JP2015131736A - 二酸化炭素ガス回収装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】二酸化炭素ガスを含有する処理対象ガスと吸収液とを接触させ、処理対象ガス中の前記二酸化炭素ガスを前記吸収液に吸収させる吸収塔2と、吸収塔から供給されるリッチ吸収液を加熱して吸収液から二酸化炭素ガスを分離させて吸収液を再生する再生塔3とを備える。吸収塔から再生塔へ吸収液を移送する第1吸収液供給路4と再生塔から吸収塔へ吸収液を移送する第2吸収液供給路5との間に、吸収液熱交換器を取り除き、代わりに、第2吸収液供給路を流れる吸収液の熱を熱媒体を介して移動させて、その熱を第1吸収液供給路を流れる吸収液を加熱する熱源として利用するヒートポンプ6を備える。
【選択図】図1
Description
この二酸化炭素ガス回収装置は、二酸化炭素ガスを含有する処理対象ガスと吸収液とを接触させて、処理対象ガス中の二酸化炭素ガスを吸収液に吸収させる吸収塔と、吸収塔から供給される吸収液を加熱して吸収液から二酸化炭素ガスを分離させて吸収液を再生する再生塔とを備える。
本発明に係る二酸化炭素ガス回収装置は、二酸化炭素ガスを含有する処理対象ガスと吸収液とを接触させ、前記処理対象ガス中の前記二酸化炭素ガスを前記吸収液に吸収させる吸収塔と、前記吸収塔から供給される前記吸収液を加熱して前記吸収液から前記二酸化炭素ガスを分離させて前記吸収液を再生する再生塔と、前記吸収塔で二酸化炭素を吸収した吸収液を前記吸収塔から前記再生塔へ移送する第1吸収液供給路と前記再生塔で再生されて二酸化炭素を分離した吸収液を前記再生塔から前記吸収塔へ移送する第2の吸収液移送路との交差部分に介在されて、それら吸収液同士の熱交換を行なう吸収液熱交換器と、を備えた二酸化炭素ガス回収装置において、前記吸収液熱交換器を有さず、代わりに、前記第2吸収液供給路を流れる吸収液の熱を熱媒体を介して移動させて、その熱を前記第1吸収液供給路を流れる吸収液を加熱する熱源として利用するヒートポンプを備えることを特徴とする。
また、ヒートポンプを用いて熱回収を行なうので、単に熱交換器のみを用いて熱回収を行なう場合に比べて効率良く熱回収を行なうことができ、従前のものに比べて省エネルギー化を図ることができる。
この場合、インタークーラにより、吸収塔の吸収液を冷却した後に吸収塔内に再導入することが可能になり、吸収液を適宜冷却できるので吸収塔での吸収液による二酸化炭素ガスの吸収を促進することができる。
また、インタークーラで生じる熱を、第1吸収液供給路を流れる吸収液を加熱する熱源として利用することができ、吸収塔の発熱反応で生じて吸収液に受け渡された熱が、外部に漏出するのを抑制することが可能になり、更なる省エネルギー化を図ることができる。
熱媒体は、このサイクルを繰り返し、第1吸収液供給路中のリッチ吸収液を加熱し、インタークーラ内の吸収液を冷却するとともに、第2吸収液供給路中のリーン吸収液を冷却する。
また、熱媒冷却式循環クーラで生じる熱を、第1吸収液供給路を流れる吸収液を加熱する熱源として利用することができ、吸収塔の発熱反応で生じて吸収液に受け渡された熱が、外部に漏出するのを抑制することが可能になり、更なる省エネルギー化を図ることができる。
また、前記ヒートポンプの前記熱媒体として2種類以上の炭化水素系の物質を混合した混合熱媒体を用いており、それら熱媒体の混合割合を適宜設定することにより、前述の特定アミン水溶液を用いた低温領域での二酸化炭素ガス回収運転におけるヒートポンプの運転、つまり、例えば、吸熱が25℃前後、発熱が110℃前後のヒートポンプの運転が可能となる。
これにより、当該二酸化炭素ガス回収装置において外部からの入熱量を抑えることが可能になり、省エネルギー化を図ることができる。
また、前述の特定アミン水溶液を用いた低温領域での二酸化炭素ガス回収運転におけるヒートポンプの運転、つまり、例えば、吸熱が25℃前後、発熱が110℃前後のヒートポンプの運転が可能となり、二酸化炭素ガス回収装置において外部からの入熱量を抑えて、省エネルギー化をより一層図ることができる。
以下、図1を参照しながら本発明の実施形態に係る二酸化炭素ガス回収装置を説明する。
この二酸化炭素ガス回収装置は、二酸化炭素ガスを含有する処理対象ガスから二酸化炭素ガスを二酸化炭素化学吸収分離法によって吸収分離することで回収し、処理対象ガスから二酸化炭素ガスが分離されてなる脱炭酸ガスを生成する。この二酸化炭素化学吸収分離法には、二酸化炭素ガスを吸収可能な吸収液を用いる。この吸収液としては、例えば、70℃以上の二酸化炭素分離工程での加熱温度領域(吸収液再生温度領域)において、温度が高くなるに従い温度変化に対する二酸化炭素吸収量の変化率が漸次低くなる特性を有する性質のもの、具体的にはIPAEの水溶液またはIPAEとTMDAHの混合水溶液を用いる。
吸収塔2には、吸収塔2の塔頂部2bから脱炭酸ガスを導出する導出路11Aが設けられている。導出路11Aには脱炭酸ガスに含まれる吸収液を回収するため脱炭酸ガスを冷却する熱交換器11Bが介在されている。
熱媒体循環路32内を流れる熱媒体は、熱媒コンプレッサー33、熱媒加熱式熱交換器30、熱媒膨張弁34、熱媒冷却式熱交換器31を順次通過するように繰り返し流れる。
はじめに、吸収液の流れについて、吸収塔2を起点として説明する。
まず、吸収塔2では、塔底部2aに供給された処理対象ガスが吸収塔内を上昇するとともに、塔頂部2b内の第1ノズル7から供給されたリーン吸収液が内部を下降する。この過程で、処理対象ガスとリーン供給路5から供給されるリーン吸収液とが接触し、処理対象ガス中の二酸化炭素ガスがリーン吸収液に吸収されて発熱反応が生じる。
これにより、吸収塔2においてリッチ吸収液および脱炭酸ガスが生成される。これらのうち、脱炭酸ガスは、吸収塔2の塔頂部2bに向けて上昇し、導出路11Aを通して外部に導出される。
ここで本実施形態では、リッチ供給路4に熱媒加熱式熱交換器30が介在しており、この熱媒加熱式熱交換器30によってリッチ吸収液は、圧縮された熱媒体との間で熱交換されて適宜温度まで加熱される。
熱媒膨張弁34で膨張させられて例えば25℃まで温度降下した熱媒体は、熱媒冷却式熱交換器31を移動しながら、リーン吸収液と熱交換することで、リーン吸収液を冷却しつつ、該リーン吸収液が二酸化炭素を分離するときに加熱されたときの残熱を受け取って蒸発して気化する。このときの温度は例えば85℃になる。その後、熱媒体は熱媒コンプレッサー33によって圧縮されて例えば気相の状態で105℃以上の所定温度まで上昇する。
冷却された熱媒体は、再び熱媒膨張弁34に至る。以上の経路を経て、熱媒体は熱媒体循環路32内を循環し、リーン吸収液を適宜温度まで冷却しつつ、リッチ吸収液を適宜温度になるまで加熱する。
また、ヒートポンプを用いて熱回収を行なうので、単に熱交換器のみを用いて熱回収を行なう場合に比べて効率良く熱回収をすることができ、従前のものに比べて省エネルギー化を図ることができる。
これにより、当該二酸化炭素ガス回収装置において外部からの入熱量を抑えることが可能になり、省エネルギー化を図ることができる。
図2は本発明の二酸化炭素ガス回収装置の第2実施形態の概略図である。なお、説明の便宜上、この第2実施形態において前記第1実施形態で説明し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。
第2実施形態の二酸化炭素ガス回収装置40が前述した第1実施形態の二酸化炭素ガス回収装置と異なるところは、吸収塔2内において吸収液を冷却するインタークーラ10で生じる熱を利用してリーン供給路5中を流れるリーン吸収液の残熱とともに、リッチ供給路4中を流れるリッチ吸収液を加熱する点である。
なお、分岐路は、インタークーラ10の数が増加する場合には、それに応じて増加する。
図3は本発明の二酸化炭素ガス回収装置の第3実施形態の概略図である。なお、説明の便宜上、この第3実施形態において前記第1実施形態で説明し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。
また、インタークーラ10が多段になる場合には、熱媒膨張弁34の後段側で複数系統に分岐され、それぞれがインタークーラに接続される。その後、熱媒冷却式熱交換器31に至る前段階で一つの系統に統合される。
なお、リーン供給路5を流れるリーン吸収液は熱媒冷却式熱交換器31によって熱交換されたときに比較的高い温度までしか温度降下しないものの、その後、リーンアミンクーラ51によって35℃まで冷却されるのでなんら不具合が生じない。
図4は本発明の二酸化炭素ガス回収装置の第4実施形態の概略図である。なお、説明の便宜上、この第4実施形態において前記第1実施形態および第3実施形態で説明し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。
また、熱媒冷却式循環クーラ61で生じる熱を、リッチ供給路4を流れるリッチ吸収液を加熱する熱源として利用することができ、吸収塔2の発熱反応で生じて吸収液に受け渡された熱が、外部に漏出するのを抑制することが可能になり、更なる省エネルギー化を図ることができる。
本実施形態では、この二酸化炭素ガスを吸収させる吸収液として、例えば、IPAEの水溶液またはIPAEとTMDAHの混合水溶液を用いているが、これに限られることなく、1級アミン水溶液あるいは2級アミン水溶液を用いても良い。
2 吸収塔
3 再生塔
4 リッチ供給路(第1吸収液供給路)
5 リーン供給路(第2吸収液供給路)
6 ヒートポンプ
30 熱媒加熱式熱交換器
31 熱媒冷却式熱交換器
32 熱媒体循環路
33 熱媒コンプレッサー(圧縮機)
34 熱媒膨張弁
40 二酸化炭素ガス回収装置
43 ヒートポンプ
44 熱媒体循環路
50 二酸化炭素ガス回収装置
51 リーンアミンクーラ
53 ヒートポンプ
54 熱媒体循環路
60 二酸化炭素ガス回収装置
61 熱媒冷却式循環クーラ
63 ヒートポンプ
Claims (6)
- 二酸化炭素ガスを含有する処理対象ガスと吸収液とを接触させ、前記処理対象ガス中の前記二酸化炭素ガスを前記吸収液に吸収させる吸収塔と、
前記吸収塔から供給される前記吸収液を加熱して前記吸収液から前記二酸化炭素ガスを分離させて前記吸収液を再生する再生塔と、
前記吸収塔で二酸化炭素を吸収した吸収液を前記吸収塔から前記再生塔へ移送する第1吸収液供給路と前記再生塔で再生されて二酸化炭素を分離した吸収液を前記再生塔から前記吸収塔へ移送する第2吸収液供給路との交差部分に介在されて、それら吸収液同士の熱交換を行なう吸収液熱交換器と、
を備えた二酸化炭素ガス回収装置において、
前記吸収液熱交換器を有さず、
代わりに、前記第2吸収液供給路を流れる吸収液の熱を熱媒体を介して移動させて、その熱を前記第1吸収液供給路を流れる吸収液を加熱する熱源として利用するヒートポンプを備えることを特徴とする二酸化炭素ガス回収装置。 - 前記ヒートポンプは、前記吸収塔において吸収液を冷却するインタークーラで生じる熱を利用して前記第2吸収液供給路を流れる吸収液の熱とともに、前記第1吸収液供給路を流れる吸収液を加熱することを特徴とする請求項1に記載の二酸化炭素ガス回収装置。
- 前記ヒートポンプは、前記吸収塔において吸収液を冷却する前記インタークーラで生じる熱を利用して熱媒体を加熱し、該加熱した熱媒体を、前記第2吸収液供給路を流れる吸収液の熱を利用してさらに加熱することを特徴とする請求項2に記載の二酸化炭素ガス回収装置。
- 前記ヒートポンプは、熱媒体を圧縮する圧縮機、前記第1吸収液供給路中に介在された熱媒加熱式熱交換器、圧縮された熱媒体を膨張する熱媒膨張弁、前記インタークーラ、前記第2吸収液供給路中に介在された熱媒冷却式熱交換器を、前記熱媒体が順次通過する熱媒体循環路を備えることを特徴とする請求項3に記載の二酸化炭素ガス回収装置。
- 前記ヒートポンプは、前記吸収塔において吸収液を冷却する熱媒冷却式循環クーラで生じる熱を利用して前記第2吸収液供給路を流れる吸収液の熱とともに、前記第1吸収液供給路を流れる吸収液を加熱することを特徴とする請求項1に記載の二酸化炭素ガス回収装置。
- 前記吸収液には、IPAEの水溶液またはIPAEとTMDAHの混合水溶液が用いられ、
前記ヒートポンプの前記熱媒体として2種類以上の炭化水素系の物質を混合した混合熱媒体が用いられることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の二酸化炭素ガス回収装置。
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