JP2012213752A - 燃焼排ガスに含有する二酸化炭素を回収する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼排ガスに含有する二酸化炭素を高効率に回収を行う方法を提供する。
【解決方法】燃焼排ガスに含有する二酸化炭素（以下ＣＯ２と示す。）を除去するプロセスに使用する吸収塔と放散塔の内部充填物に流体通路管内に複数の右捻りまたは左捻りの螺旋状の羽根体を内設した高性能静止型流体混合器を使用することで省エネルギー，設備の小型化，メンテナンス費用の低減面で特に有効である。この高性能充填物は自浄作用がありメンテナンスフリーで低圧力損失化，小型化が達成できるという優れた特徴を有している。また塔の小型化によりＣＯ２吸収塔とＣＯ２放散塔を一本化しコンパクトにすることも可能である。

Description

本発明は、燃焼排ガスに含有する二酸化炭素（以下ＣＯ２と示す。）を効率よく吸収し分離、回収する方法と吸収液の精製方法に関する。

従来、アミン化合物の水溶液からなるＣＯ２吸収液と燃焼排ガスを気液接触させて燃焼排ガス中のＣＯ２を前記吸収液に吸収させ、その後ＣＯ２吸収液からＣＯ２を放散させて、燃焼排ガス中のＣＯ２を除去する方法及び回収したＣＯ２を貯蔵する方法が多数研究されている。

この方法の実用化に伴って装置の大型化、吸収液の劣化に伴う装置の汚れ、高いエネルギー原単位が従来技術のいずれかの方法においても、問題視されてきている。
１）アミン系化合物の水溶液と燃焼ガスとの気液接触の高効率化。
２）燃焼排ガス中に残存するＳＯｘによるアミン系吸収液の性能劣化。
３）燃焼排ガス中に残存するダストによるアミン系吸収液の性能劣化および吸収塔の目詰まりの発生
４）塔内ガス速度の高速化による吸収塔および放散塔のコンパクト化の達成。
５）アミン系化合物の飛散ミストの捕集効率の向上化などの問題があった。

米国特許７，３１６，７３７号 米国特許７，５１０，１７２号

アミン化合物の水溶液からなるＣＯ２吸収液と燃焼排ガスを接触させて燃焼排ガスに含有するＣＯ２を選択的に吸収させる方法。次いでＣＯ２を吸収させた吸収液からＣＯ２を分離させ回収させる方法。更に経時的に汚染され吸収性能が劣化してくる吸収液を精製させる方法。

発明が解決しようという課題

アミン化合物の水溶液を用いて燃焼ガスに含有するＣＯ２を吸収させる方法において、ＣＯ２の吸収工程でＣＯ２を吸収した吸収液は再生工程でＣＯ２を放散・再生され、吸収工程に循環されて繰り返し使用される。この吸収工程においてＣＯ２を効率よく吸収させ、更に再生工程で吸収液から効率よくＣＯ２を放散させることが吸収液の循環量を低減させ、装置の小型化、更には本プロセス全体の省エネルギーにつながることが望まれている。また循環操作で吸収液が汚染されて吸収性能が低下し循環量の増加や装置の汚れが発生し必要エネルギーの増加、運転時間の減少やスペア機器設置等の不利益が生じる。これを予防するために常にＣＯ２吸収液を精製し吸収能力を維持することが必要である。

課題を解決するための手段

本発明者らは上記の課題を解決すべく鋭意検討した結果、燃焼排ガスに含有するＣＯ２を回収するプロセスに使用する吸収塔と放散塔の内部充填物に米国特許７，５１０，１７２号に記載された高性能充填物を使用することが省エネルギー、設備の小型化、メンテナンス費用の低減面で特に有効であることが証明された。この充填物は自浄作用がありメンテナンスフリーで低差圧化、小型化が可能であるという優れた特徴を持ち数多くの実績を有している。また塔の小型化によりＣＯ２吸収塔とＣＯ２放散塔を一本化しコンパクトにすることも可能である。図４参照。

又、ＣＯ２放散塔の塔内温度分布の特性を活かし放散塔の塔底からの吸収液の熱回収を効率的に行う方法を採用した。

更に、循環使用される吸収液には汚染物質が蓄積してくる。これが装置の運転時間の短命化とスペアの設置、メンテナンス費用の増加の主原因になっている。そこでＣＯ２放散塔の塔底からの循環吸収液の一部を連続または間歇的に吸収液精製装置に導き、真空下で重質分を除去し吸収液の性能を維持する。これは従来のフィルター等による機械的な除去よりも効率的である。

作用

本発明で用いられるアミン化合物の水溶液としては、水溶液の状態でＣＯ２を吸収しまた加熱によって再生可能であるものであれば特に限定はないがモノエタノールアミン（ＭＥＡ）、ジエタノールアミン（ＤＥＡ）、トリエタノールアミン（ＴＥＡ）、メチルジエタノールアミン（ＭＤＥＡ）、ジイソプロパノールアミン（ＤＩＰＡ）、メチルアミノプロピルアミン（ＭＡＰＡ）、ピペラジン、ジエチルエタノールアミン（ＤＥＥＡ）、メチルジイソプロパノールアミン（ＭＤＩＰＡ）、ジメチルアミノプロパノール（ＤＩＭＡＰ）、２−アミノ−、１−ブタノール（２−ＡＢ）等のアルカノールアミン類やアルコール性水酸基を持つヒンダードアミン類やジアミン類を例示することが出来る。これらのアミン化合物は単独で用いられる他、混合して用いることも可能である。全アミン含有量は通常１０〜６５重量％である。

本発明の一例について図１によって説明する。図１は、燃焼排ガスは前工程の排ガス洗浄塔で洗浄されＣＯ２吸収塔１７に供給される。ＣＯ２吸収塔１７の上部から吸収液１が供給され燃焼ガスと並流または向流で接触してＣＯ２を除去された燃焼排ガスは系外に排出される。ＣＯ２を吸収したＣＯ２吸収塔１７底液１４は次工程のＣＯ２放散塔１８に二系統で供給される。一系統は供給液５としてＣＯ２放散塔１８の上部に供給される。これは冷えたままでＣＯ２放散塔１８還流液１２と共にＣＯ２放散塔１８に供給される。冷えた供給液５はＣＯ２放散塔１８の還流の役目を持っている。残りは供給液６としてＣＯ２放散塔１８の塔底液と熱交換して加熱されＣＯ２放散塔１８の中段辺りに供給される。この供給液６の温度は熱交換器３により最適化される。

ＣＯ２放散塔１８の塔内温度分布の特性として塔底とその一段上段の温度差が１０℃以上あり、この温度差を利用して塔底の一段上にサイドリボイラー２を設置し効率的な熱回収が行える。この結果、ＣＯ２放散塔１８内の温度が最適化されＣＯ２放散の効果が向上しＣＯ２放散塔１８のリボイラーに供給される水蒸気流量１３を３０％削減することができた。

図２および図３は、循環使用しているＣＯ２吸収液中には燃焼排ガスに同伴してくる不純物や系内で生成する重質分が蓄積してくる。これが吸収液の性能の劣化と熱交換器等の機器の詰まりの原因になっている。そこで、ＣＯ２放散塔の塔底液１１の一部を精製装置供給液７として吸収液精製装置１９，２０に導き、詰まりの要因となっている重質分と少量の吸収液を含む塔底液９として系外に除去し吸収液の性能を維持する。精製装置供給液７の処理量は汚れ具合にも拠るが塔底液１１の０．１〜２％が適量である。精製装置供給液７に含有される重質分は真空下で蒸発分離される。蒸発器の上部からは精製された精製液８が回収され吸収液供給１のストリームに戻される。底部からは重質分を含む少量のアミン化合物の水溶液が廃液９として系外に排出される。精製装置は一般的な蒸発槽でよいが、好ましくは攪拌機付きの薄膜式の濡れ壁蒸発器が連続操作用として有効である。又、静止型流体混合器の利用も可能である。真空を得る方法としては図２の蒸気エジェクタ、又図３の真空ポンプを使用する方法が有効である。

発明の効果

以上に述べたように本発明の方法により装置を長期に安定運転することが可能となり、設備費用およびメンテナンス費用の削減と省エネルギーが達成される。

、［図２］、［図３］は、本発明による方法の一例を図式的に示すフロー図である。 は、本発明によるＣＯ２吸収塔２１とＣＯ２放散塔２２を一本化した構造図。

１・・・吸収液供給
２・・・サイドリボイラー
３・・・熱交換器
４・・・冷却器
５・・・供給液
６・・・供給液
７・・・精製装置供給液
８・・・精製液
９・・・廃液
１０・・・回収ＣＯ２
１１・・・ＣＯ２放散塔底液
１２・・・ＣＯ２放散塔還流液
１３・・・水蒸気
１４・・・ＣＯ２吸収塔底液
１５・・・排ガス
１６・・・排ガス洗浄塔
１７，２１・・・ＣＯ２吸収塔
１８，２２・・・ＣＯ２放散塔
１９，２０・・・吸収液精製装置

本発明による方法の一実施例を図式的に示すフロー図である。 本発明の一実施例に使用される吸収液精製装置を図式的に示すフロー図である。 本発明の一実施例に使用される吸収液精製装置を図式的に示すフロー図である。 本発明によるＣＯ２吸収塔とＣＯ２放散塔を一本化した構造図である。

Claims (4)

1. アミン化合物の水溶液からなるＣＯ２吸収液と燃焼ガスを並流または向流で特殊な充填物を装填したＣＯ２吸収塔に導き、前記吸収液と前記燃焼ガスとを接触させて前記燃焼ガスに含有するＣＯ２を前記吸収液に効率よく吸収させる方法。
2. ＣＯ２を吸収した前記吸収液を前記吸収塔と同様の前記充填物を装填したＣＯ２放散塔に導き、前記吸収液からＣＯ２を放散させ回収し、前記放散塔の特性を活かした熱回収と前記充填物の採用による省エネルギーを特徴とする方法。
3. 本連続操作により前記吸収液が汚染され前記吸収塔および前記放散塔が汚れて前記吸収液の吸収性能が低下してくる前記吸収液の一部を連続または間歇的に吸収液精製装置に導き前記吸収液を精製し能力を維持させる方法。
4. 前記充填物は静止型流体混合器に使用される円筒状のミキシングエレメントで形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。

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