JP7019022B2 - Ｃｏ２回収装置及びｃｏ２回収方法 - Google Patents

Description

本発明は、システム系内の水を効率的に利用することができるＣＯ₂回収装置及びＣＯ₂回収方法に関する。

近年、地球の温暖化現象の原因の一つとして、ＣＯ₂による温室効果が指摘され、地球環境を守る上で国際的にもその対策が急務となってきた。ＣＯ₂の発生源としては化石燃料を燃焼させるあらゆる人間の活動分野に及び、その排出抑制への要求が一層強まる傾向にある。これに伴い大量の化石燃料を使用する火力発電所などの動力発生設備を対象に、ボイラの燃焼排ガスを例えばアミン系ＣＯ₂吸収液と接触させ、燃焼排ガス中のＣＯ₂を除去、回収する方法及び回収されたＣＯ₂を大気へ放出することなく貯蔵する方法が精力的に研究されている。

燃焼排ガスからＣＯ₂吸収液を用いてＣＯ₂を除去・回収する方法としては、吸収塔において燃焼排ガスとＣＯ₂吸収液とを接触させ、ＣＯ₂を吸収した吸収液を再生塔において加熱してＣＯ₂を遊離させると共に吸収液を再生し、その再生した吸収液を再び吸収塔に循環させて再使用するＣＯ₂回収装置が採用されている。

このＣＯ₂回収装置では、システム系内の吸収液の水バランスを維持する観点から、可能な限り系内で発生する水を利用し、系外からの水の供給を最低限に抑えることが求められている。このため、再生塔から排出されるＣＯ₂を同伴する排出ガス中に含まれる水も再生塔還流装置を設けて還流水として凝縮させ、例えばリクレーミング装置で循環再利用することが提案されている（特許文献１；特開２０１２－１６６１３９号公報参照）。

特開２０１２－１６６１３９号公報

しかしながら、特許文献１の提案では、還流水には微量の吸収剤が含まれているので、リクレーミングの運転において効率よく吸収剤を回収することができず、また運転条件により、再生塔からキャリーオーバーした場合の非定常時の対応が不十分であるという問題がある。

また、再生塔から排出される排ガス中のＣＯ₂を圧縮した際に発生する圧縮機凝縮水を有効利用することが求められている。

本発明の第１の態様によると、ＣＯ₂を含有する排ガスとＣＯ₂吸収液とを接触させて、前記排ガスからＣＯ₂を除去するＣＯ₂吸収塔と、ＣＯ₂を吸収したリッチ溶液からＣＯ₂を分離して、リーン溶液として前記ＣＯ₂吸収液を再生する吸収液再生塔と、前記吸収液再生塔の塔頂部から排出されるＣＯ₂同伴ガスを排出するガス排出ラインと、前記ガス排出ラインに設けられ、前記ＣＯ₂同伴ガス中の水分を還流水として分離する還流水ドラムと、前記還流水ドラムで分離したＣＯ₂ガスを排出する分離ガス排出ラインと、前記分離ガス排出ラインに設けられ、分離したＣＯ₂ガスを圧縮する圧縮機と、前記分離ガス排出ラインに設けられ、分離したＣＯ₂ガス中の水分を圧縮機凝縮水として分離する凝縮水ドラムと、前記凝縮水ドラムに接続され、前記凝縮水ドラムから分離した前記圧縮機凝縮水を、系内供給水又は系外供給水として供給する圧縮機凝縮水ラインと、を具備することを特徴とするＣＯ₂回収装置にある。

本発明の第２の態様によると、ＣＯ₂を含有する排ガスとＣＯ₂吸収液とを接触させて、前記排ガスからＣＯ₂を除去するＣＯ₂吸収塔と、ＣＯ₂を吸収したＣＯ₂吸収液であるリッチ溶液からＣＯ₂を分離してＣＯ₂吸収液をリーン溶液として再生する吸収液再生塔とを用い、前記吸収液再生塔でＣＯ₂が除去されたＣＯ₂吸収液を前記ＣＯ₂吸収塔で循環再利用するＣＯ₂回収方法であって、前記吸収液再生塔の塔頂部から排出されるＣＯ₂同伴ガス中の水分を還流水として分離する工程と、還流水ドラムで分離したＣＯ₂ガスを圧縮する圧縮工程と、圧縮されたＣＯ₂ガス中の水分を圧縮機凝縮水として分離する工程と、を有し、前記圧縮機凝縮水を、系内供給水又は系外供給水として利用することを特徴とするＣＯ₂回収方法にある。

本発明によれば、ＣＯ₂回収の際に発生した圧縮ＣＯ₂中に含まれる水分を凝縮した圧縮機凝縮水を、システム系内とシステム系外とで有効活用できる。

図１は、実施例１に係るＣＯ₂回収装置の構成を示す概略図である。 図２は、実施例１に係る他のＣＯ₂回収装置の構成を示す概略図である。 図３は、実施例１に係る他のＣＯ₂回収装置の構成を示す概略図である。 図４は、実施例１に係る他のＣＯ₂回収装置の構成を示す概略図である。 図５は、実施例１に係る他のＣＯ₂回収装置の構成を示す概略図である。 図６は、実施例１に係る吸収剤回収運転の運転時間（ｈ）とリクレーマ内残渣水中の吸収剤濃度（ｗｔ％）との関係を示す図である。 図７は、実施例２に係るＣＯ₂回収装置の構成を示す概略図である。 図８は、実施例３に係るＣＯ₂回収装置の構成を示す概略図である。

以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本発明の下記の実施例により本発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施例で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

本発明の実施形態は、ＣＯ₂回収の際に発生した圧縮ＣＯ₂中に含まれる水分を凝縮した圧縮機凝縮水を、システム系内とシステム系外とで有効活用できる。
この圧縮機凝縮水を、システム系内の吸収液再生（リクレーマ）処理のリクレーミング水として利用する場合には、圧縮機凝縮水中にＣＯ₂吸収液成分がほとんど含まれていないので、リクレーマ処理の際のリクレーミング残渣中のＣＯ₂吸収液成分の回収効率が向上する。また圧縮機凝縮水を、システム系内のポンプ設備で利用する場合には、不純物が含まれていないので、ポンプシール水として好適に用いることができる。

また、システム系外に凝縮器圧縮水を排出利用する場合には、吸収塔の塔頂部から排出するＣＯ₂を除去した排出ガスの排出温度を下げ、システム系内の水バランスを保持することで、ＣＯ₂吸収塔から排出する排出ガス中に同伴する同伴吸収液（同伴アミン溶液）の外部への排出量の低減を図ることができる。

図１は、実施例１に係るＣＯ₂回収装置の構成を示す概略図である。
図１に示すように、実施例１に係るＣＯ₂回収装置１０Ａは、例えばボイラやガスタービン等から排出されたＣＯ₂を含有する排ガス１１を冷却水１５によって冷却する排ガス冷却塔（以下、「冷却塔」ともいう。）１６と、冷却されたＣＯ₂を含有する排ガス１１とＣＯ₂を吸収するＣＯ₂吸収液（以下、「吸収液」ともいう。）１７と、を接触させて排ガス１１中からＣＯ₂を除去するＣＯ₂回収部１８Ａを有するＣＯ₂吸収塔（以下、「吸収塔」ともいう。）１８と、ＣＯ₂を吸収したＣＯ₂吸収液（以下、「リッチ溶液」ともいう。）１９からＣＯ₂を放出させてＣＯ₂吸収液１７を再生する吸収液再生塔（以下、「再生塔」ともいう。）２０と、を有する。そして、このＣＯ₂回収装置１０Ａでは、吸収液再生塔２０でＣＯ₂を除去した再生ＣＯ₂吸収液（以下、「リーン溶液」ともいう。）１７はＣＯ₂吸収塔１８に送られ、ＣＯ₂吸収液として循環再利用する。

冷却塔１６は、排ガス１１が導入されるガス導入ラインＬ₁に介装されており、冷却水循環ラインＬ₉に介装されたポンプ１２により冷却水１５が循環されている。そして、冷却水１５は冷却水循環ラインＬ₉に介装された冷却器１３により冷却された後、冷却塔１６内に供給され、導入される排ガス１１を所定温度まで冷却している。

吸収塔１８は、ＣＯ₂回収部１８Ａと洗浄部１８Ｂとを備えている。ＣＯ₂回収部１８Ａでは排ガス１１中のＣＯ₂をＣＯ₂吸収液１７により除去している。ＣＯ₂が除去された排ガス１１は、ＣＯ₂回収部１８Ａのガス流れ後流側の上方に設置される洗浄部１８Ｂで洗浄液２１により洗浄される。洗浄部１８Ｂは、洗浄水循環ラインＬ₇に介装されたポンプ３６により洗浄水２１が、循環されている。そして、洗浄水２１は洗浄水循環ラインＬ₇に介装された冷却器３７により冷却された後、洗浄部１８Ｂ内に供給され、通過するＣＯ₂が除去された排ガス１１を所定温度まで冷却しつつ洗浄している。この際、排ガス１１に同伴されるミスト状のＣＯ₂吸収液を洗浄液２１で洗浄し、外部へ排出される排出ガス１１Ａに同伴されるＣＯ₂吸収液の排出を防止し、エミッションの低減を図っている。この排ガス１１を冷却する温度は、吸収塔１８に導入する際の排ガス１１の導入温度と略同一であり、これによりシステム系内の水バランスを維持している。例えば、吸収塔１８に導入する排ガス１１中の水分量が１０ｗｔ％の場合には、吸収塔１８の塔頂部から排出される排出ガス１１Ａも１０ｗｔ％となるように冷却温度を調整している。

吸収塔１８及び再生塔２０には、吸収塔１８の底部１８ａからリッチ溶液１９を排出し、再生塔２０側へリッチ溶液１９を導入するリッチ溶液導入ラインＬ₃と、再生塔２０の底部２０ｂからリーン溶液１７を排出し、吸収塔１８側へ導入するリーン溶液導入ラインＬ₄とが交差して接続されている。そして、リッチ溶液導入ラインＬ₃と、リーン溶液導入ラインＬ₄との交差部には、リッチ・リーン溶液熱交換器２５が介装されている。このリッチ・リーン溶液熱交換器２５では、再生塔２０で再生されたリーン溶液１７によりリッチ溶液１９が加熱され、吸収液再生塔２０に供給される。また、リッチ・リーン溶液熱交換器２５と吸収塔１８との間には、リーン溶液１７を昇圧するリーン溶液ポンプ３２と、リーン溶液１７を冷却水（Ｃ.Ｗ）により冷却するリーン溶液冷却器３３とが介装されており、リーン溶液１７は昇圧、冷却された後、ＣＯ₂吸収塔１８内に供給される。

再生塔２０の底部２０ｂ側には、リボイララインＬ₅に介装されるリボイラ２６が設けられている。このリボイラ２６では、リーン溶液１７の一部をリボイララインＬ₅で循環させる際、飽和水蒸気２７により間接加熱し、再生塔２０内部に水蒸気を導入している。リボイラ２６には、飽和水蒸気２６aを導入する飽和水蒸気導入ラインＬ₆が設けられている。この飽和水蒸気導入ラインＬ₆には分離ドラム２６ｂが介装され、蒸気凝縮水２６ｃを分離している。

ＣＯ₂回収装置１０Ａは、既設の排ガス源からＣＯ₂を回収するために後付で設けられる場合と、新設排ガス源に同時付設される場合とがある。なお、排ガス１１のラインには開閉可能なダンパを設置し、ＣＯ₂回収装置１０Ａの運転時は開放する。

このＣＯ₂回収装置１０Ａを用いたＣＯ₂回収方法では、まず、例えばボイラやガスタービン等からのＣＯ₂を含む排ガス１１は、図示しない排ガス送風機により昇圧された後、排ガス冷却装置１６に送られ、ここで冷却水１５により冷却され、ＣＯ₂吸収塔１８に送られる。

ＣＯ₂吸収塔１８において、排ガス１１は例えばアミン系の吸収剤等を用いたＣＯ₂吸収液１７と向流接触する。そして、排ガス１１中のＣＯ₂は、化学反応によりＣＯ₂吸収液１７に吸収される。ＣＯ₂回収部１８ＡでＣＯ₂が除去された後のＣＯ₂除去排ガスは、ＣＯ₂吸収塔１８内の水洗部１８Ｂ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２１と気液接触して、ＣＯ₂除去排ガスに同伴するＣＯ₂吸収液１７が回収される。また、ＣＯ₂が除去された排出ガス１１Ａは塔頂部に接続されたガス排出ラインＬ₂により系外に放出される。また、ＣＯ₂を吸収したリッチ溶液１９は、リッチ溶液ポンプ２４により昇圧され、リッチ・リーン溶液熱交換器２５において、吸収液再生塔２０で再生されたリーン溶液１７により加熱され（一方のリーン溶液１７は熱交換により冷却される。）、吸収液再生塔２０に供給される。

吸収液再生塔２０の側面上部２０ａ側から内部に放出されたリッチ溶液１９は、底部２０ｂ側から供給される水蒸気により吸熱反応を生じて、大部分のＣＯ₂を脱離させ放出する。吸収液再生塔２０内で一部または大部分の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２０の底部２０ｂに至る頃には、ほぼ全てのＣＯ₂が除去されたＣＯ₂吸収液のリーン溶液１７となる。このリーン溶液１７は、その一部がリボイラ２６で飽和水蒸気２６aにより加熱され、吸収液再生塔２０内部にＣＯ₂脱離用の水蒸気を供給している。

一方、吸収液再生塔２０の塔頂部２０ｃには、塔内においてリッチ溶液１９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２８を排出するガス排出ラインＬ₂₁が接続されている。このガス排出ラインＬ₂₁には、水蒸気を伴ったＣＯ₂同伴ガス２８を冷却する冷却器２９と、冷却後のＣＯ₂同伴ガス２８をフラッシュさせて気液分離する還流水ドラム３０と、が設けられている。水蒸気を伴ったＣＯ₂同伴ガス２８から還流水ドラム３０にて分離・還流された還流水３１は、還流水ラインＬ₂₃に介装された還流水循環ポンプ３５にて吸収液再生塔２０の上部と洗浄水２１側（※１）に各々供給される。

還流水ドラム３０の頂部には、分離したＣＯ₂ガス４０を排出する分離ガス排出ラインＬ₂₂が接続されている。この分離ガス排出ラインＬ₂₂には、ＣＯ₂ガスを圧縮する圧縮機４１と圧縮ガスを冷却する冷却器４２と、圧縮機４１により水蒸気が凝縮された圧縮機凝縮水４３を分離する凝縮水ドラム４４と、が設けられている。凝縮水ドラム４４で分離されたＣＯ₂ガス４５は、ガス排出ラインＬ₂₄を介して系外に放出され、別途圧縮機圧縮機により圧縮され、回収される。この回収されたＣＯ₂ガス４５は、例えば石油増進回収法（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。

なお、圧縮機４１は複数台設置されても良く、その場合には圧縮機４１と凝縮水ドラム４４とが複数台となり、複数の圧縮機凝縮水が得られる。以下、本実施例では一台の圧縮機４１と凝縮水ドラム４４とが設置される場合について説明する。

凝縮水ドラム４４の底部には、圧縮機圧縮機凝縮水４３を排出する圧縮機凝縮水ラインＬ₃₀が接続されている。この圧縮機凝縮水ラインＬ₃₀には、圧縮機圧縮機凝縮水４３を系内供給水４３Ａとして供給する第１圧縮機凝縮水ラインＬ₃₁と、圧縮機凝縮水４３を系外供給水４３Ｂとして供給する第２圧縮機凝縮水ラインＬ₃₂と、その先端がリクレーミング装置５０に接続され、圧縮機凝縮水４３をリクレーミング水として供給する第３圧縮機凝縮水ラインＬ₃₃と、が接続されている。なお、第１～第３圧縮機凝縮水ラインＬ₃₁～Ｌ₃₃には、第１～第３開閉弁Ｖ₁～Ｖ₃が各々介装されている。

リクレーミング装置５０は、例えば加圧型のリクレーミング装置であり、再生塔２０で再生されたリーン溶液１７を供給するリーン溶液導入ラインＬ₄から分岐ラインＬ₁₀によりリーン抜出液１７ａとして一部を抜出し、この抜出したリーン抜出液１７ａを導入して貯留するリクレーマ５１を備える。

このリクレーマ５１には、内部にアルカリ剤５２ａをアルカリ供給ラインＬ₁₁により供給するアルカリ剤供給部５２と、リクレーマ５１内部に還流水（リフラックス水）３１ａを供給する還流水供給ラインＬ₁₂と、圧縮機凝縮水４３を供給する第３圧縮機凝縮水ラインＬ₃₃と、リクレーマ５１から排出する回収蒸気５３を再生塔２０の底部２０ｂ側に導入する回収蒸気排出ラインＬ₁₃と、リクレーマ残渣５４を排出する残渣排出ラインＬ₁₄と、を備える。なお、分岐ラインＬ₁₀、アルカリ供給ラインＬ₁₁、還流水供給ラインＬ₁₂、回収蒸気排出ラインＬ₁₃、残渣排出ラインＬ₁₄には、各々第４～第８開閉弁Ｖ₄～Ｖ₈が各々介装されている。

リクレーミング装置５０は、再生塔２０からリッチ・リーン溶液熱交換器２５に至る以前のリーン溶液導入ラインＬ₄の分岐部より分岐ラインＬ₁₀を介してリーン抜出液１７ａとして抜き出してリクレーマ５１内に貯留し、高温（例えば１２０℃～１５０℃）の加圧状態で加熱して、リーン抜出液１７ａから気化された吸収剤を回収蒸気５３として再生塔２０の底部２０ｂ側に戻す一方、加熱により濃縮されたリクレーマ残渣５４を排出する。

リクレーミング装置５０は、主に、吸収液貯留部と、加熱部とを備えている。吸収液貯留部はリーン抜出液１７ａを貯留する密閉容器のリクレーマ５１として構成されている。この加熱部は、リクレーマ５１内部に設けられており、横置きＵ字形状の蒸気管５５と、各蒸気管５５の一端に接続され、リクレーマ５１の外部で図示しない加熱源により加熱されて生じる飽和水蒸気５６を供給する蒸気供給ラインＬ₁₅と、蒸気管５５の他端に接続され、リクレーマ５１の外部に蒸気凝縮水５７を排出する凝縮水排出ラインＬ₁₆とで構成されている。

このリクレーミング装置５１は、第４開閉弁Ｖ₄を開放してリクレーマ５１の内部にリーン抜出液１７ａを供給すると共に、第５開閉弁Ｖ₅を開放してリクレーマ５１の内部にアルカリ剤５２ａをアルカリ剤供給部５２から供給し、第３開閉弁Ｖ₃及び第６開閉弁Ｖ₆を開放してリクレーマ５１の内部に供給水（圧縮機凝縮水４３及び還流水３１ａ）を供給し、蒸気ラインＬ₁₅に飽和水蒸気５６を通す。これにより、供給されたリーン抜出液１７ａ及び供給水（圧縮機凝縮水４３及び還流水３１ａ）を、例えば１２０～１５０℃に非接触で熱交換して加熱する。すると、リーン抜出液１７ａに含有されている不揮発性物質である劣化物が、アルカリ剤５２ａとの塩を生成して吸収剤と分離され、リクレーマ５１内にリクレーマ残渣５４として濃縮される。

このリクレーマ残渣５４は、リクレーマ５１内の液体成分（回収できなかった吸収剤、アルカリ剤、供給水を含む液体成分、不揮発性物質の液体成分）と、不揮発性成分の固体成分とを含む。なお、このリクレーマ残渣５４は、第８開閉弁Ｖ₈を開放し、リクレーマ５１の外部に排出される。なお、排出されたリクレーマ残渣５４は、例えば焼却処分等により処理される。

一方、リクレーマ５１内の水分（リーン抜出液１７ａ及び還流水３１ａ及び圧縮機凝縮水４３）は、蒸気管５５の加熱により蒸発する。この際、アルカリ剤５２ａの分解によりフリーになったアミン系の吸収剤は加熱により気化される。この気化した吸収剤を同伴する回収蒸気５３は、開放された第７開閉弁Ｖ₇を通過し、回収蒸気排出ラインＬ₁₃を経て再生塔２０の底部２０ｂ側に戻される（※２）。これにより、リーン抜出液１７ａに含有される劣化物が分離され、回収装置１０のシステム系内を循環する吸収液中に劣化物が蓄積される事態を防ぐことが可能になる。

ここで、吸収剤としてアミン系吸収液を用い、アルカリ剤として水酸化ナトリウムを用いてリクレーミングの原理を説明する。劣化物及び一部の不純物(例えば硝酸塩、硫酸塩等を含む)により固定された吸収剤(アミン硝酸塩、アミン硫酸塩等を含む)を含有するリーン抜出液１７ａに、水酸化ナトリウム等のアルカリ剤５２ａを添加混合して混合物を加熱することにより、フリーな状態となったアミン吸収剤を水と共に回収蒸気５３として回収し、不揮発性物質(不純物：硝酸ナトリウム、硫酸ナトリウム等を含む)をリクレーマ残渣（液体、固体）５４として系外に分離排出している。

凝縮水ドラム４４からの圧縮機凝縮水ラインＬ₃₀で分離される圧縮機凝縮水４３は、大別して、システム系内で利用される水である第１圧縮機凝縮水ラインＬ₃₁により供給される系内供給水４３Ａと、システム系外で利用される水である第２圧縮機凝縮水ラインＬ₃₂により供給される系外供給水４３Ｂとに分けられる。

＜圧縮機凝縮水を系内で用いる態様１＞
以下、本実施例１では、凝縮水ドラム４４からの圧縮機凝縮水ラインＬ₃₀で分離される圧縮機凝縮水４３を、システム系内で利用される水としての系内供給水４３Ａとして利用する態様について説明する。
システム系内で利用する水は、ＣＯ₂回収装置１０Ａのシステム系内の水バランスを考慮する必要がある。系内供給水４３Ａを利用する場合には、第２開閉弁Ｖ₂、第３～第９開閉弁Ｖ₃～Ｖ₉を閉鎖する。そして、系内供給水４３Ａを、吸収塔１８の洗浄部１８Ｂを循環する洗浄水循環ラインＬ₇に、第１圧縮機凝縮水ラインＬ₃₁の端部を接続する。そして、系内供給水４３Ａと洗浄水２１とを合流させて、洗浄水２１中の水分割合を増加し、洗浄水２１中の吸収剤濃度を下げるようにしている。

また、圧縮機凝縮水４３を各種循環ポンプのメカニカルシール水として使用する場合には、第１圧縮機凝縮水ラインＬ₃₁の端部をリッチ溶液ポンプ２４、リーン溶液ポンプ３２に接続し（※３）、ポンプのメカニカルシール水として利用する。これにより、外部からのシール水を供給することを不用としている。これにより、外部からの水供給により、吸収液が薄くなることを防止できる。また、還流水３１をシステム系内のポンプ設備で利用する際には、再生塔２０の塔頂部２０ｃにおいて、フラッディング等の不具合が発生するような非定常な運転状態になった場合に、煤塵等の固形分の混入のリスクがあるが、圧縮機凝縮水はそのリスクが少ないので、ポンプシールの破損リスクの低減を図ることができる。

＜圧縮機凝縮水を系内で用いる態様２＞
ところで、ＣＯ₂回収運転を連続運転していくと、ＣＯ₂吸収液中の不純物の存在割合が増加する。この劣化物を除去するためのＣＯ₂吸収液再生運転（リクレーマ操作）を定期的に行うことが必要となる。このリクレーマ運転操作は、ＣＯ₂回収運転と併用して行うことができる。このリクレーマ運転操作を行う際に、凝縮器圧縮水４３をリクレーミング水として利用する。

図２～図５は、実施例１に係る他のＣＯ₂回収装置の構成を示す概略図である。以下、図２～図５を用いて、リクレーマ運転操作を実施する場合について説明する。

＜リクレーマ運転操作＞
図２に示すように、系内供給水４３Ａをリクレーマ操作のリクレーミング水として利用する場合には、第１、第２及び第９開閉弁Ｖ₁、Ｖ₂、Ｖ₉を閉鎖し、第３開閉弁Ｖ₃を開放し、第３圧縮機凝縮水ラインＬ₃₃によりリクレーマ５１内に圧縮機凝縮水４３をリクレーマ水として導入する。また、第４開閉弁Ｖ₄を開放してリクレーマ５１の内部にリーン抜出液１７ａを供給すると共に、第５開閉弁Ｖ₅を開放してリクレーマ５１の内部にアルカリ剤５２ａをアルカリ剤供給部５２から供給し、第６開閉弁Ｖ₆を開放してリクレーマ５１の内部に還流水３１ａを供給し、蒸気供給ラインＬ₁₅に飽和水蒸気５６を通すことで、供給されたリーン抜出液１７ａ及び供給水（圧縮機凝縮水４３及び還流水３１ａ）を、例えば１２０～１５０℃に非接触で熱交換して加熱する。すると、リーン抜出液１７ａに含有されている不揮発性物質である劣化物が、アルカリ剤５２ａとの塩を生成して吸収剤と分離され、リクレーマ残渣５４が濃縮される。

ＣＯ₂吸収液中の劣化物が所定濃度になったことを確認したら、分岐ラインＬ₁₀の第４開閉弁Ｖ₄、アルカリ供給ラインＬ₁₁の第５開閉弁Ｖ₅を閉塞し、リーン抜出液１７ａ及びアルカリ剤５２ａの供給を停止し、リクレーマ操作を終了する。

次に、リクレーマ５１の濃縮液からＣＯ₂吸収剤を回収する回収操作を行う。
この回収操作は、ＣＯ₂吸収液を構成するＣＯ₂吸収剤を回収する初期回収操作（回収初期）と、ＣＯ₂吸収液を構成するＣＯ₂吸収剤を仕上げ回収する後期回収操作（回収後期）とに分けられる。

図３は、ＣＯ₂吸収剤を回収する回収操作の回収初期の場合であり、図４は、ＣＯ₂吸収剤を回収する回収操作の回収後期の場合である。

＜回収初期＞
回収初期は、リクレーマ５１への供給水として、還流水３１ａと圧縮機凝縮水４３とが用いられる。
図３に示すように、供給水４３Ａをリクレーマ操作の回収初期のリクレーミング水として利用する場合には、第１、第２、第４及び第９開閉弁Ｖ₁、Ｖ₂、Ｖ₄、Ｖ₉を閉鎖し、第３開閉弁Ｖ₃及び第７開閉弁Ｖ₇を開放したままで、系内供給水４３Ａ及び還流水３１ａをリクレーマ５１内に圧縮機凝縮水４３として導入し、残渣液中の残存するＣＯ₂吸収剤を回収蒸気５３に同伴させて、回収する。

＜回収後期＞
回収後期は、リクレーマ５１への供給水として、圧縮機凝縮水４３のみを用いる。
図４に示すように、リクレーマ操作の回収後期のリクレーミング水として利用する場合には、図３の場合からさらに第６開閉弁Ｖ₆を閉鎖し、還流水３１ａの供給を停止し、リクレーマ５１内に圧縮機凝縮水４３のみを導入し、リクレーマ残渣水中にごく微量残存するＣＯ₂吸収剤を回収蒸気５３に同伴させて、回収する。

これは、還流水３１ａ中には、ＣＯ₂吸収剤が残存（残存量：数ｗｔ％）しているので、そのＣＯ₂吸収剤が残存していると、気液平衡により、回収蒸気５３中に同伴しているＣＯ₂吸収剤の気化割合が低下する。

そこで、回収後期においては、ＣＯ₂吸収剤の残存が零又は極めて微量の圧縮機で圧縮された圧縮機凝縮水４３を用いることで、さらに回収割合の向上を図ることができる。

＜リクレーマ残渣排出＞
ＣＯ₂吸収剤の回収が終了した後は、図５に示すように、図４の場合からさらに第３開閉弁Ｖ₃を閉鎖し、圧縮機凝縮水４３のリクレーマ５１への供給を停止すると共に、第４圧縮機凝縮水ラインＬ₃₄の第９開閉弁Ｖ₉を開放し、還流水ドラム３０に圧縮機凝縮水４３を系内供給水として供給し、水バランスを保持するようにしている。そして、残渣排出ラインＬ₁₄の第８開閉弁Ｖ₈を開放すると共に図示しない残渣排出ポンプを稼働することで、リクレーマ残渣５４がリクレーマ５１の外部に排出される。

図６は、吸収剤回収運転の運転時間（ｈ）とリクレーマ内残渣水中の吸収剤濃度（ｗｔ％）との関係を示す図である。

図６に示すように、リクレーマ操作の運転終了時において、吸収剤の濃度がｘ₁と高い場合には、リクレーマ５１への供給水として、還流水３１ａと圧縮機凝縮水４３を併用する。回収初期の後半では、吸収剤の回収効率が低下し、回収曲線のカーブがなだらかになり、低濃度ｘ₂となる。この低濃度ｘ₂となった際、リクレーマ５１への供給水として、圧縮機凝縮水４３のみを用いて、残存しているＣＯ₂吸収剤のさらに気化させて、ＣＯ₂吸収剤の回収効率の向上を図る。

この結果、従来、リクレーマ５１へのリクレーミング水として、還流水３１ａを用いる場合に較べて、吸収剤の混入率が零又は極めて低い圧縮機凝縮水４３を用いることで、ＣＯ₂吸収剤の回収効率の向上を図ることができる。よって、従来では残渣水中に残存するＣＯ₂吸収剤をリクレーマ残渣５４として系外に排出して損失していたものの有効利用を図ることができる。

表１は、ＣＯ₂回収装置を用いて排ガス中のＣＯ₂を回収する年間スケジュールの一例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。

本説明では、ＣＯ₂回収装置は排ガスを常時処理しており、メンテナンス等以外には停止せずに、運転している。リクレーマ処理は使用するＣＯ₂吸収液の使用頻度、使用温度にも左右されるが、例えば一年に数回実施している。この実施は、予め決められた回数を実施するか、循環系内を循環するＣＯ₂吸収液の劣化物の濃度を分析し、分析の結果規定値を越えたら、循環系内を循環するＣＯ₂吸収液の一部を抜出してリクレーマに供給し、リクレーマにアルカリ剤を添加して劣化物をＣＯ₂吸収液から分離しつつ除去し、ＣＯ₂吸収剤を循環系内に戻している。

本説明では１年に２回リクレーマ運転することを一例として説明する。年間スケジュールにおいて、６月と１２月に１～４週間、リクレーミング装置５０へリーン溶液１７の一部をリーン抜出液１７ａとして抜出し、リクレーマ運転を実施する。

よって、このリクレーマ運転以外は、圧縮機凝縮水である圧縮機凝縮水４３を系内供給水４３Ａとして、図１に示すように、例えばポンプシール水として利用する。そして、リクレーマ運転を実施する際には、図２～図５に示すように、ポンプシール水としての利用を停止し、圧縮機凝縮水４３をリクレーミング水としてリクレーマ５１に導入している。

図７は、実施例２に係るＣＯ₂回収装置の構成を示す概略図である。なお、実施例１の構成と同一の構成部材については、同一符号を付して重複する説明は省略する。図７に示すように、本実施例に係るＣＯ₂回収装置１０Ｂは、第３圧縮機凝縮水ラインＬ₃₃にフラッシュドラム６０を介装している。このフラッシュドラム６０は、凝縮器圧縮水４３中のＣＯ₂ガスを除去するものであり、リクレーマ操作におけるガス成分の導入を防止して、ＣＯ₂吸収剤の回収効率を向上させている。

図８は、実施例３に係るＣＯ₂回収装置の構成を示す概略図である。なお、実施例１の構成と同一の構成部材については、同一符号を付して重複する説明は省略する。図８に示すように、本実施例に係るＣＯ₂回収装置１０Ｃは、実施例１のＣＯ₂回収装置１０Ａにおいて、排ガス１１を吸収塔１８に導入するガス導入ラインＬ₁に入口ガス温度（ｔ₁）を計測する入口温度計Ｔ₁と、吸収塔１８の塔頂部１８ｂから排出する排出ガスの出口ガス温度（ｔ₂）を計測する出口温度計Ｔ₂とを設置している。

以下、本実施例では、凝縮水ドラム４４からの圧縮機凝縮水ラインＬ₃₀で分離される圧縮機凝縮水４３を、システム系外で利用される水としての系外供給水４３Ｂとして利用する態様について説明する。

システム系外で利用する系外供給水４３Ｂは、システムのユーティリティで用いるものであり、例えばリボイラ２６へ供給する飽和水蒸気２７用の水蒸気用の供給水や、クーリングタワーで利用する冷却水のメークアップ水として利用される。
システム系外で利用する場合には、吸収塔１８に導入される排ガス１１中の水分の持ち込み量より、排出量を少なくする必要がある。

本実施例では、吸収塔から排出される排出ガス１１Ａの出口ガス温度（ｔ₂）を、吸収塔１８に導入される排ガス１１の入口ガス温度（ｔ₁）よりも、低く調節して、水バランスを保つようにしている。すなわち、システム系内は閉鎖系であるので、水分を外部に排出する分調整する必要があるからである。よって、圧縮機凝縮水４３を、系外供給水４３Ｂとして利用する際には、吸収塔１８へ導入される排ガス１１の温度を計測する入口温度計（Ｔ₁）と、ＣＯ₂吸収塔から排出される排出ガス１１Ａの温度を計測する出口温度計（Ｔ₂）と、を備え、排出ガス１１Ａの出口ガス温度（ｔ₂）を排ガス１１の入口ガス温度（ｔ₁）よりも下げて運転することで、システム系外で利用する水分を確保することができる。

なお、吸収塔１８の底部１８ａの底部液溜まり部には、液レベル計Ｌを設置し、液レベルを監視している。これにより底部液溜まり部における液レベルを適正に保つことができる。この結果、ＣＯ₂回収装置において、外部からの取水量の低減を図ることができる。

表２は、圧縮機凝縮水４３を系外供給水４３Ｂとして利用する場合と、系内供給水４３Ａとして利用する場合との比較を示す。

系外供給水４３Ｂとして圧縮機凝縮水を利用する場合には、吸収塔１８へ導入される排ガス１１の温度を計測する入口温度計（Ｔ₁）と、吸収塔１８から排出される排出ガス１１Ａの温度を計測する出口温度計（Ｔ₂）と、を備え、排出ガス１１Ａの出口ガス温度（ｔ₂）を排ガス１１の入口ガス温度（ｔ₁）よりも下げて運転するようにしている。これにより、排出ガス１１Ａのガス温度が低下するので、排出ガス１１Ａに同伴されるＣＯ₂吸収液の同伴量が低下し、エミッションの低減を図っている。

一例を示すと、吸収塔１８に導入する排ガス１１中の水分量が７．３Ｖｏｌ％の場合で、入口ガス温度（ｔ₁）が４０℃とする場合、吸収塔１８の塔頂部１８ｂから排出される排出ガス１１Ａの出口ガス温度（ｔ₂）を３８℃とすると、排ガスの０．８Ｖｏｌ％分の水分が得られることとなる。

これに対して、系内供給水４３Ａとして水バランスを保持するように運転する際には、吸収塔１８に導入する排ガス１１中の水分量が７．３Ｖｏｌ％の場合で、入口ガス温度（ｔ₁）を４０℃とする場合、吸収塔１８の塔頂部１８ｂから排出される排出ガス１１Ａの出口ガス温度（ｔ₂）を４１℃として、出口側の排出ガス１１Ａの水分量を吸収塔１８に導入する排ガス１１中の水分量となるように、一定に維持するようにしている。なお、温度と水分量は一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。

このように、圧縮機凝縮水４３を系外供給水４３Ｂとして利用する際には、外部へ排出される排出ガス１１Ａに同伴されるＣＯ₂吸収剤の排出を防止し、エミッションの低減を図ることができる。

また、系外供給水４３Ｂの得る運転とリクレーマ操作の運転を併用する場合には、表３に示すように、本説明では１年に２回リクレーマ運転することを一例として説明する。年間スケジュールにおいて、６月と１２月に１～３週間、リクレーミング装置へリーン溶液１７の一部をリーン抜出液１７ａとして抜出し、リクレーマ運転を実施する。よって、このリクレーマ運転以外は、圧縮機凝縮水である圧縮機凝縮水４３を系外供給水４３Ｂとして、図８に示すように、例えばリボイラ２６へ供給する飽和水蒸気２７用の水蒸気用の供給水や、クーリングタワーで利用する冷却水のメークアップ水として利用される。

そして、リクレーマ運転を実施する際には、図２～図５に示すように、ポンプシール水としての利用を停止し、圧縮機凝縮水４３をリクレーミング水としてリクレーマ５１に導入している。本実施例によれば、系外供給水４３Ｂとして利用するので、外部へ排出される排出ガス１１Ａに同伴されるＣＯ₂吸収剤の排出を防止し、エミッションの低減を図ることができる。

また、系外供給水４３Ｂとしては、例えば周辺機器であるユーティリティー設備のメークアップ水の代替、もしくは一部として利用することもできる。この際、例えばイオン交換樹脂等の除去装置を設置するようにしている。この結果、凝縮器圧縮水４３中に極微量に含まれるＣＯ₂吸収剤を除去処理することができる。

１０Ａ～１０Ｃ ＣＯ₂回収装置
１１ ＣＯ₂を含有する排ガス
１６ 排ガス冷却塔
１７ ＣＯ₂吸収液
１８ ＣＯ₂回収部
２０ 吸収液再生塔

Claims (6)

1. ＣＯ₂を含有する排ガスとＣＯ₂吸収液とを接触させて、前記排ガスからＣＯ₂を除去するＣＯ₂吸収塔と、
   ＣＯ₂を吸収したリッチ溶液からＣＯ₂を分離して、リーン溶液として前記ＣＯ₂吸収液を再生する吸収液再生塔と、
   前記吸収液再生塔の塔頂部から排出されるＣＯ₂同伴ガスを排出するガス排出ラインと、
   前記ガス排出ラインに設けられ、前記ＣＯ₂同伴ガス中の水分を還流水として分離する還流水ドラムと、
   前記還流水ドラムで分離したＣＯ₂ガスを排出する分離ガス排出ラインと、
   前記分離ガス排出ラインに設けられ、分離したＣＯ₂ガスを圧縮する圧縮機と、
   前記分離ガス排出ラインに設けられ、分離したＣＯ₂ガス中の水分を圧縮機凝縮水として分離する凝縮水ドラムと、
   前記凝縮水ドラムに接続され、前記凝縮水ドラムから分離した前記圧縮機凝縮水を、系内供給水又は系外供給水として供給する圧縮機凝縮水ラインと、を具備すると共に、
   前記圧縮機凝縮水ラインの端部が、前記ＣＯ₂吸収液を再生するリクレーミング装置に接続されていると共に、
   前記リクレーミング装置は、
   前記吸収液再生塔で再生された前記リーン溶液の一部を分抜する分岐ラインと、
   抜出したリーン抜出液を導入して貯留するリクレーマと、
   前記リクレーマ内部にアルカリ剤をアルカリ供給ラインにより供給するアルカリ剤供給部と、
   前記リクレーマ内部に還流水を供給する還流水供給ラインと、
   前記リクレーマから排出する回収蒸気を前記吸収液再生塔の底部側に導入する回収蒸気排出ラインと、
   前記リクレーマ内部を加熱する加熱部と、を備えることを特徴とするＣＯ₂回収装置。
2. 請求項１において、
   前記系内供給水が、前記ＣＯ₂吸収塔の洗浄部の洗浄水又はポンプシール水のいずれか一方又は両方であることを特徴とするＣＯ₂回収装置。
3. 請求項１において、
   前記リクレーミング装置でリクレーマ操作を実施する際、
   前記ＣＯ₂吸収液の再生が完了した後、
   前記リーン溶液の一部を分抜する前記分岐ラインのラインを閉鎖し、前記リクレーマ内への前記リーン抜出液の導入を停止し、前記ＣＯ₂吸収液のＣＯ _２ と反応する成分であるＣＯ₂吸収剤を気化させ回収蒸気とともに回収する初期回収操作と、
   前記還流水を供給する前記還流水供給ラインのラインを閉鎖し、前記リクレーマ内への前記還流水の導入を停止し、前記ＣＯ₂吸収液のＣＯ _２ と反応する成分であるＣＯ₂吸収剤を気化させ回収蒸気とともに回収する後期回収操作と、を実施することを特徴とするＣＯ₂回収装置。
4. 請求項１において、
   前記リクレーミング装置に導入する前記圧縮機凝縮水中のガスを分離するフラッシュドラムを備えることを特徴とするＣＯ₂回収装置。
5. ＣＯ₂を含有する排ガスとＣＯ₂吸収液とを接触させて、前記排ガスからＣＯ₂を除去するＣＯ₂吸収塔と、
   ＣＯ₂を吸収したリッチ溶液からＣＯ₂を分離して、リーン溶液として前記ＣＯ₂吸収液を再生する吸収液再生塔と、
   前記吸収液再生塔の塔頂部から排出されるＣＯ₂同伴ガスを排出するガス排出ラインと、
   前記ガス排出ラインに設けられ、前記ＣＯ₂同伴ガス中の水分を還流水として分離する還流水ドラムと、
   前記還流水ドラムで分離したＣＯ₂ガスを排出する分離ガス排出ラインと、
   前記分離ガス排出ラインに設けられ、分離したＣＯ₂ガスを圧縮する圧縮機と、
   前記分離ガス排出ラインに設けられ、分離したＣＯ₂ガス中の水分を圧縮機凝縮水として分離する凝縮水ドラムと、
   前記凝縮水ドラムに接続され、前記凝縮水ドラムから分離した前記圧縮機凝縮水を、系内供給水又は系外供給水として供給する圧縮機凝縮水ラインと、を具備すると共に、
   前記圧縮機凝縮水を、前記系外供給水として利用する際、
   前記ＣＯ₂吸収塔へ導入される排ガスの温度を計測する入口温度計と、
   前記ＣＯ₂吸収塔から排出される排出ガスの温度を計測する出口温度計と、を備え、
   前記排出ガスの出口温度を排ガスの入口温度よりも下げて運転することを特徴とするＣＯ₂回収装置。
6. ＣＯ₂を含有する排ガスとＣＯ₂吸収液とを接触させて、前記排ガスからＣＯ₂を除去するＣＯ₂吸収塔と、ＣＯ₂を吸収したＣＯ₂吸収液であるリッチ溶液からＣＯ₂を分離してＣＯ₂吸収液をリーン溶液として再生する吸収液再生塔とを用い、前記吸収液再生塔でＣＯ₂が除去されたＣＯ₂吸収液を前記ＣＯ₂吸収塔で循環再利用するＣＯ₂回収方法であって、
   前記吸収液再生塔の塔頂部から排出されるＣＯ₂同伴ガス中の水分を還流水として分離する工程と、
   還流水ドラムで分離したＣＯ₂ガスを圧縮する圧縮工程と、
   圧縮されたＣＯ₂ガス中の水分を圧縮機凝縮水として分離する工程と、を有し、
   前記圧縮機凝縮水を、系内供給水又は系外供給水として利用すると共に、
   リクレーミング装置で還流水と前記圧縮機凝縮水とを用いて前記ＣＯ₂吸収液のリクレーマ操作を実施する際、
   前記ＣＯ₂吸収液の再生が完了した後、
   前記リーン溶液の一部のリーン抜出液の前記リクレーミング装置への導入を停止し、前記ＣＯ₂吸収液のＣＯ _２ と反応する成分であるＣＯ₂吸収剤を気化させ回収蒸気とともに回収する初期回収操作と、
   前記還流水の前記リクレーミング装置への導入を停止し、前記圧縮機凝縮水で前記ＣＯ₂吸収液のＣＯ _２ と反応する成分であるＣＯ₂吸収剤を気化させ回収蒸気とともに回収する後期回収操作と、を実施することを特徴とするＣＯ₂回収方法。

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