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特開2024-170142排ガス供給装置およびCO2回収システム
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  • 特開-排ガス供給装置およびCO2回収システム 図1
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(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】P2024170142
(43)【公開日】2024-12-06
(54)【発明の名称】排ガス供給装置およびCO2回収システム
(51)【国際特許分類】
   F23J 15/06 20060101AFI20241129BHJP
   F23J 15/08 20060101ALI20241129BHJP
   F23J 15/00 20060101ALI20241129BHJP
   F22B 37/00 20060101ALI20241129BHJP
   B01D 53/62 20060101ALI20241129BHJP
【FI】
F23J15/06
F23J15/08
F23J15/00 J
F23J15/00 Z
F22B37/00 Z
B01D53/62
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023087146
(22)【出願日】2023-05-26
(71)【出願人】
【識別番号】000175272
【氏名又は名称】三浦工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110004082
【氏名又は名称】弁理士法人北大阪特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】安井 賢志
(72)【発明者】
【氏名】新藤 貴志
(72)【発明者】
【氏名】金丸 真嘉
【テーマコード(参考)】
3K070
4D002
【Fターム(参考)】
3K070DA09
3K070DA24
3K070DA48
4D002AA09
4D002BA02
4D002BA03
4D002BA12
4D002BA13
4D002DA31
4D002EA02
4D002EA07
4D002EA08
4D002FA01
4D002GA02
4D002GA03
4D002GB01
4D002GB03
(57)【要約】
【課題】ボイラからCO回収装置へ排ガスを供給するシステムに設けられ、CO回収装置内の配管等の結露を極力抑えることが可能となる排ガス供給装置を提供する。
【解決手段】ボイラでの燃焼動作により生じる排ガスを冷却する冷却部と、前記冷却部を通過後の前記排ガスからCOを回収するCO回収装置と、を含むCO回収システムに設けられる装置であって、前記冷却部を通る前または通過途中の前記排ガスの一部を、熱交換用ガスとして引き込み、前記冷却部を通過後の前記排ガスを、前記熱交換用ガスと熱交換させた上で、前記CO回収装置に供給する排ガス供給装置とする。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ボイラでの燃焼動作により生じる排ガスを冷却する冷却部と、前記冷却部を通過後の前記排ガスからCOを回収するCO回収装置と、を含むCO回収システムに設けられる装置であって、
前記冷却部を通る前または通過途中の前記排ガスの一部を、熱交換用ガスとして引き込み、
前記冷却部を通過後の前記排ガスを、前記熱交換用ガスと熱交換させた上で、前記CO回収装置に供給することを特徴とする排ガス供給装置。
【請求項2】
前記冷却部は、前記排ガスの熱を用いて給水予熱を行うエコノマイザである請求項1に記載の排ガス供給装置。
【請求項3】
前記ボイラは、前記エコノマイザを通過後の前記排ガスを、煙道を介して外部へ排気するように構成されており、
前記煙道の所定位置から吸引した前記排ガスを、前記熱交換用ガスと熱交換させた上で、前記CO回収装置に供給するとともに、
当該熱交換済みの前記熱交換用ガスを、前記煙道における前記所定位置よりも後段側の位置に送出することを特徴とする請求項2に記載の排ガス供給装置。
【請求項4】
前記冷却部を通過後の前記排ガスの温度に応じて、前記熱交換用ガスとして引き込む前記排ガスの量を調節することを特徴とする請求項1に記載の排ガス供給装置。
【請求項5】
請求項1から請求項4の何れかに記載の排ガス供給装置と、
ボイラと、
前記ボイラの燃焼動作により生じる排ガスを冷却する冷却部と、
前記冷却部を通過後の前記排ガスからCOを回収するCO回収装置と、
を備えることを特徴とするCO回収システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ボイラの排ガスをCO回収装置へ供給する排ガス供給装置、およびこれを有するCO回収システムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、各種の排ガス等からCO(二酸化炭素)を回収するCO回収装置が提案されている。回収されたCOは、例えばドライアイスの原料や各種工業用ガス等として有効に利用可能である。
【0003】
一例として特許文献1には、製鉄所の熱風炉から排出される排ガス(原料ガス)からCOを回収するCO回収装置が開示されている。なお特許文献1では、製鉄所の熱風炉に限らず、他の種類の燃焼炉(例えばボイラ等)や熱処理炉から排出される排ガス等からCOを回収することについても言及されている(段落0083等を参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2008-174407号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ここで、ボイラの燃焼動作により生じる排ガスからCOを回収するため、ボイラからCO回収装置へ排ガスを供給するシステムを構築するにあたっては、排ガス中の水分によってCO回収装置内の配管等が結露しないように配慮する必要がある。この点、例えばエコノマイザ等の排ガスを冷却する手段(冷却部)を設けるようにすれば、排ガス中の水分の一部が凝縮して除去され、その分、排ガス中の水分を減らすことが可能である。
【0006】
しかしこの場合であっても、冷却によって低温となった排ガスがCO回収装置に供給されると、除去されずに残存した排ガス中の水分によって、CO回収装置内の配管等に結露が生じ易くなる虞がある。本発明は上記課題に鑑み、ボイラからCO回収装置へ排ガスを供給するシステムに設けられ、CO回収装置内の配管等の結露を極力抑えることが可能となる排ガス供給装置、およびCO回収システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明に係る排ガス供給装置は、ボイラでの燃焼動作により生じる排ガスを冷却する冷却部と、前記冷却部を通過後の前記排ガスからCOを回収するCO回収装置と、を含むCO回収システムに設けられる装置であって、前記冷却部を通る前または通過途中の前記排ガスの一部を、熱交換用ガスとして引き込み、前記冷却部を通過後の前記排ガスを、前記熱交換用ガスと熱交換させた上で、前記CO回収装置に供給する構成とする。
【0008】
本構成によれば、ボイラからCO回収装置へ排ガスを供給するシステムに設けられ、CO回収装置内の配管等の結露を極力抑えることが可能となる。また上記構成としてより具体的には、前記冷却部は、前記排ガスの熱を用いて給水予熱を行うエコノマイザである構成としても良い。
【0009】
また上記構成としてより具体的には、前記ボイラは、前記エコノマイザを通過後の前記排ガスを、煙道を介して外部へ排気するように構成されており、前記煙道の所定位置から吸引した前記排ガスを、前記熱交換用ガスと熱交換させた上で、前記CO回収装置に供給するとともに、当該熱交換済みの前記熱交換用ガスを、前記煙道における前記所定位置よりも後段側の位置に送出する構成としても良い。
【0010】
本構成によれば、熱交換済みの熱交換用ガスを煙道の端部から外部へ排出することが可能であるとともに、熱交換済みの熱交換用ガスがCO回収装置に供給されてしまう事態を防ぐことが可能となる。
【0011】
また上記構成としてより具体的には、前記冷却部を通過後の前記排ガスの温度に応じて、前記熱交換用ガスとして引き込む前記排ガスの量を調節する構成としても良い。本構成によれば、熱交換用ガスとして引き込む排ガスの量を、CO回収装置に供給される排ガスの温度が適正となるように調節することが可能となる。
【0012】
また本発明に係るCO回収システムは、上記構成の排ガス供給装置と、ボイラと、前記ボイラの燃焼動作により生じる排ガスを冷却する冷却部と、前記冷却部を通過後の前記排ガスからCOを回収するCO回収装置と、を備える構成とする。
【発明の効果】
【0013】
本発明に係る排ガス供給装置によれば、ボイラからCO回収装置へ排ガスを供給するシステムに設けられ、CO回収装置内の配管等の結露を極力抑えることが可能となる。また本発明に係るCO回収システムによれば、本発明に係る排ガス供給装置の利点を享受することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
図1】第1実施形態に係るCO回収システムの概略的な構成図である。
図2】第2実施形態に係るCO回収システムの概略的な構成図である。
図3】第2実施形態の排ガス供給装置の動作に関するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0015】
本発明の各実施形態に係る排ガス供給装置、および当該排ガス供給装置を備えたCO回収システムについて、各図面を参照しながら以下に説明する。
【0016】
1.第1実施形態
まず本発明の第1実施形態について説明する。図1は、第1実施形態に係るCO回収システム100の概略的な構成図である。CO回収システム100は、ボイラ1、CO回収装置2、および排ガス供給装置5を有しており、ボイラ1での燃焼動作により生じる排ガスをCO回収装置2へ供給して、当該排ガスからCOを回収するシステムとなっている。
【0017】
ボイラ1は、燃料を燃焼させる燃焼動作を行って熱を発生させ、この燃焼熱を用いて加熱対象である水を加熱して蒸気を生成し、外部へ供給する役割を果たす。ボイラ1において燃焼動作が行われる際には、原料ガス等の燃料を燃焼させることに伴い、CO等を含む排ガスが生じることになる。
【0018】
図1に示すボイラ1は、ボイラ缶体11、セパレータ12、エコノマイザ13、煙道14、給水管15a、燃料供給管15b、空気供給管15c、降水管15d、ブロー配管15e、ブロー弁16、およびバーナ17を備える。図1に示す例のボイラ1は多管式貫流ボイラであり、ボイラ缶体11は、上部管寄せ11aと下部管寄せ11bの間を複数の垂直な水管11cで連結した構造となっている。但し、本実施形態のボイラ1は、図1に示す構成のものに限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々のボイラが採用され得る。
【0019】
図1に示すボイラ1において、外部或いは給水タンク等から給水される補給水は、給水管15aを通ってボイラ缶体11の下部管寄せ11bから水管11c内に供給され、水管11c内の水位は所望の位置に維持される。一方でバーナ17には、外部から燃料供給管15bを介して燃料が供給されるとともに、外部から空気供給管15cを介して空気が供給される。バーナ17がこの空気を用いて燃料を燃焼させることにより、ボイラ1において燃焼動作が行われる。この燃焼動作によってボイラ缶体11に配置された水管11cが加熱され、当該水管11cを流通する補給水から蒸気を生成することが可能である。
【0020】
ボイラ缶体11において生成された蒸気は上部管寄せ11aからセパレータ12に流入して気水分離され、分離された水は降水管15dを介してボイラ缶体11に戻される。なお降水管15dからブロー配管15eが分岐して設けられており、ブロー配管15eにはブロー弁16が設けられている。ブロー弁16を適宜開くことにより、ブロー水を排出させることが可能である。セパレータ12内の蒸気は、所定の配管を介して外部の供給先(各種蒸気機器など)に供給される。
【0021】
燃焼動作によって生じた排ガスは、エコノマイザ13を経て煙道14に送られる。なお、エコノマイザ13の内部には給水管15aが配置されており、エコノマイザ13を通る排ガスは、この給水管15aを通る補給水との熱交換により冷却された上で煙道14に送られる。このようにエコノマイザ13は、排ガスの熱を用いて給水予熱を行うとともに、排ガスを冷却する冷却部としても機能する。排ガスがエコノマイザ13を通って冷却される際、当該排ガス中の水の一部が凝縮して除去される。
【0022】
CO回収装置2は、排ガス供給装置5を介してボイラ1の排ガスが供給され、この排ガスからCOを回収して各種用途に利用可能とする役割を果たす。本実施形態のCO回収装置2としては、CO吸収材(例えばアミン系吸収液)を用いてCOを吸着して回収する装置等が採用されるが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々のCO回収装置が採用され得る。
【0023】
なお、CO吸収材を用いるCO回収装置としては、例えば、TSA(Thermal Swing Adsorption)プロセスを採用したもの、PSA(Pressure Swing Adsorption)プロセスを採用したもの等が知られているが、本実施形態のCO回収装置2は何れのプロセスを採用したものであっても良い。
【0024】
排ガス供給装置5は、排ガス供給ライン50、熱交換用ガスライン51、および熱交換器52を備える。
【0025】
排ガス供給ライン50は、ボイラ1とCO回収装置2を繋ぐように配置されており、ボイラ1の排ガスをCO回収装置2へ流通させる役割を果たす。本実施形態の例における排ガス供給ライン50は、図1に示すように、ボイラ1の煙道14の途中の位置αからCO回収装置2へ延びるように設けられており、矢印Xで示すように排ガスを流通させる。
【0026】
排ガス供給ライン50には、排ガスを吸引するためのブロワ等が設けられ、更に、排ガスの流量を調節可能とする調節弁等が設けられることが好ましい。ボイラ1においてエコノマイザ13から煙道14に送られた排ガスは、全てが排ガス供給ライン50へ送られるようにしても良く、一部が排ガス供給ライン50へ送られて、残りは煙道14の端部から外部へ排出されるようにしても良い。
【0027】
熱交換用ガスライン51は、ボイラ1のエコノマイザ13から煙道14の位置β(排ガス供給ライン50が接続された位置αよりも後段側の位置)へ延びるように設けられており、エコノマイザ13を通過途中の排ガスの一部を、熱交換用ガスとして矢印Yで示すように流通させる。熱交換用ガスライン51には、熱交換用ガスを吸引するためのブロワ等が設けられ、更に、熱交換用ガスの流量を調節可能とする調節弁等が設けられることが好ましい。
【0028】
熱交換器52は、排ガス供給ライン50を流通する排ガスと、熱交換用ガスライン51を流通する熱交換用ガスとを、熱交換させる役割を果たす。なお、熱交換用ガスライン51に送られる熱交換用ガス(エコノマイザ13を通過途中の排ガスを吸引したもの)は、排ガス供給ライン50に送られる排ガス(エコノマイザ13を通過後の排ガス)に比べて、エコノマイザ13での熱交換による冷却が進んでおらず、その分、温度が高くなっている。
【0029】
そのため、排ガス供給ライン50を流通する排ガスは、熱交換器52における熱交換用ガスとの熱交換によって加熱され、温度が上がった状態でCO回収装置2に供給されることになる。なお熱交換器52における熱交換後の熱交換用ガスは、煙道14の位置βに流入した後、煙道14の端部から外部へ排出される。なお、煙道14は気体が逆流しないように構成されており、煙道14の位置βに流入した熱交換用ガスが排ガス供給ライン50に進入することはない。
【0030】
CO回収システム100においては、エコノマイザ13での冷却によって、ボイラ1の排ガス中の水分の一部を凝縮させて除去しておくことが可能である。しかしながら、仮に、エコノマイザ13での冷却によって低温となった排ガスがそのままCO回収装置2に供給されると、除去されずに残存した排ガス中の水分によって、CO回収装置2内の配管等に結露が生じ易くなる虞がある。
【0031】
この点、本実施形態では排ガス供給装置5を設けたことにより、エコノマイザ13で一旦冷却された排ガスの温度を上げることができ、その分、当該排ガス中の水分によってCO回収装置2内の配管等に結露が生じることが極力抑えられる。
【0032】
上述したように排ガス供給装置5は、エコノマイザ13で完全に冷却される前の排ガスを利用し、自己再熱の形態によってCO回収装置2に供給する排ガスを加熱するよう構成されている。そのため、排ガスを加熱するための他の熱源の確保は不要であり、更に、ボイラ1における燃料の燃焼量の変化等によって発生する排ガスの量が変動しても、CO回収装置2に供給する排ガスの適切な加熱を維持することが容易となっている。例えば、ボイラ1において比較的多量の排ガスが生じる状況では、CO回収装置2に供給できる排ガスの量も多量となるが、この状況下では排ガスの一部である熱交換用ガスも十分に確保できるため、この多量の排ガスを適切に加熱することが可能となる。
【0033】
なお、熱交換用ガスとして熱交換用ガスライン51に引き込む排ガスの量が多過ぎると、その分だけCO回収装置2に供給できる排ガスの量が少なくなり、COを効果的に回収することが難しくなる虞がある。逆に熱交換用ガスとして熱交換用ガスライン51に引き込む排ガスの量が少な過ぎると、CO回収装置2に供給される排ガスを適切に加熱することが難しくなる虞がある。
【0034】
そこで、熱交換用ガスとして熱交換用ガスライン51に引き込む排ガスの量は、CO回収装置2に供給される排ガスの温度が適正温度の範囲内(排ガス中の水分によるCO回収装置2内の配管等での結露の発生が抑制されつつも、不必要に高過ぎることの無い温度の範囲内)に維持される程度に、極力過不足の無い量に調節されることがより望ましい。このような調節を行う排ガス供給装置5、およびこれを有したCO回収システム100の例について、以下、第2実施形態として説明する。
【0035】
2.第2実施形態
次に本発明の第2実施形態について説明する。以下の説明では、第1実施形態と異なる事項の説明に重点をおき、第1実施形態と共通する事項については説明を省略することがある。
【0036】
図2は、第2実施形態に係るCO回収システム100の概略的な構成図である。第2実施形態に係るCO回収システム100において、排ガス供給装置5は、先述した排ガス供給ライン50、熱交換用ガスライン51、および熱交換器52に加えて、流量調節弁54および温度センサ55を有する。
【0037】
流量調節弁54は、熱交換用ガスライン51における熱交換器52よりも前段側の位置に設けられており、熱交換用ガスとしてエコノマイザ13から熱交換用ガスライン51に引き込む排ガスの量を調節可能とする。なお流量調節弁54の具体的な配置位置は、熱交換用ガスライン51に引き込む排ガスの量を調節可能とする限り、他の位置としても構わない。
【0038】
温度センサ55は、排ガス供給ライン50における熱交換器52よりも後段側の位置に設けられており、CO回収装置2に供給される排ガスの温度を検知する。なお温度センサ55の具体的な配置位置は、CO回収装置2に供給される排ガスの温度が検知可能である限り、他の位置としても構わない。但し通常は、CO回収装置2に到達する時点での排ガスの温度をできるだけ精度良く検知する観点から、CO回収装置2に極力近い位置に温度センサ55を配置することが好ましい。
【0039】
排ガス供給装置5は不図示の制御装置Zを有しており、この制御装置Zによって、CO回収装置2に供給される排ガスの温度が適正温度の範囲内に維持されるように、流量調節弁54が制御される。制御装置Zの主な動作の具体例について、図3のフローチャートを参照しながら以下に説明する。
【0040】
制御装置Zは、温度センサ55の最新の検知温度の情報を取得し(ステップS1)、CO回収装置2に供給される排ガスの温度(エコノマイザ13を通過後の排ガスの温度)を監視する。そしてこの検知温度が適正温度の下限値よりも低い場合には(ステップS2のYes)、熱交換用ガスの量が増えるように流量調節弁54を制御し(ステップS3)、ステップS1の動作に戻る。
【0041】
一方、検知温度が適正温度の上限値よりも高い場合には(ステップS4のYes)、制御装置Zは、熱交換用ガスの量が減るように流量調節弁54を制御し(ステップS5)、ステップS1の動作に戻る。なお、検知温度が適正温度の範囲内に収まっている場合には(ステップS4のNo)、流量調節弁54の状態を変えることなくステップS1の動作に戻る。以上の一連の動作により、CO回収装置2に供給される排ガスの温度に応じて、熱交換用ガスとして熱交換用ガスライン51に引き込む排ガスの量を調節することができる。
【0042】
3.その他
以上に説明したとおり各実施形態の排ガス供給装置5は、ボイラ1での燃焼動作により生じる排ガスを冷却する冷却部と、当該冷却部を通過後の排ガスからCOを回収するCO回収装置2と、を含むCO回収システム100に設けられる装置であって、冷却部を通過途中の排ガスの一部を熱交換用ガスとして熱交換用ガスライン51に引き込み、冷却部を通過後の排ガスを、熱交換用ガスと熱交換させた上で、CO回収装置2に供給する。そのため排ガス供給装置5によれば、冷却部を設けたボイラ1からCO回収装置2へ排ガスを供給するシステムに設けられ、CO回収装置2内の配管等の結露を極力抑えることが可能となっている。
【0043】
なお本実施形態においては、排ガスの熱を用いて給水予熱を行うエコノマイザ13が、上記の冷却部となっている。但し本発明に係る冷却部は、エコノマイザに限られるものではなく、排ガスを冷却することが可能な他の装置としても良い。この装置は、ボイラ1の一部として設けられる装置であっても良く、ボイラ1とは別に設置される装置であっても良い。
【0044】
また排ガス供給装置5においては、冷却部を通過途中の排ガスの一部を熱交換用ガスとして熱交換用ガスライン51に引き込むようにしているが、その代わりに、冷却部を通る前(すなわち、冷却部に流入する前)の排ガスの一部を、熱交換用ガスとして熱交換用ガスライン51に引き込むようにしても良い。このようにしても、冷却部を通過後の排ガスよりも温度の高い熱交換用ガスを、確保することが可能である。
【0045】
また本実施形態においては、ボイラ1は、エコノマイザ13を通過後の排ガスを、煙道14を介して外部へ排気するように構成されている。そして排ガス供給装置5は、煙道14の位置αから吸引した排ガスを、熱交換用ガスと熱交換させた上で、CO回収装置2に供給するとともに、当該熱交換済みの熱交換用ガスを、煙道14における位置αよりも後段側の位置βに送出する。そのため、熱交換済みの熱交換用ガスを煙道14の端部から外部へ排出することが可能であるとともに、熱交換済みの熱交換用ガスがCO回収装置2に供給されてしまう事態を防ぐことが可能である。
【0046】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の構成は上記実施形態に限られず、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【0047】
本発明は、排ガスからCOを回収するCO回収システムに利用可能である。
【符号の説明】
【0048】
1 ボイラ
11 ボイラ缶体
11a 上部管寄せ
11b 下部管寄せ
11c 水管
12 セパレータ
13 エコノマイザ
14 煙道
15a 給水管
15b 燃料供給管
15c 空気供給管
15d 降水管
15e ブロー配管
16 ブロー弁
17 バーナ
2 CO回収装置
5 排ガス供給装置
50 排ガス供給ライン
51 熱交換用ガスライン
52 熱交換器
54 流量調節弁
55 温度センサ
100 CO回収システム

図1
図2
図3