WO2022018890A1 - 二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システム - Google Patents

二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システム Download PDF

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WO2022018890A1
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信三 伊藤
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株式会社 ユーリカ エンジニアリング
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Definitions

  • the present invention relates to a system for recovering carbon dioxide gas from combustion exhaust gas.
  • the carbon dioxide recovery system 1 described in Patent Document 1 includes an absorption tower 3 that absorbs carbon dioxide contained in combustion exhaust gas 2 into an absorption liquid, and an absorption liquid that absorbs carbon dioxide from the absorption tower 3. 4a is supplied, and carbon dioxide gas is released from the absorption liquid 4a that has absorbed carbon dioxide to regenerate the absorption liquid 4a, and the absorption liquid 4b from the regeneration tower 6 is heated to generate water vapor. It is arranged between the reboiler 19 that supplies this water vapor to the regeneration tower 6 and the heated absorption liquid to the absorption tower 3, and the absorption tower 3 and the regeneration tower 6, and is supplied from the absorption tower 3 to the regeneration tower 6.
  • the absorption liquid regeneration step comprises the first and second two-stage steps 2 and 3, and the absorption liquid from the amine absorption step 1 is the first regeneration step.
  • the absorbed liquid is regenerated by heat treatment in step 2, and a part of the regenerated absorption liquid is further heat-treated in the second regeneration step 3 to discharge the heavy component, and the light component is circulated to the first regeneration step 2. is doing.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-88882 Japanese Unexamined Patent Publication No. 5-337334 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-241182
  • the conventional carbon dioxide recovery system needs to heat the reboiler and supply a large amount of steam for heating to the reboiler in order to generate high-temperature steam from the water contained in the reboiler, and the annual operating cost is 50.
  • Thermal energy (regenerated energy) occupies nearly%.
  • the thermal energy per ton of carbon dioxide recovered is calculated to be about 2.5 GJ / t-CO 2 when the exhaust gas of coal-fired power generation (carbon dioxide content of about 15 Vol.%) Is targeted.
  • the power cost for auxiliary equipment such as cooling towers, blowers, and pumps accounts for about 25%, and it is an energy-intensive system in which the heat energy cost and the power cost are close to 75% of the annual operating cost.
  • An object of the present invention is to provide a double-effect chemical absorption type carbon dioxide recovery system with extremely reduced energy consumption that helps prevent global warming.
  • an exhaust gas is supplied, and an absorption tower that absorbs carbon dioxide gas contained in the exhaust gas into an absorption liquid to generate a carbon dioxide-containing absorption liquid and the carbon dioxide-containing absorption liquid are supplied from the absorption tower.
  • a regeneration tower unit that heats a carbon dioxide-containing absorption liquid with steam to release the carbon dioxide gas to make a regeneration absorption liquid, the regeneration absorption liquid delivered from the regeneration tower unit, and the carbon dioxide transmitted from the absorption tower.
  • a first heat exchanger that exchanges heat with the contained absorbent liquid, a regenerated absorbent liquid cooler that precools the regenerated absorbent liquid sent from the first heat exchanger, and the carbon dioxide gas from the regenerated tower portion.
  • the high-pressure regeneration tower constituting the regeneration tower and the carbon dioxide intermediate concentration absorbing liquid are supplied from the upper part, and the medium-temperature mixed gas is supplied from the lower part.
  • the carbon dioxide intermediate concentration absorbing solution is heated with the medium temperature mixed gas to release the rest of the carbon dioxide gas remaining in the carbon dioxide intermediate concentration absorbing solution, and the carbon dioxide intermediate concentration absorbing solution is used as a regenerated absorption solution.
  • the medium-temperature mixed gas heats the carbon dioxide intermediate concentration absorbing liquid to lower the temperature, and the low-temperature mixed gas and the balance of the carbon dioxide gas are sent to the carbon dioxide gas separator.
  • the low-pressure regeneration tower which constitutes the regeneration tower and has a lower internal pressure than the high-pressure regeneration tower, the carbon dioxide intermediate concentration absorbing liquid flowing out of the high-pressure regeneration tower and flowing into the low-pressure regeneration tower, and the first heat exchanger. It is a dual-effect chemical absorption type carbon dioxide gas recovery system including a second heat exchanger that exchanges heat with the carbon dioxide-containing absorbing liquid that flows out from and flows into the high-pressure regeneration tower.
  • the absorption tower absorbs the carbon dioxide gas contained in the supplied exhaust gas into the absorption liquid to generate a carbon dioxide-containing absorption liquid.
  • the carbon dioxide-containing absorption liquid is supplied from above, and the carbon dioxide-containing absorption liquid is heated with high-temperature steam to release a part of the carbon dioxide gas, and the carbon dioxide-containing absorption liquid is intermediate with carbon dioxide.
  • the concentrated absorption liquid is made to stay in the retention portion, and the carbon dioxide intermediate concentration absorption liquid is heated by a heating device in the retention portion to evaporate the contained water to generate the high temperature water vapor, and the high temperature water vapor is the carbon dioxide.
  • a medium-temperature mixed gas obtained by heating and lowering the temperature of the contained absorption liquid and a part of the released carbon dioxide gas is discharged from the upper end portion, and the carbon dioxide intermediate concentration absorption liquid is discharged from the lower end portion. ..
  • the carbon dioxide intermediate concentration absorbing liquid is supplied from the upper part, the medium temperature mixed gas is supplied from the lower part, and the carbon dioxide intermediate concentration absorbing liquid is heated by the medium temperature mixed gas to have a carbon dioxide medium concentration.
  • the remaining portion of the carbon dioxide gas remaining in the absorption liquid is released to be converted into a regenerated absorption liquid and sent out.
  • the carbon dioxide-containing absorbent liquid releases a part of the carbon dioxide gas absorbed by being heated by the high-temperature steam in the high-pressure regeneration tower to become a carbon dioxide intermediate concentration absorbent liquid, and the carbon dioxide intermediate concentration absorbent liquid is a low pressure.
  • the carbon dioxide-containing absorption liquid is heat-efficiently converted into the regeneration absorption liquid because the balance of the carbon dioxide gas remaining in the carbon dioxide intermediate concentration absorption liquid is released and regenerated into the regeneration absorption liquid.
  • the second heat exchanger causes heat exchange between the carbon dioxide intermediate concentration absorbing liquid flowing out from the high-pressure regeneration tower and the carbon dioxide-containing absorbing liquid flowing out from the first heat exchanger, and the heat is exchanged.
  • the amount of heat supplied from the heating device is said to be the same. It can be appropriately distributed between the high-pressure regeneration tower and the low-pressure regeneration tower. As a result, the remaining amount of the carbon dioxide gas can be efficiently released from the carbon dioxide intermediate concentration absorbing liquid by utilizing the amount of heat contained in the medium-temperature mixed gas flowing out from the high-pressure regeneration tower, which is extremely high as a whole system.
  • the carbon dioxide-containing absorbent can be regenerated into the absorbent with thermal efficiency.
  • the dual-effect chemical absorption type carbon dioxide gas recovery system 1a is composed of an absorption tower 10, a high-pressure regeneration tower 30, and a low-pressure regeneration tower 40, as shown in FIG. It is provided with a regeneration tower portion 31, a first heat exchanger 50, a regeneration / absorption liquid cooler 56, a carbon dioxide gas separator 46, and a second heat exchanger 55.
  • the absorption tower 10 is, for example, an upright cylindrical body whose both ends are closed by spherical ends.
  • An exhaust gas inlet 11 is provided on the lower side surface
  • an absorption liquid inlet 12 is provided on the upper side surface
  • the space between the inlet 11 and the inlet 12 is filled.
  • the material 13 is filled.
  • the exhaust gas supplied from the inlet 11 and rising and the absorbing liquid supplied from the inlet 12 come into contact with each other in the filler 13, and the absorbing liquid absorbs carbon dioxide gas from the exhaust gas and becomes a carbon dioxide-containing absorbing liquid.
  • the carbon dioxide-containing absorbing liquid of the retention portion 14 flows out from the absorbing liquid outlet 15 formed on the lower surface of the absorbing tower 10.
  • a washing portion 16 is formed above the filler 13, and a washing water inlet 17 and an outlet 18 are provided on the side surface facing the washing portion 16.
  • the exhaust gas absorbed and removed by the absorbing liquid while passing through the filler 13 is discharged to the outside air from the exhaust gas outlet 19 formed on the upper surface of the absorption tower 10 after being washed with water by the water washing unit 16. Will be done.
  • the absorption liquid is known, and an aqueous amine compound solution in which an amine compound is dissolved in water is used.
  • Exhaust gas discharged from a thermal power plant or the like is supplied to the exhaust gas cooling tower 20.
  • the cooling water cooled by the exhaust gas cooler 21 is circulated in the exhaust gas cooling tower 20 by the pump 22.
  • the exhaust gas flows into the cooling tower 20 from the inlet 23 formed in the lower part of the exhaust gas cooling tower 20, is cooled by the cooling water in the cooling tower 20, is sucked by the exhaust gas blower 25 from the outlet 24 formed at the top, and is sucked by the absorption tower. It flows into 10 from the entrance 11.
  • the carbon dioxide-containing absorbent liquid pumped out from the outlet 15 of the absorption tower 10 by the pump 51 is heated in the first heat exchanger 50 and the second heat exchanger 55, and becomes a high-pressure regeneration tower 30 constituting the regeneration tower portion 31. It is supplied from the absorption liquid inlet 32.
  • the high-pressure regeneration tower 30 is, for example, an upright cylinder whose both ends are closed by spherical ends, and has an inlet 32 on the upper side surface, a mixed gas outlet 33 on the top surface, and an absorption liquid outlet 34 on the lower surface.
  • the high-pressure regeneration tower 30 heats the carbon dioxide-containing absorption liquid supplied from the upper part in direct contact with high-temperature steam, releases a part of the absorbed carbon dioxide gas, and uses the carbon dioxide-containing absorption liquid as the carbon dioxide intermediate concentration absorption liquid.
  • a retention portion 35 for temporarily retaining the carbon dioxide intermediate concentration absorbing liquid is provided.
  • a heat radiating device 36 such as a heat exchange coil is arranged in the stagnant portion 35 as a heating device.
  • the heat radiating device 36 is arranged in the carbon dioxide intermediate concentration absorbing liquid staying in the staying portion 35, and the high-pressure steam generated by the steam supply device 75 is supplied.
  • the heat radiating device 36 heats the carbon dioxide intermediate concentration absorbing liquid with high-pressure steam and evaporates a part of the contained water contained in the carbon dioxide intermediate concentration absorbing liquid to generate high-temperature steam.
  • the carbon dioxide-containing absorbing liquid supplied from the upper inlet 32 comes into direct contact with the high-temperature steam while descending to supply heat of reaction, and releases a part of the carbon dioxide gas absorbed from the exhaust gas in the absorption tower 10.
  • the medium-temperature steam in which the high-temperature steam heats the carbon dioxide-containing absorbing liquid and lowers the temperature, mixes with a part of the released carbon dioxide gas to become a medium-temperature mixed gas, which flows out from the mixed gas outlet 33 at the upper end and has a low pressure. It is sent to the reproduction tower 40.
  • the carbon dioxide intermediate concentration absorbing liquid is sent out from the retention portion 35 through the outlet 34 by the pressure in the high pressure regeneration tower 30, and is supplied to the second heat exchanger 55.
  • the carbon dioxide intermediate concentration absorbing liquid is lowered in temperature by the carbon dioxide-containing absorbing liquid in the second heat exchanger 55 and sent to the low-pressure regeneration tower 40.
  • a carbon dioxide intermediate concentration absorbing liquid is supplied from the second heat exchanger 55 to the low pressure regenerating tower 40 constituting the regenerating tower portion 31 via the upper absorbing liquid inlet 41, and a medium temperature mixed gas is supplied from the high pressure regenerating tower 30. It is supplied via the lower mixed gas inlet 42. While descending in the low-pressure regeneration tower 40, the carbon dioxide intermediate concentration absorbing liquid is in opposition contact with the rising medium-temperature mixed gas, is mainly heated by steam, is supplied with reaction heat, and remains in the carbon dioxide intermediate concentration absorbing liquid. The rest of the carbon dioxide gas is released, becomes a regenerated absorption liquid, stays in the retention portion 43 at the bottom, is pumped out by the pump 52, and is sent out from the outlet 49 to the first heat exchanger 50.
  • the low-temperature mixed gas in which the medium-temperature mixed gas heats the carbon dioxide intermediate concentration absorbing liquid to lower the temperature and the balance of the released carbon dioxide gas are discharged from the outlet 44 via the cooler 45 to the carbon dioxide gas separator. It is supplied to 46.
  • the carbon dioxide gas separator 46 separates the carbon dioxide gas by condensing water vapor from the gas in which the low-temperature mixed gas supplied from the low-pressure regeneration tower 40 and the balance of the carbon dioxide gas are mixed, and the recovered carbon dioxide gas is, for example, a hydrocarbon. Supply to the manufacturing system.
  • the condensed water in which water vapor is condensed is returned from the outlet 47 formed at the bottom of the carbon dioxide gas separator 46 to the low pressure regeneration tower 40 through the inlet 48.
  • a first heat exchanger 50 and a regenerated absorption liquid cooler 56 are arranged between the absorption tower 10 and the low pressure regeneration tower 40.
  • the first heat exchanger 50 is known, and is between the carbon dioxide-containing absorbent liquid pumped from the absorption tower 10 by the pump 51 and the regenerated absorbent liquid pumped from the low-pressure regeneration tower 40 by the pump 52.
  • the heat is exchanged, the temperature of the carbon dioxide-containing absorbent liquid is raised, and the temperature of the regenerated absorbent liquid is lowered.
  • the regenerated absorbent liquid that has been heated to the carbon dioxide-containing absorbent liquid by the first heat exchanger 50 and lowered in temperature is further precooled by the regenerated absorbent liquid cooler 56.
  • the carbon dioxide-containing absorbent liquid heated by the first heat exchanger 50 is further heated by the second heat exchanger 55 and flows into the high temperature regeneration tower 30 from the inlet 32.
  • the regenerated absorption liquid precooled by the regenerated absorption liquid cooler 56 flows into the absorption tower 10 as an absorption liquid from the inlet 12.
  • the exhaust gas discharged from the thermal power plant or the like flows into the exhaust gas cooling tower 20, is cooled by the cooling water, and then flows into the absorption tower 10 from the lower inlet 11 and rises.
  • the absorption liquid flows into the absorption tower 10 from the inlet 12 formed at the upper part and descends.
  • the exhaust gas rising in the absorption tower 10 and the absorbing liquid falling are in opposite contact with each other in the filler 13, and the absorbing liquid absorbs carbon dioxide gas from the exhaust gas to become a carbon dioxide-containing absorbing liquid, and temporarily stays in the retention portion 14 at the bottom.
  • the exhaust gas that has absorbed and removed carbon dioxide gas is discharged from the chimney after being washed with water by the water washing unit 16.
  • the carbon dioxide-containing absorbent liquid retained in the retention portion 14 is pumped out by the pump 51, heated in the first heat exchanger 50 and the second heat exchanger 55, and then flows into the high-pressure regeneration tower 30 from the upper inlet 32. It descends toward the bottom, and while descending, it releases a part of carbon dioxide gas to become a carbon dioxide intermediate concentration absorbing liquid and stays in the retention portion 35.
  • the heat radiating device 36 is supplied with high-pressure steam at, for example, 210 ° C. and 16 MPa from the steam supply device 75, and heats the carbon dioxide intermediate concentration absorbing liquid staying in the retention portion 35 to, for example, 160 ° C.
  • a part of the water contained in the water is evaporated to generate high-temperature steam, and the inside of the high-pressure regeneration tower 30 is raised.
  • the carbon dioxide-containing absorbent liquid descending in the high-pressure regeneration tower 30 is in direct contact with the rising high-temperature steam to supply heat of reaction and releases a part of the absorbed carbon dioxide gas to become a carbon dioxide intermediate concentration absorbent liquid. It falls to the retention portion 35 and stays there.
  • the carbon dioxide intermediate concentration absorbing liquid is sent out from the retention portion 35 by the pressure in the high-pressure regeneration tower 30, and heat exchanges with the carbon dioxide-containing absorbing liquid in the second heat exchanger 55 to lower the temperature to, for example, 100 ° C. It flows into the low pressure regeneration tower 40 from the upper inlet 41.
  • the medium-temperature steam obtained by heating the carbon dioxide-containing absorbing liquid and lowering the temperature is mixed with a part of the released carbon dioxide gas to become a mixed gas at a medium temperature of, for example, 150 ° C. It flows out from the outlet 33 of the above and flows into the low pressure regeneration tower 40 from the lower inlet 42.
  • the carbon dioxide intermediate concentration absorbing liquid that has flowed into the low-pressure regeneration tower 40 is in opposition contact with the rising medium-temperature mixed gas while descending, and the reaction heat is mainly supplied from the medium-temperature steam and remains in the carbon dioxide intermediate concentration absorbing liquid.
  • the rest of the carbon dioxide gas is released to become, for example, a regenerated absorption liquid at 120 ° C., which falls on the retention portion 43 and stays there.
  • the low-temperature mixed gas and the remaining carbon dioxide gas sent from the low-pressure regeneration tower 40 are supplied to the carbon dioxide gas separator 46 via the cooler 45.
  • the carbon dioxide gas separator 46 sends the carbon dioxide gas separated by condensing water vapor to, for example, a hydrocarbon production system.
  • the condensed water is returned from the carbon dioxide gas separator 46 to the low pressure regeneration tower 40.
  • a carbon dioxide-containing absorbent liquid at 50 ° C. is supplied from the retention portion 14 of the absorption tower 10, and on the high temperature side, for example, a regeneration absorption liquid at 120 ° C. is supplied to the low temperature regeneration tower 40. It is supplied from the stagnant portion 43 of.
  • the carbon dioxide-containing absorbent liquid is heated to, for example, 50 ° C. to 80 ° C., and the regenerated absorbent liquid is cooled to, for example, 120 ° C. to 80 ° C.
  • the regenerated absorbent liquid whose temperature has been lowered is further precooled to, for example, 40 ° C. by the regenerated absorbent liquid cooler 56, and then recirculated as an absorbent liquid in the absorption tower 10.
  • the high-pressure regeneration tower 30 heats the carbon dioxide-containing absorbing liquid with high-temperature steam to release a part of the carbon dioxide absorbed from the exhaust gas to obtain a carbon dioxide intermediate concentration absorbing liquid, and the low-pressure regeneration tower 40. Heats the carbon dioxide intermediate concentration absorbing liquid with the medium-temperature mixed gas sent from the high-pressure regeneration tower 30 to release the remainder of the carbon dioxide gas remaining in the carbon dioxide intermediate concentration absorbing liquid and regenerates the carbon dioxide intermediate concentration absorbing liquid.
  • the carbon-containing absorbent can be regenerated into a regenerated absorbent with high thermal efficiency.
  • a carbon dioxide intermediate concentration absorbing liquid of, for example, 160 ° C. was supplied to the high temperature side of the second heat exchanger 55 from the retention portion 35 of the high pressure regeneration tower 30, and the temperature was raised to, for example, 80 ° C. on the low temperature side. While the carbon dioxide-containing absorbent liquid is supplied from the first heat exchanger 50 and passes through the second heat exchanger 55, the carbon dioxide-containing absorbent liquid is heated to, for example, 100 ° C. and flows into the high-pressure regeneration tower 30. The carbon dioxide intermediate concentration absorbing liquid is cooled to, for example, 100 ° C. and flows into the low pressure regeneration tower 40.
  • the amount of heat supplied from the heat radiating device 36 can be appropriately distributed to the high-pressure regeneration tower 30 and the low-pressure regeneration tower 40, and the temperature difference between the medium-temperature mixed gas and the carbon dioxide intermediate concentration absorbing liquid can be appropriately maintained. It is possible to effectively utilize the amount of heat contained in the medium-temperature mixed gas released from the high-pressure regeneration tower 30 to release the rest of the carbon dioxide gas from the carbon dioxide intermediate concentration absorbing solution, and the system as a whole can emit carbon dioxide with extremely high thermal efficiency.
  • the carbon-containing absorbent can be regenerated into the absorbent.
  • the double-effect chemical absorption type carbon dioxide gas recovery system 1b according to the 2nd embodiment has a single-effect absorption between the absorption tower 10 and the first and second heat exchangers 50 and 55 in the first embodiment. Since only the point in which the heat pump 60 is arranged is different from the first embodiment, the differences will be described, and the same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numbers and the description thereof will be omitted.
  • a single-effect absorption type heat pump 60 is connected to the absorption tower 10, the first heat exchanger 50, the second heat exchanger 55, and the regenerated absorbent liquid cooler 56.
  • the carbon dioxide-containing absorbent liquid heated by the first heat exchanger 50 is transferred to the second heat exchanger 55 via the heat transfer tube 64 of the absorber 63 of the single-effect absorption heat pump 60 and the heat transfer tube 66 of the condenser 65. It flows into the low temperature side.
  • the regenerated absorption liquid precooled by the regeneration absorption liquid cooler 56 flows into the absorption tower 10 as an absorption liquid from the inlet 12 via the heat transfer tube 68 of the evaporator 67 of the single-effect absorption heat pump 60.
  • the single-effect absorption heat pump 60 is known, and for example, a lithium bromide aqueous solution (hereinafter referred to as an absorption liquid) having a property of absorbing a refrigerant circulates in the regenerator 61 and the absorber 63.
  • the absorbent liquid is concentrated by evaporating the refrigerant (water) absorbed by heating with the low-pressure driving steam in the regenerator 61.
  • the evaporated refrigerant is condensed in the condenser 65, evaporated in the low pressure evaporator 67, and absorbed in the absorbent liquid in the absorber 63.
  • the carbon dioxide-containing absorbent liquid is heated and heated by the heat generated when the absorbent liquid absorbs the refrigerant vapor in the absorber 63 and the heat of condensation of the refrigerant vapor in the condenser 65.
  • the regenerated absorption liquid is cooled and cooled by being deprived of heat of vaporization due to evaporation of the refrigerant in the evaporator 67.
  • the regenerated absorption liquid cooled by the first heat exchanger 50 is further precooled to, for example, 40 ° C. by the regenerative absorption liquid cooler 56, and then cooled to, for example, 30 ° C. by the evaporator 67 of the single-effect absorption heat pump 60. Then, it is recirculated to the absorption tower 10 as an absorption liquid.
  • the carbon dioxide-containing absorbent liquid heated in the first heat exchanger 50 is heated to, for example, 90 ° C. in the absorber 63 and the condenser 65 of the single-effect absorption heat pump 60 to a low temperature of the second heat exchanger 55. Inflow to the side.
  • the single-effect absorption heat pump 60 for example, 0.2 MPa low-pressure steam is supplied as driving steam.
  • the low-pressure steam for example, 0.2 MPa of back-pressure steam is used, which is discharged after the high-pressure steam supplied from the steam supply device 75 drives the back-pressure steam turbine of the back-pressure steam turbine generator.
  • the regenerated absorption liquid cooled by the first heat exchanger 50 is further precooled by the regenerated absorption liquid cooler 56, and then the compression type heat pump is used.
  • the compression type heat pump is used.
  • the temperature of the carbon dioxide-containing absorbent liquid flowing into the low temperature side of the second heat exchanger 55 is maintained high. In this state, the temperature of the regenerated absorption liquid recirculated as the absorption liquid in the absorption tower 10 can be lowered.
  • the amount of carbon dioxide gas absorbed per unit flow rate of the absorption liquid increases, the flow rate of the absorption liquid circulating between the absorption tower 10 and the regeneration tower portion 31 can be reduced, and the heat dissipation device 36 can use the regeneration absorption liquid. It is possible to reduce the heat energy required for heating and the energy for circulating the absorbent liquid.
  • the dual-effect chemical absorption type carbon dioxide gas recovery system 1c according to the 3rd embodiment is different from the 1st embodiment only in that the reboiler 57 is connected to the low pressure regeneration tower 40 in the 1st embodiment. , Differences will be described, and the same reference numbers will be assigned to the same components as in the first embodiment, and the description thereof will be omitted.
  • the reboiler 57 is connected to an outlet 49 whose inflow side is formed at the bottom of the retention portion 43 of the low pressure regeneration tower 40 and whose outflow side is an inlet 59 formed above the retention portion 43 at the lower portion of the low pressure regeneration tower 40. ing.
  • the regenerated absorption liquid retained in the retention portion 43 is pumped out from the outlet 49 by the pump 50, supplied to the reboiler 57 and heated to, for example, 120 ° C. by the heating steam, and the water contained in the regenerated absorption liquid evaporates and becomes steam. Part of the steam returns from the entrance 59 to the lower part of the low pressure regeneration tower 40.
  • the water vapor returned to the low-pressure regeneration tower 40 rises in the low-pressure regeneration tower 40 together with the medium-temperature mixed gas supplied from the high-pressure regeneration tower 30 via the inlet 42, and reacts in opposition to the falling carbon dioxide intermediate concentration absorbing liquid. Heat is supplied to release the rest of the carbon dioxide gas remaining in the carbon dioxide intermediate concentration absorber.
  • the regenerated absorption liquid heated by the reboiler 57 is supplied to the first heat exchanger 50 to heat the carbon dioxide-containing absorption liquid.
  • Condensed water that flows out after the high-pressure steam supplied from the steam supply device 75 heats the carbon dioxide intermediate concentration absorbing liquid in the heat radiating device 36 of the high-pressure regeneration tower 30 is supplied to the reboiler 40 as heating steam, and is supplied to the reboiler 40. Is returned to the steam supply device 75 after heating.
  • the high-pressure steam is supplied to the heat radiating device 36 of the high-temperature regeneration tower 30, heats the carbon dioxide intermediate concentration absorbing liquid staying in the retaining portion 35 to generate high-temperature steam, and is condensed supplied from the heat radiating device 36.
  • the liquid can be used without waste as steam for heating in the reboiler 57.
  • the dual-effect chemical absorption type carbon dioxide gas recovery system 1d according to the fourth embodiment is different from the second embodiment only in that the reboiler 57 is connected to the low pressure regeneration tower 40 in the second embodiment. , Differences will be described, and the same reference numbers will be assigned to the same components as in the second embodiment, and the description thereof will be omitted.
  • the single-effect absorption heat pump 60 is arranged between the absorption tower 10 and the first and second heat exchangers 50 and 55 as in the second embodiment, and the single-effect absorption heat pump 60 is arranged.
  • the reboiler 57 is connected to the low pressure regeneration tower 40. Therefore, the fourth embodiment has the same effect as that of the first to third embodiments.
  • a hydrocarbon production system 70 is attached to the carbon dioxide gas recovery system 1a of the first embodiment, and the hydrocarbon gas separator 46 sends the hydrocarbon gas recovery system 70.
  • the resulting carbon dioxide gas is supplied to the reaction tube of the hydrocarbon production system 70, and the reaction tube cooling device 73 is used as the steam supply device 75, which is different from the first embodiment. Therefore, the differences will be described, and the same reference numbers will be assigned to the same components as those in the first embodiment, and the description thereof will be omitted.
  • a known hydrocarbon production system 70 is attached to the carbon dioxide gas recovery system 1a of the first embodiment.
  • hydrogen gas and carbon dioxide gas having a temperature and pressure suitable for the hydrogenation reaction are supplied to a reaction tube 71 filled with a hydrogenation reaction catalyst in a predetermined molar ratio, and hydrogen gas and carbon dioxide gas are hydrogenated.
  • a high-temperature reaction gas containing hydrogen is generated and sent out by hydrogenation reaction under a hydrogenation reaction catalyst.
  • the carbon dioxide gas is supplied from the carbon dioxide gas separator 46 connected to the low pressure regeneration tower 40. Hydrogen gas helps prevent global warming when carbon dioxide-free hydrogen gas is used.
  • the reaction gas is supplied to a known gas-water separation device 72 connected to the reaction tube 71, separated into synthetic hydrocarbon gas and water, the synthetic hydrocarbon gas is sent to the utilization site, and the water is discharged to the discharge groove.
  • the reaction tube 71 is cooled with cooling water by the reaction tube cooling device 73 in order to maintain the inside at a temperature suitable for the hydrogenation reaction, and high-pressure steam is delivered from the reaction tube cooling device 73.
  • the reaction tube cooling device 73 supplies a part of the high-pressure steam to the heat radiating device 36 of the high-pressure regeneration tower 30 as the steam supply device 75.
  • the high-pressure steam heats the carbon dioxide intermediate concentration absorbing liquid in the heat radiating device 36, then becomes condensed water and returns to the reaction tube cooling device 73.
  • the carbon dioxide gas recovery system 1e according to the fifth embodiment has the same effect as that of the first embodiment, and is a system in which carbon dioxide gas recovery and hydrocarbon production are organically fused, so that it contributes to the prevention of global warming. be able
  • the hydrocarbon production system 70 is attached to the carbon dioxide gas recovery system 2b of the 2nd embodiment, and the hydrocarbon gas separator 46 sends the hydrocarbon gas recovery system 70.
  • the produced carbon dioxide gas is supplied to the reaction tube 71 of the hydrocarbon production system 70, and the reaction tube cooling device 73 is used as the steam supply device 75. Therefore, the carbon dioxide gas recovery system 1e according to the fifth embodiment has the same effects as those of the first and second embodiments, and is a system in which carbon dioxide gas recovery and hydrocarbon production are organically fused. It can contribute to the prevention of global warming.
  • the first embodiment of the dual-effect chemical absorption type carbon dioxide gas recovery system 1g according to the seventh embodiment is that the gas turbine cogeneration system 80 is attached to the carbon dioxide gas recovery system 1a of the first embodiment. Since it is different from the embodiment, the differences will be described, and the same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numbers and the description thereof will be omitted.
  • the known gas turbine cogeneration system 80 is attached to the carbon dioxide gas recovery system 1a of the first embodiment.
  • the gas turbine cogeneration system 80 includes a gas turbine generator 81 and an exhaust heat recovery boiler 82.
  • the gas turbine is driven by the combustion of fuel, and the generator is rotated to transmit electric power.
  • the exhaust gas discharged from the gas turbine is the exhaust heat recovery boiler 82, which generates high-pressure steam.
  • the high-pressure steam is supplied to the heat radiating device 36 of the high-pressure regeneration tower 30, and after heating the carbon dioxide intermediate concentration absorbing liquid in the radiating device 36, it becomes condensed water and is returned to the exhaust heat recovery boiler 82.
  • the carbon dioxide gas delivered from the carbon dioxide gas separator 46 is used at the carbon dioxide gas utilization point 83.
  • the carbon dioxide recovery system 1g according to the seventh embodiment has the same effect as that of the first embodiment, and the exhaust gas discharged from the gas turbine cogeneration system 80 can be effectively used.
  • the gas turbine cogeneration system 80 is attached to the carbon dioxide gas recovery system 2b of the second embodiment, and the exhaust heat recovery boiler 82 is steam. It is different from the second embodiment in that the carbon dioxide gas used as the supply device 75 and sent out from the carbon dioxide gas separator 46 is used at the carbon dioxide gas utilization point 83. Therefore, the carbon dioxide gas recovery system 1h according to the eighth embodiment has the same effects as those of the first and second embodiments, and is a system in which the gas turbine cogeneration system 80 is organically fused. Therefore, the gas turbine cogeneration is performed. Carbon dioxide gas can be recovered by effectively utilizing the exhaust gas discharged from the system 80.
  • the reboiler 57 may be connected to the low pressure regeneration tower 40 as in the third and fourth embodiments.
  • 1a to 1h Double-effect chemical absorption type carbon dioxide gas recovery system
  • 10 Absorption tower
  • 20 Gas cooling tower
  • 30 Low pressure regeneration tower
  • 31 Regeneration tower section
  • 35 Retention section
  • 36 Heat exchanger (heating device)
  • 40 High-pressure regeneration tower
  • 43 Retention section
  • 46 Carbon dioxide gas separator
  • 50 First heat exchanger
  • 55 Second heat exchanger
  • 56 Regeneration absorbent cooler
  • 57 Reboiler
  • 70 hydrocarbon production system
  • 71 reaction tube
  • 73 reaction tube cooling device
  • 75 steam supply device
  • 80 gas turbine cogeneration system
  • 81 gas turbine generator
  • 82 waste heat recovery boiler

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Abstract

排ガスに含まれる炭酸ガスを吸収液に吸収させて二酸化炭素含有吸収液を生成する吸収塔と、吸収塔から供給された二酸化炭素含有吸収液を水蒸気で加熱し吸収した炭酸ガスの一部を放出させ二酸化炭素含有吸収液を二酸化炭素中間濃度吸収液にする高圧再生塔と、高圧再生塔から供給された二酸化炭素中間濃度吸収液を加熱し二酸化炭素中間濃度吸収液に残存する二酸化炭素の残部を放出させ二酸化炭素中間濃度吸収液を再生吸収液にする低圧再生塔と、低圧再生塔から供給された再生吸収液と吸収塔から供給された二酸化炭素含有吸収液との間で熱交換する第１熱交換器と、高圧再生塔から流出し低圧再生塔に流入する二酸化炭素中間濃度吸収液と第１熱交換器から流出し高圧再生塔に流入する二酸化炭素含有吸収液との間で熱交換させる第２熱交換器とを備える二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システム。

Description

二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システム
　本発明は、燃焼排ガスから炭酸ガスを回収するシステムに関する。
　地球温暖化問題は深刻度を増しており、多量の二酸化炭素を排出する化石燃料を使用する火力発電等を制限する動きもある。しかし、火力発電等の化石燃料を使用する設備は稼働コストが安価であり、大気に放出される二酸化炭素の排出量を環境に悪影響を与えない程度に減少できれば有力な電力供給設備等になり得る。したがって、化石燃料の燃焼によって排出される二酸化炭素を回収して有効利用する「カーボンリサイクル技術」が社会の関心を集め、世界各地で研究・開発されている。カーボンリサイクル技術は、炭酸ガス回収技術と炭酸ガス利用技術とで構成される。
　炭酸ガス回収技術として、例えば特許文献１に記載の二酸化炭素回収システム１は、燃焼排ガス２に含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させる吸収塔３と、吸収塔３から二酸化炭素を吸収した吸収液４ａが供給され、二酸化炭素を吸収した吸収液４ａから二酸化炭素ガスを放出させてこの吸収液４ａを再生する再生塔６と、再生塔６からの吸収液４ｂを加熱して水蒸気を生成し、この水蒸気を再生塔６に供給するとともに加熱した吸収液を吸収塔３に供給するリボイラー１９と、吸収塔３と再生塔６との間に配置され、吸収塔３から再生塔６に供給される二酸化炭素を吸収した吸収液４ａを加熱する圧縮式ヒートポンプ４０と、を備えている。
　特許文献２に記載された燃焼排ガスの脱炭酸ガス処理システムでは、吸収液再生工程が第１及び第２の２段工程２、３からなり、アミン吸収工程１からの吸収液を第１再生工程２で加熱処理して吸収液を再生するとともに、再生された吸収液の一部を第２再生工程３で更に加熱処理して重質分を排出し、軽質分を第１再生工程２に循環している。
　炭酸ガス利用技術として、例えば特許文献３に記載のメタン合成装置１は、原料ガスの水素ガスと炭酸ガスを触媒が充填された反応器４にコンプレッサ２，３で供給し、メタン化反応させてメタンを合成している。
　炭酸ガス利用技術は、種々開発されているが、利用は炭酸ガス回収技術と一体であり、エネルギー消費の少ない炭酸ガス回収技術が開発されない限り、実用化の進展は望めない。
特開２０１０－８８９８２号公報 特開平５－３３７３３４号公報 特開２０１１－２４１１８２号公報
　従来の二酸化炭素回収システムは、再生吸収液を加熱し、再生吸収液に含まれる水から高温の水蒸気を生成するために多量の加熱用水蒸気をリボイラーに供給する必要があり、年間稼働経費の５０％近くを熱エネルギー（再生エネルギー）が占める。炭酸ガス回収量１トン当たりの熱エネルギーは、石炭火力発電の排ガス（炭酸ガス含有率約１５Ｖｏｌ．％）を対象とする場合、約２．５ＧＪ／ｔ－ＣＯ２）と算定されている。さらに、冷却塔、ブロア、ポンプ等の補機用電力費も約２５％を占めており、熱エネルギー費と電力費が年間稼働経費の７５％近くになるエネルギー多消費型のシステムである。
　本発明は、地球温暖化の防止に役立つエネルギー消費を極めて減少させた２重効用化学吸収式炭酸ガス回収システムを提供することを目的とする。
　本発明は、排ガスが供給され、前記排ガスに含まれる炭酸ガスを吸収液に吸収させて二酸化炭素含有吸収液を生成する吸収塔と、前記吸収塔から前記二酸化炭素含有吸収液が供給され、前記二酸化炭素含有吸収液を水蒸気で加熱し前記炭酸ガスを放出させて再生吸収液にする再生塔部と、前記再生塔部から送出された前記再生吸収液と前記吸収塔から送出された前記二酸化炭素含有吸収液との間で熱交換させる第１熱交換器と、前記第１熱交換器から送出された前記再生吸収液を予冷する再生吸収液冷却器と、前記再生塔部から前記炭酸ガスとともに供給された水蒸気を凝縮させて前記炭酸ガスを分離する炭酸ガス分離器とを備えた炭酸ガス回収システムであって、上部から供給された前記二酸化炭素含有吸収液を高温の水蒸気と対向接触させて加熱し、前記炭酸ガスの一部を放出させ前記二酸化炭素含有吸収液を二酸化炭素中間濃度吸収液にして滞留部に滞留させ、前記滞留する二酸化炭素中間濃度吸収液を加熱装置で加熱し含有水を蒸発させて前記高温の水蒸気を生成し、前記高温の水蒸気が前記二酸化炭素含有吸収液を加熱して降温した中温の水蒸気と前記炭酸ガスの一部とが混合した中温の混合ガスを上端部から流出させ、前記二酸化炭素中間濃度吸収液を下端部から流出させる、前記再生塔部を構成する高圧再生塔と、前記二酸化炭素中間濃度吸収液が上部から供給され、前記中温の混合ガスが下部から供給され、前記二酸化炭素中間濃度吸収液を前記中温の混合ガスで加熱し前記二酸化炭素中間濃度吸収液に残存する前記炭酸ガスの残部を放出させ前記二酸化炭素中間濃度吸収液を再生吸収液にして前記第１熱交換器に送出するともに、前記中温の混合ガスが前記二酸化炭素中間濃度吸収液を加熱して降温した低温の混合ガスおよび前記炭酸ガスの残部を前記炭酸ガス分離器に送出する、前記再生塔部を構成し前記高圧再生塔より内部圧力が低い低圧再生塔と、前記高圧再生塔から流出し前記低圧再生塔に流入する前記二酸化炭素中間濃度吸収液と前記第１熱交換器から流出し前記高圧再生塔に流入する前記二酸化炭素含有吸収液との間で熱交換させる第２熱交換器と、を備える二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システムである。
　本発明の二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システムでは、吸収塔は、供給された排ガスに含まれる炭酸ガスを吸収液に吸収させて二酸化炭素含有吸収液を生成する。高圧再生塔は、前記二酸化炭素含有吸収液が上部から供給され、前記二酸化炭素含有吸収液を高温の水蒸気で加熱して前記炭酸ガスの一部を放出させ前記二酸化炭素含有吸収液を二酸化炭素中間濃度吸収液にして滞留部に滞留させ、前記滞留部で前記二酸化炭素中間濃度吸収液を加熱装置で加熱し含有水を蒸発させて前記高温の水蒸気を生成し、前記高温の水蒸気が前記二酸化炭素含有吸収液を加熱して降温した中温の水蒸気と前記放出された炭酸ガスの一部とが混合した中温の混合ガスを上端部から流出させ、前記二酸化炭素中間濃度吸収液を下端部から流出させる。低圧再生塔は、前記二酸化炭素中間濃度吸収液が上部から供給され、前記中温の混合ガスが下部から供給され、前記二酸化炭素中間濃度吸収液を前記中温の混合ガスで加熱して二酸化炭素中濃度吸収液に残存する前記炭酸ガスの残部を放出させ再生吸収液にして送出する。
　このように、二酸化炭素含有吸収液は、高圧再生塔において高温の水蒸気で加熱されて吸収した炭酸ガスの一部を放出し二酸化炭素中間濃度吸収液になり、二酸化炭素中間濃度吸収液は、低圧再生塔において中温の混合ガスで加熱されて前記二酸化炭素中間濃度吸収液に残存する前記炭酸ガスの残部を放出し再生吸収液に再生されるので、二酸化炭素含有吸収液を熱効率よく再生吸収液に再生することができる。
　さらに、前記第２熱交換器は、前記高圧再生塔から流出する前記二酸化炭素中間濃度吸収液と前記第１熱交換器から流出する前記二酸化炭素含有吸収液との間で熱交換させて、前記高圧再生塔に流入する前記二酸化炭素含有吸収液の温度を上昇させ、前記低圧再生塔に流入する前記二酸化炭素中間濃度吸収液の温度を下降させることによって、前記加熱装置から供給された熱量を前記高圧再生塔と前記低圧再生塔とに適切に配分することができる。これにより、前記高圧再生塔から流出する中温の混合ガスに含まれる熱量を活用して前記二酸化炭素中間濃度吸収液から前記炭酸ガスの残部を効率的に放出させることができ、システム全体として極めて高い熱効率で二酸化炭素含有吸収液を吸収液に再生することができる。
第１実施形態に係る二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システムの全体構成を示すブロック図である。 第２実施形態に係る二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システムの全体構成を示すブロック図である。 第３実施形態に係る二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システムの全体構成を示すブロック図である。 第４実施形態に係る二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システムの全体構成を示すブロック図である。 第５実施形態に係る二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システムの全体構成を示すブロック図である。 第６実施形態に係る二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システムの全体構成を示すブロック図である。 第７実施形態に係る二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システムの全体構成を示すブロック図である。 第８実施形態に係る二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システムの全体構成を示すブロック図である。
１．第１実施形態の構成
　第１実施形態に係る二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システム１ａは、図１に示すように、吸収塔１０と、高圧再生塔３０と低圧再生塔４０とで構成される再生塔部３１と、第１熱交換器５０と、再生吸収液冷却器５６と、炭酸ガス分離器４６と、第２熱交換器５５と、を備えている。
　吸収塔１０は、例えば両端を球面状端部で閉塞された直立円筒体で、下部側面に排ガス入口１１、上部側面に吸収液入口１２が設けられ、入口１１と入口１２との間には充填材１３が充填されている。入口１１から供給されて上昇する排ガスと入口１２から供給されて下降する吸収液とは充填材１３内で対向接触し、吸収液は排ガスから炭酸ガスを吸収し、二酸化炭素含有吸収液になって底部の滞留部１４に一時滞留する。滞留部１４の二酸化炭素含有吸収液は吸収塔１０下面に形成された吸収液出口１５から流出する。吸収塔１０には充填材１３の上方に水洗部１６が形成され、水洗部１６に対向して側面に洗浄水入口１７、出口１８が設けられている。充填材１３を通過中に炭酸ガスを吸収液に吸収・除去された排ガスは、水洗部１６で水洗された後に吸収塔１０の上面に形成された排ガス出口１９から煙突を経由して外気に放出される。吸収液は公知で、アミン化合物を水に溶かしたアミン化合物水溶液を用いる。
　火力発電所等から排出される排ガスは、排ガス冷却塔２０に供給される。排ガス冷却塔２０には排ガスクーラ２１で冷却される冷却水がポンプ２２によって循環される。排ガスは排ガス冷却塔２０の下部に形成された入口２３から冷却塔２０に流入し、冷却塔２０内で冷却水によって冷却され、頂部に形成された出口２４から排ガスブロワ２５によって吸引され、吸収塔１０に入口１１から流入する。
　吸収塔１０の出口１５からポンプ５１によって汲み出された二酸化炭素含有吸収液は、第１熱交換器５０および第２熱交換器５５において加熱され、再生塔部３１を構成する高圧再生塔３０に吸収液入口３２から供給される。高圧再生塔３０は、例えば両端を球面状端部で閉塞された直立円筒体で、上部側面に入口３２、頂面に混合ガス出口３３、下面に吸収液出口３４が形成されている。
　高圧再生塔３０は、上部から供給された二酸化炭素含有吸収液を高温の水蒸気と対向接触させて加熱し、吸収した炭酸ガスの一部を放出させ二酸化炭素含有吸収液を二酸化炭素中間濃度吸収液にする。高圧再生塔３０の底部には二酸化炭素中間濃度吸収液を一時滞留させる滞留部３５が設けられている。滞留部３５には、例えば熱交換コイル等の放熱装置３６が加熱装置として配置されている。放熱装置３６は滞留部３５に滞留する二酸化炭素中間濃度吸収液中に配置され、水蒸気供給装置７５で生成された高圧水蒸気が供給される。放熱装置３６は、高圧水蒸気で二酸化炭素中間濃度吸収液を加熱し、二酸化炭素中間濃度吸収液に含まれる含有水の一部を蒸発させて高温の水蒸気を生成する。上部の入口３２から供給された二酸化炭素含有吸収液は、下降する間に前記高温の水蒸気と対向接触し反応熱を供給され、吸収塔１０で排ガスから吸収した炭酸ガスの一部を放出する。前記高温の水蒸気が二酸化炭素含有吸収液を加熱して降温した中温の水蒸気は、放出された炭酸ガスの一部と混合して中温の混合ガスになり上端部の混合ガス出口３３から流出し低圧再生塔４０に送出される。
　二酸化炭素中間濃度吸収液は、高圧再生塔３０内の圧力によって滞留部３５から出口３４を通って送出され、第２熱交換器５５に供給される。二酸化炭素中間濃度吸収液は、第２熱交換器５５で二酸化炭素含有吸収液によって温度を下降されて低圧再生塔４０に送出される。このように、第２熱交換器５５は、高圧再生塔３０から流出し低圧再生塔４０に流入する二酸化炭素中間濃度吸収液と第１熱交換器５０から流出し高圧再生塔３０に流入する二酸化炭素含有吸収液との間で熱交換する。
　再生塔部３１を構成する低圧再生塔４０には、第２熱交換器５５から二酸化炭素中間濃度吸収液が上部の吸収液入口４１を介して供給され、高圧再生塔３０から中温の混合ガスが下部の混合ガス入口４２を介して供給される。二酸化炭素中間濃度吸収液は、低圧再生塔４０内を下降する間に、上昇する中温の混合ガスと対向接触し、主として水蒸気で加熱されて反応熱を供給され二酸化炭素中間濃度吸収液に残存する炭酸ガスの残部を放出し、再生吸収液になって底部の滞留部４３に滞留し、ポンプ５２によって汲み出されて出口４９から第１熱交換器５０に送出される。
　低圧再生塔４０において、中温の混合ガスが二酸化炭素中間濃度吸収液を加熱して降温した低温の混合ガスおよび放出された炭酸ガスの残部は、出口４４からクーラー４５を経由して炭酸ガス分離器４６に供給される。炭酸ガス分離器４６は、低圧再生塔４０から供給された低温の混合ガスと炭酸ガスの残部とが混合したガスから水蒸気を凝縮させて炭酸ガスを分離し、回収した炭酸ガスを、例えば炭化水素製造システムに供給する。水蒸気が凝縮した凝縮水は炭酸ガス分離器４６の底部に形成された出口４７から低圧再生塔４０に入口４８を通って戻される。
　吸収塔１０と低圧再生塔４０との間には第１熱交換器５０および再生吸収液冷却器５６が配置されている。第１熱交換器５０は公知のものであり、吸収塔１０からポンプ５１によって汲み出された二酸化炭素含有吸収液と、低圧再生塔４０からポンプ５２によって汲み出された再生吸収液との間で熱交換し、二酸化炭素含有吸収液を昇温させ、再生吸収液を降温させる。第１熱交換器５０で二酸化炭素含有吸収液に熱移動して降温した再生吸収液は再生吸収液冷却器５６でさらに予冷される。第１熱交換器５０で昇温された二酸化炭素含有吸収液は、第２熱交換器５５でさらに昇温されて高温再生塔３０に入口３２から流入する。再生吸収液冷却器５６で予冷された再生吸収液は、吸収塔１０に吸収液として入口１２から流入する。
２．第１実施形態の作動および効果
　火力発電所等から排出された排ガスは、排ガス冷却塔２０に流入し冷却水によって冷却された後に吸収塔１０に下部の入口１１から流入して上昇する。吸収塔１０には上部に形成された入口１２から吸収液が流入して下降する。吸収塔１０内を上昇する排ガスと下降する吸収液とは充填材１３内で対向接触し、吸収液は排ガスから炭酸ガスを吸収して二酸化炭素含有吸収液になり、底部の滞留部１４に一時滞留する。炭酸ガスを吸収・除去された排ガスは、水洗部１６で水洗された後に煙突から放出される。
　滞留部１４に滞留した二酸化炭素含有吸収液は、ポンプ５１によって汲み出され、第１熱交換器５０および第２熱交換器５５において加熱された後に、高圧再生塔３０に上部の入口３２から流入し底部に向かって下降し、下降する間に炭酸ガスの一部を放出し二酸化炭素中間濃度吸収液になって滞留部３５に滞留する。放熱装置３６は、水蒸気供給装置７５から、例えば２１０℃、１６ＭＰａの高圧水蒸気が供給され、滞留部３５に滞留する二酸化炭素中間濃度吸収液を、例えば１６０℃に加熱し、二酸化炭素中間濃度吸収液に含まれる含有水の一部を蒸発させて高温の水蒸気を生成し、高圧再生塔３０内を上昇させる。高圧再生塔３０内を下降する二酸化炭素含有吸収液は、上昇する高温の水蒸気と対向接触して反応熱を供給され、吸収した炭酸ガスの一部を放出し、二酸化炭素中間濃度吸収液となって滞留部３５に落下して滞留する。
　二酸化炭素中間濃度吸収液は、高圧再生塔３０内の圧力によって滞留部３５から送出され、第２熱交換器５５において二酸化炭素含有吸収液と熱交換して温度を、例えば１００℃に下降されて低圧再生塔４０に上部の入口４１から流入する。高圧再生塔３０において高温の水蒸気が二酸化炭素含有吸収液を加熱して降温した中温の水蒸気は、放出された炭酸ガスの一部と混合し、例えば１５０℃の中温の混合ガスになって上端部の出口３３から流出し低圧再生塔４０に下部の入口４２から流入する。
　低圧再生塔４０に流入した二酸化炭素中間濃度吸収液は、下降する間に上昇する中温の混合ガスと対向接触し、主として中温の水蒸気から反応熱を供給されて二酸化炭素中間濃度吸収液に残存する炭酸ガスの残部を放出し、例えば１２０℃の再生吸収液になって滞留部４３に落下し滞留する。
　低圧再生塔４０から送出される低温の混合ガスおよび残部炭酸ガスは、クーラー４５を経由して炭酸ガス分離器４６に供給される。炭酸ガス分離器４６は、水蒸気を凝縮させて分離した炭酸ガスを、例えば炭化水素製造システムに送出する。凝縮水は炭酸ガス分離器４６から低圧再生塔４０に戻される。
　第１熱交換器５０の低温側には、例えば５０℃の二酸化炭素含有吸収液が吸収塔１０の滞留部１４から供給され、高温側には、例えば１２０℃の再生吸収液が低温再生塔４０の滞留部４３から供給される。第１熱交換器５０を通過する間に、二酸化炭素含有吸収液は、例えば５０℃から８０℃に昇温され、再生吸収液は、例えば１２０℃から８０℃に降温される。降温された再生吸収液は再生吸収液冷却器５６で、例えば４０℃にさらに予冷された後に、吸収塔１０に吸収液として環流する。
　第１実施形態によれば、高圧再生塔３０は、二酸化炭素含有吸収液を高温の水蒸気で加熱し排ガスから吸収した二酸化炭素の一部を放出させ二酸化炭素中間濃度吸収液にし、低圧再生塔４０は、二酸化炭素中間濃度吸収液を高圧再生塔３０から送出された中温の混合ガスで加熱して二酸化炭素中間濃度吸収液に残存する炭酸ガスの残部を放出し再生吸収液に再生するので、二酸化炭素含有吸収液を熱効率よく再生吸収液に再生することができる。
　さらに、第２熱交換器５５の高温側には、例えば１６０℃の二酸化炭素中間濃度吸収液が高圧再生塔３０の滞留部３５から供給され、低温側には、例えば８０℃に昇温された二酸化炭素含有吸収液が第１熱交換器５０から供給され、第２熱交換器５５を通過する間に、二酸化炭素含有吸収液は、例えば１００℃に昇温されて高圧再生塔３０に流入し、二酸化炭素中間濃度吸収液は、例えば１００℃に降温されて低圧再生塔４０に流入する。これによって、放熱装置３６から供給された熱量を高圧再生塔３０と低圧再生塔４０とに適切に配分し、中温の混合ガスと二酸化炭素中間濃度吸収液との温度差を適切に維持することができ、高圧再生塔３０から放出された中温の混合ガスに含まれる熱量を有効に活用して二酸化炭素中間濃度吸収液から炭酸ガスの残部を放出させることができ、システム全体として極めて高い熱効率で二酸化炭素含有吸収液を吸収液に再生することができる。
３．第２実施形態
　第２実施形態に係る二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システム１ｂは、第１実施形態において吸収塔１０と第１、第２熱交換器５０，５５との間に一重効用吸収式ヒートポンプ６０が配置されている点のみが第１実施形態と異なるので、相違点について説明し、第１実施形態と同じ構成要素には同一の参照番号を付して説明を省略する。
　吸収塔１０、第１熱交換器５０、第２熱交換器５５および再生吸収液冷却器５６には一重効用吸収式ヒートポンプ６０が接続されている。第１熱交換器５０で昇温された二酸化炭素含有吸収液は、一重効用吸収式ヒートポンプ６０の吸収器６３の伝熱管６４および凝縮器６５の伝熱管６６を介して第２熱交換器５５の低温側に流入する。再生吸収液冷却器５６で予冷された再生吸収液は、一重効用吸収式ヒートポンプ６０の蒸発器６７の伝熱管６８を介して吸収塔１０に吸収液として入口１２から流入する。
　一重効用吸収式ヒートポンプ６０は公知のものであり、冷媒を吸収する性質を有する、例えば臭化リチウム水溶液（以下、吸収液と言う。）が、再生器６１、吸収器６３を循環する。吸収液は、再生器６１において低圧の駆動用水蒸気で加熱されることによって吸収した冷媒（水）が蒸発されて濃縮される。蒸発した冷媒は凝縮器６５で凝縮され、低圧の蒸発器６７で蒸発され、吸収器６３で吸収液に吸収される。これにより、二酸化炭素含有吸収液は、吸収器６３で吸収液が冷媒蒸気を吸収するときの発熱、および凝縮器６５での冷媒蒸気の凝縮熱によって加熱され昇温する。再生吸収液は、蒸発器６７での冷媒の蒸発のために蒸発熱を奪われて冷却され降温する。
　第１熱交換器５０で降温された再生吸収液は再生吸収液冷却器５６で、例えば４０℃にさらに予冷された後に、一重重効用吸収式ヒートポンプ６０の蒸発器６７で、例えば３０℃に冷却され、吸収塔１０に吸収液として環流する。第１熱交換器５０で昇温された二酸化炭素含有吸収液は、一重効用吸収式ヒートポンプ６０の吸収器６３および凝縮器６５で、例えば９０℃に昇温されて第２熱交換器５５の低温側に流入する。一重効用吸収式ヒートポンプ６０では、例えば０．２ＭＰａの低圧水蒸気が駆動用水蒸気として供給される。低圧水蒸気は、水蒸気供給装置７５から供給された高圧水蒸気が背圧蒸気タービン発電機の背圧蒸気タービンを駆動した後に排出される、例えば０．２ＭＰａの背圧蒸気を利用する。
　第２実施形態に係る二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システム１ｂによれば、第１熱交換器５０で降温された再生吸収液を再生吸収液冷却器５６でさらに予冷した後に、圧縮式ヒートポンプに較べて昇温幅を大きくすることができる一重効用吸収式ヒートポンプ６０の蒸発器６７に供給することで、第２熱交換器５５の低温側に流入する二酸化炭素含有吸収液の温度を高く維持した状態で、吸収塔１０に吸収液として環流する再生吸収液の温度を低くすることができる。これにより、吸収液の単位流量当たりの炭酸ガス吸収量が多くなり、吸収塔１０と再生塔部３１との間で循環する吸収液の流量を減らすことができ、放熱装置３６で再生吸収液を加熱するために必要な熱エネルギーや吸収液を循環させるためのエネルギーを低減することができる。
４．第３実施形態
　第３実施形態に係る二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システム１ｃは、第１実施形態において低圧再生塔４０にリボイラー５７が接続されている点のみが第１実施形態と異なるので、相違点について説明し、第１実施形態と同じ構成要素には同一の参照番号を付して説明を省略する。
　リボイラー５７は、流入側が低圧再生塔４０の滞留部４３の底部に形成された出口４９に接続され、流出側が低圧再生塔４０の下方部に滞留部４３より上方に形成された入口５９に接続されている。滞留部４３に滞留された再生吸収液はポンプ５０によって出口４９から汲み出され、リボイラー５７に供給されて加熱用水蒸気によって、例えば１２０℃に加熱され、再生吸収液に含まれる水分が蒸発し水蒸気の一部が入口５９から低圧再生塔４０の下部に戻る。低圧再生塔４０に戻った水蒸気は、高圧再生塔３０から入口４２を介して供給された中温の混合ガスと共に低圧再生塔４０を上昇し、下降する二酸化炭素中間濃度吸収液と対向接触して反応熱を供給し二酸化炭素中間濃度吸収液に残存する炭酸ガスの残部を放出させる。リボイラー５７で加熱された再生吸収液は第１熱交換器５０に供給されて、二酸化炭素含有吸収液を加熱する。リボイラー４０には、水蒸気供給装置７５から供給された高圧水蒸気が高圧再生塔３０の放熱装置３６で二酸化炭素中間濃度吸収液を加熱した後に流出する凝縮水が加熱用水蒸気として供給され、再生吸収液を加熱した後に水蒸気供給装置７５に戻される。
　このように、高圧水蒸気が高温再生塔３０の放熱装置３６に供給され、滞留部３５に滞留する二酸化炭素中間濃度吸収液を加熱して高温の水蒸気を生成し、放熱装置３６から供給される凝縮液をリボイラー５７で加熱用水蒸気として無駄なく利用することができる。
５．第４実施形態
　第４実施形態に係る二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システム１ｄは、第２実施形態において低圧再生塔４０にリボイラー５７が接続されている点のみが第２実施形態と異なるので、相違点について説明し、第２実施形態と同じ構成要素には同一の参照番号を付して説明を省略する。
　第４実施形態は、第１実施形態において、吸収塔１０と第１、第２熱交換器５０，５５との間に第２実施形態と同様に一重効用吸収式ヒートポンプ６０が配置されるとともに、低圧再生塔４０にリボイラー５７が接続されている。従って、第４実施形態は、第１乃至第３実施形態と同様の作用効果を奏する。
６．第５実施形態
　第５実施形態に係る二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システム１ｅは、第１実施形態の炭酸ガス回収システム１ａに炭化水素製造システム７０が併設され、炭酸ガス分離器４６から送出された炭酸ガスが炭化水素製造システム７０の反応管に供給され、反応管冷却装置７３が水蒸気供給装置７５として利用されている点が第１実施形態と異なる。従って、相違点について説明し、第１実施形態と同じ構成要素には同一の参照番号を付して説明を省略する。
　第５実施形態は、第１実施形態の炭酸ガス回収システム１ａに公知の炭化水素製造システム７０が併設されている。炭化水素製造システム７０は、水素化反応触媒が充填された反応管７１に水素化反応に適した温度と圧力の水素ガスと炭酸ガスが所定のモル比で供給され、水素ガスと炭酸ガスが水素化反応触媒下で水素化反応して炭化水素を含む高温の反応ガスを生成して送出する。炭酸ガスは、低圧再生塔４０に接続された炭酸ガス分離器４６から供給される。水素ガスは、炭酸ガスフリー水素ガスを用いると地球温暖化防止に役立つ。
　反応ガスは、反応管７１に接続された公知のガス水分離装置７２に供給され、合成炭化水素ガスと水に分離され、合成炭化水素ガスは利用箇所に送出され、水は排出溝に排出される。反応管７１は内部を水素化反応に適した温度に維持するために、反応管冷却装置７３によって冷却水で冷却され、反応管冷却装置７３から高圧水蒸気が送出される。反応管冷却装置７３は、水蒸気供給装置７５として、高圧水蒸気の一部を高圧再生塔３０の放熱装置３６に供給する。高圧水蒸気は放熱装置３６で二酸化炭素中間濃度吸収液を加熱した後に凝縮水となって反応管冷却装置７３に戻る。
　第５実施形態に係る炭酸ガス回収システム１ｅは、第１実施形態と同様の効果を奏するとともに、炭酸ガス回収と炭化水素製造を有機的に融合したシステムであるので、地球温暖化防止に寄与することができる。
７．第６実施形態
　第６実施形態に係る二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システム１ｆは、第２実施形態の炭酸ガス回収システム２ｂに炭化水素製造システム７０が併設され、炭酸ガス分離器４６から送出された炭酸ガスが炭化水素製造システム７０の反応管７１に供給され、反応管冷却装置７３が水蒸気供給装置７５として利用されている。
　従って、第５実施形態に係る炭酸ガス回収システム１ｅは、第１および第２実施形態と同様の作用効果を奏するとともに、炭酸ガス回収と炭化水素製造を有機的に融合したシステムであるので、地球温暖化防止に寄与することができる。
８．第７実施形態
　第７実施形態に係る二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システム１ｇは、第１実施形態の炭酸ガス回収システム１ａにガスタービンコジェネレーションシステム８０が併設されている点のみが第１実施形態と異なるので、相違点について説明し、第１実施形態と同じ構成要素には同一の参照番号を付して説明を省略する。
　第７実施形態は、第１実施形態の炭酸ガス回収システム１ａに、公知のガスタービンコジェネレーションシステム８０が併設されている。ガスタービンコジェネレーションシステム８０は、ガスタービン発電機８１、排熱回収ボイラー８２で構成される。ガスタービン発電機８１は、燃料の燃焼によってガスタービンが駆動され、発電機が回転されて電力を送出する。ガスタービンから排出される排ガスは排熱回収ボイラー８２で、高圧水蒸気を生成する。高圧水蒸気は高圧再生塔３０の放熱装置３６に供給され、放熱装置３６で二酸化炭素中間濃度吸収液を加熱した後に凝縮水となって排熱回収ボイラー８２に戻される。炭酸ガス分離器４６から送出された炭酸ガスは、炭酸ガス利用箇所８３で使用される。第７実施形態に係る炭酸ガス回収システム１ｇは、第１実施形態と同様の作用効果を奏するとともに、ガスタービンコジェネレーションシステム８０から排出される排ガスを有効に利用することができる。
９．第８実施形態
　第８実施形態に係る二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システム１ｈは、第２実施形態の炭酸ガス回収システム２ｂにガスタービンコジェネレーションシステム８０が併設され、排熱回収ボイラー８２が水蒸気供給装置７５として利用され、炭酸ガス分離器４６から送出された炭酸ガスが炭酸ガス利用箇所８３で使用される点が第２実施形態と異なる。
　従って、第８実施形態に係る炭酸ガス回収システム１ｈは、第１および第２実施形態と同様の作用効果を奏するとともに、ガスタービンコジェネレーションシステム８０を有機的に融合したシステムであるので、ガスタービンコジェネレーションシステム８０から排出される排ガスを有効に利用して炭酸ガスを回収することができる。
　第５乃至第８実施形態において、第３、第４実施形態のように、低圧再生塔４０にリボイラー５７を接続してもよい。
　１ａ～１ｈ：二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システム、１０：吸収塔、２０：ガス冷却塔、３０：低圧再生塔、３１：再生塔部、３５：滞留部、３６：放熱装置（加熱装置）、４０：高圧再生塔、４３：滞留部、４６：炭酸ガス分離器、５０：第１熱交換器、５５：第２熱交換器、５６：再生吸収液冷却器、５７：リボイラー、６０：一重効用吸収式ヒートポンプ、７０：炭化水素製造システム、７１：反応管、７３：反応管冷却装置、７５：水蒸気供給装置、８０：ガスタービンコジェネレーションシステム、８１：ガスタービン発電機、８２：排熱回収ボイラー

Claims (6)

  1. 　排ガスが供給され、前記排ガスに含まれる炭酸ガスを吸収液に吸収させて二酸化炭素含有吸収液を生成する吸収塔と、前記吸収塔から前記二酸化炭素含有吸収液が供給され、前記二酸化炭素含有吸収液を水蒸気で加熱し前記炭酸ガスを放出させて再生吸収液にする再生塔部と、前記再生塔部から送出された前記再生吸収液と前記吸収塔から送出された前記二酸化炭素含有吸収液との間で熱交換させる第１熱交換器と、前記第１熱交換器から送出された前記再生吸収液を予冷する再生吸収液冷却器と、前記再生塔部から前記炭酸ガスとともに供給された水蒸気を凝縮させて前記炭酸ガスを分離する炭酸ガス分離器とを備えた炭酸ガス回収システムであって、
    　上部から供給された前記二酸化炭素含有吸収液を高温の水蒸気と対向接触させて加熱し、前記炭酸ガスの一部を放出させ前記二酸化炭素含有吸収液を二酸化炭素中間濃度吸収液にして滞留部に滞留させ、前記滞留する二酸化炭素中間濃度吸収液を加熱装置で加熱し含有水を蒸発させて前記高温の水蒸気を生成し、前記高温の水蒸気が前記二酸化炭素含有吸収液を加熱して降温した中温の水蒸気と前記炭酸ガスの一部とが混合した中温の混合ガスを上端部から流出させ、前記二酸化炭素中間濃度吸収液を下端部から流出させる、前記再生塔部を構成する高圧再生塔と、
    　前記二酸化炭素中間濃度吸収液が上部から供給され、前記中温の混合ガスが下部から供給され、前記二酸化炭素中間濃度吸収液を前記中温の混合ガスで加熱し前記二酸化炭素中間濃度吸収液に残存する前記炭酸ガスの残部を放出させ前記二酸化炭素中間濃度吸収液を再生吸収液にして前記第１熱交換器に送出するともに、前記中温の混合ガスが前記二酸化炭素中間濃度吸収液を加熱して降温した低温の混合ガスおよび前記炭酸ガスの残部を前記炭酸ガス分離器に送出する、前記再生塔部を構成し前記高圧再生塔より内部圧力が低い低圧再生塔と、
    　前記高圧再生塔から流出し前記低圧再生塔に流入する前記二酸化炭素中間濃度吸収液と前記第１熱交換器から流出し前記高圧再生塔に流入する前記二酸化炭素含有吸収液との間で熱交換させる第２熱交換器と、を備える二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システム。
  2. 　冷媒を吸収した吸収液が再生器において駆動用水蒸気で加熱されることによって前記冷媒が蒸発され、蒸発した前記冷媒が凝縮器で凝縮され、凝縮された前記冷媒が低圧の蒸発器で蒸発され、蒸発した前記冷媒が吸収器で前記吸収液に吸収される吸収式ヒートポンプを設け、
    　前記吸収式ヒートポンプは、前記第１熱交換器で昇温された前記二酸化炭素含有吸収液が供給され、前記吸収器の伝熱管および前記凝縮器の伝熱管を介して前記第２熱交換器に送出し、前記第１熱交換器および前記再生吸収液冷却器で降温された前記再生吸収液が供給され、前記蒸発器の伝熱管を介して前記吸収塔に前記吸収液として送出する請求項１に記載された二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システム。
  3. 　前記加熱装置は、前記高圧再生塔の下部に貯留された二酸化炭素含有吸収液中に配置され、高圧水蒸気が供給されて前記二酸化炭素含有吸収液を加熱して凝縮水を流出する放熱装置であり、
    　前記低圧再生塔から前記再生吸収液が供給され、前記放熱装置から前記凝縮水が供給されて前記再生吸収液を加熱し前記再生吸収液に含まれる含有水の一部を水蒸気にして前記再生塔の下部に戻し、前記含有水の一部が蒸発された前記再生吸収液を前記第１熱交換器に送出するリボイラーを備える
    　請求項１または請求項２に記載された二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システム。
  4. 　水素ガスと炭酸ガスとを水素化反応触媒下で水素化反応させて炭化水素を含む反応ガスを生成して送出する反応管と、前記反応管を冷却して高圧水蒸気を生成する反応管冷却装置を備えた炭化水素製造システム、または発電機を駆動するガスタービンと、前記ガスタービンの排熱から高圧水蒸気を生成する排熱回収ボイラーを備えたガスタービンコジェネレーションシステムが併設され、
    　前記高圧再生塔の前記加熱装置は、前記高圧再生塔の下部に貯留された二酸化炭素含有吸収液中に配置され、高圧蒸気が流入されて前記二酸化炭素含有吸収液を加熱して凝縮水を流出する放熱装置であり、
    　前記反応管冷却装置または前記排熱回収ボイラーで生成された前記高圧水蒸気を前記放熱装置に供給する往路と、前記高圧水蒸気が前記放熱装置で凝縮した凝縮水を前記反応管冷却装置または前記排熱回収ボイラーに戻す復路を有する循環回路を備え、
    　前記炭酸ガス分離器から送出された前記炭酸ガスが炭酸ガス利用装置に供給される
    　請求項１に記載された二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システム。
  5. 　水素ガスと炭酸ガスとを水素化反応触媒下で水素化反応させて炭化水素を含む反応ガスを生成して送出する反応管と、前記反応管を冷却して高圧水蒸気を生成する反応管冷却装置を備えた炭化水素製造システム、または発電機を駆動するガスタービンと、前記ガスタービンの排熱から高圧水蒸気を生成する排熱回収ボイラーを備えたガスタービンコジェネレーションシステムが併設され、
    　前記高圧再生塔の前記加熱装置は、前記高圧再生塔の下部に貯留された二酸化炭素含有吸収液中に配置され、高圧蒸気が供給されて前記二酸化炭素含有吸収液を加熱して凝縮水を流出する放熱装置であり、
    　前記反応管冷却装置または前記排熱回収ボイラーで生成された前記高圧水蒸気を前記放熱装置に供給する往路と、前記高圧水蒸気が前記放熱装置で凝縮した凝縮水を前記反応管冷却装置または前記排熱回収ボイラーに戻す復路を有する循環回路を備え、
    　前記吸収式ヒートポンプは一重効用吸収式ヒートポンプであり、
    　前記往路から分岐し、前記高圧水蒸気を減圧装置で減圧して前記一重効用吸収式ヒートポンプに前記駆動用水蒸気として流入させる分岐往路と、前記駆動用水蒸気が前記再生室で前記吸収液を加熱して凝縮した凝縮水を前記復路に戻す分岐復路とを有する分岐回路を備え、
    　前記炭酸ガス分離器から送出された前記炭酸ガスが炭酸ガス利用装置に供給される
    　請求項２に記載された二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システム。
  6. 　前記低圧再生塔から前記再生吸収液が供給され、前記放熱装置から前記凝縮水が供給されて前記再生吸収液を加熱し前記再生吸収液に含まれる含有水の一部を水蒸気にして前記再生塔の下部に戻し、前記含有水の一部が蒸発された前記再生吸収液を前記第１熱交換器に送出するリボイラーを備える
    　請求項４または請求項５に記載された二重効用化学吸収式炭酸ガス回収システム。
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