(57)【要約】【課題】ＣＯ２を吸収した吸収液の再生に要するエネルギーを低減しつつ、ＣＯ２を吸収した吸収液を安定して再生することができる二酸化炭素回収装置および二酸化炭素回収方法を提供する。【解決手段】本発明によるＣＯ２回収装置１０Ａが、ＣＯ２を含有する排ガス２１と、アミノ基含有化合物を含んでなるリーン溶液２２とを気液接触させて、ＣＯ２をリーン溶液２２に吸収させる吸収塔１１と、槽本体３１と電極３２ａ、３２ｂとを備え、リッチ溶液２３を電気分解して、リッチ溶液２３に含まれるＣＯ２を分離させて、吸収液を再生する電気分解再生槽１２Ａと、電気分解再生槽１２Ａで再生されたリーン溶液２２と、電気分解再生部で生じたＣＯ２とを分離する気液分離器１３と、電極３２ａ、３２ｂ間に供給される電圧の極性を調整する制御部１４と、を具備してなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＯ２を含有する排ガスと、アミノ基含有化合物を含んでなる吸収液とを気液接触させて、前記ＣＯ２を前記吸収液に吸収させる吸収塔と、
槽本体と複数の電極とを備え、ＣＯ２を吸収させた吸収液を電気分解して、前記ＣＯ２を吸収させた吸収液に含まれる前記ＣＯ２を分離させて、前記吸収液を再生する電気分解再生部と、
前記電気分解再生部で再生された吸収液と、前記電気分解再生部で生じた前記ＣＯ２とを分離する気液分離部と、
前記電極間に供給される電圧の極性を調整する制御部と、
を具備してなることを特徴とする二酸化炭素回収装置。
【請求項２】
前記吸収液を前記気液分離部から前記吸収塔に供給する吸収液循環ラインをさらに具備してなる、請求項１に記載の二酸化炭素回収装置。
【請求項３】
前記吸収液排出ラインに前記吸収液を冷却する冷却部をさらに具備してなる、請求項１または２に記載の二酸化炭素回収装置。
【請求項４】
前記電気分解再生部が、前記槽本体を直列および／または並列に複数具備してなる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の二酸化炭素回収装置。
【請求項５】
前記電極が、銅層を具備してなる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の二酸化炭素回収装置。
【請求項６】
前記アミノ基含有化合物が、ポリエチレンポリアミン類から選択される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の二酸化炭素回収装置。
【請求項７】
前記アミノ基含有化合物が、エチレンジアミン、トリエチレンジアミン、トリエチレンテトラアミン、アミノエチルエタノールアミン、ジエチレントリアミン、およびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の二酸化炭素回収装置。
【請求項８】
前記吸収液が、アルカリ金属の硝酸塩、アルカリ土類金属の硝酸塩、アルカリ金属の硫酸塩、アルカリ土類金属の硫酸塩、またはこれらの混合物のいずれかの水溶液を含んでなる、請求項１〜７のいずれか１項に記載の二酸化炭素回収装置。
【請求項９】
前記吸収液が、遷移金属の硝酸塩、遷移金属の硫酸塩、またはこれらの混合物のいずれかを含んでなる、請求項１〜８のいずれか１項に記載の二酸化炭素回収装置。
【請求項１０】
前記制御部が、前記吸収液を通過した電荷量に応じて、前記電極の電圧の極性を反転させる、請求項１〜９のいずれか１項に記載の二酸化炭素回収装置。
【請求項１１】
ＣＯ２を含有する排ガスと吸収液とを吸収塔で気液接触させて、前記ＣＯ２を前記吸収液に吸収させるＣＯ２回収工程と、
前記吸収塔から排出された、ＣＯ２を吸収させた吸収液を電気分解再生部に供給して、前記電気分解再生部の槽本体に設けられている複数の電極の間に電流を流して、前記ＣＯ２を吸収させた吸収液を電気分解して、前記ＣＯ２を吸収させた吸収液から前記ＣＯ２を放出させて吸収液を再生する再生工程と、
前記電気分解再生部で再生された吸収液と前記電気分解再生部で生じたＣＯ２とを分離する分離工程と、
を含んでなり、
前記再生工程において、前記電極間に供給される電圧の極性を調整することを特徴とする二酸化炭素回収方法。
【請求項１２】
前記分離工程で分離された前記吸収液を吸収液排出ラインを介して前記吸収塔に供給する循環工程をさらに含む、請求項１１に記載の二酸化炭素回収方法。
【請求項１３】
前記吸収液排出ラインで前記吸収液を冷却する、請求項１１または１２に記載の二酸化炭素回収方法。
【請求項１４】
前記電極として、銅層を具備してなる電極を用いる、請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の二酸化炭素回収方法。
【請求項１５】
前記吸収液として、ポリエチレンポリアミン類から選択されるアミノ基含有化合物を含む吸収液を用いる、請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の二酸化炭素回収方法。
【請求項１６】
前記電気分解再生部において、前記吸収液を通過した電荷量に応じて、前記電極の電圧の極性を反転させる、請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の二酸化炭素回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、二酸化炭素回収装置および二酸化炭素回収方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化問題に対する有効な対策として、二酸化炭素（ＣＯ２）を分離、回収、貯留する技術が注目されている。例えば、火力発電所などで発生する燃焼排ガスや、製鉄所で発生するプロセス排ガスなどを対象に、これらの排ガス中のＣＯ２を吸収液により回収する手法が検討されている。吸収液としては、アミノ基含有化合物と水や有機溶媒などの溶媒とからなるアミン系吸収液が好適に用いられる。
【０００３】
具体的には、排ガスと吸収液を接触させて、排ガス中のＣＯ２を吸収液に吸収させる吸収塔と、ＣＯ２を吸収させた吸収液を加熱して、吸収液からＣＯ２を放出させる再生塔とを備えるＣＯ２回収装置が知られている。吸収塔で、排ガス中のＣＯ２は吸収液に吸収され、排ガスからＣＯ２が除去される。ＣＯ２を吸収させた吸収液（リッチ溶液）は、再生塔内に供給されて、再生塔内で吸収液からＣＯ２は放出させ、吸収液が再生されると共にＣＯ２が回収される。再生塔において再生された吸収液（リーン溶液）は、吸収塔に供給されて、排ガス中のＣＯ２を吸収するために再使用される。ＣＯ２回収装置では、吸収塔におけるＣＯ２の吸収と、再生塔におけるＣＯ２の放出とを繰り返すことにより、排ガス中のＣＯ２を分離し、回収している。
【０００４】
このような装置では、吸収塔から排出されたリッチ溶液を再生塔に供給し、再生塔においてリッチ溶液を加熱してリッチ溶液中のＣＯ２を脱離するために大量のエネルギーが必要としている。そこで、再生塔においてリッチ溶液を再生する方法として、リッチ溶液を電気分解して、ＣＯ２を吸収液から脱離させて吸収液を再生する方法が検討されている。これにより、再生塔においてリッチ溶液中のＣＯ２を脱離するために要するエネルギー量を低減させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２２３６８１号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Michael C. Stern, Fritz Simeon, Howard Herzog and T. Alan Hatton, “Post-combustion carbon dioxide capture using electrochemically mediated amine regeneration”, Energy & Environmental Science., Published on 06 June 2013, p2505-2517.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
リッチ溶液を電気分解してＣＯ２を吸収液から脱離させて吸収液を再生する方法を用いれば、ＣＯ２回収装置で必要とするエネルギーを低減できるため、ＣＯ２回収装置で必要とするエネルギーを低減しつつ、より効率が良い運転を行うことが可能となる。そのため、再生塔においてリッチ溶液を電気分解して吸収液を再生する方法の利用を図る上で、再生塔においてリッチ溶液からリーン溶液に安定して再生することができることが必要である。
【０００８】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、ＣＯ２を吸収した吸収液の再生に要するエネルギーを低減しつつ、ＣＯ２を吸収した吸収液を安定して再生することができる二酸化炭素回収装置および二酸化炭素回収方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一の実施形態による二酸化炭素回収装置は、ＣＯ２を含有する排ガスと、アミノ基含有化合物を含んでなる吸収液とを気液接触させて、前記ＣＯ２を前記吸収液に吸収させる吸収塔と、槽本体と複数の電極とを備え、ＣＯ２を吸収させた吸収液を電気分解して、前記ＣＯ２を吸収させた吸収液に含まれる前記ＣＯ２を分離させて、前記吸収液を再生する電気分解再生部と、を具備してなる。また、前記二酸化炭素回収装置は、前記電気分解再生部で再生された吸収液と、前記電気分解再生部で生じた前記ＣＯ２とを分離する気液分離部と、前記電極間に供給される電圧の極性を調整する制御部と、を具備してなる。
【００１０】
別の実施形態による二酸化炭素回収方法は、ＣＯ２を含有する排ガスと吸収液とを吸収塔で気液接触させて、前記ＣＯ２を前記吸収液に吸収させるＣＯ２回収工程と、前記吸収塔から排出された、ＣＯ２を吸収させた吸収液を電気分解再生部に供給して、前記電気分解再生部の槽本体に設けられている複数の電極の間に電流を流して、前記ＣＯ２を吸収させた吸収液を電気分解して、前記ＣＯ２を吸収させた吸収液から前記ＣＯ２を放出させて吸収液を再生する再生工程と、を含む。また、前記二酸化炭素回収方法は、前記電気分解再生部で再生された吸収液と前記電気分解再生部で生じたＣＯ２とを分離する分離工程と、を含んでなり、前記再生工程において、前記電極間に供給される電圧の極性を調整する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態の二酸化炭素回収装置の構成を示す概略図である。
【図２】電気分解再生槽で電極間に供給する電圧の極性を調整する方法の一例を示すフローチャートである。
【図３】電極の銅層の変化を示す図である。
【図４】第２の実施形態による二酸化炭素回収装置の電気分解再生槽の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１３】
（第１の実施形態）
第１の実施形態による二酸化炭素（ＣＯ２）回収装置について、図面を参照して説明する。図１は、第１の実施形態によるＣＯ２回収装置の構成を示す概略図である。図１に示すように、ＣＯ２回収装置１０Ａは、吸収塔１１と、電気分解再生槽（電気分解再生部）１２Ａと、気液分離器（気液分離部）１３、制御部１４と、リッチ溶液供給ラインＬ１１、リーン溶液排出ラインＬ１２、吸収液循環ラインＬ１３を有する。
【００１４】
ＣＯ２回収装置１０Ａでは、ＣＯ２を含有する排ガス２１中のＣＯ２を吸収する吸収液２２が、吸収塔１１と電気分解再生槽１２Ａとの間（以下、系内という。）を循環している。吸収塔１１から電気分解再生槽１２Ａには排ガス２１中のＣＯ２を吸収させた吸収液（リッチ溶液）２３が送給される。電気分解再生槽１２Ａから吸収塔１１にはリッチ溶液２３から電気分解再生槽１２Ａでほぼ全てのＣＯ２が除去され再生された吸収液（リーン溶液）２２が送給されている。なお、本実施形態において、単に吸収液というと場合は、リーン溶液２２または／およびリッチ溶液２３を指すものとする。
【００１５】
排ガス２１は、ＣＯ２を含有する排気ガスであり、例えば、火力発電所などのボイラやガスタービン等から排出される燃焼排ガス、製鉄所で発生するプロセス排ガスなどである。排ガス２１は、排ガス送風機などにより昇圧され、冷却塔で冷却された後、煙道を介して吸収塔１１の塔底部（下部）の側壁から塔内に供給される。
【００１６】
吸収塔１１は、ＣＯ２を含有する排ガス２１と、リーン溶液２２とを気液接触させて、ＣＯ２をリーン溶液２２に吸収させるものである。吸収塔１１は、例えば向流型気液接触装置からなる。吸収塔１１は、塔内に、気液接触の効率を高めるための充填材を備えた吸収部２４と、液分散器２５とを備えている。塔内に送給された排ガス２１は、塔内の下部から塔頂（上部）側に向けて流れる。リーン溶液２２は、塔上部から塔内に送給され、液分散器２５により塔内に滴下される。吸収塔１１では、吸収部２４において、塔内を上昇する排ガス２１は、リーン溶液２２と対向流接触し、排ガス２１中のＣＯ２がリーン溶液２２に吸収され、除去される。
【００１７】
吸収塔１１で、排ガス２１をリーン溶液２２に接触させる方法は、排ガス２１中にリーン溶液２２を滴下して、吸収部２４で排ガス２１とリーン溶液２２を向流接触させる方法に限定されず、例えば、リーン溶液２２中に排ガス２１をバブリングさせてＣＯ２をリーン溶液２２に吸収させる方法などによって行ってもよい。
【００１８】
リーン溶液２２は、吸収部２４で排ガス２１中のＣＯ２を吸収し、リッチ溶液２３となり、下部に貯留される。一方、吸収塔１１でＣＯ2が除去されたＣＯ２除去排ガス２６は、吸収塔１１の上部から外部に排出される。
【００１９】
吸収液は、アミン系化合物（アミノ基含有化合物）と水とを含むアミン系水溶液である。吸収液に含まれるアミノ基含有化合物の例としては、例えば、エチレンジアミン、トリエチレンジアミン、トリエチレンテトラアミン、アミノエチルエタノールアミン、およびジエチレントリアミンなどのようなポリエチレンポリアミン類などのポリアミンが挙げられる。アミノ基含有化合物は、これらの１種単独で、または２種以上を用いることができる。本実施形態においては、エチレンジアミン、トリエチレンジアミン、トリエチレンテトラアミン、アミノエチルエタノールアミン、およびジエチレントリアミン、およびこれらの混合物からなる群から選択されることが好ましい。
【００２０】
本実施形態においては、吸収液は、上記のアミノ基含有化合物を１０〜７０質量％含有することが好ましい。
【００２１】
本実施形態においては、吸収液は、アルカリ金属の硝酸塩、アルカリ土類金属の硝酸塩、アルカリ金属の硫酸塩、アルカリ土類金属の硫酸塩、またはこれらの混合物のいずれかの水溶液を、緩衝電解質として含むことができる。吸収液は、上記の硝酸塩および／または硫酸塩の何れかを含むことで、吸収液の導電率を維持することできる。アルカリ金属の硝酸塩としては、硝酸ナトリウム、硝酸カリウムなどを挙げることができる。アルカリ土類金属の硝酸塩としては、硝酸マグネシウム、硝酸カルシウムなどを挙げることができる。アルカリ金属の硫酸塩としては、硫酸ナトリウム、硫酸カリウムなどを挙げることができる。アルカリ土類金属の硫酸塩としては、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウムなどを挙げることができる。
【００２２】
本実施形態においては、吸収液は、遷移金属の硝酸塩、遷移金属の硫酸塩、またはこれらの混合物のいずれかを、緩衝電解質として含むことができる。吸収液が、上記の遷移金属の硝酸塩および／または遷移金属の硫酸塩を含むことで、アミノ基含有化合物と銅とからなる銅−アミン錯体を吸収液に形成しておくことができる。遷移金属としては、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ガリウム（Ｇａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、バナジウム（Ｖ）、およびリチウム（Ｌｉ）からなる群から選択される少なくとも１種を用いることができる。本実施形態においては、遷移金属の硝酸塩として、硝酸銅を用いることが好ましい。遷移金属の硫酸塩として、硫酸銅を用いることが好ましい。
【００２３】
吸収液は、上記のアミノ基含有化合物、および水などの溶媒の他に、反応促進剤、ＣＯ２など酸性ガスの吸収性能を向上させる含窒素化合物、プラント設備の腐食を防止するためのリン酸系等の防食剤や、泡立ち防止のためのシリコーン系等の消泡剤や、吸収液の劣化防止のための酸化防止剤、ｐＨ調整剤など、その他の化合物を、吸収液の効果を損なわない範囲で任意の割合で適宜含有していてもよい。
【００２４】
リッチ溶液供給ラインＬ１１は、吸収塔１１と電気分解再生槽１２Ａとを連結するラインである。吸収塔１１の下部に貯留されたリッチ溶液２３は、リッチ溶液供給ラインＬ１１に排出されて、リッチ溶液供給ラインＬ１１に設けられたポンプ２７により圧送され、電気分解再生槽１２Ａに供給される。
【００２５】
電気分解再生槽１２Ａは、リッチ溶液２３からＣＯ２を分離させて、リッチ溶液２３からＣＯ２を放出させ、リッチ溶液２３をリーン溶液２２として再生する装置である。電気分解再生槽１２Ａは、槽本体３１と、一対の電極３２ａ、３２ｂとを備えている。
【００２６】
電極３２ａ、３２ｂは、集電部３３と銅層３４とを備えている。電極３２ａ、３２ｂは、対向して設けられている。本実施形態では、電気分解再生槽１２Ａは、電極３２ａ、３２ｂを一対備えているが、１つの電極３２ａに対して複数の電極３２ｂを備えてもよいし、複数の電極３２ａに対して１つの電極３２ｂを備えてもよいし、複数の電極３２ａ、３２ｂを備えてもよい。集電体３３は、例えば、白金（Ｐｔ）などを用いて形成することができる。集電体３３の形状は、板状などの任意の形状とすることができる。
【００２７】
銅層３４は、集電部３３の電極３２ａ、３２ｂに対向する端面に設けられている。銅層３４の厚さは特に限定されるものでなく、適宜任意の厚さとすることができる。
【００２８】
本実施形態においては、電極３２ａ、３２ｂは、集電部３３および銅層３４を備えた構成としているが、電極３２ａ、３２ｂは銅層３４のみで構成されていてもよい。
【００２９】
電極３２ａ、３２ｂは、電極３２ａ、３２ｂ間に電圧を印加するための可変電源（電源部）３６と配線３７を介して接続されている。可変電源３６は、電極３２ａ、３２ｂに電力を供給するものである。可変電源３６は、制御部１４からの信号に基づいて、電極３２ａ、３２ｂ間の印加電圧を反転させるなど、電極３２ａ、３２ｂに供給される電力を制御して供給する。なお、可変電源３６は、直接、直流を供給する方法、商用の交流電源から得られた電流を直流に変換する方法など任意の手段を用いて電極３２ａ、３２ｂに直流電流を供給することができる。
【００３０】
電極３２ａ、３２ｂ間に電圧が印加されると、電極３２ａ、３２ｂに電流が流され、電極３２ａ、３２ｂの一方が陽極となり、他方が陰極となる。電気分解再生槽１２Ａの内部に供給されたリッチ溶液２３は、槽本体３１内において、電気分解される。陽極では、下記式（１）のように、陽極反応が生じて、リッチ溶液２３中に含まれるアミノ基含有化合物が陽極の銅層３４と反応してアミン−銅錯体を形成し、リッチ溶液２３中に含まれるＣＯ２は脱離されてＣＯ２を放出し、ＣＯ２が除去されたリーン溶液２２となる。陰極では、下記式（２）のように、陰極反応が生じて、溶液中のアミン−銅錯体が、銅とアミノ基含有化合物とに分離される。なお、式（１）、（２）中、Ａｍは、アミノ基含有化合物を示し、（ａｑ）は、液体を示し、（ｇ）は、気体を示し、（ｓ）は固体を示す。
陽極：２Ａｍ（ＣＯ２）（ａｑ）＋Ｃｕ(s)  →  ＣｕＡｍ２２＋（ａｑ）＋２ＣＯ２（ｇ）＋２ｅ−  ・・・（１）
陰極：ＣｕＡｍ２２＋（ａｑ）＋２ｅ−  →  Ｃｕ（ｓ）＋２Ａｍ  ・・・（２）
【００３１】
直流電源３２と電極３２ａとを接続する配線３７には、配線３７を通電する電解電流値（電流値）を計測する電流計３８が設けられている。電流計３８の測定結果より、槽本体３１内における電流値を測定することができる。本実施形態においては、電流計３８が、直流電源３２と電極３２ａとを接続する配線３７に設けられているが、直流電源３２と電極３２ｂとを接続する配線３７に設けてもよいし、直流電源３２と電極３２ａおよび直流電源３２と電極３２ｂとを接続する両方の配線３７に設けてもよい。電流計３８による検知結果は、制御部１４に送信される。
【００３２】
電気分解再生槽１２Ａで再生されたリーン溶液２２と、電気分解再生槽１２Ａで生じたＣＯ２ガスは、混合流体４１として、電気分解再生槽１２Ａからリーン溶液排出ラインＬ１２に排出される。
【００３３】
リーン溶液排出ラインＬ１２は、電気分解再生槽１２Ａと気液分離器１３とを連結するラインである。電気分解再生槽１２Ａから排出された混合流体４１は、リーン溶液排出ラインＬ１２を通って、気液分離器１３に供給される。
【００３４】
気液分離器１３は、リーン溶液２２とＣＯ２ガスとを分離する装置であり、気液分離器１３でリーン溶液２２とＣＯ２ガスとが分離される。気液分離器１３としては、フラッシュタンクなどを用いることができる。
【００３５】
吸収液循環ラインＬ１３は、気液分離器１３と吸収塔１１とを連結するラインである。気液分離器１３で分離されたリーン溶液２２は、気液分離器１３の下部から抜き出され、吸収液循環ラインＬ１３を介して冷却器４３で冷却水４４により冷却された後、吸収塔１１の上部に供給される。これにより、気液分離器１３で分離されたリーン溶液２２は吸収塔１１で再利用できる。
【００３６】
気液分離器１３でリーン溶液２２と分離されたＣＯ２ガス４２は、気液分離器１３の上部から回収ＣＯ２排出ラインＬ１４を介して外部に排出される。
【００３７】
制御部１４は、可変電源３６を制御することで、電極３２ａ、３２ｂに供給される電力を調整する機能、可変電源３６が電極３２ａ、３２ｂ間に供給する電圧の極性を反転させるなど極性を調整または制御する機能を有する。制御部１４は、パルス状の信号、ステップ状の信号など任意の波形の電圧で電極３２ａ、３２ｂに印加することができる。制御部１４は、例えば、制御プログラムや各種記憶情報を格納する記憶手段と、制御プログラムに基づいて動作する演算手段とを含んで構成することができる。制御部１４は、リッチ溶液２３を通過した電荷量の所定値を、予め記憶手段に記憶しておく。リッチ溶液２３を通過した電荷量は、電気分解の時間（電解時間）、電流値などに依存する。リッチ溶液２３の電気分解によって生じる陽極側の電極の銅の溶解量および陰極側の電極の銅の析出量は、リッチ溶液２３を通過した電荷量に比例する。そのため、リッチ溶液２３の電気分解によって生じる陽極側の電極の銅の溶解量および陰極側の電極の銅の析出量は、リッチ溶液２３を通過した電荷量から求められる。制御部１４は、例えば、電解時間、電流計３８により測定された電流値などに基づいて、陽極側の電極の銅の溶解量、または陰極側の電極の銅の析出量が所定量になるまでに要するリッチ溶液２３の電荷量を算出する。
【００３８】
制御部１４がリッチ溶液２３を通過した電荷量を算出するため、前記記憶手段には、試験等により、電解時間と、電流値と、リッチ溶液２３を通過した電荷量と、陽極側の銅の溶解量との関係を予め求め、算出された関係式または相関表などを記憶させておく。制御部２０は、前記関係式または相関表などに基づき、電解時間、電流値などから、リッチ溶液２３を通過した電荷量、陽極側の銅の溶解量を算出することができる。
【００３９】
（ＣＯ２回収装置１０Ａを用いたＣＯ２回収方法）
次に、ＣＯ２回収装置１０Ａを用いたＣＯ２回収方法の一例について説明する。
【００４０】
ＣＯ２を含有する排ガス２１は、吸収塔１１に供給された後、排ガス２１を吸収液（リーン溶液）２２と吸収塔１１で気液接触させて、ＣＯ２をリーン溶液２２に吸収させる（ＣＯ２回収工程）。
【００４１】
リーン溶液２２が、吸収部２４で排ガス２１中のＣＯ２を吸収し、リッチ溶液２３となり、下部に貯留される。吸収塔１１の下部に貯留されたリッチ溶液２３は、リッチ溶液供給ラインＬ１１に排出される。吸収塔１１から排出されたリッチ溶液２３は、リッチ溶液供給ラインＬ１１に設けられたポンプ２７により圧送され、電気分解再生槽１２Ａに供給される。
【００４２】
吸収塔１１から電気分解再生槽１２Ａにリッチ溶液２３を供給した後、制御部１４は、電極３２ａを陽極、電極３２ｂを陰極として、可変電源３６から電気分解再生槽１２Ａの槽本体３１に設けられている電極３２ａ、３２ｂに電圧を印加して、電極３２ａ、３２ｂの間に電流を流す。これにより、槽本体３１で、リッチ溶液２３を電気分解して、リッチ溶液２３からＣＯ２を放出させてリーン溶液２２を再生する（再生工程）。
【００４３】
電気分解再生槽１２Ａで再生したリーン溶液２２と、電気分解再生槽１２Ａで生じたＣＯ２ガス４２とを含む混合流体４１は、電気分解再生槽１２Ａから排出されて、リーン溶液排出ラインＬ１２を通って、気液分離器１３に供給される。
【００４４】
気液分離器１３で混合流体４１中のリーン溶液２２とＣＯ２ガスとが分離される（分離工程）。気液分離器１３で分離されたリーン溶液２２は、吸収液循環ラインＬ１３を介して吸収塔１１に供給される（循環工程）。
【００４５】
このように、吸収液が吸収塔１１と電気分解再生槽１２Ａとの間（系内）を循環して、電気分解再生槽１２Ａで再生された吸収液（リーン溶液）２２が吸収塔１１で再利用される。
【００４６】
本実施形態においては、前記再生工程において、制御部１４は、電気分解再生槽１２Ａで電極３２ａ、３２ｂ間に供給される電圧の極性を調整している。
【００４７】
電気分解再生槽１２Ａで電極３２ａ、３２ｂ間に供給する電圧の極性を調整する方法について説明する。図２は、電気分解再生槽１２Ａで電極３２ａ、３２ｂ間に供給する電圧の極性を調整する方法の一例を示すフローチャートである。
【００４８】
図２に示すように、制御部１４は、電極３２ａを陽極、電極３２ｂを陰極として、電極３２ａ、３２ｂに電圧を印加する（ステップＳ１１）。
【００４９】
次いで、制御部１４は、電極３２ａ、３２ｂに電圧を印加した時間、すなわち、電解時間に基づいて、リッチ溶液２３を通過した電荷量を求める（ステップＳ１２）。制御部１４は、予め記憶手段に記憶しておいた、電解時間と、電流値と、リッチ溶液２３を通過した電荷量と、陽極側の銅の溶解量との関係から算出された関係式または相関表などに基づいて、リッチ溶液２３を通過した電荷量を求める。本実施形態においては、制御部１４は、電極３２ａ、３２ｂに電圧を印加した時間の他に、電流計３８で測定された電流値も参照してリッチ溶液２３を通過した電荷量を求めるようにしてもよい。
【００５０】
制御部１４は、リッチ溶液２３を通過した電荷量の算出結果に基づいて、リッチ溶液２３に流れた電荷量が所定値以上か否かを判定する（ステップＳ１３）。本実施形態において、所定値とは、例えば、陽極側の電極の銅の溶解量、または陰極側の電極の銅の析出量が所定量になるまでに要するリッチ溶液２３の電荷量の値をいう。所定量とは、銅の溶解量または銅の析出量が、電気分解を安定して行うことが困難になる程度の量をいう。
【００５１】
電極３２ａが陽極、電極３２ｂが陰極である場合、上記式（１）のように、リッチ溶液２３中に蓄積したＣＯ２を電気分解して電極３２ａの銅層３４から銅イオンが溶解し、上記式（２）のように、電極３２ｂの銅層３４に銅が析出する。このため、図３に示すように、電極３２ａの銅層３４が消耗し、電極３２ｂの銅層３４が大きくなる。
【００５２】
制御部１４は、リッチ溶液２３に流れた電荷量が所定値以上と判定した場合（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）には、陽極である電極３２ａの銅層３４の銅の溶解量、または陰極である電極３２ｂの銅層３４の銅の析出量が電気分解を安定して行うことが困難になる時間が近いと判断する。そして、制御部１４は、電極３２ａ、３２ｂ間に供給される電圧の極性を反転させ、電極３２ａを陰極、電極３２ｂを陽極とする（ステップＳ１４）。
【００５３】
一方、制御部１４は、リッチ溶液２３に流れた電荷量が所定値未満と判定した場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）には、制御部１４は、陰極である電極３２ｂの銅層３４の銅の析出量または陰極である電極３２ｂの銅層３４の銅の析出量が電気分解をまだ安定して行うことができると判断する。そして、制御部１４は、電極３２ａ、３２ｂ間に供給される電圧の極性はそのまま維持し、ステップＳ１２に移行し、リッチ溶液２３に流れる電荷量を算出する。
【００５４】
次いで、制御部１４が電極３２ａ、３２ｂ間に供給される電圧の極性を反転した後、制御部１４は、上記のステップＳ１２と同様、電極３２ａ、３２ｂに電圧を印加した時間に基づいて、リッチ溶液２３を通過した電荷量を求める（ステップＳ１５）。
【００５５】
電極３２ａが陰極、電極３２ｂが陽極となると、上記式（２）のように、電極３２ａの銅層３４に銅が析出し、上記式（１）のように、リッチ溶液２３中のＣＯ２は放出され、電極３２ｂの銅層３４から銅イオンが溶解する。このため、図３に示すように、電極３２ａの銅層３４が大きくなって、電極３２ｂの銅層３４が消耗する。
【００５６】
次いで、制御部１４は、リッチ溶液２３に流れた電荷量が所定値以上か否か判定する（ステップＳ１６）。本実施形態において、所定値とは、上記と同様、例えば、陽極側の電極の銅の溶解量、または陰極側の電極の銅の析出量が所定量になるまでに要するリッチ溶液２３の電荷量の値をいう。所定量とは、銅の溶解量または銅の析出量が、電気分解を安定して行うことが困難になる程度の量をいう。
【００５７】
制御部１４は、リッチ溶液２３に流れた電荷量が所定値以上と判定した場合（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）には、陽極である電極３２ｂの銅層３４の銅の溶解量、または陰極である電極３２ａの銅層３４の銅の析出量が電気分解を安定して行うことが困難になる時間が近いと判断する。そして、制御部１４は、電極３２ａ、３２ｂ間に供給される電圧の極性を反転させ、電極３２ａを陽極、電極３２ｂを陰極とする（ステップＳ１７）。
【００５８】
一方、制御部１４は、リッチ溶液２３に流れた電荷量が所定値未満と判定した場合（ステップＳ１７：Ｎｏ）には、制御部１４は、陽極である電極３２ｂの銅層３４の銅の溶解量、または陰極である電極３２ａの銅層３４の銅の析出量が電気分解をまだ安定して行うことができると判断する。そして、制御部１４は、電極３２ａ、３２ｂ間に供給される電圧の極性をそのまま維持し、ステップＳ１５に移行し、リッチ溶液２３に流れる電荷量を算出する。
【００５９】
次いで、制御部１４は、リッチ溶液２３の電気分解を終了するか否か判定する（ステップＳ１８）。制御部１４は、リッチ溶液２３の電気分解を終了すると判定した場合（ステップＳ１８：Ｙｅｓ）には、直流電源３６から電極３２ａ、３２ｂに電流を供給することを終了する。一方、制御部１４は、リッチ溶液２３の電気分解を終了しないと判定した場合（ステップＳ１８：Ｎｏ）には、ステップＳ１２に移行する。
【００６０】
よって、制御部１４が、電極３２ａ、３２ｂに印加される電圧の極性を反転させ、電極３２ａ、３２ｂを交互に陽極、陰極に調整することにより、電極３２ａ、３２ｂにおける銅の溶解と析出とが略等しくなるように調整することができる。このため、一方の電極側から他方の電極側に一方向にのみ銅層３４の銅が移動することを抑制できるため、電極３２ａ、３２ｂの消耗および形状変化が生じることを低減することができる。
【００６１】
このように、本実施形態によれば、ＣＯ２回収装置１０Ａは、電気分解再生槽１２Ａおよび制御部１４を備え、電極３２ａ、３２ｂの銅の溶解と析出とを調整することができるため、電極３２ａ、３２ｂのうちの一方の電極のみの消耗を抑制することができる。このため、ＣＯ２回収装置１０Ａは、電気分解再生槽１２Ａにおいてリッチ溶液２３をリーン溶液２２に安定して再生することができる。
【００６２】
また、本実施形態によれば、電気分解再生槽１２Ａは、可変電源３６から直流電流を電極３２ａ、３２ｂに流すだけでリッチ溶液２３を再生してリーン溶液２２とすることができるため、リッチ溶液２３からＣＯ２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。これにより、ＣＯ２回収装置１０Ａの運転するために要する費用の低減を図ることができる。
【００６３】
本実施形態によれば、電気分解再生槽１２Ａは、槽本体３１内で電極３２ａ、３２ｂにおける反応を同一の槽内で行うことができるため、槽本体３１を電極３２ａ、３２ｂで分割する必要がなく、電気分解再生槽１２Ａの構造を簡素にすることができる。
【００６４】
本実施形態によれば、電気分解再生槽１２Ａは、制御部１４から電流を電極３２ａ、３２ｂに流すだけでリッチ溶液２３を再生してリーン溶液２２とすることができるため、リッチ溶液２３の再生を短時間で開始することができ、電気分解再生槽１２Ａで更に効率良くリーン溶液２２の再生を行うことができる。
【００６５】
本実施形態によれば、ＣＯ２回収装置１０Ａは、気液分離器１３を具備しているため、電気分解再生槽１２Ａにおいてリッチ溶液２３を再生してリーン溶液２２とし、気液分離器１３でリーン溶液２２中に含まれるＣＯ２を分離することができる。このため、ＣＯ２がリーン溶液２２に同伴して吸収塔１１に供給されることを抑制することができる。
【００６６】
（第２の実施形態）
第２の実施形態によるＣＯ２回収装置について、図面を参照して説明する。なお、上記実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。本実施形態においては、図１に示す第１の実施形態によるＣＯ２回収装置の電気分解再生槽の構成以外は、同様であるため、電気分解再生槽の構成についてのみ説明する。
【００６７】
図４は、第２の実施形態によるＣＯ２回収装置の電気分解再生槽の構成を示す概略図である。図４に示すように、ＣＯ２回収装置１０Ｂは、電気分解再生槽１２Ｂを備える。電気分解再生槽１２Ｂは、槽本体３１−１〜３１−３を直列にこの順に配置して備えている。槽本体３１−１〜３１−３は、第１の実施形態によるＣＯ２回収装置１０Ａの槽本体３１と同一の構成を有するものである。
【００６８】
吸収塔１１から排出されたリッチ溶液２３は、槽本体３１−１、槽本体３１−２、および槽本体３１−３の順に通り、リッチ溶液２３からＣＯ２を放出してリーン溶液２２となる。槽本体３１−１に供給されたリッチ溶液２３は、槽本体３１−１、槽本体３１−２、および槽本体３１−３の順に通るため、リッチ溶液２３が電気分解される時間を長く保つことができる。このため、電気分解再生槽１２Ｂは、リッチ溶液２３からリーン溶液２２に再生する効率が向上する。
【００６９】
よって、本実施形態によれば、ＣＯ２回収装置１０Ｂは、電気分解再生槽１２Ｂで、リッチ溶液２３からリーン溶液２２への再生効率を向上させることができる。
【００７０】
本実施形態では、電気分解再生槽１２Ｂは、槽本体３１−１〜３１−３を直列にこの順に配置して構成しているが、電気分解再生槽１２Ｂは、槽本体３１−１〜３１−３を並列に配置して構成してもよい。これにより、一度に大量のリッチ溶液２３を再生することができると共に、リッチ溶液２３からリーン溶液２２への再生を短時間で効率良く行うことができる。
【００７１】
上記の各実施形態においては、排ガス２１が酸性ガスとしてＣＯ２を含む場合について説明したが、本実施形態によれば、ＣＯ２以外に、Ｈ２Ｓ、ＣＯＳ、ＣＳ２、ＮＨ３、またはＨＣＮなど他の酸性ガスを含んでいても同様に適用することができる。また、本実施形態によれば、排ガス２１がＣＯ２を含まず、上記の他の酸性ガスを含んでいる場合でも同様に適用することができる。そのため、本実施形態によれば、排ガス２１として、火力発電所などのボイラやガスタービン等から排出される燃焼排ガス、製鉄所で発生するプロセス排ガス以外に、例えば、ガス化炉で石炭などの燃料をガス化させることによって生成されたガス化ガス、石炭ガス化ガス、合成ガス、コークス炉ガス、石油ガス、天然ガスなどのガス中に含まれる酸性ガス成分を除去する場合等においても同様に適用することができる。
【００７２】
なお、本実施形態では、リッチ溶液２３をスチームで加熱させて生じた水蒸気と熱交換させてリーン溶液２３を生成する再生塔を備え、電気分解再生槽１２Ａを補助用に用いるようにしてもよい。
【００７３】
以上の通り、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の組み合わせ、省略、置き換え、変更などを行うことが可能である。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７４】
１０Ａ、１０Ｂ  ＣＯ２回収装置
１１  吸収塔
１２  電気分解再生槽（電気分解再生部）
１３  気液分離器（気液分離部）
１４  電源部制御部
１５  制御部
２１  排ガス
２２  吸収液（リーン溶液）
２３  ＣＯ２を吸収させた吸収液（リッチ溶液）
３１  槽本体
３２ａ、３２ｂ  電極
３３  集電部
３４  銅層
３６  可変電源（電源部）
４１  混合流体
Ｌ１１  リッチ溶液供給ライン
Ｌ１２  リーン溶液排出ライン
Ｌ１３  吸収液循環ライン
Ｌ１４  回収ＣＯ２排出ライン
【図１】
2015199042.tif 000003
【図２】
2015199042.tif 000004
【図３】
2015199042.tif 000005
【図４】
2015199042.tif 000006