(57)【要約】【課題】再生塔での吸収液の再生エネルギーを低減し得る二酸化炭素の回収装置および方法を提供すること。【解決手段】二酸化炭素を含有するガスと二酸化炭素吸収液とを接触させて前記ガスから二酸化炭素を除去する吸収塔１、再生加熱器を有し前記吸収塔で二酸化炭素を吸収して二酸化炭素リッチになった吸収液を加熱することにより再生する再生塔２とをそなえ、前記再生塔で二酸化炭素を除去して二酸化炭素リーンになった吸収液を前記吸収塔で再利用するようにした二酸化炭素回収装置であって、前記吸収塔から前記吸収液の一部を抜取り、前記抜取った吸収液を前記吸収塔の頂部に供給するラインを設けたことを特徴とする二酸化炭素回収装置および方法。【選択図】図１
2010100491.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素を含有するガスと二酸化炭素吸収液とを接触させて前記ガスから二酸化炭素を除去する吸収塔と、再生加熱器を有し前記吸収塔で二酸化炭素を吸収して二酸化炭素リッチになった前記吸収液を加熱することにより再生する再生塔とをそなえ、前記再生塔で二酸化炭素を除去して二酸化炭素リーンになった前記吸収液を前記吸収塔で再利用するようにした二酸化炭素回収装置であって、
前記吸収塔から前記吸収液の一部を抜取り、前記抜取った吸収液を前記吸収塔の頂部に供給するラインを設けた
ことを特徴とする二酸化炭素回収装置。
【請求項２】
請求項１記載の二酸化炭素回収装置において、
前記ラインは、
前記吸収塔の出口における二酸化炭素リッチな吸収液の二酸化炭素量を、前記二酸化炭素リッチな吸収液のＰＨ値および温度により推定する推定手段と、
前記推定手段により推定された二酸化炭素量に基づき前記吸収塔から前記吸収塔の頂部への吸収液の戻し量を制御する制御器と
をそなえたことを特徴とする二酸化炭素回収装置。
【請求項３】
請求項１記載の二酸化炭素回収装置において、
前記ラインは、
前記吸収塔の出口における二酸化炭素リッチな吸収液の二酸化炭素量を、前記二酸化炭素リッチな吸収液の比重および温度により推定する推定手段と、
前記推定手段により推定された二酸化炭素量に基づき前記吸収塔から前記吸収塔の頂部への吸収液の戻し量を制御する制御器と
をそなえたことを特徴とする二酸化炭素回収装置。
【請求項４】
請求項１記載の二酸化炭素回収装置において、
前記ラインは、
前記吸収塔の入口におけるガス中の二酸化炭素濃度および前記吸収塔の出口におけるガス中の二酸化炭素濃度、ならびに二酸化炭素リーンになった吸収液中の二酸化炭素量を検出する検出手段と、
前記検出手段が検出した前記吸収塔の入口および出口で求めた二酸化炭素濃度から前記吸収塔が吸収した二酸化炭素量、ならびに前記吸収塔が吸収した二酸化炭素量と二酸化炭素リーンになった吸収液のＰＨ値および温度により推定した二酸化炭素リーンになった吸収液中の二酸化炭素流量との和でもって前記吸収塔の出口における二酸化炭素リッチな吸収液中の二酸化炭素量を求める演算器と
をそなえたことを特徴とする二酸化炭素回収装置。
【請求項５】
請求項１記載の二酸化炭素回収装置において、
前記ラインは、
前記吸収塔の入口におけるガス中の二酸化炭素濃度および前記吸収塔の出口におけるガス中の二酸化炭素濃度、ならびに二酸化炭素リーンになった吸収液中の二酸化炭素量を検出する検出手段と、
前記検出手段が検出した前記吸収塔の入口および出口で求めた二酸化炭素濃度から前記吸収塔が吸収した二酸化炭素量、ならびに前記吸収塔が吸収した二酸化炭素量と前記二酸化炭素リーンになった吸収液の比重と温度により推定した前記二酸化炭素リーンになった吸収液中の二酸化炭素流量との和でもって前記吸収塔の出口における二酸化炭素リッチな吸収液中の二酸化炭素量を求める演算器と
をそなえたことを特徴とする二酸化炭素回収装置。
【請求項６】
請求項１記載の二酸化炭素回収装置であり、前記再生塔から前記吸収塔に供給する二酸化炭素リーンになった吸収液中の二酸化炭素量が設定領域になるように前記再生塔に供給する熱エネルギーを制御する二酸化炭素回収装置において、
前記二酸化炭素リーンになった吸収液中の二酸化炭素量を前記二酸化炭素リーンになった吸収液のＰＨ値と温度により推定することを特徴とする二酸化炭素回収装置。
【請求項７】
請求項１記載の二酸化炭素回収装置であって、前記再生塔から前記吸収塔に供給する二酸化炭素リーンになった吸収液中の二酸化炭素量が設定領域になるように前記再生塔に供給する熱エネルギーを制御する二酸化炭素回収装置において、
前記二酸化炭素リーンになった吸収液中の二酸化炭素量を前記二酸化炭素リーンになった吸収液の比重と温度により推定することを特徴とする二酸化炭素回収装置。
【請求項８】
請求項１ないし７の何れかに記載の二酸化炭素回収装置において、
前記二酸化炭素リーンになった吸収液の組成を検出し、前記二酸化炭素リーンになった吸収液の組成を維持するため、前記二酸化炭素リーンになった吸収液の組成を計測する計測器および吸収液の濃度を調整する調整器をそなえたことを特徴とする二酸化炭素回収装置。
【請求項９】
二酸化炭素を含有するガスと二酸化炭素吸収液とを接触させて前記ガスから二酸化炭素を除去して吸収液を二酸化炭素リッチな状態とし、次いで二酸化炭素リッチになった前記吸収液を加熱することにより再生するとともに二酸化炭素を回収する方法において、
前記吸収液の一部を抜取り、前記抜取った吸収液を前記二酸化炭素吸収液との接触工程に還流させるようにした
ことを特徴とする二酸化炭素回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二酸化炭素の回収装置および方法に係わり、とくに排ガスを吸収液と接触させて二酸化炭素を分離回収する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、化石燃料の燃焼生成物である二酸化炭素の温室効果による地球温暖化の問題が大きくなっている。気候変動に関する国際連合枠組条約の京都議定書において、わが国の温室効果ガス排出削減の目標は、1990年比でマイナス６％を2008〜2012年の間に達成することになっている。
【０００３】
このような背景の中、大量の化石燃料を使用する火力発電所等を対象に、燃焼排ガスとアミン系吸収液とを接触させ、燃焼ガス中の二酸化炭素を分離回収する方法（アミン法）、および回収された二酸化炭素を大気中へ放出することなく貯蔵する方法が精力的に研究されている。
【０００４】
このような吸収液を用いて燃焼排ガスから二酸化炭素を分離回収する工程としては、吸収塔において燃焼ガスと吸収液とを接触させる工程、二酸化炭素を吸収した吸収液を再生塔において加熱し、二酸化炭素を吸収液から追い出すとともに吸収液を再生して吸収塔に循環し再使用するものがある（特許文献１）。
【特許文献１】特開2004-323339号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
二酸化炭素を分離回収する上記工程は、既設の発電設備等に付加して設置されるため、その運転コストをできるだけ低減させる必要がある。これまでの調査結果によると、発電量の20〜30%に相当するエネルギーが二酸化炭素の分離回収に必要とされている。
【０００６】
特に、前記再生工程は、二酸化炭素を吸収した吸収液から二酸化炭素を追出すのに多量の熱エネルギーを必要とすることから、いかに熱エネルギーを最小にするかが重要である。
【０００７】
本発明は上述の点を考慮してなされたもので、再生塔での吸収液の加熱エネルギーを低減し得る二酸化炭素の回収装置および方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的達成のため、本願は、次の装置および方法を提供するものである。
【０００９】
まず、装置の発明としては、
二酸化炭素を含有するガスと二酸化炭素吸収液とを接触させて前記ガスから二酸化炭素を除去する吸収塔と、再生加熱器を有し前記吸収塔で二酸化炭素を吸収して二酸化炭素リッチになった吸収液を加熱することにより再生する再生塔とをそなえ、前記再生塔で二酸化炭素を除去して二酸化炭素リーンになった吸収液を前記吸収塔で再利用するようにした二酸化炭素回収装置であって、
前記吸収塔から前記吸収液の一部を抜取り、前記抜取った吸収液を前記吸収塔の頂部に供給するラインを設けた
ことを特徴とする二酸化炭素回収装置、
を提供する。また、方法の発明としては、
二酸化炭素を含有するガスと二酸化炭素吸収液とを接触させて前記ガスから二酸化炭素を除去して吸収液を二酸化炭素リッチな状態とし、次いで二酸化炭素リッチになった前記吸収液を加熱することにより再生するとともに二酸化炭素を回収する方法において、
前記吸収液の一部を抜取り、前記抜取った吸収液を前記二酸化炭素吸収液との接触工程に還流させるようにした
ことを特徴とする二酸化炭素回収方法、
を提供する。
【００１０】
本願発明の発明者らは、次の知見に基づき発明を完成した。
【００１１】
すなわち、再生塔にはできるだけ多くの二酸化炭素を吸収したリッチ液を供給すること、再生塔で全ての二酸化炭素を吸収液から追出すことは多大の熱エネルギーが必要になることに着目した。そして、必要最小限の吸収液で目標とする二酸化炭素の量を吸収させることができれば、リッチ液の量が少なくなることから、再生熱量が少なくてすむことになる。併せて、リーン液中に二酸化炭素をある程度含んでいても、システムとしては結果的に再生エネルギー低減が可能であることを見出した。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は上述のように、必要最低限の吸収液量でもって、最大限の二酸化炭素を吸収でき、再生エネルギーを最小に制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して本発明の実施例につき説明する。
【００１４】
（実施例１）
図１を用いて本発明の第１の実施例を説明する。この第１の実施例は、二酸化炭素を含有するガス１４と二酸化炭素吸収液とを接触させて二酸化炭素を除去する吸収塔１と、二酸化炭素を吸収したリッチ溶液１５を再生加熱器３により再生する再生塔２と、再生塔２で二酸化炭素を除去したリーン溶液１６を吸収塔１で再利用するように構成されている。
【００１５】
そして、リッチ溶液１５を吸収塔１から再生塔２に送るためにポンプ１１が、また再生塔２から吸収塔１にリーン溶液１６を送るためにポンプ１０が設けられている。この際、リッチ溶液１５、リーン溶液１６は、熱交換器７，８で熱交換される。例えば、熱交換器８と吸収塔１とを結ぶ配管には、化学吸収液であるアミン液のタンク１１０および水のタンク１２０が接続されていてもよい。
【００１６】
また、再生塔２から排出される二酸化炭素ガスは、吸収液とともに熱交換器９を介して気液分離器４に送られ排出ガス６から二酸化炭素ガスが外部に回収されるとともに、吸収液は気液分離器４からポンプ１２を介して再生塔２に還流される。
【００１７】
また、この回収装置は、吸収塔１から吸収液の一部１４を抜出し、抜出した吸収液１４を吸収塔１の頂部に供給するラインを備える。吸収塔１から抜き出す量は、吸収液全体の１０ないし３０％程度が適当である。
【００１８】
通常、吸収塔１で二酸化炭素を吸収したリッチ液１５は、再生塔２で再生したリーン液１６と熱交換器７で熱交換した後、再生塔２へ供給される。この場合、リッチ液１５は、未だ二酸化炭素を十分に吸収する能力を持っていながら、再生塔２へ供給されることになる。この結果、二酸化炭素の単位質量当りでは多量の吸収液を使用することになり、再生エネルギーが大きくなる。
【００１９】
この対策として、吸収塔１内の吸収液の一部を流量制御ポンプ１３により吸収塔１の頂部に戻すことにより、吸収液質量／ガス量は最適値でもって、リッチ液１５中の二酸化炭素量を高めることができる。
【００２０】
（実施例２）
図２は本発明の第２の実施例を示している。この実施例は、吸収塔１内の吸収液の一部を吸収塔１の頂部への戻す場合の戻し量を制御するものである。この制御を行うため、吸収塔１の出口には、二酸化炭素ガスの濃度を検出するためのセンサ１００が設けられており、このセンサ１００の検出値に基づいて吸収塔１への戻し量制御が行われる。ここで、センサ１００は、例えばリッチ液１５のＰＨ値、比重および温度を検出するものである。
【００２１】
吸収塔１の出口５におけるリッチ液１５中の二酸化炭素量が、事前に調べた吸収液の二酸化炭素量に設定した領域から外れているかを計測器１７で判定し、設定域から外れた場合には制御器１８より吸収塔１からの液供給ライン２１による吸収液の液２２の量を制御し、リッチ液１５中の二酸化炭素量が設定領域内に収まるようにする。
【００２２】
すなわち、リッチ液１５中の二酸化炭素量が設定領域より小さい場合には吸収液の戻し量を増やし、逆にリッチ液１５中の二酸化炭素量が設定領域より大きい場合には吸収液の戻し量を減らすことになる。
【００２３】
ここで、リッチ液１５中の二酸化炭素量の計測を(a)リッチ液１５のＰＨ値と温度で行う方法、(b)リッチ液１５の比重と温度で行う方法、(c)吸収塔入口１４におけるガス中の二酸化炭素濃度、および吸収塔出口５におけるガス中の二酸化炭素濃度およびリーン液１６中の二酸化炭素量を検出し、演算器１７により吸収塔入口１４と吸収塔出口５から求めた吸収塔１で吸収した二酸化炭素量とリーン液１６中の二酸化炭素流量の和で以って吸収塔出口におけるリッチ液中の二酸化炭素量を求める。ここで、リーン液１６中の二酸化炭素量は、上記(a)又は(b)の方法で計測する。
【００２４】
（実施例３）
図３は、本発明の第３の実施例の構成を示す接続図である。この実施例３は、次の知見に基づくものである。すなわち、再生塔２で液中の二酸化炭素を全て放出すると、必要とするエネルギー量の割には回収できる二酸化炭素量が少ない。このことから、再生塔２で再生した吸収液中に少量の二酸化炭素が含まれていた方が、二酸化炭素回収の再生エネルギー評価としては好ましいことになる。
【００２５】
この知見に基づく第３の実施例は、図３に示すように、再生塔２から吸収塔１に供給するリーン液１６中の二酸化炭素量を制御するようにしたものである。制御法としては、リーン液１６中の二酸化炭素量が設定領域になるように、再生塔２に供給する熱エネルギー３を制御する。
【００２６】
すなわち、リーン液１６中の二酸化炭素量が設定領域より小さい場合は熱エネルギー３を小さく、逆にリーン液１６中の二酸化炭素量が設定領域より大きい場合は熱エネルギー３を大きくする。ここで、リーン液１６中の二酸化炭素量の計測は、(a)リーン液１６のＰＨ値と温度、または(b)リーン液１６の比重と温度、で行う。
【００２７】
（実施例４）
図４は、本発明の第４の実施例の構成を示す接続図である。上述の二酸化炭素分離回収装置において、長期運転においては吸収液の組成は副産物の生成、蒸気圧による飛散（主に水）等により変化することが考えられる。
【００２８】
そこで、第４の実施例では、吸収液の組成を維持するため、図４に示すように組成を維持するための液供給装置２０を設けた。この第４の実施例では、吸収塔１入口のリーン液１６の組成を計測器１７で計測し、その計測結果が演算器１８で所定の液組成から外れている場合には、供給液に成分と供給量を液供給装置２０に指示を出し、液供給装置２０から指令に応じて液をライン２１から供給する。
【００２９】
図４では、吸収塔１入口で吸収液の組成が設計値に合うように制御した例を示しているが、この位置に限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本提案を説明する二酸化炭素回収装置の例を示す接続図。
【図２】本提案の実施例を説明するシステム構成を示す接続図。
【図３】本提案の実施例を説明するシステム構成を示す接続図。
【図４】本提案の実施例を説明するシステム構成を示す接続図。
【符号の説明】
【００３１】
１  吸収塔、２  再生塔、３  再生塔供給熱エネルギー、４  気液分離器、
５  吸収塔排出ガス、６  再生塔排出ガス、７，８，９  熱交換器、
１０，１１，１２，１３  ポンプ、１４  吸収塔入口ガス、１５  リッチ液、
１６  リーン液、１７  二酸化炭素量計測器、１８  制御器、２０  液供給装置、
２１  液供給ライン、１００  センサ、１１０  アミン液タンク、１２０  水タンク。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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