(57)【要約】【課題】炭素を含む燃料のガス化ガスと吸収液とを接触させてＣＯ２を回収するプロセスにおいて、消費エネルギーが少なく、発電効率の低下を抑制できるＣＯ２回収方法および回収装置を提供する。【解決手段】炭素を含む燃料をガス化して生じる生成ガス１と水蒸気２とを触媒上で反応させて、生成ガス１に含まれるＣＯをＣＯ２に変換する工程と、生成ガス１を吸収液加熱器２３に導入し、生成ガス１に含まれる水分の凝縮熱と生成ガス１の顕熱とを利用して、ＣＯ２吸収塔２４の底部より抜き出された吸収液６を加熱する工程と、生成ガス１に含まれる凝縮された水分を除去してから、生成ガス１をＣＯ２吸収塔２４に導入し、ＣＯ２吸収塔２４内の吸収液６と接触させて生成ガス１中のＣＯ２を吸収させる工程と、吸収液加熱器２３で加熱された吸収液６を減圧し、ＣＯ２ガス９を放出させて吸収液６を再生し、ＣＯ２吸収塔２４に戻す工程とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素を含む燃料をガス化して生じる生成ガスからのＣＯ２回収方法において、
前記生成ガスと水蒸気とを触媒上で反応させて、前記生成ガスに含まれるＣＯをＣＯ２に変換する工程と、
前記生成ガスを吸収液加熱器に導入し、前記生成ガスに含まれる水分の凝縮熱と前記生成ガスの顕熱とを利用して、ＣＯ２吸収塔の底部より抜き出された吸収液を加熱する工程と、
前記生成ガスに含まれる凝縮された水分を除去してから、前記生成ガスを前記ＣＯ２吸収塔に導入し、前記ＣＯ２吸収塔内の吸収液と接触させて前記生成ガス中のＣＯ２を吸収させる工程と、
前記吸収液加熱器で加熱された前記吸収液を減圧し、ＣＯ２ガスを放出させて前記吸収液を再生し、前記ＣＯ２吸収塔に戻す工程と、
を有することを特徴とするＣＯ２回収方法。
【請求項２】
請求項１記載のＣＯ２回収方法において、
ＣＯ２ガスを放出して再生した前記吸収液を前記ＣＯ２吸収塔に戻す過程で、前記吸収液の一部をさらに後段の再生塔へ導入して加熱する工程と、
前記再生塔の底部より抜き出された前記吸収液を熱源とする熱交換器を用いて、前記ＣＯ２吸収塔の底部より抜き出された前記吸収液を加熱する工程と、
を有するＣＯ２回収方法。
【請求項３】
請求項１または２記載のＣＯ２回収方法において、
前記生成ガスに含まれるＣＯをＣＯ２に変換する工程の後で、前記生成ガスを蒸気発生器に導入し、前記生成ガスを熱源として水蒸気を発生させる工程と、
前記吸収液加熱器で加熱された前記吸収液を、前記蒸気発生器で発生した水蒸気を熱源とする加熱器でさらに加熱してから減圧し、ＣＯ２ガスを放出させて前記吸収液を再生する工程と、
を有するＣＯ２回収方法。
【請求項４】
請求項３記載のＣＯ２回収方法において、
前記吸収液加熱器の入口での前記生成ガスの温度が、予め定めた基準温度より低い場合は、前記蒸気発生器で発生させる前記水蒸気の量を減らし、前記基準温度より高い場合は、前記蒸気発生器で発生させる前記水蒸気の量を増加させるＣＯ２回収方法。
【請求項５】
請求項３記載のＣＯ２回収方法において、
前記吸収液加熱器を通過した前記吸収液の温度が予め定めた基準温度より低い場合は、前記加熱器の熱源となる前記水蒸気の量と温度のうち少なくとも一方を増加させるＣＯ２回収方法。
【請求項６】
ＣＯ２を吸収する吸収液を有するＣＯ２吸収塔を備えたＣＯ２回収装置において、
炭素を含む燃料をガス化して生じる生成ガスと水蒸気とを触媒上で接触させて、前記生成ガスに含まれるＣＯをＣＯ２に変換するシフト反応器と、
前記生成ガスを熱源として、前記ＣＯ２吸収塔からの前記吸収液を加熱する吸収液加熱器と、
前記吸収液加熱器において加熱された前記吸収液を減圧し、前記吸収液からＣＯ２ガスを放出させることにより、前記吸収液を再生して前記ＣＯ２吸収塔に戻すフラッシュタンクと、
前記吸収液加熱器を通過した前記生成ガスを冷却する冷却器と、
前記冷却器を通過した前記生成ガスから凝縮水を分離する気水分離器と、
前記気水分離器で凝縮水を分離した後の前記生成ガスを導入して前記吸収液に接触させて、前記生成ガスに含まれるＣＯ２を前記吸収液に吸収させる前記ＣＯ２吸収塔と、
を備え、
前記吸収液加熱器は、前記生成ガスに含まれる水分の凝縮熱と前記生成ガスの顕熱とを利用して、前記ＣＯ２吸収塔からの前記吸収液を加熱することを特徴とするＣＯ２回収装置。
【請求項７】
請求項６記載のＣＯ２回収装置において、
前記フラッシュタンクで再生された前記吸収液を加熱することにより、前記吸収液からＣＯ２ガスを放出させる再生塔と、
前記再生塔で加熱された前記吸収液を熱源として、前記ＣＯ２吸収塔からの前記吸収液を加熱する熱交換器と、
を備えるＣＯ２回収装置。
【請求項８】
請求項６または７記載のＣＯ２回収装置において、
前記生成ガスを熱源として水蒸気を発生させる蒸気発生器と、
前記蒸気発生器で発生した水蒸気を熱源として、前記吸収液加熱器で加熱された前記吸収液をさらに加熱する加熱器と、
を備えるＣＯ２回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素を含む燃料のガス化ガスからＣＯ２を回収する方法および回収する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化現象の一因としてＣＯ２による温室効果が指摘され、地球環境を守る上でその対策が急務となっている。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。特に大量の化石燃料を使用する火力発電所を対象に、ＣＯ２を含む燃焼排ガスをアルカノールアミン水溶液等と接触させてＣＯ２を吸収させ、ＣＯ２を回収する方法、および回収された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。
【０００３】
アルカノールアミンの例としては、モノエタノールアミン（ＭＥＡ）やＮ−メチルジエタノールアミン（ＭＤＥＡ）などが挙げられる。アルカノールアミン水溶液を吸収液とする吸収法では、吸収塔においてＣＯ２を吸収した吸収液は、再生塔において１２０℃前後の水蒸気を使用して加熱され再生される（例えば、特許文献１、２）。処理ガス量が多いほど、使用する吸収液量は多くなり、それに伴い、再生に必要な水蒸気量も増大する。従って、石炭やオイルコークス等のガス化ガスを対象とした場合には、燃焼によりガス量が増加してしまうので、燃焼前にＣＯ２を回収する方法が望ましい。
【０００４】
ガス化ガスには、炭素は主にＣＯの形で含まれるので、予め（１）式に示すシフト反応によりＣＯをＣＯ２に変換する必要がある。
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２    （１）
シフト反応は、ＣＯを含むガスと水蒸気を触媒の存在下で２００℃以上の温度で反応させることにより進行する。つまり、シフト反応でも水蒸気を使用する。一方、シフト反応は発熱反応なので、反応熱を熱源として水蒸気を発生させることが可能である。しかし、この水蒸気だけでは吸収液の再生とシフト反応の両方を賄い切れず、外部からも水蒸気の供給が必要である。また、火力発電所においては、本来発電に供するための水蒸気をＣＯ２回収プロセスに抽気することにより、送電端効率が低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０３−１９３１１６号公報
【特許文献２】特開２００６−２３２５９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、従来技術では、吸収液の再生には水蒸気を熱源として使用しているため、大量の水蒸気を必要としており、従ってＣＯ２の回収には多くのエネルギーが必要であった。また、火力発電所においては、タービンから抽気した水蒸気を利用しており、その結果として発電効率が大幅に低下していた。
【０００７】
本発明は、石炭や石油ピッチ等の炭素を含む燃料のガス化ガスと吸収液とを接触させてＣＯ２を回収するプロセスにおいて、ＣＯ２回収に必要なエネルギー消費を低減するための方法および装置を提供することを目的とする。また、発電用水蒸気の抽気による発電効率の低下を大幅に抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によるＣＯ２回収方法は、以下のような特徴を有する。
【０００９】
炭素を含む燃料をガス化して生じる生成ガスと水蒸気とを触媒上で反応させて、前記生成ガスに含まれるＣＯをＣＯ２に変換する工程と、前記生成ガスを吸収液加熱器に導入し、前記生成ガスに含まれる水分の凝縮熱と前記生成ガスの顕熱とを利用して、ＣＯ２吸収塔の底部より抜き出された吸収液を加熱する工程と、前記生成ガスに含まれる凝縮された水分を除去してから、前記生成ガスを前記ＣＯ２吸収塔に導入し、前記ＣＯ２吸収塔内の吸収液と接触させて前記生成ガス中のＣＯ２を吸収させる工程と、前記吸収液加熱器で加熱された前記吸収液を減圧し、ＣＯ２ガスを放出させて前記吸収液を再生し、前記ＣＯ２吸収塔に戻す工程とを有する。
【００１０】
上記のＣＯ２回収方法において、ＣＯ２ガスを放出して再生した前記吸収液を前記ＣＯ２吸収塔に戻す過程で、前記吸収液の一部をさらに後段の再生塔へ導入して加熱する工程と、前記再生塔の底部より抜き出された前記吸収液を熱源とする熱交換器を用いて、前記ＣＯ２吸収塔の底部より抜き出された前記吸収液を加熱する工程とを有してもよい。
【００１１】
さらに、上記のＣＯ２回収方法において、前記生成ガスに含まれるＣＯをＣＯ２に変換する工程の後で、前記生成ガスを蒸気発生器に導入し、前記生成ガスを熱源として水蒸気を発生させる工程と、前記吸収液加熱器で加熱された前記吸収液を、前記蒸気発生器で発生した水蒸気を熱源とする加熱器でさらに加熱してから減圧し、ＣＯ２ガスを放出させて前記吸収液を再生する工程とを有してもよい。
【００１２】
また、本発明によるＣＯ２回収装置は、以下のような特徴を有する。
【００１３】
ＣＯ２を吸収する吸収液を有するＣＯ２吸収塔を備えたＣＯ２回収装置において、炭素を含む燃料をガス化して生じる生成ガスと水蒸気とを触媒上で接触させて、前記生成ガスに含まれるＣＯをＣＯ２に変換するシフト反応器と、前記生成ガスを熱源として、前記ＣＯ２吸収塔からの前記吸収液を加熱する吸収液加熱器と、前記吸収液加熱器において加熱された前記吸収液を減圧し、前記吸収液からＣＯ２ガスを放出させることにより、前記吸収液を再生して前記ＣＯ２吸収塔に戻すフラッシュタンクと、前記吸収液加熱器を通過した前記生成ガスを冷却する冷却器と、前記冷却器を通過した前記生成ガスから凝縮水を分離する気水分離器と、前記気水分離器で凝縮水を分離した後の前記生成ガスを導入して前記吸収液に接触させて、前記生成ガスに含まれるＣＯ２を前記吸収液に吸収させる前記ＣＯ２吸収塔とを備える。前記吸収液加熱器は、前記生成ガスに含まれる水分の凝縮熱と前記生成ガスの顕熱とを利用して、前記ＣＯ２吸収塔からの前記吸収液を加熱する。
【００１４】
上記のＣＯ２回収装置において、前記フラッシュタンクで再生された前記吸収液を加熱することにより、前記吸収液からＣＯ２ガスを放出させる再生塔と、前記再生塔で加熱された前記吸収液を熱源として、前記ＣＯ２吸収塔からの前記吸収液を加熱する熱交換器とを備えてもよい。
【００１５】
さらに、上記のＣＯ２回収装置において、前記生成ガスを熱源として水蒸気を発生させる蒸気発生器と、前記蒸気発生器で発生した水蒸気を熱源として、前記吸収液加熱器で加熱された前記吸収液をさらに加熱する加熱器とを備えてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、生成ガスを利用して吸収液を加熱することにより、ＣＯ２回収プロセスにおける水蒸気使用量を削減でき、ＣＯ２回収に必要なエネルギー消費を低減することができる。また、発電用水蒸気の抽気による発電効率の低下を大幅に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施例１によるＣＯ２回収装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例２によるＣＯ２回収装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施例３によるＣＯ２回収装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施例３において、蒸気発生器と加熱器とを省いた構成のＣＯ２回収装置の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施例４によるＣＯ２回収装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明によるＣＯ２回収方法の概要は、次の通りである。炭素を含む燃料をガス化して生じる生成ガスを触媒上で水蒸気と反応させて、生成ガス中のＣＯをＣＯ２に変換する。この際に発生する反応熱により自己加熱された生成ガスを熱源として、蒸気発生器で水蒸気を発生させてもよい。生成ガス中のＣＯ２は、吸収塔で吸収液に吸収される。ＣＯ２を吸収した吸収液は、吸収塔の底部より抜き出され、生成ガスを熱源として吸収液加熱器で加熱される。吸収液を加熱した生成ガスは、含まれている水分が除去された後、吸収塔に導入されて吸収液と接触し、含まれているＣＯ２が回収される。吸収液加熱器で加熱された吸収液は、蒸気発生器で発生した水蒸気を熱源として、さらに加熱されるようにしてもよい。その後、吸収液は、減圧され、吸収したＣＯ２を放出して再生する。
【００１９】
本発明によれば、生成ガスと吸収液とを熱交換させることにより、生成ガスの顕熱と、従来は利用されていなかった生成ガスの凝縮熱とを、吸収液の加熱源として活用することができる。
【００２０】
以下では、吸収塔の底部より抜き出された吸収液を「リッチ液」、ＣＯ２を放出して再生した吸収液を「セミリーン液」と称する。また、実施例３において、再生塔で加熱再生された吸収液を「リーン液」と称する。
【００２１】
本発明で対象となる生成ガスは、石炭や石油ピッチや重油などの炭素を含む燃料を部分酸化したときに発生するＣＯ、Ｈ２、ＣＨ４、ＣＯ２等を主に含むガスである。
【００２２】
以下に本発明の実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【実施例１】
【００２３】
本発明によるＣＯ２の回収方法および回収装置の実施例を、図１を用いて説明する。実施例１は、本発明によるＣＯ２回収方法および回収装置の基本的な構成を、石炭のガス化プロセスに適用した例である。図１は、本実施例でのＣＯ２回収装置の構成を示すブロック図である。
【００２４】
図１に示すように、本実施例でのＣＯ２回収装置は、主に、高温シフト反応器２１ａ、中温シフト反応器２１ｂ、低温シフト反応器２１ｃ、吸収液加熱器２３、吸収塔２４、冷却器２５、２９、気水分離器２６、およびフラッシュタンク２８から構成されている。なお、通常は、少なくとも高温シフト反応器２１ａと中温シフト反応器２１ｂの後段に冷却器を設けるが、図１では図示を省略している。
【００２５】
ガス化炉（図示せず）で石炭と酸素を高温で反応させて発生した生成ガス１は、脱塵や水洗の後、ＣＯＳをＨ２Ｓに変換するＣＯＳ転換処理やＨ２Ｓを除去する脱硫処理を経た後、水蒸気２と共に高温シフト反応器２１ａに導入される。
【００２６】
高温シフト反応器２１ａには、ＦｅとＣｒを主な活性成分とするシフト触媒が充填されており、この触媒により（１）式のシフト反応が促進される。シフト反応は発熱反応であり、触媒と生成ガス１は反応熱により加熱される。石炭をガス化して得られる生成ガスの場合、一般にＣＯ濃度は２０〜６０％と高いため、ＣＯの全量を一度に反応させると反応熱により触媒の温度がその耐熱温度を上回ってしまう。そのため、高温シフト反応器２１ａでは、生成ガス１に含まれるＣＯの一部だけを反応させる。
【００２７】
生成ガス１は、次に、高温シフト反応器２１ａと同じ触媒が充填された中温シフト反応器２１ｂに導入される。中温シフト反応器２１ｂでは、生成ガス１に含まれる残りのＣＯの一部がＣＯ２に転化される。
【００２８】
生成ガス１は、さらに、低温シフト反応器２１ｃに導入される。低温シフト反応器２１ｃには、比較的低い温度でシフト反応促進活性を有するＣｕとＺｎを主な活性成分とする触媒が充填されている。低温シフト反応器２１ｃにおいて、生成ガス１は、所望するＣＯ濃度になるまで残りのＣＯがＣＯ２に転化される。
【００２９】
なお、シフト反応の温度レベルは、例えば、高温シフト反応器２１ａでは２５０〜４５０℃、中温シフト反応器２１ｂでは２５０〜３５０℃、低温シフト反応器２１ｃでは２５０〜２７０℃とすることができる。
【００３０】
次に、生成ガス１は、吸収液加熱器２３に導入される。吸収液加熱器２３には、冷却媒体として吸収塔２４の底部から抜き出されたリッチ液６が導入されており、生成ガス１はリッチ液６に熱を奪われて冷却される。
【００３１】
生成ガス１は、さらに、冷却器２５で５０℃以下に冷却され、気水分離器２６で凝縮水７が除去された後、吸収塔２４に導入される。ここで、生成ガス１は、再生されたセミリーン液１３と接触し、ＣＯ２が吸収される。このようにして、生成ガス１からＣＯ２が除去されて精製ガス８が得られる。
【００３２】
ところで、吸収液加熱器２３に導入された生成ガス１には、シフト反応用に供給された水蒸気２のうち反応に使われなかった水蒸気が含まれている。吸収塔２４の底部から抜き出されたリッチ液６は、この水蒸気の凝縮熱と生成ガス１の顕熱により加熱される。
【００３３】
加熱されたリッチ液６は、減圧されてフラッシュタンク２８に導入される。フラッシュタンク２８では、吸収されていたＣＯ２が液相から放出されて、リッチ液６は再生され（セミリーン液１３となる）、ＣＯ２を含んだ放散ガス９が回収される。
【００３４】
一方、セミリーン液１３（再生されたリッチ液６）は、冷却器２９で所定の温度に冷却された後、再び吸収塔２４に導入される。
【００３５】
従来、吸収液の再生にはタービンから抽気した水蒸気を熱源として使用しており、その結果として発電効率が大幅に低下していた。本発明は、シフト反応の後段では生成ガスが水蒸気を多く含むことに着目し、これまでは回収されていなかった凝縮熱を利用して吸収液を加熱する点に特徴があり、これによりＣＯ２回収エネルギーを大幅に削減することができる。
【実施例２】
【００３６】
本発明によるＣＯ２の回収方法および回収装置の第２の実施例を、図２を用いて説明する。実施例２は、実施例１と同様に、本発明によるＣＯ２回収方法および回収装置を石炭のガス化プロセスに適用した例であるが、以下の点が異なる。すなわち、シフト反応で発生する反応熱により自己加熱された生成ガスを熱源として、蒸気発生器で水蒸気を発生させる。そして、吸収液加熱器で加熱された吸収液を、蒸気発生器で発生した水蒸気を熱源として、さらに加熱する。
【００３７】
図２は、本実施例でのＣＯ２回収装置の構成を示すブロック図である。図２において、図１と同一の符号は、図１と同一または共通する要素を示す。本実施例のＣＯ２回収装置は、実施例１と同様の構成であるが、高温シフト反応器２１ａ、中温シフト反応器２１ｂ、および低温シフト反応器２１ｃの後段に、高温蒸気発生器２２ａ、中温蒸気発生器２２ｂ、および低温蒸気発生器２２ｃがそれぞれ設置されている点と、吸収液加熱器２３とフラッシュタンク２８の間に加熱器２７ａ、２７ｂが設置されている点が異なる。
【００３８】
本実施例でのＣＯ２回収方法は、実施例１と同様であり、以下では相違点のみを説明する。
【００３９】
高温シフト反応器２１ａで一部のＣＯがシフト反応を起こした生成ガス１は、次に、冷却のために高温蒸気発生器２２ａに導入される。ここでは、生成ガス１が所定の温度まで冷却されると同時に、その熱を利用して高温蒸気３が発生する。
【００４０】
続いて生成ガス１は、中温シフト反応器２１ｂに導入され、残りのＣＯの一部がＣＯ２に転化した段階で中温蒸気発生器２２ｂに導入されて冷却される。中温蒸気発生器２２ｂでは、生成ガス１を熱源として中温蒸気４が発生する。
【００４１】
次に、生成ガス１は、低温シフト反応器２１ｃに導入され、所望するＣＯ濃度になるまで残りのＣＯがＣＯ２に転化され、冷却のために低温蒸気発生器２２ｃに導入される。低温蒸気発生器２２ｃでは、生成ガス１を熱源として低温蒸気５が発生する。低温蒸気発生器２２ｃで冷却された後の生成ガス１は、吸収液加熱器２３に導入される。
【００４２】
一方、吸収液加熱器２３で、生成ガス１に含まれる水蒸気の凝縮熱と生成ガス１の顕熱とにより加熱されたリッチ液６は、次に加熱器２７ａに導入され、中温蒸気４の全部または一部を熱源として加熱される。リッチ液６は、さらに加熱器２７ｂに導入され、高温蒸気３の全部または一部を熱源として加熱され、減圧されてフラッシュタンク２８に導入される。リッチ液６が加熱器２７ａで所定の温度まで加熱された場合には、高温蒸気３を加熱器２７ｂに供給せず、加熱器２７ｂでリッチ液６を加熱しなくてもよい。
【００４３】
加熱器２７ａ、２７ｂを設置することで、リッチ液６は、吸収液加熱器２３で十分に加熱できなかった場合でも、中温蒸気発生器２２ｂと高温蒸気発生器２２ａで発生した水蒸気を熱源として、さらに加熱することができる。
【００４４】
なお、本実施例では、加熱器２７ａ、２７ｂと２台の加熱器を設置したが、いずれか１方だけを設置することもできる。また、加熱器を３台設置し、低温蒸気５、中温蒸気４、および高温蒸気３を熱源として、リッチ液６を加熱する構成にしてもよい。
【実施例３】
【００４５】
本発明によるＣＯ２の回収方法および回収装置の第３の実施例を、図３を用いて説明する。実施例３は、本発明によるＣＯ２回収方法および回収装置を、石炭のガス化プロセスに適用した例であり、生成ガスを、脱塵、水洗した後、直接シフト反応を行い、その後、ＣＯ２とＨ２Ｓを同時に除去するプロセスに適用した例である。図３は、本実施例でのＣＯ２回収装置の構成を示すブロック図である。
【００４６】
図３に示すように、本実施例でのＣＯ２回収装置は、主に、第一シフト反応器３０ａ、第二シフト反応器３０ｂ、蒸気発生器３１ａ、３１ｂ、吸収液加熱器２３、吸収塔２４、冷却器２５、２９、３５、気水分離器２６、加熱器２７ｃ、フラッシュタンク２８、熱交換器３３、および再生塔３４から構成されている。吸収塔２４では、吸収液がＣＯ２とＨ２Ｓとを吸収し、生成ガス１からＣＯ２とＨ２Ｓとが同時に除去される。
【００４７】
生成ガス１は、脱塵や水洗の後、水蒸気２と共に第一シフト反応器３０ａに導入される。
【００４８】
第一シフト反応器３０ａには、ＣｏとＭｏを主な活性成分とするシフト触媒が充填されており、Ｈ２Ｓの存在下において（１）式の反応が促進される。本実施例においても、シフト反応の反応熱により触媒が耐熱温度を超えないように、シフト反応を分割して行うようになっており、第一シフト反応器３０ａでは、生成ガス１に含まれるＣＯの一部だけを反応させる。
【００４９】
次に、生成ガス１は、蒸気発生器３１ａに導入され冷却される。これと同時に、生成ガス１の熱を利用して、高温蒸気１１が発生する。
【００５０】
続いて生成ガス１は、第一シフト反応器３０ａと同じ触媒が充填された第二シフト反応器３０ｂに導入され、残りのＣＯがＣＯ２に転換され、冷却のために蒸気発生器３１ｂに導入される。蒸気発生器３１ｂでは、生成ガス１を熱源として中温蒸気１２が発生する。
【００５１】
なお、シフト反応の温度レベルは、例えば、第一シフト反応器３０ａでは２５０〜４５０℃、第二シフト反応器３０ｂでは２５０〜３５０℃とすることができる。
【００５２】
次に、リッチ液６の加熱方法について説明する。吸収塔２４の底部から抜き出されたリッチ液６は、熱交換器３３に導入され、後述する再生塔３４で加熱再生された高温の吸収液（リーン液）１０の熱により加熱される。
【００５３】
続いて、リッチ液６は、吸収液加熱器２３に導入され、蒸気発生器３１ｂを通過した生成ガス１の熱により加熱される。この生成ガス１には、シフト反応用に供給された水蒸気２のうち反応に使われなかった水蒸気が含まれており、この水蒸気の凝縮熱と生成ガス１の顕熱とによりリッチ液６は加熱される。
【００５４】
リッチ液６は、さらに加熱器２７ｃに導入され、中温蒸気１２の全部または一部を熱源として加熱され、減圧されてフラッシュタンク２８に導入される。
【００５５】
フラッシュタンク２８では、主に吸収されていたＣＯ２が液相から放出されて、リッチ液６は再生され（セミリーン液１３となる）、ＣＯ２を含んだ放散ガス９が回収される。
【００５６】
セミリーン液１３（放散ガス９を放出したリッチ液６）は、一部が冷却器２９で冷却された後、吸収塔２４に導入され、残りは再生塔３４に導入される。
【００５７】
再生塔３４では、セミリーン液１３は、水蒸気により１１０〜１３０℃に加熱され、吸収されていたＣＯ２とＨ２Ｓが放散ガス９として気相に放出されて、リーン液１０として再生される。
【００５８】
再生塔３４でセミリーン液１３の再生により得られたリーン液１０は、上述したように高温のまま熱交換器３３に加熱媒体として導入され、リッチ液６の加熱に供される。その後、冷却器３５で所定の温度まで冷却された後、吸収塔２４に導入される。
【００５９】
一方、吸収液加熱器２３でリッチ液６との熱交換により冷却された生成ガス１は、さらに冷却器２５で５０℃以下に冷却され、気水分離器２６で凝縮水７が除去される。この後、生成ガス１は、吸収塔２４に導入され、ＣＯ２およびＨ２Ｓが除去されて精製ガス８が得られる。
【００６０】
このように、本実施例では、従来個別に実施されていたＨ２Ｓ除去とＣＯ２回収を同時に行うことができる。さらに、生成ガス１に含まれる水蒸気の凝縮熱と生成ガス１の顕熱と再生塔より抜き出した高温のリーン液１０とを用いて、フラッシュタンク２８に導入する前のリッチ液６を加熱することができる。これにより、シフト反応の反応熱を利用して発生させた水蒸気を主に発電に供することができ、発電効率の低下を抑制することができる。
【００６１】
なお、本実施例では、実施例２と同様に、蒸気発生器３１ａ、３１ｂで高温蒸気１１と中温蒸気１２を発生させ、中温蒸気１２を熱源として加熱器２７ｃでリッチ液６を加熱しているが、実施例１と同様に、蒸気発生器３１ａ、３１ｂと加熱器２７ｃとを省くことも可能である。図４は、このような構成のＣＯ２回収装置の構成を示すブロック図である。
【００６２】
図４に示した構成の場合には、シフト反応の反応熱を利用して発生させた水蒸気を使わずに、生成ガス１の水蒸気の凝縮熱と生成ガス１の顕熱と高温のリーン液１０だけで、リッチ液６を加熱する。この場合には、シフト反応の反応熱を利用して発生させた水蒸気を発電に供することができ、発電効率の低下をさらに抑制することができる。
【実施例４】
【００６３】
本発明によるＣＯ２の回収方法および回収装置の第４の実施例を、図５を用いて説明する。実施例４では、実施例２と同様の構成のＣＯ２回収装置に対して、凝縮熱を回収してリッチ液を加熱する際の運転制御方法の例について説明する。
【００６４】
図５は、本実施例でのＣＯ２回収装置の構成を示すブロック図である。図５において、図２と同一の符号は、図２と同一または共通する要素を示す。本実施例のＣＯ２回収装置は実施例２と同様の構成であるが、図５には、凝縮熱を回収してリッチ液６を加熱する際の運転制御に必要な構成要素を追加して記載した。
【００６５】
吸収液加熱器２３は、生成ガス１に含まれる水分の凝縮熱を回収できるように設計されている。
【００６６】
生成ガス１の流路には吸収液加熱器２３の入口に温度計５１を設置し、生成ガス１の温度を測定する。冷却器２５の出口にも温度計５３を設置する。また、中温シフト反応器２１ｂおよび低温シフト反応器２１ｃの入口に、温度計５６および５７をそれぞれ設ける。
【００６７】
冷却器２５に供給する冷却水の流量は、流量調節弁６４で調節可能である。また、高温蒸気発生器２２ａ、中温蒸気発生器２２ｂ、および低温蒸気発生器２２ｃに供給するボイラ給水１４ａ、１４ｂ、および１４ｃの流量は、流量調節弁６７、６８、および６３でそれぞれ調節可能である。
【００６８】
リッチ液６の流路には、吸収液加熱器２３の出口に温度計５２を，加熱器２７ａの出口に温度計５４を、加熱器２７ｂの出口に温度計５５を設置する。中温蒸気発生器２２ｂから発生する中温蒸気４から分取され、加熱器２７ａに供給される中温蒸気４ａの流量は、流量調節弁６５で調節できる。高温蒸気発生器２２ａから発生する高温蒸気３から分取され、加熱器２７ｂに供給される高温蒸気３ａの流量は、流量調節弁６６で調節できる。流量調節弁６５を調節して、例えば、中温蒸気４の全量を中温蒸気４ａとして加熱器２７ａに供給することも可能である。
【００６９】
吸収液加熱器２３を通過した後のリッチ液６は、温度計５２で温度が測定される。この温度が、リッチ液６がフラッシュタンク２８で再生するのに必要な予め定めた基準温度に満たない場合は、流量調節弁６５の開度を大きくすることにより、加熱器２７ａに供給する中温蒸気４ａの流量を増やす。中温蒸気４の全量を加熱器２７ａに供給してもまだ所定の温度に到達しない場合には、流量調節弁６６の開度を大きくすることにより、加熱器２７ｂに供給する高温蒸気３ａの流量を増加させ、最終的に温度計５５で計測されるリッチ液６の温度が所定の温度になるように調節する。このようにして、リッチ液６を加熱する水蒸気の量と温度を制御して、リッチ液６の温度を所定の温度に保つことができる。
【００７０】
一方、温度計５１で計測している生成ガス１の温度が上記の基準温度を超えた場合には、流量調節弁６３の開度を大きくして、低温蒸気発生器２２ｃへ供給するボイラ給水１４ｃの流量を増加させる。これにより、低温蒸気発生器２２ｃで発生させる低温蒸気５の量を増やし、生成ガス１の温度上昇を防ぐことができる。このようにして、吸収液加熱器２３へ導入される生成ガス１の温度を所定の温度に保つことができる。
【００７１】
以上のようにして、生成ガス１の凝縮熱を回収する際に、生成ガス１の温度を調節することが可能となる。
【００７２】
また、中温シフト反応器２１ｂおよび低温シフト反応器２１ｃの温度調節も行うことができる。温度計５６および５７で計測される生成ガス１の温度が所定の温度になるように、高温蒸気発生器２２ａおよび中温蒸気発生器２２ｂに供給するボイラ給水１４ａおよび１４ｂの流量を、流量調節弁６７および６８でそれぞれ調節する。
【符号の説明】
【００７３】
１…生成ガス、２…水蒸気、３…高温蒸気、３ａ…分取された高温蒸気、４…中温蒸気、４ａ…分取された中温蒸気、５…低温蒸気、６…リッチ液、７…凝縮水、８…精製ガス、９…放散ガス、１０…リーン液、１１…高温蒸気、１２…中温蒸気、１３…セミリーン液、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ…ボイラ給水、２１ａ…高温シフト反応器、２１ｂ…中温シフト反応器、２１ｃ…低温シフト反応器、２２ａ…高温蒸気発生器、２２ｂ…中温蒸気発生器、２２ｃ…低温蒸気発生器、２３…吸収液加熱器、２４…吸収塔、２５，２９，３５…冷却器、２６…気水分離器、２７ａ，２７ｂ，２７ｃ…加熱器、２８…フラッシュタンク、３０ａ…第一シフト反応器、３０ｂ…第二シフト反応器、３１ａ，３１ｂ…蒸気発生器、３３…熱交換器、３４…再生塔、５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７…温度計、６１，６２，６３，６４，６５，６６，６７，６８…流量調節弁。
【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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