(57)【要約】【課題】二酸化炭素圧縮動力の軽減を図るＣＯ2回収システムを提供する。【解決手段】高圧ガス１１中のＣＯ2を除去する高圧吸収塔１３と、高圧吸収塔からのリッチ溶液１４から、ＣＯ2の一部を遊離してセミリーン溶液１９とする高圧再生塔１５と、セミリーン溶液を高圧吸収塔に送液する第１の送液ラインと、送液ラインからセミリーン溶液の一部を分岐する分岐ラインと、セミリーン溶液をフラッシュするフラッシュドラム２１とを具備し、高圧再生塔からその耐熱温度以下のセミリーン状態で抜出し、該セミリーン溶液を、高圧吸収塔の中段に導入して吸収液として再利用し、分岐したセミリーン溶液の一部１９ａをフラッシュドラム２１でフラッシュして、常圧のリーン溶液１８とし、高圧吸収塔１３の塔頂から導入して吸収液として再利用し、高圧再生塔１５で分離された高圧ＣＯ2ガスを所定圧縮圧力の圧縮機１６Ｈへ導入する。【選択図】図１
2014018759.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＯ2を含有する高圧ガスとＣＯ2吸収液とを接触させてＣＯ2を除去する高圧吸収塔と、
該高圧吸収塔から第１の送液ラインを介して導入され、ＣＯ2を吸収した高圧のリッチ溶液からＣＯ2の一部を遊離して部分再生してセミリーン溶液とする高圧再生塔と、
前記高圧再生塔の塔底部から抜出したセミリーン溶液を分岐する分岐ラインとを具備し、
前記高圧再生塔の底部から、部分再生したＣＯ2吸収液を、その耐熱温度以下のセミリーン溶液状態で抜出し、
該抜出したセミリーン溶液の一部を、前記高圧吸収塔の中段に第２送液ラインを介して導入して、吸収液として再利用し、
抜出したセミリーン溶液の残部を、分岐ラインを介して、フラッシュドラムに導入して、常圧のリーン溶液とし、該リーン溶液を昇圧した後、第３の送液ラインを介して高圧吸収塔の塔頂から導入して、吸収液として再利用し、
前記高圧再生塔で分離された高圧ＣＯ2ガスを所定圧縮圧力のＣＯ2圧縮装置へ導入すると共に、
前記フラッシュドラムで分離された低圧ＣＯ2ガスを所定圧縮圧力のＣＯ2圧縮装置へ導入することを特徴とするＣＯ2回収システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記高圧吸収塔と高圧再生塔との間に、イナートガスを分離するイナートガス分離器と、分離されたイナートガスを高圧吸収塔へ導入するイナートガス導入ラインとを有することを特徴とするＣＯ2回収システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス中の二酸化炭素を吸収すると共に、二酸化炭素圧縮動力の軽減を図るＣＯ2回収システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
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、ボイラの排ガスをアミン化合物水溶液などのアミン系吸収液と接触させ、排ガス中のＣＯ2を除去し回収する方法が精力的に研究されている。
【０００３】
従来、特許文献１では、吸収液との気液接触によりＣＯ2が吸収除去された脱炭酸排ガスに対して洗浄液を気液接触させることで、脱炭酸排ガスに同伴されたアミン化合物を回収する水洗部を複数段設け、この複数段の水洗部にて、順次、脱炭酸排ガスに同伴するアミンの回収処理を行うことが示されている。
【０００４】
また、従来、特許文献２では、吸収液との気液接触によりＣＯ2が吸収除去された脱炭酸排ガスを冷却する冷却部と、冷却部で凝縮した凝縮水と脱炭酸排ガスとを向流接触させる接触部を設けたものが示されている。さらに、特許文献２では、脱炭酸排ガスに同伴されたアミン化合物を回収する水洗部を設けたものが示され、洗浄液は、ＣＯ2が回収される前の排ガスを冷却する冷却塔で凝縮された凝縮水が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１２６４３９号公報
【特許文献２】特開平８−８０４２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、近年では、環境保全の見地から、処理ガス流量の多い火力発電所などの排ガスに対して、ＣＯ2回収装置を設置する場合、除去される二酸化炭素量が多量であることから、例えば地中に埋設する場合におけるその圧縮に係る動力の軽減を図ることが、二酸化炭素回収プラントにおいて、切望されている。
【０００７】
本発明は、前記問題に鑑み、ガス中の二酸化炭素を吸収すると共に、二酸化炭素圧縮動力の軽減を図るＣＯ2回収システム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】
【０００８】
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を含有する高圧ガスとＣＯ2吸収液とを接触させてＣＯ2を除去する高圧吸収塔と、該高圧吸収塔から第１の送液ラインを介して導入され、ＣＯ2を吸収した高圧のリッチ溶液からＣＯ2の一部を遊離して部分再生してセミリーン溶液とする高圧再生塔と、前記高圧再生塔の塔底部から抜出したセミリーン溶液を分岐する分岐ラインとを具備し、前記高圧再生塔の底部から、部分再生したＣＯ2吸収液を、その耐熱温度以下のセミリーン溶液状態で抜出し、該抜出したセミリーン溶液の一部を、前記高圧吸収塔の中段に第２送液ラインを介して導入して、吸収液として再利用し、抜出したセミリーン溶液の残部を、分岐ラインを介して、フラッシュドラムに導入して、常圧のリーン溶液とし、該リーン溶液を昇圧した後、第３の送液ラインを介して高圧吸収塔の塔頂から導入して、吸収液として再利用し、前記高圧再生塔で分離された高圧ＣＯ2ガスを所定圧縮圧力のＣＯ2圧縮装置へ導入すると共に、前記フラッシュドラムで分離された低圧ＣＯ2ガスを所定圧縮圧力のＣＯ2圧縮装置へ導入することを特徴とするＣＯ2回収システムにある。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、前記高圧吸収塔と高圧再生塔との間に、イナートガスを分離するイナートガス分離器と、分離されたイナートガスを高圧吸収塔へ導入するイナートガス導入ラインとを有することを特徴とするＣＯ2回収システムにある。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高圧再生塔では、高圧リッチ溶液が所定の圧縮圧力においてに導入され、高圧リッチ溶液中の二酸化炭素（ＣＯ2）の一部を遊離させ、高圧リッチ溶液を部分再生したセミリーン溶液として、吸収液の耐熱温度以下で塔底部から排出している。分離された所望圧力の高圧ＣＯ2ガスは、高圧再生塔のガス流れ後流側に設置されるＣＯ2を圧縮するＣＯ2圧縮装置の圧縮器へ導入する。これにより、吸収液の劣化が抑制されると共に、従来のような高圧再生塔から排出されるＣＯ2ガスを圧縮する際の圧縮動力の大幅な節約となり、また圧縮設備の規模の軽減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、実施例１に係るＣＯ2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回収システムの概略図である。
【図３】図３は、実施例２に係るＣＯ2回収システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。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】
【００１３】
本発明による実施例に係るＣＯ2回収システムについて、図面を参照して説明する。
図１及び２は、実施例１に係るＣＯ2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回収システム１０Ａは、ＣＯ2を含有する高圧ガス１１とＣＯ2吸収液１２とを接触させてＣＯ2を除去する高圧吸収塔１３と、高圧吸収塔１３から高圧再生塔１５側へ送液する第１の送液ラインＬ10を介して導入されるＣＯ2を吸収した高圧のリッチ溶液１４からＣＯ2の一部を遊離して部分再生してセミリーン溶液１９とする高圧再生塔１５と、高圧再生塔１５の塔底部から抜出したセミリーン溶液１９を高圧吸収塔１３に送液する第２の送液ラインＬ11と、第２の送液ラインＬ11からセミリーン溶液１９の一部１９ａを分岐する分岐ラインＬ12と、分岐ラインＬ12に設けられ、セミリーン溶液をフラッシュするフラッシュドラム２１と、を具備し、高圧再生塔１５の底部から、部分再生したＣＯ2吸収液を、その耐熱温度以下のセミリーン溶液１９の状態で抜出し、抜出したセミリーン溶液１９を、第２の送液ラインＬ11を介して、高圧吸収塔１３の中段に導入して、吸収液として再利用し、分岐ラインＬ12で分岐したセミリーン溶液の一部１９ａを、フラッシュドラム２１でフラッシュして、常圧のリーン溶液１８とし、該リーン溶液１８を、昇圧した後高圧吸収塔１３の塔頂から導入して、吸収液として再利用し、高圧再生塔１５で分離された気体成分の高圧のＣＯ2ガス２２Ｈを所定圧縮圧力の高圧圧縮機１６Ｈへ導入すると共に、フラッシュドラム２１で分離された気体成分の低圧のＣＯ2ガス２２Ｌを所定圧縮圧力の低圧圧縮機１６Ｌへ導入するものである。
【００１４】
二酸化炭素（ＣＯ2）を含有する高圧ガス１１は、高圧吸収塔１３において、例えばアルカノールアミンをベースとするＣＯ2吸収液（アミン溶液）１２と対向流接触し、ガス１１中のＣＯ2はＣＯ2吸収液１２に吸収され、高圧ガス１１からＣＯ2を除去する。そして、ＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液である高圧リッチ溶液１４は、高圧再生塔１５においてＣＯ2の一部を遊離し、セミリーン溶液１９状態として再生される。
【００１５】
ここで、図１中、符号Ｌ13はフラッシュドラム２１で分離したリーン溶液１８を高圧吸収塔１３の塔頂側へ送液する第３の送液ライン、Ｌ14は低圧のＣＯ2ガス２２Ｌをフラッシュドラム２１から気液分離器２３側へ送液するガス送出ライン、Ｌ15は気液分離器２３からの回収したリーン溶液１８の一部１８ａを第３の送液ラインＬ13へ戻す戻し液ライン、Ｌ16は高圧再生塔１５の塔頂からの高圧のＣＯ2ガス２２Ｈを高圧圧縮機１６Ｈへ送出するガス送出ライン、Ｌ17は気液分離器２３からの低圧ＣＯ2ガス２２Ｌを低圧圧縮機１６Ｌへ送出するガス送出ライン、Ｌ18はＣＯ2圧縮装置１６で圧縮された圧縮ＣＯ2を地中へ導入する導入ライン、３１はＣＯ2が除去された浄化ガス、３２は第２の送液ラインＬ11に介装されたリッチ溶液１４の送液ポンプ、３３は高圧リッチ溶液１４とセミリーン溶液１９とを熱交換する熱交換器、３６は高圧再生塔上部の水蒸気凝縮水３４を冷却水３５で冷却する冷却器コデンサ、３７はセミリーン溶液１９の一部１９ａを再熱するリボイラ、３８はリボイラへ供給する飽和水蒸気、３９は水蒸気凝縮水、４１は分岐ラインＬ12に介装される減圧弁、４２はリーン溶液を昇圧する昇圧ポンプ、４３はリーン溶液を冷却する冷却手段を各々図示する。
【００１６】
高圧ガス１１が高圧吸収塔１３に導入され、高圧ガス１１中に含まれるＣＯ2をＣＯ2吸収液１２で吸収させて高圧のリッチ溶液１４として、高圧吸収塔１３の底部から排出される。その後高圧のリッチ溶液１４は、送液ポンプ３２により高圧の高圧再生塔１５に送られ、この高圧再生塔１５においてＣＯ2の一部を遊離し、セミリーン溶液１９の状態として再生される。
【００１７】
ここで、高圧再生塔１５内において、リーン溶液１８まで完全再生させると、吸収液の耐熱温度（例えば１２０℃）以上となるので、高圧再生塔１５での再生は部分再生に留め、セミリーン溶液１９の状態で排出させる必要がある。
【００１８】
ＣＯ2を含む高圧ガス１１としては、例えば肥料合成用の高圧ガス、高圧天然ガス等（ガス圧力：例えば３，０００ｋＰａＧ）を例示することができる。
【００１９】
よって、このような高圧ガス１１を用いて高圧吸収塔１３でＣＯ2を吸収した高圧のリッチ溶液１４は、高圧再生塔１５に所定の圧縮圧力においてに導入され、高圧のリッチ溶液１４中の二酸化炭素（ＣＯ2）の一部が遊離され、高圧のリッチ溶液１４を部分再生したセミリーン溶液１９として、塔底部から排出される。
【００２０】
高圧再生塔１５の塔頂部から分離される所望圧力（例えば３３０ｋＰａＧ）の高圧ＣＯ2ガス２２Ｈは、ガス送出ラインＬ16を介して、ＣＯ2圧縮装置１６の高圧圧縮機１６Ｈへ送られる。
【００２１】
本実施例では、高圧再生塔１５の底部から、部分再生したＣＯ2吸収液を、その耐熱温度(例えば１２０℃)以下のセミリーン状態で抜出すので、吸収液の劣化が生じることがない。
【００２２】
抜出されたセミリーン溶液１９は、第２の送液ラインＬ1１を介して、高圧吸収塔１３の中段に導入して、吸収液として再利用される。
ここで、高圧吸収塔１３の中段に導入するのは、塔頂からはリーン溶液１８を導入しているので、塔中段辺りでは、ＣＯ2を部分吸収したセミリッチ状態となる。導入するセミリーン溶液１９は、このセミリッチ溶液と同質の吸収液となっているので、中段辺りに導入するのが良いこととなる。
【００２３】
一方、分岐ラインＬ12で分岐したセミリーン溶液１９の一部１９ａは、フラッシュドラム２１に導入され、ここでフラッシュして、常圧のリーン溶液１８に気液分離される。
このリーン溶液１８は、昇圧ポンプ４２で昇圧された後、高圧吸収塔１３の塔頂から導入され、吸収液として再利用される。
なお、高圧吸収塔１３の塔頂部から導入されるリーン溶液１８の導入量は少ないので、高圧吸収塔１３の上部側の塔本体の寸法を小さくすることができ、吸収塔のコンパクト化を図ることができる。
【００２４】
ここで、分岐する量としては、高圧吸収塔１３へ導入する量と分岐する量とは、モル比で８：２程度としている。
【００２５】
この分岐されたセミリーン溶液の一部１９ａは、フラッシュドラム２１で気液分離される。分離された低圧ＣＯ2ガス２２Ｌは、ガス送出ラインＬ14を介して気液分離器２３に送られ、ここでフラッシュした際のガスに同伴される吸収液をリーン溶液１８ａとして分離し、ガス送出ラインＬ17を介して低圧圧縮機１６Ｌへ送られる。分離された吸収液であるリーン溶液１８は、リーン溶液を送給する第３の送液ラインＬ13側に戻される。
【００２６】
図２は、本実施例の一例のガスの温度及び圧力を例示するＣＯ2回収装置の概略図である。
高圧のリッチ溶液１４を高圧再生塔１５へ導入し、ＣＯ2の一部を遊離させ、部分再生吸収液Ｂとし、この部分再生吸収液は高圧再生塔１５の底部から吸収液の耐熱温度（例えば１２０℃）以下で排出される。
【００２７】
高圧再生塔の塔頂からは、遊離された高圧ＣＯ2ガス２２Ｈが、ガス圧力が３３０ｋＰａＧ、４０℃でガス送出ラインＬ16を介して高圧圧縮機１６Ｈへ、全ＣＯ2量の９３％が送出される。
またフラッシュドラムから放出される低圧ＣＯ2ガス２２Ｌは、ガス圧力が５０ｋＰａＧ、４０℃でガス送出ラインＬ17を介して低圧圧縮機１６Ｌへ残りの７％が送出される。
【００２８】
高圧再生塔１５の底部からのセミリーン溶液１９は、その温度が１２０℃、圧力３５５ｋＰａＧであり、吸収液を構成するアミン溶液の劣化温度以下であるので、吸収液の劣化がない。
【００２９】
これに対し、従来のような高圧リッチ溶液を直接高圧再生塔内へ導入して、全量を再生する場合、高圧再生塔内でＣＯ2を放出して再生されたリーン溶液は、底部から１５０℃程度又はそれ以上の温度及び３８０ｋＰａＧの圧力で排出されるので、リーン溶液が高温状態となり、吸収液の組成であるアミン溶液が劣化していた。
【００３０】
このように、本実施例によれば、高圧再生塔１５に高圧のリッチ溶液１４を導入し、高圧リッチ溶液１４に吸収されているＣＯ2の一部を遊離させて高圧ＣＯ2ガス２２Ｈとして塔頂部から放出し、この放出された高圧ＣＯ2ガス２２Ｈは、高圧再生塔１５のガス流れ後流側に設置されるＣＯ2を圧縮するＣＯ2圧縮装置１６の高圧圧縮機１６Ｈへ導入することとしている。
これにより、従来のような高圧再生塔１５から排出されるＣＯ2ガスを圧縮する際の圧縮動力の大幅な節約となり、また圧縮設備の規模の軽減を図ることができる。
【実施例２】
【００３１】
本発明による実施例に係るＣＯ2回収システムについて、図面を参照して説明する。図３は、実施例１に係るＣＯ2回収システムの概略図である。なお、実施例１と同一構成部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
図３に示すように、本実施例に係るＣＯ2回収システム１０Ｂは、図１に示す実施例１の本実施例に係るＣＯ2回収システム１０Ａにおいて、送液ポンプ３２と熱交換器３３との間に、イナートガス分離器５０を設置している。
【００３２】
イナートガスが存在すると非凝縮ガスであるので、ＣＯ2ガスの圧縮純度の向上を図ることができない。そこで、本実施例では、高圧再生塔１５の前流側において、高圧リッチ溶液１４中に存在（０．１ｗｔ％以下）するイナートガス（Ｎ2、Ｈ2等）を除去するようにしている。除去されたイナートガス５１は、イナートガス循環ラインＬ20により、高圧吸収塔１３に再度循環させている。イナートガス循環ラインＬ20には、冷却器５２、気液分離器５３及び圧縮器５４が介装されている。
【００３３】
このイナートガス分離器５０を設けて、イナートガス５１を除いているので、圧縮ＣＯ2回収ガスの純度が向上する。
【００３４】
本実施例では、フラッシュドラムを用いて、気液分離を行っているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば蒸留塔、分離カラム等を用いて気液分離を行うようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１０Ａ〜１０Ｂ  ＣＯ2回収システム
１１  高圧ガス
１２  ＣＯ2吸収液
１３  高圧吸収塔
１４  リッチ溶液
１５  高圧再生塔
１６  ＣＯ2圧縮装置
１６Ｈ  高圧圧縮器
１６Ｌ  低圧圧縮器
１８  リーン溶液
２１  フラッシュドラム
２２Ｈ  高圧ＣＯ2ガス
２２Ｌ  低圧ＣＯ2ガス
【図１】
2014018759.tif 000003
【図２】
2014018759.tif 000004
【図３】
2014018759.tif 000005