JP2017064645A - Co2、h2s又はそれら双方の吸収液並びにそれを用いた装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明に係る吸収液は、ガス中のCO2、H2S又はそれら双方を吸収する吸収液であって、(a)2級直鎖モノアミンと、(b1)3級直鎖モノアミン、又は(b2)立体障害性のある1級モノアミンと、(c)2級環状ジアミンとを成分として含み、前記各成分の濃度が30重量%未満である。
【選択図】 図1
Description
先ず、本発明に係る吸収液の第一実施の形態について説明する。本実施の形態の吸収液は、成分として(a)2級直鎖モノアミンと、(b1)3級直鎖モノアミンと、(c)2級環状ジアミンとを含有する。
そして、2級直鎖モノアミン、3級直鎖モノアミン及び2級環状ジアミンの各成分濃度は、吸収液に対する重量%にて30重量%未満である。さらに、2級直鎖モノアミンと3級直鎖モノアミンと2級環状ジアミンの合計濃度は、吸収液に対して70重量%以下であることが好ましく、10重量%以上がより好ましい。なお、吸収液は、前記成分を水に溶解混合してなるものであり、前記成分以外の主な構成は水である。
3級直鎖モノアミン(b1)の濃度の上限は、30重量%未満であり、28重量%以下が好ましく、25重量%以下がさらに好ましい。また濃度の下限は、10重量%以上が好ましく、15重量%以上がより好ましい。
2級環状ジアミン(c)の濃度の上限は、30重量%未満であり、15重量%以下の範囲内が好ましく、10重量%以下がより好ましい。また濃度の下限は、1重量%以上が好ましく、5重量%以上がより好ましい。
また、3級直鎖モノアミンの濃度は、吸収液に対する重量%にて2級直鎖モノアミンの濃度と同等以下であることが好ましい。より具体的には、3級直鎖モノアミンの濃度は、2級直鎖アミンの濃度に対する比で、0.6〜1がより好ましい。
さらに、2級環状ジアミンの濃度は、吸収液に対する重量%にて2級直鎖モノアミン及び3級直鎖モノアミンの濃度よりも低いことが好ましい。
続いて、本発明に係る吸収液の第二実施の形態について説明する。本実施の形態の吸収液は、その成分として前述した(b1)3級直鎖モノアミンを(b2)立体障害性のある1級モノアミンとした点において主に相違する。第一実施の形態と同一の構成については、説明を省略する。
2級直鎖モノアミン(a)の濃度の上限は、30重量%未満であり、28重量%以下が好ましい。また濃度の下限は、10重量%以上がより好ましく、15重量%以上がさらに好ましい。
立体障害性のある1級モノアミン(b1)の濃度の上限は、30重量%未満であり、28重量%以下が好ましく、25重量%以下がさらに好ましい。また濃度の下限は、10重量%以上が好ましく、15重量%以上がより好ましい。
2級環状ジアミン(c)の濃度の上限は、30重量%未満であり、15重量%以下の範囲内が好ましく、10重量%以下がより好ましい。また濃度の下限は、1重量%以上が好ましく、5重量%以上がより好ましい。
また、立体障害性のある1級モノアミンの濃度は、吸収液に対する重量%にて2級直鎖モノアミンの濃度と同等以下であることが好ましい。より具体的には、立体障害性のある1級モノアミンの濃度は、2級直鎖モノアミンの濃度に対する比で、0.6〜1が好ましい。
さらに、2級環状ジアミンの濃度は、吸収液に対する重量%にて2級直鎖モノアミン及び1級モノアミンの濃度よりも低いことが好ましい。
以上の構成の吸収液を使用したCO2回収装置の一実施の形態について、図1を参照して説明する。図1に示すCO2回収装置1は、吸収塔10と、再生塔20とを少なくとも備える。なお、図示のCO2回収装置は、その概要を説明するための図であり、付属する機器を一部省略している。
再生塔20は、吸収塔10のCO2を吸収した吸収液の流れ方向後流に設置され、下部充填部21aと、上部充填部又はトレイ21bとから構成され、その外部にてリボイラ22と、冷却器23と、気液分離器24とを備える。吸収塔10と再生塔20との間には、吸収液熱交換器25を備える。再生塔20は、CO2及び/又はH2Sを吸収した吸収液をリボイラの加熱により再生するように構成されている。
また、CO2回収装置1は、吸収塔10の燃焼排ガス流れ方向前流に冷却塔30を備える。冷却塔30は、冷却水とガスとを接触させる充填部31とから少なくとも構成され、その外部に冷却水を冷却する冷却器32を備える。
次に、以上の構成のCO2回収装置について、その作動形態を説明することにより、本発明に係るCO2回収方法を説明する。本実施の形態に係るCO2回収方法は、冷却工程と、吸収工程と、再生工程とを含む。
一方で、燃焼排ガスと接触した冷却水は、冷却塔30の下端部に溜まるため、ポンプP2によりラインL2及び冷却器32を経て冷却塔30に循環利用する。この工程中、燃焼排ガス中の水分量が少ない場合は、冷却水は燃焼排ガスを加湿冷却することによって徐々に失われるため、ラインL2に設けた図示しない補給水供給ラインより冷却水を補充する。燃焼排ガス中の水分量が多い場合には、冷却水との接触により燃焼排ガス中の水分が凝縮して冷却水の量が増加するため、その余剰量をラインL2に設けた図示しない排水排出ラインから排出する。
CO2を除去した燃焼排ガスは、CO2吸収による発熱反応によって高温下で蒸発した水分とアミン吸収剤を含有している。このため、冷却器13にて燃焼排ガスから水分とアミン吸収剤を凝縮して液体とし、さらに上部充填部11bにて冷却した凝縮水の洗浄液と接触させ、ガス中の水分とアミン吸収剤を凝縮して洗浄液に回収する。これにより、燃焼排ガスから水分と吸収液を回収する。CO2を除去した燃焼排ガスを、吸収塔10の塔頂部からラインL3に排出する。
また、本工程では、燃焼排ガスから回収した水分と吸収液を含有する洗浄液を水受部11cに留め、その一部をポンプP5によりラインL5上から冷却器13にて冷却することにより循環利用し、余剰分を吸収液として回収するため、ラインをL6を介して吸収液に添加する。
一方、CO2を吸収した吸収液(リッチ吸収液)は、下部充填部11aの下方にある下端部に溜まる。リッチ吸収液を、ポンプP4によりラインL4を介して吸収熱交換器25に送り、後述のリーン吸収液との熱交換により昇温した後、再生塔20に送る。
このように、再生塔20、特にリボイラ22にてCO2を放散して吸収液を再生するために多量の蒸気エネルギーが要求される。リボイラ22では、本発明に係る吸収液が上述したように高いCO2放散能を有するものであるから、リボイラ22に導入する飽和蒸気量を低減することができ、したがって効率よくCO2を放散してリボイラ熱量を低減できる。
一方、吸収液から分離したCO2は、再生塔20上部の上部充填部21bにてラインL9から供給した還流水と気液接触させて同伴する吸収液を除去した後、再生塔20の上部からラインL10へ排出する。ラインL10上の水蒸気を伴ったCO2ガスを冷却器23にて冷却して水蒸気を凝縮させ、気液分離器24にてCO2と水蒸気が凝縮した還流水とに分離する。
そして、分離した純度の高いCO2を回収ラインL11へ排出し、還流水をポンプP9によりラインL9を介して再生塔20に還流して再利用する。
2級直鎖モノアミンとしてN−ブチルアミノエタノール、2級環状ジアミンとして2−メチルピペラジン、3級直鎖モノアミンとしてN−メチルジエタノールアミンを、それぞれ30重量%未満で水に溶解混合させて、試験例1−1の吸収液を調製した。
また、吸収液中、2級直鎖モノアミンと3級直鎖モノアミンとを略同一の重量%濃度とし、2級環状ジアミンの重量%濃度を最も少なくした。
試験例1−2の吸収液を、2級環状ジアミンをピペラジンとした以外は、試験例1−1と同様にして調製した。
試験例1−3の吸収液を、3級直鎖モノアミンをN−ブチルジエタノールアミンとした以外は、試験例1−1と同様にして調製した。
試験例1−4の吸収液を、2級直鎖モノアミンをN−エチルアミノエタノールとし、2級環状ジアミンをピペラジンとし、3級直鎖モノアミンをN−エチルジエタノールアミンとした以外は、試験例1−1と同様にして調製した。
試験例1−5を、2級直鎖モノアミンをN−エチルアミノエタノールとし、2級環状ジアミンをピペラジンとし、3級直鎖モノアミンを2−ジエチルアミノエタノールとした以外は、試験例1−1と同様にして調製した。
また、比較例として、モノエタノールアミン(MEA)を30重量%で水に溶解混合させて比較例1−6の吸収液を調製した。各試験例及び比較例の成分組成を下記表1に示す。
各試験例及び比較例の吸収液を用いた際のリボイラ熱量を測定し、各試験例のリボイラ熱量を、比較例の吸収液を用いた場合と比べた熱量比として評価した。評価結果を図2に示す。
以上のことから、2級直鎖モノアミン、2級環状ジアミン及び3級直鎖モノアミンを用いた試験例1−1〜1−5の吸収液は、モノエタノールアミンを用いた比較例1−6と比較して、リボイラ熱量を10%以上まで低減できることがわかった。特に、試験例1−1〜1−3の吸収液であれば、リボイラ熱量を10%以上低減できることがわかった。
続いて、2級直鎖モノアミンとしてN−ブチルアミノエタノールと3級直鎖モノアミンとしてN−ブチルジエタノールアミンを、2つの成分の合計濃度を40重量%で水に溶解混合させて吸収液を調製した。そして、この合計濃度を40重量%で一定として、各成分濃度を変化させた場合のリボイラ熱量比を検討した。リボイラ熱量比は、試験例1−6の吸収液を用いた結果を1として算出した。評価結果を図3に示す。
また、3級直鎖モノアミンの成分濃度が10重量%の場合のリボイラ熱量比は0.90程度であり、約15重量%の場合のリボイラ熱量比は約0.88であり、20重量%まで増加するにつれてリボイラ熱量比は低下した。その成分濃度が20重量%程度の場合のリボイラ熱量比は約0.87であり、30重量%まで増加するにつれてリボイラ比熱量比は約0.88まで増加した。
2級直鎖モノアミンとしてN−ブチルアミノエタノール、2級環状ジアミンとして2−メチルピペラジン、立体障害性のある1級モノアミンとして2−アミノ−2−メチル−1−プロパノールを、それぞれ30重量%未満で水に溶解混合させて、試験例2−1の吸収液を調製した。
また、前述の試験例と同様に、吸収液中、2級直鎖モノアミンと1級モノアミンとを略同一の重量%濃度とし、2級環状ジアミンの重量%濃度を最も少なくした。
試験例2−2の吸収液を、2級環状ジアミンをピペラジンとした以外は試験例2−1と同様にして調製した。
試験例2−3の吸収液を、2級直鎖モノアミンをN−エチルアミノエタノールとした以外は試験例2−1と同様にして調製した。
試験例2−4の吸収液を、2級環状ジアミンをピペラジンとし、2級直鎖モノアミンをN−エチルアミノエタノールとした以外は試験例2−1と同様にして調製した。
また、比較例として、モノエタノールアミン(MEA)を30重量%で水に溶解混合させて比較例2−5の吸収液を調製した。各試験例及び比較例の成分組成を下記表2に示す。
前述の熱量比の評価と同様にして、各試験例2−1〜2−4及び比較例2−5の吸収液を用いた際のリボイラ熱量を測定し、各試験例のリボイラ熱量を、比較例の吸収液を用いた場合と比べた熱量比として評価した。評価結果を図4に示す。
続いて、2級直鎖モノアミンとしてN−ブチルアミノエタノールと立体障害性のある1級モノアミンとして2−アミノ−2−メチル−1−プロパノールを、2つの成分の合計濃度を48重量%で水と混合させて吸収液を調製した。そして、2−アミノ−2−メチル−1−プロパノールが30重量%以下の範囲において、この合計濃度を48重量%で一定として、各成分濃度を変化させた場合のリボイラ熱量比を検討した。リボイラ熱量比は、試験例2−5の吸収液を用いた結果を1として算出した。評価結果を図5に示す。
また、1級モノアミンの成分濃度が10重量%の場合のリボイラ熱量比は約0.94であり、約20重量%まで増加するにつれてリボイラ熱量比は約0.92まで低下し、約28重量%まで増加するにつれてリボイラ熱量比は約0.90まで低下し、30重量%まで増加するにつれてリボイラ熱量比は約0.92まで急激に増加した。
10 回収塔
11a 下部充填部
11b 上部充填部
11c 水受部
12、13、23、32 冷却器
20 再生塔
22 リボイラ
24 気液分離器
25 吸収液熱交換器
30 冷却塔
31 充填部
Claims (11)
- ガス中のCO2、H2S又はそれら双方を吸収する吸収液であって、
(a)2級直鎖モノアミンと、
(b1)3級直鎖モノアミン又は(b2)立体障害性のある1級モノアミンと、
(c)2級環状ジアミンと
を成分として含み、
前記各成分の濃度が30重量%未満であることを特徴とする吸収液。 - 前記(c)2級環状ジアミンの濃度が、前記吸収液に対する重量%にて、前記(a)2級直鎖モノアミンの濃度よりも低く、且つ前記(b1)3級直鎖モノアミン又は(b2)1級モノアミンの濃度よりも低い請求項1に記載の吸収液。
- 前記(b1)3級直鎖モノアミン又は(b2)1級モノアミンの濃度が、前記吸収液に対する重量%にて前記(a)2級直鎖モノアミンの濃度と同等以下である請求項1又は2に記載の吸収液。
- 前記(a)2級直鎖モノアミンの濃度と前記(b1)3級直鎖モノアミン又は(b2)1級モノアミンの濃度との合計濃度が、20〜55重量%以下である請求項1〜3のいずれか一項に記載の吸収液。
- 前記(a)2級直鎖モノアミンと、前記(b1)3級直鎖モノアミン又は前記(b2)1級モノアミンと、前記(c)2級環状ジアミンとの合計濃度が、70重量%以下である請求項1〜4のいずれか一項に記載の吸収液。
- 前記(c)2級環状ジアミンがピペラジン誘導体である請求項1〜8のいずれか一項に記載の吸収液。
- 前記請求項1〜9のいずれか一項に記載の吸収液を備え、前記ガス中のCO2、H2S又はそれら双方を吸収する吸収塔と、
前記CO2、H2S又はそれら双方を吸収した吸収液をリボイラの加熱により再生する再生塔と
を備えるガス中のCO2、H2S又はそれら双方の回収装置。 - 前記請求項1〜9のいずれか一項に記載の吸収液を前記ガスに接触させてCO2、H2S又はそれら双方を吸収する吸収工程と、
前記CO2、H2S又はそれら双方を吸収した吸収液をリボイラによる加熱により再生する再生工程と
を含むガス中のCO2、H2S又はそれら双方の回収方法。
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