特開 2023-822 排ガス処理設備、発電設備

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023000822

(43)【公開日】2023-01-04

(54)【発明の名称】排ガス処理設備、発電設備

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/62 20060101AFI20221222BHJP

   B01D 53/48 20060101ALI20221222BHJP

   B01D 53/78 20060101ALI20221222BHJP

   B01D 53/96 20060101ALI20221222BHJP

   B01D 53/14 20060101ALI20221222BHJP

【ＦＩ】

B01D53/62

B01D53/48 ZAB

B01D53/78

B01D53/96

B01D53/14 220

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021101857

(22)【出願日】2021-06-18

(71)【出願人】

【識別番号】000173809

【氏名又は名称】一般財団法人電力中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100101236

【弁理士】

【氏名又は名称】栗原 浩之

(74)【代理人】

【識別番号】100166914

【弁理士】

【氏名又は名称】山▲崎▼ 雄一郎

(72)【発明者】

【氏名】秋保 広幸

【テーマコード（参考）】

4D002

4D020

【Ｆターム（参考）】

4D002AA01

4D002AA09

4D002AA12

4D002AC01

4D002BA02

4D002BA12

4D002BA13

4D002BA14

4D002CA13

4D002DA31

4D002EA02

4D002EA08

4D002HA08

4D020AA03

4D020AA10

4D020BA10

4D020BA16

4D020BA19

4D020BB03

4D020BC01

4D020CB00

4D020CC01

4D020CC05

4D020CC09

4D020CC10

4D020CD02

(57)【要約】

【課題】排ガスの熱エネルギーを有効に利用して、最小限のコストでＣＯ₂を回収する。
【解決手段】ＣＯ₂が吸収されたＣＯ₂吸収液が熱回収器１１に送られ、排ガスの熱によりＣＯ₂吸収液が加熱され、加熱されたＣＯ₂吸収液の熱が分離動力となって気液分離手段１６でＣＯ₂が分離され、ＣＯ₂が分離されたＣＯ₂吸収液（再生されたＣＯ₂吸収液）が再加熱器１２に送られる。このため、燃焼ガスの排ガスに含まれるＣＯ₂が、排ガスの熱によりＣＯ₂吸収液から分離される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

排ガス処理経路に設けられ、排ガスの熱を回収する熱回収手段と、
前記熱回収手段の下流側の前記排ガス処理経路に設けられ、前記熱回収手段との間で熱媒としてのＣＯ₂吸収液が循環し、排ガスを再加熱する再加熱手段と、
前記再加熱手段から前記熱回収手段に向かうＣＯ₂吸収液の経路に設けられ、前記熱回収手段と前記再加熱手段の間の前記排ガス処理経路の排ガス中のＣＯ₂を前記ＣＯ₂吸収液に吸収させるＣＯ₂吸収手段と、
前記熱回収手段から前記再加熱手段に向かうＣＯ₂吸収液の経路に設けられ、前記熱回収手段で熱回収された排ガスの熱によりＣＯ₂吸収液が吸収したＣＯ₂を気体として分離してＣＯ₂吸収液を再生する再生手段とを備えた
ことを特徴とする排ガス処理設備。

【請求項2】

請求項１に記載の排ガス処理設備において、
前記熱回収手段と前記ＣＯ₂吸収手段の間における前記排ガス処理経路に設けられ、前記排ガス処理経路を流通する排ガスの塵を捕集する集塵手段を備えた
ことを特徴とする排ガス処理設備。

【請求項3】

請求項２に記載の排ガス処理設備において、
前記集塵手段と前記ＣＯ₂吸収手段の間における前記排ガス処理経路に設けられ、前記排ガス処理経路を流通する排ガスの硫黄分を除去する脱硫手段を備えた
ことを特徴とする排ガス処理設備。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の排ガス処理設備において、
前記排ガス処理経路には、炭素系燃料を燃焼した燃焼ガスの排気ガスが送られ、
前記再生手段では、炭素系燃料を燃焼した燃焼ガスのＣＯ₂が吸収されたＣＯ₂吸収液から気体としてＣＯ₂が分離される
ことを特徴とする排ガス処理設備。

【請求項5】

炭素系燃料に由来する燃料を燃焼させて高温・高圧流体を発生させる燃焼手段と、
前記燃焼手段で発生した高温・高圧流体を膨張させて発電動力を得るタービンと、
前記燃焼手段の排気ガスが送られる請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の排ガス処理設備とを備えた
ことを特徴とする発電設備。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、排ガス処理設備、及び、排ガス処理装置を備えた発電設備に関する。

【背景技術】

【0002】

石炭は世界の広い地域に存在し、可採埋蔵量が多く、価格が安定しているため、供給安定性が高く発熱量あたりの価格が低廉である。石炭は、例えば、発電用のボイラの燃料として使用され（例えば、特許文献１）、石炭を用いた発電により、電力の安定した供給が実現されている。

【0003】

一方で、化石燃料を用いた場合、ＣＯ₂の発生は避けられないのが現状である。このため、ＣＯ₂を分離回収し、隔離処理をする等して、ＣＯ₂の排出を抑制することが種々行われてきている。ＣＯ₂を分離回収する場合、発電用の蒸気等、熱エネルギー等が必要であり、ＣＯ₂の隔離には、発電出力の低下やハンドリングを考慮したり、搬送経路や貯留場所を考慮したりする必要があった。

【0004】

このため、発電の技術の分野においては、電力の安定した供給の実現と、ＣＯ₂の排出を抑制することに関して、様々な工夫がされてきているのが実情であり、発電の効率を落とすことなく、エネルギーを有効に利用して、ＣＯ₂を分離回収する技術を確立する余地があるのが現状である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１８―２０４８４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、エネルギーを有効に利用して、最小限のコストでＣＯ₂を分離回収することができる排ガス処理設備、及び、排ガス処理設備を備えた発電設備を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の排ガス処理設備は、排ガス処理経路に設けられ、排ガスの熱を回収する熱回収手段と、前記熱回収手段の下流側の前記排ガス処理経路に設けられ、前記熱回収手段との間で熱媒としてのＣＯ₂吸収液が循環し、排ガスを再加熱する再加熱手段と、前記再加熱手段から前記熱回収手段に向かうＣＯ₂吸収液の経路に設けられ、前記熱回収手段と前記再加熱手段の間の前記排ガス処理経路の排ガス中のＣＯ₂を前記ＣＯ₂吸収液に吸収させるＣＯ₂吸収手段と、前記熱回収手段から前記再加熱手段に向かうＣＯ₂吸収液の経路に設けられ、前記熱回収手段で熱回収された排ガスの熱によりＣＯ₂吸収液が吸収したＣＯ₂を気体として分離してＣＯ₂吸収液を再生する再生手段とを備えたことを特徴とする。

【0008】

請求項１に係る本発明では、排ガス中のＣＯ₂がＣＯ₂吸収手段のＣＯ₂吸収液に吸収され、ＣＯ₂が吸収されたＣＯ₂吸収液が熱回収手段に送られる。排ガスの熱により熱回収手段でＣＯ₂吸収液が加熱され、加熱されたＣＯ₂吸収液の熱が分離動力となって再生手段でＣＯ₂が分離される。ＣＯ₂が分離されたＣＯ₂吸収液（再生されたＣＯ₂吸収液）が再加熱手段に送られて排ガスが所望の状態に昇温され（ＣＯ₂吸収液が所望の温度に降温され）、所望の温度に降温されたＣＯ₂吸収液がＣＯ₂吸収手段に循環される。

【0009】

ＣＯ₂吸収液としては、モノエタノールアミン（ＭＥＡ）やメチルジエタノールアミン（ＭＤＥＡ）等のアミン吸収液等を適用することができる。

【0010】

このため、炭素系燃料（石炭）を燃料とした燃焼ガスの排ガスの処理であっても、排ガスの熱エネルギーを有効に利用して、最小限のコストでＣＯ₂を分離回収することが可能になる。

【0011】

そして、請求項２に係る本発明の排ガス処理設備は、請求項１に記載の排ガス処理設備において、前記熱回収手段と前記ＣＯ₂吸収手段の間における前記排ガス処理経路に設けられ、前記排ガス処理経路を流通する排ガスの煤塵を捕集する集塵手段を備えたことを特徴とする。

【0012】

請求項２に係る本発明では、集塵手段の下流側のＣＯ₂吸収手段で、排ガス中のＣＯ₂をＣＯ₂吸収液に吸収させる。脱硫装置がない状態であっても、低Ｓ炭を用いた石炭の燃焼ガスの排ガス処理に用いることができる。また、炉内脱硫や吸収剤を煙道に吹き込むなどの手段があれば、低Ｓ炭ではない石炭を用いる場合であっても、脱硫装置がない状態で排ガス処理の経路を構築することができる。

【0013】

また、請求項３に係る本発明の排ガス処理設備は、請求項２に記載の排ガス処理設備において、前記集塵手段と前記ＣＯ₂吸収手段の間における前記排ガス処理経路に設けられ、前記排ガス処理経路を流通する排ガスの硫黄分を除去する脱硫手段を備えたことを特徴とする。

【0014】

請求項３に係る本発明では、脱硫手段の下流側のＣＯ₂吸収手段で、排ガス中のＣＯ₂をＣＯ₂吸収液に吸収させる。

【0015】

また、請求項４に係る本発明の排ガス処理設備は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の排ガス処理設備において、前記排ガス処理経路には、炭素系燃料を燃焼した燃焼ガスの排ガスが送られ、前記再生手段では、炭素系燃料を燃焼した燃焼ガスのＣＯ₂が吸収されたＣＯ₂吸収液から気体としてＣＯ₂が分離されることを特徴とする。

【0016】

請求項４に係る本発明では、炭素系燃料を燃焼した燃焼ガスの排ガスに含まれるＣＯ₂がＣＯ₂吸収液で吸収され、排ガスの熱によりＣＯ₂吸収液からＣＯ₂が分離され、炭素系燃料（石炭、バイオマス等）を燃料とした燃焼ガスの排ガスの処理において、排ガスの熱エネルギーを有効に利用して、最小限のコストでＣＯ₂を分離回収することができる。

【0017】

上記目的を達成するための請求項５に係る本発明の発電設備は、炭素系燃料（石炭、バイオマス、あるいは、天然ガス等）に由来する燃料を燃焼させて高温・高圧流体を発生させる燃焼手段と、前記燃焼手段で発生した高温・高圧流体を膨張させて発電動力を得るタービンと、前記燃焼手段の排気ガスが送られる請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の排ガス処理設備とを備えたことを特徴とする。

【0018】

請求項５に係る本発明では、発電用の燃焼ガスの排ガスの熱エネルギーを有効に利用して、最小限のコストでＣＯ₂を回収することができる排ガス処理設備を備えた発電設備とすることができる。炭素系燃料としては、炭素系の燃料に非炭素系の燃料（水素やアンモニア等）を混ぜた燃料を含む。即ち、炭素系燃料を用いて燃焼を行う場合、炭素系の燃料に非炭素系の燃料（水素やアンモニア等）を混ぜて混焼させることができる。

【発明の効果】

【0019】

本発明の排ガス処理設備は、排ガスの熱エネルギーを有効に利用して、最小限のコストでＣＯ₂を回収することが可能になる。

【0020】

また、本発明の発電設備は、排ガスの熱エネルギーを有効に利用して、最小限のコストでＣＯ₂を回収することができる排ガス処理設備を備えた発電設備とすることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の第１実施例に係る排ガス処理設備を備えた発電設備の概略構成図である。

【図2】本発明の第２実施例に係る排ガス処理設備を備えた発電設備の概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

図１には本発明の第１実施例に係る第１実施例に係る排ガス処理設備を備えた石炭火力発電設備の全体構成を説明するための概略の系統を示してある。

【0023】

石炭火力発電設備は、炭素系燃料である石炭（微粉炭）が燃焼室に投入され、微粉炭を燃焼させて高温・高圧の蒸気（流体）を発生させるボイラ１（燃焼手段）を備えている。ボイラ１で発生させた蒸気を蒸気タービン２で膨張させ、蒸気タービン２の駆動により発電機３が運転されて電力を得るようになっている（発電動力を得る）。蒸気タービン２で仕事を終えた蒸気は復水器４で復水され、ボイラ１に給水される。

【0024】

尚、炭素系燃料としては、石炭（微粉炭）に限定されず、炭素系の燃料に非炭素系の燃料（水素やアンモニア）を混ぜた燃料を用いることも可能である。即ち、炭素系燃料を用いて燃焼を行う場合、炭素系の燃料に非炭素系の燃料（水素やアンモニア）を混ぜて混焼させることも可能である。

【0025】

ボイラ１の排気ガスは、排ガス処理設備５で処理されて煙突１０を介して大気に放出される。排ガス処理設備５の排気経路は、ボイラ１の排ガス処理経路６には脱硝装置７が備えられ、脱硝装置７でＮＯ_Xが除去された排ガスはエアヒータ８で熱回収される。

【0026】

エアヒータ８で熱回収された排ガスは、排ガス中のＣＯ₂を吸収して回収するＣＯ₂処理システムの熱回収器１１（熱回収手段）に送られる。熱回収器１１の下流側の排ガス処理経路６には、熱回収器１１との間で熱媒としてのＣＯ₂吸収液（例えば、アミン水溶液）が循環し、排ガスを再加熱する（ＣＯ₂吸収液を冷却する）再加熱器１２（再加熱手段）が備えられている。ＣＯ₂吸収液を冷却した（再加熱された）排ガスは大気に放出される。

【0027】

即ち、熱回収器１１と再加熱器１２とにわたり、ＣＯ₂吸収液が循環する循環経路１３が構築されている。循環経路１３には循環ポンプ１４が設けられ、循環ポンプ１４の駆動により、循環経路１３内のＣＯ₂吸収液が図中反時計回り方向に循環する。

【0028】

一方、排ガス処理経路６にはＣＯ₂吸収手段１５が備えられ、ＣＯ₂吸収手段１５には、再加熱器１２から熱回収器１１に向かうＣＯ₂吸収液が循環される（ＣＯ₂吸収手段１５は循環経路１３に備えられる）。ＣＯ₂吸収手段１５に排ガスが送られることで、排ガス中のＣＯ₂がＣＯ₂吸収液に吸収される。

【0029】

熱回収器１１から再加熱器１２に向かう循環経路１３には、気液分離手段１６が備えられている。気液分離手段１６は、熱回収器１１で熱回収された排ガスの熱によりＣＯ₂吸収液が吸収したＣＯ₂を気体として分離してＣＯ₂吸収液を再生する（例えば、アミン水溶液に吸収されたＯ₂を放出する）。

【0030】

図中の符号で１７は、ＣＯ₂吸収液を再生するための熱が不足する場合にＣＯ₂吸収液を加熱する吸収液ヒータである。また、図中の符号で１８は、ファンである。尚、熱回収器１１から吸収液ヒータ１７、気液分離手段１６までの経路で放出されたＣＯ₂が、気液分離手段１６で吸収液から分離される（再生手段）。

【0031】

熱回収器１１とＣＯ₂吸収手段１５の間における排ガス処理経路６には、極低温で排ガス中の塵を集める電気集塵機９（集塵手段）が備えられている。尚、電気集塵機９の設置場所は、機器の能力等により（集塵温度等により）、脱硝装置７の上流側、エアヒータ８の下流側に設置することも可能である。

【0032】

上記構成の発電設備では、ボイラ１で発生した蒸気により発電機３が駆動され、電力が得られる。ボイラ１の燃焼排ガス（排ガス）は、排ガス処理経路６に送られて不純物が除去され、大気に放出される。即ち、脱硝装置７でＮＯ_Xが除去され、電気集塵機９で塵が除去され、ＣＯ₂吸収手段１５のＣＯ₂吸収液にＣＯ₂が吸収されて除去される。

【0033】

そして、ＣＯ₂が吸収されたＣＯ₂吸収液が熱回収器１１に送られる。排ガスの熱（例えば、１３０℃）によりＣＯ₂吸収液が加熱され、加熱されたＣＯ₂吸収液の熱が分離動力となって気液分離手段１６でＣＯ₂が分離される。気液分離手段１６でＣＯ₂が分離されたＣＯ₂吸収液（再生されたＣＯ₂吸収液）が再加熱器１２に送られ、ＣＯ₂吸収液の熱により排ガスが所望の状態に昇温される（ＣＯ₂吸収液が所望の温度に降温される）。例えば、排ガスが５０℃から９０℃に昇温される。所望の温度に降温されたＣＯ₂吸収液がＣＯ₂吸収手段１５に循環される。

【0034】

気液分離手段１６で分離されたＣＯ₂（気体）は、所望の用途に利用される。例えば、メタン等の炭化水素の合成等に利用される。また、例えば、液化され、搬送されて貯留されたり、隔離されたりする。

【0035】

このため、石炭を燃料とした燃焼ガスの排ガスの処理であっても（ＣＯ₂の排出が避けられない排ガスの処理であっても）、燃焼ガスの排ガスに含まれるＣＯ₂が、排ガスの熱によりＣＯ₂吸収液から分離され、排ガスの熱エネルギーを有効に利用して、最小限のコストでＣＯ₂を分離回収することが可能になる。

【0036】

上記実施例の排ガス処理では、脱硫装置が備えられていないが、低Ｓ炭を用いた石炭の燃焼ガスの排ガス処理に用いることができる。また、炉内脱硫や吸収剤を煙道に吹き込むなどの手段があれば、図示例のように、低Ｓ炭ではない石炭を用いる場合であっても、脱硫装置がない状態で排ガス処理の経路を構築することができる。

【0037】

図２に基づいて本発明の第２実施例を説明する。図２には本発明の第２実施例に係る排ガス処理設備を備えた発電設備の全体構成を説明するための概略の系統を示してある。

【0038】

図２に示した第２実施例の排ガス処理設備２０は、図１に示した系統に対し、電気集塵機９とＣＯ₂吸収手段１５の間における排ガス処理経路６に、排ガス処理経路６を流通する排ガスの硫黄分を除去する湿式の脱硫装置（脱硫手段）２１が設けられている。このため、脱硫装置２１で排ガスの硫黄分が除去され、ＣＯ₂吸収手段１５で、硫黄分が除去された排ガス中のＣＯ₂をＣＯ₂吸収液に吸収させることができる。

【0039】

上述した実施例では、炭素系燃料として石炭を例に挙げて説明したが、バイオマス等の固体燃料や天然ガス等の気体燃料を用いることも可能である。また、炭素系燃料に非炭素系の燃料（水素やアンモニア等）を混ぜて用いることも可能である。また、排ガス処理設備として、燃料を燃焼器で燃焼させて生成した高温・高圧流体をタービンで膨張させて発電を行う発電設備の排ガスの処理を行う設備に適用することも可能である。

【産業上の利用可能性】

【0040】

本発明は排ガス処理設備の産業分野で利用することができる。

【符号の説明】

【0041】

１ ボイラ
２ 蒸気タービン
３ 発電機
４ 復水器
５、２０ 排ガス処理設備
６ 排ガス処理経路
７ 脱硝装置
８ エアヒータ
９ 電気集塵機
１０ 煙突
１１ 熱回収器
１２ 再加熱器
１３ 循環経路
１４ 循環ポンプ
１５ ＣＯ₂吸収手段
１６ 気液分離手段
１７ 吸収液ヒータ
２１ 脱硫装置

【図1】

【図2】