JP7431708B2 - 酸性ガス除去制御装置、酸性ガス除去制御方法、および酸性ガス除去装置 - Google Patents

酸性ガス除去制御装置、酸性ガス除去制御方法、および酸性ガス除去装置 Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、酸性ガス除去制御装置、酸性ガス除去制御方法、および酸性ガス除去装置に関する。
火力発電所や製鉄所では、様々なガスが使用され排出される。このようなガスの例は、化石燃料を燃焼させることで発生する燃焼排ガスや、石炭をガス化することで生成される石炭ガス化ガスや、燃料として使用される天然ガスなどである。これらのガスは、例えばＣＯ２（二酸化炭素）、ＳＯｘ（硫黄酸化物）、ＮＯｘ（窒素酸化物）、Ｈ２Ｓ（硫化水素）などの酸性ガス成分を含んでいる。
このような酸性ガス成分が大気中に放出されることを抑制するために、酸性ガス成分を吸収液に吸収させて、酸性ガス成分を除去する方法が精力的に研究されている。このような吸収液の例は、アミノ基含有化合物（アミン系化合物）を含む水溶液である。酸性ガス成分を含む処理対象ガスと吸収液とを気液接触させることで、処理対象ガス中の酸性ガス成分を吸収液に吸収させ、処理対象ガスから酸性ガス成分を除去することができる。
例えば、排ガスと吸収液とを接触させて、排ガス中のＣＯ２を吸収液に吸収させる吸収塔と、ＣＯ２を吸収した吸収液を加熱して、吸収液からＣＯ２を放出させる再生塔とを備えるＣＯ２回収装置が知られている。ＣＯ２を放出して再生された吸収液は、再び再生塔から吸収塔に供給され、吸収塔内で再利用される。この装置では、吸収液が吸収塔と再生塔との間で循環して使用される。
しかし、アミン成分などの吸収液成分は、熱の影響や酸素の影響などで分解する可能性や、吸収塔の出口から排出されるガスと共に放散される可能性がある。このような分解や放散が起こると、吸収液から徐々に吸収液成分が消失する。吸収液中の吸収液成分が減少すると、吸収液の酸性ガス回収性能が低下するため、定期的な吸収液成分の補給や吸収液の交換が必要となる。
また、吸収液中のアミン成分が、硫化カルボニル、シアン化水素、チオシアン酸、チオ硫酸、その他の無機酸と反応すると、熱安定性アミン塩（ＨＳＡＳ：Heat Stable Amine Salt）と呼ばれる劣化物が生成される。熱安定性アミン塩は、熱の影響や酸素の影響などでアミン成分が分解することでも生成される。これらの熱安定性アミン塩は、再生塔内で吸収液を再生する際に与えられる熱では分解されず、吸収液から分離されないため、吸収液中に蓄積される。熱安定性アミン塩が吸収液中に蓄積されると、吸収液の酸性ガス回収性能が低下する。
特開平６－１５４５５４号公報 特開平８－８９７５６号公報
ＣＯ２回収装置などの酸性ガス除去装置では、アミン成分の補給や酸成分の除去により吸収液の酸性ガス吸収性能を維持するために、吸収液中のアミン含有量や酸蓄積量（酸成分蓄積量）を定期的に分析する必要がある。しかし、吸収液中のアミン含有量や酸蓄積量を定期的に分析することは、酸性ガス除去装置を運用する上で大きな負担となる。
また、上述の再生塔は、吸収液を蒸気により加熱することで、吸収液からＣＯ２を放出させる。一方、吸収液中のアミン成分が減少したり、吸収液中に酸が蓄積したりすると、所定のＣＯ２回収量を維持する中で再生塔内の吸収液の温度は一般に高くなる。吸収液が高温になるほど、アミン成分が分解されやすくなるため、再生塔内の吸収液の温度はなるべく低く維持することが好ましい。
そこで、本発明の実施形態は、吸収液成分の補給や酸成分の除去を好適に行うことが可能な酸性ガス除去制御装置、酸性ガス除去制御方法、および酸性ガス除去装置を提供することを課題とする。
一の実施形態によれば、酸性ガス除去装置は、酸性ガスを含む第１ガスとリーン液とを接触させ、前記酸性ガスを吸収した前記リーン液であるリッチ液と、前記酸性ガスが除去された前記第１ガスを含む第２ガスとを排出する吸収部と、前記吸収部により排出された前記リッチ液から前記酸性ガスを分離し、前記酸性ガスと分離された前記リッチ液である前記リーン液と、前記リッチ液から分離された前記酸性ガスを含む第３ガスとを排出する再生部と、前記再生部内の前記リッチ液または前記リーン液の温度を計測する計測部とを備える。さらに、前記酸性ガス除去装置を制御する酸性ガス除去制御装置は、前記計測部により計測された前記温度を受信する受信部と、前記受信部により受信された前記温度に基づいて、前記リッチ液または前記リーン液への補給液の補給、または、前記リッチ液または前記リーン液からの酸成分の除去を制御する制御部とを備える。
第１実施形態の酸性ガス除去装置の構成を示す模式図である。 第１実施形態のアミン濃度と再生塔スチル温度との関係を示すグラフである。 第２実施形態の酸性ガス除去装置の構成を示す模式図である。 第２実施形態の酸濃度と再生塔スチル温度との関係を示すグラフである。 第３実施形態の酸性ガス除去装置の構成を示す模式図である。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図１から図５において、同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の酸性ガス除去装置の構成を示す模式図である。図１の酸性ガス除去装置は例えば、処理対象ガス中のＣＯ２を回収するＣＯ２回収装置である。
図１の酸性ガス除去装置は、吸収塔１と、熱交換器２と、再生塔３と、リボイラ４と、冷却器５と、循環ポンプ６と、冷却器７と、気液分離器８と、温度計１１と、補給液タンク１２と、補給液ポンプ１３と、バルブ１４と、制御装置１５とを備えている。吸収塔１は、気液接触部１ａと、ガス洗浄部１ｂとを備えている。再生塔３は、気液接触部３ａを備えている。制御装置１５は、受信部１５ａと、記憶部１５ｂと、制御部１５ｃとを備えている。吸収塔１は吸収部の例であり、再生塔３は再生部の例である。温度計１１は計測部の例であり、制御装置１５は酸性ガス除去制御装置の例である。補給液タンク１２、補給液ポンプ１３、およびバルブ１４は補給部の例であり、バルブ１４は第１バルブの例である。
本実施形態の処理対象ガスは、ＣＯ２を含む排ガス１０１ａであり、排ガス１０１ａ中のＣＯ２を酸性ガス除去装置内で吸収液に吸収させる。ＣＯ２が除去された排ガス１０１ａである排ガス１０１ｂは、酸性ガス除去装置外に排出される。排ガス１０１ａは第１ガスの例であり、排ガス１０１ｂは第２ガスの例である。
ＣＯ２含有濃度が高い吸収液はリッチ液と呼ばれ、ＣＯ２含有濃度が低い吸収液はリーン液と呼ばれる。リーン液は、ＣＯ２を吸収することでリッチ液に変化する。リッチ液は、ＣＯ２を放出することでリーン液に変化する。
本実施形態では、吸収塔１、熱交換器２、再生塔３、リボイラ４、および冷却器５の間で吸収液が循環する。吸収液は、このように循環する間に、リーン液からリッチ液に変化したり、リッチ液からリーン液に変化したりする。図１は、吸収塔１から熱交換器２へと流れるリッチ液１０２ａと、熱交換器２から再生塔３へと流れるリッチ液１０２ｂと、再生塔３とリボイラ４との間を流れるリーン液１０２ｃと、再生塔３から熱交換器２へと流れるリーン液１０２ｄと、熱交換器２から冷却器５を介して吸収塔１へと流れるリーン液１０２ｅとを示している。
本実施形態の吸収液は、アミン系化合物（アミノ基含有化合物）と水とを含むアミン系水溶液である。アミン系化合物は例えば、モノエタノールアミン、２－アミノ－２－メチル－１－プロパノールのような第１級アミン類、ジエタノールアミン、２－メチルアミノエタノールのような第２級アミン類、トリエタノールアミン、Ｎ－メチルジエタノールアミンのような第３級アミン類、エチレンジアミン、トリエチレンジアミン、ジエチレントリアミン、キシリレンジアミンのようなポリアミン類、ピペラジン類、ピペリジン類、ピロリジン類のような環状アミン類、メチルアミノカルボン酸のようなアミノ酸類などである。吸収液は、これらのアミン系化合物のうちの１種類のみを含んでいてもよいし、これらのアミン系化合物のうちの２種類以上を含んでいてもよい。本実施形態の吸収液は例えば、１０～７０重量％のアミン系化合物を含む水溶液である。
本実施形態の吸収液は、アミン系化合物および水と共に、その他の物質を含んでいてもよい。このような物質の例は、化学反応を促進するための反応促進剤、ＣＯ２の吸収性能を向上させるための含窒素化合物、プラント設備の腐食を防止するための防食剤、吸収液の泡立ちを防止するための消泡剤、吸収液の劣化を防止するための酸化防止剤、吸収液のｐＨを調整するためのｐＨ調整剤などである。吸収液は、このような物質を吸収液の効果を損なわない範囲で含んでいてもよい。
排ガス１０１ａの例は、火力発電所のボイラやガスタービンから排出される燃焼排ガスや、製鉄所で発生するプロセス排ガスである。排ガス１０１ａは例えば、送風機により昇圧され、冷却塔で冷却された後、排ガスラインＬ１（例えば煙道）を介して吸収塔１内に導入される。排ガスラインＬ１は、吸収塔１内における気液接触部１ａの下方の空間に、排ガス１０１ａを導入する。
吸収塔１は、吸収塔１内における気液接触部１ａの下方の空間に排ガス１０１ａを取り込み、吸収塔１内における気液接触部１ａとガス洗浄部１ｂとの間の空間にリーン液１０２ｅを取り込む。気液接触部１ａは、排ガス１０１ａとリーン液１０２ｅとを接触させ、排ガス１０１ａ中のＣＯ２をリーン液１０２ｅに吸収させる。
ＣＯ２が除去された排ガス１０１ａは、ガス洗浄部１ｂに供給される。ガス洗浄部１ｂは、排ガス１０１ａを洗浄し、排ガス１０１ａに同伴するアミンを回収する。洗浄された排ガス１０１ａは、処理済みガスである排ガス１０１ｂとして、吸収塔１から吸収塔出口ラインＬ２に排出され、吸収塔出口ラインＬ２から酸性ガス除去装置外に排出される。一方、ＣＯ２を吸収したリーン液１０２ｅは、リッチ液１０２ａとして、吸収塔１からリッチ液ラインＬ３に排出される。
本実施形態の気液接触部１ａは、充填材で形成されており、これにより排ガス１０１ａとリーン液１０２ｅとの気液接触効率を高めている。気液接触部１ａの上方には、液分散器が設けられている。液分散器は、吸収塔１内に取り込まれたリーン液１０２ｅを、気液接触部１ａへと分散落下させる。一方、吸収塔１内に取り込まれた排ガス１０１ａは、吸収塔１の底部から頂部へと上昇する。吸収塔１内を上昇する排ガス１０１ａが、気液接触部１ａ内でリーン液１０２ｅと対向流接触により接触すると、例えば式（１）や式（２）のような反応が起き、熱分解性塩（Ｒ３ＮＨ２ＣＯ３）や熱安定性アミン塩（Ｒ３ＮＨＸ）が形成される。
Ｒ３Ｎ＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ → Ｒ３ＮＨ２ＣＯ３ ・・・（１）
Ｒ３Ｎ＋ＨＸ → Ｒ３ＮＨＸ ・・・（２）
式（１）の反応により、排ガス１０１ａ中のＣＯ２がリーン液１０２ｅに吸収され、排ガス１０１ａからＣＯ２が除去される。ＣＯ２を吸収したリーン液１０２ｅは、リッチ液１０２ａとして、吸収塔１の底部に貯留される。リッチ液１０２ａは、熱分解性塩と熱安定性アミン塩とを含んでいる。リッチ液１０２ａはさらに、排ガス１０１ａに含まれる酸素との反応により生じた有機酸を含みうる。リッチ液１０２ａはさらに、排ガス１０１ａに含まれるＳＯｘ、ＮＯｘ、硫化カルボニル、シアン化水素、チオシアン酸、チオ硫酸、その他の無機酸を吸収して生じた熱安定性アミン塩を含みうる。
気液接触部１ａを通過した排ガス１０１ａは、吸収塔１内をさらに上昇して、ガス洗浄部１ｂに供給される。ガス洗浄部１ｂのさらなる詳細については、後述する。
吸収塔１の底部に貯留されたリッチ液１０２ａは、吸収塔１からリッチ液ラインＬ３に排出される。リッチ液１０２ａは、リッチ液ラインＬ３上の不図示のポンプにより昇圧され、リッチ液ラインＬ３上の熱交換器２に導入される。熱交換器２は、リッチ液１０２ａとリーン液１０２ｄとの熱交換を行い、リッチ液１０２ａを加熱する。熱交換器２は例えば、プレート熱交換器やシェル＆チューブ熱交換器である。加熱されたリッチ液１０２ａは、リッチ液１０２ｂとして、リッチ液ラインＬ３を介して再生塔３に導入される。
再生塔３は、再生塔３内における気液接触部３ａの上方の空間に、リッチ液１０２ｂを取り込み、再生塔３内における気液接触部３ａの下方の空間に、リボイラ４からのガスを取り込む。気液接触部３ａは、リボイラ４からのガスとリッチ液１０２ｂとを接触させ、リボイラ４からのガスでリッチ液１０２ｂを加熱する。その結果、リッチ液１０２ｂからＣＯ２が放出され、リッチ液１０２ｂからＣＯ２が分離される。リッチ液１０２ｂは、リッチ液１０２ｂ中のすべてのＣＯ２を放出してもよいし、リッチ液１０２ｂ中の一部のＣＯ２のみを放出してもよい。
リッチ液１０２ｂから分離されたＣＯ２は、その他のガスと共に、再生塔出口ガス１０３ａとして、再生塔３から再生塔出口ラインＬ４に排出される。再生塔出口ガス１０３ａは、第３ガスの例である。一方、ＣＯ２と分離されたリッチ液１０２ｂは、リーン液１０２ｃとして再生塔３からリーン液ラインＬ５に排出されるか、リーン液１０２ｄとして再生塔３からリーン液ラインＬ６に排出される。このように、リッチ液１０２ｂは、再生塔３内でリーン液１０２ｃ、１０２ｄとして再生される。
リーン液ラインＬ５に排出されたリーン液１０２ｃは、リーン液ラインＬ５上のリボイラ４に導入される。リボイラ４は、リーン液１０２ｃと蒸気との熱交換を行い、リーン液１０２ｃを加熱する。その結果、リーン液１０２ｃからＣＯ２や水蒸気が発生する。加熱されたリーン液１０２ｃは、発生したＣＯ２や水蒸気と共に、リーン液ラインＬ５を介して再生塔３の底部に戻される。
本実施形態の気液接触部３ａは、上述の気液接触部１ａと同様に、充填材で形成されている。気液接触部３ａの上方には、液分散器が設けられている。液分散器は、再生塔３内に取り込まれたリッチ液１０２ｂを、気液接触部３ａへと分散落下させる。一方、リボイラ４からのガス、即ち、リボイラ４から戻されたＣＯ２や水蒸気は、再生塔３の底部から頂部へと上昇する。再生塔３内を上昇する当該ガスが、気液接触部３ａ内でリッチ液１０２ｂと対向流接触により接触すると、リッチ液１０２ｂが当該ガスにより加熱される。その結果、リッチ液１０２ｂからＣＯ２が脱離したり、リッチ液１０２ｂから水蒸気が蒸発したりする。
ＣＯ２を放出したリッチ液１０２ｂは、リーン液１０２ｃ、１０２ｄとして、再生塔３の底部に貯留される。一方、リッチ液１０２ｂから発生したＣＯ２や水蒸気は、再生塔３内をさらに上昇した後、再生塔出口ガス１０３ａとして再生塔３から再生塔出口ラインＬ４に排出される。再生塔出口ラインＬ４のさらなる詳細については、後述する。
リーン液ラインＬ６に排出されたリーン液１０２ｄは、リーン液ラインＬ６上の不図示のポンプにより昇圧され、リーン液ラインＬ６上の熱交換器２に導入される。熱交換器２は、リーン液１０２ｄとリッチ液１０２ａとの熱交換を行い、リーン液１０２ｄを冷却する。冷却されたリーン液１０２ｄは、リーン液１０２ｅとして、リーン液ラインＬ６を介して吸収塔１に導入される。なお、リーン液１０２ｅは、吸収塔１内に導入される前に、リーン液ラインＬ６上の冷却器５によりさらに冷却される。
次に、ガス洗浄部１ｂのさらなる詳細を説明する。
本実施形態のガス洗浄部１ｂは、排ガス１０１ａを洗浄液１０４ａにより洗浄し、排ガス１０１ａに同伴するアミンを洗浄液１０４ａ中に回収する。ガス洗浄部１ｂは、排ガス１０１ａの流れる方向において気液接触部１ａの下流に配置されており、気液接触部１ａの上方に配置されている。なお、ガス洗浄部１ｂは、吸収塔１外に設けられたガス洗浄塔としてもよい。
ガス洗浄部１ｂの上方には、液分散器が設けられている。液分散器は、洗浄液１０４ａをガス洗浄部１ｂへと分散落下させる。一方、排ガス１０１ａは、吸収塔１の底部から頂部へと上昇する。吸収塔１内を上昇する排ガス１０１ａは、ガス洗浄部１ｂ内で洗浄液１０４ａと接触することで、洗浄液１０４ａにより洗浄される。洗浄された排ガス１０１ａは、吸収塔１内をさらに上昇した後、処理済みガスである排ガス１０１ｂとして酸性ガス除去装置外に排出される。
一方、アミンを回収した洗浄液１０４ａは、ガス洗浄部１ｂの下方に設けられた不図示の洗浄液貯留部に貯留される。洗浄液貯留部は、洗浄液ラインＬ７と連結されている。洗浄液貯留部に貯留された洗浄液１０４ａは、洗浄液ラインＬ７上の循環ポンプ６により送液され、ガス洗浄部１ｂの上方の液分散器に再び供給される。このように、洗浄液１０４ａは、ガス洗浄部１ｂと洗浄液ラインＬ７との間を循環して使用される。
洗浄液１０４ａは、例えば純水や硫酸水である。一般に、洗浄液１０４ａのｐＨが低いほど、洗浄液１０４ａの洗浄効率は高くなる。
洗浄液１０４ａを使用し続けると、洗浄液１０４ａ中のアミン濃度が上昇し、洗浄液１０４ａのアミン回収性能が低下する。そのため、本実施形態では、ガス洗浄部１ｂと洗浄液ラインＬ７との間を循環している洗浄液１０４ａの一部を、酸性ガス除去装置外に排出するか、酸性ガス除去装置内の吸収液と混合してもよい。この場合、洗浄液ラインＬ７に新しい洗浄液を補充してもよい。
次に、再生塔出口ラインＬ４のさらなる詳細を説明する。
再生塔出口ラインＬ４に排出された再生塔出口ガス１０３ａは、ＣＯ２ガスと水蒸気とを含んでいる。本実施形態の酸性ガス除去装置は、再生塔出口ガス１０３ａを処理するための冷却器７および気液分離器８を、再生塔出口ラインＬ４上に備えている。
冷却器７は、再生塔出口ガス１０３ａを冷却し、再生塔出口ガス１０３ａ中の水蒸気を液体の水（凝縮水）へと凝縮させる。冷却器７は、前述のＣＯ２ガスおよび凝縮水を含む気液二相流１０３ｂを気液分離器８に排出する。
気液分離器８は、気液二相流１０３ｂをＣＯ２ガス１０３ｃと凝縮水１０３ｄとに分離する。ＣＯ２ガス１０３ｃは、気液分離器８から酸性ガス除去装置外に排出される。本実施形態の酸性ガス除去装置は、このようにして排ガス１０１ａからＣＯ２ガス１０３ｃを回収することができる。一方、凝縮水１０３ｄは、気液分離器８から再生塔出口ラインＬ４を介して再生塔３内に戻される。
次に、温度計１１、補給液タンク１２、補給液ポンプ１３、バルブ１４、および制御装置１５の詳細を説明する。
温度計１１は、再生塔３内の吸収液の温度を計測し、この温度の計測結果を含む信号を制御装置１５に出力する。この吸収液は例えば、再生塔３内のリッチ液でもよいし、再生塔３内のリーン液でもよい。本実施形態の温度計１１は、再生塔スチル温度、即ち、再生塔３の底部（スチル部）に貯留されたリーン液の温度を計測する。このリーン液は、再生塔３からリーン液１０２ｃまたはリーン液１０２ｄとして排出される。
補給液タンク１２は、酸性ガス除去装置内の吸収液に補給する補給液１０５ａを貯留している。補給液１０５ａは例えば、新たな吸収液である。補給液タンク１２は、リッチ液に補給液１０５ａを補給してもよいし、リーン液に補給液１０５ａを補給してもよい。本実施形態では、補給タンク１２と吸収塔１が補給液ラインＬ１１で連結されており、補給タンク１２内の補給液１０５ａが、補給液ラインＬ１１から吸収塔１に供給される。補給液ラインＬ１１は、吸収塔１内における気液接触部１ａの下方の空間に補給液１０５ａを導入することで、吸収塔１の底部のリッチ液１０２ａに補給液１０５ａを補給する。補給液ラインＬ１１は、第１流路の例である。
補給液ポンプ１３およびバルブ１４は、補給液ラインＬ１１上に設けられている。補給液ポンプ１３は、補給液タンク１２内の補給液１０５ａを吸収塔１に送液する。バルブ１４は、補給液タンク１２から吸収塔１への補給液１０５ａの送液を制御するために使用される。例えば、補給液１０５ａの補給を開始する場合にはバルブ１４が開放され、補給液１０５ａの補給を停止する場合にはバルブ１４が閉鎖される。
制御装置１５は、酸性ガス除去装置の種々の動作を制御する。制御装置１５の例は、プロセッサ、電気回路、ＰＣ（Personal Computer）などである。制御装置１５は例えば、温度計１１からの信号を監視したり、バルブ１４の開閉や開度を制御する。
受信部１５ａは、再生塔３内の吸収液の温度の計測結果を含む信号を、温度計１１から受信する。本実施形態の受信部１５ａは例えば、温度計１１により計測された再生塔スチル温度のデータを受信する。
記憶部１５ｂは、酸性ガス除去装置の動作を制御するための種々のデータを記憶するために使用される。本実施形態の記憶部１５ｂは例えば、後述する設定温度Ｔａ１、Ｔａ２を記憶している（図２を参照）。
制御部１５ｃは、受信部１５ａにより受信された温度に基づいて、酸性ガス除去装置内の吸収液への補給液１０５ａの補給を制御する。例えば、酸性ガス除去装置内の吸収液に補給液１０５ａを補給する際には、制御部１５ｃは、補給液ラインＬ１１上のバルブ１４を開放する。これにより、補給液タンク１２から補給液ラインＬ１１を介して吸収塔１内に補給液１０５ａが導入され、吸収塔１の底部のリッチ液１０２ａに補給液１０５ａが補給される。
図２は、第１実施形態のアミン濃度と再生塔スチル温度との関係を示すグラフである。
図２のグラフにおいて、横軸は、再生塔３の底部に貯留されたリーン液中のアミン濃度を示し、縦軸は、再生塔３の底部に貯留されたリーン液の温度（再生塔スチル温度）を示している。図２は、リボイラ４内で熱交換に使用される蒸気の流量が一定の場合における、アミン濃度と再生塔スチル温度との関係を示している。図２に示すように、リーン液中のアミン濃度が低下すると、再生塔スチル温度が上昇する。
上述のように、吸収液中のアミン成分が減少すると、吸収液のＣＯ２回収性能が低下するため、吸収液にアミン成分を補給することが望ましい。しかし、吸収液中のアミン成分が減少したことを検知するために、吸収液中のアミン含有量を定期的に分析することにすると、酸性ガス除去装置を運用する上で大きな負担となる。
そこで、本実施形態の酸性ガス除去装置は、図２に示す関係を利用して、吸収液にアミン成分を補給する。例えば、再生塔スチル温度が高い場合には、制御部１５ｃは、吸収液中のアミン濃度が低いと判断し、吸収液に補給液１０５ａを補給する。一方、再生塔スチル温度が低い場合には、制御部１５ｃは、吸収液中のアミン濃度が高いと判断し、吸収液に補給液１０５ａを補給しない。本実施形態によれば、吸収液中のアミン含有量を分析せずに、代わりに吸収液の温度を計測することで、吸収液に補給液１０５ａを補給するタイミングを判断することが可能となる。
本実施形態では、このような制御を行うために、図２に示す設定温度Ｔａ１、Ｔａ２を使用する。設定温度Ｔａ１は、アミン濃度がＣａ１の場合の再生塔スチル温度であり、設定温度Ｔａ２は、アミン濃度がＣａ２の場合の再生塔スチル温度である。設定温度Ｔａ１は、補給液１０５ａの補給を開始するための閾値として使用される。設定温度Ｔａ２は、補給液１０５ａの補給を終了するための閾値として使用される。本実施形態では、設定温度Ｔａ２が設定温度Ｔａ１よりも低く（Ｔａ２＜Ｔａ１）、アミン濃度Ｃａ２がアミン濃度Ｃａ１よりも高い（Ｃａ２＞Ｃａ１）。設定温度Ｔａ１は、第１設定温度の例である。設定温度Ｔａ２は、第２設定温度の例である。
次に、図１を再び参照し、本実施形態の酸性ガス除去装置の動作を説明する。
制御部１５ｃは、受信部１５ａにより受信された温度（受信温度）が、設定温度Ｔａ１まで上昇した場合には、バルブ１４を開放する。これにより、補給液１０５ａの補給が開始され、酸性ガス除去装置内の吸収液中のアミン濃度が増加する。
制御装置１５ｃは、受信温度が設定温度Ｔａ１よりも高い間は、バルブ１４を開放し続け、補給液１０５ａの補給を継続する。一方、制御装置１５ｃは、受信温度が設定温度Ｔａ１まで低下しても、バルブ１４を閉鎖しない。制御装置１５ｃは、受信温度が設定温度Ｔａ２まで低下したら、バルブ１４を閉鎖する。これにより、補給液１０５ａの補給が終了される。
本実施形態によれば、設定温度Ｔａ２（補給終了の閾値）を設定温度Ｔａ１（補給開始の閾値）よりも低く設定することで、受信温度が設定温度Ｔａ１付近で振動した場合にバルブ１４の開閉が短期間で繰り返されることを抑制することが可能となる。設定温度Ｔａ１、Ｔａ２は、例えば１００℃～１５０℃である。また、設定温度Ｔａ１と設定温度Ｔａ２との差（Ｔａ１－Ｔａ２）は、例えば５℃～５０℃である。
制御装置１５ｃは、受信温度が設定温度Ｔａ２よりも低い間は、バルブ１４を閉鎖し続け、補給液１０５ａの補給を停止し続ける。一方、制御装置１５ｃは、受信温度が設定温度Ｔａ２まで上昇しても、バルブ１４を開放しない。制御装置１５ｃは、受信温度が設定温度Ｔａ１まで上昇したら、バルブ１４を再び開放する。これにより、補給液１０５ａの補給が再び開始され、酸性ガス除去装置内の吸収液中のアミン濃度が増加する。本実施形態では、補給液１０５ａの補給の開始と終了が交互に繰り返される。
次に、本実施形態の酸性ガス除去装置の動作の種々の変形例を説明する。
本実施形態では、再生塔スチル温度に基づく代わりに、リボイラ４内で熱交換に使用される必要蒸気流量に基づいて、補給液１０５ａの補給を制御することも可能である。この場合、温度計１１は流量計に置き換えられる。しかし、蒸気流量よりも吸収液の温度の方が吸収液温度の高温化を防いで管理しやすいため、再生塔スチル温度に基づいて補給液１０５ａの補給を制御する方が望ましい。
本実施形態では、補給開始と補給終了の両方の閾値として、設定温度Ｔａ１を使用してもよい。例えば、受信温度が設定温度Ｔａ１付近で振動する可能性が低い場合には、設定温度Ｔａ１のみを閾値として使用してもよい。一方、受信温度が設定温度Ｔａ１付近で振動する可能性が高い場合には、設定温度Ｔａ１、Ｔａ２の両方を閾値として使用することが望ましい。
補給液１０５ａは、吸収塔１の底部のリッチ液１０２ａ以外の吸収液に補給されてもよい。補給液１０５ａは例えば、吸収塔１内、再生塔３内、リッチ液ラインＬ３上、リーン液ラインＬ５上、またはリーン液ラインＬ６上で、リッチ液１０２ａ、１０２ｂまたはリーン液１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅに補給してもよい。
また、補給液１０５ａを吸収液に補給する際に、補給液１０５ａを補給する量や時間は任意に設定可能である。例えば、受信温度が設定温度Ｔａ１まで上昇して、補給液１０５ａの補給が開始された場合に、制御部１５ｃは、受信温度が設定温度Ｔａ２まで低下したら補給液１０５ａの補給を終了する代わりに、補給液１０５ａの補給開始から所定の時間が経過したら、または所定の補給量が補給されたら、補給液１０５ａの補給を終了してもよい。補給の完了後、所定の待ち時間を設定してもよい。所定の待ち時間の経過後の再生塔スチル温度が設定温度Ｔａ２に達しているかを計測し、さらに補給を実施することで、補給に伴う再生塔スチル温度の突発的な変動の影響を低減することができる。
また、制御部１５ｃは、再生塔スチル温度の瞬時値に基づいて補給液１０５ａの補給を制御してもよいし、再生塔スチル温度の平均値に基づいて補給液１０５ａの補給を制御してもよい。前者の場合には、再生塔スチル温度の瞬時の変化を、補給液１０５ａの補給に反映させることが可能となる。後者の場合には、再生塔スチル温度の短時間での変化を、誤差として無視することが可能となる。排ガス１０１ａ中のＣＯ２濃度の変動などの影響により、再生塔スチル温度も変動することがあるため、変化幅が大きい場合は平均値を用いることが好ましい。上記平均値は任意で設定することができるが、例えば、再生塔スチル温度の１時間～１日あたりの平均値である。
また、設定温度Ｔａ１、Ｔａ２は、任意に設定可能である。設定温度Ｔａ１は例えば、再生塔３内の全圧における水の飽和温度より低く設定することが望ましい。これにより、吸収液が飽和温度に達する前に、補給液１０５ａの補給を開始することが可能となり、吸収液が高温になることを抑制できる。
以上のように、本実施形態の制御部１５ｃは、温度計１１により計測された吸収液の温度に基づいて、吸収液への補給液１０５ａの補給を制御する。よって、本実施形態によれば、吸収液への補給液１０５ａの補給を好適に行うことが可能となる。例えば、吸収液中の吸収液成分の含有量を分析せずに、代わりに吸収液の温度を計測することで、吸収液に補給液１０５ａを補給するタイミングを判断することが可能となる。
（第２実施形態）
図３は、第２実施形態の酸性ガス除去装置の構成を示す模式図である。
図３の酸性ガス除去装置は、図１の酸性ガス除去装置と同様の構成を有しているが、補給液タンク１２、補給液ポンプ１３、およびバルブ１４の代わりに、バルブ１６、電気透析装置１７、および酸回収液供給部１８を備えている。電気透析装置１７は、吸収液精製室１７ａと、酸回収室１７ｂと、陰イオン交換膜１７ｃとを、少なくとも１つずつ備えている。バルブ１６、電気透析装置１７、および酸回収液供給部１８は酸成分除去部の例であり、バルブ１６は第２バルブの例である。
バルブ１６、電気透析装置１７、および酸回収液供給部１８は、別の手段に置き換えてもよい。このような手段の例は、蒸留、減圧蒸留、イオン交換樹脂、膜分離などである。以降は、電気透析を例として記載する。
図３の酸性ガス除去装置はさらに、図１の酸性ガス除去装置と同様のラインを有しているが、補給液ラインＬ１１の代わりに、リーン液ラインＬ１２、酸回収液ラインＬ１３、リーン液ラインＬ１４、および酸回収液ラインＬ１５を備えている。
リーン液ラインＬ１２は、リーン液ラインＬ６からバルブ１６を介して電気透析装置１７へと延びている。リーン液ラインＬ１４は、電気透析装置１７からリーン液ラインＬ６へと延びている。図３は、リーン液ラインＬ１２を流れるリーン液１０２ｆと、リーン液ラインＬ１４を流れるリーン液１０２ｇとを示している。本実施形態のリーン液ラインＬ１２とリーン液ラインＬ１４は、リーン液ラインＬ６に対し、冷却器５と吸収塔１との間の地点で連結されている。ただし、リーン液ラインＬ１４とリーン液ラインＬ６との連結地点は、リーン液ラインＬ１２とリーン液ラインＬ６との連結地点よりも下流に位置している。リーン液ラインＬ１２は第２流路の例であり、リーン液ラインＬ６は第３流路の例である。
一方、酸回収液ラインＬ１３は、酸回収液供給部１８から電気透析装置１７へと延びている。酸回収液ラインＬ１５は、電気透析装置１７から酸回収液供給部１８へと延びている。図３は、酸回収液ラインＬ１３を流れる酸回収液１０６ａと、酸回収液ラインＬ１５を流れる酸回収液１０６ｂとを示している。
バルブ１６は、リーン液ラインＬ１２上に設けられている。リーン液ラインＬ１２は、図３に示すようにリーン液ラインＬ６と電気透析装置１７とを連結しており、リーン液ラインＬ６を流れるリーン液１０２ｅの少なくとも一部を、リーン液１０２ｆとして、電気透析装置１７に供給する。バルブ１６は、リーン液ラインＬ６から電気透析装置１７へのリーン液１０２ｆの送液を制御するために使用される。例えば、酸成分の除去を開始する場合にはバルブ１６が開放され、酸成分の除去を停止する場合にはバルブ１６が閉鎖される。
電気透析装置１７は、電気透析によりリーン液１０２ｆから酸成分を除去する。具体的には、本実施形態の電気透析装置１７は、リーン液１０２ｆから酸回収液１０６ａに酸成分を回収することで、リーン液１０２ｆから酸成分を除去する。酸成分が除去されたリーン液１０２ｆは、リーン液１０２ｇとして、電気透析装置１７からリーン液ラインＬ１４に排出され、リーン液ラインＬ１４からリーン液ラインＬ６に戻される。一方、酸成分を回収した酸回収液１０６ａは、酸回収液１０６ｂとして、電気透析装置１７から酸回収液ラインＬ１５に排出される。回収対象の酸成分は例えば、上述の熱安定性アミン塩（Ｒ３ＮＨＸ）であり、より詳細には、Ｒ３ＮＨＸ中のＸ－である。この場合、酸回収液１０６ａとして例えば、熱安定性アミン塩（Ｒ３ＮＨＸ）を含む水溶液を使用する。
電気透析装置１７は、不図示の陰極と不図示の陽極との間に、吸収液精製室１７ａと、酸回収室１７ｂとを備えている。陰イオン交換膜１７ｃは、吸収液精製室１７ａと酸回収室１７ｂとの間に設けられている。電気透析装置１７は、上記陰極と上記陽極との間に電圧が印加された状態で使用される。
リーン液１０２ｆは、吸収液精製室１７ａに導入される。吸収液精製室１７ａ内では、リーン液１０２ｆ中のＲ３ＮＨＸが、Ｒ３ＮＨ＋とＸ－とに電離している。吸収液精製室１７ａ内のＸ－は、陽極に引き付けられることで陰イオン交換膜１７ｃを通過し、酸回収室１７ｂ内に移動する。
酸回収液１０６ａは、酸回収室１７ｂに導入され、移動してきたＸ－を回収する。
リーン液１０２ｆは、リーン液１０２ｇとして、吸収液精製室１７ａから排出される。リーン液１０２ｇは、リーン液１０２ｆより低濃度のＸ－を含んでいる。これは、リーン液１０２ｆからリーン液１０２ｇに変化する際に、Ｒ３ＮＨＸが減少し、Ｒ３Ｎが増加したと表現することができる。このように、電気透析装置１７は、リーン液１０２ｆからＸ－（酸成分）を除去することができる。
酸回収液１０６ａは、酸回収液１０６ｂとして、酸回収室１７ｂから排出される。酸回収液１０６ｂは、酸回収液１０６ａより高濃度のＸ－を含んでいる。このように、電気透析装置１７は、リーン液１０２ｆ中のＸ－（酸成分）を酸回収液１０６ａに回収することができる。
酸回収液供給部１８は、酸回収液１０６ａを酸回収液ラインＬ１３を介して電気透析装置１７に供給する。酸回収液１０６ａは例えば、電気透析が可能な電気導電性を有する液体であり、純水でもよいが、あらかじめ酸やアルカリや塩などを少量含んでいることが望ましい。このような酸の例は、硫酸、硝酸、ギ酸、酢酸などである。電気透析装置１７内で使用された酸回収液１０６ａは、酸回収液１０６ｂとして酸回収液ラインＬ１５に排出され、酸回収液ラインＬ１５から酸回収液供給部１８に戻される。
制御装置１５は、第１実施形態の場合と同様に、酸性ガス除去装置の種々の動作を制御する。制御装置１５は例えば、温度計１１からの信号を監視したり、バルブ１６の開閉や開度を制御する。
受信部１５ａは、再生塔３内の吸収液の温度の計測結果を含む信号を、温度計１１から受信する。本実施形態の受信部１５ａは例えば、第１実施形態の場合と同様に、温度計１１により計測された再生塔スチル温度のデータを受信する。
記憶部１５ｂは、酸性ガス除去装置の動作を制御するための種々のデータを記憶するために使用される。本実施形態の記憶部１５ｂは例えば、後述する設定温度Ｔｂ１、Ｔｂ２を記憶している（図４を参照）。
制御部１５ｃは、受信部１５ａにより受信された温度に基づいて、酸性ガス除去装置内の吸収液からの酸成分の除去を制御する。例えば、酸性ガス除去装置内の吸収液から酸成分を除去する際には、制御部１５ｃは、リーン液ラインＬ１２上のバルブ１６を開放し、電気透析装置１７を稼働させる。これにより、リーン液ラインＬ６からリーン液ラインＬ１２を介して電気透析装置１７内にリーン液１０２ｆが導入され、電気透析装置１７によりリーン液１０２ｆから酸成分が除去される。
図４は、第２実施形態の酸濃度と再生塔スチル温度との関係を示すグラフである。
図４のグラフにおいて、横軸は、再生塔３の底部に貯留されたリーン液中の酸濃度（酸成分濃度）を示し、縦軸は、再生塔３の底部に貯留されたリーン液の温度（再生塔スチル温度）を示している。図４は、リボイラ４内で熱交換に使用される蒸気の流量が一定の場合における、酸濃度と再生塔スチル温度との関係を示している。図４に示すように、リーン液中の酸濃度が上昇すると、再生塔スチル温度が上昇する。
上述のように、吸収液中に酸成分が蓄積し、吸収液中の酸濃度が増加すると、吸収液のＣＯ２回収性能が低下するため、吸収液から酸成分を除去することが望ましい。しかし、吸収液中の酸成分が増加したことを検知するために、吸収液中の酸蓄積量を定期的に分析することにすると、酸性ガス除去装置を運用する上で大きな負担となる。
そこで、本実施形態の酸性ガス除去装置は、図４に示す関係を利用して、吸収液から酸成分を除去する。例えば、再生塔スチル温度が高い場合には、制御部１５ｃは、吸収液中の酸濃度が高いと判断し、吸収液から酸成分を除去する。一方、再生塔スチル温度が低い場合には、制御部１５ｃは、吸収液中の酸濃度が低いと判断し、吸収液から酸成分を除去しない。本実施形態によれば、吸収液中の酸蓄積量を分析せずに、代わりに吸収液の温度を計測することで、吸収液から酸成分を除去するタイミングを判断することが可能となる。
本実施形態では、このような制御を行うために、図４に示す設定温度Ｔｂ１、Ｔｂ２を使用する。設定温度Ｔｂ１は、酸濃度がＣｂ１の場合の再生塔スチル温度であり、設定温度Ｔｂ２は、酸濃度がＣｂ２の場合の再生塔スチル温度である。設定温度Ｔｂ１は、酸成分の除去を開始するための閾値として使用される。設定温度Ｔｂ２は、酸成分の除去を終了するための閾値として使用される。本実施形態では、設定温度Ｔｂ２が設定温度Ｔｂ１よりも低く（Ｔｂ２＜Ｔｂ１）、酸濃度Ｃｂ２が酸濃度Ｃｂ１よりも低い（Ｃｂ２＜Ｃｂ１）。設定温度Ｔｂ１は、第１設定温度の例である。設定温度Ｔｂ２は、第２設定温度の例である。
次に、図３を再び参照し、本実施形態の酸性ガス除去装置の動作を説明する。
制御部１５ｃは、受信部１５ａにより受信された温度（受信温度）が、設定温度Ｔｂ１まで上昇した場合には、バルブ１６を開放し、電気透析装置１７を稼働させる。これにより、酸成分の除去が開始され、酸性ガス除去装置内の吸収液中の酸濃度が減少する。
制御装置１５ｃは、受信温度が設定温度Ｔｂ１よりも高い間は、バルブ１６を開放し続け、酸成分の除去を継続する。一方、制御装置１５ｃは、受信温度が設定温度Ｔｂ１まで低下しても、バルブ１６を閉鎖しない。制御装置１５ｃは、受信温度が設定温度Ｔｂ２まで低下したら、バルブ１６を閉鎖する。これにより、酸成分の除去が終了される。
本実施形態によれば、設定温度Ｔｂ２（除去終了の閾値）を設定温度Ｔｂ１（除去開始の閾値）よりも低く設定することで、受信温度が設定温度Ｔｂ１付近で振動した場合にバルブ１６の開閉が短期間で繰り返されることを抑制することが可能となる。設定温度Ｔｂ１、Ｔｂ２は、例えば１００℃～１５０℃である。また、設定温度Ｔｂ１と設定温度Ｔｂ２との差（Ｔｂ１－Ｔｂ２）は、例えば１℃～２０℃である。
制御装置１５ｃは、受信温度が設定温度Ｔｂ２よりも低い間は、バルブ１６を閉鎖し続け、酸成分の除去を停止し続ける。一方、制御装置１５ｃは、受信温度が設定温度Ｔｂ２まで上昇しても、バルブ１６を開放しない。制御装置１５ｃは、受信温度が設定温度Ｔｂ１まで上昇したら、バルブ１６を再び開放し、電気透析装置１７を稼働させる。これにより、酸成分の除去が再び開始され、酸性ガス除去装置内の吸収液中の酸濃度が減少する。本実施形態では、酸成分の除去の開始と終了が交互に繰り返される。
次に、本実施形態の酸性ガス除去装置の動作の種々の変形例を説明する。
本実施形態では、再生塔スチル温度に基づく代わりに、リボイラ４内で熱交換に使用される蒸気の流量に基づいて、酸成分の除去を制御することも可能である。この場合、温度計１１は流量計に置き換えられる。しかし、蒸気流量よりも吸収液の温度の方が吸収液温度の高温化を防いで管理しやすいため、再生塔スチル温度に基づいて酸成分の除去を制御する方が望ましい。
本実施形態では、除去開始と除去終了の両方の閾値として、設定温度Ｔｂ１を使用してもよい。例えば、受信温度が設定温度Ｔｂ１付近で振動する可能性が低い場合には、設定温度Ｔｂ１のみを閾値として使用してもよい。一方、受信温度が設定温度Ｔｂ１付近で振動する可能性が高い場合には、設定温度Ｔｂ１、Ｔｂ２の両方を閾値として使用することが望ましい。
電気透析装置１７および酸回収液供給部１８からなる酸成分除去部は、吸収液から酸成分を除去する別の手段に置き換えてもよい。このような手段の例は、蒸留、減圧蒸留、イオン交換樹脂、膜分離などである。
電気透析装置１７は、リーン液ラインＬ６上のリーン液１０２ｅ以外の吸収液を取り込んでもよい。電気透析装置１７は例えば、吸収塔１内、再生塔３内、リッチ液ラインＬ３上、リーン液ラインＬ５上、またはリーン液ラインＬ６上のリッチ液１０２ａ、１０２ｂまたはリーン液１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅを取り込んでもよい。ただし、電気透析装置１７やイオン交換樹脂が取り込む吸収液は、低温であることが望ましいため、この場合の吸収液は、リッチ液１０２ａやリーン液１０２ｅとすることが望ましい。リッチ液１０２ａとリーン液１０２ｅとを比較した場合、リッチ液１０２ａ中のＣＯ２は酸除去の邪魔になるため、リッチ液１０２ａよりリーン液１０２ｅを使用する方が望ましい。また、冷却器５の上流のリーン液１０２ｅの温度よりも、冷却器５の下流のリーン液１０２ｅの温度の方が低いため、冷却器５の下流のリーン液１０２ｅを使用することが望ましい。
また、酸成分を除去する際に、電気透析装置１７にリーン液１０２ｆや酸回収液１０６ａを供給する量や、酸成分を除去する時間は、任意に設定可能である。例えば、受信温度が設定温度Ｔｂ１まで上昇して、酸成分の除去が開始された場合に、制御部１５ｃは、受信温度が設定温度Ｔｂ２まで低下したら酸成分の除去を終了する代わりに、酸成分の除去から所定の時間が経過したら酸成分の除去を終了してもよい。酸成分除去の完了後、所定の待ち時間を設定することはさらに好ましい。所定の待ち時間の経過後の再生塔スチル温度が設定温度Ｔｂ２に達しているかを計測し、もしＴｂ２より高い温度が継続するなら、さらに酸成分除去を実施することで、酸成分除去に伴う再生塔スチル温度の突発的な変動の影響を低減することができる。
また、制御部１５ｃは、再生塔スチル温度の瞬時値に基づいて酸成分の除去を制御してもよいし、再生塔スチル温度の平均値に基づいて酸成分の除去を制御してもよい。前者の場合には、再生塔スチル温度の瞬時の変化を、酸成分の除去に反映させることが可能となる。後者の場合には、再生塔スチル温度の短時間での変化を、誤差として無視することが可能となる。排ガス１０１ａ中のＣＯ２濃度の変動などの影響により、再生塔スチル温度も変動することがあるため、変化幅が大きい場合は平均値を用いることが好ましい。上記平均値は例えば、再生塔スチル温度の１時間～１日あたりの平均値である。
また、設定温度Ｔｂ１、Ｔｂ２は、任意に設定可能である。設定温度Ｔｂ１は例えば、再生塔３内の全圧における水の飽和温度より低く設定することが望ましい。これにより、吸収液が飽和温度に達する前に、酸成分の除去を開始することが可能となり、吸収液が高温になることを抑制できる。
また、本実施形態の設定温度Ｔｂ１は、第１実施形態の設定温度Ｔａ１と同じ温度でも異なる温度でもよい。ただし、再生塔スチル温度の好ましい上限温度は、第１実施形態でも本実施形態でも同じである場合が多いと考えられるため、設定温度Ｔｂ１は設定温度Ｔａ１と同じ温度であることが望ましい。
また、本実施形態の設定温度Ｔｂ２は、第１実施形態の設定温度Ｔａ２と同じ温度でも異なる温度でもよい。例えば、本実施形態のマージン温度「Ｔｂ１－Ｔｂ２」を、第１実施形態のマージン温度「Ｔａ１－Ｔａ２」と異なる温度に設定したい場合には、設定温度Ｔｂ１を設定温度Ｔａ１と同じ温度に設定し、設定温度Ｔｂ２を設定温度Ｔａ２と異なる温度に設定してもよい。
以上のように、本実施形態の制御部１５ｃは、温度計１１により計測された吸収液の温度に基づいて、吸収液からの酸成分の除去を制御する。よって、本実施形態によれば、吸収液からの酸成分の除去を好適に行うことが可能となる。例えば、吸収液中の酸成分の含有量を分析せずに、代わりに吸収液の温度を計測することで、吸収液から酸成分を除去するタイミングを判断することが可能となる。
（第３実施形態）
図５は、第３実施形態の酸性ガス除去装置の構成を示す模式図である。
図５の酸性ガス除去装置は、吸収塔１と、熱交換器２と、再生塔３と、リボイラ４と、冷却器５と、循環ポンプ６と、冷却器７と、気液分離器８と、温度計１１と、補給液タンク１２と、補給液ポンプ１３と、バルブ１４と、制御装置１５と、バルブ１６と、電気透析装置１７と、酸回収液供給部１８とを備えている。このように、図５の酸性ガス除去装置は、図１に示す構成要素と図３に示す構成要素の両方を備えている。
以下、本実施形態の制御装置１５の動作を説明する。
制御装置１５は、第１および第２実施形態の場合と同様に、酸性ガス除去装置の種々の動作を制御する。制御装置１５は例えば、温度計１１からの信号を監視したり、バルブ１４、１６の開閉や開度を制御する。
受信部１５ａは、再生塔３内の吸収液の温度の計測結果を含む信号を、温度計１１から受信する。本実施形態の受信部１５ａは例えば、第１および第２実施形態の場合と同様に、温度計１１により計測された再生塔スチル温度のデータを受信する。
記憶部１５ｂは、酸性ガス除去装置の動作を制御するための種々のデータを記憶するために使用される。本実施形態の記憶部１５ｂは例えば、前述の設定温度Ｔａ１、Ｔａ２、Ｔｂ１、Ｔｂ２を記憶している（図２および図４を参照）。設定温度Ｔａ１と設定温度Ｔｂ１は、同じ温度でも異なる温度でもよいし、設定温度Ｔａ２と設定温度Ｔｂ２も、同じ温度でも異なる温度でもよい。本実施形態の以下の説明では、設定温度Ｔａ１と設定温度Ｔｂ１は同じ温度とし（Ｔａ１＝Ｔｂ１）、設定温度Ｔａ２と設定温度Ｔｂ２も同じ温度とする（Ｔａ２＝Ｔｂ２）。
制御部１５ｃは、受信部１５ａにより受信された温度に基づいて、酸性ガス除去装置内の吸収液への補給液１０５ａの補給と、酸性ガス除去装置内の吸収液からの酸成分の除去とを制御する。例えば、酸性ガス除去装置内の吸収液に補給液１０５ａを補給する際には、制御部１５ｃは、補給液ラインＬ１１上のバルブ１４を開放する。これにより、補給液タンク１２から補給液ラインＬ１１を介して吸収塔１内に補給液１０５ａが導入され、吸収塔１の底部のリッチ液１０２ａに補給液１０５ａが補給される。また、酸性ガス除去装置内の吸収液から酸成分を除去する際には、制御部１５ｃは、リーン液ラインＬ１２上のバルブ１６を開放する。これにより、リーン液ラインＬ６からリーン液ラインＬ１２を介して電気透析装置１７内にリーン液１０２ｆが導入され、電気透析装置１７によりリーン液１０２ｆから酸成分が除去される。
次に、図５を引き続き参照し、本実施形態の酸性ガス除去装置の動作を説明する。
制御部１５ｃは、受信部１５ａにより受信された温度（受信温度）が、設定温度Ｔａ１（＝Ｔｂ１）まで上昇した場合には、バルブ１４、１６を開放する。これにより、補給液１０５ａの補給が開始され、酸性ガス除去装置内の吸収液中のアミン濃度が増加する。さらには、酸成分の除去が開始され、酸性ガス除去装置内の吸収液中の酸濃度が減少する。
上記のようにバルブ１４、１６を開放する際、バルブ１４、１６は、同時に開放してもよいし、所定の順番で開放してもよい。例えば、受信温度が設定温度Ｔａ１まで上昇した場合には、まずバルブ１４を開放し、次にバルブ１６を開放してもよい。この場合、バルブ１４、１６を開放する順番を設定する設定データを、記憶部１５ｂ内にあらかじめ記憶しておいてもよい。
制御装置１５ｃは、受信温度が設定温度Ｔａ１よりも高い間は、バルブ１４、１６を開放し続け、補給液１０５ａの補給と酸成分の除去とを継続する。一方、制御装置１５ｃは、受信温度が設定温度Ｔａ１まで低下しても、バルブ１４、１６を閉鎖しない。制御装置１５ｃは、受信温度が設定温度Ｔａ２（＝Ｔｂ２）まで低下したら、バルブ１４、１６を閉鎖する。これにより、補給液１０５ａの補給と酸成分の除去とが終了される。
上記のようにバルブ１４、１６を閉鎖する際、バルブ１４、１６は、同時に閉鎖してもよいし、所定の順番で開放してもよい。例えば、受信温度が設定温度Ｔａ２まで低下した場合には、まずバルブ１４を閉鎖し、次にバルブ１６を閉鎖してもよい。この場合、バルブ１４、１６を閉鎖する順番を設定する設定データを、記憶部１５ｂ内にあらかじめ記憶しておいてもよい。
本実施形態によれば、設定温度Ｔａ２（補給終了および除去終了の閾値）を設定温度Ｔａ１（補給開始および除去開始の閾値）よりも低く設定することで、受信温度が設定温度Ｔａ１付近で振動した場合にバルブ１４、１６の開閉が短期間で繰り返されることを抑制することが可能となる。設定温度Ｔａ１、Ｔａ２は、例えば１００℃～１５０℃である。また、設定温度Ｔａ１と設定温度Ｔａ２との差（Ｔａ１－Ｔａ２）は、例えば１℃～２０℃である。
制御装置１５ｃは、受信温度が設定温度Ｔａ２よりも低い間は、バルブ１４、１６を閉鎖し続け、補給液１０５ａの補給と酸成分の除去とを停止し続ける。一方、制御装置１５ｃは、受信温度が設定温度Ｔａ２まで上昇しても、バルブ１４、１６を開放しない。制御装置１５ｃは、受信温度が設定温度Ｔａ１まで上昇したら、バルブ１４、１６を再び開放する。これにより、補給液１０５ａの補給が再び開始され、酸性ガス除去装置内の吸収液中のアミン濃度が増加する。さらには、酸成分の除去が再び開始され、酸性ガス除去装置内の吸収液中の酸濃度が減少する。本実施形態では、補給液１０５ａの補給の開始と終了が交互に繰り返され、かつ、酸成分の除去の開始と終了が交互に繰り返される。
なお、第１実施形態の酸性ガス除去装置の動作の種々の変形例や、第２実施形態の酸性ガス除去装置の動作の種々の変形例は、本実施形態の酸性ガス除去装置の動作にも適用可能である。以下、本実施形態の酸性ガス除去装置の動作のさらなる変形例を説明する。
一般に、酸性ガス除去装置内での吸収液成分の減少と酸成分の増加は、同時に起こる。そのため、補給液１０５ａの補給と酸成分の除去の一方しか行わないと、再生塔スチル温度の上昇を抑制できない可能性がある。本実施形態によれば、受信温度が設定温度Ｔａ１よりも高い場合には補給液１０５ａの補給と酸成分の除去の両方を行うことで、再生塔スチル温度の上昇を効果的に抑制することが可能となる。
制御装置１５ｃは、受信温度が設定温度Ｔａ１よりも高い間、バルブ１４、１６を開放し続ける代わりに、バルブ１４、１６を交互に開放してもよい。例えば、制御装置１５ｃは、バルブ１４を開放しバルブ１６を閉鎖する第１処理と、バルブ１４を閉鎖しバルブ１６を開放する第２処理とを、交互に繰り返し行ってもよい。これにより、補給液１０５ａの補給と、酸成分の除去とが、交互に繰り返し行われる。
また、バルブ１４、１６を順番で開放する場合には、バルブ１４、１６はどのようなタイミングで開放してもよい。例えば、バルブ１４は、受信温度が設定温度Ｔａ１まで上昇したことが検出されたタイミングで開放し、バルブ１６は、その後に所定量を補給または所定時間が経過しても受信温度が設定温度Ｔａ２まで低下しないことが検出されたタイミングで開放してもよい。これにより、再生塔スチル温度を効果的に低下させることが可能となる。同様に、バルブ１４、１６を順番で閉鎖する場合には、バルブ１４、１６はどのようなタイミングで閉鎖してもよい。
また、制御装置１５ｃは、受信温度が設定温度Ｔａ１より高くなったらバルブ１４のみを開放し補給し、設定温度Ｔａ２に到達したらバルブ１４を閉鎖する第１処理の後、受信温度が設定温度Ｔｂ１より高くなったらバルブ１６のみを開放し酸成分を除去し、設定温度Ｔｂ２に到達したらバルブ１６を閉鎖する第２処理を、交互に繰り返しても構わない。さらに第１処理と第１処理を交互ではなく、第１処理→第２処理→第２処理→第１処理→第２処理→第２処理→と、プラントの運転実績に応じて第１処理と第２処理の頻度や繰り返しパターンを変えても構わない。これにより、再生塔スチル温度をより効果的に低下させることが可能となる。この場合、第１処理と第２処理の順番の設定データを、記憶部１５ｂ内にあらかじめ記憶しておいてもよい。
以上のように、本実施形態の制御部１５ｃは、温度計１１により計測された吸収液の温度に基づいて、吸収液への補給液１０５ａの補給と、吸収液からの酸成分の除去とを制御する。よって、本実施形態によれば、吸収液への補給液１０５ａの補給と、吸収液からの酸成分の除去とを好適に行うことが可能となる。例えば、吸収液中の吸収液成分や酸成分の含有量を分析せずに、代わりに吸収液の温度を計測することで、吸収液に補給液１０５ａを補給するタイミングと、吸収液から酸成分を除去するタイミングとを判断することが可能となる。
なお、第１から第３実施形態の酸性ガス除去装置は、処理対象ガスからＣＯ２以外の酸性ガスを除去する装置でもよい。このような酸性ガスの例は、ＳＯｘ、ＮＯｘ、Ｈ２Ｓなどである。また、処理対象ガスは、排ガス以外のガスでもよい。
以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な装置および方法は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した装置および方法の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。
１：吸収塔、１ａ：気液接触部、１ｂ：ガス洗浄部、２：熱交換器、
３：再生塔、３ａ：気液接触部、４：リボイラ、５：冷却器、
６：循環ポンプ、７：冷却器、８：気液分離器、
１１：温度計、１２：補給液タンク、１３：補給液ポンプ、１４：バルブ、
１５：制御装置、１５ａ：受信部、１５ｂ：記憶部、１５ｃ：制御部、
１６：バルブ、１７：電気透析装置、１７ａ：吸収液精製室、
１７ｂ：酸回収室、１７ｃ：陰イオン交換膜、１８：酸回収液供給部、
１０１ａ：排ガス（処理前）、１０１ｂ：排ガス（処理後）、
１０２ａ：吸収液（リッチ液）、１０２ｂ：吸収液（リッチ液）、
１０２ｃ：吸収液（リーン液）、１０２ｄ：吸収液（リーン液）、
１０２ｅ：吸収液（リーン液）、１０２ｆ：吸収液（リーン液）、
１０２ｇ：吸収液（リーン液）、１０３ａ：再生塔出口ガス、１０３ｂ：気液二相流、
１０３ｃ：ＣＯ２ガス、１０３ｄ：凝縮水、１０４ａ：洗浄液、１０５ａ：補給液、
１０６ａ：酸回収液（回収前）、１０６ｂ：酸回収液（回収後）、
Ｌ１：排ガスライン、Ｌ２：吸収塔出口ライン、Ｌ３：リッチ液ライン、
Ｌ４：再生塔出口ライン、Ｌ５：リーン液ライン、Ｌ６：リーン液ライン、
Ｌ７：洗浄液ライン、Ｌ１１：補給液ライン、Ｌ１２：リーン液ライン、
Ｌ１３：酸回収液ライン、Ｌ１４：リーン液ライン、Ｌ１５：酸回収液ライン

Claims (14)

  1. 酸性ガスとして二酸化炭素を含む第１ガスとリーン液とを接触させ、前記二酸化炭素を吸収した前記リーン液であるリッチ液と、前記二酸化炭素が除去された前記第１ガスを含む第２ガスとを排出する吸収部と、
    前記吸収部により排出された前記リッチ液から前記二酸化炭素を分離し、前記二酸化炭素と分離された前記リッチ液である前記リーン液と、前記リッチ液から分離された前記二酸化炭素を含む第３ガスとを排出する再生部と、
    前記再生部により排出された前記リーン液を加熱し、加熱された前記リーン液を前記再生部に戻すリボイラと、
    前記再生部内の前記リーン液の温度を計測する計測部と、
    を備える酸性ガス除去装置を制御する酸性ガス除去制御装置であって、
    前記計測部により計測された前記温度を受信する受信部と、
    前記受信部により受信された前記温度に基づいて、前記リッチ液または前記リーン液からの酸成分の除去を制御する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記受信部により受信された前記温度が第１設定温度まで上昇した場合に、前記酸成分の除去を開始し、
    前記受信部により受信された前記温度が前記第１設定温度より高い間は、前記酸成分の除去を継続し、
    前記受信部により受信された前記温度が前記第１設定温度より低い第２設定温度まで下降した場合に、前記酸成分の除去を終了し、
    前記第１設定温度と前記第２設定温度との差は、１℃～２０℃である、
    酸性ガス除去制御装置。
  2. 前記第１設定温度は、前記再生部内の全圧における水の飽和温度より低い、請求項１に記載の酸性ガス除去制御装置。
  3. 前記酸性ガス除去装置は、前記リッチ液または前記リーン液から前記酸成分を除去する酸成分除去部をさらに備え、
    前記制御部は、前記受信部により受信された前記温度に基づいて、前記酸成分除去部による前記酸成分の除去を制御する、
    請求項１または２に記載の酸性ガス除去制御装置。
  4. 前記酸性ガス除去装置は、前記リッチ液または前記リーン液に補給液を補給する補給部と、前記リッチ液または前記リーン液から前記酸成分を除去する酸成分除去部とをさらに備え、
    前記制御部は、前記受信部により受信された前記温度に基づいて、前記補給部による前記補給液の補給と、前記酸成分除去部による前記酸成分の除去とを制御し、
    前記補給液は、前記リッチ液または前記リーン液への補給用の吸収液成分を含む新たな吸収液である、
    請求項１または２に記載の酸性ガス除去制御装置。
  5. 前記補給部は、前記リッチ液または前記リーン液に前記補給液を補給する第１流路に設けられた第１バルブを備え、
    前記制御部は、前記第１バルブを制御することで、前記補給部による前記補給液の補給を制御する、請求項４に記載の酸性ガス除去制御装置。
  6. 前記吸収部は、前記第１ガスと前記リーン液とを接触させる気液接触部を備え、
    前記第１流路は、前記吸収部内における前記気液接触部の下方の空間に前記補給液を導入することで、前記吸収部内の前記リッチ液に前記補給液を補給する、請求項５に記載の酸性ガス除去制御装置。
  7. 前記酸成分除去部は、前記酸成分除去部に前記リッチ液または前記リーン液を供給する第２流路に設けられた第２バルブを備え、
    前記制御部は、前記第２バルブを制御することで、前記酸成分除去部による前記酸成分の除去を制御する、請求項３または４に記載の酸性ガス除去制御装置。
  8. 前記第２流路は、前記再生部から前記吸収部に向かう第３流路を流れる前記リーン液を前記酸成分除去部に供給する、請求項７に記載の酸性ガス除去制御装置。
  9. 酸性ガスとして二酸化炭素を含む第１ガスとリーン液とを接触させ、前記二酸化炭素を吸収した前記リーン液であるリッチ液と、前記二酸化炭素が除去された前記第１ガスを含む第２ガスとを排出する吸収部と、
    前記吸収部により排出された前記リッチ液から前記二酸化炭素を分離し、前記二酸化炭素と分離された前記リッチ液である前記リーン液と、前記リッチ液から分離された前記二酸化炭素を含む第３ガスとを排出する再生部と、
    前記再生部により排出された前記リーン液を加熱し、加熱された前記リーン液を前記再生部に戻すリボイラと、
    前記再生部内の前記リーン液の温度を計測する計測部と、
    を備える酸性ガス除去装置を制御する酸性ガス除去制御方法であって、
    前記計測部により計測された前記温度を受信部により受信し、
    前記受信部により受信された前記温度に基づいて、前記リッチ液または前記リーン液からの酸成分の除去を制御部により制御する、
    ことを含み、
    前記受信部により受信された前記温度が第１設定温度まで上昇した場合に、前記酸成分の除去を前記制御部により開始し、
    前記受信部により受信された前記温度が前記第１設定温度より高い間は、前記酸成分の除去を前記制御部により継続し、
    前記受信部により受信された前記温度が前記第１設定温度より低い第２設定温度まで下降した場合に、前記酸成分の除去を前記制御部により終了する、
    ことをさらに含み、
    前記第１設定温度と前記第２設定温度との差は、１℃～２０℃である、
    酸性ガス除去制御方法。
  10. 酸性ガスとして二酸化炭素を含む第１ガスとリーン液とを接触させ、前記二酸化炭素を吸収した前記リーン液であるリッチ液と、前記二酸化炭素が除去された前記第１ガスを含む第２ガスとを排出する吸収部と、
    前記吸収部により排出された前記リッチ液から前記二酸化炭素を分離し、前記二酸化炭素と分離された前記リッチ液である前記リーン液と、前記リッチ液から分離された前記二酸化炭素を含む第３ガスとを排出する再生部と、
    前記再生部により排出された前記リーン液を加熱し、加熱された前記リーン液を前記再生部に戻すリボイラと、
    前記再生部内の前記リーン液の温度を計測する計測部と、
    前記計測部により計測された前記温度に基づいて、前記リッチ液または前記リーン液からの酸成分の除去を制御する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記計測部により計測された前記温度が第１設定温度まで上昇した場合に、前記酸成分の除去を開始し、
    前記計測部により計測された前記温度が前記第１設定温度より高い間は、前記酸成分の除去を継続し、
    前記計測部により計測された前記温度が前記第１設定温度より低い第２設定温度まで下降した場合に、前記酸成分の除去を終了し、
    前記第１設定温度と前記第２設定温度との差は、１℃～２０℃である、
    酸性ガス除去装置。
  11. 酸性ガスとして二酸化炭素を含む第１ガスとリーン液とを接触させ、前記二酸化炭素を吸収した前記リーン液であるリッチ液と、前記二酸化炭素が除去された前記第１ガスを含む第２ガスとを排出する吸収部と、
    前記吸収部により排出された前記リッチ液から前記二酸化炭素を分離し、前記二酸化炭素と分離された前記リッチ液である前記リーン液と、前記リッチ液から分離された前記二酸化炭素を含む第３ガスとを排出する再生部と、
    前記再生部により排出された前記リーン液を加熱し、加熱された前記リーン液を前記再生部に戻すリボイラと、
    前記再生部内の前記リーン液の温度を計測する計測部と、
    を備える酸性ガス除去装置を制御する酸性ガス除去制御装置であって、
    前記計測部により計測された前記温度を受信する受信部と、
    前記受信部により受信された前記温度に基づいて、前記リッチ液または前記リーン液への補給液の補給を制御する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記受信部により受信された前記温度が第１設定温度まで上昇した場合に、前記補給液の補給を開始し、
    前記受信部により受信された前記温度が前記第１設定温度より高い間は、前記補給液の補給を継続し、
    前記受信部により受信された前記温度が前記第１設定温度より低い第２設定温度まで下降した場合に、前記補給液の補給を終了し、
    前記第１設定温度と前記第２設定温度との差は、１℃～２０℃であり、
    前記補給液は、前記リッチ液または前記リーン液への補給用の吸収液成分を含む新たな吸収液である、
    酸性ガス除去制御装置。
  12. 前記酸性ガス除去装置は、前記リッチ液または前記リーン液に前記補給液を補給する補給部をさらに備え、
    前記制御部は、前記受信部により受信された前記温度に基づいて、前記補給部による前記補給液の補給を制御する、
    請求項１１に記載の酸性ガス除去制御装置。
  13. 酸性ガスとして二酸化炭素を含む第１ガスとリーン液とを接触させ、前記二酸化炭素を吸収した前記リーン液であるリッチ液と、前記二酸化炭素が除去された前記第１ガスを含む第２ガスとを排出する吸収部と、
    前記吸収部により排出された前記リッチ液から前記二酸化炭素を分離し、前記二酸化炭素と分離された前記リッチ液である前記リーン液と、前記リッチ液から分離された前記二酸化炭素を含む第３ガスとを排出する再生部と、
    前記再生部により排出された前記リーン液を加熱し、加熱された前記リーン液を前記再生部に戻すリボイラと、
    前記再生部内の前記リーン液の温度を計測する計測部と、
    を備える酸性ガス除去装置を制御する酸性ガス除去制御方法であって、
    前記計測部により計測された前記温度を受信部により受信し、
    前記受信部により受信された前記温度に基づいて、前記リッチ液または前記リーン液への補給液の補給を制御部により制御する、
    ことを含み、
    前記受信部により受信された前記温度が第１設定温度まで上昇した場合に、前記補給液の補給を前記制御部により開始し、
    前記受信部により受信された前記温度が前記第１設定温度より高い間は、前記補給液の補給を前記制御部により継続し、
    前記受信部により受信された前記温度が前記第１設定温度より低い第２設定温度まで下降した場合に、前記補給液の補給を前記制御部により終了する、
    ことをさらに含み、
    前記第１設定温度と前記第２設定温度との差は、１℃～２０℃であり、
    前記補給液は、前記リッチ液または前記リーン液への補給用の吸収液成分を含む新たな吸収液である、
    酸性ガス除去制御方法。
  14. 酸性ガスとして二酸化炭素を含む第１ガスとリーン液とを接触させ、前記二酸化炭素を吸収した前記リーン液であるリッチ液と、前記二酸化炭素が除去された前記第１ガスを含む第２ガスとを排出する吸収部と、
    前記吸収部により排出された前記リッチ液から前記二酸化炭素を分離し、前記二酸化炭素と分離された前記リッチ液である前記リーン液と、前記リッチ液から分離された前記二酸化炭素を含む第３ガスとを排出する再生部と、
    前記再生部により排出された前記リーン液を加熱し、加熱された前記リーン液を前記再生部に戻すリボイラと、
    前記再生部内の前記リーン液の温度を計測する計測部と、
    前記計測部により計測された前記温度に基づいて、前記リッチ液または前記リーン液への補給液の補給を制御する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記計測部により計測された前記温度が第１設定温度まで上昇した場合に、前記補給液の補給を開始し、
    前記計測部により計測された前記温度が前記第１設定温度より高い間は、前記補給液の補給を継続し、
    前記計測部により計測された前記温度が前記第１設定温度より低い第２設定温度まで下降した場合に、前記補給液の補給を終了し、
    前記第１設定温度と前記第２設定温度との差は、１℃～２０℃であり、
    前記補給液は、前記リッチ液または前記リーン液への補給用の吸収液成分を含む新たな吸収液である、
    酸性ガス除去装置。
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