(57)【要約】【課題】二酸化炭素の回収に使用される冷却水の冷熱量及び放熱器の気化水量を削減し、水資源に乏しい地域において実施し易い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】回収装置は、吸収塔、再生塔、及び、ガスを予め冷却する前処理塔を有し、吸収塔は、前処理塔で冷却されたガスを吸収液と接触させて二酸化炭素を吸収液に吸収させる気液接触部と、気液接触部を経た処理後ガスを冷却する冷却部とを有し、再生塔は、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吸収液を再生する。更に、吸収液に水を供給する水供給システムを有し、前処理塔の冷却でガスから生じる凝縮水、及び、吸収塔の冷却部で処理後ガスから生じる凝縮水の合計量に相当する量の水を供給する。冷却部で冷却された処理後ガスの温度と、前処理塔で冷却される前のガスの温度との差が３℃以内になるように冷却部が設定される。【選択図】図１
2015051382.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスを予め適正温度に冷却する前処理塔と、
前記前処理塔で冷却されたガスを吸収液と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気液接触部、及び、前記気液接触部を経た処理後ガスを冷却する冷却部を有する吸収塔と、
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吸収液を再生する再生塔と、
前記前処理塔で冷却によって前記ガスから生じる凝縮水、及び、前記吸収塔の前記冷却部で冷却によって前記処理後ガスから生じる凝縮水の合計量に相当する量の水を吸収液に供給する水供給システムと
を有し、前記冷却部で冷却された前記処理後ガスの温度と、前記前処理塔で冷却される前のガスの温度との差が３℃以内になるように前記冷却部が設定される二酸化炭素の回収装置。
【請求項２】
更に、前記吸収塔と前記再生塔との間で前記吸収液を循環させる循環システムを有し、前記水供給システムは、前記循環システムによって前記吸収塔から前記再生塔へ供給される吸収液に、前記凝縮水の合計量に相当する量の水を供給する請求項１に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項３】
前記前処理塔の冷媒としての第１冷却水と、前記吸収塔の冷却部の冷媒としての第２冷却水とを有する冷却システムを有し、
前記水供給システムは、前記冷却システムから前記凝縮水の合計量に相当する量の冷却水を吸収液に供給する請求項１又は２に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項４】
前記冷却システムは、前記第１冷却水及び前記第２冷却水の各々について、所定量を超える超過分の冷却水が分別されるように構成され、
前記水供給システムは、前記冷却システムにおいて前記第１冷却水及び前記第２冷却水から分別される前記超過分の冷却水を吸収液に供給する供給路を有する請求項３に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項５】
前記冷却システムにおいて、前記第１冷却水及び前記第２冷却水は前記凝縮水の発生によって増加し、それによって前記凝縮水に相当する量の冷却水が前記超過分として前記第１冷却水及び前記第２冷却水から分別される請求項４に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項６】
前記水供給システムは、前記前処理塔において生じる凝縮水に相当する量の前記第１冷却水を前記吸収塔の前記第２冷却水に添加する供給路を有し、前記凝縮水の合計量に相当する量の第２冷却水を吸収液に供給する請求項３〜５の何れか１項に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項７】
前記吸収塔の冷却部は、前記処理後ガスについて上流側の冷却部と下流側の冷却部とによって構成され、
前記冷却システムの第２冷却水は、前記上流側の冷却部の冷媒としての上流側冷却水と、前記下流側の冷却部の冷媒としての下流側冷却水とを有し、前記上流側冷却水及び前記下流側冷却水の各々について、所定量を超える超過分の冷却水が分別されるように構成され、
前記水供給システムは、前記第１冷却水から分別される前記超過分の冷却水を前記下流側冷却水に添加する供給路と、前記下流側冷却水から分別される前記超過分の冷却水を前記上流側冷却水に添加する供給路と、前記上流側冷却水から分別される前記超過分の冷却水を吸収液に供給する供給路とを有する請求項３に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項８】
前記冷却システムは、前記処理後ガスが前記上流側の冷却部及び前記下流側の冷却部を経るに従って、前記処理後ガスの温度が段階的に低下するように設定される請求項７に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項９】
前記吸収塔の冷却部は、前記処理後ガスについて上流側の冷却部と下流側の温度調整部とによって構成され、
前記冷却システムの第２冷却水は、前記上流側の冷却部の冷媒としての上流側冷却水と、前記下流側の温度調整部の媒体としての温度調整水とを有し、前記上流側冷却水及び前記温度調整水の各々について、所定量を超える超過分の水が分別されるように構成され、
前記水供給システムは、前記第１冷却水から分別される前記超過分の冷却水を前記温度調整水に添加する供給路と、前記温度調整水から分別される前記超過分の水を前記上流側冷却水に添加する供給路と、前記上流側冷却水から分別される前記超過分の水を吸収液に供給する供給路とを有する請求項３に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項１０】
前記冷却システムは、前記上流側の冷却部を経た前記処理後ガスの温度が、前記温度調整部を経た前記処理後ガスの温度より低くなるように設定される請求項９に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項１１】
前記前処理塔は、更に、冷却する前の前記ガスから硫黄酸化物を除去するための脱硫部を有する請求項１〜１０の何れか１項に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項１２】
ガスを予め適正温度に冷却する前処理工程と、
前記前処理工程で冷却されたガスを吸収液と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工程と、
前記吸収工程を経た処理後ガスを冷却する冷却工程と、
前記吸収工程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吸収液を再生する再生工程と、
前記前処理工程で冷却によって前記ガスから生じる凝縮水、及び、前記冷却工程で前記処理後ガスから生じる凝縮水の合計量に相当する量の水を吸収液に供給する水供給工程と
を有し、前記冷却工程で冷却された前記処理後ガスの温度と、前記前処理工程で冷却される前のガスの温度との差が３℃以内になるように前記冷却工程を調整する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ために、再生時の加熱に要するエネルギーを低減するように回収装置の構成に工夫が施される。
【０００４】
二酸化炭素の回収装置においては、吸収塔内において吸収液による二酸化炭素の吸収が適正温度で良好に進行するように、吸収塔に導入される排ガスを適正温度に調節するための冷却器が設けられる。例えば、特許文献１に記載されるように、吸収塔の前段に排ガス冷却装置を設けて、吸収塔に導入される排ガスの入口温度が４０℃前後になるように冷却する。吸収塔内に導入された排ガスは、吸収液が二酸化炭素を吸収する反応熱によって温度が上昇するので、二酸化炭素が除去されたガスを吸収塔からそのまま排出すると、多量の水蒸気が塔外に放出されて、塔内の吸収液から水分が奪われる。これを防止するためには、吸収塔から排出されるガスを冷却して水蒸気を凝縮させることが必要であり、特許文献１では、ガスの出口温度は４０℃前後となるように冷却している。
【０００５】
二酸化炭素の回収装置において使用される冷却器は、上述したものだけではなく、再生塔から吸収塔に還流される吸収液の温度を適正温度に調節するための冷却器や、再生塔から放出される高温の二酸化炭素ガスを冷却するための冷却器なども備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−５２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
二酸化炭素の回収装置において使用される冷却器は、一般的に、冷却水を冷媒とする熱交換によって冷却する。冷却器に求められる冷却温度は、設置される箇所によって異なるが、冷却水の流量によって冷却効率を調節することによって、同じ冷却水を用いて冷却器毎に異なる冷却温度に調整することができる。各冷却器において加熱された冷却水は、放熱器に回収して元の温度に低下させて再度使用し、通常、気化放熱器が利用される。
【０００８】
気化放熱器は、水分の蒸発によって放熱・冷却するので、放熱量に応じて冷却水が減少する。従って、水資源が豊富な地域では、支障はないが、水資源に乏しい地域では冷却水の気化量を削減できることが望ましく、つまり、放熱量の削減が望まれる。これを実現するには、二酸化炭素回収装置において使用される冷却器の冷却温度を可能な範囲で高く設定する必要がある。
【０００９】
本発明の課題は、上述の問題を解決し、二酸化炭素の回収において使用される冷却器の冷媒である冷却水の気化放熱器における気化量の削減が可能で、水資源に乏しい地域における二酸化炭素の回収処理が従来に比べて実施し易い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、二酸化炭素が除去されたガスを吸収塔から放出する出口温度を従来より高く設定しても水蒸気を装置外へ放出させないように構成可能であり、それにより、気化放熱器における冷却水の放熱量及び気化水量を削減可能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、ガスを予め適正温度に冷却する前処理塔と、前記前処理塔で冷却されたガスを吸収液と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気液接触部、及び、前記気液接触部を経た処理後ガスを冷却する冷却部を有する吸収塔と、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吸収液を再生する再生塔と、前記前処理塔で冷却によって前記ガスから生じる凝縮水、及び、前記吸収塔の前記冷却部で冷却によって前記処理後ガスから生じる凝縮水の合計量に相当する量の水を吸収液に供給する水供給システムとを有し、前記冷却部で冷却された前記処理後ガスの温度と、前記前処理塔で冷却される前のガスの温度との差が３℃以内になるように前記冷却部が設定されることを要旨とする。
【００１２】
又、本発明の一態様によれば、二酸化炭素の回収方法は、ガスを予め適正温度に冷却する前処理工程と、前記前処理工程で冷却されたガスを吸収液と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工程と、前記吸収工程を経た処理後ガスを冷却する冷却工程と、前記吸収工程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吸収液を再生する再生工程と、前記前処理工程で冷却によって前記ガスから生じる凝縮水、及び、前記冷却工程で前記処理後ガスから生じる凝縮水の合計量に相当する量の水を吸収液に供給する水供給工程とを有し、前記冷却工程で冷却された前記処理後ガスの温度と、前記前処理工程で冷却される前のガスの温度との差が３℃以内になるように前記冷却工程を調整することを要旨とする。
【発明の効果】
【００１３】
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使用する冷却器で必要とされる冷熱量を削減することができるので、冷却器の冷媒である冷却水を所定の温度に維持するための気化放熱器における気化水量の削減が可能であり、水資源に乏しい地域において、燃焼排ガス等の二酸化炭素の回収処理の実施を促進する上で有利な二酸化炭素の回収方法及び回収装置が提供され、環境保護において有用である。特殊な装備や高価な装置を必要とせず、一般的な設備を利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】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る二酸化炭素の回収装置を示す概略構成図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る二酸化炭素の回収装置を示す概略構成図。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る二酸化炭素の回収装置を示す概略構成図。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る二酸化炭素の回収装置を示す概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
化学吸収法による二酸化炭素の回収プロセスは、排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高温の再生工程とを有し、これらを交互に繰り返すために、吸収工程を実施する吸収塔と再生工程を実施する再生塔との間で吸収液を循環させる。回収プロセスによって二酸化炭素を回収する排ガスの温度は、通常、５０℃程度又はそれ以上であるが、吸収液への吸収効率の観点から吸収塔内の温度は低いことが好ましいので、屡々、排ガスの温度を吸収処理に適した温度に冷却するための前処理塔が設けられ、４０℃程度以下に排ガスを冷却した後に吸収塔に導入する。又、吸収液は、二酸化炭素を吸収する際の反応熱により発熱するので、吸収塔内を通過するガスの温度も上昇する。従って、二酸化炭素を除去した後のガスをそのまま吸収塔から放出すると、ガスと共に水蒸気が放出され、吸収塔内の吸収液は濃縮される。これを防止するために、吸収塔内のガスを塔外へ放出する前に、排ガスを吸収塔へ導入する温度と同程度の４０℃前後に冷却する必要があり、この冷却を含む回収装置全体で施される冷却に必要な冷熱量は多大になる。しかし、放出するガスの温度が高くても吸収液の濃縮を防止可能なように回収装置が構成されれば、冷却器での冷熱量の低減が可能であり、冷却に使用した水を気化放熱器において元の温度に低下させる際の気化水量を削減することができる。
【００１６】
本発明では、吸収塔からガスを放出する際の出口温度を、前処理塔で冷却される前の排ガスの温度、つまり、排ガスの初期温度に設定し、出口温度の上昇によって増加する放出水蒸気量の増加分に相当する水を前処理塔から補給できるように装置を構成して、吸収液の濃縮を防止する。換言すれば、ガスに含まれる水蒸気の管理範囲を吸収塔内から前処理塔を含む範囲まで拡大し、前処理塔で回収される凝縮水を利用することで冷熱量の削減を可能にする。以下に、上述のように構成された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。
【００１７】
図１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１の実施形態を示す。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ための吸収塔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。更に、吸収塔１０に供給されるガスＧを予め冷却して二酸化炭素の吸収に適した適正温度に調整する冷却塔としての機能を有する前処理塔３０が設けられ、これにより、高温の排ガスの処理にも対応可能である。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、再生塔２０及び前処理塔３０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で構成される気液接触部１１，２１，３１を各々内部に保持している。気液接触部１１，２１，３１を構成する充填材は、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、特に限定されず、処理温度における耐久性及び耐腐食性を有する素材で、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できる。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。吸収液は、吸収塔１０の気液接触部１１上方に供給され、気液接触部１１を通過する間にガスＧとの気液接触でガスＧ中の二酸化炭素を吸収する。二酸化炭素を吸収した吸収液（リッチ液）Ａ１は、吸収塔１０底部に貯溜され、ポンプ１２によって、吸収塔１０底部と再生塔２０上部とを接続する供給路１６を通じて再生塔２０へ供給される。再生塔２０で再生された吸収液（リーン液）Ａ２は、ポンプ２３によって、再生塔２０底部から還流路１７を通じて吸収塔１０の気液接触部１１上方に還流される。つまり、供給路１６、還流路１７及びポンプ１２，２３によって吸収液を吸収塔と再生塔との間で循環させる循環システムが構築される。
【００１８】
前処理塔３０には、気液接触部３１を通過するガスＧを冷却する冷却システムを構成するために、冷却水Ｗ１を搬送するためのポンプ３２、水冷式の冷却器３３及びこれらを接続する循環路３４が外部に付設され、前処理塔３０底部の冷却水Ｗ１は、ポンプ３２の駆動によって循環路３４を通じて冷却器３３に供給され、冷却器３３で冷却された冷却水Ｗ１は前処理塔３０内の気液接触部３１上方に還流する。前処理塔３０下部から供給されるガスＧは、気液接触部３１を通過する間に、上部から供給される冷却水Ｗ１によって冷却された後に、微小液滴を除去するデミスタ３５を通過して、前処理塔３０頂部と吸収塔１０底部とを接続する送気管１８を通じて吸収塔１０に供給される。二酸化炭素の回収処理を施すガスＧの初期温度Ｔ０は、通常５０℃程度であり、前処理塔３０において４０℃程度の温度Ｔ１に冷却されるので、ガスＧは吸収処理に適正な温度Ｔ１で吸収塔１０に導入され、ガスＧの温度に起因する吸収塔１０内の温度上昇は防止される。気液接触部３１でガスＧとの接触により温度が上昇した冷却水Ｗ１は、前処理塔３０底部に流下して循環路３４から冷却器３３に供給される。
【００１９】
冷却水Ｗ１を循環させる循環路３４には、循環する冷却水Ｗ１が所定量を超えた時に冷却水Ｗ１の超過分を分流するための分岐路３６が設けられ、前処理塔３０と冷却器３３とを循環する冷却水Ｗ１の量が一定に保たれるように構成される。従って、気液接触部３１での冷却によってガスＧの水蒸気圧が温度Ｔ１での飽和水蒸気圧以下に低下して凝縮水が生じると、これが冷却水Ｗ１に加わって一体となり冷却水Ｗ１が増加するので、冷却水Ｗ１の増量分ΔＷ１（つまり凝縮水に相当する）が循環路３４から分岐路３６を通じて分流され、最終的には吸収液に添加される。この点に関し、図１の実施形態では、冷却水Ｗ１の増量分ΔＷ１は、吸収液に添加する前に吸収塔１０上部に供給して冷却水として利用するように構成している（詳細は後述する）が、吸収液に直接加えるように分岐路３６の接続先を供給路１６等に変更することも可能である。増量分ΔＷ１が分岐路３６によって分別された冷却水Ｗ１は、冷却器３３によって冷却されて気液接触部３１へ供給される。尚、送気管１８に温度センサーを設けて、吸収塔１０底部へ導入されるガスＧの検出温度に応じてポンプ３２の駆動を制御するように構成すると、ガスＧの初期温度Ｔ０の変動等によって温度Ｔ１が上昇した時に、冷却水Ｗ１の循環流量を増加させて熱交換率を上げることによりガスＧの温度Ｔ１を低下させて適正に維持することができる。
【００２０】
前処理塔３０を通過した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。ガスＧ及び吸収液が気液接触部１１を向流通過する間に、気液接触によりガスＧ中の二酸化炭素が吸収液に吸収される。気液接触部１１において、吸収液は二酸化炭素の吸収によって発熱して液温が上昇するので、吸収液から水分が蒸発して吸収液が濃縮され、二酸化炭素が除去されたガスＧ’も水蒸気量が増加し温度が上昇する。このため、ガスＧ’に含まれる水蒸気等を凝縮して回収するための冷却部１３が、充填材を用いて気液接触部１１の上方に形成され、気液接触部１１で二酸化炭素を除去された処理後ガスＧ’は、冷却部１３を通過する間に冷却されて水蒸気量が減少した後に、吸収塔１０頂部から排出される。冷却部１３における冷却形態は、前処理塔３０の気液接触部３１の形態と同様になるように構成される。具体的には、冷却システムを構成するために、冷却部１３に冷却水Ｗ２を供給するためのポンプ１５、冷却水Ｗ２を冷却するための水冷式の冷却器１４、及び、これらを接続する循環路３７が吸収塔１０の外部に付設され、冷却部１３の下方には区画部材１９が設けられる。区画部材１９は、水平環状板と、その中央穴周縁に立設される管状壁と、管状壁の上端穴の上方を覆う傘部とを有し、吸収塔１０の内側壁と区画部材１９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、気液接触部１１と冷却部１３との間を区画する。区画部材１９とポンプ１５及び冷却器１４とは循環路３７によって接続され、ポンプ１５の駆動によって冷却水Ｗ２が区画部材１９を介して冷却部１３と冷却器１４とを循環する。冷却部１３を流下する冷却水Ｗ２は、区画部材１９上に落下して液溜まりに収容され、循環路３７を通じて冷却器１４に送られて冷却され、再度冷却部１３に供給される。循環路３７は、前処理塔３０の循環路３４と同様に、冷却部１３と冷却器１４とを循環する冷却水Ｗ２の量が一定に保たれるように構成され、増加した冷却水Ｗ２の超過分は、循環路３７から分岐する分岐路３８によって分流される。気液接触部１１から区画部材１９の管状壁を通って冷却部１３に到達した処理後ガスＧ’が冷却されると、凝縮水（吸収剤を含み得る）が生じ、冷却水Ｗ２と共に区画部材１９上に落下して、液溜まりにおいて冷却水Ｗ２と一体になり、冷却水Ｗ２は増加する。更に、分岐路３６の下流端が循環路３７に接続されるので、前処理塔３０の循環路３４から分流される冷却水Ｗ１の増量分ΔＷ１も循環路３７の冷却水Ｗ２に加わる。従って、前処理塔３０の気液接触部３１及び冷却部１３で凝縮した凝縮水は冷却水として利用される。循環路３７において冷却部１３と冷却器１４とを循環する冷却水Ｗ２の量は一定に保たれるので、増加した冷却水Ｗ２の増量分ΔＷ２、つまり、処理後ガスＧ’の冷却によって冷却部１３で生じる凝縮水の量と、分岐路３６から供給される冷却水Ｗ１の増量分ΔＷ１（気液接触部３１での凝縮水に相当）の量との合計量の冷却水が、分岐路３８によって分流されて、供給路１６を流れる吸収液Ａ１に添加される。これは、冷却部１３で生じる凝縮水と前処理塔３０で生じる凝縮水とが供給路１６の吸収液Ａ１に直接添加されることと実質的に同等である。分岐路３８によって増量分ΔＷ２が分別された後の冷却水Ｗ２は、冷却器１４に供給されて冷却され、冷却部１３に供給される。
【００２１】
吸収塔１０下部から供給される温度Ｔ１のガスＧは、塔内を上昇して気液接触部１１を通過して二酸化炭素回収処理を経た後に、処理後ガスＧ’として、微小液滴を除去するデミスタ３９及び区画部材１９の管状壁内孔を通って冷却部１３で冷却され、デミスタ４０を経て外部へ放出される。本発明においては、冷却部１３で冷却された処理後ガスＧ’の温度Ｔ２を、前処理塔３０においてガスＧが冷却される前の温度である初期温度Ｔ０に実質的に等しい温度（実用的にはＴ０±３℃以内、好ましくはＴ０±２℃以内）に設定する。これにより、前処理塔３０に導入されるガスＧに含まれる水蒸気量と、吸収塔１０から放出される処理後ガスＧ’に含まれる水蒸気量とが等しくなる。前処理塔３０内及び吸収塔１０内でガスＧ，Ｇ’から生じる凝縮水に等しい量の水が吸収液に補給されるので、気液接触部１１において濃縮された吸収液Ａ１の濃度は元の濃度に希釈され、吸収塔１０内での吸収液の濃縮は解消される。つまり、処理後ガスＧ’を放出する温度を上げても、導入ガスと放出ガスとは水蒸気含有量が同じであり、吸収液の濃縮は防止される。従って、冷却部１３での冷却温度Ｔ２を吸収塔１０のガス入口温度（Ｔ１）より高く設定することによる冷却器１４での冷熱量の削減を実現できる。更に、前処理塔３０から吸収塔１０へ導入するガスＧの温度Ｔ１よりも処理後ガスＧ’の出口温度Ｔ２、つまり、冷却部１３で冷却する温度の方が高いので、前処理塔３０の冷却水Ｗ１は、冷却部１３の冷媒として利用可能であり（Ｔ１＜Ｔ２）、上記構成においては、前処理塔３０で凝縮する水（又はそれに等しい量の水）は、循環路３７での冷却水としての利用を経由して間接的に供給路１６の吸収液Ａ１に添加され、吸収塔１０の冷却部１３で凝縮する水（又はそれに等しい量の水）については、供給路１６の吸収液に直接添加される。このように、循環路３４から分流される水を、吸収液に添加する前に循環路３７を経由させることによって、更に冷却器１４における冷熱量を削減できる。
【００２２】
吸収塔１０底部の吸収液Ａ１は、供給路１６上で分岐路３８から添加される水によって元の濃度に回復し、再生塔２０の上部に供給され、気液接触部２１の充填材上を流下して底部に貯溜される。再生塔２０の底部には、リボイラーが付設される。即ち、吸収液を加熱するために再生塔２０外に付設されるスチームヒーター２２と、吸収液をスチームヒーター２２を介して循環させる循環路２２’とが付設され、塔底部の吸収液Ａ２の一部が循環路２２’を通してスチームヒーター２２に分流され、高温蒸気との熱交換によって加熱された後に塔内へ還流される。この加熱によって、底部の吸収液から二酸化炭素が放出され、又、気液接触部２１の充填材も間接的に加熱され、充填材上での気液接触により吸収液からの二酸化炭素の放出が促進される。
【００２３】
再生塔２０で二酸化炭素を放出して再生された吸収液（リーン液）Ａ２は、還流路１７を通じてポンプ２３によって吸収塔１０に還流される。供給路１６と還流路１７との間で熱交換を行う熱交換器２４が設けられており、吸収塔１０から再生塔２０に供給される供給路１６の吸収液Ａ１は、再生塔２０から還流する吸収液Ａ２によって加熱され、吸収液Ａ２は逆に冷却される。還流路１７の吸収液Ａ２は、更に、水冷式の冷却器２５によって、二酸化炭素の吸収に適した温度（Ｔ１程度）まで充分に冷却される。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、様々な種類があり、本発明における熱交換器２４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。
【００２４】
再生塔２０における加熱で放出される二酸化炭素を含むガスは、回収ガスＣとして再生塔２０上部の凝縮部２６を通って頂部から排出される。凝縮部２６は、回収ガスＣに含まれる水蒸気を凝縮させて過度の放出を抑制し、また、吸収剤の放出も抑制する。再生塔２０の外部には、回収ガスＣを冷却するための水冷式の冷却器２７、気液分離器２８及び調圧弁２９が設けられ、再生塔２０の頂部のデミスタ４１を通って放出される回収ガスＣは、排気管４２を通って冷却器２７で充分に冷却され、含まれる水蒸気等が可能な限り凝縮される。凝縮した水等は、気液分離器２８において分離され、ポンプ４３によって流路４４から再生塔２０の凝縮部２６上へ供給され、冷却水として使用される。排気管４２から排出される回収ガス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。尚、気液分離器２８の気体排出側に設けられる調圧弁２９は、再生塔２０内の圧力調節等に利用可能であり、加圧状態での再生処理が可能になるが、省略してもよい。
【００２５】
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。
【００２６】
前処理塔３０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を底部から供給すると、前処理工程として、ガスＧは、気液接触部３１において、循環路３４を循環する冷却水Ｗ１によって初期の温度Ｔ０から温度Ｔ１へ冷却され、飽和水蒸気圧の低下によりガスＧから凝縮水が生じる。凝縮水によって増加した冷却水Ｗ１のうちの凝縮水に相当する増量分ΔＷ１が、分岐路３６から吸収塔１０の循環路３７へ供給される。温度Ｔ１は、冷却水Ｗ１の水温及び気液接触部３１への供給流量の調節によって３０〜４０℃程度の範囲に設定される。温度Ｔ１に冷却されたガスＧは、吸収塔１０へ導入される。冷却水Ｗ１の水温は、冷却器３３の冷却効率（つまり冷却水（冷媒）の流量）によって調整される。
【００２７】
吸収塔１０において、ガスＧを底部から供給し、吸収液を上部から供給すると、気液接触部１１上でガスＧと吸収液とが気液接触し、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、吸収液の液温又は吸収塔１０（特に気液接触部１１）の温度が４０℃程度以下となるように温度を管理することが好ましい。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、メチルジエタノールアミン、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）等を例示できる。通常、モノエタノールアミン（ＭＥＡ）の使用が好まれ、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等に応じて適宜設定することができ、吸収液の流動性や消耗損失抑制などの点を考慮すると、概して、１０〜５０質量％程度の濃度が適用され、例えば、二酸化炭素含有量が２０％程度のガスＧの処理に対して、濃度が３０質量％程度の吸収液が好適に使用される。ガスＧ及び吸収液の供給速度は、ガスに含まれる二酸化炭素量及び気液接触効率等に応じて、吸収が充分に進行するように適宜設定される。
【００２８】
気液接触部１１において二酸化炭素が除去された処理後ガスＧ’は、反応熱による温度上昇に伴って水蒸気量が増加するが、冷却部１３を通過する間に冷却水Ｗ２によって温度Ｔ２に冷却されて水蒸気量が減少した後に、吸収塔１０頂部から排出される。前処理塔３０に導入されるガスＧに含まれる水蒸気量と、吸収塔１０から放出される処理後ガスＧ’に含まれる水蒸気量とが実質的に等しくなるように、冷却部１３で冷却される処理後ガスＧ’の温度Ｔ２は、前処理塔３０によってガスＧが冷却される前の温度である初期温度Ｔ０に実質的に等しい温度（実用的にはＴ０±３℃以内、好ましくはＴ０±２℃以内）に設定する。温度Ｔ２の設定は、冷却水Ｗ２の水温及び冷却部１３への供給流量によって調節できる。冷却部１３において生じる凝縮水は、冷却水Ｗ２と共に下方の区画部材１９に貯留され、ポンプ１５によって区画部材１９から冷却器１４を介して循環路３７を循環する。その間に、前処理塔３０から分岐路３６を通じて供給される冷却水ΔＷ１が添加されるので、増加した冷却水Ｗ２の増量分ΔＷ２［つまり、処理後ガスＧ’の冷却によって冷却部１３で生じる凝縮水の量と、分岐路３６から供給される冷却水ΔＷ１（気液接触部３１の凝縮水に相当）の量との合計分］は、循環している吸収液Ａ１に分岐路３８を通じて添加される。つまり、気液接触部１１において吸収液から気化した水分は、分岐路３８から添加される水によって補充され、濃縮された吸収液Ａ１を希釈して元の濃度に回復する水供給工程が行われる。従って、処理後ガスＧ’の出口温度をＴ１からＴ２へ上昇させても、この上昇による冷却部１３での凝縮水の減少分は、前処理塔３０における凝縮水によって補填される。
【００２９】
吸収塔１０で二酸化炭素を吸収した吸収液Ａ１は、供給路１６を通じてポンプ１２の駆動力によって再生塔２０へ供給される。その間に、熱交換器２４において、吸収液Ａ１は、再生塔２０から還流する吸収液Ａ２と熱交換される。熱交換器２４における吸収液Ａ１の出口温度と吸収液Ａ２の入口温度との差は１０℃程度以下となるように構成可能であり、吸収液Ａ１は、再生塔２０での加熱温度に近い温度に昇温される。再生塔２０における吸収液Ａ２の加熱温度は、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℃程度に設定され、これに基づけば、熱交換において吸収液Ａ１の熱交換器出口温度は９５〜１２５℃程度に上昇可能である。
【００３０】
高温で再生塔２０に供給される吸収液Ａ１は、気液接触部２１を流下しつつ二酸化炭素を放出する。気液接触部２１の充填材上での気液接触によって二酸化炭素の放出が促進されると共に、再生塔２０底部での加熱によって更に昇温及び二酸化炭素の放出が進行する。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、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。この際、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、吸収液を１２０〜１３０℃に加熱する条件設定を用いると、エネルギー効率上有効である。再生塔２０内の加圧は、排気管４２の出口に設けられる調圧弁２９の制御によって調整可能である。
【００３１】
再生塔２０の上部の温度は、投入される吸収液Ａ１の温度に近くなるため、凝縮部２６を通過した回収ガスを冷却器２７において冷却水（冷媒）により十分に冷却する。回収ガスＣから凝縮する水分及び吸収剤は気液分離器２８において回収ガスＣから分離され、これを凝縮部２６に供給することによって、凝縮部２６を冷却すると共に、再生塔２０における吸収液の濃度上昇及び吸収剤の気化放散を抑制する。
【００３２】
再生塔２０で再生された吸収液Ａ２は、還流路１７を通じて吸収塔１０に還流され、その間に熱交換器２４及び冷却器２５によって冷却される。このようにして、吸収液は吸収塔１０と再生塔２０との間で循環して、吸収工程と再生工程とが交互に繰り返される。尚、図１の回収装置では、再生塔２０の排気管４２に調圧弁２９が設けられ、必要に応じて再生塔２０内を加圧して圧力を調節可能なように構成されている。又、吸収塔１０内のガス圧力は大気圧に設定されているが、再生塔２０と同様にして圧力調節弁を用いて圧力を調節可能に構成してもよく、吸収液の二酸化炭素回収率を上げる必要がある場合には、常圧を超える１２０ｋＰａＧ程度以下、好ましくは１０〜１００ｋＰａＧ程度の圧力範囲に調整するとよい。
【００３３】
回収装置１において、４つの冷却器１４，２５，２７，３３が使用され、各冷却器において必要とされる冷却効率（つまり冷却温度）に応じて、冷媒とする冷却水の流量が適宜調節される。これらの冷却器１４，２５，２７，３３で使用された冷却水は、気化放熱器（図示省略）に回収されて水の気化による放熱によって冷却した後に各冷却器に還流される。本発明においては、吸収塔１０の処理後ガスＧ’の出口温度Ｔ２をガスＧの入口温度Ｔ１より高く設定することによって冷却器１４における冷熱量が減少するので、気化放熱器において気化する水量を削減でき、加えて、前処理塔３０の凝縮水を冷却部１３の冷却水Ｗ２として利用することによって冷却器１４における冷熱量が更に減少する。シミュレーションによる計算では、図１の構成において、約０．５ＧＪ／ｔ−ＣＯ２の冷熱量（全冷熱量の１１％程度）の削減が可能となる。従って、本発明は、気化放熱器における気化水量の削減に有効であり、水資源に乏しい地域での実施において有利である。
【００３４】
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の実施形態は、図１の回収装置１の前処理塔３０を、ガスＧの冷却だけでなく、脱硫処理も行うように変更した前処理塔３０Ａを有し、それ以外の点は回収装置１と同様であるので、その説明は以下において省略する。
【００３５】
図２の回収装置２において、前処理塔３０Ａは、回収装置１と同様に、充填材によって構成される気液接触部３１を有するが、更に、脱硫処理を行うための脱硫部として作用する気液接触部５０が、気液接触部３１の下方に設けられ、これらの間を仕切る区画部材５１が設けられる。区画部材５１は、吸収塔１０内の区画部材１９と同じ構造であり、水平環状板、管状壁及び傘部によって構成され、前処理塔３０Ａの内壁と区画部材５１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。ポンプ３２の駆動によって、区画部材５１上の冷却水Ｗ１が循環路３４Ａを通って冷却器３３へ供給され、冷却された後に気液接触部３１の上方に供給される。前処理塔３０Ａの底部には、水酸化ナトリウム等の塩基を含むアルカリ水Ｂが貯留され、これを気液接触部５０に供給するためのポンプ５２及び循環路５３が前処理塔３０Ａの外部に付設される。
【００３６】
前処理塔３０Ａの底部に供給される二酸化炭素を含んだガスＧ（初期温度Ｔ０）は、気液接触部５０を通過する間にアルカリ水と接触して、ガスＧに含まれる二酸化硫黄等の硫黄酸化物がアルカリ水によって除去され、硫黄酸化物より酸性度が低い二酸化炭素は気液接触部５０を通過する。気液接触部５０からデミスタ５４及び区画部材５１を通過するガスＧ（温度Ｔ０’）は、図１の実施形態と同様に、気液接触部３１において冷却水Ｗ１によって冷却され、ガスＧから生じる凝縮水が冷却水Ｗ１と共に区画部材５１の液溜まりに貯留されて一体になり、ポンプ３２によって冷却器３３を通じて循環路３４Ａを循環する。循環路３４Ａにおいて、増加した冷却水Ｗ１の増量分ΔＷ１、つまり、ガスＧの冷却によって気液接触部３１で生じる凝縮水に相当する量の冷却水は、分岐路３６Ａによって分流され、循環路３７を循環する冷却水Ｗ２に添加される。気液接触部３１で冷却されたガスＧ（温度Ｔ１）は、デミスタ３５によって微小液滴が除去された後に前処理塔３０Ａから吸収塔１０へ供給される。
【００３７】
吸収塔１０へ導入されたガスＧは、気液接触部１１において吸収液と接触する。気液接触部１１において二酸化炭素が除去された処理後ガスＧ’は、デミスタ３９及び区画部材１９を通って冷却部１３において冷却され、図１の実施形態と同様に処理後ガスＧ’から凝縮水が生じて、冷却水Ｗ２と共に区画部材１９の液溜まりに貯留される。循環路３７を循環する冷却水Ｗ２の増量分ΔＷ２、つまり、冷却部１３で処理後ガスＧ’から生じる凝縮水の量と、分岐路３６Ａから供給される冷却水ΔＷ１（気液接触部３１の凝縮水に相当）の量との合計分は、分岐路３８を通じて、供給路１６を循環する吸収液Ａ１に添加される。気液接触部１１において吸収液から気化した水分は、分岐路３８から添加される水によって補填され、濃縮された吸収液Ａ１は希釈されて元の濃度に回復する。
【００３８】
この実施形態においては、冷却部１３で冷却された処理後ガスＧ’の出口温度Ｔ２は、ガスＧが前処理塔３０Ａの気液接触部３１によって冷却される前の温度Ｔ０’に実質的に等しい温度（実用的にはＴ０’±３℃以内、好ましくはＴ０’±２℃以内）になるように冷却器１４の冷却効率が設定される。ガスＧとアルカリ水Ｂとの接触においては、硫黄酸化物と塩基との反応熱による温度上昇を生じるが、アルカリ水Ｂによる冷却効果もあるので、ガスＧの初期温度Ｔ０と気液接触部５０通過後の温度Ｔ０’との差はさほど大きくなく、概して１℃程度以下であるので、ガスＧの温度Ｔ０’は初期温度Ｔ０と見なしても良い。従って、図２の回収装置２においても、処理後ガスＧ’の出口温度をＴ２（Ｔ０又はＴ０’）に設定することによる冷却部１３での凝縮水の減少分は、前処理塔３０における凝縮水によって補填される。
【００３９】
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。回収装置３は、図２の回収装置２に変更を加えて、吸収塔１０Ａの気液接触部１１と冷却部１３との間に追加の冷却部６０を設けて、二酸化炭素を除去した処理後ガスＧ’の冷却を、上流側の冷却部６０と下流側の冷却部１３の２段階で行い、両方の冷却部で凝縮水を回収するようにしたもので、それ以外の点は回収装置２と同様であるので、その説明は以下において省略する。
【００４０】
回収装置３の前処理塔３０Ａは、回収装置２のものと同一であり、ガスＧは、気液接触部５０における脱硫処理、及び、気液接触部３１における冷却を経て、温度Ｔ１のガスＧが吸収塔１０の底部に導入される。循環路３４Ａを循環する冷却水Ｗ１が、気液接触部３１で生じる凝縮水によって増加すると、冷却水Ｗ１の増加分ΔＷ１は、分岐路３６Ａを通って吸収塔１０Ａの循環路３７の冷却水Ｗ２に添加され、冷却水Ｗ２は、冷却部１３と冷却器１４との間を循環する。
【００４１】
吸収塔１０Ａの気液接触部１１と冷却部１３との間には、追加の冷却部６０が充填材を用いて形成され、冷却部６０の下方に配置される区画部材６１によって気液接触部１１と区切られる。気液接触部１１で二酸化炭素が除去された処理後ガスＧ’は、冷却部６０及び冷却部１３を通過して水蒸気量が減少した後に吸収塔１０頂部から排出される。冷却部６０における冷却形態は、前処理塔３０の気液接触部３１及び冷却部１３の形態と同様になるように構成される。具体的には、冷却部６０に冷却水Ｗ３を供給するためのポンプ６２、及び、冷却水Ｗ３を冷却するための水冷式の冷却器６３が吸収塔１０の外部に付設される。区画部材６１は、区画部材１９と同様に、水平環状板と、その中央穴周縁に立設される管状壁と、管状壁の上端穴の上方を覆う傘部とを有し、吸収塔１０の内側壁と区画部材６１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る。区画部材６１は、循環路６４によってポンプ６２及び冷却器６３と接続され、ポンプ６２の駆動によって冷却水Ｗ３が区画部材６１を介して冷却部６０と冷却器６３とを循環する。冷却部６０を流下する冷却水Ｗ３は、区画部材６１上に落下して液溜まりに収容され、循環路６４を通じて冷却器６３に送られて冷却され、再度冷却部６０に供給される。循環路６４は、前処理塔３０Ａの循環路３４Ａ及び吸収塔１０Ａの循環路３７と同様に、冷却部６０と冷却器６３とを循環する冷却水Ｗ３の量が所定量に保たれるように構成され、冷却水Ｗ３の超過分ΔＷ３は、循環路６４から分岐する分岐路６５によって分流される。
【００４２】
気液接触部１１からデミスタ６６及び区画部材６１の管状壁を通った処理後ガスＧ’が上流側の冷却部６０に到達して冷却されると、凝縮水（吸収剤を含み得る）が生じて、冷却水Ｗ３と共に区画部材６１上に落下して液溜まりにおいて冷却水Ｗ３と一体になり、冷却水Ｗ３は増加する。処理後ガスＧ’は、更に、デミスタ３９及び区画部材１９の管状壁を通り、下流側の冷却部１３に到達して冷却水Ｗ２により冷却されて凝縮水が生じ、冷却水Ｗ２と共に区画部材１９上に落下して液溜まりにおいて冷却水Ｗ２と一体になり、冷却水Ｗ２は増加する。
【００４３】
前処理塔３０Ａの循環路３４Ａから分岐する分岐路３６Ａの下流端は、循環路３７に接続され、前処理塔３０の循環路３４Ａから分流される冷却水ΔＷ１も循環路３７の冷却水Ｗ２に添加されて冷却水Ｗ２は増加する。循環路３７は、循環する冷却水Ｗ２の量を一定に保つので、増加した冷却水Ｗ２の増量分ΔＷ２［つまり、処理後ガスＧ’の冷却によって冷却部１３で生じる凝縮水の量と、分岐路３６Ａから供給される冷却水Ｗ１の増量分ΔＷ１（気液接触部３１の凝縮水に相当）の量との合計分］の冷却水が、分岐路３８Ａによって分流される。分岐路３８Ａの下流端は、循環路６４に接続され、冷却水Ｗ２の増量分ΔＷ２は、循環路６４の冷却水Ｗ３に添加される。循環路６４は、冷却部６０と冷却器６３とを循環する冷却水Ｗ３の量を一定に維持するので、増加した冷却水Ｗ３の増量分ΔＷ３［つまり、処理後ガスＧ’の冷却によって冷却部１３及び冷却部６０で生じる凝縮水の量と、分岐路３６Ａから供給される冷却水Ｗ１の増量分ΔＷ１（気液接触部３１の凝縮水に相当）の量との合計分］の冷却水が、分岐路６５によって分流される。分岐路６５の下流端は、供給路１６に接続され、冷却水Ｗ３の増量分ΔＷ３は、供給路１６を流れる吸収液Ａ１に添加される。これは、冷却部１３及び冷却部６０で生じる凝縮水と前処理塔３０で生じる凝縮水とが供給路１６の吸収液Ａ１に添加されることと実質的に同等である。そして、前処理塔３０Ａの気液接触部３１、冷却部１３及び冷却部６０で凝縮した凝縮水は、冷却水として利用される。
【００４４】
前処理塔３０Ａから吸収塔１０Ａの底部に供給される二酸化炭素を含んだガスＧ（温度Ｔ１）が気液接触部１１を通過すると、二酸化炭素が除去された処理後ガスＧ’は、温度が上昇して水蒸気量が増加するが、区画部材６１を介して冷却部６０を通過する間に冷却水Ｗ３によって温度Ｔ３に冷却されて水蒸気量が減少し、更に、区画部材１９を介して冷却部１３を通過する間に冷却水Ｗ２によって温度Ｔ２に冷却され（Ｔ３＞Ｔ２）、その後、吸収塔１０頂部から排出される。温度Ｔ３の設定についても、温度Ｔ１，Ｔ２の設定と同様に、冷却水Ｗ３の水温及び冷却部６０への供給流量によって調節できる。前処理塔３０Ａの気液接触部３１に導入されるガスＧに含まれる水蒸気量と、吸収塔１０Ａから放出される処理後ガスＧ’に含まれる水蒸気量とが実質的に等しくなるように、冷却部１３で冷却された処理後ガスＧ’の出口温度Ｔ２は、前処理塔３０ＡによってガスＧが冷却される前の温度Ｔ０’に実質的に等しい温度（実用的にはＴ０’±３℃以内、好ましくはＴ０’±２℃以内）に設定する。処理後ガスＧ’は、気液接触部１１から冷却部６０及び冷却部１３を通過する間に段階的に温度Ｔ２へ冷却され、気液接触部１１において吸収液から気化した水分は、気液接触部３１及び冷却部１３，６０において凝縮回収される水（又はそれに相当する量の水）を分岐路６５を通じて供給することによって補填され、濃縮された吸収液Ａ１の濃度は希釈されて元の濃度に回復する。つまり、処理後ガスＧ’の出口温度をＴ２へ上昇させても、この上昇による冷却部１３での凝縮水の減少分は、前処理塔３０における凝縮水によって補填される。尚、前処理塔３０Ａにおいて発生する凝縮水は、吸収剤であるアミン化合物を含まない点で冷却部６０における凝縮水と異なるので、前処理塔３０Ａの冷却水Ｗ１を吸収塔１０Ａの冷却部１３において使用することによって、処理後ガスＧ’からアミン化合物を除去する洗浄作用を期待できる。
【００４５】
回収装置３においては、５つの冷却器１４，２５，２７，３３，６３が使用されるが、冷却器１４における冷熱量と冷却器６３における冷熱量の合計は、回収装置１，２の冷却器１４における冷熱量と等しくなるので、冷却器１４，２５，２７，３３，６３で使用された冷却水を元の温度に冷却するために気化放熱器で気化する水量は、回収装置１，２の場合と同様である。冷却器１４及び冷却器６３の何れか一方を省略することも可能であり、その場合、残りの冷却器の冷却効率を高めて、処理後ガスＧ’の出口温度がＴ２（＝Ｔ０’）となるように調節する。
【００４６】
図３の回収装置３においては、吸収塔１０Ａ内を上昇する処理後ガスＧ’の温度は段階的に出口温度まで低下する（Ｔ３＞Ｔ２）が、使用する吸収液を構成する吸収剤が、処理後ガスＧ’に随伴され易い成分（例えば比較的低沸点である、共弗性又は揮発性を有する等）を含む場合には、上流側の冷却部６０における冷却効率を高めて（つまり冷却温度を下げて）吸収剤の放出抑制を強化することが可能である。但し、この場合、冷却部６０を通過した処理後ガスＧ’の温度は、出口温度Ｔ２より低くなるので、下流側の冷却部１３及び冷却水Ｗ２は冷却手段として作用せず、むしろ加熱手段及び熱媒体として作用する。以下においては、上述したように追加の冷却部６０の冷却効率を高めた実施形態に係る回収装置４について図４を参照して説明する。この回収装置４においては、図３の冷却部１３及び冷却水Ｗ２と同一の構成物について、その働きに基づいて温度調整部１３’及び温度調整水Ｗ２’と称するが、冷却部６０及び温度調整部１３’は、全体としては、処理後ガスＧ’を出口温度Ｔ２に冷却するように作用する。
【００４７】
図４の回収装置４は、回収装置３における吸収塔１０Ａを以下のように変更した吸収塔１０Ｂを有する。即ち、吸収塔１０Ａの循環路３７上の冷却器１４を省略して、還流路１７の熱交換器２４と冷却器２５との間に熱交換器７１を設け、循環路３７の温度調整水Ｗ２’の一部（又は全部）を分流して（又は迂回させて）熱交換器７１を経由して還流するように循環路３７から分岐・合流するバイパス路７０を形成するように変更して吸収塔１０Ｂを構成している。吸収塔１０Ｂにおける冷却器６３の冷却効率（冷却温度）は、吸収塔１０Ａとは異なる様に設定されるが、上述の点以外は回収装置３と構造的に同様であり、図２，３と同一の前処理塔３０Ａ及び図１〜３と同一の再生塔２０を有する。従って、回収装置４の前処理塔３０Ａに導入されるガスＧは、図２，３と同様に気液接触部５０における脱硫処理及び気液接触部３１における冷却を経て、温度Ｔ１で吸収塔１０Ｂに導入され、図１〜３と同様に吸収液による二酸化炭素の吸収、吸収液の再生及び循環が行われる。前処理塔３０Ａの気液接触部３１で生じる凝縮水によって増加した冷却水Ｗ１の増量分ΔＷ１は、分岐路３６Ａを通じて循環路３７の温度調整水Ｗ２’へ供給される。この時の冷却水Ｗ１の増量分ΔＷ１の温度は、ガスＧとの接触によってＴ１近くに上昇している。
【００４８】
この実施形態の吸収塔１０Ｂにおいては、気液接触部１１において二酸化炭素が除去された処理後ガスＧ’が冷却部６０において冷却水Ｗ３によって冷却される際に、冷却された処理後ガスＧ’の温度Ｔ４が出口温度Ｔ２以下、好ましくはＴ２より５〜２０℃程度低い温度となるように、冷却器６３の冷却効率が高く設定される。従って、冷却部６０において出口温度Ｔ２より低い温度Ｔ４に冷却された処理後ガスＧ’は、温度調整部１３’において温度調整水Ｗ２’によって温度Ｔ２に加温される。これに関し、温度調整水Ｗ２’に添加される冷却水Ｗ１の温度はＴ１近くである（Ｔ１＜Ｔ２）ので、上記の加温は、循環路３７の温度調整水Ｗ２’と還流路１７の吸収液Ａ２との熱交換によって実現される。具体的には、循環路３７の温度調整水Ｗ２’の一部又は全部は、バイパス路７０を通じて熱交換器７１に供給され、熱交換器７１において吸収液Ａ２を冷却する冷却水として機能すると共に加熱されて、温度調整部１３’に供給される。吸収液Ａ２の温度は概して５５〜７０℃程度であり、温度調整水Ｗ２’の温度は、熱交換器７１の熱交換率によって調整できるので、Ｔ２以上の温度になるように調整される。これにより、温度調整部１３’において処理後ガスＧ’は加温されて温度Ｔ２に調整される。このように、冷却部６０における処理後ガスＧ’の冷却温度Ｔ４を出口温度Ｔ２（つまりＴ０’）より低く設定して、温度調整水Ｗ２’によって処理後ガスＧ’の温度をＴ４からＴ２へ上げることにより、冷却部６０における冷却効率を高めて吸収剤の放出抑制を強化しつつ、吸収液の濃度を一定に保つことが可能である。
【００４９】
上述の構成において、吸収塔１０Ｂの冷却部６０で処理後ガスＧ’から生じる凝縮水の量は、図３の吸収塔１０Ａにおいて冷却部１３及び冷却部６０で各々生じる凝縮水の合計量以上になる。他方、温度調整部１３’においては、処理後ガスＧ’は冷却されないので凝縮水は生じず、むしろ加温（Ｔ４＜Ｔ２）によって処理後ガスＧ’は加湿される。循環路３７を循環する温度調整水Ｗ２’の量は一定に維持されるように構成されるので、循環路３７の温度調整水Ｗ２’から分岐路３８Ａを通じて循環路６４へ分流される増量分ΔＷ２’は、分岐路３６Ａから供給される冷却水Ｗ１の増量分ΔＷ１に比べて加湿による気化分だけ減少する。循環路６４を循環する冷却水Ｗ３の量も一定に維持されるように構成され、分岐路３８Ａから供給される温度調整水Ｗ２’の増量分ΔＷ２’と、冷却部６０で生じる凝縮水の量との合計に相当する量の冷却水Ｗ３が、増量分ΔＷ３として分岐路６５から供給路１６の吸収液Ａ１に添加される。処理後ガスＧ’の出口温度Ｔ２は、図３の実施形態と同じであるので、冷却部６０における冷却温度の低下による凝縮水の増加量は、温度調整部１３’における温度調整水Ｗ２’の気化量と図３の冷却部１３での凝縮水量との合計に等しくなり、供給路１６の吸収液Ａ１に添加される冷却水Ｗ３の増量分ΔＷ３は、図３の実施形態と同じ量になる。
【００５０】
図４の実施形態では、冷却部６０における冷却効率を高めるために、冷却器６３における冷熱量が増大し、その冷熱量は、図３における冷却器１４及び冷却器６３の冷熱量の合計以上であるが、温度調整水Ｗ２’を吸収液Ａ２の冷却に利用することによって冷却器２５における冷熱量が削減される。従って、回収装置４全体としては、図１〜３の回収装置１〜３における冷熱量と同様であり、冷却器２５，２７，３３，６３で使用される冷却水を気化放熱器で放熱・冷却するための気化水量を削減できる。
【００５１】
図２〜４の回収装置２〜４においても、図１の回収装置１の説明で記載したような変更が可能であり、気液接触部３１及び冷却部１３，６０で生じる凝縮水に相当する量の水を、冷却水として使用せずに直接吸収液に添加したり、凝縮水そのものを吸収液に添加可能な冷却形態を採用することが可能である。
【００５２】
尚、図１〜４の実施形態において、循環する冷却水Ｗ１〜Ｗ３及び温度調整水Ｗ２’の各々の量について設定される「所定量」は同一である必要はなく、装置形状及び寸法等の設計に応じて各部に適した量が適宜設定される。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
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効である。特に、二酸化炭素の回収処理において使用する冷却水による冷熱量が削減可能な回収装置が提供され、水資源に乏しい地域における二酸化炭素の回収処理の実施促進に寄与し、環境保護に貢献することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１，２，３，４  回収装置、  １０，１０Ａ，１０Ｂ  吸収塔、  ２０  再生塔、
３０、３０Ａ  前処理塔、  １１，２１，３１，５０  気液接触部、
１２，１５，２３，３２，４３，５２，６２  ポンプ、
１３，６０  冷却部、  １３’  温度調整部、
１４，２５，２７，３３，６３  冷却器、  １６  供給路、
１７  還流路、  １８  送気管、  １９，５１，６１  区画部材、
２２  スチームヒーター、  ２２’，３４，３４Ａ，３７，５３，６４  循環路、
２４，７１  熱交換器、  ２６  凝縮部、  ２８  気液分離器、  ２９  調圧弁、
３５，３９，４０，４１，５４，６６  デミスタ、
３６，３６Ａ，３８，３８Ａ，６５  分岐路、  ７０  バイパス路、
Ｇ、Ｇ’  ガス、  Ａ１，Ａ２  吸収液、  Ｂ  アルカリ水、  Ｃ  回収ガス、
Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３  冷却水、  Ｗ２’  温度調整水。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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