JP4988864B2 - アンモニアの酸洗浄における煙道ガスからのｓｏ２の使用 - Google Patents

Description

本発明は、二酸化炭素及び二酸化イオウを含有するプロセスガスを浄化する方法であって、第１工程において、プロセスガスを冷却し、及び第２工程において、冷却されたプロセスガスを、二酸化炭素の少なくとも一部を吸収するアンモニア溶液又はスラリーと接触させることによって、プロセスガスから二酸化炭素を少なくとも部分的に除去することを含んでなるプロセスガスの浄化法に係る。

本発明は、二酸化炭素及び二酸化イオウを含有するプロセスガスを浄化するためのガス浄化システムであって、プロセスガスを冷却する冷却及び浄化複合システム、及び冷却されたプロセスガスを、二酸化炭素の少なくとも一部を吸収するアンモニア溶液又はスラリーと接触させることによって、プロセスガスから二酸化炭素を少なくとも部分的に除去するCO₂吸収装置を含む二酸化炭素除去システムを含んでなるガス浄化システムに係る。

石炭、油、ピート、廃棄物等の燃料の燃焼プラントでの燃焼では、熱いプロセスガスが発生し、このような熱いプロセスガス（しばしば、煙道ガスと称される）は、他の成分と共に、二酸化炭素（CO₂）を含有する。大気中への二酸化炭素の放出による環境に対するマイナスの影響は広く認識されており、上述の燃料の燃焼において発生する熱いプロセスガスからの二酸化炭素の除去に適する方法が開発されている。

国際特許出願公開WO 2006/022885には、煙道ガスから二酸化炭素を吸収する１つの方法が開示されている。WO 2006/022885に記載の方法では、初めに、煙道ガスを、粒子状物質コレクター、NOx及びSO₂コントロール、酸性ミスト捕集装置等のような従来の空気汚染コントロールプロセスによって処理する。従来の空気汚染コントロールプロセス後の煙道ガスは、約４０‐７０℃の温度を有する。ついで、煙道ガスを、直接接触冷却（煙道ガスを冷水によって冷却する）によって、好ましくは０‐２０℃に冷却する。次に、煙道ガスをCO₂吸収器に導入し、ここで、煙道ガスを低温のアンモニア含有スラリー又は溶液と接触させ、これにより、煙道ガスは二酸化炭素が低減された状態となる。二酸化炭素をアンモニア含有スラリー又は溶液に吸収させ、汚染物質及び二酸化炭素の量が非常に少なくなった清浄な煙道ガスをCO₂吸収器から放出する。二酸化炭素リッチのアンモニア含有スラリー又は溶液を、再生器（ここで、温度約５０‐200℃、高圧下において二酸化炭素をストリップして、濃縮二酸化炭素リッチストリームを生成する）において再生する。

WO 2006/022885に開示された方法の課題は、CO₂吸収器から放出された清浄な煙道ガスが多量のアンモニアを含有することである。WO 2006/022885には、CO₂吸収器における煙道ガスを低温とすること、CO₂吸収器のスラリーにおけるNH₃/CO₂比を低い値とすること、及び大気中に放出する前に煙道ガスを冷水洗浄することによって、清浄な煙道ガスのアンモニア濃度を、できる限り低い値に維持できることが開示されている。このような水洗は、清浄な煙道ガスにおけるアンモニア濃度を、約100‐1000 ppmの範囲、好ましくは約100‐400 ppmの範囲まで低減できるが、これらの範囲は、煙道ガスを大気中に放出するには、なお高過ぎるものである。

本発明の目的は、プロセスガスから二酸化炭素を除去するための有効かつ環境的に許容される方法を提供することにある。

この目的は、二酸化炭素及び二酸化イオウを含有するプロセスガスを浄化する方法であって、第１段階において、プロセスガスを冷却し、第２段階において、冷却されたプロセスガスをアンモニア含有溶液又はスラリーと接触させて、二酸化炭素の少なくとも一部を吸収させることによって、前記プロセスガスから二酸化炭素の少なくとも一部を除去することを含むものであり、
前記第１段階が、プロセスガスを冷却液体と接触させることによってプロセスガスを冷却すると共に、プロセスガスの二酸化イオウの少なくとも一部を冷却液体に吸収させて、硫酸イオンを含有する冷却液体を得ることを含んでなり、
前記第２段階が、冷却されたプロセスガスをアンモニア含有溶液又はスラリーと接触させて、前記プロセスガスから二酸化炭素の少なくとも一部を除去すると共に、アンモニアを含有するプロセスガスを生成することを含んでなり、前記アンモニアを含有するプロセスガスから、第３段階において、該アンモニアを含有するプロセスガスを、硫酸イオンを含有する冷却液体と接触させることによって、アンモニアの少なくとも一部を除去する
ことを特徴とするプロセスガスの浄化法によって達成される。

この方法の利点は、他の物質、例えば、アンモニアを環境に放出することなく、プロセスガスから二酸化炭素が効果的に除去されることである。プロセスガス中の二酸化イオウは、第１段階において冷却される際に吸収され、第３段階において、アンモニアを含有するプロセスガスからアンモニアを効果的に除去することを可能にする物質として利用される。プロセスガスの１つの酸性成分である二酸化イオウは、このようにして、1つのアルカリ性成分、すなわち、アンモニア（第２段階においてプロセスガスに添加される汚染物を形成するとも言えるものである）を吸収するために利用され、これにより、これら２つの成分は、実際、相互に中和するように作用する。従って、プロセスガスは、二酸化炭素、二酸化イオウ及びアンモニアについて、非常に効果的に浄化され、その後、環境又はヒトの健康にマイナスの影響を及ぼすことなく大気中に放出される。

１具体例によれば、硫酸イオンを含有する冷却液体を、第３段階において、アンモニアを含有するプロセスガスによって冷却し、このようにして冷却された冷却液体を、第１段階において、プロセスガスを冷却するために使用する。第３段階における硫酸イオンを含有する冷却液体の冷却により、前記体１段階における冷却媒体としての再使用に適するものとなり、これにより、プロセスの液体バランスを大幅に封じる。アンモニアを含有するプロセスガスは、硫酸イオンを含有する冷却ガスによって加熱され、これにより、プロセスガスは大気中への放出により適したものとなる。

他の１具体例によれば、第１段階は、第１ガス‐液接触装置によって、プロセスガスを冷却すると共に、冷却液体に二酸化イオウを吸収させることを含んでなり、第３段階は、第２ガス‐液接触装置によって、アンモニアを含有するプロセスガスから、硫酸イオンを含有する冷却液体によってアンモニアを除去することを含んでなる。ガス‐液接触装置は、ガスと液体との直接接触を改善し、液体とガスとの間の熱交換及び冷却液体における二酸化イオウ及びアンモニアの吸収を増大させる。

１具体例によれば、第３段階において、アンモニアを含有するプロセスガスのアンモニアと、硫酸イオンを含有する冷却液体の硫酸イオンとが、少なくとも部分的に反応して、水溶液中において硫酸アンモニウムを生成する。硫酸アンモニウムは、ヒトの健康に対しては、かなり無害であり、かなり不活性であるが、冷却液体からの二酸化イオウの再蒸発は望ましくない。硫酸アンモニウムは、好適な処理の後、肥料として使用される。

１具体例によれば、プロセスガスを冷却するために第１段階において使用された冷却液体を、エネルギーを回収するため、熱交換器において処理する。この具体例の利点は、エネルギーを、プロセスの他の部位、例えば、再生器（CO₂吸収器からのCO₂リッチスラリー又は溶液を再生する）において使用できることである。

１具体例によれば、硫酸イオンを含有する冷却液体（第１段階において得られる）のpH値をpH約４‐６の範囲に制御する。このpH範囲は、汚染物質（アンモニアを含む）が低濃度である浄化プロセスガスを得るために適していると思われる。

１具体例によれば、第１段階において冷却する前に、プロセスガスを二酸化イオウ除去装置において処理して、その二酸化イオウ含量の一部を除去し、この二酸化イオウ除去装置の効率を、前記第１段階において処理されるプロセスガス（前記第１段階において処理されるアンモニア含有プロセスガスのアンモニア量と関連する量の二酸化イオウ（モル基準で約１：２）を含む）が得られるように制御する。この具体例の利点は、第１段階で除去される二酸化イオウの量が、第３段階においてアンモニアを吸収するための硫酸イオン含有冷却液体において必要な量に相当するように制御されることである。

１具体例によれば、第２段階は、水洗装置によって、アンモニア含有プロセスガスからアンモニアの一部を除去することを含んでなり、この水洗装置の効率を、前記第３段階において処理されるアンモニア含有プロセスガス（前記第１段階において処理されるプロセスガスの二酸化イオウ量と関連する量のアンモニア（モル基準で約２：１）を含んでなる）が得られるように制御する。この具体例の利点は、第３段階で除去されるアンモニアの量が、第１段階において、冷却液体に吸収され、硫酸イオン含有冷却液体を生成する二酸化イオウの量に相当するように制御されることである。

１具体例によれば、冷却液体に硫酸を添加して、そのpH値を制御する。この具体例の利点は、硫酸が、例えば、第１段階において除去される二酸化イオウの量が、第３段階において除去されるアンモニアの量に対して充分でないような状況下において、硫酸イオン含有冷却液体のアンモニア除去能力を、迅速かつ低コストで増大させることである。

本発明のさらに他の目的は、プロセスガスからの効率的かつ環境的に許容できる二酸化炭素の除去を提供するガス浄化システムを提供することにある。

この目的は、二酸化炭素及び二酸化イオウを含有するプロセスガスを浄化するガス浄化システムであって、プロセスガスを冷却する冷却及び浄化複合システム、及び冷却されたプロセスガスをアンモニア溶液又はスラリーと接触させて、二酸化炭素の少なくとも一部を吸収することによって、前記プロセスガスから二酸化炭素の少なくとも一部を除去するCO₂吸収器を含む二酸化炭素除去システムを含んでなるガス浄化システムによって達成される。このガス浄化システムは、
冷却及び浄化複合システムが、プロセスガスの流れ方向について、CO₂吸収装置の上流に配置され、プロセスガスを冷却液体と直接接触させ、冷却液体にプロセスガスの二酸化イオウの少なくとも一部を吸収させて、硫酸イオンを含有する冷却液体を得る第１ガス‐液接触装置を含んでなり、
冷却及び浄化複合システムが、さらに、プロセスガスの流れ方向について、CO₂吸収装置の下流に配置され、アンモニアを含有するプロセスガスを、硫酸イオンを含有し、前記第１ガス‐液接触装置において生成された冷却液体と直接接触させることによって、CO₂吸収装置において処理された、アンモニアを含んでなるプロセスガスから、アンモニアの少なくとも一部を除去する第２ガス‐液接触装置を含んでなる
ことを特徴とする。

このガス浄化システムの利点は、二酸化イオウを除去し、除去した二酸化イオウを、二酸化炭素除去システムにおいて処理されたプロセスガスからアンモニアを除去するために、冷却液体に含有された硫酸イオンの形で利用できる（このような処理の結果として、冷却液体はアンモニアを含有する）ことである。従って、外部からの添加剤、例えば、硫酸の必要性が非常に制限される。２つのガス‐液接触装置は、二酸化イオウ及びアンモニア用の吸収器であることに加えて、それぞれ、二酸化炭素除去システムにおいて処理される前に、プロセスガスを冷却する熱伝達装置、及び大気中に放出する前にプロセスガスを加熱する熱伝達装置として機能する。

１具体例によれば、第２ガス‐液接触装置は、アンモニア含有プロセスガスによって硫酸イオン含有冷却液体を冷却し、液体移送装置は、冷却された冷却液体の少なくとも一部を、第２ガス‐液接触装置から第１ガス‐液接触装置に再循環する。この具体例の利点は、液体バランスがほぼ閉鎖的であり、これにより、冷却液体が、第２ガス‐液接触装置において冷却された後、第１ガス‐液接触装置において再使用されることにある。

１具体例によれば、冷却及び浄化複合システムは、硫酸イオン含有冷却液体のpH値を制御する制御装置を含んでなる。硫酸イオン含有冷却液体のpH値を制御することにより、第２ガス‐液接触装置におけるアンモニア含有プロセスガスからのアンモニアの除去の制御が改善される。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の記載及び特許請求の範囲から明らかになるであろう。

本発明の多くの態様は、図面を参照することにより、より良好に理解される。図面における部材は、必ずしも尺度となるものでなく、本発明の原理を明瞭に説明するために強調していることもある。さらに、図面において、同一の参照符号は、いくつかの図を通して、相当する部材を示すものである。本発明を、図面を参照してさらに詳述する。

発電プラントを例として示す概略図である。 冷却及び浄化複合システムを低として示す概略図である。 本発明の１具体例による方法の主要段階の概略図である。

本明細書を通して使用する単位「ppm」は、容積基準で100万分の１である。

図１は概略図であり、図から理解されるように、発電プラント１を示している。発電プラント１はボイラー２を含んでなる。燃料、例えば、石炭又は石油の燃焼の間に、ボイラー２において、熱いプロセスガス（しばしば、「煙道ガス」と称される）が発生される。煙道ガス（塵粒、二酸化イオウ（SO₂）、三酸化イオウ（SO₃）及び二酸化炭素（CO₂）を含む汚染物質を含有する）は、ボイラー２から煙道４を通って排出される。煙道４は、煙道ガスを一般的な空気汚染制御システム６に送る。一般的な空気汚染制御システム６は、例えば、静電集塵器のような集塵装置８（１つの例は、米国特許第4,502,872号に記載されたものである）を含む。さらに、一般的な空気汚染制御システム６は、煙道ガスを集塵装置８から湿式スクラバー形の二酸化イオウ除去装置12（「煙道ガス脱硫システム（FGD）」と称される）に送るダクト10を含んでなる。湿式ススクラバーの１例は、ヨーロッパ特許出願公開第0 162 536号に開示されている。このような湿式スクラバーにおいて、煙道ガスを石灰スラリーと接触させることによって、煙道ガスから二酸化イオウを除去する。石炭又は石油燃焼発電プラントにおける煙道ガスは、イオウ富有石炭又は石油を燃焼させる際に生成されるSO₂を含有する。代表的な発電プラントでは、SO₂の約９０‐９８％が二酸化イオウ除去装置12において捕捉され、このような二酸化イオウ除去装置12から放出された煙道ガスは、代表的には、２０‐200 ppm のSO₂を含有する。二酸化イオウ除去装置12は、いわゆる乾式システムであってもよく、その１例は国際特許出願公開WO 2004/026443号に開示されており、このシステムでは、煙道ガスを、湿潤した吸収体物質と接触させる。一般的な空気汚染制御システム６は、煙道ガスから酸化窒素を除去するため、例えば、米国特許第5,555,849号に開示されているタイプの選択的接触還元反応器のような他の装置を含むこともできる（このような他の装置については、図面の明瞭さのため、図１においては図示していない）。一般的な空気汚染制御システム６から、ダクト14を通って、非常に少量の主汚染物と共に、元の二酸化炭素濃度の多くをなお含む煙道ガスが放出される。ダクト14は、煙道ガスを冷却及び浄化複合システム16（以下に詳述する）に送る。ダクト14において送られる煙道ガスは、代表的には、温度４９‐６０℃を有し、大気圧下にあり、水で飽和されている。

煙道ガスは、ダクト18を通って、冷却及び浄化複合システム16から放出される。ダクト18は、煙道ガスを二酸化炭素除去システム20に送る。二酸化炭素除去システム20は、国際特許出願公開WO 2006/022885（出願番号：PCT/US2005/012794）の図１を参照して記載された二酸化炭素除去システムとかなり類似するものである。国際特許出願公開WO 2006/022885に記載されたタイプの二酸化炭素除去システムは、「チルド・アンモニア・プロセス（CPA）」とも呼ばれる。二酸化炭素除去システム20にとっては、煙道ガス温度が０‐２０℃、好ましくは０‐１０℃であることが好適である。

従って、二酸化炭素除去システム20は、ここに添付の図１を参照すると、CO₂吸収器22を含んでなり、このCO₂吸収器において、国際特許出願公開WO 2006/022885において記載されていると同様に、煙道ガスをアンモニアスラリー又は溶液と接触させる。パイプ24は、高圧ポンプ（図１では、明瞭さのため、示していない）によって、CO₂リッチスラリー又は溶液を、CO₂吸収器22から再生器26に送る。再生器における高圧及び高温のため、高圧ガス状CO₂ストリーム32が放出される。パイプ34は、冷却器（図１では図示されていない）において冷却されたCO₂希薄アンモニア溶液又はスラリーを、再生器26からCO₂吸収器に戻す。

ダクト36は、低CO₂濃度を有する煙道ガスを、CO₂吸収器から水洗容器38（CO₂吸収器22において処理された煙道ガスからアンモニア（NH₃）を除去する）に送る。水洗容器38は、国際特許出願公開WO 2006/022885において、その図３を参照して、符号356として記載された水洗容器と同様のデザインを有することができる。本願の図１に戻って、冷水又は冷い、わずかに酸性の溶液のストリーム40を、熱交換器42において冷却し、水洗容器38に供給する。ダクト44は、水洗容器38において浄化された煙道ガスを、以下において詳述するように、さらに浄化するため、冷却及び浄化複合システム16に送る。

ダクト46は、冷却及び浄化複合システム16において、さらに浄化された煙道ガスを煙突48に送り、この煙突は、浄化された煙道ガスを大気中に放出する。

図２は、冷却及び浄化複合システム16を、さらに詳しく示すものである。二酸化イオウ除去システム12からの煙道ガスは、図１を参照して既に記載したダクト14を通って、冷却及び浄化複合システム16に入る。煙道ガスは、初めに、塔形状を有する第１直接接触冷却器50の形の第１ガス‐液接触装置に達する。第１直接接触冷却器50は、煙道ガスを、パイプ52を通って供給される、温度、例えば、20.5℃の冷却水の形の冷却液体と接触させることによって、煙道ガスの効果的な冷却を行う。ノズルセット54は、冷却水を、接触装置（構造化充填材を有することができ、他の好適なタイプのガス‐液接触充填材を有していてもよい）56の上に分散させる。温度、例えば、５７℃を有する煙道ガスが、ガス入口58を介して第１直接接触冷却器50に入り、接触装置56を通って上方に送られる。煙道ガスは、ガス出口60を介して、温度２１℃で、第１直接接触冷却器50から放出される。冷却水及び煙道ガスは、接触装置56において、熱交換条件下で相互に接触する。第１直接接触冷却器50の底部に設置されたタンク62において、温かい冷却水を集める。タンク62で集められた冷却水は、温度、例えば、55.5℃を有する。ノズルセット54の上方には、煙道ガスに同伴される水滴を集めるために、ミスト分離器64が設置される。

第１直接接触冷却器50は、容器の両端部において、小さい温度差が達成されるようにデザインされた向流ガス‐液接触容器である。第１直接接触冷却器の頂部における、すなわち、パイプ52を介して供給される冷たい冷却水と、ガス出口60を介して第１直接接触冷却器50から放出される直前の煙道ガスとの間の温度差は、３℃未満、好ましくは、約０.６℃となるようにデザインされる。同様に、第１直接接触冷却器50の底部における、すなわち、更なる移送のためにタンク62において集められた温かい冷却水と、ガス入口58を介して第１直接接触冷却器50に入る直前の煙道ガスとの間の温度差は、３℃未満、好ましくは、約０.６℃となるようにデザインされる。温度差が小さいほど、煙道ガスの冷却は最大となり、冷却水の加熱が最大となる。ガス出口60を介して第１直接接触冷却器50から放出される直前の煙道ガスの温度が低いほど、プロセスにおける下流の冷却電力を節約できる。

ダクト66は、煙道ガスを、ガス出口60から、第１間接冷却器68及び第２間接冷却器70に送る。パイプ72は、冷却液体を第１間接冷却器68及びチラー74に供給する。チラー74は、冷却液体を、第２間接冷却器70に供給する前に、さらに冷却する。パイプ76は、使用済み冷却液体を、第１及び第２間接冷却器68，70から戻す。パイプ72，76を循環する冷却液体は、冷却塔（図２において、図示されていない）において冷却される。

ダクト18（図１を参照して既に記述した）は、所望の温度０‐20℃、好ましくは、０‐１０℃を有する煙道ガスを、第２間接冷却器70から二酸化炭素除去システム20（図１を参照して既に記述した）に送る。

ポンプ78は、第１直接接触冷却器50のタンク62において集められた温かい冷却水を、パイプ80を介して、熱交換器82に送る。熱交換器82において、温かい冷却水を、約55.5℃から、例えば、３５℃に冷却する。従って、温かい冷却水は、プロセスの他の部位で利用される熱源として使用される。このようにして、他では廃棄され、冷却塔84では拒絶される熱が、熱交換器82に移動され、再生に使用される。パイプ80において送られる温かい冷却水のより高い温度は、廃棄エネルギーの利用を改善し、発電プラント１の全体のエネルギー効率を改善する。

パイプ86は、冷却水を、熱交換器82から冷却塔84に送る。熱交換器82において有用な目的のため拒絶されなかった熱は、冷却塔84では廃棄エネルギーとして拒絶される。入口ダクト88を介して、冷却塔84に外気が供給され、外気は、冷却塔の周知の原理に従って、暖かい冷却水を冷却する。加熱された外気は、出口ダクト90を介して、冷却塔84から放出される。冷却された冷却液体（温度約２５℃を有する）は、パイプ92を介して、冷却塔から放出される。

冷却及び浄化複合システム16は、さらに、塔の形状を有する第２直接接触冷却器94の形の第２ガス‐液接触装置を含んでなる。第２直接接触冷却器94は、パイプ92によって第２直接接触冷却器94に供給される冷却液体を、この冷却液体と、完全二酸化炭素除去システム20（図１を参照した記述した）を通過し、ダクト44（図１を参照して既に記述した）によって第２直接接触冷却器94のガス入口96に送られる冷たい煙道ガスとを直接接触されることによって、効果的に冷却する。二酸化炭素除去システム20において二酸化炭素の多くが除去された煙道ガスは、ガス入口96を通る際、温度、例えば、５℃を有する。

ノズルセット98は、パイプ92によって供給された冷却水を、接触装置100（接触装置56と同様でもよい）の上に分配する。ガス入口96を介して入った煙道ガスは、接触装置100を通って上方に送られ、ガス出口102を介して、温度24.5℃で第２直接接触冷却器94から放出される。ガス出口102は、ダクト46（図１を参照して既に記述しており、浄化された煙道ガスを、冷却及び浄化複合システム16から煙突48に送る）に接続されている。冷却水及び煙道ガスは、接触装置100において、熱交換条件下で相互に接触する。冷却された冷却水を、第２直接接触冷却器94の底部に配置されたタンク104において集める。タンク104において集められた冷却水は、パイプ52を参照して既に述べたように、温度、例えば、20.5℃を有する。ポンプ106は、冷たい冷却水を、パイプ52を介して、タンク104から第１直接接触冷却器50に送る。煙道ガスによって同伴される水滴を集める目的で、ノズルセット98の上にミスト分離器108が設置される。

第２直接接触冷却器94は、容器の両端部において、小さい温度差が達成されるようにデザインされた向流ガス‐液接触容器である。第２直接接触冷却器94の頂部における、すなわち、パイプ92を介して供給される冷却水と、ガス出口102を介して第２直接接触冷却器94から放出される直前の煙道ガスとの間の温度差は、３℃未満、好ましくは、約０.６℃となるようにデザインされる。清浄な煙道ガスにおけるより高い温度は、その浮力を改善し、再加熱負荷、すなわち、清浄な煙道ガスを、必要により、特定の温度に加熱するために要求される熱入力を低減する。

下記の表は、冷却水及び煙道ガスが冷却及び浄化複合システム16を通過する間に受ける温度変化を示している。

結論すれば、第１直接接触冷却器50は、一般的な空気汚染制御システム６（図１を参照して既に記述した）から来る煙道ガスを、冷却水によって冷却し、この冷却水は、熱交換器82及び冷却塔84で冷却される。冷却水は、さらに、第２直接接触冷却器94において、二酸化炭素除去システム20（図１を参照して既に記述した）から来る冷たい煙道ガスと接触されることによって冷却される。

ダクト14において送られる煙道ガスは、二酸化イオウ除去装置12（図１を参照して既に記述した）において捕捉されなかった残留二酸化イオウ（SO₂）を含有する。第１直接接触冷却器50は、低温及びpH範囲約４‐６で作動する高効率のSO₂吸収器でもある。水を含有する冷却液体へSO₂が吸収されることによって、わずかに酸性の冷却液体が生成される。下記の主反応は吸収を示す：
SO₂（ガス）＋ H₂O → H₂SO₃（水溶液）
第１直接接触冷却器50において、三酸化イオウ（SO₃）の大部分とともに、煙道ガスにおける残留SO₂の実質的に全てが捕捉される。pHの制御は、後述するように、均衡化を必要とする。上述したように、煙道ガスにおけるSO₂の濃度が低い（ダクト14において送られる煙道ガスのSO₂濃度は、代表的には２０‐200 ppmである）ため、冷却水へのSO₂の吸収の結果として生成されたSO₃ ^2-（水溶液）は、必然的に酸化されて硫酸イオンとなる。必要であれば、空気パイプ110によって、第１直接接触冷却器50の底部で、少量の空気を発泡させることによって、酸化を促進できる。酸化反応は下記の主反応に従って生ずる：
H₂SO₃（水溶液）＋ 1/2 Ｏ₂（ガス） → H₂SO₄（水溶液）
このようにして生成した硫酸（H₂SO₄）は水溶液中で解離し、冷却水のpHを低減させる。

パイプ80を介して第１直接接触冷却器50から放出された冷却水は、SO₂の吸収のため、かなり低いpHを有し、後述するように、第２直接接触冷却器94において、ダクト44を介して二酸化炭素除去システム20から送られる煙道ガスからアンモニアを除去するために使用される。

二酸化炭素の多くが除去された煙道ガスは、ガス入口96を介して、第２直接接触冷却器94に入る。第２直接接触冷却器94に入る煙道ガスは、アンモニア洗浄システム、すなわち、水洗容器38（図１を参照して既に記述した）のデザイン及び操作条件に応じて、アンモニア（NH₃）約100‐1000 ppm、さらに代表的には200‐400 ppmを含有する。環境に関する理由のため及びプロセスからのアンモニアのロスを低減するために、大気中に排出される煙道ガスのアンモニア濃度は、約１０ppm未満、好ましくは約１ppm未満でなければならない。これは、第２直接接触冷却器94において達成される。

冷却塔84から第２直接接触冷却器94に送られるパイプ92内の冷却水は、第１直接接触冷却器50において二酸化イオウ（SO₂）を吸収したため、pH約４‐６を有する。このように、酸源は煙道ガス中のSO₂である。わずかに酸性の冷却水は、ガス入口96を介して第２直接接触冷却器94に入る煙道ガスからアンモニアを捕捉するため及びこの煙道ガスを、大気中へ放出される前に加熱するために使用される。このように、第２直接接触冷却器94は、二酸化炭素除去システム20（図１を参照して既に記述した）を通過した煙道ガスからのアンモニアの酸洗浄に利用され、煙道ガスが二酸化炭素除去システム20に入る前に煙道ガスから除去され、第１直接接触冷却器50において硫酸イオンに酸化された、この二酸化イオウ（SO₂）酸洗浄の源として利用される。パイプ92を介して第2直接接触冷却器94に供給される、わずかに酸性の冷却水は、ダクト44及びガス入口96を介して供給される、煙道ガスの高度に溶解性の低濃度水性アンモニア用の優秀な吸収剤である。ダクト44を介して供給される煙道ガスのアンモニアは、下記の反応式によって示されるように、酸化されたSO₂、すなわち、硫酸イオンと反応して、硫酸アンモニウム（(NH₄)₂SO₄）を生成する。

２NH₃（ガス）＋ H₂SO₄（水溶液） → (NH₄)₂SO₄（水溶液）
アンモニア２モルと、SO₂１モルから生成された硫酸とを反応させる。すなわち、ダクト14を介して第１直接接触冷却器50に供給される煙道ガス中のSO₂と、ダクト44を介して第２直接接触冷却器94に供給されるアンモニアとの間の所望の比は、好ましくは、モル基準で１：２である。ダクト14を介して第１直接接触冷却器50に供給される煙道ガス流の容積は、ダクト44を介して第２直接接触冷却器94に供給される煙道ガス流の容積よりも約１０％（乾燥容積）大きい。従って、ダクト14を介して第１直接接触冷却器50に供給される煙道ガスが、例えば、SO₂ 100 ppm（乾燥基準）を含有する場合には、ダクト44を介して第２直接接触冷却器94に供給される煙道ガスのアンモニア約220 ppm（乾燥基準）と反応及び中和する。

ダクト14を介して第１直接接触冷却器50に供給される煙道ガスの二酸化イオウ（SO₂）の量が、プロセス、すなわち、二酸化炭素除去システム20（図１を参照して既に記述した）において生ずる二酸化炭素除去プロセスから放出され、ダクト44を介して第２直接接触冷却器94に供給される煙道ガスに含有されるアンモニアと反応及び中和するために要求される量よりも少ない場合には、均衡化が必要である。２つの選択肢が好適である。
１．二酸化イオウ除去システム（図１を参照して既に記述した）の効率を調節（低減）して、アンモニアと充分に反応するために要求されるに充分な濃度で、より多量のSO₂を発生させる。このように、二酸化イオウ除去システム12の除去効率を意図的に低減し、これによって、第１直接接触冷却器50において、より多量の二酸化イオウ（SO₂）を除去して、パイプ92を介して第２直接接触冷却器94に供給される冷却水をより酸性とする。
２．ループに硫酸を添加してpHを維持する。ループにおいて、いずれかの部位、好ましくは第１直接接触冷却器50の底部に酸を添加できる。図２において、パイプ112は、タンク62に硫酸を供給するものである。

ダクト44を介して第２直接接触冷却器94に供給される煙道ガス中のアンモニア（NH₃）の量が、二酸化イオウ除去システム12（図１を参照して既に記述した）から放出されるSO₂から生成される硫酸を反応及び中和するために要求される量よりの少ない場合には、アンモニアの濃度は、アンモニア水洗、すなわち、水洗容器38（図１を参照して既に記述した）の操作を調節して、第２直接接触冷却器94に入る煙道ガスが、より多量のアンモニアを含有するようにすることによって増大される。別法として、又は追加的に、二酸化イオウ除去装置12の効率を改善することによって、SO₂の濃度を低減できる。

冷却水中で生成された硫酸アンモニウムを、冷却及び浄化複合システム16から、パイプ114を介して第２直接接触冷却器94のタンク104から出る流出液体流として除去する。新たな水を補充して、冷却及び浄化複合システム１６における液体容積を一定に維持する。

制御装置116は、冷却及び浄化複合システム16の操作を制御する。pHメーター118は、パイプ80を介して第１直接接触冷却器50から放出される温かい冷却水のpHを測定し、測定したpHについての情報を含む信号を制御装置116に送る。この信号に応答して、制御装置116は、パイプ112を介する硫酸の供給を制御できる。さらに又は別法として、制御装置116は、二酸化イオウ除去装置12及び／又は水洗容器38（いずれの装置についても、図１を参照して既に記述した）を制御できる。さらに、制御装置116は、測定したpHが低すぎ、迅速に増大させることが必要である状況下では、パイプ112を介して、又は好ましくは、別個のパイプを介して、アルカリ、例えば、水酸化ナトリウム溶液の供給を制御することもできる。制御装置116は、冷却及び浄化複合システム116から放出される煙道ガス中のアンモニア濃度を測定するアンモニア濃度分析器120からの信号を受取ることもできる。

pHメーター118から受け取った信号に応じて、制御装置116は、下記の表３に示す各種の指令を与えることができる

アンモニア濃度分析器120からの信号が、アンモニア濃度が放出限界に近づきつつあることを示す場合には、制御装置116は、pH設定ポイントを、例えば、pH４.５に低減させて、第２直接接触冷却器94のアンモニア除去効率を改善することを決定できる。

従って、第１直接接触冷却器50は、ダクト14を介して供給される煙道ガスを冷却し、この煙道ガスから二酸化イオウ（SO₂）を除去し、及びわずかに酸性の、加熱された冷却水を生成する（この冷却水から、熱交換器82において、熱が回収される）。一方、第２直接接触冷却器94は、ダクト44を介して供給される煙道ガスを加熱し、この煙道ガスからアンモニア（NH₃）を除去し（第１直接接触冷却器50において得られたわずかに酸性の冷却水を利用するものであり、これによって、わずかに酸性の冷却水は中和される）、及びパイプ92を介して供給される冷却水を冷却する。

図３は、本発明の方法の１具体例の主要工程を概略して示す。プロセスガスを浄化する方法は、３つの主要工程を含んでなる。

第１の工程は、第１ガス‐液接触装置250において行われ、ダクト214を介して供給されるプロセスガスを、このプロセスガスを、パイプ252を介して供給される冷却液体と直接接触させることによって、冷却することを含んでなる。冷却の間に、プロセスガスの二酸化イオウの少なくとも一部を、冷却液体によって吸収させ、これによって、硫酸イオンを含有する冷却液体を生成する。この硫酸イオンを含有する冷却液体は、パイプ280を介して、第１ガス‐液接触装置250から放出される。冷却されたプロセスガス（温度約０‐２０℃を有する）は、ダクト218を介して、第１ガス‐液接触装置250から放出される。

第２の工程（CO₂吸収器222において行われる）では、冷却されたプロセスガスをアンモニア溶液又はスラリーと接触させる。CO₂吸収器222の操作は、国際特許出願公開WO 2006/022885に記載のもの（符号134で示されるCO₂吸収器参照）と、また、本明細書において、図１を参照して既に記述したものと同様でよい。再生器を利用すべきである（説明の明瞭性のため、図３において、図示していない）。二酸化炭素の少なくとも一部が除去されたプロセスガスを、ダクト244を介して、CO₂吸収器222から放出する。CO₂吸収器222において生ずるプロセスのため、ダクト244を介してCO₂吸収器222から放出されるプロセスガスは、少量のアンモニア、代表的には約100‐1000 ppmを含有する。

第３の工程（第２ガス‐液接触装置294において行われる）では、ダクト244を介して供給されるアンモニアを含有するプロセスガスを、パイプ280によって第２ガス‐液接触装置294に供給される硫酸イオンを含有する冷却液体と接触させる。冷却器282、例えば、熱交換器及び／又は冷却塔をパイプ280に連結し、第２ガス‐液接触装置294への導入前に、硫酸イオンを含有する冷却液体を冷却する。第２ガス‐液接触装置294では、アンモニアを含有するプロセスガスのアンモニアを、その少なくとも一部を、硫酸イオンを含有する冷却液体に吸収させる。同時に、アンモニアを含有するプロセスガスは、硫酸イオンを含有する冷却液体を冷却する。硫酸イオンを含有する冷却液体を、パイプ252を介して、第２ガス‐液体接触装置294から放出し、第１ガス‐液接触装置250に再循環する。一方、アンモニアが除去されたプロセスガスを、浄化ガスダクト246を介して、第２ガス‐液接触装置294から放出し大気中に放出する。循環する冷却液体中の硫酸アンモニウムの濃度は経時的に増大すること、及びブリードオフ（図３において、図示していない）が必要となることが理解されるであろう。さらに、ブリードオフにおいて失われた液体を補償するため、いくらかの液体を補足する必要があろう。

要約すると、ガス浄化システム１（二酸化炭素及び二酸化イオウを含有するプロセスガスを浄化する）は、冷却及び浄化複合システム16及びCO₂吸収器22を含んでなる。冷却及び浄化複合システム16は、CO₂吸収器22の上流に配置され、冷却液体によってプロセスガスを冷却し、及びプロセスガスの二酸化イオウを冷却液体に吸収して、硫酸イオンを含有する冷却液体を得る第１ガス‐液接触装置50を含んでなる。冷却及び浄化複合システム16は、さらに、CO₂吸収器22の下流に配置され、アンモニアを含有するプロセスガスを、硫酸イオンを含有する冷却液体と接触させることによって、CO₂吸収器22において処理されたプロセスガスからアンモニアを除去する第２ガス‐液接触装置94を含んでなる。

いくつかの好適な具体例を参照して本発明を記述したが、当業者であれば、本発明の精神を逸脱することなく、各種の変更をなし、その要素を均等物によって置換できることは理解されるであろう。加えて、その必須の精神から逸脱することなく、発明の教示に特別な状況又は物質を適合するように多くの変形をなすことができるであろう。従って、本発明は、本発明の実施を考慮する最良の態様として記述した特別な具体例に限定されるものでなく、本発明は、特許請求の範囲の精神に範囲に入る全て具体例を含むものである。さらに、用語「第１」、「第２」等の使用は、順序及び重要度を意味するものではなく、むしろ、用語「第１」、「第２」等は、１つの要素を他の要素から区別するために使用したものである。

Claims (13)

1. 二酸化炭素及び二酸化イオウを含有するプロセスガスを浄化する方法であって、該方法は、
   （ａ）プロセスガスを冷却液体と直接接触させることによって、プロセスガスを冷却すると共に、冷却液体にてプロセスガスの二酸化イオウの少なくとも一部をプロセスガスから除去して、硫酸イオンを含有する冷却液体を生成する工程；
   （ｂ）冷却されたプロセスガスをアンモニア溶液又はスラリーと接触させて、プロセスガスから二酸化炭素の少なくとも一部を除去し、アンモニアを含有するプロセスガスを生成する工程；及び
   （ｃ）アンモニアを含有するプロセスガスを、硫酸イオンを含有する冷却液体と直接接触させることによって、アンモニアを含有するプロセスガスからアンモニアの少なくとも一部を除去する工程を含んでなり、
   前記工程（ｃ）において、アンモニアを含有するプロセスガスとの直接接触によって、硫酸イオンを含有する冷却液体を冷却し、冷却された冷却液体を、工程（ａ）のプロセスガスの冷却に使用することを特徴とする、プロセスガスの浄化法。
2. 工程（ａ）において、第１ガス‐液接触装置（50, 250）を使用することによって、プロセスガスを冷却すると共に、冷却液体にて二酸化イオウを吸収し、工程（ｃ）において、第２ガス‐液接触装置（94, 294）を使用することによって、硫酸イオンを含有する冷却液体にて、アンモニアを含有するプロセスガスからアンモニアを除去する、請求項１記載の方法。
3. 工程（ｃ）において、アンモニアを含有するプロセスガスのアンモニアと、硫酸イオンを含有する冷却液体の硫酸イオンとを、少なくとも一部反応させて、水溶液中で硫酸アンモニウムを生成する、請求項１記載の方法。
4. 工程（ａ）においてプロセスガスを冷却するために利用した冷却液体を、エネルギーを回収するため、熱交換器（82）において処理する、請求項１記載の方法。
5. 硫酸イオンを含有する冷却液体のpH値を、pH範囲４‐６に制御する、請求項１記載の方法。
6. プロセスガスを、冷却前に、二酸化イオウ除去装置（12）において処理して、その二酸化イオウ含量の一部を除去し、前記二酸化イオウ除去装置（12）の効率を制御して、二酸化イオウの量とアンモニアを含有するプロセスガスのアンモニアの量との比が、モル基準で、１：２となる量で二酸化イオウを含有するプロセスガスを得る、請求項１記載の方法。
7. 水洗容器（38）によって、アンモニアを含有するプロセスガスからアンモニアの一部を除去し、水洗容器（38）の効率を制御して、アンモニアの量とプロセスガスの二酸化イオウの量との比が、モル基準で、２：１となる量でアンモニアを含有するプロセスガスを得る、請求項１記載の方法。
8. 冷却液体に硫酸を添加してpH値を制御する、請求項１記載の方法。
9. 二酸化炭素及び二酸化イオウを含有するプロセスガスを浄化するためのガス浄化システムであって、該ガス浄化システムは、
   プロセスガスを冷却する冷却及び浄化複合システム（16）；及び
   二酸化炭素除去システム（20）
   を含んでなり、
   前記二酸化炭素除去システム（20）はCO ₂ 吸収器（22, 222）を含んでなり、CO ₂ 吸収器（22, 222）は、冷却されたプロセスガスをアンモニア溶液又はスラリーと接触させ、二酸化炭素を吸収することによってプロセスガスから二酸化炭素の少なくとも一部を除去し、アンモニアを含有するプロセスガスを生成するものであり、
   前記冷却及び浄化複合システム（16）は、プロセスガスの流れ方向についてCO ₂ 吸収器（22, 222）の上流に配置され、プロセスガスと冷却液体とを直接接触させることによって、プロセスガスを冷却すると共に、冷却液体にてプロセスガスの二酸化イオウの少なくとも一部を吸収することによって除去して、硫酸イオンを含有する冷却液体を生成する第１ガス‐液接触装置（50, 250）を含んでなり、前記冷却及び浄化複合システム（16）は、さらに、プロセスガスの流れ方向についてCO ₂ 吸収器（22, 222）の下流に配置され、CO ₂ 吸収器（22, 222）からのアンモニアを含有するプロセスガスを、第１ガス‐液接触装置（50, 250）において生成された硫酸イオンを含有する冷却液体と直接接触させることによって、アンモニアを含有するプロセスガスからアンモニアの少なくとも一部を除去する第２ガス‐液接触装置（94, 294）を含んでなり、
   前記第２ガス‐液接触装置（94, 294）は、アンモニアを含有するプロセスガスとの直接接触によって、硫酸イオンを含有する冷却液体を冷却し、冷却された冷却液体の少なくとも一部を、液体移送装置（52, 106）を介して、第２ガス‐液接触装置（94, 294）から第１ガス‐液接触装置（50, 250）に再循環するものであることを特徴とする、ガス浄化システム。
10. さらに、プロセスガスの流れ方向について第１ガス‐液接触装置（50, 250）の上流に配置され、プロセスガスの二酸化イオウ含量の少なくとも一部を除去する二酸化イオウ除去装置（12）を含んでなり、前記二酸化イオウ除去装置（12）の効率を制御して、二酸化イオウの量と前記第２ガス‐液接触装置（94, 294）において処理されるアンモニアを含有するプロセスガスのアンモニアの量との比が、モル基準で、１：２となる量で二酸化イオウを含有する前記第１ガス‐液接触装置（50, 250）において処理されるプロセスガスを生成する、請求項９記載のガス浄化システム。
11. 二酸化炭素除去システム（20）が、さらに、プロセスガスの流れ方向について第２ガス‐液接触装置（94, 294）の上流に配置され、アンモニアを含有するプロセスガスからアンモニアの一部を除去する水洗容器（38）を含んでなり、前記水洗容器（38）の効率を制御して、アンモニアの量と第１ガス‐液接触装置（50, 250）において処理されるプロセスガスの二酸化イオウの量との比が、モル基準で、２：１となる量でアンモニアを含有する前記第２ガス‐液接触装置（94, 294）において処理されるプロセスガスを得る、請求項９記載のガス浄化システム。
12. 冷却及び浄化複合システム（16）が、硫酸イオンを含有する冷却液体のpH値を制御する制御装置（116）を含んでなる、請求項９記載のガス浄化システム。
13. 冷却及び浄化複合システム（16）が、第１ガス‐液接触装置（50, 250）においてプロセスガスを冷却するために利用された冷却液体からエネルギーを回収する熱交換器（82）を含んでなる、請求項９記載のガス浄化システム。

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