JP2013173114A - Device for recovering carbon dioxide - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ボイラなどの燃焼装置の排ガス中から二酸化炭素を回収する装置に係り、特にCO2吸収液の再生塔に付設したリクレーマ装置からの蒸留残滓を効率よく除去する装置に関する。 The present invention relates to an apparatus that recovers carbon dioxide from exhaust gas from a combustion apparatus such as a boiler, and more particularly to an apparatus that efficiently removes distillation residue from a reclaimer apparatus attached to a regeneration tower of a CO 2 absorbent.
火力発電所等において、二酸化炭素(以下、CO2)が石炭などの化石燃料の燃焼に伴って発生し、大気中のCO2濃度を上昇させており、それに伴う気温の上昇により、各種の環境問題が生じると言われている。地球温暖化の防止のため1997年12月には温暖化防止京都会議(COP3)で京都議定書が採択された。該議定書は2005年2月に発効し、各国CO2放出量の削減対策が実施されてきている。火力発電所等の酸素(O2)や硫黄酸化物(SOX)を含んだ燃焼排ガスからCO2を回収する方法として現在、最も実用化に近い方法としてアルカノールアミン水溶液によるCO2吸収方法が挙げられ、1990年代から盛んに検討されている(例えば特許文献1)。これに関して、アルカノールアミンの酸化分解による有機酸、排ガス中に含まれるNOxやSOxに由来する硝酸及び硫酸と該アミンが反応し、熱安定性塩(以下、HSS(Heat Stable Salt)という)を形成することが広く知られている(例えば非特許文献1)。これらは、金属腐食性を有したり、CO2を回収するアミン濃度を低下させるため、その対策として、吸収液へのアミンの補充量が増大する原因になっている。そこで、減圧蒸留法、イオン交換樹脂法や電気透析法などにより吸収液中のHSSをアミンに再生する方法が実用化されているが、各法に一長一短がある。特に石炭の燃焼排ガスからCO2を回収する場合には、排ガス中のSO2濃度によっては、吸収液中のHSS濃度が1重量パーセント以上の高濃度となる場合がある(特許文献1第3529855号)。このような場合、HSS濃度を一定以下にするため、例えば、連続的にリクレーマによる蒸留を行うことが望ましいが、濃縮分離した残滓の発生量が電気透析やイオン交換膜よりも多くり、この残滓の焼却処分が問題となる。また副生物の中には非イオン性の物質も存在することが知られており、電気透析やイオン交換膜法では分離が難しいという問題があった。 In thermal power plants and the like, carbon dioxide (hereinafter referred to as CO 2 ) is generated with the combustion of fossil fuels such as coal, increasing the concentration of CO 2 in the atmosphere. It is said that problems will arise. In December 1997, the Kyoto Protocol was adopted at the Kyoto Conference on Global Warming Prevention (COP3) to prevent global warming. The Protocol entered into force in February 2005, and measures to reduce CO 2 emissions in each country have been implemented. As a method for recovering CO 2 from combustion exhaust gas containing oxygen (O 2 ) and sulfur oxide (SO X ) in a thermal power plant or the like, a CO 2 absorption method using an alkanolamine aqueous solution is the most practical method at present. Have been actively studied since the 1990s (for example, Patent Document 1). In this regard, the organic acids by oxidative decomposition of the alkanolamine, nitric acid and sulfuric acid and the amine derived from NOx and SOx contained in the exhaust gas reacts, thermostable salt (hereinafter, referred to as HSS (H eat S table S alt ) ) Is widely known (for example, Non-Patent Document 1). Since these have metal corrosivity and reduce the concentration of amine that recovers CO 2 , as a countermeasure, the amount of amine replenished in the absorbing solution increases. Therefore, a method of regenerating HSS in the absorbing solution into an amine by a vacuum distillation method, an ion exchange resin method, an electrodialysis method, or the like has been put into practical use, but each method has advantages and disadvantages. In particular, when CO 2 is recovered from coal combustion exhaust gas, depending on the SO 2 concentration in the exhaust gas, the HSS concentration in the absorption liquid may be a high concentration of 1 weight percent or more (Japanese Patent No. 3529855). ). In such a case, in order to keep the HSS concentration below a certain level, for example, it is desirable to continuously perform distillation using a reclaimer. However, the amount of concentrated residue generated is larger than that of electrodialysis or ion exchange membrane, and this residue Incineration disposal of this becomes a problem. Further, it is known that non-ionic substances are also present in the by-products, and there is a problem that separation is difficult by electrodialysis or ion exchange membrane method.
燃焼排ガスには、CO2以外に酸素、窒素、水蒸気、吸収液中のアミン類の蒸気の他に、酸性ガス成分であるHCl(塩化水素)、NOx(窒素酸化物)、SO2等を含んでいる。そのため、燃焼排ガスと接触するアミン吸収液はCO2以外に前記の酸性ガス成分も吸収する。これらの酸性ガス成分は最終的にはアミンと結合し、HClは塩酸塩、NOxは硝酸塩、SO2は硫酸塩となる。これらの無機性塩の他に、吸収液中のアミンが分解した際に生成するギ酸、蓚酸、酢酸等の有機酸と結合して、それらの塩も形成する(前記非特許文献1)。以上の無機酸及び有機酸とアミンとの塩はいずれもHSSとなる。HSSは、CO2を吸収したアミンとは異なり、熱分解しないため、ガス条件が一定の場合はCO2回収装置の運転時間に比例して液中に蓄積するが、HSSの増加に伴いCO2を吸収可能なアミン濃度は低下し、同時にCO2回収速度及び単位液量当たりのCO2回収量も低下する。そこで、HSSが一定以上の濃度に達すると、リクレーマによる蒸留法、イオン交換樹脂法及び電気透析法などでHSSからアミンを回収していた。ボイラの燃焼排ガスからCO2を回収する場合、前記のHSS処理方法の中で、ボイラで生成する水蒸気を利用したリクレーマによる蒸留法がよく利用される。 In addition to CO 2 , the combustion exhaust gas contains HCl (hydrogen chloride), NOx (nitrogen oxide), SO 2, etc., as well as oxygen, nitrogen, water vapor, and amine vapors in the absorption liquid. It is out. Therefore, the amine absorption liquid that comes into contact with the combustion exhaust gas absorbs the acidic gas component in addition to CO 2 . These acidic gas components eventually combine with amines, HCl becomes hydrochloride, NOx becomes nitrate, and SO 2 becomes sulfate. In addition to these inorganic salts, these salts are also formed by combining with organic acids such as formic acid, succinic acid, and acetic acid produced when the amine in the absorbing solution is decomposed (Non-patent Document 1). All the salts of the above inorganic acids and organic acids and amines are HSS. Unlike amines that have absorbed CO 2 , HSS is not thermally decomposed and therefore accumulates in the liquid in proportion to the operating time of the CO 2 recovery device when the gas conditions are constant. However, as HSS increases, CO 2 The amine concentration capable of absorbing CO 2 decreases, and at the same time, the CO 2 recovery rate and the CO 2 recovery amount per unit liquid amount also decrease. Therefore, when the HSS reached a certain concentration, the amine was recovered from the HSS by distillation using a reclaimer, ion exchange resin method, electrodialysis method, and the like. When recovering CO 2 from combustion exhaust gas from a boiler, a distillation method using a reclaimer using water vapor generated in a boiler is often used in the HSS treatment method.
蒸留法によるアミンの回収装置を含んだ従来のCO2回収装置の例を図2に示す。燃焼排ガス1は吸収塔7内部の充填層11で再生塔8から循環されたリーン吸収液10と接触し、CO2を回収する。吸収塔7の塔底のリッチ吸収液9は熱交換器3で加熱された後、再生塔8に供給される。再生塔8内には、リボイラ21で加熱された吸収液の蒸気が吹き込まれたリッチ吸収液9は充填層11でCO2を放出してリーン吸収液10となる。再生塔6からリーン吸収液10の一部を抜出し、リクレーマ25に供給する。リーン吸収液10を加熱しながら中和剤を添加することにより、HSSから酸成分が取り除かれる。HSSを除去された蒸気26は再生塔8に戻される。なお、HSSから回収された酸成分と中和剤との反応生成物は残滓28としてリクレーマ25から回収する。ここで、分解物の有機酸は中和剤と反応して極端に沸点が高くなることが知られている。例えばギ酸の沸点は100.5℃であるが、ギ酸ナトリウムの融点は253℃である。また蓚酸は180−190℃で分解し、100℃で昇華するが、蓚酸ナトリウムは400℃で分解する。
An example of a conventional CO 2 recovery apparatus including an amine recovery apparatus by distillation is shown in FIG. The combustion exhaust gas 1 comes into contact with the lean absorbent 10 circulated from the
これらの副生物を分解するための方法としては、例えば活性炭に吸着する方法や、紫外線や過酸化水素とオゾンを組合せたAOP法があった。しかし、活性炭に吸着する方法では複製物以外にアミンも吸着・除去されてしまうという問題点があった。また、AOP法は吸収液中には炭酸イオンや重炭酸イオンが含まれており、これらのイオンがOHラジカルと反応するため、酸化の妨害物質(スカベンジャー)となる。そのため、紫外線照射の効果が減少してしまうという問題があった。 As a method for decomposing these by-products, there are, for example, a method of adsorbing on activated carbon and an AOP method combining ultraviolet rays, hydrogen peroxide and ozone. However, the method of adsorbing on activated carbon has a problem in that amines are also adsorbed and removed in addition to replicates. Further, in the AOP method, carbonate ions and bicarbonate ions are contained in the absorbing solution, and these ions react with OH radicals, so that they become an oxidation hindering substance (scavenger). Therefore, there has been a problem that the effect of ultraviolet irradiation is reduced.
従来のCO2回収技術では、アミンからの副生物が熱で分解しやすい場合は蒸留操作の際に初留分を十分除去する必要があり、その場合はアミンの回収率が低下する。また、焼却処分を容易にするためには副生物をできるだけ分解しておくことが望まれる。
本発明の課題は、CO2回収装置のリクレーマで残滓として回収されるアミンの副生物を焼却処分しやすいように効率よく分解することにある。
In the conventional CO 2 recovery technique, when the by-product from the amine is easily decomposed by heat, it is necessary to sufficiently remove the initial fraction during the distillation operation, in which case the amine recovery rate is lowered. In order to facilitate incineration, it is desirable to decompose by-products as much as possible.
An object of the present invention is to efficiently decompose an amine by-product recovered as a residue by a reclaimer of a CO 2 recovery apparatus so as to be easily incinerated.
上記課題を解決するために、本願で特許請求される発明は以下のとおりである。
(1)二酸化炭素を含む被処理ガスを水とアルカノールアミンを含む吸収液と接触せしめる吸収塔と、二酸化炭素を吸収した吸収液を加熱し、二酸化炭素を回収する再生塔と、上記吸収塔で二酸化炭素を回収した吸収液の少なくとも一部を再生塔に搬送し、かつ再生塔で二酸化炭素を分離した吸収液の少なくとも一部を吸収塔に搬送し、前記の吸収塔から再生塔に搬送する液と熱交換させる熱交換器と、再生塔から吸収塔に搬送される液の一部又は全部に、中和剤を添加した後、蒸留によってアルカノールアミンを含む吸収液を回収するリクレーマ装置とを有するCO2回収装置であって、リクレーマ装置で蒸留後の残滓に紫外線を照射する装置を付設したことを特徴とする二酸化炭素の回収装置。
(2)前記残滓に紫外線を照射する装置は、前記残滓をフラッシュして装置内に供給し、紫外線を照射するものである(1)に記載の二酸化炭素の回収装置。
In order to solve the above problems, the invention claimed in the present application is as follows.
(1) An absorption tower for bringing a gas to be treated containing carbon dioxide into contact with an absorption liquid containing water and an alkanolamine, a regeneration tower for heating the absorption liquid that has absorbed carbon dioxide and recovering carbon dioxide, and the above absorption tower At least a part of the absorption liquid from which carbon dioxide has been recovered is transported to the regeneration tower, and at least a part of the absorption liquid from which carbon dioxide has been separated by the regeneration tower is transported to the absorption tower and transported from the absorption tower to the regeneration tower. A heat exchanger that exchanges heat with the liquid, and a reclaimer that recovers the absorption liquid containing alkanolamine by distillation after adding a neutralizing agent to a part or all of the liquid conveyed from the regeneration tower to the absorption tower. A CO 2 recovery apparatus comprising a CO 2 recovery apparatus that irradiates ultraviolet rays onto a residue after distillation by a reclaimer apparatus.
(2) The carbon dioxide recovery device according to (1), wherein the apparatus that irradiates the residue with ultraviolet rays flushes the residue, supplies the residue into the apparatus, and irradiates the ultraviolet rays.
本発明によれば、CO2再生塔から熱交換器に供給される前のリーン吸収液に中和剤を加えて加熱し、蒸留後の残滓を紫外線照射処理することにより、アミンからの有害副生物の分解処理が可能になる。加えて従来の方法に比べて吸収液中のアミンの吸収・分解を抑制できるため、CO2回収装置へのアミン補充量も低減できる。 According to the present invention, the neutral absorbent is added to the lean absorbent before being supplied to the heat exchanger from the CO 2 regeneration tower and heated, and the residue after the distillation is subjected to ultraviolet irradiation treatment, thereby causing harmful side effects from amines. Biological decomposition processing becomes possible. In addition, since the absorption / decomposition of amine in the absorption liquid can be suppressed as compared with the conventional method, the amount of amine replenishment to the CO 2 recovery apparatus can be reduced.
本発明では、再生塔8でCO2を回収した後のリーン液10をリクレーマ25に供給し、中和及び蒸留処理を行ない、アミンを回収した後の残滓28を紫外線照射装置36で照射する。この方法により、蒸留操作により残存した炭酸及び重炭酸イオンも除去できる。ただし、本発明では、リクレーマ25内でNaOH、KOH、Ca(OH)2やCaOのような中和剤を加えるので、アミンと結合していた有機酸や無機酸性物質は中和剤と反応し、その際、残留していたCO2もこれらの中和剤と反応する。中和剤とCO2の結合は概ねアミンよりも強固であるため、HSSとの反応に必要な量よりも過剰にならないように注意が必要である。
In the present invention, the
さらに具体的には、図1に示すように、リクレーマ25の残滓28は排出ラインを介して紫外線照射装置35内にフラッシュすることにより、蒸気と残滓28中に残った僅かな炭酸及び重炭酸イオンをCO2として放出することができる。フラッシュするには、調圧弁33を設置し、残滓を常圧まで減圧した後、紫外線照射装置内に供給する。これにより、紫外線照射装置35内に供給された残滓28に、炭酸イオンや重炭酸イオンが残存していたとしても、CO2として脱気できるため、紫外線照射を好適に行なうことができる。
More specifically, as shown in FIG. 1, the
本発明で用いる中和剤としては、アルカリ又はアルカリ土類の水酸化物又は酸化物の1種以上を含む化合物があげられる。 Examples of the neutralizing agent used in the present invention include alkali or alkaline earth hydroxides or compounds containing one or more oxides.
また、紫外線としては近紫外光でも真空紫外光でも良いが、真空紫外光を用いる場合はアミンが分解しないように照射時間を考慮する必要がある。
また、中和剤を加えた後の吸収液中の炭酸イオン及び重炭酸イオンの濃度はできるだけ低いことが望ましい。そのため、中和剤を添加後、常圧、望ましくは減圧状態でアミンを加熱し、吸収液からの脱炭酸を十分に行なったほうが良い。
なお、本発明では波長 200-10 nm の真空紫外光よりも波長 380-200 nm の近紫外光の方が適する場合がある。これは、真空紫外光によってアミン自体が分解される場合があるからである。
Further, near ultraviolet light or vacuum ultraviolet light may be used as the ultraviolet light, but when using vacuum ultraviolet light, it is necessary to consider the irradiation time so that the amine is not decomposed.
Moreover, it is desirable that the concentration of carbonate ions and bicarbonate ions in the absorption liquid after adding the neutralizing agent is as low as possible. For this reason, after adding the neutralizing agent, it is better to heat the amine at normal pressure, preferably in a reduced pressure state, and sufficiently perform decarboxylation from the absorbent.
In the present invention, near ultraviolet light having a wavelength of 380-200 nm may be more suitable than vacuum ultraviolet light having a wavelength of 200-10 nm. This is because the amine itself may be decomposed by vacuum ultraviolet light.
図1のCO2吸収装置を用いて燃焼排ガスのCO2吸収実験を行なった。主な実験条件は、吸収塔入口ガス及び液温度40℃、再生塔入口液温度100℃、再生塔内圧力160kPa(ゲージ)、液温度:最高120℃、冷却器温度30℃、ガス量500m3/h、液ガス比3.0(L/m3)であった。循環液量は1500Lであった。前述のように、排ガス1中のCO2は吸収塔7で回収され、吸収塔下部タンク30内にリッチ吸収液9として収集される。リッチ吸収液9は熱交換器3で加熱された後、再生塔8に供給される。再生塔8内では、リッチ吸収液9はリボイラ21により更に加熱されることにより、CO2を放出し、リーン吸収液10として再生塔下部タンク31に回収される。ここでリーン吸収液10は熱交換器3を経て再び、吸収塔7に供給される。また、別の吸収液10の一部はリクレーマ25に供給され、中和剤を添加される。そして、HSSの酸成分は加熱しながら中和剤で取り除かれ、アミンと水からなる蒸気26となり、再生塔8に戻される。ここで、中和剤を添加する前に、アミン濃度とHSS濃度をイオンクロマトグラフで確認し、適切な中和剤添加量を求めた。なお、HSSから回収された酸成分と中和剤との反応生成物はリクレーマ25の残滓排出ライン28から回収する。これにより、吸収液10は連続的にHSSの除去・吸収液としての再生が可能になる。なお、吸収液には30%MEA(モノエタノールアミン)液を用い、中和剤にはNaOHを用いた。ここでリクレーマ内の加熱温度を152℃とすることにより、蒸気26中のアミン/水蒸気重量比を30/70にできる。蒸気26を蒸気圧縮ポンプ32で160kPa以上に加圧して、再生塔8に供給することにより、 連続的にリクレーマを稼働させることが可能になる。この際、残滓は排出ライン28から抜き出し、紫外線照射装置35内にフラッシュした。紫外線源としては石英管の保護管内にブラックライトを設置したものを用いた。照射時間と残滓中のギ酸濃度の関係を測定した。ギ酸濃度は、残滓をイオンクロマトグラフで分析することにより計測した。
A CO 2 absorption experiment of combustion exhaust gas was performed using the CO 2 absorption device of FIG. The main experimental conditions were absorption tower inlet gas and liquid temperature 40 ° C., regeneration tower inlet liquid temperature 100 ° C., regeneration tower pressure 160 kPa (gauge), liquid temperature: maximum 120 ° C.,
[比較例]
図2に示すようにHSSを含むリーン吸収液10をリクレーマ25に供給し、中和剤27を加えて、残滓は排出ライン28からフラッシュタンク36にフラッシュした。フラッシュタンク中の残滓の保管時間と残滓中のギ酸濃度を測定した。それ以外は実施例と同じ条件で実施した。
紫外線10分照射後の実施例と比較例の試験結果を比較すると実施例では1/2に低減されている。照射直前は等濃度であったので、紫外線照射の効果と推定される。
なお、本発明ではCO2吸収液としてMEAを用いたが、他のアミンでも同様の効果があることは明らかである。また、中和剤もNaOHに限らず、他のアルカリ金属及びアルカリ土類金属の水酸化物、酸化物でも良い。また、有機酸の種類が蓚酸でも同様脳効果が見られた。
[Comparative example]
As shown in FIG. 2, the lean absorbent 10 containing HSS was supplied to the
When the test results of the example and the comparative example after irradiation with ultraviolet rays for 10 minutes are compared, the value is reduced to ½ in the example. Since the concentration was equal immediately before the irradiation, it is estimated that the effect of ultraviolet irradiation.
In the present invention, MEA is used as the CO 2 absorbent, but it is clear that other amines have the same effect. Further, the neutralizing agent is not limited to NaOH, but may be hydroxides or oxides of other alkali metals and alkaline earth metals. Similar brain effects were observed when the organic acid was oxalic acid.
1:燃焼排ガス、3:熱交換器、 5:クーラー、7:吸収塔、8:再生塔、9:リッチ吸収液、10:リーン吸収液、11:充填層、12:水スプレー、18:コレクタ、19:還流水、14:ポンプ、16:CO2除去後の排ガス、17:洗浄水、 21:リボイラ、22:送風機、23:水洗部 、25:リクレーマ、26:リクレーマからの蒸気、27:中和剤、28:残滓排出ライン、29:タンクからの蒸気、30:吸収塔下部タンク、31:再生塔下部タンク、32:蒸気圧縮ポンプ
33:調圧弁、35:紫外光照射装置、36:フラッシュタンク
1: combustion exhaust gas, 3: heat exchanger, 5: cooler, 7: absorption tower, 8: regeneration tower, 9: rich absorption liquid, 10: lean absorption liquid, 11: packed bed, 12: water spray, 18: collector , 19: reflux water, 14: pump, 16: exhaust gas after removing CO 2 , 17: washing water, 21: reboiler, 22: blower, 23: washing section, 25: reclaimer, 26: steam from the reclaimer, 27: Neutralizing agent, 28: residue discharge line, 29: steam from tank, 30: absorption tower lower tank, 31: regeneration tower lower tank, 32: steam compression pump 33: pressure regulating valve, 35: ultraviolet light irradiation device, 36: Flash tank
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Legal Events
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20141217 |
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RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20141217 |