JP2014018759A

JP2014018759A - Ｃｏ２回収システム

Info

Publication number: JP2014018759A
Application number: JP2012161239A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Seiki; 義夫清木; Koji Horizoe; 浩司堀添; Atsuhiro Yukimoto; 敦弘行本; Haruaki Hirayama; 晴章平山; Masaki Yushima; 昌記湯島
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2012-07-20
Filing date: 2012-07-20
Publication date: 2014-02-03
Anticipated expiration: 2032-07-20
Also published as: US9248399B2; WO2014013938A1; JP6066605B2; US20150135960A1

Abstract

【課題】二酸化炭素圧縮動力の軽減を図るＣＯ₂回収システムを提供する。
【解決手段】高圧ガス１１中のＣＯ₂を除去する高圧吸収塔１３と、高圧吸収塔からのリッチ溶液１４から、ＣＯ₂の一部を遊離してセミリーン溶液１９とする高圧再生塔１５と、セミリーン溶液を高圧吸収塔に送液する第１の送液ラインと、送液ラインからセミリーン溶液の一部を分岐する分岐ラインと、セミリーン溶液をフラッシュするフラッシュドラム２１とを具備し、高圧再生塔からその耐熱温度以下のセミリーン状態で抜出し、該セミリーン溶液を、高圧吸収塔の中段に導入して吸収液として再利用し、分岐したセミリーン溶液の一部１９ａをフラッシュドラム２１でフラッシュして、常圧のリーン溶液１８とし、高圧吸収塔１３の塔頂から導入して吸収液として再利用し、高圧再生塔１５で分離された高圧ＣＯ₂ガスを所定圧縮圧力の圧縮機１６Ｈへ導入する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガス中の二酸化炭素を吸収すると共に、二酸化炭素圧縮動力の軽減を図るＣＯ₂回収システムに関する。

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、ボイラの排ガスをアミン化合物水溶液などのアミン系吸収液と接触させ、排ガス中のＣＯ₂を除去し回収する方法が精力的に研究されている。

従来、特許文献１では、吸収液との気液接触によりＣＯ₂が吸収除去された脱炭酸排ガスに対して洗浄液を気液接触させることで、脱炭酸排ガスに同伴されたアミン化合物を回収する水洗部を複数段設け、この複数段の水洗部にて、順次、脱炭酸排ガスに同伴するアミンの回収処理を行うことが示されている。

また、従来、特許文献２では、吸収液との気液接触によりＣＯ₂が吸収除去された脱炭酸排ガスを冷却する冷却部と、冷却部で凝縮した凝縮水と脱炭酸排ガスとを向流接触させる接触部を設けたものが示されている。さらに、特許文献２では、脱炭酸排ガスに同伴されたアミン化合物を回収する水洗部を設けたものが示され、洗浄液は、ＣＯ₂が回収される前の排ガスを冷却する冷却塔で凝縮された凝縮水が用いられている。

特開２００２−１２６４３９号公報特開平８−８０４２１号公報

しかしながら、近年では、環境保全の見地から、処理ガス流量の多い火力発電所などの排ガスに対して、ＣＯ₂回収装置を設置する場合、除去される二酸化炭素量が多量であることから、例えば地中に埋設する場合におけるその圧縮に係る動力の軽減を図ることが、二酸化炭素回収プラントにおいて、切望されている。

本発明は、前記問題に鑑み、ガス中の二酸化炭素を吸収すると共に、二酸化炭素圧縮動力の軽減を図るＣＯ₂回収システムを提供することを課題とする。

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を含有する高圧ガスとＣＯ₂吸収液とを接触させてＣＯ₂を除去する高圧吸収塔と、該高圧吸収塔から第１の送液ラインを介して導入され、ＣＯ₂を吸収した高圧のリッチ溶液からＣＯ₂の一部を遊離して部分再生してセミリーン溶液とする高圧再生塔と、前記高圧再生塔の塔底部から抜出したセミリーン溶液を分岐する分岐ラインとを具備し、前記高圧再生塔の底部から、部分再生したＣＯ₂吸収液を、その耐熱温度以下のセミリーン溶液状態で抜出し、該抜出したセミリーン溶液の一部を、前記高圧吸収塔の中段に第２送液ラインを介して導入して、吸収液として再利用し、抜出したセミリーン溶液の残部を、分岐ラインを介して、フラッシュドラムに導入して、常圧のリーン溶液とし、該リーン溶液を昇圧した後、第３の送液ラインを介して高圧吸収塔の塔頂から導入して、吸収液として再利用し、前記高圧再生塔で分離された高圧ＣＯ₂ガスを所定圧縮圧力のＣＯ₂圧縮装置へ導入すると共に、前記フラッシュドラムで分離された低圧ＣＯ₂ガスを所定圧縮圧力のＣＯ₂圧縮装置へ導入することを特徴とするＣＯ₂回収システムにある。

第２の発明は、第１の発明において、前記高圧吸収塔と高圧再生塔との間に、イナートガスを分離するイナートガス分離器と、分離されたイナートガスを高圧吸収塔へ導入するイナートガス導入ラインとを有することを特徴とするＣＯ₂回収システムにある。

本発明によれば、高圧再生塔では、高圧リッチ溶液が所定の圧縮圧力においてに導入され、高圧リッチ溶液中の二酸化炭素（ＣＯ₂）の一部を遊離させ、高圧リッチ溶液を部分再生したセミリーン溶液として、吸収液の耐熱温度以下で塔底部から排出している。分離された所望圧力の高圧ＣＯ₂ガスは、高圧再生塔のガス流れ後流側に設置されるＣＯ₂を圧縮するＣＯ₂圧縮装置の圧縮器へ導入する。これにより、吸収液の劣化が抑制されると共に、従来のような高圧再生塔から排出されるＣＯ₂ガスを圧縮する際の圧縮動力の大幅な節約となり、また圧縮設備の規模の軽減を図ることができる。

図１は、実施例１に係るＣＯ₂回収システムの概略図である。図２は、実施例１に係るＣＯ₂回収システムの概略図である。図３は、実施例２に係るＣＯ₂回収システムの概略図である。

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、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。また、下記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。

本発明による実施例に係るＣＯ₂回収システムについて、図面を参照して説明する。
図１及び２は、実施例１に係るＣＯ₂回収システムの概略図である。図１に示すように、本実施例に係るＣＯ₂回収システム１０Ａは、ＣＯ₂を含有する高圧ガス１１とＣＯ₂吸収液１２とを接触させてＣＯ₂を除去する高圧吸収塔１３と、高圧吸収塔１３から高圧再生塔１５側へ送液する第１の送液ラインＬ₁₀を介して導入されるＣＯ₂を吸収した高圧のリッチ溶液１４からＣＯ₂の一部を遊離して部分再生してセミリーン溶液１９とする高圧再生塔１５と、高圧再生塔１５の塔底部から抜出したセミリーン溶液１９を高圧吸収塔１３に送液する第２の送液ラインＬ₁₁と、第２の送液ラインＬ₁₁からセミリーン溶液１９の一部１９ａを分岐する分岐ラインＬ₁₂と、分岐ラインＬ₁₂に設けられ、セミリーン溶液をフラッシュするフラッシュドラム２１と、を具備し、高圧再生塔１５の底部から、部分再生したＣＯ₂吸収液を、その耐熱温度以下のセミリーン溶液１９の状態で抜出し、抜出したセミリーン溶液１９を、第２の送液ラインＬ₁₁を介して、高圧吸収塔１３の中段に導入して、吸収液として再利用し、分岐ラインＬ₁₂で分岐したセミリーン溶液の一部１９ａを、フラッシュドラム２１でフラッシュして、常圧のリーン溶液１８とし、該リーン溶液１８を、昇圧した後高圧吸収塔１３の塔頂から導入して、吸収液として再利用し、高圧再生塔１５で分離された気体成分の高圧のＣＯ₂ガス２２Ｈを所定圧縮圧力の高圧圧縮機１６Ｈへ導入すると共に、フラッシュドラム２１で分離された気体成分の低圧のＣＯ₂ガス２２Ｌを所定圧縮圧力の低圧圧縮機１６Ｌへ導入するものである。

二酸化炭素（ＣＯ₂）を含有する高圧ガス１１は、高圧吸収塔１３において、例えばアルカノールアミンをベースとするＣＯ₂吸収液（アミン溶液）１２と対向流接触し、ガス１１中のＣＯ₂はＣＯ₂吸収液１２に吸収され、高圧ガス１１からＣＯ₂を除去する。そして、ＣＯ₂を吸収したＣＯ₂吸収液である高圧リッチ溶液１４は、高圧再生塔１５においてＣＯ₂の一部を遊離し、セミリーン溶液１９状態として再生される。

ここで、図１中、符号Ｌ₁₃はフラッシュドラム２１で分離したリーン溶液１８を高圧吸収塔１３の塔頂側へ送液する第３の送液ライン、Ｌ₁₄は低圧のＣＯ₂ガス２２Ｌをフラッシュドラム２１から気液分離器２３側へ送液するガス送出ライン、Ｌ₁₅は気液分離器２３からの回収したリーン溶液１８の一部１８ａを第３の送液ラインＬ₁₃へ戻す戻し液ライン、Ｌ₁₆は高圧再生塔１５の塔頂からの高圧のＣＯ₂ガス２２Ｈを高圧圧縮機１６Ｈへ送出するガス送出ライン、Ｌ₁₇は気液分離器２３からの低圧ＣＯ₂ガス２２Ｌを低圧圧縮機１６Ｌへ送出するガス送出ライン、Ｌ₁₈はＣＯ₂圧縮装置１６で圧縮された圧縮ＣＯ₂を地中へ導入する導入ライン、３１はＣＯ₂が除去された浄化ガス、３２は第２の送液ラインＬ₁₁に介装されたリッチ溶液１４の送液ポンプ、３３は高圧リッチ溶液１４とセミリーン溶液１９とを熱交換する熱交換器、３６は高圧再生塔上部の水蒸気凝縮水３４を冷却水３５で冷却する冷却器コデンサ、３７はセミリーン溶液１９の一部１９ａを再熱するリボイラ、３８はリボイラへ供給する飽和水蒸気、３９は水蒸気凝縮水、４１は分岐ラインＬ₁₂に介装される減圧弁、４２はリーン溶液を昇圧する昇圧ポンプ、４３はリーン溶液を冷却する冷却手段を各々図示する。

高圧ガス１１が高圧吸収塔１３に導入され、高圧ガス１１中に含まれるＣＯ₂をＣＯ₂吸収液１２で吸収させて高圧のリッチ溶液１４として、高圧吸収塔１３の底部から排出される。その後高圧のリッチ溶液１４は、送液ポンプ３２により高圧の高圧再生塔１５に送られ、この高圧再生塔１５においてＣＯ₂の一部を遊離し、セミリーン溶液１９の状態として再生される。

ここで、高圧再生塔１５内において、リーン溶液１８まで完全再生させると、吸収液の耐熱温度（例えば１２０℃）以上となるので、高圧再生塔１５での再生は部分再生に留め、セミリーン溶液１９の状態で排出させる必要がある。

ＣＯ₂を含む高圧ガス１１としては、例えば肥料合成用の高圧ガス、高圧天然ガス等（ガス圧力：例えば３，０００ｋＰａＧ）を例示することができる。

よって、このような高圧ガス１１を用いて高圧吸収塔１３でＣＯ₂を吸収した高圧のリッチ溶液１４は、高圧再生塔１５に所定の圧縮圧力においてに導入され、高圧のリッチ溶液１４中の二酸化炭素（ＣＯ₂）の一部が遊離され、高圧のリッチ溶液１４を部分再生したセミリーン溶液１９として、塔底部から排出される。

高圧再生塔１５の塔頂部から分離される所望圧力（例えば３３０ｋＰａＧ）の高圧ＣＯ₂ガス２２Ｈは、ガス送出ラインＬ₁₆を介して、ＣＯ₂圧縮装置１６の高圧圧縮機１６Ｈへ送られる。

本実施例では、高圧再生塔１５の底部から、部分再生したＣＯ₂吸収液を、その耐熱温度(例えば１２０℃)以下のセミリーン状態で抜出すので、吸収液の劣化が生じることがない。

抜出されたセミリーン溶液１９は、第２の送液ラインＬ_1１を介して、高圧吸収塔１３の中段に導入して、吸収液として再利用される。
ここで、高圧吸収塔１３の中段に導入するのは、塔頂からはリーン溶液１８を導入しているので、塔中段辺りでは、ＣＯ₂を部分吸収したセミリッチ状態となる。導入するセミリーン溶液１９は、このセミリッチ溶液と同質の吸収液となっているので、中段辺りに導入するのが良いこととなる。

一方、分岐ラインＬ₁₂で分岐したセミリーン溶液１９の一部１９ａは、フラッシュドラム２１に導入され、ここでフラッシュして、常圧のリーン溶液１８に気液分離される。
このリーン溶液１８は、昇圧ポンプ４２で昇圧された後、高圧吸収塔１３の塔頂から導入され、吸収液として再利用される。
なお、高圧吸収塔１３の塔頂部から導入されるリーン溶液１８の導入量は少ないので、高圧吸収塔１３の上部側の塔本体の寸法を小さくすることができ、吸収塔のコンパクト化を図ることができる。

ここで、分岐する量としては、高圧吸収塔１３へ導入する量と分岐する量とは、モル比で８：２程度としている。

この分岐されたセミリーン溶液の一部１９ａは、フラッシュドラム２１で気液分離される。分離された低圧ＣＯ₂ガス２２Ｌは、ガス送出ラインＬ₁₄を介して気液分離器２３に送られ、ここでフラッシュした際のガスに同伴される吸収液をリーン溶液１８ａとして分離し、ガス送出ラインＬ₁₇を介して低圧圧縮機１６Ｌへ送られる。分離された吸収液であるリーン溶液１８は、リーン溶液を送給する第３の送液ラインＬ₁₃側に戻される。

図２は、本実施例の一例のガスの温度及び圧力を例示するＣＯ₂回収装置の概略図である。
高圧のリッチ溶液１４を高圧再生塔１５へ導入し、ＣＯ₂の一部を遊離させ、部分再生吸収液Ｂとし、この部分再生吸収液は高圧再生塔１５の底部から吸収液の耐熱温度（例えば１２０℃）以下で排出される。

高圧再生塔の塔頂からは、遊離された高圧ＣＯ₂ガス２２Ｈが、ガス圧力が３３０ｋＰａＧ、４０℃でガス送出ラインＬ₁₆を介して高圧圧縮機１６Ｈへ、全ＣＯ₂量の９３％が送出される。
またフラッシュドラムから放出される低圧ＣＯ₂ガス２２Ｌは、ガス圧力が５０ｋＰａＧ、４０℃でガス送出ラインＬ₁₇を介して低圧圧縮機１６Ｌへ残りの７％が送出される。

高圧再生塔１５の底部からのセミリーン溶液１９は、その温度が１２０℃、圧力３５５ｋＰａＧであり、吸収液を構成するアミン溶液の劣化温度以下であるので、吸収液の劣化がない。

これに対し、従来のような高圧リッチ溶液を直接高圧再生塔内へ導入して、全量を再生する場合、高圧再生塔内でＣＯ₂を放出して再生されたリーン溶液は、底部から１５０℃程度又はそれ以上の温度及び３８０ｋＰａＧの圧力で排出されるので、リーン溶液が高温状態となり、吸収液の組成であるアミン溶液が劣化していた。

このように、本実施例によれば、高圧再生塔１５に高圧のリッチ溶液１４を導入し、高圧リッチ溶液１４に吸収されているＣＯ₂の一部を遊離させて高圧ＣＯ₂ガス２２Ｈとして塔頂部から放出し、この放出された高圧ＣＯ₂ガス２２Ｈは、高圧再生塔１５のガス流れ後流側に設置されるＣＯ₂を圧縮するＣＯ₂圧縮装置１６の高圧圧縮機１６Ｈへ導入することとしている。
これにより、従来のような高圧再生塔１５から排出されるＣＯ₂ガスを圧縮する際の圧縮動力の大幅な節約となり、また圧縮設備の規模の軽減を図ることができる。

本発明による実施例に係るＣＯ₂回収システムについて、図面を参照して説明する。図３は、実施例１に係るＣＯ₂回収システムの概略図である。なお、実施例１と同一構成部材については、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、本実施例に係るＣＯ₂回収システム１０Ｂは、図１に示す実施例１の本実施例に係るＣＯ₂回収システム１０Ａにおいて、送液ポンプ３２と熱交換器３３との間に、イナートガス分離器５０を設置している。

イナートガスが存在すると非凝縮ガスであるので、ＣＯ₂ガスの圧縮純度の向上を図ることができない。そこで、本実施例では、高圧再生塔１５の前流側において、高圧リッチ溶液１４中に存在（０．１ｗｔ％以下）するイナートガス（Ｎ₂、Ｈ₂等）を除去するようにしている。除去されたイナートガス５１は、イナートガス循環ラインＬ₂₀により、高圧吸収塔１３に再度循環させている。イナートガス循環ラインＬ₂₀には、冷却器５２、気液分離器５３及び圧縮器５４が介装されている。

このイナートガス分離器５０を設けて、イナートガス５１を除いているので、圧縮ＣＯ₂回収ガスの純度が向上する。

本実施例では、フラッシュドラムを用いて、気液分離を行っているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば蒸留塔、分離カラム等を用いて気液分離を行うようにしてもよい。

１０Ａ〜１０ＢＣＯ₂回収システム
１１高圧ガス
１２ＣＯ₂吸収液
１３高圧吸収塔
１４リッチ溶液
１５高圧再生塔
１６ＣＯ₂圧縮装置
１６Ｈ高圧圧縮器
１６Ｌ低圧圧縮器
１８リーン溶液
２１フラッシュドラム
２２Ｈ高圧ＣＯ₂ガス
２２Ｌ低圧ＣＯ₂ガス

Claims

ＣＯ₂を含有する高圧ガスとＣＯ₂吸収液とを接触させてＣＯ₂を除去する高圧吸収塔と、
該高圧吸収塔から第１の送液ラインを介して導入され、ＣＯ₂を吸収した高圧のリッチ溶液からＣＯ₂の一部を遊離して部分再生してセミリーン溶液とする高圧再生塔と、
前記高圧再生塔の塔底部から抜出したセミリーン溶液を分岐する分岐ラインとを具備し、
前記高圧再生塔の底部から、部分再生したＣＯ₂吸収液を、その耐熱温度以下のセミリーン溶液状態で抜出し、
該抜出したセミリーン溶液の一部を、前記高圧吸収塔の中段に第２送液ラインを介して導入して、吸収液として再利用し、
抜出したセミリーン溶液の残部を、分岐ラインを介して、フラッシュドラムに導入して、常圧のリーン溶液とし、該リーン溶液を昇圧した後、第３の送液ラインを介して高圧吸収塔の塔頂から導入して、吸収液として再利用し、
前記高圧再生塔で分離された高圧ＣＯ₂ガスを所定圧縮圧力のＣＯ₂圧縮装置へ導入すると共に、
前記フラッシュドラムで分離された低圧ＣＯ₂ガスを所定圧縮圧力のＣＯ₂圧縮装置へ導入することを特徴とするＣＯ₂回収システム。
請求項１において、
前記高圧吸収塔と高圧再生塔との間に、イナートガスを分離するイナートガス分離器と、分離されたイナートガスを高圧吸収塔へ導入するイナートガス導入ラインとを有することを特徴とするＣＯ₂回収システム。