JPH04271809A - 炭酸ガス吸収装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は燃焼排ガス中に含まれる
炭酸ガスを除去する炭酸ガス吸収装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、地球温暖化問題が提起され、わけ
てもＣＯ２　の寄与度が大きく、その排出量の低減が世
界的な課題となってきている。大気中に排出されるＣＯ
２　の大部分は化石燃料の燃焼に起因するところが大き
く、これら燃焼ガス中のＣＯ２　を除去する排出量の低
減が重要である。しかし、重質油、石炭、天然ガスなど
を燃焼させる事業用や自家発電用ボイラ等において、排
ガス中のＮＯｘやＳＯｘを除去する技術は実用化されて
いるが、公害防止としてＣＯ２　を除去する排煙処理装
置は実用化されていなかった。

【０００３】一方、排煙中のＣＯ２　を原料として回収
し、炭酸ガス含有飲料やさらには２次回収の終了した油
層内へＣＯ２　を圧入し、残原油を回収する、いわゆる
ＥＯＲ（Ｅｎｈａｎｃｅｄ　Ｏｉｌ　Ｒｅｃｏｖｅｒｌ
ｙ）　プラント原料として用いる方法が発表されている
。（文献名：「　Ｐｒｏｃｅｓｓ　ｔｏ　ｒｅｃｏｖｅ
ｒ　ＣＯ２　ｆｒｏｍ　ｆｌｕｅ　ｇａｓ　ｇｅｔｓ　
ｆｉｒｓｔ　ｌａｒｇｅ−ｓｃａｌｅ　ｔｒｙｏｕｔ　
ｉｎ　Ｔｅｘａｓ」Ｏｉｌ　＆　Ｊｏｕｒｎａｌ　，　
Ｆｅｂ．　１４　，　１９８３　）

【０００４】これら
のＣＯ２　の回収としては、アミン系化合物、炭酸カリ
ウムのようなアルカリ性水溶液中にＣＯ２　を化学的に
吸収させる方法、メタノール、ポリエチレングリコール
メチルエーテル、プロピレンカーボネイト等を溶剤とし
て物理的に吸収させる方法等各種手段がとられ得るが、
代表的な方法は、吸収剤としてモノエタノールアミン、
ジエタノールアミン、トリエタノールアミンなどのアミ
ン系化合物の水溶液を用いる吸収方法である。モノエタ
ノールアミンを化学吸収剤として用いた場合のＣＯ２　
ガスの吸収反応式は下記（１）式のとおりである。 ＯＨＣＨ２　ＣＨ２　ＮＨ２　＋Ｈ２　Ｏ＋ＣＯ２　→
ＯＨＣＨ２　ＣＨ２　ＣＨ３　ＨＣＯ３　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
・・・・（１）

【０００５】このモノエタノールアミン
等アミン類は水との溶解性が非常によく、自由な濃度で
均一水溶液を作るが、通常、２０〜３０％程度で使用さ
れる。さらに（１）式からもわかるようにモノエタノー
ルアミンとＣＯ２　は当モル的に反応する。このことか
らモノエタノールアミンのＣＯ２　吸収容量はかなり大
きく、温度にもよるが５０℃程度であれば０．５０ＣＯ
２　／モノエタノールアミン（モル比）に達する。

【０００６】従って、これら吸収剤を用いるＣＯ２　吸
収装置ではモノエタノールアミン水溶液とＣＯ２　ガス
の接触面積ができるだけ大きくとれるような充填物を、
装置内に充填し、上部から吸収液を供給し、下部からＣ
Ｏ２　を含むガスを供給して、充填物上を吸収液が流下
する間にＣＯ２　ガスと接触させＣＯ２　を吸収する方
法がとられてきた。従来これら充填物としては代表的に
はラシヒリング（Ｒａｓｃｈｉｇ　ｒｉｎｇ）　、レッ
シングリング（Ｌｅｓｓｉｎｇ　ｒｉｎｇ）　、ベール
サドル（Ｂｅｒｌ　Ｓａｄｄｌｅ）と呼ばれるような磁
器製品が用いられるのが一般的である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
ＣＯ２　ガス吸収装置には事業用ボイラのような大容量
排ガスを取扱うには、次のような大きな欠点がある。す
なわち、これら充填物の特徴は単位体積充填物のガス接
触面積が大きい点にあり、従って充填物の寸法は小さい
程好まれる。一般に径１０〜１５ｍｍ、高さ１０〜１５
ｍｍの円筒形のものが多用されるが、その欠点は圧力損
失が大きく、充填層の厚さを大きく取れないことである
。

【０００８】例えば、ボイラー排ガス中のＣＯ２　を径
１５ｍｍ、高さ１５ｍｍ程度のラシヒリングを用いて、
除去する場合、ガス流速が０．１５ｍ／ｓｅｃ　程度で
充填層高１０ｍ当り水柱１００ｍｍを超える圧力損失を
生じる。ガス吸収装置の圧力損失は大きい程、ブロワ動
力が増加して、所要電力量が増加する。比較的小容量の
処理ガス量では大きな電力とならないが、事業用の如く
１００万Ｎｍ３　／ｈ単位に達するガス量では膨大する
電力消費量となり、従って実用上許される圧力損失は１
００〜２００ｍｍ程度の小さい数値がこのましいのであ
るから、ガス量２０ｍ３　／ｓｅｃ　を超える大容量の
ボイラ排ガスを処理するためには、ＣＯ２　吸収装置入
口の排ガスダクト部を大きく拡大して、ガス流速を低下
させ、そこに充填物を厚さ１ｍ以下に薄く拡げて広い面
積に充填する必要があり、装置が極めて大きくなり、そ
の結果設置面積が大きくなり、不経済である欠点がある
。

【０００９】圧力損失を押えるために、充填物の寸法を
大きくとることも可能であるが、例えば径５０ｍｍ、高
さ５０ｍｍのラシヒリングを使用した場合、圧力損失も
低下するが、単位体積当り充填物のガス接触面積も１／
５　程度に減少するため、それに逆比例して装置容量を
大きくとる必要があり、装置設置面積が大きくなると云
う欠点をふせぐことはできない。

【００１０】本発明は上記技術水準に鑑み、従来のラシ
ヒリング等の充填物を用いた気液接触装置の欠点を解消
した炭酸ガス吸収装置を提供しようとするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は燃焼排ガス中の
炭酸ガスを、炭酸ガス吸収液によって吸収除去する吸収
装置において、断面が各種形状の管状構造体で該構造体
の管状部は直線状を示す充填物を該吸収装置に充填し、
該充填物の気液接触面をガス流れに対して平行になるよ
うに多数配置してなることを特徴とする炭酸ガス吸収装
置である。

【００１２】

【作用】管状部が直線状を示す各種形状の管状構造体を
充填物として充填し、かつ直線状管状部をガス流れに平
行になるようにしているので、無駄な圧力損失がなく、
従ってガス供給動力エネルギーが節約できると共に、装
置を小型にすることができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明装置の一実施態様を図１によっ
て説明する。図１において、１はＣＯ２　ガス吸収装置
本体、２は管状部が直線状を示す管状構造体からなる充
填物、３はＣＯ２　ガス吸収液を輸送するライン、４は
液分散ノズル、５はＣＯ２　を吸収した吸収液溜め部、
６はＣＯ２含有排ガス、７はＣＯ２　を除去したクリー
ン排ガスである。

【００１４】この管状充填物２の一部分の詳細を図２に
示す。この実施例では図２に示す孔径Ｄｅが１５ｍｍの
格子状の磁器製充填物２′を組合せて図１中２１　，２
２　，２３　・・・で示す各１体の管状充填物の寸法を
面積３００ｍｍ２　、長さ５００ｍｍとしたものを２０
段に配置したものである。

【００１５】このような管状の充填物ではガスの流れは
吸収面に対して平行であり、ガスの流路にガス流の拡大
、縮少や衝突、渦流の発生がなく、これに起因する無駄
な圧力損失が生じない。吸収液が管状充填物の吸収面に
保持され、下流に表面をつたって流下を続ける間にガス
流と接触してＣＯ２　を吸収する際に生じる摩擦による
圧力損失のみ発生するもので、これはＣＯ２　を吸収す
るに最少必要な無駄のない圧力の損失である。

【００１６】一方、従来のラシヒリングのような充填物
では、これら充填物がランダムに充填されているため、
ガス流路は衝突、渦流の発生と拡大、縮少の連続であり
、このため大きな圧力損失が発生するものである。

【００１７】図３の図表のＡに、図２に示した管状充填
物を図１に示したように充填して行った時の結果を示す
。図３の横軸はガス線速度（ｍ／ｓｅｃ）、縦軸は吸収
層圧力損失（ｍｍＨ２　Ｏ）を示す。

【００１８】図３には本実施例の比較例として径１５ｍ
ｍ、高さ１５ｍｍのラシヒリング充填物を用いた場合の
それぞれの圧力損失とガス線速度の関係をも併せてＢと
して示す。

【００１９】図３に示すように本実施例ではラシヒリン
グ充填層に比較して、圧力損失が小さく、吸収層全圧力
損失１００ｍｍ水柱の場合、本実施例ではガス流速３ｍ
／ｓｅｃ　であるが、ラシヒリング充填の場合は０．１
５ｍ／ｓｅｃ　に過ぎなかった。従って、吸収塔面積は
ラシヒリング使用の場合の１／２０で済むこととなり、
経済的に非常に有利である。

【００２０】表１に、本実施例のモノエタノールアミン
３０ｗｔ％水溶液をガス量に対して３：１（但し単位ｌ
／Ｎｍ３　）の割合で供給した場合のＣＯ２　吸収率を
示す。表１に示す如くＣＯ２　の吸収除去率はガス線速
度とともに向上するが、ある速度以上では一定値に近ず
く。 この場合、これ以上ガス流速を上昇させてもＣＯ２　除
去率は殆んど向上しないが、圧力損失はますます増大す
るので経済的でなく、従ってガス流速の上昇につれ吸収
率が一定に近ずく２〜３ｍ／ｓｅｃ　程度のガス流速の
選定が適当である。

【表１】

【００２１】この管状構造体の形状は、図２の格子状に
限定されず、例えば図４〜図７に示すように、６角形、
矩形、３角形、Ｕ字形などガス平行流を形成する形状な
らばいずれでもよい。

【００２２】また、材質についても磁器、金属、シリカ
繊維などセラミックファイバーならびにポリエチレンの
ようなプラスチックスなど吸収液によって腐食、膨潤な
ど影響を受けないものならいずれでも良い。

【００２３】製造法についても、図２に示す形状のもの
は押出し成形法が一般的であるが、その他平板と成形板
の組合せ、コルゲートマシン成形法などが適用され、形
状、材質によって経済的な製法が選定できる。

【００２４】この管状構造物の孔径Ｄｅは大きい程、充
填物の単位体積当りのガス接触面積が小さくなり、同じ
脱ＣＯ２　効果を得るためには、充填物の必要量が大き
くなって不利になるが、反面、ガス流による圧力損失は
小さくなる利点がある。従って、充填量と圧力損失とを
考慮した最適点があるが、これは対象とする燃焼排ガス
の流量によっても異なり、本発明が対象とするような大
容量排ガスではアミン系吸収液を使用する時には１０〜
２０ｍｍ程度とすることが好ましい。

【００２５】ここで云う孔径Ｄｅとは、相当径であり、
（流れの断面積）÷（流れの断面積の外周長さ）×４で
示される。ここで、流れの断面積の外周長さとは、その
流体の触れている周辺の長さ、すなわち流れの流れ方向
に垂直断面の外周長さのことである。このＤｅは流れ断
面が矩形や３角形状などの孔径と正方形の孔径を比較す
る時に用いられる。なお、管状充填物の壁厚さは薄い程
、有利であるが、構造体の必要強度、製法上の必要厚さ
を考慮して、薄壁化の方向で厚さを決定する。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば特に大容量の燃焼排ガス
中のＣＯ２　を吸収除去する際に、省アネルギーかつ小
型でよい炭酸ガス吸収装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施態様の炭酸ガス吸収装置の説明
図

【図２】本発明の炭酸ガス吸収装置に充填する管状構造
体の一実施例の説明図

【図３】本発明炭酸ガス吸収装置の効果を示す図表

【図
４】本発明の炭酸ガス吸収装置に充填する管状構造物の
一実施例の平面図

【図５】同上

【図６】同上

【図７】同上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　燃焼排ガス中の炭酸ガスを、炭酸ガス
   吸収液によって吸収除去する吸収装置において、断面が
   各種形状の管状構造体で該構造体の管状部は直線状を示
   す充填物を該吸収装置に充填し、該充填物の気液接触面
   をガス流れに対して平行になるように多数配置してなる
   ことを特徴とする炭酸ガス吸収装置。