二酸化炭素の回収方法及び回収装置
【課題】吸収液の熱交換においてガス発生を抑制し、再生工程へ投入する吸収液を高い温度で安定的に供給可能な二酸化炭素の回収方法及び回収装置を提供する。
【解決手段】二酸化炭素の回収装置は、二酸化炭素を含有するガスを吸収液に接触させて吸収液に二酸化炭素を吸収させる吸収塔と、吸収塔で二酸化炭素を吸収した吸収液を加熱して二酸化炭素を吸収液から放出させて吸収液を再生する再生塔と、吸収塔から再生塔へ供給される吸収液と再生塔から吸収塔へ還流される吸収液との間で熱交換する熱交換器と、吸収塔から再生塔へ供給される吸収液が加圧状態で熱交換器に供給されるように吸収液を加圧する加圧手段とを有する。吸収液は、１５０ｋＰａＧ以上の加圧状態で熱交換され、熱交換工程から再生工程へ供給される吸収液温度と、再生工程から熱交換工程へ供給される吸収液温度との差が１０℃未満に設定される。
【解決手段】二酸化炭素の回収装置は、二酸化炭素を含有するガスを吸収液に接触させて吸収液に二酸化炭素を吸収させる吸収塔と、吸収塔で二酸化炭素を吸収した吸収液を加熱して二酸化炭素を吸収液から放出させて吸収液を再生する再生塔と、吸収塔から再生塔へ供給される吸収液と再生塔から吸収塔へ還流される吸収液との間で熱交換する熱交換器と、吸収塔から再生塔へ供給される吸収液が加圧状態で熱交換器に供給されるように吸収液を加圧する加圧手段とを有する。吸収液は、１５０ｋＰａＧ以上の加圧状態で熱交換され、熱交換工程から再生工程へ供給される吸収液温度と、再生工程から熱交換工程へ供給される吸収液温度との差が１０℃未満に設定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼ガスなどの二酸化炭素を含むガスから二酸化炭素を分離回収し、清浄なガスを大気に還元するための二酸化炭素の回収方法及び回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電所や製鉄所、ボイラーなどの設備では、石炭、重油、超重質油などの燃料を多量に使用しており、燃料の燃焼によって排出される硫黄酸化物、窒素酸化物及び二酸化炭素は、大気汚染防止や地球環境保全の見地から放出に関する量的及び濃度的制限が必要とされている。近年、二酸化炭素は地球温暖化の主原因として問題視され、世界的にも排出を抑制する動きが活発化している。このため、燃焼排ガスやプロセス排ガスの二酸化炭素を大気中に放出せずに回収・貯蔵を可能とするために、様々な研究が精力的に進められ、二酸化炭素の回収方法として、例えば、ＰＳＡ（圧力スウィング）法、膜分離濃縮法や、塩基性化合物による反応吸収を利用する化学吸収法などが知られている。
【０００３】
化学吸収法においては、主にアルカノールアミン系の塩基性化合物を吸収剤として用い、その処理プロセスでは、概して、吸収剤を含む水性液を吸収液として、ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させる吸収工程と、吸収された二酸化炭素を吸収液から放出させて吸収液を再生する再生工程とを交互に繰り返すように吸収液を循環させる（例えば、下記特許文献１参照）。再生工程においては、二酸化炭素を放出させるための加熱が必要であり、二酸化炭素回収の操業費用を削減するには、再生のために加熱／冷却に要するエネルギーを低減することが重要となる。
【０００４】
特許文献１に示されるように、再生工程において二酸化炭素を放出した高温の吸収液（リーン液）を、吸収工程において二酸化炭素を吸収した吸収液（リッチ液）と熱交換することによって、熱エネルギーを回収して再生工程で再利用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２１４０８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
吸収液間の熱交換において、熱交換後のリッチ液と熱交換前のリーン液との温度差が少ない程、熱回収効率が良く、再生に要するエネルギーを低減することができる。しかし、熱交換率の高い構造の熱交換器を用いて、リッチ液を可能な限り高い温度で再生工程に供給しようとすると、吸収液中の二酸化炭素のガス圧が上昇して熱交換器内において二酸化炭素の起泡が起こり、ガス発生による伝熱効率を低下させたり、気化による温度低下を引き起こし易い。
【０００７】
本発明の課題は、上述の問題を解決し、二酸化炭素の回収に用いる吸収液の熱交換においてガス発生を抑制し、再生工程へ投入する吸収液をより高い温度で安定的に供給可能な、エネルギー効率が向上する二酸化炭素の回収方法及び回収装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、吸収液の熱交換工程から再生工程における圧力を効果的に調整することを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
本発明の一態様によれば、二酸化炭素の回収装置は、二酸化炭素を含有するガスを吸収液に接触させて前記吸収液に二酸化炭素を吸収させる吸収塔と、前記吸収塔で二酸化炭素を吸収した前記吸収液を加熱して二酸化炭素を前記吸収液から放出させて吸収液を再生する再生塔と、前記吸収塔から前記再生塔へ供給される吸収液と前記再生塔から前記吸収塔へ還流される吸収液との間で熱交換する熱交換器と、前記吸収塔から前記再生塔へ供給される吸収液が加圧状態で前記熱交換器に供給されるように前記吸収液を加圧する加圧手段とを有することを要旨とする。
【００１０】
又、本発明の一態様によれば、二酸化炭素の回収方法は、二酸化炭素を含有するガスを吸収液に接触させて前記吸収液に二酸化炭素を吸収させる吸収工程と、前記吸収工程で二酸化炭素を吸収した前記吸収液を加熱して二酸化炭素を前記吸収液から放出させて吸収液を再生する再生工程と、前記吸収工程から前記再生工程へ供給される吸収液と、前記再生工程から前記吸収工程へ還流される吸収液との間で熱交換する熱交換工程とを有し、前記熱交換工程において、前記吸収工程から前記再生工程へ供給される吸収液は、加圧状態で熱交換されることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ガスに含まれる二酸化炭素を回収するプロセスにおいて、吸収液の熱交換における起泡及びガス発生を抑制して、効率よく熱交換することによってより高い温度で再生工程へ吸収液を投入できるので、吸収液の再生に要するエネルギーを低減でき、運転コストの軽減に有効な二酸化炭素の回収方法及び回収装置が提供される。特殊な装備や高価な装置を必要とせず、一般的な設備を利用して簡易に実施できるので、経済的に有利である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】吸収液に加えられる圧力とガスの発生割合との関係を示すグラフ。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る二酸化炭素の回収装置を示す概略構成図。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る二酸化炭素の回収装置を示す概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
化学吸収法による二酸化炭素の吸収プロセスにおいては、ガスに含まれる二酸化炭素を低温の吸収液に吸収させる吸収工程と、吸収された二酸化炭素を吸収液から放出させて吸収液を再生する高温の再生工程との間で吸収液を循環させて、吸収工程と再生工程とを交互に繰り返す。再生工程において二酸化炭素を放出して再生した高温の吸収液（リーン液）を、吸収工程で二酸化炭素を吸収した吸収液（リッチ液）と熱交換することによって、熱エネルギーが回収され、加熱されたリーン液が再生工程に供給される。エネルギー効率の観点から、熱交換器におけるリーン液の入口温度とリッチ液の出口温度との温度差が少ないことが望ましく、この差は従来においては１０℃前後と言われている。この温度差は、熱交換器における効率を高めることによって縮小可能であるが、リッチ液の温度上昇に伴って二酸化炭素が起泡して伝熱の障害となり、温度差の縮小の妨げとなる。
【００１４】
本発明においては、上記の点を考慮して、リッチ液を加圧状態で熱交換器に投入して、リッチ液の温度上昇時における起泡を抑制する。これにより、熱交換器におけるリーン液の温度上昇が容易になり、熱交換器の効率向上によってリーン液の入口温度とリッチ液の出口温度との温度差を１０℃未満に縮小することができる。リッチ液に加えられた圧力は、再生工程に投入する際に開放することによって、二酸化炭素が効率的に放出され、熱交換器でリッチ液に与えられる熱エネルギーは効率的に再生工程に供給される。
【００１５】
二酸化炭素を吸収した吸収液は、温度上昇に伴って二酸化炭素を放出し始めるが、吸収液における二酸化炭素の吸収性能及び放出性能は、吸収液に含まれる吸収剤の種類や組成割合によって異なるので、リッチ液の熱交換器出口温度におけるガスの発生を調べるために、２種の吸収液を用いて加熱時の吸収液から発生する二酸化炭素ガスを測定すると、図１に示すようなグラフが得られる。この測定は、吸収液として３０wt％ＭＥＡ（モノエタノールアミン）水溶液又はＰＺ／ＭＤＥＡ水溶液（ピペラジン／Ｎ−メチルジエタノールアミン）を用いて、二酸化炭素を５０〜１００［ｇ／Ｌ］の割合で吸収させた吸収液を１００〜１１５℃に加熱した時に発生する二酸化炭素ガスの割合［mol％］を、吸収液に加える圧力を変化させて調べたものであり、ＭＥＡ水溶液は、一般的に使用される吸収液であり、ＰＺ／ＭＤＥＡ水溶液は、放散性がよい吸収液の１つである。何れの吸収液においても、常圧においてはガスが発生するが、加圧によってガスの発生を抑制可能である。再生工程における吸収液は、概して沸点近辺に加熱され、上記２種の吸収液における沸点は１００℃程度（常圧）〜１３０℃程度（１００ｋＰａＧ）となるので、吸収液に加える圧力を１５０ｋＰａＧ以上、好ましくは２００ｋＰａＧ以上、より好ましくは２５０ｋＰａＧ以上に設定すると、熱交換器でのガス発生を抑制することができ、熱交換器におけるリッチ液の出口温度をリーン液の入口温度（再生温度）に近づける上で有効である。
【００１６】
又、加圧状態で熱交換を行ったリッチ液を再生塔に投入した時に、再生塔から排出される水蒸気及び二酸化炭素を含んだガスの温度について調べると、常圧で熱交換した場合に比べて低くなることが判明した。具体的には、ＰＺ／ＭＤＥＡ水溶液を吸収液として用いて、二酸化炭素を吸収させた吸収液を５０℃に加熱して再生塔に投入する場合の再生塔からの排出ガスの温度は、加熱時の圧力が常圧の場合に９１．３℃であるのに対し、２００ｋＰａＧ以上の圧力下で加熱した場合には８８．１℃に低下する。このような温度低下は、熱交換器における加熱状態で再生反応が進行し、再生塔への投入時に気化潜熱として消費可能なエネルギーの割合が増加するためと考えられ、再生塔から排出されるガスの凝縮が容易になる点で有利である。
【００１７】
以下に、上述の構成を用いた本発明の二酸化炭素の回収方法及び回収装置について、図面を参照して詳細に説明する。尚、図において破線で記載する接続は電気的接続を示す。
【００１８】
図２は、本発明の二酸化炭素の回収方法及びそれを実施する回収装置の一実施形態を示す。回収装置１は、二酸化炭素を含有するガスＧを吸収液に接触させて二酸化炭素を吸収液に吸収させる吸収塔１０と、二酸化炭素を吸収した吸収液を加熱して二酸化炭素を吸収液から放出させ、吸収液を再生する再生塔２０とを有する。更に、吸収塔１０に供給されるガスＧを二酸化炭素の吸収に適した低温に維持し易いように冷却塔３０が設けられているので、燃焼排ガスやプロセス排ガスなどの様々なガスの取扱いが可能であり、回収装置１に供給されるガスＧについて特に制限はない。吸収塔１０、再生塔２０及び冷却塔３０は、各々、向流型気液接触装置として構成され、接触面積を大きくするための充填材１１，２１，３１を各々内部に保持している。充填材１１，２１，３１は、概して、ステンレス鋼、炭素鋼等の鉄系金属材料製のものが用いられるが、特に限定されず、処理温度における耐久性及び耐腐食性を有する素材で、所望の接触面積を提供し得る形状のものを適宜選択するとよい。吸収液として、アルカノールアミン類等の二酸化炭素に親和性を有する化合物を吸収剤として含有する水性液が用いられる。
【００１９】
冷却塔３０底部から供給されるガスＧは、塔内に保持される充填材３１を通過し、冷却塔３０の上部から供給される冷却水によって冷却された後に、吸収塔１０に供給される。これにより、冷却温度において飽和湿度以下のガスＧが吸収塔１０に供給され、ガスＧに起因する吸収塔１０の温度上昇が防止される。ガスＧを冷却して温度上昇した冷却水は、ポンプ３２によって水冷式冷却器３３に送られ、冷却された後に冷却塔３０に還流される。吸収塔１０底部に接続される送気管１８に温度センサーを設けて、検出温度に応じてポンプ３２の駆動を制御するように構成すると、ガスＧの温度が高い時に、冷却水の流量増加によって熱交換率を上昇させてガスＧの温度を低下させることができる。
【００２０】
冷却塔３０を通過した二酸化炭素を含んだガスＧは、吸収塔１０の下部から供給される。一方、吸収液は、吸収塔１０の上部から供給され、ガスＧ及び吸収液が充填材１１を通過する間に気液接触してガスＧ中の二酸化炭素が吸収液に吸収される。二酸化炭素を吸収した吸収液（リッチ液）Ａ１は、吸収塔１０底部に貯溜され、ポンプ１２によって、吸収塔１０底部と再生塔２０上部とを接続する供給路１６を通じて再生塔２０へ供給される。二酸化炭素が除去されたガスＧ’は、吸収塔１０頂部から排出される。
【００２１】
吸収液が二酸化炭素を吸収することによって発熱して液温が上昇するので、必要に応じて、ガスＧ’に含まれ得る水蒸気等を凝縮するための冷却凝縮部１３が吸収塔１０頂部に設けられ、これにより、水蒸気等が塔外へ漏出するのをある程度抑制できる。これを更に確実にするために、吸収塔外に付設される冷却器１４及びポンプ１５を有し、冷却凝縮部１３下に貯留される凝縮水の一部（塔内のガスＧ’を含んでも良い）は、ポンプ１５によって冷却器１４との間で循環させる。冷却器１４で冷却されて塔頂部に供給される凝縮水等は冷却凝縮部１３を低温に維持し、冷却凝縮部１３を通過するガスＧ’を確実に冷却する。冷却凝縮部１３で凝縮する水は充填材１１に流下し、塔内の吸収液の組成変動が補整される。塔外へ排出されるガスＧ’の温度は６０℃程度以下が好ましく、より好ましくは４５℃以下となるようにポンプ１５の駆動が制御される。
【００２２】
吸収塔１０の吸収液Ａ１は、供給路１６から再生塔２０の上部に供給され、充填材２１上を流下して底部に貯溜される。再生塔２０の底部には、リボイラーが付設される。即ち、吸収液を加熱するために再生塔２０外に付設されるスチームヒーター２２と、吸収液をスチームヒーター２２を介して循環させる循環路２２’とが付設され、塔底部の吸収液Ａ２の一部が循環路２２’を通してスチームヒーター２２に分岐され、高温蒸気との熱交換によって加熱された後に塔内へ還流される。この加熱によって、底部の吸収液から二酸化炭素が放出され、又、充填材２１も間接的に加熱されて充填材２１上での気液接触による二酸化炭素の放出が促進される。
【００２３】
再生塔２０で二酸化炭素を放出して再生された吸収液（リーン液）Ａ２は、還流路１７を通じてポンプ２３によって吸収塔１０に還流される。供給路１６及び還流路１７は、熱交換器２４中での接触によりこれらの間で熱伝達が起こって、吸収塔１０から再生塔２０に供給される供給路１６の吸収液Ａ１は加熱され、吸収液Ａ２は冷却される。還流路１７の吸収液Ａ２は、更に、冷却水を用いた冷却器２５によって、二酸化炭素の吸収に適した温度まで充分に冷却される。熱交換器には、スパイラル式、プレート式、二重管式、多重円筒式、多重円管式、渦巻管式、渦巻板式、タンクコイル式、タンクジャケット式、直接接触液液式等、様々な種類があり、本発明における熱交換器２４として何れのタイプを使用しても良いが、装置の簡素化及び清掃分解の容易さの点ではプレート式が優れている。
【００２４】
再生塔２０における加熱で放出される二酸化炭素を含むガスは、回収ガスＣとして再生塔２０上部の凝縮部２６を通って頂部から排出される。凝縮部２６は、ガスに含まれる水蒸気を凝縮させて過度の放出を抑制し、また、吸収剤の放出も抑制する。回収ガスＣは、再生塔２０の頂部から排気管３４を通って冷却水を用いた冷却器２７によって充分に冷却し、含まれる水蒸気等を可能な限り凝縮して、気液分離器２８によって凝縮水を除去した後に回収される。回収ガスＣに含まれる二酸化炭素は、例えば、地中又は油田中に注入することによって、地中での炭酸ガス固定及び再有機化が可能である。気液分離器２８において分離された凝縮水は、ポンプ３６によって所定流量で流路３５から再生塔２０の凝縮部２６上へ供給され、冷却水として機能する。
【００２５】
供給路１６において、熱交換器２４を流れる吸収液Ａ１をポンプ１２の駆動力を利用して加圧するために、供給路１６における熱交換器２４と再生塔２０との間に背圧弁４１が設けられる。この実施形態では、背圧弁４１は、供給１６の再生塔側出口付近、つまり、投入口付近に配置され、吸収液Ａ１に加えられた圧力及び温度は、再生塔２０への投入直前まで維持され、再生塔２０へ投入されると共に加圧状態から解放されて減圧され、再生塔２０内の圧力と等しくなる。また、余剰の圧力を逃すために、供給路１６から分岐する退避路４２及び流量調節弁４３が熱交換器２４の上流側に設けられる。流量調節弁４３は、供給路１６の液圧を検出する圧力センサー４４と電気的に接続され、その検出圧力に応じて流量調節弁４３の開度を調整することによって、供給路１６から退避路４２へ退避する吸収液の流量が変化して熱交換器２４における吸収液Ａ１の圧力が所定値に維持されるように調節される。つまり、ポンプ１２の駆動力の制御を必要とせずに熱交換器２４を流れる吸収液Ａ１の圧力を調節することができる。退避路４２の吸収液Ａ１は、吸収塔１０の底部に還流する。尚、供給路１６を流れる吸収液Ａ１の流量は、流量調節弁４５によって還流路１７における吸収液Ａ２の流量と等しくなるように調節されれる。この実施形態において、流量調節弁４５は熱交換器２４の入口側、つまり、ポンプ１２と熱交換器２４との間に配置されるが、この位置は、熱交換器２４の出口側、つまり、熱交換器２４と背圧弁４１との間に変更しても良い。
【００２６】
上記の実施形態では、吸収液の加圧に要する駆動力より高めの駆動力を発揮するポンプ１２を使用して余剰の圧力を退避路４２から逃すように構成されるので、ポンプ１２の駆動力の変動による影響を排除することができる。ポンプ１２として、駆動力の調節機能を有するものを使用すれば、退避路５２及び流量調節弁４３を設けずに、圧力センサー４４の検出値に応じて直接ポンプ１２の駆動力を制御することによって熱交換器２４を流れる吸収液Ａ１の圧力を調節することができる。
【００２７】
図２の回収装置１において実施される回収方法について説明する。
【００２８】
吸収塔１０において、燃焼排ガスやプロセス排ガスなどの二酸化炭素を含有するガスＧを底部から供給し、吸収液を上部から供給すると、充填材１１上でガスＧと吸収液とが気液接触し、吸収液に二酸化炭素が吸収される。二酸化炭素は、低温において良好に吸収されるので、概して５０℃程度以下、好ましくは４０℃以下となるように吸収液の液温又は吸収塔１０（特に充填材１１）の温度を調整する。吸収液は二酸化炭素の吸収によって発熱するので、これによる液温上昇を考慮し、液温が６０℃を超えないように配慮することが望ましい。吸収塔１０に供給されるガスＧについても、上述を勘案して、冷却塔３０によって適正な温度に調整する。吸収液として、二酸化炭素に親和性を有する化合物を吸収剤として含有する水性液が用いられる。吸収剤としては、アルカノールアミン類やアルコール性水酸基を有するヒンダードアミン類などが挙げられ、具体的には、アルカノールアミンとして、例えば、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、ジグリコールアミン等を例示することができ、アルコール性水酸基を有するヒンダードアミンとしては、２−アミノ−２−メチル−１−プロパノール（ＡＭＰ）、２−（エチルアミノ）エタノール（ＥＡＥ）、２−（メチルアミノ）エタノール（ＭＡＥ）等を例示できる。通常、モノエタノールアミン（ＭＥＡ）の使用が好まれ、上記のような化合物の複数種を混合使用しても良い。吸収液の吸収剤濃度は、処理対象とするガスに含まれる二酸化炭素量や処理速度等に応じて適宜設定することができ、吸収液の流動性や消耗損失抑制などの点を考慮すると、概して、１０〜５０質量％程度の濃度が適用され、例えば、二酸化炭素含有量２０％程度のガスＧの処理に対して、濃度３０質量％程度の吸収液が好適に使用される。ガスＧ及び吸収液の供給速度は、ガスに含まれる二酸化炭素量及び気液接触効率等に応じて、吸収が充分に進行するように適宜設定される。
【００２９】
二酸化炭素を吸収した吸収液Ａ１は、供給路１６を通じてポンプ１２の駆動力によって再生塔２０に供給されるが、この間に、熱交換器２４を流れる吸収液Ａ１の圧力は背圧弁４１によって増加し、１５０ｋＰａＧ以上、好ましくは２００ｋＰａＧ以上、より好ましくは２５０ｋＰａＧ以上の一定圧に調節される。熱交換器２４を流れる吸収液Ａ１の圧力は、再生塔２０における再生条件を勘案して再生塔２０内の圧力より高く設定される。但し、器機等の耐圧性を考慮して、９００ｋＰａＧ程度以下に設定するとよい。熱交換器２４において、吸収液Ａ１は、再生塔２０から還流する吸収液Ａ２と熱交換される。吸収液Ａ１が加圧されるので、熱交換器２４における吸収液Ａ１の出口温度と吸収液Ａ２の入口温度との差は１０℃未満となるように構成可能であり、吸収液Ａ１は、再生塔２０での加熱温度に近い温度に昇温される。再生塔２０における吸収液Ａ２の加熱温度は、使用する吸収液組成や再生条件によって異なるが、概して１００〜１３０℃程度に設定され、これに基づけば、熱交換において吸収液Ａ１の熱交換器出口温度は９５〜１２５℃程度に上昇させる。この時の吸収液Ａ１は、昇温によって二酸化炭素を放出し易い状態となるが、加圧によってガスの発生は抑制される。
【００３０】
沸点近辺の高温度で再生塔２０に供給される吸収液Ａ１は、背圧弁４１を境として圧力が解放され、二酸化炭素を急速に放出しながら充填材２１上へ流下する。更に、充填材２１上での気液接触によって二酸化炭素の放出が促進されると共に、再生塔２０底部での加熱によって更に昇温及び二酸化炭素の放出が進行する。底部に貯留される吸収液Ａ２は、部分循環加熱によって沸点付近に加熱され、吸収液の沸点は組成（吸収剤濃度）及び再生塔２０内の圧力に依存する。この際、吸収液から失う水の気化潜熱及び吸収液の顕熱の供給が必要であり、加圧によって気化を抑制すると、沸点上昇により顕熱が増加するので、これらのバランスを考慮して、再生塔２０内を１００ｋＰａＧ程度に加圧し、吸収液は１２０〜１３０℃に加熱する条件設定を用いるとエネルギー効率上有効である。再生塔２０内の加圧は、排気管３４の出口に設けられる圧力調節弁２９の制御によって調整可能である。
【００３１】
再生塔２０の上部の温度は、投入される吸収液Ａ１の温度に近くなるため、凝縮部２６を通過した回収ガスを冷却器２７において冷却水により十分に冷却する。回収ガスＣから凝縮する水分及び吸収剤は気液分離器２８において回収ガスＣから分離され、凝縮部２６に供給することによって凝縮部２６を冷却すると共に、再生塔２０における吸収液の濃度上昇及び吸収剤の気化放散を抑制する。
【００３２】
このようにして、吸収液は吸収塔１０と再生塔２０との間で循環して、吸収工程と再生工程とが交互に繰り返され、加圧によって熱交換における加熱温度が上昇したリッチ液の投入によって、再生塔におけるエネルギー効率が向上する。
【００３３】
尚、図２の回収装置では、再生塔２０の排気管３４に圧力調節弁２９が設けられ、必要に応じて再生塔２０内を加圧して圧力を調節可能なように構成されているが、大気圧に設定する場合には省略して良い。又、吸収塔１０内のガス圧力は大気圧に設定されているが、再生塔２０と同様にして圧力調節弁を用いて圧力を調節可能に構成してもよく、吸収液１０の二酸化炭素回収率を上げる必要がある場合には、常圧を超える１２０ｋＰａＧ程度以下、好ましくは１０〜１００ｋＰａＧ程度の圧力範囲に調整するとよい。
【００３４】
図３は、本発明の二酸化炭素の回収方法を実施する回収装置の他の実施形態を示す。回収装置２は、熱交換器２４を流れる吸収液Ａ１の加圧制御システムを変更したもので、供給路１６において流量調節弁４５’の設置位置を熱交換器２４の出口側に変更し、退避路４２において流量調節弁４３の代わりに背圧弁４６を用いている。
【００３５】
図３の回収装置２において、ポンプ１２の駆動力による吸収液Ａ１の液圧は、背圧弁４１及び背圧弁４６によって調節され、供給路１７の吸収液Ａ１の流量は流量調節弁４５’によって一定に維持されるので、余剰圧は、吸収液Ａ１が背圧弁４６及び退避路４２を通じて還流することによって解放される。従って、圧力センサー４４は、加圧制御に使用する必要はなく、監視又は確認のために利用すれば良い。この実施形態において、熱交換器２４を流れる吸収液Ａ１の圧力を流量調節弁４５’の流量調節によって所定の圧力に保持可能な場合には、背圧弁４１を省略することができる。上記において説明した点以外については図２の回収装置１と同様であるので、その説明は省略する。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、火力発電所や製鉄所、ボイラーなどの設備から排出される二酸化炭素含有ガスの処理等に利用して、その二酸化炭素放出量や、環境に与える影響などの軽減に有用である。二酸化炭素の回収処理に要する費用が削減され、省エネルギー及び環境保護に貢献可能な二酸化炭素の回収装置を提供できる。
【符号の説明】
【００３７】
１，２：回収装置、 １０：吸収塔、 ２０：再生塔、 ３０：冷却塔、
１１，２１，３１：充填材、 １２，１５，２３，３２，３６，４２：ポンプ、
１３：冷却凝縮部、 １４，２５，２７，３３：冷却器、 １６：供給路、
１７：還流路、 １８：逆止弁、 １８’：送気管、
１９，２９：圧力調節弁、 １９’，３４：排気管、
２２：スチームヒーター、 ２２’：循環路、 ２４：熱交換器、
２６：凝縮部、 ２８：気液分離器、 ３５，４３：流路、 ４１：液面計、
４４，４６，４７：温度センサー、 ４５：流量調節弁、
Ｇ、Ｇ’：ガス、 Ａ１，Ａ２：吸収液、 Ｃ：回収ガス、 Ｗ：冷却水。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼ガスなどの二酸化炭素を含むガスから二酸化炭素を分離回収し、清浄なガスを大気に還元するための二酸化炭素の回収方法及び回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電所や製鉄所、ボイラーなどの設備では、石炭、重油、超重質油などの燃料を多量に使用しており、燃料の燃焼によって排出される硫黄酸化物、窒素酸化物及び二酸化炭素は、大気汚染防止や地球環境保全の見地から放出に関する量的及び濃度的制限が必要とされている。近年、二酸化炭素は地球温暖化の主原因として問題視され、世界的にも排出を抑制する動きが活発化している。このため、燃焼排ガスやプロセス排ガスの二酸化炭素を大気中に放出せずに回収・貯蔵を可能とするために、様々な研究が精力的に進められ、二酸化炭素の回収方法として、例えば、ＰＳＡ（圧力スウィング）法、膜分離濃縮法や、塩基性化合物による反応吸収を利用する化学吸収法などが知られている。
【０００３】
化学吸収法においては、主にアルカノールアミン系の塩基性化合物を吸収剤として用い、その処理プロセスでは、概して、吸収剤を含む水性液を吸収液として、ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させる吸収工程と、吸収された二酸化炭素を吸収液から放出させて吸収液を再生する再生工程とを交互に繰り返すように吸収液を循環させる（例えば、下記特許文献１参照）。再生工程においては、二酸化炭素を放出させるための加熱が必要であり、二酸化炭素回収の操業費用を削減するには、再生のために加熱／冷却に要するエネルギーを低減することが重要となる。
【０００４】
特許文献１に示されるように、再生工程において二酸化炭素を放出した高温の吸収液（リーン液）を、吸収工程において二酸化炭素を吸収した吸収液（リッチ液）と熱交換することによって、熱エネルギーを回収して再生工程で再利用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２１４０８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
吸収液間の熱交換において、熱交換後のリッチ液と熱交換前のリーン液との温度差が少ない程、熱回収効率が良く、再生に要するエネルギーを低減することができる。しかし、熱交換率の高い構造の熱交換器を用いて、リッチ液を可能な限り高い温度で再生工程に供給しようとすると、吸収液中の二酸化炭素のガス圧が上昇して熱交換器内において二酸化炭素の起泡が起こり、ガス発生による伝熱効率を低下させたり、気化による温度低下を引き起こし易い。
【０００７】
本発明の課題は、上述の問題を解決し、二酸化炭素の回収に用いる吸収液の熱交換においてガス発生を抑制し、再生工程へ投入する吸収液をより高い温度で安定的に供給可能な、エネルギー効率が向上する二酸化炭素の回収方法及び回収装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、吸収液の熱交換工程から再生工程における圧力を効果的に調整することを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
本発明の一態様によれば、二酸化炭素の回収装置は、二酸化炭素を含有するガスを吸収液に接触させて前記吸収液に二酸化炭素を吸収させる吸収塔と、前記吸収塔で二酸化炭素を吸収した前記吸収液を加熱して二酸化炭素を前記吸収液から放出させて吸収液を再生する再生塔と、前記吸収塔から前記再生塔へ供給される吸収液と前記再生塔から前記吸収塔へ還流される吸収液との間で熱交換する熱交換器と、前記吸収塔から前記再生塔へ供給される吸収液が加圧状態で前記熱交換器に供給されるように前記吸収液を加圧する加圧手段とを有することを要旨とする。
【００１０】
又、本発明の一態様によれば、二酸化炭素の回収方法は、二酸化炭素を含有するガスを吸収液に接触させて前記吸収液に二酸化炭素を吸収させる吸収工程と、前記吸収工程で二酸化炭素を吸収した前記吸収液を加熱して二酸化炭素を前記吸収液から放出させて吸収液を再生する再生工程と、前記吸収工程から前記再生工程へ供給される吸収液と、前記再生工程から前記吸収工程へ還流される吸収液との間で熱交換する熱交換工程とを有し、前記熱交換工程において、前記吸収工程から前記再生工程へ供給される吸収液は、加圧状態で熱交換されることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ガスに含まれる二酸化炭素を回収するプロセスにおいて、吸収液の熱交換における起泡及びガス発生を抑制して、効率よく熱交換することによってより高い温度で再生工程へ吸収液を投入できるので、吸収液の再生に要するエネルギーを低減でき、運転コストの軽減に有効な二酸化炭素の回収方法及び回収装置が提供される。特殊な装備や高価な装置を必要とせず、一般的な設備を利用して簡易に実施できるので、経済的に有利である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】吸収液に加えられる圧力とガスの発生割合との関係を示すグラフ。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る二酸化炭素の回収装置を示す概略構成図。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る二酸化炭素の回収装置を示す概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
化学吸収法による二酸化炭素の吸収プロセスにおいては、ガスに含まれる二酸化炭素を低温の吸収液に吸収させる吸収工程と、吸収された二酸化炭素を吸収液から放出させて吸収液を再生する高温の再生工程との間で吸収液を循環させて、吸収工程と再生工程とを交互に繰り返す。再生工程において二酸化炭素を放出して再生した高温の吸収液（リーン液）を、吸収工程で二酸化炭素を吸収した吸収液（リッチ液）と熱交換することによって、熱エネルギーが回収され、加熱されたリーン液が再生工程に供給される。エネルギー効率の観点から、熱交換器におけるリーン液の入口温度とリッチ液の出口温度との温度差が少ないことが望ましく、この差は従来においては１０℃前後と言われている。この温度差は、熱交換器における効率を高めることによって縮小可能であるが、リッチ液の温度上昇に伴って二酸化炭素が起泡して伝熱の障害となり、温度差の縮小の妨げとなる。
【００１４】
本発明においては、上記の点を考慮して、リッチ液を加圧状態で熱交換器に投入して、リッチ液の温度上昇時における起泡を抑制する。これにより、熱交換器におけるリーン液の温度上昇が容易になり、熱交換器の効率向上によってリーン液の入口温度とリッチ液の出口温度との温度差を１０℃未満に縮小することができる。リッチ液に加えられた圧力は、再生工程に投入する際に開放することによって、二酸化炭素が効率的に放出され、熱交換器でリッチ液に与えられる熱エネルギーは効率的に再生工程に供給される。
【００１５】
二酸化炭素を吸収した吸収液は、温度上昇に伴って二酸化炭素を放出し始めるが、吸収液における二酸化炭素の吸収性能及び放出性能は、吸収液に含まれる吸収剤の種類や組成割合によって異なるので、リッチ液の熱交換器出口温度におけるガスの発生を調べるために、２種の吸収液を用いて加熱時の吸収液から発生する二酸化炭素ガスを測定すると、図１に示すようなグラフが得られる。この測定は、吸収液として３０wt％ＭＥＡ（モノエタノールアミン）水溶液又はＰＺ／ＭＤＥＡ水溶液（ピペラジン／Ｎ−メチルジエタノールアミン）を用いて、二酸化炭素を５０〜１００［ｇ／Ｌ］の割合で吸収させた吸収液を１００〜１１５℃に加熱した時に発生する二酸化炭素ガスの割合［mol％］を、吸収液に加える圧力を変化させて調べたものであり、ＭＥＡ水溶液は、一般的に使用される吸収液であり、ＰＺ／ＭＤＥＡ水溶液は、放散性がよい吸収液の１つである。何れの吸収液においても、常圧においてはガスが発生するが、加圧によってガスの発生を抑制可能である。再生工程における吸収液は、概して沸点近辺に加熱され、上記２種の吸収液における沸点は１００℃程度（常圧）〜１３０℃程度（１００ｋＰａＧ）となるので、吸収液に加える圧力を１５０ｋＰａＧ以上、好ましくは２００ｋＰａＧ以上、より好ましくは２５０ｋＰａＧ以上に設定すると、熱交換器でのガス発生を抑制することができ、熱交換器におけるリッチ液の出口温度をリーン液の入口温度（再生温度）に近づける上で有効である。
【００１６】
又、加圧状態で熱交換を行ったリッチ液を再生塔に投入した時に、再生塔から排出される水蒸気及び二酸化炭素を含んだガスの温度について調べると、常圧で熱交換した場合に比べて低くなることが判明した。具体的には、ＰＺ／ＭＤＥＡ水溶液を吸収液として用いて、二酸化炭素を吸収させた吸収液を５０℃に加熱して再生塔に投入する場合の再生塔からの排出ガスの温度は、加熱時の圧力が常圧の場合に９１．３℃であるのに対し、２００ｋＰａＧ以上の圧力下で加熱した場合には８８．１℃に低下する。このような温度低下は、熱交換器における加熱状態で再生反応が進行し、再生塔への投入時に気化潜熱として消費可能なエネルギーの割合が増加するためと考えられ、再生塔から排出されるガスの凝縮が容易になる点で有利である。
【００１７】
以下に、上述の構成を用いた本発明の二酸化炭素の回収方法及び回収装置について、図面を参照して詳細に説明する。尚、図において破線で記載する接続は電気的接続を示す。
【００１８】
図２は、本発明の二酸化炭素の回収方法及びそれを実施する回収装置の一実施形態を示す。回収装置１は、二酸化炭素を含有するガスＧを吸収液に接触させて二酸化炭素を吸収液に吸収させる吸収塔１０と、二酸化炭素を吸収した吸収液を加熱して二酸化炭素を吸収液から放出させ、吸収液を再生する再生塔２０とを有する。更に、吸収塔１０に供給されるガスＧを二酸化炭素の吸収に適した低温に維持し易いように冷却塔３０が設けられているので、燃焼排ガスやプロセス排ガスなどの様々なガスの取扱いが可能であり、回収装置１に供給されるガスＧについて特に制限はない。吸収塔１０、再生塔２０及び冷却塔３０は、各々、向流型気液接触装置として構成され、接触面積を大きくするための充填材１１，２１，３１を各々内部に保持している。充填材１１，２１，３１は、概して、ステンレス鋼、炭素鋼等の鉄系金属材料製のものが用いられるが、特に限定されず、処理温度における耐久性及び耐腐食性を有する素材で、所望の接触面積を提供し得る形状のものを適宜選択するとよい。吸収液として、アルカノールアミン類等の二酸化炭素に親和性を有する化合物を吸収剤として含有する水性液が用いられる。
【００１９】
冷却塔３０底部から供給されるガスＧは、塔内に保持される充填材３１を通過し、冷却塔３０の上部から供給される冷却水によって冷却された後に、吸収塔１０に供給される。これにより、冷却温度において飽和湿度以下のガスＧが吸収塔１０に供給され、ガスＧに起因する吸収塔１０の温度上昇が防止される。ガスＧを冷却して温度上昇した冷却水は、ポンプ３２によって水冷式冷却器３３に送られ、冷却された後に冷却塔３０に還流される。吸収塔１０底部に接続される送気管１８に温度センサーを設けて、検出温度に応じてポンプ３２の駆動を制御するように構成すると、ガスＧの温度が高い時に、冷却水の流量増加によって熱交換率を上昇させてガスＧの温度を低下させることができる。
【００２０】
冷却塔３０を通過した二酸化炭素を含んだガスＧは、吸収塔１０の下部から供給される。一方、吸収液は、吸収塔１０の上部から供給され、ガスＧ及び吸収液が充填材１１を通過する間に気液接触してガスＧ中の二酸化炭素が吸収液に吸収される。二酸化炭素を吸収した吸収液（リッチ液）Ａ１は、吸収塔１０底部に貯溜され、ポンプ１２によって、吸収塔１０底部と再生塔２０上部とを接続する供給路１６を通じて再生塔２０へ供給される。二酸化炭素が除去されたガスＧ’は、吸収塔１０頂部から排出される。
【００２１】
吸収液が二酸化炭素を吸収することによって発熱して液温が上昇するので、必要に応じて、ガスＧ’に含まれ得る水蒸気等を凝縮するための冷却凝縮部１３が吸収塔１０頂部に設けられ、これにより、水蒸気等が塔外へ漏出するのをある程度抑制できる。これを更に確実にするために、吸収塔外に付設される冷却器１４及びポンプ１５を有し、冷却凝縮部１３下に貯留される凝縮水の一部（塔内のガスＧ’を含んでも良い）は、ポンプ１５によって冷却器１４との間で循環させる。冷却器１４で冷却されて塔頂部に供給される凝縮水等は冷却凝縮部１３を低温に維持し、冷却凝縮部１３を通過するガスＧ’を確実に冷却する。冷却凝縮部１３で凝縮する水は充填材１１に流下し、塔内の吸収液の組成変動が補整される。塔外へ排出されるガスＧ’の温度は６０℃程度以下が好ましく、より好ましくは４５℃以下となるようにポンプ１５の駆動が制御される。
【００２２】
吸収塔１０の吸収液Ａ１は、供給路１６から再生塔２０の上部に供給され、充填材２１上を流下して底部に貯溜される。再生塔２０の底部には、リボイラーが付設される。即ち、吸収液を加熱するために再生塔２０外に付設されるスチームヒーター２２と、吸収液をスチームヒーター２２を介して循環させる循環路２２’とが付設され、塔底部の吸収液Ａ２の一部が循環路２２’を通してスチームヒーター２２に分岐され、高温蒸気との熱交換によって加熱された後に塔内へ還流される。この加熱によって、底部の吸収液から二酸化炭素が放出され、又、充填材２１も間接的に加熱されて充填材２１上での気液接触による二酸化炭素の放出が促進される。
【００２３】
再生塔２０で二酸化炭素を放出して再生された吸収液（リーン液）Ａ２は、還流路１７を通じてポンプ２３によって吸収塔１０に還流される。供給路１６及び還流路１７は、熱交換器２４中での接触によりこれらの間で熱伝達が起こって、吸収塔１０から再生塔２０に供給される供給路１６の吸収液Ａ１は加熱され、吸収液Ａ２は冷却される。還流路１７の吸収液Ａ２は、更に、冷却水を用いた冷却器２５によって、二酸化炭素の吸収に適した温度まで充分に冷却される。熱交換器には、スパイラル式、プレート式、二重管式、多重円筒式、多重円管式、渦巻管式、渦巻板式、タンクコイル式、タンクジャケット式、直接接触液液式等、様々な種類があり、本発明における熱交換器２４として何れのタイプを使用しても良いが、装置の簡素化及び清掃分解の容易さの点ではプレート式が優れている。
【００２４】
再生塔２０における加熱で放出される二酸化炭素を含むガスは、回収ガスＣとして再生塔２０上部の凝縮部２６を通って頂部から排出される。凝縮部２６は、ガスに含まれる水蒸気を凝縮させて過度の放出を抑制し、また、吸収剤の放出も抑制する。回収ガスＣは、再生塔２０の頂部から排気管３４を通って冷却水を用いた冷却器２７によって充分に冷却し、含まれる水蒸気等を可能な限り凝縮して、気液分離器２８によって凝縮水を除去した後に回収される。回収ガスＣに含まれる二酸化炭素は、例えば、地中又は油田中に注入することによって、地中での炭酸ガス固定及び再有機化が可能である。気液分離器２８において分離された凝縮水は、ポンプ３６によって所定流量で流路３５から再生塔２０の凝縮部２６上へ供給され、冷却水として機能する。
【００２５】
供給路１６において、熱交換器２４を流れる吸収液Ａ１をポンプ１２の駆動力を利用して加圧するために、供給路１６における熱交換器２４と再生塔２０との間に背圧弁４１が設けられる。この実施形態では、背圧弁４１は、供給１６の再生塔側出口付近、つまり、投入口付近に配置され、吸収液Ａ１に加えられた圧力及び温度は、再生塔２０への投入直前まで維持され、再生塔２０へ投入されると共に加圧状態から解放されて減圧され、再生塔２０内の圧力と等しくなる。また、余剰の圧力を逃すために、供給路１６から分岐する退避路４２及び流量調節弁４３が熱交換器２４の上流側に設けられる。流量調節弁４３は、供給路１６の液圧を検出する圧力センサー４４と電気的に接続され、その検出圧力に応じて流量調節弁４３の開度を調整することによって、供給路１６から退避路４２へ退避する吸収液の流量が変化して熱交換器２４における吸収液Ａ１の圧力が所定値に維持されるように調節される。つまり、ポンプ１２の駆動力の制御を必要とせずに熱交換器２４を流れる吸収液Ａ１の圧力を調節することができる。退避路４２の吸収液Ａ１は、吸収塔１０の底部に還流する。尚、供給路１６を流れる吸収液Ａ１の流量は、流量調節弁４５によって還流路１７における吸収液Ａ２の流量と等しくなるように調節されれる。この実施形態において、流量調節弁４５は熱交換器２４の入口側、つまり、ポンプ１２と熱交換器２４との間に配置されるが、この位置は、熱交換器２４の出口側、つまり、熱交換器２４と背圧弁４１との間に変更しても良い。
【００２６】
上記の実施形態では、吸収液の加圧に要する駆動力より高めの駆動力を発揮するポンプ１２を使用して余剰の圧力を退避路４２から逃すように構成されるので、ポンプ１２の駆動力の変動による影響を排除することができる。ポンプ１２として、駆動力の調節機能を有するものを使用すれば、退避路５２及び流量調節弁４３を設けずに、圧力センサー４４の検出値に応じて直接ポンプ１２の駆動力を制御することによって熱交換器２４を流れる吸収液Ａ１の圧力を調節することができる。
【００２７】
図２の回収装置１において実施される回収方法について説明する。
【００２８】
吸収塔１０において、燃焼排ガスやプロセス排ガスなどの二酸化炭素を含有するガスＧを底部から供給し、吸収液を上部から供給すると、充填材１１上でガスＧと吸収液とが気液接触し、吸収液に二酸化炭素が吸収される。二酸化炭素は、低温において良好に吸収されるので、概して５０℃程度以下、好ましくは４０℃以下となるように吸収液の液温又は吸収塔１０（特に充填材１１）の温度を調整する。吸収液は二酸化炭素の吸収によって発熱するので、これによる液温上昇を考慮し、液温が６０℃を超えないように配慮することが望ましい。吸収塔１０に供給されるガスＧについても、上述を勘案して、冷却塔３０によって適正な温度に調整する。吸収液として、二酸化炭素に親和性を有する化合物を吸収剤として含有する水性液が用いられる。吸収剤としては、アルカノールアミン類やアルコール性水酸基を有するヒンダードアミン類などが挙げられ、具体的には、アルカノールアミンとして、例えば、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、ジグリコールアミン等を例示することができ、アルコール性水酸基を有するヒンダードアミンとしては、２−アミノ−２−メチル−１−プロパノール（ＡＭＰ）、２−（エチルアミノ）エタノール（ＥＡＥ）、２−（メチルアミノ）エタノール（ＭＡＥ）等を例示できる。通常、モノエタノールアミン（ＭＥＡ）の使用が好まれ、上記のような化合物の複数種を混合使用しても良い。吸収液の吸収剤濃度は、処理対象とするガスに含まれる二酸化炭素量や処理速度等に応じて適宜設定することができ、吸収液の流動性や消耗損失抑制などの点を考慮すると、概して、１０〜５０質量％程度の濃度が適用され、例えば、二酸化炭素含有量２０％程度のガスＧの処理に対して、濃度３０質量％程度の吸収液が好適に使用される。ガスＧ及び吸収液の供給速度は、ガスに含まれる二酸化炭素量及び気液接触効率等に応じて、吸収が充分に進行するように適宜設定される。
【００２９】
二酸化炭素を吸収した吸収液Ａ１は、供給路１６を通じてポンプ１２の駆動力によって再生塔２０に供給されるが、この間に、熱交換器２４を流れる吸収液Ａ１の圧力は背圧弁４１によって増加し、１５０ｋＰａＧ以上、好ましくは２００ｋＰａＧ以上、より好ましくは２５０ｋＰａＧ以上の一定圧に調節される。熱交換器２４を流れる吸収液Ａ１の圧力は、再生塔２０における再生条件を勘案して再生塔２０内の圧力より高く設定される。但し、器機等の耐圧性を考慮して、９００ｋＰａＧ程度以下に設定するとよい。熱交換器２４において、吸収液Ａ１は、再生塔２０から還流する吸収液Ａ２と熱交換される。吸収液Ａ１が加圧されるので、熱交換器２４における吸収液Ａ１の出口温度と吸収液Ａ２の入口温度との差は１０℃未満となるように構成可能であり、吸収液Ａ１は、再生塔２０での加熱温度に近い温度に昇温される。再生塔２０における吸収液Ａ２の加熱温度は、使用する吸収液組成や再生条件によって異なるが、概して１００〜１３０℃程度に設定され、これに基づけば、熱交換において吸収液Ａ１の熱交換器出口温度は９５〜１２５℃程度に上昇させる。この時の吸収液Ａ１は、昇温によって二酸化炭素を放出し易い状態となるが、加圧によってガスの発生は抑制される。
【００３０】
沸点近辺の高温度で再生塔２０に供給される吸収液Ａ１は、背圧弁４１を境として圧力が解放され、二酸化炭素を急速に放出しながら充填材２１上へ流下する。更に、充填材２１上での気液接触によって二酸化炭素の放出が促進されると共に、再生塔２０底部での加熱によって更に昇温及び二酸化炭素の放出が進行する。底部に貯留される吸収液Ａ２は、部分循環加熱によって沸点付近に加熱され、吸収液の沸点は組成（吸収剤濃度）及び再生塔２０内の圧力に依存する。この際、吸収液から失う水の気化潜熱及び吸収液の顕熱の供給が必要であり、加圧によって気化を抑制すると、沸点上昇により顕熱が増加するので、これらのバランスを考慮して、再生塔２０内を１００ｋＰａＧ程度に加圧し、吸収液は１２０〜１３０℃に加熱する条件設定を用いるとエネルギー効率上有効である。再生塔２０内の加圧は、排気管３４の出口に設けられる圧力調節弁２９の制御によって調整可能である。
【００３１】
再生塔２０の上部の温度は、投入される吸収液Ａ１の温度に近くなるため、凝縮部２６を通過した回収ガスを冷却器２７において冷却水により十分に冷却する。回収ガスＣから凝縮する水分及び吸収剤は気液分離器２８において回収ガスＣから分離され、凝縮部２６に供給することによって凝縮部２６を冷却すると共に、再生塔２０における吸収液の濃度上昇及び吸収剤の気化放散を抑制する。
【００３２】
このようにして、吸収液は吸収塔１０と再生塔２０との間で循環して、吸収工程と再生工程とが交互に繰り返され、加圧によって熱交換における加熱温度が上昇したリッチ液の投入によって、再生塔におけるエネルギー効率が向上する。
【００３３】
尚、図２の回収装置では、再生塔２０の排気管３４に圧力調節弁２９が設けられ、必要に応じて再生塔２０内を加圧して圧力を調節可能なように構成されているが、大気圧に設定する場合には省略して良い。又、吸収塔１０内のガス圧力は大気圧に設定されているが、再生塔２０と同様にして圧力調節弁を用いて圧力を調節可能に構成してもよく、吸収液１０の二酸化炭素回収率を上げる必要がある場合には、常圧を超える１２０ｋＰａＧ程度以下、好ましくは１０〜１００ｋＰａＧ程度の圧力範囲に調整するとよい。
【００３４】
図３は、本発明の二酸化炭素の回収方法を実施する回収装置の他の実施形態を示す。回収装置２は、熱交換器２４を流れる吸収液Ａ１の加圧制御システムを変更したもので、供給路１６において流量調節弁４５’の設置位置を熱交換器２４の出口側に変更し、退避路４２において流量調節弁４３の代わりに背圧弁４６を用いている。
【００３５】
図３の回収装置２において、ポンプ１２の駆動力による吸収液Ａ１の液圧は、背圧弁４１及び背圧弁４６によって調節され、供給路１７の吸収液Ａ１の流量は流量調節弁４５’によって一定に維持されるので、余剰圧は、吸収液Ａ１が背圧弁４６及び退避路４２を通じて還流することによって解放される。従って、圧力センサー４４は、加圧制御に使用する必要はなく、監視又は確認のために利用すれば良い。この実施形態において、熱交換器２４を流れる吸収液Ａ１の圧力を流量調節弁４５’の流量調節によって所定の圧力に保持可能な場合には、背圧弁４１を省略することができる。上記において説明した点以外については図２の回収装置１と同様であるので、その説明は省略する。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、火力発電所や製鉄所、ボイラーなどの設備から排出される二酸化炭素含有ガスの処理等に利用して、その二酸化炭素放出量や、環境に与える影響などの軽減に有用である。二酸化炭素の回収処理に要する費用が削減され、省エネルギー及び環境保護に貢献可能な二酸化炭素の回収装置を提供できる。
【符号の説明】
【００３７】
１，２：回収装置、 １０：吸収塔、 ２０：再生塔、 ３０：冷却塔、
１１，２１，３１：充填材、 １２，１５，２３，３２，３６，４２：ポンプ、
１３：冷却凝縮部、 １４，２５，２７，３３：冷却器、 １６：供給路、
１７：還流路、 １８：逆止弁、 １８’：送気管、
１９，２９：圧力調節弁、 １９’，３４：排気管、
２２：スチームヒーター、 ２２’：循環路、 ２４：熱交換器、
２６：凝縮部、 ２８：気液分離器、 ３５，４３：流路、 ４１：液面計、
４４，４６，４７：温度センサー、 ４５：流量調節弁、
Ｇ、Ｇ’：ガス、 Ａ１，Ａ２：吸収液、 Ｃ：回収ガス、 Ｗ：冷却水。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素を含有するガスを吸収液に接触させて前記吸収液に二酸化炭素を吸収させる吸収塔と、
前記吸収塔で二酸化炭素を吸収した前記吸収液を加熱して二酸化炭素を前記吸収液から放出させて吸収液を再生する再生塔と、
前記吸収塔から前記再生塔へ供給される吸収液と前記再生塔から前記吸収塔へ還流される吸収液との間で熱交換する熱交換器と、
前記吸収塔から前記再生塔へ供給される吸収液が加圧状態で前記熱交換器に供給されるように前記吸収液を加圧する加圧手段と
を有する二酸化炭素の回収装置。
【請求項２】
前記熱交換器は、前記熱交換器から前記再生塔へ供給される吸収液の温度と、前記再生塔から前記熱交換器へ供給される吸収液の温度との差が１０℃未満となる熱交換効率を有する請求項１に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項３】
更に、前記吸収塔から前記再生塔へ吸収液を供給する供給路と、前記再生塔から前記吸収塔へ吸収液を還流させる還流路とを有し、前記供給路及び前記還流路は、前記熱交換器において接触及び熱伝達し、前記加圧手段は、前記供給路において前記熱交換器と前記再生塔との間に設けられる背圧弁を有する請求項１又は２に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項４】
更に、前記加圧手段による加圧において余剰の圧力を逃すための、前記供給路から分岐する退避路と、前記退避路に設けられる流量調節弁とを有し、前記流量調節弁は、前記供給路における吸収液の圧力に応じて開度を調整するように構成される請求項３に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項５】
更に、前記供給路の液圧を検出する圧力センサーを有し、前記圧力センサーの検出圧力に応じて前記流量調節弁の開度が調整される請求項４に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項６】
更に、前記加圧手段による加圧において余剰の圧力を逃すための、前記供給路から分岐する退避路と、前記退避路に設けられる背圧弁とを有し、前記熱交換器に供給される前記吸収液の加圧状態は、前記供給路の背圧弁と前記退避路の背圧弁とによって調節される請求項３に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項７】
二酸化炭素を含有するガスを吸収液に接触させて前記吸収液に二酸化炭素を吸収させる吸収工程と、
前記吸収工程で二酸化炭素を吸収した前記吸収液を加熱して二酸化炭素を前記吸収液から放出させて吸収液を再生する再生工程と、
前記吸収工程から前記再生工程へ供給される吸収液と、前記再生工程から前記吸収工程へ還流される吸収液との間で熱交換する熱交換工程とを有し、
前記熱交換工程において、前記吸収工程から前記再生工程へ供給される吸収液は、加圧状態で熱交換される二酸化炭素の回収方法。
【請求項８】
前記熱交換工程における熱交換効率は、前記熱交換工程から前記再生工程へ供給される吸収液の温度と、前記再生工程から前記熱交換工程へ供給される吸収液の温度との差が１０℃未満となるように設定される請求項７に記載の二酸化炭素の回収方法。
【請求項９】
前記熱交換工程において、前記吸収工程から前記再生工程へ供給される吸収液は、１５０ｋＰａＧ以上の加圧状態で熱交換される請求項７又は８に記載の二酸化炭素の回収方法。
【請求項１０】
前記吸収工程から前記再生工程へ供給される加圧状態の吸収液は、前記再生工程へ投入されると共に減圧される請求項７〜９の何れかに記載の二酸化炭素の回収方法。
【請求項１】
二酸化炭素を含有するガスを吸収液に接触させて前記吸収液に二酸化炭素を吸収させる吸収塔と、
前記吸収塔で二酸化炭素を吸収した前記吸収液を加熱して二酸化炭素を前記吸収液から放出させて吸収液を再生する再生塔と、
前記吸収塔から前記再生塔へ供給される吸収液と前記再生塔から前記吸収塔へ還流される吸収液との間で熱交換する熱交換器と、
前記吸収塔から前記再生塔へ供給される吸収液が加圧状態で前記熱交換器に供給されるように前記吸収液を加圧する加圧手段と
を有する二酸化炭素の回収装置。
【請求項２】
前記熱交換器は、前記熱交換器から前記再生塔へ供給される吸収液の温度と、前記再生塔から前記熱交換器へ供給される吸収液の温度との差が１０℃未満となる熱交換効率を有する請求項１に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項３】
更に、前記吸収塔から前記再生塔へ吸収液を供給する供給路と、前記再生塔から前記吸収塔へ吸収液を還流させる還流路とを有し、前記供給路及び前記還流路は、前記熱交換器において接触及び熱伝達し、前記加圧手段は、前記供給路において前記熱交換器と前記再生塔との間に設けられる背圧弁を有する請求項１又は２に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項４】
更に、前記加圧手段による加圧において余剰の圧力を逃すための、前記供給路から分岐する退避路と、前記退避路に設けられる流量調節弁とを有し、前記流量調節弁は、前記供給路における吸収液の圧力に応じて開度を調整するように構成される請求項３に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項５】
更に、前記供給路の液圧を検出する圧力センサーを有し、前記圧力センサーの検出圧力に応じて前記流量調節弁の開度が調整される請求項４に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項６】
更に、前記加圧手段による加圧において余剰の圧力を逃すための、前記供給路から分岐する退避路と、前記退避路に設けられる背圧弁とを有し、前記熱交換器に供給される前記吸収液の加圧状態は、前記供給路の背圧弁と前記退避路の背圧弁とによって調節される請求項３に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項７】
二酸化炭素を含有するガスを吸収液に接触させて前記吸収液に二酸化炭素を吸収させる吸収工程と、
前記吸収工程で二酸化炭素を吸収した前記吸収液を加熱して二酸化炭素を前記吸収液から放出させて吸収液を再生する再生工程と、
前記吸収工程から前記再生工程へ供給される吸収液と、前記再生工程から前記吸収工程へ還流される吸収液との間で熱交換する熱交換工程とを有し、
前記熱交換工程において、前記吸収工程から前記再生工程へ供給される吸収液は、加圧状態で熱交換される二酸化炭素の回収方法。
【請求項８】
前記熱交換工程における熱交換効率は、前記熱交換工程から前記再生工程へ供給される吸収液の温度と、前記再生工程から前記熱交換工程へ供給される吸収液の温度との差が１０℃未満となるように設定される請求項７に記載の二酸化炭素の回収方法。
【請求項９】
前記熱交換工程において、前記吸収工程から前記再生工程へ供給される吸収液は、１５０ｋＰａＧ以上の加圧状態で熱交換される請求項７又は８に記載の二酸化炭素の回収方法。
【請求項１０】
前記吸収工程から前記再生工程へ供給される加圧状態の吸収液は、前記再生工程へ投入されると共に減圧される請求項７〜９の何れかに記載の二酸化炭素の回収方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−２２５１４（Ｐ２０１３−２２５１４Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５９６３４（Ｐ２０１１−１５９６３４）
【出願日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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