日揮技術ジャーナル Vol.1 No.3 (2011)

高圧再生型 CO2 回収(HiPACT)の実証試験結果
Results of High Pressure Acid-gas Capture Technology(HiPACT) Demonstration Test
田中浩二*1、藤村靖*2
Koji Tanaka*1, Yasushi Fujimura*2*1 技術開発本部技術推進部、*2 技術開発本部技術開発部*1 Technology Promotion Department, Research & Development Division, *2 TechnologyDevelopment Department, Research & Development Division
要旨
天然ガスプラントにおける CO2 排出量削減要求の高まりを受け、BASF 社と共同で開発を始めた HiPACT は、このたび INPEX 越路原プラントの商業機を用いて実ガス実証試験を行った。これまでの実験で確認していた高吸収性能、低再生熱量を実証することができ、試験は成功裏に終了した。本実証試験をもって商業化は可能となり、今後鋭意販売していく。
Abstract:
Concurrently with the growth of interest in reducing CO2 emissions from natural gas
plants in recent years, JGC and BASF started development of HiPACT. A demonstration
test at INPEX’s commercial Koshijihara Plant has been successfully completed in which
HiPACT demonstrated high CO2 absorption capacity and low regeneration energy asexpected. Following this completion of the demonstration test, HiPACT is now ready forcommercial applications.
１． はじめに2010 年 8 月から 9 月にかけて HiPACT（High Pressure Acid-gas Capture Technology）の実証試験を国際石油開発帝石株式会社（INPEX）越路原プラントにて行い、成功裏に終了した。
本稿では、開発の背景・経緯とともに、実証試験結果を記述する。
２．HiPACT 開発の背景・経緯
２．１ 背景ガス田から掘り出した天然ガスには多くの場合 CO2 が含まれており、パイプラインガスや LNG を製造するためにこの CO2は取り除かれている。CO2 除去プロセスには CO2 の吸収溶剤が用いられ、回収されたCO2 は通常大気中に放出されている。
近年の地球温暖化防止に対する関心の
図１

高まりを受け、この天然ガスプラントから天然ガスプラントにおける CCS

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回収された CO2 を地中貯留（CCS）する動きが活発化している（図１）。実際、ノルウェー、アルジェリアなどでは、商業 CCS も稼働しており、CCS なしには天然ガス開発を認めない国も出現してきた。当社は、CCS 付き天然ガスプラントをアルジェリア In-Salah プロジェクト（世界で 2 例目）にて既に経験している他、オーストラリア Gorgon プロジェクトでも CCS付き天然ガスプラントを建設中である。
CO2 除去プロセスにて回収した CO2 は、コンプレッサーを用い 100～200 bar もの超臨界圧まで圧縮する必要がある。従って、CCS 実施事業者にとって、この膨大な圧縮エネルギーを含めた追加コストを（誰が）どのように負担するかの仕組み作りが、CCS 普及のための課題となっている。
２．２ HiPACT のコンセプト
HiPACT 溶剤の特徴は、従来溶剤に比べ①高温耐久性、②高吸収性能を有することである。
HiPACT では CO2 放散塔（CO2 Stripper）の圧力を上げて運転することで、後段圧縮設備における圧縮比を低減させ、圧縮コスト（エネルギーコスト、装置コストとも）を削減する。CO2
放散塔は塔底が沸点条件となるため、圧力を上げれば温度も上昇する。通常の溶剤では劣化してしまう高温域で運転を可能とするために、①高温耐久性が必要である。
一方、CO2 回収装置は、CO2 の吸収に必要な溶剤の循環流量が多いほど装置が大きくなり、同時にエネルギー消費も多くなるため、循環流量を少なくすることが、CO2 回収コスト低減に有効である。HiPACT は②高吸収性能を有しており、従来よりも少ない溶剤量で多くの CO2を吸収することができるため、CO2 回収コスト（エネルギーコスト、装置コストとも）を削減することができる。図２に HiPACT コンセプトをまとめた。

図２

HiPACT のコンセプト

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HiPACT を用いることによって、CCS による追加コスト負担の低減化に貢献できる。
CCS を実施するにあたり CO2 圧縮コストを全てなくすことはできないにしても、その前段にある CO2 除去（回収）部分のコストを含めて削減することで、全体として負担低減を実現する（図３）。
一 方 、 HiPACT の コ ン セ プ ト は 、 IGCC
（ Integrated Gasification and CombinedCycle）と CCS の組み合わせにも効果を発揮する。IGCC は石炭などの CO2
負荷の高い燃料から高効率に

図３

IGCC（ガス化複合発電）

圧の合成ガスから CO2 を分離複合発電

合成ガス電気を生み出す技術である。
CCS を行う場合、高い CO2 分

HiPACT による CCS コスト削減

ガスタービン

石炭

ガス化

排熱回収ボイラ

排ガス

ガス精製
HiPACT

回収できるため、従来型石炭ボ

高圧CO2

蒸気タービン

圧縮

イラー発電に比べ、効率が良いとされている。HiPACT を用い地中貯留れば、さらに効率的に CO2 を分離・回収できるため、

図４

電気

IGCC-CCS への HiPACT 適用

IGCC-CCS の経済性を向上させることが期待される（図４）。
２．３ BASF との協業
本 開 発 は ド イ ツ の BASF 社 と 共 同 で 行 っ て い る 。
BASF 社は世界有数の化学会社であり、既存 CO2 回収プ
ロセス（aMDEA）ライセンサーとしても世界トップシェアを誇っている。世界有数の天然ガスプラント建設実績を有する当社の経験と BASF 社のライセンサーとしての知見を組み合わせることで、効率的な開発を行うことができた。
２．４ 開発経緯
本開発は４フェーズに分けて行った。フェーズ１では溶剤スクリーニングにより、HiPACT の候補溶剤を見出した。フェーズ２では、当社技術研究所（茨城県大洗町）に設置したパイロット装置（図５）を用い、溶剤性能（高温耐久性、高吸収性能）が優れていることを、模擬ガスを用いて明らかにした。今回の実証試験はフェーズ３の

図５

HiPACT パイロット装置

実ガスを用いた試験に相当する。

3
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３．実証試験
３．１ 実証場所
国際石油開発帝石株式会社（INPEX）殿越路原プラント（新潟県長岡市）において、実際に天然ガスを生産している商業プラ
ントの CO2 回収溶剤を入れ替えて実証試験を行った（図６）。既存の CO2 回収プロセスは BASF
社ライセンスの aMDEA であり、長年の安定運転を達成している。
今回の HiPACT 実証運転においても、その知見が大いに生かされ図６た。

INPEX 殿越路原プラント

３．２ 目的・内容
HiPACT 溶剤の特徴のうち、②高吸収性能の実証を主たる目的とした。①高温耐久性については、スケールアップファクター（リスク）がないことからパイロットプラントの結果で十分であり、実証試験の目的からは除外した。なお、フェーズ２のパイロット試験において、溶剤中の CO2 濃度および天然ガス中に含有の微量成分濃度、運転温度・圧力、滞留時間をパラメータとした劣化速度式を完成させており、実ガスを用いた場合の耐久性能については既に予測可能である。
2010 年 8 月の 1 か月間をかけて、種々の運転パラメータ（溶剤温度、リボイラー熱量、CO2放散圧力等）を変化させデータを取得した。その他、発泡性などの点でも既存溶剤（aMDEA）に比べ運転性に問題ないことを確認した。なお、HiPACT 実証試験中も天然ガスは製品として出荷された。
３．３ 結果HiPACT 実証試験では、目的の吸収性能、再生熱量を実証することができた。また、今後商業化にあたり、有益な知見を得ることができた。
（１）吸収性能
HiPACT 溶剤では aMDEA に比べ循環溶剤流量を 21%低減させたが、天然ガス中のCO2 は問題なく吸収できた。これにより、従来溶剤よりも CO2 吸収能力（吸収容量）が高いことが実証された。
（２）再生熱量
本来 Reboiler 再生熱量を下げると、溶剤の再生度低下に伴い吸収塔における CO2 除去性能が低下する傾向にある。HiPACT 運転において再生熱量を下げていったところ、徐々に精製ガス中の CO2 濃度が上がっていったが、aMDEA に比べ 20%少ない熱量の時にも4Copyright(C) 2011 JGC All rights reserved.

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製品の CO2 濃度規格を満たす結果が得られた。これにより、aMDEA に比べ再生熱量を低下できることが実証された。この再生熱量は CO2 回収コストの大きな割合を占めており、HiPACT は従来溶剤に比べ CO2 回収コストを低減できることを示している。

４．今後の流れ2005 年から開始した HiPACT の開発も、商業化に必要となる主要な試験項目は終了し、商業化が可能となった。まずは早期に適用実績を作り、その後着実に実績を積み上げていく所存である。

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