(57)【要約】【課題】  冷却損失熱の低減による省エネルギー化が可能な二酸化炭素回収装置を提供する。【解決手段】  二酸化炭素含有ガスを吸収液に吸収させてリッチ液１２０を生成する吸収塔１０１と、吸収塔１０１から排出されたリッチ液１２０を加熱することにより二酸化炭素を蒸気と共に放散させて分離し、生成されたリーン液１２３を吸収塔１０１に戻す放散塔１０２と、吸収塔１０１から排出されたリッチ液１２０を第１の熱交換器１０３及び第２の熱交換器１０４に分流する分流装置１０７とを備え、第１の熱交換器１０３及び第２の熱交換器１０４に導入されたリッチ液１２０が、それぞれリーン液１２３及び二酸化炭素含有蒸気１３１と熱交換した後に、放散塔１０２に供給される二酸化炭素回収装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素含有ガスを吸収液に吸収させてリッチ液を生成する吸収塔と、
前記吸収塔から排出されたリッチ液を加熱することにより二酸化炭素を蒸気と共に放散させて分離し、生成されたリーン液を前記吸収塔に戻す放散塔と、
前記放散塔から前記吸収塔に供給されるリーン液が通過する第１の熱交換器と、
前記放散塔で分離された二酸化炭素含有蒸気が通過する第２の熱交換器と、
前記吸収塔から排出されたリッチ液を前記第１の熱交換器及び第２の熱交換器に分流する分流装置とを備え、
前記第１の熱交換器及び第２の熱交換器に導入されたリッチ液が、それぞれリーン液及び二酸化炭素含有蒸気と熱交換した後に、前記放散塔に供給されるように構成されていることを特徴とする二酸化炭素回収装置。
【請求項２】
前記第１の熱交換器を通過したリーン液を冷却する第１の冷却器と、
前記第２の熱交換器を通過した二酸化炭素含有蒸気を冷却する第２の冷却器とを更に備える請求項１に記載の二酸化炭素回収装置。
【請求項３】
前記分流装置は、前記第２の熱交換器に供給するリッチ液の流量の、前記吸収塔から導入されるリッチ液の流量に対する比αが、０．０５以上０．５以下の範囲に設定される請求項１または２に記載の二酸化炭素回収装置。
【請求項４】
吸収塔において二酸化炭素含有ガスを吸収液に吸収させてリッチ液を生成する吸収工程と、
前記吸収塔から排出されたリッチ液を放散塔において加熱することにより二酸化炭素を蒸気と共に放散させて分離し、生成されたリーン液を前記吸収塔に戻す再生工程とを備え、
前記再生工程は、
前記放散塔から前記吸収塔に供給されるリーン液を第１の熱交換器に通過させる工程と、
前記放散塔で分離された二酸化炭素含有蒸気を第２の熱交換器に通過させる工程とを含み、
前記吸収塔から排出されたリッチ液を分流して前記第１の熱交換器及び第２の熱交換器に導入し、それぞれリーン液及び二酸化炭素含有蒸気と熱交換した後に、前記放散塔に供給することを特徴とする二酸化炭素回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二酸化炭素回収装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球規模で懸念される地球温暖化問題に対する有効な対策としてＣＯ２回収貯留技術が注目されており、特に、火力発電所や製鉄所等の大規模ＣＯ２源から発生する燃焼排ガスやプロセス排出ガスを対象に、ＣＯ２を水溶液により回収する方法が検討されている。
【０００３】
従来のＣＯ２回収装置として、例えば、特許文献１に開示された構成が知られている。図４に示すように、この二酸化炭素回収装置５０は、燃焼排ガスを冷却する冷却塔５１と、冷却された燃焼排ガス中の二酸化炭素を吸収液に吸収させる吸収塔５２と、二酸化炭素吸収溶液を加熱して二酸化炭素と再生吸収液に分離する再生塔５３とを備えている。再生塔５３から排出された再生吸収液は、熱交換器５４において吸収塔５２から供給された二酸化炭素吸収溶液と熱交換された後に、第１の冷却器５５を経て吸収塔５２に供給される。また、再生塔５３から排出された二酸化炭素を含む蒸気は、第２の冷却器５６で凝縮され、気液分離器５７において二酸化炭素と凝縮液とに分離された後、凝縮液が再生塔５３に戻される。
【特許文献１】特開２００３−２２５５３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１には、第１の冷却器５５及び第２の冷却器５６において排熱が大量に発生するため、冷却用の温水戻り水を暖房用等として利用することが記載されている。ところが、省エネルギー化の観点からは、第１の冷却器５５及び第２の冷却器５６で生じる冷却損失熱量を抑制して、外部からの供給熱量をできる限り小さくすることが好ましい。
【０００５】
そこで、本発明は、冷却損失熱の低減による省エネルギー化が可能な二酸化炭素回収装置及び方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の前記目的は、二酸化炭素含有ガスを吸収液に吸収させてリッチ液を生成する吸収塔と、前記吸収塔から排出されたリッチ液を加熱することにより二酸化炭素を蒸気と共に放散させて分離し、生成されたリーン液を前記吸収塔に戻す放散塔と、前記放散塔から前記吸収塔に供給されるリーン液が通過する第１の熱交換器と、前記放散塔で分離された二酸化炭素含有蒸気が通過する第２の熱交換器と、前記吸収塔から排出されたリッチ液を前記第１の熱交換器及び第２の熱交換器に分流する分流装置とを備え、前記第１の熱交換器及び第２の熱交換器に導入されたリッチ液が、それぞれリーン液及び二酸化炭素含有蒸気と熱交換した後に、前記放散塔に供給されるように構成されていることを特徴とする二酸化炭素回収装置により達成される。
【０００７】
また、本発明の前記目的は、吸収塔において二酸化炭素含有ガスを吸収液に吸収させてリッチ液を生成する吸収工程と、前記吸収塔から排出されたリッチ液を放散塔において加熱することにより二酸化炭素を蒸気と共に放散させて分離し、生成されたリーン液を前記吸収塔に戻す再生工程とを備え、前記再生工程は、前記放散塔から前記吸収塔に供給されるリーン液を第１の熱交換器に通過させる工程と、前記放散塔で分離された二酸化炭素含有蒸気を第２の熱交換器に通過させる工程とを含み、前記吸収塔から排出されたリッチ液を分流して前記第１の熱交換器及び第２の熱交換器に導入し、それぞれリーン液及び二酸化炭素含有蒸気と熱交換した後に、前記放散塔に供給することを特徴とする二酸化炭素回収方法により達成される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、冷却損失の低減による省エネルギー化が可能な二酸化炭素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】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る二酸化炭素回収装置の概略構成図である。
【００１０】
図１に示すように、二酸化炭素回収装置１は、導入した二酸化炭素含有ガスを、二酸化炭素を吸収する吸収液と接触させて、二酸化炭素を吸収したリッチ液１２０を生成する吸収塔１０１と、吸収塔１０１から排出されたリッチ液１２０を加熱することにより二酸化炭素を蒸気と共に放散させて分離し、二酸化炭素の大部分が除去されたリーン液１２３を吸収塔１０１に戻す放散塔１０２とを備えている。
【００１１】
吸収塔１０１は、例えば向流型気液接触装置からなり、下部から供給された二酸化炭素含有ガスを、上部から流下するリーン液１２３と気液接触させるように構成されている。吸収塔１０１に供給される二酸化炭素含有ガスは、特に限定されるものではないが、燃焼排ガスやプロセス排ガスなどを例示することができ、必要に応じて冷却処理後に導入してもよい。また、吸収液は、従来公知のものを利用可能であり、例えば、モノエタノールアミン（MEA）、ジエタノールアミン（DEA）などのアミン系水溶液を例示することができる。吸収塔１０１で二酸化炭素が除去された脱ＣＯ２ガスは、吸収塔１０１の上部から排出される。
【００１２】
放散塔１０２は、例えば向流型気液接触装置であり、貯留液の加熱は、リボイラー１０８において、外部供給熱である高温蒸気１４０と熱交換することにより行われる。放散塔１０２の内部で放散された二酸化炭素含有蒸気は、放散塔１０２の上部から排出される。
【００１３】
また、本実施形態の二酸化炭素回収装置１は、放散塔１０２から吸収塔１０１に供給されるリーン液１２３が通過する第１の熱交換器１０３と、放散塔１０２で分離された二酸化炭素含有蒸気１３１が通過する第２の熱交換器１０４と、吸収塔１０１から排出されたリッチ液１２０を第１の熱交換器１０３及び第２の熱交換器１０４に分流する分流装置１０７とを更に備えている。第１の熱交換器１０３及び第２の熱交換器１０４に供給されたリッチ液１２０は、それぞれリーン液１２３及び二酸化炭素含有蒸気１３１との熱交換により加熱された後、放散塔１０２に供給される。
【００１４】
放散塔１０２から吸収塔１０１に供給されるリーン液１２３の流路において、第１の熱交換器１０３と吸収塔１０１との間には第１の冷却器１０６が設けられており、外部から供給される冷水などの冷媒１４３によりリーン液１２３を冷却する。また、第２の熱交換器１０４には、第２の冷却器１０５及び気液分離器１３２が接続されており、第２の熱交換器１０４を通過した二酸化炭素含有蒸気は、第２の冷却器１０５において、外部から供給される冷水などの冷媒１４２により冷却されて蒸気が凝縮され、気液分離器１３２において凝縮水１３３と二酸化炭素１３４とに分離される。分離された凝縮水１３３は、放散塔１０２に戻される一方、二酸化炭素１３４は回収される。
【００１５】
分流装置１０７は、第１の熱交換器１０３及び第２の熱交換器１０４のそれぞれに対して、配管１２１，１２２を介してリッチ液１２０を所望の流量比となるように分流する。具体的には、分流装置１０７から第２の熱交換器１０４に供給するリッチ液１２０の流量の、吸収塔１０１から分流装置１０７に導入されるリッチ液１２０の流量に対する比（分流比）をαとしたときに、αの値が０．０５以上０．５以下であることが好ましく、０．０５以上０．１５以下がより好ましい。
【００１６】
分流比αの値は、使用条件を考慮して予め設定されていてもよく、或いは、弁開度や邪魔板などの調整により、使用者が適宜変更できるように構成されていてもよい。αの値を設定するための流量は、本実施形態では体積流量を用いているが、質量流量であってもよい。
【００１７】
以上の構成を備える二酸化炭素回収装置１によれば、吸収塔１０１において、二酸化炭素含有ガスを吸収液に吸収させてリッチ液１２０を生成する吸収工程が行われる。吸収塔１０１から排出されたリッチ液１２０は、放散塔１０２において、リボイラー１０８に循環供給されて加熱され、二酸化炭素及び蒸気が放散される。この二酸化炭素含有蒸気は放散塔１０２の上部から排出される一方、リーン液１２３が吸収塔１０１に戻される。こうして、二酸化炭素を吸収したリッチ液１２０をリーン液１２３にして再利用可能にする再生工程が行われる。
【００１８】
再生工程においては、放散塔１０２から排出されたリーン液１２３が、第１の熱交換器１０３及び第１の冷却塔１０６を通過して吸収塔１０１に供給されると共に、放散塔１０２で分離された二酸化炭素含有蒸気１３１が、第２の熱交換器１０４及び第２の冷却塔１０５を通過して気液分離器１３２に供給される。
【００１９】
吸収塔１０１から排出されたリッチ液１２０は、分流装置１０７で分流されて、第１の熱交換器１０３及び第２の熱交換器１０４に導入され、それぞれリーン液１２３及び二酸化炭素含有蒸気１３１と熱交換した後に、放散塔１０２に供給される。これにより、第１の熱交換器１０３及び第２の熱交換器１０４の双方を利用して、放散塔１０２に導入するリッチ液１２０の温度を十分高めることができ、放散塔１０２において二酸化炭素を蒸散させるための熱エネルギーを低減することができる。
【００２０】
一方、第１の冷却器１０６及び第２の冷却器１０５に導入されるリーン液１２３及び二酸化炭素含有蒸気１３１の温度は低くすることができることから、第１の冷却器１０６及び第２の冷却器１０５における冷却負荷を軽減して冷却損失を抑制することができる。気液分離器１３２で分離された凝縮水１３３は、本実施形態においては放散塔１０２に戻すように構成しているが、吸収塔１０１に戻すことも可能であり、或いは他の用途に利用してもよい。
【００２１】
図２は、本実施形態の示す二酸化炭素回収装置１において、分流比αに対する外部供給熱の測定結果を示すグラフである。吸収液には、モノエタノールアミン（MEA）の３０重量％水溶液を用い、製鉄所の高炉ガス相当のCO2を含有するガス（２０％−CO2）を対象にCO2回収を行った。
【００２２】
図２において、CO2放散熱（１４１）は、吸収液の種類により決定される物理量であり、分流比αの大きさに拘らずほぼ一定である。これに対し、第１の冷却器１０６で発生する冷却損失熱（１４３）及び第２の冷却器１０５で発生する冷却損失熱（１４２）は、いずれも分流比αの大きさによって変化する。本実施形態の二酸化炭素回収装置１は、CO2放散熱（１４１）、冷却損失熱（１４２）及び冷却損失熱（１４３）の総和である外部供給熱（１４０）が小さくなるように、分流装置７によりリッチ液１２０を分流することができるので、省エネルギー化を図ることができる。
【００２３】
より詳しくは、分流比αを０．０５以上にすることで、図２に実線で示すように、外部供給熱（１４０）の低減効果を確認することができ、更にαを増加させていくと、第２の冷却器１０５に導入される二酸化炭素含有蒸気１３１の温度が低下して冷却損失熱（１４２）が少なくなり、外部供給熱（１４０）が低減される。しかし、αが０．５より大きい領域では、第１の冷却器１０６に導入されるリーン液１２３の温度が高くなるために冷却損失熱（１４３）が急激に増加し、CO2回収に必要な外部供給熱（１４０）が増加する。したがって、外部供給熱（１４０）を抑制するために、αの値を０．０５以上０．５以下に設定することが好ましい。
【００２４】
図２に実線で示す外部供給熱（１４０）は、図１に示す第１の熱交換器１０３として、非常に大きな伝熱面積を有する理想的な熱交換器（装置Ａ）を用いた場合の結果であり、熱効率が約０．７となり、高温のリーン液１２３の熱を最大限利用することにより、第１の冷却器１０６における冷却損失熱（１４３）を最も軽減させている。ここで、熱効率は、リッチ液１２０とリーン液１２３との間の実際の交換熱量を、リーン液１２３とリッチ液１２０との間の最大温度差に相当する熱量で除した値である。
【００２５】
これに対し、第１の熱交換器１０３として、熱効率がより低いもの（装置Ｂ及び装置Ｃ）をそれぞれ使用したところ、図２に２点鎖線及び破線で示すように、αの好ましい範囲は狭まる傾向であった。装置Ｃは、従来の二酸化炭素回収装置の設計において選択されるような仕様の熱交換器をそのまま流用しており、装置Ｂよりも熱効率が低いものであるが、この場合の好ましいαの範囲は、０．０５以上０．１５以下と最も狭くなっている。
【００２６】
このように、分流比αは、最適条件で使用する限り、０．０５以上０．５以下の範囲に設定することが有効であるが、使用する第１の熱交換器の熱効率によって好ましい範囲が変化する。また、この熱効率はスケールの付着等により経時的に低下するおそれもあることを考慮すれば、熱効率の値に拘わらず外部供給熱の良好な低減効果を得るために、分流比αを０．０５以上０．１５以下に設定することがより好ましい。
【００２７】
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明の具体的な態様は上記実施形態に限定されない。例えば、本実施形態においては、第２の熱交換器１０４を放散塔１０２の外部に配置しているが、この第２の熱交換器１０４を放散塔１０２の内部に配置し、二酸化炭素含有蒸気１３１とリッチ液１２０との熱交換を、放散塔１０２の内部で行うように構成してもよい。
【００２８】
また、本実施形態における分流装置１０７は、吸収塔１０１の外部でリッチ液１２０の流路を分岐させ、配管１２１，１２２を介して第１の熱交換器１０３及び第２の熱交換器１０４に供給するようにしているが、第１の熱交換器１０３及び第２の熱交換器１０４の双方に所望の流量比で供給できる構成であれば、本実施形態のものには限定されない。例えば、図３に示すように、吸収塔１０１に対して２つの配管１２１，１２２を接続して、各配管１２１，１２２にポンプやバルブ（いずれも図示せず）を介在させることにより、ポンプの駆動電圧やバルブの開度を制御して、各配管１２１，１２２を流れるリッチ液の流量比を調整することができるので、これらのポンプやバルブを備える配管１２１，１２２を分流装置として機能させることもできる。なお、図３において、図１と同様の構成部分には同一の符号を付している。
【実施例】
【００２９】
次に実施例を挙げて、本発明を更に詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００３０】
図１に示す二酸化炭素回収装置１において、モノエタノールアミン（MEA）の３０重量％水溶液を吸収液として用い、製鉄所の高炉ガス相当のCO2を含有するガス（２０％−CO2）を対象に、CO2回収を実施した。第１の熱交換器１０３は、熱効率０．７を達成し得る装置Ａを使用し（図２参照）、分流装置１０７の分流比αは、０．３に設定した（実施例１）。また、第２の熱交換器１０４にリッチ液を全く流さない（すなわち、α＝０）以外は実施例１と同じ条件で、CO2回収を実施した（従来法１）。この結果を表１に示す。
【００３１】
【表１】
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表１から明らかなように、実施例１においては外部供給熱（１４０）が、３．５３ＭＪ／ｋｇ−ＣＯ２となり、従来法１の外部供給熱（１４０）である３．９６ＭＪ／ｋｇ−ＣＯ２に対して１１％のエネルギー低減効果を示した。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態に係る二酸化炭素回収装置の概略構成図である。
【図２】分流装置の分流比に対する外部供給熱の変化を示すグラフである。
【図３】本発明の他の実施形態に係る二酸化炭素回収装置の概略構成図である。
【図４】従来の二酸化炭素回収装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  二酸化炭素回収装置
１０１  吸収塔
１０２  放散塔
１０３  第１の熱交換器
１０４  第２の熱交換器
１０５  第２の冷却器
１０６  第１の冷却器
１０７  分流装置
１２０  リッチ液
１２３  リーン液
１３１  二酸化炭素含有蒸気
１４０  外部供給熱
１４１  ＣＯ２放散熱
１４２  第２の冷却器における冷却損失熱
１４３  第１の冷却器における冷却損失熱
【図１】
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【図２】
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【図３】
2009214089.tif 000006
【図４】
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