JP6921370B1 - 二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システム - Google Patents

Abstract

排ガスに含まれる炭酸ガスを吸収液に吸収させて二酸化炭素含有吸収液を生成する吸収塔と、吸収塔から供給された二酸化炭素含有吸収液を水蒸気で加熱し吸収した炭酸ガスの一部を放出させ二酸化炭素含有吸収液を二酸化炭素中間濃度吸収液にする高圧再生塔と、高圧再生塔から供給された二酸化炭素中間濃度吸収液を加熱し二酸化炭素中間濃度吸収液に残存する二酸化炭素の残部を放出させ二酸化炭素中間濃度吸収液を再生吸収液にする低圧再生塔と、低圧再生塔から供給された再生吸収液と吸収塔から供給された二酸化炭素含有吸収液との間で熱交換する第１熱交換器と、高圧再生塔から流出し低圧再生塔に流入する二酸化炭素中間濃度吸収液と第１熱交換器から流出し高圧再生塔に流入する二酸化炭素含有吸収液との間で熱交換させる第２熱交換器とを備える二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システム。

Description

本発明は、燃焼排ガスから炭酸ガスを回収するシステムに関する。

地球温暖化問題は深刻度を増しており、多量の二酸化炭素を排出する化石燃料を使用する火力発電等を制限する動きもある。しかし、火力発電等の化石燃料を使用する設備は稼働コストが安価であり、大気に放出される二酸化炭素の排出量を環境に悪影響を与えない程度に減少できれば有力な電力供給設備等になり得る。したがって、化石燃料の燃焼によって排出される二酸化炭素を回収して有効利用する「カーボンリサイクル技術」が社会の関心を集め、世界各地で研究・開発されている。カーボンリサイクル技術は、炭酸ガス回収技術と炭酸ガス利用技術とで構成される。
炭酸ガス回収技術として、例えば特許文献１に記載の二酸化炭素回収システム１は、燃焼排ガス２に含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させる吸収塔３と、吸収塔３から二酸化炭素を吸収した吸収液４ａが供給され、二酸化炭素を吸収した吸収液４ａから二酸化炭素ガスを放出させてこの吸収液４ａを再生する再生塔６と、再生塔６からの吸収液４ｂを加熱して水蒸気を生成し、この水蒸気を再生塔６に供給するとともに加熱した吸収液を吸収塔３に供給するリボイラー１９と、吸収塔３と再生塔６との間に配置され、吸収塔３から再生塔６に供給される二酸化炭素を吸収した吸収液４ａを加熱する圧縮式ヒートポンプ４０と、を備えている。
特許文献２に記載された燃焼排ガスの脱炭酸ガス処理システムでは、吸収液再生工程が第１及び第２の２段工程２、３からなり、アミン吸収工程１からの吸収液を第１再生工程２で加熱処理して吸収液を再生するとともに、再生された吸収液の一部を第２再生工程３で更に加熱処理して重質分を排出し、軽質分を第１再生工程２に循環している。
炭酸ガス利用技術として、例えば特許文献３に記載のメタン合成装置１は、原料ガスの水素ガスと炭酸ガスを触媒が充填された反応器４にコンプレッサ２，３で供給し、メタン化反応させてメタンを合成している。
炭酸ガス利用技術は、種々開発されているが、利用は炭酸ガス回収技術と一体であり、エネルギー消費の少ない炭酸ガス回収技術が開発されない限り、実用化の進展は望めない。

特開２０１０−８８９８２号公報 特開平５−３３７３３４号公報 特開２０１１−２４１１８２号公報

従来の二酸化炭素回収システムは、再生吸収液を加熱し、再生吸収液に含まれる水から高温の水蒸気を生成するために多量の加熱用水蒸気をリボイラーに供給する必要があり、年間稼働経費の５０％近くを熱エネルギー（再生エネルギー）が占める。炭酸ガス回収量１トン当たりの熱エネルギーは、石炭火力発電の排ガス（炭酸ガス含有率約１５Ｖｏｌ．％）を対象とする場合、約２．５ＧＪ／ｔ−ＣＯ_２）と算定されている。さらに、冷却塔、ブロア、ポンプ等の補機用電力費も約２５％を占めており、熱エネルギー費と電力費が年間稼働経費の７５％近くになるエネルギー多消費型のシステムである。

本発明は、地球温暖化の防止に役立つエネルギー消費を極めて減少させた２重効用化学吸収式炭酸ガス回収システムを提供することを目的とする。

本発明は、排ガスが供給され、前記排ガスに含まれる炭酸ガスを吸収液に吸収させて二酸化炭素含有吸収液を生成する吸収塔と、前記吸収塔から前記二酸化炭素含有吸収液が供給され、前記二酸化炭素含有吸収液を水蒸気で加熱し前記炭酸ガスを放出させて再生吸収液にする再生塔部と、前記再生塔部から送出された前記再生吸収液と前記吸収塔から送出された前記二酸化炭素含有吸収液との間で熱交換させる第１熱交換器と、前記第１熱交換器から送出された前記再生吸収液を予冷する再生吸収液冷却器と、前記再生塔部から前記炭酸ガスとともに供給された水蒸気を凝縮させて前記炭酸ガスを分離する炭酸ガス分離器とを備えた炭酸ガス回収システムであって、上部から供給された前記二酸化炭素含有吸収液を高温の水蒸気と対向接触させて加熱し、前記炭酸ガスの一部を放出させ前記二酸化炭素含有吸収液を二酸化炭素中間濃度吸収液にして滞留部に滞留させ、前記滞留する二酸化炭素中間濃度吸収液を加熱装置で加熱し含有水を蒸発させて前記高温の水蒸気を生成し、前記高温の水蒸気が前記二酸化炭素含有吸収液を加熱して降温した中温の水蒸気と前記炭酸ガスの一部とが混合した中温の混合ガスを上端部から流出させ、前記二酸化炭素中間濃度吸収液を下端部から流出させる、前記再生塔部を構成する高圧再生塔と、前記二酸化炭素中間濃度吸収液が上部から供給され、前記中温の混合ガスが下部から供給され、前記二酸化炭素中間濃度吸収液を前記中温の混合ガスで加熱し前記二酸化炭素中間濃度吸収液に残存する前記炭酸ガスの残部を放出させ前記二酸化炭素中間濃度吸収液を再生吸収液にして前記第１熱交換器に送出するともに、前記中温の混合ガスが前記二酸化炭素中間濃度吸収液を加熱して降温した低温の混合ガスおよび前記炭酸ガスの残部を前記炭酸ガス分離器に送出する、前記再生塔部を構成し前記高圧再生塔より内部圧力が低い低圧再生塔と、前記高圧再生塔から流出し前記低圧再生塔に流入する前記二酸化炭素中間濃度吸収液と前記第１熱交換器から流出し前記高圧再生塔に流入する前記二酸化炭素含有吸収液との間で熱交換させる第２熱交換器と、を備える二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システムである。

本発明の二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システムでは、吸収塔は、供給された排ガスに含まれる炭酸ガスを吸収液に吸収させて二酸化炭素含有吸収液を生成する。高圧再生塔は、前記二酸化炭素含有吸収液が上部から供給され、前記二酸化炭素含有吸収液を高温の水蒸気で加熱して前記炭酸ガスの一部を放出させ前記二酸化炭素含有吸収液を二酸化炭素中間濃度吸収液にして滞留部に滞留させ、前記滞留部で前記二酸化炭素中間濃度吸収液を加熱装置で加熱し含有水を蒸発させて前記高温の水蒸気を生成し、前記高温の水蒸気が前記二酸化炭素含有吸収液を加熱して降温した中温の水蒸気と前記放出された炭酸ガスの一部とが混合した中温の混合ガスを上端部から流出させ、前記二酸化炭素中間濃度吸収液を下端部から流出させる。低圧再生塔は、前記二酸化炭素中間濃度吸収液が上部から供給され、前記中温の混合ガスが下部から供給され、前記二酸化炭素中間濃度吸収液を前記中温の混合ガスで加熱して二酸化炭素中濃度吸収液に残存する前記炭酸ガスの残部を放出させ再生吸収液にして送出する。
このように、二酸化炭素含有吸収液は、高圧再生塔において高温の水蒸気で加熱されて吸収した炭酸ガスの一部を放出し二酸化炭素中間濃度吸収液になり、二酸化炭素中間濃度吸収液は、低圧再生塔において中温の混合ガスで加熱されて前記二酸化炭素中間濃度吸収液に残存する前記炭酸ガスの残部を放出し再生吸収液に再生されるので、二酸化炭素含有吸収液を熱効率よく再生吸収液に再生することができる。
さらに、前記第２熱交換器は、前記高圧再生塔から流出する前記二酸化炭素中間濃度吸収液と前記第１熱交換器から流出する前記二酸化炭素含有吸収液との間で熱交換させて、前記高圧再生塔に流入する前記二酸化炭素含有吸収液の温度を上昇させ、前記低圧再生塔に流入する前記二酸化炭素中間濃度吸収液の温度を下降させることによって、前記加熱装置から供給された熱量を前記高圧再生塔と前記低圧再生塔とに適切に配分することができる。これにより、前記高圧再生塔から流出する中温の混合ガスに含まれる熱量を活用して前記二酸化炭素中間濃度吸収液から前記炭酸ガスの残部を効率的に放出させることができ、システム全体として極めて高い熱効率で二酸化炭素含有吸収液を吸収液に再生することができる。

第１実施形態に係る二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システムの全体構成を示すブロック図である。 第２実施形態に係る二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システムの全体構成を示すブロック図である。 第３実施形態に係る二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システムの全体構成を示すブロック図である。 第４実施形態に係る二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システムの全体構成を示すブロック図である。 第５実施形態に係る二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システムの全体構成を示すブロック図である。 第６実施形態に係る二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システムの全体構成を示すブロック図である。 第７実施形態に係る二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システムの全体構成を示すブロック図である。 第８実施形態に係る二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システムの全体構成を示すブロック図である。

１．第１実施形態の構成
第１実施形態に係る二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システム１ａは、図１に示すように、吸収塔１０と、高圧再生塔３０と低圧再生塔４０とで構成される再生塔部３１と、第１熱交換器５０と、再生吸収液冷却器５６と、炭酸ガス分離器４６と、第２熱交換器５５と、を備えている。

吸収塔１０は、例えば両端を球面状端部で閉塞された直立円筒体で、下部側面に排ガス入口１１、上部側面に吸収液入口１２が設けられ、入口１１と入口１２との間には充填材１３が充填されている。入口１１から供給されて上昇する排ガスと入口１２から供給されて下降する吸収液とは充填材１３内で対向接触し、吸収液は排ガスから炭酸ガスを吸収し、二酸化炭素含有吸収液になって底部の滞留部１４に一時滞留する。滞留部１４の二酸化炭素含有吸収液は吸収塔１０下面に形成された吸収液出口１５から流出する。吸収塔１０には充填材１３の上方に水洗部１６が形成され、水洗部１６に対向して側面に洗浄水入口１７、出口１８が設けられている。充填材１３を通過中に炭酸ガスを吸収液に吸収・除去された排ガスは、水洗部１６で水洗された後に吸収塔１０の上面に形成された排ガス出口１９から煙突を経由して外気に放出される。吸収液は公知で、アミン化合物を水に溶かしたアミン化合物水溶液を用いる。

火力発電所等から排出される排ガスは、排ガス冷却塔２０に供給される。排ガス冷却塔２０には排ガスクーラ２１で冷却される冷却水がポンプ２２によって循環される。排ガスは排ガス冷却塔２０の下部に形成された入口２３から冷却塔２０に流入し、冷却塔２０内で冷却水によって冷却され、頂部に形成された出口２４から排ガスブロワ２５によって吸引され、吸収塔１０に入口１１から流入する。

吸収塔１０の出口１５からポンプ５１によって汲み出された二酸化炭素含有吸収液は、第１熱交換器５０および第２熱交換器５５において加熱され、再生塔部３１を構成する高圧再生塔３０に吸収液入口３２から供給される。高圧再生塔３０は、例えば両端を球面状端部で閉塞された直立円筒体で、上部側面に入口３２、頂面に混合ガス出口３３、下面に吸収液出口３４が形成されている。

高圧再生塔３０は、上部から供給された二酸化炭素含有吸収液を高温の水蒸気と対向接触させて加熱し、吸収した炭酸ガスの一部を放出させ二酸化炭素含有吸収液を二酸化炭素中間濃度吸収液にする。高圧再生塔３０の底部には二酸化炭素中間濃度吸収液を一時滞留させる滞留部３５が設けられている。滞留部３５には、例えば熱交換コイル等の放熱装置３６が加熱装置として配置されている。放熱装置３６は滞留部３５に滞留する二酸化炭素中間濃度吸収液中に配置され、水蒸気供給装置７５で生成された高圧水蒸気が供給される。放熱装置３６は、高圧水蒸気で二酸化炭素中間濃度吸収液を加熱し、二酸化炭素中間濃度吸収液に含まれる含有水の一部を蒸発させて高温の水蒸気を生成する。上部の入口３２から供給された二酸化炭素含有吸収液は、下降する間に前記高温の水蒸気と対向接触し反応熱を供給され、吸収塔１０で排ガスから吸収した炭酸ガスの一部を放出する。前記高温の水蒸気が二酸化炭素含有吸収液を加熱して降温した中温の水蒸気は、放出された炭酸ガスの一部と混合して中温の混合ガスになり上端部の混合ガス出口３３から流出し低圧再生塔４０に送出される。

二酸化炭素中間濃度吸収液は、高圧再生塔３０内の圧力によって滞留部３５から出口３４を通って送出され、第２熱交換器５５に供給される。二酸化炭素中間濃度吸収液は、第２熱交換器５５で二酸化炭素含有吸収液によって温度を下降されて低圧再生塔４０に送出される。このように、第２熱交換器５５は、高圧再生塔３０から流出し低圧再生塔４０に流入する二酸化炭素中間濃度吸収液と第１熱交換器５０から流出し高圧再生塔３０に流入する二酸化炭素含有吸収液との間で熱交換する。

再生塔部３１を構成する低圧再生塔４０には、第２熱交換器５５から二酸化炭素中間濃度吸収液が上部の吸収液入口４１を介して供給され、高圧再生塔３０から中温の混合ガスが下部の混合ガス入口４２を介して供給される。二酸化炭素中間濃度吸収液は、低圧再生塔４０内を下降する間に、上昇する中温の混合ガスと対向接触し、主として水蒸気で加熱されて反応熱を供給され二酸化炭素中間濃度吸収液に残存する炭酸ガスの残部を放出し、再生吸収液になって底部の滞留部４３に滞留し、ポンプ５２によって汲み出されて出口４９から第１熱交換器５０に送出される。

低圧再生塔４０において、中温の混合ガスが二酸化炭素中間濃度吸収液を加熱して降温した低温の混合ガスおよび放出された炭酸ガスの残部は、出口４４からクーラー４５を経由して炭酸ガス分離器４６に供給される。炭酸ガス分離器４６は、低圧再生塔４０から供給された低温の混合ガスと炭酸ガスの残部とが混合したガスから水蒸気を凝縮させて炭酸ガスを分離し、回収した炭酸ガスを、例えば炭化水素製造システムに供給する。水蒸気が凝縮した凝縮水は炭酸ガス分離器４６の底部に形成された出口４７から低圧再生塔４０に入口４８を通って戻される。

吸収塔１０と低圧再生塔４０との間には第１熱交換器５０および再生吸収液冷却器５６が配置されている。第１熱交換器５０は公知のものであり、吸収塔１０からポンプ５１によって汲み出された二酸化炭素含有吸収液と、低圧再生塔４０からポンプ５２によって汲み出された再生吸収液との間で熱交換し、二酸化炭素含有吸収液を昇温させ、再生吸収液を降温させる。第１熱交換器５０で二酸化炭素含有吸収液に熱移動して降温した再生吸収液は再生吸収液冷却器５６でさらに予冷される。第１熱交換器５０で昇温された二酸化炭素含有吸収液は、第２熱交換器５５でさらに昇温されて高温再生塔３０に入口３２から流入する。再生吸収液冷却器５６で予冷された再生吸収液は、吸収塔１０に吸収液として入口１２から流入する。

２．第１実施形態の作動および効果
火力発電所等から排出された排ガスは、排ガス冷却塔２０に流入し冷却水によって冷却された後に吸収塔１０に下部の入口１１から流入して上昇する。吸収塔１０には上部に形成された入口１２から吸収液が流入して下降する。吸収塔１０内を上昇する排ガスと下降する吸収液とは充填材１３内で対向接触し、吸収液は排ガスから炭酸ガスを吸収して二酸化炭素含有吸収液になり、底部の滞留部１４に一時滞留する。炭酸ガスを吸収・除去された排ガスは、水洗部１６で水洗された後に煙突から放出される。

滞留部１４に滞留した二酸化炭素含有吸収液は、ポンプ５１によって汲み出され、第１熱交換器５０および第２熱交換器５５において加熱された後に、高圧再生塔３０に上部の入口３２から流入し底部に向かって下降し、下降する間に炭酸ガスの一部を放出し二酸化炭素中間濃度吸収液になって滞留部３５に滞留する。放熱装置３６は、水蒸気供給装置７５から、例えば２１０℃、１６ＭＰａの高圧水蒸気が供給され、滞留部３５に滞留する二酸化炭素中間濃度吸収液を、例えば１６０℃に加熱し、二酸化炭素中間濃度吸収液に含まれる含有水の一部を蒸発させて高温の水蒸気を生成し、高圧再生塔３０内を上昇させる。高圧再生塔３０内を下降する二酸化炭素含有吸収液は、上昇する高温の水蒸気と対向接触して反応熱を供給され、吸収した炭酸ガスの一部を放出し、二酸化炭素中間濃度吸収液となって滞留部３５に落下して滞留する。

二酸化炭素中間濃度吸収液は、高圧再生塔３０内の圧力によって滞留部３５から送出され、第２熱交換器５５において二酸化炭素含有吸収液と熱交換して温度を、例えば１００℃に下降されて低圧再生塔４０に上部の入口４１から流入する。高圧再生塔３０において高温の水蒸気が二酸化炭素含有吸収液を加熱して降温した中温の水蒸気は、放出された炭酸ガスの一部と混合し、例えば１５０℃の中温の混合ガスになって上端部の出口３３から流出し低圧再生塔４０に下部の入口４２から流入する。

低圧再生塔４０に流入した二酸化炭素中間濃度吸収液は、下降する間に上昇する中温の混合ガスと対向接触し、主として中温の水蒸気から反応熱を供給されて二酸化炭素中間濃度吸収液に残存する炭酸ガスの残部を放出し、例えば１２０℃の再生吸収液になって滞留部４３に落下し滞留する。

低圧再生塔４０から送出される低温の混合ガスおよび残部炭酸ガスは、クーラー４５を経由して炭酸ガス分離器４６に供給される。炭酸ガス分離器４６は、水蒸気を凝縮させて分離した炭酸ガスを、例えば炭化水素製造システムに送出する。凝縮水は炭酸ガス分離器４６から低圧再生塔４０に戻される。

第１熱交換器５０の低温側には、例えば５０℃の二酸化炭素含有吸収液が吸収塔１０の滞留部１４から供給され、高温側には、例えば１２０℃の再生吸収液が低温再生塔４０の滞留部４３から供給される。第１熱交換器５０を通過する間に、二酸化炭素含有吸収液は、例えば５０℃から８０℃に昇温され、再生吸収液は、例えば１２０℃から８０℃に降温される。降温された再生吸収液は再生吸収液冷却器５６で、例えば４０℃にさらに予冷された後に、吸収塔１０に吸収液として環流する。

第１実施形態によれば、高圧再生塔３０は、二酸化炭素含有吸収液を高温の水蒸気で加熱し排ガスから吸収した二酸化炭素の一部を放出させ二酸化炭素中間濃度吸収液にし、低圧再生塔４０は、二酸化炭素中間濃度吸収液を高圧再生塔３０から送出された中温の混合ガスで加熱して二酸化炭素中間濃度吸収液に残存する炭酸ガスの残部を放出し再生吸収液に再生するので、二酸化炭素含有吸収液を熱効率よく再生吸収液に再生することができる。

さらに、第２熱交換器５５の高温側には、例えば１６０℃の二酸化炭素中間濃度吸収液が高圧再生塔３０の滞留部３５から供給され、低温側には、例えば８０℃に昇温された二酸化炭素含有吸収液が第１熱交換器５０から供給され、第２熱交換器５５を通過する間に、二酸化炭素含有吸収液は、例えば１００℃に昇温されて高圧再生塔３０に流入し、二酸化炭素中間濃度吸収液は、例えば１００℃に降温されて低圧再生塔４０に流入する。これによって、放熱装置３６から供給された熱量を高圧再生塔３０と低圧再生塔４０とに適切に配分し、中温の混合ガスと二酸化炭素中間濃度吸収液との温度差を適切に維持することができ、高圧再生塔３０から放出された中温の混合ガスに含まれる熱量を有効に活用して二酸化炭素中間濃度吸収液から炭酸ガスの残部を放出させることができ、システム全体として極めて高い熱効率で二酸化炭素含有吸収液を吸収液に再生することができる。

３．第２実施形態
第２実施形態に係る二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システム１ｂは、第１実施形態において吸収塔１０と第１、第２熱交換器５０，５５との間に一重効用吸収式ヒートポンプ６０が配置されている点のみが第１実施形態と異なるので、相違点について説明し、第１実施形態と同じ構成要素には同一の参照番号を付して説明を省略する。

吸収塔１０、第１熱交換器５０、第２熱交換器５５および再生吸収液冷却器５６には一重効用吸収式ヒートポンプ６０が接続されている。第１熱交換器５０で昇温された二酸化炭素含有吸収液は、一重効用吸収式ヒートポンプ６０の吸収器６３の伝熱管６４および凝縮器６５の伝熱管６６を介して第２熱交換器５５の低温側に流入する。再生吸収液冷却器５６で予冷された再生吸収液は、一重効用吸収式ヒートポンプ６０の蒸発器６７の伝熱管６８を介して吸収塔１０に吸収液として入口１２から流入する。

一重効用吸収式ヒートポンプ６０は公知のものであり、冷媒を吸収する性質を有する、例えば臭化リチウム水溶液（以下、吸収液と言う。）が、再生器６１、吸収器６３を循環する。吸収液は、再生器６１において低圧の駆動用水蒸気で加熱されることによって吸収した冷媒（水）が蒸発されて濃縮される。蒸発した冷媒は凝縮器６５で凝縮され、低圧の蒸発器６７で蒸発され、吸収器６３で吸収液に吸収される。これにより、二酸化炭素含有吸収液は、吸収器６３で吸収液が冷媒蒸気を吸収するときの発熱、および凝縮器６５での冷媒蒸気の凝縮熱によって加熱され昇温する。再生吸収液は、蒸発器６７での冷媒の蒸発のために蒸発熱を奪われて冷却され降温する。

第１熱交換器５０で降温された再生吸収液は再生吸収液冷却器５６で、例えば４０℃にさらに予冷された後に、一重重効用吸収式ヒートポンプ６０の蒸発器６７で、例えば３０℃に冷却され、吸収塔１０に吸収液として環流する。第１熱交換器５０で昇温された二酸化炭素含有吸収液は、一重効用吸収式ヒートポンプ６０の吸収器６３および凝縮器６５で、例えば９０℃に昇温されて第２熱交換器５５の低温側に流入する。一重効用吸収式ヒートポンプ６０では、例えば０．２ＭＰａの低圧水蒸気が駆動用水蒸気として供給される。低圧水蒸気は、水蒸気供給装置７５から供給された高圧水蒸気が背圧蒸気タービン発電機の背圧蒸気タービンを駆動した後に排出される、例えば０．２ＭＰａの背圧蒸気を利用する。

第２実施形態に係る二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システム１ｂによれば、第１熱交換器５０で降温された再生吸収液を再生吸収液冷却器５６でさらに予冷した後に、圧縮式ヒートポンプに較べて昇温幅を大きくすることができる一重効用吸収式ヒートポンプ６０の蒸発器６７に供給することで、第２熱交換器５５の低温側に流入する二酸化炭素含有吸収液の温度を高く維持した状態で、吸収塔１０に吸収液として環流する再生吸収液の温度を低くすることができる。これにより、吸収液の単位流量当たりの炭酸ガス吸収量が多くなり、吸収塔１０と再生塔部３１との間で循環する吸収液の流量を減らすことができ、放熱装置３６で再生吸収液を加熱するために必要な熱エネルギーや吸収液を循環させるためのエネルギーを低減することができる。

４．第３実施形態
第３実施形態に係る二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システム１ｃは、第１実施形態において低圧再生塔４０にリボイラー５７が接続されている点のみが第１実施形態と異なるので、相違点について説明し、第１実施形態と同じ構成要素には同一の参照番号を付して説明を省略する。

リボイラー５７は、流入側が低圧再生塔４０の滞留部４３の底部に形成された出口４９に接続され、流出側が低圧再生塔４０の下方部に滞留部４３より上方に形成された入口５９に接続されている。滞留部４３に滞留された再生吸収液はポンプ５０によって出口４９から汲み出され、リボイラー５７に供給されて加熱用水蒸気によって、例えば１２０℃に加熱され、再生吸収液に含まれる水分が蒸発し水蒸気の一部が入口５９から低圧再生塔４０の下部に戻る。低圧再生塔４０に戻った水蒸気は、高圧再生塔３０から入口４２を介して供給された中温の混合ガスと共に低圧再生塔４０を上昇し、下降する二酸化炭素中間濃度吸収液と対向接触して反応熱を供給し二酸化炭素中間濃度吸収液に残存する炭酸ガスの残部を放出させる。リボイラー５７で加熱された再生吸収液は第１熱交換器５０に供給されて、二酸化炭素含有吸収液を加熱する。リボイラー４０には、水蒸気供給装置７５から供給された高圧水蒸気が高圧再生塔３０の放熱装置３６で二酸化炭素中間濃度吸収液を加熱した後に流出する凝縮水が加熱用水蒸気として供給され、再生吸収液を加熱した後に水蒸気供給装置７５に戻される。
このように、高圧水蒸気が高温再生塔３０の放熱装置３６に供給され、滞留部３５に滞留する二酸化炭素中間濃度吸収液を加熱して高温の水蒸気を生成し、放熱装置３６から供給される凝縮液をリボイラー５７で加熱用水蒸気として無駄なく利用することができる。

５．第４実施形態
第４実施形態に係る二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システム１ｄは、第２実施形態において低圧再生塔４０にリボイラー５７が接続されている点のみが第２実施形態と異なるので、相違点について説明し、第２実施形態と同じ構成要素には同一の参照番号を付して説明を省略する。

第４実施形態は、第１実施形態において、吸収塔１０と第１、第２熱交換器５０，５５との間に第２実施形態と同様に一重効用吸収式ヒートポンプ６０が配置されるとともに、低圧再生塔４０にリボイラー５７が接続されている。従って、第４実施形態は、第１乃至第３実施形態と同様の作用効果を奏する。

６．第５実施形態
第５実施形態に係る二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システム１ｅは、第１実施形態の炭酸ガス回収システム１ａに炭化水素製造システム７０が併設され、炭酸ガス分離器４６から送出された炭酸ガスが炭化水素製造システム７０の反応管に供給され、反応管冷却装置７３が水蒸気供給装置７５として利用されている点が第１実施形態と異なる。従って、相違点について説明し、第１実施形態と同じ構成要素には同一の参照番号を付して説明を省略する。

第５実施形態は、第１実施形態の炭酸ガス回収システム１ａに公知の炭化水素製造システム７０が併設されている。炭化水素製造システム７０は、水素化反応触媒が充填された反応管７１に水素化反応に適した温度と圧力の水素ガスと炭酸ガスが所定のモル比で供給され、水素ガスと炭酸ガスが水素化反応触媒下で水素化反応して炭化水素を含む高温の反応ガスを生成して送出する。炭酸ガスは、低圧再生塔４０に接続された炭酸ガス分離器４６から供給される。水素ガスは、炭酸ガスフリー水素ガスを用いると地球温暖化防止に役立つ。

反応ガスは、反応管７１に接続された公知のガス水分離装置７２に供給され、合成炭化水素ガスと水に分離され、合成炭化水素ガスは利用箇所に送出され、水は排出溝に排出される。反応管７１は内部を水素化反応に適した温度に維持するために、反応管冷却装置７３によって冷却水で冷却され、反応管冷却装置７３から高圧水蒸気が送出される。反応管冷却装置７３は、水蒸気供給装置７５として、高圧水蒸気の一部を高圧再生塔３０の放熱装置３６に供給する。高圧水蒸気は放熱装置３６で二酸化炭素中間濃度吸収液を加熱した後に凝縮水となって反応管冷却装置７３に戻る。
第５実施形態に係る炭酸ガス回収システム１ｅは、第１実施形態と同様の効果を奏するとともに、炭酸ガス回収と炭化水素製造を有機的に融合したシステムであるので、地球温暖化防止に寄与することができる。

７．第６実施形態
第６実施形態に係る二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システム１ｆは、第２実施形態の炭酸ガス回収システム２ｂに炭化水素製造システム７０が併設され、炭酸ガス分離器４６から送出された炭酸ガスが炭化水素製造システム７０の反応管７１に供給され、反応管冷却装置７３が水蒸気供給装置７５として利用されている。
従って、第５実施形態に係る炭酸ガス回収システム１ｅは、第１および第２実施形態と同様の作用効果を奏するとともに、炭酸ガス回収と炭化水素製造を有機的に融合したシステムであるので、地球温暖化防止に寄与することができる。

８．第７実施形態
第７実施形態に係る二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システム１ｇは、第１実施形態の炭酸ガス回収システム１ａにガスタービンコジェネレーションシステム８０が併設されている点のみが第１実施形態と異なるので、相違点について説明し、第１実施形態と同じ構成要素には同一の参照番号を付して説明を省略する。

第７実施形態は、第１実施形態の炭酸ガス回収システム１ａに、公知のガスタービンコジェネレーションシステム８０が併設されている。ガスタービンコジェネレーションシステム８０は、ガスタービン発電機８１、排熱回収ボイラー８２で構成される。ガスタービン発電機８１は、燃料の燃焼によってガスタービンが駆動され、発電機が回転されて電力を送出する。ガスタービンから排出される排ガスは排熱回収ボイラー８２で、高圧水蒸気を生成する。高圧水蒸気は高圧再生塔３０の放熱装置３６に供給され、放熱装置３６で二酸化炭素中間濃度吸収液を加熱した後に凝縮水となって排熱回収ボイラー８２に戻される。炭酸ガス分離器４６から送出された炭酸ガスは、炭酸ガス利用箇所８３で使用される。第７実施形態に係る炭酸ガス回収システム１ｇは、第１実施形態と同様の作用効果を奏するとともに、ガスタービンコジェネレーションシステム８０から排出される排ガスを有効に利用することができる。

９．第８実施形態
第８実施形態に係る二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システム１ｈは、第２実施形態の炭酸ガス回収システム２ｂにガスタービンコジェネレーションシステム８０が併設され、排熱回収ボイラー８２が水蒸気供給装置７５として利用され、炭酸ガス分離器４６から送出された炭酸ガスが炭酸ガス利用箇所８３で使用される点が第２実施形態と異なる。
従って、第８実施形態に係る炭酸ガス回収システム１ｈは、第１および第２実施形態と同様の作用効果を奏するとともに、ガスタービンコジェネレーションシステム８０を有機的に融合したシステムであるので、ガスタービンコジェネレーションシステム８０から排出される排ガスを有効に利用して炭酸ガスを回収することができる。

第５乃至第８実施形態において、第３、第４実施形態のように、低圧再生塔４０にリボイラー５７を接続してもよい。

１ａ〜１ｈ：二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システム、１０：吸収塔、２０：ガス冷却塔、３０：高圧再生塔、３１：再生塔部、３５：滞留部、３６：放熱装置（加熱装置）、４０：低圧再生塔、４３：滞留部、４６：炭酸ガス分離器、５０：第１熱交換器、５５：第２熱交換器、５６：再生吸収液冷却器、５７：リボイラー、６０：一重効用吸収式ヒートポンプ、７０：炭化水素製造システム、７１：反応管、７３：反応管冷却装置、７５：水蒸気供給装置、８０：ガスタービンコジェネレーションシステム、８１：ガスタービン発電機、８２：排熱回収ボイラー

Claims (6)

1. 排ガスが供給され、前記排ガスに含まれる炭酸ガスを吸収液に吸収させて二酸化炭素含有吸収液を生成する吸収塔と、前記吸収塔から前記二酸化炭素含有吸収液が供給され、前記二酸化炭素含有吸収液を水蒸気で加熱し前記炭酸ガスを放出させて再生吸収液にする再生塔部と、前記再生塔部から送出された前記再生吸収液と前記吸収塔から送出された前記二酸化炭素含有吸収液との間で熱交換させる第１熱交換器と、前記第１熱交換器から送出された前記再生吸収液を予冷する再生吸収液冷却器と、前記再生塔部から前記炭酸ガスとともに供給された水蒸気を凝縮させて前記炭酸ガスを分離する炭酸ガス分離器とを備えた炭酸ガス回収システムであって、
   上部から供給された前記二酸化炭素含有吸収液を高温の水蒸気と対向接触させて加熱し、前記炭酸ガスの一部を放出させ前記二酸化炭素含有吸収液を、二酸化炭素の濃度が前記二酸化炭素含有吸収液と前記再生吸収液との中間の濃度である二酸化炭素中間濃度吸収液にして滞留部に滞留させ、前記滞留する二酸化炭素中間濃度吸収液を加熱装置で加熱し含有水を蒸発させて前記高温の水蒸気を生成し、前記高温の水蒸気が前記二酸化炭素含有吸収液を加熱して降温した中温の水蒸気と前記炭酸ガスの一部とが混合した中温の混合ガスを上端部から流出させ、前記二酸化炭素中間濃度吸収液を下端部から流出させる、前記再生塔部を構成する高圧再生塔と、
   前記二酸化炭素中間濃度吸収液が上部から供給され、前記中温の混合ガスが下部から供給され、前記二酸化炭素中間濃度吸収液を前記中温の混合ガスで加熱し前記二酸化炭素中間濃度吸収液に残存する前記炭酸ガスの残部を放出させ前記二酸化炭素中間濃度吸収液を再生吸収液にして前記第１熱交換器に送出するともに、前記中温の混合ガスが前記二酸化炭素中間濃度吸収液を加熱して降温した低温の混合ガスおよび前記炭酸ガスの残部を前記炭酸ガス分離器に送出する、前記再生塔部を構成し前記高圧再生塔より内部圧力が低い低圧再生塔と、
   前記高圧再生塔から流出し前記低圧再生塔に流入する前記二酸化炭素中間濃度吸収液と前記第１熱交換器から流出し前記高圧再生塔に流入する前記二酸化炭素含有吸収液との間で熱交換させる第２熱交換器と、を備える二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システム。
2. 冷媒を吸収した吸収液が再生器において駆動用水蒸気で加熱されることによって前記冷媒が蒸発され、蒸発した前記冷媒が凝縮器で凝縮され、凝縮された前記冷媒が低圧の蒸発器で蒸発され、蒸発した前記冷媒が吸収器で前記吸収液に吸収される吸収式ヒートポンプを設け、
   前記吸収式ヒートポンプは、前記第１熱交換器で昇温された前記二酸化炭素含有吸収液が供給され、前記吸収器の伝熱管および前記凝縮器の伝熱管を介して前記第２熱交換器に送出し、前記第１熱交換器および前記再生吸収液冷却器で降温された前記再生吸収液が供給され、前記蒸発器の伝熱管を介して前記吸収塔に前記吸収液として送出する請求項１に記載された二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システム。
3. 前記加熱装置は、前記高圧再生塔の下部に貯留された二酸化炭素含有吸収液中に配置され、高圧水蒸気が供給されて前記二酸化炭素含有吸収液を加熱して凝縮水を流出する放熱装置であり、
   前記低圧再生塔から前記再生吸収液が供給され、前記放熱装置から前記凝縮水が供給されて前記再生吸収液を加熱し前記再生吸収液に含まれる含有水の一部を水蒸気にして前記再生塔の下部に戻し、前記含有水の一部が蒸発された前記再生吸収液を前記第１熱交換器に送出するリボイラーを備える
   請求項１または請求項２に記載された二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システム。
4. 水素ガスと炭酸ガスとを水素化反応触媒下で水素化反応させて炭化水素を含む反応ガスを生成して送出する反応管と、前記反応管を冷却して高圧水蒸気を生成する反応管冷却装置を備えた炭化水素製造システム、または発電機を駆動するガスタービンと、前記ガスタービンの排熱から高圧水蒸気を生成する排熱回収ボイラーを備えたガスタービンコジェネレーションシステムが併設され、
   前記高圧再生塔の前記加熱装置は、前記高圧再生塔の下部に貯留された二酸化炭素含有吸収液中に配置され、高圧蒸気が流入されて前記二酸化炭素含有吸収液を加熱して凝縮水を流出する放熱装置であり、
   前記反応管冷却装置または前記排熱回収ボイラーで生成された前記高圧水蒸気を前記放熱装置に供給する往路と、前記高圧水蒸気が前記放熱装置で凝縮した凝縮水を前記反応管冷却装置または前記排熱回収ボイラーに戻す復路を有する循環回路を備え、
   前記炭酸ガス分離器から送出された前記炭酸ガスが炭酸ガス利用装置に供給される
   請求項１に記載された二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システム。
5. 水素ガスと炭酸ガスとを水素化反応触媒下で水素化反応させて炭化水素を含む反応ガスを生成して送出する反応管と、前記反応管を冷却して高圧水蒸気を生成する反応管冷却装置を備えた炭化水素製造システム、または発電機を駆動するガスタービンと、前記ガスタービンの排熱から高圧水蒸気を生成する排熱回収ボイラーを備えたガスタービンコジェネレーションシステムが併設され、
   前記高圧再生塔の前記加熱装置は、前記高圧再生塔の下部に貯留された二酸化炭素含有吸収液中に配置され、高圧蒸気が供給されて前記二酸化炭素含有吸収液を加熱して凝縮水を流出する放熱装置であり、
   前記反応管冷却装置または前記排熱回収ボイラーで生成された前記高圧水蒸気を前記放熱装置に供給する往路と、前記高圧水蒸気が前記放熱装置で凝縮した凝縮水を前記反応管冷却装置または前記排熱回収ボイラーに戻す復路を有する循環回路を備え、
   前記吸収式ヒートポンプは一重効用吸収式ヒートポンプであり、
   前記往路から分岐し、前記高圧水蒸気を減圧装置で減圧して前記一重効用吸収式ヒートポンプに前記駆動用水蒸気として流入させる分岐往路と、前記駆動用水蒸気が前記再生室で前記吸収液を加熱して凝縮した凝縮水を前記復路に戻す分岐復路とを有する分岐回路を備え、
   前記炭酸ガス分離器から送出された前記炭酸ガスが炭酸ガス利用装置に供給される
   請求項２に記載された二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システム。
6. 前記低圧再生塔から前記再生吸収液が供給され、前記放熱装置から前記凝縮水が供給されて前記再生吸収液を加熱し前記再生吸収液に含まれる含有水の一部を水蒸気にして前記再生塔の下部に戻し、前記含有水の一部が蒸発された前記再生吸収液を前記第１熱交換器に送出するリボイラーを備える
   請求項４または請求項５に記載された二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システム。

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