easily and efficiently separated. Furthermore, the compressor or vacuum pump in the second comparative example is not required, and the mechanism for dehumidifying exhaust gas is also not required, so it is possible to save energy and reduce the manufacturing cost of the waste incineration equipment 1. Note that depending on the design of the waste incineration facility 1, the discharged steam may include extracted steam discharged from the turbine 42.

好ましくは、ごみ焼却設備1が、燃焼室11と分離膜モジュール32との間の排ガスの経路に設けられる湿式洗煙塔31を備える。湿式洗煙塔31はガス冷却部として、水を含む液体を排ガスに供給することにより、排ガスの温度を低下させる。これにより、高温の排ガスにより分離膜322にダメージが生じることを防止または抑制するとともに、排ガス中の水分量を増大して、分離膜322においてCOを効率よく分離することが可能となる。より好ましくは、上記液体が薬剤を含むことにより、ガス冷却部(湿式洗煙塔31)において、排ガスの温度を低下させつつ排ガスから所定成分を適切に除去することができる。その結果、当該成分により分離膜322におけるCOの分離が阻害されることを防止または抑制することができる。 Preferably, the waste incineration facility 1 includes a wet smoke scrubbing tower 31 provided in an exhaust gas path between the combustion chamber 11 and the separation membrane module 32. The wet smoke scrubbing tower 31 serves as a gas cooling unit and lowers the temperature of the exhaust gas by supplying a liquid containing water to the exhaust gas. This prevents or suppresses damage to the separation membrane 322 caused by high-temperature exhaust gas, increases the amount of moisture in the exhaust gas, and makes it possible to efficiently separate CO 2 in the separation membrane 322. More preferably, the liquid contains a chemical, so that the predetermined components can be appropriately removed from the exhaust gas while lowering the temperature of the exhaust gas in the gas cooling section (wet smoke scrubbing tower 31). As a result, it is possible to prevent or suppress the separation of CO 2 in the separation membrane 322 from being inhibited by the component.

好ましくは、タービン42駆動用の水の循環経路に復水器43が設けられ、当該復水器43が、分離膜モジュール32の第2空間327から排出されるCO含有水蒸気を復水することにより、水とCOとが分離される。これにより、CO含有水蒸気に含まれるCOを容易に回収することができる。 Preferably, a condenser 43 is provided in the water circulation path for driving the turbine 42, and the condenser 43 condenses the CO2- containing steam discharged from the second space 327 of the separation membrane module 32. water and CO 2 are separated. Thereby, CO 2 contained in the CO 2 -containing water vapor can be easily recovered.

図1の排ガス処理ユニット3は、排ガスに水および薬剤を含む液体を供給して排ガスから所定成分を除去するとともに、排ガスの温度を低下させる上記湿式洗煙塔31と、COキャリアを含む分離膜322を有し、排ガスに含まれるCOを分離する上記分離膜モジュール32とを備える。これにより、高温の排ガスによる分離膜322へのダメージ、および、排ガス中の当該成分によるCO分離の阻害を防止または抑制するとともに、排ガス中の水分量を容易に増大することができる。その結果、排ガスに含有されるCOの分離を適切に行うことができる。 The exhaust gas treatment unit 3 in FIG. 1 includes the wet smoke scrubbing tower 31 that supplies liquid containing water and chemicals to the exhaust gas to remove predetermined components from the exhaust gas and lowers the temperature of the exhaust gas, and a separation unit that includes a CO 2 carrier. The separation membrane module 32 has a membrane 322 and separates CO 2 contained in exhaust gas. Thereby, it is possible to prevent or suppress damage to the separation membrane 322 caused by high-temperature exhaust gas and inhibition of CO 2 separation due to the relevant components in the exhaust gas, and to easily increase the amount of water in the exhaust gas. As a result, CO 2 contained in the exhaust gas can be appropriately separated.

(第2実施形態)
図4は、本発明の第2実施形態に係るごみ焼却設備1の構成を示すブロック図である。図4のごみ焼却設備1では、図1のごみ焼却設備1と比較して、CO回収用復水器52が追加される。他の構成は図1と同様であり、同じ構成に同じ符号を付す。
(Second embodiment)
FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of a garbage incineration facility 1 according to a second embodiment of the present invention. In the waste incineration facility 1 of FIG. 4, a CO 2 recovery condenser 52 is added compared to the waste incineration facility 1 of FIG. 1. The other configurations are the same as those in FIG. 1, and the same components are denoted by the same reference numerals.

図4のごみ焼却設備1では、タービン42から排出される一部の排出水蒸気が分離膜モジュール32の第2空間327(図2参照)に供給され、残りの排出水蒸気が復水器43に流入する。第2空間327では、排出水蒸気にCOが混合され、CO含有水蒸気が第2空間327から排出される。CO含有水蒸気は、CO回収用復水器52に流入する。CO回収用復水器52では、CO含有水蒸気に含まれる水が冷却により凝縮し、濃縮されたCOガスが得られる。凝縮した水(復水)は、外部に排水される。当該水が、復水タンク44に送られてもよい。濃縮されたCOガスは、CO貯留タンク51に貯留される。タービン42から復水器43に流入する排出水蒸気は復水され、排出水蒸気に混合する空気等は大気に放出される。 In the waste incineration facility 1 in FIG. 4, part of the exhaust steam discharged from the turbine 42 is supplied to the second space 327 (see FIG. 2) of the separation membrane module 32, and the remaining exhaust steam flows into the condenser 43. do. In the second space 327, CO 2 is mixed with the discharged water vapor, and the CO 2 -containing water vapor is discharged from the second space 327 . The CO 2 -containing water vapor flows into the CO 2 recovery condenser 52 . In the CO 2 recovery condenser 52, water contained in the CO 2 -containing water vapor is condensed by cooling, and concentrated CO 2 gas is obtained. Condensed water (condensate) is drained outside. The water may be sent to the condensate tank 44. The concentrated CO 2 gas is stored in the CO 2 storage tank 51. Exhaust steam flowing into the condenser 43 from the turbine 42 is condensed, and air and the like mixed with the exhaust steam are released into the atmosphere.

以上のように、図4のごみ焼却設備1では、復水器43と、CO回収用復水器52とが設けられる。CO回収用復水器52では、分離膜モジュール32の第2空間327から排出されるCO含有水蒸気が復水される。復水器43では、タービン42から排出され、分離膜モジュール32の第2空間327を経由しない水蒸気が復水される。このように、CO回収専用の復水器(CO回収用復水器52)を設けることにより、CO含有水蒸気に含まれるCOを容易に回収することができる。また、ボイラ・タービンに使用する水に排ガス成分が影響することを防ぐことができる。 As described above, the waste incineration facility 1 of FIG. 4 is provided with the condenser 43 and the CO 2 recovery condenser 52. In the CO 2 recovery condenser 52 , CO 2 -containing water vapor discharged from the second space 327 of the separation membrane module 32 is condensed. In the condenser 43, water vapor discharged from the turbine 42 and not passing through the second space 327 of the separation membrane module 32 is condensed. In this way, by providing a condenser exclusively for CO 2 recovery (CO 2 recovery condenser 52), CO 2 contained in CO 2 -containing water vapor can be easily recovered. Furthermore, it is possible to prevent exhaust gas components from affecting the water used in the boiler and turbine.

(第3実施形態)
図5は、本発明の第3実施形態に係るごみ焼却設備1の構成を示すブロック図である。図5のごみ焼却設備1では、図1のごみ焼却設備1と比較して、水分離膜モジュール53が追加される。他の構成は図1と同様であり、同じ構成に同じ符号を付す。
(Third embodiment)
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of a garbage incineration facility 1 according to a third embodiment of the present invention. In the waste incineration facility 1 of FIG. 5, a water separation membrane module 53 is added compared to the waste incineration facility 1 of FIG. 1. The other configurations are the same as those in FIG. 1, and the same components are denoted by the same reference numerals.

図5のごみ焼却設備1では、図4のごみ焼却設備1と同様に、タービン42から排出される一部の排出水蒸気が分離膜モジュール32の第2空間327に供給され、残りの排出水蒸気が復水器43に流入する。第2空間327では、排出水蒸気にCOが混合され、CO含有水蒸気が第2空間327から排出される。CO含有水蒸気は、水分離膜モジュール53に流入する。水分離膜モジュール53は、例えば親水性の水分離膜を有する。当該水分離膜では、CO含有水蒸気に含まれる水蒸気が分離され、濃縮されたCOガスが得られる。分離された水蒸気は、復水器43に流入し、復水される。濃縮されたCOガスは、CO貯留タンク51に貯留される。 In the waste incineration equipment 1 shown in FIG. 5, like the waste incineration equipment 1 shown in FIG. It flows into the condenser 43. In the second space 327, CO 2 is mixed with the discharged water vapor, and the CO 2 -containing water vapor is discharged from the second space 327 . The CO 2 -containing water vapor flows into the water separation membrane module 53 . The water separation membrane module 53 includes, for example, a hydrophilic water separation membrane. In the water separation membrane, water vapor contained in the CO 2 -containing water vapor is separated, and concentrated CO 2 gas is obtained. The separated water vapor flows into the condenser 43 and is condensed. The concentrated CO 2 gas is stored in the CO 2 storage tank 51.

以上のように、図5のごみ焼却設備1では、分離膜モジュール32の第2空間327から排出されるCO含有水蒸気から水を分離するもう1つの分離膜モジュール(水分離膜モジュール53)が設けられる。これにより、CO含有水蒸気から高濃度のCOを容易に回収することができる。また、ボイラ・タービン系の蒸気を失うことなく運転することができる。 As described above, in the waste incineration facility 1 shown in FIG . provided. Thereby, high concentration CO 2 can be easily recovered from CO 2 -containing water vapor. In addition, the boiler/turbine system can be operated without losing steam.

(第4実施形態)
図6は、本発明の第4実施形態に係るごみ焼却設備1の構成を示すブロック図である。図6のごみ焼却設備1では、図4のごみ焼却設備1におけるCO回収用復水器52に代えて、水素ガス混合器54が設けられる。他の構成は図4と同様であり、同じ構成に同じ符号を付す。
(Fourth embodiment)
FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of a garbage incineration facility 1 according to a fourth embodiment of the present invention. In the waste incineration facility 1 of FIG. 6, a hydrogen gas mixer 54 is provided in place of the CO 2 recovery condenser 52 in the waste incineration facility 1 of FIG. The other configurations are the same as those in FIG. 4, and the same configurations are denoted by the same reference numerals.

水素ガス混合器54には、分離膜モジュール32からCO含有水蒸気が流入する。水素ガス混合器54では、水素ガスがCO含有水蒸気に混合され、CO含有水蒸気が常圧化される。また、水素ガス混合器54では、CO含有水蒸気に含まれる水が凝縮する。水素およびCOを含むガスは、メタンガス生成部55に送られ、メタネーションによりメタンガスが生成される。このように、水素ガス混合器54およびメタンガス生成部55は、CO含有水蒸気を利用してメタンガスを生成する二酸化炭素利用装置56である。水素ガス混合器54において凝縮した水(復水)は、外部に排水される。当該水が、復水タンク44に送られてもよい。二酸化炭素利用装置56では、メタネーション以外の処理が行われてよく、メタンガス以外の生成物が生成されてよい。 CO 2 -containing water vapor flows into the hydrogen gas mixer 54 from the separation membrane module 32 . In the hydrogen gas mixer 54, hydrogen gas is mixed with CO2- containing steam, and the CO2- containing steam is brought to normal pressure. Further, in the hydrogen gas mixer 54, water contained in the CO2- containing steam is condensed. The gas containing hydrogen and CO 2 is sent to the methane gas generation section 55, and methane gas is generated by methanation. In this way, the hydrogen gas mixer 54 and the methane gas generation unit 55 are a carbon dioxide utilization device 56 that generates methane gas using CO 2 -containing water vapor. Water condensed in the hydrogen gas mixer 54 (condensate) is drained to the outside. The water may be sent to the condensate tank 44. In the carbon dioxide utilization device 56, processes other than methanation may be performed, and products other than methane gas may be generated.

以上のように、図6のごみ焼却設備1では、分離膜モジュール32の第2空間327から排出されるCO含有水蒸気を利用して所定の生成物を生成する二酸化炭素利用装置56が設けられる。これにより、排ガスに含まれるCOを効率よく利用することが可能となる。 As described above, the waste incineration facility 1 of FIG. 6 is provided with a carbon dioxide utilization device 56 that generates a predetermined product using CO 2 -containing water vapor discharged from the second space 327 of the separation membrane module 32. . This makes it possible to efficiently utilize CO 2 contained in the exhaust gas.

上記ごみ焼却設備1および排ガス処理ユニット3では様々な変形が可能である。 Various modifications can be made to the waste incineration facility 1 and the exhaust gas treatment unit 3.

上記ごみ焼却設備1では、ボイラ41、タービン42および分離膜モジュール32を主たる構成として燃焼システムが実現されるが、当該燃焼システムは、火力発電等、廃棄物の焼却以外の用途に用いられてもよい。燃焼室11にて燃焼される燃料は、廃棄物以外に、化石燃料、カーボンニュートラル燃料(CN燃料)等であってもよい。COが分離される被処理ガスは、燃焼室11から排出される排ガス以外のガスであってよく、外部から供給されるガスを含む、2種類以上のガスであってもよい。例えば、COを含有する被処理ガスが、高炉の炉頂から排出される炉頂ガス、大気中の空気(DAC:Direct Air Capture)、または、水素もしくは炭化水素を主成分とする混合ガス(シフト反応ガス、バイオガス等)を含んでもよい。いずれの場合も、上記燃焼システムでは、被処理ガスに含有されるCOを容易かつ効率的に分離することが可能である。一方、燃焼システムの好ましい態様は、ごみ焼却設備1であり、この場合、燃焼室11にて燃焼される燃料が廃棄物であり、被処理ガスが、燃焼室11から排出される排ガスを含む。 In the waste incineration facility 1, a combustion system is realized with the boiler 41, the turbine 42, and the separation membrane module 32 as the main components, but the combustion system may also be used for purposes other than waste incineration, such as thermal power generation. good. The fuel burned in the combustion chamber 11 may be fossil fuel, carbon neutral fuel (CN fuel), etc. in addition to waste. The gas to be treated from which CO 2 is separated may be a gas other than the exhaust gas discharged from the combustion chamber 11, and may be two or more types of gas including a gas supplied from the outside. For example, the gas to be treated containing CO 2 may be top gas discharged from the top of a blast furnace, air in the atmosphere (DAC: Direct Air Capture), or a mixed gas containing hydrogen or hydrocarbons as its main component ( shift reaction gas, biogas, etc.). In either case, the combustion system described above can easily and efficiently separate CO 2 contained in the gas to be treated. On the other hand, a preferred embodiment of the combustion system is a waste incineration facility 1, in which the fuel burned in the combustion chamber 11 is waste, and the gas to be treated includes exhaust gas discharged from the combustion chamber 11.

ごみ焼却設備1では、湿式洗煙塔31が省略され、排ガスに水を含む液体(アルカリ薬剤を含まなくてよい。)を噴霧する冷却塔がガス冷却部として設けられてもよい。被処理ガスが排ガス以外である場合に、当該被処理ガスに水を含む液体を供給することにより、当該被処理ガスの温度を低下させるガス冷却部が設けられてもよい。被処理ガスの温度によっては、ガス冷却部が省略されてもよい。 In the waste incineration facility 1, the wet smoke scrubbing tower 31 may be omitted, and a cooling tower that sprays a liquid containing water (which does not need to contain an alkaline chemical) to the exhaust gas may be provided as the gas cooling section. When the gas to be treated is other than exhaust gas, a gas cooling unit may be provided that lowers the temperature of the gas to be treated by supplying a liquid containing water to the gas to be treated. Depending on the temperature of the gas to be processed, the gas cooling section may be omitted.

分離膜モジュール32の第2空間327から排出されるCO含有水蒸気は、必ずしも復水される必要はなく、例えば、二酸化炭素利用装置56においてCO含有水蒸気のまま利用されてもよい。 The CO2- containing water vapor discharged from the second space 327 of the separation membrane module 32 does not necessarily need to be condensed, and may be used as CO2- containing water vapor in the carbon dioxide utilization device 56, for example.

上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。 The configurations of the above embodiment and each modification may be combined as appropriate unless mutually contradictory.

1 ごみ焼却設備
3 排ガス処理ユニット
11 燃焼室
31 湿式洗煙塔
32 分離膜モジュール
41 ボイラ
42 タービン
43 復水器
52 CO回収用復水器
53 水分離膜モジュール
56 二酸化炭素利用装置
322 分離膜
326 第1空間
327 第2空間
1 Garbage incineration equipment 3 Exhaust gas treatment unit 11 Combustion chamber 31 Wet smoke scrubbing tower 32 Separation membrane module 41 Boiler 42 Turbine 43 Condenser 52 Condenser for CO 2 recovery 53 Water separation membrane module 56 Carbon dioxide utilization device 322 Separation membrane 326 1st space 327 2nd space

Claims (10)

燃焼システムであって、
燃焼室にて燃料を燃焼することにより水蒸気を生成するボイラと、
前記ボイラから前記水蒸気が供給されるタービンと、
二酸化炭素キャリアを含む分離膜を有し、前記分離膜により隔てられる第1空間および第2空間のうち、前記第1空間に二酸化炭素を含有する被処理ガスが供給され、前記第2空間に前記タービンから排出される前記水蒸気が供給され、前記被処理ガスに含まれる二酸化炭素を前記第1空間から前記第2空間に移動させる分離膜モジュールと、
を備えることを特徴とする燃焼システム。
A combustion system,
a boiler that generates steam by burning fuel in a combustion chamber;
a turbine to which the steam is supplied from the boiler;
It has a separation membrane containing a carbon dioxide carrier, and of a first space and a second space separated by the separation membrane, the first space is supplied with a gas to be treated containing carbon dioxide, and the second space is supplied with the gas to be treated, and the gas containing carbon dioxide is supplied to the second space. a separation membrane module to which the water vapor discharged from the turbine is supplied and which moves carbon dioxide contained in the gas to be treated from the first space to the second space;
A combustion system characterized by comprising:
請求項1に記載の燃焼システムであって、
二酸化炭素を含有する前記被処理ガスが、前記燃焼室から排出される排ガス、高炉の炉頂から排出される炉頂ガス、大気中の空気、または、水素もしくは炭化水素を主成分とする混合ガスを含むことを特徴とする燃焼システム。
The combustion system according to claim 1, comprising:
The gas to be treated containing carbon dioxide is exhaust gas discharged from the combustion chamber, top gas discharged from the top of a blast furnace, air in the atmosphere, or a mixed gas containing hydrogen or hydrocarbon as a main component. A combustion system comprising:
請求項1に記載の燃焼システムであって、
前記被処理ガスに水を含む液体を供給することにより、前記被処理ガスの温度を低下させるガス冷却部をさらに備えることを特徴とする燃焼システム。
The combustion system according to claim 1, comprising:
A combustion system further comprising a gas cooling unit that lowers the temperature of the gas to be treated by supplying a liquid containing water to the gas to be treated.
請求項3に記載の燃焼システムであって、
前記被処理ガスが、前記燃焼室から排出される排ガスを含み、
前記ガス冷却部が、前記燃焼室と前記分離膜モジュールとの間の前記排ガスの経路に設けられ、
前記液体が薬剤を含み、前記ガス冷却部において前記排ガスから所定成分が除去されることを特徴とする燃焼システム。
4. The combustion system according to claim 3,
The gas to be treated includes exhaust gas discharged from the combustion chamber,
The gas cooling unit is provided in the exhaust gas path between the combustion chamber and the separation membrane module,
A combustion system characterized in that the liquid contains a drug, and a predetermined component is removed from the exhaust gas in the gas cooling section.
請求項1ないし4のいずれか1つに記載の燃焼システムであって、
前記分離膜モジュールの前記第2空間から排出される二酸化炭素含有水蒸気を復水することにより、水と二酸化炭素とを分離する復水器をさらに備えることを特徴とする燃焼システム。
A combustion system according to any one of claims 1 to 4, comprising:
A combustion system further comprising a condenser that separates water and carbon dioxide by condensing carbon dioxide-containing water vapor discharged from the second space of the separation membrane module.
請求項5に記載の燃焼システムであって、
前記タービンから排出され、前記分離膜モジュールの前記第2空間を経由しない水蒸気を復水するもう1つの復水器をさらに備えることを特徴とする燃焼システム。
The combustion system according to claim 5,
A combustion system further comprising another condenser for condensing steam discharged from the turbine and not passing through the second space of the separation membrane module.
請求項1ないし4のいずれか1つに記載の燃焼システムであって、
前記分離膜モジュールの前記第2空間から排出される二酸化炭素含有水蒸気から水を分離するもう1つの分離膜モジュールをさらに備えることを特徴とする燃焼システム。
A combustion system according to any one of claims 1 to 4, comprising:
A combustion system further comprising another separation membrane module that separates water from carbon dioxide-containing water vapor discharged from the second space of the separation membrane module.
請求項1ないし4のいずれか1つに記載の燃焼システムであって、
前記分離膜モジュールの前記第2空間から排出される二酸化炭素含有水蒸気を利用して所定の生成物を生成する二酸化炭素利用装置をさらに備えることを特徴とする燃焼システム。
A combustion system according to any one of claims 1 to 4, comprising:
A combustion system further comprising a carbon dioxide utilization device that generates a predetermined product using carbon dioxide-containing water vapor discharged from the second space of the separation membrane module.
請求項1ないし4のいずれか1つに記載の燃焼システムであって、
前記燃料が廃棄物であり、前記被処理ガスが、前記燃焼室から排出される排ガスを含むことを特徴とする燃焼システム。
A combustion system according to any one of claims 1 to 4, comprising:
A combustion system characterized in that the fuel is waste, and the gas to be treated includes exhaust gas discharged from the combustion chamber.
排ガス処理ユニットであって、
排ガスに水および薬剤を含む液体を供給して前記排ガスから所定成分を除去するとともに、前記排ガスの温度を低下させる湿式洗煙塔と、
二酸化炭素キャリアを含む分離膜を有し、前記分離膜により隔てられる第1空間および第2空間のうち、前記第1空間に前記湿式洗煙塔を通過した前記排ガスが供給され、前記第2空間に水蒸気が供給され、前記排ガスに含まれる二酸化炭素を前記第1空間から前記第2空間に移動させる分離膜モジュールと、
を備えることを特徴とする排ガス処理ユニット。
An exhaust gas treatment unit,
a wet smoke scrubbing tower that supplies a liquid containing water and chemicals to the exhaust gas to remove predetermined components from the exhaust gas and lower the temperature of the exhaust gas;
It has a separation membrane containing a carbon dioxide carrier, and among a first space and a second space separated by the separation membrane, the exhaust gas that has passed through the wet smoke scrubber is supplied to the first space, and the second space a separation membrane module to which water vapor is supplied and which moves carbon dioxide contained in the exhaust gas from the first space to the second space;
An exhaust gas treatment unit characterized by comprising:
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