(57)【要約】【課題】吸収塔から抜き出されたCO2リッチ吸収液をCO2リーン吸収液との熱交換で十分に加熱することができなかった場合でも、省エネルギにて吸収液の再生性能を向上させ、被処理ガス中の二酸化炭素を高効率で回収することができる方法およびそのための装置を提供する。【解決手段】二酸化炭素を含む被処理ガスとアミン類を含むCO2リーン吸収液とを接触させて、二酸化炭素をCO2リーン吸収液に吸収させて、CO2リッチ吸収液を得る工程(I)、高温度のCO2リーン吸収液を工程（I）で得られたCO2リッチ吸収液に混ぜる工程（II）、工程(II)で得られた混合吸収液を加熱して二酸化炭素を脱離させてCO2リーン吸収液に再生する工程(III)、および  工程（III)で再生されたCO2リーン吸収液を前記二酸化炭素吸収工程(I)に供給する工程(IV)、を有する方法によって被処理ガス中の二酸化炭素を回収する。【選択図】図１
2014205101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素を含む被処理ガスとアミン類を含むCO2リーン吸収液とを接触させて、二酸化炭素をCO2リーン吸収液に吸収させて、CO2リッチ吸収液を得る工程(I)、
CO2リッチ吸収液の温度より高い温度のCO2リーン吸収液をCO2リッチ吸収液に混ぜる工程（II）、
工程(II)で得られた混合吸収液を加熱して二酸化炭素を脱離させてCO2リーン吸収液に再生する工程(III)、および
工程（III)で再生されたCO2リーン吸収液を前記二酸化炭素吸収工程(I)に供給する工程(IV)、
を有する被処理ガス中の二酸化炭素を回収する方法。
【請求項２】
二酸化炭素を含む被処理ガスとアミン類を含むCO2リーン吸収液とを向流接触させて、二酸化炭素をCO2リーン吸収液に吸収させCO2リッチ吸収液を得るための吸収塔、
吸収塔から再生塔にCO2リッチ吸収液を供給するための管(A)、
CO2リッチ吸収液とCO2リーン吸収液の蒸気とを向流接触させてCO2リッチ吸収液から二酸化炭素を脱離させてCO2リーン吸収液に再生するための再生塔、
CO2リーン吸収液を加熱して前記再生塔に供給するための蒸気を生成させるためのリボイラ、および
リボイラから管(A)に加熱されたCO2リーン吸収液を供給するための管(B)を有する
被処理ガス中の二酸化炭素を回収するための装置。
【請求項３】
二酸化炭素を含む被処理ガスとアミン類を含むCO2リーン吸収液とを向流接触させて、二酸化炭素をCO2リーン吸収液に吸収させCO2リッチ吸収液を得るための吸収塔、
吸収塔から再生塔にCO2リッチ吸収液を供給するための管(A)、
CO2リッチ吸収液とCO2リーン吸収液の蒸気とを向流接触させてCO2リッチ吸収液から二酸化炭素を脱離させてCO2リーン吸収液に再生するための再生塔、および
再生塔から管(A)に再生されたCO2リーン吸収液を供給するための管(B)を有する
被処理ガス中の二酸化炭素を回収するための装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸収塔から抜き出されたCO2リッチ吸収液をCO2リーン吸収液との熱交換で十分に加熱することができなかった場合でも、省エネルギにて吸収液の再生性能を向上させ、被処理ガス中の二酸化炭素を高効率で回収することができる方法およびそのための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電所等においては化石燃料を燃焼させるので、二酸化炭素（CO2）が大量に発生する。二酸化炭素は、温暖化原因物質の一つとして、その排出量の抑制が各国で進められている。二酸化炭素を回収する方法として、アルカノールアミンなどのアミン類を含む液（以下、吸収液ということがある。）による二酸化炭素の吸収を利用した方法が知られている（例えば、特許文献１など参照）。
【０００３】
吸収液による二酸化炭素の吸収は、図３に示すように、二酸化炭素を含む被処理ガス211をCO2リーン吸収液と接触させて二酸化炭素を吸収液に吸収させてCO2リッチ吸収液を得るための吸収塔201と、CO2リッチ吸収液から二酸化炭素を脱離させてCO2リーン吸収液に再生するための再生塔213と、吸収塔から抜き出されるCO2リッチ吸収液を再生塔から抜き出されるCO2リーン吸収液で加熱するための熱交換器222とを少なくとも有する装置において行われる。CO2リッチ吸収液を100〜125℃の温度範囲にすると二酸化炭素が脱離するので、該再生塔213は再生塔底部から供給される蒸気（リボイラ223で蒸発された吸収液の蒸気）により加熱される。また、吸収塔の底部210から抜き出されるCO2リッチ吸収液の温度は、通常、50〜60℃である。そこで、前述のとおり熱交換器222によってCO2リッチ吸収液が加熱され、次いでノズル214から再生塔213に供給される。
【０００４】
熱交換器222による加熱が不十分であるために再生塔213に供給されるCO2リッチ吸収液の温度が１００℃を下回る場合には、再生塔の充填層215の上部の温度が低くなり、二酸化炭素の脱離速度が低くなり、CO2リーン吸収液に再生する速度が低下することがある。CO2リーン吸収液に再生する速度を高く維持するために、再生塔の温度を高温且つ均一にすることが重要である。そのために、従来は再生塔底部のリボイラ223から多量の熱エネルギを供給する必要があった。また、特許文献２には再生塔からセミリーン吸収液の一部を抜き出し、ボイラ燃焼排ガスとの熱交換で加熱昇温した後、再生塔に戻すことが記載されている。特許文献３には、再生塔に供給されるCO2リッチ吸収液をCO2リーン吸収液との熱交換で加熱した後、さらにボイラ燃焼排ガスとの熱交換で加熱昇温することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３５２９８５５号公報
【特許文献２】特開２００６−２３２５９６号公報
【特許文献３】特開２００９−２４７９３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、吸収塔から抜き出されたCO2リッチ吸収液をCO2リーン吸収液との熱交換で十分に加熱することができなかった場合でも、省エネルギにて吸収液の再生性能を向上させ、被処理ガス中の二酸化炭素を高効率で回収することができる方法およびそのための装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は上記目的を達成するために検討した結果、以下の形態を包含する本発明を完成するに至った。
【０００８】
〔１〕二酸化炭素を含む被処理ガスとアミン類を含むCO2リーン吸収液とを接触させて、二酸化炭素をCO2リーン吸収液に吸収させて、CO2リッチ吸収液を得る工程(I)、
CO2リッチ吸収液の温度より高い温度のCO2リーン吸収液をCO2リッチ吸収液に混ぜる工程（II）、
工程(II)で得られた混合吸収液を加熱して二酸化炭素を脱離させてCO2リーン吸収液に再生する工程(III)、および
工程（III)で再生されたCO2リーン吸収液を前記二酸化炭素吸収工程(I)に供給する工程(IV)、
を有する被処理ガス中の二酸化炭素を回収する方法。
【０００９】
〔２〕二酸化炭素を含む被処理ガスとアミン類を含むCO2リーン吸収液とを向流接触させて、二酸化炭素をCO2リーン吸収液に吸収させCO2リッチ吸収液を得るための吸収塔、
吸収塔から再生塔にCO2リッチ吸収液を供給するための管(A)、
CO2リッチ吸収液とCO2リーン吸収液の蒸気とを向流接触させてCO2リッチ吸収液から二酸化炭素を脱離させてCO2リーン吸収液に再生するための再生塔（脱離塔）、
CO2リーン吸収液を加熱して前記再生塔に供給するための蒸気を生成させるためのリボイラ、および
リボイラから管(A)に加熱されたCO2リーン吸収液を供給するための管(B)を有する
被処理ガス中の二酸化炭素を回収するための装置。
【００１０】
〔３〕二酸化炭素を含む被処理ガスとアミン類を含むCO2リーン吸収液とを向流接触させて、二酸化炭素をCO2リーン吸収液に吸収させCO2リッチ吸収液を得るための吸収塔、
吸収塔から再生塔にCO2リッチ吸収液を供給するための管(A)、
CO2リッチ吸収液とCO2リーン吸収液の蒸気とを向流接触させてCO2リッチ吸収液から二酸化炭素を脱離させてCO2リーン吸収液に再生するための再生塔（脱離塔）、および
再生塔から管(A)に再生されたCO2リーン吸収液を供給するための管(B)を有する
被処理ガス中の二酸化炭素を回収するための装置。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の方法によれば、吸収塔から抜き出されたCO2リッチ吸収液をCO2リーン吸収液との熱交換で十分に加熱することができなかった場合でも、再生塔に供給するCO2リッチ吸収液の温度を所定の範囲にすることができるので、再生塔内でのCO2脱離速度の低下がなく、再生塔底部のリボイラから供給しなければならない熱エネルギの量を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る脱CO2装置を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る脱CO2装置を示す図である。
【図３】従来技術に係る脱CO2装置を示す図である。
【図４】再生塔のノズル14から供給されるCO2リッチ吸収液の温度による再生塔内の再生塔内の温度分布の影響を示す図である。
【図５】図５は図４に示した温度分布における再生塔内の吸収液に含まれている二酸化炭素濃度（CO2 Loading）を示す図である。
【図６】再生塔内の平均温度に対する吸収液の再生性能との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の一実施形態に係る被処理ガス中の二酸化炭素を回収する方法は、二酸化炭素を含む被処理ガスとアミン類を含むCO2リーン吸収液とを接触させて、二酸化炭素をCO2リーン吸収液に吸収させて、CO2リッチ吸収液を得る工程(I)、  CO2リッチ吸収液の温度より高い温度のCO2リーン吸収液をCO2リッチ吸収液に混ぜる工程（II）、  工程(II)で得られた混合吸収液を加熱して二酸化炭素を脱離させてCO2リーン吸収液に再生する工程(III)、および  工程（III)で再生されたCO2リーン吸収液を前記二酸化炭素吸収工程(I)に供給する工程(IV)、を有する。
【００１４】
ここで、アミン類としては、モノエタノールアミン、２−アミノ−２−メチル−１−プロパノールのようなアルコール性水酸基含有１級アミン類、ジエタノールアミン、２−メチルアミノエタノールのようなアルコール性水酸基含有２級アミン類、トリエタノールアミン、Ｎ−メチルジエタノールアミンのようなアルコール性水酸基含有３級アミン類、エチレンジアミン、トリエチレンジアミン、ジエチレントリアミンのようなポリエチレンポリアミン類、ピペラジン類、ピペリジン類、ピロリジン類のような環状アミン類、キシリレンジアミンのようなポリアミン類、メチルアミノカルボン酸のようなアミノ酸類等及びこれらの混合物が挙げられる。また、前記吸収液には二酸化炭素吸収促進剤或いは腐食防止剤、更には、その他の媒体としてメタノール、ポリエチレングリコール、スルフォラン等が含まれていてもよい。
【００１５】
本発明の一実施形態に係る被処理ガス中の二酸化炭素を回収する方法は、例えば、図１または図２に示すような装置にて行うことができる。本発明において、工程(I)、工程(III)および工程(IV)は、通常、連続的に且つ同時に行われる。
工程(I)：被処理ガス11はブロワ12にて吸収塔1の底部に供給され、充填層2を上昇し、頂部から処理済みガス8として放出される。被処理ガス11はその圧力が常圧以上になっていてもよいし、常圧であってもよい。被処理ガス11の温度は100℃以下が好ましい。充填層2の上部にアミン類を含むCO2リーン吸収液がノズル6から降り注がれ、充填層2にて被処理ガスと向流接触し、被処理ガス中の二酸化炭素を吸収し、吸収塔底部10に溜まる。底部10に溜まった液は、二酸化炭素を豊富に含み、CO2リッチ吸収液と呼ばれる。なお、充填層2における吸収液の温度は、二酸化炭素の吸収によって発生する熱によって、ノズル6における吸収液の温度よりも高くなる。二酸化炭素の吸収量にもよるが、最大で40℃程度温度が上がる。高い液温の吸収液は二酸化炭素の吸収能が低いので、吸収塔底部から供給される被処理ガス11によって冷やされ、最高液温に比べて10〜30℃程度温度が下がる。吸収塔の底部10におけるCO2リッチ吸収液の温度は50〜60℃程度である。
【００１６】
工程(III)：底部10から抜き出されたCO2リッチ吸収液は熱交換器22にて加熱されて再生塔（脱離塔）13の充填層15の上部にノズル14から降り注がれる。注がれた液は充填層15を下降し、再生塔の底部に溜まる。再生塔の底部に溜まる液は、後述するように、二酸化炭素の含有量が少なく、CO2リーン吸収液と呼ばれる。再生塔の底部にはリボイラ23が付設されている。リボイラでCO2リーン吸収液が加熱され気化された蒸気が管26を経て充填層15を上昇し、充填層15を下降するCO2リッチ吸収液を加熱して約100〜120℃の温度にし二酸化炭素を脱離させる。脱離した二酸化炭素は、水洗部（図示せず）にてミスト除去され、再生塔の頂部から排出される。再生塔13の充填層15は、通常、最下部の温度（115℃程度）が最上部の温度に比べて高くなっている。充填層の温度分布はノズル14から供給されるCO2リッチ吸収液の温度によって影響される。
【００１７】
図４は再生塔のノズル14から供給されるCO2リッチ吸収液の温度による再生塔内の温度分布の影響を示す図である。図５は図４に示した温度分布における再生塔内の吸収液に含まれている二酸化炭素濃度（CO2 Loading）分布を示す図である。ノズル14から供給されるCO2リッチ液の温度が90℃以下の場合（4−a）、再生塔内の温度が低くなり、最下部においても110℃を下回っていることがわかる。このときの吸収液に含まれる二酸化炭素濃度の分布（4−a）は図５に示すように、再生塔の上部の3/4で二酸化炭素の脱離がほとんど行われず、下部の1/4で漸く二酸化炭素の脱離が行われ、吸収液の再生が３割ほどしかできていないことがわかる。また、ノズル14から供給されるCO2リッチ液の温度が100℃以下の場合（4−b）、再生塔内の温度が若干高くなり、最下部において110℃を上回るようになる。しかし、このときの吸収液に含まれる二酸化炭素濃度の分布（4−b）は図５に示すように、再生塔の上部の1/2で二酸化炭素の脱離がほとんど行われず、下部の1/2で漸く二酸化炭素の脱離が行われ、吸収液の再生が５割ほどしかできていないことがわかる。
【００１８】
ノズル14から供給されるCO2リッチ吸収液の温度が100℃以上の場合（4-c、4-d）、図４に示すとおり、再生塔内の温度が高くなり、再生塔下部のほぼ3/4が105℃を上回っている。このときの吸収液に含まれる二酸化炭素濃度の分布（4-c、4-d）は図５に示すように、再生塔の上部から下部までの全域において二酸化炭素の脱離が行われ、吸収液の再生は８割以上になることがわかる。
【００１９】
図６は再生塔内の平均温度に対する吸収液の再生性能との関係を示す図である。塔内の平均温度が105℃を超えたあたりから、再生性能が急激に良くなることがわかる。このことから、ノズル14から供給されるCO2リッチ吸収液の温度を下げないように、調整することが重要であることがわかる。
【００２０】
工程(IV)：再生塔の底部に溜まったCO2リーン吸収液はそこから抜き出されて熱交換器22にて冷却され、吸収塔1に戻される。なお、熱交換器22では再生塔底部から抜き出されたCO2リーン吸収液（110〜120℃程度）と吸収塔底部から抜き出されたCO2リッチ吸収液（50〜60℃程度）との間で熱交換が行われる。熱交換器としては、スパイラル式熱交換器，プレート式熱交換器，多管円筒式熱交換器など、既存の熱交換器を用いることができる。
【００２１】
本発明において、工程(II)は、連続的に常時行ってもよいし、熱交換器22による加熱が十分でなく温度センサ29で測定されるCO2リッチ吸収液の温度が所定値を下回ったときにだけ行ってもよい。温度センサ29で測定されるCO2リッチ吸収液の温度によって工程(II)の運転のON-OFFを調整することは再生塔の負荷を減らし省エネルギの観点から好ましいこともある。
【００２２】
工程(II)：図１に示す装置では、リボイラ23で加熱されたCO2リーン吸収液を抜き出して、管27を経て、熱交換器22と再生塔への供給口との間に供給して、熱交換器22から出てくるCO2リッチ吸収液に混ぜることができるように配管している。リボイラ23で加熱されたCO2リーン吸収液の温度は熱交換器22から出てくるCO2リッチ吸収液の温度よりも高いので、該CO2リッチ吸収液とCO2リーン吸収液の混合液の温度は熱交換器22から出てくるCO2リッチ吸収液の温度よりも高くなる。
【００２３】
図２に示す装置では、再生塔の充填層13の下側（コレクタ部）からCO2リーン吸収液を抜き出して、管28を経て、熱交換器22と再生塔への供給口との間に供給して、熱交換器22から出てくるCO2リッチ吸収液に混ぜることができるように配管している。コレクター部から抜き出されるCO2リーン吸収液のの温度は熱交換器22から出てくるCO2リッチ吸収液の温度よりも高いので、該CO2リッチ吸収液とCO2リーン吸収液の混合液の温度は熱交換器22から出てくるCO2リッチ吸収液の温度よりも高くなる。
【実施例】
【００２４】
以下に実施例を示して本発明をより具体的に説明する。なお、本発明はこれら実施例によって限定されるものではない。
【００２５】
実施例１
図１に示す装置によって実施した。CO2を10％含む燃焼排ガス30Nm3/hを高さ1500mmの規則充填材を充填した吸収塔1の二酸化炭素吸収部に供給し、モノエタノールアミンを30重量％含む40℃の水溶液（吸収液）75L/hと向流接触させ、二酸化炭素を吸収させた。残りの脱炭酸排ガスは吸収塔上部で洗浄され吸収塔頂部から排出した。吸収塔底部から抜き出した55℃のCO2リッチ吸収液を熱交換器22で加熱した。熱交換器22は出口温度が100℃以上になるように設計されているが、スケーリングなどによる伝熱係数の低下で熱交換器22による加熱が不十分になることがある。実施例１では、熱交換器22の出口でのCO2リッチ吸収液の温度が97℃となった場合を模擬的に発生させた。熱交換器出口温度の低下で再生性能が50％になった。
温度センサ29で測定されるCO2リッチ吸収液の温度を100℃とするために、リボイラから120℃のCO2リーン吸収液を管27を経て熱交換器22の出口の後に15％供給し、97℃のCO2リッチ吸収液と混ぜた。これにより再生塔内での再生性能が50％から75％に向上した。
【００２６】
実施例２
図２に示す装置によって実施した。図２に示す装置は、図１に示す装置中の管27の代わりに管28を設置した点以外は同じである。この装置において、実施例１と同じように熱交換器22の出口でのCO2リッチ吸収液の温度が97℃となった場合を模擬的に発生させた。熱交換器出口温度の低下で再生性能が50％になった。
温度センサ29で測定されるCO2リッチ吸収液の温度を100℃とするために、再生塔コレクタ部から115℃のCO2リーン吸収液を管28を経て熱交換器22の出口の後に20％供給し、97℃のCO2リッチ吸収液と混ぜた。これにより再生塔内での再生性能が50％から75％に向上した。
【符号の説明】
【００２７】
24：冷却器、4：CO2リーン吸収液の吸収塔への供給管
【図１】
2014205101.tif 000003
【図２】
2014205101.tif 000004
【図３】
2014205101.tif 000005
【図４】
2014205101.tif 000006
【図５】
2014205101.tif 000007
【図６】
2014205101.tif 000008