(57)【要約】      （修正有）【課題】蒸気加圧手段で発生する廃熱を有効利用して、二酸化炭素を高効率で回収する装置の提供。【解決手段】二酸化炭素を含む被処理ガスとCO2リーン吸収液とを向流接触させ、二酸化炭素をCO2リーン吸収液に吸収させてCO2リッチ吸収液を得るための吸収部、上方からのCO2リッチ吸収液と下方からのCO2リーン吸収液の蒸気とを向流接触させ、CO2リッチ吸収液から二酸化炭素を脱離させてCO2リーン吸収液に再生するための再生部、再生部で再生されたCO2リーン吸収液の一部を加熱して蒸気を生成させるためのリボイラ、リボイラで生成させた蒸気を再生部の下部より下方に供給するための管(a)、再生部で再生されたCO2リーン吸収液の一部を蒸発させて蒸気を得るためのフラッシュ蒸発器、およびフラッシュ蒸発器で得られた蒸気を加圧して該蒸気を再生部に供給するための管(b)を有する被処理ガス中の二酸化炭素を回収するための装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素を含む被処理ガスとCO2リーン吸収液とを向流接触させ、二酸化炭素をCO2リーン吸収液に吸収させてCO2リッチ吸収液を得るための吸収部、
上方からのCO2リッチ吸収液と下方からのCO2リーン吸収液の蒸気とを向流接触させ、CO2リッチ吸収液から二酸化炭素を脱離させてCO2リーン吸収液に再生するための再生部、
再生部で再生されたCO2リーン吸収液の一部を加熱して蒸気を生成させるためのリボイラ、
リボイラで生成させた蒸気を再生部の下部より下方に供給するための管(a)、
再生部で再生されたCO2リーン吸収液の一部を蒸発させて蒸気を得るためのフラッシュ蒸発器、および
フラッシュ蒸発器で得られた蒸気を加圧して該蒸気を再生部に供給するための管(b)
を有する被処理ガス中の二酸化炭素を回収するための装置。
【請求項２】
フラッシュ蒸発器の底に溜まるCO2リーン吸収液を吸収部の上部より上方に供給するための管(c)をさらに有する請求項１に記載の装置。
【請求項３】
二酸化炭素を含む被処理ガスとCO2リーン吸収液とを向流接触させ、二酸化炭素をCO2リーン吸収液に吸収させてCO2リッチ吸収液を得るための吸収部、
上方からのCO2リッチ吸収液と下方からのCO2リーン吸収液の蒸気とを向流接触させ、CO2リッチ吸収液から二酸化炭素を脱離させてCO2リーン吸収液に再生するための再生部、
再生部で再生されたCO2リーン吸収液の一部を加熱して蒸気を生成させるためのリボイラ、
リボイラで生成させた蒸気を再生部の下部より下方に供給するための管(a)、
リボイラで加熱されたCO2リーン吸収液の一部を蒸発させて蒸気を得るためのフラッシュ蒸発器、および
フラッシュ蒸発器で得られた蒸気を加圧して該蒸気を再生部に供給するための管(b)を有する被処理ガス中の二酸化炭素を回収するための装置。
【請求項４】
フラッシュ蒸発器の底に貯まるCO2リーン吸収液を再生部の下部より下方に供給するための管(d)をさらに有する請求項３に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブロワなどの蒸気加圧手段で発生した熱を有効利用して、被処理ガス中の二酸化炭素を高効率で回収することができる装置に関する。
【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（CO2）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。二酸化炭素を回収する方法として、アルカノールアミンなどのアミン類を含む液（以下、CO2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（例えば、特許文献１など参照）。
【０００３】
CO2吸収液による二酸化炭素の吸収は、図３に示すように、吸収塔底部から導入される二酸化炭素を含む被処理ガス11とノズル6から降り注がれるCO2リーン吸収液とを向流接触させて二酸化炭素をCO2リーン吸収液に吸収させてCO2リッチ吸収液（50〜60℃程度）を得るための吸収部2と、CO2リッチ吸収液から二酸化炭素を脱離させてCO2リーン吸収液に再生するための再生部15と、吸収塔1から抜き出されるCO2リッチ吸収液を再生塔13から抜き出されるCO2リーン吸収液（110〜120℃）で加熱するための熱交換器22とを少なくとも有する装置において行われる。CO2リッチ吸収液を100〜125℃の温度範囲にすると二酸化炭素が脱離するので、再生部15は再生塔底部から供給される蒸気（リボイラ23で蒸発された吸収液の蒸気）により加熱される。リボイラ23では、ボイラ（図示せず。）で生成させた発電用水蒸気の一部を用いて、吸収液の蒸発が行われる。リボイラに使用される水蒸気量が増えると発電に使用される水蒸気量が減るので、発電効率の観点からリボイラに使用される水蒸気量を減らすことが要望されている。
リボイラに使用される水蒸気量を低減する方法の一つとして、再生塔の下部から抜き出したCO2リーン吸収液をフラッシュ蒸発器16で蒸発させて蒸気を得、この蒸気をブロワ17で加圧して再生部15の下部より下方に供給する方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３５２９８５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
フラッシュ蒸発器で得られる蒸気には二酸化炭素が含まれていることがある。二酸化炭素を含有する蒸気を再生部の下部より下方に供給すると、CO2リーン吸収液への再生が阻害され、システム全体の効率を低下させることが懸念される。
本発明の目的は、ブロワなどの蒸気加圧手段で発生した熱を有効利用して、被処理ガス中の二酸化炭素を高効率で回収することができる装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは上記目的を達成するために検討した結果、以下の形態を包含する本発明を完成するに至った。
【０００７】
〔１〕  二酸化炭素を含む被処理ガスとCO2リーン吸収液とを向流接触させ、二酸化炭素をCO2リーン吸収液に吸収させてCO2リッチ吸収液を得るための吸収部、  上方からのCO2リッチ吸収液と下方からのCO2リーン吸収液の蒸気とを向流接触させ、CO2リッチ吸収液から二酸化炭素を脱離させてCO2リーン吸収液に再生するための再生部、  再生部で再生されたCO2リーン吸収液の一部を加熱して蒸気を生成させるためのリボイラ、  リボイラで生成させた蒸気を再生部の下部より下方に供給するための管(a)、  再生部で再生されたCO2リーン吸収液の一部を蒸発させて蒸気を得るためのフラッシュ蒸発器、および  フラッシュ蒸発器で得られた蒸気を加圧して該蒸気を再生部に供給するための管(b)を有する被処理ガス中の二酸化炭素を回収するための装置。
〔２〕  フラッシュ蒸発器の底に貯まるCO2リーン吸収液を吸収部の上部より上方に供給するための管(c)をさらに有する〔１〕に記載の装置。
〔３〕  二酸化炭素を含む被処理ガスとCO2リーン吸収液とを向流接触させ、二酸化炭素をCO2リーン吸収液に吸収させてCO2リッチ吸収液を得るための吸収部、  上方からのCO2リッチ吸収液と下方からのCO2リーン吸収液の蒸気とを向流接触させ、CO2リッチ吸収液から二酸化炭素を脱離させてCO2リーン吸収液に再生するための再生部、  再生部で再生されたCO2リーン吸収液の一部を加熱して蒸気を生成させるためのリボイラ、  リボイラで生成させた蒸気を再生部の下部より下方に供給するための管(a)、  リボイラで加熱されたCO2リーン吸収液の一部を蒸発させて蒸気を得るためのフラッシュ蒸発器、および  フラッシュ蒸発器で得られた蒸気を加圧して該蒸気を再生部に供給するための管(b)を有する被処理ガス中の二酸化炭素を回収するための装置。
〔４〕  フラッシュ蒸発器の底に貯まるCO2リーン吸収液を再生部の下部より下方に供給するための管(d)をさらに有する〔３〕に記載の装置。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に従って、フラッシュ蒸発させ、次いで加圧した蒸気を、リボイラで生成した蒸気の供給位置よりも上方の位置の再生部に供給するようにした装置を用いると、吸収液の再生を阻害させず、再生塔の使用蒸気を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第一実施形態に係る二酸化炭素回収装置の概要を示す図である。
【図２】本発明の第二実施形態に係る二酸化炭素回収装置の概要を示す図である。
【図３】従来技術に係る二酸化炭素回収装置の概要を示す図である。
【図４】再生塔内での吸収液中のCO2ローディングの分布を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一実施形態に係る被処理ガス中の二酸化炭素を回収するための装置は、二酸化炭素を含む被処理ガスとCO2リーン吸収液とを向流接触させ、二酸化炭素をCO2リーン吸収液に吸収させてCO2リッチ吸収液を得るための吸収部、  上方からのCO2リッチ吸収液と下方からのCO2リーン吸収液の蒸気とを向流接触させ、CO2リッチ吸収液から二酸化炭素を脱離させてCO2リーン吸収液に再生するための再生部、  再生部で再生されたCO2リーン吸収液の一部を加熱して蒸気を生成させるためのリボイラ、  リボイラで生成させた蒸気を再生部の下部より下方に供給するための管(a)、  再生部で再生されたCO2リーン吸収液の一部を蒸発させて蒸気を得るためのフラッシュ蒸発器、および  フラッシュ蒸発器で得られた蒸気を加圧して該蒸気を再生部に供給するための管(b)を有する。
【００１１】
本発明の別の一実施形態に係る被処理ガス中の二酸化炭素を回収するための装置は、二酸化炭素を含む被処理ガスとCO2リーン吸収液とを向流接触させ、二酸化炭素をCO2リーン吸収液に吸収させてCO2リッチ吸収液を得るための吸収部、  上方からのCO2リッチ吸収液と下方からのCO2リーン吸収液の蒸気とを向流接触させ、CO2リッチ吸収液から二酸化炭素を脱離させてCO2リーン吸収液に再生するための再生部、  再生部で再生されたCO2リーン吸収液の一部を加熱して蒸気を生成させるためのリボイラ、  リボイラで生成させた蒸気を再生部の下部より下方に供給するための管(a)、  リボイラで加熱されたCO2リーン吸収液の一部を蒸発させて蒸気を得るためのフラッシュ蒸発器、および  フラッシュ蒸発器で得られた蒸気を加圧して該蒸気を再生部に供給するための管(b)を有する。
【００１２】
本発明に用いられるCO2吸収液は、通常、アミン類を含有する溶液である。該アミン類としては、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、前記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、通常、水が用いられるが、メタノール、ポリエチレングリコール、スルフォラン等の有機溶媒を水に加えて用いてもよい。
【００１３】
本発明の一実施形態に係る装置としては、例えば、図１に示すような装置が挙げられる。図１に示す装置では、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（吸収部）2を上昇し、頂部から処理済みガス8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。アミン類を含むCO2リーン吸収液が充填層2の上側のノズル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。高い液温の吸収液は二酸化炭素の吸収能が低いので、吸収塔底部から供給される被処理ガス11によって冷やされ、最高液温に比べて10〜30℃程度温度が下がる。吸収塔の底部10におけるCO2リッチ吸収液の温度は50〜60℃程度である。二酸化炭素が除去された被処理ガスには吸収液がミストや蒸気として同伴しているので、頂部から放出する前に、洗浄部7において、二酸化炭素が除去された被処理ガスを洗浄したり、デミスタでミスト除去したりする。
【００１４】
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（再生部）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。
【００１５】
再生塔の底部にはリボイラ23が付設されている。充填層15を下降してきたCO2リーン吸収液の一部をリボイラで加熱して蒸気を生成させる。リボイラで生成した蒸気は、管26を経て充填層15の下側に供給され、そこから充填層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。脱離した二酸化炭素は、再生塔の頂部から排出され、同伴する水が冷却器9にて凝縮される。得られた凝縮水は再生塔に戻される。再生塔13の充填層15は、通常、最下部の温度（115℃程度）が最上部の温度に比べて高くなっている。
【００１６】
再生塔の底部に溜まったCO2リーン吸収液の一部はフラッシュ蒸発器16に供給されて、蒸気を生成させる。得られた蒸気はブロワ17にて加圧され、管28を経て、再生部15に供給される。
【００１７】
従来の装置（図３）では、ブロワ17にて加圧された蒸気はリボイラで生成させた蒸気と同じく、再生部の下側に供給されていた。フラッシュ蒸発器では、吸収液の蒸発と同時に二酸化炭素の脱離も生じる。そのため、ブロワ17にて加圧された蒸気には二酸化炭素が少なからず含まれている。ブロワ17にて加圧された蒸気を再生部の下側に供給した場合には、図４(a)に示すようなCO2ローディングになる。すなわち、再生部の下側の二酸化炭素分圧が高くなり、再生部での二酸化炭素の脱離が阻害され、再生塔の底部に溜まるCO2リーン吸収液中の二酸化炭素含有量が増える。なお、図４中のグラフの縦軸は左端の再生塔の高さに対応する。二酸化炭素の含有量が多いCO2リーン吸収液は二酸化炭素吸収能が低いので、装置全体の効率が低下する恐れがある。
【００１８】
これに対して、図１に示す本発明に係る装置では、ブロワ17にて加圧された蒸気はリボイラで生成させた蒸気の供給位置よりも上方、すなわち再生部15、より具体的にはブロワ17にて加圧された蒸気中の二酸化炭素分圧よりも高い二酸化炭素分圧になっている再生部中間段に供給される。図１に示す装置では、図４(b)に示すようなCO2ローディングになる。すなわち、再生部の下側の二酸化炭素分圧は低く抑えられ、吸収液の再生がほぼ完了していることがわかる。
【００１９】
図１に示す装置においては、フラッシュ蒸発器の底部に溜まったCO2リーン吸収液は、再生塔の底部に溜まったCO2リーン吸収液とともに、熱交換器22および冷却器24に移送されて冷却され、吸収塔1に戻される。なお、熱交換器22では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】
本発明の別の一実施形態に係る装置としては、図２に示すような装置が挙げられる。図２に示す装置は、リボイラの底部に溜まったCO2リーン吸収液の一部を、フラッシュ蒸発器16に移送し、フラッシュ蒸発器16の底部に溜まるCO2リーン吸収液を再生塔の底部に移送する以外は図１に示す装置と同じである。図２に示す装置においても図４(b)のようなCO2ローディングになる。
【実施例】
【００２１】
以下に実施例を示して本発明をより具体的に説明する。なお、本発明はこれら実施例によって限定されるものではない。
【００２２】
実施例１
図１に示す装置を用いて実施した。二酸化炭素を13％含む燃焼排ガス500Nm3/hを吸収塔1に供給し、規則充填材が合計で高さ6000mmに充填された吸収部2を上向きに流し、モノエタノールアミンを30重量％含む40℃の水溶液（CO2吸収液）1500L/hと向流接触させ、排ガス中の二酸化炭素を吸収液に吸収除去させた。二酸化炭素が除去されたガス（処理済みガス）は吸収塔上部から排出した。二酸化炭素を吸収したCO2吸収液は再生塔のノズル14から降り注いだ。
再生塔底部に溜まったCO2リーン吸収液をフラッシュ蒸発器16に供給し、気化させ、25kg/hの蒸気を発生させた。得られた蒸気をブロワ17で加圧し再生部13の中間段に供給した。ブロワ17で加圧された蒸気には二酸化炭素が10%含有していた。また、該蒸気が供給される再生部13の中間段は二酸化炭素の放出量が10%以上になっていた。再生塔内の吸収液のCO2ローディングの分布は図4(b)に示すようになっていた。CO2吸収液の再生が効率的に行われていることがわかる。
【００２３】
実施例２
図２に示す装置を用いて実施した。リボイラの底部に溜まったCO2リーン吸収液がフラッシュ蒸発器16に供給され、気化し、蒸気を発生させた。リボイラの底部に溜まったCO2リーン吸収液は再生塔底部に溜まるCO2リーン吸収液よりも高い温度を有しているので、蒸気発生量が実施例１よりも増加した。得られた蒸気をブロワ17で加圧し再生部13の中間段に供給した。ブロワ17で加圧された蒸気には二酸化炭素が約10%含有していた。また、該蒸気が供給される再生部13の中間段は二酸化炭素の放出量が10%以上になっていた。再生塔内の吸収液のCO2ローディングの分布は図4(b)に示すのと同様になっていた。CO2吸収液の再生が効率的に行われていることがわかる。
【００２４】
比較例３
図３に示す装置を用いて実施した。再生塔底部に溜まったCO2リーン吸収液をフラッシュ蒸発器16に供給し、気化させ、25kg/hの蒸気を発生させた。得られた蒸気をブロワ17で加圧し再生部13の下側に供給した。ブロワ17で加圧された蒸気には二酸化炭素が10%含有していた。再生塔内の吸収液のCO2ローディングの分布は図4(a)に示すようになっていた。CO2吸収液の再生がフラッシュ蒸発器からの蒸気の供給によって阻害されていることがわかる。
【符号の説明】
【００２５】
1：吸収塔、  2：吸収部、  6：ノズル、  7：洗浄部、  8：処理済ガス、
10：吸収塔底部、  11：被処理ガス、  12：ブロワ、  13：再生塔、
14：ノズル、  15：再生部、  16：フラッシュ蒸気器、  17：ブロワ、
22：熱交換器、  23：リボイラ、  24：冷却器
【図１】
2015123379.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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