JP2809381B2 - 燃焼排ガス中の二酸化炭素の除去方法 - Google Patents
燃焼排ガス中の二酸化炭素の除去方法Info
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- Chimneys And Flues (AREA)
- Treating Waste Gases (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は火力発電におけるボイラ
の燃焼排ガス中に含まれるＣＯ2 （二酸化炭素）を効率
よく除去し、回収する方法に関する。
の燃焼排ガス中に含まれるＣＯ2 （二酸化炭素）を効率
よく除去し、回収する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、地球の温暖化現象の原因の一つと
して、ＣＯ2 による温室効果が指摘され、地球環境を守
る上で国際的にもその対策が急務となってきた。ＣＯ2
の発生源としては、化石燃料を燃焼させるあらゆる人間
の活動分野におよび、その排出規制が今後一層強化され
る傾向にある。その対策の一つとして、大量の化石燃料
を使用する火力発電所の動力発生設備を対象に、ボイラ
の燃焼排ガス中のＣＯ2の回収方法及び回収されたＣＯ
2 を大気へ放出することなく貯蔵する方法が精力的に研
究されている。
して、ＣＯ2 による温室効果が指摘され、地球環境を守
る上で国際的にもその対策が急務となってきた。ＣＯ2
の発生源としては、化石燃料を燃焼させるあらゆる人間
の活動分野におよび、その排出規制が今後一層強化され
る傾向にある。その対策の一つとして、大量の化石燃料
を使用する火力発電所の動力発生設備を対象に、ボイラ
の燃焼排ガス中のＣＯ2の回収方法及び回収されたＣＯ
2 を大気へ放出することなく貯蔵する方法が精力的に研
究されている。
【０００３】ところで消費エネルギを少なくして、燃焼
排ガス中に含まれるＣＯ2 を除去し、回収するプロセス
として本願出願人は先に図２に例示するようなものを提
案した（特開平３−１９３１１６号公報）。ただし、図
２における蒸気配管システムは概念的に示したものであ
り、タービンは同軸で同一発電機を駆動するものであ
る。図２においてボイラ１よりのＣＯ2 を含んだボイラ
燃焼排ガスはボイラ燃焼排ガス送風機１４により昇圧さ
れた後、燃焼排ガス冷却器１５に送られ、冷却水１６に
より冷却され、ＣＯ2 吸収塔１８に送られ、冷却排水１
７は系外に放出される。ＣＯ2 吸収塔１８において、燃
焼排ガスはアルカノールアミンをベースとする再生され
たＣＯ2 吸収液１９と交流接触し、燃焼排ガス中のＣＯ
2 は化学反応によりＣＯ2 吸収液１９に吸収される。Ｃ
Ｏ2 を除去された燃焼排ガス２１は系外へ放出される。
ＣＯ2 を吸収したＣＯ2 吸収液２０はリッチソルベント
ポンプ２２により昇圧され、リッチ／リーンソルベント
熱交換器２３にて再生された吸収液にて加熱され、ＣＯ
2 吸収液再生塔２４に供給される。
排ガス中に含まれるＣＯ2 を除去し、回収するプロセス
として本願出願人は先に図２に例示するようなものを提
案した（特開平３−１９３１１６号公報）。ただし、図
２における蒸気配管システムは概念的に示したものであ
り、タービンは同軸で同一発電機を駆動するものであ
る。図２においてボイラ１よりのＣＯ2 を含んだボイラ
燃焼排ガスはボイラ燃焼排ガス送風機１４により昇圧さ
れた後、燃焼排ガス冷却器１５に送られ、冷却水１６に
より冷却され、ＣＯ2 吸収塔１８に送られ、冷却排水１
７は系外に放出される。ＣＯ2 吸収塔１８において、燃
焼排ガスはアルカノールアミンをベースとする再生され
たＣＯ2 吸収液１９と交流接触し、燃焼排ガス中のＣＯ
2 は化学反応によりＣＯ2 吸収液１９に吸収される。Ｃ
Ｏ2 を除去された燃焼排ガス２１は系外へ放出される。
ＣＯ2 を吸収したＣＯ2 吸収液２０はリッチソルベント
ポンプ２２により昇圧され、リッチ／リーンソルベント
熱交換器２３にて再生された吸収液にて加熱され、ＣＯ
2 吸収液再生塔２４に供給される。
【０００４】ＣＯ2 吸収液再生塔２４の下部において、
ＣＯ2 吸収液はリボイラ３０にて低圧タービン８より抽
気された低圧蒸気（４ｋｇ／ｃｍ2 絶対圧）１３にて加
熱される。水蒸気を伴ったＣＯ2 はＣＯ2 吸収液再生塔
２４の塔頂部よりオーバーヘッドコンデンサ２５へと導
かれる。リボイラ３０にて凝縮された低圧蒸気の凝縮水
はリボイラ復水ポンプ３２にて昇圧され、予熱されたボ
イラ給水と混合され、ボイラ給水を昇温し、ボイラ給水
はボイラ１へ供給される。ＣＯ2 吸収液再生塔２４より
放出された水蒸気を伴ったＣＯ2 は、ボイラ給水ポンプ
１２により昇圧されたボイラ給水をオーバーヘッドコン
デンサ２５により予熱した後、オーバーヘッドクーラ２
６により冷され、分離器２７で水を分離され、ＣＯ2 は
ライン２８により別工程へ導かれて回収される。分離器
２７により分離された水は凝縮水循環ポンプ２９により
ＣＯ2 吸収液再生塔２４に供給される。再生されたＣＯ
2 吸収液はリーンソルベントポンプ３１にて昇圧され、
リッチ／リーンソルベント熱交換器２３にてＣＯ2 を吸
収したＣＯ2 吸収液にて冷却され、リーンソルベントク
ーラ３３にてさらに冷却されてＣＯ2 吸収塔１８に供給
される。
ＣＯ2 吸収液はリボイラ３０にて低圧タービン８より抽
気された低圧蒸気（４ｋｇ／ｃｍ2 絶対圧）１３にて加
熱される。水蒸気を伴ったＣＯ2 はＣＯ2 吸収液再生塔
２４の塔頂部よりオーバーヘッドコンデンサ２５へと導
かれる。リボイラ３０にて凝縮された低圧蒸気の凝縮水
はリボイラ復水ポンプ３２にて昇圧され、予熱されたボ
イラ給水と混合され、ボイラ給水を昇温し、ボイラ給水
はボイラ１へ供給される。ＣＯ2 吸収液再生塔２４より
放出された水蒸気を伴ったＣＯ2 は、ボイラ給水ポンプ
１２により昇圧されたボイラ給水をオーバーヘッドコン
デンサ２５により予熱した後、オーバーヘッドクーラ２
６により冷され、分離器２７で水を分離され、ＣＯ2 は
ライン２８により別工程へ導かれて回収される。分離器
２７により分離された水は凝縮水循環ポンプ２９により
ＣＯ2 吸収液再生塔２４に供給される。再生されたＣＯ
2 吸収液はリーンソルベントポンプ３１にて昇圧され、
リッチ／リーンソルベント熱交換器２３にてＣＯ2 を吸
収したＣＯ2 吸収液にて冷却され、リーンソルベントク
ーラ３３にてさらに冷却されてＣＯ2 吸収塔１８に供給
される。
【０００５】一方、ボイラ１により発生し、加熱された
高圧、高温蒸気２は高圧タービン３を駆動した後、高圧
タービン排気４としてボイラ１中の再加熱器５により再
加熱され、再加熱された中圧蒸気６として中圧タービン
７、続いて低圧タービン８に送られる。低圧タービン８
の低圧部より、低圧蒸気１３の抽気が行われ、リボイラ
３０に供給される。低圧タービン排気９は復水器１０に
て凝縮され、凝縮水１１はボイラ給水ポンプ１２により
オーバーヘッドコンデンサ２５に送られる。
高圧、高温蒸気２は高圧タービン３を駆動した後、高圧
タービン排気４としてボイラ１中の再加熱器５により再
加熱され、再加熱された中圧蒸気６として中圧タービン
７、続いて低圧タービン８に送られる。低圧タービン８
の低圧部より、低圧蒸気１３の抽気が行われ、リボイラ
３０に供給される。低圧タービン排気９は復水器１０に
て凝縮され、凝縮水１１はボイラ給水ポンプ１２により
オーバーヘッドコンデンサ２５に送られる。
【０００６】なお、ＣＯ2 を吸収するアルカノールアミ
ンとしてはモノエタノールアミン、ジエタノールアミ
ン、トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミ
ン、ジイソプロパノールアミン、ジグリコールアミンな
ど、更にはヒンダードアミン類が例示され、これらの各
単独水溶液、あるいはこれらの二以上の混合水溶液をあ
げることができるが、通常モノエタノールアミン水溶液
が好んで用いられる。
ンとしてはモノエタノールアミン、ジエタノールアミ
ン、トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミ
ン、ジイソプロパノールアミン、ジグリコールアミンな
ど、更にはヒンダードアミン類が例示され、これらの各
単独水溶液、あるいはこれらの二以上の混合水溶液をあ
げることができるが、通常モノエタノールアミン水溶液
が好んで用いられる。
【０００７】上記方法の採用により、ＣＯ2 を除去しな
い場合に比べて発電効率の低下を招くものの、その程度
を低く抑えることが可能となった。すなわち、一例とし
て天然ガス焚き発電プラントボイラ燃焼排ガス中のＣＯ
2 を９０％除去する場合、リボイラ３０を加熱するため
の熱源を燃焼により得た場合に、発電プラントボイラ燃
焼熱量の１８．９％に相当する燃料を必要とする。この
ため、燃焼熱量に対する発電効率はＣＯ2 を除去しない
場合の３６．４％から３０．１％へと６．３％低下す
る。しかし、上記提案の方法により、低圧タービン８よ
り４ｋｇ／ｃｍ2絶対圧の蒸気１３を抽気して、この蒸
気によりボイラ３０を加熱し、この蒸気の凝縮水により
ボイラ給水を加熱し、さらに、オーバーヘッドコンデン
サ２５にてＣＯ2 吸収液再生塔２４よりの水蒸気を伴っ
たＣＯ2 とボイラ給水との熱交換を行うことにより、ボ
イラ給水加熱用の抽気を減らすことができる。そのた
め、低圧タービンの軸動力が低下するものの、燃焼熱量
に対する発電効率は４．５％の低下にとどめることがで
き、発電効率として１．８％の改善ができた。また、上
記提案方法では同様にコンバインドサイクルガスタービ
ンを採用した場合は３．４％の改善ができることを明ら
かにした。
い場合に比べて発電効率の低下を招くものの、その程度
を低く抑えることが可能となった。すなわち、一例とし
て天然ガス焚き発電プラントボイラ燃焼排ガス中のＣＯ
2 を９０％除去する場合、リボイラ３０を加熱するため
の熱源を燃焼により得た場合に、発電プラントボイラ燃
焼熱量の１８．９％に相当する燃料を必要とする。この
ため、燃焼熱量に対する発電効率はＣＯ2 を除去しない
場合の３６．４％から３０．１％へと６．３％低下す
る。しかし、上記提案の方法により、低圧タービン８よ
り４ｋｇ／ｃｍ2絶対圧の蒸気１３を抽気して、この蒸
気によりボイラ３０を加熱し、この蒸気の凝縮水により
ボイラ給水を加熱し、さらに、オーバーヘッドコンデン
サ２５にてＣＯ2 吸収液再生塔２４よりの水蒸気を伴っ
たＣＯ2 とボイラ給水との熱交換を行うことにより、ボ
イラ給水加熱用の抽気を減らすことができる。そのた
め、低圧タービンの軸動力が低下するものの、燃焼熱量
に対する発電効率は４．５％の低下にとどめることがで
き、発電効率として１．８％の改善ができた。また、上
記提案方法では同様にコンバインドサイクルガスタービ
ンを採用した場合は３．４％の改善ができることを明ら
かにした。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記提案の方法を採用
することにより、ＣＯ2 除去・回収を伴う発電効率の低
下を一定程度抑えることができるが、さらに発電効率の
低下を小さくするような改善が切望されている。
することにより、ＣＯ2 除去・回収を伴う発電効率の低
下を一定程度抑えることができるが、さらに発電効率の
低下を小さくするような改善が切望されている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者らは前記低圧タ
ービンから抽気される蒸気は例えば３．４ｋｇ／ｃｍ 2
絶対圧、２４０℃〜４．２ｋｇ／ｃｍ2 絶対圧、２８０
℃の過熱状態にあり、飽和状態の蒸気となるまで十分動
力を取り出す余地のある蒸気であること、一方そのよう
な必要以上に高温の加熱状態にある蒸気を再生塔のリボ
イラに使用すると、かえってリボイラ３０内部の加熱チ
ューブの表面温度が高くなり、モノエタノールアミンに
代表されるＣＯ2 吸収剤の分解を引き起こし好ましくな
いこと、リボイラに必要な蒸気は熱源として使用できる
ものであれば十分であり、飽和状態にある蒸気でよいこ
とを考慮の上、ボイラから排出される燃焼排ガス中に含
まれるＣＯ2 を吸収除去し、回収しながら発電を行う際
の上記の事情に鑑み、システムの最適化を鋭意検討し
た。その結果、高圧、中圧及び低圧の各タービンからな
る通常の火力発電プラントにおいて、第２の中圧タービ
ンを設け、リボイラの加熱蒸気源の採取方法を工夫する
ことにより、発電効率の低下をさらに小さくすることが
できることに想到し、本発明を完成するに至った。
ービンから抽気される蒸気は例えば３．４ｋｇ／ｃｍ 2
絶対圧、２４０℃〜４．２ｋｇ／ｃｍ2 絶対圧、２８０
℃の過熱状態にあり、飽和状態の蒸気となるまで十分動
力を取り出す余地のある蒸気であること、一方そのよう
な必要以上に高温の加熱状態にある蒸気を再生塔のリボ
イラに使用すると、かえってリボイラ３０内部の加熱チ
ューブの表面温度が高くなり、モノエタノールアミンに
代表されるＣＯ2 吸収剤の分解を引き起こし好ましくな
いこと、リボイラに必要な蒸気は熱源として使用できる
ものであれば十分であり、飽和状態にある蒸気でよいこ
とを考慮の上、ボイラから排出される燃焼排ガス中に含
まれるＣＯ2 を吸収除去し、回収しながら発電を行う際
の上記の事情に鑑み、システムの最適化を鋭意検討し
た。その結果、高圧、中圧及び低圧の各タービンからな
る通常の火力発電プラントにおいて、第２の中圧タービ
ンを設け、リボイラの加熱蒸気源の採取方法を工夫する
ことにより、発電効率の低下をさらに小さくすることが
できることに想到し、本発明を完成するに至った。
【００１０】すなわち本発明は高圧タービン、第１中圧
タービン、第２中圧タービン及び低圧タービンを駆動す
る蒸気を発生させるボイラの燃焼排ガス中のＣＯ2 をＣ
Ｏ2吸収液で吸収除去し、ＣＯ2 を吸収したＣＯ2 吸収
液をリボイラを有するＣＯ2吸収液再生塔で再生する系
において、高圧タービンの排出蒸気をボイラで再加熱し
て第１中圧タービンに供給し、前記第１中圧タービンの
排出蒸気を低圧タービンに供給すると共に、高圧タービ
ンの抽気蒸気をボイラで再加熱して第２中圧タービンに
供給し、前記第２中圧タービンの排出蒸気をＣＯ2 吸収
液再生のためにリボイラに加熱源として供給することを
特徴とする燃焼排ガス中のＣＯ2 の除去方法である。
タービン、第２中圧タービン及び低圧タービンを駆動す
る蒸気を発生させるボイラの燃焼排ガス中のＣＯ2 をＣ
Ｏ2吸収液で吸収除去し、ＣＯ2 を吸収したＣＯ2 吸収
液をリボイラを有するＣＯ2吸収液再生塔で再生する系
において、高圧タービンの排出蒸気をボイラで再加熱し
て第１中圧タービンに供給し、前記第１中圧タービンの
排出蒸気を低圧タービンに供給すると共に、高圧タービ
ンの抽気蒸気をボイラで再加熱して第２中圧タービンに
供給し、前記第２中圧タービンの排出蒸気をＣＯ2 吸収
液再生のためにリボイラに加熱源として供給することを
特徴とする燃焼排ガス中のＣＯ2 の除去方法である。
【００１１】
【作用】本発明により、タービンを駆動する蒸気を発生
させるボイラの燃焼排ガス中のＣＯ2 を前記ボイラの発
生する熱エネルギの一部を利用しながら除去・回収する
に際し、ＣＯ2 を回収・除去することによるタービンに
よる発電効率低下を最小限度に抑えることができる。以
下、本発明を図によって詳細に説明する。図１は本発明
のＣＯ2 除去方法を例示したプロセス図である。図１で
は主要設備のみ示し、付属設備は省略した。必要によ
り、タンク類、バルブ類、ポンプ類、熱交換器類などが
設けられている。また低、中及び高圧タービンは通常２
機を対にして設置されるが、これも単独の記号で表わ
し、それらに同軸で取り付けられている発電機も省略し
ている。なお、図２と同符号の装置類は同じもの、また
は同様の働きをもつものを指す。
させるボイラの燃焼排ガス中のＣＯ2 を前記ボイラの発
生する熱エネルギの一部を利用しながら除去・回収する
に際し、ＣＯ2 を回収・除去することによるタービンに
よる発電効率低下を最小限度に抑えることができる。以
下、本発明を図によって詳細に説明する。図１は本発明
のＣＯ2 除去方法を例示したプロセス図である。図１で
は主要設備のみ示し、付属設備は省略した。必要によ
り、タンク類、バルブ類、ポンプ類、熱交換器類などが
設けられている。また低、中及び高圧タービンは通常２
機を対にして設置されるが、これも単独の記号で表わ
し、それらに同軸で取り付けられている発電機も省略し
ている。なお、図２と同符号の装置類は同じもの、また
は同様の働きをもつものを指す。
【００１２】図１において、図２と同様にボイラからの
高圧・高温蒸気２によって高圧タービン３を駆動させ、
高圧タービン排気４は再加熱器５で再加熱されて中圧蒸
気６として第１中圧タービン７（図２の中圧タービン７
と同じなので、同符号とした）、低圧タービン８をそれ
ぞれ駆動させる。本発明の特徴は高圧タービン３から抽
気４０を行い、これを再加熱器４１で再加熱して中圧蒸
気４２とし、これを第２中圧タービン４３に導いて発電
させ、第２中圧タービン排気４４をリボイラ３０の加熱
源として使用することにある。第２中圧タービン排気４
４はシステムの作動条件にもよるが、一例としては１３
７℃、３．４ｋｇ／ｃｍ2 絶対圧である。リボイラ３０
の加熱蒸気として必要にして十分な温度は約１３０〜１
４０℃程度であり、この第２中圧タービン排気４４は何
等支障なくリボイラ３０の加熱源として使用できるもの
である。
高圧・高温蒸気２によって高圧タービン３を駆動させ、
高圧タービン排気４は再加熱器５で再加熱されて中圧蒸
気６として第１中圧タービン７（図２の中圧タービン７
と同じなので、同符号とした）、低圧タービン８をそれ
ぞれ駆動させる。本発明の特徴は高圧タービン３から抽
気４０を行い、これを再加熱器４１で再加熱して中圧蒸
気４２とし、これを第２中圧タービン４３に導いて発電
させ、第２中圧タービン排気４４をリボイラ３０の加熱
源として使用することにある。第２中圧タービン排気４
４はシステムの作動条件にもよるが、一例としては１３
７℃、３．４ｋｇ／ｃｍ2 絶対圧である。リボイラ３０
の加熱蒸気として必要にして十分な温度は約１３０〜１
４０℃程度であり、この第２中圧タービン排気４４は何
等支障なくリボイラ３０の加熱源として使用できるもの
である。
【００１３】
【実施例】発電能力６０万ｋＷのＬＮＧ焚き火力発電設
備に、図２のプロセスを適用した従来プロセスと本発明
の方法を適用したプロセス（図１）の発電量低減率を表
１に示す。表１から明らかなように、本発明の方法を採
用することにより、図２のプロセスに比較して、ＣＯ2
の除去に伴う消費電力を約４．４％改善することができ
る。但し、回収したＣＯ2 の液化に関する動力は含めて
いない。
備に、図２のプロセスを適用した従来プロセスと本発明
の方法を適用したプロセス（図１）の発電量低減率を表
１に示す。表１から明らかなように、本発明の方法を採
用することにより、図２のプロセスに比較して、ＣＯ2
の除去に伴う消費電力を約４．４％改善することができ
る。但し、回収したＣＯ2 の液化に関する動力は含めて
いない。
【００１４】
【表１】
【００１５】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、ＣＯ2 除去・回収を伴う火力発電システムにおい
て、ＣＯ2 吸収液再生塔のリボイラの加熱源の最適化を
一層図ることにより、発電効率の低下をさらに抑えるこ
とができることとなった。
れば、ＣＯ2 除去・回収を伴う火力発電システムにおい
て、ＣＯ2 吸収液再生塔のリボイラの加熱源の最適化を
一層図ることにより、発電効率の低下をさらに抑えるこ
とができることとなった。
【図１】本発明のＣＯ2 除去方法を例示したプロセス
図。
図。
【図２】従来のＣＯ2 除去方法を例示したプロセス図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上月 健治 大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 藤本 勲 大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 飯島 正樹 東京都千代田区丸の内二丁目５番１号 三菱重工業株式会社本社内 (72)発明者 光岡 薫明 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22 号 三菱重工業株式会社 広島研究所内 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B01D 53/62 B01D 53/34 ZAB F23J 15/00
Claims (1)
- 【請求項１】 高圧タービン、第１中圧タービン、第２
中圧タービン及び低圧タービンを駆動する蒸気を発生さ
せるボイラの燃焼排ガス中のＣＯ2 をＣＯ2吸収液で吸
収除去し、ＣＯ2 を吸収したＣＯ2 吸収液をリボイラを
有するＣＯ2吸収液再生塔で再生する系において、高圧
タービンの排出蒸気をボイラで再加熱して第１中圧ター
ビンに供給し、前記第１中圧タービンの排出蒸気を低圧
タービンに供給すると共に、高圧タービンの抽気蒸気を
ボイラで再加熱して第２中圧タービンに供給し、前記第
２中圧タービンの排出蒸気をＣＯ2 吸収液再生のために
リボイラに加熱源として供給することを特徴とする燃焼
排ガス中のＣＯ2 の除去方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6024164A JP2809381B2 (ja) | 1994-02-22 | 1994-02-22 | 燃焼排ガス中の二酸化炭素の除去方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6024164A JP2809381B2 (ja) | 1994-02-22 | 1994-02-22 | 燃焼排ガス中の二酸化炭素の除去方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07232033A JPH07232033A (ja) | 1995-09-05 |
| JP2809381B2 true JP2809381B2 (ja) | 1998-10-08 |
Family
ID=12130711
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6024164A Expired - Lifetime JP2809381B2 (ja) | 1994-02-22 | 1994-02-22 | 燃焼排ガス中の二酸化炭素の除去方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2809381B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102010039799A1 (de) | 2009-08-28 | 2011-03-10 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Dampfturbinenkraftwerk und Verfahren zum Betrieb desselben |
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