(57)【要約】      （修正有）【課題】二酸化炭素の吸収液であるアミン類の大気放出を低減する。【解決手段】二酸化炭素を含有する排ガスとアミン類を含有する吸収液とを接触させて排ガス中の二酸化炭素を吸収液に吸収させて除去するための吸収部２と、吸収部から流出する二酸化炭素が除去された排ガスに同伴する吸収液ミストを分離除去するためのデミスタ３５と、デミスタを通過した二酸化炭素が除去された排ガスを洗浄するための水洗部２４ａ、２４ｂと、吸収部で二酸化炭素を吸収した吸収液を加熱して二酸化炭素を脱離させるための脱離部１５と、脱離部で脱離された二酸化炭素を冷却して凝縮水を得るための還流部と、還流部で得られた凝縮水をデミスタに供給し散布するための配管と、脱離部で二酸化炭素が脱離された吸収液を吸収部に戻すための配管とを有する。【選択図】図１
2015112584.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素を含有する排ガスとアミン類を含有するCO2吸収液とを接触させて前記排ガス中の二酸化炭素をCO2吸収液に吸収させて除去するためのCO2吸収部と、
CO2吸収部から流出する二酸化炭素が除去された排ガスに同伴するCO2吸収液ミストを分離除去するためのデミスタと、
デミスタを通過した二酸化炭素が除去された排ガスを洗浄するための水洗部と、
CO2吸収部で二酸化炭素を吸収したCO2吸収液を加熱して二酸化炭素を脱離させるためのCO2脱離部と、
CO2脱離部で脱離された二酸化炭素を冷却して凝縮水を得るための還流部と、
還流部で得られた凝縮水をデミスタに供給し散布するための配管と、
CO2脱離部で二酸化炭素が脱離されたCO2吸収液をCO2吸収部に戻すための配管と
を有する、二酸化炭素除去装置。
【請求項２】
水洗部で使用される洗浄水と、還流部で得られた凝縮水との間で熱交換をするための熱交換器を、凝縮水を還流部からデミスタに供給するための配管の途中にさらに有する請求項１に記載の二酸化炭素除去装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガス中の二酸化炭素除去装置に関する。より詳細に、本発明は、アミン類の大気放出が低減された二酸化炭素除去装置に関する。
【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。二酸化炭素を除去する方法として、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（特許文献１）。
【０００３】
燃焼排ガス中の二酸化炭素の吸収液による吸収は発熱を伴う。この発熱によって吸収液の温度が上がり、吸収液の一部が蒸発する。蒸発した吸収液は、二酸化炭素が吸収除去された排ガスに同伴される。二酸化炭素が吸収除去された排ガスは大気に放出されるので、何も対策を講じないと、アミン類を含む吸収液が蒸気またはミストの状態で大気にそのまま放出されてしまう。
近年、大気中のアミン化合物の環境への影響が懸念されている。そのため、放出ガス中のアミン化合物濃度を数ppm程度までに抑えたいという要求がある。
【０００４】
吸収液の蒸気またはミストの放出を防止するために、吸収塔のCO2吸収部の後流側に水洗部を設け、さらに吸収部と水洗部との間にデミスタを設けることが提案されている。また、水洗部でのアミン除去能を向上させるために、特許文献２は多段式水洗部を提案している。特許文献３は、洗浄水に硫酸などの強酸を添加することを提案している。デミスタは細い線材からなるものである。この線材にガス流中のミストを慣性衝突させてガスからミストを除去する。線材に衝突したミストは線材を伝って垂れ流れ、所定箇所に移送される。装置運転中、デミスタはミストの衝突によって常に濡れた状態が保たれているが、運転を停止すると、デミスタ表面が干上がり、アミン類が濃縮される。そして、運転を再開したときに、デミスタに濃縮されたアミン類がガス流とともに飛散する。飛散するアミン類の量が水洗部の除去能力を超える場合にはアミン類が規制値を超える量で大気に放出されるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１８４８６６号公報
【特許文献２】特開２００２−１２６４３９号公報
【特許文献３】特開平１０−３３９３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、アミン類の大気放出が低減された二酸化炭素除去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】
上記目的を達成すべく鋭意検討した。まず、濃縮されたアミン類をデミスタから除去するためにデミスタを水で洗浄する方法が考えられた。洗浄のために水を系外から供給すると二酸化炭素除去装置全体のマスバランスが崩れる。そこで、マスバランスを崩さずに系内の水で洗浄するためにさらに検討した。その結果、以下のような態様の本発明を完成するに至った。
【０００８】
〔１〕二酸化炭素を含有する排ガスとアミン類を含有するCO2吸収液とを接触させて前記排ガス中の二酸化炭素をCO2吸収液に吸収させて除去するためのCO2吸収部と、
CO2吸収部から流出する二酸化炭素が除去された排ガスに同伴するCO2吸収液ミストを分離除去するためのデミスタと、
デミスタを通過した二酸化炭素が除去された排ガスを洗浄するための水洗部と、
CO2吸収部で二酸化炭素を吸収したCO2吸収液を加熱して二酸化炭素を脱離させるためのCO2脱離部と、
CO2脱離部で脱離された二酸化炭素を冷却して凝縮水を得るための還流部と、
還流部で得られた凝縮水をデミスタに供給し散布するための配管と、
CO2脱離部で二酸化炭素が脱離されたCO2吸収液をCO2吸収部に戻すための配管と
を有する、二酸化炭素除去装置。
〔２〕水洗部で使用される洗浄水と還流部で得られた凝縮水との間で熱交換するための熱交換器を、凝縮水を還流部からデミスタに供給するための配管の途中にさらに有する〔１〕に記載の二酸化炭素除去装置。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の二酸化炭素除去装置によれば、装置全体のマスバランスを崩すことなく、デミスタにおいてアミン類が濃縮されるのを防ぎ、アミン類の大気放出量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る二酸化炭素除去装置を示す概念図である。
【図２】本発明の別の一実施形態に係る二酸化炭素除去装置を示す概念図である。
【図３】従来技術に係る二酸化炭素除去装置を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の一実施形態に係る二酸化炭素除去装置を図１に示す。図１に示される装置は、二酸化炭素を含有する排ガスとアミン類を含有するCO2吸収液とを接触させて前記排ガス中の二酸化炭素をCO2吸収液に吸収させて除去するためのCO2吸収部と、CO2吸収部から流出する二酸化炭素が除去された排ガスに同伴するCO2吸収液ミストを分離除去するためのデミスタと、デミスタを通過した二酸化炭素が除去された排ガスを洗浄するための水洗部と、CO2吸収部で二酸化炭素を吸収したCO2吸収液を加熱して二酸化炭素を脱離させるためのCO2脱離部と、CO2脱離部で脱離された二酸化炭素を冷却して凝縮水を得るための還流部と、還流部で得られた凝縮水をデミスタに供給し散布するための配管と、CO2脱離部で二酸化炭素が脱離されたCO2吸収液をCO2吸収部に戻すための配管とを有する。
【００１２】
前記装置において処理される二酸化炭素を含有する排ガスとしては、火力発電所や工場などでスチーム生成のために用いられるボイラの燃焼排ガス、製鉄時に発生する排ガスなどが挙げられる。
【００１３】
前記装置において用いられるCO2吸収液に含まれるアミン類としては、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、CO2吸収液には二酸化炭素吸収促進剤或いは腐食防止剤が含まれていてもよい。溶媒には、水が主に使用されるが、その他の溶媒としてメタノール、ポリエチレングリコール、スルフォラン等を水に加えることができる。
【００１４】
本発明の二酸化炭素除去装置においては、被処理ガス11がブロワ12にて吸収塔1の底部に供給され、充填層（CO2吸収部）2を上昇し、頂部から処理済みガス4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。そのために、CO2吸収液の一部が蒸気やミストになって処理済みガス（すなわち、二酸化炭素が吸収除去された被処理ガス）に同伴する。そこで、CO2吸収部のガス流出側にミストを除去するためのデミスタ35が設置されている。
【００１５】
デミスタは、ワイヤーメッシュデミスタ、ワイヤーメッシュブランケット、ワイヤーメッシュエリミネータなどとも呼ばれる。既に述べたとおり、デミスタは細い線材から成るものであり、該線材にミストを慣性衝突させてミストを除去するものである。線材の太さは、特に制限されないが、好ましくは、φ０．０５ｍｍ〜φ０．５ｍｍである。デミスタとして、線材を様々な編み方で編まれた生地または必要に応じて波付け加工された該生地を、必要な大きさに切断した上で、幾枚にも積層してマット状にしたものが一般的に用いられる。
本発明に用いられるデミスタは、密度、接触表面積、空間容積率などによって特に制限されないが、密度が、好ましくは５０〜５００ｋｇ／ｍ3、より好ましくは６０〜４５０ｋｇ／ｍ3であり、接触表面積が、好ましくは１００〜２０００ｍ2／ｍ3、より好ましくは１３０〜１８０００ｍ2／ｍ3であり、空間容積率が、好ましくは９５％〜９９％である。また、デミスタは、前記マット状物を上下から目の粗い格子（グリッド）で挟んで一体に組み立てられているものであることが好ましい。
【００１６】
デミスタ35を通過した処理済みガスは、頂部から放出する前に、水洗部において洗浄される。図１に示す装置では、水洗部が２段設置されているが、必要に応じて１段にしてもよいし、３段以上にしてもよい。水洗部は充填式であっても、棚段式であってもよい。水洗部では、洗浄水がノズル9aおよび9bからそれぞれ降り注がれ、上昇してくる処理済みガスを洗浄する。水洗部で使用した洗浄水は、冷却器で冷やされて、同じ段の水洗部に戻される。洗浄水中のアミン類含有量が増え洗浄効果が低下してきたときは、洗浄水の一部を下段の水洗部に移送し、該下段の水洗部で洗浄水として使用する。最下段の水洗部24aで使用した洗浄水は、冷却器8aで冷やされて、同じ段の水洗部24aに戻される。最下段で使用している洗浄水中のアミン類含有量が増え洗浄効果が低下してきたときは、洗浄水の一部をCO2吸収部2の上部にあるノズル6に移送し、CO2吸収液として使用する。
【００１７】
本発明においては、最上段の水洗部の頂部側にデミスタをさらに設置することができる。このデミスタによって、処理済みガスに同伴する洗浄水ミストを除去し、水やアミン類の大気への放出をさらに低減することができる。デミスタの構造などは既に述べたとおりである。
【００１８】
吸収塔底部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（CO2脱離部）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、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を経て充填層15の下方に供給され、次いで充填層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、CO2リッチ吸収液から二酸化炭素を脱離させる。
【００１９】
再生塔の底部に溜まったCO2リーン吸収液は再生塔の底部から抜き出されて熱交換器22および冷却器にて冷却され、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】
還流部は、通常、冷却器19と気液分離器17とを有する。充填層15で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（水蒸気）が冷却器19にて凝縮される。冷却器は一段でも二段でもよい。凝縮水は気液分離器17で二酸化炭素と分離される。
還流部で得られた凝縮水は、一部が再生塔に戻され、水洗部25にて降り注がれる。また、凝縮水の一部は、デミスタ35に供給され散布される。デミスタへの散布においては、凝縮水がデミスタ全体に行き渡るように散布するのが好ましい。デミスタに供給される凝縮水は、二酸化炭素を飽和濃度近くで含んでいる。この凝縮水をデミスタに供給・散布すると、CO2吸収部からのガスに同伴するアミン蒸気を高効率で除去することもできる。なお、デミスタにおけるアミン類の濃縮を防止するために、吸収塔の水洗部で用いた洗浄水をデミスタに供給散布することが考えられるが、吸収塔の水洗部で用いられた洗浄水は二酸化炭素をほとんど含んでいないので、アミン類蒸気を除去することができない。
【００２１】
また、吸収塔の水洗部で使用される洗浄水と、還流部で得られた凝縮水との間で熱交換を行うようにする（図２参照）と、排ガスの洗浄によって温度上昇した洗浄水を、熱エネルギの浪費を削減しつつ、効率的に冷却することができる。
【００２２】
さらに、凝縮水の残部は、吸収塔の水洗部24aおよび24bにおける洗浄水として使用することができる。冷却器が二段設置されている場合は、吸収塔に水洗部を二段設置し、一段目の冷却器からの凝縮水は一段目（下段）の水洗部に供給し、二段目の冷却器からの凝縮水は二段目（上段）の水洗部に供給することが、水洗効率を高める上で好ましい。
【実施例】
【００２３】
以下、本発明の実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２４】
実施例１
図１に示す装置を用いて、二酸化炭素を10％含む燃焼排ガス(11)を30Nm3/hで吸収塔１のガス供給部(3)より供給し、吸収液供給口(5)より供給したモノエタノールアミンを30重量％含む水溶液（吸収液）と向流接触させて、該吸収液に燃焼排ガス中の二酸化炭素を吸収させた。
二酸化炭素が吸収除去された排ガスを、二段の水洗部のうち１段目(24a)にて洗浄水と液／ガス比が2L/Nm3となるよう向流接触させ、２段目(24b)にて洗浄水と液／ガス比2L/Nm3で向流接触させ、次いで排ガス排出部(4)より放出した。
一方、出口ガス温度を約30℃に冷却して得られた凝縮水のうち1.5L/minを分けて吸収塔のデミスタ(35)上部に供給した。
【００２５】
実施例２
図２に示す装置を用い、凝縮水1.5L/minを吸収塔の水洗部の１段目(24a)の洗浄水と熱交換した後、吸収塔のデミスタ(35)上部に供給した以外は実施例１と同じ操作を行った。このとき、水洗部の１段目の洗浄水は、この熱交換のみで15℃以上冷却され、冷却に要するユーティリティが約50％低減した。
【００２６】
比較例１
図３に示す装置を用い、再生塔からの凝縮水をデミスタ上部に供給しなかった以外は実施例１と同じ操作を行った。
【００２７】
実施例１および比較例１の操作を、１日毎に起動、停止を行い30日間実施した後、吸収塔の水洗部のアミン蒸気濃度を測定した。その結果、実施例１および２は比較例１よりも15％低い値であった。
【符号の説明】
【００２８】
1…吸収塔，2…吸収部，3…被処理ガス供給部，4…処理済ガス排出部，
5…吸収液供給口，6…ノズル，7…水循環ポンプ，8a、8b…冷却器，
9a、9b…ノズル，11…被処理ガス，12…ブロワ，13…再生塔，
14…ノズル，15…・CO2脱離部，16…ポンプ，17…気液分離器，
18…排出二酸化炭素，19…冷却器，20…ノズル，22…熱交換器，
23…リボイラ，24a、24b…水洗部，25…水洗部，35…デミスタ
a…水洗部１段目の構成要素，  b…水洗部２段目の構成要素
【図１】
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【図２】
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【図３】
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