JP2011000525A - Ｃｏ２回収装置及びｃｏ２回収方法 - Google Patents

Abstract

【課題】吸収液再生のためのエネルギー量を大幅に低減することができるＣＯ₂回収装置及び方法を提供する。
【解決手段】排ガス中のＣＯ₂を除去するＣＯ₂吸収塔と、ＣＯ₂を吸収したリッチ溶液１７中のＣＯ₂を除去し、再生する再生塔１８と、再生塔１８でＣＯ₂を除去したリーン溶液１５を前記ＣＯ₂吸収塔で再利用するＣＯ₂回収装置であって、リッチ溶液１７とリーン溶液１５とを熱交換する熱交換器２３と、再生塔１８から水蒸気を同伴したＣＯ₂ガス２６ａとして持ち出されるエンタルピー（Ｅ１）と、熱交換器２３においてリッチ溶液１７と熱交換された後のリーン溶液１５のエンタルピー（Ｅ２）との和（Ｅ１＋Ｅ２）が最小限となるように、リッチ溶液１７の一部のリッチ溶液１７−２を抜き出し、熱交換器２３を迂回して熱交換せずに再生塔１８の塔頂部側へ一部のリッチ溶液１７−２を供給する制御を行う制御手段４０とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＣＯ₂回収においてＣＯ₂吸収液再生のためのエネルギー量を大幅に低減することができるＣＯ₂回収装置及び方法に関する。

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。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（例えば、特許文献１参照）。

前記従来のＣＯ₂回収装置１００は、図５に示すように、ボイラやガスタービン等の産業燃焼設備１１から排出されたＣＯ₂を含有する排ガス１２を冷却水１３によって冷却する排ガス冷却装置１４と、冷却されたＣＯ₂を含有する排ガス１２とＣＯ₂を吸収するＣＯ₂吸収液（以下、「吸収液」ともいう。）１５とを接触させて排ガス１２からＣＯ₂を除去するＣＯ₂回収部１６Ａを有するＣＯ₂吸収塔１６と、ＣＯ₂を吸収したＣＯ₂吸収液（以下、「リッチ溶液」ともいう。）１７からＣＯ₂を放出させてＣＯ₂吸収液を再生する再生塔１８とを有する。
そして、このＣＯ₂回収装置１００では、再生塔１８でＣＯ₂を除去した再生ＣＯ₂吸収液（以下、「リーン溶液」ともいう。）１５はＣＯ₂吸収塔１６でＣＯ₂吸収液として再利用する。

この従来のＣＯ₂回収装置を用いたＣＯ₂回収方法では、まず、ＣＯ₂を含んだボイラやガスタービン等の産業燃焼設備からの排ガス１２は、排ガス送風機２０により昇圧された後、排ガス冷却装置１４に送られ、ここで冷却水１３により冷却され、ＣＯ₂吸収塔１６に送られる。

前記ＣＯ₂吸収塔１６において、排ガス１２はアミン系溶液をベースとするＣＯ₂吸収液１５と交向流接触し、排ガス１２中のＣＯ₂は、化学反応によりＣＯ₂吸収液１５に吸収される。
ＣＯ₂回収部１６ＡでＣＯ₂が除去された後のＣＯ₂除去排ガスは、ＣＯ₂吸収塔１６内の水洗部１６Ｂでノズルから供給されるＣＯ₂吸収液を含む循環する凝縮水１９と気液接触して、ＣＯ₂除去排ガスに同伴するＣＯ₂吸収液１５が回収され、その後ＣＯ₂が除去された排ガス２１は系外に放出される。
また、ＣＯ₂を吸収したＣＯ₂吸収液１７であるリッチ溶液は、リッチソルベントポンプ２２により昇圧され、リッチ／リーンソルベント熱交換器２３において、再生塔１８で再生されたＣＯ₂吸収液１５であるリーン溶液により加熱され、再生塔１８に供給される。

再生塔１８の上部から内部に放出されたリッチ溶液は、吸熱反応を生じて、大部分のＣＯ₂を放出する。再生塔１８内で一部または大部分のＣＯ₂を放出したＣＯ₂吸収液はセミリーン溶液と呼称される。このセミリーン溶液は、再生塔１８下部に至る頃には、ほぼ全てのＣＯ₂が除去されたＣＯ₂吸収液１５となる。このリーン溶液は再生過熱器２４で水蒸気２５により過熱され、再生塔１８内部に水蒸気を供給している。
一方、再生塔１８の頭頂部からは塔内においてリッチ溶液およびセミリーン溶液から放出された水蒸気を伴ったＣＯ₂ガス２６ａが導出され、コンデンサ２７により水蒸気が凝縮され、分離ドラム２８にて水２６ｂが分離され、ＣＯ₂ガス２６ｃが系外に放出されて別途回収される。この回収されたＣＯ₂ガス２６ｃは、石油増進回収法（ＥＯＲ：Enhanced Oil Recovery）を用いて油田中に圧入するか、帯水層へ貯留し、温暖化対策を図っている。
分離ドラム２８にて分離された水２６ｂは凝縮水循環ポンプ２９にて再生塔１８の上部に供給される。再生されたＣＯ₂吸収液（リーン溶液）１５は、リッチ／リーンソルベント熱交換器２３にてリッチ溶液１７により冷却され、つづいてリーンソルベントポンプ３０にて昇圧され、さらにリーンソルベントクーラ３１にて冷却された後、ＣＯ₂吸収塔１６に供給される。

なお、図５中、符号１１ａは排ガス１２の煙道であり、１１ｂは煙突、３２は水蒸気凝縮水である。前記ＣＯ₂回収装置は、既設の排ガス源からＣＯ₂を回収するために後付で設けられる場合と、新設排ガス源に同時付設される場合とがある。煙突１１ｂには開閉可能な扉を設置し、ＣＯ₂回収装置の運転時は閉止する。また排ガス源は稼動しているが、ＣＯ₂回収装置の運転を停止した際は開放するように設定する。

ところで、ＣＯ₂を吸収したリッチ溶液１７からＣＯ₂ガスを放出して吸収液を再生する方法として、再生過熱器２４により吸収液を沸騰させ、発生したスチームにより再生塔１８内において吸収液に熱を与えると共に、スチームによるストリッピング効果による再生方法が用いられている。

この方法では、再生塔１８から抜き出されるＣＯ₂ガス２６ａ中には水蒸気が同伴し、水蒸気の系外に排出されることによる熱ロスが大きいという問題がある。

このため、従来においては、再生塔において硫化水素及び二酸化炭素の如き酸性ガス不純物を含有する使用済み水性アミン吸収剤液から該酸性ガス不純物をストリッピングすることによって該使用済みアミン吸収液を再生する方法において、リッチ溶液の一部を分岐して、再生塔の頂部に供給し、頂部に入る液体と、その頂部においてオーバヘッドとして出る上記との間の温度差を連続的に測定し、また該再生塔の底部から上昇する蒸気及び中間点で入る蒸気の合流混合物と該中間点で入る液体との間の温度差も連続的に測定し、しかして該再生塔の頂部点及び中間点の両方における温度差を１〜１５Ｆ（華氏）の範囲内の温度に維持して、水蒸気の所要量を低減することのアミン再生法の提案がある（特許文献２）。

特開平３−１９３１１６号公報 特開昭５５−９０７９号公報

しかしながら、従来の特許文献２に係るアミン再生法の技術においては、システム全体のエンタルピーを考慮するものではないので、システム全体の熱バランスを考慮した水蒸気の低減を図ることが切望されている。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、ＣＯ₂吸収装置のシステムのエンタルピーを考慮して吸収液再生のためのエネルギー量を大幅に低減することができるＣＯ₂回収装置及び方法を提供することを課題とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の第１の発明は、ＣＯ₂を含有する排ガスとＣＯ₂吸収液とを接触させて前記排ガス中のＣＯ₂を除去するＣＯ₂吸収塔と、前記ＣＯ₂吸収塔でＣＯ₂を吸収したリッチ溶液中のＣＯ₂を除去し、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前記ＣＯ₂吸収塔で再利用するＣＯ₂回収装置であって、前記リッチ溶液とリーン溶液とを熱交換する熱交換器と、前記再生塔から水蒸気を同伴したＣＯ₂ガスとして持ち出されるエンタルピーと、前記熱交換器において熱交換された後のリーン溶液のエンタルピーから熱交換される前のリッチ溶液のエンタルピーとの差し引きしたエンタルピーとの和が最小限となるように、前記リッチ溶液の一部を抜き出し、前記熱交換器を迂回して熱交換せずに再生塔の塔頂部側へ供給する制御を行う制御手段とを有してなることを特徴とするＣＯ₂回収装置にある。

第２の発明は、第１の発明において、前記熱交換器の入口側と出口側とのリッチ溶液とリーン溶液との温度差が近似するように制御することを特徴とするＣＯ₂回収装置にある。

第３の発明は、第１の発明において、前記一部迂回するリッチ溶液の割合が３〜１５重量％であることを特徴とするＣＯ₂回収装置にある。

第４の発明は、第１乃至３のいずれか一つの発明において、前記一部迂回して再生塔の塔頂部から導入したリッチ溶液を再生塔上部で熱交換する第１の熱交換部を有することを特徴とするＣＯ₂回収装置にある。

第５の発明は、第１乃至４のいずれか一つの発明において、前記一部迂回したリッチ溶液を用いて、再生塔から抜き出される水蒸気を同伴したＣＯ₂ガスと熱交換する第２の熱交換部を有することを特徴とするＣＯ₂回収装置にある。

第６の発明は、ＣＯ₂を含有する排ガスとＣＯ₂吸収液とを接触させて前記排ガス中のＣＯ₂を除去するＣＯ₂吸収塔と、前記ＣＯ₂吸収塔でＣＯ₂を吸収したリッチ溶液中のＣＯ₂を除去し、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前記ＣＯ₂吸収塔で再利用するＣＯ₂回収方法であって、前記リッチ溶液とリーン溶液とを熱交換する熱交換器を有し、前記再生塔から水蒸気を同伴したＣＯ₂ガスとして持ち出されるエンタルピーと、前記熱交換器において熱交換された後のリーン溶液のエンタルピーから熱交換される前のリッチ溶液のエンタルピーとの差し引きしたエンタルピーとの和が最小限となるように、前記リッチ溶液の一部を抜き出し、前記熱交換器を迂回して熱交換せずに再生塔の塔頂部側へ供給する制御を行うことを特徴とするＣＯ₂回収方法にある。

第７の発明は、第６の発明において、前記一部迂回して再生塔の塔頂部から導入したリッチ溶液を再生塔上部で熱交換することを特徴とするＣＯ₂回収方法にある。

第８の発明は、第６の発明において、前記一部迂回したリッチ溶液を用いて、再生塔から抜き出される水蒸気を同伴したＣＯ₂ガスと熱交換することを特徴とするＣＯ₂回収方法にある。

本発明によれば、システム全体の熱バランスを考慮することとなり、その結果、再加熱器に供給する水蒸気量の大幅な削減を図ることができる。

図１は、本発明の実施例１に係るＣＯ₂回収装置の構成を示す概略図である。 図２−１は、本発明の実施例１に係るＣＯ₂回収装置の熱交換器におけるリーン溶液とリッチ溶液との熱バランスを示す図である。 図２−２は、実施例１の試験例に係るＣＯ₂回収装置の熱交換器におけるリーン溶液とリッチ溶液との熱バランスを示す図である。 図３−１は、本発明の実施例２に係るＣＯ₂回収装置の構成を示す概略図である。 図３−２は、本発明の実施例２に係るＣＯ₂回収装置の構成を示す概略図である。 図４−１は、本発明の実施例３に係るＣＯ₂回収装置の構成を示す概略図である。 図４−２は、本発明の実施例３に係るＣＯ₂回収装置の構成を示す概略図である。 図５は、従来のＣＯ₂回収装置の構成の一例を示す図である。

以下に、本発明にかかるＣＯ₂回収装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

本発明による実施例１に係るＣＯ₂回収装置について、図１を参照して説明する。
図１は、本発明の実施例１に係るＣＯ₂回収装置の構成を示す概略図である。また、図２−１は、本発明の実施例１に係るＣＯ₂回収装置の熱交換器におけるリーン溶液とリッチ溶液との熱バランスを示す図である。図２−２は、実施例１の試験例に係るＣＯ₂回収装置の熱交換器におけるリーン溶液とリッチ溶液との熱バランスを示す図である。図１中、前記図５に示したＣＯ₂回収装置と同一構成には同一符号を付して重複した説明は省略する。なお、図１では、前述したＣＯ₂回収装置１００のＣＯ₂再生塔１８を示す。
図１に示すように、本発明の実施例に係るＣＯ₂回収装置は、ＣＯ₂を含有する排ガスとＣＯ₂吸収液とを接触させて前記排ガス中のＣＯ₂を除去するＣＯ₂吸収塔（図示せず）と、前記ＣＯ₂吸収塔でＣＯ₂を吸収したリッチ溶液１７中のＣＯ₂を除去し、再生する再生塔１８と、前記再生塔１８でＣＯ₂を除去したリーン溶液１５を前記ＣＯ₂吸収塔で再利用するＣＯ₂回収装置であって、前記リッチ溶液１７とリーン溶液１５とを熱交換するリッチ／リーンソルベント熱交換器（以下、「熱交換器」という）２３と、前記再生塔１８から水蒸気を同伴したＣＯ₂ガス２６ａとして持ち出されるエンタルピー（Ｅ１）と、前記熱交換器２３において熱交換された後のリーン溶液１５のエンタルピーから熱交換される前のリッチ溶液１７のエンタルピーとの差し引きしたエンタルピー（Ｅ２）との和（Ｅ１＋Ｅ２）が最小限となるように、前記リッチ溶液１７の一部のリッチ溶液１７−２を抜き出し、前記熱交換器２３を迂回して熱交換せずに再生塔１８の塔頂部側へ一部のリッチ溶液１７−２を供給する制御を行う制御手段４０とを有してなるものである。
図１中、符号１８Ａ−１は第１の再生部、１８Ａ−２は第２の再生部、１８Ｂは水洗部、１８Ｃはデミスタ、Ｌ₁はリッチ溶液供給ライン、Ｌ₂はリーン溶液供給ライン、Ｌ₃はリッチ溶液分岐供給ライン、４１はリッチ溶液分岐供給ラインＬ₃に介装された調整弁、Ｆは流量計を各々図示する。

本実施例では、前記リッチ溶液分岐供給ラインＬ₃で分岐された一部のリッチ溶液１７−２は、再生塔１８の塔頂部側へ供給され、再生塔内の第１の再生部１８Ａ−１において、再生塔底部から上昇される水蒸気によりストリッピングされてＣＯ₂ガスを放出し、塔頂から水蒸気を同伴したＣＯ₂ガス２６ａとして外部に持ち出される。
この際、抜き出された一部のリッチ溶液１７−２は、熱交換器２３において熱交換されていないので、リッチ溶液の温度は低いままであり、第１の再生部１８Ａ−１における水蒸気と熱交換される熱交換容量が大きいものとなる。
この結果、再生塔１８から水蒸気を同伴したＣＯ₂ガス２６ａとして持ち出されるエンタルピー（Ｅ１）が分岐しない場合と較べて小さいものとなる。

また、前記熱交換器２３で熱交換された大部分のリッチ溶液１７−１は、再生塔１８の中断部へ供給され、再生塔１８内の第２の再生部１８Ａ−２において、再生塔底部から上昇される水蒸気によりストリッピングされてＣＯ₂ガスを放出する。

本発明においては、熱交換器２３において熱交換されたリーン溶液のエンタルピー（Ｅ２）を求めると共に、前記水蒸気を同伴したＣＯ₂ガス２６ａとして持ち出されるエンタルピー（Ｅ１）を求め、それらの総和が最小限となるように、リッチ溶液１７の分岐量を制御装置４０の指示により調整弁４１を調整することで調整するようにしている。

ここで、水蒸気を同伴したＣＯ₂ガス２６ａとして持ち出されるエンタルピー（Ｅ１）は、水蒸気と同伴して持ち出されるＣＯ₂ガス２６ａの温度（Ｔ₄）と圧力とＣＯ₂回収量から、求めることができる。
また、熱交換されたリーン溶液のエンタルピー（Ｅ２）は、熱交換器２３で熱交換されたリーン溶液１５の温度（Ｔ₆）から、熱交換器２３で熱交換される前のリッチ溶液１７の温度（Ｔ₁）の温度差とリーン溶液の流量と圧力から求めることができる。

前記一部迂回するリッチ溶液１７−２の割合としては、プラント設備により異なるが、約３〜１５重量％とするのが好ましい。
この範囲外であると、両者のエンタルピーの総和（Ｅ１＋Ｅ２）が最小限とならないからである。

また、図２−１に示すように、熱交換器２３の入口側の温度差［（リーン溶液１５の温度（Ｔ₆）−リッチ溶液１７の温度（Ｔ₁））：ΔＴ_ａ］と、熱交換器２３の出口側の温度差［（リーン溶液１５の温度（Ｔ₅）−リッチ溶液１７の温度（Ｔ₂））：ΔＴ_ｂ］とが近似（ΔＴ_ａ≒ΔＴ_ｂ）するように制御手段４０で制御することが好ましい。
ここで、リッチ溶液は、ＣＯ₂吸収塔にてＣＯ₂ガスを吸収しているので、約１割程度容量が大きいものとなる。よって、熱交換器での熱交換が好適となるには両者の温度差を同じとすると熱交換効率が理想的なものとなる。

具体的には、図２−２に示すように、一部分岐しない場合には、熱交換器２３の入口側の温度差［（リーン溶液１５の温度（Ｔ₆：６０．０℃）−リッチ溶液１７の温度（Ｔ₁：５２．０℃））ΔＴ_ａ：８．０℃］と、熱交換器２３の出口側の温度差［（リーン溶液１５の温度（Ｔ₅：１０９．４℃）−リッチ溶液１７の温度（Ｔ₂：９６．８℃））ΔＴ_ｂ：１２．６℃］であり、温度差が近似していないものであった。
これに対して、本発明のように、一部分岐すると熱交換器２３の入口側の温度差［（リーン溶液１５の温度（Ｔ₆：６２．１℃）−リッチ溶液１７の温度（Ｔ₁：５２．０℃））ΔＴ_ａ：１０．１℃］と、熱交換器２３の出口側の温度差［（リーン溶液１５の温度（Ｔ₅：１０９．４℃）−リッチ溶液１７の温度（Ｔ₂：９９．３℃））ΔＴ_ｂ：１０．１℃］であり、温度差が同一となった。

これにより熱交換器２３での熱交換効率を最大限に引き出すことが可能となる。

ここで、ＣＯ₂回収装置の運転工程の具体例について説明する。
（１）先ず、排ガスからＣＯ₂を回収するために、ＣＯ₂回収装置を駆動させる。
（２）次に、所定の安定した吸収液の循環になったときに、リッチ溶液１７の一部をリッチ溶液分岐供給ラインＬ₃に分岐するように、調整弁４１を徐々に開放させる制御を、図示しない制御装置により行う。
（３）次に、水蒸気を同伴したＣＯ₂ガス２６ａとして持ち出されるエンタルピー（Ｅ１）と、熱交換されたリーン溶液のエンタルピー（Ｅ２）とを求め、その総和が最小限となるように、調整弁４１を調整する制御を、図示しない制御装置により行う。
（４）運転を継続している間、制御装置では常に、エンタルピーの総和が最小限となるように監視する制御を行う。

本発明のような制御を行うことにより、システム全体の熱バランスを考慮することとなり、その結果、再生過熱器２４に供給する水蒸気量の大幅な削減を図ることができる。

［試験例］
ＣＯ₂吸収液としてアミン系溶液を用いて、二酸化炭素の回収として２９．０Ｎｍ／Ｈ（５７．０Ｋｇ／Ｈ）の場合において、再生塔１８に供給するリッチ溶液の一部を分岐しない従来の場合には、再生塔１８の塔頂から持ち出される水蒸気を同伴したＣＯ₂ガス２６ａ温度は８７℃であった。
これに対し、図１のように前記再生塔１８から水蒸気を同伴したＣＯ₂ガス２６ａとして持ち出されるエンタルピーＥ１と、前記熱交換器２３においてリッチ溶液１７と熱交換された後のリーン溶液１５のエンタルピーＥ２との和（Ｅ１＋Ｅ２）が最小限となるように、前記リッチ溶液１７の一部１７−２を抜き出した場合（リッチ溶液１７が６８１．１ｋｇ／Ｈの約５％の３３．１ｋｇ／Ｈを分岐した）には、水蒸気を同伴したＣＯ₂ガス２６ａの温度は６０℃に低下した。
この際、リーン溶液で失う熱は１，３１０Ｋｃａｌ／Ｈであり、塔頂部でもらう熱は４，８３０Ｋｃａｌ／Ｈであった。その差３，５２０Ｋｃａｌ／Ｈのエネルギー量が水蒸気量の削減となることができた。

よって、再生過熱器２４で使用する水蒸気量４６，８００Ｋｃａｌ／Ｈの約７．５％の削減を達成することができ、システム全体の熱効率の向上を図ることができた。

すなわち、本発明によれば、再生塔頂部から外部に持ち出される水蒸気の熱を回収し、リッチ溶液の温度を上昇させるだけではなく、リッチ溶液を再生することができ、吸収液の再生のための水蒸気を発生させる再生過熱器２４の水蒸気供給エネルギーを大幅に削減することができた。

本発明による実施例２に係るＣＯ₂回収装置について、図３−１及び図３−２を参照して説明する。
図３−１及び図３−２は、本発明の実施例２に係るＣＯ₂回収装置の構成を示す概略図である。図中、前記図１に示したＣＯ₂回収装置と同一構成には同一符号を付して重複した説明は省略する。
図３−１に示すように、本実施例においては、前記一部迂回して再生塔１８の塔頂部から導入した一部のリッチ溶液１７−２を再生塔上部で熱交換する第１の熱交換部１８Ｄを有するものである。
この第１の熱交換部１８Ｄにおいて、再生塔１８に一時的に引き込まれた一部のリッチ溶液１７−２は、上昇してくる水蒸気により加熱され、再生塔１８内に放出されるときにはその温度（Ｔ₇）が高くなっている。

よって、実施例１よりも再生過熱器２４で使用する水蒸気量のさらなる削減を達成することができ、システム全体の熱効率の向上を図ることができる。

具体的には、図３−２に示す温度分布のように、再生塔１８の塔底部に供給される水蒸気温度（ｔ₀）が１４０℃の場合、第２の再生部１８Ａ−２において、上昇される水蒸気によりストリッピングされてＣＯ₂ガスを放出した後の水蒸気の温度（ｔ₁）が８６℃であり、第１の再生部１８Ａ−１を通過した後の温度（ｔ₃）が８２℃である場合、再生塔１８に一時的に引き込まれた一部のリッチ溶液１７−２の温度は、再生塔１８に入る前の温度（Ｔ₁）が５２℃の場合、熱交換により温度（Ｔ_７）が６２℃まで上昇することとなる。

この結果、水蒸気の使用量が１２０ｋｇ／Ｈの場合、１３．４ｋｇ／Ｈの削減となり、約１２％の水蒸気量の低減効果となることが判明した。なお、この際の再生塔１８からのリーン溶液の温度（Ｔ₅）は１０９．４℃、熱交換器２３での熱交換後のリッチ溶液の温度（Ｔ₂）は９９．３℃まで熱交換されている。また、一部のリッチ溶液１７−２分岐量は１０％とした。

本発明による実施例３に係るＣＯ₂回収装置について、図４−１及び図４−２を参照して説明する。
図４−１及び図４−２は、本発明の実施例３に係るＣＯ₂回収装置の構成を示す概略図である。図中、前記図１に示したＣＯ₂回収装置と同一構成には同一符号を付して重複した説明は省略する。
図４−１に示すように、本実施例においては、前記一部迂回した一部のリッチ溶液１７−２を用いて、再生塔１８から抜き出される水蒸気を同伴したＣＯ₂ガス２６ａと熱交換する第２の熱交換部１８Ｅを有するものである。
この第２の熱交換部１８Ｅにおいて、再生塔１８に供給する前に一部のリッチ溶液１７−２を用いて、外部に放出される水蒸気を伴ったＣＯ₂ガス２６ａと熱交換するので、水蒸気により加熱され、再生塔１８内に放出されるときにはその温度（Ｔ₈）が高くなっている。

よって、実施例１よりも再生過熱器２４で使用する水蒸気量のさらなる削減を達成することができ、システム全体の熱効率の向上を図ることができる。

具体的には、図４−２に示す温度分布のように、再生塔１８の塔底部に供給される水蒸気温度（ｔ₀）が１４０℃の場合、第２の再生部１８Ａ−２において、上昇される水蒸気によりストリッピングされてＣＯ₂ガスを放出した後の水蒸気の温度（ｔ₁）が８６℃であり、第１の再生部１８Ａ−１を通過した後の温度（ｔ₃）が８２℃であり、再生塔から放出された水蒸気の温度（Ｔ₄）が８０℃である場合、一部のリッチ溶液１７−２の温度が（Ｔ₁）が５２℃の場合、第２の熱交換部１８Ｅにおける熱交換により温度（Ｔ₈）が６２℃まで上昇することとなる。

この結果、水蒸気の使用量が１２０ｋｇ／Ｈの場合、１３．４ｋｇ／Ｈの削減となり、約１２％の水蒸気量の低減効果となることが判明した。なお、この際の再生塔１８からのリーン溶液の温度（Ｔ₅）は１０９．４℃、熱交換器２３での熱交換後のリッチ溶液の温度（Ｔ₂）は９９．３℃まで熱交換されている。また、一部のリッチ溶液１７−２分岐量は１０％とした。

以上のように、本発明に係るＣＯ₂回収装置及び方法は、システム全体の熱バランスを考慮して熱効率が好適な二酸化炭素の回収を行うことに用いるのに適している。

１２ 排ガス
１５ ＣＯ₂吸収液（リーン溶液）
１６ ＣＯ₂吸収塔
１７ ＣＯ₂を吸収したＣＯ₂吸収液（リッチ溶液）
１８ 再生塔
２３ リッチ／リーンソルベント熱交換器
４０ 制御手段
４１ 調整弁

Claims (8)

1. ＣＯ₂を含有する排ガスとＣＯ₂吸収液とを接触させて前記排ガス中のＣＯ₂を除去するＣＯ₂吸収塔と、前記ＣＯ₂吸収塔でＣＯ₂を吸収したリッチ溶液中のＣＯ₂を除去し、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前記ＣＯ₂吸収塔で再利用するＣＯ₂回収装置であって、
   前記リッチ溶液とリーン溶液とを熱交換する熱交換器と、
   前記再生塔から水蒸気を同伴したＣＯ₂ガスとして持ち出されるエンタルピーと、
   前記熱交換器において熱交換された後のリーン溶液のエンタルピーから熱交換される前のリッチ溶液のエンタルピーとの差し引きしたエンタルピーとの和が最小限となるように、前記リッチ溶液の一部を抜き出し、前記熱交換器を迂回して熱交換せずに再生塔の塔頂部側へ供給する制御を行う制御手段とを有してなることを特徴とするＣＯ₂回収装置。
2. 請求項１において、
   前記熱交換器の入口側と出口側とのリッチ溶液とリーン溶液との温度差が近似するように制御することを特徴とするＣＯ₂回収装置。
3. 請求項１において、
   前記一部迂回するリッチ溶液の割合が３〜１５重量％であることを特徴とするＣＯ₂回収装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一つにおいて、
   前記一部迂回して再生塔の塔頂部から導入したリッチ溶液を再生塔上部で熱交換する第１の熱交換部を有することを特徴とするＣＯ₂回収装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一つにおいて、
   前記一部迂回したリッチ溶液を用いて、再生塔から抜き出される水蒸気を同伴したＣＯ₂ガスと熱交換する第２の熱交換部を有することを特徴とするＣＯ₂回収装置。
6. ＣＯ₂を含有する排ガスとＣＯ₂吸収液とを接触させて前記排ガス中のＣＯ₂を除去するＣＯ₂吸収塔と、前記ＣＯ₂吸収塔でＣＯ₂を吸収したリッチ溶液中のＣＯ₂を除去し、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前記ＣＯ₂吸収塔で再利用するＣＯ₂回収方法であって、
   前記リッチ溶液とリーン溶液とを熱交換する熱交換器を有し、前記再生塔から水蒸気を同伴したＣＯ₂ガスとして持ち出されるエンタルピーと、前記熱交換器において熱交換された後のリーン溶液のエンタルピーから熱交換される前のリッチ溶液のエンタルピーとの差し引きしたエンタルピーとの和が最小限となるように、前記リッチ溶液の一部を抜き出し、前記熱交換器を迂回して熱交換せずに再生塔の塔頂部側へ供給する制御を行うことを特徴とするＣＯ₂回収方法。
7. 請求項６において、
   前記一部迂回して再生塔の塔頂部から導入したリッチ溶液を再生塔上部で熱交換することを特徴とするＣＯ₂回収方法。
8. 請求項６において、
   前記一部迂回したリッチ溶液を用いて、再生塔から抜き出される水蒸気を同伴したＣＯ₂ガスと熱交換することを特徴とするＣＯ₂回収方法。

Images