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JP6057545B2 - 排ガス処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、排ガス中のＣＯ2を回収除去する前処理において、ＣＯ2吸収液の劣化を抑制した排ガス処理装置に関するものである。
地球の温暖化現象の原因の一つとして、例えばボイラからの排ガス中に含まれるＣＯ2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きた。ＣＯ2の発生源としては、化石燃料を燃焼させるあらゆる人間の活動分野に及び、その排出抑制への要求が一層強まる傾向にある。これに伴い、大量の化石燃料を使用する火力発電所などの動力発生設備を対象に、ボイラの排ガスをアミン化合物水溶液などのアミン系吸収液と接触させ、排ガス中のＣＯ2を除去し回収する方法が精力的に研究されている。
このＣＯ2を吸収するＣＯ2吸収液は、アミン化合物であるので、排ガス中のＮＯ2及びＳＯ2起因による起因物質の蓄積による、吸収液の劣化及び寿命が問題となっている。
このため、従来においては、石炭焚きボイラからの排ガス中のＳＯ2濃度の低減及び天然ガス燃焼排ガス中のＮＯ2濃度の低減を図るための提案がある（特許文献１及び特許文献２）。
特開２００５−８７８２８号公報 特開２００５−４０６８３号公報
しかしながら、特許文献１及び２での提案では、硫黄酸化物濃度が１ｐｐｍとなるように高度脱硫することの提案はあるが、ＳＯ2濃度をさらに低減（例えば０．１ｐｐｍ以下）することが近年求められている。
同様に、特許文献２での提案では、二酸化窒素濃度が３ｐｐｍとなるように高度脱硝することの提案はあるが、ＮＯ2濃度をさらに低減（例えば好ましくは、出口０．２ｐｐｍ以下）することが近年求められている。
本発明は、前記問題に鑑み、排ガス中のＣＯ2を回収除去する前処理において、ＣＯ2吸収液の劣化を大幅に抑制することができる排ガス処理装置を提供することを課題とする。
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、ボイラから排出され、窒素酸化物、硫黄酸化物及び二酸化炭素を含有する排ガス中から窒素酸化物を極低濃度まで除去する脱硝装置と、前記脱硝装置のガス流れ後流側に設置され、排ガス中の硫黄酸化物を極低濃度まで除去する脱硫装置と、前記脱硫装置のガス流れ後流側に設置され、排ガス中に残留する極低濃度のＮＯ2及び極低濃度のＳＯ2を、亜硫酸塩を含む吸収液で仕上げ脱硝・脱硫する仕上げ脱硝・脱硫装置と、前記仕上げ脱硝・脱硫装置のガス流れ後流側に設置され、排ガス中の二酸化炭素を除去・回収する二酸化炭素回収装置と、前記仕上げ脱硝・脱硫装置のガス流れ後流側で前記二酸化炭素回収装置の前段側に設置され、前記排ガス中の残留ＳＯ 2 をアルカリにより除去するＳＯ 2 アルカリ除去装置と、を有すると共に、前記二酸化炭素回収装置の入口の前記排ガス中のＳＯ 2 濃度が０．１ｐｐｍ以下であることを特徴とする排ガス処理装置にある。
第２の発明は、第１の発明において、前記仕上脱硝・脱硫装置は、前記吸収液に含まれる亜硫酸濃度を６３ｍｍｏｌ／Ｌとすると共に、前記吸収液のｐＨを５．５〜７．０の範囲とすることを特徴とする排ガス処理装置にある。
第３の発明は、第１の発明において、前記ＳＯ2アルカリ除去装置のガス流れ後流側に設置され、排ガスを冷却するガス冷却装置を有することを特徴とする排ガス処理装置にある。
第４の発明は、第１の発明において、前記仕上げ脱硝・脱硫装置と、そのガス流れ後流側の上方に設置されるＳＯ2アルカリ除去装置とを塔内に一体に配設してなることを特徴とする排ガス処理装置にある。
第５の発明は、第４の発明において、前記ＳＯ2アルカリ除去装置の後流側の上方にガス冷却装置を配設してなることを特徴とする排ガス処理装置にある。
第６の発明は、第１乃至５のいずれか一つの発明において、前記ＳＯ2アルカリ除去装置に酸化剤を導入することを特徴とする排ガス処理装置にある。
第７の発明は、第１乃至６のいずれか一つの発明において、前記ＳＯ2アルカリ除去装置の余剰水を、仕上げ脱硝・脱硫装置に導入することを特徴とする排ガス処理装置にある。
第８の発明は、第１乃至７のいずれか一つの発明において、前記ガス冷却装置の余剰水を、ＳＯ2アルカリ除去装置に導入することを特徴とする排ガス処理装置にある。
本発明の排ガス処理装置によれば、亜硫酸塩を含む吸収液を用いて、排ガス中に残留する極低濃度（例えば１ｐｐｍ以下）のＮＯ2及び極低濃度（例えば５０ｐｐｍ以下）のＳＯ2をさらに除去して、共に０．１ｐｐｍ以下まで仕上げ脱硝・脱硫することができる。これにより、吸収液の劣化阻害物質の蓄積が抑制でき、吸収性能の低下を抑制したり、吸収能力の持続性を維持することができる。
図１は、実施例１に係る排ガス処理装置の概略図である。 図２は、実施例１に係る他の排ガス処理装置の概略図である。 図３は、実施例１に係る他の排ガス処理装置の概略図である。 図４は、実施例２に係る排ガス処理装置の概略図である。 図５は、吸収液中の亜硫酸塩濃度を変化させた場合におけるｐＨとＮＯ2吸収率との関係図である。 図６は、吸収液中の亜硫酸塩濃度を変化させた場合におけるｐＨとＳＯ2平衡吸収率との関係図である。
以下に添付図面を参照して、本発明に係る排ガス処理装置の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
図１は、実施例１に係る排ガス処理装置の概略図である。図２及び３は、実施例１に係る他の排ガス処理装置の概略図である。
図１に示すように、本実施例に係る排ガス処理装置１０Ａは、例えばボイラＢから排出され、窒素酸化物、硫黄酸化物及び二酸化炭素を含有する排ガス１１Ａ中から窒素酸化物を極低濃度まで除去する脱硝装置１２と、脱硝装置１２のガス流れ後流側に設置され、排ガス１１Ｂ中の硫黄酸化物を極低濃度まで除去する脱硫装置１３と、前記脱硫装置１３のガス流れ後流側に設置され、排ガス１１Ｃ中に残留する極低濃度のＮＯ2及び極低濃度のＳＯ2を、亜硫酸塩を含む吸収液で仕上げ脱硝・脱硫する仕上げ脱硝・脱硫装置１４と、前記仕上げ脱硝・脱硫装置１４のガス流れ後流側に設置され、排ガス１１Ｄ中の二酸化炭素を除去・回収する二酸化炭素回収装置１５とを具備するものである。図１中、符号１６は浄化ガス、１７は回収ＣＯ2を図示する。
本実施例では、一般に設置される脱硝装置１２で排ガス１１Ａ中のＮＯ2を極低濃度（例えば１ｐｐｍ以下）まで脱硝している。脱硝装置１２としては、アンモニア脱硝装置を例示することができる。
また、脱硫装置１３では、脱硝後の排ガス１１Ｂ中のＳＯ2濃度を極低濃度（例えば５０ｐｐｍ以下）まで脱硫している。本実施例では、脱硫装置１３としては、湿式石灰・石膏法の脱硫装置を例示することができる。
本発明では、さらに亜硫酸塩を含む吸収液を用いて、排ガス１１Ｃ中のＮＯ2濃度及びＳＯ2濃度を極々低濃度（０．１ｐｐｍ以下）まで仕上げ除去するものである。
特に、ＳＯ2濃度を極々低濃度（０．１ｐｐｍ以下）まで仕上げ除去することにより、二酸化炭素回収装置１５で用いる吸収液の性能劣化を抑制することができる。
また、吸収液の劣化を防止する操作である吸収液のリクレーミング運転（洗浄操作）の頻度を従来よりもその回数を低下させることができる。例えば洗浄操作の頻度を半分程度にできる。ＳＯ2濃度が１ｐｐｍの場合、４０日に一度の洗浄操作が必要であったが、ＳＯ2濃度が０．１ｐｐｍの場合、８０日に一度の洗浄操作で十分となる。
本実施例では、仕上げ脱硝・脱硫装置１４で用いる亜硫酸塩を含む吸収液は、排ガス１１Ｃ中に含有するＳＯ2を用いているので、別途外部から薬剤を供給する必要がない。仕上げ脱硝・脱硫装置中の亜硫酸塩が不足する場合には、脱硫装置の出口ＳＯ2濃度を上げて対応することができる。
図５は、吸収液中の亜硫酸塩濃度を変化させた場合におけるｐＨとＮＯ2吸収率との関係図である。図６は吸収液中の亜硫酸塩濃度を変化させた場合におけるｐＨとＳＯ2平衡吸収率との関係図である。
ここで、基準の亜硫酸濃度は、６３ｍｍｏｌ／Ｌである。これは、図中の基準の亜硫酸塩濃度は入口排ガス量が例えば７００，０００Ｎｍ 3 ／ｈｒの場合、ＳＯ 2 濃度が１４ｐｐｍのとき、仕上げ脱硝・脱硫冷却塔からの排水が５．５ｔ／ｈｒにて吸収されたＳＯ 2 が全く酸化されなかった場合に相当する亜硫酸濃度である。
図５及び図６に示すように、亜流酸塩濃度が高いほうが、ＮＯ2の除去効率は良いものの、ＳＯ2の除去効率は低下する。
よって、排ガス中の残留するＮＯ2及びＳＯ2濃度の極々低濃度化を図るために、ｐＨ及び亜硫酸濃度を設定することとなる。
本実施例では、仕上げ脱硝・脱硫装置１４でのｐＨは、ｐＨ５．５以上、好適には５．５〜７．０の範囲とすることが好ましい。
また、排ガス中のＮＯ2除去に重きをおく場合には、仕上げ脱硝・脱硫装置１４でのＳＯ2の除去を犠牲とし、図２に示す排ガス処理装置１０Ｂのように、仕上げ脱硝・脱硫装置１４の後流側に、ＳＯ2アルカリ除去装置１８を別途設置し、ここで残留するＳＯ2を除去して、目標の０．１ｐｐｍ以下のＳＯ2濃度とするようにしてもよい。
この場合、アルカリ処理剤としては、例えば水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）等を用いることができる。
ここで、ＳＯ2アルカリ除去装置１８内に空気を供給して、空気酸化させることで、亜硫酸塩濃度を低下させ、脱硫性能を向上させるようにしてもよい。
さらに、二酸化炭素回収装置１５側へのアルカリ処理剤の飛沫同伴を防ぐため及び排ガス１１Ｅの冷却を行うために、図３に示す排ガス処理装置１０Ｃのように、ＳＯ2アルカリ除去装置１８の後流側に、ガス冷却装置１９を設置するようにしてもよい。
このように、亜硫酸塩を含む仕上げ脱硝・脱硫装置１４で脱硝及び脱硫を行い、さらに、アルカリ処理剤（ＮａＯＨ）を添加した吸収液による高度脱硫を別々に配置することにより、ＮＯ2除去性能を維持すると共に、ＳＯ2除去性能の低下を防止でき、二酸化炭素回収装置１５に導入する排ガス１１Ｆ中のＮＯ2及びＳＯ2の濃度を０．１ｐｐｍ以下とすることができ、ＮＯ2及びＳＯ2起因物質のＣＯ2吸収液への蓄積を抑制することができる。
本発明による実施例に係る排ガス処理装置について、図面を参照して説明する。図４は、実施例２に係る排ガス処理装置の概略図である。なお、実施例２と同一構成部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
本実施例に係る排ガス処理装置１０Ｃは、前記仕上げ脱硝・脱硫装置１４と、そのガス流れ後流側の上方に設置されるＳＯ2アルカリ除去装置１８と、ＳＯ2アルカリ除去装置１８の後流側の上方にガス冷却装置１９とを仕上脱硝・脱硫冷却塔２０内に一体に配設している。
図４に示すように、仕上脱硝・脱硫冷却塔２０は、塔の底部から順に、ＳＯ2・ＮＯ2吸収部２１、ＳＯ2アルカリ除去部３１、冷却水洗部４１を備えている。
仕上脱硝・脱硫冷却塔２０の底部側のＳＯ2・ＮＯ2吸収部２１には、底部に脱硫処理後の排ガス１１Ｃを導入するガス導入ラインＬ11が設けられ、塔頂上部から高度脱硝・脱硫冷却処理後の排ガス１１Ｆを二酸化炭素回収装置１５に送るガス排出ラインＬ12が接続されている。
ＳＯ2・ＮＯ2吸収部２１は、導入された排ガス１１Ｃを底部から上方に導入する際に、循環ラインＬ1により循環する亜硫酸塩を含む吸収液２３と接触させて、脱硝・脱硫を行っている。循環ラインＬ1には、循環ポンプＰ1と冷却用の熱交換器２２とが介装されている。
ＳＯ2・ＮＯ2吸収部２１で、脱硝・脱硫がなされた排ガス１１Ｄは、ＳＯ2アルカリ除去部３１に導入され、導入された排ガス１１Ｄを上方に導入する際に、循環ラインＬ2により循環するアルカリ吸収液３２と接触させて、脱硫を行っている。循環ラインＬ2には、循環ポンプＰ2が介装されている。アルカリ剤（ＮａＯＨ）は、ＮａＯＨ供給部３３から供給されている。また、必要に応じて空気３４を供給して脱硫能力を向上させるようにしてもよい。
なお、このアルカリ吸収液３２はその一部が分岐ラインＬ4によりＳＯ2・ＮＯ2吸収部２１へ導入して、亜硫酸塩を含む吸収液２３にアルカリ剤を供給して、脱硝性能を向上させるようにしている。
ＳＯ2アルカリ除去部３１で、更に脱硫がなされた排ガス１１Ｅは、冷却水洗部４１に導入され、導入された排ガス１１Ｅを上方に導入する際に、循環ラインＬ3により循環する冷却水４３と接触させて、冷却及び洗浄を行っている。循環ラインＬ3には、循環ポンプＰ3と冷却用の熱交換器４２とが介装されている。
なお、この冷却水４３の余剰水４３ａを余剰水供給ラインＬ5を介して、ＳＯ2アルカリ除去部３１に供給することで、液中の亜硫酸塩が希釈されるので、脱硫性能が向上する。
さらに、一部の余剰水は、排水処理ラインＬ13に排水ラインＬ6を介して排出している。
排水処理ラインＬ13には、公知の酸化槽５１が介装され、ここで、酸化処理を促進させている。なお、排水５２は、例えば石灰石膏法の処理水等に適用することができる。
また、仕上脱硝・脱硫冷却塔２０内の出口側には、ガス冷却部デミスタを設置して、ガスに同伴するミストの飛沫同伴を防ぐようにしてもよい。
このような構成によれば、ボイラＢから排出される排ガス１１Ａ中のＮＯ2濃度が６〜１５ｐｐｍ程度、ＳＯ2濃度は３００〜１，０００ｐｐｍ程度の場合、脱硝装置及び脱硫装置を通過することで、排ガス１１Ｃ中のＮＯ2濃度が０．５〜２ｐｐｍ程度、ＳＯ2濃度は１５〜５０ｐｐｍ程度となる。
そして、この脱硝及び脱硫処理後の排ガス１１Ｃをガス導入ラインＬ11からＳＯ2・ＮＯ2吸収部２１内に導入する。排ガス１１Ｃは、循環している亜硫酸塩を含む吸収液２３と接触することにより、ガス中のＮＯ2、ＳＯ2は高度に除去され、ガス中のＮＯ2濃度は０．１ｐｐｍ以下、ＳＯ2濃度は１．０ｐｐｍ以下となる。
次いで、ＳＯ2・ＮＯ2吸収処理後の排ガス１１Ｄをその上方側のＳＯ2アルカリ除去部３１内に導入する。排ガス１１Ｄは、循環しているアルカリ吸収液３２と接触することにより、ガス中のＳＯ2は高度に除去され、ガス中のＮＯ2濃度は０．１ｐｐｍ以下、ＳＯ2濃度は０．１ｐｐｍ以下となる。
次いで、ＳＯ2アルカリ除去処理後の排ガス１１Ｅをその上方側の冷却水洗部４１内に導入する。排ガス１１Ｅは、循環している冷却水４３と接触することにより、ガス中に同伴するアルカリ吸収液が除去されると共に、ガスを冷却している。このガス１１Ｆ中のＮＯ2濃度は０．１ｐｐｍ以下、ＳＯ2濃度は０．１ｐｐｍ以下となる。
[試験例]
以下、試験例により、本発明の効果を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（試験例１）
図１に示す排ガス処理装置１０Ａのように、脱硫装置１３と二酸化炭素回収装置１５との間に、仕上げ脱硝・脱硫装置１４を設けた場合における、二酸化炭素回収装置１５の吸収液へのＳＯ2蓄積量比、ＮＯ2蓄積量比を測定した。また、二酸化炭素回収装置１５から排出される浄化ガス１６に同伴するアミン量比を求めた。
（試験例２）
図２に示す排ガス処理装置１０Ｂのように、脱硫装置１３と二酸化炭素回収装置１５との間に、仕上げ脱硝・脱硫装置１４及びＳＯ2アルカリ除去装置１８を設けた場合における、二酸化炭素回収装置１５の吸収液へのＳＯ2蓄積量比、ＮＯ2蓄積量比を測定した。また、二酸化炭素回収装置１５から排出される浄化ガス１６に同伴するアミン量比を求めた。
（比較例１）
従来の排ガス処理装置のように、仕上げ脱硝・脱硫装置１４及びＳＯ2アルカリ除去装置１８を設けず、脱硫装置１３の後流側に二酸化炭素回収装置１５を直接設置した場合における、二酸化炭素回収装置１５の吸収液へのＳＯ2蓄積量比、ＮＯ2蓄積量比を測定した。また、二酸化炭素回収装置１５から排出される浄化ガス１６に同伴するアミン量比を求めた。
これらの結果を表１に示す。
Figure 0006057545
表１に示すように、試験例１では、仕上げ脱硝・脱硫装置１４を設けた場合、ガス中のＮＯ2、ＳＯ2は高度に除去され、ガス中のＮＯ2濃度は０．１ｐｐｍ以下、ＳＯ2濃度は１．０ｐｐｍ以下であった。
このときの二酸化炭素回収装置１５の吸収液へのＳＯ2蓄積量比は１であった。また二酸化炭素回収装置１５の吸収液へのＮＯ2蓄積量比は０．１であった。また、二酸化炭素回収装置１５から排出される浄化ガス１６に同伴するアミン量比は、０．３であった。
また、試験例２では、仕上げ脱硝・脱硫装置１４及びＳＯ2アルカリ除去装置１８を設けた場合、ガス中のＮＯ2、ＳＯ2は更に高度に除去され、ガス中のＮＯ2濃度は０．１ｐｐｍ以下、ＳＯ2濃度は０．１ｐｐｍ以下であった。
このときの二酸化炭素回収装置１５の吸収液へのＳＯ2蓄積量比は０．１であった。また二酸化炭素回収装置１５の吸収液へのＮＯ2蓄積量比は０．１であった。また、二酸化炭素回収装置１５から排出される浄化ガス１６に同伴するアミン量比は、０．３であった。
試験例２では、試験例１において、さらにＳＯ2アルカリ除去装置１８を設けているので、ＳＯ2濃度が試験例１の１／１０（０．１ｐｐｍ以下）であり、二酸化炭素回収装置１５の吸収液へのＳＯ2蓄積量比も試験例１の１／１０（０．１ｐｐｍ以下）であった。
１０Ａ〜１０Ｃ 排ガス処理装置
１１ 排ガス
１２ 脱硝装置
１３ 脱硫装置
１４ 仕上げ脱硝・脱硫装置
１５ 二酸化炭素回収装置

Claims (8)

  1. ボイラから排出され、窒素酸化物、硫黄酸化物及び二酸化炭素を含有する排ガス中から窒素酸化物を極低濃度まで除去する脱硝装置と、
    前記脱硝装置のガス流れ後流側に設置され、排ガス中の硫黄酸化物を極低濃度まで除去する脱硫装置と、
    前記脱硫装置のガス流れ後流側に設置され、排ガス中に残留する極低濃度のＮＯ2及び極低濃度のＳＯ2を、亜硫酸塩を含む吸収液で仕上げ脱硝・脱硫する仕上げ脱硝・脱硫装置と、
    前記仕上げ脱硝・脱硫装置のガス流れ後流側に設置され、排ガス中の二酸化炭素を除去・回収する二酸化炭素回収装置と、
    前記仕上げ脱硝・脱硫装置のガス流れ後流側で前記二酸化炭素回収装置の前段側に設置され、前記排ガス中の残留ＳＯ 2 をアルカリにより除去するＳＯ 2 アルカリ除去装置と、を有すると共に、
    前記二酸化炭素回収装置の入口の前記排ガス中のＳＯ 2 濃度が０．１ｐｐｍ以下であることを特徴とする排ガス処理装置。
  2. 請求項１において、
    前記仕上脱硝・脱硫装置は、前記吸収液に含まれる亜硫酸濃度を６３ｍｍｏｌ／Ｌとすると共に、前記吸収液のｐＨを５．５〜７．０の範囲とすることを特徴とする排ガス処理装置。
  3. 請求項１において、
    前記ＳＯ2アルカリ除去装置のガス流れ後流側に設置され、排ガスを冷却するガス冷却装置を有することを特徴とする排ガス処理装置。
  4. 請求項１において、
    前記仕上げ脱硝・脱硫装置と、そのガス流れ後流側の上方に設置されるＳＯ2アルカリ除去装置とを塔内に一体に配設してなることを特徴とする排ガス処理装置。
  5. 請求項４において、
    前記ＳＯ2アルカリ除去装置の後流側の上方にガス冷却装置を配設してなることを特徴とする排ガス処理装置。
  6. 請求項１乃至５のいずれか一つにおいて、
    前記ＳＯ2アルカリ除去装置に酸化剤を導入することを特徴とする排ガス処理装置。
  7. 請求項１乃至６のいずれか一つにおいて、
    前記ＳＯ2アルカリ除去装置の余剰水を、前記仕上げ脱硝・脱硫装置に導入することを特徴とする排ガス処理装置。
  8. 請求項１乃至７のいずれか一つにおいて、
    前記ガス冷却装置の余剰水を、前記ＳＯ2アルカリ除去装置に導入することを特徴とする排ガス処理装置。
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