(57)【要約】【課題】アンモニア水を用いて、排ガスに含有された二酸化炭素を回収する過程で発生する吸収熱を効果的に冷却させ、アンモニア塩の発生を最小化することで、二酸化炭素の回収率を向上させた、アンモニア水を利用する二酸化炭素回収装置及びその方法を提供する。【解決手段】二酸化炭素が含有された排ガスから、アンモニア水でなる吸収液を利用して、二酸化炭素を吸収及び回収するための二酸化炭素回収装置であって、排ガスから二酸化炭素を吸収するときに発生する吸収熱を放出するために高温の吸収液を回収し、これを予め設定された温度に冷却して再供給する循環クーラーが連結設置された吸収塔を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素が含有された排ガスから、アンモニア水でなる吸収液を利用して、二酸化炭素を吸収及び回収するための二酸化炭素回収装置であって、
排ガスから二酸化炭素を吸収するときに発生する吸収熱を放出するために、高温の吸収液を回収し、これを予め設定された温度に冷却して再供給する循環クーラーが連結設置された吸収塔を含むことを特徴とする、アンモニア水を利用する二酸化炭素回収装置。
【請求項２】
前記吸収液は、１重量％〜４重量％の低濃度を有することを特徴とする、請求項１に記載のアンモニア水を利用する二酸化炭素回収装置。
【請求項３】
前記高温の吸収液は、前記吸収塔に供給される量の１／６〜１／３が回収されることを特徴とする、請求項１に記載のアンモニア水を利用する二酸化炭素回収装置。
【請求項４】
前記回収された高温の吸収液は、前記循環クーラーによって２０℃〜３０℃に冷却されて再供給されることを特徴とする、請求項１に記載のアンモニア水を利用する二酸化炭素回収装置。
【請求項５】
前記冷却された吸収液は、前記高温の吸収液を回収する位置と同一であるかあるいはそれより高い位置に再供給されることを特徴とする、請求項１または４に記載のアンモニア水を利用する二酸化炭素回収装置。
【請求項６】
二酸化炭素が含有された排ガスから、アンモニア水でなる吸収液を利用して、二酸化炭素を吸収及び回収するための二酸化炭素回収装置であって、
吸収液によって二酸化炭素が除去された排ガスに含有されているアンモニアを洗浄して回収する洗浄部が一体的に備えられた吸収塔を含むことを特徴とする、アンモニア水を利用する二酸化炭素回収装置。
【請求項７】
前記吸収塔には、排ガスから二酸化炭素を吸収するときに発生する吸収熱を放出するために、循環クーラーが連結設置されたことを特徴とする、請求項６に記載のアンモニア水を利用する二酸化炭素回収装置。
【請求項８】
前記吸収塔には、排ガスから二酸化炭素を吸収するときに発生する吸収熱を放出するために、循環クーラーと放熱部が一体的に備えられたことを特徴とする、請求項６に記載のアンモニア水を利用する二酸化炭素回収装置。
【請求項９】
二酸化炭素が含有された排ガスから、アンモニア水でなる吸収液を利用して、二酸化炭素を吸収及び回収するための二酸化炭素回収装置であって、
前記吸収液から二酸化炭素を除去して吸収液を再生し、除去された二酸化炭素内に含有されたアンモニアを浄化して回収する浄化部が一体的に備えられた再生塔を含むことを特徴とする、アンモニア水を利用する二酸化炭素回収装置。
【請求項１０】
前記再生塔には、内部で発生する飽和水蒸気を凝縮させてアンモニアを回収するために、パッキングまたはトレーでなる再生塔凝縮部が備えられたことを特徴とする、請求項９に記載のアンモニア水を利用する二酸化炭素回収装置。
【請求項１１】
二酸化炭素が含有された排ガスから、アンモニア水でなる吸収液を利用して、二酸化炭素を吸収及び回収するための二酸化炭素回収装置であって、
吸収液によって二酸化炭素が除去された排ガスに含有されているアンモニアを洗浄して回収する洗浄部が一体的に備えられた吸収塔；
前記吸収液から二酸化炭素を除去して吸収液を再生し、除去された二酸化炭素内に含有されたアンモニアを浄化して回収する浄化部が一体的に備えられた再生塔；及び
前記吸収塔及び再生塔から排出される洗浄液及び浄化液からアンモニアを濃縮して回収する濃縮塔；を含むことを特徴とする、アンモニア水を利用する二酸化炭素回収装置。
【請求項１２】
前記吸収塔には、排ガスから二酸化炭素を吸収するときに発生する吸収熱を放出するために、循環クーラーが連結設置されたことを特徴とする、請求項１１に記載のアンモニア水を利用する二酸化炭素回収装置。
【請求項１３】
前記吸収塔には、排ガスから二酸化炭素を吸収するときに発生する吸収熱を放出するために、循環クーラーと放熱部が一体的に備えられたことを特徴とする、請求項１１に記載のアンモニア水を利用する二酸化炭素回収装置。
【請求項１４】
二酸化炭素が含有された排ガスから、アンモニア水でなる吸収液を利用して、二酸化炭素を吸収及び回収するために、吸収液によって二酸化炭素が除去された排ガスに含有されているアンモニアを洗浄して回収する洗浄部が一体的に備えられた吸収塔、前記吸収液から二酸化炭素を除去して吸収液を再生し、除去された二酸化炭素内に含有されたアンモニアを浄化して回収する浄化部が一体的に備えられた再生塔、及び前記吸収塔及び再生塔から排出される洗浄液及び浄化液からアンモニアを濃縮して回収する濃縮塔を含む、アンモニア水を利用する二酸化炭素回収装置によって二酸化炭素を回収する方法であって、
前記濃縮塔の下部に排出される廃水の一部または全部を回収して洗浄液または浄化液として再使用することを特徴とする、アンモニア水を利用する二酸化炭素回収方法。
【請求項１５】
前記濃縮塔から回収される高濃度のアンモニア水を吸収液として再使用するために、前記吸収塔に供給することを特徴とする、請求項１４に記載のアンモニア水を利用する二酸化炭素回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアンモニア水を利用する二酸化炭素回収装置及びその方法に係り、より詳しくは、アンモニア水を使用して、排ガスに含有された二酸化炭素を回収する過程で発生する吸収熱を効果的に冷却させ、アンモニア塩の発生を最小化することにより、二酸化炭素の回収率を向上させたアンモニア水を利用する二酸化炭素回収装置及びその方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、排ガスに含有された二酸化炭素を吸収及び回収するために使用する方法には、吸着法、吸収法、膜分離法などがある。
この中で、吸収法は吸収液を使用して排ガスに含有された二酸化炭素を吸収及び回収する方法で、通常アミン系化合物でなる吸収液を使用している。しかし、アミン系化合物を吸収液として使用するときには、アミン系化合物が高価であるため、処理費用が増加し、アミン系化合物によって、排ガスから二酸化炭素を吸収及び分離する機械装置が腐食して、多少の維持補修が必要であるという問題点があった。
このような理由で、最近には、排ガスから二酸化炭素を吸収及び回収するための吸収液として、アンモニア水が注目を引いている。これは、アンモニア水の費用が相対的に低くて、アミン系化合物に比べ、排ガスから二酸化炭素を吸収及び分離するための機械装置の腐食問題を減少させるからである。よって、アンモニア水を吸収液として使用すれば、全体的な装置の規模を減少させ、エネルギー使用量を減少させることができるなどの利点がある。
【０００３】
研究論文（非特許文献１参照）を発表し、さらにＲｅｓｎｉｋなどもＡｑｕａｒ Ａｍｍｏｎｉａ Ｐｒｏｃｅｓｓというアンモニア水を利用する二酸化炭素吸収工程を発表した（非特許文献２参照）。
一方、特許文献１には、５重量％〜１５重量％のアンモニア水溶液を２０℃〜４０℃で第１吸収塔の上部に供給し、第１吸収塔の下部に二酸化炭素が含有された混合ガスを導入して、混合ガスに含有された二酸化炭素をアンモニア水に吸収させ、二酸化炭素が吸収された二酸化炭素含有アンモニア水を脱去塔に送り、７０〜８８℃に加熱して二酸化炭素を脱去させ、二酸化炭素の脱去されたアンモニア水を熱交換器で冷却させ、さらに第１吸収塔に再循環させながら、脱去された二酸化炭素を第３吸収塔に送り、二酸化炭素に含有されたアンモニアを水で除去することにより、二酸化炭素を吸収する工程が開示されている。
【０００４】
しかし、この特許文献１の吸収工程は、既存に発表された論文（非特許文献３参照）で提示した工程と類似であるだけでなく、吸収塔と再生塔から排出されるアンモニアを回収するために、別途の洗浄塔をそれぞれ設置してアンモニアの損失問題を解決しているが、アンモニアが二酸化炭素と一部反応して、温度の低い場合、アンモニア塩を生成することになり、これにより、吸収塔と再生塔の配管が詰まってしまう問題点があった。
そして、吸収塔と再生塔のアンモニアガスを回収するために使用される水には多量のアンモニアが含有される。このアンモニアは濃縮塔でさらに濃縮されるが、濃縮されたアンモニアが再生塔の下部に注入されるため、再生塔でアンモニア濃度を均一に維持しにくい問題点があった。また、再生塔の上部にアンモニアを含む水が流入するので、再生塔で再沸（ｒｅｂｏｉｌｉｎｇ）を行う場合、多くのエネルギーが供給されなければならない問題点があった。
【０００５】
また、アンモニア水を利用して二酸化炭素を吸収する過程で、その吸収熱によって吸収塔の内部の温度が上昇することになり、温度が上昇すれば、アンモニア水内に含有されたアンモニアが吸収液での二酸化炭素を捕集する前に揮発して排ガスとともに吸収塔の外部に排出されてしまうので、吸収塔の内部での二酸化炭素の吸収効率が大きく低下する問題点があった。
また、前述した従来の方法は、アンモニアが二酸化炭素を吸収するという事実を利用して、アンモニアの二酸化炭素吸収量及び反応速度に関する基礎研究などを主に提示したもので、実験室的に実行可能なものであり、アンモニア濃度が５％〜２１％まで非常に高いアンモニア水を使用しているという共通点を有する。
【０００６】
しかし、高濃度のアンモニア水を実際工程に適用すれば、揮発性の高いアンモニアの特性などによる問題点が発生する。すなわち、アンモニアは、揮発性が高いため、ただ大気中に放置することだけの場合にも易しく揮発してしまうから、濃度の高いアンモニア水を用いるのときには、相当量のアンモニアが吸収塔の内部で吸収剤としての役目をする前に吸収塔の上部で気体と接触して揮発してしまう問題点があった。
さらに、前述したように、アンモニア水を利用して二酸化炭素を吸収する過程でその吸収熱によって吸収塔の内部温度が上昇することになり、このような温度上昇はアンモニアの揮発現象をさらに加速化させて高濃度のアンモニア水を用いる効果をもっと低下させる。
【０００７】
【非特許文献１】Ｉｎｄ．Ｅｎｇ．Ｃｈｅｍ．Ｒｅｓ．１９９７，３６巻２４９０頁
【非特許文献２】Ｉｎｔ．Ｊ．ｏｆＥｎｖ．Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＆ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ４冊 １号
【非特許文献３】Ｉｎｔ．Ｊ．ｏｆ Ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓ，ｖｏｌ．７，ｐ．１７３−１８１
【特許文献１】大韓民国登録特許第１０−０７０３９９９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明はこのような従来の問題点を解決するためになされたもので、高温の吸収液を吸収塔の外部に循環させるとともに、これを冷却させる循環クーラーを連結設置して吸収液の温度を低めることで、アンモニアが揮発することを防止して、二酸化炭素の吸収効率を向上させる、アンモニア水を利用する二酸化炭素の回収装置を提供することにその目的がある。
また、本発明は、吸収塔と再生塔の上部にそれぞれ洗浄部と掃除部を一体的に備えて、排ガス中に含有されたアンモニアを回収することにより、アンモニア塩によってガス配管が詰まる現象を基本的に防止する、アンモニア水を利用する二酸化炭素回収装置及び方法を提供することにさらに他の目的がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述した目的を達成するための本発明の技術的構成は次のようである。
本発明は、二酸化炭素が含有された排ガスから、アンモニア水でなる吸収液を利用して、二酸化炭素を吸収及び回収するための二酸化炭素回収装置であって、排ガスから二酸化炭素を吸収するときに発生する吸収熱を放出するために、高温の吸収液を回収し、これを予め設定された温度に冷却して再供給する循環クーラーが連結設置された吸収塔を含む。
また、本発明は、二酸化炭素が含有された排ガスから、アンモニア水でなる吸収液を利用して、二酸化炭素を吸収及び回収するための二酸化炭素回収装置であって、吸収液によって二酸化炭素が除去された排ガスに含有されているアンモニアを洗浄して回収する洗浄部が一体的に備えられた吸収塔を含む。
【００１０】
また、本発明は、二酸化炭素が含有された排ガスから、アンモニア水でなる吸収液を利用して、二酸化炭素を吸収及び回収するための二酸化炭素回収装置であって、前記吸収液から二酸化炭素を除去して吸収液を再生し、除去された二酸化炭素内に含有されたアンモニアを浄化して回収する浄化部が一体的に備えられた再生塔を含む。
【００１１】
また、本発明は、二酸化炭素が含有された排ガスから、アンモニア水でなる吸収液を利用して、二酸化炭素を吸収及び回収するための二酸化炭素回収装置であって、吸収液によって二酸化炭素が除去された排ガスに含有されているアンモニアを洗浄して回収する洗浄部が一体的に備えられた吸収塔；前記吸収液から二酸化炭素を除去して吸収液を再生し、除去された二酸化炭素内に含有されたアンモニアを浄化して回収する浄化部が一体的に備えられた再生塔；及び前記吸収塔及び再生塔から排出される洗浄液及び浄化液からアンモニアを濃縮して回収する濃縮塔を含む。
【００１２】
また、本発明は、二酸化炭素が含有された排ガスから、アンモニア水でなる吸収液を利用して、二酸化炭素を吸収及び回収するために、吸収液によって二酸化炭素が除去された排ガスに含有されているアンモニアを洗浄して回収する洗浄部が一体的に備えられた吸収塔、前記吸収液から二酸化炭素を除去して吸収液を再生し、除去された二酸化炭素内に含有されたアンモニアを浄化して回収する浄化部が一体的に備えられた再生塔、及び前記吸収塔及び再生塔から排出される洗浄液及び浄化液からアンモニアを濃縮して回収する濃縮塔を含む、アンモニア水を利用する二酸化炭素回収装置を利用して二酸化炭素を回収する方法であって、前記濃縮塔の下部に排出される廃水の一部または全部を回収して洗浄液または浄化液として再使用するように構成される。
【発明の効果】
【００１３】
このように構成された本発明によれば、高温の吸収液を循環冷却させて吸収塔の内部温度を効果的に低めることで、アンモニアが揮発しないようにして、二酸化炭素の吸収効率を向上させる。これにより、低濃度のアンモニア水を使用しても高い二酸化炭素の吸収効率を期待することができる。また、吸収塔と再生塔の上部に洗浄部と掃除部を一体的に備えて、アンモニアまで回収することで、アンモニア塩の発生を効果的に防止し、これにより、装置の配管が詰まることを予防することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面に基づいて、本発明の技術構成をより詳細に説明する。
図１は本発明によるアンモニア水を利用する二酸化炭素回収装置を概略的に示す構成図である。
図１に示すように、本発明の回収装置は、大別して、吸収塔１０、再生塔３０及び濃縮塔５０で構成される。
前記吸収塔１０は、外部から供給される排ガスが流入及び排出され、前記排ガスが通過するための第１吸収部１１と第２吸収部１２が上方向に向かって順次に備えられる。
前記吸収塔１０の下部所定位置には、外部から供給される排ガスが流入するためのガス流入管７１が備えられる。前記第１吸収部１１と第２吸収部１２を下側から上方に通過する排ガスに、後述する再生吸収液流入管７５を介して流入して前記第１吸収部１１と第２吸収部１２の上側から下方に通過する吸収液が接触し、これにより、排ガスに含まれる二酸化炭素が吸収液に吸収されて除去される。
【００１５】
二酸化炭素を含む吸収液は吸収液吐出管８２を介して再生塔３０に流入し、二酸化炭素の除去された排ガスは後述する洗浄部１３を通過した後、洗浄空気排出管７９を介して排出される。
この際、前記吸収塔１０に流入する吸収液はアンモニア水でなり、前記吸収塔１０に流入する吸収液の温度は２０℃〜４０℃であることが好ましい。本発明の一実施例においては、前記吸収塔１０の内部に第１吸収部１１と第２吸収部１２が順次に積層されているが、前記吸収塔１０の内部に備えられる吸収部の数は三つ以上の多段に可変的に構成されることもできる。
【００１６】
本発明による特徴的な技術構成の一つは、排ガスから二酸化炭素を吸収するときに発生する吸収熱を放出するために、吸収塔１０から高温の吸収液を回収し、これを予め設定された温度に冷却して吸収塔１０に再供給する循環クーラー１５が吸収塔１０に連結設置されることである。
【００１７】
以下、図２〜図６に基づいて、前記循環クーラー１５の構成及びこれによる効果を詳細に説明する。
前記吸収塔１０の内部には、多数のトレーが一定間隔を置いて多段に設置されることができ、このようなトレーの代わりに充填物を充填する構成を採択しても良い。前記トレーとしては、篩（Ｓｉｅｖｅ）またはスクリーン（Ｓｃｒｅｅｎ）などの通常に知られた構造のものが使用され、また前記充填物も通常に知られたものが使用できる。
前述したように、吸収塔１０の上部で再生吸収液流入管７５を介して流入した吸収液は前記トレーを通過しながら吸収塔１０の下方に移動される。吸収塔１０の下部でガス流入管７１を介して流入した二酸化炭素を含む排ガスは、前記トレーを通過しながら吸収塔１０の上部に移動される。
【００１８】
この過程でアンモニア水になった吸収液は排ガスの二酸化炭素と接触してこれを吸収し、二酸化炭素を含む吸収液は吸収液吐出管８２に排出され、二酸化炭素の除去された排ガスは洗浄空気排出管７９に排出される。
この際、アンモニア水が二酸化炭素と反応しながら熱を発生する。この吸収熱は、アンモニアの揮発性を増加させて二酸化炭素の吸収効率を低下させるという点は前述したようである。
これを解決するために、前記吸収塔１０の所定位置、好ましくは吸収塔１０内で最高温度の位置で高温の吸収液を外部に排出することができるように、冷却用吸収液吐出管７６が連結設置され、この吐出管７６を介して吸収塔１０の外部に排出された吸収液は循環クーラー１５によって冷却される。そして、前記循環クーラー１５によって冷却された吸収液は前記吸収塔１０の所定位置、好ましくは前記冷却用吸収液吐出管７６が設置された部位より高い位置に設置された冷却吸収液流入管７７を介して前記吸収塔１０の内部に再供給される。
【００１９】
このように、高温の吸収液の一部を吸収塔の外部に排出させて適正温度に冷却させた後、さらに吸収塔の一定位置に供給すれば、吸収塔内の温度が低下し、これにより、アンモニアが二酸化炭素と接触する前に揮発する量が減少するので、二酸化炭素の吸収効率が大きく向上する。
本発明による循環クーラー１５の技術的効果を調べるために、次のように比較実験を行った。
【００２０】
［比較例］
まず、比較例を実行するための吸収塔の大きさは、直径５０ｍｍ、高さ１５００ｍｍにし、吸収塔の内部充填材は６ｍｍのｒａｓｃｈｉｇ ｒｉｎｇを利用した。そして、吸収塔は１５０ｍｍを１段に区分して総１０段に構成した。
試験条件において、二酸化炭素２５容積％、窒素７５容積％のモデルガスを利用し、吸収塔に供給されるモデルガスの流量は３００００ｃｃ／ｍｉｎにした。また、吸収液は４重量％の濃度を有するアンモニア水を利用し、吸収液の供給流量は３００ｃｃ／ｍｉｎにした。
このような条件で試験を行ったとき、二酸化炭素の吸収効率は７０％であり、吸収塔内の温度分布は図３のようであった。
つぎに、図２に示す吸収塔を利用する本発明の方法によって二酸化炭素吸収実験を行い、これを実施例１〜実施例３にした。
【実施例１】
【００２１】
比較例と同様な構造及び大きさを有する吸収塔と同様な組成のモデルガスを利用し、吸収塔で最高温度の部位である上部より４番目段で吸収液を回収して３０℃に冷却した後、さらに上部より４番目段に再供給した。この際、吸収液の回収量は初期吸収塔の上部供給量の１／６にした。
実施例１の結果、吸収塔の内部温度の分布は図４のようであり、二酸化炭素の吸収効率は８８％であった。
【実施例２】
【００２２】
比較例と同様な構造及び大きさを有する吸収塔と同様な組成のモデルガスを利用し、吸収塔で最高温度の部位である上部より４番目段で吸収液を回収して２０℃に冷却した後、さらに上部より４番目段に再供給した。この際、吸収液の回収量は初期吸収塔の上部供給量の１／３にした。
実施例２の結果、吸収塔の内部温度の分布は図５のようであり、二酸化炭素の吸収効率は９１％であった。
【実施例３】
【００２３】
比較例と同様な構造及び大きさを有する吸収塔と同様な組成のモデルガスを利用し、吸収塔で最高温度の部位である上部より４番目段で吸収液を回収して２５℃に冷却した後、さらに上部より３番目段に再供給した。この際、吸収液の回収量は初期吸収塔の上部供給量の１／３にした。
実施例３の結果、吸収塔の内部温度の分布は図６のようであり、二酸化炭素の吸収効率は９１％であった。
前述した実施例１〜３から分かるように、循環クーラーによって高温の吸収液の一部を回収して冷却させた後、さらに吸収塔の内部に供給することで、二酸化炭素の吸収効率が比較例に比べて著しく向上した。
【００２４】
本発明において、冷却のために回収する吸収液の量は、初期吸収塔の上部供給量の１／６〜１／３が好ましい。１／６より少ない量を回収すれば、吸収塔の内部温度を適度に低めるのが難しく、１／３より多い量を回収すれば、回収された吸収液を冷却するための冷却器の大きさが過度に大きくなる問題点があるので好ましくない。
また、本発明による循環クーラーを使用すれば、二酸化炭素の吸収効率が大きく向上するので、吸収液として４重量％以下の低濃度を有するアンモニア水を使用しても、従来の高濃度のアンモニア水を使用することと同等な効果を得ることができる。より好ましくは、吸収液としては、１重量％〜４重量％の濃度を有するアンモニア水を使用する。ここで、アンモニア水の濃度が１重量％未満の場合、十分量の二酸化炭素を吸収することができないので好ましくなく、４重量％を超過する場合は、揮発するアンモニアの量が増加するので好ましくない。
【００２５】
また、吸収液は、吸収塔の内部において最高温度の部位で回収することが好ましい。そして、冷却された吸収液は、高温の吸収液を回収する位置と同一であるかもっと高い位置に再供給することが好ましい。これにより、冷却された吸収液が吸収塔の内部で最高温度の部位を通過するので、吸収塔の冷却効果をさらに高めることができる。
また、吸収塔から回収された吸収液は２０℃〜３０℃に冷却することが好ましい。あまり低い温度に冷却すれば、循環クーラーの容量を大きくしなければならないので好ましくなく、あまり高い温度に冷却すれば、冷却された吸収液が吸収塔の内部に再供給されたとき、吸収塔の内部温度が所望の程度に低下しないため、二酸化炭素の吸収効率を向上させるのに大きな役に立たない。
【００２６】
一方、前記吸収塔１０の内部には、放熱部１４が設置できる。より詳細に説明すれば、図１に示すように、前記吸収塔１０の第１吸収部１１と第２吸収部１２との間には、排ガスと接触して二酸化炭素を吸収及び除去するための吸収液と吸収塔１０の内部温度を低めるための放熱部１４が備えられる。
この放熱部１４は、吸収塔内で発生する吸収熱を放出することができ、前述した循環クーラー１５とともに吸収液の温度を所定温度に低下させることにより、二酸化炭素の吸収効率を向上させることができる。
本発明によれば、吸収熱を放出するために、前記放熱部１４を備えないで、前記循環クーラー１５のみを稼動して使用することもでき、冷却効果を高めるために、前記放熱部１４の上下部に冷却吸収液流入管７７と冷却用吸収液吐出管７６を介して連結される吸収塔循環クーラー１５を同時に備えて使用することもできる。
【００２７】
図１に示すように、本発明の一実施例においては、一つの前記放熱部１４の一側に備えられる一つの前記循環クーラー１５によって吸収液の温度を所定温度に低下させるようになっているが、前記放熱部１４と循環クーラー１５を多数備えることで、吸収液の冷却効果をさらに大きくすることもできる。
【００２８】
本発明による特徴的な技術構成の他の一つは、図１に示すように、吸収塔１０の上部に、吸収液によって二酸化炭素が除去された排ガスに含有されているアンモニアを洗浄して回収する洗浄部１３が一体的に備えられることである。
より詳細に説明すれば、前記第２吸収部１２の上側に、それぞれの吸収部１１、１２を通過してから流入する排ガスを洗浄する洗浄部１３が備えられる。すなわち、前記第２吸収部１２の上部に、前記第１及び第２吸収部１１、１２を通過した後、二酸化炭素が除去された排ガス内に多量含有されているアンモニアを除去及び回収するための洗浄部１３が備えられるものである。
【００２９】
このために、前記洗浄部１３の上部には洗浄液流入管７８が備えられ、前記洗浄液流入管７８を介して洗浄液が供給される。この洗浄液としては、通常に水を使用するが、前記排ガスと接触して、排ガスに含有されたアンモニアを吸収及び除去することができるものであれば、いずれのものを使用してもかまわない。
洗浄液によって、排ガスに含有されたアンモニアまで除去された後、洗浄された排ガスは、前記洗浄部１３の上部面に備えられた洗浄空気排出管７９を介して外部に排出される。
【００３０】
本発明によれば、前記吸収塔１０内の上部に洗浄部１３が一体的に備えられることにより、排ガスに含有されたアンモニアを除去するために、別途の装置を設置する必要なしに、排ガスに含有されたアンモニアをもっと容易に除去することができる。このように構成された前記洗浄部１３によれば、排ガス内に含有されたアンモニアがすっかり除去されるので、前記洗浄空気排出管７９にアンモニア塩が生成して配管が詰まることを予め防止することができる。
【００３１】
前記洗浄部１３の下部には、吸収塔１０の中央部位でアンモニア塩が生成することを防止し、循環する吸収液内のアンモニアの濃度を維持するために、吸収用洗浄液流入管８１が備えられる。
前記洗浄部１３の下部には、吸収液と接触することで排ガスに含有されたアンモニアを除去及び吸収した洗浄液を吐出するための洗浄液吐出管８０が備えられ、この洗浄液吐出管８０は前記濃縮塔５０に連結される。この洗浄液吐出管８０を介して濃縮塔５０に流入した洗浄液は、これに含有されたアンモニアが除去された後に再使用できる。
【００３２】
このように、内部に洗浄部１３が備えられた吸収塔１０にも、吸収熱を効果的に放出させるために、前記循環クーラー１５と放熱部１４を備えることができる。
一方、前記吸収塔１０と再生塔３０との間には、吸収液熱交換器１６と再生吸収液クーラー１７が備えられる。前記吸収液熱交換器１６は、前記吸収塔１０の下面に吸収液吐出管８２を介して連結され、前記再生塔３０の下面に再生吸収液吐出管７２を介して連結され、前記再生塔３０に吸収液流入管８３を介して連結される。
前記吸収液熱交換器１６と再生吸収液クーラー１７は第１熱交換再生吸収液管７３で相互に連結され、前記再生吸収液クーラー１７は、前記吸収塔１０の洗浄部１３の下部に冷却再生吸収液管７４と再生吸収液流入管７５を介して連結される。
【００３３】
そして、前記冷却再生吸収液管７４を通過するアンモニア水の一部は、アンモニア塩を除去するために、排液管９４に沿って濃縮塔５０に移送される。
前記再生塔３０は、前記吸収塔１０で二酸化炭素を吸収した吸収液から二酸化炭素を除去し、これを再使用するためのもので、脱去部３１と浄化部３２と精製部３３とを含む。
前記脱去部３１は、前記吸収塔１０を介して供給される二酸化炭素が吸収された吸収液から二酸化炭素を脱去する。すなわち、前記脱去部３１は、その上部が前記吸収液熱交換器１６に吸収液流入管８３を介して連結され、前記吸収塔１０から供給される二酸化炭素を吸収した吸収液が流入し、前記吸収液流入管８３を介して流入した吸収液から二酸化炭素を脱去する。
【００３４】
この際、前記再生塔３０の脱去温度は吸収液の濃度に応じて変わることができるが、８０〜１００℃の範囲であることが好ましい。前記脱去部３１の一側には再生塔再沸器３４が連結され、この再生塔再沸器３４によって、吸収塔１０から再生塔３０に流入した吸収液から二酸化炭素をほぼ完全に脱去することができる。
【００３５】
本発明による特徴的技術構成の一つである前記浄化部３２は前記脱去部３１の上部に位置し、吸収液から脱去された二酸化炭素に含有されたアンモニアを回収する。
吸収液から脱去された二酸化炭素からアンモニアを回収するために、前記浄化部３２には浄化液が使用され、この浄化液を浄化部３２に供給するために、前記浄化部３２の上部一側に洗浄液流入管８４が備えられる。前記浄化部３２の上端には、アンモニアが回収された二酸化炭素（ＣＯ2）を吐出するための二酸化炭素吐出管８５が備えられる。
このように構成された前記浄化部３２によれば、二酸化炭素内に含有されたアンモニアがすっかり除去されるので、前記二酸化炭素排出管８５にアンモニア塩が生成して配管が詰まることを予め防止することができる。
【００３６】
前記浄化部３２の下部一側には、濃縮塔５０と連結された浄化液吐出管８６が備えられ、この浄化液吐出管８６を介して、再生塔３０の浄化部３２でアンモニアを回収した浄化液が濃縮塔５０に供給される。
前記浄化部３２の下部には、再生塔３０の中央部位でアンモニア塩の生成を防止し、循環アンモニア水の濃度を維持するための再生用浄化液流入管８７が備えられる。
一方、前記脱去部３１と浄化部３２との間には、脱去部３１で発生したガスからアンモニアを回収し、二酸化炭素の純度を高めるための精製部３３が介設される。
そして、前記浄化部３２と精製部３３との間には、再生塔３０の内部で発生する多量の飽和水蒸気及びこれに含有されたアンモニアを回収するための再生塔凝縮部３５が備えられる。この再生塔凝縮部３５は、パッキングまたはトレーで構成され、飽和水蒸気などを凝縮することにより、アンモニアを回収するようにする。
【００３７】
前記濃縮塔５０には前記吸収塔１０と再生塔３０の洗浄液及び浄化液が流入し、アンモニアは濃縮回収して再使用され、廃水は外部に排出されるか再使用される。
このために、前記濃縮塔５０は、下部一側の濃縮塔再沸器５１と上部一側の濃縮塔凝縮器５２と濃縮塔凝縮液ドラム６０とが備えられる。
一方、前記濃縮塔５０の一側に低濃度アンモニア流入管８８が備えられ、前記廃水排出管８９、洗浄空気排出管７９、及び二酸化炭素排出管８５に消失したアンモニア水を低濃度アンモニア流入管８８を介して濃縮塔５０に補充する。
【００３８】
この際、前記濃縮塔５０の廃水排出管８９に排出される廃水中のアンモニア濃度は調節可能であり、アンモニアの濃度を５００ｐｐｍ以下に調節することが好ましい。
前記濃縮塔凝縮液ドラム６０は前記濃縮塔５０で濃縮されたアンモニアを再使用するためのもので、前記濃縮塔５０に供給される洗浄液及び浄化液から回収された後、濃縮塔凝縮器５２で凝縮したアンモニアを吸収塔１０に供給して吸収液の補充液として使用するようにする。
このために、前記濃縮塔凝縮液ドラム６０の一側には、補充高濃度アンモニア水管９３が連結され、前記補充高濃度アンモニア水管９３を介して前記吸収液の補充液が吸収塔１０に供給される。
【００３９】
図１には前記吸収塔１０、再生塔３０及び濃縮塔５０が相互に連結され、アンモニア水を利用して、排ガスから二酸化炭素を回収するアンモニア水を用いる二酸化炭素回収装置が提案されたが、前記吸収塔１０、再生塔３０及び濃縮塔５０はそれぞれ個別的に使用されることもできる。
【００４０】
以下、図７に基づいて、本発明によるアンモニア水を利用する二酸化炭素回収方法を簡単に説明する。
まず、前記吸収塔１０に連結されたガス流入管７１を介して、二酸化炭素を含む排ガスが流入し、流入した排ガスは第１吸収部１１と第２吸収部１２を通過して上方に移動するとともに、前記再生吸収液流入管７５を介して下方に流入する吸収液に接触し、この過程で、排ガスに含有された二酸化炭素が吸収液に吸収され、前記吸収液は吸収塔１０の下部に集まることになる。
吸収液が排ガスに含有された二酸化炭素と接触して吸収する過程で発生する吸収熱は、放熱部１４及びこれに連結された循環クーラー１５によって放出される。このように、前記放熱部１４と循環クーラー１５によって、吸収塔１０の内部温度が上昇することを防止することができ、これにより、二酸化炭素の吸収効率が向上する。
【００４１】
一方、二酸化炭素が除去された排ガスに含有されたアンモニアは洗浄部１３の洗浄液に接触して回収される。このように、吸収塔１０の内部で吸収液と洗浄液によって二酸化炭素及びアンモニアが吸収及び除去された排出ガスは洗浄空気排出管７９を介して外部に排出され、前記吸収塔１０の下部に収集された吸収液は再生塔３０に供給される。
このように、前記再生塔３０に供給された吸収液に含まれている二酸化炭素が脱去部３１によって脱去され、二酸化炭素が含有された吸収液は再生塔再沸器３４によって循環しながら二酸化炭素がすっかり脱去される。一方、吸収液から脱去された二酸化炭素中に含有されたアンモニアは浄化部３２の浄化液に接触して回収される。
【００４２】
一方、前記二酸化炭素が除去されて再生された吸収液は、再生吸収液吐出管７２と前記再生吸収液吐出管７２に連結される第１熱交換再生吸収液管７３、冷却再生吸収液管７４、及び再生吸収液流入管７５を介して吸収塔１０に供給される。
そして、前記再生塔３０の内部で発生する多量の飽和水蒸気は再生塔凝縮部によって凝縮し、これに含有されたアンモニアが回収される。
前記浄化部３２の浄化液によってアンモニアが吸収された二酸化炭素は外部に排出されて回収され、前記吸収塔１０の洗浄液吐出管８０と前記再生塔３０の浄化液吐出管８６を介して濃縮塔５０に供給される洗浄液と浄化液は濃縮塔５０によってアンモニアが回収された後、全部または一部が洗浄液または浄化液として再使用される。
【００４３】
言い換えれば、前記濃縮塔５０に供給される洗浄液と浄化液は濃縮塔再沸器５１に循環する過程で、洗浄液と浄化液に含有されたアンモニアがほぼ完全に回収され、前記濃縮塔５０でアンモニアが回収された後、発生する廃水はさらに吸収塔の洗浄部と再生塔の浄化部に流入して、洗浄液と浄化液として再使用される。
一方、前記洗浄液と浄化液から回収されたアンモニアは高濃度アンモニア蒸気吐出管９０を介して濃縮塔凝縮液ドラム６０に供給され、回収されたアンモニアは濃縮塔凝縮器５２によって凝縮し、凝縮したアンモニアは吸収塔に供給される。
以下、実施例に基づいて本発明の回収装置及び方法をより詳細に説明する。以下に記述する実施例は本発明を具体的に説明するためのもので、これにより本発明の権利範囲が制限されるものではないことは明らかであろう。
【実施例４】
【００４４】
吸収塔１０の一側下部に備えられるガス流入管７１を介して、全重量に対して２５容積％の二酸化炭素（ＣＯ2）を含む混合ガスを供給して、アンモニア水吸収実験を実施し、その結果は次のようである。
吸収塔１０及び再生塔３０において、洗浄部１３と浄化部３２を作動させなかったときの排ガス中のアンモニアの濃度は０．６重量％〜１．６重量％の範囲と濃度が高かったが、水でなる少量の洗浄液と浄化液を洗浄部１３及び浄化部３２に供給した結果、２ｐｐｍ〜１０ｐｐｍにアンモニアの濃度が大幅に減少した。
また、吸収塔１０での二酸化炭素除去効率は８０％〜９５％であって、供給される排ガスの量と吸収液の量に応じて除去効率が異に現れ、再生塔３０からの二酸化炭素排出管８５での二酸化炭素濃度は９４〜９９％と現れた。
一方、吸収塔１０に循環クーラー１５を使用した場合、循環クーラー１５を使用しなかった場合より吸収率が１０％以上増加し、再生塔３０に再生塔凝縮部３５を使用した場合、再生塔凝縮器３５を使用しなかった場合よりアンモニア排出濃度が著しく低下することが分かる。
【００４５】
そして、吸収塔１０と再生塔３０の上部にそれぞれ備えられる洗浄部１３と浄化部３２を稼動しなかった場合、洗浄空気排出管７９と二酸化炭素排出管８５に一定時間の経過後に相当量のアンモニア塩が生成して、洗浄空気排出管７９と二酸化炭素排出管８５の一部が詰まる問題が発生したが、吸収塔１０と再生塔３０の洗浄部１３と浄化部３２を稼動する場合、前述した配管詰まり現象が発生しなかった。
また、再生塔３０の温度条件によって、精製部３３を脱去部３１とともに脱去の目的だけで使用してもかまわなかった。すなわち、吸収液流入管８３を精製部３３の上部に連結してもかまわない。
また、濃縮塔５０から発生して廃水排出管８９に排出される廃水中のアンモニア濃度を測定した結果、アンモニアの濃度が５００ｐｐｍ以下である。これを冷却した後、吸収塔１０の洗浄部１３と再生塔の浄化部３２への再活用が可能であり、これにより、洗浄液及び浄化液として使用される水の追加使用量を抑制ないし減少させることができる。
【００４６】
以上、本発明を特定の実施例に基づいて図示及び説明したが、特許請求の範囲によって決まる発明の思想及び領域から逸脱しない範囲内で多様な改造及び変化が可能であることが当業者に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明によるアンモニア水を利用する二酸化炭素回収装置を概略的に示す構成図である。
【図２】本発明による循環クーラーが連結設置された吸収塔を概略的に示す構成図である。
【図３】従来の吸収塔の段別内部温度の分布を示すグラフである。
【図４】本発明による吸収塔の段別内部温度の分布を示すグラフである。
【図５】本発明による吸収塔の段別内部温度の他の分布を示すグラフである。
【図６】本発明による吸収塔の段別内部温度のさらに他の分布を示すグラフである。
【図７】本発明によるアンモニア水を利用する二酸化炭素回収方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４８】
１０    吸収塔
１１    第１吸収部
１２    第２吸収部
１３    洗浄部
１４    放熱部
１５    循環クーラー
１６    吸収液熱交換器
１７    再生吸収液クーラー
３０    再生塔
３１    脱去部
３２    浄化部
３３    精製部
３４    再生塔再沸器
３５    再生塔凝縮部
５０    濃縮塔
５１    濃縮塔再沸器
５２    濃縮塔凝縮器
６０    濃縮塔凝縮液ドラム
７１    ガス流入管
７２    再生吸収液吐出管
７３    第１熱交換再生吸収液管
７４    冷却再生吸収液管
７５    再生吸収液流入管
７６    冷却吸収液吐出管
７７    冷却吸収液流入管
７８    洗浄液流入管
７９    洗浄空気排出管
８０    洗浄液吐出管
８１    吸収用洗浄液流入管
８２    吸収液吐出管
８３    吸収液流入管
８４    洗浄流入管
８５    二酸化炭素排出管
８６    浄化液吐出管
８７    再生用浄化液流入管
８８    低濃度アンモニア流入管
８９    廃水排出管
９０    高濃度アンモニア蒸気吐出管
９１    高濃度アンモニア水凝縮水管
９２    還流水
９３    補充高濃度アンモニア水管
９４    排液管
９５    凝縮液循環吐出管
９６    凝縮液循環流入管
９７    凝縮液循環熱交換器
【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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