JP5863741B2 - Co2回収装置 - Google Patents

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Description

本発明は、CO2吸収液を再生する際の水蒸気量の低減を図ることができるCO2回収装置に関する。
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を放出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)。
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。
そこで、従来では再生塔からセミリーン溶液の一部を外部へ抜き出し、リーン溶液と熱交換器で熱交換させると共に、次いでスチーム凝縮水と熱交換器で熱交換させ、抜き出し位置より下部側に戻して、再生塔の下部側に供給するセミリーン溶液の温度を上昇させ、スチーム消費量の低減を図ることが提案されている(例えば、特許文献2(実施例8、図17)参照)。
特開平7−51537号公報 特開2005−254212号公報
ところで、吸収液再生塔に導入するCO2を吸収したリッチ溶液は、吸収塔再生塔で再生したリーン溶液と熱交換して、例えば100℃の高温で吸収液再生塔の上部に導入されるが、リッチ溶液の全量を一度に吸収液再生塔の上部に導入している。この結果、吸収液再生塔に導入されたリッチ溶液からCO2、水蒸気がフラッシュし、その後塔頂部から外部にCO2ガスと水蒸気と共に排出される。このCO2ガスと水蒸気とは、塔頂部後流側に設けたコンデンサで冷却した後、気液分離の分離ドラムで水分を分離するが、一度にリッチ溶液を導入するので、フラッシュ量及び水分分離量が多くなり、その分水蒸気消費量が増大する。この結果、再生塔の塔頂側において、過大なCO2放散負荷と熱分配のアンバランスが発生し、再生エネルギーの省エネ化を図ることができない、という問題がある。
よって、吸収液の再生工程における熱エネルギー消費の削減のために、更なる水蒸気量の削減が切望されている。
本発明は、前記問題に鑑み、水蒸気量の大幅な低減を図り、エネルギー効率を一層向上させることができるCO2回収装置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CO2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吸収液再生塔と、吸収液再生塔でCO2を除去したリーン溶液をCO2吸収液としてCO2吸収塔で再利用するCO2回収装置であって、前記吸収液再生塔が少なくとも二分割してなり、前記CO2吸収塔から前記吸収液再生塔にリッチ溶液を供給するリッチ溶液供給ラインと、前記吸収液再生塔から前記CO2吸収塔にリーン溶液を供給するリーン溶液供給ラインと、前記リーン溶液供給ラインと前記リッチ溶液供給ラインとの交差部に設けられ、リーン溶液とリッチ溶液とを熱交換するリーン・リッチ溶液熱交換器と、前記リッチ溶液供給ラインのリーン・リッチ溶液熱交換器の後流側で、前記リッチ溶液の一部を分岐する分岐部と、前記分岐部で分岐されたリッチ溶液の一部を、前記吸収液再生塔で前記リッチ溶液から一部のCO2が除去されたセミリーン溶液と混合する混合部とを具備してな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、分割した吸収液再生塔の上段側の前記セミリーン溶液の液貯留部に、前記分岐されたリッチ溶液の一部を供給する分岐ラインの先端部を接続し、分岐されたリッチ溶液の一部とセミリーン溶液とを混合することを特徴とするCO2回収装置にある。
第3の発明は、第1の発明において、前記混合部が、分割した吸収液再生塔の上段側の前記セミリーン溶液の液貯留部から、前記セミリーン溶液を抜き出して前記吸収液再生塔の下段側に供給するセミリーン溶液抜き出しラインを設け、前記セミリーン溶液抜き出しラインに、前記分岐されたリッチ溶液の一部を供給する分岐ラインの先端部を接続して混合部を設け、分岐されたリッチ溶液の一部とセミリーン溶液とを混合す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、前記リーン溶液供給ラインに介装したリーン・リッチ溶液熱交換部の前流側で、前記リーン溶液供給ラインと前記セミリーン溶液抜き出しラインとの交差部にリーン・セミリーン溶液熱交換器を設け、前記分岐されたリッチ溶液の一部とセミリーン溶液とを混合部で混合した後に、混合液を前記リーン・セミリーン溶液熱交換器で、リーン溶液と熱交換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、前記セミリーン溶液抜き出しラインの前記混合部の後流側に介装され、前記吸収液再生塔の再生加熱器からのスチーム凝縮水の余熱により、分岐されたリッチ溶液の一部とセミリーン溶液との混合液を加熱するスチーム凝縮水熱交換器を設けることを特徴とするCO2回収装置にある。
本発明によれば、リッチ溶液の一部を吸収液再生塔に導入する以前で分岐し、この分岐したリッチ溶液の一部を、吸収液再生塔でリッチ溶液から一部のCO2が除去されたセミリーン溶液と混合することで、再生塔の塔頂側での過大なCO2の放散負荷の防止と熱分配の改良により、省エネ化を図ることができる。
図1は、実施例1に係るCO2回収装置の構成を示す概略図である。 図2は、実施例1に係る他のCO2回収装置の構成を示す概略図である。 図3は、実施例2に係るCO2回収装置の構成を示す概略図である。 図4は、実施例3に係るCO2回収装置の構成を示す概略図である。 図5は、実施例4に係る他のCO2回収装置の構成を示す概略図である。 図6は、実施例1のリッチ溶液分岐供給率(%)と、CO2回収熱量削減率との関係を示す図である。 図7は、実施例2のリッチ溶液分岐供給率(%)と、CO2回収熱量削減率との関係を示す図である。 図8は、実施例3のリッチ溶液分岐供給率(%)と、CO2回収熱量削減率との関係を示す図である。
以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
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、実施例1に係る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、実施例1に係るCO2回収装置10Aは、CO2を含有する排ガス(以下、「排ガス」ともいう)11とCO2吸収液12とを接触させてCO2を除去するCO2吸収塔(以下「吸収塔」ともいう)13と、CO2を吸収したリッチ溶液14を再生加熱器により再生する吸収液再生塔(以下「再生塔」ともいう)15と、吸収液再生塔15でCO2を除去したリーン溶液16をCO2吸収液としてCO2吸収塔で再利用するCO2回収装置であって、吸収液再生塔15が少なくとも二分割(本実施例では三分割)してなり、CO2吸収塔13から吸収液再生塔15にリッチ溶液14を供給するリッチ溶液供給ラインL1と、吸収液再生塔15からCO2吸収塔13にリーン溶液16を供給するリーン溶液供給ラインL2と、リーン溶液供給ラインL2とリッチ溶液供給ラインL1との交差部に設けられ、リーン溶液16とリッチ溶液14とを熱交換するリーン・リッチ溶液熱交換器17と、リッチ溶液供給ラインL1のリーン・リッチ溶液熱交換器17の後流側で、リッチ溶液14の一部14aを分岐する分岐部18と、分岐部18で分岐されたリッチ溶液の一部14aを、吸収液再生塔15でリッチ溶液14から一部のCO2が除去されたセミリーン溶液19と混合する第1混合部20aとを具備してなるものである。
なお、図中符号15Aは、再生塔の第1分割部、15Bは第2分割部、15Cは第3分割部、15aは第1液分散部、15bは第2液分散部、15cは第3液分散部を図示する。
この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からの排ガス11は、図示しないガス冷却装置で冷却され、CO2吸収塔13に送られる。
CO2吸収塔13において、排ガス11は例えばアミン系溶液をベースとするCO2吸収液12と向流接触し、排ガス11中のCO2は、化学反応によりCO2吸収液12に吸収される。
CO2回収部13AでCO2が除去された後のCO2除去排ガスは、CO2吸収塔13内の水洗部13Bで液分散器から供給される循環洗浄水13aと気液接触して、CO2除去排ガスに同伴するCO2吸収液12が回収され、その後CO2が除去されたCO2除去排ガス11Aは系外に放出される。なお、循環洗浄水13aは、循環液ポンプP4により循環されている。
また、CO2を吸収したCO2吸収液12であるリッチ溶液14は、リッチ溶液ポンプP1により昇圧され、リーン・リッチ溶液熱交換器17において、再生塔15で再生されたCO2吸収液12であるリーン溶液16により加熱され、再生塔15に供給される。
再生塔15の上部から内部に放出されたリッチ溶液14は、底部から供給される水蒸気により吸熱反応を生じて、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19と呼称される。このセミリーン溶液19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CO2吸収液12となる。このほとんどのCO2が除去されたリーン溶液16はその一部が再生加熱器31で水蒸気32により加熱され、再生塔15内部に水蒸気33を供給している。なお、図中、符号34は気液分離器、35はスチーム凝縮水である。
一方、再生塔15の塔頂部からは、塔内においてリッチ溶液16及びセミリーン溶液19から放出された水蒸気を伴ったCO2ガス36が導出され、コンデンサ37により水蒸気が凝縮され、分離ドラム38にて水が分離される。分離ドラム38で分離されたCO2ガス40は系外に放出され、別途圧縮器により圧縮され、回収される。この回収されたCO2ガス40は、例えば石油増進回収法(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。
CO2ガス36から分離ドラム38にて分離・還流された還流水39は還流水循環ポンプP5にて再生塔15の上部に供給される。
再生されたCO2吸収液であるリーン溶液16は、リーン・リッチ溶液熱交換器17にて、リッチ溶液16と熱交換により冷却され、つづいてリーン溶液ポンプP3にて昇圧され、さらにリーン溶液クーラ41にて冷却された後、CO2吸収塔13内に供給される。
本実施例では、リーン・リッチ溶液熱交換器17にて、リッチ溶液16と熱交換により加熱されたリッチ溶液16の一部を分岐部18で分岐し、この分岐部18から分岐される分岐ラインL3の先端部を、複数段に分割された再生塔15の上段側のセミリーン溶液19の第1液貯留部21aに接続し、分岐されたリッチ溶液の一部14aとセミリーン溶液19とを第1混合部20aで混合するようにしている。
混合された混合液は、第1液貯留部21aから抜き出され、第1セミリーン溶液抜き出しラインL4により下段側の第2分割部15Bの第2液分散部15bに導入され、水蒸気を含むガスと接触してCO2を放出する。また、第2液貯留部21bから抜き出される第2セミリーン溶液は、セミリーン溶液抜き出しラインL6によりさらに下段側の第3分割部15Cの第3液分散部15cに導入され、水蒸気を含むガスと接触してCO2を放出する。
この結果、従来ではリーン・リッチ溶液熱交換器17で熱交換により熱せられたリッチ溶液14の全量が再生塔15の上部に導入される結果、CO2及び水のフラッシュ量が増大していたが、リッチ溶液14の一部を分岐するので、これが防止され、再生塔15の塔頂側での過大なCO2の放散負荷の防止と熱分配の改良により、省エネ化を図ることができる。
本実施例では、再生塔15の側壁にラインの先端を導入して混合部としているが、セミリーン溶液抜き出しラインL4に直接混合するライン混合部を設けるようにしてもよい。
図6は、実施例1のリッチ溶液分岐供給率(%)と、CO2回収熱量削減率との関係を示す図である。ここで、リッチ溶液を分岐しない場合(分岐供給率0%)を基準としている。図6に示すように、分岐供給率が20%を超えると分岐効果が発現する。
図2は、実施例1に係る他のCO2回収装置の構成を示す概略図である。図2に示すように、実施例2に係るCO2回収装置10Bは、再生塔15内が3分割されており、第1分割部におけるセミリーン溶液19を第1液貯留部21aから抜き出すセミリーン溶液抜き出しラインL4を設けており、このセミリーン溶液抜き出しラインL4に分岐部18aを設けてセミリーン溶液19を分岐し、分岐したセミリーン溶液19の一部を分岐ラインL5により第2分割部の第2液貯留部21bに導入して、第2混合部20bとしている。
さらに、第2分割部15Bにおけるセミリーン溶液19を第2液貯留部21bから抜き出すセミリーン溶液抜き出しラインL6を設けており、このセミリーン溶液抜き出しラインL6に分岐部18bを設けてセミリーン溶液19を分岐し、分岐したセミリーン溶液19の一部を分岐ラインL7により第3分割部15Cの第3液貯留部21cに導入して、第3混合部20cとしている。
このように、リーン・リッチ溶液熱交換器17で熱交換後のリッチ溶液14を分岐部18で分岐した後、さらにセミリーン溶液19を抜き出すセミリーン溶液抜き出しラインL4、L6に各々第1分岐部18a、第2分岐部18bを設け、セミリーン溶液の一部を第2液貯留部21b及び第3液貯留部21cに導入して混合するので、さらに再生塔15における分配効率が向上することとなる。
本発明による実施例に係るCO2回収装置について、図3を参照して説明する。なお、実施例1の構成と同一部材には、同一符号を付して重複した説明は省略する。
図3は、実施例2に係るCO2回収装置の構成を示す概略図である。図3に示すように、実施例2に係るCO2回収装置10Cは、分割した吸収液再生塔15の上段側の前記セミリーン溶液19の第1液貯留部21aから、セミリーン溶液19を抜き出して吸収液再生塔15の下段側に供給するセミリーン溶液抜き出しラインL4を設け、このセミリーン溶液抜き出しラインL4に、分岐されたリッチ溶液14の一部14aを供給する分岐ラインL3の先端部を接続してライン混合部20Aを設け、分岐されたリッチ溶液14の一部14aとセミリーン溶液19とを混合するようにしている。
また、リーン溶液供給ラインL2に介装したリーン・リッチ溶液熱交換部17の前流側で、リーン溶液供給ラインL2とセミリーン溶液抜き出しラインL4との交差部にリーン・セミリーン溶液熱交換器51を設け、分岐されたリッチ溶液14の一部14aとセミリーン溶液19とをライン混合部20Aで混合した後に、この混合液をリーン・セミリーン溶液熱交換器51で、リーン溶液16と熱交換するようにしている。
従来では、セミリーン溶液19をセミリーン溶液抜き出しラインL4を介して抜き出し、リーン・セミリーン溶液熱交換器51で熱交換して、セミリーン溶液19を加熱していたが、この場合、リーン溶液供給ラインL2の後流側に設置されるリーン・リッチ溶液熱交換部17での熱交換の熱が低下し、リッチ溶液14の保有する熱がCO2の放散負荷に対して熱足らずとなっていた。
これに対し、本実施例のように、分岐部18でリッチ溶液14の一部14aを分岐し、セミリーン溶液19と混合することで、リッチ溶液14を分配するので、CO2の放散負荷を均一化させ、再生エネルギーの省エネ化を図ることができる。
図7は、実施例2のリッチ溶液分岐供給率(%)と、CO2回収熱量削減率との関係を示す図である。ここで、リッチ溶液を分岐しない場合(分岐供給率0%)を基準としている。図7に示すように、分岐供給率が20%を超えると分岐効果が発現する。
本発明による実施例に係るCO2回収装置について、図4を参照して説明する。なお、実施例1の構成と同一部材には、同一符号を付して重複した説明は省略する。
図4は、実施例3に係るCO2回収装置の構成を示す概略図である。図4に示すように、実施例3に係るCO2回収装置10Dは、実施例2のCO2回収装置10Cにおいて、さらに再生塔15内が3分割されており、第1分割部15Aにおけるセミリーン溶液19を第1液貯留部21aから抜き出す第1セミリーン溶液抜き出しラインL4を設けていると共に、第2分割部15Bにおけるセミリーン溶液19を第2液貯留部21bから抜き出す第2セミリーン溶液抜き出しラインL6を設けている。
また、この第1セミリーン溶液抜き出しラインL4及び第2セミリーン溶液抜き出しラインL6のセミリーン溶液19を、再生加熱器31のスチーム凝縮水35により熱交換するスチーム凝縮水・セミリーン溶液熱交換器52A、52Bを設けている。
本実施例では、セミリーン溶液19が、スチーム凝縮水・セミリーン溶液熱交換器52A、52Bを通過後に、リーン溶液・セミリーン溶液熱交換器51A、51Bを各々通過するように、スチーム凝縮水・セミリーン溶液熱交換器52A、52B及びリーン溶液・セミリーン溶液熱交換器51A、51Bが、セミリーン溶液抜出しラインL4、L6に直列に介装される。
本実施例によれば、セミリーン溶液19をリッチ溶液14の一部14aと合流させた後に、スチーム凝縮水・セミリーン溶液熱交換器52A及びリーン溶液・セミリーン溶液熱交換器51Aで直列において熱交換するので、再生塔の塔頂側での過大なCO2の放散負荷の防止と熱分配の改良により、省エネ化を図ることができる。
図8は、実施例3のリッチ溶液分岐供給率(%)と、CO2回収熱量削減率との関係を示す図である。ここで、リッチ溶液を分岐しない場合(分岐供給率0%)を基準としている。図8に示すように、分岐供給率が20%を超えると分岐効果が発現する。
本発明による実施例に係るCO2回収装置について、図5を参照して説明する。なお、実施例1の構成と同一部材には、同一符号を付して重複した説明は省略する。
図5に示すように、実施例4に係るCO2回収装置10Eは、実施例4において、さらに第1セミリーン溶液抜き出しラインL4及び第2セミリーン溶液抜き出しラインL6を分岐させて、第1セミリーン溶液抜き出しラインL4A及び第1セミリーン溶液抜き出しラインL4Bとすると共に、第2セミリーン溶液抜き出しラインL6A及び第2セミリーン溶液抜き出しラインL6Bとしている。
そして、第1セミリーン溶液抜き出しラインL4のライン混合部20Aの混合部の後流側で分岐した第1セミリーン溶液抜き出しラインL4Aにスチーム凝縮水・セミリーン溶液熱交換器52Aを介装すると共に、分岐した第2セミリーン溶液抜き出しラインL4Bにリーン溶液・セミリーン溶液熱交換器51Aを介装している。
スチーム凝縮水・セミリーン溶液熱交換器52A及びリーン溶液・セミリーン溶液熱交換器51Aで熱交換された後のセミリーン溶液は合流され、第2分割部15Bの第2液分散部15bに供給されている。
同様に、第2セミリーン溶液抜き出しラインL6で分岐した第2セミリーン溶液抜き出しラインL6Aにスチーム凝縮水・セミリーン溶液熱交換器52Bを介装すると共に、分岐した第2セミリーン溶液抜き出しラインL6Bにリーン溶液・セミリーン溶液熱交換器51Bを介装している。
スチーム凝縮水・セミリーン溶液熱交換器52B及びリーン溶液・セミリーン溶液熱交換器51Bで熱交換された後のセミリーン溶液は合流され、第3分割部15Cの第3液分散部15cに供給されている。
本実施例によれば、セミリーン溶液19をリッチ溶液14の一部14aと合流させた後に、スチーム凝縮水・セミリーン溶液熱交換器52A及びリーン溶液・セミリーン溶液熱交換器51Aで並列において熱交換するので、再生塔の塔頂側での過大なCO2の放散負荷の防止と熱分配の改良により、省エネ化を図ることができる。
10A〜10E CO2回収装置
11 CO2を含有するガス
12 CO2吸収液
13 CO2吸収塔(吸収塔)
14 リッチ溶液
15 吸収液再生塔(再生塔)
16 リーン溶液
20A ライン混合部
20a、20b 第1及び第2混合部
21a 第1液貯留部
21b 第2液貯留部
21c 第3液貯留部

Claims (4)

  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CO2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吸収液再生塔とを有し、吸収液再生塔でCO2を除去したリーン溶液をCO2吸収液としてCO2吸収塔で再利用するCO2回収装置であって、
    前記吸収液再生塔が少なくとも二分割してなり、
    前記CO2吸収塔から前記吸収液再生塔にリッチ溶液を供給するリッチ溶液供給ラインと、
    前記吸収液再生塔から前記CO2吸収塔にリーン溶液を供給するリーン溶液供給ラインと、
    前記リーン溶液供給ラインと前記リッチ溶液供給ラインとの交差部に設けられ、リーン溶液とリッチ溶液とを熱交換するリーン・リッチ溶液熱交換器と、
    前記リッチ溶液供給ラインのリーン・リッチ溶液熱交換器の後流側で、前記リッチ溶液の一部を分岐する分岐部と、
    前記分岐部で分岐されたリッチ溶液の一部を、前記吸収液再生塔で前記リッチ溶液から一部のCO2が除去されたセミリーン溶液と混合する混合部とを具備してなり、且つ
    分割した吸収液再生塔の上段側の前記セミリーン溶液の液貯留部に、前記分岐されたリッチ溶液の一部を供給する分岐ラインの先端部を接続し、分岐されたリッチ溶液の一部とセミリーン溶液とを混合することを特徴とするCO2回収装置。
  2. 請求項1において、
    前記混合部が、
    分割した吸収液再生塔の上段側の前記セミリーン溶液の液貯留部から、前記セミリーン溶液を抜き出して前記吸収液再生塔の下段側に供給するセミリーン溶液抜き出しラインを設け、
    前記セミリーン溶液抜き出しラインに、前記分岐されたリッチ溶液の一部を供給する分岐ラインの先端部を接続して混合部を設け、分岐されたリッチ溶液の一部とセミリーン溶液とを混合することを特徴とするCO2回収装置。
  3. 請求項において、
    前記リーン溶液供給ラインに介装したリーン・リッチ溶液熱交換部の前流側で、前記リーン溶液供給ラインと前記セミリーン溶液抜き出しラインとの交差部にリーン・セミリーン溶液熱交換器を設け、
    前記分岐されたリッチ溶液の一部とセミリーン溶液とを混合部で混合した後に、混合液を前記リーン・セミリーン溶液熱交換器で、リーン溶液と熱交換することを特徴とするCO2回収装置。
  4. 請求項において、
    前記セミリーン溶液抜き出しラインの前記混合部の後流側に介装され、前記吸収液再生塔の再生加熱器からのスチーム凝縮水の余熱により、分岐されたリッチ溶液の一部とセミリーン溶液との混合液を加熱するスチーム凝縮水熱交換器を設けることを特徴とするCO2回収装置。
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