JP6284383B2

JP6284383B2 - Ｃｏ２回収装置及びｃｏ２回収方法

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Publication number: JP6284383B2
Application number: JP2014027889A
Authority: JP
Inventors: 敦弘行本; 琢也平田; 田中　裕士; 裕士田中; 陽和萩本; 晴章平山; 大石　剛司; 剛司大石
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2014-02-17
Filing date: 2014-02-17
Publication date: 2018-02-28
Anticipated expiration: 2034-02-17
Also published as: US10449481B2; CA2939329A1; RU2656655C2; CA2939329C; RU2016133516A; US20160361682A1; WO2015122050A1; JP2015151319A

Description

本発明は、ＣＯ_２回収装置及びＣＯ_２回収方法に関し、ＣＯ_２吸収液を用いて被処理ガス中のＣＯ_２を回収するＣＯ_２回収装置及びＣＯ_２回収方法に関する。

従来、直接還元炉から排出される合成ガスとしての還元炉排ガス中の酸性成分を除去する酸性ガス除去装置を備えた直接還元鉄製造システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この直接還元鉄製造システムにおいては、直接還元炉から排出されたＣＯ_２分圧が高い（例えば、５０ｋＰａ〜２００ｋＰａ）還元炉排ガスを、酸性ガス成分吸収塔で酸性ガス吸収液に接触させて還元炉排ガス中の酸性ガス成分を除去する。酸性ガス成分を吸収した酸性ガス吸収液を再生塔で加熱して酸性ガス吸収液中の酸性ガス成分を放出させて酸性ガス吸収液を再生させる。また、天然ガス中に含まれる酸性成分を除去する酸性ガス除去設備も提案されている（例えば、非特許文献１参照）。

特開２０１３−１０８１０９号公報

ＬＮＧビジネスの本質を理解するための液化プラント必須知識 http://oilgas-info.jogmec.go.jp/pdf/0/598/200503_001a.pdf

ところで、火力発電所などにおいては、ＣＯ_２分圧が比較的低い（例えば、１０ｋＰａ〜１５ｋＰａ）ボイラなどの燃焼排ガス中のＣＯ_２をＣＯ_２吸収液によって回収するＣＯ_２回収装置が用いられており、省エネルギー化のために様々な検討がなされている。近年、ＣＯ_２分圧が比較的高い合成ガス中からＣＯ_２をＣＯ_２吸収液によって回収する場合や、ＣＯ_２を含む天然ガス（メタンガス）中からＣＯ_２をＣＯ_２吸収液によって回収する場合であっても、蒸気消費量などのＣＯ_２回収熱量が少なく、省エネルギー化を実現できる技術が望まれている。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、ＣＯ_２の吸収率に優れ、しかも、省エネルギー化が可能なＣＯ_２回収装置及びＣＯ_２回収方法を提供することを目的とする。

本発明のＣＯ_２回収装置は、ＣＯ_２を含む被処理気体とＣＯ_２吸収液とを接触させて前記被処理気体に含まれるＣＯ_２を前記ＣＯ_２吸収液に吸収させて第１のＣＯ_２吸収液とする第１のＣＯ_２吸収部、及び前記第１のＣＯ_２吸収液とＣＯ_２を含む被処理気体とを接触させて前記被処理気体に含まれるＣＯ_２を前記第１のＣＯ_２吸収液に吸収させて第２のＣＯ_２吸収液とする第２のＣＯ_２吸収部を備えたＣＯ_２吸収塔と、前記第２のＣＯ_２吸収液を加熱して前記第２のＣＯ_２吸収液からＣＯ_２を放出させてＣＯ_２吸収液を再生するＣＯ_２吸収液再生塔と、前記ＣＯ_２吸収塔から前記ＣＯ_２吸収液再生塔に供給する第２のＣＯ_２吸収液の温度を測定する温度測定装置と、前記温度測定装置によって測定された前記第２のＣＯ_２吸収液の温度に基づいて前記第２のＣＯ_２吸収部に供給する前記第１のＣＯ_２吸収液の温度を制御する制御装置とを具備し、前記第２のＣＯ_２吸収部に供給される前記ＣＯ_２を含む被処理気体のＣＯ_２分圧が５０ｋＰａ以上であり、前記制御装置は、前記第２のＣＯ_２吸収部に供給する前記第１のＣＯ_２吸収液の温度を５０℃以上６０℃以下に制御し、前記温度測定装置で測定される前記第２のＣＯ _２吸収液の温度が、６２℃以上６７℃以下となるように前記第２のＣＯ _２吸収部に供給する前記第１のＣＯ _２吸収液の温度を制御することを特徴とする。

この構成によれば、ＣＯ_２吸収液再生塔に供給する第２のＣＯ_２吸収液の温度に基づいて第２のＣＯ_２吸収部に供給する第１のＣＯ_２吸収液の温度を制御するので、第２のＣＯ_２吸収部におけるＣＯ_２吸収液のＣＯ_２の吸収率を高くすることができる。これらにより、ＣＯ_２回収装置は、被処理気体中のＣＯ_２分圧が高い合成ガスを処理する場合であっても、ＣＯ_２の吸収率に優れ、しかも、省エネルギー化が可能となる。ここで、吸収率とは、吸収液１モルあたりのＣＯ_２吸収モル量とする。また、この構成により、ＣＯ _２回収装置は、第２のＣＯ _２吸収部に供給する第１のＣＯ _２吸収液の温度が適度な範囲となるので、第２のＣＯ _２吸収部における被処理気体中のＣＯ _２の吸収率が一層向上し、ＣＯ _２吸収率向上により、ＣＯ _２吸収液の循環量を低減できるので、ＣＯ _２吸収液の再生に必要な水蒸気の消費量を削減することが可能となる。また、この構成により、ＣＯ _２吸収液再生塔に供給するＣＯ _２吸収液の温度を適度に高くでき、それもまた、蒸気消費量削減に効果が見込める。さらに、この構成により、ＣＯ _２回収装置は、被処理気体中のＣＯ _２分圧が適度な範囲となるので、第２のＣＯ _２吸収部における第１のＣＯ _２吸収液によるＣＯ _２の吸収率が一層向上する。

本発明のＣＯ_２回収装置においては、前記ＣＯ _２を含む被処理気体が、直接還元炉から排出される合成ガスであることが好ましい。

本発明のＣＯ_２回収装置においては、前記第１のＣＯ_２吸収部における充填材の充填高さと前記第２のＣＯ_２吸収部における充填材の充填高さとの比（第１のＣＯ_２吸収部：第２のＣＯ_２吸収部）が、１：３以上３：１以下であることが好ましい。この構成により、ＣＯ_２吸収液による被処理気体中のＣＯ_２の吸収率がより向上するので、省エネルギー化が可能となる。

本発明のＣＯ_２回収方法は、ＣＯ_２を含む被処理気体とＣＯ_２吸収液とをＣＯ_２吸収塔の第１のＣＯ_２吸収部で接触させて前記被処理気体に含まれるＣＯ_２を前記ＣＯ_２吸収液に吸収させて第１のＣＯ_２吸収液とし、前記第１のＣＯ_２吸収液とＣＯ_２を含む被処理気体とを前記ＣＯ_２吸収塔の第２のＣＯ_２吸収部で接触させて前記被処理気体に含まれるＣＯ_２を前記第１のＣＯ_２吸収液に吸収させて第２のＣＯ_２吸収液とする工程と、前記第２のＣＯ_２吸収液をＣＯ_２吸収液再生塔で加熱して前記ＣＯ_２吸収液からＣＯ_２を放出させてＣＯ_２吸収液を再生する工程と、を含み、前記第２のＣＯ_２吸収部に供給される前記ＣＯ_２を含む被処理気体のＣＯ_２分圧が５０ｋＰａ以上であり、前記ＣＯ_２吸収塔から前記ＣＯ_２吸収液再生塔に供給する第２のＣＯ_２吸収液の温度を測定し、測定した前記第２のＣＯ_２吸収液の温度に基づいて前記第２のＣＯ_２吸収部に供給する前記第１のＣＯ_２吸収液の温度を５０℃以上６０℃以下に制御すると共に、前記第２のＣＯ _２吸収液の温度が、６２℃以上６７℃以下となるように前記第２のＣＯ _２吸収部に供給する前記第１のＣＯ _２吸収液の温度を制御することを特徴とする、ＣＯ_２回収方法。

この方法によれば、ＣＯ_２吸収液再生塔に供給する第２のＣＯ_２吸収液の温度に基づいて第２のＣＯ_２吸収部に供給する第１のＣＯ_２吸収液の温度を制御するので、第２のＣＯ_２吸収部におけるＣＯ_２吸収液のＣＯ_２の吸収率を高くすることができる。これらにより、ＣＯ_２回収方法は、被処理気体中のＣＯ_２分圧が高い合成ガスを処理する場合であっても、ＣＯ_２の吸収率に優れ、しかも、省エネルギー化が可能となる。この方法により、
ＣＯ _２回収装置は、第２のＣＯ _２吸収部に供給する第１のＣＯ _２吸収液の温度が適度な範囲となるので、第２のＣＯ _２吸収部における被処理気体中のＣＯ _２の吸収率が一層向上し、ＣＯ _２吸収率向上により、ＣＯ _２吸収液の循環量を低減できるので、ＣＯ _２吸収液の再生に必要な水蒸気の消費量を削減することが可能となる。また、この方法により、ＣＯ _２吸収液再生塔に供給するＣＯ _２吸収液の温度を適度に高くでき、それもまた、蒸気消費量削減に効果が見込める。さらに、この方法により、ＣＯ _２回収方法は、被処理気体中のＣＯ _２分圧が適度な範囲となるので、第２のＣＯ _２吸収部における第１のＣＯ _２吸収液による被処理気体中のＣＯ _２の吸収率が一層向上する。

本発明のＣＯ_２回収方法においては、前記ＣＯ _２を含む被処理気体が、直接還元炉から排出される合成ガスであることが好ましい。

本発明のＣＯ_２回収方法においては、前記第１のＣＯ_２吸収部における充填材の充填高さと前記第２のＣＯ_２吸収部における充填材の充填高さとの比（第１のＣＯ_２吸収部：第２のＣＯ_２吸収部）が、１：３以上３：１以下であることが好ましい。この方法により、ＣＯ_２吸収液による被処理気体中のＣＯ_２の吸収率がより向上するので、省エネルギー化が可能となる。

本発明によれば、ＣＯ_２の吸収率に優れ、しかも、省エネルギー化が可能なＣＯ_２回収装置及びＣＯ_２回収方法を実現できる。

図１は、本発明の一実施の形態に係るＣＯ_２回収装置の概略図である。図２は、下部ＣＯ_２吸収部に供給するＣＯ_２吸収液（セミリッチ溶液）の温度とリッチ溶液のＣＯ_２吸収率の比との関係を示す図である。図３は、下部ＣＯ_２吸収部に供給するＣＯ_２吸収液（セミリッチ溶液）の温度とＣＯ_２吸収液の再生に必要な熱量比との関係を示す図である。図４は、下部ＣＯ_２吸収部に供給されるＣＯ_２吸収液（セミリッチ溶液）の温度とＣＯ_２再生塔に供給されるＣＯ_２吸収液（リッチ溶液）の温度との関係と示す図である。図５は、ＣＯ_２吸収塔の下部ＣＯ_２吸収部及び上部ＣＯ_２吸収部における充填材の充填高さ比とリッチ溶液のＣＯ_２吸収率の比との関係を示す図である。

本発明者らは、従来のＣＯ_２回収装置においては、火力発電所のボイラなどの燃焼排ガスなどのＣＯ_２分圧が比較的低い（例えば、１０ｋＰａ〜１５ｋＰａ）気体からＣＯ_２を回収しており、直接還元炉などから排出されるＣＯ_２分圧が比較的高い（例えば、５０ｋＰａ〜２００ｋＰａ）合成ガスからのＣＯ_２の回収を前提としていないことに着目した。そして、本発明者らは、ＣＯ_２分圧が比較的高い合成ガス中からＣＯ_２を回収する場合には、ＣＯ_２吸収塔に複数のＣＯ_２吸収部を設けると共に、ＣＯ_２吸収液再生塔に供給するＣＯ_２吸収液の温度に基づいて複数のＣＯ_２吸収部に供給するＣＯ_２吸収液の温度を制御することにより、ＣＯ_２の吸収率に優れ、しかも、省エネルギー化が可能なＣＯ_２回収装置及びＣＯ_２回収方法を実現できることを見出し、本発明を完成させるに至った。

以下、本発明の一実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、適宜変更して実施可能である。また、以下の各実施の形態に係るＣＯ_２回収装置の構成は適宜組み合わせて実施可能である。

図１は、本発明の一実施形態に係るＣＯ_２回収装置の概略図である。図１に示すように、このＣＯ_２回収装置１は、直接還元炉から排出される合成ガスとしての還元炉排ガス（被処理気体）１１Ａ中のＣＯ_２を高濃度のＣＯ_２ガスとして回収する装置である。このＣＯ_２回収装置１は、直接還元炉などから排出されたＣＯ_２を含有する排ガス１１Ａを冷却する冷却塔１２と、この冷却塔１２の後段に設けられ、冷却された排ガス１１ＡとＣＯ_２吸収液１３とを接触させて排ガス１１Ａ中のＣＯ_２をＣＯ_２吸収液１３に吸収させて除去するＣＯ_２吸収塔１４と、このＣＯ_２吸収塔１４の後段に設けられ、ＣＯ_２を吸収したＣＯ_２吸収液１３ＣからＣＯ_２を放出させてＣＯ_２吸収液１３を再生するＣＯ_２吸収液再生塔１５とを具備する。

このＣＯ_２回収装置１においては、ＣＯ_２吸収液１３がＣＯ_２吸収塔１４とＣＯ_２吸収液再生塔１５との間を循環している。ＣＯ_２吸収液１３（リーン溶液）は、ＣＯ_２吸収塔１４でＣＯ_２を吸収したＣＯ_２吸収液１３Ｃ（リッチ溶液）としてＣＯ_２吸収液再生塔１５に供給される、また、ＣＯ_２吸収液１３Ｃ（リッチ溶液）は、ＣＯ_２吸収液再生塔１５でＣＯ_２が除去され再生されたＣＯ_２吸収液１３（リーン溶液）としてＣＯ_２吸収塔１４に供給される。

冷却塔１２は、排ガス１１Ａを冷却する冷却部１２１を有する。また、冷却塔１２の底部と冷却部１２１の頂部との間には、循環ラインＬ_１が設けられている。この循環ラインＬ_１には、冷却水Ｗ_１を冷却する熱交換器１２２と、冷却水Ｗ_１を循環ラインＬ_１内で循環させる循環ポンプ１２３と、循環ラインＬ_１から分液されて排出される廃液量を調整する調整弁１２４が設けられている。

冷却部１２１では、排ガス１１Ａと冷却水Ｗ_１とを向流接触させることにより、排ガス１１Ａが冷却されて冷却後の排ガス１１Ｂとなる。熱交換器１２２は、排ガス１１Ａとの間での熱交換により加熱された冷却水Ｗ_１を冷却する。循環ポンプ１２３は、熱交換器１２２を介して冷却塔１２の底部に流下した冷却水Ｗ_１を冷却部１２１の頂部に供給する。この冷却塔１２においては、排ガス１１Ａ中の水分が少ない場合、冷却塔１２の液レベルが低下するため、塔頂部より水を供給する。また、排ガス１１Ａ中の水分が多い場合、冷却塔１２の液レベルが増加するため、循環ラインＬ_１を循環する冷却水Ｗ_１の一部が分液されて廃液処理される。

ＣＯ_２吸収塔１４は、ＣＯ_２吸収塔１４の下部側に設けられ、冷却塔１２で冷却された排ガス１１Ｂ及びＣＯ_２吸収液１３が供給されるＣＯ_２吸収部１４１と、ＣＯ_２吸収塔１４の上部側に設けられた水洗部１４２と、を備える。

ＣＯ_２吸収部１４１は、ＣＯ_２吸収部１４１の下部側に設けられた下部ＣＯ_２吸収部（第２のＣＯ_２吸収部）１４１Ａと、ＣＯ_２吸収部１４１の上部側に設けられた上部ＣＯ_２吸収部１４１Ｂ（第１のＣＯ_２吸収部）と、を有する。下部ＣＯ_２吸収部１４１Ａは、内部に充填材が充填高さＨ１となるように充填されている。上部ＣＯ_２吸収部１４１Ｂは、内部に充填材が充填高さＨ２となるように充填されている。上部ＣＯ_２吸収部１４１Ｂには、ＣＯ_２吸収液再生塔１５で再生されたＣＯ_２吸収液１３が供給される。下部ＣＯ_２吸収部（第２のＣＯ_２吸収部）１４１Ａには、上部ＣＯ_２吸収部１４１Ｂで排ガス１１Ｃ中のＣＯ_２を吸収したＣＯ_２吸収液１３Ｂが供給される。

下部ＣＯ_２吸収部１４１Ａと上部ＣＯ_２吸収部１４１Ｂとの間には、上部ＣＯ_２吸収部１４１Ｂから流下して上部ＣＯ_２吸収部１４１Ｂの下部に滞留したＣＯ_２吸収液（第１のＣＯ_２吸収液）１３Ａを貯留する液貯留部１４３Ａ及びチムニートレイ１４３Ｂが設けられている。この液貯留部１４３Ａには、液貯留部１４３Ａに貯留したＣＯ_２吸収液１３ＡをＣＯ_２吸収塔１４から抜き出して下部ＣＯ_２吸収部１４１Ａに供給する抜き出しラインＬ_１１が設けられている。

抜き出しラインＬ_１１には、ＣＯ_２吸収液１３Ａを冷却して冷却されたＣＯ_２吸収液１３Ｂとする熱交換器２４及びＣＯ_２吸収液１３Ａを下部ＣＯ_２吸収部１４１ＡにＣＯ_２吸収液１３Ｂとして供給するポンプ２５が設けられている。熱交換器２４は、制御装置１０１によって冷媒の供給量が調整可能に構成されている。また、ポンプ２５は、制御装置１０１によって下部ＣＯ_２吸収部１４１ＡへのＣＯ_２吸収液１３Ｂの供給量が調整可能に構成されている。制御装置１０１は、例えば、ＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などの汎用又は専用のコンピュータ及びこのコンピュータ上で動作するプログラムを利用して実現することができる。

水洗部１４２の底部には、排ガス１１Ｃ中のＣＯ_２が除去された排ガス１１Ｄを洗浄する洗浄水Ｗ_２を貯留する液貯留部１４４Ａが設けられている。この液貯留部１４４Ａと水洗部１４２の上部との間には、液貯留部１４４Ａで回収されたＣＯ_２吸収液１３を含む洗浄水Ｗ_２を水洗部１４２の頂部側から供給して循環させる循環ラインＬ_２とが設けられている。この循環ラインＬ_２には、洗浄水Ｗ_２を冷却する熱交換器２１と、熱交換器２１を介して液貯留部１４４Ａで回収されたＣＯ_２吸収液１３を含む洗浄水Ｗ_２を循環ラインＬ_２内で循環させる循環ポンプ２２が設けられている。また、循環ラインＬ_２には、洗浄水Ｗ_２の一部（洗浄水Ｗ_３）を抜き出してＣＯ_２吸収液１３（リーン溶液）に供給する抜き出しラインＬ_３が設けられている。この抜き出しラインＬ_３には、ＣＯ_２吸収液１３に供給する洗浄水Ｗ_３の供給量を調整する調整弁２３が設けられている。

ＣＯ_２吸収部１４１では、上部ＣＯ_２吸収部１４１ＢでＣＯ_２を含有する排ガス１１Ａとアルカノールアミンなどを含むＣＯ_２吸収液１３とが対向流接触する。これにより、排ガス１１Ｃ中のＣＯ_２は、下記式に示す化学反応によりＣＯ_２吸収液１３に吸収される。この結果、排ガス１１Ｃ中のＣＯ_２が除去されて排ガス１１ＣがＣＯ_２が除去された排ガス１１Ｄとなると共に、ＣＯ_２吸収液１３がＣＯ_２吸収液１３Ａとなる。そして、下部ＣＯ_２吸収部１４１Ａでは、ＣＯ_２を含有する排ガス１１ＢとＣＯ_２を吸収したＣＯ_２吸収液１３Ｂとが対向流接触する。これにより、排ガス１１Ｂ中のＣＯ_２は、下記式に示す化学反応によりＣＯ_２吸収液１３Ｂに吸収される。この結果、排ガス１１Ｂ中のＣＯ_２が除去されて排ガス１１ＢがＣＯ_２濃度が低減された排ガス１１Ｃとなると共に、ＣＯ_２吸収液１３ＢがＣＯ_２吸収液１３Ｃとなる。このようにして、ＣＯ_２を含有する排ガス１１Ｂは、ＣＯ_２吸収部１４１を通過することにより、ＣＯ_２が除去された排ガス１１Ｄとなる。また、上部ＣＯ_２吸収部１４１Ｂでは、ＣＯ_２吸収液１３がＣＯ_２を吸収してＣＯ_２吸収液１３Ｂ（セミリッチ溶液）となり、下部ＣＯ_２吸収部１４１Ａでは、ＣＯ_２吸収液１３ＢがＣＯ_２を更に吸収してＣＯ_２吸収液１３Ｃ（リッチ溶液）となる。
Ｒ−ＮＨ_２＋Ｈ_２Ｏ＋ＣＯ_２→Ｒ−ＮＨ_３ＨＣＯ_３

水洗部１４２では、上部ＣＯ_２吸収部１４１Ｂを通過したＣＯ_２が除去された排ガス１１Ｄがチムニートレイ１４４Ｂを介して上昇する。そして、排ガス１１Ｄは、水洗部１４２の頂部側から供給される洗浄水Ｗ_２と気液接触して排ガス１１Ｄに同伴するＣＯ_２吸収液１３を循環洗浄により回収された排ガス１１Ｅとなる。この排ガス１１Ｅは、ミストエリミネータ１４５でガス中のミストが捕捉されてＣＯ_２吸収塔１４の塔頂部１４ａから外部へ排出される。

ＣＯ_２吸収塔１４の塔底部１４ｂとＣＯ_２吸収液再生塔１５の上部との間には、ＣＯ_２吸収塔１４でＣＯ_２を吸収したＣＯ_２吸収液１３Ｃ（リッチ溶液）をＣＯ_２吸収液再生塔１５の上部側に供給するリッチ溶液供給管５０が設けられている。このリッチ溶液供給管５０には、ＣＯ_２吸収液１３Ｃの温度を測定する温度計（温度測定装置）１０２と、ＣＯ_２吸収塔１４でＣＯ_２を吸収したＣＯ_２吸収液１３ＣをＣＯ_２吸収液再生塔１５に向けて供給するリッチ溶液ポンプ５１と、ＣＯ_２吸収液１３ＣをＣＯ_２吸収液再生塔１５で加熱されてＣＯ_２が除去されたＣＯ_２吸収液１３（リーン溶液）によって加熱するリッチ・リーン溶液熱交換器５２とが設けられている。制御装置１０１は、温度計１０２によって測定されたＣＯ_２吸収液１３Ｃの温度に基づいて熱交換器２４に供給する冷媒量を調整すると共に、ポンプ２５による下部ＣＯ_２吸収部１４１Ａに供給するＣＯ_２吸収液１３Ｂの供給量を制御する。なお、温度計１０２は、下部ＣＯ_２吸収部１４１Ａに供給するＣＯ_２吸収液１３Ｂを制御装置１０１によって制御できる箇所に設ければよく、例えば、抜き出しラインＬ_１１の熱交換器２４の後段に設けてもよい。

ＣＯ_２吸収液再生塔１５の中央部には、ＣＯ_２吸収したＣＯ_２吸収液１３Ｃが供給されるＣＯ_２吸収液供給部１５１が設けられている。ＣＯ_２吸収液再生塔１５の塔底部１５ｂには、塔底部に流下したＣＯ_２吸収液１３Ｃを循環する循環ラインＬ_４が設けられている。この循環ラインＬ_４には、飽和水蒸気ＳによってＣＯ_２吸収液１３を加熱する再生加熱器３１と、再生加熱器３１に供給する飽和水蒸気Ｓの量を調整する調整弁３２と、再生加熱器３１を介してＣＯ_２吸収液再生塔１５の塔底部のＣＯ_２吸収液１３をＣＯ_２吸収液再生塔１５のＣＯ_２吸収液供給部１５１の下部に供給する循環ポンプ３３とが設けられている。

ＣＯ_２吸収液再生塔１５の塔頂部１５ａには、水蒸気を伴ったＣＯ_２ガス４１を排出するガス排出ラインＬ_５が設けられている。このガス排出ラインＬ_５には、ＣＯ_２ガス４１中の水分を凝縮するコンデンサ４２と、ＣＯ_２ガス４１と凝縮水Ｗ_５とを分離する分離ドラム４３とが設けられている。凝縮水Ｗ_５が分離されたＣＯ_２ガス４４は、分離ドラム４３の上部から外部に放出される。分離ドラム４３の底部とＣＯ_２吸収液再生塔１５の上部との間には、分離ドラム４３にて分離された凝縮水Ｗ_５をＣＯ_２吸収液再生塔１５の上部に供給する凝縮水ラインＬ_６が設けられている。凝縮水ラインＬ_６には、分離ドラム４３にて分離された凝縮水Ｗ_５をＣＯ_２吸収液再生塔１５の上部に供給する凝縮水循環ポンプ４５が設けられている。この凝縮水循環ポンプ４５とＣＯ_２吸収液再生塔１５との間には、ＣＯ_２吸収液再生塔１５に供給する凝縮水Ｗ_５の量を制御する調整弁４６が設けられている。また、凝縮水循環ポンプ４５と循環ラインＬ_２との間には、ＣＯ_２吸収液再生塔１５に供給される凝縮水Ｗ_５の一部を分岐してＣＯ_２吸収塔１４の洗浄部１４２に供給する凝縮水Ｗ_５を還流ラインＬ_１２が設けられている。この還流ラインＬ_１２には、洗浄部１４２に供給する凝縮水Ｗ_５の水量を調整する調整弁４７が設けられている。

また、ＣＯ_２吸収液再生塔１５の塔底部とＣＯ_２吸収塔１４のＣＯ_２吸収部１４１の上部には、ＣＯ_２吸収液再生塔１５の塔底部のＣＯ_２吸収液１３（リーン溶液）をＣＯ_２吸収部１４１の上部側に供給するリーン溶液供給管５３が設けられている。このリーン溶液供給管５３には、ＣＯ_２吸収液再生塔１５で水蒸気で加熱されてＣＯ_２が除去されたＣＯ_２吸収液１３（リーン溶液）によってＣＯ_２を吸収したＣＯ_２吸収液１３Ｃ（リッチ溶液）を加熱するリッチ・リーン溶液熱交換器５２と、ＣＯ_２吸収液再生塔１５の塔底部のＣＯ_２吸収液１３をＣＯ_２吸収部１４１の上部に供給するリーン溶液ポンプ５４と、ＣＯ_２吸収液１３（リーン溶液）を所定の温度に冷却する冷却部５５とが設けられている。

次に、図２を参照して本実施の形態に係るＣＯ_２回収装置１におけるＣＯ_２吸収塔１４の下部ＣＯ_２吸収部１４１Ａに供給するＣＯ_２吸収液１３Ｂの温度とＣＯ_２吸収率との関係について説明する。図２は、下部ＣＯ_２吸収部に供給するＣＯ_２吸収液１３Ｂ（セミリッチ溶液）の温度とリッチ溶液のＣＯ_２吸収率の比との関係を示す図である。なお、図２においては、横軸にＣＯ_２吸収液１３Ｂの温度を示し、縦軸にリッチ溶液のＣＯ_２吸収率の比を示している。また、図２においては、ボイラからの燃焼排ガスなどのＣＯ_２分圧が低い排ガス（例えば、約１０ｋＰａ）を用いた場合を点線で示し、直接還元炉などから排出される合成ガスなどのＣＯ_２分圧が高い排ガス（例えば、約６０ｋＰａ）を用いた場合を実線で示している。なお、プロットは解析値である。さらに、図２においては、４０℃以上７０℃以下の温度範囲で吸収率の最大値をそれぞれ１とする比で同軸上に示しているが、ＣＯ_２分圧が低い排ガスとＣＯ_２分圧が高い排ガスとでは、吸収率の最大値が異なる。

図２の点線に示すように、ＣＯ_２分圧が低い排ガスを用いた場合には、温度が低くなるにつれてＣＯ_２吸収液１３ＢによるＣＯ_２吸収率が増大する。このため、ＣＯ_２分圧が低い排ガス中のＣＯ_２を効率よく回収するためには、ＣＯ_２吸収液１３Ｂの温度は下げれば下げるほどよい。

一方で、図２の実線に示すように、ＣＯ_２分圧が高い排ガスを用いた場合には、ＣＯ_２分圧が低い排ガスを用いた場合とはＣＯ_２吸収率が異なる傾向を示す。ＣＯ_２分圧が高い排ガスを用いた場合には、約５５℃でＣＯ_２吸収率が極大値となり、この５５℃から温度が離れるにつれてＣＯ_２吸収率が減少する。したがって、本実施の形態においては、ＣＯ_２分圧が低い排ガスを用いる場合と比較して下部ＣＯ_２吸収部１４１Ａに供給するＣＯ_２吸収液１３Ｂの温度を運転制御することにより、下部ＣＯ_２吸収部１４１ＡにおけるＣＯ_２吸収率を向上すると共に、ＣＯ_２吸収液の循環量を低減させ、ＣＯ_２吸収液再生塔１５におけるＣＯ_２吸収液１３Ｃの加熱の熱量を低減して、省エネルギーを実現する。

図２に示すように、本実施の形態に係るＣＯ_２回収装置１においては、制御装置１０１は、下部ＣＯ_２吸収部１４１Ａに供給するＣＯ_２吸収液１３Ｂの温度を５０℃以上６０℃以下に制御することが好ましい。これにより、ＣＯ_２回収装置１は、下部ＣＯ_２吸収部１４１Ａに供給するＣＯ_２吸収液１３Ｂの温度が適度な範囲となるので、下部ＣＯ_２吸収部１４１ＡにおけるＣＯ_２吸収液１３Ｂによる排ガス１１ＡのＣＯ_２の吸収率が一層向上し、更にＣＯ_２吸収率向上により、ＣＯ_２吸収液１３Ｂの循環量を低減できるので、ＣＯ_２吸収液１３Ｃの再生に伴う飽和水蒸気Ｓの消費量を削減することが可能となる。また、ＣＯ_２回収装置１は、ＣＯ_２吸収液再生塔１５に供給するＣＯ_２吸収液１３Ｃの温度を適度に高くでき、それもまた、蒸気消費量削減に効果がある。

なお、本実施の形態においては、排ガス１１Ｂ中のＣＯ_２分圧としては、５０ｋＰａ以上２００ｋＰａ以下が好ましい。ＣＯ_２分圧が５０ｋＰａ以上であれば、図２の実線に示したように、ＣＯ_２分圧が低い場合（例えば、約１０ｋＰａ）とは下部ＣＯ_２吸収部１４１ＡにおけるＣＯ_２吸収率が異なる傾向となる。また、ＣＯ_２分圧が２００ｋＰａ以下であれば、排ガス１１Ｂ中のＣＯ_２をＣＯ_２吸収塔１４で十分に低減することができる。排ガス１１Ｂ中のＣＯ_２分圧としては、上述した作用効果が一層向上する観点から、５５ｋＰａ以上がより好ましく、６０ｋＰａ以上が更に好ましく、また１５０ｋＰａ以下がより好ましく、１００ｋＰａ以下が更に好ましい。以上を考慮すると、排ガス１３Ｂ中のＣＯ_２分圧としては、５５ｋＰａ以上１５０ｋＰａ以下がより好ましく、６０ｋＰａ以上１００ｋＰａ以下が更に好ましい。

次に、図３を参照して本実施の形態に係るＣＯ_２回収装置１における下部ＣＯ_２吸収部１４１Ａに供給するＣＯ_２吸収液１３Ｂの温度とＣＯ_２吸収液再生塔１５におけるＣＯ_２吸収液１３の再生に必要な熱量との関係について説明する。図３は、下部ＣＯ_２吸収部１４１Ａに供給するＣＯ_２吸収液１３Ｂ（セミリッチ溶液）の温度とＣＯ_２吸収液１３の再生に必要な熱量比との関係を示す図である。なお、図３においては、横軸にＣＯ_２吸収液１３Ｂの温度を示し、縦軸にＣＯ_２の再生に必要な熱量比を示している。また、図３においては、４０℃以上７０℃以下の温度範囲でＣＯ_２分圧が高い排ガスを用いた場合にＣＯ_２吸収液１３Ｂの再生に要する熱量の最低値を１とする比で示している。なお、プロットは解析値である。

図３に示すように、ＣＯ_２分圧が高い排ガスを用いた場合には、ＣＯ_２吸収液再生塔１５におけるＣＯ_２吸収液１３Ｂの再生に要する熱量は約５５℃で最低となり、この５５℃から温度が離れるにつれてＣＯ_２吸収液１３Ｃの再生に要する熱量が増大する。したがって、本実施の形態においては、図２に示したように、下部ＣＯ_２吸収部１４１Ａに供給するＣＯ_２吸収液１３Ｂの温度を下部ＣＯ_２吸収部１４１ＡにおけるＣＯ_２吸収液１３Ｂによる排ガス１１ＡのＣＯ_２の吸収率が高い範囲とすることにより、ＣＯ_２吸収液１３Ｃの再生に伴う飽和水蒸気Ｓの消費量を削減することが可能となる。これは、吸収率向上に伴いＣＯ_２吸収液１３の循環量を低減できるためである。

図４は、下部ＣＯ_２吸収部１４１Ａに供給されるＣＯ_２吸収液１３Ｂ（セミリッチ溶液）の温度とＣＯ_２吸収液再生塔１５に供給されるＣＯ_２吸収液１３Ｃ（リッチ溶液）の温度との関係と示す図である。なお、図４においては、縦軸にＣＯ_２吸収液再生塔１５に供給されるＣＯ_２吸収液１３Ｃの温度を示し、横軸に下部ＣＯ_２吸収部１４１Ａに供給されるＣＯ_２吸収液１３Ｂの温度を示している。

図４に示すように、本実施の形態においては、下部ＣＯ_２吸収部１４１Ａに供給されるＣＯ_２吸収液１３Ｂの温度とＣＯ_２吸収液再生塔１５に供給されるＣＯ_２吸収液１３Ｃの温度とが正比例の関係にある。したがって、温度計１０２によって測定されるＣＯ_２吸収液再生塔１５に供給されるＣＯ_２吸収液１３Ｃの温度を測定し、測定した温度が所定範囲（例えば、６２℃以上６７℃以下）となるように制御装置１０１が、熱交換器２４に供給する冷媒量及びポンプ２５による下部ＣＯ_２吸収部１４１ＡへのＣＯ_２吸収液１３Ｂの供給量を制御することにより、下部ＣＯ_２吸収部１４１ＡへのＣＯ_２吸収液１３Ｂを所望の温度に制御することが可能となる。これにより、高いＣＯ_２吸収率が得られると共に、ＣＯ_２吸収液再生塔１５におけるＣＯ_２吸収液１３Ｃの加熱の熱量を低減することが可能となる。

図５は、ＣＯ_２吸収塔の下部ＣＯ_２吸収部及び上部ＣＯ_２吸収部における充填材の充填高さ比Ｈ１，Ｈ２とリッチ溶液のＣＯ_２吸収率の比との関係を示す図である。なお、図５においては、下部ＣＯ_２吸収部１４１Ａ及び上部ＣＯ_２吸収部１４１Ｂにおける充填材Ｈ１，Ｈ２の充填高さ比（上部ＣＯ_２吸収部１４１Ｂ：下部ＣＯ_２吸収部１４１Ｂ）を１：３〜３：１の範囲で変化させた場合のＣＯ_２吸収率の最大値を１とする比で示している。

図５に示すように、本実施の形態においては、下部ＣＯ_２吸収部１４１Ａ及び上部ＣＯ_２吸収部１４１Ｂの充填材の充填高さ比を変化させることにより、ＣＯ_２吸収率が変化する。このため、本実施の形態においては、上部ＣＯ_２吸収部１４１Ｂにおける充填材充填材Ｈ２の充填高さと下部ＣＯ_２吸収部１４１Ａにおける充填材Ｈ１の充填高さとの充填高さ比（上部ＣＯ_２吸収部１４１Ｂ：下部ＣＯ_２吸収部１４１Ｂ）が、１：３以上３：１以下であることが好ましい。これにより、上部ＣＯ_２吸収部１４１Ｂにおける排ガス１１Ａ中のＣＯ_２の吸収効率及び下部ＣＯ_２吸収部１４１Ａにおける排ガス１１Ａ中のＣＯ_２の吸収効率がそれぞれ向上するので、よりＣＯ_２の吸収率が向上すると共に、省エネルギー化が可能となる。充填高さ比としては、上述した作用効果が一層向上する観点から、１：１がより好ましい。

次に、本実施の形態に係るＣＯ_２回収装置１の全体動作について説明する。直接還元炉から排出されるＣＯ_２を含有する合成ガスなどの排ガス１１Ａは、冷却塔１２に導入されて冷却水Ｗ_１と向流接触されて冷却されて排ガス１１Ｂとなる。冷却された排ガス１１Ｂは、煙道１６を介してＣＯ_２吸収塔１４に導入されると共に、ＣＯ_２吸収塔１４に導入される排ガス１１Ｂの流量が測定される。ＣＯ_２吸収塔１４に導入された排ガス１１Ｂは、ＣＯ_２吸収部１４１の下部ＣＯ_２吸収部１４１Ａ及び上部ＣＯ_２吸収部１４１Ｂ及びでアルカノールアミンなどを含むＣＯ_２吸収液１３と対向流接触され、排ガス１１Ｂ中のＣＯ_２がＣＯ_２吸収液１３に吸収されてＣＯ_２が除去された排ガス１１Ｄとなる。

ＣＯ_２が除去された排ガス１１Ｄは、チムニートレイ１４４Ｂを介して上昇して水洗部１４２の頂部側から供給される洗浄水Ｗ_２と気液接触して排ガス１１Ｄに同伴するＣＯ_２吸収液１３が循環洗浄により回収された排ガス１１Ｅとなる。この排ガス１１Ｅは、ミストエリミネータ１４５でガス中のミストが捕捉されてＣＯ_２吸収塔１４の塔頂部１４ａから外部へ排出される。

ＣＯ_２吸収塔１４でＣＯ_２を吸収したＣＯ_２吸収液１３Ｃは、リッチ溶液供給管５０を介してリッチ・リーン溶液熱交換器５２でＣＯ_２吸収液１３（リーン溶液）との間で熱交換された後、リッチソルベントポンプ５１によってＣＯ_２吸収液再生塔１５の上部に供給される。ここで、本実施の形態においては、リッチ溶液供給管５０を流れるＣＯ_２吸収液１３Ｃを温度計１０２によって随時測定し、測定したＣＯ_２吸収液１３Ｃの温度が制御装置１０１に伝達される。制御装置１０１は、温度計１０２によって測定したＣＯ_２吸収液１３Ｃの温度が所定範囲となるように、熱交換器２４に供給する冷媒量及びポンプ２５による下部ＣＯ_２吸収部１４１ＡへのＣＯ_２吸収液１３Ｂの供給量を調整する。

ＣＯ_２吸収液再生塔１５に供給されたＣＯ_２吸収液１３Ｃは、ＣＯ_２吸収液供給部１５１を介して塔底部に流下する間にＣＯ_２が除去されてセミリーン溶液となる。このセミリーン溶液は、循環ポンプ３３によって循環ラインＬ_４を循環されると共に、再生加熱器３１で飽和水蒸気Ｓによって加熱されてＣＯ_２吸収液１３（リーン溶液）となる。加熱後の飽和水蒸気Ｓは、水蒸気凝縮水Ｗ_４となる。ＣＯ_２吸収液１３から除去されたＣＯ_２ガス４１は、コンデンサ４２によって水分が凝縮された後、分離ドラム４３の上部から凝縮水Ｗ_５が分離されたＣＯ_２ガス４４として外部に放出される。分離された凝縮水Ｗ_５は、ＣＯ_２吸収液再生塔１５に供給されると共に、一部が分岐されて還流ラインＬ_１２を介してＣＯ_２吸収塔１４の洗浄部１４２に供給される。

ＣＯ_２吸収液再生塔１５の塔底部１５ｂのＣＯ_２吸収液１３（リーン溶液）は、リーン溶液供給管５３を介してリッチ・リーン溶液熱交換器５２によってＣＯ_２吸収液１３Ｃ（リッチ溶液）との間で熱交換された後、リーン溶液ポンプ５４によってＣＯ_２吸収塔１４のＣＯ_２吸収部１４１の上部に供給される。ＣＯ_２吸収部１４１に供給されたＣＯ_２吸収液１３は、上部ＣＯ_２吸収部１４１Ａで排ガス１１ＡのＣＯ_２を吸収してＣＯ_２吸収液（セミリッチ溶液）１３Ａとなり、上部ＣＯ_２吸収部１４１Ａの下部から抜き出しラインＬ_１１に抜き出される。抜き出されたＣＯ_２吸収液１３Ａは、熱交換器２４で所定の温度範囲に冷却されてＣＯ_２吸収液（セミリッチ溶液）１３Ｂとなった後、ポンプ２５によって下部ＣＯ_２吸収部１４１Ａに供給され、下部ＣＯ_２吸収部１４１Ａで排ガス１１Ｂ中のＣＯ_２を吸収してＣＯ_２吸収液（リッチ溶液）１３Ｃとなる。このＣＯ_２吸収液（リッチ溶液）１３Ｃは、ＣＯ_２吸収塔１４の塔底部１４ｂから抜き出されてＣＯ_２再生塔１５に供給される。

以上説明したように、本実施の形態によれば、ＣＯ_２吸収液再生塔１５に供給するＣＯ_２吸収液１３Ｃの温度に基づいて下部ＣＯ_２吸収部１４１Ａに供給するＣＯ_２吸収液１３Ｂの温度を制御するので、下部ＣＯ_２吸収部１４１Ａにおける排ガス１１Ｂ中のＣＯ_２吸収率を高くすることができる。これらにより、ＣＯ_２回収装置１は、排ガス１１Ｂ中のＣＯ_２分圧が高い合成ガスを処理する場合であっても、ＣＯ_２の吸収率に優れ、しかも、省エネルギー化が可能となる。

なお、上述した実施の形態においては、直接還元炉から排出されるＣＯ_２を含有する合成ガスなどの排ガス１１Ａを処理する例について説明したが、本発明は、天然ガス（メタンガス）などのＣＯ_２を含有するガスであれば各種ガスに適用可能である。

１，２ＣＯ_２回収装置
１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ，１１Ｅ排ガス
１２冷却塔
１２１冷却部
１２２熱交換器
１２３循環ポンプ
１２４調整弁
１３ＣＯ_２吸収液（リーン溶液）
１３ＡＣＯ_２吸収液
１３ＢＣＯ_２吸収液（セミリッチ溶液）
１３ＣＣＯ_２吸収液（リッチ溶液）
１４ＣＯ_２吸収塔
１４ａ塔頂部
１４ｂ塔底部
１４１ＣＯ_２吸収部
１４２水洗部
１４３Ａ液貯留部
１４３Ｂチムニートレイ
１４４Ａ液貯留部
１４４Ｂチムニートレイ
１４５ミストエリミネータ
１５ＣＯ_２吸収液再生塔
１５ａ塔頂部
１５１ＣＯ_２吸収液供給部
１６煙道
２１熱交換器
２２循環ポンプ
２３調整弁
２４熱交換器
３１再生加熱器
３２調整弁
３３循環ポンプ
４１，４４ＣＯ_２ガス
４２コンデンサ
４３分離ドラム
４５凝縮水循環ポンプ
４６，４７調整弁
５０リッチ溶液供給管
５１リッチ溶液ポンプ
５２リッチ・リーン溶液熱交換器
５３リーン溶液供給管
５４リーン溶液ポンプ
５５冷却部
１０１制御装置
１０２温度計（温度測定装置）
Ｌ_１，Ｌ_２，Ｌ_４循環ライン
Ｌ_３，Ｌ_１１抜き出しライン
Ｌ_５ガス排出ライン
Ｌ_６凝縮水ライン
Ｌ_１２還流ライン
Ｓ飽和水蒸気
Ｗ_１冷却水
Ｗ_２，Ｗ_３洗浄水
Ｗ_４水蒸気凝縮水
Ｗ_５凝縮水

Claims

ＣＯ_２を含む被処理気体とＣＯ_２吸収液とを接触させて前記被処理気体に含まれるＣＯ_２を前記ＣＯ_２吸収液に吸収させて第１のＣＯ_２吸収液とする第１のＣＯ_２吸収部、及び前記第１のＣＯ_２吸収液とＣＯ_２を含む被処理気体とを接触させて前記被処理気体に含まれるＣＯ_２を前記第１のＣＯ_２吸収液に吸収させて第２のＣＯ_２吸収液とする第２のＣＯ_２吸収部を備えたＣＯ_２吸収塔と、
前記第２のＣＯ_２吸収液を加熱して前記第２のＣＯ_２吸収液からＣＯ_２を放出させてＣＯ_２吸収液を再生するＣＯ_２吸収液再生塔と、
前記ＣＯ_２吸収塔から前記ＣＯ_２吸収液再生塔に供給する第２のＣＯ_２吸収液の温度を測定する温度測定装置と、
前記温度測定装置によって測定された前記第２のＣＯ_２吸収液の温度に基づいて前記第２のＣＯ_２吸収部に供給する前記第１のＣＯ_２吸収液の温度を制御する制御装置とを具備し、
前記第２のＣＯ_２吸収部に供給される前記ＣＯ_２を含む被処理気体のＣＯ_２分圧が５０ｋＰａ以上であり、
前記制御装置は、前記第２のＣＯ_２吸収部に供給する前記第１のＣＯ_２吸収液の温度を５０℃以上６０℃以下に制御し、前記温度測定装置で測定される前記第２のＣＯ _２吸収液の温度が、６２℃以上６７℃以下となるように前記第２のＣＯ _２吸収部に供給する前記第１のＣＯ _２吸収液の温度を制御することを特徴とする、ＣＯ_２回収装置。
前記ＣＯ_２を含む被処理気体が、直接還元炉から排出される合成ガスである、請求項１に記載のＣＯ_２回収装置。
前記第１のＣＯ_２吸収部における充填材の充填高さと前記第２のＣＯ_２吸収部における充填材の充填高さとの比（第１のＣＯ_２吸収部：第２のＣＯ_２吸収部）が、１：３以上３：１以下である、請求項１又は請求項２に記載のＣＯ_２回収装置。
ＣＯ_２を含む被処理気体とＣＯ_２吸収液とをＣＯ_２吸収塔の第１のＣＯ_２吸収部で接触させて前記被処理気体に含まれるＣＯ_２を前記ＣＯ_２吸収液に吸収させて第１のＣＯ_２吸収液とし、前記第１のＣＯ_２吸収液とＣＯ_２を含む被処理気体とを前記ＣＯ_２吸収塔の第２のＣＯ_２吸収部で接触させて前記被処理気体に含まれるＣＯ_２を前記第１のＣＯ_２吸収液に吸収させて第２のＣＯ_２吸収液とする工程と、
前記第２のＣＯ_２吸収液をＣＯ_２吸収液再生塔で加熱して前記ＣＯ_２吸収液からＣＯ_２を放出させてＣＯ_２吸収液を再生する工程と、を含み、
前記第２のＣＯ_２吸収部に供給される前記ＣＯ_２を含む被処理気体のＣＯ_２分圧が５０ｋＰａ以上であり、前記ＣＯ_２吸収塔から前記ＣＯ_２吸収液再生塔に供給する第２のＣＯ_２吸収液の温度を測定し、測定した前記第２のＣＯ_２吸収液の温度に基づいて前記第２のＣＯ_２吸収部に供給する前記第１のＣＯ_２吸収液の温度を５０℃以上６０℃以下に制御すると共に、前記第２のＣＯ _２吸収液の温度が、６２℃以上６７℃以下となるように前記第２のＣＯ _２吸収部に供給する前記第１のＣＯ _２吸収液の温度を制御することを特徴とする、ＣＯ_２回収方法。
前記ＣＯ_２を含む被処理気体が、直接還元炉から排出される合成ガスである、請求項４に記載のＣＯ_２回収方法。
前記第１のＣＯ_２吸収部における充填材の充填高さと前記第２のＣＯ_２吸収部における充填材の充填高さとの比（第１のＣＯ_２吸収部：第２のＣＯ_２吸収部）が、１：３以上３：１以下である、請求項４又は請求項５に記載のＣＯ_２回収方法。