JPH04334704A - 燃焼ガス中の二酸化炭素等を分離する方法及び装置 - Google Patents
燃焼ガス中の二酸化炭素等を分離する方法及び装置Info
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- JPH04334704A JPH04334704A JP3130459A JP13045991A JPH04334704A JP H04334704 A JPH04334704 A JP H04334704A JP 3130459 A JP3130459 A JP 3130459A JP 13045991 A JP13045991 A JP 13045991A JP H04334704 A JPH04334704 A JP H04334704A
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
- Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
- Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
- Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
- Treating Waste Gases (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ボイラ、炉等の燃焼系
を加圧して燃焼させる加圧燃焼装置から排出される燃焼
ガス中の二酸化炭素(CO2)等を効率よく分離する方
法及び装置、詳しくは、燃焼ガスの温度を熱交換等によ
り下げた後、ガスタービンに導入し膨張させてCO2の
液化温度以下の低温にすることにより、CO2とともに
、水、硫黄酸化物(SOx)、窒素酸化物(NOx)、
一酸化二窒素(N2O)の1種以上を液化又は/及び固
化させて分離する方法及び装置に関するものである。
を加圧して燃焼させる加圧燃焼装置から排出される燃焼
ガス中の二酸化炭素(CO2)等を効率よく分離する方
法及び装置、詳しくは、燃焼ガスの温度を熱交換等によ
り下げた後、ガスタービンに導入し膨張させてCO2の
液化温度以下の低温にすることにより、CO2とともに
、水、硫黄酸化物(SOx)、窒素酸化物(NOx)、
一酸化二窒素(N2O)の1種以上を液化又は/及び固
化させて分離する方法及び装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】炭素系燃料を燃焼させると、燃焼ガス中
にCO2が含まれる。地球温暖化の最大の原因と目され
ているCO2の燃焼ガスからの分離技術は、いまだ模索
段階で、各種の方法が試みられているが、いずれも実用
化に程遠い。炭素系燃料、例えば石炭には硫黄分や窒素
分が多量に含まれており、燃焼時に発生するSOx、N
Oxの除去も、設置スペースやコストの点で大きな課題
となっている。そこで、現在検討されている方式として
、ボイラ等の燃焼系を圧力容器内に収納し、3〜20k
g/cm2 Aの高圧下で燃料を燃焼させ、かつ、ボイ
ラ内に脱硫剤を投入して炉内脱硫する加圧ボイラ方式、
例えば加圧流動床方式が知られている。このように、加
圧することにより、ボイラ部が大幅にコンパクト化でき
ることも特徴となっている。炉内脱硫するには、燃焼部
分である流動層の温度を850℃前後にすることが有効
で、従来の常圧の流動床ボイラは、殆ど850℃前後の
温度が選定されている。一方、NOxは、温度が高いと
多く発生し、その点850℃は他の燃焼方式の1600
〜1700℃に比べると大幅に温度が下がっており、通
常の微粉炭焚きボイラがNOx濃度200ppm位が下
限といわれているのに比べ、一般にNOx濃度100p
pm以下にすることも難しくない。この加圧ボイラ方式
を構成するには、燃焼用の空気を高圧にすることが必要
で、ガスタービンが使用される。
にCO2が含まれる。地球温暖化の最大の原因と目され
ているCO2の燃焼ガスからの分離技術は、いまだ模索
段階で、各種の方法が試みられているが、いずれも実用
化に程遠い。炭素系燃料、例えば石炭には硫黄分や窒素
分が多量に含まれており、燃焼時に発生するSOx、N
Oxの除去も、設置スペースやコストの点で大きな課題
となっている。そこで、現在検討されている方式として
、ボイラ等の燃焼系を圧力容器内に収納し、3〜20k
g/cm2 Aの高圧下で燃料を燃焼させ、かつ、ボイ
ラ内に脱硫剤を投入して炉内脱硫する加圧ボイラ方式、
例えば加圧流動床方式が知られている。このように、加
圧することにより、ボイラ部が大幅にコンパクト化でき
ることも特徴となっている。炉内脱硫するには、燃焼部
分である流動層の温度を850℃前後にすることが有効
で、従来の常圧の流動床ボイラは、殆ど850℃前後の
温度が選定されている。一方、NOxは、温度が高いと
多く発生し、その点850℃は他の燃焼方式の1600
〜1700℃に比べると大幅に温度が下がっており、通
常の微粉炭焚きボイラがNOx濃度200ppm位が下
限といわれているのに比べ、一般にNOx濃度100p
pm以下にすることも難しくない。この加圧ボイラ方式
を構成するには、燃焼用の空気を高圧にすることが必要
で、ガスタービンが使用される。
【0003】また、特開昭60−40733号公報には
、閉サイクル・ガスタービン装置において、発生するC
O2を、炭酸カリウム溶液等の吸収性液体媒質に吸収さ
せて除去する装置が記載されている。
、閉サイクル・ガスタービン装置において、発生するC
O2を、炭酸カリウム溶液等の吸収性液体媒質に吸収さ
せて除去する装置が記載されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、CO2
を吸収液に吸収させて除去する方式では、吸収されたC
O2と吸収液とを分離する装置、すなわち吸収液再生装
置が必要であり、また、分離されたCO2は気体状であ
るので、体積が大きい上に、その取扱いが困難であると
いう問題点がある。燃焼ガス中に含まれる各種ガス化合
物の物性は、表1の通りである。なお各数値は常圧下の
値である。
を吸収液に吸収させて除去する方式では、吸収されたC
O2と吸収液とを分離する装置、すなわち吸収液再生装
置が必要であり、また、分離されたCO2は気体状であ
るので、体積が大きい上に、その取扱いが困難であると
いう問題点がある。燃焼ガス中に含まれる各種ガス化合
物の物性は、表1の通りである。なお各数値は常圧下の
値である。
【0005】
【表1】
【0006】また、燃焼ガス中に含まれる固化物質の物
性は、表2の通りである。
性は、表2の通りである。
【0007】
【表2】
【0008】CO2は−70℃前後で液化し、−78.
9℃で固化し、ドライアイスとなる。他の公害物質(N
2O、NO2、NO、SO2)も、NOを除いて−10
0℃位までに液化する。本発明は、上記の諸点に鑑みな
されたもので、加圧燃焼装置から排出される燃焼ガスの
温度を熱交換等により下げた後、ガスタービンに導入し
膨張させて、−60℃前後より低温にすることにより、
CO2等を液化又は/及び固化させて、効率よく容易に
分離することができる方法及び装置を提供することを目
的とするものである。
9℃で固化し、ドライアイスとなる。他の公害物質(N
2O、NO2、NO、SO2)も、NOを除いて−10
0℃位までに液化する。本発明は、上記の諸点に鑑みな
されたもので、加圧燃焼装置から排出される燃焼ガスの
温度を熱交換等により下げた後、ガスタービンに導入し
膨張させて、−60℃前後より低温にすることにより、
CO2等を液化又は/及び固化させて、効率よく容易に
分離することができる方法及び装置を提供することを目
的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段及び作用】上記の目的を達
成するために、請求項1の燃焼ガス中の二酸化炭素等を
分離する方法は、図1に示すように、ボイラ、炉等の燃
焼系を圧力容器12内に収納し加圧状態で燃料を燃焼さ
せる加圧燃焼方法において、燃焼系からの燃焼ガスを低
温流体と熱交換させて温度を下げ、ついで、この燃焼ガ
スをガスタービン26に導入し膨張させて二酸化炭素の
液化温度以下にして、二酸化炭素と、水、硫黄酸化物、
窒素酸化物、一酸化二窒素からなる群より選ばれた物質
とを液化又は/及び固化させた後、燃焼ガスから分離す
ることを特徴としている。請求項2の方法は、図5に示
すように、ボイラを圧力容器12内に収納し加圧状態で
燃料を燃焼させ、ボイラで発生するスチームを蒸気ター
ビン34に導入して発電する方法においてボイラからの
燃焼ガスをガスタービン26に導入し膨張させて二酸化
炭素の液化温度以下にして、二酸化炭素と、水、硫黄酸
化物、窒素酸化物、一酸化二窒素からなる群より選ばれ
た物質とを凝縮又は/及び固化させた後、燃焼ガスから
分離し、この清浄燃焼ガスを廃熱回収発電装置の低温側
熱源とし、蒸気タービン34の排気を廃熱回収発電装置
の高温側熱源とすることを特徴としている。請求項3の
方法は、図6に示すように、ボイラを圧力容器12内に
収納し加圧状態で燃料を燃焼させ、ボイラで発生するス
チームを蒸気タービン34に導入して発電する方法にお
いてボイラからの燃焼ガスをガスタービン26に導入し
膨張させて二酸化炭素の液化温度以下にして、二酸化炭
素と、水、硫黄酸化物、窒素酸化物、一酸化二窒素から
なる群より選ばれた物質とを凝縮又は/及び固化させた
後、燃焼ガスから分離し、この清浄燃焼ガスを圧縮機(
14)入口空気の予冷用熱源とすることを特徴としてい
る。請求項4の方法は、図7〜図10に示すように、ボ
イラ、炉等の燃焼系を圧力容器12内に収納し加圧状態
で燃料を燃焼させる加圧燃焼方法において、燃焼系から
の燃焼ガスをガスタービン26に導入し膨張させて二酸
化炭素の液化温度以下にして、二酸化炭素と、水、硫黄
酸化物、窒素酸化物、一酸化二窒素からなる群より選ば
れた物質とを凝縮又は/及び固化させた後、燃焼ガスか
ら分離し、この清浄燃焼ガスを発電装置又は動力発生装
置の低温側熱源とし、燃焼系からの燃焼ガスの一部を発
電装置又は動力発生装置の高温側熱源とすることを特徴
としている。
成するために、請求項1の燃焼ガス中の二酸化炭素等を
分離する方法は、図1に示すように、ボイラ、炉等の燃
焼系を圧力容器12内に収納し加圧状態で燃料を燃焼さ
せる加圧燃焼方法において、燃焼系からの燃焼ガスを低
温流体と熱交換させて温度を下げ、ついで、この燃焼ガ
スをガスタービン26に導入し膨張させて二酸化炭素の
液化温度以下にして、二酸化炭素と、水、硫黄酸化物、
窒素酸化物、一酸化二窒素からなる群より選ばれた物質
とを液化又は/及び固化させた後、燃焼ガスから分離す
ることを特徴としている。請求項2の方法は、図5に示
すように、ボイラを圧力容器12内に収納し加圧状態で
燃料を燃焼させ、ボイラで発生するスチームを蒸気ター
ビン34に導入して発電する方法においてボイラからの
燃焼ガスをガスタービン26に導入し膨張させて二酸化
炭素の液化温度以下にして、二酸化炭素と、水、硫黄酸
化物、窒素酸化物、一酸化二窒素からなる群より選ばれ
た物質とを凝縮又は/及び固化させた後、燃焼ガスから
分離し、この清浄燃焼ガスを廃熱回収発電装置の低温側
熱源とし、蒸気タービン34の排気を廃熱回収発電装置
の高温側熱源とすることを特徴としている。請求項3の
方法は、図6に示すように、ボイラを圧力容器12内に
収納し加圧状態で燃料を燃焼させ、ボイラで発生するス
チームを蒸気タービン34に導入して発電する方法にお
いてボイラからの燃焼ガスをガスタービン26に導入し
膨張させて二酸化炭素の液化温度以下にして、二酸化炭
素と、水、硫黄酸化物、窒素酸化物、一酸化二窒素から
なる群より選ばれた物質とを凝縮又は/及び固化させた
後、燃焼ガスから分離し、この清浄燃焼ガスを圧縮機(
14)入口空気の予冷用熱源とすることを特徴としてい
る。請求項4の方法は、図7〜図10に示すように、ボ
イラ、炉等の燃焼系を圧力容器12内に収納し加圧状態
で燃料を燃焼させる加圧燃焼方法において、燃焼系から
の燃焼ガスをガスタービン26に導入し膨張させて二酸
化炭素の液化温度以下にして、二酸化炭素と、水、硫黄
酸化物、窒素酸化物、一酸化二窒素からなる群より選ば
れた物質とを凝縮又は/及び固化させた後、燃焼ガスか
ら分離し、この清浄燃焼ガスを発電装置又は動力発生装
置の低温側熱源とし、燃焼系からの燃焼ガスの一部を発
電装置又は動力発生装置の高温側熱源とすることを特徴
としている。
【0010】請求項5の方法は、図14に示すように、
ボイラ、炉等の燃焼系を圧力容器12内に収納し加圧状
態で燃料を燃焼させる加圧燃焼方法において、燃焼系か
らの燃焼ガスをガスタービン26に導入し膨張させて二
酸化炭素の液化温度以下にして、二酸化炭素と、水、硫
黄酸化物、窒素酸化物、一酸化二窒素からなる群より選
ばれた物質とを凝縮又は/及び固化させた後、燃焼ガス
から分離し、この清浄燃焼ガスを燃料電池発電装置のガ
スタービンの中間冷却器126の冷却用熱源、又はガス
タービンの圧縮機入口空気の予冷用熱源とし、燃焼系か
らの燃焼ガスの一部を燃料電池発電装置の改質器122
の熱源とすることを特徴としている。請求項6の方法は
、図15に示すように、加圧流動床ボイラ130の炉内
に脱硫剤を投入して炉内脱硫を行なう方法において、加
圧流動床ボイラ130からの燃焼ガスの一部をガスター
ビン26に導入し膨張させて二酸化炭素の液化温度以下
にして、二酸化炭素と、水、硫黄酸化物、窒素酸化物、
一酸化二窒素からなる群より選ばれた物質とを凝縮又は
/及び固化させた後、燃焼ガスから分離し、加圧流動床
ボイラ130からの燃焼ガスの残部を第2の発電装置1
31の高温側熱源とし、分離した二酸化炭素の昇華、蒸
発の潜熱を冷却熱源とすることを特徴としている。請求
項7の方法は、図16に示すように、加圧流動床ボイラ
130からの燃焼ガスに燃料と空気又は酸素とを吹き込
み、燃焼ガス温度を上げて一酸化二窒素を分解すること
を特徴としている。
ボイラ、炉等の燃焼系を圧力容器12内に収納し加圧状
態で燃料を燃焼させる加圧燃焼方法において、燃焼系か
らの燃焼ガスをガスタービン26に導入し膨張させて二
酸化炭素の液化温度以下にして、二酸化炭素と、水、硫
黄酸化物、窒素酸化物、一酸化二窒素からなる群より選
ばれた物質とを凝縮又は/及び固化させた後、燃焼ガス
から分離し、この清浄燃焼ガスを燃料電池発電装置のガ
スタービンの中間冷却器126の冷却用熱源、又はガス
タービンの圧縮機入口空気の予冷用熱源とし、燃焼系か
らの燃焼ガスの一部を燃料電池発電装置の改質器122
の熱源とすることを特徴としている。請求項6の方法は
、図15に示すように、加圧流動床ボイラ130の炉内
に脱硫剤を投入して炉内脱硫を行なう方法において、加
圧流動床ボイラ130からの燃焼ガスの一部をガスター
ビン26に導入し膨張させて二酸化炭素の液化温度以下
にして、二酸化炭素と、水、硫黄酸化物、窒素酸化物、
一酸化二窒素からなる群より選ばれた物質とを凝縮又は
/及び固化させた後、燃焼ガスから分離し、加圧流動床
ボイラ130からの燃焼ガスの残部を第2の発電装置1
31の高温側熱源とし、分離した二酸化炭素の昇華、蒸
発の潜熱を冷却熱源とすることを特徴としている。請求
項7の方法は、図16に示すように、加圧流動床ボイラ
130からの燃焼ガスに燃料と空気又は酸素とを吹き込
み、燃焼ガス温度を上げて一酸化二窒素を分解すること
を特徴としている。
【0011】請求項8の方法は、上記の各方法において
、図1に示すように、ガスタービン入口の燃焼ガスを冷
却水により間接的に冷却することを特徴としている。 請求項9の方法は、上記の各方法において、図1に示す
ように、ガスタービン入口の燃焼ガスを、ガスタービン
の低温排気から二酸化炭素等を分離したガスにより間接
的に冷却することを特徴としている。請求項10の方法
は、上記の各方法において、図2に示すように、燃焼ガ
スがガスタービンに導入される前に、燃焼ガス中のダス
トを分離することを特徴としている。
、図1に示すように、ガスタービン入口の燃焼ガスを冷
却水により間接的に冷却することを特徴としている。 請求項9の方法は、上記の各方法において、図1に示す
ように、ガスタービン入口の燃焼ガスを、ガスタービン
の低温排気から二酸化炭素等を分離したガスにより間接
的に冷却することを特徴としている。請求項10の方法
は、上記の各方法において、図2に示すように、燃焼ガ
スがガスタービンに導入される前に、燃焼ガス中のダス
トを分離することを特徴としている。
【0012】そして、請求項11の装置は、図1に示す
ように、圧力容器12内に収納された燃焼室18と、燃
焼室に炭素系燃料を加圧して供給する燃料供給装置22
と、燃料燃焼用の空気又は酸素を加圧して供給する空気
供給装置24と、燃焼室内に配置された伝熱管20と、
燃焼室からの燃焼ガスにより駆動されるガスタービン2
6とからなる加圧燃焼装置において、燃焼室18の燃焼
ガスダクトに伝熱管部16を設けるとともに、この伝熱
管部16を圧力容器12内に収納し、ガスタービン26
の排気導管に、液化又は固化した二酸化炭素等を分離す
るためのCO2セパレータ32を接続したことを特徴と
している。請求項12の装置は、上記の装置において、
図1に示すように、ガスタービン26入口の燃焼ガス導
管に、冷却水を間接的に流通させる冷却器28を接続し
たことを特徴としている。請求項13の装置は、上記の
各装置において、図1に示すように、ガスタービン26
入口の燃焼ガス導管に、CO2セパレータ32を出た低
温ガスを間接的に流通させる予冷器30を接続したこと
を特徴としている。請求項14の装置は、上記の各装置
において、図2に示すように、ガスタービン26入口の
燃焼ガス導管に、ダストセパレータ44を接続したこと
を特徴としている。
ように、圧力容器12内に収納された燃焼室18と、燃
焼室に炭素系燃料を加圧して供給する燃料供給装置22
と、燃料燃焼用の空気又は酸素を加圧して供給する空気
供給装置24と、燃焼室内に配置された伝熱管20と、
燃焼室からの燃焼ガスにより駆動されるガスタービン2
6とからなる加圧燃焼装置において、燃焼室18の燃焼
ガスダクトに伝熱管部16を設けるとともに、この伝熱
管部16を圧力容器12内に収納し、ガスタービン26
の排気導管に、液化又は固化した二酸化炭素等を分離す
るためのCO2セパレータ32を接続したことを特徴と
している。請求項12の装置は、上記の装置において、
図1に示すように、ガスタービン26入口の燃焼ガス導
管に、冷却水を間接的に流通させる冷却器28を接続し
たことを特徴としている。請求項13の装置は、上記の
各装置において、図1に示すように、ガスタービン26
入口の燃焼ガス導管に、CO2セパレータ32を出た低
温ガスを間接的に流通させる予冷器30を接続したこと
を特徴としている。請求項14の装置は、上記の各装置
において、図2に示すように、ガスタービン26入口の
燃焼ガス導管に、ダストセパレータ44を接続したこと
を特徴としている。
【0013】本発明を実施するためには、ガスタービン
の排気温度をできるだけ下げなければならない。水蒸気
をより多く除去するには、ガスタービンの圧力比、膨張
比を、同じ温度であれば圧力が高い程、大きくする。こ
れは、圧力比を大きくすると、同じ温度でも、ガス流量
当たりの残存H2O蒸気が減るからである。通常、冷却
水は大気温より若干低い位である。ガス温度を更に下げ
るには、低温のガスタービン排気で冷却する。ここで、
0℃まで排ガス温度を冷却すると、殆ど完全に水分除去
できる。また、SO2は−75.5℃で、CO2は約−
70℃まで冷やすと液化分離できる。これらの成分を凝
縮させて分離するとき、膨張工程で等温変化に近づくの
で、ガスタービンの出力が増える。したがって、動力の
回収が増えるので、発電効率の低下が防げる。ガスター
ビンの入口温度を更に下げると、出口排気温はCO2の
固化(ドライアイス)温度以下となり、CO2を固体で
分離できる。したがって、後の処理が有利である。この
場合、ガス中のCO2の濃度が低いほど、ガスタービン
の排気の温度を下げるための膨張比が小さく、かつター
ビン入口温度もそれほど下げておかなくてもよいから分
離しやすい。CO2の分離で発熱するから、CO2の濃
度が高いときには、タービン出口の温度をさらに低温に
しないと、全部分離できない。また、CO2を固化させ
て分離する場合は、SO2も同時に液化分離できるので
、流動床ボイラの炉内脱硫方式を使用せずに脱硫するこ
とができ、このため、燃焼ガス系の圧損が小さくて済む
。 一般に流動床では、流動化のため1000mmAq位の
圧損がある。
の排気温度をできるだけ下げなければならない。水蒸気
をより多く除去するには、ガスタービンの圧力比、膨張
比を、同じ温度であれば圧力が高い程、大きくする。こ
れは、圧力比を大きくすると、同じ温度でも、ガス流量
当たりの残存H2O蒸気が減るからである。通常、冷却
水は大気温より若干低い位である。ガス温度を更に下げ
るには、低温のガスタービン排気で冷却する。ここで、
0℃まで排ガス温度を冷却すると、殆ど完全に水分除去
できる。また、SO2は−75.5℃で、CO2は約−
70℃まで冷やすと液化分離できる。これらの成分を凝
縮させて分離するとき、膨張工程で等温変化に近づくの
で、ガスタービンの出力が増える。したがって、動力の
回収が増えるので、発電効率の低下が防げる。ガスター
ビンの入口温度を更に下げると、出口排気温はCO2の
固化(ドライアイス)温度以下となり、CO2を固体で
分離できる。したがって、後の処理が有利である。この
場合、ガス中のCO2の濃度が低いほど、ガスタービン
の排気の温度を下げるための膨張比が小さく、かつター
ビン入口温度もそれほど下げておかなくてもよいから分
離しやすい。CO2の分離で発熱するから、CO2の濃
度が高いときには、タービン出口の温度をさらに低温に
しないと、全部分離できない。また、CO2を固化させ
て分離する場合は、SO2も同時に液化分離できるので
、流動床ボイラの炉内脱硫方式を使用せずに脱硫するこ
とができ、このため、燃焼ガス系の圧損が小さくて済む
。 一般に流動床では、流動化のため1000mmAq位の
圧損がある。
【0014】試料中の炭素の含有量は、燃料の種類によ
って異なり、燃焼ガス中のCO2のモル濃度も異なって
くる。ボイラや炉の場合、燃焼ガス中のCO2濃度は、
8〜20モル%位と考えてよい。燃焼ガス中のCO2濃
度を16.2モル%、ガスタービンの膨張比をε、ガス
タービン入口ガス温度をT2[K]とし、完全ガスとし
てκ=1.403で計算する。ただし、ガスタービン断
熱効率(内部効率)を0.87とする。計算結果を表3
及び図17に示す。ガスタービン入口温度を0℃とし、
ε=15として、完全ガスで計算すると排気温度は−1
28.7℃となる。t2はガスタービン入口温度、t3
はガスタービン出口温度である。CO2が凝縮するとき
に熱を出すので、実際には、−128.7℃までは下が
らない。全体で58.3モル(石炭1kgから発生する
全モル数)含まれるCO2のうちxだけ凝縮するとすれ
ば、58.3xの凝縮の熱の分だけ温度が上昇すると考
え、凝縮熱qco2は、 qco2=58.3x×0.044×88.1
2=226.05x[kcal/kg]燃焼ガスは、 11−25.6×0.018=10.539[kg]で
あり、比熱を0.2405kcal/kg・Kとすれば
、10.539×0.2405×ΔT=226.05x
となる。凝縮温度を−78.9℃とすると、ΔT=−7
8.9+128.7=49.8[℃]であるから、x=
0.558となり、計算上は、全量は凝縮しない。同様
に計算し、膨張タービン入口を−20℃とし、ε=20
とすると、ちょうど全量CO2が凝縮する。CO2の含
有量が少ないケースには、0℃、ε=15でも十分全量
凝縮できる。つぎに、−78.9℃の排気で、どこまで
タービン入口温度を下げられるかについて検討する。石
炭の場合でみる。ε=15とすると、残モル数は1.7
9モルである。 1.79×0.018×(540+40×0.5)+(
275.4×28.1×10−3×0.2405+58
.3×0.044×0.1923)×Δtt =275
.4×28.1×10−3×0.2405×78.9(
ただし、排温度0℃とする。) 18.0432+7.1287Δtt =146.84
6Δtt =18.1[℃] つまり、−18.1℃まで下げることができる。更に温
度を下げたいときには、膨張比を大きくすればよい。
って異なり、燃焼ガス中のCO2のモル濃度も異なって
くる。ボイラや炉の場合、燃焼ガス中のCO2濃度は、
8〜20モル%位と考えてよい。燃焼ガス中のCO2濃
度を16.2モル%、ガスタービンの膨張比をε、ガス
タービン入口ガス温度をT2[K]とし、完全ガスとし
てκ=1.403で計算する。ただし、ガスタービン断
熱効率(内部効率)を0.87とする。計算結果を表3
及び図17に示す。ガスタービン入口温度を0℃とし、
ε=15として、完全ガスで計算すると排気温度は−1
28.7℃となる。t2はガスタービン入口温度、t3
はガスタービン出口温度である。CO2が凝縮するとき
に熱を出すので、実際には、−128.7℃までは下が
らない。全体で58.3モル(石炭1kgから発生する
全モル数)含まれるCO2のうちxだけ凝縮するとすれ
ば、58.3xの凝縮の熱の分だけ温度が上昇すると考
え、凝縮熱qco2は、 qco2=58.3x×0.044×88.1
2=226.05x[kcal/kg]燃焼ガスは、 11−25.6×0.018=10.539[kg]で
あり、比熱を0.2405kcal/kg・Kとすれば
、10.539×0.2405×ΔT=226.05x
となる。凝縮温度を−78.9℃とすると、ΔT=−7
8.9+128.7=49.8[℃]であるから、x=
0.558となり、計算上は、全量は凝縮しない。同様
に計算し、膨張タービン入口を−20℃とし、ε=20
とすると、ちょうど全量CO2が凝縮する。CO2の含
有量が少ないケースには、0℃、ε=15でも十分全量
凝縮できる。つぎに、−78.9℃の排気で、どこまで
タービン入口温度を下げられるかについて検討する。石
炭の場合でみる。ε=15とすると、残モル数は1.7
9モルである。 1.79×0.018×(540+40×0.5)+(
275.4×28.1×10−3×0.2405+58
.3×0.044×0.1923)×Δtt =275
.4×28.1×10−3×0.2405×78.9(
ただし、排温度0℃とする。) 18.0432+7.1287Δtt =146.84
6Δtt =18.1[℃] つまり、−18.1℃まで下げることができる。更に温
度を下げたいときには、膨張比を大きくすればよい。
【0015】
【表3】
【0016】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の好適な実施例
を詳細に説明する。ただし、この実施例に記載されてい
る構成機器の形状、その相対配置などは、とくに特定的
な記載がない限りは、本発明の範囲をそれらのみに限定
する趣旨のものではなく、単なる説明例にすぎない。図
1は、本発明の燃焼ガス中のCO2等を分離する装置の
一実施例で、本発明の基本となる構成を示している。ボ
イラ10は全体を圧力容器12の中に入れ、3〜20k
g/cm2 Aの高圧下で燃料を燃焼する。このために
、燃料系は高圧で供給できるように、また、燃焼用空気
(O2でもよい)を圧縮機14で高圧にして供給する。 燃焼したガスは、伝熱管部16における水の加熱により
温度が下がってボイラ10より排出される。一般にボイ
ラ10では、硫酸腐食や伝熱面積の大きさなどを考慮し
て排ガス温度が決められるが、加圧することにより熱伝
達率が著しく向上するので、大気圧ボイラに比べて、排
ガス温度を下げても設備費の上昇が少ない。大気圧ボイ
ラでは燃料の種類にもよるが、150℃程度で煙突に排
出される。18は燃焼室、20は伝熱管、22は燃料供
給装置、24は空気供給装置、26はガスタービン、2
8は冷却水を間接的に流通させる型式の冷却器、30は
低温ガスを間接的に流通させる型式の予冷器、32はC
O2セパレータ、34は蒸気タービン、36は発電機、
38は復水器、40は冷却負荷器、42は煙突である。 また、図2に示すように、ガスタービン入口の燃焼ガス
導管に、ダストセパレータ44を設けるのが望ましい。
を詳細に説明する。ただし、この実施例に記載されてい
る構成機器の形状、その相対配置などは、とくに特定的
な記載がない限りは、本発明の範囲をそれらのみに限定
する趣旨のものではなく、単なる説明例にすぎない。図
1は、本発明の燃焼ガス中のCO2等を分離する装置の
一実施例で、本発明の基本となる構成を示している。ボ
イラ10は全体を圧力容器12の中に入れ、3〜20k
g/cm2 Aの高圧下で燃料を燃焼する。このために
、燃料系は高圧で供給できるように、また、燃焼用空気
(O2でもよい)を圧縮機14で高圧にして供給する。 燃焼したガスは、伝熱管部16における水の加熱により
温度が下がってボイラ10より排出される。一般にボイ
ラ10では、硫酸腐食や伝熱面積の大きさなどを考慮し
て排ガス温度が決められるが、加圧することにより熱伝
達率が著しく向上するので、大気圧ボイラに比べて、排
ガス温度を下げても設備費の上昇が少ない。大気圧ボイ
ラでは燃料の種類にもよるが、150℃程度で煙突に排
出される。18は燃焼室、20は伝熱管、22は燃料供
給装置、24は空気供給装置、26はガスタービン、2
8は冷却水を間接的に流通させる型式の冷却器、30は
低温ガスを間接的に流通させる型式の予冷器、32はC
O2セパレータ、34は蒸気タービン、36は発電機、
38は復水器、40は冷却負荷器、42は煙突である。 また、図2に示すように、ガスタービン入口の燃焼ガス
導管に、ダストセパレータ44を設けるのが望ましい。
【0017】今、本発明でも、ボイラの排気ガスは15
0℃とすると、この燃焼ガス中には、多量の水蒸気が含
まれており、ガスタービン26で膨張させると水蒸気が
凝縮して熱を出し、排気温度が余り下がらない。よって
、まず、冷却水で40℃位(低いほどよい)に冷やすと
、多量の水蒸気が凝縮する。高圧下で40℃まで冷却す
ると、殆ど水蒸気は凝縮し、残りの水蒸気は0.075
/εkg/cm2の分圧分だけとなる。つまり、15k
g/cm2まで加圧した系で冷却すると、大気圧下で冷
却したときの1/15となる。なお、εはガスタービン
26の膨張比である。この著しく水蒸気の少なくなった
燃焼ガスを、更に予冷器30でガスタービン26の低温
排気により0℃以下に冷却すると、水分はほぼ完全に除
去される。水分の除去された燃焼ガスを、ガスタービン
26で膨張させるとガス温度が下がり、沸点の高い物質
から順次凝縮する。NO2が−10.8℃でまず凝縮し
終わり、次にCO2が凝縮し、更に温度を下げるとCO
2は固化(ドライアイス)し、ガスから分離できる。ま
た、SO2も−75.5℃で凝縮する。更に温度を下げ
ると、−90.6℃でもう1つの温暖化ガスと見られて
いるN2Oも凝縮し分離できる。このようにすれば、C
O2等を簡単に分離できる。
0℃とすると、この燃焼ガス中には、多量の水蒸気が含
まれており、ガスタービン26で膨張させると水蒸気が
凝縮して熱を出し、排気温度が余り下がらない。よって
、まず、冷却水で40℃位(低いほどよい)に冷やすと
、多量の水蒸気が凝縮する。高圧下で40℃まで冷却す
ると、殆ど水蒸気は凝縮し、残りの水蒸気は0.075
/εkg/cm2の分圧分だけとなる。つまり、15k
g/cm2まで加圧した系で冷却すると、大気圧下で冷
却したときの1/15となる。なお、εはガスタービン
26の膨張比である。この著しく水蒸気の少なくなった
燃焼ガスを、更に予冷器30でガスタービン26の低温
排気により0℃以下に冷却すると、水分はほぼ完全に除
去される。水分の除去された燃焼ガスを、ガスタービン
26で膨張させるとガス温度が下がり、沸点の高い物質
から順次凝縮する。NO2が−10.8℃でまず凝縮し
終わり、次にCO2が凝縮し、更に温度を下げるとCO
2は固化(ドライアイス)し、ガスから分離できる。ま
た、SO2も−75.5℃で凝縮する。更に温度を下げ
ると、−90.6℃でもう1つの温暖化ガスと見られて
いるN2Oも凝縮し分離できる。このようにすれば、C
O2等を簡単に分離できる。
【0018】図3はCO2セパレータ32の一例を示し
ている。低温燃焼ガス入口46から接線方向に導入され
た低温燃焼ガスは、旋回している間に固体CO2(ドラ
イアイス)又は液化CO2が分離され、清浄ガスは排気
ダクト48から排出される。下部に溜った分離CO25
0は、ピストン52により押し出され、CO2溜め54
に落下する。56は断熱材である。図4に示すように、
分離されたドライアイス又は液化CO2を圧力容器58
に入れ、フランジ60で密閉するか、又は破線で示すよ
うに栓をして周りを溶接した後、圧力容器58の周りを
コンクリート62で固めて放置する。場合によっては、
深海に投棄する。万一、圧力容器58が破損しても、深
海の圧力のため、CO2は洩れ出さない。仮に少量ずつ
洩れ出しても、海水中に吸収されたり、液体のまま深海
に滞留する。
ている。低温燃焼ガス入口46から接線方向に導入され
た低温燃焼ガスは、旋回している間に固体CO2(ドラ
イアイス)又は液化CO2が分離され、清浄ガスは排気
ダクト48から排出される。下部に溜った分離CO25
0は、ピストン52により押し出され、CO2溜め54
に落下する。56は断熱材である。図4に示すように、
分離されたドライアイス又は液化CO2を圧力容器58
に入れ、フランジ60で密閉するか、又は破線で示すよ
うに栓をして周りを溶接した後、圧力容器58の周りを
コンクリート62で固めて放置する。場合によっては、
深海に投棄する。万一、圧力容器58が破損しても、深
海の圧力のため、CO2は洩れ出さない。仮に少量ずつ
洩れ出しても、海水中に吸収されたり、液体のまま深海
に滞留する。
【0019】以下、低温の排ガスの利用について説明す
る。燃焼ガス中のCO2の含有量が多いときはCO2の
凝縮潜熱が増えるので、予冷器30を出るCO2除去さ
れた排気ガスの温度は比較的高くなるが、CO2の含有
量が少ないときは、つぎの2つの選択ができる。 (1) 圧縮比、膨張比を小さくして、CO2除去さ
れた排ガスの予冷器30を出る温度を高めとする。この
場合は発電効率の低下分が少なくなる。 (2) システムとしては膨張比を大きくしておいて
、排気温度を例えば−20℃位で予冷器30を出るよう
にする。この場合は、この−20℃のガスを別の用途に
利用できる。 低温排気の利用方法には次のようなものが考えられる。 (1) 蒸気タービンの復水器38で凝縮する水蒸気
潜熱(他の物質であってもよい)を高温側熱源とし、上
記のCO2を含まない低温排気を冷却熱源とした第2の
発電ないし動力発生装置が可能である。また、この熱に
は、必要によっては、ガスタービン入口で除去した氷の
利用も可能である。
る。燃焼ガス中のCO2の含有量が多いときはCO2の
凝縮潜熱が増えるので、予冷器30を出るCO2除去さ
れた排気ガスの温度は比較的高くなるが、CO2の含有
量が少ないときは、つぎの2つの選択ができる。 (1) 圧縮比、膨張比を小さくして、CO2除去さ
れた排ガスの予冷器30を出る温度を高めとする。この
場合は発電効率の低下分が少なくなる。 (2) システムとしては膨張比を大きくしておいて
、排気温度を例えば−20℃位で予冷器30を出るよう
にする。この場合は、この−20℃のガスを別の用途に
利用できる。 低温排気の利用方法には次のようなものが考えられる。 (1) 蒸気タービンの復水器38で凝縮する水蒸気
潜熱(他の物質であってもよい)を高温側熱源とし、上
記のCO2を含まない低温排気を冷却熱源とした第2の
発電ないし動力発生装置が可能である。また、この熱に
は、必要によっては、ガスタービン入口で除去した氷の
利用も可能である。
【0020】図5はこの実施例を示している。本実施例
は、CO2セパレータからの低温排ガス(清浄燃焼ガス
)を廃熱回収発電装置64のコンデンサ66の低温側熱
源とし、蒸気タービン34の排気をフロン蒸発器68の
高温側熱源としたものである。70、72はコンデンサ
、76はフロンタービン、78は発電機である。図5は
、一例としてフロンタービン発電の場合を示しているが
、熱電発電等にも適用することができる。
は、CO2セパレータからの低温排ガス(清浄燃焼ガス
)を廃熱回収発電装置64のコンデンサ66の低温側熱
源とし、蒸気タービン34の排気をフロン蒸発器68の
高温側熱源としたものである。70、72はコンデンサ
、76はフロンタービン、78は発電機である。図5は
、一例としてフロンタービン発電の場合を示しているが
、熱電発電等にも適用することができる。
【0021】つぎに、空調への適用について説明する。
1kgの石炭で約7.9kgの乾燥低温ガスが得られる
。空調で10℃まで活用できるとすれば、N2とO2だ
けで石炭1kgから約57kcal利用できる。一般に
冷房3000kcal/h(=1USRT)で1kWの
電力を消費するので、57kcal/hは0.019k
Wに相当し、石炭1kgで2.5kWhの発電量であり
、夏期は0.76%効率アップ(0.019/2.5=
0.0076)になる。システムは複雑になるが、CO
2の蒸発熱、氷の潜熱も同様に利用できる。氷の潜熱で
は、N2、O2とほぼ同程度の熱量が得られ、CO2の
蒸発熱を使うと、N2、O2ガスの約3倍の冷房効果が
得られる。300MWの発電所では、N2、O2ガスの
みでは、 300,000×0.019/2.5=2280[US
RT]で、氷の潜熱、CO2の蒸発熱を使用すると約5
倍となるから、11,400USRTで、地域冷暖房へ
の熱供給も可能である(事業用の発電所の1基当たりの
出力は300〜1000MWが多い。また、地域冷暖房
の規模は5000USRT〜50000USRTである
)。図6にこの実施例を示す。本実施例は、CO2セパ
レータ32からの低温排ガスと空気とを空気予冷器80
に導入して、空気を予冷した後、圧縮機14に供給する
ようにしたものである。本実施例では、蒸気タービン3
4の効率が低いとき程、効果が大きい。図6において、
ガスタービン26の入口の燃焼ガス温度T2を同じとし
た時のTao(予冷しない時の圧縮機入口空気温度)と
T’ao(予冷した時の圧縮機入口空気温度)とで、全
発電出力がどのように変わるかを計算した。この結果を
図18及び図19に示す。これらの図から、上述のよう
に、蒸気タービンの効率ηSTが低いとき程、効果が大
きいことがわかる。
。空調で10℃まで活用できるとすれば、N2とO2だ
けで石炭1kgから約57kcal利用できる。一般に
冷房3000kcal/h(=1USRT)で1kWの
電力を消費するので、57kcal/hは0.019k
Wに相当し、石炭1kgで2.5kWhの発電量であり
、夏期は0.76%効率アップ(0.019/2.5=
0.0076)になる。システムは複雑になるが、CO
2の蒸発熱、氷の潜熱も同様に利用できる。氷の潜熱で
は、N2、O2とほぼ同程度の熱量が得られ、CO2の
蒸発熱を使うと、N2、O2ガスの約3倍の冷房効果が
得られる。300MWの発電所では、N2、O2ガスの
みでは、 300,000×0.019/2.5=2280[US
RT]で、氷の潜熱、CO2の蒸発熱を使用すると約5
倍となるから、11,400USRTで、地域冷暖房へ
の熱供給も可能である(事業用の発電所の1基当たりの
出力は300〜1000MWが多い。また、地域冷暖房
の規模は5000USRT〜50000USRTである
)。図6にこの実施例を示す。本実施例は、CO2セパ
レータ32からの低温排ガスと空気とを空気予冷器80
に導入して、空気を予冷した後、圧縮機14に供給する
ようにしたものである。本実施例では、蒸気タービン3
4の効率が低いとき程、効果が大きい。図6において、
ガスタービン26の入口の燃焼ガス温度T2を同じとし
た時のTao(予冷しない時の圧縮機入口空気温度)と
T’ao(予冷した時の圧縮機入口空気温度)とで、全
発電出力がどのように変わるかを計算した。この結果を
図18及び図19に示す。これらの図から、上述のよう
に、蒸気タービンの効率ηSTが低いとき程、効果が大
きいことがわかる。
【0022】つぎに、高温ガスの利用について説明する
。燃焼ガスを利用する発電(通常のボイラでは蒸気ター
ビン発電)部分の発電効率を高めることは、CO2の発
生を低減する上で有効であるが、一般に復水器の凝縮条
件、つまり冷却水の温度である程度決まってしまう。 しかし、本発明では、低温排熱があるから、高温、低温
の温度差が拡げられる。理想サイクルはカルノーサイク
ルであるが、この動力発生の場合の効率ηcat =(
TA −TB )/TA となる。ただし、TA は高
温側温度[K]、TB は低温側温度[K]である。T
A =500+273=773[K]、TB =35+
273=308[K]の場合と、TA =773[K]
、TB =273[K]の場合で比較すると、前者のη
cat =465/773=0.602、後者のη’c
at =500/773=0.647となり、つまり、
約4.5%効率が上昇することになる。現在、蒸気を使
用するシステムにおいて、500〜600℃位の高温側
温度での高い効率の動力発生装置としては、蒸気タービ
ンに優るものはないが、これは蒸気が非常に大きな圧力
比を利用できるからである。しかし、水蒸気は0℃で氷
結するので、これ以下には温度が下げられないし、また
、圧力も余りにも低くなりすぎる。これらの欠点を補う
ため、低温部にはフロンタービン発電を使用するシステ
ムがとられている。上記の実施として、つぎの2つが考
えられる。まず、1番目として、0℃以下で氷結せず、
同じ温度で圧力が水蒸気よりも高い作動流体があれば、
高温の燃焼ガスを一部バイパスして、これで上記作動流
体を加熱し、発生した高温高圧のガス(蒸気)でタービ
ンを駆動し、タービンの排気を低温の燃焼ガスで冷却す
る高効率の発電システムを付加することができる。図7
はこの実施例を示している。本実施例は、CO2セパレ
ータ32からの低温排ガスを、発電装置82の凝縮器8
4の低温熱源とし、加圧ボイラからの燃焼ガスの一部を
発電装置82の蒸発器86の熱源としたものである。8
8は燃焼ガスバイパスラインである。
。燃焼ガスを利用する発電(通常のボイラでは蒸気ター
ビン発電)部分の発電効率を高めることは、CO2の発
生を低減する上で有効であるが、一般に復水器の凝縮条
件、つまり冷却水の温度である程度決まってしまう。 しかし、本発明では、低温排熱があるから、高温、低温
の温度差が拡げられる。理想サイクルはカルノーサイク
ルであるが、この動力発生の場合の効率ηcat =(
TA −TB )/TA となる。ただし、TA は高
温側温度[K]、TB は低温側温度[K]である。T
A =500+273=773[K]、TB =35+
273=308[K]の場合と、TA =773[K]
、TB =273[K]の場合で比較すると、前者のη
cat =465/773=0.602、後者のη’c
at =500/773=0.647となり、つまり、
約4.5%効率が上昇することになる。現在、蒸気を使
用するシステムにおいて、500〜600℃位の高温側
温度での高い効率の動力発生装置としては、蒸気タービ
ンに優るものはないが、これは蒸気が非常に大きな圧力
比を利用できるからである。しかし、水蒸気は0℃で氷
結するので、これ以下には温度が下げられないし、また
、圧力も余りにも低くなりすぎる。これらの欠点を補う
ため、低温部にはフロンタービン発電を使用するシステ
ムがとられている。上記の実施として、つぎの2つが考
えられる。まず、1番目として、0℃以下で氷結せず、
同じ温度で圧力が水蒸気よりも高い作動流体があれば、
高温の燃焼ガスを一部バイパスして、これで上記作動流
体を加熱し、発生した高温高圧のガス(蒸気)でタービ
ンを駆動し、タービンの排気を低温の燃焼ガスで冷却す
る高効率の発電システムを付加することができる。図7
はこの実施例を示している。本実施例は、CO2セパレ
ータ32からの低温排ガスを、発電装置82の凝縮器8
4の低温熱源とし、加圧ボイラからの燃焼ガスの一部を
発電装置82の蒸発器86の熱源としたものである。8
8は燃焼ガスバイパスラインである。
【0023】同様の考え方で、図8に示すような熱電発
電を組み合わせたり、図9に示すような熱イオン発電を
組み合わせたり、図10に示すようなスターリングエン
ジン等を組み合わせることができる。図8において、9
0は高温側金属、92は低温側金属、94はP形半導体
、96はN形半導体、98は負荷抵抗である。図9にお
いて、100は作動媒体蒸発器、102は作動媒体凝縮
器、104は電解質、106は負荷抵抗である。図10
において、108は作動媒体(高温)加熱器、110は
作動媒体冷却器、112は蓄熱器、114はシリンダ、
116はピストン、118はクロスヘッドである。 現在は蒸気タービンサイクルに優るものでないが、図7
〜図10は、材料や新作動媒体の出現で、蒸気タービン
より効率が高くなる可能性がある。
電を組み合わせたり、図9に示すような熱イオン発電を
組み合わせたり、図10に示すようなスターリングエン
ジン等を組み合わせることができる。図8において、9
0は高温側金属、92は低温側金属、94はP形半導体
、96はN形半導体、98は負荷抵抗である。図9にお
いて、100は作動媒体蒸発器、102は作動媒体凝縮
器、104は電解質、106は負荷抵抗である。図10
において、108は作動媒体(高温)加熱器、110は
作動媒体冷却器、112は蓄熱器、114はシリンダ、
116はピストン、118はクロスヘッドである。 現在は蒸気タービンサイクルに優るものでないが、図7
〜図10は、材料や新作動媒体の出現で、蒸気タービン
より効率が高くなる可能性がある。
【0024】つぎに、2番目として、燃料電池との組み
合わせについて説明する。天然ガスを使用する燃料電池
の系統例を図11〜図13に示す。いずれの場合も、燃
料電池120へ入るガスは、CO、H2などの可燃性の
ガスを含むガスで、燃料電池内で反応しなかったこれら
のCO、H2を含むガスを、改質器122で燃焼させて
改質に必要な熱源としている。もし、燃料電池120で
、CO、H2が十分反応して消費しつくされたときには
、改質器122の加熱には別の燃料を使用することにな
る。この燃料の代わりに、図7の燃焼ガスバイパスライ
ン88を使うことにより高い熱効率が得られる。なぜな
らば、燃料電池の発電熱効率は、50%以上の高い効率
が期待できるからである。溶融炭酸塩型(MCFC)の
場合の上記実施例を図14に示す。なお、低温排ガスは
図14のように燃料電池120のガスタービン124の
中間冷却器126の冷却熱として使用することもできる
し、ガスタービン124の圧縮機128の入口空気の予
冷に使用しても全体の効率のアップとなる。なお、リン
酸塩形(PAFC)、固体電解質形(SOFC)の場合
も、同様に組み合わせることができる。
合わせについて説明する。天然ガスを使用する燃料電池
の系統例を図11〜図13に示す。いずれの場合も、燃
料電池120へ入るガスは、CO、H2などの可燃性の
ガスを含むガスで、燃料電池内で反応しなかったこれら
のCO、H2を含むガスを、改質器122で燃焼させて
改質に必要な熱源としている。もし、燃料電池120で
、CO、H2が十分反応して消費しつくされたときには
、改質器122の加熱には別の燃料を使用することにな
る。この燃料の代わりに、図7の燃焼ガスバイパスライ
ン88を使うことにより高い熱効率が得られる。なぜな
らば、燃料電池の発電熱効率は、50%以上の高い効率
が期待できるからである。溶融炭酸塩型(MCFC)の
場合の上記実施例を図14に示す。なお、低温排ガスは
図14のように燃料電池120のガスタービン124の
中間冷却器126の冷却熱として使用することもできる
し、ガスタービン124の圧縮機128の入口空気の予
冷に使用しても全体の効率のアップとなる。なお、リン
酸塩形(PAFC)、固体電解質形(SOFC)の場合
も、同様に組み合わせることができる。
【0025】図15は、加圧流動床ボイラ130を組み
合わせた場合の実施例を示している。加圧流動床ボイラ
130においては、炉内にCaO、CaCO3、ドロマ
イト等の脱硫剤を投入して炉内脱硫している。132は
脱硫剤投入装置である。したがって、加圧流動床ボイラ
130からの燃焼ガスの温度は脱硫に適する850℃前
後であり、この燃焼ガスを分岐させてその一部を給水加
熱器134に導入して、給水を加熱し、一部を蒸発させ
る。136は集じん装置である。また、加圧流動床ボイ
ラ130からの燃焼ガスの残部を第2の発電装置131
の高温側熱源とし、分離した二酸化炭素の昇華、蒸発の
潜熱を冷却熱源とする場合もある。他の構成、作用は図
1の場合と同様である。
合わせた場合の実施例を示している。加圧流動床ボイラ
130においては、炉内にCaO、CaCO3、ドロマ
イト等の脱硫剤を投入して炉内脱硫している。132は
脱硫剤投入装置である。したがって、加圧流動床ボイラ
130からの燃焼ガスの温度は脱硫に適する850℃前
後であり、この燃焼ガスを分岐させてその一部を給水加
熱器134に導入して、給水を加熱し、一部を蒸発させ
る。136は集じん装置である。また、加圧流動床ボイ
ラ130からの燃焼ガスの残部を第2の発電装置131
の高温側熱源とし、分離した二酸化炭素の昇華、蒸発の
潜熱を冷却熱源とする場合もある。他の構成、作用は図
1の場合と同様である。
【0026】図16は、本発明の他の実施例を示し、図
15に示す装置において、N2Oの発生を抑えるために
、ガス温度を上げるようにしたものである。N2Oは1
100℃位まで温度を上げると、N2とO2とに分解す
る。具体的には、加圧流動床ボイラ130からの燃焼ガ
スに、燃料と空気又は酸素を吹き込み燃焼させて、燃焼
ガス温度を上げて、N2Oを分解する。138は燃焼器
である。
15に示す装置において、N2Oの発生を抑えるために
、ガス温度を上げるようにしたものである。N2Oは1
100℃位まで温度を上げると、N2とO2とに分解す
る。具体的には、加圧流動床ボイラ130からの燃焼ガ
スに、燃料と空気又は酸素を吹き込み燃焼させて、燃焼
ガス温度を上げて、N2Oを分解する。138は燃焼器
である。
【0027】
【発明の効果】本発明は上記のように構成されているの
で、つぎのような効果を奏する。(1) 燃焼ガス中
のCO2を、吸収液等を用いることなく分離することが
できる。このため、吸収液とCO2との分離装置(吸収
液再生装置)等が不要となる。(2) CO2は液体
状又は固体状で分離できるので、取扱いが容易である。 (3) CO2分離の際に、低温排ガスが発生するの
で、この低温排ガスを発電装置等の冷熱源として有効に
利用することができる。
で、つぎのような効果を奏する。(1) 燃焼ガス中
のCO2を、吸収液等を用いることなく分離することが
できる。このため、吸収液とCO2との分離装置(吸収
液再生装置)等が不要となる。(2) CO2は液体
状又は固体状で分離できるので、取扱いが容易である。 (3) CO2分離の際に、低温排ガスが発生するの
で、この低温排ガスを発電装置等の冷熱源として有効に
利用することができる。
【図1】本発明の燃焼ガス中の二酸化炭素等を分離する
方法を実施する装置の基本となる実施例を示すフローシ
ートである。
方法を実施する装置の基本となる実施例を示すフローシ
ートである。
【図2】本発明の他の実施例を示し、ダストセパレータ
を設ける場合のフローシートである。
を設ける場合のフローシートである。
【図3】本発明において用いるCO2セパレータの一例
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図4】本発明において分離したCO2の処置方法を示
す断面図である。
す断面図である。
【図5】本発明の他の実施例を示し、低温利用の場合の
フローシートである。
フローシートである。
【図6】本発明の他の実施例を示し、ガスタービン入口
空気の予冷の場合のフローシートである。
空気の予冷の場合のフローシートである。
【図7】本発明の他の実施例を示し、高温ガスを有効に
利用する場合のフローシートである。
利用する場合のフローシートである。
【図8】本発明の他の実施例を示し、熱電発電に適用し
た場合のフローシートである。
た場合のフローシートである。
【図9】本発明の他の実施例を示し、熱イオン発電に適
用した場合のフローシートである。
用した場合のフローシートである。
【図10】本発明の他の実施例を示し、スターリングエ
ンジンに適用した場合のフローシートである。
ンジンに適用した場合のフローシートである。
【図11】従来のPAFC発電プラントのフローシート
である。
である。
【図12】従来のMCFC発電プラントのフローシート
である。
である。
【図13】従来のSOFC発電プラントのフローシート
である。
である。
【図14】本発明の他の実施例を示し、高温ガスを燃料
電池に利用する場合のフローシートである。
電池に利用する場合のフローシートである。
【図15】本発明の他の実施例を示し、流動床ボイラと
組み合わせた場合のフローシートである。
組み合わせた場合のフローシートである。
【図16】本発明のさらに他の実施例を示し、流動床ボ
イラと組み合わせ、かつ、燃焼ガス温度を上げてN2O
を分解する場合のフローシートである。
イラと組み合わせ、かつ、燃焼ガス温度を上げてN2O
を分解する場合のフローシートである。
【図17】膨張比ε=15、20の場合におけるガスタ
ービン入口温度とガスタービン出口温度との関係を示す
グラフである。
ービン入口温度とガスタービン出口温度との関係を示す
グラフである。
【図18】膨張比ε=10、15、20、蒸気タービン
の効率ηST=0.46の場合における冷却度と全体の
発電効率の向上(%)との関係を示すグラフである。
の効率ηST=0.46の場合における冷却度と全体の
発電効率の向上(%)との関係を示すグラフである。
【図19】膨張比ε=10、15、20、蒸気タービン
の効率ηST=0.50の場合における冷却度と全体の
発電効率の向上(%)との関係を示すグラフである。
の効率ηST=0.50の場合における冷却度と全体の
発電効率の向上(%)との関係を示すグラフである。
10 ボイラ
12 圧力容器
14 圧縮機
16 伝熱管部
18 燃焼室
20 伝熱管
22 燃料供給装置
24 空気供給装置
28 冷却器
30 予冷器
32 CO2セパレータ
34 蒸気タービン
38 復水器
40 冷却負荷器
44 ダストセパレータ
52 ピストン
58 圧力容器
62 コンクリート
66 コンデンサ
68 フロン蒸発器
80 空気予冷器
82 発電装置
84 凝縮器
86 蒸発器
88 燃焼ガスバイパスライン
120 燃料電池
122 改質器
124 ガスタービン
126 中間冷却器
128 圧縮機
130 加圧流動床ボイラ
131 第2の発電装置
132 脱硫剤投入装置
134 給水加熱器
138 燃焼器
Claims (14)
- 【請求項1】 ボイラ、炉等の燃焼系を圧力容器(1
2)内に収納し加圧状態で燃料を燃焼させる加圧燃焼方
法において、燃焼系からの燃焼ガスを低温流体と熱交換
させて温度を下げ、ついで、この燃焼ガスをガスタービ
ン(26)に導入し膨張させて二酸化炭素の液化温度以
下にして、二酸化炭素と、水、硫黄酸化物、窒素酸化物
、一酸化二窒素からなる群より選ばれた物質とを液化又
は/及び固化させた後、燃焼ガスから分離することを特
徴とする燃焼ガス中の二酸化炭素等を分離する方法。 - 【請求項2】 ボイラを圧力容器(12)内に収納し
加圧状態で燃料を燃焼させ、ボイラで発生するスチーム
を蒸気タービン(34)に導入して発電する方法におい
てボイラからの燃焼ガスをガスタービン(26)に導入
し膨張させて二酸化炭素の液化温度以下にして、二酸化
炭素と、水、硫黄酸化物、窒素酸化物、一酸化二窒素か
らなる群より選ばれた物質とを凝縮又は/及び固化させ
た後、燃焼ガスから分離し、この清浄燃焼ガスを廃熱回
収発電装置の低温側熱源とし、蒸気タービン(34)の
排気を廃熱回収発電装置の高温側熱源とすることを特徴
とする燃焼ガス中の二酸化炭素等を分離する方法。 - 【請求項3】 ボイラを圧力容器(12)内に収納し
加圧状態で燃料を燃焼させ、ボイラで発生するスチーム
を蒸気タービン(34)に導入して発電する方法におい
てボイラからの燃焼ガスをガスタービン(26)に導入
し膨張させて二酸化炭素の液化温度以下にして、二酸化
炭素と、水、硫黄酸化物、窒素酸化物、一酸化二窒素か
らなる群より選ばれた物質とを凝縮又は/及び固化させ
た後、燃焼ガスから分離し、この清浄燃焼ガスを圧縮機
(14)入口空気の予冷用熱源とすることを特徴とする
燃焼ガス中の二酸化炭素等を分離する方法。 - 【請求項4】 ボイラ、炉等の燃焼系を圧力容器(1
2)内に収納し加圧状態で燃料を燃焼させる加圧燃焼方
法において、燃焼系からの燃焼ガスをガスタービン(2
6)に導入し膨張させて二酸化炭素の液化温度以下にし
て、二酸化炭素と、水、硫黄酸化物、窒素酸化物、一酸
化二窒素からなる群より選ばれた物質とを凝縮又は/及
び固化させた後、燃焼ガスから分離し、この清浄燃焼ガ
スを発電装置又は動力発生装置の低温側熱源とし、燃焼
系からの燃焼ガスの一部を発電装置又は動力発生装置の
高温側熱源とすることを特徴とする燃焼ガス中の二酸化
炭素等を分離する方法。 - 【請求項5】 ボイラ、炉等の燃焼系を圧力容器(1
2)内に収納し加圧状態で燃料を燃焼させる加圧燃焼方
法において、燃焼系からの燃焼ガスをガスタービン(2
6)に導入し膨張させて二酸化炭素の液化温度以下にし
て、二酸化炭素と、水、硫黄酸化物、窒素酸化物、一酸
化二窒素からなる群より選ばれた物質とを凝縮又は/及
び固化させた後、燃焼ガスから分離し、この清浄燃焼ガ
スを燃料電池発電装置のガスタービンの中間冷却器(1
26)の冷却用熱源、又はガスタービンの圧縮機入口空
気の予冷用熱源とし、燃焼系からの燃焼ガスの一部を燃
料電池発電装置の改質器(122)の熱源とすることを
特徴とする燃焼ガス中の二酸化炭素等を分離する方法。 - 【請求項6】 加圧流動床ボイラ(130)の炉内に
脱硫剤を投入して炉内脱硫を行なう方法において、加圧
流動床ボイラ(130)からの燃焼ガスの一部をガスタ
ービン(26)に導入し膨張させて二酸化炭素の液化温
度以下にして、二酸化炭素と、水、硫黄酸化物、窒素酸
化物、一酸化二窒素からなる群より選ばれた物質とを凝
縮又は/及び固化させた後、燃焼ガスから分離し、加圧
流動床ボイラ(130)からの燃焼ガスの残部を第2の
発電装置(131)の高温側熱源とし、分離した二酸化
炭素の昇華、蒸発の潜熱を冷却熱源とすることを特徴と
する燃焼ガス中の二酸化炭素等を分離する方法。 - 【請求項7】 加圧流動床ボイラ(130)からの燃
焼ガスに燃料と空気又は酸素とを吹き込み、燃焼ガス温
度を上げて一酸化二窒素を分解することを特徴とする請
求項6記載の燃焼ガス中の二酸化炭素等を分離する方法
。 - 【請求項8】 ガスタービン入口の燃焼ガスを冷却水
により間接的に冷却することを特徴とする請求項1、2
、3、4、5、6又は7記載の燃焼ガス中の二酸化炭素
等を分離する方法。 - 【請求項9】 ガスタービン入口の燃焼ガスを、ガス
タービンの低温排気から二酸化炭素等を分離したガスに
より間接的に冷却することを特徴とする請求項1、2、
3、4、5、6、7又は8記載の燃焼ガス中の二酸化炭
素等を分離する方法。 - 【請求項10】 燃焼ガスがガスタービンに導入され
る前に、燃焼ガス中のダストを分離することを特徴とす
る請求項1、2、3、4、5、6、7、8又は9記載の
燃焼ガス中の二酸化炭素等を分離する方法。 - 【請求項11】 圧力容器(12)内に収納された燃
焼室(18)と、燃焼室に炭素系燃料を加圧して供給す
る燃料供給装置(22)と、燃料燃焼用の空気又は酸素
を加圧して供給する空気供給装置(24)と、燃焼室内
に配置された伝熱管(20)と、燃焼室からの燃焼ガス
により駆動されるガスタービン(26)とからなる加圧
燃焼装置において、燃焼室(18)の燃焼ガスダクトに
伝熱管部(16)を設けるとともに、この伝熱管部(1
6)を圧力容器(12)内に収納し、ガスタービン(2
6)の排気導管に、液化又は固化した二酸化炭素等を分
離するためのCO2セパレータ(32)を接続したこと
を特徴とする燃焼ガス中の二酸化炭素等を分離する装置
。 - 【請求項12】 ガスタービン(26)入口の燃焼ガ
ス導管に、冷却水を間接的に流通させる冷却器(28)
を接続したことを特徴とする請求項11記載の燃焼ガス
中の二酸化炭素等を分離する装置。 - 【請求項13】 ガスタービン(26)入口の燃焼ガ
ス導管に、CO2セパレータ(32)を出た低温ガスを
間接的に流通させる予冷器(30)を接続したことを特
徴とする請求項11又は12記載の燃焼ガス中の二酸化
炭素等を分離する装置。 - 【請求項14】 ガスタービン(26)入口の燃焼ガ
ス導管に、ダストセパレータ(44)を接続したことを
特徴とする請求項11、12又は13記載の燃焼ガス中
の二酸化炭素等を分離する装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3130459A JPH04334704A (ja) | 1991-05-02 | 1991-05-02 | 燃焼ガス中の二酸化炭素等を分離する方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3130459A JPH04334704A (ja) | 1991-05-02 | 1991-05-02 | 燃焼ガス中の二酸化炭素等を分離する方法及び装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04334704A true JPH04334704A (ja) | 1992-11-20 |
Family
ID=15034747
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3130459A Pending JPH04334704A (ja) | 1991-05-02 | 1991-05-02 | 燃焼ガス中の二酸化炭素等を分離する方法及び装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH04334704A (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005279641A (ja) * | 2004-03-02 | 2005-10-13 | Chugoku Electric Power Co Inc:The | 排ガスから水分及び有害ガス成分を除去する方法及びシステム |
JP2005283094A (ja) * | 2004-03-02 | 2005-10-13 | Chugoku Electric Power Co Inc:The | 排ガスの処理方法及びシステム |
JP2005279640A (ja) * | 2004-03-02 | 2005-10-13 | Chugoku Electric Power Co Inc:The | 排ガスの処理方法及びシステム |
JP2012031862A (ja) * | 2010-07-30 | 2012-02-16 | General Electric Co <Ge> | Co2を回収するためのシステム及び方法 |
JP2013192437A (ja) * | 2012-02-16 | 2013-09-26 | Showa Denko Kk | エネルギー取出装置及びエネルギー取出方法 |
JP2014213297A (ja) * | 2013-04-30 | 2014-11-17 | 株式会社Ihi | 圧縮機不純物分離機構の腐食防止方法及び装置 |
US8981936B2 (en) | 2010-06-14 | 2015-03-17 | Avery Dennison Corporation | Method of manufacturing conductive structures |
-
1991
- 1991-05-02 JP JP3130459A patent/JPH04334704A/ja active Pending
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