特開 2024-170145 排ガス再利用装置およびＣＯ２回収システム

(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】P2024170145

(43)【公開日】2024-12-06

(54)【発明の名称】排ガス再利用装置およびＣＯ２回収システム

(51)【国際特許分類】

   F23C 9/00 20060101AFI20241129BHJP

   F23J 15/00 20060101ALI20241129BHJP

   F22B 37/00 20060101ALI20241129BHJP

   B01D 53/50 20060101ALI20241129BHJP

   B01D 53/56 20060101ALI20241129BHJP

   B01D 53/62 20060101ALI20241129BHJP

   C01B 32/50 20170101ALI20241129BHJP

【ＦＩ】

F23C9/00

F23J15/00 J

F23J15/00 A

F23J15/00 B

F22B37/00 Z

F22B37/00 B

B01D53/50 ZAB

B01D53/56

B01D53/62

C01B32/50

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023087149

(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

【テーマコード（参考）】

3K070

3K091

4D002

4G146

【Ｆターム（参考）】

3K070DA02

3K070DA03

3K070DA22

3K070DA23

3K070DA24

3K091BB02

3K091GA30

4D002AA02

4D002AA09

4D002AA12

4D002AC10

4D002BA02

4D002BA04

4D002DA31

4D002FA01

4G146JA02

4G146JB09

4G146JC28

(57)【要約】

【課題】ボイラからＣＯ_２回収装置へ排ガスを供給するようにしたシステムに設けられ、ボイラについての排ガス再循環をより適切に実現させることが可能となる排ガス再利用装置を提供する。
【解決手段】ボイラでの燃焼動作により生じる排ガスをＣＯ_２回収装置へ供給して、当該排ガスからＣＯ_２を回収するＣＯ_２回収システムに設けられる装置であって、前記ＣＯ_２回収装置によるＣＯ_２回収後の前記排ガスの少なくとも一部を、燃焼用空気として前記ボイラに供給する排ガス再利用装置とする。
【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ＣＯ_２回収装置へ供給して、当該排ガスからＣＯ_２を回収するＣＯ_２回収システムに設けられる装置であって、
前記ＣＯ_２回収装置によるＣＯ_２回収後の前記排ガスの少なくとも一部を、燃焼用空気として前記ボイラに供給することを特徴とする排ガス再利用装置。

【請求項2】

請求項１に記載の排ガス再利用装置を備え、
ボイラでの燃焼動作により生じる排ガスをＣＯ_２回収装置へ供給して、当該排ガスからＣＯ_２を回収することを特徴とするＣＯ_２回収システム。

【請求項3】

前記ＣＯ_２回収装置は、
ＣＯ_２とともにＮＯｘおよびＳＯｘの少なくとも一方を吸着する吸着材を備えることを特徴とする請求項２に記載のＣＯ_２回収システム。

【請求項4】

前記ボイラは、外部から供給された空気を用いて前記燃焼動作を行うように構成され、
前記排ガス再利用装置は、
前記ＣＯ_２回収後の前記排ガスの少なくとも一部を、前記空気に混入させることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のＣＯ_２回収システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、排ガス再利用装置およびこれを備えたＣＯ_２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_２（二酸化炭素）を回収するＣＯ_２回収装置が提案されている。回収されたＣＯ_２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）から二酸化炭素を回収するＣＯ_２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_２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）。

【0004】

また排ガス中のＮＯｘを低減させる大気汚染対策技術として、排ガス再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）が知られている。この排ガス再循環の技術は、自動車用の小型内燃機関、焼却炉、およびボイラなど、排ガスが排出される各種のシステム等に採用され得る。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【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】

【0006】

しかし、ボイラについて排ガス再循環を適用する場合の問題点として、排ガス中に含まれる蒸気、ＮＯｘ、およびＳＯｘが送風機等の腐食の原因となる点が挙げられる。そのため、ボイラについての排ガス再循環を実現させるにあたり、当該原因を極力排除するための方策が要望される。また先述のとおり、排ガス中に含まれるＣＯ_２は有効活用できるため、これを回収可能とすることがより望ましい。

【0007】

本発明は上記課題に鑑み、ボイラからＣＯ_２回収装置へ排ガスを供給するようにしたシステムに設けられ、ボイラについての排ガス再循環をより適切に実現させることが可能となる排ガス再利用装置、およびこれを備えたＣＯ_２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】

【0008】

本発明に係る排ガス再利用装置は、ボイラでの燃焼動作により生じる排ガスをＣＯ_２回収装置へ供給して、当該排ガスからＣＯ_２を回収するＣＯ_２回収システムに設けられる装置であって、前記ＣＯ_２回収装置によるＣＯ_２回収後の前記排ガスの少なくとも一部を、燃焼用空気として前記ボイラに供給する構成とする。

【0009】

本構成によれば、ボイラからＣＯ_２回収装置へ排ガスを供給するようにしたシステムに設けられ、ボイラについての排ガス再循環をより適切に実現させることが可能となる。

【0010】

また本発明に係るＣＯ_２回収システムは、上記構成の排ガス再利用装置を備え、ボイラでの燃焼動作により生じる排ガスをＣＯ_２回収装置へ供給して、当該排ガスからＣＯ_２を回収する構成とする。本構成によれば、上記構成の排ガス再利用装置の利点を享受することが可能となる。

【0011】

また上記構成としてより具体的には、前記ＣＯ_２回収装置は、ＣＯ_２とともにＮＯｘおよびＳＯｘの少なくとも一方を吸着する吸着材を備える構成としても良い。

【0012】

また上記構成としてより具体的には、前記ボイラは、外部から供給された空気を用いて前記燃焼動作を行うように構成され、前記排ガス再利用装置は、前記ＣＯ_２回収後の前記排ガスの少なくとも一部を、前記空気に混入させる構成としても良い。

【発明の効果】

【0013】

本発明に係る排ガス再利用装置によれば、ボイラからＣＯ_２回収装置へ排ガスを供給するようにしたシステムに設けられ、ボイラについての排ガス再循環をより適切に実現させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本実施形態に係る排ガス再利用装置を備えたＣＯ_２回収システム１００の概略的な構成図である。

【図2】本実施形態に係るボイラ１の概略的な構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本発明の実施形態に係る排ガス再利用装置、および当該排ガス再利用装置を備えたＣＯ_２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】

図１は、本実施形態に係るＣＯ_２回収システム１００の概略的な構成図である。ＣＯ_２回収システム１００は、ボイラ１、ＣＯ_２回収装置２、排ガス供給ライン３、および排ガス再利用装置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ＧａをＣＯ_２回収装置２へ供給して、当該排ガスＧａからＣＯ_２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_２等を含む排ガスＧａが生じることになる。なおＣＯ_２回収システム１００においては、一例として２台のボイラ１が設置されているが、ボイラ１の設置台数は特に限定されない。

【0018】

図２は、ボイラ１の構成例を概略的に示している。本図に示す例のボイラ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２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２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２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。

【0020】

なお、空気供給管１５ｃの前段側端部に位置する吸気口１５ｃ１には、排ガス再利用装置５の下流側接続部５３が接続される。これにより空気供給管１５ｃには、外部から空気が供給されるとともに排ガス再利用装置５からオフガスＧｂも供給され、当該空気とオフガスＧｂの混合した気体が、燃焼用空気としてバーナ１７に供給される。

【0021】

バーナ１７がこの燃焼用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。なお、空気供給管１５ｃには不図示の送風機が配置されており、燃焼用空気がバーナ１７へ適切に送られるように配慮されている。

【0022】

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。

【0023】

燃焼動作によって生じた排ガスＧａ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Ｇａ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Ｇａの熱を用いて給水予熱を行う役割を果たす。

【0024】

排ガス供給ライン３は、図１に示すように各ボイラ１とＣＯ_２回収装置２を繋ぐように配置されており、各ボイラ１の排ガスＧａをＣＯ_２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３は、図２に示すように、ボイラ１の煙道１４の途中位置から延びるように設けられている。各ボイラ１から排出される排ガスＧａは、図１に示すように排ガス供給ライン３上で合流し、纏めてＣＯ_２回収装置２へ送られることになる。

【0025】

なお排ガス供給ライン３には、各ボイラ１から排ガスＧａを吸引するためのブロワ等（不図示）が設けられている。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Ｇａは、全てが排ガス供給ライン３へ送られるようにしても良く、一部が排ガス供給ライン３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。

【0026】

ＣＯ_２回収装置２は、ボイラ１が排出する排ガスからＣＯ_２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_２回収装置２としては、ＣＯ_２吸着材（本実施形態の例ではアミン系吸着液）を用いてＣＯ_２を吸着して回収する装置が採用されている。

【0027】

なお、ＣＯ_２吸着材を用いるＣＯ_２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_２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。

【0028】

ＣＯ_２回収装置２は、ＣＯ_２吸着材を排ガスＧａに作用させることにより、排ガスＧａから主にＣＯ_２を分離させて回収可能とする吸着塔を有する。なお、ＣＯ_２吸着材を排ガスＧａに作用させる際、排ガスＧａに含まれるＮＯｘおよびＳＯｘもＣＯ_２吸着材に吸着されることになり、その結果として排ガスＧａからＮＯｘおよびＳＯｘが除去される。当該吸着塔においてＣＯ_２吸着材を作用させた後の排ガスＧａ（ＣＯ_２回収後の排ガスＧａ）であるオフガスＧｂは、ＣＯ_２回収装置２のオフガス排出口へ送られる。オフガスＧｂは、上述した吸着塔において分離しなかったＣＯ_２が残存する一方、ＣＯ_２回収装置２に流入する前の段階の排ガスＧａに比べて蒸気、ＮＯｘ、およびＳＯｘが大幅に低減している。

【0029】

なお、仮にＣＯ_２回収装置２を一般的なＣＯ_２回収装置の使用形態で利用する場合には、オフガスＧｂをオフガス排出口から外気へ放出することも可能である。しかし本実施形態のＣＯ_２回収システム１００では、オフガスＧｂをボイラ１で再利用するため、ＣＯ_２回収装置２のオフガス排出口には排ガス再利用装置５の上流側接続部５２が接続される。

【0030】

排ガス再利用装置５は、図１に示すように、オフガスＧｂを流通させるためのオフガス流通ライン５１を備えている。オフガス流通ライン５１は、上流側端部に上流側接続部５２が設けられており、この上流側接続部５２は、先述したとおりＣＯ_２回収装置２のオフガス排出口に接続される。

【0031】

なお上流側接続部５２は、汎用性を考慮して、既存の一般的なＣＯ_２回収装置のオフガス排出口に後付けでも接続できるように構成されても良い。また上流側接続部５２は、ＣＯ_２回収装置２のオフガス排出口から排出されるオフガスＧｂの全てをオフガス流通ライン５１に通すようにしても良く、当該オフガスＧｂの一部をオフガス流通ライン５１に通して残りを外部へ放出するようにしても良い。

【0032】

オフガス流通ライン５１は、途中の位置において、ＣＯ_２回収システム１００におけるボイラ１の台数（本実施形態の例では２台）の分だけ分岐して延びている。分岐して延びるオフガス流通ライン５１それぞれの下流側端部には、下流側接続部５３が設けられている。この下流側接続部５３それぞれは、先述したとおり各ボイラ１の吸気口１５ｃ１に接続される。

【0033】

なお下流側接続部５３は、汎用性を考慮して、既存の一般的なボイラの吸気口に後付けでも接続できるように構成されても良い。また図２から明らかなとおり、下流側接続部５３は、オフガス流通ライン５１からのオフガスＧｂとともに、周辺の空気も空気供給管１５ｃへ供給できるよう構成されている。

【0034】

例えば下流側接続部５３は、ボイラ１周辺の空気が流入する流入口を有し、この流入口から流入する空気とオフガス流通ライン５１から流入するのオフガスＧｂとの混合気体を、空気供給管１５ｃへ送出するように構成されている。

【0035】

上述したようにオフガス流通ライン５１は、ＣＯ_２回収装置２のオフガス排出口と、各ボイラ１の吸気口１５ｃ１とを繋ぐように設けられる。また、オフガス流通ライン５１には、オフガスＧｂを前段側から後段側へ適切に流通させるためのブロワ（不図示）が設けられている。

【0036】

これにより排ガス再利用装置５は、ＣＯ_２回収装置２のオフガス排出口から排出されるオフガスＧｂを各ボイラ１の吸気口１５ｃ１へ供給し、各ボイラ１の排ガスＧａ（ＣＯ_２回収装置２での処理済みの排ガスＧａ）が再利用されるようにする。各ボイラ１において、空気供給管１５ｃへ供給されたオフガスＧｂは、当該空気供給管１５ｃへ別途供給される空気と混合し、先述した燃焼用空気としてバーナ１７に供給されることにより、そのボイラ１での燃焼動作に利用される。

【0037】

以上に説明したとおり本実施形態の排ガス再利用装置５は、ボイラ１での燃焼動作により生じる排ガスＧａをＣＯ_２回収装置２へ供給して、排ガスＧａからＣＯ_２を回収するＣＯ_２回収システム１００に設けられる装置となっている。そして排ガス再利用装置５は、オフガスＧｂ（ＣＯ_２回収装置２によるＣＯ_２回収後の排ガスＧａ）の少なくとも一部を、燃焼用空気としてボイラ１に供給する。

【0038】

そのため排ガス再利用装置５によれば、ボイラ１からＣＯ_２回収装置２へ排ガスＧａを供給するようにしたシステムに設けられ、ボイラ１についての排ガス再循環をより適切に実現させることが可能となっている。

【0039】

すなわちボイラ１について排ガス再循環を適用するケースで、仮に、排ガスＧａがそのままボイラ１の空気供給管１５ｃへ供給されるようにすると、排ガスＧａ中に含まれる蒸気、ＮＯｘ、およびＳＯｘがボイラ１の送風機等（例えば、空気供給管１５ｃに配置した送風機等）の腐食の原因となる。

【0040】

この点、排ガス再利用装置５を用いることにより、排ガスＧａ中に含まれる蒸気、ＮＯｘ、およびＳＯｘの少なくとも一部がＣＯ_２回収装置２において除去され、この除去された排ガスＧａであるオフガスＧｂが空気供給管１５ｃへ供給され、上述した腐食を抑えることにより、ボイラ１についての排ガス再循環をより適切に実現させることができる。また、排ガス再利用装置５を用いることにより、排ガスＧａ中に含まれるＣＯ_２がＣＯ_２回収装置２において回収されるようにし、これを有効活用することも可能となる。

【0041】

また本実施形態のＣＯ_２回収装置２は、ＣＯ_２とともにＮＯｘおよびＳＯｘの両方を吸着する吸着材（ＣＯ_２吸着材）を備えており、この吸着材を排ガスＧａに作用させることにより、ＮＯｘとＳＯｘの両方を低減させたオフガスＧｂを生成することができる。但し本発明に係るＣＯ_２回収装置２が備える吸着材はこのようなものに限られず、ＣＯ_２とともにＮＯｘおよびＳＯｘの何れか一方のみを吸着する吸着材であっても構わない。

【0042】

また排ガス再利用装置５は、各ボイラ１の燃焼動作の状況を監視するようにし、当該動作状況に応じて、各ボイラ１へのオフガスＧｂの供給量を調節するようにしても良い。一例として、２台のボイラ１のうち１台が燃焼動作を停止している状況下では、排ガス再利用装置５はこの燃焼動作を停止しているボイラ１にはオフガスＧｂを供給せず、他の１台のボイラ１にのみオフガスＧｂを供給するようにしても良い。

【0043】

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】

【0044】

本発明は、排ガスからＣＯ_２を回収するＣＯ_２回収システムに利用可能である。

【符号の説明】

【0045】

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
１５ｃ１ 吸気口
１５ｄ 降水管
１５ｅ ブロー配管
１６ ブロー弁
１７ バーナ
２ ＣＯ_２回収装置
３ 排ガス供給ライン
５ 排ガス再利用装置
５１ オフガス流通ライン
５２ 上流側接続部
５３ 下流側接続部
１００ ＣＯ_２回収システム
Ｇａ 排ガス
Ｇｂ オフガス
Ｇｃ 回収ガス

【図1】

【図2】