(57)【要約】【課題】ＣＯ2及びＨ2Ｓを含むガスの回収システム及び方法を提供する。【解決手段】導入ガス１１と、ＣＯ2及びＨ2Ｓを吸収する吸収液１２とを接触させ、導入ガスからＣＯ2及びＨ2Ｓを吸収させる吸収塔１３と、ＣＯ2等を吸収したリッチ溶液１２Ａを吸収塔１３の塔底部より抜き出すと共に塔頂部１４ａより導入し、ＣＯ2等を放出させて吸収液１２を再生する吸収液再生塔１４と、再生されたリーン液１２Ｂを再生塔１４から吸収塔１３に戻す第２の供給ラインＬ2と、吸収塔１３の塔中段１３ｂ近傍からＣＯ2及びＨ2Ｓの一部を吸収したセミリッチ溶液１２Ｃを抜出し、セミリッチ溶液１２Ｃを再生塔１４の塔中段１４ｂ近傍に導入する第３の供給ラインＬ3と、第３の供給ラインと第２の供給ラインとの交差部に介装され、吸収塔の塔中段近傍から抜き出したＣＯ2及びＨ2Ｓを吸収した吸収液と再生吸収液とを熱交換するセミリッチ溶液用熱交換器１７と、を具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＯ2及びＨ2Ｓを含むガスを導入ガスとし、該導入ガスとＣＯ2及びＨ2Ｓを吸収する吸収液とを接触させて前記導入ガスからＣＯ2及びＨ2Ｓを吸収させる吸収塔と、
ＣＯ2及びＨ2Ｓを吸収した吸収液を前記吸収塔の塔底部から抜き出し、第１の供給ラインを介して塔頂部側より導入し、リボイラの熱によりＣＯ2及びＨ2Ｓを放出させて吸収液を再生する吸収液再生塔と、
再生された再生吸収液を前記吸収塔に戻す第２の供給ラインと、
前記吸収塔の塔中段近傍からＣＯ2及びＨ2Ｓの一部を吸収した吸収液を抜き出し、抜き出した吸収液を前記再生塔の塔中段近傍に導入する第３の供給ラインと、
前記第３の供給ラインと、前記第２の供給ラインとの交差部に介装され、前記吸収塔の塔中段近傍から抜き出したＣＯ2及びＨ2Ｓを吸収した吸収液と再生吸収液とを熱交換する熱交換器と、を具備することを特徴とするＣＯ2及びＨ2Ｓを含むガスの回収システム。
【請求項２】
ＣＯ2及びＨ2Ｓを含むガスを導入ガスからＣＯ2及びＨ2Ｓを回収する吸収塔と再生塔とを用いたＣＯ2及びＨ2Ｓを含むガスの回収方法であって、
前記導入ガスからＣＯ2及びＨ2Ｓを吸収させる前記吸収塔の塔中段近傍から吸収液の一部を抜き出し、吸収塔の下方に流下する吸収液の流量を低減させ、
塔底部から抜き出した吸収液を前記再生塔の塔頂部近傍から導入させると共に、前記吸収塔の塔中段近傍から抜き出した吸収液を、前記再生塔の塔中段近傍に導入して再生すると共に、
前記吸収塔の塔中段近傍から抜出されるＣＯ2及びＨ2Ｓを吸収した吸収液が、前記再生塔で再生された再生吸収液と熱交換することを特徴とするＣＯ2及びＨ2Ｓを含むガスの回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば石炭やバイオマス等をガス化炉によりガス化して得られるガス化ガスに含まれるＣＯ2とＨ2ＳからＨ2Ｓを効率よく回収するＣＯ2及びＨ2Ｓを含むガスの回収システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭やバイオマス等をガス化炉でガス化したガス化ガスに含まれるＣＯ2とＨ2Ｓ等の酸性ガスを除去する技術として、従来より、化学吸収法（例えば、アミン吸収液（例えば（Ｎ−メチルジエタノールアミン：ＭＤＥＡ等の吸収液利用））や物理吸収法（例えば、ポリエチレングリコール・ジメチルエーテルを用いるＳｅｌｅｘｏｌ吸収液利用)が提案されている。
【０００３】
ところで、ＩＧＣＣ（石炭ガス化複合発電）技術のようなシステムの場合、以下のような要求がある。
１）  発電システムにおいて、大気汚染物質であるＳＯＸの排出を規制値未満とするために、ＳＯＸの発生源となるＨ2Ｓの除去が必要となる。一方で、発電効率を上昇させる効果があるため、ＣＯ2は極力回収しないことが望ましい。
２）  回収したＨ2Ｓ含有ガス（オフガス）流量が少なく、Ｈ2Ｓ濃度が高い方が、回収ガスから化製品を製造する場合やＨ2Ｓを処理する場合に有利であり、Ｈ2Ｓを選択的に回収できることが望ましい。
３）  ＩＧＣＣにＣＯシフトとＣＣＳ(二酸化炭素回収・貯留)とを組み合わせたシステムでは、ＣＯ2回収プロセスで回収したＣＯ2中のＨ2Ｓ濃度を規定値（例えば１０〜２０ｐｐｍ）程度に抑える必要がある。
４）  発電効率を向上させるためには、スチーム等の熱エネルギーの使用量は少ないほど好ましい。
すなわち、ＣＯ2とＨ2Ｓとを含むガスから、Ｈ2Ｓを熱エネルギーの面で効率的、かつ選択的に分離することが求められている。
【０００４】
そこで、従来では、放圧容器（再生塔上段）で溶解成分を一部放散させた吸収液の一部を、吸収塔の最上部より下方から供給する省エネプロセスの提案がある（特許文献１）。
【０００５】
しかしながら、特許文献１の技術では、Ｈ2Ｓを含まないガスからのＣＯ2回収に適用する場合は有効であるが、ＣＯ2とＨ2Ｓとを含有するガスからのＨ2Ｓの選択回収に適用する場合は、吸収塔の下方の吸収液中のＨ2Ｓ濃度が高くなることで、Ｈ2Ｓ吸収速度が大幅に低下するため、Ｈ2Ｓ除去率、Ｈ2Ｓ選択性が低下し、所望の除去率を得るためには逆に熱エネルギーの増大を招いてしまう、という問題がある。
【０００６】
そこで、本発明者等は、吸収液の一部を吸収塔の吸収部の途中から抜き出し、ＣＯ2やＨ2Ｓを比較的低濃度で吸収している当該吸収液を、再生塔の再生部の途中に供給することを先に提案した（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１２００１３号公報
【特許文献２】特開２０１２−１１０８３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献２の提案では、Ｈ2Ｓの選択吸収性を向上させるとともに、再生熱エネルギー消費量を従来のプロセスよりも、約１０％程度低減することができるが、熱交換器等の機器費点数が増加し、システムコストが増加する、という問題がある。
【０００９】
よって、化学吸収プロセスにおいて、ＣＯ2とＨ2Ｓとを含むガスから、ＣＯ2の吸収とは別にＨ2Ｓを熱エネルギーの面で効率的、かつ選択的に分離することができ、且つコスト低減を図るシステムの出現が切望されている。
【００１０】
本発明は、前記問題に鑑み、例えば石炭やバイオマス等をガス化炉によりガス化して得られるガス化ガスに含まれるＨ2Ｓを効率よく回収するＣＯ2及びＨ2Ｓを含むガスの回収システム及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】
【００１１】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、ＣＯ2及びＨ2Ｓを含むガスを導入ガスとし、該導入ガスとＣＯ2及びＨ2Ｓを吸収する吸収液とを接触させて前記導入ガスからＣＯ2及びＨ2Ｓを吸収させる吸収塔と、ＣＯ2及びＨ2Ｓを吸収した吸収液を前記吸収塔の塔底部から抜き出し、第１の供給ラインを介して塔頂部側より導入し、リボイラの熱によりＣＯ2及びＨ2Ｓを放出させて吸収液を再生する吸収液再生塔と、再生された再生吸収液を前記吸収塔に戻す第２の供給ラインと、前記吸収塔の塔中段近傍からＣＯ2及びＨ2Ｓの一部を吸収した吸収液を抜き出し、抜き出した吸収液を前記再生塔の塔中段近傍に導入する第３の供給ラインと、前記第３の供給ラインと、前記第２の供給ラインとの交差部に介装され、前記吸収塔の塔中段近傍から抜き出したＣＯ2及びＨ2Ｓを吸収した吸収液と再生吸収液とを熱交換する熱交換器と、を具備することを特徴とするＣＯ2及びＨ2Ｓを含むガスの回収システムにある。
【００１２】
第２の発明は、ＣＯ2及びＨ2Ｓを含むガスを導入ガスからＣＯ2及びＨ2Ｓを回収する吸収塔と再生塔とを用いたＣＯ2及びＨ2Ｓを含むガスの回収方法であって、前記導入ガスからＣＯ2及びＨ2Ｓを吸収させる前記吸収塔の塔中段近傍から吸収液の一部を抜き出し、吸収塔の下方に流下する吸収液の流量を低減させ、塔底部から抜き出した吸収液を前記再生塔の塔頂部近傍から導入させると共に、前記吸収塔の塔中段近傍から抜き出した吸収液を、前記再生塔の塔中段近傍に導入して再生すると共に、前記吸収塔の塔中段近傍から抜出されるＣＯ2及びＨ2Ｓを吸収した吸収液が、前記再生塔で再生された再生吸収液と熱交換することを特徴とするＣＯ2及びＨ2Ｓを含むガスの回収方法にある。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、吸収塔の塔中段近傍から吸収液の一部を第３の供給ラインにより抜き出すようにして、吸収塔の下方に流下する吸収液の流量を低減させることで、Ｈ2Ｓの吸収量をほとんど低下させることなく、ＣＯ2吸収量を低下させ、Ｈ2Ｓの選択分離性の向上を図ると共に、再生塔におけるリボイラ熱量の低減を図る。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、実施例１に係るＣＯ2及びＨ2Ｓを含むガスの回収システムの概略図である。
【図２】図２は、実施例１に係るＣＯ2及びＨ2Ｓを含むガスの回収システムの温度・圧力条件の一例を追加した概略図である。
【図３】図３は、従来例に係るＣＯ2及びＨ2Ｓを含むガスの回収システムの温度・圧力条件の一例を追加した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。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。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００１６】
本発明による実施例に係るＣＯ2及びＨ2Ｓを含むガスの回収システムについて、図面を参照して説明する。図１は、実施例１に係るＣＯ2及びＨ2Ｓを含むガスの回収システムの概略図である。
図１に示すように、本実施例に係るＣＯ2及びＨ2Ｓを含むガスの回収システム１０は、例えば石炭やバイオマス等をガス化するガス化炉等から得られたＣＯ2及びＨ2Ｓを含むガス化ガスを導入ガス１１とし、該導入ガス１１とＣＯ2及びＨ2Ｓを吸収する吸収液１２とを接触させて前記導入ガス１１からＣＯ2及びＨ2Ｓを吸収させる吸収塔１３と、ＣＯ2及びＨ2Ｓを吸収した吸収液（リッチ溶液）１２Ａを吸収塔１３の塔底部１３ｃより抜き出すと共に、第１の供給ラインＬ1を介して塔頂部１４ａより導入し、リボイラ１５の熱によりＣＯ2及びＨ2Ｓを放出させて吸収液１２を再生する吸収液再生塔（以下「再生塔」という）１４と、再生された吸収液（リーン溶液）１２Ｂを再生塔１４の塔底部１４ｃより抜き出し、吸収塔１３の塔頂部１３ａに戻す第２の供給ラインＬ2と、吸収塔１３の塔中段１３ｂ近傍からＣＯ2及びＨ2Ｓの一部を吸収した吸収液（セミリッチ溶液）１２Ｃを抜き出し、抜き出したセミリッチ溶液１２Ｃを再生塔１４の塔中段１４ｂ近傍に導入する第３の供給ラインＬ3と、第３の供給ラインＬ3と第２の供給ラインＬ2との交差部に介装され、セミリッチ溶液１２Ｃとリーン溶液１２Ｂとを熱交換するセミリッチ溶液用熱交換器１７と、を具備する。
このシステムでは、前記再生塔１４でＣＯ2及びＨ2Ｓを除去し、再生された吸収液（リーン溶液）１２Ｂは吸収液１２として再利用される。
【００１７】
このＣＯ2及びＨ2Ｓを含むガスの回収システム１０を用いた精製方法では、石炭やバイオマス等をガス化するガス化炉で得られたガス化ガスは、ガス冷却装置（図示せず）に送られ、ここで冷却水により冷却され、導入ガス１１として吸収塔１３に導入される。
吸収塔１３は、塔内部に充填部１３Ａ、１３Ｂが設けられ、これらの充填部１３Ａ、１３Ｂを通過する際、導入ガス１１と吸収液１２との対向流接触効率を向上させている。なお、充填部は複数設けてもよく、充填法以外に、例えばスプレー法、液柱法、棚段法等により導入ガス１１と吸収液１２とを対向流接触させるようにしている。
【００１８】
前記吸収塔１３において、導入ガス１１は例えばアミン系の吸収液１２と対向流接触し、導入ガス１１中のＣＯ2及びＨ2Ｓは、化学反応により吸収液１２に吸収され、ＣＯ2及びＨ2Ｓが除去された浄化ガス２１は系外に放出される。ＣＯ2及びＨ2Ｓを吸収した吸収液は「リッチ溶液」１２Ａとも呼称される。このリッチ溶液１２Ａは、リッチ溶液ポンプ（図示せず）を介し、熱交換されずに温度が低いまま吸収液再生塔１４の塔頂部１４ａ側に供給される。
【００１９】
この塔頂部１４ａ側から導入されたリッチ溶液１２Ａは、充填部１４Ａ、１４Ｂを有する再生塔１４の塔頂部１４ａ近傍から塔内に図示しない噴霧手段等により導入され、塔内を流下する際に、リボイラ１５からの水蒸気２２による吸熱反応を生じて、大部分のＣＯ2及びＨ2Ｓを放出し、再生される。吸収液再生塔１４内で一部または大部分のＣＯ2及びＨ2Ｓを放出した吸収液は「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１４下部に至る頃には、ほぼ全てのＣＯ2及びＨ2Ｓが除去された吸収液となる。このほぼ全てのＣＯ2及びＨ2Ｓが除去されることにより再生された吸収液は「リーン溶液」１２Ｂと呼称される。このリーン溶液１２Ｂはリボイラ１５で飽和水蒸気２３により間接的に加熱され、水蒸気２２を発生して、再生塔１４の塔底部１４ｃ側に戻されている。
【００２０】
また、再生塔１４の塔頂部１４ａからは塔内においてリッチ溶液１２Ａ及びセミリーン溶液から放出された水蒸気を伴ったＣＯ2及びＨ2Ｓガス２５が導出され、コンデンサ２６により水蒸気が凝縮され、分離ドラム２７にて水２８が分離され、ＣＯ2及びＨ2Ｓガス２９が系外に放出されて回収される。分離ドラム２７にて分離された水２８は吸収液再生塔１４の塔頂部１４ａに供給される。
【００２１】
再生された吸収液（リーン溶液）１２Ｂは、セミリッチ溶液用熱交換器１７にてセミリッチ溶液１２Ｃと熱交換されて冷却され、つづいてリーンソルベントポンプ（図示せず）にて昇圧され、さらにリーンソルベントクーラ３０にて冷却された後、再び吸収塔１３に供給され、吸収液１２として再利用される。
【００２２】
本実施例では、吸収塔１３の最上段より下方側の塔中段１３ｂ近傍から吸収液１２の一部を第３の供給ラインＬ3により抜き出すようにしている。なお、抜き出し量は、導入される導入ガスの温度、圧力、流量、ＣＯ2濃度、Ｈ2Ｓ濃度等を測定し、これらの条件を総合的に判断して最適な抜き出し位置や抜き出し量を決定するようにしている。
【００２３】
抜き出されたセミリッチ溶液１２Ｃは、セミリッチ溶液用熱交換器１７により、再生塔１４の塔底部１４ｃより排出される高温のリーン溶液１２Ｂとの熱交換により加熱され、再生塔１４の塔中段１４ｂ近傍、より好ましくは塔中段１４ｂより下方側に供給する。
【００２４】
ところで、導入ガス１１中のＨ2Ｓと共にＣＯ2は、吸収塔１３内ではＨ2Ｓ及びＣＯ2ともに吸収液１２により吸収されている。
本発明のように、吸収塔１３の塔中段１３ｂ近傍から吸収液の一部を第３の供給ラインＬ3により抜き出すようにして、吸収塔１３の下方に流下する吸収液の流量を低減させることで、Ｈ2Ｓはガス側の物質移動、ＣＯ2は液側の物質移動が支配的であることから、ＣＯ2の方がより吸収速度が低下する。
これにより、ＣＯ2吸収量が低下、すなわち吸収液中のＣＯ2濃度が低下する分、Ｈ2Ｓの吸収量は増加する。
吸収液１２の流量の低下によるＨ2Ｓ吸収量の低下を考慮しても、Ｈ2Ｓ吸収量はほとんど低下しない。
よって、Ｈ2Ｓの選択性の向上を図ることができる。
【００２５】
ＣＯ2及びＨ2Ｓ濃度が高いリッチ溶液１２Ａを、熱交換せずにそのまま再生塔１４の塔頂部１４ａから導入し、ＣＯ2及びＨ2Ｓ濃度がリッチ溶液１２Ａと比較して相対的に低いセミリッチ溶液１２Ｃを、熱交換器１７により加温した上で再生塔１４の塔中段１４ｂ近傍、あるいはそれより下方側に供給することで、リボイラ１５の熱量を低減させることができるので、リボイラ１５による蒸気消費量を低減することができる。
【００２６】
また、本実施例では、吸収塔１３から抜出したリッチ溶液１２Ａ及びセミリッチ溶液１２Ｃを各々フラッシュドラム３１、３２に導入し、ここでＮ2、Ｈ2、ＣＯ等の不凝縮  ガス３３（３３ａ、３３ｂ）を分離している。そして、分離ドラム２７にて分離されたＣＯ2及びＨ2Ｓガス２９と合流させている。
【００２７】
図２は、実施例１に係るＣＯ2及びＨ2Ｓを含むガスの回収システムの温度・圧力条件の一例を追加した概略図である。図中、四角の枠内は温度を示す。
図２に示すように、ＣＯ2及びＨ2Ｓを含むガスの回収システム１０Ａにおいて、導入ガス１１は吸収塔１３に導入される。
これに対向するように吸収液１２（リーン溶液１２Ｂ）は塔内に導入され、ＣＯ2及びＨ2Ｓを吸収する。
この吸収は発熱反応であるので、吸収塔１３の塔中段１３ｂ近傍から抜き出されるセミリッチ溶液１２Ｃは４６℃である。一方、塔底部１３ｃから抜き出されるリッチ溶液１２Ａは４４℃である。
このリッチ溶液１２Ａは、そのまま熱交換せずに、再生塔１４の塔頂部１４ａから４４℃の温度のままで導入される。
【００２８】
これに対し、セミリッチ溶液１２Ｃは熱交換器１７において、高温（１２３℃）のリーン溶液１２Ｂと熱交換され、セミリッチ溶液１２Ｃは１１３℃となり、再生塔１４の塔中段１４ｂ近傍から導入される。なお、再生塔１４の塔頂部１４ａからの水蒸気を伴ったＣＯ2及びＨ2Ｓガス２５の温度は１１６℃、コンデンサ２６を通過した後の温度は４０℃である。
これにより、再生塔１４でのリボイラ１５のリボイラ熱量の低減を図るようにしている。
【００２９】
図３は、従来技術（特許文献２）のガス回収システムである。
図３に示すように、ＣＯ2及びＨ2Ｓを含むガスの回収システム１００では、吸収塔１３の塔底部１３ｃから抜出されるリッチ溶液１２Ａを、リッチ溶液用熱交換器１６で熱交換した後、再生塔１４の塔頂部１４ａ側から導入するものである。
【００３０】
ここで、図３に示すＣＯ2及びＨ2Ｓを含むガスの回収システム１００において、導入ガス１１は吸収塔１３に導入される。これに対向するように吸収液１２（リーン溶液１２Ｂ）は塔内に導入され、ＣＯ2及びＨ2Ｓを吸収する。
この吸収は発熱反応であるので、吸収塔１３の塔中段１３ｂ近傍から抜き出されるセミリッチ溶液１２Ｃは４９℃である。一方、塔底部１３ｃから抜き出されるリッチ溶液１２Ａは４４℃である。
このリッチ溶液１２Ａとセミリッチ溶液１２Ｃとは、リッチ溶液用熱交換器１６及びセミリッチ溶液用の熱交換器１７において、それぞれ高温（１２２℃）のリーン溶液１２Ｂにより直列で熱交換され、リッチ溶液１２Ａは７７℃となり、再生塔１４の塔頂部１４ａから導入される。またセミリッチ溶液１２Ｃは１０４℃となり、再生塔１４の塔中段１４ｂ近傍から導入される。再生塔１４の塔頂部１４ａからの水蒸気を伴ったＣＯ2及びＨ2Ｓガス２５の温度は１１８℃、コンデンサ２６を通過した後の温度は４０℃である。
【００３１】
表１は実施例の回収システムと従来例１及び２の回収システムにおける、各々の再生塔のリボイラの負荷、リッチ溶液用熱交換器１６の負荷、セミリッチ溶液用熱交換器１７の負荷、コンデンサの負荷についての比較である。
従来例１（特許文献２）は、リッチ溶液用熱交換器１６及びセミリッチ溶液用熱交換器１７でリッチ溶液１２Ａとセミリッチ溶液１２Ｃとを、リーン溶液１２Ｂで熱交換するものである。
従来例２は、リッチ溶液用熱交換器１６でリッチ溶液１２Ａをリーン溶液１２Ｂで熱交換するものである。
【００３２】
【表１】
2014161757.tif 000003
【００３３】
表１に示すように、本実施例の回収システムでは、従来例２に較べて、リボイラ負荷の低減を図ることができた。
また、従来例１及び２に較べて、再生塔１４から排出される水蒸気を伴ったＣＯ2及びＨ2Ｓガス２５を冷却するコンデンサ２６の負荷を、大幅に抑えることができた。
また、熱交換器を従来例１から削減することで、コスト低減のみならず、プロセス全体の熱収支を向上することができた。
【符号の説明】
【００３４】
１０、１０Ａ、１００  ＣＯ2及びＨ2Ｓを含むガスの回収システム
１１  導入ガス
１２  吸収液
１２Ａ  リッチ溶液
１２Ｂ  リーン溶液
１２Ｃ  セミリッチ溶液
１３  吸収塔
１４  吸収液再生塔（再生塔）
１５  リボイラ
１７  セミリッチ溶液用熱交換器
【図１】
2014161757.tif 000004
【図２】
2014161757.tif 000005
【図３】
2014161757.tif 000006