JP2015039670A - 二酸化炭素分離回収システム及びその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】計測器やバルブの設置箇所で配管にアミンが付着・残存することを防止する。
【解決手段】本実施形態によれば、二酸化炭素分離回収システムは、排ガスと吸収液とを接触させ、リッチ液を排出する吸収塔と、リッチ液を再生してリーン液を排出する再生塔と、リーン液を熱源としてリッチ液を加熱する再生熱交換器と、前記再生塔から排出される二酸化炭素含有蒸気を気液分離する第１気液分離器と、前記第１気液分離器から気相成分を排出する第１配管と、前記吸収塔から排出されるガスを気液分離する第２気液分離器と、前記第２気液分離器から気相成分を排出する第２配管と、を備える。前記第１配管又は前記第２配管の少なくともいずれか一方に、バルブ又は計測器が設置される。前記バルブ又は前記計測器の設置箇所に、洗浄媒体を供給して、吸収液成分を除去する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、二酸化炭素分離回収システム及びその運転方法に関する。

近年、二酸化炭素の回収に関し、地球規模で懸念される地球温暖化問題に対する有効な対策として二酸化炭素回収貯留技術が注目されている。特に、火力発電所やプロセス排出ガスを対象に、二酸化炭素を吸収液により回収する手法が検討されている。例えば、二酸化炭素含有ガスを吸収液に吸収させてリッチ液を生成する吸収塔と、吸収塔から排出されたリッチ液を加熱することにより二酸化炭素を蒸気と共に放散させて分離し、生成されたリーン液を吸収塔に戻す再生塔とを備えた二酸化炭素回収装置が知られている。吸収液には、例えばアミン化合物が用いられている。

二酸化炭素回収装置の配管には、ガス流量計、濃度計等の計測器やバルブが設けられており、これらの設置箇所では吸収液成分が付着・残存しやすくなっている。配管を流れる吸収液の主成分であるアミンは、温度が低いほど粘度が大きくなる性質を持ち、常温で固体であるアミンの種類もある。そのため、配管内温度が外気温と同程度となる計測器やバルブの設置箇所では、外気温が低下すると、付着・残存したアミンの粘度が大きくなったり、あるいは固体となったりすることで、吸収液やガスの流通を阻害したり、計測器による計測ができなくなったりするおそれがあった。

特開２００４−３２３３３９号公報

本発明が解決しようとする課題は、計測器やバルブの設置箇所で配管にアミンが付着・残存することを防止する二酸化炭素分離回収システム及びその運転方法を提供することである。

本実施形態によれば、二酸化炭素分離回収システムは、二酸化炭素を含有するガスが導入され、二酸化炭素を吸収する吸収液と前記ガスとを接触させ、二酸化炭素を吸収したリッチ液を排出する吸収塔と、吸収液を加熱して、前記吸収液から二酸化炭素を含むガスを放出させ、前記リッチ液よりも二酸化炭素濃度の低いリーン液を排出する再生塔と、前記再生塔から前記吸収塔へ供給される前記リーン液を用いて、前記吸収塔から前記再生塔へ供給される前記リッチ液を加熱する再生熱交換器と、前記再生塔から排出される二酸化炭素含有蒸気を気液分離し、液相成分を前記再生塔に供給する第１気液分離器と、前記第１気液分離器から気相成分を排出する第１配管と、前記吸収塔から排出されるガスを気液分離し、液相成分を前記吸収塔に供給する第２気液分離器と、前記第２気液分離器から気相成分を排出する第２配管と、前記第１配管又は前記第２配管の少なくともいずれか一方に設置されたバルブ又は計測器と、前記バルブ又は前記計測器の設置箇所に、吸収液成分を除去する洗浄媒体を供給する洗浄媒体供給配管と、を備える。

第１の実施形態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。 第１の実施形態の第１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。 第１の実施形態の第２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。 第１の実施形態の第３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。 第２の実施形態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。 第３の実施形態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。 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。 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。 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。 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は、第１の実施形態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。図１に示すように、二酸化炭素分離回収システムは、吸収塔１、再生熱交換器７、再生塔８、リボイラー９、及びリーン液冷却器１４を備え、二酸化炭素を吸収する吸収液を用いて燃焼排ガス２から二酸化炭素を回収し、脱二酸化炭素ガス３を排出する。

燃焼排ガス２は、例えば火力発電所のボイラー（図示せず）で発生し、吸収塔１の下部に導入される。吸収塔１では、燃焼排ガス２と吸収液とが接触し、燃焼排ガス２中の二酸化炭素が吸収液に吸収される。吸収液は、吸収塔１の上部から導入され、気液接触の効率を高めるための充填材が充填された充填層１Ａを通過し、吸収塔１内を流下する。吸収液として、例えばアミン化合物を使用することができる。

燃焼排ガス２中の二酸化炭素の大部分は吸収液に吸収され、二酸化炭素含有量が減少した排ガスが吸収塔１の塔頂から排出される。吸収塔１から排出された排ガスは、吸収塔還流冷却器１７により冷却されて水分が凝縮し、気液分離器（凝縮器）１８により水分と分離され、脱二酸化炭素ガス３（気相成分）が配管１９を介して排出される。気液分離器１８で分離された水分（液相成分）は、吸収液成分を含んでいるため、吸収塔１に戻される。または、排ガス中の水分の蓄積により吸収液濃度が薄くなった場合は、気液分離器１８で分離された水分は吸収塔１に戻さずに廃棄してもよい。

吸収塔１の底部には、二酸化炭素を吸収した吸収液であるリッチ液が溜まる。吸収塔１の底部に溜まったリッチ液は、吸収塔１の底部から排出され、リッチ液移送ポンプ６により、再生熱交換器７を通過する。リッチ液は、再生熱交換器７において、再生塔８の底部から排出される高温のリーン液によって加熱される。加熱されたリッチ液は、再生塔８に供給される。

再生塔８に供給されたリッチ液は、気液接触の効率を高めるための充填材が充填された充填層８Ａを通過し、再生塔８内を流下し、再生塔８の底部に溜まる。再生塔８の底部に溜まった吸収液は、その一部が再生塔８の底部から排出され、再生塔８とリボイラー９との間を循環する。吸収液は、リボイラー９において加熱され、蒸気と二酸化炭素ガスを発生する。発生した蒸気と二酸化炭素ガスは、再生塔８内に戻され、充填層８Ａを通過して上昇し、流下する吸収液を加熱する。その結果、再生塔８に供給されたリッチ液から二酸化炭素ガスと水蒸気が放出され、再生塔８の底部には二酸化炭素ガスを放出した吸収液であるリーン液が溜まる。

リーン液は再生塔８の底部から排出され、再生熱交換器７を通過する。このリーン液は、再生熱交換器７において、吸収塔１の底部から排出される低温のリッチ液を加熱する。再生熱交換器７を通過したリーン液は、ポンプ１６により、リーン液冷却器１４を介して、吸収塔１の上部に供給される。吸収塔１に供給されたリーン液は、燃焼排ガス２中の二酸化炭素の吸収に再利用される。

再生塔８において吸収液から放出された二酸化炭素ガスと水蒸気を含む排ガスは、再生塔８の塔頂から排出される。再生塔８から排出されたガスは、再生塔還流冷却器１３により冷却されて水分が凝縮し、気液分離器（凝縮器）１１により水分と分離され、二酸化炭素ガス１２が配管２０を介して排出される。一方、気液分離器１１で分離された水分（液相成分）は、吸収液中の水分濃度を一定に保つため、ポンプ１０により再生塔８に戻される。または、排ガス中の水分の蓄積により吸収液濃度が薄くなった場合は、気液分離器１１で分離された水分は再生塔８に戻さずに廃棄してもよい。

配管２０には、二酸化炭素ガス１２の流量を測定するガス流量計や濃度を測定する濃度計等の計測器２１が接続される接続部２２が設けられている。この接続部２２近傍は、配管２０内の温度、すなわち二酸化炭素ガス１２の温度が、外気温と同程度となる。

再生塔８の塔頂から排出されるガスには揮発したアミン（吸収液成分）が含まれている。そのため、気液分離器１１から排出される二酸化炭素ガス１２（気相成分）にもアミンが含まれる。アミンは、配管２０の接続部２２に付着・残存しやすい。また、アミンは温度が低いほど粘度が大きくなる、あるいは固体となる。そのため、外気温が低下すると、接続部２２に付着・残存したアミンの粘度が大きくなったり固体となったりして、計測器２１による計測の妨げとなり得る。

そこで、本実施形態では、配管３０を介して接続部２２に洗浄液３１を供給し、接続部２２に付着・残存したアミンを取り除き、計測器２１による計測を安定的に行えるようにしている。

粘度が大きくなった、あるいは固体となったアミンを取り除く洗浄液３１としては、水、又はメタノール、エタノール、アセトン等の有機溶媒を用いることができる。また、洗浄液３０は単一成分でなくてもよく、吸収液成分を含んでいてもよい。

また、配管３０を介して、洗浄液３１でなく洗浄ガスを供給し、接続部２２に付着・残存したアミンを取り除くようにしてもよい。洗浄ガスは、圧力でアミンを除去可能なものであればよく、空気、窒素、二酸化炭素、酸素等を用いることができる。回収された二酸化炭素ガス１２の二酸化炭素濃度を低下させないために、洗浄ガスとして二酸化炭素を用いることが好ましい。

配管３０を介して、接続部２２に洗浄媒体（洗浄液３１または洗浄ガス）を供給するタイミングは任意であり、連続して供給してもよいし、間欠的に供給してもよい。

このように、本実施形態によれば、計測器設置箇所の配管にアミンが付着・残存することを防止し、計測器を安定的に動作させることができる。

（第１の実施形態の第１変形例）上記第１の実施形態では、計測器２１が接続される接続部２２に洗浄液３１が供給される構成について説明したが、図２に示すように、配管２０にバルブ２３が設けられている場合、配管３０を介して、バルブ２３に洗浄液３１（又は洗浄ガス）を供給してもよい。

配管２０のうち、バルブ２３が設置された部分は、径が小さくなっているためアミンが付着・残存しやすい。また、バルブ２３近傍は、配管２０内の温度、すなわち二酸化炭素ガス１２の温度が、外気温と同程度となる。そのため、外気温が低下すると、付着・残存したアミンの粘度が大きくなる、あるいは固体となり、ガスの流通の妨げとなり得る。そこで、図２に示すように、バルブ２３に洗浄液３１を供給することで、付着・残存したアミンを取り除き、ガスを安定的に流通させることができる。

（第１の実施形態の第２変形例）図３に示すように、上記第１の実施形態による二酸化炭素分離回収システムに、接続部２２を加熱する加熱部２４をさらに設けてもよい。加熱部２４により接続部２２を加熱することで、付着・残存したアミンの粘度を低下させ、あるいは固体となったアミンを溶解し、洗浄液３１によるアミンの除去を効率良く行うことができる。

（第１の実施形態の第３変形例）図４に示すように、配管３０を気液分離器１１に接続し、気液分離機１１で分離された水分を洗浄液３１として接続部２２に供給してもよい。このように、気液分離機１１で分離された水分を利用することで、洗浄液３１を別途準備することなく、接続部２２の洗浄を行うことができる。

（第２の実施形態）図５は、第２の実施形態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。本実施形態による二酸化炭素分離回収システムは、図１に示す第１の実施形態と比較して、配管２０にバイパス配管４０を設けている点で相違する。なお、図５では計測器２１の図示を省略している。

バイパス配管４０は、接続部２２を挟むように設置されている。すなわち、配管２０において、バイパス配管４０の一端は接続部２２の上流側に接続され、他端は接続部２２の下流側に接続される。また、バイパス配管４０と配管２０との接続箇所には、図示しない流路切替器が設けられている。

本実施形態では、洗浄液３１により接続部２２に付着・残存したアミンを取り除く際に、二酸化炭素ガス１２がバイパス配管４０を流れるようにする。このようにすることで、洗浄液３１が接続部２２に接触しやすくなり、接続部２２を効率良く洗浄することができる。

（第３の実施形態）図６は、第３の実施形態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。本実施形態による二酸化炭素分離回収システムは、図１に示す第１の実施形態と比較して、接続部２２の洗浄を行った後の洗浄液３３を排出するための配管３２を設けている点で相違する。なお、図６では計測器２１の図示を省略している。

本実施形態では、接続部２２の洗浄を行った後の洗浄液３３が抜き出されて、配管３２を介して排出される。このようにすることで、二酸化炭素ガス１２に洗浄液成分が混入することを防止し、純度の高い二酸化炭素ガスを回収することができる。

図１〜図６に示した構成を適宜組み合わせてもよい。例えば、図７は、図１、図４〜図６の構成を組み合わせたものである。図７に示す構成において、接続部２２の洗浄を行った後の洗浄液３３を、気液分離器１１や再生塔８等に戻してもよい。これにより、洗浄液３３に含まれる吸収液成分を再利用することができる。

配管２０に接続部２２及びバルブ２３が設けられている場合は、それぞれに洗浄液３１を供給するようにしてもよい。

二酸化炭素分離回収システムでは、気液分離器１８から排出される脱二酸化炭素ガス３にもアミン（吸収液成分）が含まれている。そのため、図８に示すように、配管１９に脱二酸化炭素ガス３の流量を測定するガス流量計や濃度を測定する濃度計等の計測器２５が接続される接続部２６が設けられている場合は、配管３４を介して接続部２６に洗浄液３５を供給することが好ましい。洗浄液３５には、洗浄液３１と同じものを用いることができる。このようにすることで、接続部２６に付着・残存したアミンを取り除き、計測器２５による計測を安定的に行うことができる。

また、図９に示すように、配管１９にバルブ２７が設けられている場合、配管３４を介して、バルブ２７に洗浄液３５を供給することが好ましい。このようにすることで、バルブ２７近傍の配管１９に付着・残存したアミンを取り除き、ガスを安定的に流通させることができる。

また、図１０に示すように、配管３４を気液分離器１８に接続し、気液分離機１８で分離された水分を洗浄液３５として接続部２６に供給してもよい。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、計測器やバルブの設置箇所で配管にアミンが付着・残存することを防止することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 吸収塔
２ 燃焼排ガス
３ 脱二酸化炭素ガス
７ 再生熱交換器
８ 再生塔
９ リボイラー
１１、１８ 気液分離機
１２ 二酸化炭素ガス
２１ 計測器
２２ 接続部
２３ バルブ
２４ 加熱部
３１ 洗浄液
４０ バイパス配管

Claims (8)

1. 二酸化炭素を含有するガスが導入され、二酸化炭素を吸収する吸収液と前記ガスとを接触させ、二酸化炭素を吸収したリッチ液を排出する吸収塔と、
   吸収液を加熱して、前記吸収液から二酸化炭素を含むガスを放出させ、前記リッチ液よりも二酸化炭素濃度の低いリーン液を排出する再生塔と、
   前記再生塔から前記吸収塔へ供給される前記リーン液を用いて、前記吸収塔から前記再生塔へ供給される前記リッチ液を加熱する再生熱交換器と、
   前記再生塔から排出される二酸化炭素含有蒸気を気液分離し、液相成分を前記再生塔に供給する第１気液分離器と、
   前記第１気液分離器から気相成分を排出する第１配管と、
   前記吸収塔から排出されるガスを気液分離し、液相成分を前記吸収塔に供給する第２気液分離器と、
   前記第２気液分離器から気相成分を排出する第２配管と、
   前記第１配管又は前記第２配管の少なくともいずれか一方に設置されたバルブ又は計測器と、
   前記バルブ又は前記計測器の設置箇所に、吸収液成分を除去する洗浄媒体を供給する洗浄媒体供給配管と、
   を備える二酸化炭素分離回収システム。
2. 前記バルブ又は前記計測器の設置箇所を加熱する加熱部をさらに備え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. 前記気相成分が前記バルブ又は前記計測器の設置箇所をバイパスするように設けられたバイパス配管をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の二酸化炭素分離回収システム。
4. 前記バルブ又は前記計測器の設置箇所から、前記吸収液成分を除去した洗浄媒体を抜き出して排出する洗浄媒体排出配管をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の二酸化炭素分離回収システム。
5. 前記バルブ又は計測器は前記第１配管又は前記第２配管の少なくともいずれか一方に設置され、
   前記洗浄媒体は前記第１気液分離器から排出された前記液相成分又は前記第２気液分離器から排出された前記液相成分の少なくともいずれか一方であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の二酸化炭素分離回収システム。
6. 前記洗浄媒体排出配管を介して排出された前記洗浄媒体を前記再生塔に供給することを特徴とする請求項４を引用する請求項５に記載の二酸化炭素分離回収システム。
7. 二酸化炭素を含有する第１ガスを吸収塔に導入し、
   前記吸収塔において、前記第１ガスと吸収液とを接触させて、前記第１ガス中の二酸化炭素を前記吸収液に吸収させ、二酸化炭素を吸収したリッチ液を排出するとともに、前記第１ガスよりも二酸化炭素含有量が少ない第２ガスを排出し、
   再生塔において、吸収液を加熱し、前記吸収液から二酸化炭素を含むガスを放出させ、前記リッチ液よりも二酸化炭素濃度の低いリーン液を排出し、
   再生熱交換器を用いて、前記再生塔から前記吸収塔へ供給される前記リーン液を熱源として、前記吸収塔から前記再生塔へ供給される前記リッチ液を加熱し、
   第１気液分離器において、前記再生塔から排出される二酸化炭素含有蒸気を気液分離し、液相成分を前記再生塔に供給し、気相成分を第１配管を介して排出し、
   第２気液分離器において、前記吸収塔から排出される前記第２ガスを気液分離し、液相成分を前記吸収塔に供給し、気相成分を第２配管を介して排出し、
   前記第１配管又は前記第２配管の少なくともいずれか一方におけるバルブ又は計測器の設置箇所に、吸収液成分を除去する洗浄媒体を供給する二酸化炭素分離回収システムの運転方法。
8. 前記洗浄媒体の供給時に、前記気相成分が前記バルブ又は前記計測器の設置箇所をバイパスするように、前記気相成分をバイパス配管に流すことを特徴とする請求項７に記載の二酸化炭素分離回収システムの運転方法。

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