WO2014175337A1 - 二酸化炭素の回収方法及び回収装置 - Google Patents

二酸化炭素の回収方法及び回収装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2014175337A1
WO2014175337A1 PCT/JP2014/061441 JP2014061441W WO2014175337A1 WO 2014175337 A1 WO2014175337 A1 WO 2014175337A1 JP 2014061441 W JP2014061441 W JP 2014061441W WO 2014175337 A1 WO2014175337 A1 WO 2014175337A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
absorption
regeneration
heat
carbon dioxide
absorbent
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2014/061441
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
真也 奥野
至高 中村
知哉 村本
裕一 西山
俊一朗 上野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IHI Corp filed Critical IHI Corp
Publication of WO2014175337A1 publication Critical patent/WO2014175337A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1456—Removing acid components
    • B01D53/1475—Removing carbon dioxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1406—Multiple stage absorption
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2258/00—Sources of waste gases
    • B01D2258/02—Other waste gases
    • B01D2258/0283—Flue gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/65—Employing advanced heat integration, e.g. Pinch technology
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2

Definitions

  • the present invention relates to a carbon dioxide recovery method and recovery device for separating and recovering carbon dioxide from a gas containing carbon dioxide such as combustion gas and reducing clean gas to the atmosphere.
  • the absorbent In the chemical absorption method, mainly alkanolamine-based basic compounds are used as the absorbent.
  • an aqueous liquid containing the absorbent is generally used as the absorbent, and carbon dioxide contained in the gas is absorbed into the absorbent.
  • the absorbing solution is circulated so as to alternately repeat the absorbing step to be performed and the regeneration step of regenerating the absorbing solution by releasing the absorbed carbon dioxide from the absorbing solution (see, for example, Patent Document 1 below).
  • heating for releasing carbon dioxide is necessary, and in order to reduce the operating cost of carbon dioxide recovery, it is important to reduce the energy required for heating / cooling for regeneration.
  • the gas containing carbon dioxide discharged from the regeneration process contains heat energy that can be recovered and used
  • Patent Document 2 for the purpose of recovery, the carbon dioxide discharged from the regeneration tower is included.
  • the absorption liquid held in the regeneration tower is supplied to the heat exchanger and heated by heat exchange with the gas.
  • Patent Literature 3 Patent Literature 4
  • Patent Literature 5 Patent Literature 5
  • the energy required to regenerate the absorption liquid is to compensate for the sensible heat required to raise the temperature of the absorption liquid, the heat of reaction when carbon dioxide is released from the absorption liquid, and the heat loss due to moisture evaporation of the absorption liquid.
  • thermal energy related to these is recovered, but there is still room for improvement in the recovery and reuse of energy related to latent heat.
  • An object of the present invention is to provide a carbon dioxide recovery method and a recovery apparatus that can solve the above-described problems and reduce the energy required for regenerating the absorbing liquid to reduce the operation cost.
  • Another object of the present invention is to reduce the burden on the apparatus and the absorption liquid, reduce the energy required for regeneration of the absorption liquid without reducing the carbon dioxide recovery rate, and reduce the carbon dioxide recovery cost. It is to provide a carbon recovery method and a recovery apparatus.
  • the present inventors have conducted extensive research. As a result, it is effective to reduce the amount of water vapor contained in the recovered carbon dioxide in order to easily recover sufficient heat energy related to latent heat.
  • the inventors have found that it is advantageous in the apparatus configuration to use the configuration in which the absorption process and the regeneration process are each divided into at least two stages, and the present invention has been completed.
  • the carbon dioxide recovery device is an absorption device that causes a gas to contact the absorption liquid and causes the absorption liquid to absorb the carbon dioxide contained in the gas.
  • the absorption device arranged to be supplied to the second absorption unit through the first absorption unit, and the absorption liquid that has absorbed carbon dioxide in the absorption device.
  • a regeneration device for regenerating the absorbing liquid by heating and releasing carbon dioxide comprising a first regeneration unit and a second regeneration unit, wherein the first regeneration unit has external heating means, and the second regeneration A part circulates the absorbing liquid between the regenerator arranged to be heated by the heat of the gas released from the first regenerator, and the first absorber and the second regenerator
  • the absorption between the first circulation system, the second absorption unit and the first regeneration unit A circulation system having a second circulation system for circulating the gas, a compressor for compressing the recovered gas containing water vapor and carbon dioxide discharged from the regenerator as it is, and heat of the recovered gas compressed by the compressor And a heat recovery system for recovering and supplying it to the regenerator.
  • the recovery device further includes a gas-liquid separator that separates water condensed from the recovered gas from which heat has been recovered by the heat recovery system, and reflux from the first regeneration unit to the second absorption unit in the second circulation system. It is preferable to have a water supply path for supplying the water separated in the gas-liquid separator to the absorbing liquid.
  • the method for recovering carbon dioxide is an absorption process in which a gas is brought into contact with an absorption liquid and the carbon dioxide contained in the gas is absorbed into the absorption liquid. And a second absorption step, wherein the gas is supplied to the second absorption step through the first absorption step, and the absorption liquid that has absorbed carbon dioxide in the absorption treatment is heated to generate carbon dioxide.
  • a regeneration process for regenerating the absorbing liquid by discharging comprising a first regeneration process and a second regeneration process, wherein heating is performed using an external heating means in the first regeneration process, and in the second regeneration process
  • a heat recovery step for supplying to the regeneration process.
  • the recovery method further includes a separation step of separating water condensed from the recovered gas after the heat recovery step, and an absorption liquid circulated from the first regeneration step to the second absorption step in the second circulation step. And a water supply step for supplying water separated in the separation step.
  • the recovery efficiency of heat used for regeneration of the absorbing liquid is improved, and the thermal energy required for regeneration is reduced without reducing the recovery rate of carbon dioxide. Therefore, it is possible to provide a carbon dioxide recovery method and a recovery device that are effective in reducing operation costs.
  • Absorption liquid concentration correction using condensed water obtained from recovered gas can be performed in a form that is advantageous for temperature adjustment, and carbon dioxide recovery and absorption liquid regeneration can be performed efficiently. Since the load upon regeneration with respect to the liquid is reduced and the absorbing liquid can be used efficiently and stably, it is effective in reducing the operating cost and the equipment maintenance cost. It is economically advantageous because it can be carried out easily using general equipment without requiring special equipment or expensive equipment.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of a carbon dioxide recovery apparatus according to the present invention.
  • the schematic block diagram which shows 2nd Embodiment of the collection
  • the schematic block diagram which shows 3rd Embodiment of the collection
  • the schematic block diagram which shows 4th Embodiment of the collection
  • absorption treatment that absorbs carbon dioxide contained in the gas into a low-temperature absorption liquid and high-temperature regeneration that regenerates the absorption liquid by releasing the absorbed carbon dioxide from the absorption liquid
  • the absorption liquid is circulated between the treatments, and the absorption treatment and the regeneration treatment are alternately repeated.
  • the regeneration rate of the absorbent in the regeneration process depends on the heating temperature of the absorbent, and the higher the temperature, the more carbon dioxide gas is released and the residual carbon dioxide concentration in the absorbent becomes lower (see: Jong I. Lee, Frederick D. Otto and Alan E. Mather, "EquilibriumetBetween carbon Dioxide and Aqueous Monoethanolamine Solutions", J.sappl.
  • the absorbing liquid in the regeneration process is maintained near the boiling temperature by external heating means using thermal energy supplied from an external heat source.
  • the high-temperature regenerated absorbent (lean liquid) that has released carbon dioxide in the regeneration process exchanges heat with the absorbent (rich liquid) that has absorbed carbon dioxide in the absorption process, so that the heated rich liquid is supplied to the regenerative process. Heat energy is recovered and reused.
  • the gas containing carbon dioxide released from the absorbing solution in the regeneration process is discharged in a high temperature state including the heat, and the amount of heat contained in the exhaust gas is wasted.
  • the temperature of the exhaust gas can be lowered, that is, the top temperature of the regenerator can be lowered by lowering the heat exchange rate between the rich liquid and the lean liquid, but the sensible heat recovered in the heat exchange is reduced. Does not contribute to the reduction of heat.
  • the absorption process and the regeneration process are each divided into at least two stages to constitute two sets of absorption process and regeneration process, and the circulation path for circulating the absorbent is also separated into two independent paths.
  • a circulation system is configured to individually circulate the absorbent between the pair of absorption and regeneration processes.
  • the absorbing liquid is positively heated by an external heating means using an external energy source.
  • the high-temperature gas released in this process is supplied to another regeneration process and becomes a heat source.
  • the absorbent is regenerated by heating. That is, the heat recovered from the gas is directly used for the regeneration of the absorbent.
  • the exhaust gas from the regenerator is compressed, and a heat exchanger for recovering the released heat energy is introduced, and the recovered heat energy is supplied to the regenerator, thereby being supplied from an external heat source.
  • the use efficiency of thermal energy becomes much higher.
  • this condensed water is supplied to the absorbent and used for adjusting the concentration of the absorbent.
  • the configuration in which the absorption liquid used in the absorption device and the regenerator is circulated by two independent paths is such that the water vapor evaporated from the absorption liquid moves from one path to the other path. There is a problem that the absorption liquid is easily concentrated.
  • the absorption liquid circulating through the two sets of paths can be individually selected, and can be adjusted to characteristics suitable for the processing conditions of each path. That is, it is possible to use two types of absorbents prepared in different compositions. In general, it is difficult to develop an absorbent that is excellent in both absorption and regenerative properties, and it is generally excellent in either one.
  • the energy required for regeneration can be reduced while avoiding a decrease in absorption efficiency and regeneration efficiency by selecting and using an absorption liquid specialized for the processing conditions of the absorption process and regeneration process of each circulation system. Reduction can be advantageously promoted.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the carbon dioxide recovery apparatus of the present invention.
  • the recovery apparatus 1 contacts the gas G containing carbon dioxide with the absorption liquid to absorb the carbon dioxide into the absorption liquid, and heats the absorption liquid that has absorbed the carbon dioxide to release the carbon dioxide from the absorption liquid.
  • a regenerator 20 that regenerates the absorbing liquid.
  • the absorber 10 and the regenerator 20 are each configured as a tower-shaped counter-current gas-liquid contact device, and are filled with fillers 11 and 21 for increasing the contact area.
  • an aqueous liquid containing a compound having an affinity for carbon dioxide such as alkanolamines as an absorbent is used.
  • the fillers 11 and 21 are made of a material having durability at a processing temperature and corrosion resistance, and can be appropriately selected and used in a shape capable of providing a desired contact area. Although those made of an iron-based metal material such as steel are used, it is not particularly limited. Furthermore, you may provide the cooling tower for maintaining the gas G supplied to the absorber 10 at the low temperature suitable for absorption of a carbon dioxide as needed.
  • the gas G containing carbon dioxide is supplied from the lower part of the absorber 10.
  • the absorption device 10 is partitioned into a lower first absorption portion 12a in which the filler 11a is accommodated and an upper second absorption portion 12b in which the filler 11b is accommodated, and the first absorption portion 12a and the second absorption portion 12b.
  • the partition member 13 by which the tubular wall was standingly arranged in the center hole periphery of a horizontal annular plate is interposed.
  • the partition member 13 is configured so that the shade covers the upper end hole of the tubular wall, and a liquid pool is formed on the horizontal annular plate between the inner wall of the absorber 10 and the tubular wall of the partition member 13. Yes.
  • the absorption liquid is divided into two parts, a first absorption liquid and a second absorption liquid.
  • the first absorption liquid is supplied to the upper part of the first absorption part 12a of the absorption device 10 and flows down the filler 11a, and then the absorption device.
  • the second absorption liquid is supplied to the upper part of the second absorption part 12b of the absorption device 10 and is stored in the liquid pool of the partition member 13 after flowing down the filler 11b, and is stored in the first absorption part 12a. Is configured to be led out of the tower without flowing down. While the gas G passes through the fillers 11a and 11b, the two absorbing liquids are sequentially brought into gas-liquid contact, and the carbon dioxide in the gas G is absorbed by the absorbing liquid. Since the carbon dioxide concentration of the gas after passing through the first absorption portion 12a is lowered, the second absorption liquid comes into contact with a gas having a lower carbon dioxide concentration than the gas G with which the first absorption liquid comes into contact.
  • the first absorption liquid (rich liquid) A1 ′ that has absorbed carbon dioxide in the first absorption section 12a is stored at the bottom of the absorption apparatus 10, and is connected to the bottom of the absorption apparatus 10 and the top of the regeneration apparatus 20 by the pump 14. It is supplied to the playback device 20 through the supply path 15.
  • the second absorption liquid (rich liquid) A2 ′ that has absorbed carbon dioxide in the second absorption section 12b is stored in the liquid pool of the partition member 13, and the central portion of the absorption device 10 and the central portion of the regeneration device 20 are separated by the pump 16. It is supplied to the playback device 20 through the second supply path 17 to be connected.
  • the gas G ′ from which carbon dioxide has been removed is discharged from the top of the absorber 10.
  • the absorbing liquid absorbs carbon dioxide and generates heat to raise the liquid temperature. Therefore, a cooling condensing unit 18 for condensing water vapor or the like that can be contained in the gas G ′ is provided at the top of the absorbing device 10 as necessary. Thereby, it can suppress to some extent that water vapor
  • Condensed water or the like cooled by the cooler 31 and supplied to the top of the tower maintains the cooling condensing unit 18 at a low temperature and reliably cools the gas G ′ passing through the cooling condensing unit 18.
  • the drive of the pump 32 is controlled so that the temperature of the gas G ′ discharged to the outside of the tower is preferably about 60 ° C. or less, more preferably 45 ° C. or less.
  • the water condensed in the cooling condensing unit 18 is supplied to the packing material 11b, but the condensed water can be used to compensate for the composition variation of the absorption liquid in the tower, so the first is necessary.
  • concentration composition of the 2nd absorption liquid may be detected and condensed water may be distributed according to the rate of concentration fluctuation, and supplied to fillers 11a and 11b, and supply of condensed water in cooling condensation part 18 is It can be set and changed as appropriate in consideration of compensation by condensed water in the regenerator 20 described later.
  • the reproduction apparatus 20 is partitioned into a lower first reproduction unit 22a in which the filler 21a is accommodated and an upper second reproduction unit 22b in which the filler 21b is accommodated, and the first reproduction unit 22a and the second reproduction unit 22b.
  • a partition member 23 that forms a liquid pool with a structure similar to that of the partition member 13 is interposed between the regenerator 22b.
  • the first absorbing liquid A1 ′ supplied from the bottom of the absorber 10 through the first supply path 15 is introduced into the upper part of the second regenerator 22b of the regenerator 20 and flows down the filler 21b and then collects the liquid in the partition member 23. And is led out of the tower without flowing down to the first regeneration unit 22a.
  • the second absorption liquid A2 ′ supplied from the second absorption part 12b of the absorption device 10 through the second supply path 17 is supplied to the upper part of the first regeneration part 22a, and flows down the filler 21a and then flows into the bottom part of the regeneration apparatus 20. Stored.
  • a reboiler is attached as an external heating means for actively heating the absorption liquid using externally supplied energy. That is, a steam heater 24 attached to the outside of the regenerator 20 and a circulation path 25 for circulating the second absorbent A2 stored at the bottom of the tower through the steam heater 24 are attached. A part of the second absorbing liquid A2 at the bottom of the tower is diverted to the steam heater 24 through the circulation path 25, continuously heated by heat exchange with high-temperature steam, and refluxed into the tower. Therefore, the second absorption liquid A2 at the bottom is positively heated to sufficiently release carbon dioxide, and the filler 21a is also indirectly heated to cause carbon dioxide by gas-liquid contact on the filler 21a. Release is accelerated.
  • the high temperature gas containing carbon dioxide and water vapor released from the second absorbing liquid rises and passes through the filler 21a of the first regeneration unit 22a, and then passes through the tubular wall inner hole of the partition member 23 for the second regeneration. It passes through the filler 21b of the part 22b.
  • the second absorbing liquid A2 'flowing down the filler 21a and the first absorbing liquid A1' flowing down the filler 21b are heated, and carbon dioxide in these absorbing liquids is released.
  • the first absorbing liquid A1 ′ supplied to the second regeneration unit 22b without external heating means is not positively heated by the external heating means, and is heated only by the heat of the gas released from the first regeneration unit 22a. The temperature is lower than that of the second absorbing liquid A2 ′.
  • the regeneration degree of the first absorption liquid A1 in the pool of the partition member 23 is lower than the regeneration degree of the second absorption liquid A2 at the bottom of the column. It becomes semi-lean liquid.
  • the first absorbing liquid A1 from which the carbon dioxide has been released is supplied from the liquid pool of the partition member 23 by the pump 26 through the first reflux path 27 that connects the central part of the regenerating apparatus 20 and the central part of the absorbing apparatus 10. It is refluxed to the upper part of the absorption part 12a.
  • the second absorbing liquid A2 (lean liquid) stored in the bottom of the regenerator 20 and sufficiently releasing carbon dioxide is absorbed by the pump 28 through the second reflux path 29 that connects the upper part of the absorber 10 and the bottom of the regenerator 20. It returns to the upper part of the 2nd absorption part 12b of device 10.
  • a first circulation system in which the first absorption liquids A1 and A1 ′ reciprocate between the first absorption unit 12a and the second regeneration unit 22b is configured by the first supply path 15 and the first return path 27.
  • a second circulation system in which the second absorption liquids A2 and A2 ′ reciprocate between the second absorption unit 12b and the first regeneration unit 22a is configured by the second supply path 17 and the second reflux path 29.
  • the gas containing carbon dioxide released from the absorbent in the regenerator 20 is discharged from the top of the regenerator 20.
  • the first absorbent A1 from which carbon dioxide has been released by the second regeneration unit 22b passes through the first heat exchanger 33 while refluxing the first reflux path 27. Since the first heat exchanger 33 is installed so as to exchange heat between the first supply path 15 and the first reflux path 27, the first absorption liquid A ⁇ b> 1 is absorbed in the first absorption path 15 in the first supply path 15. After being cooled by the liquid A1 ′ and further sufficiently cooled to a temperature suitable for absorption of carbon dioxide by the cooler 35 using cooling water, it is introduced into the upper part of the first absorption part 12a. Further, the second absorbent A2 from which the carbon dioxide has been released by the first regeneration unit 22a passes through the second heat exchanger 34 while flowing through the second reflux path 29.
  • the second heat exchanger 34 Since the second heat exchanger 34 is installed so as to exchange heat between the second supply path 17 and the second reflux path 29, the second absorption liquid A ⁇ b> 2 is absorbed by the second absorption path 17 in the second supply path 17. After being cooled by the liquid A2 ′ and further sufficiently cooled in the same manner by the cooler 36 using cooling water, it is introduced into the upper part of the second absorption part 12b.
  • heat exchangers such as spiral type, plate type, double pipe type, multiple cylinder type, multiple circular pipe type, spiral tube type, spiral plate type, tank coil type, tank jacket type, direct contact liquid-liquid type, etc. Any type may be used as the first and second heat exchangers 33 and 34 in the present invention, but the plate type is superior in terms of simplification of the apparatus and ease of cleaning and disassembly. .
  • the recovered gas C containing carbon dioxide released from the absorbing liquid by heating in the regenerator 20 passes through the condensing part 37 provided on the upper part of the regenerator 20 in order to suppress the release of water vapor and absorbent, and then exhausts from the top. It is discharged through the tube 38.
  • the regenerator 20 in order to recover and reuse heat from the recovered gas C discharged from the regenerator 20, the regenerator 20 has a heat recovery system by compression and heat exchange, and increases the heat recovery efficiency.
  • the recovered gas C discharged from the gas is compressed as it is without undergoing condensation separation of water vapor by cooling. Both the heat of gas compression generated by this compression and the heat of condensation of water are collected and reused.
  • the recovery device 1 divides a compressor 40 provided on the exhaust pipe 38 so as to directly communicate with the regenerator 20 and a part of the second absorbing liquid A2 at the bottom of the regenerator 20 so as to be outside the regenerator.
  • a heat exchanger 41 installed so as to exchange heat between the recovered gas C compressed by the compressor 40 and the second absorbent A2 in the circulation path 50.
  • the heat exchanger 41 the heat of condensation of water is recovered together with the heat of compression.
  • various heat exchangers generally used for gas-liquid heat exchange can be appropriately selected and used.
  • the regenerator 20 of the present invention the regenerator is configured in two stages, and the tower top temperature of the regenerator 20 is lower than in the case of the single-stage structure. Is properly prevented. Therefore, this is a preferable configuration from the viewpoint of preventing corrosion of the compressor 40 and the sealing material of the connection portion.
  • the second absorbing liquid A2 after heat exchange by the heat exchanger 41 is returned to the bottom of the regenerator 20. That is, the heat recovered from the recovered gas C is supplied to the first regenerator 22a of the regenerator 20 via the second absorbent A2.
  • the second absorption liquid A2 after heat exchange is directly returned to the regenerator 20, but the circulation path 50 may be connected to return to the regenerator 20 via the steam heater 24. Good.
  • the recovered gas C that has undergone heat recovery by the heat recovery system is sufficiently cooled by the cooler 42 that uses cooling water, condenses water vapor as much as possible, and then the condensed water is removed by the gas-liquid separator 43. Collected. Carbon dioxide in the recovered gas C can be fixed and reorganized in the ground by, for example, injecting it into the ground or an oil field.
  • the pressure of the recovered gas C by the compressor 40 can be effectively used, for example, as a working pressure such as an injection pressure in the processing of recovered carbon dioxide.
  • the gas / liquid separator 43 is connected to the downstream side of the cooler 36 of the second reflux path 29 by a water supply path 45 having a pressure reducing valve 44 provided as a pressure reducing means for releasing the applied pressure.
  • the separated condensed water is decompressed and adjusted to a pressure suitable for introduction into the absorber 10 by the pressure reducing valve 44 and added to the second absorbent A2 in the second reflux path 29 from the water supply path 45, and the absorber. 10 is recirculated to the upper part of the second absorption part 12b. That is, the condensed water is used to compensate for the composition variation of the second absorbent A2 supplied to the absorber 10.
  • the pressure reducing valve 44 for example, what is generally used as a pressure adjusting valve or a back pressure valve may be used.
  • a pressure gauge 46 is connected to the exhaust pipe 38 in order to detect the pressure in the regenerator 20, and the output of the motor 40M of the compressor 40 is controlled according to the detected pressure value.
  • the operation of the compressor 40 is adjusted so as to maintain a constant pressure (the connection indicated by a broken line in the figure indicates an electrical connection).
  • the control of the motor 40M for example, if output control using an inverter or the like is used, energy efficiency is good.
  • the pressure release and adjustment of the condensed water can be changed by using an expander instead of the pressure reducing valve 44.
  • the expander and the compressor 40 are coaxial rotors. If it is configured as a heat pump that cooperates to drive, the operating efficiency is improved.
  • the above-described embodiment can be modified to increase the amount of recovered heat using a plurality of sets of compressors and heat exchangers.
  • the recovered gas C that has passed through the heat exchanger 41 is connected in series on the exhaust pipe 38 so as to pass through the second set of compressors and heat exchangers before reaching the cooler 42 for compression and heat exchange.
  • the heat recovery amount is increased by the amount of heat exchange in the second heat exchanger.
  • three or more sets of compressors and heat exchangers can be installed, and the combination of multi-stage compression and heat exchange can be repeated as appropriate.
  • the circulation path 50 may be branched so that the absorption liquid exchanges heat in parallel, or the flow of the absorption liquid faces the flow of the recovered gas C in series. You may comprise so that it may pass through a heat exchanger.
  • the temperature of the second absorbent A2 heated at the bottom of the first regenerator 22a is T1, and the second absorbent A2 ′ introduced from the second heat exchanger 34 to the top of the first regenerator 22a. If T2 is T2, then T1> T2. Further, the temperature of the first absorbing liquid A1 in the liquid pool heated in the second regeneration unit 22b by the gas released from the first regeneration unit 22a is set to T3, and is introduced from the first heat exchanger 33 to the second regeneration unit 22b. When the temperature of the first absorbing liquid A1 ′ is T4, the temperature of the gas released from the first regeneration unit 22a to the second regeneration unit 22b is t1, and the temperature of the gas released from the second regeneration unit 22b is t2.
  • the absorption liquid in the regenerator is heated near the boiling point of the absorption liquid to increase the degree of regeneration, and the heat difference is increased by using a heat exchanger with high heat exchange performance to increase the temperature difference (T1-T2).
  • T1-T2 the temperature difference
  • T1-T2 the temperature difference of the gas released from the first regeneration unit 22a also becomes higher. If this gas is directly discharged from the regenerator 20, not only sensible heat energy but also a large amount of latent heat energy is released together with water vapor.
  • the amount of heat of the gas released from the first regeneration unit 22a is recovered in the second regeneration unit 22b and used for regeneration of the absorption liquid, and the gas temperature is decreased from t1 to t2 to realize sensible heat. Reduce the amount of emissions.
  • the condensation of water vapor also proceeds, so the water vapor and latent heat contained in the gas released from the second regeneration unit 22b also decrease.
  • the condensed water vapor evaporated from the absorption liquid is transferred to the second absorption liquids A2 and A2 ′ of the second absorption section 12b in the absorption apparatus 10, and the second reproduction section 22b in the reproduction apparatus 20.
  • the condensed water of the gas-liquid separator 43 is useful to use as dilution water for suppressing an increase in the concentration of the two absorbents.
  • the 1st absorption liquid and the 2nd absorption liquid of the same composition in order to equalize the density
  • the energy loss caused by the partial mixing of the absorbing liquid can be reduced by adjusting the operating conditions (such as the circulating amount of the absorbing liquid), and the first absorbing liquid A1 after regeneration and the second absorbing liquid A2 after absorption. It is advisable to adjust the operating conditions so that the carbon dioxide concentration of 'is approximately the same and mix the absorbent.
  • a gas G containing carbon dioxide such as combustion exhaust gas or process exhaust gas is supplied from the bottom, and the pumps 14, 16, 26, 28 are driven to circulate the first and second absorption liquids A1, A2.
  • First and second circulation step When supplied from the upper part of the first and second absorption parts 12a and 12b, respectively, the gas G and the first and second absorption liquids A1 and A2 on the fillers 11a and 11b Is in gas-liquid contact, and an absorption process (first and second absorption steps) in which carbon dioxide is absorbed by the absorption liquid proceeds.
  • the liquid temperature of the first and second absorption liquids A1 and A2 or the absorption device 10 is generally set to about 50 ° C. or less, preferably 40 ° C. or less. , 11b). Since the absorbing liquid generates heat due to absorption of carbon dioxide, it is desirable to take into consideration the increase in liquid temperature caused by this, so that the liquid temperature does not exceed 60 ° C.
  • the gas G supplied to the absorption device 10 may be adjusted in advance to an appropriate temperature using a cooling tower as necessary in consideration of the above.
  • aqueous liquids containing a compound having affinity for carbon dioxide as an absorbent are used as the first and second absorbing liquids A1 and A2.
  • Examples of the absorbent include alkanolamines and hindered amines having an alcoholic hydroxyl group.
  • alkanolamine examples include monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, N-methyldiethanolamine (MDEA),
  • MDEA N-methyldiethanolamine
  • examples of the hindered amine having an alcoholic hydroxyl group examples include 2-amino-2-methyl-1-propanol (AMP), 2- (ethylamino) ethanol (EAE), and the like.
  • Examples include 2- (methylamino) ethanol (MAE), and a plurality of the above compounds may be used in combination.
  • the absorbent concentration of the absorbent can be appropriately set according to the amount of carbon dioxide contained in the gas to be treated, the treatment speed, the fluidity of the absorbent and the suppression of consumption loss, and is generally 10 to 50% by mass.
  • an absorbing solution having a concentration of about 30% by mass is preferably used.
  • the same absorbing liquid containing the same absorbent may be used, or 1) an absorbing liquid having a different absorbent concentration, and 2) the kind of the absorbent. It is also possible to use absorbents having different composition ratios. For example, in the form of 1), by setting the absorbent concentration of the second absorbent A2 having a relatively high heating temperature in the regenerator 20 to be lower than that of the first absorbent, the first regenerator 22a (first In the first regeneration step, the heat absorption of the second absorbent A2 can be suppressed to increase the heat resistance, and the first absorbent A1 can increase the absorption capacity.
  • the carbon dioxide concentration of the gas processed in the first absorption unit 12a is higher than that of the second absorption unit 12b (second absorption step), and the carbon dioxide is easily absorbed. Therefore, priority is given to the regenerative property of the absorbent for the first absorbent A1, and priority is given to the absorbability for the second absorbent A2 that is in contact with the second absorbent 12b where the carbon dioxide concentration of the gas is relatively low.
  • the degree of regeneration at a lower temperature in the second regeneration unit 22b is increased, and the absorbent recirculates to the first absorption unit 12a. Can be brought close to the lean solution.
  • Monoethanolamine (MEA) which is generally preferred for use, is an absorbent having high absorbability, and examples of the absorbent having good regenerative properties include AMP and MDEA.
  • MEA is mixed to form an absorption liquid, and the absorption and reproducibility can be adjusted to some extent by the mixing ratio.
  • the absorption process and the regeneration process can be efficiently performed by utilizing the characteristics of each absorption liquid.
  • an absorbent solution having a relatively high concentration of MDEA or AMP is used as the first absorbent solution A1
  • an absorbent solution having a relatively high MEA concentration and a high absorbability is used as the second absorbent solution A2. Is preferable in terms of reducing the regenerative energy.
  • the supply speed of the gas G and the circulation speed of the first and second absorption liquids are determined in consideration of the amount of carbon dioxide contained in the gas G, the carbon dioxide absorption capacity of the absorption liquid, the gas-liquid contact efficiency in the filler, and the like. It is set as appropriate so as to proceed well.
  • the absorption process / regeneration process is repeatedly executed by circulation of each absorption liquid.
  • the second absorption liquid A2 ′ that has absorbed carbon dioxide is supplied from the second supply path 17 to the first regeneration unit 22a. During this period, the second absorption liquid A2 ′ is heated by heat exchange with the second absorption liquid A2 that is refluxed from the regeneration device 20. (Second heat exchange step).
  • the temperature T1 of the second absorbent A2 heated by external heat in the first regeneration unit 22a varies depending on the composition of the absorbent used and the regeneration conditions, but is generally set to about 100 to 130 ° C. (near the boiling point). Based on this, the outlet temperature of the second heat exchanger 34 of the second absorbing liquid A2 ′, that is, the introduction temperature T2 to the first regeneration unit 22a can be about 90 to 125 ° C.
  • the temperature t1 of the gas released from the first regeneration unit 22a to the second regeneration unit 22b is about 85 to 115 ° C., and is heated by the second regeneration unit 22b by the gas released from the first regeneration unit 22a.
  • the temperature T3 of the first absorbing liquid A1 is about 85 to 115 ° C.
  • the temperature T4 of the first absorbent A1 'introduced into the second regeneration unit 22b by heat exchange (first heat exchange step) in the first heat exchanger 33 can be about 80 to 110 ° C.
  • the temperature t2 of the gas released from the second regeneration unit 22b can be lowered to 100 ° C. or lower.
  • the temperature t2 at the top of the regeneration device 20 can be lowered to a temperature close to the temperature T4 of the first absorbing liquid A1 ′ to be charged. (T2 ⁇ t1, T4 ⁇ T3 ⁇ t1). Therefore, the absorbent contained in the recovered gas passing through the condensing part 37 is reduced, and corrosion of the equipment and materials provided in the exhaust pipe 38 by the absorbent can be prevented.
  • the carbon dioxide content of the absorbing solution is high, but the first absorbing solution that contacts the gas having a high carbon dioxide concentration in the first absorbing portion 12a is: Since the carbon dioxide content tends to be relatively high, it is convenient to perform regeneration using the heat of gas in the second regeneration unit 22b.
  • the second absorbent A2 stored at the bottom of the regenerator 20 is heated to the vicinity of the boiling point by partial circulation heating.
  • the boiling point of the absorbent depends on the composition (absorbent concentration) and the pressure in the regenerator 20.
  • heating it is necessary to supply the latent heat of vaporization of water lost from the absorbing liquid and the sensible heat of the absorbing liquid.
  • the sensible heat increases due to the rise in boiling point. Therefore, considering these balances, it is preferable in terms of energy efficiency to apply a condition setting in which the inside of the regenerator 20 is pressurized to about 100 kPaG and the absorbent is heated to 120 to 130 ° C.
  • the operation of the compressor 40 has an action of lowering the internal pressure of the regenerator 20, and therefore, in order to pressurize the regenerator 20, the exhaust from the exhaust pipe 38 is controlled by an on-off valve (not shown) or the like. After increasing the pressure, the internal pressure of the regenerator 20 and the outlet pressure of the compressor 40 may be adjusted while controlling the operation of the compressor 40.
  • the recovered gas C containing carbon dioxide released from the absorbing liquid is immediately compressed by the compressor 40 (compression stroke), the gas temperature rises due to an increase in pressure, and heat is easily recovered by heat exchange. Become.
  • the heat recovery process by the heat exchanger 41 the water vapor contained in the recovered gas C is condensed due to the temperature decrease, and the heat of condensation of the water is also released.
  • the compression rate by the compressor 40 may be adjusted so that the temperature after compression is about 120 to 500 ° C., preferably about 5 ° C. higher than the boiling point of the absorbent.
  • the pressure of the recovered gas C is set to about 0.3 to 2.0 MPaG by the compression process.
  • a higher pressure is required as the latter stage is reached.
  • the pressure in the first stage compression process is 0.
  • about 3 to 1.0 MPaG, about 0.5 to 1.5 MPaG in the second stage compression stroke, and about 1.0 to 2.0 MPaG in the third stage compression stroke may be set.
  • the heat of compression and the condensation heat of water generated by the compression are recovered through a part of the second absorbing liquid A2 circulated from the regenerator 20 in the heat exchange process in the heat exchanger 41, and this is recovered by the first regenerator 20 of the regenerator 20.
  • the recovered heat is supplied to the absorbent of the regenerator 20.
  • the condensed water condensed from the recovered gas C after the heat recovery step is subjected to the separation step by the gas-liquid separator 43, and then the pressure is released by the pressure reducing valve 44 and the second absorption liquid flowing in the second reflux path 29.
  • the temperature of the condensed water in the gas-liquid separator 43 is about 40 to 50 ° C., and further decreases with vaporization due to the pressure reduction in the pressure reducing valve 44, which is convenient for introduction into the absorption device 10, and in the cooler 36. It is also effective in reducing the amount of cooling heat.
  • the addition of condensed water to the second reflux path 29 is also preferable in terms of adjusting the concentration to compensate for the concentration that is likely to occur in the second absorbent due to the transfer of water vapor from the first regeneration unit 22a to the second regeneration unit 22b. It is.
  • the water supply path 45 is branched and connected to the first reflux path 27, a part of the condensed water in the gas-liquid separator 43 is separated and the first absorption liquid in the first reflux path 27 is separated. This can be used for dilution of A1, and the degree of freedom in adjusting the concentration of the absorbing solution is increased.
  • FIG. 2 shows a second embodiment of the carbon dioxide recovery method of the present invention and a recovery apparatus for carrying out the method.
  • the recovery device 2 is different from the first embodiment in the flow path of the absorbing liquid that exchanges heat with the recovered recovery gas C.
  • the heat recovered in the heat recovery process is introduced from the absorption device 10 into the regenerator 20. Is supplied to the second absorbing liquid A2 ′ immediately before being carried out.
  • a circulation path 51 that branches from the downstream side of the second heat exchanger 34 of the second supply path 17 and joins the second supply path 17 via the heat exchanger 41 a is provided, and the second absorption of the absorption device 10.
  • Part of the second absorbing liquid A2 ′ sent from the section 12b and passed through the second heat exchanger 34 is not directly supplied to the regenerator 20, but passes through the circulation path 51 to exchange heat in the heat exchanger 41a.
  • the heat exchanger 41a is installed so as to exchange heat between the compressed recovered gas C in the exhaust pipe 38 and the second absorbent A2 'in the circulation path 51. Accordingly, the heat recovered from the recovered gas C discharged from the regenerator 20 is supplied to the first regenerator 22a of the regenerator 20 via the second absorbent A2 '.
  • the second absorbent A2 ′ after the absorption process is heat-exchanged with the recovered gas C before being supplied to the regeneration process, and the second absorbent A2 ′.
  • the introduction temperature T2 to the first regeneration unit 22a can be made higher than the temperature in FIG. 1, and can be, for example, about 95 to 130 ° C.
  • the temperature t1 of the gas released from the first regeneration unit 22a to the second regeneration unit 22b and the temperature T3 of the first absorbing liquid A1 heated by the second regeneration unit 22b can also be increased.
  • This embodiment is useful when it is necessary to supplement heat exchange in the second heat exchanger 34, and conversely, the second heat exchanger 34 can be downsized.
  • the second supply path 17 is changed so as to be connected to the regenerator 20 via the circulation path 51, and all the second absorbing liquid A2 ′ in the second supply path 17 is subjected to heat exchange. It can comprise so that it may pass through the container 41a.
  • FIG. 3 shows a third embodiment of the carbon dioxide recovery method of the present invention and a recovery apparatus for implementing the method.
  • the recovery device 3 is different from the first embodiment in the flow path of the absorbing liquid that exchanges heat with the recovered recovery gas C after the compression. 2 is supplied to the first absorbent A1 ′ just before being introduced into the regenerator 22b.
  • a circulation path 52 that branches from the downstream side of the first heat exchanger of the first supply path 15 and joins the first supply path 15 via the heat exchanger 41b is provided, and the first absorption section of the absorber 10 is provided.
  • Part of the first absorbing liquid A1 ′ sent from 12a and passed through the first heat exchanger 33 is not directly supplied to the regenerator 20, but passes through the circulation path 52 and is subjected to heat exchange processing in the heat exchanger 41b. After passing through, it recirculates to the 1st supply path 15, and is comprised so that the 2nd reproduction
  • the heat exchanger 41b is installed so as to exchange heat between the compressed recovered gas C in the exhaust pipe 38 and the first absorbent A1 'in the circulation path 52. Accordingly, the heat recovered from the recovered gas C discharged from the regenerator 20 is supplied to the second regenerator 22b of the regenerator 20 via the first absorbent A1 '.
  • the temperature T4 of the first absorbing liquid A1 ′ introduced can be made higher than the temperature shown in FIG. 1, and can be, for example, about 85 to 115 ° C.
  • the temperature T3 of the first absorbent A1 at the bottom of the second regeneration unit 22b and the temperature t2 of the gas released from the second regeneration unit 22b can also be increased.
  • This embodiment is useful when it is necessary to supplement heat exchange in the first heat exchanger 33, and conversely, the first heat exchanger 33 can be downsized.
  • the first supply path 15 is changed so as to be connected to the regenerator 20 through the circulation path 52, and all the first absorbing liquid A1 ′ in the first supply path 15 is heat exchanger 41b. It can be configured to pass through.
  • FIG. 3 is the same as the embodiment of FIG. 1 except for the above points, and the description thereof will be omitted.
  • FIG. 4 shows a fourth embodiment of the carbon dioxide recovery method of the present invention and a recovery apparatus for implementing the method.
  • the recovery device 4 is a combination of the configurations shown in FIGS. 1 to 3.
  • the recovered gas C after compression is converted into the second absorbent A2 at the bottom of the regenerator 20, the first regenerator 22a.
  • the second absorption liquid A2 ′ immediately before being introduced into the first absorption liquid and the first absorption liquid A1 ′ immediately before being introduced into the second regeneration unit 22b are sequentially heat-exchanged.
  • a compressor 40 provided so as to be in direct communication with the regenerator 20, and the bottom of the regenerator 20, as in the recovery apparatuses 1 to 3.
  • a part of the second absorption liquid A2 to circulate between the outside of the regenerator, the recovered gas C compressed by the compressor 40, and the second absorption liquid A2 of the circulation path 50 A heat exchanger 41 installed so as to exchange heat between them, and a gas-liquid separator 43 for separating condensed water condensed from the recovered gas C.
  • the exhaust pipe 38a is provided with a heat exchanger 41c and a heat exchanger 41d between the heat exchanger 41 and the gas-liquid separator 43, and the heat exchanger 41c is connected to the exhaust pipe 38a.
  • Heat exchange is performed between the recovered gas C and the second absorbent A2 ′ in the second supply path 17, and the heat exchanger 41c is connected to the recovered gas C in the exhaust pipe 38a and the first absorbent A1 ′ in the first supply path 15.
  • the second absorption liquid A2 of the regenerator 20 is refluxed to the bottom of the regenerator 20 after heat exchange by the heat exchanger 41, and the second absorption liquid A2 ′ of the second supply path 17 is recirculated after the heat exchange by the heat exchanger 41c.
  • the first absorption liquid A1 ′ in the first supply path 15 is charged into the upper part of the first regeneration unit 22a, and is then introduced into the upper part of the second regeneration unit 22b after heat exchange by the heat exchanger 41d.
  • the heat recovered from the compressed recovery gas C is the second absorption liquid A2 in the circulation path 50, the second absorption liquid A2 ′ in the second supply path 17, and the first absorption liquid A1 ′ in the first supply path 15. Are sequentially transmitted to the playback device 20 via these.
  • the temperature of the recovered gas C decreases stepwise, and the water vapor contained in the recovered gas C cools and condenses to release condensation heat, so these heat exchangers In addition to the heat of compression, the heat of condensation of water is also recovered.
  • the outlet temperature of the second absorption liquid A2 ′ of the second heat exchanger 34 is about 90 to 125 ° C.
  • the introduction temperature T2 to the first regeneration unit 22a is 95 to 130 by the heat exchanger 41c. It can be set to about ° C.
  • the temperature t1 of the gas released from the first regeneration unit 22a to the second regeneration unit 22b is about 90 to 120 ° C., and is heated in the second regeneration unit 22b by the gas released from the first regeneration unit 22a.
  • the temperature T3 of the first absorbing liquid A1 is about 85 to 120 ° C.
  • the temperature of the first absorbing liquid A1 ′ becomes 80 to 110 ° C., and the temperature T4 of the first absorbing liquid A1 ′ introduced into the second regeneration unit 22b is changed by the heat exchanger 41d.
  • the temperature can be about 85 to 115 ° C.
  • the recovered gas C in the exhaust pipe 38a that has undergone heat recovery by the heat recovery system is sufficiently cooled by the cooler 42 using cooling water to condense water vapor as much as possible, and then the gas-liquid separator 43.
  • the water is recovered after removing the condensed water.
  • the gas-liquid separator 43 is connected to the downstream side of the cooler 36 of the second reflux path 29 by a water supply path 45, and the condensed water separated by the gas-liquid separator 43 is appropriately controlled by a pressure reducing valve 44 that releases the pressure.
  • the pressure is adjusted to a reduced pressure, added from the water supply path 45 to the second absorbent A2 on the downstream side of the cooler 36 of the second reflux path 29, and refluxed to the upper part of the second absorption section 12b of the absorber 10.
  • any one of the heat exchangers 41, 41c, and 41d may be omitted, and the heat recovery may be performed using only two heat exchangers. Omitting the two heat exchangers from the embodiment of FIG. 4 is the same as the embodiment of FIGS.
  • the first and second absorption liquids A1 and A2 circulate between the absorption device 10 and the regeneration device 20 independently of each other, and the first regeneration unit 22a.
  • the utilization efficiency of heat energy in the regeneration apparatus is improved.
  • the first absorption liquid A1 can be regarded as an auxiliary absorption liquid
  • the second absorption liquid A2 can be regarded as a main absorption liquid.
  • the role of the first absorption liquid A1 includes the reduction of the absorption load given to the second absorption liquid A2 by the gas having a high carbon dioxide concentration, along with the recovery and reuse of thermal energy in the regenerator.
  • the apparatus configurations shown in FIGS. 1 to 4 are effective in improving the process adaptability of the recovery apparatus.
  • the ratio ⁇ 1 / ⁇ 2 between the filling volume ⁇ 1 of the filler 11a of the first absorbing portion 12a and the filling volume ⁇ 2 of the filler 11b of the second absorbing portion 12b in the absorber 10 is regenerated.
  • the device 20 is designed to be substantially equal to the ratio ⁇ 2 / ⁇ 1 of the filling volume ⁇ 2 of the filling material 21b of the second regeneration unit 22b and the filling volume ⁇ 1 of the filling material 21a of the first regeneration unit 22a.
  • the ratio ⁇ 1 / ⁇ 2 between the circulating amount ⁇ 1 of the absorbing liquid and the circulating amount ⁇ 2 of the second absorbing liquid may be substantially equal to the above-described ratios ⁇ 1 / ⁇ 2 and ⁇ 2 / ⁇ 1.
  • the first absorbing liquid A1 can be regarded as an auxiliary absorbing liquid, and the ratios ⁇ 1 / ⁇ 2 and ⁇ 1 / ⁇ 2 are about 1/10 to 9/10, preferably 4/10 to 8/10. Setting it to a degree is convenient for efficiently using heat energy.
  • the effect of reducing the regenerative energy is increased by increasing the number of heat exchangers used for heat recovery and repeating heat recovery and supply.
  • it is most effective to reduce the regeneration energy by supplying the recovered heat to the second absorbent A2 at the bottom of the regenerator 20 using the heat exchanger 41. is there. In other words, it is more advantageous to supply the recovered heat to the part where the temperature is high.
  • the form using the heat exchangers 41 and 41d requires less regeneration energy than the form using the heat exchangers 41 and 41c.
  • One reason for this is that the heat exchange performance cannot be satisfactorily exhibited because the difference between the inlet temperature of the recovered gas C and the inlet temperature of the second absorbent A2 'in the heat exchanger 41c is small.
  • the heat exchange performance is suitably exhibited in the difference in inlet temperature between the recovered gas C and the first absorption liquid A1 ′, so that the amount of water vapor released to the exhaust pipe 38a and Even if the latent heat increases, the heat is recovered again, and as a result, the efficiency becomes better than when the heat exchanger 41c is used.
  • the condensed water separated and recovered from the recovered gas C can be used to correct the composition of the fluctuating absorption liquid.
  • a part of the condensed water in the gas-liquid separator 43 may be branched to change the condensed water. You may change so that it may add to 1 absorption liquid. Such a change may be appropriately selected in consideration of the degree of composition variation of the absorbing liquid in the regenerator 20, the amount of recovered condensed water, and the liquid temperature.
  • the composition can be adjusted by adding it together with condensed water to the absorbent before introduction into the absorber.
  • the present invention is useful for reducing the amount of carbon dioxide released and its impact on the environment by using it for the treatment of carbon dioxide-containing gas discharged from facilities such as thermal power plants, steelworks, and boilers. It is possible to reduce the thermal energy required for the carbon dioxide recovery process, and to provide a carbon dioxide recovery device that can contribute to a reduction in operating costs, energy saving, and environmental protection.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)
  • Gas Separation By Absorption (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

　吸収液の再生に要するエネルギーを削減して操業費用を低減可能な二酸化炭素の回収方法及び回収装置を提供する。回収装置の吸収装置及び再生装置は２段以上に構成され、ガスは吸収装置の第１吸収部を経て第２吸収部に供給され、再生装置の第１再生部は外部加熱手段を有し、第２再生部は第１再生部から放出されるガスの熱で加熱される。再生装置から排出される回収ガスを圧縮器で圧縮し、熱回収システムで回収ガスの熱を回収して再生装置へ供給し、回収ガスの凝縮水を気液分離器で分離する。吸収液の循環システムは、第１吸収部と第２再生部とを循環する第１循環系と、第２吸収部と第１再生部とを循環する第２循環系を有し、第１再生部から第２吸収部へ還流する吸収液に気液分離器の水を供給する。

Description

二酸化炭素の回収方法及び回収装置
　本発明は、燃焼ガスなどの二酸化炭素を含むガスから二酸化炭素を分離回収し、清浄なガスを大気に還元するための二酸化炭素の回収方法及び回収装置に関する。
　火力発電所や製鉄所、ボイラーなどの設備では、石炭、重油、超重質油などの燃料を多量に使用しており、燃料の燃焼によって排出される硫黄酸化物、窒素酸化物及び二酸化炭素は、大気汚染防止や地球環境保全の見地から放出に関する量的及び濃度的制限が必要とされている。近年、二酸化炭素は地球温暖化の主原因として問題視され、世界的にも排出を抑制する動きが活発化している。このため、燃焼排ガスやプロセス排ガスの二酸化炭素を大気中に放出せずに回収・貯蔵を可能とするために、様々な研究が精力的に進められ、二酸化炭素の回収方法として、例えば、ＰＳＡ（圧力スウィング）法、膜分離濃縮法や、塩基性化合物による反応吸収を利用する化学吸収法などが知られている。
　化学吸収法においては、主にアルカノールアミン系の塩基性化合物を吸収剤として用い、その処理プロセスでは、概して、吸収剤を含む水性液を吸収液として、ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させる吸収工程と、吸収された二酸化炭素を吸収液から放出させて吸収液を再生する再生工程とを交互に繰り返すように吸収液を循環させる（例えば、下記特許文献１参照）。再生工程においては、二酸化炭素を放出させるための加熱が必要であり、二酸化炭素回収の操業費用を削減するには、再生のために加熱／冷却に要するエネルギーを低減することが重要となる。この点に関し、特許文献１に示されるように、再生工程において二酸化炭素を放出した高温の吸収液（リーン液）を、吸収工程において二酸化炭素を吸収した吸収液（リッチ液）と熱交換することによって、熱エネルギーを回収して再生工程で再利用することができる。
　また、再生工程から排出される二酸化炭素を含んだガスは、回収利用可能な熱エネルギーを含んでいるので、その回収を目的として、下記特許文献２では、再生塔から排出される二酸化炭素を含んだガスを圧縮する圧縮器と、圧縮器から吐出するガスの熱交換を行う熱交換器とを用いて、再生塔が保有する吸収液を熱交換器に供給してガスとの熱交換によって加熱して再生塔に戻すことを記載する。
　また、燃焼ガスなどの二酸化炭素を含むガスから二酸化炭素を分離回収し、清浄なガスを大気に還元する装置が、下記特許文献３、特許文献４及び特許文献５に記載されている。
特開２００９－２１４０８９号公報 特開２０１０－２３５３９５号公報 特開２００８－３０７５２０号公報 特開２０１２－５３８号公報 特開２００５－２５４２１２号公報
　吸収液の再生に必要とされるエネルギーには、吸収液の温度上昇に要する顕熱、吸収液から二酸化炭素を放出する際の反応熱、及び、吸収液の水分蒸発による熱損失を補うための潜熱がある。上述の先行技術では、これらに関する熱エネルギーが回収されるが、潜熱に関するエネルギーの回収及び再利用においては、効率的に未だ改善の余地がある。
　環境保全のために二酸化炭素の回収を普及させるには、経済的観点から、可能な限りエネルギー効率を高めて回収に要する費用を削減することが望ましい。吸収液からの熱エネルギーの回収効率を高めることは、省エネルギーにおいて重要であり、又、二酸化炭素の回収効率に対しても有効に作用し得る。
　本発明の課題は、上述の問題を解決し、吸収液を再生するために要するエネルギーを削減して操業費用を低減可能な二酸化炭素の回収方法及び回収装置を提供することである。
　又、本発明の課題は、装置や吸収液への負担を軽減でき、二酸化炭素の回収率を低下させずに吸収液の再生に要するエネルギーを削減して二酸化炭素の回収コストを低減可能な二酸化炭素の回収方法及び回収装置を提供することである。
　上記課題を解決するために、本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、潜熱に関する熱エネルギーの十分な回収を容易に行う上で、回収二酸化炭素に含まれる水蒸気量の低減が有効であり、吸収工程及び再生工程を各々少なくとも２段階に区分する構成を利用すると装置構成において有利であることを見出し、本発明を完成するに至った。
　本発明の一態様によれば、二酸化炭素の回収装置は、ガスを吸収液に接触させて前記ガスに含まれる二酸化炭素を前記吸収液に吸収させる吸収装置であって、第１吸収部及び第２吸収部を有し、前記ガスは前記第１吸収部を経て前記第２吸収部に供給されるように配設される前記吸収装置と、前記吸収装置で二酸化炭素を吸収した前記吸収液を加熱し二酸化炭素を放出させて前記吸収液を再生する再生装置であって、第１再生部及び第２再生部を有し、前記第１再生部は外部加熱手段を有し、前記第２再生部は前記第１再生部から放出されるガスの熱によって加熱されるように配設される前記再生装置と、前記第１吸収部と前記第２再生部との間で前記吸収液を循環させる第１循環系と、前記第２吸収部と前記第１再生部との間で前記吸収液を循環させる第２循環系とを有する循環システムと、前記再生装置から排出される水蒸気及び二酸化炭素を含んだ回収ガスをそのまま圧縮する圧縮器と、前記圧縮器によって圧縮された前記回収ガスの熱を回収して前記再生装置へ供給する熱回収システムとを有することを要旨とする。
　上記回収装置は、更に、前記熱回収システムによって熱を回収した回収ガスから凝縮する水を分離する気液分離器と、前記第２循環系において前記第１再生部から前記第２吸収部へ還流する吸収液に、前記気液分離器において分離した水を供給する水供給路とを有すると良い。
　又、本発明の一態様によれば、二酸化炭素の回収方法は、ガスを吸収液に接触させて前記ガスに含まれる二酸化炭素を前記吸収液に吸収させる吸収処理であって、第１吸収工程及び第２吸収工程を有し、ガスは前記第１吸収工程を経て前記第２吸収工程に供給される前記吸収処理と、前記吸収処理で二酸化炭素を吸収した前記吸収液を加熱し二酸化炭素を放出させて前記吸収液を再生する再生処理であって、第１再生工程及び第２再生工程を有し、前記第１再生工程では外部加熱手段を利用して加熱し、前記第２再生工程では前記第１再生工程において放出されるガスの熱によって加熱する前記再生処理と、前記第１吸収工程と前記第２再生工程との間で前記吸収液を循環させる第１循環工程と、前記第２吸収工程と前記第１再生工程との間で前記吸収液を循環させる第２循環工程と、前記再生処理から排出される水蒸気及び二酸化炭素を含んだ回収ガスをそのまま圧縮する圧縮工程と、前記圧縮工程によって圧縮された回収ガスの熱を回収して前記再生処理へ供給する熱回収工程とを有することを要旨とする。
　上記回収方法は、更に、前記熱回収工程の後の回収ガスから凝縮する水を分離する分離工程と、前記第２循環工程において前記第１再生工程から前記第２吸収工程へ循環する吸収液に、前記分離工程において分離した水を供給する水供給工程とを有すると良い。
　本発明によれば、ガスに含まれる二酸化炭素を回収するプロセスにおいて、吸収液の再生に使用する熱の回収効率が向上し、二酸化炭素の回収率を低下させずに再生に要する熱エネルギーを削減できるので、運転コストの軽減に有効な二酸化炭素の回収方法及び回収装置が提供される。回収ガスから得られる凝縮水を用いた吸収液の濃度補整を、温度調整にも有利な形態で行うことができ、二酸化炭素の回収及び吸収液の再生を効率的に行うことができるので、吸収液に対する再生時の負荷が軽減され、効率よく安定的に吸収液を利用することができるため、操業費及び設備維持費の低減に有効である。特殊な装備や高価な装置を必要とせず、一般的な設備を活用して簡易に実施できるので、経済的に有利である。
本発明に係る二酸化炭素の回収装置の第１の実施形態を示す概略構成図。 本発明に係る二酸化炭素の回収装置の第２の実施形態を示す概略構成図。 本発明に係る二酸化炭素の回収装置の第３の実施形態を示す概略構成図。 本発明に係る二酸化炭素の回収装置の第４の実施形態を示す概略構成図。
　化学吸収法による二酸化炭素の吸収プロセスにおいては、ガスに含まれる二酸化炭素を低温の吸収液に吸収させる吸収処理と、吸収された二酸化炭素を吸収液から放出させて吸収液を再生する高温の再生処理との間で吸収液を循環させて、吸収処理と再生処理とを交互に繰り返す。再生処理における吸収液の再生度は吸収液の加熱温度に依存し、温度が高いほど二酸化炭素ガスを放出して吸収液の残留二酸化炭素濃度が低くなる（参照：Jong I. Lee, Frederick D. Otto and Alan E. Mather, "Equilibrium Between carbon Dioxide and Aqueous Monoethanolamine Solutions", J. appl. Chem. Biotechnol. 1976, 26, PP541-549）。従って、通常、再生処理における吸収液は、外部熱源から供給される熱エネルギーを用いた外部加熱手段によって沸騰温度近辺に維持される。再生処理において二酸化炭素を放出した高温の再生吸収液（リーン液）は、吸収処理で二酸化炭素を吸収した吸収液（リッチ液）と熱交換することによって、加熱されたリッチ液が再生処理に供給されるので、熱エネルギーが回収・再利用される。しかし、再生処理において吸収液から放出される二酸化炭素を含んだガスは、その熱を含んだ高温の状態で排出され、排出ガスに含まれる熱量は無駄になる。排出ガスの温度低下、つまり、再生装置の頂部温度の低下は、上述のリッチ液とリーン液との熱交換率を下げることによって可能であるが、熱交換において回収される顕熱が減少するため、熱量の削減には寄与しない。
　本発明では、吸収処理及び再生処理を、各々、少なくとも二段階に区分して２組の吸収工程及び再生工程を構成し、吸収液を循環させる循環路も独立した２つの経路に分離して各組の吸収工程及び再生工程間で吸収液を個別に循環させるように循環システムを構成する。１つの再生工程では外部エネルギー源を利用する外部加熱手段によって吸収液を積極的に加熱するが、この工程で放出される高温のガスは、もう１つの再生工程に供給されて熱源となることで吸収液が加熱再生される。つまり、ガスからの放出回収熱が吸収液の再生に直接利用される。更に、再生装置からの排出ガスを圧縮して、放出される熱エネルギーを回収する熱交換器を導入し、回収熱エネルギーを再生装置に供給するように構成することによって、外部熱源から供給される熱エネルギーの利用効率は格段に高くなる。この際、熱エネルギーを回収した排出ガスから水分が凝縮するので、この凝縮水を吸収液に供給して吸収液の濃度調整に利用する。上述のように吸収装置及び再生装置で使用する吸収液を独立した２組の経路によって循環させる構成は、吸収液から気化する水蒸気が一方の経路から他方の経路へ移動することによって、一方の経路の吸収液が濃縮され易いという問題がある。しかし、この問題を効果的に解消する手段として、上述の排出ガスから分離される凝縮水の利用は好都合である。又、再生装置からの排出ガスには吸収剤（アミン化合物）等が混入し得るが、再生装置を二段階に区分することで頂部温度は低下するため、吸収剤の混入量は格段に減少する。この点は、排出ガスを圧縮する圧縮器や装置接続部のシール材がガス中の混入物による腐食等を受け難くなる点でも有利な構成である。
　尚、上記構成において、２組の経路を循環する吸収液は、各々、個別に選定可能となるので、各経路の処理条件に応じて適した特性に各々調整することができる。つまり、異なる組成に調製した２種類の吸収液の使用も可能になる。吸収液に含まれる吸収剤は、概して、吸収性及び再生性の両方に優れたものを開発するのは難しく、何れか一方に優れているのが一般的であるので、異なる濃度・組成の吸収液が使用可能な構成では、各循環系の吸収工程及び再生工程の処理条件に特化した吸収液を選択して用いることにより、吸収効率及び再生効率の低下を回避しつつ再生に要するエネルギーの削減を有利に進めることができる。
　以下、本発明の二酸化炭素の回収方法及び回収装置について、図面を参照して詳細に説明する。
　図１は、本発明の二酸化炭素の回収装置の一実施形態を示す。回収装置１は、二酸化炭素を含有するガスＧを吸収液に接触させて二酸化炭素を吸収液に吸収させる吸収装置１０と、二酸化炭素を吸収した吸収液を加熱して二酸化炭素を吸収液から放出させ、吸収液を再生する再生装置２０とを有する。回収装置１に供給されるガスＧについて特に制限はなく、燃焼排ガスやプロセス排ガスなどの様々なガスの取扱いが可能である。吸収装置１０及び再生装置２０は、各々、塔形の向流型気液接触装置として構成され、接触面積を大きくするための充填材１１，２１が各々内部に装填されている。吸収液として、アルカノールアミン類等の二酸化炭素に親和性を有する化合物を吸収剤として含有する水性液が用いられる。充填材１１，２１は、処理温度における耐久性及び耐腐食性を有する素材製で、所望の接触面積を提供し得る形状のものを適宜選択して使用することができ、概して、ステンレス鋼、炭素鋼等の鉄系金属材料製のものが用いられるが、特に限定されない。更に、必要に応じて、吸収装置１０に供給されるガスＧを二酸化炭素の吸収に適した低温に維持するための冷却塔を設けてもよい。
　二酸化炭素を含んだガスＧは、吸収装置１０の下部から供給される。吸収装置１０内は、充填材１１ａが収容される下側の第１吸収部１２ａと、充填材１１ｂが収容される上側の第２吸収部１２ｂとに区画され、第１吸収部１２ａと第２吸収部１２ｂとの間には、水平環状板の中央穴周縁に管状壁が立設された区画部材１３が介在する。区画部材１３は、管状壁の上端穴の上方を笠が覆い、吸収装置１０の内側壁と区画部材１３の管状壁との間において水平環状板上に液溜まりが形成されるように構成されている。吸収装置１０下部から供給されるガスＧは、塔内を上昇して第１吸収部１２ａの充填材１１ａを通過した後に、区画部材１３の管状壁内孔を通って第２吸収部１２ｂの充填材１１ｂを通過する。一方、吸収液は、第１及び第２吸収液の２つに分けられ、第１吸収液は、吸収装置１０の第１吸収部１２ａ上部に供給されて、充填材１１ａを流下した後に吸収装置１０底部に貯留され、第２吸収液は、吸収装置１０の第２吸収部１２ｂ上部に供給されて、充填材１１ｂを流下した後に区画部材１３の液溜まりに貯留され、第１吸収部１２ａには流下せずに塔外へ導出されるように構成されている。ガスＧが充填材１１ａ，１１ｂを通過する間に２つの吸収液と順次気液接触してガスＧ中の二酸化炭素が吸収液に吸収される。第１吸収部１２ａを通過した後のガスの二酸化炭素濃度は低下しているので、第２吸収液は、第１吸収液が接触するガスＧより二酸化炭素濃度が低いガスと接触する。第１吸収部１２ａにおいて二酸化炭素を吸収した第１吸収液（リッチ液）Ａ１’は、吸収装置１０底部に貯溜され、ポンプ１４によって、吸収装置１０底部と再生装置２０上部とを接続する第１供給路１５を通じて再生装置２０へ供給される。第２吸収部１２ｂにおいて二酸化炭素を吸収した第２吸収液（リッチ液）Ａ２’は、区画部材１３の液溜まりに貯溜され、ポンプ１６によって、吸収装置１０中央部と再生装置２０中央部とを接続する第２供給路１７を通じて再生装置２０へ供給される。二酸化炭素が除去されたガスＧ’は、吸収装置１０の頂部から排出される。
　吸収液が二酸化炭素を吸収することによって発熱して液温が上昇するので、必要に応じて、ガスＧ’に含まれ得る水蒸気等を凝縮するための冷却凝縮部１８が吸収装置１０頂部に設けられ、これにより、水蒸気等が塔外へ漏出するのをある程度抑制できる。これを更に確実にするために、吸収装置外に付設される冷却器３１及びポンプ３２を有し、冷却凝縮部１８下に貯留される凝縮水の一部（塔内のガスＧ’を含んでも良い）は、ポンプ３２によって冷却器３１との間で循環させる。冷却器３１で冷却されて塔頂部に供給される凝縮水等は冷却凝縮部１８を低温に維持し、冷却凝縮部１８を通過するガスＧ’を確実に冷却する。塔外へ排出されるガスＧ’の温度は６０℃程度以下が好ましく、より好ましくは４５℃以下となるようにポンプ３２の駆動が制御される。図１の構成において、冷却凝縮部１８で凝縮する水は充填材１１ｂに供給されるが、凝縮水は塔内の吸収液の組成変動を補整するために使用できるので、必要に応じて第１及び第２吸収液の濃度組成を検知して濃度変動の割合に応じて凝縮水を分配して充填材１１ａ，１１ｂに供給するように構成すると良く、冷却凝縮部１８における凝縮水の供給は、後述する再生装置２０における凝縮水による補整を勘案して適宜設定・変更することができる。
　再生装置２０内は、充填材２１ａが収容される下側の第１再生部２２ａと、充填材２１ｂが収容される上側の第２再生部２２ｂとに区画され、第１再生部２２ａと第２再生部２２ｂとの間には、区画部材１３と同様の構造によって液溜まりを形成する区画部材２３が介在する。吸収装置１０底部から第１供給路１５を通じて供給される第１吸収液Ａ１’は、再生装置２０の第２再生部２２ｂ上部に導入されて、充填材２１ｂを流下した後に区画部材２３の液溜まりに貯留され、第１再生部２２ａには流下せずに塔外へ導出されるように構成される。吸収装置１０の第２吸収部１２ｂから第２供給路１７を通じて供給される第２吸収液Ａ２’は、第１再生部２２ａ上部に供給されて、充填材２１ａを流下した後に再生装置２０底部に貯留される。
　再生装置２０の底部には、外部からの供給エネルギーを用いて吸収液を積極的に加熱するための外部加熱手段としてリボイラーが付設される。即ち、再生装置２０外に付設されるスチームヒーター２４と、塔底部に貯留される第２吸収液Ａ２をスチームヒーター２４を介して循環させる循環路２５とが付設される。塔底部の第２吸収液Ａ２の一部が循環路２５を通してスチームヒーター２４に分流され、高温蒸気との熱交換によって継続的に加熱されて塔内へ還流される。従って、底部の第２吸収液Ａ２は、積極的に加熱されて二酸化炭素を十分に放出し、又、充填材２１ａも間接的に加熱されて充填材２１ａ上での気液接触による二酸化炭素の放出が促進される。第２吸収液から放出される二酸化炭素及び水蒸気を含む高温のガスは、上昇して第１再生部２２ａの充填材２１ａを通過した後に、区画部材２３の管状壁内孔を通って第２再生部２２ｂの充填材２１ｂを通過する。この間に、充填材２１ａを流下する第２吸収液Ａ２’、及び、充填材２１ｂを流下する第１吸収液Ａ１’は加熱され、これらの吸収液中の二酸化炭素が放出される。外部加熱手段のない第２再生部２２ｂに供給される第１吸収液Ａ１’は、外部加熱手段による積極加熱を受けず、第１再生部２２ａから放出されるガスの熱によってのみ加熱されるので、その温度は第２吸収液Ａ２’より低い。従って、第１吸収液と第２吸収液が同じ組成である場合は、区画部材２３の液溜まりの第１吸収液Ａ１の再生度は、塔底部の第２吸収液Ａ２の再生度より低くなり、セミリーン液となる。二酸化炭素を放出した第１吸収液Ａ１は、区画部材２３の液溜まりからポンプ２６によって、再生装置２０中央部と吸収装置１０中央部とを接続する第１還流路２７を通じて吸収装置１０の第１吸収部１２ａの上部へ還流される。再生装置２０底部に貯溜されて二酸化炭素を十分に放出した第２吸収液Ａ２（リーン液）は、ポンプ２８によって、吸収装置１０上部と再生装置２０底部とを接続する第２還流路２９を通じて吸収装置１０の第２吸収部１２ｂの上部へ還流される。この結果、第１吸収液Ａ１，Ａ１’が第１吸収部１２ａと第２再生部２２ｂとの間を往復する第１循環系が、第１供給路１５及び第１還流路２７によって構成され、第２吸収液Ａ２，Ａ２’が第２吸収部１２ｂと第１再生部２２ａとの間を往復する第２循環系が、第２供給路１７及び第２還流路２９によって構成される。再生装置２０において吸収液から放出された二酸化炭素を含むガスは、再生装置２０頂部から排出される。
　第２再生部２２ｂで二酸化炭素を放出した第１吸収液Ａ１は、第１還流路２７を還流する間に第１熱交換器３３を通過する。第１熱交換器３３は、第１供給路１５と第１還流路２７との間で熱交換を行うように設置されるので、第１吸収液Ａ１は、第１供給路１５の第１吸収液Ａ１’によって冷却され、更に、冷却水を用いた冷却器３５によって二酸化炭素の吸収に適した温度まで十分に冷却された後に第１吸収部１２ａ上部に導入される。又、第１再生部２２ａで二酸化炭素を放出した第２吸収液Ａ２は、第２還流路２９を流れる間に第２熱交換器３４を通過する。第２熱交換器３４は、第２供給路１７と第２還流路２９との間で熱交換を行うように設置されるので、第２吸収液Ａ２は、第２供給路１７の第２吸収液Ａ２’によって冷却され、更に、冷却水を用いた冷却器３６によって同様に十分に冷却された後に、第２吸収部１２ｂ上部に導入される。熱交換器には、スパイラル式、プレート式、二重管式、多重円筒式、多重円管式、渦巻管式、渦巻板式、タンクコイル式、タンクジャケット式、直接接触液－液式等の様々な種類があり、本発明における第１及び第２熱交換器３３，３４として何れのタイプを使用しても良いが、装置の簡素化及び清掃分解の容易さの点ではプレート式が優れている。
　再生装置２０における加熱によって吸収液から放出される二酸化炭素を含む回収ガスＣは、水蒸気及び吸収剤の放出を抑制するために再生装置２０上部に設けられる凝縮部３７を通過した後に、頂部から排気管３８を通って排出される。本発明においては、再生装置２０から排出される回収ガスＣから熱を回収して再利用するために、圧縮及び熱交換による熱回収システムを有し、熱回収効率を高めるために、再生装置２０から排出される回収ガスＣは、冷却による水蒸気の凝縮分離を経ることなく、そのまま圧縮する。この圧縮によって発生するガス圧縮熱及び水の凝縮熱の両方を纏めて回収して再利用する。詳細には、回収装置１は、再生装置２０と直接連通するように排気管３８上に設けられる圧縮器４０と、再生装置２０底部の第２吸収液Ａ２の一部を分流して再生装置外との間を循環させる循環路５０と、圧縮器４０によって圧縮された回収ガスＣと前記循環路５０の第２吸収液Ａ２との間で熱交換を行うように設置される熱交換器４１とを有する。熱交換において、回収ガスＣに含まれる水蒸気が冷却凝縮して凝縮熱を放出するので、熱交換器４１では、圧縮熱と共に水の凝縮熱も回収される。回収ガスＣと吸収液との熱交換には、一般的に気－液熱交換に用いられる種々の熱交換器から適宜選択して使用可能であり、例えば、直接接触式やフィンチューブ型、プレート式等の熱交換器が挙げられる。本発明の再生装置２０は、再生部を２段に構成しており、１段構成の場合に比べて再生装置２０の塔頂温度は低いので、吸収剤の塔外への排出は凝縮部３７において適正に防止される。従って、圧縮器４０や接続部のシール材の腐食防止の観点において好適な構成である。熱交換器４１による熱交換後の第２吸収液Ａ２は、再生装置２０の底部に還流される。つまり、回収ガスＣから回収した熱は第２吸収液Ａ２を介して再生装置２０の第１再生部２２ａへ供給される。尚、この実施形態では、熱交換後の第２吸収液Ａ２を直接再生装置２０に還流しているが、スチームヒーター２４を介して再生装置２０へ還流するように循環路５０を接続してもよい。
　上記熱回収システムによる熱回収を経た回収ガスＣは、冷却水を用いた冷却器４２によって充分に冷却し、含まれる水蒸気を可能な限り凝縮した後、気液分離器４３によって凝縮水を除去して回収される。回収ガスＣの二酸化炭素は、例えば、地中又は油田中に注入することによって、地中での炭酸ガス固定及び再有機化が可能である。圧縮器４０による回収ガスＣの圧力は、回収二酸化炭素の処理において注入圧等の作業圧として利用するなど、有効活用が可能である。
　気液分離器４３は、加えられた圧力を開放する減圧手段として設けられる減圧弁４４を有する水供給路４５によって第２還流路２９の冷却器３６下流側と接続され、気液分離器４３において分離された凝縮水は、減圧弁４４によって、吸収装置１０への導入に適した圧力に減圧調整されて、水供給路４５から第２還流路２９の第２吸収液Ａ２に添加され、吸収装置１０の第２吸収部１２ｂ上部に還流される。つまり、凝縮水は、吸収装置１０へ供給する第２吸収液Ａ２の組成変動の補整に用いられる。減圧弁４４は、例えば圧力調整弁や背圧弁として一般に使用されるものを利用すればよい。
　排気管３８には、再生装置２０内の圧力を検出するために圧力計４６が接続され、検出される圧力値に応じて圧縮器４０のモーター４０Ｍの出力を制御することによって、再生装置２０内の圧力を一定に維持するように圧縮器４０の作動が調整される（図中、破線で表す接続は、電気接続を示す）。モーター４０Ｍの制御において、例えばインバータ等を用いた出力制御を利用すると、エネルギー効率が良い。
　上述の実施形態において、凝縮水の圧力開放及び調整は、減圧弁４４の代わりに膨張器を用いて行うように変更することも可能であり、この場合、膨張器と圧縮器４０とが同軸ロータで協働駆動するヒートポンプとして構成すると、作動効率が向上する。或いは、エジェクタを利用して流動凝縮水を減圧したり、タービン等を用いて加圧凝縮水の流動圧から動力エネルギーを回収して圧縮器の駆動等に利用するように構成してもエネルギー効率を改善できる。又、上述の実施形態は、複数組の圧縮器及び熱交換器を用いて回収熱量を増加させるように変形することができる。つまり、熱交換器４１を経た回収ガスＣが、冷却器４２に至る前に２組目の圧縮器及び熱交換器を通過するように排気管３８上に直列に接続して圧縮及び熱交換を再度繰り返すことによって、２組目の熱交換器での熱交換による分だけ熱回収量が増加する。必要に応じて、３組以上の圧縮器及び熱交換器を設置して多段階の圧縮及び熱交換の組み合わせを適宜繰り返すことができる。このような複数段の熱交換において、循環路５０を分岐させて吸収液が並列に熱交換するように構成しても、或いは、吸収液の流れが回収ガスＣの流れと対向して直列に熱交換器を通過するように構成してもよい。尚、各熱交換器による熱回収毎に、回収ガスから凝縮水を分離するように気液分離器を配置すると更に好ましい。
　再生装置２０において、第１再生部２２ａの底部で加熱された第２吸収液Ａ２の温度をＴ１とし、第２熱交換器３４から第１再生部２２ａ上部へ導入される第２吸収液Ａ２’の温度をＴ２とすると、Ｔ１＞Ｔ２となる。又、第１再生部２２ａから放出されるガスによって第２再生部２２ｂで加熱された液溜まりの第１吸収液Ａ１の温度をＴ３とし、第１熱交換器３３から第２再生部２２ｂへ導入される第１吸収液Ａ１’の温度をＴ４、第１再生部２２ａから第２再生部２２ｂへ放出されるガスの温度をｔ１、第２再生部２２ｂから放出されるガスの温度をｔ２とすると、ｔ１＞Ｔ３＞Ｔ４、ｔ１＞ｔ２となる。一般的に、再生装置における吸収液は、再生度を高めるために吸収液の沸点近辺に加熱され、熱交換性能が高い熱交換器を用いて熱回収率を高めて温度差（Ｔ１－Ｔ２）が小さくなると、第１再生部２２ａから放出されるガスの温度ｔ１も高くなる。このガスがそのまま再生装置２０から排出すれば、顕熱分のエネルギーを放出するだけでなく、水蒸気と共に多量の潜熱分のエネルギーも放出することになる。しかし、本発明においては、第１再生部２２ａから放出されるガスの熱量を第２再生部２２ｂにおいて回収して吸収液の再生に利用し、ガスの温度をｔ１からｔ２へ低下させて顕熱の放出量を削減する。ガスの温度低下に伴って水蒸気の凝縮も進行するので、第２再生部２２ｂから放出されるガスに含まれる水蒸気及び潜熱も減少する。尚、上述の構成においては、吸収液から気化する水蒸気の凝縮水は、吸収装置１０内では第２吸収部１２ｂの第２吸収液Ａ２，Ａ２’へ、再生装置２０内では第２再生部２２ｂの第１吸収液Ａ１，Ａ１’に供給されるが、第１再生部２２ａにおける第２吸収液Ａ２からの気化水量が第２吸収部１２ｂにおいて補われる凝縮水量を超え易い傾向があるので、第２吸収液の濃度上昇を抑制するための希釈水として気液分離器４３の凝縮水を利用するように構成することは有用である。尚、同一組成の第１吸収液及び第２吸収液を使用する場合、気化による濃度変動が大きい時に、第１吸収液及び第２吸収液の濃度を均一化するために、第１吸収液の一部を第２吸収液に混合するか、或いは、第２液の一部を第１吸収液に混合してもよい。この場合、吸収液の部分混合に起因するエネルギー損失は、運転条件（吸収液の循環量等）の調整によって低減可能であり、再生後の第１吸収液Ａ１及び吸収後の第２吸収液Ａ２’の二酸化炭素濃度が同程度になるように運転条件を調整して吸収液を混合するとよい。
　図１の回収装置１の稼動によって実施される回収方法について説明する。
　吸収装置１０において、燃焼排ガスやプロセス排ガスなどの二酸化炭素を含有するガスＧを底部から供給し、ポンプ１４，１６，２６，２８を駆動して第１及び第２吸収液Ａ１，Ａ２を循環させ（第１及び第２循環工程）、第１及び第２吸収部１２ａ，１２ｂの上部から各々供給されると、充填材１１ａ，１１ｂ上でガスＧと第１及び第２吸収液Ａ１，Ａ２とが気液接触して、吸収液に二酸化炭素が吸収される吸収処理（第１及び第２吸収工程）が進行する。二酸化炭素は、低温において良好に吸収されるので、概して５０℃程度以下、好ましくは４０℃以下となるように第１及び第２吸収液Ａ１，Ａ２の液温又は吸収装置１０（特に充填材１１ａ，１１ｂ）の温度を調整する。吸収液は二酸化炭素の吸収によって発熱するので、これによる液温上昇を考慮し、液温が６０℃を超えないように配慮することが望ましい。吸収装置１０に供給されるガスＧについても、上述を勘案して、必要に応じて冷却塔を用いて予め適正な温度に調整するとよい。第１及び第２吸収液Ａ１，Ａ２として、二酸化炭素に親和性を有する化合物を吸収剤として含有する水性液が用いられる。吸収剤としては、アルカノールアミン類やアルコール性水酸基を有するヒンダードアミン類などが挙げられ、具体的には、アルカノールアミンとして、例えば、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、Ｎ－メチルジエタノールアミン（ＭＤＥＡ）、ジイソプロパノールアミン、ジグリコールアミン等を例示することができ、アルコール性水酸基を有するヒンダードアミンとしては、２－アミノ－２－メチル－１－プロパノール（ＡＭＰ）、２－（エチルアミノ）エタノール（ＥＡＥ）、２－（メチルアミノ）エタノール（ＭＡＥ）等を例示でき、上記のような化合物の複数種を混合使用しても良い。吸収液の吸収剤濃度は、処理対象とするガスに含まれる二酸化炭素量や処理速度、吸収液の流動性や消耗損失抑制等に応じて適宜設定することができ、概して、１０～５０質量％程度の濃度で使用され、例えば、二酸化炭素含有量２０％程度のガスＧの処理について、濃度３０質量％程度の吸収液が好適に使用される。
　本発明においては、第１及び第２吸収液Ａ１，Ａ２として、同じ吸収剤を含んだ同質の吸収液を用いることも、或いは、１）吸収剤濃度の異なる吸収液、２）吸収剤の種類や含有組成割合が異なる吸収液を用いることも可能である。例えば、１）の形態では、再生装置２０における加熱温度が相対的に高い第２吸収液Ａ２の吸収剤濃度が第１吸収液より低くなるように設定することによって、第１再生部２２ａ（第１再生工程）での第２吸収液Ａ２の熱変質を抑制して耐熱性を高め、第１吸収液Ａ１は吸収能を高くすることができる。従って、耐熱性に難のある吸収剤の中から吸収性及び再生性（再生容易性）の良いものを選択して用いることが可能となる。２）の形態では、第１吸収部１２ａ（第１吸収工程）で処理するガスの二酸化炭素濃度が第２吸収部１２ｂ（第２吸収工程）より高く、二酸化炭素の吸収が容易な条件であるので、第１吸収液Ａ１については吸収液の再生性を優先し、ガスの二酸化炭素濃度が相対的に低い第２吸収部１２ｂで接触する第２吸収液Ａ２については、吸収性を優先して吸収剤を選択することによって、全体として吸収効率を低下させずに吸収液の再生を容易にして再生に要するエネルギーを削減することができる。再生性の良い吸収液を第１吸収液Ａ１として使用することにより、第２再生部２２ｂ（第２再生工程）における低めの温度での再生度が高まり、第１吸収部１２ａへ還流する吸収液をリーン液に近づけることができる。一般的に使用が好まれるモノエタノールアミン（ＭＥＡ）は、吸収性が高い吸収剤であり、他方、再生性の良い吸収剤としては、ＡＭＰやＭＤＥＡが挙げられる。屡々、ＡＭＰやＭＤＥＡの吸収性を改善する目的でＭＥＡを混合して吸収液が構成され、混合割合によって吸収性及び再生性をある程度調整することができる。従って、本発明においてこの手法を利用して第１及び第２吸収液を調製すると、各吸収液の特性を活かして吸収処理及び再生処理を効率よく実施できる。例えば、第１吸収液Ａ１として、ＭＤＥＡ又はＡＭＰの濃度が相対的に高く再生性の良い吸収液を使用し、第２吸収液Ａ２として、ＭＥＡの濃度が相対的に高く吸収性の高い吸収液を使用すると、再生エネルギーを削減する上で好ましい。
　ガスＧの供給速度及び第１及び第２吸収液の循環速度は、ガスＧに含まれる二酸化炭素量、吸収液の二酸化炭素吸収能及び充填材における気液接触効率等を考慮して、吸収が良好に進行するように適宜設定される。各吸収液の循環によって、吸収処理／再生処理が繰り返し実行される。
　二酸化炭素を吸収した第２吸収液Ａ２’は、第２供給路１７から第１再生部２２ａに供給されるが、この間に、再生装置２０から還流する第２吸収液Ａ２との熱交換によって加熱される（第２熱交換工程）。第１再生部２２ａにおいて外部熱により加熱される第２吸収液Ａ２の温度Ｔ１は、使用する吸収液組成や再生条件によって異なるが、概して１００～１３０℃程度（沸点付近）に設定され、これに基づくと、第２吸収液Ａ２’の第２熱交換器３４の出口温度、つまり、第１再生部２２ａへの導入温度Ｔ２は、９０～１２５℃程度とすることができる。第１再生部２２ａから第２再生部２２ｂへ放出されるガスの温度ｔ１は、８５～１１５℃程度となり、又、第１再生部２２ａから放出されるガスによって第２再生部２２ｂで加熱された第１吸収液Ａ１の温度Ｔ３は、８５～１１５℃程度となる。第１熱交換器３３における熱交換（第１熱交換工程）によって、第２再生部２２ｂに導入される第１吸収液Ａ１’の温度Ｔ４は、８０～１１０℃程度とすることができる。第２再生部２２ｂから放出されるガスの温度ｔ２は、１００℃以下に低下させることが可能である。
　第２再生部２２ｂにおいて第１再生部２２ａより低い温度において再生を行うことにより、再生装置２０上部の温度ｔ２は、投入される第１吸収液Ａ１’の温度Ｔ４に近い温度に低下させることができる（ｔ２＜ｔ１、Ｔ４＜Ｔ３＜ｔ１）。従って、凝縮部３７を通過する回収ガスに含まれる吸収剤は減少し、排気管３８に設けられる機器や材料の吸収剤による腐食を防止できる。低い温度で吸収液の再生を進行させるには、吸収液の二酸化炭素含有量が高いことが重要であるが、第１吸収部１２ａにおいて二酸化炭素濃度が高いガスと接触する第１吸収液は、相対的に二酸化炭素含有量が高くなり易いので、第２再生部２２ｂにおいてガスの熱を利用した再生を行う上で都合がよい。
　再生装置２０底部に貯留される第２吸収液Ａ２は、部分循環加熱によって沸点付近に加熱され、この時、吸収液の沸点は組成（吸収剤濃度）及び再生装置２０内の圧力に依存する。加熱において、吸収液から失われる水の気化潜熱及び吸収液の顕熱の供給が必要であり、加圧によって気化を抑制すると、沸点上昇により顕熱が増加する。従って、これらのバランスを考慮すると、再生装置２０内を１００ｋＰａＧ程度に加圧し、吸収液を１２０～１３０℃に加熱する条件設定を適用すると、エネルギー効率上好ましい。尚、圧縮器４０の作動は、再生装置２０の内圧を下げる作用を有するので、再生装置２０内を加圧するには、排気管３８からの排気を開閉弁（図示せず）等によって制御して圧力を高めた後に、圧縮器４０の作動を制御しながら再生装置２０の内圧及び圧縮器４０の出口圧力を調整すればよい。
　再生装置２０において、吸収液から放出される二酸化炭素を含んだ回収ガスＣは、圧縮器４０によって直ぐに圧縮されて（圧縮行程）、圧力増加によりガス温度が上昇し、熱交換によって熱回収し易くなる。熱交換器４１による熱回収工程において、温度低下により回収ガスＣに含まれる水蒸気が凝縮して水の凝縮熱も放出する。効率的に熱回収するには、圧縮後の温度が１２０～５００℃程度、好ましくは、吸収液の沸点より５℃程度高い温度となるように、圧縮器４０による圧縮率を調節するとよい。回収ガスＣに含まれる水蒸気量によっても異なるが、概して、圧縮工程によって回収ガスＣの圧力が０．３～２．０ＭＰａＧ程度となるように設定すると好ましい。複数の圧縮器を用いて多段階の圧縮工程を行う場合は、後段になるに従って高圧が必要となるので、例えば、３段階の圧縮を行う場合には、１段目の圧縮工程による圧力は０．３～１．０ＭＰａＧ程度、２段目の圧縮行程では０．５～１．５ＭＰａＧ程度、３段目の圧縮行程では１．０～２．０ＭＰａＧ程度となるように設定するとよい。
　圧縮によって発生する圧縮熱及び水の凝縮熱は、熱交換器４１における熱交換処理において、再生装置２０から循環する一部の第２吸収液Ａ２を介して回収され、これが再生装置２０の第１再生部２２ａへ還流することで、回収熱は再生装置２０の吸収液に供給される。これにより、スチームヒーター２４による再生装置２０の第２吸収液Ａ２の加熱に要する熱エネルギーが削減できる。上述の熱回収工程後の回収ガスＣから凝縮する凝縮水は、気液分離器４３による分離工程を経た後、減圧弁４４によって圧力が開放されて、第２還流路２９を流れる第２吸収液Ａ２に添加され（水供給工程）、吸収装置１０の第２吸収部１２ｂへ還流される。気液分離器４３の凝縮水の温度は４０～５０℃程度であり、減圧弁４４での減圧による気化に伴って更に低下するので、吸収装置１０への導入に都合がよく、冷却器３６における冷却熱量の削減にも有効である。又、第１再生部２２ａから第２再生部２２ｂへの水蒸気の移行によって第２吸収液に起こり易い濃縮を補整する濃度調整を行う点でも、第２還流路２９への凝縮水の添加は好適である。尚、水供給路４５を分岐させて第１還流路２７にも接続するように変更すると、気液分離器４３の凝縮水の一部を分取して第１還流路２７の第１吸収液Ａ１の希釈に利用することができ、吸収液の濃度調整の自由度が高まる。
　図２は、本発明の二酸化炭素の回収方法及びそれを実施する回収装置の第２の実施形態を示す。この回収装置２は、圧縮後の回収ガスＣと熱交換する吸収液の流路が第１の実施形態とは異なり、熱回収工程で回収される熱は、吸収装置１０から再生装置２０へ導入される直前の第２吸収液Ａ２’に供給される。
　詳細には、第２供給路１７の第２熱交換器３４下流側から分岐して熱交換器４１ａを経て第２供給路１７に合流する循環路５１が設けられ、吸収装置１０の第２吸収部１２ｂから送出されて第２熱交換器３４を経た後の第２吸収液Ａ２’の一部は、直接再生装置２０に供給されずに、循環路５１を通って熱交換器４１ａにおける熱交換処理を経た後に第２供給路１７に還流して再生装置２０の第１再生部２２ａへ供給されるように構成されている。熱交換器４１ａは、排気管３８の圧縮された回収ガスＣと循環路５１の第２吸収液Ａ２’との熱交換を行うように設置される。従って、再生装置２０から排出される回収ガスＣから回収される熱は、第２吸収液Ａ２’を介して再生装置２０の第１再生部２２ａに供給される。
　図２の回収装置２における熱回収工程では、吸収工程後の第２吸収液Ａ２’の一部を、再生工程に供給する前に回収ガスＣと熱交換しており、第２吸収液Ａ２’の第１再生部２２ａへの導入温度Ｔ２を図１の温度より高くすることができ、例えば、９５～１３０℃程度とすることができる。これに伴って、第１再生部２２ａから第２再生部２２ｂへ放出されるガスの温度ｔ１、及び、第２再生部２２ｂで加熱された第１吸収液Ａ１の温度Ｔ３も高くすることができる。この実施形態は、第２熱交換器３４における熱交換を補う必要がある場合に有用であり、逆に、第２熱交換器３４の小型化が可能でもある。更にこれを強化する場合には、第２供給路１７が循環路５１を介して再生装置２０に接続されるように変更して、第２供給路１７の第２吸収液Ａ２’が全て熱交換器４１ａを経るように構成することができる。
　図２の実施形態において、上記の点以外は、図１の実施形態と同様に構成されているので、説明は省略する。
　図３は、本発明の二酸化炭素の回収方法及びそれを実施する回収装置の第３の実施形態を示す。この回収装置３も、圧縮後の回収ガスＣと熱交換する吸収液の流路が第１の実施形態とは異なり、熱回収工程で回収される熱は、吸収装置１０から再生装置２０の第２再生部２２ｂへ導入される直前の第１吸収液Ａ１’に供給される。
　詳細には、第１供給路１５の第１熱交換器下流側から分岐して熱交換器４１ｂを経て第１供給路１５に合流する循環路５２が設けられ、吸収装置１０の第１吸収部１２ａから送出されて第１熱交換器３３を経た後の第１吸収液Ａ１’の一部は、直接再生装置２０に供給されずに、循環路５２を通って熱交換器４１ｂにおける熱交換処理を経た後に第１供給路１５に還流して再生装置２０の第２再生部２２ｂへ供給されるように構成されている。熱交換器４１ｂは、排気管３８の圧縮された回収ガスＣと循環路５２の第１吸収液Ａ１’との熱交換を行うように設置される。従って、再生装置２０から排出される回収ガスＣから回収される熱は、第１吸収液Ａ１’を介して再生装置２０の第２再生部２２ｂに供給される。
　図３の回収装置３における熱回収工程では、吸収工程後の第１吸収液Ａ１’の一部を、再生工程に供給する前に回収ガスＣと熱交換しており、第２再生部２２ｂに導入される第１吸収液Ａ１’の温度Ｔ４を図１の温度より高くすることができ、例えば、８５～１１５℃程度とすることができる。これに伴って、第２再生部２２ｂ底部の第１吸収液Ａ１の温度Ｔ３、及び、第２再生部２２ｂから放出されるガスの温度ｔ２も高くすることができる。この実施形態は、第１熱交換器３３における熱交換を補う必要がある場合に有用であり、逆に、第１熱交換器３３の小型化が可能でもある。更にこれを強化する場合には、第１供給路１５が循環路５２を通じて再生装置２０に接続されるように変更して、第１供給路１５の第１吸収液Ａ１’が全て熱交換器４１ｂを経るように構成することができる。
　図３の実施形態において、上記の点以外は、図１の実施形態と同様に構成されているので、説明は省略する。
　図４は、本発明の二酸化炭素の回収方法及びそれを実施する回収装置の第４の実施形態を示す。この回収装置４は、図１～図３の構成を組みあわせたものであり、熱回収システムは、圧縮後の回収ガスＣが、再生装置２０底部の第２吸収液Ａ２、第１再生部２２ａに導入される直前の第２吸収液Ａ２’、及び、第２再生部２２ｂに導入される直前の第１吸収液Ａ１’の全てと順次熱交換するように構成される。
　詳細には、再生装置２０から回収ガスＣを排出する排気管３８ａ上には、回収装置１～３と同様に、再生装置２０と直接連通するように設けられる圧縮器４０と、再生装置２０底部の第２吸収液Ａ２の一部を分流して再生装置外との間を循環させる循環路５０と、圧縮器４０によって圧縮された回収ガスＣと前記循環路５０の第２吸収液Ａ２との間で熱交換を行うように設置される熱交換器４１とが設けられ、回収ガスＣから凝縮する凝縮水を分離するための気液分離器４３も有する。更に、この実施形態では、排気管３８ａには、熱交換器４１と気液分離器４３との間に熱交換器４１ｃ及び熱交換器４１ｄが設けられ、熱交換器４１ｃは、排気管３８ａの回収ガスＣと第２供給路１７の第２吸収液Ａ２’との熱交換を行い、熱交換器４１ｃは、排気管３８ａの回収ガスＣと第１供給路１５の第１吸収液Ａ１’との熱交換を行う。再生装置２０の第２吸収液Ａ２は、熱交換器４１による熱交換後に再生装置２０の底部に還流され、第２供給路１７の第２吸収液Ａ２’は、熱交換器４１ｃによる熱交換後に第１再生部２２ａの上部へ投入され、第１供給路１５の第１吸収液Ａ１’は熱交換器４１ｄによる熱交換後に第２再生部２２ｂの上部へ投入される。圧縮された回収ガスＣから回収される熱は、循環路５０の第２吸収液Ａ２、第２供給路１７の第２吸収液Ａ２’、及び、第１供給路１５の第１吸収液Ａ１’に順次伝達され、これらを介して再生装置２０に供給される。熱交換器４１，４１ｃ、４１ｄでの熱交換において、回収ガスＣの温度は段階的に低下し、回収ガスＣに含まれる水蒸気が冷却凝縮して凝縮熱を放出するので、これらの熱交換器において圧縮熱と共に水の凝縮熱も回収される。
　この構成では、第２吸収液Ａ２’の第２熱交換器３４の出口温度は、９０～１２５℃程度であり、第１再生部２２ａへの導入温度Ｔ２は、熱交換器４１ｃによって９５～１３０℃程度とすることができる。第１再生部２２ａから第２再生部２２ｂへ放出されるガスの温度ｔ１は、９０～１２０℃程度となり、又、第１再生部２２ａから放出されるガスによって第２再生部２２ｂで加熱された第１吸収液Ａ１の温度Ｔ３は、８５～１２０℃程度となる。第１熱交換器３３における熱交換によって第１吸収液Ａ１’の温度は８０～１１０℃となり、第２再生部２２ｂに導入される第１吸収液Ａ１’の温度Ｔ４は、熱交換器４１ｄによって８５～１１５℃程度とすることができる。
　図４において、熱回収システムによる熱回収を経た排気管３８ａの回収ガスＣは、冷却水を用いた冷却器４２によって充分に冷却されて、水蒸気を可能な限り凝縮した後、気液分離器４３によって凝縮水を除去した後に回収される。気液分離器４３は、水供給路４５によって第２還流路２９の冷却器３６下流側と接続され、気液分離器４３で分離された凝縮水は、圧力を開放する減圧弁４４によって適切な圧力に減圧調整されて、水供給路４５から第２還流路２９の冷却器３６下流側の第２吸収液Ａ２に添加され、吸収装置１０の第２吸収部１２ｂ上部に還流される。
　図４の実施形態においても、図１～図３の実施形態において可能な応用・変更を同様に施すことが可能である。又、熱交換器４１，４１ｃ、４１ｄの何れか１つを省略して２つの熱交換器のみで熱回収を行うように変更しても良い。図４の実施形態から２つの熱交換器を省略すると、図１～図３の実施形態と同様になる。
　上述のように、第１～第４の実施形態において、第１及び第２吸収液Ａ１，Ａ２は、互いに独立して吸収装置１０と再生装置２０との間で循環し、第１再生部２２ａより低い温度で再生を行う第２再生部２２ｂを用いて２段階の再生工程を行うことによって、再生装置における熱エネルギーの利用効率が向上する。また、第１及び第２吸収液Ａ１，Ａ２のうち、第１吸収液Ａ１を補助吸収液として、第２吸収液Ａ２を主吸収液として捉えることができる。つまり、第１吸収液Ａ１の役割には、再生装置における熱エネルギーの回収再利用と共に、二酸化炭素濃度が高いガスが第２吸収液Ａ２に与える吸収負荷の低減が含まれる。換言すれば、図１～図４の装置構成は、回収装置の処理適応性を高める上でも有効である。
　第１～第４の実施形態において、吸収装置１０における第１吸収部１２ａの充填材１１ａの充填容積α１と第２吸収部１２ｂの充填材１１ｂの充填容積α２との比α１／α２は、再生装置２０における第２再生部２２ｂの充填材２１ｂの充填容積β２と第１再生部２２ａの充填材２１ａの充填容積β１の比β２／β１に実質的に等しくなるように設計し、更に、第１吸収液の循環量γ１と第２吸収液の循環量γ２との比γ１／γ２を、上述の比α１／α２及びβ２／β１と実質的に等しくなるようにするとよい。前述したように、第１吸収液Ａ１は補助吸収液として見なすことができ、上記の比α１／α２及びγ１／γ２は、１／１０～９／１０程度、好ましくは４／１０～８／１０程度になるように設定すると、熱エネルギーを効率的に利用するのに都合がよい。
　図４の実施形態における３つの熱交換器４１，４１ｃ，４１ｄの熱回収による影響を調べるために、３つの熱交換器４１，４１ｃ、４１ｄのうちの０～３個を使用して回収ガスＣから熱を回収する場合の再生エネルギー（二酸化炭素の回収に要するエネルギー量）を、プロセスシミュレータを用いた計算によって調べて、基本構造（単式の吸収装置及び再生装置による処理）での再生エネルギー（約２．８ＧＪ／ｔ-ＣＯ２）に対する割合を求めた。これを百分率で表すと、下記の表１のようになる。尚、この計算においては、第１及び第２熱交換器３３，３４，及び、熱交換器４１，４１ｃ，４１ｄの熱交換性能（熱供給流体の入口温度と熱受領流体の出口温度との温度差）ΔＴを１０°［Ｋ］とし、前述の比α１／α２を５／１０として、二酸化炭素含有ガスから９０％の回収率で二酸化炭素を回収するように処理することを前提とする。
　　（表１）
使用熱交換器の符号　再生エネルギーの割合
　　－                      ８４．６％
　４１                      ７２．０％
　４１ｃ                    ７６．８％
　４１ｄ                    ８０．４％
４１＋４１ｃ                ７０．５％
４１＋４１ｄ                ６４．１％
４１ｃ＋４１ｄ              ７２．１％
４１＋４１ｃ＋４１ｄ        ６３．２％
　基本構造                  　１００％
　表１から解るように、熱回収に使用する熱交換器を増加して熱の回収及び供給を繰り返すことによって再生エネルギーの低減効果が高まる。３つの熱交換器４１，４１ｃ、４１ｄの比較においては、熱交換器４１を使用して再生装置２０底部の第２吸収液Ａ２に回収熱を供給するのが、再生エネルギーの低減に最も有効である。つまり、温度が高い部分へ回収熱を供給する方が有利である。
　但し、２つの熱交換器を使用する場合において、熱交換器４１，４１ｄを用いる形態の方が、熱交換器４１，４１ｃを使用する形態よりも再生エネルギーが少ない。この理由の１つとして、熱交換器４１ｃにおける回収ガスＣの入口温度と第２吸収液Ａ２’の入口温度との差が小さいために熱交換性能が満足に発揮されないことが考えられる。熱交換器４１ｄを使用した場合には、回収ガスＣと第１吸収液Ａ１’との入口温度の差において、熱交換性能が好適に発揮されるので、排気管３８ａへ放出される水蒸気量及び潜熱が増加しても熱は再度回収され、結果的に熱交換器４１ｃを使用する場合より効率が良くなる。この優劣関係は、熱交換性能がより高い熱交換器の使用によって変化する。或いは、排気管３８ａ上において熱交換器４１の下流側に追加の圧縮器を設けても変わり、追加の圧縮器による圧縮熱によって熱交換器４１ｃでも熱交換性能が充分に発揮されて第１再生部２２ａへ供給される回収熱が増加し、再生エネルギーが減少する。上述から、図４の構成において、熱交換器４１と熱交換器４１ｃとの間、及び、熱交換器４１ｃと熱交換器４１ｄとの間に各々追加の圧縮器を設けて回収ガスＣの温度を上昇させるように変更することによって、熱交換器４１ｃ及び熱交換器４１ｄでの熱回収効率が高まり、再生エネルギーを最も低減可能な形態となる。
　回収ガスＣから分離回収される凝縮水は、変動する吸収液の組成を補整するために使用することができ、必要に応じて、気液分離器４３の凝縮水の一部を分岐させて第１吸収液に添加するように変更しても良い。このような変更は、再生装置２０内の吸収液の組成変動の程度や回収凝縮水の量及び液温を考慮して適宜選択すればよい。吸収剤の消耗・漏洩等によって吸収剤の追加が必要な場合には、吸収装置へ導入する前の吸収液に凝縮水と共に添加して組成を調整することができる。
　本発明は、火力発電所や製鉄所、ボイラーなどの設備から排出される二酸化炭素含有ガスの処理等に利用して、その二酸化炭素放出量や、環境に与える影響などの軽減に有用である。二酸化炭素の回収処理に要する熱エネルギーの低減が可能であり、操業費用の削減、省エネルギー及び環境保護に貢献可能な二酸化炭素の回収装置を提供できる。

Claims (20)

  1. 　ガスを吸収液に接触させて前記ガスに含まれる二酸化炭素を前記吸収液に吸収させる吸収装置であって、第１吸収部及び第２吸収部を有し、前記ガスは前記第１吸収部を経て前記第２吸収部に供給されるように配設される前記吸収装置と、
    　前記吸収装置で二酸化炭素を吸収した前記吸収液を加熱し二酸化炭素を放出させて前記吸収液を再生する再生装置であって、第１再生部及び第２再生部を有し、前記第１再生部は外部加熱手段を有し、前記第２再生部は前記第１再生部から放出されるガスの熱によって加熱されるように配設される前記再生装置と、
    　前記第１吸収部と前記第２再生部との間で前記吸収液を循環させる第１循環系と、前記第２吸収部と前記第１再生部との間で前記吸収液を循環させる第２循環系とを有する循環システムと、
    　前記再生装置から排出される水蒸気及び二酸化炭素を含んだ回収ガスをそのまま圧縮する圧縮器と、
    　前記圧縮器によって圧縮された前記回収ガスの熱を回収して前記再生装置へ供給する熱回収システムと
    　を有する二酸化炭素の回収装置。
  2. 　更に、前記熱回収システムによって熱を回収した回収ガスから凝縮する水を分離する気液分離器と、
    　前記第２循環系において前記第１再生部から前記第２吸収部へ還流する吸収液に、前記気液分離器において分離した水を供給する水供給路とを有し、
    　前記第１循環系及び前記第２循環系は、互いに独立して個別に前記吸収液を循環させる請求項１に記載の二酸化炭素の回収装置。
  3. 　前記循環システムは、第１熱交換器及び第２熱交換器を有し、前記第１熱交換器は、前記第１循環系において、前記第１吸収部から前記第２再生部へ供給される吸収液と、前記第２再生部から前記第１吸収部へ還流される吸収液との間で熱交換を行い、前記第２熱交換器は、前記第２循環系において、前記第２吸収部から前記第１再生部へ供給される吸収液と、前記第１再生部から前記第２吸収部へ還流される吸収液との間で熱交換を行うように各々付設される請求項１又は２に記載の二酸化炭素の回収装置。
  4. 　前記熱回収システムは、
    　前記第２循環系における前記第２熱交換器と前記第１再生部との間の吸収液と、前記圧縮器によって圧縮した回収ガスとの熱交換を行う熱交換器を有し、これにより、回収ガスの熱が前記第２循環系の吸収液を介して前記第１再生部へ供給される請求項３に記載の二酸化炭素の回収装置。
  5. 　前記熱回収システムは、
    　前記第１循環系における前記第１熱交換器と前記第２再生部との間の吸収液と、前記圧縮器によって圧縮した回収ガスとの熱交換を行う熱交換器を有し、これにより、回収ガスの熱が前記第１循環系の吸収液を介して前記第２再生部へ供給される請求項３又は４に記載の二酸化炭素の回収装置。
  6. 　前記熱回収システムは、
    　前記第１再生部の吸収液を再生装置外との間で循環させる循環路と、
    　前記循環路の吸収液と、前記圧縮器によって圧縮した回収ガスとの熱交換を行う熱交換器とを有し、これにより、回収ガスの熱が前記循環路の吸収液を介して前記第１再生部へ供給される請求項１～５の何れか１項に記載の二酸化炭素の回収装置。
  7. 　前記第１循環系の循環において前記第２再生部へ供給される吸収液の温度は、前記第２循環系の循環において前記第１再生部へ供給される吸収液の温度より低く構成される請求項１～６の何れか１項に記載の二酸化炭素の回収装置。
  8. 　前記第１循環系及び前記第２循環系は、各々、互いに組成が異なる第１吸収液及び第２吸収液を循環させる請求項１～７の何れか１項に記載の二酸化炭素の回収装置。
  9. 　前記第１循環系を循環する前記第１吸収液は、前記第２循環系を循環する前記第２吸収液より吸収剤濃度が高い請求項８に記載の二酸化炭素の回収装置。
  10. 　前記第１循環系を循環する前記第１吸収液は、前記第２循環系を循環する前記第２吸収液が含有する吸収剤より再生性が高い吸収剤を含有し、前記第２吸収液は、前記第１吸収液が含有する吸収剤より二酸化炭素の吸収能が高い吸収剤を含有する請求項８又は９に記載の二酸化炭素の回収装置。
  11. 　ガスを吸収液に接触させて前記ガスに含まれる二酸化炭素を前記吸収液に吸収させる吸収処理であって、第１吸収工程及び第２吸収工程を有し、ガスは前記第１吸収工程を経て前記第２吸収工程に供給される前記吸収処理と、
    　前記吸収処理で二酸化炭素を吸収した前記吸収液を加熱し二酸化炭素を放出させて前記吸収液を再生する再生処理であって、第１再生工程及び第２再生工程を有し、前記第１再生工程では外部加熱手段を利用して加熱し、前記第２再生工程では前記第１再生工程において放出されるガスの熱によって加熱する前記再生処理と、
    　前記第１吸収工程と前記第２再生工程との間で前記吸収液を循環させる第１循環工程と、
    　前記第２吸収工程と前記第１再生工程との間で前記吸収液を循環させる第２循環工程と、
    　前記再生処理から排出される水蒸気及び二酸化炭素を含んだ回収ガスをそのまま圧縮する圧縮工程と、
    　前記圧縮工程によって圧縮された回収ガスの熱を回収して前記再生処理へ供給する熱回収工程と
    　を有する二酸化炭素の回収方法。
  12. 　更に、前記熱回収工程の後の回収ガスから凝縮する水を分離する分離工程と、
    　前記第２循環工程において前記第１再生工程から前記第２吸収工程へ循環する吸収液に、前記分離工程において分離した水を供給する水供給工程とを有し、
    　前記第１循環工程及び前記第２循環工程は、互いに独立して個別に吸収液を循環させる請求項１１に記載の二酸化炭素の回収方法。
  13. 　前記第１循環工程は、前記第１吸収工程から前記第２再生工程へ供給される吸収液と前記第２再生工程から前記第１吸収工程へ還流される吸収液との間で熱交換を行う第１熱交換工程を有し、前記第２循環工程は、前記第２吸収工程から前記第１再生工程へ供給される吸収液と前記第１再生工程から前記第２吸収工程へ還流される吸収液との間で熱交換を行う第２熱交換工程を有する請求項１１又は１２に記載の二酸化炭素の回収方法。
  14. 　前記熱回収工程は、
    　前記第２循環工程において前記第２熱交換工程を経て前記第１再生工程へ供給される前の吸収液と、前記圧縮工程によって圧縮した回収ガスとの熱交換を行う熱交換処理を有し、これにより、回収ガスの熱が前記第２循環工程の吸収液を介して前記第１再生工程へ供給される請求項１３に記載の二酸化炭素の回収方法。
  15. 　前記熱回収工程は、
    　前記第１循環工程において前記第１熱交換工程を経て前記第２再生工程へ供給される前の吸収液と、前記圧縮工程によって圧縮した回収ガスとの熱交換を行う熱交換処理を有し、これにより、回収ガスの熱が前記第１循環工程の吸収液を介して前記第２再生工程へ供給される請求項１３又は１４に記載の二酸化炭素の回収方法。
  16. 　前記熱回収工程は、
    　前記第１再生工程における吸収液と、前記圧縮工程によって圧縮した回収ガスとの熱交換を行う熱交換処理を有し、これにより、回収ガスの熱が前記第１再生工程へ供給される請求項１１～１５の何れか１項に記載の二酸化炭素の回収方法。
  17. 　前記第１循環工程の循環において前記第２再生工程へ供給される吸収液の温度は、前記第２循環工程の循環において前記第１再生工程へ供給される吸収液の温度より低い請求項１１～１６の何れか１項に記載の二酸化炭素の回収方法。
  18. 　前記第１循環工程及び前記第２循環工程において、各々、互いに組成が異なる第１吸収液及び第２吸収液を循環させる請求項１１～１７の何れか１項に記載の二酸化炭素の回収方法。
  19. 　前記第１循環工程において循環する前記第１吸収液は、前記第２循環工程において循環する前記第２吸収液より吸収剤濃度が高い請求項１８に記載の二酸化炭素の回収方法。
  20. 　前記第１循環工程において循環する前記第１吸収液は、前記第２循環工程において循環する前記第２吸収液が含有する吸収剤より再生性が高い吸収剤を含有し、前記第２吸収液は、前記第１吸収液が含有する吸収剤より二酸化炭素の吸収能が高い吸収剤を含有する請求項１８又は１９に記載の二酸化炭素の回収方法。
PCT/JP2014/061441 2013-04-26 2014-04-23 二酸化炭素の回収方法及び回収装置 Ceased WO2014175337A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013-093386 2013-04-26
JP2013093386A JP6064770B2 (ja) 2013-04-26 2013-04-26 二酸化炭素の回収方法及び回収装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014175337A1 true WO2014175337A1 (ja) 2014-10-30

Family

ID=51791906

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2014/061441 Ceased WO2014175337A1 (ja) 2013-04-26 2014-04-23 二酸化炭素の回収方法及び回収装置

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6064770B2 (ja)
WO (1) WO2014175337A1 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106881010A (zh) * 2017-04-18 2017-06-23 长沙紫宸科技开发有限公司 一种适应于连续捕集烟气中二氧化碳的双塔式循环捕集器
EP3932521A1 (de) * 2020-06-29 2022-01-05 L'air Liquide, Société Anonyme Pour L'Étude Et L'exploitation Des Procédés Georges Claude Verfahren zum reinigen eines schwefelkomponenten und kohlenwasserstoffe enthaltenden rohgasstroms
US11724229B2 (en) 2020-06-29 2023-08-15 L'Air Liquide, Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Process and plant for removing disruptive components from raw synthesis gas

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016209049A1 (ko) * 2015-06-24 2016-12-29 고려대학교 산학협력단 이산화탄소 전환반응기, 이를 포함하는 이산화탄소 전환 및 포집용 직렬반응기 및 이를 이용한 이산화탄소 전환 및 포집공정
ITUB20154126A1 (it) * 2015-10-06 2017-04-06 Giammarco Vetrocoke S R L Procedimento perfezionato di rimozione selettiva di gas da miscele gassose che li contengono mediante l'impiego di soluzioni di lavaggio funzionanti con un ciclo chimico-fisico di assorbimento e rigenerazione ed impianto per attuare il procedimento
JP6963393B2 (ja) * 2017-02-23 2021-11-10 川崎重工業株式会社 二酸化炭素分離回収システム
JP6906761B2 (ja) * 2017-05-01 2021-07-21 株式会社神戸製鋼所 ガス処理方法及びガス処理装置
KR101961436B1 (ko) * 2017-09-13 2019-03-22 한국전력기술 주식회사 압축열을 이용한 이산화탄소 포집 장치
US11260336B2 (en) * 2018-12-20 2022-03-01 Entegris, Inc. Active wet scrubbing filtration system
JP2021124074A (ja) * 2020-02-06 2021-08-30 株式会社東芝 発電方法および発電システム

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5123479A (ja) * 1974-05-28 1976-02-25 Jianmaruko Jiuzetsupe
JP2011213494A (ja) * 2010-03-31 2011-10-27 Nippon Steel Engineering Co Ltd 二酸化炭素ガス回収装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5123479A (ja) * 1974-05-28 1976-02-25 Jianmaruko Jiuzetsupe
JP2011213494A (ja) * 2010-03-31 2011-10-27 Nippon Steel Engineering Co Ltd 二酸化炭素ガス回収装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106881010A (zh) * 2017-04-18 2017-06-23 长沙紫宸科技开发有限公司 一种适应于连续捕集烟气中二氧化碳的双塔式循环捕集器
EP3932521A1 (de) * 2020-06-29 2022-01-05 L'air Liquide, Société Anonyme Pour L'Étude Et L'exploitation Des Procédés Georges Claude Verfahren zum reinigen eines schwefelkomponenten und kohlenwasserstoffe enthaltenden rohgasstroms
US11578284B2 (en) 2020-06-29 2023-02-14 L'Air Liquide, Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Process for purifying a crude gas stream containing sulfur components and hydrocarbons
US11724229B2 (en) 2020-06-29 2023-08-15 L'Air Liquide, Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Process and plant for removing disruptive components from raw synthesis gas

Also Published As

Publication number Publication date
JP2014213275A (ja) 2014-11-17
JP6064770B2 (ja) 2017-01-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6064771B2 (ja) 二酸化炭素の回収方法及び回収装置
JP6064770B2 (ja) 二酸化炭素の回収方法及び回収装置
JP5655593B2 (ja) 二酸化炭素の回収方法及び回収装置
JP5402842B2 (ja) 二酸化炭素の回収方法及び回収装置
JP5966565B2 (ja) 二酸化炭素の回収方法及び回収装置
JP5875245B2 (ja) Ｃｏ２回収システム及びｃｏ２ガス含有水分の回収方法
JP5821531B2 (ja) 二酸化炭素の回収方法及び回収装置
AU2013201091B2 (en) Carbon dioxide recovery apparatus and carbon dioxide recovery method
JP2012000539A (ja) 二酸化炭素の回収方法及び回収装置
JP5707894B2 (ja) 二酸化炭素の回収方法及び回収装置
KR101146557B1 (ko) 이산화탄소 회수장치
JP6225572B2 (ja) 二酸化炭素の回収方法及び回収装置
KR20120013588A (ko) 이산화탄소 회수장치
KR20260009367A (ko) 탈산된 유체 스트림을 생성하는 방법, 유체 스트림을 탈산하기 위한 장치 및 유체 스트림을 탈산하기 위한 히트 펌프의 용도
CN120714398A (zh) 一种基于热虹吸自循环co2富液催化解吸再生系统及方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14787759

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14787759

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1