JP2020163324A - 化学吸収方法及び吸収塔 - Google Patents
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Abstract
Description
化学吸収に用いられるアミン系吸収液には、同様の目的で使用される物理吸収液と異なり、硫化水素や二酸化炭素が溶液に容易に吸収されるが、吸収量に飽和点がある。
ところで、吸収法では、溶液循環量を下げてゆき、最適点を求めることが行われる。
化学吸収法は化学反応に基づく酸性ガス除去方法であるため、化学反応熱を考慮しなければならない。酸性ガスの吸収反応は発熱反応、一方、酸性ガスを吸収したアミン系吸収液の再生反応は吸熱反応である。したがって、吸収塔内では、酸性ガスの吸収による発熱で、アミン系吸収液の温度が上昇する。
一方、酸性ガスのアミン系吸収液への吸収量は温度の上昇に伴って減少する。よって、酸性ガスの吸収反応に伴う発熱により、吸収塔内の温度が上昇し、吸収塔塔頂からの硫化水素や二酸化炭素等の酸性ガスの漏れ(リーク)が始まる。この吸収塔内の過度な温度上昇を温度バルジと呼ぶ(例えば、非特許文献1及び2参照)。
温度バルジの過多は、酸性ガスの吸収反応の発熱量と、吸収塔内の冷却要因の間のバランスによって決まる。ここで吸収塔内の冷却要因には、低温のアミン系吸収液の吸収塔へのフィードに伴う冷却用顕熱と、低温のフィードガスの冷却用顕熱が挙げられる。
一般に、フィードガス中の酸性ガスの流量が少ない場合には、酸性ガスの流量に応じて吸収塔へのアミン系吸収液の循環量が決められるため、循環量は少なく設定される。したがって、フィードガス中の酸性ガスの流量が少ない場合には、吸収塔への吸収液のフィードに伴う冷却用顕熱が少ないため、比較的顕著に温度バルジが発生し、吸収塔塔頂から酸性ガスのリークが急激に始まる傾向が認められる。
前記吸収塔の下部に酸性ガスを含むガスを導入させる工程Aと、
前記吸収塔内の塔頂にアミン系吸収液導入させる工程Bと、
前記吸収塔内の吸収部において前記導入された前記酸性ガスを含むガスが上昇し、前記導入されたアミン系吸収液が下降する際に前記酸性ガスの少なくとも一部が前アミン系吸収液に吸収される工程Cと、
前記吸収部の高さを1としたとき、塔頂側から2/9以上7/9以下の範囲内の少なくとも一カ所で吸収部内の温度を計測する工程Dと、を有し、
下記式(1)で算出されるΔ1(i、j)が25℃以上1000℃、又は、下記式(2)で算出されるΔ2(i、j)が5℃以上30℃以下となったときに警報を発する工程Eを有する化学吸収方法である。
前記吸収塔の下部に酸性ガスを含むガスを導入するガス導入ラインと、
前記吸収塔の塔頂に、前記アミン系吸収液を循環させる吸収液循環ラインと、
前記導入された前記ガスの少なくとも一部を前記導入されたアミン系吸収液に吸収させる吸収部と、
前記吸収部の高さを1としたとき、塔頂側から2/9以上7/9以下の範囲内で前記吸収部内の温度を計測する計測部と、
下記式(1)で算出されるΔ1(i、j)が25℃以上1000℃、又は、下記式(2)で算出されるΔ2(i、j)が5℃以上30℃以下となったときに警報を発する警報装置を有する吸収塔である。
本発明は、吸収塔を用いた酸性ガスの化学吸収方法であって、
前記吸収塔の下部に酸性ガスを含むガスを導入させる工程Aと、
前記吸収塔内の塔頂にアミン系吸収液導入させる工程Bと、
前記吸収塔内の吸収部において前記導入された前記酸性ガスを含むガスが上昇し、前記導入されたアミン系吸収液が下降する際に前記酸性ガスの少なくとも一部が前アミン系吸収液に吸収される工程Cと、
前記吸収部の高さを1としたとき、塔頂側から2/9以上7/9以下の範囲内の少なくとも一カ所で吸収部内の温度を計測する工程Dと、を有し、
下記式(1)で算出されるΔ1(i、j)が25℃以上1000℃、又は、下記式(2)で算出されるΔ2(i、j)が5℃以上30℃以下となったときに警報を発する工程Eを有する化学吸収方法である。
図1は、本発明の吸収塔を備えた化学吸収装置の一例を示す模式図である。
図1に示す化学吸収装置100は、フィードガス中の酸性ガスを化学的に吸収除去する装置であり、吸収塔1と、再生塔2とを備えている。
なお、吸収部7は、複数の棚段、又は、一つまたは複数の充填層から構成される。吸収部7は、棚段で構成される場合は最下段の下の面から最上段の上の面を指し、複数の充填層で構成される場合は最下段の充填層の底面から最上段の充填層の上面までを指す。
ガス導入ライン11には、酸性ガスを含むフィードガスがガス導入ライン11を介して吸収塔1内に導入される。導入されたガスは、吸収塔1内を上昇し、特には吸収部7において、塔頂部から吸収液導入ライン12aを介して導入されるアミン系吸収液と向流接触し、フィードガス中の酸性ガスがアミン系吸収液に吸収される。そして、酸性ガスが除去されたガスは、塔頂より処理ガスとして取り出される。
また、再生塔2において分離され、再生塔2の塔頂から出される酸性ガスを含む再生塔塔頂ガス中には水蒸気が含まれている。再生塔塔頂ガスをオーバーヘッドコンデンサー5で冷却した後、冷却された再生塔塔頂ガス中の酸性ガスと凝縮した水とをドラム6で気液分離することにより酸性ガスと水とを分離する。水が分離された酸性ガスは回収される。なお、再生塔2の処理で失われる水分は再生塔2塔頂から補給しても良い。
計測部13は、吸収塔1の吸収部7の高さを1としたとき、塔頂から2/9以上7/9以下の範囲内の少なくとも一カ所に設けられている。すなわち、吸収部7の高さを1としたとき、塔頂から2/9以上7/9以下の範囲内の少なくとも一カ所で吸収部7の温度を計測する。なお、計測部13は、吸収部7の高さを1としたとき、塔頂から2/9以上7/9以下の範囲内の少なくとも一カ所に設けられているが、塔頂から3/9以上6/9以下の範囲内の少なくとも一カ所に設けられているのが好ましい。なお、計測部13は、二カ所以上設けられていてもよい。
本発明において、警報の発報は、以下の二つのいずれかの条件を満たした場合に行われる。
また、温度上昇Δ2(i、j)は、5℃以上30℃以下であるが、7℃以上20℃以下であることが好ましい。商業運転されている吸収塔1の吸収部7で測定される温度には揺らぎがあり、下限値を下回る温度で警報を発報しても温度バルジが発生していない場合もあるので適切ではない。また上限値を上回る場合は、すでに温度バルジが発生して酸性ガスが塔頂からリークしているので適切ではない。
再生塔2の下部には、リボイラー21が設けられている。下降した吸収液はリボイラー21によって加熱されると再生塔2内を上昇する。塔頂から出る塔頂ガスはオーバーヘッドコンデンサー5で一部は凝縮され、凝縮された液は再生塔の塔頂部に戻される。リッチ溶液は再生塔内部でリッチ溶液に含まれる酸性ガスが除去されてリーン溶液として再生される。
図2は、基準の相対循環量(=1)から0.7まで変えた場合の吸収部7の温度分布を示すグラフ、図3は、相対循環量を変えた場合の吸収塔塔頂からのCO2のリークを示すグラフである。なお、図2中の場所i=#1は吸収塔塔頂、場所i=#10は吸収塔塔底を示しており、図2は吸収塔を9分割とした場合の温度分布を示している。また、図中、℃をdegCと示している。
そこで、温度バルジを利用して、破局的なCO2リークが始まる前に警報を発報するために、特定の好ましい場所で温度の変位をモニターすればよいこと見出した。
図4に示すように、警報は、場所i=#4〜#6の温度のモニター値から、Δ1(i、j)が150〜250℃で発報すればよいことがわかる。図5によると、場所i=#4〜#6の温度のモニター値により、Δ2(i、j)が5〜12℃で警報を発報すればよい。
例えば、本発明の化学吸収方法は、任意の工程が追加されてもよい。
また、本発明の吸収塔は、図示の構成に限定されない。
具体的には運転モードの変更に基づく運転条件の変更や運転上の外乱についても十分対応可能な吸収液循環量を基準循環量(相対循環量=1)から慎重に循環量を下げつつ、塔頂からのCO2リーク量を観察する。同時に各場所#1〜#10(特には#4〜#6)における吸収部の温度を測定した。測定した温度に基づき変位Δ1(i、j)、Δ2(i、j)を求めた。最も少ない相対循環量におけるΔ1(i、j)及びΔ2(i、j)が警報を発報すべき変位量となる。
この結果を表2に示す。
1 吸収塔
11 ガス導入ライン
12a、12b 吸収液循環ライン
13 計測部
14 警報装置
2 再生塔
21 リボイラー
3 リーン・リッチ熱交換器
4 溶液クーラー
5 オーバーヘッドコンデンサー
6 ドラム
7 吸収部
Claims (5)
- 吸収塔を用いた酸性ガスの化学吸収方法であって、
前記吸収塔の下部に酸性ガスを含むガスを導入させる工程Aと、
前記吸収塔内の塔頂にアミン系吸収液導入させる工程Bと、
前記吸収塔内の吸収部において前記導入された酸性ガスを含むガスが上昇し、前記導入されたアミン系吸収液が下降する際に前記酸性ガスの少なくとも一部が前アミン系吸収液に吸収される工程Cと、
前記吸収部の高さを1としたとき、塔頂側から2/9以上7/9以下の範囲内の少なくとも一カ所で吸収部内の温度を計測する工程Dと、を有し、
下記式(1)で算出されるΔ1(i、j)が25℃以上1000℃、又は、下記式(2)で算出されるΔ2(i、j)が5℃以上30℃以下となったときに警報を発する工程Eを有する化学吸収方法。
- 前記工程Dでは、塔頂側から3/9以上6/9以下の範囲内の少なくとも一カ所で前記吸収部の温度を計測する請求項1に記載の化学吸収方法。
- 前記Δ1(i、j)は、70℃以上750℃以下である請求項1又は2に記載の化学吸収方法。
- 前記Δ2(i、j)は、7℃以上20℃以下である請求項1ないし3のいずれか1項に記載の化学吸収方法。
- 化学吸収方法により酸性ガスを吸収する吸収塔であって、
前記吸収塔の下部に酸性ガスを含むガスを導入するガス導入ラインと、
前記吸収塔の塔頂に、前記アミン系吸収液を循環させる吸収液循環ラインと、
前記導入された前記ガスの少なくとも一部を前記導入されたアミン系吸収液に吸収させる吸収部と、
前記吸収部の高さを1としたとき、塔頂側から2/9以上7/9以下の範囲内で前記吸収部内の温度を計測する計測部と、
下記式(1)で算出されるΔ1(i、j)が25℃以上1000℃、又は、下記式(2)で算出されるΔ2(i、j)が5℃以上30℃以下となったときに警報を発する警報装置を有する吸収塔。
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