(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素を吸収液に吸収させ、前記二酸化炭素を吸収した前記吸収液であるリッチ液を排出する吸収塔と、
前記リッチ液から前記二酸化炭素を放出させ、前記リッチ液よりも二酸化炭素溶存濃度が低下した前記吸収液であるリーン液を排出する再生塔と、
を備える二酸化炭素分離回収システムであって、
前記二酸化炭素分離回収システムは更に、前記システム内を流れる前記吸収液中の超音波伝播速度を測定する１台以上の測定装置を備え、
前記測定装置の各々は、
前記吸収液の温度を測定する温度測定部と、
前記吸収液中に超音波を発生させる超音波発生部と、
前記超音波を利用して前記超音波伝播速度を測定する超音波伝播速度測定部と、
前記温度測定部により測定された温度と、前記超音波伝播速度測定部により測定された超音波伝播速度と、前記吸収液における二酸化炭素溶存濃度と超音波伝播速度との関係を示し、前記吸収液の温度に応じて変化する相関式とに基づいて、前記吸収液中の二酸化炭素溶存濃度を算出する二酸化炭素溶存濃度算出部とを備え、
前記二酸化炭素分離回収システムは、前記測定装置により算出された二酸化炭素溶存濃度に基づいて、
前記リーン液を加熱する再生塔リボイラーへの投入熱量、
前記吸収塔への前記二酸化炭素の供給流量、
前記リッチ液の循環液流量、
前記リーン液の循環液流量、及び
前記リーン液を溜めるためのリーン液緩衝タンクの攪拌条件、
の少なくともいずれかを制御することを特徴とする二酸化炭素分離回収システム。
【請求項２】
請求項１に記載の二酸化炭素分離回収システムにおいて、
前記二酸化炭素分離回収システムは更に、前記リッチ液を、前記吸収塔の出口から前記再生塔の入口へと移送させるリッチ液移送ポンプと、前記リーン液を、前記再生塔の出口から前記吸収塔の入口へと移送させるリーン液移送ポンプとを備え、
前記測定装置は、前記吸収塔の入口付近を流れる前記リーン液、前記吸収塔の出口付近を流れる前記リッチ液、前記再生塔の入口付近を流れる前記リッチ液、及び前記再生塔の出口付近を流れる前記リーン液中の前記超音波伝播速度をそれぞれ測定する第１から第４の測定装置を含むことを特徴とする二酸化炭素分離回収システム。
【請求項３】
二酸化炭素を吸収液に吸収させ、前記二酸化炭素を吸収した前記吸収液であるリッチ液を排出する吸収塔と、
前記リッチ液から前記二酸化炭素を放出させ、前記リッチ液よりも二酸化炭素溶存濃度が低下した前記吸収液であるリーン液を排出する再生塔と、
を備える二酸化炭素分離回収システムであって、
前記二酸化炭素分離回収システムは更に、前記システム内を流れる前記吸収液中の超音波伝播速度と、前記システム内を流れる前記吸収液の電気伝導率とを測定する１台以上の測定装置を備え、
前記測定装置の各々は、
前記吸収液の温度を測定する温度測定部と、
前記吸収液中に超音波を発生させる超音波発生部と、
前記超音波を利用して前記超音波伝播速度を測定する超音波伝播速度測定部と、
前記温度測定部により測定された温度と、前記超音波伝播速度測定部により測定された超音波伝播速度と、前記吸収液における二酸化炭素溶存濃度と超音波伝播速度との関係を示し、前記吸収液の温度に応じて変化する相関式とに基づいて、前記吸収液中の二酸化炭素溶存濃度を算出する二酸化炭素溶存濃度算出部と、
前記吸収液の電気伝導率を測定する電気伝導率測定部と、
前記温度測定部又は前記吸収液の温度を測定する前記測定装置内の第２の温度測定部により測定された温度と、前記電気伝導率測定部により測定された電気伝導率と、前記吸収液におけるイオン濃度と電気伝導率との関係を示し、前記吸収液の温度に応じて変化する相関式とに基づいて、前記吸収液中のイオン濃度を算出するイオン濃度算出部とを備え、
前記二酸化炭素分離回収システムは、前記測定装置により算出された二酸化炭素溶存濃度及びイオン濃度に基づいて、
前記リーン液を加熱する再生塔リボイラーへの投入熱量、
前記吸収塔への前記二酸化炭素の供給流量、
前記リッチ液の循環液流量、
前記リーン液の循環液流量、及び
前記リーン液を溜めるためのリーン液緩衝タンクの攪拌条件、
の少なくともいずれかを制御することを特徴とする二酸化炭素分離回収システム。
【請求項４】
請求項３に記載の二酸化炭素分離回収システムにおいて、
前記二酸化炭素分離回収システムは更に、前記リッチ液を、前記吸収塔の出口から前記再生塔の入口へと移送させるリッチ液移送ポンプと、前記リーン液を、前記再生塔の出口から前記吸収塔の入口へと移送させるリーン液移送ポンプとを備え、
前記測定装置は、前記吸収塔の入口付近を流れる前記リーン液、前記吸収塔の出口付近を流れる前記リッチ液、前記再生塔の入口付近を流れる前記リッチ液、及び前記再生塔の出口付近を流れる前記リーン液の前記二酸化炭素溶存濃度及び前記電気伝導率をそれぞれ測定する第１から第４の測定装置を含むことを特徴とする二酸化炭素分離回収システム。
【請求項５】
請求項４に記載の二酸化炭素分離回収システムにおいて、
前記二酸化炭素分離回収システムは更に、
前記吸収塔から排出された二酸化炭素分離回収対象ガスと水蒸気の混合ガスを冷却し、前記水蒸気を水へと凝縮させる吸収塔還流冷却器と、
前記二酸化炭素分離回収対象ガスと前記水とを分離する気液分離器と、
前記再生塔から排出された二酸化炭素ガスと水蒸気の混合ガスを冷却し、前記水蒸気を水へと凝縮させる再生塔還流冷却器と、
前記二酸化炭素ガスを前記水から分離する二酸化炭素分離器とを備え、
前記測定装置は更に、前記気液分離器から前記水が排出される出口付近に配置され、前記水の二酸化炭素溶存濃度及び電気伝導率を測定する第５の測定装置と、前記二酸化炭素分離器から前記水が排出される出口付近に配置され、前記水の二酸化炭素溶存濃度及び電気伝導率を測定する第６の測定装置とを含むことを特徴とする二酸化炭素分離回収システム。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の二酸化炭素分離回収システムにおいて、
少なくとも一部の前記測定装置は、前記吸収液又は前記水の流路にバイパスとして設けられたバイパス流路に配置されていることを特徴とする二酸化炭素分離回収システム。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の二酸化炭素回収システムにおいて、
前記二酸化炭素分離回収システムは、
前記吸収塔頂から供給される前記リーン液中の前記二酸化炭素溶存濃度と、前記吸収塔底から排出される前記リッチ液中の前記二酸化炭素溶存濃度とに基づいて、前記システムにおける二酸化炭素回収量を演算し、
演算された前記二酸化炭素回収量が所定の二酸化炭素回収量になるように、前記リーン液及び／又は前記リッチ液の流量を制御することを特徴とする二酸化炭素分離回収システム。
【請求項８】
請求項１から６のいずれか１項に記載の二酸化炭素回収システムにおいて、
前記二酸化炭素分離回収システムは、
前記吸収塔頂から供給される前記リーン液中の前記二酸化炭素溶存濃度と、前記吸収塔底から排出される前記リッチ液中の前記二酸化炭素溶存濃度とに基づいて、前記システムにおける二酸化炭素回収量を演算し、
演算された前記二酸化炭素回収量が所定の二酸化炭素回収量になるように、前記再生塔リボイラーへの投入熱量を制御することを特徴とする二酸化炭素分離回収システム。
【請求項９】
請求項１から６のいずれか１項に記載の二酸化炭素回収システムにおいて、
前記二酸化炭素分離回収システムは、
前記吸収塔頂から供給される前記リーン液中の前記二酸化炭素溶存濃度と、前記吸収塔底から排出される前記リッチ液中の前記二酸化炭素溶存濃度とに基づいて、前記システムにおける二酸化炭素回収量を演算し、
演算された前記二酸化炭素回収量が所定の二酸化炭素回収量になるように、前記リーン液の流量と前記吸収塔への前記二酸化炭素の供給流量との比率を制御することを特徴とする二酸化炭素分離回収システム。
【請求項１０】
請求項１から６のいずれか１項に記載の二酸化炭素回収システムにおいて、
前記二酸化炭素分離回収システムは、
前記吸収塔頂から供給される前記リーン液中の前記二酸化炭素溶存濃度と、前記吸収塔底から排出される前記リッチ液中の前記二酸化炭素溶存濃度とに基づいて、前記システムにおける二酸化炭素回収量を演算し、
演算された前記二酸化炭素回収量が所定の二酸化炭素回収量になるように、前記リーン液及び／又は前記リッチ液の流量と、前記再生塔リボイラーへの投入熱量と、前記リーン液の流量と前記吸収塔への前記二酸化炭素の供給流量との比率、のうちの２つ以上を制御することを特徴とする二酸化炭素分離回収システム。
【請求項１１】
請求項１から６のいずれか１項に記載の二酸化炭素回収システムにおいて、
前記二酸化炭素分離回収システムは、
前記吸収塔底から排出される前記リッチ液中の前記二酸化炭素溶存濃度に基づいて、前記リーン液の流量、及び／又は前記再生塔リボイラーへの投入熱量を制御することを特徴とする二酸化炭素分離回収システム。
【請求項１２】
請求項１から６のいずれか１項に記載の二酸化炭素回収システムにおいて、
前記二酸化炭素分離回収システムは、
前記再生塔頂から供給される前記リッチ液中の前記二酸化炭素溶存濃度と、前記再生塔底から排出される前記リーン液中の前記二酸化炭素溶存濃度とに基づいて、前記システムにおける二酸化炭素回収量を演算し、
演算された前記二酸化炭素回収量が所定の二酸化炭素回収量になるように、前記リッチ液及び／又は前記リーン液の流量を制御することを特徴とする二酸化炭素分離回収システム。
【請求項１３】
請求項１から６のいずれか１項に記載の二酸化炭素回収システムにおいて、
前記二酸化炭素分離回収システムは、
前記再生塔頂から供給される前記リッチ液中の前記二酸化炭素溶存濃度と、前記再生塔底から排出される前記リーン液中の前記二酸化炭素溶存濃度とに基づいて、前記システムにおける二酸化炭素回収量を演算し、
演算された前記二酸化炭素回収量が所定の二酸化炭素回収量になるように、前記再生塔リボイラーへの投入熱量を制御することを特徴とする二酸化炭素分離回収システム。
【請求項１４】
請求項１から６のいずれか１項に記載の二酸化炭素回収システムにおいて、
前記二酸化炭素分離回収システムは、
前記再生塔頂から供給される前記リッチ液中の前記二酸化炭素溶存濃度と、前記再生塔底から排出される前記リーン液中の前記二酸化炭素溶存濃度とに基づいて、前記システムにおける二酸化炭素回収量を演算し、
演算された前記二酸化炭素回収量が所定の二酸化炭素回収量になるように、前記リーン液の流量と前記吸収塔への前記二酸化炭素の供給流量との比率を制御することを特徴とする二酸化炭素分離回収システム。
【請求項１５】
請求項１から６のいずれか１項に記載の二酸化炭素回収システムにおいて、
前記二酸化炭素分離回収システムは、
前記再生塔頂から供給される前記リッチ液中の前記二酸化炭素溶存濃度と、前記再生塔底から排出される前記リーン液中の前記二酸化炭素溶存濃度とに基づいて、前記システムにおける二酸化炭素回収量を演算し、
演算された前記二酸化炭素回収量が所定の二酸化炭素回収量になるように、前記リッチ液及び／又は前記リーン液の流量と、前記再生塔リボイラーへの投入熱量と、前記リーン液の流量と前記吸収塔への前記二酸化炭素の供給流量との比率、のうちの２つ以上を制御することを特徴とする二酸化炭素分離回収システム。
【請求項１６】
請求項１から６のいずれか１項に記載の二酸化炭素回収システムにおいて、
前記二酸化炭素分離回収システムは、
前記再生塔底から排出される前記リーン液中の前記二酸化炭素溶存濃度に基づいて、前記リーン液の流量、及び／又は前記再生塔リボイラーへの投入熱量を制御することを特徴とする二酸化炭素分離回収システム。
【請求項１７】
請求項３から５のいずれか１項に記載の二酸化炭素分離回収システムにおいて、
前記イオン濃度算出部は、前記吸収液中の二酸化炭素イオン濃度を算出し、
前記二酸化炭素分離回収システムは、前記二酸化炭素溶存濃度と前記二酸化炭素イオン濃度とに基づいて、当該システムを制御することを特徴とする二酸化炭素分離回収システム。
【請求項１８】
二酸化炭素を吸収液に吸収させ、前記二酸化炭素を吸収した前記吸収液であるリッチ液を排出する吸収塔と、
前記リッチ液から前記二酸化炭素を放出させ、前記リッチ液よりも二酸化炭素溶存濃度が低下した前記吸収液であるリーン液を排出する再生塔と、
を備える二酸化炭素分離回収システムの制御方法であって、
前記システム内を流れる前記吸収液の温度を測定し、
前記吸収液中に超音波を発生させ、
前記超音波を利用して前記吸収液中の超音波伝播速度を測定し、
測定された前記温度と、測定された前記超音波伝播速度と、前記吸収液における二酸化炭素溶存濃度と超音波伝播速度との関係を示し、前記吸収液の温度に応じて変化する相関式とに基づいて、前記吸収液中の二酸化炭素溶存濃度を算出し、
前記二酸化炭素溶存濃度に基づいて、
前記リーン液を加熱する再生塔リボイラーへの投入熱量、
前記吸収塔への前記二酸化炭素の供給流量、
前記リッチ液の循環液流量、
前記リーン液の循環液流量、及び
前記リーン液を溜めるためのリーン液緩衝タンクの攪拌条件、
の少なくともいずれかを制御することを特徴とする二酸化炭素分離回収システムの制御方法。
【請求項１９】
二酸化炭素を吸収液に吸収させ、前記二酸化炭素を吸収した前記吸収液であるリッチ液を排出する吸収塔と、
前記リッチ液から前記二酸化炭素を放出させ、前記リッチ液よりも二酸化炭素溶存濃度が低下した前記吸収液であるリーン液を排出する再生塔と、
を備える二酸化炭素分離回収システムの制御方法であって、
前記システム内を流れる前記吸収液の温度を測定し、
前記吸収液中に超音波を発生させ、
前記超音波を利用して前記吸収液中の超音波伝播速度を測定し、
測定された前記温度と、測定された前記超音波伝播速度と、前記吸収液における二酸化炭素溶存濃度と超音波伝播速度との関係を示し、前記吸収液の温度に応じて変化する相関式とに基づいて、前記吸収液中の二酸化炭素溶存濃度を算出し、
前記吸収液の電気伝導率を測定し、
測定された前記温度と、測定された前記電気伝導率と、前記吸収液におけるイオン濃度と電気伝導率との関係を示し、前記吸収液の温度に応じて変化する相関式とに基づいて、前記吸収液中のイオン濃度を算出し、
前記二酸化炭素溶存濃度及び前記イオン濃度に基づいて、
前記リーン液を加熱する再生塔リボイラーへの投入熱量、
前記吸収塔への前記二酸化炭素の供給流量、
前記リッチ液の循環液流量、
前記リーン液の循環液流量、及び
前記リーン液を溜めるためのリーン液緩衝タンクの攪拌条件、
の少なくともいずれかを制御することを特徴とする二酸化炭素分離回収システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二酸化炭素分離回収システム及びその制御方法に関し、例えば、燃焼排ガス中の二酸化炭素の分離・回収用に使用されるものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、化石燃料の燃焼生成物である二酸化炭素（ＣＯ２）の温室効果による地球温暖化の問題が大きくなっている。気候変動に関する国際連合枠組条約の京都議定書において、わが国の温室効果ガス排出削減の目標は、対１９９０年比で８％の削減を達成することとなっている。
【０００３】
このような背景の中、燃焼排ガスとアミン系吸収液を接触させ、燃焼排ガス中の二酸化炭素を分離・回収する方法や、回収された二酸化炭素を大気へ放出することなく貯蔵する方法が、精力的に研究されている。
【０００４】
このような吸収液を用いて二酸化炭素を分離・回収する方法の例としては、吸収塔にて燃焼排ガスと吸収液を接触させて、燃焼排ガス中の二酸化炭素を吸収液に吸収させる工程と、二酸化炭素を吸収した吸収液を再生塔にて加熱して、吸収液から二酸化炭素を追い出す工程とを含む方法が挙げられる（特許文献１を参照）。なお、二酸化炭素が追い出された吸収液は、再度吸収塔に供給され再使用される。
【０００５】
また、特許文献２には、超音波を利用して二酸化炭素の溶存濃度を測定する方法の例が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３２３３３９号公報
【特許文献２】特開２００２−７１６４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の通り、二酸化炭素分離回収システムにおける処理は、吸収塔にて吸収液に二酸化炭素を吸収させる工程と、吸収した二酸化炭素を再生塔にて吸収液から追い出す工程の、二工程から成り立つ。
【０００８】
このシステムを安定的に運転するためには、吸収塔にて吸収液に吸収される二酸化炭素溶存濃度と、再生塔にて吸収液から放出される二酸化炭素溶存濃度を常に一致させることが重要となる。即ち、吸収塔出口のリッチ液二酸化炭素溶存濃度と、吸収塔入口のリーン液二酸化炭素溶存濃度との差分と、再生塔入口のリッチ液二酸化炭素溶存濃度と、再生塔出口のリーン液二酸化炭素溶存濃度との差分を合致させた運転が必要となる。
【０００９】
例えば、吸収塔入口のリーン液二酸化炭素溶存濃度より、再生塔出口のリーン液二酸化炭素溶存濃度の方が大きい場合、再生塔リボイラーへの投入熱エネルギーを増やし、再生塔出口のリーン液ローディング量を下げないと、吸収塔において所定の二酸化炭素量を吸収できない。逆に、吸収塔入口のリーン液二酸化炭素溶存濃度より、再生塔出口のリーン液二酸化炭素溶存濃度の方が小さい場合、再生塔リボイラーに必要以上の熱エネルギーを投入していることになる。
【００１０】
このように、吸収液中の二酸化炭素溶存濃度を監視しながら、再生塔リボイラーへの投入熱エネルギーを調整することが、システムを安定的かつ経済的に運転させるために必要となってくる。しかしながら、現在使用されている二酸化炭素溶存濃度の測定手法であるガスクロマトグラフ（ＴＣＤ：Thermal Conductivity Detector）では、技術面の手間と測定時間（所要時間：１５分間）を要してしまう。そのため、この手法では、オンタイムに二酸化炭素溶存濃度を監視できず、その結果、二酸化炭素分離回収システムの安定的な運転を行うことができない。
【００１１】
一方で、二酸化炭素分離回収システムの運転により、吸収液成分の分解や、不純生成物イオンの生成が起こることが確認されている。更には、これらが原因で、吸収液の二酸化炭素吸収性能が落ちることも分かっている。そのため、二酸化炭素分離回収システムを安定的に運転させるためには、吸収液成分の補充や不純生成物イオンの除去を適宜行う必要がある。
【００１２】
従来、燃焼後二酸化炭素回収方式では、使用する吸収液の組成や物性が運転条件により随時変化してしまうため、オンタイムで吸収液中の二酸化炭素溶存濃度を測定することは困難であった。そのため、測定条件の固定や、測定サンプルの採取、前処理といった手間や時間を要して、二酸化炭素溶存濃度を測定する必要があった。また、吸収液中のアミンに化学吸着した二酸化炭素の溶存濃度を、オンタイムに把握できる手法は、まだ確立していない。
【００１３】
そこで、本発明は、吸収液中の二酸化炭素溶存濃度又はイオン濃度をオンタイムで把握することが可能な二酸化炭素分離回収システム及びその制御方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一の態様の二酸化炭素分離回収システムは、二酸化炭素を吸収液に吸収させ、前記二酸化炭素を吸収した前記吸収液であるリッチ液を排出する吸収塔と、前記リッチ液から前記二酸化炭素を放出させ、前記リッチ液よりも二酸化炭素溶存濃度が低下した前記吸収液であるリーン液を排出する再生塔と、前記システム内を流れる前記吸収液中の超音波伝播速度を測定する１台以上の測定装置とを備え、前記測定装置の各々は、前記吸収液の温度を測定する温度測定部と、前記吸収液中に超音波を発生させる超音波発生部と、前記超音波を利用して前記超音波伝播速度を測定する超音波伝播速度測定部と、前記温度測定部により測定された温度と、前記超音波伝播速度測定部により測定された超音波伝播速度と、前記吸収液における二酸化炭素溶存濃度と超音波伝播速度との関係を示し、前記吸収液の温度に応じて変化する相関式とに基づいて、前記吸収液中の二酸化炭素溶存濃度を算出する二酸化炭素溶存濃度算出部とを備え、前記二酸化炭素分離回収システムは、前記測定装置により算出された二酸化炭素溶存濃度に基づいて、当該システムを制御する。
【００１５】
また、本発明の別の態様の二酸化炭素分離回収システムは、二酸化炭素を吸収液に吸収させ、前記二酸化炭素を吸収した前記吸収液であるリッチ液を排出する吸収塔と、前記リッチ液から前記二酸化炭素を放出させ、前記リッチ液よりも二酸化炭素溶存濃度が低下した前記吸収液であるリーン液を排出する再生塔と、前記システム内を流れる前記吸収液の電気伝導率を測定する１台以上の測定装置とを備え、前記測定装置の各々は、前記吸収液の温度を測定する温度測定部と、前記吸収液の電気伝導率を測定する電気伝導率測定部と、前記温度測定部により測定された温度と、前記電気伝導率測定部により測定された電気伝導率と、前記吸収液におけるイオン濃度と電気伝導率との関係を示し、前記吸収液の温度に応じて変化する相関式とに基づいて、前記吸収液中のイオン濃度を算出するイオン濃度算出部とを備え、前記二酸化炭素分離回収システムは、前記測定装置により算出されたイオン濃度に基づいて、当該システムを制御する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、吸収液中の二酸化炭素溶存濃度又はイオン濃度をオンタイムで把握することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態の二酸化炭素分離回収システムの構成を示す図である。
【図２】図１の超音波伝播速度測定装置の構成を示すブロック図である。
【図３】第２実施形態の二酸化炭素分離回収システムの構成を示す図である。
【図４】図３の電気伝導率測定装置の構成を示すブロック図である。
【図５】第３実施形態の二酸化炭素分離回収システムの構成を示す図である。
【図６】図５の超音波伝播速度／電気伝導率測定装置の第１の構成例を示すブロック図である。
【図７】図５の超音波伝播速度／電気伝導率測定装置の第２の構成例を示すブロック図である。
【図８】ＣＯ２溶存濃度と超音波伝播速度との関係を示したグラフである。
【図９】温度と超音波伝播速度との関係を示したグラフである。
【図１０】イオン濃度と電気伝導率との関係を示したグラフである。
【図１１】超音波伝播速度測定装置の設置場所について説明するための図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。
【００１９】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の二酸化炭素分離回収システムの構成を示す図である。
【００２０】
図１のシステムでは、燃焼排ガスであるＣＯ２含有ガス１０２が、吸収塔１０１内に供給される。吸収塔１０１は、ＣＯ２含有ガス１０２と吸収液を接触させて、ＣＯ２含有ガス１０２中のＣＯ２を吸収液に吸収させるよう構成されている。本実施形態では、吸収液として例えば、アミン系吸収液が使用される。
【００２１】
吸収塔１０１の下部には、ＣＯ２を吸収した二酸化炭素溶存濃度の高い吸収液（リッチ液１０５）が溜まる。吸収塔１０１の下部に溜まったリッチ液１０５は、吸収塔１０１の下部にある出口から排出され、リッチ液移送ポンプ１０６によって、吸収塔１０１の出口から、再生塔１０８の上部にある入口へと移送され、再生塔１０８の入口からその内部に供給される。
【００２２】
再生塔１０８内に供給されたリッチ液１０５は、再生塔１０８の上部から落下し、これに伴い、リーン液１０４と呼ばれる吸収液が再生塔１０８の下部に溜まる。再生塔１０８の下部に溜まったリーン液１０４は、再生塔１０８の下部にある出口から排出され、再生塔リボイラー１０９にて加熱された後、再び再生塔１０８内に供給される。このように、再生塔１０８と再生塔リボイラー１０９との間でリーン液１０４を循環させつつ加熱することにより、リーン液１０４中のＣＯ２がＣＯ２ガスとして放出される。このようにして、リーン液１０４は、ＣＯ２を放出し、その二酸化炭素溶存濃度がリッチ液１０５よりも低くなる。
【００２３】
リーン液１０４から放出されたＣＯ２ガスは、リーン液１０４から同時に蒸発する水蒸気と共に、再生塔１０８の上部から排出される。排出されたＣＯ２ガスと水蒸気の混合ガスは、再生塔還流冷却器１１３にて冷却されることにより、水蒸気が凝縮して水に戻る。そして、この凝縮水とＣＯ２ガスからなる混合流体は、ＣＯ２分離器１１１内に流入する。ＣＯ２分離器１１１は、このＣＯ２ガスを凝縮水から分離し、ＣＯ２ガスだけを回収ＣＯ２排出ライン１１２から排出する。一方、凝縮水は、ＣＯ２分離器１１１の下部の出口から取り出され、還流液ポンプ１１０により再生塔１０８に戻される。
【００２４】
また、再生塔１０８の下部に溜まったリーン液１０４は、再生塔１０８の下部にある出口から排出された後、その一部がリーン液移送ポンプ１１６により、再生塔１０８の出口から、吸収塔１０１の上部にある入口へと移送され、吸収塔１０１の入口からその内部に供給される。その後、このリーン液１０４は、ＣＯ２を吸収させる吸収液として、吸収塔１０１内で再使用される。
【００２５】
図１には更に、再生熱交換器１０７と、リーン液冷却器１１４と、リーン液緩衝タンク１１５が示されている。
【００２６】
再生熱交換器１０７は、吸収塔１０１の出口から再生塔１０８の入口へと到る流路と、再生塔１０８の出口から吸収塔１０１の入口へと到る流路とが交差する地点に配置されている。再生熱交換器１０７は、再生塔リボイラー１０９で加熱されて排出されたリーン液１０４の余熱で、これから再生塔１０８に流入しようとするリッチ液１０５を加熱する熱交換器である。
【００２７】
リーン液冷却器１１４と、リーン液緩衝タンク１１５は、再生塔１０８の出口から吸収塔１０１の入口へと到る流路上に配置されている。リーン液冷却器１１４は、リーン液１０４を、再生熱交換器１０７を経由した後に冷却するための冷却器である。また、リーン液緩衝タンク１１５は、リーン液冷却器１１４を経由したリーン液１０４を、吸収塔１０１に流入させるまで溜めておくためのタンクである。
【００２８】
図１には更に、吸収塔還流冷却器１１７と、気液分離器１１８が示されている。
【００２９】
吸収塔１０１において、二酸化炭素分離回収対象ガスである燃焼排ガス（ＣＯ２含有ガス１０２）は、吸収液と接触してＣＯ２を吸収された後、吸収液から蒸発する水蒸気と共に、吸収塔１０１の上部から排出される。排出された燃焼排ガスと水蒸気の混合ガスは、吸収塔還流冷却器１１７にて冷却されることにより、水蒸気が凝縮して水に戻る。そして、この凝縮水と燃焼排ガスからなる混合流体は、気液分離器１１８内に流入する。気液分離器１１８は、この燃焼排ガス（気体）と凝縮水（液体）とを分離し、分離された燃焼排ガスを、ＣＯ２除去排ガス１０３として排出する。一方、凝縮水は、気液分離器１１８の下部の出口から取り出され、吸収塔１０１に戻される。
【００３０】
以下、本実施形態におけるシステム制御について、詳細に説明する。本実施形態では、吸収液中のＣＯ２溶存濃度（二酸化炭素溶存濃度）をオンタイムで算出し、このＣＯ２溶存濃度に基づいてシステム制御を行う。
【００３１】
図１のシステムでは、吸収塔１０１の入口を流れるリーン液１０４中のＣＯ２溶存濃度と、再生塔１０８の出口を流れるリーン液１０４中のＣＯ２溶存濃度とのマスバランスが崩れている場合、再生塔リボイラー１０９への投入熱量を変更する必要がある。しかしながら、オンタイムで当該システムをモニタリングできなければ、再生塔リボイラー１０９への投入熱量のマスバランスの把握が遅れるため、その結果、エネルギーロスやＣＯ２回収率の低下を招くおそれがある。
【００３２】
そこで、本実施形態では、図１のシステム内に、システム内を流れる吸収液中の超音波伝播速度を測定する１台以上の超音波伝播速度測定装置２０１を配置する。
【００３３】
本実施形態では、これらの測定装置２０１は、吸収塔１０１と再生塔１０８の入口付近及び出口付近に配置される。図１には、これらの箇所に配置された４台の測定装置２０１が示されている。本実施形態では、これらの測定装置２０１により、吸収塔１０１の入口付近を流れるリーン液１０４、吸収塔１０１の出口付近を流れるリッチ液１０５、再生塔１０８の入口付近を流れるリッチ液１０５、及び再生塔１０８の出口付近を流れるリーン液１０４中の超音波伝播速度が測定される。これらの測定装置２０１は、本発明の第１から第４の測定装置の例である。本実施形態では、これらの測定装置２０１はいずれも、吸収液が流れる流路（吸収液配管）に設置される。
【００３４】
図２は、図１の超音波伝播速度測定装置２０１の構成を示すブロック図である。図１の超音波伝播速度測定装置２０１はいずれも、図２に示す構成を有するものとする。
【００３５】
超音波伝播速度測定装置２０１は、図２に示すように、超音波発生部２１１と、超音波伝播速度測定部２１２と、ＣＯ２溶存濃度算出部２１３と、温度測定部２１４とを備えている。
【００３６】
超音波発生部２１１は、測定装置２０１内を流れる吸収液中に超音波を発生させる装置である。超音波発生部２１１は例えば、超音波振動子により構成されている。
【００３７】
超音波伝播速度測定部２１２は、この超音波を利用して、この吸収液中の超音波伝播速度を測定する装置である。本実施形態の超音波伝播速度測定部２１２は、超音波発生部２１１から一定距離離れた位置にある反射板から、超音波の反射波が返ってくるまでの時間を測定することにより、超音波伝播速度（即ち音速）を測定する。
【００３８】
吸収液中の超音波伝播速度は、吸収液中のＣＯ２溶存濃度を算出するのに利用可能なパラメータである。このことを、図８を参照して説明する。図８は、吸収液におけるＣＯ２溶存濃度と超音波伝播速度との関係を示したグラフである。図８に示すように、吸収液中の超音波伝播速度は、吸収液中のＣＯ２溶存濃度に応じて変化する。よって、吸収液中のＣＯ２溶存濃度は、吸収液中の超音波伝播速度から算出可能である。
【００３９】
ただし、吸収液中の超音波伝播速度は、図９に示すように、吸収液の温度によっても変化する。図９は、吸収液における温度と超音波伝播速度との関係を示したグラフである。図９に示すように、超音波伝播速度には温度依存性がある。そのため、図８に示す相関式は、吸収液の温度に応じて変化する。図８には、吸収液の温度が２５℃の場合と６０℃の場合の相関式が示されており、相関式が温度に応じて変化する様子が示されている。
【００４０】
以上のように、吸収液中のＣＯ２溶存濃度は、吸収液中の超音波伝播速度から算出可能であることから、本実施形態では、吸収液における超音波伝播速度とＣＯ２溶存濃度との関係を示す相関式を予め求めておき、これを測定装置２０１内に保存しておく。そして、本実施形態では、この相関式が示す図８のような直線を、ＣＯ２溶存濃度を検量するための検量線として使用する。これにより、測定装置２０１は、超音波伝播速度からＣＯ２溶存濃度を算出することができる。
【００４１】
ただし、上記相関式には温度依存性があるため、本実施形態では、様々な温度における上記相関式を測定装置２０１内に保存しておく、或いは、上記相関式を温度をパラメータとして含む形で定式化して測定装置２０１内に保存しておく。これにより、温度補正を考慮に入れたＣＯ２溶存濃度の算出が可能となる。
【００４２】
そして、本実施形態の測定装置２０１は、吸収液の温度と、吸収液中の超音波伝播速度と、上記相関式とに基づいて、吸収液中のＣＯ２溶存濃度を算出する。以下、この処理に関与するブロックであるＣＯ２溶存濃度算出部２１３と温度測定部２１４（図２参照）について、詳細に説明する。
【００４３】
温度測定部２１４は、吸収液の温度を測定する温度計である。本実施形態の温度測定部２１４は、上記の超音波が伝播する場所の近くに配置されている。
【００４４】
ＣＯ２溶存濃度算出部２１３は、温度測定部２１４により測定された温度と、超音波伝播速度測定部２１２により測定された超音波伝播速度と、上記相関式とに基づいて、吸収液中のＣＯ２溶存濃度を算出するブロックである。ＣＯ２溶存濃度算出部２１３は例えば、上記相関式を格納可能な記憶部と、ＣＯ２溶存濃度の算出処理を行う演算部により構成されている。
【００４５】
以上のように、本実施形態では、吸収液中のＣＯ２溶存濃度を、吸収液中の超音波伝播速度から算出するという手法が採用されている。この手法には、ガスクロマトグラフとは異なり、ＣＯ２溶存濃度をオンタイムで把握できるという利点がある。よって、本実施形態によれば、後述するように、吸収液中のＣＯ２溶存濃度をオンタイムでモニタリングしながら、再生塔リボイラー１０９への投入熱量を調整することで、システムを安定的かつ経済的に運転させることが可能となる。
【００４６】
また、吸収液中の超音波伝播速度の変化には、吸収液中のアミンに化学吸着したＣＯ２の溶存濃度と、水に物理吸着したＣＯ２の溶存濃度とを合わせたＣＯ２溶存濃度が寄与する。よって、本実施形態によれば、これら２種類の溶存濃度を合わせたＣＯ２溶存濃度を把握することが可能となる。
【００４７】
以下、測定装置２０１により算出されたＣＯ２溶存濃度に基づいて行われる本実施形態のシステム制御について、詳細に説明する。
【００４８】
図１のシステムでは、上述の通り、４台の測定装置２０１により、吸収塔１０１と再生塔１０８の入口付近及び出口付近を流れる吸収液中のＣＯ２溶存濃度が算出される。ここで、吸収塔１０１の入口付近、吸収塔１０１の出口付近、再生塔１０８の入口付近、再生塔１０８の出口付近のＣＯ２溶存濃度をそれぞれ、Ｘ1、Ｘ2、Ｙ1、Ｙ2と表す。
【００４９】
図１のシステムでは更に、これらのＣＯ２溶存濃度Ｘ1、Ｘ2、Ｙ1、Ｙ2を用いて、吸収塔１０１の入口付近と出口付近のＣＯ２溶存濃度Ｘ1、Ｘ2の差分ΔＸ（＝Ｘ2−Ｘ1）と、再生塔１０８の入口付近と出口付近のＣＯ２溶存濃度Ｙ1、Ｙ2の差分ΔＹ（＝Ｙ1−Ｙ2）が算出される。そして、図１のシステムでは、吸収塔１０１における差分ΔＸと、再生塔１０８における差分ΔＹとに基づいて、当該システムの制御が行われる。
【００５０】
本実施形態では、これらの差分ΔＸ、ΔＹに基づく制御が、次のように行われる。
【００５１】
例えば、吸収塔１０１における差分ΔＸよりも、再生塔１０８における差分ΔＹの方が大きい場合、再生塔リボイラー１０９には必要以上の熱エネルギーが投入されていることになる。そのため、図１のシステムでは、再生塔リボイラー１０９への投入熱エネルギーを小さくするよう、再生塔リボイラー１０９の動作を制御する。
【００５２】
逆に、吸収塔１０１における差分ΔＸよりも、再生塔１０８における差分ΔＹの方が小さい場合には、再生塔リボイラー１０９に投入される熱エネルギーが不足していることになる。そのため、図１のシステムでは、再生塔リボイラー１０９への投入熱エネルギーを大きくするよう、再生塔リボイラー１０９の動作を制御する。
【００５３】
本実施形態では、上述の通り、ＣＯ２溶存濃度Ｘ1、Ｘ2、Ｙ1、Ｙ2をオンタイムで把握することができる。よって、本実施形態によれば、これらのＣＯ２溶存濃度Ｘ1、Ｘ2、Ｙ1、Ｙ2から算出された差分ΔＸ、ΔＹをオンタイムでモニタリングしながら、再生塔リボイラー１０９への投入熱量を調整することで、システムを安定的かつ経済的に運転させることが可能となる。即ち、本実施形態によれば、システムの安定性を向上させることや、システムの運転コストを低減することが可能となる。
【００５４】
なお、本実施形態では、ΔＸの値とΔＹの値とを比較する代わりに、ΔＸとΔＹとの差が上限又は下限を超えるか否かを判断するようにしてもよい。この場合には、ΔＹ−ΔＸが上限以上になった場合に、再生塔リボイラー１０９への投入熱エネルギーを小さくし、ΔＹ−ΔＸが下限以下になった場合に、再生塔リボイラー１０９への投入熱エネルギーを大きくする。上限及び下限は例えば、±５％（望ましくは±１％）に設定する。具体的に言うと、上限はΔＹ／ΔＸ＝１．０５（望ましくは１．０１）、下限はΔＹ／ΔＸ＝０．９５（望ましくは０．９９）に設定される。
【００５５】
また、本実施形態では、上記のシステム制御において、再生塔リボイラー１０９への投入熱量を制御する代わりに、吸収塔１０１へのＣＯ２含有ガス１０２の供給流量、吸収塔１０１から再生塔１０８へと流れるリッチ液１０５の循環液流量、再生塔１０８、再生塔リボイラー１０９、及び吸収塔１０１の間を流れるリーン液１０４の循環液流量、又はリーン液緩衝タンク１１５の攪拌条件を制御しても構わない。或いは、これらの動作条件のうちの２つ以上を制御するようにしても構わない。これらの動作条件の制御によっても、システムの安定的かつ経済的な運転は実現可能である。なお、これらの動作条件は、相互のバランスを考慮して設定することが重要であるため、上記のシステム制御の際には、これらの動作条件の２つ以上を制御することが望ましいことが多いと考えられる。
【００５６】
また、本実施形態において、差分ΔＸ、ΔＹを算出するブロックや、上記のシステム制御を行うブロックは、図１のシステム内の任意の場所に配置して構わない。例えば、再生塔リボイラー１０９の動作条件のみを制御対象とする場合には、再生塔リボイラー１０９に設けた制御部により、差分ΔＸ、ΔＹの算出と、上記のシステム制御を行ってもよい。また、２つ以上の動作条件を制御対象とする場合には、図１のシステムの制御室や現場に設けられたコンピュータで、これらの処理を行ってもよい。
【００５７】
また、図１に示す各測定装置２０１は、吸収液中のＣＯ２溶存濃度を算出するためのブロック（２１１〜２１４）だけでなく、吸収液の成分分析を行い、吸収液中の異常物質の存在を検出するためのブロックを備えていてもよい。これにより、吸収液の成分分析をオンタイムに行い、吸収液の異常をオンタイムに発見することが可能となり、システムの動作の安定性を更に向上させることが可能となる。
【００５８】
また、このような異常検出用のブロック（或いはこのようなブロックを備える測定装置２０１）は、吸収塔１０１や再生塔１０８内の複数箇所（上段部、中段部、下段部）に設置してもよい。これにより、塔内で異常が発生しているか否かをオンタイムで監視することが可能となる。
【００５９】
以上のように、本実施形態では、１台以上の測定装置２０１において超音波伝播速度からＣＯ２溶存濃度を算出し、これらのＣＯ２溶存濃度に基づいてシステム制御を行う。これにより、本実施形態では、吸収液中のＣＯ２溶存濃度をオンタイムで把握すると共に、これらのＣＯ２溶存濃度に基づくシステム制御により、システムを安定的かつ経済的に運転させることが可能となる。
【００６０】
なお、本実施形態では、４台の測定装置２０１を、吸収塔１０１と再生塔１０８の入口付近及び出口付近に設置したが、測定装置２０１の設置場所や設置台数は、これら以外の場所や台数であっても構わない。
【００６１】
また、本実施形態では、ＣＯ２溶存濃度Ｘ1、Ｘ2、Ｙ1、Ｙ2から差分ΔＸ、ΔＹを算出し、差分ΔＸ、ΔＹに基づいてシステム制御を行っているが、ＣＯ２溶存濃度Ｘ1、Ｘ2、Ｙ1、Ｙ2からその他のパラメータを算出し、当該パラメータに基づいてシステム制御を行っても構わない。
【００６２】
（図１のシステムの制御方法の具体例）
次に、図１のシステムの制御方法の具体例について説明する。
【００６３】
図１のシステムの制御の第１の例では、吸収塔１０１の上部（吸収塔頂）から供給されるリーン液１０４中のＣＯ２溶存濃度と、吸収塔１０１の下部（吸収塔底）から排出されるリッチ液１０５中のＣＯ２溶存濃度とに基づいて、当該システムにおけるＣＯ２回収量を演算する。これらのＣＯ２溶存濃度としては、第１、第２の測定装置２０１により測定されたものを利用する。
【００６４】
そして、第１の例では、演算されたＣＯ２回収量が所定のＣＯ２回収量になるように、リーン液１０４の流量と、リッチ液１０５の流量とを制御する。これらの流量のバランスを変化させることで、演算されたＣＯ２回収量を所定のＣＯ２回収量に近付けることが可能である。
【００６５】
なお、第１の例では、リーン液１０４の流量とリッチ液１０５の流量の両方を制御する代わりに、リーン液１０４の流量とリッチ液１０５の流量のいずれか一方のみを制御してもよい。また、第１の例では、演算されたＣＯ２回収量が所定のＣＯ２回収量になるように、再生塔リボイラー１０９への投入熱量や、リーン液１０４の流量とＣＯ２含有ガス１０２の流量との比率を制御してもよい。
【００６６】
また、第１の例では、リーン液１０４及び／又はリッチ液１０５の流量と、再生塔リボイラー１０９への投入熱量と、リーン液１０４の流量とＣＯ２含有ガス１０２の流量との比率、のうちの２つ以上を制御してもよい。例えば、演算されたＣＯ２回収量が所定のＣＯ２回収量になるように、まず、リーン液１０４及び／又はリッチ液１０５の流量を制御し、さらに、再生塔リボイラー１０９への投入熱量を、当該流量に応じた値に制御してもよい。
【００６７】
また、第１の例では、吸収塔１０１の下部から排出されるリッチ液１０５中のＣＯ２溶存濃度に基づいて、リーン液１０４の流量、及び／又は再生塔リボイラー１０９への投入熱量を制御してもよい。理由は、システム中のＣＯ２の変化に最も早く応答する量が、リッチ液１０５中のＣＯ２溶存濃度であるからである。この場合には、第１から第４の測定装置２０１のうち、第１の測定装置２０１のみを設置するようにしてもよい。
【００６８】
一方、図１のシステムの制御の第２の例では、再生塔１０８の上部（再生塔頂）から供給されるリッチ液１０５中のＣＯ２溶存濃度と、再生塔１０８の下部（再生塔底）から排出されるリーン液１０４中のＣＯ２溶存濃度とに基づいて、当該システムにおけるＣＯ２回収量を演算する。これらのＣＯ２溶存濃度としては、第３、第４の測定装置２０１により測定されたものを利用する。なお、演算されたＣＯ２回収量の利用方法は、第１の例と同様である。
【００６９】
また、第２の例では、再生塔１０８の下部から排出されるリーン液１０４中のＣＯ２溶存濃度に基づいて、リーン液１０４の流量、及び／又は再生塔リボイラー１０９への投入熱量を制御してもよい。理由は、リーン液１０４中のＣＯ２溶存濃度によって、リーン液１０４の流量を増やす必要がある、上記熱量を増やしてリーン液１０４中のＣＯ２溶存濃度を低下させる必要がある、等の判断が可能となるからである。この場合には、第１から第４の測定装置２０１のうち、第４の測定装置２０１のみを設置するようにしてもよい。
【００７０】
本実施形態では、超音波伝搬速度を利用してＣＯ２溶存濃度を測定するため、熱源（再生塔リボイラー１０９）に近い再生塔１０８付近を流れるリッチ液１０５やリーン液１０４中のＣＯ２溶存濃度も正確に測定することができる。よって、第２の例によれば、第１の例と同様の高精度な制御が可能となる。
【００７１】
以下、第１実施形態の変形例である第２及び第３実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００７２】
（第２実施形態）
図３は、第２実施形態の二酸化炭素分離回収システムの構成を示す図である。
【００７３】
第１実施形態では、図１のシステム内に、システム内を流れる吸収液中の超音波伝播速度を測定する１台以上の超音波伝播速度測定装置２０１が配置されている。これに対し、第２実施形態では、図３のシステム内に、システム内を流れる吸収液（又は凝縮水）の電気伝導率を測定する１台以上の電気伝導率測定装置２０２が配置されている。
【００７４】
本実施形態では、これらの測定装置２０２は、吸収塔１０１と再生塔１０８の入口付近及び出口付近と、気液分離器１１８における凝縮水の出口付近と、ＣＯ２分離器１１１における凝縮水の出口付近に配置される。図３には、これらの箇所に配置された６台の測定装置２０２が示されている。
【００７５】
本実施形態では、これらの測定装置２０２により、吸収塔１０１の入口付近を流れるリーン液１０４、吸収塔１０１の出口付近を流れるリッチ液１０５、再生塔１０８の入口付近を流れるリッチ液１０５、再生塔１０８の出口付近を流れるリーン液１０４、気液分離器１１８の出口付近を流れる凝縮水、及びＣＯ２分離器１１１の出口付近を流れる凝縮水の電気伝導率が測定される。これらの測定装置２０２は、本発明の第１から第６の測定装置の例である。本実施形態では、これらの測定装置２０２はいずれも、吸収液又は凝縮水が流れる流路（吸収液配管又は凝縮水配管）に設置される。
【００７６】
図４は、図３の電気伝導率測定装置２０２の構成を示すブロック図である。図３の電気伝導率測定装置２０２はいずれも、図４に示す構成を有するものとする。
【００７７】
電気伝導率測定装置２０２は、図４に示すように、電気伝導率測定部２２１と、イオン濃度算出部２２２と、温度測定部２２３とを備えている。
【００７８】
電気伝導率測定部２２１は、吸収液又は凝縮水の電気伝導率を測定する装置である。また、温度測定部２２３は、吸収液又は凝縮水の温度を測定する温度計である。電気伝導率測定部２２１と温度測定部２２３は、電気伝導率の測定場所と温度の測定場所が近くなるよう、互いに近接して配置されている。
【００７９】
吸収液や凝縮水の電気伝導率は、吸収液や凝縮水中のイオン濃度を算出するのに利用可能なパラメータである。このことを、図１０を参照して説明する。図１０は、吸収液におけるイオン濃度と電気伝導率との関係を示したグラフである。図１０に示すように、吸収液の電気伝導率は、吸収液中のイオン濃度に応じて変化する。よって、吸収液中のイオン濃度は、吸収液の電気伝導率から算出可能である。これは、水についても同様であり、凝縮水中のイオン濃度は、凝縮水の電気伝導率から算出可能である。
【００８０】
ただし、吸収液や凝縮水の電気伝導率は、超音波伝播速度と同様、吸収液や凝縮水の温度によっても変化する。即ち、電気伝導率には温度依存性がある。そのため、図１０に示す相関式は、吸収液の温度に応じて変化する。図１０には、吸収液の温度が２５℃の場合と６０℃の場合の相関式が示されており、相関式が温度に応じて変化する様子が示されている。
【００８１】
なお、吸収液や凝縮水の電気伝導率は、より詳細には、吸収液や凝縮水中のトータルイオン濃度（即ち全イオン濃度）に応じて変化する。よって、吸収液や凝縮水中に含まれる不純生成物イオンの多寡も、電気伝導率の大小に寄与している。逆に言えば、電気伝導率の大小は、吸収液や凝縮水中に含まれる不純生成物イオンの多寡を評価するのに利用可能である。このような評価手法の詳細については、後述する。なお、図１０に示す横軸は、吸収液中のトータルイオン濃度を示している。
【００８２】
以上のように、吸収液や凝縮水中のイオン濃度は、吸収液や凝縮水の電気伝導率から算出可能であることから、本実施形態では、吸収液や凝縮水における電気伝導率とイオン濃度との関係を示す相関式を予め求めておき、当該相関式を測定装置２０２内に保存しておく。そして、本実施形態では、当該相関式が示す図１０のような直線を、イオン濃度を検量するための検量線として使用する。これにより、測定装置２０２は、電気伝導率からイオン濃度を算出することができる。
【００８３】
ただし、上記相関式には温度依存性があるため、本実施形態では、様々な温度における上記相関式を測定装置２０２内に保存しておく、或いは、上記相関式を温度をパラメータとして含む形で定式化して測定装置２０２内に保存しておく。これにより、温度補正を考慮に入れたイオン濃度の算出が可能となる。
【００８４】
そして、本実施形態の測定装置２０２は、吸収液や凝縮水の温度と、吸収液や凝縮水の電気伝導率と、上記相関式とに基づいて、吸収液や凝縮水中のイオン濃度を算出する。以下、この処理に関与するブロックであるイオン濃度算出部２２２（図４参照）について、詳細に説明する。
【００８５】
イオン濃度算出部２２２は、温度測定部２２３により測定された温度と、電気伝導率測定部２２１により測定された電気伝導率と、上記相関式とに基づいて、吸収液又は凝縮水中のイオン濃度を算出するブロックである。イオン濃度算出部２２２は例えば、上記相関式を格納可能な記憶部と、イオン濃度の算出処理を行う演算部により構成されている。
【００８６】
以上のように、本実施形態では、吸収液や凝縮水中のイオン濃度を、吸収液や凝縮水の電気伝導率から算出するという手法が採用されている。この手法には、超音波伝播速度からＣＯ２溶存濃度を算出する場合と同様に、イオン濃度をオンタイムで把握できるという利点がある。
【００８７】
吸収液や凝縮水の電気伝導率からは、上述の通り、吸収液や凝縮水中のトータルイオン濃度が算出される。一方、本実施形態のシステムにおいて、吸収液や凝縮水中に存在し得るイオンは、いわゆる不純生成物イオンである。よって、本実施形態では、吸収液や凝縮水中に不純生成物イオンが生じると、吸収液や凝縮水中のトータルイオン濃度が高まり、これが電気伝導率を増加させることになる。よって、本実施形態では、吸収液や凝縮水の電気伝導率から、吸収液や凝縮水中に含まれる不純生成物イオンのイオン濃度を算出することができる。
【００８８】
吸収液中の不純生成物イオンは、吸収液のＣＯ２吸収性能を劣化させ、システムのマス＆ヒートバランスに影響を与えることが知られている。また、凝縮水は、吸収塔１０１や再生塔１０８内の吸収液に戻されるため、凝縮水中の不純生成物イオンもやはり、システムのマス＆ヒートバランスに影響を与える。
【００８９】
そこで、本実施形態では、吸収液や凝縮水中のイオン濃度をオンタイムでモニタリングし、このイオン濃度に基づいて、システムのマス＆ヒートバランスを制御する。例えば、再生塔リボイラー１０９への投入熱量や、吸収塔１０１へのＣＯ２含有ガス１０２の供給流量を調整する。これにより、本実施形態では、システムを安定的かつ経済的に運転させることが可能となる。
【００９０】
以下、測定装置２０２により算出されたイオン濃度に基づいて行われる本実施形態のシステム制御について、詳細に説明する。
【００９１】
図３のシステムでは、上述の通り、６台の測定装置２０２により、吸収塔１０１と再生塔１０８の入口付近及び出口付近を流れる吸収液や、気液分離器１１８とＣＯ２分離器１１１の出口付近を流れる凝縮水中のイオン濃度が算出される。ここで、吸収塔１０１の入口付近、吸収塔１０１の出口付近、再生塔１０８の入口付近、再生塔１０８の出口付近、気液分離器１１８の出口付近、ＣＯ２分離器１１１の出口付近のイオン濃度をそれぞれ、α1、α2、β1、β2、γ1、γ2と表す。
【００９２】
そして、図３のシステムでは、これらのイオン濃度α1、α2、β1、β2、γ1、γ2に基づいて、当該システムの制御が次のように行われる。
【００９３】
例えば、吸収塔１０１の近くのイオン濃度α1、α2、γ1が所定の上限値を超えた場合、吸収塔１０１付近を流れる吸収液のＣＯ２吸収性能が、低下していることになる。そのため、図３のシステムでは、再生塔リボイラー１０９への投入熱エネルギーを小さくするよう、再生塔リボイラー１０９の動作を制御して、再生塔１０８におけるＣＯ２の放出量を減少させる。
【００９４】
逆に、再生塔１０８の近くのイオン濃度β1、β2、γ2が所定の上限値を超えた場合、再生塔１０８付近を流れる吸収液のＣＯ２吸収性能が、低下していることになる。そのため、図３のシステムでは、再生塔リボイラー１０９への投入熱エネルギーを大きくするよう、再生塔リボイラー１０９の動作を制御して、再生塔１０８におけるＣＯ２の放出量を増加させる。
【００９５】
なお、本実施形態では、上記のシステム制御において、再生塔リボイラー１０９への投入熱量を制御する代わりに、吸収塔１０１へのＣＯ２含有ガス１０２の供給流量、吸収塔１０１から再生塔１０８へと流れるリッチ液１０５の循環液流量、再生塔１０８、再生塔リボイラー１０９、及び吸収塔１０１の間を流れるリーン液１０４の循環液流量、又はリーン液緩衝タンク１１５の攪拌条件を制御しても構わない。或いは、これらの動作条件のうちの２つ以上を制御するようにしても構わない。これらの動作条件の制御によっても、システムの安定的かつ経済的な運転は実現可能である。
【００９６】
また、本実施形態では、イオン濃度α1、α2、β1、β2、γ1、γ2が所定の上限値を超えた場合に更に、吸収液や凝縮水から不純生成物イオンを除去する処理や、ピュア吸収液を交換する処理を行うようにしてもよい。不純生成物イオンの除去は例えば、イオン交換樹脂を使用することで実行可能である。
【００９７】
以上のように、本実施形態では、１台以上の測定装置２０２において電気伝導率からイオン濃度を算出し、これらのイオン濃度に基づいてシステム制御を行う。これにより、本実施形態では、吸収液や凝縮水中のイオン濃度をオンタイムで把握すると共に、これらのイオン濃度に基づくシステム制御により、システムを安定的かつ経済的に運転させることが可能となる。
【００９８】
なお、本実施形態では、６台の測定装置２０２を、吸収塔１０１と再生塔１０８の入口付近及び出口付近と、気液分離器１１８とＣＯ２分離器１１１の出口付近に設置したが、測定装置２０２の設置場所や設置台数は、これら以外の場所や台数であっても構わない。例えば、４台の測定装置２０２のみを、吸収塔１０１と再生塔１０８の入口付近及び出口付近に設置するようにしても構わない。
【００９９】
（第３実施形態）
図５は、第３実施形態の二酸化炭素分離回収システムの構成を示す図である。
【０１００】
本実施形態では、図５のシステム内に、システム内を流れる吸収液（又は凝縮水）の超音波伝播速度及び電気伝導率を測定する１台以上の超音波伝播速度／電気伝導率測定装置２０３が配置されている。
【０１０１】
本実施形態では、これらの測定装置２０３は、吸収塔１０１と再生塔１０８の入口付近及び出口付近と、気液分離器１１８における凝縮水の出口付近と、ＣＯ２分離器１１１における凝縮水の出口付近に配置される。図５には、これらの箇所に配置された６台の測定装置２０３が示されている。
【０１０２】
本実施形態では、これらの測定装置２０３により、吸収塔１０１の入口付近を流れるリーン液１０４、吸収塔１０１の出口付近を流れるリッチ液１０５、再生塔１０８の入口付近を流れるリッチ液１０５、再生塔１０８の出口付近を流れるリーン液１０４、気液分離器１１８の出口付近を流れる凝縮水、及びＣＯ２分離器１１１の出口付近を流れる凝縮水の超音波伝播速度と電気伝導率が測定される。これらの測定装置２０３は、本発明の第１から第６の測定装置の例である。本実施形態では、これらの測定装置２０３はいずれも、吸収液又は凝縮水が流れる流路（吸収液配管又は凝縮水配管）に設置される。
【０１０３】
図６及び図７は、図５の超音波伝播速度／電気伝導率測定装置２０３の第１及び第２の構成例を示すブロック図である。図５の超音波伝播速度／電気伝導率測定装置２０３はいずれも、図６又は図７に示す構成を有するものとする。
【０１０４】
図６の測定装置２０３は、図２の測定装置２０１と図４の測定装置２０２とを組み合わせたような構成を有しており、超音波発生部２１１と、超音波伝播速度測定部２１２と、ＣＯ２溶存濃度算出部２１３と、温度測定部２１４と、電気伝導率測定部２２１と、イオン濃度算出部２２２と、温度測定部２２３とを備えている。これらのブロックの構成は、図２及び図４に示すものと同様である。
【０１０５】
一方、図７の測定装置２０３は、図６の温度測定部２１４及び２２３を、温度測定部２３１に置き換えたような構成を有している。これは、１台の測定装置２０３に２個の温度測定部２１４及び２２３が存在する無駄を省いたものである。温度測定部２３１により測定された温度は、ＣＯ２溶存濃度算出部２１３によるＣＯ２溶存濃度の算出と、イオン濃度算出部２２２によるイオン濃度の算出とに使用される。
【０１０６】
なお、図６の温度測定部２１４及び２２３はそれぞれ、本発明の第１及び第２の温度測定部の例である。
【０１０７】
本実施形態によれば、第１及び第２実施形態を組み合わせた態様のシステム制御が可能となる。例えば、本実施形態によれば、吸収液のＣＯ２溶存濃度とイオン濃度をオンタイムでモニタリングし、これらＣＯ２溶存濃度とイオン濃度に基づいて、システムのマス＆ヒートバランス制御を行うことで、システムを安定的かつ経済的に運転させることが可能となる。このようなマス＆ヒートバランス制御では、ＣＯ２溶存濃度とイオン濃度の両方が考慮されるため、第１及び第２実施形態におけるシステム制御よりも適切なシステム制御が可能となる。
【０１０８】
また、本実施形態では、図６又は図７の差引濃度算出部３０１により算出される差引濃度に基づいて、システム制御を行ってもよい。差引濃度は、ＣＯ２溶存濃度算出部２１３により算出されたＣＯ２溶存濃度から、イオン濃度算出部２２２により算出されたイオン濃度を差し引いたＣＯ２溶存濃度である。
【０１０９】
ＣＯ２溶存濃度算出部２１３は、超音波伝播速度からＣＯ２溶存濃度を算出するが、このようにして算出されるＣＯ２溶存濃度には、ＣＯ２溶存濃度そのものに加え、不純生成物イオンの効果も含まれてしまう。よって、算出されるＣＯ２溶存濃度は、そこから不純生成物イオンの効果を差し引かないと、正確な値とはならない。
【０１１０】
そこで、本実施形態の差引濃度算出部３０１では、ＣＯ２溶存濃度算出部２１３により算出されたＣＯ２溶存濃度から、イオン濃度算出部２２２により算出されたイオン濃度（不純生成物イオン濃度）を差し引いたＣＯ２溶存濃度（差引濃度）を算出する。ただし、ＣＯ２溶存濃度からイオン濃度を差し引く際に、イオン濃度をＣＯ２溶存濃度に換算する必要がある場合には、必要な換算を行った後に差し引きを行う。
【０１１１】
そして、本実施形態では、算出された差引濃度に基づいて、システム制御を行う。本実施形態によれば、吸収液の差引濃度をオンタイムでモニタリングし、この差引濃度に基づいて、システムのマス＆ヒートバランス制御を行うことで、システムを安定的かつ経済的に運転させることが可能となる。このマス＆ヒートバランス制御では、正確なＣＯ２溶存濃度を使用することができるため、第１実施形態におけるシステム制御よりも正確なシステム制御が可能となる。
【０１１２】
なお、差引濃度に基づくシステム制御を行う場合には、第１実施形態と同様に、吸収塔１０１の入口付近と出口付近の差引濃度の差分と、再生塔１０８の入口付近と出口付近の差引濃度の差分とを算出し、これらの差分に基づきシステム制御を行ってもよい。
【０１１３】
以上のように、本実施形態では、１台以上の測定装置２０３において超音波伝播速度と電気伝導率からそれぞれＣＯ２溶存濃度とイオン濃度を算出し、ＣＯ２溶存濃度とイオン濃度に基づいてシステム制御を行う。これにより、本実施形態では、吸収液や凝縮水中のＣＯ２溶存濃度とイオン濃度をオンタイムで把握すると共に、ＣＯ２溶存濃度とイオン濃度に基づくシステム制御により、システムを安定的かつ経済的に運転させることが可能となる。
【０１１４】
なお、本実施形態では、６台の測定装置２０３を、吸収塔１０１と再生塔１０８の入口付近及び出口付近と、気液分離器１１８とＣＯ２分離器１１１の出口付近に設置したが、測定装置２０３の設置場所や設置台数は、これら以外の場所や台数であっても構わない。例えば、４台の測定装置２０３のみを、吸収塔１０１と再生塔１０８の入口付近及び出口付近に設置するようにしても構わない。
【０１１５】
また、吸収液中の不純生成物イオンの濃度が低い場合には、電気伝導率測定部２２１により測定される電気伝導率は、不純生成物イオンの影響が少ないため、吸収液中のＣＯ２イオン濃度を評価するのに利用可能である。よって、このような場合、イオン濃度算出部２２２は、電気伝導率測定部２２１により測定された電気伝導率に基づいて、吸収液中のＣＯ２イオン濃度を算出することができる。
【０１１６】
よって、本実施形態では、ＣＯ２溶存濃度算出部２１３により算出されたＣＯ２溶存濃度と、イオン濃度算出部２２２により算出されたＣＯ２イオン濃度とに基づいて、上記システムを制御してもよい。
【０１１７】
これらの濃度の使用方法の例としては、１）これらの濃度の平均値を算出する、２）これらの濃度に差が生じたら異常発生と認識する、３）これらの濃度を使い分ける、などが考えられる。例えば、吸収液中の不純生成物イオンの濃度が高い場合には、イオン濃度算出部２２２により算出されるＣＯ２イオン濃度の誤差が大きいため、その場合には、ＣＯ２溶存濃度算出部２１３により算出されたＣＯ２溶存濃度を使用することが考えられる。
【０１１８】
なお、ＣＯ２イオン濃度を算出するイオン濃度算出部２２２は、第２実施形態にも適用可能である。
【０１１９】
（測定装置の設置場所）
最後に、個々の測定装置２０１〜２０３の設置場所について説明する。
【０１２０】
図１１は、第１実施形態の超音波伝播速度測定装置２０１の設置場所について説明するための図である。
【０１２１】
図１１には、吸収液が流れる流路（吸収液配管）として、本流に相当する流路Ａと、流路Ａにバイパスとして設けられたバイパス流路Ｂが示されている。流路Ａの例としては、吸収塔１０１の出口と再生塔１０８の入口とを結ぶリッチ液１０５用の流路や、再生塔１０８の出口と吸収塔１０１の入口とを結ぶリーン液１０４用の流路が挙げられる。
【０１２２】
測定装置２０１は、超音波伝播速度を正確に測定するため、吸収液中の気泡の少ない箇所に配置することが望ましい。一般に、本流に相当する流路Ａでは、吸収液中の気泡が多いが、そのバイパス流路Ｂでは、本流に相当する流路Ａに比べて、吸収液中の気泡が少ない。そこで、第１実施形態では、各測定装置２０１を、バイパス流路Ｂに配置し、バイパス流路Ｂを流れる吸収液中の超音波伝播速度を測定するようにする。
【０１２３】
同様に、第２及び第３実施形態では、各測定装置２０２、２０３を、吸収液又は凝縮水用の流路のバイパス流路に配置し、バイパス流路を流れる吸収液や凝縮水中の超音波伝播速度や電気伝導率を測定するようにする。
【０１２４】
なお、吸収塔１０１の入口付近又は出口付近で超音波伝播速度や電気伝導率を測定する場合には、吸収液の温度は、３０〜５０℃であることが望ましい。また、再生塔１０８の入口付近又は出口付近で超音波伝播速度や電気伝導率を測定する場合には、吸収液の温度は、１００〜１３０℃であることが望ましい。
【０１２５】
以上、本発明の具体的な態様の例を、第１から第３実施形態により説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、実施段階にてその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、これらの実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の更なる別の実施形態を構成可能である。例えば、１つの実施形態に示された全構成要素から、いくつかの構成要素を削除してもよい。また、複数の実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【０１２６】
１０１：吸収塔、１０２：ＣＯ２含有ガス、１０３：ＣＯ２除去排ガス、
１０４：リーン液、１０５：リッチ液、１０６：リッチ液移送ポンプ、
１０７：再生熱交換器、１０８：再生塔、１０９：再生塔リボイラー、
１１０：還流液ポンプ、１１１：ＣＯ２分離器、１１２：回収ＣＯ２排出ライン、
１１３：再生塔還流冷却器、１１４：リーン液冷却器、
１１５：リーン液緩衝タンク、１１６：リーン液移送ポンプ、
１１７：吸収塔還流冷却器、１１８：気液分離器、
２０１：超音波伝播速度測定装置、
２０２：電気伝導率測定装置、
２０３：超音波伝播速度／電気伝導率測定装置、
２１１：超音波発生部、２１２：超音波伝播速度測定部、
２１３：ＣＯ２溶存濃度算出部、２１４：温度測定部、
２２１：電気伝導率測定部、２２２：イオン濃度算出部、２２３：温度測定部、
２３１：温度測定部、
３０１：差引濃度算出部
【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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【図１０】
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【図１１】
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