WO2014064894A1 - 圧縮機不純物除去システム - Google Patents

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    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/151Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions, e.g. CO2

Definitions

  • the present invention relates to a compressor impurity removal system, and more particularly to a compressor impurity removal system in which impurities contained in exhaust gas from an oxygen combustion apparatus can be removed by a simple device.
  • Patent Document 1 As an exhaust gas treatment apparatus for a coal fired boiler for oxygen combustion as described above, there is one disclosed in Patent Document 1.
  • Patent Document 1 in addition to carbon dioxide (CO 2 ), in addition to carbon dioxide (CO 2 ), nitrogen oxides (NO x ) and sulfur oxides (SO x X ), mercury (Hg), hydrogen chloride (HCl), and impurities such as dust are known to be contained, and these impurities need to be removed.
  • sulfur oxide (SO X ) dissolves in water by contact with water to become sulfuric acid (H 2 SO 4 ), and hydrogen chloride (HCl) becomes hydrochloric acid by dissolving with water.
  • sulfur oxide (SO X ) dissolves in water by contact with water to become sulfuric acid (H 2 SO 4 ), and hydrogen chloride (HCl) becomes hydrochloric acid by dissolving with water.
  • HCl hydrogen chloride
  • Such water-soluble sulfur oxides and hydrogen chloride can be separated by contacting with water.
  • nitrogen oxides (NO X ) that are the impurities
  • nitrogen dioxide (NO 2 ) is separated by contacting with water and dissolving in water to form nitric acid (HNO 3 ).
  • O 2 oxygen
  • this nitric oxide (NO) is insoluble in water. For this reason, it cannot be removed by water spray or the like.
  • Patent Document 1 a desulfurization apparatus that is called wet by a spray tower system or a packed tower system that is used in a conventional air fired boiler is provided. Removal of sulfur oxides is performed. Also, since nitrogen and nitrogen oxides derived from coal raw materials are generated in the exhaust gas from coal fired boilers that perform oxyfuel combustion, a denitration device such as a catalyst system is provided upstream of the desulfurization device to oxidize nitrogen and nitrogen. Things are being removed.
  • Patent Document 1 both a wet desulfurization apparatus such as a spray tower system or a packed tower system and a denitration apparatus using a catalyst system are provided to remove impurities in the exhaust gas.
  • a wet desulfurization apparatus such as a spray tower system or a packed tower system
  • a denitration apparatus using a catalyst system are provided to remove impurities in the exhaust gas.
  • the apparatus for removing impurities becomes very large and complicated, increasing the equipment cost.
  • the present invention provides a compressor impurity removal system capable of removing nitrogen oxide, which is an impurity contained in exhaust gas from an oxyfuel combustion device, at a low cost with a simple device. With the goal.
  • the present invention is a compressor impurity removal system for removing impurities in the exhaust gas before supplying the carbon dioxide-based exhaust gas from the oxyfuel combustion device to the carbon dioxide liquefaction device,
  • the exhaust gas from the oxycombustor is supplied to the carbon dioxide liquefier and compressed in stages to the target pressure to be liquefied, and the exhaust gas compressed by each compressor is cooled, and the moisture condensed by cooling is drained.
  • a multi-stage impurity separation device having an aftercooler adapted to be taken out as An alkaline agent supply device that supplies an alkaline agent upstream of an aftercooler in the latter-stage impurity separation device and takes out drain containing the alkaline agent from which impurities in the exhaust gas are removed from the aftercooler in the latter-stage impurity separation device;
  • the present invention relates to a compressor impurity removal system including a circulation line for supplying drain taken out from an aftercooler in a rear-stage impurity separation device to an upstream side of the after-cooler in the front-stage impurity separation device.
  • a drain tank that stores a certain amount of drain taken out from an aftercooler in an impurity separation device at a subsequent stage
  • a pH detector that measures the pH of the drain stored in the drain tank
  • the pH detection It is preferable to have a controller that outputs a supply amount signal to the alkaline agent supply device and adjusts the supply amount of the alkaline agent so that the detected pH value detected by the vessel is maintained at a preset value.
  • another drain tank that stores a certain amount of drain from the aftercooler in the impurity separation device in the previous stage, and another pH that measures the pH of the drain stored in the other drain tank
  • a supply signal for the controller by outputting a command signal to the controller so that the pH detection value detected by the other pH detector is held at a preset correction value. It is preferable to provide another controller for correcting the above.
  • the compressor impurity removal system may further include an impurity detector provided downstream of the aftercooler in the subsequent impurity separation apparatus, and the controller to which the impurity detection value of the impurity detector is input.
  • the vessel is preferably configured to issue a command to increase the supply of the alkaline agent by the alkaline agent supply device when the impurity detection value of the impurity detector exceeds a predetermined value.
  • the alkaline agent is supplied to the upstream side of the aftercooler in the rear-stage impurity separation device including the compressor and the aftercooler. Then, it is taken out together with the drain that flows out from the after cooler in the impurity separation apparatus in the latter stage, containing the alkaline agent. Since the drain taken out from the aftercooler in the rear-stage impurity separator is supplied to at least the upstream side of the aftercooler in the front-stage impurity separator, the impurities composed of sulfur oxides in the exhaust gas from the after-cooler in the front-stage impurity separator It is taken out with the drain.
  • the desulfurization apparatus and the denitration apparatus can be reduced in size or omitted, and an excellent effect can be achieved in that the equipment cost can be greatly reduced.
  • FIG. 1 is a system diagram showing an embodiment of a compressor impurity removal system 100 of the present invention provided in an oxyfuel combustion apparatus.
  • reference numeral 1 denotes an oxyfuel combustion apparatus including a coal fired boiler 1 a that oxidizes pulverized coal, and exhaust gas 2 mainly composed of carbon dioxide (CO 2 ) is discharged from the oxyfuel combustion apparatus 1.
  • the exhaust gas 2 is compressed to a predetermined target pressure before the carbon dioxide liquefaction apparatus 3.
  • a compressor impurity removal system 100 that removes impurities in the exhaust gas 2 is provided.
  • a compressor impurity removal system 100 shown in FIG. 1 includes a plurality of compressors 4a, 4b, and 4c that compress the exhaust gas 2 from the oxyfuel combustion apparatus 1 stepwise to a target pressure, and the compressors 4a, 4b, and 4c.
  • the exhaust gas 2 compressed in step 1 is cooled at each subsequent stage, and aftercoolers 5a, 5b, and 5c (coolers) that take out the moisture condensed by cooling as drains are provided in a plurality of stages (three stages in the illustrated example).
  • Separators 6a, 6b and 6c are provided.
  • a cooler provided between multistage compressors is called an intercooler. In the present invention, all the coolers are described as aftercoolers 5a, 5b, and 5c in order to simplify the description.
  • the cooling temperature by the aftercooler 5 is preferably -30 ° C.
  • the single compressor 4 cannot boost the exhaust gas 2 to the target pressure of 2.5 MPa at a stretch
  • three compressors 4 a, 4 b, 4 c are installed and 0.75 MPa, 1 Impurity separation devices 6a, 6b and 6c are configured to be compressed in three stages such as .5 MPa and 2.5 MPa.
  • the number of compressors 4a, 4b, 4c installed may be four or more, and any number can be installed.
  • the first-stage impurity separation device 6a set to the above pressure, most of the water in the exhaust gas 2 is taken out as drain, and in the middle-stage impurity separation device 6b, a small amount of drain is taken out, and the last-stage impurity is removed. A smaller amount of drain is taken out by the separation device 6c.
  • the compressor impurity removal system 100 impurities in the exhaust gas 2 are removed together with the drain, but the concentration of mercury (Hg) in carbon dioxide that has passed through the compressor impurity removal system 100 is higher than the set target value.
  • a mercury removal tower 7 is installed downstream of the compressor impurity removal system 100 to remove mercury with an adsorbent or the like (the mercury removal tower 7 is indicated by a broken line in the drawing).
  • a dryer 8 for removing moisture contained in the carbon dioxide supplied to the carbon dioxide liquefying device 3 is provided in the preceding stage of the carbon dioxide liquefying device 3.
  • an alkaline agent in which the alkaline agent 10 in the alkaline agent tank 9 is supplied by a pump 11 to the inlet (upstream side) of the aftercooler 5c in the impurity separation device 6c at the last stage.
  • a supply device 12 is provided.
  • the position where the alkali agent 10 is supplied by the alkali agent supply device 12 is most preferably the inlet of the last-stage after cooler 5c because the pressure of the last-stage impurity separation device 6c is the highest.
  • the position at which the alkaline agent 10 is supplied by the alkaline agent supply device 12 can be the inlet of the upstream aftercooler 5b close to the final impurity separation device 6c.
  • caustic soda NaOH
  • magnesium hydroxide magnesium hydroxide or the like which has good dispersibility and does not cause sticking or the like
  • limestone CaCO 3
  • quicklime CaO
  • slaked lime Ca (OH) 2
  • a drain tank 13 is provided in which a certain amount of drain taken out from the aftercooler 5c in the impurity separation device 6c at the last stage is stored.
  • the drain tank 13 is provided with a level controller 14, and the level controller 14 has an opening of a take-off valve 15 provided at the drain outlet (downstream side) of the drain tank 13 so that the detected value always maintains a constant value. To adjust.
  • the drain taken out from the take-off valve 15 of the drain tank 13 is supplied to the inlet (upstream side) of the after cooler 5a in the front-stage impurity separation device 6a via the circulation line 30.
  • the inlet of the aftercooler 5a means between the aftercooler 5a and the compressor 4a located on the upstream side of the aftercooler 5a.
  • the position where the drain of the drain tank 13 is supplied by the circulation line 30 may be the inlet (upstream side) of the rear-stage after cooler 5b close to the front-stage impurity separation device 6a.
  • the drain tank 13 is provided with a pH detector 16 for measuring the pH of the stored drain, and the pH detection value 16 a detected by the pH detector 16 is input to the controller 17. Then, the controller 17 outputs a supply amount signal 17a to the alkaline agent supply device 12 so that the pH detection value 16a detected by the pH detector 16 is held at a preset set value I. The supply amount of the alkaline agent 10 is adjusted.
  • an impurity detector 18 for detecting impurities (for example, nitrogen oxides) in the exhaust gas 2 is installed at the outlet (downstream side) from which the exhaust gas 2 is led out from the aftercooler 5c in the impurity separation device 6c at the last stage.
  • the impurity detection value 18 a of the impurity detector 18 is input to the controller 17. Then, the controller 17 increases the supply of the alkaline agent 10 by the alkaline agent supply device 12 as an emergency when, for example, the nitrogen oxide impurity detection value 18a by the impurity detector 18 exceeds a predetermined value. Control is performed to output a supply amount signal 17a (increase command).
  • the location of the impurity detector 18 is preferably the outlet of the aftercooler 5c so that the impurities in the drain can be detected quickly, but the dryer 8 (or mercury removal) from the aftercooler 5c downstream of the aftercooler 5c. It can also be installed at a position up to the tower 7).
  • the compressor 4a of 6a is preferably composed of a corrosion prevention material made of Hastelloy (registered trademark), which is a heat-resistant nickel alloy.
  • the corrosion preventing material is not limited to the heat-resistant nickel alloy, and may be composed of other metals, alloys, inorganic substances, etc. as long as they have corrosion resistance and heat resistance.
  • the compressor 4a may be a gear turbocharger type compressor having no blades in addition to the compressor having blades (blades).
  • the compressor 4a is pressurized to 0.7 MPa.
  • the exhaust gas 2 pressurized to 0.7 MPa by the compressor 4a is cooled by being supplied to the adjacent after-cooler 5a together with the drain from the drain tank 13 supplied by the circulation line 30, and a large amount from the after-cooler 5a. Drain is taken out.
  • the exhaust gas 2 cooled by the aftercooler 5a is guided to the compressor 4b in the latter (next stage) impurity separation device 6b and pressurized to 1.5 MPa, and the exhaust gas 2 pressurized to 1.5 MPa is adjacent to the exhaust gas 2
  • the cooler is cooled by the aftercooler 5b, and a small amount of drain is taken out from the aftercooler 5b as compared with the aftercooler 5a.
  • the exhaust gas 2 cooled by the after-cooler 5b is guided to the compressor 4c in the final impurity separation device 6c and pressurized to 2.5 MPa.
  • the exhaust gas 2 pressurized to 2.5 MPa by the compressor 4 c is supplied to the adjacent after cooler 5 c together with the alkaline agent 10 supplied from the alkaline agent supply device 12 and cooled.
  • the drain containing the alkaline agent 10 is taken out from the aftercooler 5 c and supplied to the drain tank 13.
  • the exhaust gas 2 introduced into the aftercooler 5c in the impurity separation device 6c at the last stage is sequentially pressurized by the compressors 4a, 4b, and 4c and is pressurized to 2.5 MPa.
  • Nitrogen oxide (NO) is converted into water-soluble nitrogen oxide (NO 2 ) by oxidization being promoted by pressurization.
  • the alkaline agent 10 is supplied to the upstream side of the aftercooler 5c in the impurity separation device 6c at the last stage, and the pH is kept high, so that the nitrogen oxide is more soluble in the drain, and thereby the nitrogen oxide is oxidized. Objects are removed with a high removal rate.
  • the drain in the drain tank 13 is passed through the circulation line 30 to the after cooler 5a in the foremost impurity separation device 6a.
  • sulfur oxides and hydrogen chloride which are water-soluble impurities in the exhaust gas 2 introduced into the aftercooler 5a
  • the unreacted alkaline agent 10 supplied to the upstream side of the aftercooler 5a by the circulation line 30. It will be effectively removed. That is, sulfur oxides and hydrogen chloride, which are water-soluble impurities, are removed at a relatively high removal rate by the drain taken out in large quantities from the front-stage impurity separation device 6a.
  • the drain containing the unreacted alkaline agent 10 is supplied to the upstream side of the aftercooler 5a in the impurity separation device 6a of the previous stage by the circulation line 30, the sulfur oxide and the hydrogen chloride The removal rate is further increased.
  • the drain containing impurities is supplied to a wastewater treatment apparatus (not shown) and processed.
  • the carbon dioxide from which impurities in the exhaust gas 2 have been removed by the compressor impurity removal system 100 is removed from the mercury by the mercury removal tower 7 as necessary, and sent to the dryer 8 to remove moisture. Then, it is supplied to the carbon dioxide liquefier 3 and liquefied by cooling.
  • FIG. 2 is a system diagram showing another embodiment of the compressor impurity removal system according to the present invention.
  • the drain from the after cooler 5a is fixed to the after cooler 5a of the impurity separation device 6a in the foremost stage.
  • Another drain tank 19 for storing the amount is provided.
  • Another drain tank 19 is provided with a level controller 20, and the level controller 20 has an extraction valve 20 provided at the outlet (downstream side) of the other drain tank 19 so that the detected value always maintains a constant value. The opening of 'is adjusted.
  • another drain tank 19 is provided with another pH detector 21 for measuring the pH of the stored drain, and the pH detection value 21a detected by the other pH detector 21 is a different controller. 22 is input. Then, another controller 22 outputs a command signal 23 to the controller 17 so that the pH detection value 21a detected by the other pH detector 21 is held at the preset correction value II. Thus, the supply amount signal 17a of the controller 17 is corrected.
  • the pH of the drain in the drain tank 13 can be set in the range of about 4-6.
  • the command signal 23 is sent from another controller 22 to the controller 17 so that the drain pH detection value 21 a of the other drain tank 19 is held at the correction setting value II.
  • the supply amount signal 17a of the controller 17 is corrected, and as a result, the concentration of the alkaline agent 10 in the drain taken out to another drain tank 19 is suitably maintained.
  • the removal rate of impurities, particularly sulfur oxides and hydrogen chloride, by the impurity separation device 6a in the foremost stage is greatly increased.
  • FIG. 3 is a system diagram showing a modification of the compressor impurity removal system according to the present invention.
  • a bypass duct 25 is provided downstream of the last impurity separation device 6 c downstream of the compressor impurity removal system 100, and a wet desulfurization / denitration device 26 is provided in the bypass duct 25.
  • switching valves 27, 28, and 29 are provided so that the desulfurization / denitration device 26 can be switched between a flow through which the exhaust gas 2 is passed and a flow through which the exhaust gas 2 is not passed.
  • the desulfurization / denitration device 26 In the configuration in which the desulfurization / denitration device 26 is provided in the bypass duct 25, impurities in the exhaust gas can be further reduced when necessary by supplying the exhaust gas 2 to the desulfurization / denitration device 26 as necessary. At this time, since the amount (volume) of the exhaust gas 2 guided to the desulfurization / denitration apparatus 26 by the compression by the compressor impurity removal system 100 is remarkably small, the desulfurization / denitration apparatus 26 is remarkably small (conventional number). Sufficient 1) can be used.
  • the alkaline agent is supplied to the upstream side of the aftercooler 5c in the rear-stage impurity separation device 6c, and the exhaust gas is discharged from the aftercooler 5c in the rear-stage impurity separation device 6c.
  • the alkaline agent supply device 12 is adapted to take out the drain containing the alkaline agent from which the impurities are removed, and the drain taken out from the after cooler 5c in the subsequent impurity separation device 6c is further removed from the after cooler 5a in the previous impurity separation device 6a. Therefore, the impurities in the exhaust gas 2 can be effectively removed at a low cost with a simple device.
  • nitrogen monoxide (NO) in the exhaust gas 2 is changed to water-soluble nitrogen oxide (NO 2 ).
  • the alkaline agent 10 is supplied to the upstream side of the aftercooler 5c that cools the exhaust gas 2, the pH of the drain is increased, so that the solubility of the nitrogen oxide to the drain is enhanced, and the nitrogen oxide is removed with a high removal rate.
  • the drain of the drain tank 13 is supplied to the upstream side of the after cooler 5a in the impurity separation device 6a in the foremost stage through the circulation line 30, the unreacted alkaline agent 10 contained in the drain is used.
  • the sulfur oxides and hydrogen chloride, which are water-soluble impurities in the exhaust gas 2 introduced into the aftercooler 5a, can be effectively removed.
  • the compressor impurity removal system 100 of the present invention impurities in the exhaust gas 2 can be effectively removed using the compressor 4 and the aftercooler 5 necessary for liquefying carbon dioxide.
  • the desulfurization apparatus and the denitration apparatus can be reduced in size or omitted, and the equipment cost can be greatly reduced.
  • the drain tank 13 for storing drain from the aftercooler 5c in the impurity separation device 6c at the last stage, and the pH for measuring the pH of the drain stored in the drain tank 13 are used.
  • a detector 16 and a controller 17 that adjusts the supply amount of the alkaline agent 10 by the alkaline agent supply device 12 based on a pH detection value 16 a detected by the pH detector 16 can be provided. Then, the supply of the alkaline agent 10 is appropriately controlled, and the impurities in the exhaust gas 2 are more effectively removed. Furthermore, since the usage-amount of the alkali agent 10 is controlled appropriately, the cost of an alkali agent is suppressed.
  • another drain tank 19 for storing a certain amount of drain from the aftercooler 5a in the impurity separation device 6a in the foremost stage, and a drain stored in the other drain tank 19
  • the controller 17 is provided with another pH detector 21 for measuring the pH of the controller 17 so that the detected pH value 21a detected by the other pH detector 21 is held at a preset correction value II.
  • Another controller 22 that outputs the command signal 23 and corrects the supply amount signal 17a of the controller 17 can be provided.
  • the concentration of the alkaline agent 10 in the drain of the drain tank 19 is maintained in a suitable state, the removal of impurities by the impurity separation device 6a in the foremost stage, particularly the removal rate of sulfur oxides and hydrogen chloride, is greatly increased. Be able to.
  • the impurity detector 18 provided on the downstream side of the aftercooler 5c in the impurity separation device 6c at the last stage, and the impurity detection value 18a of the impurity detector 18 are input.
  • the controller 17 is provided, and the controller 17 issues a command to increase the supply of the alkaline agent 10 by the alkaline agent supply device 12 when the impurity detection value 18a of the impurity detector 18 exceeds a predetermined value. Composed. Thereby, the problem that the impurity in the exhaust gas 2 which passed through the compressor impurity removal system 100 increases rapidly can be prevented.
  • compressor impurity removal system of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes can be made without departing from the scope of the present invention.
  • the compressor impurity removal system of the present invention removes impurities using an impurity separation device comprising a compressor and an aftercooler before supplying the carbon dioxide-based exhaust gas from the oxyfuel combustion device to the carbon dioxide liquefaction device. Applicable.

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Abstract

酸素燃焼装置1からの二酸化炭素主体の排ガス2を二酸化炭素液化装置3に供給して液化する目的圧力まで段階的に圧縮する複数段の圧縮機4a,4b,4cと、各圧縮機で圧縮した排ガス2を冷却し、冷却によって凝縮した水分をドレンとして取り出すようにしたアフタークーラ5a,5b,5cとを有する複数段の不純物分離装置6a,6b,6cと、後段の不純物分離装置6cにおけるアフタークーラ5cの上流側にアルカリ剤10を供給して、後段の不純物分離装置6cにおけるアフタークーラ5cから排ガス中の不純物を除去したアルカリ剤を含むドレンを取り出すようにしたアルカリ剤供給装置12と、後段の不純物分離装置6cにおけるアフタークーラ5cから取り出されるドレンを前段の不純物分離装置6aにおけるアフタークーラ5aの上流側に供給する循環ライン30を備える。

Description

圧縮機不純物除去システム
 本発明は圧縮機不純物除去システムに関し、特に酸素燃焼装置からの排ガス中に含まれる不純物を簡単な装置によって除去できるようにした圧縮機不純物除去システムに関するものである。
 近年、地球温暖化の原因の一つと言われている二酸化炭素(CO)を処理するための技術の一つとして、酸素燃焼装置が検討されており、例えば微粉炭を酸素燃焼する石炭焚ボイラが注目されている。この石炭焚ボイラでは、酸化剤として空気の代わりに酸素を使用することにより、二酸化炭素(CO)を主体とした燃焼排ガスを発生させ、この高い二酸化炭素濃度の排ガスを圧縮・冷却することにより液化二酸化炭素を得て処分することが考えられている。液化二酸化炭素を処分する方法の1つとしては、液化二酸化炭素を運搬船或いはパイプライン等の運搬手段により目的場所まで運搬した後、地中に貯蔵することが考えられている。
 上記したような酸素燃焼用石炭焚ボイラの排ガス処理装置としては特許文献1に示すものがある。
 特許文献1に示すように、石炭焚ボイラによって石炭を酸素燃焼した場合の排ガス中には、二酸化炭素(CO)以外に、石炭原料由来の窒素酸化物(NO)、硫黄酸化物(SO)、水銀(Hg)、塩化水素(HCl)、煤塵等の不純物を含むことが知られており、これらの不純物は除去する必要がある。
 上記不純物のうち、硫黄酸化物(SO)は水と接触することにより水に溶解して硫酸(HSO)となり、塩化水素(HCl)は水と溶解することにより塩酸となるため、このような水溶性を示す硫黄酸化物及び塩化水素は、水と接触させることで分離することができる。
 又、前記不純物である窒素酸化物(NO)のうち、二酸化窒素(NO)は水と接触することにより水に溶解して硝酸(HNO)となることにより分離される。しかし、石炭焚ボイラからの排ガス中には酸素(O)が少ないために、窒素は殆どが一酸化窒素(NO)の形で存在しており、この一酸化窒素(NO)は水に不溶であるために、水スプレー等を行っても除去することはできない。
 前記硫酸、塩酸及び硝酸は排ガス処理装置の機器等を腐食させる問題を有することが知られており、又、微量金属である水銀は熱交換器を構成する低温のアルミニウム部材を損傷させることが分かっている。従って、これらの排ガス中の不純物は早い段階において除去することが好ましい。又、前記不純物が排ガスに混入すると二酸化炭素の純度が低下するために、圧縮・冷却によって二酸化炭素を液化するための装置機器が大型化し、液化作業が大変になるという問題がある。従って、酸素燃焼を行う石炭焚ボイラ等のように、二酸化炭素主体の排ガスを生じさせてその二酸化炭素を処分するシステムにおいては、排ガス中の不純物を除去することが非常に重要となる。
 このため、酸素燃焼を行う石炭焚ボイラ等において、特許文献1に示すように、従来の空気焚ボイラ等で用いられているスプレー塔方式或いは充填塔方式等による湿式と言われる脱硫装置を備えて硫黄酸化物を除去することが行われている。又、酸素燃焼を行う石炭焚ボイラ等からの排ガス中には石炭原料由来の窒素及び窒素酸化物が発生するため、前記脱硫装置の上流に、触媒方式等による脱硝装置を備えて窒素及び窒素酸化物を除去することが行われている。
 上記したような湿式の脱硫装置を備えた場合には、排ガスに含まれる硫黄酸化物及び塩化水素が除去されると共に、煤塵が除去されることが知られており、更に、窒素酸化物も一部が除去されると共に、元々含有量が少ない水銀も僅かに除去されることが知られている。又、上記排ガス処理を行っても排ガス中の水銀の濃度が高い場合には、水銀除去塔を設置して吸着剤等により水銀を除去することが考えられている。
特開2010-172878号公報
 しかし、従来の排ガス処理システムにおいては、特許文献1に示すように、スプレー塔方式或いは充填塔方式等からなる湿式の脱硫装置と、触媒方式等による脱硝装置の両方を備えて排ガス中の不純物を除去しているために、不純物除去のための装置が非常に大型且つ複雑になり設備コストが増加するという問題を有していた。
 このため、排ガス中の不純物である窒素酸化物を、簡単な装置により低コストで除去できる排ガス処理システムの出現が望まれていた。
 本発明は、上記従来の問題点に鑑み、酸素燃焼装置からの排ガス中に含まれる不純物である窒素酸化物を簡単な装置により低コストで除去できるようにした圧縮機不純物除去システムを提供することを目的とする。
 本発明は、酸素燃焼装置からの二酸化炭素主体の排ガスを二酸化炭素液化装置に供給する前の排ガス中の不純物を除去する圧縮機不純物除去システムであって、
  酸素燃焼装置からの排ガスを二酸化炭素液化装置に供給して液化する目的圧力まで段階的に圧縮する複数段の圧縮機と、各圧縮機で圧縮した排ガスを冷却し、冷却によって凝縮した水分をドレンとして取り出すようにしたアフタークーラとを有する複数段の不純物分離装置と、
  後段の不純物分離装置におけるアフタークーラの上流側にアルカリ剤を供給して、後段の不純物分離装置におけるアフタークーラから排ガス中の不純物を除去したアルカリ剤を含むドレンを取り出すようにしたアルカリ剤供給装置と、
  後段の不純物分離装置におけるアフタークーラから取り出されるドレンを前段の不純物分離装置におけるアフタークーラの上流側に供給する循環ラインと
を備えた圧縮機不純物除去システムに関する。
 上記圧縮機不純物除去システムにおいて、後段の不純物分離装置におけるアフタークーラから取り出されるドレンを一定量貯留するドレンタンクと、該ドレンタンクに貯留されたドレンのpHを計測するpH検出器と、該pH検出器により検出されるpH検出値が予め設定した設定値に保持されるように前記アルカリ剤供給装置に供給量信号を出力してアルカリ剤の供給量を調節する制御器とを有することは好ましい。
 又、上記圧縮機不純物除去システムにおいて、前段の不純物分離装置におけるアフタークーラからのドレンを一定量貯留する別のドレンタンクと、該別のドレンタンクに貯留されたドレンのpHを計測する別のpH検出器を備え、該別のpH検出器により検出されるpH検出値が予め設定した補正用設定値に保持されるように、前記制御器に指令信号を出力して該制御器の供給量信号を補正する別の制御器を備えたことは好ましい。
 又、上記圧縮機不純物除去システムにおいて、後段の不純物分離装置におけるアフタークーラの下流側に備えた不純物検出器と、該不純物検出器の不純物検出値が入力される前記制御器とを備え、該制御器は、不純物検出器の不純物検出値が所定値を超えたときに前記アルカリ剤供給装置によるアルカリ剤の供給を増加する指令を出すように構成されることが好ましい。
 本発明の圧縮機不純物除去システムによれば、圧縮機とアフタークーラを備えた後段の不純物分離装置におけるアフタークーラの上流側にアルカリ剤を供給するので、排ガス中の特に窒素酸化物からなる不純物が、後段の不純物分離装置におけるアフタークーラからアルカリ剤を含んで流出するドレンと共に取り出される。後段の不純物分離装置におけるアフタークーラから取り出したドレンを少なくとも前段の不純物分離装置におけるアフタークーラの上流側に供給するので、排ガス中の硫黄酸化物からなる不純物が前段の不純物分離装置におけるアフタークーラからのドレンと共に取り出される。従って、排ガス中の不純物が、二酸化炭素の液化に必要な圧縮機とアフタークーラを用いて効果的に除去される。結果的に、脱硫装置、脱硝装置の小型化或いは省略を達成することができて設備コストの大幅な低減を図れるという優れた効果を奏し得る。
酸素燃焼装置に備えた本発明の圧縮機不純物除去システムの一実施例を示す系統図である。 本発明における圧縮機不純物除去システムの他の実施例を示す系統図である。 本発明における圧縮機不純物除去システムの一実施例の変形例を示す系統図である。
 以下、本発明の実施例を、添付図面を参照して説明する。
 図1は酸素燃焼装置に備えた本発明の圧縮機不純物除去システム100の一実施例を示す系統図である。図1中、1は微粉炭を酸素燃焼する石炭焚ボイラ1a等からなる酸素燃焼装置であり、該酸素燃焼装置1からは二酸化炭素(CO)を主体とする排ガス2が排出される。このような酸素燃焼装置1からの二酸化炭素主体の排ガス2を二酸化炭素液化装置3に供給して液化するために、二酸化炭素液化装置3の前段には、所定の目的圧力まで排ガス2を圧縮すると共に排ガス2中の不純物を除去するようにした圧縮機不純物除去システム100を設ける。
 図1に示す圧縮機不純物除去システム100は、前記酸素燃焼装置1からの排ガス2を段階的に目的圧力まで圧縮する複数段の圧縮機4a,4b,4cと、各圧縮機4a,4b,4cで圧縮した排ガス2を夫々の後段で冷却し、冷却によって凝縮した水分をドレンとして取り出すようにしたアフタークーラ5a,5b,5c(冷却機)とを有する複数段(図示例では3段)の不純物分離装置6a,6b,6cを有している。一般に、多段の圧縮機間に備えられるクーラはインタークーラと称されるが、本発明では説明を簡略化するために全てのクーラをアフタークーラ5a,5b,5cとして説明する。
 二酸化炭素を液化するために前記不純物分離装置6a,6b,6cを色々な温度・圧力条件で運転した場合について検討した結果、二酸化炭素液化装置3に供給する前に、二酸化炭素を2.5MPaまで昇圧し、-30℃まで温度を下げた場合に圧縮機とアフタークーラの合計の作動エネルギーが最も小さくなるという知見を得た。このため、2.5MPaを目的圧力とした。ここで、不純物分離装置6a,6b,6cに設定する温度・圧力は、排ガス2の組成、水分量、運搬手段(運搬船等)によって変化するため、前記目的圧力2.5MPaは目安として設定したものである。又、ここで、-40℃以下に冷却する必要がある場合には、一般的な代替フロン冷媒が使えなくなり、アンモニア冷凍機を用いる必要があるために設備が高価になる問題がある。従って、アフタークーラ5による冷却温度は-30℃とすることが好ましい。
 1台の圧縮機4では排ガス2を目的圧力である2.5MPaまで一気に昇圧することはできないため、本実施例では、3台の圧縮機4a,4b,4cを設置して0.75MPa、1.5MPa、2.5MPaのように三段階で圧縮するようにした不純物分離装置6a,6b,6cを構成している。尚、前記圧縮機4a,4b,4cの設置台数(不純物分離装置6a,6b,6cの設置数)は4台以上でもよく任意の台数を設置することができる。
 上記圧力に設定した最前段の不純物分離装置6aにおいては、排ガス2中の殆どの水分がドレンとして取り出されるようになり、中段の不純物分離装置6bにおいては少量のドレンが取り出され、最後段の不純物分離装置6cでは更に少量のドレンが取り出される。
 前記圧縮機不純物除去システム100によれば、ドレンと共に排ガス2中の不純物が除去されるが、圧縮機不純物除去システム100を経た二酸化炭素中における水銀(Hg)の濃度が設定した目標値よりも高い場合には、圧縮機不純物除去システム100の下流に水銀除去塔7を設置して吸着剤等により水銀を除去する(図面では水銀除去塔7が破線で示されている)。又、前記二酸化炭素液化装置3の前段には、二酸化炭素液化装置3に供給する二酸化炭素に含まれる水分を除去するための乾燥機8を設けている。
 図1に示す圧縮機不純物除去システム100では、最後段の不純物分離装置6cにおけるアフタークーラ5cの入口(上流側)に、アルカリ剤タンク9のアルカリ剤10をポンプ11により供給するようにしたアルカリ剤供給装置12を設けている。アルカリ剤供給装置12によりアルカリ剤10を供給する位置は、最後段の不純物分離装置6cの圧力が最も高くなることから最後段のアフタークーラ5cの入口とすることが最も好ましい。尚、アルカリ剤供給装置12によりアルカリ剤10を供給する位置は、最後段の不純物分離装置6cに近い前段のアフタークーラ5bの入口とすることができる。
 アルカリ剤10としては分散性がよく且つ固着等が生じない苛性ソーダ(NaOH)、水酸化マグネシウム等を用いることができるが、分散性が維持され且つ固着等の問題を解消できる場合には、石灰石(CaCO)、生石灰(CaO)、消石灰(Ca(OH))等を用いることができる。
 又、最後段の不純物分離装置6cにおけるアフタークーラ5cから取り出されるドレンを一定量貯留するようにしたドレンタンク13を設けている。ドレンタンク13にはレベル調節計14が設けてあり、該レベル調節計14は検出値が常に一定値を保持するようにドレンタンク13のドレン出口(下流側)に設けた取出弁15の開度を調節するようにしている。
 そして、ドレンタンク13の取出弁15から取り出されるドレンは、循環ライン30を介して、最前段の不純物分離装置6aにおけるアフタークーラ5aの入口(上流側)に供給するようにしている。ここで、アフタークーラ5aの入口とは、アフタークーラ5aと該アフタークーラ5aの上流側に位置する圧縮機4aとの間を意味する。尚、ドレンタンク13のドレンを循環ライン30により供給する位置は、最前段の不純物分離装置6aに近い後段のアフタークーラ5bの入口(上流側)とすることもできる。
 更に、前記ドレンタンク13には、貯留されたドレンのpHを計測するpH検出器16が設けてあり、該pH検出器16により検出されたpH検出値16aは制御器17に入力されている。そして、制御器17は、前記pH検出器16により検出されるpH検出値16aが予め設定した設定値Iに保持されるように、前記アルカリ剤供給装置12に供給量信号17aを出力して、アルカリ剤10の供給量を調節している。
 又、最後段の不純物分離装置6cにおけるアフタークーラ5cから排ガス2が導出される出口(下流側)には、排ガス2中の不純物(例えば、窒素酸化物)を検出する不純物検出器18が設置してあり、該不純物検出器18の不純物検出値18aが前記制御器17に入力されている。そして、前記制御器17は、前記不純物検出器18による例えば窒素酸化物の不純物検出値18aが所定値を超えたときは緊急時として、前記アルカリ剤供給装置12によるアルカリ剤10の供給を増加する供給量信号17a(増加指令)を出力する制御を行うようにしている。ここで不純物検出器18の設置場所は、ドレン中の不純物を速やかに検出し得るようにアフタークーラ5cの出口が好ましいが、アフタークーラ5cの下流側でアフタークーラ5cから乾燥機8(又は水銀除去塔7)までの位置に設置することもできる。
 又、最前段の不純物分離装置6aにおける圧縮機4aには、酸素燃焼装置1からの不純物を含んだ排ガス2が供給されることから腐食を生じることが懸念されるため、最前段の不純物分離装置6aの圧縮機4aは、耐熱性のニッケル合金であるハステロイ(登録商標)等からなる腐食防止材料により構成することが好ましい。ここで腐食防止材料は、耐熱性のニッケル合金に限定されるものではなく、耐腐食性及び耐熱性を有するならば、他の金属、合金、無機物等で構成されていてもよい。又、前記圧縮機4aは、ブレード(羽根)を有する圧縮機以外に、ブレードを有しないギヤターボチャージャ方式の圧縮機であってもよい。
 次に上記実施例の作動を説明する。
 図1の酸素燃焼装置1で酸素燃焼した二酸化炭素主体の排ガス2は、例えば0.1MPa(1気圧)の圧力で、不純物除去システム100の最前段の不純物分離装置6aにおける圧縮機4aに導かれ、該圧縮機4aにより0.7MPaに加圧される。圧縮機4aで0.7MPaに加圧された排ガス2は、循環ライン30で供給されるドレンタンク13からのドレンと共に、隣接するアフタークーラ5aに供給されて冷却され、アフタークーラ5aからは多量のドレンが取り出される。
 前記アフタークーラ5aで冷却された排ガス2は、後段(次段)の不純物分離装置6bにおける圧縮機4bに導かれて1.5MPaに加圧され、1.5MPaに加圧された排ガス2は隣接するアフタークーラ5bにより冷却され、アフタークーラ5bからは前記アフタークーラ5aに比して少ない量のドレンが取り出される。
 前記アフタークーラ5bで冷却された排ガス2は、最後段の不純物分離装置6cにおける圧縮機4cに導かれて2.5MPaに加圧される。圧縮機4cで2.5MPaに加圧された排ガス2は、アルカリ剤供給装置12から供給されるアルカリ剤10と共に、隣接するアフタークーラ5cに供給されて冷却される。アフタークーラ5cからはアルカリ剤10を含むドレンが取り出されてドレンタンク13に供給される。
 最後段の不純物分離装置6cにおける前記アフタークーラ5cに導入される排ガス2は、前記圧縮機4a,4b,4cにより順次昇圧されて2.5MPaまで加圧されるため、排ガス2中に存在する一酸化窒素(NO)は加圧により酸化が促進されることによって水溶性の窒素酸化物(NO)に変わる。更に、最後段の不純物分離装置6cにおけるアフタークーラ5cの上流側にアルカリ剤10が供給されてpHが高く保持されることにより、窒素酸化物はドレンへの溶け込み性が高まり、これによって、窒素酸化物は高い除去率で除去される。
 前記ドレンタンク13に取り出されるドレンには、未反応のアルカリ剤10が存在しているため、前記ドレンタンク13のドレンは、循環ライン30を介して、最前段の不純物分離装置6aにおけるアフタークーラ5aの上流側に供給される。すると、前記アフタークーラ5aに導入される排ガス2中の水溶性の不純物である硫黄酸化物及び塩化水素は、前記循環ライン30によってアフタークーラ5aの上流側に供給される未反応のアルカリ剤10によって効果的に除去されるようになる。即ち、水溶性の不純物である硫黄酸化物及び塩化水素は、最前段の不純物分離装置6aから大量に取り出されるドレンによって、比較的高い除去率で除去される。このとき、前記したように、未反応のアルカリ剤10を含有するドレンを、循環ライン30によって前段の不純物分離装置6aにおけるアフタークーラ5aの上流側に供給しているので、硫黄酸化物及び塩化水素の除去率は更に高められる。不純物を含むドレンは図示しない排水処理装置に供給されて処理される。
 前記したように圧縮機不純物除去システム100によって排ガス2中の不純物が除去された二酸化炭素は、必要に応じて水銀除去塔7により水銀を除去し、乾燥機8に送られて水分が除去された後、二酸化炭素液化装置3に供給され、冷却により液化される。
 図2は本発明における圧縮機不純物除去システムの他の実施例を示す系統図であり、この実施例では、最前段の不純物分離装置6aのアフタークーラ5aに、該アフタークーラ5aからのドレンを一定量貯留する別のドレンタンク19を設けている。別のドレンタンク19にはレベル調節計20が設けてあり、該レベル調節計20は検出値が常に一定値を保持するように別のドレンタンク19の出口(下流側)に設けた取出弁20'の開度を調節するようにしている。
 更に、別のドレンタンク19には、貯留されたドレンのpHを計測する別のpH検出器21が設けてあり、該別のpH検出器21により検出されたpH検出値21aは別の制御器22に入力されている。そして、別の制御器22は、別のpH検出器21により検出されるpH検出値21aが予め設定した補正用設定値IIに保持されるように、前記制御器17に指令信号23を出力して該制御器17の供給量信号17aを補正するようにしている。ここで、前記ドレンタンク13内のドレンのpHはおよそ4~6の範囲に設定することができる。
 図2の実施例によれば、別のドレンタンク19のドレンのpH検出値21aが、補正用設定値IIに保持されるように、別の制御器22から前記制御器17に指令信号23を出力して制御器17の供給量信号17aを補正するようにしたので、結果的に別のドレンタンク19に取り出されるドレンにおけるアルカリ剤10の濃度が好適に保持されることになる。これによって、最前段の不純物分離装置6aによる不純物、特に硫黄酸化物及び塩化水素の除去率が大幅に高められるようになる。
 図3は、本発明における圧縮機不純物除去システムの変形例を示す系統図である。図3の変形例では、前記圧縮機不純物除去システム100の下流である最後段の不純物分離装置6cの下流に、バイパスダクト25を設けると共に、該バイパスダクト25に湿式の脱硫・脱硝装置26を設け、更に、切替弁27,28,29を備えて前記脱硫・脱硝装置26に排ガス2を通す流れと通さない流れとに切り替えられるようにしている。
 前記バイパスダクト25に前記脱硫・脱硝装置26備えた構成では、必要に応じて排ガス2を前記脱硫・脱硝装置26に供給することによって、必要な時に排ガス中の不純物を更に低減することができる。このとき、前記圧縮機不純物除去システム100による圧縮によって前記脱硫・脱硝装置26に導かれる排ガス2の量(容積)は著しく小さくなっているため、前記脱硫・脱硝装置26は著しく小型(従来の数十分の1)のものを用いることができる。
 上記したように、本発明の圧縮機不純物除去システム100では、後段の不純物分離装置6cにおけるアフタークーラ5cの上流側にアルカリ剤を供給して、後段の不純物分離装置6cにおけるアフタークーラ5cから排ガス中の不純物を除去したアルカリ剤を含むドレンを取り出すようにしたアルカリ剤供給装置12を備え、更に、後段の不純物分離装置6cにおけるアフタークーラ5cから取り出されるドレンを前段の不純物分離装置6aにおけるアフタークーラ5aの上流側に供給する循環ライン30を備えたので、排ガス2中の不純物を、簡単な装置により低コストで効果的に除去することができる。
 即ち、最も高圧となっている最後段の不純物分離装置6cでは排ガス2中の一酸化窒素(NO)は水溶性の窒素酸化物(NO)に変化しているため、窒素酸化物を含む高圧の排ガス2を冷却するアフタークーラ5cの上流側にアルカリ剤10を供給すると、ドレンのpHが高まることによって、ドレンに対する窒素酸化物の溶け込み性が高められ、窒素酸化物は高い除去率で除去される。
 又、前記ドレンタンク13のドレンを、循環ライン30により最前段の不純物分離装置6aにおけるアフタークーラ5aの上流側に供給するようにしたので、ドレンに含まれる未反応のアルカリ剤10を利用して、前記アフタークーラ5aに導入される排ガス2中の水溶性の不純物である硫黄酸化物及び塩化水素を効果的に除去することができる。
 上記したように、本発明の圧縮機不純物除去システム100によれば、二酸化炭素の液化に必要な圧縮機4とアフタークーラ5を用いて、排ガス2中の不純物を効果的に除去することができ、結果的に脱硫装置、脱硝装置の小型化或いは省略化を達成して設備コストを大幅に低減することができる。
 又、本発明の圧縮機不純物除去システム100において、最後段の不純物分離装置6cにおけるアフタークーラ5cからのドレンを貯留するドレンタンク13と、該ドレンタンク13に貯留されたドレンのpHを計測するpH検出器16と、該pH検出器16により検出されるpH検出値16aに基づいて前記アルカリ剤供給装置12によるアルカリ剤10の供給量を調節する制御器17を備えることができる。すると、アルカリ剤10の供給が適切に制御されて排ガス2中の不純物が一層効果的に除去される。更に、アルカリ剤10の使用量が適切に制御されるので、アルカリ剤のコストが抑制される。
 又、本発明の圧縮機不純物除去システム100において、最前段の不純物分離装置6aにおけるアフタークーラ5aからのドレンを一定量貯留する別のドレンタンク19と、該別のドレンタンク19に貯留されたドレンのpHを計測する別のpH検出器21を備え、該別のpH検出器21により検出されるpH検出値21aが予め設定した補正用設定値IIに保持されるように、前記制御器17に指令信号23を出力して制御器17の供給量信号17aを補正する別の制御器22を備えことができる。すると、前記ドレンタンク19のドレンにおけるアルカリ剤10の濃度が好適な状態に保持されるため、最前段の不純物分離装置6aによる不純物の除去、特に硫黄酸化物及び塩化水素の除去率が大幅に高められるようになる。
 又、本発明の圧縮機不純物除去システム100において、最後段の不純物分離装置6cにおけるアフタークーラ5cの下流側に備えた不純物検出器18と、該不純物検出器18の不純物検出値18aが入力される前記制御器17を備え、該制御器17は、不純物検出器18の不純物検出値18aが所定値を超えたときに前記アルカリ剤供給装置12によるアルカリ剤10の供給を増加する指令を行うように構成される。これにより、圧縮機不純物除去システム100を経た排ガス2中の不純物が急激に増加するような問題を防止することができる。
 尚、本発明の圧縮機不純物除去システムは、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
 本発明の圧縮機不純物除去システムは、酸素燃焼装置からの二酸化炭素主体の排ガスを二酸化炭素液化装置に供給する前に、圧縮機とアフタークーラからなる不純物分離装置を用いて不純物を除去する際に適用できる。
 1  酸素燃焼装置
 2  排ガス
 3  二酸化炭素液化装置
 4  圧縮機
 4a,4b,4c  圧縮機
 5  アフタークーラ
 5a,5b,5c  アフタークーラ
 6a,6b,6c  不純物分離装置
 9  アルカリ剤タンク
 10  アルカリ剤
 12  アルカリ剤供給装置
 13  ドレンタンク
 16  pH検出器
 16a  pH検出値
 17  制御器
 17a  供給量信号
 18  不純物検出器
 18a  不純物検出値
 19  別のドレンタンク
 21  別のpH検出器
 21a  pH検出値
 22  別の制御器
 23  指令信号
 30  循環ライン
 I   設定値
 II  補正用設定値

Claims (4)

  1.  酸素燃焼装置からの二酸化炭素主体の排ガスを二酸化炭素液化装置に供給する前の排ガス中の不純物を除去する圧縮機不純物除去システムであって、
      酸素燃焼装置からの排ガスを二酸化炭素液化装置に供給して液化する目的圧力まで段階的に圧縮する複数段の圧縮機と、各圧縮機で圧縮した排ガスを冷却し、冷却によって凝縮した水分をドレンとして取り出すようにしたアフタークーラとを有する複数段の不純物分離装置と、
      後段の不純物分離装置におけるアフタークーラの上流側にアルカリ剤を供給して、後段の不純物分離装置におけるアフタークーラから排ガス中の不純物を除去したアルカリ剤を含むドレンを取り出すようにしたアルカリ剤供給装置と、
      後段の不純物分離装置におけるアフタークーラから取り出されるドレンを前段の不純物分離装置におけるアフタークーラの上流側に供給する循環ラインと
    を備えた圧縮機不純物除去システム。
  2.  後段の不純物分離装置におけるアフタークーラから取り出されるドレンを一定量貯留するドレンタンクと、該ドレンタンクに貯留されたドレンのpHを計測するpH検出器と、該pH検出器により検出されるpH検出値が予め設定した設定値に保持されるように前記アルカリ剤供給装置に供給量信号を出力してアルカリ剤の供給量を調節する制御器とを備えた請求項1に記載の圧縮機不純物除去システム。
  3.  前段の不純物分離装置におけるアフタークーラからのドレンを一定量貯留する別のドレンタンクと、該別のドレンタンクに貯留されたドレンのpHを計測する別のpH検出器を備え、該別のpH検出器により検出されるpH検出値が予め設定した補正用設定値に保持されるように、前記制御器に指令信号を出力して該制御器の供給量信号を補正する別の制御器を備えた請求項2に記載の圧縮機不純物除去システム。
  4.  後段の不純物分離装置におけるアフタークーラの下流側に備えた不純物検出器と、該不純物検出器の不純物検出値が入力される前記制御器とを備え、該制御器は、不純物検出器の不純物検出値が所定値を超えたときに前記アルカリ剤供給装置によるアルカリ剤の供給を増加する指令を出すように構成した請求項2又は3に記載の圧縮機不純物除去システム。
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