JP2002241119A - 高圧力下での炭酸ガス回収 - Google Patents
高圧力下での炭酸ガス回収Info
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- 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
Abstract
回収することのできるもっと効率的な方法を提供するこ
とである。 【解決手段】 送給物流れ1が吸収装置で炭酸ガスのた
めの液体吸収材流体と接触される。送給物ガスからの炭
酸ガスは吸収材により優先的に吸収されて炭酸ガスリッ
チな液体吸収材流れ7を生成し、液体吸収材流れ7が吸
収装置4の底部を出てリッチソルベントポンプ8に送ら
れる。リッチソルベントポンプ8が炭酸ガスリッチな液
体吸収材流れを、ストリップ装置12の頂部に到達させ
得るに十分な絶対値での0.241325MPa(35
psia)あるいはそれ以上に圧縮する。
Description
ス状流れからの炭酸ガス(以下、CO2とも称する)回
収に関する。
量の多い(>98%)送給物流れから蒸留法を使用して
生成されている。そうした送給物流れの例にはアンモニ
アや水素のプラント排出ガス、CO2リッチな坑井内発
酵源や天然ガスが含まれる。液体炭酸は代表的には中央
プラントで生成され、恐らくは数百マイルも離れたユー
ザーの元に配送されるので移送コストが高い。高品質の
供給源が不足ししかも利用者から遠いことは、もっと近
くで一般入手することのできる低濃度の供給源からCO
2が回収される誘因となっている。それらの低濃度供給
源の最も重要な例は、燃焼に使用する燃料及び余剰空気
に応じて代表的には3〜30%のCO2を含有する煙道
ガスである。
を製造するには、先ず送給ガスのCO2濃度を相当に上
げておいてから蒸留ユニットに送る必要がある。膜、吸
着分離(例えば圧力スゥイング吸着(PSA)、真空圧
力スゥイング吸着(VPSA)法及び温度スゥイング吸
着(TSA)法、物理的及び化学的吸収法を含む様々の
技法を使用して純度を向上させることができる。全体計
画の経済学(資本及び運転の各コスト)は送給物の純
度、製品の純度基準、得られる回収量に基づくが、吸着
分離及び物理的吸収のための膜の場合、所定の高純度を
得るためのコストは送給物純度の有力な関数となる。他
方、化学的吸収法は送給物のCO2含有量の影響を比較
的受けないことから、高純度(>95%)のCO2蒸気
を単一ステップで直接入手するための好都合な手段であ
る。こうして入手した蒸気は、CO 2分離現場での用途
のためにそのままで使用する、もしくは商業用の液体炭
酸として下流側で回収する、あるいは廃棄/隔離するた
めに更に圧縮することができる。
ならず、高温の炭酸カリウムのような炭酸塩を使用して
実施することができる。しかしながら、炭酸塩を使用す
る場合、有意の回収量を得るにはCO2分圧を少なくと
も絶対値での約0.103425MPa(15psi
a)とする必要がある。煙道ガスは代表的には大気圧下
に入手されることから、炭酸塩を用いて化学的吸収法を
実施する場合は煙道ガスを圧縮する必要がある。煙道ガ
スの圧縮は、窒素の圧縮に際して相当のエネルギーが消
費されることから極めて不経済である。他方、希薄な供
給源から大気圧下に適切な回収レベルのCO2を提供す
ることのできるアルカノールアミンが存在する。かくし
て、煙道ガスのような供給源から高純度(>95%)の
CO2蒸気を回収するには、化学的吸収法をアルカノー
ルアミンと共に使用するのが好ましい選択といえる。そ
うした吸収プロセスから回収されるCO2リッチな蒸気
は圧力が一般に絶対値での約0.103425〜0.2
06859MPa(15〜30psia)であることか
ら、典型的には、爾後使用つまりプロセス処理あるいは
廃棄するにはガスを圧縮する必要がある。
スの純化や水素の製造といったプロセスでCO2を吸収
するために広く使用されてきている。文献(Kohl及
びNielsenの“Gas Purificatio
n”第5版(1977)、第115〜117及び123
〜125、144〜149頁)に記載されるように、送
給物ガスは代表的には絶対値での約1.379MPa
(200psia)を越える圧力を有し、CO2リッチ
の蒸気は代表的には絶対値での約0.103425〜
0.20685MPa(15〜30psia)の圧力下
に入手される。米国特許第5、853、680号には、
高圧(>絶対値での約2.93037MPa(425p
sia))の天然ガスからCO2を除去するための方法
が記載される。CO2リッチなアルカノールアミン液は
加圧されない。再生段階を有意の減圧無しに実施するこ
の米国特許に開示される方法によれば、絶対値での約
0.9653MPa(140psia)の圧力のCO2
リッチな蒸気流れの回収が容易化される。しかし、低圧
の送給物流れから高圧の炭酸ガスを直接回収することの
できるもっと効率的な方法に対する需要が、尚ある。
高圧の炭酸ガスを直接回収することのできるもっと効率
的な方法を提供することである。
ば、炭酸ガスの回収方法であって、炭酸ガスを回収する
ための方法であって、(A)炭酸ガスを含み、絶対値で
の0.206859MPa(30psia)までの圧力
のガス状の送給物流れを提供すること、(B)該送給物
流れから、有機アミン吸収材を含む液体吸収材流体中に
炭酸ガスを優先的に吸収させて炭酸ガスリッチな液体吸
収材流れを形成すること、(C)任意のシーケンスある
いは(B)と同時に、該炭酸ガスリッチな液体吸収材流
れを、絶対値での0.241325MPa(35psi
a)あるいはそれ以上の圧力下に、ストリップ段階にお
けるストリップ装置の頂部に到達し得るに十分な圧力に
加圧し、また、前記炭酸ガスリッチな液体吸収材流れを
加熱して加熱された炭酸ガスリッチな液体吸収材流れを
入手すること、(D)絶対値での0.241325MP
a(35psia)あるいはそれ以上の圧力下に運転さ
れるストリップ装置内で炭酸ガスリッチな液体吸収材流
れをストリップ処理し、ストリップ装置から絶対値での
0.241325MPa(35psia)あるいはそれ
以上の圧力を有する炭酸ガス生成物流れを回収するこ
と、を含む炭酸ガスを回収するための方法が提供され
る。幾つかの好ましい実施例ではストリップ装置内の圧
力及び炭酸ガス生成物流れの圧力は絶対値での0.48
265MPa(70psia)までのものである。本発
明の他の様相によれば、ストリップされた液体吸収材の
流れがストリップ装置から段階(B)に再循環される。
ガスのような低圧流れから高圧下にCO2を回収するた
めの、本発明に従う改良されたアルカノールアミンベー
スの吸収プロセスのフローシートが示される。フローシ
ート及び使用設備は変更することができる。また、以下
の説明中の温度並びに圧力の値は単に代表的な運転条件
を表すものである。
る流れを含んでいる。送給物流れ1は代表的には窒素と
酸素をも含む。炭酸ガス含有量は一般的には30%まで
であり(本明細書では%表示は特に断りのない限り体積
%をいうものとする)、代表的には、煙道ガスの代表的
な値である3〜30体積%である。送給物流れ1は通常
は好適に冷却され、SOxやNOxのような粒状物及び
不純物を除去するべく前処理され、次いでブロワ2に送
られてライン3を通して吸収装置に入り、そこで炭酸ガ
スのための液体吸収材流体と接触(好ましくは向流方向
で)される。
炭酸ガスを優先的に除去する能力が、水だけの場合と比
較して高い吸収材流体を創出する吸収材配合物の溶液あ
るいはこの吸収材配合物を代表的には水分散させた流体
である。そうした吸収材配合物の例は斯界に良く知られ
ており、当業者には容易に確認されよう。使用するのが
好ましいものは有機性アミンを使用した吸収材であり、
1つ以上のアルカノールアミンを使用するものは更に好
ましい。有機性アミンは一次アミン(水素以外の群との
一置換体)、二次アミン(水素以外の群との二置換
体)、三次アミン(水素以外の群との三置換体)に分類
することができる。有益なアルカノールアミンには、
1、2、3、4、5あるいは6個の炭素原子を各々含む
アルカノールからなる1、2あるいは3つの群と置換さ
れたアミン、またそうでない場合は、水素あるいは、
1、2、3、4、5あるいは6個の炭素原子を各々含む
アルキルと置換されたアミンが含まれる。アルカノール
アミン以外に好ましい有機アミンには、(1)1、2、
3、4、5あるいは6個の炭素原子を各々含む1、2あ
るいは3つのアルキル群と置換された、あるいはそうで
ない場合には水素で置換されたアミン、(2)1あるい
は2個の窒素原子と、合計で5、6、7あるいは8個の
炭素原子及び窒素原子を含む環状アミン、(3)2個の
窒素原子と、2〜8個の炭素原子を含むジアミン(各窒
素原子が一次、二次、あるいは三次であるジアミンを含
む)が含まれる。有益なアルカノールアミンの特定例に
は、モノエタノールアミン(一次)、ジエタノールアミ
ン(二次)、メチルジエタノールアミン(三次)が含ま
れる。有益な有機アミンの例にはピペラジンやピロリジ
ンが含まれる。
代表的な任意の構成のものであり得る。吸収材の温度は
代表的には、頂部位置で40〜45℃、底部位置では5
0〜60℃の間で変化する。吸収装置は周囲圧力よりも
若干高い圧力下に作用する。吸収装置の上部に位置付け
たミスト除去装置が、しばしば本来窒素リッチな、吸収
装置通気ガス5内の同伴アミンを捕捉する。送給物ガス
からのCO2は吸収材により優先的に吸収(即ち、送給
物ガス中の、吸収される炭酸ガスの割合は送給物ガス内
に存在するその他のガスの割合よりも大きい)されてC
O2リッチな液体吸収材流れ7を生成し、この液体吸収
材流れ7が吸収装置4の底部を出てリッチソルベントポ
ンプ8に送られる。
ポンプとも称する)8がCO2リッチな液体吸収材流れ
を、ストリップ装置12の頂部に到達させ得るに十分な
圧力である絶対値での0.241325MPa(35p
sia)あるいはそれ以上に圧縮する。ライン9内のC
O2リッチな液体吸収材流れは向流熱交換器10内で高
温の再生あるいは希薄な吸収材流れ29により100〜
110℃にまで加熱され、次いでライン11を経てスト
リップ装置12の頂部に送られる。あるいは、このCO
2リッチな液体吸収材流れをポンプ8で圧縮する前に加
熱することもできる。
体吸収材流れからCO2を回収する加圧ユニットであ
る。本発明の方法上、再熱器とストリップ装置カラム内
の各圧力はほぼ絶対値での0.241325MPa(3
5psia)に維持される。これにより、炭酸ガス製品
は絶対値での0.241325MPa(35psia)
あるいはそれ以上の相当圧力のものとなる。本発明を実
施する上で好ましいモードの1つは、モノエタノールア
ミンを含む吸収材を使用し、ストリップ装置及び再熱器
内の各圧力を絶対値での0.2758〜0.37922
5MPa(40〜55psia)の範囲内に維持すると
いうものである。この場合、ポンプ8はCO 2リッチな
液体吸収材流れを絶対値での0.2758〜0.379
225MPa(40〜55psia)の圧力下にストリ
ップ装置12の頂部に到達させ得るに十分な圧力に加圧
する必要がある。本発明の方法により回収される炭酸ガ
ス製品もまた、絶対値での0.2758〜0.3792
25MPa(40〜55psia)の圧力のものとな
る。
も相応に高くなる。しかしながら温度が高いと吸収材の
熱劣化が加速され、劣化した吸収材が結局は設備を著し
く腐食させ、延いてはプロセス性能全体を低下させ得る
ことから、再熱器内の温度は140℃を大きく上回るこ
とがないように注意する必要がある。例えば、モノエタ
ノールアミンやメチルジエタノールアミンのような代表
的なアルカノールアミンは高温下では劣化が速いことが
知られている。ストリップ装置の上部位置の温度は代表
的には100〜110℃であり、一方その底部位置での
温度は119〜135℃にもなる。吸収材の熱劣化速度
は化学抑制剤を使用して遅くさせることが可能である。
ストリップ装置/再熱器内の最適圧力及びCO2の回収
時の最終圧力は以下の要因、即ち、1)再熱器の熱効
率、2)下流側の圧縮条件、3)高温下での腐食性によ
り決定される。
液体吸収材流れはストリップ装置12の上方部分に送ら
れる。ストリップ装置12は代表的には、その頂部位置
で100〜110℃の範囲内の温度下に、また底部位置
では119〜135℃の温度下に運転される。CO2リ
ッチな液体吸収材流れがストリップ装置12を通して流
下するに従い、吸収材中の炭酸ガスが、一般にはスチー
ムであるところの上昇する蒸気中にストリップされ、か
くしてCO2リッチな上部蒸気13と、CO2リーンな吸
収材20とが生成される。CO2リッチな上部蒸気13
は還流凝縮器47に送られて部分的に凝縮され、生じた
2相流れ14が還流ドラム15に送られ、このドラム内
で、主に吸収材(例えばアルカノノールアミン)及び水
から成る凝縮物17から製品としてのCO2が分離され
る。この凝縮物を還流ポンプ18がストリップ装置12
にポンピングする。ストリップ装置12の底部からの吸
収材20が、代表的には119〜135℃程の温度下に
運転される再熱器21内で間接加熱される。必要な加熱
は、絶対値での0.20685MPa(30psia)
あるいはそれ以上の圧力の飽和流れ48により提供され
得る。主にスチームであるところの加熱された溶剤蒸気
22がストリップ装置に再循環される。
ーンな吸収材溶液23はリーン溶剤ポンプ35により熱
交換器10に戻される。このCO2リーンな吸収材溶液
23の小部分が流れ24として抜き出されてレクレーマ
25に送られて溶液が蒸発される。リクレーマにソーダ
灰あるいは苛性ソーダを加えることで分解副産物や耐熱
性アミン塩の析出は容易化される。流れ27は分解副産
物と耐熱性アミン塩の廃棄流れである。アミン溶液の蒸
気26を図1に示すようにストリップ装置に再導入する
ことができる。アミン溶液の蒸気26は、これを冷却し
て吸収装置の上部に入るリーン流れ6と直接混合させる
こともできる。また、図1に示すリクレーマに代えて、
イオン交換あるいは電気透析のようなその他の精製法を
使用しても良い。
プ32によりポンピングされてリーン流れ34と合流さ
れる。この合流流れは65〜75℃程の温度下に熱交換
器10を出て流れ36となり、冷却装置37内で40℃
程に更に冷却される。冷却されたリーン流れ38から小
部分が抜き出され、機械フィルタ41及び45のみなら
ず炭素床フィルタ43を使用して精製(不純物、固形
物、分解副産物、耐熱性アミン塩の除去)される。精製
あるいは浄化されたリーン流れ46はリーン流れ38に
追加されて流れ6となり、吸収装置4の上部に導入され
る。
上述のプロセスを使用して回収されたCO2は現場用途
のための蒸気として直接使用することができる。廃水の
pH制御といった幾つかのCO2用途では吸収プロセス
から直接得られるCO2を使用することができる。しか
しながら、CO2蒸気は、各用途で使用するためには一
般に絶対値での0.241325MPa(35psi
a)程度の圧力下に送達される必要がある。従来からの
アミンベースの化学吸収プロセスではCO2は代表的に
は絶対値での0.103425〜0.172375MP
a(15〜25psia)の圧力下に回収されるので、
現場用途で使用するに先立ってこれを加圧する必要があ
る。しかるに、本発明によれば絶対値での0.2413
25MPa(35psia)の圧力下におけるCO2回
収が容易化され、かくして、そうした加圧処理の必要性
やそれによって生じるであろう相当の資本並びに運転コ
ストは節減されることとなる。
れから化学吸収プロセスを使用して回収したCO2は下
流側での回収若しくは隔離のために加圧する必要があり
得る。商業用の液体炭酸は代表的には、CO2リッチな
蒸気流れを絶対値での約2.0685MPa(300p
sia)に加圧し、精製及び蒸留することで得られ、必
要とされる加圧は代表的には2ステージ下に行われる。
本発明では絶対値での0.103425〜0.1723
75MPa(15〜25psia)の圧力に代えて、絶
対値での0.241325MPa(35psia)の圧
力下にCO2が回収されるので圧縮コストは低くなるこ
とから、CO2製造プラントでの第1圧縮ステージが排
除される場合もあり得る。CO2は、これを隔離するた
めには約10.3425MPa(1500psia)あ
るいはそれ以上の圧力に加圧する必要があるが、本発明
を使用すれば、0.1379MPa(20psia)で
はなく、例えば絶対値での0.34475MPa(50
psia)の圧力のCO2が提供され、正味の圧縮比は
75から30に低下する。これは、言い換えれば圧縮ス
テージ数を減少させるに等しく、かくして、圧縮コスト
のみならず、煙道ガスからCO2を隔離するためのコス
ト全体が減少する。
セスに勝るものである。煙道ガスからCO2を回収する
初期のプロセスでは絶対値での0.103425〜0.
172375MPa(15〜25psia)の圧力下に
CO2リッチな蒸気が産出されるが、このCO2リッチな
蒸気は爾後使用あるいは廃棄に先立って圧縮する必要が
ある。例えばCO2蒸気は、これを商業用の液体炭酸を
製造するための標準CO2プラントへの送給物として使
用する場合には絶対値での〜2.0685MPa(〜3
00psia)に加圧する必要がある。絶対値での0.
103425〜2.0685MPa(15〜300ps
ia)への加圧操作は代表的には2ステージで行われ
る。CO2蒸気の別の使用ケースには、幾つかの現場用
途の場合におけるように、圧力を若干高めた(絶対値で
の〜0.68205−.448175MPa(〜30−
65psia))CO2蒸気を直接使用する場合が含ま
れる。対照的に、本発明の高圧のCO2回収スキームに
よれば絶対値での0.241325MPa(35psi
a)の圧力のCO2の回収が容易化され、かくして、C
O2蒸気を絶対値での〜2.0685MPa(〜300
psia)に加圧する必要がある場合でも、本来吸収プ
ロセスでは2ステージ下に実施される圧縮ステージは1
ステージで恐らく十分なものとなる。CO2蒸気を絶対
値での0.241325MPa(35psia)あるい
はそれ以上に加圧する必要がある場合、本発明の新規な
吸収プロセスによれば要求圧力でのCO2を直接回収す
ることができるのでそれ以上の加圧の必要性は排除され
る。最後に、隔離用途ではCO2を代表的には10.3
425MPa(1500psia)あるいはそれ以上の
圧力に加圧する必要があるが、CO2を絶対値での0.
103425〜0.172375MPa(15〜25p
sia)の圧力ではなく絶対値での0.241325M
Pa(35psia)あるいはそれ以上の圧力下に回収
することで、圧縮ステージ数及びエネルギー消費量の減
少を通して下流側での圧縮コストが低下し、結局、煙道
ガスからCO2を隔離するに際しての全体コストは低下
する。
れるプロセスでは、CO2リッチの蒸気が絶対値での約
0.9653MPa(140psia)の圧力下に回収
されるが、プロセスに送給される送給物流れの圧力はも
っとずっと高く、例えば、絶対値での2.93037M
Pa(425psia)あるいはそれ以上であり、CO
2リッチな吸収材液体は加圧されることもなく、ストリ
ップ装置の運転圧力は吸収装置内の運転圧力よりも相当
に低い。これに対し、本発明の方法は本来CO 2回収及
び圧縮ユニットとして作用し、吸収材の液体が送給物流
れから低圧(絶対値での〜0.1357MPa(〜1
4.7psia)下にCO2を選択的に吸収する。吸収
装置は代表的には絶対値での約0.103425MPa
(15psia)の圧力下に運転され、次いでCO2リ
ッチな吸収材溶液は絶対値での0.241325MPa
(35psia)あるいはそれ以上の圧力に加圧され
る。高圧下にストリップ操作されることで、絶対値での
約0.241325MPa(35psia)あるいはそ
れ以上の相当する高圧下でのCO2リッチな蒸気の回収
が容易化される。本発明のプロセスではストリップ装置
の運転圧力も吸収装置の運転圧力より高い。
ことで、絶対値での0.241325MPa(35ps
ia)あるいはそれ以上の圧力のCO2リッチな蒸気が
回収され得るようになり、下流側での圧縮コストが低減
あるいは排除される。ポンプ8内のCO2リッチなアル
カノールアミン液体をストリップ装置の新規な運転圧力
と合致させるためにもっとずっと高い圧力に加圧する必
要もあるが、CO2リッチな吸着材液体を加圧するに必
要な増分エネルギー条件はCO2蒸気を圧縮する場合の
それよりもずっと小さくなるので、より高圧のCO2リ
ッチの蒸気を製造することには有益性がある。
直接回収することのできる、より効率的な方法が提供さ
れる。
Claims (3)
- 【請求項1】 炭酸ガスを回収するための方法であっ
て、 (A)炭酸ガスを含み、絶対値での0.206859M
Paまでの圧力のガス状の送給物流れを提供すること、 (B)該送給物流れから、有機アミン吸収材を含む液体
吸収材流体中に炭酸ガスを優先的に吸収させて炭酸ガス
リッチな液体吸収材流れを形成すること、 (C)任意のシーケンスあるいは(B)と同時に、該炭
酸ガスリッチな液体吸収材流れを、絶対値での0.24
1325MPaあるいはそれ以上の圧力下に、ストリッ
プ段階におけるストリップ装置の頂部に到達し得るに十
分な圧力に加圧し、また、前記炭酸ガスリッチな液体吸
収材流れを加熱して加熱された炭酸ガスリッチな液体吸
収材流れを入手すること、 (D)絶対値での0.241325MPaあるいはそれ
以上の圧力下に運転されるストリップ装置内で炭酸ガス
リッチな液体吸収材流れをストリップ処理し、ストリッ
プ装置から絶対値での0.241325MPaあるいは
それ以上の圧力を有する炭酸ガス生成物流れを回収する
こと、 を含む炭酸ガスを回収するための方法。 - 【請求項2】 段階(D)でストリップされた液体吸収
材流体を回収し、回収した液体吸収材流体を段階(B)
に再循環させることを更に含む請求項1の方法。 - 【請求項3】 段階(D)でストリップされた液体吸収
材流体を回収し、回収した液体吸収材流体を段階(B)
に再循環させるに先立ち、段階(B)で形成された炭酸
ガスリッチな液体吸収材流れが前記ストリップされた液
体吸収材流体と段階(D)で熱交換されて加熱されるこ
とを含む請求項2の方法。
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