JP2011104559A - Ｃｏ２吸収液の再生方法及び再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 アミン水溶液等のＣＯ_２吸収液の再生工程において、再生時における水の蒸発潜熱及び顕熱を低減し、ＣＯ_２吸収液の再生工程における水のエネルギー損失を低減できるＣＯ_２吸収液の再生方法及び再生装置を提供する。
【解決手段】 ＣＯ_２吸収工程とＣＯ_２リーン化工程との間に、膜ユニット１の１次側１ｂにてＣＯ_２リッチ吸収液中に存在する水を優先的に通過させ、膜ユニット１の２次側１ｃにて上記ＣＯ_２リッチ吸収液の水を凝縮・分離して、水の濃度を低下させる脱水工程を行うようにしたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃焼排ガス中のＣＯ_２の除去に関して、ＣＯ_２吸収液中の水分を除去するＣＯ_２吸収液の再生方法及び再生装置に関する。

燃焼排ガス中のＣＯ_２の除去に関しては、一般に、ＣＯ_２吸収塔でＣＯ_２含有ガスからＣＯ_２を、アミン水溶液等の化学吸収液で選択的に吸収する。そして、排出されるＣＯ_２リッチ吸収液を再生塔に送り込む。さらに、この再生塔にてＣＯ_２リッチ吸収液を加熱する。これによって、ＣＯ_２とＣＯ_２吸収液とを分離してＣＯ_２リーン吸収液を排出するといった方法が取られている。

ＣＯ_２の吸収液を再生させる方法としては、ＣＯ_２吸収液を加熱する方法、減圧方法（溶解度の圧力差を用いる）等がある。減圧方法においては、ＣＯ_２の放散量が多くないため、上記のようにＣＯ_２吸収液を加熱する方法が多く用いられている。

燃焼排ガス中のＣＯ_２の除去方法において、ＣＯ_２吸収液を加熱する方法を用いたものの１例に、特開平９−１００４７８号公報（特許文献１）記載の技術がある。
特許文献１においては、図４に示すように、ＣＯ_２含有ガス４０１が、吸収塔４０２に導入される。吸収塔４０２は、ＣＯ_２含有ガスと上方に供給されたＣＯ_２リーン吸収液、すなわちアミン水溶液とが効率よく気液接触できるように構成されている。
また、吸収塔４０２の底部からは、リッチ吸収液４０４が再生工程に送り込まれる。４０３はＣＯ_２が低減したガス、４０９は冷却器である。

上記再生工程は、熱交換器４０５、及び再生塔４０７からなり、リッチ吸収液４０４は後述する高温ＣＯ_２リーン吸収液４０８との熱交換器４０５による熱交換で加熱されて再生塔４０７に供給される。
再生塔４０７は、加熱により遊離状態になったＣＯ_２と吸収液とを分離し、ＣＯ_２リーン吸収液とするものである。なお、一般的に、リボイラ４０６等の加熱器によって、再生塔４０７の底部を加熱し、該再生塔４０７内を加熱する（いわゆる炊き上げ）。

また、図４において、遊離状態になったＣＯ_２は、オーバーヘッドコンデンサ４１０で冷却されて、分離ドラム４１１により同伴吸収液と分離される。分離されたＣＯ_２は圧縮機４１２によって圧縮されて高圧のＣＯ_２４１３となり、原油の３次回収に使用されたり、地中保存されたりする。

なお、脱水膜を用いた水分離装置の１例としては、特開２００８−８６９７２号公報（特許文献２）を例示することができる。

特開平９−１００４７８号公報 特開２００８−８６９７２号公報

しかしながら、図４に示されるような、燃焼排ガス中のＣＯ_２の除去方法で、ＣＯ_２吸収液、すなわちアミン水溶液を加熱する方法を用いたものにおいては、アミン水溶液の水の重量割合が４０重量％以上に達する。

アミン水溶液の再生工程では、アミン水溶液のリッチ吸収液４０４は、再生塔ボトムより排出されたＣＯ_２リーン吸収液との熱交換により、熱交換器４０５で加熱される。
ここで、上記のように、水の重量割合が４０重量％以上もあることから、水の蒸発潜熱、及び顕熱が再生エネルギーに占める割合が非常に大きくなる。

本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、アミン水溶液等のＣＯ_２吸収液の再生工程において、再生時における水の蒸発潜熱、及び顕熱を低減し、ＣＯ_２吸収液の再生工程におけるエネルギー消費量を低減できるＣＯ_２吸収液の再生方法及び再生装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、ＣＯ_２吸収塔にて燃焼排ガス等のＣＯ_２含有ガスからＣＯ_２をＣＯ_２吸収液で吸収して、ＣＯ_２リッチ吸収液を排出するＣＯ_２吸収工程と、再生塔にて上記ＣＯ_２吸収工程で得られたＣＯ_２リッチ吸収液を加熱し、ＣＯ_２とＣＯ_２吸収液とを分離してＣＯ_２リーン吸収液を排出するＣＯ_２リーン化工程と、によるＣＯ_２吸収液の再生方法において、上記ＣＯ_２吸収工程と上記ＣＯ_２リーン化工程との間で、膜ユニットの１次側にてＣＯ_２リッチ吸収液中に存在する水を優先的に通過させ、該膜ユニットの２次側にてＣＯ_２リッチ吸収液の水を分離して、水の濃度を低下させる脱水工程を行うようにしたことを特徴とする。

また、本発明は、別の側面で、ＣＯ_２含有ガスからＣＯ_２をＣＯ_２吸収液で吸収してＣＯ_２リッチ吸収液を排出するＣＯ_２吸収塔と、ＣＯ_２吸収塔からのＣＯ_２リッチ吸収液を加熱しＣＯ_２とＣＯ_２吸収液とを分離してＣＯ_２リーン吸収液を排出する再生塔とを備えたＣＯ_２吸収液の再生装置において、上記ＣＯ_２吸収塔と上記再生塔との間に、１次側にてＣＯ_２リッチ吸収液中に存在する水を優先的に通過させ、２次側にてＣＯ_２リッチ吸収液の水を分離する膜ユニットを設け、該膜ユニットを通過し、水の濃度を低下させたＣＯ_２リッチ吸収液を再生塔に送り込むように構成したことを特徴とする。

以上のように、本発明によれば、ＣＯ_２含有ガスからＣＯ_２をアミン水溶液等のＣＯ_２吸収液で吸収してＣＯ_２リッチ吸収液を排出するＣＯ_２吸収工程を行うＣＯ_２吸収塔と、ＣＯ_２吸収塔からのＣＯ_２リッチ吸収液を加熱しＣＯ_２とＣＯ_２吸収液とを分離してＣＯ_２リーン吸収液を排出するＣＯ_２リーン化工程を行う再生塔との間に、膜ユニットを設け、該膜ユニットで、ＣＯ_２リッチ吸収液中に存在する水を優先的に通過させる１次側から、２次側へ水を分離することにより、ＣＯ_２リッチ吸収液中の水濃度が下がり、ＣＯ_２リッチ吸収液中のアミン濃度が上がる。これによって、アミン濃度が上昇し、水濃度が下がったＣＯ_２リッチ吸収液を、ＣＯ_２リーン化工程を行う再生塔に送り込むことができる。

さらに、本発明にかかるＣＯ_２吸収液の再生方法では、別の形態で、上記ＣＯ_２リーン化工程により排出されるＣＯ_２を、上記膜ユニットの２次側に流して２次側の水分圧を低下させるようにしている。

また、本発明にかかるＣＯ_２吸収液の再生方法では、さらに別の形態で、膜ユニットの２次側から排出されるＣＯ_２と水との混合液を加圧し冷却して、ＣＯ_２及び水を抽出し、該ＣＯ_２及び水を再利用するように構成している。

本発明によれば、予め膜ユニットでＣＯ_２リッチ吸収液から水を分離しておくため、ＣＯ_２リッチ吸収液中の水分の濃度が膜ユニットで分離して脱水した分だけ下がり、再生塔におけるＣＯ_２リーン化工程中の水分量が低減される。
これにより、アミン水溶液等のＣＯ_２吸収液の再生工程における水分量が減少し、水の蒸発潜熱及び顕熱が低減される。結果として、ＣＯ_２吸収液の再生工程における水のエネルギーを低減でき、したがって、リボイラ等の加熱器の容量を低減できる。

本発明の第１の実施形態にかかるＣＯ_２吸収液の再生装置のブロック図である。 本発明の第２の実施形態にかかるＣＯ_２吸収液の再生装置のブロック図である。 本発明の第３の実施形態にかかるＣＯ_２吸収液の再生装置のブロック図である。 従来技術にかかるＣＯ_２吸収液の再生装置の構成図である。

以下、本発明に係るＣＯ_２吸収液の再生方法及び再生装置について、その実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、第１の実施形態にかかるＣＯ_２吸収液の再生装置のブロック図である。第１の実施形態は、膜ユニット１をその特徴部分として備えている。
まず、図１において、ＣＯ_２吸収塔２は、図４について説明したものと同様のＣＯ_２吸収塔である。このＣＯ_２吸収塔２では、ＣＯ_２含有ガス１４から、アミン水溶液のＣＯ_２吸収液で、ＣＯ_２を吸収してＣＯ_２リッチ吸収液１５を排出する。そして、それとともに、塔頂部からＣＯ_２が低減されたガスを抽出する。
ＣＯ_２リッチ吸収液１５は、後述するＣＯ_２リーン吸収液１６を用いて熱交換器４により加熱し、再生塔３に導入する。

再生塔３は内部が図４について説明したものと同様の再生塔である。この再生塔３では、ＣＯ_２吸収塔２及び熱交換器４を経たアミン水溶液のＣＯ_２リッチ吸収液１７を加熱し、ＣＯ_２とＣＯ_２吸収液とを分離してＣＯ_２リーン吸収液１６を排出するＣＯ_２リーン化工程を行う。なお、再生塔３の底部は、図４について説明したと同様に、リボイラによって加熱する。

そして、本実施の形態においては、ＣＯ_２吸収塔２と熱交換器４及び再生塔３との間に、膜ユニット１を設けている。
次に、この膜ユニット１に関連して、第１の実施形態の作用、効果について説明する。

この膜ユニット１は、膜１ａで１次側１ｂと２次側１ｃとに分離されたものである。膜ユニット１に採用することができる分離膜としては、公知の水分離膜を採用することができる。ただし、アミン系の吸収液は、ｐＨが高いので、ポリビニルアルコール膜、耐アルカリ性を向上させた無機系のゼオライト膜やシリカ膜、炭素膜等の膜が好適である。
膜ユニット１では、その１次側１ｂから、ＣＯ_２リッチ吸収液１５に存在する水を、２次側１ｃに優先的に通過させる。そして、通過した水を、２次側１ｃで凝縮・分離させる。このようにして通過した分だけ水濃度が下がり、アミン濃度が上がったＣＯ_２リッチ吸収液１８を熱交換器４に導入する。ＣＯ_２リッチ吸収液１８は、熱交換器４を通過した後、水の濃度が低下したＣＯ_２リッチ吸収液１７として、再生塔３に導入される。

一方、１次側１ｂで水を優先的に通過させ、凝縮・分離された水主体の回収液１９は、熱交換器４により加熱されたＣＯ_２リーン吸収液１６と合流して冷却器５に送られる。
なお、２次側１ｃの圧力は、常圧（大気圧）である。
この冷却器５で冷却されたＣＯ_２リーン吸収液２０には、アミン水溶液が加えられてＣＯ_２吸収塔２に送り込まれる。

このように、第１の実施形態によれば、再生塔３における、ＣＯ_２リッチ吸収液１７中の水分の濃度が、膜ユニット１で凝縮・分離して脱水した分だけ下がり、再生塔３におけるＣＯ_２リーン化工程中の水分量が低減される。
ＣＯ_２リーン化工程（アミン水溶液のＣＯ_２吸収液の再生工程）での水分量の減少によって、水の蒸発潜熱及び顕熱が低減し、リボイラ等の加熱器の容量を低減できる。したがって、ＣＯ_２吸収液の再生工程における水のエネルギーを低減できる。

第１の実施形態を実機化した際の試算結果を表1に示す。

膜ユニットを用いない場合のリボイラの負荷を１とした場合、水分が７．２重量％の減少で、３割の減少、水分が１７．１重量％減少すると半分以下に低減することが了解される。

図２は本発明の第２の実施形態にかかるＣＯ_２吸収液の再生装置のブロック図である。
この第２の実施形態においては、ＣＯ_２リーン化工程により再生器３の塔頂部から排出されるＣＯ_２を、ＣＯ_２流路２１を通して、膜ユニット１の２次側１ｃに流して、２次側１ｃの水分圧を低下させるようにしている。これにより２次側１ｃからは水蒸気とＣＯ_２の混合物が排出される。
その他の構成は、上記第１の実施形態と同一であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。

この第２の実施形態においては、２次側１ｃの水分圧を低下させるようにしたことにより、２次側１ｃを減圧する必要がなくなり、水の流動エネルギーを低減できる。

図３は本発明の第３の実施形態にかかるＣＯ_２吸収液の再生装置のブロック図である。
この第３の実施形態においては、第２の実施形態と同様に、ＣＯ_２リーン化工程により再生器３の塔頂部から排出されるＣＯ_２を、ＣＯ_２流路２１を通して、膜ユニット１の２次側１ｃに流して、２次側１ｃの水分圧を低下させるようにしている。これにより２次側１ｃでは水蒸気とＣＯ_２の混合物が排出される。

そして、膜ユニット１の２次側１ｃから排出される水蒸気とＣＯ_２の混合物２２は、コンプレッサー（またはブロワ）６で加圧され、熱交換器７で冷却され、膜ユニット１の水分離器８に入る。この水分離器８では、水蒸気とＣＯ_２の混合物２２からＣＯ_２と水を分離し、ＣＯ_２は膜ユニット１の２次側１ｃに回送される。
水分離器８出口の水は、水通路２３を通り、上記冷却器５で冷却されたＣＯ_２リーン吸収液２０に合流して、アミン水溶液が加えられてＣＯ_２吸収塔２に送り込まれる。
その他の構成は、上記第２の実施形態と同一であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。

この第３の実施形態においては、膜ユニット１の２次側１ｃから排出される水蒸気とＣＯ_２の混合物２２を、ＣＯ_２は膜ユニット１の２次側１ｃに回送して再利用できる。また、水はＣＯ_２リーン吸収液２０に合流してＣＯ_２吸収塔２に送り込んで再利用できる。

以上、本発明の実施形態について述べたが、本発明は既述の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変更及び変形が可能である。

１ 膜ユニット
１ａ 膜
１ｂ １次側
１ｃ ２次側
２ ＣＯ_２吸収塔
３ 再生塔
４ 熱交換器
５ 冷却器
６ コンプレッサー（またはブロワ）
７ 熱交換器
１４ ＣＯ_２含有ガス
１５ ＣＯ_２リッチ吸収液
１６ ＣＯ_２リーン吸収液
１７ ＣＯ_２リッチ吸収液
１８ ＣＯ_２リッチ吸収液
１９ 固収液
２０ ＣＯ_２リーン吸収液
２１ ＣＯ_２流路
２２ 水蒸気とＣＯ_２の混合物
２３ 水通路

Claims (4)

1. ＣＯ_２吸収塔にてＣＯ_２含有ガスからＣＯ_２をＣＯ_２吸収液で吸収して、ＣＯ_２リッチ吸収液を排出するＣＯ_２吸収工程と、再生塔にて上記ＣＯ_２吸収工程で得られたＣＯ_２リッチ吸収液を加熱し、ＣＯ_２とＣＯ_２吸収液とを分離してＣＯ_２リーン吸収液を排出するＣＯ_２リーン化工程と、によるＣＯ_２吸収液の再生方法において、上記ＣＯ_２吸収工程と上記ＣＯ_２リーン化工程との間で、膜ユニットの１次側にてＣＯ_２リッチ吸収液中に存在する水を優先的に通過させ、該膜ユニットの２次側にてＣＯ_２リッチ吸収液の水を分離して、水の濃度を低下させる脱水工程を行うようにしたことを特徴とするＣＯ_２吸収液の再生方法。
2. 上記ＣＯ_２リーン化工程により排出されるＣＯ_２を、上記膜ユニットの２次側に流して２次側の水分圧を低下させることを特徴とする請求項１記載のＣＯ_２吸収液の再生方法。
3. 上記膜ユニットの２次側から排出されるＣＯ_２と水との混合液を加圧し冷却して、ＣＯ_２及び水を抽出し、該ＣＯ_２及び水を再利用することを特徴とする請求項１記載のＣＯ_２吸収液の再生方法。
4. ＣＯ_２含有ガスからＣＯ_２をＣＯ_２吸収液で吸収してＣＯ_２リッチ吸収液を排出するＣＯ_２吸収塔と、上記ＣＯ_２吸収塔からのＣＯ_２リッチ吸収液を加熱し、ＣＯ_２とＣＯ_２吸収液とを分離してＣＯ_２リーン吸収液を排出する再生塔とを備えたＣＯ_２吸収液の再生装置において、上記ＣＯ_２吸収塔と上記再生塔との間に、１次側にてＣＯ_２リッチ吸収液中に存在する水を優先的に通過させ、２次側にて透過した水を分離する膜ユニットを設け、該膜ユニットを通過し、水の濃度を低下させたＣＯ_２リッチ吸収液を上記再生塔に送り込むように構成したことを特徴とするＣＯ_２吸収液の再生装置。
   
   
   
   

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