(57)【要約】【課題】  二流体ノズルを用いて、ＣＯ２回収装置内で噴霧するＣＯ２吸収剤の粒径が大幅に小さくなるため、ＣＯ２吸収剤にＣＯ２を大量に吸収させることが可能になるＣＯ２回収装置を提供する。【解決手段】  二流体ノズルを用いて、気液混合部１１６で気体流とＣＯ２吸収剤の液体流が混合して微粒化した液体を噴出口１１７ａから容器１０３内に噴霧するとともに、ＣＯ２含有ガス導入部１０７から容器内にＣＯ２含有ガスを導入し、ＣＯ２吸収剤でＣＯ２含有ガス内のＣＯ２ガスを吸収させて処理物として処理物排出部１５０から排出する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＯ２吸収剤と気体と混合して噴霧する噴霧器と、
前記ＣＯ２吸収剤を前記噴霧器に供給するポンプと、
前記噴霧器を内部に配した容器と、
前記容器の内部にＣＯ２含有ガスを導入するＣＯ２含有ガス導入部と、
前記容器から処理後のＣＯ２含有液又はＣＯ２含有固体を処理物として排出する処理物排出部とを備え、
前記噴霧器が、
前記ポンプで前記ＣＯ２吸収剤が供給される液体流路と気体流路とを有する噴霧器本体部と、
前記噴霧器本体部の先端に配置されて、前記液体流路の開口を覆いかつ平らな内側端面を有する内蓋部と、
前記噴霧器本体部の先端に配置されて前記内蓋部を覆うとともに、前記気体流路の開口を覆いかつ前記内蓋部の前記内側端面に対向する平らな外側端面を持つ外側端部を有する外蓋部と、
前記内蓋部と前記外蓋部との間に配置され、前記内蓋部の前記内側端面と前記外蓋部の前記外側端面との間の円板状の外形の空間で構成され、前記気体流路を流れる気体流と前記液体流路を流れる前記ＣＯ２吸収剤の液体流とを混合する気液混合部と、
前記内蓋部の前記内側端面の周方向の少なくとも１箇所に貫通して設けられて前記気液混合部と連通して、前記液体流路を流れる液体流を前記気液混合部に流入させる液体流入口と、
前記内蓋部と前記外蓋部との間の前記気液混合部の側部に前記気液混合部と連通して配置されて、前記液体流入口から前記気液混合部に流入する前記液体流に向かって、前記気体流路を流れる気体流を前記気液混合部に流入させる気体流入口と、
前記外蓋部の前記外側端面に貫通して設けられて前記気液混合部と連通し、前記気液混合部で前記気体流と前記液体流が混合して微粒化した前記ＣＯ２吸収剤の液体を噴出する噴出口とを備えて、
前記気液混合部で前記気体流と前記ＣＯ２吸収剤の前記液体流が混合して前記微粒化した液体を前記噴出口から前記容器内に噴霧するとともに、前記ＣＯ２含有ガス導入部から前記容器内に前記ＣＯ２含有ガスを導入し、前記ＣＯ２吸収剤で前記ＣＯ２含有ガス内のＣＯ２ガスを吸収させて前記処理物として前記処理物排出部から排出する、ＣＯ２回収装置。
【請求項２】
前記容器の上部に排気管が接続され、前記容器の前記上部と前記排気管との接続箇所にミストトラップを配置する請求項１に記載のＣＯ２回収装置。
【請求項３】
前記噴霧器本体部の前記気体流路に圧縮気体を供給するコンプレッサをさらに備える、請求項１又は２に記載のＣＯ２回収装置。
【請求項４】
前記コンプレッサに前記ＣＯ２含有ガス導入部を接続して、前記ＣＯ２含有ガス導入部から前記ＣＯ２含有ガスを前記コンプレッサに導入したのち、前記コンプレッサから前記ＣＯ２含有ガスを含む圧縮気体を前記噴霧器本体部の前記気体流路に供給する、請求項３に記載のＣＯ２回収装置。
【請求項５】
前記気体流路にて、窒素又はアルゴン又はヘリウムの不活性ガスを供給する請求項１〜４のいずれか１つに記載のＣＯ２回収装置。
【請求項６】
前記ＣＯ２吸収剤は、少なくとも１種のアミン物質からなり、脂肪族第一、第二及び第三アミン、並びにポリアミン、ポリイミン、環式アミン、アミジン化合物、ヒンダードアミン、アミノ−シロキサン化合物、アミノ酸、及びこれらの組合せよりなる群から選ばれた溶剤類である請求項１〜５のいずれか１つに記載のＣＯ２回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火力発電所、又は、鉄鋼若しくはセメントなどの製造工場において、二酸化炭素（すなわち、ＣＯ２）を排出する設備又は工程などの排出源からＣＯ２を回収するＣＯ２回収装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化の主要因は人為的に発生するＣＯ２であり、大幅なＣＯ２排出削減の必要性が国際的に叫ばれている。このためには、省エネ施策とともに、より炭素の少ないエネルギーへの変換及び再生可能エネルギーへの転換、さらに、ＣＯ２回収及び貯留技術（ＣＣＳ）が有効である。ＣＣＳは、火力発電所などの発電所、又は、鉄鋼若しくはセメント製造工場等のＣＯ２の集中排出源からＣＯ２を回収して、地中又は海洋に隔離することによって、大気中へのＣＯ２排出を削減する技術である。ＣＣＳの最初の段階が、ＣＯ２の回収である。天然ガス生産時の副生ＣＯ２の分離、又は、水素若しくはアンモニア工業におけるＣＯ２回収が古くから実施されているが、地球温暖化防止の為には、より低エネルギー及び低コストのＣＯ２回収技術が求められている。
【０００３】
この分離及び回収の主な方法としては、アミン溶液などを利用した化学反応で、ＣＯ２を分離及び回収する方法がある。これは、化学吸収法と呼ばれており、ガス中のＣＯ２をアミン溶液からなる吸収剤に化学的に吸収させた後、加熱することで、ＣＯ２を吸収剤から分離及び回収する技術であり、常圧で大規模に発生するガスからのＣＯ２分離に適している。このような技術は、多くの国で工業的に確立された技術として広く利用されており、日本でも、国産天然ガスの生産工程で長期にわたり利用されている。
【０００４】
例えば、発電所で生成した排気ガスからＣＯ２を除去するための技術が、注目されて来ている。この技術では、水性のモノエタノールアミン（ＭＥＡ）又はメチルジエタノールアミン（ＭＤＥＡ）や２−アミノ−２−メチル−１−プロパノール（ＡＭＰ）のようなヒンダードアミンを吸収／ストリッピングタイプの再生プロセスの溶媒として使用する。この技術は、石炭型火力発電所及びガスタービンからのＣＯ２を捕捉するために、工業的に使用されて来ている。
【０００５】
ＭＥＡ及びヒンダードアミンに基づく吸収プロセスには、固有の確かに重要な利点がある。しかし、多くの欠点により、このタイプの技術のより広い採用が妨げられ得る。例えば、このプロセスの結果、液体吸収剤の粘度が急激に増大する可能性があり得る。これは、パイプラインの詰まりを生ずることがあり得る。この問題を回避するために、ＭＥＡその他のアミンの濃度を比較的に低いレベルに維持することがある。しかし、この場合は、純粋な吸収剤の理論的な能力と比較して、吸収能力を低下させる可能性がある。
【０００６】
さらに、ＭＥＡ又はヒンダードアミンプロセスでＣＯ２が吸収された液体吸収剤は、まだかなりの量の遊離アミン及び溶媒（通常は水）を含有し得る。このような事実の結果、このアミンと水とは熱的脱着の下で蒸気相内に移動するが、付随する設備に、腐食及びその他の劣化を引き起こす可能性がある。この問題に対処するために、その設備に特化された耐腐食材料を使用することが可能であるが、その結果、そのプラントの資本コストが上昇する可能性がある。幾つかの場合には、腐食防止剤を添加することができるが、これらの特殊な添加剤を使用する手間とコストが発生する上に、操作コストが上昇する可能性がある。
【０００７】
前記課題を鑑みて開発された、ＭＥＡを用いたＣＯ２分離回収方法として、吸収剤を吸収容器に供給する際に、噴霧装置を用いてＣＯ２を吸収する方式がある（例えば、特許文献１参照）。図４は、特許文献１に記載のＣＯ２回収装置１０の概略構成図である。
液体吸収剤１２は、噴霧塔１４の上部領域１５付近へ目がけて、導管１６を介し、吸収剤霧化機１８によって液滴中に分散される。空気又はある種の別の霧化ガスをノズル管２０から噴霧塔１４の噴霧塔内部２２に供給することができる。一方、排ガス２４は、導管２６により噴霧塔１４の下部領域２８へ導かれ、液体吸収剤１２との接触により固体粒子３０が形成される。残りの、ＣＯ２に乏しい排ガスは、導管３１から放出される。そして、固体粒子３０は開口部３２を経由して噴霧塔１４から排出され、輸送機構３４によって後工程へ運ばれる。この際、液体吸収剤１２の液滴に対して選択される大きさは、吸収剤１２の組成、吸収剤物質とＣＯ２ガスとの反応性、並びに吸収チャンバーのタイプ及びデザインのような様々な要因に依存する。一般に、液滴の表面積の合計は、ＣＯ２との接触のための最大の表面積を提供するように、十分に小さい方が良く、比較的高い割合でＣＯ２をガス流から除去することができる。また、比較的小さい液滴サイズは、他の場合には、液滴の運動及び懸濁を妨げ得る液滴粒子の「粘着性」の傾向が少なくなるのを確実にするのに役に立つ。特許文献１では、噴霧塔に使用するアミン系の吸収剤として、液滴の平均直径は、通常、約１０００μｍ以下であり、通例、約５００μｍ〜約１０００μｍの範囲であると述べている。この装置と手法とにより、吸収剤によりＣＯ２を効率良く分離回収することが出来るとともに、処理中に吸収能力を著しく低下させることなく、低いランニングコストでＣＯ２を回収することが出来ることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第５７２６１９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１において一般的な噴霧装置を用いた場合では、ＣＯ２吸収剤を系内で噴霧する際に一般的な一流体噴霧ノズルを用いており、その粒径が約５００μｍ〜約１０００μｍの範囲と比較的大きいために、ＣＯ２を吸収する処理能力が低いという課題がある。
従って、本発明の目的は、前記問題を解決することにあって、二流体ノズルを用いて、ＣＯ２回収装置内で噴霧するＣＯ２吸収剤の粒径が大幅に小さくなるため、ＣＯ２吸収剤にＣＯ２を大量に吸収させることが可能になるＣＯ２回収装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明の１つの態様にかかるＣＯ２回収装置は、
ＣＯ２吸収剤と気体と混合して噴霧する噴霧器と、
前記ＣＯ２吸収剤を前記噴霧器に供給するポンプと、
前記噴霧器を内部に配した容器と、
前記容器の内部にＣＯ２含有ガスを導入するＣＯ２含有ガス導入部と、
前記容器から処理後のＣＯ２含有液又はＣＯ２含有固体を処理物として排出する処理物排出部とを備え、
前記噴霧器が、
前記ポンプで前記ＣＯ２吸収剤が供給される液体流路と気体流路とを有する噴霧器本体部と、
前記噴霧器本体部の先端に配置されて、前記液体流路の開口を覆いかつ平らな内側端面を有する内蓋部と、
前記噴霧器本体部の先端に配置されて前記内蓋部を覆うとともに、前記気体流路の開口を覆いかつ前記内蓋部の前記内側端面に対向する平らな外側端面を持つ外側端部を有する外蓋部と、
前記内蓋部と前記外蓋部との間に配置され、前記内蓋部の前記内側端面と前記外蓋部の前記外側端面との間の円板状の外形の空間で構成され、前記気体流路を流れる気体流と前記液体流路を流れる前記ＣＯ２吸収剤の液体流とを混合する気液混合部と、
前記内蓋部の前記内側端面の周方向の少なくとも１箇所に貫通して設けられて前記気液混合部と連通して、前記液体流路を流れる液体流を前記気液混合部に流入させる液体流入口と、
前記内蓋部と前記外蓋部との間の前記気液混合部の側部に前記気液混合部と連通して配置されて、前記液体流入口から前記気液混合部に流入する前記液体流に向かって、前記気体流路を流れる気体流を前記気液混合部に流入させる気体流入口と、
前記外蓋部の前記外側端面に貫通して設けられて前記気液混合部と連通し、前記気液混合部で前記気体流と前記液体流が混合して微粒化した前記ＣＯ２吸収剤の液体を噴出する噴出口とを備えて、
前記気液混合部で前記気体流と前記ＣＯ２吸収剤の前記液体流が混合して前記微粒化した液体を前記噴出口から前記容器内に噴霧するとともに、前記ＣＯ２含有ガス導入部から前記容器内に前記ＣＯ２含有ガスを導入し、前記ＣＯ２吸収剤で前記ＣＯ２含有ガス内のＣＯ２ガスを吸収させて前記処理物として前記処理物排出部から排出する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の前記態様によれば、二流体ノズルを用いて、容器内で噴霧するＣＯ２吸収剤の粒径が大幅に小さくなるため、ＣＯ２吸収剤にＣＯ２を大量に吸収させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態における代表的なＣＯ２回収装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態の変形例における別のＣＯ２回収装置の構成図
【図３Ａ】本発明の実施の形態における噴霧器の切断部端面図
【図３Ｂ】本発明の実施の形態における噴霧器の図３Ａの３Ｂ−３Ｂ線での断面図
【図４】従来の実施の形態におけるＣＯ２回収装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
図１は、本発明の実施の形態における代表的なＣＯ２回収装置１００の構成図である。
ＣＯ２回収装置１００は、噴霧器１０４と、ＣＯ２吸収剤供給部の一例としてのポンプ１０２と、容器１０３と、ＣＯ２含有ガス導入部１０７と、処理物排出部１５０とを備えている。
【００１４】
容器１０３は、噴霧器１０４を内部に配している。容器１０３は、円筒状であり、その内部空間１０３ａの上部に噴霧器１０４を配置して、下向きに噴霧できるようにしている。容器１０３の下部は円錐状に下すぼまりの形状となって、処理物排出部１５０に接続されている。容器１０３の上端には、排気部１４１が配置されている。排気部１４１の一例としては、容器１０３の上端に排気管１４０が接続され、他端は大気に開放されている。排気管１４０と容器１０３の上端との接続部分には、ＣＯ２吸収剤を吸収するミストトラップの一例としてミストフィルタ１０９が配置されている。よって、ＣＯ２吸収剤は、ミストフィルタ１０９により排気管１４０などの排気系統へ混入することがないようになっている。
噴霧器１０４は、ＣＯ２吸収剤供給部から供給されるＣＯ２吸収剤の液体と、空気などの気体とを混合して容器１０３内で噴霧可能とする。
【００１５】
ポンプ１０２は、タンクなどのＣＯ２吸収剤保持部１０１内に保持されたＣＯ２吸収剤を噴霧器１０４に供給する送液ポンプである。ＣＯ２吸収剤保持部１０１は、途中に送液ポンプ０２と第１開閉弁１４３とを介在したＣＯ２吸収剤供給管１４２により、容器１０３内の噴霧器１０４の液体流路１１２と接続されている。第１開閉弁１４３はＣＯ２吸収剤供給管１４２の開閉を行う。
【００１６】
ＣＯ２含有ガス導入部１０７は、容器１０３の内部にＣＯ２含有ガスを導入する。ＣＯ２含有ガス導入部１０７の一例としては、タンクなどのＣＯ２含有ガス保持部と容器１０３の下部とをＣＯ２含有ガス導入管１４７で接続し、ＣＯ２含有ガス導入管１４７の途中に送風ポンプ１０８と第３開閉弁１４８とを介在させている。第３開閉弁１４８はＣＯ２含有ガス導入管１４７の開閉を行う。ＣＯ２含有ガス導入管１４７から容器１０３の下部へは、容器１０３の横方向にＣＯ２含有ガスを導入するようにＣＯ２含有ガス導入管１４７を容器１０３の下部に接続している。
【００１７】
処理物排出部１５０は、容器１０３から処理後のＣＯ２含有液又は固体などの処理物を排出する。処理物排出部１５０の一例としては、容器１０３の下端とＣＯ２含有液又は固体用の貯蔵タンク１１１とが、途中に第２開閉弁１４６を介在させたＣＯ２含有液排出管１４５で接続されている。第２開閉弁１４６はＣＯ２含有液排出管１４５の開閉を行う。
なお、噴霧器１０４に対して気体の一例として圧縮空気を供給するときは、コンプレッサ１０５と噴霧器１０４の気体流路１１３とを空気供給管１４４で接続して、コンプレッサ１０５から圧縮空気を供給する。
【００１８】
以下、ＣＯ２回収装置１００の動作について説明する。
図１において、液体の一例としてのＣＯ２吸収剤保持部１０１内のＣＯ２吸収剤を送液ポンプ１０２を用いて、容器１０３内の噴霧器１０４へ一定量送り込む。その際、ＣＯ２吸収剤は、ＣＯ２吸収剤供給管１４２を通じて容器１０３内の噴霧器１０４の液体流路１１２へ直結して供給している。併せて、噴霧器１０４の気体流路１１３へは、空気供給管１４４を介してコンプレッサ１０５から一例として圧縮空気が供給されている。よって、噴霧器１０４からＣＯ２吸収剤が圧縮空気で微粒化された状態で容器１０３内へ噴霧される。その状態において、ＣＯ２含有ガス導入部１０７からＣＯ２含有ガスを送風ポンプ１０８によって、ＣＯ２含有ガス導入管１４７を通して容器１０３内へ送り込む。その際、噴霧器１０４から下向きに噴霧されるＣＯ２吸収剤と対向してＣＯ２含有ガスが接触することによって、ＣＯ２がＣＯ２吸収剤に回収されることになる。一例として、図１では、噴霧器１０４から下向きに噴霧されるＣＯ２吸収剤の噴霧領域の下方付近に、ＣＯ２含有ガスが供給されるように、ＣＯ２含有ガス導入管１４７が容器１０３の下部に接続配置されている。
【００１９】
ＣＯ２吸収剤で回収されなかった低濃度のＣＯ２ガスは、容器１０３の上部より、排気部１４１の排気管１４０から排出される。が、その際、ＣＯ２吸収剤も一緒に排気部１４１から排出されるのを防ぐために、ミストトラップの一例としてミストフィルタ１０９を設置している。よって、ＣＯ２吸収剤は、このミストフィルタ１０９により排気管１４０などの排気系統へ混入することがないようになっている。
【００２０】
前記過程を経て、ＣＯ２をＣＯ２吸収剤で吸収して生成されたＣＯ２含有液又はＣＯ２含有固体１１０は、容器１０３の下部へ蓄積していく。それらが容器１０３の下部内で一定量蓄積した段階で、第２開閉弁１４６を開けて、ＣＯ２含有液排出管１４５を介してＣＯ２含有液又はＣＯ２含有固体１１０を貯蔵タンク１１１へ貯蔵する。貯蔵されたＣＯ２含有液又はＣＯ２含有固体１１０中には、容器１０３に投入されたＣＯ２吸収剤にＣＯ２が大量に吸収した状態にすることが出来る。
【００２１】
図２は、本発明の実施の形態の変形例における別のＣＯ２回収装置の構成図である。
この変形例では、ＣＯ２含有ガス導入部１０７からＣＯ２含有ガスを送風ポンプ１０８によって、直接、容器１０３内に導入するのではなく、コンプレッサ１０５へ接続し、ＣＯ２含有ガスをコンプレッサ１０５で圧縮して、圧縮空気の一部として容器１０３内に上部から導入供給する。よって、ＣＯ２含有ガス導入管１４７を容器１０３の下部ではなく、コンプレッサ１０５に接続している。この際、導入する圧縮空気の圧力例として、０．２ＭＰａ（ゲージ圧）で供給する。一方、ＣＯ２吸収剤を送液ポンプ１０２を用いて噴霧器１０４へ導入する際、液体の圧力例としては、０．１５ＭＰａ（ゲージ圧）で、５０ｍｌ／ｍｉｎのＣＯ２吸収剤を噴霧する。この結果、噴霧器１０４から噴霧されるＣＯ２吸収剤は、平均粒子径が１０μｍと非常に小さくなる。これにより、噴霧器１０４内でＣＯ２ガスを用いてＣＯ２吸収剤を微細化させることになり、対向通過による表面接触と比較して大きな接触機会を得ることが出来る。その結果として、ＣＯ２吸収剤で大量のＣＯ２ガスを回収することが出来るようになる。後述するが、噴霧器１０４の噴出口穴径は、直径１．５ｍｍの大きさがあり、前記の過程を経て、抵抗なく、容器１０３内へ噴霧されて、ＣＯ２を吸収したＣＯ２含有液又はＣＯ２含有固体１１０を回収することができる。
【００２２】
図１及び図２の本発明の実施の形態又は変形例で利用する噴霧器１０４に関して、図３Ａを用いて説明する。図３Ａは、図１及び図２の噴霧器１０４を示す切断端面図である。
噴霧器１０４は、噴霧器本体部１０４ａと、内蓋部１１４と、外蓋部１１５とを少なくとも備えている。内蓋部１１４と外蓋部１１５とで気液混合部１１６を構成している。噴霧器１０４は、さらに、噴霧器蓋固定部１１８を備えている。
噴霧器本体部１０４ａは、円柱状部材の中心部に軸方向沿いに配置された液体流路１１２と、液体流路１１２の周囲に間隔をおいて軸方向沿いに配置された円筒状の気体流路１１３とがそれぞれ形成されている。液体流路１１２と気体流路１１３とは、噴霧器本体部１０４ａの一部として中央部に位置する円筒部１０４ｂで区切られている。
【００２３】
液体流路１１２は、先端側のみを図示しており、後端の図示しない液体供給口は、ＣＯ２吸収剤供給管１４２を介して送液ポンプ１０２に接続されている。気体流路１１３も、先端側のみを図示しており、後端の図示しない気体供給口は、空気供給管１４４を介してコンプレッサ１０５に接続されており、圧縮エアが供給されている。
円筒部１０４ｂの先端は、円筒部１０４ｂ以外の噴霧器本体部１０４ａより先端側に少し突出し、その先端に内蓋部１１４が固定されている。
【００２４】
内蓋部１１４は、噴霧器本体部１０４ａの先端に配置され、液体流路１１２の開口を覆いかつ平らな内側端面１１４ａを有する断面略Ｃ字形状をなしている。内蓋部１１４は、円筒部１０４ｂの端面と内蓋部１１４の内側端面１１４ａの内面との間には、円板状の外形の第１隙間１２１が形成されている。内蓋部１１４の内側端面１１４ａの外周部の１カ所には、内側端面１１４ａを軸方向に貫通する液体流入口１１９が形成されている。すなわち、液体流入口１１９は、気液混合部１１６の外周壁面近傍の上流側平坦面である内蓋部１１４の内側端面１１４ａに位置しており、液体流路１１２と気液混合部１１６とを連通させている。
【００２５】
外蓋部１１５は、噴霧器本体部１０４ａの先端に配置され、内蓋部１１４を覆うとともに、気体流路１１３の開口を覆いかつ内蓋部１１４の内側端面１１４ａに対向する平らな外側端面１１５ａを有する断面略Ω形状をなしている。外蓋部１１５は、内蓋部１１４との間の側部では、所定間隔の円筒状の外形の第２隙間１２２をあけて覆うとともに、内蓋部１１４との間の端部では、所定間隔の円板状の外形の空間の気液混合部１１６を隙間として形成しつつ内蓋部１１４を覆うように、噴霧器本体部１０４ａの端面と噴霧器蓋固定部１１８との間に挟持されて固定されている。なお、噴霧器蓋固定部１１８を無くして、外蓋部１１５が、直接、噴霧器本体部１０４ａの端面に固定されるようにしてもよい。
【００２６】
外蓋部１１５と内蓋部１１４との間において所定間隔の円板状の外形の気液混合部１１６を確実に形成するため、外蓋部１１５の外側端面１１５ａの内面に円環状の凸部１２３を形成して、外蓋部１１５の内面と内蓋部１１４の内側端面１１４ａとの間に強制的に隙間として気液混合部１１６が配置形成できるようにしている。円環状の凸部１２３は、外蓋部１１５の外側端面１１５ａの内面に設ける代わりに、内蓋部１１４の内側端面１１４ａの外面に設けても良い。このように構成される気液混合部１１６は、気体流路１１３を流れる気体流と液体流路１１２を流れる液体流とを混合するためのものである。
【００２７】
また、気液混合部１１６の側部において、円環状の凸部１２３の一部を径方向に切り欠いて、気体流路１１３と気液混合部１１６とを連通させる気体流入口１２０を形成している。よって、気体流入口１２０は、液体流入口１１９から流入する液体流の流入方向に対して、気体流入口１２０から流入する気体流の流入方向が交差するように配置されている。気体流入口１２０は、噴霧器本体部１０４ａの中心（中心軸１２４）に対して液体流入口１１９とは１８０度位相を異にした、液体流入口１１９に対向する位置に位置する。さらに、外蓋部１１５の外側端面１１５ａの外面の中央には、円筒部が突出して固定され、軸方向に外側端面１１５ａ及び円筒部を貫通した噴出口１１７ａを有する噴出部１１７を形成している。噴出口１１７ａは、液体流路１１２と同一中心軸１２４上に配置されている。これに対して、液体流入口１１９は、この中心軸１２４から外れた位置に位置している。
【００２８】
よって、気液混合部１１６は、円環状の凸部１２３と内蓋部１１４と外蓋部１１５とで囲まれて形成されており、軸方向沿いに内蓋部１１４を貫通した液体流入口１１９と、軸方向とは交差する方向沿いに円環状の凸部１２３を切り欠いた気体流入口１２０と、軸方向沿いに外蓋部１１５を貫通した噴出口１１７ａとに連通している。
【００２９】
このような構成において、噴霧器１０４に供給された液体は、噴霧器本体部１０４ａに対して、図示しない液体供給口から噴霧器先端側に液体流路１１２を流れて液体流となり、その液体流は、第１隙間１２１と液体流入口１１９とを通って、気液混合部１１６に供給される。また、噴霧器１０４に供給された気体は、噴霧器本体部１０４ａに対して、図示しない気体供給口から噴霧器先端側に気体流路１１３を流れて気体流となり、その気体流は、第２隙間１２２と気体流入口１２０とを通って、気液混合部１１６に供給される。
気液混合部１１６に対して気体流と液体流とが供給されると、気液混合部１１６内で互いに混合され、液体が微粒化された後に、外蓋部１１５に設けられた噴出部１１７の噴出口１１７ａから、混合されて微粒化された液体を外側に噴出する。
【００３０】
以下、気液混合部１１６での微粒化の機構について、図３Ｂを参照しながら説明する。液体流路１１２を流れてきた液体流は、第１隙間１２１を通り、内蓋部１１４に設けられた液体流入口１１９を通り、図３Ｂに示すように、気液混合部１１６の円環状の凸部１２３の近傍より、液体流が噴出部１１７の方向へ供給される。
一方、液体流入口１１９から気液混合部１１６に供給された液体流に対して、液体流入口１１９の対向する位置に位置する気体流入口１２０を通って気液混合部１１６に供給された気体が、気液混合部１１６内で液体に衝突する。このように衝突することで、液体は円環状の凸部１２３に押し広げられ、薄い膜状になり円環状の凸部１２３の周方向に流れることにより、薄い膜状からさらに細かな液滴へと変化する。さらに、この液滴を含む気液混合流を、気液混合部１１６の外蓋部１１５側の外側端面１１５ａの内面である壁面に沿って、周回及び撹拌することで、液滴をさらに微粒化することができ、より粒径の小さな液体を噴出口１１７ａから噴霧することが可能である。
【００３１】
より具体的には、気液混合部１１６は直径８．０ｍｍ、高さ２．０ｍｍであり、噴出部１１７の噴出口１１７ａは、直径１．５ｍｍ、長さ２．０ｍｍ、液体流入口１１９は直径０．７ｍｍ、気体流入口１２０は矩形であり、幅１．０ｍｍ、高さ１．０ｍｍの噴霧器である。
【００３２】
この噴霧器に対し、気体の例として圧縮空気を０．２ＭＰａ（ゲージ圧）の圧力で供給し、液体の例として水を０．１５ＭＰａ（ゲージ圧）の圧力で供給した。この条件で微粒化した水のザウター平均粒径をレーザー回折法にて評価を行った。レーザー回折法の測定距離は噴霧器の先端から３００ｍｍの位置であり、ザウター平均粒径は１０．０μｍとなった。
【００３３】
前記実施の形態又は変形例にかかる噴霧器１０４によれば、内蓋部１１４と外蓋部１１５との間に設けられた気液混合部１１６で、液体流入口１１９から流入する液体と気体流入口１２０から流入する気体とが向かい合って衝突するとともに、円環状の凸部１２３に沿って周回及び撹拌して液体が微粒化し、微粒化した液体を噴出部１１７から噴出することができる。この結果、気化が早く粒径の小さな液体を噴霧可能な噴霧器１０４を提供することができる。より具体的には、蒸発気化が早い小さな粒径の例として１０μｍ以下の粒径の液体を噴霧することができる二流体ノズル型式の噴霧器１０４を提供することができる。
【００３４】
従来のＣＯ２回収方法では、図４に示すように、ＣＯ２吸収剤のみを加圧し、一流体の噴霧ノズルを用いて、ＣＯ２回収装置内へ吸収剤を導入していたため、噴霧した後のＣＯ２吸収剤の粒径が大きく、ＣＯ２が吸着分離する接触面積の割合が十分でなかった。
しかし、本発明の実施の形態又は変形例では、前記したように、噴霧器１０４を使用することにより、容器１０３内でＣＯ２吸収剤を１０μｍ以下の粒径の液体として噴霧することができて単位流量あたりの表面積を増加させることができ、ＣＯ２吸収剤表面に大量のＣＯ２を吸収させることができる。従って、二流体ノズルを用いて、ＣＯ２回収装置内で噴霧するＣＯ２吸収剤の粒径が大幅に小さくなるため、ＣＯ２吸収剤にＣＯ２を大量に吸収させることが可能になる。
【００３５】
また、コンプレッサ１０５による圧縮空気を用いるときには、二流体ノズルである噴霧器１０４からＣＯ２吸収剤を噴霧することにより、ＣＯ２吸収剤の粒径を大幅により微細化することが可能になり、それによって単位流量あたりの表面積がより増加することから、ＣＯ２吸収剤表面に大量のＣＯ２をより吸収させることができる。これによって、大量にＣＯ２が吸収された高濃度のＣＯ２含有液又はＣＯ２含有固体を生成させることが可能になる。
【００３６】
ＣＯ２吸収剤を噴霧器１０４で噴霧する際にコンプレッサ１０５から圧縮空気を用いる場合には、この圧縮空気は露点が大気よりも低いため、水分の含まれる量が非常に小さい。よって、噴霧時に導入する空気から混入する水分が飛躍的に少なくなることから、ＣＯ２吸収剤が水分と反応して酸化する割合が減少し、装置の腐食が減少するとともに、ＣＯ２の回収処理効率が上昇する効果が得られる。
また、ＣＯ２吸収剤が酸化してしまう場合は、コンプレッサ１０５からの圧縮空気の代わりに、窒素又はアルゴン又はヘリウムなどの不活性ガスを用いることで、同様の役割をさせることが可能である。
また、容器１０３から排気管１４０において、容器１０３内の接続箇所にミストフィルタ１０９を設置することで、ＣＯ２吸収剤が装置外に排出されることを防ぐことが出来る。
【００３７】
このようなＣＯ２吸収処理が可能なＣＯ２吸収剤は、通常、少なくとも１種のアミン物質からなる。ＣＯ２吸収剤としては、様々なアミン化合物が適しており、多くが次の部類に属する。脂肪族第一、第二及び第三アミン、並びにポリアミン、ポリイミン（例えば、ポリアルキレンイミン）、環式アミン、アミジン化合物、ヒンダードアミン、アミノ−シロキサン化合物、アミノ酸、及びこれらの組合せよりなる群から選ばれた溶剤類であることが望ましい。
【００３８】
なお、前記様々な実施の形態又は変形例のうちの任意の実施の形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施の形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施の形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施の形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の前記態様にかかるＣＯ２回収装置は、従来のＣＯ２回収方法に比べて、ＣＯ２吸収剤にＣＯ２を大量に吸収させることが可能になる。この装置と手法により、ＣＯ２吸収剤に効率良くＣＯ２を分離回収することが出来るとともに、処理中に吸収能力を著しく低下させることなく、低いランニングコストでＣＯ２を回収することが可能になり、ＣＯ２回収現場などで大きな経営貢献に繋がる。このようなＣＯ２回収装置は、世界中のＣＯ２削減手段として広く用いられて、自動車又は電池又は半導体などのデバイス製造業界向けに大きな設備販売事業へと繋がる可能性がある。
【符号の説明】
【００４０】
１０・・・ＣＯ２回収装置
１２・・・液体吸収剤
１４・・・噴霧塔
１５・・・上部領域
１６・・・導管
１８・・・吸収剤霧化機
２０・・・ノズル管
２２・・・噴霧塔内部
２４・・・排ガス
２６・・・導管
２８・・・下部領域
３０・・・固体粒子
３２・・・開口部
３４・・・輸送機構
１００・・・ＣＯ２回収装置
１０１・・・ＣＯ２吸収剤保持部
１０２・・・送液ポンプ
１０３・・・容器
１０３ａ・・・容器内の空間
１０４・・・噴霧器
１０４ａ・・・噴霧器本体部
１０４ｂ・・・円筒部
１０５・・・コンプレッサ
１０７・・・ＣＯ２含有ガス導入部
１０８・・・送風ポンプ
１０９・・・ミストフィルタ
１１０・・・ＣＯ２含有液又はＣＯ２含有固体
１１１・・・ＣＯ２含有液又はＣＯ２含有固体用の貯蔵タンク
１１２・・・液体流路
１１３・・・気体流路
１１４・・・内蓋部
１１４ａ・・・内側端面
１１５・・・外蓋部
１１５ａ・・・外側端面
１１６・・・気液混合部
１１７・・・噴出部
１１７ａ・・・噴出口
１１８・・・噴霧器蓋固定部
１１９・・・液体流入口
１２０・・・気体流入口
１２１・・・第１隙間
１２２・・・第２隙間
１２３・・・円環状の凸部
１２４・・・中心軸
１４０・・・排気管
１４１・・・排気部
１４２・・・ＣＯ２吸収剤供給管
１４３・・・第１開閉弁
１４４・・・空気供給管
１４５・・・ＣＯ２含有液排出管
１４６・・・第２開閉弁
１４７・・・ＣＯ２含有ガス導入管
１４８・・・第３開閉弁
１４９・・・ＣＯ２含有ガス保持部
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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