(57)【要約】【課題】リボイラーに供給される水蒸気量を低減する。【解決手段】本実施形態によれば、二酸化炭素分離回収システムは、二酸化炭素を含有するガスが導入され、二酸化炭素を吸収する吸収液と前記ガスとを接触させ、二酸化炭素を吸収した第１リッチ液を排出する吸収塔と、前記吸収液から二酸化炭素を含むガスを放出させ、前記リッチ液よりも二酸化炭素濃度の低いリーン液を排出する再生塔と、水蒸気を用いて、前記再生塔内の前記吸収液を加熱するリボイラーと、前記第１リッチ液を第２リッチ液及び第３リッチ液に分流する分流器と、前記再生塔から前記吸収塔へ供給される前記リーン液を用いて、前記分流器から前記再生塔へ供給される前記第２リッチ液を加熱する第１熱交換器と、前記リボイラーから排出される水を用いて、前記分流器から前記再生塔へ供給される前記第３リッチ液を加熱する第２熱交換器と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素を含有するガスが導入され、二酸化炭素を吸収する吸収液と前記ガスとを接触させ、二酸化炭素を吸収した第１リッチ液を排出する吸収塔と、
前記吸収液から二酸化炭素を含むガスを放出させ、前記リッチ液よりも二酸化炭素濃度の低いリーン液を排出する再生塔と、
水蒸気を用いて、前記再生塔内の前記吸収液を加熱するリボイラーと、
前記第１リッチ液を第２リッチ液及び第３リッチ液に分流する分流器と、
前記再生塔から前記吸収塔へ供給される前記リーン液を用いて、前記分流器から前記再生塔へ供給される前記第２リッチ液を加熱する第１熱交換器と、
前記リボイラーから排出される水を用いて、前記分流器から前記再生塔へ供給される前記第３リッチ液を加熱する第２熱交換器と、
を備える二酸化炭素分離回収システム。
【請求項２】
前記第１熱交換器は、加熱により前記第２リッチ液を二相化させることを特徴とする請求項１に記載の二酸化炭素分離回収システム。
【請求項３】
前記第１熱交換器から排出される気液二相流を気相成分と液相成分とに分離する第１気液分離器と、
前記第１気液分離器から排出される前記液相成分を前記再生塔に供給する第１ポンプと、
をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の二酸化炭素分離回収システム。
【請求項４】
前記第１気液分離器から排出される前記気相成分は、前記再生塔から排出されるガスに合流されることを特徴とする請求項３に記載の二酸化炭素分離回収システム。
【請求項５】
前記第２熱交換器は、加熱により前記第３リッチ液を二相化させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の二酸化炭素分離回収システム。
【請求項６】
前記第２熱交換器から排出される気液二相流を気相成分と液相成分とに分離する第２気液分離器と、
前記第２気液分離器から排出される前記液相成分を前記再生塔に供給する第２ポンプと、
をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の二酸化炭素分離回収システム。
【請求項７】
前記第２気液分離器から排出される前記気相成分は、前記再生塔から排出されるガスに合流されることを特徴とする請求項６に記載の二酸化炭素分離回収システム。
【請求項８】
前記再生塔から排出される前記リーン液をフラッシュさせ、前記リーン液を、二酸化炭素と水蒸気とが混合された混合ガスと、フラッシュ液とに分離するフラッシュドラムと、
前記フラッシュドラムから排出される前記混合ガスを圧縮して前記再生塔に供給する圧縮機と、
をさらに備え、
前記第１熱交換器は、前記フラッシュドラムから排出される前記フラッシュ液を用いて、前記第２リッチ液を加熱することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の二酸化炭素分離回収システム。
【請求項９】
前記再生塔と前記フラッシュドラムとの間に設けられ、前記再生塔から排出される前記リーン液により駆動する水力タービンをさらに備えることを特徴とする請求項８に記載の二酸化炭素分離回収システム。
【請求項１０】
二酸化炭素を含有する第１ガスを吸収塔に導入し、
前記吸収塔において、前記第１ガスと吸収液とを接触させて、前記第１ガス中の二酸化炭素を前記吸収液に吸収させ、二酸化炭素を吸収した第１リッチ液を排出するとともに、前記第１ガスよりも二酸化炭素含有量が少ない第２ガスを排出し、
前記第１リッチ液を第２リッチ液及び第３リッチ液に分流し、
再生塔において、前記吸収液から二酸化炭素を含む第３ガスを放出させ、前記第１リッチ液よりも二酸化炭素濃度の低いリーン液を排出し、
水蒸気を用いて、リボイラーにより前記再生塔内の前記吸収液を加熱し、
第１熱交換器を用いて、前記再生塔から前記吸収塔へ供給される前記リーン液を熱源として、前記再生塔へ供給される前記第２リッチ液を加熱し、
第２熱交換器を用いて、前記リボイラーから排出される水を熱源として、前記再生塔へ供給される前記第３リッチ液を加熱する二酸化炭素分離回収システムの運転方法。
【請求項１１】
前記第１熱交換器において、加熱により前記第２リッチ液を二相化させることを特徴とする請求項１０に記載の二酸化炭素分離回収システムの運転方法。
【請求項１２】
前記第２熱交換器において、加熱により前記第３リッチ液を二相化させることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の二酸化炭素分離回収システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、二酸化炭素分離回収システム及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、二酸化炭素の回収に関し、地球規模で懸念される地球温暖化問題に対する有効な対策として二酸化炭素回収貯留技術が注目されている。特に、火力発電所やプロセス排出ガスを対象に、二酸化炭素を水溶液により回収する手法が検討されている。例えば、二酸化炭素含有ガスを吸収液に吸収させてリッチ液を生成する吸収塔と、吸収塔から排出されたリッチ液を加熱することにより二酸化炭素を蒸気と共に放散させて分離し、生成されたリーン液を吸収塔に戻す再生塔とを備えた二酸化炭素回収装置が知られている。
【０００３】
リッチ液から二酸化炭素を放出させる工程では、再生塔に隣接して設けられたリボイラーが再生塔内の吸収液を循環・加熱している。リボイラーには加熱媒体として、火力発電所や工場等で用いる為に発生させている水蒸気の一部が供給されており、リボイラーに供給される水蒸気量を低減することが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３２３３３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、リボイラーに供給される水蒸気量を低減することができる二酸化炭素分離回収システム及びその運転方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本実施形態によれば、二酸化炭素分離回収システムは、二酸化炭素を含有するガスが導入され、二酸化炭素を吸収する吸収液と前記ガスとを接触させ、二酸化炭素を吸収した第１リッチ液を排出する吸収塔と、前記吸収液から二酸化炭素を含むガスを放出させ、前記リッチ液よりも二酸化炭素濃度の低いリーン液を排出する再生塔と、水蒸気を用いて、前記再生塔内の前記吸収液を加熱するリボイラーと、前記第１リッチ液を第２リッチ液及び第３リッチ液に分流する分流器と、前記再生塔から前記吸収塔へ供給される前記リーン液を用いて、前記分流器から前記再生塔へ供給される前記第２リッチ液を加熱する第１熱交換器と、前記リボイラーから排出される水を用いて、前記分流器から前記再生塔へ供給される前記第３リッチ液を加熱する第２熱交換器と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態による二酸化炭素分離回収システムの概略構成図である。
【図２】第２の実施形態による二酸化炭素分離回収システムの概略構成図である。
【図３】変形例による二酸化炭素分離回収システムの概略構成図である。
【図４】変形例による二酸化炭素分離回収システムの概略構成図である。
【図５】変形例による二酸化炭素分離回収システムの概略構成図である。
【図６】変形例による二酸化炭素分離回収システムの概略構成図である。
【図７】変形例による二酸化炭素分離回収システムの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【０００９】
（第１の実施形態）図１は、第１の実施形態による二酸化炭素分離回収システムの概略構成図である。図１に示すように、二酸化炭素分離回収システムは、吸収塔１、再生熱交換器７、再生塔８、リボイラー９、及び分流器２０を備え、二酸化炭素を吸収する吸収液を用いて燃焼排ガス２から二酸化炭素ガス１２を回収し、脱二酸化炭素ガス３を排出する。
【００１０】
燃焼排ガス２は、例えば火力発電所のボイラー（図示せず）で発生し、吸収塔１の下部に導入される。吸収塔１では、燃焼排ガス２と吸収液とが接触し、燃焼排ガス２中の二酸化炭素が吸収液に吸収される。吸収液は、吸収塔１の上部から導入され、気液接触の効率を高めるための充填材が充填された充填層１Ａを通過し、吸収塔１内を流下する。吸収液として、例えばアミン化合物を使用することができる。
【００１１】
燃焼排ガス２中の二酸化炭素の大部分は吸収液に吸収され、二酸化炭素含有量が減少した脱二酸化炭素ガス３が吸収塔１の塔頂から排出される。
【００１２】
吸収塔１の底部には、二酸化炭素を吸収した吸収液であるリッチ液１０１が溜まる。吸収塔１の底部に溜まったリッチ液１０１は、吸収塔１の底部から排出され、リッチ液移送ポンプ６により、分流器２０に供給される。
【００１３】
分流器２０は、リッチ液１０１（第１リッチ液）を主リッチ液（第２リッチ液）１０２と、副リッチ液（第３リッチ液）１０４とに分流する。
【００１４】
主リッチ液１０２は、再生熱交換器（第１熱交換器）７において、再生塔８（リボイラー９）から排出されるリーン液１０７によって加熱される。加熱された主リッチ液１０３は、再生塔８に供給される。
【００１５】
副リッチ液１０４は、熱交換器（第２熱交換器）３０において、リボイラー９から排出される熱水１２１によって加熱される。加熱された副リッチ液１０５は、再生塔８に供給される。
【００１６】
再生塔８に供給された主リッチ液１０３及び副リッチ液１０５は、気液接触の効率を高めるための充填材が充填された充填層８Ａを通過し、再生塔８内を流下し、リボイラー９で発生した二酸化炭素と水蒸気とが混合された混合ガス１１０と向流接触して加熱され、二酸化炭素を放出してセミリーン液１０６として再生塔８の底部に溜まる。再生塔８の底部に溜まったセミリーン液１０６は、再生塔８の底部から排出され、リボイラー９において加熱され、二酸化炭素と水蒸気とが混合された混合ガス１１０と、高温のリーン液１０７とに分離される。
【００１７】
リボイラー９は、水蒸気１２０が供給され、この水蒸気１２０を熱源としてセミリーン液１０６を加熱する。水蒸気１２０は、リボイラー９においてセミリーン液１０６を加熱した後、熱水１２１となってリボイラー９から排出される。熱水１２１は、熱交換器３０に供給され、副リッチ液１０４を加熱する。
【００１８】
リーン液１０７は、再生熱交換器７において主リッチ液１０２を加熱する。再生熱交換器７を通過したリーン液１０８は、リーン液冷却器１４により冷却され、吸収塔１の上部に供給される。吸収塔１に供給されたリーン液１０９は、燃焼排ガス２中の二酸化炭素の吸収に再利用される。
【００１９】
再生塔８において吸収液から放出された二酸化炭素ガスと水蒸気を含む排ガス１１１は、再生塔８の塔頂から排出される。再生塔８から排出されたガス１１１は、再生塔還流冷却器１３により冷却されて水分が凝縮し、気液分離器（凝縮器）１１により水分１１２と分離され、二酸化炭素ガス１２が排出される。一方、気液分離器１１で分離された水分１１２は、吸収液中の水分濃度を一定に保つため、その一部又は全量が、再生塔８に戻される。
【００２０】
本実施形態では、副リッチ液１０４をリボイラー９から排出される熱水１２１で加熱することにより、熱水１２１の顕熱を再生塔２へ回収することができる。つまり、リボイラー９に供給される水蒸気１２０からの単位当たりの熱回収量を増大することができる。そのため、熱水１２１からの熱回収を行わない場合と比較して、リボイラー９への水蒸気１２０の供給量を低減することができる。
【００２１】
なお、副リッチ液１０４の流量は、リッチ液１０１の流量の２０％以下とすることが好ましく、１０％以下とすることがさらに好適である。副リッチ液１０４の流量を過度に多くすると、主リッチ液１０２の流量が過度に少なくなり、再生熱交換器７におけるリーン液１０７からの熱回収の効率が低下し、システム全体での運転効率が低下するためである。
【００２２】
（第２の実施形態）図２は、第２の実施形態による二酸化炭素分離回収システムの概略構成図である。本実施形態による二酸化炭素分離回収システムは、図１に示す第１の実施形態と比較して、フラッシュドラム２００及び圧縮機２０２を設けている点で相違する。
【００２３】
リボイラー９から排出されたリーン液１０７は、フラッシュドラム２００に供給される。フラッシュドラム２００は、リーン液１０７を１気圧でフラッシュさせ、二酸化炭素と水蒸気とが混合された混合ガス２１０と、フラッシュ液（リーン液）１０７Ａとに分離する。言い換えれば、フラッシュドラム２００は、リーン液１０７を減圧して蒸発させ、混合ガス２１０とフラッシュ液１０７Ａとに気液分離する。
【００２４】
フラッシュ液１０７Ａは、再生熱交換器７において主リッチ液１０２を加熱した後、リーン液冷却器１４により冷却され、吸収塔１の上部に供給される。
【００２５】
フラッシュドラム２００から排出された混合ガス２１０は、再生塔８内の圧力程度まで圧縮機２０２により加圧され、再生塔８の下部に供給される。
【００２６】
このように、リーン液１０７をフラッシュさせることで生成した混合ガス２１０を再生塔８に供給することで、リボイラー９における加熱量を低減させ、リボイラー９への水蒸気１２０の供給量をさらに低減することができる。
【００２７】
上記第２の実施形態において、図３に示すように、リボイラー９とフラッシュドラム２００との間に水力タービン３００を設け、リーン液１０７をフラッシュさせる前に水力タービン３００でリーン液１０７の圧力を動力回収するようにしてもよい。
【００２８】
また、上記第１、第２の実施形態において、主リッチ液１０２、副リッチ液１０４をそれぞれ再生熱交換器７、熱交換器３０において二相化させ、気化熱により、リーン液１０７（フラッシュ液１０７Ａ）、熱水１２１からの回収熱量を増大させてもよい。この場合、再生熱交換器７、熱交換器３０の後段に、気液二相流を気液分離する気液分離器を設けてもよい。図４、図５はそれぞれ、第１、第２の実施形態による二酸化炭素分離回収システムにおいて、再生熱交換器７、熱交換器３０の後段に気液分離器４００、４１０を設けた例を示している。
【００２９】
再生熱交換器７、熱交換器３０から排出された気液二相流４２０、４３０は、気液分離器４００、４１０において気相成分（二酸化炭素と水蒸気とが混合された混合ガス）４２２、４３２と、液相成分（リッチ液）４２４、４３４とに分離される。気相成分４２２、４３２は再生塔８に直接供給され、液相成分４２４、４３４は、ポンプ４０２、４１２により再生塔８の上部に供給される。
【００３０】
図６、図７に示すように、気相成分４２２、４３２を、再生塔８に供給するのでなく、再生塔８から排出される排ガス１１１と合流させ、再生塔還流冷却器１３に供給するようにしてもよい。
【００３１】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、リボイラーに供給される水蒸気量を低減することができる。
【００３２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３３】
１  吸収塔
２  燃焼排ガス
３  脱二酸化炭素ガス
７  再生熱交換器
８  再生塔
９  リボイラー
１１  気液分離器
１３  再生塔還流冷却器
１４  リーン液冷却器
２０  分流器
３０  熱交換器
１０１  リッチ液
１０２  主リッチ液
１０４  副リッチ液
１０７  リーン液
１２０  水蒸気
１２１  熱水
【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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【図７】
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