省エネ型CO₂回収設備の概要と展開

～高純度・低熱消費型CO₂化学吸収プロセス～

2017/11/14

萩生大介
日鉄エンジニアリング株式会社

（「配管技術」2017年6月号から一部改編の上、転載）

1.はじめに

　温暖化対策としてCO₂排出量を削減する取り組みは各分野で実施されている。産業界においては、生産活動に伴い排出されるCO₂を大幅に削減するためには何らかの革新的な技術の導入が必要となってくる。本稿では、鉄鋼業における革新的CO₂削減技術開発の一環として取り組んだCO₂分離・回収技術の開発内容、成果と、その商品展開について紹介する。　
　鉄鋼業は火力発電に次ぐCO₂の大規模排出源である。2007年、安部首相により発表された「美しい星50 (Cool Earth 50)」において、「省エネなどの技術を活かし、環境保全と経済発展を両立させること」が提言され、それを達成するための「革新的技術開発」の１つとしてNEDO（（国研）新エネルギー・産業技術総合開発機構）による「革新的製鉄プロセス技術開発（略称:COURSE50）」が位置付けられた。その中でCO₂を減らす技術開発と並行して、化学吸収法によるCO₂分離回収技術の開発が進められてきた。
　2008年にスタートした同プロジェクトは2013年3月にPhase1のStep1が終了し、化学吸収法については当初の開発目標を達成できた。これら開発成果を一般産業分野向けに独自技術を加えて商品化したものがESCAP^®（Energy Saving CO₂ Absorption Process）である。次項では、これら開発の経緯と商品化の内容について説明する。

2.省エネ型化学吸収法の開発(COURSE50)

2.1　CO₂化学吸収プロセス
　CO₂化学吸収プロセスのフローを第1図に示す。化学吸収では、まず吸収塔内でCO₂を含有するガスとアミン吸収液を向流接触させることで、ガス中のCO₂を選択的にアミン吸収液に吸収させる。CO₂を吸収したアミン吸収液はその後、再生塔へと移送される。再生塔では付属したリボイラーに蒸気を供給することでアミン吸収液を加熱再生させて、CO₂とアミン吸収液を分離する。回収CO₂純度は通常99.9％以上である。
　一方で、化学吸収法の課題は再生塔でCO₂とアミン吸収液を分離させるために大量の熱エネルギーが必要となることであった。従い、この熱消費量を如何に低減するかが技術開発のポイントとなった。

第1図　化学吸収プロセス

2.2　化学吸収プロセスの開発手順
　COURSE50での技術開発では、まず、新日鐵住金（株）、RITE（（公財）地球環境産業技術研究機構）の共同研究等を通じて新規の吸収液が開発された。次に当社は、開発液の評価及びこれら吸収液の特性に適合するプロセスの開発のために、2種類の規模の試験プラント（CAT1（CO₂回収能力1t/日）及びCAT30(CO₂回収能力30t/日)）で実ガス試験による検証を行った。

写真1　化学吸収試験設備

2.3　試験結果
2.3.1　熱消費量の低減
　熱消費量の評価結果を第2図に示す。各種吸収液の評価および最適設備設計の結果、熱消費量は2.０GJ/t-CO₂まで低減（従来プロセスのMEAと比較し50％減を達成）することができた。
　従来法に比べて熱消費量が大幅に低減された理由として、以下の２つが挙げられる。

①: 熱消費量の大きなウェイトを占める反応熱を低く抑えながらも高い吸収性能を有する、高性能吸収液を使用
②: 吸収反応熱を利用する新技術を採用

　②は、吸収塔で発生する反応熱を、熱輸送媒体にて回収し再生塔で利用する熱移送システムである。本技術の適用により、0.3GJ/t-CO₂程度の熱消費量の低減を可能とした。