JP7167176B2 - リクレーミング装置及びこれを備えたco2回収装置並びにリクレーミング方法 - Google Patents

リクレーミング装置及びこれを備えたco2回収装置並びにリクレーミング方法 Download PDF

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Description

本開示は、リクレーミング装置及びこれを備えたCO回収装置並びにリクレーミング方法に関する。
発電設備等からの排ガスに含まれるCOを回収する手法として、化学吸収法が採用されることがある。
化学吸収法では、COを含む排ガスと、吸収剤を含む吸収液とを接触させることにより、排ガス中のCOを吸収液に吸収させることで、排ガスからCOを除去する。COを吸収した吸収液は、蒸気等により加熱されることで、吸収したCOを放出して再生された後、吸収液として再利用される。このようにして吸収液を繰り返し再利用すると、排ガスからの混入物や吸収液劣化物等が吸収液中に蓄積する。そこで、吸収液中に蓄積した劣化物等を該吸収液から除去するリクレーミングが行われる。
上述のリクレーミングの方法として、例えば特許文献1には、容器(吸収液貯留部)内に排ガス中のCOを吸収した吸収液及び希釈水を供給し、容器内の液体(吸収液及び希釈液)を加熱することで、蒸発した吸収液を回収するとともに、吸収液に含まれる劣化物を濃縮させて該吸収液から分離することが記載されている。
また、特許文献1には、上述のリクレーミング処理中に、容器内に貯留された液体中の吸収液成分量を測定し、測定した吸収液成分量が所定値以下になったときにリクレーミングを終了し、その後、容器の底部に溜まった劣化物を含む残渣(スラッジ)を外部に排出することが記載されている。
米国特許第8927450号明細書
ところで、容器内で加熱される液体に含まれる吸収剤の全てを蒸気として回収することは難しく、通常は、容器に供給された吸収剤の一部は、リクレーミング処理後に容器の底部に溜まる残渣(スラッジ)中に残存し、残渣とともに容器外に排出され、処分されることになる。この点、容器内の吸収剤濃度が所定値以下に低下したことを確認してからリクレーミング処理を終了することで、残渣中に残存する吸収剤の量を低減することができ、これにより吸収剤の損失を抑制できると考えられる。
ここで、例えば特許文献1に記載されるように、容器内の液体の吸収剤濃度を濃度計等で直接測定する場合、試料の前処理や計測データの分析等を行う必要があるため、濃度計測用試料の取得から吸収剤濃度の特定までに時間を要する。一方、濃度測定のための液体サンプル取得後にも容器内の液体は加熱されて気化が進むため、液体中の吸収剤濃度は時間の経過に伴い変化する。したがって、容器内の液体の吸収剤濃度を直接測定する場合には、液体中の吸収剤濃度に基づき適時にリクレーミング操作を行うことが難しいことがあった。
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、吸収液のリクレーミングを効率的に行うことが可能なリクレーミング装置及びこれを備えたCO回収装置並びにリクレーミング方法を提供することを目的とする。
(1)本発明の少なくとも一実施形態に係るリクレーミング装置は、
容器と、
吸収剤を含有する吸収液を前記容器に供給するための吸収液供給ラインと、
前記容器に水を供給するための水供給ラインと、
前記容器から蒸気を排出するための蒸気排出ラインと、
前記水又は前記吸収液の少なくとも一方を含む液体を加熱するための加熱部と、
前記加熱部による前記液体の加熱によって、前記蒸気排出ラインを介して前記吸収剤を含む蒸気を回収する吸収剤回収処理の終了タイミングを、前記容器内に貯留された前記液体の温度に基づいて判定するように構成された制御部と、
を備える。
水及び吸収液を含む容器内の液体の沸点は、該液体の吸収剤濃度によって変化するため、加熱部により加熱される液体の温度は、該液体の吸収剤濃度の指標となる。よって、上記(1)の構成によれば、加熱部によって加熱される液体の温度に基づいて、吸収剤を含む蒸気を回収する吸収剤回収処理の終了タイミングを容易かつ迅速に判断することができる。したがって、吸収液のリクレーミングをより効率的に行うことができる。
(2)幾つかの実施形態では、上記(1)の構成において、
前記吸収剤回収処理では、前記吸収液供給ラインを介した前記容器への前記吸収液の供給を遮断し、かつ、前記水供給ラインを介して前記容器へ前記水を供給しながら、前記加熱部による前記液体の加熱によって、前記蒸気排出ラインを介して前記吸収剤を含む蒸気を回収する。
上記(2)の構成では、容器への吸収液の供給を遮断し、かつ、容器へ水を供給しながら、液体を加熱するようにしたので、加熱により吸収液を含む液体が蒸発するのに従い、容器内の液体の吸収剤濃度は減少する。よって、上記(2)の構成によれば、容器内の液体の温度に基づいて、該液体の吸収剤濃度の低下を検出することができ、これにより、吸収剤回収処理の終了タイミングを的確に判断することができる。
(3)幾つかの実施形態では、上記(1)又は(2)の構成において、
前記制御部は、前記容器内の前記液体の温度が第1規定温度まで降下したときに、前記液体からの前記吸収剤の回収が終了したと判定するように構成される。
一般に、吸収液剤の沸点は水の沸点よりも高い。このため、容器内の圧力が一定のとき、液体中の吸収剤濃度が低下すれば、該液体の沸点は降下する。この点、上記(3)の構成によれば、容器内の液体の温度が第1規定温度まで降下したときに、容器内の液体からの吸収剤の回収が終了したと判定するようにしたので、第1規定温度を適切に設定することで、容器内の溶液の吸収剤濃度を十分に低下させてから、吸収剤回収処理を終了させることができる。これにより、リクレーミングによる吸収液の損失を効果的に抑制することができる。
(4)幾つかの実施形態では、上記(3)の構成において、
前記制御部は、前記容器内の圧力に応じて前記第1規定温度を設定するように構成される。
容器内の液体の沸点は、容器内の圧力に応じて変化する。この点、上記(4)の構成によれば、容器内の圧力に応じて第1規定温度を設定するようにしたので、容器内の圧力に変動がある場合であっても、該圧力に応じて第1規定温度を適切に設定して、容器内の溶液の吸収剤濃度を十分に低下させてから、吸収剤回収処理を終了させることができる。これにより、リクレーミングによる吸収液の損失を効果的に抑制することができる。
(5)幾つかの実施形態では、上記(3)又は(4)の構成において、
前記制御部は、前記容器内の回収処理運転開始時の温度に応じて前記第1規定温度を設定するように構成される。
上記(5)の構成によれば、運転開始時の吸収剤濃度が異なっていても、第1規定温度を変えることで、目標となる吸収剤濃度を達成することができる。
(6)幾つかの実施形態では、上記(3)乃至(5)の何れかの構成において、
前記制御部は、前記吸収剤回収処理の前に実施される吸収液再生処理の終了タイミングを、前記容器内に貯留された前記液体の温度と、前記第1規定温度よりも高い第2規定温度との比較に基づいて判定するように構成され、
前記吸収液再生処理は、前記吸収液供給ラインを介した前記容器への前記吸収液の供給中における前記加熱部による前記液体の加熱によって、前記容器内の前記液体に残存する不揮発性成分と、前記蒸気排出ラインに排出される蒸気中に含まれる前記吸収剤とを分離する処理を含む。
吸収液再生処理では、容器に吸収液を供給しながら液体を加熱することによって、容器内の吸収剤を含む液体を蒸発させるとともに不揮発性成分を濃縮させて、液体中の吸収剤と不揮発性成分とを分離する。ここで、容器内の液体中の沸点は、液体中の不揮発性成分の濃度によって変化するため、加熱部により加熱される液体の温度は、該液体の不揮発性成分濃度の指標となる。
この点、上記(6)の構成によれば、加熱部によって加熱される液体の温度に基づいて、上述の吸収液再生処理の終了タイミングを容易かつ迅速に判断することができる。したがって、吸収液のリクレーミングをより効率的に行うことができる。
(7)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(6)の何れかの構成において、
前記リクレーミング装置は、
前記水供給ラインに設けられ、前記容器への水の供給量を調節するためのバルブをさらに備え、
前記制御部は、前記吸収剤回収処理が終了したことを判定したとき、前記バルブを閉めて、前記容器への水の供給を停止するように構成される。
上記(7)の構成によれば、吸収剤回収処理が終了したことを判定したとき、バルブを閉めて容器への水の供給を停止するようにしたので、吸収剤回収処理が終了したら、速やかに後続の処理(例えば、容器から残渣を排出する処理等)を行うことができる。したがって、吸収液のリクレーミングをより効率的に行うことができる。
(8)本発明の少なくとも一実施形態に係るCO回収装置は、
吸収剤を含有する吸収液に排ガス中のCOを吸収させるように構成された吸収塔と、
前記吸収塔からの前記吸収液を再生するための再生塔と、
上記(1)乃至(7)の何れかに記載のリクレーミング装置と、を備え、
前記再生塔に貯留された前記吸収液の少なくとも一部が、前記吸収液供給ラインを介して前記容器に供給されるように構成される。
上記(8)の構成によれば、加熱部によって加熱される液体の温度に基づいて、吸収剤を含む蒸気を回収する吸収剤回収処理の終了タイミングを容易かつ迅速に判断することができる。したがって、CO回収装置で用いられる吸収液のリクレーミングをより効率的に行うことができる。
(9)幾つかの実施形態では、上記(8)の構成において、
前記CO回収装置は、
前記再生塔から放出されるCO含有ガスをCOガスと凝縮水とに分離するための還流水ドラムをさらに備え、
前記還流水ドラムに貯留された凝縮水の少なくとも一部が、前記水として前記水供給ラインを介して前記容器に供給されるように構成される。
上記(9)の構成によれば、CO回収装置の還流水ドラムで分離された凝縮水を吸収液のリクレーミングにおいて利用するようにしたので、リクレーミングをより効率的に行うことができる。
(10)本発明の少なくとも一実施形態に係るリクレーミング方法は、
吸収剤を含有する吸収液を容器に供給するステップと、
前記容器に水を供給するステップと、
前記水又は前記吸収液の少なくとも一方を含む液体を加熱するステップと、
前記液体の加熱によって生じ、前記容器から排出される前記吸収剤を含む蒸気を回収する吸収剤回収ステップと、
前記吸収剤回収ステップの終了タイミングを、前記容器内に貯留された前記液体の温度に基づいて判定するステップと、
を備える。
水及び吸収液を含む容器内の液体の沸点は、該液体の吸収剤濃度によって変化するため、加熱部により加熱される液体の温度は、該液体の吸収剤濃度の指標となる。よって、上記(10)の方法によれば、加熱される液体の温度に基づいて、吸収剤を含む蒸気を回収する吸収剤回収ステップの終了タイミングを容易かつ迅速に判断することができる。したがって、吸収液のリクレーミングをより効率的に行うことができる。
(11)幾つかの実施形態では、上記(10)の方法において、
前記吸収剤回収ステップでは、前記容器への前記吸収液の供給を遮断し、かつ、前記容器へ前記水を供給しながら、前記液体の加熱によって、前記吸収剤を含む蒸気を回収する。
上記(11)の方法では、容器への吸収液の供給を遮断し、かつ、容器へ水を供給しながら、液体を加熱するようにしたので、加熱により吸収液を含む液体が蒸発するのに従い、容器内の液体の吸収剤濃度は減少する。よって、上記(11)の方法によれば、容器内の液体の温度に基づいて、該液体の吸収剤濃度の低下を検出することができ、これにより、吸収剤回収処理の終了タイミングを的確に判断することができる。
(12)幾つかの実施形態では、上記(10)又は(11)の方法において、
前記判定するステップでは、前記容器内の前記液体の温度が第1規定温度まで降下したときに、前記液体からの前記吸収剤の回収が終了したと判定する。
一般に、吸収液剤の沸点は水の沸点よりも高いため、液体中の吸収剤濃度が低下すれば、該液体の沸点は降下する。この点、上記(12)の方法によれば、容器内の液体の温度が第1規定温度まで降下したときに、容器内の液体からの吸収剤の回収が終了したと判定するようにしたので、第1規定温度を適切に設定することで、容器内の溶液の吸収剤濃度を十分に低下させてから、吸収剤回収ステップを終了させることができる。これにより、リクレーミングによる吸収液の損失を効果的に抑制することができる。
(13)幾つかの実施形態では、上記(12)の方法は、
前記第1規定温度を設定するステップを備え、
前記設定するステップでは、前記容器内の圧力に応じて前記第1規定温度を設定する。
容器内の液体の沸点は、容器内の圧力に応じて変化する。この点、上記(13)の方法によれば、容器内の圧力に応じて第1規定温度を設定するようにしたので、容器内の圧力に変動がある場合であっても、該圧力に応じて第1規定温度を適切に設定して、容器内の溶液の吸収剤濃度を十分に低下させてから、吸収剤回収ステップを終了させることができる。これにより、リクレーミングによる吸収液の損失を効果的に抑制することができる。
(14)幾つかの実施形態では、上記(12)又は(13)の方法は、
前記吸収剤回収ステップの前に実施される吸収液再生ステップの終了タイミングを、前記容器内に貯留された前記液体の温度と、前記第1規定温度よりも高い第2規定温度との比較に基づいて判定するステップをさらに備え、
前記吸収液再生ステップでは、前記容器への前記吸収液の供給中における前記液体の加熱によって、前記容器内の前記液体に残存する不揮発性成分と、前記容器から排出される蒸気中に含まれる前記吸収剤とを分離する。
吸収液再生ステップでは、容器に吸収液を供給しながら液体を加熱することによって、容器内の吸収剤を含む液体を蒸発させるとともに不揮発性成分を濃縮させて、液体中の吸収剤と不揮発性成分とを分離する。ここで、容器内の液体中の沸点は、液体中の不揮発性成分の濃度によって変化するため、加熱部により加熱される液体の温度は、該液体の不揮発性成分濃度の指標となる。
この点、上記(14)の方法によれば、加熱される液体の温度に基づいて、上述の吸収液再生ステップの終了タイミングを容易かつ迅速に判断することができる。したがって、吸収液のリクレーミングをより効率的に行うことができる。
(15)幾つかの実施形態では、上記(10)乃至(14)の何れかの方法は、
前記容器への水の供給量を調節するステップをさらに備え、
前記調節するステップでは、前記吸収剤回収ステップの終了タイミングを判定するステップにおいて前記吸収剤回収ステップが終了したことを判定したとき、前記容器への水の供給を停止する。
上記(15)の方法によれば、吸収剤回収ステップが終了したことを判定したとき、容器への水の供給を停止するようにしたので、吸収剤回収ステップが終了したら、速やかに後続の処理(例えば、容器から残渣を排出する処理等)を行うことができる。したがって、吸収液のリクレーミングをより効率的に行うことができる。
本発明の少なくとも一実施形態によれば、吸収液のリクレーミングを効率的に行うことが可能なリクレーミング装置及びこれを備えたCO回収装置並びにリクレーミング方法が提供される。
一実施形態に係るリクレーミング装置が適用されるCO回収装置の一例の概略図である。 図1に示すCO回収装置におけるリクレーミング装置の概略図である。 一実施形態に係るリクレーミング方法の手順の一例を示すフローチャートである。 容器内の液体の温度と液体中の不揮発性成分の濃度との相関関係の一例を示すグラフである。 容器内の液体の温度と液体中の吸収剤の濃度との相関関係の一例を示すグラフである。
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
まず、幾つかの実施形態に係るリクレーミング装置が適用されるCO回収装置について説明する。
図1は、一実施形態に係るリクレーミング装置が適用されるCO回収装置の一例の概略図である。図1に示すCO回収装置は、発電設備や工場等から排出された排ガスからCOを回収するための装置である。同図に示すように、CO回収装置1は、発電設備等からの排ガス中のCOを吸収液に吸収させるための吸収塔2と、COを吸収した吸収液を再生するための再生塔4と、再生塔4からの放出ガスをCOガスと凝縮水とに分離し、凝縮水を再生塔4に還流させるように構成された還流水ドラム6と、吸収液をリクレーミングするためのリクレーミング装置10と、を備えている。
吸収塔2には、排ガス導入ライン12を介して、COを含む排ガスが供給されるようになっている。なお、吸収塔2よりも上流側に、排ガスの前処理(脱硫や冷却等)をするための前処理装置が設けられていてもよく、このような前処理を施された後の排ガスが吸収塔2に供給されるようになっていてもよい。
吸収塔2は、例えば充填層により構成される吸収部14を有し、吸収部14には、上方からCO吸収剤を含むCO吸収液が供給されるようになっている。
排ガス導入ライン12を介して吸収塔2に流入した排ガスは、吸収塔2の塔底部側から吸収塔2内を上方に流れていき、吸収部14へと流れ込む。そして、吸収部14において、排ガスと、該吸収部14の上方から供給されるCO吸収液とが対向流接触することにより、排ガス中のCOがCO吸収液に吸収されるようになっている。
CO吸収液は、CO吸収剤の水溶液であってもよい。
CO吸収剤の種類は特に限定されないが、例えば、モノエタノールアミン、ジエタノールアミンに代表されるアルカノールアミンであってもよく、あるいは、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム及水酸化カルシウム等のアミン以外の塩基性物質であってもよい。
吸収部14におけるCO吸収液との接触によりCOガスが除去された後の排ガスは、吸収塔2の塔頂部16から外部に排出されるようになっている。
一方、吸収部14において排ガス中のCOを吸収したCO吸収液は、吸収塔2の塔底部に下降し、該塔底部に貯留される。この吸収塔2の塔底部に貯留されたCO吸収液は、後述する再生塔4の塔底部に貯留されるCO吸収液に比べてCO濃度が高いリッチ吸収液18である。このリッチ吸収液18は、リッチ液ライン20に設けられたポンプ(不図示)により、該リッチ液ライン20を介して、吸収塔2から再生塔4に供給されるようになっている。
なお、図1に示すように、リッチ液ライン20には、リッチ液ライン20を流れるリッチ吸収液と、後述するリーン液ライン36を流れるリーン吸収液とを熱交換するための熱交換器22が設けられていてもよい。比較的高温のリーン吸収液との熱交換によりリッチ吸収液を加熱することで、後述する再生塔4での吸収液の再生を促進することができる。
再生塔4は、リッチ吸収液からCOガスを放出させる放出部24と、放出部24で放出されたCOガスを還流水で洗浄する洗浄部26と、を備える。
放出部24は、充填材を有しており、リッチ液ライン20からのリッチ吸収液が上方から供給されるようになっている。リッチ吸収液は、放出部24において、後述する蒸気により加熱されることによりCOガスを放出し、相対的にCOの含有率が低いリーン吸収液となる。
放出部24でCOガスを放出したリーン吸収液は、再生塔4から降下し、再生塔4の塔底部に貯留される。このリーン吸収液28は、リボイラライン30を介して、該リボイラライン30上に設けられた再生加熱器(リボイラ)32に導かれる。この再生加熱器32において、リーン吸収液28は、加熱媒体(例えば水蒸気等)との熱交換により、少なくとも一部が飽和蒸気に相変化し、再生塔4の塔底部に導かれる。このようにして再生加熱器32によって生成された飽和蒸気は、放出部24に向かって再生塔4内を上昇し、放出部24においてリッチ吸収液を加熱するための加熱源として用いられる。
再生塔4の塔底部に貯留されたリーン吸収液(再生加熱器32において相変化しなかったリーン吸収液を含む)は、再生塔4の塔底部から抜き出され、リーン液ライン36に設けられた送給ポンプ(不図示)によって、該リーン液ライン36を介して吸収塔2の吸収部14に供給され、上述したCO吸収液として再利用される。なお、リーン液ライン36には、リーン吸収液を冷却するための冷却器38が設けられていてもよい。
放出部24でリッチ吸収液から放出されたCOガスは、再生塔4内において放出部24の上方に設けられた洗浄部26へと上昇する。洗浄部26では、放出部24からのCOガスと、洗浄部26の上方から供給される洗浄液とが気液接触することにより、COガス中に残存する吸収剤を除去するようになっている。
洗浄部26は、COガスと第1洗浄液との気液接触を促進させるものであればよく、例えば、1段以上のトレイ又は充填層を含んでいてもよい。
洗浄部26を通ったCOガスは、再生塔4の塔頂部から放出され、COガスライン40へと導かれる。COガスライン40上にはコンデンサ42が設けられており、該コンデンサ42においてCOガスが冷却されて、COガス中の蒸気が凝縮される。コンデンサ42を通過後のCOガスは、COガスライン40の出口側に設けられた還流水ドラム6に導かれる。
還流水ドラム6は、再生塔4からの放出ガス(CO含有ガス)を、COガスと凝縮水とに分離するように構成されている。
還流水ドラム6で分離された凝縮水44は、還流水ドラム6の塔底部に貯留される。凝縮水44は、還流水ライン46を介して、再生塔4の洗浄部26に洗浄液として供給されるようになっている。また、凝縮水44は、水供給ライン58を介して、後述するリクレーミング装置10に供給されるようになっている。
一方、還流水ドラム6で分離されたCOガスは、還流水ドラム6の塔頂部に接続された回収ライン48を介して還流水ドラム6から放出され、例えば回収ライン48に設けられたコンプレッサ(不図示)で圧縮された後、製品COとして系外に取り出されるようになっている。
次に、幾つかの実施形態に係るリクレーミング装置10について説明する。リクレーミング装置10は、CO回収装置1において繰り返し再利用されることにより、排ガスからの混入物や吸収液劣化物等の不揮発性成分が蓄積したCO吸収液から、該不揮発性成分を除去するとともに、CO吸収剤を回収してCO回収装置1に戻すように構成されている。
なお、リクレーミング装置10による吸収液のリクレーミングは、CO回収装置1の運転期間中に、上述したリーン吸収液28又はリッチ吸収液18の吸収剤濃度が規定値以上になったときに実施するようにしてもよい。
なお、以下においては、CO吸収剤を含むCO吸収液をリクレーミングする場合について説明するが、本発明の対象となる吸収剤及び吸収液はこれに限定されず、例えば、吸収剤はHSを吸収するHS吸収剤であってもよく、吸収液は、HS吸収剤を含むHS吸収液であってもよい。
また、以下の説明では、CO吸収剤及びCO吸収液を、それぞれ、単に吸収剤及び吸収液ということがある。
図2は、図1に示すCO回収装置1におけるリクレーミング装置10の概略図である。図2に示すように、リクレーミング装置10は、吸収液及び水を貯留するための容器50と、容器50に吸収液を供給するための吸収液供給ライン54と、容器50に水を供給するための水供給ライン58と、容器50から蒸気を排出するための蒸気排出ライン62と、水及び吸収液を含む液体を加熱するための加熱部52と、を備えている。
また、吸収液供給ライン54には、容器50への吸収液の供給量を調節するための吸収液バルブ56が設けられ、水供給ライン58には、容器50への水の供給量を調節するための水バルブ60(バルブ)が設けられている。
幾つかの実施形態では、加熱部52は、容器内の液体と、加熱媒体との熱交換により、容器内の液体を加熱するように構成されていてもよい。
図2に示す例示的な実施形態では、加熱部52は、容器50の内部に設けられたU字形の蒸気管を含み、該加熱部52には、加熱媒体供給ライン64を介して加熱媒体が供給されるようになっている。そして、加熱部52において、容器内の液体が、加熱媒体との熱交換により加熱されるようになっている。
加熱部52に供給される加熱媒体は、例えば、水蒸気や油であってもよい。
なお、加熱媒体供給ライン64には、加熱部52への加熱媒体の供給量を調節するための加熱媒体バルブ66が設けられていてもよい。
幾つかの実施形態では、加熱部52は、電力によって容器50内の液体を加熱するように構成されていてもよい。
また、幾つかの実施形態では、加熱部52は、容器50の外部に設けられていてもよい。例えば、特に図示しないが、加熱部52は、吸収液供給ライン54と、水供給ライン58との合流点よりも下流側において、容器50に供給される前の吸収液と水との混合物を加熱するように構成されていてもよい。
図1に示すように、吸収液供給ライン54は、リーン液ライン36からのリーン吸収液が導かれるようになっている。なお、図1に示す実施形態では、熱交換器22よりも上流側におけるリーン液ライン36から、リーン吸収液を吸収液供給ライン54に導くようになっているが、他の実施形態では、熱交換器22よりも下流側におけるリーン液ライン36から、リーン吸収液を吸収液供給ライン54に導くようになっていてもよい。
また、図1に示すように、水供給ライン58には、還流水ドラム6に貯留された凝縮水44の一部が導かれるようになっている。
なお、容器50に供給する水は、還流水ドラム6からの凝縮水に限定されない。容器50には、還流水ドラム6からの凝縮水に替えて、又は、該凝縮水に加えて、他の供給源からの水が供給されるようになっていてもよい。
また、図1に示すように、蒸気排出ライン62の出口は、再生塔4に接続されている。すなわち、容器50から排出された蒸気は、再生塔4に導かれるようになっている。
リクレーミング装置10は、さらに、容器50から廃液を排出するための廃液ライン68と、廃液ライン68からの廃液を貯留するための廃液タンク78とを備えている。廃液ライン68には、廃液バルブ70、冷却器72及びポンプ74が設けられている。
また、リクレーミング装置10は、容器50内の温度を計測するための温度センサ82及び容器50内の圧力を計測するための圧力センサ84と、リクレーミング装置10の運転を制御するための制御装置80(制御部)と、を備えている。
温度センサ82は、容器50内の液相部に設けられ、該液相部の温度を計測するように構成されていてもよい。圧力センサ84は、容器50内の気相部に設けられていてもよい。
制御装置80は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、及び、コンピュータが読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記録媒体等に記憶されており、このプログラムをCPUがRAM等に読み出して、情報の加工や演算処理を実行することにより、各種機能が実現されるようになっている。
制御装置80は、温度センサ82及び圧力センサ84の計測結果を受け取るように構成されている。また、制御装置80は、吸収液バルブ56や水バルブ60等を含む各種バルブの開閉制御あるいは開度制御をするように構成されていてもよい。
以下、上述の構成を有するリクレーミング装置10を用いて、吸収液のリクレーミングを行う手順を説明する。ここで、図3は、一実施形態に係るリクレーミング方法の手順の一例を示すフローチャートである。
なお、以下に説明するリクレーミング方法において、バルブの開閉制御や、各工程(吸収剤再生工程及び吸収剤回収工程)の終了タイミングの判定等は、上述の制御装置80により実行されてもよい。
図3に示すように、一実施形態に係るリクレーミング方法では、まず、吸収液再生(リクレーミング)工程(処理)を行い(ステップS100)、次いで、吸収液回収工程(処理)を行い(ステップS110)、そして、排出工程を行う(ステップS120)。
吸収液再生工程(S100)では、まず、吸収液バルブ56及び水バルブ60を開けて、容器50内に吸収液及び水を供給する。次に、加熱媒体バルブ66を開けて、加熱媒体(例えば蒸気)の加熱部52への供給を開始する。そして、容器50内に吸収液又は水の少なくとも一方を供給しながら(典型的には、吸収液及び水の両方を供給しながら)、容器50内の液体(吸収液及び水の混合物)を加熱して、容器50内の液体に残存する不揮発性成分(吸収液の劣化物等)と、蒸気排出ライン62に排出される蒸気中に含まれる吸収剤とを分離する(ステップS102)。
ステップS102では、加熱部52で容器内の液体を加熱することにより、液体中の揮発成分(吸収剤及び水)を蒸発させる。容器50内で生成した吸収剤を含む蒸気は、蒸気排出ライン62を介して容器50から排出される。一方、液体中に含まれる不揮発性成分は、液体が加熱されても容器50内に留まり、時間の経過に伴い、容器50内の液体中に濃縮される。このようにして、液体に含まれていた吸収剤と、不揮発性成分とが分離される。
なお、蒸気排出ライン62を介して容器50から排出された吸収剤を含む蒸気は、CO回収装置1の再生塔4に戻される。再生塔4に戻された吸収剤は、再度、CO回収装置1においてCOを吸収する吸収液として用いられる。
ステップS102では、容器50内の液面レベルが規定範囲内となるように、吸収液及び/又は水を容器50に供給するようにしてもよい。また、容器50への吸収液と水の供給量の比が規定値となるように、吸収液バルブ56及び水バルブ60の開度を調節するようにしてもよい。
また、容器50内の吸収液及び水を含む液体が沸騰するように、加熱部52に供給される加熱媒体の温度や供給量が設定されるようになっていてもよい。
次に、温度センサ82によって容器50内に貯留された液体の温度TLを取得し、該温度TLに基づいて、吸収液再生工程S100の終了タイミングを判定する。
具体的には、上述の液体の温度TLと、第2規定温度Tth2とを比較する(ステップS104)。なお、この第2規定温度Tth2は、後述する第1規定温度Tth1よりも高い。
そして、上述の液体の温度TLのほうが、第2規定温度Tth2よりも低い場合には(ステップS104のYes)、吸収液再生工程S100を終了せずに、ステップS102を続行する。すなわち、容器50内に吸収液及び水を供給しながら、容器50内の液体を加熱するステップを続行し、容器50内の液体中に含まれる不揮発性成分をより一層濃縮させる。
一方、上述の液体の温度TLが上昇して、第2規定温度Tth2に達したとき(ステップS104のNo)、吸収液再生工程S100の終了タイミングであると判定し、吸収液バルブ56を閉じて、吸収液の容器50への供給を停止する(ステップS106)。
容器50内の液体の沸点は、液体中の不揮発性成分の濃度によって変化し、具体的には、液体中の不揮発性成分の濃度が高いほど、液体の沸点が高くなる。このため、加熱部52により加熱される液体の温度は、該液体の不揮発性成分濃度の指標となる。
また、容器50内の液体と、加熱媒体との温度が近づくと熱交換量が減少するため、液体において不揮発性成分がそれ以上濃縮されにくくなる。
よって、第2規定温度Tth2を適切に設定し、容器50内の液体の温度TLと第2規定温度Tth2とを比較することにより、容器50内の液体に、不揮発性成分が十分に濃縮したか否かを判断することができる。したがって、容器50内の液体の温度に基づいて、上述の吸収液再生工程S100の終了タイミングを容易かつ迅速に判断することができる。
上述の吸収液再生工程(ステップS100)が終了したら、吸収液回収工程を行う(ステップS110)。
吸収液回収工程(S110)では、吸収液供給ライン54からの吸収液の供給を遮断した状態で、水供給ライン58を介して容器50へ水(還流水ドラム6からの凝縮水等)を供給しながら、加熱部52による液体を加熱することにより、液体中に残存している吸収剤を水とともに蒸発させる。容器50内で生成した吸収剤を含む蒸気は、蒸気排出ライン62を介して容器50から排出される(回収される)(ステップS112)。
ステップS112では、容器50内の液面レベルが規定範囲内となるように、水を容器50に供給するようにしてもよい。
また、容器50内の吸収液及び水を含む液体が沸騰するように、加熱部52に供給される加熱媒体の温度や供給量が設定されるようになっていてもよい。
ステップS112では、容器50に吸収液を供給しないので、液体中に含まれる不揮発性成分の濃度は、基本的には変化しない。一方、ステップS112では、容器50に水を供給しながら、液体中の吸収剤を含む揮発成分を揮発させるので、液体中の吸収剤濃度は低下する。
次に、温度センサ82によって容器50内に貯留された液体の温度TLを取得し、該温度TLに基づいて、吸収液回収工程(ステップS110)の終了タイミングを判定する。
具体的には、上述の液体の温度TLと、第1規定温度Tth1とを比較する(ステップS114)。
そして、上述の液体の温度TLのほうが、第1規定温度Tth1よりも高い場合には(ステップS114のYes)、吸収液回収工程S110を終了せずに、ステップS112を続行する。すなわち、容器50内に水を供給しながら、容器50内の液体を加熱するステップを続行し、容器50内の液体中に含まれる吸収剤濃度をより低下させる。
一方、上述の液体の温度TLが、第1規定温度Tth1まで降下したとき(ステップS104のNo)、吸収液回収工程S110の終了タイミングであると判定し、水バルブ60を閉じて、水の容器50への供給を停止する(ステップS116)。また、加熱媒体バルブ66を閉じて、加熱媒体の加熱部52への供給を停止し、容器50内の液体の加熱を停止する。
水及び吸収液を含む容器50内の液体の沸点は、該液体の吸収剤濃度によって変化する。そして、一般に、吸収剤(アミン類等)の沸点は水の沸点よりも高いため、液体中の吸収剤濃度が高いほど、該液体の沸点は高くなる。このため、加熱部52により加熱される液体の温度は、該液体の吸収剤濃度の指標となる。
よって、第1規定温度Tth1を適切に設定し、容器50内の液体の温度TLと第1規定温度Tth1とを比較することにより、容器50内の溶液の吸収剤濃度が十分に低下したか否かを、容易かつ迅速に判断することができる。
また、このように、容器50内の溶液の吸収剤濃度を十分に低下させてから吸収剤回収工程(ステップS110)を終了させることができるので、この後の排出工程S120において、容器50から排出される廃液に吸収剤が同伴して系外に排出されることによる損失を低減することができる。
なお、ステップS102又はステップS112において、容器50内の液体を加熱するときには、該液体に、苛性ソーダ等の強アルカリ性物質を添加して、吸収液を回収するようにしてもよい。
容器50内では、吸収液劣化物中の強酸性物質と、吸収剤(アミン等)とが反応して、熱安定性塩が生成されることがある。そこで、上述のように強アルカリ性物質を添加して、吸収剤とともに熱安定性塩を構成している強酸性物質を強アルカリ性物質と結合させることによって、弱アルカリ性の吸収剤を遊離させたうえで回収することができる。
排出工程(ステップS120)では、廃液バルブ70を開けて、廃液ライン68に設けられたポンプ74を始動させる。これにより、吸収液回収工程S110の終了後に容器50内に残留したリクレーミング残渣を含む廃液を、容器50から排出し、廃液ライン68を介して廃液タンク78に移送する。
容器50から排出された廃液は、廃液ライン68に設けられた冷却器72で冷却されてから、廃液タンク78に移送されるようになっていてもよい。
容器50からの廃液の排出及び廃液タンク78への移送が終了したら、ポンプ74を停止するとともに廃液バルブ70を閉じて、排出工程を終了する。
以上に説明したリクレーミング方法によれば、加熱部52によって加熱される液体の温度に基づいて、容器50内の液体から吸収剤及び不揮発性成分を分離する吸収液再生工程(ステップS100)や、吸収剤を含む蒸気を回収する吸収剤回収工程(ステップS110)の終了タイミングを容易かつ迅速に判断することができる。したがって、吸収液のリクレーミングをより効率的に行うことができる。
また、上述のリクレーミング方法を実行するように構成された制御装置80を用いることにより、温度センサ82から取得した温度に基づいて、吸収液再生工程(ステップS100)や吸収剤回収工程(ステップS110)の終了タイミングを自動的に判定することができる。また、吸収液再生工程(ステップS100)や吸収剤回収工程(ステップS110)が終了したと判断されたときには、吸収液バルブ56、水バルブ60及び/又は廃液バルブ70を適切に開閉制御することにより、後続の工程に自動的に移行することができる。したがって、吸収液のリクレーミングをより効率的に行うことができる。
なお、通常、CO回収装置1の運転中、吸収塔2の圧力は一定であるので、蒸気排出ライン62を介して吸収塔2に連通している容器50内の圧力も一定である。よって、容器50内のある特定の圧力に対して、容器50内の液体の温度と液体中の不揮発性物質又は吸収剤の濃度とは特定の相関関係を有する。したがって、上述のように、容器50内の液体温度を、液体中の不揮発性物質又は吸収剤の濃度の指標とすることができ、温度の閾値(第1規定温度及び第2規定温度)を用いて、吸収剤回収工程(ステップS110)や吸収液再生工程(ステップS100)の終了タイミングを適切に判定することができる。
吸収液回収工程(ステップS110)の終了を判定するための第1規定温度Tth1は、容器50内の圧力に応じて設定するようにしてもよい。
容器50内の圧力に応じて第1規定温度Tth1を設定することについて、図4及び図5を用いて説明する。
図4は、容器50内の圧力がPa及びPbそれぞれのときの、容器50内の液体の沸点と該液体中の不揮発性成分の濃度との相関関係の一例を示すグラフである。ただし、圧力Paは圧力Pbよりも小さい(Pa<Pb)。
図5は、容器50内の圧力がPa及びPbそれぞれのときの、容器50内の液体の沸点(すなわち該液体の温度)と該液体中の吸収剤の濃度との相関関係の一例を示すグラフである。ただし、圧力Pa、Pbは、図4の圧力Pa,Pbと同じ圧力である。
なお、以下の説明において、容器50内の液体は十分に加熱されており、該液体の温度は、該液体の沸点に等しいものとする。
吸収液回収工程(ステップS110)の前に行われる吸収液再生工程(S100)では、容器50内の液体中に、不揮発性成分が徐々に濃縮されるため、該液体中の不揮発性成分濃度が徐々に高くなる。
図4のグラフを用いて説明すると、吸収液再生工程(S100)の開始時点では、不揮発性成分の濃度は低く(このときの濃度C0とする)、液体内の溶液温度は、容器内圧力PaのときにはT_a0であり、容器内圧力がPbのときにはT_b0である。
そして、液体の加熱に伴い、液体中の不揮発性成分の濃度が増大すると、これに応じて該液体の沸点が上昇し、したがって、容器50内の液体の温度が上昇する。
ここで、吸収液再生工程(S100)の終了タイミングは、圧力に依らない閾値である第2規定温度Tth2に基づいて判定をしてもよい。
すなわち、容器内圧力がPa又はPbの何れの場合にも、容器50内の液体温度が第2規定温度Tth2に達したときに、液体中の不揮発性成分濃度が十分に高くなり、吸収液再生工程(S100)が終了したと判定してもよい。
この場合、吸収液再生工程(S100)の終了時点の温度T_a2(容器内圧力Paのとき),T_b2(容器内圧力Pbのとき)は、容器内圧力によらずTth2に等しい。
続いて、図5を用いて説明する。吸収液回収工程(S110)の開始時点の温度は、吸収液再生工程(S100)の終了時点の温度と同じであり、容器内圧力PaのときはT_a2であり、容器内圧力PbのときはT_b2である。なお、上述したとおり、T_a2及びT_b2はTth2に等しい。
ここで、図5に示すように、吸収剤濃度の低下に伴い液体の沸点(液体の温度)は降下するが、容器内の圧力によって、容器50内の液体中の吸収剤濃度と液体の沸点(液体の温度)との相関関係は異なる。したがって、例えば、液体中の吸収剤濃度が十分小さいC1まで低下したときを吸収液回収工程(S110)の終了時点としたい場合、濃度C1に対応する液体の沸点(液体の温度)も圧力によって異なる。図5のグラフにおいて、前述の濃度C1に対応する液体の沸点は、容器内圧力PaにおいてはT_a1であり、容器内圧力PbにおいてはT_b1である。なお、図5のグラフでは、T_a1<T_b1である。
そこで、容器内の圧力に応じて、それぞれの圧力に対応する適切な第1規定温度Tth1を設定する。
例えば、容器内の圧力Paに対しては、第1規定温度Tth1をT_a1に設定し、容器内の圧力Pbに対しては、第1規定温度Tth1をT_b1に設定する。この場合、吸収液回収工程(S110)の終了時点における容器内温度は、それぞれ、T_a1,T_b1となる。
この場合、吸収液回収工程(S110)の終了タイミングを判定するための温度の閾値は、第1規定温度Tth1という温度の値であるが、上述の閾値として、吸収液回収工程(S110)の開始時点からの温度差を採用してもよい。
例えば、容器内圧力Paの場合、吸収液回収工程(S110)の開始時点の液体温度T_a2と、吸収剤濃度C1に対応する液体温度T_a1との差ΔTを閾値として設定し(ΔT=T_a2-T_a1)、液体温度が、吸収液回収工程(S110)の開始時点からΔTだけ降下したときに、吸収液回収工程(S110)が終了したと判定するようにしてもよい。
圧力Pbの場合も、同様に、吸収液回収工程(S110)の開始時点の液体温度T_b2と、吸収剤濃度C1に対応する液体温度T_b1との差ΔTを閾値として設定し(ΔT=T_b2-T_b1)、液体温度が、吸収液回収工程(S110)の開始時点からΔTだけ降下したときに、吸収液回収工程(S110)が終了したと判定するようにしてもよい。
このように、吸収液回収工程(S110)の開始時点からの温度差を閾値として用いる場合にも、圧力に応じた適切な閾値ΔT(上述のΔT又はΔT)を設定することができる。
このように、容器50内の圧力に応じて第1規定温度Tth1又はΔTを設定することにより、容器50内の圧力に変動がある場合であっても、該圧力に応じて第1規定温度Tth1又はΔTを適切に設定して、容器50内の溶液の吸収剤濃度を十分に低下させてから、吸収剤回収処理を終了させることができる。これにより、リクレーミングによる吸収液の損失を効果的に抑制することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
1 CO回収装置
2 吸収塔
4 再生塔
6 還流水ドラム
10 リクレーミング装置
12 排ガス導入ライン
14 吸収部
16 塔頂部
18 リッチ吸収液
20 リッチ液ライン
22 熱交換器
24 放出部
26 洗浄部
28 リーン吸収液
30 リボイラライン
32 再生加熱器
36 リーン液ライン
38 冷却器
40 COガスライン
42 コンデンサ
44 凝縮水
46 還流水ライン
48 回収ライン
50 容器
52 加熱部
54 吸収液供給ライン
56 吸収液バルブ
58 水供給ライン
60 水バルブ(バルブ)
62 蒸気排出ライン
64 加熱媒体供給ライン
66 加熱媒体バルブ
68 廃液ライン
70 廃液バルブ
72 冷却器
74 ポンプ
78 廃液タンク
80 制御装置
82 温度センサ
84 圧力センサ

Claims (13)

  1. 容器と、
    吸収剤を含有する吸収液を前記容器に供給するための吸収液供給ラインと、
    前記容器に水を供給するための水供給ラインと、
    前記容器から蒸気を排出するための蒸気排出ラインと、
    前記水又は前記吸収液の少なくとも一方を含む液体を加熱するための加熱部と、
    前記加熱部による前記液体の加熱によって、前記液体の沸点を降下させながら、前記蒸気排出ラインを介して前記吸収剤を含む蒸気を回収する吸収剤回収処理の終了タイミングを、前記容器内に貯留された前記液体の温度に基づいて判定するように構成された制御部と、
    を備え、
    前記吸収剤回収処理では、前記吸収液供給ラインを介した前記容器への前記吸収液の供給を遮断し、かつ、前記水供給ラインを介して前記容器へ前記水を供給しながら、前記加熱部による前記液体の加熱によって、前記蒸気排出ラインを介して前記吸収剤を含む蒸気を回収する
    ことを特徴とするリクレーミング装置。
  2. 前記制御部は、前記容器内の前記液体の温度が第1規定温度まで降下したときに、前記液体からの前記吸収剤の回収が終了したと判定するように構成された
    ことを特徴とする請求項1に記載のリクレーミング装置。
  3. 前記制御部は、前記容器内の圧力に応じて前記第1規定温度を設定するように構成された
    ことを特徴とする請求項2に記載のリクレーミング装置。
  4. 前記制御部は、前記容器内の回収処理運転開始時の温度に応じて前記第1規定温度を設定するように構成された
    ことを特徴とする請求項2又は3に記載のリクレーミング装置。
  5. 前記制御部は、前記吸収剤回収処理の前に実施される吸収液再生処理の終了タイミングを、前記容器内に貯留された前記液体の温度と、前記第1規定温度よりも高い第2規定温度との比較に基づいて判定するように構成され、
    前記吸収液再生処理は、前記吸収液供給ラインを介した前記容器への前記吸収液の供給中における前記加熱部による前記液体の加熱によって、前記容器内の前記液体に残存する不揮発性成分と、前記蒸気排出ラインに排出される蒸気中に含まれる前記吸収剤とを分離する処理を含む
    請求項2乃至4の何れか一項に記載のリクレーミング装置。
  6. 前記水供給ラインに設けられ、前記容器への水の供給量を調節するためのバルブをさらに備え、
    前記制御部は、前記吸収剤回収処理が終了したことを判定したとき、前記バルブを閉めて、前記容器への水の供給を停止するように構成された
    ことを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載のリクレーミング装置。
  7. 吸収剤を含有する吸収液に排ガス中のCOを吸収させるように構成された吸収塔と、
    前記吸収塔からの前記吸収液を再生するための再生塔と、
    請求項1乃至6の何れか一項に記載のリクレーミング装置と、を備え、
    前記再生塔に貯留された前記吸収液の少なくとも一部が、前記吸収液供給ラインを介して前記容器に供給されるように構成された
    ことを特徴とするCO回収装置。
  8. 前記再生塔から放出されるCO含有ガスをCOガスと凝縮水とに分離するための還流水ドラムをさらに備え、
    前記還流水ドラムに貯留された凝縮水の少なくとも一部が、前記水として前記水供給ラインを介して前記容器に供給されるように構成された
    ことを特徴とする請求項7に記載のCO回収装置。
  9. 吸収剤を含有する吸収液を容器に供給するステップと、
    前記容器に水を供給するステップと、
    前記水又は前記吸収液の少なくとも一方を含む液体を加熱するステップと、
    前記液体の加熱によって生じ、前記容器から排出される前記吸収剤を含む蒸気を回収する吸収剤回収ステップと、
    前記吸収剤回収ステップの終了タイミングを、前記容器内に貯留された前記液体の温度に基づいて判定するステップと、
    を備え、
    前記吸収剤回収ステップでは、前記容器への前記吸収液の供給を遮断し、かつ、前記容器へ前記水を供給しながら、前記液体の加熱によって、前記液体の沸点を降下させながら、前記吸収剤を含む蒸気を回収する
    ことを特徴とするリクレーミング方法。
  10. 前記判定するステップでは、前記容器内の前記液体の温度が第1規定温度まで降下したときに、前記液体からの前記吸収剤の回収が終了したと判定することを特徴とする請求項9に記載のリクレーミング方法。
  11. 前記第1規定温度を設定するステップを備え、
    前記設定するステップでは、前記容器内の圧力に応じて前記第1規定温度を設定する
    ことを特徴とする請求項10に記載のリクレーミング方法。
  12. 前記吸収剤回収ステップの前に実施される吸収液再生ステップの終了タイミングを、前記容器内に貯留された前記液体の温度と、前記第1規定温度よりも高い第2規定温度との比較に基づいて判定するステップをさらに備え、
    前記吸収液再生ステップでは、前記容器への前記吸収液の供給中における前記液体の加熱によって、前記容器内の前記液体に残存する不揮発性成分と、前記容器から排出される蒸気中に含まれる前記吸収剤とを分離する
    請求項10又は11に記載のリクレーミング方法。
  13. 前記容器への水の供給量を調節するステップをさらに備え、
    前記調節するステップでは、前記判定するステップにおいて前記吸収剤回収ステップが終了したことを判定したとき、前記容器への水の供給を停止する
    ことを特徴とする請求項9乃至12の何れか一項に記載のリクレーミング方法。
JP2020550402A 2018-10-10 2019-09-27 リクレーミング装置及びこれを備えたco2回収装置並びにリクレーミング方法 Active JP7167176B2 (ja)

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