JP6158054B2 - 二酸化炭素回収システムおよびその運転方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、二酸化炭素回収システムおよびその運転方法に関する。

近年、地球温暖化問題に対する有効な対策として、二酸化炭素回収貯留（ＣＣＳ：Carbon Dioxide Capture and Storage）技術が注目されている。例えば、火力発電所や製鉄所の燃焼ボイラなどから発生するプロセス排ガス中の二酸化炭素を、吸収液により回収する二酸化炭素回収システムが検討されている。

このような二酸化炭素回収システムは、定格の運転点まで速やかに起動することが望ましい。しかしながら、二酸化炭素回収システムの運転条件が高効率に設定されている場合には、吸収液の循環流量が少なく、かつ、リボイラへの単位時間当たりの投入熱量が少ないため、二酸化炭素回収システムの起動に長い時間がかかる。

また、大量のプロセス排ガスを排出するプラント用の二酸化炭素回収システムは、多量の吸収液を保有しているため、二酸化炭素回収システム内での吸収液の循環に長い時間がかかる。そのため、二酸化炭素回収システムの動作が不安定状態にある場合に、これを安定状態に移行させるまでに長い時間がかかる。さらには、燃焼ボイラの負荷変動などに伴い二酸化炭素回収システムの運転条件を変更する場合にも、二酸化炭素回収システムの動作を不安定状態から安定状態に移行させるまでに長い時間がかかる。

特開２０１３−０００７２９号公報 特開２０１０−２４０６２９号公報

そこで、本発明は、二酸化炭素回収システムの起動や不安定状態から安定状態への移行を速やかに行うことが可能な二酸化炭素回収システムおよびその運転方法を提供することを課題とする。

一の実施形態による二酸化炭素回収システムは、二酸化炭素を含む処理対象ガスと、前記二酸化炭素を吸収するための吸収液とを接触させ、前記二酸化炭素を吸収した前記吸収液と、前記二酸化炭素が除去された前記処理対象ガスを含む吸収塔排出ガスとを排出する吸収塔を備える。さらに、前記システムは、前記吸収塔から排出された前記吸収液から前記二酸化炭素を放散させ、前記二酸化炭素を放散した前記吸収液と、前記二酸化炭素を含む再生塔排出ガスとを排出する再生塔を備える。さらに、前記システムは、前記再生塔から排出された前記吸収液を加熱し、加熱された前記吸収液を前記再生塔に戻すリボイラを備える。さらに、前記システムは、前記処理対象ガスを前記吸収塔に導入するための処理対象ガスラインと、前記吸収液を前記吸収塔と前記再生塔との間で循環させるための吸収液ラインとを備える。さらに、前記システムは、前記吸収液または前記吸収液から発生したガスの温度を測定する温度計と、前記温度計により測定された前記温度に基づいて、前記リボイラへの単位時間当たりの投入熱量を制御する熱量制御部とを備える。

第１実施形態の二酸化炭素回収システムの構成を示す概略図である。 第１実施形態の二酸化炭素回収システムの運転方法を説明するためのグラフである。 第２実施形態の二酸化炭素回収システムの構成を示す概略図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の二酸化炭素回収システムの構成を示す概略図である。

図１の二酸化炭素回収システムは、吸収塔１と、ブロワ２と、リッチ液ポンプ３と、再生熱交換器４と、再生塔５と、リボイラ６と、リーン液ポンプ７と、冷却器８とを備えている。

図１の二酸化炭素回収システムはさらに、プロセス排ガスライン１１と、第１の吸収液ライン１２と、吸収塔排出ガスライン１３と、第２の吸収液ライン１４と、再生塔排出ガスライン１５と、第３の吸収液ライン１６と、蒸気ライン１７と、第４の吸収液ライン１８とを備えている。プロセス排ガスライン１１は、処理対象ガスラインの例である。第１から第４の吸収液ライン１２、１４、１６、１８は、吸収液ラインの例である。

吸収塔１は、例えば、向流型気液接触装置により構成されている。吸収塔１は、その下部から、二酸化炭素を含むプロセス排ガスが導入され、その上部から、二酸化炭素を吸収するための吸収液（リーン液）が導入される。プロセス排ガスは、処理対象ガスの例である。プロセス排ガスは、プロセス排ガスライン１１から吸収塔１内に導入される。吸収液は、第４の吸収液ライン１８から吸収塔１内に導入される。

プロセス排ガスは、プロセス排ガスライン１１から吸収塔１内に導入される際に、プロセス排ガスライン１１上のブロワ２により任意の圧力まで昇圧される。プロセス排ガスは例えば、火力発電所や製鉄所の燃焼ボイラなどから導入される。

吸収液は例えば、モノエタノールアミンやジエタノールアミンなどのアミン系水溶液、アルカリ性水溶液、イオン性液体やその水溶液などであるが、これらに限定されるものではない。

吸収塔１は、プロセス排ガスと吸収液とを気液接触させる。そして、吸収塔１は、その下部から、二酸化炭素を吸収した吸収液（リッチ液）を排出し、その上部から、二酸化炭素が除去されたプロセス排ガスを含む吸収塔排出ガスを排出する。吸収液は、吸収塔１の下部から第１の吸収液ライン１２に排出される。吸収塔排出ガスは、吸収塔１の上部から吸収塔排出ガスライン１３に排出される。

なお、本実施形態の吸収塔１は、気液接触を効率よく進めるために、充填物またはトレイが１段以上配置された構造を有している。

第１の吸収液ライン１２に排出された吸収液（リッチ液）は、リッチ液ポンプ３により再生熱交換器４を介して再生塔５へ移送される。この際、この吸収液は、再生熱交換器４における熱交換により加熱される。その後、この吸収液は、再生塔５の上部から再生塔５内に導入される。

再生塔５は、例えば、向流型気液接触装置により構成されている。再生塔５は、リボイラ６からのガスの熱により吸収液を加熱して、吸収液から二酸化炭素および蒸気を放散させる。そして、再生塔５は、その下部から、二酸化炭素を放散した吸収液（リーン液）を排出し、その上部から、放散された二酸化炭素および蒸気を含む再生塔排出ガスを排出する。吸収液は、再生塔５の下部から第２の吸収液ライン１４に排出される。再生塔排出ガスは、再生塔５の上部から再生塔排出ガスライン１５に排出される。第２の吸収液ライン１４は、第３および第４の吸収液ライン１６、１８に分岐している。

リボイラ６は、第３の吸収液ライン１６上に配置されている。リボイラ６は、第３の吸収液ライン１６を流れる吸収液を、蒸気ライン１７を流れる蒸気の熱により加熱して、吸収液から二酸化炭素および蒸気を発生させる。そして、リボイラ６は、これらのガスを吸収液と共に再生塔５に戻す。

再生塔５に戻されたこれらのガスは、再生塔５内を上昇しながら、再生塔５内を流下する吸収液（リッチ液）と気液接触する。その結果、吸収液がこれらのガスの熱により加熱され、吸収液から二酸化炭素および蒸気が放散される。そして、再生塔５は、上述のように、その下部から、二酸化炭素を放散した吸収液（リーン液）を排出し、その上部から、放散された二酸化炭素および蒸気を含む再生塔排出ガスを排出する。

なお、本実施形態の再生塔５は、気液接触を効率よく進めるために、充填物またはトレイが１段以上配置された構造を有している。

第４の吸収液ライン１８に排出された吸収液（リーン液）は、リーン液ポンプ７により再生熱交換器４および冷却器８を介して吸収塔１へ移送される。この際、この吸収液は、再生熱交換器４における熱交換と冷却器８における冷却作用により冷却される。その後、この吸収液は、吸収塔１の上部から吸収塔１内に導入される。

このように、本実施形態の吸収液は、第１から第４の吸収液ライン１２、１４、１６、１８を介して吸収塔１と再生塔５との間を循環する。

再生塔排出ガスライン１５に排出された再生塔排出ガスは、使用目的に応じてその後の処理工程が異なるが、一般には、冷却によりその水分が凝縮されて除去される。その後、水分が除去された再生塔排出ガスは、圧縮ポンプにより、超臨界状態や液体状態など、使用目的に応じた状態に転移され、タンク、ローリー、パイプラインなどにより保管または輸送される。

図１の二酸化炭素回収システムはさらに、温度計２１と、熱量制御部２２と、蒸気バルブ２３と、比重計３１と、ガス制御部３２と、ガス供給部３３と、ガスライン３４と、ガスバルブ３５と、流量計４１と、流量制御部４２と、吸収液バルブ４３とを備えている。

（１）温度計２１と熱量制御部２２
温度計２１は、再生塔スチル部（再生塔５の底部）に溜まった吸収液の温度を監視している。温度計２１は、再生塔スチル部の吸収液の温度を測定し、この温度の測定値を熱量制御部２２に出力する。

熱量制御部２２は、温度計２１により測定された温度に基づいて、リボイラ６への単位時間当たりの投入熱量を制御する。リボイラ６への単位時間当たりの投入熱量は、蒸気ライン１７を流れる蒸気の流量に比例する。よって、熱量制御部２２は、蒸気ライン１７に設けられた蒸気バルブ２３の開度を制御することにより、リボイラ６への単位時間当たりの投入熱量を制御することができる。これにより、熱量制御部２２は、再生塔スチル部の吸収液の温度を任意の設定温度に制御することができる。

なお、本実施形態においては、再生塔スチル部の吸収液の温度が、自動制御により制御されているが、現場運転員による手動制御により制御してもよい。具体的には、本実施形態の熱量制御部２２が行う制御を、代わりに人間が行ってもよい。一方、再生塔スチル部の吸収液の温度を自動制御により制御する場合には、ＰＩＤ制御などのフィードバック制御を採用することが望ましい。

また、本実施形態においては、リボイラ６の熱源として、蒸気ライン１７を流れる蒸気の熱を利用しているが、リボイラ６の熱源として、その他のエネルギー源を利用してもよい。例えば、電力を熱に変換し、この熱をリボイラ６の熱源として利用してもよい。

また、本実施形態の温度計２１は、再生塔スチル部以外の場所で吸収液の温度を測定してもよい。例えば、本実施形態の温度計２１は、再生塔５内のスチル部以外の場所で吸収液の温度を測定してもよい。また、本実施形態の温度計２１は、リボイラ６、第２の吸収液ライン１４、第３の吸収液ライン１６で吸収液の温度を測定してもよい。また、本実施形態の温度計２１は、再生熱交換器４よりも上流側の第４の吸収液ライン１８で吸収液の温度を測定してもよい。

また、本実施形態の温度計２１は、吸収液の温度の代わりに、吸収液から発生したガスの温度を測定してもよい。このようなガスの例としては、再生塔排出ガスライン１５に排出された再生塔排出ガスが挙げられる。

（２）比重計３１とガス制御部３２
比重計３１は、第４の吸収液ライン１８を流れる吸収液の比重を監視している。比重計３１は、第４の吸収液ライン１８を流れる吸収液の比重を測定し、この比重の測定値をガス制御部３２に出力する。

ガス制御部３２は、比重計３１により測定された比重に基づいて、プロセス排ガスライン１１にプロセス排ガスと共に導入するガスの量を制御する。以下、このガスを追加ガスと呼ぶ。

ガス供給部３３は、１種類以上の追加ガスを供給可能なユニットである。ガス供給部３３が供給可能な追加ガスの例としては、上述の吸収塔排出ガス、上述の再生塔排出ガス、空気、不活性ガス（例えば窒素）、空気と不活性ガスとを混合して得られた混合ガスなどが挙げられる。

ガスライン３４は、ガス供給部３３とプロセス排ガスライン１１とを連結している。ガスバルブ３５は、ガスライン３４上に配置されている。よって、ガス制御部３２は、ガスバルブ３５の開度や開時間を制御することにより、ガス供給部３３からプロセス排ガスライン１１に導入する追加ガスの量を制御することができる。追加ガスは、プロセス排ガスに混入されることとなる。

本実施形態のガス供給部３３は、プロセス排ガス中の二酸化炭素濃度を調整するために設けられている。

例えば、プロセス排ガス中の二酸化炭素濃度を増大させる必要がある場合には、プロセス排ガスよりも二酸化炭素濃度の高い追加ガスをプロセス排ガスライン１１に導入する。このような追加ガスの例としては、上述の再生塔排出ガスや、二酸化炭素ガスボンベや二酸化炭素貯留タンクなどの設備から供給されるガスなどが挙げられる。

一方、プロセス排ガス中の二酸化炭素濃度を低下させる必要がある場合には、プロセス排ガスよりも二酸化炭素濃度の低い追加ガスをプロセス排ガスライン１１に導入する。このような追加ガスの例としては、上述の吸収塔排出ガス、空気、不活性ガス、空気と不活性ガスとを混合して得られた混合ガスなどが挙げられる。

また、本実施形態のガス供給部３３は、プロセス排ガスの流量を調整するためにも使用可能である。この場合、プロセス排ガス中の二酸化炭素濃度を変化させずに、プロセス排ガスの流量を増加させたい場合が多い。このような場合には、プロセス排ガスよりも二酸化炭素濃度の高い第１の追加ガスと、プロセス排ガスよりも二酸化炭素濃度の低い第２の追加ガスを、プロセス排ガスライン１１に導入してもよい。例えば、二酸化炭素ガスボンベからの第１の追加ガスと窒素ガスボンベからの第２の追加ガスとを混合したガスを、プロセス排ガスライン１１に導入してもよい。この場合、第１および第２の追加ガスの混合比は、混合ガス中の二酸化炭素濃度がプロセス排ガス中の二酸化炭素濃度と一致するように設定することが望ましい。

本実施形態において、プロセス排ガスの二酸化炭素濃度や流量は、ガス供給部３３による自動制御により制御してもよいし、現場運転員による手動制御により制御してもよい。これらの二酸化炭素濃度や流量は、ガスバルブ３５の開度や開時間を調整することで制御可能である。また、これらの二酸化炭素濃度や流量を設定値に近付けたい場合には、比重計３１により測定された比重に基づきガスバルブ３５の開度や開時間を調整することで、二酸化炭素濃度や流量を設定値に近付けることが可能である。なお、プロセス排ガスの二酸化炭素濃度や流量を自動制御により制御する場合には、ＰＩＤ制御などのフィードバック制御を採用することが望ましい。

また、本実施形態の比重計３１は、第４の吸収液ライン１８以外の場所で吸収液の比重を測定してもよい。例えば、本実施形態の比重計３１は、第１から第３の吸収液ライン１２、１４、１６のいずれかで吸収液の比重を測定してもよい。

（３）流量計４１と流量制御部４２
流量計４１は、第１の吸収液ライン１２を流れる吸収液の流量を監視している。流量計４１は、第１の吸収液ライン１２を流れる吸収液の流量を測定し、この流量の測定値を流量制御部４２に出力する。

流量制御部４２は、流量計４１により測定された流量に基づいて、第１の吸収液ライン１２を流れる吸収液の流量を制御する。本実施形態の流量制御部４２は、第１の吸収液ライン１２に設けられた吸収液バルブ４３の開度を制御することにより、第１の吸収液ライン１２を流れる吸収液の流量を制御することができる。これにより、本実施形態の流量制御部４２は、第１の吸収液ライン１２を流れる吸収液の流量を任意の設定流量に制御することができる。

なお、本実施形態においては、吸収液の流量が、自動制御により制御されているが、現場運転員による手動制御により制御してもよい。具体的には、本実施形態の流量制御部４２が行う制御を、代わりに人間が行ってもよい。一方、吸収液の流量を自動制御により制御する場合には、ＰＩＤ制御などのフィードバック制御を採用することが望ましい。

また、本実施形態の流量計４１は、第１の吸収液ライン１２以外の場所で吸収液の流量を測定してもよい。例えば、本実施形態の流量計４１は、第２から第４の吸収液ライン１４、１６、１８のいずれかで吸収液の流量を測定してもよい。

また、本実施形態の吸収液バルブ４３は、第１の吸収液ライン１２以外の場所に設けられていてもよい。例えば、本実施形態の吸収液バルブ４３は、第２から第４の吸収液ライン１４、１６、１８のいずれかに設けられていてもよい。

（４）第１実施形態の二酸化炭素回収システムの運転方法
図２は、第１実施形態の二酸化炭素回収システムの運転方法を説明するためのグラフである。

曲線Ｃ_T1、Ｃ_T2はそれぞれ、一般的な二酸化炭素回収システムと第１実施形態の二酸化炭素回収システムにおける再生塔スチル温度（再生塔５のスチル部に溜まった吸収液の温度）を示す。また、曲線Ｃ_R1、Ｃ_R2はそれぞれ、一般的な二酸化炭素回収システムと第１実施形態の二酸化炭素回収システムにおけるリボイラ蒸気流量（蒸気ライン１７を流れる蒸気の流量）を示す。図２の横軸は、経過時間を示す。図２の縦軸は、再生塔スチル温度およびリボイラ蒸気流量を示す。

図２は、これらの二酸化炭素回収システムの起動時の再生塔スチル温度およびリボイラ蒸気流量を示す。以下、図２を参照し、本実施形態の二酸化炭素回収システムを定格の運転点まで速やかに起動するための起動手順の例を説明する。

本実施形態においてはまず、冷却水用や機器用の電気系統など、プラントを動かすために必要なユーティリティ系が起動される。これらの起動が完了してプラントを動かす準備ができたら、吸収液の循環系が起動される。循環系は、吸収塔１と再生塔５との間で吸収液を循環させるための第１から第４の吸収液ライン１２、１４、１６、１８等を含む。次に、蒸気ライン１７からリボイラ６に蒸気が導入されるとともに、プロセス排ガスライン１１から吸収塔１にプロセス排ガスが導入される。

［リボイラ６への蒸気の導入手順］
以下、リボイラ６への蒸気の導入手順について説明する。

図２は、第１の設定温度Ｔ₁と、第１の設定温度Ｔ₁よりも高い第２の設定温度Ｔ₂とを示している。図２はさらに、第１の設定流量Ｒ₁と、第１の設定流量Ｒ₁よりも多い第２の設定流量Ｒ₂とを示している。本実施形態の第１の設定温度Ｔ₁は、再生塔スチル温度の定格温度に相当する。また、本実施形態の第１の設定流量Ｒ₁は、リボイラ蒸気流量の定格流量に相当する。

なお、リボイラ蒸気流量が第１の設定流量Ｒ₁に設定されている場合、リボイラ投入熱量（リボイラ６への単位時間当たりの投入熱量）は、第１の設定熱量となる。また、リボイラ蒸気流量が第２の設定流量Ｒ₂に設定されている場合、リボイラ投入熱量は、第１の設定熱量よりも多い第２の設定熱量となる。本実施形態の第１の設定熱量は、リボイラ投入熱量の定格熱量に相当する。

本実施形態の二酸化炭素回収システムの起動時において、リボイラ６に蒸気を導入する際にはまず、リボイラ蒸気流量を第２の設定流量Ｒ₂に調整することで、再生塔スチル温度を第２の設定温度Ｔ₂に上昇させる。図２は、再生塔スチル温度が時間ｔ₁に第２の設定温度Ｔ₂に到達した様子を示している。

再生塔スチル温度が第２の設定温度Ｔ₂に到達した場合には、リボイラ蒸気流量を第２の設定流量Ｒ₂から第１の設定流量Ｒ₁に変更することで、再生塔スチル温度を第２の設定温度Ｔ₂から第１の設定温度Ｔ₁に低下させる。図２は、再生塔スチル温度が、余熱により時間ｔ₂に温度Ｔ₃まで上昇した後、時間ｔ₃に第１の設定温度Ｔ₁まで低下した様子を示している。

その後、リボイラ蒸気流量が第１の設定流量Ｒ₁に維持されることで、再生塔スチル温度が第１の設定温度Ｔ₁に維持される。

このように、本実施形態のリボイラ蒸気流量は、システムの起動時において、システムの安定状態で必要な第１の設定流量Ｒ₁よりも大きな第２の設定流量Ｒ₂に調整される。第２の設定流量Ｒ₂は、設計限界流量や、実際に確認された上限流量に設定してもよいが、第１の設定流量Ｒ₁の１２０％程度の値に設定することが望ましい。

本実施形態によれば、システム起動時のリボイラ蒸気流量を過剰な流量に調整することにより、二酸化炭素回収システムを速やかに起動し、速やかに安定状態に移行させることができる。図２は、一般的な二酸化炭素回収システムが時間ｔ₄に安定状態に移行しているのに対し、本実施形態の二酸化炭素回収システムが時間ｔ₄よりも早い時間ｔ₃に安定状態に移行している様子を示している。

以上のようなリボイラ蒸気流量および再生塔スチル温度の制御は、温度計２１により測定された温度に基づき、熱量制御部２２により行われる。

［吸収塔１へのプロセス排ガスの導入手順］
続いて、吸収塔１へのプロセス排ガスの導入手順について説明する。

本実施形態のシステム起動時において、比重計３１は、第４の吸収液ライン１８を流れる吸収液の比重を監視している。吸収液の比重は、吸収液中の二酸化炭素濃度に比例している。よって、本実施形態のガス制御部３２は、吸収液の比重を設定比重に調整することで、吸収液中の二酸化炭素濃度を設定濃度に制御することができる。本実施形態の設定比重と設定濃度はそれぞれ、第４の吸収液ライン１８を流れる吸収液の定格比重と定格濃度である。

例えば、比重計３１により測定された比重が設定比重よりも低い場合には、ガス制御部３２は、プロセス排ガスライン１１に、プロセス排ガスよりも二酸化炭素濃度の高い追加ガスを導入する。これにより、第４の吸収液ライン１８を流れる吸収液の比重（二酸化炭素濃度）を、設定比重（設定濃度）まで増大させることができる。

一方、比重計３１により測定された比重が設定比重よりも高い場合には、ガス制御部３２は、プロセス排ガスライン１１に、プロセス排ガスよりも二酸化炭素濃度の低い追加ガスを導入する。これにより、第４の吸収液ライン１８を流れる吸収液の比重（二酸化炭素濃度）を、設定比重（設定濃度）まで低下させることができる。

本実施形態によれば、このような制御により、吸収液の比重を速やかに設定比重に調整することができる。

［吸収液の流量の制御手順］
続いて、吸収液の流量の制御手順について説明する。以下、第１の吸収液ライン１２を流れる吸収液の第１および第２の設定流量を、それぞれＱ₁、Ｑ₂で表す。

本実施形態においては、システム起動時のリボイラ蒸気流量を過剰な流量に調整することにより、二酸化炭素回収システムを速やかに起動し、速やかに安定状態に移行させている。この際、システムの起動および安定化をさらに速めるために、吸収液の流量も過剰な流量に調整することが望ましい。

そこで、本実施形態の流量制御部４２は、リボイラ蒸気流量が第２の設定流量Ｒ₂に調整されている場合には、第１の吸収液ライン１２を流れる吸収液の流量を、第１の設定流量Ｑ₁よりも多い第２の設定流量Ｑ₂に調整する。本実施形態の第１の設定流量Ｑ₁は、第１の吸収液ライン１２を流れる吸収液の定格流量である。

一方、本実施形態の流量制御部４２は、リボイラ蒸気流量が第２の設定流量Ｒ₂から第１の設定熱量Ｒ₁に変更された場合には、第１の吸収液ライン１２を流れる吸収液の流量を、第２の設定流量Ｑ₂から第１の設定流量Ｑ₁に変更する。

本実施形態によれば、システム起動時のリボイラ蒸気流量および吸収液流量を過剰な流量に調整することにより、二酸化炭素回収システムをより速やかに起動し、より速やかに安定状態に移行させることができる。

以上の運転方法は、二酸化炭素回収システムの起動する際だけでなく、二酸化炭素回収システムを不安定状態から安定状態に移行させる際にも適用可能である。本実施形態によれば、このような運転方法により、二酸化炭素回収システムを速やかに不安定状態から安定状態に移行させることができる。本実施形態によれば、吸収液の温度、比重、流量などの簡単に測定可能な量を監視項目とすることで、二酸化炭素回収システムの速やかな起動および安定化を簡便に行うことが可能となる。

（第２実施形態）
図３は、第２実施形態の二酸化炭素回収システムの構成を示す概略図である。

図３の二酸化炭素回収システムは、比重計３１の代わりに、ＣＯ_２（二酸化炭素）濃度計３６を備えている。

ＣＯ_２濃度計３６は、吸収塔排出ガスライン１３に排出された吸収塔排出ガス中の二酸化炭素濃度を監視している。ＣＯ_２濃度計３６は、この吸収塔排出ガス中の二酸化炭素濃度を測定し、この二酸化炭素濃度の測定値をガス制御部３２に出力する。ガス制御部３２は、ＣＯ_２濃度計３６により測定された濃度に基づいて、プロセス排ガスライン１１にプロセス排ガスと共に導入する追加ガスの量を制御する。

本実施形態のシステム起動時において、ＣＯ_２濃度計３６は、吸収塔排出ガスライン１３に排出された吸収塔排出ガス中の二酸化炭素濃度を監視している。吸収塔排出ガス中の二酸化炭素濃度は、吸収液中の二酸化炭素濃度に依存している。よって、本実施形態のガス制御部３２は、吸収塔排出ガス中の二酸化炭素濃度を設定濃度に調整することで、吸収液中の二酸化炭素濃度を設定濃度に制御することができる。本実施形態における吸収塔排出ガスの設定濃度は、吸収塔排出ガスライン１３に排出される吸収塔排出ガスの定格濃度である。

例えば、ＣＯ_２濃度計３６により測定された濃度が設定濃度よりも低い場合には、ガス制御部３２は、プロセス排ガスライン１１に、プロセス排ガスよりも二酸化炭素濃度の高い追加ガスを導入する。これにより、吸収塔排出ガス中の二酸化炭素濃度を、設定濃度まで増大させることができる。

一方、ＣＯ_２濃度計３６により測定された濃度が設定濃度よりも高い場合には、ガス制御部３２は、プロセス排ガスライン１１に、プロセス排ガスよりも二酸化炭素濃度の低い追加ガスを導入する。これにより、吸収塔排出ガス中の二酸化炭素濃度を、設定濃度まで低下させることができる。

本実施形態によれば、このような制御により、吸収塔排出ガス中の二酸化炭素濃度を速やかに設定濃度に調整することができ、その結果、吸収液中の二酸化炭素濃度を速やかに設定濃度に調整することができる。

以上の運転方法は、二酸化炭素回収システムの起動する際だけでなく、二酸化炭素回収システムを不安定状態から安定状態に移行させる際にも適用可能である。本実施形態によれば、このような運転方法により、二酸化炭素回収システムを速やかに不安定状態から安定状態に移行させることができる。本実施形態によれば、吸収液の温度、吸収塔排出ガス中の二酸化炭素濃度、吸収液の流量などの簡単に測定可能な量を監視項目とすることで、二酸化炭素回収システムの速やかな起動および安定化を簡便に行うことが可能となる。

以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規なシステムおよび方法は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明したシステムおよび方法の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。

１：吸収塔、２：ブロワ、３：リッチ液ポンプ、４：再生熱交換器、
５：再生塔、６：リボイラ、７：リーン液ポンプ、８：冷却器、
１１：プロセス排ガスライン、１２：第１の吸収液ライン、
１３：吸収塔排出ガスライン、１４：第２の吸収液ライン、
１５：再生塔排出ガスライン、１６：第３の吸収液ライン、
１７：蒸気ライン、１８：第４の吸収液ライン、
２１：温度計、２２：熱量制御部、２３：蒸気バルブ、
３１：比重計、３２：ガス制御部、３３：ガス供給部、
３４：ガスライン、３５：ガスバルブ、３６：二酸化炭素濃度計、
４１：流量計、４２：流量制御部、４３：吸収液バルブ

Claims (8)

1. 二酸化炭素を含む処理対象ガスと、前記二酸化炭素を吸収するための吸収液とを接触させ、前記二酸化炭素を吸収した前記吸収液と、前記二酸化炭素が除去された前記処理対象ガスを含む吸収塔排出ガスとを排出する吸収塔と、
   前記吸収塔から排出された前記吸収液から前記二酸化炭素を放散させ、前記二酸化炭素を放散した前記吸収液と、前記二酸化炭素を含む再生塔排出ガスとを排出する再生塔と、
   前記再生塔から排出された前記吸収液を加熱し、加熱された前記吸収液を前記再生塔に戻すリボイラと、
   前記処理対象ガスを前記吸収塔に導入するための処理対象ガスラインと、
   前記吸収液を前記吸収塔と前記再生塔との間で循環させるための吸収液ラインと、
   前記吸収液または前記吸収液から発生したガスの温度を測定する温度計と、
   前記温度計により測定された前記温度に基づいて、前記リボイラへの単位時間当たりの投入熱量を制御する熱量制御部と、
   前記吸収液の比重を測定する比重計と、
   前記比重計により測定された前記比重に基づいて、前記処理対象ガスラインに前記処理対象ガスと共に導入するガスの量を制御するガス制御部と、
   を備える二酸化炭素回収システム。
2. 二酸化炭素を含む処理対象ガスと、前記二酸化炭素を吸収するための吸収液とを接触させ、前記二酸化炭素を吸収した前記吸収液と、前記二酸化炭素が除去された前記処理対象ガスを含む吸収塔排出ガスとを排出する吸収塔と、
   前記吸収塔から排出された前記吸収液から前記二酸化炭素を放散させ、前記二酸化炭素を放散した前記吸収液と、前記二酸化炭素を含む再生塔排出ガスとを排出する再生塔と、
   前記再生塔から排出された前記吸収液を加熱し、加熱された前記吸収液を前記再生塔に戻すリボイラと、
   前記処理対象ガスを前記吸収塔に導入するための処理対象ガスラインと、
   前記吸収液を前記吸収塔と前記再生塔との間で循環させるための吸収液ラインと、
   前記吸収液または前記吸収液から発生したガスの温度を測定する温度計と、
   前記温度計により測定された前記温度に基づいて、前記リボイラへの単位時間当たりの投入熱量を制御する熱量制御部と、
   前記吸収塔排出ガス中の二酸化炭素濃度を測定する濃度計と、
   前記濃度計により測定された前記二酸化炭素濃度に基づいて、前記処理対象ガスラインに前記処理対象ガスと共に導入するガスの量を制御するガス制御部と、
   を備える二酸化炭素回収システム。
3. 前記処理対象ガスラインに導入される前記ガスは、前記吸収塔排出ガス、前記再生塔排出ガス、空気、不活性ガス、または空気と不活性ガスとを混合して得られた混合ガスである、請求項１または２に記載の二酸化炭素回収システム。
4. 前記吸収液ラインを流れる前記吸収液の流量を測定する流量計と、
   前記流量計により測定された前記流量に基づいて、前記吸収液ラインを流れる前記吸収液の流量を制御する流量制御部と、
   を備える請求項１から３のいずれか１項に記載の二酸化炭素回収システム。
5. 前記熱量制御部は、
   前記リボイラへの単位時間当たりの投入熱量を、第１の設定熱量よりも多い第２の設定熱量に調整することで、前記吸収液または前記吸収液から発生したガスの温度を、第１の設定温度よりも高い第２の設定温度に上昇させ、
   前記リボイラへの単位時間当たりの投入熱量を、前記第２の設定熱量から前記第１の設定熱量に変更することで、前記吸収液または前記吸収液から発生したガスの温度を、前記第２の設定温度から前記第１の設定温度に低下させる、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の二酸化炭素回収システム。
6. 二酸化炭素を含む処理対象ガスと、前記二酸化炭素を吸収するための吸収液とを接触させ、前記二酸化炭素を吸収した前記吸収液と、前記二酸化炭素が除去された前記処理対象ガスを含む吸収塔排出ガスとを排出する吸収塔と、
   前記吸収塔から排出された前記吸収液から前記二酸化炭素を放散させ、前記二酸化炭素を放散した前記吸収液と、前記二酸化炭素を含む再生塔排出ガスとを排出する再生塔と、
   前記再生塔から排出された前記吸収液を加熱し、加熱された前記吸収液を前記再生塔に戻すリボイラと、
   前記処理対象ガスを前記吸収塔に導入するための処理対象ガスラインと、
   前記吸収液を前記吸収塔と前記再生塔との間で循環させるための吸収液ラインと、
   を備える二酸化炭素回収システムの運転方法であって、
   前記リボイラへの単位時間当たりの投入熱量を、第１の設定熱量よりも多い第２の設定熱量に調整することで、前記吸収液または前記吸収液から発生したガスの温度を、第１の設定温度よりも高い第２の設定温度に上昇させ、
   前記リボイラへの単位時間当たりの投入熱量を、前記第２の設定熱量から前記第１の設定熱量に変更することで、前記吸収液または前記吸収液から発生したガスの温度を、前記第２の設定温度から前記第１の設定温度に低下させ、
   前記吸収液の比重が設定比重よりも低い場合に、前記処理対象ガスラインに、前記処理対象ガスよりも二酸化炭素濃度の高いガスを導入し、
   前記吸収液の比重が前記設定比重よりも高い場合に、前記処理対象ガスラインに、前記処理対象ガスよりも二酸化炭素濃度の低いガスを導入する、
   ことを含む二酸化炭素回収システムの運転方法。
7. 二酸化炭素を含む処理対象ガスと、前記二酸化炭素を吸収するための吸収液とを接触させ、前記二酸化炭素を吸収した前記吸収液と、前記二酸化炭素が除去された前記処理対象ガスを含む吸収塔排出ガスとを排出する吸収塔と、
   前記吸収塔から排出された前記吸収液から前記二酸化炭素を放散させ、前記二酸化炭素を放散した前記吸収液と、前記二酸化炭素を含む再生塔排出ガスとを排出する再生塔と、
   前記再生塔から排出された前記吸収液を加熱し、加熱された前記吸収液を前記再生塔に戻すリボイラと、
   前記処理対象ガスを前記吸収塔に導入するための処理対象ガスラインと、
   前記吸収液を前記吸収塔と前記再生塔との間で循環させるための吸収液ラインと、
   を備える二酸化炭素回収システムの運転方法であって、
   前記リボイラへの単位時間当たりの投入熱量を、第１の設定熱量よりも多い第２の設定熱量に調整することで、前記吸収液または前記吸収液から発生したガスの温度を、第１の設定温度よりも高い第２の設定温度に上昇させ、
   前記リボイラへの単位時間当たりの投入熱量を、前記第２の設定熱量から前記第１の設定熱量に変更することで、前記吸収液または前記吸収液から発生したガスの温度を、前記第２の設定温度から前記第１の設定温度に低下させ、
   前記吸収塔排出ガス中の二酸化炭素濃度が設定濃度よりも低い場合に、前記処理対象ガスラインに、前記処理対象ガスよりも二酸化炭素濃度の高いガスを導入し、
   前記吸収塔排出ガス中の二酸化炭素濃度が前記設定濃度よりも高い場合に、前記処理対象ガスラインに、前記処理対象ガスよりも二酸化炭素濃度の低いガスを導入する、
   ことを含む二酸化炭素回収システムの運転方法。
8. 前記リボイラへの単位時間当たりの投入熱量が、前記第２の設定熱量に調整されている場合に、前記吸収液ラインを流れる前記吸収液の流量を、第１の設定流量よりも多い第２の設定流量に調整し、
   前記リボイラへの単位時間当たりの投入熱量が、前記第２の設定熱量から前記第１の設定熱量に変更された場合に、前記吸収液ラインを流れる前記吸収液の流量を、前記第２の設定流量から前記第１の設定流量に変更する、
   ことを含む請求項６または７に記載の二酸化炭素回収システムの運転方法。

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