JP5134578B2 - Ｃｏ２回収装置及びその方法 - Google Patents
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Description
本発明は、排ガス中のＣＯ2をＣＯ2吸収液に吸収し、排ガス中のＣＯ2を除去すると共に、ＣＯ2吸収液を再生して再利用するＣＯ2回収装置及びその方法に関する。
近年、地球の温暖化現象の原因の一つとして、ＣＯ2による温室効果が指摘され、地球環境を守る上で国際的にもその対策が急務となってきた。ＣＯ2の発生源としては化石燃料を燃焼させるあらゆる人間の活動分野に及び、その排出抑制への要求が一層強まる傾向にある。これに伴い大量の化石燃料を使用する火力発電所などの動力発生設備を対象に、ボイラの燃焼排ガスをアミン系のＣＯ2吸収液（以下、「吸収液」ともいう。）と接触させて吸収液中にＣＯ2を吸収させることで、燃焼排ガス中のＣＯ2を除去、回収する方法及び回収されたＣＯ2を大気へ放出することなく貯蔵する方法が精力的に研究されている。
吸収液を用い、排ガスからＣＯ2を吸収除去した後に、ＣＯ2を放散回収させ、吸収液は再生して再びＣＯ2吸収塔に循環して再使用する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
従来のＣＯ2回収装置の構成の一例を図４に示す。図４に示すように、従来のＣＯ2回収装置１００は、ボイラやガスタービン等の産業燃焼設備から排出されたＣＯ2を含有する排ガス１１とＣＯ2を吸収するＣＯ2吸収液１２とを接触させて排ガス１１からＣＯ2を除去するＣＯ2吸収塔１３と、ＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液（以下、「リッチ溶液」ともいう。）１４からＣＯ2を放散させてＣＯ2吸収液１２を再生する再生塔１５とを有する。
尚、図４中、符号１７はＣＯ2吸収塔１３でＣＯ2が除去された除去排ガス、符号１８はリッチ溶液１４を再生塔１５に送給するリッチソルベントポンプ、符号１９はリッチ溶液１４とリーン溶液１２とを熱交換するリッチ／リーンソルベント熱交換器、符号２０はリーン溶液１２をＣＯ2吸収塔１３に送給するリーンソルベントポンプ、符号２１はリーン溶液１２を冷却するリーンソルベントクーラ、符号２２は再生加熱器、符号２３は水蒸気を各々示す。
そして、このＣＯ2回収装置１００では、再生塔１５でＣＯ2を放散し、再生したＣＯ2吸収液（以下、「リーン溶液」ともいう。）１２はＣＯ2吸収塔１３でＣＯ2吸収液として再利用する。再生塔１５において回収されたＣＯ2ガス１６は、圧縮装置により圧縮されたのち、油田に圧入され石油増進回収（ＥＯＲ：Enhanced Oil Recovery）に利用したり、温暖化対策として帯水層へ貯留される他、化成品の合成原料としても利用される。
ここで、再生塔１５で回収したＣＯ2ガス１６を地中に圧入するプロセスの一例を図５に示す。再生塔１５で回収したＣＯ2ガス１６は、圧縮工程１０１にて昇圧され、パイプライン又は船舶等の輸送手段１０２により貯留地点の抗井１０３ａまで輸送される。貯留地点の抗井１０３ｂでは、例えば原油に随伴するガスをリサイクルガス精製設備１０４において精製したガス（以下、「リサイクルガス」ともいう。）１０５と混合して、圧入工程１０６により地中１０７に圧入される。このとき，リサイクルガス１０５中に硫化水素（Ｈ2Ｓ）が含まれていると、下記式のようにＣＯ2ガス１６中に含まれる酸素（Ｏ2）がＨ2Ｓと反応して固体の硫黄（Ｓ）を析出し、プラントの運転に影響を及ぼす虞がある。
２Ｈ2Ｓ ＋ Ｏ2 ＝２Ｓ ＋ ２Ｈ2Ｏ ・・・（１）
２Ｈ2Ｓ ＋ Ｏ2 ＝２Ｓ ＋ ２Ｈ2Ｏ ・・・（１）
また、ＣＯ2ガス１６中に残存する水分が圧縮により凝縮した場合に、酸素の共存により炭酸腐食が促進される虞もある。Ｓの析出を防止する他の方法として、圧縮器の立ち上げ時及び停止時にＮ2ガスを供給し、圧縮機や配管に残存した硫黄分（Ｓ分）やＯ2を除去する方法が採用されている（例えば、非特許文献１参照）。
また、ＣＯ2ガス中に残存する水分が圧縮により凝縮すると、炭酸腐食を引き起こす虞があるため、脱水塔においてＣＯ2ガスをモレキュラーシーブ又はジエチレングリコール（ＤＥＧ：diethylene glycol）やトリエチレングリコール（ＴＥＧ：Triethylene glycol）等の脱水剤と接触させ、ＣＯ2ガス中に含まれる水分を除去して炭酸腐食を防止する方法が採用されている。
図６は、再生塔で回収したＣＯ2ガスを圧縮する工程を示す図である。図６に示すように、再生塔１５の塔頂部からは塔内においてリッチ溶液１４およびセミリーン溶液から放出された水蒸気を伴ったＣＯ2ガス１６がガス排出ライン２５を介して導出され、コンデンサ２６により水蒸気を凝縮し、分離ドラム２７にて水２８が分離される。水蒸気を伴ったＣＯ2ガス１６は、第１の圧縮器２９−１〜第４の圧縮器２９−４で徐々に昇圧しながら圧縮することで圧縮ＣＯ2として回収している。
第１の圧縮器２９−１〜第４の圧縮器２９−４の各々の圧縮器の後流側には、第１の冷却器３０−１〜第４の冷却器３０−４、第１の分離器３１−１〜第４の分離器３１−４が各々設けられ、ＣＯ2ガス１６を圧縮することで生じる液体を除去するようにしている。また、第３の圧縮器２９−３と第４の圧縮器２９−４との間には脱水塔３３を設け、脱水剤（モレキュラーシーブ又はＤＥＧ又はＴＥＧ）３２と接触させてＣＯ2ガス１６中の水分を除去し、脱水している。
尚、図６中、符号３４は気液分離器、符号３５は分離ドラム２７にて分離された水２８を再生塔１５の上部に供給する凝縮水循環ポンプを各々図示する。
また、脱水塔内にミストキャッチャーを設け、脱水塔内に供給した脱水剤（ＤＥＧやＴＥＧなど）がＣＯ2ガスに同伴して脱水塔の後流側に送給されないように捕集するものが採用されている（例えば、非特許文献２参照）。
「Oil & Gas journal」,2006年9月4日発行,p74-84
「Oil & Gas journal」,2006年2月27日発行,p55-59
しかしながら、脱水塔３３内に前記ミストキャッチャーを設けた場合でも前記ミストキャッチャーで捕集し切れなかった脱水剤３２がＣＯ2ガス１６に混入したまま後流側の圧縮器などに送給されると、後流側の圧縮器内、配管内で析出、堆積し、脱水塔３３の後流側の圧縮器内、配管を損傷する虞がある、という問題がある。
また、ＣＯ２ガス１６中に残留したＯ2により装置や配管の閉塞を引き起こす虞がある、という問題がある。
更に、ＣＯ２ガス１６を原料とした化成品の合成原料として利用する場合、化成品に着色等が生じる虞がある、という問題がある。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、脱水塔内に供給した脱水剤が脱水塔の後流側の圧縮器等に送給されるのを防止するＣＯ2回収装置及びその方法を提供することを課題とする。
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、ＣＯ2を含有する排ガスとＣＯ2吸収液とを接触させて前記排ガス中のＣＯ2を除去するＣＯ2吸収塔と、前記ＣＯ2吸収塔でＣＯ2を吸収したリッチ溶液中のＣＯ2を放散する再生塔と、前記再生塔でＣＯ2を除去したリーン溶液を前記ＣＯ2吸収塔で再利用するＣＯ2回収装置であって、前記再生塔から排出されるＣＯ2ガスを圧縮するための圧縮器を少なくとも二つ以上有し、複数の圧縮器のうちの何れかの圧縮器同士の間に設けられ、前記ＣＯ2ガスと脱水剤とを接触させて前記ＣＯ2ガス中の水分を除去する脱水塔と、該脱水塔でＣＯ2ガス中に混入した脱水剤を除去する燃焼除去装置と、前記脱水塔と前記燃焼除去装置との間に設けられ、複数の圧縮器のうちの何れかの圧縮器から排出されるＣＯ2ガスと前記脱水塔から排出されるＣＯ2ガスとを熱交換する熱交換器と、を有してなることを特徴とするＣＯ2回収装置にある。
第２の発明は、第１の発明において、前記燃焼除去装置が、前記脱水塔と、前記脱水塔の後流側に設けられている気液分離器との間に設けられてなることを特徴とするＣＯ2回収装置にある。
第３の発明は、第１又は２の発明において、前記熱交換器が、前記燃焼除去装置内に設けられてなることを特徴とするＣＯ2回収装置にある。
第４の発明は、第１乃至３の何れか一つの発明において、前記燃焼除去装置が、前記ＣＯ2ガス中の脱水剤を除去する燃焼触媒を有することを特徴とするＣＯ2回収装置にある。
第５の発明は、第３の発明において、前記燃焼除去装置が、前記ＣＯ2ガス中の脱水剤を除去する燃焼触媒を有し、前記燃焼除去装置内へのＣＯ2ガスの入口側から出口側に向かって前記熱交換器、前記燃焼触媒の順に配置されてなることを特徴とするＣＯ2回収装置にある。
第６の発明は、第４又は５の発明において、前記燃焼触媒が、Ｐｄ系又はＰｔ系の金属触媒であることを特徴とするＣＯ2回収装置にある。
第７の発明は、第１乃至６の何れか一つの発明において、前記燃焼除去装置から排出されたＣＯ2ガスを抜出し、前記脱水塔から排出されたＣＯ2ガスに合流させる分岐通路を有することを特徴とするＣＯ2回収装置にある。
第８の発明は、第１乃至７の何れか一つの発明において、前記燃焼除去装置内に水素リッチガスを供給する水素ガス供給部を有することを特徴とするＣＯ2回収装置にある。
第９の発明は、第８の発明において、前記水素リッチガスが、化石燃料を原料とし、改質工程とＣＯシフト工程とを有する水素製造装置により製造される水素であることを特徴とするＣＯ2回収装置にある。
第１０の発明は、第８又は９の発明において、前記水素リッチガスが、水素の他にＣＯを含有してなることを特徴とするＣＯ2回収装置にある。
第１１の発明は、ＣＯ2を含有する排ガスとＣＯ2吸収液とをＣＯ2吸収塔内で接触させて前記排ガス中のＣＯ2を除去した後、ＣＯ2を吸収したリッチ溶液中のＣＯ2を再生塔内で除去し、再生したリーン溶液を前記ＣＯ2吸収塔で再利用すると共に、前記再生塔から排出されるＣＯ2ガスを回収するＣＯ2回収方法であって、前記再生塔から回収される前記ＣＯ2ガスを少なくとも二つ以上の圧縮器を用いて圧縮し、複数の圧縮器のうちの何れかの圧縮器同士の間で前記ＣＯ2ガスを前記脱水剤と接触させて前記ＣＯ2ガス中の水分を除去し、前記脱水剤と接触させた後のＣＯ2ガスを複数の圧縮器のうちの何れかの圧縮器から排出されるＣＯ2ガスと熱交換し、前記ＣＯ2ガス中に混入した前記脱水剤を燃焼して除去すると共に、Ｏ2を除去し、ＣＯ2ガスを回収することを特徴とするＣＯ2回収方法にある。
第１２の発明は、第１１の発明において、前記ＣＯ2ガスを前記脱水剤と接触させた後、前記ＣＯ2ガス中の水分を分離する前に、前記ＣＯ2ガス中に混入した前記脱水剤を燃焼して除去することを特徴とするＣＯ2回収方法にある。
第１３の発明は、第１１又は１２の発明において、前記ＣＯ2ガス中に混入した前記脱水剤を燃焼して除去する際に、水素リッチガスを供給することを特徴とするＣＯ2回収方法にある。
第１４の発明は、第１３の発明において、前記水素リッチガスとして、化石燃料を原料とし、改質工程とＣＯシフト工程とを有する水素製造装置により製造される水素を用いることを特徴とするＣＯ2回収方法にある。
第１５の発明は、第１３又は１４の発明において、前記水素リッチガスとして、水素の他にＣＯを含有するガスを用いることを特徴とするＣＯ2回収方法にある。
第１６の発明は、第１乃至１０の何れか一つの発明のＣＯ2回収装置を用いて、前記再生塔から回収された前記ＣＯ2ガスを圧縮する過程において、前記ＣＯ2ガスを前記脱水剤と接触させて前記ＣＯ2ガス中の水分を除去した後、その水分を除去した後のＣＯ2ガスを複数の圧縮器のうちの何れかの圧縮器から排出されるＣＯ2ガスと熱交換し、前記ＣＯ2ガス中に混入した前記脱水剤を燃焼して除去すると共に、Ｏ2を除去し、ＣＯ2ガスを回収することを特徴とするＣＯ2回収方法にある。
本発明に係るＣＯ2回収装置によれば、脱水塔の後流側にＣＯ2ガスに混入した脱水剤を除去する燃焼除去装置が設けられているため、脱水塔から排出されるＣＯ2ガス中に混入した脱水剤を燃焼して除去することができると共に、Ｏ2を燃焼して除去することができる。このため、脱水塔の後流側に設けられている圧縮器、配管などの損傷を防止することができると共に、ＣＯ２ガス中に残留した酸素（Ｏ2）により引き起こされる装置や配管の閉塞やＣＯ２ガスを原料とした化成品の着色等の問題を抑制することができる。
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。
本発明による実施例１に係るＣＯ２回収装置について、図１を参照して説明する。
図１は、本発明の実施例１に係るＣＯ２回収装置の構成を示す概略図である。図中、前記図４、５に示した装置と同一構成には同一符号を付して重複した説明は省略する。
本実例例に係るＣＯ2回収装置１０Ａは、前記図４、５に示すＣＯ2回収装置のように、ＣＯ2吸収塔でＣＯ2を吸収するＣＯ2吸収系と、再生塔でＣＯ2回収とＣＯ2吸収液の再生を行なうＣＯ2回収・ＣＯ2吸収液再生系と、回収されたＣＯ2を地中又は油田中に注入するために圧縮するＣＯ2圧縮系とから構成されている。前記図４、５に示すＣＯ2回収装置のように、ＣＯ2吸収塔１３でＣＯ2を吸収するＣＯ2吸収系については、同様であるため、説明は省略する。
図１は、本発明の実施例１に係るＣＯ２回収装置の構成を示す概略図である。図中、前記図４、５に示した装置と同一構成には同一符号を付して重複した説明は省略する。
本実例例に係るＣＯ2回収装置１０Ａは、前記図４、５に示すＣＯ2回収装置のように、ＣＯ2吸収塔でＣＯ2を吸収するＣＯ2吸収系と、再生塔でＣＯ2回収とＣＯ2吸収液の再生を行なうＣＯ2回収・ＣＯ2吸収液再生系と、回収されたＣＯ2を地中又は油田中に注入するために圧縮するＣＯ2圧縮系とから構成されている。前記図４、５に示すＣＯ2回収装置のように、ＣＯ2吸収塔１３でＣＯ2を吸収するＣＯ2吸収系については、同様であるため、説明は省略する。
図１に示すように、本発明の実施例１に係るＣＯ2回収装置１０Ａは、ＣＯ2を含有する排ガスとＣＯ2吸収液（以下、「吸収液」ともいう。）１２とを接触させて前記排ガス中のＣＯ2を除去するＣＯ2吸収塔と、前記ＣＯ2吸収塔でＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液（以下、「リッチ溶液」ともいう。）１４中のＣＯ2を放散する再生塔１５と、再生塔１５でＣＯ2を除去した再生ＣＯ2吸収液（以下、「リーン溶液」ともいう。）１２を前記ＣＯ2吸収塔で再利用するＣＯ2回収装置であって、再生塔１５から排出されるＣＯ2ガス１６を圧縮するための第１の圧縮器２９―１〜第４の圧縮器２９―４を有し、第３の圧縮器２９―３と第４の圧縮器２９―４との間に設けられ、ＣＯ2ガス１６と脱水剤３２とを接触させてＣＯ2ガス１６中の水分を除去する脱水塔３３と、脱水塔３３でＣＯ2ガス１６中に混入した脱水剤３２を除去する燃焼除去装置４１と、燃焼除去装置４１内に設けられ、第３の圧縮器２９―３から排出されるＣＯ2ガス１６と脱水塔３３から排出されるＣＯ2ガス１６とを熱交換する熱交換器４２と、を有してなるものである。
リッチ溶液１４は、前記ＣＯ2吸収塔からリッチ溶液供給管４３を介して再生塔１５の塔頂部から塔内に供給される。再生塔１５の上部からノズル４４で塔内部に放出されたリッチ溶液１４は、吸熱反応を介して、大部分のＣＯ2を放出する。再生塔１５内で一部または大部分のＣＯ2を放出したＣＯ2吸収液はセミリーン溶液と呼称される。このセミリーン溶液は、再生塔１５の下部に至る頃には、ほぼ全てのＣＯ2が除去されたＣＯ2吸収液（リーン溶液）１２となる。このリーン溶液１２は再生加熱器２２で水蒸気２３により加熱され、リーン溶液１２の一部が蒸発して再生塔１５内部に水蒸気を供給している。
尚、図１中、符号１５Ａは再生塔１５内に配置される充填層、符号４５はチムニトレイ、符号４６はリーン溶液１２と熱交換した水蒸気２３を回収する分離ドラム、符号４７は分離ドラム４６で分離された水蒸気凝縮水を各々示す。
尚、図１中、符号１５Ａは再生塔１５内に配置される充填層、符号４５はチムニトレイ、符号４６はリーン溶液１２と熱交換した水蒸気２３を回収する分離ドラム、符号４７は分離ドラム４６で分離された水蒸気凝縮水を各々示す。
再生塔１５の塔頂部からは塔内においてリッチ溶液１４およびセミリーン溶液から放出された水蒸気を伴ったＣＯ2ガス１６がガス排出ライン２５を介して導出され、コンデンサ２６により水蒸気が凝縮され、分離ドラム２７にて水２８が分離され、ＣＯ2ガス１６が系外に放出されて別途回収される。分離ドラム２７にて分離された水２８は凝縮水循環ポンプ３５により再生塔１５の上部に供給される。
一方、再生されたＣＯ2吸収液（リーン溶液）１２は、再生塔１５の塔底部から排出され、リッチ溶液１４と熱交換して冷却され、昇圧された後、さらに冷却され、前記ＣＯ2吸収塔に供給される。
また、再生塔１５から回収される水蒸気を伴ったＣＯ2ガス１６は、第１の圧縮器２９−１〜第４の圧縮器２９−４で圧縮される。具体的には、ＣＯ2ガス１６は第１の圧縮器２９−１で圧縮された後、第１の冷却器３０−１で冷却され、ＣＯ2ガス１６中の水分を第１の分離器３１−１で分離し、第２の圧縮器２９−２に送給される。第２の圧縮器２９−２〜第４の圧縮器２９−４についても上記と同様に繰り返し行ない、ＣＯ2ガス１６を徐々に昇圧し、圧縮する。
また、第３の圧縮器２９−３と第４の圧縮器２９−４との間には塔内に脱水剤３２を供給する脱水塔３３が設けられている。塔内に脱水剤３２を供給し、ＣＯ2ガス１６と脱水剤３２とを接触させてＣＯ2ガス１６中の水分を除去し、脱水している。これにより、ＣＯ2ガス１６に含有される水分を低減することができるので、ＣＯ２ガスの圧縮により凝縮した水分により引き起こされる炭酸腐食を抑制することができる。
また、本実施例に係るＣＯ2回収装置１０Ａにおいては、脱水塔３３と脱水塔３３の後流側に設けられている気液分離器３４との間に燃焼除去装置４１が設けられている。燃焼除去装置４１によりＴＥＧ脱水塔３３でＣＯ2ガス１６に混入した脱水剤を除去すると共に、ＣＯ2ガス１６中のＯ2を除去している。
本実施例に係るＣＯ2回収装置１０Ａにおいては、熱交換器４２が、燃焼除去装置４１内に設けられている。また、燃焼除去装置４１はＣＯ2ガス１６中の脱水剤３２を除去する燃焼触媒４８を有している。
また、燃焼除去装置４１内へのＣＯ2ガス１６の入口側から出口側に向かって熱交換器４２、燃焼触媒４８の順に配置されている。脱水塔３３から排出されるＣＯ2ガス１６は、第３の圧縮器２９−３から排出されるＣＯ2ガス１６と熱交換器４２において間接的に熱交換される。第３の圧縮器２９−３から排出されるＣＯ2ガス１６は例えば１５０℃程度と高温であり、脱水塔３３から排出されるＣＯ2ガス１６は第３の冷却器３０−３、脱水塔３３で低温に冷却されている。そのため、脱水塔３２から排出されるＣＯ2ガス１６は、第３の圧縮器２９−３から排出されるＣＯ2ガス１６と熱交換器４２において間接的に熱交換し、高温に加熱することで、燃焼触媒４８においてＣＯ2ガス１６中に混入した脱水剤３２とＣＯ2ガス１６中のＯ2との反応性を高めることができる。
例えば、脱水剤としてＴＥＧを用いた場合、熱交換器４２において高温に暖めたＣＯ2ガス１６を燃焼触媒４８に送給することで、脱水塔３３でＣＯ2ガス１６に混入した脱水剤３２をＣＯ2ガス１６中の微量のＯ2と下記式のように反応させ、ＣＯ2とＨ2Ｏとに変換して除去することができる。
Ｃ6Ｈ14Ｏ4 ＋ １５／２Ｏ2 → ６ＣＯ2 ＋ ７Ｈ2Ｏ ・・・（１）
Ｃ6Ｈ14Ｏ4 ＋ １５／２Ｏ2 → ６ＣＯ2 ＋ ７Ｈ2Ｏ ・・・（１）
また、ＣＯ2ガス１６中のＯ2も燃焼触媒４８で脱水剤３２と反応するため、ＣＯ2ガス１６中のＯ2がＣＯ2ガス１６中のＨ2Ｓと反応してＳが析出したり、ＣＯ2を原料とする化成品が着色する等の問題を抑制することができる。
例えば、脱水塔３３から排出され、燃焼除去装置４１に送給されるＣＯ2ガス１６中の酸素濃度が数百ｐｐｍ程度であり、脱水塔３３でＣＯ2ガス１６に混入した脱水剤濃度が数から数十ｐｐｍ程度である。また、脱水塔３３から燃焼除去装置４１に送給されるＣＯ2ガス１６のガス温度は、５０℃程度であるとする。このとき、第３の圧縮器２９−３から排出されるＣＯ2ガス１６のガス温度が１５０℃程度であり、この１５０℃程度のＣＯ２ガス１６から間接的に熱交換することで、燃焼除去装置４１での反応温度を高めて脱水剤とＯ２の反応性を高め、燃焼除去装置４１に送給されるＣＯ２ガス１６中の脱水剤を除去することができる。
燃焼触媒４８として用いられる触媒は特に制限されるものではなく、ＣＯ2ガス１６中に混入した脱水剤、Ｏ2を除去できるものであればよく、例えばＰｄ系又はＰｔ系の金属触媒を用いるのがよい。
また、本実施例に係るＣＯ2回収装置１０Ａにおいては、酸素除去装置４１内に燃焼触媒４８を設けるようにしているが、本発明はこれに限定されるものではない。酸素除去装置４１の構成としては、ＣＯ2ガス１６中に混入した脱水剤、Ｏ2を除去することができるものであればよい。例えば、圧縮されるＣＯ2ガス１６が送給される配管内に燃焼触媒４７を含んで構成される酸素除去装置４１を組み込むことが可能なカートリッジ式としてもよい。また、酸素除去装置４１の本体の表面に燃焼触媒４８を塗布したスタティックミキサー又はハニカム構造としたものなどを用いてもよい。このような構成の酸素除去装置４１を用いることでＣＯ2ガス１６中の脱水剤、Ｏ2を効率良く除去することができる。
また、本実施例に係るＣＯ2回収装置１０Ａにおいては、燃焼除去装置４１から排出されたＣＯ2ガス１６を抜出し、脱水塔３３から排出されたＣＯ2ガス１６に合流させる分岐通路を有する。燃焼除去装置４１から排出されたＣＯ2ガス１６は気液分離器３４に送給し、ＣＯ2ガス１６中の水分を除去するようにしているが、燃焼除去装置４１でＣＯ2ガス１６中に混入した脱水剤３２を除去しきれていない場合には、燃焼除去装置４１から排出されたＣＯ2ガス１６を分岐通路４９に抜出し、脱水塔３３から排出されたＣＯ2ガス１６と合流させ、再度、燃焼除去装置４１において、ＣＯ2ガス１６中の脱水剤３２を除去するようにしてもよい。
また、ＣＯ2ガス１６中のＯ2が除去しきれていない場合にも、同様に、燃焼除去装置４１から排出されたＣＯ2ガス１６を分岐通路４９に抜出し、脱水塔３３から排出されたＣＯ2ガス１６と合流させ、燃焼除去装置４１でＣＯ2ガス１６中のＯ2を除去するようにしてもよい。
また、脱水塔３３でＣＯ2ガス１６中に混入した脱水剤濃度は、燃焼除去装置４１の後流側に脱水塔３３から排出されるＣＯ2ガス１６中の脱水剤濃度を求めるセンサを設け、モニタリングする。
また、本実施例においては、脱水塔３３から燃焼除去装置４１に送給されるＣＯ2ガス１６は、第３の圧縮器２９−３から排出されるＣＯ2ガス１６と熱交換器４２において熱交換するようにしているが、脱水塔３３から燃焼除去装置４１に送給されるＣＯ2ガス１６を熱交換器４２で熱交換するために用いるＣＯ2ガス１６としては第３の圧縮器２９−３から排出されるＣＯ2ガス１６に限定されるものではない。例えば、図２に示すように、脱水塔３３から燃焼除去装置４１に送給されるＣＯ2ガス１６は、第４の圧縮器２９−４から排出されるＣＯ2ガス１６と熱交換器４２において熱交換するようにしてもよい。第４の圧縮器２９−４では、第３の圧縮器２９−３より更に高圧にＣＯ2ガス１６を圧縮しているため、第４の圧縮器２９−４から排出されるＣＯ2ガス１６のガス温度は、第３の圧縮器２９−３から排出されるＣＯ2ガス１６のガス温度よりも高温である。そのため、脱水塔３３から排出されるＣＯ2ガス１６は、熱交換器４２において第４の圧縮器２９−４から排出されるＣＯ2ガス１６と熱交換した方が更に効率よく脱水塔３３から排出されるＣＯ2ガス１６のガス温度を高めることができる。
また、第１の圧縮器２９−１、第２の圧縮器２９−２の何れかより排出されるＣＯ2ガス１６を熱交換器４２において脱水塔３３から排出されるＣＯ2ガス１６と熱交換するために用いるようにしてもよい。
また、本実施例に係るＣＯ2回収装置１０Ａにおいては、圧縮器を４台設置しているが、ＣＯ2ガス１６の圧縮割合に応じて圧縮器の設置台数を適宜変更するようにすればよい。
また、本実施例に係るＣＯ2回収装置１０Ａにおいては、脱水塔３３は第３の圧縮器２９−３と第４の圧縮器２９−４との間に設けるようにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、第１の圧縮器２９−１と第２の圧縮器２９−２との間、第２の圧縮器２９−２と第３の圧縮器２９−３との間、圧縮器の設置台数に応じて何れかの圧縮器同士の間に設けるようにしてもよい。
また、本実施例に係るＣＯ2回収装置１０Ａにおいては、熱交換器４２は燃焼除去装置４１内に設けるようにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、脱水塔３３から燃焼除去装置４１に送給されるＣＯ2ガス１６が燃焼触媒４８に送給される前に熱交換して高温に加熱できればよい。例えば、脱水塔３３と燃焼除去装置４１との間であって、燃焼除去装置４１の外側に熱交換器４２を設けるようにしてもよい。
また、第１の冷却器３０−１〜第４の冷却器３０−４でＣＯ2ガス１６と熱交換する低温の媒体として、冷却水Ｃ．Ｗを用いているが、冷却水Ｃ．Ｗに限定されるものではなく、ＣＯ2ガス１６よりも低温であれば、水道水や工場排水などを用いてもよい。
以上、本実施例に係るＣＯ2回収装置１０Ａは、脱水塔３３と気液分離器３４との間に燃焼除去装置４１を設け、燃焼除去装置４１が、脱水塔３３から排出されるＣＯ2ガス１６を加熱する熱交換器４２と、ＣＯ2ガス１６中の脱水剤３２を除去する燃焼触媒４８とを有し、燃焼除去装置４１内へのＣＯ2ガス１６の入口側から出口側に向かって熱交換器４２、燃焼触媒４８の順に配置されている。これによって、熱交換器４２において脱水塔３３から燃焼除去装置４１に供給されたＣＯ2ガス１６を高温とした後、燃焼触媒４８により脱水塔３３でＣＯ2ガス１６中に混入した脱水剤３２をＣＯ2ガス１６中のＯ2と反応させ、脱水剤３２及びＯ2を燃焼反応により除去することができる。このため、脱水塔３３内でＣＯ2ガス１６中に混入した脱水剤３２が、第４の圧縮器２９−４のように脱水塔３３より後流側に配置される圧縮器に混入するのを防止することができる。
従って、脱水塔の後流側に設けられている圧縮器、配管などへの脱水剤の析出や堆積による損傷を防止することができると共に、ＣＯ2ガスに残留するＯ2と共存するＨ2ＳやＨ2Ｏにより引き起こす装置や配管の閉塞や化成品の着色などの問題を抑制することができる。
従って、脱水塔の後流側に設けられている圧縮器、配管などへの脱水剤の析出や堆積による損傷を防止することができると共に、ＣＯ2ガスに残留するＯ2と共存するＨ2ＳやＨ2Ｏにより引き起こす装置や配管の閉塞や化成品の着色などの問題を抑制することができる。
また、本発明で使用できるＣＯ2吸収液としては特に限定されるものではないが、アルカノールアミンやアルコール性水酸基を有するヒンダードアミン類を例示することができる。このようなアルカノールアミンとしてはモノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、ジグリコールアミンなどを例示することができるが、通常モノエタノールアミン（ＭＥＡ）が好んで用いられる。またアルコール性水酸基を有するヒンダードアミンとしては２−アミノ−２−メチル−１−プロパノール（ＡＭＰ）、２−（エチルアミノ）−エタノール（ＥＡＥ）、２−（メチルアミノ）−エタノール（ＭＡＥ）などを例示できる。
また、本実施例で用いる熱交換器の種類は特に限定されるものではなく、例えばプレート熱交換器、シェル＆チューブ熱交換器等の公知の熱交換器を用いればよい。
図３は、本発明の実施例２に係るＣＯ２回収装置の概略図である。本実施例に係るＣＯ2回収装置について、図３を参照して説明する。なお、実施例１に係るＣＯ２回収装置の構成と重複する部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
本実施例に係るＣＯ2回収装置１０Ｂは、燃焼除去装置４１が水素（Ｈ2）リッチガス５０を燃焼除去装置４１内に供給する水素（Ｈ2）ガス供給部５１を有してなるものである。燃焼除去装置４１内に供給されたＣＯ2ガス１６中のＯ2が、燃焼触媒４８により燃焼除去装置４１内に供給されるＨ2リッチガス５０と反応することで、ＣＯ2ガス１６中のＯ2の除去を促進することができる。
ＣＯ2ガス１６中のＯ2は脱水塔３３でＣＯ2ガス１６中に混入した脱水剤３２と燃焼触媒４８により反応し、ＣＯ2ガス１６中の脱水剤３２とＯ2を低減させることができる上、脱水剤３２と未反応のＣＯ2ガス１６中のＯ2は燃焼除去装置４１内に供給されるＨ2リッチガス５０と反応し、ＣＯ2ガス１６中のＯ2を燃焼させて除去することができる。
よって、燃焼除去装置４１内にＨ2リッチガス５０を供給することで、燃焼触媒４８により燃焼除去装置４１内に供給されたＣＯ2ガス１６中のＯ2をＨ2と反応させ、燃焼させることができるため、ＣＯ2ガス１６中のＯ2の除去を促進することができる。
また、Ｈ2リッチガス５０とは、ガス成分としてＨ2の含有量が多いガスであればよく、ガス成分としてＨ2のみからなるガスに限定されるものではない。Ｈ2リッチガス５０として、例えばガス成分としてＨ2の他にＣＯを含有してなるものを用いるようにしてもよい。Ｈ2リッチガス５０中のＣＯは燃焼触媒４８によりＯ2と反応してＣＯ2に変換することができる。
また、燃焼除去装置４１に供給されるＨ2リッチガス５０の製造方法は特に限定されるものではなく、化石燃料を原料とし、改質工程とＣＯシフト工程とを有する水素製造装置により製造されるＨ2をＨ2リッチガスとして燃焼除去装置４１に供給するようにしてもよい。化石燃料を原料として発生するガスをＨ2リッチガス５０として用い、ＣＯ2ガス１６中のＯ2を除去するために要する燃性ガスとして用いることで、化石燃料を原料として発生するガスを効率よく利用することができる。
従って、本実施例に係るＣＯ2回収装置１０Ｂによれば、燃焼除去装置４１がＨ2リッチガス５０を燃焼除去装置４１に供給するＨ2ガス供給部５１を有しているため、ＣＯ2ガス１６中の脱水剤３２とＯ2がＨ2リッチガス５０と反応して燃焼を促進することができ、ＣＯ2ガス１６中のＯ2を更に効率良く除去することができる。また、ＣＯ2ガス１６中のＯ2を除去するために要する燃性ガスとしてＨ2リッチガス５０を用いることで、化石燃料を原料として発生するガスを効率よく利用することができる。
以上のように、本発明に係るＣＯ2回収装置は、再生塔から回収されるＣＯ2ガスの水分を除去する際にＣＯ2ガス中に混入する脱水剤を除去すると共に、ＣＯ2ガス中のＯ2を除去することに用いるのに適している。
１０Ａ、１０Ｂ ＣＯ2回収装置
１１ 排ガス
１２ ＣＯ2吸収液（吸収液）、リーン溶液
１３ ＣＯ2吸収塔
１４ リッチ溶液
１５ 再生塔
１６ ＣＯ2ガス
１７ 除去排ガス
１８ リッチソルベントポンプ
１９ リッチ／リーンソルベント熱交換器
２０ リーンソルベントポンプ
２１ リーンソルベントクーラ
２２ 再生加熱器
２３ 水蒸気
２５ ガス排出ライン
２６ コンデンサ
２７、４６ 分離ドラム
２８ 水
２９−１〜２９−４ 第１の圧縮器〜第４の圧縮器
３０−１〜３０−４ 第１の冷却器〜第４の冷却器
３１−１〜３１−４ 第１の分離器〜第４の分離器
３２ 脱水剤
３３ 脱水塔
３４ 気液分離器
３５ 凝縮水循環ポンプ
４１ 燃焼除去装置
４２ 熱交換器
４３ リッチ溶液供給管
４４ ノズル
４５ チムニトレイ
４７ 水蒸気凝縮水
４８ 燃焼触媒
４９ 分岐通路
５０ Ｈ2リッチガス
５１ Ｈ2ガス供給部
１１ 排ガス
１２ ＣＯ2吸収液（吸収液）、リーン溶液
１３ ＣＯ2吸収塔
１４ リッチ溶液
１５ 再生塔
１６ ＣＯ2ガス
１７ 除去排ガス
１８ リッチソルベントポンプ
１９ リッチ／リーンソルベント熱交換器
２０ リーンソルベントポンプ
２１ リーンソルベントクーラ
２２ 再生加熱器
２３ 水蒸気
２５ ガス排出ライン
２６ コンデンサ
２７、４６ 分離ドラム
２８ 水
２９−１〜２９−４ 第１の圧縮器〜第４の圧縮器
３０−１〜３０−４ 第１の冷却器〜第４の冷却器
３１−１〜３１−４ 第１の分離器〜第４の分離器
３２ 脱水剤
３３ 脱水塔
３４ 気液分離器
３５ 凝縮水循環ポンプ
４１ 燃焼除去装置
４２ 熱交換器
４３ リッチ溶液供給管
４４ ノズル
４５ チムニトレイ
４７ 水蒸気凝縮水
４８ 燃焼触媒
４９ 分岐通路
５０ Ｈ2リッチガス
５１ Ｈ2ガス供給部
Claims (16)
- ＣＯ2を含有する排ガスとＣＯ2吸収液とを接触させて前記排ガス中のＣＯ2を除去するＣＯ2吸収塔と、前記ＣＯ2吸収塔でＣＯ2を吸収したリッチ溶液中のＣＯ2を放散する再生塔と、前記再生塔でＣＯ2を除去したリーン溶液を前記ＣＯ2吸収塔で再利用するＣＯ2回収装置であって、
前記再生塔から排出されるＣＯ2ガスを圧縮するための圧縮器を少なくとも二つ以上有し、
複数の圧縮器のうちの何れかの圧縮器同士の間に設けられ、前記ＣＯ2ガスと脱水剤とを接触させて前記ＣＯ2ガス中の水分を除去する脱水塔と、
該脱水塔でＣＯ2ガス中に混入した脱水剤を除去する燃焼除去装置と、
前記脱水塔と前記燃焼除去装置との間に設けられ、複数の圧縮器のうちの何れかの圧縮器から排出されるＣＯ2ガスと前記脱水塔から排出されるＣＯ2ガスとを熱交換する熱交換器と、
を有してなることを特徴とするＣＯ2回収装置。 - 請求項１において、
前記燃焼除去装置が、前記脱水塔と、前記脱水塔の後流側に設けられている気液分離器との間に設けられてなることを特徴とするＣＯ2回収装置。 - 請求項１又は２において、
前記熱交換器が、前記燃焼除去装置内に設けられてなることを特徴とするＣＯ2回収装置。 - 請求項１乃至３の何れか一つにおいて、
前記燃焼除去装置が、前記ＣＯ2ガス中の脱水剤を除去する燃焼触媒を有することを特徴とするＣＯ2回収装置。 - 請求項３において、
前記燃焼除去装置が、前記ＣＯ2ガス中の脱水剤を除去する燃焼触媒を有し、前記燃焼除去装置内へのＣＯ2ガスの入口側から出口側に向かって前記熱交換器、前記燃焼触媒の順に配置されてなることを特徴とするＣＯ2回収装置。 - 請求項４又は５において、
前記燃焼触媒が、Ｐｄ系又はＰｔ系の金属触媒であることを特徴とするＣＯ2回収装置。 - 請求項１乃至６の何れか一つにおいて、
前記燃焼除去装置から排出されたＣＯ2ガスを抜出し、前記脱水塔から排出されたＣＯ2ガスに合流させる分岐通路を有することを特徴とするＣＯ2回収装置。 - 請求項１乃至７の何れか一つにおいて、
前記燃焼除去装置内に水素リッチガスを供給する水素ガス供給部を有することを特徴とするＣＯ2回収装置。 - 請求項８において、
前記水素リッチガスが、化石燃料を原料とし、改質工程とＣＯシフト工程とを有する水素製造装置により製造される水素であることを特徴とするＣＯ2回収装置。 - 請求項８又は９において、
前記水素リッチガスが、水素の他にＣＯを含有してなることを特徴とするＣＯ2回収装置。 - ＣＯ2を含有する排ガスとＣＯ2吸収液とをＣＯ2吸収塔内で接触させて前記排ガス中のＣＯ2を除去した後、ＣＯ2を吸収したリッチ溶液中のＣＯ2を再生塔内で除去し、再生したリーン溶液を前記ＣＯ2吸収塔で再利用すると共に、前記再生塔から排出されるＣＯ2ガスを回収するＣＯ2回収方法であって、
前記再生塔から回収される前記ＣＯ2ガスを少なくとも二つ以上の圧縮器を用いて圧縮し、
複数の圧縮器のうちの何れかの圧縮器同士の間で前記ＣＯ2ガスを前記脱水剤と接触させて前記ＣＯ2ガス中の水分を除去し、
前記脱水剤と接触させた後のＣＯ2ガスを複数の圧縮器のうちの何れかの圧縮器から排出されるＣＯ2ガスと熱交換し、
前記ＣＯ2ガス中に混入した前記脱水剤を燃焼して除去すると共に、Ｏ2を除去し、ＣＯ2ガスを回収することを特徴とするＣＯ2回収方法。 - 請求項１１において、
前記ＣＯ2ガスを前記脱水剤と接触させた後、前記ＣＯ2ガス中の水分を分離する前に、前記ＣＯ2ガス中に混入した前記脱水剤を燃焼して除去することを特徴とするＣＯ2回収方法。 - 請求項１１又は１２において、
前記ＣＯ2ガス中に混入した前記脱水剤を燃焼して除去する際に、水素リッチガスを供給することを特徴とするＣＯ2回収方法。 - 請求項１３において、
前記水素リッチガスとして、化石燃料を原料とし、改質工程とＣＯシフト工程とを有する水素製造装置により製造される水素を用いることを特徴とするＣＯ2回収方法。 - 請求項１３又は１４において、
前記水素リッチガスとして、水素の他にＣＯを含有するガスを用いることを特徴とするＣＯ2回収方法。 - 請求項１乃至１０の何れか一つのＣＯ2回収装置を用いて、前記再生塔から回収された前記ＣＯ2ガスを圧縮する過程において、前記ＣＯ2ガスを前記脱水剤と接触させて前記ＣＯ2ガス中の水分を除去した後、その水分を除去した後のＣＯ2ガスを複数の圧縮器のうちの何れかの圧縮器から排出されるＣＯ2ガスと熱交換し、前記ＣＯ2ガス中に混入した前記脱水剤を燃焼して除去すると共に、Ｏ2を除去し、ＣＯ2ガスを回収することを特徴とするＣＯ2回収方法。
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