JP6329159B2 - 燃焼排ガスからの二酸化炭素回収プロセス - Google Patents
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Description
本発明は、火力発電所、化学プラント等から排出される燃焼排ガスから二酸化炭素を回収するためのプロセスに関する。詳しくは、化石燃料等の炭素を含む燃料の燃焼により生成される燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させる二酸化炭素回収装置を設置する場合における、その熱源を好適に供給できるプロセスに関する。
地球温暖化の原因の１つとして、従来から、化石燃料の燃焼により生成される燃焼排ガス中の二酸化炭素による温室効果が指摘されている。この問題に対処するため、世界的に温室効果ガスの排出量削減に向けた取り組みがなされている。燃焼排ガスの排出源としては多数挙げられるが、その割合の大きなものとして、多量の化石燃料を使用する火力発電所等が挙げられる。そこで、燃焼排ガスからの二酸化炭素の分離・回収技術についての検討がなされており、また、回収された二酸化炭素を大気中へ放出することなく利用・貯蔵する方法も多く提案されている。
発電所の燃焼排ガスからの二酸化炭素の分離・回収技術として特に期待されているものとして、吸収剤（吸収液）を利用した二酸化炭素回収装置を燃焼排ガスラインに設置する方法がある。この二酸化炭素回収装置の概略を図５に示す。二酸化炭素回収装置１０は、二酸化炭素を吸収液（例えば、ＭＥＡ等のアミン系吸収液が挙げられる）に吸収させる吸収塔１、前記吸収塔からの吸収液中の二酸化炭素を再生塔２で分離回収し、再生後の吸収液を吸収塔に循環させ、前記再生塔に蒸気を供給するリボイラ３を備える。この二酸化炭素回収装置では、吸収塔１にて燃焼排ガス中の二酸化炭素を吸収液に吸収させ、再生塔２で二酸化炭素を吸収した吸収液（リッチ液）を加熱し、リッチ液から二酸化炭素ガスを放出させると共に、吸収液を再生する。再生塔２には、熱源を供給するリボイラ３が連結されている。そして、再生塔２において再生された吸収液（リーン液）は吸収塔に返送され、装置内で吸収液が循環するようになっている。
ここで、上記のような二酸化炭素回収装置を適用する二酸化炭素回収プロセスにおける課題として、二酸化炭素を吸収した吸収液を再生するためのリボイラの熱供給がある。例えば、火力発電所においては、再生塔リボイラの熱源のため、発電用蒸気タービンから低圧蒸気を抽気することが行われている。これは、再生塔リボイラの熱源としては、低圧蒸気（０．１〜１．０ＭＰａＧ）が適当であるが、火力発電所には低圧蒸気生成用のボイラが設置されていないことが多いからである（特許文献１、非特許文献１）。
北村英夫、江上法秀、大橋幸夫「石炭火力発電所排ガスからのCO2分離回収パイロットプラント試験」 東芝レビュー Ｖｏｌ．６５ Ｎｏ．８（２０１０）、ｐ３１−３４．
しかしながら、既設の発電用蒸気タービンから低圧蒸気を抽気する場合、蒸気タービンを大幅に改造する必要が生じ、場合によっては蒸気タービンそのものを交換する必要があるため、その改修コストが懸念されるところである。また、既存設備の改修を行うとしても、低圧蒸気の抽気による発電用蒸気タービンの出力低下、即ち、発電電力の低下を回避することはできない。そして、低下した発電電力を補うためには、低下分を補うための発電設備の追加、外部からの電力購入が必要となり、その結果、その発電所の発電効率は低下することとなる。
再生塔リボイラのために好適な低圧蒸気を発生する新たなボイラを新設することも考えられるが、当然に多大な建設コストを要する。また、ボイラの新設は、二酸化炭素削減エネルギーペナルティ（対象となるプラントが、一定単位量の二酸化炭素を削減するために負担するエネルギー）の観点から最も効率が悪い。
以上は、火力発電所への二酸化炭素回収装置の設置に対する問題であるが、化学プラントにおいても類似する問題がある。化学プラントにおいても、各種プラント構成要素のための熱源、或いは、化学品原料となる蒸気を発生するためのボイラや、水蒸気改質等の改質炉、加熱炉等が設置されており、これらも多くの場合、化石燃料を燃焼して燃焼排ガスを排出する。
よって、化学プラントにおいても二酸化炭素回収装置の設置が望ましいが、化学プラントにおける既設ボイラは、もともと余裕を持って設計されているわけではない。そのため、二酸化炭素回収装置を設置するために既設ボイラから十分な量の蒸気を追加で発生できるとは限らない。よって化学プラントにおいても、既設ボイラの能力増強や新規ボイラの新設を検討する必要が生じる。
本発明は以上のような背景の下になされたものであり、上述の吸収液循環形式の二酸化炭素回収装置を利用した燃焼排ガスからの二酸化炭素回収プロセスについて、再生塔リボイラへの熱源供給を効率的にするものを提供する。特に、既設プラントへの二酸化炭素回収装置の設置について負担の少ないものを提供する。
上記課題を解決する本発明は、炭素を含む燃料を燃焼させる少なくとも一つの燃焼装置、前記燃焼装置からの燃焼排ガスが流通する燃焼排ガスライン、前記燃焼排ガスラインに設置される二酸化炭素回収装置、を備えるプラントにおける二酸化炭素の回収プロセスであって、前記二酸化炭素回収装置は、二酸化炭素を吸収液に吸収させる吸収塔、前記吸収塔からの吸収液中の二酸化炭素を分離回収し処理後の吸収液を吸収塔に循環させる再生塔、前記再生塔に蒸気を供給するリボイラを備えるものであり、前記プラントは、圧力０．１〜１．０ＭＰａＧの低圧蒸気を排出する少なくとも一つのプラント構成要素を有し、前記プラント構成要素の前記低圧蒸気を、前記二酸化炭素回収装置の前記リボイラに供給するラインを設置する二酸化炭素回収プロセスである。
本発明者は、上記課題解決のため、二酸化炭素回収装置の再生塔リボイラの熱源の供給源として、化学プラントを構成する所定のプラント構成要素（具体的なプラント構成要素は後に詳述する）から排出される低圧蒸気の存在、及び、その利用可能性に想到した。この所定のプラント構成要素からの低圧蒸気は、圧力域０．１〜１．０ＭＰａＧ、（温度域１２０℃以上）であり、二酸化炭素回収装置の再生塔リボイラの熱源として足りる温度とエネルギーを有する。本発明は、この低圧蒸気のエネルギーを最大限に活用し、新規ボイラの新設というコスト増及び二酸化炭素削減エネルギーペナルティの増大を回避するものである。
既存のプラント構成要素からの低圧蒸気を利用する本発明の技術的意義は、新規ボイラの新設の回避に加えて、この低圧蒸気を従来の利用形態以上に有効に利用できる点にある。即ち、従来のプラント運転において、プラント構成要素から排出される低圧蒸気の最も一般的な利用形態として、プラント内に設置された蒸気タービンへの混気がある。プラントにおいては、通常、各種プロセス流体の圧力調整のための圧縮機が設置されており、その駆動のために蒸気タービン（高圧タービン）が併設されている。各プラント構成要素から排出される低圧蒸気は、この蒸気タービンへ供給する高圧蒸気と共に混気される。だが、かかる蒸気タービンへの混気は、低圧蒸気が有するエネルギーの１０〜２０％程度しかタービンの動力として利用されない。そして、低圧蒸気はタービン後段の復水器で凝縮し水となるため、残りの８０〜９０％のエネルギーロスが生じる。これに対し、既存のプラント構成要素からの低圧蒸気を再生塔リボイラの熱源として利用する本発明は、エネルギーの利用効率が高く、従来プロセスよりも低圧蒸気のエネルギーロスを大幅に削減できる。
ここで、本発明において、プラント構成要素とは、所定の原料、ユーティリティの供給を受けつつ、化学品の製造・改質等を行う複数の機器群で構成されるエリアであって、その目的に応じたプロダクトの他、熱源等を排出しうるものをいう。本発明において、再生塔リボイラの熱源の供給源として好適な低圧蒸気を排出するプラント構成要素としては、まず、尿素製造装置が挙げられる。
尿素製造装置は、原料であるアンモニアと二酸化炭素とを反応させる反応器、反応器で生成する尿素合成液（尿素、未反応のアンモニア及び二酸化炭素、水からなる反応液）から未反応アンモニアおよび未反応二酸化炭素を含む混合ガスを分離するストリッパー、ストリッパーからの混合ガスを吸収媒体により凝縮させ凝縮液を得る凝縮器を主な構成機器とするプラント構成要素である。尚、凝縮器で凝縮された凝縮液は反応器に循環する。
この種の尿素製造装置では、凝縮器で混合ガスを凝縮するための冷媒として通常ボイラ水が導入されており、これが加熱されて低圧蒸気として排出される。一般に、この低圧蒸気は、圧力域０．１〜０．７ＭＰａＧ、温度域１２０〜１７０℃であり、再生塔リボイラの熱源として好適である。
尚、尿素製造の原料である二酸化炭素は、尿素製造装置に併設されることの多いアンモニア製造装置で生成する二酸化炭素が利用され、この二酸化炭素は圧縮機で昇圧されて尿素製造装置に供給される。そのため、尿素製造装置には圧縮機及びその駆動のための蒸気タービンが併設されるのが一般的である。そこで、従来、尿素製造装置から排出される低圧蒸気は、この蒸気タービンに混気するのが一般的であった。これが効率的ではないのは上記の通りであり、本発明によりそのエネルギーロスが解消できる。
そして、低圧蒸気供給源として好適なその他のプラント構成要素としては、アンモニア、メタノール、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）等の製造装置が挙げられる。これらのプラント構成要素も尿素製造装置と同様に低圧蒸気を発生させることができるからである。尚、本発明においては低圧蒸気供給源となるプラント構成要素は、単独で設置されていても良いが、複数のプラント構成要素を適宜に組み合わせて良い。
燃焼排ガスラインに設置される二酸化炭素回収装置については、上述の従来のものが適用可能である。その装置構成については、特に限定されるものではなく、吸収液による二酸化炭素の吸収塔と再生塔とが適宜に組み合わされ、再生塔に対して吸収液再生の熱源を供給するリボイラを備えているものであれば特に限定されない。また、吸収液の種類等についても当然限定されるものではない。
本発明において、対象となる燃焼装置とは、炭素を含む燃料を燃焼して熱エネルギーを発生しつつ、二酸化炭素を含有する燃焼排ガスを排出する燃焼装置全般である。化学プラント、石油精製プラント等のプラントにおける蒸気ボイラ、スチームリフォーミング等の改質炉、加熱炉等が例として挙げられる。また、火力発電所等の発電所のボイラ（高圧・中圧・低圧ボイラ）の燃焼排ガスも対象とすることができる。例えば、パイプラインを通じて発電所へ低圧蒸気を供給することが可能な化学プラント等のプラント構成要素との組み合わせでも、本発明のプロセスを実行できる。
二酸化炭素回収装置により、燃焼排ガス中の二酸化炭素濃度は大幅に低減され、燃焼排ガスは大気へ放出される。一方、一般に二酸化炭素回収装置により回収される二酸化炭素は、純度９９％以上の高純度の二酸化炭素であり再利用可能である。また、近年、地球温暖化対策の一環として、二酸化炭素の回収と共にこれを貯留する取り組みがなされている（ＣＣＳ：Ｃａｒｂｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ Ｃａｐｔｕｒｅ ａｎｄ Ｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎ）。そこで、本発明に係るプロセスは、回収された二酸化炭素の効率的な利用及び貯留についても提案する。
まず、二酸化炭素回収装置により回収された高純度の二酸化炭素は、プラント構成要素の原料供給ラインに供給することで、各種化学品の原料として使用可能である。例えば、二酸化炭素回収装置の再生塔リボイラの熱源として好適な尿素製造装置では、アンモニアと共に高純度の二酸化炭素が原料として供給される。従って、尿素製造装置の原料供給ライン（具体的には、圧縮機前段の供給ライン）に、二酸化炭素回収装置で回収した二酸化炭素の全部又は一部を供給することでその再利用が可能となる。
この他、メタノール製造装置、ジメチルエーテル製造装置、水蒸気改質装置（二酸化炭素を改質剤としたいわゆるドライリフォーミング法を含む）においても、原料として二酸化炭素が供給される。よって、プラント内にこれらのプラント構成要素が設置されている場合、それらの原料（二酸化炭素）の供給ラインに二酸化炭素回収装置からの二酸化炭素の全部又は一部を供給することができる。
また、二酸化炭素の利用形態として石油増進回収（Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｏｉｌ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ：ＥＯＲ）が注目されている。ＥＯＲは、高圧二酸化炭素ガス（と水）とを石油貯留層に注入し、石油の回収率を向上させる技術である。本発明に係る二酸化炭素回収プロセスにおいて、回収装置からＥＯＲ設備への輸送又は貯留ラインを設置することで、回収二酸化炭素の全部又は一部の有効利用がなされる。尚、ＥＯＲにおいては、注入された二酸化炭素ガスの一部は地中に残留し、残りの二酸化炭素ガスは生産される石油と共に地表に戻るが、戻ってくる二酸化炭素は回収して再度地中に注入することができる。これを繰り返すことで、最終的には二酸化炭素の大部分を永久的に地中に貯留して隔離することができる。
一方、二酸化炭素貯留は、二酸化炭素を地中、海底地下に隔離・貯蔵する技術である。本発明に係る二酸化炭素回収プロセスにおいて、回収装置から貯留設備への輸送手段又は貯留ラインを設置することで、二酸化炭素の大気拡散を抑制することができる。
以上のように、プラント内の各種プラント構成要素やプラント外の各種処理設備の構成に応じて、回収された二酸化炭素のラインを適宜に設定することで、これを有効に活用できる。
また、プラント内にある所定の付帯設備は、複数のプラント構成要素の付帯設備として活用できるようになり、それらをインテグレートすることで回収二酸化炭素の更なる効率的利用、エネルギーロスの削減が可能となる。
プラント内にある所定の付帯設備の具体的な例としては、圧縮機が挙げられる。例えば、尿素製造装置には、上述の通り、圧縮機が併設されるのが一般的である。即ち、尿素製造装置を備えるプラントでは、少なくとも１つの圧縮機が設置されている。一方、本発明のプロセスにより、回収された二酸化炭素については、その利用・処分のため、一定圧以上に昇圧する必要が生じることがある。例えば、上記の二酸化炭素のＥＯＲへの利用又は地中への貯留のためには、これを高圧にすることが必要である。
そこで、二酸化炭素回収装置により回収された二酸化炭素を、尿素製造装置の圧縮機に供給し、この圧縮機から尿素製造装置及び二酸化炭素の輸送・貯留ラインに二酸化炭素を供給するようにすることができる。これにより、二酸化炭素の輸送・貯留ラインのための圧縮機を新設することが不要となる。
更に、プラント内にある他のプラント構成要素であって高圧の二酸化炭素を必要とするものがある場合、そのための圧縮機と上記の尿素製造装置に併設された圧縮機とを兼用することもできる。例えば、メタノール合成装置が挙げられる。この場合、尿素製造装置に併設された圧縮機は、尿素製造装置とメタノール合成装置に高圧二酸化炭素を供給することができる。また、これと同時に二酸化炭素の輸送・貯留ラインに、高圧二酸化炭素を供給するようにしても良い。
このように、尿素製造装置に併設された圧縮機を、他のプラント構成要素や処理設備に必要な圧縮機と兼用する利点として、設備コストダウン及び省エネルギー化が達成できる。特に、二酸化炭素回収装置における回収量が少ない場合、この効果は顕著である。容量の少ない（例えば、８００ｔｏｎ／ｄａｙ以下）二酸化炭素に対して圧縮機を設計する場合、信頼性・コストに劣る往復動圧縮機を適用せざるを得ない。これに対し、尿素製造装置に併設された圧縮機と共用させることで、遠心式の大型圧縮機を使用することができ、信頼性向上、コストダウン、省エネルギー化のいずれも期待できるようになる。
本発明に係る二酸化炭素回収プロセスは、プラント内の既存のプラント構成要素を見直し、これを利用して燃焼排ガスからの二酸化炭素を回収するものである。これにより、従来は利用効率が低かった当該プラント構成要素からの低圧蒸気を効率的に利用できるようになった。そして、二酸化炭素削減エネルギーペナルティを低減できるようになった。本発明に係るプロセスは、新設のプラント建設時にも有用であるが、既設プラントにとっても特に有用であり、低コストかつ短工期で改修することができる。
本発明の実施形態について、以下に記載する実施例に基づいて説明する。ここでは、一例として、低圧蒸気の供給源として尿素製造装置を有するプラントにおける二酸化炭素回収プロセスについて説明する。
第１実施形態：図１は、二酸化炭素回収装置及び尿素製造装置を有する化学プラント１００のプロセスフローを示す図である。図１には、二酸化炭素回収装置１０、尿素製造装置１１、及び、各種機器に接続される各ライン間の物質収支を示すため、主要なラインに流体名、流量等の数値データを記載した。この中で「Ｆ」は流量（ｔｏｎ／ｈ）、「Ｔ」は温度（℃）、「Ｐ」は圧力（ＭＰａ）、「Ｈ」はエンタルピー（ｋｃａｌ/ｋｇ）を示す。また、図１の尿素製造装置は、製造能力１７５０ｔｏｎ／ｄａｙ（７３ｔｏｎ／ｈ）であり、各ラインの数値はこれを基準としたものである。
この化学プラント１００において、尿素製造装置１１の原料となる二酸化炭素は、隣接するアンモニア製造装置（図示なし）から供給される。アンモニア製造装置からの二酸化炭素２０は、圧縮機Ｃにより昇圧され供給ライン２１を経て尿素製造装置１１に供給される。同時に、アンモニア製造装置で製造されたアンモニア４０が尿素製造装置１１に供給される。そして、尿素製造装置１１は、尿素の合成、精製を行い尿素４１を排出する。
アンモニア製造装置からの二酸化炭素２０を昇圧する圧縮機Ｃは、蒸気タービンＴにより駆動する。蒸気タービンＴを駆動する高圧蒸気３０は、ボイラＢで生成される。ボイラＢには、燃料とボイラ給水（ＢＦＷ）が供給され、燃料の燃焼により燃焼排ガスを排出すると共に、高圧蒸気を生成する。ボイラＢにより生成された高圧蒸気３０は、蒸気タービンＴに供給されタービンを駆動して排出され（３１）、その後復水器（３４）により冷却・凝縮されボイラＢに循環する。尚、蒸気タービンＴからは、中圧蒸気３２が抽気され、尿素製造装置１１に供給されている。この中圧蒸気３２は、尿素製造装置１１のストリッパー（図示なし）に供給されている。
ボイラＢからの燃焼排ガスは、燃焼排ガスライン５０を通過する。燃焼排ガスライン５０には二酸化炭素回収装置１０が設置され、燃焼排ガスはここで二酸化炭素の分離・回収処理を受ける。尚、この二酸化炭素回収装置１０は、図５の二酸化炭素回収装置と同一の機器構成であり、回収プロセスはそれと同じである。本実施形態では、二酸化炭素回収装置の回収率として約９０％が想定されている。
二酸化炭素回収装置１０において、回収された二酸化炭素２２は、圧縮機Ｃ’により昇圧される。昇圧した二酸化炭素２３は、プラント外のＥＯＲ施設、貯留施設に輸送・貯留するためのパイプライン（図示なし）へ送られる。また、二酸化炭素回収処理後の燃焼排ガス５１は、二酸化炭素含有量が低減された状態でスタックＳから大気中に放出される。
そして、本実施形態では、尿素製造装置１１の生成する（具体的には凝縮器（図示なし）で生成する）低圧蒸気３３を二酸化炭素回収装置１０に供給する。具体的には、二酸化炭素回収装置１０の再生塔リボイラ（図５の３に相当する）に供給する。
以上のようにして、尿素製造装置で生成する低圧蒸気を、二酸化炭素回収装置の熱源として使用し、燃焼排ガスを二酸化炭素回収装置により処理する。本実施形態では、回収した二酸化炭素は貯留等のためにプラント外へ輸送している。
本実施形態の化学プラントにおいて、尿素製造装置から供給される低圧蒸気の熱エネルギーによる、二酸化炭素回収処理の可否（具体的には、二酸化炭素回収装置におけるリボイラによる回収液の再生可否）について述べる。図１から、二酸化炭素回収装置の回収率を９０％と設定したときの二酸化炭素の回収量は、１１．８ｔｏｎ／ｈとなる（図１の２２のラインに相当する）。非特許文献１によれば、二酸化炭素の分離回収に必要なエネルギーは、３．２ＧＪ／ｔｏｎ−ＣＯ２で（７６５ｋｃａｌ／ｋｇ−ＣＯ２）あることから、本実施形態において、その二酸化炭素の回収量から求められる必要エネルギー量は、３７．８ＧＪ／ｈ（９．０３×１０６ｋｃａｌ／ｈ）となる。
一方、尿素製造装置１１からのライン３３により供給される低圧蒸気データから、設計可能なリボイラの能力について算出すると、低圧蒸気がリボイラにて０．４ＭＰａＧで凝縮するとしてその凝縮潜熱２，１３３ｋＪ/ｋｇ （５０９．７ｋｃａｌ/ｋｇ）と蒸気流量１８ｔ／ｈから、３８．４ＧＪ／ｈ（９．１７×１０６ｋｃａｌ／ｈ）である。従って、尿素製造装置１１から供給される低圧蒸気はリボイラの熱源として十分であり、燃焼排ガスの二酸化炭素回収が可能となる。
従来例：第１実施形態に係る化学プラントに対する比較として、図２に尿素製造装置を有する従来の化学プラントの構成を示す。この従来例の化学プラント２００は、尿素製造装置の生産能力を第１実施形態と同じくしたものである。そして、その機器構成は同じであり、ボイラＢ、蒸気タービンＴ、圧縮機Ｃのスペックも同じものとなる。そして、この従来例では、尿素製造装置１１で生成した低圧蒸気３３を蒸気タービンＴの混気（アドミッションスチーム）して処理している。
ここで、第１実施形態と従来例の化学プラントにおける、低圧蒸気のエネルギーロスを対比する。従来例において、尿素製造装置１１で生成した低圧蒸気３３は蒸気タービンＴに混気されるが、タービンから排出される蒸気３１のエンタルピーを見るとわかるように、そのエネルギーの利用率は１５％程度である。つまり、従来例では、尿素製造装置１１で生成した低圧蒸気３３は、その１５％程度しかタービン駆動に利用されず、残りはそのまま復水器により水になってしまう。
これに対し、尿素製造装置１１で生成した低圧蒸気３３を二酸化炭素回収装置１０の熱源として利用する第１実施形態では、上述のようにそのエネルギーを有効に活用できている。よって、低圧蒸気のエネルギーの有効利用という観点から第１実施形態は優れるといえる。
次に、本願の究極的な目的である二酸化炭素低減の観点から、二酸化炭素削減エネルギーペナルティ（ｋｃａｌ／ｋｇ−ＣＯ２）を基準として第１実施形態と従来例とを対比する。まず、第１実施形態は、尿素製造装置で生成した低圧蒸気を利用するものであり、低圧蒸気生成のための新規のボイラを要しない。但し、第１実施形態は、尿素製造装置で生成した低圧蒸気の蒸気タービンへの混気を行わないことから、蒸気タービンに供給する高圧蒸気の蒸気流量を増大させるため、既設ボイラによる生成蒸気（図１のライン３０）の流量を従来例の既設ボイラの生成蒸気（図１のライン３０）の流量よりも増加させる必要がある。
そして、この増加分の蒸気の流量（５８ｔ／ｈ − ５２ｔ／ｈ＝６ｔ／ｈ）を発生させるためのエネルギー増加分を二酸化炭素回収量で割った数値が二酸化炭素削減エネルギーペナルティに相当する。この値は以下のように計算される。
この数値が第１実施形態における二酸化炭素削減エネルギーペナルティである。
一方、従来例について、二酸化炭素回収装置を設置・稼動させて第１実施形態と同量の二酸化炭素（１１．８ｔ／ｈ）を回収する場合、その熱源供給のためのボイラの新設が必要であり、そのボイラの燃料消費量に相当するエネルギーが二酸化炭素削減エネルギーペナルティに相当する。
非特許文献１による二酸化炭素の分離回収に必要なエネルギー量を考慮すると、３．２ＧＪ／ｔ−ＣＯ２（７６５ｋｃａｌ／ｋｇ−ＣＯ２）である。よって、第１実施形態と同等量の二酸化炭素回収率と回収量を達成する場合の再生塔リボイラの熱量は、次のようになる。
この熱量（９．０３×１０６ｋｃａｌ／ｈ）を、第１実施形態と同じく低圧蒸気で賄い０．４ＭＰａＧで凝縮させる場合、低圧蒸気の必要量は、次のようになる。
そして、この１８ｔ／ｈ（１８０００ｋｇ／ｈ）の低圧蒸気を発生するためのボイラの熱収支を計算すると、第１実施形態と同条件の低圧蒸気（０．５５ＭＰａＧの飽和蒸気）を発生するために要求される燃料は、以下のように計算される。
よって、次の様に、この必要燃料量を二酸化炭素回収量で割った以下の値が従来例における二酸化炭素削減エネルギーペナルティである。
以上の計算を元に、第１実施形態における二酸化炭素削減エネルギーペナルティ（約４７７ｋｃａｌ／ｋｇ−ＣＯ２）と、従来例の二酸化炭素削減エネルギーペナルティ（約１，１６０ｋｃａｌ／ｋｇ−ＣＯ２）とを対比すると、第１実施形態は、従来例に対し二酸化炭素削減エネルギーペナルティを約６０％削減したこととなる。このように、二酸化炭素削減エネルギーペナルティという指標に基づいて対比すると、第１実施形態は環境負荷の少ないプロセスであるといえる。
また、第１実施形態は、既設ボイラへの負荷をわずかに増大させるだけであり、大幅な改修を要しない。これに対し、従来例においてはボイラの新設が必要であり、これも環境負荷を大きくすると共に、コスト面でも不利である。
第２実施形態：第１実施形態の化学プラントの他の形態として、二酸化炭素回収装置により回収された二酸化炭素を尿素製造装置の原料として利用するものである。
図３は、第２実施形態の化学プラント１０１の構成を説明するものである。各プラント構成要素、機器の構成は基本的に第１実施形態と同様である。また、各ラインの物質収支も基本的に第１実施形態と同様となる。
本実施形態では、二酸化炭素回収装置１０により回収された二酸化炭素２２を、アンモニア製造装置から供給される二酸化炭素のライン２０に合流させて、圧縮機Ｃにより昇圧している。圧縮機Ｃにより昇圧された二酸化炭素はライン２１により尿素製造装置に供給される。
圧縮機Ｃからのラインは、他の用途のために増設しても良い。図４は、この増設されるラインを有する化学プラント１０２の構成である。この化学プラント１０２では、圧縮機Ｃからのライン２３を有し、二酸化炭素貯留施設、ＥＯＲ施設への輸送・貯留のためのパイプラインに圧縮二酸化炭素を供給する。尚、図４には記載はないが、圧縮機Ｃからのラインは、高圧の二酸化炭素を原料とする他のプラント構成要素の原料供給ラインに合流させても良い。
この第２実施形態は、回収した二酸化炭素を既設の圧縮機Ｃより昇圧し、他施設へ供給するものであり、新規の圧縮機の追加が不要である点で有利である。また、化学プラントとボイラ排気二酸化炭素分離回収設備を新たに設置する場合でも、同様である。
以上、本発明に係る二酸化炭素回収プロセスの実施形態として、尿素製造装置を低圧蒸気の供給源とした場合を説明した。但し、尿素製造装置を他のプラント構成要素である、アンモニア製造装置、メタノール製造装置、ジメチルエーテル製造装置等と替えても、又は、これらのプラント構成要素を追加しても、低圧蒸気のエネルギー利用効率の向上効果、二酸化炭素削減エネルギーペナルティの低減効果を得ることができる。
本発明は、吸収液循環形式の二酸化炭素回収装置を利用する二酸化炭素回収プロセスであり、二酸化炭素回収装置の再生塔リボイラへ適切な熱源を供給するものである。本発明に係る二酸化炭素回収プロセスは、従来は利用効率の低い既存プラント構成要素からの低圧蒸気の利用効率を向上させる。そして、二酸化炭素削減エネルギーペナルティを有効に低減するものである。本発明に係るプロセスは、新設プラント、既設プラントを問わず適用可能である。また、化学プラントのみならず、火力発電所への利用も可能である。
Claims (10)
- 炭素を含む燃料を燃焼させる少なくとも一つの燃焼装置、前記燃焼装置からの燃焼排ガスが流通する燃焼排ガスライン、前記燃焼排ガスラインに設置される二酸化炭素回収装置、を備えるプラントにおける二酸化炭素の回収プロセスであって、
前記二酸化炭素回収装置は、二酸化炭素を吸収液に吸収させる吸収塔、前記吸収塔からの吸収液中の二酸化炭素を分離回収し処理後の吸収液を吸収塔に循環させる再生塔、前記再生塔に蒸気を供給するリボイラを備えるものであり、
前記プラントは、複数の機器群で構成され、少なくとも二酸化炭素を原料として化学品の製造を行うプラント構成要素を少なくとも一つ備え、
前記プラント構成要素は、ボイラ水を加熱して圧力０．１〜１ＭＰａＧの低圧蒸気を生成して排出し、
前記プラント構成要素の前記低圧蒸気を、前記二酸化炭素回収装置の前記リボイラに供給するラインを設置し、
更に、前記二酸化炭素回収装置により回収された二酸化炭素を、前記プラント構成要素の原料供給ラインに供給する二酸化炭素回収プロセス。 - 前記低圧蒸気を生成して排出するプラント構成要素は、尿素製造装置、メタノール製造装置、ジメチルエーテル製造装置の少なくともいずれかである請求項１に記載の二酸化炭素回収プロセス。
- 前記プラントはタービンを備え、
前記燃焼装置として前記タービンを駆動するための蒸気を発生するボイラを備える請求項１又は請求項２に記載の二酸化炭素回収プロセス。 - 前記プラントは前記プラント構成要素の原料供給ラインに接続される圧縮機を備え、
前記圧縮機で前記二酸化炭素回収装置により回収された二酸化炭素を圧縮し、圧縮された二酸化炭素を前記プラント構成要素の原料供給ラインに供給する請求項１〜請求項４のいずれかに記載の二酸化炭素回収プロセス。 - 前記プラント構成要素の原料供給ラインに接続される圧縮機は、前記タービンにより駆動される請求項４に記載の二酸化炭素回収プロセス。
- 前記プラントは、前記低圧蒸気を排出するプラント構成要素として尿素製造装置を有し、更に、アンモニア製造装置を有し、
前記アンモニア製造装置から排出された二酸化炭素を、前記プラント構成要素の原料供給ラインに接続される圧縮機で圧縮して、前記尿素製造装置に供給する請求項４又は請求項５のいずれかに記載の二酸化炭素回収プロセス。 - 前記プラントは、石油増進回収設備又は二酸化炭素の地中貯留設備の少なくともいずれかと接続された二酸化炭素の輸送又は貯留ラインを備える請求項１〜請求項６のいずれかに記載の二酸化炭素回収プロセス。
- 前記輸送又は貯留ラインに供給する二酸化炭素は、少なくとも一部が前記二酸化炭素回収装置により回収された二酸化炭素である請求項７に記載の二酸化炭素回収プロセス。
- 前記プラントは前記輸送又は貯留ラインに接続される圧縮機を備え、
前記輸送又は貯留ラインに供給する二酸化炭素を前記輸送又は貯留ラインに接続される圧縮機で圧縮する請求項７又は請求項８に記載の二酸化炭素回収プロセス。 - 前記輸送又は貯留ラインと接続される圧縮機は、前記プラント構成要素の原料供給ラインにも接続されており、
前記圧縮機は、前記輸送又は貯留ライン、及び、前記プラント構成要素の原料供給ラインに二酸化炭素を供給する請求項９記載の二酸化炭素回収プロセス。
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