(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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吸収液を加熱し、二酸化炭素を放出させて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
を有し、
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二酸化炭素の回収装置。
【請求項２】
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】
前記支流系を流通する吸収液が前記第２再生部へ供給される温度は、前記循環系を循環する吸収液が前記第１再生部へ供給される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配置される請求項１に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項５】
前記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４に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項６】
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有し、前記タンクにおいて前記支流系の第３流路を流通する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１再生部から前記第２吸収部へ吸収液を還流する分岐した第１流路及び第２流路を有し、
前記循環機構は、第１熱交換器、第２熱交換器及び第３熱交換器を有し、前記第１熱交換器は、前記循環系において第１再生部から前記第２吸収部へ吸収液を還流する第１流路と前記支流系の前記第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第２流路の吸収液との間で熱交換を行い、前記第３熱交換器は、前記循環系の前記第１流路における前記第１熱交換器より下流側で、前記支流系の前記第２流路との間の熱交換を行うように各々配置される請求項１に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項８】
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１〜７の何れか一項に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項９】
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１〜８の何れか一項に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項１０】
前記再生塔は、更に、前記第２再生部から放出されるガスの熱によって加熱する第３再生部を有し、前記循環機構の支流系は、吸収液が前記第１吸収部と前記第２再生部との間に前記第３再生部を経由するように設けられる請求項１〜８の何れか一項に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項１１】
前記再生塔は、更に、前記第２再生部から放出されるガスの熱によって加熱する第３再生部を有し、前記循環機構の支流系は、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３再生部を順次経由して第１再生部に向かうように前記支流系から分岐する追加の支流系を有する請求項１〜８の何れか一項に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項１２】
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
を有し、
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二酸化炭素の回収方法。
【請求項１３】
前記第２再生工程は外部加熱手段を用いない請求項１２に記載の二酸化炭素の回収方法。
【請求項１４】
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１２又は１３に記載の二酸化炭素の回収方法。
【請求項１５】
第１熱交換工程及び第２熱交換工程を有し、前記第１熱交換工程は、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工程の吸収液との間で熱交換を行い、前記第２熱交換工程は、前記循環工程における、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請求項１２に記載の二酸化炭素の回収方法。
【請求項１６】
前記循環工程において前記第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１５に記載の二酸化炭素の回収方法。
【請求項１７】
前記循環工程は、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工程及び第２工程を有し、
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、前記循環工程において第１再生工程から前記第２吸収工程へ還流する第１工程の吸収液と前記支流工程の前記第３工程における吸収液との間で熱交換を行い、前記第２熱交換工程では、前記循環工程において、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第２工程の吸収液との間で熱交換を行い、前記第３熱交換工程では、前記循環工程の前記第１工程における前記第１熱交換工程の後の吸収液と、前記支流工程の前記第２工程の吸収液との間で熱交換を行う請求項１２に記載の二酸化炭素の回収方法。
【請求項１８】
前記循環工程は、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熱交換工程を有する請求項１２〜１７の何れか一項に記載の二酸化炭素の回収方法。
【請求項１９】
前記再生処理は、更に、前記第２再生工程で放出されるガスの熱によって吸収液を加熱する第３再生工程を有し、前記支流工程において、前記第１吸収工程と前記第２再生工程との間に前記第３再生工程が施される請求項１２〜１８の何れか一項に記載の二酸化炭素の回収方法。
【請求項２０】
前記再生処理は、更に、前記第２再生工程で放出されるガスの熱によって吸収液を加熱する第３再生工程を有し、前記支流工程は、前記第１吸収工程の後の吸収液の一部が、前記第３再生工程を経由した後に第１再生工程に供給されるように吸収液を分流する追加の支流工程を有する請求項１２〜１８の何れか一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。
【０００４】
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。
【０００５】
また、吸収液から二酸化炭素を回収する際に要する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。
【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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
再生工程において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。しかし、上述の先行技術は、顕熱又は反応熱に関連する技術であり、潜熱に関するエネルギーは、回収二酸化炭素に含まれる水蒸気と共に排出される。従って、エネルギー効率の改善には未だ余地がある。
【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。
【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。
【００１１】
更に、本発明の課題は、既存の二酸化炭素の回収装置に変更を加えることによって、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構成を有する二酸化炭素の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】
【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、吸収工程及び再生工程の各々を少なくとも２段階に区分し、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により、２つの二酸化炭素の吸収／回収サイクルを実施するように構成することを見出し、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吸収液を加熱し、二酸化炭素を放出させて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を有し、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し、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。１つの吸収液が循環するので、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、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・変更が行い易いので、安定的に吸収液を利用することができ、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。
【図６】本発明に係る二酸化炭素の回収装置の第６の実施形態を示す概略構成図。
【図７】本発明に係る二酸化炭素の回収装置の第７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、吸収液を循環させる循環路も２つの経路に分離すると、熱交換率を下げずに、排出ガスに含まれる熱量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エネルギー源を利用して積極的に加熱して十分にリーン液まで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ガスからの放出回収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、各組において循環する吸収液間の熱交換を各々行うように構成することによって、二酸化炭素は効率よく回収され、熱エネルギーの利用効率が高められる。
【００１９】
上記の構成においては、２つの吸収液の循環路は互いに独立しているが、一方の吸収液から気化した水蒸気の凝縮水分が他方の吸収液に移行することによって２つの吸収液に濃度の開きが生じ易い性質がある。この点は、各塔の排出ガスから回収される水分を用いて補正することが可能であるが、この点を解消可能な改良策を見出した。
【００２０】
本発明では、上述の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した循環機構を採用する。つまり、２つの循環路を部分的に結合して、分岐した部分において生じ得る吸収液の濃度変動を合流によって解消する。
【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、吸収塔１０の第２吸収部１２ｂ上部から吸収液が供給されると、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。吸収液の流路はタンク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、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、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底部１０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、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外に付設さ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。これにより、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。
【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。又、上記循環系の吸収液の一部を流路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、上記循環路における第２吸収部１２ｂから分岐して第１吸収部１２ａ及び第２再生部２２ｂを経由し、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、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。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、直接接触液式等の様々な種類があり、本発明において、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ガスは、再生塔２０上部の冷却凝縮部３７を通過した後に、頂部から排気管３８を通って排出され、冷却水を用いた冷却器３９によって充分に冷却して含まれる水蒸気等を可能な限り凝縮し、気液分離器４０によって凝縮水を除去した後に回収ガスＣとして回収される。冷却凝縮部３７は、ガスに含まれる水蒸気を凝縮させて放出を抑制し、また、吸収剤の放出も抑制する。回収ガスＣに含まれる二酸化炭素は、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。気液分離器４０において分離された凝縮水は、ポンプ４１によって所定流量で流路４２から再生塔２０の冷却凝縮部３７上へ供給され、冷却水として機能する。
【００３２】
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、吸収液は所定濃度に維持される。
【００３３】
第２熱交換器３０として、熱交換性能が高い熱交換器を用いると、第２熱交換器３０から第１再生部２２ａへ至る流路Ｌ２中の吸収液（Ａ１’＋Ａ２’）においては、温度上昇による二酸化炭素の気泡が生じ易くなり、気泡が伝熱の障害となって温度差（Ｔ１−Ｔ２）の縮小を妨げる場合が生じ得る。このような場合には、吸収液を加圧状態で第２熱交換器３０に投入することで起泡を抑制することが可能であり、吸収液の温度上昇の妨げが解消される。従って、リーン液の熱交換器入口温度とセミリッチ（又はセミリーン）液の熱交換器出口温度との温度差は、熱交換性能を反映して縮小され、熱交換器で与えられる熱エネルギーは効率的に再生工程に供給される。熱交換時の上記温度差は、概して１０℃未満、好適には３℃程度に温度差を設定可能であり、吸収液に加えられた圧力は、再生工程に投入する際に開放すると、二酸化炭素の放出促進にも有効である。吸収液を加圧状態で第２熱交換器３０に投入するには、例えば、第２熱交換器３０と再生塔２０との間の流路Ｌ２上（例えば、第１再生部２２ａへの導入口近辺）に背圧弁を設けることによって、ポンプ１６，２７の駆動力を利用して加圧することができ、圧力センサーを用いた圧力調節も可能である。同様にして、第１熱交換器２９を流れる吸収液についても、加圧によって起泡を抑制して第２再生部２２ｂへ供給する吸収液Ａ１が温度上昇し易くすることができる。加圧状態の吸収液が再生塔への導入時に圧力開放されると、二酸化炭素の放出が促進され、その際に潜熱が消費されるので、放出ガスの温度低下に寄与する効果もある。
【００３４】
図１の回収装置１において実施される回収方法について説明する。
【００３５】
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、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、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。
【００３６】
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／再生処理が繰り返し実行される。
【００３７】
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、吸収液Ａ２’の他部は、タンク１４から第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再生工程を経由した後に、吸収液Ａ１’（セミリーン液）として流路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。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熱交換工程における熱交換器出口の吸収液（Ａ２’＋Ａ１’）の温度、つまり、第２再生部２２ａへの導入温度Ｔ２は、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で加熱された吸収液Ａ１’の温度Ｔ３は、８５〜１１５℃程度となる。この吸収液Ａ１’は、タンク２４から流路Ｌ２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、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】
吸収液が流路Ｌ１，Ｌ２，Ｌ７によって形成される循環系を循環する循環工程において分流前及び合流後の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又は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の二酸化炭素量及び吸収液の吸収・再生特性等を考慮して適宜設定され、第２再生部２２ｂでの熱回収量の観点から、概して１／１０〜９／１０程度が適正であり、３／１０〜８／１０程度となるように設定すると好ましい。又、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。
【００３９】
第１及び第２熱交換器２９，３０を流れる吸収液Ａ１及び吸収液（Ａ１’＋Ａ２’）の少なくとも一方について加圧する場合は、１５０ｋＰａＧ以上、好ましくは２００ｋＰａＧ以上、より好ましくは２５０ｋＰａＧ以上の一定圧（但し、器機等の耐圧性を考慮し、９００ｋＰａＧ程度以下）に調節するとよい。
【００４０】
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ので、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、吸収液は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。
【００４１】
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、冷却凝縮部３７を通過する回収ガスに含まれる水蒸気及び潜熱は減少し、熱エネルギーのロスが減少する。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した吸収液Ａ２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において回収熱を利用した再生を行う上で好適である。
【００４２】
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を、主たる吸収−再生を行う循環系として、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を低減する支流系が形成される。従って、図１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。
【００４３】
二酸化炭素の回収に要する再生エネルギーのプロセスシミュレータを用いた計算において、吸収液として３０％ＭＥＡ水溶液を用いて二酸化炭素含有ガスを二酸化炭素回収率９０％で処理することを前提として、従来の吸収塔及び再生塔を有する回収装置における熱交換器の熱交換率による影響を評価すると、熱交換器における熱交換性能（還流路の熱交換入口温度と供給路の熱交換出口温度との差として表示）を１０℃から３℃へ向上させた時、再生塔のリッチ液導入温度は７℃上昇して（１１８℃と想定）、再生エネルギーは、温度上昇に要する顕熱分の減少によって、４．１ＧＪ／ｔ-ＣＯ２程度から３．９ＧＪ／ｔ-ＣＯ２程度に低下する。本発明の構成を評価するために、回収装置を図１の装置構造に変更するに当たって、新たな吸収部及び再生部を第１吸収部及び第２再生部として追加し、吸収液の循環系から分岐する支流系を設けて第１吸収部及び第２再生部を経由した後に合流するように構成すると、再生エネルギーは、蒸発潜熱の減少分の寄与によって３．２ＧＪ／ｔ-ＣＯ２程度に削減可能である。更に、再生塔内を３つの再生部に区分して後述の図６の回収装置６の構造に変更すると、再生エネルギーは３．１ＧＪ／ｔ-ＣＯ２程度に減少可能である。又、図１の装置構成において使用する吸収液を、再生性の良いものに変更すると、２．３ＧＪ／ｔ-ＣＯ２程度にまで低減することができる。
【００４４】
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、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用いた熱交換によって加熱する。第３熱交換器３４で加熱された吸収液は、流路Ｌ２の吸収液と合流して第１再生部２２ａに供給される。
【００４５】
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な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。つまり、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の役割が第３熱交換器３４によって分担される。従って、第２熱交換器３０として、より小型のものを使用することができる。
【００４６】
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。
【００４７】
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、回収装置３では、第２吸収部１２ｂの液溜まりから流路Ｌ１によって吸収塔１０外へ導出される吸収液Ａ２’を２つに分流する支流系の分岐点は、タンクではなく流路Ｌ１上に設けられ、第１吸収部１２ａ及び第２再生部２２ｂを経由する支流系の合流点は、流路Ｌ２上ではなくタンク１４’となる。これにより、図３の回収装置３のタンク１４’は、図１の回収装置１のタンク１４及びタンク２４を統合してタンク２４を省略するように構成され、その結果、図１のポンプ２７も省略されている。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。
【００４８】
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の分岐点に設けられる三方弁４３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４３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’を供給するためのポンプは不要となる。
【００４９】
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’によって流出する吸収液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。
【００５０】
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吸収部と第１再生部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Ａ１，Ａ１’が流路Ｌ３’，Ｌ４，Ｌ６’を通じて上記循環系から分流し、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。
【００５１】
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、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。
【００５２】
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、第２熱交換器３０を小型化できる。
【００５３】
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。具体的には、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、熱交換器２９において一旦冷却された後に流路Ｌ２に合流して熱交換器３０において再度加熱されるが、冷却されずに流路Ｌ２に合流すると、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に至る流路Ｌ７から支流路Ｌ７’を分岐させて、支流路Ｌ７’との熱交換を利用してタンク２４の吸収液Ａ１’を加熱して流路Ｌ２に合流させる。
【００５４】
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Ｌ６の熱交換器３０による加熱温度と同等になる。従って、流路Ｌ２上の熱交換器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’に近い温度になるので、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の熱交換器２９と同等となる。
【００５５】
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’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、第２熱交換器３０を更に小型化できる。
【００５６】
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の回収装置における吸収塔１０は、独立した２つの吸収塔によって構成されて、第１及び第２吸収部は各吸収塔に各々分配され、再生塔２０は、独立した２つの再生塔によって構成されて、第１及び第２再生部は各再生塔に各々分配される。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、既存の回収装置に新たな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。
【００５７】
具体的には、吸収塔１０Ａは、第１吸収部１２ａ及び区画部材１３がない点以外は図１の吸収塔１０と同様の構成であり、再生塔２０Ａは、図１の再生塔２０の第１再生部２１ａから下方の部分のみで構成される。又、吸収塔１０Ｂは、図１の吸収塔１０の第１吸収部１１ａから下方の部分のみで構成され、再生塔２０Ｂは、第１再生部２２ａ及び区画部材２３がない点以外は図１の再生塔２０と同様の構成である。吸収塔１０Ｂの頂部と吸収塔１０Ａの下部とが配管４４によって接続され、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は、吸収塔１０Ｂの第１吸収部１１ａ及び吸収塔１０Ａの第２吸収部１１ｂを順次通過し、二酸化炭素が除去されたガスＧ’は吸収塔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４５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４５を通って再生塔２０Ｂの下部に供給され、再生塔２０Ｂの頂部に接続される排気管３８から冷却器３９及び気液分離器４０を介して排出される。
【００５８】
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及び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Ｌ１０を通って吸収塔１０Ｂへ供給されて第１吸収部１１ａで二酸化炭素を吸収し、吸収塔１０Ｂ底部の吸収液Ａ１（リッチ液）は、流路１１を通って再生塔２０Ｂに供給されて第２再生部２２ｂで再生された後に、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８へ還流して第１再生塔２０Ａの第１再生部２２ａに供給される。従って、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。
【００５９】
図５の実施形態では、吸収塔１０Ａ及び再生塔１０Ｂ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、タンク１４，２４は不要となる。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。
【００６０】
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２熱交換器３０を小型化できる。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からの排熱によって加熱するように熱交換器を設けて、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Ｌ１２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からの排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は排熱を利用して供給される。
【００６１】
図６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６の実施形態を示す。回収装置６において、吸収塔１０は、図１と同様に２つの吸収部を有するが、再生塔２０’は３つの再生部２２ａ，２２ｂ，２２ｃを有し、充填材２１’は、３つの再生部の各々に装填される。第２再生部２２ｂと第３再生部２２ｃとの間には、前述の区画部材１３，２３と同様の構造を有する区画部材２３’が介在する。この実施形態においては、循環系は、図１の実施形態と同様であり、第２吸収部１２ｂと第１再生部２２ａとを吸収液Ａ２，Ａ２’が循環して第２熱交換器３０において熱交換するが、支流系は、タンク１４の吸収液Ａ２’が、第１吸収部１２ａから第２再生部２２ｂへ供給される前に、第３再生部２２ｃを経由するように構成される。このために、第３再生部２２ｃで再生された吸収液を貯留するためのタンク２４’が追加され、図１の第１熱交換器２９の代わりに２つの熱交換器２９ａ，２９ｂを用いて、第３再生部２２ｃの吸収液がタンク２４’を介して第２再生部２２ｂへ供給される間に、熱交換器２９ａ、２９ｂを通過するように接続される。
【００６２】
具体的には、支流系において、タンク１４から吸収塔１０に供給される吸収液Ａ２’は、第１吸収部１２ａにおいて二酸化炭素を吸収して底部に貯留され、底部の吸収液Ａ１（リッチ液）は、再生塔２０’の第３再生部２２ｃに供給されて二酸化炭素を放出し、区画部材２３’の液溜まりに貯留され、液溜まりの吸収液Ａ１’は、流路Ｌ５ａを通じてタンク２４’へ供給される。タンク２４’の吸収液Ａ１’は、ポンプ２７’によって流路Ｌ６ａを通じて第２再生部２２ｂへ供給される。第２再生部２２ｂで更に二酸化炭素を放出して区画部材２３の液溜まりに貯留した吸収液Ａ１”は、流路Ｌ５ｂを通じてタンク２４に貯留され、ポンプ２７によって流路Ｌ６ｂを通じて循環系の流路Ｌ２へ供給された後、第１再生部２２ａへ供給される。この間に、タンク２４’から流路Ｌ６ａを流れる吸収液Ａ１’は、先ず、熱交換器２９ａにおいて、流路Ｌ４ａの吸収液Ａ１と熱交換し、更に熱交換器２９ｂにおいて、タンク２４から流路Ｌ６ｂを流れる吸収液Ａ１”と熱交換する。支流系を流れる吸収液は、二酸化炭素量が減少する２つの再生工程を経て、リッチ液である吸収液Ａ２からセミリーンの吸収液Ａ１’及び吸収液Ａ１”に順次変化し、流路Ｌ２に合流してセミリッチの吸収液Ａ２’と共に第１再生部２２ａに供給されて十分に再生され、リーン液である吸収液Ａ２となる。
【００６３】
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２９ａから第２再生部２２ｂへ導入される吸収液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。更に、第２再生部２２ｂから放出されるガスによって第３再生部２２ｃで加熱された吸収液Ａ１’の温度をＴ５とし、熱交換器２９ａから第３再生部２２ｃ上部に導入される吸収液Ａ１の温度をＴ６、第３再生部２２ｃから放出されるガスの温度をｔ３とすると、ｔ２＞Ｔ５＞Ｔ６、ｔ２＞ｔ３となる。図６の回収装置６における温度Ｔ１〜Ｔ４及びｔ１，ｔ２が、図１の回収装置１において対応する温度Ｔ１〜Ｔ４，ｔ１，ｔ２と同じであると、再生部から放出されるガスの温度はｔ２からｔ３へ低下して顕熱の外部放出が更に抑制される。この時、水蒸気の凝縮も起こり、第３再生部２２ｃから放出されるガスに含まれる水蒸気量が更に減少して潜熱の外部放出も抑制される。従って、第３再生部２２ｃにおいて回収される熱によって再生が行われ、熱量の回収利用が更に進行する。
【００６４】
流路Ｌ６ａを流れる吸収液Ａ１’の温度は、熱交換器２９ａにおいて、Ｔ４から吸収液Ａ１の温度近くに一旦冷却された後、熱交換器２９ｂにおいて、吸収液Ａ１”の温度Ｔ３近くに加熱される。タンク２４の吸収液Ａ１”は、熱交換器２９ｂにおいて、流路Ｌ６ａの吸収液Ａ１’との熱交換により吸収液Ａ１の温度近くに冷却されて流路Ｌ２の吸収液Ａ２’と合流する。
【００６５】
吸収液が流路Ｌ１，Ｌ２，Ｌ７によって形成される循環系を循環する循環工程において分流前及び合流後の流路を吸収液が流れる流量を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，Ｌ４ａ〜Ｌ６ａ，Ｌ５ｂ〜Ｌ６ｂを流れる吸収液の流量をΔＳとした時の、流量Ｓに対する流量ΔＳの比率ΔＳ／Ｓは、この実施形態においてもガスＧの二酸化炭素量及び吸収液の吸収・再生特性等を考慮して適宜設定され、第２再生部２２ｂ及び第３再生部２２ｃでの熱回収量の観点から、概して１／１０〜９／１０程度が適正であり、３／１０〜８／１０程度となるように設定すると好ましい。
【００６６】
図６の回収装置６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６の回収装置６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Ｌ２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を小型化できる。或いは、流路Ｌ６ｂにおいて、熱交換器２９ｂを経た吸収液Ａ１”を、流路Ｌ２に合流させる前に、スチームヒーター２５からの排熱によって加熱するように熱交換器を設けて、流路Ｌ６ｂと流路Ｌ２との合流点を第２熱交換器３０より下流に変更してもよい。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Ｌ７から分岐する支流路を設けて、流路Ｌ６ｂ及び流路Ｌ６ａと順次熱交換するように変更し、流路Ｌ６ｂの吸収液Ａ１”は流路Ｌ６ａと熱交換せずに流路Ｌ２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、熱交換器２９ａ，２９ｂの代わりに、スチームヒーター２５からの排熱によって加熱する３つの熱交換器を設けて、上流側（高温）熱交換器において流路Ｌ６ｂの吸収液Ａ１”と熱交換し、中流側（中温）熱交換器において流路Ｌ６ａの吸収液Ａ１’と熱交換し、下流側（低温）熱交換器において流路Ｌ４ａの吸収液Ａ１と熱交換し、上流側（高温）熱交換器を通過した流路Ｌ６ｂが流路Ｌ２の第２熱交換器３０より下流に合流するように接続することによって、タンク２４の吸収液Ａ１”及びタンク２４’の吸収液Ａ１’は、冷却されずにそのまま加熱されて第１再生部２２ａ及び第２再生部２２ｂに各々供給され、支流系で消費する熱エネルギーは排熱を利用して供給される。
【００６７】
図７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７の実施形態を示す。回収装置７において、吸収塔１０及び再生塔２０’は図６と同様であり、再生塔２０’は３つの再生部２２ａ，２２ｂ，２２ｃを有するが、支流系における第２再生部２２ｂ及び第３再生部への吸収液の供給形態が異なる。つまり、図６においては、吸収塔１０底部から第３再生部２２ｃ及び第２再生部２２ｂへの吸収液Ａ１の供給流路は直列であるが、図７においては、支流系から更に分岐する追加の支流系を有し、第２再生部２２ｂ及び第３再生部２２ｃへの供給流路は並列である。従って、支流系において、第１吸収部１２ａを経た吸収液Ａ１は、２つに分配されて，各々、第２再生部２２ｂ又は第３再生部２２ｃを経由して循環系に合流する。
【００６８】
具体的には、図６と同様に第３再生部２２ｃで再生された吸収液を貯留するためのタンク２４’が設けられ、図１の第１熱交換器２９の代わりに２つの熱交換器２９ｃ，２９ｄを用いる。吸収塔１０底部と第３再生部２２ｃの上部とを接続する流路Ｌ４ａから分岐して第２再生部２２ｂの上部に接続される流路Ｌ４ｂが設けられ、吸収塔１０底部の吸収液Ａ１は、第２再生部２２ｂ及び第３再生部２２ｃに分配供給される。第３再生部２２ｃの下部は、流路Ｌ５ｃによってタンク２４’と接続され、タンク２４’は、ポンプ２７’を配置した流路Ｌ６ｃによって流路Ｌ２と接続される。又、第２再生部２２ｂの下部は、流路Ｌ５ｄによってタンク２４と接続され、タンク２４は、ポンプ２７を配置した流路Ｌ６ｄによって流路Ｌ６ｃと接続される。従って、第３再生部２２ｃの液溜まりからタンク２４’に供給される吸収液Ａ１’は、ポンプ２７’によって流路Ｌ６ｃから流路Ｌ２へ合流し、第２再生部２２ｂの液溜まりからタンク２４へ供給される吸収液Ａ１”は、ポンプ２７によって流路Ｌ６ｄから流路Ｌ６ｃに合流し、吸収液Ａ１’と共に流路Ｌ２へ供給される。熱交換器２９ｃは、流路Ｌ４ａと流路Ｌ６ｃとの間で熱交換を行い、熱交換器２９ｄは、流路Ｌ４ｂと流路Ｌ６ｄとの間で熱交換を行うように配置される。
【００６９】
流路Ｌ４ａを通る吸収液Ａ１は、熱交換器２９ｃでの熱交換によって加熱された後に第３再生部２２ｃへ供給され、第３再生部２２ｃにおける気液接触によって二酸化炭素を放出した後に、区画部材２３’の液溜まりに貯留する。液溜まりの吸収液Ａ１’は、流路Ｌ５ｃ，Ｌ６ｃを通り、熱交換器２９ｃにおいて冷却された後、流路Ｌ２の吸収液Ａ２’と合流する。流路Ｌ４ｂを通る吸収液Ａ１は、熱交換器２９ｄでの熱交換によって加熱された後に第２再生部２２ｂへ供給され、第２再生部２２ｂにおける気液接触によって二酸化炭素を放出した後に、区画部材２３の液溜まりに貯留する。液溜まりの吸収液Ａ１”は、流路Ｌ５ｄ，Ｌ６ｄを通り、熱交換器２９ｄにおいて冷却された後に、流路Ｌ６ｃの吸収液Ａ１’と共に流路Ｌ２の吸収液Ａ２’と合流する。流路Ｌ２において合流した吸収液Ａ１’，Ａ１”，Ａ２’は、第２熱交換器３０において、流路Ｌ７の吸収液Ａ２との熱交換によって加熱され、第１再生部２２ａ上部に供給される。
【００７０】
吸収液が流路Ｌ１，Ｌ２，Ｌ７によって形成される循環系を循環する循環工程において分流前及び合流後の流路を吸収液が流れる流量をＳとし、支流工程において第２再生部２２ｂへ供給される吸収液の流量をΔＳ１、追加の支流工程において第３再生部２２ｃへ供給される吸収液の流量をΔＳ２とした時の、流量Ｓに対する流量ΔＳ１，ΔＳ２の比率ΔＳ１／Ｓ及びΔＳ２／Ｓは、同様にガスＧの二酸化炭素量及び吸収液の吸収・再生特性等を考慮して適宜設定され、第２再生部２２ｂ及び第３再生部２２ｃでの熱回収量の観点から、ΔＳ１／Ｓは、概して１／１０〜８／１０程度、好ましくは２／１０〜６／１０程度となるように設定するとよく、ΔＳ２／Ｓは、概して１／１０〜８／１０程度、好ましくは２／１０〜６／１０程度となるように設定するとよい。
【００７１】
図７の回収装置７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及び図６の回収装置６と同様であるので、その説明は省略する。図７の回収装置７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Ｌ２を通じて第１再生部２２ａに供給される吸収液（Ａ１’＋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を小型化できる。或いは、合流前の流路Ｌ６ｃ，Ｌ６ｄ、又は、流路Ｌ６ｄが合流した後の流路Ｌ６ｃの吸収液（Ａ１’，Ａ１”）を、流路Ｌ２に合流させる前に、スチームヒーター２５からの排熱によって加熱するように熱交換器を設けて、流路Ｌ６ｃ，Ｌ６ｄと流路Ｌ２との合流点を第２熱交換器３０より下流に変更してもよい。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Ｌ７から分岐する支流路を設けて、流路Ｌ６ｄ、流路Ｌ６ｃ、流路Ｌ４ｂ及び流路Ｌ４ａと順次熱交換するように変更し、流路Ｌ６ｃ，Ｌ６ｄの吸収液Ａ１’，Ａ１”は流路Ｌ４ａ，Ｌ４ｂと熱交換せずに流路Ｌ２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、熱交換器２９ｃ，２９ｄの代わりに、スチームヒーター２５からの排熱によって加熱する４つの熱交換器を設けて、上流側（高温）の熱交換器から順に、流路Ｌ６ｄの吸収液Ａ１”、流路Ｌ４ｂの吸収液Ａ１、流路Ｌ６ｃの吸収液Ａ１’、及び、流路Ｌ４ａの吸収液Ａ１と各々熱交換し、熱交換器を通過した流路Ｌ６ｃ，Ｌ６ｄの吸収液Ａ１’，Ａ１”が流路Ｌ２の第２熱交換器３０より下流に合流するように接続することによって、タンク２４の吸収液Ａ１”及びタンク２４’の吸収液Ａ１’は、冷却されずにそのまま加熱されて第１再生部２２ａ及び第２再生部２２ｂに各々供給され、支流系で消費する熱エネルギーは排熱を利用して供給される。
【００７２】
図７の回収装置７において、第３再生部２２ｃの吸収液Ａ１’の温度Ｔ５は、第２再生部２２ｂの吸収液Ａ１”の温度Ｔ３より低く、それにより再生度も低くなるので、図７の回収装置７において流路Ｌ２に合流する吸収液（Ａ１’＋Ａ１”）の再生度は平均化され、図６の回収装置６における吸収液Ａ１”の再生度より低下する。この点に関して改善する一形態として、吸収塔１０についても３つの吸収部に区画して第１及び第２吸収部の上側に第３吸収部を配置し、１つの循環系と２つの支流系とを構成する形態が挙げられる。具体的には、第３吸収部−第１再生部間を循環する循環系と、この循環系から分岐・合流する２つの支流系のうちの一方は、第３吸収部から第２吸収部−第２再生部を経て第１再生部に至り、他方は、第３吸収部から第１吸収部−第３再生部を経て第１再生部に至るように流路を接続する。二酸化炭素を含有するガスＧは、第１吸収部から第２吸収部を経て、第３吸収部から外部へ排出される。外部から供給される熱により第１再生部において放出される二酸化炭素を含むガスは、第２再生部を経て第３再生部から外部へ排出される。
【００７３】
或いは、第３吸収部−第１再生部間を循環する循環系から分岐・合流する２つの支流系のうちの一方は、第３吸収部から第２吸収部−第２再生部を経て第１再生部に至るが、他方は、上記支流系から更に分岐・合流し、第２吸収部から第１吸収部−第３再生部を経て第２再生部に至るように流路を接続してもよい。
【００７４】
同様にして、吸収塔及び再生塔内を、各々、４部以上の吸収部及び再生部に区画して複数種の吸収液を循環させるように構成することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
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】
【００７６】
１，２，３，４，５，６，７：回収装置、  １０：吸収塔、
１１，１１ａ，１１ｂ，２１，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ：充填材、
１２ａ：第１吸収部、  １２ｂ：第２吸収部、  １２ｃ：第３吸収部
１３，２３，２３’：区画部材、  １４，２４，２４’：タンク、
１５、３１，３３，３９：冷却器、  １９，３７：冷却凝縮部、
１６，１７，１８，２７，２７’，２８，３２，４１：ポンプ、
２０，２０’：再生塔、  ２２ａ：第１再生部、  ２２ｂ：第２再生部、
２２ｃ：第３再生部、  ２５：スチームヒーター、  ２６：循環路、
２９：第１熱交換器、  ３０：第２熱交換器、  ３４：第３熱交換器、
２９ａ〜２９ｄ，３５ａ，３５ｂ：熱交換器、  ３８：排気管、
４０：気液分離器、  ４２：流路、  ４３：三方弁、  ４４，４５：配管、
Ｌ１〜Ｌ１２，Ｌ３’，Ｌ４ａ，Ｌ４ｂ，Ｌ５ａ〜Ｌ５ｄ：流路、
Ｌ６’，Ｌ６”，Ｌ６ａ〜Ｌ６ｄ：流路、  Ｌ２’，Ｌ７’：支流路、
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ２’：通気管、  Ｇ、Ｇ’：ガス、  Ｃ：回収ガス、
Ａ１，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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【図６】
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【図７】
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