JP5972985B2 - 二酸化炭素回収装置 - Google Patents
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Description
さらに、近年では、排ガスからCO2を吸収した後のCO2吸収液からCO2を回収し、回収したCO2を地中等に貯蔵する方法が研究されている(例えば、特許文献2、非特許文献1参照。)。
CO2回収装置1では、例えばボイラやガスタービン等の設備から排出されたCO2を含有する排ガス10が、図示されないブロワによって冷却塔12へと供給されている。冷却塔12へと供給された排ガス10は、冷却塔12で冷却水11によって冷却される。
CO2を吸収したCO2吸収液15(リッチ溶液)は、再生塔17においてリボイラ18で発生させた蒸気によって加熱されることによってCO2が放出され、CO2を吸収可能なCO2吸収液15(リーン溶液)として再生される。この再生されたCO2吸収液15は、ポンプ19により熱交換器20、リーン溶液冷却装置21を介して再び吸収塔14に供給され、再利用される。
すなわち、本発明の二酸化炭素回収装置は、CO2を吸収するCO2吸収液を、燃料を燃焼させる設備から排出される排ガスに接触させることで、排ガス中に含まれるCO2を吸収する吸収塔と、吸収塔でCO2を吸収したCO2吸収液からCO2を放出させ、CO2吸収液を再生する再生塔と、再生塔で放出されたCO2を外部に送出する送出管と、再生塔で放出されたCO2を前記吸収塔に送給し、前記排ガス中からCO2を除去した浄化ガスに混合させる戻し管と、再生塔からのCO2の送出先を、前記送出管と前記戻し管との間で切り替える切替部と、を備えることを特徴とする。
このような二酸化炭素回収装置においては、吸収塔にて排ガス中からCO2吸収液によって吸収したCO2を、再生塔にてCO2吸収液から放出させる。通常時においては、再生塔で放出されたCO2は、送出管により外部に送出する。そして、何らかの要因により、CO2を外部に送出できない場合には、切替部により、再生塔で放出されたCO2を、戻し管を介して吸収塔に送給する。すると、再生塔で放出されたCO2は、吸収塔内で排ガスに混合され、排ガスとともに大気中に放出される。これによって、ベントスタックを設ける必要がなくなる。
このとき、CO2ガスと排ガスを混合させるので、CO2ガスのみを放出する場合に比較すると、CO2ガスと排ガスの混合ガスは比重が軽くなり、拡散性が高まる。
また、切替部は、二酸化炭素回収装置の起動時、回収したCO2の送出先の稼働状況等を、CO2の圧力以外の情報、例えば運転モードを示す情報等により把握し、その把握結果に応じて、再生塔からのCO2の送出先を切り替えることもできる。
これには、吸収塔内で冷却水を循環させるために冷却水を回収する回収槽中に、再生塔で放出されたCO2を送り込むのが好ましい。
これにより、CO2吸収液に、アミン溶液等、アルカリ性のものを用いている場合、冷却水にCO2ガスを吹き込むことによって得られた炭酸水とCO2吸収液が接触することで、CO2吸収液のpHが下がる。すると、排ガスとともにCO2吸収液の一部が大気中に放出された場合に、エミッション低減効果が得られる。
戻し管の端部が接続された吸収塔の開口部の下部に、吸収塔内の冷却水が開口部から戻し管内に流れ込むのを防ぐため、開口部の下部の一部を塞ぐバッフルプレートを設けることもできる。
また、戻し管に、再生塔から送り込まれるCO2に含まれる液分、および吸収塔から戻し管内に流れ込んだ冷却水を回収するドレントラップを設けることもできる。
[第一の実施形態]
図1に示すように、CO2回収装置100は、排ガス10を冷却する冷却塔110と、CO2吸収液300により排ガス10中からCO2を吸収して回収する吸収塔120と、CO2を吸収したCO2吸収液300からCO2を取り出すとともに、CO2吸収液300を再生する再生塔130と、を備えている。
吸収塔120においては、CO2吸収液300が、吸収塔120の上部に設けられたノズル121に供給され、このノズル121から吸収塔120内の下方に向けて噴射されている。CO2吸収液300としては、例えば、アルカノールアミンをベースとするアミン溶液が用いられる。このCO2吸収液300は、吸収塔120においてノズル121の下方空間に設けられた充填層122を通過する間に、塔底部120bから上昇してくる排ガス10と対向流接触される。これにより排ガス10中のCO2はCO2吸収液300に吸収される。これにより、排ガス10からCO2が除去される。ここで、CO2が除去された排ガス10を浄化ガス210と言う。この、CO2が除去された浄化ガス210は、吸収塔120の塔頂部120aから排出される。
ノズル131の下方には、充填層132が設けられており、リッチ溶液300Rは、再生塔130において、リッチ溶液300Rが、加熱された充填層132を通過する間の対向流接触によって生じる吸熱反応によりCO2がリッチ溶液300Rから放出される。リッチ溶液300Rが、再生塔130の塔底部130bに至る頃には、大部分のCO2がリッチ溶液300Rから除去され、リッチ溶液300Rはリーン溶液300Lとして再生される。
塔底部130bのリーン溶液300Lの一部は、循環路L4を通してリボイラ137に供給され、蒸気管137a内を通る高温蒸気との熱交換によって加熱された後に再生塔130内へ還流される。この加熱されたリーン溶液300Lの熱エネルギーによって、塔底部130bのリーン溶液300LからCO2ガスがさらに放出される。また、リーン溶液300Lの加熱により、充填層132も間接的に加熱され、前述したように、この充填層132での気液接触の間にリッチ溶液300RからCO2ガスが放出される。
送液ラインL2には、前記の熱交換器152と、水冷式冷却器154とが設けられている。送液ラインL2を通るリーン溶液300Lは、熱交換器152において、吸収塔120から再生塔130に供給されるリッチ溶液300Rとの間で熱交換して冷却され、更に、水冷式冷却器154によって、冷水311との熱交換により、CO2の吸収に適した温度まで充分に冷却される。
CO2送出ラインL3には、冷水311を用いた冷却器140、気液分離器141、CO2圧縮装置145が設けられている。
気液分離器141において、冷却器140での冷却により凝縮したCO2ガス中の凝縮水330は、CO2ガスから分離される。気液分離器141において分離された凝縮水330は、ポンプ143によって再生塔130上部に還流される。
還流された凝縮水330は、再生塔130の上部に設けられたノズル135から、その下方の凝縮部136に向けて噴出され、CO2ガスを冷却するとともに、凝縮部136を冷却して吸収剤等の放出を抑制する。
開口部129には、カバー170と、バッフルプレート171と、が設けられている。
位置P1においては、冷却水320が流れ落ちてくる。位置P1に形成された開口部129にカバー170を設けることにより、開口部129から配管200内に冷却水320が流れ込むのを抑えることができる。
位置P1に形成された開口部129にバッフルプレート171を設けることにより、下方から跳ね上がった冷却水320が開口部129から配管200内に流れ込むのを抑えることができる。
開閉弁161は、CO2圧縮装置145の下流側において、図示しない圧力センサによってガス圧を検出し、検出されたガス圧が規定の基準値を上回ったときに、図示しない制御部によって、開くよう操作されるようになっている。
これによって、ベントスタックや、ベントスタックまでのダクトを設ける必要がなくなり、設置コスト、運用コストを大幅に低減することができる。
また、CO2ガスは、CO2が大気に比較して大きな比重を有しているため、拡散しにくく、拡散した場所においてそのまま下方に留まりがちである。これに対し、CO2ガスを排ガス10中に混ぜると、CO2ガスと排ガス10の混合ガスのCO2の濃度が下がり、その混合ガスが、吸収塔120の塔頂部120aから大気中に拡散したときに、そのCO2の拡散性が向上する。
例えば、CO2ガス戻しラインL5は、吸収塔120において、ミストエリミネータ123の上方において、吸収塔120内に連通するよう設けることもできる。
以下に、本発明に係る二酸化炭素回収装置の他の実施形態について説明する。
なお、以下に示す第二の実施形態は、上記第一の実施形態に対し、CO2ガス戻しラインL5の吸収塔120への接続位置が異なるのみであるため、上記実施形態と共通する構成についてはその説明を省略する。
図3に示すように、本実施形態においては、CO2ガス戻しラインL5は、ミストエリミネータ123の下方に設けられたノズル124から噴射される冷却水320、およびミストエリミネータ123から落下した凝縮水211の一部を回収する回収槽125に臨む位置P2において、吸収塔120内に連通するよう設けることができる。
図2に示すように、位置P2に形成された開口部129にも、カバー170と、バッフルプレート171と、を備えることができる。
吸収塔120の塔頂部120aからは、CO2が除去された浄化ガス210が排出されるが、この浄化ガス210には、アミン溶液の一部が混入することになる。そこで、上記構成を適用することによって、排出される浄化ガス210のpHを下げ、エミッション低減効果を得ることができる。
また、再生塔130、吸収塔120の具体的な構成や、その他の付帯設備の構成については、上記に示したものに限るものではなく、適宜他の構成に変更することができる。
これ以外にも、本発明の主旨の範囲内であれば、上記実施形態で挙げた構成を適宜変更、省略することが可能である。
100 CO2回収装置
110 冷却塔
111 ノズル
112 ポンプ
113 冷却器
114 排ガスライン
120 吸収塔
120a 塔頂部
120b 塔底部
121 ノズル
122 充填層
123 ミストエリミネータ
124 ノズル
125 回収槽
126 ポンプ
127 冷却器
128 壁体
129 開口部
130 再生塔
131 ノズル
132 充填層
135 ノズル
136 凝縮部
137 リボイラ
140 冷却器
141 気液分離器
143 ポンプ
145 圧縮装置
151 ポンプ
152 熱交換器
153 ポンプ
154 水冷式冷却器
160,161 開閉弁(切替部)
165 ドレントラップ
170 カバー
171 バッフルプレート
200 配管
200a 端部
210 浄化ガス
211 凝縮水
300 CO2吸収液
300R リッチ溶液
300L リーン溶液
310 冷却水
311 冷水
320 冷却水
330 凝縮水
L1 CO2送液ライン
L2 CO2送液ライン
L3 CO2送出ライン(送出管)
L4 循環路
L5 CO2戻しライン(戻し管)
L6 ドレンライン(戻し管)
Claims (8)
- CO2を吸収するCO2吸収液を、燃料を燃焼させる設備から排出される排ガス中に接触させることで、前記排ガス中に含まれる前記CO2を吸収する吸収塔と、
前記吸収塔で前記CO2を吸収した前記CO2吸収液から前記CO2を放出させ、前記CO2吸収液を再生する再生塔と、
前記再生塔で放出された前記CO2を外部に送出する送出管と、
前記再生塔で放出された前記CO2を前記吸収塔に送給し、前記排ガス中からCO2を除去した浄化ガスに混合させる戻し管と、
前記再生塔からの前記CO2の送出先を、前記送出管と前記戻し管との間で切り替える切替部と、
を備えることを特徴とする二酸化炭素回収装置。 - 前記切替部は、前記送出管における前記CO2の圧力が規定レベル以上となったときに、前記再生塔からの前記CO2の送出先を前記送出管から前記戻し管に切り替えることを特徴とする請求項1に記載の二酸化炭素回収装置。
- 前記戻し管は、前記吸収塔において、前記CO2吸収液を前記排ガスに接触させる領域に対し、前記排ガスの流れ方向下流側にて、前記再生塔で放出された前記CO2を前記吸収塔内に送り込むことを特徴とする請求項1に記載の二酸化炭素回収装置。
- 前記戻し管は、前記浄化ガスを洗浄および冷却する冷却水中に、前記再生塔で放出された前記CO2を送り込むことを特徴とする請求項1に記載の二酸化炭素回収装置。
- 前記戻し管は、前記吸収塔内で前記冷却水を循環させるために前記冷却水を回収する回収槽中に、前記再生塔で放出された前記CO2を送り込むことを特徴とする請求項4に記載の二酸化炭素回収装置。
- 前記戻し管の端部が接続された前記吸収塔の開口部の上部に、前記吸収塔内で上方から流れ落ちる、前記浄化ガスを洗浄および冷却する冷却水が前記開口部から前記戻し管内に流れ込むのを防ぐため、前記吸収塔の内方に向けて突出するカバーが設けられていることを特徴とする請求項1に記載の二酸化炭素回収装置。
- 前記戻し管の端部が接続された前記吸収塔の開口部の下部に、前記吸収塔内で上方から流れ落ちる、前記浄化ガスを洗浄および冷却する冷却水が前記開口部から前記戻し管内に流れ込むのを防ぐため、前記開口部の下部の一部を塞ぐバッフルプレートが設けられていることを特徴とする請求項1に記載の二酸化炭素回収装置。
- 前記戻し管に、前記再生塔から送り込まれる前記CO2に含まれる液分、および前記吸収塔から該戻し管内に流れ込んだ、前記浄化ガスを洗浄および冷却する冷却水を回収するドレントラップが設けられていることを特徴とする請求項1に記載の二酸化炭素回収装置。
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