JP5230088B2 - Co2回収装置及び方法 - Google Patents

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Description

本発明は、省エネルギーを図ったCO2回収装置及び方法に関する。
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CO2 吸収液と接触させ、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。
また前記のようなCO2 吸収液を用い、燃焼排ガスからCO2 を除去・回収する工程としては、吸収塔において燃焼排ガスとCO2 吸収液とを接触させる工程、CO2 を吸収した吸収液を再生塔において加熱し、CO2 を遊離させると共に吸収液を再生して再び吸収塔に循環して再使用するものが採用されている(特許文献1)。
特開平7−51537号公報
前記CO2 吸収液及び工程を用いて燃焼排ガスのようなCO2 含有ガスからCO2 を吸収除去・回収する方法においては、これらの工程は燃焼設備に付加して設置されるため、その操業費用もできるだけ低減させなければならない。特に前記工程の内、再生工程は多量の熱エネルギーを消費するので、可能な限り省エネルギープロセスとする必要がある。
本発明は、前記問題に鑑み、エネルギー効率を一層向上させたCO2回収装置及び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を含有するガスとCO2吸収液とを接触させてCO2を除去する吸収塔と、CO2を吸収したリッチ溶液を再生加熱器により再生する再生塔と、前記再生塔でCO2を除去したリーン溶液を吸収塔で再利用するCO2回収装置であって、前記再生塔の上部から注入されたリッチ溶液から一部のCO2が放出されてなるセミリーン溶液の一部を抜出し、複数に分岐する抜出し流路と、分岐された前記抜出し流路に設けられ、前記再生塔の塔頂部側から排出されるCO2ガスを複数の圧縮器で圧縮する際に、各々の前記圧縮器で圧縮した後、各々の前記圧縮器の後流側に設けられている冷却器で冷却する前に前記セミリーン溶液を前記CO2ガスと熱交換し、前記CO2ガスを前記圧縮器で圧縮した際に発生する圧縮熱を用いて加温するための熱交換器と、前記熱交換器で熱交換したセミリーン溶液を再度再生塔に供給する循環流路と、を有することを特徴とするCO2回収装置にある。
第2の発明は、CO2を含有するガスとCO2吸収液とを吸収塔内で接触させてCO2を除去した後、該CO2を吸収したリッチ溶液を再生塔の上部から注入し、前記再生塔の外部に設けた再生加熱器においてCO 2 が除去され再生したリーン溶液を高温スチームで加熱することで生じたスチームで前記リッチ溶液を加熱して、前記リッチ溶液中に含まれるCO 2 を放出し、前記リッチ溶液を再生し、その後前記リーン溶液を吸収塔で再利用するCO2回収方法であって、前記再生塔の上部から注入されたリッチ溶液から一部のCO2が放出されてなるセミリーン溶液の一部を抜出し流路に抜出して複数に分岐し、前記再生塔の塔頂部側から排出されるCO2ガスを複数の圧縮器で圧縮する際に、各々の前記圧縮器で圧縮した後、各々の前記圧縮器の後流側に設けられている冷却器で冷却する前に、分岐した前記抜出し流路を流れる前記セミリーン溶液を前記CO2ガスと熱交換器で熱交換し、前記CO2ガスを前記圧縮器で圧縮した際に発生する圧縮熱を用いて加温し、前記熱交換器で熱交換したセミリーン溶液を循環流路を介して前記再生塔に戻すことを特徴とするCO2回収方法にある。
本発明によれば、再生塔から排出されるCO2を圧縮した際に発生する熱を用いることで、省エネルギーを図ったCO2回収装置及び方法を提供することができる。
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、この実施の形態及び実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態及び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、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
以下、本発明の実施形態を説明し、ついで、好適な実施例について詳細に説明する。
[第1の実施形態]
図1は第1の実施の形態にかかるCO2回収装置の概略図である。
図1に示すように、本発明にかかる第1の実施形態にかかるCO2回収装置10Aは、CO2を含有するCO2含有ガス11とCO2を吸収するCO2吸収液12とを接触させてCO2を除去する吸収塔13と、CO2を吸収したリッチ溶液14に対し、高温スチーム17を供給して再生加熱器18で再生する再生塔15と、該再生塔15でCO2を除去したリーン溶液(再生液)16を吸収塔13で再利用するCO2回収装置であって、前記再生されたリーン溶液16の一部16aを分岐流路35(35−1,35−2)により抜出し、塔頂部側から排出されるCO2ガス41を圧縮器で圧縮した際に発生する圧縮熱と熱交換し、昇温した昇温リーン溶液37を再度再生塔15に供給する循環流路36を有するものである。
ここで、本実施の形態に係るCO2回収装置10Aは、吸収塔13でCO2を吸収するCO2吸収系100と、再生塔15でCO2回収とCO2吸収液再生を行なうCO2回収・CO2吸収液再生系101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102から構成されていることになる。
先ず、CO2吸収系100では、前記吸収塔13において、CO2含有排ガス11は、吸収塔13内において、例えばアルカノールアミンをベースとするCO2吸収液12と対向流接触し、CO2含有排ガス11中のCO2は、化学反応(R−NH2+H2O+CO2→R−NH3HCO3)によりCO2吸収液12に吸収される。そしてCO2除去後のCO2除去排ガスは図示しない水洗部を上昇し、塔頂部から排出される。
そして、CO2回収・吸収液再生系101では、リッチ溶液14は、リッチ溶液供給管20に介装されたリッチ・リーン溶液熱交換器23において、再生塔15で再生されたリーン溶液16により加熱され、再生塔15の頂部から塔内に供給される。その後、前記再生塔15の上部から内部に放出されたリッチ溶液14は、吸熱により、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。この図示しないセミリーン溶液は、再生塔15の底部に至る頃には、ほぼ全てのCO2が除去されたリーン溶液16となる。このリーン溶液16は再生加熱器18により高温スチーム17により加熱される。
一方、CO2圧縮系102では、前記再生塔15の塔頂部からは水蒸気を伴ったCO2ガス41がガス排出ラインを介して放出され、前記水蒸気を伴ったCO2ガス41がコンデンサ42により水蒸気を凝縮し、その後分離ドラム43にて水を分離し、CO2ガス41を第1圧縮器44−1と第2圧縮器44−2で圧縮して圧縮CO 2 として回収するようにしている。なお、分離ドラム43にて分離された水Wは再生塔15の上部に供給されている。
なお、図1中、符号8はリッチ溶液を再生塔内に供給するノズル、9はチムニートレイ、25は吸収塔13内に配設される充填層、26−1、26−2は再生塔15の内部に配設される充填層を各々図示する。
本実施の形態では、水蒸気を伴ったCO2ガス41は、第1圧縮器44−1と第2圧縮器44−2で圧縮しており、第1圧縮器44−1と第2圧縮器44−2の各々後流側に設置した第1熱交換器45−1、第2熱交換器45−2で、分岐流路35(35−1,35−2)により供給されたリーン溶液16aと各々熱交換するようにし、昇温するようにしている。なお、圧縮割合により圧縮器の設置台数を適宜決定するようにすればよい。
これにより、第1熱交換器45−1、第2熱交換器45−2で各々昇温されたリーン溶液37が再生塔15に供給される結果、再生塔15側にその熱を持ち込むことになるので、再生システムにおけるエネルギー消費の削減を図ることができる。
また、圧縮されたCO 2 の一部をリーン溶液16aで冷却するので、その後に設置される第1の冷却器46−1及び第2の冷却器46−2における冷却水又は冷熱エネルギを削減することができる。
本実施の形態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、シュエル&チューブ熱交換器等の公知の熱交換器を用いればよい。
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。
[第2の実施形態]
図2は第2の実施の形態にかかるCO2回収装置の概略図である。なお、第1の実施形態と同一の構成については、同一符号を付してその説明は省略する。
図2に示すように、本発明にかかる第2の実施形態にかかるCO2回収装置10Bは、再生塔の途中で一部のCO2が放出されたセミリーン溶液38を用いて、抜出し流路39(39−1、39−2)により抜出し、第1の熱交換器45−1、第2の熱交換器45−2にセミリーン溶液を供給し、熱交換して、昇温された昇温セミリーン溶液40が再生塔15に供給される結果、再生塔15側にその熱を持ち込むことになるので、再生システムにおけるエネルギー消費の削減を図ることができる。
これにより、前記リーン溶液よりも低い温度のセミリーン溶液を昇温して再生塔15内に熱を持ち込むこととなるので、第1の実施形態よりも再生システムにおけるエネルギー消費の削減を図ることができる。
以下、本発明の効果を示す好適な実施例について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
本発明による実施例に係るCO2回収装置について、図面を参照して説明する。
図3は、第1の実施の形態に対応する実施例に係るCO2回収装置を示す概念図である。
本実施例では、再生塔15から回収されるCO2を圧縮する圧縮器を4台(第1の圧縮器44−1〜第4の圧縮器44−4)としている。
なお、図3における各ストリームの番号(1)〜(14)は各々における温度、圧力及び流量を測定した地点である。
表1にその測定結果を示す。
吸収液の各熱交換器における熱回収量(E1〜E4)は、E1=0.5×106kcl/H、E2=1.3×106kcl/H、E3=1.7×106kcl/H、E4=2.1×106kcl/Hであり、合計は5.6×106kcl/Hであった。
従来の圧縮工程での熱回収がない場合には、再生加熱器18における熱量が101.3×106kcl/Hであるのに対して、熱回収を設けた場合には、95.7×106kcl/Hとなり、約5.5%の熱量の低減を図ることができた。
本発明による実施例に係るCO2回収装置について、図面を参照して説明する。
図4は、第2の実施の形態に対応する実施例に係るCO2回収装置を示す概念図である。
本実施例では、再生塔15から回収されるCO2を圧縮する圧縮器を4台(第1の圧縮器44−1〜第4の圧縮器44−4)としている。
なお、図3における各ストリームの番号(1)〜(14)は各々における温度、圧力及び流量を測定した地点である。
表2にその測定結果を示す。
吸収液の各熱交換器における熱回収量(E1〜E4)は、E1=1.3×106kcl/H、E2=2.1×106kcl/H、E3=2.4×106kcl/H、E4=3.5×106kcl/Hであり、合計は9.3×106kcl/Hであった。
従来の圧縮工程での熱回収がない場合には、再生加熱器18における熱量が101.3×106kcl/Hであるのに対して、熱回収を設けた場合には、92.0×106kcl/Hとなり、約9.2%の熱量の低減を図ることができた。
この結果、実施例1のリーン溶液を昇温する場合よりも低い温度のセミリーン溶液を昇温して再生塔15内に熱を持ち込むことにより、より再生システムにおけるエネルギー消費の削減(約9%の削減)を図ることが確認できた。
以上のように、本発明にかかるCO2回収装置及び方法は、再生塔で排出するCO2ガスを圧縮する系統においてリーン溶液又はセミリーン溶液で熱回収することで熱を効率的に用いることができ、再生塔における加熱スチームの供給量を低減させることに用いて適している。
第1の実施の形態にかかるCO2回収装置の概略図である。 第2の実施の形態にかかるCO2回収装置の概略図である。 第1の実施例にかかるCO2回収装置の概略図である。 第2の実施例にかかるCO2回収装置の概略図である。
符号の説明
11 CO2含有ガス
12 CO2吸収液
13 吸収塔
14 リッチ溶液
15 再生塔
16 リーン溶液
17 スチーム
18 再生加熱器
19 スチーム凝縮水
21 スチーム凝縮水熱交換器
22 リーン溶液供給管
23 リーン溶液熱交換器
36 循環流路
41 CO2ガス
44−1〜44−4 第1〜第4の圧縮器
52 圧縮CO2

Claims (2)

  1. CO2を含有するガスとCO2吸収液とを接触させてCO2を除去する吸収塔と、CO2を吸収したリッチ溶液を再生加熱器により再生する再生塔と、前記再生塔でCO2を除去したリーン溶液を吸収塔で再利用するCO2回収装置であって、
    前記再生塔の上部から注入されたリッチ溶液から一部のCO2が放出されてなるセミリーン溶液の一部を抜出し、複数に分岐する抜出し流路と、
    分岐された前記抜出し流路に設けられ、前記再生塔の塔頂部側から排出されるCO2ガスを複数の圧縮器で圧縮する際に、各々の前記圧縮器で圧縮した後、各々の前記圧縮器の後流側に設けられている冷却器で冷却する前に前記セミリーン溶液を前記CO2ガスと熱交換し、前記CO2ガスを前記圧縮器で圧縮した際に発生する圧縮熱を用いて加温するための熱交換器と、
    前記熱交換器で熱交換したセミリーン溶液を再度再生塔に供給する循環流路と、
    を有することを特徴とするCO2回収装置。
  2. CO2を含有するガスとCO2吸収液とを吸収塔内で接触させてCO2を除去した後、該CO2を吸収したリッチ溶液を再生塔の上部から注入し、前記再生塔の外部に設けた再生加熱器においてCO 2 が除去され再生したリーン溶液を高温スチームで加熱することで生じたスチームで前記リッチ溶液を加熱して、前記リッチ溶液中に含まれるCO 2 を放出し、前記リッチ溶液を再生し、その後前記リーン溶液を吸収塔で再利用するCO2回収方法であって、
    前記再生塔の上部から注入されたリッチ溶液から一部のCO2が放出されてなるセミリーン溶液の一部を抜出し流路に抜出して複数に分岐し
    前記再生塔の塔頂部側から排出されるCO2ガスを複数の圧縮器で圧縮する際に、各々の前記圧縮器で圧縮した後、各々の前記圧縮器の後流側に設けられている冷却器で冷却する前に、分岐した前記抜出し流路を流れる前記セミリーン溶液を前記CO2ガスと熱交換器で熱交換し、前記CO2ガスを前記圧縮器で圧縮した際に発生する圧縮熱を用いて加温し、
    前記熱交換器で熱交換したセミリーン溶液を循環流路を介して前記再生塔に戻すことを特徴とするCO2回収方法。
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