JP2015144981A - ガス吸収・再生装置及びその運転方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】再生塔のリボイラへ供給される飽和水蒸気等の熱量を最小限とすることができるガス吸収・再生装置及びその運転方法を提供する。【解決手段】吸収塔１３と吸収液再生塔１４とを閉鎖系で循環する吸収液１２を用いて被吸収ガスであるＣＯ2を含む排ガス１１からＣＯ2ガスの吸収を行う際、リーン溶液供給ラインＬ2の吸収塔１３の入口部近傍でリーン液試料１０１を採取する第１採取部Ｘと、リッチ溶液供給ラインＬ1の吸収塔１３の出口部近傍でリッチ液試料１０２を採取する第２採取部Ｙと、採取したリーン液試料１０１及びリッチ液試料１０２を分析する分析装置１０３と、第１採取部Ｘでのリーン液試料１０１と、第２採取部Ｙでのリッチ液試料１０２を各々同時間帯で採取し、リーン液試料１０１及び前記リッチ液試料１０２中のＣＯ2ガスの濃度を計測し、これらの計測結果に基づき、ガス吸収・再生の運転を制御するものである。【選択図】図１
Description
本発明は、ガス吸収・再生装置及びその運転方法に関するものである。
近年、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、ボイラの燃焼排ガスをアミン系ＣＯ2吸収液と接触させ、燃焼排ガス中のＣＯ2を除去、回収する方法及び回収されたＣＯ2を大気へ放出することなく貯蔵する方法が精力的に研究されている。
また、このようなＣＯ2吸収液を用い、燃焼排ガスからＣＯ2を除去・回収する工程としては、吸収塔において燃焼排ガスとＣＯ2吸収液とを接触させる工程、ＣＯ2を吸収した吸収液を再生塔において加熱し、ＣＯ2を遊離させると共に吸収液を再生して再び吸収塔に循環して再使用するものが採用されている（例えば、特許文献１参照）。
また、排ガス中のＣＯ2を回収する以外に、例えば石炭ガス化ガス中のＨ2Ｓをガス化ガス精製システムで回収する場合においても、吸収塔で石炭ガス化ガス中のＨ2Ｓを吸収すると共に、再生塔で吸収液を再生して循環再利用するものが採用されている（例えば、特許文献２参照）。
これらの吸収・再生方式のガス吸収プロセスにおいては、要求されるガス吸収性能及びプロセスに必要となるエネルギー低減の側面から好適な運転条件を見出すことが必要となるが、現時点では効率的なものはいまだ確立されていない。
また、ガス中のＨ2Ｓ又はＣＯ2を回収する回収装置の運転にあたっては、要求される被吸収ガスの吸収性能(Ｈ2Ｓ又はＣＯ2の回収量や吸収率)を達成し、且つ再生塔のリボイラへ供給される飽和水蒸気等の熱量を最小限とするエネルギー低減の運転が望まれる。
本発明は、前記問題に鑑み、要求される被吸収ガスの吸収性能を達成し、且つ再生塔のリボイラへ供給される飽和水蒸気等の熱量を最小限とすることができるガス吸収・再生装置及びその運転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、閉鎖系で循環する吸収液を用いて被吸収ガスを含む導入ガスから被吸収ガス吸収を行う吸収塔と、前記吸収塔で被吸収ガスを吸収した吸収液から被吸収ガスを放出する吸収液再生塔と、前記吸収塔で被吸収ガスを吸収した吸収液をリッチ溶液として前記吸収塔から抜出すと共に、前記吸収液再生塔に導入するリッチ溶液供給ラインと、前記吸収液再生塔で再生された吸収液をリーン溶液として、前記吸収液再生塔から抜出すと共に、前記吸収塔に導入するリーン溶液供給ラインと、前記リーン溶液供給ラインの前記吸収塔の入口部近傍でリーン液試料を採取する第１採取部と、前記リッチ溶液供給ラインの前記吸収塔の出口部近傍でリッチ液試料を採取する第２採取部と、採取した前記リーン液試料及び前記リッチ液試料を分析する分析装置と、を備え、前記第１採取部での前記リーン液試料と、前記第２採取部での前記リッチ液試料を各々同時間帯で採取し、前記リーン液試料及び前記リッチ液試料中の被吸収ガスの濃度を計測し、これらの計測結果に基づき、ガス吸収・再生の運転状況を制御することを特徴とするガス吸収・再生装置にある。
第２の発明は、第１の発明において、前記リーン液試料及び前記リッチ液試料中の吸収液の濃度を分析装置で計測することを特徴とするガス吸収・再生装置にある。
第３の発明は、第１又は２の発明において、前記吸収塔の塔頂部から、被吸収ガスが除去された排出ガスを排出するガス排出ラインと、前記ガス排出ラインの吸収塔の出口部近傍でガス試料を採取する第３採取部と、を備え、前記第３採取部でのガスの採取を、前記リーン液試料及びリッチ液試料の採取と同時間帯で採取し、前記排出ガス中に同伴する吸収液の濃度を計測し、この計測結果に基づき、ガス吸収・再生運転を制御することを特徴とするガス吸収・再生装置にある。
第４の発明は、第１乃至３の発明のいずれか一つのガス吸収・再生装置を用い、前記導入ガスがＣＯ2を含むボイラ排ガスであると共に、吸収液がアミン吸収液の場合、前記リーン溶液及び前記リッチ溶液の両者のＣＯ2濃度と、前記リーン溶液及び前記リッチ溶液の少なくとも一方又は両者のアミン吸収液の濃度を同時に把握し、ＣＯ2吸収回収率が所定の回収率を満足する場合、リボイラ熱量を低減することを特徴とするガス吸収・再生装置の運転方法にある。
第５の発明は、第１乃至３の発明のいずれか一つのガス吸収・再生装置を用い、前記導入ガスがＨ2Ｓ及びＣＯ2を含むガス化ガスであると共に、吸収液がアミン吸収液の場合、前記リーン溶液及び前記リッチ溶液の両者のＣＯ2濃度と、前記リーン溶液及び前記リッチ溶液の少なくとも一方又は両者のアミン吸収液の濃度を同時に把握し、Ｈ2Ｓの濃度が所定値を満足する場合、ＣＯ2吸収量を最小化することを特徴とするガス吸収・再生装置の運転方法にある。
本発明によれば、要求される被吸収ガスの吸収性能を達成し、且つ再生塔のリボイラへ供給される飽和水蒸気等の熱量を最小限とすることができる。
以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。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。
図１は、実施例１に係るガス吸収・再生装置の概略図である。
ここで、本実施例では、導入ガスとして被吸収ガスとしてＣＯ2ガスを含むボイラ排ガスについて説明する。
図１に示すように、本実施例に係るガス吸収・再生装置１０Ａは、閉鎖系で循環する吸収液１２を用いて被吸収ガスであるＣＯ2を含む排ガス１１からＣＯ2ガスの吸収を行う吸収塔１３と、この吸収塔１３でＣＯ2ガスを吸収した吸収液であるリッチ溶液１２ＡからＣＯ2ガスを放出する吸収液再生塔１４と、吸収塔１３でＣＯ2ガスを吸収した吸収液をリッチ溶液１２Ａとして吸収塔１３の底部１３ｂから抜出すと共に、吸収液再生塔１４側に導入するリッチ溶液供給ラインＬ1と、吸収液再生塔１４で再生された吸収液をリーン溶液１２Ｂとして、吸収液再生塔１４の底部１４ｂから抜出すと共に、吸収塔１３に導入するリーン溶液供給ラインＬ2と、リーン溶液供給ラインＬ2の吸収塔１３の入口部近傍でリーン液試料１０１を採取する第１採取部Ｘと、リッチ溶液供給ラインＬ1の吸収塔１３の出口部近傍でリッチ液試料１０２を採取する第２採取部Ｙと、採取したリーン液試料１０１及びリッチ液試料１０２を分析する分析装置１０３と、を備え、第１採取部Ｘでのリーン液試料１０１と、第２採取部Ｙでのリッチ液試料１０２を各々同時間帯で採取し、リーン液試料１０１及び前記リッチ液試料１０２中のＣＯ2の濃度を計測し、これらの計測結果に基づき、ガス吸収・再生の運転を制御するものである。
なお、本実施例では、リーン溶液供給ラインＬ2と、リッチ溶液供給ラインＬ1との交差部に介装され、リッチ溶液１２Ａとリーン溶液１２Ｂとを熱交換する熱交換器１６を備えており、このシステムでは、吸収液再生塔１４でＣＯ2をリボイラ１５の熱により除去し、再生された吸収液（リーン溶液）１２Ｂは再利用される。
ここで、本実施例では、導入ガスとして被吸収ガスとしてＣＯ2ガスを含むボイラ排ガスについて説明する。
図１に示すように、本実施例に係るガス吸収・再生装置１０Ａは、閉鎖系で循環する吸収液１２を用いて被吸収ガスであるＣＯ2を含む排ガス１１からＣＯ2ガスの吸収を行う吸収塔１３と、この吸収塔１３でＣＯ2ガスを吸収した吸収液であるリッチ溶液１２ＡからＣＯ2ガスを放出する吸収液再生塔１４と、吸収塔１３でＣＯ2ガスを吸収した吸収液をリッチ溶液１２Ａとして吸収塔１３の底部１３ｂから抜出すと共に、吸収液再生塔１４側に導入するリッチ溶液供給ラインＬ1と、吸収液再生塔１４で再生された吸収液をリーン溶液１２Ｂとして、吸収液再生塔１４の底部１４ｂから抜出すと共に、吸収塔１３に導入するリーン溶液供給ラインＬ2と、リーン溶液供給ラインＬ2の吸収塔１３の入口部近傍でリーン液試料１０１を採取する第１採取部Ｘと、リッチ溶液供給ラインＬ1の吸収塔１３の出口部近傍でリッチ液試料１０２を採取する第２採取部Ｙと、採取したリーン液試料１０１及びリッチ液試料１０２を分析する分析装置１０３と、を備え、第１採取部Ｘでのリーン液試料１０１と、第２採取部Ｙでのリッチ液試料１０２を各々同時間帯で採取し、リーン液試料１０１及び前記リッチ液試料１０２中のＣＯ2の濃度を計測し、これらの計測結果に基づき、ガス吸収・再生の運転を制御するものである。
なお、本実施例では、リーン溶液供給ラインＬ2と、リッチ溶液供給ラインＬ1との交差部に介装され、リッチ溶液１２Ａとリーン溶液１２Ｂとを熱交換する熱交換器１６を備えており、このシステムでは、吸収液再生塔１４でＣＯ2をリボイラ１５の熱により除去し、再生された吸収液（リーン溶液）１２Ｂは再利用される。
ここで、吸収液１２は、ガス吸収・再生装置１０Ａ内の閉鎖系で循環再利用されており、吸収塔１３でＣＯ2ガスを吸収した後は、リッチ溶液１２Ａと称し、吸収液再生塔１４でＣＯ2を放出した後は、リーン溶液１２Ｂと称している。劣化状況に応じて、リクレーミング装置で再生すると共に、必要に応じて、吸収液の補充がなされている。
本実施例でガス吸収・再生の運転を制御装置１０４で制御する方法としては、例えばリーン溶液１２Ｂの吸収塔１３内に導入する液流量や、リボイラ熱量負荷の制御等である。ここで、本実施例のように、制御装置１０４を用いずに、作業員による操作を実行することで、ガス吸収・再生の運転状況を制御するようにしてもよい。
このＣＯ2を含む排ガス（導入ガス）１１のガス吸収・再生装置１０Ａでは、吸収塔１３に導入される前に、ガス冷却装置（図示せず）に送られ、ここで冷却水により冷却され、所定の温度に調整されて吸収塔１３に導入される。
吸収塔１３は、塔内部に充填部１３Ａが設けられ、この充填部１３Ａを通過する際、導入ガス１１と吸収液であるリーン溶液１２Ｂとの対向接触効率を向上させている。なお、充填部は複数設けてもよく、充填法以外に、例えばスプレー法、液柱法、棚段法等により導入ガス１１と吸収液１２とを対向接触させるようにしている。
吸収塔１３は、塔内部に充填部１３Ａが設けられ、この充填部１３Ａを通過する際、導入ガス１１と吸収液であるリーン溶液１２Ｂとの対向接触効率を向上させている。なお、充填部は複数設けてもよく、充填法以外に、例えばスプレー法、液柱法、棚段法等により導入ガス１１と吸収液１２とを対向接触させるようにしている。
前記吸収塔１３において、導入ガス１１は例えばアミン系の吸収液であるリーン溶液１２Ｂと対向流接触し、導入ガス１１中のＣＯ2は、化学反応により吸収液側に吸収され、ＣＯ2が除去された排出ガス１１Ａは系外に放出される。なお、充填部１３Ａの上方(ガス流れ後流側)には、洗浄水４１により、排出ガス１１Ａを洗浄する洗浄部１３Ｂが設けられ、排出ガス１１Ａに同伴される吸収液を洗浄除去し、吸収液の外部への排出を防止している。洗浄部１３Ｂでは、循環ラインＬ4を循環する洗浄水４１が循環ポンプＰ3により循環されると共に、熱交換部４２で冷却水により冷却されており、外部に放出する排出ガス１１Ａを洗浄している。
このＣＯ2が吸収されたＣＯ2濃度が高いリッチ溶液１２Ａは、リッチ溶液供給ラインＬ1を介してリッチソルベントポンプＰ1にて、吸収液再生塔１４側へ供給され、充填部１４Ａを有する吸収液再生塔１４の塔頂部１４ａ近傍から塔内に導入され、塔内を流下する際に、リボイラ１５で飽和水蒸気２３により間接的に加熱された水蒸気２２による吸熱反応を生じて、大部分のＣＯ2を放出し、再生される。
また、吸収液再生塔１４の塔頂部１４ａからは、塔内においてリッチ溶液１２Ａから放出された水蒸気を伴ったＣＯ2ガス２５が導出される。そして、水蒸気を伴ったＣＯ2ガス２５は、冷却部２６により水蒸気が凝縮され、分離ドラム２７にて水が凝縮水２８として分離され、ＣＯ2ガスが系外に放出されて回収される。分離ドラム２７にて分離された凝縮水２８は吸収液再生塔１４の上部等に供給され、閉鎖系統内の水バランスを調整している。
この吸収液再生塔１４で再生されたＣＯ2濃度が低いリーン溶液１２Ｂは、熱交換器１６にてリッチ溶液１２Ａと熱交換されて冷却され、つづいてリーンソルベントポンプＰ2にて昇圧され、さらにリーンソルベントクーラ３０にて冷却された後、再び吸収塔１３に供給され、吸収液として循環再利用される。
ここで、吸収液としてアミン系吸収液を用いて、排ガス中のＣＯ2を回収するガス吸収・再生装置１０Ａの運転にあたっては、要求されるＣＯ2吸収性能(ＣＯ2の回収量や吸収率)を達成し、且つ吸収液再生塔１４のリボイラ１５へ供給される飽和水蒸気２３等の熱量を最小限とする運転が望まれる。
ここで、吸収剤であるアミン系吸収液へのＣＯ2吸収量は、リーン溶液１２Ｂ中の吸収液（アミン系吸収剤）の濃度と、吸収操作時に吸収塔１３に導入されるリーン溶液１２Ｂ中のＣＯ2濃度に影響される。
例えばリーン溶液１２Ｂ中のＣＯ2濃度が高い場合、ＣＯ2とアミン系吸収液との反応速度低下に伴い、ＣＯ2のアミン系吸収液への吸収速度が低下するため、吸収塔１３において、効率的な吸収工程が損なわれる場合がある。
そして、ＣＯ2の吸収が低下すると、リッチ溶液１２Ａ中のＣＯ2濃度が低下したまま吸収塔１３からリッチ溶液が排出され、このままリッチ溶液１２Ａが吸収液再生塔１４に導入される。
そして、ＣＯ2の吸収が低下すると、リッチ溶液１２Ａ中のＣＯ2濃度が低下したまま吸収塔１３からリッチ溶液が排出され、このままリッチ溶液１２Ａが吸収液再生塔１４に導入される。
この結果、所望のＣＯ2回収率を達成する運転が実施できないこととなる。
すなわち、ＣＯ2を所定量回収運転として、導入ガス１１であるボイラ排ガス中のＣＯ2を９０％回収することを目標とする場合、回収率９０％を達成することができないものとなる。
すなわち、ＣＯ2を所定量回収運転として、導入ガス１１であるボイラ排ガス中のＣＯ2を９０％回収することを目標とする場合、回収率９０％を達成することができないものとなる。
よって、本実施例では、リーン溶液供給ラインＬ2の吸収塔１３の入口部近傍で第１採取部Ｘにおいて、リーン液試料１０１を採取すると共に、この採取と同時間帯において、リッチ溶液供給ラインＬ1の吸収塔１３の出口部近傍で第２採取部Ｙにおいて、リッチ液試料１０２を採取するようにしている。
そして、吸収塔１３に導入するリーン溶液１２Ｂ及びリッチ溶液１２Ａ中のＣＯ2濃度を監視し、最適な運転条件を選定するようにしている。
最適な運転条件とは、例えば吸収液再生塔１４内でのリボイラ１５負荷の変動により、リッチ溶液１２Ｂ中のＣＯ2の低減をすると共に、吸収液の循環量の調整をリーンソルベントポンプＰ2の流量変動により、循環量の増大をする。
そして、吸収塔１３に導入するリーン溶液１２Ｂ及びリッチ溶液１２Ａ中のＣＯ2濃度を監視し、最適な運転条件を選定するようにしている。
最適な運転条件とは、例えば吸収液再生塔１４内でのリボイラ１５負荷の変動により、リッチ溶液１２Ｂ中のＣＯ2の低減をすると共に、吸収液の循環量の調整をリーンソルベントポンプＰ2の流量変動により、循環量の増大をする。
このように第１採取部Ｘ及び第２採取部Ｙの両地点において、リーン溶液１２Ｂとリッチ溶液１２Ａの両者のＣＯ2濃度を監視するのは、以下の理由による。
リッチ溶液１２Ａの再生工程である再生塔１４で得られるリーン溶液１２Ｂ中のＣＯ2濃度は、再生塔１４への供給リッチ溶液１２Ａの性状が同じ条件では、再生塔１４のリボイラ１５へ供給する飽和水蒸気２３等の熱量によって調節される。
リッチ溶液１２Ａの再生工程である再生塔１４で得られるリーン溶液１２Ｂ中のＣＯ2濃度は、再生塔１４への供給リッチ溶液１２Ａの性状が同じ条件では、再生塔１４のリボイラ１５へ供給する飽和水蒸気２３等の熱量によって調節される。
ＣＯ2ガスの吸収工程である吸収塔１３で得られるリッチ溶液１２Ａ中のＣＯ2濃度は、吸収塔１３への供給リーン溶液１２Ｂ性状が同じ条件では、吸収塔１３内に供給するリーン溶液１２Ｂの流量（吸収液の循環量）よって調節される。
このように、ガス吸収・再生装置１０ＡにおけるＣＯ2吸収性能と所要エネルギー低減を両立する最適運転条件設定のためには、吸収塔１３内でのリーン溶液１２Ｂの流量と、リボイラ１５における飽和水蒸気２３等の供給熱流量に関する最適な組み合わせ条件を見出す必要があり、その為には、リーン溶液１２Ｂとリッチ溶液１２Ａ中のＣＯ2濃度を同時間帯において、把握する必要がある。
以上より、アミン法によるガス吸収・再生装置１０Ａを効率的に運転するには、第１採取部Ｘでのリーン液試料１０１と、第２採取部Ｙでのリッチ液試料１０２を各々同時間帯で採取し、リーン液試料１０１及びリッチ液試料１０２中の吸収液の濃度及びＣＯ2の濃度を計測し、吸収塔１３に導入時（Ｘ）のリーン溶液１２Ｂ及び吸収塔１３からの排出時（Ｙ）のリッチ溶液１２Ａ中のＣＯ2濃度と、リーン溶液１２Ｂ及びリッチ溶液１２Ａ中の少なくとも一方又は両方のアミン濃度を同時間帯で把握し、これらの計測結果に基づき、ガス吸収・再生の良好な運転のための例えばリーン溶液の流量、リボイラ熱量負荷の制御等を制御装置１０４で実行する。
これにより、排ガス１１中からのＣＯ2回収性能を維持しつつ、リボイラ１５へ供給される飽和水蒸気２３の熱量を最小限とする運転が可能となる。
これにより、排ガス１１中からのＣＯ2回収性能を維持しつつ、リボイラ１５へ供給される飽和水蒸気２３の熱量を最小限とする運転が可能となる。
以下、本実施例におけるガス吸収・再生装置１０Ａを用いた運転制御の一例について、説明する。なお、以下において、回収量の％や吸収液濃度の％の値は、説明のための一例であり、本発明は何らこれらに限定されるものではない。
先ず、ガス吸収・再生装置１０Ａが定常状態でのＣＯ2回収がなされることを確認する。吸収塔１３には、ボイラ等からのＣＯ2を含む排ガスが導入ガス１１として導入される。
ここで、導入ガス１１中のＣＯ2濃度が一定（例えば１０％）と仮定した場合、ＣＯ2回収率を９０％と設定する。この場合には、排出ガス１１Ａ中のＣＯ2濃度は１％となる。そして、用いる吸収液の性能を考慮して、前記ＣＯ2回収率（回収率９０％）となるように、リボイラ１５でのリボイラ負荷と、吸収液１２の液循環量が決定される。
ここで、導入ガス１１中のＣＯ2濃度が一定（例えば１０％）と仮定した場合、ＣＯ2回収率を９０％と設定する。この場合には、排出ガス１１Ａ中のＣＯ2濃度は１％となる。そして、用いる吸収液の性能を考慮して、前記ＣＯ2回収率（回収率９０％）となるように、リボイラ１５でのリボイラ負荷と、吸収液１２の液循環量が決定される。
この決定された定常状態での運転を行っていると、例えばボイラの運転負荷変動や、吸収液の長期間の運転による劣化等の要因により、ＣＯ2回収率が変化することとなる。
そこで、本実施例では、吸収塔１３に導入する循環する吸収液のリーン溶液１２ＢからＸ地点において、リーン液試料１０１を抜いて、このリーン液試料１０１中のＣＯ2濃度について、分析装置１０３で分析する。吸収液中のＣＯ2を分析する分析装置１０３としては、採取試料を所定濃度に希釈して全有機炭素（Ｔｏｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃａｒｂｏｎ；ＴＯＣ）分析装置で分析する。
この分析の結果、ＣＯ2濃度が所定の最適値（α0）の場合には、そのまま定常運転を続行する。所定の最適値（α0）とは、例えば９０％回収率を達成するための、リーン溶液１２Ｂとして適正に吸収塔１３内に導入する際のＣＯ2濃度である。
この分析の結果、ＣＯ2濃度が所定の最適値（α0）の場合には、そのまま定常運転を続行する。所定の最適値（α0）とは、例えば９０％回収率を達成するための、リーン溶液１２Ｂとして適正に吸収塔１３内に導入する際のＣＯ2濃度である。
これに対して、ＣＯ2濃度が所定の最適値（α0）よりも低下している場合（α1＜α0）には、吸収液再生塔１４のリボイラ１５における飽和水蒸気のリボイラ量が高くて、無駄にＣＯ2を放散している結果となるので、リボイラ負荷が増大していると判断する。
このような場合には、制御装置１０４により、リボイラ１５に対して指令を行い負荷の低減を実施して、所要エネルギーの最小化を図ることができる。
このような場合には、制御装置１０４により、リボイラ１５に対して指令を行い負荷の低減を実施して、所要エネルギーの最小化を図ることができる。
また、ＣＯ2濃度が所定の最適値（α0）よりも増加している場合（α2＞α0）には、
吸収塔１３に導入されるリーン溶液１２Ｂ中のＣＯ2濃度が高いので、吸収液再生塔１４のリボイラ１５における飽和水蒸気２３の供給量を増大して、ＣＯ2を放散するようにする必要がある。
また、同時に制御装置１０４において、リッチソルベントポンプＰ1及びリーンソルベントポンプＰ2のいずれか一方又は両方に指令を行い、循環量を増大させて、吸収塔１３内へのリーン溶液１２Ｂの供給量を増大させて、ＣＯ2回収性能の回復を図るようにしている。
吸収塔１３に導入されるリーン溶液１２Ｂ中のＣＯ2濃度が高いので、吸収液再生塔１４のリボイラ１５における飽和水蒸気２３の供給量を増大して、ＣＯ2を放散するようにする必要がある。
また、同時に制御装置１０４において、リッチソルベントポンプＰ1及びリーンソルベントポンプＰ2のいずれか一方又は両方に指令を行い、循環量を増大させて、吸収塔１３内へのリーン溶液１２Ｂの供給量を増大させて、ＣＯ2回収性能の回復を図るようにしている。
また、リーン溶液１２ＢのＸ地点での試料の採取と同時間帯において、吸収塔１３から排出する吸収液のリッチ溶液１２ＡからＹ地点で、リッチ液試料１０２を抜いて、このリッチ液試料１０２のＣＯ2濃度について、分析装置１０３で分析する。
この分析の結果、リッチ溶液１２Ａ中のＣＯ2濃度が所定の最適値（β0）の場合には、そのまま定常運転を続行する。所定の最適値（β0）とは、例えば９０％回収率を達成するための、リッチ溶液１２Ａとして適正に吸収塔１３内でＣＯ2を吸収した後のＣＯ2濃度である。
この分析の結果、リッチ溶液１２Ａ中のＣＯ2濃度が所定の最適値（β0）の場合には、そのまま定常運転を続行する。所定の最適値（β0）とは、例えば９０％回収率を達成するための、リッチ溶液１２Ａとして適正に吸収塔１３内でＣＯ2を吸収した後のＣＯ2濃度である。
これに対して、ＣＯ2濃度が所定の最適値（β0）よりも低下している場合（β1＜β0）には、吸収塔１３内でのＣＯ2吸収割合が低下しているので、よりＣＯ2を吸収させるために、吸収液の循環量を増大する運転を行う必要がある。
このような場合には、制御装置１０４において、リッチソルベントポンプＰ1、リーンソルベントポンプＰ2の液循環量を増大させ、ＣＯ2回収率を維持するようにし、この循環量に応じたリボイラ１５負荷を調整し、所要エネルギーが最小化となるようにしている。
このような場合には、制御装置１０４において、リッチソルベントポンプＰ1、リーンソルベントポンプＰ2の液循環量を増大させ、ＣＯ2回収率を維持するようにし、この循環量に応じたリボイラ１５負荷を調整し、所要エネルギーが最小化となるようにしている。
これは、特にボイラ負荷が上昇したような場合、導入ガス１１中のＣＯ2濃度が増加することとなる。このような場合には、ＣＯ2吸収率が悪くなるので、液循環量を増大することで、ＣＯ2回収率を向上させている。
この結果、本実施例によれば、要求される被吸収ガスの吸収性能（例えばＣＯ2回収率９０％）を達成し、且つ吸収液再生塔１４のリボイラ１５へ供給される飽和水蒸気２３等の熱量を最小限とすることができるプロセスの運転が可能となる。
さらに、吸収塔１３に導入する循環する吸収液のリーン溶液１２ＢからＸ地点において、リーン液試料１０１を抜いて、このリーン液試料１０１中のアミン濃度について、分析装置１０３で分析する。ここで、アミン濃度とは、リーン溶液１２Ｂ中の吸収剤であるアミン吸収液の存在量である。吸収液中のアミン濃度を分析する分析装置１０３としては、採取試料を所定濃度に希釈してイオンクロマトグラフィー（Ｉｏｎ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ；ＩＣ)分析装置で分析する。
この分析の結果、アミン濃度が所定の最適値（γ0）の場合には、そのまま定常運転を続行する。所定の最適値（γ0）とは、例えば９０％ＣＯ2回収率を達成するための、リーン溶液１２Ｂとして適正に含有するアミン吸収剤の濃度（例えば３０％）である。
このアミン濃度が適正であることで、回収率を維持することとなる。
また、このアミン濃度が所定の最適値より変動（低下）する場合（γ1＜γ0）には、その変動に応じて、吸収塔１３に導入する導入ガス１１と排出ガス１１Ａの温度を温度計（Ｔ1、Ｔ2）で計測し、これらの結果より例えば吸収塔１３内の水バランスをレベル計３１により調整することでアミン濃度を調整する。または、吸収液の液循環量を増大して、アミン濃度が低下した場合でも例えば９０％ＣＯ2回収率を維持するようにしている。
このアミン濃度が適正であることで、回収率を維持することとなる。
また、このアミン濃度が所定の最適値より変動（低下）する場合（γ1＜γ0）には、その変動に応じて、吸収塔１３に導入する導入ガス１１と排出ガス１１Ａの温度を温度計（Ｔ1、Ｔ2）で計測し、これらの結果より例えば吸収塔１３内の水バランスをレベル計３１により調整することでアミン濃度を調整する。または、吸収液の液循環量を増大して、アミン濃度が低下した場合でも例えば９０％ＣＯ2回収率を維持するようにしている。
例えば、ボイラ排ガス中のＣＯ2ガス吸収プロセスにおいて、処理すべき導入ガス１１量が変動(ボイラ負荷変動）する場合においては、吸収剤の循環流量を調整して所望する吸収性能を確保することが必要になるが、吸収塔１３内でのガス滞留時間、すなわちガスと吸収剤の接触時間も変わるため、単にガス量に比例した吸収剤の循環流量調整が最適とはならない。このため、本実施例のように、リーン溶液１２Ｂとリッチ溶液１２Ａの双方の性状も考慮してプロセス運転条件を変更することによって、要求される吸収性能を達成し且つ所要エネルギーを最小化することが可能となる。
例えば、ＣＯ2ガス吸収プロセスにおいて、処理すべき導入ガス１１中のＣＯ2ガス成分濃度の変動やＣＯ2ガス成分の要求除去率が変更される場合においては、吸収塔１３を経た排出ガス１１ＡのＣＯ2ガス成分の除去要求濃度が変わるため、リーン溶液１２Ｂ中のＣＯ2濃度を適切に変更することにより、所要エネルギーの低減が図れる。
その際には、再生塔１４での再生工程の効率は、リッチ溶液１２Ａ中のＣＯ2濃度によって影響されるため、リッチ溶液１２Ａ中のＣＯ2濃度が再生工程の性能悪化を引き起こさない範囲でのプロセス運転条件の変更が必要となるが、本実施例のように、リーン溶液１２Ｂとリッチ溶液１２Ａの双方の性状も考慮してプロセス運転条件を変更することによって、要求される吸収性能を達成し且つ所要エネルギーを最小化することが可能となる。
図２は、実施例２に係るガス吸収・再生装置の概略図である。実施例１の装置と同一部材については、同一符号を付して重複する説明は省略する。図２に示すように、本実施例に係るガス吸収・再生装置１０Ｂでは、実施例１において、さらに吸収塔１３の塔頂部１３ａから、被吸収ガスが除去された排出ガス１１Ａを排出するガス排出ラインＬ3と、ガス排出ラインＬ3の吸収塔１３の出口部近傍でガス試料１０５を採取する第３採取部Ｚと、この第３採取部Ｚでのガスの採取を、リーン液試料１０１及びリッチ液試料１０２の採取と同時間帯で採取し、排出ガス１１Ａ中に同伴する吸収液の濃度を計測し、この計測結果に基づき、ガス吸収・再生運転を制御するようにしている。
排出ガス１１Ａは、吸収塔１３内で吸収液１２と接触するので、アミン系吸収剤が同伴することとなる。この同伴により、アミン濃度が低減するので、これを防止するために、所定量以下のアミン同伴量となっていることを確認することが必要となる。
排出ガス１１Ａは、吸収塔１３内で吸収液１２と接触するので、アミン系吸収剤が同伴することとなる。この同伴により、アミン濃度が低減するので、これを防止するために、所定量以下のアミン同伴量となっていることを確認することが必要となる。
そして、所定量以下のアミン同伴量の場合には、そのままの運転を維持するが、所定量以上のアミン同伴量となった場合には、洗浄部１３Ｂでの洗浄水４１の温度を下げて、同伴量の低減を図ると共に、吸収塔１２と吸収液再生塔１４とを循環する吸収液１２の循環量、及びそれに見合うリボイラ熱量負荷の制御等を実施し、アミン系吸収液の同伴を低減するモードでの運転とする。この場合においても、実施例１のように、第１採取部Ｘ及び第２採取部Ｙにおいて、リーン液試料１０１及びリッチ液試料１０２を採取して、分析装置１０３で分析することで、要求される被吸収ガスの吸収性能を達成し、且つ吸収液再生塔１４のリボイラ１５へ供給される飽和水蒸気２３等の熱量を最小限とすることができる。
図３は、実施例３に係るガス吸収・再生装置の概略図である。本実施例では、導入ガス１１として、例えば石炭ガス化ガス中に含まれるＨ2Ｓを除去するガス吸収・再生装置に適用した場合である。なお、実施例１の装置構成は同一であるので、装置構成における同じ符号を付して重複する説明は省略する。
図３に示すように、本実施例に係るガス吸収・再生装置１０Ｃは、ＩＧＣＣガス精製装置では、石炭ガス化炉からの生成ガス（ガス化ガス）中に含まれる硫黄化合物を、アミン系吸収剤を用いた反応吸収−放散法で除去するガス精製装置に適用される。
図３に示すように、本実施例に係るガス吸収・再生装置１０Ｃは、ＩＧＣＣガス精製装置では、石炭ガス化炉からの生成ガス（ガス化ガス）中に含まれる硫黄化合物を、アミン系吸収剤を用いた反応吸収−放散法で除去するガス精製装置に適用される。
吸収液としてはアミン吸収液を用いて、ガス精製装置において、ガス化ガス中のＨ2Ｓを除去している。なお、このＨ2Ｓの除去と共に、ガス化ガス中に含まれるＣＯ2も併せて除去される。
ここで、ガス精製装置を経た石炭ガス化ガスは、ガスタービンでの発電に供されるため、ガス精製装置にて、硫黄化合物を除去する際に同時吸収されるＣＯ2量は少ない方がガスタービンへの供給ガス量低下つまり発電効率低下を抑制できるため好ましい。
ガス精製装置であるガス吸収・再生装置１０Ｃにおけるガス中の硫黄化合物とＣＯ2の吸収選択性は、ガス精製装置に供給されるリーン溶液のＣＯ2濃度を含む性状に加えて、ガス吸収・再生装置１０Ｃに供給するリーン溶液１２Ｂの流量及びガス流量にも影響されるため、実施例１と同様に、ガス吸収・再生装置１０Ｃの運転条件を最適化することによって、ＣＯ2に対する硫黄化合物の選択性を向上することが可能となる。
さらに、ガス吸収・再生装置１０Ｃで処理された石炭ガス化ガス中の硫黄酸化物への要求を満足する状態において、リッチ溶液１２Ａ中のＣＯ2濃度が高い場合には、ガス精製装置にて過大にＣＯ2が吸収されていることが考えられるため、ガス吸収・再生装置１０Ｃの運転条件(吸収剤の循環流量及び吸収剤再生を目的とした投入熱量)を調整して、ＣＯ2吸収量を最小化することで、効率的な発電をすることが可能となる。
加えて、ガス吸収・再生装置１０Ｃに供給されるリーン溶液１２Ｂ中のＣＯ2は、硫黄化合物の吸収能力の阻害要因となるため、リーン溶液１２Ｂ中のＣＯ2濃度が過度に高くならないように監視する必要が生じる。
このため、第１採取部Ｘ及び第２採取部Ｙにおいて、同時間帯でのリーン溶液１２Ｂ及びリッチ溶液１２Ａ中のＣＯ2濃度を把握しながらガス吸収・再生装置１０Ｃの運転条件変更を行うことで、硫黄化合物除去性能の維持を確保することとなる。
このように、本実施例によれば、ガス吸収・再生装置の運転において、吸収塔１３で処理した石炭ガス化ガスである導入ガス１１中の硫黄化合物に関するモニタリング濃度が要求を満足している範囲内で、リーン溶液１２Ｂ及びリッチ溶液１２Ａ中のＣＯ2濃度を監視し、それらのＣＯ2濃度の差分と、吸収剤の循環流量から算出されるＣＯ2吸収量を最小とする運転条件となるように、吸収剤の循環流量及び吸収剤再生を目的とした投入熱量を調整することで、ＣＯ2に対する硫黄化合物の選択性を向上することが可能となる。
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ ガス吸収・再生装置
１１ 導入ガス
１２ 吸収液
１２Ａ リッチ溶液
１２Ｂ リーン溶液
１３ 吸収塔
１４ 吸収液再生塔（再生塔）
１５ リボイラ
１６ 熱交換器
１１ 導入ガス
１２ 吸収液
１２Ａ リッチ溶液
１２Ｂ リーン溶液
１３ 吸収塔
１４ 吸収液再生塔（再生塔）
１５ リボイラ
１６ 熱交換器
Claims (5)
- 閉鎖系で循環する吸収液を用いて被吸収ガスを含む導入ガスから被吸収ガス吸収を行う吸収塔と、
前記吸収塔で被吸収ガスを吸収した吸収液から被吸収ガスを放出する吸収液再生塔と、
前記吸収塔で被吸収ガスを吸収した吸収液をリッチ溶液として前記吸収塔から抜出すと共に、前記吸収液再生塔に導入するリッチ溶液供給ラインと、
前記吸収液再生塔で再生された吸収液をリーン溶液として、前記吸収液再生塔から抜出すと共に、前記吸収塔に導入するリーン溶液供給ラインと、
前記リーン溶液供給ラインの前記吸収塔の入口部近傍でリーン液試料を採取する第１採取部と、
前記リッチ溶液供給ラインの前記吸収塔の出口部近傍でリッチ液試料を採取する第２採取部と、
採取した前記リーン液試料及び前記リッチ液試料を分析する分析装置と、を備え、
前記第１採取部での前記リーン液試料と、前記第２採取部での前記リッチ液試料を各々同時間帯で採取し、前記リーン液試料及び前記リッチ液試料中の被吸収ガスの濃度を計測し、これらの計測結果に基づき、ガス吸収・再生の運転状況を制御することを備えることを特徴とするガス吸収・再生装置。 - 請求項１において、
前記リーン液試料及び前記リッチ液試料中の吸収液の濃度を分析装置で計測することを特徴とするガス吸収・再生装置。 - 請求項１又は２において、
前記吸収塔の塔頂部から、被吸収ガスが除去された排出ガスを排出するガス排出ラインと、
前記ガス排出ラインの吸収塔の出口部近傍でガス試料を採取する第３採取部と、を備え、
前記第３採取部でのガスの採取を、前記リーン液試料及びリッチ液試料の採取と同時間帯で採取し、
前記排出ガス中に同伴する吸収液の濃度を計測し、この計測結果に基づき、ガス吸収・再生運転を制御することを特徴とするガス吸収・再生装置。 - 請求項１乃至３のいずれか一つのガス吸収・再生装置を用い、
前記導入ガスがＣＯ2を含むボイラ排ガスであると共に、吸収液がアミン吸収液の場合、
前記リーン溶液及び前記リッチ溶液の両者のＣＯ2濃度と、
前記リーン溶液及び前記リッチ溶液の少なくとも一方又は両者のアミン吸収液の濃度を同時に把握し、ＣＯ2吸収回収率が所定の回収率を満足する場合、リボイラ熱量を低減することを特徴とするガス吸収・再生装置の運転方法。 - 請求項１乃至３のいずれか一つのガス吸収・再生装置を用い、
前記導入ガスがＨ2Ｓ及びＣＯ2を含むガス化ガスであると共に、吸収液がアミン吸収液の場合、
前記リーン溶液及び前記リッチ溶液の両者のＣＯ2濃度と、
前記リーン溶液及び前記リッチ溶液の少なくとも一方又は両者のアミン吸収液の濃度を同時に把握し、Ｈ2Ｓの濃度が所定値を満足する場合、ＣＯ2吸収量を最小化することを特徴とするガス吸収・再生装置の運転方法。
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