JP2010069398A - Co2 separating/recovering method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To inexpensively separate and recover CO<SB>2</SB>without reducing pressure in desorbing, and to miniaturize a CO<SB>2</SB>separation/recovery facility. <P>SOLUTION: The CO<SB>2</SB>separating/recovering method for separating/recovering CO<SB>2</SB>(carbon dioxide) in exhaust gas 44 by adsorption includes an adsorption process of adsorbing CO<SB>2</SB>in exhaust gas 44 into an adsorbent, and a desorbing process of desorbing the CO<SB>2</SB>adsorbed in the adsorbent. In the desorbing process, CO<SB>2</SB>is desorbed by blowing purge gas 54 having lower partial pressure of CO<SB>2</SB>than the partial pressure of CO<SB>2</SB>when adsorbing CO<SB>2</SB>into the adsorbent. Steam 42a extracted from an intermediate stage of or after the turbine 40 of a thermal power generation plant 30 can be used as the purge gas 54. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃焼排ガス中のＣＯ2（二酸化炭素）を吸着により分離回収するＣＯ2分離回収方法に関する。 The present invention relates to a CO 2 separation and recovery method for separating and recovering CO 2 (carbon dioxide) in combustion exhaust gas by adsorption.

従来、燃焼排ガスからＣＯ2を除去する技術として、例えば特許文献１や特許文献２に記載された方法が知られている。 Conventionally, as a technique for removing CO 2 from combustion exhaust gas, for example, methods described in Patent Document 1 and Patent Document 2 are known.

特許文献１には、アルミナ吸着剤を使用してガス流からＣＯ2を除去する方法が記載され、当該ガスを第一の圧力において吸着剤にさらしてこのガスから二酸化炭素を除去し、そして当該吸着剤を、この吸着剤がさらされる圧力を上記第一の圧力より低い圧力まで低下させることにより定期的に再生するようにしている。 Patent Document 1, by using an alumina adsorbent describes a method for removing CO 2 from a gas stream, the gas is exposed to the adsorbent in the first pressure to remove carbon dioxide from the gas, and the The adsorbent is periodically regenerated by reducing the pressure to which the adsorbent is exposed to a pressure below the first pressure.

特許文献２には、排ガス中の水分を吸着する除湿部と、除湿された排ガス中のＣＯ2を吸着するＣＯ2回収部とを有する二酸化炭素除去装置が記載されている。そのうち、ＣＯ2回収部は、ハニカム構造のＣＯ2吸着体が充填され排ガス中のＣＯ2を吸着するように配置されたＣＯ2回収部ドラム回転体と、吸着ＣＯ2を脱着させるための加熱ガスを供給する加熱ガス供給管と、脱着したＣＯ2をパージするためのパージガスを供給するパージガス供給管と、ＣＯ2吸着体を再生させるための冷却ガスを供給する冷却ガス供給管とを備えている。そして、ＣＯ2回収部ドラム回転体は、吸着領域、脱着領域、パージ領域及び再生領域を順次経由するように回転するようになっている。 Patent Document 2 describes a carbon dioxide removal device having a dehumidifying unit that adsorbs moisture in exhaust gas and a CO 2 recovery unit that adsorbs CO 2 in dehumidified exhaust gas. Among them, the CO 2 recovery unit includes a CO 2 recovery unit drum rotating body filled with a honeycomb-structured CO 2 adsorbent and arranged to adsorb CO 2 in exhaust gas, and a heating gas for desorbing the adsorbed CO 2. A heated gas supply pipe for supplying the gas, a purge gas supply pipe for supplying a purge gas for purging the desorbed CO 2 , and a cooling gas supply pipe for supplying a cooling gas for regenerating the CO 2 adsorbent. . The CO 2 recovery unit drum rotating body rotates so as to sequentially pass through the adsorption region, the desorption region, the purge region, and the regeneration region.

特開平０９−１０３６３１号公報JP 09-103631 A 特開２００１−２０５０４５号公報JP 2001-205045 A

ところで、一般的な火力発電プラントにおける石炭燃焼ガス中のＣＯ2濃度は１０％程度である。これを吸着剤にて吸着し回収する場合、燃焼排ガスの圧力は大気圧（１００ｋＰａ）に近いから、ＣＯ2は分圧１０ｋＰａ程度で吸着されることになる。 By the way, the CO 2 concentration in coal combustion gas in a general thermal power plant is about 10%. When this is adsorbed and recovered by an adsorbent, the pressure of the combustion exhaust gas is close to atmospheric pressure (100 kPa), so CO 2 is adsorbed at a partial pressure of about 10 kPa.

これを減圧で脱着させる場合には、吸着時よりＣＯ2分圧を下げる必要があるが、吸着時のＣＯ2圧力が低いため、脱着に要する真空ポンプには比較的高い真空度が要求される。さらに、減圧によってＣＯ2体積が膨張するため、排気容量の大きなものが必要になってくる。 When desorbing this under reduced pressure, it is necessary to lower the CO 2 partial pressure from the time of adsorption. However, since the CO 2 pressure at the time of adsorption is low, the vacuum pump required for desorption requires a relatively high degree of vacuum. . Furthermore, since the volume of CO 2 expands due to the reduced pressure, a large exhaust capacity is required.

しかし、比較的高い真空度で大容量の真空ポンプは開発されていないため、必要性能を満たすには、容量の小さな真空ポンプを並列して設置することとなり、巨額の設備費用を要するという問題がある。   However, since a vacuum pump with a relatively high degree of vacuum and a large capacity has not been developed, a vacuum pump with a small capacity has to be installed in parallel to meet the required performance, which requires a large amount of equipment costs. is there.

特許文献１には、脱着時の圧着を吸着時の圧力よりも低くすることが記載されているのみであり、特許文献２には、脱着時にパージガスを供給することが記載されているだけであるため、上述の問題を解決することができない。   Patent Document 1 only describes that the pressure bonding during desorption is lower than the pressure during adsorption, and Patent Document 2 only describes supplying purge gas during desorption. Therefore, the above problem cannot be solved.

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、脱着において減圧する必要がなく、ＣＯ2の分離回収を安価に行うことができ、ＣＯ2分離回収設備の小型化をも図ることができるＣＯ2分離回収方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made taking the foregoing problems into consideration, it is not necessary to reduce the pressure in the desorption, the separation and recovery CO 2 can be performed at a low cost, also possible to reduce the size of the CO 2 separation and recovery facilities An object of the present invention is to provide a method for separating and recovering CO 2 .

本発明に係るＣＯ2分離回収方法は、燃焼排ガス中のＣＯ2（二酸化炭素）を吸着により分離回収するＣＯ2分離回収方法において、燃焼排ガス中のＣＯ2を吸着剤に吸着させる吸着工程と、前記吸着剤に吸着されたＣＯ2を脱着する脱着工程とを有し、前記脱着工程は、前記吸着剤にＣＯ2を吸着する際のＣＯ2分圧より低いＣＯ2分圧を示すパージガスでパージすることにより行うことを特徴とする。 CO 2 separation and recovery method according to the present invention, in the CO 2 separation and recovery method for separating and recovering by adsorption of CO 2 (carbon dioxide) in the combustion exhaust gas, the adsorption step of adsorbing the CO 2 in the combustion exhaust gas to the adsorbent, A desorption step of desorbing CO 2 adsorbed on the adsorbent, wherein the desorption step is purged with a purge gas having a CO 2 partial pressure lower than the CO 2 partial pressure when adsorbing CO 2 on the adsorbent. It is characterized by performing by doing.

ＣＯ2分圧の低いパージガスでブローするようにしたので、脱着において減圧する必要がない。すなわち、脱着時の雰囲気を比較的高い真空度にする必要がないため、ＣＯ2の分離回収を安価に行うことができ、ＣＯ2分離回収設備の小型化をも図ることができる。これは、ＣＯ2分離回収の普及につながり、温室効果ガスであるＣＯ2ガスの大気放出を有効に抑制することができる。 Blowing with a purge gas having a low CO 2 partial pressure eliminates the need for depressurization during desorption. That is, since it is not necessary to set the atmosphere during desorption to a relatively high degree of vacuum, CO 2 can be separated and recovered at low cost, and the CO 2 separation and recovery equipment can be downsized. This leads to the spread of CO 2 separation and recovery, and can effectively suppress the atmospheric release of CO 2 gas, which is a greenhouse gas.

そして、前記パージガスは水蒸気であることが好ましい。水蒸気はＣＯ2をほとんど含まないため、ＣＯ2分圧はほぼゼロに近い。 The purge gas is preferably water vapor. Since water vapor contains little CO 2, CO 2 partial pressure almost close to zero.

ところで、脱着工程において、ＣＯ2は、ブローされたパージガスと混合状態で脱着されることから、ＣＯ2のみを例えば地中貯留するにはパージガスから再度ＣＯ2を分離する必要がある。従って、ブローするパージガスは容易にＣＯ2と分離される必要がある。また、再分離したＣＯ2中のパージガスを完全にゼロにすることはできないと思われることから、パージガスはＣＯ2に混入して例えば地中貯留された場合でも、環境に影響がないものを選定することが好ましい。従って、このような条件を満たすものとして水蒸気が適しているものと考えられる。 By the way, in the desorption process, CO 2 is desorbed in a mixed state with the blown purge gas. Therefore, in order to store only CO 2, for example, underground, it is necessary to separate CO 2 from the purge gas again. Therefore, the purge gas to be blown needs to be easily separated from CO 2 . In addition, since it seems that the purge gas in the re-separated CO 2 cannot be completely zero, even if the purge gas is mixed into the CO 2 and stored in the ground, for example, select one that does not affect the environment It is preferable to do. Therefore, it is considered that water vapor is suitable for satisfying such conditions.

また、本発明において、前記パージガスは、火力発電プラントのタービンを駆動する水蒸気であってもよい。この場合、前記パージガスは、火力発電プラントのタービン途中もしくはタービンを出た後で抽気した水蒸気であってもよい。水蒸気の発生には多くの熱エネルギーが必要であるが、火力発電プラントは、発電のために、大量の水蒸気を発生していることから、タービンを回した後の水蒸気の一部を抽気し、この抽気した水蒸気をパージガスとして使用すれば効率よくパージガス（水蒸気）を得ることができる。なお，この場合には、火力発電プラントの運転を維持するためには、抽気した水蒸気量に相当する量の水をタービンから給水ポンプの間に供給して補充する。   In the present invention, the purge gas may be water vapor that drives a turbine of a thermal power plant. In this case, the purge gas may be water vapor extracted in the middle of the turbine of the thermal power plant or after leaving the turbine. The generation of water vapor requires a lot of thermal energy, but thermal power plants generate a large amount of water vapor for power generation, so a part of the water vapor after turning the turbine is extracted, If this extracted water vapor is used as a purge gas, a purge gas (water vapor) can be obtained efficiently. In this case, in order to maintain the operation of the thermal power plant, an amount of water corresponding to the amount of steam extracted is supplied from the turbine to the water supply pump and supplemented.

また、本発明において、前記脱着工程にて前記吸着剤から脱着された後のＣＯ2と前記パージガスである水蒸気との混合ガスから水蒸気を凝縮水として再度分離する再分離工程を有するようにしてもよい。 Further, in the present invention, there may be provided a re-separation step of separating again water vapor as condensed water from a mixed gas of CO 2 after desorption from the adsorbent in the desorption step and water vapor as the purge gas. Good.

そして、前記再分離工程は、前記混合ガスを圧縮するようにしてもよいし、前記混合ガスを冷却するようにしてもよい。   In the re-separation step, the mixed gas may be compressed, or the mixed gas may be cooled.

すなわち、ＣＯ2とパージガスとの分離は、水分を凝縮させて再分離することが挙げられる。水分の凝縮方法には、圧縮と冷却がある。圧縮による方法は、ＣＯ2を地中貯留するにあたり、圧縮されることとなるため、無駄が少ない。特に、パージガスとして水蒸気を用いることで、パージガスとＣＯ2の混合ガスを地中貯留させることで、ＣＯ2の再分離、回収及び貯留が一度に行われることから、高効率で無駄が少ないという利点がある。一方、冷却による方法は、例えば火力発電プラントでは冷却のために、大量の海水を取水しているため、この一部を転用して再分離をすることができ、効率がよい。 That is, the separation of CO 2 and the purge gas may include re-separation by condensing moisture. The methods for condensing moisture include compression and cooling. The compression method is less wasteful because CO 2 is compressed when stored underground. In particular, the use of water vapor as the purge gas allows the mixed gas of the purge gas and CO 2 to be stored underground, so that CO 2 can be re-separated, recovered, and stored at one time, so that it is highly efficient and less wasteful. There is. On the other hand, the cooling method is efficient because, for example, a thermal power plant takes in a large amount of seawater for cooling, and a part of the seawater can be diverted for re-separation.

また、本発明において、燃焼排ガスが、前記火力発電プラントから排出された燃焼排ガスであれば、火力発電プラントにて発生した水蒸気の一部を使って燃焼排ガスからＣＯ2を分離回収することができるようになるため、他のエネルギー源を使用することなく、効率よくＣＯ2を分離回収することができる。 Further, in the present invention, if the combustion exhaust gas is combustion exhaust gas discharged from the thermal power plant, CO 2 can be separated and recovered from the combustion exhaust gas using a part of the steam generated in the thermal power plant. Therefore, CO 2 can be efficiently separated and recovered without using other energy sources.

以上説明したように、本発明に係るＣＯ2分離回収方法によれば、脱着において減圧する必要がなく、ＣＯ2の分離回収を安価に行うことができ、ＣＯ2分離回収設備の小型化をも図ることができる。 As described above, according to the CO 2 separation and recovery method of the present invention, it is not necessary to reduce the pressure during desorption, CO 2 can be separated and recovered at low cost, and the CO 2 separation and recovery equipment can be downsized. Can be planned.

以下、本発明に係るＣＯ2分離回収方法の実施の形態例を図１〜図６を参照しながら説明する。 Hereinafter, an embodiment of the CO 2 separation and recovery method according to the present invention will be described with reference to FIGS.

本実施の形態に係るＣＯ2分離回収方法は、図１に示すように、燃焼排ガス中のＣＯ2を吸着剤に吸着させる（ステップＳ１：吸着工程）、その後、吸着剤に吸着されたＣＯ2を脱着する（ステップＳ２：脱着工程）。 In the CO 2 separation and recovery method according to the present embodiment, as shown in FIG. 1, CO 2 in the combustion exhaust gas is adsorbed on the adsorbent (step S1: adsorption step), and then the CO 2 adsorbed on the adsorbent. (Step S2: Desorption step).

特に、ステップＳ２の脱着工程では、吸着剤にＣＯ2を吸着する際のＣＯ2分圧より低いＣＯ2分圧を示すパージガスを吸着剤にブローすることでＣＯ2を脱着する。 In particular, in the desorption process of step S2, CO 2 is desorbed by blowing a purge gas having a CO 2 partial pressure lower than the CO 2 partial pressure when adsorbing CO 2 to the adsorbent to the adsorbent.

このＣＯ2分離回収方法では、吸着剤を有する吸着フィルタ１０を多数並べたものが使用される。この吸着フィルタ１０は、例えば図２に示すように、全体として直方体状の形状を有し、排ガスやパージガスが入力流する流入端面１２と、ＣＯ2が除去された排ガスやＣＯ2とパージガスとが混合された混合ガスが流出する流出端面１４と、流入端面１２から流出端面１４まで延びる隔壁１６と、隔壁１６により仕切られ、流入端面１２から吸着フィルタ１０の軸方向に沿って形成されたガス導入流路１８ａと、流出端面１４から吸着フィルタ１０の軸方向に沿ってガス排出流路１８ｂとを有する。 In this CO 2 separation and recovery method, a plurality of adsorption filters 10 having adsorbents are used. For example, as shown in FIG. 2, the adsorption filter 10 has a rectangular parallelepiped shape as a whole, and includes an inflow end face 12 through which exhaust gas and purge gas are input, exhaust gas from which CO 2 has been removed, CO 2 and purge gas. An outflow end surface 14 through which the mixed gas flows out, a partition wall 16 extending from the inflow end surface 12 to the outflow end surface 14, and a gas introduction formed along the axial direction of the adsorption filter 10 from the inflow end surface 12. A flow path 18 a and a gas discharge flow path 18 b from the outflow end surface 14 along the axial direction of the adsorption filter 10 are provided.

また、流入端面１２では、図３Ａに示すように、それぞれガス排出流路１８ｂの端面が封止されて、複数のガス導入流路１８ａの開口によって市松模様を呈するように、これら複数のガス導入流路が配された形態となされ、同様に、流出端面１４では、図３Ｂに示すように、それぞれガス導入流路１８ａの端面が封止されて、複数のガス排出流路１８ｂの開口によって市松模様を呈するように、これら複数のガス排出流路１８ｂが配された形態となされている。   Further, at the inflow end face 12, as shown in FIG. 3A, the end faces of the gas discharge passages 18b are sealed, and the plurality of gas introductions are formed so as to exhibit a checkered pattern by the openings of the plurality of gas introduction passages 18a. Similarly, at the outflow end face 14, as shown in FIG. 3B, the end faces of the gas introduction flow paths 18a are sealed, and the plurality of gas discharge flow paths 18b are opened. These gas discharge flow paths 18b are arranged so as to form a pattern.

さらに、吸着フィルタ１０の横断面（吸着フィルタ１０の軸方向と直交する方向に沿って切った断面）を見たとき、図４に示すように、ガス導入流路１８ａとガス排出流路１８ｂ間の隔壁１６は、多孔体２０にて構成され、特に、隔壁１６の幅方向中央部分に吸着剤２２（ＣＯ2吸着剤）が挿入されている。従って、隔壁１６は多孔体２０、吸着剤２２（正確には多孔体＋吸着剤）、多孔体２０の３層構造とされている。もちろん、隔壁１６を構成する多孔体２０全体に吸着剤２２を挿入するようにしてもよい。あるいは、隔壁１６自体を多孔の吸着剤２２で構成するようにしてもよい。 Further, when the transverse cross section of the adsorption filter 10 (cross section cut along the direction orthogonal to the axial direction of the adsorption filter 10) is viewed, as shown in FIG. 4, between the gas introduction flow path 18a and the gas discharge flow path 18b. The partition wall 16 is composed of a porous body 20, and in particular, an adsorbent 22 (CO 2 adsorbent) is inserted in the central portion of the partition wall 16 in the width direction. Accordingly, the partition wall 16 has a three-layer structure of the porous body 20, the adsorbent 22 (more precisely, the porous body + adsorbent), and the porous body 20. Of course, the adsorbent 22 may be inserted into the entire porous body 20 constituting the partition wall 16. Alternatively, the partition wall 16 itself may be composed of a porous adsorbent 22.

隔壁１６を構成する多孔体２０の材料としては、酸化物又は炭化物又は窒化物あるいはこれらの混合物であって、酸素、炭素、窒素以外の構成元素として、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム、バリウム、チタン、マンガン、鉄、アルミニウム、ケイ素のうち、少なくとも１種類を含む無機材料を使用することができる。   The material of the porous body 20 constituting the partition wall 16 is oxide, carbide, nitride, or a mixture thereof, and constituent elements other than oxygen, carbon, and nitrogen include sodium, potassium, calcium, magnesium, strontium, and barium. Inorganic materials containing at least one of titanium, manganese, iron, aluminum, and silicon can be used.

吸着剤２２としては、特許文献１にも示すアルミナや、特許文献２に示すゼオライト等を用いることができる。その他、活性炭類、モレキュラーシービングカーボン、アミン類、ＭＯＦ類（特にＺＩＦ類）等も用いることができる。   As the adsorbent 22, alumina shown in Patent Document 1 or zeolite shown in Patent Document 2 can be used. In addition, activated carbons, molecular sieve carbon, amines, MOFs (especially ZIFs) and the like can also be used.

そして、図５Ａに示すように、上述の構造を有する吸着フィルタ１０に供給された排ガスは、流入端面１２において開口しているガス導入流路１８ａに流入し、多孔質の隔壁１６を通って隣のガス排出流路１８ｂに流入し、流出端面１４の開口から排出される。この排ガスの流通経路に吸着剤２２が存在することから、排ガスに含まれるＣＯ2は吸着剤２２にて捕捉され、該吸着剤２２に吸着される。従って、吸着フィルタ１０からは、ＣＯ2が除去された排ガスとして排出されることとなる。 Then, as shown in FIG. 5A, the exhaust gas supplied to the adsorption filter 10 having the above-described structure flows into the gas introduction channel 18a opened at the inflow end surface 12, passes through the porous partition wall 16, and is adjacent thereto. Into the gas discharge flow path 18b and discharged from the opening of the outflow end face 14. Since the adsorbent 22 is present in the flow path of the exhaust gas, CO 2 contained in the exhaust gas is captured by the adsorbent 22 and adsorbed by the adsorbent 22. Therefore, the adsorption filter 10 is discharged as exhaust gas from which CO 2 has been removed.

その後、脱着の際には、図５Ｂに示すように、吸着フィルタ１０に対して、ＣＯ2を吸着する際のＣＯ2分圧より低いＣＯ2分圧を示すパージガスをブローする。ブローされたパージガスは、上述と同様に、流入端面１２において開口しているガス導入流路１８ａに流入し、多孔質の隔壁１６を通って隣のガス排出流路１８ｂに流入し、流出端面１４の開口から排出される。パージガスは、ＣＯ2を吸着する際のＣＯ2分圧より低いＣＯ2分圧を有することから、吸着剤２２に吸着されていたＣＯ2は容易に脱着され、パージガスに混合した状態で排出される。すなわち、吸着フィルタ１０からは、パージガスとＣＯ2（吸着剤２２から脱着されたＣＯ2）との混合ガスが排出されることになる。 Thereafter, at the time of desorption, as shown in FIG. 5B, a purge gas having a CO 2 partial pressure lower than the CO 2 partial pressure when CO 2 is adsorbed is blown to the adsorption filter 10. The blown purge gas flows into the gas introduction flow path 18a opened at the inflow end face 12 and flows into the adjacent gas discharge flow path 18b through the porous partition wall 16 in the same manner as described above. It is discharged from the opening. Purge gas, since it has a low CO 2 partial pressure than CO 2 partial pressure at the time of adsorbing the CO 2, CO 2, which has been adsorbed by the adsorbent 22 is easily detached and discharged in a state of being mixed in the purge gas . That is, the suction filter 10, so that the mixed gas of the purge gas and CO 2 (CO 2 desorbed from the adsorbent 22) is discharged.

以上のようにして排ガス４４から分離したＣＯ2を、さらに地中等へ貯留する場合には、パージガスとの混合状態のガスからパージガスを再度分離する必要がある。この場合、パージガスが水蒸気であれば凝縮によって大部分の水分を分離できる上、一部の水蒸気がガス状態で残ったとしても、貯留時における環境への悪影響をほとんど問題無いレベルに留めることができる。 When the CO 2 separated from the exhaust gas 44 as described above is further stored in the ground or the like, it is necessary to separate the purge gas again from the mixed gas with the purge gas. In this case, if the purge gas is water vapor, most of the water can be separated by condensation, and even if some water vapor remains in the gas state, the adverse environmental impact during storage can be kept at a level with no problem. .

水蒸気の凝縮方法には、圧縮と冷却がある。圧縮による水蒸気の凝縮は、ＣＯ2を地中貯留する際には、一般的にＣＯ2を圧縮して地中に注入するので、余分な追加のプロセスを必要としない無駄の少ない方法と言える。一方、冷却による方法は、例えば火力発電プラントでは冷却のために、大量の海水を取水しているため、この一部を転用して再分離をすることができ、効率がよい。 Methods for condensing water vapor include compression and cooling. The condensation of water vapor by compression can be said to be a wasteless method that does not require an extra additional process because CO 2 is generally compressed and injected into the ground when CO 2 is stored underground. On the other hand, the cooling method is efficient because, for example, a thermal power plant takes in a large amount of seawater for cooling, and a part of the seawater can be diverted for re-separation.

次に、本実施の形態に係るＣＯ2分離回収方法を火力発電プラント３０に適用した例を図６を参照しながら説明する。 Next, an example in which the CO 2 separation and recovery method according to the present embodiment is applied to a thermal power plant 30 will be described with reference to FIG.

火力発電プラント３０による発電は、基本的には、図６に示すように、外部や復水器３２からの水３４を給水ポンプ３６によってボイラー３８に供給し、該ボイラー３８にて石炭等の燃料を燃やして高温・高圧の水蒸気４２を作り、この水蒸気４２を使ってタービン４０の羽根車を回すことで、タービン４０につないだ発電機を動かすことで発電する。羽根車を回した水蒸気４２は、復水器３２にて水３４に変えられて再び給水ポンプ３６を介してボイラー３８へ送られることになる。また、ボイラー３８にて石炭等の燃料を燃やして高温・高圧の水蒸気４２を作ることから、ボイラー３８から燃焼排ガス（以下、排ガス４４と記す）が排出されることになる。   As shown in FIG. 6, the power generation by the thermal power plant 30 basically supplies water 34 from the outside or the condenser 32 to the boiler 38 by the water supply pump 36, and fuel such as coal is supplied from the boiler 38. The steam is made into high-temperature and high-pressure steam 42, and the steam is used to rotate the impeller of the turbine 40, thereby generating power by moving the generator connected to the turbine 40. The water vapor 42 that has rotated the impeller is changed to water 34 by the condenser 32 and is again sent to the boiler 38 via the water supply pump 36. In addition, since fuel such as coal is burned in the boiler 38 to produce high-temperature and high-pressure steam 42, combustion exhaust gas (hereinafter referred to as exhaust gas 44) is discharged from the boiler 38.

この排ガス４４に含まれるＣＯ2の濃度は通常１０％程度である。本実施の形態は、この排ガス４４に含まれるＣＯ2を吸着剤２２にて吸着し、その後、吸着剤２２に吸着されているＣＯ2を脱着して、回収する。 The concentration of CO 2 contained in the exhaust gas 44 is usually about 10%. In the present embodiment, CO 2 contained in the exhaust gas 44 is adsorbed by the adsorbent 22, and then the CO 2 adsorbed by the adsorbent 22 is desorbed and recovered.

そこで、本実施の形態は、図６に示すように、排ガス４４の排出経路に、少なくとも１つの吸着フィルタ１０を設置する。図６では多数の吸着フィルタ１０が積層されたフィルタ装置を４つ（第１フィルタ装置５０ａ〜第４フィルタ装置５０ｄと記す）を設置した例を示している。第１フィルタ装置５０ａ〜第４フィルタ装置５０ｄを設置したのは、例えば第１フィルタ装置５０ａから、第２フィルタ装置５０ｂ、第３フィルタ装置５０ｃ、第４フィルタ装置５０ｄというように順番にＣＯ2の吸着を行っていくことを想定したとき、例えば第３フィルタ装置５０ｃにてＣＯ2の吸着を行っている間に例えば第１フィルタ装置５０ａにて脱着を行う等、１つのフィルタ装置にてＣＯ2の吸着を行っている間に他のフィルタ装置にて脱着を行うことができ、吸着工程から脱着工程にかかる処理時間を効率よく短縮することができるからである。しかも、１つのフィルタ装置（例えば第１フィルタ装置５０ａ）に対する吸着にかける時間及び脱着にかける時間を短くすることにより、第１フィルタ装置５０ａ〜第４フィルタ装置５０ｄの小型化をも図ることができ、ＣＯ2分離回収設備の設置空間の省スペース化につながる。 Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 6, at least one adsorption filter 10 is installed in the exhaust gas exhaust path. FIG. 6 shows an example in which four filter devices in which a large number of adsorption filters 10 are stacked (referred to as first filter device 50a to fourth filter device 50d) are installed. Was established the first filter device 50a~ fourth filter device 50d, for example from the first filter unit 50a, the second filter device 50b, a third filter device 50c, sequentially in CO 2 and so fourth filter device 50d when assuming that is intended to make adsorption, CO 2 for example, such as performing the desorption, for example, in the first filter device 50a while performing the adsorption of CO 2 by the third filter device 50c, at one filter device This is because desorption can be performed by another filter device during the adsorption process, and the processing time from the adsorption process to the desorption process can be efficiently shortened. In addition, the first filter device 50a to the fourth filter device 50d can be reduced in size by shortening the time for adsorption and the time for desorption to one filter device (for example, the first filter device 50a). , Leading to space saving of installation space for CO 2 separation and recovery equipment.

そして、ボイラー３８から排出されたＣＯ2を含む排ガス（１００ｋＰａ）は、例えば途中のブロー装置５２にて少し圧力が高められて（例えば１０５ｋＰａ）、１つのフィルタ装置、例えば第１フィルタ装置５０ａに供給される。第１フィルタ装置５０ａに供給された排ガス４４は第１フィルタ装置５０ａの吸着剤２２にてＣＯ2が吸着されてＣＯ2が除去された排ガス４４ａとして排出される。所定時間（例えば３０秒）が経過した段階で、ＣＯ2を含む排ガス４４は、第２フィルタ装置５０ｂに供給され、該第２フィルタ装置５０ｂの吸着剤２２にてＣＯ2が吸着されてＣＯ2が除去された排ガス４４ａとして排出される。 Then, the exhaust gas (100 kPa) containing CO 2 discharged from the boiler 38 is slightly increased in pressure (for example, 105 kPa) by, for example, an intermediate blow device 52 (for example, 105 kPa) and supplied to one filter device, for example, the first filter device 50a. Is done. The first filter unit 50a flue gas 44 supplied to and discharged as an exhaust gas 44a that CO 2 is adsorbed CO 2 has been removed by the adsorbent 22 of the first filter device 50a. When a predetermined time (for example, 30 seconds) has passed, the exhaust gas 44 containing CO 2 is supplied to the second filter device 50b, and the CO 2 is adsorbed by the adsorbent 22 of the second filter device 50b, so that CO 2 Is removed as exhaust gas 44a.

さらに、所定時間（例えば３０秒）が経過した段階で、ＣＯ2を含む排ガス４４は、第３フィルタ装置５０ｃに供給され、該第３フィルタ装置５０ｃの吸着剤２２にてＣＯ2が吸着されてＣＯ2が除去された排ガス４４ａとして排出される。このとき、タービン４０を出た後の水蒸気４２の一部４２ａが取り出されてパージガス５４として例えば第１フィルタ装置５０ａに供給される。水蒸気４２ａはＣＯ2をほとんど含まないため、ＣＯ2分圧はほぼゼロに近い。タービン４０を出た水蒸気４２ａは、圧力が大気圧よりも高め（例えば１０５ｋＰａ）となっているため、ブロー装置等を経由せずにそのまま第１フィルタ装置５０ａに供給される。ＣＯ2分圧がほぼゼロの水蒸気４２ａがパージガス５４として供給されることによって、第１フィルタ装置５０ａの吸着剤２２に吸着されていたＣＯ2は、容易に脱着され、パージガス５４に混合した状態で排出される。すなわち、第１フィルタ装置５０ａからは、パージガス５４である水蒸気とＣＯ2（吸着剤２２から脱着されたＣＯ2）との混合ガス５６が排出されることになる。 Further, when a predetermined time (for example, 30 seconds) has passed, the exhaust gas 44 containing CO 2 is supplied to the third filter device 50c, and the CO 2 is adsorbed by the adsorbent 22 of the third filter device 50c. It is discharged as an exhaust gas 44a from which CO 2 has been removed. At this time, a part 42a of the water vapor 42 after exiting the turbine 40 is taken out and supplied as purge gas 54 to, for example, the first filter device 50a. Since steam 42a is almost free of CO 2, CO 2 partial pressure almost close to zero. Since the water vapor 42a exiting the turbine 40 has a pressure higher than atmospheric pressure (for example, 105 kPa), it is supplied to the first filter device 50a as it is without passing through a blower or the like. By supplying the water vapor 42 a having a substantially zero CO 2 partial pressure as the purge gas 54, the CO 2 adsorbed on the adsorbent 22 of the first filter device 50 a is easily desorbed and mixed with the purge gas 54. Discharged. That is, the first filter device 50a, so that the water vapor and CO 2 mixed gas 56 of (CO 2 desorbed from the adsorbent 22) is a purge gas 54 is discharged.

排出された混合ガス５６は、その後、圧縮される。これによって、混合ガス５６中の水分（水蒸気）が凝縮され、ＣＯ2が再分離されることになる。再分離されたＣＯ2は回収されて地中貯留される。一方、圧縮によって凝縮された水分（凝縮水５８）は排出される。この場合、火力発電プラント３０の運転を維持するために、パージガス５４として抽気した水蒸気４２ａの量に相当する量の水（補給水６０）をタービン４０から給水ポンプ３６の間に供給して補充する。 The discharged mixed gas 56 is then compressed. As a result, moisture (water vapor) in the mixed gas 56 is condensed, and CO 2 is separated again. The re-separated CO 2 is recovered and stored underground. On the other hand, moisture condensed by the compression (condensed water 58) is discharged. In this case, in order to maintain the operation of the thermal power plant 30, an amount of water (make-up water 60) equivalent to the amount of the steam 42 a extracted as the purge gas 54 is supplied from the turbine 40 to the water supply pump 36 and replenished. .

なお、排ガス４４、パージガス５４等の圧力、流量等の一例を以下に示す。   An example of the pressure and flow rate of the exhaust gas 44 and the purge gas 54 is shown below.

［ボイラー３８から排出される排ガス４４］
〔成分〕
Ｎ２： ７２．０（ｖｏｌ．％）
Ｏ２： ４．８（ｖｏｌ．％）
ＣＯ2： １０．８（ｖｏｌ．％）
Ｈ２Ｏ： １２．４（ｖｏｌ．％）
〔排出量〕
６３０（Ｎｍ３／ｓ）
〔圧力〕
１００（ｋＰａ）：但し、ブロー装置５２により、１０５ｋＰａとなる。 [Exhaust gas 44 discharged from the boiler 38]
〔component〕
N2: 72.0 (vol.%)
O2: 4.8 (vol.%)
CO 2 : 10.8 (vol.%)
H2O: 12.4 (vol.%)
[Emissions]
630 (Nm3 / s)
〔pressure〕
100 (kPa): However, it is 105 kPa by the blow device 52.

［ＣＯ2が除去された排ガス４４ａ］
〔排出量〕
５９６（Ｎｍ３／ｓ）
〔圧力〕
１０１（ｋＰａ） [Exhaust gas 44a from which CO 2 has been removed]
[Emissions]
596 (Nm3 / s)
〔pressure〕
101 (kPa)

［パージガス５４］
〔供給量〕
３００（Ｎｍ３／ｓ）
〔圧力〕
１０５（ｋＰａ） [Purge gas 54]
[Supply amount]
300 (Nm3 / s)
〔pressure〕
105 (kPa)

［混合ガス５６］
〔成分〕
ＣＯ2：１０．８（ｖｏｌ．％）
Ｈ２Ｏ：８９．２（ｖｏｌ．％）
〔排出量〕
３３４（Ｎｍ３／ｓ）
〔圧力〕
１０１（ｋＰａ） [Mixed gas 56]
〔component〕
CO 2 : 10.8 (vol.%)
H2O: 89.2 (vol.%)
[Emissions]
334 (Nm3 / s)
〔pressure〕
101 (kPa)

このように、本実施の形態においては、パージガス５４として、火力発電プラント３０のタービン４０を出た後の水蒸気を用いるようにしている。水蒸気４２の発生には多くの熱エネルギーが必要であるが、火力発電プラント３０は、発電のために、大量の水蒸気４２を発生していることから、タービン４０を回した後の水蒸気４２の一部４２ａを排気し、この排気された水蒸気４２ａをパージガス５４として使用すれば効率よくパージガス５４（水蒸気）を得ることができる。   As described above, in the present embodiment, as the purge gas 54, the water vapor after exiting the turbine 40 of the thermal power plant 30 is used. Although a large amount of thermal energy is required for the generation of the steam 42, the thermal power plant 30 generates a large amount of the steam 42 for power generation. By exhausting the portion 42a and using the exhausted water vapor 42a as the purge gas 54, the purge gas 54 (water vapor) can be obtained efficiently.

この場合、ＣＯ2を除去する排ガス４４を、火力発電プラント３０から排出された排ガス４４としたので、火力発電プラント３０にて発生した水蒸気４２の一部４２ａを使って排ガス４４からＣＯ2を分離回収することができるようになるため、他のエネルギー源を使用することなく、効率よくＣＯ2を分離回収することができる。 In this case, since the exhaust gas 44 from which the CO 2 is removed is the exhaust gas 44 discharged from the thermal power plant 30, the CO 2 is separated from the exhaust gas 44 using a part 42 a of the water vapor 42 generated in the thermal power plant 30. Since it can be recovered, CO 2 can be efficiently separated and recovered without using another energy source.

このように、本実施の形態に係るＣＯ2分離回収方法においては、脱着において減圧する必要がなく、ＣＯ2の分離回収を安価に行うことができ、ＣＯ2分離回収設備の小型化をも図ることができる。 Thus, in the CO 2 separation and recovery method according to the present embodiment, it is not necessary to depressurize in desorption, CO 2 can be separated and recovered at low cost, and the CO 2 separation and recovery equipment can be downsized. be able to.

上述の例では、タービン４０を出た水蒸気４２の一部を抽気して、この抽気した水蒸気４２ａをパージガス５４として用いたが、その他、タービン４０途中の水蒸気４２の一部をパージガス５４としてもよい。また、パージガス５４である水蒸気４２ａの圧力が不足している場合には、これを圧縮して昇圧するブロワを設置してもよい。さらに、上述の例では、凝縮水５８を排出するようにしたが、その他、凝縮水５８を給水ポンプ３６に供給される補給水６０の一部としてもよい。   In the above example, a part of the water vapor 42 exiting the turbine 40 is extracted and the extracted water vapor 42 a is used as the purge gas 54. . In addition, when the pressure of the water vapor 42a that is the purge gas 54 is insufficient, a blower that compresses and boosts the pressure may be installed. Furthermore, in the above-described example, the condensed water 58 is discharged, but the condensed water 58 may be part of the makeup water 60 supplied to the water supply pump 36.

ところで、火力発電プラント３０においては、復水器３２で水蒸気４２を凝縮させ、その負圧でタービン４０の入口／出口の圧力比を大きくして、発電効率を上げている。   By the way, in the thermal power plant 30, the steam 42 is condensed by the condenser 32, and the pressure ratio at the inlet / outlet of the turbine 40 is increased by the negative pressure to increase the power generation efficiency.

これに対して、上述の実施の形態では、復水器３２で凝縮されるはずの水蒸気４２の一部を抜き出してパージガス５４として利用している。そのため、タービン４０の効率はその分低下すると考えられる。   On the other hand, in the above-described embodiment, a part of the water vapor 42 that should be condensed in the condenser 32 is extracted and used as the purge gas 54. Therefore, it is considered that the efficiency of the turbine 40 is reduced accordingly.

そこで、その低下の度合いを見積もり、その影響を考察した。   Therefore, the degree of the decrease was estimated and the effect was considered.

先ず、タービン４０の効率は、１−πaに比例する。ここで、πはタービン４０の入口／出口の圧力比であり、ａ＝（１−γ）／γ、γは比熱比である。 First, the efficiency of the turbine 40 is proportional to 1-π a. Here, π is the pressure ratio of the inlet / outlet of the turbine 40, a = (1−γ) / γ, and γ is the specific heat ratio.

火力発電では、タービン４０の入口圧力が２４ＭＰａ、タービン４０の出口圧力が０．００５ＭＰａであることが多い。これに対し、復水器３２手前の１２０℃の蒸気（蒸気圧は０．２ＭＰａ）を割合ｘで抜き出してパージガス５４として使用するものとする。   In thermal power generation, the inlet pressure of the turbine 40 is often 24 MPa, and the outlet pressure of the turbine 40 is often 0.005 MPa. On the other hand, steam at 120 ° C. (steam pressure is 0.2 MPa) before the condenser 32 is extracted at a ratio x and used as the purge gas 54.

前者（水蒸気を抜き出さない場合）に対する後者（水蒸気を一部抜き出す場合）のタービン４０の効率比は、
[x[1-(24/0.2)a] + (1-x)[1-(24/0.005)a]] / [1-(24/0.005)a] = 1-0.221x
となる。ここに、比熱比γは１．３程度である。 The efficiency ratio of the latter (when partially extracting steam) to the former (when not extracting steam) is as follows:
[x [1- (24 / 0.2) a ] + (1-x) [1- (24 / 0.005) a ]] / [1- (24 / 0.005) a ] = 1-0.221x
It becomes. Here, the specific heat ratio γ is about 1.3.

タービン４０から出た水蒸気の３０％を抜き出してパージガス５４とした場合、ｘが０．３程度となるから、上述の式からタービン４０の効率比は０．９３であり、７％程度の出力ダウンに相当する。換言すれば、ＣＯ2を回収するのに必要な余剰エネルギーは発電の７％程度で済むことになる。 When 30% of the water vapor discharged from the turbine 40 is extracted and used as the purge gas 54, x becomes about 0.3. Therefore, the efficiency ratio of the turbine 40 is 0.93 from the above formula, and the output is reduced by about 7%. It corresponds to. In other words, the surplus energy necessary for recovering CO 2 is about 7% of the power generation.

なお、本発明に係るＣＯ2分離回収方法は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。 It should be noted that the CO 2 separation and recovery method according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention.

本実施の形態に係るＣＯ2分離回収方法を示す工程ブロック図である。It is a process block diagram showing the CO 2 separation and recovery method according to the present embodiment. 吸着フィルタの一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of an adsorption filter. 図３Ａは吸着フィルタの流入端面を一部省略して示す図であり、図３Ｂは吸着フィルタの流出端面を一部省略して示す図である。FIG. 3A is a diagram in which the inflow end surface of the adsorption filter is partially omitted, and FIG. 3B is a diagram in which the outflow end surface of the adsorption filter is partially omitted. 吸着フィルタの横断面を一部省略して示す図である。It is a figure which abbreviate | omits and shows some cross sections of an adsorption filter. 図５Ａは吸着工程を示す説明図であり、図５Ｂは脱着工程を示す説明図である。FIG. 5A is an explanatory diagram showing an adsorption process, and FIG. 5B is an explanatory diagram showing a desorption process. 本実施の形態に係るＣＯ2分離回収方法を火力発電プラントに適用した例を示す説明図である。The CO 2 separation and recovery method of this embodiment is an explanatory diagram showing an example of application to a thermal power plant.

符号の説明Explanation of symbols

１０…吸着フィルタ １２…流入端面
１４…流出端面 １６…隔壁
１８ａ…ガス導入流路 １８ｂ…ガス排出流路
２０…多孔体 ２２…吸着剤
３０…火力発電プラント ３６…給水ポンプ
４０…タービン ４２…水蒸気
４２ａ…水蒸気の一部 ４４…排ガス
４４ａ…ＣＯ2が除去された排ガス
５０ａ〜５０ｄ…第１フィルタ装置〜第４フィルタ装置
５４…パージガス ５６…混合ガス DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Adsorption filter 12 ... Inflow end surface 14 ... Outflow end surface 16 ... Partition 18a ... Gas introduction flow path 18b ... Gas discharge flow path 20 ... Porous body 22 ... Adsorbent 30 ... Thermal power plant 36 ... Feed water pump 40 ... Turbine 42 ... Water vapor 42a ... some 44 ... exhaust 44a ... gas CO 2 has been removed 50 a to 50 d ... first filter unit to the fourth filter device 54 ... purge gas 56 ... mixed gas of water vapor

Claims (10)

燃焼排ガス中のＣＯ2（二酸化炭素）を吸着により分離回収するＣＯ2分離回収方法において、
燃焼排ガス中のＣＯ2を吸着剤に吸着させる吸着工程と、
前記吸着剤に吸着されたＣＯ2を脱着する脱着工程とを有し、
前記脱着工程は、前記吸着剤にＣＯ2を吸着する際のＣＯ2分圧より低いＣＯ2分圧を示すパージガスでパージすることにより行うことを特徴とするＣＯ2分離回収方法。 In a CO 2 separation and recovery method for separating and recovering CO 2 (carbon dioxide) in combustion exhaust gas by adsorption,
An adsorption process for adsorbing CO 2 in the combustion exhaust gas to the adsorbent;
A desorption step of desorbing CO 2 adsorbed on the adsorbent,
The CO 2 separation and recovery method, wherein the desorption step is performed by purging with a purge gas having a CO 2 partial pressure lower than the CO 2 partial pressure when CO 2 is adsorbed to the adsorbent. 請求項１記載のＣＯ2分離回収方法において、
前記パージガスが水蒸気であることを特徴とするＣＯ2分離回収方法。 The CO 2 separation and recovery method according to claim 1, wherein
A CO 2 separation and recovery method, wherein the purge gas is water vapor. 請求項２記載のＣＯ2分離回収方法において、
前記パージガスは、火力発電プラントのタービンを駆動する水蒸気であることを特徴とするＣＯ2分離回収方法。 The CO 2 separation and recovery method according to claim 2,
The method for separating and recovering CO 2 , wherein the purge gas is water vapor that drives a turbine of a thermal power plant. 請求項３記載のＣＯ2分離回収方法において、
前記パージガスは、前記火力発電プラントのタービン途中もしくはタービンを出た後で抽気した水蒸気であることを特徴とするＣＯ2分離回収方法。 In the CO 2 separation and recovery method according to claim 3,
The method for separating and recovering CO 2 , wherein the purge gas is water vapor extracted during or after the turbine of the thermal power plant. 請求項３又は４記載のＣＯ2分離回収方法において、
前記脱着工程にて前記吸着剤から脱着された後のＣＯ2と前記パージガスである水蒸気との混合ガスから水蒸気を凝縮水として再度分離する再分離工程を有することを特徴とするＣＯ2分離回収方法。 The CO 2 separation and recovery method according to claim 3 or 4,
A CO 2 separation and recovery method comprising a re-separation step of separating again water vapor as condensed water from a mixed gas of CO 2 after being desorbed from the adsorbent in the desorption step and water vapor as the purge gas. . 請求項５記載のＣＯ2分離回収方法において、
前記再分離工程は、前記混合ガスを圧縮することを特徴とするＣＯ2分離回収方法。 In CO 2 separation and recovery method according to claim 5, wherein,
The CO 2 separation and recovery method, wherein the reseparation step compresses the mixed gas. 請求項５記載のＣＯ2分離回収方法において、
前記再分離工程は、前記混合ガスを冷却することを特徴とするＣＯ2分離回収方法。 The CO 2 separation and recovery method according to claim 5,
The CO 2 separation and recovery method, wherein the re-separation step cools the mixed gas. 請求項３〜７のいずれか１項に記載のＣＯ2分離回収方法において、
前記タービン途中もしくは前記タービンを出た後で抽気した水蒸気量に相当する量の水を前記タービンから給水ポンプの間に供給して、前記タービンを駆動する水蒸気量を確保することを特徴とするＣＯ2分離回収方法。 In CO 2 separation and recovery method according to any one of claims 3-7,
An amount of water corresponding to the amount of steam extracted from the middle of the turbine or after leaving the turbine is supplied from the turbine to a water supply pump to ensure the amount of steam for driving the turbine. 2 Separation and recovery method. 請求項８記載のＣＯ2分離回収方法において、
前記タービンから前記給水ポンプの間に供給する水の一部を、請求項５〜７によって得られる凝縮水とすることを特徴とするＣＯ2分離回収方法。 The CO 2 separation and recovery method according to claim 8,
A method for separating and recovering CO 2, wherein a part of the water supplied from the turbine to the feed water pump is condensed water obtained according to claims 5 to 7. 請求項１〜９のいずれか１項に記載のＣＯ2分離回収方法において、
前記燃焼排ガスが、火力発電プラントから排出された燃焼排ガスであることを特徴とするＣＯ2分離回収方法。 In CO 2 separation and recovery method according to any one of claims 1 to 9,
A CO 2 separation and recovery method, wherein the combustion exhaust gas is a combustion exhaust gas discharged from a thermal power plant.
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