JP2011005367A - Ｃｏ２回収装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】最適条件で一定のＣＯ₂回収量を維持でき、一日辺りのＣＯ₂回収量を所定値に常に維持することができるＣＯ₂回収装置及び方法を提供する。
【解決手段】ＣＯ₂を含有する排ガス１２とＣＯ₂吸収液１５とを接触させて前記排ガス１２中のＣＯ₂を除去するＣＯ₂吸収塔１６と、前記ＣＯ₂吸収塔１６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とを具備し、前記再生塔１８でＣＯ₂を除去したリーン溶液であるＣＯ₂吸収液１５を前記ＣＯ₂吸収塔１６で再利用するＣＯ₂回収装置であって、前記ＣＯ₂吸収液１５中の吸収剤濃度を検出し、前記吸収剤濃度の低下に応じて、ＣＯ₂吸収液１５の循環量を増大させ、その循環量に応じた前記再生塔１８における水蒸気量を調整する制御を行う制御手段とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＣＯ₂吸収液を再生する際の水蒸気を最適量にして、最適条件で一定のＣＯ₂回収量を維持することができる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）。

図４に従来のＣＯ₂回収装置の一例を示す。図４に示すように、従来のＣＯ₂回収装置１００は、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とＯ₂とを含有する排ガス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２６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にて水が分離され、ＣＯ₂ガス２６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２６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４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、前述したようなＣＯ₂回収装置を用いてＣＯ₂回収を連続しておこなっていくと、ＣＯ₂吸収液が消費されて、その吸収液の濃度が低下するという問題がある。この濃度の低下は１０％前後であるので、従来においては、濃度の高い吸収液を適宜補充するようにしていた。

従来、排ガスの量および排ガス中のＣＯ₂の濃度が変化した場合には、工程の各部分の濃度や流量、例えば排ガスの量、排ガス中の二酸化炭素の濃度、吸収液の流量、濃度、ｐＨ等を手作業により測定し、適切な吸収液濃度、吸収液／排ガス比を定めていた。
このため、排ガス中のＣＯ₂濃度が大きく変わる場合には、ＣＯ₂単位回収量あたりの水蒸気消費量（エネルギー原単位）が大きく変動し、また排ガス中の二酸化炭素濃度が余り変わらない場合でも、吸収液の再生率が異なるためＣＯ₂吸収率が変動したりしていた。このため、操作の安定性や、エネルギー消費量の点で問題があった。

そこで、従来においては、演算器及び制御器により排ガスの流量及び排ガス中の二酸化炭素濃度から排ガス中の二酸化炭素流量を定め、該二酸化炭素流量に対する二酸化炭素吸収塔に供給する再生アミン吸収液流量の比率を一定に調節し、アミン吸収液流量に対する加熱器のスチーム流量の比率を一定に調節し、回収二酸化炭素単位重量当たりの再生に要する蒸気量を低下させることの提案がある（特許文献２）。

特開平３−１９３１１６号公報 特開平１０−１６５７６１号公報

しかしながら、長期間に亙ってＣＯ₂回収の運転を継続していくと、ＣＯ₂吸収液の濃度が徐々に低下してしまうが、特許文献２のような提案では、吸収液の濃度低下を考慮するものではないので、ＣＯ₂の吸収性能が低下し、最適な水蒸気量とすることができない、という問題がある。
すなわち、吸収剤であるアミン溶液は希釈してＣＯ₂吸収液としており、連続して運転すると、このＣＯ₂吸収液中のアミン溶液が消費され、濃度低下となり、その結果所望のＣＯ₂吸収率を維持することができない、という問題がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、ＣＯ₂吸収液の濃度が低下せずに、最適条件で一定のＣＯ₂回収量を維持でき、一日辺りのＣＯ₂回収量を所定値に常に維持することができる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、再生する再生塔とを具備し、前記再生塔でＣＯ₂を除去したリーン溶液であるＣＯ₂吸収液を前記ＣＯ₂吸収塔で再利用するＣＯ₂回収装置であって、前記ＣＯ₂吸収液中の吸収剤濃度を検出し、前記濃度の低下に応じて、ＣＯ₂吸収液の循環量を増大させ、その循環量に応じた前記再生塔における水蒸気量を調整する制御を行う制御手段とを具備することを特徴とするＣＯ₂回収装置にある。

第２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、再生する再生塔とを具備し、前記再生塔でＣＯ₂を除去したリーン溶液であるＣＯ₂吸収液を前記ＣＯ₂吸収塔で再利用するＣＯ₂回収装置であって、前記ＣＯ₂吸収液中の吸収剤濃度を検出し、前記濃度の増大に応じて、ＣＯ₂吸収液の循環量を減少させ、その循環量に応じた前記再生塔における水蒸気量を調整する制御を行う制御手段とを具備することを特徴とするＣＯ₂回収装置にある。

第３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、再生する再生塔とを具備し、前記再生塔でＣＯ₂を除去したリーン溶液であるＣＯ₂吸収液を前記ＣＯ₂吸収塔で再利用するＣＯ₂回収方法であって、前記ＣＯ₂吸収液中の吸収剤濃度を検出し、前記濃度の低下に応じて、ＣＯ₂吸収液の循環量を増大させ、その循環量に応じた前記再生塔における水蒸気量を調整する制御を行うことを特徴とするＣＯ₂回収方法にある。

第４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、再生する再生塔とを具備し、前記再生塔でＣＯ₂を除去したリーン溶液であるＣＯ₂吸収液を前記ＣＯ₂吸収塔で再利用するＣＯ₂回収方法であって、前記ＣＯ₂吸収液中の吸収剤濃度を検出し、前記濃度の増加に応じて、ＣＯ₂吸収液の循環量を減少させ、その循環量に応じた前記再生塔における水蒸気量を調整する制御を行うことを特徴とするＣＯ₂回収方法にある。

本発明によれば、吸収液の濃度の低下があった場合には、その低下した分の吸収液の循環量を増加させて、その増加した循環量に応じた水蒸気量とすることで、一日あたりのＣＯ₂回収量を所定値に常に維持することができる。

図１は、本発明の実施例に係るＣＯ₂回収装置の概略図である。 図２は、吸収量の流量とＣＯ₂回収量との関係図である。 図３は、水蒸気供給量のＣＯ₂回収量との関係図である。 図４は、従来のＣＯ₂回収装置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４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１に示すように、本発明の実施例に係るＣＯ₂回収装置１０は、ＣＯ₂を含有する排ガス１２とＣＯ₂吸収液１５とを接触させて前記排ガス１２中のＣＯ₂を除去するＣＯ₂吸収塔１６と、前記ＣＯ₂吸収塔１６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とを具備し、前記再生塔１８でＣＯ₂を除去したリーン溶液であるＣＯ₂吸収液１５を前記ＣＯ₂吸収塔１６で再利用するＣＯ₂回収装置であって、前記ＣＯ₂吸収液１５中の吸収剤濃度（Ｘ（Ｖｏｌ％））を検出し、前記吸収剤濃度の低下に応じて、ＣＯ₂吸収液１５の循環量を増大させ、その循環量に応じた前記再生塔１８における水蒸気量を調整する制御を行う制御手段とを具備するものである。なお、ＣＯ₂吸収塔１６の底部液溜まりには液レベルを計測するレベル計４１が設置され、必要に応じてＣＯ₂吸収液を補給液４２として供給するようにしている。

ここで、前記ＣＯ₂吸収液１５中の例えばアミン溶液等の吸収剤濃度が１０ｗｔ％低下したときに、循環率１００％を１０％増加させて循環率１１０％とし、その循環量に応じた前記再生塔１８における水蒸気量を調整するようにし、これに応じて再生塔１８における水蒸気量を３％程度増加する制御を図示しない制御装置により行う。

本発明では、特にＣＯ₂吸収液１５中の吸収剤濃度の自動計測ができない場合に用いて、好適である。

図２は吸収量の流量とＣＯ₂回収量との関係図である。
図２中、基準条件（Ａ）は、ＣＯ₂吸収液１５中の吸収剤濃度を１（吸収剤濃度基準条件）とした場合であり、低下条件（Ｂ）は、ＣＯ₂吸収液１５中の吸収剤濃度が１０％低下した場合（濃度が０．９倍となる）である。
ＣＯ₂回収量を所定条件（例えば１００ｔ／日）に維持する場合には、吸収液の循環流量が１．１倍となり、吸収液流量を１０％増大する必要があることがわかる。

図３は水蒸気供給量のＣＯ₂回収量との関係図である。
図３中、基準条件（Ａ）は、ＣＯ₂吸収液１５中の吸収剤濃度を１とした場合であり、低下条件（Ｂ）は、ＣＯ₂吸収液１５中の吸収剤濃度が１０％低下した場合（濃度が０．９倍となる）である。
ＣＯ₂回収量を所定条件（例えば１００ｔ／日）に維持する場合には、１．１倍となり、水蒸気供給量を１．０３倍（３％）増大する必要があることがわかる。

この結果、最適条件で一定のＣＯ₂回収量とし、一日あたりの回収量を所定値（例えば１００ｔ／日）に維持することができる。
これによって、回収ＣＯ₂あたりの水蒸気の消費量を最低にすることができる。

また、前記ＣＯ₂吸収液中の吸収剤濃度を検出し、前記濃度の増加に応じて、ＣＯ₂吸収液の循環量を減少させ、その循環量に応じた前記再生塔における水蒸気量を調整する制御を行うようにしてもよい。
この結果、ＣＯ₂吸収液中の吸収剤濃度を検出し、前記濃度の低下又は増加に応じて、ＣＯ₂吸収液の循環量を増加又は減少させる制御を行い、その循環量に応じた前記再生塔における水蒸気量を調整することで常に適切な水蒸気の使用とすることができる。

以上のように、本発明に係るＣＯ₂回収装置及び方法は、最適条件で一定のＣＯ₂回収量を維持でき、一日あたりのＣＯ₂回収量を所定値に常に維持することができ、長期間に亙ってのガス中のＣＯ₂処理に用いるのに適している。

１０ ＣＯ₂回収装置
１２ ＣＯ₂を含有する排ガス
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
４１ 液レベル計
４２ 補給液

Claims (4)

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、再生する再生塔とを具備し、前記再生塔でＣＯ₂を除去したリーン溶液であるＣＯ₂吸収液を前記ＣＯ₂吸収塔で再利用するＣＯ₂回収装置であって、
   前記ＣＯ₂吸収液中の吸収剤濃度を検出し、
   前記濃度の低下に応じて、ＣＯ₂吸収液の循環量を増大させ、その循環量に応じた前記再生塔における水蒸気量を調整する制御を行う制御手段とを具備することを特徴とするＣＯ₂回収装置。
2. 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、再生する再生塔とを具備し、前記再生塔でＣＯ₂を除去したリーン溶液であるＣＯ₂吸収液を前記ＣＯ₂吸収塔で再利用するＣＯ₂回収装置であって、
   前記ＣＯ₂吸収液中の吸収剤濃度を検出し、
   前記濃度の増大に応じて、ＣＯ₂吸収液の循環量を減少させ、その循環量に応じた前記再生塔における水蒸気量を調整する制御を行う制御手段とを具備することを特徴とするＣＯ₂回収装置。
3. 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、再生する再生塔とを具備し、前記再生塔でＣＯ₂を除去したリーン溶液であるＣＯ₂吸収液を前記ＣＯ₂吸収塔で再利用するＣＯ₂回収方法であって、
   前記ＣＯ₂吸収液中の吸収剤濃度を検出し、前記濃度の低下に応じて、ＣＯ₂吸収液の循環量を増大させ、その循環量に応じた前記再生塔における水蒸気量を調整する制御を行うことを特徴とするＣＯ₂回収方法。
4. 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、再生する再生塔とを具備し、前記再生塔でＣＯ₂を除去したリーン溶液であるＣＯ₂吸収液を前記ＣＯ₂吸収塔で再利用するＣＯ₂回収方法であって、
   前記ＣＯ₂吸収液中の吸収剤濃度を検出し、前記濃度の増加に応じて、ＣＯ₂吸収液の循環量を減少させ、その循環量に応じた前記再生塔における水蒸気量を調整する制御を行うことを特徴とするＣＯ₂回収方法。

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