(57)【要約】【課題】  吸収液の再生に要するエネルギーを削減し、操業費用が低減可能で装置構造的に有利な二酸化炭素の回収方法及び回収装置を提供する。【解決手段】  二酸化炭素の回収装置において、ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させる吸収塔は、第１吸収部及び第２吸収部を有し、ガスは第１吸収部を経て第２吸収部に供給される。吸収液を加熱して再生する再生塔は、第１再生部及び第２再生部を有し、第１再生部は外部熱源を有し、第２再生部は、第１再生部から放出されるガスの熱で加熱される。吸収液の循環は、第２吸収部と第１再生部とを循環する循環系と、循環系の吸収液の一部が第２吸収部から第１吸収部及び第２再生部を順次経由して第１再生部に向かう支流系がある。再生塔から排出される回収ガスを圧縮して吸収液との熱交換によってガスの熱を回収し、再生塔へ供給する。回収ガスから凝縮水を分離し、吸収塔へ還流する吸収液に添加する。【選択図】    図１
2014213276.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスを吸収液に接触させて前記ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させる吸収塔であって、第１吸収部及び第２吸収部を有し、前記ガスが前記第１吸収部を経て前記第２吸収部に供給されるように配設される前記吸収塔と、
前記吸収塔で二酸化炭素を吸収した前記吸収液を加熱し二酸化炭素を放出させて前記吸収液を再生する再生塔であって、第１再生部及び第２再生部を有し、前記第１再生部は外部加熱手段を有し、前記第２再生部は前記第１再生部から放出されるガスの熱によって加熱されるように配設される前記再生塔と、
前記第２吸収部と前記第１再生部との間で吸収液を循環させる循環系と、前記循環系を循環する吸収液の一部が前記第２吸収部から前記第１吸収部及び前記第２再生部を順次経由して第１再生部に向かうように前記循環系から分岐する支流系とを有する循環機構と、
前記再生塔から排出される水蒸気及び二酸化炭素を含んだ回収ガスをそのまま圧縮する圧縮器と、
前記圧縮器によって圧縮された前記回収ガスの熱を回収して前記再生塔へ供給する熱回収システムと
を有する二酸化炭素の回収装置。
【請求項２】
更に、前記熱回収システムによって熱を回収した回収ガスから凝縮する水を分離する気液分離器と、前記循環系において前記第１再生部から前記第２吸収部へ還流する吸収液に、前記気液分離器において分離した水を供給する水供給路とを有する請求項１記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項３】
前記第２再生部は外部加熱手段を有さず、前記支流系において前記第２再生部へ供給される吸収液の温度は、前記循環系において前記第１再生部へ供給される吸収液の温度より低い請求項１又は２に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項４】
前記支流系は、前記循環系から分岐して前記第２吸収部から前記第１吸収部へ吸収液を供給する第１流路と、前記第１吸収部から前記第２再生部へ吸収液を供給する第２流路と、第２再生部から前記循環系へ合流する第３流路とを有し、
前記支流系の第１流路は、第１吸収部へ供給する吸収液を冷却する冷却器を有する請求項１〜３の何れか１項に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項５】
前記循環系は、前記第２吸収部から前記第１再生部へ吸収液を供給する供給路と、前記第１再生部から前記第２吸収部へ吸収液を還流する還流路とを有し、前記循環機構は、第１熱交換器及び第２熱交換器を有し、前記第１熱交換器は、前記支流系における前記第２流路と前記第３流路との間で熱交換を行い、前記第２熱交換器は、前記循環系における前記供給路と前記還流路との間で熱交換を行うように各々配置される請求項４に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項６】
前記循環系における前記供給路の吸収液は、前記第２熱交換器より上流側で、前記支流系の第３流路の吸収液と合流するように、前記循環系と前記支流系とが接続される請求項５に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項７】
前記循環系は、前記第２吸収部から前記第１再生部へ供給される吸収液を前記第２熱交換器の上流側で貯留するタンクを前記供給路上に有し、前記タンクにおいて前記供給路の吸収液と前記支流系の第３流路の吸収液が合流するように前記循環系と前記支流系とが接続される請求項６に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項８】
前記循環系は、前記第２吸収部から前記第１再生部へ吸収液を供給する供給路と、前記第１再生部から前記第２吸収部へ吸収液を還流するための分岐した第１還流路及び第２還流路とを有し、前記循環機構は、前記循環系の前記第１還流路と前記支流系の前記第３流路との間で熱交換を行う第１熱交換器と、前記循環系において前記供給路と前記第２還流路との間で熱交換を行う第２熱交換器と、前記循環系の前記第１還流路における前記第１熱交換器より下流側で、前記第１還流路と前記支流系の前記第２流路との間の熱交換を行う第３熱交換器とを有する請求項４に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項９】
前記熱回収システムは、
前記支流系の前記第２流路における前記第１熱交換器と前記第２再生部との間の吸収液と、前記圧縮器によって圧縮した回収ガスとの熱交換を行う熱交換器を有し、これにより、回収ガスの熱が前記支流系の吸収液を介して前記第２再生部へ供給される請求項５〜７の何れか１項に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項１０】
前記熱回収システムは、
前記支流系の前記第２流路における前記第３熱交換器と前記第２再生部との間の吸収液と、前記圧縮器によって圧縮した回収ガスとの熱交換を行う熱交換器を有し、これにより、回収ガスの熱が前記支流系の吸収液を介して前記第２再生部へ供給される請求項８記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項１１】
前記熱回収システムは、
前記循環系の前記供給路における前記第２熱交換器と前記第１再生部との間の吸収液と、前記圧縮器によって圧縮した回収ガスとの熱交換を行う熱交換器を有し、これにより、回収ガスの熱が前記循環系の吸収液を介して前記第１再生部へ供給される請求項５〜１０の何れか１項に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項１２】
前記熱回収システムは、
前記第１再生部の吸収液を再生塔外との間で循環させる循環路と、
前記循環路の吸収液と前記圧縮器によって圧縮した回収ガスとの熱交換を行う熱交換器と
を有し、これにより、回収ガスの熱が前記循環路の吸収液を介して前記第１再生部へ供給される請求項１〜１１の何れか１項に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項１３】
前記循環系は、更に、前記第２吸収部から前記第１再生部へ供給される吸収液の一部を、前記再生塔の外部加熱手段における余熱を利用して加熱するための流路及び熱交換器を有する請求項１〜１２の何れか１項に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項１４】
前記吸収塔は、前記第１吸収部及び前記第２吸収部が各々分配される２つの独立した塔を有し、前記再生塔は、第１再生部及び第２再生部が各々分配される２つの独立した塔を有する請求項１〜１３の何れか１項に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項１５】
ガスを吸収液に接触させてガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させる吸収処理であって、第１吸収工程及び第２吸収工程を有し、ガスは前記第１吸収工程を経て前記第２吸収工程に供給される前記吸収処理と、
前記吸収処理で二酸化炭素を吸収した吸収液を加熱し二酸化炭素を放出させて吸収液を再生する再生処理であって、第１再生工程及び第２再生工程を有し、前記第１再生工程では外部加熱手段を利用して加熱し、前記第２再生工程は前記第１再生工程において放出されるガスの熱によって加熱する前記再生処理と、
前記第２吸収工程と前記第１再生工程との間で吸収液を循環させる循環工程と、前記循環工程で循環する前記吸収液の一部を、前記第２吸収工程から前記第１吸収工程及び前記第２再生工程を順次経由して前記第１再生工程に向かうように分流する支流工程とを有する循環処理と、
前記再生処理から排出される水蒸気及び二酸化炭素を含んだ回収ガスをそのまま圧縮する圧縮工程と、
前記圧縮工程によって圧縮された回収ガスの熱を回収して前記再生処理へ供給する熱回収工程と
を有する二酸化炭素の回収方法。
【請求項１６】
更に、前記熱回収工程によって熱を回収した回収ガスから凝縮する水を分離する分離工程と、
前記循環工程において前記第１再生工程から前記第２吸収工程へ還流する吸収液に、前記分離工程において分離した水を供給する水供給工程と
を有する請求項１５に記載の二酸化炭素の回収方法。
【請求項１７】
前記第２再生工程は外部加熱手段を用いず、前記支流工程の吸収液が前記第２再生工程へ供給される際の温度は、前記循環工程で循環する吸収液が前記第１再生工程へ供給される際の温度より低い請求項１５又は１６に記載の二酸化炭素の回収方法。
【請求項１８】
前記支流工程は、前記第２吸収工程から前記第１吸収工程へ吸収液を供給する第１工程と、前記第１吸収工程から前記第２再生工程へ吸収液を供給する第２工程と、第２再生工程から前記循環工程へ供給する第３工程とを有し、
前記支流工程の第１工程は、第１吸収工程へ供給する吸収液を冷却する冷却工程を有する請求項１５〜１７の何れか１項に記載の二酸化炭素の回収方法。
【請求項１９】
前記循環工程は、前記第２吸収工程から前記第１再生工程へ吸収液を供給する供給工程と、前記第１再生工程から前記第２吸収工程へ吸収液を還流する還流工程とを有し、前記循環処理は、更に、前記支流工程における前記第２工程の吸収液と前記第３工程の吸収液との熱交換を行う第１熱交換工程と、前記循環工程における前記供給工程の吸収液と前記還流工程の吸収液との熱交換を行う第２熱交換工程とを有する請求項１８に記載の二酸化炭素の回収方法。
【請求項２０】
前記循環処理において、前記供給工程の吸収液は、前記第２熱交換工程の前に、前記支流工程の第３工程の吸収液と合流させる請求項１９に記載の二酸化炭素の回収方法。
【請求項２１】
前記循環工程は、前記第２吸収工程から前記第１再生工程へ吸収液を供給する供給工程と、前記第１再生工程から前記第２吸収工程へ吸収液を還流する並行した第１還流工程及び第２還流工程を有し、
前記循環処理は、更に、第１熱交換工程、第２熱交換工程及び第３熱交換工程を有し、前記第１熱交換工程では、前記第１還流工程の吸収液と前記支流工程における前記第３工程の吸収液との熱交換を行い、前記第２熱交換工程では、前記循環工程における前記供給工程の吸収液と前記第２還流工程の吸収液との熱交換を行い、前記第３熱交換工程では、前記第１還流工程における前記第１熱交換工程の後の吸収液と前記支流工程における前記第２工程の吸収液との熱交換を行う請求項１８に記載の二酸化炭素の回収方法。
【請求項２２】
前記熱回収工程は、
前記支流工程の前記第２工程において前記第１熱交換工程を経て前記第２再生工程へ供給される前の吸収液と、前記圧縮工程によって圧縮した回収ガスとの熱交換を行う熱交換処理を有し、これにより、回収ガスの熱が前記支流工程の吸収液を介して前記第２再生工程へ供給される請求項１９又は２０に記載の二酸化炭素の回収方法。
【請求項２３】
前記熱回収工程は、
前記支流工程の前記第２工程において前記第３熱交換工程を経て前記第２再生工程へ供給される前の吸収液と、前記圧縮工程によって圧縮した回収ガスとの熱交換を行う熱交換処理を有し、これにより、回収ガスの熱が前記支流工程の吸収液を介して前記第２再生工程へ供給される請求項２１に記載の二酸化炭素の回収方法。
【請求項２４】
前記熱回収工程は、
前記循環工程の前記供給工程において前記第２熱交換工程を経て前記第１再生工程へ供給される前の吸収液と、前記圧縮工程によって圧縮した回収ガスとの熱交換を行う熱交換処理を有し、これにより、回収ガスの熱が前記循環工程の吸収液を介して前記第１再生工程へ供給される請求項１９〜２３の何れか１項に記載の二酸化炭素の回収方法。
【請求項２５】
前記熱回収工程は、
前記第１再生工程における吸収液と、前記圧縮工程によって圧縮した回収ガスとの熱交換を行う熱交換処理を有し、これにより、回収ガスの熱が前記第１再生工程へ供給される請求項１５〜２４の何れか１項に記載の二酸化炭素の回収方法。
【請求項２６】
前記循環処理は、更に、前記第２吸収工程から前記第１再生工程へ供給される吸収液の一部を、前記再生処理で用いた外部加熱手段の余熱を利用して加熱するための熱交換工程を有する請求項１５〜２５の何れか１項に記載の二酸化炭素の回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼ガスなどの二酸化炭素を含むガスから二酸化炭素を分離回収し、清浄なガスを大気に還元するための二酸化炭素の回収方法及び回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電所や製鉄所、ボイラーなどの設備では、石炭、重油、超重質油などの燃料を多量に使用しており、燃料の燃焼によって排出される硫黄酸化物、窒素酸化物及び二酸化炭素は、大気汚染防止や地球環境保全の見地から放出に関する量的及び濃度的制限が必要とされている。近年、二酸化炭素は地球温暖化の主原因として問題視され、世界的にも排出を抑制する動きが活発化している。このため、燃焼排ガスやプロセス排ガスの二酸化炭素を大気中に放出せずに回収・貯蔵を可能とするために、様々な研究が精力的に進められ、二酸化炭素の回収方法として、例えば、ＰＳＡ（圧力スウィング）法、膜分離濃縮法や、塩基性化合物による反応吸収を利用する化学吸収法などが知られている。
【０００３】
化学吸収法においては、主にアルカノールアミン系の塩基性化合物を吸収剤として用い、その処理プロセスでは、概して、吸収剤を含む水性液を吸収液として、ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させる吸収工程と、吸収された二酸化炭素を吸収液から放出させて吸収液を再生する再生工程とを交互に繰り返すように吸収液を循環させる（例えば、下記特許文献１参照）。再生工程においては、二酸化炭素を放出させるための加熱が必要であり、二酸化炭素回収の操業費用を削減するには、再生のために加熱／冷却に要するエネルギーを低減することが重要となる。特許文献１に示されるように、再生工程において二酸化炭素を放出した高温の吸収液（リーン液）を、吸収工程において二酸化炭素を吸収した吸収液（リッチ液）と熱交換することによって、熱エネルギーを回収して再生工程で再利用することができる。
【０００４】
吸収液から二酸化炭素を回収する際に必要なエネルギーの削減を目的として、下記特許文献２では、再生工程の吸収液を抜き出して高温スチームによって熱交換するための再生加熱器から生じるスチーム凝縮水の余熱を、吸収液の加熱に利用している。更に、下記特許文献３では、吸収された二酸化炭素の放出を促進するために、二酸化炭素を随伴するようにストリッピング用ガスを導入することを記載する。又、下記特許文献４では、２つの再生塔を用いて、各々において高温又は低温に加熱し、低温で再生した吸収液を吸収塔の中断に供給することによって、加熱に要するエネルギーを削減することを記載する。
【０００５】
又、下記特許文献５では、再生工程から排出されるガスから熱エネルギーを回収することを目的として、再生塔から排出される二酸化炭素を含んだガスを圧縮する圧縮器と、圧縮器から吐出するガスの熱交換を行う熱交換器とを用いて、再生塔が保有する吸収液を熱交換器に供給してガスとの熱交換によって加熱して再生塔に戻すことを記載する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２１４０８９号公報
【特許文献２】特開２００５−２５４２１２号公報
【特許文献３】特開２００５−２３０８０８号公報
【特許文献４】特開２０１１−５７４８５号公報
【特許文献５】特開２０１０−２３５３９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
吸収液の再生に必要とされるエネルギーには、吸収液の温度上昇に要する顕熱、吸収液から二酸化炭素を放出する際の反応熱、及び、吸収液の水分蒸発による熱損失を補うための潜熱がある。上述の先行技術においては、これらの熱に関する回収が行われるが、潜熱に関するエネルギーの回収及び再利用を効率的に行うためには、未だ改善の余地がある。
【０００８】
環境保全のために二酸化炭素の回収を普及させるには、経済的観点から、可能な限りエネルギー効率を高めて回収に要する費用を削減することが望ましい。吸収液からの熱エネルギーの回収効率を高めることは省エネルギーにおいて重要であり、又、二酸化炭素の回収効率に対しても有効に作用し得る。
【０００９】
本発明の課題は、上述の問題を解決し、吸収液を再生するために要するエネルギーを削減して操業費用を低減可能な二酸化炭素の回収方法及び回収装置を提供することである。
【００１０】
又、本発明の課題は、装置や吸収液への負担を軽減して設備の耐久性及び処理の安定性を高め、二酸化炭素の回収率を低下させずに吸収液の再生に要するエネルギーを削減して、安価なコストで二酸化炭素を回収可能な二酸化炭素の回収方法及び回収装置を提供することである。
【００１１】
更に、本発明の課題は、既存の二酸化炭素の回収装置に適用して、吸収液の再生に関するエネルギー効率の改善を実現可能な二酸化炭素の回収装置の構成を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、潜熱に関する熱エネルギーの十分な回収を行うために回収二酸化炭素に含まれる水蒸気量を削減する上で、吸収工程及び再生工程を各々少なくとも２段階に区分する構成を利用することが有利であること、また、部分的に分岐・合流する循環系を用いて吸収液を循環させることで、処理条件の調整及び管理において有効であることを見出し、応用性及び適用性が高い本発明を完成するに至った。
【００１３】
本発明の一態様によれば、二酸化炭素の回収装置は、ガスを吸収液に接触させて前記ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させる吸収塔であって、第１吸収部及び第２吸収部を有し、前記ガスが前記第１吸収部を経て前記第２吸収部に供給されるように配設される前記吸収塔と、前記吸収塔で二酸化炭素を吸収した前記吸収液を加熱し二酸化炭素を放出させて前記吸収液を再生する再生塔であって、第１再生部及び第２再生部を有し、前記第１再生部は外部加熱手段を有し、前記第２再生部は前記第１再生部から放出されるガスの熱によって加熱されるように配設される前記再生塔と、前記第２吸収部と前記第１再生部との間で吸収液を循環させる循環系と、前記循環系を循環する吸収液の一部が前記第２吸収部から前記第１吸収部及び前記第２再生部を順次経由して第１再生部に向かうように前記循環系から分岐する支流系とを有する循環機構と、前記再生塔から排出される水蒸気及び二酸化炭素を含んだ回収ガスをそのまま圧縮する圧縮器と、前記圧縮器によって圧縮された前記回収ガスの熱を回収して前記再生塔へ供給する熱回収システムとを有することを要旨とする。
【００１４】
又、本発明の一態様によれば、二酸化炭素の回収方法は、ガスを吸収液に接触させてガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させる吸収処理であって、第１吸収工程及び第２吸収工程を有し、ガスは前記第１吸収工程を経て前記第２吸収工程に供給される前記吸収処理と、前記吸収処理で二酸化炭素を吸収した吸収液を加熱し二酸化炭素を放出させて吸収液を再生する再生処理であって、第１再生工程及び第２再生工程を有し、前記第１再生工程では外部加熱手段を利用して加熱し、前記第２再生工程は前記第１再生工程において放出されるガスの熱によって加熱する前記再生処理と、前記第２吸収工程と前記第１再生工程との間で吸収液を循環させる循環工程と、前記循環工程で循環する前記吸収液の一部を、前記第２吸収工程から前記第１吸収工程及び前記第２再生工程を順次経由して前記第１再生工程に向かうように分流する支流工程とを有する循環処理と、前記再生処理から排出される水蒸気及び二酸化炭素を含んだ回収ガスをそのまま圧縮する圧縮工程と、前記圧縮工程によって圧縮された回収ガスの熱を回収して前記再生処理へ供給する熱回収工程とを有することを要旨とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ガスに含まれる二酸化炭素を回収するプロセスにおいて、吸収液の再生に使用する熱の回収及び再利用の効率が向上し、二酸化炭素の回収率を低下させずに再生に要する熱エネルギーを削減できるので、運転コストの軽減に有効な二酸化炭素の回収方法及び回収装置が提供される。多段階の吸収・再生における異なる条件での処理において、単独の吸収液が循環することにより、循環中の吸収液の濃度変動の検出及び調節は容易であり、処理するガスの内容変動に応じた条件設定の変更等にも容易に対応できる。エネルギー効率がよく、処理条件の設定・変更によって安定的に吸収液を利用することができる。又、装置及び構造材料の耐久性に関する要件が緩和され、操業費及び設備維持費の低減に有効である。特殊な装備や高価な装置を必要とせず、一般的な設備を活用して簡易に実施でき、既存の設備を基にして構成を付加することによっても実施できるので、経済的に有利である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る二酸化炭素の回収装置の第１の実施形態を示す概略構成図。
【図２】本発明に係る二酸化炭素の回収装置の第２の実施形態を示す概略構成図。
【図３】本発明に係る二酸化炭素の回収装置の第３の実施形態を示す概略構成図。
【図４】本発明に係る二酸化炭素の回収装置の第４の実施形態を示す概略構成図。
【図５】本発明に係る二酸化炭素の回収装置の第５の実施形態を示す概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
化学吸収法による二酸化炭素の吸収プロセスにおいては、ガスに含まれる二酸化炭素を低温の吸収液に吸収させる吸収処理と、吸収された二酸化炭素を吸収液から放出させて吸収液を再生する高温の再生処理との間で吸収液を循環させて、吸収処理と再生処理とを交互に繰り返す。再生処理における吸収液の再生度は吸収液の加熱温度に依存し、温度が高いほど二酸化炭素ガスを放出して吸収液の残留二酸化炭素濃度が低くなる（参照：Jong I. Lee, Frederick D. Otto and Alan E. Mather, "Equilibrium Between carbon Dioxide and Aqueous Monoethanolamine Solutions", J. appl. Chem. Biotechnol. 1976, 26, PP541-549）。従って、通常、再生処理における吸収液は、外部熱源から供給される熱エネルギーを用いた外部加熱手段によって沸騰温度近辺に維持される。再生処理において二酸化炭素を放出した高温の再生吸収液（リーン液）は、吸収処理で二酸化炭素を吸収した吸収液（リッチ液）と熱交換することによって、加熱されたリッチ液が再生処理に供給されるので、熱エネルギーが回収・再利用される。しかし、再生処理において吸収液から放出される二酸化炭素を含んだガスは、その熱を含んだ高温の状態で排出され、排出ガスに含まれる熱量は無駄になる。排出ガスの温度低下、つまり、再生塔の塔頂温度の低下は、上述のリッチ液とリーン液との熱交換率を下げることによって可能であるが、熱交換において回収される顕熱が減少するため、熱量の削減には寄与しない。
【００１８】
この点に関し、吸収処理及び再生処理を各々二段階に区分して２組の吸収工程及び再生工程を構成し、独立した２つの循環路によって吸収液を循環させると、熱交換率を下げずに再生塔の塔頂温度を下げることができ、排出ガスに含まれる熱量を低下させると共に熱交換による回収熱を吸収液の再生に利用することができる。具体的には、吸収塔上部での吸収処理を経たセミリッチ液を、再生塔下部において外部熱源を利用して積極的に加熱してリーン液まで十分に再生して吸収塔上部に還流させ、吸収塔下部での吸収処理を経て充分に二酸化炭素を吸収したリッチ液を再生塔上部において、再生塔下部から上昇するガスの放出熱を利用して加熱してセミリーン液に再生して吸収塔下部に還流させるように構成すると、各組において循環する吸収液間の熱交換を行うことによって、二酸化炭素を効率よく回収しながら熱エネルギーを再利用し、再生塔の塔頂温度の低下が可能である。
【００１９】
但し、上記の構成は、一方の循環路の吸収液から気化した水蒸気が他方の循環路の吸収液に移行することによって、２つの循環路の吸収液に濃度の開きが生じ易い性質がある。これを解消する方策として、２つの循環路のうちの一方を、他方の循環路から分岐し合流する支流路として構成する循環機構の採用がある。つまり、２つの循環路を部分的に結合して、分岐した経路において生じ得る吸収液の濃度変動は、合流によって解消する。
【００２０】
本発明では、上述のように、１組の吸収工程及び再生工程を循環する循環路から分岐し合流する間に他の１組の吸収工程及び再生工程を分流する支流路を有する循環系を用いて単一の吸収液を循環させ、この構成を基礎として、再生塔から放出される回収ガスに含まれる熱エネルギーの回収及び再利用を施す。これにより、排熱の放出抑制及び回収によって熱エネルギーの利用効率が改善されると共に、吸収液の管理が容易な構成の二酸化炭素の回収方法及び回収装置が提供され、この構成は、適正な温度調整が容易であり、二酸化炭素の回収に必要な再生エネルギーの低減及び二酸化炭素の回収効率の向上に有利である。更に、装置を構成する機器やシール材等が、再生塔から放出される回収ガスによる腐食等を受けることが抑制され、水分及び熱エネルギーを回収して再利用する上でも非常に有利である。
【００２１】
以下、本発明の二酸化炭素の回収方法及び回収装置について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明の二酸化炭素の回収装置の一実施形態を示す。回収装置１は、二酸化炭素を含有するガスＧを吸収液に接触させて二酸化炭素を吸収液に吸収させる吸収塔１０と、二酸化炭素を吸収した吸収液を加熱して二酸化炭素を吸収液から放出させ、吸収液を再生する再生塔２０とを有する。回収装置１に供給されるガスＧについて特に制限はなく、燃焼排ガスやプロセス排ガスなどの様々なガスの取扱いが可能である。吸収塔１０及び再生塔２０は、各々、向流型気液接触装置として構成され、接触面積を大きくするための充填材１１，２１が各々内部に装填されている。吸収液として、アルカノールアミン類等の二酸化炭素に親和性を有する化合物を吸収剤として含有する水性液が用いられる。充填材１１，２１は、処理温度における耐久性及び耐腐食性を有する素材製で、所望の接触面積を提供し得る形状のものを適宜選択して使用することができ、概して、ステンレス鋼、炭素鋼等の鉄系金属材料製のものが用いられるが、特に限定されない。更に、必要に応じて、吸収塔１０に供給されるガスＧを二酸化炭素の吸収に適した低温に維持するための冷却塔を設けてもよい。
【００２３】
二酸化炭素を含んだガスＧは、吸収塔１０の下部から供給される。吸収塔１０内は、充填材１１ａが収容される下側の第１吸収部１２ａと、充填材１１ｂが収容される上側の第２吸収部１２ｂとに区画され、第１吸収部１２ａと第２吸収部１２ｂとの間には、水平環状板の中央穴周縁に管状壁が立設された区画部材１３が介在し、区画部材１３の管状壁の上端穴の上方を笠が覆い、吸収塔１０の内側壁と区画部材１３の管状壁との間において水平環状板上に液溜まりが形成されるように構成されている。吸収塔１０下部から供給されるガスＧは、塔内を上昇して第１吸収部１２ａの充填材１１ａを通過した後に、区画部材１３の管状壁内孔を通って第２吸収部１２ｂの充填材１１ｂを通過する。
【００２４】
一方、吸収液は、吸収塔１０の第２吸収部１２ｂ上部から供給され、充填材１１ｂを流下した後に区画部材１３の液溜まりに貯留され、第１吸収部には流下せずに流路Ｌ１を通じて塔外へ導出されてタンク１４に貯留されるように構成されている。この吸収液の経路はタンク１４において分岐し、一方では、流路Ｌ２がタンク１４と再生塔２０中央部とを接続し、他方では、流路Ｌ３がタンク１４と吸収塔１０の中央部とを接続するので、タンク１４の吸収液は分流されて、一方は、ポンプ１６によって、流路Ｌ２を通じて再生塔２０へ供給され、他方の吸収液は、ポンプ１７によって、流路Ｌ３を通じて吸収塔１０の第１吸収部１２ａ上部に供給されて充填材１１ａを流下した後に吸収塔１０底部に貯留される。タンク１４の頂部には、タンク１４内の圧力変動を解消するために、第２吸収部と連通する通気管Ｖ１が接続され（図中、二点鎖線で示す）、流路Ｌ３には、吸収液を冷却する冷却器１５及びポンプ１７が設けられる。
【００２５】
ガスＧは、充填材１１ａ，１１ｂを通過する間に順次吸収液と気液接触してガスＧ中の二酸化炭素が吸収液に吸収される。第１吸収部１２ａを通過した後のガスの二酸化炭素濃度は低下しているので、第２吸収部１２ｂに供給される吸収液は、ガスＧより二酸化炭素濃度が低いガスと接触する。第２吸収部１２ｂにおいて二酸化炭素を吸収して区画部材１３の液溜まりに貯溜された吸収液Ａ２’はセミリッチ液であり、その一部は、タンク１４から流路Ｌ２を通じて再生塔２０へ供給され、残部は、タンク１４から分流されて冷却器１５を経て第１吸収部１２ａに供給されて二酸化炭素を更に吸収してリッチ液となり、吸収塔１０底部に貯溜される。吸収塔１０底部の吸収液（リッチ液）Ａ１は、ポンプ１８によって、吸収塔１０底部と再生塔２０上部とを接続する流路Ｌ４を通じて再生塔２０へ供給される。二酸化炭素が除去されたガスＧ’は、吸収塔１０の頂部から排出される。
【００２６】
吸収液は二酸化炭素を吸収することによって発熱して液温が上昇するので、必要に応じて、ガスＧ’に含まれ得る水蒸気等を凝縮するための冷却凝縮部１９が吸収塔１０頂部に設けられ、これにより、水蒸気等が塔外へ漏出するのをある程度抑制できる。これを更に確実にするために、吸収塔外に付設される冷却器３１及びポンプ３２を有し、冷却凝縮部１９下に貯留される凝縮水の一部（塔内のガスＧ’を含んでも良い）は、ポンプ３２によって冷却器３１との間で循環させる。冷却器３１で冷却されて塔頂部に供給される凝縮水等は冷却凝縮部１９を低温に維持し、冷却凝縮部１９を通過するガスＧ’を確実に冷却する。塔外へ排出されるガスＧ’の温度は６０℃程度以下が好ましく、より好ましくは４５℃以下となるようにポンプ３２の駆動が制御される。図１の構成において、冷却凝縮部１９で凝縮する水は充填材１１ｂに供給されるが、凝縮水は塔内の吸収液の組成変動を補整するために使用できるので、必要に応じて吸収液の濃度組成を検知して濃度変動に応じて凝縮水を充填材１１ａ，１１ｂに供給するように構成してもよい。
【００２７】
再生塔２０内は、充填材２１ａが収容される下側の第１再生部２２ａと、充填材２１ｂが収容される上側の第２再生部２２ｂとに区画され、第１再生部２２ａと第２再生部２２ｂとの間には、区画部材１３と同様の構造によって液溜まりを形成する区画部材２３が介在する。吸収塔１０底部から流路Ｌ４を通じて供給される吸収液Ａ１は、再生塔２０の第２再生部２２ｂ上部に導入されて、充填材２１ｂを流下した後に区画部材２３の液溜まりに貯留され、第１再生部２２ａには流下せずに流路Ｌ５によって塔外へ導出されてタンク２４に貯留されるように構成される。吸収塔１０の第２吸収部１２ｂから流路Ｌ１，Ｌ２を通じて供給される吸収液Ａ２’は、第１再生部２２ａ上部に供給されて、充填材２１ａを流下した後に再生塔２０底部に貯留される。
【００２８】
再生塔２０の底部には、外部からの供給エネルギーを用いて吸収液を積極的に加熱するための外部加熱手段としてリボイラーが付設される。即ち、再生塔２０外に設けられるスチームヒーター２５と、塔底部に貯留される吸収液Ａ２をスチームヒーター２５を介して循環させる循環路２６とが付設され、塔底部の吸収液Ａ２の一部が循環路２６によって分流されてスチームヒーター２５に供給され、高温蒸気との熱交換によって継続的に加熱されて塔内へ還流される。従って、底部の吸収液Ａ２は、外部加熱手段により積極的に加熱されて二酸化炭素を十分に放出し、又、充填材２１ａも間接的に加熱されて充填材２１ａ上での気液接触による二酸化炭素の放出が促進される。吸収液から放出される二酸化炭素及び水蒸気を含む高温のガスは、上昇して第１再生部２２ａの充填材２１ａを通過した後に、区画部材２３の管状壁内孔を通って第２再生部２２ｂの充填材２１ｂを通過する。この間に、充填材２１ａを流下する吸収液Ａ２’、及び、充填材２１ｂを流下する吸収液Ａ１は加熱され、吸収液Ａ１，Ａ２’中の二酸化炭素が放出される。第２再生部２２ｂに供給される吸収液Ａ１は、外部加熱手段による積極加熱を受けず、第１再生部２２ａから放出されるガスの熱によってのみ加熱されるので、区画部材２３の液溜まりの吸収液Ａ１’の温度は吸収液Ａ２より低い。従って、吸収液Ａ１’の再生度は、塔底部の吸収液Ａ２の再生度より低くなり、セミリーン液となる。第２再生部２２ｂで二酸化炭素を放出した吸収液Ａ１’は、区画部材２３の液溜まりから流路Ｌ５を通じてタンク２４に流下する。タンク２４の底部は、流路Ｌ６によって流路Ｌ２と接続され、タンク２４内の吸収液Ａ１’は、流路Ｌ６に設けられるポンプ２７によって流路Ｌ２に供給されて、タンク１４から供給される吸収液Ａ２’と合流する。タンク２４の頂部には、タンク２４内の圧力変動を解消するために、第２再生部２２ｂと連通する通気管Ｖ２が接続される（図中、二点鎖線で示す）。
【００２９】
再生塔２０底部に貯溜されて二酸化炭素を十分に放出した吸収液Ａ２（リーン液）は、ポンプ２８によって、吸収塔１０上部と再生塔２０底部とを接続する流路Ｌ７を通じて吸収塔１０の第２吸収部１２ｂの上部へ還流される。この結果、吸収液Ａ２，Ａ２’が流路Ｌ１，Ｌ２，Ｌ７を通じて第２吸収部１２ｂと第１再生部２２ａとの間を往復する循環系が構成される。更に、上記循環系の吸収液Ａ２’の一部を流路Ｌ３〜Ｌ６によって分流して、吸収液Ａ１，Ａ１’として、第１吸収部１２ａ及び第２再生部２２ｂを経由して上記循環系の吸収液Ａ２’に合流させる支流系が構成される。つまり、流路Ｌ１，Ｌ２，Ｌ７は、第２吸収部と第１再生部との間の循環路を形成し、流路Ｌ３〜Ｌ６は、上記循環路から分岐して、第２吸収部１２ｂから第１吸収部１２ａ及び第２再生部２２ｂを経由して、第１再生部２２ａに至る前に上記循環系に再接続する支流路を形成する。再生塔２０において吸収液から放出された二酸化炭素を含むガスは、回収ガスＣとして、再生塔２０頂部から排出される。
【００３０】
第２再生部２２ｂで二酸化炭素を放出した吸収液Ａ１’は、流路Ｌ５，Ｌ６を流れる間に第１熱交換器２９を通過し、第１熱交換器２９において、流路Ｌ４の吸収液Ａ１と流路Ｌ６の吸収液Ａ１’との間で熱交換が行われる。従って、吸収液Ａ１’は、流路Ｌ４の吸収液Ａ１によって冷却されて流路Ｌ２の吸収液Ａ２’と合流する。又、第１再生部２２ａで二酸化炭素を放出した吸収液Ａ２は、流路Ｌ７を流れる間に第２熱交換器３０を通過し、第２熱交換器３０において、流路Ｌ７の吸収液Ａ２と流路Ｌ２の吸収液（Ａ１’＋Ａ２’）との間で熱交換が行われる。従って、吸収液Ａ２は、流路Ｌ２の吸収液（Ａ１’＋Ａ２’）によって冷却され、更に、冷却水を用いた冷却器３３によって十分に冷却された後に、第２吸収部１２ｂ上部に導入される。熱交換器には、スパイラル式、プレート式、二重管式、多重円筒式、多重円管式、渦巻管式、渦巻板式、タンクコイル式、タンクジャケット式、直接接触液液式等の様々な種類があり、本発明において、吸収液間の熱交換器として何れのタイプを使用しても良いが、装置の簡素化及び清掃分解の容易さの点ではプレート式が優れている。
【００３１】
再生塔２０における加熱によって吸収液から放出される二酸化炭素を含む回収ガスＣは、水蒸気及び吸収剤の排出を抑制するために再生塔２０上部に設けられる凝縮部３７を通過した後に、頂部から排気管３８を通って排出される。本発明においては、再生塔２０から排出される回収ガスＣから熱を回収して再生塔２０で再利用するための、圧縮器及び熱交換器を用いて構成される熱回収システムを有し、熱回収効率を高めるために、再生塔２０から排出される回収ガスＣは、冷却による水蒸気の凝縮分離を経ることなく、そのまま圧縮する。この圧縮によって発生するガス圧縮熱及び水の凝縮熱の両方を熱交換器によって纏めて回収して再利用する。熱回収及び供給は、圧縮された回収ガスＣと再生塔２０へ導入される吸収液との間で熱交換する熱交換器を用いて行い、図１の実施形態においては３つの熱交換器を使用して３箇所で熱回収及び供給を行うが、１つ又は２つを省略して１箇所又は２箇所で行ってもよい。
【００３２】
詳細には、回収装置１は、再生塔２０と直接連通するように排気管３８上に設けられる圧縮器４０と、再生塔２０底部の吸収液Ａ２の一部を分流して再生塔外との間を循環させる循環路５０と、圧縮器４０によって圧縮された回収ガスＣを再生塔２０へ導入される吸収液と熱交換するように排気管３８に付設される熱交換器４１ａ，４１ｂ，４１ｃとを有し、圧縮器４０によって圧縮された回収ガスＣは、熱交換器４１ａ、熱交換器４１ｂ及び熱交換器４１ｃを順次通過する。熱交換器４１ａは、循環路５０上に設けられ、回収ガスＣと循環路５０の吸収液Ａ２との間で熱交換を行う。熱交換器４１ｂは、流路Ｌ２の第２熱交換器３０と第１再生部２２ａとの間に配置され、回収ガスＣと吸収液（Ａ１’＋Ａ２’）との間で熱交換を行う。熱交換器４１ｃは、流路Ｌ４の第１熱交換器２９と第２再生部２２ｂとの間に配置され、回収ガスＣと吸収液Ａ１との間で熱交換を行う。回収ガスＣの温度は、熱交換器を経る毎に低下し、回収ガスＣに含まれる水蒸気が冷却凝縮して凝縮熱が放出されるので、熱交換器４１ａ〜４１ｃでは、圧縮熱と共に水の凝縮熱も回収されて吸収液に供給される。回収ガスＣと吸収液との熱交換には、一般的に気−液熱交換に用いられる種々の熱交換器から適宜選択して使用可能であり、例えば、直接接触式やフィンチューブ型、プレート式等の熱交換器が挙げられる。本発明の再生塔２０は、再生部を２段に構成し、１段構成の場合に比べて再生塔２０の塔頂温度は低いので、吸収剤の塔外への排出は凝縮部３７において十分に防止可能であり、圧縮器４０の腐食防止の観点において好適な構成である。熱交換器４１ａで加熱された循環路５０の吸収液Ａ２は、再生塔２０の底部に還流され、熱交換器４１ｂで加熱された流路Ｌ２の吸収液（Ａ１’＋Ａ２’）は、第１再生部２２ａの上部に導入され、熱交換器４１ｃで加熱された流路Ｌ４の吸収液Ａ１は、第２再生部２２ｂの上部に導入される。従って、いずれにおいても、回収ガスＣから回収した熱は再生塔２０へ供給される。尚、この実施形態では、熱交換器４１ａでの熱交換後の吸収液Ａ２を直接再生塔２０に還流しているが、スチームヒーター２５を介して還流するように循環路５０を接続してもよい。
【００３３】
上記熱回収システムによる熱回収を経た排気管３８の回収ガスＣは、冷却水を用いた冷却器４２によって充分に冷却されて、水蒸気を可能な限り凝縮した後、気液分離器４３によって凝縮水を除去した後に回収される。回収ガスＣの二酸化炭素は、例えば、地中又は油田中に注入することによって、地中での炭酸ガス固定及び再有機化が可能である。圧縮器４０による回収ガスＣの圧力は、回収二酸化炭素の処理において注入圧等の作業圧として利用するなど、有効活用が可能である。
【００３４】
気液分離器４３の底部は、水供給路４５によって、流路Ｌ７の第２熱交換器３０下流側と接続され、水供給路４５上には、加えられた圧力を開放するための減圧手段として減圧弁４４が設けられる。気液分離器４３において分離された凝縮水は、減圧弁４４によって、吸収塔１０への導入に適した圧力に減圧調整され、水供給路４５から流路Ｌ７の吸収液Ａ２に添加される。流路Ｌ７の吸収液Ａ２は、冷却器３３による冷却を経て、吸収塔１０の第２吸収部１２ｂ上部に還流される。つまり、回収ガスＣから生じる凝縮水は、吸収塔１０へ供給する吸収液Ａ２の組成変動の補整に用いられる。減圧弁４４は、例えば圧力調整弁や背圧弁として一般に使用されるものを利用すればよい。
【００３５】
排気管３８には、再生塔２０内の圧力を検出するために圧力計４６が接続され、検出される圧力値に応じて圧縮器４０のモーター４０Ｍの出力を制御することによって、再生塔２０内の圧力が一定に維持されるように圧縮器４０の作動が調整される（図中、一点鎖線で表す接続は電気接続を示す）。モーター４０Ｍの制御には、例えばインバータ等を用いた出力制御を利用するとエネルギー効率が良い。
【００３６】
上述の実施形態において、凝縮水の圧力開放及び調整は、減圧弁４４の代わりに膨張器を用いて行うように変更することも可能であり、この場合、膨張器と圧縮器４０とが同軸ロータで協働駆動するヒートポンプとして構成すると、作動効率が向上する。或いは、エジェクタを利用して流動凝縮水を減圧したり、タービン等を用いて加圧凝縮水の流動圧から動力エネルギーを回収して圧縮器の駆動等に利用するように構成してもエネルギー効率を改善できる。又、上述の実施形態は、圧縮器４０として、直列に配置した複数の圧縮器を用いるように変形して、熱交換による回収熱量を増加させることができる。或いは、排気管３８において、熱交換器４１ａと熱交換器４１ｂとの間、及び、熱交換器４１ｂと熱交換器４１ｃとの間に各々圧縮器が位置するように接続して、熱交換器４１ａを経た回収ガスＣに対して圧縮と熱交換とが交互に繰り返されるように構成すると、圧縮熱の回収効率がよい。尚、各熱交換器による熱回収を経る度に回収ガスＣから凝縮水を分離するように複数の気液分離器を配置すると、圧縮効率の点で好ましい。又、必要に応じて、各熱交換器について、複数の熱交換器による多段階の熱交換を繰り返すように変形したり、排気管３８及び循環路５０（又は流路Ｌ２，Ｌ４）を、各々、複数の並列路に分岐させて、これらの間で熱交換するように複数の熱交換器を配置するように構成してもよい。
【００３７】
再生塔２０において、第１再生部２２ａの底部で加熱された吸収液Ａ２の温度をＴ１とし、第２熱交換器３０から第１再生部２２ａ上部へ導入される吸収液（Ａ１’＋Ａ２’）の温度をＴ２とすると、Ｔ１＞Ｔ２となる。又、第１再生部２２ａから放出されるガスによって第２再生部２２ｂで加熱された液溜まりの吸収液Ａ１’の温度をＴ３とし、第１熱交換器２９から第２再生部２２ｂへ導入される第１吸収液Ａ１の温度をＴ４、第１再生部２２ａから第２再生部２２ｂへ放出されるガスの温度をｔ１、第２再生部２２ｂから放出されるガスの温度をｔ２とすると、ｔ１＞Ｔ３＞Ｔ４、ｔ１＞ｔ２となる。一般的に、再生塔における吸収液は、再生度を高めるために吸収液の沸点近辺に加熱され、熱交換性能が高い熱交換器を用いて熱回収率を高めて温度差（Ｔ１−Ｔ２）が小さくなると、第１再生部２２ａから放出されるガスの温度ｔ１も高くなり、このまま再生塔２０から排出すれば、顕熱分のエネルギーを放出するだけでなく、水蒸気と共に多量の潜熱分のエネルギーも放出することになる。本発明においては、第１再生部２２ａから放出されるガスの熱量を第２再生部２２ｂにおいて回収して吸収液の再生に利用し、ガスの温度をｔ１からｔ２へ低下させて顕熱の放出量を削減する。温度低下に伴って水蒸気の凝縮も進行するので、第２再生部２２ｂから放出される回収ガスＣに含まれる水蒸気及び潜熱も減少する。尚、上述の構成においては、吸収液から気化する水蒸気の凝縮水は、吸収塔１０においては第２吸収部１２ｂの吸収液Ａ２’へ、再生塔２０においては第２再生部２２ｂの吸収液Ａ１’に供給される。従って、循環系において、第１再生部２２ａにおける吸収液Ａ２からの気化分が第２吸収部１２ｂにおいて補われる凝縮水分を超える場合であっても、吸収液の一部は、分かれて支流路を流れる間に第２再生部２２ｂにおいて凝縮水分が加えられた後に合流するので、吸収液の濃度変動は軽減される。更に、圧縮器４０及び熱交換器４１ａ〜４１ｃを用いて回収ガスＣから熱を回収することによって凝縮水の量は増加するので、再生塔２０から排出される水蒸気量及び潜熱量は減少する。又、気液分離器４３の凝縮水は、減圧弁４４における圧力開放によって温度が低下するので、吸収塔１０へ還流させる吸収液Ａ２に添加するのに適しており、冷却器３３で必要となる冷却熱量の減少にも有用である。
【００３８】
図１の回収装置１の稼動によって実施される回収方法について説明する。
【００３９】
吸収塔１０において、燃焼排ガスやプロセス排ガスなどの二酸化炭素を含有するガスＧを底部から供給し、ポンプ１６〜１８，２７，２８を駆動させて、吸収液Ａ２’，Ａ２を第１及び第２吸収部１２ａ，１２ｂの上部から各々供給すると、充填材１１ａ，１１ｂ上でガスＧと吸収液Ａ２’，Ａ２とが気液接触して、第１吸収部１２ａにおける第１吸収工程及び第２吸収部１２ｂにおける第２吸収工程からなる吸収処理が行われ、吸収液Ａ２’，Ａ２に二酸化炭素が吸収される。二酸化炭素は、低温において良好に吸収されるので、概して５０℃程度以下、好ましくは４０℃以下となるように吸収液Ａ２’，Ａ２の液温又は吸収塔１０（特に充填材１１ａ，１１ｂ）の温度を調整する。吸収液は、二酸化炭素の吸収によって発熱するので、これによる液温上昇を考慮し、液温が６０℃を超えないように配慮することが望ましい。吸収塔１０に供給されるガスＧについても、上述を勘案して、必要であれば、冷却塔を用いて予め適正な温度に調整するとよい。吸収液として、二酸化炭素に親和性を有する化合物を吸収剤として含有する水性液が用いられる。吸収剤としては、アルカノールアミン類やアルコール性水酸基を有するヒンダードアミン類などが挙げられ、具体的には、アルカノールアミンとして、例えば、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、Ｎ−メチルジエタノールアミン（ＭＤＥＡ）、ジイソプロパノールアミン、ジグリコールアミン等を例示することができ、アルコール性水酸基を有するヒンダードアミンとしては、２−アミノ−２−メチル−１−プロパノール（ＡＭＰ）、２−（エチルアミノ）エタノール（ＥＡＥ）、２−（メチルアミノ）エタノール（ＭＡＥ）、２−（イソプロピルアミノ）エタノール（ＩＰＡＥ）等を例示でき、上記のような化合物の複数種を混合使用しても良い。又、ピペリジン、ピペラジン、ピリジン、ピリミジン、ピラジン、３−メチルピリジン、２−メチルピラジン、２−（メチルアミノ）ピペリジン（２ＡＭＰＤ）、２−メチルピペラジン、２−（アミノメチル）ピペラジン、２，６−ジメチルピペラジン、２，５−ジメチルピペラジン、２−（β−ヒドロキシエチル）ピペラジン等のような環状アミン類を添加混合して使用しても良い。一般的に使用が好まれるモノエタノールアミン（ＭＥＡ）は、吸収性が高い吸収剤であり、他方、再生性の良い吸収剤としては、ＡＭＰやＭＤＥＡが挙げられる。屡々、ＡＭＰやＭＤＥＡの吸収性を改善する目的でＭＥＡを混合して吸収液が構成されているが、混合割合によって吸収性及び再生性をある程度調整することができ、再生エネルギーを削減する上で有用である。吸収液の吸収剤濃度は、処理対象とするガスに含まれる二酸化炭素量や処理速度、吸収液の流動性や消耗損失抑制等に応じて適宜設定することができ、概して、１０〜５０質量％程度の濃度で使用され、例えば、二酸化炭素含有量２０％程度のガスＧの処理に対して、濃度３０質量％程度の吸収液が好適に使用される。
【００４０】
ガスＧの供給速度及び吸収液の循環速度は、ガスＧに含まれる二酸化炭素量、吸収液の二酸化炭素吸収能及び充填材における気液接触効率等を考慮して、吸収が良好に進行するように適宜設定される。各吸収液の循環によって、吸収処理及び再生処理が繰り返し実行される。
【００４１】
再生塔２０における吸収液の再生処理は、第１再生部２２ａで外部加熱によって吸収液を加熱する第１再生工程と、第２再生部２２ｂにおいて第１再生工程から放出されるガスの熱を利用して加熱する第２再生工程とを有する。第２吸収工程で二酸化炭素を吸収した吸収液Ａ２’（セミリッチ液）の一部は、タンク１４から流路Ｌ２を通じて第１再生部２２ａでの第１再生工程に供給され、残部は、タンク１４から流路Ｌ３，Ｌ４を流れて第１吸収部１２ａでの第１吸収工程及び第２再生部２２ｂでの第２再生工程を施した後に、半再生の吸収液Ａ１’（セミリーン液）として、流路Ｌ５，Ｌ６を通じて流路Ｌ２の吸収液Ａ２’と合流して第１再生部２２ａに向かう。流路Ｌ５の吸収液Ａ１’は、流路Ｌ２の吸収液Ａ２’と合流する前に、第１熱交換器２９による第１熱交換工程において、第２再生工程に供給される前の流路Ｌ４の吸収液Ａ１と熱交換する。流路Ｌ２と流路Ｌ６との接続で合流した吸収液（Ａ２’＋Ａ１’）は、第１再生部２２ａでの第１再生工程に供給される前に、第２熱交換器３０による第２熱交換工程おいて、再生塔２０での第１再生工程を経て還流する吸収液Ａ２との熱交換によって加熱される。
【００４２】
第１再生部２２ａでの第１再生工程において外部熱により加熱される吸収液Ａ２の温度Ｔ１は、使用する吸収液組成や再生条件によって異なるが、概して１００〜１３０℃程度（沸点付近）に設定され、これに基づくと、第２熱交換工程後の吸収液（Ａ２’＋Ａ１’）の温度は、９０〜１２５℃程度であり、第１再生部２２ａへの導入温度Ｔ２は、熱交換器４１ｂによって９５〜１２５℃程度とすることができる。第１再生部２２ａから第２再生部２２ｂへ放出される回収ガスＣの温度ｔ１は、９０〜１２０℃程度となり、又、第１再生部２２ａから放出されるガスによって第２再生部２２ｂで加熱された吸収液Ａ１’の温度Ｔ３は、８５〜１２０℃程度となる。この吸収液Ａ１’は、タンク２４から流路Ｌ２の吸収液Ａ２’に合流する前に、第１熱交換工程において、吸収塔１０から再生塔２０へ供給される吸収液Ａ１との第１熱交換器２９による熱交換によって冷却され、他方、吸収液Ａ１の温度は８０〜１１０℃程度に上昇し、第２再生部２２ｂに導入される第１吸収液Ａ１の温度Ｔ４は、熱交換器４１ｃでの加熱によって８５〜１１５℃程度とすることができる。第２再生部２２ｂから放出される回収ガスＣの温度ｔ２は、６５〜１００℃程度となる。
【００４３】
流路Ｌ１，Ｌ２，Ｌ７によって形成される循環系を吸収液が循環する循環工程において分流前及び合流後に流路を流れる吸収液の流量（例えば流路Ｌ７の吸収液Ａ２の流量）をＳとし、分岐後の支流工程における流量、つまり、支流系の流路Ｌ３〜Ｌ６を流れる吸収液Ａ１，Ａ１’の流量をΔＳとした時、流量Ｓに対する流量ΔＳの比率：ΔＳ／Ｓは、ガスＧの二酸化炭素含有量及び吸収液の吸収・再生特性等を考慮して、概して１／１０〜９／１０程度に適宜設定され、第２再生部２２ｂでの熱回収及び再生効率を考慮して、４／１０〜８／１０程度となるように設定すると好ましい。この比率ΔＳ／Ｓが、吸収塔１０における充填材１１の充填容積に対する第１吸収部１２ａの充填材１１ａの充填容積の比率に実質的に等しくなるように、又、再生塔２０における充填材２１の充填容積に対する第２再生部２２ｂの充填材２１ｂの充填容積の比率に実質的に等しくなるように設計すると良い。タンク１４から第１再生部２２ａへ供給される吸収液Ａ２’（セミリッチ液）と、タンク２４から流路Ｌ２へ合流する吸収液Ａ１’（セミリーン液）とにおける二酸化炭素含有量の差は、流量の比率ΔＳ／Ｓの設定によっても変化する。吸収液の再生効率の点においては、この差が小さいと好ましい。流量Ｓ，ΔＳは、ポンプ１６〜１８，２７，２８の駆動を制御することによって調整可能であり、この際に、タンク１４，２４における液面レベルを検知して、その変動に応じてポンプの駆動のバランスを取って、定常状態の適正流量を設定することができる。従って、適正流量で吸収液を循環させるポンプの駆動条件が予め分かっている場合は、タンク１４，２４を省略することも可能である。
【００４４】
第２再生部２２ｂにおいて第１再生部２２ａより低い温度において再生を行うことにより、再生塔２０上部の温度（≒回収ガスＣの温度ｔ２）は、投入される吸収液Ａ１の温度Ｔ４に近い温度に低下させることができる（ｔ２＜ｔ１、Ｔ４＜Ｔ３＜ｔ１）。従って、凝縮部３７を通過する回収ガスＣに含まれる吸収剤は減少し、排気管３８に設けられる機器等の吸収剤による腐食は防止される。低い温度で吸収液の再生が進行するには、吸収液の二酸化炭素含有量が高いことが肝要であるが、第１吸収部１２ａにおいて二酸化炭素濃度が高いガスと接触した吸収液Ａ１は、相対的に二酸化炭素含有量が上昇し易いので、第２再生部２２ｂにおいてガスの排熱を利用した再生を行う上で好適である。
【００４５】
再生塔２０底部に貯留される吸収液Ａ２は、部分循環加熱によって沸点付近に加熱され、この時、吸収液の沸点は組成（吸収剤濃度）及び再生塔２０内の圧力に依存する。加熱において、吸収液から失われる水の気化潜熱及び吸収液の顕熱の供給が必要であり、加圧によって気化を抑制すると、沸点上昇により顕熱が増加する。従って、これらのバランスを考慮して、再生塔２０内を１００ｋＰａＧ程度に加圧し、吸収液を１２０〜１３０℃に加熱する条件設定を用いると、エネルギー効率上好ましい。圧縮器４０の作動は、再生塔２０の内圧を下げる作用を有するので、再生塔２０内を加圧するには、開閉弁等を用いて排気管３８からの排気を制御して塔内圧力を高めた後に、圧縮器４０の作動を制御しながら再生塔２０の内圧及び圧縮器４０の出口圧力を調整すればよい。
【００４６】
再生塔２０において、吸収液から放出される二酸化炭素を含んだ回収ガスＣは、圧縮器４０によって直接圧縮されて圧力増加によりガス温度が上昇し、熱交換による熱回収がし易くなる。熱交換器４１ａにおける熱回収工程において、回収ガスＣに含まれる水蒸気が凝縮して水の凝縮熱も放出する。効率的に熱回収するには、圧縮後のガス温度が１２０〜５００℃程度、好ましくは、吸収液の沸点より５℃程度高い温度となるように、圧縮器４０による圧縮率を調節するとよい。回収ガスＣに含まれる水蒸気量によっても異なるが、概して、圧縮工程によって回収ガスＣの圧力が０．３〜２．０ＭＰａＧ程度となるように設定すると好ましい。複数の圧縮器を用いて多段階の圧縮工程を行う場合は、後段になるに従って高圧が必要となるので、例えば、３段階の圧縮を行う場合には、１段目の圧縮工程による圧力は０．３〜１．０ＭＰａＧ程度、２段目の圧縮行程では０．５〜１．５ＭＰａＧ程度、３段目の圧縮行程では１．０〜２．０ＭＰａＧ程度となるように設定するとよい。
【００４７】
圧縮によって発生する圧縮熱及び水の凝縮熱は、熱交換器４１ａにおける熱交換処理によって、再生塔２０から循環する一部の吸収液Ａ２によって回収され、これが再生塔２０底部へ還流することで、回収熱は再生塔２０の吸収液に供給される。これにより、再生塔２０での吸収液Ａ２の加熱に要するスチームヒーター２５の熱エネルギーが削減できる。熱交換器４１ａを通過した回収ガスＣの残余熱は、熱交換器４１ｂ，４１ｃにおいて、流路Ｌ２の吸収液（Ａ１’＋Ａ２’）及び流路Ｌ４の吸収液Ａ１との熱交換によって順次回収され、流路Ｌ２，Ｌ４の吸収液が第１再生部２２ａ及び第２再生部２２ｂに導入されることによって、回収熱は再生塔２０に供給される。排気管３８を流れる回収ガスＣの温度は、熱交換器４１ａ〜４１ｃを通過する毎に低下し、熱交換器４１ａ出口において、１００〜１４０℃程度、熱交換器４１ｂ出口において、８０〜１３０℃程度、熱交換器４１ｃ出口において、７０〜１２０℃程度となる。
【００４８】
上述の熱回収工程後の回収ガスＣから凝縮する凝縮水は、気液分離器４３による分離工程を経た後、減圧弁４４によって圧力が開放されて、流路Ｌ７を流れる吸収液Ａ２に添加され、吸収塔１０の第２吸収部１２ｂへ還流される。気液分離器４３の凝縮水の温度は４０〜５０℃程度であり、減圧弁４４での減圧による気化で更に水温が低下するので、吸収塔１０への導入に都合がよく、冷却器３３における冷却熱量の削減に有効である。尚、水供給路４５を分岐させて、気液分離器４３の凝縮水の一部を他の部分へ供給するように変更することも可能であり、吸収液の濃度補整の自由度が高まる。
【００４９】
このようにして、吸収液は、吸収塔１０の第２吸収部１２ｂと再生塔２０の第１再生部２２ａとの間で循環する一方、その一部は、支流系において第１吸収部１２ａ及び第２再生部２２ｂを経由することによって、より高濃度に吸収した二酸化炭素を低い温度で放出する。この結果、第１再生部２２ａより低い温度で再生を行う第２再生部２２ｂでの熱利用によって、再生塔のエネルギー効率が向上する。つまり、流路Ｌ１，Ｌ２，Ｌ７によって形成される循環路において、主たる吸収−再生を行う循環系が構成され、流路Ｌ３〜Ｌ６による支流路において、再生塔における熱エネルギーを回収再利用すると共に、二酸化炭素濃度が高いガスＧが吸収液に与える吸収負荷の低減にも有効である支流系が形成される。更に、回収ガスＣからの熱回収において圧縮器４０を用いて加えられた圧力の開放は、回収ガスＣから生じる凝縮水を冷却するので、吸収塔１０へ還流する吸収液の濃度補整として添加される凝縮水は、温度調整の点においても都合がよい。従って、図１の装置構成は、熱エネルギーの回収及び再利用によって再生塔での熱エネルギーの利用効率が向上し、回収装置の処理適応性を高める上でも有効である。
【００５０】
図１の実施形態における３つの熱交換器４１ａ〜４１ｃの熱回収による効果を調べるために、３つの熱交換器４１ａ〜４１ｃのうちの０〜３個を使用して回収ガスＣから熱を回収する場合の再生エネルギー（二酸化炭素の回収に要するエネルギー量）を、プロセスシミュレータを用いた計算によって調べ、基本構造（単式の吸収塔及び再生塔による処理）での再生エネルギー（約２．８ＧＪ／ｔ-ＣＯ２）に対する割合を求めた。これを百分率で表すと、下記の表１のようになる。尚、この計算においては、第１及び第２熱交換器２９，３０、及び、熱交換器４１ａ〜４１ｃの熱交換性能（向流熱交換における高温側流体の入口温度と低温側流体の出口温度との温度差）ΔＴを１０°［Ｋ］とし、前述の比率ΔＳ／Ｓを５／１０として、二酸化炭素含有ガスから９０％の回収率で二酸化炭素を回収するように処理することを前提とする。
【００５１】
（表１）
使用熱交換器の符号  再生エネルギーの割合
−                      ８５．８％
４１ａ                    ７４．４％
４１ｂ                    ７８．０％
４１ｃ                    ８１．９％
４１ａ＋４１ｂ              ７２．３％
４１ａ＋４１ｃ              ６５．８％
４１ｂ＋４１ｃ              ７４．２％
４１ａ＋４１ｂ＋４１ｃ      ６５．３％
基本構造                    １００％
【００５２】
表１から解るように、３つの熱交換器４１ａ〜４１ｃの何れを用いても回収ガスＣからの熱回収及び再利用が可能であり、複数の熱交換器を用いて回収熱の再生塔２０への供給を繰り返すことによって再生エネルギーの低減効果が高まる。３つの熱交換器４１ａ〜４１ｃの比較においては、熱交換器４１ａを使用して再生塔２０底部の吸収液Ａ２に回収熱を供給すると、再生エネルギーの低減に最も有効である。つまり、温度が高い部分へ回収熱を供給する方が有利である。
【００５３】
但し、２つの熱交換器を使用する場合において、熱交換器４１ａ及び４１ｃを用いる形態の方が、熱交換器４１ａ及び４１ｂを使用する形態よりも再生エネルギーが少ない。この理由の１つとして、熱交換器４１ｂにおける回収ガスＣの入口温度と吸収液（Ａ１’＋Ａ２’）の入口温度との差が小さいために熱交換性能が満足に発揮されないことが考えられる。つまり、熱交換器４１ｃを使用した場合には、熱交換器入口における回収ガスＣと吸収液Ａ１との温度差が、熱交換性能が好適に発揮される程度であるため、排気管３８へ放出される水蒸気量及び潜熱が増加しても再度回収され、結果的に熱交換器４１ｂを使用するより効率が良くなる。この優劣関係は、熱交換性能がより高い熱交換器の使用によって逆転し得る。或いは、排気管３８上において熱交換器４１ａの下流側に追加の圧縮器を設けても逆転し、追加の圧縮による温度上昇によって熱交換器４１ｂでも熱交換性能が充分に発揮されて第１再生部２２ａへ供給される回収熱が増加し、再生エネルギーが減少する。従って、図１の構成において、熱交換器４１ａと熱交換器４１ｂとの間、及び、熱交換器４１ｂと熱交換器４１ｃとの間に各々追加の圧縮器を設けて回収ガスＣの温度を上昇させるように変更すると、熱交換器４１ｂ及び熱交換器４１ｃでの熱回収効率が高まり、再生エネルギーを最も低減可能な形態となる。
【００５４】
図２は、本発明の二酸化炭素の回収方法を実施する回収装置の第２の実施形態を示す。図２の回収装置２においては、流路Ｌ２から分岐する支流路Ｌ２’及び第３熱交換器３４を設け、タンク１４，２４から流路Ｌ２に供給される吸収液（Ａ２’＋Ａ１’）の一部を、第２熱交換器３０に導入せずに第３熱交換器３４へ供給して、第３熱交換器３４において、スチームヒーター２５から排出されるスチーム凝縮水の余熱を利用して加熱する。スチームヒーター２５の高温蒸気は、吸収液Ａ２を加熱した後でも１２０℃程度以上の十分に高温のスチーム凝縮水であるので、再生塔２０へ供給する吸収液の加熱源として有効利用できる。第３熱交換器３４で加熱された吸収液は、流路Ｌ２の第２熱交換器３０下流側において流路Ｌ２の吸収液と合流し、熱交換器４１ｂを経た後に第１再生部２２ａに供給される。排気管３８中の圧縮された回収ガスＣからの熱回収は、図１の実施形態と同様に熱交換器４１ａ〜４１ｃによって行われ、再生塔２０底部の吸収液Ａ２、流路Ｌ２から第１再生部２２ａへ供給される吸収液（Ａ２’＋Ａ１’）、及び、流路Ｌ４から第２再生部２２ｂへ供給される吸収液Ａ１の各々に回収熱が供給される。
【００５５】
第１再生部２２ａへ供給される吸収液の温度は、第３熱交換器３４において供給される熱によって、図１の実施形態より高く設定することができる。この点に関して表１の結果を考慮すると、図２の実施形態においては、熱交換器４１ｂを省略しても、その分を熱交換器４１ｃによって回収し易く、その場合、流路Ｌ４の吸収液Ａ１の加熱温度が図１の実施形態より高くなり得る。つまり、排気管３８の圧縮された回収ガスＣからの熱回収は、熱交換器４１ａ，４１ｃによって好適に行うことが可能である。尚、図２の構成では、流路Ｌ２から第１再生部２２ａに供給される吸収液を加熱する第２熱交換器３０の役割を、第３熱交換器３４に分担させることが可能であるので、第２熱交換器３０として、より小型のものを使用することも可能である。
【００５６】
図２の回収装置２において、上述において説明した点以外については図１の回収装置１と同様であるので、その説明は省略する。図１の実施形態と同様に、３つの熱交換器４１ａ〜４１ｃの何れにおいても回収ガスＣからの熱回収及び再利用が可能であり、これらの１つ又は２つを任意に省略して実施することも可能である。
【００５７】
図３は、本発明の二酸化炭素の回収方法を実施する回収装置の第３の実施形態を示す。図３の回収装置３においては、ポンプ及びタンクの数を減らして構成を簡略化している。つまり、図３の回収装置３は、図１の回収装置１のタンク２４をタンク１４に統合したものに相当するタンク１４’を備え、図１のタンク２４を省略するように構成される。その結果、図１のポンプ２７も回収装置３では省略されている。又、図１における流路Ｌ３のポンプ１７も省略可能に構成されている。この構成では、第２吸収部１２ｂの液溜まりから吸収塔１０外へ導出される流路Ｌ１の吸収液Ａ２’を２つに分流する分岐点は、タンクではなく流路Ｌ１上に設けられ、分岐点から第１吸収部１２ａ及び第２再生部２２ｂを経由する支流系が循環系に統合される合流点は、流路Ｌ２上ではなくタンク１４’となる。
【００５８】
具体的には、第２吸収部１２ｂから流路Ｌ１を通じて流出する吸収液Ａ２’は、流路Ｌ１上の分岐点に設けられる三方弁４７において２つに分流される。吸収液Ａ２’の一部は、流路Ｌ１を流下してタンク１４’に貯留され、他部は流路Ｌ３’を通じて第１吸収部１２ａに供給され、その間に冷却器１５によって冷却される。第２吸収部１２ｂからタンク１４’及び第１吸収部１２ａへの吸収液Ａ２’の供給は、重力落差を利用して行えるので、流路Ｌ１’，Ｌ３’においてはポンプを省略可能であり、三方弁４７の設定によって吸収液Ａ２’の分配割合を調節することができる。更に、第２再生部２２ｂから流路Ｌ６’を通じて再生塔２０外へ導出される吸収液Ａ１’も重力落差によって流下し、タンク１４’に貯留されて、ここで、流路Ｌ１から供給される吸収液Ａ２’の一部と合流する。つまり、タンク１４’は、図１におけるタンク１４とタンク２４とを兼ね備えた役割をし、吸収液Ａ２’と吸収液Ａ１’とがタンク１４’において合流するので、図１においてタンク２４から流路Ｌ２へ吸収液Ａ１’を供給するポンプ２７は、図３の実施形態では不要となる。
【００５９】
タンク１４’の吸収液（Ａ１’＋Ａ２’）は、ポンプ１６によって流路Ｌ２を通じて第１再生部２２ａに供給され、その間に、第２熱交換器３０において、第１再生部２２ａから第２吸収部１２ｂへ流路Ｌ７を通じて還流される吸収液Ａ２と熱交換する。又、第２再生部２２ｂから流路Ｌ６’を通じて流出する吸収液Ａ１’は、第１熱交換器２９において、吸収塔１０底部から流路Ｌ４を通じて流出する吸収液Ａ１と熱交換する。これらの構成は、第２再生部２２ｂから流出する吸収液Ａ１’がタンクに貯留されない点を除けば、図１の回収装置１と同じである。タンク１４’においても、内部の圧力変動を解消するために、第２吸収部１２ｂと連通する通気管Ｖ１’が頂部に接続される（図中、二点鎖線で示す）。
【００６０】
再生塔２０底部に貯溜されて二酸化炭素を十分に放出した吸収液Ａ２（リーン液）は、ポンプ２８によって、吸収塔１０上部と再生塔２０底部とを接続する流路Ｌ７を通じて吸収塔１０の第２吸収部１２ｂの上部へ還流される。この結果、流路Ｌ１，Ｌ２，Ｌ７は、第２吸収部１２ｂと第１再生部２２ａとの間の循環路を形成し、吸収液Ａ２，Ａ２’が流路Ｌ１，Ｌ２，Ｌ７を通じて第２吸収部１２ｂと第１再生部２２ａとの間を往復する循環系が構成される。又、流路Ｌ３’，Ｌ４，Ｌ６’は、上記循環路から分岐して、第２吸収部１２ｂから第１吸収部１２ａ及び第２再生部２２ｂを経て第１再生部２２ａに至るように上記循環系に接続される支流路を形成し、吸収液Ａ２’が流路Ｌ３’，Ｌ４，Ｌ６’を通じて上記循環系から分流し、吸収液Ａ１，Ａ１’として第１吸収部１２ａ及び第２再生部２２ｂを経て上記循環系に合流する支流系が構成される。
【００６１】
第２再生部２２ｂで二酸化炭素を放出した吸収液Ａ１’は、流路Ｌ６’を流れる間に第１熱交換器２９を通過して、流路Ｌ４と流路Ｌ６’との間で熱交換が行われる。従って、吸収液Ａ１’は、流路Ｌ４の吸収液Ａ１によって冷却されて、流路Ｌ１の吸収液Ａ２’とタンク１４’で合流する。又、第１再生部２２ａで二酸化炭素を放出した吸収液Ａ２は、流路Ｌ７を流れる間に第２熱交換器３０を通過し、第２熱交換器３０において、流路Ｌ７と流路Ｌ２との間で熱交換が行われる。従って、吸収液Ａ２は、流路Ｌ２の吸収液（Ａ１’＋Ａ２’）によって冷却され、更に、冷却水を用いた冷却器３３によって十分に冷却された後に、第２吸収部１２ｂ上部に導入される。排気管３８の圧縮された回収ガスＣからの熱回収は、図１の実施形態と同様に熱交換器４１ａ〜４１ｃによって行われ、再生塔２０底部の吸収液Ａ２、流路Ｌ２から第１再生部２２ａへ供給される吸収液（Ａ２’＋Ａ１’）、及び、流路Ｌ４から第２再生部２２ｂへ供給される吸収液Ａ１の各々に回収熱が供給される。図３の実施形態における熱回収効果は、図１の実施形態と同様であり、二酸化炭素の回収に要する再生エネルギーは表１と同様となる。
【００６２】
図３の回収装置３において、上述において説明した点以外については図１の回収装置１と同様であるので、その説明は省略する。図３の回収装置３においても、図２の回収装置２のような変形が可能である。つまり、タンク１４’から流路Ｌ２を通じて第１再生部２２ａに供給される吸収液を、第２熱交換器３０に供給する前に分流して、その一部をスチームヒーター２５からの排熱によって加熱した後に第２熱交換器３０より下流の流路Ｌ２に合流させるように支流路及び熱交換器を設けると、図２の実施形態と同様に、第２熱交換器３０の小型化が可能であり、熱交換器４１ｂを省略しても回収ガスＣからの熱回収を効率的に行い易い。又、図１の実施形態と同様に、３つの熱交換器４１ａ〜４１ｃの何れにおいても回収ガスＣからの熱回収及び再利用が可能であるので、これらの１つ又は２つを任意に省略して実施することも可能である。
【００６３】
図４は、本発明の二酸化炭素の回収方法を実施する回収装置の第４の実施形態を示す。この実施形態は、図１の回収装置におけるタンク２４から流路Ｌ２へ供給される吸収液Ａ１’の熱交換を改良するための構成である。図１においてタンク２４から流路Ｌ２へ供給される吸収液Ａ１’は、第１熱交換器２９において一旦冷却された後に流路Ｌ２の吸収液に合流して第２熱交換器３０において再度加熱されるが、冷却されずに流路Ｌ２に合流する方が、吸収液の変質抑制等の観点から好ましい。このため、第１再生部２２ａから第２吸収部１２ｂへ吸収液を還流させる流路Ｌ７から支流路Ｌ７’を分岐させて並列に接続し、第１熱交換器２９の代わりに２つの熱交換器３５ａ，３５ｂを支流路Ｌ７’に設ける。支流路Ｌ７’との熱交換を利用してタンク２４の吸収液Ａ１’を加熱した後に流路Ｌ２に合流させる。
【００６４】
具体的には、第１再生部２２ａから第２吸収部１２ｂに至る流路Ｌ７から分岐し並行する支流路Ｌ７’に２つの熱交換器３５ａ，３５ｂを設け、上流側の熱交換器３５ａにおいて、タンク２４から流路Ｌ２へ合流する流路Ｌ６”の吸収液Ａ１’と、再生塔から吸収塔へ還流する吸収液Ａ２との熱交換を行う。ポンプ２７によってタンク２４から流路Ｌ６”を流れる吸収液Ａ１’は、最も高温である吸収液Ａ２によって加熱され、流路Ｌ２における第２熱交換器３０での加熱温度と同等になる。従って、流路Ｌ２上の第２熱交換器３０より下流側において流路Ｌ６”を接続することによって、効率的な熱交換形態となる。一方、支流路Ｌ７’を流れる吸収液Ａ２の温度は、熱交換器３５ａでの熱交換によって、タンク２４内の吸収液Ａ１’に近い温度に低下するので、下流側の熱交換器３５ｂにおいて流路Ｌ４の吸収液Ａ１と熱交換することによって、熱交換条件は図１の第１熱交換器２９と同等となる。従って、再生塔２０へ導入される吸収液の温度条件は図１の実施形態と同様であるので、排気管３８の圧縮された回収ガスＣからの熱回収は、熱交換器４１ａ〜４１ｃによって図１の実施形態と同様に行われ、再生塔２０底部の吸収液Ａ２、流路Ｌ２から第１再生部２２ａへ供給される吸収液（Ａ２’＋Ａ１’）、及び、流路Ｌ４から第２再生部２２ｂへ供給される吸収液Ａ１の各々に、回収熱が供給される。図４の実施形態における熱回収効果は図１の実施形態と同様であり、二酸化炭素の回収に要する再生エネルギーは表１と同様となる。
【００６５】
図４の回収装置４において、上述において説明した点以外については図１の回収装置１と同様であるので、その説明は省略する。図４の回収装置４においても、図２の回収装置２のような変形が可能である。つまり、タンク１４から流路Ｌ２を通じて第１再生部２２ａに供給される吸収液Ａ２’の一部を、第２熱交換器３０に供給する前に分流して、スチームヒーター２５からの排熱によって加熱した後に第２熱交換器３０より下流の流路Ｌ２に合流させるように支流路及び熱交換器を設けると、第２熱交換器３０の小型化が可能であり、熱交換器４１ｂを省略しても回収ガスＣからの熱回収を効率的に行い易い。又、図１の実施形態と同様に、３つの熱交換器４１ａ〜４１ｃの何れにおいても回収ガスＣからの熱回収及び再利用が可能であるので、これらの１つ又は２つを任意に省略して実施することも可能である。
【００６６】
図５は、本発明の二酸化炭素の回収方法を実施する回収装置の第５の実施形態を示す。この実施形態は、２組の回収装置を組み合わせて構成することができる実施形態であり、図１の回収装置１における吸収塔１０を、独立した２つの吸収塔によって構成して、第１及び第２吸収部を各吸収塔に分配し、再生塔２０を、独立した２つの再生塔によって構成して、第１及び第２再生部を各再生塔に分配する。これらの塔を配管で接続して、図１の回収装置と同等に作用するように構成する。つまり、既存の回収装置に追加の吸収塔及び再生塔を増設したり、既存の２つの回収装置を利用して処理効率を改善することができる有用な形態であり、一組の回収装置を循環系とし、もう一組の回収装置を支流系として構成するように接続することによって、二酸化炭素の回収を実施できる。
【００６７】
具体的には、吸収塔１０Ａは、図１の吸収塔１０から第１吸収部１２ａ及び区画部材１３を取り除いた構成と実質的に同様の構成であり、再生塔２０Ａは、図１の再生塔２０の第１再生部２２ａから下側の部分のみで構成される。又、吸収塔１０Ｂは、図１の吸収塔１０における第１吸収部１２ａから下側の部分のみで構成され、再生塔２０Ｂは、図１の再生塔２０から第１再生部２２ａ、区画部材２３及びリボイラーを取り除いた構成と実質的に同様である。吸収塔１０Ｂの頂部は、配管４８によって吸収塔１０Ａの下部と接続され、ガスＧを吸収塔１０Ｂの下部に供給することによって、ガスＧが吸収塔１０Ｂの第１吸収部１２ａ及び吸収塔１０Ａの第２吸収部１２ｂを順次通過し、二酸化炭素が除去されたガスＧ’が吸収塔１０Ａの頂部から排出される。又、再生塔２０Ａの頂部と再生塔２０Ｂの下部とが配管４９によって接続され、スチームヒーター２５の加熱によって再生塔２０Ａ内で発生する二酸化炭素を含んだ回収ガスＣは、配管４９を通って再生塔２０Ｂの下部に供給されて第２再生部２２ｂを通過し、再生塔２０Ｂの頂部に接続される排気管３８から圧縮器４０に供給され、熱交換器４１ａ〜４１ｃ及び冷却器４２を通過し、気液分離器４３を介して排出される。
【００６８】
流路Ｌ８及びＬ９は、吸収塔１０Ａ及び再生塔２０Ａの間に循環路を形成し、吸収塔１０Ａ底部の吸収液Ａ２’及び再生塔２０Ａ底部の吸収液Ａ２が流路Ｌ８，Ｌ９を通じて第２吸収部１２ｂと第１再生部２２ａとの間を循環する循環系が構成される。流路Ｌ８，Ｌ９には各々、ポンプ１６，２８が設けられる。又、流路Ｌ１０，Ｌ１１，Ｌ１２は、流路Ｌ８から分岐して吸収塔１０Ｂ及び再生塔２０Ｂを経由して流路Ｌ８に接続する分岐路を形成し、流路Ｌ１０，Ｌ１１及びＬ１２に、各々、ポンプ１７，１８，２７が配置される。吸収塔１０Ａ底部の吸収液Ａ２’（セミリッチ液）の一部は、流路Ｌ８から分岐する流路Ｌ１０を通って吸収塔１０Ｂへ供給されて第１吸収部１２ａで二酸化炭素を吸収して底部に貯留される。吸収塔１０Ｂ底部の吸収液Ａ１（リッチ液）は、流路Ｌ１１を通って再生塔２０Ｂに供給されて第２再生部２２ｂである程度再生されて底部に貯留される。この後、再生塔２０Ｂ底部からセミリーンの吸収液Ａ１’として流路Ｌ１２から流路Ｌ８の吸収液Ａ２’に合流して再生塔２０Ａの第１再生部２２ａに供給される。このようにして、支流系が構成される。支流系においては、第１熱交換器２９によって流路Ｌ１１と流路Ｌ１２との間の熱交換が行われ、循環系においては、第２熱交換器３０によって流路Ｌ８と流路Ｌ９との間の熱交換が行われる。更に、圧縮器４０によって圧縮された回収ガスＣが流れる排気管３８上に設けられる熱交換器４１ａ〜４１ｃは、循環路５０、流路Ｌ８及び流路Ｌ１１の吸収液との熱交換を順次行うように配置される。従って、先ず、熱交換器４１ａにおいて、再生塔２０Ａ底部の吸収液Ａ２の一部が回収ガスＣによって加熱され、次に、熱交換器４１ｂにおいて、循環系における流路Ｌ８の吸収液（Ａ２’＋Ａ１’）が第２熱交換器３０の下流側で回収ガスＣとの熱交換によって加熱される。更に、熱交換器４１ｃにおいて、支流系における流路Ｌ１１の吸収液Ａ１が第１熱交換器２９の下流側で回収ガスＣとの熱交換によって加熱される。従って、排気管３８の圧縮された回収ガスＣからの熱回収は、図１の実施形態と同様に熱交換器４１ａ〜４１ｃによって行われ、再生塔２０Ａ底部の吸収液Ａ２、流路Ｌ８から第１再生部２２ａへ供給される吸収液（Ａ２’＋Ａ１’）、及び、流路Ｌ１１から第２再生部２２ｂへ供給される吸収液Ａ１の各々に回収熱が供給される。図５の実施形態における熱回収効果は図１の実施形態と同様であり、二酸化炭素の回収に要する再生エネルギーは表１と同様となる。
【００６９】
図５の実施形態では、吸収塔１０Ａ及び再生塔２０Ｂの底部に吸収液が貯留されるので、この貯留能によって図１のタンク１４，２４の役割を果たすことができ、従って、回収装置５では、図１のタンク１４，２４は不要である。従来の回収装置を利用して図５の回収装置を構成する場合、例えば、従来の回収装置を、支流系の吸収塔１０Ｂ及び再生塔２０Ｂとして用い、吸収塔１０Ａ及び再生塔２０Ａを増設して、循環系を構成するように吸収液の流路及びガス流通用配管を接続するとよい。
【００７０】
図５の回収装置５において、上述において説明した点以外については図１の回収装置１と同様であるので、その説明は省略する。図５の回収装置５においても、図２の回収装置２のような変形が可能である。つまり、流路Ｌ８を通じて第１再生部２２ａに供給される吸収液（Ａ１’＋Ａ２’）を、第２熱交換器３０に供給する前に分流して、その一部をスチームヒーター２５からの余熱によって加熱した後に第２熱交換器３０の下流側の流路Ｌ８に合流させるように支流路及び熱交換器を設けると、第１再生部２２ａへ導入する吸収液の温度上昇や、第２熱交換器３０の小型化が可能であり、又、熱交換器４１ｂを省略しても回収ガスＣからの熱交換を効率的に行い易い。或いは、流路Ｌ１２において、流路Ｌ８に合流させる前の吸収液Ａ１’をスチームヒーター２５からの余熱によって加熱するための熱交換器を設けて、流路Ｌ８との合流点を第２熱交換器３０より下流側に変更してもよい。または、図４の回収装置４のように、第１再生部２２ａから第２吸収部１２ｂへ吸収液Ａ２が還流する流路Ｌ９から分岐する支流路を設けて、流路Ｌ１２，Ｌ１１と順次熱交換するように変更し、流路Ｌ２の吸収液Ａ１’は流路Ｌ１１と熱交換せずに流路Ｌ８へ合流するように構成してもよい。更に、図２における変形及び図４における変形を組み合わせて利用してもよい。つまり、第１熱交換器２９の代わりに、スチームヒーター２５からの余熱によって加熱する２つの熱交換器を設けて、上流側（高温側）の熱交換器において流路Ｌ１２の吸収液Ａ１’と熱交換し、下流側（低温側）の熱交換器において流路Ｌ１１の吸収液Ａ１と熱交換し、上流側（高温側）の熱交換器の下流側の流路Ｌ１２を、流路Ｌ８の第２熱交換器３０より下流側に接続することによって、再生塔２０Ｂの吸収液Ａ１’は、冷却されずにそのまま加熱されて再生塔２０Ａに供給され、支流系で消費する熱エネルギーに排熱が利用される。又、図１の実施形態と同様に、３つの熱交換器４１ａ〜４１ｃの何れにおいても回収ガスＣからの熱回収及び再利用が可能であるので、これらの１つ又は２つを任意に省略して実施することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、火力発電所や製鉄所、ボイラーなどの設備から排出される二酸化炭素含有ガスの処理等に利用して、その二酸化炭素放出量や、環境に与える影響などの軽減に有用である。二酸化炭素の回収処理に要する費用が削減され、省エネルギー及び環境保護に貢献可能な二酸化炭素の回収装置を提供できる。
【符号の説明】
【００７２】
１，２，３，４，５  回収装置、  １０，１０Ａ，１０Ｂ  吸収塔、
１１，１１ａ，１１ｂ，２１，２１ａ，２１ｂ  充填材、
１２ａ  第１吸収部、  １２ｂ  第２吸収部、
１３，２３  区画部材、  １４，１４’，２４  タンク、
１５，３１，３３，４２  冷却器、  １９  冷却凝縮部、
１６，１７，１８，２７，２８，３２  ポンプ、
２０，２０Ａ，２０Ｂ  再生塔、  ２２ａ  第１再生部、  ２２ｂ  第２再生部、
２５  スチームヒーター、  ２６，５０  循環路、
２９  第１熱交換器、  ３０  第２熱交換器、  ３４  第３熱交換器、
３５ａ，３５ｂ，４１ａ〜４１ｃ  熱交換器、  ３７  凝縮部、  ３８  排気管、
４０  圧縮器、  ４０Ｍ  モーター、  ４３  気液分離器、  ４４  減圧弁、
４５  水供給路、  ４６  圧力計、  ４７  三方弁、  ４８，４９  配管、
Ｌ１〜Ｌ１２，Ｌ１’，Ｌ３’，Ｌ６’，Ｌ６”  流路、
Ｌ２’，Ｌ７’  支流路、
Ｖ１，Ｖ１’，Ｖ２  通気管、  Ｇ，Ｇ’  ガス、  Ｃ  回収ガス、
Ａ１，Ａ１’，Ａ２，Ａ２’  吸収液。
【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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