JP6064770B2 - Carbon dioxide recovery method and recovery apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、燃焼ガスなどの二酸化炭素を含むガスから二酸化炭素を分離回収し、清浄なガスを大気に還元するための二酸化炭素の回収方法及び回収装置に関する。 The present invention relates to a carbon dioxide recovery method and recovery device for separating and recovering carbon dioxide from a gas containing carbon dioxide such as combustion gas and reducing clean gas to the atmosphere.
火力発電所や製鉄所、ボイラーなどの設備では、石炭、重油、超重質油などの燃料を多量に使用しており、燃料の燃焼によって排出される硫黄酸化物、窒素酸化物及び二酸化炭素は、大気汚染防止や地球環境保全の見地から放出に関する量的及び濃度的制限が必要とされている。近年、二酸化炭素は地球温暖化の主原因として問題視され、世界的にも排出を抑制する動きが活発化している。このため、燃焼排ガスやプロセス排ガスの二酸化炭素を大気中に放出せずに回収・貯蔵を可能とするために、様々な研究が精力的に進められ、二酸化炭素の回収方法として、例えば、PSA(圧力スウィング)法、膜分離濃縮法や、塩基性化合物による反応吸収を利用する化学吸収法などが知られている。 Facilities such as thermal power plants, steelworks, and boilers use large amounts of fuel such as coal, heavy oil, and super heavy oil. Sulfur oxides, nitrogen oxides, and carbon dioxide emitted by the combustion of fuel are There is a need for quantitative and concentration restrictions on emissions from the perspective of air pollution prevention and global environmental protection. In recent years, carbon dioxide has been seen as a major cause of global warming, and movements to suppress emissions have become active worldwide. For this reason, in order to enable the recovery and storage of carbon dioxide from combustion exhaust gases and process exhaust gases without releasing them into the atmosphere, various researches have been vigorously advanced. As a carbon dioxide recovery method, for example, PSA ( Known are pressure swinging), membrane separation and concentration, and chemical absorption using reaction absorption by basic compounds.
化学吸収法においては、主にアルカノールアミン系の塩基性化合物を吸収剤として用い、その処理プロセスでは、概して、吸収剤を含む水性液を吸収液として、ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させる吸収工程と、吸収された二酸化炭素を吸収液から放出させて吸収液を再生する再生工程とを交互に繰り返すように吸収液を循環させる(例えば、下記特許文献1参照)。再生工程においては、二酸化炭素を放出させるための加熱が必要であり、二酸化炭素回収の操業費用を削減するには、再生のために加熱/冷却に要するエネルギーを低減することが重要となる。この点に関し、特許文献1に示されるように、再生工程において二酸化炭素を放出した高温の吸収液(リーン液)を、吸収工程において二酸化炭素を吸収した吸収液(リッチ液)と熱交換することによって、熱エネルギーを回収して再生工程で再利用することができる。 In the chemical absorption method, mainly alkanolamine-based basic compounds are used as the absorbent. In the treatment process, an aqueous liquid containing the absorbent is generally used as the absorbent, and carbon dioxide contained in the gas is absorbed into the absorbent. The absorbing solution is circulated so as to alternately repeat the absorbing step to be performed and the regeneration step of regenerating the absorbing solution by releasing the absorbed carbon dioxide from the absorbing solution (see, for example, Patent Document 1 below). In the regeneration process, heating for releasing carbon dioxide is necessary, and in order to reduce the operating cost of carbon dioxide recovery, it is important to reduce the energy required for heating / cooling for regeneration. In this regard, as shown in Patent Document 1, heat exchange of a high-temperature absorption liquid (lean liquid) from which carbon dioxide has been released in the regeneration process is performed with an absorption liquid (rich liquid) that has absorbed carbon dioxide in the absorption process. Thus, thermal energy can be recovered and reused in the regeneration process.
また、再生工程から排出される二酸化炭素を含んだガスは、回収利用可能な熱エネルギーを含んでいるので、その回収を目的として、下記特許文献2では、再生塔から排出される二酸化炭素を含んだガスを圧縮する圧縮器と、圧縮器から吐出するガスの熱交換を行う熱交換器とを用いて、再生塔が保有する吸収液を熱交換器に供給してガスとの熱交換によって加熱して再生塔に戻すことを記載する。
In addition, since the gas containing carbon dioxide discharged from the regeneration process contains heat energy that can be recovered and used, in
吸収液の再生に必要とされるエネルギーには、吸収液の温度上昇に要する顕熱、吸収液から二酸化炭素を放出する際の反応熱、及び、吸収液の水分蒸発による熱損失を補うための潜熱がある。上述の先行技術では、これらに関する熱エネルギーが回収されるが、潜熱に関するエネルギーの回収及び再利用においては、効率的に未だ改善の余地がある。 The energy required to regenerate the absorption liquid is to compensate for the sensible heat required to raise the temperature of the absorption liquid, the heat of reaction when carbon dioxide is released from the absorption liquid, and the heat loss due to moisture evaporation of the absorption liquid. There is latent heat. In the above-described prior art, thermal energy related to these is recovered, but there is still room for improvement in the recovery and reuse of energy related to latent heat.
環境保全のために二酸化炭素の回収を普及させるには、経済的観点から、可能な限りエネルギー効率を高めて回収に要する費用を削減することが望ましく、吸収液からの熱エネルギーの回収効率を高めることは省エネルギーにおいて重要であり、又、二酸化炭素の回収効率に対しても有効に作用し得る。 In order to promote the capture of carbon dioxide for environmental conservation, it is desirable from the economic point of view to increase the energy efficiency as much as possible to reduce the cost required for the recovery, and increase the recovery efficiency of thermal energy from the absorbent. This is important for energy saving, and can also effectively affect the carbon dioxide recovery efficiency.
本発明の課題は、上述の問題を解決し、吸収液を再生するために要するエネルギーを削減して操業費用を低減可能な二酸化炭素の回収方法及び回収装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a carbon dioxide recovery method and a recovery apparatus that can solve the above-described problems and reduce the energy required for regenerating the absorbing liquid to reduce the operating cost.
又、本発明の課題は、装置や吸収液への負担を軽減でき、二酸化炭素の回収率を低下させずに吸収液の再生に要するエネルギーを削減して二酸化炭素の回収コストを低減可能な二酸化炭素の回収方法及び回収装置を提供することである。 Another object of the present invention is to reduce the burden on the apparatus and the absorption liquid, reduce the energy required for regeneration of the absorption liquid without reducing the carbon dioxide recovery rate, and reduce the carbon dioxide recovery cost. It is to provide a carbon recovery method and a recovery apparatus.
上記課題を解決するために、本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、潜熱に関する熱エネルギーの十分な回収を容易に行う上で、回収二酸化炭素に含まれる水蒸気量の低減が有効であり、吸収工程及び再生工程を各々少なくとも2段階に区分する構成を利用すると装置構成において有利であることを見出し、本発明を完成するに至った。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted extensive research. As a result, it is effective to reduce the amount of water vapor contained in the recovered carbon dioxide in order to easily recover sufficient heat energy related to latent heat. The inventors have found that it is advantageous in the apparatus configuration to use the configuration in which the absorption process and the regeneration process are each divided into at least two stages, and the present invention has been completed.
本発明の一態様によれば、二酸化炭素の回収装置は、ガスを吸収液に接触させて前記ガスに含まれる二酸化炭素を前記吸収液に吸収させる吸収塔であって、第1吸収部及び第2吸収部を有し、前記ガスは前記第1吸収部を経て前記第2吸収部に供給されるように配設される前記吸収塔と、前記吸収塔で二酸化炭素を吸収した前記吸収液を加熱し二酸化炭素を放出させて前記吸収液を再生する再生塔であって、第1再生部及び第2再生部を有し、前記第1再生部は外部加熱手段を有し、前記第2再生部は前記第1再生部から放出されるガスの熱によって加熱されるように配設される前記再生塔と、前記第1吸収部と前記第2再生部との間で前記吸収液を循環させる第1循環系と、前記第2吸収部と前記第1再生部との間で前記吸収液を循環させる第2循環系とを有する循環システムと、前記再生塔から排出される水蒸気及び二酸化炭素を含んだ回収ガスをそのまま圧縮する圧縮器と、前記圧縮器によって圧縮された前記回収ガスの熱を回収して前記再生塔へ供給する熱回収システムと、前記熱回収システムによって熱を回収した回収ガスから凝縮する水を分離する気液分離器と、前記第2循環系において前記第1再生部から前記第2吸収部へ還流する吸収液に、前記気液分離器において分離した水を供給する水供給路とを有し、前記第1循環系及び前記第2循環系は、互いに独立して個別に前記吸収液を循環させ、前記第2再生部は外部加熱手段を有しないことを要旨とする。 According to one aspect of the present invention, the carbon dioxide recovery device is an absorption tower that causes a gas to contact the absorption liquid and absorbs the carbon dioxide contained in the gas into the absorption liquid. The absorption tower disposed so as to be supplied to the second absorption section through the first absorption section, and the absorption liquid that has absorbed carbon dioxide in the absorption tower. A regeneration tower for heating and releasing carbon dioxide to regenerate the absorbing solution, comprising a first regeneration unit and a second regeneration unit, wherein the first regeneration unit has an external heating means, and the second regeneration A part circulates the absorbing liquid between the regeneration tower disposed so as to be heated by the heat of the gas released from the first regeneration part, and the first absorption part and the second regeneration part. Circulating the absorption liquid between the first circulation system, the second absorption part and the first regeneration part; A circulation system having a second circulation system, a compressor that compresses the recovered gas containing water vapor and carbon dioxide discharged from the regeneration tower as it is, and recovers the heat of the recovered gas compressed by the compressor. A heat recovery system that supplies the regeneration tower, a gas-liquid separator that separates water condensed from the recovered gas from which heat has been recovered by the heat recovery system, and the first regenerator from the first regenerator in the second circulation system. the absorption liquid flowing back to the 2 absorbing section, possess a supply water supply passage and water separated in the gas-liquid separator, the first circulation system and the second circulation system, the individually independent from each other The gist is that the absorbing liquid is circulated and the second regeneration section does not have an external heating means .
本発明の他の態様によれば、二酸化炭素の回収装置は、ガスを吸収液に接触させて前記ガスに含まれる二酸化炭素を前記吸収液に吸収させる吸収塔であって、第1吸収部及び第2吸収部を有し、前記ガスは前記第1吸収部を経て前記第2吸収部に供給されるように配設される前記吸収塔と、前記吸収塔で二酸化炭素を吸収した前記吸収液を加熱し二酸化炭素を放出させて前記吸収液を再生する再生塔であって、第1再生部及び第2再生部を有し、前記第1再生部は外部加熱手段を有し、前記第2再生部は前記第1再生部から放出されるガスの熱によって加熱されるように配設される前記再生塔と、前記第1吸収部と前記第2再生部との間で前記吸収液を循環させる第1循環系と、前記第2吸収部と前記第1再生部との間で前記吸収液を循環させる第2循環系とを有する循環システムと、前記再生塔から排出される水蒸気及び二酸化炭素を含んだ回収ガスをそのまま圧縮する圧縮器と、前記圧縮器によって圧縮された前記回収ガスの熱を回収して前記再生塔へ供給する熱回収システムとを有し、前記循環システムは、第1熱交換器及び第2熱交換器を有し、前記第1熱交換器は、前記第1循環系において、前記第1吸収部から前記第2再生部へ供給される吸収液と、前記第2再生部から前記第1吸収部へ還流される吸収液との間で熱交換を行い、前記第2熱交換器は、前記第2循環系において、前記第2吸収部から前記第1再生部へ供給される吸収液と、前記第1再生部から前記第2吸収部へ還流される吸収液との間で熱交換を行うように各々付設されることを要旨とする。
又、本発明の他の態様によれば、二酸化炭素の回収装置は、ガスを吸収液に接触させて前記ガスに含まれる二酸化炭素を前記吸収液に吸収させる吸収塔であって、第1吸収部及び第2吸収部を有し、前記ガスは前記第1吸収部を経て前記第2吸収部に供給されるように配設される前記吸収塔と、前記吸収塔で二酸化炭素を吸収した前記吸収液を加熱し二酸化炭素を放出させて前記吸収液を再生する再生塔であって、第1再生部及び第2再生部を有し、前記第1再生部は外部加熱手段を有し、前記第2再生部は前記第1再生部から放出されるガスの熱によって加熱されるように配設される前記再生塔と、前記第1吸収部と前記第2再生部との間で前記吸収液を循環させる第1循環系と、前記第2吸収部と前記第1再生部との間で前記吸収液を循環させる第2循環系とを有する循環システムと、前記再生塔から排出される水蒸気及び二酸化炭素を含んだ回収ガスをそのまま圧縮する圧縮器と、
前記圧縮器によって圧縮された前記回収ガスの熱を回収して前記再生塔へ供給する熱回収システムとを有し、前記第1循環系の循環において前記第2再生部へ供給される吸収液の温度は、前記第2循環系の循環において前記第1再生部へ供給される吸収液の温度より低く構成されることを要旨とする。
According to another aspect of the present invention, the carbon dioxide recovery device is an absorption tower in which a gas is brought into contact with an absorption liquid and the carbon dioxide contained in the gas is absorbed into the absorption liquid. The absorption tower which has a 2nd absorption part, and is arranged so that the gas may be supplied to the 2nd absorption part via the 1st absorption part, and the absorption liquid which absorbed carbon dioxide with the absorption tower Is a regeneration tower that regenerates the absorbing liquid by releasing carbon dioxide, having a first regeneration unit and a second regeneration unit, wherein the first regeneration unit has an external heating means, and The regeneration unit circulates the absorbing liquid between the regeneration tower disposed so as to be heated by the heat of the gas released from the first regeneration unit, and the first absorption unit and the second regeneration unit. The absorbent is circulated between the first circulation system, the second absorption part, and the first regeneration part. A circulation system having a second circulation system, a compressor that compresses the recovered gas containing water vapor and carbon dioxide discharged from the regeneration tower as it is, and recovers the heat of the recovered gas compressed by the compressor And a heat recovery system that supplies the regeneration tower, wherein the circulation system includes a first heat exchanger and a second heat exchanger, and the first heat exchanger is disposed in the first circulation system. The second heat is exchanged between the absorption liquid supplied from the first absorption section to the second regeneration section and the absorption liquid returned from the second regeneration section to the first absorption section. In the second circulation system, the exchanger is arranged between an absorption liquid supplied from the second absorption part to the first regeneration part and an absorption liquid refluxed from the first regeneration part to the second absorption part. The main point is that each is attached to perform heat exchange.
According to another aspect of the present invention, the carbon dioxide recovery device is an absorption tower in which a gas is brought into contact with an absorption liquid and the carbon dioxide contained in the gas is absorbed by the absorption liquid. And an absorption tower, wherein the gas is arranged to be supplied to the second absorption section through the first absorption section, and the carbon dioxide is absorbed by the absorption tower. A regeneration tower for regenerating the absorption liquid by heating the absorption liquid and releasing carbon dioxide, comprising a first regeneration section and a second regeneration section, wherein the first regeneration section has an external heating means, The second regenerator is disposed between the regenerator so as to be heated by the heat of the gas released from the first regenerator, and the absorbing liquid between the first absorber and the second regenerator. The absorbent is circulated between the first circulation system for circulating the gas, the second absorption unit, and the first regeneration unit. A circulation system having a second circulation system for a compressor directly compressing the recovered gas containing steam and carbon dioxide is discharged from the regeneration tower,
A heat recovery system that recovers heat of the recovered gas compressed by the compressor and supplies the recovered gas to the regeneration tower, and the absorption liquid supplied to the second regeneration unit in the circulation of the first circulation system The gist is that the temperature is configured to be lower than the temperature of the absorbing liquid supplied to the first regeneration unit in the circulation of the second circulation system.
又、本発明の一態様によれば、二酸化炭素の回収方法は、ガスを吸収液に接触させて前記ガスに含まれる二酸化炭素を前記吸収液に吸収させる吸収処理であって、第1吸収工程及び第2吸収工程を有し、ガスは前記第1吸収工程を経て前記第2吸収工程に供給される前記吸収処理と、前記吸収処理で二酸化炭素を吸収した前記吸収液を加熱し二酸化炭素を放出させて前記吸収液を再生する再生処理であって、第1再生工程及び第2再生工程を有し、前記第1再生工程では外部加熱手段を利用して加熱し、前記第2再生工程では前記第1再生工程において放出されるガスの熱によって加熱する前記再生処理と、前記第1吸収工程と前記第2再生工程との間で前記吸収液を循環させる第1循環工程と、前記第2吸収工程と前記第1再生工程との間で前記吸収液を循環させる第2循環工程と、前記再生処理から排出される水蒸気及び二酸化炭素を含んだ回収ガスをそのまま圧縮する圧縮工程と、前記圧縮工程によって圧縮された回収ガスの熱を回収して前記再生処理へ供給する熱回収工程と、前記熱回収工程の後の回収ガスから凝縮する水を分離する分離工程と、前記第2循環工程において前記第1再生工程から前記第2吸収工程へ循環する吸収液に、前記分離工程において分離した水を供給する水供給工程とを有し、前記第1循環工程及び前記第2循環工程は、互いに独立して個別に吸収液を循環させることを要旨とする。 Moreover, according to one aspect of the present invention, the method for recovering carbon dioxide is an absorption process in which a gas is brought into contact with an absorption liquid and the carbon dioxide contained in the gas is absorbed into the absorption liquid. And a second absorption step, wherein the gas is supplied to the second absorption step through the first absorption step, and the absorption liquid that has absorbed carbon dioxide in the absorption treatment is heated to generate carbon dioxide. A regeneration process for regenerating the absorbing liquid by discharging, comprising a first regeneration process and a second regeneration process, wherein heating is performed using an external heating means in the first regeneration process, and in the second regeneration process The regeneration process for heating by the heat of the gas released in the first regeneration process, the first circulation process for circulating the absorbent between the first absorption process and the second regeneration process, and the second Between the absorption process and the first regeneration process A second circulation step for circulating the absorbent, a compression step for compressing the recovered gas containing water vapor and carbon dioxide discharged from the regeneration process, and recovering the heat of the recovered gas compressed by the compression step. A heat recovery step for supplying to the regeneration process, a separation step for separating water condensed from the recovered gas after the heat recovery step, and from the first regeneration step to the second absorption step in the second circulation step. the absorbing liquid circulating said possess the supplied water supply step was separated water in the separation step, the first circulating step and the second circulation step, to circulate individually absorbing liquid independently of one another The gist.
本発明の他の態様によれば、二酸化炭素の回収方法は、ガスを吸収液に接触させて前記ガスに含まれる二酸化炭素を前記吸収液に吸収させる吸収処理であって、第1吸収工程及び第2吸収工程を有し、ガスは前記第1吸収工程を経て前記第2吸収工程に供給される前記吸収処理と、前記吸収処理で二酸化炭素を吸収した前記吸収液を加熱し二酸化炭素を放出させて前記吸収液を再生する再生処理であって、第1再生工程及び第2再生工程を有し、前記第1再生工程では外部加熱手段を利用して加熱し、前記第2再生工程では前記第1再生工程において放出されるガスの熱によって加熱する前記再生処理と、前記第1吸収工程と前記第2再生工程との間で前記吸収液を循環させる第1循環工程と、前記第2吸収工程と前記第1再生工程との間で前記吸収液を循環させる第2循環工程と、前記再生処理から排出される水蒸気及び二酸化炭素を含んだ回収ガスをそのまま圧縮する圧縮工程と、前記圧縮工程によって圧縮された回収ガスの熱を回収して前記再生処理へ供給する熱回収工程とを有し、前記第1循環工程は、前記第1吸収工程から前記第2再生工程へ供給される吸収液と前記第2再生工程から前記第1吸収工程へ還流される吸収液との間で熱交換を行う第1熱交換工程を有し、前記第2循環工程は、前記第2吸収工程から前記第1再生工程へ供給される吸収液と前記第1再生工程から前記第2吸収工程へ還流される吸収液との間で熱交換を行う第2熱交換工程を有することを要旨とする。According to another aspect of the present invention, the method for recovering carbon dioxide is an absorption process in which a gas is brought into contact with an absorption liquid and the carbon dioxide contained in the gas is absorbed in the absorption liquid, the first absorption step and A second absorption step, wherein the gas is supplied to the second absorption step through the first absorption step, and the absorption liquid that has absorbed carbon dioxide in the absorption treatment is heated to release carbon dioxide. And a first regeneration step and a second regeneration step, wherein the first regeneration step is performed using an external heating means, and the second regeneration step is performed using the second regeneration step. The regeneration process that is heated by the heat of the gas released in the first regeneration step, the first circulation step that circulates the absorbing liquid between the first absorption step and the second regeneration step, and the second absorption Between the process and the first regeneration process A second circulation step for circulating the absorbent, a compression step for compressing the recovered gas containing water vapor and carbon dioxide discharged from the regeneration process, and recovering the heat of the recovered gas compressed by the compression step. A heat recovery step for supplying to the regeneration process, wherein the first circulation step comprises absorbing liquid supplied from the first absorption step to the second regeneration step and the first absorption from the second regeneration step. A first heat exchanging step for exchanging heat with the absorbing liquid refluxed to the step, wherein the second circulation step includes the absorbing liquid supplied from the second absorbing step to the first regeneration step and the The gist of the present invention is to have a second heat exchange step for exchanging heat with the absorbing liquid refluxed from the first regeneration step to the second absorption step.
又、本発明の他の態様によれば、二酸化炭素の回収方法は、ガスを吸収液に接触させて前記ガスに含まれる二酸化炭素を前記吸収液に吸収させる吸収処理であって、第1吸収工程及び第2吸収工程を有し、ガスは前記第1吸収工程を経て前記第2吸収工程に供給される前記吸収処理と、前記吸収処理で二酸化炭素を吸収した前記吸収液を加熱し二酸化炭素を放出させて前記吸収液を再生する再生処理であって、第1再生工程及び第2再生工程を有し、前記第1再生工程では外部加熱手段を利用して加熱し、前記第2再生工程では前記第1再生工程において放出されるガスの熱によって加熱する前記再生処理と、前記第1吸収工程と前記第2再生工程との間で前記吸収液を循環させる第1循環工程と、前記第2吸収工程と前記第1再生工程との間で前記吸収液を循環させる第2循環工程と、前記再生処理から排出される水蒸気及び二酸化炭素を含んだ回収ガスをそのまま圧縮する圧縮工程と、前記圧縮工程によって圧縮された回収ガスの熱を回収して前記再生処理へ供給する熱回収工程とを有し、前記第1循環工程の循環において前記第2再生工程へ供給される吸収液の温度は、前記第2循環工程の循環において前記第1再生工程へ供給される吸収液の温度より低いことを要旨とする。According to another aspect of the present invention, the method for recovering carbon dioxide is an absorption process in which a gas is brought into contact with an absorption liquid and the carbon dioxide contained in the gas is absorbed into the absorption liquid. And a second absorption step, wherein the gas is supplied to the second absorption step through the first absorption step, and the carbon dioxide is heated by heating the absorption liquid that has absorbed carbon dioxide in the absorption treatment. Is a regeneration process for regenerating the absorbing solution by having a first regeneration step and a second regeneration step, wherein the first regeneration step is performed by heating using an external heating means, and the second regeneration step. Then, the regeneration process that is heated by the heat of the gas released in the first regeneration step, the first circulation step that circulates the absorbing liquid between the first absorption step and the second regeneration step, and the first 2 absorption process and the first regeneration process A second circulation step for circulating the absorption liquid in step, a compression step for compressing the recovered gas containing water vapor and carbon dioxide discharged from the regeneration process, and recovering the heat of the recovered gas compressed by the compression step And a heat recovery step for supplying to the regeneration process, and the temperature of the absorbent supplied to the second regeneration step in the circulation of the first circulation step is the first temperature in the circulation of the second circulation step. The gist is that the temperature is lower than the temperature of the absorbent supplied to the regeneration step.
本発明によれば、ガスに含まれる二酸化炭素を回収するプロセスにおいて、吸収液の再生に使用する熱の回収効率が向上し、二酸化炭素の回収率を低下させずに再生に要する熱エネルギーを削減できるので、運転コストの軽減に有効な二酸化炭素の回収方法及び回収装置が提供される。回収ガスから得られる凝縮水を用いた吸収液の濃度補整を、温度調整にも有利な形態で行うことができ、二酸化炭素の回収及び吸収液の再生を効率的に行うことができるので、吸収液に対する再生時の負荷が軽減され、効率よく安定的に吸収液を利用することができるため、操業費及び設備維持費の低減に有効である。特殊な装備や高価な装置を必要とせず、一般的な設備を活用して簡易に実施できるので、経済的に有利である。 According to the present invention, in the process of recovering carbon dioxide contained in gas, the recovery efficiency of heat used for regeneration of the absorbing liquid is improved, and the thermal energy required for regeneration is reduced without reducing the recovery rate of carbon dioxide. Therefore, it is possible to provide a carbon dioxide recovery method and a recovery device that are effective in reducing operation costs. Absorption liquid concentration correction using condensed water obtained from recovered gas can be performed in a form that is advantageous for temperature adjustment, and carbon dioxide recovery and absorption liquid regeneration can be performed efficiently. Since the load upon regeneration with respect to the liquid is reduced and the absorbing liquid can be used efficiently and stably, it is effective in reducing the operating cost and the equipment maintenance cost. It is economically advantageous because it can be carried out easily using general equipment without requiring special equipment or expensive equipment.
化学吸収法による二酸化炭素の吸収プロセスにおいては、ガスに含まれる二酸化炭素を低温の吸収液に吸収させる吸収処理と、吸収された二酸化炭素を吸収液から放出させて吸収液を再生する高温の再生処理との間で吸収液を循環させて、吸収処理と再生処理とを交互に繰り返す。再生処理における吸収液の再生度は吸収液の加熱温度に依存し、温度が高いほど二酸化炭素ガスを放出して吸収液の残留二酸化炭素濃度が低くなる(参照:Jong I. Lee, Frederick D. Otto and Alan E. Mather, "Equilibrium Between carbon Dioxide and Aqueous Monoethanolamine Solutions", J. appl. Chem. Biotechnol. 1976, 26, PP541-549)。従って、通常、再生処理における吸収液は、外部熱源から供給される熱エネルギーを用いた外部加熱手段によって沸騰温度近辺に維持される。再生処理において二酸化炭素を放出した高温の再生吸収液(リーン液)は、吸収処理で二酸化炭素を吸収した吸収液(リッチ液)と熱交換することによって、加熱されたリッチ液が再生処理に供給されるので、熱エネルギーが回収・再利用される。しかし、再生処理において吸収液から放出される二酸化炭素を含んだガスは、その熱を含んだ高温の状態で排出され、排出ガスに含まれる熱量は無駄になる。排出ガスの温度低下、つまり、再生塔の塔頂温度の低下は、上述のリッチ液とリーン液との熱交換率を下げることによって可能であるが、熱交換において回収される顕熱が減少するため、熱量の削減には寄与しない。 In the absorption process of carbon dioxide by the chemical absorption method, absorption treatment that absorbs carbon dioxide contained in the gas into a low-temperature absorption liquid and high-temperature regeneration that regenerates the absorption liquid by releasing the absorbed carbon dioxide from the absorption liquid The absorption liquid is circulated between the treatments, and the absorption treatment and the regeneration treatment are alternately repeated. The regeneration rate of the absorbent in the regeneration process depends on the heating temperature of the absorbent. The higher the temperature, the more carbon dioxide gas is released and the residual carbon dioxide concentration in the absorbent becomes lower (see: Jong I. Lee, Frederick D. Otto and Alan E. Mather, “Equilibrium Between carbon Dioxide and Aqueous Monoethanolamine Solutions”, J. appl. Chem. Biotechnol. 1976, 26, PP541-549). Therefore, normally, the absorbing liquid in the regeneration process is maintained near the boiling temperature by external heating means using thermal energy supplied from an external heat source. The high-temperature regenerated absorbent (lean liquid) that has released carbon dioxide in the regeneration process exchanges heat with the absorbent (rich liquid) that has absorbed carbon dioxide in the absorption process, so that the heated rich liquid is supplied to the regenerative process. Heat energy is recovered and reused. However, the gas containing carbon dioxide released from the absorbing solution in the regeneration process is discharged in a high temperature state including the heat, and the amount of heat contained in the exhaust gas is wasted. The temperature of the exhaust gas can be lowered, that is, the temperature at the top of the regeneration tower can be lowered by lowering the heat exchange rate between the rich liquid and the lean liquid, but the sensible heat recovered in the heat exchange is reduced. Therefore, it does not contribute to the reduction of heat.
本発明では、吸収処理及び再生処理を、各々、少なくとも二段階に区分して2組の吸収工程及び再生工程を構成し、吸収液を循環させる循環路も独立した2つの経路に分離して各組の吸収工程及び再生工程間で吸収液を個別に循環させるように構成する。1つの再生工程では外部エネルギー源を利用する外部加熱手段によって吸収液を積極的に加熱するが、この工程で放出される高温のガスは、もう1つの再生工程に供給されて熱源となることで吸収液が加熱再生される。つまり、ガスからの放出回収熱が吸収液の再生に直接利用される。更に、再生塔からの排出ガスを圧縮して、放出される熱エネルギーを回収する熱交換器を導入し、回収熱エネルギーを再生塔に供給するように構成することによって、外部熱源から供給される熱エネルギーの利用効率は格段に高くなる。この際、熱エネルギーを回収した排出ガスから水分が凝縮するので、この凝縮水を吸収液に供給して吸収液の濃度調整に利用する。上述のように吸収塔及び再生塔で使用する吸収液を独立した2組の経路によって循環させる構成は、吸収液から気化する水蒸気が一方の経路から他方の経路へ移動することによって、一方の経路の吸収液が濃縮され易いという問題があるが、この問題を効果的に解消する手段として、上述の排出ガスから分離される凝縮水の利用は好都合である。又、再生塔からの排出ガスには吸収剤(アミン化合物)等が混入し得るが、再生塔を二段階に区分することで塔頂温度は低下するため、吸収剤の混入量は格段に減少する。この点は、排出ガスを圧縮する圧縮器や装置接続部のシール材がガス中の混入物による腐食等を受け難くなる点でも有利な構成である。 In the present invention, the absorption process and the regeneration process are each divided into at least two stages to constitute two sets of absorption process and regeneration process, and the circulation path for circulating the absorbent is also separated into two independent paths. The absorbent is configured to be circulated individually between the pair of absorption processes and the regeneration process. In one regeneration process, the absorbing liquid is positively heated by an external heating means using an external energy source. The high-temperature gas released in this process is supplied to another regeneration process and becomes a heat source. The absorbent is regenerated by heating. That is, the heat recovered from the gas is directly used for the regeneration of the absorbent. Further, the exhaust gas from the regeneration tower is compressed, and a heat exchanger for recovering the released heat energy is introduced, and the recovered heat energy is supplied to the regeneration tower, thereby being supplied from an external heat source. The use efficiency of thermal energy becomes much higher. At this time, since water is condensed from the exhaust gas from which the thermal energy has been recovered, this condensed water is supplied to the absorbent and used for adjusting the concentration of the absorbent. As described above, the configuration in which the absorption liquid used in the absorption tower and the regeneration tower is circulated by two independent paths is such that the water vapor evaporated from the absorption liquid moves from one path to the other path, However, the use of condensed water separated from the exhaust gas is advantageous as a means for effectively solving this problem. In addition, the absorbent (amine compound) can be mixed into the exhaust gas from the regeneration tower. However, since the top temperature of the regeneration tower is lowered by dividing the regeneration tower into two stages, the amount of absorbent mixed in is greatly reduced. To do. This point is also advantageous in that the compressor for compressing the exhaust gas and the sealing material for the device connection portion are less susceptible to corrosion due to contaminants in the gas.
尚、上記構成において、2組の経路を循環する吸収液は、各々、個別に選定可能となるので、各経路の処理条件に応じて適した特性に各々調整することができ、異なる組成に調製した2種類の吸収液の使用も可能になる。吸収液に含まれる吸収剤は、概して、吸収性及び再生性の両方に優れたものを開発するのは難しく、何れか一方に優れているのが一般的であるので、異なる濃度・組成の吸収液が使用可能な構成では、各循環系の吸収工程及び再生工程の処理条件に特化した吸収液を選択して用いることにより、吸収効率及び再生効率の低下を回避しつつ再生に要するエネルギーの削減を有利に進めることができる。 In the above configuration, the absorption liquid circulating through the two sets of paths can be individually selected, and can be adjusted to characteristics suitable for the processing conditions of each path, and prepared in different compositions. It is also possible to use two types of absorbents. In general, it is difficult to develop an absorbent that is excellent in both absorption and regenerative properties, and it is generally excellent in either one. In the configuration in which the liquid can be used, the energy required for regeneration can be reduced while avoiding a decrease in absorption efficiency and regeneration efficiency by selecting and using an absorption liquid specialized for the processing conditions of the absorption process and regeneration process of each circulation system. Reduction can be advantageously promoted.
以下、本発明の二酸化炭素の回収方法及び回収装置について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, the carbon dioxide recovery method and recovery apparatus of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の二酸化炭素の回収装置の一実施形態を示す。回収装置1は、二酸化炭素を含有するガスGを吸収液に接触させて二酸化炭素を吸収液に吸収させる吸収塔10と、二酸化炭素を吸収した吸収液を加熱して二酸化炭素を吸収液から放出させ、吸収液を再生する再生塔20とを有する。回収装置1に供給されるガスGについて特に制限はなく、燃焼排ガスやプロセス排ガスなどの様々なガスの取扱いが可能である。吸収塔10及び再生塔20は、各々、向流型気液接触装置として構成され、接触面積を大きくするための充填材11,21が各々内部に装填されている。吸収液として、アルカノールアミン類等の二酸化炭素に親和性を有する化合物を吸収剤として含有する水性液が用いられる。充填材11,21は、処理温度における耐久性及び耐腐食性を有する素材製で、所望の接触面積を提供し得る形状のものを適宜選択して使用することができ、概して、ステンレス鋼、炭素鋼等の鉄系金属材料製のものが用いられるが、特に限定されない。更に、必要に応じて、吸収塔10に供給されるガスGを二酸化炭素の吸収に適した低温に維持するための冷却塔を設けてもよい。
FIG. 1 shows an embodiment of the carbon dioxide recovery apparatus of the present invention. The recovery device 1 is configured to bring the gas G containing carbon dioxide into contact with the absorption liquid and absorb the carbon dioxide into the absorption liquid, and heat the absorption liquid that has absorbed the carbon dioxide to release the carbon dioxide from the absorption liquid. And a
二酸化炭素を含んだガスGは、吸収塔10の下部から供給される。吸収塔10内は、充填材11aが収容される下側の第1吸収部12aと、充填材11bが収容される上側の第2吸収部12bとに区画され、第1吸収部12aと第2吸収部12bとの間には、水平環状板の中央穴周縁に管状壁が立設された区画部材13が介在し、区画部材13の管状壁の上端穴の上方を笠が覆い、吸収塔10の内側壁と区画部材13の管状壁との間において水平環状板上に液溜まりが形成されるように構成されている。吸収塔10下部から供給されるガスGは、塔内を上昇して第1吸収部12aの充填材11aを通過した後に、区画部材13の管状壁内孔を通って第2吸収部12bの充填材11bを通過する。一方、吸収液は、第1及び第2吸収液の2つに分けられ、第1吸収液は、吸収塔10の第1吸収部12a上部に供給されて、充填材11aを流下した後に吸収塔10底部に貯留され、第2吸収液は、吸収塔10の第2吸収部12b上部に供給されて、充填材11bを流下した後に区画部材13の液溜まりに貯留され、第1吸収部12aには流下せずに塔外へ導出されるように構成されている。ガスGが充填材11a,11bを通過する間に2つの吸収液と順次気液接触してガスG中の二酸化炭素が吸収液に吸収される。第1吸収部12aを通過した後のガスの二酸化炭素濃度は低下しているので、第2吸収液は、第1吸収液が接触するガスGより二酸化炭素濃度が低いガスと接触する。第1吸収部12aにおいて二酸化炭素を吸収した第1吸収液(リッチ液)A1’は、吸収塔10底部に貯溜され、ポンプ14によって、吸収塔10底部と再生塔20上部とを接続する第1供給路15を通じて再生塔20へ供給される。第2吸収部12bにおいて二酸化炭素を吸収した第2吸収液(リッチ液)A2’は、区画部材13の液溜まりに貯溜され、ポンプ16によって、吸収塔10中央部と再生塔20中央部とを接続する第2供給路17を通じて再生塔20へ供給される。二酸化炭素が除去されたガスG’は、吸収塔10の頂部から排出される。
The gas G containing carbon dioxide is supplied from the lower part of the
吸収液が二酸化炭素を吸収することによって発熱して液温が上昇するので、必要に応じて、ガスG’に含まれ得る水蒸気等を凝縮するための冷却凝縮部18が吸収塔10頂部に設けられ、これにより、水蒸気等が塔外へ漏出するのをある程度抑制できる。これを更に確実にするために、吸収塔外に付設される冷却器31及びポンプ32を有し、冷却凝縮部18下に貯留される凝縮水の一部(塔内のガスG’を含んでも良い)は、ポンプ32によって冷却器31との間で循環させる。冷却器31で冷却されて塔頂部に供給される凝縮水等は冷却凝縮部18を低温に維持し、冷却凝縮部18を通過するガスG’を確実に冷却する。塔外へ排出されるガスG’の温度は60℃程度以下が好ましく、より好ましくは45℃以下となるようにポンプ32の駆動が制御される。図1の構成において、冷却凝縮部18で凝縮する水は充填材11bに供給されるが、凝縮水は塔内の吸収液の組成変動を補整するために使用できるので、必要に応じて第1及び第2吸収液の濃度組成を検知して濃度変動の割合に応じて凝縮水を分配して充填材11a,11bに供給するように構成すると良く、冷却凝縮部18における凝縮水の供給は、後述する再生塔20における凝縮水による補整を勘案して適宜設定・変更することができる。
The absorption liquid absorbs carbon dioxide to generate heat and the liquid temperature rises. Therefore, if necessary, a
再生塔20内は、充填材21aが収容される下側の第1再生部22aと、充填材21bが収容される上側の第2再生部22bとに区画され、第1再生部22aと第2再生部22bとの間には、区画部材13と同様の構造によって液溜まりを形成する区画部材23が介在する。吸収塔10底部から第1供給路15を通じて供給される第1吸収液A1’は、再生塔20の第2再生部22b上部に導入されて、充填材21bを流下した後に区画部材23の液溜まりに貯留され、第1再生部22aには流下せずに塔外へ導出されるように構成される。吸収塔10の第2吸収部12bから第2供給路17を通じて供給される第2吸収液A2’は、第1再生部22a上部に供給されて、充填材21aを流下した後に再生塔20底部に貯留される。
The
再生塔20の底部には、外部からの供給エネルギーを用いて吸収液を積極的に加熱するための外部加熱手段としてリボイラーが付設される。即ち、再生塔20外に付設されるスチームヒーター24と、塔底部に貯留される第2吸収液A2をスチームヒーター24を介して循環させる循環路25とが付設され、塔底部の第2吸収液A2の一部が循環路25を通してスチームヒーター24に分流され、高温蒸気との熱交換によって継続的に加熱されて塔内へ還流される。従って、底部の第2吸収液A2は、積極的に加熱されて二酸化炭素を十分に放出し、又、充填材21aも間接的に加熱されて充填材21a上での気液接触による二酸化炭素の放出が促進される。第2吸収液から放出される二酸化炭素及び水蒸気を含む高温のガスは、上昇して第1再生部22aの充填材21aを通過した後に、区画部材23の管状壁内孔を通って第2再生部22bの充填材21bを通過する。この間に、充填材21aを流下する第2吸収液A2’、及び、充填材21bを流下する第1吸収液A1’は加熱され、これらの吸収液中の二酸化炭素が放出される。第2再生部22bに供給される第1吸収液A1’は、外部加熱手段による積極加熱を受けず、第1再生部22aから放出されるガスの熱によってのみ加熱されるので、その温度は第2吸収液A2’より低い。従って、第1吸収液と第2吸収液が同じ組成である場合は、区画部材23の液溜まりの第1吸収液A1の再生度は、塔底部の第2吸収液A2の再生度より低くなり、セミリーン液となる。二酸化炭素を放出した第1吸収液A1は、区画部材23の液溜まりからポンプ26によって、再生塔20中央部と吸収塔10中央部とを接続する第1還流路27を通じて吸収塔10の第1吸収部12aの上部へ還流される。再生塔20底部に貯溜されて二酸化炭素を十分に放出した第2吸収液A2(リーン液)は、ポンプ28によって、吸収塔10上部と再生塔20底部とを接続する第2還流路29を通じて吸収塔10の第2吸収部12bの上部へ還流される。この結果、第1吸収液A1,A1’が第1吸収部12aと第2再生部22bとの間を往復する第1循環系が、第1供給路15及び第1還流路27によって構成され、第2吸収液A2,A2’が第2吸収部12bと第1再生部22aとの間を往復する第2循環系が、第2供給路17及び第2還流路29によって構成される。再生塔20において吸収液から放出された二酸化炭素を含むガスは、再生塔20頂部から排出される。
A reboiler is attached to the bottom of the
第2再生部22bで二酸化炭素を放出した第1吸収液A1は、第1還流路27を還流する間に第1熱交換器33を通過する。第1熱交換器33は、第1供給路15と第1還流路27との間で熱交換を行うように設置されるので、第1吸収液A1は、第1供給路15の第1吸収液A1’によって冷却され、更に、冷却水を用いた冷却器35によって二酸化炭素の吸収に適した温度まで十分に冷却された後に第1吸収部12a上部に導入される。又、第1再生部22aで二酸化炭素を放出した第2吸収液A2は、第2還流路29を流れる間に第2熱交換器34を通過する。第2熱交換器34は、第2供給路17と第2還流路29との間で熱交換を行うように設置されるので、第2吸収液A2は、第2供給路17の第2吸収液A2’によって冷却され、更に、冷却水を用いた冷却器36によって同様に十分に冷却された後に、第2吸収部12b上部に導入される。熱交換器には、スパイラル式、プレート式、二重管式、多重円筒式、多重円管式、渦巻管式、渦巻板式、タンクコイル式、タンクジャケット式、直接接触液液式等の様々な種類があり、本発明における第1及び第2熱交換器33,34として何れのタイプを使用しても良いが、装置の簡素化及び清掃分解の容易さの点ではプレート式が優れている。
The first absorbing liquid A1 from which the carbon dioxide has been released by the
再生塔20における加熱によって吸収液から放出される二酸化炭素を含む回収ガスCは、水蒸気及び吸収剤の放出を抑制するために再生塔20上部に設けられる凝縮部37を通過した後に、頂部から排気管38を通って排出される。本発明においては、再生塔20から排出される回収ガスCから熱を回収して再利用するために、圧縮及び熱交換による熱回収システムを有し、熱回収効率を高めるために、再生塔20から排出される回収ガスCは、冷却による水蒸気の凝縮分離を経ることなく、そのまま圧縮する。この圧縮によって発生するガス圧縮熱及び水の凝縮熱の両方を纏めて回収して再利用する。詳細には、回収装置1は、再生塔20と直接連通するように排気管38上に設けられる圧縮器40と、再生塔20底部の第2吸収液A2の一部を分流して再生塔外との間を循環させる循環路50と、圧縮器40によって圧縮された回収ガスCと前記循環路50の第2吸収液A2との間で熱交換を行うように設置される熱交換器41とを有する。熱交換において、回収ガスCに含まれる水蒸気が冷却凝縮して凝縮熱を放出するので、熱交換器41では、圧縮熱と共に水の凝縮熱も回収される。回収ガスCと吸収液との熱交換には、一般的に気−液熱交換に用いられる種々の熱交換器から適宜選択して使用可能であり、例えば、直接接触式やフィンチューブ型、プレート式等の熱交換器が挙げられる。本発明の再生塔20は、再生部を2段に構成しており、1段構成の場合に比べて再生塔20の塔頂温度は低いので、吸収剤の塔外への排出は凝縮部37において適正に防止される。従って、圧縮器40や接続部のシール材の腐食防止の観点において好適な構成である。熱交換器41による熱交換後の第2吸収液A2は、再生塔20の底部に還流される。つまり、回収ガスCから回収した熱は第2吸収液A2を介して再生塔20の第1再生部22aへ供給される。尚、この実施形態では、熱交換後の第2吸収液A2を直接再生塔20に還流しているが、スチームヒーター24を介して再生塔20へ還流するように循環路50を接続してもよい。
The recovered gas C containing carbon dioxide released from the absorbing liquid by heating in the
上記熱回収システムによる熱回収を経た回収ガスCは、冷却水を用いた冷却器42によって充分に冷却し、含まれる水蒸気を可能な限り凝縮した後、気液分離器43によって凝縮水を除去して回収される。回収ガスCの二酸化炭素は、例えば、地中又は油田中に注入することによって、地中での炭酸ガス固定及び再有機化が可能である。圧縮器40による回収ガスCの圧力は、回収二酸化炭素の処理において注入圧等の作業圧として利用するなど、有効活用が可能である。
The recovered gas C that has undergone heat recovery by the heat recovery system is sufficiently cooled by the cooler 42 that uses cooling water, condenses water vapor as much as possible, and then the condensed water is removed by the gas-
気液分離器43は、加えられた圧力を開放する減圧手段として設けられる減圧弁44を有する水供給路45によって第2還流路29の冷却器36下流側と接続され、気液分離器43において分離された凝縮水は、減圧弁44によって、吸収塔10への導入に適した圧力に減圧調整されて、水供給路45から第2還流路29の第2吸収液A2に添加され、吸収塔10の第2吸収部12b上部に還流される。つまり、凝縮水は、吸収塔10へ供給する第2吸収液A2の組成変動の補整に用いられる。減圧弁44は、例えば圧力調整弁や背圧弁として一般に使用されるものを利用すればよい。
The gas /
排気管38には、再生塔20内の圧力を検出するために圧力計46が接続され、検出される圧力値に応じて圧縮器40のモーター40Mの出力を制御することによって、再生塔20内の圧力を一定に維持するように圧縮器40の作動が調整される(図中、破線で表す接続は、電気接続を示す)。モーター40Mの制御において、例えばインバータ等を用いた出力制御を利用すると、エネルギー効率が良い。
A
上述の実施形態において、凝縮水の圧力開放及び調整は、減圧弁44の代わりに膨張器を用いて行うように変更することも可能であり、この場合、膨張器と圧縮器40とが同軸ロータで協働駆動するヒートポンプとして構成すると、作動効率が向上する。或いは、エジェクタを利用して流動凝縮水を減圧したり、タービン等を用いて加圧凝縮水の流動圧から動力エネルギーを回収して圧縮器の駆動等に利用するように構成してもエネルギー効率を改善できる。又、上述の実施形態は、複数組の圧縮器及び熱交換器を用いて回収熱量を増加させるように変形することができる。つまり、熱交換器41を経た回収ガスCが、冷却器42に至る前に2組目の圧縮器及び熱交換器を通過するように排気管38上に直列に接続して圧縮及び熱交換を再度繰り返すことによって、2組目の熱交換器での熱交換による分だけ熱回収量が増加する。必要に応じて、3組以上の圧縮器及び熱交換器を設置して多段階の圧縮及び熱交換の組み合わせを適宜繰り返すことができる。このような複数段の熱交換において、循環路50を分岐させて吸収液が並列に熱交換するように構成しても、或いは、吸収液の流れが回収ガスCの流れと対向して直列に熱交換器を通過するように構成してもよい。尚、各熱交換器による熱回収毎に、回収ガスから凝縮水を分離するように気液分離器を配置すると更に好ましい。
In the above-described embodiment, the pressure release and adjustment of the condensed water can be changed by using an expander instead of the
再生塔20において、第1再生部22aの底部で加熱された第2吸収液A2の温度をT1とし、第2熱交換器34から第1再生部22a上部へ導入される第2吸収液A2’の温度をT2とすると、T1>T2となる。又、第1再生部22aから放出されるガスによって第2再生部22bで加熱された液溜まりの第1吸収液A1の温度をT3とし、第1熱交換器33から第2再生部22bへ導入される第1吸収液A1’の温度をT4、第1再生部22aから第2再生部22bへ放出されるガスの温度をt1、第2再生部22bから放出されるガスの温度をt2とすると、t1>T3>T4、t1>t2となる。一般的に、再生塔における吸収液は、再生度を高めるために吸収液の沸点近辺に加熱され、熱交換性能が高い熱交換器を用いて熱回収率を高めて温度差(T1−T2)が小さくなると、第1再生部22aから放出されるガスの温度t1も高くなる。このガスがそのまま再生塔20から排出すれば、顕熱分のエネルギーを放出するだけでなく、水蒸気と共に多量の潜熱分のエネルギーも放出することになるが、本発明においては、第1再生部22aから放出されるガスの熱量を第2再生部22bにおいて回収して吸収液の再生に利用し、ガスの温度をt1からt2へ低下させて顕熱の放出量を削減する。温度低下に伴って水蒸気の凝縮も進行するので、第2再生部22bから放出されるガスに含まれる水蒸気及び潜熱も減少する。尚、上述の構成においては、吸収液から気化する水蒸気の凝縮水は、吸収塔10内では第2吸収部12bの第2吸収液A2,A2’へ、再生塔20内では第2再生部22bの第1吸収液A1,A1’に供給されるが、第1再生部22aにおける第2吸収液A2からの気化水量が第2吸収部12bにおいて補われる凝縮水量を超え易い傾向があるので、第2吸収液の濃度上昇を抑制するための希釈水として気液分離器43の凝縮水を利用するように構成することは有用である。尚、同一組成の第1吸収液及び第2吸収液を使用する場合、気化による濃度変動が大きい時に、第1吸収液及び第2吸収液の濃度を均一化するために、第1吸収液の一部を第2吸収液に混合するか、或いは、第2液の一部を第1吸収液に混合してもよい。この場合、吸収液の部分混合に起因するエネルギー損失は、運転条件(吸収液の循環量等)の調整によって低減可能であり、再生後の第1吸収液A1及び吸収後の第2吸収液A2’の二酸化炭素濃度が同程度になるように運転条件を調整して吸収液を混合するとよい。
In the
図1の回収装置1の稼動によって実施される回収方法について説明する。 The collection method implemented by the operation of the collection apparatus 1 in FIG. 1 will be described.
吸収塔10において、燃焼排ガスやプロセス排ガスなどの二酸化炭素を含有するガスGを底部から供給し、ポンプ14,16,26,28を駆動して第1及び第2吸収液A1,A2を循環させ(第1及び第2循環工程)、第1及び第2吸収部12a,12bの上部から各々供給されると、充填材11a,11b上でガスGと第1及び第2吸収液A1,A2とが気液接触して、吸収液に二酸化炭素が吸収される吸収処理(第1及び第2吸収工程)が進行する。二酸化炭素は、低温において良好に吸収されるので、概して50℃程度以下、好ましくは40℃以下となるように吸収液A1,A2の液温又は吸収塔10(特に充填材11a,11b)の温度を調整する。吸収液は二酸化炭素の吸収によって発熱するので、これによる液温上昇を考慮し、液温が60℃を超えないように配慮することが望ましい。吸収塔10に供給されるガスGについても、上述を勘案して、必要に応じて冷却塔を用いて予め適正な温度に調整するとよい。第1及び第2吸収液A1,A2として、二酸化炭素に親和性を有する化合物を吸収剤として含有する水性液が用いられる。吸収剤としては、アルカノールアミン類やアルコール性水酸基を有するヒンダードアミン類などが挙げられ、具体的には、アルカノールアミンとして、例えば、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、N−メチルジエタノールアミン(MDEA)、ジイソプロパノールアミン、ジグリコールアミン等を例示することができ、アルコール性水酸基を有するヒンダードアミンとしては、2−アミノ−2−メチル−1−プロパノール(AMP)、2−(エチルアミノ)エタノール(EAE)、2−(メチルアミノ)エタノール(MAE)等を例示でき、上記のような化合物の複数種を混合使用しても良い。吸収液の吸収剤濃度は、処理対象とするガスに含まれる二酸化炭素量や処理速度、吸収液の流動性や消耗損失抑制等に応じて適宜設定することができ、概して、10〜50質量%程度の濃度で使用され、例えば、二酸化炭素含有量20%程度のガスGの処理について、濃度30質量%程度の吸収液が好適に使用される。
In the
本発明においては、第1及び第2吸収液A1,A2として、同じ吸収剤を含んだ同質の吸収液を用ることも、或いは、1)吸収剤濃度の異なる吸収液、2)吸収剤の種類や含有組成割合が異なる吸収液を用いることも可能である。例えば、1)の形態では、再生塔20における加熱温度が相対的に高い第2吸収液A2の吸収剤濃度が第1吸収液より低くなるように設定することによって、第1再生部22a(第1再生工程)での第2吸収液A2の熱変質を抑制して耐熱性を高め、第1吸収液A1は吸収能を高くすることができるので、耐熱性に難のある吸収剤の中から吸収性及び再生性(再生容易性)の良いものを選択して用いることが可能となる。2)の形態では、第1吸収部12a(第1吸収工程)で処理するガスの二酸化炭素濃度が第2吸収部12b(第2吸収工程)より高く、二酸化炭素の吸収が容易な条件であるので、第1吸収液A1については吸収液の再生性を優先し、ガスの二酸化炭素濃度が相対的に低い第2吸収部12bで接触する第2吸収液A2については、吸収性を優先して吸収剤を選択することによって、全体として吸収効率を低下させずに吸収液の再生を容易にして再生に要するエネルギーを削減することができる。再生性の良い吸収液を第1吸収液A1として使用することにより、第2再生部22b(第2再生工程)における低めの温度での再生度が高まり、第1吸収部12aへ還流する吸収液をリーン液に近づけることができる。一般的に使用が好まれるモノエタノールアミン(MEA)は、吸収性が高い吸収剤であり、他方、再生性の良い吸収剤としては、AMPやMDEAが挙げられる。屡々、AMPやMDEAの吸収性を改善する目的でMEAを混合して吸収液が構成されているが、混合割合によって吸収性及び再生性をある程度調整することができるので、本発明においてこの手法を利用して第1及び第2吸収液を調製すると、各吸収液の特性を活かして吸収処理及び再生処理を効率よく実施できる。例えば、第1吸収液A1として、MDEA又はAMPの濃度が相対的に高く再生性の良い吸収液を使用し、第2吸収液A2として、MEAの濃度が相対的に高く吸収性の高い吸収液を使用すると、再生エネルギーを削減する上で好ましい。
In the present invention, it is also possible to use the same absorption liquid containing the same absorbent as the first and second absorbents A1 and A2, or 1) an absorbent having a different absorbent concentration and 2) an absorbent. It is also possible to use absorption liquids with different types and composition ratios. For example, in the form of 1), by setting the absorbent concentration of the second absorbent A2 having a relatively high heating temperature in the
ガスGの供給速度及び第1及び第2吸収液の循環速度は、ガスGに含まれる二酸化炭素量、吸収液の二酸化炭素吸収能及び充填材における気液接触効率等を考慮して、吸収が良好に進行するように適宜設定される。各吸収液の循環によって、吸収処理/再生処理が繰り返し実行される。 The supply speed of the gas G and the circulation speed of the first and second absorption liquids are determined in consideration of the amount of carbon dioxide contained in the gas G, the carbon dioxide absorption capacity of the absorption liquid, the gas-liquid contact efficiency in the filler, and the like. It is set as appropriate so as to proceed well. The absorption process / regeneration process is repeatedly executed by circulation of each absorption liquid.
二酸化炭素を吸収した第2吸収液A2’は、第2供給路17から第1再生部22aに供給されるが、この間に、再生塔20から還流する第2吸収液A2との熱交換によって加熱される(第2熱交換工程)。第1再生部22aにおいて外部熱により加熱される第2吸収液A2の温度T1は、使用する吸収液組成や再生条件によって異なるが、概して100〜130℃程度(沸点付近)に設定され、これに基づくと、第2吸収液A2’の第2熱交換器34の出口温度、つまり、第1再生部22aへの導入温度T2は、90〜125℃程度とすることができる。第1再生部22aから第2再生部22bへ放出されるガスの温度t1は、85〜115℃程度となり、又、第1再生部22aから放出されるガスによって第2再生部22bで加熱された第1吸収液A1の温度T3は、85〜115℃程度となる。第1熱交換器33における熱交換(第1熱交換工程)によって、第2再生部22bに導入される第1吸収液A1’の温度T4は、80〜110℃程度とすることができる。第2再生部22bから放出されるガスの温度t2は、100℃以下に低下させることが可能である。
The second absorption liquid A2 ′ that has absorbed carbon dioxide is supplied from the
第2再生部22bにおいて第1再生部22aより低い温度において再生を行うことにより、再生塔20上部の温度t2は、投入される第1吸収液A1’の温度T4に近い温度に低下させることができる(t2<t1、T4<T3<t1)。従って、凝縮部37を通過する回収ガスに含まれる吸収剤は減少し、排気管38に設けられる機器や材料の吸収剤による腐食を防止できる。低い温度で吸収液の再生を進行させるには、吸収液の二酸化炭素含有量が高いことが重要であるが、第1吸収部12aにおいて二酸化炭素濃度が高いガスと接触する第1吸収液は、相対的に二酸化炭素含有量が高くなり易いので、第2再生部22bにおいてガスの熱を利用した再生を行う上で都合がよい。
By performing regeneration at a temperature lower than that of the
再生塔20底部に貯留される第2吸収液A2は、部分循環加熱によって沸点付近に加熱され、この時、吸収液の沸点は組成(吸収剤濃度)及び再生塔20内の圧力に依存する。加熱において、吸収液から失われる水の気化潜熱及び吸収液の顕熱の供給が必要であり、加圧によって気化を抑制すると、沸点上昇により顕熱が増加する。従って、これらのバランスを考慮すると、再生塔20内を100kPaG程度に加圧し、吸収液を120〜130℃に加熱する条件設定を適用すると、エネルギー効率上好ましい。尚、圧縮器40の作動は、再生塔20の内圧を下げる作用を有するので、再生塔20内を加圧するには、排気管38からの排気を開閉弁(図示せず)等によって制御して圧力を高めた後に、圧縮器40の作動を制御しながら再生塔20の内圧及び圧縮器40の出口圧力を調整すればよい。
The second absorbent A2 stored at the bottom of the
再生塔20において、吸収液から放出される二酸化炭素を含んだ回収ガスCは、圧縮器40によって直ぐに圧縮されて(圧縮行程)、圧力増加によりガス温度が上昇し、熱交換によって熱回収し易くなる。熱交換器41による熱回収工程において、温度低下により回収ガスCに含まれる水蒸気が凝縮して水の凝縮熱も放出する。効率的に熱回収するには、圧縮後の温度が120〜500℃程度、好ましくは、吸収液の沸点より5℃程度高い温度となるように、圧縮器40による圧縮率を調節するとよい。回収ガスCに含まれる水蒸気量によっても異なるが、概して、圧縮工程によって回収ガスCの圧力が0.3〜2.0MPaG程度となるように設定すると好ましい。複数の圧縮器を用いて多段階の圧縮工程を行う場合は、後段になるに従って高圧が必要となるので、例えば、3段階の圧縮を行う場合には、1段目の圧縮工程による圧力は0.3〜1.0MPaG程度、2段目の圧縮行程では0.5〜1.5MPaG程度、3段目の圧縮行程では1.0〜2.0MPaG程度となるように設定するとよい。
In the
圧縮によって発生する圧縮熱及び水の凝縮熱は、熱交換器41における熱交換処理において、再生塔20から循環する一部の吸収液A2を介して回収され、これが再生塔20の第1再生部22aへ還流することで、回収熱は再生塔20の吸収液に供給される。これにより、スチームヒーター24による再生塔20の吸収液A2の加熱に要する熱エネルギーが削減できる。上述の熱回収工程後の回収ガスCから凝縮する凝縮水は、気液分離器43による分離工程を経た後、減圧弁44によって圧力が開放されて、第2還流路29を流れる第2吸収液A2に添加され(水供給工程)、吸収塔10の第2吸収部12bへ還流される。気液分離器43の凝縮水の温度は40〜50℃程度であり、減圧弁44での減圧による気化に伴って更に低下するので、吸収塔10への導入に都合がよく、冷却器36における冷却熱量の削減にも有効である。又、第1再生部22aから第2再生部22bへの水蒸気の移行によって第2吸収液に起こり易い濃縮を補整する濃度調整を行う点でも、第2還流路29への凝縮水の添加は好適である。尚、水供給路45を分岐させて第1還流路27にも接続するように変更すると、気液分離器43の凝縮水の一部を分取して第1還流路27の第1吸収液A1の希釈に利用することができ、吸収液の濃度調整の自由度が高まる。
The heat of compression and the heat of condensation of water generated by the compression are recovered through a part of the absorbing liquid A2 circulated from the
図2は、本発明の二酸化炭素の回収方法及びそれを実施する回収装置の第2の実施形態を示す。この回収装置2は、圧縮後の回収ガスCと熱交換する吸収液の流路が第1の実施形態とは異なり、熱回収工程で回収される熱は、吸収塔10から再生塔20へ導入される直前の第2吸収液A2’に供給される。
FIG. 2 shows a second embodiment of the carbon dioxide recovery method of the present invention and a recovery apparatus for carrying out the method. Unlike the first embodiment, the
詳細には、第2供給路17の第2熱交換器34下流側から分岐して熱交換器41aを経て第2供給路17に合流する循環路51が設けられ、吸収塔10の第2吸収部12bから送出されて第2熱交換器34を経た後の第2吸収液A2’の一部は、直接再生塔20に供給されずに、循環路51を通って熱交換器41aにおける熱交換処理を経た後に第2供給路17に還流して再生塔20の第1再生部22aへ供給されるように構成されている。熱交換器41aは、排気管38の圧縮された回収ガスCと循環路51の第2吸収液A2’との熱交換を行うように設置される。従って、再生塔20から排出される回収ガスCから回収される熱は、第2吸収液A2’を介して再生塔20の第1再生部22aに供給される。
Specifically, a
図2の回収装置2における熱回収工程では、吸収工程後の第2吸収液A2’の一部を、再生工程に供給する前に回収ガスCと熱交換しており、第2吸収液A2’の第1再生部22aへの導入温度T2を図1の温度より高くすることができ、例えば、95〜130℃程度とすることができる。これに伴って、第1再生部22aから第2再生部22bへ放出されるガスの温度t1、及び、第2再生部22bで加熱された第1吸収液A1の温度T3も高くすることができる。この実施形態は、第2熱交換器34における熱交換を補う必要がある場合に有用であり、逆に、第2熱交換器34の小型化が可能でもある。更にこれを強化する場合には、第2供給路17が循環路51を介して再生塔20に接続されるように変更して、第2供給路17の第2吸収液A2’が全て熱交換器41aを経るように構成することができる。
In the heat recovery process in the
図2の実施形態において、上記の点以外は、図1の実施形態と同様に構成されているので、説明は省略する。 In the embodiment of FIG. 2, the configuration other than the above is the same as that of the embodiment of FIG.
図3は、本発明の二酸化炭素の回収方法及びそれを実施する回収装置の第3の実施形態を示す。この回収装置3も、圧縮後の回収ガスCと熱交換する吸収液の流路が第1の実施形態とは異なり、熱回収工程で回収される熱は、吸収塔10から再生塔20の第2再生部22bへ導入される直前の第1吸収液A1’に供給される。
FIG. 3 shows a third embodiment of the carbon dioxide recovery method of the present invention and a recovery apparatus for carrying it out. Unlike the first embodiment, the
詳細には、第1供給路15の第1熱交換器下流側から分岐して熱交換器41bを経て第1供給路15に合流する循環路52が設けられ、吸収塔10の第1吸収部12aから送出されて第1熱交換器33を経た後の第1吸収液A1’の一部は、直接再生塔20に供給されずに、循環路52を通って熱交換器41bにおける熱交換処理を経た後に第1供給路15に還流して再生塔20の第2再生部22bへ供給されるように構成されている。熱交換器41bは、排気管38の圧縮された回収ガスCと循環路52の第1吸収液A1’との熱交換を行うように設置される。従って、再生塔20から排出される回収ガスCから回収される熱は、第1吸収液A1’を介して再生塔20の第2再生部22bに供給される。
Specifically, a
図3の回収装置3における熱回収工程では、吸収工程後の第1吸収液A1’の一部を、再生工程に供給する前に回収ガスCと熱交換しており、第2再生部22bに導入される第1吸収液A1’の温度T4を図1の温度より高くすることができ、例えば、85〜115℃程度とすることができる。これに伴って、第2再生部22b底部の吸収液A1の温度T3、及び、第2再生部22bから放出されるガスの温度t2も高くすることができる。この実施形態は、第1熱交換器33における熱交換を補う必要がある場合に有用であり、逆に、第1熱交換器33の小型化が可能でもある。更にこれを強化する場合には、第1供給路15が循環路52を通じて再生塔20に接続されるように変更して、第1供給路15の第1吸収液A1’が全て熱交換器41bを経るように構成することができる。
In the heat recovery step in the
図3の実施形態において、上記の点以外は、図1の実施形態と同様に構成されているので、説明は省略する。 In the embodiment of FIG. 3, the configuration other than the above is the same as that of the embodiment of FIG.
図4は、本発明の二酸化炭素の回収方法及びそれを実施する回収装置の第4の実施形態を示す。この回収装置4は、図1〜図3の構成を組みあわせたものであり、熱回収システムは、圧縮後の回収ガスCが、再生塔20底部の第2吸収液A2、第1再生部22aに導入される直前の第2吸収液A2’、及び、第2再生部22bに導入される直前の第1吸収液A1’の全てと順次熱交換するように構成される。
FIG. 4 shows a fourth embodiment of the carbon dioxide recovery method of the present invention and a recovery apparatus for implementing the method. The recovery device 4 is a combination of the configurations shown in FIGS. 1 to 3, and the heat recovery system is configured such that the recovered gas C after compression is converted into the second absorbent A2 at the bottom of the
詳細には、再生塔20から回収ガスCを排出する排気管38a上には、回収装置1〜3と同様に、再生塔20と直接連通するように設けられる圧縮器40と、再生塔20底部の第2吸収液A2の一部を分流して再生塔外との間を循環させる循環路50と、圧縮器40によって圧縮された回収ガスCと前記循環路50の第2吸収液A2との間で熱交換を行うように設置される熱交換器41とが設けられ、回収ガスCから凝縮する凝縮水を分離するための気液分離器43も有する。更に、この実施形態では、排気管38aには、熱交換器41と気液分離器43との間に熱交換器41c及び熱交換器41dが設けられ、熱交換器41cは、排気管38aの回収ガスCと第2供給路17の第2吸収液A2’との熱交換を行い、熱交換器41cは、排気管38aの回収ガスCと第1供給路15の第1吸収液A1’との熱交換を行う。再生塔20の第2吸収液A2は、熱交換器41による熱交換後に再生塔20の底部に還流され、第2供給路17の第2吸収液A2’は、熱交換器41cによる熱交換後に第1再生部22aの上部へ投入され、第1供給路15の第1吸収液A1’は熱交換器41dによる熱交換後に第2再生部22bの上部へ投入される。圧縮された回収ガスCから回収される熱は、循環路50の第2吸収液A2、第2供給路17の第2吸収液A2’、及び、第1供給路15の第1吸収液A1’に順次伝達され、これらを介して再生塔20に供給される。熱交換器41,41c、41dでの熱交換において、回収ガスCの温度は段階的に低下し、回収ガスCに含まれる水蒸気が冷却凝縮して凝縮熱を放出するので、これらの熱交換器において圧縮熱と共に水の凝縮熱も回収される。
Specifically, on the
この構成では、第2吸収液A2’の第2熱交換器34の出口温度は、90〜125℃程度であり、第1再生部22aへの導入温度T2は、熱交換器41cによって95〜130℃程度とすることができる。第1再生部22aから第2再生部22bへ放出されるガスの温度t1は、90〜120℃程度となり、又、第1再生部22aから放出されるガスによって第2再生部22bで加熱された第1吸収液A1の温度T3は、85〜120℃程度となる。第1熱交換器33における熱交換によって第1吸収液A1’の温度は80〜110℃となり、第2再生部22bに導入される第1吸収液A1’の温度T4は、熱交換器41dによって85〜115℃程度とすることができる。
In this configuration, the outlet temperature of the
図4において、熱回収システムによる熱回収を経た排気管38aの回収ガスCは、冷却水を用いた冷却器42によって充分に冷却されて、水蒸気を可能な限り凝縮した後、気液分離器43によって凝縮水を除去した後に回収される。気液分離器43は、水供給路45によって第2還流路29の冷却器36下流側と接続され、気液分離器43で分離された凝縮水は、圧力を開放する減圧弁44によって適切な圧力に減圧調整されて、水供給路45から第2還流路29の冷却器36下流側の第2吸収液A2に添加され、吸収塔10の第2吸収部12b上部に還流される。
In FIG. 4, the recovered gas C in the
図4の実施形態においても、図1〜図3の実施形態において可能な応用・変更を同様に施すことが可能である。又、熱交換器41,41c、41dの何れか1つを省略して2つの熱交換器のみで熱回収を行うように変更しても良い。図4の実施形態から2つの熱交換器を省略すると、図1〜図3の実施形態と同様になる。
Also in the embodiment of FIG. 4, it is possible to similarly apply and change possible in the embodiment of FIGS. 1 to 3. Further, any one of the
上述のように、第1〜第4の実施形態において、第1及び第2吸収液A1,A2は、互いに独立して吸収塔10と再生塔20との間で循環し、第1再生部22aより低い温度で再生を行う第2再生部22bを用いて2段階の再生工程を行うことによって、再生塔における熱エネルギーの利用効率が向上する。また、第1及び第2吸収液A1,A2のうち、第1吸収液A1を補助吸収液として、第2吸収液A2を主吸収液として捉えることができる。つまり、第1吸収液A1の役割には、再生塔における熱エネルギーの回収再利用と共に、二酸化炭素濃度が高いガスが第2吸収液A2に与える吸収負荷の低減が含まれる。換言すれば、図1〜図4の装置構成は、回収装置の処理適応性を高める上でも有効である。
As described above, in the first to fourth embodiments, the first and second absorption liquids A1 and A2 circulate between the
第1〜第4の実施形態において、吸収塔10における第1吸収部12aの充填材11aの充填容積α1と第2吸収部12bの充填材11bの充填容積α2との比α1/α2は、再生塔20における第2再生部22bの充填材21bの充填容積β2と第1再生部22aの充填材21aの充填容積β1の比β2/β1に実質的に等しくなるように設計し、更に、第1吸収液の循環量γ1と第2吸収液の循環量γ2との比γ1/γ2を、上述の比α1/α2及びβ2/β1と実質的に等しくなるようにするとよい。前述したように、第1吸収液A1は補助吸収液として見なすことができ、上記の比α1/α2及びγ1/γ2は、1/10〜9/10程度、好ましくは4/10〜8/10程度になるように設定すると、熱エネルギーを効率的に利用するのに都合がよい。
In the first to fourth embodiments, the ratio α1 / α2 between the filling volume α1 of the
図4の実施形態における3つの熱交換器41,41c,41dの熱回収による影響を調べるために、3つの熱交換器41,41c、41dのうちの0〜3個を使用して回収ガスCから熱を回収する場合の再生エネルギー(二酸化炭素の回収に要するエネルギー量)を、プロセスシミュレータを用いた計算によって調べて、基本構造(単式の吸収塔及び再生塔による処理)での再生エネルギー(約2.8GJ/t-CO2)に対する割合を求めた。これを百分率で表すと、下記の表1のようになる。尚、この計算においては、第1及び第2熱交換器33,34,及び、熱交換器41,41c,41dの熱交換性能(熱供給流体の入口温度と熱受領流体の出口温度との温度差)ΔTを10°[K]とし、前述の比α1/α2を5/10として、二酸化炭素含有ガスから90%の回収率で二酸化炭素を回収するように処理することを前提とする。
In order to investigate the effect of heat recovery of the three
(表1)
使用熱交換器の符号 再生エネルギーの割合
− 84.6%
41 72.0%
41c 76.8%
41d 80.4%
41+41c 70.5%
41+41d 64.1%
41c+41d 72.1%
41+41c+41d 63.2%
基本構造 100%
(Table 1)
Sign of heat exchanger used Percentage of renewable energy- 84.6%
41 72.0%
41c 76.8%
41d 80.4%
41 + 41c 70.5%
41 + 41d 64.1%
41c + 41d 72.1%
41 + 41c + 41d 63.2%
Basic structure 100%
表1から解るように、熱回収に使用する熱交換器を増加して熱の回収及び供給を繰り返すことによって再生エネルギーの低減効果が高まる。3つの熱交換器41,41c、41dの比較においては、熱交換器41を使用して再生塔20底部の第2吸収液A2に回収熱を供給するのが、再生エネルギーの低減に最も有効である。つまり、温度が高い部分へ回収熱を供給する方が有利である。
As can be seen from Table 1, the effect of reducing the regenerative energy is increased by increasing the number of heat exchangers used for heat recovery and repeating heat recovery and supply. In the comparison of the three
但し、2つの熱交換器を使用する場合において、熱交換器41,41dを用いる形態の方が、熱交換器41,41cを使用する形態よりも再生エネルギーが少ない。この理由の1つとして、熱交換器41cにおける回収ガスCの入口温度と第2吸収液A2’の入口温度との差が小さいために熱交換性能が満足に発揮されないことが考えられる。熱交換器41dを使用した場合には、回収ガスCと第1吸収液A1’との入口温度の差において、熱交換性能が好適に発揮されるので、排気管38aへ放出される水蒸気量及び潜熱が増加しても熱は再度回収され、結果的に熱交換器41cを使用する場合より効率が良くなる。この優劣関係は、熱交換性能がより高い熱交換器の使用によって変化する。或いは、排気管38a上において熱交換器41の下流側に追加の圧縮器を設けても変わり、追加の圧縮器による圧縮熱によって熱交換器41cでも熱交換性能が充分に発揮されて第1再生部22aへ供給される回収熱が増加し、再生エネルギーが減少する。上述から、図4の構成において、熱交換器41と熱交換器41cとの間、及び、熱交換器41cと熱交換器41dとの間に各々追加の圧縮器を設けて回収ガスCの温度を上昇させるように変更することによって、熱交換器41c及び熱交換器41dでの熱回収効率が高まり、再生エネルギーを最も低減可能な形態となる。
However, when two heat exchangers are used, the form using the
回収ガスCから分離回収される凝縮水は、変動する吸収液の組成を補整するために使用することができ、必要に応じて、気液分離器43の凝縮水の一部を分岐させて第2吸収液に添加するように変更しても良い。このような変更は、再生塔20内の吸収液の組成変動の程度や回収凝縮水の量及び液温を考慮して適宜選択すればよい。吸収剤の消耗・漏洩等によって吸収剤の追加が必要な場合には、吸収塔へ導入する前の吸収液に凝縮水と共に添加して組成を調整することができる。
The condensed water separated and recovered from the recovered gas C can be used to correct the composition of the fluctuating absorption liquid. If necessary, a part of the condensed water in the gas-
本発明は、火力発電所や製鉄所、ボイラーなどの設備から排出される二酸化炭素含有ガスの処理等に利用して、その二酸化炭素放出量や、環境に与える影響などの軽減に有用である。二酸化炭素の回収処理に要する熱エネルギーの低減が可能であり、操業費用の削減、省エネルギー及び環境保護に貢献可能な二酸化炭素の回収装置を提供できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful for reducing the amount of carbon dioxide released and its influence on the environment by using it for the treatment of carbon dioxide-containing gas discharged from facilities such as thermal power plants, ironworks, and boilers. It is possible to reduce the thermal energy required for the carbon dioxide recovery process, and to provide a carbon dioxide recovery device that can contribute to a reduction in operating costs, energy saving, and environmental protection.
1,2,3,4 回収装置、 10 吸収塔、 20 再生塔、
11,11a,11b,21,21a,21b,21c 充填材、
12a 第1吸収部、 12b 第2吸収部、 13,23 区画部材、
14,16,26,28,32 ポンプ、
15 第1供給路、 17 第2供給路、 18 冷却凝縮部、
22a 第1再生部、 22b 第2再生部、
24 スチームヒーター、 25,50,51,52 循環路、
27 第1還流路、 29 第2還流路、
31,35,36,42 冷却器、
33 第1熱交換器、 34 第2熱交換器、
37 凝縮部、 38,38a 排気管、
40 圧縮器、 40M モーター、
41,41a,41b,41c,41d 熱交換器、
43 気液分離器、 44 減圧弁、
45 水供給路、 46 圧力計、
G,G’ ガス、 C 回収ガス、
A1,A1’ 第1吸収液、 A2,A2’ 第2吸収液。
1, 2, 3, 4 recovery device, 10 absorption tower, 20 regeneration tower,
11, 11a, 11b, 21, 21a, 21b, 21c filler,
12a 1st absorption part, 12b 2nd absorption part, 13, 23 Partition member,
14, 16, 26, 28, 32 pumps,
15 1st supply path, 17 2nd supply path, 18 cooling condensation part,
22a first reproduction unit, 22b second reproduction unit,
24 steam heater, 25, 50, 51, 52 circuit,
27 1st reflux path, 29 2nd reflux path,
31, 35, 36, 42 cooler,
33 1st heat exchanger, 34 2nd heat exchanger,
37 Condensing section, 38, 38a Exhaust pipe,
40 compressor, 40M motor,
41, 41a, 41b, 41c, 41d heat exchangers,
43 gas-liquid separator, 44 pressure reducing valve,
45 water supply path, 46 pressure gauge,
G, G 'gas, C recovered gas,
A1, A1 ′ first absorbing solution, A2, A2 ′ second absorbing solution.
Claims (18)
前記吸収塔で二酸化炭素を吸収した前記吸収液を加熱し二酸化炭素を放出させて前記吸収液を再生する再生塔であって、第1再生部及び第2再生部を有し、前記第1再生部は外部加熱手段を有し、前記第2再生部は前記第1再生部から放出されるガスの熱によって加熱されるように配設される前記再生塔と、
前記第1吸収部と前記第2再生部との間で前記吸収液を循環させる第1循環系と、前記第2吸収部と前記第1再生部との間で前記吸収液を循環させる第2循環系とを有する循環システムと、
前記再生塔から排出される水蒸気及び二酸化炭素を含んだ回収ガスをそのまま圧縮する圧縮器と、
前記圧縮器によって圧縮された前記回収ガスの熱を回収して前記再生塔へ供給する熱回収システムと、
前記熱回収システムによって熱を回収した回収ガスから凝縮する水を分離する気液分離器と、
前記第2循環系において前記第1再生部から前記第2吸収部へ還流する吸収液に、前記気液分離器において分離した水を供給する水供給路と
を有し、
前記第1循環系及び前記第2循環系は、互いに独立して個別に前記吸収液を循環させ、前記第2再生部は外部加熱手段を有しない二酸化炭素の回収装置。 An absorption tower in which a gas is brought into contact with an absorption liquid and carbon dioxide contained in the gas is absorbed by the absorption liquid, the absorption tower having a first absorption section and a second absorption section, and the gas includes the first absorption section. The absorption tower disposed so as to be supplied to the second absorption part via,
A regeneration tower that regenerates the absorption liquid by heating the absorption liquid that has absorbed carbon dioxide in the absorption tower to release carbon dioxide, the first regeneration section having a first regeneration section and a second regeneration section. Part has an external heating means, and the second regeneration unit is arranged to be heated by the heat of the gas released from the first regeneration unit, and
A first circulation system for circulating the absorption liquid between the first absorption section and the second regeneration section; and a second circulation system for circulating the absorption liquid between the second absorption section and the first regeneration section. A circulation system having a circulation system;
A compressor that directly compresses the recovered gas containing water vapor and carbon dioxide discharged from the regeneration tower;
A heat recovery system for recovering heat of the recovered gas compressed by the compressor and supplying the recovered gas to the regeneration tower ;
A gas-liquid separator that separates water condensed from the recovered gas from which heat has been recovered by the heat recovery system;
The absorption liquid flowing back from the first reproducing unit in the second circulation system to the second absorption part, possess a supply water supply passage and water separated in the gas-liquid separator,
The first circulation system and the second circulation system circulate the absorption liquid independently of each other, and the second regeneration unit is a carbon dioxide recovery device that does not have external heating means .
前記吸収塔で二酸化炭素を吸収した前記吸収液を加熱し二酸化炭素を放出させて前記吸収液を再生する再生塔であって、第1再生部及び第2再生部を有し、前記第1再生部は外部加熱手段を有し、前記第2再生部は前記第1再生部から放出されるガスの熱によって加熱されるように配設される前記再生塔と、
前記第1吸収部と前記第2再生部との間で前記吸収液を循環させる第1循環系と、前記第2吸収部と前記第1再生部との間で前記吸収液を循環させる第2循環系とを有する循環システムと、
前記再生塔から排出される水蒸気及び二酸化炭素を含んだ回収ガスをそのまま圧縮する圧縮器と、
前記圧縮器によって圧縮された前記回収ガスの熱を回収して前記再生塔へ供給する熱回収システムとを有し、
前記循環システムは、第1熱交換器及び第2熱交換器を有し、前記第1熱交換器は、前記第1循環系において、前記第1吸収部から前記第2再生部へ供給される吸収液と、前記第2再生部から前記第1吸収部へ還流される吸収液との間で熱交換を行い、前記第2熱交換器は、前記第2循環系において、前記第2吸収部から前記第1再生部へ供給される吸収液と、前記第1再生部から前記第2吸収部へ還流される吸収液との間で熱交換を行うように各々付設される二酸化炭素の回収装置。 An absorption tower in which a gas is brought into contact with an absorption liquid and carbon dioxide contained in the gas is absorbed by the absorption liquid, the absorption tower having a first absorption section and a second absorption section, and the gas includes the first absorption section. The absorption tower disposed so as to be supplied to the second absorption part via,
A regeneration tower that regenerates the absorption liquid by heating the absorption liquid that has absorbed carbon dioxide in the absorption tower to release carbon dioxide, the first regeneration section having a first regeneration section and a second regeneration section. Part has an external heating means, and the second regeneration unit is arranged to be heated by the heat of the gas released from the first regeneration unit, and
A first circulation system for circulating the absorption liquid between the first absorption section and the second regeneration section; and a second circulation system for circulating the absorption liquid between the second absorption section and the first regeneration section. A circulation system having a circulation system;
A compressor that directly compresses the recovered gas containing water vapor and carbon dioxide discharged from the regeneration tower;
A heat recovery system for recovering heat of the recovered gas compressed by the compressor and supplying the recovered gas to the regeneration tower;
The circulation system includes a first heat exchanger and a second heat exchanger, and the first heat exchanger is supplied from the first absorption unit to the second regeneration unit in the first circulation system. Heat exchange is performed between the absorption liquid and the absorption liquid recirculated from the second regeneration section to the first absorption section, and the second heat exchanger is configured such that in the second circulation system, the second absorption section and absorbing liquid supplied to the first reproduction unit from the recovery of each attached to Ru carbon dioxide so as to perform heat exchange with the absorption liquid is recirculated to the second absorption part from said first reproducing unit apparatus.
前記第2循環系における前記第2熱交換器と前記第1再生部との間の吸収液と、前記圧縮器によって圧縮した回収ガスとの熱交換を行う熱交換器を有し、これにより、回収ガスの熱が前記第2循環系の吸収液を介して前記第1再生部へ供給される請求項2に記載の二酸化炭素の回収装置。 The heat recovery system includes:
A heat exchanger that performs heat exchange between the absorption liquid between the second heat exchanger and the first regeneration unit in the second circulation system and the recovered gas compressed by the compressor, The carbon dioxide recovery apparatus according to claim 2 , wherein heat of the recovery gas is supplied to the first regeneration unit via the absorption liquid of the second circulation system.
前記第1循環系における前記第1熱交換器と前記第2再生部との間の吸収液と、前記圧縮器によって圧縮した回収ガスとの熱交換を行う熱交換器を有し、これにより、回収ガスの熱が前記第1循環系の吸収液を介して前記第2再生部へ供給される請求項2又は3に記載の二酸化炭素の回収装置。 The heat recovery system includes:
A heat exchanger that performs heat exchange between the absorption liquid between the first heat exchanger and the second regeneration unit in the first circulation system and the recovered gas compressed by the compressor, The carbon dioxide recovery apparatus according to claim 2 or 3 , wherein heat of the recovery gas is supplied to the second regeneration unit via the absorption liquid of the first circulation system.
前記第1再生部の吸収液を再生塔外との間で循環させる循環路と、
前記循環路の吸収液と、前記圧縮器によって圧縮した回収ガスとの熱交換を行う熱交換器とを有し、これにより、回収ガスの熱が前記循環路の吸収液を介して前記第1再生部へ供給される請求項1〜4の何れか1項に記載の二酸化炭素の回収装置。 The heat recovery system includes:
A circulation path for circulating the absorption liquid of the first regeneration section between the outside of the regeneration tower;
A heat exchanger for exchanging heat between the absorption liquid in the circulation path and the recovered gas compressed by the compressor, whereby heat of the recovery gas flows through the absorption liquid in the circulation path to the first The carbon dioxide recovery device according to any one of claims 1 to 4 , which is supplied to the regeneration unit.
前記吸収塔で二酸化炭素を吸収した前記吸収液を加熱し二酸化炭素を放出させて前記吸収液を再生する再生塔であって、第1再生部及び第2再生部を有し、前記第1再生部は外部加熱手段を有し、前記第2再生部は前記第1再生部から放出されるガスの熱によって加熱されるように配設される前記再生塔と、
前記第1吸収部と前記第2再生部との間で前記吸収液を循環させる第1循環系と、前記第2吸収部と前記第1再生部との間で前記吸収液を循環させる第2循環系とを有する循環システムと、
前記再生塔から排出される水蒸気及び二酸化炭素を含んだ回収ガスをそのまま圧縮する圧縮器と、
前記圧縮器によって圧縮された前記回収ガスの熱を回収して前記再生塔へ供給する熱回収システムとを有し、
前記第1循環系の循環において前記第2再生部へ供給される吸収液の温度は、前記第2循環系の循環において前記第1再生部へ供給される吸収液の温度より低く構成される二酸化炭素の回収装置。 An absorption tower in which a gas is brought into contact with an absorption liquid and carbon dioxide contained in the gas is absorbed by the absorption liquid, the absorption tower having a first absorption section and a second absorption section, and the gas includes the first absorption section. The absorption tower disposed so as to be supplied to the second absorption part via,
A regeneration tower that regenerates the absorption liquid by heating the absorption liquid that has absorbed carbon dioxide in the absorption tower to release carbon dioxide, the first regeneration section having a first regeneration section and a second regeneration section. Part has an external heating means, and the second regeneration unit is arranged to be heated by the heat of the gas released from the first regeneration unit, and
A first circulation system for circulating the absorption liquid between the first absorption section and the second regeneration section; and a second circulation system for circulating the absorption liquid between the second absorption section and the first regeneration section. A circulation system having a circulation system;
A compressor that directly compresses the recovered gas containing water vapor and carbon dioxide discharged from the regeneration tower;
A heat recovery system for recovering heat of the recovered gas compressed by the compressor and supplying the recovered gas to the regeneration tower;
Two said temperature of the absorption liquid supplied to the second reproduction unit in the circulation of the first circulation system, that consists lower than the temperature of the absorbent solution supplied to the first reproduction unit in the circulation of the second circulation system Carbon oxide recovery equipment.
前記吸収処理で二酸化炭素を吸収した前記吸収液を加熱し二酸化炭素を放出させて前記吸収液を再生する再生処理であって、第1再生工程及び第2再生工程を有し、前記第1再生工程では外部加熱手段を利用して加熱し、前記第2再生工程では前記第1再生工程において放出されるガスの熱によって加熱する前記再生処理と、
前記第1吸収工程と前記第2再生工程との間で前記吸収液を循環させる第1循環工程と、
前記第2吸収工程と前記第1再生工程との間で前記吸収液を循環させる第2循環工程と、
前記再生処理から排出される水蒸気及び二酸化炭素を含んだ回収ガスをそのまま圧縮する圧縮工程と、
前記圧縮工程によって圧縮された回収ガスの熱を回収して前記再生処理へ供給する熱回収工程と、
前記熱回収工程の後の回収ガスから凝縮する水を分離する分離工程と、
前記第2循環工程において前記第1再生工程から前記第2吸収工程へ循環する吸収液に、前記分離工程において分離した水を供給する水供給工程と
を有し、
前記第1循環工程及び前記第2循環工程は、互いに独立して個別に吸収液を循環させる二酸化炭素の回収方法。 An absorption process in which a gas is brought into contact with an absorption liquid and carbon dioxide contained in the gas is absorbed by the absorption liquid, the first absorption process and the second absorption process, and the gas passes through the first absorption process. The absorption treatment supplied to the second absorption step;
A regeneration process for heating the absorption liquid that has absorbed carbon dioxide in the absorption process to release carbon dioxide to regenerate the absorption liquid, and includes a first regeneration process and a second regeneration process, and the first regeneration process. In the process, heating is performed using an external heating means, and in the second regeneration process, the regeneration process is performed by heat of the gas released in the first regeneration process;
A first circulation step for circulating the absorbent between the first absorption step and the second regeneration step;
A second circulation step for circulating the absorbent between the second absorption step and the first regeneration step;
A compression step of directly compressing the recovered gas containing water vapor and carbon dioxide discharged from the regeneration process;
A heat recovery step of recovering heat of the recovered gas compressed by the compression step and supplying the recovered gas to the regeneration process ;
A separation step of separating water condensed from the recovered gas after the heat recovery step;
The absorbing liquid circulating into the second absorption step from the first regeneration step in the second circulation step, have a <br/> and supplies water supply step the water separated in the separation step,
The first circulation step and the second circulation step are carbon dioxide recovery methods in which the absorbent is circulated independently of each other .
前記吸収処理で二酸化炭素を吸収した前記吸収液を加熱し二酸化炭素を放出させて前記吸収液を再生する再生処理であって、第1再生工程及び第2再生工程を有し、前記第1再生工程では外部加熱手段を利用して加熱し、前記第2再生工程では前記第1再生工程において放出されるガスの熱によって加熱する前記再生処理と、
前記第1吸収工程と前記第2再生工程との間で前記吸収液を循環させる第1循環工程と、
前記第2吸収工程と前記第1再生工程との間で前記吸収液を循環させる第2循環工程と、
前記再生処理から排出される水蒸気及び二酸化炭素を含んだ回収ガスをそのまま圧縮する圧縮工程と、
前記圧縮工程によって圧縮された回収ガスの熱を回収して前記再生処理へ供給する熱回収工程とを有し、
前記第1循環工程は、前記第1吸収工程から前記第2再生工程へ供給される吸収液と前記第2再生工程から前記第1吸収工程へ還流される吸収液との間で熱交換を行う第1熱交換工程を有し、前記第2循環工程は、前記第2吸収工程から前記第1再生工程へ供給される吸収液と前記第1再生工程から前記第2吸収工程へ還流される吸収液との間で熱交換を行う第2熱交換工程を有する二酸化炭素の回収方法。 An absorption process in which a gas is brought into contact with an absorption liquid and carbon dioxide contained in the gas is absorbed by the absorption liquid, the first absorption process and the second absorption process, and the gas passes through the first absorption process. The absorption treatment supplied to the second absorption step;
A regeneration process for heating the absorption liquid that has absorbed carbon dioxide in the absorption process to release carbon dioxide to regenerate the absorption liquid, and includes a first regeneration process and a second regeneration process, and the first regeneration process. In the process, heating is performed using an external heating means, and in the second regeneration process, the regeneration process is performed by heat of the gas released in the first regeneration process;
A first circulation step for circulating the absorbent between the first absorption step and the second regeneration step;
A second circulation step for circulating the absorbent between the second absorption step and the first regeneration step;
A compression step of directly compressing the recovered gas containing water vapor and carbon dioxide discharged from the regeneration process;
A heat recovery step of recovering heat of the recovered gas compressed by the compression step and supplying the recovered gas to the regeneration process;
In the first circulation step, heat exchange is performed between the absorption liquid supplied from the first absorption process to the second regeneration process and the absorption liquid refluxed from the second regeneration process to the first absorption process. An absorption liquid supplied from the second absorption process to the first regeneration process and an absorption refluxed from the first regeneration process to the second absorption process; method for recovering carbon dioxide that have a second heat exchange step for exchanging heat between the liquid.
前記第2循環工程において前記第2熱交換工程を経て前記第1再生工程へ供給される前の吸収液と、前記圧縮工程によって圧縮した回収ガスとの熱交換を行う熱交換処理を有し、これにより、回収ガスの熱が前記第2循環工程の吸収液を介して前記第1再生工程へ供給される請求項11に記載の二酸化炭素の回収方法。 The heat recovery step includes
In the second circulation step, there is a heat exchange process for performing heat exchange between the absorption liquid before being supplied to the first regeneration step through the second heat exchange step and the recovered gas compressed in the compression step, Thereby, the heat | fever of recovery gas is supplied to the said 1st reproduction | regeneration process via the absorption liquid of a said 2nd circulation process, The recovery method of the carbon dioxide of Claim 11
前記第1循環工程において前記第1熱交換工程を経て前記第2再生工程へ供給される前の吸収液と、前記圧縮工程によって圧縮した回収ガスとの熱交換を行う熱交換処理を有し、これにより、回収ガスの熱が前記第1循環工程の吸収液を介して前記第2再生工程へ供給される請求項11又は12に記載の二酸化炭素の回収方法。 The heat recovery step includes
A heat exchange process for performing heat exchange between the absorption liquid before being supplied to the second regeneration step through the first heat exchange step in the first circulation step and the recovered gas compressed by the compression step; Thereby, the heat | fever of recovery gas is supplied to the said 2nd reproduction | regeneration process via the absorption liquid of a said 1st circulation process, The recovery method of the carbon dioxide of Claim 11 or 12
前記第1再生工程における吸収液と、前記圧縮工程によって圧縮した回収ガスとの熱交換を行う熱交換処理を有し、これにより、回収ガスの熱が前記第1再生工程へ供給される請求項10〜13の何れか1項に記載の二酸化炭素の回収方法。 The heat recovery step includes
A heat exchange process for performing heat exchange between the absorbing liquid in the first regeneration step and the recovered gas compressed in the compression step, whereby heat of the recovered gas is supplied to the first regeneration step. The method for recovering carbon dioxide according to any one of 10 to 13 .
前記吸収処理で二酸化炭素を吸収した前記吸収液を加熱し二酸化炭素を放出させて前記吸収液を再生する再生処理であって、第1再生工程及び第2再生工程を有し、前記第1再生工程では外部加熱手段を利用して加熱し、前記第2再生工程では前記第1再生工程において放出されるガスの熱によって加熱する前記再生処理と、
前記第1吸収工程と前記第2再生工程との間で前記吸収液を循環させる第1循環工程と、
前記第2吸収工程と前記第1再生工程との間で前記吸収液を循環させる第2循環工程と、
前記再生処理から排出される水蒸気及び二酸化炭素を含んだ回収ガスをそのまま圧縮する圧縮工程と、
前記圧縮工程によって圧縮された回収ガスの熱を回収して前記再生処理へ供給する熱回収工程とを有し、
前記第1循環工程の循環において前記第2再生工程へ供給される吸収液の温度は、前記第2循環工程の循環において前記第1再生工程へ供給される吸収液の温度より低い二酸化炭素の回収方法。 An absorption process in which a gas is brought into contact with an absorption liquid and carbon dioxide contained in the gas is absorbed by the absorption liquid, the first absorption process and the second absorption process, and the gas passes through the first absorption process. The absorption treatment supplied to the second absorption step;
A regeneration process for heating the absorption liquid that has absorbed carbon dioxide in the absorption process to release carbon dioxide to regenerate the absorption liquid, and includes a first regeneration process and a second regeneration process, and the first regeneration process. In the process, heating is performed using an external heating means, and in the second regeneration process, the regeneration process is performed by heat of the gas released in the first regeneration process;
A first circulation step for circulating the absorbent between the first absorption step and the second regeneration step;
A second circulation step for circulating the absorbent between the second absorption step and the first regeneration step;
A compression step of directly compressing the recovered gas containing water vapor and carbon dioxide discharged from the regeneration process;
A heat recovery step of recovering heat of the recovered gas compressed by the compression step and supplying the recovered gas to the regeneration process;
The temperature of the absorption liquid supplied to the second regeneration step in the circulation of the first circulating step, the first low have carbon dioxide than the temperature of the absorbent solution supplied to the regeneration step in the circulation of the second circulation step Recovery method.
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