JP6088240B2

JP6088240B2 - 二酸化炭素の回収装置、及び該回収装置の運転方法

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Publication number: JP6088240B2
Application number: JP2012278728A
Authority: JP
Inventors: 横山　公一; 公一横山; ▲高▼本　成仁; 成仁 ▲高▼本; 小林　和樹; 和樹小林; 島村　潤; 潤島村
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2017-03-01
Anticipated expiration: 2032-12-20
Also published as: WO2014098154A1; JP2014121672A

Description

本発明は、ボイラなどの燃焼装置の排ガス中から二酸化炭素を回収する技術、具体的には、排煙処理装置に供給する水蒸気量の低減化に関する。

従来から、火力発電所等において、石炭などの化石燃料の燃焼に伴って二酸化炭素（ＣＯ_２）が発生し、大気中のＣＯ_２濃度を上昇させており、それに伴う気温の上昇によって各種の環境問題が生じると言われてきた。そこで、地球温暖化の防止を図るべく、１９９７年１２月に温暖化防止京都会議（ＣＯＰ３）で京都議定書が採択された。かかる議定書は２００５年２月に発効し、各国においてＣＯ_２放出量の削減対策が実施されてきている。

現在、火力発電所等の酸素（Ｏ_２）や硫黄酸化物（ＳＯ_Ｘ）を含んだ燃焼排ガスからＣＯ_２を回収する最も実用化に近い方法としては、アルカノールアミン溶液（アミン液）による吸収方法が挙げられ、１９９０年代から盛んに検討されている（特許文献１参照）。かかる方法においては、吸収塔において前記アミン液を前記燃焼排ガスと接触せしめ、ガス中のＣＯ_２を液中に吸収させる。そして、かかる液（ＣＯ_２リッチ吸収液）を再生塔に搬送して加熱することにより、液中からＣＯ_２を遊離している。これに関し、再生塔においてＣＯ_２を回収するための熱源としては、通常、水蒸気が用いられており、該水蒸気による吸収液の間接加熱が行われている。具体的には、蒸留塔でも使用されるリボイラと呼ばれる装置が用いられている（非特許文献１参照）。また、一般的に、再生塔の吸収液加熱用水蒸気は燃焼装置の熱により発生させた水蒸気の一部であるため、燃焼装置の熱効率を高めるには、ＣＯ_２回収装置の蒸気使用量を出来る限り低減する必要がある。そこで、従来、液−液熱交換器により、吸収塔から再生塔に搬送される吸収液は再生塔から吸収塔に搬送される吸収液（ＣＯ_２リーン吸収液）により加熱され、吸収塔へ搬送するＣＯ_２リーン吸収液は冷却されていた（非特許文献２参照）。しかしながら、液−液熱交換器だけでは通常、熱交換が不十分であり、例えば、特許文献２に開示されているように、再生塔から吸収塔へ搬送される吸収液温度をさらに低減する必要がある場合も存在する。

一方、再生塔に供給する蒸気量を低減するため、再生塔から吸収塔に供給される比較的高温の吸収液から熱回収し、蒸気を生成させる方法が提案されている（特許文献２及び３参照）。これらはいずれも、蒸気再圧縮法（Vapor Recompression：以下、ＶＲ法という）と呼ばれる方法である。ＶＲ法は、フラッシャと呼ばれる容器に前記吸収液を吹き、急激に減圧することにより、液のもつ潜熱分の熱エネルギを蒸気の発生に転用し、発生した吸収液の蒸気をコンプレッサで加圧・高温化し、再生塔の加熱に使用するものである。したがって、例えば、ＶＲ法による生成蒸気の温度がリボイラからの再生塔加熱用蒸気と等温であれば、ＶＲ法による生成蒸気量相当分の再生塔加熱用蒸気を低減することができる。その結果、コンプレッサの動力分のロスを考慮する必要はあるが、リボイラに供給する水蒸気供給量が低減可能になるという優れた作用効果を奏する。さらに、ＶＲ法を用いた場合、フラッシュした後の吸収液は、当然のことながら、ＶＲ処理前の吸収液温度よりも低下する。例えば、特許文献２に開示の図２と図４を比較すれば明らかである。したがって、従来と同じ再生塔の運転条件であれば、再生塔から吸収塔に搬送される吸収液を低温化でき、吸収塔内の吸収液温度も低下する。この結果、吸収液の蒸発飛散量の低減や吸収塔に搬送する吸収液の冷却機構の簡略化が可能となる。

しかしながら、吸収塔から再生塔に搬送される吸収液の温度は低下するため、ＶＲ法を用いない場合と同じ条件で再生塔を運転する場合、該再生塔へ供給する水蒸気の高温化（別の捉え方をすれば、高圧力化）、もしくは、再生塔に搬送する吸収液の予熱が必要となる。したがって、この場合には、水蒸気を高温化させるためには燃焼器からの水蒸気の抜出条件を変更する必要がある。一方、既に、特許文献４に開示されているように、再生塔の加熱用蒸気から生じたスチーム凝縮水により、熱交換器で加熱されたＣＯ_２リッチ吸収液をさらに加熱する方法が提案されている。この方法は、従来、顧みられなかったスチーム凝縮水を吸収液の予熱に使用するという点で優れている。しかしながら、通常、スチーム凝縮水の温度は、加熱用蒸気温度に近い高温となっている。このため、かかる方法においてＣＯ_２リッチ吸収液の液温度を適温に制御するには、スチーム凝縮水の流量制御を高精度に調整する必要がある。加えて、化学吸収法では、ＣＯ_２リッチ吸収液は液温度が高くなるほどＣＯ_２ガスを遊離しやすくなる（非特許文献３参照）ので、高温の液との接触面でＣＯ_２ガスが急激に放出されるフラッシングを引き起こす可能性もあり、装置の実運用性に問題があった。

特許第３５２９８５５号公報特開２０１２−１１５７７９号公報特表２００９−５１９８２８号公報特開２０１１−６２７００号公報

社団法人化学工学会編,「化学工学便覧（改訂六版）」,１９９９年,ｐ．５６４公益財団法人地球環境産業技術研究機構,「平成２２年度二酸化炭素回収技術高度化事業成果報告書」,平成２４年３月,ｐ．７６図３−１−９高木正人,「ＣＯ２を分ける−ＣＯ２分離回収の原理と技術動向−」,社団法人生産技術振興協会「生産と技術」,Ｖｏｌ．６４Ｎｏ．１,２０１２年,ｐ．２５−２９

本発明はこれを踏まえてなされたものであり、その解決しようとする課題は、吸収塔から再生塔に搬送される吸収液の加熱を制御でき、かつ再生塔の吸収液を加熱する水蒸気供給量を低減させることができる二酸化炭素の回収装置及びその運転方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、二酸化炭素を含む燃焼排ガスと、水及びアルカノールアミンを含む吸収液とを接触させて、前記二酸化炭素を前記吸収液に吸収させる吸収塔と、前記二酸化炭素を吸収した吸収液を加熱して、前記吸収液から前記二酸化炭素を遊離させて回収して前記吸収液を再生する再生塔と、前記二酸化炭素を吸収して前記吸収塔から前記再生塔に搬送される吸収液を、前記二酸化炭素を遊離させて前記再生塔から前記吸収塔に搬送される吸収液で加熱する第１熱交換器を備えてなる二酸化炭素の回収装置において、前記二酸化炭素を遊離させた吸収液を前記再生塔から抜き出して、大気圧よりも高圧の一次水蒸気により加熱して前記再生塔に戻す第２熱交換器と、前記第２熱交換器で前記一次水蒸気が凝縮した一次熱水を抜き出して、前記一次水蒸気よりも低圧に調整された容器内に放出させて二次熱水と二次水蒸気を生成する第１フラッシュ容器と、前記二酸化炭素を吸収して前記吸収塔から前記再生塔に搬送される吸収液を前記二次熱水で加熱する第３熱交換器と、前記二次水蒸気を加圧して前記第２熱交換器の前記一次水蒸気に合流させる第１圧縮機とを有してなることを特徴とする。

また、本発明は、前記回収装置において、前記二酸化炭素を遊離させた吸収液を前記再生塔から抜き出して、大気圧よりも高圧の一次水蒸気により加熱して前記再生塔に戻し、前記一次水蒸気を凝縮して生成した一次熱水から前記一次熱水よりも低温の二次熱水と前記一次水蒸気よりも低圧の二次水蒸気を生成し、前記二酸化炭素を吸収して前記吸収塔から前記再生塔に搬送される吸収液を前記二次熱水で加熱し、前記二次水蒸気を加圧して前記一次水蒸気に合流させることを特徴とする運転方法とするものである。

なお、前記二酸化炭素の回収装置の構成に加えて、前記二酸化炭素を遊離させた吸収液を前記再生塔から抜き出して、前記再生塔よりも低圧に調整された容器内に放出させて前記再生塔から抜き出した吸収液よりも低温の吸収液蒸気と吸収液を生成する第２フラッシュ容器と、前記低温の吸収液蒸気を加圧して前記再生塔に戻す第２圧縮機とを有し、前記低温の吸収液は、前記第１熱交換器に供給されて、前記二酸化炭素を吸収して前記吸収塔から前記再生塔に搬送される吸収液を加熱する装置構成であってもよい。

かかる装置構成においては、前記運転方法に加えて、前記二酸化炭素を遊離させた吸収液を前記再生塔から抜き出して、前記再生塔から抜き出した吸収液よりも低温の吸収液蒸気と吸収液を生成し、前記低温の吸収液蒸気を加圧して前記再生塔に戻し、前記低温の吸収液を前記熱交換器に供給して、前記二酸化炭素を吸収して前記吸収塔から前記再生塔に搬送される吸収液を加熱するものであればよい。

本発明によれば、二酸化炭素の回収装置及びその運転方法において、吸収塔から再生塔に搬送される吸収液の加熱を制御でき、かつ再生塔の吸収液を加熱する水蒸気供給量を低減させることができる。すなわち、本発明によれば、リッチ吸収液（二酸化炭素を吸収して吸収塔から再生塔に搬送される吸収液）の温度を従来の方法よりも広い範囲で調整可能なので、吸収塔から再生塔に搬送される吸収液の温度が適温よりも高温になるのを防止し、再生塔に供給される高温の液との接触面でＣＯ _２ガスが急激に放出されるフラッシングを回避するように制御することができ、再生塔に供給する水蒸気供給量を低減しながら、リーン吸収液（二酸化炭素を遊離させて再生塔から吸収塔に搬送される吸収液）のＣＯ_２ローディング（ＣＯ_２／アミンのモル比）を低減することも可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る二酸化炭素の回収装置の処理系統を示す概略図である。本発明の第２の実施形態に係る二酸化炭素の回収装置の処理系統を示す概略図である。従来の二酸化炭素の回収装置における処理系統の一例を示す概略図である。従来の二酸化炭素の回収装置における処理系統の別例を示す概略図である。図１及び図２に示す第１の実施形態及び第２の実施形態に係る二酸化炭素の回収装置、図３及び図４に示す従来の二酸化炭素の回収装置における装置性能を比較する実験の結果を示す図である。

以下、本発明の二酸化炭素（以下、ＣＯ_２という）の回収装置及び該回収装置の運転方法について、添付図面を参照して説明する。図１及び図２は、本発明に係るＣＯ_２の回収装置の処理系統を示す概略図であり、図１は、第１の実施形態の処理系統図、図２は、第２の実施形態の処理系統図である。図３及び図４は、従来におけるＣＯ_２の回収装置の処理系統を示す概略図であり、図３は、従来の処理系統の一例を示す図、図４は、従来の処理系統の別例を示す図である。なお、各図において、同一もしくは類似する構成部材には同一の符号を付している。

（第１の実施形態）
図１に示すように、本実施形態に係るＣＯ_２の回収装置（以下、回収装置もしくは装置という）は、ＣＯ_２を含む燃焼排ガス１と、水及びアルカノールアミンを含む吸収液とを接触させて、ＣＯ_２を前記吸収液に吸収させる吸収塔７と、前記ＣＯ_２を吸収した吸収液（以下、リッチ吸収液という）９を加熱して、リッチ吸収液９からＣＯ_２を遊離させて回収して該リッチ吸収液９を再生する再生塔１０と、ＣＯ_２を吸収して吸収塔７から再生塔８に搬送される吸収液（リッチ吸収液９）を、ＣＯ_２を遊離させて再生塔８から吸収塔７に搬送される吸収液（以下、リーン吸収液という）１０で加熱する第１熱交換器３を備えて構成される。この場合、回収装置は、吸収塔７でＣＯ_２を吸収した吸収液（リッチ吸収液９）の少なくとも一部を再生塔８に搬送し、再生塔８でＣＯ_２を遊離した吸収液（リーン吸収液１０）の少なくとも一部を吸収塔７にＣＯ_２の吸収液、すなわち、水及びアルカノールアミンを含む吸収液として搬送している。その際、吸収塔７から再生塔８に搬送される吸収液（リッチ吸収液９）と再生塔８から吸収塔７に搬送される吸収液（リーン吸収液１０）とを熱交換させ、リッチ吸収液９を加熱するとともに、リーン吸収液１０を冷却する構造となっている。

そして、回収装置は、ＣＯ_２を遊離させた吸収液（リーン吸収液１０）を再生塔８から抜き出して、大気圧よりも高圧の一次水蒸気（以下、リボイラ用水蒸気という）３４により加熱して再生塔８に戻す第２熱交換器（以下、リボイラという）２１と、リボリラ２１でリボイラ用水蒸気３４が凝縮した一次熱水３５を抜き出して、リボイラ用水蒸気３４よりも低圧に調整された容器内に放出させて二次熱水３７と二次水蒸気（以下、フラッシュ水蒸気という）３９を生成する第１フラッシュ容器（以下、第１フラッシュタンクという）３２ａと、ＣＯ_２を吸収して吸収塔７から再生塔８に搬送される吸収液（リッチ吸収液９）を二次熱水３７で加熱する第３熱交換器３６と、フラッシュ水蒸気３９を加圧してリボイラ２１のリボイラ用水蒸気３４に合流させる第１圧縮機３３ａとを有して構成されている。

つまり、回収装置は、再生塔８から吸収塔７に搬送されるリーン吸収液１０と接触する管又は容器の内部を大気圧より高圧のリボイラ用水蒸気３４が通過することにより、リーン吸収液１０を加熱する機構（以下、第１の機構という）と、前記管又は容器内でリボイラ用水蒸気３４から生成された一次熱水３５をリボイラ用水蒸気３４よりも低圧に調整された第１フラッシュタンク３２ａに供給してフラッシュ蒸発せしめるとともに、一次熱水３５より低温のフラッシュ水蒸気３９と二次熱水３７に分離せしめ、二次熱水３７により、吸収塔７から再生塔８に搬送されるリッチ吸収液９を加熱する機構（以下、第２の機構という）と、フラッシュ水蒸気３９を加圧し、リーン吸収液１０と接触する管又は容器の中に加圧されたフラッシュ水蒸気３９を通過させる機構（以下、第３の機構という）を有している。

換言すれば、かかる回収装置の運転方法は、ＣＯ_２を遊離させた吸収液（リーン吸収液１０）を再生塔８から抜き出して、大気圧よりも高圧のリボイラ用水蒸気３４により加熱して再生塔８に戻し、リボイラ用水蒸気３４を凝縮して生成した一次熱水３５から一次熱水３５よりも低温の二次熱水３７とリボイラ用水蒸気３４よりも低圧のフラッシュ水蒸気３９を生成し、ＣＯ_２を吸収して吸収塔７から再生塔８に搬送される吸収液（リッチ吸収液９）を二次熱水３７で加熱し、フラッシュ水蒸気３９を加圧してリボイラ用水蒸気３４に合流させることとなっている。

ここで、図１に示す本実施形態に係る回収装置の基本的な構成について説明する。なお、説明にあたっては、かかる基本的な構成を含む回収装置の一例として、図３に示す従来装置の処理系統も併せて参照する。図３に示す回収装置において、燃焼排ガス１は、送風機２２で吸収塔７に供給される。その際、再生塔８でＣＯ_２を遊離したリーン吸収液１０は、第１熱交換器３で冷却された後、ポンプ１４ａで吸引されてクーラー５ａによりさらに冷却され、吸収塔７に搬送されている。吸収塔７に搬送されたリーン吸収液１０は、充填層１１ａを通過する際、燃焼排ガス１と接触して該燃焼排ガス１からＣＯ_２を吸収し、ＣＯ_２を豊富に含む吸収液（リッチ吸収液）９として、吸収塔７の下部タンク３０に補集される。この場合、吸収塔７には、上下方向の中間部にＣＯ_２吸収部が設けられている。ＣＯ_２吸収部は、リーン吸収液１０を噴霧する吸収液スプレー部１３と、吸収液スプレー部１３から噴霧されたリーン吸収液１０と燃焼排ガス１を接触させ、燃焼排ガス１からＣＯ_２を除去・回収する充填層１１ａを有して構成されている。燃焼排ガス１は、吸収塔７の充填層１１ａを上昇する間に、充填層１１ａの上部から流下するリーン吸収液１０と接触してＣＯ_２が除去される。換言すれば、リーン吸収液１０は、燃焼排ガス１と接触して該燃焼排ガス１に含まれるＣＯ_２を吸収する。

燃焼排ガス１からＣＯ_２が除去された後の排ガス１６は、ＣＯ_２吸収部の上部に設けられた水洗部２３でミスト及び蒸気状アミンが捕集されて冷却される。なお、水洗部２３は、ＣＯ_２除去後の排ガス１６に洗浄水１７を噴霧する水スプレー部１２、洗浄水１７を貯留するコレクタ１８、洗浄水１７を冷却するクーラー５ｂ、洗浄水１７を循環させるポンプ１４ｂを有して構成されている。そして、水洗部２３で蒸気状アミンの除去及び冷却されたＣＯ_２除去後の排ガス１６は、吸収塔７の上部に設けられた充填層１１ｂでミストが回収された後、例えば、大気中に放出される。

吸収塔７の下部タンク３０に補集されたリッチ吸収液９は、第１熱交換器３で加熱された後、再生塔８に搬送され、充填層１１ｃを通過中にリボイラ２１で発生した蒸気４２により加熱され、ＣＯ_２が遊離される。この場合、再生塔８には、上下方向の中間部にＣＯ_２遊離部が設けられている。ＣＯ_２遊離部は、リッチ吸収液９を噴霧する吸収液スプレー部１５と、吸収液スプレー部１５から噴霧されたリッチ吸収液９と再生塔８の下部から上昇する蒸気（リーン吸収液１０の蒸気）とを気液接触させ、リッチ吸収液９からＣＯ_２を遊離させる充填層１１ｃを有して構成されている。また、ＣＯ_２遊離部の上部には、還流水１９を噴霧する水洗スプレー部２６と、ＣＯ_２遊離部により遊離されたＣＯ_２からミストを捕集する充填層（デミスタ）１１ｄが設けられている。

ＣＯ_２遊離部により遊離されたＣＯ_２は、充填層（デミスタ）１１ｄを通過する際にミストが捕集され、再生塔８の上部からＣＯ_２ガスとして回収される。再生塔８から排出されたＣＯ_２ガスは、クーラー（ガス冷却器）５ｃで冷却された後、ＣＯ_２分離器２０でＣＯ_２ガス２７と還流水１９に分離される。分離された還流水１９は、ポンプ１４ｃによって昇圧され、水洗スプレー部２６に供給される。なお、分離されたＣＯ_２ガス２７は、例えば、図示しない液化設備等へ送出される。

一方、ＣＯ_２遊離後の吸収液（リーン吸収液）１０は、再生塔８の下部タンク３１で回収される。回収されたリーン吸収液１０は、リボイラ２１に送液されて加熱される。リボイラ用水蒸気３４が凝縮した一次熱水３５の一部又は全部は、気水分離器４０によりリボイラ用水蒸気３４と分離熱水４３に分離される。分離されたリボイラ用水蒸気３４は、リボイラ２１の加熱用に供給される。この場合、リボイラ用水蒸気３４は、大気圧より高圧に調整されており、リボイラ２１は、管又は容器の内部をリボイラ用水蒸気３４が通過することにより、リーン吸収液１０を加熱している。すなわち、リボイラ２１は、第１の機構に相当する。これに対し、分離熱水４３は、第３熱交換器３６に供給され、リッチ吸収液９を加熱するために用いられる。また、ＣＯ_２遊離後の吸収液（リーン吸収液１０）は、第１熱交換器３においてリッチ吸収液９との熱交換により冷却され、ポンプ１４ａで吸収塔７に搬送されている。その際、リッチ吸収液９は、第１熱交換器３においてリーン吸収液１０から吸熱し、加熱される。これにより、リーン吸収液１０（別の捉え方をすれば、リッチ吸収液９）は、燃焼排ガス１からＣＯ_２を吸収するための吸収液（水及びアルカノールアミンを含む吸収液）として再生される。

これに対し、本発明の第１の実施形態に係る回収装置は、図１に示すように、リボイラ用水蒸気３４が凝縮した一次熱水３５の一部又は全部をＣＯ_２遊離後の吸収液（リーン吸収液１０）とは別の第１フラッシュタンク３２ａに供給し、減圧してより低温化した二次熱水３７とフラッシュ水蒸気３９を第１圧縮機３３ａで加圧し、ＶＲ水蒸気３８を生成する機構を加えている。この場合、第１フラッシュタンク３２ａは、リボイラ用水蒸気３４よりも低圧に調整されているが、第１圧縮機３３ａを設けることにより、第１フラッシュタンク３２ａの内部の圧力と一次熱水３５の差圧（フラッシュ圧）を調整することを可能としている。つまり、フラッシュ圧の調整が可能となるため、フラッシュ水蒸気３９の発生量と二次熱水３７の温度をコントロールすることができる。これにより、例えば、二次熱水３７の温度を調整し、該二次熱水３７を第３熱交換器３６におけるリッチ吸収液９の過熱防止のために用いることが可能となる。すなわち、第１フラッシュタンク３２ａ及び第３熱交換器３６は、第２の機構に相当する。また、第１圧縮機３３ａからリボイラ２１へＶＲ水蒸気３８を供給することで、該ＶＲ水蒸気３８をリボイラ２１の加熱に用いることができる。すなわち、第１圧縮機３３ａは、第３の機構に相当する。これにより、リボイラ用水蒸気３４の供給量をＶＲ水蒸気３８相当量だけ低減させることも可能となる。なお、再生塔８の内部は、リッチ吸収液９ができるだけ蒸発しないように、大気圧よりも加圧した状態としておくことが望ましい。

（第２の実施形態）
また、本発明の第２の実施形態に係る回収装置は、上述した第１の実施形態に係る回収装置（図１）に加えて、ＣＯ_２を遊離させた吸収液（リーン吸収液１０）を再生塔８から抜き出して、再生塔８よりも低圧に調整された容器内に放出させて再生塔８から抜き出した吸収液（以下、一次リーン吸収液という）１０ａよりも低温の吸収液蒸気（以下、ＶＲ吸収液蒸気という）４１と一次リーン吸収液１０ａよりも低温の吸収液（以下、二次リーン吸収液という）１０ｂを生成する第２フラッシュ容器（以下、第２フラッシュタンクという）３２ｂと、ＶＲ吸収液蒸気４１を加圧して再生塔８に戻す第２圧縮機３３ｂとを有して構成されている。そして、かかる回収装置において、二次リーン吸収液１０ｂは、第１熱交換器３に供給されて、ＣＯ_２を吸収して吸収塔７から再生塔８に搬送される吸収液（リッチ吸収液９）を加熱している。

つまり、本実施形態に係る回収装置は、上述した第１の機構から第３の機構の３つの機構に加えて、再生塔８から吸収塔７に搬送される吸収液（一次リーン吸収液１０ａ）が第１熱交換器３でリッチ吸収液９と熱交換される前に、リーン吸収液１０の全部又は一部を再生塔８よりも低圧に調整された第２フラッシュタンク３２ｂに供給してフラッシュ蒸発せしめるとともに、一次リーン吸収液１０ａよりも低温のＶＲ吸収液蒸気４１と二次リーン吸収液１０ｂに分離せしめ、ＶＲ吸収液蒸気４１を加圧して再生塔８に供給する機構（以下、第４の機構という）と、吸収塔７から再生塔８へ搬送される吸収液（リッチ吸収液９）を二次リーン吸収液１０ｂにより加熱する機構（以下、第５の機構という）を有している。

換言すれば、かかる回収装置の運転方法は、ＣＯ_２を遊離させた吸収液（リーン吸収液１０）を再生塔８から抜き出して、再生塔８から抜き出した吸収液（一次リーン吸収液１０ａ）よりも低温のＶＲ吸収液蒸気４１と一次リーン吸収液１０ａよりも低温の二次リーン吸収液１０ｂを生成し、ＶＲ吸収液蒸気４１を加圧して再生塔８に戻し、二次リーン吸収液１０ｂを第１熱交換器３に供給して、ＣＯ_２を吸収して吸収塔７から再生塔８に搬送される吸収液（リッチ吸収液９）を加熱することが、上述した第１の実施形態に係る回収装置（図１）の運転方法に加えられている。

図２に示すように、かかる回収装置は、上述した第１の実施形態に係る回収装置（図１）に、第２フラッシュタンク３２ｂと第２圧縮機３３ｂをさらに加えた構成となっている。すなわち、本実施形態において、回収装置は、再生塔８のリーン吸収液１０を第２フラッシュタンク３２ｂに供給し、減圧することによって蒸気を発生させ、発生させた蒸気を第２圧縮機３３ｂにおいて加圧及び加熱し、再生塔８に供給する機構を備えている。かかる回収装置において、リーン吸収液１０は、第２フラッシュタンク３２ｂ内及び第１熱交換器３において液温度が低下する。また、第２フラッシュタンク３２ｂ内のリーン吸収液１０の蒸気は、第２圧縮機３３ｂで加圧及び加熱されてＶＲ吸収液蒸気４１となり、ＶＲ吸収液蒸気４１は、再生塔８に供給される。すなわち、第２フラッシュタンク３２ｂ及び第２圧縮機３３ｂは、第４の機構に相当する。再生塔８に供給されたＶＲ吸収液蒸気４１は、リボイラ２１からの蒸気４２とともに、再生塔８内の加熱に使用される。この結果、リボイラ用水蒸気３４の供給量をＶＲ吸収液蒸気４１相当量だけ、第１の実施形態（図１）よりも低減させることができる。また、第２フラッシュタンク３２ｂに供給された一次リーン吸収液１０ａをフラッシュ蒸発して得られた二次リーン吸収液１０ｂは、第１熱交換器３においてリッチ吸収液９を加熱するために用いられる。すなわち、第１熱交換器３、そして第２フラッシュタンク３２ｂ及び第２圧縮機３３ｂは、第５の機構に相当する。なお、第１の実施形態と同様に、第３熱交換器３６において、リボイラ２１からの一次熱水３５をフラッシュした二次熱水３７により、再生塔８に搬送されるリッチ吸収液９を加熱することも可能である。

ここで、図４に示す従来におけるＣＯ_２の回収装置の処理系統の別例について、本実施形態（図２）との比較において説明する。図４に示すように、かかる回収装置は、リボイラ２１からの二次熱水３７によりリッチ吸収液９を加熱する機構を備えていない。また、かかる回収装置は、フラッシュ水蒸気３９を加圧し、リボイラ２１を加熱するためのＶＲ水蒸気３８を生成する機構を備えていない。具体的には、かかる回収装置は、リッチ吸収液９の温度調整のための第３熱交換器３６を有していない。したがって、かかる回収装置においては、再生塔８に供給されるリッチ吸収液９の液温度が低下してしまう。このため、かかる回収装置において、再生塔８の出口でのリーン吸収液１０におけるＣＯ_２／アミンのモル比（以下、ＣＯ_２ローディングという）を本実施形態と同レベルとするには、例えば、リボイラ用水蒸気３４を高温化（別の捉え方をすれば、高圧力化）する必要が生じる。また、かかる回収装置においては、一次熱水３５からフラッシュ水蒸気３９を生成する機構も備えていないため、本実施形態よりも余計にリボイラ用水蒸気３４を供給する必要も生じる。

以上のような本発明の第１の実施形態及び第２の実施形態に係る回収装置（図１及び図２）と従来の回収装置（図３及び図４）の装置性能について、再生塔８の出入口における液温度、及び再生塔８に供給する水蒸気の供給量を測定した実験の結果に基づいて説明する。この場合、第１の実施形態に係る回収装置（図１）を実施例１、第２の実施形態に係る回収装置（図２）を実施例２、従来の回収装置の一例（図３）を比較例１、従来の回収装置の別例（図４）を比較例２としており、各装置における実験条件は以下の通りとした。

（実施例１）
実験にあたっては、吸収塔７の入口における燃焼排ガス１の温度及びリーン吸収液１０の液温度を４０℃、再生塔８の内部圧力を１６０ｋＰａ(ゲージ)、再生塔８におけるリーン吸収液１０の液温度を最高１２０℃、リボイラ用水蒸気３４の温度を１４０℃、クーラー温度を３０℃、燃焼排ガス１のガス量を５００ｍ^３／ｈ、液ガス比を３．０(Ｌ／ｍ^３)、循環液量を１５００Ｌにそれぞれ設定した（以下、これらの設定値をまとめて、実験条件という）。

本実施例においては、上述したように、燃焼排ガス１に含まれるＣＯ_２を吸収塔７で除去し、吸収塔７の下部タンク３０内にリッチ吸収液９として捕集する。捕集したリッチ吸収液９は、第１熱交換器３で加熱した後、再生塔８に搬送する。再生塔８の内部では、リッチ吸収液９をリボイラ２１により更に加熱することでＣＯ_２を遊離し、リーン吸収液１０として再生塔８の下部タンク３１に回収する。回収したリーン吸収液１０は、第１熱交換器３を経て、吸収塔７に再び搬送する。リボイラ２１から排出される一次熱水３５は、第１フラッシュタンク３２ａに供給し、得られた二次熱水３７は、第３熱交換器３６に供給する。二次熱水３７と同時に得られたフラッシュ水蒸気３９は、１４０℃となるまで第１圧縮機３３ａにより加圧した。これにより得られたＶＲ水蒸気３８は、リボイラ２１の加熱蒸気として用いた。なお、リーン吸収液１０には、３０％ＭＥＡ（モノエタノールアミン）液を用いた。また、本実施例では、リボイラ２１としてケトル型を用いたが、サーモサイフォン型のリボイラを用いることも可能である。

（実施例２）
図２に示すように、本実施例においては、第１熱交換器３を通過する前のリーン吸収液１０（一次リーン吸収液１０ａ）を第２フラッシュタンク３２ｂでフラッシュ蒸発させ、得られた一次リーン吸収液１０ａの蒸気を第２圧縮機３３ｂで加圧してＶＲ吸収液蒸気４１を生成する。そして、生成したＶＲ吸収液蒸気４１を再生塔８に供給するとともに、第２フラッシュタンク３２ｂ内のリーン吸収液１０（二次リーン吸収液１０ｂ）を第１熱交換器３に供給している。これ以外の装置構成及び実験条件は、上述した実施例１と同様とした。

（比較例１）
図３に示すように、本比較例においては、リボイラ２１から排出される一次熱水３５を気水分離器４０によりリボイラ用水蒸気３４と分離熱水４３に分離する。リボイラ用水蒸気３４は、リボイラ２１の加熱用に供給し、分離熱水４３は、吸収塔７から再生塔８に搬送されるリッチ吸収液９を加熱するために用いる。これ以外の装置構成及び実験条件は、上述した実施例１と同様とした。ただし、本比較例は、第１フラッシュタンク３２ａ及び第１圧縮機３３ａを有する装置構成とはなっていない。

（比較例２）
図４に示すように、本比較例においては、一次熱水３５をフラッシュ蒸発させて得られた二次熱水３７を第３熱交換器３６に供給する機構、及び二次熱水３７と同時に得られるＶＲ水蒸気３８をリボイラ２１を加熱するために供給する機構を備えていない。これ以外の装置構成及び実験条件は、上述した実施例２と同様とした。

図５は、上述した実施例１,２及び比較例１,２に係る各装置における実験結果を示す図である。この場合、図５には、各装置における再生塔８の入口及び出口の液温度の値を示す。また、図５には、実施例１,２及び比較例２に係る各装置における再生塔８の出口でのリーン吸収液１０中のＣＯ_２濃度を、比較例１に係る装置における値を１とした場合の相対値で示している。そして、図５には、実施例１,２及び比較例２に係る各装置におけるリボイラ２１への水蒸気（リボイラ用水蒸気３４）の供給量を、比較例１に係る装置における値を１００とした場合の相対値で示している。

図５に示すように、比較例１及び実施例１,２では、再生塔８に搬送されるリッチ吸収液（ＣＯ_２リッチアミン）９を第３熱交換器３６で加熱するため、比較例２よりも再生塔８の入口におけるリッチ吸収液９の液温度が高い。なお、比較例１では、再生塔８の上部における圧力が変化する現象が見られた。これは、一次熱水３５の温度が１４０℃近い温度であるため、上述したようにリッチ吸収液９の一部からＣＯ_２が遊離してフラッシュしているためと推測される。一方、実施例１では、二次熱水３７の温度が大きく低減されるため、比較例１のような現象は生じなかった。実施例２及び比較例２では、いずれもリボイラ２１へのリボイラ用水蒸気３４の供給量を比較例１よりも低減できているが、比較例２では、再生塔８の入口におけるリッチ吸収液９の液温度が低いため、及び一次熱水３５からのフラッシュ水蒸気３９を利用していないため、リボイラ用水蒸気３４の供給量は、実施例２よりも大きく、実施例１と同等であった。

以上、本発明の第１の実施形態（図１）及び第２の実施形態（図２）に係る二酸化炭素の回収装置及びその運転方法によれば、吸収塔から再生塔に搬送されるリーン吸収液１０の加熱を制御でき、かつ再生塔８の吸収液を加熱する水蒸気供給量を低減させることができる。すなわち、本発明によれば、再生塔に搬送するリッチ吸収液９の温度を従来の方法よりも広い範囲で調整可能なので、吸収塔から再生塔に搬送される吸収液の温度が適温よりも高温になるのを防止し、再生塔に供給される高温の液との接触面でＣＯ _２ガスが急激に放出されるフラッシングを回避するように制御することができ、再生塔８に供給する水蒸気供給量を低減しながら、リーン吸収液１０のＣＯ_２ローディングを低減することも可能となる。

７吸収塔
８再生塔
９リッチ吸収液
１０リーン吸収液
２１リボイラ（第２熱交換器）
３５一次熱水
３７二次熱水
３８ＶＲ水蒸気
３９フラッシュ水蒸気（二次水蒸気）
４１ＶＲ吸収液蒸気（吸収液蒸気）

Claims

二酸化炭素を含む燃焼排ガスと、水及びアルカノールアミンを含む吸収液とを接触させて、前記二酸化炭素を前記吸収液に吸収させる吸収塔と、
前記二酸化炭素を吸収した吸収液を加熱して、前記吸収液から前記二酸化炭素を遊離させて回収して前記吸収液を再生する再生塔と、
前記二酸化炭素を吸収して前記吸収塔から前記再生塔に搬送される吸収液を、前記二酸化炭素を遊離させて前記再生塔から前記吸収塔に搬送される吸収液で加熱する第１熱交換器を備えてなる二酸化炭素の回収装置において、
前記二酸化炭素を遊離させた吸収液を前記再生塔から抜き出して、大気圧よりも高圧の一次水蒸気により加熱して前記再生塔に戻す第２熱交換器と、
前記第２熱交換器で前記一次水蒸気が凝縮した一次熱水を抜き出して、前記一次水蒸気よりも低圧に調整された容器内に放出させて二次熱水と二次水蒸気を生成する第１フラッシュ容器と、
前記二酸化炭素を吸収して前記吸収塔から前記再生塔に搬送される吸収液を前記二次熱水で加熱する第３熱交換器と、
前記二次水蒸気を加圧して前記第２熱交換器の前記一次水蒸気に合流させる第１圧縮機とを有してなることを特徴とする二酸化炭素の回収装置。
前記二酸化炭素を遊離させた吸収液を前記再生塔から抜き出して、前記再生塔よりも低圧に調整された容器内に放出させて前記再生塔から抜き出した吸収液よりも低温の吸収液蒸気と吸収液を生成する第２フラッシュ容器と、
前記第２フラッシュ容器で生成された前記低温の吸収液蒸気を加圧して前記再生塔に戻す第２圧縮機とを有し、
前記第２フラッシュ容器で生成された前記低温の吸収液は、前記第１熱交換器に供給されて、前記二酸化炭素を吸収して前記吸収塔から前記再生塔に搬送される吸収液を加熱することを特徴とする請求項１に記載の二酸化炭素の回収装置。
二酸化炭素を含む燃焼排ガスと、水及びアルカノールアミンを含む吸収液とを接触させて、前記二酸化炭素を前記吸収液に吸収させる吸収塔と、
前記二酸化炭素を吸収した吸収液を加熱して、前記吸収液から前記二酸化炭素を遊離させて回収して前記吸収液を再生する再生塔と、
前記二酸化炭素を吸収して前記吸収塔から前記再生塔に搬送される吸収液を、前記二酸化炭素を遊離させて前記再生塔から前記吸収塔に搬送される吸収液で加熱する熱交換器を備えてなる二酸化炭素の回収装置の運転方法であって、
前記二酸化炭素を遊離させた吸収液を前記再生塔から抜き出して、大気圧よりも高圧の一次水蒸気により加熱して前記再生塔に戻し、
前記吸収液を加熱して凝縮された前記一次水蒸気の一次熱水を、前記一次水蒸気よりも低圧の第１の容器内に放出して、前記一次熱水よりも低温の二次熱水と前記一次水蒸気よりも低圧の二次水蒸気を生成し、
前記二酸化炭素を吸収して前記吸収塔から前記再生塔に搬送される吸収液を前記二次熱水で加熱し、
前記二次水蒸気を加圧して前記一次水蒸気に合流させることを特徴とする二酸化炭素の回収装置の運転方法。
前記二酸化炭素を遊離させた吸収液を前記再生塔から抜き出して、前記再生塔よりも低圧に調整された第２の容器内に放出させて、前記再生塔から抜き出した吸収液よりも低温の吸収液蒸気と吸収液を生成し、
前記低温の吸収液蒸気を加圧して前記再生塔に戻し、
前記低温の吸収液を前記熱交換器に供給して、前記二酸化炭素を吸収して前記吸収塔から前記再生塔に搬送される吸収液を加熱することを特徴とする請求項３に記載の二酸化炭素の回収装置の運転方法。