(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素含有ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収システムであって、
固体の二酸化炭素捕捉剤、前記二酸化炭素捕捉剤を収容する二酸化炭素吸収塔、及び前記二酸化炭素吸収塔に水蒸気を流入させるための流路入口を備え、
前記二酸化炭素吸収塔は、前記二酸化炭素捕捉剤の下方に液体収容部を備え、
前記液体収容部は、前記二酸化炭素吸収塔の底部に設けられ、前記流路入口から前記二酸化炭素吸収塔に流入した水蒸気が凝縮して生成した液体の水を収容し、
前記流路入口は、前記二酸化炭素吸収塔の側面に設けられ、
前記流路入口の最下部は、前記液体収容部が収容できる液体の最高の水位の位置より上方に位置する、
ことを特徴とする二酸化炭素回収システム。
【請求項２】
二酸化炭素含有ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収システムであって、
固体の二酸化炭素捕捉剤、前記二酸化炭素捕捉剤を収容する二酸化炭素吸収塔、及び前記二酸化炭素吸収塔に水蒸気を流入させるための流路入口を備え、
前記二酸化炭素吸収塔は、前記二酸化炭素捕捉剤の下方に液体収容部を備え、
前記液体収容部は、前記流路入口から前記二酸化炭素吸収塔に流入した水蒸気が凝縮して生成した液体の水を収容し、
前記二酸化炭素捕捉剤と前記液体収容部は、前記二酸化炭素吸収塔の高さ方向に複数備えられ、
複数の前記液体収容部のそれぞれは、複数の前記二酸化炭素捕捉剤のそれぞれの下方に、前記二酸化炭素吸収塔の内壁に接する環状に設けられる、
ことを特徴とする二酸化炭素回収システム。
【請求項３】
二酸化炭素含有ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収システムであって、
固体の二酸化炭素捕捉剤、前記二酸化炭素捕捉剤を収容する二酸化炭素吸収塔、前記二酸化炭素吸収塔に水蒸気を流入させるための流路入口、及び周縁部が前記二酸化炭素吸収塔の内壁に接し、前記二酸化炭素捕捉剤を載置する板状部材を備え、
前記二酸化炭素吸収塔は、前記二酸化炭素捕捉剤の下方に液体収容部を備え、
前記液体収容部は、前記流路入口から前記二酸化炭素吸収塔に流入した水蒸気が凝縮して生成した液体の水を収容し、
前記板状部材は、前記二酸化炭素吸収塔の中央部での位置が最も高く、前記周縁部の位置が最も低くなるように傾斜をつけて設置される、
ことを特徴とする二酸化炭素回収システム。
【請求項４】
二酸化炭素含有ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収システムであって、
固体の二酸化炭素捕捉剤、前記二酸化炭素捕捉剤を収容する二酸化炭素吸収塔、前記二酸化炭素吸収塔に水蒸気を流入させるための流路入口、及び前記二酸化炭素捕捉剤の下部に、前記二酸化炭素吸収塔の中央部から内壁へ向かう棒状の流路を備え、
前記二酸化炭素吸収塔は、前記二酸化炭素捕捉剤の下方に液体収容部を備え、
前記液体収容部は、前記流路入口から前記二酸化炭素吸収塔に流入した水蒸気が凝縮して生成した液体の水を収容し、
前記流路は、前記二酸化炭素吸収塔の中央部での位置が最も高く、前記二酸化炭素吸収塔の内壁に向けて位置が低くなるように傾斜をつけて設置される、
ことを特徴とする二酸化炭素回収システム。
【請求項５】
請求項２に記載の二酸化炭素回収システムであって、
周縁部が前記二酸化炭素吸収塔の内壁に接し、前記二酸化炭素捕捉剤を載置する板状部材を備え、
前記板状部材は、前記二酸化炭素吸収塔の中央部での位置が最も高く、前記周縁部の位置が最も低くなるように傾斜をつけて設置される二酸化炭素回収システム。
【請求項６】
請求項２に記載の二酸化炭素回収システムであって、
前記二酸化炭素捕捉剤の下部に、前記二酸化炭素吸収塔の中央部から内壁へ向かう棒状の流路を備え、
前記流路は、前記二酸化炭素吸収塔の中央部での位置が最も高く、前記二酸化炭素吸収塔の内壁に向けて位置が低くなるように傾斜をつけて設置される二酸化炭素回収システム。
【請求項７】
二酸化炭素含有ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収システムであって、
固体の二酸化炭素捕捉剤、前記二酸化炭素捕捉剤を収容する二酸化炭素吸収塔、及び前記二酸化炭素吸収塔に水蒸気を流入させるための流路入口を備え、
前記二酸化炭素吸収塔は、前記二酸化炭素捕捉剤の下方に液体収容部を備え、
前記液体収容部は、前記流路入口から前記二酸化炭素吸収塔に流入した水蒸気が凝縮して生成した液体の水を収容し、
前記流路入口は、前記二酸化炭素吸収塔の底面に複数設けられ、
前記液体収容部は、前記二酸化炭素吸収塔の底部に、複数の前記流路入口の間に設けられる、
ことを特徴とする二酸化炭素回収システム。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の二酸化炭素回収システムであって、
前記液体収容部は、底面に、液体を排出するための排水口を備える二酸化炭素回収システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二酸化炭素捕捉剤を利用した二酸化炭素回収システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化を抑制するために、温室効果ガスとして影響が大きい二酸化炭素（ＣＯ２）の排出量削減が求められている。ＣＯ２排出抑制の具体的方法としては、吸収液や吸着材等を用いてＣＯ２含有ガスからＣＯ２を分離回収する技術がある。この分離回収技術の一例として、特許文献１には、ガスの吸着分離技術に関する発明が開示されている。この発明では、試料ガス中のある特定成分を吸着分離するため、その特定成分を吸着する吸着剤を収容した吸着塔を用い、まず吸着塔の吸着剤に特定成分を一定量吸着させる。その後、吸着塔への加熱と通気により、吸着剤から特定成分を脱離させて吸着剤を再生する。
【０００３】
回収した特定成分のガスの純度の低下を防止するためには、吸着剤の再生のために流通させるガスとして、常温で容易に気液分離が可能な水蒸気を用いるのが望ましい。しかし、加熱水蒸気の流通によってＣＯ２捕捉剤（吸着剤）を再生すると、加熱水蒸気よりも低い温度であるＣＯ２捕捉剤と接触することで水蒸気が凝縮して、液体の水が生成する可能性がある。ＣＯ２捕捉剤は、水に浸漬すると、ＣＯ２捕捉量が低下してＣＯ２捕捉機能を果たさなくなる恐れがある。また、ＣＯ２捕捉剤間の隙間を水が埋めると、ガスの圧力損失が上昇し、ガスの流通に必要なエネルギーが大きくなる恐れがある。
【０００４】
このため、ＣＯ２捕捉剤を用いたＣＯ２回収システムとしては、ＣＯ２捕捉剤の再生時に加熱水蒸気を流通させる方法ではなく、吸着量の圧力依存性を利用する方法が大半を占めている。ＣＯ２捕捉剤の圧力変化によって生じるＣＯ２捕捉量の変化を利用したＣＯ２回収システムとしては、例えば、特許文献２に開示されている技術がある。しかし、このようなシステムで用いられるＣＯ２捕捉剤は、水蒸気による被毒によってＣＯ２捕捉量が低下するため、ＣＯ２吸着塔の前段で除湿操作が必要である。このため、ＣＯ２捕捉剤からＣＯ２を脱離させるのに必要なエネルギーが大きいという課題がある。
【０００５】
従って、消費エネルギーの小さいＣＯ２回収システムを実現するには、ＣＯ２捕捉剤の再生時に水蒸気を流通させる方法が好ましい。この方法では、ＣＯ２捕捉剤が水に浸漬するのを防止し、ＣＯ２捕捉剤のＣＯ２捕捉量の低下を抑制することと、ガスの圧力損失の上昇を抑制することが必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−９１１２７号公報
【特許文献２】特開２００９−２２０１０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、ＣＯ２捕捉剤を収容したＣＯ２吸収塔内で、水蒸気が凝縮して液体の水が生成した場合に、ＣＯ２捕捉剤が水に浸漬するのを防止することが可能な二酸化炭素回収システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による二酸化炭素回収システムは、以下のような特徴を有する。二酸化炭素含有ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収システムであって、固体の二酸化炭素捕捉剤、前記二酸化炭素捕捉剤を収容する二酸化炭素吸収塔、及び前記二酸化炭素吸収塔に水蒸気を流入させるための流路入口を備え、前記二酸化炭素吸収塔は、前記二酸化炭素捕捉剤の下方に液体収容部を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ＣＯ２捕捉剤を収容したＣＯ２吸収塔内で、水蒸気が凝縮して液体の水が生成した場合に、ＣＯ２捕捉剤が水に浸漬するのを防止することが可能である。従って、ＣＯ２捕捉剤のＣＯ２捕捉量の低下を抑制することと、ＣＯ２捕捉剤間の隙間を水が埋めることによるガスの圧力損失の上昇を抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】実施例１のＣＯ２吸収塔の構成図（縦断面図）である。
【図１Ｂ】実施例１のＣＯ２吸収塔のプールのＡ−Ａ断面図である。
【図１Ｃ】ＣＯ２入口を備えるＣＯ２吸収塔の構成図（縦断面図）である。
【図２Ａ】実施例２のＣＯ２吸収塔の構成図（縦断面図）である。
【図２Ｂ】実施例２のＣＯ２吸収塔のプールのＡ−Ａ断面図である。
【図３Ａ】実施例３のＣＯ２吸収塔の構成図（縦断面図）である。
【図３Ｂ】実施例３のＣＯ２吸収塔のプールのＡ−Ａ断面図である。
【図４Ａ】実施例４において、ＣＯ２捕捉剤を載せ置くメッシュ状の板を示す図である。
【図４Ｂ】実施例４において、ＣＯ２吸収塔にメッシュ状の板を設置した状態を示す図である。
【図５】実施例５において、ＣＯ２吸収塔にハニカム状のＣＯ２捕捉剤を用いた状態を示す図である。
【図６Ａ】実施例６において、ＣＯ２捕捉剤、プール、及び底板で構成されるユニットを備えるＣＯ２吸収塔の構成図（縦断面図）である。
【図６Ｂ】実施例６のＣＯ２吸収塔のプールのＡ−Ａ断面図である。
【図７】実施例６において、ＣＯ２捕捉剤、メッシュ状の板、突起、及びプールで構成されるユニットを備えるＣＯ２吸収塔の構成図である。
【図８】実施例７において、ＣＯ２吸収塔にハニカム状のＣＯ２捕捉剤を用いた状態を示す図である。
【図９】実施例８のＣＯ２吸収塔の構成図（縦断面図）である。
【図１０Ａ】実施例９において、液体の水が流れる流路を示す図（ＣＯ２吸収塔の縦断面図）である。
【図１０Ｂ】実施例９において、ＣＯ２吸収塔に流路を設置した状態を示す図（縦断面図）である。
【図１１Ａ】実施例１０のＣＯ２吸収塔の構成図（縦断面図）である。
【図１１Ｂ】実施例１０のＣＯ２吸収塔のプールのＡ−Ａ断面図である。
【図１２Ａ】実施例１０において、ガス流路入口の数をさらに増やしたＣＯ２吸収塔の構成図（縦断面図）である。
【図１２Ｂ】実施例１０において、ガス流路入口の数をさらに増やしたＣＯ２吸収塔のプールのＡ−Ａ断面図である。
【図１３】実施例１１のＣＯ２吸収塔の構成図（縦断面図）である。
【図１４】比較例１のＣＯ２吸収塔の構成図（縦断面図）である。
【図１５】比較例２のＣＯ２吸収塔の構成図（縦断面図）である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明による二酸化炭素回収システム（ＣＯ２回収システム）は、ＣＯ２吸収塔を備え、固体のＣＯ２捕捉剤を用いて、ＣＯ２を含むガス（ＣＯ２含有ガス）からＣＯ２を回収する。ＣＯ２を脱離させてＣＯ２捕捉剤を再生する際には、水蒸気を利用する。
【００１２】
図１Ａを用いて、本発明によるＣＯ２回収システムの実施形態例を説明する。図１Ａは、後述する実施例１のＣＯ２吸収塔の構成図（縦断面図）である。ＣＯ２吸収塔１００は、筒状で、ＣＯ２捕捉剤１０１を内部に収容している。そして、ＣＯ２含有ガスを導入し、ＣＯ２捕捉剤１０１によりＣＯ２含有ガス中のＣＯ２を捕捉し、水蒸気の流通によってＣＯ２捕捉剤１０１を再生する。ＣＯ２捕捉剤１０１は、１つ以上の穴を有する底板１０６に載せ置かれる。水蒸気は、ガス流路入口１０４から導入され、脱離したＣＯ２と導入された水蒸気は、ガス流路出口１０５から流出して回収される。
【００１３】
この際、水蒸気は、ＣＯ２捕捉剤１０１やＣＯ２吸収塔１００の内壁等、水蒸気よりも温度の低い物体と接触すると冷却され、飽和蒸気温度以下になると凝縮して液化し、水になる。液体の水がＣＯ２捕捉剤１０１間の隙間に存在すると、ガスの圧力損失が上昇する。また、ＣＯ２捕捉剤１０１が水に溶解する場合は、水蒸気の流通操作を繰り返すと、ＣＯ２捕捉剤１０１が水に溶解してガス流路入口１０４から流出する恐れもある。
【００１４】
そこで、ＣＯ２吸収塔１００の内部に、液体の水を収容するプール１０２をＣＯ２捕捉剤１０１より下方に設置する（図１Ａの例では、ＣＯ２吸収塔１００の底部にプール１０２を設置している）。プール１０２の底には、栓により開閉が可能な排水口１０３を設ける。液体収容部であるプール１０２により、水蒸気を流通させている間、水蒸気が冷却されて液化した水を回収することが可能となり、ＣＯ２捕捉剤が水に浸漬するのを防止することが可能となる。従って、ＣＯ２捕捉剤のＣＯ２捕捉量の低下を抑制することと、ＣＯ２捕捉剤間の隙間を水が埋めることによるガスの圧力損失の上昇を抑制することが可能となる。
【００１５】
図１Ｂは、プール１０２の断面図であり、図１ＡのＡ−Ａ断面を示している。プール１０２の底には、開閉可能な排水口１０３が設けられる。
【００１６】
ＣＯ２捕捉剤１０１としては、例えば、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、セリア、ゼオライト、高分子材料、活性炭、ＭＯＦ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ）、またはＺＩＦ（Ｚｅｏｌｉｔｉｃ  ｉｍｉｄａｚｏｌａｔｅ  Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ）等を含む高比表面積材料であってもよいし、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の酸化物や炭酸塩等を含む材料であってもよい。
【００１７】
ＣＯ２捕捉剤１０１の形状は、水蒸気が流通可能な通気性を有していれば、任意の形状でよい。例えば、粒状、ハニカム状、通気性を有する板状でもよく、これら以外の形状であってもよい。
【００１８】
水蒸気を流入させるガス流路入口１０４は、図１ＡのようにＣＯ２吸収塔１００の側面でプール１０２より上方に設置してもよいし、後述する図２ＡのようにＣＯ２吸収塔１００の底面の中央部に設置してもよい。また、後述する図３Ａのように、ＣＯ２吸収塔１００の上部にガス流路入口１０４を設置し、底面の中央部にガス流路出口１０５を設置して、水蒸気の流れ方向を図２Ａと逆にしてもよい。
【００１９】
ＣＯ２含有ガスは、ガス流路入口１０４からＣＯ２吸収塔１００に導入してもよいし、ガス流路入口１０４とは別に設けた入口であるＣＯ２入口から導入してもよい。
【００２０】
図１Ｃは、ＣＯ２入口を備えるＣＯ２吸収塔１００の構成図（縦断面図）である。図１Ｃにおいて、図１Ａと同一の符号は、図１Ａと同一または共通の要素を示す。ＣＯ２入口１１４は、ガス流路入口１０４と同様に、ＣＯ２吸収塔１００の側面でプール１０２より上方に設置されている。
【００２１】
以下の説明では、ＣＯ２吸収塔１００は、ＣＯ２入口１１４を備えず、ＣＯ２含有ガスをガス流路入口１０４から導入するものとする。なお、ＣＯ２入口１１４を備えるＣＯ２吸収塔１００にも、以下の説明や実施例を適用することが可能である。
【００２２】
図１Ａに示したＣＯ２吸収塔１００では、収納したＣＯ２捕捉剤１０１を、底板１０６に載せ置いている。ＣＯ２捕捉剤１０１を載せ置く部材は、１つ以上の穴を有し、通気性があってＣＯ２捕捉剤１０１の重量を支えられればよいため、底板１０６以外の部材、例えば網を用いてもよい。また、ＣＯ２捕捉剤１０１がハニカム状や板状の場合には、後述する図５に示すように、ＣＯ２吸収塔１００の内壁にある突起１０９の上に載せ置いてもよい。
【００２３】
プール１０２の底に設ける開閉可能な排水口１０３は、１つまたは複数個設けるものとし、数に制限はない。
【００２４】
ＣＯ２捕捉剤１０１やプール１０２は、後述する図６Ａに示すように、ＣＯ２吸収塔１００の高さ方向に複数設置してもよい。
【００２５】
ＣＯ２捕捉剤１０１やＣＯ２吸収塔１００の内壁で生成した水を効率良くプール１０２に移動させるために、望ましくは、例えば次に示すような構造を採用するとよい。後述する図９に示すように、底板１０６の中央部を最も高くし周縁部（ＣＯ２吸収塔１００の内壁に接する部分）を最も低くすることで、水がより速くＣＯ２吸収塔１００の内壁側に移動するように底板１０６に傾斜をつける。または、後述する図１０Ａに示すように、ＣＯ２吸収塔１００の中心から内壁に向けて水が流れるように傾斜をつけた流路１１１を１つ以上備える。これらのような構造を、ＣＯ２吸収塔１００の高さ方向に複数設置すると、より効率良く水をプール１０２に移動させることができる。
【００２６】
ここで、捕捉したＣＯ２をＣＯ２捕捉剤１０１から脱離させるために水蒸気を流通させることによって発生する不具合について、比較例１と比較例２を用いて説明する。
【００２７】
（比較例１）
図１４を用いて、比較例１を説明する。図１４は、比較例１のＣＯ２吸収塔５００の構成図（縦断面図）である。比較例１のＣＯ２吸収塔５００は、ＣＯ２捕捉剤１０１と、ＣＯ２捕捉剤を載せ置くための底板１０６と、ガス流路入口１０４と、ガス流路出口１０５で構成され、ＣＯ２を脱離させてＣＯ２捕捉剤１０１を再生する際には水蒸気を利用する。
【００２８】
ＣＯ２捕捉剤１０１からＣＯ２を脱離させるときには、ガス流路入口１０４から水蒸気を導入し、ガス流路出口１０５から脱離したＣＯ２と導入した水蒸気を回収する。この際、水蒸気は、ＣＯ２捕捉剤１０１やＣＯ２吸収塔５００の内壁等、水蒸気よりも温度の低い物体と接触すると冷却されて凝縮して水へと液化する。液体の水がＣＯ２吸収塔５００の内部に留まるか、またはガス流路入口１０４側へ流れると、ＣＯ２脱離工程において、後述する様々な問題が発生することが予想される。
【００２９】
ここで、比較例１のＣＯ２吸収塔５００の内部で、どの程度の量の液体の水が発生するかを算出する。例として、ＣＯ２含有ガスから排出されるＣＯ２の回収に、比較例１のＣＯ２吸収塔５００を用いたＣＯ２回収システムを適用し、表１の条件で運転する場合を考える。
【００３０】
【表１】
0005829141.tif 000002
【００３１】
ＣＯ２含有ガス内のＣＯ２流量は、表１の条件を用いて、式（１）より求める。
ＣＯ２流量［Ｎｍ３／ｈ］
＝ＣＯ２含有ガス流量［Ｎｍ３／ｈ］×ＣＯ２濃度［％］／１００      （１）
また、ガス流通時間が表１に示したように決まっているため、ＣＯ２吸収塔が捕捉すべきＣＯ２量は、式（２）により求められる。
捕捉すべきＣＯ２量［Ｎｍ３］
＝ＣＯ２流量［Ｎｍ３／ｈ］×ガス流通時間［ｍｉｎ］／６０［ｍｉｎ／ｈ］  （２）
捕捉すべきＣＯ２量の単位を、理想気体の状態方程式を用いて［Ｎｍ３］から［ｍｏｌ］に変換した後、式（３）を用いると、必要なＣＯ２捕捉剤の体積が算出可能である。
必要なＣＯ２捕捉剤の体積［ｍ３］
＝捕捉すべきＣＯ２量［ｍｏｌ］／ＣＯ２捕捉剤のＣＯ２捕捉量［ｍｏｌ／ｍ３］（３）
表１の条件と、式（２）と式（３）を用いて、捕捉すべきＣＯ２量と必要なＣＯ２捕捉剤の体積を計算すると、それぞれ５３７０００ｍｏｌ、５３７ｍ３と算出された。
【００３２】
続いて、表２に示した諸条件を用いて、捕捉されているＣＯ２を脱離させるために必要な水蒸気量を算出する。
【００３３】
【表２】
0005829141.tif 000003
【００３４】
まず、捕捉されている全ＣＯ２を脱離させるために必要なエネルギー（全ＣＯ２脱離エネルギー）を、式（４）を用いて算出する。
全ＣＯ２脱離エネルギー［ｋＪ］
＝ＣＯ２脱離エネルギー［ｋＪ／ｍｏｌ］×捕捉すべきＣＯ２量［ｍｏｌ］    （４）
表２より捕捉剤のＣＯ２脱離エネルギーとして６０ｋＪ／ｍｏｌを用いると、全ＣＯ２脱離エネルギーは３２．２ＧＪと算出された。ここで、水蒸気がＣＯ２捕捉剤に与えるエネルギーの大半が、水蒸気から液体の水に相転移するときに発生する凝縮熱に起因するため、全ＣＯ２脱離エネルギーを水蒸気の凝縮熱のみで発生させると仮定する。この仮定を用いて、必要な水蒸気の質量を式（５）から算出する。水蒸気の凝縮熱は、表２より２２５６．７Ｊ／ｇを用いた。
必要な水蒸気の質量［ｇ］
＝全ＣＯ２脱離エネルギー［Ｊ］／水蒸気の凝縮熱［Ｊ／ｇ］      （５）
式（５）より、捕捉されたＣＯ２を脱離させるために必要な水蒸気の質量は１４．３ｔと算出された。すなわち、１４．３ｔの水蒸気が、１４．３ｍ３の液体の水に変わる。これは、必要なＣＯ２捕捉剤の体積である５３７ｍ３の２．７％に相当する。
【００３５】
図１４のＣＯ２吸収塔５００において、内径を６ｍとすると、必要なＣＯ２捕捉剤の体積が５３７ｍ３であるから、ＣＯ２捕捉剤１０１の高さは１９ｍとなる。一方、１４．３ｍ３の液体の水が生成するので、水位は最高５１ｃｍとなる。このため、ＣＯ２捕捉剤１０１の最下部が、ＣＯ２吸収塔５００の底部から５１ｃｍの高さの位置より低い位置にあると、ＣＯ２捕捉剤１０１が水に浸漬することになる。
【００３６】
また、ガス流路入口１０４の最下部が、ＣＯ２吸収塔５００の底部から５１ｃｍの高さの位置より低い位置にあると、水蒸気が凝縮して生成した水が、ガス流路入口１０４から流出して、ガス流路入口１０４の前段（水蒸気の流れ方向の上流側）にあるブロワやポンプ等の装置に悪影響を及ぼすことは明らかである。ＣＯ２捕捉剤１０１が水に溶解しやすい場合は、水と同時にＣＯ２捕捉剤１０１もガス流路入口１０４から流出することで、ガス流路の詰まりやＣＯ２捕捉剤１０１の量の減少が生じる可能性もある。
【００３７】
（比較例２）
図１５を用いて、比較例２を説明する。図１５は、比較例２のＣＯ２吸収塔６００の構成図（縦断面図）である。比較例２のＣＯ２吸収塔６００は、比較例１のＣＯ２吸収塔５００（図１４）と比較すると、ガス流路入口１０４の位置が異なり、他は同じである。ガス流路入口１０４をＣＯ２吸収塔６００の底部に設置することで、凝縮した水がＣＯ２吸収塔６００の内部に大量に溜まることはなくなる。しかし、ガス流路入口１０４及びガス流路入口１０４の前段に水が集まり、ＣＯ２吸収塔６００に流入する水蒸気の熱を大きく奪う。従って、ＣＯ２吸収塔６００へ導入する水蒸気は、量を多くするか温度を高くする必要があり、ＣＯ２回収にかかるエネルギーが増加することは明らかである。
【００３８】
水蒸気をＣＯ２吸収塔の内部に流通させてＣＯ２捕捉剤からＣＯ２を脱離させる場合には、液体の水が発生するのは防げない。従って、発生した水を、ＣＯ２の脱離反応が終了するまで、ＣＯ２捕捉剤とガス流路入口とから隔離することが重要である。水蒸気が凝縮して発生した水を、効率良くＣＯ２捕捉剤とガス流路入口とから隔離する方法として、以下の実施例を説明する。
【実施例１】
【００３９】
図１Ａと図１Ｂを用いて、本発明によるＣＯ２回収システムの実施例１を説明する。前述したように、図１Ａは、実施例１のＣＯ２吸収塔１００の構成図（縦断面図）であり、図１Ｂは、ＣＯ２吸収塔１００のプール１０２のＡ−Ａ断面図である。ＣＯ２吸収塔１００の構成や機能についての詳細な説明は、既に述べたので省略する。
【００４０】
プール１０２は、ＣＯ２吸収塔１００に流通させた水蒸気が冷却されて液化した水を回収するために、ＣＯ２吸収塔１００の内部に設けられる。プール１０２は、ＣＯ２捕捉剤１０１の最下部及びガス流路入口１０４の最下部よりも低い位置に設置する。本実施例では、プール１０２は、ＣＯ２吸収塔１００の底部に設置されている。プール１０２の底には、栓により開閉が可能な排水口１０３を設ける。
【００４１】
ＣＯ２捕捉剤１０１からＣＯ２を脱離させるため（すなわち、ＣＯ２捕捉剤１０１を再生するため）にＣＯ２吸収塔１００へ導入された水蒸気は、ＣＯ２捕捉剤１０１やＣＯ２吸収塔１００の内壁等、水蒸気よりも温度の低い物体と接触すると冷却され、凝縮して液化し、水になる。ＣＯ２吸収塔１００の内部で生成した水は、プール１０２により、ＣＯ２捕捉剤１０１とガス流路入口１０４とから隔離することができる。
【００４２】
ＣＯ２吸収塔１００の内径とプール１０２の内径をともに６ｍとし、表１及び表２に示した条件を用いると、プール１０２に溜まる水の高さは、比較例１の説明で述べたように、５１ｃｍとなる。従って、ＣＯ２捕捉剤１０１の最下部、及びガス流路入口１０４の最下部は、ともに、プール１０２の底面から５１ｃｍ上の位置（プール１０２の最高の水位の位置）より上方の位置に設置する。
【００４３】
この結果、ＣＯ２捕捉剤１０１からＣＯ２を脱離させる工程の間、水蒸気が冷却されて液化した水からＣＯ２捕捉剤１０１やガス流路入口１０４を隔離することが可能である。
【実施例２】
【００４４】
図２Ａと図２Ｂを用いて、本発明によるＣＯ２回収システムの実施例２を説明する。図２Ａは、本実施例のＣＯ２吸収塔１００の構成図（縦断面図）であり、図２Ｂは、ＣＯ２吸収塔１００のプール１０２のＡ−Ａ断面図である。図２Ａ及び図２Ｂにおいて、図１Ａ及び図１Ｂと同一の符号は、図１Ａ及び図１Ｂと同一または共通の要素を表す。これらの要素については、説明を省略する。
【００４５】
本実施例のＣＯ２吸収塔１００では、水蒸気のガス流路入口１０４が、ＣＯ２吸収塔１００の底面の中央部に存在する。このような構造のＣＯ２吸収塔１００に対しては、プール１０２を、ＣＯ２吸収塔１００の底部に、ＣＯ２吸収塔１００の内壁に沿うドーナツ状（環状）に設置する（図２Ｂ）。
【００４６】
例えば、表１及び表２に示した条件を用いると、比較例１の説明で述べたように、１４．３ｍ３の液体の水が生成する。ＣＯ２吸収塔１００の内径を６ｍとし、ドーナツ状のプール１０２の幅（外径と内径の差の半分）を０．５ｍとすると、１４．３ｍ３の水をプール１０２に収容する場合には、プール１０２の水位が１．７ｍまで上がる可能性がある。従って、本実施例では、プール１０２の高さを１．７ｍより高くし、かつ、ＣＯ２捕捉剤１０１の最下部を、プール１０２の底面から１．７ｍ上の位置より上方の位置に設置する。
【００４７】
この結果、ＣＯ２捕捉剤１０１からＣＯ２を脱離させる工程の間、水蒸気が冷却されて液化した水からＣＯ２捕捉剤１０１やガス流路入口１０４を隔離することが可能である。また、ＣＯ２吸収塔１００に導入した水蒸気と凝縮した水との接触頻度を減らすことが可能である。
【実施例３】
【００４８】
図３Ａと図３Ｂを用いて、本発明によるＣＯ２回収システムの実施例３を説明する。図３Ａは、本実施例のＣＯ２吸収塔１００の構成図（縦断面図）であり、図３Ｂは、ＣＯ２吸収塔１００のプール１０２のＡ−Ａ断面図である。図３Ａ及び図３Ｂにおいて、図２Ａ及び図２Ｂと同一の符号は、図２Ａ及び図２Ｂと同一または共通の要素を表す。これらの要素については、説明を省略する。
【００４９】
本実施例のＣＯ２吸収塔１００は、水蒸気の流れ方向が実施例２のＣＯ２吸収塔１００と異なる。すなわち、ＣＯ２吸収塔１００の上部にガス流路入口１０４を、下部にガス流路出口１０５を、それぞれ備える。ＣＯ２吸収塔１００に導入された水蒸気は、ＣＯ２吸収塔１００の上部から下部へ落下するように流通する。この水蒸気の流れの力によって、凝縮した水をプール１０２へ速やかに移動させることができる。このため、本実施例のＣＯ２吸収塔１００は、凝縮した水をＣＯ２捕捉剤１０１からより速く隔離するのに有効である。
【実施例４】
【００５０】
図４Ａと図４Ｂを用いて、本発明によるＣＯ２回収システムの実施例４を説明する。本実施例では、ＣＯ２捕捉剤１０１を載せ置く部材として、メッシュ状の板１０８を用いている。図４Ａは、ＣＯ２捕捉剤１０１を載せ置くメッシュ状の板１０８を示す図であり、図４Ｂは、実施例２のＣＯ２吸収塔１００（図２Ａ）にメッシュ状の板１０８を設置した状態を示す図である。
【００５１】
メッシュ状の板１０８は、ＣＯ２吸収塔１００の内壁に設けられた突起１０９により支持され、ＣＯ２捕捉剤１０１を載せ置く。突起１０９は、ＣＯ２吸収塔１００の周方向に複数設け、これを一組とする。一組の突起１０９により、メッシュ状の板１０８が支持される。
【００５２】
一組の突起１０９は、ＣＯ２吸収塔１００の高さ方向に複数設けてもよい。一組の突起１０９をＣＯ２吸収塔１００の高さ方向に複数設けると、一組の突起１０９の高さ方向の位置を選ぶことにより、メッシュ状の板１０８の高さ方向の位置を変えることができる。従って、メッシュ状の板１０８に載せ置くＣＯ２捕捉剤１０１の高さ方向の位置を、自由に変えることができる。
【００５３】
ＣＯ２捕捉剤１０１からＣＯ２を脱離させる工程の間に凝縮して発生する水の量を計算して、プール１０２の最高水位を予測すれば、ＣＯ２捕捉剤１０１の最下部をプール１０２の最高の水位の位置より上方の位置に設置することで、発生した水からＣＯ２捕捉剤１０１を隔離することが可能である。
【実施例５】
【００５４】
図５を用いて、本発明によるＣＯ２回収システムの実施例５を説明する。本実施例では、ＣＯ２捕捉剤として、ハニカム状のＣＯ２捕捉剤１１０を用いている。図５は、実施例２のＣＯ２吸収塔１００（図２Ａ）に、ハニカム状のＣＯ２捕捉剤１１０を用いた状態を示す図である。ハニカム状のＣＯ２捕捉剤１１０は、ＣＯ２吸収塔１００の内壁に設けられた突起１０９の上に載せ置く。
【００５５】
本実施例のようにハニカム状のＣＯ２捕捉剤１１０を用いた場合は、実施例１〜３で示した底板１０６や実施例４で示したメッシュ状の板１０８が不要となる。そのうえ、実施例１〜４と同様に、ＣＯ２捕捉剤１１０を水に浸漬させず、凝縮した水をＣＯ２捕捉剤１１０から隔離するという効果が得られる。
【実施例６】
【００５６】
図６Ａと図６Ｂを用いて、本発明によるＣＯ２回収システムの実施例６を説明する。図６Ａは、本実施例のＣＯ２吸収塔１００の構成図（縦断面図）であり、図６Ｂは、ＣＯ２吸収塔１００のプール１０２のＡ−Ａ断面図である。図６Ａ及び図６Ｂにおいて、図２Ａ及び図２Ｂと同一の符号は、図２Ａ及び図２Ｂと同一または共通の要素を表す。これらの要素については、説明を省略する。
【００５７】
ＣＯ２吸収塔１００は、ＣＯ２捕捉剤１０１、プール１０２、及び底板１０６で構成されるユニットを、ＣＯ２吸収塔１００の高さ方向に複数備える。プール１０２は、ＣＯ２吸収塔１００の内壁に接するドーナツ状（環状）であり、ＣＯ２捕捉剤１０１の下方に設置される。図６Ａでは、このユニットを３つ備えるＣＯ２吸収塔１００を示している。
【００５８】
本実施例のＣＯ２吸収塔１００は、実施例１〜３のＣＯ２吸収塔と比べて、より効率良く液体の水とＣＯ２捕捉剤１０１とを分離することができる。実施例１〜３のＣＯ２吸収塔では、ＣＯ２捕捉剤１０１の上部で凝縮した水は、ＣＯ２吸収塔の底部にあるプール１０２または２０２まで流れて移動する必要があった。しかし、本実施例のＣＯ２吸収塔１００では、ＣＯ２捕捉剤１０１とプール１０２とがユニットとなっており、凝縮した水がＣＯ２捕捉剤１０１からプール１０２まで移動する距離が短くなる。さらに、このユニットを高さ方向に複数備えるため、プール１０２に収容し損なう水の量を減らすことができる。従って、本実施例のＣＯ２吸収塔１００では、ＣＯ２捕捉剤１０１と液体の水とを効率良く分離することができる。
【００５９】
図７は、図４Ｂに示したＣＯ２吸収塔１００において、ＣＯ２捕捉剤１０１、メッシュ状の板１０８、突起１０９、及びプール１０２で構成されるユニットを、ＣＯ２吸収塔１００の高さ方向に２つ備える構成を示している。
【実施例７】
【００６０】
図８を用いて、本発明によるＣＯ２回収システムの実施例７を説明する。本実施例では、ＣＯ２捕捉剤として、ハニカム状のＣＯ２捕捉剤１１０を用いている。図８は、実施例６のＣＯ２吸収塔１００（図６Ａ）において、ＣＯ２捕捉剤１０１の替わりに、ハニカム状のＣＯ２捕捉剤１１０を用いた状態を示す図である。ハニカム状のＣＯ２捕捉剤１１０は、ＣＯ２吸収塔１００の内壁に設けられた突起１０９の上に載せ置く。
【００６１】
本実施例のＣＯ２吸収塔１００は、実施例５のＣＯ２吸収塔１００（図５）と同様に、底板１０６やメッシュ状の板１０８が不要となる。そのうえ、ＣＯ２捕捉剤１１０を水に浸漬させず、凝縮した水をＣＯ２捕捉剤１１０から隔離するという効果が得られる。
【実施例８】
【００６２】
図９を用いて、本発明によるＣＯ２回収システムの実施例８を説明する。図９は、本実施例のＣＯ２吸収塔１００の構成図（縦断面図）である。図９において、図６Ａと同一の符号は、図６Ａと同一または共通の要素を表す。これらの要素については、説明を省略する。本実施例のＣＯ２吸収塔１００では、底板１０６が改良されている。
【００６３】
ＣＯ２捕捉剤１０１で凝縮した水は、できるだけ速くＣＯ２吸収塔１００の内壁側へ移動させることが望ましい。水がＣＯ２吸収塔１００の径方向の中央部に留まっており、この中央部から下方向に落ちると、ガス流路入口１０４の中へ入ってしまい、ガスの圧力損失が増加するからである。
【００６４】
そこで、底板１０６を改良し、ＣＯ２吸収塔１００の径方向の中央部の位置が最も高くなり、ＣＯ２吸収塔１００の内壁に向かって低くなっていき、周縁部（ＣＯ２吸収塔１００の内壁に接する部分）の位置が最も低くなるという傾斜のついた底板１０６を用いる。このように底板１０６に傾斜を設けることで、より速く液体の水をプール１０２に移動させることができる。
【００６５】
なお、本実施例で示した傾斜のついた底板１０６は、他の実施例で示すＣＯ２吸収塔１００にも適用することができる。
【実施例９】
【００６６】
図１０Ａと図１０Ｂを用いて、本発明によるＣＯ２回収システムの実施例９を説明する。本実施例では、ＣＯ２捕捉剤１０１の下部に、液体の水が流れる流路１１１を設置している。図１０Ａは、流路１１１を示す図（ＣＯ２吸収塔の縦断面図）であり、図１０Ｂは、実施例６のＣＯ２吸収塔１００（図６Ａ）に流路１１１を設置した状態を示す図である。図１０Ａと図１０Ｂにおいて、図６Ａと同一の符号は、図６Ａと同一または共通の要素を表す。これらの要素については、説明を省略する。
【００６７】
流路１１１は、溝を持つ棒状の部材、または溝を持たない棒状の部材で構成する。溝を持つ棒状の部材で構成する場合は、液体は溝の中を流れる。溝を持たない棒状の部材で構成する場合は、液体は棒状の部材を伝って流れる。
【００６８】
流路１１１は、ＣＯ２捕捉剤１０１の下部に、ＣＯ２吸収塔１００の径方向の中央部からＣＯ２吸収塔１００の内壁に向けて、１つ以上設けられる。ＣＯ２捕捉剤１０１は、流路１１１に載せ置かれる。さらに、ＣＯ２吸収塔１００の径方向の中央部からＣＯ２吸収塔１００の内壁に向けて水が流れるように傾斜がつけられている。すなわち、流路１１１は、ＣＯ２吸収塔１００の径方向の中央部での位置が最も高く、ＣＯ２吸収塔１００の内壁に向けて位置が低くなっている。流路１１１の長さは、水が流路１１１を通ってプール１０２に収容されるような長さとする。
【００６９】
通常、ＣＯ２捕捉剤１０１の中で凝縮した水は、固体を伝いながら下方向に移動していく。ＣＯ２捕捉剤１０１の中で凝縮した水のうち、特にＣＯ２吸収塔１００の径方向の中央部で凝縮した水は、ＣＯ２吸収塔１００の内壁にまで移動することなく下方向に落ち、ガス流路入口１０４の中に入ってしまうことがある。
【００７０】
本実施例のＣＯ２吸収塔１００では、ＣＯ２捕捉剤１０１の下部に、液体の水が流れる流路１１１を設置している。このため、径方向の中央部で凝縮した水は、流路１１１を伝って流れ、プール１０２まで移動することが可能である。
【００７１】
複数の流路１１１を、ＣＯ２吸収塔１００の径方向の中央部から内壁へ向けて放射状に設置すると、効果的に水をプール１０２に移動させることができる。また、流路１１１の数は、多ければ多いほど効果的である。
【００７２】
なお、本実施例で示した流路１１１は、他の実施例で示すＣＯ２吸収塔１００にも適用することができる。
【実施例１０】
【００７３】
図１１Ａと図１１Ｂを用いて、本発明によるＣＯ２回収システムの実施例１０を説明する。図１１Ａは、本実施例のＣＯ２吸収塔１００の構成図（縦断面図）であり、図１１Ｂは、ＣＯ２吸収塔１００のプール１０２のＡ−Ａ断面図である。図１１Ａ及び図１１Ｂにおいて、図２Ａ及び図２Ｂと同一の符号は、図２Ａ及び図２Ｂと同一または共通の要素を表す。これらの要素については、説明を省略する。
【００７４】
本実施例のＣＯ２吸収塔１００では、ＣＯ２捕捉剤１０１を再生するための水蒸気は、複数のガス流路により導入される。図１１Ａ及び図１１Ｂでは、２つのガス流路により水蒸気が導入される例を示している。１つは、ＣＯ２吸収塔１００の内壁に接するドーナツ状（環状）のガス流路であり、もう１つは、ＣＯ２吸収塔１００の径方向の中央部に位置するガス流路である。
【００７５】
ガス流路入口１０４は、複数のガス流路に対応して、複数設けられる。図１１Ａ及び図１１Ｂでは、２つのガス流路に対応して、２つのガス流路入口１０４が設けられている。１つは、ＣＯ２吸収塔１００の内壁に接する位置にドーナツ状（環状）に設けられ、もう１つは、ＣＯ２吸収塔１００の径方向の中央部に設けられている。
【００７６】
プール１０２は、２つのガス流路入口１０４の間に、ドーナツ状（環状）に配置する（図１１Ｂを参照）。これにより、ガス（水蒸気）がＣＯ２吸収塔１００の内壁周辺を流れるため、ＣＯ２吸収塔１００の内壁周辺の放熱による温度低下を抑制し、かつ凝縮して液化した水をプール１０２で効率良く回収することができる。
【００７７】
図１２Ａは、図１１Ａに示したＣＯ２吸収塔１００において、ガス流路の数をさらに増やし、これに対応してガス流路入口１０４の数を増やした構成を示している図（縦断面図）である。図１２Ｂは、図１２Ａに示したＣＯ２吸収塔１００のプール１０２のＡ−Ａ断面図である。図１２Ａに示したＣＯ２吸収塔１００では、ガス流路入口１０４の数が７個であり、プール１０２がこれらのガス流路入口１０４の間を埋めるように配置される。
【００７８】
図１２Ａと図１２Ｂに示したＣＯ２吸収塔１００でも、ＣＯ２吸収塔１００の内壁周辺の放熱による温度低下を抑制し、かつ凝縮して液化した水をプール１０２で効率良く回収することができる。
【実施例１１】
【００７９】
図１３を用いて、本発明によるＣＯ２回収システムの実施例１１を説明する。図１３は、本実施例のＣＯ２吸収塔１００の構成図（縦断面図）である。図１３において、図１Ａと同一の符号は、図１Ａと同一または共通の要素を表す。これらの要素については、説明を省略する。
【００８０】
本実施例のＣＯ２吸収塔１００は、実施例１に示したＣＯ２吸収塔１００（図１Ａ）において、プール１０２の替わりに、液体の水を収容するバッファタンク１１２を備える。液体収容部であるバッファタンク１１２は、ＣＯ２吸収塔１００の底部に接続され、栓により開閉が可能な排水口１０３を底に備える。水蒸気が冷却されて液化した水は、ＣＯ２吸収塔１００から下に流れ、バッファタンク１１２に収容される。すなわち、バッファタンク１１２が、実施例１のプール１０２の役割を果たす。
【００８１】
これにより、本実施例のＣＯ２吸収塔１００では、凝縮して液化した水からＣＯ２捕捉剤１０１やガス流路入口１０４を隔離することが可能であり、水蒸気の流通が阻害されるのを抑制することができる。また、ＣＯ２吸収塔１００のメンテナンスと液体の水を収容する構成要素（バッファタンク１１２）のメンテナンスとを、分離して実施することができるという利点もある。
【符号の説明】
【００８２】
１００…ＣＯ２吸収塔、１０１…ＣＯ２捕捉剤、１０２…プール、１０３…排水口、１０４…ガス流路入口、１０５…ガス流路出口、１０６…底板、１０８…メッシュ状の板、１０９…突起、１１０…ハニカム状のＣＯ２捕捉剤、１１１…流路、１１２…バッファタンク、１１４…ＣＯ２入口、５００…比較例１のＣＯ２吸収塔、６００…比較例２のＣＯ２吸収塔。
【図１Ａ】
0005829141.tif 000004
【図１Ｂ】
0005829141.tif 000005
【図１Ｃ】
0005829141.tif 000006
【図２Ａ】
0005829141.tif 000007
【図２Ｂ】
0005829141.tif 000008
【図３Ａ】
0005829141.tif 000009
【図３Ｂ】
0005829141.tif 000010
【図４Ａ】
0005829141.tif 000011
【図４Ｂ】
0005829141.tif 000012
【図５】
0005829141.tif 000013
【図６Ａ】
0005829141.tif 000014
【図６Ｂ】
0005829141.tif 000015
【図７】
0005829141.tif 000016
【図８】
0005829141.tif 000017
【図９】
0005829141.tif 000018
【図１０Ａ】
0005829141.tif 000019
【図１０Ｂ】
0005829141.tif 000020
【図１１Ａ】
0005829141.tif 000021
【図１１Ｂ】
0005829141.tif 000022
【図１２Ａ】
0005829141.tif 000023
【図１２Ｂ】
0005829141.tif 000024
【図１３】
0005829141.tif 000025
【図１４】
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【図１５】
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