JP6634395B2 - 排ガス処理装置及びそれを用いたｃｏ２回収装置 - Google Patents

排ガス処理装置及びそれを用いたｃｏ２回収装置 Download PDF

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Description

本発明は、排ガス中のＣＯ2を回収除去する処理において、ＣＯ2吸収液の劣化を抑制した排ガス処理装置及びそれを用いたＣＯ2回収装置に関するものである。
燃焼設備（例えばボイラ、ガスタービン等）からの燃焼排ガス（以下「排ガス」という）中のＣＯ2を除去するために、ＣＯ2吸収塔に引き込み、ＣＯ2吸収液と接触させることで、排ガス中のＣＯ2を吸収液に吸収させることが提案されている。このＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液は、吸収液再生塔へ送液され、リボイラからの蒸気により加熱することで、ＣＯ2を放散し、高純度ＣＯ2が回収されると共に、ＣＯ2吸収液を再生させ、ＣＯ2吸収塔に送り循環再利用している。
また、燃焼設備から排出される排ガス中に、例えば二酸化窒素(ＮＯ2)が含まれる場合、排ガス中のＮＯ2起因成分がＣＯ2吸収液に蓄積するという問題がある。このため、この蓄積成分を除去しＣＯ2吸収液を再生するリクレーミング操作の頻度が増加し、運転費が増大することから、ＣＯ2回収装置の前流において、排ガス中の窒素酸化物を除去する窒素酸化物除去装置を設置することで、窒素酸化物を除去するプロセスが提案されている（特許文献１）。また、排ガス中の窒素酸化物と硫黄酸化物をアミン化合物により除去し、分解処理するプロセスも提案されている（特許文献２）。
特開２０１３−２４４４５４号公報 特開２０１３−２０２５２３号公報
しかしながら、特許文献２のようなアミン化合物を用いた窒素酸化物の除去を行う提案の場合には、窒素酸化物を吸収した吸収液は、窒素成分除去槽において、アミド硫酸を用いて吸収液の硝酸イオンや亜硝酸イオンを分解する必要があり、吸収液を廃棄する必要があるので、廃棄物量が嵩むという課題がある。
さらに、ＣＯ2回収装置前流に窒素酸化物除去装置が設置されていない排ガス処理装置の場合や、ガスタービン等の燃焼装置の運転状態の変動等によって、排ガス中のＮＯ2発生量が多くなる場合には、ＣＯ2回収装置でのリクレーミング処理によるＮＯ2起因蓄積成分の除去頻度が増すことから、運転費が増大するという課題がある。
本発明は、前記問題に鑑み、排ガス中の窒素酸化物を除去する際、窒素酸化物吸収液を再利用すると共に、再生処理する際の残渣の割合を低減することができる排ガス処理装置及びそれを用いたＣＯ2回収装置を提供することを課題とする。
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、燃焼装置から排出され、少なくとも窒素酸化物及び二酸化炭素を含有する排ガスを導入し、前記排ガス中の窒素酸化物を窒素酸化物吸収液により吸収除去する窒素酸化物吸収部と、前記排ガス中の窒素酸化物を除去した処理排ガスを排出する排ガス排出ラインと、前記窒素酸化物吸収部の底部と頂部とを接続し、前記窒素酸化物吸収液を循環する窒素酸化物吸収液循環ラインと、前記窒素酸化物吸収液循環ラインから分岐され、循環する前記窒素酸化物吸収液を抜出す窒素酸化物吸収液抜出ラインと、抜出された前記窒素酸化物吸収液を加熱再生処理し、少なくとも一酸化窒素及び二酸化炭素を含む放出ガスと、窒素酸化物吸収液再生液とを得る窒素酸化物吸収液加熱再生部と、前記窒素酸化物吸収液加熱再生部からの放出ガスを、前記排ガス排出ラインに導入する放出ガスラインと、前記窒素酸化物吸収液加熱再生部からの窒素酸化物吸収液再生液を、前記窒素酸化物吸収液循環ラインに導入する再生液排出ライン、を具備することを特徴とする排ガス処理装置にある。
第２の発明は、第１の発明において、前記窒素酸化物吸収液加熱再生部にアルカリ剤を供給するアルカリ供給部を有することを特徴とする排ガス処理装置にある。
第３の発明は、第１又は２の発明において、前記窒素酸化物吸収液加熱再生部が、抜出された前記窒素酸化物吸収液を水蒸気により間接加熱する第１のリクレーマと、前記第１のリクレーマからの放出蒸気を放出する放出蒸気ラインに設けられ、放出蒸気中から窒素酸化物吸収液再生液と放出ガスとを気液分離する第１の気液分離装置と、を具備することを特徴とする排ガス処理装置にある。
第４の発明は、第１又は２の発明において、前記窒素酸化物吸収液加熱再生部が、前記抜出された窒素酸化物吸収液を水蒸気により間接加熱するリボイラを有する窒素酸化物吸収液再生塔であり、前記窒素酸化物吸収液再生塔の頂部からのＮＯ及びＣＯ2を含む放出蒸気を放出する放出蒸気ラインに設けられ、前記放出蒸気中から窒素酸化物吸収液再生液と放出ガスとを気液分離する第２の気液分離装置と、を具備することを特徴とする排ガス処理装置にある。
第５の発明は、第４の発明において、前記窒素酸化物吸収再生塔の底部から抜出された窒素酸化物吸収再生液を加熱再生処理し、少なくとも一酸化窒素及び二酸化炭素を含む放出ガスと、窒素酸化物吸収液再生液とを得る第２のリクレーマと、を具備することを特徴とする排ガス処理装置にある。
第６の発明は、第１乃至５のいずれか一つにおいて、前記窒素酸化物吸収液が、３級アミンを含むアミン溶液又はアルカリ液であることを特徴とする排ガス処理装置にある。
第７の発明は、第１乃至６のいずれか一つの発明の排ガス処理装置と、前記排ガス排出ラインにより導入され、前記放出ガスを混合した排ガス中のＣＯ2とＣＯ2吸収液とを接触させてＣＯ2を除去するＣＯ2吸収塔と、ＣＯ2を吸収したリッチ溶液をリボイラの蒸気により再生するＣＯ2吸収液再生塔と、前記ＣＯ2吸収塔から前記リッチ溶液を抜出すと共に、前記ＣＯ2吸収液再生塔側に導入するリッチ溶液供給ラインと、前記ＣＯ2吸収液再生塔で再生されたＣＯ2が放散されたリーン溶液を前記ＣＯ2吸収液再生塔から抜出すと共に、前記ＣＯ2吸収塔に導入し、ＣＯ2吸収液として再利用するリーン溶液供給ラインと、前記リーン供給ラインからリーン溶液を抜出し、リーン溶液を再生する第３のリクレーマと、を具備することを特徴とするＣＯ2回収装置にある。
第８の発明は、第７の発明において、前記放出ガスラインから分岐し、前記放出ガスの一部を前記ＣＯ2吸収液再生塔の底部に導入する放出ガス分岐ラインを有することを特徴とするＣＯ2回収装置にある。
第９の発明は、第７又は８の発明において、前記第３のリクレーマの底部からリクレーマ排出液を抜出すと共に、前記リクレーマ排出液を、前記窒素酸化物吸収液の抜出液に導入するリクレーマ排出液導入ラインを有することを特徴とするＣＯ2回収装置にある。
第１０の発明は、第７乃至９のいずれか一つの発明において、前記ＣＯ2吸収液と、前記窒素酸化物吸収液との吸収液成分の少なくとも一種の成分が共通することを特徴とするＣＯ2回収装置にある。
本発明によれば、排ガス中の窒素酸化物を窒素酸化物吸収液で除去すると共に、窒素酸化物を吸収した窒素酸化物吸収液を加熱再生して、窒素酸化物吸収液を再利用することができる。また、加熱再生の際に、窒素酸化物吸収液中の亜硝酸塩を放散させ、一酸化窒素（ＮＯ）として放出するので、再生処理する際の残渣の割合を低減することができる。
図１は、実施例１に係る排ガス処理装置の概略図である。 図２は、実施例２に係る排ガス処理装置の概略図である。 図３は、実施例３に係る排ガス処理装置の概略図である。 図４は、実施例３に係る他の排ガス処理装置の概略図である。 図５は、実施例４に係るＣＯ2回収装置の構成を示す概略図である。 図６は、実施例４に係る他のＣＯ2回収装置の構成を示す概略図である。
以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
図１は、実施例１に係る排ガス処理装置の概略図である。図１に示すように、本実施例に係る排ガス処理装置１０Ａは、燃焼装置（図示せず）から排出され、少なくとも窒素酸化物（ＮＯｘ）及び二酸化炭素（ＣＯ2）を含有する排ガス１１を導入する排ガス導入ラインＬ1を有し、排ガス１１中の窒素酸化物を窒素酸化物吸収液（第１吸収液）１２により吸収除去する窒素酸化物吸収部１３と、排ガス１１中の窒素酸化物を除去した排ガス１１Ａを排出する排ガス排出ラインＬ3と、窒素酸化物吸収部１３の底部１３ａと頂部１３ｂとを接続し、窒素酸化物吸収液１２を循環する窒素酸化物吸収液循環ラインＬ4と、窒素酸化物吸収液循環ラインＬ4から分岐され、循環する窒素酸化物吸収液１２の一部１２ａを抜出す窒素酸化物吸収液抜出ラインＬ5と、抜出された窒素酸化物吸収液１２を加熱して再生処理し、少なくとも一酸化窒素（ＮＯ）及び二酸化炭素（ＣＯ2）を含む放出ガス２１と、窒素酸化物吸収液再生液（第１再生液）２２とを得る窒素酸化物吸収液加熱再生部２３と、窒素酸化物吸収液加熱再生部２３と排ガス排出ラインＬ3とを接続し、窒素酸化物吸収液加熱再生部２３からの放出ガス２１を、排ガス排出ラインＬ3に導入する放出ガスラインＬ6と、窒素酸化物吸収液加熱再生部２３と窒素酸化物吸収液循環ラインＬ4とを接続し、窒素酸化物吸収液加熱再生部２３からの窒素酸化物吸収液再生液２２を、窒素酸化物吸収液循環ラインＬ4に導入する再生液排出ラインＬ7と、を具備する。
本実施例では、窒素酸化物吸収部１３に排ガス１１を導入する排ガスラインＬ1の途中に、排ガス１１を冷却する排ガス冷却塔５１を設けており、排ガス冷却塔５１の底部５１ａから頂部５１ｂにかけて接続された循環ラインＬ2を循環する冷却水５２により排ガス１１を事前に冷却している。ここで、図１中、符号Ｐ1〜Ｐ3は溶液を供給する送液ポンプである。
この窒素酸化物吸収部１３を用いたＮＯｘ、ＣＯ2を含む排ガス１１中の窒素酸化物（ＮＯｘ）回収方法では、まず、例えばガスタービン等の燃焼装置（図示せず）からのＮＯｘを含んだ排ガス１１は、排ガス冷却塔５１に送られ、ここで循環する冷却水５２により冷却され、窒素酸化物吸収部１３に送られる。
窒素酸化物吸収部１３において、排ガス１１は窒素酸化物吸収液１２と向流接触し、排ガス１１中の窒素酸化物は、化学反応により窒素酸化物吸収液１２に吸収される。この化学反応では、窒素酸化物は、硝酸塩（ＨＮＯ３ −）、亜硝酸塩（ＨＮＯ２ −）となる。
窒素酸化物吸収部１３で窒素酸化物が除去処理された後の排ガス１１Ａは、窒素酸化物吸収部１３の頂部１３ｂに接続された排ガス排出ラインＬ3により系外に排出される。
また、窒素酸化物吸収液１２は、窒素酸化物吸収液循環ラインＬ4により循環再利用されて、排ガス１１中の窒素酸化物を吸収除去している。そして、窒素酸化物吸収液１２中の窒素酸化物の蓄積量が所定量となった際（例えば亜硝酸のイオン濃度が所定の閾値を超えた場合）、窒素酸化物吸収液循環ラインＬ4から循環する窒素酸化物吸収液１２の一部１２ａを窒素酸化物吸収液抜出ラインＬ5より抜き出す。この抜出しは、窒素酸化物吸収液抜出ラインＬ5に設けた弁Ｖ1の開閉により行う。
抜出された窒素酸化物吸収液１２は、窒素酸化物吸収液加熱再生部２３に導入され、ここで熱源により加熱され、その後気液分離処理されて、窒素酸化物吸収液１２として再生している。
この窒素酸化物吸収液加熱再生部２３としては、窒素酸化物吸収液１２に蓄積された窒素酸化物を加熱して放出することができるものであれば、特に限定されるものではなく、例えば蒸留塔、リクレーマ、リボイラを有する再生塔等を挙げることができる。
そして、窒素酸化物吸収液加熱再生部２３にて、再生される際に加熱処理して放出される蒸気中から気液分離した放出ガス２１中には、少なくとも一酸化窒素（ＮＯ）が含まれる。なお、窒素酸化物吸収液１２がＣＯ2吸収能を備える場合は、この放出ガス２１中には同時に二酸化炭素（ＣＯ2）も含まれる。
この放出ガス２１は、先端が排ガス排出ラインＬ3に接続する放出ガスラインＬ6を介して、窒素酸化物吸収部１３にて窒素酸化物が除去された排ガス１１Ａ中に導入され、系外に排出される。
一方、窒素酸化物吸収液加熱再生部２３からの窒素酸化物吸収液再生液２２は、窒素酸化物吸収液循環ラインＬ4に接続された再生液排出ラインＬ7を介して循環する窒素酸化物吸収液１２に導入され、窒素酸化物吸収液１２として再利用される。
窒素酸化物吸収液加熱再生部２３の加熱処理後の残渣２５は残渣排出ラインＬ8から排出され、別途処理される。なお、窒素酸化物吸収液加熱再生部２３には別途補給水２６が供給され、窒素酸化物吸収液加熱再生部２３内における溶液の濃度上昇を抑制している。
ここで、排ガス１１中の窒素酸化物を吸収除去する窒素酸化物吸収液１２は、排ガス１１中の窒素酸化物を吸収除去するものであれば、特に限定されないが、３級アミンを含むアミン溶液又はアルカリ液であることが好ましい。ここで、３級アミンを用いるのは、１級アミンや２級アミンを用いる場合、窒素酸化物との反応副生物を生成し、アミンの損失となるため、好ましくないからである。
ここで、３級アミンとしては、例えばＮ−メチルジエタノールアミン、Ｎ−エチルジエタノールアミン、Ｎ−ブチルジエタノールアミン、２−ジメチルアミノエタノール、２−ジエチルアミノエタノール、２−ジ−ｎ−ブチルアミノエタノール、Ｎ−エチル−Ｎ−メチルエタノールアミン、３−ジメチルアミノ−１−プロパノール、２−ジメチルアミノ−２−メチル−１−プロパノール、４−ジメチルアミノ−１−ブタノールを挙げることができるが、本発明はこれに限定されるものではない。
また、３級アミンと、１級アミン及び２級アミンとを併用するようにしてもよい。
この場合においても、３級アミン化合物が主成分となり、３級アミンの配合割合はアミン全体の５５〜９５重量％を占めるようにするのが好ましい。さらに好ましくは６０〜８０重量％の範囲とするのが良い。
また、アルカリ液を用いる場合には、アルカリ濃度が約５〜４８％、好ましくは１０〜２５％の水酸化ナトリウム水溶液を用い、循環する際のｐＨ値としてｐＨ６以下を維持するのが好ましい。これは、循環液のｐＨが高いと、ＣＯ２の吸収量が過度に増加し、アルカリ消費量及びエネルギー効率の点で不利になるためである。
窒素酸化物吸収液加熱再生部２３からの放出ガス２１を放出する放出ガスラインＬ6には、例えば真空ポンプ等の圧縮機を設け、窒素酸化物吸収液加熱再生部２３の内部を減圧状態として、溶液の沸点を抑えるようにしている。なお、沸点が規定範囲の場合には、圧縮機を設けないようにしてもよい。
ここで、窒素酸化物吸収液加熱再生部２３において抜出された窒素酸化物吸収液１２が加熱されることで、窒素酸化物吸収液１２中の亜硝酸塩は、吸収液に溶解し難い一酸化窒素(ＮＯ)として放出蒸気中に放散される。
以上のように、窒素酸化物吸収液加熱再生部２３を備えた本実施例では、加熱により窒素酸化物吸収液１２中の亜硝酸塩が一酸化窒素(ＮＯ)として放散し、窒素酸化物吸収液１２中に留まることがないので、窒素酸化物吸収液１２中における窒素酸化物蓄積量が、窒素酸化物吸収液加熱再生工程の無い、従来技術の窒素酸化物吸収液を分解処理する装置で分解処理する場合に対して、残渣２５の排出量が約０．７倍低減されることとなる。
図２は、実施例２に係る排ガス処理装置の概略図である。なお、実施例１と同一部材については、同一符号を付してその説明は省略する。図２に示すように、本実施例に係る排ガス処理装置１０Ｂは、実施例１に係る排ガス処理装置１０Ａにおける窒素酸化物吸収液加熱再生部２３が、抜出された窒素酸化物吸収液１２ａを水蒸気３４により間接加熱する第１のリクレーマ３１Ａと、この第１のリクレーマ３１Ａからの第１の放出蒸気３２Ａを放出する放出蒸気ラインＬ9に設けられ、第１の放出蒸気３２Ａ中から窒素酸化物吸収液再生液２２と放出ガス２１とを気液分離する第１の気液分離装置３３Ａと、を具備するものである。また、第１のリクレーマ３１Ａには、水蒸気３４により内部を間接加熱する加熱部３５と、内部にアルカリ剤３６ａを供給するアルカリ剤供給部３６と、を設けている。図２中、符号３４ａは熱交換後の水蒸気凝縮水である。
本実施例では、図示しないＣＯ2回収装置からの還流水を補給水２６として導入し、抜出した窒素酸化物吸収液１２ａ及びアルカリ剤３６ａを希釈混合するようにしている。これは、ＣＯ2回収装置は閉鎖系としているので、希釈のために、外部から希釈水を導入すると水バランスが悪くなるからである。
このように窒素酸化物吸収液（アミン硝酸塩を含む。）１２に、アルカリ剤（例えばＮａＯＨ、ＫＯＨ等）３６ａを調整しつつ添加することで、硫酸ナトリウム又は硫酸カリウムとし、アミンをイオン状態からフリーなアミンの状態としている。このフリーとなったアミンは蒸気圧を持つので、気化体として第１の放出蒸気３２Ａに含まれ、第１の気液分離装置３３Ａで気液分離され、回収される。なお、イオンはイオン状態のままでは蒸気圧を持たないので、この第１の放出蒸気３２Ａに同伴されない。
添加されたアルカリ剤３６ａにより固定され、この蒸気圧を持たない共存物質は、第１のリクレーマ残渣３７として、第１のリクレーマ３１Ａの底部から残渣排出ラインＬ8を介して排出され、別途処理される。
また第１のリクレーマ３１Ａからの第１の放出蒸気３２Ａは、第１の気液分離装置３３Ａに導入され、第１の放出蒸気３２Ａから窒素酸化物吸収液再生液２２と放出ガス２１とに気液分離される。
この分離された放出ガス２１は、先端が排ガス排出ラインＬ3に接続する放出ガスラインＬ6を介して、窒素酸化物吸収部１３にて窒素酸化物が除去された排ガス１１Ａ中に供給され、系外に排出される。
なお、第１の気液分離装置３３Ａからの放出ガス２１を放出する放出ガスラインＬ6には、例えば真空ポンプ等の圧縮機を設け、第１のリクレーマ３１Ａの内部を減圧状態として、溶液の沸点を抑えるようにしている。なお、沸点が規定範囲の場合には、圧縮機を設けないようにしてもよい。
一方、気液分離された窒素酸化物吸収液再生液（第１再生液）２２は、窒素酸化物吸収液循環ラインＬ4に先端が接続された再生液排出ラインＬ7を介して循環する窒素酸化物吸収液１２に混合され、窒素酸化物吸収液１２として再利用される。
本実施例によれば、窒素酸化物吸収液加熱再生部２３として第１のリクレーマ３１Ａにおいて、水蒸気の間接加熱により窒素酸化物吸収液１２中の亜硝酸塩が一酸化窒素(ＮＯ)として放散し、窒素酸化物吸収液１２中に留まることがないので、窒素酸化物吸収液１２中における窒素酸化物蓄積量が、窒素酸化物吸収液加熱再生工程の無い、従来技術の窒素酸化物吸収液を分解処理する装置で分解処理する場合に対して、残渣２５の排出量が約０．７倍低減されることとなる。
また、窒素酸化物吸収液１２中において窒素酸化物が吸収により反応した亜硝酸塩（ＮＯ2 −）が放散によりＮＯとして、除去されているので、その分加熱により窒素酸化物蓄積量が低減し、第１のリクレーマ３１Ａにおけるアルカリ剤３６ａの添加によるリクレーミングにて発生する第１のリクレーマ残渣３７の廃棄物量が低減する。
図３は、実施例３に係る排ガス処理装置の概略図である。なお、実施例１及び２と同一部材については、同一符号を付してその説明は省略する。図３に示すように、本実施例に係る排ガス処理装置１０Ｃは、実施例１に係る排ガス処理装置１０Ａにおける窒素酸化物吸収液加熱再生部２３が、抜出された窒素酸化物吸収液１２ａをリボイラ４２の蒸気により間接加熱する窒素酸化物吸収液再生塔４１と、窒素酸化物吸収液再生塔４１の頂部４１ａから放出される第２の放出蒸気３２Ｂ中から放出ガス２１を気液分離する第２の気液分離装置３３Ｂと、を具備するものである。
本実施例では、窒素酸化物吸収液加熱再生部２３の窒素酸化物吸収液循環ラインＬ4から循環する窒素酸化物吸収液１２の一部１２ａを窒素酸化物吸収液抜出ラインＬ5より抜き出し、この窒素酸化物吸収液抜出ラインＬ5の先端は、窒素酸化物吸収液再生塔４１の頂部４１ａから内部に導入され、リボイラ４２により間接加熱された蒸気によって、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化炭素（ＣＯ2）を放出して、再生処理している。
また、窒素酸化物吸収液抜出ラインＬ5と、窒素酸化物吸収液再生塔４１の底部４１ｂから抜出される窒素酸化物吸収液再生液２２を窒素酸化物吸収液循環ラインＬ4に接続する再生液排出ラインＬ7との交差部には、第１の熱交換器４３が介装され、窒素酸化物吸収液再生液２２により、抜出した窒素酸化物吸収液１２ａを加熱している。この抜出しは、窒素酸化物吸収液抜出ラインＬ5に設けた弁Ｖ1の開閉により行う。
また、本実施例では、第２の放出蒸気３２Ｂを放出する放出蒸気ラインＬ9には、第１冷却器４５が設けれ、第２の放出蒸気３２Ｂを冷却して水蒸気を凝縮させ、その後第２の気液分離装置３３Ｂへ導入している。凝縮された凝縮水は、還流水４６として、還流水ラインＬ12を介して窒素酸化物吸収液再生塔４１の頂部４１ａにポンプＰ4を介して返送される。
本実施例によれば、窒素酸化物吸収液加熱再生部２３として窒素酸化物吸収液再生塔４１において、リボイラ４２による水蒸気の間接加熱により塔内を流下する窒素酸化物吸収液１２中の亜硝酸塩が一酸化窒素(ＮＯ)として放散し、窒素酸化物吸収液１２中に留まることがない。
図４は、実施例３に係る他の排ガス処理装置の概略図である。なお、実施例１〜３と同一部材については、同一符号を付してその説明は省略する。図４に示すように、本実施例に係る排ガス処理装置１０Ｄは、再生した窒素酸化物吸収液再生液２２の一部２２ａを再生液抜出ラインＬ10により抜出し、再生処理する第２のリクレーマ３１Ｂを設け、窒素酸化物吸収液再生液２２中に蓄積する夾雑物を分離除去している。この抜出しは、再生液抜出ラインＬ10に設けた弁Ｖ2の開閉により行う。なお、第２のリクレーマ３１Ｂには、水蒸気３４により内部を間接加熱する加熱部３５を設けており、内部に補給水２６とアルカリ剤３６ａとを供給している。
この第２のリクレーマ３１Ｂにおいては、蒸気圧を持つアミン等の共存物質は、第３の放出蒸気３２Ｃに同伴されるので、気体状態で、窒素酸化物吸収液再生塔４１の底部に第３放出蒸気ラインＬ11により返送している。この第２のリクレーマ３１Ｂにより、窒素酸化物吸収液再生液２２の硝酸塩を除去するので、窒素酸化物の吸収を連続して処理することができる。
この第２のリクレーマ３１Ｂでの再生処理は、窒素酸化物吸収液再生液２２の硝酸塩の濃度が規定の閾値となった場合に、弁Ｖ2を開き、窒素酸化物吸収液再生液２２の一部２２ａを抜出、リクレーマ処理を行うようにすればよい。
よって、窒素酸化物吸収液再生液２２中において窒素酸化物が吸収により反応した亜硝酸塩（ＮＯ2 −）が放散によりＮＯとして、除去されているので、その分加熱により窒素酸化物蓄積量が低減し、第２のリクレーマ３１Ｂにおけるアルカリ剤３６ａの添加によるリクレーミングにて発生する残渣３７の廃棄物量が低減する。
図５は、実施例４に係るＣＯ2回収装置の構成を示す概略図である。図５に示すように、実施例４に係るＣＯ2回収装置１００Ａは、ボイラやガスタービン等の燃焼設備(図示せず)から排出されたＮＯｘ、ＳＯｘ、ＣＯ2を含有する排ガス１１を冷却水５２によって冷却する排ガス冷却塔５１と、冷却された窒素酸化物を含有する排ガス１１と窒素酸化物を吸収する窒素酸化物吸収液（第１吸収液）１２とを接触させて排ガス１１中の窒素酸化物を吸収する窒素酸化物吸収部１３と、循環する窒素酸化物吸収液１２の一部の窒素酸化物吸収液１２ａを抜出、加熱して再生処理して、少なくとも一酸化窒素（ＮＯ）及び二酸化炭素（ＣＯ2）を含む放出ガス２１と、窒素酸化物吸収液再生液（第１再生液）２２とを得る窒素酸化物吸収液加熱再生部２３である第１のリクレーマ３１Ａと、窒素酸化物吸収部１３から排出され、窒素酸化物が吸収除去された排ガス１１Ａ中のＣＯ2を除去するＣＯ2回収部１１０Ａを有するＣＯ2吸収塔１１１と、ＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液（以下、「リッチ溶液１１２Ａ」ともいう。）１１２から第２のリボイラ１１５の蒸気によりＣＯ2を放出させてＣＯ2吸収液を再生するＣＯ2吸収液再生塔１１３とを有する。そして、このＣＯ2回収装置１００では、吸収液再生塔１１３でＣＯ2を除去した再生ＣＯ2吸収液（以下、「リーン溶液１１２Ｂ」ともいう。）１１２はＣＯ2吸収塔１１１でＣＯ2吸収液として再利用する。
このＣＯ2回収装置１００を用いたＣＯ2回収方法では、まず、ＮＯｘ、ＣＯ2を含んだガスタービン等の燃焼設備からの排ガス１１は、排ガス送風機（図示せず）により昇圧された後、排ガス冷却塔５１に送られ、ここで冷却水５２により冷却され、窒素酸化物吸収部１３に送られる。
窒素酸化物吸収部１３において、排ガス１１は窒素酸化物吸収液１２と向流接触し、排ガス１１中の窒素酸化物は、化学反応により窒素酸化物吸収液１２に吸収される。この化学反応では、窒素酸化物は、硝酸塩（ＮＯ３ −）、亜硝酸塩（ＮＯ２ −）となる。
窒素酸化物吸収部１３で窒素酸化物が除去処理された後の排ガス１１Ａは、窒素酸化物吸収部１３の頂部１３ｂに接続された排ガス排出ラインＬ3により排出される。
また、窒素酸化物吸収液１２は、窒素酸化物吸収液循環ラインＬ4により循環再利用されて、排ガス１１中の窒素酸化物を吸収除去している。そして、窒素酸化物吸収液１２中の窒素酸化物の蓄積量が所定量となった際、窒素酸化物吸収液循環ラインＬ4から循環する窒素酸化物吸収液１２の一部１２ａを窒素酸化物吸収液抜出ラインＬ5より抜き出す。
抜出された窒素酸化物吸収液１２は、第１のリクレーマ３１Ａに導入されて加熱再生処理され、第１の放出蒸気３２Ａを気液分離処理して、窒素酸化物吸収液再生液（第１再生液）２２として再生している。
第１の気液分離装置３３Ａからの放出ガス２１が混合された排ガス１１Ｂは、次いでＣＯ2吸収塔１１１に送られる。このＣＯ2吸収塔１１１において、排ガス１１はアミン吸収液であるＣＯ2吸収液１１２と向流接触し、排ガス１１Ｂ中のＣＯ2は、化学反応によりＣＯ2吸収液１１２に吸収される。ＣＯ2回収部１１０ＡでＣＯ2が除去された後のＣＯ2除去排ガス１１Ｃは、ＣＯ2吸収塔１１１内の水洗部１１０Ｂでノズルから供給されるＣＯ2吸収液を含む循環する洗浄水１１９と気液接触して、ＣＯ2除去排ガスに同伴するＣＯ2吸収液１１２が回収され、その後ＣＯ2が除去された浄化排ガス１１Ｄは系外に放出される。
また、ＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液１１２であるリッチ溶液１１２Ａは、リッチ溶液ポンプ（図示せず）により昇圧され、リッチ溶液供給ラインＬ101に介装されたリッチ・リーン溶液熱交換器１４１において、ＣＯ2吸収液再生塔１１３で再生されたＣＯ2吸収液１１２であるリーン溶液１１２Ｂにより加熱され、ＣＯ2吸収液再生塔１１３に供給される。
ＣＯ2吸収液再生塔１１３の上部から塔内部に放出されたリッチ溶液１１２Ａは、底部から供給される第２リボイラ１１５による水蒸気により吸熱反応を生じて、大部分のＣＯ2を放出する。ＣＯ2吸収液再生塔１１３内で一部又は大部分のＣＯ2を放出したＣＯ2吸収液はセミリーン溶液と呼称される。このセミリーン溶液は、吸収液再生塔１１３の底部に至る頃には、ほぼ全てのＣＯ2が除去されたＣＯ2吸収液１１２のリーン溶液１１２Ｂとなる。このリーン溶液１１２Ｂはその一部が第２のリボイラ１１５で発生した水蒸気により間接加熱され、吸収液再生塔１１３内部に水蒸気を供給している。
一方、吸収液再生塔１１３の塔頂部からは、塔内においてリッチ溶液およびセミリーン溶液から放出された水蒸気を伴ったＣＯ2同伴ガス１３１が導出され、コンデンサ１３２により水蒸気が凝縮され、分離ドラム１３３にて還流水１３４が分離され、ＣＯ2ガス１３５が系外に放出されて、別途圧縮器により圧縮され、回収される。この圧縮・回収されたＣＯ2ガスは、別途石油増進回収設備（ＥＯＲ：Enhanced Oil Recovery）を用いて油田中に圧入するか、帯水層へ貯留し、温暖化対策を図っている。
水蒸気を伴ったＣＯ2同伴ガス１３１から分離ドラム１３３にて分離・還流された還流水１３４は還流水循環ポンプ（図示せず）にて吸収液再生塔１１３の上部と、第３のリクレーマ３０Ｃ、ＣＯ2吸収塔１１１の水洗部１１０Ｂの洗浄水１１９側に各々供給される。
再生されたＣＯ2吸収液であるリーン溶液１１２Ｂは、リッチ溶液供給ラインＬ101とリーン溶液供給ラインＬ102との交差部に介装されたリッチ・リーン溶液熱交換器１４１にて、リッチ溶液１１２Ａにより冷却され、つづいてリーン溶液ポンプ（図示せず）にて昇圧され、更にリーン溶液クーラ（図示せず）にて冷却された後、ＣＯ2吸収塔１１１内に供給される。
ＣＯ2吸収液再生塔１１３で再生されたＣＯ2吸収液のリーン溶液１１２Ｂは、その一部がリーン溶液供給ラインＬ102から分岐ラインＬ103で分岐され、第３のリクレーマ３１Ｃに導入される。そして、第３のリクレーマ３１Ｃにおいて、水蒸気３４を供給して抜出したＣＯ2吸収液のリーン溶液１１２Ｂを間接加熱することで、共存する共存物質を分離している。第３のリクレーマ３１Ｃで加熱された回収蒸気１１２Ｃは回収ラインＬ104を介して、ＣＯ2再生塔１１３の底部に導入される。
この抜出しは、分岐ラインＬ103に設けた弁Ｖ3の開閉により行う。なお、第３のリクレーマ３１Ｃには、水蒸気３４により内部を間接加熱する加熱部３５を設けており、内部に補給水２６とアルカリ剤３６ａとを供給している。
本実施例では、本実施例に係るＣＯ2吸収液再生塔１１３において、リーン溶液１１２Ｂの一部を抜出し、再生処理する第３のリクレーマ３１Ｃからのリクレーマ排出液１２１は、窒素酸化物吸収部１３を循環する窒素酸化物吸収液１２の一部１２ａを抜出して導入する窒素酸化物吸収液抜出ラインＬ5に接続するリクレーマ排出液供給ラインＬ21を設けている。そして、第１のリクレーマ３１Ａにおいて、窒素酸化物吸収液（第１吸収液）１２の一部１２ａと、導入されたリクレーマ排出液１２１とを加熱再生処理している。
これは、窒素酸化物吸収液（第１吸収液）１２とＣＯ2吸収液（第２吸収液）１１２とを共通成分の３級アミンを用いる場合、ＣＯ2吸収塔１１１でＣＯ2を吸収したリッチ溶液１１２ＡをＣＯ2吸収液再生塔１１３で再生処理する際、ＣＯ2吸収液中に蓄積するアミン劣化物（夾雑物）をリクレーマ排出液１２１として排出する場合、このリクレーマ排出液１２１中にはなお３級アミン成分が残存している。よって、この３級アミン成分を残渣として外部に排出する代わりに、窒素酸化物吸収液加熱再生部２３の第１のリクレーマ３１Ａに導入し、ここで残存する３級アミン成分を気化させて回収するようにしている。これにより、第１のリクレーマ残渣３７の排出量の低減を図ることができる。
窒素酸化物吸収液（第１吸収液）とＣＯ2吸収液（第２吸収液）との吸収液成分として少なくとも一種の共通成分（例えば３級アミン）とするのが好ましい。
また、第１の気液分離装置３３Ａから放出ガスラインＬ6を介して放出される放出ガス２１中には気化した３級アミン成分が含まれているので、放出ガスラインＬ6に設置された圧縮器（真空ポンプ）３９の後流側から分岐する共通吸収剤成分返送ラインＬ22を設け、その先端をＣＯ2吸収液再生塔１１３の塔底部１１３ａ近傍に接続している。
この結果、再生された３級アミン成分のガス体がＣＯ2吸収液再生塔１１３の塔底部１１３ａに導入され、ここで水蒸気加熱によりＣＯ2が放出され、ＣＯ2吸収液（第２吸収液）１１２として再生される。これにより、ＣＯ2吸収液（第２吸収液）１１２の外部からの新規補給量を低減させることができる。
本実施例では、図２に示す第２の排ガス処理装置１０Ｂを用いて、再生処理しているが、図３及び図４に示す第３及び第４の排ガス処理装置１０Ｃ，１０Ｄを用いて排ガス１１中の窒素酸化物を除去する前処理をするようにしてもよい。
図６は、実施例４に係る他のＣＯ2回収装置の概略図である。なお、実施例１〜３と同一部材については、同一符号を付してその説明は省略する。図６に示すように、実施例４に係る他のＣＯ2回収装置１００Ｂは、排ガス導入ラインＬ1の排ガス冷却塔５１の後流側にガス導入路切替部１５０を設置している。そして、このガス導入路切替部１５０を切替えることにより、排ガス１１はバイパスラインＬ31を介して排ガス冷却塔５１からＣＯ2吸収塔１１１に直接導入するようにしている。
これは、排ガス１１中の窒素酸化物と二酸化炭素との含有量は、窒素酸化物の含有量が１０００ｐｐｍ以下であるのに対して、二酸化炭素の含有量が数％〜十数％（例えば３〜１５％）と膨大である。そこで、排ガス１１中の窒素酸化物を計測して、排ガス１１中の窒素酸化物が閾値以下の場合には、窒素酸化物吸収部１３をバイパスして、排ガス冷却塔５１から直接ＣＯ2吸収塔１１１に排ガス１１を導入している。
すなわち、例えば燃焼装置であるボイラが低負荷運転の場合、排ガス１１中の窒素酸化物が閾値以上と多い場合には、窒素酸化物吸収部１３に窒素酸化物を含む排ガス１１を導入する。そして窒素酸化物を窒素酸化物吸収部１３で吸収除去し、窒素酸化物を除去した排ガス１１Ａを、ＣＯ2吸収塔１１１に導入して、排ガス１１Ａ中のＣＯ2を吸収除去して、浄化ガス１１Ｄを得るようにする。
一方ボイラが通常運転で排ガス１１中の窒素酸化物が閾値以下の場合には、ガス導入路切替部１５０を操作し、排ガス１１をバイパスラインＬ31に導入し、ＣＯ2吸収塔１１１にだけ排ガス１１を導入し、排ガス１１中のＣＯ2を吸収除去して、浄化ガス１１Ｄを得るようにしてもよい。
これにより、排ガス１１中の窒素酸化物濃度が高い場合にのみ排ガス処理装置を運転することで、プラント稼働コストの低減を図ることができる。
１０Ａ〜１０Ｄ 排ガス処理装置
１１ 排ガス
１２ 窒素酸化物吸収液（第１吸収液）
１３ 窒素酸化物吸収部
２１ 放出ガス
２２ 窒素酸化物吸収液再生液
２３ 窒素酸化物吸収液加熱再生部
３１Ａ〜３１Ｃ 第１〜３のリクレーマ
３２Ａ〜３２Ｂ 第１〜２の放出蒸気
３３Ａ〜３３Ｂ 第１〜２の気液分離装置
５１ 排ガス冷却塔
１００Ａ〜１００Ｂ ＣＯ2回収装置
１１２ ＣＯ2吸収液（第２の吸収液）
１１１ ＣＯ2吸収塔
１１３ ＣＯ2吸収液再生塔

Claims (10)

  1. 燃焼装置から排出され、少なくとも窒素酸化物及び二酸化炭素を含有する排ガスを導入し、前記排ガス中の窒素酸化物を窒素酸化物吸収液により吸収除去する窒素酸化物吸収部と、
    前記排ガス中の窒素酸化物を除去した処理排ガスを排出する排ガス排出ラインと、
    前記窒素酸化物吸収部の底部と頂部とを接続し、前記窒素酸化物吸収液を循環する窒素酸化物吸収液循環ラインと、
    前記窒素酸化物吸収液循環ラインから分岐され、循環する前記窒素酸化物吸収液を抜出す窒素酸化物吸収液抜出ラインと、
    抜出された前記窒素酸化物吸収液を加熱再生処理し、少なくとも一酸化窒素及び二酸化炭素を含む放出ガスと、窒素酸化物吸収液再生液とを得る窒素酸化物吸収液加熱再生部と、
    前記窒素酸化物吸収液加熱再生部からの放出ガスを、前記排ガス排出ラインに導入する放出ガスラインと、
    前記窒素酸化物吸収液加熱再生部からの窒素酸化物吸収液再生液を、前記窒素酸化物吸収液循環ラインに導入する再生液排出ラインと、を具備することを特徴とする排ガス処理装置。
  2. 請求項１において、
    前記窒素酸化物吸収液加熱再生部にアルカリ剤を供給するアルカリ供給部を有することを特徴とする排ガス処理装置。
  3. 請求項１又は２において、
    前記窒素酸化物吸収液加熱再生部が、
    抜出された前記窒素酸化物吸収液を水蒸気により間接加熱する第１のリクレーマと、
    前記第１のリクレーマからの放出蒸気を放出する放出蒸気ラインに設けられ、放出蒸気中から窒素酸化物吸収液再生液と放出ガスとを気液分離する第１の気液分離装置と、を具備することを特徴とする排ガス処理装置。
  4. 請求項１又は２において、
    前記窒素酸化物吸収液加熱再生部が、
    前記抜出された窒素酸化物吸収液を水蒸気により間接加熱するリボイラを有する窒素酸化物吸収液再生塔であり、
    前記窒素酸化物吸収液再生塔の頂部からのＮＯ及びＣＯ2を含む放出蒸気を放出する放出蒸気ラインに設けられ、前記放出蒸気中から窒素酸化物吸収液再生液と放出ガスとを気液分離する第２の気液分離装置と、を具備することを特徴とする排ガス処理装置。
  5. 請求項４において、
    前記窒素酸化物吸収再生塔の底部から抜出された窒素酸化物吸収再生液を加熱再生処理し、少なくとも一酸化窒素及び二酸化炭素を含む放出ガスと、
    窒素酸化物吸収液再生液とを得る第２のリクレーマと、を具備することを特徴とする排ガス処理装置。
  6. 請求項１乃至５のいずれか一つにおいて、
    前記窒素酸化物吸収液が、３級アミンを含むアミン溶液又はアルカリ液であることを特徴とする排ガス処理装置。
  7. 請求項１乃至６のいずれか一つの排ガス処理装置と、
    前記排ガス排出ラインにより導入され、前記放出ガスを混合した排ガス中のＣＯ2とＣＯ2吸収液とを接触させてＣＯ2を除去するＣＯ2吸収塔と、
    ＣＯ2を吸収したリッチ溶液をリボイラの蒸気により再生するＣＯ2吸収液再生塔と、
    前記ＣＯ2吸収塔から前記リッチ溶液を抜出すと共に、前記ＣＯ2吸収液再生塔側に導入するリッチ溶液供給ラインと、
    前記ＣＯ2吸収液再生塔で再生されたＣＯ2が放散されたリーン溶液を前記ＣＯ2吸収液再生塔から抜出すと共に、前記ＣＯ2吸収塔に導入し、ＣＯ2吸収液として再利用するリーン溶液供給ラインと、
    前記リーン供給ラインからリーン溶液を抜出し、リーン溶液を再生する第３のリクレーマと、を具備することを特徴とするＣＯ2回収装置。
  8. 請求項７において、
    前記放出ガスラインから分岐し、前記放出ガスの一部を前記ＣＯ2吸収液再生塔の底部に導入する放出ガス分岐ラインを有することを特徴とするＣＯ2回収装置。
  9. 請求項７又は８において、
    前記第３のリクレーマの底部からリクレーマ排出液を抜出すと共に、前記リクレーマ排出液を、前記窒素酸化物吸収液の抜出液に導入するリクレーマ排出液導入ラインを有することを特徴とするＣＯ2回収装置。
  10. 請求項７乃至９のいずれか一つにおいて、
    前記ＣＯ2吸収液と、前記窒素酸化物吸収液との吸収液成分の少なくとも一種の成分が共通することを特徴とするＣＯ2回収装置。
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