JP2013013876A - Co2回収装置及び回収方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】処理対象ガスにCO2吸収液を接触させて処理対象ガス中のCO2を吸収するCO2吸収塔1と、CO2吸収塔に連通され、CO2吸収塔から払い出されるCO2吸収液に水蒸気を接触させてCO2吸収液からCO2を分離させる気泡槽8と、気泡槽に連通され、気泡槽から払い出されるCO2吸収液を加熱してCO2吸収液からCO2を分離させるリボイラ13と、気泡槽とリボイラとを連通し、リボイラ内でCO2吸収液を加熱するときに生じるCO2と水蒸気を気泡槽内のCO2吸収液中へ導くガス供給配管14とを備える。
【選択図】図1
Description
例えば、下記の特許文献1に記載されている技術である。
この図において、符号101はCO2吸収塔、102は再生塔を示す。
CO2を含む処理対象ガスを、配管111を介してCO2吸収塔101の内部に塔底部から流入させる。CO2吸収塔101では、処理対象ガスが塔内の充填槽にて、塔頂部から給液されたアミン炭酸塩からなるCO2吸収液と接触し、発熱反応を伴いながらガス中のCO2がCO2吸収液に吸収される。CO2を吸収してCO2濃度が濃くリッチ状態となったCO2吸収液は、熱交換器112aが介装された配管112を介して、CO2吸収塔101から再生塔102へ送られる。
このように再生塔102では、水蒸気がアミン炭酸塩からなるCO2吸収液の分解する機能、CO2吸収液へ顕熱を供給する機能、およびCO2を再生塔から外部へ運び出す機能の3つの機能を果たす。
なお、CO2吸収塔101では、CO2が除去された処理対象ガスが配管118を介して外部へ払い出される。
なお、図4の再生塔102には、一般的に充填槽を利用した充填塔が用いられるが、その他、泡鐘槽を利用した泡鐘搭が用いられることもある。
蒸留の場合は、x−yチャートを用い、トレー塔などの段数計算に利用される。ここでは、x−yチャートの代わりにC−yチャートを用いる。Cはローディングであり、単位はmolCO2/molアミンである。yはガス中のCO2分圧であり、単位はmolfrである。
ここで、CO2吸収液がBの状態からCの状態に至るとき、リボイラ113の段効率が100%であるから、Bから水平線となって延びる物質収支線121と、Cから垂直へ立ち上がる垂直線122とは、CO2−アミン吸収液(CO2吸収液)の気液平衡線123で交わる。この点が図5においてDである。
CO2吸収液中のCO2濃度変化をdC、水蒸気中のCO2濃度変化をdyとすると、 CO2吸収液が失うCO2量と水蒸気が得るCO2量は等しいから(1)式が成立する。
もし、水蒸気が凝縮を伴わない場合は、操作線124のように直線となる。
しかし、実際には、アミン炭酸塩の分解及び液顕熱変化に起因して水蒸気の凝縮が起こるため、操作線120のような下に凸の曲線となる。なお、操作線125は仮想曲線であり、操作線120と125で、全体の操作線を表す。
すなわち、比揮発度の大きい吸収液を使用する場合には再生塔の負荷が小さくなるため、この性質を利用し、再生塔を必要とすることなく、かつデルタローディングを損なわずにCO2を回収することを見出した。
本明細書では、吸収塔から再生手段(CO2吸収液再生手段)へ送られる、CO2を多量に含むCO2吸収液をリッチ状態のCO2吸収液と言い、このときのCO2濃度をリッチローディング(以下CR)という。
これに対し、再生手段から吸収塔へ送られる、CO2を少量含むCO2吸収液をリーン状態のCO2吸収液と言い、このときのCO2濃度をリーンローディング(以下CL)という。
このリッチローディングとリーンローディングの差をデルタローディング(以下、dC)と定義する。
また、ある成分の分圧Pとその成分の液中濃度xについてP/xで表される値を揮発度といい、2成分の揮発度k1,k2に対してk1/k2と表される値を比揮発度と定義する。
本発明の請求項1に係るCO2回収装置は、CO2を含む複数成分の処理対象ガスからCO2を分離回収するCO2回収装置であって、前記処理対象ガスにCO2吸収液を接触させて前記処理対象ガス中のCO2を吸収するCO2吸収塔と、前記CO2吸収塔に連通され、該CO2吸収塔から払い出されるCO2リッチ状態のCO2吸収液に水蒸気を接触させて該CO2吸収液からCO2を分離させる気泡槽と、該気泡槽に連通され、気泡槽から払い出されるCO2吸収液を加熱して該CO2吸収液からCO2を分離させるリボイラと、前記気泡槽と前記リボイラとを連通し、前記リボイラ内でCO2吸収液を加熱するときに生じるCO2と水蒸気を前記気泡槽内のCO2吸収液中へ導くガス供給配管と、を備えることを特徴とする。
この場合、リボイラ内のCO2吸収液は補助リボイラへ導かれる。ここでは、CO2吸収液が加熱されてCO2吸収液からCO2が分離される。これにより、リッチ状態のCO2吸収液のCO2濃度がより濃くなり、もって、大きなデルタローディングが得られる。
この場合、補助リボイラ内でCO2吸収液が加熱されるときに生じるCO2と水蒸気は、専用のガス移送管を介してリボイラへ導かれる。このように、補助リボイラから生じる気体が専用のガス移送管を介してリボイラへ導かれるため、ガス移送管を有さず、リボイラから補助リボイラへCO2吸収液を移送する配管と、逆に補助リボイラからリボイラへCO2等の気体を移送する配管を共用する場合に比べ、それら媒体の移送効率が良くなり、その分、リッチ状態のCO2吸収液のCO2濃度がより一層濃くなる。
この場合、本願の請求項1〜3のいずれか一項に記載のCO2回収装置を用いたCO2回収方法が好適に行える。
〈第1実施形態〉
図1は本発明に係るCO2回収装置の第1実施形態を示す。図において符号1はCO2吸収塔を示す。このCO2吸収塔1の塔底部には原料ガス入口1Aと、CO2リッチ状態のCO2吸収液を払い出すリッチ吸収液出口1Bが形成されている。原料ガス入口1Aには原料ガス供給配管2が接続され、リッチ吸収液出口1Bにはリッチ吸収液払い出し配管3が接続されている。CO2吸収塔1の塔頂部にはCO2リーン状態のCO2吸収液を戻し入れるリーン吸収液入口1Cと、原料ガス出口1Dが形成されている。リーン吸収液入口1Cにはリーン吸収液戻し配管4が接続され、原料ガス出口1Dには原料ガス払い出し管5が接続されている。原料ガス払い出し管5には処理ガスコンデンセートクーラ6が介装されている。
なお、ここではリーン吸収液、リッチ吸収液はそれぞれCO2濃度を基準とするものであり、CO2が所定濃度未満となっているCO2吸収液をリーン吸収液、CO2が所定濃度以上となっているCO2吸収液をリッチ吸収液と呼ぶ。
気泡槽8の略中央であってリッチ吸収液の液面より下方位置にはリッチ吸収液入口8Aが形成され、このリッチ吸収液入口8Aには前記リッチ吸収液払い出し配管3が接続されている。気泡槽8の塔頂部にはガス出口8Bが形成され、このガス出口8BにはCO2払い出し配管9が接続されている。CO2払い出し配管9には、CO2コンデンセートクーラ10並びに電磁弁11が気泡槽8から先端側へ向けて順に介装されている。
なお、ここでは、圧力が0.3MPaGの条件下で比揮発度が5以上のCO2吸収液を使用するのが前提である。
処理対象である原料ガスは、原料ガス供給配管2内を流れてCO2吸収塔1に流入し、CO2吸収塔1の塔頂部にリーン吸収液戻し配管4から供されるリーン状態のCO2吸収液と塔内の充填槽で接触し、発熱反応を伴いながら、CO2吸収液によってCO2を吸収される。
CO2を除去された原料ガスは、塔頂部から原料ガス払い出し管5を介して塔外へ払い出される。このとき、処理ガスコンデンセートクーラ6によって所定温度まで冷却される。
なお、気泡槽8から槽外へ払い出された水蒸気分は、図示しない水供給管から液体の形で気泡槽8あるいはリボイラ13内に補給される。
比揮発度が2程度の低い値のとき、ローディングの値が高くなってもCO2分圧(y)の値が高くならず気液平衡線は横になだらかに伸びる直線状となる。一方、比揮発度が5あるいは10と高くなるにつれて、気液平衡線22,23は上方への凸が大きくなる曲線状となる。
また、CO2吸収液がGの状態からHの状態に至るとき、リボイラ13の段効率が100%であるから、Gから水平線となって延びる物質収支線26と、Hから垂直へ立ち上がる垂直線27とは、CO2−アミン吸収液の気液平衡線22で交わる。この点が図2においてJである。
この図から明らかように、比揮発度が5以上のCO2吸収液を使用すれば、気泡槽8とリボイラ13を2段組み合わせただけで、従前のCO2回収装置で使用していた大型の再生塔を備えなくとも、同程度のアミン炭酸塩の分解性能が得られることがわかる。
一方、比揮発度が2のCO2吸収液を使用する場合には、気泡槽とリボイラを5段に渡って組み合わせなければならず、大型の再生塔を使用しないメリットが薄れる。
図3は、本発明の第2実施形態のCO2回収装置を示す。なお、説明を簡略化するため、第1実施形態で用いた構成要素と同一の構成要素については同一符号を付してその説明を省略する。
ここでは、前記第1実施形態と異なるところは、気泡槽8の後段にリボイラを直列に2段接続した点である。
主リボイラ13の底部から延びる吸収液払い出し配管22は補助リボイラ20に接続されている。また、補助リボイラ20の頂部から延びるガス供給配管23は、主リボイラ13の底部まで延びている。
例えば、前記実施形態では、圧力が0.3MPaGの条件下で比揮発度が5あるいは10のCO2吸収液を使用する例を説明したが、これに限られることなく、比揮発度が5以上のCO2吸収液を使用すれば足りる。比揮発度が5未満のものを用いると、従前の再生塔の同程度のCO2回収率を得るためには、気泡槽とリボイラを4段に渡って組み合わせなければならず、再生塔を使用しないメリットが損なわれる。
図3に示すCO2回収装置を用いた実施例について説明する。
22%のCO2を含み、温度35℃、圧力12、5kPaGである原料ガス80Nm3/hを、原料ガス供給配管2を介してCO2吸収塔1の塔底部へ供給する。
このとき、CO2吸収塔1の塔頂から温度35℃,流量282kg/hのリーン状態にあるCO2吸収液を供給し、充填層で接触させる。このとき、発熱反応を伴いながらCRが0.55となるまでCO2吸収液によってCO2が吸収される。
その後、リッチ状態のCO2吸収液は、気泡槽8に入り、ここで、主リボイラ13、補助リボイラ20から発生した水蒸気によりバブリングが行われる。
このとき、気泡槽8にて加熱が行われると同時に、バブリングの効果によりCO2の分解が促進される。
CO2吸収液は、その後、主リボイラ13並びに補助リボイラ20へと移送し、これらリボイラ内でも加熱によってさらにCO2が分解される。
なお、従前のCO2回収装置では、再生塔およびリボイラにてCO2の分解が行われるが、CRが0.55であったリッチ吸収液は、CLが0.18、ΔCが0.37となるにとどまる。
2 原料ガス供給配管
3 リッチ吸収液払い出し配管
3A ポンプ
4 リーン吸収液戻し配管4
5 原料ガス払い出し管5
7 熱交換器
8 気泡槽
9 CO2払い出し配管
12 吸収液払い出し配管
13 (主)リボイラ
13A 加熱用コイル
14 ガス供給配管
14A ガス供給配管の先端
15 蒸気配管
20 補助リボイラ
21 蒸気配管
22 吸収液払い出し配管
23 ガス供給配管
Claims (4)
- CO2を含む複数成分の処理対象ガスからCO2を分離回収するCO2回収装置であって、
前記処理対象ガスにCO2吸収液を接触させて前記処理対象ガス中のCO2を吸収するCO2吸収塔と、
前記CO2吸収塔に連通され、該CO2吸収塔から払い出されるCO2リッチ状態のCO2吸収液に水蒸気を接触させて該CO2吸収液からCO2を分離させる気泡槽と、
該気泡槽に連通され、気泡槽から払い出されるCO2吸収液を加熱して該CO2吸収液からCO2を分離させるリボイラと、
前記気泡槽と前記リボイラとを連通し、前記リボイラ内でCO2吸収液を加熱するときに生じるCO2と水蒸気を前記気泡槽内のCO2吸収液中へ導くガス供給配管と、
を備えることを特徴とするCO2回収装置。 - 前記リボイラの後段には、該リボイラに連通され、リボイラから払い出されるCO2吸収液を加熱して該CO2吸収液からCO2を分離させる補助リボイラが配備されていることを特徴とする請求項1に記載のCO2回収装置。
- 前記リボイラと前記補助リボイラとを連通し、前記補助リボイラ内でCO2吸収液を加熱するときに生じるCO2と水蒸気を前記リボイラへ導くガス移送管を備えることを特徴とする請求項2に記載のCO2回収装置。
- CO2を含む複数成分の処理対象ガスからCO2を分離回収するCO2回収方法であって、
CO2吸収塔にて前記処理対象ガスに圧力が0.3MPaGの条件下で比揮発度5以上のCO2吸収液を接触させて前記処理対象ガス中のCO2を吸収する工程と、
前記CO2吸収塔に連通される気泡槽にて、前記CO2吸収塔から払い出されるCO2リッチ状態のCO2吸収液に水蒸気を接触させて該CO2吸収液からCO2を分離させる第1のCO2分離工程と、
該気泡槽に連通されるリボリラにて、気泡槽から払い出されるCO2吸収液を加熱して該CO2吸収液からCO2を分離させる第2のCO2分離工程と、
を備えることを特徴とするCO2回収方法。
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