(57)【要約】【課題】排ガスから回収された固体二酸化炭素の液化に必要なエネルギーを削減でき、システム全体のエネルギー効率を高めることができる排ガスからの二酸化炭素回収システムを提供すること。【解決手段】二酸化炭素回収システム１０は、ドライアイス及び液体二酸化炭素を貯蔵可能に構成された一対の二酸化炭素貯蔵液化タンク４１，４４と、サブリメータ３５からドライアイスを導入するラインＬ５，Ｌ７と、液体二酸化炭素を排出するラインＬ６，Ｌ８と、ラインＬ５，Ｌ６，Ｌ７，Ｌ８を開閉するバルブ４２，４３，４５，４６と、二酸化炭素貯蔵液化タンク４１，４４の内部状態を監視するドライアイス量検出センサ６２、温度センサ６３及び圧力センサ６４と、これらの監視結果に基づいてバルブ４２，４３，４５，４６を開閉制御する制御装置６０と、を備える。【選択図】図１
2010207729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラから排出された排ガスから二酸化炭素を冷却固化して固体二酸化炭素として回収する二酸化炭素回収装置を備えた排ガスからの二酸化炭素回収システムであって、
前記固体二酸化炭素及び液体二酸化炭素を貯蔵可能に構成された圧力容器と、
前記二酸化炭素回収装置と前記圧力容器とを接続し、当該二酸化炭素回収装置から前記圧力容器に前記固体二酸化炭素を導入する導入路と、
前記導入路を開閉する導入路開閉手段と、
前記圧力容器に接続され当該圧力容器から前記液体二酸化炭素を排出する排出路と、
前記排出路を開閉する排出路開閉手段と、
前記圧力容器の内部状態を監視する監視手段と、
前記監視手段による監視結果に基づいて前記導入路開閉手段及び前記排出路開閉手段を開閉制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、
前記排出路開閉手段を閉じ、前記導入路開閉手段を開くことによって前記圧力容器に前記固体二酸化炭素を導入して貯蔵し、
前記監視結果に基づいて前記固体二酸化炭素が所定量貯蔵されたと判断したときに、前記導入路開閉手段及び前記排出路開閉手段を閉じて前記圧力容器を密閉し、
前記監視結果に基づいて前記固体二酸化炭素が前記液体二酸化炭素に変化したと判断したときに、前記排出路開閉手段を開いて当該液体二酸化炭素を排出することを特徴とする排ガスからの二酸化炭素回収システム。
【請求項２】
前記圧力容器を複数備え、
前記制御手段は、複数の前記圧力容器のうち、一部の前記圧力容器で前記固体二酸化炭素が貯蔵されているときに他の前記圧力容器で前記固体二酸化炭素の液化が行われ、かつ、当該固体二酸化炭素の貯蔵と液化とがそれぞれの前記圧力容器において交互に行われるように、前記導入路開閉手段及び前記排出路開閉手段を開閉制御することを特徴とする請求項１に記載の排ガスからの二酸化炭素回収システム。
【請求項３】
前記監視手段は、
前記圧力容器の前記固体二酸化炭素の量を検出する固体二酸化炭素量検出手段と、
前記圧力容器の内部の温度を検出する温度検出手段と、
前記圧力容器の内部の圧力を検出する圧力検出手段と、
を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の排ガスからの二酸化炭素回収システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火力発電所等のボイラから排出される燃焼排ガス（以下、排ガスという）に含まれる二酸化炭素を回収する排ガスからの二酸化炭素回収システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大気中の炭酸ガス量の増加と、いわゆる温室効果による大気温度上昇との関係が問題視されており、例えば石炭焚きボイラを有する火力発電所等からの排ガスが発生源の一つとして指摘されている。
【０００３】
この対策として、二酸化炭素を含む排ガスを冷却することにより当該二酸化炭素を固化させてドライアイスとし、このドライアイスを回収することにより排ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収装置（サブリメータ）が公知である（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００４】
この従来の二酸化炭素回収装置は、二酸化炭素の固化温度以下の冷媒（例えば、液体窒素）を流す伝熱管（例えば、フィンチューブ）を内部に有し、排ガスと冷媒とを間接熱交換させる容器を備えて構成されている。
【０００５】
分離された固体二酸化炭素（ドライアイス）は、サイクロンにて排ガスと分離され、例えば、上記容器とは別体で構成されたドライアイス溶融機等によって加温・加圧され、液化される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２７９６４０号公報
【特許文献２】特開２００７−６９０５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来技術にあっては、固体二酸化炭素を液化するために、固体二酸化炭素を加温或いは加圧する手段を別途必要とし、ヒータ等による加温エネルギーや加圧するための動力を必要とするので、固体二酸化炭素の液化に必要なエネルギー消費が大きかった。
【０００８】
したがって、排ガスから回収された固体二酸化炭素の液化に必要なエネルギーを削減でき、システム全体のエネルギー効率を高めることができる手段の提供が望まれていた。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、排ガスから回収された固体二酸化炭素の液化に必要なエネルギーを削減でき、システム全体のエネルギー効率を高めることができる排ガスからの二酸化炭素回収システム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】
上記目的を達成するため、本発明は、以下のような排ガスからの二酸化炭素回収システムを提供する。
【００１１】
（１）  ボイラから排出された排ガスから二酸化炭素を冷却固化して固体二酸化炭素として回収する二酸化炭素回収装置を備えた排ガスからの二酸化炭素回収システムであって、前記固体二酸化炭素及び液体二酸化炭素を貯蔵可能に構成された圧力容器と、前記二酸化炭素回収装置と前記圧力容器とを接続し、当該二酸化炭素回収装置から前記圧力容器に前記固体二酸化炭素を導入する導入路と、前記導入路を開閉する導入路開閉手段と、前記圧力容器に接続され当該圧力容器から前記液体二酸化炭素を排出する排出路と、前記排出路を開閉する排出路開閉手段と、前記圧力容器の内部状態を監視する監視手段と、前記監視手段による監視結果に基づいて前記導入路開閉手段及び前記排出路開閉手段を開閉制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記排出路開閉手段を閉じ、前記導入路開閉手段を開くことによって前記圧力容器に前記固体二酸化炭素を導入して貯蔵し、前記監視結果に基づいて前記固体二酸化炭素が所定量貯蔵されたと判断したときに、前記導入路開閉手段及び前記排出路開閉手段を閉じて前記圧力容器を密閉し、前記監視結果に基づいて前記固体二酸化炭素が前記液体二酸化炭素に変化したと判断したときに、前記排出路開閉手段を開いて当該液体二酸化炭素を排出することを特徴とする。
【００１２】
制御手段は、監視手段による監視結果に基づいて圧力容器に固体二酸化炭素が所定量貯蔵されたと判断した場合には、導入路開閉手段及び排出路開閉手段を閉じて圧力容器を密閉状態とする。すると、圧力容器内の固体二酸化炭素は、例えば常温下で自然に加温される。すなわち、この自然加温によって固体二酸化炭素は加圧され、液化する。
【００１３】
したがって、（１）の発明によれば、固体二酸化炭素（ドライアイス）を液化させるためにヒータ等による加温エネルギーを必要としないので、排ガスから回収された二酸化炭素の液化に必要なエネルギーを削減でき、システム全体のエネルギー効率を高めることができる。
【００１４】
（２）  （１）の発明においては、前記圧力容器を複数備え、前記制御手段は、複数の前記圧力容器のうち、一部の前記圧力容器で前記固体二酸化炭素が貯蔵されているときに他の前記圧力容器で前記固体二酸化炭素の液化が行われ、かつ、当該固体二酸化炭素の貯蔵と液化とがそれぞれの前記圧力容器において交互に行われるように、前記導入路開閉手段及び前記排出路開閉手段を開閉制御することが好ましい。
【００１５】
（２）の発明によれば、固体二酸化炭素の貯蔵と液化とがそれぞれの圧力容器において交互に行われるので、液体二酸化炭素を連続的に生成することができる。
【００１６】
（３）  （１）又は（２）に記載の発明においては、前記監視手段は、前記圧力容器の前記固体二酸化炭素の量を検出する固体二酸化炭素量検出手段と、前記圧力容器の内部の温度を検出する温度検出手段と、前記圧力容器の内部の圧力を検出する圧力検出手段と、を備えることが好ましい。
【００１７】
（３）の発明によれば、制御手段は、固体二酸化炭素量検出手段により圧力容器に貯蔵された固体二酸化炭素の量を容易に検出することができると共に、温度検出手段及び圧力検出手段によって得られた温度及び圧力情報から圧力容器内の二酸化炭素の相状態を容易に検出することができるので、導入路開閉手段及び排出路開閉手段を適宜のタイミングで開閉制御することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、排ガスから回収された固体二酸化炭素の液化に必要なエネルギーを削減でき、システム全体のエネルギー効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施形態に係る二酸化炭素回収システムを示す概略図である。
【図２】図１の各ポイントにおける熱物質収支計算結果の一例を示す図である。
【図３】二酸化炭素の飽和圧力と温度との関係を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。
【００２１】
＜二酸化炭素回収システム全体の概略説明＞
図１は、本実施形態に係る二酸化炭素回収システム１０を示す概略図である。図１に示すように、二酸化炭素回収システム１０は、例えば、石炭焚きのボイラ１１を有する火力発電所等から排出される排ガスから二酸化炭素を回収するためのものである。
【００２２】
二酸化炭素回収システム１０は、ボイラ１１から排出された排ガスから二酸化炭素を冷却固化して固体二酸化炭素（ドライアイス）として回収するサブリメータ（二酸化炭素回収装置）３５と、ボイラ１１から排出された排ガスをサブリメータ３５に供給する排ガス供給経路（後述するラインＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４）と、サブリメータ３５を経た排ガスを煙突５０に導く経路である排ガス排出経路（後述するラインＬ１０ａ，Ｌ１０ｂ，Ｌ１１，Ｌ１２）と、熱交換器１３，１４，１５，３２と、排ガスが含む水分を凝縮させ除去するコンデンサ１６と、コンデンサ１６を経た排ガスが含む水分を更に除去するドライヤ２０，２４と、を備える。
【００２３】
＜サブリメータの説明＞
サブリメータ３５は、ボイラ１１から排出された二酸化炭素を含む排ガスを冷却することにより当該二酸化炭素を固化させてドライアイスとして回収する装置である。このサブリメータ３５は、二酸化炭素の固化温度以下の冷媒（例えば、液体窒素）を流す伝熱管を内部に有し、排ガスと当該冷媒とを間接熱交換させるように構成されている。
【００２４】
サブリメータ３５内の伝熱管に流通させる冷媒は、冷却器３７によって冷媒配管３８を介して供給される。サブリメータ３５の底部には、サブリメータ３５で生成されたドライアイスを、後述する一対の二酸化炭素貯蔵液化タンク４１，４４に選択的に排出する排出部３６が設けられている。排出部３６は、後述する制御装置６０によってドライアイスの排出先を制御される。なお、サブリメータ３５で生成されたドライアイスの液化処理については、後述する。
【００２５】
＜排ガス供給経路の説明＞
排ガス供給経路は、ボイラ１１から排出された排ガスをサブリメータ３５に供給する経路である。すなわち、排ガス供給経路は、ボイラ１１の煙道１１ａからコンデンサ１６に至るラインＬ１と、コンデンサ１６からドライヤ２０，２４に至るラインＬ２と、ドライヤ２０，２４から熱交換器３２に至るラインＬ３と、熱交換器３２からサブリメータ３５に至るラインＬ４と、からなる。
【００２６】
なお、ラインＬ１には、煙道１１ａから排ガスを導くためのブロア１２や、排ガスに含まれる硫黄酸化物や窒素酸化物等を分離・除去するための、図示しない脱硫処理装置や脱硝処理装置が設けられている。また、図１において、ボイラ１１からの煙道１１ａは、ラインＬ１〜ラインＬ１２を経由せずに煙突５０に接続されたバイパスラインを含んでいる。このバイパスラインは、ラインＬ１〜ラインＬ１４中に含まれる構成機器（例えば、サブリメータ３５等）に不具合等が生じた場合に連通されるものであり、通常運転時には連通されていない。
【００２７】
＜排ガス排出経路の説明＞
排ガス排出経路は、サブリメータ３５を経た排ガスを煙突５０に導き、大気に放出する経路である。すなわち、排ガス排出経路は、サブリメータ３５から熱交換器３２に至るラインＬ１０ａと、熱交換器３２から熱交換器１５に至るラインＬ１０ｂと、熱交換器１５から熱交換器１３に至るラインＬ１１と、熱交換器１３から煙突５０に至るラインＬ１２と、からなる。
【００２８】
＜熱交換器の説明＞
熱交換器１３，１４，１５は、排ガス供給経路であるラインＬ１に設けられている。熱交換器１３は、煙道１１ａから流れてきた高温の排ガスと、熱交換器１５を経てラインＬ１１を流れてきた低温の排ガスとを熱交換する。また、熱交換器１４は、熱交換器１３を経た排ガスを更に低温の海水と熱交換する。熱交換器１５は、熱交換器１４を経た排ガスと、ラインＬ１０ｂを流れてきた低温の排ガスとを熱交換する。
【００２９】
また、熱交換器３２は、ラインＬ３から流れてきた排ガスと、サブリメータ３５を経てラインＬ１０ａを流れてきた低温の排ガスとを熱交換する。
【００３０】
＜コンデンサの説明＞
コンデンサ１６は、熱交換器１５の下流側であって、ドライヤ２０，２４の上流側に設けられている。コンデンサ１６は、熱交換器１５を経た排ガスが含む水分を凝縮させて除去する。すなわち、コンデンサ１６は、下流のドライヤ２０，２４によって排ガスを除湿する前にできるだけ排ガスから水分を除去し、ドライヤ２０，２４で除湿する際の負荷を低減するために設けられている。なお、凝縮された水は、排水口１６ａから系外に排出される。
【００３１】
＜ドライヤの説明＞
ドライヤ２０，２４は、ラインＬ１に設けられたコンデンサ１６の下流側に一対設けられている。ドライヤ２０，２４は、コンデンサ１６を経た排ガスが含む水分を更に除去する。ドライヤ２０，２４は、排ガスの水分を吸着すると共に、加熱されることにより吸着した水分を放出して再生する水分吸着剤を備える。この水分吸着剤として、例えば、活性アルミナを用いることが好ましい。
【００３２】
一対のドライヤ２０，２４は、一方が水分の吸着を行っているときに、他方が、吸着した水分の放出（再生）を行うことができるように構成されている。すなわち、ボイラ１１の運転中にドライヤ２０，２４によって連続した除湿が行えるように構成されている。
【００３３】
一対のドライヤ２０，２４とコンデンサ１６とは、ラインＬ２によって接続されている。ラインＬ２は、ドライヤ２０と接続されるラインＬ２ａと、ドライヤ２４と接続されるラインＬ２ｂとに分岐している。ラインＬ２ａには、流路を開閉するバルブ２１が設けられている。ラインＬ２ｂには、流路を開閉するバルブ２７が設けられている。
【００３４】
なお、説明の便宜上、バルブ２１は開弁状態となっており、白抜きで表示してある。また、バルブ２７は閉弁状態であり、黒塗りで表示してある。このような表示の仕方は、他のバルブ２２，２５，２６，２８，２９，３０及び後述するバルブ４２，４３，４５，４６についても同様である。
【００３５】
また、ドライヤ２０，２４は、熱交換器３２とラインＬ３によって接続されている。ラインＬ３は、ドライヤ２０と接続されるラインＬ３ａと、ドライヤ２４と接続されるラインＬ３ｂとに分岐している。ラインＬ３ａには、流路を開閉するバルブ２２（図１では開弁状態）が設けられている。ラインＬ３ｂには、流路を開閉するバルブ２８（図１では閉弁状態）が設けられている。
【００３６】
＜再生用排ガス供給経路の説明＞
再生用排ガス供給経路は、ラインＬ１２をラインＬ３に接続するラインＬ１３からなる。ラインＬ１３は、ドライヤ２０，２４の水分吸着剤を再生させるために、熱交換器１３を経たラインＬ１２を流れる高温の排ガスの一部をドライヤ２０，２４に供給する。
【００３７】
ラインＬ１３は、ドライヤ２４（ラインＬ３ｂ）と接続されるラインＬ１３ａと、ドライヤ２０（ラインＬ３ａ）と接続されるラインＬ１３ｂとに分岐している。ラインＬ１３ａには、流路を開閉するバルブ２５（図１では開弁状態）が設けられている。ラインＬ１３ｂには、流路を開閉するバルブ２９（図１では閉弁状態）が設けられている。
【００３８】
＜排ガス還流経路の説明＞
排ガス還流経路は、ラインＬ２をラインＬ１２に接続するラインＬ１４からなる。ラインＬ１４は、ラインＬ１３から供給されドライヤ２０，２４を経た排ガスを、ラインＬ１２に戻す。ラインＬ１４は、ドライヤ２４（ラインＬ２ｂ）と接続されるラインＬ１４ａと、ドライヤ２０（ラインＬ２ａ）と接続されるラインＬ１４ｂとに分岐している。
【００３９】
ラインＬ１４ａには、流路を開閉するバルブ２６（図１では開弁状態）が設けられている。ラインＬ１４ｂには、流路を開閉するバルブ３０（図１では閉弁状態）が設けられている。
【００４０】
＜ドライアイスを貯蔵・液化する構成の説明＞
また、二酸化炭素回収システム１０は、ドライアイス及び液体二酸化炭素を貯蔵可能に構成された一対の二酸化炭素貯蔵液化タンク（圧力容器）４１，４４と、サブリメータ３５から二酸化炭素貯蔵液化タンク４１，４４にドライアイスを導入するライン（導入路）Ｌ５，Ｌ７と、ラインＬ５，Ｌ７を開閉するバルブ（導入路開閉手段）４２，４５と、から液体二酸化炭素を排出するライン（排出路）Ｌ６，Ｌ８と、ラインＬ６，Ｌ８を開閉するバルブ（排出路開閉手段）４３，４６と、を備える。
【００４１】
また、二酸化炭素回収システム１０は、二酸化炭素貯蔵液化タンク４１，４４の内部状態を監視するドライアイス量検出センサ（監視手段、固体二酸化炭素量検出手段）６２、温度センサ（監視手段、温度検出手段）６３及び圧力センサ（監視手段、圧力検出手段）６４と、を備える。
【００４２】
また、二酸化炭素回収システム１０は、ドライアイス量検出センサ６２、温度センサ６３及び圧力センサ６４による監視結果に基づいてバルブ４２，４５及びバルブ４３，４６を開閉制御する制御装置（制御手段）６０を備える。
【００４３】
一対の二酸化炭素貯蔵液化タンク４１，４４を設けたのは、一方をドライアイスの貯蔵に用いると共に、他方をドライアイスの液化に用い、液体二酸化炭素を連続的に生成するためである。ドライアイスの貯蔵と液化は、それぞれの二酸化炭素貯蔵液化タンク４１，４４において、制御装置６０によるバルブ４２，４３，４５，４６の開閉制御によって交互に行われる。
【００４４】
ラインＬ５は、排出部３６と二酸化炭素貯蔵液化タンク４１の上端部とを接続する。ラインＬ７は、排出部３６と二酸化炭素貯蔵液化タンク４４の上端部とを接続する。ラインＬ５，Ｌ７には、それぞれ流路を開閉するバルブ４２，４５が設けられている。
【００４５】
ラインＬ６は、二酸化炭素貯蔵液化タンク４１の下端部に接続され、液化した二酸化炭素を排出する。ラインＬ８は、二酸化炭素貯蔵液化タンク４４の下端部に接続され、液化した二酸化炭素を排出する。
【００４６】
ラインＬ６，Ｌ８には、それぞれ流路を開閉するバルブ４３，４６が設けられている。また、ラインＬ６，Ｌ８は、液化した二酸化炭素を系外に送出するラインＬ９に接続されている。なお、ラインＬ９には、液化した二酸化炭素を系外に送出するための図示しない圧力ポンプ等を備えている。
【００４７】
二酸化炭素貯蔵液化タンク４１，４４は、タンク内部に貯蔵されたドライアイスの量を検出するドライアイス量検出センサ６２と、タンク内部の温度を検出する温度センサ６３と、タンク内部の圧力を検出する圧力センサ６４とを備える。
【００４８】
制御装置６０は、ドライアイス量検出センサ６２による出力結果に基づいて二酸化炭素貯蔵液化タンク４１，４４にドライアイスが所定量貯蔵されたか否かを判断する。
【００４９】
また、制御装置６０は、温度センサ６３から得た温度データと、圧力センサ６４から得た圧力データとに基づいて二酸化炭素貯蔵液化タンク４１，４４のドライアイスが液化したか否かを判断する。すなわち、制御装置６０には、図３に示すように、二酸化炭素の飽和圧力と温度との関係を示すデータが予め記憶されており、当該データと上記温度データ及び圧力データとから、ドライアイスが液化したか否かを判断する。
【００５０】
また、制御装置６０は、サブリメータ３５からのドライアイスをいずれか一方の二酸化炭素貯蔵液化タンク４１，４４に排出させるべく、排出部３６を制御する。
【００５１】
＜二酸化炭素回収システム全体の作用及び効果の説明＞
次に、二酸化炭素回収システム１０の動作（作用及び効果）について図１、図２及び図３を参照して説明する。ここで、図２は、図１の各ポイント（ポイントＰ１〜ポイントＰ１４）における熱物質収支計算結果の一例を示す図である。
【００５２】
すなわち、図２は、図１の各ポイント（ポイントＰ１〜ポイントＰ１４）における排ガスの相の種類、温度、圧力、平均分子量、モル流量及び組成を示す。図３は、二酸化炭素の飽和圧力と温度との関係を示すグラフ図である。
【００５３】
図１及び図２に示すように、ボイラ１１から排出された排ガスは、煙道１１ａからラインＬ１を流れ、熱交換器１３に向かう。排ガスは、ラインＬ１のポイントＰ１において温度が約１１０℃であり、１２で吸引されることにより昇温・昇圧される。排ガスは、熱交換器１３の入口であるポイントＰ２において温度が約１２８．６℃となる。
【００５４】
熱交換器１３に導入された排ガスは、ラインＬ１１を流れる低温の排ガス（ポイントＰ１１で温度が約９．４℃）と熱交換することにより、ポイントＰ３での出口温度が約６０℃となる。そして、熱交換器１４では、例えば海水と熱交換することにより、ポイントＰ４における出口温度は、約１５℃となる。なお、このときの海水の入口温度は約１５℃であり、出口温度は約２１．７℃である。
【００５５】
続いて、熱交換器１５では、ラインＬ１０ｂを流れる低温の排ガス（ポイントＰ１０で温度が約−１８．９℃）と熱交換することにより、ポイントＰ５での出口温度が約５℃となる。ラインＬ１を流れる排ガスは、図２に示すように、ポイントＰ１〜ポイントＰ３までは気体であるが、ポイントＰ４及びポイントＰ５では、水分が約１１．４％混ざっており、気液混合状態である。
【００５６】
そこで、コンデンサ１６では、排ガスから水分を凝縮水として除去する。これにより、コンデンサ１６の下流側のラインＬ２におけるポイントＰ６において、水分割合を約０．７％まで低下することができる。
【００５７】
このように、排ガスが含む水分を、コンデンサ１６の出口側、すなわち、ドライヤ２０，２４の入口側（上流側）で大部分除去しておくことにより、ドライヤ２０，２４で除湿する際の負荷を低減することができる。なお、コンデンサ１６で除去された凝縮水（ポイントＰ１４で温度が約５℃）は、排水口１６ａから系外に排出される。
【００５８】
＜ドライヤでの作用及び効果の説明＞
コンデンサ１６を経た排ガスは、ラインＬ２を進み、更にラインＬ２ａ，Ｌ２ｂを進む。図１においては、ドライヤ２０が水分の吸着に用いられ、ドライヤ２４が水分吸着剤の再生に用いられている様子を示しているので、バルブ２７，２８，２９，３０が閉弁され、バルブ２１，２２，２５，２６が開弁されている。したがって、排ガスは、ラインＬ２ａを通り、ドライヤ２０に導入される。
【００５９】
排ガスは、ドライヤ２０内に充填された水分吸着剤よって水分を吸着された後、ラインＬ３ａを流れ、熱交換器３２に導入される。ドライヤ２０の水分吸着剤として活性アルミナを用いているので、ポイントＰ７での組成（図２参照）に示されるように、排ガスに含まれる水分を完全に除去することができる。
【００６０】
また、水分吸着剤の吸着によって排ガスの水分を容易に除去しているので、従来のバブリング方式のドライヤのような除湿用冷媒を冷却するエネルギーが不要である。このため、排ガスから水分を除去するために必要なエネルギーを削減でき、二酸化炭素を効率良く回収することができる。なお、ドライヤ２４における水分吸着剤の再生については、後述する。
【００６１】
熱交換器３２に導入された排ガスは、ポイントＰ７における温度が約５℃であるが、サブリメータ３５を経てラインＬ１０ａを流れてきた低温（ポイントＰ９で温度が約−１１７℃）の排ガスと熱交換することにより、ポイントＰ８における温度が約−７８℃まで低下する。これにより、排ガスがサブリメータ３５に導入される前に当該排ガスの温度を低下させることができ、サブリメータ３５における冷却負荷を低減することができる。
【００６２】
そして、ラインＬ４からサブリメータ３５に導入された排ガスは、二酸化炭素の固化温度以下の冷媒（例えば、液体窒素）を流す伝熱管に接触し、伝熱管内を流れる当該冷媒と間接熱交換する。排ガス中の二酸化炭素は、温度が約−１１７℃、圧力が０．１０７ＭＰａの条件下（図２のポイントＰ９参照）では、図３に示すように、冷却固化してドライアイスとなる。ドライアイスは、サブリメータ３５内に貯蔵される。
【００６３】
このとき、サブリメータ３５に導入される排ガスは、既に水分が完全に除去されているので、生成されるドライアイスも水分を含んでいない。したがって、水分を含まないドライアイスは、サブリメータ３５内の伝熱管に付着しにくくなり、伝熱効率が低下するのを抑制することができる。
【００６４】
サブリメータ３５に貯蔵されたドライアイスは、排出部３６から二酸化炭素貯蔵液化タンク４１，４４に選択的に送出される。そして、二酸化炭素貯蔵液化タンク４１，４４に貯蔵され、液化される。このドライアイスの液化処理については、後述する。
【００６５】
サブリメータ３５を経た排ガスは、ラインＬ１０ａを通り、熱交換器３２に導入される。ラインＬ１０ａのポイントＰ９では、排ガス中の二酸化炭素の組成が約１．７％程度であるから、サブリメータ３５によって二酸化炭素をほぼ回収できたことが分かる。
【００６６】
熱交換器３２に導入された排ガスは、ポイントＰ９における温度が約−１１７℃であるが、ドライヤ２０を経てラインＬ３を流れてきた排ガス（ポイントＰ７で温度が約５℃）と熱交換することにより、ポイントＰ１０における温度が約−１８．９℃まで上昇する。
【００６７】
熱交換器３２を経た排ガスは、ラインＬ１０ｂを通って熱交換器１５に導入される。この熱交換器１５において、排ガスは、熱交換器１４を経た排ガス（ポイントＰ４で温度が約１５℃）と熱交換することにより、温度が約９．４℃（ポイントＰ１１参照）まで上昇する。
【００６８】
＜ドライヤの再生の説明＞
熱交換器１５を経た排ガスは、ラインＬ１１を通って熱交換器１３に導入される。この熱交換器１３において、排ガスは、ボイラ１１から排出された高温の排ガス（ポイントＰ２で温度が約１２８．６℃）と熱交換することにより、温度が約１０４．７℃（ポイントＰ１２参照）まで上昇する。
【００６９】
この１００℃以上の排ガス（水分及び二酸化炭素を除去された熱風）は、ドライヤ２０，２４の水分を含んだ水分吸着剤を再生する熱源として好適であるので、ラインＬ１３によって当該排ガスの一部がドライヤ２０，２４に導入される。
【００７０】
すなわち、ドライヤ２０，２４を再生するための熱源として、大気に放出される直前の排ガスの熱を利用しているため、当該再生用の加熱エネルギーが不要である。これにより、排ガスから水分を除去するために必要なエネルギーを削減でき、二酸化炭素を効率良く回収することができる。
【００７１】
上述したように、図１においては、ドライヤ２０が水分の吸着に用いられ、ドライヤ２４が水分吸着剤の再生に用いられているので、バルブ２７，２８，２９，３０が閉弁され、バルブ２１，２２，２５，２６が開弁されている。したがって、ラインＬ１３を流れてきた排ガスは、ラインＬ１３ａを通り、ドライヤ２４に導入される。
【００７２】
ドライヤ２４では、水分を含んだ水分吸着剤が、高温の排ガス（ポイントＰ１２で温度が約１０４．７℃）に曝されることによって水分が除去され、再生が行われる。そして、ドライヤ２４に導入され、水分吸着剤の再生に使われた排ガスは、ラインＬ１４ａ、ラインＬ１４を通ってラインＬ１２に還流され、煙突５０から大気に放出される。
【００７３】
以上のように、ドライヤ２０が水分の吸着に用いられ、ドライヤ２４が水分吸着剤の再生に用いられる場合について説明したが、所定条件下で、ドライヤ２４を水分の吸着に用い、ドライヤ２０を水分吸着剤の再生に用いるように、排ガスの流路を切り替える。
【００７４】
ここで、所定条件とは、ドライヤ２０の水分吸着能力（除湿能力）が低下し、かつ、ドライヤ２４の再生が完了している場合をいう。所定の排ガス流量に対する目標除湿量やドライヤ２０，２４の除湿・再生能力等は既知であるので、例えば所定時間毎に、バルブ２７，２８，２９，３０を開弁し、バルブ２１，２２，２５，２６を閉弁することにより上記流路の切り替えを行うことができる。
【００７５】
このように、一対のドライヤ２０，２４において、水分の吸着と水分吸着剤の再生とを交互に切り替えて行うことで、除湿能力を再生されたドライヤ２０又はドライヤ２４を用いて、排ガスの水分除去を連続的に行うことができ、二酸化炭素を効率良く回収することができる。
【００７６】
＜ドライアイスの貯蔵及び液化の説明＞
次に、ドライアイスの液化に係る二酸化炭素回収システム１０の動作について説明する。図１においては、二酸化炭素貯蔵液化タンク４１ではドライアイス（ポイントＰ１３において温度が約−１１７℃）を貯蔵し、二酸化炭素貯蔵液化タンク４４では、貯蔵されたドライアイスを常温（例えば、約１５℃）下で自然に液化させた後に、ラインＬ８を介してラインＬ９に排出する様子を示している。
【００７７】
上述したように、バルブ４２，４３，４５，４６は、制御装置６０によって開閉される。すなわち、二酸化炭素貯蔵液化タンク４１に、サブリメータ３５で生成されたドライアイスを貯蔵するときには、バルブ４２が開弁され、バルブ４３が閉弁される。そして、排出部３６から排出されたドライアイスは、ラインＬ５から二酸化炭素貯蔵液化タンク４１に導入され貯蔵される。
【００７８】
制御装置６０は、ドライアイス量検出センサ６２による出力結果に基づいて二酸化炭素貯蔵液化タンク４１にドライアイスが所定量貯蔵されたか否かを判断する。二酸化炭素貯蔵液化タンク４１にドライアイスが所定量貯蔵されたと判断した場合には、バルブ４２を閉弁することにより、二酸化炭素貯蔵液化タンク４１を密閉状態にし、後述するドライアイスの液化を行う。
【００７９】
一方、二酸化炭素貯蔵液化タンク４４では、予め貯蔵したドライアイスを自然液化する。すなわち、二酸化炭素貯蔵液化タンク４４では、バルブ４５を開弁し、バルブ４６を閉弁した状態で予めドライアイスが貯蔵される。
【００８０】
制御装置６０は、ドライアイス量検出センサ６２による出力結果に基づいて二酸化炭素貯蔵液化タンク４４にドライアイスが所定量貯蔵されたか否かを判断する。二酸化炭素貯蔵液化タンク４４にドライアイスが所定量貯蔵されたと判断した場合には、バルブ４５を閉弁することにより、二酸化炭素貯蔵液化タンク４４を密閉状態とする。
【００８１】
すると、二酸化炭素貯蔵液化タンク４４に貯蔵されたばかりのドライアイスは、温度が約−１１７℃であるから、常温（例えば、約１５℃）下では、二酸化炭素貯蔵液化タンク４４の外部の空気によって加温されることとなる。すなわち、ヒータ等の熱源によって加温しなくても、ドライアイスは次第に自己加圧（例えば、約５０ＭＰａ）され、自然に液化する（図３参照）。
【００８２】
このように、ドライアイスを液化させるために、ヒータ等による加温のためのエネルギーを必要としないので、二酸化炭素回収システム１０全体のエネルギー効率を向上することができる。なお、ドライアイスの液化を促進するための加温用の熱源として、冷却器３７の廃熱を用いても良い。
【００８３】
制御装置６０は、温度センサ６３から得た温度データと、圧力センサ６４から得た圧力データとに基づいて二酸化炭素貯蔵液化タンク４４のドライアイスが液化したか否かを判断する。すなわち、制御装置６０は、二酸化炭素の飽和圧力と温度との関係を示すデータ（図３参照）と上記温度データ及び圧力データとから、ドライアイスが液化したか否かを判断する。
【００８４】
制御装置６０は、二酸化炭素貯蔵液化タンク４４においてドライアイスが液化したと判断したら、図１に示すように、バルブ４６を開弁し、液体二酸化炭素を、ラインＬ８を介してラインＬ９に排出する。
【００８５】
二酸化炭素貯蔵液化タンク４４内の液体二酸化炭素がすべて排出されたら、今度は二酸化炭素貯蔵液化タンク４４をドライアイスの貯蔵に用いる一方、二酸化炭素貯蔵液化タンク４１をドライアイスの液化に用いる。
【００８６】
すなわち、制御装置６０は、バルブ４６を閉弁すると共にバルブ４５を開弁し、二酸化炭素貯蔵液化タンク４４内にドライアイスを貯蔵する。
【００８７】
また、制御装置６０は、上述したように、バルブ４２及びバルブ４３を閉弁状態にし、二酸化炭素貯蔵液化タンク４１においても、上記二酸化炭素貯蔵液化タンク４４の場合と同様の原理でドライアイスの液化を行う。
【００８８】
二酸化炭素貯蔵液化タンク４１においてドライアイスが液化したか否かは、上述した二酸化炭素貯蔵液化タンク４４の場合と同様に、制御装置６０が温度センサ６３から得た温度データと圧力センサ６４から得た圧力データとに基づいて判断する。
【００８９】
制御装置６０は、ドライアイスが液化したと判断したら、バルブ４３を開弁し、液体二酸化炭素を、ラインＬ６を介してラインＬ９に排出する。
【００９０】
このように、制御装置６０は、ドライアイス量検出センサ６２、温度センサ６３及び圧力センサ６４から得た情報に基づいてドライアイスの貯蔵量やドライアイスの液化時期を判定してバルブ４２，４３，４５，４６を開閉操作し、ドライアイスの貯蔵と液化とを交互に繰り返す。これにより、液体二酸化炭素を連続的に生成することができる。なお、ラインＬ９から系外に排出された液化した二酸化炭素は、適宜、貯蔵・運搬され、有効活用可能である。
【００９１】
以上のように、この実施形態に係る二酸化炭素回収システム１０によれば、ドライアイスを液化させるためにヒータ等による加温のためのエネルギーを必要としないので、二酸化炭素回収システム１０全体のエネルギー効率を向上することができる。
【００９２】
また、一対の二酸化炭素貯蔵液化タンク４１、４４を設け、ドライアイスの貯蔵と液化とをそれぞれの二酸化炭素貯蔵液化タンク４１、４４において交互に行うようにしたので、液体二酸化炭素を連続的に生成することができる。
【００９３】
また、二酸化炭素回収システム１０によれば、以下のような効果をも奏する。
【００９４】
すなわち、ドライヤ２０，２４の水分吸着剤の吸着によって排ガスの水分を容易に除去できるので、従来のバブリング方式のドライヤのような除湿用冷媒を冷却するエネルギーが不要である。
【００９５】
また、ドライヤ２０，２４を再生するための熱源として、大気に放出される直前の排ガスの熱を利用しているため、当該再生用の加熱エネルギーが不要である。したがって、排ガスから水分を除去するために必要なエネルギーを削減でき、二酸化炭素を効率良く回収することができる。例えば、本実施形態に係る二酸化炭素回収システム１０によれば、二酸化炭素の回収率が約９０％となることを確認している。
【００９６】
また、水分の吸着容量が大きく、汎用的な水分吸着剤である活性アルミナを用いることにより、排ガスから水分を低コストで効率良く除去することができる。
【００９７】
また、サブリメータ３５に導入される排ガスは、ドライヤ２０，２４によって既に水分が完全に除去されているので、生成されるドライアイスも水分を含んでいない。したがって、水分を含まないドライアイスは、サブリメータ３５内の伝熱管に付着しにくくなり、伝熱効率が低下するのを抑制することができる。これにより、二酸化炭素を効率良く回収することができる。
【００９８】
また、一対のドライヤ２０，２４において、水分の吸着と水分吸着剤の再生とを交互に切り替えて行うことで、除湿能力を再生されたドライヤ２０又はドライヤ２４を用いて、排ガスの水分除去を連続的に行うことができ、二酸化炭素を効率良く回収することができる。
【００９９】
また、コンデンサ１６を設けたことにより、排ガスが含む水分を、コンデンサ１６の出口側、すなわち、ドライヤ２０，２４の入口側（上流側）で大部分除去しておくことができ、ドライヤ２０，２４で除湿する際の負荷を低減することができる。
【０１００】
また、熱交換器３２を設けたことにより、排ガスがサブリメータ３５に導入される前に当該排ガスの温度を低下させることができ、サブリメータ３５における冷却負荷を低減することができる。したがって、二酸化炭素を効率良く回収することができる。
【０１０１】
なお、上記実施形態においては、二酸化炭素回収システム１０は、圧力容器として２つの二酸化炭素貯蔵液化タンク４１，４４を備えるものとして説明したが、これに限定されず、ボイラ１１の規模や液化すべき二酸化炭素量に応じて３つ以上の二酸化炭素貯蔵液化タンクを備えても良い。
【０１０２】
また、上記実施形態においては、各ポイントＰ１〜Ｐ１４における熱物質収支計算結果の一例を図２に示したが、本発明に係る実施形態がこれらの数値に限定されるものではない。
【符号の説明】
【０１０３】
１０  二酸化炭素回収システム
１１  ボイラ
４２，４５  バルブ（導入路開閉手段）
４３，４６  バルブ（排出路開閉手段）
３５  サブリメータ（二酸化炭素回収装置）
４１，４４  二酸化炭素貯蔵液化タンク（圧力容器）
６０  制御装置（制御手段）
６２  ドライアイス量検出センサ（監視手段、固体二酸化炭素量検出手段）
６３  温度センサ（監視手段、温度検出手段）
６４  圧力センサ（監視手段、圧力検出手段）
Ｌ５，Ｌ７  ライン（導入路）
Ｌ６，Ｌ８  ライン（排出路）
【図１】
2010207729.tif 000003
【図２】
2010207729.tif 000004
【図３】
2010207729.tif 000005