JP5777751B2 - Ｃｏ２回収装置及びｃｏ２回収方法 - Google Patents

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Description

本発明は、排ガス中のＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液を吸収塔内に循環させ、ＣＯ2吸収液により多量のＣＯ2を吸収させ、ＣＯ2吸収液中のＣＯ2濃度を上昇させることで、循環させるＣＯ2吸収液の流量を減らし、再生塔でＣＯ2吸収液の再生に要するスチーム量を低減し、エネルギーの低減を図ったＣＯ2回収装置及びＣＯ2回収方法に関する。
近年、地球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。これに伴い尿素等の原料(化学用途)、原油増産、及び地球温暖化対策として、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。
大量の燃焼排ガス中のＣＯ2を回収・貯蔵する実用的な方法として、アミン水溶液等のＣＯ2吸収液と接触させる化学吸収法がある。前記のようなＣＯ2吸収液を用い、吸収塔において燃焼排ガスとＣＯ2吸収液とを接触させ、燃焼排ガスからＣＯ2を除去・回収し、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）。
図１０は、従来のＣＯ2回収装置１０００Ａの構成の一例を示す概略構成図である。図１０に示すように、従来のＣＯ2回収装置１０００Ａは、産業設備から排出されたＣＯ2を含有する排ガス１００１ＡとＣＯ2を吸収するＣＯ2吸収液１００２とを接触させてＣＯ2を含有する排ガス１００１ＡからＣＯ2を除去する吸収塔１００３と、ＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液（以下、ＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液を「リッチ溶液」とする。）１００４からＣＯ2を放出させてＣＯ2吸収液１００２を再生する再生塔１００５とを有する。この装置では、再生塔１００５でＣＯ2を除去し再生したＣＯ2吸収液（以下、再生塔でＣＯ2を除去されることにより再生されたＣＯ2吸収液を「リーン溶液」とする。）１００６を吸収塔１００３でＣＯ2吸収液１００２として再利用する。
例えばボイラやガスタービン等の産業設備から排出された燃焼排ガスであるＣＯ2を含有する排ガス１００１Ａがガス導入ライン１００７を介して吸収塔１００３に送給される。そして、吸収塔１００３において、排ガス１００１ＡはＣＯ2吸収部１０１０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１００２と向流接触し、ＣＯ2を含有する排ガス１００１Ａ中のＣＯ2は、化学反応（Ｒ−ＮＨ2＋Ｈ2Ｏ＋ＣＯ2→Ｒ−ＮＨ3ＨＣＯ3）によりＣＯ2吸収液１００２に吸収される。その後、ＣＯ2が除去されたＣＯ2除去排ガス１００１Ｂに同伴するＣＯ2吸収液１００２のミストは、ＣＯ2吸収部デミスタ１０１１で捕集され、ＣＯ2吸収液１００２は吸収塔１００３の底部１０１２に貯留される。
そして、ＣＯ2除去排ガス１００１Ｂは水洗部１０１３で水洗部１０１３の頂部から供給される水と気液接触して水洗する。このとき、図示しない水貯槽等からの供給水、洗浄水供給ライン１０１４を介して供給される水などが洗浄用の水として用いられ、熱交換器１０１５で冷却後、供給される。ＣＯ2除去排ガス１００１Ｂに同伴するミストは、水洗部デミスタ１０１６により除去回収され、ミストの除去されたＣＯ2除去排ガス１００１Ｃは、吸収塔１００３の頂部１０１７から系外に放出される。
吸収塔１００３の底部１０１２に貯留されたリッチ溶液１００４は、リッチ溶液供給ライン１０１８を介してリッチソルベントポンプ１０１９により昇圧され、リッチ・リーン溶液熱交換器１０２０において加熱され、再生塔１００５に供給される。
再生塔１００５内に放出されたリッチ溶液１００４は、再生加熱器１０２１のスチーム１０２２により加熱され、大部分のＣＯ2を放出し、低濃度までＣＯ2が除去され、リーン溶液１００６としてＣＯ2吸収液１００２が再生される。一方、放出されたＣＯ2は回収部１０２３、濃縮部１０２４を経て水蒸気を伴ったＣＯ2ガス１０２５が外部に導出され、コンデンサ１０２６、分離ドラム１０２７にて水が凝集・分離された後、ＣＯ2ガス１０２８が系外に放出される。分離ドラム１０２７で分離された水は循環水１０３０として循環水供給ライン１０３１−１、１０３１−２を介して再生塔１００５又は吸収塔１００３に供給される。
リーン溶液１００６は、リッチ・リーン溶液熱交換器１０２０にて冷却され、リーンソルベントポンプ１０３２にて昇圧し、リーンソルベント熱交換器１０３３にて冷却後、吸収塔１００３にＣＯ2吸収液１００２として供給される。
また、リクレーマ１０４０においてリーン溶液供給ライン１０４１からリーン溶液１００６を抜出し、ライン１０４２により抜出したリーン溶液１００６中に残存する塩等の劣化物は塩基性ナトリウム化合物１０４３と反応させ、スラッジ１０４４として排出される。
なお、図１０中、ＣＯ2回収装置１０００Ａ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。
また、ＣＯ2吸収液１００２を送給するプロセスを改良した他の従来のＣＯ2回収装置を図１１、１２に示す。図１１に示すように、他の従来のＣＯ2回収装置１０００Ｂは、再生塔１００５の中間部でセミリーン溶液抜出しライン１０５０からセミリーン溶液（以下、再生塔内で一部または大部分のＣＯ2を放出したＣＯ2吸収液を「セミリーン溶液」という。）１０５１を抜出す。この抜出したセミリーン溶液１０５１をリッチ・セミリーン溶液熱交換器１０５２、熱交換器１０５３で冷却後、下段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｌの上側に送給し、ＣＯ2を回収している。また、上段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｕの下側から抜出したＣＯ2吸収液１００２もセミリーン溶液１０５１と共に、吸収塔１００３内の下段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｌの上側に送給しＣＯ2を回収するようにしている（特許文献２）。
また、他の従来のＣＯ2回収装置１０００Ｃでは、図１２に示すように、吸収塔１００３内のＣＯ2吸収部１０１０の途中でＣＯ2吸収液抜出しライン１０６０−１、１０６０−２により抜出されたＣＯ2吸収液１００２−１、１００２−２を熱交換器１０６１−１、１０６１−２で冷却後、吸収塔１００３内に再度送給し、ＣＯ2を回収するようにしている（特許文献３）。
このように、従来のＣＯ2回収装置１０００Ａ〜１０００Ｃのような化学吸収法によりＣＯ2回収を行う運転は、高温のスチーム等でＣＯ2吸収液１００２であるアミン水溶液とＣＯ2とを分離させているが、ＣＯ2吸収液１００２を送給するプロセスを改良しＣＯ2回収効率を向上させることで、スチーム（エネルギー）の消費を軽減するようにしている。
特開平３−１９３１１６号公報 米国特許第６８００１２０号明細書 特許第３４１６４４３号公報
しかしながら、上述のＣＯ2吸収液１００２及び工程を用いて燃焼排ガスのようなＣＯ2を含有する排ガスから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る必要がある。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、スチームのエネルギーをより軽減し、可能な限り省エネルギー化が可能なプロセスとする必要がある。
また、従来のＣＯ2回収装置１０００Ａ〜１０００Ｃが大型化し、ＣＯ2回収量が１日当たり例えば１０００ｔ以上となると、再生工程において要する熱エネルギーも多量に消費することになるため、スチームのエネルギーをより軽減し、省エネルギー化を図る必要がある。
本発明は、前記問題に鑑み、ＣＯ2吸収液中により多くのＣＯ2を吸収させて循環させるＣＯ2吸収液の流量を減らすことで、再生塔でＣＯ2吸収液の再生に要するスチーム量を低減し、エネルギー効率を一層向上させたＣＯ2回収装置及びＣＯ2回収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吸収液とを向流接触させてＣＯ2を除去する吸収塔と、ＣＯ2を吸収したリッチ溶液を熱交換し再生する再生塔とを備え、該再生塔でＣＯ2を除去したリーン溶液を前記吸収塔で再利用するＣＯ2回収装置であって、前記吸収塔が、上段ＣＯ 2 吸収部と中段ＣＯ 2 吸収部と下段ＣＯ 2 吸収部との三つのＣＯ 2 吸収部を有し、前記中段ＣＯ 2 吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ 2 吸収液を前記中段ＣＯ 2 吸収部のリーン側に供給する吸収液循環ラインと、前記上段ＣＯ 2 吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ 2 吸収液を前記中段ＣＯ 2 吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ 2 吸収液に合流させる吸収液抜出しラインと、前記吸収塔から前記再生塔へリッチ溶液を送給するリッチ溶液供給ラインと、前記吸収液循環ラインにおける、前記吸収液抜出しラインにより抜出したＣＯ 2 吸収液に前記上段ＣＯ 2 吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ 2 吸収液を合流させる上流側又は下流側の何れかに設けられ、前記中段ＣＯ 2 吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ 2 吸収液を冷却する熱交換器とを有し、前記吸収塔の底部のリッチ溶液において、前記吸収液循環ラインに送給される循環吸収液の流量と、前記リッチ溶液供給ラインに送給されるリッチ溶液の流量との分割割合の流量比を、１．０対１．０〜６．０対１．０とすると共に、ＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液を前記ＣＯ2吸収部のリッチ側から外部へ抜出し、冷却した後、前記ＣＯ2吸収液を抜出した位置より前記吸収塔のリーン側に供給し、再度ＣＯ2吸収液として利用してＣＯ2を回収し、前記ＣＯ2吸収液中のＣＯ2濃度を上昇させ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、前記吸収液循環ラインにより前記中段ＣＯ 2 吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ 2 吸収液の一部を前記下段ＣＯ 2 吸収部のリーン側に供給する循環吸収液抜出しラインを有することを特徴とするＣＯ2回収装置にある。
第３の発明は、ＣＯ 2 を含有する排ガスとＣＯ 2 吸収液とを向流接触させてＣＯ 2 を除去する吸収塔と、ＣＯ 2 を吸収したリッチ溶液を熱交換し再生する再生塔とを備え、該再生塔でＣＯ 2 を除去したリーン溶液を前記吸収塔で再利用するＣＯ 2 回収装置であって、前記吸収塔が、上段ＣＯ 2 吸収部と中段ＣＯ 2 吸収部と下段ＣＯ 2 吸収部との三つのＣＯ 2 吸収部を有し、前記下段ＣＯ 2 吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ 2 吸収液を前記中段ＣＯ 2 吸収部のリーン側に供給する吸収液循環ラインと、前記上段ＣＯ 2 吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ 2 吸収液を前記下段ＣＯ 2 吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ 2 吸収液に合流させる吸収液抜出しラインと、前記吸収塔から前記再生塔へリッチ溶液を送給するリッチ溶液供給ラインと、前記吸収液循環ラインにおける、前記吸収液抜出しラインにより抜出したＣＯ 2 吸収液に前記下段ＣＯ 2 吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ 2 吸収液を合流させる上流側又は下流側の何れかに設けられ、前記下段ＣＯ 2 吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ 2 吸収液を冷却する熱交換器とを有し、前記吸収塔の底部のリッチ溶液において、前記吸収液循環ラインに送給される循環吸収液の流量と、前記リッチ溶液供給ラインに送給されるリッチ溶液の流量との分割割合の流量比を、１．０対１．０〜６．０対１．０とすると共に、ＣＯ 2 を吸収したＣＯ 2 吸収液を前記ＣＯ 2 吸収部のリッチ側から外部へ抜出し、冷却した後、前記ＣＯ 2 吸収液を抜出した位置より前記吸収塔のリーン側に供給し、再度ＣＯ 2 吸収液として利用してＣＯ 2 を回収し、前記ＣＯ 2 吸収液中のＣＯ 2 濃度を上昇させることを特徴とするＣＯ2回収装置にある。
第４の発明は、第３の発明において、前記中段ＣＯ 2 吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ 2 吸収液を前記下段ＣＯ 2 吸収部のリーン側に供給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４の発明において、前記中段ＣＯ 2 吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ 2 吸収液を冷却する熱交換器を有することを特徴とするＣＯ2回収装置にある。
第６の発明は、第３乃至５の何れか一つの発明において、前記吸収液抜出しラインの端部が、前記再生塔に前記リッチ溶液を送給するリッチ溶液供給ラインに接続され、前記リッチ溶液供給ラインから前記リッチ溶液を抜出すことを特徴とする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ＣＯ 2 吸収部から抜出した前記ＣＯ 2 吸収液の冷却後の温度が、３０〜５０℃であることを特徴とするＣＯ2回収装置にある。
第８の発明は、ＣＯ 2 を含有する排ガスとＣＯ 2 吸収液とを吸収塔内に設けられたＣＯ 2 吸収部で向流接触させてＣＯ 2 を除去した後、該ＣＯ 2 を吸収したリッチ溶液を再生塔で再生し、その後再生したＣＯ 2 を除去したリーン溶液を吸収塔で再利用するＣＯ 2 回収方法であって、上段ＣＯ 2 吸収部と中段ＣＯ 2 吸収部と下段ＣＯ 2 吸収部との三つのＣＯ 2 吸収部を有する前記吸収塔の前記中段ＣＯ 2 吸収部のリッチ側からＣＯ 2 吸収液を抜出し、前記上段ＣＯ 2 吸収部のリッチ側から抜出されたＣＯ 2 吸収液を前記中段ＣＯ 2 吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ 2 吸収液に合流させ、前記中段ＣＯ 2 吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ 2 吸収液を前記上段ＣＯ 2 吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ 2 吸収液に合流させる前後の何れかにおいて前記中段ＣＯ 2 吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ 2 吸収液を冷却し、前記中段ＣＯ 2 吸収部のリーン側に、合流させたＣＯ 2 吸収液を供給し、再度ＣＯ 2 吸収液として利用して前記ＣＯ 2 を含有する排ガス中のＣＯ 2 を回収し、前記ＣＯ 2 吸収液中のＣＯ 2 濃度を上昇させると共に、前記吸収塔の底部のリッチ溶液において、前記下段ＣＯ 2 吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ 2 吸収液を循環させる流量と、前記再生塔に前記吸収塔の底部から抜出した前記リッチ溶液を送給する前記リッチ溶液の流量との分割割合の流量比を、１．０対１．０〜６．０対１．０とすることを特徴とするＣＯ 2 回収方法にある。
第９の発明は、第８の発明において、前記中段ＣＯ 2 吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ 2 吸収液の一部を前記下段ＣＯ 2 吸収部のリーン側に供給することを特徴とするＣＯ 2 回収方法にある。
第１０の発明は、ＣＯ 2 を含有する排ガスとＣＯ 2 吸収液とを吸収塔内に設けられたＣＯ 2 吸収部で向流接触させてＣＯ 2 を除去した後、該ＣＯ 2 を吸収したリッチ溶液を再生塔で再生し、その後再生したＣＯ 2 を除去したリーン溶液を吸収塔で再利用するＣＯ 2 回収方法であって、上段ＣＯ 2 吸収部と中段ＣＯ 2 吸収部と下段ＣＯ 2 吸収部との三つのＣＯ 2 吸収部を有する前記吸収塔の前記下段ＣＯ 2 吸収部のリッチ側からＣＯ 2 吸収液を抜出し、前記上段ＣＯ 2 吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ 2 吸収液を前記下段ＣＯ 2 吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ 2 吸収液に合流させ、前記上段ＣＯ 2 吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ 2 吸収液を前記下段ＣＯ 2 吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ 2 吸収液に合流させる前後の何れかにおいて前記下段ＣＯ 2 吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ 2 吸収液を冷却し、前記中段ＣＯ 2 吸収部のリーン側に、前記合流させたＣＯ 2 吸収液を供給し、再度ＣＯ 2 吸収液として利用して前記ＣＯ 2 を含有する排ガス中のＣＯ 2 を回収し、前記ＣＯ 2 吸収液中のＣＯ 2 濃度を上昇させると共に、前記吸収塔の底部のリッチ溶液において、前記下段ＣＯ 2 吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ 2 吸収液を循環させる流量と、前記再生塔に前記吸収塔の底部から抜出した前記リッチ溶液を送給する前記リッチ溶液の流量との分割割合の流量比を、１．０対１．０〜６．０対１．０とすることを特徴とするＣＯ 2 回収方法にある。
第１１の発明は、第１０の発明において、前記中段ＣＯ 2 吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ 2 吸収液を前記下段ＣＯ 2 吸収部のリーン側に供給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１０の発明において、前記中段ＣＯ 2 吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ 2 吸収液を冷却した後、前記下段ＣＯ 2 吸収部のリーン側に供給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８乃至１２の何れか一つの発明において、前記再生塔に前記リッチ溶液を送給するリッチ溶液供給ラインから前記リッチ溶液を抜出し、前記上段ＣＯ 2 吸収部、前記中段ＣＯ 2 吸収部及び前記下段ＣＯ 2 吸収部の何れかのリッチ側に前記リッチ溶液供給ラインから抜出した前記リッチ溶液を循環させることを特徴とするＣＯ2回収方法にある。
第１４の発明は、第８乃至１３の何れか一つにおいて、
前記ＣＯ 2 吸収部から抜出した前記ＣＯ 2 吸収液の冷却後の温度が、３０〜５０℃であることを特徴とするＣＯ2回収方法。
本発明によれば、吸収塔内のＣＯ2吸収部のリッチ側でＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液を外部へ抜出し、冷却した後、前記ＣＯ2吸収液を抜出した位置より前記吸収塔のリーン側に供給することにより、前記ＣＯ2吸収液の単位量当りのＣＯ2回収量を増加させ、前記吸収塔底部におけるリッチ溶液中のＣＯ2濃度を上昇させることができる。このため、再生塔には、ＣＯ2濃度を高くしたリッチ溶液を供給することができ、前記吸収塔と前記再生塔との間を循環する前記ＣＯ2吸収液の流量を減少させることができる。これにより、前記ＣＯ2吸収液の再生に要するスチーム及びコンデンサの負荷を軽減し、熱エネルギーの低減を図り、省エネルギー化を図ることができる。
この結果、ＣＯ2回収量が増大し、大型化したＣＯ2回収装置の場合でも、前記再生塔にはＣＯ2濃度を上昇させた前記リッチ溶液を供給し、再生工程において要するスチーム量を軽減し熱エネルギーの低減を図ることができるため、ＣＯ2吸収液の再生の処理において更なる省エネルギー化を図ることができる。
図１は、本発明の実施例１に係るＣＯ2回収装置の概略図である。 図２は、本発明の実施例１に係るＣＯ2回収装置の他の構成を示す概略図である。 図３−１は、本発明の実施例２に係るＣＯ2回収装置を示す概念図である。 図３−２は、本発明の実施例２に係るＣＯ2回収装置を示す概念図である。 図４は、リッチ溶液の流量に対する循環吸収液の流量と、吸収液の再生に必要なエネルギー削減率との関係を示す図である。 図５は、ガス温度に応じたリッチ溶液の流量に対する循環吸収液の流量の流量比と、ＣＯ2回収運転コストの削減額の比との関係を示す図である。 図６は、本実施例に係るＣＯ2回収装置を従来のＣＯ2回収装置と比較したとき吸収液の循環量及びＣＯ2ローディング比を表した説明図である。 図７は、本発明の実施例２に係るＣＯ2回収装置の他の構成を示す概略図である。 図８は、本発明の実施例３に係るＣＯ2回収装置の概略図である。 図９は、本発明の実施例４に係るＣＯ2回収装置の概略図である。 図１０は、従来のＣＯ2回収装置の構成の一例を示す概略構成図である。 図１１は、従来のＣＯ2回収装置の他の構成を示す概略構成図である。 図１２は、従来のＣＯ2回収装置の他の構成を示す概略構成図である。
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、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
本発明による実施例１に係るＣＯ2回収装置について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施例１に係るＣＯ2回収装置の概略図である。前記図１０に示したＣＯ2回収装置１０００Ａ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。
図１に示すように、本実施例に係るＣＯ2回収装置１０Ａは、ＣＯ2を含有する排ガス１００１ＡとＣＯ2吸収液１００２とを向流接触させてＣＯ2を除去する吸収塔１００３と、ＣＯ2を吸収したリッチ溶液１００４を熱交換し再生する再生塔１００５とを備え、該再生塔１００５でＣＯ2を除去したリーン溶液（再生液）１００６を吸収塔１００３で再利用するＣＯ2回収装置であって、吸収塔１００３が、ＣＯ2を含有する排ガス１００１Ａ中のＣＯ2を回収するＣＯ2吸収部１０１０を有し、ＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液１００２をＣＯ2吸収部１０１０のリッチ側から外部へ抜出し、冷却した後、ＣＯ2吸収液１００２を抜出した位置より吸収塔１００３のリーン側に供給するものである。
また、本実施例において、ＣＯ2吸収部１０１０の下側から抜出したＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液１００２を循環吸収液１１とする。
また、本発明において、リーン側とは、ＣＯ2吸収部１０１０に供給されるＣＯ2吸収液１００２の上流側をいい、本実施例ではＣＯ2吸収部１０１０の上側をいう。
また、リッチ側とは、ＣＯ2吸収部１０１０に供給されるＣＯ2を含有する排ガス１００１Ａの上流側をいい、本実施例ではＣＯ2吸収部１０１０の下側をいう。
本実施例に係るＣＯ2回収装置１０Ａにおいては、ＣＯ2吸収部１０１０の下側からＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液１００２を循環吸収液１１として抜出し、ＣＯ2吸収液１００２を抜出した位置より吸収塔１００３のリーン側のＣＯ2吸収部１０１０内に循環吸収液１１を供給する吸収液循環ライン１２Ａを有している。循環吸収液１１としてＣＯ2を含有している循環吸収液１１を再度ＣＯ2吸収液１００２としてＣＯ2吸収部１０１０内に戻すことで、ＣＯ2吸収液１００２はＣＯ2を含有する排ガス１００１Ａ中のＣＯ2の吸収可能な飽和量まで達していないため、まだＣＯ2の吸収が可能なＣＯ2吸収液１００２を利用してＣＯ2を含有する排ガス１００１Ａ中のＣＯ2を回収することができ、ＣＯ2吸収液１００２中のＣＯ2濃度を上昇させることができる。
また、本実施例に係るＣＯ2回収装置１０Ａにおいては、吸収液循環ライン１２ＡにＣＯ2吸収部１０１０から吸収液循環ライン１２Ａにより抜出された循環吸収液１１を冷却する熱交換器１３を有している。リッチ溶液１００４の温度が高くなると、リッチ溶液１００４中にＣＯ2が多量に含まれているため、吸収塔１００３の底部１０１２における平衡分圧が高くなり、ＣＯ2を含有する排ガス１００１Ａ中のＣＯ2の吸収能力が低下してしまう。そのため、循環吸収液１１を熱交換器１３により冷却し、冷却された循環吸収液１１をＣＯ2吸収部１０１０内に送給することで、ＣＯ2吸収液１００２の平衡分圧を下げることができるため、ＣＯ2吸収液１００２中にＣＯ2をより多く吸収することができる。
また、熱交換器１３により冷却された後の循環吸収液１１の温度としては、３０〜５０℃であるのが好ましい。これは、平衡分圧を下げてＣＯ2吸収液１００２のＣＯ2回収効率を向上させるためである。
また、循環吸収液１１は、吸収液循環ライン１２Ａに設けたポンプ１４により抜出し、吸収液循環ライン１２Ａに抜出す循環吸収液１１の流量は、例えばバルブＶ1により調整するようにする。また、リッチ溶液供給ライン１０１８に送給されるリッチ溶液１００４の流量は、例えばバルブＶ2により調整するようにする。よって、吸収液循環ライン１２Ａとリッチ溶液供給ライン１０１８とに分割されるリッチ溶液１００４の流量の分割割合は、バルブＶ1、Ｖ2により調整される。
また、本実施例に係るＣＯ2回収装置１０Ａにおいては、ＣＯ2回収装置１０Ａの吸収塔１００３の底部１０１２において吸収液循環ライン１２Ａとリッチ溶液供給ライン１０１８とからリッチ溶液１００４を各々別々に抜出すようにしているが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、図２に示すように、ＣＯ2回収装置１０Ｂでは、再生塔１００５にリッチ溶液１００４を送給するリッチ溶液供給ライン１０１８から吸収液循環ライン１２Ｂを分岐させ、リッチ溶液供給ライン１０１８からリッチ溶液１００４を抜出し、抜出したリッチ溶液１００４を循環吸収液１１としてＣＯ2吸収部１０１０内に送給するようにしてもよい。また、図２に示すＣＯ2回収装置１０Ｂでは、リッチ溶液供給ライン１０１８からリッチ溶液１００４を抜き出す位置を吸収塔１００３の底部１０１２の近傍側としているが、特にこれに限定されるものではない。
このように、本実施例によれば、吸収塔１００３内のＣＯ2吸収部１０１０の下側からＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液１００２を循環吸収液１１として外部へ抜出し、冷却した後、吸収塔１００３内のＣＯ2吸収部１０１０のリーン側に供給することで、吸収塔１００３内でのＣＯ2回収効率が向上し、ＣＯ2吸収液の単位量当りのＣＯ2回収量を増加させることができる。この結果、吸収塔１００３の底部１０１２におけるリッチ溶液１００４中のＣＯ2濃度を上昇させることができるため、再生塔１００５には、ＣＯ2濃度を高くしたリッチ溶液１００４を供給することができ、吸収塔１００３と再生塔１００５との間を循環するＣＯ2吸収液１００２の流量を減少させることができる。これにより、再生塔１００５に供給されるリッチ溶液１００４の流量を減少させることができるため、ＣＯ2吸収液１００２の再生のために再生塔１００５で使用するスチーム供給量を低減し、熱エネルギーの消費を低減することで、エネルギー効率を向上させることができる。
この結果、例えばＣＯ2回収量が１日当たり例えば１０００ｔ以上のＣＯ2回収装置に大型化した場合でも、再生塔１００５に供給されるリッチ溶液１００４中のＣＯ2濃度を上昇させることで、再生塔１００５において要するスチーム量を軽減し熱エネルギーの低減を図ることができるため、ＣＯ2吸収液１００２の再生の処理において更なる省エネルギー化を図ることができる。
また、本実施例に係るＣＯ2回収装置１０Ａにおいては、ＣＯ2吸収部１０１０の下側からＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液１００２を循環吸収液１１として抜出すようにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＣＯ2吸収部１０１０のリッチ側でＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液１００２を外部へ抜出すようにしてもよい。
本実施例で用いる熱交換器１３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１００２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）、２−（ジエチルアミノ）−エタノール（ＤＥＡＥ）などを例示できる。
このＣＯ2吸収液１００２は、これらのうちの１つの化合物、または２つ以上の化合物の混合物としてもよい、そして、塩基性アミン化合物は、通常１０〜７０重量％の水溶液として使用される。また、ＣＯ2吸収液１００２には、二酸化炭素吸収促進剤や腐食防止剤を加えることができ、その他の媒体として、メタノール、ポリエチレングリコール、スルフォラン等を加えることができる。
本発明による実施例２に係るＣＯ2回収装置について、図３−１及び図３−２を参照して説明する。
図３−１及び図３−２は、実施例２に係るＣＯ2回収装置を示す概念図である。なお、実施例１と同様の部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
図３−１に示すように、本実施例にかかるＣＯ2回収装置１０Ｃは、吸収塔１００３が、上段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｕと下段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｌとからなる二つのＣＯ2吸収部１０１０を有している。そして、下段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｌの下側からＣＯ2吸収液１００２を循環吸収液１１として抜出し、抜出した循環吸収液１１を下段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｌの上側に供給する吸収液循環ライン１２Ｃと、上段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｕの下側から抜出したＣＯ2吸収液１００２を下段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｌの下側から抜出したＣＯ2吸収液１００２に合流させる吸収液抜出しライン１５Ａと、吸収液循環ライン１２Ｃに設けられ、吸収液抜出しライン１５Ａにより抜出したＣＯ2吸収液１００２ａに循環吸収液１１を合流させる前流に循環吸収液１１を冷却する熱交換器１３とを有するものである。
本実施例にかかるＣＯ2回収装置１０Ｃにおいては、下段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｌの下側からＣＯ2吸収液１００２を循環吸収液１１として吸収液循環ライン１２Ｃに抜出し、上段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｕの下側から吸収液抜出しライン１５Ａにより抜出されたＣＯ2吸収液１００２ａを循環吸収液１１に合流させている。そして、下段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｌの上側に吸収液抜出しライン１５Ａを介して送給されたＣＯ2吸収液１００２ａと合流させた循環吸収液１１ａを供給するようにしている。これにより、ＣＯ2吸収液１００２はＣＯ2を含有する排ガス１００１Ａ中のＣＯ2の吸収可能な飽和量まで達していないため、まだＣＯ2の吸収が可能なＣＯ2吸収液１００２を利用してＣＯ2を含有する排ガス１００１Ａ中のＣＯ2を回収することができ、ＣＯ2吸収液１００２中のＣＯ2濃度を上昇させることができる。なお、図３−１中、符号１９は吸収液抜出しライン１５Ａに介装されたポンプを図示する。
また、本実施例に係るＣＯ2回収装置１０Ｃにおいては、吸収液循環ライン１２Ｃに下段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｌから吸収液循環ライン１２Ｃにより抜出された循環吸収液１１を熱交換器１３により冷却するようにしている。循環吸収液１１を熱交換器１３により冷却し、冷却された循環吸収液１１を下段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｌに送給することで、ＣＯ2吸収液１００２の平衡分圧を下げることができるため、ＣＯ2吸収液１００２中にＣＯ2をより多く吸収することができる。
また、本実施例に係るＣＯ2回収装置１０Ｃにおいては、吸収液循環ライン１２Ｃが吸収液抜出しライン１５Ａと連結させる上流側に熱交換器１３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。例えば図３−２に示す他の実施例に示すように、吸収液循環ライン１２Ｃが吸収液抜出しライン１５Ａと連結した後流側に熱交換器１３を設けるようにしてもよい。
これは、上段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｕの抜き出した吸収液１００２ａを吸収塔１００３の下部近傍の吸収液循環ライン１２Ｃに落下させて合流させることで、落下する際の自重により、吸収液循環ライン１２Ｃに導入され、図３−１のようなポンプ１９で押し込む必要がなくなり、装置構成が簡便となる。
また、本実施例に係るＣＯ2回収装置１０Ｃにおいては、吸収液循環ライン１２Ｃに送給される循環吸収液１１の流量とリッチ溶液供給ライン１０１８に送給されるリッチ溶液１００４の流量との流量比は、０．１対１．０〜６．０対１．０であるのが好ましく、更には、１．０対１．０〜４．０対１．０であるのが好ましい。これは、吸収液循環ライン１２Ｃに送給される循環吸収液１１の流量を多くすることで、ＣＯ2吸収液１００２の再生に必要なエネルギーを低減することができるからである。また、吸収液循環ライン１２Ｃに送給される循環吸収液１１の流量とリッチ溶液供給ライン１０１８に送給されるリッチ溶液１００４の流量との流量比が、４．０対１．０以上ではＣＯ2吸収液１００２の再生に必要なエネルギーをそれほど低減することはできないからである。また、吸収液循環ライン１２Ｃに送給される循環吸収液１１の流量とリッチ溶液供給ライン１０１８に送給されるリッチ溶液１００４の流量との流量比が、６．０対１．０以上と大きくなると、吸収塔１００３でＣＯ2吸収液１００２が上昇してしまう所謂フラッディングという現象が生じてしまうためである。
図４は、リッチ溶液供給ラインに送給されるリッチ溶液の流量に対する吸収液循環ラインに送給される循環吸収液の流量の流量比と、吸収液の再生に必要なエネルギー削減率との関係を示す図である。
図４に示すように、リッチ溶液供給ライン１０１８に送給されるリッチ溶液１００４の流量に対する吸収液循環ライン１２Ｃに送給される循環吸収液１１の流量の流量比が上昇するに従ってＣＯ2吸収液１００２の再生に必要なエネルギー削減率が上昇した。また、リッチ溶液供給ライン１０１８に送給されるリッチ溶液１００４の流量に対する吸収液循環ライン１２Ｃに送給される循環吸収液１１の流量の流量比が１．０程度の時には、ＣＯ2吸収液１００２の再生に必要なエネルギー削減率が５．０％程度であった。また、リッチ溶液供給ライン１０１８に送給されるリッチ溶液１００４の流量に対する吸収液循環ライン１２Ｃに送給される循環吸収液１１の流量の流量比が４．０程度の時には、ＣＯ2吸収液１００２の再生に必要なエネルギー削減率が１０．５％程度であった。また、リッチ溶液供給ライン１０１８に送給されるリッチ溶液１００４の流量に対する吸収液循環ライン１２Ｃに送給される循環吸収液１１の流量の流量比が４．０から６．０程度の間では、ＣＯ2吸収液１００２の再生に必要なエネルギー削減率は１１％程度でありそれほど上昇しなかった。
よって、リッチ溶液供給ライン１０１８に送給されるリッチ溶液１００４の流量に対する吸収液循環ライン１２Ｃに送給される循環吸収液１１の流量の流量比は、０．１〜６．０であるのが好ましく、更には、１．０〜４．０であるのが好ましい。
また、吸収塔１００３に排ガスを導入する際に、吸収塔１００３の前段側に設置した冷却塔（図示せず）を用いて、導入する排ガス１００１Ａを冷却しているが、前記吸収塔１００３に導入する温度に応じて、再生塔１００５に供給するリッチ溶液１００４の流量（Ｌ1）と、循環吸収液１１の循環量（Ｌ2）との流量比を最適（Ｌ2／Ｌ1＝１．５〜４．５）に制御し、運転コストの低減を図るようにしてもよい。
ここで、図５にガス温度に応じた再生塔に供給するリッチ溶液１００４の流量（Ｌ1）に対する吸収液循環ライン１２Ａの循環吸収液１１の流量の流量比（Ｌ2／Ｌ1）と、ＣＯ2回収運転コストの削減額の比との温度に応じた関係を示す。
図５の実線は吸収塔１００３の入口ガス温度が３５℃と低い場合であり、図５の破線は吸収塔１００３の入口ガス温度が５０℃とやや高い場合である。
図５から明らかなように、３５℃においては、再生塔１００５に供給するリッチ溶液１００４の流量（Ｌ1）と、循環吸収液１１の循環量（Ｌ2）との流量比（Ｌ2／Ｌ１）が１．５〜４．０が最適であり、５０℃においては、再生塔１００５に供給するリッチ溶液１００４の流量（Ｌ1）と、循環吸収液１１の循環量（Ｌ2）との流量比（Ｌ2／Ｌ1）が３．０〜４．５程度が最適である。
よって、吸収塔１００３に導入する排ガス１００１Ａのガス温度に応じて、循環量を最適化させることで、ランニングコストのさらなる低減を図ることができる。
また、長時間の運転の結果、前記ＣＯ2吸収液の濃度が低下するような場合には、システム全体の循環量を増大させ、ＣＯ2吸収能力を維持することで、常に所定量のＣＯ2回収を行うことができる。
次に、本実施例に係るＣＯ2回収装置１０Ｃを用いた時の吸収塔１００３の底部１０１２におけるリッチ溶液１００４の温度、ＣＯ2吸収塔１００３と再生塔１００５との間を循環するＣＯ2吸収液１００２の循環量及び吸収液１００２中にＣＯ2を回収するＣＯ2ローディング比について図５を用いて説明する。
図６は、本実施例に係るＣＯ2回収装置１０Ｃと図１０に示すような従来のＣＯ2回収装置との吸収塔と再生塔との間を循環するＣＯ2吸収液の循環量及びＣＯ2ローディング比を表した説明図である。
また、図６中、本実施例に係るＣＯ2回収装置１０Ｃを用いて行った試験を試験例１とし、図１０に示すような従来のＣＯ2回収装置１０００Ａを用いて行った試験を比較例１とした。
また、試験例１においてリッチ溶液供給ライン１０１８に送給されるリッチ溶液１００４の流量に対する吸収液循環ライン１２Ｃに送給される循環吸収液１１の流量の流量比は４．０程度とした。
図６に示すように、図３−１に示すような本実施例に係るＣＯ2回収装置１０Ｃを用いた試験例１の方が図１０に示すような従来のＣＯ2回収装置１０００Ａを用いた比較例１に比べて吸収塔１００３の底部１０１２におけるリッチ溶液１００４の温度を約７℃値程度低下させることができた。
また、図１０に示すような従来のＣＯ2回収装置１０００Ａを用いた比較例１での吸収塔１００３と再生塔１００５との間のＣＯ2吸収液１００２の循環量を１．０(基準値)としたとき、図１０に示すような従来のＣＯ2回収装置１０００Ａを用いた比較例１に対する図３に示すような本実施例に係るＣＯ2回収装置１０Ｃを用いた試験例１での吸収塔１００３と再生塔１００５との間のＣＯ2吸収液１００２の循環量の流量比は、０．９１となった。
これは、回収するＣＯ2量が、以下の式（１）のように吸収塔１００３と再生塔１００５との間のＣＯ2吸収液１００２の循環量、リッチ溶液１００４中のＣＯ2濃度、リーン溶液１００６中のＣＯ2濃度の値から求められる。
ΔＣＯ2＝Ｌ×（ＣR−ＣL）・・・（１）
但し、回収するＣＯ2量をΔＣＯ2、吸収塔と再生塔との間のＣＯ2吸収液の循環量をＬ、リッチ溶液中のＣＯ2濃度をＣR、リーン溶液中のＣＯ2濃度をＣLとする。
即ち、所定量のＣＯ2を回収するとした場合、リーン溶液１００６はＣＯ2吸収液１００２として再生された溶液であり、リーン溶液１００６中のＣＯ2濃度ＣLは一定であるため、リッチ溶液１００４中のＣＯ2濃度ＣRが上昇すると、上記式（１）より、リッチ溶液１００４とリーン溶液１００６での溶液中のＣＯ2濃度の差である「ＣR−ＣL」の値がその分だけ大きくなる。そのため、所定量のＣＯ2を回収する際の吸収塔１００３と再生塔１００５との間を循環するＣＯ2吸収液１００２の循環量Ｌを下げることができる。
よって、リッチ溶液供給ライン１０１８に送給されるリッチ溶液１００４の流量に対する吸収液循環ライン１２Ｃに送給される循環吸収液１１の流量の流量比を４．０程度としたとき、図１０に示すような従来のＣＯ2回収装置１０００Ａを用いた比較例１に対する図３に示すような本実施例に係るＣＯ2回収装置１０Ｃを用いた試験例１での吸収塔１００３と再生塔１００５との間のＣＯ2吸収液１００２の循環量の流量比は、０．９１％であることから、図３−１に示すような本実施例に係るＣＯ2回収装置１０Ｃを用いれば図１０に示すような従来のＣＯ2回収装置１０００Ａを用いる場合に比べて吸収塔１００３と再生塔１００５との間を循環するＣＯ2吸収液１００２の循環量を１割程度低減できることになる。
また、図１０に示すような従来のＣＯ2回収装置１０００ＡにおけるＣＯ2吸収液１００２中にＣＯ2を回収するＣＯ2ローディング比を１．０(基準値)としたとき、従来のＣＯ2回収装置１０００Ａに対する本実施例に係るＣＯ2回収装置１０ＣにおけるＣＯ2ローディング比は、１．０８となった。
よって、リッチ溶液供給ライン１０１８に送給されるリッチ溶液１００４の流量に対する吸収液循環ライン１２Ｃに送給される循環吸収液１１の流量を４．０程度としたとき、図１０に示すような従来のＣＯ2回収装置１０００Ａに比べて本実施例に係るＣＯ2回収装置１０ＣにおけるＣＯ2ローディング比を上昇させることができる。従って、図３−１に示すような本実施例に係るＣＯ2回収装置１０Ｃを用いれば、図１０に示すような従来のＣＯ2回収装置１０００Ａを用いる場合に比べて、リッチ溶液１００４中に回収されるＣＯ2量を増大させ、リッチ溶液１００４中のＣＯ2濃度を上昇させることができる。
また、本試験では、吸収塔１００３の底部１０１２におけるリッチ溶液１００４の温度は４４℃程度としているが、吸収塔１００３の底部１０１２におけるリッチ溶液１００４の温度をより低下させることで、従来のＣＯ2回収装置１０００Ａに対する本実施例に係るＣＯ2回収装置１０ＣにおけるＣＯ2ローディング比は、例えば１．２程度にまで上昇させることができる。
また、本実施例に係るＣＯ2回収装置１０Ｃにおいては、吸収塔１００３の上段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｕ、下段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｌの各々のＣＯ2吸収部１０１０を同じ大きさとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、下段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｌと上段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｕとの大きさを変えるようにしてもよい。
例えば、図７に示すように、上段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｕの容積を下段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｌの容積の２倍とし、リーン溶液１００６が直接供給される上段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｕ側でＣＯ2を含有する排ガス１００１Ａ中のＣＯ2を効果的に回収するようにしてもよい。
このように、本実施例によれば、吸収塔１００３内の下段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｌの下側からＣＯ2吸収液１００２を循環吸収液１１として抜出し、冷却した後、下段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｌの上側に供給することで、吸収塔１００３内でのＣＯ2回収効率が向上し、ＣＯ2吸収液の単位量当りのＣＯ2回収量を増加させることができる。この結果、吸収塔１００３の底部１０１２におけるリッチ溶液１００４中のＣＯ2濃度を上昇させることができるため、再生塔１００５には、ＣＯ2濃度を高くしたリッチ溶液１００４を供給することができ、吸収塔１００３と再生塔１００５との間を循環するＣＯ2吸収液１００２の流量を減少させることができる。これにより、再生塔１００５に供給されるリッチ溶液１００４の流量を減少させることができるため、ＣＯ2吸収液１００２の再生のために再生塔１００５で使用するスチーム供給量を低減し、熱エネルギーの消費を低減することで、エネルギー効率を更に向上させることができる。
本発明による実施例３に係るＣＯ2回収装置について、図８を参照して説明する。
図８は、実施例３に係るＣＯ2回収装置を示す概略図である。なお、実施例１と同様の部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
図８に示すように、本実施例にかかるＣＯ2回収装置１０Ｅは、吸収塔１００３が、上段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｕと中段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｍと下段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｌとからなる三つのＣＯ2吸収部１０１０を有している。そして、中段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｍの下側からＣＯ2吸収液１００２を循環吸収液１１として抜出し、抜出した循環吸収液１１を中段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｍの上側に供給する吸収液循環ライン１２Ｄと、上段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｕの下側から抜出したＣＯ2吸収液１００２ａを循環吸収液１１に合流させる吸収液抜出しライン１５Ｂと、吸収液循環ライン１２Ｄに設けられ、吸収液抜出しライン１５Ｂにより抜出したＣＯ2吸収液１００２ａを循環吸収液１１に合流させる前に循環吸収液１１を冷却する熱交換器１３とを有するものである。
本実施例に係るＣＯ2回収装置１０Ｅにおいては、吸収塔１００３内で中段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｍの下側からＣＯ2吸収液１００２を循環吸収液１１として抜出し、上段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｕの下側から吸収液抜出しライン１５Ｂにより抜出されたＣＯ2吸収液１００２ａを循環吸収液１１に合流させ、中段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｍの上側にこの循環吸収液１１合流した循環吸収液１１ａを供給するようにしている。この合流した循環吸収液１１ａはＣＯ2を含有する排ガス１００１Ａ中のＣＯ2の吸収可能な飽和量まで達していないため、合流した循環吸収液１１ａをまだＣＯ2の吸収が可能なＣＯ2吸収液１００２として利用することで、ＣＯ2を含有する排ガス１００１Ａ中のＣＯ2を回収することができ、ＣＯ2吸収液１００２中のＣＯ2濃度を上昇させることができる。
また、本実施例に係るＣＯ2回収装置１０Ｅにおいては、吸収液循環ライン１２Ｄに中段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｍから吸収液循環ライン１２Ｄにより抜出された循環吸収液１１を熱交換器１３により冷却し、冷却された循環吸収液１１をＣＯ2吸収部１０１０内に送給するようにしている。
また、本実施例にかかるＣＯ2回収装置１０Ｅにおいては、吸収液循環ライン１２Ｄに循環吸収液１１の一部を下段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｌの上側に供給する循環吸収液抜出しライン１６を有している。循環吸収液１１はＣＯ2を含有する排ガス１００１Ａ中のＣＯ2の吸収可能な飽和量まで達していないため、循環吸収液１１の一部を下段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｌの上側に循環吸収液抜出しライン１６を介して送給することで、ＣＯ2吸収液１００２中にＣＯ2を更に吸収し、ＣＯ2を含有する排ガス１００１Ａ中のＣＯ2をＣＯ2吸収液１００２が吸収可能なＣＯ2吸収量までできるだけ回収することができるため、ＣＯ2吸収液１００２中にＣＯ2を更に吸収することができるため、ＣＯ2吸収液１００２中のＣＯ2濃度を更に上昇させることができる。
よって、本実施例によれば、吸収塔１００３内の中段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｍの下側からＣＯ2吸収液１００２を循環吸収液１１として抜出し、冷却した後、中段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｍの上側に供給すると共に、循環吸収液１１の一部を下段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｌの上側に循環吸収液抜出しライン１６を介して送給することで、吸収塔１０１０内でのＣＯ2回収効率が更に向上し、ＣＯ2吸収液１００２の単位量当りのＣＯ2回収量を更に増加させることができる。この結果、吸収塔１００３の底部１０１２におけるリッチ溶液１００４中のＣＯ2濃度を更に上昇させることができるため、再生塔１００５には、更にＣＯ2濃度を高くしたリッチ溶液１００４を供給することができ、吸収塔１００３と再生塔１００５との間を循環するＣＯ2吸収液１００２の流量を減少させることができる。これにより、再生塔１００５に供給されるリッチ溶液１００４の流量を削減することができるため、ＣＯ2吸収液１００２の再生のために再生塔１００５で使用するスチーム供給量を低減し、熱エネルギーの消費を低減することで、エネルギー効率を更に向上させることができる。
また、本実施例に係るＣＯ2回収装置１０Ｅにおいては、吸収液循環ライン１２Ｄにより抜出された循環吸収液１１を中段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｍの上側に送給す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、循環吸収液１１を上段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｕの上側に送給するようにしてもよく、上段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｕ、中段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｍの両方に循環吸収液１１を供給するようにしてもよい。
本発明による実施例４に係るＣＯ2回収装置について、図９を参照して説明する。
図９は、実施例４に係るＣＯ2回収装置を示すが略図である。なお、実施例１と同様の部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
図９に示すように、本実施例にかかるＣＯ2回収装置１０Ｆは、図８に示す実施例３のＣＯ2回収装置１０Ｅにおいて、吸収塔１００３のＣＯ2吸収液１００２の抜出す位置を中段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｍの下側から下段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｌの下側に変更したものである。
即ち、本実施例にかかるＣＯ2回収装置１０Ｆは、図８に示す実施例３のＣＯ2回収装置１０Ｅの吸収液循環ライン１２Ｄに代えて、下段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｌの下側からＣＯ2吸収液１００２を循環吸収液１１として抜出し、抜出した循環吸収液１１を中段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｍの上側に供給する吸収液循環ライン１２Ｅを有するものである。
本実施例に係るＣＯ2回収装置１０Ｆにおいては、下段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｌの下側からＣＯ2吸収液１００２を循環吸収液１１として抜出し、上段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｕの下側から吸収液抜出しライン１５Ｂにより抜出されたＣＯ2吸収液１００２ａを循環吸収液１１に合流させ、中段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｍの上側にこの合流させた循環吸収液１１ａを供給するようにしている。この合流した循環吸収液１１ａはＣＯ2を含有する排ガス１００１Ａ中のＣＯ2の吸収可能な飽和量まで達していないため、合流した循環吸収液１１ａをまだＣＯ2の吸収が可能なＣＯ2吸収液１００２として利用することで、ＣＯ2を含有する排ガス１００１Ａ中のＣＯ2を回収することができ、ＣＯ2吸収液１００２中のＣＯ2濃度を上昇させることができる。
また、本実施例に係るＣＯ2回収装置１０Ｆにおいては、中段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｍの下側からＣＯ2吸収液１００２ｂを抜出し、下段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｌの上側に抜出したＣＯ2吸収液１００２ｂを供給する吸収液抜出しライン１５Ｃを有している。ＣＯ2を含有しているＣＯ2吸収液１００２ｂを再度吸収塔１００３内に戻すことで、ＣＯ2吸収液１００２ｂはＣＯ2を含有する排ガス１００１Ａ中のＣＯ2の吸収可能な飽和量まで達していないため、まだＣＯ2の吸収が可能なＣＯ2吸収液１００２ｂを利用してＣＯ2を含有する排ガス１００１Ａ中のＣＯ2を回収することができ、ＣＯ2吸収液１００２中のＣＯ2濃度を上昇させることができる。
また、本実施例に係るＣＯ2回収装置１０Ｆにおいては、吸収液抜出しライン１５ＣにＣＯ2吸収液１００２を冷却する熱交換器１７を有している。吸収液抜出しライン１５Ｃに中段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｍから吸収液抜出しライン１５Ｃにより抜出されたＣＯ2吸収液１００２ｂを熱交換器１７により冷却し、この冷却されたＣＯ2吸収液１００２ｂを下段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｌに送給するようにしている。冷却されたＣＯ2吸収液１００２を下段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｌ内に送給することで、ＣＯ2吸収液１００２の平衡分圧を下げることができるため、下段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｌ内でＣＯ2吸収液１００２中にＣＯ2を更に多く吸収することができる。
よって、本実施例によれば、吸収塔１００３内の下段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｌの下側からＣＯ2吸収液１００２を循環吸収液１１として抜出し、冷却した後、吸収塔１００３内の中段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｍの上側に供給すると共に、中段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｍの下側から吸収液抜出しライン１５Ｃにより抜出されたＣＯ2吸収液１００２ｂを冷却し、冷却されたＣＯ2吸収液１００２ｂをＣＯ2吸収部１０１０内に再度送給することで、吸収塔１００３内でのＣＯ2回収効率が更に向上し、ＣＯ2吸収液の単位量当りのＣＯ2回収量を更に増加させることができる。この結果、吸収塔１００３の底部１０１２におけるリッチ溶液１００４中のＣＯ2濃度を更に上昇させることができるため、再生塔１００５には、更にＣＯ2濃度を高くしたリッチ溶液１００４を供給することができ、吸収塔１００３と再生塔１００５との間を循環するＣＯ2吸収液１００２の流量を減少させることができる。これにより、再生塔１００５に供給されるリッチ溶液１００４の流量を減少させることができるため、ＣＯ2吸収液１００２の再生のために再生塔１００５で使用するスチーム供給量を低減し、熱エネルギーの消費を低減することで、エネルギー効率を更に向上させることができる。
また、本実施例に係るＣＯ2回収装置１０Ｆにおいては、吸収液循環ライン１２Ｅにより抜出された循環吸収液１１を中段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｍの上側に送給す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、循環吸収液１１を上段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｕの上側に送給するようにしてもよく、上段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｕ、中段ＣＯ2吸収部１０１０−Ｍの両方に循環吸収液１１を供給するようにしてもよい。
このように、本発明に係るＣＯ2回収装置は、従来のＣＯ2回収装置を取り替えて新たにＣＯ2回収装置を設ける必要はなく、従来のＣＯ2回収装置にリッチ側でＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液１００２を外部へ抜出し、吸収塔１００３内のリーン側に循環させる吸収液抜出しラインを設けるようにすればよい。また、吸収塔１００３内のＣＯ2吸収部１０１０の段数に応じて、適時リッチ側でＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液１００２を外部へ抜出し、吸収塔１００３内のリーン側に循環させるように吸収液抜出しラインの設計を行えばよい。これにより、吸収塔１００３内でのＣＯ2回収効率が向上し、リッチ溶液１００４中のＣＯ2濃度を上昇させることで、再生塔１００５にはＣＯ2濃度を高くしたリッチ溶液１００４を供給することができ、吸収塔１００３と再生塔１００５との間のＣＯ2吸収液１００２の循環量を減少させることができる。従って、再生塔１００５に供給されるリッチ溶液１００４の流量が減少することで、ＣＯ2吸収液１００２の再生に要するスチーム量が低減し、熱エネルギーの消費を低減することで、エネルギー効率を向上させることができる。
従って、例えばＣＯ2回収量が１日当たり例えば１０００ｔ以上のＣＯ2回収装置のように大型化した場合でも、従来のＣＯ2回収装置にＣＯ2吸収液１００２を抜出し吸収塔１００３内のリーン側に循環させる吸収液抜出しラインを設けるだけで、再生塔１００５に供給されるリッチ溶液１００４中のＣＯ2濃度を上昇させ、再生塔１００５において要するスチーム量を軽減し熱エネルギーの低減を図ることができるため、ＣＯ2吸収液１００２の再生の処理での更なる省エネルギー化を図ることができる。
１０Ａ〜１０Ｆ ＣＯ2回収装置
１１ 循環吸収液
１１ａ 合流した循環吸収液
１２Ａ〜１２Ｅ 吸収液循環ライン
１３ 熱交換器
１４ ポンプ
１５Ａ〜１５Ｃ 吸収液抜出しライン
１６ 循環吸収液抜出しライン
１７ 熱交換器
１００１Ａ ＣＯ2を含有する排ガス
１００１Ｂ、１００１Ｃ ＣＯ2除去排ガス
１００２ ＣＯ2吸収液
１００２ａ、１００２ｂ 抜出されたＣＯ2吸収液
１００３ 吸収塔
１００４ リッチ溶液
１００５ 再生塔
１００６ リーン溶液（再生液）
１００７ ガス導入ライン
１０１０ ＣＯ2吸収部
１０１０−Ｕ 上段ＣＯ2吸収部
１０１０−Ｍ 中段ＣＯ2吸収部
１０１０−Ｌ 下段ＣＯ2吸収部
１０１１ ＣＯ2吸収部デミスタ
１０１２ 底部
１０１３ 水洗部
１０１４ 洗浄水供給ライン
１０１５ 熱交換器
１０１６ 水洗部デミスタ
１０１７ 頂部
１０１８ リッチ溶液供給ライン
１０１９ リッチソルベントポンプ
１０２０ リッチ・リーン溶液熱交換器
１０２１ 再生加熱器
１０２２ スチーム
１０２３ 回収部
１０２４ 濃縮部
１０２５ ＣＯ2ガス
１０２６ コンデンサ
１０２７ 分離ドラム
１０２８ ＣＯ2ガス
１０３０ 循環水
１０３１−１、１０３１−２ 循環水供給ライン
１０３２ リーンソルベントポンプ
１０３３ リーンソルベント熱交換器
１０４０ リクレーマ
１０４１ リーン溶液供給ライン
１０４２ リーン溶液抜出しライン
１０４３ 塩基性ナトリウム化合物
１０４４ スラッジ
１０５０ セミリーン溶液抜出しライン
１０５１ セミリーン溶液
１０５２ リッチ・セミリーン溶液熱交換器
１０５３ 熱交換器
１０６０−１、１０６０−２ ＣＯ2吸収液抜出しライン
１０６１−１、１０６１−２ 熱交換器

Claims (14)

  1. ＣＯ2を含有する排ガスとＣＯ2吸収液とを向流接触させてＣＯ2を除去する吸収塔と、ＣＯ2を吸収したリッチ溶液を熱交換し再生する再生塔とを備え、該再生塔でＣＯ2を除去したリーン溶液を前記吸収塔で再利用するＣＯ2回収装置であって、
    前記吸収塔が、上段ＣＯ2吸収部と中段ＣＯ2吸収部と下段ＣＯ2吸収部との三つのＣＯ2吸収部を有し、
    前記中段ＣＯ2吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ2吸収液を前記中段ＣＯ2吸収部のリーン側に供給する吸収液循環ラインと、
    前記上段ＣＯ2吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ2吸収液を前記中段ＣＯ2吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ2吸収液に合流させる吸収液抜出しラインと、
    前記吸収塔から前記再生塔へリッチ溶液を送給するリッチ溶液供給ラインと、
    前記吸収液循環ラインにおける、前記吸収液抜出しラインにより抜出したＣＯ2吸収液に前記上段ＣＯ2吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ2吸収液を合流させる上流側又は下流側の何れかに設けられ、前記中段ＣＯ2吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ2吸収液を冷却する熱交換器とを有し、
    前記吸収塔の底部のリッチ溶液において、前記吸収液循環ラインに送給される循環吸収液の流量と、前記リッチ溶液供給ラインに送給されるリッチ溶液の流量との分割割合の流量比を、１．０対１．０〜６．０対１．０とすると共に、
    ＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液を前記ＣＯ2吸収部のリッチ側から外部へ抜出し、冷却した後、前記ＣＯ2吸収液を抜出した位置より前記吸収塔のリーン側に供給し、再度ＣＯ2吸収液として利用してＣＯ2を回収し、前記ＣＯ2吸収液中のＣＯ2濃度を上昇させることを特徴とするＣＯ2回収装置。
  2. 請求項１において、
    前記吸収液循環ラインにより前記中段ＣＯ2吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ2吸収液の一部を前記下段ＣＯ2吸収部のリーン側に供給する循環吸収液抜出しラインを有することを特徴とするＣＯ2回収装置。
  3. ＣＯ2を含有する排ガスとＣＯ2吸収液とを向流接触させてＣＯ2を除去する吸収塔と、ＣＯ2を吸収したリッチ溶液を熱交換し再生する再生塔とを備え、該再生塔でＣＯ2を除去したリーン溶液を前記吸収塔で再利用するＣＯ2回収装置であって、
    前記吸収塔が、上段ＣＯ2吸収部と中段ＣＯ2吸収部と下段ＣＯ2吸収部との三つのＣＯ2吸収部を有し、
    前記下段ＣＯ2吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ2吸収液を前記中段ＣＯ2吸収部のリーン側に供給する吸収液循環ラインと、
    前記上段ＣＯ2吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ2吸収液を前記下段ＣＯ2吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ2吸収液に合流させる吸収液抜出しラインと、
    前記吸収塔から前記再生塔へリッチ溶液を送給するリッチ溶液供給ラインと、
    前記吸収液循環ラインにおける、前記吸収液抜出しラインにより抜出したＣＯ2吸収液に前記下段ＣＯ2吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ2吸収液を合流させる上流側又は下流側の何れかに設けられ、前記下段ＣＯ2吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ2吸収液を冷却する熱交換器とを有し、
    前記吸収塔の底部のリッチ溶液において、前記吸収液循環ラインに送給される循環吸収液の流量と、前記リッチ溶液供給ラインに送給されるリッチ溶液の流量との分割割合の流量比を、１．０対１．０〜６．０対１．０とすると共に、
    ＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液を前記ＣＯ2吸収部のリッチ側から外部へ抜出し、冷却した後、前記ＣＯ2吸収液を抜出した位置より前記吸収塔のリーン側に供給し、再度ＣＯ2吸収液として利用してＣＯ2を回収し、前記ＣＯ2吸収液中のＣＯ2濃度を上昇させることを特徴とするＣＯ2回収装置。
  4. 請求項３において、
    前記中段ＣＯ2吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ2吸収液を前記下段ＣＯ2吸収部のリーン側に供給することを特徴とするＣＯ2回収装置。
  5. 請求項４において、
    前記中段ＣＯ2吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ2吸収液を冷却する熱交換器を有することを特徴とするＣＯ2回収装置。
  6. 請求項３乃至５の何れか一つにおいて、
    前記吸収液抜出しラインの端部が、前記再生塔に前記リッチ溶液を送給するリッチ溶液供給ラインに接続され、前記リッチ溶液供給ラインから前記リッチ溶液を抜出すことを特徴とするＣＯ2回収装置。
  7. 請求項１乃至６の何れか一つにおいて、
    前記ＣＯ2吸収部から抜出した前記ＣＯ2吸収液の冷却後の温度が、３０〜５０℃であることを特徴とするＣＯ2回収装置。
  8. ＣＯ2を含有する排ガスとＣＯ2吸収液とを吸収塔内に設けられたＣＯ2吸収部で向流接触させてＣＯ2を除去した後、該ＣＯ2を吸収したリッチ溶液を再生塔で再生し、その後再生したＣＯ2を除去したリーン溶液を吸収塔で再利用するＣＯ2回収方法であって、
    上段ＣＯ2吸収部と中段ＣＯ2吸収部と下段ＣＯ2吸収部との三つのＣＯ2吸収部を有する前記吸収塔の前記中段ＣＯ2吸収部のリッチ側からＣＯ2吸収液を抜出し、
    前記上段ＣＯ2吸収部のリッチ側から抜出されたＣＯ2吸収液を前記中段ＣＯ2吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ2吸収液に合流させ、
    前記中段ＣＯ2吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ2吸収液を前記上段ＣＯ2吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ2吸収液に合流させる前後の何れかにおいて前記中段ＣＯ2吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ2吸収液を冷却し、
    前記中段ＣＯ2吸収部のリーン側に、合流させたＣＯ2吸収液を供給し、再度ＣＯ2吸収液として利用して前記ＣＯ2を含有する排ガス中のＣＯ2を回収し、前記ＣＯ2吸収液中のＣＯ2濃度を上昇させると共に、
    前記吸収塔の底部のリッチ溶液において、前記下段ＣＯ 2 吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ 2 吸収液を循環させる流量と、前記再生塔に前記吸収塔の底部から抜出した前記リッチ溶液を送給する前記リッチ溶液の流量との分割割合の流量比を、１．０対１．０〜６．０対１．０とすることを特徴とするＣＯ2回収方法。
  9. 請求項８において、
    前記中段ＣＯ2吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ2吸収液の一部を前記下段ＣＯ2吸収部のリーン側に供給することを特徴とするＣＯ2回収方法。
  10. ＣＯ2を含有する排ガスとＣＯ2吸収液とを吸収塔内に設けられたＣＯ2吸収部で向流接触させてＣＯ2を除去した後、該ＣＯ2を吸収したリッチ溶液を再生塔で再生し、その後再生したＣＯ2を除去したリーン溶液を吸収塔で再利用するＣＯ2回収方法であって、
    上段ＣＯ2吸収部と中段ＣＯ2吸収部と下段ＣＯ2吸収部との三つのＣＯ2吸収部を有する前記吸収塔の前記下段ＣＯ2吸収部のリッチ側からＣＯ2吸収液を抜出し、
    前記上段ＣＯ2吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ2吸収液を前記下段ＣＯ2吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ2吸収液に合流させ、
    前記上段ＣＯ2吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ2吸収液を前記下段ＣＯ2吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ2吸収液に合流させる前後の何れかにおいて前記下段ＣＯ2吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ2吸収液を冷却し、
    前記中段ＣＯ2吸収部のリーン側に、前記合流させたＣＯ2吸収液を供給し、再度ＣＯ2吸収液として利用して前記ＣＯ2を含有する排ガス中のＣＯ2を回収し、前記ＣＯ2吸収液中のＣＯ2濃度を上昇させると共に、
    前記吸収塔の底部のリッチ溶液において、前記下段ＣＯ 2 吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ 2 吸収液を循環させる流量と、前記再生塔に前記吸収塔の底部から抜出した前記リッチ溶液を送給する前記リッチ溶液の流量との分割割合の流量比を、１．０対１．０〜６．０対１．０とすることを特徴とするＣＯ2回収方法。
  11. 請求項１０において、
    前記中段ＣＯ2吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ2吸収液を前記下段ＣＯ2吸収部のリーン側に供給することを特徴とするＣＯ2回収方法。
  12. 請求項１０において、
    前記中段ＣＯ2吸収部のリッチ側から抜出したＣＯ2吸収液を冷却した後、前記下段ＣＯ2吸収部のリーン側に供給することを特徴とするＣＯ2回収方法。
  13. 請求項８乃至１２の何れか一つにおいて、
    前記再生塔に前記リッチ溶液を送給するリッチ溶液供給ラインから前記リッチ溶液を抜出し、前記上段ＣＯ2吸収部、前記中段ＣＯ2吸収部及び前記下段ＣＯ2吸収部の何れかのリッチ側に前記リッチ溶液供給ラインから抜出した前記リッチ溶液を循環させることを特徴とするＣＯ2回収方法。
  14. 請求項８乃至１３の何れか一つにおいて、
    前記ＣＯ2吸収部から抜出した前記ＣＯ2吸収液の冷却後の温度が、３０〜５０℃であることを特徴とするＣＯ2回収方法。
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