(57)【要約】【課題】  外気温度が変動しても、冷却水の使用率を可能な限り維持して、再生エネルギーを削減可能な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】  二酸化炭素の回収装置は、第１冷却器を有する前処理装置で冷却されたガスを吸収液と接触させる気液接触部と、気鋭接触部を経た処理後ガスを冷却する第２冷却器とを有する吸収装置、吸収液を加熱し二酸化炭素を放出させる再生装置、エネルギーを再生装置へ供給するエネルギー源、及び、第１及び第２冷却器と放熱器との間で冷媒を循環させて冷却された冷媒を供給する冷却システムを有し、外気温度の変化により冷媒の温度が変動した時、吸収装置における吸収液の二酸化炭素吸収容量の変動に対応して、再生装置の吸収液から放出される二酸化炭素量を維持可能な範囲内で再生装置へのエネルギー供給を最適化する供給制御装置を備える。吸収液の循環流量も最適化できる。【選択図】    図１
2015223555.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスを予め冷却するための第１冷却器を有する前処理装置と、
前記前処理装置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と、前記気液接触部を経た処理後ガスを冷却するための第２冷却器とを有する吸収装置と、
熱を冷媒から放散する放熱器を有し、前記第１冷却器及び前記第２冷却器の各々と前記放熱器との間で冷媒を循環させて前記第１冷却器及び前記第２冷却器に冷却された冷媒を供給する冷却システムと、
前記吸収装置で二酸化炭素を吸収した吸収液を再生するために、吸収液を加熱して二酸化炭素を放出させる再生装置と、
前記吸収液を加熱するエネルギーを前記再生装置へ供給するエネルギー源と、
前記放熱器の周囲の温度の変化に起因して前記冷媒の冷却温度が変動した時に、前記冷媒の冷却温度の変動に従って変動する前記吸収装置における吸収液の二酸化炭素吸収容量に対応して、前記再生装置の吸収液から放出される二酸化炭素量を維持可能な範囲内で前記エネルギー源から前記再生装置へのエネルギー供給を最適化する供給制御装置と
を有する二酸化炭素の回収装置。
【請求項２】
更に、前記吸収装置と前記再生装置との間で前記吸収液を循環させる循環システムと、
前記放熱器の周囲の温度の変化に起因して前記冷媒の冷却温度が変動した時に、前記冷媒の冷却温度の変動に従って変動する前記吸収装置における吸収液の二酸化炭素吸収容量に対応して、前記吸収装置の吸収液が吸収する二酸化炭素量を維持可能な範囲内で前記循環システムによる前記吸収液の循環を最適化するための循環制御装置と
を有する請求項１に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項３】
更に、前記循環システムが循環させる前記吸収液の総量が、前記吸収装置から排出される前記処理後ガスに伴う水分に起因して変動するのを防止する吸収液監視装置を有する請求項２に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項４】
前記吸収液監視装置は、
前記前処理装置で冷却されたガスの温度、及び、前記第２冷却器によって冷却された処理後ガスの温度を測定する測定システムと、
前記第１冷却器における冷媒の流量を調整する第１調整弁、及び、前記第２冷却器における冷媒の流量を調整する第２調整弁を有する流量調整システムと
を有し、前記測定システムによって測定される前記ガスの温度と前記処理後ガスの温度とが実質的に等しくなるように、前記第１調整弁及び前記第２調整弁のうちの一方の調節によって冷媒の流量が調整される請求項３に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項５】
前記吸収液監視装置は、更に、前記吸収液の総量の変動を検知する検知装置を有し、前記流量調整システムは、前記検知装置が前記吸収液の総量の変動を検知した時に、前記第１調整弁及び前記第２調整弁のうちの一方を調節して冷媒の流量を調整することによって、前記吸収液の総量が回復するように前記ガスの温度又は前記処理後ガスの温度について温度補整を行う請求項４に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項６】
前記第１調整弁及び前記第２調整弁のうちの少なくとも一方は自動制御弁であり、前記吸収液監視装置は、前記検知装置に検知される変動に基づいて前記自動制御弁を自動的に調節することによって前記温度補整を行う制御装置を有する請求項５に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項７】
前記流量調整システムは、前記温度補整における温度変化が±２℃の範囲内となるように前記冷媒の流量を調整する請求項５又は６に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項８】
前記流量調整システムは、前記温度補整において、前記第１冷却器及び前記第２冷却器の何れかにおける冷媒の流量が最大流量になるように調整する請求項５〜７の何れか一項に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項９】
第１冷却器を用いてガスを予め冷却する前処理と、
前記前処理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と、前記気液接触を経た処理後ガスを第２冷却器を用いて冷却する冷却とを行う吸収処理と、
熱を冷媒から放散する放熱器を用い、前記第１冷却器及び前記第２冷却器の各々と前記放熱器との間で冷媒を循環させて前記第１冷却器及び前記第２冷却器に供給する冷媒を冷却する冷媒冷却と、
前記吸収処理で二酸化炭素を吸収した吸収液を再生するために、吸収液を加熱して二酸化炭素を放出させる再生処理と、
前記吸収液を加熱するエネルギーを前記再生処理へ供給するエネルギー供給と、
前記放熱器の周囲の温度の変化に起因して前記冷媒の冷却温度が変動した時に、前記冷媒の冷却温度の変動に従って変動する前記吸収処理における吸収液の二酸化炭素吸収容量に対応して、前記再生処理で吸収液から放出される二酸化炭素量を維持可能な範囲内で前記エネルギー供給を最適化する供給制御と
を有する二酸化炭素の回収方法。
【請求項１０】
更に、前記吸収処理と前記再生処理との間で吸収液を循環させる循環処理と、
前記放熱器の周囲の温度の変化に起因して前記冷媒の冷却温度が変動した時に、前記冷媒の冷却温度の変動に従って変動する前記吸収処理における吸収液の二酸化炭素吸収容量に対応して、前記吸収処理で吸収液が吸収する二酸化炭素量を維持可能な範囲内で前記循環処理における吸収液の循環を最適化するための循環制御と
を有する請求項９に記載の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。その際に、吸収液の濃度を計測し、吸収液の濃度が設定範囲内になるように、ガスの出口温度を変動させる制御を行うことが記載される。又、下記特許文献２は、脱炭酸設備の吸収液の制御方法に関し、吸収塔のアミン回収部への循環水戻り温度を調節して、吸収塔の出口ガスに同伴して失われる水分量を操作することを記載している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許５３８３３３９号公報
【特許文献２】特許４５２３６９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。二酸化炭素の回収装置は、上述した冷却器だけではなく、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ので、多数の冷却器を簡易に管理するために、共通の冷却水を各冷却器に供給する冷却システムが概して採用される。冷却器における冷却温度や冷却効率は、設置状況によって異なるが、冷却水の流量によって冷却効率を調節することで、同じ冷却水を用いて冷却器毎に異なる冷却条件に適合させることができる。各冷却器において温度が上昇した冷却水は、放熱器に回収して元の温度に低下させて再度使用し、放熱器として、通常、気化放熱器が利用される。つまり、冷却水の温度は、外気温度に依存し、季節及び時間帯によって変化するため、夏期及び昼間は高く、冬期及び夜間は低くなるような水温変動がある。又、天候によってもこのような水温変動が生じる。従来は、二酸化炭素の回収装置を一定の処理条件で操業するために、各冷却器において所定の冷却温度が維持されるように、季節、時間帯等によって冷却水の流量を変更する。従って、昼間と夜間、夏期と冬期とでは冷却水の流量が異なる。
【０００７】
しかし、上述のような操業においては、冬期、夜間等のような外気温度が低い時の冷却水の流量が低く、冷却水の使用には余裕がある。つまり、冷却水は十分に使用されていないので、処理効率には未だ改善の余地がある。
【０００８】
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使用形態を改善して、処理効率及び経済効率の向上や、吸収液及び装置における負担の低減が可能な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】
【０００９】
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、外気温度が低い時の冷却水の流量を低下させずに操業することが可能であり、更に、再生エネルギーの低減や吸収液等の負担の軽減が可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
本発明の一態様によれば、二酸化炭素の回収装置は、ガスを予め冷却するための第１冷却器を有する前処理装置と、前記前処理装置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と、前記気液接触部を経た処理後ガスを冷却するための第２冷却器とを有する吸収装置と、熱を冷媒から放散する放熱器を有し、前記第１冷却器及び前記第２冷却器の各々と前記放熱器との間で冷媒を循環させて前記第１冷却器及び前記第２冷却器に冷却された冷媒を供給する冷却システムと、前記吸収装置で二酸化炭素を吸収した吸収液を再生するために、吸収液を加熱して二酸化炭素を放出させる再生装置と、前記吸収液を加熱するエネルギーを前記再生装置へ供給するエネルギー源と、前記放熱器の周囲の温度の変化に起因して前記冷媒の冷却温度が変動した時に、前記冷媒の冷却温度の変動に従って変動する前記吸収装置における吸収液の二酸化炭素吸収容量に対応して、前記再生装置の吸収液から放出される二酸化炭素量を維持可能な範囲内で前記エネルギー源から前記再生装置へのエネルギー供給を最適化する供給制御装置とを有することを要旨とする。
【００１１】
上記二酸化炭素の回収装置は、更に、前記吸収装置と前記再生装置との間で前記吸収液を循環させる循環システムと、前記放熱器の周囲の温度の変化に起因して前記冷媒の冷却温度が変動した時に、前記冷媒の冷却温度の変動に従って変動する前記吸収装置における吸収液の二酸化炭素吸収容量に対応して、前記吸収装置の吸収液が吸収する二酸化炭素量を維持可能な範囲内で前記循環システムによる前記吸収液の循環を最適化するための循環制御装置とを有するように構成できる。
【００１２】
また、上記二酸化炭素の回収装置は、更に、前記循環システムが循環させる前記吸収液の総量が、前記吸収装置から排出される前記処理後ガスに伴う水分に起因して変動するのを防止する吸収液監視装置を有するようにするとよい。
【００１３】
上記吸収液監視装置は、前記前処理装置で冷却されたガスの温度、及び、前記第２冷却器によって冷却された処理後ガスの温度を測定する測定システムと、前記第１冷却器における冷媒の流量を調整する第１調整弁、及び、前記第２冷却器における冷媒の流量を調整する第２調整弁を有する流量調整システムとを有し、前記測定システムによって測定される前記ガスの温度と前記処理後ガスの温度とが実質的に等しくなるように、前記第１調整弁及び前記第２調整弁のうちの一方の調節によって冷媒の流量が調整される。
【００１４】
上記吸収液監視装置は、更に、前記吸収液の総量の変動を検知する検知装置を有し、前記流量調整システムは、前記検知装置が前記吸収液の総量の変動を検知した時に、前記第１調整弁及び前記第２調整弁のうちの一方を調節して冷媒の流量を調整することによって、前記吸収液の総量が回復するように前記ガスの温度又は前記処理後ガスの温度について温度補整を行うように構成可能である。
【００１５】
上記第１調整弁及び上記第２調整弁のうちの少なくとも一方を自動制御弁として、前記吸収液監視装置は、前記検知装置に検知される変動に基づいて前記自動制御弁を自動的に調節することによって前記温度補整を行う制御装置を有するようにするとよい。
【００１６】
上記流量調整システムは、前記温度補整における温度変化が±２℃の範囲内となるように前記冷媒の流量を調整するとよい。また、上記流量調整システムは、前記温度補整において、前記第１冷却器及び前記第２冷却器の何れかにおける冷媒の流量が最大流量になるように調整するとよい。
【００１７】
又、本発明の一態様によれば、二酸化炭素の回収方法は、第１冷却器を用いてガスを予め冷却する前処理と、前記前処理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と、前記気液接触を経た処理後ガスを第２冷却器を用いて冷却する冷却とを行う吸収処理と、熱を冷媒から放散する放熱器を用い、前記第１冷却器及び前記第２冷却器の各々と前記放熱器との間で冷媒を循環させて前記第１冷却器及び前記第２冷却器に供給する冷媒を冷却する冷媒冷却と、前記吸収処理で二酸化炭素を吸収した吸収液を再生するために、吸収液を加熱して二酸化炭素を放出させる再生処理と、前記吸収液を加熱するエネルギーを前記再生処理へ供給するエネルギー供給と、前記放熱器の周囲の温度の変化に起因して前記冷媒の冷却温度が変動した時に、前記冷媒の冷却温度の変動に従って変動する前記吸収処理における吸収液の二酸化炭素吸収容量に対応して、前記再生処理で吸収液から放出される二酸化炭素量を維持可能な範囲内で前記エネルギー供給を最適化する供給制御とを有することを要旨とする。
【００１８】
上記二酸化炭素の回収方法は、更に、前記吸収処理と前記再生処理との間で吸収液を循環させる循環処理と、前記放熱器の周囲の温度の変化に起因して前記冷媒の冷却温度が変動した時に、前記冷媒の冷却温度の変動に従って変動する前記吸収処理における吸収液の二酸化炭素吸収容量に対応して、前記吸収処理で吸収液が吸収する二酸化炭素量を維持可能な範囲内で前記循環処理における吸収液の循環を最適化するための循環制御とを有するように構成することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、外気温度の変動によって冷却水の温度が変化した時に、冷却水の使用率を可能な限り維持したまま、吸収液の循環や加熱／冷却に関する条件を適正に変更することによって、エネルギー供給を必要最低限に抑えて再生エネルギーを削減することが可能であり、不必要に加熱することを回避して熱による吸収液や回収装置の負担を軽減することが可能になるので、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、経済的に有利であり、環境保護において有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る二酸化炭素の回収装置の一実施形態を示す概略構成図。
【図２】図１の回収装置における循環及びエネルギー供給の調整を説明するための概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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装置と再生工程を実施する再生装置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装置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装置に導入する。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、吸収装置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装置から放出すると、ガスと共に水蒸気が放出され、吸収装置内の吸収液は濃縮される。これを防止するために、吸収装置内のガスを塔外へ放出する前に、排ガスを吸収装置へ導入する温度と同程度の４０℃前後に冷却する必要がある。上述の冷却器を含み、回収装置全体では多数の冷却器が使用されるので、これらの冷却器に冷媒を供給する冷却システムは、冷媒として単一の冷却水を各冷却器に供給し、温度上昇した冷却水は、放熱器において熱を放散した後に循環再利用される。冷却器に求められる冷却効率は設置される箇所によって異なるので、冷却器毎に冷却水の流量を調整して冷却効率を設定することによって、同じ冷却水を用いて各冷却器毎に好適な温度に冷却することができる。通常、放熱器として気化放熱器が利用され、冷却水の温度は、放熱器の周囲の温度（外気温度）に依存するので、季節、時間帯及び天候によって放熱後の冷却水の温度が変化し、夏期及び昼間は高く、冬期及び夜間は低くなる。冷却水の温度が変化すると、冷却されるガス、吸収液等の温度も変化し、二酸化炭素の吸収／再生状況も変化する。従って、処理条件を一定に維持するには、冷却水の流量を変更して各冷却器における冷却効率を調整することによって温度条件を維持する。
【００２２】
本発明では、温度条件を一定に維持するのではなく、季節、時間帯等により冷却水の温度が変化しても、冷却水の流量は可能な限り維持し、処理条件の調整、つまり、再生装置へ供給するエネルギー量や吸収液の循環流量の調整によって、冷却水の温度変化による吸収液の二酸化炭素吸収容量の変動に対応する。吸収液の二酸化炭素吸収容量は低温において高く、温度によって変化するので、冷却器への冷却水の供給量を固定した状態で冷却水の温度が低下すると、吸収装置へ導入されるガスの温度が低下し、これに伴って吸収装置における吸収液の二酸化炭素吸収容量は増加する。吸収装置へのガスの導入流量が一定である状況では、ガスから回収する時間当たりの二酸化炭素量は一定であり、吸収液から二酸化炭素を放出する反応に要するエネルギー量は変わらない。一方、吸収装置における吸収温度の低下に伴って、再生装置での再生温度の低下が可能であるので、気化潜熱として再生装置への供給が必要なエネルギー量が低下する。また、冷却水の温度低下によって吸収装置における吸収液の二酸化炭素吸収容量が増加すると、一定量の二酸化炭素を吸収するのに要する吸収液の量も減少するので、吸収液の循環流量を減少させることが可能であり、この場合は、顕熱として再生装置への供給が必要なエネルギー量が低下する。従って、夏期又は昼間を基準として回収装置の処理条件を設定すると、冬期又は夜間においては、冷却水の使用を夏期又は昼間と同レベルに維持した状態で、再生装置へのエネルギー供給量を削減することができ、更に、吸収液の吸収容量を最大限に利用するように吸収液の循環流量を低下させて、循環に要する駆動エネルギーの低減や吸収液の消耗抑制が可能である。つまり、冬期又は夜間においては、再生装置へのエネルギー供給の最適化、及び、吸収液の使用効率の最適化を行うことが可能である。冷却水の使用率を可能な限り最大に近づける観点から、周囲の温度が最も高い夏期又は昼間の回収装置の処理条件を基準とすると、最適化設定が容易である。天候に関しても、晴天時を基準として、曇天又は雨天において前述と同様の最適化を行うことができる。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。
【００２３】
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一実施形態を示す。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装置１０と、二酸化炭素を吸収した吸収液を再生するために吸収液を加熱して二酸化炭素を吸収液から放出させる再生装置２０とを有する。更に、吸収装置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装置としての機能を有する前処理装置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。吸収装置１０、再生装置２０及び前処理装置３０は、各々、塔形の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、吸収装置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、吸収装置１０底部に貯溜され、ポンプ１２によって、吸収装置１０底部と再生装置２０上部とを接続する供給路１６を通じて再生装置２０へ供給される。再生装置２０で再生された吸収液（リーン液）Ａ２は、ポンプ２３によって、再生装置２０底部から還流路１７を通じて吸収装置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、吸収液を吸収装置と再生装置との間で循環させる循環システムが構築される。
【００２４】
前処理装置３０には、気液接触部３１を通過するガスＧを冷却するために、循環水Ｗ１を搬送するためのポンプ３２、水冷式の第１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、前処理装置３０底部の循環水Ｗ１は、ポンプ３２の駆動によって循環路３４を通じて第１冷却器３３に供給され、第１冷却器３３で冷却された循環水Ｗ１は前処理装置３０内の気液接触部３１上方に還流する。前処理装置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循環水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、前処理装置３０頂部と吸収装置１０底部とを接続する送気管１８を通じて吸収装置１０に供給される。尚、ガスＧの冷却によってガスＧから凝縮水が発生するので、循環水Ｗ１は徐々に増加する。この増加分は、循環路３４から適宜排出するように構成することができ、又、循環路３４を介して水酸化ナトリウム等のアルカリ剤を循環水Ｗ１に添加可能に構成すると、前処理装置３０にガスＧ中の酸性成分を除去する機能を付加することができる。
【００２５】
前処理装置３０を通過して冷却された二酸化炭素を含んだガスＧは、吸収装置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処理後ガスＧ’も水蒸気量が増加し温度が上昇する。このため、処理後ガス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、気液接触部１１の上方に充填材を用いて形成され、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、吸収装置１０頂部から排出される。冷却部１３における冷却形態は、前処理装置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、冷却部１３に循環水Ｗ２を供給するためのポンプ１５、循環水Ｗ２を冷却するための水冷式の第２冷却器１４、及び、これらを接続する循環路３７が吸収装置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、吸収装置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及び第２冷却器１４とは循環路３７によって接続され、ポンプ１５の駆動によって循環水Ｗ２が区画部材１９を介して冷却部１３と第２冷却器１４とを循環する。冷却部１３を流下する循環水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を通じて第２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、冷却部１３と第２冷却器１４とを循環する循環水Ｗ２の量が一定に保たれるように構成され、増加した循環水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、循環水Ｗ２と共に区画部材１９上に落下して、液溜まりにおいて循環水Ｗ２と一体になり、循環水Ｗ２は増加する。従って、冷却部１３で凝縮した凝縮水は冷却用循環水として利用される。循環路３７において冷却部１３と第２冷却器１４とを循環する循環水Ｗ２の量は一定に保たれるので、増加した循環水Ｗ２の増量分、つまり、処理後ガスＧ’の冷却によって冷却部１３で生じる凝縮水分の循環水が、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。分岐路３８によって増量分が分別された後の循環水Ｗ２は、第２冷却器１４に供給されて冷却され、冷却部１３に供給される。
【００２６】
吸収装置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ると共に温度が上昇した後に、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で温度Ｔ２に冷却され、デミスタ４０を経て外部へ放出される。
【００２７】
吸収装置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、再生装置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。再生装置２０の底部には、リボイラーが付設される。即ち、吸収液を加熱する熱エネルギーを供給するために再生装置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’とが付設される。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。
【００２８】
再生装置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によって吸収装置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、吸収装置１０から再生装置２０に供給される供給路１６の吸収液Ａ１は、再生装置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、水冷式の第３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−液式等、様々な種類があり、このようなものから適したものを適宜選択して本発明における熱交換器２４として使用する。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のものが優れている。
【００２９】
再生装置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として再生装置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。再生装置２０の外部には、回収ガスＣを冷却するための水冷式の第４冷却器２７、気液分離器２８及び調圧弁２９が設けられ、再生装置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を通って第４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から再生装置２０の凝縮部２６上へ供給され、冷却用として使用される。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、再生装置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。
【００３０】
図２は、図１の回収装置における冷却水及び吸収液の循環に関する調整、及び、熱エネルギー源であるスチームの供給に関する調整を説明するための図である。図２中、破線は電気的接続を表し、図１と同じ符号のものは同じ要素を示す。
回収装置１は、第１冷却器３３、第２冷却器１４、第３冷却器２５及び第４冷却器２７の各々へ冷媒として冷却水を供給するために、図２に示すような冷却システム５０を有する。冷却システム５０は、気化放熱を利用して熱を放散する放熱器５１とポンプ５２とを有し、これらは、並列に分岐する流路で接続され、ポンプ５２の駆動によって上記冷却器の各々と放熱器５１との間で冷却水が循環して、放熱器５１によって冷却された冷却水が各冷却器へ供給される。第１冷却器３３、第２冷却器１４、第３冷却器２５及び第４冷却器２７の各々へ供給される冷却水の流量は、第１調整弁５３、第２調整弁５４、第３調整弁５５及び第４調整弁５６の各々によって調整可能であり、これらの調整弁によって、冷却水の流量を調整する流量調整システムが構成される。
【００３１】
吸収装置１０及び再生装置２０を循環する吸収液の総量は、吸収装置１０から排出される処理後ガスＧ’に伴う水分の過剰／過小に起因する濃縮又は希釈によって変動し得る。これを防止するために、回収装置１は、ガスの温度を測定する測定システムと、上述の流量調整システムと、吸収液の総量の変動を検知する検知装置とによって構成される吸収液監視装置を有する。吸収液監視装置は、測定システムによって測定される温度情報に基づいて、冷却器へ供給される冷却水の流量を流量調整システムを用いて調整する。詳細には、測定システムとして、送気管１８に設けられる温度センサーＳ１、及び、吸収装置１０の排気管に設けられる温度センサーＳ２を備えており、これらによって、第１冷却器３３を用いて前処理装置３０で冷却されたガスＧの温度Ｔ１、及び、第２冷却器１４を用いて冷却された処理後ガスＧ’の温度Ｔ２が測定される。又、吸収装置１０の底部には液面計Ｓ３が設置され、これは、底部に貯留される吸収液Ａ１の液面レベルを検出し、液面レベルの変動によって吸収液の総量の変動を検知する検知装置として機能する。温度センサーＳ１及び温度センサーＳ２によって測定される温度情報に基づいて、第１調整弁５３及び第２調整弁５４のうちの一方を調節して冷却水の流量を調整することによって、ガスＧの温度Ｔ１と処理後ガスＧ’の温度Ｔ２とが実質的に等しくなるように調節することができ、これにより、処理後ガスＧ’に伴う水分の過剰又は過小による吸収液の濃縮又は希釈が生じない条件になり、吸収液の液量変動が防止される。更に、吸収液の総量が変化して液面計Ｓ３が吸収装置１０底部の吸収液Ａ１の液面レベルの変化を検知した時に、第１調整弁５３及び第２調整弁５４のうちの一方を調節して冷却水の流量を調整することによって、吸収液の総量が回復するようにガスＧの温度又は処理後ガスＧ’の温度について温度補整を行うことができる。
【００３２】
回収装置１は、演算処理装置６０を有し、図２の実施形態では、上述の第１〜第４調整弁５３〜５６として自動制御弁又は手動弁が使用される。自動制御弁の作動形式は、電気式、油圧式、空圧式等の一般的な形式から適宜選択してよい。上述の第１〜第４調整弁５３〜５６、温度センサーＳ１，Ｓ２及び液面計Ｓ３を演算処理装置６０と電気的に接続して、上述の吸収液監視装置における動作制御を自動化することにより、演算処理装置６０は、液面計Ｓ３の液面情報に基づいて第１及び第２調整弁５３，５４の一方を自動的に調節して温度補整を行う制御装置として機能させることが可能であり、吸収液の総量の変動を自動的に回復できる。この自動制御の目的に関しては、第３及び第４調整弁５５，５６は手動弁であって良く、又、第１及び第２調整弁５３，５４の一方のみが自動制御弁であっても可能である。
【００３３】
回収装置１は、更に、スチームヒーター２２へのスチームの供給（つまり、再生装置２０へのエネルギー供給）を調整可能な調整弁６１を有し、演算処理装置６０は、調整弁６１及びポンプ１２，２３とも電気的に接続される。この演算処理装置６０は、再生装置２０へのエネルギー供給を最適化するための供給制御装置、及び、吸収液の循環を最適化するための循環制御装置としての役割も兼ね備える。
【００３４】
供給制御装置としては、放熱器５１の周囲の温度の変化に起因して冷却水の冷却温度が変動した時に、再生装置２０へのエネルギー供給を最適化する。具体的には、冷却水の冷却温度の変動に従ってガスＧ及び処理後ガスＧ’の温度Ｔ１，Ｔ２が変動すると、吸収装置１０における吸収液の二酸化炭素吸収容量が変動するので、温度センサーＳ１，Ｓ２の温度情報に基づいて、再生装置２０へのエネルギー供給を最適化、即ち、再生装置２０の吸収液から放出される二酸化炭素量を維持可能な範囲内で供給エネルギーの量が最小量になるように調整弁６１が調節される。従って、夏期（又は昼間）から冬期（夜間）へ移行する際には、放熱器５１から供給される冷却水の温度が低下し、吸収装置１０における吸収液の二酸化炭素吸収容量は増加するので、再生装置２０への熱エネルギーの供給量は削減され、夏期（又は昼間）へ移行すると、熱エネルギーの供給量は元の量に増加される。
【００３５】
更に、循環制御装置としては、放熱器５１の周囲の温度の変化に起因して冷却水の冷却温度が変動した時に、吸収液の循環を最適化する。具体的には、冷却水の冷却温度の変動に従ってガスＧ及び処理後ガスＧ’の温度Ｔ１，Ｔ２が変動すると、吸収装置１０における吸収液の二酸化炭素吸収容量が変動するので、温度センサーＳ１，Ｓ２の温度情報に対応して、循環システムによる吸収液の循環流量を最適化、つまり、吸収装置１０の吸収液が吸収する二酸化炭素量を維持可能な範囲内で循環システムによる吸収液の循環流量が最小量になるようにポンプ１２，２３の駆動が制御される。従って、夏期（又は昼間）から冬期（夜間）へ移行する際には、放熱器５１から供給される冷却水の温度が低下し、吸収装置１０における吸収液の二酸化炭素吸収容量は増加するので、この二酸化炭素吸収容量に基づいて吸収液の循環流量を低下させ、夏期（又は昼間）へ移行すると、循環流量は元の流量に増加される。吸収液の循環流量を最適化する場合、この後に、最適化された吸収液の循環流量に基づいて、再生装置２０へのエネルギー供給の最適化が行われる。従って、再生装置２０の吸収液は、夏期（又は昼間）の温度に維持されるが、循環流量の減少に応じて熱エネルギーの供給量が低下する。
【００３６】
演算処理装置６０が上述のような供給制御装置及び循環制御装置として機能する際には、吸収液の温度と二酸化炭素吸収容量との相関、吸収液の吸収温度と最適再生温度及びエネルギー供給量との相関、吸収液の二酸化炭素吸収容量と最適循環流量との相関などに関するデータが必要であるので、このようなデータは、記録媒体を介して演算処理装置６０に適宜供給するか、又は、内蔵の記録装置に予め格納して利用される。尚、吸収液の温度については、温度センサーＳ１，Ｓ２から得られるガスＧ及び処理後ガスＧ’の温度Ｔ１又はＴ２による代用や、温度Ｔ１，Ｔ２から論理的に計算される値の使用が可能であり、或いは、液面計Ｓ３に温度センサーを併設して吸収液Ａ１の温度を測定して用いても良い。又、再生装置２０から回収される二酸化炭素量が維持されることを確認するために、二酸化炭素を測定するガス測定器を排気管４２に付設すると、より的確なエネルギー供給及び循環制御が可能になる。
【００３７】
図１及び図２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。
前処理装置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を底部から一定の流量で供給すると、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を循環する循環水Ｗ１によって初期温度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。前処理装置３０における冷却によって温度Ｔ１に低下したガスＧは吸収装置１０に導入され、吸収処理が行われる。
【００３８】
吸収装置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装置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。
【００３９】
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を通過する間に循環水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、吸収装置１０頂部から排出される。前処理装置３０に導入されるガスＧに含まれる水蒸気量と、吸収装置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が、前処理装置３０によってガスＧが冷却される温度Ｔ１に実質的に等しい温度（実用的にはＴ１±３℃以内、好ましくはＴ１±２℃以内）になるように温度Ｔ１，Ｔ２を設定する。
【００４０】
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、温度Ｔ１は、従来は４０℃程度に常時維持されるが、本発明では、放熱器５１からの冷却水の供給流量（冷熱量）を可能な限り減少させずに回収処理を行うので、温度Ｔ１は変動する。夏期の昼間における外気温度が３０℃である時、放熱器５１による冷却水の冷却温度は３５℃程度となり、ガスＧの温度Ｔ１は４０℃程度まで低下可能であり、夏期の夜間における外気温度が２０℃である時、放熱器５１による冷却水の冷却温度は２５℃程度となり、ガスＧの温度Ｔ１は３０℃程度まで低下可能である。また、冬期の夜間における外気温度が５℃である時、放熱器５１による冷却水の冷却温度は１０℃程度となり、ガスＧの温度Ｔ１は１５℃程度まで低下可能である。従って、温度Ｔ１，Ｔ２は、上述のように季節及び時間帯に応じて可能な限り低温になるように第１及び第２調整弁５３，５４の開度を最大にする。同時に、第３及び第４調整弁５５，５６についても最大開度に設定する。この際、温度Ｔ１，Ｔ２にずれが生じる場合は、第１及び第２調整弁５３，５４の一方を調整して温度Ｔ１，Ｔ２のずれを解消するための調整を行う。この調整は、冷却水の流量を可能な限り維持するために、温度が低い側において冷却器における流量を低下させるように調整することによって、温度が高い側の冷却器における冷却水の流量が最大に維持される。
【００４１】
冷却部１３において生じる凝縮水は、循環水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から第２冷却器１４を介して循環路３７を循環する。増加した循環水Ｗ２の増量分は、分岐路３８を通じて循環している吸収液Ａ１に添加され、濃縮された吸収液Ａ１を希釈して元の濃度に回復する。
【００４２】
吸収装置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装置２０へ供給され、一方、再生装置２０で再生された吸収液Ａ２は、還流路１７を通じてポンプ２３の駆動力によって吸収装置１０に還流される（循環処理）。吸収液の循環流量によって吸収装置１０内での滞留時間（気液接触時間）が決まるので、一定流量で供給されるガスＧに含まれる二酸化炭素を好適に吸収可能な循環流量となるように、ポンプ１２，２３の駆動が調節される。熱交換器２４において、吸収液Ａ１は、再生装置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、再生装置２０での加熱温度に近い温度に昇温される。再生装置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。
【００４３】
高温で再生装置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、再生装置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）及び再生装置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、夏期（又は昼間）においては、再生装置２０内を５０〜１００ｋＰａＧ程度に加圧し、吸収液を１１０〜１２０℃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。再生装置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。
【００４４】
再生装置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第４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、再生装置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。
【００４５】
再生装置２０で再生された吸収液Ａ２は、還流路１７を通じて吸収装置１０に還流され、その間に熱交換器２４及び第３冷却器２５によって冷却される。このようにして、吸収液は吸収装置１０と再生装置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、再生装置２０の排気管４２に調圧弁２９が設けられ、必要に応じて再生装置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、吸収装置１０内のガス圧力は大気圧に設定されているが、再生装置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。
【００４６】
回収装置１において、第１〜第４冷却器３３，１４，２５，２７が使用され、各冷却器と冷媒冷却用の放熱器５１との間で冷媒として冷却水を循環させて、冷却された冷却水を各冷却器に供給する。各冷却器における冷却効率（冷却水の流量）は、上述のように可能な限り最大に近づけるように調整される。操業時間帯が昼間から夜間へ、或いは、夜間から昼間へ移行するにつれて、周囲の温度の変化に起因して放熱器５１による冷却水の冷却温度が変動し、各冷却器におけるガスＧ及び処理後ガスＧ’の温度Ｔ１，Ｔ２が変化する。この際、温度Ｔ１，Ｔ２が異なるために吸収液の濃縮又は希釈による液量変化が起こる場合、液面計Ｓ３が液面レベルの変動、つまり、吸収液の総量の変動を検知するので、前述と同様に、第１調整弁５３及び第２調整弁５４のうちの一方を調節して、冷却水の流量が可能な限り最大量に近くなるように調整することによって、温度Ｔ１，Ｔ２が実質的に同じ温度になるように再調整し、吸収液の総量を回復させる。つまり、温度が高い側における冷却器への冷却水の流量が最大である場合は、温度が低い側における冷却器への流量を低下させ、温度が高い側における冷却水の流量を増加可能である場合は、これを増加させる。
【００４７】
周囲の温度の変化に起因して放熱器５１による冷却水の冷却温度が変動した時に、ガスＧ及び処理後ガスＧ’の温度Ｔ１，Ｔ２の変動に従って吸収処理における吸収液の二酸化炭素吸収容量も変動する。従って、吸収液の二酸化炭素吸収容量に対応して、再生装置２０へのエネルギー供給を最適化する供給制御を行って、再生処理で吸収液から放出される二酸化炭素量を維持可能な範囲内で最小量のエネルギーが供給されるように調整弁６１によってスチームの供給流量を調節する。この供給制御によって、再生装置２０へ供給されるエネルギーは、昼間に比べて夜間の方が削減される。つまり、再生エネルギー（二酸化炭素１モルの再生に要するエネルギー）が削減される。
【００４８】
周囲の温度の変化に起因して放熱器５１による冷却水の冷却温度が変動した時に、上述の供給制御を行う前に、吸収液の循環を最適化する循環制御を行うと、再生エネルギーの削減だけでなく、駆動エネルギーの削減や吸収液の負担軽減も可能になるので好ましい。この場合、吸収処理における吸収液の温度変化によって変動する二酸化炭素吸収容量によって、ガスＧから二酸化炭素を好適に吸収するのに要する滞留時間（気液接触時間）が変化するので、これに対応して、循環処理における吸収液の循環を最適化し、吸収処理で吸収液が吸収する二酸化炭素量を維持可能な範囲内で最小の循環流量になるように調節する。この循環制御によって、吸収液の循環流量は、昼間に比べて夜間の方が減少する。つまり、ポンプ１２，２３の駆動に要するエネルギーが削減され、吸収液に対する熱による負荷が軽減される。この後、変更された吸収液の循環流量に基づいて、再生装置２０へのエネルギー供給を最適化する供給制御を行う。吸収液の二酸化炭素吸収容量を最大限利用する設定になると、例えば、昼間から夜間へ移行した場合、周囲の温度の低下によって吸収液の温度が低下しても、吸収液が吸収する二酸化炭素量は増加するので、再生処理における再生温度は、循環制御を行わない場合より高くなるが、循環流量の減少による供給エネルギーの減少を総合すると、再生処理に要するエネルギー量は減少する。
【００４９】
上述のように、周囲の温度の変化による影響に対して、放熱器５１から供給される冷却水の流量を可能な限り最大に近づけたまま、吸収液の循環流量を最適化する時の循環流量の変化を、吸収液として３０質量％ＭＥＡ水溶液を用いる条件でシミュレーションによる計算によって調べると、温度Ｔ１が４０℃の時の値を基準として、温度Ｔ１が３４℃の時は７％減少し、１４℃の時は１１％減少する。尚、供給制御に関しては、循環流量の調整幅を半分程度に抑えて、その分、再生処理における加熱温度を低下させるような設定も可能であり、これにより、吸収液の熱負担が軽減される。
【００５０】
ガスＧ及び処理後ガスＧ’の温度Ｔ１，Ｔ２として同じ温度が検出されるにも拘わらず、装置設計等に起因して吸収液の液量変化が生じる場合、温度補整を行う。液面計Ｓ３が液面レベルの変動、つまり、吸収液の総量の変動を検知した時、前述の再調整と同様に、第１調整弁５３及び前記第２調整弁５４のうちの一方を調節して、冷却水の流量が可能な限り最大量に近くなるように冷却水の流量を調整することによって、吸収液の総量が回復するようにガスＧの温度又は処理後ガスＧ’の温度について温度補整を行う。第１調整弁５３及び第２調整弁５４の両方において流量の増加が可能である場合は、両方を調節することによって、第１冷却器３３及び第２冷却器１４の少なくとも一方における冷却水の流量が最大流量になるように調整することができる。温度補整のための冷却水の流量調整は、温度の補整幅が±２℃の範囲内（温度Ｔ１，Ｔ２の差が２℃以内）となるように行うことが好ましい。
【００５１】
上述の液面計Ｓ３を用いた吸収液の総量の監視は常時行うことができ、随時、冷却システム５０における冷却水の流量調整によって吸収液の総量が維持される。一方、回収温度に起因する冷却システム５０の冷却水の温度変動比較的緩やかであるので、冷却水の温度変動に伴うエネルギーの供給制御（及び吸収液の循環制御）は、数時間程度の間隔をおいて行っても好適に実施可能である。従って、所定時間毎に温度Ｔ１，Ｔ２を測定して、温度Ｔ１，Ｔ２が異なる場合は、第１及び第２調整弁５３，５４の一方の調整によって温度Ｔ１，Ｔ２が等しくなるよう流量調整を行う。この後、この温度における吸収液の二酸化炭素吸収容量に基づいてポンプ１２，２３による循環制御を行って循環流量を調整し、調整弁６１によるエネルギーの供給制御を行ってスチームの熱供給量を調整する。液面計Ｓ３において吸収液の総量の変動が検出される場合は、吸収液の総量が回復するように温度補整を行う。上述の手順からポンプ１２，２３による循環制御を省略すれば、エネルギー供給の最適化のみが行われる。
【００５２】
吸収液の循環流量やエネルギー供給量には上限があるので、これらが最大となる季節及び時間帯における処理条件を基準とすると、設定及び変更が行い易い。従って、予め、夏期及び冬期の昼間（晴天）における最適な処理状況を把握しておき、昼間（晴天）の処理状況を基準として、随時吸収液の総量監視を行いながら、所定時間毎に上述のようにエネルギーの供給制御及び吸収液の循環制御を行うことによって、冬期及び夜間におけるエネルギー供給が削減され、吸収液の熱負担が軽減される。
【００５３】
上述においては説明を省略しているが、吸収液の循環流量又は再生装置への供給熱エネルギー量を変更させることによって、第３冷却器２５において冷却される吸収液、及び、第４冷却器２７において冷却する回収ガスＣの温度も変化し得る。夏期（昼間）から冬期（夜間）への移行に伴う冷却水の温度が低下すると、再生装置２０へのエネルギー供給量の低下に伴って、第３冷却器２５から吸収装置１０へ供給される吸収液の温度も低下し、回収ガスＣの温度も低下する。第４冷却器２７の下流側の排気管４２に温度センサーを設けて、ガスＧ及び処理後ガスＧ’の温度Ｔ１，Ｔ２が等しくなるように調整する際に、回収ガスＣの温度も等しくなるように第４調整弁５６による冷却水の流量調整を行うように構成しても良い。又、吸収液の総量の変動を液面計Ｓ３が検知した時に、ガスＧ及び処理後ガスＧ’の温度Ｔ１，Ｔ２の補整を行うと共に、第４調整弁５６による冷却水の流量調整も行うように構成しても良い。上述の冷却器以外の冷却器を追加して使用する場合にも、調整弁を用いて同様の流量調整を行うことができる。
【００５４】
尚、上述においては、外気へ熱放散する放熱器として説明しているが、河川水や海水へ熱放散するような構造の放熱器を使用するものでも、季節や時間帯によって冷媒の温度が変動する点では同じであるので、本発明を適用して二酸化炭素の回収を実施することができる。又、水以外の冷媒を利用する冷却システムの放熱器についても同様に適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
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の温度が低い季節又は時間において冷却水を最大限に使用して、エネルギー使用量の削減や吸収液及び装置への負担を軽減することが可能な回収装置が提供され、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】
【００５６】
１  回収装置、  １０  吸収装置、  ２０  再生装置、  ３０  前処理装置、
１１，２１，３１  気液接触部、
１２，１５，２３，３２，４３，５２  ポンプ、  １３  冷却部、
３３  第１冷却器、  １４  第２冷却器、
２５  第３冷却器、  ２７  第４冷却器、
１６  供給路、  １７  還流路、  １８  送気管、  １９  区画部材、
２２  スチームヒーター、  ２２’，３４，３７  循環路、
２４  熱交換器、  ２６  凝縮部、  ２８  気液分離器、  ２９  調圧弁、
３５，３９，４０，４１  デミスタ、  ３８  分岐路、
４２  排気管、  ５０  冷却システム、  ５１  放熱器、
５３  第１調整弁、  ５４  第２調整弁、  ５５  第３調整弁、
５６  第４調整弁、  ６０  演算処理装置、  ６１  調整弁、
Ｓ１，Ｓ２  温度センサー、  Ｓ３  液面計、
Ｇ  ガス、  Ｇ’  処理後ガス、  Ａ１，Ａ２  吸収液、  Ｃ  回収ガス、
Ｗ１，Ｗ２  循環水。
【図１】
2015223555.tif 000003
【図２】
2015223555.tif 000004