JP6070851B2 - 排ガスの処理システム及び処理方法 - Google Patents
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Description
本発明は、燃焼ガス等の二酸化炭素を含む排ガスから硫黄酸化物、窒素酸化物等を除去し、二酸化炭素を分離回収するための排ガスの処理システム及び処理方法に関する。
火力発電所や製鉄所、ボイラーなどの設備では、石炭、重油、超重質油などの燃料を多量に使用しており、燃料の燃焼によって排出される硫黄酸化物、窒素酸化物及び二酸化炭素は、大気汚染防止や地球環境保全の見地から放出に関する量的及び濃度的制限が必要とされている。近年、二酸化炭素は地球温暖化の主原因として問題視され、世界的にも排出を抑制する動きが活発化している。このため、燃焼排ガスやプロセス排ガスの二酸化炭素を大気中に放出せずに回収・貯蔵を可能とするために、様々な研究が精力的に進められている。燃焼排ガスには、二酸化炭素及び水分に加えて、微量成分として、窒素酸化物、硫黄酸化物、水銀、塩化水素、煤塵(粒子状物質)等が含まれるので、排ガスから回収される二酸化炭素に含まれる不純物量を低下させて純度を高めることは、環境保全上重要である。
燃焼排ガスに含まれる窒素酸化物のうち、二酸化窒素は、アルカリ剤を用いた湿式の吸収処理により除去可能であるが、一酸化窒素は水に難溶性であるため、一般的に実施される脱硝技術は、乾式のアンモニア接触還元法によるものであることが多く、アンモニア等の水素源を供給して触媒反応により窒素酸化物を還元する。これに基づいて脱硫脱硝装置を構成すると、脱硫部分においては、排ガス中の硫黄酸化物はアンモニウム塩の状態で処理される。
一方、脱硫方法については、アルカリ性の脱硫剤を用いて硫黄酸化物を除去する乾式又は湿式の処理技術が種々研究されている。例えば下記特許文献1には、脱硫剤を含有するスラリーと排ガスとを気液接触させる湿式の排ガス処理方法が記載され、排ガスの脱硫によって二酸化炭素が回収される。このような脱硫方法において使用可能なアルカリ剤には、水酸化ナトリウム(又は炭酸ナトリウム)、石灰石(又は消石灰、ドロマイト)、水酸化マグネシウム等があり、水酸化ナトリウムは硫黄酸化物の除去効率が非常に高いが、高価であり、処理費用が高くなる。このため、火力発電所等の大型プラントでは、安価な石灰石(炭酸カルシウム)又は消石灰(水酸化カルシウム)を用いる石灰石・石膏法が適用されるのが一般的である。
又、上述のような水素源や脱硫剤を用いない排ガスの処理方法として、排ガスを加圧した後に冷却して排ガス中の水分を凝縮する方法が提案されている(下記特許文献2参照)。この方法においては、加圧後の排ガスに含まれる硫黄酸化物及び窒素酸化物は凝縮水に溶解し、凝縮水を排ガスから分離することによって排ガスは脱硝及び脱硫される。
上記特許文献2の技術は、排ガスの加圧及び冷却によって凝縮水と共に硫黄酸化物及び窒素酸化物を除去するので、脱硫剤等の化学薬剤を必要としないが、硫黄酸化物から生じる酸(硫酸、亜硫酸)によってコンプレッサ等の機器が損傷し易い。従って、この技術を単独で利用して脱硫及び脱硝を行うと、装置の負担が大きいため設備の維持費の面で問題があり、又、高い除去効率での脱硫及び脱硝を達成するのも難しい。一方、脱硝方法に関して、アンモニア等の水素源を使用する還元法は、処理費用の削減が難しく、このような資源を使用せずに窒素酸化物を処理可能であることが望ましい。この点について、石灰石・石膏法による脱硫方法は、吸収剤として比較的安価な石灰石を使用するので、処理費用の点で有利な脱硫方法であり、経済的に好ましい。
排ガスの処理を普及する上で経済性は重要であり、排ガスの処理プロセス全体における経済性を高めるには、処理プロセス中で実施される処理技術の各々について経済性を高めることが重要である。又、脱硫及び脱硝処理を施した後の排ガスの主成分は二酸化炭素であり、現状では地中に貯蔵しているが、回収二酸化炭素の有効利用が実現すれば経済性は高まる。脱硫及び脱硝後の排ガスから回収される二酸化炭素は、少量のアルゴン、酸素、窒素等を含有するが、高純度の二酸化炭素を効率良く回収できれば、液化二酸化炭素等の製品としての市場への提供も可能となり、産業上有用となる。その際、経済的に有利な技術となるためには、高純度二酸化炭素の回収効率は重要である。
尚、石灰石・石膏法による脱硫方法では、吸収剤を水に分散させたスラリーを吸収液として排ガス中の硫黄酸化物を捕捉する際に、燃焼系から導入される高温の排ガスと接触すると、吸収液から水分が奪われて、微細な固形粒子が飛散して排ガスに同伴し易い。このような飛散粒子は、後続の機械装置において摩耗や故障等の障害を起こし易く、飛散粒子を排ガスから分離するためにフィルターバッグ等の濾過材を用いると、排ガスの通気抵抗が非常に大きくなって、送気を付勢するためのエネルギー及び動力装置が必要となる。従って、排ガスの処理プロセスにおいて石灰石・石膏法による脱硫方法を利用する際に、上述のような飛散粒子の問題に対処するように工夫することも重要である。
本発明の課題は、上述の問題を解決し、石灰石・石膏法による脱硫技術を利用して、経済性に優れ、高純度の二酸化炭素を効率良く回収可能な排ガスの処理システム及び処理方法を提供することである。
更に、本発明の課題は、排ガスを処理する際の機器の損傷及び障害が少なく、効率的に排ガスの脱硫及び脱硝を実施して二酸化炭素を高純度で回収することが可能であり、処理に必要なエネルギーを削減可能な排ガスの処理システム及び処理方法を提供することである。
更に、本発明の課題は、排ガスを処理する際の機器の損傷及び障害が少なく、効率的に排ガスの脱硫及び脱硝を実施して二酸化炭素を高純度で回収することが可能であり、処理に必要なエネルギーを削減可能な排ガスの処理システム及び処理方法を提供することである。
又、本発明の課題は、設置条件や設置環境が制限されず、操業費用の低減が可能で維持管理が行い易い排ガスの処理システム及び処理方法を提供することである。
上記課題を解決するために、本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、石灰石・石膏法による脱硫処理の構成を利用して高純度の二酸化炭素を効率良く回収可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。又、この際に、簡易な構成によって石灰石・石膏法における飛散粒子の問題を解消でき、加圧及び冷却による構成と組み合わせてエネルギーを効率的に使用しつつ排ガスの処理を効果的に実施することも実現している。
本発明の一態様によれば、排ガスの処理システムは、石灰石・石膏法によって排ガスから硫黄酸化物を除去する脱硫部と、前記脱硫部より後段に配置され、排ガスから窒素酸化物を除去する脱硝部と、前記脱硝部より後段に配置され、排ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収部と、前記二酸化炭素回収部から排出される回収後ガスの一部を酸素源として前記脱硫部に供給する酸素供給部とを有し、前記酸素供給部は、前記二酸化炭素回収部によって回収される回収二酸化炭素の純度及び回収率を監視するための分析器を有する監視装置と、前記監視装置によって監視される回収二酸化炭素の純度及び回収率に基づいて、前記二酸化炭素回収部から排出される回収後ガスのうち前記脱硫部に供給する回収後ガスの割合を調節する調節装置とを有することを要旨とする。
又、本発明の一態様によれば、排ガスの処理方法は、石灰石・石膏法によって排ガスから硫黄酸化物を除去する脱硫処理と、排ガスから窒素酸化物を除去する脱硝処理と、排ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収処理と、前記二酸化炭素回収処理によって排出される回収後ガスの一部を酸素源として前記脱硫処理に供給する酸素供給処理とを有し、前記酸素供給処理において、前記二酸化炭素回収処理によって回収される回収二酸化炭素の純度及び回収率を監視し、監視される回収二酸化炭素の純度及び回収率に基づいて、前記二酸化炭素回収処理から排出される回収後ガスのうち前記脱硫処理に供給する回収後ガスの割合を調節することを要旨とする。
前記調節装置は、前記監視装置によって監視される回収二酸化炭素の純度及び二酸化炭素の回収率を目標純度及び目標回収率と比較し、監視される回収二酸化炭素の純度が目標純度より低い場合に前記脱硫部に供給する回収後ガスの割合を減少させる調節、及び、監視される回収二酸化炭素の回収率が目標回収率より低い場合に前記脱硫部に供給する回収後ガスの割合を増加させる調節のうちの少なくとも一方の調節を実行するように設定可能である。
又、前記監視装置は、更に、前記脱硫部から排出される排ガスの二酸化硫黄濃度を監視するための分析器を有し、前記調節装置は、前記監視装置によって監視される排ガスの二酸化硫黄濃度を目標二酸化硫黄濃度と比較し、監視される排ガスの二酸化硫黄濃度が目標二酸化硫黄濃度より高い場合に前記脱硫部に供給する回収後ガスの割合を増加させる調節を実行するように構成できる。
更に、本発明の他の態様によれば、排ガスの処理システムは、石灰石・石膏法によって排ガスから硫黄酸化物を除去する脱硫部と、前記脱硫部より後段に配置され、排ガスから窒素酸化物を除去する脱硝部と、前記脱硝部より後段に配置され、排ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収部と、前記二酸化炭素回収部から排出される回収後ガスの一部を酸素源として前記脱硫部に供給する酸素供給部とを有し、前記酸素供給部は、前記二酸化炭素回収部から排出される回収後ガスから二酸化炭素を分離するための分離装置と、前記分離装置によって分離された二酸化炭素を前記脱硝部に供給する二酸化炭素供給部とを有し、前記酸素供給部は、前記分離装置によって二酸化炭素が分離された回収後ガスの一部を前記脱硫部に供給することを要旨とする。
更に、本発明の他の態様によれば、排ガスの処理システムは、石灰石・石膏法によって排ガスから硫黄酸化物を除去する脱硫部と、前記脱硫部より後段に配置され、排ガスから窒素酸化物を除去する脱硝部と、前記脱硝部より後段に配置され、排ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収部と、前記二酸化炭素回収部から排出される回収後ガスの一部を酸素源として前記脱硫部に供給する酸素供給部とを有し、前記酸素供給部は、前記二酸化炭素回収部から排出される回収後ガスから二酸化炭素を分離するための分離装置と、前記分離装置によって分離された二酸化炭素を前記脱硝部に供給する二酸化炭素供給部とを有し、前記酸素供給部は、前記分離装置によって二酸化炭素が分離された回収後ガスの一部を前記脱硫部に供給することを要旨とする。
上記構成において、前記脱硫部は、カルシウム化合物を含有する吸収液を用いて前記排ガスから硫黄酸化物を除去する脱硫装置と、前記脱硫装置から排出される排ガスを洗浄水を用いて洗浄して前記排ガスに含まれるカルシウム含有粒子を除去する洗浄装置とを有し、前記酸素供給部は、前記回収後ガスの一部を前記脱硫装置の吸収液に供給することができ、これにより、脱硫装置における飛散粒子の問題が解消される。
更に、本発明の他の態様によれば、排ガスの処理システムは、石灰石・石膏法によって排ガスから硫黄酸化物を除去する脱硫部と、前記脱硫部より後段に配置され、排ガスから窒素酸化物を除去する脱硝部と、前記脱硝部より後段に配置され、排ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収部と、前記二酸化炭素回収部から排出される回収後ガスの一部を酸素源として前記脱硫部に供給する酸素供給部とを有し、前記脱硝部は、酸化反応を進行させて一酸化窒素から二酸化窒素を生成する反応装置と、水性の吸収液を用いて排ガスから二酸化窒素を除去する脱硝装置とを有し、前記反応装置は、前記脱硫部から排出される排ガスを圧縮するための少なくとも1つの圧縮器を有し、前記脱硝部は、更に、前記少なくとも1つの圧縮器によって圧縮される排ガスを冷却する少なくとも1つの冷却器を有することを要旨とする。
前述の形態において、前記脱硫部は、更に、前記脱硫装置の前段に配置されて酸化反応を進行させて二酸化硫黄から三酸化硫黄を生成する第1反応部を有し、前記脱硝部は、前記脱硫部より後段に配置され、酸化反応を進行させて一酸化窒素から二酸化窒素を生成する第2反応部と、水性の吸収液を用いて排ガスから二酸化窒素を除去する脱硝装置とを有するように構成可能である。
前述の形態において、前記脱硫部は、更に、前記脱硫装置の前段に配置されて酸化反応を進行させて二酸化硫黄から三酸化硫黄を生成する第1反応部を有し、前記脱硝部は、前記脱硫部より後段に配置され、酸化反応を進行させて一酸化窒素から二酸化窒素を生成する第2反応部と、水性の吸収液を用いて排ガスから二酸化窒素を除去する脱硝装置とを有するように構成可能である。
排ガスの処理システムは、更に、排ガスから水分を除去する乾燥部と、排ガスから水銀を除去する水銀除去部とを有するように構成することができ、高純度の二酸化炭素を効率的に回収可能となる。
本発明によれば、排ガスを予め冷却する必要が無く、石灰石・石膏法による脱硫処理の構成を利用して高純度の二酸化炭素を効率良く回収することができ、回収される二酸化炭素の用途開発に有利である。又、排ガス処理における粒子飛散の問題を簡易な手法で解消できるので、排ガスの処理における操業費用の削減に貢献し、経済性が向上する。システムの設置条件等がむやみに制限されず、処理コストを増大させずに排ガスの脱硫及び脱硝を効率良く行うことができる。従って、酸素燃焼ガス等の二酸化炭素を含む排ガスの処理システムの設置及び処理方法の普及に寄与し、環境問題への対応に有用である。特殊な装備や高価な装置を必要とせず、一般的な設備を利用して簡易に実施できるので、経済的に有利である。
燃焼ガス等の排ガスの主成分は、水及び二酸化炭素であり、更に、不純物として、硫黄酸化物、窒素酸化物、塩化水素、酸素、水銀、煤塵(粒子状物質)等が少量含まれ、不活性なアルゴン及び窒素も含まれる。排ガス中に残存する酸素の量は、燃焼条件によって変化し、酸素量が5%程度であり、更に上述の不純物を少量含む点は同様である。従って、脱硫及び脱硝処理を経た後の排ガスには少量の酸素等が残存し、排ガスの二酸化炭素を精製して高純度の二酸化炭素を回収すると、回収後には、精製残として、酸素、アルゴン及び窒素の濃度が高い二酸化炭素が排出される。二酸化炭素の回収効率を高めるには、脱硫及び脱硝後の排ガスに含まれる不純物量を低下させる必要がある。特に、酸素濃度は、二酸化炭素の精製における精製効率に影響を与えるので、酸素濃度の低下は重要である。
一方、酸素は、排ガスの脱硫及び脱硝処理において利用可能な成分であり、第1には、石灰石−石膏法による脱硫処理において、排ガスの二酸化硫黄から生成する亜硫酸イオンを硫酸カルシウムとして沈積分離するための酸化源として利用できる。第2には、排ガスの脱硝方法として湿式処理の採用を可能にする上で必要な要素である。硫黄酸化物(SOx)には、二酸化硫黄、三酸化硫黄等があって、何れも水に溶解するのに対し、窒素酸化物(NOx)は、主として一酸化窒素又は二酸化窒素として存在するが、一酸化窒素は水には不溶であるので、そのままでは湿式処理を適用できない。しかし、一酸化窒素を水に溶解する二酸化窒素に酸化すれば、水を用いた湿式の脱硝処理によって除去可能である。
本発明では、石灰石−石膏法による脱硫処理を採用し、脱硫処理において排ガスの二酸化硫黄から生成する亜硫酸イオンを酸化するための酸素源として、二酸化炭素の回収後に精製残として排出される回収後ガスの一部を利用する。つまり、上述の第1の酸化源として回収後ガスに含まれる酸素を利用する。回収後ガスの主成分は二酸化炭素であるので、吸収液中の亜硫酸イオンの酸化を経た回収後ガスが再び処理プロセスを流れるように構成することによって、二酸化炭素が再度回収され、二酸化炭素の精製効率の点でも好都合である。回収後ガスの全部ではなく、一部のみを利用する理由は、脱硫及び脱硝処理後の排ガスにおいて、酸素以外の不純物であるアルゴン及び窒素の濃縮による極度の濃度上昇を回避するためである。
つまり、本発明に係る排ガスの処理システムは、石灰石・石膏法によって排ガスから硫黄酸化物を除去する脱硫部と、排ガスから窒素酸化物を除去する脱硝部と、排ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収部と、二酸化炭素回収部から排出される回収後ガスの一部を酸素源として脱硫部に供給する酸素供給部とを有し、脱硝部は脱硫部より後段に配置され、二酸化炭素回収部は脱硝部より後段に配置される。石灰石・石膏法による脱硫部は、カルシウム化合物を含有する吸収液を用いて排ガスから硫黄酸化物を除去する脱硫装置を有し、回収後ガスに含まれる酸素は、脱硫装置の吸収液に供給されて、吸収された硫黄酸化物から生じる亜硫酸イオンを硫酸カルシウムに酸化する。酸素が消費された回収後ガスの主成分は二酸化炭素であるので、二酸化炭素回収部へ供給される排ガスの二酸化炭素濃度が増加し、精製により高濃度二酸化炭素を回収する際の効率が向上する。
尚、石灰石−石膏法による脱硫処理には、高温の排ガスに接触した際に生じる飛散粒子が後続の機器に障害を引き起こす問題があるので、この問題を解決するために、飛散粒子を水洗によって除去する洗浄装置を介在させて排ガスの処理システムを構成する。洗浄装置は簡易な構造であり、排ガスの通気抵抗を増加させずに飛散粒子を捕集することができるので、動力の消費を抑制可能である。これによって、後続の設備において飛散粒子による障害が生じるのを防止できるので、コンプレッサ等の加圧装置を後続配置して排ガスを加圧することが可能となる。排ガスに圧力を加えると、排ガス中に残存する酸素によって一酸化窒素が二酸化窒素に変換される酸化反応が進行するので、洗浄水を用いた湿式の脱硝処理が可能になる。硫黄酸化物については、酸化反応によって生じる三酸化硫黄と水蒸気とから生じる硫酸が金属を腐食してコンプレッサ等の損傷を生じ易いが、予め脱硫処理を排ガスに施すので、加圧装置を用いても硫酸による腐食を回避できる。従って、加圧による酸化反応の進行を利用した一酸化窒素の酸化と、湿式の脱硝処理とを組み合わせて、経済的に窒素酸化物を除去することが可能になり、還元法による脱硝処理を適用する場合に比べて非常に有利である。この結果、石灰石−石膏法による脱硫処理と、加圧による酸化反応と、湿式の脱硝処理とを排ガスに順次施すことによって、脱硫及び脱硝を安価且つ安全に行うことができる。又、この構成によって、回収後ガスの酸素は、上述の第2の酸化源、つまり、加圧による酸化反応の酸化源としても利用可能である。
以下に、本発明の排ガスの処理システムの実施形態を、添付の図面を参照して説明する。尚、図において、破線で表す線は電気的接続を示す。
以下に、本発明の排ガスの処理システムの実施形態を、添付の図面を参照して説明する。尚、図において、破線で表す線は電気的接続を示す。
図1は、本発明に係る排ガスの処理システムの第1の実施形態を記載する。処理システム1は、排ガスGから硫黄酸化物を除去する脱硫部2と、脱硫部2より後段に配置されて排ガスGから窒素酸化物を除去する脱硝部3と、脱硫部2及び脱硝部3より後段に配置されて排ガスGから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収部4とを有する。更に、処理システム1は、脱硝部3と二酸化炭素回収部4との間に、排ガスから水分を除去する乾燥部5と、排ガスから水銀を除去する水銀除去部6とを有する。
脱硫部2は、吸収液A1を用いて排ガスGから硫黄酸化物を除去する脱硫装置10と、脱硫装置10から排出される排ガスを洗浄水Wを用いて洗浄する洗浄装置20とによって構成される。脱硫装置10は、石灰石・石膏法による脱硫処理を行う装置であり、硫黄酸化物を吸収するためのアルカリ性の吸収剤として石灰石等のカルシウム化合物を含有する水性の分散液を、吸収液A1として使用する。脱硫装置10内には、排ガスGに吸収液A1を液滴状に散布する噴霧手段を有する。具体的には、脱硫装置10内の上部に、吸収液A1を散布するためのスプレーノズル11が設けられ、装置外部において底部と上部とを接続する循環路12が設けられる。スプレーノズル11から散布されて脱硫装置10の底部に貯留される吸収液A1は、循環路12上のポンプ13の駆動によってスプレーノズル11に還流され、吸収液A1は繰り返し散布される。スプレーノズル11より下方のガス導入部14から排ガスGが導入され、吸収液A1の散布によって、排ガスGを吸収液A1と接触させる気液接触相がスプレーノズル11とガス導入部14との間に形成される。脱硫装置10へ導入される排ガスGの窒素酸化物濃度及び二酸化硫黄濃度を測定するために、分析器S1が設けられる。排ガスGと吸収液A1との接触によって、排ガスGに含まれる硫黄酸化物は吸収液A1に吸収されてカルシウム塩を形成する。この際、二酸化硫黄は、吸収液A1中で亜硫酸イオンとして溶解するのに対し、三酸化硫黄は、吸収液A1に吸収されると石膏(硫酸カルシウム)となって分散析出する。又、排ガスGに含まれる塩化水素等の酸性ハロゲン化物も吸収液A1に吸収され、更に、煤塵を洗浄除去する効果もある。ガス導入部14の配置は、底部に貯留する吸収液A1中に排ガスGを吹き込むように変更しても良い。循環路12には水冷式の冷却器15が設けられ、脱硫装置10の吸収液A1は、循環路12を流通する間に冷却器15によって冷却されることにより、液温上昇が防止される。更に、二酸化炭素回収部4から排出される回収後ガスG’の一部を脱硫装置10底部の吸収液A1に供給するための導入部71が設けられ、回収後ガスG’を排出する配管66(詳細は後述する)から分岐する分岐管72が導入部71に接続される。ガス流量を調整するための流量調整弁73,74が配管66及び分岐管72の各々に付設され、これらの開度を調節することによって、流量調整弁73,74は、二酸化炭素回収部4から排出される回収後ガスG’のうち前記脱硫部に供給する回収後ガスG’の分配割合を調節する調節装置として機能する。回収後ガスG’に含まれる酸素は、吸収液A1中に溶解する亜硫酸イオンを硫酸イオンに酸化して、硫黄酸化物を硫酸カルシウムとして沈積させる。酸素が消費された回収後ガスG’は、主として二酸化炭素からなり、吸収液A1を浮上して、硫黄酸化物が除去された排ガスGに含まれる。
排ガスGは散布される吸収液A1によって冷却されるが、導入される排ガスGの温度が高い場合、散布される吸収液は、温度上昇により水分が気化し、吸収液に含まれる成分が細かい固体粒子(ミスト)となって飛散して排ガスGに同伴される。飛散粒子の成分は、石灰石、石膏、亜硫酸カルシウム等のカルシウム含有固体である。このような固体粒子が排ガスGに同伴されて外部に排出されるのをある程度抑制するために、スプレーノズル11の上方にミスト除去部材16が配置され、気液接触相を通過して上昇する排ガスGは、脱硫装置10から排出される前にミスト除去部材16を通過する。ミスト除去部材16は、間隙を設けて並列される複数の斜板によって水平な層状に構成される。複数の斜板は、排ガスGの通過方向(鉛直方向)に対して傾斜するので、排ガスGに含まれる固体粒子は斜板に衝突し易い。ミスト除去部材16の高さ(鉛直方向)が150〜250mm程度、斜板の間隙(通気幅)が50〜100mm程度となるように構成すると、排ガスの通気抵抗の上昇を抑制しつつ粒子を効果的に除去するのに好ましく、斜板の傾斜角度(鉛直方向に対する)が20〜45度程度であると、粒子を効率的に除去する上で好ましい。衝突した固体粒子が斜板上に堆積すると閉塞し得るので、これを洗浄するための洗浄ノズル17がミスト除去部材16の上方に設けられる。洗浄ノズル17は、排ガスGの供給及び脱硫処理を停止した状態で使用し、脱硫装置10の底部に貯留する吸収液A1の上澄みを洗浄ノズル17に供給してミスト除去部材16を洗浄する。
脱硫装置10より後段に洗浄装置20が配置され、脱硫装置10から排出される排ガスGは、配管18を通じて洗浄装置20に供給される。配管18には、排ガスGの二酸化硫黄濃度を測定する分析器S2が設けられる。洗浄装置20は、脱硫装置10のミスト除去部材16によって除去しきれない飛散粒子を排ガスGから十分に除去するために設けられ、脱硫装置10から排出される排ガスGを洗浄水Wを用いて洗浄する洗浄装置として構成され、排ガスGに含まれるカルシウム含有粒子が除去される。又、排ガスGに含まれる塩化水素や煤塵も洗浄水に取り込まれ、排ガスGは、洗浄によって冷却される。
洗浄装置20は、以下のように構成される。洗浄装置20内の上部に、洗浄水Wを散布するためのスプレーノズル21が設けられ、装置外部において底部と上部とを接続する循環路22が設けられる。洗浄水Wとしては、水が好適に用いられるが、水溶性の高いアルカリ剤の水溶液を洗浄水Wとして用いると、飛散粒子(カルシウム化合物)の捕捉能が向上し、脱硫・脱硝効果も発揮する。循環路22上にポンプ23が設けられ、この駆動によって、洗浄水Wはスプレーノズル21から散布されて洗浄装置20の底部に貯留され、循環路22を通じてスプレーノズル21に還流されて洗浄水Wの散布が繰り返される。スプレーノズル21の下方には、排ガスGと洗浄水Wとの接触を促進するために、充填材24が装填される。スプレーノズル21から洗浄水Wを散布して洗浄装置20の底部から排ガスGを導入することによって、充填材24の間隙において排ガスGと洗浄水Wとが接触して、排ガスGに含まれる飛散粒子は洗浄水Wに捕捉洗浄される。又、排ガスGに含まれる塩化水素等の酸性ハロゲン化物や残留硫黄酸化物、二酸化窒素も洗浄水Wに吸収される。循環路22上には水冷式の冷却器25が設けられ、循環路22を流通する洗浄水Wを冷却することにより、洗浄装置20内の洗浄水Wの温度上昇が防止され、適正温度に維持される。スプレーノズル21の上方にはミスト除去部材26が配置され、洗浄水Wの微細液滴等が排ガスGに同伴されて外部に排出されるのを抑制する。ミスト除去部材26は、脱硫装置10のミスト除去部材16と同様に、間隙を設けて並列される複数の斜板によって水平な層状に構成してもよいが、他の形態であってもよく、例えば、網状部材や多孔薄板等を用いて構成してもよい。ミスト除去部材26を通過した排ガスGは、洗浄装置20から配管27を通じて排出される。洗浄処理の進行に従って、洗浄水Wにはカルシウム化合物が含まれ、アルカリ剤は、吸収される酸性物質を中和することで消費される。従って、補充用の洗浄水又は高濃度のアルカリ剤水溶液を収容するタンク28が付設され、必要に応じて、使用済みの洗浄水は循環路22を介してドレインから排出され、新たな洗浄水又はアルカリ剤が、タンク28から循環路22を介して洗浄装置20へ補充される。
洗浄装置20で用いる洗浄水Wとして、pH5〜9程度に調整した略中性又は塩基性水性溶液が好適に使用される。洗浄水Wとしてアルカリ剤を含有する水溶液を用いると、脱硫装置10の脱硫機能を補足することができ、より高精度での脱硫及び酸性物質の除去が可能になる。アルカリ剤としては、例えば、水酸化ナトリウム等のようなアルカリ金属水酸化物が好ましい。尚、洗浄水WのpHを測定する分析器S3が洗浄装置20の底部に設置される。
脱硫装置10において、排ガスGから吸収される二酸化硫黄は、吸収液A1中で亜硫酸イオンとして溶解し、分岐管72から供給される回収後ガスG’に含まれる酸素によって酸化される。但し、回収後ガスG’の供給量は、脱硫部2から排出される排ガスGの状況に応じて調整される(詳細は後述する)ので、酸素の供給量が不足する場合がある。これに対処するために酸化槽30が設けられ、循環路12を流れる吸収液A1の一部が、分岐路31を通じて酸化槽30に供給され、その供給を制御する開閉弁32が分岐路31に設けられる。酸化槽30には、空気等の酸素を含むガスを導入する導入部33が設けられ、これにより、吸収液A1中の亜硫酸が硫酸に十分に酸化される。酸化槽30の吸収液は、ポンプ35の駆動により、還流路36を通じて脱硫装置10に供給される。酸素が消費された空気は、主成分が窒素であり、酸化槽30から外部へ放出される。開閉弁32は分析器S2と電気的に接続され、分析器S2からの信号情報に基づいて、配管18を流れる排ガスGの二酸化硫黄濃度が一定レベルを超えた時に開閉弁32の開度を上げて、酸化槽30へ供給する吸収液A1の流量を増加させて二酸化硫黄の酸化を促進するように調節される。酸化槽30での酸化によって生成した硫酸カルシウムは吸収液A1から析出する。従って、脱硫装置10において排ガスGから吸収される硫黄酸化物と、吸収剤から溶出するカルシウムイオンとによって形成される亜硫酸塩、硫酸塩等は、最終的に石膏(硫酸カルシウム)として吸収液A1から析出して、石膏分離機38における固液分離を経て回収される。石膏から分離した液体は脱硫装置10に適宜戻すことができ、或いは、石灰石を溶かす水として供給し、或いは、洗浄水として洗浄ノズル17に供給するように構成してもよい。酸化槽30には、吸収液を攪拌する攪拌器34が設けられ、吸収液を均一に攪拌混合することによって、吸収液中で酸化反応が均一に進行する。脱硫処理の進行に従って吸収液中の吸収剤は消費されるので、吸収剤を高含有量で分散させたスラリーを収容するタンク37が付設され、タンク37から脱硫装置10へ吸収剤が適宜補充される。脱硫装置10に供給される吸収剤は、脱硫装置10の底部に設けられる攪拌器19によって吸収液A1に均一に混合される。吸収液A1のpHを測定する分析器S4が脱硫装置10の底部に設置される。
尚、酸素が供給された吸収液から析出する石膏を酸化槽30において分離回収するように変形することも可能である。この場合、酸化槽30の攪拌を中断して吸収液の上澄み液を脱硫装置10へ還流させ、石膏を回収する。吸収液の上澄み液は、脱硫装置10のミスト除去部材16を洗浄する洗浄水として使用するのに適しているので、還流路36を分岐させて、ミスト除去部材16の上部に設置される洗浄ノズル17に接続し、酸化槽30の上澄み液の一部を洗浄ノズル17へ供給するように構成するとよい。或いは、酸化槽30の吸収液を石膏分離機38へ適宜送出して石膏を回収しても良い。
脱硫部2の後段には、排ガスGから窒素酸化物を除去する脱硝部3が配置される。脱硝部3は、酸化反応を進行させて一酸化窒素から二酸化窒素を生成する反応装置40と、水性の吸収液を用いて排ガスから二酸化窒素を除去する脱硝装置50とを有し、排ガスに含まれる窒素酸化物のうち、水に溶けない一酸化窒素を二酸化窒素に変換することによって、脱硝装置50による脱硝効率を高める。反応装置40としては、排ガスを加圧可能な手段を利用する。具体的には、脱硫部2から排出される排ガスGを圧縮するための少なくとも1つの圧縮器を用い、図1の処理システム1では、反応装置40は、第1圧縮器41及び第2圧縮器42によって構成される。脱硫部2から排出される排ガスGは、第1圧縮器41及び第2圧縮器42によって段階的に加圧され、圧縮器での加圧によって排ガスGに含まれる酸素と窒素酸化物とが作用し、これによって一酸化窒素が二酸化窒素に酸化する反応が進行する。従って、加圧された排ガスG中の一酸化窒素濃度が減少し、二酸化窒素濃度が高まる。又、排ガスGに硫黄酸化物が残留する場合、硫黄酸化物の酸化も進行し、二酸化硫黄は三酸化硫黄に酸化される。圧縮された排ガスGの温度は高温になるが、本発明の脱硝部3は、更に、圧縮される排ガスを冷却する少なくとも1つの冷却器を有し、適正な温度に排ガスGを冷却する。具体的には、第1圧縮器41及び第2圧縮器42の各々の後段に、第1冷却器43及び第2冷却器44が配置され、圧縮と冷却とが交互に繰り返される。第1冷却器43及び第2冷却器44の冷却方式は、水冷式又は他の冷媒を用いた冷却方式の何れでも良く、冷却によって生じる凝縮液を気液分離して排出するドレイン機能を有する構成であれば如何なるものでも良い。例えば、一般的な冷却器又は熱交換器と気液分離器とを接続して、第1冷却器43及び第2冷却器44として用いても良い。圧縮された排ガスGを第1冷却器43及び第2冷却器44によって冷却すると、排ガスGに含まれる水蒸気が凝縮して水分が分離し、排ガスGに含まれる水溶性成分は水分に溶解する。つまり、排ガス中の二酸化窒素は凝縮水に移行し、硫黄酸化物等が残留する場合にもこれらは凝縮水に溶解して、排ガスGの窒素酸化物及び他の水溶性不純物の濃度は低下する。従って、第1冷却器43及び第2冷却器44の冷却によって生じる凝縮水を排ガスGから分離除去することで、窒素酸化物及び他の不純物の濃度が減少した排ガスGが回収される。このように、複数の圧縮器及び前記複数の冷却器を交互に配置して、排ガスの圧縮及び冷却を交互に繰り返すことによって、酸化反応の進行及び酸化生成物の溶解/除去が繰り返され、排ガスGの窒素酸化物、硫黄酸化物及び他の水溶性不純物の濃度が段階的に減少する。排ガスGの窒素酸化物濃度を測定するための分析器S5が反応装置40の後段に設置される。
図1の処理システム1では、更に、排ガスGの温度を脱硝装置50での処理温度に適した温度に調整することを目的として、第1及び第2冷却器43,44と同様にドレイン機能を有する第3冷却器45が脱硝装置50の前段に設けられ、排ガスGは適正温度まで十分に冷却される。第3冷却器45における冷却温度は、第1及び第2冷却器43,44より低いので、より低温に冷却可能な冷却方式のものを用いると良く、冷媒を用いたヒートポンプ等を利用してもよい。
本発明の処理システム1における脱硝装置50は、湿式処理を行う装置であり、吸収液A2として、pH5〜9程度の略中性又は塩基性水性溶液を使用する。吸収液A2は、窒素酸化物(二酸化窒素)を吸収する強アルカリ性の吸収剤として、水酸化ナトリウム等のようなアルカリ金属化合物を含有し、分析器S6が検知するpHに基づいて吸収剤の量が好適に調整される。脱硝装置50は、排ガスGに吸収液A2を液滴状に散布する噴霧手段を有する。具体的には、脱硝装置50内の上部に、吸収液A2を散布するためのスプレーノズル51が設けられ、装置外部において底部と上部とを接続する循環路52が設けられる。スプレーノズル51から散布されて脱硝装置50の底部に貯留される吸収液A2は、循環路52上のポンプ53の駆動によってスプレーノズル51に還流され、吸収液A2は繰り返し散布される。スプレーノズル51の下方には充填材54が装填されて、排ガスGを吸収液A2と接触させる気液接触相が形成される。スプレーノズル51から吸収液A2を散布して脱硝装置50の底部から排ガスGを導入することによって、充填材54の間隙において排ガスGと吸収液A2とが接触して、排ガスGに含まれる二酸化窒素は吸収液A2に吸収されて硝酸塩として溶解する。又、排ガスGに含まれる塩化水素等の酸性ハロゲン化物や残留硫黄酸化物も吸収液A2に吸収される。循環路52上には水冷式の冷却器55が設けられ、循環路52を流通する吸収液A2を冷却することにより、脱硝装置50内の吸収液A2の温度上昇が防止され、適正温度に維持される。
吸収液A2に起因する微小液滴等が排ガスGに同伴されて外部に排出されるのを抑制するために、スプレーノズル51の上方にはミスト除去部材56が配置され、充填材54を通過して上昇する排ガスGは、ミスト除去部材56を通過した後に脱硝装置50から配管57を通じて排出される。ミスト除去部材56は、脱硫装置10のミスト除去部材16と同様に、間隙を設けて並列される複数の斜板によって水平な層状に構成してもよいが、他の形態であってもよく、例えば、網状部材や多孔薄板等を用いて構成してもよい。脱硝処理の進行に従って吸収液A2中の吸収剤は消費されるので、吸収剤を高濃度で含有する水溶液を収容するタンク58が付設され、タンク58内の吸収剤は、循環路52を介して脱硝装置50へ適宜補充される。脱硝装置40内の吸収液A2のpHは、底部の分析器S6によって監視される。
尚、前述の第1〜第3冷却器43〜45に関して、ドレイン機能のない冷却器も使用可能であるが、その場合、圧縮された排ガスGと共に凝縮水が脱硝装置50に導入されるので、凝縮水に溶解する酸性成分によって吸収液A2の吸収剤が消費される。
尚、前述の第1〜第3冷却器43〜45に関して、ドレイン機能のない冷却器も使用可能であるが、その場合、圧縮された排ガスGと共に凝縮水が脱硝装置50に導入されるので、凝縮水に溶解する酸性成分によって吸収液A2の吸収剤が消費される。
本発明の処理システム1は、脱硝部3の後段に、排ガスから水分を除去する乾燥部5と、排ガスから水銀を除去する水銀除去部6とを有し、配管57を通じて脱硝装置50から排出される脱硝後の排ガスGは、二酸化炭素回収部4に供給される前に、水分及び水銀が除去される。排ガスの窒素酸化物濃度を測定する分析器S7が配管57に設けられる。
乾燥部5は、湿分を吸着する乾燥剤Dを用いて構成され、排ガスGの乾燥と乾燥剤Dの再生とを交互に繰り返せるように、1対のカラム61a,61bに乾燥剤Dを装填して使用する。具体的には、配管57の末端は分岐してカラム61a,61bの各々に接続され、カラム61a,61bへの排ガスGの供給を制御する三方切替弁62aが設けられる。カラム61a,61bにおいて乾燥した排ガスGは、配管63及び三方切替弁62bを通じて水銀除去部6に供給される。更に、二酸化炭素回収部4から排出される回収後ガスG’を還流させる配管65の末端が分岐してカラム61a,61bの各々に接続され、カラム61a,61bへのガス供給を制御する三方切替弁64aが設けられる。カラム61a,61bに供給される回収後ガスG’を排出するために、配管66及び三方切替弁64bが設けられる。三方切替弁62a,62b,64a,64bの接続切り換えを制御することによって、排ガスGをカラム61a,61bの一方にのみ供給し、他方に回収後ガスG’を供給することが可能である。つまり、三方切替弁62a,62bをカラム61aに連通させて三方切替弁64a,64bをカラム61bに連通させると、配管57からカラム61aに排ガスGが供給され、二酸化炭素回収部4から還流する回収後ガスG’が配管65からカラム61bに供給され、三方切替弁を上述とは逆に連通させると、ガス供給は反対になる。乾燥剤Dは、一般的に乾燥剤として使用されるものから適宜選択して使用することができ、例えば、モレキュラーシーブ、シリカゲル等が挙げられる。
水銀除去部6は、水銀を吸着可能な素材を吸着剤としてカラムに充填することによって構成することができ、吸着剤としては、例えば、活性炭等が挙げられる。カラム61a,61bから排出される乾燥した排ガスGは、配管63を通じて水銀除去部6に供給され、吸着剤中を通過することによって、排ガスGから水銀が吸着除去される。
脱硫部2、脱硝部3、乾燥部5及び水銀除去部6を経て硫黄酸化物、窒素酸化物、水及び水銀が除去された排ガスGは、高い濃度で二酸化炭素を含み、不純物として含まれる成分は、実質的に酸素、窒素及びアルゴンとなる。この排ガスGは、ガスを冷却するための熱交換器と、低温蒸留塔とを備えた二酸化炭素回収部4に供給される。二酸化炭素は、三重点〜臨界点の温度範囲において沸騰線以上の圧力で圧縮すると液化できるが、二酸化炭素回収部4に供給される排ガスGは、脱硝部3において、二酸化炭素の液化が可能な圧力に加圧されているので、二酸化炭素回収部4の熱交換器において沸騰線温度以下に冷却されると、排ガスG中の二酸化炭素が液化する。液化二酸化炭素は、酸素等の不純物を含むので、低温蒸留塔において−30℃程度の蒸留温度で蒸留し、酸素等の不純物はガスとして液化二酸化炭素から放出される。従って、二酸化炭素回収部4から配管65を通じて排出される回収後ガスG’は、二酸化炭素回収部4へ供給される排ガスGより酸素等の不純物の割合が高い二酸化炭素ガスである。この回収後ガスG’は、カラム61a,61bへ還流されて、乾燥剤Dを乾燥するための再生用ガスとして使用される。精製された液化二酸化炭素Cは、二酸化炭素回収部4から回収される。
配管65から排出される回収後ガスG’は、乾燥剤Dを再生するために、加熱装置67により100℃程度以上に加熱される。二酸化炭素回収部4は、熱交換器に冷却用の冷媒を供給するために、ヒートポンプ(冷凍サイクル)装置を使用し、このヒートポンプ装置において放出される排熱は加熱用熱源として利用できるので、この排熱を加熱装置67で利用して配管65から排出される回収後ガスG’を加熱するように構成可能である。加熱された再生用の回収後ガスG’は、配管65を通じて乾燥部5のカラム61a,61bへ還流され、前述したように、三方切替弁62a,62b,64a,64bの制御によって、排ガスGが供給されない方のカラムに供給されて乾燥剤Dを加熱し、乾燥剤Dから水分が放出される。これにより、水蒸気を含んだ回収後ガスG’がカラム61a,61bから排出される。尚、再生によって乾燥剤Dが加熱されるので、再生された乾燥剤Dを乾燥に使用する前に冷却することが望ましい。このためには、乾燥剤Dの再生が完了した時点で、排熱による回収後ガスG’の加熱を止めて、加熱されない回収後ガスG’を供給して乾燥剤Dを冷却した後に、排ガスGの乾燥に使用するカラムを代えるように三方切替弁を切り換えると良い。
本発明においては、前述したように、二酸化炭素回収部4から排出される回収後ガスG’の一部を酸素源として脱硫部2に供給する酸素供給部として、配管66から分岐されて脱硫装置10に接続される分岐管72が設けられ、二酸化炭素回収部4から排出される回収後ガスG’のうち脱硫部2に供給される回収後ガスG’の割合は、流量調整弁73,74によって調節される。この調節を、液化二酸化炭素Cの純度及び回収率に基づいて行うために、二酸化炭素を測定可能な分析器75を用いて、二酸化炭素回収部4によって回収される液化二酸化炭素Cの純度及び回収率を監視する監視装置79がCPU等を用いて設けられ、流量調整弁73,74と電気的に接続される。回収後ガスG’は、不純物として窒素及びアルゴンを含む二酸化炭素であるので、脱硫装置10へ供給する割合が過剰であると、排ガスGに含まれるこれらの不純物量が高くなり、液化二酸化炭素Cの純度が低下し易くなる。又、液化二酸化炭素Cの回収率が低い時、脱硫装置10へ供給する回収後ガスGの分配割合を増加させると、排ガスG中の二酸化炭素が増加し、液化二酸化炭素Cの回収率を高めることができる。従って、監視装置79は、分析器75から送信される信号情報に基づいて、回収二酸化炭素の純度が目標純度より低い場合には脱硫装置10に供給する回収後ガスG’の分配割合を減少させるように、回収二酸化炭素の回収率が目標回収率より低い場合には脱硫装置10に供給する回収後ガスG’の分配割合を増加させるように、流量調整弁73,74を制御する。また、監視装置79は、二酸化硫黄を測定可能な分析器76によって脱硫部2から排出される排ガスGの二酸化硫黄濃度を監視することができ、脱硫部2から排出される排ガスGの二酸化硫黄濃度が目標二酸化硫黄濃度より高い場合は、脱硫装置10へ還流させる回収後ガスG’の分配割合を高める。これにより、排ガスGの二酸化炭素濃度が相対的に高くなり、二酸化硫黄濃度が相対的に低くなる。
上述の処理システム1の構成において、洗浄装置20は、燃焼系から導入する排ガスの流通抵抗を増大させずに、石灰石・石膏法による脱硫装置10から飛散する固体粒子を捕捉でき、後続の第1圧縮器41における摩耗、損傷等を好適に防止することができるので、システムの耐久性向上のために好適である。又、第1圧縮器41及び第2圧縮器42は、酸化反応を進行させることによって、湿式の脱硝処理の利用を可能にし、アンモニアや触媒等を使用する還元性の脱硝処理を利用する必要が無くなる。又、酸化反応を進行させる反応装置40として機能するだけでなく、二酸化炭素を液化するために必要な圧力を加える手段としても作用する。つまり、二酸化炭素を液化するのに必要な圧力を脱硝処理の構成に利用している。石灰石・石膏法による脱硫処理、及び、湿式の脱硝処理は、処理費用等の面で有利な選択肢であるので、圧縮器を利用した反応を組み込むことによってこれらの処理の組み合わせを実現した本発明の処理システムは、経済的に好ましい。
処理システム1において実施される排ガスの処理方法の一実施形態について以下に記載する。
本発明の処理方法は、石灰石・石膏法によって排ガスGから硫黄酸化物を除去する脱硫処理と、排ガスGから窒素酸化物を除去する脱硝処理と、排ガスGから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収処理と、二酸化炭素回収処理によって排出される回収後ガスG’の一部を酸素源として脱硫処理に供給する酸素供給処理とを有し、更に、脱硝処理と二酸化炭素回収処理との間に、乾燥処理及び水銀除去処理を行うことによって、二酸化炭素の液化において使用する熱交換器のアルミニウム製部品の水銀による損傷が防止され、高純度の液化二酸化炭素を効率良く回収できる。脱硫処理は、吸収液を用いて排ガスから硫黄酸化物を除去する脱硫工程と、前記脱硫工程を経た排ガスに含まれるカルシウム含有粒子を除去する洗浄工程とを有し、脱硫工程は、脱硫装置10において行われ、洗浄工程は、洗浄装置20において行われる。
本発明の処理方法は、石灰石・石膏法によって排ガスGから硫黄酸化物を除去する脱硫処理と、排ガスGから窒素酸化物を除去する脱硝処理と、排ガスGから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収処理と、二酸化炭素回収処理によって排出される回収後ガスG’の一部を酸素源として脱硫処理に供給する酸素供給処理とを有し、更に、脱硝処理と二酸化炭素回収処理との間に、乾燥処理及び水銀除去処理を行うことによって、二酸化炭素の液化において使用する熱交換器のアルミニウム製部品の水銀による損傷が防止され、高純度の液化二酸化炭素を効率良く回収できる。脱硫処理は、吸収液を用いて排ガスから硫黄酸化物を除去する脱硫工程と、前記脱硫工程を経た排ガスに含まれるカルシウム含有粒子を除去する洗浄工程とを有し、脱硫工程は、脱硫装置10において行われ、洗浄工程は、洗浄装置20において行われる。
吸収液A1として、吸収剤を含有する水性の分散液を用意して脱硫装置10に収容する。吸収剤として、石灰石(炭酸カルシウム)、生石灰(酸化カルシウム)、消石灰(水酸化カルシウム)等のカルシウム化合物が使用可能であり、費用等の点から石灰石が好適に使用される。カルシウム化合物は、水溶性が高くないので、好ましくは粉末状に粉砕して水に混合し、微細粒子が分散する分散液状に調製して吸収液A1として使用する。ポンプ13の駆動によって吸収液A1をスプレーノズル11から散布し、排ガスGをガス導入部14から導入して気液接触させることによって脱硫工程が進行する。気液接触効率の観点から、30〜120A程度の口径のスプレーノズル11を用いると、吸収液A1が好適な大きさの液滴として散布される。スプレーノズル11から散布される吸収液A1は、循環路12の冷却器15によって冷却され、液温上昇が防止される。排ガスG中の硫黄酸化物が十分に吸収液Aに吸収される滞留時間が得られるように、排ガスGの硫黄酸化物濃度に応じて排ガスGの導入速度を適宜調節する。排ガスGに含まれる硫黄酸化物は、吸収液A1に吸収されてカルシウム塩を形成する。二酸化硫黄は吸収液A1中で亜硫酸イオンとして溶解し、三酸化硫黄は硫酸カルシウム(石膏)を形成して析出するので、吸収液A1中の分散物には、石灰石及び石膏が含まれる。排ガスGに含まれる塩化水素等の酸性ハロゲン化物も吸収液A1に吸収されて溶解し、煤塵も捕捉される。
燃焼系から供給される排ガスGの温度は、概して100〜200℃程度となり、排ガスGが導入されると、脱硫装置10での気液接触後の温度は50〜100℃程度になる。このため、吸収液A1の液滴の水分が気化して、吸収液に含まれる固体成分が粒子(ミスト)となって飛散して排ガスGに同伴されるが、ミスト除去部材16を通過する間に、固体粒子は斜板に衝突し易いので、ある程度の除去は可能であり、更に、後続の洗浄装置20によって十分に除去することができる。従って、図1の処理システムにおいては、排ガスGの導入温度は、200℃程度まで許容される。
脱硫装置10で排ガスGから硫黄酸化物を吸収した吸収液A1において、二酸化硫黄から生じる亜硫酸カルシウムは溶解するが、少なくとも一部は、分岐管72から供給される回収後ガスG’に含まれる酸素によって酸化されて硫酸カルシウムとして沈積する。回収後ガスG’は、主成分が二酸化炭素であり、空気に比較べて窒素が格段に少ないので、酸素が消費された回収後ガスG’は主として二酸化炭素からなり、吸収液A1を浮上して、硫黄酸化物が除去された排ガスGに含まれる。吸収液A1の一部は、循環路12から分岐路31を通じて酸化槽30に供給され、ここで空気等の酸素を含むガスが供給される。これにより、吸収液A1中の亜硫酸が硫酸に酸化されて、石膏(硫酸カルシウム)として吸収液A1から析出するので、脱硫装置10において回収後ガスG’による酸素の供給が不足する時は、酸化槽30で十分に酸化され、排ガスG中の硫黄酸化物は、最終的に石膏として吸収液A1から析出する。酸化槽30に供給するガスは、空気等のような酸素を供給可能なものであれば良く、亜硫酸を十分に酸化可能な量を供給する。酸化槽30内での酸化を経た吸収液A1は、ポンプ35の駆動によって脱硫装置10底部に還流する。攪拌器34の攪拌速度は、吸収液中で酸化反応が均一に進行するように調整される。酸化槽30内で酸素が不足する時には、分析器S2からの信号情報に基づいて、開閉弁32の開度が制限され、酸化槽30へ供給する吸収液A1の流量が空気量(酸素量)に対して適正な量になるように調節される。脱硫処理の進行に従って吸収剤は消費されるので、吸収剤を高含有量で分散させた水性スラリーをタンク37から脱硫装置10へ適宜供給して吸収剤を補充し、攪拌器19によって均一に混合する。タンク37から供給する水性スラリーの濃度は、脱硫装置10から回収される石膏の含水量を考慮して調整するとよい。吸収液A1から析出した石膏は、石膏分離機38において分離回収する。石膏を除去した液体は、脱硫装置10で再使用し、或いは、石灰石を溶かす水として供給し、或いは、洗浄水として洗浄ノズル17へ供給すればよい。
尚、酸化槽30において石膏の沈降分離を行うように変形した場合、酸化槽30における攪拌を必要に応じて停止することによって、石膏の沈降分離を好適化できる。開閉弁32及びポンプ35を制御して、石膏の沈降分離工程、上澄み液の還流工程、石膏の排出工程、吸収液A1の取り込み工程を順次行うように断続処理してもよい。硫黄酸化物由来成分及びカルシウムの濃度が減少した上澄み液は、ミスト除去部材16の洗浄水としての使用に適しており、洗浄ノズル17へ供給するように変形することができる。ミスト除去部材の洗浄によって、石灰石及び石膏の粒子が水を吸収して落下し、脱硫装置10底部に滴下する。その間に、排ガスGから硫黄酸化物を吸収可能であるので、吸収液A1の散布と並行して洗浄を行っても良い。
脱硫工程を経て脱硫装置10から排出される排ガスGは、配管18を通じて洗浄装置20に供給されて、排ガスGを洗浄水Wを用いて洗浄する洗浄工程が実施されろ。これにより、ミスト除去部材16によって除去しきれない飛散粒子は排ガスGから十分に除去される。この際、排ガスGに含まれる煤塵や塩化水素も洗浄除去される。排ガスGの温度は、40〜80℃程度に冷却され、洗浄装置20に導入された排ガスGは40〜80℃程度に低下する。
洗浄工程では、ポンプ23の駆動によって洗浄水Wがスプレーノズル21から散布され、洗浄装置20の底部から排ガスGを導入することによって、充填材24の間隙において排ガスGと洗浄水Wとが接触して、排ガスGに含まれる飛散粒子は洗浄水Wに捕捉洗浄される。洗浄水Wとしては、水が好適に用いられるが、水溶性の高いアルカリ剤の水溶液を洗浄水Wとして用いると、飛散粒子(カルシウム化合物)の捕捉能が向上し、脱硫・脱硝効果も発揮する。アルカリ剤としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物が挙げられる。洗浄水Wは、pH7〜9程度の塩基性に調整すると好ましい。洗浄水Wの微細液滴が排ガスGに同伴するのを防止する上で、洗浄水Wの温度が40〜80℃程度に維持されると好ましい。洗浄処理の進行に従って、洗浄水Wにはカルシウム化合物が含まれ、酸性物質の吸収によってpHが低下する。洗浄水Wが酸性を示す場合には、タンク28から補充用の洗浄水を供給し、洗浄水Wの汚染又は酸性化が進んだ場合は、洗浄水をドレインから排出し、タンク28内の洗浄水Wを補充する。
洗浄工程を経て洗浄装置20から排出される排ガスGは、脱硝処理として、反応工程、冷却工程及び脱硝工程が実施される。先ず、反応工程では、脱硝部3の第1圧縮器41に供給されて1.0〜2.0MPa程度に圧縮され、圧縮熱によって温度が100〜200℃程度、概して150℃程度に上昇する。圧力増加によって、排ガスG中で酸化反応が進行して一酸化窒素から二酸化窒素が生成し、酸素含有量は減少する。脱硫部2において排ガスの硫黄酸化物はほぼ除去されているが、残留する硫黄酸化物においても酸化反応が進行し、二酸化硫黄から三酸化硫黄が生成する。又、水銀もHg2+に酸化されて水に溶解し易くなる。冷却工程では、第1圧縮器41で圧縮された排ガスGは第1冷却器43に供給されて40℃程度以下の温度に冷却され、排ガスGに含まれる水蒸気が凝縮する。水冷式の冷却では、概して40℃程度に冷却される。これにより、排ガスGに含まれる二酸化窒素、硫黄酸化物及び水銀が凝縮水に溶解するので、排ガスGに含まれるこれらの量は減少する。凝縮水は、排ガスGから分離してドレインによって排出される。排ガスGは、更に、第2圧縮器42に供給されて反応工程が繰り返される。この際、二酸化炭素の液化が可能な圧力で圧縮される。具体的には、2.0〜4.0MPa程度に圧縮され、温度は100〜200℃程度に再度上昇する。圧力増加によって、酸化反応が再度進行して残留する一酸化窒素から二酸化窒素が生成し、酸素含有量は更に減少する。残留する硫黄酸化物においても酸化反応が進行し、二酸化硫黄から三酸化硫黄が生成する。水銀の酸化も同様に進行する。第2圧縮器42で圧縮された排ガスGは、再度、冷却工程として、第2冷却器44において40℃程度以下の温度に冷却され、排ガスGに含まれる水蒸気が凝縮する。水冷式の冷却では概して40℃程度に冷却される。排ガスGに含まれる二酸化窒素、硫黄酸化物及び水銀が凝縮水に溶解し、排ガスGに含まれるこれらの量は更に減少する。凝縮水は、排ガスGから分離してドレインによって排出される。第2冷却器44によって冷却された排ガスGは、更に、第3冷却器45によって冷却して、脱硝装置50での処理温度に適した0〜10℃程度の温度に調整する。凝縮水は、同様にドレインによって排出される。この結果、冷却器において生じる凝縮水が溶解する分の不純物(二酸化窒素、硫黄酸化物、Hg2+)が、排ガスGから除去される。
第3冷却器45を経た排ガスGは、脱硝装置50へ供給され、脱硝工程が実施される。つまり、排ガスGが充填材54間を上昇する間に、ポンプ53の駆動によってスプレーノズル51から散布される吸収液A2と気液接触し、排ガスGに含まれる二酸化窒素は吸収液A2に吸収されて硝酸塩として溶解する。排ガスGに含まれる塩化水素等の酸性ハロゲン化物や残留硫黄酸化物も吸収液A2に吸収される。吸収液A2として、窒素酸化物を吸収するための吸収剤を含有する略中性又は塩基性の水性液が使用され、pHを5〜9程度に調整して吸収液A2として用いる。吸収剤は、アルカリ金属化合物、好ましくは、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のような強塩基性であるアルカリ金属水酸化物が用いられ、吸収剤を水に溶解した水溶液を調製して用いると好ましい。冷却器55は、散布される吸収液A2の温度上昇を防止する。脱硝処理の進行に従って消費される吸収剤を補うために、タンク58から吸収剤を適宜供給する。
脱硝装置50から排出される排ガスGは、乾燥部5において乾燥処理が施される。つまり、排ガスGは、カラム61a,61bの一方に供給されて乾燥剤Dによって水分が除去され、この間に、他方のカラムにおいては二酸化炭素回収部4から供給される再生用ガスによって乾燥剤Dの再生が行われる。カラムに収容される乾燥剤Dの吸湿能に基づいて排ガスGの処理能力を予め設定することができるので、排ガスGの供給量が処理可能な最大量に達する前に、三方切替弁62a〜62bを切り換えて排ガスGを供給するカラムを変更し、同時に三方切替弁64a〜64bを切り換えて乾燥剤Dの再生を行うカラムも変更する。この切換を、一定の処理時間毎に行うようにしてもよい。乾燥剤Dは、一般的に乾燥剤として使用されるものから適宜選択して使用することができ、例えば、モレキュラーシーブ、シリカゲル、アルミナ、ゼオライト等の物理的又は化学的に湿分を吸収又は吸着可能なものが挙げられる。脱硝装置50内における温度(7℃程度)で排ガスGをカラム61a,61bに供給し、この温度が乾燥処理における温度となる。吸湿した乾燥剤Dの再生処理は、水分を除去するために100℃程度以上の温度にすることが望ましい。二酸化炭素回収部4から供給される再生用の回収後ガスG’は、酸素、窒素、アルゴンの濃度が高い、乾燥した二酸化炭素であるので、再生に適した温度、好ましくは100℃程度以上に加熱されてカラムに供給され、乾燥剤Dから水分を放出させて再生する。
カラム61a,61bから排出される乾燥した排ガスGは、水銀除去部6に供給され、吸着剤によって水銀が吸着除去される。水銀除去部6の吸着剤としては、例えば、活性炭、ヨウ化カリウムを担持した活性炭、イオン交換樹脂等が挙げられる。水銀除去部6から排出される排ガスGは、硫黄酸化物、窒素酸化物、水及び水銀が除去されているので、非常に高い濃度で二酸化炭素を含み、不純物として含まれる成分は、実質的に酸素、窒素及びアルゴンとなる。
脱硝部3、乾燥部5及び水銀除去部6における排ガスGの温度は、実質的に脱硝装置50における温度に依存し、排ガスGの圧力は、第2圧縮器42における圧縮度に依存する。第2圧縮器42における圧縮においては、前述したように、二酸化炭素の液化が可能な圧力、つまり、2.0〜4.0MPa程度に加圧圧縮され、この圧力が維持された排ガスGが二酸化炭素回収部4に供給される。従って、この排ガスGが、二酸化炭素回収部4の熱交換器において、沸騰線温度以下、好ましくは−20〜−50℃程度に冷却されると、排ガスG中の二酸化炭素が液化する。液化された二酸化炭素は、低温蒸留塔において−20〜−50℃程度の温度で蒸留され、酸素、窒素、アルゴン等の不純物が液化二酸化炭素から除去される。これらの不純物の割合が増加した二酸化炭素ガスが低温蒸留塔から放出されるので、この回収後ガスG’を100℃以上、好ましくは100〜200℃程度に加熱した後に、配管65からカラム61a,61bの乾燥剤Dに還流して再生用ガスとして使用する。再生用ガスの加熱には、二酸化炭素回収部4の熱交換器に冷媒を供給するヒートポンプ(冷凍サイクル)装置の排熱が利用可能である。加熱により乾燥剤Dを再生することによって水蒸気を含んだ回収後ガスG’がカラム61a,61bから排出される。精製された液化二酸化炭素Cは、概して95〜99%程度の純度で二酸化炭素回収部4から回収される。
二酸化炭素回収部4から排出される回収後ガスG’は、不純物(酸素、窒素、アルゴン)を数十%程度含む二酸化炭素であり、乾燥部5で乾燥剤Dの再生に使用された後に、その一部が酸素源として分岐管72から脱硫装置10に供給される。脱硫部2に供給される回収後ガスG’の割合は、流量調整弁73,74によって調節される。この調節のために、監視装置79において、予め、液化二酸化炭素Cの目標回収率及び目標純度を設定しておき、分析器75によって監視される液化二酸化炭素Cの純度及び回収率を、各々、目標回収率及び目標純度と比較し、回収二酸化炭素の純度が目標純度より低い時には、脱硫装置10に供給する回収後ガスG’の割合を減少させるように、又、回収二酸化炭素の回収率が目標回収率より低い時には、脱硫装置10に供給する回収後ガスG’の割合を増加させるように、流量調整弁73,74を制御する。回収二酸化炭素の純度及び回収率の何れも目標値より低い場合は、目標値の設定が不適切であるので、目標値の少なくとも一方の設定を下げる変更が必要である。脱硫装置10へ供給する回収後ガスGの割合を増加させると、排ガスG中の二酸化炭素が増加して、液化二酸化炭素Cの回収率を高めることができ、脱硫装置10へ供給する割合を減少させると、排ガスGに含まれる不純物量(窒素、アルゴン)が低くなり、液化二酸化炭素Cの純度を高め易くなる。尚、液化二酸化炭素Cの純度及び回収率のうちの一方のみに基づいて、脱硫装置10に供給される回収後ガスG’の割合を調節するように変更することも可能である。
脱硫部2に供給される回収後ガスG’の割合Xを決定する手順の一具体例を以下に例示する。
先ず、液化二酸化炭素Cの目標純度を設定し、脱硫部2に供給される回収後ガスG’の割合Xがゼロになるように流量調整弁73のみを開放して排ガスの処理を実行し、液化二酸化炭素Cの回収率及び純度を監視する。液化二酸化炭素Cの純度が目標純度以上の値になることを確認し、目標純度に達しない場合は、目標純度以上になるように二酸化炭素回収部4の精製精度を調整する。得られた回収率より高い値を目標回収率として設定し、割合Xの変化分がΔXとなるように流量調整弁74を開放して、液化二酸化炭素Cの回収率及び純度を監視する。純度が目標純度以上である限り、回収率が目標回収率に達するまで、割合XをΔXずつ増加させるように流量調整弁73,74の調節を繰り返すことができ、純度が目標純度以下となった場合は、割合Xの増加を停止する。純度が目標純度より低くなった場合は、割合Xを減少させる。このようにして、目標純度で液化二酸化炭素Cを回収する際の回収効率を上限まで高めることができる。
先ず、液化二酸化炭素Cの目標純度を設定し、脱硫部2に供給される回収後ガスG’の割合Xがゼロになるように流量調整弁73のみを開放して排ガスの処理を実行し、液化二酸化炭素Cの回収率及び純度を監視する。液化二酸化炭素Cの純度が目標純度以上の値になることを確認し、目標純度に達しない場合は、目標純度以上になるように二酸化炭素回収部4の精製精度を調整する。得られた回収率より高い値を目標回収率として設定し、割合Xの変化分がΔXとなるように流量調整弁74を開放して、液化二酸化炭素Cの回収率及び純度を監視する。純度が目標純度以上である限り、回収率が目標回収率に達するまで、割合XをΔXずつ増加させるように流量調整弁73,74の調節を繰り返すことができ、純度が目標純度以下となった場合は、割合Xの増加を停止する。純度が目標純度より低くなった場合は、割合Xを減少させる。このようにして、目標純度で液化二酸化炭素Cを回収する際の回収効率を上限まで高めることができる。
また、監視装置79は、分析器76によって脱硫部2から排出される排ガスGの二酸化硫黄濃度を監視し、排ガスGの二酸化硫黄濃度を目標二酸化硫黄濃度と比較する。脱硫部2から排出される排ガスGの二酸化硫黄濃度が目標二酸化硫黄濃度より高い時には、脱硫装置10へ還流させる回収後ガスG’の割合Xを高めることによって、排ガスGの二酸化炭素濃度が増加し、二酸化硫黄濃度が低下する。この調節は、上述の液化二酸化炭素Cの純度及び回収率に基づく調節と同時並行で行うことができる。但し、割合Xの調節によって排ガスGの二酸化硫黄濃度を減少させることによって、液化二酸化炭素Cの純度が低下するので、両方を満足させられない場合には、脱硫効率を高めるように脱硫部2の処理条件を再検討する。
このように回収後ガスG’の一部を脱硫装置10に供給することによって、排ガスの処理に酸素が消費されて、二酸化炭素回収部4へ供給される排ガスGの酸素濃度が相対的に減少し、二酸化炭素濃度が相対的に増加する。従って、不純物量(窒素、アルゴン)が排ガスGにおいて過度に濃縮されない範囲で、液化二酸化炭素Cの純度及び回収率の向上が可能である。
処理システム1において、第1冷却器43は省略することが可能であるが、図1のように圧縮する度に冷却を行って凝縮水を除去することによって、後段の圧縮器における排ガスの水蒸気量が低下して負荷が減少する。又、処理システム1の反応装置40は、2つの圧縮器によって構成しているが、単一又は3つ以上の圧縮器で構成しても良く、反応装置40を構成する圧縮器の数を増やすことによって、二酸化炭素の液化に要する圧力まで昇圧するための圧縮量が各圧縮器に分散して、各圧縮器にかかる負荷が減少する。反応装置40を経た排ガスGの圧力が、二酸化炭素の液化が可能な圧力まで上昇しない場合には、二酸化炭素回収部4又はその前段において排ガスGを加圧するように構成を変更する。例えば、二酸化炭素回収部4の前段に圧縮器及び冷却器を付設する。
図1に示す排ガスの処理システム1は、高温の排ガスGの導入に対応するように構成した実施形態であるが、排ガスGの温度が100℃に満たない低温である場合には、その対応能力に基づいて処理効率を向上させるような変更が可能である。そのような実施形態を図2に示す。
図2に示す排ガスの処理システム1’は、図1の処理システム1と同様の構成要素を用いて各部を構成するが、第1圧縮器41の配置を変更して第1冷却器43を省略している点において異なる。つまり、処理システム1’においては、図1の反応装置40を第1反応部及び第2反応部に分割し、第1反応部を構成する第1圧縮器41’を、脱硫部2’における脱硫装置10の前段に配置し、第2反応装置は、脱硫部2’より後段の脱硝部3’において第2圧縮器42’のみによって構成される。従って、脱硫部2’及び脱硝部3’の何れにおいても、処理する前の排ガスGにおいて加圧により酸化反応が進行する。
詳細には、100℃未満を含む180℃程度以下の排ガスGが処理システム1’に供給されると、最初に、第1圧縮器41’において1.0〜2.0MPa程度に圧縮され、圧縮熱によって温度が100〜200℃程度の範囲内で上昇する。圧力増加によって、排ガスG中で酸化反応が進行して、二酸化硫黄から三酸化硫黄が生成する。又、一酸化窒素から二酸化窒素が生成し、水銀もHg2+に酸化されて水に溶解し易くなり、酸素含有量は減少する。圧縮された排ガスGの温度は、図1の処理システム1に供給される排ガスGの初期温度条件に適合するので、脱硫装置10及び洗浄装置20によって好適に脱硫処理を実施でき、脱硫装置10で吸収液A1と気液接触した後の排ガスGの温度は、図1の場合と同様に40〜80℃程度になる。つまり、脱硫装置10の吸収液散布は、図1における第1冷却器43の役割も果たしている。吸収液A1から飛散する粒子は、ミスト除去部材16を通過する間にある程度除去され、残りは脱硫装置10から排出される排ガスGに同伴されて、洗浄装置20によって十分に除去される。
脱硫装置10の吸収液A1によって吸収される成分は、図1の実施形態と比べて、二酸化硫黄が減少して三酸化硫黄が増加するので、初期の石膏の析出量が増加して、酸化槽30において二酸化硫黄の酸化に必要な酸素量が減少する。又、二酸化窒素及びHg2+が吸収液A1に吸収される量も増加する。従って、脱硫部2’の洗浄装置20から排出される排ガスGにおける一酸化窒素及び水銀の含有量は、図1の場合より減少する。
洗浄装置20から排出される排ガスGは、第2圧縮器42’に供給されて、図1の第2圧縮器42と同様に、二酸化炭素の液化が可能な圧力に圧縮され、温度は上昇する。圧力増加によって酸化反応が再度進行して、残留する一酸化窒素から二酸化窒素が生成し、酸素含有量は更に減少する。残留する硫黄酸化物においても酸化反応が進行し、二酸化硫黄から三酸化硫黄が生成する。水銀の酸化も同様に進行する。第2圧縮器42で圧縮された排ガスGは、第2冷却器44において冷却され、排ガスGに含まれる水蒸気が凝縮する。排ガスGに含まれる二酸化窒素、硫黄酸化物及び水銀が凝縮水に溶解し、排ガスGに含まれるこれらの量は更に減少する。凝縮水は、排ガスGから分離してドレインによって排出される。
第2冷却器44によって冷却された排ガスGは、この後、第3冷却器45による冷却、脱硝装置50による脱硝処理、乾燥部5による乾燥処理、水銀除去部6による水銀の吸着除去が実施されるが、これらは、図1の処理システム1と同様である。又、処理システム1’において二酸化炭素回収部4から排出される回収後ガスG’の一部を脱硫装置10へ分配供給する構成及び供給制御の操作も、図1の処理システム1と同様であるので、これらの説明は省略する。
図2の処理システム1’のように脱硫装置10の前段に圧縮器を配置すると、加圧に伴う酸化反応によって排ガスG中の酸素が消費される量が増加する。従って、二酸化炭素回収部4に供給される排ガスの酸素含有量は、図1の処理システム1の場合より減少する。又、酸化によって水に可溶化した成分(二酸化窒素、Hg2+)が水性液と接触する機会が増えるので、これらの除去効率の向上及び水銀吸着剤の使用寿命の点において有利である。尚、図2の処理システム1’において、脱硝部3’の第2反応装置を複数の圧縮器を用いて構成可能であり、これは、図1の処理システム1の脱硫装置10の前段に圧縮器を追加する形態に等しい。圧縮器の数を増加する場合には、最終の圧縮器から排出される排ガスGの圧力が、二酸化炭素の液化が可能な圧力になるように各圧縮器の圧縮率を設定すればよい。
図3に示す排ガスの処理システム7は、図1の処理システム1の構成に、更に、回収後ガスG’から二酸化炭素を分離する分離装置77と、分離された二酸化炭素を脱硝部3に供給する二酸化炭素供給部としての配管78とが追加されている。不純物濃度が比較的高い回収後ガスG’から二酸化炭素を分離することによって、回収後ガスG’の不純物濃度(酸素濃度)は更に高くなり、分離された二酸化炭素は、二酸化炭素回収部4における液化二酸化炭素Cの回収効率の向上に利用される。
具体的には、二酸化炭素回収部4から回収後ガスG’を排出する配管65に二酸化炭素を分離するための分離装置77が設けられ、分離装置77は、配管78によって配管27と接続される。二酸化炭素回収部4から排出される回収後ガスG’は、分離装置77によって二酸化炭素が分離されることによって、二酸化炭素濃度が低下して相対的に酸素濃度が増加し、この状態において、図1の処理システム1と同様に加熱装置67によって加熱されて乾燥部5における乾燥剤Dの再生に利用された後に、その一部が分岐管72から脱硫部2の脱硫装置10へ供給される。一方、分離装置77によって回収後ガスG’から分離される二酸化炭素は、配管78を通じて脱硝部3の第1圧縮器41へ供給されて排ガスGに添加される。これにより、処理プロセスの脱硝部3以降における排ガスGの二酸化炭素濃度が高まり、二酸化炭素回収部4によって回収される液化二酸化炭素Cの純度及び回収効率が向上する。
分離装置77は、化学吸収又は物理吸収を利用した吸収法、物理吸着を利用した吸着法、又は、選択透過膜を利用した膜分離法によって二酸化炭素を分離する装置であり、二酸化炭素に対して選択的に吸収性、吸着性又は透過性を示す材料が、吸収剤、吸着剤又は選択透過膜として使用される。化学吸収法や物理吸収法による分離では、例えば、モノエタノールアミン、メチルジエタノールアミン等の塩基性化合物又は溶解性媒体が吸収剤として使用される。TSA法(温度変動吸着法)等の物理吸着による分離では、例えば、NaX型ゼオライト、CaX型ゼオライト、BaX型ゼオライト等の合成ゼオライトや活性炭等が吸着剤として使用され、ゼオライトモレキュラーシーブやモレキュラーシービングカーボン等の細孔を有する分子ふるいの形態で使用することにより好適に分離が行われる。選択透過膜による膜分離法では、分子ふるい膜、促進輸送膜、分子ゲート膜等として開発された分離膜が使用され、例えば、ポリアミドアミンデンドリマー等の分離素材をPEG、PVA等の高分子と組み合わせた複合膜などが利用される。分離及び再生操作に要するエネルギー等の観点から、吸着剤を利用した分離装置が好適であり、TSA法による分離は、液化二酸化炭素を取り扱う二酸化炭素回収部4における高圧を吸着圧として利用できる。
図3の処理システム7において、上述の点以外は図1の処理システム1と同様であるので、その説明は省略する。
図3の処理システム7において、上述の点以外は図1の処理システム1と同様であるので、その説明は省略する。
本発明は、火力発電所や製鉄所、ボイラーなどの設備から排出される排ガスの処理において高純度の二酸化炭素を効率良く回収可能であり、排ガスの処理を液化二酸化炭素の提供に利用することが可能である。二酸化炭素含有ガスの処理等に利用して、その二酸化炭素放出量や環境に与える影響などの軽減に有用である。装置の耐久性を確保しつつ処理コストの削減が可能であり、システム管理を支障なく行える排ガスの処理システムを提供でき、環境保護に貢献可能である。
Claims (9)
- 石灰石・石膏法によって排ガスから硫黄酸化物を除去する脱硫部と、
前記脱硫部より後段に配置され、排ガスから窒素酸化物を除去する脱硝部と、
前記脱硝部より後段に配置され、排ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収部と、
前記二酸化炭素回収部から排出される回収後ガスの一部を酸素源として前記脱硫部に供給する酸素供給部と
を有し、
前記酸素供給部は、
前記二酸化炭素回収部によって回収される回収二酸化炭素の純度及び回収率を監視するための分析器を有する監視装置と、
前記監視装置によって監視される回収二酸化炭素の純度及び回収率に基づいて、前記二酸化炭素回収部から排出される回収後ガスのうち前記脱硫部に供給する回収後ガスの割合を調節する調節装置と
を有する排ガスの処理システム。 - 前記調節装置は、前記監視装置によって監視される回収二酸化炭素の純度及び二酸化炭素の回収率を目標純度及び目標回収率と比較し、監視される回収二酸化炭素の純度が目標純度より低い場合に前記脱硫部に供給する回収後ガスの割合を減少させる調節、及び、監視される回収二酸化炭素の回収率が目標回収率より低い場合に前記脱硫部に供給する回収後ガスの割合を増加させる調節のうちの少なくとも一方の調節を実行する請求項1に記載の排ガスの処理システム。
- 前記監視装置は、更に、前記脱硫部から排出される排ガスの二酸化硫黄濃度を監視するための分析器を有し、
前記調節装置は、前記監視装置によって監視される排ガスの二酸化硫黄濃度を目標二酸化硫黄濃度と比較し、監視される排ガスの二酸化硫黄濃度が目標二酸化硫黄濃度より高い場合に前記脱硫部に供給する回収後ガスの割合を増加させる調節を実行する請求項2に記載の排ガスの処理システム。 - 石灰石・石膏法によって排ガスから硫黄酸化物を除去する脱硫部と、
前記脱硫部より後段に配置され、排ガスから窒素酸化物を除去する脱硝部と、
前記脱硝部より後段に配置され、排ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収部と、
前記二酸化炭素回収部から排出される回収後ガスの一部を酸素源として前記脱硫部に供給する酸素供給部と
を有し、前記酸素供給部は、前記二酸化炭素回収部から排出される回収後ガスから二酸化炭素を分離するための分離装置と、前記分離装置によって分離された二酸化炭素を前記脱硝部に供給する二酸化炭素供給部とを有し、前記酸素供給部は、前記分離装置によって二酸化炭素が分離された回収後ガスの一部を前記脱硫部に供給する排ガスの処理システム。 - 前記脱硫部は、カルシウム化合物を含有する吸収液を用いて前記排ガスから硫黄酸化物を除去する脱硫装置と、前記脱硫装置から排出される排ガスを洗浄水を用いて洗浄して前記排ガスに含まれるカルシウム含有粒子を除去する洗浄装置とを有し、前記酸素供給部は、前記回収後ガスの一部を前記脱硫装置の吸収液に供給する請求項1〜4の何れか1項に記載の排ガスの処理システム。
- 石灰石・石膏法によって排ガスから硫黄酸化物を除去する脱硫部と、
前記脱硫部より後段に配置され、排ガスから窒素酸化物を除去する脱硝部と、
前記脱硝部より後段に配置され、排ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収部と、
前記二酸化炭素回収部から排出される回収後ガスの一部を酸素源として前記脱硫部に供給する酸素供給部と
を有し、
前記脱硝部は、酸化反応を進行させて一酸化窒素から二酸化窒素を生成する反応装置と、水性の吸収液を用いて排ガスから二酸化窒素を除去する脱硝装置とを有し、
前記反応装置は、前記脱硫部から排出される排ガスを圧縮するための少なくとも1つの圧縮器を有し、前記脱硝部は、更に、前記少なくとも1つの圧縮器によって圧縮される排ガスを冷却する少なくとも1つの冷却器を有する排ガスの処理システム。 - 前記脱硫部は、更に、前記脱硫装置の前段に配置されて酸化反応を進行させて二酸化硫黄から三酸化硫黄を生成する第1反応部を有し、
前記脱硝部は、前記脱硫部より後段に配置されて酸化反応を進行させて一酸化窒素から二酸化窒素を生成する第2反応部と、水性の吸収液を用いて排ガスから二酸化窒素を除去する脱硝装置とを有する請求項5に記載の排ガスの処理システム。 - 更に、排ガスから水分を除去する乾燥部と、排ガスから水銀を除去する水銀除去部とを有する請求項1〜7の何れか1項に記載の排ガスの処理システム。
- 石灰石・石膏法によって排ガスから硫黄酸化物を除去する脱硫処理と、
排ガスから窒素酸化物を除去する脱硝処理と、
排ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収処理と、
前記二酸化炭素回収処理によって排出される回収後ガスの一部を酸素源として前記脱硫処理に供給する酸素供給処理と
を有し、前記酸素供給処理において、前記二酸化炭素回収処理によって回収される回収二酸化炭素の純度及び回収率を監視し、監視される回収二酸化炭素の純度及び回収率に基づいて、前記二酸化炭素回収処理から排出される回収後ガスのうち前記脱硫処理に供給する回収後ガスの割合を調節する排ガスの処理方法。
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