(57)【要約】【課題】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)、  工程(I)で得られたCO2リッチ吸収液をCO2リーン吸収液の蒸気で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(II)、  工程（II）で再生されたCO2リーン吸収液の一部をフラッシュ蒸発させて蒸気を得る工程（III）、  工程（III)で得られたCO2リーン吸収液の蒸気を、適正温度に制御しつつ、加圧して工程(II)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
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【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、
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、
再生塔で再生されたCO2リーン吸収液の一部を蒸発させて蒸気を得るためのフラッシュ蒸発器、および
フラッシュ蒸発器で得られた蒸気を、適正温度に制御しつつ、加圧して再生塔に供給する手段
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２】
フラッシュ蒸発器で得られた蒸気を、適正温度に制御しつつ、加圧して再生塔に供給する手段は、
フラッシュ蒸発器で得られた蒸気に水を加える手段、および
水が加えられた蒸気を加圧して再生塔に供給する手段
を有する請求項１に記載の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】
蒸気を加圧して再生塔に供給する手段には、それを水冷するための手段が設けられており、  蒸気に加えられる水が該水冷手段で使用された水である、請求項２に記載の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４】
吸収塔の上部に二酸化炭素が除去された被処理ガスを水で洗浄するための水洗浄塔が在り、  蒸気に加えられる水が該水洗浄塔で使用された水の一部である、請求項２または３に記載の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５】
再生塔の頂部に脱離された二酸化炭素に同伴する水を凝縮させるための冷却器が付設されており、  蒸気に加えられる水が該冷却器で凝縮された水の一部である、請求項２または３に記載の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６】
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)、
工程(I)で得られたCO2リッチ吸収液をCO2リーン吸収液の蒸気で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(II)、
工程（II）で再生されたCO2リーン吸収液の一部をフラッシュ蒸発させて蒸気を得る工程（III）、
工程（III)で得られたCO2リーン吸収液の蒸気を、適正温度に制御しつつ、加圧して工程(II)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７】
工程（IV）は、
工程（III)で得られたCO2リーン吸収液の蒸気に水を加える工程(IV-1)、および
水が加えられた蒸気を加圧して工程(II)に供給する工程（IV-2）
を有する、請求項６に記載の被処理ガス中の二酸化炭素を回収する方法。
【請求項８】
工程（I）にて二酸化炭素が除去された被処理ガスを水で洗浄する工程（V）をさらに有し、  工程（IV-1）において加えられる水が工程(V)で使用された水の一部である、請求項７に記載の被処理ガス中の二酸化炭素を回収する方法。
【請求項９】
工程（II)で脱離された二酸化炭素に同伴する水を凝縮させる工程（VI)をさらに有し、
工程（IV-1）において加えられる水が工程(VI)で凝集された水の一部である、請求項７に記載の被処理ガス中の二酸化炭素を回収する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブロワなどの蒸気加圧手段で発生した熱を有効利用して、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６に示すように、二酸化炭素を含む被処理ガス211とノズル6から降り注がれる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てCO2リッチ吸収液（50〜60℃程度）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201から抜き出されるCO2リッチ吸収液を再生塔213から抜き出されるCO2リーン吸収液（110〜120℃）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、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。リボイラ223から供給する熱量は、ボイラ（図示せず。）で生成させた発電用水蒸気の一部を用いて供給される。リボイラに使用される水蒸気量が増えると発電に使用される水蒸気が減るので、発電効率の観点からリボイラに使用される水蒸気量を減らすことが種々に検討されている。
【０００４】
その一つとして、再生塔の下部から抜き出した高温高圧のCO2リーン吸収液をフラッシュ蒸発器216で蒸発させて蒸気を得、この蒸気をブロワ217で加圧して再生塔213に供給する方法が知られている。ブロワ217による加圧でブロワ出口の蒸気温度は200℃近くまで上昇することがある。ブロワの過熱を防ぐために冷却水を管205を通してブロワケーシングの冷却水ラインに供給してブロワ出口の蒸気温度を140℃以下に抑える措置が採られている（図６参照）。ブロワケーシングの冷却水ラインを通過した冷却水は温度が30℃程度上昇するので、クーラー等（図示せず。）で冷却して、再びブロワの冷却に使用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３５２９８５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の二酸化炭素回収装置においては、ブロワケーシングの水冷によってブロワの過熱を防いでいるが、ブロワで発生した熱は全く使われておらず、システム全体での熱効率を低下させている。
本発明の目的は、ブロワなどの蒸気加圧手段で発生した熱を有効利用して、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】
本発明者ら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、
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、
再生塔で再生されたCO2リーン吸収液の一部を蒸発させて蒸気を得るためのフラッシュ蒸発器、および
フラッシュ蒸発器で得られた蒸気を、適正温度に制御しつつ、加圧して再生塔に供給する手段
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。
【０００９】
〔２〕フラッシュ蒸発器で得られた蒸気を、適正温度に制御しつつ、加圧して再生塔に供給する手段は、
フラッシュ蒸発器で得られた蒸気に水を加える手段、および
水が加えられた蒸気を加圧して再生塔に供給する手段
を有する、〔１〕に記載の被処理ガス中の二酸化炭素を回収するための装置。
〔３〕蒸気を加圧して再生塔に供給する手段には、それを水冷するための手段が設けられており、  蒸気に加えられる水が該水冷手段で使用された水である、〔２〕に記載の被処理ガス中の二酸化炭素を回収するための装置。
〔４〕吸収塔の上部に二酸化炭素が除去された被処理ガスを水で洗浄するための水洗浄塔が在り、  蒸気に加えられる水が該水洗浄塔で使用された水の一部である、〔２〕または〔３〕に記載の被処理ガス中の二酸化炭素を回収するための装置。
〔５〕再生塔の頂部に脱離された二酸化炭素に同伴する水を凝縮させるための冷却器が付設されており、  蒸気に加えられる水が該冷却器で凝縮された水の一部である、〔２〕または〔３〕に記載の被処理ガス中の二酸化炭素を回収するための装置。
【００１０】
〔６〕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)、
工程(I)で得られたCO2リッチ吸収液をCO2リーン吸収液の蒸気で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(II)、
工程（II）で再生されたCO2リーン吸収液の一部をフラッシュ蒸発させて蒸気を得る工程（III）、
工程（III)で得られたCO2リーン吸収液の蒸気を、適正温度に制御しつつ、加圧して工程(II)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。
【００１１】
〔７〕工程（IV）は、
工程（III)で得られたCO2リーン吸収液の蒸気に水を加える工程(IV-1)、および
水が加えられた蒸気を加圧して工程(II)に供給する工程（IV-2）
を有する、〔６〕に記載の被処理ガス中の二酸化炭素を回収する方法。
〔８〕工程（I）にて二酸化炭素が除去された被処理ガスを水で洗浄する工程（V)をさらに有し、  工程（IV-1）において加えられる水が工程(V)で使用された水の一部である、〔７〕に記載の被処理ガス中の二酸化炭素を回収する方法。
〔９〕工程（II)で脱離された二酸化炭素に同伴する水を凝縮させる工程（VI)をさらに有し、  工程（IV-1）において加えられる水が工程(VI)で凝集された水の一部である、〔７〕に記載の被処理ガス中の二酸化炭素を回収する方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の装置および方法によれば、蒸気加圧手段の出口蒸気温度を効率的に制御することができ、且つ再生塔に高効率で熱を供給することができる。本発明の一実施形態では、吸収塔で二酸化炭素が除去された被処理ガスの水洗水や再生塔で脱離させた二酸化炭素に同伴した凝縮水などの二酸化炭素回収装置内を循環する水を蒸気加圧手段の出口蒸気温度の制御に使用するので、二酸化炭素回収装置内の物質収支を崩さずに、蒸気加圧手段で発生する熱を回収でき、それを再生塔に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第一実施形態に係る二酸化炭素回収装置の概要を示す図である。
【図２】本発明の第二実施形態に係る二酸化炭素回収装置の概要を示す図である。
【図３】本発明の第三実施形態に係る二酸化炭素回収装置の概要を示す図である。
【図４】本発明の第四実施形態に係る二酸化炭素回収装置の概要を示す図である。
【図５】本発明の第五実施形態に係る二酸化炭素回収装置の概要を示す図である。
【図６】従来技術の二酸化炭素回収装置の概要を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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)、  工程(I)で得られたCO2リッチ吸収液をCO2リーン吸収液の蒸気で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(II)、  工程（II）で再生されたCO2リーン吸収液の一部をフラッシュ蒸発させて蒸気を得る工程（III）、  工程（III)で得られたCO2リーン吸収液の蒸気を、適正温度に制御しつつ、加圧して工程(II)に供給する工程（IV）を有する。
【００１５】
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。
【００１６】
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〜図５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(II)、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。
【００１７】
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。二酸化炭素が除去された被処理ガスには吸収液がミストとして同伴しているので、頂部から放出する前に、水洗浄塔7において、二酸化炭素が除去された被処理ガスを水で洗浄する（工程(V)）。
【００１８】
工程(II)：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の上部のノズル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、再生塔の頂部から排出され、同伴する水が冷却器9にて凝縮される（工程(VI)）。得られた凝縮水は再生塔に戻される。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。
【００１９】
再生塔の底部に溜まった高温高圧のCO2リーン吸収液はそこから抜き出されて熱交換器22および冷却器24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。
【００２０】
工程（III）および(IV)：再生塔の底部に溜まった高温高圧のCO2リーン吸収液の一部はフラッシュ蒸発器16に供給されて、蒸気を生成させる。次いで、フラッシュ蒸発で得られた蒸気に水を加える。加えられた水は直ぐに蒸気になる。フラッシュ蒸発器で生成させた蒸気と加えられた水から生成した蒸気とをブロワ17にて加圧して再生塔13に供給する。このようにブロワの上流に水を供給するとブロワ17の入口の蒸気温度が下がり、ブロワ17で熱が発生してもブロワ17の出口の蒸気温度を約140℃以下に抑えることができる。なお、図１または図３に示す装置では、吸収塔1の上部にある水洗浄塔7で使用した水の一部をブロワ17の上流に供給している。図２に示す装置では、再生塔の上部にある冷却器で凝縮させた水の一部をブロワ17の上流に供給している。図４に示す装置では、吸収塔1の上部にある水洗浄塔7で使用した水の一部をブロワ17のケーシングの冷却水ラインに通して、その後に、ブロワ17の上流に供給している。図５に示す装置では、再生塔の上部にある冷却器で凝縮させた水の一部をブロワ17のケーシングの冷却水ラインに通して、その後に、ブロワ17の上流に供給している。図４および図５に示す装置では、ブロワ17を外側から冷やすことができるとともに、ブロワ17で発生した熱をブロワ17の上流の蒸気に供給することができる。
【００２１】
ブロワ17の上流に供給される水の量は、ブロワ17の出口の蒸気温度を所定範囲に制御できる限り、特に制限されない。例えば、ブロワ17の上流に供給する水の量を、フラッシュ蒸発器（蒸気発生部）16で生成させた蒸気の量に対して20％以下に設定することができる。
【実施例】
【００２２】
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。
【００２３】
実施例１
図１に示す装置を用いて実施した。CO2を13％含む燃焼排ガス500Nm3/hを高さ6000mm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）1500L/hと向流接触させ、二酸化炭素を吸収した。残りの脱炭酸排ガスは吸収塔上部から排出した。再生塔へ供給する蒸気を補填するために、蒸気発生部16で25kg/hの蒸気を発生させ、ブロワ17にて加圧して再生塔に供給した。
ブロワ17をブロワケーシングに冷却水を供給せずに運転したところ、ブロワ出口の蒸気温度が190℃まで上昇した。次いで、吸収塔上部にある水洗浄塔で使用した水の一部をブロワ上流の蒸気配管に供給した。水の供給量は蒸気発生部16で発生させた蒸気量に対して15％に設定した。ブロワ出口の蒸気温度は160℃に制御された。供給した水は全て蒸気になり、再生塔に供給され、吸収液の再生に使用された。
【００２４】
実施例２
図２に示す装置を用いて実施した。CO2を13％含む燃焼排ガス500Nm3/hを高さ6000mm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）1500L/hと向流接触させ、二酸化炭素を吸収した。残りの脱炭酸排ガスは吸収塔上部から排出した。再生塔へ供給する蒸気を補填するために、蒸気発生部16で25kg/hの蒸気を発生させ、ブロワ17にて加圧して再生塔に供給した。
ブロワ17をブロワケーシングに冷却水を供給せずに運転したところ、ブロワ出口の蒸気温度が190℃まで上昇した。次いで、再生塔上部にある冷却器で凝縮された水の一部をブロワ上流の蒸気配管に供給した。水の供給量は蒸気発生部16で発生させた蒸気量に対して15％に設定した。ブロワ出口の蒸気温度は160℃に制御された。供給した水は全て蒸気になり、再生塔に供給され、吸収液の再生に使用された。
【００２５】
実施例３
図３に示す装置を用いて実施した。CO2を13％含む燃焼排ガス500Nm3/hを高さ6000mm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）1500L/hと向流接触させ、二酸化炭素を吸収した。残りの脱炭酸排ガスは吸収塔上部から排出した。再生塔へ供給する蒸気を補填するために、蒸気発生部16で25kg/hの蒸気を発生させ、ブロワ17にて加圧して再生塔に供給した。
ブロワ17をブロワケーシングに冷却水を供給せずに運転したところ、ブロワ出口の蒸気温度が190℃まで上昇した。次いで、吸収塔上部にある多段式水洗浄塔の最上段で使用した水の一部をブロワ上流の蒸気配管に供給した。なお、多段式水洗浄塔の最上段で使用した水にはアミン類がほとんど含まれていない。水の供給量は蒸気発生部16で発生させた蒸気量に対して15％に設定した。ブロワ出口の蒸気温度は160℃に制御された。供給した水は全て蒸気になり、再生塔に供給され、吸収液の再生に使用された。
【００２６】
実施例４
図５に示す装置を用いて実施した。CO2を13％含む燃焼排ガス500Nm3/hを高さ6000mm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）1500L/hと向流接触させ、二酸化炭素を吸収した。残りの脱炭酸排ガスは吸収塔上部から排出した。再生塔へ供給する蒸気を補填するために、蒸気発生部16で25kg/hの蒸気を発生させ、ブロワ17にて加圧して再生塔に供給した。
再生塔上部にある冷却器で凝縮された水の一部を、ブロワケーシングの冷却水ラインを通過させて、次いでブロワ上流の蒸気配管に供給した。水の供給量は蒸気発生部16で発生させた蒸気量に対して15％に設定した。凝縮水はブロワケーシングの冷却水ラインを通過するときに加熱されるので、ブロワ上流の蒸気配管に供給したときにドレインになり難くなる。ブロワ出口の蒸気温度は150℃に制御された。供給した水は全て蒸気になり、再生塔に供給され、吸収液の再生に使用された。
【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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【図６】
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