JP5340276B2 - 炉の排ガスからのｃｏ２−放出を低減するデバイス及び方法 - Google Patents
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Description
本発明は、炉の排ガス、特にエネルギー変換装置の煙道ガスからのCO2−放出を、膜を使って低減する方法に関する。更に、本発明は、該方法を実行するのに適したデバイスに関する。
従来技術
大気中の二酸化炭素濃度の増加の最も大きな源は、エネルギー生産を目的とする、炉中での化石エネルギー担体の燃焼である。そのため、ＣＯ２が大気中へ放出されないように、化石エネルギー担体の燃焼由来のＣＯ２を分離して、それから貯蔵するという試みが求められている。この努力の理由は、温室効果及びその結果起こる地球温暖化である。
大気中の二酸化炭素濃度の増加の最も大きな源は、エネルギー生産を目的とする、炉中での化石エネルギー担体の燃焼である。そのため、ＣＯ２が大気中へ放出されないように、化石エネルギー担体の燃焼由来のＣＯ２を分離して、それから貯蔵するという試みが求められている。この努力の理由は、温室効果及びその結果起こる地球温暖化である。
目下、多数の考えられ得る方法の中から、二酸化炭素の分離の三つの原理的コンセプトに基づいて研究がされており、これら三つの概念は、エネルギー変換工程に関する分離の位置づけおいて異なる。これらは、エネルギー変換後のＣＯ２−分離、エネルギー変換前のＣＯ２−分離、及び濃厚な酸素雰囲気中でのエネルギー変換によるＣＯ２−リッチな煙道ガスの生成である。
エネルギー変換後のＣＯ２−分離というコンセプトは、エンド・オブ・パイプ（Ｅｎｄ−ｏｆ−ｐｉｐｅ）による問題解決策として、ＣＯ２−分離そのものはエネルギー変換装置の利用可能性に対してわずかな影響しか持たないという利点［非特許文献１０］、及び現存のプラントへの装備追加が可能であるという利点を有する。
煙道ガス中の比較的高いＣＯ２−濃度及び比較的複雑な下流での煙道ガス浄化の故に、従来技術は石炭蒸気発電所を例にして開示されている。
この従来技術に相当する石炭火力発電所においては、煙道ガスは、脱窒／除塵及び脱硫後に、発電所から排出される。それによって、各発電所、燃料及び／又は燃焼条件に依存して最大１５体積％の割合になるＣＯ２が大気中に放出される。ＣＯ２を分離するために、煙道ガスのＳＯ２−含有量に依存し得る場合によっては調節された脱硫後に［非特許文献１、非特許文献３、非特許文献８］、煙道ガスを、洗浄塔に通して送るように構成されている。そこでは、例えば微細に分配されたアミンベースの洗浄溶液によって、ＣＯ２は吸収される。第二の段階において、分離装置（Ｓｔｒｉｐｐｅｒ）中の洗浄溶液は、加熱によって再生することができ、そうして、ＣＯ2は濃縮された形で遊離され、これは次いで貯蔵することができる。ＣＯ２の少ない洗浄溶液は、吸収のために、そのあとに再度使用することができる［非特許文献２］。
しかしながら、この際に次のような欠点があるであろう。
− 洗浄溶液の再生ための低圧蒸気の抽気（Ａｎｚａｐｆｕｎｇ）、及び洗浄装置の電気的設備の運転による発電所の正味効率の低減［非特許文献１、非特許文献６、非特許文献７、非特許文献８］；
− 洗浄溶液の成分と煙道ガスの成分の不可逆的反応、並びに洗浄溶液の劣化と蒸発に起因する、洗浄溶液の消費［非特許文献１、非特許文献３、非特許文献５、非特許文献８］；
− 大気中への、場合によっては変化した洗浄溶液の成分の放出、及び洗浄溶液の並びに分解生成物もしくは反応生成物の処理から生ずる追加の特別な監視を必要とする廃棄物の煩雑な除去［非特許文献１、非特許文献６］。
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− 大気中への、場合によっては変化した洗浄溶液の成分の放出、及び洗浄溶液の並びに分解生成物もしくは反応生成物の処理から生ずる追加の特別な監視を必要とする廃棄物の煩雑な除去［非特許文献１、非特許文献６］。
更に、煙道ガスからＣＯ２を分離するための多種多様なガス分離法、例えば、１μｍより小さい孔径を有する膜を用いる方法が知られている［非特許文献４］。この方法の場合、前述の化学吸着を使いるＣＯ２−分離に類似して、煙道ガス浄化後にＣＯ２−分離が行われることを前提としている（図１）。
その際、煙道ガスの脱硫は、煙道ガス浄化の重要な要素である。固形燃料で燃焼される大規模な炉の場合の目下優勢な煙道ガスの脱硫法は、せっこう（ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ）の同時生成下での、石灰石（ＣａＣＯ３）を用いた石灰洗浄法による脱硫である［非特許文献９］。湿式洗浄法に起因して、煙道ガスの脱硫装置から流出する際の煙道ガスは約４０〜７０℃の温度を有し、水蒸気でほぼ飽和される。その際、上記温度水準は発電所のパラメータに依存する。更なる考察のために、脱硫後の煙道ガスの温度は５０℃であると仮定される。湿式煙道ガス脱硫後の膜を使った煙道ガス脱炭の配置の際、凝結する（ａｕｓｋｏｎｄｅｎｓｉｅｒｅｎｄｅｓ）水によって水蒸気の露点曲線（Ｔａｕｌｉｎｉｅ）を下回ることに起因して、膜の素材によっては、膜の孔が不利に目詰まりする。
ＣＨＡＰＥＬ， Ｄ． Ｇ．， ＭＡＲＩＺ， Ｃ． Ｌ． ＆ ＥＲＮＥＳＴ， Ｊ． （１９９９） Ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｏｆ ＣＯ２ ｆｒｏｍ Ｆｌｕｅ Ｇａｓｅｓ： Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ Ｔｒｅｎｄｓ， Ｃａｎａｄｉａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ Ｓａｓｋａｔｏｏｎ， Ｓａｓｋａｔｃｈｅｗａｎ， Ｃａｎａｄａ．
ＫＯＨＬ， Ａ． Ｌ． ＆ ＮＩＥＬＳＥＮ， Ｒ． Ｂ． （１９９７） Ｇａｓ Ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ， Ｈｏｕｓｔｏｎ， Ｇｕｌｆ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ．
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ＭＥＵＬＥＮＢＥＲＧ， Ｗ． Ａ．， ＶＡＮ ＤＥＲ ＤＡＮＫ， Ｇ． Ｊ． Ｗ．， ＲＩＥＮＳＣＨＥ， Ｅ． ＆ ＢＬＵＭ， Ｌ． （２００５） ＣＯ２−Ａｂｓｃｈｅｉｄｕｎｇ ｍｉｔ ｋｅｒａｍｉｓｃｈｅｎ Ｍｅｍｂｒａｎｅｎ ｕｎｄ ｋｏｎｋｕｒｒｉｅｒｅｎｄｅｎ Ｖｅｒｆａｈｒｅｎ， ＩＮ ＫＵＣＫＳＨＩＮＲＩＣＨＳ， Ｗ．， ＭＡＲＫＥＷＩＴＺ， Ｐ． ＆ ＨＡＫＥ， Ｊ．−Ｆ． （Ｅｄｓ．） ＣＯ２−Ａｂｓｃｈｅｉｄｕｎｇ ｕｎｄ −Ｓｐｅｉｃｈｅｒｕｎｇ： Ｅｉｎｅ Ｚｕｋｕｎｆｔｓｏｐｔｉｏｎ ｆｕｅｒ ｄｉｅ ｄｅｕｔｓｃｈｅ Ｋｌｉｍａｓｃｈｕｔｚｓｔｒａｔｅｇｉｅ？ ， Ｊｕｅｌｉｃｈ， Ｆｏｒｓｃｈｕｎｇｓｚｅｎｔｒｕｍ Ｊｕｅｌｉｃｈ ＧｍｂＨ， Ｓｙｓｔｅｍｆｏｒｓｃｈｕｎｇ ｕｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｓｃｈｅ Ｅｎｔｗｉｃｋｌｕｎｇ．
ＮＡＺＡＲＫＯ， Ｊ．， ＫＵＣＫＳＨＩＮＲＩＣＨＳ， Ｗ．， ＳＣＨＲＥＩＢＥＲ， Ａ． ＆ ＺＡＰＰ， Ｐ． （２００６） Ｕｍｗｅｌｔａｕｓｗｉｒｋｕｎｇｅｎ ｖｏｎ ＣＯ２−Ａｂｔｒｅｎｎｕｎｇ ｕｎｄ −Ｓｐｅｉｃｈｅｒｕｎｇ ａｌｓ Ｋｏｍｐｏｎｅｎｔｅ ｅｉｎｅｒ ｇａｎｚｈｅｉｔｌｉｃｈｅｎ Ｔｅｃｈｎｉｋｂｅｗｅｒｔｕｎｇ， ＩＮ ＴＥＣＨＮＩＳＣＨＥ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＡＥＴ ＧＲＡＺ − ＩＮＳＴＩＴＵＴ ＦＵＥＲ ＥＬＥＫＴＲＩＺＩＴＡＥＴＳＷＩＲＴＳＣＨＡＦＴ ＵＮＤ ＥＮＥＲＧＩＥＩＮＮＯＶＡＴＩＯＮ （Ｅｄ．） ９． Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｅｎｅｒｇｉｅｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ "Ｄｒｉｔｔｅ Ｅｎｅｒｇｉｅｐｒｅｉｓｋｒｉｓｅ − Ａｎｆｏｒｄｅｒｕｎｇｅｎ ａｎ ｄｉｅ Ｅｎｅｒｇｉｅｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ"， Ｇｒａｚ， ＯＥｓｔｅｒｒｅｉｃｈ， ＴＵ Ｇｒａｚ．
ＮＡＺＡＲＫＯ， Ｊ．， ＳＣＨＲＥＩＢＥＲ， Ａ．， ＫＵＣＫＳＨＩＮＲＩＣＨＳ， Ｗ． ＆ ＺＡＰＰ， Ｐ． （２００７） Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｏａｌ−ｂａｓｅｄ Ｐｏｗｅｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ Ａｍｉｎｅ−ｂａｓｅｄ Ｃａｒｂｏｎ Ｃａｐｔｕｒｅ， ＩＮ ＲＩＳＯ ＮＡＴＩＯＮＡＬ ＬＡＢＯＲＡＴＯＲＹ （Ｅｄ．） Ｒｉｓｏ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ２００７ "Ｅｎｅｒｇｙ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ"， Ｒｉｓｏ， Ｄｅｎｍａｒｋ， Ｒｉｓｏ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ．
ＯＨＬＥ， Ａ．， ＭＯＬＬＥＫＯＰＦ， Ｎ．， ＢＵＲＣＨＨＡＲＤＴ， Ｕ． ＆ ＳＮＥＬＬ， Ａ． （２００４） Ｖｅｒｇｌｅｉｃｈ ｖｅｒｓｃｈｉｅｄｅｎｅｒ Ｖｅｒｆａｈｒｅｎ ｚｕｒ ＣＯ２−Ａｂｓｃｈｅｉｄｕｎｇ ａｕｓ Ｒａｕｃｈ− ｕｎｄ Ｓｙｎｔｈｅｓｅｇａｓｅｎ． ＸＸＸＶＩ． Ｋｒａｆｔｗｅｒｋｓｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅｓ Ｋｏｌｌｏｑｕｉｕｍ − Ｅｎｔｗｉｃｋｌｕｎｇｓｐｏｔｅｎｔｉａｌｅ ｆｕｅｒ Ｋｒａｆｔｗｅｒｋｅ ｍｉｔ ｆｏｓｓｉｌｅｎ Ｂｒｅｎｎｓｔｏｆｆｅｎ， Ｄｒｅｓｄｅｎ， Ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔａｅｔ Ｄｒｅｓｄｅｎ， Ｉｎｓｔｉｔｕｔ ｆｕｅｒ Ｅｎｅｒｇｉｅｔｅｃｈｎｉｋ， Ｌｅｈｒｓｔｕｈｌ ｆｕｅｒ Ｋｒａｆｔｗｅｒｋｓｔｅｃｈｎｉｋ．
ＲＡＯ， Ａ． Ｂ．， ＲＵＢＩＮ， Ｅ． Ｓ． ＆ ＢＥＲＫＥＮＰＡＳ， Ｍ． Ｂ． （２００４） Ａｎ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｆｒａｍｅｗｏｒｋ ｆｕｅｒ ｃａｒｂｏｎ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ． Ｖｏｌｕｍｅ １ - Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｏｋｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ： Ａｍｉｎｅ−Ｂａｓｅｄ ＣＯ２ Ｃａｐｔｕｒｅ ａｎｄ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ Ｆｏｓｓｉｌ Ｆｕｅｌ Ｐｏｗｅｒ Ｐｌａｎｔ Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ， Ｃａｒｎｅｇｉｅ Ｍｅｌｌｏｎ Ｕｎｉｖｅｓｉｔｙ， Ｃｅｎｔｅｒ ｆｕｅｒ Ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ Ｅｎｖｉｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｔｕｄｉｅｓ ／ Ｄｅｐａｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｐｕｂｌｉｃ Ｐｏｌｉｃｙ．
ＲＯＥＤＥＲ， Ａ．， ＢＡＵＥＲ， Ｃ． ＆ Ｒ．， Ｄ． （２００４） Ｋｏｈｌｅ， ＩＮ ＤＯＮＥＳ， Ｒ． （Ｅｄ．） Ｓａｃｈｂｉｌａｎｚｅｎ ｖｏｎ Ｅｎｅｒｇｉｅｓｙｓｔｅｍｅｎ： Ｇｒｕｎｄｌａｇｅｎ ｆｕｅｒ ｄｅｎ ｏｅｋｏｌｏｇｉｓｃｈｅｎ Ｖｅｒｇｌｅｉｃｈ ｖｏｎ Ｅｎｅｒｇｉｅｓｙｓｔｅｍｅｎ ｕｎｄ ｄｅｎ Ｅｉｎｂｅｚｕｇ ｖｏｎ Ｅｎｅｒｇｉｅｓｙｓｔｅｍｅｎ ｉｎ ＯＥｋｏｂｉｌａｎｚｅｎ ｆｕｅｒ ｄｉｅ Ｓｃｈｗｅｉｚ， Ｄｕｅｂｅｎｄｏｒｆ， Ｐａｕｌ Ｓｃｈｅｒｒｅｒ Ｉｎｓｔｉｔｕｔ Ｖｉｌｌｉｇｅｎ， Ｓｗｉｓｓ Ｃｅｎｔｒｅ ｆｏｒ Ｌｉｆｅ Ｃｙｃｌｅ Ｉｎｖｅｎｔｏｒｉｅｓ．
ＳＭＥＩＳＥＲ， Ｓ． Ｃ．， ＳＴＯＣＫ， Ｒ． Ｍ．， ＭＣＣＬＥＡＲＹ， Ｇ． Ｊ．， ＢＯＯＲＡＳ， Ｇ． Ｓ． ＆ ＳＴＵＡＲＴ， Ｒ． Ｊ． （１９９１） Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｅｃｏｎｏｍｉｃ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ＣＯ２ Ｒｅｍｏｖａｌ ｆｒｏｍ Ｆｏｓｓｉｌ−Ｆｕｅｌ−Ｆｉｒｅｄ Ｐｏｗｅｒ Ｐｌａｎｔｓ．
課題と解決法
本発明の課題は、簡単かつ経済的な方法で、炉の排ガスからのＣＯ２−放出の低減を可能にするような方法を提供にすることである。
本発明の課題は、簡単かつ経済的な方法で、炉の排ガスからのＣＯ２−放出の低減を可能にするような方法を提供にすることである。
更には、本発明の課題は、上述の方法を実行するのに適したデバイスを提供することである。
本発明の上記課題は、主請求項に従う方法、並びに副請求項の特徴全体を有するデバイスによって解決される。有利な実施形態は、それぞれそれらを引用する下位の請求項に記載される。
発明の対象
本発明は、炉の排ガス、特にエネルギー変換装置の煙道ガスからのＣＯ２−放出を膜を用いて低減するための様々な方法に関する。更には、本発明は、上記方法を実行するのに適したデバイスに関する。
本発明は、炉の排ガス、特にエネルギー変換装置の煙道ガスからのＣＯ２−放出を膜を用いて低減するための様々な方法に関する。更には、本発明は、上記方法を実行するのに適したデバイスに関する。
以下、炉とは、ガス状、液状及び／または固体状の燃料が、それらの由来に拘わらず、発生した熱の利用のために酸化（部分酸化も含む）される任意の装置と解され、これには、廃棄物を処理するための燃焼装置、及び副燃焼装置、並びに電気化学的酸化装置（例えば燃料電池）も包含される。それに加えて、例えば、天然ガス、液状ガス、都市ガス、あるいは廃棄物からのバイオガス（Ｄｅｐｏｎｉｅｇａｓ）で作動されるガスバーナー、オイルバーナー、例えば、天然オイル、暖房用加熱油またはアルコールで作動するオイルバーナー、及び塊状燃料、例えば、ガスリッチな石炭又は木材片のためのストーカー燃焼法（Ｒｏｓｔｆｅｕｅｒｕｎｇｅｎ）、流動床燃焼法又は炭塵燃焼法もまたその一つに数えられる。この定義は、炉の付随するデバイス類及びシステム類の全てにまで及ぶ。そのような装置は、定置型、移動型両方の技術設備をも包含する。
煙道ガスは、固体状、液状及び／又はガス状の空気汚染物質を有するキャリアガス（Ｔｒａｅｇｅｒｇａｓ）のことを言う。空気の自然の組成の変化、とりわけ、煙、灰、すす、塵、ガス、エアロゾル、蒸気又は臭気物質による変化は空気汚染と見なされる。
本発明の思想は、ＣＯ２の分離（脱炭）のための煙道ガスの環境パラメータを、膜を使って最適化することに基づいており、それにより凝結した水による膜孔の不利な目詰まりを防ぐことができる。そのために、特に三つの異なる変法が提案される。
第一の形態においては、ＣＯ２−分離（煙道ガス脱炭）の工程段階は、これが煙道ガスの脱硫前ではあるが、除塵後に行われるように、現行の煙道ガス浄化に、石炭蒸気発電所の現行の煙道ガス浄化に有利に統合される。これは、除塵後の煙道ガスが約１２０〜１５０℃の温度を有するという利点を有し、その結果、それに含有される水蒸気が露点曲線を超える状態になる。それ故、特に除塵された煙道ガスそのものは脱硫後のものと比べてより少ない水蒸気を含有するため、水が凝結する危険性はもたらされない。水含有量は、投入された燃料の水含有量並びにそれまでの方法のやり方による影響を受けるため、除塵後の煙道ガスの水蒸気含有量を一律に扱うことは制限的にしか可能でない。石灰石洗浄法を用いた煙道ガスの湿式脱硫によって、例えば、還元されるＳＯ２１ｋｇ当たり約１５ｋｇの水が煙道ガス流に供給されるため［非特許文献９］、水蒸気濃度は例えば１０体積％になる場合がある。
本発明の第二の形態は、従来技術の場合と同様に、完全な煙道排ガス浄化後に煙道ガス脱炭を配置するようにする。しかしながら、従来技術とは異なり、水の凝縮を防ぐために、先ず、煙道ガスは、水蒸気の露点曲線を大きく下回るように加熱される。この加熱は、外部からの熱の導入又は熱交換器によって有利に実現することができる。
この前述の方法は、独立した変法として行うことができるか、又は前述の変法がもはや可能ではない場合に行うこともできる。例えば、煙道ガス除塵と煙道ガス脱硫との間に膜モジュールが配置される際に、膜材料が、脱窒及び除塵された煙道ガス中に含有される残余の塵及びガス状の汚染物質によって修復不可能に損傷されるような場合に、この手段が必要となり得る。
この第二の変法は、公知の工程段階である煙道ガス脱硫と煙道ガス脱炭との間の導管に伝熱器または熱交換器を単に配置することだけが必要であり、それら公知の工程段階の配置は全体的に変えずに元のままにすることができるために、特に簡単に実現できる。
第二の形態に類似した別の形態においては、温度上昇の代わりに圧力上昇を企図することが提案される。すなわち、この場合も、煙道ガス脱炭は、湿式煙道ガス脱硫後に配置される。ただし、中間に置かれる圧縮器が、含湿の煙道ガスを先ず圧縮し、その際、温度もまた必然的に高まることを保証する。この変法の更に別の有利な副作用は、浄化された煙道ガス中のＣＯ２−分圧が有利に高まるということであり、これは、その後のＣＯ２−分離に特に有利に作用する。圧縮は、少なくとも、それによって加熱された水蒸気の露点が超過されるような圧力で行われる。
ＣＯ２を分離するための膜モジュールが単一段のみではなく、多段に構成されていると、本発明の特定の形態に依存することなく、いずれの場合にも有利である。複数の場合によっては異なってもいる膜分離工程の配置によって、できる限り低いエネルギー消費で、すなわち、できる限り高い正味効率において、分離された成分（この場合ＣＯ２）の一方ではできる限り高い分離度、他方ではできる限り高い純度を可能にすることができる。
詳細な説明の部
以下で、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明の保護範囲はそれによって制限されることはない。当業者であれば、これら又は更なる類似の変更が、本発明に属するものと理解できる。
以下で、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明の保護範囲はそれによって制限されることはない。当業者であれば、これら又は更なる類似の変更が、本発明に属するものと理解できる。
図中、楕円は次の媒介物を意味する：
Ａ：燃料
Ｂ：未処理の煙道ガス
Ｃ：浄化された煙道ガスであって、ここで次のように区別される：
Ｃ１：脱窒された煙道ガス、
Ｃ２：脱窒及び除塵された煙道ガス、及び
Ｃ３：脱窒、除塵及び脱硫された煙道ガス、
Ｃ４：脱窒、除塵及び脱炭された煙道ガス、
Ｄ：浄化−煙道ガス＝脱窒、除塵、脱硫及び脱炭された煙道ガス、
Ｅ：電気
Ａ：燃料
Ｂ：未処理の煙道ガス
Ｃ：浄化された煙道ガスであって、ここで次のように区別される：
Ｃ１：脱窒された煙道ガス、
Ｃ２：脱窒及び除塵された煙道ガス、及び
Ｃ３：脱窒、除塵及び脱硫された煙道ガス、
Ｃ４：脱窒、除塵及び脱炭された煙道ガス、
Ｄ：浄化−煙道ガス＝脱窒、除塵、脱硫及び脱炭された煙道ガス、
Ｅ：電気
四角形は、個々の工程段階を示す：
１：発電
２：煙道ガス浄化であり、目下、次を含む
２ａ：脱窒、
２ｂ：除塵、及び
２ｃ：脱硫
３：膜モジュールによるＣＯ２−分離（脱炭）
４：伝熱
５：圧力上昇
１：発電
２：煙道ガス浄化であり、目下、次を含む
２ａ：脱窒、
２ｂ：除塵、及び
２ｃ：脱硫
３：膜モジュールによるＣＯ２−分離（脱炭）
４：伝熱
５：圧力上昇
図１は、エネルギー変換工程の概略図を示しており、ここでこれは、従来技術に従った煙道ガス浄化後のＣＯ２−分離（脱炭）によるエネルギー生成である（左側）。この際、固体燃料で燃焼されそして現在の技術に相当する大規模な炉の煙道ガス浄化は、脱窒、除塵及び脱硫をこの順序で含む（右側）。この際、それに加えて、図１の右側は、煙道ガス浄化の工程段階をより詳細に示しており、煙道ガス浄化の工程間の煙道ガスの典型的な温度プロフィルについての概要も示す。
図２において、煙道ガス除塵後に組み入れられた煙道ガス脱炭を有するエネルギー変換工程の概略図が示されており、これは、本発明の第一の形態に相当する。この例は、例えば石炭発電所に適し得るであろう。ほとんど圧力の無い煙道ガスが典型的には例えば１３０℃の温度を有するところの煙道ガス除塵と煙道ガス脱硫との間にＣＯ２−分離（脱炭酸）の膜モジュールを配置することによって、膜の孔における水凝結の問題はもはや常には生じなくなる。
本発明の第ニの形態を図３に示す。この場合は、従来技術の場合に類似して、完全な煙道ガス浄化後に煙道ガス脱炭が配置されるが、例えば、５０℃でほとんど飽和した煙道ガスからの水の凝結を防ぐために最初に煙道ガスが加熱され、その結果水蒸気の露点曲線が大きく超過される点で異なる。加熱は、熱の導入又は熱交換器によって有利に実現することができる。この例において、ほとんど圧力を失った煙道ガスは１１０℃を超える温度に加熱される。
この変法は、随意に、あるいは前述の変法がもはや可能ではない場合に供される。これは、例えば、煙道ガス除塵と煙道ガス脱硫との間に膜モジュールを配置する時の膜材料が、脱窒及び除塵された煙道ガス中に含有される残存塵及びガス状の汚染物質によって修復不能に損傷される場合である。
凝結した水蒸気による膜の目詰まりを防ぐために、浄化されるＣＯ２−含有の煙道ガスは再加熱によってより高い温度水準にされ、その結果、水蒸気の露点曲線は超過される。このために、様々なシステム、例えば、外部エネルギーによる熱導入又は未浄化煙道ガスとの熱交換が使用可能である。
本発明の第三の形態においても同様に、煙道ガス脱炭が、煙道ガス浄化の後に配される。熱導入あるいは熱交換の代わりに、ここでは、今度は圧力上昇がそれらの間に設けられる（ｚｗｉｓｃｈｅｎｇｅｓｈａｌｔｅｔ）。煙道ガス浄化から出る煙道ガスの圧力上昇は圧縮機によって実現される。圧縮は、少なくとも、それによって加熱された水蒸気の露点が超過されるような圧力にまで行われる。
この変法の更なる有利な副作用は、浄化された煙道ガス中のＣＯ２−分圧がこの場合に有利に高まるということであり、これは、その後に続くＣＯ２−分離に非常に有利に作用する。
Claims (12)
- 膜を使って煙道ガスから二酸化炭素を分離するにあたり、煙道ガスが煙道ガス浄化に供される方法であって、該煙道ガスを脱硫する工程段階の前に該煙道ガスからの二酸化炭素の分離が行われること、及び膜モジュール中への進入前の煙道ガスが、水蒸気で飽和されないような温度を有することを特徴とする、上記方法。
- 前記二酸化炭素の分離が前記煙道ガスの脱窒又は除塵の工程段階後に行われる、請求項１に記載の方法。
- 前記膜モジュール中への進入前の前記煙道ガスが１１０℃を超える温度を有する、請求項１又は２に記載の方法。
- 膜を使って煙道ガスから二酸化炭素を分離する方法であって、該煙道ガスからの二酸化炭素の分離が、該煙道ガスの脱硫の工程段階後に行われること、及び膜モジュール中への進入前の煙道ガスが、水蒸気で飽和されないような温度を有するように別個の工程段階で加熱されることを特徴とする、上記方法。
- 前記別個の加熱が、熱交換器又はバーナーを使って行われる、請求項４に記載の方法。
- 前記別個の加熱が、前記煙道ガスの圧縮によって行われる、請求項４に記載の方法。
- 煙道ガスを脱硫するための手段並びにＣＯ２−分離のための膜を有する膜モジュールを含む、請求項１に記載の方法により煙道ガスから二酸化炭素を分離するためのデバイスであって、上記膜モジュールが、上記煙道ガスを脱硫するための手段の上流に配置されることを特徴とする、上記デバイス。
- 前記煙道ガスを脱窒又は除塵するための手段を含み、その際、前記膜モジュールが、前記煙道ガスを脱窒又は除塵するための手段の下流に配置される、請求項７に記載のデバイス。
- 煙道ガスを脱硫する手段並びにＣＯ２−分離のための膜を有する膜モジュールを少なくとも含む、請求項４に記載の方法により煙道ガスから二酸化炭素を分離するためのデバイスであって、上記膜モジュールが、上記煙道ガスを脱硫するための手段の下流に配置され、そして、上記脱硫するための手段と上記膜モジュールとの間に、上記煙道ガスを、該ガスが水蒸気で飽和されないような温度に加熱するための手段が設けられていることを特徴とする、上記デバイス。
- 前記煙道ガスを加熱するための手段としての熱交換器を有する、請求項９に記載のデバイス。
- 前記煙道ガスを加熱するための手段としてのバーナーを有する、請求項９に記載のデバイス。
- 前記煙道ガスを加熱するための手段としての圧縮機を有する、請求項９に記載のデバイス。
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