特開 2024-142094 二酸化炭素回収装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024142094

(43)【公開日】2024-10-10

(54)【発明の名称】二酸化炭素回収装置

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/14 20060101AFI20241003BHJP

   B01D 53/62 20060101ALI20241003BHJP

   B01D 53/78 20060101ALI20241003BHJP

【ＦＩ】

B01D53/14 220

B01D53/62 ZAB

B01D53/78

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023054089

(22)【出願日】2023-03-29

(71)【出願人】

【識別番号】000000240

【氏名又は名称】太平洋セメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000800

【氏名又は名称】デロイトトーマツ弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】月舘 秀典

(72)【発明者】

【氏名】川之上 太志

(72)【発明者】

【氏名】一坪 幸輝

【テーマコード（参考）】

4D002

4D020

【Ｆターム（参考）】

4D002AA02

4D002AA09

4D002AA12

4D002AC05

4D002BA02

4D002BA14

4D002CA07

4D002DA31

4D002EA08

4D002FA01

4D002GA01

4D002GA02

4D002GA03

4D002GB01

4D002GB02

4D002GB11

4D002HA08

4D020AA03

4D020AA05

4D020AA06

4D020BA16

4D020BC01

4D020CB08

4D020CC09

4D020CD02

4D020DA01

4D020DA02

4D020DA03

4D020DB01

4D020DB03

4D020DB07

(57)【要約】

【課題】熱安定性塩の生成量を抑制することが可能な二酸化炭素回収装置を提供する。
【解決手段】二酸化炭素回収装置２０は、導入される二酸化炭素を含有する排ガスＧ１から二酸化炭素を吸収する吸収液Ｌが貯留されている吸収塔２１と、加熱により二酸化炭素が分離される吸収液Ｌが貯留されている再生塔２２と、吸収塔２１から再生塔２２に導入される吸収液Ｌと再生塔２２から吸収塔２１に導入される吸収液Ｌとの間で熱交換を行う熱交換器２３と、排ガスＧ１の吸収液Ｌと接触して熱安定性塩を生成する成分の濃度を測定する濃度測定器３３と、吸収塔２１に空気を導入する誘引ファン３５及び流量制御弁３６と、濃度測定器３３が測定した濃度が所定の第１の濃度を超える場合、吸収塔２１に導入される排ガスＧ１の前記成分の濃度が第１の濃度未満となるように、誘引ファン３５及び流量制御弁３６を制御して、吸収塔２１に外気Ｇ４を導入させる制御部４１とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

導入される二酸化炭素を含有する排ガスから二酸化炭素を吸収する吸収液が貯留されている吸収塔と、
加熱により二酸化炭素が分離される吸収液が貯留されている再生塔と、
前記吸収塔から前記再生塔に導入される吸収液と前記再生塔から前記吸収塔に導入される吸収液との間で熱交換を行う熱交換器と、
前記排ガスの前記吸収液と接触して熱安定性塩を生成する成分の濃度を測定する第１の濃度測定器と、
前記吸収塔に空気を導入する空気導入手段と、
前記第１の濃度測定器が測定した濃度が所定の第１の濃度を超える場合、前記吸収塔に導入される排ガスの前記成分の濃度が前記第１の濃度未満となるように、前記空気導入手段を制御して、前記吸収塔に空気を導入させる第１の制御部とを備えることを特徴とする二酸化炭素回収装置。

【請求項2】

前記排ガスの二酸化炭素の濃度を測定する第２の濃度測定器と、
前記吸収塔に前記排ガスよりも高濃度の二酸化炭素ガスを導入する高濃度二酸化炭素ガス導入手段と、
前記第２の濃度測定器が測定した二酸化炭素の濃度が所定の第２の濃度未満である場合、前記吸収塔に導入される排ガスの二酸化炭素の濃度が前記第２の濃度以上となるように、前記高濃度二酸化炭素ガス導入手段を制御して、前記吸収塔に前記高濃度の二酸化炭素ガスを導入させる第２の制御部とを備えることを特徴とする請求項１に記載の二酸化炭素回収装置。

【請求項3】

前記排ガスの前記吸収液と接触して熱安定性塩を生成する成分の濃度は、当該排ガスの硫黄酸化物の濃度、窒素酸化物の濃度、又は、硫黄酸化物と窒素酸化物の合計濃度の何れかであることを特徴とする請求項１又は２に記載の二酸化炭素回収装置。

【請求項4】

前記再生塔で分離された二酸化炭素を圧縮して貯蔵する二酸化炭素貯蔵手段を備え、
前記高濃度二酸化炭素ガス導入手段は、前記二酸化炭素貯蔵手段から前記排ガスよりも高濃度の二酸化炭素ガスを導入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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、二酸化炭素回収装置に関する。

【背景技術】

【0002】

温室効果ガスの１つである二酸化炭素（ＣＯ_２）ガスの削減はセメント業界にとっても喫緊の課題である。二酸化炭素ガスを回収する有力な技術として化学吸収法（アミン法）がある。化学吸収法は、アミン系吸収液の二酸化炭素の吸収、脱離の特性を利用した二酸化炭素分離回収技術であり、他方式に比べ大容量・低圧ガスに適合し、既存のセメント製造プロセスに影響を及ぼさないという利点がある。

【0003】

化学吸収法を用いた二酸化炭素回収装置においては、導入された二酸化炭素を含有するガスが吸収塔内の吸収液と気液接触して吸収され、二酸化炭素を吸収した吸収液が吸収塔から熱交換器により加熱された後、再生塔内に供給され、再生塔に貯留された吸収液が加熱器によって加熱され、これにより、吸収液中の二酸化炭素が再生塔内に二酸化炭素ガスとして放出され、高純度の二酸化炭素含有ガスとして回収される。

【0004】

しかし、セメント製造設備におけるセメントキルンから排出される排ガスに吸収液が接触すると、吸収液の性能を低下させる熱安定性塩（Heat Stable Salt：ＨＳＳ）が生成する。

【0005】

そこで、例えば、特許文献１には、吸収液の性能の低下に応じて吸収液を適切に浄化するために、再生塔における二酸化炭素ガスの回収量に基づいて、吸収液中の熱安定性塩などの不純物を浄化する浄化部へ導入する吸収液の液量を調整することが開示されている。

【0006】

また、特許文献２には、再生塔で再生された吸収液を吸収塔に供給する配管を流れる吸収液を測定した粘度に基づいて、再生塔で再生された吸収液の一部を導入して熱安定性塩などの劣化物を除去するリクレーマでの処理量を制御することが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０２２－１００７１３号公報

【特許文献2】国際公開第２０２２／０４４４８７号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、上記特許文献１，２に開示された技術においては、熱安定性塩を浄化や除去することはできるが、その生成量を抑制するものではない。

【0009】

本発明は、熱安定性塩の生成量を抑制することが可能な二酸化炭素回収装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の二酸化炭素回収装置は、導入される二酸化炭素を含有する排ガスから二酸化炭素を吸収する吸収液が貯留されている吸収塔と、加熱により二酸化炭素が分離される吸収液が貯留されている再生塔と、前記吸収塔から前記再生塔に導入される吸収液と前記再生塔から前記吸収塔に導入される吸収液との間で熱交換を行う熱交換器と、前記排ガスの前記吸収液と接触して熱安定性塩を生成する成分の濃度を測定する第１の濃度測定器と、前記吸収塔に空気を導入する空気導入手段と、前記第１の濃度測定器が測定した濃度が所定の第１の濃度を超える場合、前記吸収塔に導入される排ガスの前記成分の濃度が前記第１の濃度未満となるように、前記空気導入手段を制御して、前記吸収塔に空気を導入させる第１の制御部とを備えることを特徴とする。

【0011】

本発明の二酸化炭素回収装置によれば、排ガスの吸収液と接触して熱安定性塩を生成する成分は所定の第１の濃度以下しか吸引塔に導入されない。そのため、吸収液と接触する当該成分の濃度とほぼ比例して生成される熱安定性塩の生成量を抑制することが可能となる。

【0012】

本発明の二酸化炭素回収装置において、前記排ガスの二酸化炭素の濃度を測定する第２の濃度測定器と、前記吸収塔に前記排ガスよりも高濃度の二酸化炭素ガスを導入する高濃度二酸化炭素ガス導入手段と、前記第２の濃度測定器が測定した二酸化炭素の濃度が所定の第２の濃度未満である場合、前記吸収塔に導入される排ガスの二酸化炭素の濃度が前記第２の濃度以上となるように、前記高濃度二酸化炭素ガス導入手段を制御して、前記吸収塔に前記高濃度の二酸化炭素ガスを導入させる第２の制御部とを備えることが好ましい。

【0013】

この場合、所定の第２の濃度以上の二酸化炭素を含む排ガスが吸引塔に導入される。そのため、二酸化炭素回収装置における二酸化炭素の回収率の低下と変動の抑制を図ることが可能となる。

【0014】

また、本発明の二酸化炭素回収装置において、例えば、前記排ガスの前記吸収液と接触して熱安定性塩を生成する成分の濃度は、当該排ガスの硫黄酸化物の濃度、窒素酸化物の濃度、又は、硫黄酸化物と窒素酸化物の合計濃度の何れかである。

【0015】

また、本発明の二酸化炭素回収装置において、前記再生塔で分離された二酸化炭素を圧縮して貯蔵する二酸化炭素貯蔵手段を備え、前記高濃度二酸化炭素ガス導入手段は、前記二酸化炭素貯蔵手段から前記排ガスよりも高濃度の二酸化炭素ガスを導入することが好ましい。

【0016】

この場合、吸収塔に導入する高濃度の二酸化炭素ガスのガス源として、外部のガス源を追加して設置する必要がない。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】セメント焼成装置と、これに付設された本発明の実施形態に係る二酸化炭素回収装置を示す模式図。

【発明を実施するための形態】

【0018】

セメント焼成設備１０に付設された、本発明の実施形態に係る二酸化炭素回収装置２０を、図面を参照して説明する。

【0019】

セメント焼成設備１０は、セメント原料粉末Ｐを焼成するものであり、予備加熱機１１、仮焼炉１２、及びセメントキルン１３などから構成されている。

【0020】

予備加熱機１１は、多段、ここでは４段のサイクロン１１ａ～１１ｄが配列されてなるプレヒータである。セメント原料粉末Ｐは、図示しないセメント原料粉末生成設備から最上段のサイクロン１１ａに供給され、サイクロン１１ａ～１１ｃを下方に順次移動しながら予備加熱され、サイクロン１１ｃから仮焼炉１２に供給され、最終的にサイクロン１１ｄに供給される。予備加熱機１１は、誘引ファン１４で吸引されて上昇する高温の排ガスＧとの熱交換により、セメント原料粉末Ｐを予備加熱する。

【0021】

仮焼炉１２は、予備加熱機１１の下部に備わり、バーナなどを備えている。仮焼炉１２は、その型式は限定されないが、例えば、流動床式、流動層式、噴流層式などの型式であってもよい。なお、仮焼炉１２を省略して、予備加熱機１１からセメントキルン１３にセメント原料粉末Ｐを直接的に供給してもよい。

【0022】

セメントキルン１３は、バーナ１３ａを備えており、仮焼炉１２にて仮焼されたセメント原料粉末Ｐを１３５０℃～１４５０℃で焼成してセメントクリンカＣを生成する。セメントキルン１３は、その型式は限定されないが、例えば、ロータリー式である。

【0023】

セメントキルン１３にて得られたセメントクリンカＣは、排出口から落下して、クリンカクーラ１５に投入され、１００℃程度に冷却される。冷却されたセメントクリンカＣはクリンカクーラ１５の取出口から外部へ取り出される。なお、クリンカクーラ１５でセメントクリンカＣを冷却して高温となった排ガスＧの一部は、仮焼炉１２に流入する。

【0024】

二酸化炭素回収装置２０は、吸収塔２１、再生塔２２、及び熱交換器２３などから構成されている。二酸化炭素回収装置２０において二酸化炭素を化学吸収法にて吸収する吸収液Ｌは、ＭＥＡ、ＭＤＥＡ、ＡＭＰ、ＰＺ／ＰＩＰＡなどのアミン系吸収液である。

【0025】

吸収塔２１内に、二酸化炭素（ＣＯ_２）を含有する排ガスＧ１が、誘引ファン３１で吸引されて導入される。この排ガスＧ１は、図示しないが、セメント原料からセメント原料粉末Ｐを生成してセメント焼成設備１０に供給するセメント原料粉末生成設備から排出され、電気集塵機などの集塵手段を介して、煙突から大気に放出される手前から抽出したものである。そして、誘引ファン３１によって導入された排ガスＧ１は、吸収塔２１内の吸収液Ｌと気液接触して、二酸化炭素が吸収液Ｌに吸収される。吸収液Ｌの温度は例えば、約４０℃である。

【0026】

吸収塔２１内で二酸化炭素を吸収した吸収液Ｌは、ポンプ２４により熱交換器２３に送られ、加熱された後、再生塔２２内に供給される。

【0027】

この吸収液Ｌは、再生塔２２の下部に貯留され、ボイラーや蒸気などを用いた加熱器２５によって加熱され、約７０℃～約１２０℃に昇温する。これにより、吸収液Ｌ中の二酸化炭素が再生塔２２内に二酸化炭素ガスとして放出される。この高純度の二酸化炭素を含むガスＧ２は再生塔２２内を上昇して上部から排出され、遠心式圧縮機などの圧縮機２６で圧縮された後、ドライヤ２７で乾燥されて水分が除去された後、二酸化炭素貯蔵タンク２８に高純度の二酸化炭素を含むガスＧ５として貯蔵される。

【0028】

一方、二酸化炭素が除去されて再生された吸収液Ｌは、ポンプ２９により熱交換器２３に送られて冷却された後、吸収塔２１内に上部から供給され、再び、排ガスＧ１から二酸化炭素を吸収する。二酸化炭素が除去された排ガスＧ３は吸収塔２１内を上昇し、図示しないセメント原料粉末生成設備に導入される。

【0029】

予備加熱機１１の出口から誘引ファン３１を介して吸収塔２１に導入される排ガスＧ１が含まれる配管３２には、排ガスＧ１に含まれる各種成分の濃度を測定する濃度測定器３３が設置されている。濃度検出器３３は、熱安定性塩の生成原因となる成分、具体的には、硫黄化合物及び窒素化合物の濃度を測定する。濃度検出器３３は、さらに、二酸化炭素の濃度も測定する。濃度測定器３３が測定して測定結果を示すデータは制御部４１に送信される。なお、濃度測定器３３は本発明の第１及び第２の濃度測定器に、制御部４１は本発明の第１及び第２の制御部に相当する。

【0030】

そして、配管３２には、外部から空気（外気）Ｇ４が導入される配管３４が接続されており、この配管３４には誘引ファン３５及び流量制御弁３６が設置されている。誘引ファン３５及び流量制御弁３６は、濃度測定器３３が測定した測定結果に基づいて、制御部４１にて制御される。なお、誘引ファン３５及び流量制御弁３６は本発明の空気導入手段に相当する。

【0031】

さらに、配管３２には、二酸化炭素貯蔵タンク２８から高純度の二酸化炭素を含むガスＧ５が導入される配管３７が接続されており、この配管３７には誘引ファン３８及び流量制御弁３９が設置されている。誘引ファン３８及び流量制御弁３９は、濃度測定器３３が測定して測定結果に基づいて、制御部４１にて制御される。なお、誘引ファン３８及び流量制御弁３９は本発明の高濃度二酸化炭素ガス導入手段に相当する。

【0032】

次に、制御部４１による、誘引ファン３５，３８及び流量制御弁３６，３９の制御について説明する。

【0033】

制御部４１は、濃度測定器３３が測定した硫黄化合物の濃度、窒素化合物の濃度、又は、硫黄化合物と窒素化合物との合計濃度の少なくとも何れかが、それぞれに対して予め設定された所定の第１の濃度を超えていると判断した場合、誘引ファン３５及び流量制御弁３６を制御して、配管３２に外気Ｇ４を導入する。その導入量は、硫黄化合物の濃度、窒素化合物の濃度、及び、硫黄化合物と窒素化合物との合計濃度が何れも所定の第１の濃度以下となるように制御部４１にて定められる。

【0034】

これにより、硫黄化合物や窒素化合物は所定の第１の濃度以下しか吸引塔２１に導入されない。そのため、熱安定性塩の生成量を抑制することが可能となる。なお、吸収液Ｌと接触する窒素化合物や硫黄化合物の濃度とほぼ比例して熱安定性塩の生成量は増加するので、熱安定性塩を除去する装置の性能や動作頻度に応じて、第１の濃度を定めればよい。

【0035】

また、制御部４１は、濃度測定器３３が測定した二酸化炭素の濃度が、予め設定された所定の第２の濃度未満であると判断した場合、誘引ファン３８及び流量制御弁３９を制御して、配管３２に二酸化炭素貯蔵タンク２８から高純度の二酸化炭素を含むガスＧ５を導入する。その導入量は、二酸化炭素の濃度が所定の第２の濃度以上となるように制御部４１にて定められる。

【0036】

これにより、所定の第２の濃度以上の二酸化炭素を含む排ガスＧ１が吸引塔２１に導入される。そのため、二酸化炭素回収装置２０における二酸化炭素の回収率の低下と変動の抑制を図ることが可能となる。なお、所定の第２の濃度は、例えば１５vol％、２０vol％などであり、二酸化炭素回収装置２０の定格に応じて定めればよい。

【0037】

さらに、制御部４１は、誘引ファン３５及び流量制御弁３６を制御して配管３２に外気Ｇ４を導入する結果として、配管３２を流れる排ガスＧ１の二酸化炭素の濃度が、予め設定された所定の第２の濃度未満となると予測した場合、誘引ファン３８及び流量制御弁３９を制御して、配管３２に二酸化炭素貯蔵タンク２８から高純度の二酸化炭素を含むガスＧ５を導入する。その導入量は、二酸化炭素の濃度が所定の第２の濃度以上となるように制御部４１にて定められる。

【0038】

これにより、外気Ｇ４の導入によって排ガスＧ１中の二酸化炭素の濃度が低下した場合であっても、所定の第２の濃度以上の二酸化炭素を含む排ガスＧ１が吸引塔２１に導入される。そのため、二酸化炭素回収装置２０における二酸化炭素の回収率の低下と変動の抑制を図ることが可能となる。

【0039】

なお、本発明は、上述した実施形態に具体的に記載した二酸化炭素回収装置２０に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内であれば適宜変更することができる。

【0040】

例えば、配管３７を介して導入される高純度の二酸化炭素を含むガスＧ５は、二酸化炭素貯蔵タンク２８から導入されるものに限定されない。例えば、市販の二酸化炭素ガスボンベなどから高純度の二酸化炭素を含むガスＧ５を配管３７を介して導入してもよい。

【符号の説明】

【0041】

１０…セメント焼成設備、 １１…予備加熱機、 １１ａ～１１ｄ…サイクロン、 １２…仮焼炉、 １３…セメントキルン、 １３ａ…バーナ、 １４…誘引ファン、 １５…クリンカクーラ、 ２０…二酸化炭素回収装置、 ２１…吸収塔、 ２２…再生塔、 ２３…熱交換器、 ２４…ポンプ、 ２５…加熱器、 ２６…圧縮機、 ２７…ドライヤ、 ２８…二酸化炭素貯蔵タンク、 ２９…ポンプ、 ３１…誘引ファン、 ３２，３４，３７…配管、 ３３…濃度測定器（第１の濃度測定器、第２の濃度測定器）、 ３５…誘引ファン（空気導入手段）、 ３６…流量制御弁（空気導入手段）、 ３８…誘引ファン（高濃度二酸化炭素ガス導入手段）、 ３９…流量制御弁（高濃度二酸化炭素ガス導入手段）、 ４１…制御部（第１の制御部、第２の制御部）、 Ｃ…セメントクリンカ、 Ｇ…排ガス、 Ｇ１…排ガス、 Ｇ２…高純度の二酸化炭素を含む排ガス、 Ｇ３…二酸化炭素が除去された排ガス、 Ｇ４…外気、 Ｇ５…高純度の二酸化炭素を含むガス、 Ｌ…吸収液、 Ｐ…セメント原料粉末。

【図1】