JP2022189980A - 吸収液再生装置及びこれを備えたco2回収装置並びに吸収液再生方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】吸収液再生装置は、CO2吸収液を再生するための再生塔と、前記再生塔からの放出ガスをCO2ガスと凝縮水とに分離し、前記凝縮水を前記再生塔に還流させるように構成された還流水ドラムと、前記還流水ドラムの気相部内、または、前記気相部から流出した前記CO2ガスが流れるCO2流路上に設けられ、前記CO2ガスに含まれるCO2吸収剤を洗浄液により除去するように構成された洗浄部と、を備え、前記洗浄液は、前記還流水ドラムの液相部に貯留された前記凝縮水に比べて、前記CO2吸収剤の濃度が低いことを特徴とする。
【選択図】図1
Description
具体的には、引用文献1記載のCO2回収システムでは、吸収塔から再生塔に導かれたCO2吸収液は、再生塔において蒸気で加熱されることによりCO2を含むガスを放出し、再生される。放出されたガスは、還流水ドラムにおいて、CO2ガスと還流水とに分離される。還流水ドラムから放出されたCO2ガスは、圧縮機及び冷却器を経て分離器に導かれ、この分離器において、CO2ガスと、微量のCO2吸収剤を含む凝縮水とに分離され、これらのうち凝縮水は再生塔底部に供給される。これにより、CO2吸収剤の系外への持ち出しが抑制され、CO2吸収液の再生を効果的に行うことができるようになっている。
CO2吸収液を再生するための再生塔と、
前記再生塔からの放出ガスをCO2ガスと凝縮水とに分離し、前記凝縮水を前記再生塔に還流させるように構成された還流水ドラムと、
前記還流水ドラムの気相部内、または、前記気相部から流出した前記CO2ガスが流れるCO2流路上に設けられ、前記CO2ガスに含まれる前記CO2吸収剤を洗浄液により除去するように構成された洗浄部と、
を備え、
前記洗浄液は、前記還流水ドラムの液相部に貯留された前記凝縮水に比べて、前記CO2吸収剤の濃度が低いことを特徴とする。
前記洗浄部は、前記還流水ドラムの前記気相部内に設けられ、
前記吸収液再生装置は、
前記還流水ドラムの前記気相部内において前記洗浄部に前記洗浄液を供給するように構成された洗浄液供給部を備える。
前記吸収液再生装置は、
前記還流水ドラムの前記気相部において前記洗浄部の下方に配置され、前記洗浄部からの前記洗浄液を貯留可能に構成されたトレイと、
前記トレイに貯留された前記洗浄液を、前記洗浄液供給部へと循環させるための循環ラインと、
を備える。
前記吸収液再生装置は、
前記CO2流路上において前記還流水ドラムとは別に設けられた洗浄ドラムをさらに備え、
前記洗浄部は、前記洗浄ドラム内において、前記洗浄ドラムの下部に形成される前記洗浄液の液溜り部の上方に設けられ、
前記洗浄ドラム内において前記洗浄部に前記洗浄液を供給するように構成された洗浄液供給部を備える。
前記吸収液再生装置は、
前記液溜り部に貯留された前記洗浄液を、前記洗浄液供給部へと循環させるための循環ライン
を備える。
前記吸収液再生装置は、
前記CO2流路上に設けられ、前記CO2ガスを圧縮するためのコンプレッサと、
前記CO2流路上において前記コンプレッサの下流側で生じた凝縮水であるコンプレッサ凝縮水を、前記洗浄液として前記洗浄部に向けて導くように構成された第1洗浄液ラインと、
を備える。
前記吸収液再生装置は、
前記CO2流路上において前記コンプレッサの下流側に位置し、前記CO2ガスから分離した前記コンプレッサ凝縮水を貯留するためのコンプレッサ凝縮水ドラムを備え、
前記第1洗浄液ラインは、前記コンプレッサ凝縮水ドラム内の前記コンプレッサ凝縮水を、前記洗浄液として前記洗浄部に向けて導くように構成される。
前記洗浄液としての純水を前記洗浄部に向けて導くように構成された第2洗浄液ライン
を備える。
また、最終的に得られる製品CO2中のCO2吸収剤の濃度を効果的に低減可能であるため、例えば、製品CO2におけるCO2吸収剤の濃度基準が厳格である場合に上記(8)の構成は有利である。
前記洗浄液としての純水を前記洗浄部に向けて導くように構成された第2洗浄液ラインと、
前記第1洗浄液ライン又は前記第2洗浄液ラインの少なくとも一方からの前記洗浄液が前記洗浄部に導かれるように、前記洗浄液の供給ラインを選択可能に構成されたライン切換部と、
を備える。
例えば、コンプレッサ凝縮水が洗浄に適している場合は、コンプレッサ凝縮水を優先的に用いることにより、吸収液再生装置系内の資源を用いて効率的にCO2ガスの洗浄を行うことが出来る。一方、純水が洗浄に適している場合は、純水を優先的に用いることにより、より製品CO2の残留CO2吸収剤濃度を低下させることが出来る。さらに、コンプレッサ凝縮水のCO2吸収剤濃度が高くなり、CO2ガスの洗浄に適さなくなった場合は、純水を洗浄液として使うことが出来る。
よって、ライン切換部によって使用する洗浄液を適切に選択することで、吸収液再生装置系内の資源を有効活用しながら、CO2吸収剤の系外への持ち出しを効果的に抑制できる。
前記CO2吸収液と排ガスを接触させて前記CO2ガスを除去する吸収塔と、
上記(1)乃至(9)の何れか一つに記載の吸収液再生装置と、
を備える。
再生塔において、CO2吸収液を再生するステップと、
前記再生塔からの放出ガスを還流水ドラムに導き、該還流水ドラムにおいてCO2ガスと凝縮水とに分離するステップと、
前記還流水ドラムの気相部、または、前記気相部から流出した前記CO2ガスが流れるCO2流路上に設けられた洗浄部において、前記CO2ガスを洗浄液に接触させて、前記CO2ガスに含まれる前記CO2吸収剤を除去するステップと、
を備え、
前記洗浄液は、前記還流水ドラムの液相部に貯留された前記凝縮水に比べて、前記CO2吸収剤の濃度が低いことを特徴とする。
前記洗浄部は、前記還流水ドラムの前記気相部内に設けられ、
前記還流水ドラムの前記気相部内において前記洗浄部の上方に位置する洗浄液供給部から、前記洗浄部に前記洗浄液を供給するステップを備える。
前記還流水ドラムの前記気相部において前記洗浄部の下方に配置されたトレイによって、前記洗浄部からの前記洗浄液を貯留するステップと、
前記トレイに貯留された前記洗浄液を、前記洗浄液供給部へと循環させるステップと、
を備える。
前記CO2流路上に設けられたコンプレッサにより、前記CO2ガスを圧縮するステップと、
前記CO2流路上において前記コンプレッサの下流側に位置するコンプレッサ凝縮水ドラムにより、前記CO2ガスから分離した水をコンプレッサ凝縮水として貯留するステップと、
第1洗浄液ラインを介して、前記コンプレッサ凝縮水ドラム内の前記コンプレッサ凝縮水を前記洗浄液として前記洗浄部に向けて導くステップと、
を備える。
第2洗浄液ラインを介して、前記洗浄液としての純水を前記洗浄部に向けて導くステップと、
前記第1洗浄液ライン又は前記第2洗浄液ラインの少なくとも一方からの前記洗浄液が前記洗浄部に導かれるように、前記洗浄液の供給ラインを選択するステップと、
を備える。
例えば、コンプレッサ凝縮水が洗浄に適している場合は、コンプレッサ凝縮水を優先的に用いることにより、吸収液再生装置系内の資源を用いて効率的にCO2ガスの洗浄を行うことが出来る。一方、純水が洗浄に適している場合は、純水を優先的に用いることにより、より製品CO2の残留CO2吸収剤濃度を低下させることが出来る。さらに、コンプレッサ凝縮水のCO2吸収剤濃度が高くなり、CO2ガスの洗浄に適さなくなった場合は、純水を洗浄液として使うことが出来る。
よって、ライン切換部によって使用する洗浄液を適切に選択することで、吸収液再生装置系内の資源を有効活用しながら、CO2吸収剤の系外への持ち出しを効果的に抑制できる。
ただし、本発明の範囲は以下実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
CO2回収装置400は、工場などから排出された排ガス500とCO2吸収液300とを吸収塔1内で気液接触させて、排ガス500中のCO2ガスを回収する機能を有する。CO2ガスを吸収したCO2吸収液300(リッチ吸収液302)は、吸収液再生装置450へと導かれる。
吸収部10は、CO2吸収剤を含むCO2吸収液300を排ガス500に接触させるための気液接触部11と、気液接触部11の上方に設けられるCO2吸収液供給部12とを含む。排ガス500は、気液接触部11において、CO2吸収液供給部12により上方から供給されるCO2吸収液300と対向流接触する。
リッチ吸収液302には、排ガス500から吸収したCO2ガスが多く含まれる。
気液接触部11を通過後の排ガス500には、排ガス500の温度における飽和蒸気圧の関係から、CO2吸収剤が含まれる。このため、気液接触部11を通過後の排ガス500に含まれたCO2吸収剤を回収するため、吸収部10の上方に位置する水洗部20において、排ガス500を水洗してもよい。
排ガス500は、吸収部10を通った後、チムニートレイ26の開口部を介して気液接触部21へと上昇する。なお、チムニートレイ26は、開口部を介して下方から上方へと気体を通過させるが、上方から下方へは液体を通過させない構成となっている。
気液接触部21において、上昇してきた排ガス500と、洗浄水供給部22から供給された洗浄水24が気液接触することにより、排ガス500中のCO2吸収剤が洗浄水24に溶解する。
排ガス500を洗浄した後の洗浄水24は、気液接触部21から落下し、チムニートレイ26の液貯留部28に貯留される。液貯留部28に貯留された洗浄水24は、洗浄水循環ポンプ30によって、洗浄水循環ライン29を介して循環されて、再び、洗浄水供給部22から気液接触部21に向けて供給される。
リッチ吸収液302は、リッチ吸収液供給ライン40に設けられたリッチ吸収液循環ポンプ42によって、吸収塔1の塔底部3から、再生塔50の塔頂部55側に設けられるリッチ吸収液供給部72へ供給される。
リッチ吸収液302は、リッチ吸収液供給部72によって、上方から充填部74に供給される。
リッチ吸収液302は、充填部74において、後述する飽和蒸気62により加熱され、CO2ガスを放出し、相対的にCO2の含有率が低いリーン吸収液304となる。
充填部74の下方には、リーン吸収液304を受け止めるチムニートレイ76が設けられている。
再生加熱器66には、加熱媒体(例えば、飽和蒸気)を再生加熱器66に供給するためのライン68が設けられている。再生加熱器66において加熱媒体と熱交換して加熱されたリーン吸収液304は、少なくとも一部が飽和蒸気62に相変化し、気液混相状態でリボイラライン64によりチムニートレイ76の下部に導かれる。こうして、再生加熱器66によって生成された飽和蒸気62は、チムニートレイ76を介して、再生塔50内を充填部74へと上昇する。
塔底部53に貯留されたリーン吸収液304は、再生塔50の塔底部53からリーン溶液送給ライン44より抜き出され、リーン溶液送給ポンプ46によって、吸収塔1のCO2吸収液供給部12に送給される。吸収塔1のCO2吸収液供給部12に戻されたリーン吸収液304は、上述したCO2吸収液300として再利用される。
図6に示すように、再生塔50の還流部80には、複数段のトレイ82a~82dが設けられていてもよい。
図6に示すように、放出部70で放出されたCO2ガスは、還流部80のトレイ82a~82dに流れる還流水312と複数回(ここでは4回)に亘って気液接触することにより、CO2吸収剤が除去され、洗浄される。
なお、図6では4段のトレイ82a~82dを図示したが、トレイの段数は何段であってもよい。
CO2ガスは、CO2ガスライン90上のコンデンサ92により冷却される。それにより、CO2ガス中の水蒸気が凝縮される。
コンデンサ92を通過後のCO2ガスは、CO2ガスライン90の出口側に設けられた還流水ドラム100において、CO2ガスと凝縮水310に分離される。
塔底部103に貯留された凝縮水310は、還流水312として、還流水送給ライン94を介して、再生塔50の還流部80に送給される。還流水312の送給は、還流水循環ポンプ96により行われる。
なお、nは、1以上の整数である。
水分が除去されたCO2ガスは、コンプレッサ凝縮水ドラム150の塔頂部155から放出される。
以下、図1~図5を用いて、本発明の幾つかの実施形態にかかるCO2回収装置400における洗浄部200の構成について説明する。
洗浄部200は、還流水ドラム100の気相部内、または、還流水ドラム100の気相部から流出したCO2ガスが流れるCO2流路上に設けられる。
洗浄部200において、CO2ガスと洗浄液を気液接触させることにより、CO2ガスに含まれるCO2吸収剤を除去する。洗浄液には、還流水ドラム100の液相部に貯留された凝縮水310に比べて、CO2吸収剤の濃度が低ければ、どのような液体を用いてもよい。
このように、還流水ドラム100(100A,100B)内に洗浄部200(200A,200B)を設けることで、洗浄部200の設置のためのスペースを削減し、省スペース化を図ることができる。
このように、還流水ドラム100とは別に設けられた洗浄ドラム250(250C,250D)中に洗浄部200(200C,200D)を設けることで、CO2ガスと洗浄液とが気液接触して残留CO2吸収剤を除去するのに十分な気液接触部の容積を確保できる。
なお、洗浄ドラム250の液溜り部260に貯留された洗浄液は、系外に排出するのではなく、CO2回収装置400の上流側に戻してもよい。例えば、図3に示す例では、液溜り部260Cの洗浄液は、還流水ドラム100Cへと送給される。
洗浄液供給部202Bから洗浄部200Bに供給された洗浄液は、洗浄部200Bを通過した後、洗浄部200Bの下方のトレイ204Bに貯留される。トレイ204Bに貯留された洗浄液は、循環ポンプ208Bにより、循環ライン206Bを介して洗浄液供給部202Bに戻され、再度CO2ガスの洗浄に用いられる。
このように洗浄液を循環させることで、洗浄液を効果的に再利用できる。
洗浄ドラム250Dの液溜り部260Dに貯留された洗浄液は、循環ポンプ208Dにより、循環ライン206Dを介して洗浄液供給部202Dに戻されて、再度CO2ガスの洗浄に用いられる。
このように洗浄液を循環させることで、洗浄液を効果的に再利用できる。
なお、コンプレッサ凝縮水320の全量を洗浄液として活用しない場合、洗浄液として用いられなかったコンプレッサ凝縮水320は、還流水ドラム100に戻してもよい。
これに対し、図2に示すように、循環ライン206Bが設けられている吸収液再生装置450Bにおいては、第1洗浄液ライン810Bは、洗浄液供給部202Bにコンプレッサ凝縮水320を導くように構成されていてもよいし、トレイ204Bにコンプレッサ凝縮水320を導くように構成されていてもよい。さらに、図4に示すように、循環ライン206Dが設けられている吸収液再生装置450Dにおいては、第1洗浄液ライン810Dは、洗浄液供給部202Dにコンプレッサ凝縮水320を導くように構成されていてもよいし、液溜り部260Dにコンプレッサ凝縮水320を導くように構成されていてもよい。
図1~図5に示す実施形態では、吸収液再生装置450(450A~450E)は、洗浄液としての純水850を洗浄部200に向けて導くように構成された第2洗浄液ライン860を備える。
純水850には実質的にCO2吸収剤は含まれていないため、上述のように、洗浄液として純水850を用いることで、一層効果的にCO2ガスを洗浄することが出来る。
一方、図2に示すように、循環ライン206Bが設けられている吸収液再生装置450Bにおいては、第2洗浄液ライン860Bは洗浄液供給部202Bに純水850を導くように構成されていてもよいし、トレイ204Bに純水850を導くように構成されていてもよい。さらに、図4に示すように、循環ライン206Dが設けられている吸収液再生装置450Dにおいては、第2洗浄液ライン860Dは洗浄液供給部202Dに純水850を導くように構成されていてもよいし、液溜り部260Dに純水850を導くように構成されていてもよい。
図1~図5に示す吸収液再生装置450は、第1洗浄液ライン810又は第2洗浄液ライン860の少なくとも一方からの洗浄液が洗浄部200に導かれるように、洗浄液の供給ラインを選択可能に構成されたライン切換部880を備える。
例えば、コンプレッサ凝縮水320が洗浄に適している場合は、コンプレッサ凝縮水320を優先的に用いることにより、吸収液再生装置450系内の資源を用いて効率的にCO2ガスの洗浄を行うことが出来る。一方、純水850が洗浄に適している場合は、純水850を優先的に用いることにより、より製品CO21000の残留CO2吸収剤濃度を低下させることが出来る。さらに、コンプレッサ凝縮水320のCO2吸収剤濃度が高くなり、CO2ガスの洗浄に適さなくなった場合は、純水850を洗浄液として使うことが出来る。
また、上述のライン切換部880は、第1洗浄液ライン810から分岐して還流水ドラム100に接続される返送ライン812に設けられた第3バルブ883をさらに含む。
これらの第1バルブ881、第2バルブ882及び第3バルブ883を適宜操作することで、洗浄部200へのコンプレッサ凝縮水320及び純水850のそれぞれの供給量を調節することができる。
なお、以下で述べるCO2吸収液の再生方法は、上述したCO2回収装置400を用いて行ってもよい。
ここで、CO2ガスの洗浄に用いる洗浄液は、還流水ドラム100の液相部に貯留された凝縮水310に比べて、CO2吸収剤の濃度が低い。
このように、洗浄部200でCO2ガスの洗浄を行うことで(ステップS3)、CO2吸収剤の系外への持ち出しを効果的に抑制できる。
例えば、図1及び図2に示すように、還流水ドラム100の気相部内に設けられた洗浄部200(200A,200B)において、CO2ガスの洗浄を行ってもよい。この場合、還流水ドラム100の気相部内において洗浄部200の上方に位置する洗浄液供給部202から、洗浄部200に洗浄液を供給してもよい(ステップS4)。
あるいは、CO2ガスの洗浄場所は、図3及び図4に示すように、還流水ドラム100とは別に設けられた洗浄ドラム250(250C,250D)の気相部内に設けられた洗浄部200(200C,200D)であってもよいし、図5に示すように、何れかのコンプレッサ凝縮水ドラム150Eに設けられた洗浄部200Eであってもよい。
また、ライン切換部880を用いて、第1洗浄液ライン810または第2洗浄液ライン860の少なくとも一方を洗浄液供給ラインとして選択してもよい。ライン切換部880を用いた供給ライン選択によって使用する洗浄液を適切に選択することで、吸収液再生装置450系内の資源を有効活用しながら、CO2吸収剤の系外への持ち出しを効果的に抑制できる。
3 塔底部
5 塔頂部
7 ミストエリミネータ
10 吸収部
11 気液接触部
12 CO2吸収液供給部
20 水洗部
21 気液接触部
22 洗浄水供給部
24 洗浄水
26 チムニートレイ
28 液貯留部
29 洗浄水循環ライン
30 洗浄水循環ポンプ
40 リッチ吸収液供給ライン
42 リッチ吸収液循環ポンプ
44 リーン溶液送給ライン
46 リーン溶液送給ポンプ
50 再生塔
53 塔底部
55 塔頂部
62 飽和蒸気
64 リボイラライン
66 再生加熱器
68 ライン
70 放出部
72 リッチ吸収液供給部
74 充填部
76 チムニートレイ
80 還流部
82(82a~82d) トレイ
90 CO2ガスライン
92 コンデンサ
94 還流水送給ライン
96 還流水循環ポンプ
100 還流水ドラム
103 塔底部
105 塔頂部
150 コンプレッサ凝縮水ドラム
153 塔底部
155 塔頂部
160 後処理装置
162 ガス供給ライン
164 コンプレッサ
166 冷却器
200 洗浄部
202 洗浄液供給部
204B トレイ
206 循環ライン
208B,208D 循環ポンプ
250 洗浄ドラム
253 塔底部
260 液溜り部
300 CO2吸収液
302 リッチ吸収液
304 リーン吸収液
310 凝縮水
312 還流水
320 コンプレッサ凝縮水
400 回収装置
450 吸収液再生装置
500 排ガス
810 第1洗浄液ライン
812 返送ライン
850 純水
860 第2洗浄液ライン
880 ライン切換部
881 第1バルブ
882 第2バルブ
883 第3バルブ
1000 製品CO2
Claims (3)
- CO2吸収液を再生するための再生塔と、
前記再生塔からの放出ガスをCO2ガスと凝縮水とに分離し、前記凝縮水を前記再生塔に還流させるように構成された還流水ドラムと、
前記還流水ドラムの気相部内、または、前記気相部から流出した前記CO2ガスが流れるCO2流路上に設けられ、前記CO2ガスに含まれるCO2吸収剤を洗浄液により除去するように構成された洗浄部と、
を備え、
前記洗浄液は、前記還流水ドラムの液相部に貯留された前記凝縮水に比べて、前記CO2吸収剤の濃度が低い
ことを特徴とする吸収液再生装置。 - 前記洗浄部は、前記還流水ドラムの前記気相部内に設けられ、
前記還流水ドラムの前記気相部内において前記洗浄部に前記洗浄液を供給するように構成された洗浄液供給部を備える
ことを特徴とする請求項1に記載の吸収液再生装置。 - 前記還流水ドラムの前記気相部において前記洗浄部の下方に配置され、前記洗浄部からの前記洗浄液を貯留可能に構成されたトレイと、
前記トレイに貯留された前記洗浄液を、前記洗浄液供給部へと循環させるための循環ラインと、
を備えることを特徴とする請求項2に記載の吸収液再生装置。
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