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

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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