(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素を吸収液に吸収させ、前記二酸化炭素を吸収した前記吸収液であるリッチ液を排出する吸収塔と、
前記吸収液から前記二酸化炭素を含むガスを放出させ、前記リッチ液よりも二酸化炭素溶存濃度が低下した前記吸収液であるリーン液と、前記ガスとを排出する再生塔と、
前記吸収塔と前記再生塔との間を流れる前記リッチ液を、前記再生塔と前記吸収塔との間を流れる前記リーン液の熱で加熱する再生熱交換器とを備え、
前記再生熱交換器から排出される前記リッチ液が気液二相流となるように、前記再生熱交換器における前記リッチ液の排出口は、前記再生塔における前記リッチ液の供給口よりも高い位置に設けられている、
二酸化炭素分離回収システム。
【請求項２】
二酸化炭素を吸収液に吸収させ、前記二酸化炭素を吸収した前記吸収液であるリッチ液を排出する吸収塔と、
前記吸収液から前記二酸化炭素を含むガスを放出させ、前記リッチ液よりも二酸化炭素溶存濃度が低下した前記吸収液であるリーン液と、前記ガスとを排出する再生塔と、
前記吸収塔と前記再生塔との間を流れる前記リッチ液を、前記再生塔と前記吸収塔との間を流れる前記リーン液の熱で加熱する再生熱交換器と、
前記再生熱交換器から排出された前記リッチ液を気体と液体とに分離し、前記液体を前記再生塔に供給する第１の気液分離器とを備え、
前記再生熱交換器から排出される前記リッチ液が気液二相流となるように、前記再生熱交換器における前記リッチ液の排出口は、前記第１の気液分離器における前記リッチ液の供給口よりも高い位置に設けられている、
二酸化炭素分離回収システム。
【請求項３】
さらに、
前記吸収塔と前記再生熱交換器との間を流れる前記リッチ液を第１および第２のリッチ液に分流し、前記第１のリッチ液を前記再生熱交換器に供給する分流装置と、
前記再生塔から排出された前記ガスの熱で前記第２のリッチ液を加熱して、前記第２のリッチ液から前記二酸化炭素を放出させ、前記第２のリッチ液よりも二酸化炭素溶存濃度が低下した前記吸収液である第３のリッチ液を排出する二酸化炭素放出器とを備え、
前記二酸化炭素放出器から排出される前記第３のリッチ液が気液二相流となるように、前記二酸化炭素放出器における前記第３のリッチ液の排出口は、前記再生塔における前記第３のリッチ液の供給口よりも高い位置に設けられている、
請求項１または２に記載の二酸化炭素分離回収システム。
【請求項４】
さらに、
前記吸収塔と前記再生熱交換器との間を流れる前記リッチ液を第１および第２のリッチ液に分流し、前記第１のリッチ液を前記再生熱交換器に供給する分流装置と、
前記再生塔から排出された前記ガスの熱で前記第２のリッチ液を加熱して、前記第２のリッチ液から前記二酸化炭素を放出させ、前記第２のリッチ液よりも二酸化炭素溶存濃度が低下した前記吸収液である第３のリッチ液を排出する二酸化炭素放出器と、
前記二酸化炭素放出器から排出された前記第３のリッチ液を気体と液体とに分離し、前記液体を前記再生塔に供給する第２の気液分離器とを備え、
前記二酸化炭素放出器から排出される前記第３のリッチ液が気液二相流となるように、前記二酸化炭素放出器における前記第３のリッチ液の排出口は、前記第２の気液分離器における前記第３のリッチ液の供給口よりも高い位置に設けられている、
請求項１または２に記載の二酸化炭素分離回収システム。
【請求項５】
前記第１の気液分離器は、前記気体と前記液体とを前記再生塔に供給する、請求項２に記載の二酸化炭素分離回収システム。
【請求項６】
さらに、
前記吸収塔と前記再生熱交換器との間を流れる前記リッチ液を第１および第２のリッチ液に分流し、前記第１のリッチ液を前記再生熱交換器に供給する分流装置と、
前記再生塔から排出された前記ガスの熱で前記第２のリッチ液を加熱して、前記第２のリッチ液から前記二酸化炭素を放出させ、前記第２のリッチ液よりも二酸化炭素溶存濃度が低下した前記吸収液である第３のリッチ液を排出する二酸化炭素放出器と、
前記二酸化炭素放出器から排出された前記第３のリッチ液を気体と液体とに分離し、前記液体を前記再生塔に供給する第２の気液分離器と、
前記再生塔から排出された前記ガスを、前記第１の気液分離器から排出された前記気体と、前記第２の気液分離器から排出された前記気体の少なくともいずれかと合流させて、前記二酸化炭素放出器に供給する合流装置とを備え、
前記二酸化炭素放出器から排出される前記第３のリッチ液が気液二相流となるように、前記二酸化炭素放出器における前記第３のリッチ液の排出口は、前記第２の気液分離器における前記第３のリッチ液の供給口よりも高い位置に設けられている、
請求項２に記載の二酸化炭素分離回収システム。
【請求項７】
前記第２の気液分離器は、前記気体と前記液体とを前記再生塔に供給する、請求項４または６に記載の二酸化炭素分離回収システム。
【請求項８】
前記再生熱交換器の前記排出口において、前記気液二相流内のガスの重量流量比率は、１０％以下である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の二酸化炭素分離回収システム。
【請求項９】
前記二酸化炭素放出器の前記排出口において、前記気液二相流内のガスの重量流量比率は、１０％以下である、請求項３、４、または６に記載の二酸化炭素分離回収システム。
【請求項１０】
二酸化炭素を吸収液に吸収させ、前記二酸化炭素を吸収した前記吸収液であるリッチ液を排出する吸収塔と、前記吸収液から前記二酸化炭素を含むガスを放出させ、前記リッチ液よりも二酸化炭素溶存濃度が低下した前記吸収液であるリーン液と、前記ガスとを排出する再生塔とを備える二酸化炭素分離回収システムの運転方法であって、
再生熱交換器により、前記吸収塔と前記再生塔との間を流れる前記リッチ液を、前記吸収塔と前記再生塔との間を流れるリッチ液の熱で加熱し、
前記再生熱交換器から排出された前記リッチ液を、前記再生塔または第１の気液分離器に供給し、
前記再生熱交換器における前記リッチ液の排出口が、前記再生塔または前記第１の気液分離器における前記リッチ液の供給口よりも高い位置に設けられた状態で、前記再生熱交換器から前記リッチ液を排出することで、前記再生熱交換器から前記リッチ液として気液二相流を排出する、
二酸化炭素分離回収システムの運転方法。
【請求項１１】
二酸化炭素を吸収液に吸収させ、前記二酸化炭素を吸収した前記吸収液であるリッチ液を排出する吸収塔と、
前記吸収液から前記二酸化炭素を含むガスを放出させ、前記リッチ液よりも二酸化炭素溶存濃度が低下した前記吸収液であるリーン液と、前記ガスとを排出する再生塔と、
前記吸収塔と前記再生塔との間を流れる前記リッチ液を、前記再生塔と前記吸収塔との間を流れる前記リーン液の熱で加熱する再生熱交換器と、
前記再生熱交換器における前記リッチ液の排出口から、前記再生塔における前記リッチ液の供給口へと向かう配管とを備え、
前記配管は、前記排出口から前記供給口までの液ヘッド圧力損失の値が負となり、かつ前記液ヘッド圧力損失の絶対値が、前記排出口から前記供給口までの流動摩擦圧力損失の絶対値よりも大きくなるよう構成されている、
二酸化炭素分離回収システム。
【請求項１２】
二酸化炭素を吸収液に吸収させ、前記二酸化炭素を吸収した前記吸収液であるリッチ液を排出する吸収塔と、
前記吸収液から前記二酸化炭素を含むガスを放出させ、前記リッチ液よりも二酸化炭素溶存濃度が低下した前記吸収液であるリーン液と、前記ガスとを排出する再生塔と、
前記吸収塔と前記再生塔との間を流れる前記リッチ液を、前記再生塔と前記吸収塔との間を流れる前記リーン液の熱で加熱する再生熱交換器と、
前記再生熱交換器から排出された前記リッチ液を気体と液体とに分離し、前記液体を前記再生塔に供給する第１の気液分離器と、
前記再生熱交換器における前記リッチ液の排出口から、前記第１の気液分離器における前記リッチ液の供給口へと向かう配管とを備え、
前記配管は、前記排出口から前記供給口までの液ヘッド圧力損失の値が負となり、かつ前記液ヘッド圧力損失の絶対値が、前記排出口から前記供給口までの流動摩擦圧力損失の絶対値よりも大きくなるよう構成されている、
二酸化炭素分離回収システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、二酸化炭素分離回収システムおよびその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、化石燃料の燃焼生成物である二酸化炭素（ＣＯ２）の温室効果による地球温暖化の問題が大きくなっている。このような背景の中、大量の化石燃料を使用する火力発電所等を対象に、燃焼排ガスとアミン系吸収液を接触させ、燃焼排ガス中の二酸化炭素を分離・回収する方法や、回収された二酸化炭素を大気へ放出することなく貯蔵する方法が、精力的に研究されている。
【０００３】
このような吸収液を用いて二酸化炭素を分離・回収する方法の例としては、吸収塔にて燃焼排ガスと吸収液を接触させて、燃焼排ガス中の二酸化炭素を吸収液に吸収させる工程と、二酸化炭素を吸収した吸収液を再生塔にて加熱して、吸収液から二酸化炭素を追い出す工程とを含む方法が挙げられる。なお、二酸化炭素を追い出して再生された吸収液は、再度吸収塔に循環され再使用される。
【０００４】
この方法を実行する際、二酸化炭素を追い出す工程で必要となるエネルギー量は膨大である。そのため、この方法では、吸収塔から排出された低温吸収液（リッチ液）を、再生塔から排出された高温吸収液（リーン液）で予熱してから再生塔に供給することで、このエネルギー量を低減させている。この予熱処理は、高温吸収液の熱量を低温吸収液に供給する再生熱交換器により行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３２３３３９号公報
【特許文献２】米国特許第５６０３９０８号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】大橋幸夫著「低クオリティ、低質量流束域における垂直二相流・流動特性」、日本機械学会、熱工学部門講演会講演論文集、p.79-80、1991-11-25
【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、上記の高温吸収液と低温吸収液は通常、いずれも液相で流通しているため、これらの吸収液間での熱伝達特性は低い。そのため、再生熱交換器は広い伝熱面積を有する必要があり、その結果、再生熱交換器が大型化してしまう。
【０００８】
さらに、再生熱交換器により低温吸収液の温度をできる限り再生塔の運転温度に近付けようとすると、再生熱交換器の出口付近では、高温吸収液と低温吸収液の温度差が非常に小さくなる。そのため、再生熱交換器の出口付近では、これらの吸収液間での熱伝達特性が非常に低くなる。その結果、再生熱交換器のさらなる大型化が必要となってしまう。一方、上記の温度差が大きい状態で低温吸収液を再生塔に供給すると、再生熱交換器による再生塔の消費エネルギー量の低減効果が小さくなってしまう。
【０００９】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、再生熱交換器における回収熱量を増大させることが可能な二酸化炭素分離回収システムおよびその運転方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一の実施形態による二酸化炭素分離回収システムは、二酸化炭素を吸収液に吸収させ、前記二酸化炭素を吸収した前記吸収液であるリッチ液を排出する吸収塔と、前記吸収液から前記二酸化炭素を含むガスを放出させ、前記リッチ液よりも二酸化炭素溶存濃度が低下した前記吸収液であるリーン液と、前記ガスとを排出する再生塔とを備える。さらに、前記システムは、前記吸収塔と前記再生塔との間を流れる前記リッチ液を、前記再生塔と前記吸収塔との間を流れる前記リーン液の熱で加熱する再生熱交換器を備える。さらに、前記再生熱交換器から排出される前記リッチ液が気液二相流となるように、前記再生熱交換器における前記リッチ液の排出口は、前記再生塔における前記リッチ液の供給口よりも高い位置に設けられている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態の二酸化炭素分離回収システムの構成を示す概略図である。
【図２】垂直下降する気液二相流の圧力損失の実測値を示したグラフである。
【図３】第２実施形態の二酸化炭素分離回収システムの構成を示す概略図である。
【図４】第３実施形態の二酸化炭素分離回収システムの構成を示す概略図である。
【図５】第４実施形態の二酸化炭素分離回収システムの構成を示す概略図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１３】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の二酸化炭素分離回収システムの構成を示す概略図である。
【００１４】
図１の二酸化炭素分離回収システムは、吸収塔１と、吸収塔充填層２と、燃焼排ガス供給口３と、リッチ液移送ポンプ４と、再生熱交換器５と、再生塔６と、再生塔充填層７と、再生塔リボイラー８と、リボイラー加熱媒体供給口９と、リーン液移送ポンプ１０と、リーン液タンク１１と、リーン液戻りポンプ１２と、リーン液冷却器１３と、吸収塔還流冷却器１４と、吸収塔用の気液分離器１５と、再生塔還流冷却器１６と、再生塔用の気液分離器１７と、回収ＣＯ２排出ライン１８とを備えている。
【００１５】
火力発電所等からの燃焼排ガスは、燃焼排ガス供給口３を通じて吸収塔１の下部に導入される。吸収塔１は、燃焼排ガスと吸収液を接触させて、燃焼排ガス中の二酸化炭素を吸収液に吸収させる塔である。吸収液は、吸収塔１の上部から導入され、気液接触の効率を高めるための充填材が充填された吸収塔充填層２を通過し、吸収塔１内を流下する。本実施形態では、吸収液として、例えばアミン化合物と水との混合物を使用する。
【００１６】
燃焼排ガス中の二酸化炭素は、その大部分が吸収液に吸収され、二酸化炭素含有量が減少した排ガスが吸収塔１の塔頂から排出される。この排ガスは、吸収塔還流冷却器１４により冷却され、その水分が凝縮し、次いで気液分離器１５により水分と分離され、システムの外部に排出される。一方、分離された水分は、吸収液成分を含んでいるため、吸収塔１に戻される。
【００１７】
吸収塔１の底部には、二酸化炭素を吸収した吸収液であるリッチ液が溜まる。吸収塔１の底部に溜まったリッチ液は、吸収塔１の底部から排出され、リッチ液移送ポンプ４により、再生熱交換器５を介して再生塔６内に供給される。このリッチ液は、再生塔６の上部から導入され、気液接触の効率を高めるための充填材が充填された再生塔充填層７を通過し、再生塔６内を流下する。
【００１８】
その結果、再生塔６の底部には吸収液が溜まる。再生塔６の底部に溜まった吸収液は、その一部が再生塔６の底部から排出され、再生塔６と再生塔リボイラー８との間を循環する。この際、この吸収液は、リボイラー加熱媒体供給口９から供給されたリボイラー加熱媒体により加熱され、蒸気を発生する。発生した蒸気は、再生塔６内に戻され、再生塔充填層７を通過して上昇し、流下する吸収液を加熱する。その結果、再生塔６内の吸収液から二酸化炭素ガスと水蒸気が放出される。
【００１９】
放出された二酸化炭素ガスと水蒸気を含む排ガスは、再生塔６の塔頂から排出される。この排ガスは、再生塔還流冷却器１６により冷却され、その水分が凝縮し、次いで気液分離器１７により水分と分離され、二酸化炭素のみを含むガスとなり、回収ＣＯ２排出ライン１８からシステムの外部に排出される。一方、分離された水分は、吸収液成分を含んでいるため、再生塔６に戻される。
【００２０】
一方、再生塔６の底部には、リッチ液よりもＣＯ２溶存濃度が低下した吸収液であるリーン液が溜まる。再生塔６の底部に溜まったリーン液は、再生塔６の底部から排出され、リーン液移送ポンプ１０により、再生熱交換器５を介してリーン液タンク１１内に貯留される。貯留されたリーン液は、リーン液戻りポンプ１２により、リーン液冷却器１３を介して吸収塔１内に供給される。このリーン液は、吸収塔１の上部から導入され、二酸化炭素の回収用に再使用される。
【００２１】
（１）再生熱交換器５の詳細
次に、引き続き図１を参照し、再生熱交換器５の詳細について説明する。
【００２２】
再生熱交換器５は、吸収塔１から再生塔６へと向かうリッチ液ラインと、再生塔６から吸収塔１へと向かうリーン液ラインが交差する地点に配置されている。このリーン液は、再生塔リボイラー８で加熱された際に得た余熱を有しており、再生熱交換器５は、リッチ液ラインを流れるリッチ液を、このリーン液の熱で加熱する。
【００２３】
図１に示す符号Ａ1は、吸収塔１におけるリッチ液の排出口を示す。また、符号Ａ2、Ａ3はそれぞれ、再生熱交換器５におけるリッチ液の供給口と排出口を示す。また、符号Ａ4は、再生塔６におけるリッチ液の供給口を示す。さらに、符号Ｔ1は、再生熱交換器５におけるリッチ液の排出口Ａ3から、再生塔６におけるリッチ液の供給口Ａ4へと向かう配管を示す。
【００２４】
本実施形態では、再生熱交換器５におけるリッチ液の排出口Ａ3が、再生塔６におけるリッチ液の供給口Ａ4よりも高い位置に設置されている。その結果、配管Ｔ1の少なくとも一部分が、下降管になっている。
【００２５】
以下、排出口Ａ3を供給口Ａ4よりも高い位置に設置する理由について説明する。
【００２６】
再生熱交換器５の排出口Ａ3における圧力をＰEXOとし、再生塔６の運転圧力をＰRGとすると、これらの圧力の間には、式（１）の関係が成り立つ。
ＰEXO＝ΔＰF＋ΔＰH＋ＰRG  ・・・（１）
ここで、ΔＰF、ΔＰHはそれぞれ、再生熱交換器５の排出口Ａ3から再生塔６の供給口Ａ4までの流動摩擦圧力損失、液ヘッド圧力損失を示す。
【００２７】
ΔＰFの値は、機械工学関係のハンドブック等に掲載されている配管内の流動摩擦損失の計算式から算出可能である。一方、ΔＰHは、以下の式（２）で表される。
ΔＰH＝−ρmｇＨ  ・・・（２）
ここで、ρmは、配管Ｔ1を流れる流体の平均密度を示す。また、Ｈは、排出口Ａ3の高さから供給口Ａ4の高さを引いた高低差を示す。また、ｇは、重力加速度を示す。
【００２８】
よって、排出口Ａ3が供給口Ａ4よりも低い位置にあれば、ΔＰHの値は正になるものの、本実施形態のように、排出口Ａ3が供給口Ａ4よりも高い位置にあれば、ΔＰHの値は負になる。よって、本実施形態では、ΔＰHの絶対値がΔＰFの絶対値よりも大きいと、ＰEXOの値がＰRGの値よりも小さくなる。すなわち、再生熱交換器５の排出口Ａ3における圧力ＰEXOが、再生塔６の運転圧力ＰRGよりも低圧となる。
【００２９】
よって、本実施形態によれば、ΔＰHの絶対値がΔＰFの絶対値よりも大きくなるようにシステムを構成することで、再生熱交換器５内の圧力を低くすることが可能となる。
【００３０】
本発明者らの鋭意検討の結果、再生熱交換器５内の圧力を低くすると、次のような現象が起こることが分かった。
【００３１】
第１に、再生熱交換器５内の圧力をある値以下にすると、再生熱交換器５内でリッチ液を加熱している間に、リッチ液からの二酸化炭素ガスの解離と水分の蒸発が起こることが分かった。この場合、再生熱交換器５内のリッチ液や、排出口Ａ3から排出されるリッチ液は、これらのガスを含む気液二相流となる。
【００３２】
第２に、再生熱交換器５内でリッチ液が気液二相流になると、再生熱交換器５における熱伝達特性が高くなることが分かった。理由は、リーン液の熱を、リッチ液の顕熱だけでなく、二酸化炭素ガスの解離熱や水の蒸発熱などの潜熱としても回収できるようになるからである。その結果、リッチ液とリーン液の温度差をそれほど小さくしなくても、再生熱交換器５における回収熱量を増大させることが可能となる。
【００３３】
よって、本実施形態では、再生熱交換器５におけるリッチ液の排出口Ａ3を、再生塔６におけるリッチ液の供給口Ａ4よりも高い位置に設置する。具体的には、排出口Ａ3と供給口Ａ4との高低差を、再生熱交換器５から排出されるリッチ液が気液二相流となる値に設定する。その結果、本実施形態では、排出口Ａ3を供給口Ａ4よりも高い位置に設定するという簡単な構造で、再生熱交換器５における回収熱量を増大させることが可能となる。
【００３４】
なお、再生熱交換器５から排出されるリッチ液が気液二相流となる高低差は、配管Ｔ1の形状により異なる。多くの場合、配管Ｔ1が長くなるほど、流動摩擦圧力損失ΔＰFが大きくなるため、必要な高低差は大きくなると考えられる。
【００３５】
また、二酸化炭素ガスの解離と水分の蒸発が開始する温度は、再生熱交換器５内の圧力が下がると低下する。よって、本実施形態では、再生熱交換器５内の圧力がより低くなる設計を採用することで、上記の開始温度を低下させ、リッチ液をより確実に気液二相状態に移行させることが可能となる。
【００３６】
本実施形態によれば、再生熱交換器５内でのリッチ液とリーン液との温度差が大きくても、十分な熱量を回収できるため、再生熱交換器５を小型化することが可能となる。あるいは、本実施形態によれば、再生熱交換器５を大型化せずにリッチ液とリーン液との温度差を低減できるため、小型な再生熱交換器５で十分な熱量を回収することが可能となる。
【００３７】
その結果、本実施形態によれば、再生塔６内で吸収液から二酸化炭素を追い出すために外部から投入するエネルギー量を削減することが可能となる。
【００３８】
（２）圧力損失の実測結果
次に、図２を参照し、圧力損失の実測結果について説明する。
【００３９】
図２は、垂直下降する気液二相流の圧力損失の実測値を示したグラフである。
【００４０】
図２の横軸Ｘは、気液二相流に含まれるガスの重量流量比率を示す。また、図２の縦軸ΔＰ／ΔＬは、配管単位長さ当たりの流動摩擦圧力損失ΔＰFと液ヘッド圧力損失ΔＰHの合計値を示す。
【００４１】
図２によると、重量流量比率Ｘが１０％以下で、配管単位断面積当たりの気液二相流の質量流量Ｇが１５０ｋｇ／ｍ２ｓ以上の領域で、圧力損失ΔＰ／ΔＬの値が負となっていることが分かる。よって、本実施形態の再生熱交換器５の排出口Ａ3では、気液二相流内のガスの重量流量比率Ｘは、１０％以下となっている。
【００４２】
なお、上述の平均密度ρmは、配管Ｔ1を流れる流体が液相のみの場合は、液体密度ρLとなる。一方、配管Ｔ1を流れる流体が気液二相流の場合は、この流体の平均密度ρmは、以下の式（３）で表される。
ρm＝αmρG＋（１−αm）ρL  ・・・（３）
ここで、ρＧは、二酸化炭素ガスと水蒸気を含む混合ガスの密度を示す。また、αmは、配管Ｔ1の断面に占める気相面積比率の平均値である。なお、αmの値は、重量流量比率Ｘや配管径などによって大きく変化する。
【００４３】
（３）第１実施形態の効果
最後に、第１実施形態の効果について説明する。
【００４４】
以上のように、本実施形態では、再生熱交換器５から排出されるリッチ液が気液二相流となるように、再生熱交換器５におけるリッチ液の排出口Ａ3を、再生塔６におけるリッチ液の供給口Ａ4よりも高い位置に設置する。
【００４５】
よって、本実施形態によれば、排出口Ａ3を供給口Ａ4よりも高い位置に設定するという簡単な構造で、再生熱交換器５における回収熱量を増大させることが可能となる。その結果、本実施形態によれば、再生塔６内で吸収液から二酸化炭素を追い出すために外部から投入するエネルギー量を削減することが可能となる。
【００４６】
（第２実施形態）
図３は、第２実施形態の二酸化炭素分離回収システムの構成を示す概略図である。
【００４７】
図３の二酸化炭素分離回収システムは、図１に示す構成要素に加え、第１の気液分離器２１と、第１のセミリーン液移送ポンプ２２とを備えている。
【００４８】
第１の気液分離器２１は、再生熱交換器５と再生塔６との間に設置されており、再生熱交換器５から排出されたリッチ液を気体と液体とに分離する。符号Ｂ1、Ｂ2、Ｂ3はそれぞれ、第１の気液分離器２１におけるリッチ液の供給口と、液体の排出口と、気体の排出口を示す。排出口Ｂ2、Ｂ3から排出された液体と気体は、それぞれ供給口Ａ4、Ｂ4から再生塔６内に供給される。なお、この液体（セミリーン液）は、第１のセミリーン液移送ポンプ２２により再生塔６まで移送される。
【００４９】
本実施形態では、再生熱交換器５におけるリッチ液の排出口Ａ3が、第１の気液分離器２１におけるリッチ液の供給口Ｂ1よりも高い位置に設置されている。その結果、排出口Ａ3から供給口Ｂ1へと向かう配管Ｔ1の少なくとも一部分が、下降管になっている。一方、第１の気液分離器２１におけるセミリーン液の排出口Ｂ2は、再生塔６におけるセミリーン液の供給口Ａ4よりも低い位置に設置してもよい。
【００５０】
次に、引き続き図３を参照し、排出口Ａ3を供給口Ｂ1よりも高い位置に設置する理由について説明する。
【００５１】
第１の気液分離器２１の気体排出口Ｂ3における圧力をＰSPとし、再生塔６の運転圧力をＰRGとすると、これらの圧力の間には、式（４）の関係が成り立つ。
ＰSP＝ΔＰFG＋ＰRG  ・・・（４）
ここで、ΔＰFGは、排出口Ｂ3から供給口Ｂ4へと向かう配管Ｔ2における摩擦圧力損失を示す。
【００５２】
このように、ＰSPは、ΔＰFGの分だけＰRGよりも高くなる。しかしながら、配管Ｔ2の配管径をある程度大きくすれば、気体の流量が小さいことから、ΔＰFGは小さく抑えられる。よって、以下の式（５）のように、第１の気液分離器２１の圧力ＰSPは、再生塔６の運転圧力ＰRGとほぼ等しいと考えられる。
ＰSP≒ＰRG  ・・・（５）
よって、本実施形態における再生熱交換器５の圧力ＰEXOと第１の気液分離器２１の圧力ＰSPとの関係は、第１実施形態における再生熱交換器５の圧力ＰEXOと再生塔６の圧力ＰRGとの関係と同様となる。
【００５３】
よって、本実施形態では、再生熱交換器５におけるリッチ液の排出口Ａ3を、第１の気液分離器２１におけるリッチ液の供給口Ｂ1よりも高い位置に設置する。具体的には、排出口Ａ3と供給口Ｂ1との高低差を、再生熱交換器５から排出されるリッチ液が気液二相流となる値に設定する。
【００５４】
その結果、本実施形態では、排出口Ａ3を供給口Ｂ1よりも高い位置に設定するという簡単な構造で、再生熱交換器５における回収熱量を増大させることが可能となる。これにより、本実施形態では、再生塔６内で吸収液から二酸化炭素を追い出すために外部から投入するエネルギー量を削減することが可能となる。
【００５５】
なお、本実施形態のように気体と液体を別々に再生塔６内に導入することには、第１実施形態のように気液二相流を再生塔６内に導入するのに比べ、再生塔６の内壁に対する、気体に同伴された液滴の衝突を減らし、再生塔６の内壁の腐食を抑制できるという利点がある。
【００５６】
（第３実施形態）
図４は、第３実施形態の二酸化炭素分離回収システムの構成を示す概略図である。
【００５７】
図４の二酸化炭素分離回収システムは、図１に示す構成要素に加え、分流装置３１と、ＣＯ２放出器３２とを備えている。
【００５８】
分流装置３１は、吸収塔１と再生熱交換器５との間に設置されており、これらの間を流れるリッチ液を第１および第２のリッチ液に分流する。そして、第１のリッチ液は再生熱交換器５に供給され、第２のリッチ液はＣＯ２放出器３２に供給される。第１および第２のリッチ液の分配比は、例えば、８５〜９０％対１０〜１５％である。
【００５９】
ＣＯ２放出器３２は、分流装置３１と再生塔６との間に設置されており、再生塔６から排出された排ガスの熱で第２のリッチ液を加熱して、第２のリッチ液から二酸化炭素を放出させる。そして、ＣＯ２放出器３２は、第２のリッチ液よりもＣＯ２溶存濃度が低下した吸収液である第３のリッチ液を排出し、第３のリッチ液を再生塔６内に供給する。なお、ＣＯ２放出器３２にて放出された二酸化炭素は、第３のリッチ液と共に再生塔６へと送られ、上記の排ガスと共に再生塔６から排出される。
【００６０】
図４に示す符号Ｃ1、Ｃ2はそれぞれ、ＣＯ２放出器３２における第２リッチ液の供給口と、第３のリッチ液の排出口を示す。また、符号Ｃ3は、再生塔６における第３のリッチ液の供給口を示す。さらに、符号Ｔ3は、ＣＯ２放出器３２における第３のリッチ液の排出口Ｃ2から、再生塔６における第３のリッチ液の供給口Ｃ3へと向かう配管を示す。
【００６１】
本実施形態では、ＣＯ２放出器３２の排出口Ｃ2を、再生塔６の供給口Ｃ3よりも高い位置に設置する。具体的には、排出口Ｃ2と供給口Ｃ3との高低差を、ＣＯ２放出器３２から排出される第３のリッチ液が気液二相流となる値に設定する。
【００６２】
その結果、本実施形態では、排出口Ｃ2を供給口Ｃ3よりも高い位置に設定するという簡単な構造で、ＣＯ２放出器３２における回収熱量を増大させることが可能となる。これにより、本実施形態では、再生塔６内で吸収液から二酸化炭素を追い出すために外部から投入するエネルギー量を削減することが可能となる。
【００６３】
以上のように、本実施形態では、再生熱交換器５でリーン液の余熱を回収すると共に、ＣＯ２放出器３２で排ガスの余熱を回収する。さらに、本実施形態では、再生熱交換器５から排出される第１のリッチ液と、ＣＯ２放出器３２から排出される第３のリッチ液が、いずれも気液二相流となるように、再生熱交換器５の排出口Ａ3とＣＯ２放出器３２の排出口Ｃ2を、それぞれ再生塔６の供給口Ａ4、Ｃ3よりも高い位置に設置する。
【００６４】
以下、ＣＯ２放出器３２を設置する場合に、再生熱交換器５の排出口Ａ3を再生塔６の供給口Ａ4よりも高い位置に設置する効果について説明する。
【００６５】
本実施形態のようにリッチ液を分流する場合、リーン液の熱をリッチ液の顕熱のみで回収する従来の再生熱交換器５を使用すると、再生熱交換器５に供給されるリッチ液流量が減少する分だけ、再生熱交換器５で回収する熱量が減ってしまう。
【００６６】
しかしながら、本実施形態の再生熱交換器５は、リーン液の熱をリッチ液の顕熱と潜熱により回収するため、リッチ液流量が減少しても、再生熱交換器５内の圧力を調整することで回収熱量を減らさずに済む。よって、本実施形態によれば、ＣＯ２放出器３２で回収した熱量の分だけ、システム全体の回収熱量を増やすことが可能となる。
【００６７】
よって、本実施形態では、再生熱交換器５とＣＯ２放出器３２を設置する場合に、再生熱交換器５から排出される第１のリッチ液が気液二相流となるように、再生熱交換器５の排出口Ａ3を再生塔６の供給口Ａ4よりも高い位置に設置する。よって、本実施形態によれば、再生熱交換器５のみを設置する場合よりも、システム全体の回収熱量を増大させることが可能となる。
【００６８】
さらに、本実施形態では、再生熱交換器５とＣＯ２放出器３２を設置する場合に、ＣＯ２放出器３２から排出される第３のリッチ液が気液二相流となるように、ＣＯ２放出器３２の排出口Ｃ2を再生塔６の供給口Ｃ3よりも高い位置に設置する。よって、本実施形態によれば、ＣＯ２放出器３２における回収熱量を増大させ、システム全体の回収熱量をさらに増大させることが可能となる。
【００６９】
その結果、本実施形態によれば、再生塔６内で吸収液から二酸化炭素を追い出すために外部から投入するエネルギー量を削減することが可能となる。
【００７０】
なお、図２の結果は、配管Ｔ3でも成り立つ。よって、本実施形態のＣＯ２放出器３２の排出口Ｃ2では、気液二相流内のガスの重量流量比率Ｘは、１０％以下となっている。
【００７１】
（第４実施形態）
図５は、第４実施形態の二酸化炭素分離回収システムの構成を示す概略図である。
【００７２】
図５の二酸化炭素分離回収システムは、図１に示す構成要素に加え、第１の気液分離器２１と、第１のセミリーン液移送ポンプ２２と、分流装置３１と、ＣＯ２放出器３２と、第２の気液分離器４１と、第２のセミリーン液移送ポンプ４２と、合流装置４３とを備えている。
【００７３】
第２の気液分離器４１は、ＣＯ２放出器３２と再生塔６との間に設置されており、ＣＯ２放出器３２から排出された第３のリッチ液を気体と液体とに分離する。符号Ｄ1、Ｄ2、Ｄ3はそれぞれ、第２の気液分離器４１における第３のリッチ液の供給口と、液体の排出口と、気体の排出口を示す。排出口Ｄ2から排出された液体は、供給口Ｃ3から再生塔６内に供給される。なお、この液体（セミリーン液）は、第２のセミリーン液移送ポンプ４２により再生塔６まで移送される。
【００７４】
本実施形態では、ＣＯ２放出器３２における第３のリッチ液の排出口Ｃ2が、第２の気液分離器４１における第３のリッチ液の供給口Ｄ1よりも高い位置に設置されている。その結果、排出口Ｃ2から供給口Ｄ1へと向かう配管Ｔ3の少なくとも一部分が、下降管になっている。一方、第２の気液分離器４１におけるセミリーン液の排出口Ｄ2は、再生塔６におけるセミリーン液の供給口Ｄ3よりも低い位置に設置してもよい。
【００７５】
また、合流装置４３は、再生塔６から排出された排ガスを、第１の気液分離器２１から排出された気体と、第２の気液分離器４１から排出された気体と合流させて、ＣＯ２放出器３２に供給する。符号Ｔ2、Ｔ4はそれぞれ、排出口Ｂ3、Ｄ3からＣＯ２放出器３２へと向かう配管を示す。このように、本実施形態では、排ガスの余熱だけでなく、気液分離後の気体の余熱も回収することができる。
【００７６】
なお、本実施形態では、これらの気体の少なくともいずれかは、第２実施形態と同様、再生塔６内に供給してもよい。気体と液体を別々に再生塔６内に導入することには、気液二相流を再生塔６内に導入するのに比べ、再生塔６の内壁に対する、気体に同伴された液滴の衝突を減らし、再生塔６の内壁の腐食を抑制できるという利点がある。
【００７７】
次に、引き続き図５を参照し、ＣＯ２放出器３２の排出口Ｃ2を第２の気液分離器４１よりも高い位置に設置する理由について説明する。
【００７８】
上述した式（４）、式（５）の関係は、配管Ｔ2と同様に配管Ｔ4でも成り立つ。よって、本実施形態におけるＣＯ２放出器３２の圧力と第２の気液分離器４１の圧力との関係は、第３実施形態におけるＣＯ２放出器３２の圧力と再生塔６の圧力との関係と同様となる。
【００７９】
よって、本実施形態では、ＣＯ２放出器３２における第３のリッチ液の排出口Ｃ2を、第２の気液分離器４１における第３のリッチ液の供給口Ｄ1よりも高い位置に設置する。具体的には、排出口Ｃ2と供給口Ｄ1との高低差を、ＣＯ２放出器３２から排出される第３のリッチ液が気液二相流となる値に設定する。
【００８０】
その結果、本実施形態では、排出口Ｃ2を供給口Ｄ1よりも高い位置に設定するという簡単な構造で、ＣＯ２放出器３２における回収熱量を増大させることが可能となる。これにより、本実施形態では、再生塔６内で吸収液から二酸化炭素を追い出すために外部から投入するエネルギー量を削減することが可能となる。
【００８１】
以上述べた少なくともひとつの実施形態の二酸化炭素分離回収システムおよびその運転方法によれば、再生熱交換器における回収熱量を増大させることができる。
【００８２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８３】
１：吸収塔、２：吸収塔充填層、３：燃焼排ガス供給口、
４：リッチ液移送ポンプ、５：再生熱交換器、
６：再生塔、７：再生塔充填層、８：再生塔リボイラー、
９：リボイラー加熱媒体供給口、１０：リーン液移送ポンプ、
１１：リーン液タンク、１２：リーン液戻りポンプ、１３：リーン液冷却器、
１４：吸収塔還流冷却器、１５：吸収塔用の気液分離器、
１６：再生塔還流冷却器、１７：再生塔用の気液分離器、
１８：回収ＣＯ２排出ライン、
２１：第１の気液分離器、２２：第１のセミリーン液移送ポンプ、
３１：分流装置、３２：ＣＯ２放出器、
４１：第２の気液分離器、４２：第２のセミリーン液移送ポンプ、４３：合流装置
【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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