JP4644804B2 - Carbon dioxide recovery method and apparatus for recovering carbon dioxide in exhaust gas - Google Patents
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Description
本発明は、LNG(液化天然ガス)の冷熱を利用することにより、低温下で排ガスと氷とを接触させて二酸化炭素ガスハイドレートを生成して、排ガス中の二酸化炭素(CO2 )をガスハイドレート内に濃縮固定し、以て、排ガス中の二酸化炭素を回収する二酸化炭素分離回収システムに関するものである。 In the present invention, by utilizing the cold heat of LNG (liquefied natural gas), exhaust gas and ice are brought into contact with each other at a low temperature to generate carbon dioxide gas hydrate, and carbon dioxide (CO 2 ) in the exhaust gas is gasified. The present invention relates to a carbon dioxide separation and recovery system for concentrating and fixing in a hydrate and thus recovering carbon dioxide in exhaust gas.
近時、地球環境保全などの観点から、排ガス中に含まれている二酸化炭素を回収する方法が開発されている。これらの方法としては、例えば、化学吸収法、物理吸着法、膜分離法などがある。 Recently, a method for recovering carbon dioxide contained in exhaust gas has been developed from the viewpoint of global environmental conservation. Examples of these methods include a chemical absorption method, a physical adsorption method, and a membrane separation method.
化学吸収法は、40℃〜50℃で二酸化炭素を吸収し、100℃〜120℃で二酸化炭素を放出するというアミン吸収液の性質を利用して二酸化炭素を分離回収する方法である。 The chemical absorption method is a method for separating and recovering carbon dioxide by utilizing the property of an amine absorbing solution that absorbs carbon dioxide at 40 ° C. to 50 ° C. and releases carbon dioxide at 100 ° C. to 120 ° C.
物理吸着法は、圧力を加えると二酸化炭素を吸着し、減圧すると脱着するというゼオライトの持つ性質を利用して二酸化炭素を分離回収する方法である。また、膜分離法は、多孔質中空糸膜を用いて二酸化炭素を膜分離する方法である。 The physical adsorption method is a method for separating and recovering carbon dioxide by utilizing the property of zeolite that adsorbs carbon dioxide when pressure is applied and desorbs when pressure is reduced. The membrane separation method is a method for membrane separation of carbon dioxide using a porous hollow fiber membrane.
しかし、化学吸収法、あるいは物理吸着法は、吸収剤や吸着材の再生が必要であり、エネルギーの消費も大きいことから、二酸化炭素を固定するための二酸化炭素分離方法としては、必ずしも適当ではない。 However, the chemical absorption method or the physical adsorption method requires regeneration of the absorbent and the adsorbent and consumes a large amount of energy, so that it is not necessarily suitable as a carbon dioxide separation method for fixing carbon dioxide. .
一方、膜分離法は、分子の大きさに基づいて分離する方法であるが、燃焼排ガスに含まれる窒素分子と二酸化炭素分子の大きさは同程度であるため、両者の分離は困難であり、回収された二酸化炭素の純度が低いという問題がある。 On the other hand, the membrane separation method is a method of separation based on the size of the molecules, but since the sizes of the nitrogen molecules and carbon dioxide molecules contained in the combustion exhaust gas are approximately the same, it is difficult to separate them. There is a problem that the purity of the recovered carbon dioxide is low.
また、ガスハイドレートによる分離方法も提案されている(例えば、特許文献1及び特許文献2参照。)。
しかしながら、ガスハイドレートによる分離方法は、いずれの場合も、ガスタービン排ガスのように、二酸化炭素の含有量が希薄な排ガスから高濃度の二酸化炭素を含むガスハイドレートを生成することが困難であった。 However, in any case, the gas hydrate separation method is difficult to generate a gas hydrate containing carbon dioxide at a high concentration from exhaust gas with a low carbon dioxide content, such as gas turbine exhaust gas. It was.
一方、近年のガスハイドレート研究によって、例えば、−70℃〜−100℃の低温下において生成されたガスハイドレートの中に60〜80%程度の二酸化炭素が濃縮されることが示され、ベンチスケールの実験においても確認されている。 On the other hand, recent gas hydrate research shows that, for example, about 60 to 80% of carbon dioxide is concentrated in gas hydrate produced at a low temperature of -70 ° C to -100 ° C. It has also been confirmed in scale experiments.
この発明は、上記の研究および実験結果に基づいてなされたものであり、一般的に極めて生成速度が遅い低温でのガスハイドレート生成反応を高速化させると共に、複合サイクル発電設備で燃料として使用されているLNGをガス化する時に捨てられている未利用冷熱を回収して、その冷熱を有効に利用することにより、エネルギー消費の少ない二酸化炭素回収方法及び装置を提供することにある。 The present invention has been made on the basis of the above research and experimental results, and generally accelerates the gas hydrate formation reaction at a low temperature where the production speed is extremely low, and is used as a fuel in a combined cycle power generation facility. An object of the present invention is to provide a carbon dioxide recovery method and apparatus that consumes less energy by recovering unused cold heat that has been discarded when gasifying LNG, and effectively using the cold heat.
上記の課題を解決するため、本発明は、次のように構成されている。 In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows.
請求項1に係る排ガス中の二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収方法は、排ガス中の二酸化炭素をガスハイドレート化して回収する二酸化炭素回収方法において、前記排ガスを、二酸化炭素回収工程から排出された排出ガスの冷熱を利用して所定の温度に予冷却する排ガス予冷却工程と、液化天然ガスの冷熱を利用して所定の温度に冷却した微細氷生成器内に水を噴霧して粒径が0.1〜10μmの微細氷を生成する微細氷生成工程と、前記排ガス予冷却工程で予冷却された排ガスを液化天然ガスの冷熱を利用して−70℃〜−100℃に再冷却する再冷却工程と、前記微細氷と前記再冷却工程で−70℃〜−100℃に再冷却された排ガスとをガスハイドレート生成器内に導入しながら機械的に攪拌して二酸化炭素ハイドレートを生成する二酸化炭素回収工程から構成されている。 The carbon dioxide recovery method for recovering carbon dioxide in exhaust gas according to claim 1 is the carbon dioxide recovery method for recovering carbon dioxide in exhaust gas by gas hydrate conversion, wherein the exhaust gas is discharged from the carbon dioxide recovery step. an exhaust gas precooling step of precooling to a predetermined temperature by utilizing the cold energy of the exhaust gas, the particle size by spraying with water by utilizing the cold of liquefied natural gas within a predetermined fine ice generator cooled to a temperature recooling but the fine ice generating step of generating 0.1~10μm fine ice, said pre cooled exhaust gas exhaust precooling process using the cold energy of the liquefied natural gas to -70 ℃ ~-100 ℃ and re-cooling step, mechanically stirred to carbon dioxide hydrate while introducing and re-cooled exhaust gas -70 ℃ ~-100 ℃ in the fine ice and the re-cooling step in the gas hydrate generator to generate a And a carbon dioxide recovery process.
請求項2に係る排ガス中の二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収装置は、排ガス中の二酸化炭素を水と反応させて二酸化炭素ハイドレートを生成する二酸化炭素回収装置であって、前記水とアシストガスを導入して前記水を微粒化する2流体スプレーノズルと、該2流体スプレーノズルから噴霧された微粒子状の水滴を液化天然ガスの冷熱を利用して粒径が0.1〜10μmの微細氷を生成する微細氷生成器と、前記微細氷と液化天然ガスの冷熱を利用して−70℃〜−100℃に冷却された排ガスとを導入して二酸化炭素ハイドレートを生成する横長で、かつ、攪拌機を有する反応容器とからなり、尚かつ、該反応容器を複数個ジグザグ状に連接した構成になっている。 A carbon dioxide recovery device for recovering carbon dioxide in exhaust gas according to claim 2 is a carbon dioxide recovery device for generating carbon dioxide hydrate by reacting carbon dioxide in exhaust gas with water, wherein the water and assist gas are used. A two-fluid spray nozzle for atomizing the water and fine water droplets sprayed from the two-fluid spray nozzle by using cold heat of liquefied natural gas and having a particle diameter of 0.1 to 10 μm A fine ice generator for producing carbon dioxide , and a horizontal oblong that produces carbon dioxide hydrate by introducing the fine ice and exhaust gas cooled to −70 ° C. to −100 ° C. using the cold heat of liquefied natural gas , and , Ri Do and a reaction vessel having a stirrer, Note and has a configuration that connecting the reaction vessel into a plurality zigzag.
請求項3に係る排ガス中の二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収装置は、ガスタービン複合サイクル発電設備から排出される排ガスを二酸化炭素分離回収後で、且つ、大気圧付近まで膨張した低温・低圧排ガスで予冷する排ガス予冷器と、
該排ガス予冷器で予冷後の低温排ガスをガスハイドレートの生成に必要な圧力まで昇圧する排ガス圧縮機と、
該排ガス圧縮機で圧縮した排ガスを二酸化炭素分離回収後の低温・高圧の排ガスで再冷却する排ガス再冷却器と、
前記排ガス再冷却器で昇温された高圧排ガスを大気圧まで膨張させる排ガス膨張機、および下記の各機器で構成された低温ガスハイドレート生成装置から成り、
前記低温ガスハイドレート生成装置を、生成水を反応に必要な圧力まで加圧する生成水ポンプと、
前記排ガスの一部を生成水の噴霧に必要なアシストガス圧力まで加圧するアシストガス圧縮機と、
上記生成水およびアシストガスを導入して生成水を微粒化するスプレーノズルと、
該スプレーノズルにより微粒化された水滴を液化天然ガスの冷熱によって凍結させて微細氷を生成する微細氷生成器と、
前記微細氷と液化天然ガスの冷熱によって冷却された残りの排ガスとを導入して反応させる複数の反応容器を直列に接続してなるガスハイドレート生成器と、
前記複数反応容器を環状に接続する循環ループと、これらの反応容器群を循環する排ガスを液化天然ガスによって冷却する循環ガス冷却器より構成して成る構成となっている。
The carbon dioxide recovery device for recovering carbon dioxide in the exhaust gas according to claim 3 is a low-temperature / low-pressure exhaust gas that has been expanded to near atmospheric pressure after separating and recovering the exhaust gas discharged from the gas turbine combined cycle power generation facility. An exhaust gas precooler precooled at
An exhaust gas compressor that pressurizes the low-temperature exhaust gas after pre-cooling to the pressure required for generating gas hydrate with the exhaust gas pre-cooler;
An exhaust gas recooler for recooling the exhaust gas compressed by the exhaust gas compressor with low temperature and high pressure exhaust gas after carbon dioxide separation and recovery;
An exhaust gas expander that expands the high-pressure exhaust gas heated by the exhaust gas recooler to atmospheric pressure, and a low-temperature gas hydrate generator composed of the following devices:
The low-temperature gas hydrate generator, a generated water pump that pressurizes the generated water to a pressure required for the reaction;
An assist gas compressor that pressurizes a part of the exhaust gas to an assist gas pressure necessary for spraying produced water;
A spray nozzle for atomizing the produced water by introducing the produced water and the assist gas;
A fine ice generator for producing fine ice by freezing the water droplets atomized by the spray nozzle by the cold heat of liquefied natural gas;
A gas hydrate generator comprising a plurality of reaction vessels connected in series for introducing and reacting the fine ice and the remaining exhaust gas cooled by the cold heat of liquefied natural gas; and
A circulation loop that connects the plurality of reaction vessels in a ring shape and a circulation gas cooler that cools the exhaust gas circulating through these reaction vessel groups with liquefied natural gas are configured.
上記のように、請求項1に記載の発明は、排ガス中の二酸化炭素をガスハイドレート化して回収する二酸化炭素回収方法において、前記排ガスを、液化天然ガスを燃料とする施設の液化天然ガスの冷熱を利用して所定の温度に冷却する工程と、前記液化天然ガスの冷熱を利用して所定の温度に冷却した微細氷生成器内に水を噴霧して微細氷を生成する工程と、前記微細氷と所定温度に冷却後の排ガスとをガスハイドレート生成器に導入して、微細氷と排ガス中の二酸化炭素を反応させて二酸化炭素ハイドレートを生成する工程とから構成されているので、低温下、例えば、−70℃〜−100℃程度の低温下では、ガスハイドレート化し難いと言われていた氷を微細氷(例えば、0.1〜10μm)とすることにより、比較的短時間で微細氷の芯までガスハイドレート化させることができた。 As described above, the invention according to claim 1 is a carbon dioxide recovery method for recovering carbon dioxide in exhaust gas by gas hydrate, and recovering the exhaust gas from liquefied natural gas in a facility using liquefied natural gas as fuel. A step of cooling to a predetermined temperature using cold heat, a step of generating fine ice by spraying water into a fine ice generator cooled to a predetermined temperature using the cold heat of the liquefied natural gas, and Since it is composed of a step of introducing fine ice and exhaust gas after cooling to a predetermined temperature into a gas hydrate generator, and reacting fine ice and carbon dioxide in the exhaust gas to generate carbon dioxide hydrate, Under a low temperature, for example, at a low temperature of about −70 ° C. to −100 ° C., the ice, which has been said to be difficult to be gas hydrated, is made into fine ice (for example, 0.1 to 10 μm) for a relatively short time. With fine ice It could be a gas hydrate of to the core.
その結果、排ガス、特に、二酸化炭素の含有率が3〜4%程度のガスタービン排ガス中の二酸化炭素でも効率的に回収することができた。 As a result, it was possible to efficiently recover the exhaust gas, particularly carbon dioxide in the gas turbine exhaust gas having a carbon dioxide content of about 3 to 4%.
また、この方法によれば、LNGをガス化する時に捨てられていた未利用冷熱を回収して、その冷熱を有効に利用することにより、従来よりもエネルギー消費の少ない新規な方法で二酸化炭素ハイドレートを効率良く回収することができるようになった。 In addition, according to this method, carbon dioxide hydride can be recovered by a novel method that consumes less energy than before by recovering unused cold energy that was discarded when LNG was gasified and effectively using the cold energy. The rate can be recovered efficiently.
他方、請求項3に記載の発明は、排ガス中の二酸化炭素を水と反応させて二酸化炭素ハイドレートを生成する二酸化炭素回収装置であって、前記水を噴霧するスプレーノズルと、該スプレーノズルから噴霧された微粒子状の水滴を液化天然ガスの冷熱を利用して凍結させ、微細氷を生成する微細氷生成器と、前記微細氷と液化天然ガスの冷熱によって冷却された排ガスとを導入して二酸化炭素ハイドレートを生成するガスハイドレート生成器とから構成したので、方法発明と同様に、低温下、例えば、−70℃〜−100℃程度の低温下では、ガスハイドレート化し難いと言われていた氷を微細氷とすることにより、比較的短時間で微細氷の芯までガスハイドレート化させることができた。その結果、排ガス、特に、二酸化炭素の含有率が3〜4%程度のガスタービン排ガス中の二酸化炭素でも効率的に回収することができた。 On the other hand, the invention described in claim 3 is a carbon dioxide recovery device that generates carbon dioxide hydrate by reacting carbon dioxide in exhaust gas with water, the spray nozzle spraying the water, and the spray nozzle A fine ice generator that generates fine ice by freezing the sprayed particulate water droplets using the cold heat of liquefied natural gas, and an exhaust gas cooled by the cold heat of the fine ice and liquefied natural gas are introduced. Since it is composed of a gas hydrate generator that generates carbon dioxide hydrate, it is said that it is difficult to make a gas hydrate at a low temperature, for example, at a low temperature of about -70 ° C to -100 ° C, as in the method invention. By making the ice that had been used fine, it was possible to gas hydrate to the core of the fine ice in a relatively short time. As a result, it was possible to efficiently recover the exhaust gas, particularly carbon dioxide in the gas turbine exhaust gas having a carbon dioxide content of about 3 to 4%.
また、この方法によれば、LNGをガス化する時に捨てられていた未利用冷熱を回収して、その冷熱を有効に利用することにより、従来よりもエネルギー消費の少ない新規な方法で二酸化炭素ハイドレートを効率良く回収することができるようになった。 In addition, according to this method, carbon dioxide hydride can be recovered by a novel method that consumes less energy than before by recovering unused cold energy that was discarded when LNG was gasified and effectively using the cold energy. The rate can be recovered efficiently.
また、請求項4に記載の発明は、ガスハイドレート生成器内の排ガスの一部を循環させ、かつ、該循環排ガスを液化天然ガスの冷熱を利用して冷却するので、ガスハイドレート生成器内を所定の温度に保持することができ、ガスハイドレート生成器内のガスハイドレートの生成を促進させることができる。 The invention according to claim 4 circulates a part of the exhaust gas in the gas hydrate generator and cools the circulating exhaust gas using the cold heat of liquefied natural gas, so that the gas hydrate generator The inside can be maintained at a predetermined temperature, and generation of gas hydrate in the gas hydrate generator can be promoted.
また、請求項5に記載の発明は、ガスハイドレート生成器内で発生する反応熱を、液化天然ガスの冷熱を利用して生成器を冷却することによって除去するため、二酸化炭素ハイドレートの生成反応を高めることが可能となった。 Further, the invention according to claim 5 removes the heat of reaction generated in the gas hydrate generator by cooling the generator using the cold of liquefied natural gas. It became possible to enhance the reaction.
請求項6に記載の発明は、ガスタービン複合サイクル発電設備から排出される排ガスを二酸化炭素分離回収後で、且つ、大気圧付近まで膨張した低温・低圧排ガスで予冷する排ガス予冷器と、該排ガス予冷器で予冷後の低温排ガスをガスハイドレートの生成に必要な圧力まで昇圧する排ガス圧縮機と、該排ガス圧縮機で圧縮した排ガスを二酸化炭素分離回収後の低温・高圧の排ガスで再冷却する排ガス再冷却器と、前記排ガス再冷却器で昇温された高圧排ガスを大気圧まで膨張させる排ガス膨張機、および下記の各機器で構成された低温ガスハイドレート生成装置から成り、
前記低温ガスハイドレート生成装置を、生成水を反応に必要な圧力まで加圧する生成水ポンプと、前記排ガスの一部を生成水の噴霧に必要なアシストガス圧力まで加圧するアシストガス圧縮機と、上記生成水およびアシストガスを導入して生成水を微粒化するスプレーノズルと、該スプレーノズルにより微粒化された水滴を液化天然ガスの冷熱によって凍結させて微細氷を生成する微細氷生成器と、前記微細氷と液化天然ガスの冷熱によって冷却された残りの排ガスとを導入して反応させる複数の反応容器を直列に接続してなるガスハイドレート生成器と、前記複数反応容器の環状に接続する循環ループと、これらの反応容器群を循環する排ガスを液化天然ガスによって冷却する循環ガス冷却器より構成したので、方法発明と同様に、低温下、例えば、−70℃〜−100℃程度の低温下では、ガスハイドレート化し難いと言われていた氷を微細氷とすることにより、比較的短時間で微細氷の芯までガスハイドレート化させることができた。その結果、排ガス、特に、二酸化炭素の含有率が3〜4%程度のガスタービン排ガス中の二酸化炭素でも効率的に回収することができた。
The invention according to claim 6 is an exhaust gas precooler for precooling exhaust gas discharged from a gas turbine combined cycle power generation facility with carbon dioxide separation and recovery, and with low temperature / low pressure exhaust gas expanded to near atmospheric pressure, and the exhaust gas Exhaust gas compressor that pressurizes low-temperature exhaust gas after pre-cooling to a pressure required for gas hydrate generation with a pre-cooler, and exhaust gas compressed by the exhaust gas compressor is re-cooled with low-temperature and high-pressure exhaust gas after carbon dioxide separation and recovery Composed of an exhaust gas recooler, an exhaust gas expander that expands the high-pressure exhaust gas heated by the exhaust gas recooler to atmospheric pressure, and a low-temperature gas hydrate generator composed of the following devices:
The low-temperature gas hydrate generating device, a generated water pump that pressurizes the generated water to a pressure required for the reaction, an assist gas compressor that pressurizes a part of the exhaust gas to an assist gas pressure required for spraying the generated water, A spray nozzle that atomizes the generated water by introducing the generated water and the assist gas, and a fine ice generator that generates fine ice by freezing the water droplets atomized by the spray nozzle by the cold heat of the liquefied natural gas; A gas hydrate generator in which a plurality of reaction vessels for introducing and reacting the fine ice and the remaining exhaust gas cooled by the cold heat of the liquefied natural gas are connected in series, and the ring of the plurality of reaction vessels is connected Since it consists of a circulation loop and a circulation gas cooler that cools the exhaust gas that circulates through these reaction vessel groups with liquefied natural gas, For example, at a low temperature of about −70 ° C. to −100 ° C., gas hydrate can be made to the core of fine ice in a relatively short time by making the ice, which was said to be difficult to gas hydrate, into fine ice. I was able to. As a result, it was possible to efficiently recover the exhaust gas, particularly carbon dioxide in the gas turbine exhaust gas having a carbon dioxide content of about 3 to 4%.
また、この方法によれば、LNGをガス化する時に捨てられていた未利用冷熱を回収して、その冷熱を有効に利用することにより、従来よりもエネルギー消費の少ない新規な方法で二酸化炭素ハイドレートを効率良く回収することができるようになった。 In addition, according to this method, carbon dioxide hydride can be recovered by a novel method that consumes less energy than before by recovering unused cold energy that was discarded when LNG was gasified and effectively using the cold energy. The rate can be recovered efficiently.
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
なお、この実施の形態では、大型のガスタービン複合サイクル発電設備を例に取るが、この例に限定されるものではない。 In this embodiment, a large gas turbine combined cycle power generation facility is taken as an example, but the present invention is not limited to this example.
図1は、この発明に係る二酸化炭素分離回収システムのブロック図であり、この二酸化炭素分離回収システムは、主として、大型のガスタービン複合サイクル発電設備10、排ガス予冷却器11、排ガス圧縮機12、排ガス再冷却器13、排ガスハイドレート生成装置(二酸化炭素分離回収装置)14、および排ガス膨張機15により構成されている。
FIG. 1 is a block diagram of a carbon dioxide separation and recovery system according to the present invention. This carbon dioxide separation and recovery system mainly includes a large gas turbine combined cycle
しかして、ガスタービン複合サイクル発電設備10から排出された二酸化炭素含有率が比較的少なく(例えば、3〜4%)、かつ、所定の温度、圧力(例えば、100℃、0MPa)を有する排ガス1aは、排ガス予冷器11に導入され、同排ガス予冷器11にて排ガスハイドレート生成装置14より排出される二酸化炭素分離回収後で、なおかつ、排ガス膨張機15により大気圧付近(例えば、0MPa)まで膨張した低温・低圧排ガス1eにより予冷される。
Accordingly, the
上記排ガス予冷器11で予冷後の低温排ガス1cは、排ガス圧縮機12を用いてガスハイドレートの生成に必要な圧力まで昇圧される(例えば、2MPa)。また、上記排ガス圧縮機12で圧縮した排ガス1dは、排ガス再冷却器13に導入し、排ガスハイドレート生成装置14より排出される二酸化炭素分離回収後の低温・高圧(例えば、2MPa、−70℃、)の排ガス1bを用いて再冷却される。
The low-
上記排ガス再冷却器13で再冷却された高圧・低温(例えば、2MPa、−70℃、)の排ガス1fは、LNGの冷熱を利用して生成された微細氷と反応して排ガスハイドレート(二酸化炭素ガスハイドレート)となる。
The high-pressure / low-temperature (for example, 2 MPa, −70 ° C.)
この結果、この排ガスハイドレートには、二酸化炭素が60〜80%取り込まれることになり、その分、後述する煙突16から排出される排ガス中の二酸化炭素の濃度が低下する。上記排ガス再冷却器15で昇温された二酸化炭素分離回収後の排ガス1gは、煙突16より大気中に放出される。
As a result, 60 to 80% of carbon dioxide is taken into the exhaust gas hydrate, and the concentration of carbon dioxide in the exhaust gas discharged from the
次に、図2を用いてより具体的に説明する。 Next, it demonstrates more concretely using FIG.
図2に示すように、この二酸化炭素分離回収システムは、大型のガスタービン複合サイクル発電設備10、排ガス予冷却器11、排ガス圧縮機12、排ガス再冷却器13、低温ガスハイドレート生成装置14、排ガス膨張機15により構成されている。
As shown in FIG. 2, this carbon dioxide separation and recovery system includes a large gas turbine combined cycle
そして、この低温ガスハイドレート生成装置14は、生成水ポンプ20、アシストガス圧縮機21、2流体スプレーノズル22、微細氷生成器23、ガスハイドレート生成器24、循環ループ25、LNGの冷熱を利用する循環ガス冷却器26により構成されている。
And this low-temperature gas hydrate production |
他方、ガスタービン複合サイクル発電設備10から排出された排ガス1aを供給する排ガス供給管28は、排ガス予冷却器11、排ガス圧縮機12、排ガス再冷却器13を経て微細氷生成器23に達している。また、この排ガス供給管28から分岐した排ガス供給分岐管29は、上記循環ループ25と接続している。また、この循環ループ25に接続している排ガス排出管30は、排ガス再冷却器13、排ガス膨張機15、排ガス予冷却器11を経て図示しない煙突に接続している。
On the other hand, the exhaust
また、上記微細氷生成器23には、給水管31が接続している。更に、上記排ガス予冷却器11で生じた水を回収する水回収管32は、上記給水管31に接続している。
A
さて、上記ガスタービン複合サイクル発電設備10は、発電機35と、吸気圧縮機36と、排ガス膨張機37と、燃焼器38と、廃熱ボイラ39により構成され、排ガス膨張機37によって駆動される発電機35によって発電するようになっている。
The gas turbine combined cycle
排ガス膨張機37から排出された排ガス1は、廃熱ボイラ39により熱回収された後、比較的低温(例えば、373°K(100℃))・常圧(0MPa)の排ガス1aとなって排ガス予冷却器11に供給される。
The exhaust gas 1 discharged from the exhaust gas expander 37 is recovered by the waste heat boiler 39 and then becomes an
この排ガス予冷器11に供給された排ガス1aは、低温ガスハイドレート生成装置14から排出される二酸化炭素分離回収後で、なおかつ、排ガス膨張機15により大気圧付近(例えば、0MPa)まで膨張した低温・低圧排ガス1eを用いて予冷するようになっている。
The
上記排ガス予冷却器11で予冷後(例えば、−40℃〜−50℃程度)の低温排ガス1cは、排ガス圧縮機12を用いてガスハイドレートの生成に必要な圧力(例えば、2MPa程度)まで昇圧される。
The low-
上記排ガス圧縮機12で圧縮した排ガス1dは、排ガス再冷却器13に導入され、後述する低温ガスハイドレート生成装置14から排出される二酸化炭素分離回収後の低温・高圧(例えば、203°K(−70℃))・2MPa)の排ガス1bにより再冷却される。
The
この低温・低圧排ガス1eは、排ガス圧縮機12で圧縮した排ガス1dを再冷却後、図示しない煙突を経て大気中に放出される。この時の放出ガス1gの圧力は、例えば、0MPaである。
The low temperature / low
なお、この発明では、上記排ガス膨張機15によって排ガス圧縮機12および発電機17を駆動し、同発電機17による発電を行っている。
In the present invention, the
さて、上記低温ガスハイドレート生成装置14は、既に説明したように、生成水ポンプ20、アシストガス圧縮機21、2流体スプレーノズル22、微細氷生成器23、ガスハイドレート生成器24、循環ループ25、循環ガス冷却器26により構成されている。
As described above, the low temperature
排ガスハイドレート生成用(二酸化炭素ガスハイドレート生成用)の生成水wは、生成水ポンプ20によって反応に必要な圧力まで加圧される。
The produced water w for producing exhaust gas hydrate (for producing carbon dioxide gas hydrate) is pressurized by the produced
他方、排ガス再冷却器13によって再冷却された排ガス1fの一部は、アシストガス圧縮機21によって上記生成水wの噴霧に必要なアシストガス圧力(例えば、2.3MPa)まで加圧される。
On the other hand, a part of the
上記微細氷生成器23は、その内部に2流体スプレーノズル22を備えている。この2流体スプレーノズル22は、アシストガス(例えば、2.3MPa)1hの導入により開弁したノズル孔(図示せず)から生成水wを微粒子状に噴霧するようになっている。
The
また、この微細氷生成器23は、その外側に冷却ジャケット27を有し、スプレーノズル22により微細な水滴をLNG(液化天然ガス)の冷熱を利用して凍結させ、微細氷(例えば、0.1〜10μm程度)iを生成するようになっている。なお、上記冷却ジャケット27は、冷媒として、LNGの冷熱を利用して所定の温度に冷却した冷媒aを使用している。ここで、微細氷の粒径が10μmを超えると、微細氷の芯までガスハイドレート化するのに時間がかかるので、工業上は、避けた方が無難である。
Further, the
上記ガスハイドレート生成器24は、複数の反応容器41a〜41dにより構成されている。これらの反応容器41a〜41dは、見掛け上、並列に並べられているが、隣接する反応容器41は、その後端部(下流端)と先端部(上流端)とが連通管42によって互いに連結されているために、実質的には、直列に接続されている。
The
なお、図において、最上段の反応容器41aは、その左端部(上流端)が連通管42aを介して微細氷生成器23の出口と接続し、最下段の反応容器41dは、その左端部(下流端)に排出管43を備えている。
In the figure, the
一方、上記循環ループ25は、上述した複数の反応容器41a〜41dに沿って排ガス1fを循環させるものであり、上記排ガス供給分岐管29に接続するループ形成用配管45の一端は、最上段の反応容器41aの左端部に接続し、他端は、最下段の反応容器41dの右端部に接続している。更に、最上段の反応容器41aと2段目の反応容器41bとは、その左端部が連通管46aによって連通し、2段目の反応容器41bと3段目の反応容器41cとは、その右端部が連通管46bによって連通し、3段目の反応容器41cと最下段の反応容器41dとは、その左端部が連通管46cによって連通している。
On the other hand, the
上記反応容器41a〜41dは、それぞれ、攪拌器47を備え、反応容器41a〜41d内の微細氷iを攪拌して、排ガス1fとの反応を促進するようになっている。
The
しかして、ガスタービン複合サイクル発電設備10から排出された二酸化炭素含有率が比較的少なく(例えば、3〜4%)、かつ、所定の温度、圧力(例えば、100℃、0MPa)を有する排ガス1aは、排ガス予冷器11に導入され、同排ガス予冷器11にて、排ガスハイドレート生成装置14より排出される二酸化炭素分離回収後で、なおかつ、排ガス膨張機15により大気圧付近(例えば、0MPa)まで膨張した低温・低圧排ガス1eを用いて予冷される。
Accordingly, the
上記排ガス予冷器11で予冷後の低温排ガス1cは、排ガス圧縮機12を用いてガスハイドレートの生成に必要な圧力まで昇圧される(例えば、2MPa)。排ガス圧縮機12で圧縮された排ガス1dは、排ガス再冷却器13に導入し、同排ガス再冷却器13にて排ガスハイドレート生成装置14より排出される二酸化炭素分離回収後の低温・高圧(例えば、2MPa、−70℃、)の排ガス1bにより再冷却される。
The low-
上記排ガス再冷却器13で再冷却された高圧・低温(例えば、2MPa、−70℃、)の排ガス1fは、アシストガス圧縮機21によって所定の圧力(例えば、2.3MPa)に昇圧される。
The high-pressure / low-temperature (for example, 2 MPa, −70 ° C.)
このアシストガス1fが2流体スプレーノズル22に供給されると、既に説明したように、2流体スプレーノズル22内に内蔵された弁又はバルブが開いて、生成水ポンプ20によって加圧された生成水wが噴霧され、微細な水滴となる。この微細な粒子状の水滴は、微細氷生成器23の内部が冷却ジャケット27によって所定の温度(例えば、−30〜−50℃)に冷却されていることから、瞬時に凍結して微細氷iとなる。
When the
この微細氷iは、排ガスハイドレート生成器24の最上段の反応容器41aの上流端に供給された後、攪拌機47によって攪拌されながら下流端に移送される。他方、排ガス供給分岐管29を経てループ形成用配管45に供給された残りの排ガス1fは、LNG(b)の冷熱を利用する循環ガス冷却機26によって所定の温度(例えば、203°K(−70℃)、2MPa)に冷却された後、最上段の反応容器41aの下流端に供給される。
The fine ice i is supplied to the upstream end of the
上記微細氷iは、最上段の反応容器41aから最下段の反応容器41dに向けて、順次、移送され、最終的には、最下段の反応容器41dに設けた排出管43から系外に排出されるが、複数の反応容器41a〜41dを通過する間に排ガス1fに含まれている二酸化炭素と反応して二酸化炭素ガスハイドレートcとなる。
The fine ice i is sequentially transferred from the
この結果、この二酸化炭素ガスハイドレートcには、二酸化炭素が60〜80%取り込まれることになり、その分、後述する煙突16から排出される排ガス中の二酸化炭素の濃度が低下する。
As a result, 60 to 80% of carbon dioxide is taken into the carbon dioxide gas hydrate c, and the concentration of carbon dioxide in the exhaust gas discharged from the
他方、排ガス1fは、循環ループ25の経路にしたがって循環するが、その一部は、既に説明した排ガス排出管30を経て大気中に放出される。
On the other hand, the
1 排ガス
23 微細氷生成器
b 液化天然ガス
c 二酸化炭素ハイドレート
i 微細氷
1
Claims (3)
該排ガス予冷器で予冷後の低温排ガスをガスハイドレートの生成に必要な圧力まで昇圧する排ガス圧縮機と、
該排ガス圧縮機で圧縮した排ガスを二酸化炭素分離回収後の低温・高圧の排ガスで再冷却する排ガス再冷却器と、
前記排ガス再冷却器で昇温された高圧排ガスを大気圧まで膨張させる排ガス膨張機、および下記の各機器で構成された低温ガスハイドレート生成装置から成り、
前記低温ガスハイドレート生成装置を、生成水を反応に必要な圧力まで加圧する生成水ポンプと、
前記排ガスの一部を生成水の噴霧に必要なアシストガス圧力まで加圧するアシストガス圧縮機と、
上記生成水およびアシストガスを導入して生成水を微粒化するスプレーノズルと、
該スプレーノズルにより微粒化された水滴を液化天然ガスの冷熱によって凍結させて微細氷を生成する微細氷生成器と、
前記微細氷と液化天然ガスの冷熱によって冷却された残りの排ガスとを導入して反応させる複数の反応容器を直列に接続してなるガスハイドレート生成器と、
前記複数反応容器を環状に接続する循環ループと、これらの反応容器群を循環する排ガスを液化天然ガスによって冷却する循環ガス冷却器より構成して成る排ガス中の二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収装置。 An exhaust gas precooler that precools the exhaust gas discharged from the gas turbine combined cycle power generation facility with carbon dioxide separation and recovery, and with low-temperature and low-pressure exhaust gas expanded to near atmospheric pressure,
An exhaust gas compressor that pressurizes the low-temperature exhaust gas after pre-cooling to the pressure required for generating gas hydrate with the exhaust gas pre-cooler;
An exhaust gas recooler for recooling the exhaust gas compressed by the exhaust gas compressor with low temperature and high pressure exhaust gas after carbon dioxide separation and recovery;
An exhaust gas expander that expands the high-pressure exhaust gas heated by the exhaust gas recooler to atmospheric pressure, and a low-temperature gas hydrate generator composed of the following devices:
The low-temperature gas hydrate generator, a generated water pump that pressurizes the generated water to a pressure required for the reaction;
An assist gas compressor that pressurizes a part of the exhaust gas to an assist gas pressure necessary for spraying produced water;
A spray nozzle for atomizing the produced water by introducing the produced water and the assist gas;
A fine ice generator for producing fine ice by freezing the water droplets atomized by the spray nozzle by the cold heat of liquefied natural gas;
A gas hydrate generator comprising a plurality of reaction vessels connected in series for introducing and reacting the fine ice and the remaining exhaust gas cooled by the cold heat of liquefied natural gas; and
A carbon dioxide recovery device for recovering carbon dioxide in the exhaust gas, comprising a circulation loop that connects the plurality of reaction vessels in a ring shape and a circulation gas cooler that cools the exhaust gas that circulates through these reaction vessel groups with liquefied natural gas .
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