(57)【要約】【課題】  簡易な方法により化学吸収液の二酸化炭素ローディングを高くしてガス吸収工程と再生工程との間を循環させる化学吸収液の循環量を少なくすることが可能な二酸化炭素の分離回収方法を提供する。【解決手段】  少なくとも２つの槽１１ａ〜１１ｃに貯められた化学吸収液に対して被処理ガスＧｆを気泡状に放散して気液接触させることにより被処理ガスＧｆに含まれる二酸化炭素を分離回収する方法であって、化学吸収液を抜出槽１１ｃから抜出して再生した後に受入槽１１ａに受入れながら、受入槽１１ａから抜出槽１１ｃに至る少なくとも２つの槽１１ａ〜１１ｃに亘って化学吸収液を順次移送させると共に、被処理ガスＧｆを分割して少なくとも２つの槽１１ａ〜１１ｃに貯められた化学吸収液にそれぞれ供給する。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの槽に貯められた化学吸収液に対して被処理ガスを気泡状に放散して気液接触させることにより該被処理ガスに含まれる二酸化炭素を分離回収する方法であって、化学吸収液を前記少なくとも２つの槽のいずれかから抜出して再生した後に該抜出した槽を除くいずれかに受入れながら、前記受入れた槽から前記抜出した槽に至る前記少なくとも２つの槽に亘って化学吸収液を順次移送させると共に、被処理ガスを分割して前記少なくとも２つの槽に貯められた化学吸収液にそれぞれ供給することを特徴とする二酸化炭素の分離回収方法。
【請求項２】
前記少なくとも２つの槽の液相部に熱交換手段を設けて前記化学吸収液を温度制御することを特徴とする、請求項１に記載の二酸化炭素の分離回収方法。
【請求項３】
前記分割する前の被処理ガスを、前記抜出された化学吸収液の少なくとも一部と予め気液接触させ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の分離回収方法。
【請求項４】
前記予め行われる気液接触は、前記分割する前の被処理ガスに対して前記抜出された化学吸収液を噴霧することによって行われることを特徴とする、請求項３に記載の二酸化炭素の分離回収方法。
【請求項５】
前記予め行われる気液接触を終えた化学吸収液は、前記抜出した槽に戻されることを特徴とする、請求項３又は４に記載の二酸化炭素の分離回収方法。
【請求項６】
前記少なくとも２つの槽での気液接触を終えた被処理ガスの少なくとも一部をスプレー塔、充填塔、又は棚段塔に導いて、前記再生された化学吸収液又は前記少なくとも２つの槽のいずれかから抜出された化学吸収液と気液接触させることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の二酸化炭素の分離回収方法。
【請求項７】
前記少なくとも２つの槽での気液接触が、ジェットバブリングリアクター（登録商標）を用いて行われることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の二酸化炭素の分離回収方法。
【請求項８】
前記化学吸収液が、被処理ガスに含まれる二酸化炭素との吸収反応により固体を析出し得るものであることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の二酸化炭素の分離回収方法。
【請求項９】
前記被処理ガスが、化石燃料を燃焼したときに生ずる燃焼排ガスであって、湿式排煙脱硫装置にて脱硫、除塵されたものであることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の二酸化炭素の分離回収方法。
【請求項１０】
化学吸収液に対して被処理ガスを気泡状に放散して気液接触させることによって該被処理ガスに含まれる二酸化炭素を分離回収する装置であって、化学吸収液を貯留する少なくとも２つの槽と、被処理ガスを分割して前記少なくとも２つの槽に貯留している化学吸収液にそれぞれ供給するガス分割部とを有しており、前記少なくとも２つの槽は、化学吸収液の再生のための抜出しが行われる抜出槽と該再生された化学吸収液の受入れが行われる受入槽とが互いに異なっており、前記受入槽から前記抜出槽に至る前記少なくとも２つの槽に亘って化学吸収液が順次移送されることを特徴とする二酸化炭素の分離回収装置。
【請求項１１】
前記少なくとも２つの槽の液相部に、前記化学吸収液を冷却制御する熱交換手段が設けられていることを特徴とする、請求項１０に記載の二酸化炭素の分離回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理ガスに含まれる二酸化炭素を化学吸収液を用いて分離回収する方法に関し、更に詳細には気液接触効率の高い気泡塔を用いて二酸化炭素を分離回収する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化の主たる原因物質である二酸化炭素の排出量は、経済発展に伴って増大する一方であり、その削減のための取り組みが求められている。火力発電所や製鉄工場等の化石燃料由来の燃焼排ガスを大量に排出している排出源においては、化学吸収液を用いて燃焼排ガスから二酸化炭素を選択的に分離回収する方法が検討されている。
【０００３】
二酸化炭素はガス吸収速度が遅いため、化学吸収液を用いて分離回収を行う場合は、複数段に亘って吸収を行う棚段塔や充填塔をガス吸収工程に用いることが一般的であった。これにより、低い二酸化炭素分圧下においても吸収が可能となる上、再生工程に送られる化学吸収液の二酸化炭素ローディング（吸収剤１モル当たりに吸収する二酸化炭素のモル数）を高くすることができる。しかしながら、棚段塔や充填塔は、一般的に設備コストが高いうえ、液ガス比に代表されるように、運転の際に課される制約が多い。従って、大量の排ガス処理においては低コストで安定した運転性能を得ることが困難であった。
【０００４】
そこで、棚段塔や充填塔に代わる気液接触手段として、例えば、特許文献１に示されるように、気泡塔を用いて化学吸収液に燃焼排ガスをバブリングさせて燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収する方法が提案されている。この方法は、比較的低い設備コストで安定的に燃焼排ガス中の二酸化炭素を分離回収することができるため、排ガス処理工程に適した方法であると考えられる。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−３３７３３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の方法は、単一の槽に貯められている化学吸収液に燃焼排ガスを気液接触させるものであるため、化学吸収液の二酸化炭素ローディングが平均化され、平衡分圧が高くなる。このため、ガス吸収速度が遅くなり、ガス吸収工程と再生工程との間を循環させる化学吸収液の循環量が、棚段塔や充填塔を用いた場合に比べて多くなるという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような従来の事情に鑑み、簡易な方法で化学吸収液の二酸化炭素ローディングを高くして、ガス吸収工程と再生工程との間を循環させる化学吸収液の循環量を少なくすることが可能な二酸化炭素の分離回収方法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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明が提供する二酸化炭素の分離回収方法は、少なくとも２つの槽に貯められた化学吸収液に対して被処理ガスを気泡状に放散して気液接触させることにより該被処理ガスに含まれる二酸化炭素を分離回収する方法であって、化学吸収液を前記少なくとも２つの槽のいずれかから抜出して再生した後に該抜出した槽を除くいずれかに受入れながら、前記受入れた槽から前記抜出した槽に至る前記少なくとも２つの槽に亘って化学吸収液を順次移送させると共に、被処理ガスを分割して前記少なくとも２つの槽に貯められた化学吸収液にそれぞれ供給することを特徴としている。
【０００９】
また、本発明が提供する二酸化炭素の分離回収装置は、化学吸収液に対して被処理ガスを気泡状に放散して気液接触させることによって該被処理ガスに含まれる二酸化炭素を分離回収する装置であって、化学吸収液を貯留する少なくとも２つの槽と、被処理ガスを分割して前記少なくとも２つの槽に貯留している化学吸収液にそれぞれ供給するガス分割部とを有しており、前記少なくとも２つの槽は、化学吸収液の再生のための抜出しが行われる抜出槽と該再生された化学吸収液の受入れが行われる受入槽とが互いに異なっており、前記受入槽から前記抜出槽に至る前記少なくとも２つの槽に亘って化学吸収液が順次移送されることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、簡易に化学吸収液の二酸化炭素ローディングを高くしてガス吸収工程と再生工程との間を循環させる化学吸収液の循環量を下げることができるので、被処理ガスに含まれる二酸化炭素を経済的に分離回収することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明による二酸化炭素の分離回収方法の第１の実施形態を、図１〜図３を参照しながら説明する。図１は、本発明による二酸化炭素の分離回収方法の実施に好適な気泡塔が含まれる炭酸ガス除去システムの一例を示す概要図である。この図に示されるように、石炭焚きボイラー等の化石燃料の燃焼装置（図示せず）から排出される燃焼排ガスＧｆは、ダクトを介して気泡塔１に送られ、ここで燃焼排ガスＧｆに含まれる二酸化炭素が選択的に化学吸収液に吸収される。二酸化炭素の吸収が行われた後の処理済ガスＧｔは、気泡塔１の塔頂から排出される。この処理済ガスＧｔは、必要に応じて更に処理された後、煙突から排出される。
【００１２】
二酸化炭素を吸収した化学吸収液（以降、リッチ溶液とも称する）は、気泡塔１の下部から排出され、リーンリッチ熱交換器２に送られる。リーンリッチ熱交換器２において、リッチ溶液は、後述する再生塔３で再生された化学吸収液（以降、リーン溶液とも称する）との間で熱交換して加熱された後、再生塔３に送られる。再生塔３に入ったリッチ溶液は、塔底から上昇するストリッピングスチームと向流接触しながら塔内を下降する。再生塔３の塔内には、充填物や棚段が設けられており、ここでリッチ溶液はストリッピングスチームと効率よく気液接触し、これによりリッチ溶液から二酸化炭素が徐々に放散される。
【００１３】
リッチ溶液から放散された二酸化炭素は、再生塔３の塔頂に設けられている凝縮器５にストリッピングスチームと共に送られる。ここでストリッピングスチームは凝縮されて還流液となり、リッチ溶液と合流して塔内を下降する。一方、二酸化炭素は冷却されるものの、凝縮されることなく気相のまま凝縮器５を通過し、再生塔３の塔頂から排出される。再生塔３の塔頂から排出された二酸化炭素は、ＥＯＲ（Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｏｉｌ  Ｒｅｃｏｖｅｒｙ）等によって固定化される。
【００１４】
再生塔３の塔底の化学吸収液は、リーン溶液として抜き出された後、一部がリボイラ４に送られ、残りはリーンリッチ熱交換器２に送られる。リボイラ４に送られた化学吸収液は蒸気等の加熱媒体によって加熱され、ストリッピングスチームや高温の化学吸収液となって再生塔３の塔底に戻る。一方、リーンリッチ熱交換器２に送られた化学吸収液（リーン溶液）は、リッチ溶液と熱交換して冷却される。リーンリッチ熱交換器２を出たリーン溶液は、更にリーン溶液冷却器６で冷却水等の冷媒によって所定の温度まで冷却された後、気泡塔１に供給される。
【００１５】
上記炭酸ガス除去に用いる化学吸収液には、特に限定するものではないが、モノエタノールアミン（ＭＥＡ）、ジエタノールアミン（ＤＥＡ）、トリエタノールアミン（ＴＥＡ）、ジイソプロパノールアミン（ＤＩＰＡ）、メチルジエタノールアミン（ＭＤＥＡ）等を含むアルカノールアミン溶液又はそれらの混合溶液、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液、又は炭酸ナトリウム水溶液等を含む無機アルカリ水溶液、アミノ酸やアルカリ金属塩を含む水溶液等を使用することができる。更に、化学吸収液は固体を含むスラリー状であっても良いし、溶液であっても良い。
【００１６】
次に、図２及び図３を参照しながら、本発明による二酸化炭素の分離回収方法を好適に実施することが可能な気泡塔についてより詳細に説明する。図２は、かかる気泡塔の一例を示す概略図であり、図３はその斜視図である。これらの図に示されるように、気泡塔１は箱型の容器１０からなり、その下部に、気泡塔１の壁部と底部とで画定された、化学吸収液を貯留させる吸収部１１が設けられている。
【００１７】
この吸収部１１には、第１仕切板１２ａ及び第２仕切板１２ｂの２枚の仕切板が互いに離間して立設されている。これにより、吸収部１１は、気泡塔１の壁部と第１仕切板１２ａとで囲まれる第１槽１１ａ、気泡塔１の壁部と第１仕切板１２ａと第２仕切板１２ｂとで囲まれる第２槽１１ｂ、及び気泡塔１の壁部と第２仕切板１２ｂとで囲まれる第３槽１１ｃの３つに区画される。尚、本実施形態では、吸収部１１は２枚の仕切板で区画された３つの槽を備えているが、かかる構成に限定されるものではなく、被処理ガスの性状等の様々な運転条件に応じて適宜構成を変えても良い。また、容器１０の形状は箱型に限定されるものではなく、筒型等であっても良い。更に、各槽に攪拌器を設けても良い。
【００１８】
第１槽１１ａには供給ノズル１３ａが設けられており、ここからリーン溶液が供給される。また、第３槽１１ｃには抜出ノズル１３ｂが設けられており、ここからリッチ溶液が抜き出される。第１槽１１ａに供給されるリーン溶液の供給量と、抜出ノズル１３ｂから抜き出されるリッチ溶液の抜出量とは、ほぼ同じ量となるように制御されている。また、第１仕切板１２ａ及び第２仕切板１２ｂは、それぞれ化学吸収液がオーバーフローする構造になっている上、第１仕切板１２ａをオーバーフローする化学吸収液の液レベルは、第２仕切板１２ｂをオーバーフローする化学吸収液の液レベルより高くなるように設定されている。これにより、リーン溶液は第１槽１１ａに受け入れられた後、第１槽１１ａ、第２槽１１ｂ及び第３槽１１ｃに亘って順次移送され、第３槽１１ｃから抜き出される。
【００１９】
すなわち、第１槽１１ａに受け入れられたリーン溶液は、第１槽１１ａにて所定時間滞留した後、仕切板１２ａをオーバーフローして隣接する第２槽１１ｂに移送される。仕切板１２ａをオーバーフローした化学吸収液は、第２槽１１ｂにて所定時間滞留した後、仕切板１２ｂをオーバーフローして隣接する第３槽１１ｃに移送される。仕切板１２ｂをオーバーフローした化学吸収液は、第３槽１１ｃにて所定時間滞留した後、抜出ノズル１３ｂから抜き出される。
【００２０】
尚、上記の実施態様は、仕切板の上端をオーバーフローさせることによって槽から槽に化学吸収液を順次移送させる構造であるが、逆流することなく槽から槽に順次移送することが可能であれば上記方法に限定されるものではなく、例えば、ポンプ等の液送装置を用いて槽から槽に化学吸収液を移送しても良い。あるいは、各槽の液レベルを段階的に低くなるように制御して、この液レベル差を利用して仕切板の下部に設けられた開口部を介して槽から槽に化学吸収液を移送しても良い。
【００２１】
気泡塔１の上部にはガス分割部１４が設けられており、その一部に被処理ガスＧｆが送られてくるダクトが接続している。ガス分割部１４の下部には複数のガス分散管１４ａが配設されており、それぞれ第１槽１１ａ、第２槽１１ｂ、及び第３槽１１ｃに向かって延在している。各ガス分散管１４ａの先端部は、対応する槽に貯留されている化学吸収液に浸漬している。この先端部には開口部が設けられており、ここを通して被処理ガスが化学吸収液に放散される。上記気泡塔１には、千代田化工建設株式会社のジェットバブリングリアクター（登録商標）を用いても良い。
【００２２】
上記構造により、ダクトから送られてきた燃焼排ガスＧｆは、複数のガス分散管１４ａを有するガス分割部１４で分割され、各ガス分散管１４ａの先端部に設けられた開口部を介して化学吸収液に放散される。放散された被処理ガスＧｆは気泡状となって化学吸収液中を上昇し、この間、効果的な気液接触が行われる。気液接触を終えて化学吸収液を抜け出たガスは、ガス分割部１４をよけて塔内を上昇すると共に、他の槽の化学吸収液を抜け出たガスと合流し、処理済ガスＧｔとして気泡塔１の上部から排出される。
【００２３】
このように、本発明による二酸化炭素の分離回収方法は、リーン溶液の受入槽からリッチ溶液の抜出槽に至る複数の槽に亘って化学吸収液を順次移送させると共に、燃焼排ガスを分割してこれら複数の槽に貯留している化学吸収液にそれぞれ供給しているので、リーン溶液の受入槽からリッチ溶液の抜出槽に向けて二酸化炭素ローディングを段階的に変化させることが可能となる。よって、気液接触を１段で行う場合に比べてリッチ溶液の二酸化炭素ローディングをより高くすることができるので、気泡塔１と再生塔３との間を循環させる化学吸収液の循環量を少なくすることが可能となる。
【００２４】
本発明による二酸化炭素の分離回収方法は、二酸化炭素を吸収することによって化学吸収液が固体を析出する場合は特に有効である。なぜなら、本発明による二酸化炭素の分離回収方法においては、複数の槽内に分けて化学吸収液を貯留しているので、いずれかの槽において化学吸収液が固体を析出した場合であっても、その槽の下部から化学吸収液を抜出してシックナーなどの固液分離装置に移送することによって、他の槽や再生工程に影響を及ぼすことなく容易に固形分を処理することができるからである。
【００２５】
すなわち、化学吸収液が貯留している各槽は、化学吸収液の受け入れ及び抜き出しが行われているものの、実質的に化学吸収液の循環のない静置状態が保たれているため、槽自体が固液分離機能を有している。従って、各槽の底部から固体濃度の高いスラリーを抜出したり、底部より少し高い位置から固体濃度が中程度のスラリーを抜出したりして容易に固体を処理することができる。また、析出やスケールの剥離などにより大きな粒子が発生しても、単に槽の底部に堆積するだけであるので、安定な運転に支障をきたすことがない。
【００２６】
尚、オーバーフローさせる仕切板の手前に、仕切板に平行に固定板を設け、その下端を底面から離間させると共に上端を仕切板よりも上方に延在させても良い。これによって、化学吸収液は当該固定板と仕切板との間を上昇してからオーバーフローするので、各槽において、より確実に固液分離を行うことが可能となる。
【００２７】
また、本発明による二酸化炭素の分離回収方法は、本質的にスケールが生じにくいことを特徴としている。すなわち、本発明においては、槽内に貯留している化学吸収液の略中央部に被処理ガスをバブリングすることによって気液接触が行われるので、気液接触が主に槽中央部の液相で行われるため、装置表面がスケーリングされにくい条件下にある。これに対して、例えば充填塔においては、気液接触が充填物表面に沿った固液界面近くで行われるため、装置表面がスケーリングされ易い条件下にある。
【００２８】
化学吸収液は、前述したように固体を含むスラリー状であっても良く、あるいは吸収塔での固体の析出と再生塔での固体の溶解とが化学吸収液の循環に伴って生じるものであっても良い。その組成は、例えば吸収塔と再生塔との間の温度差、ｐＨ差、炭酸濃度差などを利用して固体の析出と溶解とが生じるものであれば特に限定されない。このような化学吸収液の組成物の例としては、溶解度の比較的低い炭酸（カルボキシル基）を含む有機物や、炭酸イオン、重炭酸イオンを含む無機物（アルカリ金属塩）、亜鉛などの両性金属を含む金属塩がある。更には、炭酸（カルボキシル基）を含まない化合物であって、温度差、ｐＨ差などによって析出するものからなる化学吸収液であっても良い。
【００２９】
また、本発明による二酸化炭素の分離回収方法は、各槽にそれぞれ貯留している化学吸収液の液レベルを個別に変更することができるので、燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素濃度や燃焼排ガス流量が変化しても各槽をそれぞれ最適な条件で運転させることができる。すなわち、気泡塔１と再生塔３との間の化学吸収液の循環量は一定であっても、液レベルを深くすることによって、少ないエネルギー消費量で二酸化炭素の吸収率を高めることができる。更に、ガス吸収速度は各槽で異なるため、反応熱の影響により化学吸収液の温度は各槽で異なることが考えられる。このような場合においても、本発明による二酸化炭素の分離回収方法では、各槽の液相部にそれぞれジャケットやコイルなどの熱交換手段を設けて個別に温度制御を行うことが可能であるので、より効率良く反応熱を除熱することができる。
【００３０】
次に、本発明による二酸化炭素の分離回収方法の第２の実施形態を、図４を参照しながら説明する。第２の実施形態では、上記第１の実施形態で説明した二酸化炭素の分離回収方法に加えて、被処理ガスＧｆをガス分割部１４に送る前に予め化学吸収液に気液接触させて被処理ガスＧｆに含まれる二酸化炭素を吸収することを特徴としている。
【００３１】
具体的に説明すると、図４に示すように、抜出ノズル１３ｂから抜き出されたリッチ溶液は分岐された後、スプレーノズル供給ポンプ１６に送られる。ここで所定の圧力に昇圧された後、ガス分割部１４の内部にあって、ダクトとの接続部近傍に設けられたスプレーノズル１７に送られ、ここで噴霧される。これにより、被処理ガスＧｆは噴霧された霧状の化学吸収液と効率良く気液接触し、被処理ガスＧｆに含まれる二酸化炭素が化学吸収液に吸収される。二酸化炭素を吸収した霧状の化学吸収液は、ガス分割部１４の底部に溜められ、ここから下方に延在するダウンカマー１８を経て第３槽１１ｃに戻される。
【００３２】
尚、ガス分割部１４の底部に溜められた化学吸収液がダウンカマー１８の入口に導かれ易くなるように、ガス分割部１４の底部にはダウンカマー１８に向けてテーパーが形成されているのが好ましい。また、スプレーノズル１７で噴霧したときにフラッシュして二酸化炭素を放散することがある。これを防ぐため、スプレーノズル供給ポンプ１６の吸込側若しくは吐出側に冷却器（図示せず）を設けて化学吸収液がフラッシュしない程度に冷却しても良い。あるいは、スプレーノズル１７に供給する化学吸収液に、第３槽１１ｃ以外の槽に貯留されている化学吸収液やリーン溶液、あるいはそれらの混合液を用いても良い。
【００３３】
更に、被処理ガスＧｆの温度が高すぎるときは、噴霧された化学吸収液と気液接触したときに化学吸収液から二酸化炭素が放散することがある。これを防ぐため、スプレーノズル１７よりもダクト側に冷却用スプレーノズル（図示せず）を設け、ここから冷却水を噴霧することによって被処理ガスＧｆが化学吸収液と接触する前に被処理ガスＧｆを冷却しても良い。尚、炭酸ガス除去システムの系内に連続的または定期的に補給される水をこの冷却用スプレーノズルからの水で代替しても良い。化石燃料の燃焼排ガスを処理する場合には、二酸化炭素を吸収する前に亜硫酸ガスと煤塵とを湿式排煙脱硫装置で除去することが多い。この場合には、湿式排煙脱硫装置で処理された排ガスは十分に冷却されているので、高温の対策は不要となる。
【００３４】
このように、第２の実施形態では、被処理ガスが吸収部１１で気液接触される前に、霧状の化学吸収液を用いて被処理ガスに含まれる二酸化炭素の吸収が行われるので、より効率的に二酸化炭素の吸収を行うことができる。
【００３５】
次に、本発明による二酸化炭素の分離回収方法の第３の実施形態を、図５を参照しながら説明する。第３の実施形態では、上記第１又は第２の実施形態で説明した二酸化炭素の分離回収方法に加えて、吸収部１１での気液接触を終えたガスの少なくとも一部をスプレー塔、充填塔、又は棚段塔に供給し、ここにリーン溶液、又は第１槽１１ａ、第２槽１１ｂ若しくは第３槽１１ｃから抜出した化学吸収液を供給して二酸化炭素を吸収することを特徴としている。
【００３６】
具体的に説明すると、図５に示されるように、気泡塔１の上部にスプレー塔、充填塔、又は棚段塔等の気相連続式気液接触部１９を設け、ここに吸収部１１での気液接触を終えて塔内を上昇してきたガスを下方から供給する。一方、気相連続式気液接触部１９の上部からはリーン溶液の供給ラインから分岐したリーン溶液の一部をリーン溶液ノズル２０を介して供給し、上記ガスと向流接触させる。
【００３７】
これにより、処理済ガスＧｔ中の二酸化炭素濃度をより低いレベルまで下げることができる。尚、図５に示す例では、吸収部１１での気液接触を終えたガスの全量を気相連続式気液接触部１９に通していたが、かかる場合に限定されるものではなく、吸収部１１での気液接触を終えたガスの一部を気相連続式気液接触部１９で処理するようにしても良い。
【００３８】
これは、例えば、各槽で気液接触を終えたガス同士が直ちに合流しないようにオーバーフロー部を除いて仕切板の高さを高くし、これにより形成される特定の槽の上部空間に、当該特定の槽の化学吸収液で気液接触を終えたガスのみを処理する気相連続式気液接触部を設けることにより実施することができる。その際、各槽の液レベル差によって生じるガス差圧を、上記気相連続式気液接触部の長さによって調整しても良い。これにより、各槽への被処理ガスの通気量を調整することが可能となる。このように、吸収部１１での気液接触を終えたガスの一部を気相連続式気液接触部で処理することによって、より効率的な二酸化炭素の吸収が可能となる。
【実施例】
【００３９】
以下に示す実施例１、２や比較例においてガス吸収を行う前に、２０質量％のＭＥＡ溶液を張り込んだ容器に、二酸化炭素、酸素及び窒素からなる被処理ガスを４００ＮＬ／ｈの流量でバブリングして二酸化炭素をＭＥＡ溶液にガス吸収させる液バッチ方式の吸収実験を行った。尚、この実験は２回行い、容器に張り込んだ時のＭＥＡ溶液の液深をそれぞれ１７５ｍｍ及び６００ｍｍとした。また、被処理ガスの組成は、二酸化炭素濃度が１０ｖｏｌ％（ドライベース）、酸素濃度が５ｖｏｌ％（ドライベース）となるように調整した。
【００４０】
上記実験の際、被処理ガスの組成と、バブリングによる気液接触を終えて容器から排出されるガスの組成とをそれぞれ分析して、二酸化炭素ローディング（ＣＯ２／ＭＥＡ）と二酸化炭素の除去率（ＣＯ２除去率）との関係を求めた。その結果を図６に示す。この図から分かるように、液深６００ｍｍの場合は、二酸化炭素ローディングが約０.３以下のときは二酸化炭素の除去率があまり低下しないが、二酸化炭素ローディングが約０.３を超えたあたりから二酸化炭素の除去率が急激に低下することが分かる。液深１７５ｍｍの場合も同様の傾向を示している。このことより、二酸化炭素の除去は、所定の二酸化炭素ローディング以下で行われることが望ましいことが分かる。
【００４１】
［実施例１］
本発明の方法に従って、被処理ガスを化学吸収液に気液接触させて二酸化炭素の分離回収を行った。このとき使用した装置の概略ブロック図を図７に示す。この図に示すように、被処理ガス４１は、二酸化炭素ガス、酸素ガス及び窒素ガスをシリカウールを充填した混合チャンバ３１で混合して作製した。それぞれのガス流量は、被処理ガス４１の流量が４００ＮＬ／ｈ、被処理ガス４１における二酸化炭素濃度が１０ｖｏｌ％（ドライベース）、酸素濃度が５ｖｏｌ％（ドライベース）となるように調整した。尚、二酸化炭素ガス、酸素ガス及び窒素ガスは、加湿器３０で加湿した後に混合チャンバ３１に供給した。
【００４２】
化学吸収液には２０質量％のＭＥＡ溶液を使用し、略同サイズの第１槽３２ａ及び第２槽３２ｂの２つの槽にこのＭＥＡ溶液をそれぞれ１Ｌ張り込んだ。このとき、各槽におけるＭＥＡ溶液の液深（ガス吹き出し部と液面との距離）は１７５ｍｍであった。ＭＥＡ溶液は、保持タンク３３にも約１０Ｌ張り込み、ここから第１槽３２ａに１Ｌ／ｈでＭＥＡ溶液を供給すると共に、第２槽３２ｂから保持タンク３３に１Ｌ／ｈでＭＥＡ溶液を抜出すようにした。更に、第１槽３２ａから第２槽３２ｂに１Ｌ／ｈでＭＥＡ溶液を移送した。第１槽３２ａ、第２槽３２ｂ及び保持タンク３３では、ＭＥＡ溶液の温度が５０℃となるように温度制御を行った。
【００４３】
第１槽３２ａ及び第２槽３２ｂに、上記被処理ガス４１を２００ＮＬ／ｈに分割してそれぞれ供給し、ＭＥＡ溶液中で被処理ガスが気泡状に放散されるようにして気液接触させた。第１槽３２ａ及び第２槽３２ｂでの気液接触を終えたガスは、合流した後に処理済ガス４２として排気した。被処理ガス４１及び処理済ガス４２は、それぞれ所定の時間間隔でサンプリングして分析器３４で分析した。
【００４４】
上記条件で運転を継続し、処理済ガス４２のガス組成がほぼ定常状態になった時点で二酸化炭素の濃度を分析器３４で測定したところ、被処理ガスに含まれる二酸化炭素の濃度は４.２ｖｏｌ％（ドライベース）だった。即ち、二酸化炭素の除去率は５８％であった。
【００４５】
［実施例２］
上記実施例１における処理済ガス４２の全量を直径３ｍｍ、高さ３ｍｍのラシヒリングを充填した内径４０ｍｍ、高さ２００ｍｍの充填塔に導いてＭＥＡ溶液と気液接触させた以外は実施例１と同様にして被処理ガス４１から二酸化炭素を分離回収した。尚、充填塔の塔頂には保持タンク３３から１Ｌ／ｈでＭＥＡ溶液を供給し、充填塔の塔底から抜出されたＭＥＡ溶液を第１槽３２ａに供給するようにした。また、充填塔での液ガス比（Ｌ／ｍ３）が１.０となるようにＭＥＡ溶液を循環させた。
【００４６】
上記条件で運転を継続し、処理済ガス４２のガス組成がほぼ定常状態になった時点で二酸化炭素の濃度を分析器３４で測定したところ、処理済ガス４２に含まれる二酸化炭素の濃度は２.０ｖｏｌ％（ドライベース）だった。即ち、二酸化炭素の除去率は８０％であった。
【００４７】
［比較例］
上記実施例１における第１槽３２ａ及び第２槽３２ｂの代わりに単一の槽を使用し、ここに２ＬのＭＥＡ溶液を張り込んで、４００ＮＬ／ｈの被処理ガスを供給した以外は実施例１と同様にして被処理ガス４１から二酸化炭素を分離回収した。尚、ここで使用した単一の槽の液容量、断面積は第１槽３２ａ及び第２槽３２ｂを合計したものに合わせたため、ＭＥＡ溶液を２Ｌ張り込んだときの液深は実施例１、２同様１７５ｍｍだった。
【００４８】
上記条件で運転を継続し、処理済ガス４２のガス組成がほぼ定常状態になった時点で二酸化炭素の濃度を分析器３４で測定したところ、被処理ガスに含まれる二酸化炭素の濃度は６.３ｖｏｌ％だった。即ち、二酸化炭素の除去率は３７％であった。これは、実施例１及び２に比べてリッチ溶液の二酸化炭素ローディングが低いことを示しており、再生工程での運転は実施例１及び２に比べてより不経済であることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明による二酸化炭素の分離回収方法の実施に好適な気泡塔が含まれる炭酸ガス除去工程の一例を示す概要図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による二酸化炭素の分離回収を好適に実施することが可能な気泡塔の概略図である。
【図３】図２に示す気泡塔の斜視図である。
【図４】本発明の第２の実施形態による二酸化炭素の分離回収を好適に実施することが可能な気泡塔の概略図である。
【図５】本発明の第３の実施形態による二酸化炭素の分離回収を好適に実施することが可能な気泡塔の概略図である。
【図６】二酸化炭素ローディングと二酸化炭素の除去率との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の実施例で使用した装置の概略ブロック図である。
【符号の説明】
【００５０】
Ｇｆ    被処理ガス
Ｇｔ    処理済ガス
１      気泡塔
１０    容器
１１    吸収部
１１ａ  第１槽
１１ｂ  第２槽
１１ｃ  第３槽
１２ａ  第１仕切板
１２ｂ  第２仕切板
１３ａ  供給ノズル
１３ｂ  抜出ノズル
１４    ガス分割部
１４ａ  ガス分散管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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