JP2013059727A - Co2回収装置およびco2回収方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】脱炭酸排ガスに残存して放出されるアミン化合物類の濃度をより一層低減することのできるCO2回収装置およびCO2回収方法を提供する。
【解決手段】CO2吸収液12でCO2含有排ガス11A中のCO2を吸収するCO2吸収部13Aと、前記CO2吸収部13Aの上部側に設けられ、CO2除去排ガスを冷却すると共に、同伴するCO2吸収液12を回収する水洗部13Bと、前記水洗部13Bで回収されたCO2吸収液12を含む洗浄液20を前記水洗部13Bの頂部から直接循環する洗浄液循環ラインL1と、前記洗浄液循環ラインL1から、CO2吸収液12を含む洗浄液20の一部を抜出液21として抜出す抜出しラインL2と、抜出液21からガス成分(水蒸気)24を分離しつつCO2吸収液を濃縮する濃縮部22と、前記濃縮部22で濃縮した濃縮液23を吸収液再生塔14側に送給する濃縮液送給ラインL3とを具備する。
【選択図】図1

Description

本発明は、吸収液と接触してCO2を除去された脱炭酸排ガスに残存して放出されるアミン化合物類の濃度を低減するCO2回収装置およびCO2回収方法に関する。
地球の温暖化現象の原因の一つとして、CO2による温室効果が指摘され、地球環境を守る上で国際的にもその対策が急務となってきた。CO2の発生源としては、化石燃料を燃焼させるあらゆる人間の活動分野に及び、その排出抑制への要求が一層強まる傾向にある。これに伴い、大量の化石燃料を使用する火力発電所などの動力発生設備を対象に、ボイラの排ガスをアミン化合物水溶液などのアミン系吸収液と接触させ、排ガス中のCO2を除去し回収する方法が精力的に研究されている。
このような吸収液を用いて排ガスからCO2を回収する場合、CO2が回収された脱炭酸排ガスに吸収液や吸収液由来のアミン化合物類が同伴してしまう。そして、アミン化合物類による大気汚染が発生する事態を防ぐため、脱炭酸排ガスと共に放出されるアミン化合物類の放出量を低減する必要がある。
従来、特許文献1では、吸収液との気液接触によりCO2が吸収除去された脱炭酸排ガスに対して洗浄液を気液接触させることで、脱炭酸排ガスに同伴されたアミン化合物を回収する水洗部を複数段設け、この複数段の水洗部にて、順次、脱炭酸排ガスに同伴するアミンの回収処理を行うことが示されている。この特許文献1の洗浄液は、CO2を吸収したアミン系吸収液からCO2を放散させてアミン系吸収液を再生する処理において、CO2に含まれる水分を凝縮して分離した凝縮水が用いられている。
また、従来、特許文献2では、吸収液との気液接触によりCO2が吸収除去された脱炭酸排ガスを冷却する冷却部と、冷却部で凝縮した凝縮水と脱炭酸排ガスとを向流接触させる接触部を設けたものが示されている。さらに、特許文献2では、吸収液との気液接触によりCO2が吸収除去された脱炭酸排ガスに対して洗浄液を気液接触させることで、脱炭酸排ガスに同伴されたアミン化合物を回収する水洗部を設けたものが示され、洗浄液は、CO2が回収される前の排ガスを冷却する冷却塔で凝縮された凝縮水が用いられている。
特開2002−126439号公報 特開平8−80421号公報
しかしながら、近年では、環境保全の見地から、脱炭酸排ガスに残存して放出される吸収液成分の濃度をより一層低減することが望まれている。特に、将来予想される処理ガス流量の多い火力発電所などの排ガスに対して、CO2回収装置を設置する場合、排ガスの放出量が多量であることから、脱炭酸排ガスに残存して放出される吸収液成分の放出量が増加する傾向にあり、放出される吸収液成分の濃度をより一層低減することが必要である。
本発明は上述した課題を解決するものであり、脱炭酸排ガスに残存して放出されるアミン化合物類の濃度をより一層低減することのできるCO2回収装置およびCO2回収方法を提供することを課題とする。
上述した課題を解決するための本発明の第1の発明は、CO2を含有するCO2含有排ガスとCO2吸収液とを接触させてCO2を除去して浄化排ガスとするCO2吸収塔と、CO2を吸収したCO2吸収液からCO2を分離してCO2吸収液を再生する吸収液再生塔と、前記吸収液再生塔でCO2が除去されたリーン溶液をCO2吸収塔で再利用するCO2回収装置であって、前記CO2吸収塔が、CO2吸収液によりCO2含有排ガス中のCO2を吸収するCO2吸収部と、前記CO2吸収部のガス流れ後流側に設けられ、洗浄液によりCO2除去排ガスを冷却すると共に、同伴するCO2吸収液を回収する水洗部と、前記水洗部で回収されたCO2吸収液を含む洗浄液を前記水洗部の頂部側から供給して循環・洗浄する洗浄液循環ラインと、前記循環ラインから、CO2吸収液を含む洗浄液の一部を抜出液として抜出す抜出しラインと、前記抜出液からガス成分を分離しつつCO2吸収液を濃縮する濃縮部と、前記濃縮部で濃縮した濃縮液を吸収液再生塔側に送給する濃縮液送給ラインとを具備することを特徴とするCO2回収装置にある。
第2の発明は、第1の発明において、分離されたガス成分を、CO2吸収塔から排出される浄化排ガスに合流するガス排出ラインを有することを特徴とするCO2回収装置にある。
第3の発明は、第1の発明において、CO2吸収塔の前流側に、CO2を含有するCO2含有排ガスを冷却する冷却塔を設け、前記CO2吸収塔から排出される浄化排ガスの温度(T2)を、前記冷却塔で冷却されたCO2を含有するCO2含有排ガスの温度(T1)より低く(T1>T2)設定することを特徴とするCO2回収装置にある。
第4の発明は、第1の発明において、系外又は系内から水を水洗部に供給することを特徴とするCO2回収装置にある。
第5の発明は、CO2を含有するCO2含有排ガスとCO2吸収液とを接触させてCO2を除去するCO2吸収塔と、CO2を吸収したCO2吸収液からCO2を分離してCO2吸収液を再生する吸収液再生塔とを用い、前記吸収液再生塔でCO2が除去されたリーン溶液をCO2吸収塔で再利用するCO2回収方法であって、前記CO2吸収塔の後流側において、洗浄液によりCO2除去排ガスを冷却すると共に、同伴するCO2吸収液を回収する水洗部の一部を抜出液として抜出し、前記抜出液中のCO2吸収液を濃縮し、濃縮液を前記吸収液再生塔側へ送給することを特徴とするCO2回収方法にある。
本発明によれば、脱炭酸排ガスに残存して放出される吸収液のアミン化合物類の濃度をより一層低減できると共に、回収した吸収液を濃縮して再利用を図ることができる。
図1は、実施例1に係るCO2回収装置の概略図である。 図2は、実施例1に係る他のCO2回収装置の概略図である。 図3は、実施例1に係る他のCO2回収装置の概略図である。 図4は、実施例2に係るCO2回収装置の概略図である。
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
本発明による実施例に係るCO2回収装置について、図面を参照して説明する。図1は、実施例1に係るCO2回収装置の概略図である。図2及び3は、実施例1に係る他のCO2回収装置の概略図である。
図1に示すように、本実施例に係るCO2回収装置10Aは、CO2を含有するCO2含有排ガス11AとCO2吸収液(リーン溶液12B)とを接触させてCO2を除去して浄化排ガス11BとするCO2吸収塔(以下「吸収塔」ともいう)13と、CO2を吸収したCO2吸収液(リッチ溶液12A)を再生する吸収液再生塔14と、前記吸収液再生塔(以下「再生塔」ともいう)14でCO2が除去されたリーン溶液12BをCO2吸収塔13で再利用するCO2回収装置であって、前記CO2吸収塔13が、CO2吸収液12(リーン溶液12B)でCO2含有排ガス11A中のCO2を吸収するCO2吸収部13Aと、前記CO2吸収部13Aの上部(ガス流れ後流)側に設けられ、CO2除去排ガスを冷却すると共に、同伴するCO2吸収液12を回収する第1水洗部13B1及び第2水洗部13B2からなる水洗部13Bと、前記塔頂側の第2水洗部13B2で回収されたCO2吸収液12を含む洗浄液20を前記水洗部13Bの頂部側から直接循環する洗浄液循環ラインL1と、前記洗浄液循環ラインL1から、CO2吸収液12を含む洗浄液20の一部を抜出液21として抜出す抜出しラインL2と、抜出液21からガス成分(水蒸気)24を分離しつつCO2吸収液を濃縮する濃縮部22と、前記濃縮部22で濃縮した濃縮液23を吸収液再生塔14側に送給する濃縮液送給ラインL3と、分離されたガス成分(水蒸気)24を、吸収塔13から排出される浄化排ガス11Bに合流するガス排出ラインL4とを具備するものである。
なお、第1水洗部13B1においても、洗浄液循環ラインL1とにより洗浄液20が循環されている。
なお、図示していないが、第1水洗部からの抜出液は吸収液12に合流される。
前記吸収塔13では、CO2含有排ガス11Aは、CO2吸収塔13の下部側に設けられたCO2吸収部13Aにおいて、例えばアルカノールアミンをベースとするCO2吸収液12と対向流接触し、CO2含有排ガス11A中のCO2は、化学反応(R−NH2+H2O+CO2→R−NH3HCO3)によりCO2吸収液12に吸収される。
そしてCO2除去後のCO2除去排ガスは、チムニートレイ16を介して水洗部13B側へ上昇し、水洗部13Bの頂部側から供給される洗浄液20と気液接触して、CO2除去排ガスに同伴するCO2吸収液12を回収する。
その後、CO2吸収液12が除去されたCO2吸収液除去排ガス11Bは、CO2吸収塔13の頂部13Cから外部へ排出される。なお、符号73はガス中のミストを捕捉するミストエリミネータを図示する。
CO2を吸収したリッチ溶液12Aは、リッチ溶液供給管50に介装されたリッチソルベントポンプ51により昇圧され、リッチ・リーン溶液熱交換器52において、吸収液再生塔14で再生されたリーン溶液12Bにより加熱され、吸収液再生塔14の頂部側に供給される。
前記再生塔14の頂部側から塔内部に放出されたリッチ溶液12Aは、塔底部からの水蒸気による加熱により、大部分のCO2を放出する。再生塔14内で一部または大部分のCO2を放出したCO2吸収液12は「セミリーン溶液」と呼称される。この図示しないセミリーン溶液は、再生塔14底部に流下する頃には、ほぼ全てのCO2が除去されたリーン溶液12Bとなる。このリーン溶液12Bは循環ラインL20に介装された再生加熱器61で飽和水蒸気62により加熱される。加熱後の飽和水蒸気62は水蒸気凝縮水63となる。
一方、再生塔14の塔頂部14Aからは塔内においてリッチ溶液12A及び図示しないセミリーン溶液から逸散された水蒸気を伴ったCO2ガス41が放出される。
そして、水蒸気を伴ったCO2ガス41がガス排出ラインL21により導出され、ガス排出ラインL21に介装されたコンデンサ42により水蒸気が凝縮され、分離ドラム43にて凝縮水44が分離され、CO2ガス45が系外に放出されて、別途圧縮回収等の後処理がなされる。
分離ドラム43にて分離された凝縮水44は凝縮水ラインL22に介装された凝縮水循環ポンプ46にて吸収液再生塔14の上部に供給される。
なお、図示していないが、一部の凝縮水44はCO2吸収液の洗浄液20として水洗部13Bの頂部に供給され、CO2除去排ガスに同伴するCO2吸収液12の吸収に用いている。
再生されたCO2吸収液(リーン溶液12B)はリーン溶液供給管53を介してリーン溶液ポンプ54によりCO2吸収塔13側に送られ、CO2吸収液12として循環利用される。
よって、CO2吸収液12は、CO2吸収塔13と吸収液再生塔14とを循環する閉鎖経路を形成し、CO2吸収塔13のCO2吸収部13Aで再利用される。なお、必要に応じて図示しない補給ラインによりCO2吸収液12は供給され、また必要に応じて図示しないリクレーマによりCO2吸収液を再生するようにしている。
また、CO2吸収塔13に供給されるCO2含有排ガス11Aは、その前段側に設けられた冷却塔70において、冷却水71により冷却され、その後CO2吸収塔13内に導入される。なお、符号72は循環ポンプ、74は冷却器、L10は冷却水循環ライン、L11はCO2含有排ガス供給ライン、L12は浄化排ガス排出ラインを各々図示する。
このように、CO2吸収塔13と吸収液再生塔14とを循環利用されるCO2吸収液12は、水洗部13Bにおいて、CO2が除去されたCO2除去排ガスと、洗浄液20とを向流接触させ、CO2除去排ガスに同伴されたCO2吸収液12を洗浄液20で吸収除去し、吸収塔13の外部への放散を防止している。
この洗浄液20に吸収除去されたCO2吸収液12を再利用するために、本実施例では濃縮部22を設け、記濃縮部22で濃縮した濃縮液23を送給する濃縮液送給ラインL3を介して吸収液再生塔14側に送給し、CO2吸収液12を濃縮利用するようにしている。
本実施例では、水洗部13Bを循環する洗浄液を一部抜き出し、濃縮部22で濃縮して濃縮液23とし、この濃縮液23を吸収液再生塔14のCO2を分離する分離ドラム43に送給するようにしている。
この分離ドラム43は、水蒸気を伴ったCO2ガス41からCO2ガス45を分離し、凝縮水44を得るものであり、この凝縮水44は、吸収液再生塔14の上部に還流されるので、リーン溶液12Bとなり、再度CO2吸収塔13で再利用されることとなる。
ここで、濃縮液23の供給先は、分離ドラム43に限定されるものではなく、例えば図2に示すように、凝縮水44を再生塔14の上部に戻す凝縮水ラインL22としてもよい。
また、図3に示すように、濃縮液23の供給先を、再生塔14の上部に直接導入するようにしてもよい。
また、凝縮水ラインL22から凝縮水44の一部(※1)を抜き出し、洗浄液循環ラインL1に供給(※1)して、洗浄液として利用するようにしてもよい。
冷却塔70の冷却水71の一部(※2)を抜き出し、洗浄液循環ラインL1に供給(※2)して、洗浄液として利用するようにしてもよい。
また、CO2回収装置の系内での水以外に、系外からの水(例えばプロセス系統のイオン交換水等)を、洗浄液循環ラインL1に供給(※3)して、洗浄液として利用するようにしてもよい。
このように、本実施例では、洗浄液20が循環ラインL1で循環される際に、CO2吸収液を回収し、その回収したCO2吸収液を濃縮液とすることで、浄化排ガス11Bから同伴されるCO2吸収液や吸収液に由来する揮発性成分の大気への放散量を低減することができる。
ここで、濃縮部22においては、例えば蒸発装置や蒸気圧縮式濃縮装置等を用いることができる。蒸発装置は、洗浄液20を蒸発缶にて貯留しつつ加熱して蒸発させ、濃縮された濃縮液23を次の蒸発缶に供給すると共に、水蒸気24を次の蒸発缶での加熱源として用い、蒸発缶を複数設けたものを例示することができる。
また、蒸気圧縮式濃縮装置は、蒸発缶で発生した水蒸気24を圧縮機で加圧して、温度を高くすることにより、加熱用熱源として利用するものであり、濃縮の際の動力消費量を低減できるものである。
なお、濃縮の際に、水蒸気を供給するようにしてもよい。
また、濃縮部22で分離されるガス成分(水蒸気)24が導出される供給ラインL4には、分離ドラムを設け、水分の外部への同伴を防止し、系外への水分の逸散を防止している。
なお、ガス成分24を吸収塔13の塔頂部側に導入する場合には、そのまま外部に放出されるので、アンモニアが同伴されるような場合には、その水洗部13Bの後流側(塔頂部内)に導入するようにしてもよい。
図4は、実施例2に係るCO2回収装置の概略図である。なお、図1に示す実施例1に係るCO2回収装置10Aと同一の構成については、同一符号を付して重複した説明は省略する。
図4に示すように、本実施例のCO2回収装置10Bでは、CO2含有排ガス供給ラインL11及び浄化排ガス排出ラインL12に各々温度計81、82を設け、ガス温度を計測している。
そして、計測の結果、図示しない制御装置により、水洗部13B出口の浄化排ガス11Bのガス温度(T2)を冷却塔出口のガス温度(T1)よりも低く(T1>T2)設定するように制御している。
この結果、CO2吸収塔13の出口の浄化排ガス11Bのガス温度(T2)を下げることで,凝縮水量を増加させることができ、この結果水洗部13での液中のアミン濃度が低下し、アミン蒸気圧が小さくなり、CO2吸収液(アミン溶液等)の同伴量の低減を図り、外部への放出を削減することができる。
ここで、浄化排ガス11Bのガス温度(T2)を40℃から35℃に低下させた場合、浄化排ガス11Bのガス中のアミン化合物濃度比は、40℃の場合を1とすると、35℃の場合には0.5と低下することが確認された。
以上、説明したように、本発明によれば、脱炭酸排ガスに残存して放出されるアミン化合物類の濃度をより一層低減できると共に、濃縮した吸収液を再度有効利用することができる。
10 CO2回収装置
11A CO2含有排ガス
12 CO2吸収液
12A リッチ溶液
12B リーン溶液
13 CO2吸収塔(吸収塔)
14 吸収液再生塔(再生塔)
20 洗浄液
21 抜出液
22 濃縮部
23 濃縮液
24 ガス成分


Claims (5)

  1. CO2を含有するCO2含有排ガスとCO2吸収液とを接触させてCO2を除去して浄化排ガスとするCO2吸収塔と、
    CO2を吸収したCO2吸収液からCO2を分離してCO2吸収液を再生する吸収液再生塔と、
    前記吸収液再生塔でCO2が除去されたリーン溶液をCO2吸収塔で再利用するCO2回収装置であって、
    前記CO2吸収塔が、
    CO2吸収液によりCO2含有排ガス中のCO2を吸収するCO2吸収部と、
    前記CO2吸収部のガス流れ後流側に設けられ、洗浄液によりCO2除去排ガスを冷却すると共に、同伴するCO2吸収液を回収する水洗部と、
    前記水洗部で回収されたCO2吸収液を含む洗浄液を前記水洗部の頂部側から供給して循環・洗浄する洗浄液循環ラインと、
    前記循環ラインから、CO2吸収液を含む洗浄液の一部を抜出液として抜出す抜出しラインと、
    前記抜出液からガス成分を分離しつつCO2吸収液を濃縮する濃縮部と、
    前記濃縮部で濃縮した濃縮液を吸収液再生塔側に送給する濃縮液送給ラインとを具備することを特徴とするCO2回収装置。
  2. 請求項1において、
    分離されたガス成分を、CO2吸収塔から排出される浄化排ガスに合流するガス排出ラインを有することを特徴とするCO2回収装置。
  3. 請求項1において、
    CO2吸収塔の前流側に、CO2を含有するCO2含有排ガスを冷却する冷却塔を設け、
    前記CO2吸収塔から排出される浄化排ガスの温度(T2)を、
    前記冷却塔で冷却されたCO2を含有するCO2含有排ガスの温度(T1)より低く(T1>T2)設定することを特徴とするCO2回収装置。
  4. 請求項1において、
    系外又は系内から水を水洗部に供給することを特徴とするCO2回収装置。
  5. CO2を含有するCO2含有排ガスとCO2吸収液とを接触させてCO2を除去するCO2吸収塔と、CO2を吸収したCO2吸収液からCO2を分離してCO2吸収液を再生する吸収液再生塔とを用い、前記吸収液再生塔でCO2が除去されたリーン溶液をCO2吸収塔で再利用するCO2回収方法であって、
    前記CO2吸収塔の後流側において、洗浄液によりCO2除去排ガスを冷却すると共に、同伴するCO2吸収液を回収する水洗部の一部を抜出液として抜出し、
    前記抜出液中のCO2吸収液を濃縮し、濃縮液を前記吸収液再生塔側へ送給することを特徴とするCO2回収方法。
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