JP2008069040A - 二酸化炭素回収システムおよび二酸化炭素回収方法 - Google Patents

Abstract

【課題】水素を製造する合成ガス製造装置から排出される燃焼排ガスや、合成ガス製造装置から導出される合成ガスの熱を水蒸気供給装置の熱源として利用し、熱エネルギの消費を大幅に削減できる二酸化炭素回収システムおよび二酸化炭素回収方法を提供すること目的とする。
【解決手段】二酸化炭素回収システム１０は、水素および二酸化炭素を主成分とする合成ガスを製造する合成ガス製造部３０と、吸収塔４１０、再生塔４２０および水蒸気供給装置４３０を有し、合成ガス製造部３０の加熱炉３００から排出された燃焼排ガス３０４から二酸化炭素を回収する排ガス処理部４０と、吸収塔５１０、再生塔５２０、水蒸気供給装置５３０および冷却装置５４０を有し、合成ガス製造部３０の選択酸化塔３２０から排出された合成ガス３２１から二酸化炭素を回収し、水素５０７と分離する合成ガス分離部５０とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、炭化水素を水蒸気を用いて改質する水素製造装置の加熱炉から排出される燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収システムおよび二酸化炭素回収方法に関する。

近年、化石燃料の燃焼生成物である二酸化炭素の温室効果による地球温暖化の問題が大きくなっている。気候変動に関する国際連合枠組条約の京都議定書において、我が国の温室効果ガス排出削減の目標は、１９９０年の比率マイナス６％を２００８〜２０１２年の間に達成することである。

このような背景の中、加熱炉から排出される二酸化炭素を、例えば、炭酸塩である炭酸カリウムの水溶液を吸収液として用いることにより、二酸化炭素を回収するシステムが提案されている（例えば、非特許文献１および特許文献１参照。）。

ここで、従来の二酸化炭素回収システム２００について、図４を参照して説明する。

図４は、従来の二酸化炭素回収システム２００の概要を模式的に示した図である。この従来の二酸化炭素回収システム２００は、炭酸カリウム水溶液を吸収液として用いて、二酸化炭素を回収するシステムである。

図４に示すように、化石燃料を燃焼して排出された排ガス２０１は、ガスブロワ２０２によって吸収塔２０３に導かれる。吸収塔２０３の上部には、リーン吸収液２０４が供給される。この供給されたリーン吸収液２０４は、導入された排ガス２０１と気液接触して、排ガス２０１中の二酸化炭素を吸収する。一方、リーン吸収液２０４と気液接触した排ガス２０１は、吸収塔２０３の上部から大気へ放出される。ここで、このリーン吸収液２０４および排ガス２０１は、温度が５５〜７０℃で吸収塔２０３に供給され、吸収塔２０３内は絶対圧力１００ｋＰａ程度に設定されている。

二酸化炭素を吸収したリッチ吸収液２０５は、吸収塔２０３の下部から抜出しポンプ２０６によって再生塔２０７に導かれる。再生塔２０７に導かれたリッチ吸収液２０５は、リボイラ２０８から供給された水蒸気２０９ともに撹乱される。ここで、このリッチ吸収液２０５および水蒸気２０９は、温度が５５〜７０℃で再生塔２０７に供給され、再生塔２０７内は絶対圧力３０〜７０ｋＰａ程度に設定されている。そして、二酸化炭素がリッチ吸収液２０５から水蒸気２０９中に放散され、再び二酸化炭素を吸収できるリーン吸収液２０４に再生される。

再生されたリーン吸収液２０４は、循環ポンプ２１０により、吸収塔２０３の上部へ戻される。一方、リッチ吸収液２０５から水蒸気２０９中に放散された二酸化炭素は、水蒸気２０９とともに真空引き装置２１２に導かれ、さらに分離器２１３に導かれて水蒸気２０９と分離され回収される。ここで、真空引き装置２１２は、水蒸気２０９の一部を凝縮させて取り除くためのコンデンサを備えている。

このように構成された従来の二酸化炭素回収システム２００では、リボイラ２０８によってリーン吸収液２０４または水を沸騰させて水蒸気２０９を発生させていた。
（財）石油産業活性化センター、平成１７年度石油環境対策基盤等整備事業、製油所における低エネルギーＣＯ２回収技術と高濃度ＣＯ２固定化可能性に関する調査報告書ＰＥＣ−２００５Ｔ−１３、平成１８年３月 特開２００３−３４５０３号公報

上述した従来の二酸化炭素回収システムでは、リーン吸収液または水を沸騰させて水蒸気を発生させることのみ用いられる大きな熱エネルギをリボイラで消費するため、システム効率の向上を図ることは難しかった。

そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、水素を製造する合成ガス製造装置から排出される燃焼排ガスや、合成ガス製造装置から導出される合成ガスの熱を水蒸気供給装置の熱源として利用することにより、熱エネルギの消費を大幅に削減することができる二酸化炭素回収システムおよび二酸化炭素回収方法を提供すること目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の二酸化炭素回収システムは、炭化水素を水蒸気を用いて改質し、水素および二酸化炭素を主成分とする合成ガスを製造する合成ガス製造装置と、前記合成ガス製造装置から排出された二酸化炭素を含む燃焼排ガスと第１のリーン吸収液とを気液接触させて前記燃焼排ガス中の二酸化炭素を前記第１のリーン吸収液に吸収させて、前記第１のリーン吸収液を第１のリッチ吸収液にする第１の吸収装置と、前記第１のリッチ吸収液と第１の水蒸気とを気液接触させて前記第１のリッチ吸収液から二酸化炭素を前記第１の水蒸気中に放散させて、前記第１のリッチ吸収液を前記第１のリーン吸収液に再生する第１の再生装置と、前記第１の再生装置に前記第１の水蒸気を供給する第１の水蒸気供給装置と、前記合成ガス製造装置で製造された合成ガスと第２のリーン吸収液とを気液接触させて前記合成ガス中の二酸化炭素を前記第２のリーン吸収液に吸収させて、前記第２のリーン吸収液を第２のリッチ吸収液にする第２の吸収装置と、前記第２のリッチ吸収液と第２の水蒸気とを気液接触させて前記第２のリッチ吸収液から二酸化炭素を前記第２の水蒸気中に放散させて、前記第２のリッチ吸収液を前記第２のリーン吸収液に再生する第２の再生装置と、前記第２の再生装置に前記第２の水蒸気を供給する第２の水蒸気供給装置とを具備することを特徴とする。

この二酸化炭素回収システムによれば、合成ガス製造装置から排出された二酸化炭素を含む燃焼排ガスから二酸化炭素を回収し、合成ガス製造装置で製造された合成ガスから二酸化炭素を回収し、水素と分離することができる。

本発明の二酸化炭素回収方法は、合成ガス製造装置において、炭化水素を水蒸気を用いて改質し、水素および二酸化炭素を主成分とする合成ガスを製造する合成ガス製造工程と、前記合成ガス製造装置から排出された二酸化炭素を含む燃焼排ガスと第１のリーン吸収液とを第１の吸収装置に導き、前記燃焼排ガスと前記第１のリーン吸収液とを気液接触させて前記燃焼排ガス中の二酸化炭素を前記第１のリーン吸収液に吸収させて、前記第１のリーン吸収液を第１のリッチ吸収液にする第１の吸収工程と、前記第１のリッチ吸収液と第１の水蒸気供給装置から供給された第１の水蒸気とを第１の再生装置に導き、前記第１のリッチ吸収液と前記第１の水蒸気とを気液接触させて前記第１のリッチ吸収液から二酸化炭素を前記第１の水蒸気中に放散させて、前記第１のリッチ吸収液を前記第１のリーン吸収液に再生する第１の再生工程と、前記合成ガス製造装置で製造された合成ガスと第２のリーン吸収液とを第２の吸収装置に導き、前記合成ガスと前記第２のリーン吸収液とを気液接触させて前記合成ガス中の二酸化炭素を前記第２のリーン吸収液に吸収させて、前記第２のリーン吸収液を第２のリッチ吸収液にする第２の吸収工程と、前記第２のリッチ吸収液と第２の水蒸気供給装置から供給された第２の水蒸気とを第２の再生装置に導き、前記第２のリッチ吸収液と前記第２の水蒸気とを気液接触させて前記第２のリッチ吸収液から二酸化炭素を前記第２の水蒸気中に放散させて、前記第２のリッチ吸収液を前記第２のリーン吸収液に再生する第２の再生工程とを具備することを特徴とする。

この二酸化炭素回収方法によれば、第１の吸収工程および第１の再生工程において、合成ガス製造装置から排出された二酸化炭素を含む燃焼排ガスから二酸化炭素を回収し、第２の吸収工程および第２の再生工程において、合成ガス製造装置で製造された合成ガスから二酸化炭素を回収し、水素と分離することができる

本発明の二酸化炭素回収システムおよび二酸化炭素回収方法によれば、水素を製造する合成ガス製造装置から排出される燃焼排ガスや、合成ガス製造装置から導出される合成ガスの熱を水蒸気供給装置の熱源として利用することにより、熱エネルギの消費を大幅に削減することができる。

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態の二酸化炭素回収システム１０の概要を模式的に示した図である。

図１に示すように、この二酸化炭素回収システム１０は、合成ガス製造部３０と、排ガス処理部４０と、合成ガス分離部５０と、制御部１４０とから主に構成されている。なお、図１において、制御部１４０は、後述する各ポンプ、各構成機器などと電気的に接続されているが、図の明記のため接続線の記載は省略する。

まず、合成ガス製造部３０の構成について説明する。

合成ガス製造部３０では、炭化水素を水蒸気を用いて改質し、水素および二酸化炭素を主成分とする合成ガスを製造する。この合成ガス製造部３０は、加熱炉３００と、脱硫塔３１０と、選択酸化塔３２０とを備えている。

加熱炉３００は、燃料３０１が噴出されて燃焼する燃焼部３０３と、燃焼部３０３からの燃焼排ガス３０４が対流する熱対流部３０５と、燃焼排ガス３０４を排出する排気口３０６とから構成されている。

加熱炉３００における燃焼部３０３の上部には、重油などの燃料３０１を導入するための燃料導入部（図示しない）が設けられている。また、燃焼部３０３には、燃焼部３０３の上部から下部に亘って、複数の反応管３０２が配置されている。この反応管３０２内には、反応を促進するためにニッケル触媒が備えられている。

また、熱対流部３０５には、熱対流部３０５の上部から下部に亘って、導入されたナフサや廃プラスチックなどの炭化水素３０７を熱分解する熱分解管３３０が配置されている。また、熱対流部３０５の下部には、熱分解管３３０から分解ガス３０８を脱硫塔３１０の上部へ導く配管３３１が設けられている。

また、熱対流部３０５には、脱硫塔３１０の内部で硫黄分が除去された分解ガス３１１を水蒸気３１２によって一次改質するための一次改質管３３２が配置されている。この一次改質管３３２は、脱硫塔３１０の下部と配管３３３を介して接続されている。また、この配管３３３には、水蒸気３１２を供給するための水蒸気供給管３３４が接続されている。

また、一次改質管３３２と反応管３０２との間には、一次改質管３３２で一次改質された改質ガス３１３を熱対流部３０５の上部から反応管３０２の上部に導く配管３３５が設けられている。また、燃焼部３０３の下部には、反応管３０２で二次改質された改質ガス３１４を選択酸化塔３２０の上部へ導く配管３３６が設けられている。また、選択酸化塔３２０の下部には、選択酸化塔３２０の内部で改質ガス３１４中の一酸化炭素が選択的に二酸化炭素に酸化された合成ガス３２１を合成ガス分離部５０に導く配管３３７が設けられている。また、加熱炉３００の排気口３０６には、燃焼排ガス３０４を排ガス処理部４０に導く配管３３８が設けられている。

次に、排ガス処理部４０の構成について説明する。

排ガス処理部４０では、合成ガス製造部３０の加熱炉３００から排出された二酸化炭素を含む燃焼排ガス３０４から二酸化炭素を回収する。この排ガス処理部４０は、吸収塔４１０と、再生塔４２０と、水蒸気供給装置４３０とを備えている。

吸収塔４１０の下部には、合成ガス製造部３０の加熱炉３００から排出された燃焼排ガス３０４を導く配管３３８が接続されている。また、配管３３８には、燃焼排ガス３０４を吸収塔４１０内に送気するためのガスブロワ４０１が連結されている。

また、吸収塔４１０の上部と再生塔４２０の底部との間には、再生塔４２０の底部から排出されるリーン吸収液４０２を吸収塔４１０の上部に導く配管４４０が設けられている。また、この配管４４０には、送液ポンプ４０６が介在している。また、吸収塔４１０の内部には、吸収塔４１０の上部から吸収塔４１０内に噴出されたリーン吸収液４０２と吸収塔４１０に導入された燃焼排ガス３０４とを主として気液接触させる、例えば、多孔構造、ハニカム構造などを有する充填材を設置することが好ましい。また、吸収塔４１０の上端部には、リーン吸収液４０２と気液接触した後の燃焼排ガス３０４を大気中に排気するための排気口４１１が設けられている。

さらに、吸収塔４１０の底部と再生塔４２０の上部との間には、二酸化炭素を吸収したリッチ吸収液４０３を吸収塔４１０の底部から再生塔４２０の上部に導く配管４４１が設けられている。また、この配管４４１には、送液ポンプ４０４が介在している。

再生塔４２０の下部には、水蒸気供給装置４３０が連結されており、水蒸気供給装置４３０から再生塔４２０内に水蒸気４０５が供給される。また、水蒸気供給装置４３０と後述する合成ガス分離部５０の冷却装置５４０とは、水蒸気供給装置４３０と冷却装置５４０に熱媒体４３１を還流させる熱媒体ライン４４２によって連結されている。なお、図示していないが、熱媒体ライン４４２には、熱媒体４３１を還流させるための送液ポンプが介在されている。ここで、熱媒体４３１として、例えば、水またはポリエチレングリコールなどの液体が用いられる。熱媒体４３１として水またはポリエチレングリコールなどの液体を用いるのは、気体を用いる場合より、水蒸気供給装置４３０および冷却装置５４０における熱交換効率が高くなるからである。

また、図１に示すように、再生塔４２０の底部に溜まったリーン吸収液４０２の一部を水蒸気供給装置４３０に導く配管４４４を設け、水蒸気供給装置４３０において熱媒体４３１からの熱を利用して、このリーン吸収液４０２の水分を蒸発させて水蒸気４０５を発生させてもよい。なお、水蒸気供給装置４３０において水蒸気４０５を発生させる際に、リーン吸収液４０２を用いずに、例えば、他から供給された水を用いてもよい。また、水蒸気供給装置４３０は、再生塔４２０の下部から再生塔４２０内に水蒸気４０５を供給できるものであればよく、例えば、熱交換器の機能を有するリボイラなどで構成される。なお、水蒸気供給装置４３０は、水蒸気を発生させる機能を有しなくても、例えば、他の装置で生成された水蒸気を再生塔４２０の下部から再生塔４２０内に供給するものであってもよい。

また、再生塔４２０の頂部には、水蒸気４０５とともに水蒸気４０５中に放散された二酸化炭素４０８を回収するための二酸化炭素回収ライン４４３が設けられている。また、この二酸化炭素回収ライン４４３には、再生塔４２０から水蒸気４０５および水蒸気４０５中に放散された二酸化炭素４０８を回収し、水蒸気４０５中に放散された二酸化炭素４０８を回収するために、図示しない、真空引き装置および分離器が設けられている。この分離器は、水蒸気４０５と二酸化炭素４０８とを分離するものである。

ここで、リーン吸収液４０２とは、吸収塔４１０で二酸化炭素を吸収する前の吸収液であり、例えば、再生塔４２０で二酸化炭素を放散して再生された吸収液も含まれる。また、リッチ吸収液４０３とは、吸収塔４１０で二酸化炭素などを吸収した、再生塔４２０で二酸化炭素を放散する前の状態の吸収液である。

また、リーン吸収液４０２は、炭酸カリウムおよび炭酸水素カリウムの水溶液であり、二酸化炭素の吸収促進剤であるピペラジン等の有機物は添加されていない。ピペラジン等の有機物を添加しないのは、ピペラジン等の有機物を添加すると、ピペラジン等と燃焼排ガス３０４中の硫黄酸化物とが反応し、その反応物を容易に廃棄処理することができないからである。炭酸カリウムおよびその反応生成物である炭酸水素カリウムの合計濃度は、炭酸カリウムの重量濃度に換算して２０〜３５％である。炭酸カリウムの濃度をこの範囲に設定したのは、重量濃度が２０％より低い場合には、二酸化炭素の吸収量が不十分となり、重量濃度が３５％より高い場合には、二酸化炭素を吸収する速度が十分に高くならないからである。

次に、合成ガス分離部５０の構成について説明する。

合成ガス分離部５０では、合成ガス製造部３０の選択酸化塔３２０から排出された合成ガス３２１から二酸化炭素を回収し、水素５０７と分離する。この合成ガス分離部５０は、吸収塔５１０と、再生塔５２０と、水蒸気供給装置５３０と、冷却装置５４０とを備えている。

吸収塔５１０の下部には、合成ガス製造部３０の選択酸化塔３２０から排出された合成ガス３２１を導く配管３３７が接続されている。また、配管３３７には、合成ガス３２１を吸収塔５１０内に送気するための送気ポンプ５０１が連結されている。

また、吸収塔５１０の上部と再生塔５２０の底部との間には、再生塔５２０の底部から排出されるリーン吸収液５０２を吸収塔５１０の上部に導く配管５５０が設けられている。また、この配管５５０には、送液ポンプ５０６が介在している。さらに、配管５５０には、熱媒体ライン４４２を介して排ガス処理部４０の水蒸気供給装置４３０と連結された冷却装置５４０が介在している。また、吸収塔５１０の内部には、吸収塔５１０の上部から吸収塔５１０内に噴出されたリーン吸収液５０２と吸収塔５１０に導入された合成ガス３２１とを主として気液接触させる、例えば、多孔構造、ハニカム構造などを有する充填材を設置することが好ましい。また、吸収塔５１０の上端部には、リーン吸収液５０２と気液接触し、二酸化炭素が吸収された後の合成ガス３２１、すなわち水素５０７を回収するための水素回収ライン５５１が設けられている。

さらに、吸収塔５１０の底部と再生塔５２０の上部との間には、二酸化炭素を吸収したリッチ吸収液５０３を吸収塔５１０の底部から再生塔５２０の上部に導く配管５５２が設けられている。また、この配管５５２には、送液ポンプ５０４が介在している。

再生塔５２０の下部には、水蒸気供給装置５３０が連結されており、水蒸気供給装置５３０から再生塔５２０内に水蒸気５０５が供給される。

また、図１に示すように、再生塔５２０の底部に溜まったリーン吸収液５０２の一部を水蒸気供給装置５３０に導く配管５５３を設け、水蒸気供給装置５３０においてこのリーン吸収液５０２の水分を蒸発させて水蒸気５０５を発生させてもよい。ここで、水蒸気供給装置５３０において水蒸気５０５を発生させるために、例えば、合成ガス製造部３０の加熱炉３００から排出された燃焼排ガス３０４や合成ガス製造部３０の選択酸化塔３２０から排出された合成ガス３２１の熱を利用してもよい。なお、水蒸気供給装置５３０を通過した燃焼排ガス３０４や合成ガス３２１は、それぞれ吸収塔４１０、５１０に供給される。

ここで、水蒸気供給装置５３０において水蒸気５０５を発生させる際に、リーン吸収液５０２を用いずに、例えば、他から供給された水を用いてもよい。また、水蒸気供給装置５３０は、再生塔５２０の下部から再生塔５２０内に水蒸気５０５を供給できるものであればよく、例えば、熱交換器の機能を有するリボイラなどで構成される。なお、水蒸気供給装置５３０は、水蒸気を発生させる機能を有しなくても、例えば、他の装置で生成された水蒸気を再生塔５２０の下部から再生塔５２０内に供給するものであってもよい。

また、再生塔５２０の頂部には、水蒸気５０５とともに水蒸気５０５中に放散された二酸化炭素５０８を回収するための二酸化炭素回収ライン５５４が設けられている。また、この二酸化炭素回収ライン５５４には、再生塔５２０から水蒸気５０５および水蒸気５０５中に放散された二酸化炭素５０８を回収し、水蒸気５０５中に放散された二酸化炭素５０８を回収するために、図示しない、真空引き装置および分離器が設けられている。この分離器は、水蒸気５０５と二酸化炭素５０８とを分離するものである。

ここで、リーン吸収液５０２は、炭酸カリウムおよび炭酸水素カリウムの水溶液であり、二酸化炭素の吸収促進剤であるピペラジン等の有機物が添加されている。ピペラジン等を添加したのは、合成ガス３２１中の硫黄酸化物が極めて少ないためと、ピペラジン等の有機物を添加しないと、水素５０７の二酸化炭素の分離効率が著しく低下するためである。炭酸カリウムおよびその反応生成物である炭酸水素カリウムの合計濃度は、炭酸カリウムの重量濃度に換算して２０〜３５％である。炭酸カリウムの濃度をこの範囲に設定したのは、重量濃度が２０％より低い場合には、二酸化炭素の吸収量が不十分になり、重量濃度が３５％より高い場合には、二酸化炭素を吸収する速度が十分に高くならないからである。

次に、二酸化炭素回収システム１０の作用について説明する。なお、各ポンプ、各構成機器などは制御部１４０に制御され、二酸化炭素回収システム１０が作動する。
合成ガス製造部３０において、燃料３０１は、加熱炉３００の燃焼部３０３内に供給されて燃焼し、燃焼部３０３内の反応管３０２が１０００℃程度に加熱される。燃料３０１の燃焼生成物である燃焼排ガス３０４は、加熱炉３００の燃焼部３０３から熱対流部３０５、排気口３０６の順に導かれ、配管３３８を通って排ガス処理部４０に導かれる。

炭化水素３０７は、熱対流部３０５に配置された熱分解管３３０に導入され、燃焼排ガス３０４によって７００℃程度に加熱され分解ガス３０８となる。なお、炭化水素３０７が廃プラスチックである場合、廃プラスチックは細かく切断された後に熱分解管３３０に導入される。

分解ガス３０８は、配管３３１を通って脱硫塔３１０内に導かれ、不要な硫黄分が吸着されて除去される。分解ガス３０８から硫黄分が除去された分解ガス３１１は、配管３３３に導かれ、水蒸気３１２と混合されて熱対流部３０５に配置された一次改質管３３２に導入される。熱対流部３０５に導入された分解ガス３１１と水蒸気３１２は、燃焼排ガス３０４により８００℃程度に加熱されて一次改質され改質ガス３１３となる。

続いて、一次改質された改質ガス３１３は、燃焼部３０３内の１０００℃程度に加熱された反応管３０２内に導かれて二次改質され、水素および一酸化炭素を主成分とする改質ガス３１４となる。

二次改質された改質ガス３１４は、配管３３６を介して選択酸化塔３２０内に導入され、水素および二酸化炭素が主成分である合成ガス３２１となる。換言すれば、改質ガス３１４中の一酸化炭素は選択的に酸化されて二酸化炭素になり、改質ガス３１４は、水素および二酸化炭素を主成分とする合成ガス３２１となる。この合成ガス３２１は、選択酸化塔３２０から排出され、配管３３７を通って合成ガス分離部５０に導かれる。

排ガス処理部４０において、合成ガス製造部３０の加熱炉３００から配管３３８に導かれた燃焼排ガス３０４は、温度が５５〜７０℃に調整されてから、ガスブロワ４０１によって吸収塔４１０の下部から吸収塔４１０内に供給される。燃焼排ガス３０４が吸収塔４１０内に供給されると、温度が５５〜７０℃のリーン吸収液４０２が、送液ポンプ４０６によって吸収塔４１０の上部から吸収塔４１０内に噴出される。吸収塔４１０内に噴出されたリーン吸収液４０２は、燃焼排ガス３０４と気液接触し、燃焼排ガス３０４に含まれる二酸化炭素を吸収してリッチ吸収液４０３となる。ここで、吸収塔４１０内では、絶対圧力が９０〜１５０ｋＰａの雰囲気圧力の下、リーン吸収液４０２と燃焼排ガス３０４とが５５〜７０℃の温度で気液接触する。気液接触した後の燃焼排ガス３０４は、吸収塔４１０の頂部から大気中に放出される。

ここで、吸収塔４１０内の絶対圧力を９０〜１５０ｋＰａに設定するのは、圧力が９０ｋＰａより低い場合には、リーン吸収液４０２における二酸化炭素の吸収速度が低く、圧力が１５０ｋＰａより高い場合には、ガスブロワ４０１に要する動力エネルギが過大になるからである。また、リーン吸収液４０２と燃焼排ガス３０４とが気液接触する際の温度を５５〜７０℃の範囲に設定するのは、吸収塔４１０内の絶対圧力が９０〜１５０ｋＰａの下、温度が７０℃より高い場合および温度が５５℃より低い場合には、リーン吸収液４０２における二酸化炭素の吸収速度が低下するからである。

二酸化炭素を吸収したリッチ吸収液４０３は、温度が５５〜７０℃に維持され、送液ポンプ４０４によって配管４４１に導かれ、再生塔４２０の上部から再生塔４２０内に噴出される。再生塔４２０内にリッチ吸収液４０３が噴出されると、温度が５５〜７０℃の水蒸気４０５が水蒸気供給装置４３０いよって再生塔４２０の下部から再生塔４２０内に供給される。再生塔４２０内に噴出されたリッチ吸収液４０３は、水蒸気４０５と気液接触し、水蒸気４０５中に二酸化炭素を放散し、リーン吸収液４０２となる。ここで、再生塔４２０内では、絶対圧力が３０〜７０ｋＰａの雰囲気圧力の下、リッチ吸収液４０３と水蒸気４０５とが５５〜７０℃の温度で気液接触する。再生されたリーン吸収液４０２は、温度が５５〜７０℃に維持され、送液ポンプ４０６によって配管４４０に導かれ、吸収塔４１０の上部に戻される。

ここで、再生塔４２０内の絶対圧力を３０〜７０ｋＰａに設定するのは、リッチ吸収液４０３から二酸化炭素を放散しやすくするためである。また、リッチ吸収液４０３と水蒸気４０５とが気液接触する際の温度を５５〜７０℃に設定するのは、温度が５５℃より低い場合には、二酸化炭素が放散し難くなり、温度が７０℃より高い場合には、リーン吸収液４０２に再生して吸収塔４１０に戻す際に冷却しなければならないからである。

水蒸気４０５中に放散された二酸化炭素４０８は、水蒸気４０５とともに二酸化炭素回収ライン４４３に導かれ、図示しない、二酸化炭素回収ライン４４３に介在する真空引き装置および分離器を通過することで、水蒸気４０５と二酸化炭素４０８とが分離される。そして、分離された二酸化炭素４０８は、回収される。

なお、水蒸気供給装置４３０から再生塔４２０内に噴出される水蒸気４０５は、再生塔４２０の底部から配管４４４を通って水蒸気供給装置４３０内に導入されたリーン吸収液４０２が、熱媒体ライン４４２を還流する熱媒体４３１により加熱されて蒸発したものである。水蒸気供給装置４３０に流入する際の熱媒体４３１の温度は７５〜９０℃であり、水蒸気供給装置４３０から流出する際の熱媒体４３１の温度は６５〜８０℃である。この温度が６５〜８０℃の熱媒体４３１は、合成ガス分離部５０の冷却装置５４０に還流され、冷却装置５４０において受熱し、再び温度が７５〜９０℃となる。

ここで、水蒸気供給装置４３０に流入する際の熱媒体４３１の温度を７５〜９０℃に設定したのは、温度が７５℃より低いと、リーン吸収液４０２が容易に蒸発しないからであり、温度が９０℃より高いと、水蒸気４０５の量が過大になるからである。

合成ガス分離部５０において、合成ガス製造部３０の選択酸化塔３２０から配管３３７に導かれた合成ガス３２１は、温度が７５〜９０℃に調整されてから、送気ポンプ５０１によって吸収塔５１０の下部から吸収塔５１０内に供給される。合成ガス３２１が吸収塔５１０内に供給されると、温度が７５〜９０℃のリーン吸収液５０２が、送液ポンプ５０６によって吸収塔５１０の上部から吸収塔５１０内に噴出される。吸収塔５１０内に噴出されたリーン吸収液５０２は、合成ガス３２１と気液接触し、合成ガス３２１に含まれる二酸化炭素を吸収してリッチ吸収液５０３となる。ここで、吸収塔５１０内では、絶対圧力が１５００〜２５００ｋＰａの雰囲気圧力の下、リーン吸収液５０２と合成ガス３２１とが７５〜９０℃の温度で気液接触する。合成ガス３２１は、二酸化炭素が吸収されて水素５０７となり、吸収塔５１０の頂部から水素回収ライン５５１に導かれ回収される。

ここで、吸収塔５１０内の絶対圧力が１５００〜２５００ｋＰａであるのは、合成ガス製造部３０から供給される合成ガス３２１の圧力がこの範囲の圧力であるからであり、この圧力を下げない方が吸収塔５１０内で二酸化炭素を吸収し易いからである。また、リーン吸収液５０２と合成ガス３２１とが気液接触する際の温度を７５〜９０℃の範囲に設定するのは、吸収塔５１０内の温度をこの範囲に設定して、二酸化炭素を吸収したリッチ吸収液５０３を再生塔５２０に供給することで、消費エネルギを少なくすることができる。

二酸化炭素を吸収したリッチ吸収液５０３は、送液ポンプ５０４によって配管５５２に導かれ、再生塔５２０の上部から再生塔５２０内に噴出される。再生塔５２０内にリッチ吸収液５０３が噴出されると、温度が１２０〜１５０℃の水蒸気５０５が水蒸気供給装置５３０から供給され、再生塔５２０の下部から再生塔５２０内に供給される。再生塔５２０内に噴出されたリッチ吸収液５０３は、水蒸気５０５と気液接触し、水蒸気５０５中に二酸化炭素を放散し、リーン吸収液５０２となる。ここで、再生塔５２０内では、絶対圧力が３００〜７００ｋＰａの雰囲気圧力の下、リッチ吸収液５０３と水蒸気５０５とが１００〜１２５℃の温度で気液接触する。再生されたリーン吸収液５０２は、送液ポンプ５０６によって配管５５０に導かれ、冷却装置５４０で温度調節された後、吸収塔５１０のの上部に戻される。

ここで、再生塔５２０内の絶対圧力を３００〜７００ｋＰａに設定するのは、３００ｋＰａより低い場合には、過大な再生塔５２０が必要になり、７００ｋＰａより高い場合には、二酸化炭素が水蒸気５０５中に放散し難くなるためである。また、リッチ吸収液５０３と水蒸気５０５とが気液接触する際の温度を１００〜１２５℃に設定するのは、温度が１００℃より低い場合には、二酸化炭素が放散し難くなり、温度が１２５℃より高い場合には、多量の水蒸気５０５が二酸化炭素とともに再生塔５２０の頂部から二酸化炭素回収ライン５５４に導かれ、さらに消費エネルギが増加するからである。

水蒸気５０５中に放散された二酸化炭素５０８は、水蒸気５０５とともに二酸化炭素回収ライン５５４に導かれ、図示しない、二酸化炭素回収ライン５５４に介在する真空引き装置および分離器を通過することで、水蒸気５０５と二酸化炭素５０８とが分離される。そして、分離された二酸化炭素５０８は、回収される。

なお、水蒸気供給装置５３０から再生塔５２０内に噴出される水蒸気５０５は、再生塔５２０の底部から配管５５３を通って水蒸気供給装置５３０内に導入されたリーン吸収液５０２が、加熱されて蒸発したものである。また、水蒸気供給装置５３０から供給される水蒸気５０５の温度は１２０〜１５０℃である。ここで、水蒸気５０５の温度をこの範囲に設定したのは、温度が１２０℃より低い場合には、リッチ吸収液５０３の温度が１００℃以上に上昇しないからであり、温度が１５０℃より高い場合には、リーン吸収液５０２が過度に加熱されるからである。

上記したように、第１の実施の形態の二酸化炭素回収システム１０によれば、排ガス処理部４０を備えることで、合成ガス製造部３０の加熱炉３００から排出された二酸化炭素を含む燃焼排ガス３０４から二酸化炭素を回収し、さらに合成ガス分離部５０を備えることで、合成ガス製造部３０の選択酸化塔３２０から排出された合成ガス３２１から二酸化炭素を回収し、水素５０７と分離することができる。また、合成ガス分離部５０におけるリーン吸収液５０２の熱を冷却装置５４０により回収し、この熱を利用して排ガス処理部４０の水蒸気供給装置４３０において水蒸気４０５を発生させることができる。これによって、二酸化炭素回収システム１０における熱エネルギの消費を大幅に削減することができる。

（第２の実施の形態）
図２は、本発明の第２の実施の形態の二酸化炭素回収システム１１の概要を模式的に示した図である。なお、第１の実施の形態の二酸化炭素回収システム１０の構成と同一部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略する。

この二酸化炭素回収システム１１は、水蒸気供給装置４３０、５３０において、合成ガス製造部３０で製造された合成ガス３２１から熱を回収して水蒸気を発生させる構成を備える以外は、上述した第１の実施の形態の二酸化炭素回収システム１０の構成と同じである。

図２に示すように、この二酸化炭素回収システム１１は、合成ガス分離部５０の選択酸化塔３２０から導出された合成ガス３２１を、水蒸気供給装置５３０、水蒸気供給装置４３０の順に導き、合成ガス分離部５０の吸収塔５１０に導入する合成ガス供給ライン３４０が設けられている。

次に、二酸化炭素回収システム１１の作用について説明する。
合成ガス製造部３０の選択酸化塔３２０から排出された合成ガス３２１は、合成ガス供給ライン３４０に導かれ、温度が１８０〜２５０℃に調整されてから、熱媒体として合成ガス分離部５０の水蒸気供給装置５３０に導入される。また、合成ガス３２１は、水蒸気供給装置５３０内での熱交換によって水蒸気５０５を発生させることにより、温度が１３０〜１８０℃になる。

この温度が１３０〜１８０℃となった合成ガス３２１は、熱媒体として排ガス処理部４０の水蒸気供給装置４３０に導入される。また、合成ガス３２１は、水蒸気供給装置４３０内での熱交換によって水蒸気４０５を発生させることにより、温度が７５〜９０℃になる。

この温度が７５〜９０℃となった合成ガス３２１は、合成ガス分離部５０の吸収塔５１０の下部から吸収塔５１０内に導入される。

上記したように、第２の実施の形態の二酸化炭素回収システム１１では、合成ガス製造部３０の加熱炉３００から排出された二酸化炭素を含む燃焼排ガス３０４から二酸化炭素を回収し、さらに合成ガス分離部５０を備えることで、合成ガス製造部３０の選択酸化塔３２０から排出された合成ガス３２１から二酸化炭素を回収し、水素５０７と分離することができる。また、合成ガス製造部３０から合成ガス分離部５０に導かれる合成ガス３２１の熱を利用して、合成ガス分離部５０の水蒸気供給装置５３０において水蒸気５０５を発生させることができ、さらに排ガス処理部４０の水蒸気供給装置５３０において水蒸気４０５を発生させることができる。これによって、二酸化炭素回収システム１１における熱エネルギの消費を大幅に削減することができる。

（第３の実施の形態）
図３は、本発明の第３の実施の形態の二酸化炭素回収システム１２の概要を模式的に示した図である。なお、第１の実施の形態の二酸化炭素回収システム１０の構成と同一部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略する。

この二酸化炭素回収システム１１は、水蒸気供給装置４３０、５３０において、合成ガス製造部３０の加熱炉３００から排出された燃焼排ガス３０４から熱を回収して水蒸気を発生させる構成を備える以外は、上述した第１の実施の形態の二酸化炭素回収システム１０の構成と同じである。

図３に示すように、この二酸化炭素回収システム１２は、合成ガス製造部３０の加熱炉３００から排出された燃焼排ガス３０４を、水蒸気供給装置５３０、水蒸気供給装置４３０の順に導き、排ガス処理部４０の吸収塔４１０に導入する燃焼排ガス供給ライン３４５が設けられている。

次に、二酸化炭素回収システム１２の作用について説明する。

加熱炉３００の排気口３０６から排出された燃焼排ガス３０４は、燃焼排ガス供給ライン３４５に導かれ、温度が１８０〜２５０℃に調整されてから、熱媒体として合成ガス分離部５０の水蒸気供給装置５３０に導入される。また、燃焼排ガス３０４は、水蒸気供給装置５３０内での熱交換によって水蒸気５０５を発生させることにより、温度が１３０〜１８０℃になる。

この温度が１３０〜１８０℃となった燃焼排ガス３０４は、熱媒体として排ガス処理部４０の水蒸気供給装置４３０に導入される。また、燃焼排ガス３０４は、水蒸気供給装置４３０内での熱交換によって水蒸気４０５を発生させることにより、温度が５５〜７０℃になる。

この温度が５５〜７０℃となった燃焼排ガス３０４は、排ガス処理部４０の吸収塔４１０の下部から吸収塔４１０内に導入される。

上記したように、第３の実施の形態の二酸化炭素回収システム１２では、合成ガス製造部３０の加熱炉３００から排出された二酸化炭素を含む燃焼排ガス３０４から二酸化炭素を回収し、さらに合成ガス分離部５０を備えることで、合成ガス製造部３０の選択酸化塔３２０から排出された合成ガス３２１から二酸化炭素を回収し、水素５０７と分離することができる。また、合成ガス製造部３０の加熱炉３００から排出される燃焼排ガス３０４の熱を利用して、合成ガス分離部５０の水蒸気供給装置５３０において水蒸気５０５を発生させることができ、さらに排ガス処理部４０の水蒸気供給装置５３０において水蒸気４０５を発生させることができる。これによって、二酸化炭素回収システム１２における熱エネルギの消費を大幅に削減することができる。

以上、本発明を実施の形態により具体的に説明したが、本発明はこれらの実施の形態にのみ限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

上記した二酸化炭素回収システム１０、１１、１２では、合成ガス製造部３０の選択酸化塔３２０から排出された合成ガス３２１または合成ガス製造部３０の加熱炉３００から排出される燃焼排ガス３０４を熱源として、水蒸気を発生させているが、この構成に限られるものでない。例えば、水蒸気供給装置４３０、５３０において水蒸気を発生させるための熱源として、合成ガス製造部３０の選択酸化塔３２０から排出された合成ガス３２１および合成ガス製造部３０の加熱炉３００から排出される燃焼排ガス３０４の双方を用いてもよい。なお、この際、合成ガス３２１と燃焼排ガス３０４とは、別個の配管を介して水蒸気供給装置４３０、５３０において熱交換する。これによって、一方の熱源で不足する熱量を、他方の熱源で補足することが可能となる。

また、上記した二酸化炭素回収システム１０、１１、１２では、排ガス処理部４０のリーン吸収液４０２として、炭酸カリウムおよび炭酸水素カリウムの水溶液を用いた一例を示したが、これに限られるものではない。リーン吸収液４０２として、炭酸ナトリウムおよび炭酸水素ナトリウムの水溶液を用いてもよい。この場合には、炭酸ナトリウムおよびその反応生成物である炭酸水素ナトリウムの合計濃度が、炭酸ナトリウムの重量濃度に換算して９〜２３％であることが好ましい。炭酸ナトリウムの重量濃度をこの範囲に設定するのは、濃度が９％より低い場合には、二酸化炭素の吸収量が不十分にり、濃度が２３％より高い場合には、二酸化炭素を吸収する速度が十分に高くならないからである。

また、上記した二酸化炭素回収システム１０、１１、１２では、合成ガス分離部５０のリーン吸収液５０２として、炭酸カリウムおよび炭酸水素カリウムの水溶液を用いた一例を示したが、これに限られるものではない。リーン吸収液５０２として、モノエタノールアミンなどのアミン水溶液を用いてもよい。

本発明の第１の実施の形態の二酸化炭素回収システムの概要を模式的に示した図。 本発明の第２の実施の形態の二酸化炭素回収システムの概要を模式的に示した図。 本発明の第３の実施の形態の二酸化炭素回収システムの概要を模式的に示した図。 従来の二酸化炭素回収システムの概要を模式的に示した図。

符号の説明

１０…二酸化炭素回収システム、３０…合成ガス製造部、４０…排ガス処理部、５０…合成ガス分離部、１４０…制御部、３００…加熱炉、３０１…燃料、３０２…反応管、３０３…燃焼部、３０４…燃焼排ガス、３０５…熱対流部、３０６…排気口、３０７…炭化水素、３０８，３１１…分解ガス、３１２，４０５，５０５…水蒸気、３１３，３１４…改質ガス、３２０…選択酸化塔、３２１…合成ガス、３３０…熱分解管、３３２…一次改質管、４０１…ガスブロワ、４０２，５０２…リーン吸収液、４０３，５０３…リッチ吸収液、４０４，４０６，５０４，５０６…送液ポンプ、４０８，５０８…二酸化炭素、４１０、５１０…吸収塔、４２０，５２０…再生塔、４３０，５３０…水蒸気供給装置、４４２…熱媒体ライン、５０１…送気ポンプ、５０７…水素、５４０…冷却装置。

Claims (15)

1. 炭化水素を水蒸気を用いて改質し、水素および二酸化炭素を主成分とする合成ガスを製造する合成ガス製造装置と、
   前記合成ガス製造装置から排出された二酸化炭素を含む燃焼排ガスと第１のリーン吸収液とを気液接触させて前記燃焼排ガス中の二酸化炭素を前記第１のリーン吸収液に吸収させて、前記第１のリーン吸収液を第１のリッチ吸収液にする第１の吸収装置と、
   前記第１のリッチ吸収液と第１の水蒸気とを気液接触させて前記第１のリッチ吸収液から二酸化炭素を前記第１の水蒸気中に放散させて、前記第１のリッチ吸収液を前記第１のリーン吸収液に再生する第１の再生装置と、
   前記第１の再生装置に前記第１の水蒸気を供給する第１の水蒸気供給装置と、
   前記合成ガス製造装置で製造された合成ガスと第２のリーン吸収液とを気液接触させて前記合成ガス中の二酸化炭素を前記第２のリーン吸収液に吸収させて、前記第２のリーン吸収液を第２のリッチ吸収液にする第２の吸収装置と、
   前記第２のリッチ吸収液と第２の水蒸気とを気液接触させて前記第２のリッチ吸収液から二酸化炭素を前記第２の水蒸気中に放散させて、前記第２のリッチ吸収液を前記第２のリーン吸収液に再生する第２の再生装置と、
   前記第２の再生装置に前記第２の水蒸気を供給する第２の水蒸気供給装置と
   を具備することを特徴とする二酸化炭素回収システム。
2. 前記第２の再生装置から前記第２の吸収装置へ再生された第２のリーン吸収液を還流させるリーン吸収液ラインに介在され、前記第２のリーン吸収液を冷却する冷却装置と、
   前記第１の水蒸気供給装置と前記冷却装置に熱媒体を還流させる熱媒体ラインと
   を具備し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. 前記熱媒体が、水またはポリエチレングリコールであることを特徴とする請求項２記載の二酸化炭素回収システム。
4. 前記合成ガス製造装置で製造された合成ガスを、前記第２の水蒸気供給装置、第１の水蒸気供給装置の順に導き、各水蒸気供給装置で熱交換させて前記第２の吸収装置に導く合成ガス供給ラインを具備し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。
5. 前記合成ガス製造装置から排出されたで燃焼排ガスを、前記第２の水蒸気供給装置、第１の水蒸気供給装置の順に導き、各水蒸気供給装置で熱交換させて前記第１の吸収装置に導く燃焼排ガス供給ラインを具備し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。
6. 前記第１の水蒸気供給装置が、水または前記第１の再生装置で再生された第１のリーン吸収液を加熱して水蒸気を発生させることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の二酸化炭素回収システム。
7. 前記第２の水蒸気供給装置が、水または前記第２の再生装置で再生された第２のリーン吸収液を加熱して水蒸気を発生させることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の二酸化炭素回収システム。
8. 前記第１のリーン吸収液および前記第２のリーン吸収液の主な溶質が炭酸塩であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の二酸化炭素回収システム。
9. 合成ガス製造装置において、炭化水素を水蒸気を用いて改質し、水素および二酸化炭素を主成分とする合成ガスを製造する合成ガス製造工程と、
   前記合成ガス製造装置から排出された二酸化炭素を含む燃焼排ガスと第１のリーン吸収液とを第１の吸収装置に導き、前記燃焼排ガスと前記第１のリーン吸収液とを気液接触させて前記燃焼排ガス中の二酸化炭素を前記第１のリーン吸収液に吸収させて、前記第１のリーン吸収液を第１のリッチ吸収液にする第１の吸収工程と、
   前記第１のリッチ吸収液と第１の水蒸気供給装置から供給された第１の水蒸気とを第１の再生装置に導き、前記第１のリッチ吸収液と前記第１の水蒸気とを気液接触させて前記第１のリッチ吸収液から二酸化炭素を前記第１の水蒸気中に放散させて、前記第１のリッチ吸収液を前記第１のリーン吸収液に再生する第１の再生工程と、
   前記合成ガス製造装置で製造された合成ガスと第２のリーン吸収液とを第２の吸収装置に導き、前記合成ガスと前記第２のリーン吸収液とを気液接触させて前記合成ガス中の二酸化炭素を前記第２のリーン吸収液に吸収させて、前記第２のリーン吸収液を第２のリッチ吸収液にする第２の吸収工程と、
   前記第２のリッチ吸収液と第２の水蒸気供給装置から供給された第２の水蒸気とを第２の再生装置に導き、前記第２のリッチ吸収液と前記第２の水蒸気とを気液接触させて前記第２のリッチ吸収液から二酸化炭素を前記第２の水蒸気中に放散させて、前記第２のリッチ吸収液を前記第２のリーン吸収液に再生する第２の再生工程と
   を具備することを特徴とする二酸化炭素回収方法。
10. 前記第２の再生装置から前記第２の吸収装置へ再生された第２のリーン吸収液を還流させるリーン吸収液ラインに介在する冷却装置と前記第１の水蒸気供給装置とを連結する熱媒体ラインを還流する熱媒体に、前記冷却装置において前記第２のリーン吸収液が熱を放出し、前記第１の水蒸気供給装置において前記熱媒体からの熱によって水蒸気を発生させることを特徴とする請求項９記載の二酸化炭素回収方法。
11. 前記合成ガス製造装置で製造された合成ガスを、前記第２の水蒸気供給装置、第１の水蒸気供給装置の順に導き、各水蒸気供給装置で熱交換させて水蒸気を発生させ、熱交換後の合成ガスを前記第２の吸収装置に導くことを特徴とする請求項９記載の二酸化炭素回収方法。
12. 前記合成ガス製造装置から排出されたで燃焼排ガスを、前記第２の水蒸気供給装置、第１の水蒸気供給装置の順に導き、各水蒸気供給装置で熱交換させて水蒸気を発生させ、熱交換後の燃焼排ガスを前記第１の吸収装置に導くことを特徴とする請求項９記載の二酸化炭素回収方法。
13. 前記第１の水蒸気供給装置において発生した第１の水蒸気が、水または前記第１の再生装置で再生された第１のリーン吸収液を加熱して発生したものであることを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか１項記載の二酸化炭素回収方法。
14. 前記第２の水蒸気供給装置において発生した第２の水蒸気が、水または前記第２の再生装置で再生された第２のリーン吸収液を加熱して発生したものであることを特徴とする請求項９乃至１３のいずれか１項記載の二酸化炭素回収方法。
15. 前記第１のリーン吸収液および前記第２のリーン吸収液の主な溶質が炭酸塩であることを特徴とする請求項９乃至１４のいずれか１項記載の二酸化炭素回収方法。

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