JP5582960B2

JP5582960B2 - 二酸化炭素分離回収システム及びリボイラー入熱量測定方法

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Publication number: JP5582960B2
Application number: JP2010237307A
Authority: JP
Inventors: 橋幸夫大; 川斗小; 村英夫北; 田東彦平
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2010-10-22
Filing date: 2010-10-22
Publication date: 2014-09-03
Anticipated expiration: 2030-10-22
Also published as: JP2012087032A; EP2444140A2; CA2754466A1; US20120101767A1; AU2011232812A1; CN102527194B; US8983791B2; AU2011232812B2; CN102527194A; EP2444140B1; EP2444140A3; CA2754466C

Description

本発明は、二酸化炭素分離回収システム及びリボイラー入熱量測定方法に関する。

近年、大量の化石燃料を使用する火力発電所等を対象に、燃焼排ガスとアミン系吸収液を接触させ、燃焼排ガス中の二酸化炭素を分離回収する方法、及び回収された二酸化炭素を大気へ放出することなく貯蔵する方法が研究されている。

具体的には、燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素をアミン系吸収液に吸収させる吸収塔と、二酸化炭素を吸収した吸収液（リッチ液）が吸収塔から供給され、リッチ液を加熱し、リッチ液から二酸化炭素ガスを放出させて吸収液を再生する再生塔とを備え、再生した吸収液（リーン液）を吸収塔に供給して再利用する二酸化炭素回収システムが知られている（例えば特許文献１参照）。

リッチ液から二酸化炭素を放出させる工程では、再生塔に隣接して設けられたリボイラーが再生塔内の吸収液を循環・加熱している。リボイラーには加熱媒体として、火力発電所や工場等で用いる為に発生させている水蒸気の一部が供給されることが多い。この時、リボイラー加熱媒体から再生塔内吸収液に供給される熱量は、リボイラー入口における水蒸気の熱量と、リボイラー出口における水の熱量との差から求められている。リボイラー入口における水蒸気の熱量は、水蒸気の温度・圧力を測定して求めた単位重量当りの保有熱量（エンタルピー：kJ/kg）と水蒸気の質量流量（kg/sec）との積から算出される。また、リボイラー出口における水の熱量は、水の温度・圧力を測定して求めた単位重量当りの保有熱量（エンタルピー：kJ/kg）と水の質量流量（kg/sec）との積から算出される。

しかし、リボイラーに供給された水蒸気の一部は凝縮せず（水にはならず）、水蒸気のままである。つまり、リボイラー出口における流体は、水蒸気と水とが混在する気液二相流体である。また水蒸気と水の流量比率は、二酸化炭素回収システムの運転条件によって変化する。この流量比率を正確に測定する方法は確立されていない。

そのため、上述したような、リボイラー入口における水蒸気の熱量と、リボイラー出口における水の熱量との差を求める従来の方法では、リボイラー加熱媒体から再生塔内吸収液に供給される熱量を正確に測定することが出来なかった。

特開２００４−３２３３３９号公報

本発明は、リボイラー加熱媒体から再生塔内吸収液に供給される熱量を正確に測定することができる二酸化炭素分離回収システム及びリボイラー入熱量測定方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様による二酸化炭素分離回収システムは、燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させる吸収塔と、前記吸収塔から二酸化炭素を吸収した吸収液が供給され、当該吸収液から蒸気を含む二酸化炭素ガスを放出させるとともに当該吸収液を再生し、放出された二酸化炭素ガス及び蒸気を含む排出ガスを排出する再生塔と、前記吸収塔と前記再生塔との間に設けられ、前記再生塔から前記吸収塔に供給される再生された吸収液を熱源として、前記吸収塔から前記再生塔に供給される二酸化炭素を吸収した吸収液を加熱する再生熱交換器と、前記再生塔に連結され、加熱媒体を用いて前記再生塔内の吸収液を加熱するリボイラーと、前記加熱媒体から前記吸収液に供給される熱量を測定する測定装置と、を備え、前記測定装置は、前記リボイラーから排出される前記加熱媒体を冷却する冷却器を有し、前記リボイラーに供給される前記加熱媒体の保有熱量から、前記冷却器により冷却された前記加熱媒体の保有熱量と前記冷却器における前記加熱媒体からの除熱量とを減じて、前記加熱媒体から前記吸収液に供給される熱量を求めるものである。

本発明の一態様による二酸化炭素分離回収システムは、燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させる吸収塔と、前記吸収塔から二酸化炭素を吸収した吸収液が供給され、当該吸収液から蒸気を含む二酸化炭素ガスを放出させるとともに当該吸収液を再生し、放出された二酸化炭素ガス及び蒸気を含む排出ガスを排出する再生塔と、前記吸収塔と前記再生塔との間に設けられ、前記再生塔から前記吸収塔に供給される再生された吸収液を熱源として、前記吸収塔から前記再生塔に供給される二酸化炭素を吸収した吸収液を加熱する再生熱交換器と、前記再生塔に連結され、加熱媒体を用いて前記再生塔内の吸収液を加熱するリボイラーと、前記加熱媒体から前記吸収液に供給される熱量を測定する測定装置と、を備え、前記測定装置は、前記リボイラーに供給される前記加熱媒体の流量を測定する第１流量センサと、前記リボイラーから排出される前記加熱媒体を気液分離する気液分離器と、前記気液分離器から排出される液相成分の流量を測定する第２流量センサと、を有し、前記リボイラーに供給される前記加熱媒体の単位重量当たりの保有熱量から、前記気液分離器から排出される液相成分の単位重量当たりの保有熱量を減じた値に、前記リボイラーに供給される前記加熱媒体の流量を乗じた値と、前記液相成分の単位重量当たりの保有熱量から前記液相成分の単位重量当たりの保有熱量を減じた値に、前記液相成分の流量を乗じた値とを加算して、前記加熱媒体から前記吸収液に供給される熱量を求めるものである。

本発明の一態様によるリボイラー入熱量測定方法は、燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させる吸収塔と、前記吸収塔から二酸化炭素を吸収した吸収液が供給され、当該吸収液から蒸気を含む二酸化炭素ガスを放出させるとともに当該吸収液を再生し、放出された二酸化炭素ガス及び蒸気を含む排出ガスを排出する再生塔と、前記吸収塔と前記再生塔との間に設けられ、前記再生塔から前記吸収塔に供給される再生された吸収液を熱源として、前記吸収塔から前記再生塔に供給される二酸化炭素を吸収した吸収液を加熱する再生熱交換器と、前記再生塔に連結され、加熱媒体を用いて前記再生塔内の吸収液を加熱するリボイラーと、を備える二酸化炭素分離回収システムの前記リボイラーにおいて、前記加熱媒体から前記吸収液に供給される熱量を測定するリボイラー入熱量測定方法であって、前記リボイラーに供給される前記加熱媒体の第１保有熱量を算出する工程と、前記リボイラーから排出される前記加熱媒体を冷却器により冷却する工程と、前記冷却器により冷却された前記加熱媒体の第２保有熱量を算出する工程と、前記冷却器における前記加熱媒体からの除熱量を算出する工程と、前記第１保有熱量から、前記第２保有熱量及び前記除熱量を減じて、前記加熱媒体から前記吸収液に供給される熱量を求める工程と、を有するものである。

本発明の一態様によるリボイラー入熱量測定方法は、燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させる吸収塔と、前記吸収塔から二酸化炭素を吸収した吸収液が供給され、当該吸収液から蒸気を含む二酸化炭素ガスを放出させるとともに当該吸収液を再生し、放出された二酸化炭素ガス及び蒸気を含む排出ガスを排出する再生塔と、前記吸収塔と前記再生塔との間に設けられ、前記再生塔から前記吸収塔に供給される再生された吸収液を熱源として、前記吸収塔から前記再生塔に供給される二酸化炭素を吸収した吸収液を加熱する再生熱交換器と、前記再生塔に連結され、加熱媒体を用いて前記再生塔内の吸収液を加熱するリボイラーと、を備える二酸化炭素分離回収システムの前記リボイラーにおいて、前記加熱媒体から前記吸収液に供給される熱量を測定するリボイラー入熱量測定方法であって、前記リボイラーに供給される前記加熱媒体の単位重量当たりの第１保有熱量を算出する工程と、前記リボイラーから排出される前記加熱媒体を気液分離器により気液分離する工程と、前記気液分離器から排出される液相成分の単位重量当たりの第２保有熱量を算出する工程と、前記気液分離器から排出される気相成分の単位重量当たりの第３保有熱量を算出する工程と、前記リボイラーに供給される前記加熱媒体の第１流量を測定する工程と、前記液相成分の第２流量を測定する工程と、単位重量当たりの前記第１保有熱量と前記第３保有熱量との差分に前記第１流量を乗じた値と、単位重量当たりの前記第３保有熱量と前記第２保有熱量との差分に前記第２流量を乗じた値とを加算して、前記加熱媒体から前記吸収液に供給される熱量を求める工程と、を有するものである。

本発明によれば、リボイラー加熱媒体から再生塔内吸収液に供給される熱量を正確に測定することができる。

本発明の第１の実施形態に係る二酸化炭素分離回収システムの概略構成図である。本発明の第２の実施形態に係る二酸化炭素分離回収システムの概略構成図である。本発明の第３の実施形態に係る二酸化炭素分離回収システムの概略構成図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（第１の実施形態）図１に本発明の第１の実施形態に係る二酸化炭素分離回収システムの概略構成を示す。ここで二酸化炭素分離回収システムは、二酸化炭素を吸収可能な吸収液を用いて、化石燃料の燃焼により生成された燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を回収するものである。

図１に示すように二酸化炭素分離回収システム１は、燃焼排ガス２ａに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させる吸収塔３と、吸収塔３から二酸化炭素を吸収した吸収液（以下、リッチ液４ａと記す）が供給され、このリッチ液４ａを加熱し、吸収液から水蒸気を含む二酸化炭素ガスを放出させて、二酸化炭素ガスと水蒸気とを含む排出ガス２ｄを排出し、吸収液を再生する再生塔５とを備える。

例えば、火力発電所などの発電設備において生成された燃焼排ガス２ａが、排ガス導入ライン８を介して吸収塔３の下部に供給され、吸収塔３の頂部から二酸化炭素が取り除かれた燃焼排ガス２ｂが排出されるようになっている。

吸収塔３は、吸収液が二酸化炭素を吸収することにより生成されたリッチ液４ａを貯留する吸収塔スチル（タンク）３ａを有する。同様に、再生塔５は、リッチ液４ａが二酸化炭素ガスを放出することにより再生された吸収液（以下、リーン液４ｂと記す）を貯留する再生塔スチル（タンク）５ａを有する。

ここで、二酸化炭素を吸収可能な吸収液には、例えばアミン化合物を水に溶かしたアミン化合物水溶液が使用される。

図１に示すように、再生塔５にはリボイラー６が設けられている。リボイラー６は、発電設備から供給されるプラント蒸気（水蒸気）等の加熱媒体１０１を熱源として、再生塔スチル５ａに貯留されていたリーン液４ｂの一部を加熱してその温度を上昇させて蒸気を生成し、再生塔５に供給する。リボイラー６には、加熱媒体１０１から再生塔５内の吸収液（リーン液４ｂ）に供給される熱量を測定するリボイラー入熱量測定装置１００が設けられている。リボイラー入熱量測定装置１００の詳細は後述する。

リボイラー６においてリーン液４ｂを加熱する際、リーン液４ｂから二酸化炭素ガスが放出され、吸収液蒸気とともに再生塔５に供給される。この吸収液蒸気は、充填層５ｂを介して再生塔５内を上昇し、リッチ液４ａを加熱する。これによりリッチ液４ａから二酸化炭素ガスが放出される。充填層５ｂは、例えば、多孔構造、ハニカム構造等を有するもので構成され、充填層５ｂを通過する吸収液を撹乱する作用を有するものであればよい。

再生塔５から排出された二酸化炭素ガスと吸収液蒸気とを含む排出ガス２ｄは、ガスライン３５を通り、ガス冷却器３１によって水分凝縮した後、気液分離器３２によって二酸化炭素ガスと吸収液成分を含む還流水とに気液分離される。気液分離器３２からの二酸化炭素ガス２ｅは回収二酸化炭素導出ライン３３を介して排出され、貯蔵設備（図示せず）で貯蔵される。また、気液分離器３２からの還流水は還流ライン３４を介して再生塔５に戻される。

吸収塔３と再生塔５との間に、再生塔５から吸収塔３に供給されるリーン液４ｂを熱源として、吸収塔３から再生塔５に供給されるリッチ液４ａを加熱する再生熱交換器７が設けられ、リーン液４ｂの熱を回収するように構成されている。ここで、上述したように、再生塔５においてリッチ液４ａから二酸化炭素ガスを放出させる際、リッチ液４ａはリボイラー６からの高温の蒸気を熱源として加熱される。従って、再生熱交換器７に供給されるリーン液４ｂの温度は比較的高く、このリーン液４ｂが熱源として用いられている。

吸収塔３と再生熱交換器７との間に、吸収塔タンク３ａの底部から再生熱交換器７にリッチ液４ａを供給するリッチ液ライン１１が連結されている。このリッチ液ライン１１に、吸収塔３からのリッチ液４ａを再生熱交換器７に送り込むリッチ液ポンプ１２が設けられている。

再生熱交換器７と再生塔５との間に、再生熱交換器７から再生塔５の上部にリッチ液４ａを供給するリッチ液ライン１３が連結されている。

再生塔５と再生熱交換器７との間に、再生塔タンク５ａの底部から再生熱交換器７にリーン液４ｂを供給するリーン液ライン１４が連結されている。このリーン液ライン１４に、再生塔５からのリーン液４ｂを再生熱交換器７に送り込むリーン液ポンプ１５が設けられている。

再生熱交換器７からのリーン液４ｂは、緩衝タンク１０に貯留される。緩衝タンク１０に貯留されているリーン液４ｂは、ポンプ１６により吸収塔３の上部へ送り込まれる。ポンプ１６と吸収塔３との間には吸収液冷却器１７が設けられている。吸収液冷却器１７は、冷却水（冷却媒体）を冷却源として、吸収塔３に供給される吸収液を冷却する。

吸収塔３の上部に供給された吸収液は、吸収塔３内において上部から吸収塔タンク３ａに向けて下降する。一方、吸収塔３に供給された燃焼排ガス２ａは、吸収塔３内において下部から頂部に向けて上昇する。そのため、二酸化炭素を含む燃焼排ガス２ａと吸収液とが充填層３ｂにおいて向流接触（直接接触）し、吸収液が燃焼排ガス２ａ中の二酸化炭素を吸収し、リッチ液４ａが生成される。二酸化炭素が取り除かれた燃焼排ガス２ｂは、吸収塔３の頂部から排出され、リッチ液４ａは吸収塔３の吸収塔タンク３ａに貯留される。充填層３ｂは、例えば、多孔構造、ハニカム構造等を有するもので構成され、充填層３ｂを通過する吸収液を撹乱する作用を有するものであればよい。

吸収塔３の頂部から排出された燃焼排ガス２ｂは、ガス冷却器２１によって冷却されて水分凝縮した後、気液分離器２２によって排ガスと吸収液成分を含む還流水とに気液分離される。気液分離器２２からの排ガス２ｃは排ガス導出ライン２３を介して系外に排出され、還流水は還流ライン２４を介して吸収塔３に戻される。

次に、リボイラー入熱量測定装置１００について説明する。リボイラー入熱量測定装置１００は、供給ライン１０５を介して、リボイラー６に水蒸気等の加熱媒体１０１を供給する。供給ライン１０５には、加熱媒体１０１の温度を測定する温度センサ１０２、圧力を測定する圧力センサ１０３、及び流量を測定する流量センサ１０４が設けられている。すなわち、温度センサ１０２、圧力センサ１０３、及び流量センサ１０４は、リボイラー６の入口における加熱媒体１０１の温度、圧力、及び流量を測定している。

リボイラー６において吸収液に熱を供給した加熱媒体１０１は、排出ライン１１０を介して排出される。排出ライン１１０には、リボイラー６から排出された加熱媒体１０１を冷却する冷却器１２０が設けられている。リボイラー６に供給される加熱媒体１０１が水蒸気であった場合、リボイラー６から排出される加熱媒体１０１は水（液体）及び水蒸気（気体）を含む気液二相流体である。リボイラー６から排出された加熱媒体１０１中の水蒸気は、冷却器１２０により全て凝縮される。従って、冷却器１２０より下流側の排出ライン１１０を流れる加熱媒体１０１は水（液体）となる。

冷却器１２０より下流側の排出ライン１１０には、加熱媒体１０１の温度を測定する温度センサ１１１が設けられている。

冷却器１２０には、供給ライン１２５を介して、リボイラー６から排出された加熱媒体１０１を冷却するための冷却媒体１２１が供給される。冷却媒体１２１は例えば水である。供給ライン１２５には、冷却媒体１２１の温度を測定する温度センサ１２２及び流量を測定する流量センサ１２３が設けられている。すなわち、温度センサ１２２及び流量センサ１２３は、冷却器１２０の入口における冷却媒体１２１の温度及び流量を測定している。

冷却器１２０において加熱媒体１０１を冷却した冷却媒体１２１は、排出ライン１２６を介して冷却器１２０から排出される。排出ライン１２６には、冷却器１２１から排出された冷却媒体１２１の温度を測定する温度センサ１２７が設けられている。すなわち、温度センサ１２７は、冷却器１２０の出口における冷却媒体１２１の温度を測定している。

リボイラー６において加熱媒体１０１から吸収液に供給される熱量Ｑは、リボイラー６入口における加熱媒体１０１の単位重量当たりの保有熱量（エンタルピーＨｉ）と、冷却器１２０より下流側における加熱媒体１０１の単位重量当たりの保有熱量（エンタルピーＨlｏ）との差に加熱媒体流量（Ｇｉ）を乗じた値から、冷却器１２０における加熱媒体１０１からの除熱量Ｑ_ｒを減じたものに相当し、以下の数式１で表すことができる。
数式１：Ｑ＝Ｇｉ×（Ｈｉ−Ｈlｏ）−Ｑｒ

リボイラー６入口の加熱媒体１０１の単位重量当たりの保有熱量（エンタルピーＨｉ）は、温度センサ１０２及び圧力センサ１０３の測定値を用いて、日本機械学会等で作成している蒸気表から求めることができる。加熱媒体流量（Ｇｉ）は、流量センサ１０４の測定値である。

また、冷却器１２０より下流側における加熱媒体１０１の単位重量当たりの保有熱量（エンタルピーＨlｏ）は、温度センサ１１１及び圧力センサ１０３の測定値から求めることができる。

また、冷却器１２０における除熱量Ｑｒは、温度センサ１２２の測定値Ｔｉ、温度センサ１２７の測定値Ｔｏ、流量センサ１２３の測定値Ｇｒ、冷却媒体１２１の比熱Ｃｐｒを用いて、以下の数式２で求めることができる。
数式２：Ｑｒ＝Ｇｒ×Ｃｐｒ×（Ｔｏ−Ｔｉ）

従って、各センサの測定値を数式１及び数式２に代入することで、リボイラー６において加熱媒体１０１から吸収液に供給される熱量Ｑを求めることができる。

例えば、演算部１５０が、温度センサ１０２、圧力センサ１０３、流量センサ１０４、温度センサ１１１、温度センサ１２２、流量センサ１２３、温度センサ１２７の測定値を取得し、記憶部１５１に記憶されている蒸気表を参照してエンタルピーＨｉ及びエンタルピーＨlｏを求め、数式２及び数式１の計算を行うことで、熱量Ｑを算出する。

このように本実施形態では、リボイラー６から排出された加熱媒体１０１を冷却器１２０で凝縮し、加熱媒体１０１を全て液体にしてから単位重量当たりの保有熱量（エンタルピー：Ｈlｏ）を求めている。そして、リボイラー６入口における加熱媒体１０１の保有熱量から、冷却器１２０より下流側の加熱媒体１０１の保有熱量と、冷却器１２０における除熱量Ｑｒとを減じることで、リボイラー６において加熱媒体１０１から吸収液に供給される熱量Ｑを求めている。

そのため、二酸化炭素分離回収システム１の運転条件の変更に伴いリボイラー６から排出される加熱媒体１０１の蒸気成分と液成分との流量比率が変わっても、リボイラー６において加熱媒体１０１から吸収液に供給される熱量Ｑを、簡単かつ正確に算出することができる。

なお、上記実施形態では、加熱媒体１０１の流量を測定する流量センサ１０４を供給ライン１０５に設けていたが、冷却器１２０より下流側の排出ライン１１０に設けてもよい。蒸気（気体）よりも液体の流量を測定する方が容易なためである。

また、上記実施形態において、冷却器１２０より下流側の排出ライン１１０に圧力センサを設け、この圧力センサと温度センサ１１１の測定値に基づいて、冷却器１２０より下流側の加熱媒体１０１の単位重量当たりの保有熱量（エンタルピー：エンタルピー：Ｈlｏ）を求めるようにしてもよい。

また、上記実施形態において、流量計１２３は供給ライン１２５でなく、排出ライン１２６に設けてもよい。

（第２の実施形態）図２に本発明の第２の実施形態に係る二酸化炭素分離回収システムの概略構成を示す。本実施形態は、図１に示す第１の実施形態と比較して、リボイラー入熱量測定装置１００の構成が異なる。図２において、図１に示す第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

図２に示すように、リボイラー６から排出された加熱媒体１０１は、排出ライン１１０を介して気液分離器１３０に供給される。気液分離器１３０は、加熱媒体１０１中の液相成分１４０と気相成分１４１を分離する。気相成分１４１は、気液分離器１３０の上部から排出される。液相成分１４０は、重力によって気液分離器１３０の下部に溜まり、排出ライン１３１を介して排出される。

排出ライン１３１には、液相成分１４０の温度を測定する温度センサ１３２、圧力を測定する圧力センサ１３３、及び流量を測定する流量センサ１３４が設けられている。

液相成分１４０が保有する熱量Ｑｌｏは以下の数式３から算出できる。
数式３：Ｑｌｏ＝Ｇｏ×Ｈｌｏ

ここで、液相成分１４０の単位重量当たりの保有熱量（エンタルピーＨｌｏ）は、温度センサ１３２及び圧力センサ１３３の測定値から求めることができる。また、液相成分１４０の流量Ｇｏは、流量センサ１３４の測定値である。

気液分離器１３０から排出される気相成分１４１の流量Ｇｖｏは、リボイラー６入口の加熱媒体１０１の流量Ｇｉ（流量センサ１０４の測定値）を用いて、以下の数式４で表される。
数式４：Ｇｖｏ＝Ｇｉ−Ｇｏ

気液分離器１３０から気相成分１４１は、温度センサ１３５により温度が測定され、圧力センサ１３６により圧力が測定される。温度センサ１３５及び圧力センサ１３６の測定値から、気相成分１４１の単位重量当たりの保有熱量（エンタルピーＨｉ’）を求めることができる。気液分離器１３０から気相成分１４１として排出される熱量Ｑｖｏは、以下の数式５で表される。
数式５：Ｑｖｏ＝Ｇｖｏ×Ｈｉ’

従って、リボイラー６において加熱媒体１０１から吸収液に供給される熱量Ｑは、以下の数式６から求めることができる。
数式６：Ｑ＝Ｇｉ×Ｈｉ−Ｇｖｏ×Ｈｉ’−Ｑｌ_ｏ
＝Ｇｉ×Ｈｉ−（Ｇｉ−Ｇｏ）×Ｈｉ’−Ｇｏ×Ｈｌ_ｏ
＝Ｇｉ×（Ｈｉ−Ｈｉ’）＋Ｇｏ×（Ｈｉ’−Ｈｌ_ｏ）

このように、本実施形態によれば、リボイラー６入口における加熱媒体１０１の温度、圧力を温度センサ１０２、圧力センサ１０３で測定し、気液分離器１３０により気液分離された加熱媒体１０１の液相成分１４０の温度、圧力、流量を温度センサ１３２、圧力センサ１３３、流量センサ１３４で測定し、気相成分１４１の温度、圧力を温度センサ１３５、圧力センサ１３６で測定し、上述の数式６に測定値を代入することで、熱量Ｑを求めている。すなわち、リボイラー６入口における加熱媒体１０１の単位重量当たりの保有熱量と気相成分１４１の単位重量当たりの保有熱量との差分にリボイラー６入口における加熱媒体１０１の流量を乗じた値と、気相成分１４１の単位重量当たりの保有熱量と液相成分１４０の単位重量当たりの保有熱量との差分に、液相成分１４０の流量（＝リボイラー６で凝縮した加熱媒体１０１の流量）を乗じた値とを加算することで、熱量Ｑを求めている。

なお、数式６から分かるように、本実施形態では熱量Ｑを算出するにあたり流量センサ１０４の測定値は用いないため、流量センサ１０４を省略した構成としてもよい。

（第３の実施形態）図３に本発明の第３の実施形態に係る二酸化炭素分離回収システムの概略構成を示す。本実施形態は、図２に示す第２の実施形態と比較して、リッチ液ライン１３に加熱装置４０を設けた点が異なる。図３において、図２に示す第２の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

加熱装置４０は、気液分離器１３０から排出された加熱媒体１０１の気相成分１４１を熱源として、リッチ液４ａを加熱する。加熱装置４０により加熱されたリッチ液４ａは再生塔５に供給される。

このように本実施形態は、加熱媒体１０１（水蒸気）が凝縮する時の膨大な潜熱を利用してリッチ液４ａを加熱する。そのため、加熱媒体１０１の流量がリッチ液４ａの流量と比較して少ない場合であっても、リッチ液４ａを更に昇温することができ、吸収液の再生のために外部から再生塔５に供給される熱量を削減することができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１二酸化炭素分離回収システム
３吸収塔
５再生塔
６リボイラー
７再生熱交換器
１００リボイラー入熱量測定装置
１２０冷却器
１３０気液分離器

Claims

燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させる吸収塔と、
前記吸収塔から二酸化炭素を吸収した吸収液が供給され、当該吸収液から蒸気を含む二酸化炭素ガスを放出させるとともに当該吸収液を再生し、放出された二酸化炭素ガス及び蒸気を含む排出ガスを排出する再生塔と、
前記吸収塔と前記再生塔との間に設けられ、前記再生塔から前記吸収塔に供給される再生された吸収液を熱源として、前記吸収塔から前記再生塔に供給される二酸化炭素を吸収した吸収液を加熱する再生熱交換器と、
前記再生塔に連結され、加熱媒体を用いて前記再生塔内の吸収液を加熱するリボイラーと、
前記加熱媒体から前記吸収液に供給される熱量を測定する測定装置と、
を備え、
前記測定装置は、前記リボイラーから排出される前記加熱媒体を冷却する冷却器を有し、前記リボイラーに供給される前記加熱媒体の保有熱量から、前記冷却器により冷却された前記加熱媒体の保有熱量と前記冷却器における前記加熱媒体からの除熱量とを減じて、前記加熱媒体から前記吸収液に供給される熱量を求めることを特徴とする二酸化炭素分離回収システム。
前記測定装置は、
前記リボイラーに供給される前記加熱媒体の温度を測定する第１温度センサと、
前記リボイラーに供給される前記加熱媒体の圧力を測定する圧力センサと、
前記リボイラーに供給される前記加熱媒体の質量流量又は前記冷却器により冷却された前記加熱媒体の質量流量を測定する第１流量センサと、
前記冷却器により冷却された前記加熱媒体の温度を測定する第２温度センサと、
を有し、
前記第１温度センサ及び前記圧力センサの測定値に基づいて、前記リボイラーに供給される前記加熱媒体の単位重量当たりの保有熱量を求め、この単位重量当たりの保有熱量に前記流量センサの測定値を乗じて、前記リボイラーに供給される前記加熱媒体の保有熱量を算出し、
前記第２温度センサ及び前記圧力センサの測定値に基づいて、前記冷却器により冷却された前記加熱媒体の単位重量当たりの保有熱量を求め、この単位重量当たりの保有熱量に前記流量センサの測定値を乗じて、前記冷却器により冷却された前記加熱媒体の保有熱量を算出することを特徴とする請求項１に記載の二酸化炭素分離回収システム。
前記測定装置は、
前記冷却器に供給される冷却媒体の温度を測定する第３温度センサと、
前記冷却器から排出される前記冷却媒体の温度を測定する第４温度センサと、
前記冷却器に供給される前記冷却媒体の質量流量又は前記冷却器から排出される前記冷却媒体の質量流量を測定する第２流量センサと、
を有し、
前記第３温度センサの測定値と前記第４温度センサの測定値との差分に、前記第２流量センサの測定値と前記冷却媒体の比熱とを乗じて、前記冷却器における前記加熱媒体からの除熱量を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の二酸化炭素分離回収システム。
燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させる吸収塔と、
前記吸収塔から二酸化炭素を吸収した吸収液が供給され、当該吸収液から蒸気を含む二酸化炭素ガスを放出させるとともに当該吸収液を再生し、放出された二酸化炭素ガス及び蒸気を含む排出ガスを排出する再生塔と、
前記吸収塔と前記再生塔との間に設けられ、前記再生塔から前記吸収塔に供給される再生された吸収液を熱源として、前記吸収塔から前記再生塔に供給される二酸化炭素を吸収した吸収液を加熱する再生熱交換器と、
前記再生塔に連結され、加熱媒体を用いて前記再生塔内の吸収液を加熱するリボイラーと、
前記加熱媒体から前記吸収液に供給される熱量を測定する測定装置と、
を備え、
前記測定装置は、
前記リボイラーに供給される前記加熱媒体の質量流量を測定する第１流量センサと、
前記リボイラーから排出される前記加熱媒体を気液分離する気液分離器と、
前記気液分離器から排出される液相成分の質量流量を測定する第２流量センサと、
を有し、
前記リボイラーに供給される前記加熱媒体の単位重量当たりの保有熱量から、前記気液分離器から排出される気相成分の単位重量当たりの保有熱量を減じた値に、前記リボイラーに供給される前記加熱媒体の質量流量を乗じた値と、前記気相成分の単位重量当たりの保有熱量から前記液相成分の単位重量当たりの保有熱量を減じた値に、前記液相成分の質量流量を乗じた値とを加算して、前記加熱媒体から前記吸収液に供給される熱量を求めることを特徴とする二酸化炭素分離回収システム。
前記測定装置は、
前記リボイラーに供給される前記加熱媒体の温度を測定する第１温度センサと、
前記リボイラーに供給される前記加熱媒体の圧力を測定する第１圧力センサと、
前記液相成分の温度を測定する第２温度センサと、
前記液相成分の圧力を測定する第２圧力センサと、
前記気相成分の温度を測定する第３温度センサと、
前記気相成分の圧力を測定する第３圧力センサと、
を有し、
前記第１温度センサ及び前記第１圧力センサの測定値に基づいて、前記リボイラーに供給される前記加熱媒体の単位重量当たりの保有熱量を求め、
前記第２温度センサ及び前記第２圧力センサの測定値に基づいて、前記液相成分の単位重量当たりの保有熱量を求め、
前記第３温度センサ及び前記第３圧力センサの測定値に基づいて、前記気相成分の単位重量当たりの保有熱量を求めることを特徴とする請求項４に記載の二酸化炭素分離回収システム。
前記気液分離器から排出される気相成分を熱源として、前記再生熱交換器から前記再生塔に供給される吸収液を加熱する加熱器をさらに備えることを特徴とする請求項４又は５に記載の二酸化炭素分離回収システム。
燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させる吸収塔と、
前記吸収塔から二酸化炭素を吸収した吸収液が供給され、当該吸収液から蒸気を含む二酸化炭素ガスを放出させるとともに当該吸収液を再生し、放出された二酸化炭素ガス及び蒸気を含む排出ガスを排出する再生塔と、
前記吸収塔と前記再生塔との間に設けられ、前記再生塔から前記吸収塔に供給される再生された吸収液を熱源として、前記吸収塔から前記再生塔に供給される二酸化炭素を吸収した吸収液を加熱する再生熱交換器と、
前記再生塔に連結され、加熱媒体を用いて前記再生塔内の吸収液を加熱するリボイラーと、
を備える二酸化炭素分離回収システムの前記リボイラーにおいて、前記加熱媒体から前記吸収液に供給される熱量を測定するリボイラー入熱量測定方法であって、
前記リボイラーに供給される前記加熱媒体の第１保有熱量を算出する工程と、
前記リボイラーから排出される前記加熱媒体を冷却器により冷却する工程と、
前記冷却器により冷却された前記加熱媒体の第２保有熱量を算出する工程と、
前記冷却器における前記加熱媒体からの除熱量を算出する工程と、
前記第１保有熱量から、前記第２保有熱量及び前記除熱量を減じて、前記加熱媒体から前記吸収液に供給される熱量を求める工程と、
を有することを特徴とするリボイラー入熱量測定方法。
燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させる吸収塔と、
前記吸収塔から二酸化炭素を吸収した吸収液が供給され、当該吸収液から蒸気を含む二酸化炭素ガスを放出させるとともに当該吸収液を再生し、放出された二酸化炭素ガス及び蒸気を含む排出ガスを排出する再生塔と、
前記吸収塔と前記再生塔との間に設けられ、前記再生塔から前記吸収塔に供給される再生された吸収液を熱源として、前記吸収塔から前記再生塔に供給される二酸化炭素を吸収した吸収液を加熱する再生熱交換器と、
前記再生塔に連結され、加熱媒体を用いて前記再生塔内の吸収液を加熱するリボイラーと、
を備える二酸化炭素分離回収システムの前記リボイラーにおいて、前記加熱媒体から前記吸収液に供給される熱量を測定するリボイラー入熱量測定方法であって、
前記リボイラーに供給される前記加熱媒体の単位重量当たりの第１保有熱量を算出する工程と、
前記リボイラーから排出される前記加熱媒体を気液分離器により気液分離する工程と、前記気液分離器から排出される液相成分の単位重量当たりの第２保有熱量を算出する工程と、
前記気液分離器から排出される気相成分の単位重量当たりの第３保有熱量を算出する工程と、
前記リボイラーに供給される前記加熱媒体の第１質量流量を測定する工程と、
前記液相成分の第２質量流量を測定する工程と、
単位重量当たりの前記第１保有熱量と前記第３保有熱量との差分に前記第１質量流量を乗じた値と、単位重量当たりの前記第３保有熱量と前記第２保有熱量との差分に前記第２質量流量を乗じた値とを加算して、前記加熱媒体から前記吸収液に供給される熱量を求める工程と、
を有することを特徴とするリボイラー入熱量測定方法。