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JP2002079052A - 二酸化炭素回収方法およびシステム - Google Patents

二酸化炭素回収方法およびシステム

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Publication number
JP2002079052A
JP2002079052A JP2000273947A JP2000273947A JP2002079052A JP 2002079052 A JP2002079052 A JP 2002079052A JP 2000273947 A JP2000273947 A JP 2000273947A JP 2000273947 A JP2000273947 A JP 2000273947A JP 2002079052 A JP2002079052 A JP 2002079052A
Authority
JP
Japan
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carbon dioxide
adsorbent
flow path
exhaust gas
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000273947A
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English (en)
Inventor
Masayuki Horio
正靱 堀尾
Morihiro Kurushima
守宏 久留島
Kenya Kuwaki
賢也 桑木
Keiji Murata
圭治 村田
Takao Nakagaki
隆雄 中垣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2000273947A priority Critical patent/JP2002079052A/ja
Publication of JP2002079052A publication Critical patent/JP2002079052A/ja
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    • 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
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    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
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    • 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
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)
  • Gas Separation By Absorption (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】二酸化炭素回収に要するエネルギーを削減し、
システム全体のエネルギー効率を向上させる。 【解決手段】燃焼排ガス中の二酸化炭素を燃焼排ガスか
ら分離して回収する二酸化炭素回収システム２。燃焼排
ガス用流路内に流動する吸着材６および燃焼排ガス５Ａ
を反応させて燃焼排ガス５Ａ内の二酸化炭素７を吸着材
６に吸着させる吸着部ライザ２０と、二酸化炭素が吸着
された吸着材６Ａおよび燃焼排ガス５Ｂをそれぞれ分離
するサイクロン３０と、サイクロンにより分離され流路
２５Ａに流入されてきた吸着材６Ａを二酸化炭素脱着温
度に昇温させることにより、吸着した二酸化炭素７を脱
着させる脱着部ライザ２１と、二酸化炭素７および吸着
材６をそれぞれ分離するサイクロン３２と、分離された
吸着材６を吸着部ライザ２０および脱着部ライザ２１間
で循環的に移動させる輸送管３３とを備えている

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、天然ガス（メタ
ン）、石油、石炭、あるいは合成燃料（メタノール、ジ
メチルエーテル等）等の含炭素燃料を燃焼させる種々の
燃焼装置から発生する燃焼排ガス中の二酸化炭素の少な
くとも一部を分離・回収する二酸化炭素回収方法および
システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、地球の温暖化現象の原因の一つと
して、炭酸ガス、すなわち二酸化炭素による温室効果が
指摘され、地球環境を守る上で国際的にもその対策が急
務となっている。
【０００３】この炭酸ガス（二酸化炭素）は、人類の膨
大なエネルギー利用を賄うために各国で化石燃料（含炭
素燃料）を消費（燃焼）してエネルギーを産出する際に
排出されるものであり、上述した温室効果を低減して温
暖化減少を抑制するために、今後、化石燃料燃焼時の二
酸化炭素排出規制が一層強化される傾向にある。
【０００４】従って、各国では、化石燃料以外の代替エ
ネルギーの研究とともに、大量の化石燃料を使用する火
力発電所（発電プラント）等の動力（エネルギー）発生
設備（エネルギー発生プラント）を対象に、化石燃料燃
焼時に排出された排ガス中の炭酸ガス（二酸化炭素）の
回収方法、および回収された炭酸ガスを大気へ放出する
ことなく貯蔵する方法が精力的に研究されている。
【０００５】図４は、従来の二酸化炭素を分離回収する
方法として、アミン水溶液（ここではモノエタノールア
ミン水溶液）を用いて、燃焼排ガスから二酸化炭素を分
離回収する、いわゆるアミン法による二酸化炭素回収方
法およびシステムを示す図である。
【０００６】図４によれば、化石燃料を燃焼して排出さ
れた燃焼排ガスは、ライン１２４により燃焼排ガス冷却
塔１２５に導入され、その冷却塔１２５において冷却さ
れてライン１２６により吸収塔１２７に導入される。
【０００７】このとき、吸収塔１２７の上部にはライン
１２８により濃度２０〜３０重量％前後のモノエタノー
ルアミン水溶液が供給されており、このモノエタノール
アミン水溶液は、導入された燃焼排ガスと向流接触し
て、燃焼排ガス中の二酸化炭素が選択的に吸収・分離さ
れる。
【０００８】二酸化炭素を吸収したモノエタノールアミ
ン水溶液は、吸収塔１２７の下部からライン１２９によ
りモノエタノールアミン水溶液再生塔１３０に送られ、
また、吸収塔１２７の上部からは、炭酸ガス吸収分離後
の残りの燃焼排ガスがライン１３１を介して大気へ放出
される。
【０００９】一方、モノエタノールアミン水溶液再生塔
１３０では、二酸化炭素を吸収したモノエタノールアミ
ン水溶液は、リボイラ１３２において蒸気により加熱さ
れ、その結果、二酸化炭素が気化してモノエタノールア
ミン水溶液が再生される。
【００１０】再生されたモノエタノールアミン水溶液
は、ライン１２８により吸収塔１２７へ戻されて、二酸
化炭素の分離回収に再利用される。一方、気化した二酸
化炭素（炭酸ガス）は、ライン１３３を介して回収工程
に導かれる。
【００１１】上述した二酸化炭素分離回収システムの操
業中において、モノエタノールアミンは排気ガスに同伴
したり、劣化物として徐々に系外（システムにおける分
離回収系外）へ失われる。したがって、失われたモノエ
タノールアミンを補充するために、例えばライン１２９
の途中にタンク１３４からモノエタノールアミンの原液
が系内に供給され、同様にタンク１３５により希釈水が
系内に供給される。なお、モノエタノールアミンの原液
は通常タンクローリ等によりシステム設備内に搬入され
る。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のアミン法を用いた二酸化炭素分離回収方法およ
びシステムにおいては、二酸化炭素分離材料としてモノ
エタノールアミン水溶液を用いており、そのモノエタノ
ールアミン水溶液の単位体積当たりの二酸化炭素吸収量
は大きくないため、大量のアミン水溶液を循環させる必
要が生じていた。
【００１３】したがって、大量のアミン水溶液を循環さ
せるためにエネルギーが必要になり、二酸化炭素分離回
収システム全体のエネルギー効率を低下させ、延いて
は、この二酸化炭素分離回収システムを用いた発電プラ
ント等のエネルギー発生プラント全体のエネルギー効率
を低下させていた。
【００１４】また、従来のアミン法を用いた二酸化炭素
分離回収方法およびシステムにおいては、二酸化炭素を
吸収したモノエタノールアミン水溶液を加熱する際に必
要な大量の熱エネルギーは、低温廃熱として他に利用さ
れることなく破棄されるため、二酸化炭素分離回収シス
テム全体の熱効率およびエネルギー効率をそれぞれ低下
させ、延いては、この二酸化炭素分離回収システムを用
いたエネルギー発生プラント全体の熱効率およびエネル
ギー効率をそれぞれ低下させていた。
【００１５】本発明は、上述した事情に鑑みてなされた
もので、二酸化炭素回収に要するエネルギーを削減し、
システム全体およびエネルギー発生プラント全体のエネ
ルギー効率を向上可能な二酸化炭素分離回収方法および
システムを提供することをその第１の目的とする。
【００１６】また、本発明は、上述した事情に鑑みてな
されたもので、二酸化炭素回収に要する熱エネルギーを
有効に再利用することにより、システム全体およびエネ
ルギー発生プラント全体の熱効率およびエネルギー効率
をそれぞれ向上可能な二酸化炭素分離回収方法およびシ
ステムを提供することをその第２の目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために、請求項１に記載した発明によれば、含炭素燃料
を燃焼させる燃焼装置で発生した燃焼排ガス中の二酸化
炭素を前記燃焼排ガスから分離して回収する二酸化炭素
回収システムにおいて、燃焼排ガス用の流路およびこの
流路内に供給された二酸化炭素吸着用の吸着材を有し、
前記燃焼排ガス用流路内に二酸化炭素吸着温度を有する
状態で導入され当該流路を流動する前記吸着材および燃
焼排ガスを反応させて当該燃焼排ガス内の二酸化炭素を
前記吸着材に吸着させる吸着装置と、前記吸着装置の燃
焼排ガス用流路に連通されており、当該燃焼排ガス用流
路を介して流入されてきた二酸化炭素が吸着された吸着
材および前記燃焼排ガスをそれぞれ分離する第１の固気
分離装置と、吸着材用の流路および燃焼排ガス用の流路
を有し、前記第１の固気分離装置により分離され当該吸
着材用流路に流入されてきた吸着材および当該吸着材の
二酸化炭素脱着温度以上に昇温された状態で前記燃焼ガ
ス用流路に流入されてきた燃焼排ガスを熱交換させて前
記吸着材を前記二酸化炭素脱着温度に昇温させることに
より前記吸着した二酸化炭素を前記吸着材から脱着させ
る脱着装置と、この脱着装置の吸着材用流路に連通され
ており、当該吸着材用流路を介して流入されてきた二酸
化炭素および吸着材をそれぞれ分離する第２の固気分離
装置と、分離された吸着材を前記吸着装置の燃焼排ガス
用流路に供給することにより、前記吸着材を前記吸着装
置および前記脱着装置間で循環的に移動させる手段とを
備えている。
【００１８】請求項２に記載した発明によれば、前記脱
着装置の吸着材用流路の吸着材流動方向上流側端部から
二酸化炭素を供給することにより前記吸着材を前記第２
の固気分離装置へ案内する二酸化炭素供給装置を備えて
いる。
【００１９】請求項３に記載した発明では、前記脱着装
置の前記燃焼ガス用流路から流出された熱交換後の燃焼
排ガスは、前記二酸化炭素吸着温度を有する状態に冷却
されるようになっており、その熱交換後の燃焼排ガス
を、前記吸着材に基づく吸着反応用の燃焼排ガスとして
前記吸着装置の燃焼排ガス用流路に流入させるように構
成されている。
【００２０】請求項４に記載した発明では、前記燃焼装
置および前記脱着装置の燃焼排ガス用流路にそれぞれ連
通されており、前記燃焼装置で発生した燃焼排ガスを、
前記吸着材に基づく脱着反応用の燃焼排ガスとして当該
燃焼排ガス用流路に供給するガス供給ラインを備えてい
る。
【００２１】請求項５に記載した発明では、前記ガス供
給ラインの流路途中に配設されており、前記含炭素燃料
の一部を用いて前記燃焼装置から排出された燃焼排ガス
を再燃させて前記二酸化炭素脱着温度以上に昇温させる
再燃焼装置を備え、この再燃焼装置により二酸化炭素脱
着温度以上に昇温された燃焼排ガスを、前記ガス供給ラ
インを介して前記燃焼排ガス用流路に供給するように構
成している。
【００２２】請求項６に記載した発明では、前記燃焼装
置から前記二酸化炭素脱着温度以上に昇温された燃焼排
ガスを抽出し、抽出した燃焼排ガスを前記ガス供給ライ
ンを介して前記燃焼排ガス用流路に供給するように構成
している。
【００２３】請求項７に記載した発明では、前記吸着材
の二酸化炭素吸着温度を４００℃以上６５０℃以下とし
ている。
【００２４】請求項８に記載した発明では、前記吸着材
の二酸化炭素脱着温度を７００℃以上８５０℃以下とし
ている。
【００２５】請求項９に記載した発明では、前記吸着材
は、二酸化炭素と反応して炭酸塩を生成する化合物を含
んでいる。
【００２６】請求項１０に記載した発明では、前記化合
物は、リチウムジルコネート、リチウムシリケート等の
リチウムの複合酸化物である。
【００２７】請求項１１に記載した発明では、前記第１
の固気分離装置により分離された燃焼排ガス、前記第２
の固気分離装置により分離された二酸化炭素および吸着
材の内の少なくとも１つが有する熱エネルギーを回収し
て利用する熱エネルギー利用装置を備えている。
【００２８】請求項１２に記載した発明では、前記熱エ
ネルギー利用装置は、回収した熱エネルギーに基づいて
発電エネルギーを発生させるエネルギー発生部を備えて
いる。
【００２９】上述した目的を達成するため、請求項１３
に記載した発明によれば、含炭素燃料を燃焼させる燃焼
装置で発生した燃焼排ガス中の二酸化炭素を前記燃焼排
ガスから分離して回収する二酸化炭素回収方法におい
て、燃焼排ガス用の流路およびこの流路内に供給された
二酸化炭素吸着用の吸着材を有する吸着器を用意するス
テップと、吸着材用の流路および燃焼ガス用の流路を有
する脱着器を用意するステップと、用意された吸着器の
燃焼排ガス用流路内に導入され当該流路を流動する前記
吸着材および燃焼排ガスを反応させて当該燃焼排ガス内
の二酸化炭素を前記吸着材に吸着させるステップと、前
記二酸化炭素が吸着された吸着材および前記燃焼排ガス
をそれぞれ分離するステップと、前記分離ステップによ
り分離され、用意された脱着器の吸着材用流路に流入さ
れてきた吸着材および当該吸着材の二酸化炭素脱着温度
以上に昇温された状態で前記脱着器の燃焼ガス用流路に
流入されてきた燃焼排ガスを熱交換させて前記吸着材を
前記二酸化炭素脱着温度に昇温させることにより前記吸
着した二酸化炭素を前記吸着材から脱着させるステップ
と、前記脱着された二酸化炭素および吸着材をそれぞれ
分離するステップと、分離された吸着材を前記吸着器の
燃焼排ガス用流路に供給することにより、前記吸着材を
前記吸着器および前記脱着器間で循環的に移動させるス
テップとを備えている。
【００３０】請求項１乃至６および１３に記載した発明
によれば、吸着装置（吸着器）において、二酸化炭素吸
着温度を有する燃焼排ガスと吸着材との反応により吸着
材が二酸化炭素を吸着して燃焼排ガスから二酸化炭素が
分離される。そして、脱着装置（脱着器）において、脱
着温度以上の高温の燃焼排ガスと二酸化炭素が吸着され
た吸着材とが熱交換されて二酸化炭素が分離回収され、
二酸化炭素分離後の吸着材が吸着装置（吸着器）に供給
されることにより、吸着材が吸着装置と脱着装置間を循
環移動するようになっている。
【００３１】請求項７乃至１２に記載した発明によれ
ば、上記請求項１乃至６および１３に記載の作用に加え
て、第１の固気分離装置により分離された燃焼排ガス、
第２の固気分離装置により分離された二酸化炭素および
吸着材は、それぞれ前記吸着材の二酸化炭素吸着温度
（４００℃以上６５０℃以下）に応じた高い熱エネルギ
ーを有するものとして流出される。
【００３２】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。
【００３３】（第１の実施の形態）本発明の第１の実施
の形態に係る二酸化炭素回収方法およびシステムについ
て、図１および図２を参照して説明する。
【００３４】図１は、エネルギー発生プラントとして、
例えば二酸化炭素回収型のＬＮＧ火力発電プラント１に
適用された二酸化炭素回収システム２の概略構成を示す
ブロック図であり、図２は、図１に示す二酸化炭素回収
システム２における後述する分離回収部の構成要素およ
び配置関係を説明するための斜視図である。
【００３５】図１および図２に示すように、本発明の第
１の実施の形態に係る二酸化炭素回収システム２は、含
炭素燃料３を動力源として駆動したＬＮＧ火力発電プラ
ント１のボイラ４から排出された燃焼排ガス５Ａから、
二酸化炭素吸着材粒子｛本実施形態では、リチウムの複
合酸化物（化合物）であるリチウムジルコネート（Ｌｉ
２ＺｒＯ３）を含んでいるものとし、また、以下の説明
では、単に吸着材粒子とも記載する｝６を用いて二酸化
炭素７を分離回収するための分離回収部１０と、この分
離回収部１０により分離回収された二酸化炭素７が有す
る熱エネルギーを回収して利用するための第１の熱エネ
ルギー利用部１１と、分離回収部１０から出力され固気
分離された後の吸着材粒子が有する熱エネルギーを回収
して利用するための第２の熱エネルギー利用部１２と、
分離回収部１０による二酸化炭素分離回収後の燃焼排ガ
ス５Ｂが有する熱エネルギーを回収して利用するための
第３の熱エネルギー利用部１３とを備えている。
【００３６】吸着材粒子６に含まれた化合物であるリチ
ウムジルコネートは、所定の温度（吸着温度）で二酸化
炭素を選択的に吸着し、その吸着温度よりも高い温度
（脱着温度）において吸着した二酸化炭素を脱着する性
質を有しており、リチウムジルコネートでは、吸着温度
は、約５００℃であり、脱着温度は、約８００℃であ
る。
【００３７】また、リチウムジルコネート等のリチウム
の複合酸化物は、自らの体積の４００倍の二酸化炭素を
吸収することができ、アミン水溶液に比べて、多量の二
酸化炭素を吸収することができる。
【００３８】そして、二酸化炭素回収システム２の分離
回収部１０は、燃焼排ガス用の流路（管路）を有してお
り、この流路に供給される約５０μｍ〜数１００μｍの
吸着材粒子６の吸着反応を利用して二酸化炭素を吸着回
収するための吸着部ライザ２０と、吸着材用の流路（管
路）を有しており、吸着部ライザ２０から後述する第１
のサイクロンを介して供給される吸着材粒子の脱着反応
を利用して二酸化炭素を吸着回収するための脱着部ライ
ザ２１とを備えている。
【００３９】吸着部ライザ２０の一端部（図２中下端部
２０Ａ）は、脱着部ライザ２１の一端部（図２中下端部
２１Ａ）に連通されており、それぞれのライザ２０およ
び２１に充填された吸着材粒子６は、それらライザ２０
および２１間を流動循環するようになっている。
【００４０】一方、分離回収部１０は、ボイラ４の燃焼
ガス排出口に接続された燃焼ガス排出用ライン２２と、
この燃焼ガス排出用ライン２２の流路途中に配設された
排気再燃用燃焼器２３とを備えており、排出用ライン２
２のガス排出側端部は、脱着部ライザ２１に連通されて
いる。
【００４１】また、脱着部ライザ２１内には、排出用ラ
イン２２を介してライザ２１内に流入する燃焼排ガス５
Ａと脱着部ライザ２１内を流動する吸着材粒子６とを熱
交換させるための熱交換器２５が組み込まれている（図
１においては、説明の都合上、脱着部ライザ２１外に示
している）。
【００４２】脱着部ライザ２１に組み込まれたプレート
型熱交換器２５は、図２に示すように、四角形状および
熱交換機能を有する複数の熱交換用プレート型伝熱壁部
を備え、これら複数の伝熱壁部は、ライザ２１の管軸方
向（吸着材粒子６の搬送方向）および排出用ライン２２
のライン軸方向（ガスの流出方向）にそれぞれ沿うよう
に所定間隔を隔てて積層されており、この結果、伝熱壁
部間に吸着材粒子流動用流路２５Ａおよび燃焼排ガス流
路２５Ｂをその伝熱壁部を隔てて隣接するように互い違
いに配置している。
【００４３】すなわち、この熱交換器２５においては、
流路２５Ａを流れる吸着材粒子と流路２５Ｂを流れる燃
焼排ガスとは、伝熱壁部を介して熱交換するようになっ
ている。
【００４４】また、分離回収部１０は、吸着部ライザ２
０の他端部（図２中上端部２０Ｂ）に連通された固気分
離用の第１のサイクロン３０を備えており、この第１の
サイクロン３０の固体流出側端部（図２中の下端部）
は、輸送管３１を介して脱着部ライザ２１の下端部２１
Ａに連通状に接続されている。
【００４５】さらに、分離回収部１０は、脱着部ライザ
２１の他端部（図２中上端部２１Ｂ）に連通された固気
分離用の第２のサイクロン３２を備えており、この第２
のサイクロン３２の固体流出側端部（図２中の下端部）
は、輸送管３３を介して吸着部ライザ２０の下端部２０
Ａに連通状に接続されている。
【００４６】一方、第１のサイクロン３０の気体流出側
端部（図２中の上端部）は、輸送管３５を介して第３の
エネルギー利用部１３における後述する排熱回収ボイラ
に接続されており、第２のサイクロン３２の気体流出側
端部（図２中の上端部）は、輸送管３６を介して第１の
エネルギー利用部１１における後述する熱交換器に接続
されている。
【００４７】そして、第１のエネルギー利用部１１は、
熱交換器４０および凝縮水が貯留された熱回収部４１を
備えており、熱交換器４０は、輸送管３６を介して流入
される気体（二酸化炭素）が有する熱エネルギーを、熱
交換機能により熱回収部４１の凝縮水を介して回収する
ようになっている。
【００４８】熱交換器４０の熱交換機能により冷却され
た二酸化炭素は、圧縮部４３により圧縮された後、貯蔵
タンク４４に貯蔵される。
【００４９】第２のエネルギー利用部１２は、熱交換器
４５および凝縮水が貯留された熱回収部４６を備えてお
り、熱交換器４５は、輸送管３３を介して流入される固
体（吸着材粒子）が有する熱エネルギーを、熱交換機能
により熱回収部４６の凝縮水を介して回収するようにな
っている。
【００５０】一方、第３の熱エネルギー利用部１３は、
輸送管３５を介して流入された燃焼排ガスが有する熱エ
ネルギーを回収して水蒸気を発生させる排熱回収ボイラ
５０と、この排熱回収ボイラ５０から発生した水蒸気５
１に基づいて駆動される蒸気タービン５２と、この蒸気
タービン５２の駆動力に基づいて駆動して発電する発電
機５３と、蒸気タービン５２から排出された水蒸気５１
を冷却して凝縮する復水器５４と、この復水器５４によ
り得られた凝縮水を蒸気タービン５２や熱回収部４１等
に供給するための給水ポンプ５５とを備えている。
【００５１】次に、本実施形態に係る二酸化炭素回収シ
ステム２の全体作用について、特に、分離回収部１０の
作用を中心に説明する。
【００５２】ＬＮＧ火力発電プラント１のボイラ４から
排出された約１００℃の燃焼排ガス５Ａは、供給された
含炭素燃料３の一部と共に排気再燃用燃焼装置２３によ
り再燃焼され、その結果、燃焼排ガス５Ａは、吸着材粒
子６の脱着（再生）温度以上、例えば８５０℃程度に昇
温される。
【００５３】排気再燃用燃焼装置２３を流出した約８５
０℃の燃焼排ガス５Ａは、排出用ライン２２を介して案
内されて、脱着部ライザ２１の熱交換器２５における燃
焼排ガス通路２５Ｂを介して、吸着材粒子（リチウムジ
ルコネート）自体の吸着温度である約５００℃に冷却さ
れた後、吸着部ライザ２０にその下端部２０Ａを介して
流入する。
【００５４】吸着部ライザ２０内に流入した燃焼排ガス
５Ａは、輸送管３３を介して吸着部ライザ２０内に供給
された吸着材粒子６を流動させながら、吸着部ライザ２
０内をその上端部２０Ｂに向けて上昇する。
【００５５】このとき、吸着材粒子６は二酸化炭素吸着
温度である約５００℃に昇温しているため、燃焼排ガス
５Ａに含有されている二酸化炭素は、吸着部ライザ２０
にて、吸着材粒子（リチウムジルコネート）６の下式に
示す反応により排ガス５Ａから分離されて吸着材粒子６
に炭酸塩として吸着される。
【００５６】
【外１】
【００５７】二酸化炭素が吸着された吸着材粒子６Ａお
よび二酸化炭素が分離された燃焼排ガス５Ｂは、吸着部
ライザ２０の上端部２０Ｂを介して第１のサイクロン３
０に流入し、そのサイクロン３０の固気分離処理によ
り、二酸化炭素を有する吸着材粒子６Ａおよび燃焼排ガ
ス５Ｂに分離され、分離された二酸化炭素を有する吸着
材粒子６Ａは、輸送管３１を介して脱着部ライザ２１内
にその下端部２１Ａを介して流入する。
【００５８】二酸化炭素が分離された燃焼排ガス５Ｂ
は、排熱回収ボイラ５０の供給水にその熱エネルギーを
与えて冷却され、廃ガスとして図示しない煙突から大気
に放出される。このとき、第３の熱エネルギー利用部１
３では、排熱回収ボイラ５０により回収された熱エネル
ギーに基づいて蒸気サイクルが形成され、発電機５３に
よる発電エネルギーの生成および凝縮水の供給等、熱エ
ネルギーの有効利用が実現される。
【００５９】一方、輸送管３１を介して脱着部ライザ２
１内にその下端部２１Ａから流入された二酸化炭素吸着
材粒子６は、ライザ２１内で上方に流動して吸着材粒子
流動用流路２５Ａに流入する。
【００６０】このとき、脱着部ライザ２１の熱交換器２
５における燃焼排ガス通路２５Ｂには、約８５０℃に昇
温された燃焼排ガス５Ａが流れているため、熱交換器２
５の吸着材粒子流動用流路２５Ａに流入した吸着材粒子
６は、その伝熱壁部を介して約８５０℃の燃焼排ガス５
Ａにより加熱され、吸着材粒子６自体の脱着温度（約８
００℃）まで昇温される。
【００６１】この結果、吸着材粒子であるリチウムジル
コネート６は、次式に示す反応を起こして、吸着してい
た二酸化炭素７を脱着する。
【００６２】
【外２】
【００６３】吸着材粒子６および二酸化炭素７は、脱着
された二酸化炭素自体の流力により流動し、脱着部ライ
ザ２１の上端部２１Ｂを介して第２のサイクロン３２に
流入する。
【００６４】なお、脱着した二酸化炭素７の量が多い場
合には、吸着材粒子６および二酸化炭素７は、脱着され
た二酸化炭素自体の流力によりサイクロン３２に流入す
る、いわゆる自己循環流動方式として分離回収部１０を
構成できるが、脱着した二酸化炭素７の量が充分でない
場合には、脱着部ライザー２１の下端部２１Ａから供給
装置６０により新たに二酸化炭素７を供給して吸着材粒
子６を強制的に搬送してサイクロン３２に流入させる、
いわゆる強制循環流動方式として分離回収部１０を構成
してもよい。また、サイクロン３２を熱交換装置２５の
下方に設置し、重力で吸着材粒子６を搬送してサイクロ
ン３２内に流入させる方式として分離回収部１０を構成
することも可能である。
【００６５】サイクロン３２に流入した吸着材粒子６お
よび二酸化炭素７は、そのサイクロン３２の固気分離処
理により分離される。分離された吸着材粒子６は、熱交
換器４５および熱回収部４６を介して熱エネルギーが回
収された後、輸送管３３を介して吸着部ライザ２０内に
流入され、上述した吸着ライザ２０内の二酸化炭素吸着
工程に利用される。
【００６６】一方、分離された二酸化炭素７は、熱交換
器４０および熱回収部４１を介して熱エネルギーが回収
された後、圧縮部４３を介して圧縮されて貯蔵タンク４
４内に貯蔵される。
【００６７】以下、上述した吸着部ライザ２０における
二酸化炭素吸着工程および脱着部ライザ２１における二
酸化炭素脱着工程が繰り返し実行されることにより、燃
焼排ガス５Ａから二酸化炭素を分離して貯蔵タンク４４
内に貯蔵・回収することができる。
【００６８】以上述べたように、本実施形態によれば、
吸着温度の燃焼排ガス５Ａとアミン水溶液よりも二酸化
炭素吸収量が大きい吸着材粒子６とを反応させて二酸化
炭素７を燃焼排ガス５Ａから分離して吸着材粒子６に吸
着させ、含炭素燃料３の一部を燃焼させて脱着温度以上
に昇温させた高温の燃焼排ガス５Ａと上記二酸化炭素を
吸着した吸着材粒子６Ａとを熱交換器２５の伝熱壁部を
介して熱交換させることにより、吸着材粒子６Ａを脱着
温度に昇温させて二酸化炭素を脱着・再生することがで
きるため、純度の高い二酸化炭素を大量に得ることがで
き、しかも、含炭素燃料３の一部を燃焼させて得られた
熱エネルギーを利用して二酸化炭素分離・回収させるこ
とができるため、余分なエネルギーを用いることがな
く、二酸化炭素分離回収システム２のエネルギー効率を
向上させ、ＬＮＧ火力発電プラント１の発電効率の低下
を抑制し、その発電効率を高く維持することができる。
【００６９】また、本実施形態によれば、吸着部ライザ
２０においては、燃焼排ガス５Ａによって吸着材粒子６
を流動化させてサイクロン３０に搬送することができ、
さらに、脱着部ライザー２１においては、吸着材粒子６
から脱着した二酸化炭素７により吸着材粒子６Ａを流動
化させてサイクロン３２に搬送することができるため、
二酸化炭素７の吸・脱着を効率良く行うことができるだ
けでなく、特別な搬送装置と搬送のためのエネルギーを
削減することができ、二酸化炭素７の回収のための設備
コストを低減し、エネルギー発生効率を高く維持するこ
とができる。
【００７０】さらに、本実施形態によれば、吸着材粒子
として、二酸化炭素７の吸着温度が約５００℃、脱着温
度が約８００℃であるリチウムジルコネートを用いてい
るため、再生した二酸化炭素７、吸着部ライザ２０を流
出した燃焼排ガス５Ｂおよびサイクロン３２から流出し
た吸着材粒子６それぞれが有する熱エネルギーを回収し
て発電等に有効利用することができ、二酸化炭素分離に
よるエネルギー発生効率の低下を抑制することができ
る。
【００７１】（第２の実施の形態）本発明の第２の実施
の形態に係る二酸化炭素回収方法およびシステムについ
て、図３を参照して説明する。
【００７２】図３は、エネルギー発生プラントとして、
二酸化炭素回収型のＬＮＧ火力発電プラント１に適用さ
れた二酸化炭素回収システム２Ａの概略構成を示すブロ
ック図である。
【００７３】図３に示すように、本発明の第２の実施の
形態に係る二酸化炭素回収システム２Ａは、図１に示し
た二酸化炭素回収システム２において、ボイラ４からの
燃焼排ガス５Ａを、脱着温度８００℃以上の温度、例え
ば８５０℃で抽出し、直接、熱交換装置２５の燃焼排ガ
ス流動用流路２５Ｂに流入させる構成となっている。
【００７４】なお、二酸化炭素回収システム２Ａのその
他の構成は、図１および図２に示す第１の実施の形態の
二酸化炭素回収システム２と同様であるので、図１およ
び図２に示す二酸化炭素回収システム２と同一の構成要
素については、同一の符号を付して詳細な説明は省略ま
たは簡略化する。
【００７５】本実施形態に係る二酸化炭素回収システム
２Ａでは、ボイラ４から脱着温度（８００℃）以上の温
度を有する燃焼排ガス５Ａを抽出し、抽出した燃焼排ガ
ス５Ａをそのまま熱交換装置２５に供給するように構成
されているため、吸着材再生用の高温の燃焼排ガスを生
成するための新たな燃焼装置（図１では、排気再燃用燃
焼装置２３）が不要になる。
【００７６】すなわち、本実施形態では、ボイラ４から
排出された燃焼排ガス５Ａが有する熱エネルギーを、二
酸化炭素７分離回収用の熱エネルギーとして有効に利用
することができ、第１実施形態の二酸化炭素回収システ
ム２で得られた効果に加えて、さらにエネルギーの省力
化を図ることができ、二酸化炭素分離回収システム２の
エネルギー効率を向上させ、ＬＮＧ火力発電プラント１
の発電効率の低下を抑制して、その発電効率を高く維持
することができる。
【００７７】なお、第１〜第２の実施形態においては、
再生した二酸化炭素、燃焼排ガス、吸着材粒子それぞれ
が有する全ての熱エネルギーを回収する第１〜第３の熱
エネルギー利用部を設けたが、本発明はこれに限定され
るものではなく、その必要性に応じて、適宜省略するこ
とも可能である。
【００７８】また、第１〜第２の実施形態においては、
二酸化炭素吸着材粒子（に含まれる化合物）として、リ
チウムジルコネートを用いたが、本発明はこれに限定さ
れるものではなく、リチウムシリケート等の他のリチウ
ムの複合酸化物を用いることも可能である。
【００７９】さらに、第１〜第２の実施形態において
は、二酸化炭素吸着材粒子の吸着温度を約５００℃とし
たが、本発明はこの値に限定されるものではなく、二酸
化炭素が吸着できる温度範囲である４００℃以上、６５
０℃以下（４００℃〜６５０℃）の範囲内であればよ
く、また、二酸化炭素吸着材粒子の脱着温度を約８００
℃としたが、本発明はこの値に限定されるものではな
く、二酸化炭素が脱着できる温度範囲である７００℃以
上、８５０℃以下（７００℃〜８５０℃）の範囲内であ
ればよい。
【００８０】そして、第１〜第２の実施形態において
は、第３の熱エネルギー利用部においてのみ、回収した
熱エネルギーを利用して発電機を動作させて発電エネル
ギー等のエネルギーを発生させたが、本発明はこれに限
定されるものではなく、他の第１〜第２の熱エネルギー
利用部においても、回収した熱エネルギーを利用してエ
ネルギーを発生するようにしてもよい。
【００８１】また、第１〜第２の実施形態においては、
ＬＮＧ火力発電プラントの燃焼排ガスからの二酸化炭素
分離回収システムを例にとって説明したが、本発明はこ
れに限定されるものではなく、天然ガス複合発電の他、
微粉炭火力、加圧流動床ボイラ複合発電（ＰＦＢＣ）、
石炭ガス化複合装置（ＩＧＣＣ）等にも同様の構成で適
用できる。
【００８２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る二酸
化炭素回収方法およびシステムによれば、従来のアミン
水溶液を用いた場合に比べて、純度の高い二酸化炭素を
大量に得ることができ、さらに、二酸化炭素分離・回収
に余分なエネルギーを用いる必要がなくなるため、二酸
化炭素分離回収システムのエネルギー効率を向上させ、
このシステムを用いたエネルギー発生プラントのエネル
ギー効率を高く維持することができる。
【００８３】また、本発明に係る二酸化炭素回収方法お
よびシステムによれば、吸着材粒子は、二酸化炭素の吸
着温度が約４００℃〜６５０℃、脱着温度が約７００℃
〜８５０℃であるリチウムの複合酸化物等の化合物を含
んでいるため、前記第１の固気分離装置により分離され
た燃焼排ガス、第２の固気分離装置により分離された二
酸化炭素および吸着材が有する熱エネルギーを回収して
発電等に有効利用することができるため、二酸化炭素シ
ステム全体およびこのシステムを用いたエネルギー発生
プラント全体の熱効率およびエネルギー効率をそれぞれ
向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る二酸化炭素回
収システムの概略構成を示すブロック図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る二酸化炭素回
収システムの分離回収部の概略構成を示す斜視図。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る二酸化炭素回
収システムの概略構成を示すブロック図。
【図４】従来の二酸化炭素回収システムの概略構成を示
す図。
【符号の説明】
１ 火力発電プラント ２、２Ａ 二酸化炭素回収システム ３ 含炭素燃料 ４ ボイラ ５、５Ａ、５Ｂ 燃焼排ガス ６Ａ 吸着材粒子 ７ 二酸化炭素 １０ 分離回収部 １１ 第１の熱エネルギー利用部 １２ 第２の熱エネルギー利用部 １３ 第３の熱エネルギー利用部 ２０ 吸着部ライザ ２１ 脱着部ライザ ２２ 燃焼ガス排出用ライン ２３ 排気再燃用燃焼器 ２５ 熱交換器 ２５Ａ 吸着材粒子流動用流路 ２５Ｂ 燃焼排ガス流路 ３０ 第１のサイクロン ３１、３３、３５、３６ 輸送管 ３２ 第２のサイクロン ４０、４５ 熱交換器 ４１、４６ 熱回収部 ５０ 排熱回収ボイラ ５１ 水蒸気 ５２ 蒸気タービン ５３ 発電機 ５４ 復水器 ５５ 給水ポンプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｂ０１Ｊ 20/06 Ｂ０１Ｄ 53/34 １３５Ｚ 20/10 ＺＡＢ (72)発明者 村田 圭治 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中事業所内 (72)発明者 中垣 隆雄 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中事業所内 Ｆターム(参考） 4D002 AA09 BA03 CA09 DA01 DA11 DA70 EA08 FA10 GA01 GB11 HA02 4D020 AA03 BA01 BA06 BA08 BB01 BC01 CA07 CC09 CD02 DA03 DB06 4G046 JA08 JB08 JB21 4G066 AA13B AA23B AA30B CA35 DA02 GA01 GA22 GA32 4G070 AA01 AB06 BB31 CA13 CA26 CB19 CC03 DA14

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 含炭素燃料を燃焼させる燃焼装置で発生
    した燃焼排ガス中の二酸化炭素を前記燃焼排ガスから分
    離して回収する二酸化炭素回収システムにおいて、 燃焼排ガス用の流路およびこの流路内に供給された二酸
    化炭素吸着用の吸着材を有し、前記燃焼排ガス用流路内
    に二酸化炭素吸着温度を有する状態で導入され当該流路
    を流動する前記吸着材および燃焼排ガスを反応させて当
    該燃焼排ガス内の二酸化炭素を前記吸着材に吸着させる
    吸着装置と、前記吸着装置の燃焼排ガス用流路に連通さ
    れており、当該燃焼排ガス用流路を介して流入されてき
    た二酸化炭素が吸着された吸着材および前記燃焼排ガス
    をそれぞれ分離する第１の固気分離装置と、吸着材用の
    流路および燃焼排ガス用の流路を有し、前記第１の固気
    分離装置により分離され当該吸着材用流路に流入されて
    きた吸着材および当該吸着材の二酸化炭素脱着温度以上
    に昇温された状態で前記燃焼ガス用流路に流入されてき
    た燃焼排ガスを熱交換させて前記吸着材を前記二酸化炭
    素脱着温度に昇温させることにより前記吸着した二酸化
    炭素を前記吸着材から脱着させる脱着装置と、この脱着
    装置の吸着材用流路に連通されており、当該吸着材用流
    路を介して流入されてきた二酸化炭素および吸着材をそ
    れぞれ分離する第２の固気分離装置と、分離された吸着
    材を前記吸着装置の燃焼排ガス用流路に供給することに
    より、前記吸着材を前記吸着装置および前記脱着装置間
    で循環的に移動させる吸着材供給装置とを備えたことを
    特徴とする二酸化炭素回収システム。
  2. 【請求項２】 前記脱着装置の吸着材用流路の吸着材流
    動方向上流側端部から二酸化炭素を供給することにより
    前記吸着材を前記第２の固気分離装置へ案内する二酸化
    炭素供給装置を備えたことを特徴とする請求項１記載の
    二酸化炭素回収システム。
  3. 【請求項３】 前記脱着装置の前記燃焼ガス用流路から
    流出された熱交換後の燃焼排ガスは、前記二酸化炭素吸
    着温度を有する状態に冷却されるようになっており、そ
    の熱交換後の燃焼排ガスを、前記吸着材に基づく吸着反
    応用の燃焼排ガスとして前記吸着装置の燃焼排ガス用流
    路に流入させるように構成されたことを特徴とする請求
    項１または２記載の二酸化炭素回収システム。
  4. 【請求項４】 前記燃焼装置および前記脱着装置の燃焼
    排ガス用流路にそれぞれ連通されており、前記燃焼装置
    で発生した燃焼排ガスを、前記吸着材に基づく脱着反応
    用の燃焼排ガスとして当該燃焼排ガス用流路に供給する
    ガス供給ラインを備えたことを特徴とする請求項１乃至
    ３の内の何れか１項記載の二酸化炭素回収システム。
  5. 【請求項５】 前記ガス供給ラインの流路途中に配設さ
    れており、前記含炭素燃料の一部を用いて前記燃焼装置
    から排出された燃焼排ガスを再燃させて前記二酸化炭素
    脱着温度以上に昇温させる再燃焼装置を備え、この再燃
    焼装置により二酸化炭素脱着温度以上に昇温された燃焼
    排ガスを、前記ガス供給ラインを介して前記燃焼排ガス
    用流路に供給するように構成したことを特徴とする請求
    項４記載の二酸化炭素回収システム。
  6. 【請求項６】 前記燃焼装置から前記二酸化炭素脱着温
    度以上に昇温された燃焼排ガスを抽出し、抽出した燃焼
    排ガスを前記ガス供給ラインを介して前記燃焼排ガス用
    流路に供給するように構成したことを特徴とする請求項
    ４記載の二酸化炭素回収システム。
  7. 【請求項７】 前記吸着材の二酸化炭素吸着温度を４０
    ０℃以上６５０℃以下としたことを特徴とする請求項１
    乃至６の内の何れか１項記載の二酸化炭素回収システ
    ム。
  8. 【請求項８】 前記吸着材の二酸化炭素脱着温度を７０
    ０℃以上８５０℃以下としたことを特徴とする請求項１
    乃至７の内の何れか１項記載の二酸化炭素回収システ
    ム。
  9. 【請求項９】 前記吸着材は、二酸化炭素と反応して炭
    酸塩を生成する化合物を含むことを特徴とする請求項１
    乃至８の内の何れか１項記載の二酸化炭素回収システ
    ム。
  10. 【請求項１０】 前記化合物は、リチウムジルコネー
    ト、リチウムシリケート等のリチウムの複合酸化物であ
    ることを特徴とする請求項９記載の二酸化炭素回収シス
    テム。
  11. 【請求項１１】 前記第１の固気分離装置により分離さ
    れた燃焼排ガス、前記第２の固気分離装置により分離さ
    れた二酸化炭素および吸着材の内の少なくとも１つが有
    する熱エネルギーを回収して利用する熱エネルギー利用
    装置を備えたことを特徴とする請求項１乃至１０の内の
    何れか１項記載の二酸化炭素回収システム。
  12. 【請求項１２】 前記熱エネルギー利用装置は、回収し
    た熱エネルギーに基づいて発電エネルギーを発生させる
    エネルギー発生部を備えたことを特徴とする請求項１１
    記載の二酸化炭素回収システム。
  13. 【請求項１３】 含炭素燃料を燃焼させる燃焼装置で発
    生した燃焼排ガス中の二酸化炭素を前記燃焼排ガスから
    分離して回収する二酸化炭素回収方法において、 燃焼排ガス用の流路およびこの流路内に供給された二酸
    化炭素吸着用の吸着材を有する吸着器を用意するステッ
    プと、吸着材用の流路および燃焼ガス用の流路を有する
    脱着器を用意するステップと、用意された吸着器の燃焼
    排ガス用流路内に導入され当該流路を流動する前記吸着
    材および燃焼排ガスを反応させて当該燃焼排ガス内の二
    酸化炭素を前記吸着材に吸着させるステップと、前記二
    酸化炭素が吸着された吸着材および前記燃焼排ガスをそ
    れぞれ分離するステップと、前記分離ステップにより分
    離され、用意された脱着器の吸着材用流路に流入されて
    きた吸着材および当該吸着材の二酸化炭素脱着温度以上
    に昇温された状態で前記脱着器の燃焼ガス用流路に流入
    されてきた燃焼排ガスを熱交換させて前記吸着材を前記
    二酸化炭素脱着温度に昇温させることにより前記吸着し
    た二酸化炭素を前記吸着材から脱着させるステップと、
    前記脱着された二酸化炭素および吸着材をそれぞれ分離
    するステップと、分離された吸着材を前記吸着器の燃焼
    排ガス用流路に供給することにより、前記吸着材を前記
    吸着器および前記脱着器間で循環的に移動させるステッ
    プとを備えたことを特徴とする二酸化炭素回収方法。
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