JP2011050805A - 二酸化炭素回収装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二酸化炭素の回収効率が向上した二酸化炭素回収装置を提供すること。
【解決手段】本発明は、ガス中に含まれる二酸化炭素を冷媒により固化させて回収する二酸化炭素回収装置１であって、ガスが導入される回収装置部２と、回収装置部２の内部に配置され、内部を冷媒が流通する複数の伝熱管３と、複数の伝熱管３それぞれの周面に付着した固化された二酸化炭素を掻き落とす掻き落とし手段と、掻き落とし手段により掻き落とされた固化された二酸化炭素を収容する収容部１０と、複数の伝熱管３それぞれの温度を測定する複数の温度センサ５と、複数の伝熱管３それぞれを流通する冷媒の流量を調整する複数の流量調整部６と、複数の温度センサ５により測定された複数の伝熱管３それぞれの温度に基づいて、複数の流量調整部６それぞれを制御する流量制御部１１と、を備える二酸化炭素回収装置１に関する。
【選択図】図１

Description

本発明は、二酸化炭素を含むガスから二酸化炭素を固化させて回収する二酸化炭素回収装置に関する。

一般に、火力発電所や化学プラント等において、石炭、石油又はＬＮＧ等の化石燃料を燃焼させることにより発生する排ガス中には、多量の二酸化炭素が含まれている。このような排ガス中に含まれる二酸化炭素は、温室効果と呼ばれる大気温度の上昇と大きく関係しており、近年、大きな問題となっている。そのため、排ガス中に含まれる二酸化炭素は、大気中に放出せず、回収することが望ましい。

ここで、排ガス中に含まれる二酸化炭素を回収する方法としては、二酸化炭素を固化して回収する二酸化炭素回収装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の二酸化炭素回収装置は、複数の伝熱管を二酸化炭素回収容器の内部に配置して伝熱管に冷却媒体を流通させると共に、二酸化炭素回収容器の内部に排ガスを供給することにより、排ガス中に含まれる二酸化炭素を二酸化炭素回収容器の内部で固化させて、回収する。

特開２００７−６９０５７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の二酸化炭素回収装置のように複数の伝熱管を有する二酸化炭素回収装置においては、流通する冷媒の流量が少なくなる伝熱管が存在する場合がある。このような伝熱管は、内部を流通する冷媒の流量が少ないため、伝熱管の温度が下がらず、他の伝熱管よりも二酸化炭素を固化させ難くなる。そのため、このような場合には、伝熱管の表面に付着する固化した二酸化炭素の量も他の伝熱管よりも少なくなり、二酸化炭素回収装置全体として、二酸化炭素の回収効率が悪くなるという問題があった。

本発明は、二酸化炭素の回収効率が向上した二酸化炭素回収装置を提供することを目的とする。

本発明は、ガス中に含まれる二酸化炭素を冷媒により固化させて回収する二酸化炭素回収装置であって、筒状に構成されると共に高さ方向が鉛直方向に沿うように配置され、前記ガスが導入される回収装置部と、前記回収装置部の内部に略鉛直方向に延びて配置され、内部を前記冷媒が流通する複数の伝熱管と、複数の前記伝熱管それぞれの周面に付着した固化された二酸化炭素を掻き落とす掻き落とし手段と、前記回収装置部の下方に配置され前記掻き落とし手段により掻き落とされた固化された二酸化炭素を収容する収容部と、複数の前記伝熱管それぞれの温度を測定する複数の温度センサと、複数の前記伝熱管それぞれを流通する前記冷媒の流量を調整する複数の流量調整部と、複数の前記温度センサにより測定された複数の前記伝熱管それぞれの温度に基づいて、複数の前記流量調整部それぞれを制御する流量制御部と、を備える二酸化炭素回収装置に関する。

また、前記回収装置部は、側面に開口部を有する回収装置本体と、前記側面に着脱可能に形成されると共に、前記開口部を封止可能なカバー部と、を有することが好ましい。

また、複数の前記伝熱管それぞれの一端部に接続され、複数の前記伝熱管それぞれに前記冷媒を供給する複数の冷媒供給管と、複数の前記伝熱管それぞれの他端部に接続され、複数の前記伝熱管それぞれを流通した前記冷媒を回収する冷媒回収管と、を更に備え、複数の前記伝熱管は、それぞれ複数の前記冷媒供給管及び前記冷媒回収管に着脱可能に構成されることが好ましい。

また、前記掻き落とし手段は、前記伝熱管の周面に近接して鉛直方向に移動可能な掻き落とし部材と、前記掻き落とし部材を鉛直方向に移動させる駆動部と、を備え、前記掻き落とし部材は、フッ素樹脂により前記回収装置部における水平方向の断面形状と略同形の板状に形成された一対の第１板状部材と、前記一対の第１板状部材の間に配置される第２板状部材と、を有し、一対の前記第１板状部材及び前記第２板状部材には、複数の前記伝熱管それぞれが挿通する複数の伝熱管挿通穴及び前記回収装置部の内部に導入された前記ガスが流通するガス流通穴が形成されることが好ましい。

本発明によれば、二酸化炭素の回収効率が向上した二酸化炭素回収装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る二酸化炭素回収装置を示す斜視図である。 図１に示す二酸化炭素回収装置のＡ−Ａ矢視断面図である。 図１に示す二酸化炭素回収装置における回収装置部の前面カバー及び伝熱管の一部を取り外した状態を示す二酸化炭素回収装置の斜視図である。 （ａ）は図１に示す二酸化炭素回収装置における掻き落とし部材を概略的に示す平面図であり、（ｂ）は図１に示す二酸化炭素回収装置における掻き落とし部材を概略的に示す側面図である。 図１に示す二酸化炭素回収装置における掻き落とし部材が待機位置にある状態を一部破断して概略的に示す図である。 図１に示す二酸化炭素回収装置における掻き落とし部材が待機位置と駆動位置との間に位置する状態を一部破断して概略的に示す図である。 図１に示す二酸化炭素回収装置における掻き落とし部材が駆動位置にある状態を一部破断して概略的に示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る二酸化炭素回収装置１を示す斜視図である。図２は、図１に示す二酸化炭素回収装置１のＡ−Ａ矢視断面図である。図３は、図１に示す二酸化炭素回収装置１における回収装置部２の前面カバー２１及び伝熱管３の一部を取り外した状態を示す二酸化炭素回収装置１の斜視図である。図４は、（ａ）は図１に示す二酸化炭素回収装置１における掻き落とし部材８を概略的に示す平面図であり、（ｂ）は図１に示す二酸化炭素回収装置１における掻き落とし部材８を概略的に示す側面図である。

二酸化炭素回収装置１は、例えば、石炭、石油又はＬＮＧ等の化石燃料を燃料として用いる火力発電所等で用いられ、当該火力発電所で排出される排ガス中に含まれる二酸化炭素を固化させて回収するためのものである。

図１及び図２に示すように、二酸化炭素回収装置１は、回収装置部２と、複数の伝熱管３と、複数の冷媒供給管４と、複数の温度センサ５と、流量調整部としての複数の流量調整バルブ６と、冷媒回収管７と、掻き落とし手段を構成する掻き落とし部材８及び駆動部９と、収容部１０と、制御部１１と、を備える。

回収装置部２は、鉛直方向に延びる略円筒状に形成されており、回収装置本体２０と、カバー部としての前面カバー２１と、を備える。
回収装置本体２０は、高さ方向が鉛直方向に沿うように配置されており、上端部近傍における側面には、排ガスを導入可能な排ガス導入管２２が連結されている。

また、図３に示すように、回収装置本体２０の側面には、略中央部に略矩形状の開口部２３が形成されている。また、開口部２３の両側近傍における回収装置本体２０の側面には、鉛直方向に所定の間隔で配置された複数の突出部２４が形成されている。更に、開口部２３の上端部及び下端部の近傍における回収装置本体２０の側面には、略中央部に一対のネジ穴２５が形成されている。

前面カバー２１は、外形が開口部２３よりも大きな略同形状に形成されており、開口部２３を封止可能に形成されている。また、前面カバー２１は、回収装置本体２０の側面に着脱可能に形成されている。具体的には、前面カバー２１の上端部及び下端部には、略中央部に一対のネジ穴２６が形成されており、回収装置本体２０の側面に形成された一対のネジ穴２５に前面カバー２１に形成された一対のネジ穴２６を重ね合わせ、それぞれにネジ部材２７を螺合させることにより、前面カバー２１は、回収装置本体２０に装着される。

また、前面カバー２１の両側縁には、回収装置本体２０に装着する際に回収装置本体２０に形成された複数の突出部２４に係止可能に切り欠かれた複数の切欠部２８が形成されている。

更に、前面カバー２１の下端部近傍には、排ガスを導出する排ガス導出管２９が連結されている。
排ガス導入管２２から回収装置本体２０の内部に導入された排ガスは、二酸化炭素が取り除かれた二酸化炭素除去排ガス（以下、単に「除去排ガス」という）として排ガス導出管２９から導出される。

図３に示すように、複数（本実施形態においては５本）の伝熱管３は、回収装置部２の内部において、略鉛直方向に延びるように配置されている。また、複数の伝熱管３は、回収装置部２の中心軸を中心として、周方向に等角度間隔で配列されている。複数の伝熱管３の内部には、液体窒素等の冷媒が流通する。なお、複数の伝熱管の上端部及び下端部には、雄ネジ３１が形成されている。

複数（本実施形態においては５本）の冷媒供給管４は、一端部が複数の伝熱管３の下端部に着脱可能に接続されている。具体的には、冷媒供給管４の一端部には、複数の伝熱管３に形成された雄ネジ３１に螺合可能な雌ネジ６１が形成されており、雄ネジ３１を雌ネジ６１に螺合させることにより、伝熱管３と冷媒供給管４とが接続するように構成されている。

一方、複数の冷媒供給管４の他端部は、図２に示すように、放射状に径方向外側に延びており、回収装置部２の側面を貫通して、不図示の冷媒供給装置に接続されている。複数の冷媒供給管４は、不図示の冷媒供給装置から供給される冷媒を複数の伝熱管３に供給する。

複数（本実施形態においては５個）の温度センサ５は、複数の伝熱管３の下端部近傍に接続されている。複数の温度センサ５は、複数の伝熱管３の温度を測定する。

複数（本実施形態においては５個）の流量調整バルブ６は、複数の冷媒供給管４の回収装置部２の側面を貫通した場所に取り付けられている。複数の流量調整バルブ６は、不図示の冷媒供給装置から供給され、複数の伝熱管３を流通する冷媒の流量を調整する。

冷媒回収管７は、環状に形成された環状部７０と、環状部７０から延出する複数の連結部７１とを備える。環状部７０は、回収装置部２の上部に配置されており、前述の冷媒供給装置に接続されている。
複数の連結部７１は、複数の伝熱管３と同様に、周方向に等角度間隔で配置されている。また、複数の連結部７１は、環状部７０から鉛直方向下向きに延びて回収装置部２の上面を貫通している。回収装置部２の上面を貫通した複数の連結部７１は、図３に示すように複数の伝熱管３の上端部に、着脱可能に接続されている。
具体的には、複数の連結部７１の一端部には、複数の伝熱管３に形成された雄ネジ３１に螺合可能な雌ネジが形成されており、雄ネジ３１を雌ネジに螺合させることにより、伝熱管３と連結部７１とが接続されるように構成されている。

図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、掻き落とし部材８は、回収装置部２における水平方向の断面形状と略同形の板状に形成された一対の第１板状部材８０と、一対の第１板状部材８０の間に配置される第２板状部材８１と、を備える。
一対の第１板状部材８０は、フッ素樹脂により形成されており、第２板状部材は、ステンレス鋼板により形成されている。

掻き落とし部材８には、複数の伝熱管３が挿通する複数（本実施形態においては５個）の伝熱管挿通穴８２と、回収装置部２の内部に導入された排ガスが流通する複数（本実施形態においては５個）のガス流通穴８３とが形成されている。伝熱管挿通穴８２の内周面と伝熱管３の外周面との間には、適度なクリアランス（例えば、１ｍｍ〜３ｍｍ）が形成されている。すなわち、複数の伝熱管挿通穴８２の内周面は、複数の伝熱管３の外周面に近接して配置されている。複数のガス流通穴８３は、掻き落とし部材８の中心から略同心円上に、略等間隔で形成されている。

駆動部９は、掻き落とし部材８を鉛直方向に沿って駆動させる。駆動部９は、シリンダ９０と、シリンダ９０に摺動可能に収容されるピストン９１と、を備える。シリンダ９０は、回収装置部２の上面を貫通して配置されている。ピストン９１の先端側は、掻き落とし部材８に連結されている。この駆動部９によれば、シリンダ９０内に流体が供給されるとピストン９１は、鉛直方向下方に移動する。これにより、掻き落とし部材８は、鉛直方向下方に移動する。また、シリンダ９０内から流体が排出されると、ピストン９１は、鉛直方向上方に移動する。これにより、掻き落とし部材８は、鉛直方向上方に移動する。

収容部１０は、掻き落とし部材８により掻き落とされた固化された二酸化炭素を収容する。収容部１０は、密閉性及び耐圧性を有している。また、収容部１０には、開閉弁１０ａが設けられている。収容部１０の内部に収容された二酸化炭素は、開閉弁１０ａの開閉操作により、配管１０ｂを通って導出される。

制御部１１は、駆動部９を制御して、回収装置部２における上方側の待機位置Ａ（後述の図５参照）と、待機位置Ａよりも下方側に位置する駆動位置Ｂ（後述の図７参照）との間で、掻き落とし部材８を移動させる。

また、制御部１１は、駆動部９を制御して、掻き落とし部材８を所定の時間間隔で移動させると共に、待機位置Ａから駆動位置Ｂに掻き落とし部材８を移動させた後、直ちに掻き落とし部材８を駆動位置Ｂから待機位置Ａに復帰させる。

また、制御部１１は、複数の伝熱管３の下端部近傍に接続されている複数の温度センサ５の温度に基づいて、複数の冷媒供給管４に取り付けられている複数の流量調整バルブ６を制御して、複数の伝熱管３に供給される冷媒の流量を制御する。言い換えると、制御部１１は、複数の伝熱管３に供給される冷媒の流量を調整することで複数の伝熱管３の温度を制御する。

次に、本実施形態に係る二酸化炭素回収装置１の動作について図５から図７を参照しながら説明する。なお、図５から図７においては、制御部等は省略している。
図５は、図１に示す二酸化炭素回収装置１における掻き落とし部材８が待機位置Ａにある状態を一部破断して概略的に示す図である。図６は、図１に示す二酸化炭素回収装置１における掻き落とし部材８が待機位置Ａと駆動位置Ｂとの間に位置する状態を一部破断して概略的に示す図である。図７は、図１に示す二酸化炭素回収装置１における掻き落とし部材８が駆動位置Ｂにある状態を一部破断して概略的に示す図である。

まず、駆動部９を駆動させて、掻き落とし部材８を排ガス導入管２２の取り付け位置よりも僅かに下側の所定位置である待機位置Ａに位置させる。

このとき複数の伝熱管３には、不図示の冷媒供給装置で所定の温度（例えば、二酸化炭素が固化されてドライアイスとなる温度である、−１１０℃〜−１２０℃）に冷却された冷媒が、複数の伝熱管に接続された複数の冷媒供給管４を介して供給される。そして、伝熱管３の内部を流通した冷媒は、冷媒回収管７を介して不図示の冷媒供給装置に流通され、再度冷却されると共に、再び伝熱管３に供給される。

この状態で、回収装置部２の内部には、排ガス導入管２２から二酸化炭素を含む排ガスが供給される。回収装置部２の内部に導入された排ガス中に含まれる二酸化炭素は、複数の伝熱管３の内部を流通する冷媒によって冷却され、複数の伝熱管３の表面で固化しドライアイスとなって複数の伝熱管３に付着する（図５参照）。二酸化炭素が除去された除去排ガスは、排ガス導出管２９を介して外部に排出される。

制御部１１は、予め設定された時間間隔で駆動部９を駆動制御する。すなわち、制御部１１は、シリンダ９０内に流体を供給して、ピストン９１を鉛直方向下方に移動させる。これにより、掻き落とし部材８は、待機位置Ａから駆動位置Ｂまで鉛直方向下方に移動する（図６及び図７参照）。

ここで、伝熱管３の表面側には、適度なクリアランスをあけて伝熱管挿通穴８２の内周面が位置しているため、伝熱管３の表面に付着したドライアイスは、掻き落とし部材８の下向きの移動によって、伝熱管３の表面から掻き落とされ、下方に落下する。

掻き落とし部材８が駆動位置Ｂに到達すると、制御部１１は、直ちにシリンダ９０内の流体を排出させてピストン９１を鉛直方向上方に移動させる。これにより、掻き落とし部材８は、鉛直方向上方に移動して待機位置Ａに復帰する。

ここで、制御部１１は、掻き落とし部材８が駆動位置Ｂに到達すると、掻き落とし部材８を直ちに待機位置Ａに復帰させるので、掻き落とし部材８が駆動位置Ｂから待機位置Ａに復帰するときには、伝熱管３の表面にはドライアイスは付着しない。

制御部１１は、タイマー（図示せず）を内蔵しており、所定の時間間隔で駆動部９に上述の処理を実行させる。

また、制御部１１は、複数の伝熱管３の下端部近傍に接続されている複数の温度センサ５によって測定された複数の伝熱管３の温度に基づいて、複数の流量調整バルブ６を制御する。つまり、複数の流量調整バルブの開度を制御して、複数の伝熱管３を流通する冷媒の流量を調節し、複数の伝熱管３の温度を制御する。

回収装置部２の底面側に落下したドライアイスは、収容部１０に収容される。収容部１０は、密閉性及び耐圧性を有する容器により構成されているため、収容部１０に収容されたドライアイスは、収容部１０内部の温度上昇により、液体二酸化炭素になった状態で収容部１０内部に保管される。

以上のような構成を有する本実施形態に係る二酸化炭素回収装置１によれば、以下のような効果を奏する。
複数の伝熱管を有する二酸化炭素回収装置においては、流通する冷媒の流量が少なくなる伝熱管が存在する場合がある。このような伝熱管は、内部を流通する冷媒の流量が少ないため、伝熱管の温度が下がらず、他の伝熱管よりも二酸化炭素を固化させ難くなる。そのため、このような場合には、伝熱管の表面に付着する固化した二酸化炭素の量も他の伝熱管よりも少なくなり、二酸化炭素回収装置全体として、二酸化炭素の回収効率が悪くなる場合がある。
そこで、本実施形態に係る二酸化炭素回収装置１は、伝熱管３の温度に基づいて、流量調整バルブ６を制御し、伝熱管３を流通する冷媒の流量を調整した。つまり、温度が高い伝熱管３には多量の冷媒を供給することで伝熱管３の温度を下げ、他の伝熱管３と同じように固化した二酸化炭素を付着させるようにした。そのため、固化した二酸化炭素の付着の少ない伝熱管３を生じさせることなく、二酸化炭素回収装置全体として固化した二酸化炭素を均一に伝熱管に付着させることができる。これにより、二酸化炭素の回収効率を上げることができる。

また、本実施形態に係る二酸化炭素回収装置１は、回収装置部２に開口部２３を設け、着脱可能な前面カバー２１により開口部２３を封止可能に構成した。これにより、回収装置部２の内部を開放することが可能となり、回収装置部２の内部に配置された伝熱管３等のメンテナンス等の作業性が向上した。
更に、各伝熱管３を各冷媒供給管４及び冷媒回収管７に着脱可能に構成した。そのため、回収装置部２に形成された開口部２３から、各伝熱管３を容易に取り出すことが可能になる。これにより、伝熱管３の交換等が容易となる。

また、本実施形態に係る二酸化炭素回収装置１は、掻き落とし部材８をフッ素樹脂により形成された一対の第１板状部材８０と、一対の第１板状部材８０の間に配置される第２板状部材８１により形成した。そのため、ドライアイスを掻き落とすときに、回収装置部２等との接触した場合に、回収装置部２等の損傷を防止することができる。また、掻き落とし部材８が消耗した場合においても、第１板状部材のみの交換となるため、作業性の向上を図ることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限るものではない。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施例に記載されたものに限定されない。

例えば、本実施形態においては、掻き落とし部材８として略円板形状のものを用いたが、掻き落とし部材８はこれに限られることなく、伝熱管３の表面に付着したドライアイスを効果的に掻き落とすことができるものであれは、他の形状であってもよい。

また、本実施形態においては、駆動部９をシリンダ９０及びピストン９１により構成したが、これに限らない。例えば、駆動部９を回収装置部２の外周面に配置した磁石により構成してもよい。この場合には、掻き落とし部材８を磁性部材により構成し、外周面に配置した磁石上下方向に移動させることを掻き落とし部材を移動させることができる。

また、本実施形態においては、複数の伝熱管挿通穴８２の内周面と伝熱管３の外周面との間に、適度なクリアランスを形成したが、これに限らない。例えば、複数の伝熱管挿通穴８２の内周面をゴム等の弾性部材により構成することで、伝熱管と伝熱管挿通穴とが接触することによる伝熱管又は掻き落とし部材の破損を防止することができる。

１ 二酸化炭素回収装置
２ 回収装置部
３ 伝熱管
４ 冷媒供給管
５ 温度センサ
６ 流量調整バルブ（流量調整部）
７ 冷媒回収管
８ 掻き落とし部材（掻き落とし手段）
９ 駆動部（掻き落とし手段）
１０ 収容部
１１ 制御部（流量制御部）
２０ 回収装置本体
２１ 前面カバー（カバー部）
２３ 開口部

Claims (4)

1. ガス中に含まれる二酸化炭素を冷媒により固化させて回収する二酸化炭素回収装置であって、
   筒状に構成されると共に高さ方向が鉛直方向に沿うように配置され、前記ガスが導入される回収装置部と、
   前記回収装置部の内部に略鉛直方向に延びて配置され、内部を前記冷媒が流通する複数の伝熱管と、
   複数の前記伝熱管それぞれの周面に付着した固化された二酸化炭素を掻き落とす掻き落とし手段と、
   前記回収装置部の下方に配置され前記掻き落とし手段により掻き落とされた固化された二酸化炭素を収容する収容部と、
   複数の前記伝熱管それぞれの温度を測定する複数の温度センサと、
   複数の前記伝熱管それぞれを流通する前記冷媒の流量を調整する複数の流量調整部と、
   複数の前記温度センサにより測定された複数の前記伝熱管それぞれの温度に基づいて、複数の前記流量調整部それぞれを制御する流量制御部と、
   を備える二酸化炭素回収装置。
2. 前記回収装置部は、
   側面に開口部を有する回収装置本体と、
   前記側面に着脱可能に形成されると共に、前記開口部を封止可能なカバー部と、
   を有する請求項１に記載の二酸化炭素回収装置。
3. 複数の前記伝熱管それぞれの一端部に接続され、複数の前記伝熱管それぞれに前記冷媒を供給する複数の冷媒供給管と、
   複数の前記伝熱管それぞれの他端部に接続され、複数の前記伝熱管それぞれを流通した前記冷媒を回収する冷媒回収管と、を更に備え、
   複数の前記伝熱管は、それぞれ複数の前記冷媒供給管及び前記冷媒回収管に着脱可能に構成される請求項１又は２に記載の二酸化炭素回収装置。
4. 前記掻き落とし手段は、前記伝熱管の周面に近接して鉛直方向に移動可能な掻き落とし部材と、前記掻き落とし部材を鉛直方向に移動させる駆動部と、を備え、
   前記掻き落とし部材は、フッ素樹脂により前記回収装置部における水平方向の断面形状と略同形の板状に形成された一対の第１板状部材と、前記一対の第１板状部材の間に配置される第２板状部材と、を有し、
   一対の前記第１板状部材及び前記第２板状部材には、複数の前記伝熱管それぞれが挿通する複数の伝熱管挿通穴及び前記回収装置部の内部に導入された前記ガスが流通するガス流通穴が形成される請求項１から３のいずれかに記載の二酸化炭素回収装置。

Images