JP2011125824A - 二酸化炭素分離回収システム - Google Patents

Abstract

【課題】安定的な運転が可能な二酸化炭素分離回収システムを提供する。
【解決手段】二酸化炭素分離回収システムは、燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させ当該吸収液を排出する吸収塔３と、前記燃焼排ガスを吸収塔３に導入する排ガス導入ライン８と、吸収塔３から排出された吸収液が供給され当該吸収液から蒸気を含む二酸化炭素ガスを除去し当該吸収液を再生して排出する再生塔５と、吸収塔３と再生塔５との間に設けられ再生塔５から排出された吸収液を熱源として吸収塔３から排出されて再生塔５に供給される吸収液を加熱する再生熱交換器７と、再生塔５から排出され再生熱交換器７を通過した吸収液を貯留する緩衝タンク１０と、一端が吸収塔３の排ガス導入ライン８より低い位置に連結され他端が緩衝タンク１０に連結された吸収液排出ライン１８と、緩衝タンク１０に貯留されている吸収液を吸収塔３へ送り込むポンプ１６と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、二酸化炭素分離回収システムに関するものである。

近年、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を接触させ、燃焼排ガス中の二酸化炭素を分離回収する方法、及び回収された二酸化炭素を大気へ放出することなく貯蔵する方法が研究されている。

具体的には、燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素をアミン系吸収液に吸収させる吸収塔と、二酸化炭素を吸収した吸収液（リッチ液）が吸収塔から供給され、リッチ液を加熱し、リッチ液から二酸化炭素ガスを放出させて吸収液を再生する再生塔と、を備えた二酸化炭素回収システムが知られている（例えば特許文献１参照）。

吸収塔の底部はリッチ液を貯留するスチル（ｓｔｉｌｌ）となっており、再生塔の底部はリーン液を貯留するスチルとなっている。従来の二酸化炭素回収システムでは、システムの起動時、負荷変動時、停止時等に吸収液循環量が大きく変動し、それに伴い、吸収塔スチルや再生塔スチルにおいて吸収液の液面レベルが変動していた。

吸収塔スチルにおける液面レベルが上昇すると、吸収液が排ガス導入ラインを閉塞するおそれがあった。吸収液が排ガス導入ラインを閉塞した場合、排ガスは吸収液中を気泡となって通過することになり、非常に大きな圧力損失を生じ、システムの安定な運転が困難になるという問題があった。

また、再生塔スチルにおける液面レベルが上昇すると、吸収液が再生塔充填層を閉塞するおそれがあった。吸収液が再生塔充填層を閉塞した場合、リボイラーの加熱により生じた吸収液蒸気は吸収液の存在する充填層中を通過することになり、非常に大きな圧力損失を生じ、システムの安定な運転が困難になるという問題があった。

特開２００５−２５４２１２号公報

本発明は、安定的な運転が可能な二酸化炭素分離回収システムを提供することを目的とする。

本発明の一態様による二酸化炭素分離回収システムは、燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させ、二酸化炭素を含む吸収液を排出する吸収塔と、前記吸収塔に連結され、前記燃焼排ガスを前記吸収塔に導入する排ガス導入ラインと、前記吸収塔から排出された吸収液が供給され、当該吸収液から蒸気を含む二酸化炭素ガスを除去し、当該吸収液を再生して排出する再生塔と、前記吸収塔と前記再生塔との間に設けられ、前記再生塔から排出された吸収液を熱源として、前記吸収塔から排出されて前記再生塔に供給される吸収液を加熱する再生熱交換器と、前記再生塔から排出され、前記再生熱交換器を通過した吸収液を貯留する緩衝タンクと、一端が前記吸収塔の前記排ガス導入ラインより低い位置に連結され、他端が前記緩衝タンクに連結された吸収液排出ラインと、前記緩衝タンクに貯留されている吸収液を前記吸収塔へ送り込むポンプと、を備えるものである。

本発明の一態様による二酸化炭素分離回収システムは、燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させ、二酸化炭素を含む吸収液を排出する吸収塔と、前記吸収塔に連結され、前記燃焼排ガスを前記吸収塔に導入する排ガス導入ラインと、前記吸収塔から排出された吸収液が供給され、当該吸収液から蒸気を含む二酸化炭素ガスを除去し、当該吸収液を再生して排出する再生塔と、前記再生塔に連結され、前記再生塔内の吸収液を加熱するリボイラーと、前記吸収塔と前記再生塔との間に設けられ、前記再生塔から排出された吸収液を熱源として、前記吸収塔から排出されて前記再生塔に供給される吸収液を加熱する再生熱交換器と、前記再生塔から排出され、前記再生熱交換器を通過した吸収液を貯留する緩衝タンクと、一端が前記再生塔のリボイラー連結箇所より高く、かつ前記再生塔内の充填層より低い位置に連結され、他端が前記緩衝タンクに連結された吸収液排出ラインと、前記緩衝タンクに貯留されている吸収液を前記吸収塔へ送り込むポンプと、を備えるものである。

本発明によれば、二酸化炭素分離回収システムは安定的に運転することができる。

本発明の第１の実施形態に係る二酸化炭素分離回収システムの概略構成図である。 同第２の実施形態に係る二酸化炭素分離回収システムの概略構成図である。 再生塔とリボイラーとの連結箇所を示す図である。 変形例による二酸化炭素分離回収システムの概略構成図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（第１の実施形態）図１に本発明の第１の実施形態に係る二酸化炭素分離回収システムの概略構成を示す。ここで二酸化炭素分離回収システムは、二酸化炭素を吸収可能な吸収液を用いて、化石燃料の燃焼により生成された燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を回収するものである。

図１に示すように二酸化炭素分離回収システム１は、燃焼排ガス２ａに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させる吸収塔３と、吸収塔３から二酸化炭素を吸収した吸収液（以下、リッチ液４ａと記す）が供給され、このリッチ液４ａを加熱し、吸収液から蒸気を含む二酸化炭素ガスを放出させて、二酸化炭素ガスと蒸気とを含む排出ガス２ｄを排出し、吸収液を再生する再生塔５とを備える。例えば、火力発電所などの発電設備において生成された燃焼排ガス２ａが、排ガス導入ライン８を介して吸収塔３の下部に供給され、吸収塔３の頂部から二酸化炭素が取り除かれた燃焼排ガス２ｂが排出されるようになっている。

吸収塔３は、吸収液が二酸化炭素を吸収することにより生成されたリッチ液４ａを貯留する吸収塔スチル（タンク）３ａを有する。同様に、再生塔５は、リッチ液４ａが二酸化炭素ガスを放出することにより再生された吸収液（以下、リーン液４ｂと記す）を貯留する再生塔スチル（タンク）５ａを有する。

ここで、二酸化炭素を吸収可能な吸収液には、例えばアミン化合物を水に溶かしたアミン化合物水溶液が使用される。

図１に示すように、再生塔５にはリボイラー６が設けられている。リボイラー６は、発電設備から供給されるプラント蒸気等を熱源として、再生塔スチル５ａに貯留されていたリーン液４ｂの一部を加熱してその温度を上昇させて蒸気を生成し、再生塔５に供給する。なお、リボイラー６においてリーン液４ｂを加熱する際、リーン液４ｂから微量の二酸化炭素ガスが放出され、吸収液蒸気とともに再生塔５に供給される。この吸収液蒸気は、充填層５ｂを介して再生塔５内を上昇し、リッチ液４ａを加熱する。これによりリッチ液４ａから二酸化炭素ガスが放出される。

再生塔５から排出された二酸化炭素ガスと吸収液蒸気とを含む排出ガス２ｄは、ガス冷却器３１によって水分凝縮した後、気液分離器３２によって二酸化炭素ガスと吸収液成分を含む還流水とに気液分離される。気液分離器３２からの二酸化炭素ガス２ｅは回収二酸化炭素導出ライン３３を介して排出され、貯蔵設備（図示せず）で貯蔵される。また、気液分離器３２からの還流水は還流ライン３４を介して再生塔５に戻される。

吸収塔３と再生塔５との間に、再生塔５から吸収塔３に供給されるリーン液４ｂを熱源として、吸収塔３から再生塔５に供給されるリッチ液４ａを加熱する再生熱交換器７が設けられ、リーン液４ｂの熱を回収するように構成されている。ここで、上述したように、再生塔５においてリッチ液４ａから二酸化炭素ガスを放出させる際、リッチ液４ａはリボイラー６からの高温の蒸気を熱源として加熱される。従って、再生熱交換器７に供給されるリーン液４ｂの温度は比較的高く、このリーン液４ｂが熱源として用いられている。

吸収塔３と再生熱交換器７との間に、吸収塔タンク３ａの底部から再生熱交換器７にリッチ液４ａを供給するリッチ液ライン１１が連結されている。このリッチ液ライン１１に、吸収塔３からのリッチ液４ａを再生熱交換器７に送り込むリッチ液ポンプ１２が設けられている。

再生熱交換器７と再生塔５との間に、再生熱交換器７から再生塔５の上部にリッチ液４ａを供給するリッチ液ライン１３が連結されている。

再生塔５と再生熱交換器７との間に、再生塔タンク５ａの底部から再生熱交換器７にリーン液４ｂを供給するリーン液ライン１４が連結されている。このリーン液ライン１４に、再生塔５からのリーン液４ｂを再生熱交換器７に送り込むリーン液ポンプ１５が設けられている。

再生熱交換器７からのリーン液４ｂは、緩衝タンク１０を介してポンプ１６により吸収塔３の上部に供給される。緩衝タンク１０は、再生塔スチル３ａよりも低い位置に設けられている。ポンプ１６と吸収塔３との間には吸収液冷却器１７が設けられている。吸収液冷却器１７は、冷却水（冷却媒体）を冷却源として、吸収塔３に供給される吸収液を冷却する。

吸収塔３の上部に供給された吸収液は、吸収塔３内において上部から吸収塔タンク３ａに向けて下降する。一方、吸収塔３に供給された燃焼排ガス２ａは、吸収塔３内において下部から頂部に向けて上昇する。そのため、二酸化炭素を含む燃焼排ガス２ａと吸収液とが充填層３ｂにおいて向流接触（直接接触）し、吸収液が燃焼排ガス２ａ中の二酸化炭素を吸収し、リッチ液４ａが生成される。二酸化炭素が取り除かれた燃焼排ガス２ｂは、吸収塔３の頂部から排出され、リッチ液４ａは吸収塔３の吸収塔タンク３ａに貯留される。

吸収塔３頂部から排出された燃焼排ガス２ｂは、ガス冷却器２１によって冷却されて水分凝縮した後、気液分離器２２によって排ガスと吸収液成分を含む還流水とに気液分離される。気液分離器２２からの排ガス２ｃは排ガス導出ライン２３を介して系外に排出され、還流水は還流ライン２４を介して吸収塔３に戻される。

吸収塔３の下部（吸収塔スチル３ａ）には、吸収液排出ライン（オーバーフローライン）１８が設けられている。吸収液排出ライン１８の一端は、排ガス導入ライン８より低い位置に連結されている。また、吸収液排出ライン１８は、二酸化炭素分離回収システム１が通常運転している時に吸収塔スチル３ａに貯留される吸収液（リッチ液）の液面よりも高い位置に設けられる。吸収液排出ライン１８の他端は緩衝タンク１０に連結されている。

システムの起動時、負荷変化時、停止時等に吸収液循環流量が変化し、吸収塔スチル３ａ内の吸収液の液面レベルが変動した場合にも、増加した吸収液は吸収液排出ライン１８によって塔外に排出されるため、液面レベルの上昇は吸収液排出ライン１８の位置までに抑えられ、吸収液が排ガス導入ライン８を閉塞することを防止できる。塔外に排出された吸収液は、吸収塔スチル３ａより下部に設置された緩衝タンク１０に導かれ、自然流下することにより吸収液循環系に戻される。

緩衝タンク１０は、再生熱交換器７を通過した吸収液（リーン液）及び吸収塔スチル３ａ内にて増加した吸収液（リッチ液）を貯留する。緩衝タンク１０に貯留されている吸収液はポンプ１６により吸収塔３上部に送り込まれる。

このように、本実施形態に係る二酸化炭素分離回収システムは、吸収塔３内の吸収液が排ガス導入ライン８を閉塞して排ガスの圧力損失を増加させることがないため安定して運転することができる。

また、吸収液による排ガス導入ライン閉塞を防ぐために、吸収塔スチルの容積、断面積を増やす必要がないため、システム設置を容易にできる。

上記実施形態において、吸収液排出ライン１８にバルブを設けて、吸収液排出ライン１８の吸収液流量を変化させたり、吸収塔３内圧力及び緩衝タンク１０内圧力の調整を行ったりしてもよい。

（第２の実施形態）図２に本発明の第２の実施形態に係る二酸化炭素分離回収システムの概略構成を示す。本実施形態は、図１に示す第１の実施形態と比較して、吸収塔３に連結された吸収液排出ライン１８が省略され、再生塔５に吸収液排出ライン４０が連結されている点が異なる。図２において、図１に示す第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

吸収液排出ライン４０の一端は、再生塔５の下部（再生塔スチル５ａ）の、充填層５ｂより低く、リボイラー６が連結された連結箇所より高い位置に連結されている。吸収液排出ライン４０の他端は、緩衝タンク１０に連結される。緩衝タンク１０は再生塔スチル５ａより低い位置に設けられる。

図３に再生塔５とリボイラー６との連結部の拡大図を示す。リボイラー６は、再生塔スチル５ａと２箇所の連結部（連結管）４１、４２により連結される。再生塔スチル５ａ内の吸収液の一部は、連結部４１を介してリボイラー６へ導かれ、加熱される。リボイラー６において加熱された吸収液や、加熱により発生した蒸気は、連結部４２を介して再生塔５へ戻される。二酸化炭素分離回収システム１が通常運転している時、再生塔スチル５ａに貯留される吸収液（リーン液）の液面は、連結部４２の位置になるように調整される。

図３に示すように、吸収液排出ライン４０は、連結部４２より高く、充填層５ｂより低い位置に設けられる。

システムの起動時、負荷変化時、停止時等に吸収液循環流量が変化し、再生塔スチル５ａ内の吸収液の液面レベルが変動した場合にも、増加した吸収液は吸収液排出ライン４０によって塔外に排出されるため、液面レベルの上昇は吸収液排出ライン４０の位置までに抑えられ、吸収液が充填層５ｂを閉塞することを防止できる。塔外に排出された吸収液は、再生塔スチル５ａより下部に設置された緩衝タンク１０に導かれ、自然流下することにより吸収液循環系に戻される。

このように、本実施形態に係る二酸化炭素分離回収システムは、再生塔５内の吸収液が充填層５ｂを閉塞して吸収液蒸気の圧力損失を増加させることがないため安定して運転することができる。

また、吸収液による充填層５ｂ閉塞を防ぐために、再生塔スチルの容積、断面積を増やす必要がないため、システム設置を容易にできる。

上記実施形態において、吸収液排出ライン４０にバルブを設けて、吸収液排出ライン４０の吸収液流量を変化させたり、再生塔５内圧力及び緩衝タンク１０内圧力の調整を行ったりしてもよい。

図４に示すように、二酸化炭素分離回収システムに、上記第１の実施形態に係る吸収液排出ライン１８と、上記第２の実施形態に係る吸収液排出ライン４０の両方を設けてもよい。この時、緩衝タンク１０は、吸収塔スチル３ａ及び再生塔スチル５ａより低い位置に設けられている。このような構成にすることで、吸収液（リッチ液）による排ガス導入ライン８の閉塞及び吸収液（リーン液）による充填層５ｂの閉塞が防止されるため、二酸化炭素分離回収システムはさらに安定的に運転することができる。

上記実施形態では、１つの吸収塔３や、１つの再生塔５に対して、１つの緩衝タンク１０を設けた構成について説明したが、複数の吸収塔や複数の再生塔が１つの緩衝タンク１０を使用する（共有する）ようにしてもよい。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１ 二酸化炭素分離回収システム
３ 吸収塔
３ａ 吸収塔スチル
５ 再生塔
５ａ 再生塔スチル
５ｂ 充填層
６ リボイラー
７ 再生熱交換器
８ 排ガス導入ライン
１０ 緩衝タンク
１８、４０ 吸収液排出ライン

Claims (5)

1. 燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させ、二酸化炭素を含む吸収液を排出する吸収塔と、
   前記吸収塔に連結され、前記燃焼排ガスを前記吸収塔に導入する排ガス導入ラインと、
   前記吸収塔から排出された吸収液が供給され、当該吸収液から蒸気を含む二酸化炭素ガスを除去し、当該吸収液を再生して排出する再生塔と、
   前記吸収塔と前記再生塔との間に設けられ、前記再生塔から排出された吸収液を熱源として、前記吸収塔から排出されて前記再生塔に供給される吸収液を加熱する再生熱交換器と、
   前記再生塔から排出され、前記再生熱交換器を通過した吸収液を貯留する緩衝タンクと、
   一端が前記吸収塔の前記排ガス導入ラインより低い位置に連結され、他端が前記緩衝タンクに連結された吸収液排出ラインと、
   前記緩衝タンクに貯留されている吸収液を前記吸収塔へ送り込むポンプと、
   を備える二酸化炭素分離回収システム。
2. 前記緩衝タンクは、前記吸収塔の底部に設けられたスチルよりも低い位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の二酸化炭素分離回収システム。
3. 燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させ、二酸化炭素を含む吸収液を排出する吸収塔と、
   前記吸収塔に連結され、前記燃焼排ガスを前記吸収塔に導入する排ガス導入ラインと、
   前記吸収塔から排出された吸収液が供給され、当該吸収液から蒸気を含む二酸化炭素ガスを除去し、当該吸収液を再生して排出する再生塔と、
   前記再生塔に連結され、前記再生塔内の吸収液を加熱するリボイラーと、
   前記吸収塔と前記再生塔との間に設けられ、前記再生塔から排出された吸収液を熱源として、前記吸収塔から排出されて前記再生塔に供給される吸収液を加熱する再生熱交換器と、
   前記再生塔から排出され、前記再生熱交換器を通過した吸収液を貯留する緩衝タンクと、
   一端が前記再生塔のリボイラー連結箇所より高く、かつ前記再生塔内の充填層より低い位置に連結され、他端が前記緩衝タンクに連結された吸収液排出ラインと、
   前記緩衝タンクに貯留されている吸収液を前記吸収塔へ送り込むポンプと、
   を備える二酸化炭素分離回収システム。
4. 前記緩衝タンクは、前記再生塔の底部に設けられたスチルよりも低い位置に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の二酸化炭素分離回収システム。
5. 一端が前記吸収塔の前記排ガス導入ラインより低い位置に連結され、他端が前記緩衝タンクに連結された第２の吸収液排出ラインをさらに備え、
   前記緩衝タンクは、前記吸収塔の底部に設けられたスチルよりも低い位置に設けられていることを特徴とする請求項３又は４に記載の二酸化炭素分離回収システム。

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