JP5237204B2 - Ｃｏ２回収装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、最適条件で一定のＣＯ₂回収量を維持することができる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（例えば、特許文献１参照）。

図１にＣＯ₂回収装置の一例を示す。図１に示すように、ＣＯ₂回収装置１０は、ボイラやガスタービン等の産業燃焼設備１１から排出されたＣＯ₂とＯ₂とを含有する排ガス１２を冷却水１３によって冷却する排ガス冷却装置１４と、冷却されたＣＯ₂を含有する排ガス１２とＣＯ₂を吸収するＣＯ₂吸収液（以下、「吸収液」ともいう。）１５とを接触させて排ガス１２からＣＯ₂を除去するＣＯ₂回収部１６Ａを有するＣＯ₂吸収塔１６と、ＣＯ₂を吸収したＣＯ₂吸収液（以下、「リッチ溶液」ともいう。）１７からＣＯ₂を放出させてＣＯ₂吸収液を再生する再生塔１８とを有する。
そして、このＣＯ₂回収装置１００では、再生塔１８でＣＯ₂を除去した再生ＣＯ₂吸収液（以下、「リーン溶液」ともいう。）１５はＣＯ₂吸収塔１６でＣＯ₂吸収液として再利用する。

この従来のＣＯ₂回収装置を用いたＣＯ₂回収方法では、まず、ＣＯ₂を含んだボイラやガスタービン等の産業燃焼設備からの排ガス１２は、排ガス送風機２０により昇圧された後、排ガス冷却装置１４に送られ、ここで冷却水１３により冷却され、ＣＯ₂吸収塔１６に送られる。

前記ＣＯ₂吸収塔１６において、排ガス１２はアミン系溶液をベースとするＣＯ₂吸収液１５と向流接触し、排ガス１２中のＣＯ₂は、化学反応によりＣＯ₂吸収液１５に吸収される。
ＣＯ₂回収部１６ＡでＣＯ₂が除去された後のＣＯ₂除去排ガスは、ＣＯ₂吸収塔１６内の水洗部１６Ｂでノズルから供給されるＣＯ₂吸収液を含む循環する凝縮水１９と気液接触して、ＣＯ₂除去排ガスに同伴するＣＯ₂吸収液１５が回収され、その後ＣＯ₂が除去された排ガス２１は系外に放出される。
また、ＣＯ₂を吸収したＣＯ₂吸収液１７であるリッチ溶液は、リッチソルベントポンプ２２により昇圧され、リッチ／リーンソルベント熱交換器２３において、再生塔１８で再生されたＣＯ₂吸収液１５であるリーン溶液により加熱され、再生塔１８に供給される。

再生塔１８の上部から内部に放出されたリッチ溶液は、吸熱反応を生じて、大部分のＣＯ₂を放出する。再生塔１８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１８下部に至る頃には、ほぼ全てのＣＯ₂が除去されたＣＯ₂吸収液１５となる。このリーン溶液は再生過熱器２４で水蒸気２５により過熱され、再生塔１８内部に水蒸気を供給している。
一方、再生塔１８の頭頂部からは塔内においてリッチ溶液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２６が導出され、コンデンサ２７により水蒸気が凝縮され、分離ドラム２８にて水が分離され、ＣＯ₂ガス２６が系外に放出されて別途回収される。この回収されたＣＯ₂ガス２６は、石油増進回収法（ＥＯＲ：Enhanced Oil Recovery）を用いて油田中に圧入するか、帯水層へ貯留し、温暖化対策を図っている。
分離ドラム２８にて分離された水は凝縮水循環ポンプ２９にて再生塔１８の上部に供給される。再生されたＣＯ₂吸収液（リーン溶液）１５は、リッチ／リーンソルベント熱交換器２３にてリッチ溶液１７により冷却され、つづいてリーンソルベントポンプ３０にて昇圧され、さらにリーンソルベントクーラ３１にて冷却された後、ＣＯ₂吸収塔１６に供給される。なお、ＣＯ₂吸収塔１６の底部液溜まりには液レベルを計測するレベル計４１が設置され、必要に応じてＣＯ₂吸収液を補給液４２として供給するようにしている。

なお、図１中、符号１１ａは排ガス１２の煙道であり、１１ｂは煙突、３２は水蒸気凝縮水である。前記ＣＯ₂回収装置は、既設の排ガス源からＣＯ₂を回収するために後付で設けられる場合と、新設排ガス源に同時付設される場合とがある。煙突１１ｂには開閉可能な扉を設置し、ＣＯ₂回収装置の運転時は閉止する。また排ガス源は稼動しているが、ＣＯ₂回収装置の運転を停止した際は開放するように設定する。

特開平３−１９３１１６号公報

ところで、長期間に亙ってＣＯ₂回収の運転を継続していく際には、一定の回収量を維持する際に、最適な運転となることが切望されている。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、一定のＣＯ₂回収量を維持する際の最適な運転をすることができる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し、目的を達成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を除去し、再生する再生塔とを具備し、前記再生塔でＣＯ₂を除去したリーン溶液であるＣＯ₂吸収液を前記ＣＯ₂吸収塔で再利用するＣＯ₂回収装置であって、前記排ガス中のＣＯ₂濃度を計測し、そのＣＯ₂濃度に応じて一日あたりの目標ＣＯ₂回収量とする場合の排ガス量を求め、
求めた排ガス量に応じた吸収液循環量を決定し、吸収液循環量に応じた再生塔における再生過熱器の水蒸気量を決定する制御を行うと共に、少なくとも排ガス流量及び排ガス導入温度の変動を判断し、変動があった場合には、一日あたりのＣＯ ₂ 回収量を目標値に維持するために、設計値の基準から増減した変動に応じて吸収液循環量を決定し、吸収液循環量に応じた水蒸気量を決定する制御を行う制御手段を有することを特徴とするＣＯ₂回収装置にある。
また、第２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を除去し、再生する再生塔とを具備し、前記再生塔でＣＯ₂を除去したリーン溶液であるＣＯ₂吸収液を前記ＣＯ₂吸収塔で再利用するＣＯ₂回収方法であって、前記排ガス中のＣＯ₂濃度を計測し、そのＣＯ₂濃度に応じて一日あたりの目標ＣＯ₂回収量とする場合の排ガス量を求め、求めた排ガス量に応じた吸収液循環量を決定し、吸収液循環量に応じた再生塔における再生過熱器の水蒸気量を決定すると共に、少なくとも排ガス流量及び排ガス導入温度の変動を判断し、変動があった場合には、一日あたりのＣＯ ₂ 回収量を目標値に維持するために、設計値の基準から増減した変動に応じて吸収液循環量を決定し、吸収液循環量に応じた水蒸気量を決定する制御を行うことを特徴とするＣＯ₂回収方法にある。

本発明によれば、一日あたりのＣＯ₂回収量を所定値に設定し、これに応じたエネルギー効率が最適な運転をすることができる。

図１は、ＣＯ₂回収装置の一例を示す図である。 図２は、ＣＯ₂回収装置の吸収塔と再生塔とを模式的に示す図である。

以下に、本発明にかかるＣＯ₂回収装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。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。

本発明による実施例に係るＣＯ₂回収装置について、図１を参照して説明する。
図１は、従来技術で説明したＣＯ₂回収装置の構成を示す概略図である。
図１に示すように、本発明の実施例に係るＣＯ₂回収装置１０は、ＣＯ₂を含有する排ガス１２とＣＯ₂吸収液１５とを接触させて前記排ガス１２中のＣＯ₂を除去するＣＯ₂吸収塔１６と、前記ＣＯ₂吸収塔１６でＣＯ₂を吸収したリッチ溶液１７中のＣＯ₂を除去し、再生する再生塔１８とを具備し、前記再生塔１８でＣＯ₂を除去したリーン溶液であるＣＯ₂吸収液１５を前記ＣＯ₂吸収塔１６で再利用するＣＯ₂回収装置であって、ＣＯ₂濃度（Ｉ）を計測し、そのＣＯ₂濃度に応じて目標ＣＯ₂回収量（１００ｔ／日）とする場合の排ガス量（II）を求め、求めた排ガス量に応じた吸収液循環量（III）を決定し、求めた吸収液循環量（III）に応じた水蒸気量（IV）を決定する制御を行う制御手段（図示せず）を有するものである。

これにより、ＣＯ₂回収量を一定とする場合において、最適な運転を確保することができ、水蒸気の消費量をできるだけ最適化させることができる。

ここで、排ガス中のＣＯ₂濃度は、ボイラ１１の燃焼条件により変動する。
そこで、表１に示すように、基準の場合には、（Ａ）ガス中のＣＯ₂濃度から目標ＣＯ₂回収量（１００ｔ／日）とする場合の排ガス量（II）を求め、求めた排ガス量に応じた吸収液循環量（III）を決定し、求めた吸収液循環量（III）に応じた水蒸気量（IV）を決定する制御を行うようにしている。
そして、排ガス中のＣＯ₂濃度が基準よりも０．９５低下した場合には、表１に示すように、吸収液循環量は基準の１．０５倍とし、これに応じたＣＯ₂再生塔１８の水蒸気量は基準の１．０３倍に変更する制御を行うようにしている。

さらに、排ガスの流量が変動する場合について考慮すると、表１に示すように、（Ｂ）排ガスの流量が基準よりも０．９５低下した場合には、吸収液循環量は基準の１．０２倍とし、これに応じた水蒸気量は基準の１．０１倍に変更する制御を行うようにしている。

よって、排ガス中のＣＯ₂濃度の変動と共に排ガス流量の変動が重なった場合には、両者を掛け合わせた変更の制御が必要となる。

また、ＣＯ₂吸収塔１６に導入する導入ガスの温度（Ｔ₁）を考慮すると、表１に示すように（Ｃ）導入ガス温度が５℃低下した場合には、循環量を０．９１倍とし、水蒸気供給量を０．９７倍と３％減少する制御をすれば良いことがわかる。

一方、吸収塔に導入する導入ガスの温度を考慮すると、導入ガス温度が５℃上昇した場合には、循環量１．０９倍とし、水蒸気供給量を１．０３倍と３％増加する制御をすれば良いことがわかる。

この結果、一日あたりのＣＯ₂回収量を目標値に維持するための、最適な運転をすることができる。この結果、一日のＣＯ₂回収量を所定以上としたいという要求に常に応じることができ、回収したＣＯ₂を用いて、常に一定量の製品を提供することができる。

また、ＣＯ₂回収装置の吸収塔と再生塔とを模式的に示す図２に示すように、ＣＯ₂吸収塔１６と、ＣＯ₂再生塔１８との間を吸収液が循環しているので、吸収塔に導入された吸収液が一巡するまでに時間がかかることとなる。
よって、［Ａ］吸収塔１６の充填部を通過する時間（例えば９分）、［Ｂ］吸収塔液溜まり部を通過する時間（例えば１６分）、［Ｃ］熱交換器２３を通過する時間（例えば１分）、［Ｄ］再生塔１８の充填部を通過する時間（例えば３分）、［Ｅ］再生塔１８の液溜まり部を通過する時間（例えば５分）、［Ｆ］配管を通過する時間（例えば６分）の合計の時間の時間遅れの制御が必要となる。

よって、制御は時間遅れを考慮して制御とすることで最適な運転とすることができる。

以上のように、本発明に係るＣＯ₂回収装置は、一日あたりのＣＯ₂回収量を常に達成できることができ、長期間に亙ってのガス中のＣＯ₂処理に用いてに適している。

１０ ＣＯ₂回収装置
１２ ＣＯ₂を含有する排ガス
１５ ＣＯ₂吸収液（リーン溶液）
１６ ＣＯ₂吸収塔
１７ ＣＯ₂を吸収したＣＯ₂吸収液（リッチ溶液）
１８ 再生塔
４１ 液レベル計
４２ 補給液

Claims (2)

1. 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を除去し、再生する再生塔とを具備し、前記再生塔でＣＯ₂を除去したリーン溶液であるＣＯ₂吸収液を前記ＣＯ₂吸収塔で再利用するＣＯ₂回収装置であって、
   前記排ガス中のＣＯ₂濃度を計測し、そのＣＯ₂濃度に応じて一日あたりの目標ＣＯ₂回収量とする場合の排ガス量を求め、
   求めた排ガス量に応じた吸収液循環量を決定し、吸収液循環量に応じた再生塔における再生過熱器の水蒸気量を決定する制御を行うと共に、
   少なくとも排ガス流量及び排ガス導入温度の変動を判断し、
   変動があった場合には、一日あたりのＣＯ ₂ 回収量を目標値に維持するために、設計値の基準から増減した変動に応じて吸収液循環量を決定し、吸収液循環量に応じた水蒸気量を決定する制御を行う制御手段を有することを特徴とするＣＯ₂回収装置。
2. 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を除去し、再生する再生塔とを具備し、前記再生塔でＣＯ₂を除去したリーン溶液であるＣＯ₂吸収液を前記ＣＯ₂吸収塔で再利用するＣＯ₂回収方法であって、
   前記排ガス中のＣＯ₂濃度を計測し、そのＣＯ₂濃度に応じて一日あたりの目標ＣＯ₂回収量とする場合の排ガス量を求め、
   求めた排ガス量に応じた吸収液循環量を決定し、吸収液循環量に応じた再生塔における再生過熱器の水蒸気量を決定すると共に、
   少なくとも排ガス流量及び排ガス導入温度の変動を判断し、
   変動があった場合には、一日あたりのＣＯ ₂ 回収量を目標値に維持するために、設計値の基準から増減した変動に応じて吸収液循環量を決定し、吸収液循環量に応じた水蒸気量を決定する制御を行うことを特徴とするＣＯ₂回収方法。

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