特開 2022-160860 酸性ガス処理システム及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022160860

(43)【公開日】2022-10-20

(54)【発明の名称】酸性ガス処理システム及び方法

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/62 20060101AFI20221013BHJP

   B01D 53/22 20060101ALI20221013BHJP

   B01D 53/14 20060101ALI20221013BHJP

   B01D 53/78 20060101ALI20221013BHJP

   C01B 32/50 20170101ALI20221013BHJP

【ＦＩ】

B01D53/62

B01D53/22 ZAB

B01D53/14 200

B01D53/14 220

B01D53/78

C01B32/50

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021065330

(22)【出願日】2021-04-07

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100120031

【弁理士】

【氏名又は名称】宮嶋 学

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100150717

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 和也

(74)【代理人】

【識別番号】100164688

【弁理士】

【氏名又は名称】金川 良樹

(72)【発明者】

【氏名】村松 武彦

(72)【発明者】

【氏名】藤田 己思人

(72)【発明者】

【氏名】村井 伸次

(72)【発明者】

【氏名】加藤 康博

(72)【発明者】

【氏名】村岡 大悟

(72)【発明者】

【氏名】森垣 勇人

(72)【発明者】

【氏名】半田 優介

【テーマコード（参考）】

4D002

4D006

4D020

4G146

【Ｆターム（参考）】

4D002AA09

4D002AC10

4D002BA02

4D002BA20

4D002CA07

4D002DA31

4D002DA32

4D002EA08

4D002FA01

4D002GA02

4D002GA03

4D002GB02

4D002GB04

4D002HA08

4D006GA41

4D006HA02

4D006KE06P

4D006KE06Q

4D006KE12P

4D006KE12Q

4D006PA02

4D006PB19

4D006PB62

4D006PB64

4D006PC80

4D020AA03

4D020BA16

4D020BA19

4D020BB03

4D020BC01

4D020CB08

4D020CC09

4D020CD10

4D020DA01

4D020DA02

4D020DB03

4D020DB04

4G146JA02

4G146JB09

4G146JC05

4G146JC19

4G146JC28

4G146JD06

4G146JD10

(57)【要約】

【課題】酸性ガスを吸収した酸性ガス吸収液（リッチ吸収液）から酸素を除去する際、酸性ガス吸収液の有効成分や二酸化炭素等の酸素以外の酸性ガスが除去されることを抑制できる酸性ガス処理システムを提供する。
【解決手段】一実施の形態によれば、酸性ガス処理システムは、排ガスＧ０内の酸性ガスを酸性ガス吸収液Ｌに吸収させる吸収器１と、吸収器１から排出された酸性ガス吸収液Ｌ（Ｒ）から酸性ガスを放散させ、酸性ガスを放散した酸性ガス吸収液と、放散された酸性ガスを含むガスと、を排出する再生器６１と、吸収器１と再生器６１との間に設けられる酸素除去器４２と、を備える。酸素除去器４２は、膜４３によって仕切られる第１空間と第２空間とを有し、吸収器１から排出される酸性ガス吸収液Ｌ（Ｒ）を、第１空間に通して再生器６１側に送りつつ、酸性ガス吸収液Ｌ（Ｒ）中の酸素を含むガスを、第１空間を通過中の酸性ガス吸収液から膜４３を通して前記第２空間に移動させる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

酸性ガス含有ガスと酸性ガス吸収液とを接触させ、前記酸性ガス含有ガスから酸性ガスを吸収した前記酸性ガス吸収液と、前記酸性ガスを除去された前記酸性ガス含有ガスと、を排出する吸収器と、
前記吸収器から排出された前記酸性ガス吸収液から前記酸性ガスを放散させ、前記酸性ガスを放散した前記酸性ガス吸収液と、放散された前記酸性ガスを含むガスと、を排出する再生器と、
前記吸収器と前記再生器との間に設けられる酸素除去器と、を備え、
前記酸素除去器は、膜によって仕切られる第１空間と第２空間とを有し、前記吸収器から排出される前記酸性ガス吸収液を、前記第１空間に通して前記再生器側に送りつつ、前記酸性ガス吸収液中の酸素を含むガスを、前記第１空間を通過中の前記酸性ガス吸収液から前記膜を通して前記第２空間に移動させる、酸性ガス処理システム。

【請求項2】

前記酸素除去器は、前記第１空間の圧力を前記第２空間の圧力よりも大きくすることで、前記酸性ガス吸収液中の酸素を含むガスを前記膜を通して前記第２空間に移動させる、請求項１に記載の酸性ガス処理システム。

【請求項3】

前記酸素除去器は、前記第１空間の圧力を前記第２空間の圧力よりも大きくするための加圧装置及び/又は減圧装置を有する、請求項２に記載の酸性ガス処理システム。

【請求項4】

前記第２空間に移動した前記酸素を含むガスの二酸化炭素濃度を検出する二酸化炭素センサをさらに備え、
前記二酸化炭素センサが検出した二酸化炭素濃度に基づいて、前記第１空間の圧力と前記第２空間の圧力との差を調節する、請求項２又は３に記載の酸性ガス処理システム。

【請求項5】

前記酸素除去器と前記再生器との間に設けられ、前記酸素除去器から排出された前記酸性ガス吸収液の圧力を所定値以下になるように調節する調圧装置をさらに備える、請求項１乃至４のいずれかに記載の酸性ガス処理システム。

【請求項6】

前記吸収器から排出される前記酸性ガスを吸収した前記酸性ガス吸収液と、前記再生器から排出される前記酸性ガスを放散した前記酸性ガス吸収液とを熱交換させる熱交換器をさらに備え、
前記酸素除去器は、前記吸収器と前記熱交換器との間に設けられる、請求項１乃至５のいずれかに記載の酸性ガス処理システム。

【請求項7】

酸性ガス含有ガスと酸性ガス吸収液とを接触させ、前記酸性ガス含有ガスから酸性ガスを吸収した前記酸性ガス吸収液と、前記酸性ガスを除去された前記酸性ガス含有ガスと、を排出する吸収工程と、
前記吸収工程で排出された前記酸性ガス吸収液から酸素を含むガスを除去する除去工程と、
前記除去工程後の前記酸性ガス吸収液から前記酸性ガスを放散させ、前記酸性ガスを放散した前記酸性ガス吸収液と、放散された前記酸性ガスを含むガスと、を排出する再生工程と、を備え、
前記除去工程では、膜によって仕切られる第１空間と第２空間のうちの第１空間に前記吸収工程で排出された前記酸性ガス吸収液を通しつつ、前記酸性ガス吸収液中の酸素を含むガスを、前記第１空間を通過中の前記酸性ガス吸収液から前記膜を通して前記第２空間に移動させる、酸性ガス処理方法。

【請求項8】

前記除去工程では、前記第１空間の圧力を前記第２空間の圧力よりも大きくすることで、前記酸性ガス吸収液中の酸素を含むガスを前記膜を通して前記第２空間に移動させる、請求項７に記載の酸性ガス処理方法。

【請求項9】

前記除去工程では、加圧装置及び/又は減圧装置により、前記第１空間の圧力を前記第２空間の圧力よりも大きくする、請求項８に記載の酸性ガス処理方法。

【請求項10】

前記第２空間に移動した前記酸素を含むガスの二酸化炭素濃度を検出し、検出した二酸化炭素濃度に基づいて、前記第１空間の圧力と前記第２空間の圧力との差を調節する、請求項８又は９に記載の酸性ガス処理方法。

【請求項11】

前記除去工程後の前記酸性ガス吸収液の圧力が所定値以下になるように調節し、その後、前記再生工程を行う、請求項７乃至１０のいずれかに記載の酸性ガス処理方法。

【請求項12】

前記除去工程後の前記酸性ガス吸収液であって、前記再生工程で処理される前の前記酸性ガス吸収液と、前記再生工程後の前記酸性ガスを放散した前記酸性ガス吸収液とを熱交換させる工程をさらに備える、請求項７乃至１１のいずれかに記載の酸性ガス処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施の形態は、酸性ガス処理システム及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば化石燃料を燃焼させることで発生する二酸化炭素は、温室効果による地球温暖化の主因と言われている。二酸化炭素の大規模発生源としては、例えば火力発電所や製鉄所等が挙げられる。二酸化炭素は、このような発生源から排出される排ガスに含まれ、排ガスに伴い大気に排出される。

【0003】

昨今、上記のような排ガスから二酸化炭素を除去する技術、具体的には二酸化炭素回収貯蔵技術（ＣＣＳ：Carbon Dioxide Capture and Storage）が注目されている。排ガスから二酸化炭素を除去して大気への放出を抑制すれば、効率的に温暖化原因を取り除くことが可能となる。

【0004】

ＣＣＳの一例として、排ガス中の二酸化炭素が酸性ガス成分である点に着目し、排ガスと、酸性ガス吸収液（以下、吸収液と略す。）とを気液接触させることで、吸収液中に酸性ガス成分を吸収させ、排ガスから酸性ガス成分を除去する手法がある。上記吸収液としては、例えばアミノ基含有化合物（アミン系化合物）等の有効成分を含む溶液が用いられる。

【0005】

上記手法を利用するシステムは既に実用化されており、このシステムは、排ガスと吸収液とを接触させて排ガス中の二酸化炭素等の酸性ガス成分を吸収液に吸収させる吸収器と、酸性ガス成分を吸収した吸収液を加熱して吸収液から酸性ガス成分を放散させる再生器と、を備える。このシステムは、一般に、再生器で再生された吸収液を吸収器で再利用するようになっており、吸収液を吸収器と再生器との間の系内で循環させる。

【0006】

上記のようなシステムで処理される排ガスには、二酸化炭素のほか、通常、窒素や酸素等の成分も含まれる。この場合、排ガスと吸収液とを接触させた際、吸収液に二酸化炭素だけでなく酸素も吸収され得る。

【0007】

しかし、吸収液に酸素が吸収されると、酸素が各種機器の腐食等を引き起こすことがある。そのため、酸素が吸収液に吸収されないようにするか又は吸収液から酸素を除去できるようにすることが望まれる。

【0008】

吸収液に吸収された酸素を除去する手法としては、リッチ吸収液である、二酸化炭素を吸収した吸収液を酸素を含まないガスと接触させる技術や、二酸化炭素を吸収した吸収液を減圧して、吸収液から酸素を除去・脱気する技術が知られている。

【0009】

しかしながら、酸素を含まないガスとリッチ吸収液とを接触させる技術では、酸素を含まないガスが大量に必要になる。また、リッチ吸収液からアミン系化合物等の有効成分が酸素ガスに移行し得るとともに、二酸化炭素も酸素を含まないガスに移行し得る。そのため、例えば酸素を含まないガスから有効成分や二酸化炭素を回収する等の処理工程が必要になり得る。そのため、二酸化炭素回収処理の効率が低下してしまう虞がある。

【0010】

また、減圧による酸素の除去では、減圧によりリッチ吸収液から酸素を除去することができるが、この場合も、リッチ吸収液から酸素だけでなくアミン系化合物等の有効成分や二酸化炭素が除去され得る。そのため、この場合も、二酸化炭素回収処理の効率が低下してしまう虞がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】特開２００１－１９４１６号公報

【特許文献2】特開２００１－２５６２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

そこで、本発明が解決しようとする課題は、酸性ガスを吸収した酸性ガス吸収液（リッチ吸収液）から酸素を除去する際、酸性ガス吸収液の有効成分や二酸化炭素等の酸素以外の酸性ガスが除去されることを抑制できる酸性ガス処理システム及び方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0013】

一実施の形態において、酸性ガス処理システムは、酸性ガス含有ガスと酸性ガス吸収液とを接触させ、前記酸性ガス含有ガスから酸性ガスを吸収した前記酸性ガス吸収液と、前記酸性ガスを除去された前記酸性ガス含有ガスと、を排出する吸収器と、前記吸収器から排出された前記酸性ガス吸収液から前記酸性ガスを放散させ、前記酸性ガスを放散した前記酸性ガス吸収液と、放散された前記酸性ガスを含むガスと、を排出する再生器と、前記吸収器と前記再生器との間に設けられる酸素除去器と、を備える。前記酸素除去器は、膜によって仕切られる第１空間と第２空間とを有し、前記吸収器から排出される前記酸性ガス吸収液を、前記第１空間に通して前記再生器側に送りつつ、前記酸性ガス吸収液中の酸素を含むガスを、前記第１空間を通過中の前記酸性ガス吸収液から前記膜を通して前記第２空間に移動させる。

【0014】

一実施の形態において、酸性ガス処理方法は、酸性ガス含有ガスと酸性ガス吸収液とを接触させ、前記酸性ガス含有ガスから酸性ガスを吸収した前記酸性ガス吸収液と、前記酸性ガスを除去された前記酸性ガス含有ガスと、を排出する吸収工程と、前記吸収工程で排出された前記酸性ガス吸収液から酸素を含むガスを除去する除去工程と、前記除去工程後の前記酸性ガス吸収液から前記酸性ガスを放散させ、前記酸性ガスを放散した前記酸性ガス吸収液と、放散された前記酸性ガスを含むガスと、を排出する再生工程と、を備える。前記除去工程では、膜によって仕切られる第１空間と第２空間のうちの第１空間に前記吸収工程で排出された前記酸性ガス吸収液を通しつつ、前記酸性ガス吸収液中の酸素を含むガスを、前記第１空間を通過中の前記酸性ガス吸収液から前記膜を通して前記第２空間に移動させる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、酸性ガスを吸収した酸性ガス吸収液（リッチ吸収液）から酸素を除去する際、酸性ガス吸収液の有効成分や二酸化炭素等の酸素以外の酸性ガスが除去されることを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】一実施の形態にかかる酸性ガス処理システムを示す図である。

【図2】図１に示す酸性ガス処理システムに設けられる酸素除去器の概略的な断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、添付の図面を参照しつつ一実施の形態を詳細に説明する。

【0018】

図１に示す一実施の形態にかかる酸性ガス処理システムＳは、一例として二酸化炭素回収システムとして構成されている。酸性ガス処理システムＳは、酸性ガス含有ガスである二酸化炭素を含む排ガスＧ０から二酸化炭素を分離及び回収する処理を行う。

【0019】

＜酸性ガス処理システム＞
まず、酸性ガス処理システムＳの構成全体について説明する。

【0020】

図１に示すように、酸性ガス処理システムＳは、吸収器１と、再生器６１と、を備える。吸収器１は、排ガスライン１１から流入する排ガスＧ０と、酸性ガス吸収液Ｌ（以下、吸収液と略す。）とを接触させ、吸収液Ｌに二酸化炭素を吸収させる。そして、吸収器１は、酸性ガス含有ガスＧ０から二酸化炭素を吸収したリッチ吸収液である吸収液Ｌ（Ｒ）と、二酸化炭素を除去された酸性ガス含有ガスとしての吸収器排出ガスＧ１と、を排出する。

【0021】

再生器６１は、上述のようにして吸収器１から排出されるリッチ吸収液Ｌ（Ｒ）を受け入れ、リッチ吸収液Ｌ（Ｒ）から二酸化炭素を放散させる。そして、再生器６１は、二酸化炭素を放散したリーン吸収液である吸収液Ｌと、二酸化炭素を含む再生器排出ガスＧ２と、を排出する。酸性ガス処理システムＳでは、上述のように再生器６１で二酸化炭素を放散され再生された吸収液Ｌが、再生器６１から排出されて吸収器１に供給される。すなわち、吸収液Ｌは、吸収器１と再生器６１との間を循環し、系内で繰り返し用いられている。

【0022】

吸収液Ｌは、例えばアミン系化合物（アミノ基含有化合物）と水とを含むアミン系水溶液である。アミン系化合物としては、例えば、モノエタノールアミン、２－アミノ－２－メチル－１－プロパノールのような第１級アミン類、ジエタノールアミン、２－メチルアミノエタノールのような第２級アミン類、トリエタノールアミン、Ｎ－メチルジエタノールアミンのような第３級アミン類、エチレンジアミン、トリエチレンジアミン、ジエチレントリアミンのようなポリエチレンポリアミン類、ピペラジン類、ピペリジン類、ピロリジン類のような環状アミン類、キシリレンジアミンのようなポリアミン類、メチルアミノカルボン酸のようなアミノ酸類等が挙げられ、これらを、１種単独で、または２種以上を用いることができる。

【0023】

吸収液Ｌは、上記アミン系化合物を、通常、１０～７０重量％含む水溶液として使用される。また、吸収液Ｌには、反応促進剤、二酸化炭素等の酸性ガスの吸収性能を向上させる含窒素化合物、プラント設備の腐食を防止するための防食剤や、泡立ち防止のための消泡剤や、吸収液の劣化防止のための酸化防止剤、ＰＨ調整剤等、その他の化合物を、吸収液Ｌの効果を損なわない範囲で任意の割合で適宜含有していてもよい。

【0024】

排ガスＧ０は、二酸化炭素を含有する排気ガスであり、例えば、火力発電所等のボイラやガスタービン等から排出される燃焼排ガス、製鉄所で発生するプロセス排ガス等である。排ガスＧ０は、例えば、送風機等により昇圧され、冷却器で冷却された後、煙道を介して吸収器１の下部から導入される。

【0025】

吸収器１は、詳しくは、排ガスＧ０と吸収液Ｌとを気液接触させて、吸収液Ｌに二酸化炭素を吸収させる吸収部２と、吸収部２の上方に配置されるガス洗浄部３と、を有する。

【0026】

吸収器１は、一例として充填式の向流型気液接触装置として構成され、吸収部２は充填材で形成され、気液接触効率を高めている。排ガスＧ０は、吸収部２に下方から流入し、吸収部２の上方から吸収部２に流入する吸収液Ｌと向流接触する。

【0027】

排ガスＧ０と吸収液Ｌとが向流接触すると、排ガスＧ０と吸収液Ｌとが反応して、例えば熱分解性塩及び熱安定性アミン塩が形成され、排ガスＧ０中の二酸化炭素が吸収液Ｌに吸収される。二酸化炭素を吸収したリッチ吸収液Ｌ（Ｒ）は、吸収部２から下方に落下して、吸収器１の下部に溜まる。この際、リッチ吸収液Ｌ（Ｒ）には、例えば上記熱分解性塩や熱安定性アミン塩が含まれる。また、リッチ吸収液Ｌ（Ｒ）には、排ガスＧ０に含まれていた酸素も吸収され得る。

【0028】

一方、上述のように吸収部２に下方から流入した排ガスＧ０は、二酸化炭素除去ガスＧｍとして吸収部２から上方に流出し、ガス洗浄部３に流入する。二酸化炭素除去ガスＧｍがガス洗浄部３に流入すると、ガス洗浄部３は、二酸化炭素除去ガスＧｍを洗浄液ＣＬで洗浄し、二酸化炭素除去ガスＧｍに同伴する吸収液有効成分（アミン等）を回収する。ガス洗浄部３は、二酸化炭素除去ガスＧｍが流れる方向で、吸収部２の下流側である上方に配置されている。二酸化炭素除去ガスＧｍは、洗浄された後、吸収液有効成分を回収された吸収器排出ガスＧ１となり、本例では、吸収器排出ガスＧ１が吸収器１の上部から外部に排出される。

【0029】

なお、ガス洗浄部３の上方には液分散器が設けられてもよく、この場合、洗浄液ＣＬはガス洗浄部３に向けて分散落下する。また、本実施の形態におけるガス洗浄部３は吸収器１内に収容されるが、ガス洗浄部３は吸収器１の外部に設けられてもよい。

【0030】

また、本実施の形態では、ガス洗浄部３から下方に流出する洗浄処理後の洗浄液ＣＬが、ガス洗浄部３の下部であって吸収液導入口の上部に設けられた洗浄液貯留部（不図示）に溜まる。そして、洗浄液貯留部に溜まった洗浄液ＣＬは、循環ポンプ２１の駆動により洗浄液循環ライン１２を介してガス洗浄部３の上方からガス洗浄部３に再度供給される。

【0031】

洗浄液ＣＬは洗浄液循環ライン１２を介して繰り返し用いられるが、洗浄液ＣＬ中の吸収液有効成分の濃度が増加すると、洗浄性能が低下する。洗浄液ＣＬの洗浄性能が低下した場合、洗浄液ＣＬの一部は排出されてもよいし、吸収液Ｌに混合させてもよい。また、洗浄液ＣＬの洗浄性能が低下した場合、新しい洗浄液ＣＬを洗浄液循環ライン１２等に導入してもよい。洗浄液ＣＬは酸性側であるほど洗浄効率が高く、例えば純水や硫酸水等でもよい。

【0032】

吸収器１の下部に溜まるリッチ吸収液Ｌ（Ｒ）は、吸収器１の下部から排出され、リッチ吸収液供給ライン１３を通して再生器６１に送られる。ここで、本実施の形態では吸収器１と再生器６１との間に酸素除去器４２が設けられ、吸収器１から排出されるリッチ吸収液Ｌ（Ｒ）は、酸素除去器４２を介して再生器６１に流入する。

【0033】

詳しくは、リッチ吸収液供給ライン１３には、リッチ液ポンプ４１と、リッチ液ポンプ４１の下流側に配置された酸素除去器４２と、酸素除去器４２の下流側に配置された熱交換器５１と、熱交換器５１の下流側に配置された調圧装置５２と、が設けられている。

【0034】

吸収器１から排出されるリッチ吸収液Ｌ（Ｒ）は、リッチ液ポンプ４１の駆動により酸素除去器４２に導入される。本実施の形態では、リッチ液ポンプ４１によってリッチ吸収液Ｌ（Ｒ）が昇圧された状態で酸素除去器４２に導入されるが、必ずしも昇圧されなくてもよい。酸素除去器４２は、リッチ吸収液Ｌ（Ｒ）から酸素を除去した後、厳密に言うと酸素を含むガスを除去した後、熱交換器５１に送る。この酸素除去器４２の詳細は後述する。

【0035】

熱交換器５１は、酸素が除去されたリッチ吸収液Ｌ（Ｒ）を、再生器６１で再生されたリーン吸収液である吸収液Ｌと熱交換させる。その後、リッチ吸収液Ｌ（Ｒ）は、調圧装置５２を介して再生器６１に流入する。調圧装置５２は、リッチ吸収液Ｌ（Ｒ）の圧力を所定の値以下になるように調節して、再生器６１に適した圧力に制御できる。なお、調圧装置５２は例えば減圧弁等でもよい。

【0036】

熱交換器５１でリッチ吸収液Ｌ（Ｒ）とリーン吸収液である吸収液Ｌとが熱交換する際、リーン吸収液である吸収液Ｌが熱源となって、リッチ吸収液Ｌ（Ｒ）が加熱される。逆に、リッチ吸収液Ｌ（Ｒ）が冷却源となって、リーン吸収液である吸収液Ｌが冷却される。熱交換器５１としては、プレート熱交換器、シェル＆チューブ熱交換器等の公知の熱交換器を用いることができる。

【0037】

調圧装置５２から再生器６１に流入するリッチ吸収液Ｌ（Ｒ）は、酸素を除去された状態となる。上述したように再生器６１は、リッチ吸収液Ｌ（Ｒ）から二酸化炭素を放散させて、リッチ吸収液Ｌ（Ｒ）をリーン吸収液である吸収液Ｌとして再生し、二酸化炭素を放散した吸収液Ｌと、二酸化炭素を含む再生器排出ガスＧ２と、を排出する。

【0038】

再生器６１では、リッチ吸収液Ｌ（Ｒ）がリボイラ７１で生成された水蒸気（スチーム）によって加熱されることで、リッチ吸収液Ｌ（Ｒ）に含まれる二酸化炭素が放散される。二酸化炭素を放散したリッチ吸収液Ｌ（Ｒ）は、一部又は全ての二酸化炭素が除去されたリーン吸収液としての吸収液Ｌとなる。リッチ吸収液Ｌ（Ｒ）が水蒸気によって加熱される際、吸収液Ｌは、水蒸気を発生させると共に、吸収液Ｌに残留する二酸化炭素が水蒸気とともに上昇し得る。そして、再生器６１内のリッチ吸収液Ｌ（Ｒ）から放散された二酸化炭素及び水蒸気は、再生器排出ガスＧ２として再生器６１から排出される。

【0039】

本実施の形態では、二酸化炭素を含む再生器排出ガスＧ２が再生器６１の上部から排出され、その後、冷却器６３で冷却水により冷却されることで、水蒸気が凝縮した凝縮水Ｗと、ガスのままの再生器排出ガスＧ２とに分離される。その後、凝縮水Ｗ及び二酸化炭素を含む再生器排出ガスＧ２は気液分離器６５に流入する。

【0040】

そして、気液分離器６５は、下部から凝縮水Ｗを排出し、再生器６１の上部に供給する。一方、気液分離器６５は、上部から再生器排出ガスＧ２を排出する。気液分離器６５から排出される再生器排出ガスＧ２は、凝縮水が分離されていることで高純度の二酸化炭素として回収される。以上のようにして酸性ガス処理システムＳは二酸化炭素を回収する。一方で、再生器６１から排出されたリーン吸収液である吸収液Ｌは、リーン液供給ポンプ８２の駆動により熱交換器５１及び冷却器８１を介して吸収器１に供給される。

【0041】

＜酸素除去器＞
以下、酸性ガス処理システムＳに設けられた酸素除去器４２について図１及び図２を参照しつつ詳述する。

【0042】

本実施の形態における酸素除去器４２は、ハウジング４２Ａと、ハウジング４２Ａ内の収容した膜４３とを有する。酸素除去器４２は、図２に示すように膜４３によってハウジング４２Ａの内部を第１空間Ｒ１と第２空間Ｒ２とに仕切り、吸収器１から排出されるリッチ吸収液Ｌ（Ｒ）を、第１空間Ｒ１に通して再生器６１側に送りつつ、リッチ吸収液Ｌ（Ｒ）中の酸素を含むガスを、第１空間Ｒ１を通過中のリッチ吸収液Ｌ（Ｒ）から膜４３を通して第２空間Ｒ２に移動させる。

【0043】

本実施の形態におけるハウジング４２Ａは、膜４３を収容する両端が開放した筒状のハウジング本体４２１と、ハウジング本体４２１の一端側の開放部分を覆うように設けられる導入部４２２と、ハウジング本体４２１の他端側の開放部分を覆うように設けられる排出部４２３と、を有する。上述の第１空間Ｒ１と第２空間Ｒ２はハウジング本体４２１の内部に形成されている。

【0044】

導入部４２２は中空状であり、リッチ吸収液Ｌ（Ｒ）を液入口４２２ａから受け入れ、その内部に導入する。排出部４２３も中空状であり、第１空間Ｒ１を通過したリッチ吸収液Ｌ（Ｒ）を受け入れた後、液出口４２３ａから熱交換器５１側に供給する。

【0045】

本実施の形態における膜４３は中空糸膜であり、厳密に言うと中空糸膜の束である。膜４３は、筒状の各中空糸膜の一端部を導入部４２２に固定する。そして、各中空糸膜の一端部は、導入部４２２からリッチ吸収液Ｌ（Ｒ）を導入可能となるように導入部４２２の内部空間に開放する。また、膜４３は、各中空糸膜の他端部を排出部４２３に固定する。そして、各中空糸膜の他端部は、各中空糸膜の内部を通るリッチ吸収液Ｌ（Ｒ）を排出部４２３の内部空間に供給可能となるように排出部４２３の内部空間に開放する。

【0046】

すなわち、本実施の形態では、膜４３を構成する各中空糸膜の内部空間が第１空間Ｒ１を形成しており、ハウジング本体４２１内における膜４３の外側の空間が第２空間Ｒ２を形成している。

【0047】

以上のような酸素除去器４２は、リッチ液ポンプ４１から送り出されたリッチ吸収液Ｌ（Ｒ）を導入し、リッチ吸収液Ｌ（Ｒ）を、導入部４２２、膜４３の内部（第１空間Ｒ１）、及び排出部４２３に対してこの順に通過させて、熱交換器５１側に送る。

【0048】

ここで、リッチ吸収液Ｌ（Ｒ）が中空糸膜である膜４３の内部である第１空間Ｒ１を通過する際、リッチ吸収液Ｌ（Ｒ）の圧力は上昇し、第１空間Ｒ１の圧力は、第２空間Ｒ２の圧力よりも相対的に大きくなる。これにより、膜４３の内部を通過しているリッチ吸収液Ｌ（Ｒ）中の酸素が、相対的に圧力の小さい第２空間Ｒ２に向けて膜４３を通過し、その結果、酸素除去器４２はリッチ吸収液Ｌ（Ｒ）中の酸素を除去できる。

【0049】

本実施の形態では、リッチ液ポンプ４１がリッチ吸収液Ｌ（Ｒ）を昇圧させて酸素除去器４２に導入しており、リッチ液ポンプ４１がリッチ吸収液Ｌ（Ｒ）に対する加圧装置として機能する。これにより、第１空間Ｒ１を通過するリッチ吸収液Ｌ（Ｒ）からの酸素の除去が促進される。なお、第２空間Ｒ２の圧力を減圧させる減圧装置を用いることにより、第１空間Ｒ１の圧力が第２空間Ｒ２の圧力よりも大きくされてもよい。加圧装置と減圧装置とは併用されてもよいし、いずれか一方のみが用いられてもよい。

【0050】

また、第１空間Ｒ１から第２空間Ｒ２に酸素が移動する際には、厳密に言うと、酸素以外の成分も第２空間Ｒに移動する。そのため、厳密に言うと、第１空間Ｒ１から第２空間Ｒ２には「酸素を含むガス」が移動する。この酸素を含むガスには二酸化炭素が含まれる場合があるが、リッチ吸収液Ｌ（Ｒ）内の二酸化炭素は、基本的には吸収液有効成分と反応し、吸収液有効成分に吸着（保持）されている。そのため、第１空間Ｒ１から第２空間Ｒ２への二酸化炭素の移動が抑制される。

【0051】

また、リッチ吸収液Ｌ（Ｒ）内の二酸化炭素は温度上昇により吸収液成分から離脱し易くなるが、本実施の形態では酸素除去器４２が吸収器１と熱交換器５１との間に設けられるため、第１空間Ｒ１から第２空間Ｒ２への二酸化炭素の移動を効果的に抑制できる。

【0052】

なお、本実施の形態では膜４３が中空糸膜であるが、膜４３は中空糸膜に限られるものではなく、気体を通過させるものであればよい。また、膜４３の材質は有機物でも、無機物でもよい。ただし、疎水性であることが望ましい。また、膜４３の形状は平板状でもよい。この場合、膜４３とリッチ吸収液Ｌ（Ｒ）との接触時間（滞留時間）を長く確保するために、酸素除去器４２は、リッチ吸収液Ｌ（Ｒ）の熱交換器５１側への流出を制限するための流量制御弁等を備えてもよい。

【0053】

上述のように第２空間Ｒ２に移動した酸素を含むガスは、図２の矢印αに示すように、ハウジング本体４２１に設けられた酸素排出口４２１ａから外部に排出される。本実施の形態では、第２空間Ｒ２に移動した酸素を含むガスが、酸素排出口４２１ａに接続された上流排出管４５を介して気液分離器４４に導入される。

【0054】

気液分離器４４は、酸素を含むガスを、酸素ガス凝縮水Ｗｏと、気体のままの酸素を含むガスとに分離し、酸素ガス凝縮水Ｗｏを下部から排出し、気体のままの酸素を含むガスを上部から下流排出管４６を通して排出する。下流排出管４６には、酸素を含むガスの二酸化炭素濃度を検出する二酸化炭素センサ４８が設けられている。

【0055】

二酸化炭素センサ４８が検出した二酸化炭素濃度は制御部１００に送られる。本実施の形態における制御部１００は、二酸化炭素センサ４８が検出する二酸化炭素濃度に基づいて、加圧装置としてのリッチ液ポンプ４１を制御し、第１空間Ｒ１の圧力と第２空間Ｒ２の圧力との差を調節する。なお、減圧装置が用いられる場合には、制御部１００は、二酸化炭素センサ４８が検出する二酸化炭素濃度に基づいて加圧装置及び／又は減圧装置を制御してもよい。なお、制御部１００の例は、プロセッサ、電気回路、コンピュータ等である。

【0056】

酸素除去器４２に導入されるリッチ吸収液Ｌ（Ｒ）の圧力が高すぎると、膜４３を透過する酸素を含むガスにリッチ吸収液Ｌ（Ｒ）の吸収液有効成分や二酸化炭素が多く混入してしまう虞がある。この場合、吸収液有効成分の減少による吸収液の性能低下及び二酸化炭素の回収率の低下が生じ得る。これに対して、本実施の形態では二酸化炭素センサ４８が検出する二酸化炭素濃度に基づいてリッチ液ポンプ４１を制御し、二酸化炭素センサ４８が検出する二酸化炭素濃度が所定値以下になるように第１空間Ｒ１の圧力と第２空間Ｒ２の圧力との差を、小さくなる側に調節する。これにより、リッチ吸収液Ｌ（Ｒ）の吸収液有効成分や二酸化炭素が過剰に膜４３を透過するのを抑制し、吸収液の性能低下及び二酸化炭素の回収率の低下を抑制できる。

【0057】

また、酸素除去器４２から排出されるリッチ吸収液Ｌ（Ｒ）の圧力が高い場合、再生器６１の処理に影響が及ぶ虞がある。これを考慮し、上述の調圧装置５２は、酸素除去器４２から排出されたリッチ吸収液Ｌ（Ｒ）の圧力が所定値以下になるように調節する。詳しくは、本実施の形態では、熱交換器５１と調圧装置５２との間を流れるリッチ吸収液Ｌ（Ｒ）の圧力を検出する圧力センサ（図示省略）の検出情報が制御部１００に送られ、制御部１００が調圧装置５２を制御する。なお、調圧装置５２の配置位置は、酸素除去器４２と再生器６１との間であれば特に限られるものではない。

【0058】

＜動作＞
次に、以上に説明した酸性ガス処理システムＳの動作を説明する。

【0059】

酸性ガス処理システムＳに導入される排ガスＧ０は、まず、吸収器１に流入する。吸収器１は、排ガスＧ０と吸収液Ｌとを接触させ、吸収液Ｌに二酸化炭素を吸収させる。そして、吸収器１は、酸性ガス含有ガスＧ０から二酸化炭素を吸収したリッチ吸収液Ｌ（Ｒ）と、二酸化炭素を除去された吸収器排出ガスＧ１と、を排出する（吸収工程）。詳しくは、吸収器排出ガスＧ１は、二酸化炭素を除去された直後の二酸化炭素除去ガスＧｍの状態でガス洗浄部３により洗浄され、これにより、吸収器排出ガスＧ１となり、吸収器１の外部に排出される。

【0060】

一方、二酸化炭素を吸収したリッチ吸収液（Ｒ）は、酸素除去器４２に流入する。ここで、酸素除去器４２は、リッチ吸収液Ｌ（Ｒ）を、第１空間Ｒ１に通して再生器６１側に送りつつ、リッチ吸収液Ｌ（Ｒ）中の酸素を含むガスを、第１空間Ｒ１を通過中のリッチ吸収液Ｌ（Ｒ）から膜４３を通して第２空間Ｒ２に移動させる（除去工程）。

【0061】

本実施の形態では、リッチ吸収液Ｌ（Ｒ）が中空糸膜である膜４３の内部である第１空間Ｒ１を通過する際、リッチ吸収液Ｌ（Ｒ）の圧力が上昇し、第１空間Ｒ１の圧力が第２空間Ｒ２の圧力よりも相対的に大きくなる。これにより、膜４３の内部を通過しているリッチ吸収液Ｌ（Ｒ）中の酸素が、相対的に圧力の小さい第２空間Ｒ２に向けて膜４３を通過する。その結果、酸素除去器４２においてリッチ吸収液Ｌ（Ｒ）の酸素が除去される。

【0062】

次いで、酸素除去器４２から流出したリッチ吸収液Ｌ（Ｒ）は、熱交換器５１で加熱された後、調圧装置５２で必要に応じて圧力を調節されて再生器６１に流入する。

【0063】

再生器６１は、受け入れたリッチ吸収液Ｌ（Ｒ）から二酸化炭素を放散させ、二酸化炭素を放散したリーン吸収液Ｌと、二酸化炭素を含む再生器排出ガスＧ２と、を排出する（再生工程）。そして、再生されたリーン吸収液Ｌは、吸収器１に送られ、二酸化炭素分離処理のために繰り返し再利用される。

【0064】

一方、再生器排出ガスＧ２は、冷却器６３で冷却水により冷却されることで、水蒸気が凝縮した凝縮水Ｗと、ガスのままの再生器排出ガスＧ２とに分離された後、気液分離器６５に流入する。気液分離器６５は、下部から凝縮水Ｗを排出して再生器６１の上部に供給し、上部から再生器排出ガスＧ２を排出する。気液分離器６５から排出される再生器排出ガスＧ２は、凝縮水が分離されていることで高純度の二酸化炭素となる。

【0065】

以上に説明した本実施の形態にかかる酸性ガス処理システムＳによれば、酸性ガスである二酸化炭素を吸収したリッチ吸収液Ｌ（Ｒ）から酸素を除去する際、リッチ吸収液Ｌ（Ｒ）の有効成分や二酸化炭素等の酸素以外の酸性ガスがリッチ吸収液Ｌ（Ｒ）から除去されることを抑制できる。

【0066】

詳しくは、本実施の形態では、リッチ吸収液Ｌ（Ｒ）が中空糸膜である膜４３の内部である第１空間Ｒ１を通過する際、リッチ吸収液Ｌ（Ｒ）の圧力が自然と上昇し、第１空間Ｒ１の圧力は、第２空間Ｒ２の圧力よりも相対的に大きくなる。これにより、膜４３の内部を通過しているリッチ吸収液Ｌ（Ｒ）中の酸素が、相対的に圧力の小さい第２空間Ｒ２に向けて膜４３を通過する。その結果、酸素除去器４２においてリッチ吸収液Ｌ（Ｒ）の酸素を除去できる。また、この際、リッチ吸収液Ｌ（Ｒ）は加熱される前であるため、リッチ吸収液Ｌ（Ｒ）内の二酸化炭素は、吸収液有効成分に吸着（保持）されている。そのため、第１空間Ｒ１から第２空間Ｒ２への二酸化炭素の移動は抑制される。よって、酸素除去器４２において、リッチ吸収液Ｌ（Ｒ）の有効成分や二酸化炭素等の酸素以外の酸性ガスがリッチ吸収液Ｌ（Ｒ）から除去されることを抑制できる。

【0067】

とりわけ、酸素除去器４２が吸収器１と熱交換器５１との間に設けられるため、第１空間Ｒ１から第２空間Ｒ２への二酸化炭素の移動が効果的に抑制される。

【0068】

また、酸素除去器４２は、膜４３を利用する簡易な構成でリッチ吸収液Ｌ（Ｒ）から有効成分や二酸化炭素の脱離を抑制しつつ酸素を除去できるため、新規で導入する場合及び既設の設備に導入する場合のいずれの場合であっても、製造コスト及び製造効率の点で有利である。

【0069】

以上、本発明の実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0070】

Ｓ…酸性ガス処理システム、１…吸収器、２…吸収部、３…ガス洗浄部、１１…排ガスライン、１２…洗浄液循環ライン、１３…リッチ吸収液供給ライン、２１…循環ポンプ、４１…リッチ液ポンプ、４２…酸素除去器、４２Ａ…ハウジング、４２１…ハウジング本体、４２２…導入部、４２２ａ…液入口、４２３…排出部、４２３ａ…液出口、４３…膜、４４…気液分離器、４５…上流排出管、４６…下流排出管、４８…二酸化炭素センサ、５１…熱交換器、５２…調圧装置、６１…再生器、６３…冷却器、６５…気液分離器、７１…リボイラ、８１…冷却器、Ｒ１…第１空間、Ｒ２…第２空間、Ｌ…酸性ガス吸収液（リーン吸収液）、Ｌ（Ｒ）…二酸化炭素を吸収した酸性ガス吸収液（リッチ吸収液）、ＣＬ…洗浄液、Ｇ０…排ガス、Ｇｍ…二酸化炭素除去ガス、Ｇ１…吸収器排出ガス、Ｇ２…再生器排出ガス

【図1】

【図2】