JPH04126516A

JPH04126516A - 燃焼排ガス中の炭酸ガスの回収法

Info

Publication number: JPH04126516A
Application number: JP2246326A
Authority: JP
Inventors: Kohei Ninomiya; 康平二宮; Masao Kikuchi; 政夫菊地
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1990-09-18
Filing date: 1990-09-18
Publication date: 1992-04-27

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、発電所などの燃焼装置から排出する大量の
燃焼排ガスを、耐熱性ガス分離膜内蔵の第１ガス分離モ
ジュールに供給して、主として水分が減少した未透過排
ガス（ガス分離膜を透過しなかった燃焼排ガスであり炭
酸ガスがかなり残存している）を取り出し、次いで、前
記の第１ガス分離モジュールの未透過排ガスを、前記と
同様の構成の第２ガス分離モジュールへ供給して、水分
と炭酸ガスとが充分に減少した第２ガス分離モジュール
の未透過排ガスを系外へ排出すると共に、第２ガス分離
モジュールのガス分離膜の透過側から「炭酸ガス濃度の
増加した透過ガス」を回収する方法に係わるものであり
、高温の燃焼排ガス中の炭酸ガスによる環境汚染を、低
エネルギーのガス分離法を含むシステムで防止するもの
である。

［従来技術の説明〕従来、発電所などの燃焼排ガス中の炭酸ガスを除去する
方法としては、吸着剤法又は吸収液法によって主として
行われており、それらの方法は１、かなり低温に冷却さ
れた燃焼排ガスを使用しなければならいし、また、吸着
剤又は吸収液の炭酸ガスの回収率が一定期間内に著しく
低下するので、炭酸ガスが飽和状態まで吸着された吸着
剤の再生、或いは、炭酸ガスが飽和状態まで吸収された
吸収液の再生が必要であり、それらの再生に基づく種々
の問題があった。

最近、ガス分離膜に関する技術分野において、炭酸ガス
を選択的に透過するガス分離膜が種々検討され、その結
果、特定のガス分離膜が炭酸ガスのガス分離法に利用で
きることが提案されるようになった。例えば、特開昭６
１−１３３１１７号公報には、ポリイミド製のガス分離
膜を使用する炭酸ガスの分離法が提案されている。

一方、石灰焼成キルンなどの工場などから排出される排
ガスを圧縮機などで高圧に加圧してガス分離モジュール
へ供給し、該排ガス中の二酸化炭素（炭酸ガス）を、ガ
ス分離モジュール内の「ポリスルホン製、ポリアセテー
ト製、ポリイミド製などのガス分離膜」によって分離回
収する方法が最近提案されている（特開昭６３−３０５
９１５号公報）。

しかしながら、石炭、コークス、石油、重油等を使用す
る発電所などから発生する燃焼排ガスについては、その
燃焼排ガスが極めて大量であること、排ガスの温度がか
なり高温で低圧であることなどのために、ガス分離によ
る炭酸ガスの効率的な回収がかなり困難であって高コス
トを要するのである。そのためにガス分離膜を使用する
ことによって、発電所などの燃焼排ガスから炭酸ガスを
分離回収することができる経済的なプロセスは、未だに
具体的に提案されていない。従って、燃焼排ガスについ
て炭酸ガスの回収可能な実用的で効率的なガス分離法プ
ロセスが求められているのである。

〔解決しようとする問題点〕

すなわち、この発明は、耐熱性ガス分離膜内蔵のガス分
離モジュールを使用して、燃焼装置から排出する燃焼排
ガスから、炭酸ガスを回収し、燃焼排ガス中の炭酸ガス
を減少させることができるｒガス分離法による効率的な
炭酸ガス回収システムＪを提供することを目的としてい
る。

〔問題点を解決する手段〕

この発明は、燃焼排ガスを第１ガス分離モジュールへ供
給して、燃焼排ガス中の水分をガス分離膜の透過側へ選
択的に透過させて、該燃焼排ガスから主として水分を除
去し、次いで、前記の第１ガス分離モジュールの未透過
排ガスを第２ガス分離モジュールへ供給して、前記未透
過排ガス中の炭酸ガスを選択的に透過させて、水分と炭
酸ガスとが充分に減少した第２ガス分離モジュールの未
透過排ガスを系外へ排出させながら、一方、第２ガス分
離モジュールのガス分離膜の透過側から炭酸ガス濃度の
高い透過ガスを回収することを特徴とする燃焼排ガス中
の炭酸ガスの回収法に関する。

以下、この発明の炭酸ガスの回収法について、図面も参
考にしてさらに詳しく説明する。

第１図及び第３図は、この発明の炭酸ガスの回収法の例
を示すフロー図であり、第２図及び第４図は、この発明
の炭酸ガスの回収法に対する比較例を示すフロー図であ
る。

この発明の回収法において使用される燃焼排ガスは、セ
メント焼成キルン、発電所などの石炭、石油等の燃焼袋
Ｗ（発電用燃焼炉）から排出する燃焼排ガスであればよ
い。

前記の燃焼排ガスは、例えば、第１図に示すように、燃
焼装置１から排出される高温の燃焼排ガスが、熱回収装
置（空気予熱器２）に供給して、該燃焼排ガスの高熱で
、押込ブロワ−７から供給される原料空気を好ましくは
約７０〜１５０°Ｃの温度に予熱し該燃焼排ガスの熱を
回収すると共に該燃焼排ガスを低温度となし、次いで、
前記熱回収装置２から排出される燃焼排ガスを、サイク
ロン型集塵装置、電気集塵装置などの集塵装置３へ供給
して充分に除塵し、そして、必要であれば、前述のよう
にして除塵された燃焼排ガスを、ファン形式の吸引ブロ
ワ−４から排出させ湿式脱硫装置５へ供給して脱硫およ
び冷却し、約１２０℃以下の温度に冷却され脱硫された
ｒ燃焼排ガス１であればよい。

この発明の回収法において、第１ガス分離モジュールへ
供給される燃焼排ガスは、炭酸ガス、酸素、窒素、水分
を主成分として含有しており、特に、炭酸ガス及び水蒸
気が６〜２５容量％、特に８〜２０容量％程度の割合で
それぞれ含有されていればよい。

前記の燃焼排ガスは、無機質灰分、カーボンダスト（煤
）などの固形分が、排ガス中の炭酸ガスの膜分離に対し
て支障のないような含有割合以下であること、すなわち
、燃焼排ガス中の微細な固形分（塵、ダストなど）の含
有割合が、排ガスＩＮｒＴ′ｒあたり微細な固形分１０
０ｍｇ以下の割合であるか、更に、前記ダストなど微細
な固形分が排ガス中に実質的に含有されていないこと（
１ｍｇ／Ｎｒｒｒ以下）が、ガス分離膜によるガス分離
を、安定に、長時間、連続して行うことができるので好
ましい。

前記の第１ガス分離モジュールへ供給される燃焼排ガス
は、脱硝装置によって排ガス中に含有されている窒素化
合物が窒素と水とに分解されているものであってもよい
。

この発明の回収法では、まず、第１図に示すように、水
分及び炭酸ガスをかなり含有する燃焼排ガスが、押込ブ
ロワ−１０を介して（必要であればクーラー１１を経て
燃焼排ガスを冷却する）、第１ガス分離モジュール２０
（ガス分離膜の透過側が、真空ポンプ２１で、３００ｍ
ｍＨｇ以下、特に２００ｍｍＨｇ以下の圧に減圧されて
いる）へ送風され、該第１ガス分離モジュール２０にお
いて前記の燃焼排ガスから主として水分を膜透過させて
ガス分離し、水分が充分に減少された未透過排ガス（未
透過ガス中の水分の濃度が６容量％以下、特に２〜５．
５容量％程度に減少された未透過排ガス）を取り出すの
である。

燃焼排ガスは、窒素、酸素、炭酸ガスなど共に、かなり
の高い割合（例えば約６容量％以上）で水分を含有して
いるが、この発明の回収法においては、水分をかなり多
く含有する燃焼排ガスがガス分離モジュール２０へ送風
された場合に、燃焼排ガス中の水分が炭酸ガスの一部と
共に第１ガス分離モジュール２０のガス分離膜を選択的
に透過して、水分濃度が高い割合（好ましくは約２０〜
６０容量％）であるｌ透過ガス」としてガス分離膜の透
過側から排出され、一方、該ガス分離膜の供給側からは
水分濃度が６容量％未満に減少した「未透過排ガス」を
得ることができるのである。

なお、前記燃焼排ガス中の窒素、酸素等の他の気体成分
、及び、炭酸ガスの残部は、前記第１ガス分離モジュー
ルの未透過排ガス中に残存している。

また、第１ガス分離モジュール２０の透過側から排出さ
れる高い水分濃度の「透過ガス」は、クーラー２２など
で冷却し凝縮させ、トラップ２３から凝縮水として系外
へ排出することによって容易に除去されるので、真空ポ
ンプ２１の負荷を著しく低減させることが可能である。

なお、この発明の回収法では、第１ガス分離モジュール
２０が真空ポンプ２１と連結されているので、第１ガス
分離モジュールへ供給される燃焼排ガスは、２ｋｇ／ｄ
Ｇ以下の低圧（最も好ましくは１００〜６００ｍｍ水柱
で示される圧）であればよく、すなわち、第１ガス分離
モジュールへ供給する燃焼排ガスを高圧に昇圧させるた
めの圧縮機などの装置をまったく使用する必要がなく、
押込ブロワ−１０から供給される燃焼排ガスをそのまま
使用することができる。

この発明の回収法においては、第１図に示すように、前
述の第１ガス分離モジュール２０から取り出された未透
過排ガスを、第２ガス分離モジュール３０（ガス分離膜
の透過側が真空ポンプ３１よって好ましくは３００ｍｍ
Ｈｇ以下、特に好ましくは２００ｍｍＨｇ以下の圧に減
圧されている）へ直接に供給して、前記未透過排ガス中
の炭酸ガスを選択的に透過させて、水分と炭酸ガスとが
充分に減少されたｒ第２ガス分離モジュールの未透過排
ガスｊをプロワ−８経由で排ガス用煙突９から大気に放
出させながら、一方、第２ガス分離モジュール３０のガ
ス分離膜の透過側から炭酸ガス濃度が高い割合（好まし
くは約２０〜８０容量％、特に２５〜７０容量％程度の
割合）であるｒ透過ガスＪをレシーバ−タンク４０等へ
回収するのである。

なお、第１ガス分離モジュール２０のガス分離膜の透過
側から取り出され、凝縮水が除去された透過ガスは、炭
酸ガスを高い割合で含有するので、第１図に示すように
前記のレシーノ入−タンク４０へ回収してもよい。

この発明の回収法においては、第１ガス分離モジュール
２０及び第２ガス分離モジュール３０における各ガス分
離膜の透過側から回収されレシーバ−タンク４０にそれ
ぞれ受は入れられた炭酸ガス濃度の高いｒ透過ガス」は
、さらに、ブロワ−４１及びクーラー４２経出で、第３
ガス分離モジュール５０（ガス分離膜の透過側が真空ポ
ンプ５１によって２００ｍｍＨｇ以下に減圧されている
）へ供給して、その第３ガス分離モジュール５０におい
て、ガス分離膜の透過側から炭酸ガスの濃度が約５０モ
ル％以上特に５０〜９０モル％と高い濃度となったｒ透
過ガス」を取り出してレシーバ−タンク６０へ回収する
ことも可能である。その際に第３ガス分離モジュール５
０のガス分離膜の供給側から排出される「未透過ガスｊ
は、炭酸ガスと水分とが充分に除去されているので、ｒ
第２ガス分離モジュール３０の未透過排ガス１と共に、
ブロワ−８経由で排ガス用煙突９から排出することが好
ましい。

前記の各ガス分離膜は、ガス分離に使用可能な温度が２
００°Ｃ以下、特に３０〜１８０°Ｃであって、そして
、炭酸ガスの透過速度ＰＣＯ□　（３５°Ｃ）が１．０
Ｘ１０−５〜１００　Ｘ　１０−５ＮｃｔＡ／　ｃ＋ｆ
ｌ　・ｓｅｃ・ｃｍＨｇ、特に４　Ｘ　１０−５〜５０
　Ｘ　１０−５Ｎｃ＋Ｉｌ／ａｌｌ・ｓｅｃ−ｃｍＨｇ
であって、しかも、水蒸気の透過速度ｐｔｈｏ　　（３
５°Ｃ）が、ｌ　Ｘ　１０−’Ｎｃ１１１／ｃ＋ｆｌ−
ｓｅｃ−ｃｒｎＨｇ以上、特に１　ｘ　ｌ　Ｏ−”　〜
８　ｘ　１０−”Ｎｃｆｆｌ／ｃ１ｉｌ−ｓｅｃ　　−
ｃｍＨｇ程度であり、さらに、炭酸ガスの透過速度ＰＣ
Ｏ□　（３５°Ｃ）と窒素ガスの透過速度ＰＮｚ　（３
５°Ｃ）との比（ｐｃｏ□／ＰＮ、）が１５以上、特に
２０〜１００程度、さらに２５〜８０程度であるガス分
離性能を有している耐熱性高分子重合体製の非対称性平
膜、非対称性中空糸膜などであることが好ましい。

前記耐熱性高分子重合体としては、芳香族ポリイミド、
芳香族ポリアミド、ポリスルホンなどを好適に挙げるこ
とができるが、特に、芳香族ポリイミドが、ガス分離性
能、耐水性、耐熱性などにおいて好適である。

前記芳香族ポリイミドとしては、芳香族テトラカルボン
酸成分と芳香族ジアミン成分とから得られる可溶性の芳
香族ポリイミドが好ましく、特に、特開昭６１−１３３
１１７号公報に記載されているｆ２．３゜３゛、４”−
又は３．３’　、４．４’−ビフェニルテトラカルボン
酸又はその酸二無水物を主成分とする芳香族テトラカル
ボン酸成分と、ベンゼン環を２個以上有する芳香族ジア
ミン化合物を主として含有する芳香族ジアミン成分とか
ら得られる可溶性の芳香族ポリイミド１などが、優れた
ガス分離性能を有する非対称性のガス分離膜（例えば、
中空糸膜）を容易に製造することができるので好ましい
。

〔実施例〕

以下、実施例を示してこの発明をさらに詳しく説明する
。

実施例１第１図に示すような構成を概略有している「発電所の石
炭燃焼用の燃焼炉１、空気予熱器２、集塵装置（電気集
塵装置）３、吸引ブロワ−４、及び湿式脱硫装置（気液
向流接触型、吸収液：２５重量％アンモニア水溶液）５
」からなる燃焼排ガス処理装置、および、燃焼排ガス用
の押込ブロワ−１０とクーラー１１とが第１ガス分離モ
ジュール２０の供給側と接続しており、そして、その第
１ガス分離膜モジュール２０の透過側が、クーラー２２
及びトラップ２３と、真空ポンプ２１とに接続されてい
ると共に、第１ガス分離モジュール２０の未透過側（供
給側）が第２ガス分離モジュール３０と接続されており
、さらに、第２ガス分離モジュール３０の未透過側（供
給側）がブロワ−８経由で排ガス用煙突９に接続されて
いると共に、第２ガス分離モジュール３０の透過側が真
空ポンプ３１経出でレシーバ−タンク４０と接続されて
いる炭酸ガスの回収装置を使用して、発電所からの石炭
燃焼排ガス中の炭酸ガスを、膜分離法によって、回収す
る操作を行った。

前記第１及び第２ガス分離モジュールには、ビフェニル
テトラカルボン酸系の芳香族ポリイミド製のガス分離中
空糸膜〔宇部興産■製、炭酸ガスの透過速度ｐｃｏ□（
３５’Ｃ）　　：　０．９８　Ｘ　１０−’ＮｃｒＡ／
　ｃｒＡ　・ｓｅｃ　　−ｃｍＨｇ、水速過速度Ｐ）１
２０　（３５°Ｃ）：２、　ＯＸ　１０−’Ｎｃｎ（／
ｃ＋ｆｌ　・ｓｅｃ　　−ｃｍＨｇ、分離度（ＰＣＯ□
／ＰＮ２）　　：　３１．６　（３５°Ｃ））を使用し
た。

第１ガス分離モジュールのガス分離膜の有効面積は２６
４ボであり、第２ガス分離モジュールのガス分離膜の有
効面積は７８５ボであって、そして、第１及び第２ガス
分離モジュールの総膜面積が１０４９ボであった。

その操作の結果を、第１表に示す。

第１表において、第１ガス分離モジュール２０に供給さ
れた「燃焼排ガスの実際の平均流量■ｊを１００Ｎｒｒ
ｒ／ｈｒと仮定して、他の排ガスの実際の平均流量■〜
■を換算し、その値を示した。

また、上記の炭酸ガスの回収操作において、第１ガス分
離モジュールへ供給された燃焼排ガスは、硫黄化合物の
含有量が１０ｐｐｍ以下であり、微細な固形分の含有割
合が１０ｍｇ／Ｎｍ未満であった。

第１表実施例１の操作における炭酸ガスの回収率は、８０％で
あり、ガス分離膜の効率は回収された炭酸ガスＩＮｍ当
たり９　Ｂ、　６　ｒｒｆであった。

また、第１及び第２ガス分離モジュールに接続されてい
た真空ポンプの動力は２．３６％ｗであり、その真空ポ
ンプの動力効率は、回収された炭酸ガスＩＮが当たり０
．２２２Ｋｗｈであった。

比較例１第２図に示すように、第２ガス分離モジュール３０およ
び真空ポンプ３１を使用せず、第１ガス分離モジュール
を有効膜面積１０４８ｒｒｒに変えて、１段のガス分離
としたほかは、実施例１と同様にして、発電所の石炭燃
焼排ガス中の炭酸ガスの膜分離・回収を行った。

その回収操作の結果を、第２表に示す。

比較例１の回収操作における炭酸ガスの回収率は８０％
であって、ガス分離膜の効率は回収された炭酸ガスＩＮ
ｒｒｒ当たり９　Ｂ、　５　ｒｒｆであった。

また、第１及び第２ガス分離モジュールに接続されてい
た真空ポンプの動力は２．５９％ｗであり、その真空ポ
ンプの動力効率は、回収された炭酸ガスＩＮが当たり０
．２４３Ｋｗｈであった。

第２表実施例２第３図に示すように、レシーバ−タンク４０とプロワ−
４１及びクーラー４２経出で連結している第３ガス分離
モジュール５０（ガス分離膜の透過側と連結している真
空ポンプ５１）、さらに、真空ポンプ５１と連結してい
るレシーバ−タンク６０が増設されているほかは、第１
図と同様の炭酸ガスの回収装置を使用して、発電所から
の石炭燃焼排ガス中の炭酸ガスを、膜分離法によって、
回収する操作を行った。

第１ガス分離モジュールのガス分離膜の有効面積は３１
４がであり、第２ガス分離モジュールのガス分離膜の有
効面積は１２３７ｎｆであって、そして、第１ガス分離
モジュールのガス分離膜の有効面積は４２８がであって
、第１、第２及び第３ガス分離モジュールの総膜面積が
１９７９ｒｄであった。

その繰作の結果を、第３表に示す。

第３表実施例２の操作における炭酸ガスの回収率は、８０％で
あり、ガス分離膜の効率は回収された炭酸ガス１Ｎｒｒ
ｌ当たり１８６ＪＴｆであった。

また、第１、第２及び第３ガス分離モジュールにそれぞ
れ接続されていた真空ポンプの全動力は４．１９Ｋｗで
あり、その真空ポンプの動力効率は回収された炭酸ガス
ＩＮｎｆ当たり０．３９４Ｋｗｈであった。

比較例２第４図に示すように、第２ガス分離モジュール３０およ
び真空ポンプ３１を使用せず、第１ガス分離モジュール
のガス分離膜を有効膜面積１５５１ｎｆに変えたほかは
、実施例２と同様にして、発電所の石炭燃焼排ガス中の
炭酸ガスの回収操作を行った。その回収操作の結果を第
４表に示す。

比較例２の回収操作における炭酸ガスの回収率は８０％
であって、ガス分離膜の効率は回収された炭酸ガスＩＮ
ｒｒｒ当たり１８６ｒｌｆであった。

また、第１及び第３ガス分離モジュールに接続されてい
た真空ポンプの全動力は４．４１Ｋｗであり、その真空
ポンプの動力効率は、回収された炭酸ガスＩＮｒｒｆ当
たり０．４１５Ｋｗｈであった。

第４表〔本発明の作用効果〕この発明の回収法によれば、発電所の石炭などの燃焼装
置から大量に発生する燃焼排ガス中の炭酸ガスを、ガス
分離膜内蔵の第１ガス分離モジュールへ供給し、主とし
て水分を除去し、その結果得られた第１ガス分離モジュ
ールの未透過ガスをさらに第２ガス分離モジュールへ供
給して、炭酸ガスを低エネルギーで回収する方法である
。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、この発明の炭酸ガスの回収法に使
用するプロセスの例を示すフロー図であり、第２図及び
第４図は、この発明の炭酸ガスの回収法の比較例を示す
フロー図である。１：燃焼炉、２：空気予熱装置、３：集塵装置、４：吸
引ブロワ−１５：湿式脱硫装置、２０．３０及び５０：
ガス分離モジュール、２１．３１及び５１：真空ポンプ
、４０ニレシーバー、９：排ガス用煙突。特許出願人　　宇部興産株式会社手続補正書平成２年１２月工／日

Claims

【特許請求の範囲】

燃焼排ガスを第１ガス分離モジュールへ供給して、燃焼
排ガス中の水分をガス分離膜の透過側へ選択的に透過さ
せて、該燃焼排ガスから主として水分を除去し、次いで
、前記の第１ガス分離モジュールの未透過排ガスを第２
ガス分離モジュールへ供給して、前記未透過排ガス中の
炭酸ガスを選択的に透過させて、水分と炭酸ガスとが充
分に減少した第２ガス分離モジュールの未透過排ガスを
系外へ排出させながら、一方、第２ガス分離モジュール
のガス分離膜の透過側から炭酸ガス濃度の高い透過ガス
を回収することを特徴とする燃焼排ガス中の炭酸ガスの
回収法。