(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガス中の硫黄酸化物を除去して脱硫すると共に、前記排ガス温度を下げて冷却する高度脱硫冷却塔と、
前記排ガス中のＣＯ2をＣＯ2吸収液に接触させて除去するＣＯ2吸収塔と、
前記ＣＯ2吸収液からＣＯ2を放散してＣＯ2を回収すると共に前記ＣＯ2吸収液を再生し、前記再生したＣＯ2吸収液を前記ＣＯ2吸収塔に送液する再生塔と
を備え、
前記高度脱硫冷却塔が、前記脱硫と前記冷却とを行うための脱硫冷却循環液を高度脱硫冷却塔の下部から上部へ供給して循環する循環ラインと、前記循環ラインと前記高度脱硫冷却塔の上部との接続位置よりも下方に位置する高度脱硫冷却充填部と、前記接続位置よりも上方に位置し、塔内にて飛散するミストを捕集し、前記高度脱硫冷却充填部に流下する仕上充填部と、前記仕上充填部の上方に位置する第１デミスタと、前記循環液を冷却する第１冷却器とを備え、前記仕上充填部からの流下液と前記循環ラインからの循環液とを直接混合するＣＯ2回収装置。
【請求項２】
前記高度脱硫冷却塔が、前記仕上充填部の上方に位置して系外からの水を供給する希釈水供給ラインを含んでなる請求項１に記載のＣＯ2回収装置。
【請求項３】
前記高度脱硫冷却塔が、前記循環ラインの前記第１冷却器の後流にて連結し、前記循環液の一部を前記仕上充填部の上方且つ前記第１デミスタの下方に供給する分岐循環ラインを更に備え、
前記分岐循環ラインが、前記循環液の一部を冷却する第２冷却器を備える請求項１に記載のＣＯ2回収装置。
【請求項４】
前記高度脱硫冷却塔が、前記循環ラインの上部の前記循環供給位置と前記仕上充填部との間に位置する第２デミスタを含んでなる請求項１〜３のいずれか一項に記載のＣＯ2回収装置。
【請求項５】
前記循環ラインが、前記第１冷却器又は分岐循環ラインとの連結部の後流にて連結する塩基性化合物供給ラインを更に備える請求項２〜４のいずれか一項に記載のＣＯ2回収装置。
【請求項６】
前記循環ラインが、前記第１冷却器の前流にて連結する余剰液排出ラインを更に備える請求項１〜５のいずれか一項に記載のＣＯ2回収装置。
【請求項７】
前記請求項１〜６のいずれか一項に記載のＣＯ2回収装置を用いたＣＯ2回収方法であって、
排ガス中の硫黄酸化物を除去して脱硫すると共に、前記排ガス温度を下げて冷却する高度脱硫冷却工程と、
前記排ガス中のＣＯ2をＣＯ2吸収液に接触させて除去するＣＯ2吸収工程と、
前記ＣＯ2吸収液からＣＯ2を放散して、ＣＯ2を回収すると共に前記ＣＯ2吸収液を再生し、前記再生したＣＯ2吸収液を前記ＣＯ2吸収塔に送液して再利用する再生工程と
を含み、
前記高度脱硫冷却工程が、前記脱硫と前記冷却とを行うための脱硫冷却循環液を高度脱硫冷却塔の下部から上部へ供給して循環する循環工程と、前記循環ラインと前記高度脱硫冷却塔の上部との接続位置よりも上方に位置する前記仕上充填部からの流下液と前記循環ラインからの循環液とを直接混合する混合工程と更に含む、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回収方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、化石燃料の排ガス等が含有する二酸化炭素(ＣＯ2)、硫黄酸化物等の酸性ガスを除去、回収する方法について、様々な方法が提案されている。そのうちの一方法として、脱硫処理後の排ガスを更に高度脱硫処理して排ガス中から硫黄酸化物を除去し、冷却した後、アルカノールアミン水溶液等のＣＯ2吸収液と接触させて排ガス中からＣＯ2を除去することにより、硫黄酸化物とＣＯ2とを回収する方法がある。
【０００３】
高度脱硫処理した排ガス中には硫黄酸化物及び高度脱硫処理に用いた循環液が残存しており、それらは後流のＣＯ2を吸収するＣＯ2吸収液中に蓄積されることとなる。また、ＣＯ2吸収液のＣＯ2吸収性を考慮すると、排ガスを冷却する必要がある。このような装置として、排ガスに対する高度脱硫処理と冷却処理とを一段階の方法にて実施する装置が知られている（例えば、特許文献１）。また、高度脱硫処理と冷却処理とを二段階の方法に分けて実施する装置が知られている(例えば、特許文献１、２及び３)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許４２１６１５２号公報
【特許文献２】国際公開第２０１３／１４４８６４号
【特許文献３】国際公開第２０１３／１４４８８９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記した例では、排ガスに対する高度脱硫処理と冷却処理とを一段階の方法により行う場合、高度脱硫工程の循環液が吸収塔のＣＯ2吸収液へ混入する虞がある。また、排ガスに対する高度脱硫処理と冷却処理とを二段階の方法に分けて行う場合、装置が大型化するという問題がある。
【０００６】
本発明は、前記事情に照らして、装置の構造を簡略化すると共に、脱硫冷却処理の循環液のＣＯ2吸収液への混入量を低減できるＣＯ2回収装置及び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】
本発明は、一側面にてＣＯ2回収装置である。本発明に係るＣＯ2回収装置は、排ガス中の硫黄酸化物を除去すると共に、前記排ガス温度を下げる高度脱硫冷却塔と、前記排ガス中のＣＯ2をＣＯ2吸収液に接触させて除去するＣＯ2吸収塔と、前記ＣＯ2吸収液からＣＯ2を放散してＣＯ2を回収すると共に前記ＣＯ2吸収液を再生し、前記再生したＣＯ2吸収液を前記ＣＯ2吸収塔に送液する再生塔とを備え、前記高度脱硫冷却塔が、前記脱硫と前記冷却とを行うための脱硫冷却循環液を高度脱硫冷却塔の下部から上部へ供給して循環する循環ラインと、前記循環ラインと前記冷却塔の上部との接続位置よりも上方に位置する仕上充填部と、前記循環液を冷却する第１冷却器とを備え、前記仕上充填部からの流下液と前記循環ラインからの循環液とを直接混合するように構成されている。
【０００８】
前記高度脱硫冷却塔は、前記仕上充填部の上方に位置する第１デミスタを含むことが好ましい。
【０００９】
また、前記ＣＯ2回収装置は、前記高度脱硫冷却塔を前記仕上充填部の上方に位置して系外からの水を供給する希釈水供給ラインを含む形態とすることができる。
【００１０】
更に、前記ＣＯ2回収装置は、前記高度脱硫冷却塔に、前記循環ラインの前記第１冷却器の後流にて連結し、循環液の一部を前記仕上充填部の上方且つ前記第１デミスタの下方に供給する分岐循環ラインを更に備え、前記分岐循環ラインを、前記循環液の一部を冷却する第２冷却器を備える形態とすることができる。
【００１１】
更にまた、前記ＣＯ2回収装置は、前記高度脱硫冷却塔を、前記循環ラインの上部の循環液供給位置と前記仕上充填部との間に位置する第２デミスタを含む形態とすることができる。
【００１２】
前記循環ラインは、前記第１冷却器又は分岐循環ラインとの連結部の後流にて連結する塩基性化合物供給ラインを更に備えることが好ましく、前記循環ラインは、前記第１冷却器の前流にて連結する余剰液排出ラインを更に備えることがより好ましい。
【００１３】
また、本発明は、別の側面にてＣＯ2回収方法である。本発明に係るＣＯ2回収方法は、前記ＣＯ2回収装置を用いたＣＯ2回収方法であって、排ガス中の硫黄酸化物を除去すると共に、前記排ガス温度を下げる高度脱硫冷却工程と、前記排ガス中のＣＯ2をＣＯ2吸収液に接触させて除去するＣＯ2吸収工程と、前記ＣＯ2吸収液からＣＯ2を放散して、ＣＯ2を回収すると共に前記ＣＯ2吸収液を再生し、前記再生したＣＯ2吸収液を前記ＣＯ2吸収塔に送液して再利用する再生塔とを含み、前記高度脱硫冷却工程が、前記脱硫と前記冷却とを行うための脱硫冷却循環液を高度脱硫冷却塔の下部から上部へ供給して循環する循環工程と、前記循環ラインと前記冷却塔の上部との接続位置よりも上方に位置する仕上充填部からの流下液と前記循環ラインからの循環液とを直接混合する混合工程と更に含む。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、装置の構造を簡略化すると共に、脱硫冷却処理の循環液のＣＯ2吸収液への混入量を低減できるＣＯ2回収装置及び方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明に係るＣＯ2回収装置及び回収方法の第１実施の形態について、ＣＯ2回収装置の構成を示す概略図である。
【図２】図２は、本発明に係るＣＯ2回収装置及び回収方法の第１実施の形態について、高度脱硫冷却塔の構成を示す概略図である。
【図３】図３は、本発明に係るＣＯ2回収装置及び回収方法の第２実施の形態について、高度脱硫冷却塔の構成を示す概略図である。
【図４】図４は、本発明に係るＣＯ2回収装置及び回収方法の第３実施の形態について、高度脱硫冷却塔の構成を示す概略図である。
【図５】図５は、本発明に係るＣＯ2回収装置及び回収方法の第４実施の形態について、高度脱硫冷却塔の構成を示す概略図である。
【図６】図６は、本発明に係るＣＯ2回収装置及び回収方法の第５実施の形態について、高度脱硫冷却塔の構成を示す概略図である。
【図７】図７は、本発明に係るＣＯ2回収装置及び回収方法の第６実施の形態について、高度脱硫冷却塔の構成を示す概略図である。
【図８】図８は、本発明に係るＣＯ2回収装置及び回収方法について、実施例１の結果を示す図である。
【図９】図９は、本発明に係るＣＯ2回収装置及び回収方法について、実施例２の結果を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明に係るＣＯ2回収装置及び回収方法について、実施例３の結果を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明に係るＣＯ2回収装置及び回収方法について、実施例４〜６の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して、本発明に係るＣＯ2回収装置及び回収方法の実施の形態について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施の形態によって限定されるものではない。また、添付図面は、本実施の形態の概要を説明するための図であり、付属する機器を一部省略している。
【００１７】
［第１実施の形態］
本発明に係るＣＯ2回収装置の第１実施の形態について、図１及び図２を用いて説明する。
図１に示すように、ＣＯ2回収装置は、排ガスに対して高度脱硫と冷却とを同時に実施するための高度脱硫冷却塔１０Ａと、排ガス中のＣＯ2をＣＯ2吸収液により吸収・除去するためのＣＯ2吸収塔２０と、ＣＯ2を回収すると共にＣＯ2吸収液を再生する再生塔３０とを備えている。
排ガスとしては、天然ガス、アンモニア製造等の化学プラントにて製造されるプロセスガス、石炭ガス化ガス等の合成ガス、化石燃料の燃焼排ガス等の二酸化炭素（ＣＯ2）と硫黄酸化物（ＳＯ2）を含有するガスを用いることができる。
【００１８】
高度脱硫冷却塔１０Ａは、その塔下部に排ガスを塔内へ供給するためのラインＬ0を備え、その塔頂部に排ガスを塔から排出してＣＯ2吸収塔２０へ供給するためのラインＬ2を少なくとも備えている。また、ラインＬ2には、排ガスをＣＯ2吸収塔２０へ送給するためのブロワＢ1を設けている。
【００１９】
続いて、高度脱硫冷却塔１０Ａについて、図２を用いて詳述する。なお、本明細書及び特許請求の範囲では、排ガス又は循環液の流れる方向に沿って「前流」及び「後流」の文言を用いている。
高度脱硫冷却塔１０Ａは、高度脱硫冷却充填部１１と、仕上充填部１２と、第１デミスタ１３とを備えている。高度脱硫冷却塔１０Ａの塔底部には、この塔底部に貯留する循環液（以降、脱硫冷却循環液ともいう。）を高度脱硫冷却塔１０Ａの下部から上部へ供給して循環し、脱硫処理と冷却処理とを一段階の手段で行うための循環ラインＬ1を設けている。
【００２０】
高度脱硫冷却充填部１１は、仕上充填部１２の下方、且つ、循環ラインＬ1と高度脱硫冷却塔１０Ａの上部との接続位置よりも下方に配置している。高度脱硫冷却充填部１１は、硫黄酸化物を含有する排ガスと上方より流下する塩基性化合物を含有する脱硫冷却循環液とを直接混合させるように構成されている。このように、高度脱硫冷却充填部１１は、排ガス中の硫黄酸化物を脱硫冷却循環液に吸収することによって、排ガス中の硫黄酸化物を除去する。これにより、高度脱硫冷却充填部１１の後流では、排ガス中の硫黄酸化物の濃度は低下する。
【００２１】
仕上充填部１２は、高度脱硫冷却充填部１１の上方、且つ、循環ラインＬ1と高度脱硫冷却塔１０Ａの上部との接続位置よりも上方に配置している。仕上充填部１２は、塔内にて下方より飛散する脱硫冷却循環液のミストを捕集し、高度脱硫冷却充填部１１へ流下するように構成されている。仕上充填部１２からの流下液は、下方にて排ガスに同伴して回収された脱硫冷却循環液となる。仕上充填部１２の内部には、排ガスに伴う硫黄酸化物を捕集するための充填材を配置している。このような充填材としては、折板や平板を含む板状の規則充填材、リング状やサドル状の不規則充填材等が挙げられる。これにより、仕上充填部１２の後流では、排ガス中の硫黄酸化物及び硫黄酸化物と塩基性化合物に起因する硫酸塩の濃度は低下する。
【００２２】
第１デミスタ１３は、仕上充填部１２の上方に位置し、排ガスに同伴する脱硫冷却循環液のミストを除去・回収することによって、高度脱硫冷却塔１０Ａの塔底部に貯留する。これにより、第１デミスタ１３の後流では、排ガス中の硫黄酸化物と硫酸塩の濃度は低下する。
【００２３】
循環ラインＬ1は、その一端が高度脱硫冷却塔１０Ａの下部の塔底部（下部の接続位置）と連結し、その他端が高度脱硫冷却塔１０Ａの上部の高度脱硫冷却充填部１１と仕上充填部１２との間の前述した接続位置（上部接続位置）と連結している。前記上部接続位置は、仕上充填部１２よりも高度脱硫冷却充填部１１に近い位置であることが好ましい。このような位置であれば、高度脱硫冷却充填部の充填材上端までの距離が短く、循環液の飛散による排ガスへの同伴量を低減することができる。
また、循環ラインＬ1上には、脱硫冷却循環液を冷却するための冷却器１４が設けられている。更に、循環ラインＬ1は、冷却器１４の後流にて塩基性化合物供給ラインＬ11と連結し、冷却器１４の前流にて循環液排出ラインＬ12と連結している。
【００２４】
冷却器１４は、熱交換器であり、循環ラインＬ1を循環する脱硫冷却循環液を冷却することによって、ラインＬ0から高度脱硫冷却塔１０Ａに導入した排ガスを冷却し、所定の温度の範囲内とする。これにより、ＣＯ2吸収塔２０にてＣＯ2吸収液のＣＯ2の吸収効率が低下することを防げる。
【００２５】
塩基性化合物供給ラインＬ11は、塩基性化合物を貯留するための図示しない供給タンクと接続し、塩基性化合物を循環ラインＬ1内の脱硫冷却循環液に供給するように構成されている。このような塩基性化合物としては、ナトリウム化合物、カルシウム化合物又はそれらの混合物が挙げられる。前記ナトリウム化合物は、水酸化ナトリウム(ＮａＯＨ)、炭酸ナトリウム(Ｎａ2ＣＯ3)及び炭酸水素ナトリウム(ＮａＨＣＯ3)からなる群より選択される少なくとも１種であることが好ましい。また、前記カルシウム化合物は、水酸化カルシウム(Ｃａ(ＯＨ)2)及び炭酸カルシウム(ＣａＣＯ3)からなる群より選択される少なくとも１種であることが好ましい。
【００２６】
循環液排出ラインＬ12は、図示しない開閉弁によって、冷却器１４により凝縮されて余剰分となった水分を除去するために、循環ラインＬ1を循環する脱硫冷却循環液の一部を排出するように構成されている。前記開閉弁は、手動弁でも自動開閉弁でもよく、手動又は自動の流量調整弁でもよい。これにより、高度脱硫冷却塔１０Ａの塔底に貯留される循環液の液位を一定に維持できる。ラインＬ2からＣＯ2吸収塔２０に導入する排ガス中の硫黄酸化物濃度が、例えば、５ｐｐｍ以下となるように、脱硫吸収液への硫黄酸化物吸収量の当量以上の塩基性化合物を、塩基性化合物供給ラインＬ11から、循環液の水素イオン指数(ｐＨ)を維持するように供給することができる。
【００２７】
本実施の形態によれば、高度脱硫冷却塔１０Ａでの高度脱硫冷却処理に要する部品点数を低減して設備を簡略化し且つ製造コストを低減できると共に、ＣＯ2回収装置のＣＯ2吸収塔２０内のＣＯ2吸収液に、硫黄酸化物、塩基性化合物及び硫黄化化合物と塩基性化合物とに由来する硫酸塩が混合することを防ぐことができる。
例えば、本実施の形態によれば、設備の簡略化及び製造コストについて、高度脱硫冷却処理に要する工程数が１回であり、処理に要する高度脱硫冷却循環液の循環数は１回であり、冷却に要する冷却器数も１つとすることができる。
また、ＣＯ2吸収液への硫酸塩の混入については、塩基性化合物を用いて高度脱硫冷却処理により硫黄酸化物（ＳＯ2）を吸収すると、塩基性化合物と硫黄酸化物とにより脱硫冷却循環液中に硫酸塩が含有することとなる。この硫酸塩は、ＣＯ2よりも強い酸であるため、後述するＣＯ2吸収液中に蓄積し、吸収剤アミン化合物を無駄に消費してしまい、ＣＯ2吸収液の性能が減少することとなる。本実施の形態によれば、例えば、塩基性化合物として水酸化ナトリウムを用いた場合、高度脱硫冷却処理を単に一段階で実施する場合と比較して、硫酸塩となる硫酸ナトリウム(Ｎａ2ＳＯ4)のＣＯ2吸収液の混入量比を６０％程度低減することができる。
【００２８】
続いて図１を用いて、ＣＯ2吸収塔２０と再生塔３０について詳述する。
ＣＯ2吸収塔２０は、その塔下部にてＣＯ2を含有する排ガスをＣＯ2吸収塔２０内に供給するためのラインＬ2と連結し、その塔頂部にＣＯ2を除去した排ガスをＣＯ2吸収塔２０から排出するためのラインＬ3を備えている。ＣＯ2吸収塔２０は、ラインＬ2、Ｌ3と接続位置の間に、排ガスとＣＯ2吸収液とが気液接触するＣＯ2吸収部２１ａと、ＣＯ2吸収液との接触後の排ガスと洗浄液とが気液接触する水洗部２１ｂと、水洗部２１ｂとＣＯ２吸収部２１ａとの間に位置する水受部２１ｃを備えている。水受部２１ｃは、下方から上方へと気体を通過させるが、上方から下方へ液体を通過させないように構成されている。また、水受部２１ｃには、水受部２１ｃに溜まった液体を、水洗部２１ｂの上方からＣＯ2吸収塔２０内に供給するためのラインＬ5が設けられている。ラインＬ5には、液体を送給するためのポンプＰ5と、液体を冷却するための冷却器２３が設けられている。
【００２９】
また、ＣＯ2吸収塔２０の塔底部には、ＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液（リッチ吸収液）の一部を再生塔３０に送るためのラインＬ4が設けられている。ラインＬ4には、ＣＯ2吸収液を送給するためのポンプＰ4と、後述するリーン吸収液との熱交換を行うための熱交換器３５とが、ＣＯ2吸収塔２０側から順に設けられている。
【００３０】
再生塔３０は、リッチ吸収液を供給するラインＬ4との接続位置の下方に、リッチ吸収液からＣＯ2を放出させるための下部充填部３１ａと、前記接続位置の上方に、放出されたＣＯ2ガスを後述する還流水で洗浄するための上部充填部３１ｂと、下部充填部３１ａの下方に、吸収液受部３１ｃを備えている。吸収液受部３１ｃは、下方から上方へと気体を通過させるが、上方から下方へ液体を通過させないように構成されている。吸収液受部３１ｃには、吸収液受部３１ｃに溜まった吸収液を、吸収液受部３１ｃの下方から再生塔３０内に供給するためのラインＬ7が設けられている。ラインＬ7には、吸収液からＣＯ2を放出させるために吸収液を加熱するリボイラ３２が設けられている。リボイラ３２には、リボイラ３２に加熱用の飽和蒸気を供給するためのラインＬ6が設けられている。
【００３１】
再生塔３０の塔頂部には、リッチ吸収液から放出されたＣＯ2ガスを再生塔３０から排出するためのラインＬ9が設けられている。ラインＬ9には、ＣＯ2ガスを冷却するための冷却器３３と、冷却により生じた凝縮水とＣＯ2ガスとを分離するための気液分離器３４が設けられている。気液分離器３４には、分離した凝縮水を還流水として再生塔３０内の上部充填部３１ｂの上方へ供給するためのラインＬ9ａと、分離したＣＯ2ガスを系外へ排出するためのラインＬ10が設けられている。
【００３２】
また、再生塔３０の塔底部には、リボイラ３２によって加熱、再生されたリーン吸収液を、ＣＯ2吸収塔２０内のＣＯ２吸収部２１ａの上方へ供給するためのラインＬ8が設けられている。ラインＬ8には、ラインＬ4を流れるリッチ吸収液との間で熱交換する熱交換器３５と、リーン吸収液を送給するためのポンプＰ8と、リーン吸収液を冷却する冷却器２２と、ＣＯ2吸収塔２０の水受部２１ｃに溜まった液体の一部を、リーン吸収液とともにＣＯ2吸収塔２０内に供給するためのラインＬ5ａとが、再生塔３０側から順に設けられている。
【００３３】
なお、再生塔３０は、その塔底部にて、任意選択的に図示しないリクレーマを更に備えることができる。前述のように、高度脱硫冷却塔１０Ａによって排ガス中の硫黄酸化物は十分に除去できるものの、再生塔３０の塔底部のリーン吸収液には吸収した硫黄酸化物が硫酸塩又は亜硫酸塩として残存している。リクレーマは、塔底部に溜まったリーン吸収液に塩基性化合物を添加した後、スチームにより加熱することによってリーン吸収液から硫酸塩又は亜硫酸塩を分離し、再生塔３０の塔底部に還流する。また、リクレーマは、分離した硫酸塩又は亜硫酸塩をスラッジとして排出する。このように、リーン吸収液から硫黄酸化物に起因する硫酸塩又は亜硫酸塩は除去することにより、リーン吸収液のＣＯ2吸収性能の低下を防ぐことができる。
リクレーマを備えた形態では、高度脱硫冷却塔１０Ａにて排ガス中の硫黄酸化物の濃度を低減できるため、リクレーマによりリクレーミングする回数を減少して、運転コストを低減することができる。
【００３４】
次に、以上の構成のＣＯ2回収装置について、その作動形態を説明することによって、本発明に係るＣＯ2回収方法の第１実施の形態を説明する。なお、主として図１を参照して説明する。
【００３５】
先ず、ＣＯ2と硫黄酸化物とを含有する排ガスをラインＬ0から高度脱硫冷却塔１０Ａに供給し、高度脱硫冷却工程として高度脱硫処理と冷却処理とを同時に実施する。
【００３６】
高度脱硫冷却塔１０Ａでは、高度脱硫冷却部１１にて、仕上充填部１２からの流下液と循環ラインＬ1からの脱硫冷却循環液とを直接混合することにより、排ガス中の硫黄酸化物を除去する。高度脱硫冷却塔１０Ａの塔底部に溜まった脱硫冷却循環水は、ポンプＰ1によりラインＬ1を介して冷却器１４で冷却した後、高度脱硫冷却塔１０Ａに供給して、循環利用する。換言すれば、脱硫冷却循環液を高度脱硫冷却塔１０Ａの下部から上部へ供給して循環させ、仕上充填部１２からの流下液と循環ラインからの脱硫冷却循環液とを直接混合している。
冷却後の排ガスの温度（冷却温度）は、３０℃以上５０℃以下の範囲が好ましく、３０℃以上４５℃未満の範囲がより好ましい。冷却温度が５０℃を超えると、ＣＯ2吸収塔２０にて、例えば、ＣＯ2の吸収効率が低下することにより、運転コスト等が増大する。また、冷却温度が３０℃未満では、冷却するためのコストが増大する。
このように、高度脱硫冷却部１１と冷却器１４とにより排ガス中の硫黄酸化物を除去すると共に排ガス温度を下げた後、排ガスを高度脱硫冷却塔１０Ａの塔頂部からブロアＢ1によりラインＬ2を経てＣＯ2吸収塔２０の下部に導入する。
【００３７】
続いて、ＣＯ2吸収塔２０では、ラインＬ2から導入した排ガスを、ラインＬ8から導入したＣＯ2吸収液とＣＯ２吸収部２１ａにて向流接触させ、排ガス中のＣＯ2をＣＯ2吸収液に吸収することによって、排ガスからＣＯ2を除去する。これにより、ＣＯ2を排ガス中から例えば９０％以上除去することができる。ＣＯ2吸収液は、アミン化合物の水溶液であり、アミン化合物としては、例えば、モノエタノールアミン(Ｃ2Ｈ7ＮＯ)、ジエタノールアミン(Ｃ4Ｈ11ＮＯ2)、ジイソプロパノールアミン(Ｃ6Ｈ15ＮＯ2)、メチルジエタノールアミン(Ｃ5Ｈ13ＮＯ2)、トリエタノールアミン(Ｃ6Ｈ15ＮＯ3)等のアルカノールアミンを用いることができる。
【００３８】
ＣＯ2吸収塔２０にてＣＯ2を除去した排ガスは、ＣＯ2吸収による発熱反応によって高温下で蒸発した水分とアミン化合物を同伴している。このため、水洗部２１ｂにて洗浄液と接触させ、ガス中の水分とアミン化合物を凝縮して洗浄液中に回収する。そして、ＣＯ2を除去した排ガスを、ＣＯ2吸収塔２０の塔頂部からラインＬ3を介して排出する。また、水分とアミン化合物を含有する洗浄液は水受部２１ｃに溜まることから、その一部をポンプＰ5によりラインＬ5を介して冷却器２３で冷却した後、ＣＯ2吸収塔２０の水洗部２１ｂの上方に供給して洗浄液として循環利用するとともに、別の一部を余剰分として吸収液として再利用するため、ラインＬ5ａを介してリーン吸収液を供給するラインＬ8に添加する。ＣＯ2を吸収したリッチ吸収液は、ＣＯ2吸収塔２０の塔底部に溜まり、ラインＬ4を介して熱交換器３５で加熱した後、再生塔３０に供給する。
【００３９】
再生塔３０に供給した吸収液は、下部充填部３１ａにて吸熱反応によりＣＯ2を放出しながら流下して吸収液受部３１ｃに溜まり、ラインＬ7を介してリボイラ３２に供給し、ラインＬ6からの高温の飽和蒸気と熱交換させて昇温し、リッチ吸収液中のＣＯ2を放散する。リボイラ３２に導入した飽和蒸気は、吸収液との熱交換により凝縮して飽和水となりリボイラ３２から排出する。ＣＯ2を放散したリーン吸収液は、再生塔３０の塔底部に溜まる。
【００４０】
再生塔３０にて吸収液から分離したＣＯ2ガスは、再生塔３０の上部充填部３１ｂにてラインＬ9ａから供給した還流水と気液接触させて同伴するＣＯ2吸収液を除去した後、再生塔３０の塔頂部からラインＬ9を介して排出する。排出したＣＯ2ガスを冷却器３３にて冷却することで同伴する水蒸気を凝縮し、気液分離器３４にてＣＯ2ガスと凝縮水とに分離する。分離したＣＯ2ガスはラインＬ10を介して排出して純度の高いＣＯ2ガスとして回収し、凝縮水はポンプＰ9によりラインＬ9ａを介して再生塔３０に供給し還流水として再利用する。
また、再生塔３０の塔底部に溜まったリーン吸収液は、ラインＬ8を介して熱交換器３５に導入し、リッチ吸収液と熱交換させて冷却し、更に冷却器２２で冷却した後にＣＯ2吸収塔２０に供給し、ＣＯ2を吸収するためのＣＯ2吸収液として循環利用する。ＣＯ2吸収塔２０に供給するＣＯ2吸収液の温度は、熱交換器３５及び冷却器２２にて調整することができる。
【００４１】
［第２実施の形態］
続いて、本発明に係るＣＯ2回収装置及び回収方法の第２実施の形態について、図３を参照して説明する。図３に示すＣＯ2回収装置は、第１実施の形態と比較して、高度脱硫冷却塔１０Ａの代わりに高度脱硫冷却塔１０Ｂを備える点において主に相違する。また、図１及び図２と同様の構成については、説明を省略する。
【００４２】
高度脱硫冷却塔１０Ｂは、仕上充填部１２の上方、且つ、第１デミスタ１３の下方にて、希釈水供給ラインＬ13と連結している。希釈水供給ラインＬ13は、系外からの希釈水、すなわち冷却塔の外部からの希釈水を、高度脱硫冷却塔１０Ｂ内の仕上充填部１２と第１デミスタ１３の間に供給する。これにより、排ガス中の一定量のミストに対する硫酸塩の濃度を低下させて、排ガスに同伴する高度循環液中の硫酸塩の濃度を低下する。また、前記構成により、仕上充填部１２からの流下液は、仕上充填部１２に供給する高度脱硫冷却塔外からの希釈水と仕上充填部１２の下方にて排ガスに同伴して回収された循環液との混合液となる。希釈水の温度は、冷却器１４により冷却した排ガスの温度を維持するために、例えば、３０℃以上５０℃以下の範囲とすることができる。
【００４３】
本実施の形態によれば、第１実施の形態と同様の効果を奏すると共に、排ガスに同伴する脱硫冷却循環中の硫酸塩の濃度をより低下して、排ガスに同伴してＣＯ2吸収塔２０内でＣＯ2吸収液に混入する硫酸塩の濃度をより低下することができる。例えば、本実施の形態によれば、塩基性化合物として水酸化ナトリウムを用いた場合、高度脱硫冷却を単に一段階で実施する場合と比較して、硫酸塩となる硫酸ナトリウムのＣＯ2吸収液の混入量比を９０％程度低減することができる。
【００４４】
［第３実施の形態］
続いて、本発明に係るＣＯ2回収装置及び回収方法の第３実施の形態について、図４を参照して説明する。図４に示すＣＯ2回収装置は、第１実施の形態と比較して、高度脱硫冷却塔１０Ａの代わりに高度脱硫冷却塔１０Ｃを備える点において、主に相違する。また、高度脱硫冷却塔１０Ｃは、分岐循環ラインＬ15を備える点において、高度脱硫冷却塔１０Ａと主に相違する。また、図１及び図２と同様の構成については、説明を省略する。
【００４５】
分岐循環ラインＬ15は、図示しない開閉弁により循環ラインＬ1の脱硫冷却循環液の一部を仕上充填部１２の上方且つ第１デミスタ１３の下方に供給するように構成されている。なお、前記開閉弁は、手動弁でも自動開閉弁でもよく、手動又は自動の流量調整弁でもよい。これにより、分岐循環ラインＬ15は、循環ラインＬ1に流入する循環液の流量を制限する。循環ラインＬ1での循環液の流量よりも少なくする。例えば、分岐循環ラインＬ15での循環液の流量（ｐｐｍ）と循環ラインＬ1での循環液の流量（ｍ3／ｈ）との流量比は、１：１００〜１：３の範囲とすることができる。このように、循環ラインＬ1と分岐循環ラインＬ15の流量を制限することによって、高度脱硫冷却部１１及び仕上充填部１２の上方、且つ第１デミスタ１３の下方にて循環液の飛散量を低減することができる。したがって、硫黄酸化物がＣＯ2吸収液に混入することを確実に防ぐことができる。
【００４６】
また、分岐循環ラインＬ15は、第２冷却器１５を更に備える。第２冷却器１５は、熱交換器であり、分岐循環ラインＬ15内の循環液の温度を低下する。第２冷却器１５は、排ガス中の水分を凝縮させて、分岐循環ラインＬ15中の循環液中の硫酸塩の濃度を低下することより、拡散する一定量のミストに対する硫酸塩の濃度を低下することができる。
【００４７】
塩基性化合物供給ラインＬ11は、循環ラインＬ1と分岐循環ラインＬ15との接続部よりも後流にて循環ラインＬ1と連結している。これにより、分岐循環ラインＬ15に塩基性化合物が混入して、第１デミスタ１３の後流にて排ガス中に同伴する高度脱硫循環液のミスト量を低減することができる。したがって、ＣＯ2吸収塔２０にてＣＯ2吸収液への硫酸塩の混入することを防ぐことができる。これにより、ＣＯ2吸収液のＣＯ2吸収性の低下を防ぐことができる。
【００４８】
本実施の形態によれば、第１実施の形態と同様の効果を奏すると共に、排ガスに同伴する脱硫冷却循環中の硫酸塩の濃度をより低下して、ＣＯ2吸収塔２０にてＣＯ2吸収液に混入する硫酸塩濃度をより低下することができる。例えば、本実施の形態によれば、塩基性化合物として水酸化ナトリウムを用いた場合、高度脱硫冷却を単に一段階で実施する場合と比較して、硫酸塩となる硫酸ナトリウムのＣＯ2吸収液の混入量比を７５％程度低減することができる。
【００４９】
［第４実施の形態］
続いて、本発明に係るＣＯ2回収装置及び回収方法の第４実施の形態について、図５を参照して説明する。図５に示すように、本実施の形態のＣＯ2回収装置は、第１実施の形態のＣＯ2回収装置と比較して、第２デミスタ１６を更に備える高度脱硫冷却塔１０Ｄを備える点において、主に相違する。また、図２と同様の構成については、説明を省略する。
【００５０】
図５に示すように、第２デミスタ１６は、高度脱硫冷却部１１の上方、且つ、仕上充填部１２の下方に位置している。より具体的には、第２デミスタ１６は、高度脱硫冷却塔１０Ｄと循環ラインＬ１との上部接続位置よりも上方に位置している。第２デミスタ１６は、高度脱硫冷却部１１から上方へ飛散する循環液を捕集して、仕上充填部１２の前流にて循環液中の硫酸塩の濃度を低下する。これにより、高度脱硫冷却塔１０から排出する排ガス中の硫酸塩の濃度を更に低下することができる。
【００５１】
本実施の形態によれば、第１実施の形態と同様の効果を奏すると共に、ＣＯ2吸収塔２０内のＣＯ2吸収液中の硫酸塩濃度を更に低減することができる。例えば、本実施の形態によれば、塩基性化合物として水酸化ナトリウムを用いた場合、高度脱硫冷却を単に一段階で実施する場合と比較して、硫酸塩となる硫酸ナトリウムのＣＯ2吸収液の混入量比を８０％程度低減することができる。
【００５２】
［第５実施の形態］
続いて、本発明に係るＣＯ2回収装置及び回収方法の第５実施の形態について、図６を参照して説明する。図６に示すように、本実施の形態のＣＯ2回収装置は、第２実施の形態のＣＯ2回収装置と比較して、第２デミスタ１６を更に備える高度脱硫冷却塔１０Ｅを備える点において、主に相違する。また、図３と同様の構成については、説明を省略する。
【００５３】
図６に示すように、第２デミスタ１６は、高度脱硫冷却部１１の上方、且つ、仕上充填部１２の下方に位置している。より具体的には、第２デミスタ１６は、高度脱硫冷却塔１０Ｅと循環ラインＬ１との上部接続位置よりも上方に位置している。第２デミスタ１６は、高度脱硫冷却部１１から上方へ飛散する循環液を捕集して、仕上充填部１２の前流にて循環液中の硫酸塩の濃度を低下する。これにより、高度脱硫冷却塔１０から排出する排ガス中の硫酸塩の濃度を更に低下することができる。
【００５４】
本実施の形態によれば、第２実施の形態と同様の効果を奏すると共に、ＣＯ2吸収塔２０内のＣＯ2吸収液中の硫酸塩濃度を更に低減することができる。例えば、本実施の形態によれば、塩基性化合物として水酸化ナトリウムを用いた場合、高度脱硫冷却を単に一段階で実施する場合と比較して、硫酸塩となる硫酸ナトリウムのＣＯ2吸収液の混入量比を９０％以上低減することができる。
【００５５】
［第６実施の形態］
続いて、本発明に係るＣＯ2回収装置及び回収方法の第６実施の形態について、図７を参照して説明する。図７に示すように、本実施の形態のＣＯ2回収装置は、第３実施の形態のＣＯ2回収装置と比較して、第２デミスタ１６を更に備える高度脱硫冷却塔１０Ｆを備える点において、主に相違する。また、図４と同様の構成については、説明を省略する。
【００５６】
図７に示すように、第２デミスタ１６は、高度脱硫冷却部１１の上方、且つ、仕上充填部１２の下方に位置している。より具体的には、第２デミスタ１６は、高度脱硫冷却塔１０Ｆと循環ラインＬ１との上部接続位置よりも上方に位置している。第２デミスタ１６は、高度脱硫冷却部１１から上方へ飛散する循環液を捕集して、仕上充填部１２の前流にて循環液中の硫酸塩の濃度を低下する。これにより、高度脱硫冷却塔１０から排出する排ガス中の硫酸塩の濃度を更に低下することができる。
【００５７】
本実施の形態によれば、第３実施の形態と同様の効果を奏すると共に、ＣＯ2吸収塔２０内のＣＯ2吸収液中の硫酸塩濃度を更に低減することができる。例えば、本実施の形態によれば、塩基性化合物として水酸化ナトリウムを用いた場合、高度脱硫冷却を単に一段階で実施する場合と比較して、硫酸塩となる硫酸ナトリウムのＣＯ2吸収液の混入量比を８０％以上低減することができる。
【００５８】
なお、前述の実施の形態では、ＣＯ2回収装置の構成を例示した。本発明はこの構成に限定されるものではなく、本発明に係るＣＯ2回収装置は、高度脱硫冷却塔の前流にて脱硫装置を更に備えることができる。高度脱硫冷却塔の前流にて排ガスを脱硫装置により脱硫することによって、ＣＯ2吸収塔２０内のＣＯ2吸収液に混入する硫酸塩の混入量を更に低減することができる。
【００５９】
また、第３及び第６実施の形態では、分岐循環ラインＬ15のみを備える構成及び方法を例示した。本発明はこれに限定されない。例えば、分岐循環ラインＬ15に希釈水供給ラインＬ13を連結し、ラインＬ15内の循環液中に希釈水を導入する構成を採用できる。例えば、分岐循環ラインＬ15上の第２冷却器１５の後流にて希釈水供給ラインＬ13を連結する場合、希釈水による冷却温度は、第２及び第５実施の形態と同等の温度とすることができる。また、分岐循環ラインＬ15上の第２冷却器１５の前流にて希釈水供給ラインＬ13を連結する場合は、希釈水として、併設する化学プラントにて余剰となるスチームの凝縮水を用いることができる。これにより、併設する化学プラントの運転効率を向上することもできる。なお、この場合も、希釈水による冷却温度は、第２及び第５実施の形態と同等の温度とすることができる。
【実施例】
【００６０】
以下、実施例によって本発明を具体的に説明することにより、本発明の効果を明らかにする。なお、本発明に係るＣＯ2回収装置及び回収方法は、本例によって制限されない。
【００６１】
＜硫酸塩量の測定Ｉ＞
実施例１として、第１実施の形態のＣＯ2回収装置を用いた。ＣＯ2回収装置の高度脱硫冷却塔に設置する仕上充填部には充填材として規則充填材を用いた。また、比較例１として、高度脱硫冷却充填部とデミスタとの間に仕上充填部を有さない、一段階で高度脱硫冷却処理を行う高度脱硫冷却塔を備えたＣＯ2回収装置を用いた。実施例１と比較例１とのＣＯ2吸収塔にて、それぞれＣＯ2吸収液中の硫酸塩となる硫酸ナトリウムの濃度を測定し、比較例１のＣＯ2吸収液中の硫酸塩の濃度（混入量）を１とした場合の、実施例１の硫酸ナトリウムの混入量比を評価した。すなわち、吸収塔に導入する排ガスに同伴する脱硫冷却循環液によるＣＯ2吸収液への混入量比を評価した。
なお、実施例１及び比較例１では、高度脱硫冷却塔に導入する排ガス流量を２００ｍ3／ｈとした。高度脱硫冷却塔に導入する塩基性化合物として水酸化ナトリウムを用い、ＣＯ２吸収塔に導入する排ガス中の硫黄酸化物濃度を５ｐｐｍ以下とした。また、第１冷却器により高度脱硫冷却塔内の温度を５５℃から３５℃まで冷却した。また、実施例１及び比較例１では、ＣＯ2吸収塔にて用いるＣＯ2吸収液としてモノエタノールアミンを用い、ＣＯ2吸収液の循環量を同じとし、再生塔のリクレーマは稼働させなかった。評価の結果を図８に示す。
【００６２】
図８に示す結果より、実施例１のＣＯ2回収装置及び回収方法によれば、比較例１と比べて、硫酸ナトリウムのＣＯ2吸収液の混入量比は、０．４未満となり、硫酸ナトリウムの混入量を２／５未満まで低減できることを確認した。換言すれば、実施例１のＣＯ2回収装置及び回収方法によれば、比較例１と比べて、ＣＯ2吸収液中の硫酸塩の濃度を６０％以上低減できることがわかった。これにより、実施例１のＣＯ2回収装置及び回収方法によれば、装置の構造を簡略化しても、脱硫冷却処理の循環液のＣＯ2吸収液への混入量を低減できることがわかった。
【００６３】
＜硫酸塩量の測定ＩＩ＞
第２実施の形態のＣＯ2回収装置を実施例２とし、実施例１と同条件にて吸収塔でのＣＯ2吸収液中の硫酸塩の濃度を測定した。これを、実施例１と同様に、比較例１のＣＯ2吸収液中の硫酸塩の濃度（混入量）を１とした場合の、実施例２の硫酸塩の混入量比を評価した。なお、実施例２にて、希釈水供給ラインからの希釈水の流入量は、循環ラインの循環量に対する比率で１：１００とした。評価の結果を図９に示す。
【００６４】
図９に示す結果より、実施例２のＣＯ2回収装置及び回収方法によれば、比較例１と比べて、硫酸ナトリウムのＣＯ2吸収液の混入量比は、０．１程度となり、硫酸ナトリウムの混入量を１／１０程度まで低減できることを確認した。言い換えれば、実施例２のＣＯ2回収装置及び回収方法によれば、比較例１と比べて、ＣＯ2吸収液中の硫酸塩の濃度を９０％程度低減できることがわかった。これにより、実施例２のＣＯ2回収装置及び回収方法によれば、装置の構造を簡略化しても、脱硫冷却処理の循環液のＣＯ2吸収液への混入量を低減できることがわかった。
【００６５】
＜硫酸塩量の測定ＩＩＩ＞
第３実施の形態のＣＯ2回収装置を実施例３とし、実施例１と同条件にて吸収塔でのＣＯ2吸収液中の硫酸塩の濃度を測定した。これを、実施例１と同様に、比較例１のＣＯ2吸収液中の硫酸塩の濃度（混入量）を１とした場合の、実施例３の硫酸塩の混入量比を評価した。なお、実施例３での分岐循環ラインへの循環量は、循環ラインの循環量に対する比率で１：２０とした。また、第２冷却器により循環ライン内の脱硫冷却循環液の冷却温度は３５℃とした。評価の結果を図１０に示す。
【００６６】
図１０に示す結果より、実施例３のＣＯ2回収装置及び回収方法によれば、比較例１と比べて、硫酸ナトリウムのＣＯ2吸収液の混入量比は、０．２５程度となり、硫酸ナトリウムの混入量を１／４程度まで低減できることを確認した。言い換えれば、実施例３のＣＯ2回収装置及び回収方法によれば、比較例１と比べて、ＣＯ2吸収液中の硫酸塩の濃度を７５％程度低減できることがわかった。これにより、実施例３のＣＯ2回収装置及び回収方法によれば、装置の構造を簡略化しても、脱硫冷却処理の循環液のＣＯ2吸収液への混入量を低減できることがわかった。
【００６７】
＜硫酸塩量の測定ＩＶ〜ＶＩ＞
第４〜第６実施の形態のＣＯ2回収装置を、それぞれ実施例４〜６とした。これらを稼働させて、実施例１と同条件にてＣＯ2吸収塔内のＣＯ2吸収液中の硫酸塩の濃度を評価した。
これらの結果について、それぞれ、実施例１と同様に、比較例１のＣＯ2吸収液中の硫酸塩の濃度（混入量）を１とした場合の、実施例４〜６の硫酸塩の混入量比を検討した。なお、実施例４の稼働条件は実施例１と同様とし、実施例５の稼働条件は実施例２と同様とし、実施例６の稼働条件は実施例１と同様とした。これらの結果を図１１に示す。
【００６８】
図１１に示す結果より、実施例４のＣＯ2回収装置及び回収方法によれば、比較例１と比べて、硫酸ナトリウムのＣＯ2吸収液の混入量比は、０．２程度となり、硫酸ナトリウムの混入量を１／５程度まで低減できることを確認した。言い換えれば、実施例４のＣＯ2回収装置及び回収方法によれば、比較例１と比べて、ＣＯ2吸収液中の硫酸塩の濃度を８０％程度低減できることがわかった。これにより、実施例４のＣＯ2回収装置及び回収方法によれば、装置の構造を簡略化しても、脱硫冷却処理の循環液のＣＯ2吸収液への混入量を低減できることがわかった。
【００６９】
また、実施例５のＣＯ2回収装置及び回収方法によれば、比較例１と比べて、硫酸ナトリウムのＣＯ2吸収液の混入量比は、０．１未満となり、硫酸ナトリウムの混入量を１／１０未満まで低減できることを確認した。言い換えれば、実施例５のＣＯ2回収装置及び回収方法によれば、比較例１と比べて、ＣＯ2吸収液中の硫酸塩の濃度を９０％以上低減できることがわかった。これにより、実施例５のＣＯ2回収装置及び回収方法によれば、装置の構造を簡略化しても、脱硫冷却処理の循環液のＣＯ2吸収液への混入量を低減できることがわかった。
【００７０】
更に、実施例６のＣＯ2回収装置及び回収方法によれば、比較例１と比べて、硫酸ナトリウムのＣＯ2吸収液の混入量比は、０．２未満となり、硫酸ナトリウムの混入量を１／５未満まで低減できることを確認した。言い換えれば、実施例６のＣＯ2回収装置及び回収方法によれば、比較例１と比べて、ＣＯ2吸収液中の硫酸塩の濃度を８０％以上低減できることがわかった。これにより、実施例６のＣＯ2回収装置及び回収方法によれば、装置の構造を簡略化しても、脱硫冷却処理の循環液のＣＯ2吸収液への混入量を低減できることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明に係るＣＯ2回収装置及び回収方法によれば、装置の構造を簡略化することができる。また、脱硫冷却処理の循環液のＣＯ2吸収液への混入量を低減することができる。
【符号の説明】
【００７２】
１０               高度脱硫冷却塔
１１               高度脱硫冷却充填部
１２               仕上充填部
１３               第１デミスタ
１４               第１冷却器
１５               第２冷却器  
１６               第２デミスタ  
２０               ＣＯ2吸収塔
２１ａ             ＣＯ2吸収部
３１ａ             下部充填部
２１ｂ             水洗部
３１ｂ             上部充填部
２１ｃ             水受部
２３、３３、３２   冷却器
３０               再生塔
３１ｃ             吸収液受部
３２               リボイラ
３４               気液分離器
３５               熱交換器
Ｌ１               循環ライン
Ｌ１１             塩基性化合物供給ライン
Ｌ１２             循環液排出ライン
Ｌ１３             希釈水供給ライン
Ｌ１５             分岐循環ライン
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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