JP2010100491A - Device and method for carbon dioxide recovery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、二酸化炭素の回収装置および方法に係わり、とくに排ガスを吸収液と接触させて二酸化炭素を分離回収する装置および方法に関する。 The present invention relates to an apparatus and method for recovering carbon dioxide, and more particularly to an apparatus and method for separating and recovering carbon dioxide by bringing exhaust gas into contact with an absorbing solution.
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、わが国の温室効果ガス排出削減の目標は、1990年比でマイナス6%を2008〜2012年の間に達成することになっている。 In recent years, the problem of global warming due to the greenhouse effect of carbon dioxide, which is a combustion product of fossil fuel, has been increasing. Under the Kyoto Protocol of the United Nations Framework Convention on Climate Change, Japan's target for reducing greenhouse gas emissions is to achieve minus 6% between 2008 and 2012 compared to 1990.
このような背景の中、大量の化石燃料を使用する火力発電所等を対象に、燃焼排ガスとアミン系吸収液とを接触させ、燃焼ガス中の二酸化炭素を分離回収する方法(アミン法)、および回収された二酸化炭素を大気中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。 In such a background, for a thermal power plant that uses a large amount of fossil fuel, a method of contacting combustion exhaust gas with an amine-based absorbent and separating and recovering carbon dioxide in the combustion gas (amine method), In addition, methods for storing the recovered carbon dioxide without releasing it into the atmosphere have been intensively studied.
このような吸収液を用いて燃焼排ガスから二酸化炭素を分離回収する工程としては、吸収塔において燃焼ガスと吸収液とを接触させる工程、二酸化炭素を吸収した吸収液を再生塔において加熱し、二酸化炭素を吸収液から追い出すとともに吸収液を再生して吸収塔に循環し再使用するものがある(特許文献1)。
二酸化炭素を分離回収する上記工程は、既設の発電設備等に付加して設置されるため、その運転コストをできるだけ低減させる必要がある。これまでの調査結果によると、発電量の20〜30%に相当するエネルギーが二酸化炭素の分離回収に必要とされている。 Since the above-described process for separating and recovering carbon dioxide is installed in addition to existing power generation facilities and the like, it is necessary to reduce its operating cost as much as possible. According to the survey results so far, energy equivalent to 20-30% of power generation is required for the separation and recovery of carbon dioxide.
特に、前記再生工程は、二酸化炭素を吸収した吸収液から二酸化炭素を追出すのに多量の熱エネルギーを必要とすることから、いかに熱エネルギーを最小にするかが重要である。 In particular, since the regeneration step requires a large amount of heat energy to expel carbon dioxide from the absorbing solution that has absorbed carbon dioxide, how to minimize the heat energy is important.
本発明は上述の点を考慮してなされたもので、再生塔での吸収液の加熱エネルギーを低減し得る二酸化炭素の回収装置および方法を提供することを課題とする。 The present invention has been made in consideration of the above points, and an object of the present invention is to provide a carbon dioxide recovery apparatus and method that can reduce the heating energy of the absorbent in the regeneration tower.
上記目的達成のため、本願は、次の装置および方法を提供するものである。 In order to achieve the above object, the present application provides the following apparatus and method.
まず、装置の発明としては、
二酸化炭素を含有するガスと二酸化炭素吸収液とを接触させて前記ガスから二酸化炭素を除去する吸収塔と、再生加熱器を有し前記吸収塔で二酸化炭素を吸収して二酸化炭素リッチになった吸収液を加熱することにより再生する再生塔とをそなえ、前記再生塔で二酸化炭素を除去して二酸化炭素リーンになった吸収液を前記吸収塔で再利用するようにした二酸化炭素回収装置であって、
前記吸収塔から前記吸収液の一部を抜取り、前記抜取った吸収液を前記吸収塔の頂部に供給するラインを設けた
ことを特徴とする二酸化炭素回収装置、
を提供する。また、方法の発明としては、
二酸化炭素を含有するガスと二酸化炭素吸収液とを接触させて前記ガスから二酸化炭素を除去して吸収液を二酸化炭素リッチな状態とし、次いで二酸化炭素リッチになった前記吸収液を加熱することにより再生するとともに二酸化炭素を回収する方法において、
前記吸収液の一部を抜取り、前記抜取った吸収液を前記二酸化炭素吸収液との接触工程に還流させるようにした
ことを特徴とする二酸化炭素回収方法、
を提供する。
First, as an apparatus invention,
An absorption tower that removes carbon dioxide from the gas by bringing a gas containing carbon dioxide into contact with a carbon dioxide absorption liquid, and a regeneration heater that absorbs carbon dioxide in the absorption tower and becomes rich in carbon dioxide. A carbon dioxide recovery apparatus comprising a regeneration tower that regenerates by heating the absorption liquid, and that removes carbon dioxide in the regeneration tower and recycles the absorption liquid that has become carbon dioxide lean in the absorption tower. And
A carbon dioxide recovery apparatus comprising a line for extracting a part of the absorption liquid from the absorption tower and supplying the extracted absorption liquid to a top of the absorption tower.
I will provide a. As a method invention,
By contacting a gas containing carbon dioxide with a carbon dioxide absorbing liquid to remove carbon dioxide from the gas to make the absorbing liquid rich, and then heating the carbon dioxide rich absorbing liquid. In a method of regenerating and recovering carbon dioxide,
A part of the absorption liquid is extracted, and the extracted absorption liquid is refluxed in a contact step with the carbon dioxide absorption liquid.
I will provide a.
本願発明の発明者らは、次の知見に基づき発明を完成した。 The inventors of the present invention completed the invention based on the following findings.
すなわち、再生塔にはできるだけ多くの二酸化炭素を吸収したリッチ液を供給すること、再生塔で全ての二酸化炭素を吸収液から追出すことは多大の熱エネルギーが必要になることに着目した。そして、必要最小限の吸収液で目標とする二酸化炭素の量を吸収させることができれば、リッチ液の量が少なくなることから、再生熱量が少なくてすむことになる。併せて、リーン液中に二酸化炭素をある程度含んでいても、システムとしては結果的に再生エネルギー低減が可能であることを見出した。 That is, it has been noted that supplying a rich liquid that absorbs as much carbon dioxide as possible to the regeneration tower and expelling all the carbon dioxide from the absorption liquid in the regeneration tower requires a great deal of thermal energy. If the target amount of carbon dioxide can be absorbed with the minimum amount of absorbing liquid, the amount of rich liquid is reduced, so that the amount of heat for regeneration can be reduced. In addition, the present inventors have found that even if the lean liquid contains carbon dioxide to some extent, the system can reduce the regenerative energy as a result.
本発明は上述のように、必要最低限の吸収液量でもって、最大限の二酸化炭素を吸収でき、再生エネルギーを最小に制御することができる。 As described above, the present invention can absorb the maximum amount of carbon dioxide with the minimum amount of absorption liquid, and can control the regeneration energy to the minimum.
以下、添付図面を参照して本発明の実施例につき説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
(実施例1)
図1を用いて本発明の第1の実施例を説明する。この第1の実施例は、二酸化炭素を含有するガス14と二酸化炭素吸収液とを接触させて二酸化炭素を除去する吸収塔1と、二酸化炭素を吸収したリッチ溶液15を再生加熱器3により再生する再生塔2と、再生塔2で二酸化炭素を除去したリーン溶液16を吸収塔1で再利用するように構成されている。
Example 1
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the first embodiment, an absorption tower 1 that removes carbon dioxide by bringing a
そして、リッチ溶液15を吸収塔1から再生塔2に送るためにポンプ11が、また再生塔2から吸収塔1にリーン溶液16を送るためにポンプ10が設けられている。この際、リッチ溶液15、リーン溶液16は、熱交換器7,8で熱交換される。例えば、熱交換器8と吸収塔1とを結ぶ配管には、化学吸収液であるアミン液のタンク110および水のタンク120が接続されていてもよい。
A
また、再生塔2から排出される二酸化炭素ガスは、吸収液とともに熱交換器9を介して気液分離器4に送られ排出ガス6から二酸化炭素ガスが外部に回収されるとともに、吸収液は気液分離器4からポンプ12を介して再生塔2に還流される。
The carbon dioxide gas discharged from the
また、この回収装置は、吸収塔1から吸収液の一部14を抜出し、抜出した吸収液14を吸収塔1の頂部に供給するラインを備える。吸収塔1から抜き出す量は、吸収液全体の10ないし30%程度が適当である。
In addition, the recovery device includes a line for extracting a part of the
通常、吸収塔1で二酸化炭素を吸収したリッチ液15は、再生塔2で再生したリーン液16と熱交換器7で熱交換した後、再生塔2へ供給される。この場合、リッチ液15は、未だ二酸化炭素を十分に吸収する能力を持っていながら、再生塔2へ供給されることになる。この結果、二酸化炭素の単位質量当りでは多量の吸収液を使用することになり、再生エネルギーが大きくなる。
Usually, the
この対策として、吸収塔1内の吸収液の一部を流量制御ポンプ13により吸収塔1の頂部に戻すことにより、吸収液質量/ガス量は最適値でもって、リッチ液15中の二酸化炭素量を高めることができる。
As a countermeasure, a part of the absorption liquid in the absorption tower 1 is returned to the top of the absorption tower 1 by the flow
(実施例2)
図2は本発明の第2の実施例を示している。この実施例は、吸収塔1内の吸収液の一部を吸収塔1の頂部への戻す場合の戻し量を制御するものである。この制御を行うため、吸収塔1の出口には、二酸化炭素ガスの濃度を検出するためのセンサ100が設けられており、このセンサ100の検出値に基づいて吸収塔1への戻し量制御が行われる。ここで、センサ100は、例えばリッチ液15のPH値、比重および温度を検出するものである。
(Example 2)
FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention. In this embodiment, the return amount when a part of the absorption liquid in the absorption tower 1 is returned to the top of the absorption tower 1 is controlled. In order to perform this control, a
吸収塔1の出口5におけるリッチ液15中の二酸化炭素量が、事前に調べた吸収液の二酸化炭素量に設定した領域から外れているかを計測器17で判定し、設定域から外れた場合には制御器18より吸収塔1からの液供給ライン21による吸収液の液22の量を制御し、リッチ液15中の二酸化炭素量が設定領域内に収まるようにする。
When the
すなわち、リッチ液15中の二酸化炭素量が設定領域より小さい場合には吸収液の戻し量を増やし、逆にリッチ液15中の二酸化炭素量が設定領域より大きい場合には吸収液の戻し量を減らすことになる。
That is, when the amount of carbon dioxide in the
ここで、リッチ液15中の二酸化炭素量の計測を(a)リッチ液15のPH値と温度で行う方法、(b)リッチ液15の比重と温度で行う方法、(c)吸収塔入口14におけるガス中の二酸化炭素濃度、および吸収塔出口5におけるガス中の二酸化炭素濃度およびリーン液16中の二酸化炭素量を検出し、演算器17により吸収塔入口14と吸収塔出口5から求めた吸収塔1で吸収した二酸化炭素量とリーン液16中の二酸化炭素流量の和で以って吸収塔出口におけるリッチ液中の二酸化炭素量を求める。ここで、リーン液16中の二酸化炭素量は、上記(a)又は(b)の方法で計測する。
Here, the measurement of the amount of carbon dioxide in the
(実施例3)
図3は、本発明の第3の実施例の構成を示す接続図である。この実施例3は、次の知見に基づくものである。すなわち、再生塔2で液中の二酸化炭素を全て放出すると、必要とするエネルギー量の割には回収できる二酸化炭素量が少ない。このことから、再生塔2で再生した吸収液中に少量の二酸化炭素が含まれていた方が、二酸化炭素回収の再生エネルギー評価としては好ましいことになる。
(Example 3)
FIG. 3 is a connection diagram showing the configuration of the third embodiment of the present invention. This Example 3 is based on the following knowledge. That is, when all the carbon dioxide in the liquid is released in the
この知見に基づく第3の実施例は、図3に示すように、再生塔2から吸収塔1に供給するリーン液16中の二酸化炭素量を制御するようにしたものである。制御法としては、リーン液16中の二酸化炭素量が設定領域になるように、再生塔2に供給する熱エネルギー3を制御する。
In the third embodiment based on this finding, as shown in FIG. 3, the amount of carbon dioxide in the
すなわち、リーン液16中の二酸化炭素量が設定領域より小さい場合は熱エネルギー3を小さく、逆にリーン液16中の二酸化炭素量が設定領域より大きい場合は熱エネルギー3を大きくする。ここで、リーン液16中の二酸化炭素量の計測は、(a)リーン液16のPH値と温度、または(b)リーン液16の比重と温度、で行う。
That is, when the amount of carbon dioxide in the
(実施例4)
図4は、本発明の第4の実施例の構成を示す接続図である。上述の二酸化炭素分離回収装置において、長期運転においては吸収液の組成は副産物の生成、蒸気圧による飛散(主に水)等により変化することが考えられる。
Example 4
FIG. 4 is a connection diagram showing the configuration of the fourth embodiment of the present invention. In the above-described carbon dioxide separation and recovery apparatus, it is conceivable that the composition of the absorbent changes during long-term operation due to generation of by-products, scattering due to vapor pressure (mainly water), and the like.
そこで、第4の実施例では、吸収液の組成を維持するため、図4に示すように組成を維持するための液供給装置20を設けた。この第4の実施例では、吸収塔1入口のリーン液16の組成を計測器17で計測し、その計測結果が演算器18で所定の液組成から外れている場合には、供給液に成分と供給量を液供給装置20に指示を出し、液供給装置20から指令に応じて液をライン21から供給する。
Therefore, in the fourth embodiment, in order to maintain the composition of the absorbing liquid, a
図4では、吸収塔1入口で吸収液の組成が設計値に合うように制御した例を示しているが、この位置に限定するものではない。 Although FIG. 4 shows an example in which the composition of the absorbing solution is controlled so as to match the design value at the inlet of the absorption tower 1, it is not limited to this position.
1 吸収塔、2 再生塔、3 再生塔供給熱エネルギー、4 気液分離器、
5 吸収塔排出ガス、6 再生塔排出ガス、7,8,9 熱交換器、
10,11,12,13 ポンプ、14 吸収塔入口ガス、15 リッチ液、
16 リーン液、17 二酸化炭素量計測器、18 制御器、20 液供給装置、
21 液供給ライン、100 センサ、110 アミン液タンク、120 水タンク。
1 absorption tower, 2 regeneration tower, 3 regeneration tower supply heat energy, 4 gas-liquid separator,
5 Absorption tower exhaust gas, 6 Regeneration tower exhaust gas, 7, 8, 9 Heat exchanger,
10, 11, 12, 13 Pump, 14 Absorption tower inlet gas, 15 Rich liquid,
16 lean liquid, 17 carbon dioxide meter, 18 controller, 20 liquid supply device,
21 liquid supply line, 100 sensor, 110 amine liquid tank, 120 water tank.
Claims (9)
前記吸収塔から前記吸収液の一部を抜取り、前記抜取った吸収液を前記吸収塔の頂部に供給するラインを設けた
ことを特徴とする二酸化炭素回収装置。 An absorption tower that removes carbon dioxide from the gas by bringing a gas containing carbon dioxide into contact with a carbon dioxide absorption liquid, and a regeneration heater that absorbs carbon dioxide in the absorption tower and becomes rich in carbon dioxide. A carbon dioxide recovery device comprising a regeneration tower that regenerates by heating the absorption liquid, and that the carbon dioxide is removed in the regeneration tower and the absorption liquid that has become carbon dioxide lean is reused in the absorption tower. Because
A carbon dioxide recovery apparatus comprising a line for extracting a part of the absorption liquid from the absorption tower and supplying the extracted absorption liquid to the top of the absorption tower.
前記ラインは、
前記吸収塔の出口における二酸化炭素リッチな吸収液の二酸化炭素量を、前記二酸化炭素リッチな吸収液のPH値および温度により推定する推定手段と、
前記推定手段により推定された二酸化炭素量に基づき前記吸収塔から前記吸収塔の頂部への吸収液の戻し量を制御する制御器と
をそなえたことを特徴とする二酸化炭素回収装置。 The carbon dioxide recovery device according to claim 1,
The line is
Estimating means for estimating the amount of carbon dioxide in the carbon dioxide-rich absorption liquid at the outlet of the absorption tower from the PH value and temperature of the carbon dioxide-rich absorption liquid;
And a controller for controlling the return amount of the absorption liquid from the absorption tower to the top of the absorption tower based on the carbon dioxide quantity estimated by the estimation means.
前記ラインは、
前記吸収塔の出口における二酸化炭素リッチな吸収液の二酸化炭素量を、前記二酸化炭素リッチな吸収液の比重および温度により推定する推定手段と、
前記推定手段により推定された二酸化炭素量に基づき前記吸収塔から前記吸収塔の頂部への吸収液の戻し量を制御する制御器と
をそなえたことを特徴とする二酸化炭素回収装置。 The carbon dioxide recovery device according to claim 1,
The line is
Estimating means for estimating the amount of carbon dioxide in the carbon dioxide-rich absorbent at the outlet of the absorption tower from the specific gravity and temperature of the carbon dioxide-rich absorbent;
And a controller for controlling the return amount of the absorption liquid from the absorption tower to the top of the absorption tower based on the amount of carbon dioxide estimated by the estimation means.
前記ラインは、
前記吸収塔の入口におけるガス中の二酸化炭素濃度および前記吸収塔の出口におけるガス中の二酸化炭素濃度、ならびに二酸化炭素リーンになった吸収液中の二酸化炭素量を検出する検出手段と、
前記検出手段が検出した前記吸収塔の入口および出口で求めた二酸化炭素濃度から前記吸収塔が吸収した二酸化炭素量、ならびに前記吸収塔が吸収した二酸化炭素量と二酸化炭素リーンになった吸収液のPH値および温度により推定した二酸化炭素リーンになった吸収液中の二酸化炭素流量との和でもって前記吸収塔の出口における二酸化炭素リッチな吸収液中の二酸化炭素量を求める演算器と
をそなえたことを特徴とする二酸化炭素回収装置。 The carbon dioxide recovery device according to claim 1,
The line is
Detecting means for detecting the carbon dioxide concentration in the gas at the inlet of the absorption tower and the carbon dioxide concentration in the gas at the outlet of the absorption tower, and the amount of carbon dioxide in the absorbent that has become carbon dioxide lean;
The amount of carbon dioxide absorbed by the absorption tower from the concentration of carbon dioxide determined at the inlet and outlet of the absorption tower detected by the detection means, and the amount of carbon dioxide absorbed by the absorption tower and the absorption liquid that has become carbon dioxide lean And a computing unit for determining the amount of carbon dioxide in the carbon dioxide-rich absorbing liquid at the outlet of the absorption tower in combination with the carbon dioxide flow rate in the absorbing liquid that has become carbon dioxide lean estimated by the pH value and temperature. A carbon dioxide recovery device characterized by that.
前記ラインは、
前記吸収塔の入口におけるガス中の二酸化炭素濃度および前記吸収塔の出口におけるガス中の二酸化炭素濃度、ならびに二酸化炭素リーンになった吸収液中の二酸化炭素量を検出する検出手段と、
前記検出手段が検出した前記吸収塔の入口および出口で求めた二酸化炭素濃度から前記吸収塔が吸収した二酸化炭素量、ならびに前記吸収塔が吸収した二酸化炭素量と前記二酸化炭素リーンになった吸収液の比重と温度により推定した前記二酸化炭素リーンになった吸収液中の二酸化炭素流量との和でもって前記吸収塔の出口における二酸化炭素リッチな吸収液中の二酸化炭素量を求める演算器と
をそなえたことを特徴とする二酸化炭素回収装置。 The carbon dioxide recovery device according to claim 1,
The line is
Detecting means for detecting the carbon dioxide concentration in the gas at the inlet of the absorption tower and the carbon dioxide concentration in the gas at the outlet of the absorption tower, and the amount of carbon dioxide in the absorbent that has become carbon dioxide lean;
The amount of carbon dioxide absorbed by the absorption tower from the concentration of carbon dioxide determined at the inlet and outlet of the absorption tower detected by the detection means, and the amount of carbon dioxide absorbed by the absorption tower and the absorption liquid that has become the carbon dioxide lean And a calculator for determining the amount of carbon dioxide in the carbon dioxide-rich absorbing liquid at the outlet of the absorption tower by the sum of the specific gravity of the carbon dioxide and the carbon dioxide flow rate in the absorbing liquid in the carbon dioxide lean estimated by the temperature. A carbon dioxide recovery device characterized by that.
前記二酸化炭素リーンになった吸収液中の二酸化炭素量を前記二酸化炭素リーンになった吸収液のPH値と温度により推定することを特徴とする二酸化炭素回収装置。 The thermal energy supplied to the regeneration tower according to claim 1, wherein the amount of carbon dioxide in the absorbing liquid that has become carbon dioxide lean supplied from the regeneration tower to the absorption tower is in a set region. In the carbon dioxide recovery device that controls
A carbon dioxide recovery device characterized in that the amount of carbon dioxide in the absorbent that has become carbon dioxide lean is estimated from the PH value and temperature of the absorbent that has become lean.
前記二酸化炭素リーンになった吸収液中の二酸化炭素量を前記二酸化炭素リーンになった吸収液の比重と温度により推定することを特徴とする二酸化炭素回収装置。 2. The carbon dioxide recovery apparatus according to claim 1, wherein the heat supplied to the regeneration tower is such that the amount of carbon dioxide in the absorbent that has become carbon dioxide lean supplied from the regeneration tower to the absorption tower becomes a set region. In a carbon dioxide recovery device that controls energy,
A carbon dioxide recovery device characterized by estimating the amount of carbon dioxide in the absorbent that has become carbon dioxide lean based on the specific gravity and temperature of the absorbent that has become carbon dioxide lean.
前記二酸化炭素リーンになった吸収液の組成を検出し、前記二酸化炭素リーンになった吸収液の組成を維持するため、前記二酸化炭素リーンになった吸収液の組成を計測する計測器および吸収液の濃度を調整する調整器をそなえたことを特徴とする二酸化炭素回収装置。 In the carbon dioxide recovery device according to any one of claims 1 to 7,
A measuring instrument for measuring the composition of the absorbent that has become carbon dioxide lean, and the absorbent for detecting the composition of the absorbent that has become carbon dioxide lean and maintaining the composition of the absorbent that has become lean carbon dioxide A carbon dioxide recovery device comprising a regulator for adjusting the concentration of the carbon dioxide.
前記吸収液の一部を抜取り、前記抜取った吸収液を前記二酸化炭素吸収液との接触工程に還流させるようにした
ことを特徴とする二酸化炭素回収方法。 By contacting a gas containing carbon dioxide with a carbon dioxide absorbing liquid to remove carbon dioxide from the gas to make the absorbing liquid rich, and then heating the carbon dioxide rich absorbing liquid. In a method of regenerating and recovering carbon dioxide,
A part of the absorption liquid is extracted, and the extracted absorption liquid is refluxed in a contact step with the carbon dioxide absorption liquid.
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