JPS58201891A - 炭酸ガスの改良除去方法 - 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】 本発明は、炭酸ガスの除去方法に関し、更に詳しくは、
天然ガス、ナフサなどの水蒸気改質、原油、重油等の部
分酸化、石炭等のガス化によってアンモニア、メタノー
ル、水素ガスなどを製造する粗合成ガス及びＬＮＧＳＳ
ＮＧなどを製造する原料ガスに含有される炭酸ガスを吸
収液として炭（１） 酸アルカリを使用して除去する方法において、その吸収
液を再生する方法の改良に関する。

炭酸アルカリを吸収液とする炭酸ガスの除去方法として
はこれまでいくつかの方法が開発されており、炭酸カリ
ウム又は炭酸ナトリウムを主成分とする方法が一般に採
用されている。このうち古くから知られている方法とし
て熱炭酸カリ法があり、その改良法としてジャンマルコ
・ベトロコーク法、ペンフィールド法、カタカープ法が
知られている。これらの改良法では、炭酸ガスの吸収率
を高めるためにある種の活性分子を添加したり、防蝕の
ためのインヒビターを添加したりするなどの改良が行わ
れている。

これらの炭酸ガス除去方法においてその操業条件は、各
々のプロセスによって若干具なるが、吸収液中の炭酸カ
リウムの濃度は２％から３５％、操作温度は吸収塔で６
０℃〜１１０℃、再生塔では１００℃〜１２０℃の範囲
で、圧力は吸収塔で常圧〜７０ｋｇ／ｃｊ、再生塔はほ
ぼ常圧である。

炭酸ガスを吸収した吸収液の再生方法としては（２） 再生塔の底部に（１）蒸気を直接吹き込む直接加熱方式
、（２）リボイラーを設置して間接的に加熱する方式、
（３）空気を吹き込むストリッピング方式などが知られ
ている。これらの再生方式は、プラントの立地条件によ
ってそれぞれ最も適切な方法が選定される。すなわち、
再生用スチームが容易かつ多量に得られるか否か、再生
塔からの放出炭酸ガスを他のプロセス（例えば、液化炭
酸、ドライアイス、尿素製造など）に利用できるか否か
等の条件を考慮して決定されているが、これまでの実績
では、リボイラーを設置してスチームにより間接加熱す
る方式が最も多く採用されている。

本発明者らは、前記プロセスにおける吸収液の再生方式
について省エネルギーの見地より鋭意検討の結果、従来
と違った方式で吸収液を再生することによって省エネル
ギー効果が得られることを見出し、本発明をするに至っ
た。

すなわち、本発明は、炭酸アルカリを主成分とする吸収
液によりガス中の炭酸ガスを吸収除去する吸収工程と、
炭酸ガスを吸収した吸収液を再生（３） する再生工程から成る炭酸ガス除去方法において、再生
塔の塔底部にリボイラーを設置して間接的に加熱するか
又は再生塔の塔底部にスチームを直接吹き込んで加熱す
ると同時に、空気もくしは不活性ガスを吹き込んで吸収
液を再生する炭酸ガス除去方法である。

以下、本発明について更に詳しく説明する。本発明方法
に従って、再生塔底部にストリッピング用ガス体として
吹き込まれる空気又は不活性ガスは、常温でも良いが、
再生塔底部の温度程度まで加熱して供給するのが、常温
ガスを供給する場合に比較してその顕熱差にほぼ見合う
分の熱量をリボイラーで節減することができるから好都
合である。

本発明において使用する不活性ガスとしては、窒素など
のいわゆる不活性ガスの他に、工場で排出する種々のオ
フガス（例えば主成分の概略組成Ｈ２６０容積％、ＣＨ
４４０容積％のリファイナリーオフガス）などを利用す
ることができる。特に加圧状態で得られるオフガスは、
ガス体の再生（４） 塔底部への吹き込みに要する動力を節減出来るので好ま
しいガス体である。なお、吸収液中の活性物質（例えば
ペンフィールド法ではジェタノールアミンが活性物質と
して含まれている）が酸素によりその活性を失う懸念が
ある場合には、かかる問題が生じないように酸素を含有
しない適切なガス体を選定しなければならないことはい
うまでもない。

再生塔でのガス体の吹き込みの位置は、スチーム加熱段
（通常は塔底部）と同−又はそれより下方がよく、スチ
ーム加熱段より上方へ吹き込んだ場合には、その吹き込
み段より下段での温度変化がないのでガス体吹き込みの
効果があまり期待出来ない。吹き込むガス体の量は、ガ
ス体によっても異なるが、それぞれ適切な量が存在する
。例えば、炭酸アルカリ溶液による炭酸ガスの吸収の場
合には、平衡的には低温はど吸収には有利であるが、吸
収速度を上げるため、例えば炭酸カリウムを吸収液とす
るペンフィールド法では１００℃前後の液温で炭酸ガス
を吸収している。この場合に（５） 再生塔にガス体を吹き込んで吸収液を再生しようとする
と、ガス体の吹き込みにより液温か低下し、その吹き込
み量が多量の場合には、液温低下も著しくなる。このよ
うに液温低下した再生溶液をそのまま吸収塔に循環使用
することは、被吸収ガスの吸収速度が低下するという悪
影響を来たす結果となるので、ガス体の吹き込み量は吹
き込むガス体の性状により一定の制限がある。

本発明を実施する場合の再生塔の型式には特に限定はな
く、従来から一般に採用されている、充填塔、棚段塔な
どいずれのタイプのものも利用出来、また一方吸収塔の
型式についても本発明の実施によって従来使用されてい
る基型式が変更されることはない。

炭酸アルカリを吸収液とする炭酸ガス除去プロセスは前
述のように既に工業化されているが、これ等のプロセス
すべてに対して本発明が利用できることはいうまでもな
い。本発明に従った炭酸ガスの改良除去方法は以下のよ
うな効果を有する。

（１）スチーム加熱（直接加熱又は間接加熱）の（６） みによる再生に比較して総体的にエネルギーの節減を計
ることが出来る。

（２）再生用スチームが不足するような工場立地条件下
でも採用が容易となり、プラント全体の建設費の節減が
計られる。

（３）炭酸ガス除去装置と連結されている前工程におけ
るスチーム量の削減が可能となり、この結果、前工程自
体の容量を小さく出来るので、建設費の節減も出来る。

本発明方法の好ましい適用例について以下に更に説明す
る。

従来から一般に採用されている、ナフサ水蒸気改質、高
温及び低温ＣＯシフトコンバーター、炭酸ガス除去、及
びメタネーターの組合せによる工業用高純度水素ガス製
造装置において、炭酸ガス除去方法として炭酸カリ吸収
液を使用するプロセスの場合、吸収液の再生熱源として
低温ＣＯシフトコンバーター出出方ガス保有熱を再生塔
リボイラーの熱源として利用する場合がある。このよう
な場合には、予めナフサ水蒸気改質装置に使用す（７） るスチーム量、いわゆるＳ／Ｃ（改質装置にフィードす
る炭化水素に対するスチームのモル比）を増加させてお
く方法がとられている。本発明方法をこの場合に採用す
ると、炭酸ガス除去装置の再生塔リボイラーへの供給熱
量を減少することが可能となることからナフサ水蒸気改
質装置における前記Ｓ／Ｃを減少出来る結果となる。

水蒸気改質装置に使用されるスチームは、すべて系内で
発生させるシステムをとるのが通常の方法であり、Ｓ／
Ｃの減少は水蒸気改質装置自体の熱容量を減少すること
につながり、その結果、建設費を低減することが出来る
。例えば、日量１００万Ｎｏｒ、純度９７％の水素製造
装置において本発明方法を採用すると水蒸気改質装置の
熱容量を約１．５　ＭＭ　Ｋ　Ｃａｌ　／　ｆｉｒ減少
させることが可能となり、その工業的価値は極めて大き
いといえる。

以下、本発明を実施例に従って更に詳細に説明するが、
本発明の範囲をこれらの実施例に限定するものでないこ
とはいうまでもない。

大岸１０− （８） 炭酸ガスを吸収した炭酸カリ溶液（リッチ溶液）の再生
をスチーム加熱のみで行った場合と、スチーム加熱と空
気の吹き込みの同時併用で行なった場合の消費エネルギ
ーの比較実験を、第１図に示す実験装置で行った。加熱
は電気ヒーター７で行ない、外部への熱損失を極力少な
くするため、外壁を鎖メッキし、真空外套付の再生塔６
（塔径３ＯＮφ、塔高１０１００Ｏで充填層８に充填物
を充填）を用い、最初にヒーター加熱のみでの再生を行
ない、次にヒーター加熱と空気吹き込みの同時併用実験
を以下のようにして行った。

炭酸カリ溶液タンク１で２５％炭酸カリ溶液に炭酸ガス
２を吹き込み、炭酸ガスで飽和したリッチ溶液をポンプ
により流量計４で流量調整し、ヒーター５で約１００℃
まで□加熱して再生塔６に供給した。一方、リッチ溶液
の再生は、ヒーター加熱のみの場合は、ヒーター７の容
量を調整して行い、空気吹き込みを併用する場合はボン
ベからの吹き込み用空気１２を流量計１３で流量調節し
、ヒーター１４で塔底温度まで加熱したのち、ヒー（９
） ターフの加熱操作と同時に再生塔６の底部に吹き込んだ
。

再生された吸収液は、塔の最下部からリーン溶液１５と
して抜き出し、一方塔頂の冷却器９では水蒸気の大部分
を凝縮し、一部を系外に抜き出し、残りを再生塔６の塔
頂に還流した。抜き出し量は重量を測定し還流比はタイ
マーで流路を切替えコントロールした。また放出した炭
酸ガス及び飽和水分（空気吹き込み併用の場合には更に
空気）は冷却器９で冷却後ガスメーター１０で流量測定
して再生オフガス１１として大気に放出した。

リッチ溶液及びリーン溶液中の炭酸ガス量は、濃度既知
の塩酸溶液で滴定することにより求め、空気吹き込み時
の放散ガス中の炭酸ガス量はガスクロマトグラフ分析に
より求めた。

上記の各測定及び各部の温度測定のデータは、所定流量
で一定時間運転し、系内の温度が一定になった時点で採
取した。第２図は、本実験結果からヒーター加熱のみの
場合におけるｃ　０２再生熱量と、ヒーター加熱と空気
吹き込みを同時に併用しく１０） た場合の００２再生熱量の比較を示したグラフ図である
。なお、ＣＯ２再生熱量は、出入の各部の温度、流量を
測定し、これらの値から反応熱を考慮して本系の熱収支
計算をして求めた。第２図は空気を大気圧から１．５　
ｋｇ／ａｍ　（絶対圧）まで昇圧するためのエネルギー
と、２０℃から１１５℃まで昇温するのに要するエネル
ギーを加算し比較したもので、スチーム量（塔頂の流量
）に対する空気の吹き込み比が大きくなるに従って再生
に要するエネルギーが総体的に少なくなることを示して
いる。

この図から例えば、空気量／スチーム量が０．６の場合
にはスチーム加熱のみの場合に比較して約５％、そして
空気量／スチーム量が１．０では約１０％のエネルギー
の節減ができることがわかる。

実施例２ 実施例１と同じ実験装置を用い、空気の吹き込みの代り
に、イナートガスとして、水素６０容積％及びメタン４
０容積％から成る通常数ｋｇ／ａａの圧力を有するリフ
ァイナリーオフガスの模擬ガスとしてボンベから供給使
用した。再生塔への吹き込みには、このガスが数ｋｇ　
／　ｅｔａの圧力を有するので加圧の必要がなく、温度
を塔底温度まで昇温した後に吹き込んだ。

第３図は温度を２０℃から１１５℃まで昇温するに要す
るエネルギーを加算して比較したものである。第３図か
ら、例えば、オフガス量／スチーム量が　０．２の場合
には約１０％、０．４の場合には約２０％のエネルギー
を節減することが出来ることがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例において用いた実験装置を示す説明図で
あり、 第２図は実施例１より求めた空気量／スチーム量と炭酸
ガス再生に必要な熱量との関係を示すグラフ図であり（
Ｑｏは空気を吹き込まない時の再生熱量で、Ｑは空気吹
込時の再生熱量）、第３図は実施例２より求めたオフガ
ス量／スチーム量と炭酸ガス再生に必要な熱量との関係
を示すグラフ図である（Ｑｏはオフガスを吹き込まない
時の再生熱量で、Ｑはオフガス吹込時の再生熱量）。 特許出願人 日揮株式会社 特許出願代理人 弁理士　青　木　　　朗 弁理士西舘和之 弁理士　石　１）　　敬 弁理士　山　口　昭　之 （１３） 第１図 第２図 ０　　　　０．２　　　０，４　　　０．６　　　０．
８　　　　１．０空気量 第３図 ０　　　　０．１　　　　０．２　　　　０．３　　　
　　ＯＡ　　　　　０．５スチーム童

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、炭酸アルカリを主成分とする吸収液によりガス中の
   炭酸ガスを吸収除去する吸収工程と、炭酸ガスを吸収し
   た吸収液を再生する再生工程から成る炭酸ガスの除去方
   法において、再生塔の塔底部にリボイラーを設置して間
   接的に加熱するか又は再生塔の塔底部′にスチームを直
   接吹き込んで加熱すると同時に、空気もしくは不活性ガ
   スを吹き込んで、吸収液を再生することを特徴とする炭
   酸ガスの除去方法。