(57)【要約】【課題】エネルギー効率を一層向上させたＣＯ2回収装置及び方法を提供する。【解決手段】ＣＯ2を含有するＣＯ2含有ガス１１とＣＯ2を吸収するＣＯ2吸収液１２とを接触させてＣＯ2を除去する吸収塔１３と、ＣＯ2を吸収したリッチ溶液１４に対し、高温スチーム１７を供給して再生加熱器１８で再生する再生塔１５と、該再生塔１５でＣＯ2を除去したリーン溶液１６を吸収塔１３で再利用するＣＯ2回収装置であって、前記再生塔１５が、その塔頂部側からノズル８を介してリッチ溶液１４を導入すると共に、前記リッチ溶液１４を再生加熱器１８で再生した際に発生するスチームＳにより熱交換する熱回収部３０が設けられてなる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＯ2を含有するガスとＣＯ2吸収液とを接触させてＣＯ2を除去する吸収塔と、ＣＯ2を吸収したリッチ溶液を再生加熱器により再生する再生塔と、前記再生塔でＣＯ2を除去したリーン溶液を吸収塔で再利用するＣＯ2回収装置であって、
前記再生塔が、その塔頂部側からリッチ溶液を導入する導入部を有すると共に、前記リッチ溶液を再生した際に発生するスチームにより熱交換する熱回収部を有することを特徴とするＣＯ2回収装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記リッチ溶液を吸収塔から再生塔に供給するリッチ溶液供給管に、前記リッチ溶液を冷却する冷却部が設けられてなることを特徴とするＣＯ2回収装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記熱回収部により加熱されたリッチ溶液を、再生されたリーン溶液で加熱するリーン溶液熱交換器が設けられてなることを特徴とするＣＯ2回収装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記リーン溶液熱交換器で加熱されたリッチ溶液の少なくとも一部を、再生加熱器からのスチーム凝縮水で熱交換するスチーム凝縮水熱交換器が設けられてなることを特徴とするＣＯ2回収装置。
【請求項５】
ＣＯ2を含有するガスとＣＯ2吸収液とを吸収塔内で接触させてＣＯ2を除去した後、該ＣＯ2を吸収したリッチ溶液を再生塔で再生し、その後再生したＣＯ2を除去したリーン溶液を吸収塔で再利用するＣＯ2回収方法であって、
再生塔の塔頂部で排出スチームとリッチ溶液とを接触させて熱交換し、該スチームの余熱によりリッチ溶液を加熱することを特徴とするＣＯ2回収方法。
【請求項６】
請求項５において、
再生塔に供給する前にリッチ溶液を冷却することを特徴とするＣＯ2回収方法。
【請求項７】
請求項５において、
前記熱回収部により加熱されたリッチ溶液を、再生されたリーン溶液で加熱することを特徴とするＣＯ2回収方法。
【請求項８】
請求項７において、
前記リーン溶液熱で加熱されたリッチ溶液の少なくとも一部を、再生加熱器からのスチーム凝縮水で熱交換することを特徴とするＣＯ2回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、省エネルギーを図ったＣＯ2回収装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球の温暖化現象の原因の一つとして、ＣＯ2 による温室効果が指摘され、地球環境を守る上で国際的にもその対策が急務となってきた。ＣＯ2 の発生源としては化石燃料を燃焼させるあらゆる人間の活動分野に及び、その排出抑制への要求が一層強まる傾向にある。これに伴い大量の化石燃料を使用する火力発電所などの動力発生設備を対象に、ボイラの燃焼排ガスをアミン系ＣＯ2 吸収液と接触させ、燃焼排ガス中のＣＯ2 を除去、回収する方法及び回収されたＣＯ2を大気へ放出することなく貯蔵する方法が精力的に研究されている。
【０００３】
また前記のようなＣＯ2 吸収液を用い、燃焼排ガスからＣＯ2 を除去・回収する工程としては、吸収塔において燃焼排ガスとＣＯ2 吸収液とを接触させる工程、ＣＯ2 を吸収した吸収液を再生塔において加熱し、ＣＯ2 を遊離させると共に吸収液を再生して再び吸収塔に循環して再使用するものが採用されている（特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−５１５３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記ＣＯ2 吸収液及び工程を用いて燃焼排ガスのようなＣＯ2 含有ガスからＣＯ2 を吸収除去・回収する方法においては、これらの工程は燃焼設備に付加して設置されるため、その操業費用もできるだけ低減させなければならない。特に前記工程の内、再生工程は多量の熱エネルギーを消費するので、可能な限り省エネルギープロセスとする必要がある。
【０００６】
本発明は、前記問題に鑑み、エネルギー効率を一層向上させたＣＯ2回収装置及び方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、ＣＯ2を含有するガスとＣＯ2吸収液とを接触させてＣＯ2を除去する吸収塔と、ＣＯ2を吸収したリッチ溶液を再生加熱器により再生する再生塔と、前記再生塔でＣＯ2を除去したリーン溶液を吸収塔で再利用するＣＯ2回収装置であって、前記再生塔が、その塔頂部側からリッチ溶液を導入する導入部を有すると共に、前記リッチ溶液を再生した際に発生するスチームにより熱交換する熱回収部を有することを特徴とするＣＯ2回収装置にある。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、前記リッチ溶液を吸収塔から再生塔に供給するリッチ溶液供給管に、前記リッチ溶液を冷却する冷却部が設けられてなることを特徴とするＣＯ2回収装置にある。
【０００９】
第３の発明は、第２の発明において、前記熱回収部により加熱されたリッチ溶液を、再生されたリーン溶液で加熱するリーン溶液熱交換器が設けられてなることを特徴とするＣＯ2回収装置にある。
【００１０】
第４の発明は、第３の発明において、前記リーン溶液熱交換器で加熱されたリッチ溶液の少なくとも一部を、再生加熱器からのスチーム凝縮水で熱交換するスチーム凝縮水熱交換器が設けられてなることを特徴とするＣＯ2回収装置にある。
【００１１】
第５の発明は、ＣＯ2を含有するガスとＣＯ2吸収液とを吸収塔内で接触させてＣＯ2を除去した後、該ＣＯ2を吸収したリッチ溶液を再生塔で再生し、その後再生したＣＯ2を除去したリーン溶液を吸収塔で再利用するＣＯ2回収方法であって、再生塔の塔頂部で排出スチームとリッチ溶液とを接触させて熱交換し、該スチームの余熱によりリッチ溶液を加熱することを特徴とするＣＯ2回収方法にある。
【００１２】
第６の発明は、第５の発明において、再生塔に供給する前にリッチ溶液を冷却することを特徴とするＣＯ2回収方法にある。
【００１３】
第７の発明は、第５の発明において、前記熱回収部により加熱されたリッチ溶液を、再生されたリーン溶液で加熱することを特徴とするＣＯ2回収方法にある。
【００１４】
第８の発明は、第７の発明において、前記リーン溶液熱で加熱されたリッチ溶液の少なくとも一部を、再生加熱器からのスチーム凝縮水で熱交換することを特徴とするＣＯ2回収方法にある。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、再生塔から排出されるスチームの熱をリッチ溶液により回収することで、省エネルギーを図ったＣＯ2回収装置及び方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態及び実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態及び実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
以下、本発明の実施形態を説明し、ついで、好適な実施例について詳細に説明する。
【００１７】
［第１の実施形態］
図１は第１の実施の形態にかかるＣＯ2回収装置の概略図である。
図１に示すように、本発明にかかる第１の実施形態にかかるＣＯ2回収装置１０Ａは、ＣＯ2を含有するＣＯ2含有ガス１１とＣＯ2を吸収するＣＯ2吸収液１２とを接触させてＣＯ2を除去する吸収塔１３と、ＣＯ2を吸収したリッチ溶液１４に対し、高温スチーム１７を供給して再生加熱器１８で再生する再生塔１５と、該再生塔１５でＣＯ2を除去したリーン溶液（再生液）１６を吸収塔１３で再利用するＣＯ2回収装置であって、前記再生塔１５が、その塔頂部側からノズル８を介してリッチ溶液１４を導入すると共に、前記リッチ溶液１４を再生加熱器１８で再生した際に発生するスチーム、他の後述する熱交換器２３等での熱交換により発生するスチームＳにより熱交換する熱回収部３０が設けられてなるものである。本実施の形態では、熱回収部３０には充填層３１が設けられており、リッチ溶液１４とスチームＳとの接触効率を増大させるようにしている。
【００１８】
これにより、従来において、リッチ溶液１４を再生する際に発生したスチームＳは、リッチ溶液の再生に用いられた後、二酸化炭素と共にそのまま外部に排出されていたが、本発明によりそのスチームＳの熱のほぼ全てを有効利用することができることとなる。
よって、系外に排出されるスチームの熱エネルギーを導入されるリッチ溶液１４により回収して再生塔１５側にその熱を持ち込むことになるので、再生システムにおけるエネルギー消費の削減を図ることができる。
【００１９】
また、本実施形態では、再生塔１５から吸収塔１３にリーン溶液１６を供給するリーン溶液供給管２２には、前記リーン溶液１６の余熱を用いて、前記加熱されたリッチ溶液１４を抜出し管３２で抜出して、更に加熱するためのリーン溶液熱交換器２３が設けられている。これにより、再生塔１５から抜出し管３２により抜出されたスチームＳにより加熱されたリッチ溶液１４は、前記リーン溶液熱交換器２３において加熱されることとなり、リーン溶液１６の熱を再生側に熱を持ち込むこととなる。
なお、図１中、符号８はノズル、９はチムニートレイ、２５は吸収塔１３内に配設される充填層、２６は再生塔１５の内部に配設される充填層を各々図示する。
【００２０】
本実施の形態で用いる熱交換器の種類は特に限定されるものではなく、例えばプレート熱交換器、シュエル＆チューブ熱交換器等の公知の熱交換器を用いればよい。
【００２１】
また、本発明で使用できるＣＯ2 吸収液としては特に限定されるものではないが、アルカノールアミンやアルコール性水酸基を有するヒンダードアミン類を例示することができる。このようなアルカノールアミンとしてはモノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、ジグリコールアミンなどを例示することができるが、通常モノエタノールアミン（ＭＥＡ）が好んで用いられる。またアルコール性水酸基を有するヒンダードアミンとしては２−アミノ−２−メチル−１−プロパノール（ＡＭＰ）、２−（エチルアミノ）−エタノール（ＥＡＥ）、２−（メチルアミノ）−エタノール（ＭＡＥ）などを例示できる。
【００２２】
ここで、ＣＯ2除去装置に供給されるＣＯ2含有ガス１１は図示しない冷却装置により冷却され、約４０〜５０℃程度で供給される。一方、再生された吸収液１２であるリーン溶液１６は図示しない冷却装置により、約４０℃程度まで冷却されている。
ＣＯ2除去装置の吸収塔１３からのリッチ溶液は加熱反応により、約５０℃前後で再生塔１５に送られている。再生塔１５に供給されたリッチ溶液１４は、スチームＳの熱により１０℃程度その温度を上昇させることができる。
【００２３】
［第２の実施形態］
図２は第２の実施の形態にかかるＣＯ2回収装置の概略図である。なお、第１の実施形態と同一の構成については、同一符号を付してその説明は省略する。
図２に示すように、本発明にかかる第２の実施形態にかかるＣＯ2回収装置１０Ｂは、第１の実施形態の回収装置１０Ａにおいて、前記リーン溶液熱交換器２３で加熱されたリッチ溶液１４をさらに再生加熱器１８からのスチーム凝縮水１９により熱交換するスチーム凝縮水熱交換器２１が設けられている。
【００２４】
本実施形態においては、前記再生加熱器１８からのスチーム凝縮水１９の余熱によりリッチ溶液１４を加熱するスチーム凝縮水熱交換器２１を設けるようにしたので、再生加熱器１８で使用されたスチーム凝縮水１９の余熱を有効利用することで、再生塔１５に供給するリッチ溶液１４の供給温度を上昇させることができる。
【００２５】
これにより、前記リーン溶液熱交換器２３で加熱されたリッチ溶液１４をさらにスチーム凝縮水１９の熱を利用して加熱しつつ再生側に熱を持ち込むこととなるので、第１の実施形態よりも再生システムにおけるエネルギー消費の削減を図ることができる。
【００２６】
また、後述するように、前記リーン溶液熱交換器２３を多段とした場合には、これに対応するように、前記スチーム凝縮水熱交換器２１も多段とするようにすればよい。
【００２７】
［第３の実施形態］
図３は第３の実施の形態にかかるＣＯ2回収装置の概略図である。なお、第１及び第２の実施形態と同一の構成については、同一符号を付してその説明は省略する。
図３に示すように、本発明にかかる第３の実施形態にかかるＣＯ2回収装置１０Ｃは、第１の実施形態の回収装置１０Ｂにおいて、リッチ溶液１４を吸収塔１３から再生塔１５へ供給するリッチ溶液供給管２０に、前記リッチ溶液１４を冷却する冷却部３３を設けたものである。
再生塔１５に供給するリッチ溶液１４を前記冷却部３３で冷却することにより、リッチ溶液１４の温度が下がり、再生塔１５の熱回収部３０において熱交換する熱交換量が増大し、この結果再生塔１５で使用するスチーム供給量を低減することができる。
【００２８】
［第４の実施形態］
図４は第４の実施の形態にかかるＣＯ2回収装置の概略図である。なお、第１〜第３の実施形態と同一の構成については、同一符号を付してその説明は省略する。
図４に示すように、本発明にかかる第４の実施形態にかかるＣＯ2回収装置１０Ｄは、熱回収部３０でスチームＳから熱を回収したリッチ溶液を抜出し、リーン溶液熱交換器２３で熱回収する抜出し管３２を分岐して第１の抜出し管３２ａと第２の抜出し管３２ａとしている。そして、第１の抜出し管３２ａでは、リーン溶液熱交換器２３で熱回収すると共に、第２の抜出し管３２ｂでは、スチーム凝縮水熱交換器２１によりスチーム凝縮水１９で熱交換して、再生塔にそれぞれ熱回収したリッチ溶液１４を導入するようにしている。
【００２９】
ここで、第１の抜出し管３２ａと第２の抜出し管３２ｂの抜出し量の配分は、特には限定されるものではないが、９：１前後とするのが好ましい。
これにより、効率的な熱回収を図ることができ、再生塔１５で使用するスチーム供給量を低減することができる。
【００３０】
［第５の実施形態］
図５は第５の実施の形態にかかるＣＯ2回収装置の概略図である。なお、第〜第４の実施形態と同一の構成については、同一符号を付してその説明は省略する。
図５に示すように、本発明にかかる第５の実施形態にかかるＣＯ2回収装置１０Ｅは、再生塔１５の熱回収部３０において、熱交換器３４を用いてスチームＳの熱を回収するようにしている。
これにより、効率的な熱回収を図ることができ、再生塔１５で使用するスチーム供給量を低減することができる。
【００３１】
本実施の形態で用いる熱交換器の種類は特に限定されるものではなく、例えばプレート熱交換器、シュエル＆チューブ熱交換器等の公知の熱交換器を用いればよい。
【００３２】
以下、本発明の効果を示す好適な実施例について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【実施例】
【００３３】
本発明による実施例に係るＣＯ2回収装置について、図面を参照して説明する。
図６は、実施例に係るＣＯ2回収装置を示す概念図である。
本実施例では、再生塔１５内に、充填層を２つとして、上段の充填層２６−１、下段の充填層２６−２としている。そして、リッチ溶液１４の抜出し管３２も上段の抜出し管３２−１、下段の抜出し管３２−２としている。また、スチーム凝縮水熱交換器２１も上段及び下段の第２の抜出し管３２ｂに夫々設けている。
【００３４】
図６に示すように、ＣＯ2 吸収塔１３に供給されたＣＯ2含有ス１１は、ノズル３６から供給される所定濃度の吸収液１２と充填部２５ｂで向流接触させられ、燃焼排ガス中のＣＯ2 はＣＯ2吸収液１２により吸収除去され、ＣＯ2 が吸収除去された残りのＣＯ2除去排ガスは外部へ送られる。ＣＯ2 吸収塔１３に供給される吸収液１２はＣＯ2 を吸収し、その吸収による反応熱のため通常塔頂における温度よりも高温となり、ＣＯ2 を吸収した吸収液排出ポンプ５１を介してリッチ溶液供給管２０により、リッチ溶液１４として再生塔１５へ導入される。この際、冷却部３２により、温度が下げられている。
【００３５】
再生塔１５では、スチーム１７による再生加熱器１８による加熱で吸収液が再生され、リーン溶液１６としてリーン溶液熱交換器２３および必要に応じて設けられた冷却器３５により冷却されてＣＯ2 吸収塔１３へ戻される。
再生塔１５の塔上部において、ノズルにより導入されたリッチ溶液１４は、熱回収部３０でスチームＳから熱を回収し、次いで、上段の抜出し管３２−１により抜出され、第１抜出し管３２ａでは、リーン溶液熱回収部２３−１で熱回収する。また、第２の抜出し管３２ｂでは、上段の水蒸気凝縮水熱交換器２１−１で熱回収する。
この上段の抜出し管３２−１で熱回収されたリッチ溶液１４は上段の充填層２６−１に供給される。次いで、下段の抜出し管３２−２で抜出され、同様にして下段の充填層２６−２に供給されるリッチ溶液１４の温度を上昇させるようにしている。
【００３６】
ここで、吸収塔１３から排出されるリッチ溶液１４を冷却部３３で冷却して再生塔１５の塔頂部から導入する際の温度を３８℃とした場合、上段の充填層２６−１に導入するリッチ溶液１４の温度が１０７℃に上昇され、下段の充填層２６−２に導入するリッチ溶液１４の温度が１２０℃に上昇される。
【００３７】
これにより、例えば排ガス量として５５５Ｎｍ3／ＨのものをＣＯ2除去処理する場合、再生加熱器１８に供給する高温スチーム１７のスチーム量は８５ｋｇ／Ｈとすることができた。この結果を表１に示す。
【００３８】
【表１】
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【００３９】
表１に示すように、従来のようなスチームの熱を回収しない場合における再生加熱器のスチーム量は１３８ｋｇ／Ｈであったので、約３９％の改善効果があることが判明した。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
以上のように、本発明にかかるＣＯ2回収装置は、再生塔で排出するスチームの熱を効率的に用いることで、再生塔における加熱スチームの供給量を低減させることに用いて適している。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】第１の実施の形態にかかるＣＯ2回収装置の概略図である。
【図２】第２の実施の形態にかかるＣＯ2回収装置の概略図である。
【図３】第３の実施の形態にかかるＣＯ2回収装置の概略図である。
【図４】第４の実施の形態にかかるＣＯ2回収装置の概略図である。
【図５】第５の実施の形態にかかるＣＯ2回収装置の概略図である。
【図６】本実施例にかかるＣＯ2回収装置の概略図である。
【符号の説明】
【００４２】
１１  ＣＯ2含有ガス
１２  ＣＯ2吸収液
１３  吸収塔
１４  リッチ溶液
１５  再生塔
１６  リーン溶液
１７  スチーム
１８  再生加熱器
１９  スチーム凝縮水
２１  スチーム凝縮水熱交換器
２２  リーン溶液供給管
２３  リーン溶液熱交換器
３０  熱回収部
【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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