JP2016159239A - 二酸化炭素の回収装置および回収方法 - Google Patents

Abstract

【課題】二酸化炭素の吸収に使用されたアミン類のミスト又は蒸気の大気への排出量を低く抑えることができる二酸化炭素の回収装置および回収方法。【解決手段】二酸化炭素と硫黄酸化物を含む被処理ガスから硫黄酸化物を除去して脱硫排ガスを得るための脱硫部３１、脱硫部で得られる脱硫排ガスを水と接触させて冷やすための冷却部３２、冷却部を通過し且つ上向流の脱硫排ガスを下向流のアミン類及び水を含むＣＯ2リーン吸収液と接触させて二酸化炭素をＣＯ2リーン吸収液に吸収させて脱ＣＯ2排ガスとＣＯ2リッチ吸収液を得るためのＣＯ2吸収部２、ＣＯ2吸収部で得られ且つ上向流の脱ＣＯ2排ガスと下向流の水とを接触させて脱ＣＯ2排ガスを水で洗浄するための洗浄部、洗浄部で使用した水を冷却部に移送するためのラインA、並びに冷却部で使用した水を洗浄部に移送するためのラインBを有する二酸化炭素の回収装置。【選択図】図１

Description

本発明は，二酸化炭素の回収装置および回収方法に関する。より詳細に、本発明は、二酸化炭素の吸収に使用されたアミン類のミストまたは蒸気の大気への排出量を低く抑えることができる二酸化炭素の回収装置および回収方法に関する。

火力発電所などで使用されるボイラは二酸化炭素を多量に排出する設備の一つである。二酸化炭素は地球温暖化の原因物質と考えられている。そこで、二酸化炭素の排出量を減らす検討が種々行われている。
燃焼排ガス中の二酸化炭素をＣＯ₂吸収液で吸収して二酸化炭素を回収する装置が知られている。係る装置に使用されるＣＯ₂吸収液として、アミン類を含有する水溶液が、通常、用いられる。

ＣＯ₂吸収液によって二酸化炭素の除去された排ガス（脱ＣＯ₂排ガス）には、ＣＯ₂吸収液がミストまたは蒸気の形態で同伴していることが多い。そのため、脱ＣＯ₂排ガスを水で洗浄して、同伴するＣＯ₂吸収液のミストまたは蒸気を減らすことが一般に行われている。

このような蒸気またはミストを減らすために、例えば、特許文献１は、二酸化炭素を含む燃焼排ガスと、ピペラジンを含有する吸収液とを接触させて、二酸化炭素を前記吸収液に吸収させる二酸化炭素回収部と、 循環させた第１洗浄水と、二酸化炭素が吸収された前記燃焼排ガスとを接触させて前記燃焼排ガスに同伴するピペラジンを前記第１洗浄水に吸収させ、前記第１洗浄水のピペラジン濃度が第１所定値以上になった場合、前記第１洗浄水の一部を前記二酸化炭素回収部に供給される前記吸収液に合流させる第１段目洗浄部と、循環させた第２洗浄水と、前記第１段目洗浄部を通過した前記燃焼排ガスとを接触させて前記燃焼排ガスに同伴するピペラジンを前記第２洗浄水に吸収させ、前記第２洗浄水のピペラジン濃度が第２所定値以上になった場合、前記第２洗浄水の一部を前記第１段目洗浄部に供給する第２段目洗浄部と、酸性溶液と、前記第２段目洗浄部を通過した前記燃焼排ガスとを接触させる第３洗浄部と、を備えるアミン回収装置を開示している。酸性溶液として硫酸水溶液またはホウ酸水溶液が例示されている。

特許文献２は排ガス中の硫黄分を除去する脱硫部と前記脱硫部で硫黄分が除去された脱硫排ガスを冷却水による冷却する冷却部を有する脱硫塔と、前記脱硫塔により硫黄分が除去された脱硫排ガスと塩基性アミン化合物吸収液とを接触させて、当該脱硫排ガス中の二酸化炭素を当該塩基性アミン化合物吸収液に吸収させるＣＯ₂吸収部、前記ＣＯ₂吸収部でＣＯ₂が除去された脱炭酸排ガスと洗浄水とを接触させて当該脱炭酸排ガスを洗浄する洗浄部、および前記ＣＯ₂吸収部により二酸化炭素が吸収された脱炭酸排ガスを酸性水と接触させて、当該脱炭酸排ガスに同伴する塩基性アミン化合物を排ガスから除去する吸収液処理部を有する吸収塔と、二酸化炭素を吸収した前記塩基性アミン化合物吸収液を加熱して、この吸収液から二酸化炭素を分離後、除去することにより、二酸化炭素ガスを排出するとともに吸収液を再生する再生塔と、前記脱硫部へ導入される前の前記排ガスと水とを接触させて、前記酸性水を製造する酸性水製造装置を備え、前記排ガスと接触させる水が、前記脱硫塔、前記吸収塔または前記再生塔で発生する凝縮水である二酸化炭素回収装置を開示している。この酸性水には硫黄酸化物が多く含まれている。

特開２０１３−１０７０６９号公報 ＷＯ ２０１４／０６１４７１ Ａ

吸収液に含まれるアミン類は硫酸などの鉱酸と反応してアミン塩を生成する。係るアミン塩は熱的に安定であるのでアミン類に戻すことが難しい。上記特許文献に記載のように洗浄部に酸性溶液または酸性水を加えると、アミン類のミストまたは蒸気の大気放出を低減できるが、酸性水で回収されたアミン類がアミン塩に転化してしまうので、アミン類の消費が増えてしまう。また、システム全体の水のマスバランスが崩れるので過剰になった水を回収する必要がある。回収された酸性の水を廃棄するために、蒸留や電気透析などの方法で処理する必要がある。このような処理を行うためにボイラで生成させた水蒸気を消費することになる。その結果、発電などに使える有効な水蒸気が減る。
本発明の目的は、二酸化炭素の吸収に使用されたアミン類のミストまたは蒸気の大気への放出量を、高効率で、低く抑えることができる二酸化炭素の回収装置および回収方法を提供することである。

上記課題を解決するために検討した結果、以下の実施形態を包含する本発明を完成するに至った。

〔１〕 二酸化炭素と硫黄酸化物を含む被処理ガスから硫黄酸化物を除去して脱硫排ガスを得るステップ（I)、
ステップ（I）で得られた脱硫排ガスに水を接触させて冷却するステップ（II）、
ステップ（II）で冷やされた脱硫排ガスにアミン類および水を含んで成るＣＯ₂リーン吸収液を接触させて二酸化炭素をＣＯ₂リーン吸収液に吸収させて脱ＣＯ₂排ガスとＣＯ₂リッチ吸収液を得るステップ（III）、
ステップ（III）で得られたＣＯ₂リッチ吸収液を加熱して二酸化炭素を脱離させてＣＯ₂リーン吸収液に再生するステップ（IV）、
ステップ（IV）で再生されたＣＯ₂リーン吸収液をステップ（III）に移送するステップ（V）、
脱ＣＯ₂排ガスに水を接触させて洗浄するステップ（VI）、
ステップ（VI）にて使用した水の一部または全部をステップ（II）に移送するステップ（VII）、および
ステップ（II）にて使用した水の一部または全部をステップ（VI）に移送するステップ（VIII）
有する二酸化炭素の回収方法。

〔２〕 ステップ（VI）を複数回行い、
ステップ（VII）にて移送する水がステップ（VI）の最終回で使用した水であり、
ステップ（VIII）にて移送する水がステップ（VI）の最終回で使用される水である、〔１〕に記載の二酸化炭素の回収方法。
〔３〕 ステップ（VI）を複数回行い、
ステップ（VII）にて移送する水がステップ（VI）の初回で使用した水であり、
ステップ（VIII）にて移送する水がステップ（VI）の初回で使用される水である、〔１〕に記載の二酸化炭素の回収方法。
〔４〕 ステップ（VII）にて移送する水を移送途上に冷やすステップ（IXa）、および
ステップ（VIII）にて移送する水を移送途上に冷やすステップ（IXb）
のいずれか一方またはそれら両方をさらに有する、〔１〕、〔２〕または〔３〕に記載の二酸化炭素の回収方法。

〔５〕 二酸化炭素と硫黄酸化物を含む被処理ガスから硫黄酸化物を除去して脱硫排ガスを得るための脱硫部、
脱硫部で得られる脱硫排ガスを下向流の水と接触させて冷やすための冷却部、
冷却部で冷やされた上向流の脱硫排ガスを下向流のアミン類および水を含むＣＯ₂リーン吸収液と接触させて二酸化炭素をＣＯ₂リーン吸収液に吸収させて脱ＣＯ₂排ガスとＣＯ₂リッチ吸収液を得るためのＣＯ₂吸収部、
ＣＯ₂吸収部で得られたＣＯ₂リッチ吸収液を加熱して二酸化炭素を脱離させてＣＯ₂リーン吸収液に再生するためのＣＯ₂脱離部、
ＣＯ₂脱離部で再生されたＣＯ₂リーン吸収液をＣＯ₂吸収部に供給するためのラインC、
ＣＯ₂吸収部で得られ且つ上向流の脱ＣＯ₂排ガスと下向流の水とを接触させて脱ＣＯ₂排ガスを水で洗浄するための洗浄部、
洗浄部で使用した水の一部または全部を冷却部に移送するためのラインA、ならびに
冷却部で使用した水の一部または全部を洗浄部に移送するためのラインB
を有する二酸化炭素の回収装置。

〔６〕 洗浄部が直列に複数段有り、
ラインAが最上段洗浄部の下から排出される水を冷却部の上に移送できるように設置されていて、
ラインBが冷却部の下から排出される水を最上段洗浄部の上に移送できるように設置されている、〔５〕に記載の二酸化炭素の回収装置。
〔７〕 洗浄部が直列に複数段有り、
ラインAが最下段洗浄部の下から排出される水を冷却部の上に移送できるように設置されていて、
ラインBが冷却部の下から排出される水を最下段洗浄部の上に移送できるように設置されている、〔５〕に記載の二酸化炭素の回収装置。
〔８〕 ラインAおよびラインBのいずれか一方またはそれら両方に水を冷やすための熱交換器が設置されている、〔５〕、〔６〕または〔７〕に記載の二酸化炭素の回収装置。
〔９〕 洗浄部で使用した水の一部をＣＯ₂吸収部の下に移送するためのラインと、
最上段洗浄部に新たな水を補給するための貯水と、
該貯水から最上段洗浄部に補給する水の量を、洗浄部からＣＯ₂吸収部の下に移送する水の量と等しくなるように調節するための手段とをさらに有する、〔５〕〜〔８〕のいずれかひとつに記載の二酸化炭素の回収装置。

本発明の二酸化炭素の回収装置および回収方法によれば、二酸化炭素の吸収に使用されたアミン類のミストまたは蒸気の大気への放出量を低く抑えることができる。本発明の二酸化炭素の回収装置および回収方法においては、酸性水の添加を必ずしも要しないので、水のマスバランスの崩れを生じ難い。その結果、廃棄水の処理に要するエネルギが減り、発電などに使える水蒸気の量を減らすことがない。

本発明の一実施形態に係る二酸化炭素回収装置の系統図である。 従来技術の一実施形態に係る二酸化炭素回収装置の系統図である。 本発明の別の一実施形態に係る二酸化炭素回収装置の系統図である。 本発明の別の一実施形態に係る二酸化炭素回収装置の系統図である。 本発明の別の一実施形態に係る二酸化炭素回収装置の系統図である。

本発明の一実施形態に係る二酸化炭素の回収方法は、二酸化炭素と硫黄酸化物を含む被処理ガスから硫黄酸化物を除去して脱硫排ガスを得るステップ（I)、 ステップ（I）で得られた脱硫排ガスに水を接触させて冷却するステップ（II）、 ステップ（II）で冷やされた脱硫排ガスにアミン類および水を含んで成るＣＯ₂リーン吸収液を接触させて二酸化炭素をＣＯ₂リーン吸収液に吸収させて脱ＣＯ₂排ガスとＣＯ₂リッチ吸収液を得るステップ（III）、 ステップ（III）で得られたＣＯ₂リッチ吸収液を加熱して二酸化炭素を脱離させてＣＯ₂リーン吸収液に再生するステップ（IV）、 ステップ（IV）で再生されたＣＯ₂リーン吸収液をステップ（III）に移送するステップ（V）、 脱ＣＯ₂排ガスに水を接触させて洗浄するステップ（VI）、 ステップ（VI）にて使用した水の一部または全部をステップ（II）に移送するステップ（VII）、および ステップ（II）にて使用した水の一部または全部をステップ（VI）に移送するステップ（VIII）を有するものである。

本発明に用いられる被処理ガス11は、二酸化炭素（ＣＯ₂）と硫黄酸化物（ＳＯ₂など）を含むものである。石炭、石油、バイオマス燃料、シェールガスなどを燃やすことによって発生する燃焼排ガスには、二酸化炭素、硫黄酸化物、窒素酸化物、塩化水素などの酸性成分が含まれている。窒素酸化物は後述するアミン類と結合してアミン塩を形成するので、本発明に好ましく用いられる被処理ガスは、前記燃焼排ガスに、アンモニウム接触還元法などによる脱硝処理を施してなる、窒素酸化物をほとんど含まないガスである。

ステップ（I）：被処理ガス中の硫黄酸化物はアミン類と結合してアミン塩を形成する。該アミン塩はＣＯ₂吸収液の二酸化炭素吸収能を低下させる。そこで、本発明は、ステップ（I）にて、二酸化炭素と硫黄酸化物を含む被処理ガスから硫黄酸化物を除去して脱硫排ガスを得る。硫黄酸化物の除去方法は、特に限定されない。例えば、湿式石灰石膏法、アルカリ溶液吸収法、石灰スラリー吸収法、スプレードライ法、活性炭吸着法などが挙げられる。これらのうち、湿式石灰石膏法が好ましい。湿式石灰石膏法などの脱硫処理を施すと硫黄酸化物以外に塩化水素、二酸化炭素の一部も除去される。図１に示す装置ではアルカリ溶液をライン14経由で脱硫部31に循環させている。脱硫部31と冷却部32との間にデミスタ29が設置されていてアルカリ溶液ミストを除去できるようにしている。

ステップ（II）：ステップ（I）で得られた脱硫排ガスを水と接触させて冷却する。この冷却ステップを経た脱硫排ガスは温度が好ましくは２０〜６０℃である。この冷却のために使用する水は後述する洗浄部で使用された水である。洗浄部で使用された水にはアミン類が若干含まれているので二酸化炭素の吸収能が真水より高い。冷却部32において脱硫排ガスに含まれている二酸化炭素などが水に吸収される。脱硫排ガスと水とは、図１に示す冷却部32のように向流接触させてもよいし、図示しないが並流接触させてもよいし、十字接触させてもよい。ステップ(I)を行うための脱硫部31とステップ（II）を行うための冷却部32は、図１のように一つの塔26にまとめて設置してもよいし、図５のようにそれぞれを別の塔に設置してもよい。
ステップ（VIII）：冷却部において二酸化炭素などを吸収した水は真水よりもアミン類の吸収能が高い。そこで、本発明においては、冷却部で使用され、冷却部の下から排出された水を後述する洗浄部にラインB経由で移送する。図１に示す装置では最上段の洗浄部24bに移送している。図３に示す装置では最下段の洗浄部24aに移送している。

ステップ（III）：ステップ（II）で冷やされた脱硫排ガスをＣＯ₂リーン吸収液と接触させる。ＣＯ₂リーン吸収液はアミン類と水を含むものである。ＣＯ₂リーン吸収液に二酸化炭素を吸収させることによってＣＯ₂リッチ吸収液が得られる。ＣＯ₂リッチ吸収液を加熱して二酸化炭素を放出させることによってＣＯ₂リーン吸収液に再生することができる。本発明に用い得るアミン類としては、モノエタノールアミン、２−アミノ−２−メチル−１−プロパノールのようなアルコール性水酸基含有１級アミン類、ジエタノールアミン、２−メチルアミノエタノールのようなアルコール性水酸基含有２級アミン類、トリエタノールアミン、Ｎ−メチルジエタノールアミンのようなアルコール性水酸基含有３級アミン類、エチレンジアミン、トリエチレンジアミン、ジエチレントリアミンのようなポリエチレンポリアミン類、ピペラジン類、ピペリジン類、ピロリジン類のような環状アミン類、キシリレンジアミンのようなポリアミン類、メチルアミノカルボン酸のようなアミノ酸類などが挙げられる。また、前記ＣＯ₂吸収液には二酸化炭素吸収促進剤或いは腐食防止剤、更には、その他の媒体としてメタノール、ポリエチレングリコール、スルフォラン等が含まれていてもよい。

脱硫排ガスに含まれる二酸化炭素をＣＯ₂リーン吸収液に吸収させるために、吸収塔が通常用いられる。吸収塔1は、充填層または棚段からなるＣＯ₂吸収部2を有する。充填層には、ラシヒリングなどが充填されていて、気液の接触面積が増えるようにしている。ＣＯ₂吸収部2において、脱硫排ガスを上向きに流し且つノズル6から降り注がれるＣＯ₂リーン吸収液を下向きに流して、脱硫排ガスとＣＯ₂リーン吸収液とを向流接触させる。脱硫排ガス中の二酸化炭素がＣＯ₂リーン吸収液に吸収されて、脱ＣＯ₂排ガスとＣＯ₂リッチ吸収液とがそれぞれ得られる。
ＣＯ₂吸収部において発生する吸収熱によってＣＯ₂吸収液が加熱されアミン類またはアミン分解生成物の蒸気（以下、アミン蒸気ということがある。）が発生することがある。また、ＣＯ₂吸収部において吸収液ミストが発生することがある。アミン蒸気および吸収液ミストは脱ＣＯ₂排ガスに同伴されてＣＯ₂吸収部2の上から出る。吸収液ミストの大半はデミスタ36などで除去できるが一部は第一段目の洗浄部24aに到達する。

ステップ（VI）：ＣＯ₂吸収部から出た脱ＣＯ₂排ガスは、水と接触させて洗浄する。この洗浄によって、該脱ＣＯ₂排ガスに同伴するアミン蒸気および吸収液ミストを除去する。洗浄は、例えば、ＣＯ₂吸収部2の上方に直列に２段以上設置される洗浄部において行うことができる。図１に示す装置には、第１段目洗浄部24aおよび第２段目洗浄部24bが設けられている。洗浄部24aおよび24bの構造は特に制限されず、例えば、ラシヒリングなどを充填した充填床であってもよいし、棚段であってもよい。図１に示す装置では、洗浄部を２段設けているが、必要に応じて、１段設けるだけでもよいし、３段以上設けてもよい。追加される洗浄部の構造や配管は、第１段目洗浄部24aなどと同じ構造や配管になっていてもよい。

図１に示す装置において、第１段目洗浄部24aでは、脱ＣＯ₂排ガスをノズル9aから降り注がれる水で洗浄して脱ＣＯ₂排ガスに同伴するアミン類ミストまたはアミン類蒸気を取り除く。ノズル9aから降り注がれた水は洗浄部24aの下にある受け皿から排出され冷却器8aで温度調整されて、ノズル9aから再び降り注がれる。
第２段目洗浄部24bでは、第１段目洗浄部24aで洗浄された脱ＣＯ₂排ガスをノズル9bから降り注がれる水で洗浄して該脱ＣＯ₂排ガスに同伴するアミン類ミストまたはアミン類蒸気を取り除く。ノズル9bから降り注がれた水は洗浄部24bの下にある受け皿から排出される。排出された水は冷却部32に移送され、冷却部の下の受け皿から排出され、熱交換器27で温度調整されて、ノズル9bから再び降り注がれる。

図１に示す装置においては、冷却部で使用された水を洗浄部に移送し、最上段（第２段目）の洗浄部24bの上から降り注いでいる。洗浄に使用した水は一部が脱ＣＯ₂排ガスとともに頂部4などから漏れる。洗浄に使用する水の補給は、例えば、図１に示すように貯水槽44に貯まった水をライン45経由で最上段の洗浄部のタンク7bまたはノズル9bに供給することができる。また、凝縮器19で得られた凝縮水をライン（図示せず）経由で最上段の洗浄部24bのノズルまたは貯水槽44に供給してもよい。

図３に示す装置においては、冷却部32で使用された水を洗浄部に移送し、最下段洗浄部24aの上から降り注いでいる。ノズル9aから降り注がれた水は洗浄部24aの下にある受け皿から排出され熱交換器8aを経て冷却部32に移送され、冷却部の下の受け皿から排出され、熱交換器27で温度調整されて、ノズル9aから再び降り注がれる。
洗浄部が３段以上ある場合は、冷却部と中間段の洗浄部との間で上記のような水の循環を行ってもよい。

各段の洗浄部（例えば、24a）において使用した水は、脱ＣＯ₂排ガスとの接触によって昇温するので、上述したように、冷やして、同じ段の洗浄部において再使用する。洗浄に使用する水の温度は、アミン類またはアミン分解生成物を除去することができれば特に制限されないが、最下段（第１段目）の洗浄部における洗浄に使用する水の温度はアミン分解生成物の沸点のうちの最も高い沸点以下の温度に維持することが好ましい。また、洗浄に使用する水は、最下段（第１段目）から最上段（最終段目）に進むにしたがって、温度が低くなるように設定することが好ましい。

ステップ（VII）：本発明においては、洗浄部において使用した水の一部または全部をステップ（II）を行うための冷却部にラインA経由で移送し、図１または図３に示すように冷却部の上から降り注ぐ。

このようにすることで、頂部4から放出されるガスに同伴するアミン類の量を減らすことができる。なお、放出されるガスに同伴する洗浄水ミストを回収するために最上段の洗浄部の出口にデミスタ35を設置してもよい。これにより洗浄水の損失を低減できる。

第２段目以降の洗浄部に使用した水の一部または全部は、そのまま若しくは必要に応じてｐＨ調整をして、その段の一つ下の段の洗浄部に使用する水に添加することができる。各段の洗浄部に使用した水のアミン濃度は、一つ下の段の洗浄部に使用する水のアミン濃度より低い。各段の洗浄部に使用した水を一つ下の段の洗浄部に使用する水に添加することによって、一つ下の段の洗浄部における洗浄効果を向上させることができる。

さらに、第１段目洗浄部24aに使用した水の一部または全部を、そのまま若しくは必要に応じてｐＨ調整をして、吸収塔の底部10に移送し、ＣＯ₂リッチ吸収液に添加することができる。第１段目洗浄部に使用した水のアミン濃度は、ＣＯ₂リッチ吸収液のアミン濃度より低いが、第１段目洗浄部に使用した水には、複数段の洗浄部において回収したアミン類が蓄積されているので、それをＣＯ₂リッチ吸収液に加えることによって、アミン類の消費量を節約することができる。第１段目洗浄部24aに使用する水のアミン濃度は１モル／Ｌ以下にすることが好ましい。また、本発明においては貯水槽44から洗浄部に新たに補充された水の量と洗浄部で使用した水を吸収部の下（吸収塔の底部10）に移送する水46の量を同じにすることが好ましい。

図１に示す装置では、第２段目洗浄部24bの受け皿から抜き出した水を移送する管が、途中で分岐し、第１段目洗浄部24aのノズル9aに繋がる管と合流するように、設置されている。さらに、第１段目洗浄部24aの受け皿から抜き出した水を移送する管が、途中で分岐し、ＣＯ₂吸収部のノズル6に繋がる管と合流するように、設置されている。

ステップ（IV）：吸収塔の底部10から排出されたＣＯ₂リッチ吸収液は熱交換器22にて加熱されて再生塔（脱離塔）13のＣＯ₂脱離部15の上部にノズル14から降り注がれる。注がれた液はＣＯ₂脱離部15を下降し、再生塔の底部に溜まる。再生塔の底部に溜まる液は、二酸化炭素の含有量が少ないＣＯ₂リーン吸収液である。再生塔の底部にはリボイラ23が付設されている。リボイラ23でＣＯ₂リーン吸収液が加熱され、気化した蒸気がＣＯ₂脱離部15を上昇し、ＣＯ₂脱離部15を下降するＣＯ₂リッチ吸収液を加熱して約１００〜１２５℃の温度にして二酸化炭素を脱離させる。再生塔13のＣＯ₂脱離部15は、通常、最下部の温度が最上部の温度に比べて高くなっている。ＣＯ₂脱離部15の構造は特に制限されず、例えば、ラシヒリングなどを充填した充填床であってもよいし、棚段であってもよい。

ステップ（V）：再生塔の底部に溜まったＣＯ₂リーン吸収液は排出されて熱交換器22にて冷却され、吸収塔1に戻される。なお、熱交換器22では再生塔底部から抜き出されたＣＯ₂リーン吸収液（１１０〜１２０℃程度）と吸収塔底部から抜き出されたＣＯ₂リッチ吸収液（５０〜６０℃程度）との間で熱交換が行われる。熱交換器としては、スパイラル式熱交換器、プレート式熱交換器、多管円筒式熱交換器など、既存の熱交換器を用いることができる。

ＣＯ₂脱離部15において脱離された二酸化炭素には吸収液ミストやアミン蒸気が同伴している。そこで、脱離された二酸化炭素を水洗部25において洗浄する。そして、水洗部25を経た二酸化炭素を凝縮器19で冷やして二酸化炭素に同伴する蒸気を凝縮させて水を得る。ＣＯ₂分離器17で二酸化炭素18と凝縮水とが分離される。凝縮水は、水洗部25のノズル20から降り注がれて脱離された二酸化炭素の洗浄に用いることができる。また、凝縮水は、通常、二酸化炭素を飽和状態で含んでいる。そこで、凝縮水を、ライン（図示せず。）を経て洗浄部のノズルから降り注がれる水として用いることができる。

図１に示す装置には凝縮器19が一段設置されているだけであるが、洗浄部24の段数と同じ数の凝縮器19を設置することができる。２段の凝縮器と２段の洗浄部を設置した場合、例えば、脱離塔13側から第１段目の凝縮器で得られる凝縮水を第１段目の洗浄部24aに供給し、脱離塔13側から第２段目の凝縮器で得られる凝縮水を第２段目の洗浄部24bに供給することがアミン類のミストや蒸気の除去効率の観点から好ましい。

以下に実施例を示して本発明をより具体的に説明する。なお、本発明はこれら実施例によって限定されるものではない。

実施例１
図１に示す装置を用いて模擬燃焼排気ガスによる実験を行った。
脱硫部31において、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）の水溶液（脱硫液）をライン14経由でノズル28から降り注ぎ、液ガス比４．０（Ｌ／Ｎｍ³）で、模擬燃焼排ガス11を脱硫した。デミスタ29を通過した脱硫排ガスはＳＯ₂濃度が１ｐｐｍｖ未満、ＨＣｌ濃度が１ｐｐｍｖ未満、ＣＯ₂濃度１２％（乾燥ガス基準）であった。脱硫排ガスを冷却部32にてライン20経由でノズル33から降り注がれる水と向流接触させた。４０℃の脱硫排ガスをライン34経由で吸収部の下に５００Ｎｍ³/ｈ（ｗｅｔ）で供給し、吸収部2にて上向きに流し、ノズル６から降り注がれる温度４０℃のＣＯ₂リーン吸収液（３０％ＭＥＡ（モノエタノールアミン）水溶液：循環液量１５００Ｌ）と向流接触させて、ガス温度６０℃、ＭＥＡ蒸気濃度３００ｐｐｍｖの脱ＣＯ₂排ガスとＣＯ₂リッチ吸収液を得た。
吸収塔の底部10から排出したＣＯ₂リッチ吸収液は熱交換器22で加熱され１００℃にてノズル14から降り注いだ。再生塔13の内圧を１６０ｋＰａ（ゲージ）に調整した。リボイラ23でＣＯ₂リーン吸収液が加熱された。吸収液の最高温度は１２０℃であった。再生塔頂部の凝縮器で脱離された二酸化炭素を３０℃に冷やした。
貯水槽44から水を１０ｋｇ／ｈにてＣＯ₂部のタンク7bに供給した。同時に洗浄部24bのタンク7aから洗浄に使用した水46を１０ｋｇ／ｈで排出した。貯水槽44から洗浄部への水供給量と洗浄部24bからの水46の排出量が等量となるように制御した。具体的には、タンク7a及び7b内の水位が所定の高さより上昇した場合は、貯水槽44からの供給量を減らすように、水位が所定の高さより低下した場合は、水46の排出量を減らすような操作を行った。なお、本実験設備では、凝縮器19の温度制御で凝縮水の量を調節し、さらにＣＯ₂分離器17からの凝縮水の一部を系外に排出することで、吸収液のマスバランスを調節した。
脱ＣＯ₂排ガスを洗浄部24a，24bにて水と向流接触させた。洗浄部24bにおける液ガス比は２．０（Ｌ／Ｎｍ³）、洗浄部24aにおける液ガス比は５．０（Ｌ／Ｎｍ³）に調整した。冷却部32の下から排出された水を熱交換器27にて冷やし４０℃にした。貯水槽44から洗浄部24bに供給する水の量と洗浄部24bから洗浄部24aに移送する水の量を同じにした。洗浄部24aと洗浄部24bとの間におけるガスは、温度が４０℃、ＭＥＡ蒸気濃度が２０ｐｐｍｖであった。頂部4から排出される脱ＣＯ₂排ガスはＭＥＡ濃度が１ｐｐｍｖ未満、ＣＯ₂濃度が１．３％（乾燥ガス基準）であった。ＣＯ₂回収率は９０％以上であった。

比較例１
図２に示す装置を用いた以外は実施例１と同じ条件で運転した。洗浄部24aと洗浄部24bとの間におけるガスは温度が４０℃、ＭＥＡ蒸気濃度が２０ｐｐｍｖであった。頂部4から排出される脱ＣＯ₂排ガスはＭＥＡ濃度が３ｐｐｍｖ、ＣＯ₂濃度が１．３％（乾燥ガス基準）であった。

比較例２
図２に示す装置を用い、貯水槽44から供給する水を硫酸水溶液に変え、ノズル9bから降り注ぐ水のｐＨを４．５以上５．０以下に調整した以外は実施例1と同じ条件で運転した。洗浄部24aと洗浄部24bとの間におけるガスは温度が４０℃、ＭＥＡ蒸気濃度が２０ｐｐｍｖであった。頂部4から排出される脱ＣＯ₂排ガスはＭＥＡ濃度が１ｐｐｍｖ未満、ＣＯ₂濃度が１．３％（乾燥ガス基準）であった。しかしながら、吸収液中に４７ｇ／ｈ（＝０．４２ｍｏｌ／ｈ、１０００ｈの運転で吸収液中に約３重量％）でＭＥＡ硫酸塩が生成した。

実施例２
熱交換器27による冷却を行わなかった以外は実施例1と同じ条件で運転した。洗浄部24aと洗浄部24bとの間におけるガスは温度が４０℃、ＭＥＡ蒸気濃度が２５ｐｐｍｖであった。頂部4から排出される脱ＣＯ₂排ガスはＭＥＡ濃度が２．５ｐｐｍｖ、ＣＯ₂濃度が１．３％（乾燥ガス基準）であった。

実施例３
図３に示す装置を用い、冷却部32の下から排出された水を熱交換器27にて冷やし４０℃にした以外は実施例１と同じ条件で運転した。吸収部2と洗浄部24aとの間におけるガスは温度が６０℃、ＭＥＡ蒸気濃度が３００ｐｐｍｖであった。洗浄部24aと洗浄部24bとの間におけるガスは温度が４０℃、ＭＥＡ蒸気濃度が１５ｐｐｍｖであった。頂部4から排出される脱ＣＯ₂排ガスはＭＥＡ濃度が１ｐｐｍｖ未満、ＣＯ₂濃度が１．３％（乾燥ガス基準）であった。

実施例４
図４に示す装置を用い、洗浄部24bの下から排出される水を熱交換器8bで冷やして、冷却部32の下から排出された水の温度を４０℃にした以外は実施例１と同じ条件で運転した。吸収部2と洗浄部24aとの間におけるガスは温度が６０℃、ＭＥＡ蒸気濃度が３００ｐｐｍｖであった。洗浄部24aと洗浄部24bとの間におけるガスは温度が４０℃、ＭＥＡ蒸気濃度が２０ｐｐｍｖであった。頂部4から排出される脱ＣＯ₂排ガスはＭＥＡ濃度が１ｐｐｍｖ未満、ＣＯ₂濃度が１．３％（乾燥ガス基準）であった。

実施例５
図５に示す装置を用いた以外は実施例１と同じ条件で運転した。実施例１と同じ結果であった。

以上の結果が示すとおり、本発明に係る二酸化炭素の回収装置は、比較例１に示した従来の二酸化炭素回収装置に比べて、頂部4から放出されるガスに含まれるアミン類の量が少ない。さらに本発明に係る二酸化炭素の回収装置は、比較例２に示した従来の二酸化炭素回収装置に比べて、吸収液に生成するアミン塩の量が少ない。
実施例１と実施例２との対比によって示すとおり、洗浄部から冷却部に水を移送するラインまたは冷却部から洗浄部に水を移送するラインのいずれか一方またはそれら両方に温度を調整するための熱交換器を設けると頂部4から放出されるガスにおけるアミン類濃度をより低くすることができる。

Claims (9)

1. 二酸化炭素と硫黄酸化物を含む被処理ガスから硫黄酸化物を除去して脱硫排ガスを得るステップ（I)、
   ステップ（I）で得られた脱硫排ガスに水を接触させて冷却するステップ（II）、
   ステップ（II）で冷やされた脱硫排ガスにアミン類および水を含んで成るＣＯ₂リーン吸収液を接触させて二酸化炭素をＣＯ₂リーン吸収液に吸収させて脱ＣＯ₂排ガスとＣＯ₂リッチ吸収液を得るステップ（III）、
   ステップ（III）で得られたＣＯ₂リッチ吸収液を加熱して二酸化炭素を脱離させてＣＯ₂リーン吸収液に再生するステップ（IV）、
   ステップ（IV）で再生されたＣＯ₂リーン吸収液をステップ（III）に移送するステップ（V）、
   脱ＣＯ₂排ガスに水を接触させて洗浄するステップ（VI）、
   ステップ（VI）にて使用した水の一部または全部をステップ（II）に移送するステップ（VII）、および
   ステップ（II）にて使用した水の一部または全部をステップ（VI）に移送するステップ（VIII）
   有する二酸化炭素の回収方法。
2. ステップ（VI）を複数回行い、
   ステップ（VII）にて移送する水がステップ（VI）の最終回で使用した水であり、
   ステップ（VIII）にて移送する水がステップ（VI）の最終回で使用される水である、請求項１に記載の二酸化炭素の回収方法。
3. ステップ（VI）を複数回行い、
   ステップ（VII）にて移送する水がステップ（VI）の初回で使用した水であり、
   ステップ（VIII）にて移送する水がステップ（VI）の初回で使用される水である、請求項１に記載の二酸化炭素の回収方法。
4. ステップ（VII）にて移送する水を移送途上に冷やすステップ（IXa）、および
   ステップ（VIII）にて移送する水を移送途上に冷やすステップ（IXb）
   のいずれか一方またはそれら両方をさらに有する、請求項１、２または３に記載の二酸化炭素の回収方法。
5. 二酸化炭素と硫黄酸化物を含む被処理ガスから硫黄酸化物を除去して脱硫排ガスを得るための脱硫部、
   脱硫部で得られる脱硫排ガスを下向流の水と接触させて冷やすための冷却部、
   冷却部で冷やされた上向流の脱硫排ガスを下向流のアミン類および水を含むＣＯ₂リーン吸収液と接触させて二酸化炭素をＣＯ₂リーン吸収液に吸収させて脱ＣＯ₂排ガスとＣＯ₂リッチ吸収液を得るためのＣＯ₂吸収部、
   ＣＯ₂吸収部で得られたＣＯ₂リッチ吸収液を加熱して二酸化炭素を脱離させてＣＯ₂リーン吸収液に再生するためのＣＯ₂脱離部、
   ＣＯ₂脱離部で再生されたＣＯ₂リーン吸収液をＣＯ₂吸収部に供給するためのラインC、
   ＣＯ₂吸収部で得られ且つ上向流の脱ＣＯ₂排ガスと下向流の水とを接触させて脱ＣＯ₂排ガスを水で洗浄するための洗浄部、
   洗浄部で使用した水の一部または全部を冷却部に移送するためのラインA、ならびに
   冷却部で使用した水の一部または全部を洗浄部に移送するためのラインB
   を有する二酸化炭素の回収装置。
6. 洗浄部が直列に複数段有り、
   ラインAが最上段洗浄部の下から排出される水を冷却部の上に移送できるように設置されていて、
   ラインBが冷却部の下から排出される水を最上段洗浄部の上に移送できるように設置されている、請求項５に記載の二酸化炭素の回収装置。
7. 洗浄部が直列に複数段有り、
   ラインAが最下段洗浄部の下から排出される水を冷却部の上に移送できるように設置されていて、
   ラインBが冷却部の下から排出される水を最下段洗浄部の上に移送できるように設置されている、請求項５に記載の二酸化炭素の回収装置。
8. ラインAおよびラインBのいずれか一方またはそれら両方に水を冷やすための熱交換器が設置されている、請求項５、６または７に記載の二酸化炭素の回収装置。
9. 洗浄部で使用した水の一部をＣＯ₂吸収部の下に移送するためのラインと、
   洗浄部に新たな水を補給するための貯水と、
   該貯水から洗浄部に補給する新たな水の量を、洗浄部からＣＯ₂吸収部の下に移送する水の量と等しくなるように調節するための手段とをさらに有する、請求項５〜８のいずれかひとつに記載の二酸化炭素の回収装置。

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