JP2749976B2 - 炭酸ガスの回収方法 - Google Patents

炭酸ガスの回収方法

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竹内  善幸
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    • Y02CCAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
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  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は燃焼排ガス中の炭酸ガスを冷却・固化して回
収する方法に関する。
〔従来の技術〕
従来は、排ガス中の一部の炭酸ガスを濃縮し、ガス状
及び液状及びドライアイス化したり、該ガスを出発原料
として尿素や安息香酸等を製造しており、1987年におけ
る炭酸ガスの前記用途の生産量は、100万トン/年であ
った。
一方国内で排出している炭酸ガスの総量は18,000トン
であり、実質的には当該ガスの回収をほとんどおこなっ
ておらず、そのまま大気へ放出していた。すなわち、現
在の大気中の炭酸ガス濃度の増加は、化石燃料の燃焼に
より生ずるものが大半で、特に発電所や一般産業用ボイ
ラ、燃焼炉等の固定発生源が国内の当該発生量の60%を
占めている。
これらの大気中に放出された炭酸ガスの1/2は海洋等
に吸収され、残りは大気中に残存することや、近年の燃
焼排ガスの量の増加とあいまって、海洋等の吸収では追
いつかない状態にある。
従って、大気中の炭酸ガス量が増加し、近年、室温効
果と呼ばれている大気温度の上昇が問題視されることと
なった。
炭酸ガスを分離する方法として、吸収法と吸着法があ
る。第1表に吸収法の例を示す。一般に加圧により炭酸
ガスを吸収液に吸収し、再生工程で圧力を低下するか加
熱して吸収液の再生を行う。
吸着法も加圧により吸着剤に炭酸ガスを吸着させ、再
生工程で減圧して吸着剤の再生を行う。この吸着・再生
工程は非連続的であり、圧力・温度の変化を伴う。
一方、最近では天然ガスを液化して輸送・貯蔵し、こ
れを燃料として用いた高効率ガスタービン複合発電によ
る発電所の建設が推進されており、この液化天然ガス
(LNG)をガス燃料として利用する際に放出されるLNGの
保有する冷熱を用いて炭酸ガスをドライアイスとして固
化・回収する方法が提案されている。
特開昭61−40808号公報に提案されている方法は、低
温の液化天然ガスを二酸化炭素冷却器(熱交換器)内に
設けられた冷却パイプ内に供給し、冷却パイプ外部に炭
酸ガスを含有する排ガスを流通する。この際に、冷却パ
イプ内の低温の液化天然ガスの冷熱により、冷却パイプ
外の炭酸ガスが間接熱交換されて冷却され、パイプ表面
に固化して付着する。これを時々掻き落として集める。
〔発明が解決しようとする問題点〕
前記特開昭61−40808号公報に提案されている方法に
は、以下の問題点がある。
(1) 多数の冷却パイプ壁面に付着した固形物を掻き
取る操作は、煩雑である。
(2) 壁面に付着した固体を掻き取る方法では、冷却
パイプの損傷の原因となる。
(3) 固化物を多数の管群内から連続的に抜き出すの
は困難である。
(4) 固化物内に水分が含有されるので、固化した炭
酸ガス(ドライアイス)の純度が低下する。
(5) 従って、工業規模で連続使用が困難である。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は燃焼排ガスを直接冷却ガスと混合することに
より、該燃焼排ガス中の炭酸ガスを冷却・固化して回収
する方法において、炭酸ガスを主成分とする固化物を分
離した後の冷排ガスを、極低温冷媒が流れる冷却管と流
動媒体を内蔵する流動床型冷却器内に導いて更に冷却し
て前記燃焼排ガスと直接混合させる冷却ガスとして用い
ることを特徴とする炭酸ガスの分離回収方法である。
本発明について、プロセスの例により特徴を説明す
る。
LNGは、一般に約−150〜−170℃の低温で発電所に輸
送されてくる。従来は、このLNGを海水等による間接熱
交換により常温付近に昇温して燃料に使用している。
第1図に本発明の態様の系統図を示す。ボイラ1の燃
焼排ガス中には水分が含まれており、該排ガスを除湿装
置2を用いて除湿する。排ガス中に水分が多い場合、炭
酸ガスは水分を含有したままドライアイスとして固化さ
れるため、ドライアイスの純度の低下の原因になる。
残存する微量水分と炭酸ガスを含む排ガスをドライア
イス製造装置3に導き、LNG冷熱と熱交換された低温の
冷却ガス4との直接接触により、残存水分と炭酸ガスが
固化してドライアイスを生成する。生成したドライアイ
スは循環ガスに同伴されてサイクロン5に導かれ、非固
化ガスと固化したドライアイスが分離される。分離され
たドライアイスは、サイクロン5の下部から系外へ抜き
出される。
一方、微量水分と炭酸ガスをドライアイスとして固化
・分離された後の大半のガス(N2、O2が主体)は熱交換
器(冷却器)6に導かれる。ここで、LNG冷熱と間接熱
交換されて低温(約−150〜−160℃)の乾きガスとな
り、前記のドライアイス製造装置3に冷却ガスとして循
環供給され、炭酸ガスを含む排ガスと直接接触し、微量
水分及び炭酸ガスをドライアイスとして固化する。
循環ガスの一部は、配管7を経て系外に排出される。
この熱交換器(冷却器)6の型式としては、多管式間
接冷却器、流動床型冷却器等がある。多管式間接冷却器
の場合、冷却用循環ガスを低温に冷却すると、ガス中に
残存するCO2が伝熱管壁面に凝結して伝熱性能を著しく
低下させる欠点があるが、流動床型冷却器の場合、流動
化媒体(例えば微細な砂)が常時伝熱管壁面を清掃する
ため、管壁面にCO2が凝結することがないので伝熱性能
を低下させることなく、連続的に冷却用ガスを低温に熱
交換させることができるので、本発明方法においては該
冷却器を使用するものである。
該流動床型冷却器は伝熱管内に低温のLNG(−160〜17
0℃)を流通し、伝熱管外に冷却用ガスを供給する。ま
た、伝熱管外には流動化媒体(例えば粒径約0.1〜1mmの
川砂)が充填してあり、該熱交換器下部から供給する冷
却用ガスにより流動化される。冷却用ガスは流動媒体間
を上昇しながら伝熱間に接触して低温(約−140〜−160
℃)に冷却される。
〔作用〕
純炭酸ガスの固化により生成するドライアイスの昇華
温度は−78.5℃(760mmHg)である。そこで、排ガスと
低温ガスを直接混合して混合ガスの温度を昇華温度以下
に保持することにより炭酸ガスを固化できる。しかしな
がら、排ガス中には炭酸ガス以外のN2,O2,H2O等が含ま
れているので炭酸ガスの分圧が低い。従って、−78.5℃
以下に冷却しないと排ガス中の炭酸ガスの固化は生成し
ない。
一方、LNGは−160〜−170℃の低温状態にあり、これ
を気化する時に発生する潜熱を有効利用することによ
り、炭酸ガスを固化温度以下に冷却できる。排ガスとLN
Gの気化ガスを直接混合する方法ではLNGのガス組成が変
化して低発熱量ガスになるため好ましくなく、LNGと冷
却用低温ガスを熱交換器を使用して間接熱交換する方が
熱量的には有利である。
そこで、排ガス中の炭酸ガスを固化・分離した後のN2
及びO2を主成分とする残留ガスを冷却用ガスとして循環
使用する。
炭酸ガスを含む排ガスはLNGと熱交換されて低温にな
った該冷却用ガスとドライアイス製造装置内で直接混合
されて炭酸ガスの固化温度以下になりドライアイスを生
成する。生成したドライアイスの固体粒子はサイクロン
でガス中から分離・除去される。
排ガス中には微量の水分が残存しており、固化したド
ライアイス中に混入してドライアイスの純度を低下す
る。従って、除湿装置の操作温度がドライアイスの純度
に影響する。
ドライアイスを分離した後のガスは、前記LNG熱交換
器に導かれて低温に冷却された後、再度ドライアイス製
造装置に冷却用ガスとして循環使用する。
この熱交換器として、流動床型熱交換器(冷却器)を
使用することにより、ガス中に残存するCO2を伝熱管壁
面に凝結することなく連続的にLNGと冷熱を熱交換する
ことができる。
一方、循環ガスは徐々に蓄積されるので一部を排気ガ
スとして系外に抜き出す。この排気ガス中の炭酸ガス濃
度は非常に低い。
〔実施例1〕 小型装置を使用して流動床型熱交換器(冷却器)の性
能確認を行った。
(1) 装置仕様 流動床型冷却器:径300×3,000高さ(mm) 伝熱管:径50×1,500長さ(mm) (2) 運転条件: ガス流速:0.45m/sec 排ガス:空気中にCO2を混合した模擬ガスを使用 CO2濃度=2.3vol.% 熱交換器出口排ガス温度=−160℃ (3) 運転方法 上記仕様の小型装置を製作し、模擬排ガスを冷却器下
部から供給し、流動化媒体を流動させながらガスを流通
させた。
一方、冷熱源としてLNGの代わりに液化窒素を使用
し、伝熱管内に流入した。
熱交換器出口の排ガス温度が−160℃になるように液
体窒素流量を設定した後、同一流量に対して排ガスの温
度変化を計測した。
(4) 運転結果 流動化媒体を使用して流動床型冷却器とした場合に
は、殆ど温度変化がなかったが、流動化媒体を除去して
多管式冷却器とした場合には、排ガス温度が徐々に上昇
した。これは、伝熱管壁面にドライアイスが凝結して伝
熱抵抗が増加したため、初期の液体窒素量では熱交換量
が不足したためである。
〔発明の効果〕
本発明によれば、燃焼排ガス中の炭酸ガスを連続的に
固化分離することができ、燃焼排ガス中の炭酸ガスを直
接大気中に放出することが防止できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の系統図である。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】燃焼排ガスを直接冷却ガスと混合すること
    により、該燃焼排ガス中の炭酸ガスを冷却・固化して回
    収する方法において、炭酸ガスを主成分とする固化物を
    分離した後の冷排ガスを、極低温冷媒が流れる冷却管と
    流動媒体を内蔵する流動床型冷却器内に導いて更に冷却
    して前記燃焼排ガスと直接混合させる冷却ガスとして用
    いることを特徴とする炭酸ガスの分離回収方法。
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