(57)【要約】【課題】ＣＯ２の吸収率に優れ、しかも、省エネルギー化が可能なＣＯ２回収装置及びＣＯ２回収方法を提供すること。【解決手段】本発明のＣＯ２回収装置１は、ＣＯ２を含む排ガス１１ＣとＣＯ２吸収液１３とを接触させてＣＯ２吸収液１３Ａとする上部ＣＯ２吸収部１４１Ｂ及びＣＯ２吸収液１３ＡとＣＯ２を含む排ガス１１Ｂとを接触させてＣＯ２吸収液１３Ｃとする下部ＣＯ２吸収部１４１Ａを備えたＣＯ２吸収塔１４と、ＣＯ２吸収液１３Ｃを加熱してＣＯ２吸収液１３とするＣＯ２吸収液再生塔１５と、ＣＯ２吸収塔１４からＣＯ２吸収液再生塔１５に供給するＣＯ２吸収液１３Ｃの温度を測定する温度計１０２と、温度計１０２によって測定されたＣＯ２吸収液１３Ｃの温度に基づいて下部ＣＯ２吸収部１４１Ａに供給するＣＯ２吸収液１３Ｂの温度を制御する制御装置１０１とを具備する。【選択図】図１
2015151319.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＯ２を含む被処理気体とＣＯ２吸収液とを接触させて前記被処理気体に含まれるＣＯ２を前記ＣＯ２吸収液に吸収させて第１のＣＯ２吸収液とする第１のＣＯ２吸収部、及び前記第１のＣＯ２吸収液とＣＯ２を含む被処理気体とを接触させて前記被処理気体に含まれるＣＯ２を前記第１のＣＯ２吸収液に吸収させて第２のＣＯ２吸収液とする第２のＣＯ２吸収部を備えたＣＯ２吸収塔と、
前記第２のＣＯ２吸収液を加熱して前記第２のＣＯ２吸収液からＣＯ２を放出させてＣＯ２吸収液を再生するＣＯ２吸収液再生塔と、
前記ＣＯ２吸収塔から前記ＣＯ２吸収液再生塔に供給する第２のＣＯ２吸収液の温度を測定する温度測定装置と、
前記温度測定装置によって測定された前記第２のＣＯ２吸収液の温度に基づいて前記第２のＣＯ２吸収部に供給する前記第１のＣＯ２吸収液の温度を制御する制御装置とを具備することを特徴とする、ＣＯ２回収装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記第２のＣＯ２吸収部に供給する前記第１のＣＯ２吸収液の温度を５０℃以上６０℃以下に制御する、請求項１に記載のＣＯ２回収装置。
【請求項３】
ＣＯ２を含む被処理気体のＣＯ２分圧が５０ｋＰａ以上である、請求項１又は請求項２に記載のＣＯ２回収装置。
【請求項４】
前記第１のＣＯ２吸収部における充填材の充填高さと前記第２のＣＯ２吸収部における充填材の充填高さとの比（第１のＣＯ２吸収部：第２のＣＯ２吸収部）が、１：３以上３：１以下である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のＣＯ２回収装置。
【請求項５】
ＣＯ２を含む被処理気体とＣＯ２吸収液とをＣＯ２吸収塔の第１のＣＯ２吸収部で接触させて前記被処理気体に含まれるＣＯ２を前記ＣＯ２吸収液に吸収させて第１のＣＯ２吸収液とし、前記第１のＣＯ２吸収液とＣＯ２を含む被処理気体とを前記ＣＯ２吸収塔の第２のＣＯ２吸収部で接触させて前記被処理気体に含まれるＣＯ２を前記第１のＣＯ２吸収液に吸収させて第２のＣＯ２吸収液とする工程と、
前記第２のＣＯ２吸収液をＣＯ２吸収液再生塔で加熱して前記ＣＯ２吸収液からＣＯ２を放出させてＣＯ２吸収液を再生する工程と、
前記ＣＯ２吸収塔から前記ＣＯ２吸収液再生塔に供給する第２のＣＯ２吸収液の温度を測定し、測定した前記第２のＣＯ２吸収液の温度に基づいて前記第２のＣＯ２吸収部に供給する前記第１のＣＯ２吸収液の温度を制御することを特徴とする、ＣＯ２回収方法。
【請求項６】
前記第２のＣＯ２吸収部に供給する前記第１のＣＯ２吸収液の温度を５０℃以上６０℃以下に制御する、請求項５に記載のＣＯ２回収方法。
【請求項７】
ＣＯ２を含む被処理気体のＣＯ２分圧が５０ｋＰａ以上である、請求項５又は請求項６に記載のＣＯ２回収方法。
【請求項８】
前記第１のＣＯ２吸収部における充填材の充填高さと前記第２のＣＯ２吸収部における充填材の充填高さとの比（第１のＣＯ２吸収部：第２のＣＯ２吸収部）が、１：３以上３：１以下である、請求項５から請求項７のいずれか１項に記載のＣＯ２回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＯ２回収装置及びＣＯ２回収方法に関し、ＣＯ２吸収液を用いて被処理ガス中のＣＯ２を回収するＣＯ２回収装置及びＣＯ２回収方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、直接還元炉から排出される合成ガスとしての還元炉排ガス中の酸性成分を除去する酸性ガス除去装置を備えた直接還元鉄製造システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この直接還元鉄製造システムにおいては、直接還元炉から排出されたＣＯ２分圧が高い（例えば、５０ｋＰａ〜２００ｋＰａ）還元炉排ガスを、酸性ガス成分吸収塔で酸性ガス吸収液に接触させて還元炉排ガス中の酸性ガス成分を除去する。酸性ガス成分を吸収した酸性ガス吸収液を再生塔で加熱して酸性ガス吸収液中の酸性ガス成分を放出させて酸性ガス吸収液を再生させる。また、天然ガス中に含まれる酸性成分を除去する酸性ガス除去設備も提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１０８１０９号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】ＬＮＧビジネスの本質を理解するための液化プラント必須知識  http://oilgas-info.jogmec.go.jp/pdf/0/598/200503_001a.pdf
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、火力発電所などにおいては、ＣＯ２分圧が比較的低い（例えば、１０ｋＰａ〜１５ｋＰａ）ボイラなどの燃焼排ガス中のＣＯ２をＣＯ２吸収液によって回収するＣＯ２回収装置が用いられており、省エネルギー化のために様々な検討がなされている。近年、ＣＯ２分圧が比較的高い合成ガス中からＣＯ２をＣＯ２吸収液によって回収する場合や、ＣＯ２を含む天然ガス（メタンガス）中からＣＯ２をＣＯ２吸収液によって回収する場合であっても、蒸気消費量などのＣＯ２回収熱量が少なく、省エネルギー化を実現できる技術が望まれている。
【０００６】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、ＣＯ２の吸収率に優れ、しかも、省エネルギー化が可能なＣＯ２回収装置及びＣＯ２回収方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のＣＯ２回収装置は、ＣＯ２を含む被処理気体とＣＯ２吸収液とを接触させて前記被処理気体に含まれるＣＯ２を前記ＣＯ２吸収液に吸収させて第１のＣＯ２吸収液とする第１のＣＯ２吸収部、及び前記第１のＣＯ２吸収液とＣＯ２を含む被処理気体とを接触させて前記被処理気体に含まれるＣＯ２を前記第１のＣＯ２吸収液に吸収させて第２のＣＯ２吸収液とする第２のＣＯ２吸収部を備えたＣＯ２吸収塔と、前記第２のＣＯ２吸収液を加熱して前記第２のＣＯ２吸収液からＣＯ２を放出させてＣＯ２吸収液を再生するＣＯ２吸収液再生塔と、前記ＣＯ２吸収塔から前記ＣＯ２吸収液再生塔に供給する第２のＣＯ２吸収液の温度を測定する温度測定装置と、前記温度測定装置によって測定された前記第２のＣＯ２吸収液の温度に基づいて前記第２のＣＯ２吸収部に供給する前記第１のＣＯ２吸収液の温度を制御する制御装置とを具備することを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、ＣＯ２吸収液再生塔に供給する第２のＣＯ２吸収液の温度に基づいて第２のＣＯ２吸収部に供給する第１のＣＯ２吸収液の温度を制御するので、第２のＣＯ２吸収部におけるＣＯ２吸収液のＣＯ２の吸収率を高くすることができる。これらにより、ＣＯ２回収装置は、被処理気体中のＣＯ２分圧が高い合成ガスを処理する場合であっても、ＣＯ２の吸収率に優れ、しかも、省エネルギー化が可能となる。ここで、吸収率とは、吸収液１モルあたりのＣＯ２吸収モル量とする。
【０００９】
本発明のＣＯ２回収装置においては、前記制御装置は、前記第２のＣＯ２吸収部に供給する前記第１のＣＯ２吸収液の温度を５０℃以上６０℃以下に制御することが好ましい。この構成により、ＣＯ２回収装置は、第２のＣＯ２吸収部に供給する第１のＣＯ２吸収液の温度が適度な範囲となるので、第２のＣＯ２吸収部における被処理気体中のＣＯ２の吸収率が一層向上し、ＣＯ２吸収率向上により、ＣＯ２吸収液の循環量を低減できるので、ＣＯ２吸収液の再生に必要な水蒸気の消費量を削減することが可能となる。また、この構成により、ＣＯ２吸収液再生塔に供給するＣＯ２吸収液の温度を適度に高くでき、それもまた、蒸気消費量削減に効果が見込める。
【００１０】
本発明のＣＯ２回収装置においては、ＣＯ２を含む被処理気体のＣＯ２分圧が５０ｋＰａ以上であることが好ましい。この構成により、ＣＯ２回収装置は、被処理気体中のＣＯ２分圧が適度な範囲となるので、第２のＣＯ２吸収部における第１のＣＯ２吸収液によるＣＯ２の吸収率が一層向上する。
【００１１】
本発明のＣＯ２回収装置においては、前記第１のＣＯ２吸収部における充填材の充填高さと前記第２のＣＯ２吸収部における充填材の充填高さとの比（第１のＣＯ２吸収部：第２のＣＯ２吸収部）が、１：３以上３：１以下であることが好ましい。この構成により、ＣＯ２吸収液による被処理気体中のＣＯ２の吸収率がより向上するので、省エネルギー化が可能となる。
【００１２】
本発明のＣＯ２回収方法は、ＣＯ２を含む被処理気体とＣＯ２吸収液とをＣＯ２吸収塔の第１のＣＯ２吸収部で接触させて前記被処理気体に含まれるＣＯ２を前記ＣＯ２吸収液に吸収させて第１のＣＯ２吸収液とし、前記第１のＣＯ２吸収液とＣＯ２を含む被処理気体とを前記ＣＯ２吸収塔の第２のＣＯ２吸収部で接触させて前記被処理気体に含まれるＣＯ２を前記第１のＣＯ２吸収液に吸収させて第２のＣＯ２吸収液とする工程と、前記第２のＣＯ２吸収液をＣＯ２吸収液再生塔で加熱して前記ＣＯ２吸収液からＣＯ２を放出させてＣＯ２吸収液を再生する工程と、前記ＣＯ２吸収塔から前記ＣＯ２吸収液再生塔に供給する第２のＣＯ２吸収液の温度を測定し、測定した前記第２のＣＯ２吸収液の温度に基づいて前記第２のＣＯ２吸収部に供給する前記第１のＣＯ２吸収液の温度を制御することを特徴とする。
【００１３】
この方法によれば、ＣＯ２吸収液再生塔に供給する第２のＣＯ２吸収液の温度に基づいて第２のＣＯ２吸収部に供給する第１のＣＯ２吸収液の温度を制御するので、第２のＣＯ２吸収部におけるＣＯ２吸収液のＣＯ２の吸収率を高くすることができる。これらにより、ＣＯ２回収方法は、被処理気体中のＣＯ２分圧が高い合成ガスを処理する場合であっても、ＣＯ２の吸収率に優れ、しかも、省エネルギー化が可能となる。
【００１４】
本発明のＣＯ２回収方法においては、前記第２のＣＯ２吸収部に供給する前記第１のＣＯ２吸収液の温度を５０℃以上６０℃以下に制御することが好ましい。この方法により、
ＣＯ２回収装置は、第２のＣＯ２吸収部に供給する第１のＣＯ２吸収液の温度が適度な範囲となるので、第２のＣＯ２吸収部における被処理気体中のＣＯ２の吸収率が一層向上し、ＣＯ２吸収率向上により、ＣＯ２吸収液の循環量を低減できるので、ＣＯ２吸収液の再生に必要な水蒸気の消費量を削減することが可能となる。また、この構成により、ＣＯ２吸収液再生塔に供給するＣＯ２吸収液の温度を適度に高くでき、それもまた、蒸気消費量削減に効果が見込める。
【００１５】
本発明のＣＯ２回収方法においては、ＣＯ２を含む被処理気体のＣＯ２分圧が５０ｋＰａ以上であることが好ましい。この方法により、ＣＯ２回収方法は、被処理気体中のＣＯ２分圧が適度な範囲となるので、第２のＣＯ２吸収部における第１のＣＯ２吸収液による被処理気体中のＣＯ２の吸収率が一層向上する。
【００１６】
本発明のＣＯ２回収方法においては、前記第１のＣＯ２吸収部における充填材の充填高さと前記第２のＣＯ２吸収部における充填材の充填高さとの比（第１のＣＯ２吸収部：第２のＣＯ２吸収部）が、１：３以上３：１以下であることが好ましい。この方法により、ＣＯ２吸収液による被処理気体中のＣＯ２の吸収率がより向上するので、省エネルギー化が可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ＣＯ２の吸収率に優れ、しかも、省エネルギー化が可能なＣＯ２回収装置及びＣＯ２回収方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態に係るＣＯ２回収装置の概略図である。
【図２】図２は、下部ＣＯ２吸収部に供給するＣＯ２吸収液（セミリッチ溶液）の温度とリッチ溶液のＣＯ２吸収率の比との関係を示す図である。
【図３】図３は、下部ＣＯ２吸収部に供給するＣＯ２吸収液（セミリッチ溶液）の温度とＣＯ２吸収液の再生に必要な熱量比との関係を示す図である。
【図４】図４は、下部ＣＯ２吸収部に供給されるＣＯ２吸収液（セミリッチ溶液）の温度とＣＯ２再生塔に供給されるＣＯ２吸収液（リッチ溶液）の温度との関係と示す図である。
【図５】図５は、ＣＯ２吸収塔の下部ＣＯ２吸収部及び上部ＣＯ２吸収部における充填材の充填高さ比とリッチ溶液のＣＯ２吸収率の比との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明者らは、従来のＣＯ２回収装置においては、火力発電所のボイラなどの燃焼排ガスなどのＣＯ２分圧が比較的低い（例えば、１０ｋＰａ〜１５ｋＰａ）気体からＣＯ２を回収しており、直接還元炉などから排出されるＣＯ２分圧が比較的高い（例えば、５０ｋＰａ〜２００ｋＰａ）合成ガスからのＣＯ２の回収を前提としていないことに着目した。そして、本発明者らは、ＣＯ２分圧が比較的高い合成ガス中からＣＯ２を回収する場合には、ＣＯ２吸収塔に複数のＣＯ２吸収部を設けると共に、ＣＯ２吸収液再生塔に供給するＣＯ２吸収液の温度に基づいて複数のＣＯ２吸収部に供給するＣＯ２吸収液の温度を制御することにより、ＣＯ２の吸収率に優れ、しかも、省エネルギー化が可能なＣＯ２回収装置及びＣＯ２回収方法を実現できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００２０】
以下、本発明の一実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、適宜変更して実施可能である。また、以下の各実施の形態に係るＣＯ２回収装置の構成は適宜組み合わせて実施可能である。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態に係るＣＯ２回収装置の概略図である。図１に示すように、このＣＯ２回収装置１は、直接還元炉から排出される合成ガスとしての還元炉排ガス（被処理気体）１１Ａ中のＣＯ２を高濃度のＣＯ２ガスとして回収する装置である。このＣＯ２回収装置１は、直接還元炉などから排出されたＣＯ２を含有する排ガス１１Ａを冷却する冷却塔１２と、この冷却塔１２の後段に設けられ、冷却された排ガス１１ＡとＣＯ２吸収液１３とを接触させて排ガス１１Ａ中のＣＯ２をＣＯ２吸収液１３に吸収させて除去するＣＯ２吸収塔１４と、このＣＯ２吸収塔１４の後段に設けられ、ＣＯ２を吸収したＣＯ２吸収液１３ＣからＣＯ２を放出させてＣＯ２吸収液１３を再生するＣＯ２吸収液再生塔１５とを具備する。
【００２２】
このＣＯ２回収装置１においては、ＣＯ２吸収液１３がＣＯ２吸収塔１４とＣＯ２吸収液再生塔１５との間を循環している。ＣＯ２吸収液１３（リーン溶液）は、ＣＯ２吸収塔１４でＣＯ２を吸収したＣＯ２吸収液１３Ｃ（リッチ溶液）としてＣＯ２吸収液再生塔１５に供給される、また、ＣＯ２吸収液１３Ｃ（リッチ溶液）は、ＣＯ２吸収液再生塔１５でＣＯ２が除去され再生されたＣＯ２吸収液１３（リーン溶液）としてＣＯ２吸収塔１４に供給される。
【００２３】
冷却塔１２は、排ガス１１Ａを冷却する冷却部１２１を有する。また、冷却塔１２の底部と冷却部１２１の頂部との間には、循環ラインＬ１が設けられている。この循環ラインＬ１には、冷却水Ｗ１を冷却する熱交換器１２２と、冷却水Ｗ１を循環ラインＬ１内で循環させる循環ポンプ１２３と、循環ラインＬ１から分液されて排出される廃液量を調整する調整弁１２４が設けられている。
【００２４】
冷却部１２１では、排ガス１１Ａと冷却水Ｗ１とを向流接触させることにより、排ガス１１Ａが冷却されて冷却後の排ガス１１Ｂとなる。熱交換器１２２は、排ガス１１Ａとの間での熱交換により加熱された冷却水Ｗ１を冷却する。循環ポンプ１２３は、熱交換器１２２を介して冷却塔１２の底部に流下した冷却水Ｗ１を冷却部１２１の頂部に供給する。この冷却塔１２においては、排ガス１１Ａ中の水分が少ない場合、冷却塔１２の液レベルが低下するため、塔頂部より水を供給する。また、排ガス１１Ａ中の水分が多い場合、冷却塔１２の液レベルが増加するため、循環ラインＬ１を循環する冷却水Ｗ１の一部が分液されて廃液処理される。
【００２５】
ＣＯ２吸収塔１４は、ＣＯ２吸収塔１４の下部側に設けられ、冷却塔１２で冷却された排ガス１１Ｂ及びＣＯ２吸収液１３が供給されるＣＯ２吸収部１４１と、ＣＯ２吸収塔１４の上部側に設けられた水洗部１４２と、を備える。
【００２６】
ＣＯ２吸収部１４１は、ＣＯ２吸収部１４１の下部側に設けられた下部ＣＯ２吸収部（第２のＣＯ２吸収部）１４１Ａと、ＣＯ２吸収部１４１の上部側に設けられた上部ＣＯ２吸収部１４１Ｂ（第１のＣＯ２吸収部）と、を有する。下部ＣＯ２吸収部１４１Ａは、内部に充填材が充填高さＨ１となるように充填されている。上部ＣＯ２吸収部１４１Ｂは、内部に充填材が充填高さＨ２となるように充填されている。上部ＣＯ２吸収部１４１Ｂには、ＣＯ２吸収液再生塔１５で再生されたＣＯ２吸収液１３が供給される。下部ＣＯ２吸収部（第２のＣＯ２吸収部）１４１Ａには、上部ＣＯ２吸収部１４１Ｂで排ガス１１Ｃ中のＣＯ２を吸収したＣＯ２吸収液１３Ｂが供給される。
【００２７】
下部ＣＯ２吸収部１４１Ａと上部ＣＯ２吸収部１４１Ｂとの間には、上部ＣＯ２吸収部１４１Ｂから流下して上部ＣＯ２吸収部１４１Ｂの下部に滞留したＣＯ２吸収液（第１のＣＯ２吸収液）１３Ａを貯留する液貯留部１４３Ａ及びチムニートレイ１４３Ｂが設けられている。この液貯留部１４３Ａには、液貯留部１４３Ａに貯留したＣＯ２吸収液１３ＡをＣＯ２吸収塔１４から抜き出して下部ＣＯ２吸収部１４１Ａに供給する抜き出しラインＬ１１が設けられている。
【００２８】
抜き出しラインＬ１１には、ＣＯ２吸収液１３Ａを冷却して冷却されたＣＯ２吸収液１３Ｂとする熱交換器２４及びＣＯ２吸収液１３Ａを下部ＣＯ２吸収部１４１ＡにＣＯ２吸収液１３Ｂとして供給するポンプ２５が設けられている。熱交換器２４は、制御装置１０１によって冷媒の供給量が調整可能に構成されている。また、ポンプ２５は、制御装置１０１によって下部ＣＯ２吸収部１４１ＡへのＣＯ２吸収液１３Ｂの供給量が調整可能に構成されている。制御装置１０１は、例えば、ＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）などの汎用又は専用のコンピュータ及びこのコンピュータ上で動作するプログラムを利用して実現することができる。
【００２９】
水洗部１４２の底部には、排ガス１１Ｃ中のＣＯ２が除去された排ガス１１Ｄを洗浄する洗浄水Ｗ２を貯留する液貯留部１４４Ａが設けられている。この液貯留部１４４Ａと水洗部１４２の上部との間には、液貯留部１４４Ａで回収されたＣＯ２吸収液１３を含む洗浄水Ｗ２を水洗部１４２の頂部側から供給して循環させる循環ラインＬ２とが設けられている。この循環ラインＬ２には、洗浄水Ｗ２を冷却する熱交換器２１と、熱交換器２１を介して液貯留部１４４Ａで回収されたＣＯ２吸収液１３を含む洗浄水Ｗ２を循環ラインＬ２内で循環させる循環ポンプ２２が設けられている。また、循環ラインＬ２には、洗浄水Ｗ２の一部（洗浄水Ｗ３）を抜き出してＣＯ２吸収液１３（リーン溶液）に供給する抜き出しラインＬ３が設けられている。この抜き出しラインＬ３には、ＣＯ２吸収液１３に供給する洗浄水Ｗ３の供給量を調整する調整弁２３が設けられている。
【００３０】
ＣＯ２吸収部１４１では、上部ＣＯ２吸収部１４１ＢでＣＯ２を含有する排ガス１１Ａとアルカノールアミンなどを含むＣＯ２吸収液１３とが対向流接触する。これにより、排ガス１１Ｃ中のＣＯ２は、下記式に示す化学反応によりＣＯ２吸収液１３に吸収される。この結果、排ガス１１Ｃ中のＣＯ２が除去されて排ガス１１ＣがＣＯ２が除去された排ガス１１Ｄとなると共に、ＣＯ２吸収液１３がＣＯ２吸収液１３Ａとなる。そして、下部ＣＯ２吸収部１４１Ａでは、ＣＯ２を含有する排ガス１１ＢとＣＯ２を吸収したＣＯ２吸収液１３Ｂとが対向流接触する。これにより、排ガス１１Ｂ中のＣＯ２は、下記式に示す化学反応によりＣＯ２吸収液１３Ｂに吸収される。この結果、排ガス１１Ｂ中のＣＯ２が除去されて排ガス１１ＢがＣＯ２濃度が低減された排ガス１１Ｃとなると共に、ＣＯ２吸収液１３ＢがＣＯ２吸収液１３Ｃとなる。このようにして、ＣＯ２を含有する排ガス１１Ｂは、ＣＯ２吸収部１４１を通過することにより、ＣＯ２が除去された排ガス１１Ｄとなる。また、上部ＣＯ２吸収部１４１Ｂでは、ＣＯ２吸収液１３がＣＯ２を吸収してＣＯ２吸収液１３Ｂ（セミリッチ溶液）となり、下部ＣＯ２吸収部１４１Ａでは、ＣＯ２吸収液１３ＢがＣＯ２を更に吸収してＣＯ２吸収液１３Ｃ（リッチ溶液）となる。
Ｒ−ＮＨ２＋Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２→Ｒ−ＮＨ３ＨＣＯ３
【００３１】
水洗部１４２では、上部ＣＯ２吸収部１４１Ｂを通過したＣＯ２が除去された排ガス１１Ｄがチムニートレイ１４４Ｂを介して上昇する。そして、排ガス１１Ｄは、水洗部１４２の頂部側から供給される洗浄水Ｗ２と気液接触して排ガス１１Ｄに同伴するＣＯ２吸収液１３を循環洗浄により回収された排ガス１１Ｅとなる。この排ガス１１Ｅは、ミストエリミネータ１４５でガス中のミストが捕捉されてＣＯ２吸収塔１４の塔頂部１４ａから外部へ排出される。
【００３２】
ＣＯ２吸収塔１４の塔底部１４ｂとＣＯ２吸収液再生塔１５の上部との間には、ＣＯ２吸収塔１４でＣＯ２を吸収したＣＯ２吸収液１３Ｃ（リッチ溶液）をＣＯ２吸収液再生塔１５の上部側に供給するリッチ溶液供給管５０が設けられている。このリッチ溶液供給管５０には、ＣＯ２吸収液１３Ｃの温度を測定する温度計（温度測定装置）１０２と、ＣＯ２吸収塔１４でＣＯ２を吸収したＣＯ２吸収液１３ＣをＣＯ２吸収液再生塔１５に向けて供給するリッチ溶液ポンプ５１と、ＣＯ２吸収液１３ＣをＣＯ２吸収液再生塔１５で加熱されてＣＯ２が除去されたＣＯ２吸収液１３（リーン溶液）によって加熱するリッチ・リーン溶液熱交換器５２とが設けられている。制御装置１０１は、温度計１０２によって測定されたＣＯ２吸収液１３Ｃの温度に基づいて熱交換器２４に供給する冷媒量を調整すると共に、ポンプ２５による下部ＣＯ２吸収部１４１Ａに供給するＣＯ２吸収液１３Ｂの供給量を制御する。なお、温度計１０２は、下部ＣＯ２吸収部１４１Ａに供給するＣＯ２吸収液１３Ｂを制御装置１０１によって制御できる箇所に設ければよく、例えば、抜き出しラインＬ１１の熱交換器２４の後段に設けてもよい。
【００３３】
ＣＯ２吸収液再生塔１５の中央部には、ＣＯ２吸収したＣＯ２吸収液１３Ｃが供給されるＣＯ２吸収液供給部１５１が設けられている。ＣＯ２吸収液再生塔１５の塔底部１５ｂには、塔底部に流下したＣＯ２吸収液１３Ｃを循環する循環ラインＬ４が設けられている。この循環ラインＬ４には、飽和水蒸気ＳによってＣＯ２吸収液１３を加熱する再生加熱器３１と、再生加熱器３１に供給する飽和水蒸気Ｓの量を調整する調整弁３２と、再生加熱器３１を介してＣＯ２吸収液再生塔１５の塔底部のＣＯ２吸収液１３をＣＯ２吸収液再生塔１５のＣＯ２吸収液供給部１５１の下部に供給する循環ポンプ３３とが設けられている。
【００３４】
ＣＯ２吸収液再生塔１５の塔頂部１５ａには、水蒸気を伴ったＣＯ２ガス４１を排出するガス排出ラインＬ５が設けられている。このガス排出ラインＬ５には、ＣＯ２ガス４１中の水分を凝縮するコンデンサ４２と、ＣＯ２ガス４１と凝縮水Ｗ５とを分離する分離ドラム４３とが設けられている。凝縮水Ｗ５が分離されたＣＯ２ガス４４は、分離ドラム４３の上部から外部に放出される。分離ドラム４３の底部とＣＯ２吸収液再生塔１５の上部との間には、分離ドラム４３にて分離された凝縮水Ｗ５をＣＯ２吸収液再生塔１５の上部に供給する凝縮水ラインＬ６が設けられている。凝縮水ラインＬ６には、分離ドラム４３にて分離された凝縮水Ｗ５をＣＯ２吸収液再生塔１５の上部に供給する凝縮水循環ポンプ４５が設けられている。この凝縮水循環ポンプ４５とＣＯ２吸収液再生塔１５との間には、ＣＯ２吸収液再生塔１５に供給する凝縮水Ｗ５の量を制御する調整弁４６が設けられている。また、凝縮水循環ポンプ４５と循環ラインＬ２との間には、ＣＯ２吸収液再生塔１５に供給される凝縮水Ｗ５の一部を分岐してＣＯ２吸収塔１４の洗浄部１４２に供給する凝縮水Ｗ５を還流ラインＬ１２が設けられている。この還流ラインＬ１２には、洗浄部１４２に供給する凝縮水Ｗ５の水量を調整する調整弁４７が設けられている。
【００３５】
また、ＣＯ２吸収液再生塔１５の塔底部とＣＯ２吸収塔１４のＣＯ２吸収部１４１の上部には、ＣＯ２吸収液再生塔１５の塔底部のＣＯ２吸収液１３（リーン溶液）をＣＯ２吸収部１４１の上部側に供給するリーン溶液供給管５３が設けられている。このリーン溶液供給管５３には、ＣＯ２吸収液再生塔１５で水蒸気で加熱されてＣＯ２が除去されたＣＯ２吸収液１３（リーン溶液）によってＣＯ２を吸収したＣＯ２吸収液１３Ｃ（リッチ溶液）を加熱するリッチ・リーン溶液熱交換器５２と、ＣＯ２吸収液再生塔１５の塔底部のＣＯ２吸収液１３をＣＯ２吸収部１４１の上部に供給するリーン溶液ポンプ５４と、ＣＯ２吸収液１３（リーン溶液）を所定の温度に冷却する冷却部５５とが設けられている。
【００３６】
次に、図２を参照して本実施の形態に係るＣＯ２回収装置１におけるＣＯ２吸収塔１４の下部ＣＯ２吸収部１４１Ａに供給するＣＯ２吸収液１３Ｂの温度とＣＯ２吸収率との関係について説明する。図２は、下部ＣＯ２吸収部に供給するＣＯ２吸収液１３Ｂ（セミリッチ溶液）の温度とリッチ溶液のＣＯ２吸収率の比との関係を示す図である。なお、図２においては、横軸にＣＯ２吸収液１３Ｂの温度を示し、縦軸にリッチ溶液のＣＯ２吸収率の比を示している。また、図２においては、ボイラからの燃焼排ガスなどのＣＯ２分圧が低い排ガス（例えば、約１０ｋＰａ）を用いた場合を点線で示し、直接還元炉などから排出される合成ガスなどのＣＯ２分圧が高い排ガス（例えば、約６０ｋＰａ）を用いた場合を実線で示している。なお、プロットは解析値である。さらに、図２においては、４０℃以上７０℃以下の温度範囲で吸収率の最大値をそれぞれ１とする比で同軸上に示しているが、ＣＯ２分圧が低い排ガスとＣＯ２分圧が高い排ガスとでは、吸収率の最大値が異なる。
【００３７】
図２の点線に示すように、ＣＯ２分圧が低い排ガスを用いた場合には、温度が低くなるにつれてＣＯ２吸収液１３ＢによるＣＯ２吸収率が増大する。このため、ＣＯ２分圧が低い排ガス中のＣＯ２を効率よく回収するためには、ＣＯ２吸収液１３Ｂの温度は下げれば下げるほどよい。
【００３８】
一方で、図２の実線に示すように、ＣＯ２分圧が高い排ガスを用いた場合には、ＣＯ２分圧が低い排ガスを用いた場合とはＣＯ２吸収率が異なる傾向を示す。ＣＯ２分圧が高い排ガスを用いた場合には、約５５℃でＣＯ２吸収率が極大値となり、この５５℃から温度が離れるにつれてＣＯ２吸収率が減少する。したがって、本実施の形態においては、ＣＯ２分圧が低い排ガスを用いる場合と比較して下部ＣＯ２吸収部１４１Ａに供給するＣＯ２吸収液１３Ｂの温度を運転制御することにより、下部ＣＯ２吸収部１４１ＡにおけるＣＯ２吸収率を向上すると共に、ＣＯ２吸収液の循環量を低減させ、ＣＯ２吸収液再生塔１５におけるＣＯ２吸収液１３Ｃの加熱の熱量を低減して、省エネルギーを実現する。
【００３９】
図２に示すように、本実施の形態に係るＣＯ２回収装置１においては、制御装置１０１は、下部ＣＯ２吸収部１４１Ａに供給するＣＯ２吸収液１３Ｂの温度を５０℃以上６０℃以下に制御することが好ましい。これにより、ＣＯ２回収装置１は、下部ＣＯ２吸収部１４１Ａに供給するＣＯ２吸収液１３Ｂの温度が適度な範囲となるので、下部ＣＯ２吸収部１４１ＡにおけるＣＯ２吸収液１３Ｂによる排ガス１１ＡのＣＯ２の吸収率が一層向上し、更にＣＯ２吸収率向上により、ＣＯ２吸収液１３Ｂの循環量を低減できるので、ＣＯ２吸収液１３Ｃの再生に伴う飽和水蒸気Ｓの消費量を削減することが可能となる。また、ＣＯ２回収装置１は、ＣＯ２吸収液再生塔１５に供給するＣＯ２吸収液１３Ｃの温度を適度に高くでき、それもまた、蒸気消費量削減に効果がある。
【００４０】
なお、本実施の形態においては、排ガス１１Ｂ中のＣＯ２分圧としては、５０ｋＰａ以上２００ｋＰａ以下が好ましい。ＣＯ２分圧が５０ｋＰａ以上であれば、図２の実線に示したように、ＣＯ２分圧が低い場合（例えば、約１０ｋＰａ）とは下部ＣＯ２吸収部１４１ＡにおけるＣＯ２吸収率が異なる傾向となる。また、ＣＯ２分圧が２００ｋＰａ以下であれば、排ガス１１Ｂ中のＣＯ２をＣＯ２吸収塔１４で十分に低減することができる。排ガス１１Ｂ中のＣＯ２分圧としては、上述した作用効果が一層向上する観点から、５５ｋＰａ以上がより好ましく、６０ｋＰａ以上が更に好ましく、また１５０ｋＰａ以下がより好ましく、１００ｋＰａ以下が更に好ましい。以上を考慮すると、排ガス１３Ｂ中のＣＯ２分圧としては、５５ｋＰａ以上１５０ｋＰａ以下がより好ましく、６０ｋＰａ以上１００ｋＰａ以下が更に好ましい。
【００４１】
次に、図３を参照して本実施の形態に係るＣＯ２回収装置１における下部ＣＯ２吸収部１４１Ａに供給するＣＯ２吸収液１３Ｂの温度とＣＯ２吸収液再生塔１５におけるＣＯ２吸収液１３の再生に必要な熱量との関係について説明する。図３は、下部ＣＯ２吸収部１４１Ａに供給するＣＯ２吸収液１３Ｂ（セミリッチ溶液）の温度とＣＯ２吸収液１３の再生に必要な熱量比との関係を示す図である。なお、図３においては、横軸にＣＯ２吸収液１３Ｂの温度を示し、縦軸にＣＯ２の再生に必要な熱量比を示している。また、図３においては、４０℃以上７０℃以下の温度範囲でＣＯ２分圧が高い排ガスを用いた場合にＣＯ２吸収液１３Ｂの再生に要する熱量の最低値を１とする比で示している。なお、プロットは解析値である。
【００４２】
図３に示すように、ＣＯ２分圧が高い排ガスを用いた場合には、ＣＯ２吸収液再生塔１５におけるＣＯ２吸収液１３Ｂの再生に要する熱量は約５５℃で最低となり、この５５℃から温度が離れるにつれてＣＯ２吸収液１３Ｃの再生に要する熱量が増大する。したがって、本実施の形態においては、図２に示したように、下部ＣＯ２吸収部１４１Ａに供給するＣＯ２吸収液１３Ｂの温度を下部ＣＯ２吸収部１４１ＡにおけるＣＯ２吸収液１３Ｂによる排ガス１１ＡのＣＯ２の吸収率が高い範囲とすることにより、ＣＯ２吸収液１３Ｃの再生に伴う飽和水蒸気Ｓの消費量を削減することが可能となる。これは、吸収率向上に伴いＣＯ２吸収液１３の循環量を低減できるためである。
【００４３】
図４は、下部ＣＯ２吸収部１４１Ａに供給されるＣＯ２吸収液１３Ｂ（セミリッチ溶液）の温度とＣＯ２吸収液再生塔１５に供給されるＣＯ２吸収液１３Ｃ（リッチ溶液）の温度との関係と示す図である。なお、図４においては、縦軸にＣＯ２吸収液再生塔１５に供給されるＣＯ２吸収液１３Ｃの温度を示し、横軸に下部ＣＯ２吸収部１４１Ａに供給されるＣＯ２吸収液１３Ｂの温度を示している。
【００４４】
図４に示すように、本実施の形態においては、下部ＣＯ２吸収部１４１Ａに供給されるＣＯ２吸収液１３Ｂの温度とＣＯ２吸収液再生塔１５に供給されるＣＯ２吸収液１３Ｃの温度とが正比例の関係にある。したがって、温度計１０２によって測定されるＣＯ２吸収液再生塔１５に供給されるＣＯ２吸収液１３Ｃの温度を測定し、測定した温度が所定範囲（例えば、６２℃以上６７℃以下）となるように制御装置１０１が、熱交換器２４に供給する冷媒量及びポンプ２５による下部ＣＯ２吸収部１４１ＡへのＣＯ２吸収液１３Ｂの供給量を制御することにより、下部ＣＯ２吸収部１４１ＡへのＣＯ２吸収液１３Ｂを所望の温度に制御することが可能となる。これにより、高いＣＯ２吸収率が得られると共に、ＣＯ２吸収液再生塔１５におけるＣＯ２吸収液１３Ｃの加熱の熱量を低減することが可能となる。
【００４５】
図５は、ＣＯ２吸収塔の下部ＣＯ２吸収部及び上部ＣＯ２吸収部における充填材の充填高さ比Ｈ１，Ｈ２とリッチ溶液のＣＯ２吸収率の比との関係を示す図である。なお、図５においては、下部ＣＯ２吸収部１４１Ａ及び上部ＣＯ２吸収部１４１Ｂにおける充填材Ｈ１，Ｈ２の充填高さ比（上部ＣＯ２吸収部１４１Ｂ：下部ＣＯ２吸収部１４１Ｂ）を１：３〜３：１の範囲で変化させた場合のＣＯ２吸収率の最大値を１とする比で示している。
【００４６】
図５に示すように、本実施の形態においては、下部ＣＯ２吸収部１４１Ａ及び上部ＣＯ２吸収部１４１Ｂの充填材の充填高さ比を変化させることにより、ＣＯ２吸収率が変化する。このため、本実施の形態においては、上部ＣＯ２吸収部１４１Ｂにおける充填材充填材Ｈ２の充填高さと下部ＣＯ２吸収部１４１Ａにおける充填材Ｈ１の充填高さとの充填高さ比（上部ＣＯ２吸収部１４１Ｂ：下部ＣＯ２吸収部１４１Ｂ）が、１：３以上３：１以下であることが好ましい。これにより、上部ＣＯ２吸収部１４１Ｂにおける排ガス１１Ａ中のＣＯ２の吸収効率及び下部ＣＯ２吸収部１４１Ａにおける排ガス１１Ａ中のＣＯ２の吸収効率がそれぞれ向上するので、よりＣＯ２の吸収率が向上すると共に、省エネルギー化が可能となる。充填高さ比としては、上述した作用効果が一層向上する観点から、１：１がより好ましい。
【００４７】
次に、本実施の形態に係るＣＯ２回収装置１の全体動作について説明する。直接還元炉から排出されるＣＯ２を含有する合成ガスなどの排ガス１１Ａは、冷却塔１２に導入されて冷却水Ｗ１と向流接触されて冷却されて排ガス１１Ｂとなる。冷却された排ガス１１Ｂは、煙道１６を介してＣＯ２吸収塔１４に導入されると共に、ＣＯ２吸収塔１４に導入される排ガス１１Ｂの流量が測定される。ＣＯ２吸収塔１４に導入された排ガス１１Ｂは、ＣＯ２吸収部１４１の下部ＣＯ２吸収部１４１Ａ及び上部ＣＯ２吸収部１４１Ｂ及びでアルカノールアミンなどを含むＣＯ２吸収液１３と対向流接触され、排ガス１１Ｂ中のＣＯ２がＣＯ２吸収液１３に吸収されてＣＯ２が除去された排ガス１１Ｄとなる。
【００４８】
ＣＯ２が除去された排ガス１１Ｄは、チムニートレイ１４４Ｂを介して上昇して水洗部１４２の頂部側から供給される洗浄水Ｗ２と気液接触して排ガス１１Ｄに同伴するＣＯ２吸収液１３が循環洗浄により回収された排ガス１１Ｅとなる。この排ガス１１Ｅは、ミストエリミネータ１４５でガス中のミストが捕捉されてＣＯ２吸収塔１４の塔頂部１４ａから外部へ排出される。
【００４９】
ＣＯ２吸収塔１４でＣＯ２を吸収したＣＯ２吸収液１３Ｃは、リッチ溶液供給管５０を介してリッチ・リーン溶液熱交換器５２でＣＯ２吸収液１３（リーン溶液）との間で熱交換された後、リッチソルベントポンプ５１によってＣＯ２吸収液再生塔１５の上部に供給される。ここで、本実施の形態においては、リッチ溶液供給管５０を流れるＣＯ２吸収液１３Ｃを温度計１０２によって随時測定し、測定したＣＯ２吸収液１３Ｃの温度が制御装置１０１に伝達される。制御装置１０１は、温度計１０２によって測定したＣＯ２吸収液１３Ｃの温度が所定範囲となるように、熱交換器２４に供給する冷媒量及びポンプ２５による下部ＣＯ２吸収部１４１ＡへのＣＯ２吸収液１３Ｂの供給量を調整する。
【００５０】
ＣＯ２吸収液再生塔１５に供給されたＣＯ２吸収液１３Ｃは、ＣＯ２吸収液供給部１５１を介して塔底部に流下する間にＣＯ２が除去されてセミリーン溶液となる。このセミリーン溶液は、循環ポンプ３３によって循環ラインＬ４を循環されると共に、再生加熱器３１で飽和水蒸気Ｓによって加熱されてＣＯ２吸収液１３（リーン溶液）となる。加熱後の飽和水蒸気Ｓは、水蒸気凝縮水Ｗ４となる。ＣＯ２吸収液１３から除去されたＣＯ２ガス４１は、コンデンサ４２によって水分が凝縮された後、分離ドラム４３の上部から凝縮水Ｗ５が分離されたＣＯ２ガス４４として外部に放出される。分離された凝縮水Ｗ５は、ＣＯ２吸収液再生塔１５に供給されると共に、一部が分岐されて還流ラインＬ１２を介してＣＯ２吸収塔１４の洗浄部１４２に供給される。
【００５１】
ＣＯ２吸収液再生塔１５の塔底部１５ｂのＣＯ２吸収液１３（リーン溶液）は、リーン溶液供給管５３を介してリッチ・リーン溶液熱交換器５２によってＣＯ２吸収液１３Ｃ（リッチ溶液）との間で熱交換された後、リーン溶液ポンプ５４によってＣＯ２吸収塔１４のＣＯ２吸収部１４１の上部に供給される。ＣＯ２吸収部１４１に供給されたＣＯ２吸収液１３は、上部ＣＯ２吸収部１４１Ａで排ガス１１ＡのＣＯ２を吸収してＣＯ２吸収液（セミリッチ溶液）１３Ａとなり、上部ＣＯ２吸収部１４１Ａの下部から抜き出しラインＬ１１に抜き出される。抜き出されたＣＯ２吸収液１３Ａは、熱交換器２４で所定の温度範囲に冷却されてＣＯ２吸収液（セミリッチ溶液）１３Ｂとなった後、ポンプ２５によって下部ＣＯ２吸収部１４１Ａに供給され、下部ＣＯ２吸収部１４１Ａで排ガス１１Ｂ中のＣＯ２を吸収してＣＯ２吸収液（リッチ溶液）１３Ｃとなる。このＣＯ２吸収液（リッチ溶液）１３Ｃは、ＣＯ２吸収塔１４の塔底部１４ｂから抜き出されてＣＯ２再生塔１５に供給される。
【００５２】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ＣＯ２吸収液再生塔１５に供給するＣＯ２吸収液１３Ｃの温度に基づいて下部ＣＯ２吸収部１４１Ａに供給するＣＯ２吸収液１３Ｂの温度を制御するので、下部ＣＯ２吸収部１４１Ａにおける排ガス１１Ｂ中のＣＯ２吸収率を高くすることができる。これらにより、ＣＯ２回収装置１は、排ガス１１Ｂ中のＣＯ２分圧が高い合成ガスを処理する場合であっても、ＣＯ２の吸収率に優れ、しかも、省エネルギー化が可能となる。
【００５３】
なお、上述した実施の形態においては、直接還元炉から排出されるＣＯ２を含有する合成ガスなどの排ガス１１Ａを処理する例について説明したが、本発明は、天然ガス（メタンガス）などのＣＯ２を含有するガスであれば各種ガスに適用可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１，２  ＣＯ２回収装置
１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ，１１Ｅ  排ガス
１２  冷却塔
１２１  冷却部
１２２  熱交換器
１２３  循環ポンプ
１２４  調整弁
１３  ＣＯ２吸収液（リーン溶液）
１３Ａ  ＣＯ２吸収液
１３Ｂ  ＣＯ２吸収液（セミリッチ溶液）
１３Ｃ  ＣＯ２吸収液（リッチ溶液）
１４  ＣＯ２吸収塔
１４ａ  塔頂部
１４ｂ  塔底部
１４１  ＣＯ２吸収部
１４２  水洗部
１４３Ａ  液貯留部
１４３Ｂ  チムニートレイ
１４４Ａ  液貯留部
１４４Ｂ  チムニートレイ
１４５  ミストエリミネータ
１５  ＣＯ２吸収液再生塔
１５ａ  塔頂部
１５１  ＣＯ２吸収液供給部
１６  煙道
２１  熱交換器
２２  循環ポンプ
２３  調整弁
２４  熱交換器
３１  再生加熱器
３２  調整弁
３３  循環ポンプ
４１，４４  ＣＯ２ガス
４２  コンデンサ
４３  分離ドラム
４５  凝縮水循環ポンプ
４６，４７  調整弁
５０  リッチ溶液供給管
５１  リッチ溶液ポンプ
５２  リッチ・リーン溶液熱交換器
５３  リーン溶液供給管
５４  リーン溶液ポンプ
５５  冷却部
１０１  制御装置
１０２  温度計（温度測定装置）
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ４  循環ライン
Ｌ３，Ｌ１１  抜き出しライン
Ｌ５  ガス排出ライン
Ｌ６  凝縮水ライン
Ｌ１２  還流ライン
Ｓ  飽和水蒸気
Ｗ１  冷却水
Ｗ２，Ｗ３  洗浄水
Ｗ４  水蒸気凝縮水
Ｗ５  凝縮水
【図１】
2015151319.tif 000003
【図２】
2015151319.tif 000004
【図３】
2015151319.tif 000005
【図４】
2015151319.tif 000006
【図５】
2015151319.tif 000007