二酸化炭素回収装置および二酸化炭素回収方法
【課題】回収性能が高く消費動力が低い二酸化炭素回収装置を提供する。
【解決手段】実施形態の二酸化炭素回収装置は、吸収塔と、再生塔と、少なくとも１つの冷却装置とを持つ。前記吸収塔は、二酸化炭素含有ガスと、二酸化炭素を吸収するリーン液とが導入され、前記二酸化炭素含有ガスを前記リーン液と接触させて二酸化炭素を吸収したリッチ液を生成して排出する。前記再生塔は、前記吸収塔から排出された前記リッチ液を加熱することにより、二酸化炭素を含有する蒸気を放散させ、前記リッチ液から二酸化炭素が分離したリーン液を生成して前記吸収塔に戻す。前記冷却装置は、冷却媒体が導入され、ガス、前記リーン液、および前記リッチ液の少なくともいずれかを冷却する。前記冷却装置は、互いに直列に接続され、第１および第２の冷却媒体がそれぞれ導入される第１および第２の冷却器を含み、前記第１の冷却媒体は、実質的に動力を用いることなく生成され、前記第２の冷却媒体は、動力を用いて生成される。
【解決手段】実施形態の二酸化炭素回収装置は、吸収塔と、再生塔と、少なくとも１つの冷却装置とを持つ。前記吸収塔は、二酸化炭素含有ガスと、二酸化炭素を吸収するリーン液とが導入され、前記二酸化炭素含有ガスを前記リーン液と接触させて二酸化炭素を吸収したリッチ液を生成して排出する。前記再生塔は、前記吸収塔から排出された前記リッチ液を加熱することにより、二酸化炭素を含有する蒸気を放散させ、前記リッチ液から二酸化炭素が分離したリーン液を生成して前記吸収塔に戻す。前記冷却装置は、冷却媒体が導入され、ガス、前記リーン液、および前記リッチ液の少なくともいずれかを冷却する。前記冷却装置は、互いに直列に接続され、第１および第２の冷却媒体がそれぞれ導入される第１および第２の冷却器を含み、前記第１の冷却媒体は、実質的に動力を用いることなく生成され、前記第２の冷却媒体は、動力を用いて生成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、二酸化炭素回収装置および二酸化炭素回収方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、二酸化炭素の回収に関し、地球規模で懸念される地球温暖化問題に対する有効な対策として二酸化炭素回収貯留（ＣＣＳ： Ｃａｒｂｏｎ Ｄｉｏｘｉｄｅ Ｃａｐｔｕｒｅ ａｎｄ Ｓｔｏｒａｇｅ）技術が注目されている。特に、火力発電所や製鉄所などで発生するプロセス排出ガスを対象に、二酸化炭素を水溶液により回収する手法が検討されている。
【０００３】
しかしながら、従来の二酸化炭素回収技術によれば、吸収塔内の温度を低温にして高い二酸化炭素回収性能を維持するために、吸収塔内に供給される二酸化炭素含有排ガスや吸収液、吸収塔内部などを冷却する必要があり、吸収塔や再生塔の排ガス中の吸収液成分が二酸化炭素回収系統（以下、単に「系」という）の外に排出されることを抑制するために、吸収塔や再生塔排ガスを冷却するガスコンデンサの温度を冷却する必要がある。また、二酸化炭素含有ガス中に含まれる多量の水が冷却されずに二酸化炭素回収装置内に導入されると吸収液の濃度が低下するなど、冷却動力エネルギが高い一方で二酸化炭素分離回収性能が低いという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２４０６２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、回収性能が高く消費動力が低い二酸化炭素回収装置および二酸化炭素回収方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の二酸化炭素回収装置は、吸収塔と、再生塔と、少なくとも１つの冷却装置とを持つ。前記吸収塔は、二酸化炭素含有ガスと、二酸化炭素を吸収するリーン液とが導入され、前記二酸化炭素含有ガスを前記リーン液と接触させて二酸化炭素を吸収したリッチ液を生成して排出する。前記再生塔は、前記吸収塔から排出された前記リッチ液を加熱することにより、二酸化炭素を含有する蒸気を放散させ、前記リッチ液から二酸化炭素が分離したリーン液を生成して前記吸収塔に戻す。前記冷却装置は、冷却媒体が導入され、ガス、前記リーン液、および前記リッチ液の少なくともいずれかを冷却する。前記冷却装置は、互いに直列に接続され、第１および第２の冷却媒体がそれぞれ導入される第１および第２の冷却器を含み、前記第１の冷却媒体は、実質的に動力を用いることなく生成され、前記第２の冷却媒体は、動力を用いて生成される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】（ａ）は、実施形態１の二酸化炭素回収装置の全体構成を示す図であり、図１（ｂ）は、図１に示す二酸化炭素回収装置が備える冷却器の説明図である。
【図２】二酸化炭素含有ガスの冷却温度と系内への持ち込み水分量との関係の一例を示したグラフ。
【図３】飛散防止設備における排ガスの温度と飛散吸収液量の関係の一例を表すグラフ。
【図４】実施形態１の二酸化炭素回収装置による冷却動力エネルギの低減効果の一例を示す表。
【図５】実施形態２の二酸化炭素回収装置の全体構成を示す図。
【図６】実施形態２の二酸化炭素回収装置による冷却動力エネルギの低減効果の一例を示す表。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施形態のいくつかについて図面を参照しながら説明する。図面において、同一の部分には同一の参照番号を付し、その重複説明は適宜省略する。
【０００９】
（１）実施形態１
図１（ａ）は、実施形態１の二酸化炭素回収装置の全体構成を示す図であり、図１（ｂ）は、図１に示す二酸化炭素回収装置１が備える冷却器の説明図である。本実施形態の二酸化炭素回収装置１は、吸収塔２０、再生塔３０、再生熱交換器４０、冷却器ＣＨ３１，ＣＨ３２，ＣＨ１１，ＣＨ１２，およびＣＨ３３、気液分離器５０１〜５０３、脱硫装置６０、リボイラ７０、ポンプＰ１〜Ｐ３を備える。
【００１０】
吸収塔２０は、例えば向流型気液接触装置から構成され、その下部から二酸化炭素含有排ガスＧ１が供給され、その上部から二酸化炭素を吸収する吸収液（以下、「リーン液ＬＬ」という）が導入され、二酸化炭素含有排ガスＧ１をリーン液ＬＬに気液接触させて吸収させ、二酸化炭素を吸収したリッチ液ＲＬを生成してその下部から排出する。吸収塔２０は、気液の接触を効率よく進めるため充填物またはトレイが配置された構造となっている。吸収塔２０に供給される二酸化炭素含有ガスＧ３は、特に限定されるものではないが、例えば燃焼排ガスやプロセス排ガス等であってもよい。リーン液ＬＬは、例えば、モノエタノールアミン（ｍｏｎｏｅｔｈａｎｏｌａｍｉｎ）、ジエタノールアミン（ｄｉｅｔｈａｎｏｌａｍｉｎ）等のアミン系水溶液やアルカリ性水溶液の他、イオン性液体およびその水溶液などを用いることができるが、特にこれらに限定されるものではない。吸収塔２０で二酸化炭素が除去された脱二酸化炭素ガスＧ４は、吸収塔２０の上部から排出される。
【００１１】
吸収塔２０の下部から排出されたリッチ液ＲＬは、ポンプＰ３を通して再生熱交換器４０に導入される。再生熱交換器４０は、導入されたリーン液ＬＬを加熱して再生塔３０へ供給する。本明細書において、リーン液ＬＬはリッチ液ＲＬと比べて二酸化炭素含有量が少ない吸収液と定義する。
【００１２】
再生塔３０は、導入されたリーン液ＬＬを加熱することにより、大部分の二酸化炭素を蒸気とともに放散させてリーン液ＬＬから離させ、その上部から二酸化炭素含有蒸気ＧＳとして排出する。再生塔３０もまた、気液の接触を効率よく進めるため充填物またはトレイが配置された構造となっている。二酸化炭素の大部分が除去されたリーン液ＬＬは、再生熱交換器４０を通じて吸収塔２０に戻される。
【００１３】
本実施形態において二酸化炭素含有排ガスＧ１は、吸気口１０から取り入れられ、脱硫装置６０、冷却器ＣＨ３１および気液分離器５０を介して吸収塔２０へ供給される。脱硫装置６０については後述する。
冷却器ＣＨ３１，ＣＨ３２，ＣＨ１１，ＣＨ１２およびＣＨ３３は、図１（ｂ）に符号ＣＨで総括的に示されるように、第１冷却器ＣＬ１および、これに直列に接続された第２冷却器ＣＬ２で構成され、導入されるガスを二段構成の冷却器ＣＬ１，ＣＬ２で冷却する。冷却器ＣＨは、プレート型熱交換器やスパイラル型熱交換器、シェルアンドチューブ型熱交換器などの熱交換器を用いて構成することができるが、これらの熱交換器に限られるものではない。冷却器ＣＨ３１について説明すると、二酸化炭素含有排ガスＧ１を、室温の範囲内での低温に、望ましくは４０℃以下であって二酸化炭素含有排ガスＧ１に含まれる成分単体または混合物の凝固点温度以上の温度にまで冷却する。これにより二酸化炭素含有排ガスＧ１中の水分が液体に凝縮する。
【００１４】
図２（ｂ）に示すように、冷却器ＣＨの第１冷却器ＣＬ１には、第１冷媒ＣＭ１が供給される。第１冷媒ＣＭ１は、実質的に動力を用いることなく生成された冷媒であり、例えば海水や河川水、水道水の他、本実施形態の二酸化炭素回収装置１の外部における図示しない冷却塔などによって冷却された冷却媒体、またはこれらの冷却媒体によって冷却された二次冷却水および二次冷却媒体を含む。冷却媒体としては、水道水や処理された水に限ることなく、例えば脱イオン処理や、アルコール水溶液、エチレングリコールなどを含む。この点は、次記する第２冷媒についても同様である。本実施形態において第１冷媒ＣＭ１は例えば第１の冷却媒体に対応する。なお、本願明細書において、「実質的に動力を用いることなく生成され」るとは、二酸化炭素回収装置の外部で既に生成されており、二酸化炭素回収装置内での冷却に用いるために追加的に動力が用いられることがないことを意味する。
【００１５】
第２冷却器ＣＬ２には、第２冷媒ＣＭ２が供給される。第２冷媒ＣＭ２は、第１冷媒ＣＭ１とは対照的に、動力を用いて生成される冷媒であり、例えば本実施形態の二酸化炭素回収装置１の外部における、チラーなどの冷凍機、ヒートポンプなどによって冷却された冷水または冷却媒体の他、極低温冷媒、例えば液体窒素やドライアイスまたは液体ヘリウムなどによって冷却された冷水または冷却媒体を含む。本実施形態において第２冷媒ＣＭ２は例えば第２の冷却媒体に対応する。
【００１６】
気液分離器５０１は、冷却器ＣＨ３１で発生した凝縮水分を二酸化炭素回収装置１の外部へ排出することにより、二酸化炭素回収装置１内に多量の水分が持ち込まれるのを防止する。これにより、リーン液ＬＬの濃度が低下して二酸化炭素回収性能が悪化することが防止され、リーンＬＬ液の濃度管理に関する作業等を最小限にしながら回収性能を維持することができる。気液分離器５０１を通過した二酸化炭素含有排ガスＧ１は二酸化炭素含有排ガスＧ３として吸収塔２０のへ供給される。気液分離器５０１および後述する気液分離器５０２，５０３は、本実施形態において例えば水分除去装置に対応する。
【００１７】
図２は、二酸化炭素含有ガスの冷却温度と系内への持ち込み水分量との関係を示したグラフである。図２のグラフから分かるように、吸収塔２０へ持ち込まれる水分量は、二酸化炭素含有排ガスＧ１の温度が低下するほど減少する。したがって、海水や河川水などの第１冷媒ＣＭ１で冷却可能な温度よりも低温であることが望ましい。本実施形態によれば、実質的に動力を用いることなく生成された第１冷媒ＣＭ１によって一旦冷却した後に、動力を用いて生成される第２冷媒ＣＭ２によってさらに冷却するので、動力を抑えながら必要な温度（室温）にまで二酸化炭素含有排ガスＧ１を冷却することができる。
【００１８】
脱硫装置６０は、吸気口１０と冷却器ＣＨ３１との間に設置され、二酸化炭素含有排ガスＧ１中に含まれる硫黄酸化物成分ＳＯｘなどの酸性成分を除去する。脱硫装置６０には、冷却器ＣＨ３２が設けられ、酸性成分除去の際にも二酸化炭素含有排ガスＧ１が冷却される。
【００１９】
吸収塔２０から排出された脱二酸化炭素ガスＧ４は、冷却器ＣＨ１１に供給され、冷却器ＣＨ３１について上述した冷却方法と同様の方法で凝縮水が生成される温度にまで冷却される。冷却された凝縮水を含むガスは、気液分離器５０によって気体と液体とに分離され、その凝縮水の一部または全部がポンプＰ２を通して吸収塔２０などの二酸化炭素回収装置１内に再び供給される。これにより、脱二酸化炭素ガスＧ４中の水蒸気が二酸化炭素回収装置１外に排出されることが防止される。なお、本実施形態では気液分離器５０２の前に冷却器ＣＨ１１を設けたが、これに限ることなく、例えば気液分離器５０２に内蔵させてもよい。
【００２０】
再生塔３０は、例えば向流型気液接触装置であり、その貯留液の加熱はリボイラ７０において外部供給熱である高温蒸気と熱交換することにより行われる。また、二酸化炭素含有蒸気ＧＳは、冷却器ＣＨ３３に供給され、上述した冷却器ＣＨ３１による冷却方法と同様の方法で凝縮水が生成される温度まで冷却される。これにより二酸化炭素含有蒸気ＧＳ内部の水蒸気が二酸化炭素回収装置１外に排出されることが防止される。冷却器ＣＨ３３内で生成された凝縮水は気液分離器５０３を経てポンプＰ３により、二酸化炭素含有蒸気ＧＳ中の気体成分、主に二酸化炭素と液体成分、主に水の一部または全部が再生塔３０などの系内に再び供給される。
【００２１】
気液分離器５０２は、水洗部１１０を内蔵し、これによりリーン液の飛散を防止する。吸収液の飛散量は排ガス温度の蒸気圧によって決まる。このため、水洗部１１０は十分に冷却する必要があり、本実施形態においても冷却器ＣＨ１２が設けられ、気液分離器５０内の脱二酸化炭素排ガスＧ４が冷却される。水洗部１１０は、本実施形態において例えば飛散防止装置に対応する。なお、水洗部１１０は、気液分離器５０に内蔵される必要は無く、その前後で処理対象ガスが導入される前または排出された後に設置してもよい。また、気液分離器５０２の前後および内部に限定されることなく、再生塔３０の内部または前後にも設置することが望ましい。飛散防止設備における排ガスの温度と飛散吸収液量の関係の一例を図３のグラフに示す。図３のグラフは、排ガス温度を４０℃に設定した場合の飛散量を１００％とし、５℃〜４５℃の範囲内の各温度での減少量を示している。吸収塔２０からの脱二酸化炭素排ガスＧ４および再生塔３０からの二酸化炭素含有蒸気ＧＳの両方とも、温度が低下するにしたがって、吸収液成分の飛散量が減少した。吸収液成分の飛散量を抑えるためには、海水や河川水などの自然冷却水で可能な冷却温度よりも低温である必要がある。本実施形態によれば、水洗部１１０内部またはその前後冷却器ＣＨ１２が設けられるので、冷却に必要な動力を抑えながら冷却することができる。
【００２２】
再生塔３０から吸収塔２０にリーン液ＬＬが供給される経路中、再生熱交換器４０と吸収塔２０との間に冷却器ＣＨ２２がさらに設けられている。冷却器ＣＨ２２も、上述の冷却器ＣＨ３１による冷却方法と同様の方法で、外部から供給される第１冷媒および第２冷媒によりリーン液ＬＬを冷却した後、吸収塔２０に戻す。
【００２３】
次に、本実施形態の二酸化炭素回収装置１を用いた二酸化炭素の回収方法について、実施形態１による二酸化炭素回収方法として説明する。
【００２４】
まず、第１のプロセスとして、吸収塔２０に二酸化炭素含有排ガスＧ１とリーン液ＬＬが導入されて二酸化炭素含有排ガスＧ１をリーン液ＬＬとが互いに接触し、二酸化炭素含有排ガスＧ１がリーン液ＬＬに吸収させてリッチＲＬ液が生成される。この第１のプロセスにおいては、二酸化炭素の吸収性能を向上させるために、低温で吸収工程が進行することが望ましい。そこで、吸収塔２０内に導入される二酸化炭素含有ガスＧ３は、二酸化炭素含有排ガスＧ１が、冷却器ＣＨ３１を用いた冷却プロセスにより、室温中での低温、望ましくは３５〜４０℃以下に冷却されて二酸化炭素含有排ガスＧ３として吸収塔２０へ供給される。再生熱交換器４０から吸収塔２０内に導入されるリーン液ＬＬも同様に、冷却器ＣＨ２２を用いた冷却プロセスにより、室温中での低温、望ましくは３５〜４０℃以下に冷却させて吸収塔２０へ供給される。
【００２５】
吸収塔２０から排出された脱二酸化炭素ガスＧ４は、系内からの水蒸気の排出量を制御するために冷却器ＣＨ１１を用いた冷却プロセスによって、含有する水蒸気が冷却され、凝縮水が生成される。生成された凝縮水の一部または全部は気液分離器５０を介してポンプＰ１により吸収塔２０に戻される。
【００２６】
第１のプロセスにより生成されたリッチ液ＲＬは、ポンプＰ２により再生塔３０に供給され、第２のプロセスにおいて、リボイラ７０によって加熱されることにより、二酸化炭素含有蒸気ＧＳとして再生塔３０の上部から排出されるとともに、リッチ液から二酸化炭素が分離したリーン液が生成され、再生熱交換器４０を介して吸収塔２０へ戻して前記第１のプロセス用に再利用される。このようにして、二酸化炭素を回収したリッチ液ＲＬはリーン液ＬＬとして再生される。
【００２７】
系内からの水蒸気の排出量を制御するため、再生塔３０から排出される二酸化炭素含有蒸気ＧＳについても冷却プロセスにより二酸化炭素含有蒸気ＧＳ中の水蒸気を冷却することにより凝縮水が生成され、気液分離器５０３で分離される。凝縮水の一部または全部はポンプＰ３を用いて気液分離器５０から再生塔３０へ戻すことにより系内に戻される。
【００２８】
上述の一連のプロセスにおいて、二酸化炭素含有排ガスＧ１、吸収塔２０へ供給されるリーン液ＬＬ、脱二酸化炭素排ガスＧ４、二酸化炭素含有蒸気ＧＳ、脱硫装置６０に対する各冷却プロセスは、第一冷却器ＣＬ１を通して海水などの実質的に動力を用いることなく生成される第１冷媒によって冷却され、さらに第二の冷却器に導入されてチラーなどの動力を用いて低温に冷却されて生成された冷水などによって冷却される。これにより、チラーなどの動力を用いて低温に冷却されて生成された第２の冷却媒体のみで冷却対象を冷却する場合と比較して、動力冷却エネルギを低減することができる。
【００２９】
本実施形態による動力エネルギ低減効果を確認するため、動力を用いて生成された第２の冷却媒体のみで冷却する場合を参考例１とし、プロセスシミュレーターを用いて本実施形態と比較した。比較に際して二酸化炭素回収量と回収率とを同一条件とした。本実施形態においては、参考例１と性能条件を同一にするため、再生塔３０に導入される蒸気量を低減している。模擬比較の結果の一例を図４の表に示す。
【００３０】
図４に示すように、冷却動力エネルギを低減することができる。ここでは、参考例１の回収エネルギを１００％として本実施形態のエネルギ低減率を求めた。同様に必要な冷却水の量を比較した。参考例１はチラーによって冷却された冷水のみを使用して冷却した場合で、本実施形態の第１冷却器ＣＬ１を使用していないこと以外は同一の条件である。また、本実施形態での冷却動力エネルギとは、第１冷却器ＣＬ１および第２冷却器ＣＬ２の双方を使用して４０℃未満まで冷却する際に必要なエネルギであり、参考例１での冷却動力エネルギは、本実施形態の第２冷却器ＣＬ２のみに対応する冷却器で冷却対象を４０℃未満まで冷却する際に必要なエネルギである。
【００３１】
このように本実施形態によれば、図４に示す通り、参考例１と比較して冷却動力エネルギを４１％にまで低減させることが可能になる。ここでは、参考例１の冷却動力を１００％として実施例２の冷却動力エネルギ低減率を求めた。同様の方法で必要な冷却水量も比較例１との比較を記載した。
【００３２】
参考例１では、チラーを使用して冷却した場合を想定したが、その他にも、冷凍機などの機器による冷却や、極低温冷媒、例えば液体窒素やドライアイスまたは液体ヘリウムなどの極低温冷媒を使用した場合においても効果は同じであり、極低温冷媒を使用する場合では、その極低温媒体を冷却するのに必要な動力を低減することができる。
【００３３】
（２）実施形態２
次に、実施形態２の二酸化炭素回収装置について図５および図６を参照しながら説明する。
図５は、本実施形態の二酸化炭素回収装置２の全体構成を示す図である。図１（ａ）との対比により明らかなように、図５に示す二酸化炭素回収装置２は、実施形態１の吸収塔２０に代えて、吸収塔２２および冷却器ＣＨ３４を備える。本実施形態において冷却器ＣＨ３４は吸収塔２２の外部に設置され、吸収塔２２内のリーン液ＬＬが第１のプロセス中に抜き出されて冷却器ＣＨ３４にて冷却され、冷却されたリーン液ＬＬが再度吸収塔２２内へ戻される。
【００３４】
前述した通り、吸収塔に導入されたリーン液ＬＬと二酸化炭素含有排ガスＧ１は、第１のプロセスにより、吸収塔内で接触してリーン液ＬＬ内に二酸化炭素が吸収される。その際の吸収反応は発熱反応であるため、吸収塔内の温度が上昇する。その塔内温度の上昇は吸収性能を低下させる要因となる。
【００３５】
そこで、本実施形態では、吸収塔２２内のリーン液ＬＬが第１のプロセスの途中で抜き出され、吸収塔２２の外部に配置された冷却器ＣＨ３４に導入されて冷却される。さらに、冷却器ＣＨ３４によって冷却されたリーン液ＬＬは、ポンプＰ４を通して吸収塔２２内に再度供給される。この冷却プロセスにより温度の低下したリーン液ＬＬが吸収塔２２内に導入され、冷却されない場合と比べて、塔内の温度を低く保つことが可能となり、二酸化炭素の吸収効率が向上する。この冷却後のリーン液ＬＬは、３５℃以下であることが望ましく、そのため、実質的に動力を用いることなく生成される第１の冷却媒体のみならず、チラーなど動力を用いて冷却された第２の冷水媒体を使用して第２冷却器ＣＬ２をも通過させて冷却することが望ましい。
【００３６】
図６は、本実施形態の二酸化炭素回収装置２による冷却動力エネルギの低減効果の一例を示す表である。図５の構成から第１冷却器ＣＬ１を除外して第２冷却器ＣＬ２により第２の冷却媒体のみで冷却する場合を参考例２としてプロセスシミュレーターを用い、参考例２の回収エネルギを１００％として実施形態２の冷却動力エネルギ低減率を求めた。同様の方法で必要な冷却水量も参考例２との比較を記載した。比較に際して二酸化炭素回収量と回収率とを同一条件とした。図６から、本実施形態によれば、参考例２と比較して冷却動力エネルギを５６％にまで低減可能であることが分かる。
【００３７】
なお、本実施形態において、吸収塔２２において冷却が必要な複数の箇所のそれぞれに抜き出し部および供給部を設置しても、その効果は同様であり、かつ、抜き出されるリーン液ＬＬは塔内を流れるリーン液ＬＬの全部または一部であっても冷却動力エネルギを低減させる効果は変わらない。
【００３８】
また、本実施形態では、吸収塔２２内部のリーン液ＬＬを冷却する冷却器ＣＨ３４が吸収塔２２の外部に設置された例を取り上げて説明したが、これに限ることなく、リーン液ＬＬの冷却を可能にする装置であれば、例えば吸収塔内組込型冷却器など、吸収塔２２内部へ設置するものでもよい。
【００３９】
以上述べた２つの実施形態の二酸化炭素回収装置によれば、二酸化炭素含有排ガスＧ１、脱二酸化炭素排ガスＧ４、二酸化炭素含有蒸気ＧＳ、リーン液ＬＬなどについて、動力を用いて低温に冷却されて生成された第２の冷却媒体を第２冷却器ＣＬ２に通過させて冷却する前に、実質的に動力を用いることなく生成される第１冷媒によって第１冷却器ＣＬ１に通過させて冷却するので、動力冷却エネルギを低減することができ、その分電気エネルギを低減することができる。
【００４０】
また、上述の少なくとも１つの実施形態の二酸化炭素回収方法によれば、上記ガス、蒸気、リーン液ＬＬなどについて動力を用いて低温に冷却されて生成された第２の冷却媒体で冷却する前に、実質的に動力を用いることなく生成される第１冷媒によって冷却するので、冷却動力エネルギを低減することができ、その分電気エネルギを低減することができる。
【００４１】
上述の実施形態では、気液分離器５０３で分離された凝縮水を再生塔３０に戻すように構成されているが、この凝縮水は吸収塔２０に戻すことも、再生熱交換器４０を通過した後のリーン液ＬＬと合流させることも可能であり、その他の用途に利用してもよい。
さらに、上述の実施形態では、二酸化炭素回収装置がポンプＰ１〜Ｐ４を備えているが、その全てを図１（ａ）または図５に示す通りに設ける必要はなく、また、その数を減らすことも増やすことも可能である。
【００４２】
また、図１（ａ）および図５においては、冷却器ＣＨ１１，ＣＨ１２，ＣＨ２２，ＣＨ３１〜ＣＨ３４をそれぞれ吸収塔２０または再生塔３０の外部に配置する構成となっているが、このような配置に限定されるものではなく、例えば、再生塔２０内に配置してもよい。この点は、ガスコンデンサが再生塔２０内に配置された形態であっても同様に可能である。
【００４３】
さらに、上述の実施形態における冷却器は、第１冷却器ＣＬ１および第２冷却器ＣＬ２を用いているが、これらに限ることなく、第３冷却器、第４冷却器など、３個以上の冷却器を使用して冷却する場合にも適用可能である。また、上述の実施形態ではすべての冷却器に、２段構成の冷却器ＣＨを使用しているが、例えばリーン液ＬＬの冷却器のみに使用するなど、一部の冷却器のみへ適応することとしてもよい。
【００４４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４５】
１，２…二酸化炭素回収装置
２０，２２…吸収塔
３０…再生塔
４０…再生熱交換機
５０１〜５０…気液分離器
６０…脱硫装置
１１０…水洗部
ＣＨ，ＣＨ１１，ＣＨ１２，ＣＨ２２，ＣＨ３１〜ＣＨ３４…冷却器
ＣＭ１…第１冷媒
ＣＭ２…第２冷媒
ＣＬ１…第１冷却器
ＣＬ２…第２冷却器
Ｇ１…二酸化炭素含有排ガス
Ｇ４…脱二酸化炭素排ガス
ＧＳ…二酸化炭素含有蒸気
Ｐ１〜Ｐ４…ポンプ
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、二酸化炭素回収装置および二酸化炭素回収方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、二酸化炭素の回収に関し、地球規模で懸念される地球温暖化問題に対する有効な対策として二酸化炭素回収貯留（ＣＣＳ： Ｃａｒｂｏｎ Ｄｉｏｘｉｄｅ Ｃａｐｔｕｒｅ ａｎｄ Ｓｔｏｒａｇｅ）技術が注目されている。特に、火力発電所や製鉄所などで発生するプロセス排出ガスを対象に、二酸化炭素を水溶液により回収する手法が検討されている。
【０００３】
しかしながら、従来の二酸化炭素回収技術によれば、吸収塔内の温度を低温にして高い二酸化炭素回収性能を維持するために、吸収塔内に供給される二酸化炭素含有排ガスや吸収液、吸収塔内部などを冷却する必要があり、吸収塔や再生塔の排ガス中の吸収液成分が二酸化炭素回収系統（以下、単に「系」という）の外に排出されることを抑制するために、吸収塔や再生塔排ガスを冷却するガスコンデンサの温度を冷却する必要がある。また、二酸化炭素含有ガス中に含まれる多量の水が冷却されずに二酸化炭素回収装置内に導入されると吸収液の濃度が低下するなど、冷却動力エネルギが高い一方で二酸化炭素分離回収性能が低いという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２４０６２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、回収性能が高く消費動力が低い二酸化炭素回収装置および二酸化炭素回収方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の二酸化炭素回収装置は、吸収塔と、再生塔と、少なくとも１つの冷却装置とを持つ。前記吸収塔は、二酸化炭素含有ガスと、二酸化炭素を吸収するリーン液とが導入され、前記二酸化炭素含有ガスを前記リーン液と接触させて二酸化炭素を吸収したリッチ液を生成して排出する。前記再生塔は、前記吸収塔から排出された前記リッチ液を加熱することにより、二酸化炭素を含有する蒸気を放散させ、前記リッチ液から二酸化炭素が分離したリーン液を生成して前記吸収塔に戻す。前記冷却装置は、冷却媒体が導入され、ガス、前記リーン液、および前記リッチ液の少なくともいずれかを冷却する。前記冷却装置は、互いに直列に接続され、第１および第２の冷却媒体がそれぞれ導入される第１および第２の冷却器を含み、前記第１の冷却媒体は、実質的に動力を用いることなく生成され、前記第２の冷却媒体は、動力を用いて生成される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】（ａ）は、実施形態１の二酸化炭素回収装置の全体構成を示す図であり、図１（ｂ）は、図１に示す二酸化炭素回収装置が備える冷却器の説明図である。
【図２】二酸化炭素含有ガスの冷却温度と系内への持ち込み水分量との関係の一例を示したグラフ。
【図３】飛散防止設備における排ガスの温度と飛散吸収液量の関係の一例を表すグラフ。
【図４】実施形態１の二酸化炭素回収装置による冷却動力エネルギの低減効果の一例を示す表。
【図５】実施形態２の二酸化炭素回収装置の全体構成を示す図。
【図６】実施形態２の二酸化炭素回収装置による冷却動力エネルギの低減効果の一例を示す表。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施形態のいくつかについて図面を参照しながら説明する。図面において、同一の部分には同一の参照番号を付し、その重複説明は適宜省略する。
【０００９】
（１）実施形態１
図１（ａ）は、実施形態１の二酸化炭素回収装置の全体構成を示す図であり、図１（ｂ）は、図１に示す二酸化炭素回収装置１が備える冷却器の説明図である。本実施形態の二酸化炭素回収装置１は、吸収塔２０、再生塔３０、再生熱交換器４０、冷却器ＣＨ３１，ＣＨ３２，ＣＨ１１，ＣＨ１２，およびＣＨ３３、気液分離器５０１〜５０３、脱硫装置６０、リボイラ７０、ポンプＰ１〜Ｐ３を備える。
【００１０】
吸収塔２０は、例えば向流型気液接触装置から構成され、その下部から二酸化炭素含有排ガスＧ１が供給され、その上部から二酸化炭素を吸収する吸収液（以下、「リーン液ＬＬ」という）が導入され、二酸化炭素含有排ガスＧ１をリーン液ＬＬに気液接触させて吸収させ、二酸化炭素を吸収したリッチ液ＲＬを生成してその下部から排出する。吸収塔２０は、気液の接触を効率よく進めるため充填物またはトレイが配置された構造となっている。吸収塔２０に供給される二酸化炭素含有ガスＧ３は、特に限定されるものではないが、例えば燃焼排ガスやプロセス排ガス等であってもよい。リーン液ＬＬは、例えば、モノエタノールアミン（ｍｏｎｏｅｔｈａｎｏｌａｍｉｎ）、ジエタノールアミン（ｄｉｅｔｈａｎｏｌａｍｉｎ）等のアミン系水溶液やアルカリ性水溶液の他、イオン性液体およびその水溶液などを用いることができるが、特にこれらに限定されるものではない。吸収塔２０で二酸化炭素が除去された脱二酸化炭素ガスＧ４は、吸収塔２０の上部から排出される。
【００１１】
吸収塔２０の下部から排出されたリッチ液ＲＬは、ポンプＰ３を通して再生熱交換器４０に導入される。再生熱交換器４０は、導入されたリーン液ＬＬを加熱して再生塔３０へ供給する。本明細書において、リーン液ＬＬはリッチ液ＲＬと比べて二酸化炭素含有量が少ない吸収液と定義する。
【００１２】
再生塔３０は、導入されたリーン液ＬＬを加熱することにより、大部分の二酸化炭素を蒸気とともに放散させてリーン液ＬＬから離させ、その上部から二酸化炭素含有蒸気ＧＳとして排出する。再生塔３０もまた、気液の接触を効率よく進めるため充填物またはトレイが配置された構造となっている。二酸化炭素の大部分が除去されたリーン液ＬＬは、再生熱交換器４０を通じて吸収塔２０に戻される。
【００１３】
本実施形態において二酸化炭素含有排ガスＧ１は、吸気口１０から取り入れられ、脱硫装置６０、冷却器ＣＨ３１および気液分離器５０を介して吸収塔２０へ供給される。脱硫装置６０については後述する。
冷却器ＣＨ３１，ＣＨ３２，ＣＨ１１，ＣＨ１２およびＣＨ３３は、図１（ｂ）に符号ＣＨで総括的に示されるように、第１冷却器ＣＬ１および、これに直列に接続された第２冷却器ＣＬ２で構成され、導入されるガスを二段構成の冷却器ＣＬ１，ＣＬ２で冷却する。冷却器ＣＨは、プレート型熱交換器やスパイラル型熱交換器、シェルアンドチューブ型熱交換器などの熱交換器を用いて構成することができるが、これらの熱交換器に限られるものではない。冷却器ＣＨ３１について説明すると、二酸化炭素含有排ガスＧ１を、室温の範囲内での低温に、望ましくは４０℃以下であって二酸化炭素含有排ガスＧ１に含まれる成分単体または混合物の凝固点温度以上の温度にまで冷却する。これにより二酸化炭素含有排ガスＧ１中の水分が液体に凝縮する。
【００１４】
図２（ｂ）に示すように、冷却器ＣＨの第１冷却器ＣＬ１には、第１冷媒ＣＭ１が供給される。第１冷媒ＣＭ１は、実質的に動力を用いることなく生成された冷媒であり、例えば海水や河川水、水道水の他、本実施形態の二酸化炭素回収装置１の外部における図示しない冷却塔などによって冷却された冷却媒体、またはこれらの冷却媒体によって冷却された二次冷却水および二次冷却媒体を含む。冷却媒体としては、水道水や処理された水に限ることなく、例えば脱イオン処理や、アルコール水溶液、エチレングリコールなどを含む。この点は、次記する第２冷媒についても同様である。本実施形態において第１冷媒ＣＭ１は例えば第１の冷却媒体に対応する。なお、本願明細書において、「実質的に動力を用いることなく生成され」るとは、二酸化炭素回収装置の外部で既に生成されており、二酸化炭素回収装置内での冷却に用いるために追加的に動力が用いられることがないことを意味する。
【００１５】
第２冷却器ＣＬ２には、第２冷媒ＣＭ２が供給される。第２冷媒ＣＭ２は、第１冷媒ＣＭ１とは対照的に、動力を用いて生成される冷媒であり、例えば本実施形態の二酸化炭素回収装置１の外部における、チラーなどの冷凍機、ヒートポンプなどによって冷却された冷水または冷却媒体の他、極低温冷媒、例えば液体窒素やドライアイスまたは液体ヘリウムなどによって冷却された冷水または冷却媒体を含む。本実施形態において第２冷媒ＣＭ２は例えば第２の冷却媒体に対応する。
【００１６】
気液分離器５０１は、冷却器ＣＨ３１で発生した凝縮水分を二酸化炭素回収装置１の外部へ排出することにより、二酸化炭素回収装置１内に多量の水分が持ち込まれるのを防止する。これにより、リーン液ＬＬの濃度が低下して二酸化炭素回収性能が悪化することが防止され、リーンＬＬ液の濃度管理に関する作業等を最小限にしながら回収性能を維持することができる。気液分離器５０１を通過した二酸化炭素含有排ガスＧ１は二酸化炭素含有排ガスＧ３として吸収塔２０のへ供給される。気液分離器５０１および後述する気液分離器５０２，５０３は、本実施形態において例えば水分除去装置に対応する。
【００１７】
図２は、二酸化炭素含有ガスの冷却温度と系内への持ち込み水分量との関係を示したグラフである。図２のグラフから分かるように、吸収塔２０へ持ち込まれる水分量は、二酸化炭素含有排ガスＧ１の温度が低下するほど減少する。したがって、海水や河川水などの第１冷媒ＣＭ１で冷却可能な温度よりも低温であることが望ましい。本実施形態によれば、実質的に動力を用いることなく生成された第１冷媒ＣＭ１によって一旦冷却した後に、動力を用いて生成される第２冷媒ＣＭ２によってさらに冷却するので、動力を抑えながら必要な温度（室温）にまで二酸化炭素含有排ガスＧ１を冷却することができる。
【００１８】
脱硫装置６０は、吸気口１０と冷却器ＣＨ３１との間に設置され、二酸化炭素含有排ガスＧ１中に含まれる硫黄酸化物成分ＳＯｘなどの酸性成分を除去する。脱硫装置６０には、冷却器ＣＨ３２が設けられ、酸性成分除去の際にも二酸化炭素含有排ガスＧ１が冷却される。
【００１９】
吸収塔２０から排出された脱二酸化炭素ガスＧ４は、冷却器ＣＨ１１に供給され、冷却器ＣＨ３１について上述した冷却方法と同様の方法で凝縮水が生成される温度にまで冷却される。冷却された凝縮水を含むガスは、気液分離器５０によって気体と液体とに分離され、その凝縮水の一部または全部がポンプＰ２を通して吸収塔２０などの二酸化炭素回収装置１内に再び供給される。これにより、脱二酸化炭素ガスＧ４中の水蒸気が二酸化炭素回収装置１外に排出されることが防止される。なお、本実施形態では気液分離器５０２の前に冷却器ＣＨ１１を設けたが、これに限ることなく、例えば気液分離器５０２に内蔵させてもよい。
【００２０】
再生塔３０は、例えば向流型気液接触装置であり、その貯留液の加熱はリボイラ７０において外部供給熱である高温蒸気と熱交換することにより行われる。また、二酸化炭素含有蒸気ＧＳは、冷却器ＣＨ３３に供給され、上述した冷却器ＣＨ３１による冷却方法と同様の方法で凝縮水が生成される温度まで冷却される。これにより二酸化炭素含有蒸気ＧＳ内部の水蒸気が二酸化炭素回収装置１外に排出されることが防止される。冷却器ＣＨ３３内で生成された凝縮水は気液分離器５０３を経てポンプＰ３により、二酸化炭素含有蒸気ＧＳ中の気体成分、主に二酸化炭素と液体成分、主に水の一部または全部が再生塔３０などの系内に再び供給される。
【００２１】
気液分離器５０２は、水洗部１１０を内蔵し、これによりリーン液の飛散を防止する。吸収液の飛散量は排ガス温度の蒸気圧によって決まる。このため、水洗部１１０は十分に冷却する必要があり、本実施形態においても冷却器ＣＨ１２が設けられ、気液分離器５０内の脱二酸化炭素排ガスＧ４が冷却される。水洗部１１０は、本実施形態において例えば飛散防止装置に対応する。なお、水洗部１１０は、気液分離器５０に内蔵される必要は無く、その前後で処理対象ガスが導入される前または排出された後に設置してもよい。また、気液分離器５０２の前後および内部に限定されることなく、再生塔３０の内部または前後にも設置することが望ましい。飛散防止設備における排ガスの温度と飛散吸収液量の関係の一例を図３のグラフに示す。図３のグラフは、排ガス温度を４０℃に設定した場合の飛散量を１００％とし、５℃〜４５℃の範囲内の各温度での減少量を示している。吸収塔２０からの脱二酸化炭素排ガスＧ４および再生塔３０からの二酸化炭素含有蒸気ＧＳの両方とも、温度が低下するにしたがって、吸収液成分の飛散量が減少した。吸収液成分の飛散量を抑えるためには、海水や河川水などの自然冷却水で可能な冷却温度よりも低温である必要がある。本実施形態によれば、水洗部１１０内部またはその前後冷却器ＣＨ１２が設けられるので、冷却に必要な動力を抑えながら冷却することができる。
【００２２】
再生塔３０から吸収塔２０にリーン液ＬＬが供給される経路中、再生熱交換器４０と吸収塔２０との間に冷却器ＣＨ２２がさらに設けられている。冷却器ＣＨ２２も、上述の冷却器ＣＨ３１による冷却方法と同様の方法で、外部から供給される第１冷媒および第２冷媒によりリーン液ＬＬを冷却した後、吸収塔２０に戻す。
【００２３】
次に、本実施形態の二酸化炭素回収装置１を用いた二酸化炭素の回収方法について、実施形態１による二酸化炭素回収方法として説明する。
【００２４】
まず、第１のプロセスとして、吸収塔２０に二酸化炭素含有排ガスＧ１とリーン液ＬＬが導入されて二酸化炭素含有排ガスＧ１をリーン液ＬＬとが互いに接触し、二酸化炭素含有排ガスＧ１がリーン液ＬＬに吸収させてリッチＲＬ液が生成される。この第１のプロセスにおいては、二酸化炭素の吸収性能を向上させるために、低温で吸収工程が進行することが望ましい。そこで、吸収塔２０内に導入される二酸化炭素含有ガスＧ３は、二酸化炭素含有排ガスＧ１が、冷却器ＣＨ３１を用いた冷却プロセスにより、室温中での低温、望ましくは３５〜４０℃以下に冷却されて二酸化炭素含有排ガスＧ３として吸収塔２０へ供給される。再生熱交換器４０から吸収塔２０内に導入されるリーン液ＬＬも同様に、冷却器ＣＨ２２を用いた冷却プロセスにより、室温中での低温、望ましくは３５〜４０℃以下に冷却させて吸収塔２０へ供給される。
【００２５】
吸収塔２０から排出された脱二酸化炭素ガスＧ４は、系内からの水蒸気の排出量を制御するために冷却器ＣＨ１１を用いた冷却プロセスによって、含有する水蒸気が冷却され、凝縮水が生成される。生成された凝縮水の一部または全部は気液分離器５０を介してポンプＰ１により吸収塔２０に戻される。
【００２６】
第１のプロセスにより生成されたリッチ液ＲＬは、ポンプＰ２により再生塔３０に供給され、第２のプロセスにおいて、リボイラ７０によって加熱されることにより、二酸化炭素含有蒸気ＧＳとして再生塔３０の上部から排出されるとともに、リッチ液から二酸化炭素が分離したリーン液が生成され、再生熱交換器４０を介して吸収塔２０へ戻して前記第１のプロセス用に再利用される。このようにして、二酸化炭素を回収したリッチ液ＲＬはリーン液ＬＬとして再生される。
【００２７】
系内からの水蒸気の排出量を制御するため、再生塔３０から排出される二酸化炭素含有蒸気ＧＳについても冷却プロセスにより二酸化炭素含有蒸気ＧＳ中の水蒸気を冷却することにより凝縮水が生成され、気液分離器５０３で分離される。凝縮水の一部または全部はポンプＰ３を用いて気液分離器５０から再生塔３０へ戻すことにより系内に戻される。
【００２８】
上述の一連のプロセスにおいて、二酸化炭素含有排ガスＧ１、吸収塔２０へ供給されるリーン液ＬＬ、脱二酸化炭素排ガスＧ４、二酸化炭素含有蒸気ＧＳ、脱硫装置６０に対する各冷却プロセスは、第一冷却器ＣＬ１を通して海水などの実質的に動力を用いることなく生成される第１冷媒によって冷却され、さらに第二の冷却器に導入されてチラーなどの動力を用いて低温に冷却されて生成された冷水などによって冷却される。これにより、チラーなどの動力を用いて低温に冷却されて生成された第２の冷却媒体のみで冷却対象を冷却する場合と比較して、動力冷却エネルギを低減することができる。
【００２９】
本実施形態による動力エネルギ低減効果を確認するため、動力を用いて生成された第２の冷却媒体のみで冷却する場合を参考例１とし、プロセスシミュレーターを用いて本実施形態と比較した。比較に際して二酸化炭素回収量と回収率とを同一条件とした。本実施形態においては、参考例１と性能条件を同一にするため、再生塔３０に導入される蒸気量を低減している。模擬比較の結果の一例を図４の表に示す。
【００３０】
図４に示すように、冷却動力エネルギを低減することができる。ここでは、参考例１の回収エネルギを１００％として本実施形態のエネルギ低減率を求めた。同様に必要な冷却水の量を比較した。参考例１はチラーによって冷却された冷水のみを使用して冷却した場合で、本実施形態の第１冷却器ＣＬ１を使用していないこと以外は同一の条件である。また、本実施形態での冷却動力エネルギとは、第１冷却器ＣＬ１および第２冷却器ＣＬ２の双方を使用して４０℃未満まで冷却する際に必要なエネルギであり、参考例１での冷却動力エネルギは、本実施形態の第２冷却器ＣＬ２のみに対応する冷却器で冷却対象を４０℃未満まで冷却する際に必要なエネルギである。
【００３１】
このように本実施形態によれば、図４に示す通り、参考例１と比較して冷却動力エネルギを４１％にまで低減させることが可能になる。ここでは、参考例１の冷却動力を１００％として実施例２の冷却動力エネルギ低減率を求めた。同様の方法で必要な冷却水量も比較例１との比較を記載した。
【００３２】
参考例１では、チラーを使用して冷却した場合を想定したが、その他にも、冷凍機などの機器による冷却や、極低温冷媒、例えば液体窒素やドライアイスまたは液体ヘリウムなどの極低温冷媒を使用した場合においても効果は同じであり、極低温冷媒を使用する場合では、その極低温媒体を冷却するのに必要な動力を低減することができる。
【００３３】
（２）実施形態２
次に、実施形態２の二酸化炭素回収装置について図５および図６を参照しながら説明する。
図５は、本実施形態の二酸化炭素回収装置２の全体構成を示す図である。図１（ａ）との対比により明らかなように、図５に示す二酸化炭素回収装置２は、実施形態１の吸収塔２０に代えて、吸収塔２２および冷却器ＣＨ３４を備える。本実施形態において冷却器ＣＨ３４は吸収塔２２の外部に設置され、吸収塔２２内のリーン液ＬＬが第１のプロセス中に抜き出されて冷却器ＣＨ３４にて冷却され、冷却されたリーン液ＬＬが再度吸収塔２２内へ戻される。
【００３４】
前述した通り、吸収塔に導入されたリーン液ＬＬと二酸化炭素含有排ガスＧ１は、第１のプロセスにより、吸収塔内で接触してリーン液ＬＬ内に二酸化炭素が吸収される。その際の吸収反応は発熱反応であるため、吸収塔内の温度が上昇する。その塔内温度の上昇は吸収性能を低下させる要因となる。
【００３５】
そこで、本実施形態では、吸収塔２２内のリーン液ＬＬが第１のプロセスの途中で抜き出され、吸収塔２２の外部に配置された冷却器ＣＨ３４に導入されて冷却される。さらに、冷却器ＣＨ３４によって冷却されたリーン液ＬＬは、ポンプＰ４を通して吸収塔２２内に再度供給される。この冷却プロセスにより温度の低下したリーン液ＬＬが吸収塔２２内に導入され、冷却されない場合と比べて、塔内の温度を低く保つことが可能となり、二酸化炭素の吸収効率が向上する。この冷却後のリーン液ＬＬは、３５℃以下であることが望ましく、そのため、実質的に動力を用いることなく生成される第１の冷却媒体のみならず、チラーなど動力を用いて冷却された第２の冷水媒体を使用して第２冷却器ＣＬ２をも通過させて冷却することが望ましい。
【００３６】
図６は、本実施形態の二酸化炭素回収装置２による冷却動力エネルギの低減効果の一例を示す表である。図５の構成から第１冷却器ＣＬ１を除外して第２冷却器ＣＬ２により第２の冷却媒体のみで冷却する場合を参考例２としてプロセスシミュレーターを用い、参考例２の回収エネルギを１００％として実施形態２の冷却動力エネルギ低減率を求めた。同様の方法で必要な冷却水量も参考例２との比較を記載した。比較に際して二酸化炭素回収量と回収率とを同一条件とした。図６から、本実施形態によれば、参考例２と比較して冷却動力エネルギを５６％にまで低減可能であることが分かる。
【００３７】
なお、本実施形態において、吸収塔２２において冷却が必要な複数の箇所のそれぞれに抜き出し部および供給部を設置しても、その効果は同様であり、かつ、抜き出されるリーン液ＬＬは塔内を流れるリーン液ＬＬの全部または一部であっても冷却動力エネルギを低減させる効果は変わらない。
【００３８】
また、本実施形態では、吸収塔２２内部のリーン液ＬＬを冷却する冷却器ＣＨ３４が吸収塔２２の外部に設置された例を取り上げて説明したが、これに限ることなく、リーン液ＬＬの冷却を可能にする装置であれば、例えば吸収塔内組込型冷却器など、吸収塔２２内部へ設置するものでもよい。
【００３９】
以上述べた２つの実施形態の二酸化炭素回収装置によれば、二酸化炭素含有排ガスＧ１、脱二酸化炭素排ガスＧ４、二酸化炭素含有蒸気ＧＳ、リーン液ＬＬなどについて、動力を用いて低温に冷却されて生成された第２の冷却媒体を第２冷却器ＣＬ２に通過させて冷却する前に、実質的に動力を用いることなく生成される第１冷媒によって第１冷却器ＣＬ１に通過させて冷却するので、動力冷却エネルギを低減することができ、その分電気エネルギを低減することができる。
【００４０】
また、上述の少なくとも１つの実施形態の二酸化炭素回収方法によれば、上記ガス、蒸気、リーン液ＬＬなどについて動力を用いて低温に冷却されて生成された第２の冷却媒体で冷却する前に、実質的に動力を用いることなく生成される第１冷媒によって冷却するので、冷却動力エネルギを低減することができ、その分電気エネルギを低減することができる。
【００４１】
上述の実施形態では、気液分離器５０３で分離された凝縮水を再生塔３０に戻すように構成されているが、この凝縮水は吸収塔２０に戻すことも、再生熱交換器４０を通過した後のリーン液ＬＬと合流させることも可能であり、その他の用途に利用してもよい。
さらに、上述の実施形態では、二酸化炭素回収装置がポンプＰ１〜Ｐ４を備えているが、その全てを図１（ａ）または図５に示す通りに設ける必要はなく、また、その数を減らすことも増やすことも可能である。
【００４２】
また、図１（ａ）および図５においては、冷却器ＣＨ１１，ＣＨ１２，ＣＨ２２，ＣＨ３１〜ＣＨ３４をそれぞれ吸収塔２０または再生塔３０の外部に配置する構成となっているが、このような配置に限定されるものではなく、例えば、再生塔２０内に配置してもよい。この点は、ガスコンデンサが再生塔２０内に配置された形態であっても同様に可能である。
【００４３】
さらに、上述の実施形態における冷却器は、第１冷却器ＣＬ１および第２冷却器ＣＬ２を用いているが、これらに限ることなく、第３冷却器、第４冷却器など、３個以上の冷却器を使用して冷却する場合にも適用可能である。また、上述の実施形態ではすべての冷却器に、２段構成の冷却器ＣＨを使用しているが、例えばリーン液ＬＬの冷却器のみに使用するなど、一部の冷却器のみへ適応することとしてもよい。
【００４４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４５】
１，２…二酸化炭素回収装置
２０，２２…吸収塔
３０…再生塔
４０…再生熱交換機
５０１〜５０…気液分離器
６０…脱硫装置
１１０…水洗部
ＣＨ，ＣＨ１１，ＣＨ１２，ＣＨ２２，ＣＨ３１〜ＣＨ３４…冷却器
ＣＭ１…第１冷媒
ＣＭ２…第２冷媒
ＣＬ１…第１冷却器
ＣＬ２…第２冷却器
Ｇ１…二酸化炭素含有排ガス
Ｇ４…脱二酸化炭素排ガス
ＧＳ…二酸化炭素含有蒸気
Ｐ１〜Ｐ４…ポンプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素含有ガスと、二酸化炭素を吸収するリーン液とが導入され、前記二酸化炭素含有ガスを前記リーン液と接触させて二酸化炭素を吸収したリッチ液を生成して排出する吸収塔と、
前記吸収塔から排出された前記リッチ液を加熱することにより、二酸化炭素を含有する蒸気を放散させ、前記リッチ液から二酸化炭素が分離したリーン液を生成して前記吸収塔に戻す再生塔と、
冷却媒体が導入され、二酸化炭素ガスおよび前記吸収液をそれぞれ冷却する第１および第２の冷却装置と、
を備え、
前記第１および第２の冷却装置は、互いに直列に接続され、第１および第２の冷却媒体がそれぞれ導入される第１および第２の冷却器をそれぞれ含み、
前記第１の冷却媒体は、実質的に動力を用いることなく生成され、
前記第２の冷却媒体は、動力を用いて生成される、
二酸化炭素回収装置。
【請求項２】
二酸化炭素含有ガスと、二酸化炭素を吸収するリーン液とが導入され、前記二酸化炭素含有ガスを前記リーン液と接触させて二酸化炭素を吸収したリッチ液を生成して排出する吸収塔と、
前記吸収塔から排出された前記リッチ液を加熱することにより、二酸化炭素を含有する蒸気を放散させ、前記リッチ液から二酸化炭素が分離したリーン液を生成して前記吸収塔に戻す再生塔と、
冷却媒体が導入され、ガス、前記リーン液、および前記リッチ液の少なくともいずれかを冷却する少なくとも１つの冷却装置と、
を備え、
各冷却装置は、互いに直列に接続され、第１および第２の冷却媒体がそれぞれ導入される第１および第２の冷却器を含み、
前記第１の冷却媒体は、実質的に動力を用いることなく生成され、
前記第２の冷却媒体は、動力を用いて生成される、
二酸化炭素回収装置。
【請求項３】
前記冷却装置は、前記吸収塔の排ガスを冷却することを特徴とする請求項２に記載の二酸化炭素回収装置。
【請求項４】
前記冷却装置は、前記再生塔から排出される二酸化炭素含有蒸気を冷却することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の二酸化炭素回収装置。
【請求項５】
前記冷却装置は、前記吸収塔内の液もしくはガス、または前記吸収塔内の液およびガスの両方を冷却することを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の二酸化炭素回収装置。
【請求項６】
前記二酸化炭素含有排ガスは硫黄酸化物を含み、
前記二酸化炭素含有排ガス中の硫黄酸化物を除去する脱硫装置をさらに備え、
前記冷却装置は、前記脱硫装置を冷却することを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の二酸化炭素回収装置。
【請求項７】
前記二酸化炭素含有排ガス中の水分を除去する水分除去装置をさらに備え、
前記冷却装置は、前記水分除去装置を冷却することを特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載の二酸化炭素回収装置。
【請求項８】
前記吸収塔および前記再生塔の少なくともいずれかにおける吸収液成分の飛散を防止する飛散防止装置をさらに備え、
前記冷却装置は、前記飛散防止装置を冷却することを特徴とする請求項２乃至７のいずれかに記載の二酸化炭素回収装置。
【請求項９】
二酸化炭素含有ガスをリーン液と接触させて二酸化炭素を吸収したリッチ液を生成する第１のプロセスと、
前記リッチ液を加熱することにより、二酸化炭素を含有する蒸気を放散させるとともに、前記リッチ液から二酸化炭素が分離したリーン液を生成して前記第１のプロセス用に再利用する第２のプロセスと、
ガス、前記リーン液、および前記リッチ液の少なくともいずれかを、実質的に動力を用いることなく生成される第１の冷却媒体で冷却した後に、動力を用いて生成される第２の冷却媒体で冷却する冷却プロセスと、
を備える二酸化炭素回収方法。
【請求項１０】
前記リッチ液は、前記第１のプロセス中に前記冷却プロセスにより冷却される、ことを特徴とする請求項９に記載の二酸化炭素回収方法。
【請求項１】
二酸化炭素含有ガスと、二酸化炭素を吸収するリーン液とが導入され、前記二酸化炭素含有ガスを前記リーン液と接触させて二酸化炭素を吸収したリッチ液を生成して排出する吸収塔と、
前記吸収塔から排出された前記リッチ液を加熱することにより、二酸化炭素を含有する蒸気を放散させ、前記リッチ液から二酸化炭素が分離したリーン液を生成して前記吸収塔に戻す再生塔と、
冷却媒体が導入され、二酸化炭素ガスおよび前記吸収液をそれぞれ冷却する第１および第２の冷却装置と、
を備え、
前記第１および第２の冷却装置は、互いに直列に接続され、第１および第２の冷却媒体がそれぞれ導入される第１および第２の冷却器をそれぞれ含み、
前記第１の冷却媒体は、実質的に動力を用いることなく生成され、
前記第２の冷却媒体は、動力を用いて生成される、
二酸化炭素回収装置。
【請求項２】
二酸化炭素含有ガスと、二酸化炭素を吸収するリーン液とが導入され、前記二酸化炭素含有ガスを前記リーン液と接触させて二酸化炭素を吸収したリッチ液を生成して排出する吸収塔と、
前記吸収塔から排出された前記リッチ液を加熱することにより、二酸化炭素を含有する蒸気を放散させ、前記リッチ液から二酸化炭素が分離したリーン液を生成して前記吸収塔に戻す再生塔と、
冷却媒体が導入され、ガス、前記リーン液、および前記リッチ液の少なくともいずれかを冷却する少なくとも１つの冷却装置と、
を備え、
各冷却装置は、互いに直列に接続され、第１および第２の冷却媒体がそれぞれ導入される第１および第２の冷却器を含み、
前記第１の冷却媒体は、実質的に動力を用いることなく生成され、
前記第２の冷却媒体は、動力を用いて生成される、
二酸化炭素回収装置。
【請求項３】
前記冷却装置は、前記吸収塔の排ガスを冷却することを特徴とする請求項２に記載の二酸化炭素回収装置。
【請求項４】
前記冷却装置は、前記再生塔から排出される二酸化炭素含有蒸気を冷却することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の二酸化炭素回収装置。
【請求項５】
前記冷却装置は、前記吸収塔内の液もしくはガス、または前記吸収塔内の液およびガスの両方を冷却することを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の二酸化炭素回収装置。
【請求項６】
前記二酸化炭素含有排ガスは硫黄酸化物を含み、
前記二酸化炭素含有排ガス中の硫黄酸化物を除去する脱硫装置をさらに備え、
前記冷却装置は、前記脱硫装置を冷却することを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の二酸化炭素回収装置。
【請求項７】
前記二酸化炭素含有排ガス中の水分を除去する水分除去装置をさらに備え、
前記冷却装置は、前記水分除去装置を冷却することを特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載の二酸化炭素回収装置。
【請求項８】
前記吸収塔および前記再生塔の少なくともいずれかにおける吸収液成分の飛散を防止する飛散防止装置をさらに備え、
前記冷却装置は、前記飛散防止装置を冷却することを特徴とする請求項２乃至７のいずれかに記載の二酸化炭素回収装置。
【請求項９】
二酸化炭素含有ガスをリーン液と接触させて二酸化炭素を吸収したリッチ液を生成する第１のプロセスと、
前記リッチ液を加熱することにより、二酸化炭素を含有する蒸気を放散させるとともに、前記リッチ液から二酸化炭素が分離したリーン液を生成して前記第１のプロセス用に再利用する第２のプロセスと、
ガス、前記リーン液、および前記リッチ液の少なくともいずれかを、実質的に動力を用いることなく生成される第１の冷却媒体で冷却した後に、動力を用いて生成される第２の冷却媒体で冷却する冷却プロセスと、
を備える二酸化炭素回収方法。
【請求項１０】
前記リッチ液は、前記第１のプロセス中に前記冷却プロセスにより冷却される、ことを特徴とする請求項９に記載の二酸化炭素回収方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−７２９（Ｐ２０１３−７２９Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３７７１６（Ｐ２０１１−１３７７１６）
【出願日】平成２３年６月２１日（２０１１．６．２１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２１日（２０１１．６．２１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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