(57)【要約】【課題】分離装置を小型化しつつ、被処理流体から目的成分を良好な分離効率で分離できるようにする。【解決手段】分離方法は、微細流路である吸収流路５８と、その吸収流路５８と熱交換可能な位置に配置された微細流路である冷媒流路６０とを内部に有する吸収処理部２を備えた分離装置１を用意する工程と、吸収流路５８に被処理流体と吸収液をそれらが互いに接触する状態で流通させ、その流通する過程で被処理流体から吸収液に目的成分を吸収させる吸収工程と、冷媒流路６０に吸収流路５８を流れる被処理流体及び吸収液よりも低温の冷媒を流してその冷媒と吸収流路５８を流れる被処理流体及び吸収液との間で熱交換させることにより被処理流体及び吸収液を冷却する冷却工程と、吸収工程において吸収液に目的成分を吸収された後の被処理流体と目的成分を吸収した後の吸収液との混合流体を被処理流体と吸収液とに分離する吸収後分離工程とを備える。【選択図】図１
2015013261.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理流体から分離対象としての目的成分を分離する方法であって、
被処理流体中の前記目的成分を吸収液に吸収させるための吸収処理部を備えていて、その吸収処理部が、微細流路である吸収流路と、その吸収流路と熱交換可能な位置に配置された微細流路である冷媒流路とを内部に有する分離装置を用意する工程と、
前記吸収流路に被処理流体と吸収液をそれらが互いに接触する状態で流通させ、その流通する過程で被処理流体から吸収液に前記目的成分を吸収させる吸収工程と、
前記冷媒流路に前記吸収流路を流れる被処理流体及び吸収液よりも低温の冷媒を流してその冷媒と前記吸収流路を流れる被処理流体及び吸収液との間で熱交換させることにより被処理流体及び吸収液を冷却する冷却工程と、
前記吸収工程において吸収液に前記目的成分を吸収された後の被処理流体と前記目的成分を吸収した後の吸収液との混合流体を被処理流体と吸収液とに分離する吸収後分離工程とを備える、分離方法。
【請求項２】
前記分離装置として、前記吸収処理部に取り付けられ、前記吸収流路の出口と連通する内部空間を有する吸収後分離部をさらに備えたものを用意し、
前記吸収後分離工程では、前記吸収流路の出口から排出された前記混合流体を前記吸収後分離部の内部空間に導入し、その内部空間において前記混合流体を比重差により前記目的成分を吸収された後の被処理流体と前記目的成分を吸収した後の吸収液とに分離する、請求項１に記載の分離方法。
【請求項３】
前記分離装置として、前記吸収後分離部に接続されていて、前記目的成分を吸収された後の被処理流体を前記吸収後分離部の内部空間から排出するための被処理流体排出路と、前記吸収後分離部に接続されていて、前記目的成分を吸収した後の吸収液を前記吸収後分離部の内部空間から排出するための吸収液排出路と、前記被処理流体排出路に設けられた第１逆止弁及び第１圧力調整弁と、前記吸収液排出路に設けられた第２逆止弁及び第２圧力調整弁とをさらに備えたものを用意し、
前記吸収後分離工程では、前記第１圧力調整弁と前記第２圧力調整弁とにより前記被処理流体排出路に排出される被処理流体の圧力と前記吸収液排出路に排出される吸収液の圧力とが等しくなるようにそれらの被処理流体及び吸収液の圧力を制御するとともに、前記第１逆止弁により前記被処理流体排出路に流れる被処理流体の前記吸収分離部側への逆流を阻止し、前記第２逆止弁により前記吸収液排出路に流れる吸収液の前記吸収分離部側への逆流を阻止する、請求項２に記載の分離方法。
【請求項４】
前記目的成分は、ＣＯ２であり、
前記被処理流体は、ＣＯ２を含む混合ガスであり、
前記吸収液は、水、アミン系溶剤、アミン系溶剤の水溶液及びイオン性液体のうちのいずれかであり、
前記冷却工程では、前記冷媒流路を流れる冷媒の温度が１０℃以上４０℃以下の範囲内に維持されるように当該冷媒の温度を制御する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の分離方法。
【請求項５】
前記分離装置として、前記吸収後分離工程において分離された前記目的成分を吸収した後の吸収液から前記目的成分を放散させるための放散処理部をさらに備えていて、この放散処理部が、微細流路である放散流路と、その放散流路と熱交換可能な位置に配置された微細流路である熱媒流路とを内部に有するものを用意し、
前記分離方法は、前記放散流路に前記吸収後分離工程において分離された前記目的成分を吸収した後の吸収液を流通させつつ、その吸収液よりも高温の熱媒を前記熱媒流路に流通させ、この熱媒流路を流れる熱媒と前記放散流路を流れる吸収液との間で熱交換させることによりその吸収液から前記目的成分のガスを放散させる放散工程をさらに備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の分離方法。
【請求項６】
前記目的成分は、ＣＯ２であり、
前記被処理流体は、ＣＯ２を含む混合ガスであり、
前記吸収液は、水、アミン系溶剤、アミン系溶剤の水溶液及びイオン性液体のうちのいずれかであり、
前記放散工程では、前記熱媒流路を流れる熱媒の温度が７０℃以上９５℃以下の範囲内に維持されるように当該熱媒の温度を制御する、請求項５に記載の分離方法。
【請求項７】
被処理流体から分離対象としての目的成分を分離する分離装置であって、
被処理流体から前記目的成分を吸収液に吸収させる吸収処理部と、
前記吸収処理部において吸収液に前記目的成分を吸収された後の被処理流体と前記目的成分を吸収した後の吸収液との混合流体を被処理流体と吸収液とに分離する吸収後分離部とを備え、
前記吸収処理部の内部には、被処理流体と吸収液をそれらが互いに接触する状態で流通させ、その流通する過程で被処理流体から吸収液に前記目的成分を吸収させる微細流路である吸収流路と、その吸収流路と熱交換可能な位置に配置され、前記吸収流路を流れる被処理流体及び吸収液よりも低温の冷媒を流通させながら当該冷媒と前記吸収流路を流れる被処理流体及び吸収液との間で熱交換させる微細流路である冷媒流路とが設けられている、分離装置。
【請求項８】
前記吸収処理部に取り付けられ、前記吸収流路の出口と連通する内部空間を有する吸収後分離部をさらに備え、
前記吸収後分離部は、前記吸収流路の出口から排出されて当該吸収後分離部の内部空間に導入された前記混合流体を比重差により前記目的成分を吸収された後の被処理流体と前記目的成分を吸収した後の吸収液とに分離する、請求項７に記載の分離装置。
【請求項９】
前記吸収後分離部に接続されていて、前記目的成分を吸収された後の被処理流体を前記吸収後分離部の内部空間から排出するための被処理流体排出路と、
前記吸収後分離部に接続されていて、前記目的成分を吸収した後の吸収液を前記吸収後分離部の内部空間から排出するための吸収液排出路と、
前記被処理流体排出路に設けられた第１逆止弁及び第１圧力調整弁と、
前記吸収液排出路に設けられた第２逆止弁及び第２圧力調整弁とをさらに備え、
第１圧力調整弁と第２圧力調整弁は、前記被処理流体排出路に排出される被処理流体の圧力と前記吸収液排出路に排出される吸収液の圧力とが等しくなるようにそれらの被処理流体及び吸収液の圧力を制御し、
前記第１逆止弁は、前記被処理流体排出路を流れる被処理流体の前記吸収分離部側への逆流を阻止し、
前記第２逆止弁は、前記吸収液排出路を流れる吸収液の前記吸収分離部側への逆流を阻止する、請求項８に記載の分離装置。
【請求項１０】
前記吸収後分離部によって分離された前記目的成分を吸収した後の吸収液から前記目的成分を放散させるための放散処理部をさらに備え、
前記放散処理部の内部には、前記吸収後分離部により分離された前記目的成分を吸収した後の吸収液を流通させつつその吸収液から前記目的成分のガスを放散させるための放散流路と、その放散流路と熱交換可能な位置に配置され、前記放散流路を流れる吸収液よりも高温の熱媒を流通させながら当該熱媒と前記放散流路を流れる吸収液との間で熱交換させる微細流路である熱媒流路とが設けられている、請求項７〜９のいずれか１項に記載の分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理流体から目的成分を分離するための分離方法及び分離装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、被処理流体から目的成分を分離するための分離方法が知られており、例えば、下記特許文献１にこのような分離方法の一例が開示されている。
【０００３】
下記特許文献１では、被処理流体としてのＣＯ２含有ガス（排ガス）から目的成分としてのＣＯ２を吸収液に吸収させることによりそのＣＯ２含有ガスからＣＯ２を分離して回収する方法が示されている。そして、特許文献１では、この分離回収方法を実施するために、ＣＯ２含有ガス中のＣＯ２を吸収液に吸収させるための吸収塔を備えたＣＯ２回収装置が用いられている。このＣＯ２回収装置の吸収塔では、ＣＯ２含有ガスを吸収塔の下部から吸収塔内に導入する一方、吸収液を吸収塔の上部から吸収塔内に導入し、吸収塔内で上昇するＣＯ２含有ガスと上部から下方へ降る吸収液とが対向流接触することによりＣＯ２含有ガスから吸収液へＣＯ２が吸収されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−６２１６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の分離回収方法で用いられている吸収塔内では、ＣＯ２含有ガスから吸収液にＣＯ２が吸収されることにより吸収熱が生じ、それによって吸収液の温度が上昇する。吸収液の温度が上昇すると、吸収液の単位液量当たりにおけるＣＯ２の吸収量が減少し、その結果、ＣＯ２の分離効率が低下する。仮にこの分離効率の低下を補おうとする場合には、ＣＯ２含有ガスと接触する吸収液の量を増加させる必要がある。その場合には、吸収塔が大型化せざるを得ず、その結果、分離装置が大型化する。
【０００６】
この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、分離装置を小型化しつつ、被処理流体から目的成分を良好な分離効率で分離できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明による分離方法は、被処理流体から分離対象としての目的成分を分離する方法であって、被処理流体中の前記目的成分を吸収液に吸収させるための吸収処理部を備えていて、その吸収処理部が、微細流路である吸収流路と、その吸収流路と熱交換可能な位置に配置された微細流路である冷媒流路とを内部に有する分離装置を用意する工程と、前記吸収流路に被処理流体と吸収液をそれらが互いに接触する状態で流通させ、その流通する過程で被処理流体から吸収液に前記目的成分を吸収させる吸収工程と、前記冷媒流路に前記吸収流路を流れる被処理流体及び吸収液よりも低温の冷媒を流してその冷媒と前記吸収流路を流れる被処理流体及び吸収液との間で熱交換させることにより被処理流体及び吸収液を冷却する冷却工程と、前記吸収工程において吸収液に前記目的成分を吸収された後の被処理流体と前記目的成分を吸収した後の吸収液との混合流体を被処理流体と吸収液とに分離する吸収後分離工程とを備える。
【０００８】
この分離方法では、冷却工程において、冷媒流路に被処理流体及び吸収液よりも低温の冷媒を流してその冷媒と吸収流路を流れる被処理流体及び吸収液との間で熱交換させることにより被処理流体及び吸収液を冷却するため、吸収工程で生じる吸収熱を除熱し、吸収液の単位液量当たりにおける目的成分の吸収量の減少を防ぐことができる。
【０００９】
しかも、この分離方法では、吸収処理部の内部に設けられた微細流路である吸収流路を流れる被処理流体及び吸収液と、同じ吸収処理部の内部に設けられた微細流路である冷媒流路を流れる冷媒との間で熱交換させて被処理流体及び吸収液を冷却するため、良好な冷却効果が得られる。具体的には、仮に、従来のような吸収塔での吸収工程において吸収液による目的成分の吸収量を防ぐために吸収液を冷却しようとした場合には、吸収塔内の吸収液をその外側から冷却することになり、特に冷却塔内の中央部では吸収液が十分に冷却されず、冷却効果は低くなる。
【００１０】
これに対し、本発明による分離方法では、吸収処理部の内部に設けられた微細流路である吸収流路を流れる被処理流体及び吸収液と、同じ吸収処理部の内部に設けられた微細流路である冷媒流路を流れる冷媒との間で熱交換させて被処理流体及び吸収液を冷却することにより、吸収塔での冷却のように吸収液に大きな冷却ムラが生じず、吸収流路を流れる吸収液全体を良好に冷却することができる。
【００１１】
このため、吸収液の単位液量当たりにおける目的成分の吸収量の減少をより有効に防ぐことができ、その結果、被処理流体から目的成分を良好な分離効率で分離することができる。
【００１２】
そして、この分離方法では、以上のような吸収液の冷却によって目的成分の良好な分離効率を得ることができることから、従来のように分離効率の低下を補うために吸収液の量を増加させる必要がない。
【００１３】
このため、吸収処理部の大型化を防ぐことができる。さらに、吸収流路と冷媒流路は、共に、同じ吸収処理部内に設けられた微細流路であるため、吸収処理部は小型化することが可能である。このため、分離装置を小型化することができる。
【００１４】
上記分離方法において、前記分離装置として、前記吸収処理部に取り付けられ、前記吸収流路の出口と連通する内部空間を有する吸収後分離部をさらに備えたものを用意し、前記吸収後分離工程では、前記吸収流路の出口から排出された前記混合流体を前記吸収後分離部の内部空間に導入し、その内部空間において前記混合流体を比重差により前記目的成分を吸収された後の被処理流体と前記目的成分を吸収した後の吸収液とに分離することが好ましい。
【００１５】
この構成では、吸収処理部と吸収後分離部とが一体になっているとともに吸収流路の出口と吸収後分離部の内部空間とが連通しているので、分離器を吸収処理部から離れて別途設ける場合のように吸収流路の出口と分離器とを繋ぐ配管を設ける必要がなく、分離装置の製造コストを低減することができる。
【００１６】
また、吸収流路の出口と分離器とを配管で繋ぐ場合には、その配管による圧損が生じるが、この構成では、吸収流路の出口と吸収後分離部の内部空間とが直接連通しているので、そのような配管による圧損の発生を防ぐことができる。
【００１７】
この場合において、前記分離装置として、前記吸収後分離部に接続されていて、前記目的成分を吸収された後の被処理流体を前記吸収後分離部の内部空間から排出するための被処理流体排出路と、前記吸収後分離部に接続されていて、前記目的成分を吸収した後の吸収液を前記吸収後分離部の内部空間から排出するための吸収液排出路と、前記被処理流体排出路に設けられた第１逆止弁及び第１圧力調整弁と、前記吸収液排出路に設けられた第２逆止弁及び第２圧力調整弁とをさらに備えたものを用意し、前記吸収後分離工程では、前記第１圧力調整弁と前記第２圧力調整弁とにより前記被処理流体排出路に排出される被処理流体の圧力と前記吸収液排出路に排出される吸収液の圧力とが等しくなるようにそれらの被処理流体及び吸収液の圧力を制御するとともに、前記第１逆止弁により前記被処理流体排出路に流れる被処理流体の前記吸収分離部側への逆流を阻止し、前記第２逆止弁により前記吸収液排出路に流れる吸収液の前記吸収分離部側への逆流を阻止することが好ましい。
【００１８】
この構成によれば、第１圧力調整弁及び第２圧力調整弁による圧力制御によって、吸収後分離部の内部空間で分離された被処理流体が吸収液排出路に流れ込んだり、吸収後分離部の内部空間で分離された吸収液が被処理流体排出路に流れ込んだりするのを阻止できる。また、第１逆止弁及び第２逆止弁による逆流の阻止によって、それらの逆止弁よりも下流側において実施されるプロセスの影響が当該逆止弁よりも上流の吸収後分離部及び吸収流路に及ぶのを抑制することができる。
【００１９】
上記分離方法において、前記目的成分は、ＣＯ２であり、前記被処理流体は、ＣＯ２を含む混合ガスであり、前記吸収液は、水、アミン系溶剤、アミン系溶剤の水溶液及びイオン性液体のうちのいずれかであり、前記冷却工程では、前記冷媒流路を流れる冷媒の温度が１０℃以上４０℃以下の範囲内に維持されるように当該冷媒の温度を制御することが好ましい。
【００２０】
この構成によれば、水、アミン系溶剤、アミン系溶剤の水溶液及びイオン性液体のうちのいずれかである吸収液により混合ガス中のＣＯ２を吸収して分離する分離方法において、混合ガスから吸収液にＣＯ２を良好に吸収させるのに適した温度まで吸収液を冷却することが可能となる具体的な冷媒の温度制御を実施することができる。
【００２１】
上記分離方法において、前記分離装置として、前記吸収後分離工程において分離された前記目的成分を吸収した後の吸収液から前記目的成分を放散させるための放散処理部をさらに備えていて、この放散処理部が、微細流路である放散流路と、その放散流路と熱交換可能な位置に配置された微細流路である熱媒流路とを内部に有するものを用意し、前記分離方法は、前記放散流路に前記吸収後分離工程において分離された前記目的成分を吸収した後の吸収液を流通させつつ、その吸収液よりも高温の熱媒を前記熱媒流路に流通させ、この熱媒流路を流れる熱媒と前記放散流路を流れる吸収液との間で熱交換させることによりその吸収液から前記目的成分のガスを放散させる放散工程をさらに備えることが好ましい。
【００２２】
この構成によれば、吸収工程において目的成分を吸収し、その後の吸収後分離工程において分離された吸収液から前記目的成分を放散させて回収することができる。また、本発明による分離方法では、吸収工程において吸収液が冷却されることにより、放散工程において放散流路に導入される吸収液に含まれている前記目的成分の量が多く、また、その吸収液の温度を低く抑えることができる。このため、放散工程において熱媒流路に流す熱媒の温度があまり高くなくても、吸収液から前記目的成分を十分に放散させることができる。従って、放散工程で用いる熱媒を加熱するのに必要なエネルギを低減しつつ、吸収液からの前記目的成分の放散、回収を良好に行うことができる。
【００２３】
この場合において、前記目的成分は、ＣＯ２であり、前記被処理流体は、ＣＯ２を含む混合ガスであり、前記吸収液は、水、アミン系溶剤、アミン系溶剤の水溶液及びイオン性液体のうちのいずれかであり、前記放散工程では、前記熱媒流路を流れる熱媒の温度が７０℃以上９５℃以下の範囲内に維持されるように当該熱媒の温度を制御することが好ましい。
【００２４】
この構成によれば、水、アミン系溶剤、アミン系溶剤の水溶液及びイオン性液体のうちのいずれかである吸収液により混合ガス中のＣＯ２を吸収して分離する分離方法において、熱媒の加熱に必要なエネルギを低減しつつ吸収液からのＣＯ２の放散、回収を良好に行うことが可能となる具体的な熱媒の温度制御を実施することができる。
【００２５】
本発明による分離装置は、被処理流体から分離対象としての目的成分を分離する分離装置であって、被処理流体から前記目的成分を吸収液に吸収させる吸収処理部と、前記吸収処理部において吸収液に前記目的成分を吸収された後の被処理流体と前記目的成分を吸収した後の吸収液との混合流体を被処理流体と吸収液とに分離する吸収後分離部とを備え、前記吸収処理部の内部には、被処理流体と吸収液をそれらが互いに接触する状態で流通させ、その流通する過程で被処理流体から吸収液に前記目的成分を吸収させる微細流路である吸収流路と、その吸収流路と熱交換可能な位置に配置され、前記吸収流路を流れる被処理流体及び吸収液よりも低温の冷媒を流通させながら当該冷媒と前記吸収流路を流れる被処理流体及び吸収液との間で熱交換させる微細流路である冷媒流路とが設けられている。
【００２６】
この分離装置では、上記分離方法と同様の理由により、吸収流路を流れる吸収液全体を良好に冷却することができ、その結果、吸収液の単位液量当たりにおける目的成分の吸収量の減少を有効に防いで、被処理流体から目的成分を良好な分離効率で分離することができる。また、この分離装置では、上記分離方法と同様の理由により、吸収処理部を小型化することが可能であり、その結果、分離装置を小型化することができる。
【００２７】
上記分離装置において、前記吸収処理部に取り付けられ、前記吸収流路の出口と連通する内部空間を有する吸収後分離部をさらに備え、前記吸収後分離部は、前記吸収流路の出口から排出されて当該吸収後分離部の内部空間に導入された前記混合流体を比重差により前記目的成分を吸収された後の被処理流体と前記目的成分を吸収した後の吸収液とに分離することが好ましい。
【００２８】
この構成によれば、上記分離方法と同様の理由により、分離装置の製造コストを低減することができるとともに、吸収流路の出口と吸収後分離部の内部空間とを繋ぐ配管による圧損が生じるのを防ぐことができるという効果が得られる。
【００２９】
この場合において、前記吸収後分離部に接続されていて、前記目的成分を吸収された後の被処理流体を前記吸収後分離部の内部空間から排出するための被処理流体排出路と、前記吸収後分離部に接続されていて、前記目的成分を吸収した後の吸収液を前記吸収後分離部の内部空間から排出するための吸収液排出路と、前記被処理流体排出路に設けられた第１逆止弁及び第１圧力調整弁と、前記吸収液排出路に設けられた第２逆止弁及び第２圧力調整弁とをさらに備え、第１圧力調整弁と第２圧力調整弁は、前記被処理流体排出路に排出される被処理流体の圧力と前記吸収液排出路に排出される吸収液の圧力とが等しくなるようにそれらの被処理流体及び吸収液の圧力を制御し、前記第１逆止弁は、前記被処理流体排出路を流れる被処理流体の前記吸収分離部側への逆流を阻止し、前記第２逆止弁は、前記吸収液排出路を流れる吸収液の前記吸収分離部側への逆流を阻止することが好ましい。
【００３０】
この構成によれば、第１圧力調整弁及び第２圧力調整弁による圧力制御によって、吸収後分離部の内部空間で分離された被処理流体が吸収液排出路に流れ込んだり、吸収後分離部の内部空間で分離された吸収液が被処理流体排出路に流れ込んだりするのを阻止できる。また、第１逆止弁及び第２逆止弁による逆流の阻止によって、それらの逆止弁よりも下流側において実施されるプロセスの影響が当該逆止弁よりも上流の吸収後分離部及び吸収流路に及ぶのを抑制することができる。
【００３１】
上記分離装置において、前記吸収後分離部によって分離された前記目的成分を吸収した後の吸収液から前記目的成分を放散させるための放散処理部をさらに備え、前記放散処理部の内部には、前記吸収後分離部により分離された前記目的成分を吸収した後の吸収液を流通させつつその吸収液から前記目的成分のガスを放散させるための放散流路と、その放散流路と熱交換可能な位置に配置され、前記放散流路を流れる吸収液よりも高温の熱媒を流通させながら当該熱媒と前記放散流路を流れる吸収液との間で熱交換させる微細流路である熱媒流路とが設けられていることが好ましい。
【００３２】
この構成によれば、上記放散工程を備えた分離方法と同様の理由により、放散処理部での放散処理に用いる熱媒を加熱するのに必要なエネルギを低減しつつ、吸収液からの前記目的成分の放散、回収を良好に行うことができる。
【発明の効果】
【００３３】
以上説明したように、本発明によれば、分離装置を小型化しつつ、被処理流体から目的成分を良好な分離効率で分離することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態による分離装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】図１に示した分離装置の吸収処理部及び吸収後分離部を上から見た平面図である。
【図３】図２に示した吸収処理部の積層体を構成する吸収プレートの平面図である。
【図４】図２に示した吸収処理部の積層体を構成する冷媒プレートの平面図である。
【図５】図１に示した分離装置の放散処理部及び放散後分離部を上から見た平面図である。
【図６】図５に示した放散処理部の積層体を構成する放散プレートの平面図である。
【図７】図５に示した放散処理部の積層体を構成する熱媒プレートの平面図である。
【図８】平衡状態での吸収液中のＣＯ２量とＣＯ２の分圧との相関関係を示す図である。
【図９】異なった吸収温度及び吸収圧力の各条件下における吸収液量比及び回収エネルギ比を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００３６】
まず、図１〜図７を参照して、本発明の一実施形態による分離方法に用いる分離装置１の構成について説明する。
【００３７】
図１には、本実施形態の分離装置１の全体構成が示されている。分離装置１は、この図１に示されているように、吸収処理部２と、吸収後分離部３と、放散処理部４と、放散後分離部５と、被処理流体送出部６と、吸収液送出部８と、冷媒送出部１０と、熱媒送出部１１と、第１逆止弁１２と、第１圧力調整弁１４と、第２逆止弁１６と、第２圧力調整弁１８と、第３逆止弁１９と、第３圧力調整弁２０と、第４逆止弁２１と、第４圧力調整弁２２と、第１制御部３２と、第２制御部３４と、入側冷媒温度センサ３６と、出側冷媒温度センサ３８と、入側熱媒温度センサ４０と、出側熱媒温度センサ４２とを備える。
【００３８】
吸収処理部２は、分離対象としての目的成分を含有する被処理流体から目的成分を吸収液へ吸収させる処理を行うものである。吸収処理部２は、上下に積層された多数のプレートからなる積層体４４と、被処理流体供給ヘッダ４６と、吸収液供給ヘッダ４８と、冷媒供給ヘッダ５０と、冷媒排出ヘッダ５２とを有する。なお、図１では簡略化のため各ヘッダ４６，４８，５０，５２の図示を省略しているが、各ヘッダ４６，４８，５０，５２は、吸収処理部２を上から見た平面図である図２に示すように積層体４４の周囲に取り付けられている。
【００３９】
積層体４４を構成する多数のプレートには、複数の吸収プレート５４（図３参照）と、複数の冷媒プレート５６（図４参照）とが含まれる。
【００４０】
吸収プレート５４は、被処理流体と吸収液とを互いに接触させた状態で流しながらその被処理流体から吸収液へ目的成分を吸収させる吸収流路５８（図３参照）を形成するプレートである。吸収流路５８は、微細流路（マイクロチャネル）であり、吸収プレート５４の一方の板面に沿って形成される。吸収流路５８は、被処理流体が導入されて流れる被処理流体導入路５８ａと、吸収液が導入されて流れる吸収液導入路５８ｂと、被処理流体と吸収液が合流した後、その被処理流体と吸収液との混合流体が流れる混合流体流路５８ｃとからなる。被処理流体導入路５８ａは、積層体４４の四方の側面のうちの１つの側面に形成された入口を有し、その入口が形成された側面から反対側面へ向かって延びている。吸収液導入路５８ｂは、積層体４４の四方の側面のうち被処理流体導入路５８ａの入口が形成された側面と直交する側面に形成された入口を有し、その入口が形成された側面から反対側面へ向かって延びている。被処理流体導入路５８ａと吸収液導入路５８ｂとは、それらの入口と反対側の端部で互いに繋がっており、それらの端部に混合流体流路５８ｃが繋がっている。混合流体流路５８ｃは、積層体４４の吸収液導入路５８ｂの入口が形成された側面とその反対側面との間で折り返しを繰り返しながら延びており、吸収液導入路５８ｂの入口が形成された側面の反対側面に出口を有する。吸収プレート５４には、以上のような吸収流路５８の形状に対応した微細溝が形成されており、吸収プレート５４の一方の板面に形成された当該微細溝の開口がその板面上に積層された他のプレートによって封止されることにより吸収流路５８が形成されている。
【００４１】
冷媒プレート５６（図４参照）は、冷媒流路６０を形成するプレートである。冷媒流路６０は、吸収流路５８を流れる被処理流体及び吸収液を冷却してその被処理流体から吸収液への目的成分の吸収に伴って生じる吸収熱を除熱するための冷媒を流す流路である。冷媒流路６０は、微細流路（マイクロチャネル）であり、冷媒プレート５６の一方の板面に沿って形成される。冷媒流路６０は、混合流体流路５８ｃの出口が形成された積層体４４の側面と同じ側面に入口を有し、その入口が形成された側面と反対側面との間で折り返しを繰り返しながら延びている。また、冷媒流路６０は、積層体４４のうち当該冷媒流路６０の入口が形成された側面に対して反対側面、すなわち吸収液導入路５８ｂの入口が形成された側面と同じ側面に出口を有する。冷媒プレート５６には、以上のような冷媒流路６０の形状に対応した微細溝が形成されており、冷媒プレート５６の一方の板面に形成された当該微細溝の開口がその板面上に積層された他のプレートによって封止されることにより冷媒流路６０が形成されている。
【００４２】
積層体４４では、吸収プレート５４と冷媒プレート５６とが交互に繰り返し積層されている。これにより、積層体４４内において、吸収流路５８と冷媒流路６０とがプレートの積層方向に互いに間隔をあけながら交互に並ぶように配置されている。積層体４４内において、各冷媒流路６０は、隣接する吸収流路５８に対して熱交換可能な位置に配置されている。
【００４３】
被処理流体供給ヘッダ４６（図２及び図３参照）は、積層体４４のうち被処理流体導入路５８ａの入口が形成された側面に取り付けられている。被処理流体供給ヘッダ４６は、全ての吸収流路５８の被処理流体導入路５８ａの入口を覆うように積層体４４に取り付けられており、この被処理流体供給ヘッダ４６の内部空間は、各被処理流体導入路５８ａの入口と連通している。被処理流体供給ヘッダ４６には、被処理流体供給配管２３が接続されている。また、被処理流体供給配管２３の被処理流体供給ヘッダ４６と反対側の端部は、被処理流体送出部６（図１参照）の吐出口に接続されている。被処理流体送出部６は、被処理流体を吸収処理部２側へ送出するものであり、被処理流体を圧縮する圧縮機としての機能と被処理流体を送出するブロアとしての機能とを有する。被処理流体供給ヘッダ４６の内部空間には、被処理流体送出部６から被処理流体供給配管２３を通じて送られる圧縮後の被処理流体が導入される。被処理流体供給ヘッダ４６は、その内部空間に導入された圧縮後の被処理流体を各吸収流路５８の被処理流体導入路５８ａに分配して供給する。
【００４４】
吸収液供給ヘッダ４８（図２及び図３参照）は、積層体４４のうち吸収液導入路５８ｂの入口が形成された側面に取り付けられている。吸収液供給ヘッダ４８は、全ての吸収流路５８の吸収液導入路５８ｂの入口を覆うように積層体４４に取り付けられており、この吸収液供給ヘッダ４８の内部空間は、各吸収液導入路５８ｂの入口と連通している。吸収液供給ヘッダ４８には、吸収液供給配管２４が接続されている。また、吸収液供給配管２４の吸収液供給ヘッダ４８と反対側の端部は、吸収液送出部８（図１参照）の吐出口に接続されている。吸収液送出部８は、吸収液を吸収処理部２側へ送出する送液ポンプである。吸収液供給ヘッダ４８の内部空間には、吸収液送出部８から吸収液供給配管２４を通じて送られる吸収液が導入される。吸収液供給ヘッダ４８は、その内部空間に導入された吸収液を各吸収流路５８の吸収液導入路５８ｂに分配して供給する。
【００４５】
冷媒供給ヘッダ５０（図２及び図４参照）は、積層体４４のうち冷媒流路６０の入口が形成された側面に取り付けられている。冷媒供給ヘッダ５０は、全ての冷媒流路６０の入口を覆うように積層体４４に取り付けられており、この冷媒供給ヘッダ５０の内部空間は、各冷媒流路６０の入口と連通している。冷媒供給ヘッダ５０には、冷媒供給配管２５が接続されている。また、冷媒供給配管２５の冷媒供給ヘッダ５０と反対側の端部は、冷媒送出部１０（図１参照）の吐出口に接続されている。冷媒送出部１０は、図略のクーリングタワー等の冷却装置で低温に冷却された冷媒液を吸収処理部２側へ送出する送液ポンプである。冷媒供給ヘッダ５０の内部空間には、冷媒送出部１０から冷媒供給配管２５を通じて送られる冷媒が導入される。冷媒供給ヘッダ５０は、その内部空間に導入された冷媒を各冷媒流路６０に分配して供給する。
【００４６】
冷媒排出ヘッダ５２（図２及び図４参照）は、積層体４４のうち冷媒流路６０の出口が形成された側面に取り付けられている。冷媒排出ヘッダ５２は、全ての冷媒流路６０の出口を覆うように積層体４４に取り付けられており、この冷媒排出ヘッダ５２の内部空間は、各冷媒流路６０の出口と連通している。冷媒排出ヘッダ５２には、冷媒排出配管３０が接続されている。冷媒排出ヘッダ５２は、各冷媒流路６０の出口から排出された冷媒を回収して冷媒排出配管３０へ導くものである。
【００４７】
吸収後分離部３（図２及び図３参照）は、各吸収流路５８の混合流体流路５８ｃの出口から排出された混合流体を比重差によって分離するものである。吸収後分離部３は、積層体４４のうち各混合流体流路５８ｃの出口が形成された側面に取り付けられている。吸収後分離部３は、全ての混合流体流路５８ｃの出口を覆うように積層体４４に取り付けられており、比重差による分離を行う当該吸収後分離部３の内部空間は、各混合流体流路５８ｃの出口と連通している。各混合流体流路５８ｃの出口からは、吸収液に目的成分を吸収された後の被処理流体と目的成分を吸収した後の吸収液との混合流体が排出され、その排出された混合流体は、一時的に吸収後分離部３の内部空間に貯留されるようになっている。目的成分を吸収された後の被処理流体は、目的成分を吸収した後の吸収液よりも比重が小さく、そのため、吸収後分離部３の内部空間に貯留された混合流体は、比重の小さい被処理流体と比重の大きい吸収液とに自然に分離する。比重の大きい吸収液は、吸収後分離部３内の下部に溜まり、比重の小さい被処理流体は、その吸収液の上側に溜まる。被処理流体がガスである場合には、前記混合流体は、被処理流体のガスと吸収液とが混合したものとなり、吸収後分離部３内において混合流体が気液分離される。
【００４８】
吸収後分離部３の上部、すなわち目的成分を吸収された後の被処理流体が溜まる部分には、被処理流体排出配管２６（図１参照）が接続されている。この被処理流体排出配管２６は、本発明の被処理流体排出路の一例である。また、吸収後分離部３の下部、すなわち目的成分を吸収した後の吸収液が溜まる部分には、吸収後吸収液排出配管２８が接続されている。この吸収後吸収液排出配管２８は、本発明の吸収液排出路の一例である。吸収後分離部３内で分離された被処理流体は、吸収後分離部３から被処理流体排出配管２６を通じて排出され、吸収後分離部３内で分離された吸収液は、吸収後分離部３から吸収後吸収液排出配管２８を通じて排出されるようになっている。
【００４９】
被処理流体排出配管２６には、当該配管２６を流れる被処理流体が吸収後分離部３へ逆流するのを阻止する第１逆止弁１２と、当該配管２６内の圧力を調整する第１圧力調整弁１４とが設けられている。また、吸収後吸収液排出配管２８には、当該配管２８を流れる吸収液が吸収後分離部３へ逆流するのを阻止する第２逆止弁１６と、当該配管２８内の圧力を調整する第２圧力調整弁１８とが設けられている。第１圧力調整弁１４と第２圧力調整弁１８とは、被処理流体排出配管２６内を流れる被処理流体の圧力と吸収後吸収液排出配管２８内を流れる吸収液の圧力とが等しくなるように圧力調整を行う。
【００５０】
放散処理部４は、吸収処理部２で目的成分を吸収した後の吸収液から目的成分を放散させる処理を行うものである。放散処理部４は、上下に積層された多数のプレートからなる積層体６２と、吸収液供給ヘッダ６４と、熱媒供給ヘッダ６６と、熱媒排出ヘッダ６８とを有する。なお、図１では簡略化のため各ヘッダ６４，６６，６８の図示を省略しているが、各ヘッダ６４，６６，６８は、放散処理部４を上から見た平面図である図５に示すように積層体６２の周囲に取り付けられている。
【００５１】
積層体６２を構成する多数のプレートには、複数の放散プレート７０（図６参照）と、複数の熱媒プレート７１（図７参照）とが含まれる。
【００５２】
放散プレート７０は、放散流路７２（図６参照）を形成するプレートである。放散流路７２は、前記目的成分を吸収した後の吸収液を流通させながらその吸収液から目的成分のガスを放散させる流路である。放散流路７２は、微細流路（マイクロチャネル）であり、放散プレート７０の一方の板面に沿って形成される。放散流路７２は、積層体６２の四方の側面のうちの１つの側面に形成された入口を有する。放散流路７２は、その入口が形成された積層体６２の側面とその反対側面との間で折り返しを繰り返しながら延びている。また、放散流路７２は、積層体６２のうちその入口が形成された側面に対して反対側面に形成された出口を有する。放散プレート７０には、以上のような放散流路７２の形状に対応した微細溝が形成されており、放散プレート７０の一方の板面に形成された当該微細溝の開口がその板面上に積層された他のプレートによって封止されることにより放散流路７２が形成されている。
【００５３】
熱媒プレート７１（図７参照）は、熱媒流路７３を形成するプレートである。熱媒流路７３は、放散流路７２を流れる吸収液から前記目的成分のガスを放散させるためにその吸収液を加熱するための熱媒を流す流路である。熱媒流路７３は、微細流路（マイクロチャネル）であり、熱媒プレート７１の一方の板面に沿って形成される。熱媒流路７３は、放散流路７２の出口が形成された積層体６２の側面と同じ側面に入口を有し、その入口が形成された側面と反対側面との間で折り返しを繰り返しながら延びている。また、熱媒流路７３は、積層体６２のうち当該熱媒流路７３の入口が形成された側面に対して反対側面、すなわち放散流路７２の出口が形成された側面と同じ側面に出口を有する。熱媒プレート７１には、以上のような熱媒流路７３の形状に対応した微細溝が形成されており、熱媒プレート７１の一方の板面に形成された当該微細溝の開口がその板面上に積層された他のプレートによって封止されることにより熱媒流路７３が形成されている。
【００５４】
積層体６２では、放散プレート７０と熱媒プレート７１とが交互に繰り返し積層されている。これにより、積層体６２内において、放散流路７２と熱媒流路７３とがプレートの積層方向に互いに間隔をあけながら交互に並んで配置されている。積層体６２内において、各熱媒流路７３は、隣接する放散流路７２に対して熱交換可能な位置に配置されている。
【００５５】
吸収液供給ヘッダ６４（図５及び図６参照）は、積層体６２のうち放散流路７２の入口が形成された側面に取り付けられている。吸収液供給ヘッダ６４は、全ての放散流路７２の入口を覆うように積層体６２に取り付けられており、この吸収液供給ヘッダ６４の内部空間は、各放散流路７２の入口と連通している。吸収液供給ヘッダ６４には、吸収後吸収液排出配管２８が接続されている。吸収液供給ヘッダ６４の内部空間には、吸収後分離部３で分離された前記目的成分を吸収した後の吸収液が吸収後吸収液排出配管２８を通じて導入される。吸収液供給ヘッダ６４は、その内部空間に導入された吸収液を各放散流路７２に分配して供給する。
【００５６】
熱媒供給ヘッダ６６（図５及び図７参照）は、積層体６２のうち熱媒流路７３の入口が形成された側面に取り付けられている。熱媒供給ヘッダ６６は、全ての熱媒流路７３の入口を覆うように積層体６２に取り付けられており、この熱媒供給ヘッダ６６の内部空間は、各熱媒流路７３の入口と連通している。熱媒供給ヘッダ６６には、熱媒供給配管７６が接続されている。また、熱媒供給配管７６の熱媒供給ヘッダ６６と反対側の端部は、熱媒送出部１１（図１参照）の吐出口に接続されている。熱媒送出部１１は、図略の加熱装置で高温に加熱された熱媒液を放散処理部４側へ送出する送液ポンプである。熱媒供給ヘッダ６６の内部空間には、熱媒送出部１１から熱媒供給配管７６を通じて送られる熱媒が導入される。熱媒供給ヘッダ６６は、その内部空間に導入された熱媒を各熱媒流路７３に分配して供給する。
【００５７】
熱媒排出ヘッダ６８（図５及び図７参照）は、積層体６２のうち熱媒流路７３の出口が形成された側面に取り付けられている。熱媒排出ヘッダ６８は、全ての熱媒流路７３の出口を覆うように積層体６２に取り付けられており、この熱媒排出ヘッダ６８の内部空間は、各熱媒流路７３の出口と連通している。熱媒排出ヘッダ６８には、熱媒排出配管７７が接続されている。熱媒排出ヘッダ６８は、各熱媒流路７３の出口から排出された熱媒を回収して熱媒排出配管７７へ導くものである。
【００５８】
放散後分離部５（図５及び図６参照）は、各放散流路７２の出口から排出された吸収液と目的成分のガスとの混合流体を比重差によって目的成分のガスと吸収液とに分離するものである。放散後分離部５は、積層体６２のうち放散流路７２の出口が形成された側面に取り付けられている。放散後分離部５は、全ての放散流路７２の出口を覆うように積層体６２に取り付けられており、比重差による分離を行う当該放散後分離部５の内部空間は、各放散流路７２の出口と連通している。各放散流路７２の出口から排出された混合流体は、一時的に放散後分離部５の内部空間に貯留され、その貯留された混合流体は、比重の小さい前記目的成分のガスと比重の大きい吸収液とに自然に分離する。そして、分離した吸収液は、放散後分離部５内の下部に溜まり、分離した目的成分のガスは、放散後分離部５内の吸収液の上側に溜まるようになっている。
【００５９】
放散後分離部５の上部、すなわち目的成分のガスが溜まる部分には、目的成分排出配管７８（図１参照）が接続されている。また、放散後分離部５の下部、すなわち吸収液が溜まる部分には、放散後吸収液排出配管７９が接続されている。放散後分離部５内で分離された目的成分のガスは、放散後分離部５から目的成分排出配管７８を通じて排出され、放散後分離部５内で分離された目的成分を放出後の吸収液は、放散後分離部５から放散後吸収液排出配管７９を通じて排出されるようになっている。
【００６０】
目的成分排出配管７８には、当該配管７８を流れる前記目的成分のガスが放散後分離部５へ逆流するのを阻止する第３逆止弁１９と、当該配管７８内の圧力を調整する第３圧力調整弁２０とが設けられている。また、放散後吸収液排出配管７９には、当該配管７９を流れる吸収液が放散後分離部５へ逆流するのを阻止する第４逆止弁２１と、当該配管７９内の圧力を調整する第４圧力調整弁２２とが設けられている。第３圧力調整弁２０と第４圧力調整弁２２とは、目的成分排出配管７８内を流れる目的成分のガスの圧力と放散後吸収液排出配管７９内を流れる吸収液の圧力とが等しくなるように圧力調整を行う。
【００６１】
第１制御部３２（図１参照）は、冷媒送出部１０が送出する冷媒の流量を制御し、それによって吸収処理部２の冷媒流路６０を流れる冷媒の温度を制御するものである。具体的には、第１制御部３２は、冷媒流路６０を流れる冷媒の温度が１０℃以上４０℃以下の範囲内に維持されるように冷媒の温度を制御する。冷媒供給配管２５には、その配管２５を流れる冷媒の温度、すなわち冷媒流路６０に導入される冷媒の温度を検出する入側冷媒温度センサ３６が接続されており、冷媒排出配管３０には、その配管３０を流れる冷媒の温度、すなわち冷媒流路６０から排出された冷媒の温度を検出する出側冷媒温度センサ３８が接続されている。入側冷媒温度センサ３６及び出側冷媒温度センサ３８は、それぞれ、検出した冷媒の温度のデータを第１制御部３２へ送信するようになっている。第１制御部３２は、受信した冷媒の温度データに基づいて冷媒送出部１０が送出する冷媒の流量を制御する。詳しくは、第１制御部３２は、出側冷媒温度センサ３８が検出した冷媒の温度が４０℃よりも高い場合には、その検出温度が４０℃以下になるまで冷媒送出部１０に冷媒の流量を増加させ、入側冷媒温度センサ３６が検出した冷媒の温度が１０℃よりも低い場合には、その検出温度が１０℃以上になるまで冷媒送出部１０に冷媒の流量を減少させる。
【００６２】
第２制御部３４は、熱媒送出部１１が送出する熱媒の流量を制御し、それによって放散処理部４の熱媒流路７３を流れる熱媒の温度を制御するものである。具体的には、第２制御部３４は、熱媒流路７３を流れる熱媒の温度が７０℃以上９５℃以下の範囲内に維持されるように熱媒の温度を制御する。熱媒供給配管７６には、その配管７６を流れる熱媒の温度、すなわち熱媒流路７３に導入される熱媒の温度を検出する入側熱媒温度センサ４０が接続されており、熱媒排出配管７７には、その配管７７を流れる熱媒の温度、すなわち熱媒流路７３から排出された熱媒の温度を検出する出側熱媒温度センサ４２が接続されている。入側熱媒温度センサ４０及び出側熱媒温度センサ４２は、それぞれ、検出した熱媒の温度のデータを第２制御部３４へ送信するようになっている。第２制御部３４は、受信した熱媒の温度データに基づいて熱媒送出部１１が送出する熱媒の流量を制御する。詳しくは、第２制御部３４は、出側熱媒温度センサ４２が検出した熱媒の温度が７０℃よりも低い場合には、その検出温度が７０℃以上になるまで熱媒送出部１１に熱媒の流量を増加させ、入側熱媒温度センサ４０が検出した熱媒の温度が９５℃よりも高い場合には、その検出温度が９５℃以下になるまで熱媒送出部１１に熱媒の流量を減少させる。
【００６３】
次に、本実施形態による分離装置１を用いた被処理流体からの目的成分の分離方法について説明する。
【００６４】
本実施形態による分離方法は、例えば、火力発電所や各種燃焼機関から排出される排ガスからＣＯ２を分離回収するために用いられる。この場合、排ガスが被処理流体に相当し、ＣＯ２が目的成分に相当する。排ガスは、酸性のガスであり、この排ガスからＣＯ２を吸収するための吸収液としては、排ガスからＣＯ２を選択的に吸収する塩基性の液体、例えば、アミン系溶剤、アミン系溶剤の水溶液又はイオン性液体が用いられる。なお、吸収液として塩基性の液体の代わりに水を用いても、排ガス中のＣＯ２を吸収することが可能である。以下、被処理流体が排ガスであり、目的成分がＣＯ２であるものとして、本実施形態による分離方法について説明する。
【００６５】
まず、被処理流体送出部６（図１参照）が排ガスを圧縮するとともに送出し、その送出された圧縮後の排ガスは、吸収処理部２内の各吸収流路５８の被処理流体導入路５８ａ（図３参照）に導入される。一方、吸収液送出部８が吸収液を送出し、その送出された吸収液は、吸収処理部２内の各吸収流路５８の吸収液導入路５８ｂ（図３参照）に導入される。また、冷媒送出部１０が低温の冷媒を送出し、その送出された冷媒は、吸収処理部２内の各冷媒流路６０（図４参照）に導入される。
【００６６】
被処理流体導入路５８ａに導入された排ガスと吸収液導入路５８ｂに導入された吸収液とは、被処理流体導入路５８ａと吸収液導入路５８ｂとの接続箇所で合流し、排ガスのスラグと吸収液のスラグとが互いに接触して流れるスラグ流の状態の混合流体となって混合流体流路５８ｃを下流側へ流れる。この過程において、排ガスのスラグから吸収液のスラグへＣＯ２が吸収される（吸収工程）。このときには、排ガスから吸収液へＣＯ２が単に溶け込む物理吸収、又は、排ガス中のＣＯ２と吸収液とが化学反応することによって吸収液にＣＯ２が吸収される化学吸収が生じる。
【００６７】
排ガスから吸収液にＣＯ２が吸収されると、それに伴って吸収熱が生じ、混合流体流路５８ｃを流れる排ガス及び吸収液の温度が上昇する。このとき、冷媒流路６０を流れる冷媒と混合流体流路５８ｃを流れる排ガス及び吸収液とが熱交換することにより、排ガス及び吸収液が冷却される（冷却工程）。これにより、混合流体流路５８ｃを流れる排ガス及び吸収液の昇温が抑制される。
【００６８】
第１制御部３２は、上述のように冷媒送出部１０（送液ポンプ）による冷媒の送出流量を入側冷媒温度センサ３６による検出温度のデータと出側冷媒温度センサ３８による検出温度のデータとに基づいて制御することにより、冷媒流路６０を流れる冷媒の温度が１０℃以上４０℃以下の範囲内に維持されるように冷媒の温度を制御する。冷媒流路６０を流れる冷媒の温度がこのような温度範囲内に維持されることにより、混合流体流路５８ｃを流れる排ガス及び吸収液が、その吸収液へのＣＯ２の吸収に適した温度に冷却される。
【００６９】
各混合流体流路５８ｃを流れた混合流体は、各混合流体流路５８ｃの出口から吸収後分離部３の内部空間へ排出され、その内部空間で一時的に貯留される。この内部空間において、混合流体は、比重差により、吸収液にＣＯ２を吸収された後の排ガスとＣＯ２を吸収した後の吸収液とに気液分離する（吸収後分離工程）。
【００７０】
ＣＯ２を吸収された後の排ガスは、吸収後分離部３から被処理流体排出配管２６を通じて排出され、ＣＯ２を吸収した後の吸収液は、吸収後分離部３から吸収後吸収液排出配管２８を通じて排出される。被処理流体排出配管２６に流れる排ガスの圧力と吸収後吸収液排出配管２８に流れる吸収液の圧力とは、第１圧力調整弁１４と第２圧力調整弁１８により、互いに等しい圧力となるように調整されて保持される。
【００７１】
吸収後吸収液排出配管２８を流れる吸収液は、放散処理部４内の各放散流路７２（図６参照）に導入される。一方、熱媒送出部１１が高温の熱媒を送出し、その送出された熱媒は、放散処理部４内の各熱媒流路７３（図７参照）に導入される。各放散流路７２に導入された吸収液は、その放散流路７２を下流側へ流れながら、隣接する熱媒流路７３を流れる熱媒との間で熱交換することにより加熱され、その加熱に伴ってＣＯ２ガスを放散する（放散工程）。
【００７２】
第２制御部３４は、上述のように熱媒送出部１１（送液ポンプ）による熱媒の送出流量を入側熱媒温度センサ４０による検出温度のデータと出側熱媒温度センサ４２による検出温度のデータとに基づいて制御することにより、熱媒流路７３を流れる熱媒の温度が７０℃以上９５℃以下の範囲内に維持されるように熱媒の温度を制御する。熱媒流路７３を流れる熱媒の温度がこのような温度範囲内に維持されることにより、放散流路７２を流れる吸収液が、その吸収液からのＣＯ２の放散に適した温度に加熱される。
【００７３】
各放散流路７２を流れた吸収液とその吸収液から放散されたＣＯ２ガスは、混合した状態で各放散流路７２の出口から放散後分離部５の内部空間へ排出され、その内部空間で一次的に貯留される。この内部空間において、混合流体は、比重差により、ＣＯ２ガスと吸収液とに気液分離する（放散後分離工程）。
【００７４】
ＣＯ２ガスは、放散後分離部５から目的成分排出配管７８を通じて排出され、回収される。また、吸収液は、放散後分離部５から放散後吸収液排出配管７９を通じて排出され、回収される。目的成分排出配管７８に流れるＣＯ２ガスの圧力と放散後吸収液排出配管７９に流れる吸収液の圧力とは、第３圧力調整弁２０と第４圧力調整弁２２により、互いに等しい圧力となるように調整されて保持される。
【００７５】
以上のようにして、本実施形態による排ガスからのＣＯ２の分離方法が行われる。
【００７６】
次に、本実施形態の分離方法によって得られる吸収液量及び回収エネルギの低減効果について説明する。
【００７７】
図８には、吸収液の温度が４０℃、７０℃、１００℃、１２０℃の各温度である場合の平衡状態での吸収液中のＣＯ２量とＣＯ２の分圧との相関関係が示されている。この相関関係のデータを用いて、２０ｖｏｌ％の濃度でＣＯ２を含有する被処理流体としての混合ガスと吸収液とを吸収処理部の吸収流路に導入した場合に吸収液に吸収されるＣＯ２の量（ＣＯ２吸収量）を計算した。この計算では、混合ガスから吸収液へ吸収されるＣＯ２の吸収率が約９０％となるように、吸収流路内での気液比、すなわち吸収流路を流れる混合ガスと吸収液との体積比を設定した。さらに、このようにＣＯ２を吸収した吸収液からＣＯ２ガスを放散させるためにその吸収液を１００℃まで加熱するのに必要な熱量を算出した。具体的には、ＣＯ２の吸収熱と吸収液の顕熱との和を、必要な熱量として算出した。また、吸収液の顕熱の算出に用いる吸収液の比熱は、代表的な吸収液である３０ｗｔ％モノエタノールアミン水溶液の比熱３．６ｋＪ／ｋｇを用いた。常圧下で吸収液を１００℃に加熱してＣＯ２ガスを放散させ、平衡状態に達すると、図８から判るように吸収液中のＣＯ２の濃度は３０ｇ／Ｌにまで低下する。この関係に基づき、放散工程前の吸収液中のＣＯ２の濃度、すなわち吸収工程後の吸収液中のＣＯ２の濃度から吸収工程後の吸収液中のＣＯ２の濃度（３０ｇ／Ｌ）を減じることにより、放散工程において吸収液から放散された後、回収されるＣＯ２の量を算出した。そして、この算出した回収されるＣＯ２の量で前記必要な熱量を除することにより、ＣＯ２の回収エネルギを算出した。すなわち、ＣＯ２の回収エネルギとは、単位量分のＣＯ２を回収するために放散工程での吸収液の加熱に要する熱量のことを意味する。以上の計算をＣＯ２吸収時の吸収液の温度と圧力の組合せを変えた複数の条件について行った。その計算によって求めた結果が図９に示されている。
【００７８】
図９には、ＣＯ２吸収時における吸収液の温度（吸収温度）及び吸収液の圧力（吸収圧力）を各値に設定した場合の吸収液量比及び回収エネルギ比が示されている。各場合の吸収液量比は、吸収温度が７０℃で吸収圧力が１ａｔｍという条件（基準条件）において吸収工程を行った場合に必要な吸収液の液量を基準として、その液量に対する前記各場合に必要な吸収液の液量の比を示している。また、各場合の回収エネルギ比は、前記基準条件において吸収工程を行った場合に必要な回収エネルギを基準として、その回収エネルギに対する前記各場合に必要な回収エネルギの比を示している。
【００７９】
図９の結果から、本実施形態の分離装置を用いた分離方法で吸収圧力を高くするとともに、吸収温度を低下させる、すなわち吸収熱による吸収液の昇温を防ぐことにより、必要な吸収液量及び回収エネルギを大幅に低減できることが判る。
【００８０】
本実施形態では、冷媒流路６０に被処理流体及び吸収液よりも低温の冷媒を流してその冷媒と吸収流路５８を流れる被処理流体及び吸収液との間で熱交換させることにより被処理流体及び吸収液を冷却するため、吸収工程で生じる吸収熱を除熱し、吸収液の単位液量当たりにおける目的成分の吸収量の減少を防ぐことができる。
【００８１】
しかも、本実施形態では、吸収処理部２の内部に設けられた微細流路である吸収流路５８を流れる吸収液と、同じ吸収処理部２の内部に設けられた微細流路である冷媒流路６０を流れる冷媒との間で熱交換させて吸収液を冷却するため、従来の吸収塔でその内部の吸収液を外側から冷却するような場合に比べて、冷媒流路６０を流れる吸収液全体を良好に冷却することができる。このため、吸収液の単位液量当たりにおける目的成分の吸収量の減少をより有効に防ぐことができ、その結果、被処理流体から目的成分を良好な分離効率で分離することができる。
【００８２】
そして、本実施形態では、目的成分の良好な分離効率を得ることができることから、従来のように分離効率の低下を補うために吸収液の量を増加させる必要がない。このため、吸収処理部２の大型化を防ぐことができる。さらに、吸収流路５８と冷媒流路６０は、共に、同じ吸収処理部２内に設けられた微細流路であるため、吸収処理部２は小型化することが可能である。このため、分離装置１を小型化することができる。
【００８３】
また、本実施形態では、吸収処理部２と吸収後分離部３とが一体になっているとともに吸収流路５８の出口と吸収後分離部３の内部空間とが連通しているので、分離器を吸収処理部から離れて別途設ける場合のように吸収流路の出口と分離器とを繋ぐ配管を設ける必要がない。このため、分離装置１の製造コストを低減することができる。また、吸収流路の出口と分離器とを配管で繋ぐ場合には、その配管による圧損が生じるが、本実施形態では、吸収流路５８の出口と吸収後分離部３の内部空間とが直接連通しているので、そのような配管による圧損の発生を防ぐことができる。
【００８４】
また、本実施形態では、第１圧力調整弁１４及び第２圧力調整弁１８による圧力制御によって、吸収後分離部３の内部空間で分離された被処理流体が吸収後吸収液排出配管２８に流れ込んだり、吸収後分離部３の内部空間で分離された吸収液が被処理流体排出配管２６に流れ込んだりするのを阻止できる。また、第１逆止弁１２及び第２逆止弁１６による逆流の阻止によって、それらの逆止弁１２，１６よりも下流側において実施されるプロセスの影響が当該逆止弁１２，１６よりも上流の吸収後分離部３及び吸収流路５８に及ぶのを抑制することができる。
【００８５】
上記分離方法において、前記分離装置は、前記吸収後分離工程において分離された前記目的成分を吸収した後の吸収液から前記目的成分を放散させるための放散処理部をさらに備え、前記放散処理部は、微細流路である放散流路と、その放散流路と熱交換可能な位置に配置された微細流路である熱媒流路とを内部に有し、前記分離方法は、前記放散流路に前記吸収後分離工程において分離された前記目的成分を吸収した後の吸収液を流通させつつ、その吸収液よりも高温の熱媒を前記熱媒流路に流通させ、この熱媒流路を流れる熱媒と前記放散流路を流れる吸収液との間で熱交換させることによりその吸収液から前記目的成分のガスを放散させる放散工程をさらに備えることが好ましい。
【００８６】
また、本実施形態では、吸収流路５８において目的成分を吸収し、その後、吸収後分離部３において分離された吸収液を放散処理部４の放散流路７２に流しながら、その放散処理部４の熱媒流路７３を流れる熱媒との間で熱交換させることにより、その吸収液から目的成分のガスを放散させ、その後、放散後分離部５において吸収液から目的成分のガスを気液分離させて回収することができる。そして、本実施形態では、吸収処理部２での吸収工程において吸収液が冷却されながら目的成分を吸収することにより、放散流路７２に導入される吸収液に含まれている目的成分の量が多くなり、また、その放散流路７２に導入される吸収液の温度を低く抑えることができる。このため、放散処理部４において熱媒流路７３に流す熱媒の温度があまり高くなくても、吸収液から目的成分のガスを十分に放散させることができる。従って、熱媒を加熱するのに必要なエネルギを低減しつつ、吸収液からの目的成分の放散、回収を良好に行うことができる。
【００８７】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含む。
【００８８】
例えば、吸収処理部の積層体内の吸収流路及び冷媒流路の形状、数などの構成、また、放散処理部の積層体内の放散流路及び熱媒流路の形状、数などの構成は、上記実施形態で示したものに限定されない。例えば、吸収流路、冷媒流路、放散流路及び熱媒流路は、それぞれ、それらを形成する各プレートの板面に沿って複数並ぶように設けられていてもよい。この場合には、被処理流体から目的成分を分離する分離装置の処理容量を増やすことができる。また、吸収流路、冷媒流路、放散流路及び熱媒流路の形状は、必ずしも折り返しを繰り返しながら延びる形状でなくてもよく、入口から出口まで直線的に延びる形状や、１箇所もしくは少数箇所の屈曲部を有する形状であってもよい。
【００８９】
また、被処理流体は、排ガス以外の混合ガスでもよく、目的成分は、被処理流体に含まれるＣＯ２以外の成分であってもよい。また、吸収液は、被処理流体中の目的成分を選択的に吸収可能な液体を用いるため、被処理流体の種類又は目的成分の種類が変われば、それらの種類に応じて目的成分を適切に吸収可能な液体を選択する。従って、吸収液は、必ずしも、上述した水、アミン系溶剤、アミン系溶剤の水溶液及びイオン性液体に限定されるものではない。
【００９０】
また、第１制御部が冷媒送出部による冷媒の送出流量を制御することにより冷媒流路を流れる冷媒の温度を制御するために用いる温度データは、必ずしも、上記した冷媒流路の入口側での冷媒の検出温度及び冷媒流路の出口側での冷媒の検出温度でなくてもよい。例えば、冷媒流路内の冷媒の温度を温度センサによって検出し、第１制御部がその検出温度に基づいて冷媒送出部の制御を行ってもよい。また、吸収流路内を流れる吸収液の温度を温度センサによって検出し、第１制御部がその検出温度に基づいて冷媒送出部の制御を行ってもよい。
【００９１】
また、第２制御部が熱媒送出部による熱媒の送出流量を制御することにより熱媒流路を流れる熱媒の温度を制御するために用いる温度データは、必ずしも、上記した熱媒流路の入口側での熱媒の検出温度及び熱媒流路の出口側での熱媒の検出温度でなくてもよい。例えば、熱媒流路内の熱媒の温度を温度センサによって検出し、第２制御部がその検出温度に基づいて熱媒送出部の制御を行ってもよい。また、放散流路内を流れる吸収液の温度を温度センサによって検出し、第２制御部がその検出温度に基づいて熱媒送出部の制御を行ってもよい。
【符号の説明】
【００９２】
１  分離装置
２  吸収処理部
３  吸収後分離部
４  放散処理部
１２  第１逆止弁
１４  第１圧力調整弁
１６  第２逆止弁
１８  第２圧力調整弁
２６  被処理流体排出配管（被処理流体排出路）
２８  吸収後吸収液排出配管（吸収液排出路）
５８  吸収流路
６０  冷媒流路
７２  放散流路
７３  熱媒流路
【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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【図８】
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【図９】
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