JP5591083B2

JP5591083B2 - Ｃｏ２回収システム

Info

Publication number: JP5591083B2
Application number: JP2010268865A
Authority: JP
Inventors: 正樹飯嶋; 雅彦辰巳; 靖幸八木
Original assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2010-12-01
Filing date: 2010-12-01
Publication date: 2014-09-17
Anticipated expiration: 2030-12-01
Also published as: EP2659949A1; AU2011338127A1; CA2894307C; WO2012073553A1; US8728220B2; AU2011338127B2; EP3708241B1; CA2894307A1; EP2659949B1; JP2012115780A; CA2814354C; EP3708241A1; EP2659949A4; US20130192470A1; CA2814354A1

Description

本発明は、排ガス中に含まれるＣＯ₂を除去する吸収液を用いたＣＯ₂回収システムに関する。

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。これに伴い尿素等の原料(化学用途)、原油増産、及び地球温暖化対策として、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。

大量の燃焼排ガス中のＣＯ₂を回収・貯蔵する実用的な方法として、例えばアミン水溶液等のＣＯ₂吸収液と接触させる化学吸収法がある。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、ＣＯ₂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吸収液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ＣＯ₂吸収塔に循環して再使用するものが採用されている（特許文献１）。

この従来の化学吸収法によるＣＯ₂回収装置の運転は、吸収液再生塔において高温のスチーム等でアミン水溶液とＣＯ₂とを分離させているが、このスチーム（エネルギー）の消費を最小化させる必要があった。そのため、これまで、二種類以上の異なるＣＯ₂吸収液を混合して用いる方法（特許文献２、３）、ＣＯ₂吸収液を送給するプロセスを改良する方法が検討されていた（特許文献４）。

特開平７−５１５３７号公報特開２００１−２５６２７号公報特開２００５−２５４２１２号公報米国特許第６８００１２０号明細書

しかしながら、上述のＣＯ₂吸収液を用いて燃焼排ガスのようなＣＯ₂を含有する排ガスからＣＯ₂を吸収除去・回収するシステムにおいては、燃焼設備に付加して設置されるため、その操業費用もできるだけ低減させる必要がある。特に吸収液を再生する吸収液再生塔においては、多量の熱エネルギーを消費するので、スチームのエネルギーをより軽減し、可能な限り省エネルギー化が可能なプロセスとする必要がある。

また、従来のＣＯ₂回収システムが大型化し、ＣＯ₂回収量が１日当たり例えば１０００ｔ以上の処理量となると、再生工程において要するリボイラの熱エネルギーも多量に消費することになるため、スチームのエネルギーをより軽減し、省エネルギー化を図る必要がある。

本発明は、前記問題に鑑み、リボイラの熱エネルギーをより軽減し、省エネルギー化を図る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、冷却されたＣＯ₂を含有する排ガスとＣＯ₂を吸収するＣＯ₂吸収液とを接触させて前記排ガスからＣＯ₂を除去するＣＯ₂吸収塔と、ＣＯ₂を吸収したＣＯ₂吸収液からＣＯ₂を放出させて吸収液を再生する第１の吸収液再生塔と、第１の吸収液再生塔から排出された第１リーン溶液から残存するＣＯ₂を放出させて吸収液を再生する第２の吸収液再生塔と、第２の吸収液再生塔から排出された第２リーン溶液をフラッシュさせるフラッシュドラムと、該フラッシュドラムで発生した蒸気を第１の吸収液再生塔に投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、第１のリーン溶液と前記フラッシュドラムでフラッシュさせた第３のリーン溶液とを熱交換するリーン・リーン溶液熱交換器を有することを特徴とするＣＯ₂回収システムにある。

第３の発明は、第１の発明において、第１の吸収液再生塔の塔内部を鉛直軸方向の中間部分で、セミリーン溶液を抜き出すポートと、セミリーン溶液が抜き出され、抜き出しポートより底部側の戻し入れポートに戻しいれる循環ラインと、循環ラインに介装され、フラッシュドラムでフラッシュさせた第３のリーン溶液とセミリーン溶液とが熱交換するセミリーン・リーン溶液熱交換器と、を有することを特徴とするＣＯ₂回収システムにある。

第４の発明は、第１の発明において、第１のリーン溶液と、フラッシュドラムでフラッシュさせた第３のリーン溶液とが熱交換するリーン・リーン溶液熱交換器と、第１の吸収液再生塔の塔内部を鉛直軸方向の中間部分で、セミリーン溶液を抜き出すポートと、セミリーン溶液が抜き出され、抜き出しポートより底部側の戻し入れポートに戻しいれる循環ラインと、循環ラインに介装され、前記第３のリーン溶液とセミリーン溶液とが熱交換するセミリーン・リーン溶液熱交換器と、を有することを特徴とするＣＯ₂回収システムにある。

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、ＣＯ₂を含有する排ガスを冷却水によって冷却する冷却塔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、ＣＯ₂を吸収したＣＯ₂吸収液（リッチ溶液）からＣＯ₂を放出させて吸収液を再生する第１の吸収液再生塔及び第２の吸収液再生塔とを有し、第２の吸収液再生塔出口の第２リーン溶液を減圧フラッシュさせ、そのフラッシュ蒸気を第１の吸収液再生塔に投入することで、リボイラの熱エネルギーをより軽減し、省エネルギー化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に係る第１の吸収液再生塔及び第２の吸収液再生塔の要部を示す図である。図３は、実施例２に係る第１の吸収液再生塔及び第２の吸収液再生塔の要部を示す図である。図４は、実施例３に係る第１の吸収液再生塔及び第２の吸収液再生塔の要部を示す図である。図５は、実施例４に係る第１の吸収液再生塔及び第２の吸収液再生塔の要部を示す図である。図６は、従来技術に係る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、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。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は、ＣＯ₂回収システムの概略図である。
図１に示すように、ＣＯ₂回収システム１０は、例えばボイラ１１やガスタービン等の産業設備から排出されたＣＯ₂を含有する排ガス１２を冷却水１３によって冷却する冷却塔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１５とを接触させて前記排ガス１２からＣＯ₂を除去するＣＯ₂吸収塔１６と、ＣＯ₂を吸収したＣＯ₂吸収液（リッチ溶液）１７からＣＯ₂を放出させて第１のリーン吸収液（第１のリーン溶液）１５Ａを再生する第１の吸収液再生塔１８−１及び第２のリーン吸収液（第２のリーン溶液）１５Ｂを再生する第２の吸収液再生塔１８−２とを有する。
このシステムでは、第１の吸収液再生塔１８−１でＣＯ₂を除去した第１のリーン溶液１５Ａは、第２の吸収液再生塔１８−２に送られ、ここで、再度ＣＯ₂を除去して第２のリーン溶液１５Ｂとし、その後、フラッシュドラム５０で減圧フラッシュさせることで、気体側の水蒸気５２を第１の吸収液再生塔１８−１の熱源として利用し、フラッシュドラム５０でフラッシュさせた液体側は、第３のリーン吸収液（第３のリーン溶液）１５Ｃとし、その後冷却されて、ＣＯ₂吸収塔１６側に送られ再度排ガス１２中のＣＯ₂を吸収するＣＯ₂吸収液１５として利用する。

このＣＯ₂回収システムを用いたＣＯ₂回収方法では、まずＣＯ₂を含有する排ガス１２は、排ガス送風機２０により昇圧された後、冷却塔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。
ＣＯ₂吸収塔１６は、塔内部に充填部１６Ａ、１６Ｂが設けられ、塔下部に配設される充填部１６Ａで排ガス１２とＣＯ₂吸収液１５との対向接触効率を向上させている。塔上部に配設される充填部１６Ｂでは、排ガス１２と冷却水１９との対向接触効率を向上させている。

前記ＣＯ₂吸収塔１６において、排ガス１２は例えばアミン系の吸収液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、ＣＯ₂が除去された浄化排ガス２１は系外に放出される。ＣＯ₂を吸収したＣＯ₂吸収液１７は「リッチ溶液」とも呼称される。このリッチ溶液１７は、リッチソルベントポンプ２２により昇圧され、リッチ・リーン溶液熱交換器２３において、再生された第３のリーン吸収液１５Ｃとの熱交換により加熱され、その後、第１の吸収液再生塔１８−１に供給される。
リッチ溶液１７は、ＣＯ₂吸収塔１６からリッチ溶液供給ラインＬ₁により第１の吸収液再生塔１８−１に供給されている。また、第３のリーン溶液１５Ｃは、第２の吸収液再生塔１８−２からフラッシュドラム５０でフラッシュさせた後のリーン溶液供給ラインＬ₂によりリーン溶液ポンプ５３を介してＣＯ₂吸収塔１６に供給されている。リッチ・リーン溶液熱交換器２３は両者の交差点に設けられている。
なお、フラッシュドラムでフラッシュさせた第３のリーン溶液１５Ｃは、リーンソルベントクーラ３１により冷却され、ＣＯ₂吸収液１５としてＣＯ₂吸収塔１６内に導入されている。

図２は、第１の吸収液再生塔１８−１及び第２の吸収液再生塔１８−２の要部を示す図である。
リッチ・リーン溶液熱交換器２３により熱交換されたリッチ溶液１７は、第１の吸収液再生塔１８−１の上部から塔内部に導入され、第１の吸収液再生塔１８−１内を流下する際に、水蒸気５２による吸熱反応を生じて、大部分のＣＯ₂を放出し、再生される。第１の吸収液再生塔１８−１内で一部または大部分のＣＯ₂を放出した吸収液は「セミリーン溶液」と呼称される。このセミリーン溶液は、第１の吸収液再生塔１８−１の下部に至る頃には、大部分のＣＯ₂が除去された第１のリーン溶液１５Ａとなる。

ついで、第１の吸収液１５Ａは、第２の吸収液再生塔１８−２に導入され、第２の吸収液再生塔１８−２内を流下する際に、水蒸気による吸熱反応を生じて、残存するほとんどのＣＯ₂を放出し、再生される。ＣＯ₂が除去されることにより再生されたこの第２のリーン溶液１５Ｂは再生過熱器２４で飽和水蒸気２５により間接的に過熱され、塔内に水蒸気を供給している。

また、第１及び第２の吸収液再生塔１８−１、１８−２においては、共に各々の塔頂部からは塔内においてリッチ溶液１７及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２６ｂが分離され、ＣＯ₂ガス２６ａが系外に放出されて回収される。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にて吸収液再生塔１８の上部に供給される。

また、第２の吸収液再生塔１８−２で再生された第２リーン溶液１５Ｂは、フラッシュドラム５０に導入され、フラッシュすることで、リーン溶液１５は１００℃となり、リッチ・リーン溶液熱交換器２３に導入される第３のリーン溶液１５Ｃの温度は１００℃以下となり、５０℃でリッチ・リーン溶液熱交換器２３に導入され、熱交換された後のリッチ溶液１７の温度は９５℃となる。図２中、符号５１は減圧弁である。

フラッシュドラムでフラッシュさせた第３のリーン溶液１５Ｃは、前記リッチ・リーン溶液熱交換器２３にて前記リッチ溶液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、再びＣＯ₂吸収塔１６に供給され、ＣＯ₂吸収液１５として再利用される。

なお、図１中、符号１１ａはボイラ１１やガスタービン等の産業設備の煙道であり、１１ｂは煙突、１８Ａ、１８Ｂは充填部、１８Ｃはミストエリミネータである。前記ＣＯ₂回収システムは、既設の排ガス１２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１２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回収システムの運転時は閉止する。また排ガス１２源は稼動しているが、ＣＯ₂回収システムの運転を停止した際は開放するように設定する。

本実施例では、第１及び第２の吸収液再生塔１８−１、１８−２を有すると共に、第２の吸収液再生塔１８−２から排出された第２リーン溶液１５Ｂの熱を回収するリーン溶液降温手段としてフラッシュドラム５０を設けており、第２のリーン溶液１５Ｂの熱を有効利用するようにしている。

第１のリーン１５Ａは、第１の吸収液再生塔１８−１から第１のリーン溶液供給ラインＬ₃により第２の吸収液再生塔１８−２に供給されている。また、第２のリーン溶液１５Ｂは第２の吸収液再生塔１８−２から第２のリーン溶液供給ラインＬ₄によりフラッシュドラム５０に供給されている。

フラッシュドラム５０からフラッシュされた水蒸気５２は、フラッシュドラム５０から伸びる水蒸気供給ラインＬ₅により第１の吸収液再生塔１８−１に供給されている。
一方の減圧された第３のリーン溶液１５Ｃは、フラッシュドラム５０から伸びるリーン溶液供給ラインＬ₂によりＣＯ₂吸収塔１６に供給されている。

すなわち、第２のリーン溶液１５Ｂは第２の吸収液再生塔１８−２で飽和水蒸気２５により間接的に加熱された水蒸気により過熱されているので、１２０℃程度で系外に排出され、フラッシュドラム５０に導入される。
この際、フラッシュドラム５０によりその熱を回収し、第２のリーン溶液１５Ｂの温度を降下させ、第３のリーン溶液１５Ｃとすることで、リッチ・リーン溶液熱交換器２３の熱交換容量を小さくすることができる。

ここで、第２の吸収液再生塔１８−２から排出される第２のリーン溶液１５Ｂの温度Ｔ₁が例えば１２０℃の場合、フラッシュドラム５０で第２のリーン溶液１５Ｂをフラッシュすることで、フラッシュの後の第３のリーン溶液１５Ｃの温度Ｔ₂は１００℃程度となる。

例えばリッチ溶液１７の温度Ｔ₃が５０℃の場合、リッチ・リーン溶液熱交換器２３に導入される第３のリーン溶液１５Ｃの温度Ｔ₂が１００℃以下で熱交換されるので、熱交換後のリッチ溶液１７の温度Ｔ₄は９５℃となる。また、第３のリーン溶液１５Ｃの熱交換後の温度Ｔ₅は５５℃に低下する。なお、水蒸気として第１の吸収液再生塔１８−１から外部に排出する温度Ｔ₆は８２．５℃であり、第２の吸収液再生塔１８−２から外部に排出する温度Ｔ₇は８５℃である。なお、第１の吸収液再生塔１８−１から第２の吸収液再生塔１８−２に供給される第１のリーン溶液１５Ａの温度Ｔ₈は９５℃である。
ここで、吸収液再生塔１８の塔内は０．９ｋｇ／ｃｍ²Ｇである。

よって、第１の吸収液再生塔１８−１に導入されるリッチ溶液１７の温度が従来よりも低いので、第１の吸収液再生塔１８−１でのリボイラ熱量の低下を図ることができる。
ここで、第１及び第２の吸収液再生塔１８−１、１８−２のリボイラ熱量の内訳は、(ａ)リッチ溶液１７を再生するための反応熱量Ｑ１（４０４ｋｃａｌ／ｋｇＣＯ₂）、（ｂ）吸収液再生塔１８から溶液として持ち出される損失熱量Ｑ２（５５ｋｃａｌ／ｋｇＣＯ₂）、（ｃ）第１及び第２の吸収液再生塔１８−１、１８−２からＣＯ₂と共に排出される水蒸気として持ち出される損失熱量Ｑ３（１６２ｋｃａｌ／ｋｇＣＯ₂）の総和Ｑ_R（６２１ｋｃａｌ／ｋｇＣＯ₂）となる。

これに対し、図６に示す従来技術のＣＯ₂回収システム１００のように、リーン溶液１５の熱を回収しない場合、例えばリッチ溶液１７の温度Ｔ₃が５０℃の場合、リッチ・リーン溶液熱交換器２３に導入されるリーン溶液１５の温度Ｔ₁が１２０℃で熱交換されるので、熱交換後のリッチ溶液１７の温度Ｔ₄は１１０℃となる。なお、リーン溶液１５の熱交換後の温度Ｔ₅は６０℃に低下する。なお、水蒸気として外部に排出する温度Ｔ₆は９２．５℃である。

よって、リボイラ熱量の内訳は、(ａ)吸収液を再生するための反応熱量Ｑ₁（４０４ｋｃａｌ／ｋｇＣＯ₂）、（ｂ）吸収液再生塔１８から溶液として持ち出される損失熱量Ｑ₂（１１０ｃａｌ／ｋｇＣＯ₂）、（ｃ）吸収液再生塔１８からＣＯ₂と共に排出される水蒸気として持ち出される損失熱量Ｑ₃（１５１ｋｃａｌ／ｋｇＣＯ₂）の総和Ｑ_R（６６５ｋｃａｌ／ｋｇＣＯ₂）となる。

このように、図２に示す本発明に係るＣＯ₂回収システム１０Ａの第１及び第２の吸収液再生塔１８−１、１８−２のリボイラ熱量は、６２１ｋｃａｌ／ｋｇＣＯ₂であるのに対し、図６に示す従来技術に係るＣＯ₂回収システム１００の吸収液再生塔１８のリボイラ熱量は、６６５ｋｃａｌ／ｋｇＣＯ₂であり、大幅なリボイラ熱量の低減を図ることができることが判明した。

以上説明したように、本発明によれば、リーン溶液の熱を有効的に回収することで、吸収液再生塔側における熱量の総和を大幅に低減することができると共に、ランニングコストの大幅な低減となる。

なお従来技術における提案では、吸収液再生塔１８の塔内に供給するリッチ溶液１７の温度を上昇させて、塔内でのリボイラ熱量を下げることを主眼として検討していたが、本発明のように、塔内のみならず、（ｂ）吸収液再生塔１８から溶液（リーン溶液）として持ち出される損失熱量Ｑ₂と、（ｃ）吸収液再生塔１８からＣＯ₂と共に排出される水蒸気として持ち出される損失熱量Ｑ₃とを考慮して全体として低減することとしたので、リーン溶液１５の熱を回収することで、システム全体のエネルギー効率の向上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２に係る第１の吸収液再生塔及び第２の吸収液再生塔の要部を示す図である。実施例１と同一部材につい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、ＣＯ₂回収システム１０Ｂは、図２に示すＣＯ₂回収システム１０Ａにおいて、第１の吸収液再生塔１８−１から第２の吸収液再生塔１８−２に第１のリーン溶液１５Ａを供給する第１のリーン溶液供給ラインＬ₃と、フラッシュドラム５０からの第３のリーン溶液１５Ｃを供給する供給ラインＬ₆との交差部に介装され、第１のリーン溶液１５Ａと第３のリーン溶液１５Ｃとを熱交換するリーン・リーン溶液熱交換器６１を有する。

ここで、第２の吸収液再生塔１８−２で再生された第２リーン溶液１５Ｂは、フラッシュドラム５０に導入され、フラッシュすることで、第３のリーン溶液１５Ｃは１００℃となっているが、リーン・リーン溶液熱交換器６１により熱交換されることで、さらに温度が低下され、リッチ・リーン溶液熱交換器２３に導入され、リッチ溶液１７と熱交換する。

例えば第１のリーン溶液１５Ａの温度Ｔ₈が９５℃の場合、第３のリーン溶液１５Ｃの温度Ｔ₂が１００℃であるので、第１のリーン溶液１５Ａの温度Ｔ₉が９７．５℃に上昇する。これに対し、第３のリーン溶液１５Ｃの温度Ｔ₁₀が９７．５℃に低下する。
そして、リッチ溶液１７の温度Ｔ₃が５０℃の場合、リッチ・リーン溶液熱交換器２３に導入される温度Ｔ₁₀が９７．５℃の第３のリーン溶液１５Ｃにより熱交換されるので、熱交換後のリッチ溶液１７の温度Ｔ₄は９２．５℃となる。また、第３のリーン溶液１５Ｃの熱交換後の温度Ｔ₅は５５℃に低下する。なお、水蒸気として第１の吸収液再生塔１８−１から外部に排出する温度Ｔ₆は８０℃であり、第２の吸収液再生塔１８−２から外部に排出する温度Ｔ₇は８５℃である。
ここで、吸収液再生塔１８の塔内は０．９ｋｇ／ｃｍ²Ｇである。

よって、第１の吸収液再生塔１８−１に導入されるリッチ溶液１７の温度が従来よりも低いので、第１の吸収液再生塔１８−１でのリボイラ熱量の低下を図ることができる。
ここで、第１及び第２の吸収液再生塔１８−１、１８−２のリボイラ熱量の内訳は、(ａ)リッチ溶液１７を再生するための反応熱量Ｑ１（４０４ｋｃａｌ／ｋｇＣＯ₂）、（ｂ）吸収液再生塔１８から溶液として持ち出される損失熱量Ｑ２（５５ｋｃａｌ／ｋｇＣＯ₂）、（ｃ）第１及び第２の吸収液再生塔１８−１、１８−２からＣＯ₂と共に排出される水蒸気として持ち出される損失熱量Ｑ３（１４２ｋｃａｌ／ｋｇＣＯ₂）の総和Ｑ_R（６０１ｋｃａｌ／ｋｇＣＯ₂）となる。

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４は、実施例３に係る第１の吸収液再生塔及び第２の吸収液再生塔の要部を示す図である。実施例１と同一部材についは同一符号を付してその説明は省略する。
図４に示すように、ＣＯ₂回収システム１０Ｃは、図２に示すＣＯ₂回収システム１０Ａにおいて、第１の吸収液再生塔１８−１の塔内部を鉛直軸方向の中間部分で、セミリーン溶液５５を抜き出すポートＡと、セミリーン溶液５５が抜き出され、抜き出しポートＡより底部側の戻し入れポートＢに戻し入れる循環ラインＬ₇と、循環ラインＬ₇に介装され、第３のリーン溶液１５Ｃとセミリーン溶液５５とが熱交換するセミリーン・リーン溶液熱交換器６２とを有する。図４中、符号１８Ａ−１、１８Ａ−２は充填部、１８Ｄはチムニートレイである。

ここで、第２の吸収液再生塔１８−２で再生された第２リーン溶液１５Ｂは、フラッシュドラム５０に導入され、フラッシュすることで、リーン溶液１５は１００℃となっている。
セミリーン溶液５５は、循環ラインＬ₆の抜き出しポートＡより抜き出され、セミリーン・リーン溶液熱交換器６２において、第３のリーン溶液１５Ｃとセミリーン溶液５５とが熱交換し、セミリーン溶液５５は温度が上昇し、その後、ポートＢより第１の吸収液再生塔１８−１内に導入される。これにより、第１の吸収液再生塔１８−１内の水蒸気量を低減することができる。

これに対し、第３のリーン溶液１５Ｃはセミリーン・リーン溶液熱交換器６２により、温度が実施例１よりも低下し、温度が低下して第３のリーン溶液１５Ｃはリッチ・リーン溶液熱交換器２３に導入され、リッチ溶液１７と熱交換する。

ここで、第２の吸収液再生塔１８−２から排出される第２のリーン溶液１８Ｂの温度Ｔ₁が例えば１２０℃の場合、フラッシュドラム５０で第２のリーン溶液１５Ｂをフラッシュすることで、フラッシュの後の第３のリーン溶液１５Ｃの温度Ｔ₂は１００℃程度となる。
セミリーン溶液５５は、循環ラインＬ₆の抜き出しポートＡより抜き出され、セミリーン・リーン溶液熱交換器６２において、第３のリーン溶液１５Ｃとセミリーン溶液５５とが熱交換し、温度Ｔ₁₁が８５℃のセミリーン溶液５５の温度Ｔ₁₂が９７．５℃まで上昇し、その後、ポートＢより第１の吸収液再生塔１８−１内に導入される。これにより、第１の吸収液再生塔１８−１内の水蒸気量を低減することができる。

これに対し、第３のリーン溶液１５Ｃはセミリーン・リーン溶液熱交換器６２により、温度が実施例１よりも低下し、温度Ｔ₁₃が８７．５℃まで低下する。

例えばリッチ溶液１７の温度Ｔ₃が５０℃の場合、リッチ・リーン溶液熱交換器２３に導入される温度Ｔ₁₃が８７．５℃の第３のリーン溶液１５Ｃにより熱交換されるので、熱交換後のリッチ溶液１７の温度Ｔ₄は８２．５℃となる。また、第３のリーン溶液１５Ｃの熱交換後の温度Ｔ₅は５５℃に低下する。なお、水蒸気として第１の吸収液再生塔１８−１から外部に排出する温度Ｔ₆は７７．５℃であり、第２の吸収液再生塔１８−２から外部に排出する温度Ｔ₇は８７．５℃である。
ここで、吸収液再生塔１８の塔内は０．９ｋｇ／ｃｍ²Ｇである。

よって、第１の吸収液再生塔１８−１に導入されるリッチ溶液１７の温度が従来よりも低いので、第１の吸収液再生塔１８−１でのリボイラ熱量の低下を図ることができる。
ここで、第１及び第２の吸収液再生塔１８−１、１８−２のリボイラ熱量の内訳は、(ａ)リッチ溶液１７を再生するための反応熱量Ｑ１（４０４ｋｃａｌ／ｋｇＣＯ₂）、（ｂ）吸収液再生塔１８から溶液として持ち出される損失熱量Ｑ２（５５ｋｃａｌ／ｋｇＣＯ₂）、（ｃ）第１及び第２の吸収液再生塔１８−１、１８−２からＣＯ₂と共に排出される水蒸気として持ち出される損失熱量Ｑ３（１３４ｋｃａｌ／ｋｇＣＯ₂）の総和Ｑ_R（５９３ｋｃａｌ／ｋｇＣＯ₂）となる。

このように、図４に示す本発明に係るＣＯ₂回収システム１０Ｃの第１及び第２の吸収液再生塔１８−１、１８−２のリボイラ熱量は、５９３ｋｃａｌ／ｋｇＣＯ₂であるのに対し、図６に示す従来技術に係るＣＯ₂回収システム１００の吸収液再生塔１８のリボイラ熱量は、６６５ｋｃａｌ／ｋｇＣＯ₂であり、大幅なリボイラ熱量の低減を図ることができることが判明した。

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５は、実施例４に係る第１の吸収液再生塔及び第２の吸収液再生塔の要部を示す図である。実施例１乃至３と同一部材についは同一符号を付してその説明は省略する。
図５に示すように、ＣＯ₂回収システム１０Ｄは、図３に示すＣＯ₂回収システム１０Ｂと図４に示すＣＯ₂回収システム１０Ｃとを統合したものであり、第１のリーン溶液１５Ａと第３のリーン溶液１５Ｃとが熱交換するリーン・リーン溶液熱交換器６１と、第３のリーン溶液１５Ｃとセミリーン溶液５５とが熱交換するセミリーン・リーン溶液熱交換器６２と、を有する。

ここで、第２の吸収液再生塔１８−２から排出される第２のリーン溶液１５Ｂの温度Ｔ₁が例えば１２０℃の場合、フラッシュドラム５０で第２のリーン溶液１５Ｂをフラッシュすることで、フラッシュの後の第３のリーン溶液１５Ｃの温度Ｔ₂は１００℃程度となる。
セミリーン溶液５５は、循環ラインＬ₆の抜き出しポートＡより抜き出され、セミリーン・リーン溶液熱交換器６２において、第３のリーン溶液１５Ｃとセミリーン溶液５５とが熱交換し、温度Ｔ₁₁が８５℃のセミリーン溶液５５の温度Ｔ₁₂が９７．５℃まで上昇し、その後、ポートＢより第１の吸収液再生塔１８−１内に導入される。これにより、第１の吸収液再生塔１８−１内の水蒸気量を低減することができる。

第１のリーン溶液１５Ａの温度Ｔ₈が９５℃の場合、第３のリーン溶液１５Ｃの温度Ｔ₁₃が８７．５℃であるので、第１のリーン溶液１５Ａの温度Ｔ₉が９０℃に上昇する。これに対し、第３のリーン溶液１５Ｃの温度Ｔ₁₀が９２．５℃に低下する。
そして、リッチ溶液１７の温度Ｔ₃が５０℃の場合、リッチ・リーン溶液熱交換器２３に導入される温度Ｔ₁₀が９２．５℃の第３のリーン溶液１５Ｃにより熱交換されるので、熱交換後のリッチ溶液１７の温度Ｔ₄は８７．５℃となる。また、第３のリーン溶液１５Ｃの熱交換後の温度Ｔ₅は５５℃に低下する。なお、水蒸気として第１の吸収液再生塔１８−１から外部に排出する温度Ｔ₆は８０℃であり、第２の吸収液再生塔１８−２から外部に排出する温度Ｔ₇は８５℃である。
ここで、吸収液再生塔１８の塔内は０．９ｋｇ／ｃｍ²Ｇである。

このように、図５に示す本発明に係るＣＯ₂回収システム１０Ｄの第１及び第２の吸収液再生塔１８−１、１８−２のリボイラ熱量は、６０１ｋｃａｌ／ｋｇＣＯ₂であるのに対し、図６に示す従来技術に係るＣＯ₂回収システム１００の吸収液再生塔１８のリボイラ熱量は、６６５ｋｃａｌ／ｋｇＣＯ₂であり、大幅なリボイラ熱量の低減を図ることができることが判明した。

以上のリボイラ熱量の関係を表１に示す。

表１に示すように、実施例３のシステムが一番エネルギー効率が良好であることが判明した。

以上より、本発明のＣＯ₂回収システムによれば、ＣＯ₂回収量が１日当たり例えば１０００ｔ以上の処理量となる大型化した場合における吸収液再生に要するリボイラの熱エネルギーの大幅な軽減を図ることができ、システム全体の省エネルギー化を図ることができる。

以上のように、本発明に係るＣＯ₂回収システムによれば、リボイラの熱エネルギーをより軽減し、省エネルギー化を図ることができる。

１０、１０Ａ〜１０ＤＣＯ₂回収システム
１１ボイラ
１２排ガス
１５ＣＯ₂吸収液（リーン溶液）
１５Ａ第１のリーン吸収液（第１のリーン溶液）
１５Ｂ第２のリーン吸収液（第２のリーン溶液）
１５Ｃ第３のリーン吸収液（第３のリーン溶液）
１６ＣＯ₂吸収塔
１７リッチ溶液
１８−１第１の吸収液再生塔
１８−２第２の吸収液再生塔

Claims

冷却されたＣＯ₂を含有する排ガスとＣＯ₂を吸収するＣＯ₂吸収液とを接触させて前記排ガスからＣＯ₂を除去するＣＯ₂吸収塔と、
ＣＯ₂を吸収したＣＯ₂吸収液からＣＯ₂を放出させて吸収液を再生する第１の吸収液再生塔と、
第１の吸収液再生塔から排出された第１リーン溶液から残存するＣＯ₂を放出させて吸収液を再生する第２の吸収液再生塔と、
第２の吸収液再生塔から排出された第２リーン溶液をフラッシュさせるフラッシュドラムと、該フラッシュドラムで発生した蒸気を第１の吸収液再生塔に投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、
第１のリーン溶液と前記フラッシュドラムでフラッシュさせた第３のリーン溶液とを熱交換するリーン・リーン溶液熱交換器を有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、
第１の吸収液再生塔の塔内部を鉛直軸方向の中間部分で、セミリーン溶液を抜き出すポートと、
セミリーン溶液が抜き出され、抜き出しポートより底部側の戻し入れポートに戻しいれる循環ラインと、
循環ラインに介装され、フラッシュドラムでフラッシュさせた第３のリーン溶液とセミリーン溶液とが熱交換するセミリーン・リーン溶液熱交換器と、を有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、
第１のリーン溶液と、フラッシュドラムでフラッシュさせた第３のリーン溶液とを熱交換するリーン・リーン溶液熱交換器と、
第１の吸収液再生塔の塔内部を鉛直軸方向の中間部分で、セミリーン溶液を抜き出すポートと、
セミリーン溶液が抜き出され、抜き出しポートより底部側の戻し入れポートに戻しいれる循環ラインと、
循環ラインに介装され、前記第３のリーン溶液とセミリーン溶液とを熱交換するセミリーン・リーン溶液熱交換器と、を有することを特徴とするＣＯ₂回収システム。
請求項１乃至４のいずれか一つにおいて、
ＣＯ₂を含有する排ガスを冷却水によって冷却する冷却塔を有することを特徴とするＣＯ₂回収システム。