(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＯ２を含む複数成分の処理対象ガスからＣＯ２を分離回収するＣＯ２回収装置であって、
前記処理対象ガスにＣＯ２−アミン吸収液であるＣＯ２吸収液を接触させて前記処理対象ガス中のＣＯ２を吸収するＣＯ２吸収塔と、
前記ＣＯ２吸収塔に連通され、該ＣＯ２吸収塔から払い出されるＣＯ２リッチ状態のＣＯ２吸収液に水蒸気を接触させて該ＣＯ２吸収液からＣＯ２を分離させる気泡槽と、
該気泡槽に連通され、気泡槽から払い出されるＣＯ２吸収液を加熱して該ＣＯ２吸収液からＣＯ２を分離させるリボイラと、
前記気泡槽と前記リボイラとを連通し、前記リボイラ内でＣＯ２吸収液を加熱するときに生じるＣＯ２と水蒸気を前記気泡槽内のＣＯ２吸収液中へ導くガス供給配管と、
を備え、
前記気泡槽は、内部に所定高さまで前記ＣＯ２吸収液が貯留され、該ＣＯ２吸収液の液面より下方位置に形成された吸収液入口に前記ＣＯ２吸収塔と連通される吸収液払い出し配管が接続され、塔頂部から前記ガス供給配管が下方に向けて挿入されて該ガス供給配管の先端が前記ＣＯ２吸収液の液面よりも下方へ達するように配置され、前記塔頂部に形成されたガス出口にＣＯ２払い出し配管が接続され、槽底部に形成された吸収液出口に前記リボイラへ延びる吸収液払い出し配管が接続され、
前記リボイラは、内部に前記ＣＯ２吸収液を加熱する加熱用コイルが組み込まれ、上部に形成されたガス出口に前記ガス供給配管が接続され、底部に形成された吸収液出口に前記ＣＯ２吸収塔と連通される吸収液戻し配管が接続されていることを特徴とするＣＯ２回収装置。
【請求項２】
ＣＯ２を含む複数成分の処理対象ガスからＣＯ２を分離回収するＣＯ２回収装置であって、
前記処理対象ガスにＣＯ２−アミン吸収液であるＣＯ２吸収液を接触させて前記処理対象ガス中のＣＯ２を吸収するＣＯ２吸収塔と、
前記ＣＯ２吸収塔に連通され、該ＣＯ２吸収塔から払い出されるＣＯ２リッチ状態のＣＯ２吸収液に水蒸気を接触させて該ＣＯ２吸収液からＣＯ２を分離させる気泡槽と、
該気泡槽に連通され、気泡槽から払い出されるＣＯ２吸収液を加熱して該ＣＯ２吸収液からＣＯ２を分離させるリボイラと、
前記気泡槽と前記リボイラとを連通し、前記リボイラ内でＣＯ２吸収液を加熱するときに生じるＣＯ２と水蒸気を前記気泡槽内のＣＯ２吸収液中へ導くガス供給配管と、
を備え、
前記気泡槽は、内部に所定高さまで前記ＣＯ２吸収液が貯留され、該ＣＯ２吸収液の液面より下方位置に形成された吸収液入口に前記ＣＯ２吸収塔と連通される吸収液払い出し配管が接続され、塔頂部から前記ガス供給配管が下方に向けて挿入されて該ガス供給配管の先端が前記ＣＯ２吸収液の液面よりも下方へ達するように配置され、前記塔頂部に形成されたガス出口にＣＯ２払い出し配管が接続され、槽底部に形成された吸収液出口に前記リボイラへ延びる吸収液払い出し配管が接続され、
前記リボイラは、内部に前記ＣＯ２吸収液を加熱する加熱用コイルが組み込まれ、上部に形成されたガス出口に前記ガス供給配管が接続され、底部に形成された吸収液出口に吸収液戻し配管が接続され、
前記リボイラの後段には、該リボイラに前記吸収液戻し配管を通して連通され、リボイラから払い出されるＣＯ２吸収液を加熱して該ＣＯ２吸収液からＣＯ２を分離させるとともに、ＣＯ２が分離されたＣＯ２吸収液を、底部に接続されたリーン吸収液戻し配管を介してＣＯ２吸収塔へ戻す補助リボイラが配備されていることを特徴とするＣＯ２回収装置。
【請求項３】
前記リボイラと前記補助リボイラとを連通し、前記補助リボイラ内でＣＯ２吸収液を加熱するときに生じるＣＯ２と水蒸気を前記リボイラへ導くガス移送管を備えることを特徴とする請求項２に記載のＣＯ２回収装置。
【請求項４】
ＣＯ２を含む複数成分の処理対象ガスからＣＯ２を分離回収するＣＯ２回収方法であって、
ＣＯ２吸収塔にて前記処理対象ガスにＣＯ２−アミン吸収液であるＣＯ２吸収液を接触させて前記処理対象ガス中のＣＯ２を吸収する工程と、
前記ＣＯ２吸収塔に連通される気泡槽にて、前記ＣＯ２吸収塔から払い出されるＣＯ２リッチ状態のＣＯ２吸収液に水蒸気を接触させて該ＣＯ２吸収液からＣＯ２を分離させる第１のＣＯ２分離工程と、
該気泡槽に連通されるリボイラにて、気泡槽から払い出されるＣＯ２吸収液を加熱して該ＣＯ２吸収液からＣＯ２を分離させる第２のＣＯ２分離工程とを備え、
前記第１のＣＯ２分離工程では、前記気泡槽の内部に所定高さまで前記ＣＯ２吸収液が貯留され、前記気泡槽の吸収液入口に接続された吸収液払い出し配管を介して前記ＣＯ２吸収塔からＣＯ２リッチ状態のＣＯ２吸収液を前記気泡槽内に供給し、前記リボイラと連通されて前記気泡槽の塔頂部に挿入されてＣＯ２吸収液の液面よりも下方に位置するガス供給配管先端から水蒸気およびＣＯ２を供給してＣＯ２リッチ状態のＣＯ２吸収液からＣＯ２を分離させ、前記気泡槽の塔頂部のガス出口に接続されたＣＯ２払い出し配管からＣＯ２を払い出し、前記気泡槽の槽底部の吸収液出口に接続された吸収液払い出し配管から前記リボイラに向けてＣＯ２吸収液を払い出し、
前記第２のＣＯ２分離工程では、前記気泡槽から前記リボイラに供給されたＣＯ２吸収液を前記リボイラの内部に組み込んだ加熱用コイルで加熱してＣＯ２吸収液を分解してＣＯ２吸収液をＣＯ２リーン状態とするとともに該ＣＯ２吸収液から水蒸気およびＣＯ２を生じさせ、前記リボイラの上部のガス出口に接続された前記ガス供給配管から水蒸気およびＣＯ２を前記気泡槽に向けて払い出し、前記リボイラの底部の吸収液出口に接続された吸収液戻し配管からＣＯ２リーン状態のＣＯ２吸収液を前記ＣＯ２吸収塔へ向けて払い出すことを特徴とするＣＯ２回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＣＯ２回収装置及び回収方法におけるアミン炭酸塩の再生に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高炉ガス、ボイラ排ガス、天然ガス、石油分解ガスなどでＣＯ２を回収する場合、モノエタノールアミン（ＭＥＡ）などのＣＯ２吸収液を用い、まず吸収塔でＣＯ２を吸収させ、このＣＯ２吸収液を再生塔まで導き、水蒸気に接触させてＣＯ２を放散させて再生し、以下これを繰り返しながら循環使用する技術が知られている。
例えば、下記の特許文献１に記載されている技術である。
【０００３】
ここで、図４を参照しながら、従来のアミン炭酸塩の再生について説明する。
この図において、符号１０１はＣＯ２吸収塔、１０２は再生塔を示す。
ＣＯ２を含む処理対象ガスを、配管１１１を介してＣＯ２吸収塔１０１の内部に塔底部から流入させる。ＣＯ２吸収塔１０１では、処理対象ガスが塔内の充填槽にて、塔頂部から給液されたアミン炭酸塩からなるＣＯ２吸収液と接触し、発熱反応を伴いながらガス中のＣＯ２がＣＯ２吸収液に吸収される。ＣＯ２を吸収してＣＯ２濃度が濃くリッチ状態となったＣＯ２吸収液は、熱交換器１１２ａが介装された配管１１２を介して、ＣＯ２吸収塔１０１から再生塔１０２へ送られる。
【０００４】
再生塔１０２では、ＣＯ２吸収液は、塔底部に設置されたリボイラ１１３から加えられる水蒸気のエネルギーにより分解される。このとき、生じるＣＯ２は水蒸気とともに、塔頂部から配管１１４を介して凝縮器１１４ａへ送られる。凝縮器１１４ａでは、水蒸気が凝縮・分離される。凝縮された水蒸気は液体の状態で、気液分離槽を兼ねたタンク１１５の底部からポンプ１１６ａにより配管１１６を介して再生塔１０２へ戻される。また、ＣＯ２はタンク１１５の塔頂部から系外に払い出される。
このように再生塔１０２では、水蒸気がアミン炭酸塩からなるＣＯ２吸収液の分解する機能、ＣＯ２吸収液へ顕熱を供給する機能、およびＣＯ２を再生塔から外部へ運び出す機能の３つの機能を果たす。
【０００５】
再生塔１０２内で分解されて、ＣＯ２濃度が薄くリーン状態となったＣＯ２吸収液は、塔底部から、熱交換器１１２ａ、ポンプ１１７ａ、熱交換器１１７ｂがそれぞれ介装された配管１１７を介してＣＯ２吸収塔１０１へ戻される。
なお、ＣＯ２吸収塔１０１では、ＣＯ２が除去された処理対象ガスが配管１１８を介して外部へ払い出される。
なお、図４の再生塔１０２には、一般的に充填槽を利用した充填塔が用いられるが、その他、泡鐘槽を利用した泡鐘搭が用いられることもある。
【０００６】
次に、図５を用いて従来技術の再生塔１０２内の様子を説明する。
蒸留の場合は、ｘ−ｙチャートを用い、トレー塔などの段数計算に利用される。ここでは、ｘ−ｙチャートの代わりにＣ−ｙチャートを用いる。Ｃはローディングであり、単位はｍｏｌＣＯ２／ｍｏｌアミンである。ｙはガス中のＣＯ２分圧であり、単位はｍｏｌｆｒである。
【０００７】
再生塔１０２の上部には、ＣＯ２吸収塔１０１からＣＯ２リッチ状態となったＣＯ２吸収液が流入する。このＣＯ２吸収液の状態を図４、図５において符号Ａで示す。このＣＯ２リッチ状態のＣＯ２吸収液は、再生塔１０２内を下降しながらＣＯ２を放散し、次第に再生塔の操作線１２０に沿ってＣＯ２濃度が下がりＢの状態になる。そして、Ｂの状態のＣＯ２吸収液はリボイラ１１３に至り、ここで加熱されることでＣＯ２濃度がさらに下がりＣの状態に至る。すなわち、ＣＯ２吸収液はＣＯ２濃度が薄くリーン状態となる。
ここで、ＣＯ２吸収液がＢの状態からＣの状態に至るとき、リボイラ１１３の段効率が１００％であるから、Ｂから水平線となって延びる物質収支線１２１と、Ｃから垂直へ立ち上がる垂直線１２２とは、ＣＯ２−アミン吸収液（ＣＯ２吸収液）の気液平衡線１２３で交わる。この点が図５においてＤである。
【０００８】
ここで操作線について説明を行う。
ＣＯ２吸収液中のＣＯ２濃度変化をｄＣ、水蒸気中のＣＯ２濃度変化をｄｙとすると、  ＣＯ２吸収液が失うＣＯ２量と水蒸気が得るＣＯ２量は等しいから（１）式が成立する。
【０００９】
【数１】
0005542753.tif 000002
【００１０】
したがって、操作線の傾きｄｙ／ｄＣは液ガス化比Ｌ／Ｖに等しい。
もし、水蒸気が凝縮を伴わない場合は、操作線１２４のように直線となる。
しかし、実際には、アミン炭酸塩の分解及び液顕熱変化に起因して水蒸気の凝縮が起こるため、操作線１２０のような下に凸の曲線となる。なお、操作線１２５は仮想曲線であり、操作線１２０と１２５で、全体の操作線を表す。
【００１１】
次に、式２にＨＴＵ（総括移動高さ）とＮＴＵ（総括移動単位数）の式を示す。
【００１２】
【数２】
0005542753.tif 000003
【００１３】
微分区間において操作線と平衡線は直線とみなせるので、微分区間では、（３）式が成立する
【００１４】
【数３】
0005542753.tif 000004
【００１５】
充填槽におけるＮＴＵ合計量は（４）式となる。
【００１６】
【数４】
0005542753.tif 000005
【００１７】
【数５】
0005542753.tif 000006
【００１８】
従来法においては（２）〜（５）式を用いて規則充填物のＨＴＵ＝２〜３ｍを得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２００５−２５４２１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
上述した従来のＣＯ２回収装置では、ＣＯ２吸収液の再生に再生塔を用いており、再生塔は高さが１０ｍにも達するものもあるため、装置全体が大型化する、あるいは建設コストが嵩むという問題があった。
【００２１】
本発明者らは、鋭意研究を行った結果、分解反応を伴う蒸留系において、比揮発度が５以上の吸収液を使用した場合に、再生塔を必要とすることなく吸収液の再生が可能なことを見出した。
すなわち、比揮発度の大きい吸収液を使用する場合には再生塔の負荷が小さくなるため、この性質を利用し、再生塔を必要とすることなく、かつデルタローディングを損なわずにＣＯ２を回収することを見出した。
【００２２】
ここで、デルタローディング及び比揮発度を、以下のように定義する。
本明細書では、吸収塔から再生手段（ＣＯ２吸収液再生手段）へ送られる、ＣＯ２を多量に含むＣＯ２吸収液をリッチ状態のＣＯ２吸収液と言い、このときのＣＯ２濃度をリッチローディング（以下ＣＲ）という。
これに対し、再生手段から吸収塔へ送られる、ＣＯ２を少量含むＣＯ２吸収液をリーン状態のＣＯ２吸収液と言い、このときのＣＯ２濃度をリーンローディング（以下ＣＬ）という。
このリッチローディングとリーンローディングの差をデルタローディング（以下、dＣ）と定義する。
【００２３】
なお、再生塔を循環するＣＯ２吸収液循環量はデルタローディングで決定される。
また、ある成分の分圧Ｐとその成分の液中濃度ｘについてＰ／ｘで表される値を揮発度といい、２成分の揮発度ｋ１，ｋ２に対してｋ１／ｋ２と表される値を比揮発度と定義する。
【００２４】
すなわち、本発明は、高い比揮発度のＣＯ２吸収液を利用することにより、再生塔を必要とすることなく、ＣＯ２吸収液の再生が可能なものであって、装置の小型化が図れ、しかも建設コストを削減することができるＣＯ２回収装置及び回収方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の請求項１に係るＣＯ２回収装置は、ＣＯ２を含む複数成分の処理対象ガスからＣＯ２を分離回収するＣＯ２回収装置であって、前記処理対象ガスにＣＯ２−アミン吸収液であるＣＯ２吸収液を接触させて前記処理対象ガス中のＣＯ２を吸収するＣＯ２吸収塔と、前記ＣＯ２吸収塔に連通され、該ＣＯ２吸収塔から払い出されるＣＯ２リッチ状態のＣＯ２吸収液に水蒸気を接触させて該ＣＯ２吸収液からＣＯ２を分離させる気泡槽と、該気泡槽に連通され、気泡槽から払い出されるＣＯ２吸収液を加熱して該ＣＯ２吸収液からＣＯ２を分離させるリボイラと、前記気泡槽と前記リボイラとを連通し、前記リボイラ内でＣＯ２吸収液を加熱するときに生じるＣＯ２と水蒸気を前記気泡槽内のＣＯ２吸収液中へ導くガス供給配管と、を備え、前記気泡槽は、内部に所定高さまで前記ＣＯ２吸収液が貯留され、該ＣＯ２吸収液の液面より下方位置に形成された吸収液入口に前記ＣＯ２吸収塔と連通される吸収液払い出し配管が接続され、塔頂部から前記ガス供給配管が下方に向けて挿入されて該ガス供給配管の先端が前記ＣＯ２吸収液の液面よりも下方へ達するように配置され、前記塔頂部に形成されたガス出口にＣＯ２払い出し配管が接続され、槽底部に形成された吸収液出口に前記リボイラへ延びる吸収液払い出し配管が接続され、前記リボイラは、内部に前記ＣＯ２吸収液を加熱する加熱用コイルが組み込まれ、上部に形成されたガス出口に前記ガス供給配管が接続され、底部に形成された吸収液出口に前記ＣＯ２吸収塔と連通される吸収液戻し配管が接続されていることを特徴とする。
【００２６】
上記ＣＯ２回収装置によれば、ＣＯ２吸収塔にて、ＣＯ２を回収しようとする処理対象ガスがＣＯ２吸収液に接触すると処理対象ガス中のＣＯ２が吸収収される。また、ＣＯ２吸収塔内のＣＯ２リッチ状態のＣＯ２吸収液は気泡槽へ導かれる。ここでは、水蒸気が接触してＣＯ２吸収液からＣＯ２が分離される。また、気泡槽内のＣＯ２吸収液はリボイラへ導かれる。ここでは、ＣＯ２吸収液が加熱されてＣＯ２吸収液からＣＯ２が分離される。また、リボイラ内でＣＯ２吸収液が加熱されるときに生じるＣＯ２と水蒸気は、ガス供給配管を介して気泡槽内のＣＯ２吸収液中へ導かれる。このように気泡槽とリボイラの組み合わせによって、再生塔を必要とすることなく、ＣＯ２吸収液の再生が可能となる。
【００２７】
また、本発明の請求項２に係るＣＯ２回収装置は、ＣＯ２を含む複数成分の処理対象ガスからＣＯ２を分離回収するＣＯ２回収装置であって、前記処理対象ガスにＣＯ２−アミン吸収液であるＣＯ２吸収液を接触させて前記処理対象ガス中のＣＯ２を吸収するＣＯ２吸収塔と、前記ＣＯ２吸収塔に連通され、該ＣＯ２吸収塔から払い出されるＣＯ２リッチ状態のＣＯ２吸収液に水蒸気を接触させて該ＣＯ２吸収液からＣＯ２を分離させる気泡槽と、該気泡槽に連通され、気泡槽から払い出されるＣＯ２吸収液を加熱して該ＣＯ２吸収液からＣＯ２を分離させるリボイラと、前記気泡槽と前記リボイラとを連通し、前記リボイラ内でＣＯ２吸収液を加熱するときに生じるＣＯ２と水蒸気を前記気泡槽内のＣＯ２吸収液中へ導くガス供給配管と、を備え、前記気泡槽は、内部に所定高さまで前記ＣＯ２吸収液が貯留され、該ＣＯ２吸収液の液面より下方位置に形成された吸収液入口に前記ＣＯ２吸収塔と連通される吸収液払い出し配管が接続され、塔頂部から前記ガス供給配管が下方に向けて挿入されて該ガス供給配管の先端が前記ＣＯ２吸収液の液面よりも下方へ達するように配置され、前記塔頂部に形成されたガス出口にＣＯ２払い出し配管が接続され、槽底部に形成された吸収液出口に前記リボイラへ延びる吸収液払い出し配管が接続され、前記リボイラは、内部に前記ＣＯ２吸収液を加熱する加熱用コイルが組み込まれ、上部に形成されたガス出口に前記ガス供給配管が接続され、底部に形成された吸収液出口に吸収液戻し配管が接続され、前記リボイラの後段には、該リボイラに前記吸収液戻し配管を通して連通され、リボイラから払い出されるＣＯ２吸収液を加熱して該ＣＯ２吸収液からＣＯ２を分離させるとともに、ＣＯ２が分離されたＣＯ２吸収液を、底部に接続されたリーン吸収液戻し配管を介してＣＯ２吸収塔へ戻す補助リボイラが配備されていることを特徴とする。
この場合、リボイラ内のＣＯ２吸収液は補助リボイラへ導かれる。ここでは、ＣＯ２吸収液が加熱されてＣＯ２吸収液からＣＯ２が分離される。これにより、リッチ状態のＣＯ２吸収液のＣＯ２濃度がより濃くなり、もって、大きなデルタローディングが得られる。
【００２８】
また、本発明の請求項３に係るＣＯ２回収装置は、前記リボイラと前記補助リボイラとを連通し、前記補助リボイラ内でＣＯ２吸収液を加熱するときに生じるＣＯ２と水蒸気を前記リボイラへ導くガス移送管を備えることを特徴とする。
この場合、補助リボイラ内でＣＯ２吸収液が加熱されるときに生じるＣＯ２と水蒸気は、専用のガス移送管を介してリボイラへ導かれる。このように、補助リボイラから生じる気体が専用のガス移送管を介してリボイラへ導かれるため、ガス移送管を有さず、リボイラから補助リボイラへＣＯ２吸収液を移送する配管と、逆に補助リボイラからリボイラへＣＯ２等の気体を移送する配管を共用する場合に比べ、それら媒体の移送効率が良くなり、その分、リッチ状態のＣＯ２吸収液のＣＯ２濃度がより一層濃くなる。
【００２９】
また、本発明の請求項４に係るＣＯ２回収方法は、ＣＯ２を含む複数成分の処理対象ガスからＣＯ２を分離回収するＣＯ２回収方法であって、ＣＯ２吸収塔にて前記処理対象ガスにＣＯ２−アミン吸収液であるＣＯ２吸収液を接触させて前記処理対象ガス中のＣＯ２を吸収する工程と、前記ＣＯ２吸収塔に連通される気泡槽にて、前記ＣＯ２吸収塔から払い出されるＣＯ２リッチ状態のＣＯ２吸収液に水蒸気を接触させて該ＣＯ２吸収液からＣＯ２を分離させる第１のＣＯ２分離工程と、該気泡槽に連通されるリボイラにて、気泡槽から払い出されるＣＯ２吸収液を加熱して該ＣＯ２吸収液からＣＯ２を分離させる第２のＣＯ２分離工程とを備え、前記第１のＣＯ２分離工程では、前記気泡槽の内部に所定高さまで前記ＣＯ２吸収液が貯留され、前記気泡槽の吸収液入口に接続された吸収液払い出し配管を介して前記ＣＯ２吸収塔からＣＯ２リッチ状態のＣＯ２吸収液を前記気泡槽内に供給し、前記リボイラと連通されて前記気泡槽の塔頂部に挿入されてＣＯ２吸収液の液面よりも下方に位置するガス供給配管先端から水蒸気およびＣＯ２を供給してＣＯ２リッチ状態のＣＯ２吸収液からＣＯ２を分離させ、前記気泡槽の塔頂部のガス出口に接続されたＣＯ２払い出し配管からＣＯ２を払い出し、前記気泡槽の槽底部の吸収液出口に接続された吸収液払い出し配管から前記リボイラに向けてＣＯ２吸収液を払い出し、前記第２のＣＯ２分離工程では、前記気泡槽から前記リボイラに供給されたＣＯ２吸収液を前記リボイラの内部に組み込んだ加熱用コイルで加熱してＣＯ２吸収液を分解してＣＯ２吸収液をＣＯ２リーン状態とするとともに該ＣＯ２吸収液から水蒸気およびＣＯ２を生じさせ、前記リボイラの上部のガス出口に接続された前記ガス供給配管から水蒸気およびＣＯ２を前記気泡槽に向けて払い出し、前記リボイラの底部の吸収液出口に接続された吸収液戻し配管からＣＯ２リーン状態のＣＯ２吸収液を前記ＣＯ２吸収塔へ向けて払い出すことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
本願の請求項１に係る発明によれば、再生塔を用いることなく、気泡槽とリボイラによって、ＣＯ２吸収液の再生が可能となる。また、再生塔を用いる場合に比べ、装置全体の小型化が図れ、かつ建設コストを削減することができる。
【００３１】
本願の請求項２に係る発明によれば、リッチ状態のＣＯ２吸収液のＣＯ２濃度をより濃くすることができ、これにより、大きなデルタローディングを得ることができる。
【００３２】
本願の請求項３に係る発明によれば、リッチ状態のＣＯ２吸収液のＣＯ２濃度をより一層濃くすることができ、これにより、より大きなデルタローディングを得ることができる。
【００３３】
本願の請求項４に係る発明によれば、本願発明に係るＣＯ２回収装置を用いたＣＯ２回収方法が好適に実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係るＣＯ２回収装置の第１実施形態を示す構成図である。
【図２】本発明の実施形態の気泡槽及びリボイラ内のＣＯ２吸収液の様子を可視化したＣ−ｙチャートである。
【図３】本発明に係るＣＯ２回収装置の第２実施形態を示す構成図である。
【図４】従来のＣＯ２回収装置の一例を示す構成図である。
【図５】従来の再生塔内のＣＯ２吸収液の様子を可視化したＣ−ｙチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下に添付する図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態を説明する。
〈第１実施形態〉
図１は本発明に係るＣＯ２回収装置の第１実施形態を示す。図において符号１はＣＯ２吸収塔を示す。このＣＯ２吸収塔１の塔底部には原料ガス入口１Ａと、ＣＯ２リッチ状態のＣＯ２吸収液を払い出すリッチ吸収液出口１Ｂが形成されている。原料ガス入口１Ａには原料ガス供給配管２が接続され、リッチ吸収液出口１Ｂにはリッチ吸収液払い出し配管３が接続されている。ＣＯ２吸収塔１の塔頂部にはＣＯ２リーン状態のＣＯ２吸収液を戻し入れるリーン吸収液入口１Ｃと、原料ガス出口１Ｄが形成されている。リーン吸収液入口１Ｃにはリーン吸収液戻し配管４が接続され、原料ガス出口１Ｄには原料ガス払い出し管５が接続されている。原料ガス払い出し管５には処理ガスコンデンセートクーラ６が介装されている。
【００３６】
ＣＯ２吸収塔１では、リーン吸収液入口１Ｃから供給されるリッチ状態のＣＯ２吸収液が塔内の充填層を下方へ通過する際に、原料ガス入り口１Ａから供給される原料ガス（処理対象ガス）と接触し、発熱反応を伴いながら原料ガス中のＣＯ２を吸収してリッチ状態のＣＯ２吸収液になる。そして、このリッチ状態のＣＯ２吸収液はリッチ吸収液出口１Ｂから払い出される。また、ＣＯ２を分離された原料ガスは原料ガス出口１Ｄから払い出される。
なお、ここではリーン吸収液、リッチ吸収液はそれぞれＣＯ２濃度を基準とするものであり、ＣＯ２が所定濃度未満となっているＣＯ２吸収液をリーン吸収液、ＣＯ２が所定濃度以上となっているＣＯ２吸収液をリッチ吸収液と呼ぶ。
【００３７】
ＣＯ２吸収塔１から延びるリッチ吸収液払い出し配管３は、ポンプ３Ａ及び熱交換器７を介装されて、その先端が気泡槽８へ接続される。気泡槽８には、所定高さまでＣＯ２吸収液が貯留される。
気泡槽８の略中央であってリッチ吸収液の液面より下方位置にはリッチ吸収液入口８Ａが形成され、このリッチ吸収液入口８Ａには前記リッチ吸収液払い出し配管３が接続されている。気泡槽８の塔頂部にはガス出口８Ｂが形成され、このガス出口８ＢにはＣＯ２払い出し配管９が接続されている。ＣＯ２払い出し配管９には、ＣＯ２コンデンセートクーラ１０並びに電磁弁１１が気泡槽８から先端側へ向けて順に介装されている。
【００３８】
気泡槽８の槽底部には吸収液出口８Ｃが形成され、吸収液出口８Ｃには吸収液払い出し配管１２が接続されている。吸収液払い出し配管１２の先端はリボイラ１３に接続されている。また、気泡槽８にはリボイラ１３の頂部から延びるガス供給配管１４が、気泡槽８の頂部から下方に向けて挿入され、その先端１４ＡがＣＯ２吸収液の液面より下がって底部近傍にまで達するように配置されている。
【００３９】
気泡槽８では、ガス供給配管の先端１４Ａから供給される蒸気及びＣＯ２ガスが、ＣＯ２吸収液中を上昇することによって、気泡槽８の内部に貯留されたリッチ状態のＣＯ２吸収液からＣＯ２の分解が促進される。つまり、気泡槽８では、ガス供給配管の先端１４Ａから供給されるガスによるバブリング効果によってＣＯ２の分解が促進される。分解されたＣＯ２はキャリアスチームとして作用する水蒸気とともに、ＣＯ２払い出し配管９を介して気泡槽８の外部へ排出される。
【００４０】
リボイラ１３では内部に加熱用コイル１３Ａが組み込まれており、この加熱用コイル１３Ａに蒸気配管１５から水蒸気が供給されると、リボイラ内に貯留されているＣＯ２吸収液であるアミン炭酸塩が分解され、ＣＯ２及び水蒸気が生じるとともに、ＣＯ２吸収液はリーン状態となる。ＣＯ２と水蒸気はリボイラ１３の上部のガス出口１３Ｂに接続されたガス供給配管１４を介して前記気泡槽８へ送られる。また、リーン状態のＣＯ２吸収液は、リボイラ１３の底部の吸収液出口１３Ｃに接続されたリーン吸収液戻し配管４から該リーン吸収液戻し配管４に介装されたポンプ４Ａによってリボイラ１３の外部へ払い出される。
【００４１】
リボイラ１３から延びるリーン吸収液戻し配管４の先端は前記ＣＯ２吸収塔１へ接続されている。リーン吸収液戻し配管４とリッチ吸収液払い出し配管３とが交差する箇所にはリーン状態のＣＯ２吸収液の熱によってリッチ状態のＣＯ２吸収液を加熱する前記熱交換器７が介装され、さらにリーン吸収液払い出し配管の熱交換器７よりもＣＯ２吸収塔１側にはアフタークーラ１６が介装されている。
【００４２】
次に、前記ＣＯ２回収装置の作用について説明する。
なお、ここでは、比揮発度が５以上のＣＯ２吸収液を使用するのが前提である。
処理対象である原料ガスは、原料ガス供給配管２内を流れてＣＯ２吸収塔１に流入し、ＣＯ２吸収塔１の塔頂部にリーン吸収液戻し配管４から供されるリーン状態のＣＯ２吸収液と塔内の充填槽で接触し、発熱反応を伴いながら、ＣＯ２吸収液によってＣＯ２を吸収される。
ＣＯ２を除去された原料ガスは、塔頂部から原料ガス払い出し管５を介して塔外へ払い出される。このとき、処理ガスコンデンセートクーラ６によって所定温度まで冷却される。
【００４３】
一方、ＣＯ２を吸収してリッチ状態となったＣＯ２吸収液は、ポンプ３Ａによって昇圧されてリッチ吸収液払い出し配管３内を流れ、熱交換器７を介してリーン状態のＣＯ２吸収液により加熱された後、気泡槽８まで移送される。ここで、リッチ状態のＣＯ２吸収液は、リボイラ１３からガス供給配管１４を介して供されるＣＯ２と水蒸気とが混合した気泡により攪拌されながら加熱されることとなり、このときのバブリング効果によってＣＯ２の分解が促進される。分解されたＣＯ２は、リボイラ１３から供されるキャリア作用をなす水蒸気とともにＣＯ２払い出し配管９を通じて槽外へ払い出される。そして、払い出されたＣＯ２は、ＣＯ２コンデンセートクーラ１０によって所定温度まで冷却された後、所定箇所まで移送される。
なお、気泡槽８から槽外へ払い出された水蒸気分は、図示しない水供給管から液体の形で気泡槽８あるいはリボイラ１３内に補給される。
【００４４】
一方、気泡槽８内のＣＯ２吸収液は、吸収液払い出し配管１２を通じてリボイラ１３へ移送される。リボイラ１３では、前記気泡槽８にて分解されなかった残りのアミン炭酸塩が、水蒸気を熱源とする加熱用コイル１３Ａの熱によって分解される。このリボイラ１３における分解率は１００％近くになる。ここで発生するＣＯ２と水蒸気は、前述したようにガス供給配管１４を通じて前記気泡槽８のＣＯ２吸収液の液中まで移送される。一方、分解されて濃度が所定値未満となったリーン状態のＣＯ２吸収液は、ポンプ４Ａにより昇圧されてリーン吸収液戻し配管４内を流れ、熱交換器７、並びにアフタークーラ１６により所定温度まで冷却され、再びＣＯ２吸収塔１へ移送される。
【００４５】
このときの気泡槽及びリボイラ内のＣＯ２吸収液の様子を図２に示す。図２は比揮発度が１０のＣＯ２吸収液を使用したときの例、比揮発度が５のＣＯ２吸収液（例えば、第二級アミン、または第三級アミン）を使用したときの例、比揮発度が２のＣＯ２吸収液を使用したときの参考例をそれぞれ示す。
比揮発度が２程度の低い値のとき、ローディングの値が高くなってもＣＯ２分圧(y)の値が高くならず気液平衡線は横になだらかに伸びる直線状となる。一方、比揮発度が５あるいは１０と高くなるにつれて、気液平衡線２２，２３は上方への凸が大きくなる曲線状となる。
【００４６】
例えば、比揮発度５のＣＯ２吸収液を使用した場合を例に挙げてＣＯ２吸収液の状態を説明すると、気泡槽８のリッチ吸収液入口８Ａには、ＣＯ２吸収塔１側からＣＯ２リッチ状態となったＣＯ２吸収液が流入する。このＣＯ２吸収液の状態を図２において符号Ｆで示す。このＣＯ２リッチ状態のＣＯ２吸収液は、気泡槽８にてＣＯ２と水蒸気とが混合した気泡により攪拌されながら加熱されることとなり、Ｇの状態に至る。Ｇの状態になったＣＯ２吸収液は、ここからリボイラ１３に至り、ここで蒸気加熱されることでＣＯ２濃度がさらに下がりＨの状態に至る。すなわち、ＣＯ２吸収液はＣＯ２濃度が薄くリーン状態となる。
【００４７】
ここで、ＣＯ２吸収液がＦの状態からＧの状態に至るとき、気泡槽８の段効率が１００％であるから、Ｆから水平線となって延びる物質収支線２４と、Ｇから垂直へ立ち上がる垂直線２５とは、ＣＯ２−アミン吸収液の気液平衡線２２で交わる。この点が図２においてＩである。
また、ＣＯ２吸収液がＧの状態からＨの状態に至るとき、リボイラ１３の段効率が１００％であるから、Ｇから水平線となって延びる物質収支線２６と、Ｈから垂直へ立ち上がる垂直線２７とは、ＣＯ２−アミン吸収液の気液平衡線２２で交わる。この点が図２においてＪである。
【００４８】
なお、比揮発度が１０のときでも気泡槽とリボイラとを組み合わせた２段でＣＯ２吸収液を、リッチ状態からリーン状態へ戻すことが可能となる。
この図から明らかように、比揮発度が５以上のＣＯ２吸収液を使用すれば、気泡槽８とリボイラ１３を２段組み合わせただけで、従前のＣＯ２回収装置で使用していた大型の再生塔を備えなくとも、同程度のアミン炭酸塩の分解性能が得られることがわかる。
一方、比揮発度が２のＣＯ２吸収液を使用する場合には、気泡槽とリボイラを５段に渡って組み合わせなければならず、大型の再生塔を使用しないメリットが薄れる。
【００４９】
このようにＣＯ２ガス処理装置によれば、大型の再生塔を備えなくても、リッチ状態のＣＯ２吸収液を、気泡槽とリボイラとを通過させることにより、アミン炭酸塩を好適に分解することができ、所定効率のＣＯ２回収を図りながら装置の小型化、並びに建設コストを削減することができる。
【００５０】
〈第２実施形態〉
図３は、本発明の第２実施形態のＣＯ２回収装置を示す。なお、説明を簡略化するため、第１実施形態で用いた構成要素と同一の構成要素については同一符号を付してその説明を省略する。
ここでは、前記第１実施形態と異なるところは、気泡槽８の後段にリボイラを直列に２段接続した点である。
【００５１】
すなわち、この第２実施形態では、リボイラ１３（第２実施形態ではこれを主リボイラと呼ぶ）の後段にさらに補助リボイラ２０を備える。この補助リボイラ２０は加熱用コイル２０Ａを備えていて、加熱用コイル２０Ａには蒸気配管２１から水蒸気が供給される。
主リボイラ１３の底部から延びる吸収液払い出し配管２２は補助リボイラ２０に接続されている。また、補助リボイラ２０の頂部から延びるガス供給配管２３は、主リボイラ１３の底部まで延びている。
【００５２】
第２実施形態のＣＯ２回収装置では、加熱用コイル２０Ａに蒸気配管２１から水蒸気が供給されると、補助リボイラ２０内に貯留されているＣＯ２吸収液であるアミン炭酸塩が分解され、ＣＯ２及び水蒸気が生じるとともに、ＣＯ２吸収液がリーン状態に戻る。ＣＯ２と水蒸気は補助リボイラ２０の上部のガス供給配管２３を介して主リボイラ１３へ送られる。また、補助リボイラ２０内にあるリーン状態のＣＯ２吸収液は、底部に接続されたリーン吸収液戻し配管４からＣＯ２吸収塔側へ戻される。
【００５３】
このように、気泡槽８、主リボイラ１３、補助リボイラ２０の３段階の分解過程を経て、アミン炭酸塩が分解されることなり、図２中Ｃｂで示す例の破線で示すように、前述した第１の実施形態のＣＯ２回収装置の例に比べ、ＣＯ２吸収液のＣＯ２濃度をより濃くすることができ、これにより、ＣＯ２の高い回収率が得られる。
【００５４】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更等も含まれる。
例えば、前記実施形態では、比揮発度が５あるいは１０のＣＯ２吸収液を使用する例を説明したが、これに限られることなく、比揮発度が５以上のＣＯ２吸収液を使用すれば足りる。比揮発度が５未満のものを用いると、従前の再生塔の同程度のＣＯ２回収率を得るためには、気泡槽とリボイラを４段に渡って組み合わせなければならず、再生塔を使用しないメリットが損なわれる。
【００５５】
〈実施例〉
図３に示すＣＯ２回収装置を用いた実施例について説明する。
２２％のＣＯ２を含み、温度３５℃、圧力１２、５ｋＰａＧである原料ガス８０Ｎｍ3／ｈを、原料ガス供給配管２を介してＣＯ２吸収塔１の塔底部へ供給する。
このとき、ＣＯ２吸収塔１の塔頂から温度３５℃，流量２８２ｋｇ/ｈのリーン状態にあるＣＯ２吸収液を供給し、充填層で接触させる。このとき、発熱反応を伴いながらＣＲが０．５５となるまでＣＯ２吸収液によってＣＯ２が吸収される。
【００５６】
その後、ＣＯ２吸収液はリッチ状態になってポンプ４Ａによりリッチ吸収液払い出し配管３を介して移送され、熱交換器７にて１００℃まで加熱される。
その後、リッチ状態のＣＯ２吸収液は、気泡槽８に入り、ここで、主リボイラ１３、補助リボイラ２０から発生した水蒸気によりバブリングが行われる。
このとき、気泡槽８にて加熱が行われると同時に、バブリングの効果によりＣＯ２の分解が促進される。
ＣＯ２吸収液は、その後、主リボイラ１３並びに補助リボイラ２０へと移送し、これらリボイラ内でも加熱によってさらにＣＯ２が分解される。
【００５７】
結局、気泡槽８、主リボイラ１３、補助リボイラ２０の効果によって、ＣＲが０．５５であったＣＯ２吸収液は、ＣＬが０．１、ΔＣが０．４５となるまでＣＯ２の分解が促進される。
なお、従前のＣＯ２回収装置では、再生塔およびリボイラにてＣＯ２の分解が行われるが、ＣＲが０．５５であったリッチ吸収液は、ＣＬが０．１８、ΔＣが０．３７となるにとどまる。
【符号の説明】
【００５８】
１  ＣＯ２吸収塔
２  原料ガス供給配管
３  リッチ吸収液払い出し配管
３Ａ  ポンプ
４  リーン吸収液戻し配管４
５  原料ガス払い出し管５
７  熱交換器
８  気泡槽
９  ＣＯ２払い出し配管
１２  吸収液払い出し配管
１３  （主）リボイラ
１３Ａ  加熱用コイル
１４  ガス供給配管
１４Ａ  ガス供給配管の先端
１５  蒸気配管
２０  補助リボイラ  
２１  蒸気配管
２２  吸収液払い出し配管
２３  ガス供給配管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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