(57)【要約】【課題】  吸収液の再生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。【解決手段】  回収装置の吸収塔及び再生塔は２段以上に構成され、ガスは吸収塔の第１吸収部を経て第２吸収部に供給され、再生塔の第１再生部は外部加熱手段を有し、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。再生塔から排出される回収ガスを圧縮器で圧縮し、熱回収システムで回収ガスの熱を回収して再生塔へ供給し、回収ガスの凝縮水を気液分離器で分離する。吸収液の循環システムは、第１吸収部と第２再生部とを循環する第１循環系と、第２吸収部と第１再生部とを循環する第２循環系を有し、第１再生部から第２吸収部へ還流する吸収液に気液分離器の水を供給する。【選択図】    図１
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【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前記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、前記ガスは前記第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１吸収部と前記第２再生部との間で前記吸収液を循環させる第１循環系と、前記第２吸収部と前記第１再生部との間で前記吸収液を循環させる第２循環系とを有する循環システムと、
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、
前記第２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し、
前記第１循環系及び前記第２循環系は、互いに独立して個別に前記吸収液を循環させ、前記第２再生部は外部加熱手段を有しない請求項１に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項３】
前記循環システムは、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、前記第１循環系において、前記第１吸収部から前記第２再生部へ供給される吸収液と、前記第２再生部から前記第１吸収部へ還流される吸収液との間で熱交換を行い、前記第２熱交換器は、前記第２循環系において、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と、前記第１再生部から前記第２吸収部へ還流される吸収液との間で熱交換を行うように各々付設される請求項１又は２に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項４】
前記熱回収システムは、
前記第２循環系における前記第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第２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３に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項５】
前記熱回収システムは、
前記第１循環系における前記第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第１循環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３又は４に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項６】
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１〜５の何れか１項に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項７】
前記第１循環系の循環において前記第２再生部へ供給される吸収液の温度は、前記第２循環系の循環において前記第１再生部へ供給される吸収液の温度より低く構成される請求項１〜６の何れかに記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項８】
前記第１循環系及び前記第２循環系は、各々、互いに組成が異なる第１吸収液及び第２吸収液を循環させる請求項１〜７の何れか１項に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項９】
前記第１循環系を循環する前記第１吸収液は、前記第２循環系を循環する前記第２吸収液より吸収剤濃度が高い請求項８に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項１０】
前記第１循環系を循環する前記第１吸収液は、前記第２循環系を循環する前記第２吸収液が含有する吸収剤より再生性が高い吸収剤を含有し、前記第２吸収液は、前記第１吸収液が含有する吸収剤より二酸化炭素の吸収能が高い吸収剤を含有する請求項８又は９に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項１１】
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前記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再生工程では前記第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１吸収工程と前記第２再生工程との間で前記吸収液を循環させる第１循環工程と、
前記第２吸収工程と前記第１再生工程との間で前記吸収液を循環させる第２循環工程と、
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１２】
更に、前記熱回収工程の後の回収ガスから凝縮する水を分離する分離工程と、
前記第２循環工程において前記第１再生工程から前記第２吸収工程へ循環する吸収液に、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し、
前記第１循環工程及び前記第２循環工程は、互いに独立して個別に吸収液を循環させる請求項１１に記載の二酸化炭素の回収方法。
【請求項１３】
前記第１循環工程は、前記第１吸収工程から前記第２再生工程へ供給される吸収液と前記第２再生工程から前記第１吸収工程へ還流される吸収液との間で熱交換を行う第１熱交換工程を有し、前記第２循環工程は、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と前記第１再生工程から前記第２吸収工程へ還流される吸収液との間で熱交換を行う第２熱交換工程を有する請求項１１又は１２に記載の二酸化炭素の回収方法。
【請求項１４】
前記熱回収工程は、
前記第２循環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第２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１３に記載の二酸化炭素の回収方法。
【請求項１５】
前記熱回収工程は、
前記第１循環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第１循環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１３又は１４に記載の二酸化炭素の回収方法。
【請求項１６】
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１１〜１５の何れか１項に記載の二酸化炭素の回収方法。
【請求項１７】
前記第１循環工程の循環において前記第２再生工程へ供給される吸収液の温度は、前記第２循環工程の循環において前記第１再生工程へ供給される吸収液の温度より低い請求項１１〜１６の何れか１項に記載の二酸化炭素の回収方法。
【請求項１８】
前記第１循環工程及び前記第２循環工程において、各々、互いに組成が異なる第１吸収液及び第２吸収液を循環させる請求項１１〜１７の何れか１項に記載の二酸化炭素の回収方法。
【請求項１９】
前記第１循環工程において循環する前記第１吸収液は、前記第２循環工程において循環する前記第２吸収液より吸収剤濃度が高い請求項１８に記載の二酸化炭素の回収方法。
【請求項２０】
前記第１循環工程において循環する前記第１吸収液は、前記第２循環工程において循環する前記第２吸収液が含有する吸収剤より再生性が高い吸収剤を含有し、前記第２吸収液は、前記第１吸収液が含有する吸収剤より二酸化炭素の吸収能が高い吸収剤を含有する請求項１８又は１９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。この点に関し、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】
また、再生工程から排出される二酸化炭素を含んだガスは、回収利用可能な熱エネルギーを含んでいるので、その回収を目的として、下記特許文献２では、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】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２１４０８９号公報
【特許文献２】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】
【０００６】
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。上述の先行技術では、これらに関する熱エネルギーが回収されるが、潜熱に関するエネルギーの回収及び再利用においては、効率的に未だ改善の余地がある。
【０００７】
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く、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。
【０００８】
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。
【０００９】
又、本発明の課題は、装置や吸収液への負担を軽減でき、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二酸化炭素の回収コスト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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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容易に行う上で、回収二酸化炭素に含まれる水蒸気量の低減が有効であり、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と装置構成において有利であることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
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前記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、前記ガスは前記第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１吸収部と前記第２再生部との間で前記吸収液を循環させる第１循環系と、前記第２吸収部と前記第１再生部との間で前記吸収液を循環させる第２循環系とを有する循環システムと、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。
【００１２】
上記回収装置は、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、前記第２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と良い。
【００１３】
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前記ガスに含まれる二酸化炭素を前記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再生工程では前記第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１吸収工程と前記第２再生工程との間で前記吸収液を循環させる第１循環工程と、前記第２吸収工程と前記第１再生工程との間で前記吸収液を循環させる第２循環工程と、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。
【００１４】
上記回収方法は、更に、前記熱回収工程の後の回収ガスから凝縮する水を分離する分離工程と、前記第２循環工程において前記第１再生工程から前記第２吸収工程へ循環する吸収液に、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と良い。
【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。回収ガスから得られる凝縮水を用いた吸収液の濃度補整を、温度調整にも有利な形態で行うことができ、二酸化炭素の回収及び吸収液の再生を効率的に行うことができるので、吸収液に対する再生時の負荷が軽減され、効率よく安定的に吸収液を利用することができるため、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。
【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】
本発明では、吸収処理及び再生処理を、各々、少なくとも二段階に区分して２組の吸収工程及び再生工程を構成し、吸収液を循環させる循環路も独立した２つの経路に分離して各組の吸収工程及び再生工程間で吸収液を個別に循環させるように構成する。１つの再生工程では外部エネルギー源を利用する外部加熱手段によって吸収液を積極的に加熱するが、この工程で放出される高温のガスは、もう１つの再生工程に供給されて熱源となることで吸収液が加熱再生される。つまり、ガスからの放出回収熱が吸収液の再生に直接利用される。更に、再生塔からの排出ガスを圧縮して、放出される熱エネルギーを回収する熱交換器を導入し、回収熱エネルギーを再生塔に供給するように構成することによって、外部熱源から供給される熱エネルギーの利用効率は格段に高くなる。この際、熱エネルギーを回収した排出ガスから水分が凝縮するので、この凝縮水を吸収液に供給して吸収液の濃度調整に利用する。上述のように吸収塔及び再生塔で使用する吸収液を独立した２組の経路によって循環させる構成は、吸収液から気化する水蒸気が一方の経路から他方の経路へ移動することによって、一方の経路の吸収液が濃縮され易いという問題があるが、この問題を効果的に解消する手段として、上述の排出ガスから分離される凝縮水の利用は好都合である。又、再生塔からの排出ガスには吸収剤（アミン化合物）等が混入し得るが、再生塔を二段階に区分することで塔頂温度は低下するため、吸収剤の混入量は格段に減少する。この点は、排出ガスを圧縮する圧縮器や装置接続部のシール材がガス中の混入物による腐食等を受け難くなる点でも有利な構成である。
【００１９】
尚、上記構成において、２組の経路を循環する吸収液は、各々、個別に選定可能となるので、各経路の処理条件に応じて適した特性に各々調整することができ、異なる組成に調製した２種類の吸収液の使用も可能になる。吸収液に含まれる吸収剤は、概して、吸収性及び再生性の両方に優れたものを開発するのは難しく、何れか一方に優れているのが一般的であるので、異なる濃度・組成の吸収液が使用可能な構成では、各循環系の吸収工程及び再生工程の処理条件に特化した吸収液を選択して用いることにより、吸収効率及び再生効率の低下を回避しつつ再生に要するエネルギーの削減を有利に進めることができる。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。一方、吸収液は、第１及び第２吸収液の２つに分けられ、第１吸収液は、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、第２吸収液は、吸収塔１０の第２吸収部１２ｂ上部に供給されて、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１２ａには流下せずに塔外へ導出されるように構成されている。ガスＧが充填材１１ａ，１１ｂを通過する間に２つの吸収液と順次気液接触してガス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吸収液は、第１吸収液が接触するガスＧより二酸化炭素濃度が低いガスと接触する。第１吸収部１２ａにおいて二酸化炭素を吸収した第１吸収液（リッチ液）Ａ１’は、吸収塔１０底部に貯溜され、ポンプ１４によって、吸収塔１０底部と再生塔２０上部とを接続する第１供給路１５を通じて再生塔２０へ供給される。第２吸収部１２ｂにおいて二酸化炭素を吸収した第２吸収液（リッチ液）Ａ２’は、区画部材１３の液溜まりに貯溜され、ポンプ１６によって、吸収塔１０中央部と再生塔２０中央部とを接続する第２供給路１７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。
【００２３】
吸収液が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１８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１８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１８を低温に維持し、冷却凝縮部１８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１８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、必要に応じて第１及び第２吸収液の濃度組成を検知して濃度変動の割合に応じて凝縮水を分配して充填材１１ａ，１１ｂに供給するように構成すると良く、冷却凝縮部１８における凝縮水の供給は、後述する再生塔２０における凝縮水による補整を勘案して適宜設定・変更することができる。
【００２４】
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底部から第１供給路１５を通じて供給される第１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には流下せずに塔外へ導出されるように構成される。吸収塔１０の第２吸収部１２ｂから第２供給路１７を通じて供給される第２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。
【００２５】
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外に付設されるスチームヒーター２４と、塔底部に貯留される第２吸収液Ａ２をスチームヒーター２４を介して循環させる循環路２５とが付設され、塔底部の第２吸収液Ａ２の一部が循環路２５を通してスチームヒーター２４に分流され、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、底部の第２吸収液Ａ２は、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。第２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を流下する第２吸収液Ａ２’、及び、充填材２１ｂを流下する第１吸収液Ａ１’は加熱され、これらの吸収液中の二酸化炭素が放出される。第２再生部２２ｂに供給される第１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、その温度は第２吸収液Ａ２’より低い。従って、第１吸収液と第２吸収液が同じ組成である場合は、区画部材２３の液溜まりの第１吸収液Ａ１の再生度は、塔底部の第２吸収液Ａ２の再生度より低くなり、セミリーン液となる。二酸化炭素を放出した第１吸収液Ａ１は、区画部材２３の液溜まりからポンプ２６によって、再生塔２０中央部と吸収塔１０中央部とを接続する第１還流路２７を通じて吸収塔１０の第１吸収部１２ａの上部へ還流される。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第２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底部とを接続する第２還流路２９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、第１吸収液Ａ１，Ａ１’が第１吸収部１２ａと第２再生部２２ｂとの間を往復する第１循環系が、第１供給路１５及び第１還流路２７によって構成され、第２吸収液Ａ２，Ａ２’が第２吸収部１２ｂと第１再生部２２ａとの間を往復する第２循環系が、第２供給路１７及び第２還流路２９によって構成される。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、再生塔２０頂部から排出される。
【００２６】
第２再生部２２ｂで二酸化炭素を放出した第１吸収液Ａ１は、第１還流路２７を還流する間に第１熱交換器３３を通過する。第１熱交換器３３は、第１供給路１５と第１還流路２７との間で熱交換を行うように設置されるので、第１吸収液Ａ１は、第１供給路１５の第１吸収液Ａ１’によって冷却され、更に、冷却水を用いた冷却器３５によって二酸化炭素の吸収に適した温度まで十分に冷却された後に第１吸収部１２ａ上部に導入される。又、第１再生部２２ａで二酸化炭素を放出した第２吸収液Ａ２は、第２還流路２９を流れる間に第２熱交換器３４を通過する。第２熱交換器３４は、第２供給路１７と第２還流路２９との間で熱交換を行うように設置されるので、第２吸収液Ａ２は、第２供給路１７の第２吸収液Ａ２’によって冷却され、更に、冷却水を用いた冷却器３６によって同様に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、本発明における第１及び第２熱交換器３３，３４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。
【００２７】
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放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利用するために、圧縮及び熱交換によ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纏めて回収して再利用する。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底部の第２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と前記循環路５０の第２吸収液Ａ２との間で熱交換を行うように設置される熱交換器４１とを有する。熱交換において、回収ガスＣに含まれる水蒸気が冷却凝縮して凝縮熱を放出するので、熱交換器４１では、圧縮熱と共に水の凝縮熱も回収される。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段に構成しており、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において適正に防止される。従って、圧縮器４０や接続部のシール材の腐食防止の観点において好適な構成である。熱交換器４１による熱交換後の第２吸収液Ａ２は、再生塔２０の底部に還流される。つまり、回収ガスＣから回収した熱は第２吸収液Ａ２を介して再生塔２０の第１再生部２２ａへ供給される。尚、この実施形態では、熱交換後の第２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２４を介して再生塔２０へ還流するように循環路５０を接続してもよい。
【００２８】
上記熱回収システムによる熱回収を経た回収ガスＣは、冷却水を用いた冷却器４２によって充分に冷却し、含まれる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て回収される。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。
【００２９】
気液分離器４３は、加えられた圧力を開放する減圧手段として設けられる減圧弁４４を有する水供給路４５によって第２還流路２９の冷却器３６下流側と接続され、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て、水供給路４５から第２還流路２９の第２吸収液Ａ２に添加され、吸収塔１０の第２吸収部１２ｂ上部に還流される。つまり、凝縮水は、吸収塔１０へ供給する第２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。
【００３０】
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内の圧力を一定に維持するように圧縮器４０の作動が調整される（図中、破線で表す接続は、電気接続を示す）。モーター４０Ｍの制御において、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。
【００３１】
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、複数組の圧縮器及び熱交換器を用いて回収熱量を増加させるように変形することができる。つまり、熱交換器４１を経た回収ガスＣが、冷却器４２に至る前に２組目の圧縮器及び熱交換器を通過するように排気管３８上に直列に接続して圧縮及び熱交換を再度繰り返すことによって、２組目の熱交換器での熱交換による分だけ熱回収量が増加する。必要に応じて、３組以上の圧縮器及び熱交換器を設置して多段階の圧縮及び熱交換の組み合わせを適宜繰り返すことができる。このような複数段の熱交換において、循環路５０を分岐させて吸収液が並列に熱交換するように構成しても、或いは、吸収液の流れが回収ガスＣの流れと対向して直列に熱交換器を通過するように構成してもよい。尚、各熱交換器による熱回収毎に、回収ガスから凝縮水を分離するように気液分離器を配置すると更に好ましい。
【００３２】
再生塔２０において、第１再生部２２ａの底部で加熱された第２吸収液Ａ２の温度をＴ１とし、第２熱交換器３４から第１再生部２２ａ上部へ導入される第２吸収液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第１吸収液Ａ１の温度をＴ３とし、第１熱交換器３３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も高くなる。このガスがそのまま再生塔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が、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から放出されるガス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内では第２吸収部１２ｂの第２吸収液Ａ２，Ａ２’へ、再生塔２０内では第２再生部２２ｂの第１吸収液Ａ１，Ａ１’に供給されるが、第１再生部２２ａにおける第２吸収液Ａ２からの気化水量が第２吸収部１２ｂにおいて補われる凝縮水量を超え易い傾向があるので、第２吸収液の濃度上昇を抑制するための希釈水として気液分離器４３の凝縮水を利用するように構成することは有用である。尚、同一組成の第１吸収液及び第２吸収液を使用する場合、気化による濃度変動が大きい時に、第１吸収液及び第２吸収液の濃度を均一化するために、第１吸収液の一部を第２吸収液に混合するか、或いは、第２液の一部を第１吸収液に混合してもよい。この場合、吸収液の部分混合に起因するエネルギー損失は、運転条件（吸収液の循環量等）の調整によって低減可能であり、再生後の第１吸収液Ａ１及び吸収後の第２吸収液Ａ２’の二酸化炭素濃度が同程度になるように運転条件を調整して吸収液を混合するとよい。
【００３３】
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。
【００３４】
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１４，１６，２６，２８を駆動して第１及び第２吸収液Ａ１，Ａ２を循環させ（第１及び第２循環工程）、第１及び第２吸収部１２ａ，１２ｂの上部から各々供給されると、充填材１１ａ，１１ｂ上でガスＧと第１及び第２吸収液Ａ１，Ａ２とが気液接触して、吸収液に二酸化炭素が吸収される吸収処理（第１及び第２吸収工程）が進行する。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Ａ１，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、必要に応じて冷却塔を用いて予め適正な温度に調整するとよい。第１及び第２吸収液Ａ１，Ａ２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）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。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の処理について、濃度３０質量％程度の吸収液が好適に使用される。
【００３５】
本発明においては、第１及び第２吸収液Ａ１，Ａ２として、同じ吸収剤を含んだ同質の吸収液を用ることも、或いは、１）吸収剤濃度の異なる吸収液、２）吸収剤の種類や含有組成割合が異なる吸収液を用いることも可能である。例えば、１）の形態では、再生塔２０における加熱温度が相対的に高い第２吸収液Ａ２の吸収剤濃度が第１吸収液より低くなるように設定することによって、第１再生部２２ａ（第１再生工程）での第２吸収液Ａ２の熱変質を抑制して耐熱性を高め、第１吸収液Ａ１は吸収能を高くすることができるので、耐熱性に難のある吸収剤の中から吸収性及び再生性（再生容易性）の良いものを選択して用いることが可能となる。２）の形態では、第１吸収部１２ａ（第１吸収工程）で処理するガスの二酸化炭素濃度が第２吸収部１２ｂ（第２吸収工程）より高く、二酸化炭素の吸収が容易な条件であるので、第１吸収液Ａ１については吸収液の再生性を優先し、ガスの二酸化炭素濃度が相対的に低い第２吸収部１２ｂで接触する第２吸収液Ａ２については、吸収性を優先して吸収剤を選択することによって、全体として吸収効率を低下させずに吸収液の再生を容易にして再生に要するエネルギーを削減することができる。再生性の良い吸収液を第１吸収液Ａ１として使用することにより、第２再生部２２ｂ（第２再生工程）における低めの温度での再生度が高まり、第１吸収部１２ａへ還流する吸収液をリーン液に近づけることができる。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るので、本発明においてこの手法を利用して第１及び第２吸収液を調製すると、各吸収液の特性を活かして吸収処理及び再生処理を効率よく実施できる。例えば、第１吸収液Ａ１として、ＭＤＥＡ又はＡＭＰの濃度が相対的に高く再生性の良い吸収液を使用し、第２吸収液Ａ２として、ＭＥＡの濃度が相対的に高く吸収性の高い吸収液を使用すると、再生エネルギーを削減する上で好ましい。
【００３６】
ガスＧの供給速度及び第１及び第２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／再生処理が繰り返し実行される。
【００３７】
二酸化炭素を吸収した第２吸収液Ａ２’は、第２供給路１７から第１再生部２２ａに供給されるが、この間に、再生塔２０から還流する第２吸収液Ａ２との熱交換によって加熱される（第２熱交換工程）。第１再生部２２ａにおいて外部熱により加熱される第２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吸収液Ａ２’の第２熱交換器３４の出口温度、つまり、第１再生部２２ａへの導入温度Ｔ２は、９０〜１２５℃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へ放出されるガスの温度ｔ１は、８５〜１１５℃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で加熱された第１吸収液Ａ１の温度Ｔ３は、８５〜１１５℃程度となる。第１熱交換器３３における熱交換（第１熱交換工程）によって、第２再生部２２ｂに導入される第１吸収液Ａ１’の温度Ｔ４は、８０〜１１０℃程度とすることができる。第２再生部２２ｂから放出されるガスの温度ｔ２は、１００℃以下に低下させることが可能である。
【００３８】
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ｔ２は、投入される第１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に含まれる吸収剤は減少し、排気管３８に設けられる機器や材料の吸収剤による腐食を防止できる。低い温度で吸収液の再生を進行させるには、吸収液の二酸化炭素含有量が高いことが重要であるが、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する第１吸収液は、相対的に二酸化炭素含有量が高くなり易いので、第２再生部２２ｂにおいてガスの熱を利用した再生を行う上で都合がよい。
【００３９】
再生塔２０底部に貯留される第２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すると、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適用すると、エネルギー効率上好ましい。尚、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、排気管３８からの排気を開閉弁（図示せず）等によって制御して圧力を高めた後に、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。
【００４０】
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によって直ぐに圧縮されて（圧縮行程）、圧力増加によりガス温度が上昇し、熱交換によって熱回収し易くなる。熱交換器４１による熱回収工程において、温度低下により回収ガス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。
【００４１】
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４１における熱交換処理において、再生塔２０から循環する一部の吸収液Ａ２を介して回収され、これが再生塔２０の第１再生部２２ａ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、スチームヒーター２４による再生塔２０の吸収液Ａ２の加熱に要する熱エネルギーが削減できる。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、第２還流路２９を流れる第２吸収液Ａ２に添加され（水供給工程）、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に伴って更に低下するので、吸収塔１０への導入に都合がよく、冷却器３６における冷却熱量の削減にも有効である。又、第１再生部２２ａから第２再生部２２ｂへの水蒸気の移行によって第２吸収液に起こり易い濃縮を補整する濃度調整を行う点でも、第２還流路２９への凝縮水の添加は好適である。尚、水供給路４５を分岐させて第１還流路２７にも接続するように変更すると、気液分離器４３の凝縮水の一部を分取して第１還流路２７の第１吸収液Ａ１の希釈に利用することができ、吸収液の濃度調整の自由度が高まる。
【００４２】
図２は、本発明の二酸化炭素の回収方法及びそれを実施する回収装置の第２の実施形態を示す。この回収装置２は、圧縮後の回収ガスＣと熱交換する吸収液の流路が第１の実施形態とは異なり、熱回収工程で回収される熱は、吸収塔１０から再生塔２０へ導入される直前の第２吸収液Ａ２’に供給される。
【００４３】
詳細には、第２供給路１７の第２熱交換器３４下流側から分岐して熱交換器４１ａを経て第２供給路１７に合流する循環路５１が設けられ、吸収塔１０の第２吸収部１２ｂから送出されて第２熱交換器３４を経た後の第２吸収液Ａ２’の一部は、直接再生塔２０に供給されずに、循環路５１を通って熱交換器４１ａにおける熱交換処理を経た後に第２供給路１７に還流して再生塔２０の第１再生部２２ａへ供給されるように構成されている。熱交換器４１ａは、排気管３８の圧縮された回収ガスＣと循環路５１の第２吸収液Ａ２’との熱交換を行うように設置される。従って、再生塔２０から排出される回収ガスＣから回収される熱は、第２吸収液Ａ２’を介して再生塔２０の第１再生部２２ａに供給される。
【００４４】
図２の回収装置２における熱回収工程では、吸収工程後の第２吸収液Ａ２’の一部を、再生工程に供給する前に回収ガスＣと熱交換しており、第２吸収液Ａ２’の第１再生部２２ａへの導入温度Ｔ２を図１の温度より高くすることができ、例えば、９５〜１３０℃程度とすることができる。これに伴って、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ｔ１、及び、第２再生部２２ｂで加熱された第１吸収液Ａ１の温度Ｔ３も高くすることができる。この実施形態は、第２熱交換器３４における熱交換を補う必要がある場合に有用であり、逆に、第２熱交換器３４の小型化が可能でもある。更にこれを強化する場合には、第２供給路１７が循環路５１を介して再生塔２０に接続されるように変更して、第２供給路１７の第２吸収液Ａ２’が全て熱交換器４１ａを経るように構成することができる。
【００４５】
図２の実施形態において、上記の点以外は、図１の実施形態と同様に構成されているので、説明は省略する。
【００４６】
図３は、本発明の二酸化炭素の回収方法及びそれを実施する回収装置の第３の実施形態を示す。この回収装置３も、圧縮後の回収ガスＣと熱交換する吸収液の流路が第１の実施形態とは異なり、熱回収工程で回収される熱は、吸収塔１０から再生塔２０の第２再生部２２ｂへ導入される直前の第１吸収液Ａ１’に供給される。
【００４７】
詳細には、第１供給路１５の第１熱交換器下流側から分岐して熱交換器４１ｂを経て第１供給路１５に合流する循環路５２が設けられ、吸収塔１０の第１吸収部１２ａから送出されて第１熱交換器３３を経た後の第１吸収液Ａ１’の一部は、直接再生塔２０に供給されずに、循環路５２を通って熱交換器４１ｂにおける熱交換処理を経た後に第１供給路１５に還流して再生塔２０の第２再生部２２ｂへ供給されるように構成されている。熱交換器４１ｂは、排気管３８の圧縮された回収ガスＣと循環路５２の第１吸収液Ａ１’との熱交換を行うように設置される。従って、再生塔２０から排出される回収ガスＣから回収される熱は、第１吸収液Ａ１’を介して再生塔２０の第２再生部２２ｂに供給される。
【００４８】
図３の回収装置３における熱回収工程では、吸収工程後の第１吸収液Ａ１’の一部を、再生工程に供給する前に回収ガスＣと熱交換しており、第２再生部２２ｂに導入される第１吸収液Ａ１’の温度Ｔ４を図１の温度より高くすることができ、例えば、８５〜１１５℃程度とすることができる。これに伴って、第２再生部２２ｂ底部の吸収液Ａ１の温度Ｔ３、及び、第２再生部２２ｂから放出されるガスの温度ｔ２も高くすることができる。この実施形態は、第１熱交換器３３における熱交換を補う必要がある場合に有用であり、逆に、第１熱交換器３３の小型化が可能でもある。更にこれを強化する場合には、第１供給路１５が循環路５２を通じて再生塔２０に接続されるように変更して、第１供給路１５の第１吸収液Ａ１’が全て熱交換器４１ｂを経るように構成することができる。
【００４９】
図３の実施形態において、上記の点以外は、図１の実施形態と同様に構成されているので、説明は省略する。
【００５０】
図４は、本発明の二酸化炭素の回収方法及びそれを実施する回収装置の第４の実施形態を示す。この回収装置４は、図１〜図３の構成を組みあわせたものであり、熱回収システムは、圧縮後の回収ガスＣが、再生塔２０底部の第２吸収液Ａ２、第１再生部２２ａに導入される直前の第２吸収液Ａ２’、及び、第２再生部２２ｂに導入される直前の第１吸収液Ａ１’の全てと順次熱交換するように構成される。
【００５１】
詳細には、再生塔２０から回収ガスＣを排出する排気管３８ａ上には、回収装置１〜３と同様に、再生塔２０と直接連通するように設けられる圧縮器４０と、再生塔２０底部の第２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と前記循環路５０の第２吸収液Ａ２との間で熱交換を行うように設置される熱交換器４１とが設けられ、回収ガスＣから凝縮する凝縮水を分離するための気液分離器４３も有する。更に、この実施形態では、排気管３８ａには、熱交換器４１と気液分離器４３との間に熱交換器４１ｃ及び熱交換器４１ｄが設けられ、熱交換器４１ｃは、排気管３８ａの回収ガスＣと第２供給路１７の第２吸収液Ａ２’との熱交換を行い、熱交換器４１ｃは、排気管３８ａの回収ガスＣと第１供給路１５の第１吸収液Ａ１’との熱交換を行う。再生塔２０の第２吸収液Ａ２は、熱交換器４１による熱交換後に再生塔２０の底部に還流され、第２供給路１７の第２吸収液Ａ２’は、熱交換器４１ｃによる熱交換後に第１再生部２２ａの上部へ投入され、第１供給路１５の第１吸収液Ａ１’は熱交換器４１ｄによる熱交換後に第２再生部２２ｂの上部へ投入される。圧縮された回収ガスＣから回収される熱は、循環路５０の第２吸収液Ａ２、第２供給路１７の第２吸収液Ａ２’、及び、第１供給路１５の第１吸収液Ａ１’に順次伝達され、これらを介して再生塔２０に供給される。熱交換器４１，４１ｃ、４１ｄでの熱交換において、回収ガスＣの温度は段階的に低下し、回収ガスＣに含まれる水蒸気が冷却凝縮して凝縮熱を放出するので、これらの熱交換器において圧縮熱と共に水の凝縮熱も回収される。
【００５２】
この構成では、第２吸収液Ａ２’の第２熱交換器３４の出口温度は、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４１ｃによって９５〜１３０℃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へ放出されるガスの温度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で加熱された第１吸収液Ａ１の温度Ｔ３は、８５〜１２０℃程度となる。第１熱交換器３３における熱交換によって第１吸収液Ａ１’の温度は８０〜１１０℃となり、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４１ｄによって８５〜１１５℃程度とすることができる。
【００５３】
図４において、熱回収システムによる熱回収を経た排気管３８ａ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。気液分離器４３は、水供給路４５によって第２還流路２９の冷却器３６下流側と接続され、気液分離器４３で分離された凝縮水は、圧力を開放する減圧弁４４によって適切な圧力に減圧調整されて、水供給路４５から第２還流路２９の冷却器３６下流側の第２吸収液Ａ２に添加され、吸収塔１０の第２吸収部１２ｂ上部に還流される。
【００５４】
図４の実施形態においても、図１〜図３の実施形態において可能な応用・変更を同様に施すことが可能である。又、熱交換器４１，４１ｃ、４１ｄの何れか１つを省略して２つの熱交換器のみで熱回収を行うように変更しても良い。図４の実施形態から２つの熱交換器を省略すると、図１〜図３の実施形態と同様になる。
【００５５】
上述のように、第１〜第４の実施形態において、第１及び第２吸収液Ａ１，Ａ２は、互いに独立して吸収塔１０と再生塔２０との間で循環し、第１再生部２２ａより低い温度で再生を行う第２再生部２２ｂを用いて２段階の再生工程を行うことによって、再生塔における熱エネルギーの利用効率が向上する。また、第１及び第２吸収液Ａ１，Ａ２のうち、第１吸収液Ａ１を補助吸収液として、第２吸収液Ａ２を主吸収液として捉えることができる。つまり、第１吸収液Ａ１の役割には、再生塔における熱エネルギーの回収再利用と共に、二酸化炭素濃度が高いガスが第２吸収液Ａ２に与える吸収負荷の低減が含まれる。換言すれば、図１〜図４の装置構成は、回収装置の処理適応性を高める上でも有効である。
【００５６】
第１〜第４の実施形態において、吸収塔１０における第１吸収部１２ａの充填材１１ａの充填容積α１と第２吸収部１２ｂの充填材１１ｂの充填容積α２との比α１／α２は、再生塔２０における第２再生部２２ｂの充填材２１ｂの充填容積β２と第１再生部２２ａの充填材２１ａの充填容積β１の比β２／β１に実質的に等しくなるように設計し、更に、第１吸収液の循環量γ１と第２吸収液の循環量γ２との比γ１／γ２を、上述の比α１／α２及びβ２／β１と実質的に等しくなるようにするとよい。前述したように、第１吸収液Ａ１は補助吸収液として見なすことができ、上記の比α１／α２及びγ１／γ２は、１／１０〜９／１０程度、好ましくは４／１０〜８／１０程度になるように設定すると、熱エネルギーを効率的に利用するのに都合がよい。
【００５７】
図４の実施形態における３つの熱交換器４１，４１ｃ，４１ｄの熱回収による影響を調べるために、３つの熱交換器４１，４１ｃ、４１ｄ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て、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３３，３４，及び、熱交換器４１，４１ｃ，４１ｄの熱交換性能（熱供給流体の入口温度と熱受領流体の出口温度との温度差）ΔＴを１０°［Ｋ］とし、前述の比α１／α２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。
【００５８】
（表１）
使用熱交換器の符号  再生エネルギーの割合
−                      ８４．６％
４１                      ７２．０％
４１ｃ                    ７６．８％
４１ｄ                    ８０．４％
４１＋４１ｃ                ７０．５％
４１＋４１ｄ                ６４．１％
４１ｃ＋４１ｄ              ７２．１％
４１＋４１ｃ＋４１ｄ        ６３．２％
基本構造                    １００％
【００５９】
表１から解るように、熱回収に使用する熱交換器を増加して熱の回収及び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４１，４１ｃ、４１ｄの比較においては、熱交換器４１を使用して再生塔２０底部の第２吸収液Ａ２に回収熱を供給するのが、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。
【００６０】
但し、２つの熱交換器を使用する場合において、熱交換器４１，４１ｄを用いる形態の方が、熱交換器４１，４１ｃ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４１ｃにおける回収ガスＣの入口温度と第２吸収液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。熱交換器４１ｄを使用した場合には、回収ガスＣと第１吸収液Ａ１’との入口温度の差において、熱交換性能が好適に発揮されるので、排気管３８ａへ放出される水蒸気量及び潜熱が増加しても熱は再度回収され、結果的に熱交換器４１ｃを使用する場合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変化する。或いは、排気管３８ａ上において熱交換器４１の下流側に追加の圧縮器を設けても変わり、追加の圧縮器による圧縮熱によって熱交換器４１ｃ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。上述から、図４の構成において、熱交換器４１と熱交換器４１ｃとの間、及び、熱交換器４１ｃと熱交換器４１ｄ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ことによって、熱交換器４１ｃ及び熱交換器４１ｄ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。
【００６１】
回収ガスＣから分離回収される凝縮水は、変動する吸収液の組成を補整するために使用することができ、必要に応じて、気液分離器４３の凝縮水の一部を分岐させて第２吸収液に添加するように変更しても良い。このような変更は、再生塔２０内の吸収液の組成変動の程度や回収凝縮水の量及び液温を考慮して適宜選択すればよい。吸収剤の消耗・漏洩等によって吸収剤の追加が必要な場合には、吸収塔へ導入する前の吸収液に凝縮水と共に添加して組成を調整することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
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熱エネルギーの低減が可能であり、操業費用の削減、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】
【００６３】
１，２，３，４  回収装置、  １０  吸収塔、  ２０  再生塔、
１１，１１ａ，１１ｂ，２１，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ  充填材、
１２ａ  第１吸収部、  １２ｂ  第２吸収部、  １３，２３  区画部材、
１４，１６，２６，２８，３２  ポンプ、
１５  第１供給路、  １７  第２供給路、  １８  冷却凝縮部、
２２ａ  第１再生部、  ２２ｂ  第２再生部、
２４  スチームヒーター、  ２５，５０，５１，５２  循環路、
２７  第１還流路、  ２９  第２還流路、
３１，３５，３６，４２  冷却器、
３３  第１熱交換器、  ３４  第２熱交換器、
３７  凝縮部、  ３８，３８ａ  排気管、
４０  圧縮器、  ４０Ｍ  モーター、
４１，４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ  熱交換器、
４３  気液分離器、  ４４  減圧弁、
４５  水供給路、  ４６  圧力計、
Ｇ，Ｇ’  ガス、  Ｃ  回収ガス、
Ａ１，Ａ１’  第１吸収液、  Ａ２，Ａ２’  第２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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