(57)【要約】【課題】酸性化合物を分離回収するために必要なエネルギーを低減させる。【解決手段】ガス処理方法は、二酸化炭素等の酸性化合物を含む被処理ガスと酸性化合物を吸収する処理液とを吸収器１２内で接触させる吸収工程と、酸性化合物を吸収した処理液を再生器１４に送り、処理液を加熱して当該処理液から酸性化合物を分離する再生工程と、を含む。再生工程において、水素ガス等の処理液にほぼ溶解しないガスと処理液とを接触させる。【選択図】図１
2019098226.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸性化合物を含む被処理ガスと前記酸性化合物を吸収する処理液とを吸収器内で接触させる吸収工程と、
前記酸性化合物を吸収した前記処理液を再生器に送り、前記処理液を加熱して当該処理液から酸性化合物を分離する再生工程と、を含み、
前記再生工程において、前記処理液にほぼ溶解しないガスと前記処理液とを接触させる、ガス処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載のガス処理方法において、
前記吸収器で発生する反応熱を前記再生器へ熱輸送する熱輸送手段が用いられる、ガス処理方法。
【請求項３】
請求項１に記載のガス処理方法において、
前記吸収器と前記再生器との間で直接的に熱交換する、ガス処理方法。
【請求項４】
請求項１から３の何れか１項に記載のガス処理方法において、
前記再生器の温度に対する前記吸収器の温度の温度差が−２０℃〜３０℃である、ガス処理方法。
【請求項５】
請求項１から４の何れか１項に記載のガス処理方法において、
前記再生工程において、前記処理液１ｇ当たり０．０５リットル以上の前記ガスを前記再生器に導入する、ガス処理方法。
【請求項６】
請求項１から５の何れか１項に記載のガス処理方法において、
前記処理液は、前記酸性化合物を吸収することにより、酸性化合物の含有率の異なる相に相分離する処理液である、ガス処理方法。
【請求項７】
酸性化合物を含む被処理ガスと、前記酸性化合物を吸収する処理液とを用い、前記被処理ガスから酸性化合物を分離するガス処理装置であって、
前記処理液に前記被処理ガスを接触させる吸収器と、
前記吸収器において前記被処理ガスと接触した前記処理液を加熱して酸性化合物を分離させる再生器と、
前記吸収器に、前記処理液にほぼ溶解しないガスを供給するガス供給部と、
を備えている、ガス処理装置。
【請求項８】
請求項７に記載のガス処理装置において、
前記吸収器で発生する反応熱を前記再生器へ熱輸送する手段を備えている、ガス処理装置。
【請求項９】
請求項７に記載のガス処理装置において、
前記吸収器と前記再生器とを直接的に熱交換させるように構成されている、ガス処理装置。
【請求項１０】
請求項７から９の何れか１項に記載のガス処理装置において、
前記再生器の温度に対する前記吸収器の温度の温度差が−２０℃〜３０℃である、ガス処理装置。
【請求項１１】
請求項７から１０の何れか１項に記載のガス処理装置において、
前記ガス供給部は、前記処理液１ｇ当たり０．０５リットル以上の前記ガスを前記再生器に供給する、ガス処理装置。
【請求項１２】
請求項７から１１の何れか１項に記載のガス処理装置において、
前記処理液は、前記酸性化合物を吸収することにより、酸性化合物の含有率の異なる相に相分離する処理液である、ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス処理方法及びガス処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、被処理ガスに含まれる酸性化合物を処理液と接触させることによって、酸性化合物を分離させるガス処理方法が知られている。例えば、下記特許文献１に開示されたガス処理方法では、吸収器と再生器とを備えたガス処理装置が用いられる。そして、吸入器において、被処理ガスと処理液とを接触させて、被処理ガス中の酸性化合物を処理液に吸収させ、再生器において、処理液を加熱することにより、処理液から酸性化合物を分離させる。
【０００３】
従来のガス処理方法により、吸収器において二酸化炭素を処理液と接触させて吸収させた後、再生器において処理液を加熱することによって二酸化炭素を回収する際に必要となるエネルギーは、例えば、４ＧＪ／ｔｏｎ−ＣＯ２となる。本発明者等は、二酸化炭素吸収時に相分離する吸収剤を用いることにより、従来より低い温度で二酸化炭素の再生を行う技術を開発し、また、ヒートポンプと組み合わせることにより、エネルギーを１．５ＧＪ／ｔｏｎ−ＣＯ２まで低減させることができることを確認している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２１３４９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
地球環境への関心の高まりから、より少ない消費エネルギーで酸性化合物を分離回収できる技術の開発が求められている。
【０００６】
そこで、本発明は、前記従来技術を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、酸性化合物を分離回収するために必要なエネルギーを低減させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の目的を達成するため、本発明は、酸性化合物を含む被処理ガスと前記酸性化合物を吸収する処理液とを吸収器内で接触させる吸収工程と、前記酸性化合物を吸収した前記処理液を再生器に送り、前記処理液を加熱して当該処理液から酸性化合物を分離する再生工程と、を含み、前記再生工程において、前記処理液にほぼ溶解しないガスと前記処理液とを接触させる、ガス処理方法である。
【０００８】
本発明では、再生工程において、処理液にほぼ溶解しないガスを処理液に接触させる。これにより、処理液に溶け込んでいる酸性化合物が処理液からより分離しやすくなり、しかも、分離された酸性化合物が当該ガスに随伴されて処理液から追い出される。したがって、処理液からの酸性化合物の分離が促進される。このため、再生器での再生温度として、より低い温度を設定することができ、かつより低いエネルギーで酸性化合物を分離することが可能となる。
【０００９】
前記ガス処理方法において、前記吸収器で発生する反応熱を前記再生器へ熱輸送する熱輸送手段が用いられてもよい。この態様では、吸収器での反応熱を処理液の再生に利用することが可能になるので、処理液の再生に要するエネルギーをより低減することができる。
【００１０】
前記ガス処理方法において、前記吸収器と前記再生器との間で直接的に熱交換してもよい。処理液にほぼ溶解しないガスの再生器への供給ガス量を増加させることにより、吸収器と再生器の温度を同温度又は再生器の温度を吸収器の温度よりも小さくすることが可能となる。この場合、吸収器で発生する反応熱を再生器へ直接熱交換させることが可能となる。これにより、ポンプ等の動力を利用することなく吸収器での反応熱が処理液の再生に利用することが可能になり、処理液の再生に要するエネルギーをより低減することができる。
【００１１】
前記ガス処理方法において、前記再生器の温度に対する前記吸収器の温度の温度差が−２０℃〜３０℃であってもよい。
【００１２】
前記ガス処理方法において、前記再生工程において、前記処理液１ｇ当たり０．０５リットル以上の前記ガスを前記再生器に導入してもよい。この態様では、処理液からの酸性化合物の分離促進効果をより有効に発揮させることができる。
【００１３】
前記ガス処理方法において、前記処理液は、前記酸性化合物を吸収することにより、酸性化合物の含有率の異なる相に相分離する処理液であってもよい。この態様では、再生工程において、処理液にほぼ溶解しないガスを処理液に接触させるだけでなく、酸性化合物の含有率の低い相部分を介在させた状態で、処理液から酸性化合物を分離する。このため、より一層、処理液の再生に要するエネルギーを低減することができる。
【００１４】
本発明は、酸性化合物を含む被処理ガスと、前記酸性化合物を吸収する処理液とを用い、前記被処理ガスから酸性化合物を分離するガス処理装置であって、前記処理液に前記被処理ガスを接触させる吸収器と、前記吸収器において前記被処理ガスと接触した前記処理液を加熱して酸性化合物を分離させる再生器と、前記吸収器に、前記処理液にほぼ溶解しないガスを供給するガス供給部と、を備えている、ガス処理装置である。
【００１５】
前記ガス処理装置において、前記吸収器で発生する反応熱を前記再生器へ熱輸送する手段を備えていてもよい。
【００１６】
前記ガス処理装置において、前記吸収器と前記再生器とを直接的に熱交換させるように構成されていてもよい。
【００１７】
前記ガス処理装置において、前記再生器の温度に対する前記吸収器の温度の温度差が−２０℃〜３０℃であってもよい。
【００１８】
前記ガス処理装置において、前記ガス供給部は、前記処理液１ｇ当たり０．０５リットル以上の前記ガスを前記再生器に供給してもよい。
【００１９】
前記ガス処理装置において、前記処理液は、前記酸性化合物を吸収することにより、酸性化合物の含有率の異なる相に相分離する処理液であってもよい。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように、本発明によれば、酸性化合物を分離回収するために必要なエネルギーを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態に係るガス処理装置の全体構成を概略的に示す図である。
【図２】ＭＥＡの水溶液を用いて、再生温度を変化させたときの再生率（％）の一覧を示す図である。
【図３】ＭＥＡの水溶液を用いて、再生温度を変化させたときの再生率（％）の変化を示す図である。
【図４】二酸化炭素を吸収すると相分離する処理液を用いて、再生温度を変化させたときの再生率（％）の一覧を示す図である。
【図５】二酸化炭素を吸収すると相分離する処理液を用いて、再生温度を変化させたときの再生率（％）の変化を示す図である。
【図６】吸収温度及び再生温度が４０℃の場合における、相分離する処理液とＭＥＡの水溶液とにおいて再生率（％）の一覧を示す図である。
【図７】吸収温度及び再生温度が４０℃の場合における、相分離する処理液とＭＥＡの水溶液とにおいて再生率（％）の変化を示す図である。
【図８】吸収温度及び再生温度が６０℃の場合における、相分離する処理液とＭＥＡの水溶液とにおいて再生率（％）の一覧を示す図である。
【図９】吸収温度及び再生温度が６０℃の場合における、相分離する処理液とＭＥＡの水溶液とにおいて再生率（％）の変化を示す図である。
【図１０】第２実施形態に係るガス処理装置の全体構成を概略的に示す図である。
【図１１】第３実施形態に係るガス処理装置の全体構成を概略的に示す図である。
【図１２】第４実施形態に係るガス処理装置の全体構成を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２３】
（第１実施形態）
第１実施形態に係るガス処理装置１０は、処理液を用いて酸性化合物を含む被処理ガスから酸性化合物を分離するために利用される。図１に示すように、ガス処理装置１０は、吸収器１２と、再生器１４と、循環路１６と、熱交換器１８とを備えている。循環路１６は、吸収器１２から処理液を抜き出して再生器１４に導入させる第１流路２１と、再生器１４から処理液を抜き出して吸収液に還流させる第２流路２２とを含む。なお、熱交換器１８は省略することが可能である。
【００２４】
吸収器１２には、プロセスガス等の被処理ガスを供給する導入路２４と、処理後のガスを排出するガス排出路２６と、処理液を再生器１４に送るための第１流路２１と、再生器１４から処理液を吸収器１２に戻すための第２流路２２と、が接続されている。導入路２４は、吸収器１２の下端部に接続され、ガス排出路２６は、吸収器１２の上端部に接続されている。第１流路２１は、吸収器１２の下端部又は下端部近傍に接続されている。すなわち、第１流路２１は、吸収器１２内に溜まった処理液を抜き出すことができる位置に接続されている。第２流路２２は、吸収器１２の上端部又は上端部近傍に接続されている。すなわち、第２流路２２は、再生器１４から還流された処理液を上から流下させることができる位置に接続されている。
【００２５】
吸収器１２は、被処理ガスと処理液とを接触させることにより、被処理ガス中の酸性化合物を処理液に吸収させ、酸性化合物が除去されたガスを排出する。このような吸収器１２としては、被処理ガスと処理液とを連続的に接触させられるものであればよく、例えば被処理ガスの流路に処理液を噴霧するもの、被処理ガスの流路に配置される充填剤を伝って処理液を流下させるもの、被処理ガス及び処理液をそれぞれ多数の微細な流路に導入して被処理ガスの微細流路と処理液の微細流路とをそれぞれ合流させるもの等を用いることができる。なお、吸収器１２における酸性化合物の吸収は発熱反応である。酸性化合物が二酸化炭素である場合、二酸化炭素の吸収量１ｔ当たりの発熱量は約１．８ＧＪである。吸収器１２において発生するこの反応熱は、被処理ガス及び処理液の温度を上昇させる。
【００２６】
再生器１４には、第１流路２１と、第２流路２２とが接続されている。第１流路２１は、再生器１４の上部に接続されており、吸収器１２から導出された処理液を再生器１４内に導入させる。第１流路２１には、ポンプ４０が設けられている。第２流路２２は、再生器１４の下端部又は下端部近傍に接続されており、再生器１４内に貯留された処理液を導出させる。第２流路２２には、ポンプ２８が設けられている。
【００２７】
再生器１４は、酸性化合物を吸収した処理液が貯留され、この貯留された処理液を加熱することによって、酸性化合物を脱離させる。この処理液からの酸性化合物の脱離は、吸熱反応である。再生器１４は、処理液を加熱すると、酸性化合物が脱離するだけでなく、処理液中の水が蒸発する。
【００２８】
再生器１４には、供給路３０と加熱流路３２とが接続されている。供給路３０は、再生器１４内で得られた酸性化合物を供給先に供給する。供給路３０には、処理液から蒸発した酸性化合物のガスと水蒸気との混合気体を冷却するコンデンサ３４が設けられている。混合気体は冷却されると、水蒸気が凝縮するので、水蒸気を分離することができる。分離された水蒸気は再生器１４に還流される。コンデンサ３４としては、川水等の安価な冷却水を用いた熱交換器を用いることができる。
【００２９】
加熱流路３２は、一端部が第２流路２２に接続されているが、再生器１４の下端部又は下端部近傍に接続されていてもよい。加熱流路３２の他端部は再生器１４の下部に接続されている。加熱流路３２には、再生器１４に貯留される処理液を加熱するリボイラ３６が設けられている。リボイラ３６は、再生器１４の内部で処理液を加熱するよう配設してもよいが、図示するように、再生器１４から外部に抜き出された処理液を加熱するように構成してもよい。この場合、リボイラ３６は、加熱後に再生器１４に還流させる加熱流路３２に配設することができる。なお、リボイラ３６としては、例えば電気、蒸気、バーナー等任意の熱源により直接又は間接的に処理液を加熱するものを用いることができる。
【００３０】
熱交換器１８は、第１流路２１及び第２流路２２に接続され、第１流路２１を流れる処理液と第２流路２２を流れる処理液との間で熱交換させる。熱交換器１８は、例えばプレート熱交換器等によって構成されるが、温度差が比較的小さい流体間での熱交換が可能なマイクロチャネル熱交換器によって構成され得る。これにより、エネルギー効率を向上することができる。
【００３１】
ガス処理装置１０は、再生器１４に、酸性化合物の分離を促進するためのガス（以下、分離促進ガスと称する）を供給するガス供給部４２を備えている。ガス供給部４２は、再生器１４の下端部又は下端部近傍に接続されたガス路４２ａを備えている。ガス路４２ａは、例えば、分離促進ガスの供給源４２ｂに接続されている。
【００３２】
ガス供給部４２によって再生器１４に供給される分離促進ガスは、処理液にほぼ溶解しないガスである。分離促進ガスとして、水素ガス、酸素ガス、メタンガス等を挙げることができる。処理液にほぼ溶解しないガスを再生器１４に供給することにより、再生器１４における酸性化合物の分離を促進することができる。ここで、処理液に「ほぼ溶解しない」は、処理液への溶解度が所定値以下であることを表していてもよい。分離促進ガスは、例えば、ヘンリーの法則に従うガスであって、０℃、１００ｋＰａの条件下において、処理液１００ｇに対する溶解度が１ｍｏｌ以下の溶解度であるガスであればよい。なお、水に対する酸素の溶解度は、１．３×１０−４ｍｏｌ／１００ｇ、水に対するメタンの溶解度は、８×１０−４ｍｏｌ／１００ｇ、水に対する水素の溶解度は、９．５×１０−５ｍｏｌ／１００ｇである。これに対し、水に対するアンモニアの溶解度は、６ｍｏｌ／１００ｇであるので、該当しない。
【００３３】
ガス処理装置１０が分離する酸性化合物としては、水溶液が酸性となるものであれば特に限定されないが、例えば塩化水素、二酸化炭素、二酸化硫黄、二硫化炭素等が挙げられる。酸性化合物を含む被処理ガスとしては、例えば産業排ガス、天然ガス、水素ガス等が挙げられる。つまり、本実施形態に係るガス処理装置１０は、大気に排出されるガスから有害物質を除去する目的や、例えば燃料等として使用されるガス中の不純物を除去する目的で使用することができる。
【００３４】
本実施形態においては、ガス処理装置１０に用いる処理液（吸収剤）として、酸性化合物を可逆的に吸収脱離することが可能な吸収剤が用いられている。処理液は、例えば、水、アミン化合物及び有機溶剤を含むアルカリ性の吸収剤である。アミン化合物は３０ｗｔ％、有機溶剤は６０ｗｔ％、水は１０ｗｔ％としてもよい。処理液は、水への溶解で酸を生じる酸性化合物の吸収により相分離するのが好ましいが、これに限られるものではない。例えば、有機溶剤を用いないで、アミン化合物の水溶液とした処理液であってもよい。また、処理液は、アミン化合物、有機溶媒、イオン液体やそれらの混合物、水溶液などであってもよい。
【００３５】
アミン化合物としては、例えば１，３−ジアミノプロパン（ＤＡＰ：溶解度パラメータ＝１４．６（ｃａｌ／ｃｍ３）１／２）、２−アミノエタノール（ＭＥＡ：溶解度パラメータ＝１４．３（ｃａｌ／ｃｍ３）１／２）、ＤＬ−２−アミノ−１−プロパノール（ＡＰ：溶解度パラメータ＝１３．３（ｃａｌ／ｃｍ３）１／２）、２−（２−アミノエトキシ）エタノール（ＡＥＥ：溶解度パラメータ＝１２．７（ｃａｌ／ｃｍ３）１／２）、（Ｒ）−４−アミノ−２−メチル−１−ブタノール（ＡＭＢ）等の１級アミン、例えば２−（メチルアミノ）エタノール（ＭＡＥ）、２−（エチルアミノ）エタノール（ＥＡＥ）、２−（ブチルアミノ）エタノール（ＢＡＥ）等の２級アミン、例えばトリエタノールアミン（ＴＥＡ）、Ｎ−メチルジエタノールアミン（ＭＤＥＡ）、テトラメチルエチレンジアミン（ＴＥＭＥＤ）、ペンタメチルジエチレントリアミン（ＰＭＤＥＴＡ）、ヘキサメチルトリエチレンテトラミン、ビス（２−ジメチルアミノエチル）エーテル等の３級アミンなどが挙げられる。
【００３６】
有機溶剤としては、例えば１−ブタノール（溶解度パラメータ＝１１．３（ｃａｌ／ｃｍ３）１／２）、１−ペンタノール（溶解度パラメータ＝１１．０（ｃａｌ／ｃｍ３）１／２）、オクタノール、ジエチレングリコールジエチルエーテル（ＤＥＧＤＥＥ）、ジエチレングリコールジメチルエーテル（ＤＥＧＤＭＥ）等が挙げられ、複数種を混合して用いてもよい。
【００３７】
アミン化合物及び有機溶剤のそれぞれの溶解度パラメータが所定範囲に収まっている場合、処理液は、酸性化合物の吸収により酸性化合物の含有率が高い相と酸性化合物の含有率が低い相とに二相分離される。ここで、溶解度パラメータは、以下の式（１）で示される。
【００３８】
【数１】
2019098226.tif 000003
【００３９】
ΔＨはモル蒸発潜熱、Ｒはガス定数、Ｔは絶対温度、Ｖはモル体積である。式（１）から、アミン化合物であるＥＡＥ、ＭＡＥおよび有機溶剤であるＤＥＧＤＭＥの溶解度パラメータを計算するとそれぞれ１０．９４、１１．５８、７．７５となる。
【００４０】
【表１】
2019098226.tif 000004
【００４１】
表１に示すように、水、アミン化合物及び有機溶剤を含む吸収剤において、アミン化合物の溶解度パラメータから有機溶剤の溶解度パラメータを減じた値が１．１（ｃａｌ／ｃｍ３）１／２以上４．２（ｃａｌ／ｃｍ３）１／２以下となるように、アミン化合物及び有機溶剤の組合せを選択することによって、酸性化合物の吸収により酸性化合物の含有率が高い相と酸性化合物の含有率が低い相とに二相分離される。溶解度パラメータが前記下限値に満たない場合、処理液が酸性化合物を吸収しても二相に分離しないおそれがある。一方、溶解度パラメータが前記上限値を超える場合、処理液が酸性化合物を吸収する前から二相に分離し、処理液を酸性化合物を含む被処理ガスに接触させる工程において、処理液と被処理ガスとの接触状態が不均一となり、吸収効率が低下するおそれがある。なお、表１における「良好」とは、二酸化炭素の吸収前は単一液相であり、二酸化炭素の吸収により二液相に分離したことを意味する。また、表１における「混和せず」とは、二酸化炭素の吸収前から二液相状態で単一液相を形成しなかったことを意味する。また、表１における「分離せず」とは、二酸化炭素の吸収後でも単一液相であったことを意味する。
【００４２】
吸収器１２における吸収条件を、処理液が二相に分離しながら二酸化炭素が多く溶解する領域に設定し、再生器１４における再生条件を、処理液が二相分離をせず二酸化炭素があまり溶解しない領域に設定することが望ましい。すなわち、二酸化炭素の分圧、吸収温度及び再生温度によって吸収条件及び再生条件を調整する。これにより、処理液が相分離し易くなるため、再生温度と吸収温度との温度差を低く抑えることが可能となる。すなわち、温度によって二酸化炭素の吸収度合いが変化して相分離し易さが変わることによって二酸化炭素吸収濃度の平衡がずれることを利用しているため、再生温度と吸収温度との温度差を低く抑えることが可能となる。加えて、再生器１４に、処理液に溶解し難いガスを供給するため、さらに、再生温度と吸収温度との温度差を低く抑えることができる。
【００４３】
ここで、第１実施形態に係るガス処理装置１０を使用したガス処理方法について説明する。ガス処理方法は、吸収工程と、送液工程と、再生工程とを含む。
【００４４】
吸収工程は、吸収器１２において被処理ガスと処理液とを接触させる工程である。吸収器１２には、導入路２４を通して少なくとも二酸化炭素を含むプロセスガス等の被処理ガスが供給される。また、吸収器１２には、循環路１６の第２流路２２を通して吸収液が導入される。吸収液は、吸収器１２内を流下し、被処理ガスに含まれる二酸化炭素と接触して該二酸化炭素を吸収する。吸収器１２内には、二酸化炭素を吸収した処理液が貯留される。相分離する処理液が用いられている場合には、二酸化炭素と接触した処理液は、二酸化炭素の含有率が高い第１相部分と二酸化炭素分離の含有率が低い第２相部分とに相分離する。
【００４５】
送液工程は、吸収器１２内に貯留された処理液を吸収器１２から再生器１４に送る工程である。この送液工程では、吸収器１２から送り出された処理液の全量を再生器１４内に導入させる。このとき、第１流路２１を流れる処理液は、熱交換器１８において、第２流路２２を流れる処理液によって加熱され、その上で再生器１４内に導入される。第１流路２１にポンプ４０が設けられているため、吸収器１２内で処理液が相分離した状態となっていたとしても、再生器１４に導入されるときには、第１相部分と第２相部分が混合された状態となっている場合もある。
【００４６】
再生工程は、再生器１４内に導入された処理液を加熱することにより、処理液から二酸化炭素を分離する工程である。再生器１４内では、処理液が流下しながら加熱される。また、供給源４２ｂからガス路４２ａを通して再生器１４内に流入した分離促進ガスは、再生器１４内を上昇し、処理液に接触する。すなわち、再生工程では、処理液と分離促進ガスとが互いに対向する方向に流れて接触する。再生器１４内において、分離促進ガスを介在させた状態で処理液が加熱されるため、二酸化炭素の再生温度を低く抑えることができる。再生器１４内において、処理液が加熱されると処理液から蒸発した水蒸気が得られることがある。処理液から分離された二酸化炭素及び水蒸気は、供給路３０を流れる。供給路３０において、水蒸気はコンデンサ３４で凝縮し、再生器１４に戻される。したがって、処理液から分離された二酸化炭素のみが供給先に供給される。再生器１４内に貯留された処理液は、第２流路２２を流れて吸収器１２に還流する。この途中、処理液は、熱交換器１８において、第１流路２１を流れる処理液を加熱するので、温度が下がる。
【００４７】
次に、分離促進ガスを再生器１４内に供給することによって二酸化炭素の再生率が向上することを確認したため、その点について説明する。まず、図２及び図３は、処理液として、アミン化合物の水溶液を用いて、再生温度を変化させたときの再生率（％）を示している。処理液は、モノエタノールアミン（ＭＥＡ）３０重量％、水７０重量％の水溶液である。吸収温度は４０℃であり、被処理ガスにおける二酸化炭素の分圧は、０．２ａｔｍである。分離促進ガスとして、水素ガスを用いた。気液比は、処理液の単位重量（１グラム）当たりの分離促進ガスの体積（リットル）で示している。
【００４８】
分離促進ガスを導入しない場合（気液比＝０）に比べ、分離促進ガスを導入した場合には、何れの再生温度の場合においても、二酸化炭素の再生率が向上している。また、再生温度を高く設定すれば再生率が向上し、また、気液比を高くすればやはり再生率が向上する。分離促進ガスを導入しない場合には、再生温度を７０℃以上に設定しないと、二酸化炭素を脱離することはできないが、分離促進ガスを導入することにより、再生温度を例えば４０℃まで下げても二酸化炭素を脱離することができる。
【００４９】
図４及び図５は、処理液として、二酸化炭素を吸収すると相分離する処理液を用いた場合の結果を示している。処理液に含まれてアミン化合物は、２−（エチルアミノ）エタノール（ＥＡＥ）であり、有機溶剤は、ジエチレングリコールジエチルエーテル（ＤＥＧＤＥＥ）である。処理液の組成は、ＥＡＥを３０重量％、ＤＥＧＤＥＥを６０重量％、水を１０重量％含有している。吸収温度は４０℃であり、被処理ガスにおける二酸化炭素の分圧は、０．２ａｔｍである。分離促進ガスとして、水素ガスを用いた。
【００５０】
相分離する処理液でも、ＭＥＡと同様に、分離促進ガスを導入しない場合（気液比＝０）に比べ、分離促進ガスを導入した場合には、何れの再生温度の場合においても、二酸化炭素の再生率が向上している。しかも、再生温度を高く設定すれば再生率が向上し、また、気液比を高くすればやはり再生率が向上する。そして、気液比が０．２以上であれば、再生温度６０℃でも１００％の再生率が得られている。したがって、相分離する処理液を用いれば、より再生率を向上でき、再生温度を低く抑えることができる。
【００５１】
次に、相分離する処理液とＭＥＡの比較について、説明する。図６及び図７は、吸収温度及び再生温度がそれぞれ４０℃であり、被処理ガスにおける二酸化炭素の分圧が０．２ａｔｍの場合の再生率を示している。分離促進ガスは水素ガスである。図６及び図７に示すように、気液比が低い場合（０．０５程度）には、両者に差異はないが、気液比が高い場合には、ＭＥＡに比べて、相分離する処理液の方が、二酸化炭素の再生率が向上する。しかも、その差は、気液比が高くなるほど広がる。この傾向は、図８及び図９に示すように、吸収温度及び再生温度が６０℃の場合でも同様である。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態によれば、再生工程において、分離促進ガスを処理液に接触させる。これにより、処理液に溶け込んでいる酸性化合物が処理液からより分離しやすくなり、しかも、分離された酸性化合物が当該ガスに随伴されて処理液から追い出される。したがって、処理液からの酸性化合物の分離が促進される。このため、再生器１４での再生温度として、より低い温度を設定することができ、かつより低いエネルギーで酸性化合物を分離することが可能となる。
【００５３】
また、二酸化炭素を吸収することによって相分離する処理液が用いられる場合には、再生工程において、分離促進ガスを処理液に接触させるだけでなく、酸性化合物の含有率の低い相部分を介在させた状態で、処理液から二酸化炭素を分離する。このため、より一層、処理液の再生に要するエネルギーを低減することができる。
【００５４】
（第２実施形態）
図１０は本発明の第２実施形態を示す。尚、ここでは第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００５５】
第２実施形態に係るガス処理装置１０は、吸収器１２の反応熱を再生器１４へ熱輸送する熱輸送手段（ヒートポンプ）５０を備えている。熱輸送手段５０は、冷媒が封入された閉ループ状の循環流路５０ａと、それぞれ循環流路５０ａに設けられた圧縮機５０ｂ、蒸発器５０ｃ、膨張機構５０ｄ、ポンプ５０ｅ及び凝縮器５０ｆと、を備えている。蒸発器５０ｃは、例えば伝熱管によって構成され、吸収器１２内に配置されている。吸収器１２内では、処理液が二酸化炭素を吸収する発熱反応が生じている。蒸発器５０ｃ内を流れる液状の冷媒は、この熱によって加熱されて蒸発する。ガス状の冷媒は圧縮機５０ｂよって圧縮されて凝縮器５０ｆ内に流入する。凝縮器５０ｆは、例えば伝熱管によって構成され、再生器１４内に配置されている。再生器１４内では、処理液から二酸化炭素が脱離する吸熱反応が生じている。凝縮器５０ｆ内を流れるガス状の冷媒は、この吸熱反応により凝縮する。この凝縮した液状の冷媒は膨張機構５０ｄによって膨張し、ポンプ５０ｅによって送液されて蒸発器５０ｃに流れ込む。このように、冷媒の循環によって、吸収器１２の反応熱が再生器１４へ熱輸送される。
【００５６】
第２実施形態によれば、吸収器１２での反応熱を処理液の再生に利用することが可能になるので、処理液の再生に要するエネルギーをより低減することができる。
【００５７】
なお、その他の構成、作用及び効果はその説明を省略するが前記第１実施形態と同様である。
【００５８】
（第３実施形態）
第１実施形態で説明したように、分離促進ガスの気液比が高い場合には、再生温度が吸収温度とほぼ同じでも、処理液を再生することができる。そして、さらに気液比を高めた場合には、再生温度を吸収温度よりも低く設定することが可能となる。この場合、吸収器１２と再生器１４との間で直接的に熱交換することにより、吸収器１２の反応熱を再生器１４に伝熱させることが可能となる。このプロセスにおいては、エネルギー原単位は０ＧＪ／ｔｏｎ−ＣＯ２となる。
【００５９】
吸収器１２と再生器１４とは、直接的に互いに接触している。このため、吸収器１２及び再生器１４において互いに接触する壁面が伝熱面となる。この伝熱面を介して吸収器１２の反応熱が再生器１４に伝熱される。なお、吸収器１２内を加圧することにより、吸収器１２内での処理液の温度がより高くなるため、吸収器１２から再生器１４への伝熱をより効果的に行うことができる。
【００６０】
第３実施形態では、吸収器での反応熱を処理液の再生に利用することが可能になるので、処理液の再生に要するエネルギーをより低減することができる。しかも、ヒートポンプのように熱輸送するための動力が不要であるので、より、再生に要するエネルギーを低減することができる。
【００６１】
なお、その他の構成、作用及び効果はその説明を省略するが前記第１実施形態と同様である。
【００６２】
（第４実施形態）
図１２は本発明の第３実施形態を示す。第４実施形態は、第３実施形態と同様に、吸収器１２と再生器１４との間で直接的に熱交換する構成となっているが、第４実施形態では、二重管構造となっている。すなわち、再生器１４が円筒状に形成されるとともに、吸収器１２がこの円筒の内側に配置されている。そして、吸収器１２の外周面と再生器１４の内周面とが互いに接触していて、伝熱面となっている。なお、吸収器１２が円筒状に形成されるとともに、再生器１４がこの円筒の内側に配置されていてもよい。
【００６３】
なお、その他の構成、作用及び効果はその説明を省略するが前記第３実施形態と同様である。
【符号の説明】
【００６４】
１０  ガス処理装置
１２  吸収器
１４  再生器
４２  ガス供給部
４２ａ  ガス路
４２ｂ  供給源
５０  熱輸送手段
【図１】
2019098226.tif 000005
【図２】
2019098226.tif 000006
【図３】
2019098226.tif 000007
【図４】
2019098226.tif 000008
【図５】
2019098226.tif 000009
【図６】
2019098226.tif 000010
【図７】
2019098226.tif 000011
【図８】
2019098226.tif 000012
【図９】
2019098226.tif 000013
【図１０】
2019098226.tif 000014
【図１１】
2019098226.tif 000015
【図１２】
2019098226.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成30年12月28日(2018.12.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項７】
酸性化合物を含む被処理ガスと、前記酸性化合物を吸収する処理液とを用い、前記被処理ガスから酸性化合物を分離するガス処理装置であって、
前記処理液に前記被処理ガスを接触させる吸収器と、
前記吸収器において前記被処理ガスと接触した前記処理液を加熱して酸性化合物を分離させる再生器と、
前記再生器に、前記処理液にほぼ溶解しないガスを供給するガス供給部と、
を備えている、ガス処理装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
本発明は、酸性化合物を含む被処理ガスと、前記酸性化合物を吸収する処理液とを用い、前記被処理ガスから酸性化合物を分離するガス処理装置であって、前記処理液に前記被処理ガスを接触させる吸収器と、前記吸収器において前記被処理ガスと接触した前記処理液を加熱して酸性化合物を分離させる再生器と、前記再生器に、前記処理液にほぼ溶解しないガスを供給するガス供給部と、を備えている、ガス処理装置である。