JP2010279897A - Ｃｏ２回収装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＯ₂吸収液中に巻き込まれる気泡を抑制することができるＣＯ₂回収装置を提供する。
【解決手段】ＣＯ₂とＯ₂とを含有する排ガス１２とＣＯ₂吸収液１５とを接触させて排ガス１２中のＣＯ₂を除去するＣＯ₂吸収塔１６と、ＣＯ₂吸収塔１６でＣＯ₂を吸収したＣＯ₂吸収液（リッチ溶液）１７中のＣＯ₂を除去し、再生する再生塔と、再生塔でＣＯ₂を除去した再生ＣＯ₂吸収液（リーン溶液）１５をＣＯ₂吸収塔１６で再利用するＣＯ₂回収装置であって、前記ＣＯ₂吸収塔１６の底部１６ａ側の下部液溜部５０内に、吸収液中の気泡を凝集する気泡凝集部材５１が配設されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＣＯ₂吸収液に同伴する酸素の量を軽減し、再生塔で再生した際のＣＯ₂ガス中に含まれる酸素濃度の低減を図ったＣＯ₂回収装置に関する。

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２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と交向流接触し、排ガス１２中のＣＯ₂は、化学反応（Ｒ−ＮＨ₂＋Ｈ₂Ｏ＋ＣＯ₂→Ｒ−ＮＨ₃ＨＣＯ₃）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、発熱反応を生じて、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２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を含有する排ガス１２とＣＯ₂吸収液１５とをＣＯ₂吸収塔１６内で接触させると、ＣＯ₂吸収塔底部には、ＣＯ₂吸収塔内を流下したＣＯ₂吸収液に気泡が巻き込まれ、この気泡を巻き込んだ状態でリッチ溶液１７が貯留される。
この気泡には排ガス中の成分である酸素（Ｏ₂）を含むため、一般に吸収液中に溶解した酸素の溶存酸素の濃度が約２５ｐｐｍ程度であるのに対し、吸収液中に巻き込まれた気泡中の酸素濃度は約１００ｐｐｍ程度にまで増加する。

酸素を含有したＣＯ₂がパイプラインにて送出される際、別のＣＯ₂源からＨ₂Ｓを含んだＣＯ₂が混入すると、Ｈ₂ＳとＯ₂とが反応して固体の硫黄（Ｓ）が析出することがあり、酸素（Ｏ₂）をできるだけ低減することが求められている。

また、石油増進回収法（ＥＯＲ：Enhanced Oil Recovery）を用いて油田中に圧入する際には、酸素の存在により設備の腐食の発生があり、さらに回収されたＣＯ₂ガスを化学用途として利用する場合には、酸素の混入は触媒の劣化等の問題があり、極力除去することが切望されている。

従来では、吸収液からの酸素の除去を行うために、フラッシュタンク及び真空ポンプを用いることが提案されている（特許文献２）。

特開平３−１９３１１６号公報 特表２００４−５２４１４７号公報

しかしながら、従来の特許文献２に係る酸素除去技術においては、フラッシュタンク及び真空ポンプ等の除去装置が別途必要となり、その設備費用及び除去エネルギーが必要となり、費用がかかるという問題がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、ＣＯ₂吸収液中に巻き込まれる気泡を抑制することができるＣＯ₂回収装置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とＯ₂と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ＣＯ₂吸収塔の下部液溜部内に、ＣＯ₂吸収液中への気泡を凝集させる気泡凝集部材が配設されてい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、前記気泡巻込み防止部材が、ワイヤ材料又は繊維状材料の集合体、充填材、焼結金属のいずれか一種であ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又は２の発明において、前記気泡巻込み防止部材が、液溜部内の液面近傍又は液面下に浸漬されていることを特徴とするＣＯ₂回収装置にある。

本発明によれば、気泡巻込み防止部材を設けることにより、ＣＯ₂吸収塔の下部の液溜部に落下するＣＯ₂吸収液中に含まれる微細な気泡を凝集させることとなり、結果として微細な気泡を凝集させて、大きくすると共に、浮上させて取り除き、再生塔側へのガス成分の持ち出しを大幅に低減することができる。

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。図中、前記図２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吸収塔１６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とＯ₂とを含有する排ガス１２と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中のＣＯ₂を除去するＣＯ₂吸収塔１６と、ＣＯ₂吸収塔１６でＣＯ₂を吸収したＣＯ₂吸収液（以下、「リッチ溶液」ともいう。）１７中のＣＯ₂を除去し、再生する再生塔と、再生塔でＣＯ₂を除去した再生ＣＯ₂吸収液（以下、「リーン溶液」ともいう。）１５をＣＯ₂吸収塔１６で再利用するＣＯ₂回収装置であって、前記ＣＯ₂吸収塔１６の底部１６ａ側の下部液溜部５０内に、吸収液中の気泡を凝集させる気泡凝集部材５１が配設されているものである。

この気泡凝集部材５１は、吸収塔１６の底部側の下部液溜部５０の液面近傍又は液面下に浸漬するように設置するようにすればよい。

この気泡凝集部材５１を設けることにより、下部液溜部５０に落下する吸収液中に含まれる微細な気泡を凝集させることとなり、結果として微細な気泡を凝集させて、大きくすると共に、浮上させて、下部液溜部５０内から取り除くこととなる。
その結果、再生塔に送込まれるリッチ溶液１７中に気泡が存在しなくなるので、酸素は溶存酸素のみとなることとなる。

この気泡凝集部材５１としては、例えばワイヤ状のワイヤメッシュ部材（例えば気体中のミストを凝集させるデミスタ等を例示することができる。）や、繊維状の繊維集合部材（例えば気体中のミストを凝集させるコアレッサー等を例示することができる。）等を挙げることができる。
また、ワイヤ材料又は繊維状材料の集合体（積層体も含む）以外には、例えば充填材又は焼結金属を挙げることができる。

このような材料の気泡凝集部材５１を設置することにより、吸収液中の微細な気泡を凝集させて、浮上させることができる。すなわち、吸収液中の微細な気泡を凝集させて、浮上させることとなるので、再生塔への気泡の持ち出し量を極力低減することができる。よって、排ガス１２中に含まれるガス成分の酸素（Ｏ₂）及び窒素（Ｎ₂）を除去して、再生塔側へのガス成分の持ち出しを大幅に低減することができる。

以上、本実施例に係るＣＯ₂回収装置は、ＣＯ₂吸収塔１６の下部液溜部５０内に気泡巻込防止部材５１を配設してなるので、吸収液１５中に巻き込まれた気泡を凝集させて除去することができる。この結果、再生塔に送られるリッチ溶液１７中の酸素は溶存酸素のみとなり、再生塔から回収されたＣＯ₂ガス中に含まれる酸素濃度を低減することができる。このため、再生塔から回収されるＣＯ₂ガスを圧縮する際に硫黄成分が析出するのを抑制することができる。また、ＣＯ₂ガスを化学用途として用いる場合には、触媒の劣化等の問題が解消される。

［試験例］
ＣＯ₂吸収塔１６の下部液溜部５０内に気泡凝集部材５１を配置させ、アミン系のＣＯ₂吸収液を用いて、排ガス中のＣＯ₂を除去する際に、酸素濃度を計測したところ、気泡凝集部材５１を設置する以前は、リッチ溶液１７中の酸素濃度が、５４ｐｐｍであったものが、気泡凝集部材５１を設置することで１６ｐｐｍ程度に低減し、約７０％の酸素を除去することができた。

以上のように、本発明に係るＣＯ₂回収装置は、吸収塔内において、排ガス中に含まれるガス成分の酸素（Ｏ₂）及び窒素（Ｎ₂）を除去して、再生塔側へのガス成分の持ち出しを大幅に低減し、再生塔から回収されるＣＯ₂ガス中の酸素濃度を低減し、例えばＣＯ₂ガスを圧縮する際に硫黄成分（Ｓ）が析出するのを防止することに用いるのに適している。

１２ ＣＯ₂とＯ₂とを含有する排ガス
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
５０ 下部液溜部
５１ 気泡凝集部材

Claims (3)

1. ＣＯ₂とＯ₂と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ＣＯ₂吸収塔の下部液溜部内に、ＣＯ₂吸収液中への気泡を凝集させる気泡凝集部材が配設されていることを特徴とするＣＯ₂回収装置。
2. 請求項１において、
   前記気泡巻込み防止部材が、ワイヤ材料又は繊維状材料の集合体、充填材、焼結金属のいずれか一種であることを特徴とするＣＯ₂回収装置。
3. 請求項１又は２において、
   前記気泡巻込み防止部材が、液溜部内の液面近傍又は液面下に浸漬されていることを特徴とするＣＯ₂回収装置。

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