| 【発明の名称】 |
二酸化炭素回収プロセスの排熱利用方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】飯嶋 正樹
【住所又は居所】東京都千代田区丸の内二丁目５番１号 三菱重工業株式会社内
|
| 【要約】 |
【課題】二酸化炭素回収プロセスで大量に発生する排熱を利用して地域暖房等に供給される温水を得る二酸化炭素回収プロセスの排熱利用方法を提供する。
【解決手段】燃焼排ガスを冷却塔に供給して冷却する工程と、この燃焼排ガスを吸収塔に供給し、再生塔から供給された再生吸収液と接触させて燃焼排ガス中の二酸化炭素を再生吸収液に吸収する工程と、吸収塔の底部に貯留された二酸化炭素吸収溶液を再生塔から供給された再生吸収液と熱交換して加熱した後、再生塔に供給すると共に、再生塔底部を飽和蒸気で加熱して二酸化炭素吸収溶液を二酸化炭素と再生吸収液に分離する工程とを含み、温水戻り水を熱交換後の再生吸収液との熱交換、再生塔から排気された二酸化炭素との熱交換、および再生塔底部を加熱した後の飽和水との熱交換のいずれかまたは２つ以上の組み合わせにより加熱して温水を得ることを特徴とする。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 冷却塔、吸収塔再生塔を備えた二酸化炭素回収装置を用い、燃焼排ガスを前記冷却塔に供給して冷却する工程と、冷却された燃焼排ガスを前記吸収塔に供給し、前記再生塔から供給された再生吸収液と接触させてその燃焼排ガス中の二酸化炭素を再生吸収液に吸収する工程と、前記吸収塔の底部に貯留された二酸化炭素吸収溶液を前記再生塔から供給された再生吸収液と熱交換して加熱した後、前記再生塔に供給すると共に、この再生塔底部を飽和蒸気を用いて加熱して前記二酸化炭素吸収溶液を二酸化炭素と再生吸収液に分離し、二酸化炭素を前記再生塔から排出、回収する工程とを含む燃焼排ガス中の二酸化炭素回収プロセスにおいて、温水戻り水を、前記熱交換後の再生吸収液との熱交換、前記再生塔から排気された二酸化炭素との熱交換、および前記再生塔底部を加熱した後の飽和水との熱交換、のいずれかまたは２つ以上の組み合わせにより加熱して温水を得ることを特徴とする二酸化炭素回収プロセスの排熱利用方法。
【請求項２】 前記燃焼排ガスは、発電所のボイラーまたはガスタービンから排気されたものであることを特徴とする請求項１記載の二酸化炭素回収プロセスの排熱利用方法。
|
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、二酸化炭素回収プロセスの排熱利用方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、燃焼排ガスから二酸化炭素を回収プロセスにおいて発生する大量の排熱を冷却水により冷却し、海や川、大気に放出していた。このため、大量の低温の排熱は利用されなかった。また、大量の冷却水を確保されない地域ではエアークーラを用いることもあった。
【０００３】一方、地域に温水を供給するシステムとしては例えば図４に示す発電所で発生する熱を利用することが行われている。
【０００４】すなわち、ボイラー１０１の蒸気はスチームタービン１０２に供給され、発電機１０３を発電し、蒸気は復水器１０４で凝縮され、ポンプ１０５により前記ボイラー１０１に戻される。前記スチームタービン１０２から低圧スチームが抜かれ、地域温水から戻された水と熱交換器１０６で熱交換されて加熱され、地域温水として供される。熱交換後の凝縮水はポンプ１０７により前記ボイラー１０１に戻される。
【０００５】しかしながら、従来の地域温水システムではスチームタービン１０２から低圧スチームを引き抜くため、スチームタービン１０２の出力が低下し、結果として発電量が低下する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、燃焼排ガスから二酸化炭素を回収するプロセスにおいて大量に発生する排熱を利用して温水戻り水を加熱し、地域暖房等として供給される大量の温水を得ることが可能な二酸化炭素回収プロセスの排熱利用方法を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に係る二酸化炭素回収プロセスの排熱利用方法は、冷却塔、吸収塔および再生塔を備えた二酸化炭素回収装置を用い、燃焼排ガスを前記冷却塔に供給して冷却する工程と、冷却された燃焼排ガスを前記吸収塔に供給し、前記再生塔から供給された再生吸収液と接触させてその燃焼排ガス中の二酸化炭素を再生吸収液に吸収する工程と、前記吸収塔の底部に貯留された二酸化炭素吸収溶液を前記再生塔から供給された再生吸収液と熱交換して加熱した後、前記再生塔に供給すると共に、この再生塔底部を飽和蒸気を用いて加熱して前記二酸化炭素吸収溶液を二酸化炭素と再生吸収液に分離し、二酸化炭素を前記再生塔から排出、回収する工程とを含む燃焼排ガス中の二酸化炭素回収プロセスにおいて、温水戻り水を、前記熱交換後の再生吸収液との熱交換、前記再生塔から排気された二酸化炭素との熱交換、および前記再生塔底部を加熱した後の飽和水との熱交換、のいずれかまたは２つ以上の組み合わせにより加熱して温水を得ることを特徴とするものである。
【０００８】本発明に係る二酸化炭素回収プロセスの排熱利用方法において、前記燃焼排ガスとして発電所のボイラーまたはガスタービンから排気されたものを用いることを許容する。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る二酸化炭素回収プロセスの排熱利用方法の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】図１は、二酸化炭素回収装置を組み込んだ発電所を示す概略図、図２は図１の二酸化炭素回収装置を詳細に示す概略図、図３は温水戻り水の熱交換状況を示す概略図である。
【００１１】ボイラー１は、流路１０1を通して発電機２を有するスチームタービン３に連結されている。前記スチームタービン３は流路１０2を通して前記ボイラー１に連結されている。蒸気を凝縮する復水器４およびポンプ５は前記流路１０2に順次介装されている。
【００１２】前記ボイラー１は、流路１０3を通して二酸化炭素回収装置２０に連結されている。この二酸化炭素回収装置２０は、図２に示すように互いに隣接して配列された冷却塔２１、吸収塔２２および再生塔２３を備えている。
【００１３】前記冷却塔２１は、前記ボイラー１と前記流路１０3を通して連結されている。前記冷却塔２１には、気液接触部材２４が内蔵されている。循環流路１０4は、一端が前記冷却塔２１の底部に、他端が前記冷却塔２１の上部に連結されている。第１ポンプ２５および第１熱交換器２６は、前記冷却塔２１の底部側から前記循環流路１０4に順次介装されている。冷却水は、前記循環流路１０4を通して前記冷却塔２１の上部に噴射され、前記流路１０3を通して導入された燃焼排ガスを前記気液接触部材２４で冷却している。前記冷却塔２１の頂部は、流路１０5を通して前記吸収塔２２の下部付近と連結され、かつこの流路１０5にはブロワ２７が介装されている。
【００１４】前記吸収塔２２には、２つの上部側、下部側の気液接触部材２８ａ，２８ｂが内蔵されている。これら気液接触部材２８ａ，２８ｂ間には、再生された吸収液のオーバーフロー部２９が配置されている。流路１０6は、一端が前記吸収塔２２の前記オーバーフロー部２９の個所に連結され、他端がポンプ３０および第２熱交換器（洗浄水冷却器）３１を経由して前記吸収塔２２上部側の気液接触部材２８ａ上の個所に連結されている。排気管３２は、前記吸収塔２２の頂部に連結されている。
【００１５】前記再生塔２３には、２つの上部側、下部側の気液接触部材３３ａ，３３ｂが内蔵されている。
【００１６】前記吸収塔２２の底部は、流路１０7を通して前記再生塔２３の２つの上部側、下部側の気液接触部材３３ａ、３３ｂ間に位置する上部に連結されている。ポンプ３４および第３熱交換器３５は、前記流路１０7に前記吸収塔２２側から順次介装されている。
【００１７】前記再生塔２３の底部は、前記第３熱交換器３５を経由する流路１０8を通して前記吸収塔２２のオーバーフロー部２９が位置する上部に連結されている。ポンプ３６は、前記再生塔２３の底部と前記第３熱交換器３５の間に位置する前記流路１０8に介装されている。第４熱交換器（吸収液冷却器）３７は、前記第３熱交換器３５と前記吸収塔２２の間に位置する前記流路１０8に介装されている。温水戻り水用流路１０9は、図２および図３に示すように前記第４熱交換器３７に交差され、この流路１０9を流通する温水戻り水は前記第４熱交換器３７と熱交換される。
【００１８】流路１０10は、一端が前記再生塔２３の下部付近に連結され、他端が前記気液接触部材３３ｂ直下に位置する前記再生塔２３に連結されている。ポンプ３８および第５熱交換器３９は、前記流路１０10に前記吸収液再生塔２３の下部付近側から順次介装されている。前記第５熱交換器３９は、飽和蒸気が導入される流路１０11と交差し、その飽和蒸気と熱交換される。
【００１９】流路１０12は、一端が前記再生塔２３の頂部に連結され、他端が第６熱交換器（還流冷却器）４０を経由して気液分離器４１に連結されている。この気液分離器４１で分離された二酸化炭素は排気管４２を通して回収される。前記第４熱交換器３７を経由した前記温水戻り水用流路１０9は、図２および図３に示すように前記第６熱交換器４０に交差され、この流路１０9を流通する温水戻り水は前記第６熱交換器４０と熱交換される。この気液分離器４１は、流路１０13を通して前記再生塔２３の頂部に連結されている。この流路１０13には、ポンプ４２が介装されている。
【００２０】前記第６熱交換器４０を経由した前記温水戻り水用流路１０9は、図１および図３に示すように前記飽和水が流通する流路１０11と交差する第７熱交換器４４に交差され、この流路１０9を流通する温水戻り水は前記第７熱交換器４４と熱交換される。
【００２１】次に、前述した図１〜図３に示す二酸化炭素回収装置を組み込んだ発電所を参照して二酸化炭素回収プロセスの排熱利用方法を説明する。
【００２２】ボイラー１で発生した蒸気は、流路１０1を通してスチームタービン３に供給され、発電機２を発電する。スチームタービン３の蒸気は、流路１０2を通して復水器４に供給され、ここで凝縮され、生成した凝縮水はポンプ５により前記ボイラー１に戻される。
【００２３】前記ボイラー１で発生した燃焼排ガスは、流路１０3を通して二酸化炭素回収装置２０冷却塔２１に供給される。ポンプ２５の駆動により前記冷却塔２１底部から引き抜かれた処理水は、第１熱交換器２６が介装された循環流路１０4を経由する間に冷却され、この冷却水は前記冷却塔２１の上部に噴射されることによって、前記流路１０3を通して導入された前記燃焼排ガスを前記気液接触部材２４で冷却する。
【００２４】冷却された燃焼排ガスは、前記冷却塔２１の頂部からブロワ２７の駆動により流路１０5を通して吸収塔２２の下部付近に供給され、その内部の下部側気液接触部材２８ｂを上昇する間、再生塔２３から第３熱交換器３５および第４熱交換器３７を経由する流路１０8を通して前記吸収塔２２のオーバーフロー部２９に供給された再生吸収液、例えば再生アミン液と接触してその燃焼排ガス中の二酸化炭素がアミン液に吸収される。燃焼排ガスは、さらに前記オーバーフロー部２９６経由して上部側気液接触部材２８ａを上昇する間、ポンプ３０の駆動により流路１０6を通して前記吸収塔２２の頂部付近に供給された排ガスが冷却され、全系の水のバランスを保持すると共に、アミン蒸気を系外に排出しないようにする。二酸化炭素が除去された燃焼排ガスは、排気管３２を通して大気に放出される。
【００２５】前記二酸化炭素吸収アミン液は、前記吸収塔２２の底部に貯留され、ここからポンプ３４の駆動により流路１０7を通して前記再生塔２３の２つの気液接触部材３３ａ，３３ｂ間に位置する上部に供給される。このとき、前記二酸化炭素を吸収したアミン液は前記流路１０7と前記再生塔９３の底部の比較的温度の高い再生アミン液が流通される前記流路１０8との交差部に位置する前記第３熱交換器３５で熱交換されて加熱されるとともに、その再生アミン液が冷却される。
【００２６】加熱された二酸化炭素吸収アミン液は、前記再生塔２３の下部側気液接触部材３３ｂを流下する間に二酸化炭素と再生アミン液に分離される。このとき、前記再生塔２３底部に貯留された再生アミン液はポンプ３８の駆動により第５熱交換器３９が介装された流路１０10を通して循環され、前記第５熱交換器３９に流路１０11を通して供給される飽和蒸気と熱交換されて加熱される。これにより前記再生塔２３自体を加熱して二酸化炭素と再生アミン液との分離の熱源を付与する。前記再生アミン液は、前記再生塔２３底部に貯留され、ポンプ３６の駆動により前記流路１０8を通して前記吸収塔２２に返送される。
【００２７】前記二酸化炭素は、前記再生塔２３の上部側気液接触部材３３ａを上昇し、再生塔２３頂部から流路１０12を流通する間、第６熱交換器４０で冷却されて二酸化炭素と共に持ち運ばれる水蒸気が凝縮され、さらに気液分離器４１に送られ、ここで二酸化炭素とアミン液とに分離される。二酸化炭素は、排気管４２を通して回収される。アミン液は、流路１０13を通して前記再生塔２３に戻される。
【００２８】前述した二酸化炭素の回収プロセスにおいて、温水戻り水は図１〜図３に示すように第４熱交換器３７、第６熱交換器４０および第７熱交換器４４が介装された温水戻り水用流路１０9に供給される。このとき、温水戻り水用流路１０9を流通する温水戻り水は最初に第４熱交換器３７で、これに交差する流路１０8を流れる例えば６０〜７０℃の温度の再生アミン液と熱交換されて加熱される。次に、第６熱交換器４０で、これに交差する流路１０12を流れる再生塔２３から排気された例えば９０〜１００℃の温度の二酸化炭素および水蒸気と熱交換されて加熱される。最後に、第７熱交換器４４で、これに交差する流路１０11を流れる例えば１２０〜１４０℃の温度の飽和水と熱交換されて加熱されて目的とする温度まで上昇され、温水として例えば地域暖房に利用される。
【００２９】具体的には、図３に示すように２０℃の温水戻り水は前記第４熱交換器３７で熱交換されて５５℃まで加熱され、さらに前記第６熱交換器４０で熱交換されて８５℃まで加熱され、最後に第７熱交換器４４で熱交換されて１００℃まで加熱されることによって、目的とする温水温度になる。このように温水戻り水を低温から高温の熱交換器に流通することによって、前記温水戻り水を効率よく目的の温水温度まで加熱することが可能になる。
【００３０】したがって、本発明よればボイラー等の燃焼排ガス発生源の燃焼排ガスから二酸化炭素を回収するプロセスにおいて、従来、冷却水で冷却して廃棄していた大量に発生する排熱を利用して温水戻り水を加熱することによって、地域暖房等として供給される大量の温水を安価に得ることができる。
【００３１】また、本発明の排熱利用方法をボイラーを有する発電所に適用することによって、従来の地域温水システムのようにスチームタービンから低圧スチームを引き抜くことなく、二酸化炭素の回収プロセス側で地域温水を供給できるため、低圧スチームを引き抜くこと伴うスチームタービンの出力低下を防止することができる。
【００３２】なお、前述した実施形態では温水戻り水を第４熱交換器３７、第６熱交換器４０および第７熱交換器４４を全て利用して加熱し、温水を得たが、これに限定されない。例えば、温水戻り水を前記第４熱交換器３７、第６熱交換器４０および第７熱交換器４４のいずれかまたは２つ以上の熱交換器を利用して加熱し、温水を得てもよい。２つ以上の熱交換器を利用する際には、温水の熱交換器への流通順序は特に制限されない。
【００３３】前述した実施形態では温水戻り水を比較的温度の高い流体が流通する第４熱交換器３７、第６熱交換器４０および第７熱交換器４４を利用して加熱し、温水を得たが、これに限定されない。例えば、温水戻り水を前記第４熱交換器３７と熱交換する前に、前記第４、第６、第７の熱交換器より温度の低い流体が流通する前述した図２に示す第１熱交換器２６（例えば２０〜５０℃の温度の冷却水が交差）および第２熱交換器３１（例えば２０〜５０℃の温度の冷却水が交差）のいずれか一方または両者と熱交換して加熱してもよい。
【００３４】また、燃焼排ガス発生源としてはボイラーに限定されるものではない。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、燃焼排ガスから二酸化炭素を回収するプロセスにおいて、大量に発生する排熱を利用して温水戻り水を加熱し、地域暖房等として供給される大量の温水を安価に得ることが可能な二酸化炭素回収プロセスの排熱利用方法を提供することができる。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６２０８
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
【住所又は居所】東京都港区港南二丁目１６番５号
|
| 【出願日】 |
平成１４年１月３１日（２００２．１．３１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００５８４７９
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴江 武彦 （外５名）
|
| 【公開番号】 |
特開２００３−２２５５３７（Ｐ２００３−２２５５３７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年８月１２日（２００３．８．１２） |
| 【出願番号】 |
特願２００２−２４５２８（Ｐ２００２−２４５２８） |
|