JP5875245B2

JP5875245B2 - Ｃｏ２回収システム及びｃｏ２ガス含有水分の回収方法

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Publication number: JP5875245B2
Application number: JP2011090506A
Authority: JP
Inventors: 飯嶋　正樹; 正樹飯嶋
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2011-04-14
Filing date: 2011-04-14
Publication date: 2016-03-02
Anticipated expiration: 2031-04-14
Also published as: CA2851448C; JP2012223661A; US9050555B2; AU2012201488B2; CA2851448A1; CA2770828C; US20150233577A1; US9400106B2; CA2770828A1; EP2511001A1; US20120260801A1; EP2511001B1; AU2012201488A1

Description

本発明は、再生塔から排出されるＣＯ₂ガスを圧縮する際に生じる吸収液を含む水を回収するＣＯ₂回収システム及びＣＯ₂ガス含有水分の回収方法に関する。

大量の化石燃料を使用する火力発電所などでは、ボイラにおいて化石燃料を燃焼させることで発生する排ガスはＣＯ₂を含んでいる。ＣＯ₂を含む排ガスはＣＯ₂吸収塔内でアミン系のＣＯ₂吸収液と気液接触させてＣＯ₂吸収液中にＣＯ₂を吸収させることで、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。

例えば、ＣＯ₂吸収液は排ガス中のＣＯ₂をＣＯ₂吸収塔で吸収し、排ガスからＣＯ₂を除去した後、再生塔でＣＯ₂吸収液に吸収されたＣＯ₂を放散してＣＯ₂吸収液を再生して再びＣＯ₂吸収塔に循環して排ガスからＣＯ₂を除去するために再利用する方法が用いられている（例えば、特許文献１参照）。このとき、ＣＯ₂を吸収したＣＯ₂吸収液は、再生塔において蒸気で加熱されることにより、ＣＯ₂を放散し、高純度のＣＯ₂が回収される。

再生塔の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ガスは、再生塔の塔頂部から排出され、コンデンサでＣＯ₂ガス中の水蒸気を凝縮し、分離ドラムにてＣＯ₂ガス中に発生した水が分離される。水蒸気が分離されたＣＯ₂ガスは、複数の圧縮器で徐々に昇圧しながら圧縮することで圧縮ＣＯ₂として回収している。ＣＯ₂ガスは、複数の圧縮器で圧縮された後、油田に圧入され石油増進回収（ＥＯＲ：Enhanced Oil Recovery）に利用したり、温暖化対策として帯水層へ貯留される他、化成品の合成原料としても利用される。

また、ＣＯ₂ガスを圧縮・冷却して、油田に圧入して石油回収などに利用したりする際、ＣＯ₂ガス中に残存する水分は圧縮されることで凝縮して凝縮水となり、ＣＯＤ成分を分解等して排水処理してから外部に排出される。

特開２００８−６２１６５号公報

ここで、回収されたＣＯ₂ガス中には微量の吸収液が含まれているため、ＣＯ₂ガスを圧縮することで生じる凝縮水中には吸収液が含まれている。そのため、ＣＯ₂吸収塔と吸収液再生塔との間の系内を循環する吸収液の消費量を軽減し、吸収液を有効に利用するため、外部に排出される凝縮水を有効に利用する方法が検討されている。

一方、ＣＯ₂コンプレッサー系の排熱を利用して熱回収し、ＣＯ₂回収システムで有効利用することが求められている。

本発明は、前記問題に鑑み、ＣＯ₂ガスに含まれる凝縮水を外部に排出することなく、回収し、凝縮水に含まれる吸収液を効率良く利用することができるＣＯ₂回収システム及びＣＯ₂コンプレッサー系の排熱を有効利用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を含有する排ガスをＣＯ₂吸収液と接触させて排ガス中のＣＯ₂をＣＯ₂吸収液により吸収除去するＣＯ₂吸収塔と、前記ＣＯ₂吸収塔でＣＯ₂を吸収したＣＯ₂吸収液を再生し、ＣＯ₂吸収液とする吸収液再生塔とを含むＣＯ₂回収装置と、前記吸収液再生塔から排出される水蒸気を伴ったＣＯ₂ガスを冷却するコンデンサと、前記コンデンサで冷却された分離水を凝縮水として分離する分離ドラムと、前記分離ドラムで凝縮水を分離したＣＯ₂ガスを圧縮するための少なくとも１以上の圧縮器と、前記圧縮器の後流側に設けられ、圧縮ＣＯ₂ガスを冷却し、前記圧縮ＣＯ₂ガス中の水分を凝縮水として前記ＣＯ₂ガスと分離する分離器とを含むＣＯ₂圧縮装置と、を有し、前記圧縮器を第１の圧縮器と第２の圧縮器として直列に設けると共に、前記第１の圧縮器の後流側に第１分離器を設け、前記第２の圧縮器の後流側に第２分離器を設け、前記第１の圧縮器からの圧縮ＣＯ ₂ ガスラインと、前記第１の分離器からの第１の凝縮水送給ラインとの交差部に、第１の熱交換器を設けて、前記第１の圧縮器で圧縮されたＣＯ ₂ ガスにより第１の分離器で凝縮した第１の凝縮水を第１の蒸気とすると共に、前記第２の圧縮器からの圧縮ＣＯ ₂ ガスラインと、前記第２の分離器からの第２の凝縮水送給ラインとの交差部に、第２の熱交換器を設け、前記第２の圧縮器で圧縮されたＣＯ ₂ ガスにより第２分離器で凝縮した第２の凝縮水を第２の蒸気とすると共に、前記第２の熱交換器と交差する第２の凝縮水ラインの第２熱交換器の後流側で、第１の凝縮水ラインを連結し、第１の熱交換器で熱交換した前記第１の蒸気を、前記第２の蒸気と合流させ、前記第１の蒸気と前記第２の蒸気との合流蒸気を蒸気送給ラインにより前記吸収液再生塔の塔底部に供給することを特徴とするＣＯ₂回収システムである。

第２の発明は、第１の発明において、前記分離器から分離された凝縮水は、前記ＣＯ₂吸収塔の内部、前記ＣＯ₂吸収塔と前記吸収液再生塔との間を循環するＣＯ₂吸収液、前記吸収液再生塔から排出されるＣＯ₂ガスと水とを分離する分離ドラムから前記吸収液再生塔に送給される還流水、および前記吸収塔の塔頂循環水ラインに供給されることを特徴とするＣＯ₂回収システムである。

第３の発明は、ＣＯ₂を含有する排ガスをＣＯ₂吸収液とＣＯ₂吸収塔内で接触させて前記排ガス中のＣＯ₂をＣＯ₂吸収液により吸収除去した後、ＣＯ₂を吸収したＣＯ₂吸収液中のＣＯ₂を吸収液再生塔内で除去し、再生したＣＯ₂吸収液を前記ＣＯ₂吸収塔で再利用すると共に、前記吸収液再生塔から排出されるＣＯ₂ガスを回収し、回収したＣＯ₂ガス中の水分を回収するＣＯ₂ガス含有水分の回収方法であり、前記吸収液再生塔から排出される水蒸気を伴ったＣＯ₂ガスを冷却して、凝縮水を分離し、前記凝縮水を分離したＣＯ₂ガスを少なくとも１以上の圧縮器を用いて圧縮し、前記圧縮器を第１の圧縮器と第２の圧縮器として直列に設けると共に、前記第１の圧縮器の後流側に第１分離器を設け、前記第２の圧縮器の後流側に第２分離器を設け、前記第１の圧縮器からの圧縮ＣＯ ₂ ガスラインと、前記第１の分離器からの第１の凝縮水送給ラインとの交差部に、第１の熱交換器を設けて、前記第１の圧縮器で圧縮されたＣＯ ₂ ガスにより第１の分離器で凝縮した第１の凝縮水を第１の蒸気とすると共に、前記第２の圧縮器からの圧縮ＣＯ ₂ ガスラインと、前記第２の分離器からの第２の凝縮水送給ラインとの交差部に、第２の熱交換器を設け、前記第２の圧縮器で圧縮されたＣＯ ₂ ガスにより第２分離器で凝縮した第２の凝縮水を第２の蒸気とすると共に、前記第２の熱交換器と交差する第２の凝縮水ラインの第２熱交換器の後流側で、第１の凝縮水ラインを連結し、第１の熱交換器で熱交換した前記第１の蒸気を、前記第２の蒸気と合流させ、前記第１の蒸気と前記第２の蒸気との合流蒸気を蒸気送給ラインにより前記吸収液再生塔の塔底部に供給することを特徴とするＣＯ₂ガス含有水分の回収方法である。

第４の発明は、第３の発明において、前記分離器から分離された凝縮水は、前記ＣＯ₂吸収塔の内部、前記ＣＯ₂吸収塔と前記吸収液再生塔との間を循環するＣＯ₂吸収液、前記吸収液再生塔から排出されるＣＯ₂ガスと水とを分離する分離ドラムから前記吸収液再生塔に送給される還流水、および前記吸収塔の塔頂循環水ラインに供給されることを特徴とするＣＯ₂ガス含有水分の回収方法である。

本発明によれば、ＣＯ₂ガスに含まれる凝縮水を外部に排出することなく、回収し、凝縮水に含まれる吸収液を効率良く利用することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るＣＯ₂回収システムの構成を簡略に示す図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係るＣＯ₂回収システムの他の構成を示す概略図である。図３は、本発明の第１の実施形態に係るＣＯ₂回収システムの他の構成を示す概略図である。図４は、本発明の第１の実施形態に係るＣＯ₂回収システムの他の構成を示す概略図である。図５は、本発明の第２の実施形態に係るＣＯ₂回収システムの構成を簡略に示す図である。図６は、本発明の第２の実施形態に係るＣＯ₂回収システムの他の構成を示す概略図である。図７は、本発明の第２の実施形態に係るＣＯ₂回収システムの他の構成を示す概略図である。

以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の発明を実施するための形態（以下、実施形態という）により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

［第１の実施形態］
本発明による第１の実施形態に係るＣＯ₂回収システムについて、図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るＣＯ₂回収システムの構成を簡略に示す図である。図１に示すように、ＣＯ₂回収システム１０Ａは、ＣＯ₂回収装置１１と、圧縮装置１２とを有する。ＣＯ₂回収装置１１は、ＣＯ₂吸収塔１３と、吸収液再生塔（以下、再生塔という）１４とを有する。

ＣＯ₂回収システム１０Ａは、ＣＯ₂吸収塔１３でＣＯ₂を吸収するＣＯ₂吸収系と、再生塔１４でＣＯ₂回収とＣＯ₂吸収液の再生を行なうＣＯ₂回収・ＣＯ₂吸収液再生系と、圧縮装置１２で回収されたＣＯ₂を地中又は油田中に注入するために圧縮するＣＯ₂圧縮系とから構成されている。

ＣＯ₂回収装置１０Ａでは、ＣＯ₂を含有する排ガス１５中のＣＯ₂を吸収するＣＯ₂吸収液１６が、ＣＯ₂吸収塔１３と再生塔１４との間（以下、系内という。）を循環している。ＣＯ₂吸収塔１３から再生塔１４には排ガス１５中のＣＯ₂を吸収したＣＯ₂吸収液（リッチ溶液）１７が送給される。再生塔１４からＣＯ₂吸収塔１３にはリッチ溶液１７から再生塔１４でほぼ全てのＣＯ₂が除去され再生されたＣＯ₂吸収液（リーン溶液）１６が送給されている。

排ガス１５は、ボイラやガスタービン等の産業設備から排出されるＣＯ₂を含有するガスである。排ガス１５は、排ガス送風機などにより昇圧され、冷却塔で冷却された後、煙道を介してＣＯ₂吸収塔１３の塔底部の側壁からＣＯ₂吸収塔１３内に送られる。

ＣＯ₂吸収塔１３は、排ガス１５とＣＯ₂吸収液１６とを接触させて排ガス１５からＣＯ₂を除去する塔である。ＣＯ₂吸収塔１３は、ＣＯ₂吸収部２１と、噴霧ノズル２２と、水洗部２３と、デミスタ２４とを有する。塔内に送給された排ガス１５は塔内の塔底部側から塔頂側に向けて流れる。噴霧ノズル２２は、ＣＯ₂吸収液１６を下向きに噴霧させるノズルである。ＣＯ₂吸収部２１は、ＣＯ₂吸収塔１３の排ガス１５の流れ方向の前流側に設けられている。本実施形態では、ＣＯ₂吸収部２１は、ＣＯ₂吸収塔１３の塔下側に設けられている。

塔内を上昇する排ガス１５は、ＣＯ₂吸収部２１において、例えば塩基性アミン化合物をベースとするＣＯ₂吸収液１６と対向流接触し、排ガス１５中のＣＯ₂がＣＯ₂吸収液１６に吸収される。

本実施形態で使用できるＣＯ₂吸収液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、例えば、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類としては、例えば、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。

噴霧ノズル２２からリーン溶液１６を噴霧してＣＯ₂吸収部２１で排ガス１５中のＣＯ₂を吸収し、リッチ溶液１７となり、ＣＯ₂吸収部２１を通過した後、塔底部に貯留される。

本実施形態においては、ＣＯ₂吸収塔１３はＣＯ₂回収部２１を１段設けるようにしているが、本実施形態は、これに限定されるものではなく、複数段設けるようにしてもよい。

また、水洗部２３及びデミスタ２４は、ＣＯ₂吸収塔１３の排ガス１５の流れ方向の後流側に設けられている。本実施形態では、水洗部２３及びデミスタ２４は、塔内のＣＯ₂吸収部２１の上側に設けられている。ＣＯ₂吸収部２１でＣＯ₂が除去されたＣＯ₂除去排ガス２６は、水洗部２３でＣＯ₂除去排ガス２６に同伴されたＣＯ₂吸収液１６が除去され、デミスタ２４でＣＯ₂除去排ガス２６に含まれるミストが捕集された後、塔頂部から系外へ放出される。なお、本実施形態においては、ＣＯ₂吸収塔１３は水洗部２３を１段設けるようにしているが、水洗部２３を複数設けるようにしてもよい。

水洗部２３には、外部から供給される水３１を噴霧ノズル３２から噴霧して水洗部２３でＣＯ₂除去排ガス２６中に含まれる不純物を除去する。噴霧ノズル３２から噴霧した水３１は受け部３３で回収され、ポンプ３４で塔外部に送給し、塔頂循環水ライン３５を介して冷却器３６で冷却水３７により冷却された後、噴霧ノズル３２に送給され、循環使用される。

ＣＯ₂吸収部２１において排ガス１５中のＣＯ₂を吸収したリッチ溶液１７は、ＣＯ₂吸収塔１３の底部に貯留される。ＣＯ₂吸収塔１３の底部に貯留されたリッチ溶液１７は、リッチ溶液送給ライン４１より抜き出され、ＣＯ₂吸収塔１３の塔底部から外部に設けられたポンプ４２により圧送され、リッチ・リーン溶液熱交換器４３において再生塔１４で再生されたＣＯ₂吸収液１６と熱交換された後、再生塔１４の塔頂部から塔内に供給される。

本実施形態で用いるリッチ・リーン溶液熱交換器４３など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、シェル＆チューブ熱交換器等の公知の熱交換器を用いればよい。

再生塔１４は、リッチ溶液１７からＣＯ₂を放出してリーン溶液１６として再生する塔である。再生塔１４の塔頂部から再生塔１４の塔内に放出されたリッチ溶液１７は、再生塔１４の塔底部から供給される蒸気（スチーム）４４により加熱される。スチーム４４は、リーン溶液１６を再生過熱器（リボイラ）４５で飽和スチーム４６と熱交換することにより発生する。リッチ溶液１７はスチーム４４により加熱されることにより、吸熱され、リッチ溶液１７中に含まれる大部分のＣＯ₂を放出し、再生塔１４の塔底部に至る頃には、ほぼ全てのＣＯ₂が除去されたＣＯ₂吸収液（リーン溶液）１６となる。

再生塔１４の底部に貯留されるリーン溶液１６はＣＯ₂吸収液として再生塔１４の底部からリーン溶液送給ライン４７より抜き出され、ポンプ４８により送給され、冷却器４９で冷却水５０と熱交換して冷却された後、ＣＯ₂吸収塔１３に送給される。

一方、再生塔１４の塔頂部からは水蒸気を伴ったＣＯ₂ガス５１が放出される。水蒸気を伴ったＣＯ₂ガス５１は再生塔１４の塔頂部から導出され、コンデンサ５２で冷却水５３によりＣＯ₂ガス５１に含まれる水蒸気が凝縮され、分離ドラム５４にて水５５が分離される。分離ドラム５４で水５５と分離したＣＯ₂ガス５６は圧縮装置１２に送給される。また、分離ドラム５４にて分離された水５５は還流水５７として凝縮水循環ポンプ５８にて還流水送給ライン５９を介して再生塔１４の上部に供給される。

圧縮装置１２は、再生塔１４から排出されるＣＯ₂ガス５６を圧縮する第１の圧縮器６１−１〜第ｎの圧縮器６１−ｎ（ｎは２以上の整数）と、圧縮されたＣＯ₂ガス５６を冷却する第１の冷却器６２−１〜第ｎの冷却器６２−ｎ（ｎは２以上の整数）と、ＣＯ₂ガス５６中の水分を除去する第１の分離器６３−１〜第ｎの分離器６３−ｎ（ｎは２以上の整数）とを有する。

第１の圧縮器６１−１は複数の圧縮器のうち最も前流側に設けられ、第１の冷却器６２−１は複数の冷却器のうち最も前流側に設けられ、第１の分離器６３−１は複数の分離器のうち最も前流側に設けられている。

ＣＯ₂ガス５６は、圧縮装置１２で第１の圧縮器６１−１〜第ｎの圧縮器６１−ｎの順に徐々に圧縮され、第１の冷却器６２−１〜第ｎの冷却器６２−ｎで冷却され、第１の分離器６３−１〜第ｎの分離器６３−ｎで凝集して発生した凝縮水６４を分離する工程が繰り返し行われる。

具体的には、ＣＯ₂ガス５６は第１の圧縮器６１−１で圧縮された後、第１の冷却器６２−１で冷却されることで、ＣＯ₂ガス５６中に水分が凝集される。ＣＯ₂ガス５６中に凝集して発生した凝縮水６４は第１の分離器６３−１で分離される。また、凝集して発生した凝縮水６４が除去されたＣＯ₂ガス５６は第１の分離器６３−１の塔頂部から排出され、第１の分離器６３−１の後流側に設けられている圧縮器に送給される。ＣＯ₂ガス５６は第ｎの圧縮器６１−ｎまで上記と同様の操作を繰り返し行ない、ＣＯ₂ガス５６を徐々に昇圧して圧縮した後、冷却して発生した凝縮水６４をＣＯ₂ガス５６から分離する操作を繰り返す。圧縮装置１２は、圧縮器をｎ個設けるようにしているが、１個〜４個設けるのが好ましい。

ＣＯ₂回収システム１０Ａは、第１の分離器６３−１の塔底部と吸収液再生塔１４の塔底部とを連結する第１の凝縮水送給ライン６５Ａを有する。第１の凝縮水送給ライン６５Ａは、第１の分離器６３−１でＣＯ₂ガス５６と分離される凝縮水６４を、第１の分離器６３−１から吸収液再生塔１４の塔底部に供給する。これにより、第１の分離器６３−１で分離された凝縮水６４に含まれる吸収液は凝縮水６４と同伴して再生塔１４の塔底部に供給されるため、凝縮水６４に含まれる吸収液を外部に排出することなく回収することができる。例えば、ＣＯ₂ガス５６に含まれる吸収液の含有量が、例えば１ｐｐｍ程度であるとき、凝縮水６４に含まれる吸収液の含有量は、例えば約７５ｐｐｍ質量％となる。

よって、再生塔１４から回収されるＣＯ₂ガス５６に含まれる水分を凝縮水６４として第１の分離器６３−１で回収し、第１の凝縮水送給ライン６５Ａを介して吸収液再生塔１４の塔底部に供給することができるため、凝縮水６４に残っている吸収液を回収することができる。このため、吸収液が外部に排出されることなく回収し、効率良く利用することができる。

また、圧縮装置１２は、第１の圧縮器６１−１と第１の分離器６３−１との間に、第１の熱交換器６６−１を有する。第１の熱交換器６６−１は、第１の圧縮器６１−１から排出されるＣＯ₂ガスと５６第１の分離器６３−１でＣＯ₂ガス５６から分離された凝縮水６４とを熱交換する。第１の分離器６３−１から排出される凝縮水６４は、第１の熱交換器６６−１に送給され、第１の圧縮器６１−１から排出されるＣＯ₂ガス５６と第１の熱交換器６６−１で熱交換され蒸気６４Ａとなった後、再生塔１４の塔底部に供給される。第１の圧縮器６１−１によりＣＯ₂ガス５６は圧縮されているため、第１の圧縮器６１−１から排出されるＣＯ₂ガス５６のガス温度は、第１の圧縮器６１−１に供給される前よりも高温である。そのため、第１の分離器６３−１から排出される凝縮水６４は、第１の熱交換器６６−１において第１の圧縮器６１−１から排出されるＣＯ₂ガス５６と熱交換することで、第１の分離器６３−１から排出される凝縮水６４の液温度を高め、蒸気６４Ａを発生することができる。第１の熱交換器６６−１で熱交換され、高温になった凝縮水６４を再生塔１４の塔底部に供給することで、リボイラ４５で生成する蒸気４４の量を削減できる。

よって、第１の分離器６３−１から排出される凝縮水６４は再生塔１４の塔底部に供給する前に予め第１の熱交換器６６−１で第１の圧縮器６１−１から排出されるＣＯ₂ガス５６と熱交換して、再生塔１４の塔底部に蒸気６４Ａとして供給される。このため、リーン溶液１６を加熱してスチーム４４を発生させるためにリボイラ４５で消費する蒸気量を低減することができる。

例えば、分離ドラム５４から第１の圧縮器６１−１に送給されるＣＯ₂ガス５６のガス温度は、例えば４５℃程度である。このＣＯ₂ガス５６は第１の圧縮器６１−１で圧縮され、第１の圧縮器６１−１から熱交換器６６に送給されるＣＯ₂ガス５６のガス温度は、例えば１７０℃程度となる。また、第１の分離器６３−１から排出される凝縮水６４の温度は、例えば４５℃程度である。この凝縮水６４をＣＯ₂ガス５６と熱交換器６６で間接的に熱交換することで、第１の分離器６３−１に送給されるＣＯ₂ガス５６のガス温度は例えば１１７℃程度となり、凝縮水６４の温度は例えば１２２．６℃程度として再生塔１４の塔底部に供給し、リボイラ４５で加熱されたリーン溶液１６と混合することができる。このため、再生塔１４の塔底部に供給する前に予め第１の熱交換器６６−１で凝縮水６４を加熱し蒸気６４Ａを発生し、リーン溶液１６を加熱してスチームを発生させるためにリボイラ４５で消費する蒸気量（例えば、２％程度）の低減を図ることができる。

また、ＣＯ₂ガス５６に含まれる水分の回収はＣＯ₂圧縮系で処理することができるため、ＣＯ₂ガス５６から水分を分離して凝縮水６４を送給等するための配管等を新たに設ける必要がない。

さらに、第１の圧縮器６１−１で凝縮水６４は加圧された状態で得られるものであり、再生塔１４内は通常の圧力であるため、第１の分離器６３−１で回収された水６５は送給用のポンプ等を用いることなく圧力差を利用することで、再生塔１４に容易に供給することができる。

また、本実施形態に係るＣＯ₂回収システム１０Ａにおいては、第１の熱交換器６６−１は第１の冷却器６２−１より前流側に設けている。第１の熱交換器６６−１は第１の冷却器６２−１の前後どちらに設けてもよいが、ＣＯ₂ガス５６との熱交換を効率よく行うため第１の熱交換器６６−１は第１の冷却器６２−１より前流側に設けられることが好ましい。

また、本実施形態に係るＣＯ₂回収システム１０Ａにおいては、凝縮水６４を再生塔１４の塔底部に供給するようにしているが、これに限定されるものではなく、再生塔の中間に供給してもよい。

図２〜図４は、本実施形態に係るＣＯ₂回収システム１０Ａの他の構成を示す概略図である。

図２は、凝縮水６４をＣＯ₂吸収塔１３と再生塔１４との間を循環するＣＯ₂吸収液１６に供給する一例を示す図である。図２に示すように、本実施形態に係るＣＯ₂回収システム１０Ａは、凝縮水送給ライン６５Ｂをリーン溶液送給ライン４７およびリッチ溶液送給ライン４１と連結する。このとき、凝縮水６４はリーン溶液送給ライン４７中のリーン溶液１６およびリッチ溶液送給ライン４１中のリッチ溶液１７に供給する際、加熱する必要はないため、第１の熱交換器６６−１を設けることなく、凝縮水送給ライン６５Ｂをリーン溶液送給ライン４７およびリッチ溶液送給ライン４１と連結する。

第１の分離器６３−１から排出される凝縮水６４は、リーン溶液送給ライン４７中のリーン溶液１６とリッチ溶液送給ライン４１中のリッチ溶液１７とのいずれか一方又は両方に供給する。リーン溶液１６およびリッチ溶液１７への凝縮水６４の供給量は調節弁Ｖ１１、Ｖ１２により調整される。これにより、凝縮水６４をリーン溶液１６やリッチ溶液１７に混合することで、凝縮水６４中に含まれる吸収液を回収することができるため、吸収液が外部に排出されるのを抑制することができる。

また、図３は、凝縮水６４をＣＯ₂吸収塔１３の内部に供給する一例を示す図である。図３に示すように、本実施形態に係るＣＯ₂回収システム１０Ａは、凝縮水送給ライン６５Ｃを塔頂循環水ライン３５と連結する。第１の分離器６３−１から排出される凝縮水６４は塔頂循環水ライン３５に供給して水３１と混合し、ＣＯ₂吸収塔１３の内部に供給する。また、この場合、上述のように、凝縮水６４は塔頂循環水ライン３５を介してＣＯ₂吸収塔１３の内部に供給する際、加熱する必要はないため、第１の熱交換器６６−１を設けることなく、凝縮水送給ライン６５Ｃを塔頂循環水ライン３５と連結する。これにより、凝縮水６４を水３１に混合することで、凝縮水６４中に含まれる吸収液を回収することができるため、吸収液が外部に排出されるのを抑制することができる。

また、図４は、凝縮水６４を分離ドラム５４から再生塔１４に送給される還流水５７に供給する一例を示す図である。図４に示すように、本実施形態に係るＣＯ₂回収システム１０Ａは、凝縮水送給ライン６５Ｄを還流水送給ライン５９と連結する。第１の分離器６３−１から排出される凝縮水６４は還流水送給ライン５９に供給して還流水５７と混合し、再生塔１４内に供給する。また、この場合、上述のように、凝縮水６４は還流水送給ライン５９を介して再生塔１４の内部に供給する際、加熱する必要はないため、第１の熱交換器６６−１を設けることなく、凝縮水送給ライン６５Ｄを還流水送給ライン５９と連結する。これにより、凝縮水６４を還流水５７に混合することで、凝縮水６４中に含まれる吸収液を回収することができるため、吸収液が外部に排出されるのを抑制することができる。

本実施形態においては、凝縮水６４をＣＯ₂吸収塔１３と再生塔１４との間をＣＯ₂吸収液１６が循環する系内に供給する一例として、凝縮水６４を、吸収液再生塔１４の塔底部、ＣＯ₂吸収塔１３と再生塔１４との間を循環するＣＯ₂吸収液１６、ＣＯ₂吸収塔１３の内部に水３１を供給する塔頂循環水ライン３５、分離ドラム５４から再生塔１４に送給される還流水５９の何れか１つに供給する場合について説明したが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、これらのいずれ２つ以上に凝縮水送給ライン６５Ａ〜６６ＡＤを介して凝縮水６４を供給するようにしてもよい。

また、本実施形態に係るＣＯ₂回収システム１０Ａにおいては、圧縮器をｎ台設置しているが、ＣＯ₂ガス５６の圧縮割合に応じて圧縮器の設置台数を適宜変更するようにすればよい。

また、第１の冷却器６２−１〜第ｎの冷却器６２−ｎでＣＯ₂ガス５６と熱交換する低温の媒体として、冷却水（Ｃ．Ｗ）を用いているが、冷却水に限定されるものではなく、ＣＯ₂ガス５６よりも低温であれば、工場内の冷却水以外の液体などを用いてもよい。

このように、本実施形態に係るＣＯ₂回収システム１０Ａによれば、再生塔１４から回収されるＣＯ₂ガス５６を圧縮することで生じる水分を凝縮水６４として回収し、ＣＯ₂吸収塔１３と再生塔１４との間をＣＯ₂吸収液１６が循環する系内に供給することで、ＣＯ₂ガス５６中の水分に含まれる吸収液を外部に排出することなく回収することができる。また、第１の圧縮器６１−１から分離した凝縮水６４を再生塔１４の塔底部に供給する前に予め加熱してから蒸気６４Ａを発生して、再生塔１４の塔底部に供給することで、リボイラ４５で消費する蒸気量（例えば、２％程度）を低減することができる。また、ＣＯ₂ガス５６に含まれる水分の回収はＣＯ₂圧縮系で処理することができるため、回収した凝縮水６４の送給等のための配管等を新たに設ける必要はなく、第１の分離器６３−１で回収された凝縮水６４を送給用のポンプ等を用いることなく再生塔１４に供給することができるため、効率よく簡易に実現することができる。

したがって、本実施形態に係るＣＯ₂回収システム１０Ａによれば、ＣＯ₂ガス５６に含まれる凝縮水６４中の吸収液を効率良く回収することを可能としつつ、システム全体の運転効率の向上を図ることが可能となる。

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係るＣＯ₂回収システムについて、図面を参照して説明する。本実施形態に係るＣＯ₂回収システムの構成は、上述の図１に示すＣＯ₂回収システムの構成と同様であるため、ＣＯ₂回収システムと同一の部材には同一の符号を付してその説明は省略する。

図５は、本発明の第２の実施形態に係るＣＯ₂回収システムの構成を簡略に示す図である。図５に示すように、本実施形態に係るＣＯ₂回収システム１０Ｂは、図１に示す第１の実施形態に係るＣＯ₂回収システム１０Ａに、分離器のうち前流側から２番目に設けられる第２の分離器６３−２と再生塔１４の塔底部とを連結する第２の凝縮水送給ライン７１と、圧縮器のうち前流側から２番目に設けられる第２の圧縮器６１−２から排出されるＣＯ₂ガスと第２の分離器６３−２でＣＯ₂ガス５６から分離された凝縮水７２とを熱交換する第２の熱交換器６６−２とを有する。

再生塔１４から回収されるＣＯ₂ガス５６に含まれる水分を凝縮水７２として第２の分離器６３−１で回収し、第２の凝縮水送給ライン７１を介して吸収液再生塔１４の塔底部に供給している。これにより、凝縮水７２に同伴して残っている吸収液を凝縮水７２と共に回収することができるため、吸収液が外部に排出されることなく回収することができる。

また、第２の分離器６３−２から排出される凝縮水７２を、第２の凝縮水送給ライン７１を介して送給し、第２の圧縮器６１−２から排出されるＣＯ₂ガス５６と第２の熱交換器６６−２で熱交換し、蒸気７２Ａを発生した後、再生塔１４に供給している。第２の圧縮器６１−２により圧縮されるＣＯ₂ガス５６のガス温度は、第１の圧縮器６１−１よりも更に高圧に圧縮されている。そのため、第２の分離器６３−２から排出される凝縮水７２は、第２の熱交換器６６−２において第２の圧縮器６１−２から排出されるＣＯ₂ガス５６と熱交換することで、第２の分離器６３−２から排出される凝縮水７２の液温度を第１の分離器６３−１から排出される凝縮水７２の液温度よりも高めることができる。

よって、第２の分離器６３−２から排出される凝縮水７１を、再生塔１４の塔底部に供給する前に予め第２の熱交換器６６−２で２１の圧縮器６１−２から排出されるＣＯ₂ガス５６と熱交換し、蒸気７２Ａを発生した後、再生塔１４の塔底部に供給することで、リボイラ４５で加熱されたリーン溶液１６と混合することで、リボイラ４５で消費する蒸気量を低減することができる。

また、本実施形態においては、第１の凝縮水送給ライン６５Ｅを第２の凝縮水送給ライン７１の第２の熱交換器の前流側において第２の凝縮水送給ライン７１と連結している。これにより、第１の分離器６３−１から排出される凝縮水６４を、第２の凝縮水送給ライン７１の凝縮水７２と混合し、第２の熱交換器６６−２を通過することで、凝縮水６４を蒸気６４Ａとして再生塔１４の塔底部に供給することができる。このため、リボイラ４５で消費する蒸気量の更なる低減を図ることができる。

また、第２の分離器６３−２から排出される凝縮水７２は少量であるため、回収される吸収液の量も微量であるが、第１の分離器６３−１から排出される凝縮水６４も混合することで再生塔１４から回収されるＣＯ₂ガス５６中に含まれる水分中の吸収液を更に効率よく回収することができる。また、上述の通り、第２の圧縮器６１−２では、第１の圧縮器６１−１より更に高圧にＣＯ₂ガス５６を圧縮しているため、第２の圧縮器６１−２から排出されるＣＯ₂ガス５６のガス温度は、第１の圧縮器６１−１から排出されるＣＯ₂ガス５６のガス温度よりも高温である。そのため、第２の分離器６３−２から排出される凝縮水７２は、第２の熱交換器６６−２において第２の圧縮器６１−２から排出されるＣＯ₂ガス５６と熱交換した方が更に多くの熱を得ることができる。

また、本実施形態においては、第１の凝縮水送給ライン６５Ｅを第２の凝縮水送給ライン７１の第２の熱交換器の前流側で連結するようにしているが、本実施形態はこれに限定されるものではない。図６は、本発明の第２の実施形態に係るＣＯ₂回収システムの他の構成を簡略に示す図である。図６に示すように、第１の凝縮水送給ライン６５Ｅは第２の凝縮水送給ライン７１の第２の熱交換器の後流側において第２の凝縮水送給ライン７１と連結するようにしてもよい。

また、本実施形態においては、第１の凝縮水送給ライン６５Ｅを第２の凝縮水送給ライン７１と連結するようにしているが、本実施形態はこれに限定されるものではない。図７は、本発明の第２の実施形態に係るＣＯ₂回収システムの他の構成を簡略に示す図である。図７に示すように、第１の凝縮水送給ライン６５Ｅと第２の凝縮水送給ライン７１とは別々に再生塔１４の塔底部と連結するようにしてもよい。これにより、リボイラ４５で要する蒸気量に応じて第１の凝縮水送給ライン６５Ｅから送給される凝縮水６４が加温されて発生した蒸気６４Ａと、第２の凝縮水送給ライン７１から送給される凝縮水７２が加温されて発生した蒸気７２Ａとの割合を調整することができる。

このように、本実施形態に係るＣＯ₂回収システム１０Ｂによれば、再生塔１４から回収されるＣＯ₂ガス５６を圧縮することで生じる水分を更に凝縮水７２として回収し、ＣＯ₂吸収塔１３と再生塔１４との間をＣＯ₂吸収液１６が循環する系内に供給することで、ＣＯ₂ガス５６中の水分に含まれる吸収液を更に外部に排出することなく回収することができる。また、更に第２の圧縮器６１−２から分離した凝縮水７２を再生塔１４の塔底部に供給する前に予め加熱し、蒸気７２Ａを発生させてから再生塔１４の塔底部に供給することで、リボイラ４５で消費する蒸気量を更に低減することができる。また、ＣＯ₂ガス５６に含まれる水分の回収はＣＯ₂圧縮系で処理することができるため、回収した凝縮水６４の送給等のための配管等を新たに設ける必要はなく、第２の分離器６３−２で回収された凝縮水７２を送給用のポンプ等を用いることなく再生塔１４に供給することができるため、更に効率よく簡易に実現することができる。

したがって、本実施形態に係るＣＯ₂回収システム１０Ｂによれば、ＣＯ₂ガス５６に含まれる凝縮水６４、７２中の吸収液を効率良く回収することを可能としつつ、システム全体の運転効率の向上を図ることが可能となる。

上記第１及び第２の実施形態においては、第１の分離器６３−１、第２の分離器６３−２から再生塔１４に送給される水６５、７２を第１の熱交換器６６−１、第２の熱交換器６６−２で熱交換するために第１の圧縮器６１−１、第２の圧縮器６１−２から排出されるＣＯ₂ガス５６を用いているが、これに限定されるものではなく、他の圧縮器から排出されるＣＯ₂ガス５６を用いて水６５、７２と熱交換するようにしてもよい。

１０ＣＯ₂回収システム
１１ＣＯ₂回収装置
１２圧縮装置
１３ＣＯ₂吸収塔
１４吸収液再生塔
１５排ガス
１６ＣＯ₂吸収液（リーン溶液）
１７リッチ溶液
２１ＣＯ₂吸収部
２２、３２噴霧ノズル
２３水洗部
２４デミスタ
２６ＣＯ₂除去排ガス
３１、５５、水
３３受け部
３４、４２、４８ポンプ
３５塔頂循環水ライン
３６、４９冷却器
３７、５０、５３冷却水
４１リッチ溶液送給ライン
４３リッチ・リーン溶液熱交換器
４４スチーム
４５再生過熱器（リボイラ）
４６飽和スチーム
４７リーン溶液送給ライン
５１、５６ＣＯ₂ガス
５２コンデンサ
５４分離ドラム
５７還流水
５８凝縮水循環ポンプ
５９還流水送給ライン
６１−１第１の圧縮器
６１−ｎ第ｎの圧縮器
６２−１第１の冷却器
６２−ｎ第ｎの冷却器
６３−１第１の分離器
６３−ｎ第ｎの分離器
６４、７２凝縮水
６４Ａ、７２Ａ蒸気
６５Ａ〜６５Ｅ第１の凝縮水送給ライン
６６−１第１の熱交換器
６６−２第２の熱交換器
７１第２の凝縮水送給ライン
Ｖ１１、Ｖ１２調節弁

Claims

ＣＯ₂を含有する排ガスをＣＯ₂吸収液と接触させて排ガス中のＣＯ₂をＣＯ₂吸収液により吸収除去するＣＯ₂吸収塔と、前記ＣＯ₂吸収塔でＣＯ₂を吸収したＣＯ₂吸収液を再生し、ＣＯ₂吸収液とする吸収液再生塔とを含むＣＯ₂回収装置と、
前記吸収液再生塔から排出される水蒸気を伴ったＣＯ₂ガスを冷却するコンデンサと、
前記コンデンサで冷却された分離水を凝縮水として分離する分離ドラムと、
前記分離ドラムで凝縮水を分離したＣＯ₂ガスを圧縮するための少なくとも１以上の圧縮器と、前記圧縮器の後流側に設けられ、圧縮ＣＯ₂ガスを冷却し、前記圧縮ＣＯ₂ガス中の水分を凝縮水として前記ＣＯ₂ガスと分離する分離器とを含むＣＯ₂圧縮装置と、を有し、
前記圧縮器を第１の圧縮器と第２の圧縮器として直列に設けると共に、
前記第１の圧縮器の後流側に第１分離器を設け、前記第２の圧縮器の後流側に第２分離器を設け、
前記第１の圧縮器からの圧縮ＣＯ ₂ ガスラインと、前記第１の分離器からの第１の凝縮水送給ラインとの交差部に、第１の熱交換器を設けて、前記第１の圧縮器で圧縮されたＣＯ ₂ ガスにより第１の分離器で凝縮した第１の凝縮水を第１の蒸気とすると共に、
前記第２の圧縮器からの圧縮ＣＯ ₂ ガスラインと、前記第２の分離器からの第２の凝縮水送給ラインとの交差部に、第２の熱交換器を設け、前記第２の圧縮器で圧縮されたＣＯ ₂ ガスにより第２分離器で凝縮した第２の凝縮水を第２の蒸気とすると共に、
前記第２の熱交換器と交差する第２の凝縮水ラインの第２熱交換器の後流側で、第１の凝縮水ラインを連結し、第１の熱交換器で熱交換した前記第１の蒸気を、前記第２の蒸気と合流させ、
前記第１の蒸気と前記第２の蒸気との合流蒸気を蒸気送給ラインにより前記吸収液再生塔の塔底部に供給することを特徴とするＣＯ₂回収システム。
請求項１において、
前記分離器から分離された凝縮水は、前記ＣＯ₂吸収塔の内部、前記ＣＯ₂吸収塔と前記吸収液再生塔との間を循環するＣＯ₂吸収液、前記吸収液再生塔から排出されるＣＯ₂ガスと水とを分離する分離ドラムから前記吸収液再生塔に送給される還流水、および前記吸収塔の塔頂循環水ラインに供給されることを特徴とするＣＯ₂回収システム。
ＣＯ₂を含有する排ガスをＣＯ₂吸収液とＣＯ₂吸収塔内で接触させて前記排ガス中のＣＯ₂をＣＯ₂吸収液により吸収除去した後、ＣＯ₂を吸収したＣＯ₂吸収液中のＣＯ₂を吸収液再生塔内で除去し、再生したＣＯ₂吸収液を前記ＣＯ₂吸収塔で再利用すると共に、前記吸収液再生塔から排出されるＣＯ₂ガスを回収し、回収したＣＯ₂ガス中の水分を回収するＣＯ₂ガス含有水分の回収方法であり、
前記吸収液再生塔から排出される水蒸気を伴ったＣＯ₂ガスを冷却して、凝縮水を分離し、
前記凝縮水を分離したＣＯ₂ガスを少なくとも１以上の圧縮器を用いて圧縮し、
前記圧縮器を第１の圧縮器と第２の圧縮器として直列に設けると共に、
前記第１の圧縮器の後流側に第１分離器を設け、前記第２の圧縮器の後流側に第２分離器を設け、
前記第１の圧縮器からの圧縮ＣＯ ₂ ガスラインと、前記第１の分離器からの第１の凝縮水送給ラインとの交差部に、第１の熱交換器を設けて、前記第１の圧縮器で圧縮されたＣＯ ₂ ガスにより第１の分離器で凝縮した第１の凝縮水を第１の蒸気とすると共に、
前記第２の圧縮器からの圧縮ＣＯ ₂ ガスラインと、前記第２の分離器からの第２の凝縮水送給ラインとの交差部に、第２の熱交換器を設け、前記第２の圧縮器で圧縮されたＣＯ ₂ ガスにより第２分離器で凝縮した第２の凝縮水を第２の蒸気とすると共に、
前記第２の熱交換器と交差する第２の凝縮水ラインの第２熱交換器の後流側で、第１の凝縮水ラインを連結し、第１の熱交換器で熱交換した前記第１の蒸気を、前記第２の蒸気と合流させ、
前記第１の蒸気と前記第２の蒸気との合流蒸気を蒸気送給ラインにより前記吸収液再生塔の塔底部に供給することを特徴とするＣＯ₂ガス含有水分の回収方法。
請求項３において、
前記分離器から分離された凝縮水は、前記ＣＯ₂吸収塔の内部、前記ＣＯ₂吸収塔と前記吸収液再生塔との間を循環するＣＯ₂吸収液、前記吸収液再生塔から排出されるＣＯ₂ガスと水とを分離する分離ドラムから前記吸収液再生塔に送給される還流水、および前記吸収塔の塔頂循環水ラインに供給されることを特徴とするＣＯ₂ガス含有水分の回収方法。