JP3416443B2 - 脱炭酸塔内のアミンミストの減少方法 - Google Patents
脱炭酸塔内のアミンミストの減少方法Info
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Description
ガスをアミン吸収剤水溶液と脱炭酸塔内で気液接触させ
て二酸化炭素をアミン吸収剤水溶液に吸収する脱炭酸プ
ロセスにおいて、脱炭酸塔内で生成するアミンミストの
減少方法に関する。
は、多量の石炭、重油あるいは超重質油を燃料に用いて
おり、大気汚染防止及び地球環境の清浄化の見地から、
二酸化硫黄を主とする硫黄酸化物、窒素酸化物、二酸化
炭素等の放出に関する量的、濃度的抑制が問題になって
いる。最近、二酸化炭素については、フロンガスやメタ
ンガスと共に地球の温暖化の見地から、排出の抑制が検
討されている。そのため、例えば、PSA(圧力スウィ
ング)法、膜分離濃縮法及び塩基性化合物との反応によ
る固定化、植物の同化作用による固定化、分離精製後液
化ないし固形化する方法、水添による再燃料化する方法
等が検討されている。このため、従来の技術として下記
の技術が知られている。特開平6−86911号公報に
脱硫、脱炭酸を同時に行う方法が提案されている。この
方法では、アミンと二酸化炭素との反応が発熱反応であ
るために、吸収液の温度が上がりアミンの蒸気圧が高く
なる。したがって、ガスに同伴されるアミンの量が増加
するので、アミン回収部を設けて水と気液接触させ同伴
するアミンの一部を水相に回収していた。
アミンのベーパー量を減少したり、排煙に霧状に同伴す
る水滴のような粒子径が、例えば5μm以上の、大きい
ものはデミスターにより除去できるが、アミンと二酸化
炭素が結合して生じた粒径の小さいミストを除去するこ
とは困難である。
のアミンの存在状態を種々検討した結果、吸収塔内の気
液接触温度を50℃以内にすることにより、さらに、接
触温度範囲を45〜50℃にすることにより、アミンが
二酸化炭素と結合してミストを形成する(本発明でアミ
ンミストという)量を著しく減少できることを見いだ
し、本発明を完成するに至った。
をアミン吸収剤水溶液と脱炭酸塔内で気液接触させて二
酸化炭素をアミン吸収剤水溶液に吸収するプロセスにお
いて、脱炭酸塔の気液接触の行われる全領域で気液接触
温度を50℃以下にして気液接触を行うことによる脱炭
酸塔内のアミンミストの減少方法であり、さらに、脱炭
酸塔内の気液接触温度を45〜50℃に保持することに
よる脱炭酸塔内のアミンミストの減少方法であり、下記
熱交換器(A)又は(B): (A):間に気体の流路を形成するよう鉛直状態に隔置
された多数の伝熱プレートと、該プレートの各々の内部
に形成され、熱媒体が流れる熱媒体流路と、気体流路に
面した伝熱プレート側面に取り付けられた網状体とから
なる気液接触プレート式熱交換器、(B):多数のパイ
プ軸の周囲にパイプ軸に対して垂直に多数のフィンを装
着したヒートパイプで、フィンが金属板状体の両表面に
網状体を貼着した素材からなり、フィンの上部から流下
する液体とフィンの下部から供給される気体との気液接
触面を形成するヒートパイプ式熱交換器、を脱炭酸塔内
に設けて、脱炭酸塔内の気液接触温度を45〜50℃に
保持することによる脱炭酸塔内のアミンミストの減少方
法である。
むガスとは、燃料用のガスであっても、燃料の燃焼排ガ
スであっても、その他様々なガスであってもよい。対象
となるガスは、さらに、水分や硫黄酸化物、窒素酸化
物、酸素あるいはその他の酸性ガスを含んでいてもよ
い。ガスの圧力は加圧であっても、減圧であってもよ
く、温度は低温であっても、高温であってもよく、アミ
ン吸収剤水溶液と接触する前に所定温度以下に冷却され
るガスであれば、特に制限はない。好ましくは、脱硫後
の常圧の燃焼排ガスである。
液は、アミン吸収剤の10〜60%水溶液である。アミ
ン吸収剤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、2−エチルアミノエタノール、2
−イソプロピルアミノエタノール、ブチルエタノールア
ミン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、2−ジメチルアミノエタノール、
2−ジエチルアミノエタノール、メチルジエタノールア
ミン、トリエチレンジアミンのようなアルコール性水酸
基含有3級アミン類、ピペラジン、2−メチルピペラジ
ン、ジメチルピペラジン、1−(2−ヒドロキシエチ
ル)ピペラジン、2−ピペリジンエタノール、ピペリジ
ン類、ピロリジン類、2−ピリジンメタノールのような
環状アミン類、エチレンジアミン、ジエチレントリアミ
ン、キシリレンジアミン、1,3−ジアミノ−2−プロ
パノール、2−(2−アミノエチルアミノ)エタノール
のようなポリアミン類等が挙げられる。これらは組み合
わせて使用したり、二酸化炭素吸収促進剤、あるいは塩
基性炭酸銅のような腐食防止剤を、さらには、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
フォラン等を加えることができる。
液(吸収液と略称する)との気液接触を行う脱炭酸塔は
充填塔であっても、棚段塔であってもよい。脱炭酸塔は
二酸化炭素を吸収するための部分(吸収部という)の上
段に、冷水を降らせるようなアミン回収部を備えていて
もよい。さらに、脱炭酸塔の上にデミスターのようなミ
スト分離装置を設けてもよい。デミスターとしては、通
常使用される、流路壁に衝突させるものでも、板状や網
状やファイバー状の障害物にに衝突させるものでもよ
い。
に錯体またはカーバメートのような化合物を形成して発
熱するために、脱炭酸塔内の吸収液の温度が上昇する。
二酸化炭素を吸収した吸収液は再生工程で80〜150
℃に加熱されて及び/又は減圧されて二酸化炭素を放出
して再生される。再生された吸収液は、所定の温度に冷
却された後、脱炭酸塔の充填部の上部に加えられる。再
生搭上部から放出された二酸化炭素は水分を伴うので、
コンデンサーにより冷却されて二酸化炭素と水に分離さ
れ、水は前記脱炭酸塔のアミン回収部の吸収用の水に使
用してもよい。
温の方が二酸化炭素の飽和吸収量が増加するが、あまり
に低くすると二酸化炭素吸収速度が遅くなったり、ま
た、再生工程で上記温度に加熱されるので、再生後の吸
収液を冷却するために多くの冷却水が必要になるという
問題が生ずる。このため、前述のアミンを吸収剤に使用
した場合には、脱炭酸塔に供給される吸収液の温度は、
好ましくは、30ないし50℃である。
50℃である。気液接触を行う二酸化炭素を含むガスと
吸収液との比率は液ガス比で0.5〜5リットル/Nm
3である。これにより、ガス中の二酸化炭素を80%以
上除去することができる。
むガスの温度が50℃で、脱炭酸塔に供給される吸収液
の温度が40℃である時、脱炭酸塔における塔上部から
下部に向けての温度分布は、吸収部を出て冷却部へ入る
手前では70℃弱、吸収液を供給する吸収部頂部では7
0℃以上、吸収部で60〜70℃、吸収部最下部で55
℃、塔底液では50℃強である。このように、脱炭酸塔
内の吸収液の温度が60〜70℃のような高温になるた
めに、アミンの蒸気圧が高くなり、蒸気となったアミン
が二酸化炭素と反応して微細なアミン・二酸化炭素ミス
トを形成する。このようなミストは回収部で冷水でクエ
ンチしても、前記の通常のデミスターで捕集しようとし
ても気液接触が悪く、回収が困難であり、アミン吸収剤
のロスの原因になる。
領域で気液接触温度を50℃以下にしてアミンの蒸気量
を減少し、アミンミストの生成量を減少し、さらには、
温度分布を5℃以下に制限することにより、アミンミス
トの粒径の分布を狭くすることが可能となり、結果とし
てアミンのロスが著しく減少する。
は、吸収塔内の吸収液を吸収部の中間で外部に取り出し
て外部熱交換器により冷却し、冷却された吸収液を吸収
塔内に戻す方法、又は内部熱交換器を吸収塔内に設置し
て、吸収液を冷却する方法がある。熱交換器としては、
単管式、二重管式、多管式、シェルアンドチューブ式、
プレート式、プレートフィン式、スパイラル式、パネル
型、ブロック式、ジャケット型等のものが挙げられる。
内部熱交換器を使用する場合、使用する熱交換器の種類
によるが、二酸化炭素吸収部を2ないし10段に分割し
て熱交換器を設けて吸収液及び燃焼排ガスを冷却しても
よい。外部熱交換器を使用する場合、外部に取り出され
た吸収液は、別々の熱交換器により所定の温度に冷却さ
れて別々にリサイクルされてもよいし、集められて一つ
の熱交換器により所定の温度に冷却されて別々にリサイ
クルされてもよい。塔内の気液接触温度を50℃以下に
するために、上記の方法を種々組み合わせて用いること
ができる。
たはそれより狭くするには、上記冷却方法を吸収塔内に
多数設けることにより行うことができる。好ましくは、
プレート式熱交換器またはヒートパイプ式熱交換器を内
部熱交換器として使用することにより行うことができ
る。上記プレート式熱交換器としては、好ましくは、間
に気体の流路を形成するよう鉛直状態に隔置された多数
の伝熱プレートと、該プレートの各々の内部に形成さ
れ、熱媒体が流れる熱媒体流路と、気体流路に面した伝
熱プレート側面に取り付けられた網状体とからなる気液
接触プレート式熱交換器である(特許公開公報平7−1
03685)。また、上記ヒートパイプ式熱交換器は、
好ましくは、多数のパイプ軸の周囲にパイプ軸に対して
垂直に多数のフィンを装着したヒートパイプで、フィン
が金属板状体の両表面に網状体を貼着した素材からな
り、フィンの上部から流下する液体とフィンの下部から
供給される気体との気液接触面を形成するものである
(特許公開公報平7−103674)。このヒートパイ
プ式熱交換器を使用することにより、塔内の温度分布を
従来の熱交換しない場合に比較して1/10以下に狭め
ることができる。
外部熱交換器により吸収液を冷却するプロセスフローダ
イヤグラムである。二酸化炭素を含む燃焼排ガス1を、
脱炭酸塔2内の下部に設けられた二酸化炭素吸収部3の
下方に供給し、吸収液を二酸化炭素吸収部3の頂部より
供給して、向流に気液接触させ、排ガス中の二酸化炭素
を吸収する。二酸化炭素吸収部3は多段に分割されてお
り、それぞれの段の吸収液の必要量が外部に取り出さ
れ、外部熱交換器21により所定の温度に冷却された
後、再び二酸化炭素吸収部3に戻される。これにより、
脱炭酸塔内の吸収液及び燃焼排ガスが冷却され、気液接
触温度が50℃以下に保たれる。残りのガスはアミン回
収部4を上昇し、アミン回収部4の頂部から供給される
水と気液接触されて、同伴するアミンが水相に回収され
る。脱炭酸塔2の排出ガス5は、脱炭酸塔2の後流に設
けられたデミスター6により、ミストを捕集され、残ガ
ス7が大気に放出される。
は、再生された吸収液と熱交換器8により加熱され、再
生塔9に供給され、80〜150℃に加熱されて二酸化
炭素を放出し再生される。再生されたアミン吸収液は、
熱交換器8により冷却され、さらに冷却器12で所定の
温度にまで冷却されて、二酸化炭素吸収部3の頂部にリ
サイクルされる。再生塔9の頂部から放出された二酸化
炭素は、水分で飽和されており、コンデンサー10によ
り冷却され、分離器11により水を分離する。分離され
た水は一部は、再生塔10に還流され、残りはアミン回
収部4に供給される。
収部3には内部熱交換器20(図示せず)が設けられて
おり、冷却水21により冷却される。これにより、脱炭
酸塔内の吸収液及び燃焼排ガスが冷却され、気液接触温
度が50℃以下に保たれる。
換器20として、プレート式熱交換器30を少なくとも
一つ設けることにより温度幅の低い気液接触を行うこと
ができる。図2に示すように、プレート式熱交換器30
は、間に気体37の流れる気体通路32を形成するよう
鉛直状態に隔置された多数の伝熱プレート31(各プレ
ートはパイプ38により連通され熱媒体33が流れる)
と、該プレートの各々の内部に形成され、熱媒体33が
流れる熱媒体通路34と、気体通路に面した伝熱プレー
ト側面に取り付けられ、その表面を液体36が流れる網
状体35とからなる。
部熱交換器20として、ヒートパイプ式熱交換器40を
少なくとも一つ設けることにより温度幅の低い気液接触
を行うことができる。図3に示すように、ヒートパイプ
式熱交換器40は多数のヒートパイプ軸41の周囲にヒ
ートパイプ軸41に対して垂直に多数のフィン42を装
着したヒートパイプで、図4に示すようにフィンが金属
板状体43の両表面に網状体44を貼着した素材からな
り、フィンの上部から流下する液体46とフィンの下部
から供給される気体47との気液接触面を形成する。
たは所定の温度範囲以内にするために、塔内の必要部位
に温度検出端子を設け、ガス温度、ガス流量、吸収液温
度、吸収液量、脱炭酸塔内気液接触温度等に合わせて、
冷却水温度、流量等を調節して行われる。
るが、本発明はこれらに限定されるものではない。な
お、吸収液中又は排ガス中のフリーアミンの量はガスク
ロマトグラフにより測定した。また、排ガスに同伴され
るフリーアミンと錯体又はカーバメートを生成したアミ
ンの合計量は、排ガスを希硫酸に吸収させ硫酸アミンと
して補足し、イオンクロマトグラフにより測定し、全ア
ミンとした。また、濃度はmg/Nm3で表した。
素10%を含む脱硫後燃焼排ガス500Nm3/hr
を、脱炭酸塔の二酸化炭素吸収部に供給し、38℃に冷
却されたモノエタノールアミン30重量%の水溶液を二
酸化炭素吸収部の頂部から供給し、ガス/液比(Nm3
/リットル)2.0で気液接触させ、二酸化炭素を吸収
した。この時、脱炭酸塔の二酸化炭素吸収部の温度分布
は、脱炭酸塔吸収部における上部から下部に向けての温
度分布は、吸収部を出て回収部へ入る手前では65℃、
吸収部頂部では71℃、吸収部上段で68℃、中段で6
2℃、下段で54℃、塔底液では52℃であった。脱炭
酸塔吸収部から上昇する排ガスは、アミン回収部で、洗
浄水と45℃で気液接触させ、アミンを水相に回収し
た。脱炭酸塔排ガスは、脱炭酸塔の後流水平部に設置さ
れたデミスター(ステンレス製ワイヤーメッシュ型、層
厚み200mm)を45℃で通過し、ミストを捕集され
た後、大気に放出された。二酸化炭素を吸収した吸収液
は、再生塔により130℃に加熱され、二酸化炭素を放
出した後38℃に冷却され、脱炭酸塔吸収部頂部にリサ
イクルされた。二酸化炭素吸収率は約90%であった
が、デミスター出口の排ガス中の全アミン濃度は12m
g/Nm3であり、アミンミスト濃度は10mg/Nm3
であった。
素10%を含む脱硫後燃焼排ガス500Nm3/hr
を、脱炭酸塔の二酸化炭素吸収部に供給し、38℃に冷
却されたモノエタノールアミン30重量%の水溶液を二
酸化炭素吸収部の頂部から供給し、ガス/液比2.0で
気液接触させ、二酸化炭素を吸収した。脱炭酸塔の二酸
化炭素吸収部は3段に分割され、吸収液は分割された上
段と中段の各底部に設けられた集液装置から、2つの外
部熱交換器に供給されそれぞれ38℃に冷却され、再度
二酸化炭素吸収部の各次の段に供給した。この時、脱炭
酸塔の二酸化炭素吸収部の温度分布は、脱炭酸塔吸収部
における上部から下部に向けての温度分布は、吸収部を
出て回収部へ入る手前では50℃弱、吸収部頂部では5
0℃、吸収部上段で50℃、中段で48℃、下段で45
℃、塔底液では45℃であった。脱炭酸塔吸収部から上
昇する排ガスは、アミン回収部で、洗浄水と45℃で気
液接触させ、アミンを水相に回収した。脱炭酸塔排ガス
は、脱炭酸塔の後流水平部に設置されたデミスター(ス
テンレス製ワイヤーメッシュ型、層厚み200mm)を
45℃で通過し、ミストを捕集された後、大気に放出さ
れた。二酸化炭素を吸収した吸収液は、再生塔により1
30℃に加熱され、二酸化炭素を放出した後38℃に冷
却され、脱炭酸塔吸収部頂部にリサイクルされた。二酸
化炭素吸収率は約90%であった。また、デミスター出
口の排ガス中の全アミン濃度は7mg/Nm3であり、
アミンミスト濃度は6mg/Nm3であった。
素10%を含む脱硫後燃焼排ガス500Nm3/hr
を、脱炭酸塔の二酸化炭素吸収部に供給し、38℃に冷
却されたモノエタノールアミン30重量%の水溶液を二
酸化炭素吸収部の頂部から供給し、ガス/液比2.0で
気液接触させ、二酸化炭素を吸収した。脱炭酸塔の二酸
化炭素吸収部に、多数のパイプ軸の周囲にパイプ軸に対
して垂直に多数のフィンを装着したヒートパイプで、フ
ィンが金属板状体の両表面に網状体を貼着したSUS3
04L金属材からなり、フィンの上部から流下する吸収
液とフィンの下部から供給される燃焼排ガスとの気液接
触面を形成するヒートパイプ式熱交換器を設け、ヒート
パイプ式熱交換器の放熱部を水冷した。温度分布は、吸
収部をでて回収部へ入る手前では50℃、吸収部のヒー
トパイプ式熱交換器の上部49℃、中部48℃、下部4
6℃、塔底液49℃であり気液接触が低温度で均一に行
われていることが判った。脱炭酸塔吸収部から上昇する
排ガスは、アミン回収部で、洗浄水と45℃で気液接触
させ、アミンを水相に回収した。脱炭酸塔排ガスは、脱
炭酸塔の後流水平部に設置されたデミスター(ステンレ
ス製ワイヤーメッシュ型、層厚み200mm)を45℃
で通過し、ミストを捕集された後、大気に放出された。
二酸化炭素吸収率は約90%であった。また、デミスタ
ー出口の排ガス中の全アミン濃度は4mg/Nm3であ
り、アミンミスト濃度は3mg/Nm3であった。
温度を50℃以下に維持することにより、さらには、温
度分布を45ないし50℃にすることにより、アミンミ
ストの形成量を減少することが、さらにはその粒径分布
を狭くすることが可能となり、アミンミストの形成量を
従来よりも大幅に減少することが可能となり、アミンの
ガスの同伴によるロス量を低下することが可能となっ
た。
器の横方向から見た概略側面図である。
断面図である。
構成するヒートパイプの拡大斜視図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 二酸化炭素を含むガスをアミン吸収剤水
溶液と脱炭酸塔内で気液接触させて二酸化炭素をアミン
吸収剤水溶液に吸収するプロセスにおいて、脱炭酸塔の
気液接触の行われる全領域で気液接触温度を45〜50
℃に保持することによる脱炭酸塔内のアミンミストの減
少方法。 - 【請求項2】 下記熱交換器(A)又は(B):
(A):間に気体の流路を形成するよう鉛直状態に隔置
された多数の伝熱プレートと、該プレートの各々の内部
に形成され、熱媒体が流れる熱媒体流路と、気体流路に
面した伝熱プレート側面に取り付けられた網状体とから
なる気液接触プレート式熱交換器、(B):多数のパイ
プ軸の周囲にパイプ軸に対して垂直に多数のフィンを装
着したヒートパイプで、フィンが金属板状体の両表面に
網状体を貼着した素材からなり、フィンの上部から流下
する液体とフィンの下部から供給される気体との気液接
触面を形成するヒートパイプ式熱交換器、を脱炭酸塔内
に設けて、脱炭酸塔内の気液接触温度を45〜50℃に
保持することによる請求項1記載の脱炭酸塔内のアミン
ミストの減少方法。 - 【請求項3】 二酸化炭素を含むガスをアミン吸収剤水
溶液と脱炭酸塔内で向流に気液接触させて二酸化炭素を
アミン吸収剤水溶液に吸収するプロセスにおいて、吸収
塔内の吸収液を吸収部の中間で外部に取り出して外部熱
交換器により冷却し、冷却された吸収液を吸収塔内に戻
すことにより、又は内部熱交換機を吸収塔内に設置し
て、吸収液を冷却することにより、脱炭酸塔の気液接触
の行われる全領域で気液接触温度を50℃以下とし、か
つ、温度分布を5℃以下にして気液接触を行うことによ
る脱炭酸塔内のアミンミストの減少方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP02723997A JP3416443B2 (ja) | 1997-01-27 | 1997-01-27 | 脱炭酸塔内のアミンミストの減少方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP02723997A JP3416443B2 (ja) | 1997-01-27 | 1997-01-27 | 脱炭酸塔内のアミンミストの減少方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10202053A JPH10202053A (ja) | 1998-08-04 |
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JP02723997A Expired - Lifetime JP3416443B2 (ja) | 1997-01-27 | 1997-01-27 | 脱炭酸塔内のアミンミストの減少方法 |
Country Status (1)
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JP (1) | JP3416443B2 (ja) |
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