JP2016064322A - 二酸化炭素分離回収装置およびその運転制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】二酸化炭素ガスの回収量を目標回収量に維持するとともに回収に要するエネルギを低減させることができる二酸化炭素分離回収装置を提供する。
【解決手段】実施の形態による二酸化炭素分離回収装置１は、濃度計３０と第１流量調節弁３１と第２流量調節弁３２と制御装置４０とを備えている。制御装置４０は、濃度計３０により計測された二酸化炭素ガスの濃度と、送風機２２の出力範囲とに基づいて二酸化炭素ガスの流量範囲を求める。また、制御装置４０は、予め設定された二酸化炭素ガスの目標回収量に対応する、二酸化炭素ガスの流量と、加熱媒体１０によって供給される外部供給熱量と送風機２２の動力およびポンプ２４の動力とを合計した合計エネルギと、の関係から、合計エネルギが最も小さくなる二酸化炭素ガスの流量を決定し、送風機２２の出力、第１流量調節弁３１の開度および第２流量調節弁３２の開度を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施の形態は、二酸化炭素分離回収装置およびその運転制御方法に関する。

近年、地球規模で懸念されている地球温暖化問題に対する有効な対策として、排ガスに含有される二酸化炭素ガスを回収して貯留する二酸化炭素回収貯留技術が注目されている。このような技術の一例として、火力発電所などから排出される燃焼排ガスやプロセス排ガスに含有される二酸化炭素ガスを吸収液に吸収させて、排ガスから分離して回収する二酸化炭素分離回収装置が検討されている。

二酸化炭素分離回収装置は、例えば、供給される排ガスに含有される二酸化炭素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、吸収塔から供給されたリッチ液から二酸化炭素ガスを排出させてリーン液を生成する再生塔と、を備えている。このうち再生塔において生成されたリーン液は吸収塔に供給されて、リーン液からリッチ液が生成される。吸収塔と再生塔との間には、吸収塔から再生塔に供給されるリッチ液と、再生塔から吸収塔に供給されるリーン液とが熱交換を行うための熱交換器が設けられている。再生塔に供給されたリッチ液は、リボイラーにおいて吸収液から生成された蒸気により加熱されて、二酸化炭素ガスを放出する。リッチ液から放出された二酸化炭素ガスは、再生塔から排出される。このようにして、二酸化炭素分離回収装置は、排ガスから二酸化炭素ガスを分離して回収するようになっている。

この二酸化炭素分離回収装置における二酸化炭素回収量は、排ガス中の平均二酸化炭素ガス量と平均二酸化炭素回収率との積で表される。火力発電所においては、出力調整、発電負荷、ボイラー運転方法などにより排ガス流量や、排ガス中の二酸化炭素ガスの濃度が変動するため、二酸化炭素回収率が変動し得る。

そこで、排ガス流量や二酸化炭素ガスの濃度が変動した場合であっても、所定量の二酸化炭素を回収するための部分回収方法が検討されている。

特開２０１１−５２７号公報 特開２０１１−５２８号公報

しかしながら、二酸化炭素ガスの回収量を所定の目標回収量に維持する場合であっても、二酸化炭素ガスを回収するために要するエネルギが増大すると、温暖化問題の対策としての有効度が低下し得るという課題がある。

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、二酸化炭素ガスの回収量を目標回収量に維持するとともに回収に要するエネルギを低減させることができる二酸化炭素分離回収装置およびその運転制御方法を提供することを目的とする。

実施の形態による二酸化炭素分離回収装置は、送風機によって供給される排ガスに含有される二酸化炭素ガスを吸収液に吸収させる吸収塔と、吸収塔からポンプによって供給される吸収液から二酸化炭素ガスを放出させる再生塔と、供給される加熱媒体によって、再生塔から供給される吸収液を加熱し、発生した蒸気を再生塔に供給するリボイラーと、を備えている。排ガスに含有される二酸化炭素ガスの濃度が濃度計によって計測される。吸収塔と再生塔との間で循環する吸収液の循環流量が第１流量調節弁によって調節される。加熱媒体の供給流量が第２流量調節弁によって調節される。送風機、第１流量調節弁および第２流量調節弁は、制御装置によって制御される。制御装置は、予め設定された二酸化炭素ガスの目標回収量に対応する、排ガスに含有される二酸化炭素ガスの流量と、加熱媒体によって供給される外部供給熱量と送風機の動力およびポンプの動力とを合計した合計エネルギと、の関係を記憶した記憶部を有している。また、制御装置は、濃度計により計測された二酸化炭素ガスの濃度と、送風機の出力範囲とに基づいて二酸化炭素ガスの流量範囲を求め、当該流量範囲のうち記憶部に記憶された二酸化炭素ガスの流量と合計エネルギとの関係から合計エネルギが最も小さくなる二酸化炭素ガスの流量を決定する流量決定部を有している。更に、制御装置は、流量決定部により決定された二酸化炭素ガスの流量に基づいて、送風機の出力、第１流量調節弁の開度および第２流量調節弁の開度を制御する機器制御部を有している。

実施の形態による二酸化炭素分離回収装置の運転制御方法は、送風機によって供給される排ガスに含有される二酸化炭素ガスを吸収液に吸収させる吸収塔と、吸収塔からポンプによって供給される吸収液から二酸化炭素ガスを放出させる再生塔と、供給される加熱媒体によって、再生塔から供給される吸収液を加熱し、発生した蒸気を再生塔に供給するリボイラーと、を備えた二酸化炭素分離回収装置の運転制御方法である。この運転制御方法においては、予め設定された二酸化炭素ガスの目標回収量に対応する、排ガスに含有される二酸化炭素ガスの流量と、加熱媒体によって供給される外部供給熱量と送風機の動力およびポンプの動力とを合計した合計エネルギと、の関係が記憶される。また、排ガスに含有される二酸化炭素ガスの濃度が計測される。また、計測された二酸化炭素ガスの濃度と、送風機の出力範囲とに基づいて二酸化炭素ガスの流量範囲が求められる。求められた流量範囲のうち合計エネルギと二酸化炭素ガスの流量との関係から合計エネルギが最も小さくなる二酸化炭素ガスの流量が決定される。決定された二酸化炭素ガスの流量に基づいて、送風機の出力、吸収液の循環流量および加熱媒体の供給流量が調節される。

図１は、本発明の実施の形態における二酸化炭素分離回収装置の全体構成を示す図である。 図２は、図１の二酸化炭素分離回収装置における制御装置を示す図である。 図３は、二酸化炭素ガス流量と外部供給熱量との関係を示すグラフである。 図４は、二酸化炭素ガス流量と所内動力との関係を示すグラフである。 図５は、二酸化炭素ガス流量と総エネルギとの関係を示すグラフである。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態における二酸化炭素分離回収装置およびその運転制御方法について説明する。

図１に示すように、二酸化炭素分離回収装置１は、排ガス２に含有される二酸化炭素ガスを吸収液に吸収させる吸収塔２０と、吸収塔２０から供給される吸収液から二酸化炭素ガスを放出させて吸収液を再生する再生塔２１と、を備えている。これら吸収塔２０と再生塔２１との間で、吸収液が循環するようになっている。

吸収塔２０には、例えば火力発電所のボイラー（図示せず）などの外部（二酸化炭素分離回収装置１の外部）から排出された二酸化炭素ガスを含有する排ガス２が、送風機２２（ブロワー）によって供給されるようになっている。また、吸収塔２０には、再生塔２１からリーン液３（二酸化炭素ガスの吸収量が比較的少ない吸収液）が供給されるようになっている。吸収塔２０は、供給された排ガス２をリーン液３と気液接触させ、排ガス２に含有される二酸化炭素ガスをリーン液３に吸収させてリッチ液４（二酸化炭素ガスの吸収量が比較的多い吸収液）を生成する。

吸収塔２０は、例えば向流型気液接触装置として構成することができる。この場合、吸収塔２０は充填層２０ａを有し、吸収塔２０の下部に排ガス２を供給し、吸収塔２０の上部にリーン液３を供給することで、上部から流下するリーン液３が、下部から上昇する排ガス２と充填層２０ａにて気液接触する。生成されたリッチ液４は、吸収塔２０の下部から排出され、リーン液３と気液接触した排ガス２は、二酸化炭素ガスが除去されて、脱二酸化炭素ガス５として吸収塔２０の上部から排出される。

なお、吸収塔２０に供給される排ガス２は、特に限定されるものではないが、上述したようなボイラーの燃焼排ガスや、プロセス排ガスなどであってもよい。また、必要に応じて、このような排ガス２は、冷却処理された後に吸収塔２０に供給されるようにしてもよい。また、吸収液は、特に限定されるものではなく、例えば、モノエタノールアミン（ＭＥＡ）、ジエタノールアミン（ＤＥＡ）等のアミン系水溶液を用いることができる。

吸収塔２０と再生塔２１との間には熱交換器２３が設けられており、吸収塔２０と熱交換器２３との間には、リッチ液用ポンプ２４が設けられている。吸収塔２０から排出されたリッチ液４は、リッチ液用ポンプ２４によって熱交換器２３を介して再生塔２１に供給される。熱交換器２３は、吸収塔２０から再生塔２１に供給されるリッチ液４を、再生塔２１から吸収塔２０に供給されるリーン液３と熱交換させる。このことにより、リーン液３が加熱源となって、リッチ液４が所望の温度まで加熱される。この際、リッチ液４が冷熱源となって、リーン液３が所望の温度まで冷却される。

再生塔２１には、後述するリボイラー２５から蒸気６が供給されるようになっている。再生塔２１は、供給されたリッチ液４を蒸気６と気液接触させ、リッチ液４に吸収されていた二酸化炭素ガスを放出させてリーン液３を生成する。

再生塔２１は、例えば向流型気液接触装置として構成することができる。この場合、再生塔２１は充填層２１ａを有し、再生塔２１の上部にリッチ液４を供給し、再生塔２１の下部にリボイラー２５からの蒸気６を供給することで、上部から流下するリッチ液４が、下部から上昇する蒸気６と充填層２１ａにて気液接触する。生成されたリーン液３は、再生塔２１の下部から排出され、リッチ液４と気液接触した蒸気６は、二酸化炭素ガスを含有して、再生塔２１の上部から排出される。

図１に示す二酸化炭素分離回収装置１は、再生塔２１の上部から排出された二酸化炭素ガスを含有する蒸気７を冷却して蒸気を凝縮して凝縮水を生成するガス用冷却器２６と、凝縮水と二酸化炭素ガス８とを分離する気液分離器２７と、を更に備えている。このうちガス用冷却器２６には、外部から冷水等の冷却媒体が供給され、この冷却媒体によって二酸化炭素ガス含有蒸気７が冷却される。この際、蒸気は凝縮して凝縮水９となる。気液分離器２７において分離された二酸化炭素ガス８は、圧縮されて図示しない設備に貯蔵される。一方、気液分離器２７において分離された凝縮水９は、再生塔２１に供給されて吸収液と混合する。

再生塔２１には、上述したリボイラー２５が接続されている。このリボイラー２５は、供給される加熱媒体１０によって、再生塔２１から供給されるリーン液３を加熱し、発生した蒸気６を再生塔２１に供給する。リボイラー２５には、再生塔２１の下部から排出されるリーン液３の一部が供給されるとともに、例えばタービン（図示せず）などの外部から加熱媒体１０としての高温の蒸気が供給される。リボイラー２５に供給されたリーン液３は、加熱媒体１０と熱交換することによって加熱されて、リーン液３から蒸気６が生成される。すなわち、リボイラー２５において、供給される高温の蒸気が有する外部供給熱によってリーン液３から蒸気６が生成される。生成された蒸気６は再生塔２１の下部に供給される。なお、外部供給熱を有する加熱媒体１０としては、タービンからの高温の蒸気に限られることはない。

再生塔２１と熱交換器２３との間には、リーン液用ポンプ２８が設けられている。再生塔２１から排出されたリーン液３は、リーン液用ポンプ２８によって上述した熱交換器２３を介して吸収塔２０に供給される。熱交換器２３は、上述したように、再生塔２１から吸収塔２０に供給されるリーン液３を、吸収塔２０から再生塔２１に供給されるリッチ液４と熱交換させて冷却する。また、熱交換器２３と吸収塔２０との間には、リーン液用冷却器２９が設けられている。リーン液用冷却器２９は、外部から冷水等の冷却媒体が供給され、熱交換器２３において冷却されたリーン液３を所望の温度まで更に冷却する。

リーン液用冷却器２９において冷却されたリーン液３は、吸収塔２０に供給されて、再び排ガス２と向流接触して排ガス２に含有される二酸化炭素ガスが吸収されてリッチ液４となる。このようにして、二酸化炭素分離回収装置１では、吸収液がリーン液３となる状態とリッチ液４となる状態とを繰り返しながら循環するようになっている。

本実施の形態においては、図１に示すように、送風機２２の上流側に、吸収塔２０に供給される排ガス２に含有される二酸化炭素ガスの濃度を計測する濃度計３０が設けられている。また、リッチ液用ポンプ２４と熱交換器２３との間に、吸収塔２０と再生塔２１との間で循環する吸収液の循環流量を調節する第１流量調節弁３１が設けられ、リボイラー２５に供給される加熱媒体１０の供給流量を調節する第２流量調節弁３２が設けられている。第２流量調節弁３２は、リボイラー２５に供給される加熱媒体１０の流路において、リボイラー２５の上流側に配置されている。

送風機２２、濃度計３０、第１流量調節弁３１および第２流量調節弁３２に、制御装置４０が接続されている。濃度計３０により計測された排ガス２に含まれる二酸化炭素ガスの濃度は、濃度信号として制御装置４０に送信される。

制御装置４０は、上述した濃度計３０により計測された排ガス２に含有される二酸化炭素ガスの濃度に基づいて、送風機２２、第１流量調節弁３１および第２流量調節弁３２を制御する。制御装置４０は、図２に示すように、記憶部４１と、流量決定部４２と、機器制御部４３と、を有している。このうち機器制御部４３から、送風機２２の出力、第１流量調節弁３１の開度および第２流量調節弁３２の開度を制御するための制御信号が、これらの送風機２２および流量調節弁３１、３２にそれぞれ送信される。

制御装置４０の記憶部４１は、図３に示すような二酸化炭素ガス流量と外部供給熱量との関係と、図４に示すような二酸化炭素ガス流量と所内動力との関係と、図５に示すような二酸化炭素ガス流量と総エネルギとの関係と、を記憶している。ここで、図３乃至図５に示す二酸化炭素ガス流量は、送風機２２によって吸収塔２０に供給される排ガス２に含有される二酸化炭素ガス自体の流量を意味している。

図３には、二酸化炭素ガス流量と外部供給熱量との関係が示されている。図３に示す関係は、所定期間（例えば、１日）における二酸化炭素ガスの目標回収量に対応する関係であるとともに、吸収液の循環流量と排ガス２の供給流量との比率を一定とした場合における関係である。すなわち、図３に示す関係は、予め設定される目標回収量に対応した関係となっており、記憶部４１には、このような関係が二酸化炭素ガスの回収量毎に複数記憶されている（互いに異なる回収量にそれぞれ対応する複数の関係が記憶されている）。なお、吸収液の循環流量と排ガス２の供給流量との比率を一定にすることにより、リッチ液４と排ガス２が吸収塔２０において効率良く気液接触を行うことが可能となる。

図３における外部供給熱量は、上述した加熱媒体１０（例えば高温の蒸気）によって外部からリボイラー２５に供給される熱量である。ここでは、回収される二酸化炭素ガス１ｔあたりの熱量（ＧＪ／ｔ−ＣＯ_２）を示している。

図３に示す二酸化炭素ガス流量が増加すると排ガス２の供給流量が増加する。この場合、吸収液の循環流量と排ガス２の供給流量との比率を一定にしていることにより、吸収液の循環流量も増加する。二酸化炭素ガスの目標回収量が設定されていることにより、吸収液の循環流量が増加すると外部供給熱量は小さくなる。

図４には、二酸化炭素ガス流量と所内動力との関係が示されている。図４に示す関係は、所定期間における二酸化炭素ガスの目標回収量に対応する関係であるとともに、吸収液の循環流量と排ガス２の供給流量との比率を一定とした場合における関係である。すなわち、図４に示す関係は、予め設定される目標回収量に対応した関係となっており、記憶部４１には、このような関係が二酸化炭素ガスの回収量毎に複数記憶されている（互いに異なる回収量にそれぞれ対応する複数の関係が記憶されている）。

図４における所内動力は、上述した送風機２２の動力と、リッチ液用ポンプ２４の動力と、リーン液用ポンプ２８の動力とを合計した動力である。ここでは、回収される二酸化炭素ガス１ｔあたりの動力（ＧＪ／ｔ−ＣＯ_２）を示している。

図４に示す二酸化炭素ガス流量が増加すると排ガス２の供給流量が増加する。この場合、吸収液の循環流量と排ガス２の供給流量との比率を一定にしていることにより、吸収液の循環流量も増加する。排ガス２の供給流量が増加することにより送風機２２の動力が増加し、吸収液の循環流量が増加することによりリッチ液用ポンプ２４およびリーン液用ポンプ２８の動力が増加する。

図５には、二酸化炭素ガス流量と総エネルギとの関係が示されている。図５に示す関係は、所定期間における二酸化炭素ガスの目標回収量に対応する関係であるとともに、吸収液の循環流量と排ガス２の供給流量との比率を一定とした場合における関係である。すなわち、図５に示す関係は、予め設定される目標回収量に対応した関係となっており、記憶部４１には、このような関係が二酸化炭素ガスの回収量毎に複数記憶されている（互いに異なる回収量にそれぞれ対応する複数の関係が記憶されている）。

図５における総エネルギは、所定の回収量において、図３に示す外部供給熱量と、図４に示す所内動力とを合計した合計エネルギ（総エネルギ）である。ここでは、回収される二酸化炭素ガス１ｔあたりのエネルギ（ＧＪ／ｔ−ＣＯ_２）を示している。

図５に示されているように、二酸化炭素ガス流量が増加するにつれて総エネルギは徐々に小さくなるが、さらに二酸化炭素ガス流量が増加すると総エネルギは徐々に大きくなる。

制御装置４０の流量決定部４２は、濃度計３０により計測された二酸化炭素ガスの濃度に基づいて、二酸化炭素ガス流量を決定する。

より具体的には、流量決定部４２は、計測された二酸化炭素ガスの濃度と、送風機２２の出力範囲とに基づいて、二酸化炭素ガス流量範囲を求める。送風機２２は、仕様によって予め定められた出力範囲内で排ガス２を吸収塔２０に供給している。このため、この出力範囲に二酸化炭素ガスの濃度を掛け合わせることにより、吸収塔２０に供給される二酸化炭素ガスの流量範囲を求めることができる。

また、流量決定部４２は、記憶部４１に複数記憶された二酸化炭素ガス流量と総エネルギとの関係のうち、予め設定された二酸化炭素ガスの目標回収量に対応する関係を選定する。

そして、流量決定部４２は、上述のようにして求められた二酸化炭素ガス流量範囲のうち、上述のようにして選定された二酸化炭素ガス流量と総エネルギとの関係（図５）から、総エネルギが最も小さくなる二酸化炭素ガス流量を決定する。例えば、図５に示すように、求められた二酸化炭素ガス流量範囲がＡ１で示される場合には、この流量範囲のうち総エネルギが最も小さい二酸化炭素ガス流量としてＱ１で示す二酸化炭素ガス流量を決定し、求められた二酸化炭素ガス流量範囲がＡ２で示される場合には、この流量範囲のうち総エネルギが最も小さい二酸化炭素ガス流量としてＱ２で示す二酸化炭素ガス流量を決定する。ここで、図５は、二酸化炭素ガスの所定の目標回収量における二酸化炭素ガス流量と総エネルギとの関係（特性）を示しているため、図５の特性曲線を満たす場合には、当該所定の目標回収量を維持することができる。

制御装置４０の機器制御部４３は、上述のようにして決定された二酸化炭素ガス流量に基づいて、送風機２２の出力、第１流量調節弁３１の開度および第２流量調節弁３２の開度を制御する。

より具体的には、機器制御部４３は、流量決定部４２により決定された二酸化炭素ガス流量と、濃度計３０により計測された二酸化炭素ガスの濃度とに基づいて、排ガス２の供給流量を求める。そして、機器制御部４３は、求められた排ガス２の供給流量に応じて送風機２２の出力を制御する。このことにより、吸収塔２０に供給される排ガス２の供給流量を、所望の流量に調節することができる。

また、機器制御部４３は、流量決定部４２により決定された二酸化炭素ガス流量と、濃度計３０により計測された二酸化炭素ガスの濃度と、予め設定された吸収液の循環流量と排ガス２の供給流量との上述の比率とに基づいて、吸収液の循環流量を求める。この際、二酸化炭素ガス流量と二酸化炭素ガスの濃度とにより、排ガス２の供給流量が求められ、この排ガス２の供給流量と上記比率とにより、吸収液の循環流量が求められる。そして、機器制御部４３は、求められた吸収液の循環流量に応じて、第１流量調節弁３１の開度を調節する。このことにより、吸収塔２０と再生塔２１との間で循環される吸収液の循環流量を調節することができる。

また、機器制御部４３は、流量決定部４２により決定された二酸化炭素ガス流量に基づいて、記憶部４１に記憶された二酸化炭素ガス流量と外部供給熱量との関係（図３参照）から、外部供給熱量を求める。この際、機器制御部４３は、記憶部４１に複数記憶された二酸化炭素ガス流量と外部供給熱量との関係のうち、予め設定された目標回収量に対応する関係を選択し、選択された関係に基づいて外部供給熱量を求める。

そして、機器制御部４３は、求められた外部供給熱量から加熱媒体１０の供給流量を求め、求められた加熱媒体１０の供給流量に応じて、第２流量調節弁３２の開度を調節する。このことにより、リボイラー２５に供給される加熱媒体１０の供給流量を、この求められた供給流量に調節することができる。

次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。

二酸化炭素ガスを含有する排ガス２が、送風機２２によって吸収塔２０に供給される。一方で、再生塔２１から熱交換器２３およびリーン液用冷却器２９によって冷却されたリーン液３が吸収塔２０に供給される。これらの排ガス２とリーン液３が吸収塔２０内で気液接触し、リーン液３は、排ガス２に含有される二酸化炭素ガスを吸収してリッチ液４になる。リッチ液４と、二酸化炭素ガスが除去された脱二酸化炭素ガス５は、吸収塔２０からそれぞれ排出される。

吸収塔２０から排出されたリッチ液４は、リッチ液用ポンプ２４によって熱交換器２３に供給される。熱交換器２３において、リッチ液４はリーン液３と熱交換し、リーン液３が加熱源となって、所望の温度まで加熱される。

加熱されたリッチ液４は再生塔２１に供給される。一方で、リボイラー２５から蒸気６が再生塔２１に供給される。これらの蒸気６とリッチ液４が再生塔２１内で気液接触し、リッチ液４は、加熱されて、吸収していた二酸化炭素ガスを放出してリーン液３になる。リーン液３と、放出された二酸化炭素ガスを含有する蒸気は、再生塔２１からそれぞれ排出される。

再生塔２１の上部から排出された二酸化炭素ガス含有蒸気７は、ガス用冷却器２６において冷却媒体によって冷却される。このことにより、蒸気７が凝縮して凝縮水となる。凝縮水と二酸化炭素ガス８とは、気液分離器２７によって互いに分離される。分離された二酸化炭素ガス８は、圧縮されて図示しない設備に貯蔵され、分離された凝縮水９は、再生塔２１に供給されて吸収液と混合する。

再生塔２１から排出されたリーン液３は、リーン液用ポンプ２８によって熱交換器２３に供給され、上述したように、リッチ液４によって所望の温度まで冷却される。熱交換器２３によって冷却されたリーン液３は、リーン液用冷却器２９において、冷却媒体によって所望の温度まで更に冷却される。

一方、再生塔２１から排出されたリーン液３の一部は、リボイラー２５に供給され、外部から供給される加熱媒体１０によって加熱される。このことにより、蒸気６が生成され、生成された蒸気６は再生塔２１に供給される。

リーン液用冷却器２９において冷却されたリーン液３は、吸収塔２０に供給されて、再び排ガス２と気液接触して二酸化炭素ガスを吸収してリッチ液４となる。このようにして、吸収液がリーン液３となる状態とリッチ液４となる状態とを繰り返しながら循環し、排ガス２から二酸化炭素ガスを分離して回収する。

上述のようにして二酸化炭素分離回収装置１を運転している間、以下のような制御を行うことにより、二酸化炭素ガスの回収量を予め設定された目標回収量に維持するとともに、二酸化炭素ガスの回収に要するエネルギを低減することができる。

二酸化炭素分離回収装置１の運転を行っている間、吸収塔２０に供給される排ガス２に含有される二酸化炭素ガスの濃度が濃度計３０により計測される。

計測された二酸化炭素ガスの濃度と、送風機２２の出力範囲とに基づいて、制御装置４０の流量決定部４２により、二酸化炭素ガス流量範囲が求められる。

また、記憶部４１に二酸化炭素ガスの回収量毎に記憶された複数の図５に示す関係のうち、設定された目標回収量に対応する関係が流量決定部４２により選択される。

求められた二酸化炭素ガス流量範囲のうち、上述のようにして選定された二酸化炭素ガス流量と総エネルギとの関係（図５）から、総エネルギが最も小さくなる二酸化炭素ガス流量が決定される。

制御装置４０の機器制御部４３により、決定された二酸化炭素ガス流量と、上述した二酸化炭素ガスの濃度とにより、排ガス２の供給流量が求められる。そして、求められた排ガス２の供給流量に応じて、送風機２２の出力が調節される。このことにより、吸収塔２０に供給される排ガス２の供給流量を、所望の流量に調節することができる。

また、上述のようにして求められた排ガス２の供給流量と、吸収液の循環流量と排ガス２の供給流量との比率とにより、吸収液の循環流量が求められる。そして、求められた吸収液の循環流量に応じて、第１流量調節弁３１の開度が調節される。このことにより、吸収塔２０と再生塔２１との間で循環される吸収液の循環流量を、所望の流量に調節することができる。

また、機器制御部４３により、決定された二酸化炭素ガス流量に基づいて、記憶部４１に記憶された二酸化炭素ガス流量と外部供給熱量との関係（図３参照）から、外部供給熱量が求められる。この際、記憶部４１に二酸化炭素ガスの回収量毎に記憶された複数の図３に示す関係のうち、設定された目標回収量に対応する関係が機器制御部４３により選択され、選択された関係に基づいて外部供給熱量が求められる。

そして、求められた外部供給熱量から加熱媒体１０の供給流量が求められ、求められた加熱媒体１０の供給流量に応じて、第２流量調節弁３２の開度が調節される。このことにより、加熱媒体１０の供給流量を、所望の流量に調節することができる。

このように本実施の形態によれば、吸収塔２０に供給される二酸化炭素ガスの濃度を計測し、計測された二酸化炭素ガスの濃度に基づいて、所定期間における二酸化炭素ガスの目標回収量に対応する図５に示す関係から、外部供給熱量と所内動力との合計である総エネルギが最も小さくなるように、排ガス２に含有される二酸化炭素ガス流量を決定することができる。そして、決定された二酸化炭素ガス流量に基づいて、送風機２２の出力が調節されて排ガス２の流量を所望の流量に調節することができ、また、第１流量調節弁３１の開度が調節されて吸収液の循環流量を所望の流量に調節することができるとともに、第２流量調節弁３２の開度が調節されて加熱媒体１０の供給流量を所望の流量に調節することができる。このため、所定期間における二酸化炭素ガスの回収量を目標回収量に維持しながら、二酸化炭素ガスを回収するために要するエネルギを低減させることができる。

また、本実施の形態によれば、決定された二酸化炭素ガス流量と、計測された二酸化炭素ガスの濃度とに基づいて、排ガス２の供給流量を求めることができる。このため、求められた排ガス２の供給流量に応じて送風機２２の出力を調節することができ、排ガス２の供給流量を所望の流量に調節することができる。

また、本実施の形態によれば、決定された二酸化炭素ガス流量と、計測された二酸化炭素ガスの濃度と、吸収液の循環流量と排ガス２の供給流量との比率とに基づいて、吸収液の循環流量を求めることができる。このため、求められた吸収液の循環流量に応じて第１流量調節弁３１の開度を調節することができ、吸収液の循環流量を所望の流量に調節することができる。

また、本実施の形態によれば、決定された二酸化炭素ガス流量に基づいて、所定期間における二酸化炭素ガスの目標回収量に対応する図３に示す関係から外部供給熱量を求めることができる。このため、求められた外部供給熱量から加熱媒体１０の供給流量を求めて、この加熱媒体１０の供給流量に応じて第２流量調節弁３２の開度を調節することができ、加熱媒体１０の供給流量を所望の流量に調節することができる。

さらに、本実施の形態によれば、制御装置４０の記憶部４１に、排ガス２中における二酸化炭素ガス流量と総エネルギとの関係が、二酸化炭素ガスの回収量毎に複数記憶され、流量決定部４２は、予め設定された目標回収量に対応する関係を選定して二酸化炭素ガス流量を決定する。このことにより、記憶された複数の回収量毎に、二酸化炭素ガスを回収するために要するエネルギを低減させることができる。

以上述べた実施の形態によれば、二酸化炭素ガスの回収量を目標回収量に維持するとともに回収に要するエネルギを低減させることができる。

本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、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。これら新規な実施の形態は、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。これら実施の形態やその変形は、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。

例えば、上述した本実施の形態においては、所内動力が、送風機２２の動力と、リッチ液用ポンプ２４の動力と、リーン液用ポンプ２８の動力とを合計した動力である例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、例えば、所内動力は、送風機２２の動力とリッチ液用ポンプ２４の動力とを合計した動力としてもよい。

１ 二酸化炭素分離回収装置
２ 排ガス
３ リーン液
４ リッチ液
６ 蒸気
１０ 加熱媒体
２０ 吸収塔
２１ 再生塔
２２ 送風機
２４ リッチ液用ポンプ
２５ リボイラー
３０ 濃度計
３１ 第１流量調節弁
３２ 第２流量調節弁
４０ 制御装置
４１ 記憶部
４２ 流量決定部
４３ 開度制御部

Claims (10)

1. 送風機によって供給される排ガスに含有される二酸化炭素ガスを吸収液に吸収させる吸収塔と、
   前記吸収塔からポンプによって供給される前記吸収液から前記二酸化炭素ガスを放出させる再生塔と、
   供給される加熱媒体によって、前記再生塔から供給される前記吸収液を加熱し、発生した蒸気を前記再生塔に供給するリボイラーと、
   前記排ガスに含有される前記二酸化炭素ガスの濃度を計測する濃度計と、
   前記吸収塔と前記再生塔との間で循環する前記吸収液の循環流量を調節する第１流量調節弁と、
   前記加熱媒体の供給流量を調節する第２流量調節弁と、
   前記送風機、前記第１流量調節弁および前記第２流量調節弁を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   予め設定された二酸化炭素ガスの目標回収量に対応する、前記排ガスに含有される前記二酸化炭素ガスの流量と、前記加熱媒体によって供給される外部供給熱量と前記送風機の動力および前記ポンプの動力とを合計した合計エネルギと、の関係を記憶した記憶部と、
   前記濃度計により計測された前記二酸化炭素ガスの濃度と、前記送風機の出力範囲とに基づいて前記二酸化炭素ガスの流量範囲を求め、当該流量範囲のうち前記記憶部に記憶された前記二酸化炭素ガスの流量と前記合計エネルギとの関係から前記合計エネルギが最も小さくなる前記二酸化炭素ガスの流量を決定する流量決定部と、
   前記流量決定部により決定された前記二酸化炭素ガスの流量に基づいて、前記送風機の出力、前記第１流量調節弁の開度および前記第２流量調節弁の開度を制御する機器制御部と、を有していることを特徴とする二酸化炭素分離回収装置。
2. 前記機器制御部は、前記流量決定部により決定された前記二酸化炭素ガスの流量と、前記濃度計により計測された前記二酸化炭素ガスの濃度とに基づいて、前記排ガスの供給流量を求め、当該供給流量に応じて前記送風機の出力を制御す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装置。
3. 前記機器制御部は、前記流量決定部により決定された前記二酸化炭素ガスの流量と、前記濃度計により計測された前記二酸化炭素ガスの濃度と、予め設定された前記吸収液の循環流量と前記排ガスの供給流量の比率とに基づいて、前記吸収液の循環流量を求め、当該循環流量に応じて前記第１流量調節弁の開度を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の二酸化炭素分離回収装置。
4. 前記記憶部は、前記目標回収量に対応する、前記排ガスに含有される前記二酸化炭素ガスの流量と、前記加熱媒体によって供給される外部供給熱量と、の関係を記憶しており、
   前記機器制御部は、前記流量決定部により決定された前記二酸化炭素ガスの流量に基づいて、前記記憶部に記憶された前記二酸化炭素ガスの流量と前記外部供給熱量との関係から前記外部供給熱量を求め、当該外部供給熱量に応じて前記第２流量調節弁の開度を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の二酸化炭素分離回収装置。
5. 前記記憶部は、前記二酸化炭素ガスの流量と前記合計エネルギとの関係を、前記二酸化炭素ガスの回収量毎に複数記憶しており、
   前記流量決定部は、複数記憶された前記二酸化炭素ガスの流量と前記合計エネルギとの関係のうち、前記目標回収量に対応する関係を選定して前記二酸化炭素ガスの流量を決定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の二酸化炭素分離回収装置。
6. 送風機によって供給される排ガスに含有される二酸化炭素ガスを吸収液に吸収させる吸収塔と、前記吸収塔からポンプによって供給される前記吸収液から前記二酸化炭素ガスを放出させる再生塔と、供給される加熱媒体によって、前記再生塔から供給される前記吸収液を加熱し、発生した蒸気を前記再生塔に供給するリボイラーと、を備えた二酸化炭素分離回収装置の運転制御方法であって、
   予め設定された二酸化炭素ガスの目標回収量に対応する、前記排ガスに含有される前記二酸化炭素ガスの流量と、前記加熱媒体によって供給される外部供給熱量と前記送風機の動力および前記ポンプの動力とを合計した合計エネルギと、の関係を記憶する工程と、
   前記排ガスに含有される前記二酸化炭素ガスの濃度を計測する工程と、
   計測された前記二酸化炭素ガスの濃度と、前記送風機の出力範囲とに基づいて前記二酸化炭素ガスの流量範囲を求める工程と、
   求められた前記流量範囲のうち前記合計エネルギと前記二酸化炭素ガスの流量との関係から前記合計エネルギが最も小さくなる前記二酸化炭素ガスの流量を決定する工程と、
   決定された前記二酸化炭素ガスの流量に基づいて、前記送風機の出力、前記吸収液の循環流量および前記加熱媒体の供給流量を調節する工程と、を備えたことを特徴とする二酸化炭素分離回収装置の運転制御方法。
7. 前記送風機の出力を調節する際、決定された前記二酸化炭素ガスの流量と、計測された前記二酸化炭素ガスの濃度とに基づいて、前記排ガスの供給流量が求められ、当該供給流量に応じて前記送風機の出力が調節されることを特徴とする請求項６に記載の二酸化炭素分離回収装置の運転制御方法。
8. 前記吸収液の循環流量を調節する際、決定された前記二酸化炭素ガスの流量と、計測された前記二酸化炭素ガスの濃度と、予め設定された前記吸収液の循環流量と前記排ガスの供給流量の比率とに基づいて求められた前記吸収液の循環流量に調節されることを特徴とする請求項６または７に記載の二酸化炭素分離回収装置の運転制御方法。
9. 前記目標回収量に対応する、前記排ガスに含有される前記二酸化炭素ガスの流量と、前記加熱媒体によって供給される外部供給熱量と、の関係を記憶する工程を更に備え、
   前記加熱媒体の供給流量を調節する際、決定された前記二酸化炭素ガスの流量に基づいて、前記二酸化炭素ガスの流量と前記外部供給熱量との関係から前記外部供給熱量を求め、当該外部供給熱量に応じて前記加熱媒体の供給流量が調節されることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか一項に記載の二酸化炭素分離回収装置の運転制御方法。
10. 前記二酸化炭素ガスの流量と前記合計エネルギとの関係を記憶する工程において、当該関係は、前記二酸化炭素ガスの回収量毎に複数記憶され、
    前記二酸化炭素ガスの流量を決定する工程において、前記目標回収量に対応する関係が選定されて前記二酸化炭素ガスの流量が決定されることを特徴とする請求項６乃至９のいずれか一項に記載の二酸化炭素分離回収装置の運転制御方法。

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