JP5543660B2 - 化石燃料発電所設備の排ガスから二酸化炭素を分離するための方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、化石燃料発電所設備において運転する二酸化炭素の分離装置、二酸化炭素の分離装置を有する化石燃料発電所設備、化石燃料発電所プロセスのための二酸化炭素分離プロセスの制御方法、ならびに二酸化炭素分離プロセスの制御方法を実行する化石燃料発電所設備に関する。

電気エネルギを発生するための化石燃料発電所設備においては、化石燃料の燃焼によって二酸化炭素を含んだ排ガスが発生する。この二酸化炭素を含んだ排ガスは、一般に、大気中に放出される。化石燃料発電所設備において二酸化炭素の放出を低減するためには、排ガスから二酸化炭素を分離すればよい。

ガス混合物から二酸化炭素を分離するために、一般に様々の方法が知られている。特に、燃焼プロセス後の排ガスから二酸化炭素を分離するために、一般的には吸収−脱離法が使用されている。巨大技術規模では、二酸化炭素に対して選択性を有する洗浄剤により、上述の吸収−脱離法による二酸化炭素の分離が行われる。この場合、排ガスが吸収塔において選択性溶剤に接触させられ、二酸化炭素が溶剤に吸収される。二酸化炭素を十分に除去された排ガスは、更なる処理又は放出のために吸収塔から排出される。二酸化炭素を吸収した溶剤は、二酸化炭素の分離及び溶剤の再生のために脱離塔に導かれる。脱離塔における分離は、熱により行なわれる。二酸化炭素を吸収した溶剤が加熱され、ガス状態の二酸化炭素と蒸気状態の溶剤とからなるガス・蒸気混合物、いわゆるフラッシュ蒸気が発生する。しかる後に、蒸気状態の溶剤が二酸化炭素から分離される。次いで、分離された二酸化炭素は、複数のステップで圧縮され、そして冷却される。それから二酸化炭素は、液化状態又は凍結状態で、貯蔵又は他の利用に供される。再生された溶剤は改めて吸収塔に導かれ、そこで再び、二酸化炭素を含んだ排ガスから二酸化炭素を吸収することができる。

吸収−脱離法の大きな欠点は、とりわけ脱離のために、一般に非常に多くのエネルギを使用しなければならないことにある。通常、このエネルギは発電所プロセスから加熱用蒸気の形で取り出され、このことが発電所設備の総合効率を大幅に低下させる。脱離に必要なエネルギ消費を低減するために、従来技術によって既にかなりの改善提案が公開されている。これらは、特に、発電所プロセスへの吸収−脱離プロセスの改善された組み込みによって、エネルギ使用を最適化しようとするものである。

更に大きな問題は、特に吸収塔及び脱離塔の必要なサイズに起因して、上述の吸収−脱離プロセスが非常に緩慢であることにある。更に、発電所の排ガスの二酸化炭素の全面的な分離は、発電所設備によって加熱用蒸気が十分に供給可能であり且つ脱離塔が十分に加熱された時点になってはじめて、有効に開始することができる。この時点に至るまでに既に、二酸化炭素を含んだ大量の排ガスが、洗浄されないまま大気中に放出され得る。

発電所、例えばガス・蒸気複合タービン発電所、これに限らず多くの蒸気発電所も、送電網から遮断される頻度が、例えば毎夜又は毎週末といったように多くなっている。発電所の遮断時には、もはや二酸化炭素を含む燃焼排ガスは発生しない。しかし、蒸気もしくは加熱用蒸気も、もはや使用できない。二酸化炭素分離装置が他の対策なしに発電所と一緒に遮断されると、かなりの問題が生じる。二酸化炭素を吸収した状態で吸収−脱離装置内に残っている溶剤が冷えると、当該溶剤は溶解度限界を下回り、生成物の析出および沈着が発生し得る。溶剤中に含まれている、沈殿する粒子又は浮遊粒子によって、閉塞の危険度が高まる。

発電所設備に組み込まれている二酸化炭素分離装置を停止状態にすることもまた難しい。吸収−脱離設備の計画された停止状態の場合、溶剤循環路に含まれる溶剤は、閉塞の危険を回避するために、殆ど完全に脱離しておかなければならない。そのために吸収塔が排ガス流から切り離され、脱離塔は引き続き加熱される。これによって、脱離塔で更に続けて二酸化炭素が脱離され、吸収塔ではそれ以上の二酸化炭素の吸収が行われない。比較的長い時間後に、吸収−脱離設備の遮断が可能となるほど十分に溶剤が再生される。それに至るまでは、二酸化炭素分離装置に高価な加熱用蒸気を十分に供給しなければならない。発電所設備の運転を再開しようとする際には、溶剤を再び加熱しなければならない。運転温度に到達するまでには比較的長い時間が経過し、この時間中は、二酸化炭素が分離できないか、もしくは経済的な分離率が達成されない。

しかし、短い停止のために殆ど完全に溶剤の脱離を行うことは、一方では不経済であり、その上に、脱離塔の長い再起動時間を要する。従って、短い停止の場合には、二酸化炭素分離装置は、特に待機運転の状態に保たれる。しかし、この待機運転では、一方で高速再起動を保証し他方で溶剤の結晶化又は沈殿を防止するために、引き続き溶剤の加熱が必要である。その上、この待機運転では、引き続き溶剤をポンプで循環させることも必要である。このポンプ循環は、何らかの隙間又は空所で溶剤が停滞することにより蒸発又は気化が生じてこれが再び結晶化を招くのを、防止する。待機運転において、流量の低減は可能であるが、しかし溶剤循環路がどの個所でも十分にポンプ循環される限度内でしか可能でない。

従って、本発明の課題は、一方ではエネルギを節約した待機運転を可能にし、他方では二酸化炭素分離装置の高速再起動を保証し、しかも待機運転において必要なエネルギ需要を大幅に低減した、化石燃料発電所設備において動作させるための二酸化炭素の分離装置、及び二酸化炭素分離装置を有する化石燃料発電所設備を提供することにある。

更に、本発明の課題は、一方ではエネルギを節約した待機運転を可能にし、他方では二酸化炭素分離装置の高速再起動を保証し、しかも待機運転において必要なエネルギを大幅に低減した、化石燃料発電所プロセスのための二酸化炭素分離プロセスの制御方法、及び当該二酸化炭素分離プロセスの制御方法を実行する化石燃料発電所設備を提供することにある。

装置に向けられた本発明の課題は、請求項１と請求項６及び請求項７の特徴によって解決される。

本発明による二酸化炭素の分離装置は、主として、化石燃料発電所設備からの燃焼排ガスを受け入れるための吸収ユニットと、脱離ユニットと、熱交換器と、を備えている。その熱交換器は、熱を受け入れ得る一次側と、その受け入れた熱を再び引き渡し得る二次側とを有する。熱交換器の一次側は、脱離ユニットを吸収ユニットに接続する戻り管に接続されている。熱交換器の一次側導入部は入側戻り管を介して脱離ユニットに接続され、熱交換器の一次側導出部は出側戻り管を介して吸収ユニットに接続されている。熱交換器の二次側は、吸収ユニットを脱離ユニットに接続する供給管に接続されている。熱交換器の二次側導入部は入側供給管を介して吸収ユニットに接続され、熱交換器の二次側導出部は出側供給管を介して脱離ユニットに接続されている。本発明によれば、脱離ユニットを含む第１循環路を構成するように入側戻り管を出側供給管に接続する第１バイパス管が設けられていると共に、吸収ユニットを含む第２循環路を構成するように入側供給管を出側戻り管に接続する第２バイパス管が設けられている。具体的には、通常運転状態においては、脱離ユニットから入側戻り管、熱交換器及び出側戻り管を経て吸収ユニットへ至り、且つ吸収ユニットから入側供給管、熱交換器及び出側供給管を経て脱離ユニット（２）へ至る、本来の溶剤循環路が構成される。そして、待機運転状態においては、脱離ユニット、入側戻り管、第１バイパス管及び出側供給管からなる第１溶剤循環路と、吸収ユニット、入側供給管、第２バイパス管及び出側戻り管からなる第２溶剤循環路と、が構成される。

本発明の核心は、主として吸収ユニット、脱離ユニット、熱交換器、供給管及び戻り管から構成される本来の溶剤循環路を２つの分離された溶剤循環路に分割すること、即ち、脱離ユニットを含む第１溶剤循環路と、吸収ユニットを含む第２溶剤循環路とに分割することにある。本来の溶剤循環路を第１溶剤循環路及び第２溶剤循環路に分離することは、第１バイパス管及び第２バイパス管によって達成される。この場合に第１溶剤循環路及び第２溶剤循環路は、前記熱交換器をバイパスするように設けられる。

前記熱交換器は、この種の吸収−脱離装置において一般的に使用される直交流（クロスフロー）型熱交換器である。この熱交換器内では、再生された高温の溶剤が二酸化炭素を吸収した温かい溶剤に対して対向流として導かれ、再生された高温の溶剤の熱が、二酸化炭素を吸収した温かい溶剤に引き渡される。第１バイパス管及び第２バイパス管によって熱交換器がほぼバイパスされることにより、両方ともほぼ閉じられた第１溶剤循環路及び第２の溶剤循環路が成立し、両循環路間の熱交換が大幅に低減される。

これは、待機運転状態における分離装置の格別に有利な運転を可能にする。即ち、特に、第１溶剤循環路及び第２溶剤循環路が異なるパラメータで運転できることである。それによって、各溶剤循環路を、それぞれの最小限の待機運転要求に対して最適になるように最適化することができ、その際に、それぞれの溶剤循環路が他方に影響を及ぼすことはない。これは、一方では、二酸化炭素分離装置の高速再起動を保証すべく待機運転状態における各溶剤循環路の最適調整を可能にし、これと同時に、分離装置の加熱に必要なエネルギが少ないことから待機運転状態における必要なエネルギ需要の低減を可能にする。

例えば、通常運転状態への復帰時に速やかに最適な脱離温度とすべく、脱離ユニットを引き続き加熱することができ、その際には、吸収ユニットを一緒に同じ範囲で加熱する必要はない。同時に、吸収ユニットと脱離ユニットとの減結合もしくは分離によって、吸収ユニットをより低い温度で運転することができる。

これに加えて、溶剤の流れの制御及び調整を可能にすべく、遮断及び調節のための相応の付属機器を設けることが望ましい。そこで、戻り管には、第１バイパス管の導通後に溶剤の流れの低減又は遮断を可能にする第１付属機器が設けられる。これによって、溶剤の少なくとも１つの部分流が第１バイパス管を通して案内される。これと同様に供給管には、第２バイパスの導通後に溶剤の流れの低減又は遮断を可能にする第２付属機器が設けられる。これによって、溶剤の少なくとも１つの部分流が第２バイパス管を通して案内される。

該態様によると、例えば、脱離ユニットを含む第１溶剤循環路を第２溶剤循環路よりも高い温度に保つことができる。圧力シールされ分離された２つの溶剤循環路によって、第１溶剤循環路を第２溶剤循環路とは異なった圧力に保つことができる。

上記態様に対する代替又は補足として、移送すべき溶剤の流量を異ならせて両溶剤循環路を動作させることもできる。これによって、各分割された溶剤循環路のポンプ移送量を必要最小限にすることができる。該態様によれば、各溶剤循環路において溶剤のポンプ循環のために異なる流量を設定することができ、従って各溶剤循環路に対して最適化することができる。これは、電気エネルギの節約を可能にし、従って待機運転のために必要な電気エネルギを低減する。

分離装置の他の態様においては、第１バイパス管に第１補助熱交換器が接続されている。この第１補助熱交換器は、次の場合に特に有利である。即ち、待機運転において脱離ユニットの他の加熱装置が用意されているが、発電所設備の遮断により脱離ユニットを直接運転するための加熱用蒸気が使用できない場合である。この場合には熱エネルギをその補助熱交換器によって第１溶剤循環路内に、従って脱離ユニット内に導入することができる。ただし、第１補助熱交換器は、脱離ユニットを含む循環路の他の任意のどの個所にあってもよい。

代替又は補足として、分離装置の他の態様では、第２バイパス管に第２補助熱交換器が接続されている。第２補助熱交換器は第１補助熱交換器なしでも動作可能である。第２補助熱交換器の目的は第１補助熱交換器の目的に類似しており、待機運転状態において吸収ユニットの加熱を可能にする。第２補助熱交換器も、吸収ユニットを含む循環路の任意のどの個所に配置してもよい。

分離装置の特別な態様では、第１補助熱交換器から第２補助熱交換器へ熱伝達可能であるように、第１バイパス管の第１補助熱交換器が第２バイパス管の第２補助熱交換器に接続されている。これは、一方では２つの分離された溶剤循環路が調整され、他方では脱離ユニット及び吸収ユニットが引き続いて加熱されるという分離装置の待機運転を可能にする。その際に通常運転状態におけると同様にSumpボイラ（リボイラ）を介して熱が加熱用蒸気の形で脱離ユニットに、従って第１溶剤循環路に導入される。吸収ユニットの加熱のために、今や熱が第１溶剤循環路から第１補助熱交換器によって配管を介して第２補助熱交換器に、従って第２溶剤循環路に、それゆえ吸収ユニットに導入される。

分離装置の他の有利な態様では、第１バイパス管に第１弁が接続され、第２バイパス管に第２弁が接続されている。これらの弁は調整弁又は遮断弁であって、これらの弁によってそれぞれのバイパスの溶剤の流量を調整することができる。待機運転では第１弁および第２弁が少なくとも部分的に又は完全に開かれ、従って第１バイパス及び第２バイパスが少なくとも部分的に開放される。通常運転状態では、第１弁および第２弁がほぼ閉じられているので、第１バイパス及び第２バイパスはほぼ閉鎖されている。

二酸化炭素の分離装置を組み込まれた又はそれを後続接続された化石燃料発電所設備は、主として蒸気発電所である。蒸気発電所は、化石燃料ボイラと、このボイラの蒸気によって運転される蒸気タービンと、この蒸気タービンによって回転軸を介し駆動される発電機と、前記ボイラの排ガス側に後続接続された二酸化炭素の分離装置とを含む。代替として化石燃料発電所設備はガス・蒸気複合発電所であってもよい。ガス・蒸気複合発電所は、化石燃料ガスタービンと、このガスタービンの排熱回収通路内に接続された排熱回収ボイラと、この排熱回収ボイラの蒸気によって運転される蒸気タービンと、これらガスタービン及び蒸気タービンによって回転軸を介し駆動される少なくとも１つの発電機と、ガスタービンの排ガス側に後続接続された二酸化炭素の分離装置とを含む。

方法に向けられた本発明の課題は、請求項８及び請求項１７の特徴によって解決される。

化石燃料発電所プロセスのための本発明による二酸化炭素分離プロセスは、主として吸収プロセス及び脱離プロセスを含む。この二酸化炭素分離プロセスの制御方法では、通常運転状態と該通常運転状態とは異なる特別運転状態、すなわち待機運転状態とが区別される。特別運転状態では、第１バイパスを開放することによって、脱離プロセスから再生した溶剤（再生溶剤）を少なくとも部分的に再び脱離プロセスへ戻す。更に、第２バイパスを開放することによって、吸収プロセスから二酸化炭素を吸収させた溶剤（二酸化炭素吸収溶剤）を少なくとも部分的に吸収プロセスへ戻す。具体的には、通常運転状態において、吸収プロセスと脱離プロセスとを接続して両プロセス間で溶剤を循環させる本来の溶剤循環を実行し、特別運転状態において、脱離プロセスの再生溶剤を脱離プロセスへ戻す第１バイパスによる第１溶剤循環を実行すると共に、吸収プロセスの二酸化炭素吸収溶剤を吸収プロセスへ戻す第２バイパスによる第２溶剤循環を実行する。
例えば、上述の本発明に係る二酸化炭素の分離装置を使用し、その吸収ユニットで吸収プロセスを且つその脱離ユニットで脱離プロセスをそれぞれ実行し、通常運転状態において、本来の溶剤循環路により本来の溶剤循環を実行し、特別運転状態において、第１バイパス管を含む第１溶剤循環路により第１バイパスを構成して第１溶剤循環を実行すると共に、第２バイパス管を含む第２溶剤循環路により第２バイパスを構成して第２溶剤循環を実行する。

このうえに、脱離プロセスの再生した溶剤の熱の一部を、吸収プロセスの二酸化炭素を吸収させた溶剤に伝達することは、依然として可能である。

重要なことは、通常運転状態において主に吸収プロセスと脱離プロセスとの間の接続によって構成される本来の溶剤循環を、特別運転状態においては２つのほぼ分離された溶剤循環に分割することである。この分割は、第１バイパス及び第２バイパスによって達成される。第１バイパスによって、脱離プロセスを含むほぼ閉じられた第１溶剤循環が構成され、第２バイパスによって、吸収プロセスを含むほぼ閉じられた第２溶剤循環が構成される。互いにほぼ分離された両溶剤循環によって、両溶剤循環の間の熱交換を大幅に低減することができる。この態様によって第１溶剤循環と第２溶剤循環とを異なるパラメータで有利に動作させることができる。例えば、通常運転状態への復帰時に速やかに最適な脱離温度になるようにするために、脱離ユニットを引き続いて加熱することができ、その際に吸収ユニットを同じ範囲で一緒に加熱する必要はない。同時に、吸収プロセスと脱離プロセスとの減結合又は分離によって、待機運転状態において吸収プロセスをより低い温度で運転することができる。圧力シールされ分離された２つの溶剤循環路によって、第１溶剤循環を第２溶剤循環とは異なった圧力に保つこともできる。この措置によって次のことが保証される。即ち、当該設備を速やかに待機運転状態へ移行させ、かつ速やかに再起動できることが保証され、更に、溶剤の実際の熱損失だけが補償されるので待機運転状態では僅かのエネルギしか必要としないことが保証される。

「二酸化炭素を吸収させた溶剤（二酸化炭素吸収溶剤）」及び「再生した溶剤（再生溶剤）」という特徴的用語は、特にそれぞれの溶剤の場所を明らかにしようとするものである。再生した溶剤は、脱離プロセスにおいて溶剤が再生されることから、脱離プロセスの領域内に存在し、二酸化炭素を吸収させた溶剤は、吸収プロセスにおいて溶剤が二酸化炭素を吸収することから、吸収プロセスの領域内に存在する。ただし、特別運転状態では、二酸化炭素を吸収させた溶剤が、再生した溶剤と同様の二酸化炭素吸収状態を有するという状態が生じ得る。

本来の溶剤循環を互いに別々の溶剤循環に分離するという基本的着想は、溶剤の一部分だけが２つの互いに分離された溶剤循環において案内されるという運転を可能にする。その他の部分は、通常運転状態時と同様に本来の溶剤循環で案内される。これは例えば、待機運転状態において吸収プロセスへのエネルギ供給を脱離プロセス内で行って、吸収プロセスも少しだけ加熱しようとする場合に特に有利である。この場合、溶剤の一部分が第１溶剤循環から第２溶剤循環へ導かれる。

有利であることが実証された二酸化炭素分離プロセスの制御方法の態様では、溶剤の８０％から９８％までを、脱離プロセスから第１バイパスを通して再び脱離プロセスへ戻し、従って第１溶剤循環を構成し、そして該溶剤の２％から２０％までを、吸収プロセスへ供給して、従って通常運転状態における本来の溶剤循環と同様に案内する。これによって熱が脱離プロセスから吸収プロセスへ導入される。この場合、溶剤の８０％から９８％までを、吸収プロセスから第２バイパスを通して再び吸収プロセスへ戻し、該溶剤の２％から２０％までを脱離プロセスへ供給する。このパーセンテージがポンプ循環される溶剤量に関係する。吸収プロセスへの供給は前段に置かれた熱交換プロセスを介して行われる。

１０％と９０％の比率が格別に有利であることが分かった。この場合、溶剤の１０％が脱離プロセスから吸収プロセスへ導かれ、９０％がバイパスを介して再び脱離プロセスに戻される。この比率によって、例えば脱離プロセスでの約１００℃の温度において、吸収プロセスで約４０℃の温度を設定することができる。吸収プロセスでの低い温度によって特別運転状態において加熱エネルギが節約される。

二酸化炭素分離プロセスの制御方法の代替的態様では、脱離プロセスから再生した溶剤の全部を第１バイパスを介して再び脱離プロセスへ戻し、吸収プロセスから二酸化炭素を吸収させた溶剤の全部を第２バイパスを介して再び吸収プロセスへ戻す。従って、第１溶剤循環及び第２溶剤循環の部分流への分割は行われない。ただし、第１溶剤循環の再生した溶剤と、第２溶剤循環の二酸化炭素を吸収させた溶剤との熱交換によって、二酸化炭素を吸収させた溶剤が加熱される。特別運転状態においては、両溶剤循環が互いに分離されているので、脱離プロセスと吸収プロセスとを異なる圧力で運転することができ、それによって各プロセスの運転方法を最適に設定することができる。

二酸化炭素分離プロセスの制御方法の特別運転状態では、吸収プロセスの吸収装置において３０℃から７０℃までの平均温度を設定し、脱離プロセスの脱離装置において８０℃から１２０℃までの平均温度を設定するのが有利である。吸収装置においては約４０℃の温度が、そして脱離装置においては約１００℃の温度が、格別に有利であることが分かった。

望ましくは、二酸化炭素分離プロセスにおいて溶剤としてアミノ酸塩溶液を使用する。

二酸化炭素分離プロセスの制御方法の別の態様では、特別運転状態において、通常運転状態に比べて、吸収プロセスにおける二酸化炭素を吸収させた溶剤の流量及び脱離プロセスにおける再生した溶剤の流量のいずれか又は両方が低減される。当該流量はプロセスにおいてポンプ循環される溶剤量を規定する。特別運転状態においては、二酸化炭素の吸収が全く行われないか、又は制限された吸収しか行われないので、溶剤の流量は低減することができる。溶剤循環の分離によって、各溶剤の流量を各溶剤循環に対して最適化することができ、このときにそれぞれが他方の溶剤循環に強い影響を及ぼすことはない。これにより、ポンプ用のエネルギが節約される。

特別運転状態において二酸化炭素の吸収が中断又は制限されることに鑑み、通常運転状態とは対照的に、吸収プロセスに導入する溶剤を冷却しないのが適切である。通常運転状態においては、リーン溶液冷却器によって冷却が行われる。該冷却によって溶剤を吸収プロセスに導入する前に冷却することにより、吸収プロセスにおいて溶剤による二酸化炭素の高い吸収率を達成することができる。しかし、特別運転状態では、殆ど又は全く二酸化炭素を吸収する必要がないので、冷却を省略し、これによってエネルギを節約することができる。

特別運転状態は待機運転状態である。特別運転状態は、化石燃料発電所プロセスを完全に又は部分的に停止させる際に作動させる。僅かしか二酸化炭素を含んでいない排ガス、又は全く二酸化炭素を含んでいない排ガスが吸収ユニットに到来するときに、当該特別運転状態が開始される。これに関連して排気ガス冷却器を停止するとよい。

二酸化炭素分離プロセスの制御方法は、とりわけ化石燃料発電所設備において実行される。

図１は二酸化炭素分離プロセスの実施形態を示す。 図２は二酸化炭素分離装置の実施形態を示す。

以下、添付の概略図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。

図１に、二酸化炭素分離プロセス９０が示されている。このプロセスは、判定ステップ１００から始まる。判定ステップ１００により、二酸化炭素分離プロセス９０が通常運転状態１１０から特別運転状態１２０に切り換えられるべきか否かを確定する。特別運転状態１２０が確定された場合に、次のプロセスが実行される。
・第１バイパスの開放１３０
・第２バイパスの開放１４０

これらの実行すべきプロセスの順序は変更可能である。第１バイパスの開放１３０によって、再生した溶剤は、脱離プロセス１６０から少なくとも部分的に再び脱離プロセス１６０に戻る。また、第２バイパスの開放１４０によって、二酸化炭素を吸収させた溶剤は、吸収プロセス１５０から少なくとも部分的に吸収プロセス１５０に戻る。脱離プロセス１６０の再生した溶剤から吸収プロセス１５０の二酸化炭素を吸収させた溶剤へ、熱を引き渡す次の処理ステップは、図示されていない。この処理ステップによって、吸収プロセス１５０の少なくとも部分的な加熱が、脱離プロセス１６０によって行われる。二酸化炭素分離プロセス９０は、今や特別運転状態１２０にある。

判定ステップ１００の後に判定ステップ２００が続き、この判定ステップ２００により、二酸化炭素分離プロセス９０を、特別運転状態１２０から再び通常運転状態１１０に戻すべきか否かを確定する。通常運転状態１１０が確定されると、次のプロセスが実行される。
・第１バイパスの閉鎖２３０
・第２バイパスの閉鎖２４０

これらの実行すべきプロセスの順序は変更可能である。第１バイパスの閉鎖２３０によって、再生した溶剤を、脱離プロセス１６０から再び吸収プロセス１５０へ導く。また、第２バイパスの閉鎖２４０によって、二酸化炭素を吸収させた溶剤を、吸収プロセス１５０から再び脱離プロセス１６０へ導く。二酸化炭素分離プロセス９０は、今や再び通常運転状態１１０にある。

図２には二酸化炭素の分離装置１が示されている。分離装置１が組み込まれている発電所設備は図示されていない。分離装置１は、燃焼排ガス３のための流路及び加熱用蒸気管２０を介して、発電所設備に接続されている。燃焼排ガス３のための流路を通して、分離装置１には、通常運転状態において、二酸化炭素を含んだ燃焼排ガスが供給される。また、この分離装置には、加熱用蒸気管２０を介して運転中に加熱用蒸気が供給される。これにより、加熱用蒸気がSumpボイラ（リボイラ）２１に導入される。例えば側面加熱装置への加熱用蒸気の導入は図示されていない。

分離ユニット１は、主として吸収ユニット２と、脱離ユニット４と、熱交換器５と、第１バイパス管１０と、第２バイパス管１１とから構成されている。熱交換器５は、熱を受け入れるための一次側と、熱を引き渡すための二次側とを有する。一次側では、熱交換器５の一次側導入部は、入側戻り管６を介して脱離ユニット４に接続されており、熱交換器５の一次側導出部は、出側戻り管７を介して吸収ユニット２に接続されている。熱交換器５の二次側導入部は、入側供給管８を介して吸収ユニット２に接続されており、熱交換器５の二次側導出部は、出側供給管９を介して脱離ユニット４に接続されている。この配管接続によって、熱交換器５を介し、吸収ユニット２と脱離ユニット４との間で、溶剤の循環路が形成される。

更に、第１バイパス管１０が存在し、この配管には第１弁１４及び第１補助熱交換器が接続されている。第１バイパス管１０は、入側戻り管６を出側供給管９に接続する。第１バイパス管１０によって、脱離ユニットを含む少なくともほぼ閉じられた第１循環路が構成される。更に、第２バイパス管１１が存在し、この配管には第２弁１５及び第２補助熱交換器１３が接続されている。第２バイパス管１１は、入側供給管８を出側戻り管７に接続する。第２バイパス管１１によって、吸収ユニットを含む少なくともほぼ閉じられた第２循環路が構成される。

第１補助熱交換器１２と第２補助交換器１３とを接続する接続配管は図示されていない。この種の接続配管によって、熱を第１補助熱交換器１２から第２補助交換器１３へ伝達することが可能である。

入側戻り管６には第１ポンプ１７が接続されており、入側供給管８には第２ポンプ１６が接続されている。第１ポンプ１７及び第２ポンプ１６によって、第１循環路内の溶剤及び第２循環路内の溶剤がそれぞれポンプ循環される流量を、調整可能である。供給管又は戻り管に接続することができる、例えば他の弁又は調節装置のような他のさまざまの付属機器は、図示されていない。

出側戻り管７には冷却装置１８が接続されている。待機運転状態では、冷却装置１８の出力を低減するか、又は遮断する。

互いにほぼ分離された両循環路によって、両循環路間の熱交換を大幅に低減することができる。この措置によって、第１循環路及び第２循環路を異なるパラメータで有利に運転することができる。これは、一方では、分離装置１の高速再起動を保証すべく待機運転状態に対して各循環路を最適に調整することを可能にし、これと同時に、分離装置１の加熱及び溶剤のポンプ循環のために必要なエネルギが少ないことから、待機運転状態において必要なエネルギ需要を低減することを可能にする。

１ 分離装置
２ 吸収ユニット
４ 脱離ユニット
６ 入側戻り管
７ 出側戻り管
８ 入側供給管
９ 出側供給管
１０ 第１バイパス管
１１ 第２バイパス管
１２ 第１補助熱交換器
１３ 第２補助熱交換器
１４ 第１弁
１５ 第２弁
１６ 第２ポンプ
１７ 第１ポンプ
１８ 冷却装置
２０ 加熱用蒸気管
２１ Sumpボイラ

Claims (15)

1. 化石燃料発電所設備からの燃焼排ガスを受け入れる吸収ユニット（２）と、脱離ユニット（４）と、熱交換器（５）と、を含み、
   前記熱交換器（５）の一次側導入部が入側戻り管（６）を介して前記脱離ユニット（４）に接続されると共に、前記熱交換器（５）の一次側導出部が出側戻り管（７）を介して前記吸収ユニット（２）に接続され、
   前記熱交換器（５）の二次側導入部が入側供給管（８）を介して前記吸収ユニット（２）に接続されると共に、前記熱交換器（５）の二次側導出部が出側供給管（９）を介して前記脱離ユニット（４）に接続されている、
   二酸化炭素の分離装置（１）において、
   前記入側戻り管（６）を前記出側供給管（９）に接続する第１バイパス管（１０）と、前記入側供給管（８）を前記出側戻り管（７）に接続する第２バイパス管（１１）と、が設けられており、
   通常運転状態においては、前記脱離ユニット（４）から前記入側戻り管（６）、前記熱交換器（５）及び前記出側戻り管（７）を経て前記吸収ユニット（２）へ至り、且つ該吸収ユニット（２）から前記入側供給管（８）、前記熱交換器（５）及び前記出側供給管（９）を経て前記脱離ユニット（４）へ至る、本来の溶剤循環路が構成され、
   前記化石燃料発電所設備が完全に又は部分的に停止状態とされる際の待機運転状態においては、前記脱離ユニット（４）、前記入側戻り管（６）、前記第１バイパス管（１０）及び前記出側供給管（９）からなる第１溶剤循環路と、前記吸収ユニット（２）、前記入側供給管（８）、前記第２バイパス管（１１）及び前記出側戻り管（７）からなる第２溶剤循環路と、が構成される、
   ことを特徴とする分離装置。
2. 前記第１バイパス管（１０）に第１補助熱交換器（１２）が接続されていることを特徴とする請求項１記載の分離装置。
3. 前記第２バイパス管（１１）に第２補助熱交換器（１３）が接続されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の分離装置。
4. 前記第１補助熱交換器（１２）から前記第２補助熱交換器（１３）へ熱伝達可能であるように、前記第１バイパス管（１０）の前記第１補助熱交換器（１２）が前記第２バイパス管（１１）の前記第２補助熱交換器（１３）に接続されていることを特徴とする請求項３に記載の分離装置。
5. 前記第１バイパス管（１０）に第１弁（１４）が接続され且つ前記第２バイパス管（１１）に第２弁（１５）が接続され、これら第１及び第２弁（１４，１５）によって前記第１及び第２バイパス管（１０，１１）の溶剤流量を調節可能であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の分離装置。
6. 蒸気発電所として構成され、
   化石燃料ボイラと、
   該ボイラの蒸気によって運転される蒸気タービンと、
   該蒸気タービンによって回転軸を介し駆動される発電機と、
   前記ボイラの排ガス側に後置接続された請求項１〜５のいずれか１項に記載の二酸化炭素の分離装置（１）と、
   を含む化石燃料発電所設備。
7. ガス・蒸気複合発電所として構成され、
   化石燃料ガスタービンと、
   該ガスタービンの排熱通路中に接続された排熱回収ボイラと、
   該排熱回収ボイラの蒸気によって運転される蒸気タービンと、
   前記ガスタービン及び前記蒸気タービンによって回転軸を介し駆動される少なくとも１つの発電機と、
   前記ガスタービンの排ガス側に後置接続された請求項１〜５のいずれか１項に記載の二酸化炭素の分離装置（１）と、
   を含む化石燃料発電所設備。
8. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の二酸化炭素の分離装置（１）の吸収ユニット（２）を用いて実行される吸収プロセス（１５０）と前記分離装置（１）の脱離ユニット（４）を用いて実行される脱離プロセス（１６０）とを含む化石燃料発電所プロセスのための二酸化炭素分離プロセス（９０）の制御方法であって、
   通常運転状態（１１０）において、
   前記分離装置（１）における前記本来の溶剤循環路を使用して前記吸収プロセス（１５０）と前記脱離プロセス（１６０）とを接続し、当該両プロセス間で溶剤を循環させる本来の溶剤循環を実行し、
   前記化石燃料発電所プロセスを完全に又は部分的に停止状態とする際の待機運転状態（１２０）において、
   前記分離装置（１）における前記第１溶剤循環路を使用して第１バイパス（１３０）を構成し、該第１バイパス（１３０）により、前記脱離プロセス（１６０）の再生溶剤を前記脱離プロセス（１６０）へ戻す第１溶剤循環を実行すると共に、前記分離装置（１）における前記第２溶剤循環路を使用して第２バイパス（１４０）を構成し、該第２バイパス（１４０）により、前記吸収プロセス（１５０）の二酸化炭素吸収溶剤を前記吸収プロセス（１５０）へ戻す第２溶剤循環を実行する、
   二酸化炭素分離プロセス（９０）の制御方法。
9. 前記第１溶剤循環において、前記脱離プロセス（１６０）の再生溶剤の８０％〜９８％を前記第１バイパス（１３０）を通して前記脱離プロセス（１６０）へ戻すと共に、該再生溶剤の残りの２％〜２０％を、熱が前記吸収プロセス（１５０）に導入されるように、前記吸収プロセス（１５０）へ供給し、
   前記第２溶剤循環において、前記吸収プロセス（１５０）の二酸化炭素吸収溶剤の８０％〜９８％を前記第２バイパス（１４０）を通して前記吸収プロセス（１５０）へ戻すと共に、該二酸化炭素吸収溶剤の残りの２％〜２０％を前記脱離プロセス（１６０）へ供給する、
   請求項８に記載の二酸化炭素分離プロセス（９０）の制御方法。
10. 前記第１溶剤循環において、前記脱離プロセス（１６０）の再生溶剤の全部を前記第１バイパス（１３０）を介して前記脱離プロセス（１６０）へ戻し、
    前記第２溶剤循環において、前記吸収プロセス（１５０）の二酸化炭素吸収溶剤の全部を前記第２バイパス（１４０）を介して前記吸収プロセス（１５０）へ戻し、
    前記二酸化炭素吸収溶剤が加熱されるように、前記再生溶剤と前記二酸化炭素吸収溶剤との熱交換を行う、請求項８に記載の二酸化炭素分離プロセス（９０）の制御方法。
11. 前記待機運転状態（１２０）で、
    前記吸収プロセス（１５０）を実行する吸収装置に３０℃〜７０℃の平均温度（Ｔ１０）が設定され、
    前記脱離プロセス（１６０）を実行する脱離装置に８０℃〜１２０℃の平均温度（Ｔ２０）が設定される、
    請求項８〜１０のいずれか１項に記載の二酸化炭素分離プロセス（９０）の制御方法。
12. 前記溶剤としてアミノ酸塩溶液が使用される、請求項８〜１１のいずれか１項に記載の二酸化炭素分離プロセス（９０）の制御方法。
13. 前記待機運転状態（１２０）において、前記吸収プロセス（１５０）における二酸化炭素吸収溶剤及び前記脱離プロセス（１６０）における再生溶剤のいずれか又は両方の流量（Ｍ）を、前記通常運転状態（１１０）に比べて低減する、請求項８〜１２のいずれか１項に記載の二酸化炭素分離プロセス（９０）の制御方法。
14. 前記待機運転状態（１２０）において、前記通常運転状態（１１０）と対照的に、前記吸収プロセス（１５０）に導入される溶剤の冷却を行わない、請求項８〜１３のいずれか１項に記載の二酸化炭素分離プロセス（９０）の制御方法。
15. 請求項８〜１４のいずれか１項に記載の二酸化炭素分離プロセス（９０）の制御方法を実行するようにした化石燃料発電所設備。

Images