(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＯ2を含有する排ガスとＣＯ2吸収液とを接触させて前記排ガス中のＣＯ2を除去するＣＯ2吸収塔と、前記ＣＯ2吸収塔でＣＯ2を吸収したリッチ溶液中のＣＯ2を除去し、再生する再生塔とを具備し、前記再生塔でＣＯ2を除去したリーン溶液であるＣＯ2吸収液を前記ＣＯ2吸収塔で再利用するＣＯ2回収装置に用いるＣＯ2吸収液の濃度管理方法であって、
前記再利用するＣＯ2吸収液中の吸収剤濃度の変動がある際において、前記排ガス中の水分量を調整するに際し、
（１）先ず、ＣＯ2吸収塔の入口に導入される排ガスの入口ガス温度（Ｔ1）及びＣＯ2吸収塔の出口ガスの出口ガス温度（Ｔ2）を計測し、また、ＣＯ2吸収液をサンプリングして濃度計測を実施し、このときの計測結果を濃度（Ｘ1）とし、
（２）この計測結果の濃度（Ｘ1）をもとに、前記ＣＯ2吸収液の濃度が設定範囲内であれば、そのまま運転を継続する制御を行い、
（３）このような計測を所定時間毎に行い、ＣＯ2吸収液の濃度が設定範囲外の濃度が低下したと判断した場合には、出口ガスの温度（Ｔ2）を高くする制御を行い、
（４）ＣＯ2が除去された排ガスに同伴する水蒸気を多くし、ＣＯ2吸収塔内を流下する水分量を低減させ、ＣＯ2吸収液の濃度を所定の設定範囲内に回復させることを特徴とするＣＯ2回収装置に用いるＣＯ2吸収液の濃度管理方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記ＣＯ2吸収塔の底部液溜まりに、ＣＯ2吸収液のレベル計を設け、
液レベルが低下した場合に、設計値濃度のＣＯ2吸収液を補給することを特徴とするＣＯ2回収装置に用いるＣＯ2吸収液の濃度管理方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記ＣＯ2吸収塔の入口ガス温度、前記ＣＯ2吸収塔の出口ガスのガス温度、及び前記ＣＯ2吸収液中の吸収剤濃度及び液レベルを検出し、
前記ＣＯ2吸収塔の出口ガス温度を所定範囲に維持しつつ、前記液レベルを設定した範囲に段階的に前記液レベルを下げ、設定した範囲内の最低の液レベルとなったときに、設計値濃度のＣＯ2吸収液を補給することを特徴とするＣＯ2回収装置に用いるＣＯ2吸収液の濃度管理方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一つにおいて、
前記ＣＯ2吸収塔の入口ガス及び出口ガスのガス温度の温度差、及びＣＯ2吸収液中の吸収剤濃度を一日に数回検出することを特徴とするＣＯ2回収装置に用いるＣＯ2吸収液の濃度管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＯ2吸収液の吸収液濃度を一定に維持して、吸収性能を維持することができるＣＯ2回収装置に用いるＣＯ2吸収液の濃度管理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球の温暖化現象の原因の一つとして、ＣＯ2による温室効果が指摘され、地球環境を守る上で国際的にもその対策が急務となってきた。ＣＯ2の発生源としては化石燃料を燃焼させるあらゆる人間の活動分野に及び、その排出抑制への要求が一層強まる傾向にある。これに伴い大量の化石燃料を使用する火力発電所などの動力発生設備を対象に、ボイラの燃焼排ガスをアミン系ＣＯ2吸収液と接触させ、燃焼排ガス中のＣＯ2を除去、回収する方法及び回収されたＣＯ2を大気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。また、前記のようなＣＯ2吸収液を用い、燃焼排ガスからＣＯ2を除去・回収する工程としては、吸収塔において燃焼排ガスとＣＯ2吸収液とを接触させる工程、ＣＯ2を吸収した吸収液を再生塔において加熱し、ＣＯ2を遊離させると共に吸収液を再生して再び吸収塔に循環して再使用するものが採用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図５に従来のＣＯ2回収装置の一例を示す。図５に示すように、従来のＣＯ2回収装置１００は、ボイラやガスタービン等の産業燃焼設備１１から排出されたＣＯ2とＯ2とを含有する排ガス１２を冷却水１３によって冷却する排ガス冷却装置１４と、冷却されたＣＯ2を含有する排ガス１２とＣＯ2を吸収するＣＯ2吸収液（以下、「吸収液」ともいう。）１５とを接触させて排ガス１２からＣＯ2を除去するＣＯ2回収部１６Ａを有するＣＯ2吸収塔１６と、ＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液（以下、「リッチ溶液」ともいう。）１７からＣＯ2を放出させてＣＯ2吸収液を再生する再生塔１８とを有する。
そして、このＣＯ2回収装置１００では、再生塔１８でＣＯ2を除去した再生ＣＯ2吸収液（以下、「リーン溶液」ともいう。）１５はＣＯ2吸収塔１６でＣＯ2吸収液として再利用する。
【０００４】
この従来のＣＯ2回収装置を用いたＣＯ2回収方法では、まず、ＣＯ2を含んだボイラやガスタービン等の産業燃焼設備からの排ガス１２は、排ガス送風機２０により昇圧された後、排ガス冷却装置１４に送られ、ここで冷却水１３により冷却され、ＣＯ2吸収塔１６に送られる。
【０００５】
前記ＣＯ2吸収塔１６において、排ガス１２はアミン系溶液をベースとするＣＯ2吸収液１５と向流接触し、排ガス１２中のＣＯ2は、化学反応によりＣＯ2吸収液１５に吸収される。
ＣＯ2回収部１６ＡでＣＯ2が除去された後のＣＯ2除去排ガスは、ＣＯ2吸収塔１６内の水洗部１６Ｂでノズルから供給されるＣＯ2吸収液を含み循環する凝縮水１９と気液接触して、ＣＯ2除去排ガスに同伴するＣＯ2吸収液１５が回収され、その後ＣＯ2が除去された排ガス２１は系外に放出される。
また、ＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液１７であるリッチ溶液は、リッチソルベントポンプ２２により昇圧され、リッチ／リーンソルベント熱交換器２３において、再生塔１８で再生されたＣＯ2吸収液１５であるリーン溶液により加熱され、再生塔１８に供給される。
【０００６】
再生塔１８の上部から内部に放出されたリッチ溶液は、吸熱反応を生じて、大部分のＣＯ2を放出する。再生塔１８内で一部または大部分のＣＯ2を放出したＣＯ2吸収液はセミリーン溶液と呼称される。このセミリーン溶液は、再生塔１８下部に至る頃には、ほぼ全てのＣＯ2が除去されたＣＯ2吸収液１５となる。このリーン溶液は再生過熱器２４で水蒸気２５により過熱され、再生塔１８内部に水蒸気を供給している。
一方、再生塔１８の頭頂部からは塔内においてリッチ溶液およびセミリーン溶液から放出された水蒸気を伴ったＣＯ2ガス２６が導出され、コンデンサ２７により水蒸気が凝縮され、分離ドラム２８にて水が分離され、ＣＯ2ガス２６が系外に放出されて別途回収される。この回収されたＣＯ2ガス２６は、石油増進回収法（ＥＯＲ：Enhanced Oil Recovery）を用いて油田中に圧入するか、帯水層へ貯留し、温暖化対策を図っている。
分離ドラム２８にて分離された水は凝縮水循環ポンプ２９にて再生塔１８の上部に供給される。再生されたＣＯ2吸収液（リーン溶液）１５は、リッチ／リーンソルベント熱交換器２３にてリッチ溶液１７により冷却され、つづいてリーンソルベントポンプ３０にて昇圧され、さらにリーンソルベントクーラ３１にて冷却された後、ＣＯ2吸収塔１６に供給される。
【０００７】
なお、図５中、符号１１ａは排ガス１２の煙道であり、１１ｂは煙突、３２は水蒸気凝縮水である。前記ＣＯ2回収装置は、既設の排ガス源からＣＯ2を回収するために後付で設けられる場合と、新設排ガス源に同時付設される場合とがある。煙突１１ｂには開閉可能な扉を設置し、ＣＯ2回収装置の運転時は閉止する。また排ガス源は稼動しているが、ＣＯ2回収装置の運転を停止した際は開放するように設定する。
【０００８】
ところで、前述したようなＣＯ2回収装置を用いてＣＯ2回収を連続しておこなっていくと、ＣＯ2吸収液が消費されて、その吸収液の濃度が低下するという問題がある。この濃度の低下は設定値との相対比１０％前後であるので、従来においては、濃度の高い吸収液を適宜補充するようにしていた。
【０００９】
また、従来では、吸収液の濃度を一定にするために、ＣＯ2吸収塔１６の塔底液面調節手段を設け、水洗部１６Ｂの循環水戻り温度を調節することによって上記吸収液中のアミン濃度を調整することが提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平３−１９３１１６号公報
【特許文献２】特開２００１−２５２５２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献２のような提案では、短期的（例えば１〜２日程度）の調整の場合には、吸収液の濃度を一定にすることができるが、長期間（１〜４週間以上）に亙って運転を継続していくと、吸収液濃度が徐々に低下して、濃度が薄まってしまう、という問題がある。このような場合には、吸収液濃度が濃いものを供給して所定濃度に維持する必要が生じることとなる。
【００１２】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、長期間に亙ってもＣＯ2吸収液濃度を一定に維持することができるＣＯ2回収装置に用いるＣＯ2吸収液の濃度管理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】
【００１３】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の第１の発明は、ＣＯ2を含有する排ガスとＣＯ2吸収液とを接触させて前記排ガス中のＣＯ2を除去するＣＯ2吸収塔と、前記ＣＯ2吸収塔でＣＯ2を吸収したリッチ溶液中のＣＯ2を除去し、再生する再生塔とを具備し、前記再生塔でＣＯ2を除去したリーン溶液であるＣＯ2吸収液を前記ＣＯ2吸収塔で再利用するＣＯ2回収装置に用いるＣＯ2吸収液の濃度管理方法であって、前記再利用するＣＯ2吸収液中の吸収剤濃度の変動がある際において、前記排ガス中の水分量を調整するに際し、
（１）先ず、ＣＯ2吸収塔の入口に導入される排ガスの入口ガス温度（Ｔ1）及びＣＯ2吸収塔の出口ガスの出口ガス温度（Ｔ2）を計測し、また、ＣＯ2吸収液をサンプリングして濃度計測を実施し、このときの計測結果を濃度（Ｘ1）とし、
（２）この計測結果の濃度（Ｘ1）をもとに、前記ＣＯ2吸収液の濃度が設定範囲内であれば、そのまま運転を継続する制御を行い、
（３）このような計測を所定時間毎に行い、ＣＯ2吸収液の濃度が設定範囲外の濃度が低下したと判断した場合には、出口ガスの温度（Ｔ2）を高くする制御を行い、
（４）ＣＯ2が除去された排ガスに同伴する水蒸気を多くし、ＣＯ2吸収塔内を流下する水分量を低減させ、ＣＯ2吸収液の濃度を所定の設定範囲内に回復させることを特徴とするＣＯ2回収装置に用いるＣＯ2吸収液の濃度管理方法にある。
【００１４】
第２の発明は、第１の発明において、前記ＣＯ2吸収塔の底部液溜まりに、ＣＯ2吸収液のレベル計を設け、液レベルが低下した場合に、設計値濃度のＣＯ2吸収液を補給することを特徴とするＣＯ2回収装置に用いるＣＯ2吸収液の濃度管理方法にある。
【００１５】
第３の発明は、第１又は２の発明において、前記ＣＯ2吸収塔の入口ガス温度、前記ＣＯ2吸収塔の出口ガスのガス温度、及び前記ＣＯ2吸収液中の吸収剤濃度及び液レベルを検出し、前記ＣＯ2吸収塔の出口ガス温度を所定範囲に維持しつつ、前記液レベルを設定した範囲に段階的に前記液レベルを下げ、設定した範囲内の最低の液レベルとなったときに、設計値濃度のＣＯ2吸収液を補給することを特徴とするＣＯ2回収装置に用いるＣＯ2吸収液の濃度管理方法にある。
【００１６】
第４の発明は、第１乃至３のいずれか一つの発明において、前記ＣＯ2吸収塔の入口ガス及び出口ガスのガス温度の温度差、及びＣＯ2吸収液中の吸収剤濃度を一日に数回検出することを特徴とするＣＯ2回収装置に用いるＣＯ2吸収液の濃度管理方法にある。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、長期間に亙って運転をしても、吸収液濃度を常に一定とすることができ、この結果、吸収性能を維持することができる。
【００１８】
また、ＣＯ2吸収塔の液溜まりに、ＣＯ2吸収液のレベル計を設けることで、常に液レベルも一定とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の実施例１に係るＣＯ2回収装置の概略図である。
【図２】図２は、本発明の実施例１に係るＣＯ2回収装置の運転時間と、吸収液濃度設定値との比との関係を示す図である。
【図３】図３は、従来例に係るＣＯ2回収装置の運転時間と吸収液濃度設定値との比との関係を示す図である。
【図４】図４は、本発明の実施例２に係るＣＯ2回収装置の概略図である。
【図５】図５は、従来のＣＯ2回収装置の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明にかかるＣＯ2回収装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００２１】
本発明による実施例１に係るＣＯ2回収装置について、図１を参照して説明する。
図１は、本発明の実施例１に係るＣＯ2回収装置の構成を示す概略図である。図中、前記図５に示したＣＯ2回収装置と同一構成には同一符号を付して重複した説明は省略する。
図１に示すように、本発明の実施例に係るＣＯ2回収装置１０Ａは、ＣＯ2を含有する排ガス１２とＣＯ2吸収液１５とを接触させて前記排ガス１２中のＣＯ2を除去するＣＯ2吸収塔１６と、前記ＣＯ2吸収塔１６でＣＯ2を吸収したリッチ溶液１７中のＣＯ2を除去し、再生する再生塔１８とを具備し、前記再生塔１８でＣＯ2を除去したリーン溶液であるＣＯ2吸収液１５を前記ＣＯ2吸収塔１６で再利用するＣＯ2回収装置であって、前記ＣＯ2吸収塔１６の入口に導入される入口の排ガス１２のガス温度（Ｔ１（例えば４０℃前後））及び、ＣＯ2吸収塔１６の出口ガス２１のガス温度（Ｔ2（例えば４０℃前後））の温度差、並びにＣＯ2吸収液１５中の吸収剤濃度（Ｘ（Ｖｏｌ％））を検出し、ＣＯ2吸収塔１６の入口ガス及び出口ガス２１のガス温度差に応じたガス中の水分量を調整し、ＣＯ2吸収液１５中の吸収剤濃度を設定範囲（例えばＸ0±相対比１０％）に維持する制御を行う制御手段とを具備するものである。
なお、前記排ガス１２の入口ガス温度（Ｔ１（４０℃前後））及びＣＯ2吸収塔１６の出口ガス２１のガス温度（Ｔ2（４０℃前後））は図示しない温度計により計測され、図示しない制御装置に送られている。
ここで、前記排ガス１２の入口ガス温度（Ｔ１（４０℃前後））を計測するのは、初期条件の排ガスが適正に導入されていることを確認するためである。
【００２２】
本実施例においては、ＣＯ2吸収液１５の吸収剤濃度を設定範囲（例えばＸ±相対比１０％）に維持する制御は、水分を少なくしたい場合には、出口ガスの温度（Ｔ2）を上昇させるようにすればよい。
これにより、ＣＯ2吸収液濃度を常に一定とすることができ、ＣＯ2の吸収性能を維持することができる。
【００２３】
なお、ＣＯ2吸収液１５中の吸収剤濃度（Ｘ（Ｖｏｌ％））の検出は、ＣＯ2吸収液１５をサンプリングし、分析するものであり、濃度の初期値をＸ0とした場合には、第１回の計測はＸ1、第２回の計測はＸ2とする。この分析は手動分析、自動分析のいずれでもよい。
【００２４】
この、ＣＯ2回収装置の運転の具体例を説明する。
（１）先ず、ＣＯ2吸収塔１６の入口に導入される排ガス１２のガス温度及びＣＯ2吸収塔１６の出口ガス２１のガス温度を計測する。
また、ＣＯ2吸収液１５をサンプリングし、第１回の計測を実施する。このときの第１回の計測結果を濃度Ｘ1とする。
（２）この計測結果の濃度Ｘ1をもとに、設定範囲（例えばＸ±１％）内であれば、そのまま運転を継続する制御を、図示しない制御装置により行う。
（３）このような計測を所定時間毎に行い、例えば第３回目の計測において、ＣＯ2吸収液１５をサンプリングし、第３回の計測結果を濃度Ｘ3とする。
（４）この計測結果の濃度Ｘ3をもとに、設定範囲（例えばＸ±１％）外（例えば濃度が低下した）であると判断した場合には、出口ガスの温度（Ｔ2）を高くする制御を、図示しない制御装置により行う。これによりＣＯ2が除去された排ガス２１に同伴する水蒸気を多くし、その結果、ＣＯ2吸収塔１６内を流下する水分量が低減し、ＣＯ2吸収液１５の濃度が設定範囲（例えばＸ±１％）内に回復される。
この結果、運転に伴う吸収液濃度の低下による吸収性能の低下を防止することができる。
【００２５】
また、ＣＯ2吸収塔１６の底部液溜まりに液レベルを計測するレベル計４１を設け、液レベルが所定値以下となった場合に、設計値濃度（例えばＸ）のＣＯ2吸収液の補給液４２を供給するようにしている。
これにより、液レベルを常に維持しつつ、しかも吸収液濃度が所定の設計値の範囲を常に維持できることとなる。
【００２６】
ここで、ＣＯ2回収装置の運転時間と、吸収液濃度設定値との比との関係について、本発明の場合（図２）と、従来技術（特許文献２）の場合（図３）とを用いて説明する。
図２に示すように、本発明によれば、図２に示すＣＯ2回収装置の運転時間と吸収液濃度設定値との比との関係に示すように、レベル計４１により所定のレベルに下がったことを確認したら、設計値濃度（例えばＸ）のＣＯ2吸収液の補給液４２を供給して、常に液レベルを維持するようにしている。
具体的には、図２に示すように、一日に数回の細かな制御をすることで、ＣＯ2吸収液濃度を常に一定レベル且つ一定濃度に維持することができる。
【００２７】
これに対し、図３に示す従来の場合には、一週間に一度、濃度の濃い吸収液を供給することで濃度を維持するようにしており、その間は吸収液濃度が徐々に低下することとなるので、吸収液の性能が低下する。よって、所定量のＣＯ2回収を行う場合には、ＣＯ2放出のために、再生過熱器２４に供給する水蒸気２５を多量に使用（約３％の増加）することとなり、熱効率が悪いものとなる。
【００２８】
また、図１に示すレベル計４１を、複数のレベルを計測できるようにし、ＣＯ2吸収塔１６の出口ガス温度（Ｔ2）を所定範囲に維持しつつ、設定した複数の範囲（例えば５段階にレベルを設定する：Ｌ1、Ｌ2…Ｌ5）にレベル位置を下げていき、最低の設定レベル位置（Ｌ5）となったときに、系内に設計値濃度（例えばＸ±相対比１０％）のＣＯ2吸収液１５を補給する制御を制御装置により行うようにしてもよい。これにより、液レベルが徐々に下がった（Ｌ1→Ｌ5）場合においても、吸収液濃度を常に一定範囲に維持しつつ吸収性能を維持することができる。
【実施例２】
【００２９】
本発明による実施例２に係るＣＯ2回収装置について、図４を参照して説明する。
図４は、本発明の実施例２に係るＣＯ2回収装置の構成を示す概略図である。図中、前記図１に示したＣＯ2回収装置と同一構成には同一符号を付して重複した説明は省略する。
図４に示すように、本発明の実施例に係るＣＯ2回収装置１０Ｂは、再生塔１８で再生されたリーン溶液であるＣＯ2吸収液１５の濃度を分析する吸収液濃度分析計４３を設けている。
【００３０】
この吸収液濃度分析計４３は、液体クロマトグラフ分析装置、レーザーラマン分析装置等を例示することができる（特開平１１−２５８１６０号参照）。
この吸収液濃度分析計４３の計測結果を、図示しない制御装置に送り、吸収液濃度の計測と制御を自動化することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
以上のように、本発明に係るＣＯ2回収装置及び方法は、長期間に亙って運転をしても、吸収液濃度を常に一定とすることで、吸収性能を常に維持することができ、長期間に亙ってのガス中のＣＯ2処理に用いて適している。
【符号の説明】
【００３２】
１０Ａ、１０Ｂ  ＣＯ2回収装置
１２  ＣＯ2を含有する排ガス
１５  ＣＯ2吸収液（リーン溶液）
１６  ＣＯ2吸収塔
１７  ＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液（リッチ溶液）
１８  再生塔
４１  レベル計
４２  補給液
４３  吸収液濃度分析計
【図１】
0005383339.tif 000002
【図２】
0005383339.tif 000003
【図３】
0005383339.tif 000004
【図４】
0005383339.tif 000005
【図５】
0005383339.tif 000006