WO2014199825A1 - 水分含有ガスの不純物除去装置及び不純物除去システム - Google Patents

水分含有ガスの不純物除去装置及び不純物除去システム Download PDF

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    • Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

Definitions

  • the present invention relates to an impurity removal apparatus and an impurity removal system for a moisture-containing gas that are configured to remove impurities contained in the moisture-containing gas.
  • the gas discharged from the combustion device, the reaction device, or the like contains impurities that must be removed.
  • an oxyfuel combustion apparatus has been studied, and a coal fired boiler that oxyfuels pulverized coal Is attracting attention.
  • This coal fired boiler uses oxygen instead of air as an oxidant to produce exhaust gas mainly composed of carbon dioxide (CO 2 ), which is liquefied by compressing and cooling the exhaust gas with high carbon dioxide concentration.
  • Carbon dioxide is used, and the liquefied carbon dioxide is transported to the destination by a transportation means such as a ship or a vehicle and stored in the ground, or the pressure of liquefied carbon dioxide is increased and transported to the destination by a pipeline. Storage in is being considered.
  • Impurities such as hydrogen chloride (HCl) and dust.
  • Such impurities need to be removed from environmental pollution problems or problems such as the occurrence of corrosion, and contamination of impurities is also removed because it lowers the purity of the carbon dioxide (CO 2 ) extracted. There is a need.
  • sulfur oxide (SO x ) is dissolved in water by contact with water to become sulfuric acid (H 2 SO 4 ), and hydrogen chloride (HCl) is dissolved in water to become hydrochloric acid.
  • SO x sulfur oxide
  • HCl hydrogen chloride
  • Such water-soluble sulfur oxides, hydrogen chloride, and dust can be separated by contacting with water by water spray or the like.
  • nitrogen dioxide (NO 2 ) can be separated by being dissolved in water to be nitric acid (HNO 3 ) by contacting with water.
  • HNO 3 nitric acid
  • O 2 oxygen
  • most of the nitrogen (N 2 ) exists as nitric oxide (NO), and this nitric oxide (NO) is water. Since it is insoluble in water, it cannot be removed by water spraying.
  • sulfuric acid is known to corrode equipment of exhaust gas treatment equipment, and mercury as the trace metal can damage the low-temperature aluminum member of the heat exchanger. I know it. Therefore, it is preferable to remove these impurities at an early stage.
  • the impurities are mixed into the exhaust gas, the purity of carbon dioxide is lowered, so that it is difficult to compress and cool and liquefy, and there is a problem that the equipment for liquefaction becomes large. Accordingly, it is very important to remove impurities in the exhaust gas in a system that generates exhaust gas mainly composed of carbon dioxide and disposes of the carbon dioxide, such as a coal fired boiler that performs oxyfuel combustion.
  • coal fired boilers that perform oxyfuel combustion especially for sulfur oxides, where corrosion is a problem, it is said to be wet, consisting of the spray tower system or packed tower system used in conventional air fired boilers, etc. Removal is performed by providing a desulfurization apparatus. 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.
  • a dust collector and a wet desulfurization device are provided in a duct that guides exhaust gas from a boiler that burns fuel with a combustion gas in which oxygen-rich gas and circulating exhaust gas are mixed, and downstream of the dust collector.
  • Process of compressing the exhaust gas of the CO 2 separation means comprising: an exhaust gas recirculation duct for leading a part of the exhaust gas on the side to the boiler; and a CO 2 separation means for compressing the exhaust gas downstream of the desulfurization device to separate carbon dioxide
  • an exhaust gas treatment system in which the water separated in step (b) is supplied to an absorbent that is circulated and used in a desulfurization apparatus (see Patent Document 1).
  • Patent Document 2 discloses a compressor that compresses exhaust gas from an oxygen combustion device and makes impurities in the exhaust gas water-soluble, and cools the exhaust gas compressed by the compressor to condense moisture to dissolve impurities.
  • a front impurity removing device comprising a cooler for removing drain, a rear compressor for compressing exhaust gas at a pressure higher than that of the compressor, and at least one rear impurity removing device for removing drain with a rear cooler.
  • An exhaust gas treatment system for an oxyfuel combustion apparatus is disclosed.
  • Patent Document 3 when a compressor for raising the pressure of the gaseous carbon dioxide, molecular oxygen and, SO 2 is removed, in the presence of NOx, the SO 2 to sulfuric acid, and / Or at least one counter-flow gas-liquid contact device for washing the gaseous carbon dioxide with water at an elevated pressure for a sufficient time to convert NOx to nitric acid, and gaseous carbon dioxide at the elevated pressure.
  • a carbon dioxide purification apparatus comprising conduit means for supplying gas and liquid contact devices from the compressor to each of the gas and liquid contact devices, and conduit means for recirculating sulfuric acid aqueous solution and / or nitric acid aqueous solution to each of the gas and liquid contact devices.
  • Patent Document 4 boiler exhaust gas containing ash is cooled to 40 ° C. or less using boiler feed water or boiler combustion air, desulfurization absorption tower outlet exhaust gas, or one or more of seawater, Condensate the water inside, remove SOx in the exhaust gas with desulfurization absorption liquid mixed with lime in the ash and condensed water slurry, and separate unnecessary ash by the unnecessary ash sedimentation separator at the bottom of the absorption tower tank A dedusting and desulfurization simultaneous processing apparatus is disclosed. Further, Patent Document 5 discloses that combustion waste gas is brought into gas-liquid countercurrent contact with an aqueous alkali metal carbonate salt solution containing at least 0.1 N alkali metal carbonate using a leaky tower.
  • Combustion comprising a step of regenerating an aqueous alkali metal hydroxide solution by reacting the metal salt with an alkaline earth metal hydroxide to separate the generated alkaline earth metal carbonate salt and recovering the aqueous alkali metal hydroxide solution Gas purification system is disclosed.
  • JP 2012-143699 A International Publication No. 2012/107953 JP 2007-145709 A Japanese Patent Laid-Open No. 06-126127 JP 2006-263676 A
  • the present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and provides a moisture-containing gas impurity removal device and an impurity removal system capable of removing impurities contained in a moisture-containing gas with high efficiency by a small device. It is something to be offered.
  • the present invention provides a cooler body having a cooling space, a gas inlet communicating with the lower inside of the cooling space, a gas outlet communicating with the upper upper side of the cooling space, and the gas inlet inside the cooling space.
  • a cooling pipe disposed between the gas outlets, wherein the cooling fluid from the cooling fluid inlet circulates inside the cooling space and is led out from the cooling fluid outlet; and the gas inlet and the gas outlet inside the cooling space,
  • a filler built-in cooler having a filler arranged so as to partition the space vertically;
  • a nozzle provided on the inside upper side of the cooling space, and a drain circulation device for supplying and injecting drain from a drain outlet provided in a drain reservoir at an inner bottom portion of the cooling space to the nozzle by a pump;
  • the present invention relates to a moisture-containing gas impurity removal device having an alkali agent addition device for adding an alkali agent to the drain.
  • a pH detector for detecting the pH of the drain in the drain reservoir, and the addition of the alkaline agent so that the pH detection value detected by the pH detector is maintained at a set value. It is preferred to have an alkaline agent controller that regulates the supply of alkaline agent by the device.
  • a level meter for detecting the drain level of the drain reservoir and an adjustment provided at the drain outlet so that the level detection value detected by the level meter is maintained at a set value. It is preferred to have a level controller that regulates the valve.
  • the gas inlet is connected to a compressor.
  • a refrigerator is provided between the cooling fluid inlet and the cooling fluid outlet.
  • the present invention includes a multi-stage impurity separator having a multi-stage compressor and an aftercooler that cools and compresses the gas compressed by each compressor, and includes impurities from the oxyfuel combustion apparatus. Downstream of the impurity removal mechanism configured to remove A cooler body having a cooling space, a gas inlet communicating with the lower inside of the cooling space, a gas outlet communicating with the upper upper side of the cooling space, and between the gas inlet and the gas outlet inside the cooling space And a cooling pipe that circulates the cooling fluid from the cooling fluid inlet to the inside of the cooling space and leads out from the cooling fluid outlet, and vertically between the gas inlet and the gas outlet in the cooling space.
  • a filler built-in cooler having a filler arranged so as to partition, A nozzle provided in the upper side of the cooling space, a drain circulating device for supplying a drain from a drain outlet provided in a drain reservoir at an inner bottom of the cooling space to the nozzle by a pump, and the cooling fluid inlet;
  • An alkali adjuster supply flow for supplying a drain disposed between a cooling fluid outlet and a drain reservoir of the cooler body as an alkali adjuster to at least an upstream side of an aftercooler of the impurity separator at the foremost stage.
  • a moisture-containing gas impurity removal system comprising a channel.
  • the moisture-containing gas impurity removal apparatus and impurity removal system of the present invention it is possible to obtain an excellent effect that impurities contained in the moisture-containing gas can be removed with high efficiency by a small-sized apparatus.
  • FIG. 1 It is a schematic block diagram which shows one Example of the impurity removal apparatus of the water-containing gas of this invention.
  • A is a schematic block diagram which shows the modification of the cooler with a built-in filler of FIG. 1
  • (b) is a schematic block diagram which shows another modification of the cooler with a built-in filler of (a).
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a moisture-containing gas impurity removing apparatus according to the present invention.
  • reference numeral 50 denotes a filler built-in cooler.
  • the cooler 50 with a built-in filler includes a cooler body 52 having a cooling space 51, a gas inlet 54 that communicates with the lower interior of the cooling space 51 and introduces a moisture-containing gas 53, and an upper interior of the cooling space 51 And a gas outlet 55 communicating with the gas outlet.
  • a cooling fluid 57 such as seawater or other cooling water disposed between the gas inlet 54 and the gas outlet 55 in the cooling space 51 and introduced from the cooling fluid inlet 56 is supplied into the cooling space 51.
  • a cooling pipe 59 led out from the cooling fluid outlet 58.
  • Reference numeral 60 denotes a partition plate that partitions the cooling fluid inlet 56 and the cooling fluid outlet 58. Further, a filler 61 is provided between the gas inlet 54 and the gas outlet 55 inside the cooling space 51 so as to partition the cooling space 51 vertically.
  • the filler 61 has a configuration in which, for example, a granular material 61b (Lashig ring) is filled between the upper and lower perforated plates 61a and 61a.
  • a drain reservoir 62 is formed on the inner bottom of the cooling space 51, and a nozzle 63 is provided on the inner upper side of the cooling space 51, and an extraction pipe 65 connected to the drain outlet 64 of the drain reservoir 62.
  • a drain circulation device 68 is provided in which the drain D taken out from the nozzle 63 is supplied to the nozzle 63 through a pump 66 and a circulation flow path 67 so as to be ejected from the nozzle 63.
  • the circulation channel 67 includes an alkali agent addition device 70 that adds an alkali agent 69 to the drain D flowing in the circulation channel 67.
  • the alkali agent 69 include sodium hydroxide (NaOH), ammonia (—NH 3 ), magnesium hydroxide (Mg (OH) 2 ), or a large amount of water (H 2 O) (general water is a weak alkali). Etc. can be used.
  • the cooler main body 52 is provided with a level meter 71 for detecting the level of the drain D of the drain reservoir 62 and an extraction pipe 65 so that the level detection value detected by the level meter 71 is held at a set value.
  • a level controller 73 for adjusting the control valve 72 is provided.
  • the cooler body 52 includes a pH detector 74 for detecting the pH of the drain D of the drain reservoir 62, and the alkali so that the pH detection value detected by the pH detector 74 is maintained at a set value.
  • An alkali agent controller 76 that controls the supply valve 75 in the agent addition device 70 to adjust the supply amount of the alkali agent 69 is provided.
  • FIG. 2 shows a modification of the embodiment of FIG. 1.
  • FIG. 2A shows a cooling pipe 59 disposed above the filler 61 and a nozzle 63 disposed above the cooling pipe 59.
  • FIG. 2B shows a case where the cooling pipe 59 is arranged inside the filler 61.
  • FIGS. 1 and 2 The operation of the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 will be described below.
  • a cooling fluid 59 such as seawater or cooling water is supplied to a cooling pipe 59 of a built-in filler cooler 50 constituting the moisture content gas impurity removing device to cool the cooling space 51.
  • the drain D in the drain reservoir 62 at the inner bottom is injected from a nozzle 63 provided above the cooling space 51 by a drain circulating device 68.
  • the level controller 73 controls the drain D of the drain reservoir 62 detected by the level meter 71 to be kept constant, the drain D of the drain reservoir 62 is drained by the drain circulating device 68. It can be reliably circulated and injected.
  • the moisture-containing gas 53 that is taken out from various combustion devices or reaction devices and contains impurities and contains moisture is a cooler main body 52 of a built-in filler cooler 50 that constitutes an impurity removal device for moisture-containing gas.
  • the water-containing gas 53 introduced into the cooling space 51 is cooled by heat exchange with the cooling pipe 59, so that the water contained therein is condensed and falls into a drain reservoir 62 as a drain.
  • impurities in the gas are removed.
  • the drain D is injected into the filler 61 from the nozzle 63 of the drain circulation device 68 and the alkali agent 69 from the alkali agent addition device 70 is further added to the drain D, the filler 61 is added. Impurities are effectively removed by contacting the gas passing through the drain D.
  • FIG. 3 shows another embodiment of the apparatus for removing impurities of a water-containing gas according to the present invention.
  • the gas inlet 54 is provided with a compressor 77 for compressing the water-containing gas 53.
  • the cooling fluid outlet 58 and the cooling fluid inlet 56 are connected by a circulation channel 90, and a refrigerator 78 is provided in the circulation channel 90.
  • the low-temperature cooling fluid 57 (cooling medium) from the refrigerator 78 is supplied to the cooling pipe 59 and the water-containing gas 53 is further cooled.
  • the drain D is separated, and impurities in the gas are effectively removed by further increasing the penetration into the drain D due to the low temperature.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a moisture-containing gas impurity removal system in which the filler built-in cooler according to the present invention is applied to the downstream side of the impurity removal mechanism 100 that removes gas impurities from the oxygen combustion apparatus. is there.
  • reference numeral 1 denotes an oxyfuel combustion apparatus composed of a coal fired boiler 1a or the like for burning pulverized coal with oxygen, and the oxyfuel combustion apparatus 1 has an exhaust gas 2 (water-containing gas 53) mainly composed of carbon dioxide (CO 2 ). Is discharged.
  • an exhaust gas 2 water-containing gas 53
  • CO 2 carbon dioxide
  • pressure required for liquefaction in the carbon dioxide liquefier 3 or the An impurity removing mechanism 100 that compresses the exhaust gas 2 to a target pressure that is a predetermined pressure close to the pressure and removes impurities in the exhaust gas 2 is provided.
  • the impurity removal mechanism 100 includes a plurality of stages of compressors 4a, 4b, and 4c that compress the exhaust gas 2 from the oxyfuel combustion apparatus 1 to a target pressure in stages, and the exhaust gas 2 compressed by the compressors 4a, 4b, and 4c.
  • a cooler provided between multistage compressors is called an intercooler, but in the present invention, all the coolers are described as aftercoolers 5a, 5b, and 5c in order to simplify the description.
  • the target pressure can be arbitrarily set.
  • impurities in the exhaust gas 2 can be effectively removed, but the concentration of mercury (Hg) in carbon dioxide that has passed through the impurity removal mechanism 100 is higher than the set target value.
  • mercury can be removed with an adsorbent or the like by installing a mercury removal tower 7 downstream of the impurity removal mechanism 100.
  • a dryer 8 for removing moisture contained in carbon dioxide supplied to the carbon dioxide liquefier 3 is provided on the upstream side of the carbon dioxide liquefier 3 (downstream of the mercury removing tower 7).
  • drain D1 In the impurity separator 6a in the forefront stage of the impurity removal mechanism 100, most of the moisture in the exhaust gas 2 is taken out as drain D1, and in the impurity separator 6b in the middle stage, a small amount of drain compared to the drain D1. D2 is taken out, and a smaller amount of drain D3 is taken out in the final stage impurity separator 6c as compared with the drain D2.
  • the drains D1, D2, and D3 containing impurities separated by the aftercoolers 5a, 5b, and 5c are usually supplied to a waste water treatment device (not shown) and processed.
  • the aftercoolers 5a, 5b, and 5c generally cool the exhaust gas 2 using seawater. As a result, the temperature of the exhaust gas 2 taken out from the last-stage aftercooler 5c in the embodiment of FIG. It is around °C.
  • the present inventor can cool the temperature of the exhaust gas led to the dryer 8 to around 7 ° C. The knowledge that it is preferable was obtained.
  • the temperature of the exhaust gas leading to the dryer 8 is lowered, the saturation temperature of the water in the dryer 8 is lowered, so that the dehumidifying effect by the dryer 8 is increased, and the dryer 8 can be downsized.
  • the filler built-in cooler 50 having the configuration shown in FIG. 1 is installed downstream of the impurity removal mechanism 100, and the cooling fluid outlet 58 and the cooling fluid inlet 56 Are connected by a circulation channel 90, and a refrigerator 78 is arranged in the circulation channel 90 to cool the cooling space 51 to around 7 ° C.
  • the exhaust gas having a temperature of 35 ° C. from the impurity removal mechanism 100 is cooled to 7 ° C., so that the drain D is also taken out by the built-in cooler 50.
  • the present inventor conducted a test for measuring the pH of the drain D taken out from the cooler 50 with a built-in filler. As a result, it was found that the pH of the drain D was continuously maintained at 11 or more and the pH never decreased from 11, and always showed a high pH. This is because sodium bicarbonate and calcium in water are dissolved in carbon dioxide (CO 2 ) in the exhaust gas by the high pressure of 2.5 MPa in the impurity removal mechanism 100, so that sodium bicarbonate (CHNaO 3 ) and calcium bicarbonate (Ca (Ca ( It is considered that the generation of HCO 3 ) 2 ) and the like was promoted, and pH 11 or higher was maintained by the action of high pressure.
  • CO 2 carbon dioxide
  • the drain D having a pH of 11 or more taken out from the filler built-in cooler 50 is supplied to the upstream side of the aftercooler 5a in the impurity removal mechanism 100 as the alkali adjuster 10, Obtaining the knowledge that the impurity removal performance by the impurity removal mechanism 100 can be greatly improved, the following configuration was made.
  • the drain D taken out from the filler built-in cooler 50 has a pH of 11 or more, the alkali agent addition device 70 in FIG. 4 can be omitted.
  • a drain receiver 11 for receiving the drain D generated in the cooler with a built-in filler 50 is provided, and the drain D (alkali adjusting agent 10) of the drain receiver 11 is passed through the pump 12 to the aftercooler 5a in the foremost impurity separator 6a.
  • An alkali adjusting agent supply flow path 13 is provided to be supplied to the upstream side.
  • the alkali adjusting agent 10 supplied by the alkali adjusting agent supply flow path 13 is supplied to the nozzle 10 ′ provided on the upstream side of the aftercooler 5a in the impurity separator 6a in the foremost stage, and mixed with the exhaust gas 2 by the nozzle 10 ′. Is done.
  • the installation position of the nozzle 10 ′ can be an arbitrary position between the compressor 4a and the aftercooler 5a.
  • an auxiliary cooler 9 for cooling the exhaust gas 2 is provided upstream of the cooler 50 with a built-in filler.
  • drainage D 4 having a pH of 11 or more is generated by cooling the exhaust gas 2, so this drain D4 is received by the drain receiver 14, and the alkali adjuster 10 is provided downstream of the auxiliary cooler 9 by the pump 15.
  • the drain D from the filler built-in cooler 50 has a low temperature of about 7 ° C.
  • the drain D is led as a refrigerant to the auxiliary cooler 9 through the alkali adjusting agent supply flow path 13 to discharge the exhaust gas 2. Cooling.
  • the exhaust gas 2 at around 35 ° C.
  • auxiliary cooler 9 it is possible to reduce the load of the cooler 50 with a built-in filler or to reduce the size of the cooler 50 with a built-in filler.
  • the aftercooler 5a in the foremost impurity separator 6a is provided with a drain tank 16 in which a certain amount of drain D1 taken out from the aftercooler 5a is stored.
  • the drain tank 16 is provided with a level controller 17, and the level controller 17 is provided with a discharge valve 18 provided at the drain outlet (downstream side) of the drain tank 16 so that the detection level always maintains a constant value. Adjust the opening.
  • the drain tank 16 is provided with a drain supply channel 20 in which a part of the drain D1 of the drain tank 16 is taken out by a pump 19 and supplied to the alkali adjusting agent supply channel 13.
  • the alkali regulator supply flow path 13 is provided with a supply valve 21, the drain supply flow path 20 is provided with a mixing valve 22, and the drain tank 16 measures the pH of the drain D1.
  • a pH detector 23 is provided.
  • the pH detection value 24 detected by the pH detector 23 is input to the controller 25, and the controller 25 keeps the pH detection value 24 at a preset value, for example, pH 5.
  • the supply valve 21 and the mixing valve 22 are adjusted to control the pH concentration of the alkali adjusting agent 10 supplied to the nozzle 10 '.
  • an impurity detector 26 for detecting impurities (for example, sulfur oxide and nitrogen oxide) in the exhaust gas 2 is installed at the gas outlet 55 of the cooling device 50 with a built-in filler, and the impurity detector 26 The detected impurity value 27 is input to the controller 25.
  • the controller 25 then increases the supply amount of the alkali adjusting agent 10 as an emergency when the impurity detection value 27 of nitrogen oxides by the impurity detector 26 exceeds a preset set value. Control for adjusting the valve 21 and the mixing valve 22 is performed.
  • the mercury removal tower 7 is provided with a bypass duct 43, and further, switching valves 44 and 45 for switching between a flow through which the exhaust gas 2 is passed and a flow through which the exhaust gas 2 is not passed are provided in the mercury removal tower 7.
  • the switching valves 44 and 45 are switched by the command from the controller 25 so that the exhaust gas 2 is passed through the mercury removal tower 7. If a sufficient impurity removal effect can be achieved by the impurity removal mechanism 100 of FIG. 4, the exhaust gas 2 is not passed through the filler built-in cooler 50, and the filler built-in cooler 50 is connected via the bypass line 79. It can be bypassed downstream.
  • Reference numerals 80, 81, and 82 denote switching valves that switch between when the exhaust gas 2 is passed through the filler built-in cooler 50 and when it is not.
  • the carbon dioxide-based exhaust gas 2 (moisture-containing gas 53) burned with oxygen in the oxyfuel combustion apparatus 1 is, for example, an impurity removal mechanism 100 at a pressure of 0.1 MPa (1 atm). Is introduced to the compressor 4a of the impurity separator 6a at the foremost stage, and is pressurized to 0.7 MPa by the compressor 4a. The exhaust gas 2 pressurized to 0.7 MPa by the compressor 4a is supplied to the adjacent after cooler 5a and cooled, and a large amount of drain D1 is taken out from the after cooler 5a by this cooling.
  • the exhaust gas 2 cooled by the aftercooler 5a is guided to the compressor 4b in the subsequent (separate) impurity separator 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 aftercooler 5b is cooled, and a small amount of drain D2 is taken out from the aftercooler 5b as compared with the aftercooler 5a. And since the pressure was raised by the compressor 4b, a part of sulfur oxide and hydrogen chloride are removed from the aftercooler 5b of the next stage together with a small amount of drain D2.
  • the exhaust gas 2 cooled by the aftercooler 5b is guided to the compressor 4c in the final stage impurity separator 6c and pressurized to 2.5 MPa, and the exhaust gas 2 pressurized to 2.5 MPa by the compressor 4c is Cooling is performed by the adjacent aftercooler 5c, and a smaller amount of drain D3 is taken out from the aftercooler 5c as compared with the aftercooler 5b.
  • the exhaust gas 2 is pressurized to 2.5 MPa, so that nitric oxide (NO) present in the exhaust gas 2 is promoted to be oxidized by the pressurization and is water-soluble.
  • NO nitric oxide
  • To nitrogen dioxide (NO 2 ) Accordingly, a part of the nitrogen dioxide (NO 2 ) is removed together with the drain D3 taken out from the aftercooler 5c.
  • the exhaust gas 2 is introduced into a cooler 50 with a built-in filler provided on the downstream side of the impurity removal mechanism 100 and cooled to around 7 ° C. to generate drain D, and this drain D is drained. Since it is injected from the nozzle 63 by the device 68, the nitrogen dioxide (NO 2 ) in the exhaust gas 2 is effectively removed by contact with the drain D while the exhaust gas 2 flows through the filler 61. Therefore, the nitrogen oxides in the exhaust gas are removed at a high removal rate by the filler built-in cooler 50.
  • the drain D generated in the filler built-in cooler 50 and stored in the drain receiver 11 is supplied to the auxiliary cooler 9 through the alkali adjuster supply flow path 13 by the pump 12 as the alkali adjuster 10.
  • the exhaust gas 2 is supplied to the exhaust gas 2 from the upstream nozzle 10 ′ of the aftercooler 5 a in the impurity separator 6 a in the foremost stage.
  • the drain D1 of the drain tank 16 storing the drain D1 taken out from the foremost aftercooler 5a is supplied to the alkali adjuster supply flow path 13 through the drain supply flow path 20 and mixed with the alkali adjuster 10. .
  • the alkali adjuster 10 diluted to a predetermined pH is supplied to the nozzle 10 ′.
  • the controller 25 supplies the alkali adjusting agent supply flow path 13 so that the pH detection value 24 of the drain D1 taken out from the front aftercooler 5a is maintained at a set value, for example, pH 5. Since the valve 21 and the mixing valve 22 provided in the drain supply flow path 20 are adjusted, the atmosphere of the aftercooler 5a is maintained at a high pH, and thus impurities are removed at a high removal rate by the drain D1.
  • drains D4 and D having a pH of 11 or more that are taken out from the built-in filler cooler 50 and the auxiliary cooler 9 and supplied to the upstream side of the aftercooler 5a as the alkali adjuster 10 are adjusted to a pH of 5 which is the set value of the drain D1.
  • a sufficient amount can be secured to hold, and the excess drains D4 and D are discharged from the drain receivers 11 and 14 and supplied to a wastewater treatment device (not shown) for processing.
  • the sulfur oxide impurity detection value 27 from the impurity detector 26 provided downstream of the aftercooler 5c in the impurity separator 6c at the last stage is input to the controller 25, and the controller 25 Since the supply of the alkali adjusting agent 10 through the alkali adjusting agent supply flow path 13 is controlled to increase when the oxide impurity detection value 27 exceeds a preset set value, the outlet of the filler built-in cooler 50 is controlled. The problem of increased impurities can be prevented.
  • the level controller 73 controls the drain D of the drain reservoir 62 detected by the level meter 71 to be kept constant, the drain D of the drain reservoir 62 is surely secured by the drain circulating device 68. It can be circulated and injected.
  • the alkaline agent controller 76 is configured to maintain the pH of the drain D of the drain reservoir 62 at a set value, the impurity removal effect by the cooler 50 with a built-in filler is maintained by keeping the pH of the drain D constant. Can be kept constant.
  • the impurity removal system for moisture-containing gas of the present invention provided with the cooler 50 with the filler on the downstream side of the impurity removal mechanism 100, in addition to the impurity removal effect by the impurity removal mechanism 100, the filling Since the effect of removing impurities by the material built-in cooler 50 is exhibited, reliable impurity removal can be achieved. Further, the drainage D generated by the built-in filler cooling device 50 is guided to the impurity removal mechanism 100 as the alkali adjusting agent 10, thereby enhancing the impurity removal effect by the impurity removal mechanism 100 without supplying a new alkali material. be able to.
  • moisture-containing gas impurity removal apparatus and impurity removal system of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. is there.

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Abstract

　冷却空間５１を有する冷却器本体５２と、冷却空間５１の内部下側に連通するガス入口５４と、冷却空間５１の内部上側に連通するガス出口５５と、冷却空間５１の内部におけるガス入口５４とガス出口５５の間に配置され、冷却流体入口５６からの冷却流体５７を冷却空間５１内に巡らせて冷却流体出口５８から導出するようにした冷却管５９と、冷却空間５１内におけるガス入口５４とガス出口５５の間を上下に区画するように配置した充填材６１とを有する充填材内蔵冷却器５０と、冷却空間５１内上部に備えたノズル６３と、冷却空間５１の内底部のドレン溜め６２に備えたドレン出口６４からのドレンＤをポンプ６６によりノズル６３に供給して噴射するドレン循環装置６８と、ドレンＤにアルカリ剤６９を添加するアルカリ剤添加装置７０とを備える。

Description

水分含有ガスの不純物除去装置及び不純物除去システム
　本発明は、水分含有ガスに含まれる不純物を除去するようにした水分含有ガスの不純物除去装置及び不純物除去システムに関するものである。
　燃焼装置や反応装置等から排出されるガスには、除去しなければならない不純物が含まれている。例えば、地球温暖化の原因の一つと言われている二酸化炭素（ＣＯ2）の排出量を低減する技術の一つとして、酸素燃焼装置が検討されており、微粉炭を酸素燃焼する石炭焚ボイラが注目されている。この石炭焚ボイラは、酸化剤として空気の代わりに酸素を使用することで、二酸化炭素（ＣＯ2）を主体とする排ガスが生成され、この高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とし、この液化二酸化炭素を船、車両等の搬送手段により目的地まで搬送して地中に貯蔵すること、或いは、液化二酸化炭素の圧力を上げてパイプラインにより目的地まで搬送して地中に貯蔵することが検討されている。
　このような酸素燃焼を行う石炭焚ボイラからの排ガス中には、二酸化炭素（ＣＯ2）以外に、石炭原料由来の窒素酸化物（ＮＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、水銀（Ｈｇ）、塩化水素（ＨＣｌ）、煤塵等の不純物が含まれる。このような不純物は、環境汚染の問題或いは腐食を発生させる等の問題から除去する必要があり、又、不純物の混入は、取り出される二酸化炭素（ＣＯ2）の純度を低下させることからも除去する必要がある。
　上記不純物のうち、硫黄酸化物（ＳＯｘ）は水と接触することにより水に溶解して硫酸（Ｈ２ＳＯ４）となり、塩化水素（ＨＣｌ）は水に溶解して塩酸となるものであり、このような水溶性を示す硫黄酸化物及び塩化水素、及び煤塵は水スプレー等により水と接触させることで分離できる。
　一方、前記不純物である窒素酸化物（ＮＯｘ）のうち、二酸化窒素（ＮＯ2）は水と接触することにより水に溶解して硝酸（ＨＮＯ３）となることにより分離できる。しかし、石炭焚ボイラからの排ガス中には酸素（Ｏ2）が少ないために、窒素（Ｎ2）は殆どが一酸化窒素（ＮＯ）として存在しており、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ができない。
　前記の硫酸、塩酸及び硝酸のうち、特に硫酸は排ガス処理装置の機器を腐食させることが知られており、又、前記微量金属である水銀は熱交換器の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・冷却して液化することが大変になり液化のための装置機器が大型化す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は、特に腐食が問題となる硫黄酸化物について、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からなる湿式と言われる脱硫装置を備えることで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。
　上記湿式の脱硫装置を設置すると、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、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水銀を吸着剤等により除去することが考えられている。
　排ガスの処理システムの一例としては、富酸素ガスと循環排ガスとを混合した燃焼用ガスにより燃料を燃焼させるボイラからの排ガスを導くダクトに集塵器と湿式の脱硫装置を有し、集塵機の下流側の排ガスの一部をボイラに導く排ガス再循環ダクトと、脱硫装置の下流側の排ガスを圧縮して二酸化炭素を分離するＣＯ２分離手段とを備え、ＣＯ２分離手段の排ガスを圧縮する過程で分離された水分を、脱硫装置内で循環して使用される吸収液に供給するようにした排ガス処理システムがある（特許文献１参照）。
　一方、特許文献２には、酸素燃焼装置からの排ガスを圧縮し該排ガス中の不純物を水溶性にする圧縮機と、該圧縮機で圧縮した排ガスを冷却し水分を凝縮させて不純物が溶解したドレンを取り出す冷却器とからなる前部不純物除去装置と、前記圧縮機より高い圧力で排ガスを圧縮する後部圧縮機と後部冷却器を有してドレンを取り出す少なくとも１段の後部不純物除去装置とを備えた酸素燃焼装置の排ガス処理システムが開示されている。
　又、特許文献３には、ガス状の二酸化炭素の圧力を上昇させるコンプレッサと、酸素分子及び、ＳＯ２が除去される場合には、ＮＯxの存在の下で、ＳＯ２を硫酸に、及び／又は、ＮＯxを硝酸に変換するのに十分な時間、昇圧圧力で前記ガス状の二酸化炭素を水で洗浄する少なくとも１つの対向流のガスと液の接触装置と、ガス状二酸化炭素を昇圧圧力で前記コンプレッサからガスと液の接触装置各々へ供給する導管手段と、硫酸水溶液及び／又は硝酸水溶液を、ガスと液の接触装置各々へ再循環する導管手段とを備えた二酸化炭素の浄化装置が開示されている。
　更に又、特許文献４には、アッシュを含んだボイラ排ガスを、ボイラ給水又はボイラ燃焼用空気、脱硫吸収塔の出口排ガス又は海水の一種又は複数種を用いて、４０℃以下に冷却し、排ガス中の水分を凝縮させ、アッシュと凝縮水のスラリ中に石灰を混入した脱硫吸収液で排ガス中のＳＯｘを除去し、吸収塔タンクの下部の不要アッシュ沈降分離装置で不要なアッシュ類を分離させる脱塵脱硫同時処理装置が開示されている。
　又、特許文献５には、燃焼廃ガスを、漏れ棚塔を用いて、少なくとも０．１規定の炭酸アルカリ金属塩を含有する炭酸アルカリ金属塩水溶液と気液向流接触させることにより、燃焼廃ガス中の硫黄酸化物及び窒素酸化物を減少せしめる第１工程と、該第１工程から排出される炭酸ガスと窒素を含有する燃焼廃ガスを、漏れ棚塔を用いて、水酸化アルカリ金属水溶液と気液向流接触させることにより、該排出ガス中の炭酸ガスの少なくとも一部を炭酸アルカリ金属塩に転換し、炭酸ガスを浄化する第２工程と、該第２工程で副生する炭酸アルカリ金属塩を、水酸化アルカリ土類金属と反応させることにより、生成した炭酸アルカリ土類金属塩を分離して水酸化アルカリ金属水溶液を回収する水酸化アルカリ金属水溶液の再生工程とから成る燃焼廃ガス浄化システムが開示されている。
特開２０１２－１４３６９９号公報 国際公開第２０１２／１０７９５３号公報 特開２００７－１４５７０９号公報 特開平０６－１２６１２７号公報 特開２００６－２６３６７６号公報
　しかし、特許文献１のような従来の排ガス処理システムにおいては、スプレー塔方式等の湿式の脱硫装置を備えて排ガス中の不純物、特に硫黄酸化物（ＳＯｘ）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、圧縮機に導かれる排ガス中の硫黄酸化物等の不純物を簡単な装置により低コストで除去できる技術の出現が望まれている。
　本発明は、上記従来の課題に鑑みてなしたものであり、水分含有ガス中に含まれる不純物を小型の装置により高効率で除去できるようにした水分含有ガスの不純物除去装置及び不純物除去システムを提供しようとするものである。
　本発明は、冷却空間を有する冷却器本体と、前記冷却空間の内部下側に連通するガス入口と、前記冷却空間の内部上側に連通するガス出口と、前記冷却空間の内部における前記ガス入口とガス出口の間に配置され、冷却流体入口からの冷却流体を前記冷却空間の内部に巡らせて冷却流体出口から導出するようにした冷却管と、前記冷却空間の内部の前記ガス入口とガス出口の間を上下に区画するように配置した充填材とを有する充填材内蔵冷却器と、
前記冷却空間の内部上側に備えたノズルと、前記冷却空間の内底部のドレン溜めに備えたドレン出口からのドレンをポンプにより前記ノズルに供給して噴射するドレン循環装置と、
前記ドレンにアルカリ剤を添加するアルカリ剤添加装置と
を有する水分含有ガスの不純物除去装置、に係るものである。
　又、上記水分含有ガスの不純物除去装置において、前記ドレン溜めのドレンのｐＨを検出するｐＨ検出器と、該ｐＨ検出器が検出したｐＨ検出値が設定値に保持されるように前記アルカリ剤添加装置によるアルカリ剤の供給を調節するアルカリ剤制御器を有することは好ましい。
　又、上記水分含有ガスの不純物除去装置において、前記ドレン溜めのドレンのレベルを検出するレベル計と、該レベル計により検出したレベル検出値が設定値に保持されるようにドレン出口に備えた調節弁を調節するレベル制御器を有することは好ましい。
　又、上記水分含有ガスの不純物除去装置において、前記ガス入口は圧縮機に接続されていることは好ましい。
　又、上記水分含有ガスの不純物除去装置において、前記冷却流体入口と冷却流体出口との間に冷凍機を備えたことは好ましい。
　本発明は、複数段の圧縮機と、夫々の圧縮機により圧縮したガスを冷却して凝縮したドレンを取り出すアフタークーラとを有する複数段の不純物分離機を備えて酸素燃焼装置からのガスの不純物を除去するよう構成された不純物除去機構の下流側に、
  冷却空間を有する冷却器本体と、前記冷却空間の内部下側に連通するガス入口と、前記冷却空間の内部上側に連通するガス出口と、前記冷却空間の内部における前記ガス入口とガス出口の間に配置され、冷却流体入口からの冷却流体を前記冷却空間の内部に巡らせて冷却流体出口から導出するようにした冷却管と、前記冷却空間の内部における前記ガス入口とガス出口の間を上下に区画するように配置した充填材とを有する充填材内蔵冷却器を備え、
  前記冷却空間の内部上側に備えたノズルと、前記冷却空間の内底部のドレン溜めに備えたドレン出口からのドレンをポンプにより前記ノズルに供給して噴射するドレン循環装置と、前記冷却流体入口と冷却流体出口との間に配置した冷凍機と、前記冷却器本体のドレン溜めのドレンを、少なくとも最前段の前記不純物分離機のアフタークーラの上流側にアルカリ調整剤として供給するアルカリ調整剤供給流路とを備えた水分含有ガスの不純物除去システム、に係るものである。
　本発明の水分含有ガスの不純物除去装置及び不純物除去システムによれば、水分含有ガスに含まれる不純物を小型の装置により高効率に除去できるという優れた効果を奏し得る。
本発明の水分含有ガスの不純物除去装置の一実施例を示す概略構成図である。 （ａ）は図１の充填材内蔵冷却器の変形例を示す概略構成図、（ｂ）は（ａ）の充填材内蔵冷却器の更に別の変形例を示す概略構成図である。 本発明の水分含有ガスの不純物除去装置の他の実施例を示す概略構成図である。 酸素燃焼装置からのガスの不純物を除去する不純物除去機構の下流側に本発明に係る充填材内蔵冷却器を適用した水分含有ガスの不純物除去システムの概略構成図である。
　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、本発明の水分含有ガスの不純物除去装置の一実施例を示す概略構成図であり、図１中、５０は充填材内蔵冷却器である。充填材内蔵冷却器５０は、冷却空間５１を有する冷却器本体５２と、前記冷却空間５１の内部下側に連通して水分含有ガス５３を導入するガス入口５４と、前記冷却空間５１の内部上側に連通するガス出口５５とを有する。又、前記冷却空間５１の内部における前記ガス入口５４とガス出口５５との間に配置され、冷却流体入口５６から導入される海水或いは他の冷却水等の冷却流体５７を前記冷却空間５１の内部に巡らせて冷却流体出口５８から導出するようにした冷却管５９を有する。６０は冷却流体入口５６と冷却流体出口５８とを仕切る仕切り板である。更に、前記冷却空間５１の内部における前記ガス入口５４とガス出口５５の間には、冷却空間５１を上下に区画するように配置した充填材６１を有する。充填材６１は、例えば上下の孔開き板６１ａ，６１ａの相互間に粒状物６１ｂ（ラッシヒリング）を充填した構成を有する。
　前記冷却空間５１の内底部にはドレン溜め６２が形成してあり、又、前記冷却空間５１の内部上側にはノズル６３が設けてあり、前記ドレン溜め６２のドレン出口６４に接続した取出管６５から取り出されるドレンＤをポンプ６６と循環流路６７を介して前記ノズル６３に供給することにより該ノズル６３から噴射するようにしたドレン循環装置６８を設けている。
　図１の実施例では、冷却管５９の上部に充填材６１が配置され、該充填材６１の上部にノズル６３が配置された場合を示している。前記循環流路６７には、該循環流路６７内を流動するドレンＤにアルカリ剤６９を添加するアルカリ剤添加装置７０を備えている。アルカリ剤６９には、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、アンモニア（－ＮＨ３）、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）２）、或いは大量の水（Ｈ２Ｏ）（一般の水は弱アルカリである）等を用いることができる。
　前記冷却器本体５２には、前記ドレン溜め６２のドレンＤのレベルを検出するレベル計７１と、該レベル計７１により検出したレベル検出値が設定値に保持されるように取出管６５に備えた調節弁７２を調節するレベル制御器７３を備えている。
　更に、前記冷却器本体５２には、前記ドレン溜め６２のドレンＤのｐＨを検出するｐＨ検出器７４と、該ｐＨ検出器７４が検出したｐＨ検出値が設定値に保持されるように前記アルカリ剤添加装置７０における供給弁７５を制御してアルカリ剤６９の供給量を調節するアルカリ剤制御器７６を備えている。
　図２は、図１の実施例の変形例を示したもので、図２（ａ）は充填材６１の上部に冷却管５９が配置され、該冷却管５９の上部にノズル６３が配置された場合を示し、図２（ｂ）は充填材６１の内部に冷却管５９が配置された場合を示している。
　図１、図２に示す実施例の作動を以下に説明する。
　前記水分含有ガスの不純物除去装置を構成する充填材内蔵冷却器５０の冷却管５９には海水或いは冷却水等の冷却流体５７が供給されて冷却空間５１を冷却しており、又、冷却空間５１の内底部のドレン溜め６２のドレンＤはドレン循環装置６８により冷却空間５１の上部に設けたノズル６３から噴射されている。
　このとき、レベル制御器７３はレベル計７１で検出する前記ドレン溜め６２のドレンＤのレベルが一定に保持されるように制御しているので、前記ドレン溜め６２のドレンＤをドレン循環装置６８により確実に循環させて噴射することができる。
　そして、種々の燃焼装置或いは反応装置等から取り出されて不純物を含有し且つ水分を含有する水分含有ガス５３は、水分含有ガスの不純物除去装置を構成する充填材内蔵冷却器５０の冷却器本体５２のガス入口５４から冷却空間５１の内部に導入される。冷却空間５１の内部に導入された水分含有ガス５３は、冷却管５９との熱交換により冷却されることにより含有する水分が凝縮しドレンとなってドレン溜め６２に落下する。水分が除去されたガスは、充填材６１を通る際にガス中の不純物が除去される。このとき、充填材６１にはドレン循環装置６８のノズル６３によりドレンＤが噴射されており、更に、ドレンＤにはアルカリ剤添加装置７０からのアルカリ剤６９が添加されているため、充填材６１を通るガスはドレンＤと接触することによって不純物が効果的に除去される。
　又、前記ドレン溜め６２のドレンＤのｐＨを検出するｐＨ検出器７４と、該ｐＨ検出器７４が検出したｐＨ検出値が設定値に保持されるように前記アルカリ剤添加装置７０における供給弁７５を制御してアルカリ剤６９の供給量を調節するアルカリ剤制御器７６を備えているので、ノズル６３から噴射されるドレンＤのｐＨが高く維持されるように調節することで、ドレンＤに対する不純物の溶け込みを高めて、不純物の除去効果を更に高めることができる。上記したように不純物が除去された清浄なガスは、ガス出口５５から取りだされる。
　図３は本発明の水分含有ガスの不純物除去装置の他の実施例を示すもので、この実施例では、前記ガス入口５４に、水分含有ガス５３を圧縮する圧縮機７７を備えた場合を示している。又、前記冷却流体出口５８と冷却流体入口５６とを循環流路９０で接続し、該循環流路９０に冷凍機７８を備えた場合を示している。
　図３に示すように、水分含有ガス５３を圧縮機７７によって圧縮した後に冷却器本体５２の冷却空間５１に導入すると、圧縮された水分含有ガス５３からは前記実施例に比して多くのドレンＤが分離されると共に、ガス中に含まれる不純物が低温のドレンＤとの接触により効果的に除去されるようになる。このとき、加圧されたガス中の不純物は酸化が促進されるため、ドレンＤに対する不純物の溶け込みがより高まり、効果的な除去が行われるようになる。
　又、前記冷凍機７８を備えると、冷凍機７８による低温の冷却流体５７（冷却媒体）が冷却管５９に供給されて水分含有ガス５３が更に冷却されるので、前記水分含有ガス５３から更に多くのドレンＤが分離されるようになり、又、ガス中の不純物は温度が低いことによってドレンＤに対する溶け込みが更に高まることにより効果的に除去される。
　図４は酸素燃焼装置からのガスの不純物を除去する不純物除去機構１００の下流側に本発明に係る充填材内蔵冷却器を適用した水分含有ガスの不純物除去システムの実施例を示す概略構成図である。
　図４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（ＣＯ２）を主体とする排ガス２（水分含有ガス５３）が排出される。このような酸素燃焼装置１からの排ガス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、二酸化炭素液化装置３での液化に必要な圧力、或いはその圧力に近い所定の圧力である目的圧力まで排ガス２を圧縮して排ガス２中の不純物を除去する不純物除去機構１００を設けている。
　不純物除去機構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（冷却器）とを有する複数段（図示例では３段）の不純物分離機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機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、図４の実施例では二酸化炭素液化装置３に供給する前に、排ガス２を２．５ＭＰａまで昇圧することが好ましいという知見が得られたため、２．５ＭＰａを目的圧力とした。尚、目的圧力は任意に設定することができる。
　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効率的でないため、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のように三段階に圧縮する不純物分離機６ａ，６ｂ，６ｃを構成している。尚、前記圧縮機４ａ，４ｂ，４ｃの設置台数（不純物分離機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。
　前記不純物除去機構１００によれば、排ガス２中の不純物を効果的に除去することができるが、不純物除去機構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、不純物除去機構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ことができる。
　又、前記二酸化炭素液化装置３の上流側（水銀除去塔７の下流側）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。
　前記不純物除去機構１００の最前段の不純物分離機６ａにおいては、排ガス２中の殆どの水分がドレンＤ１として取り出されるようになり、中段の不純物分離機６ｂにおいてはドレンＤ１に比較して少量のドレンＤ２が取り出され、最後段の不純物分離機６ｃではドレンＤ２に比較して更に少量のドレンＤ３が取り出される。尚、前記各アフタークーラ５ａ，５ｂ，５ｃで分離される不純物を含むドレンＤ１，Ｄ２，Ｄ３は通常、排水処理装置（図示せず）に供給されて処理される。
　前記アフタークーラ５ａ，５ｂ，５ｃは、一般に海水を用いて排ガス２の冷却を行っており、これにより、図４の実施例における最後段のアフタークーラ５ｃから取り出される排ガス２の温度は、通常３５℃前後となっている。
　一方、本発明者は、前記不純物除去機構１００の下流に設けられる乾燥機８による排ガスの乾燥を効率的に行うためには、乾燥機８に導く排ガスの温度を７℃前後まで冷却することが好ましいという知見を得た。乾燥機８に導く排ガスの温度が低下すると、乾燥機８での水の飽和温度が下がることにより乾燥機８による除湿効果が高まり、よって、乾燥機８を小型化できる。
　このため、図４の実施例では、前記不純物除去機構１００の下流側に、図１に示す構成を備えた充填材内蔵冷却器５０を設置すると共に、前記冷却流体出口５８と冷却流体入口５６とを循環流路９０で接続し、該循環流路９０に冷凍機７８を配置して、冷却空間５１を７℃前後に冷却するようにした。
　この充填材内蔵冷却器５０では、前記不純物除去機構１００からの温度３５℃の排ガスを７℃まで冷却するため、充填材内蔵冷却器５０においてもドレンＤが取り出される。
　ここで、本発明者は、前記充填材内蔵冷却器５０から取り出されるドレンＤのｐＨを測定する試験を実施した。その結果、ドレンＤのｐＨは継続して１１以上を保持しておりｐＨが１１から下がることはなく、常に高いｐＨを示すことが判明した。これは、前記不純物除去機構１００での２．５ＭＰａという高圧によって、水中のナトリウム、カルシウムが排ガス中の二酸化炭素（ＣＯ2）に溶け込むことより重炭酸ナトリウム（ＣＨＮａＯ３）及び重炭酸カルシウム（Ｃａ（ＨＣＯ３）２）等の生成が促進し、且つ、高圧の作用によってｐＨ１１以上が保持されたものと考えられる。
　従って、図４の実施例では、充填材内蔵冷却器５０から取り出されるｐＨ１１以上のドレンＤは、アルカリ調整剤１０として、前記不純物除去機構１００におけるアフタークーラ５ａの上流側に供給することで、前記不純物除去機構１００による不純物除去性能を大幅に高められるという知見を得て、次のように構成した。尚、充填材内蔵冷却器５０から取り出されるドレンＤはｐＨ１１以上を有しているので、図４におけるアルカリ剤添加装置７０を省略することもできる。
　前記充填材内蔵冷却器５０で発生したドレンＤを受けるドレン受１１を設け、該ドレン受１１のドレンＤ（アルカリ調整剤１０）を、ポンプ１２を介し最前段の不純物分離機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アルカリ調整剤供給流路１３を設ける。アルカリ調整剤供給流路１３によって供給されるアルカリ調整剤１０は、最前段の不純物分離機６ａにおけるアフタークーラ５ａの上流側に設けたノズル１０'に供給され、該ノズル１０'により排ガス２に混合される。ノズル１０'の設置位置は、圧縮機４ａとアフタークーラ５ａの間の任意の位置とすることができる。
　更に、前記充填材内蔵冷却器５０の上流側には前記排ガス２を冷却する補助冷却器９を設けている。前記補助冷却器９では排ガス２を冷却することによりｐＨ１１以上のドレンＤ４が発生するので、このドレンＤ４はドレン受１４で受け、ポンプ１５により前記補助冷却器９の下流側で前記アルカリ調整剤１０に合流させる。前記充填材内蔵冷却器５０からのドレンＤは７℃前後の低い温度を有しているため、ドレンＤは冷媒として前記アルカリ調整剤供給流路１３により前記補助冷却器９に導いて排ガス２を冷却する。前記補助冷却器９ではドレンＤの冷熱によって、３５℃前後の排ガス２が例えば１２℃前後に効果的に冷却されるようになる。従って、前記補助冷却器９を設置することにより、充填材内蔵冷却器５０の負荷を低減する或いは充填材内蔵冷却器５０を小型化することができる。
　又、最前段の不純物分離機６ａにおけるアフタークーラ５ａには、該アフタークーラ５ａから取り出されるドレンＤ１を一定量貯留するようにしたドレンタンク１６を設けている。前記ドレンタンク１６にはレベル調節計１７が設けてあり、該レベル調節計１７は、検出レベルが常に一定値を保持するようにドレンタンク１６のドレン出口（下流側）に設けた取出弁１８の開度を調節する。前記ドレンタンク１６には、該ドレンタンク１６のドレンＤ１の一部をポンプ１９により取り出して前記アルカリ調整剤供給流路１３に供給するようにしたドレン供給流路２０を設けている。
　前記アルカリ調整剤供給流路１３には供給弁２１が設けてあり、又、前記ドレン供給流路２０には混合弁２２が設けてあり、更に、前記ドレンタンク１６にはドレンＤ１のｐＨを計測するｐＨ検出器２３が設けてある。そして、前記ｐＨ検出器２３により検出したｐＨ検出値２４が制御器２５に入力されており、制御器２５は、前記ｐＨ検出値２４が予め設定された設定値、例えばｐＨ５に保持されるように、前記供給弁２１及び混合弁２２を調節してノズル１０'に供給するアルカリ調整剤１０のｐＨ濃度を制御するようにしている。
　又、前記充填材内蔵冷却器５０のガス出口５５には、排ガス２中の不純物（例えば、硫黄酸化物、窒素酸化物）を検出する不純物検出器２６が設置してあり、該不純物検出器２６による不純物検出値２７が前記制御器２５に入力されている。そして、制御器２５は、前記不純物検出器２６による窒素酸化物の不純物検出値２７が予め設定した設定値を超えたときは緊急時として、アルカリ調整剤１０の供給量を増加するように前記供給弁２１及び混合弁２２を調節する制御を行うようになっている。又、前記水銀除去塔７にはバイパスダクト４３が設けてあり、更に、前記水銀除去塔７に排ガス２を通す流れと通さない流れとに切り替える切替弁４４，４５が設けてあり、不純物検出値２７による水銀の検出値が所定値より大きくなった場合には、前記制御器２５からの指令により、切替弁４４，４５を切り替えて前記水銀除去塔７に排ガス２を通すようになっている。尚、図４の不純物除去機構１００によって十分な不純物除去効果が達成できる場合には、排ガス２を前記充填材内蔵冷却器５０に通すことなく、バイパスライン７９を介して充填材内蔵冷却器５０の下流側へバイパスさせることができる。８０、８１、８２は排ガス２を充填材内蔵冷却器５０に通す場合と通さない場合とに切り替える切替弁である。
　次に図４の実施例の作動を説明する。
　図４に示す水分含有ガスの不純物除去システムでは、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（水分含有ガス５３）は、例えば０．１ＭＰａ（１気圧）の圧力で不純物除去機構１００における最前段の不純物分離機６ａの圧縮機４ａに導かれ、該圧縮機４ａによって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、隣接するアフタークーラ５ａに供給されて冷却され、この冷却により、アフタークーラ５ａからは多量のドレンＤ１が取り出される。このとき、最前段のアフタークーラ５ａからは、排ガス２中の水溶性の不純物である硫黄酸化物、塩化水素及び煤塵の殆どが効果的に除去される。即ち、水溶性の不純物である硫黄酸化物及び塩化水素は、最前段のアフタークーラ５ａから大量に取り出されるドレンＤ１と共に高い除去率で除去される。
　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）の不純物分離機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Ｄ２が取り出される。そして、圧縮機４ｂで圧力が高められたことにより、次段のアフタークーラ５ｂからも少量のドレンＤ２と共に硫黄酸化物及び塩化水素の一部が除去される。
　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機６ｃにおける圧縮機４ｃに導かれて２．５ＭＰａに加圧され、圧縮機４ｃで２．５ＭＰａに加圧された排ガス２は隣接するアフタークーラ５ｃにより冷却され、アフタークーラ５ｃからは前記アフタークーラ５ｂと比較して更に少ない量のドレンＤ３が取り出される。
　一方、最後段の不純物分離機６ｃの圧縮機４ｃでは排ガス２が２．５ＭＰａに加圧されるため、排ガス２中に存在する一酸化窒素（ＮＯ）は加圧による酸化が促進されて水溶性の二酸化窒素（ＮＯ2）に変わる。従って、前記アフタークーラ５ｃから取り出されるドレンＤ３と共に二酸化窒素（ＮＯ2）の一部が除去される。
　更に、排ガス２は、前記不純物除去機構１００の下流側に備えた充填材内蔵冷却器５０に導入されて７℃前後に冷却されることによりドレンＤが生成し、且つ、このドレンＤはドレン循環装置６８によりノズル６３から噴射されるので、排ガス２が充填材６１を流動する間に、排ガス２中の二酸化窒素（ＮＯ2）はドレンＤとの接触により効果的に除去される。従って、排ガス中の窒素酸化物は、充填材内蔵冷却器５０によって高い除去率で除去されるようになる。
　上記において、前記充填材内蔵冷却器５０で発生してドレン受１１に貯留されたドレンＤは、アルカリ調整剤１０としてポンプ１２によりアルカリ調整剤供給流路１３を介し前記補助冷却器９に供給されて排ガス２の冷却を行った後、最前段の不純物分離機６ａにおけるアフタークーラ５ａの上流側のノズル１０'から排ガス２に供給される。このように排ガス２のアフタークーラ５ａの上流側にアルカリ調整剤１０が供給されることにより、前記不純物除去機構１００による特に排ガス２中の硫黄酸化物、塩化水素等の除去が効果的に行われるようになる。
　又、最前段のアフタークーラ５ａから取り出されるドレンＤ１を貯留するドレンタンク１６のドレンＤ１は、ドレン供給流路２０により前記アルカリ調整剤供給流路１３に供給してアルカリ調整剤１０に混合される。前記アルカリ調整剤１０に、前記ドレンＤ１が供給されることで、所定のｐＨに希釈されたアルカリ調整剤１０がノズル１０'に供給される。
　前記排ガス中の大量の硫黄酸化物がドレンＤ１に溶け込むと、ドレンＤ１のｐＨは著しく低下することになり（例えばｐＨが１となる）、ドレンＤ１が飽和状態となることによりドレンＤ１に対する硫黄酸化物の溶け込みが著しく低下することになって硫黄酸化物の除去効果が低下する。しかし、制御器２５は、最前段のアフタークーラ５ａから取り出されるドレンＤ１のｐＨ検出値２４が、設定値である例えばｐＨ５に保持されるように、前記アルカリ調整剤供給流路１３に設けた供給弁２１及び前記ドレン供給流路２０に設けた混合弁２２を調節するので、アフタークーラ５ａの雰囲気が高いｐＨに維持され、よって、ドレンＤ１により高い除去率で不純物が除去される。
　前記充填材内蔵冷却器５０と補助冷却器９から取り出されてアルカリ調整剤１０としてアフタークーラ５ａの上流側に供給するｐＨ１１以上のドレンＤ４，Ｄは、ドレンＤ１のｐＨを設定値であるｐＨ５に保持するのに十分な量を確保することができ、余剰のドレンＤ４，Ｄは、前記ドレン受１１，１４から排出され排水処理装置（図示せず）に供給されて処理される。
　又、最後段の不純物分離機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２６からの硫黄酸化物の不純物検出値２７が制御器２５に入力されており、該制御器２５は、硫黄酸化物の不純物検出値２７が予め設定した設定値を超えたときにアルカリ調整剤供給流路１３によるアルカリ調整剤１０の供給を増加するように制御するので、前記充填材内蔵冷却器５０出口の不純物が増加する問題を防止することができる。
　又、レベル制御器７３はレベル計７１で検出する前記ドレン溜め６２のドレンＤのレベルが一定に保持されるように制御しているので、前記ドレン溜め６２のドレンＤをドレン循環装置６８により確実に循環させて噴射することができる。
　又、前記ドレン溜め６２のドレンＤのｐＨを設定値に保持するようにしたアルカリ剤制御器７６を有するので、ドレンＤのｐＨを一定に保持して、充填材内蔵冷却器５０による不純物除去効果を一定に保持することができる。
　上記したように、不純物除去機構１００の下流側に充填材内蔵冷却器５０を備えた本発明の水分含有ガスの不純物除去システムによれば、不純物除去機構１００による不純物の除去効果に加えて、充填材内蔵冷却器５０による不純物の除去効果が発揮されるので、確実な不純物除去を達成することができる。更に、充填材内蔵冷却器５０によって生じたドレンＤをアルカリ調整剤１０として不純物除去機構１００に導くことにより、新たなアルカリ材を供給することなしに、不純物除去機構１００による不純物の除去効果を高めることができる。
　尚、本発明の水分含有ガスの不純物除去装置及び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。
　１  酸素燃焼装置
　２  排ガス（水分含有ガス）
　４ａ，４ｂ，４ｃ  圧縮機
　５ａ，５ｂ，５ｃ  アフタークーラ
　６ａ，６ｂ，６ｃ  不純物分離機
　１３  アルカリ調整剤供給流路
　５０  充填材内蔵冷却器
　５１  冷却空間
　５２  冷却器本体
　５３  水分含有ガス
　５４  ガス入口
　５５  ガス出口
　５６  冷却流体入口
　５７  冷却流体
　５８  冷却流体出口
　５９  冷却管
　６１  充填材
　６１ａ，６１ａ  孔開き板
　６１ｂ  粒状物
　６２  ドレン溜め
　６３  ノズル
　６４  ドレン出口
　６５  取出管
　６６  ポンプ
　６８  ドレン循環装置
　６９  アルカリ剤
　７０  アルカリ剤添加装置
　７１  レベル計
　７２  調節弁
　７３  レベル制御器
　７４  ｐＨ検出器
　７６  アルカリ剤制御器
　７７  圧縮機
　７８  冷凍機
　１００  不純物除去機構

Claims (7)

  1. 　冷却空間を有する冷却器本体と、前記冷却空間の内部下側に連通するガス入口と、前記冷却空間の内部上側に連通するガス出口と、前記冷却空間の内部における前記ガス入口とガス出口の間に配置され、冷却流体入口からの冷却流体を前記冷却空間の内部に巡らせて冷却流体出口から導出するようにした冷却管と、前記冷却空間の内部の前記ガス入口とガス出口の間を上下に区画するように配置した充填材とを有する充填材内蔵冷却器と、前記冷却空間の内部上側に備えたノズルと、前記冷却空間の内底部のドレン溜めに備えたドレン出口からのドレンをポンプにより前記ノズルに供給して噴射するドレン循環装置と、前記ドレンにアルカリ剤を添加するアルカリ剤添加装置とを有する水分含有ガスの不純物除去装置。
  2. 　前記ドレン溜めのドレンのｐＨを検出するｐＨ検出器と、該ｐＨ検出器で検出したｐＨ検出値が設定値に保持されるように前記アルカリ剤添加装置によるアルカリ剤の供給を調節するアルカリ剤制御器を有する請求項１に記載の水分含有ガスの不純物除去装置。
  3. 　前記ドレン溜めのドレンのレベルを検出するレベル計と、該レベル計により検出したレベル検出値が設定値に保持されるようにドレン出口に備えた調節弁を調節するレベル制御器を有する請求項１に記載の水分含有ガスの不純物除去装置。
  4. 　前記ドレン溜めのドレンのレベルを検出するレベル計と、該レベル計により検出したレベル検出値が設定値に保持されるようにドレン出口に備えた調節弁を調節するレベル制御器を有する請求項２に記載の水分含有ガスの不純物除去装置。
  5. 　前記ガス入口は圧縮機に接続されている請求項１に記載の水分含有ガスの不純物除去装置。
  6. 　前記冷却流体入口と冷却流体出口との間に冷凍機を備えた請求項１に記載の水分含有ガスの不純物除去装置。
  7. 　複数段の圧縮機と、夫々の圧縮機により圧縮したガスを冷却して凝縮したドレンを取り出すアフタークーラとを有する複数段の不純物分離機を備えて酸素燃焼装置からのガスの不純物を除去するよう構成された不純物除去機構の下流側に、
      冷却空間を有する冷却器本体と、前記冷却空間の内部下側に連通するガス入口と、前記冷却空間の内部上側に連通するガス出口と、前記冷却空間の内部における前記ガス入口とガス出口の間に配置され、冷却流体入口からの冷却流体を前記冷却空間の内部に巡らせて冷却流体出口から導出するようにした冷却管と、前記冷却空間の内部における前記ガス入口とガス出口の間を上下に区画するように配置した充填材とを有する充填材内蔵冷却器を備え、
      前記冷却空間の内部上側に備えたノズルと、前記冷却空間の内底部のドレン溜めに備えたドレン出口からのドレンをポンプにより前記ノズルに供給して噴射するドレン循環装置と、前記冷却流体入口と冷却流体出口との間に配置した冷凍機と、前記冷却器本体のドレン溜めのドレンを、少なくとも最前段の前記不純物分離機のアフタークーラの上流側にアルカリ調整剤として供給するアルカリ調整剤供給流路とを備えた水分含有ガスの不純物除去システム。
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