特開 2024-24388 ガス処理装置及びガス処理方法

(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】P2024024388

(43)【公開日】2024-02-22

(54)【発明の名称】ガス処理装置及びガス処理方法

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/14 20060101AFI20240215BHJP

   B01D 53/62 20060101ALI20240215BHJP

   B01D 53/78 20060101ALI20240215BHJP

【ＦＩ】

B01D53/14 220

B01D53/62 ZAB

B01D53/78

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022127183

(22)【出願日】2022-08-09

(71)【出願人】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(71)【出願人】

【識別番号】504139662

【氏名又は名称】国立大学法人東海国立大学機構

(74)【代理人】

【識別番号】100115381

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 昌崇

(74)【代理人】

【識別番号】100137143

【弁理士】

【氏名又は名称】玉串 幸久

(72)【発明者】

【氏名】前田 基秀

(72)【発明者】

【氏名】岸本 啓

(72)【発明者】

【氏名】吉澤 舞

(72)【発明者】

【氏名】町田 洋

(72)【発明者】

【氏名】山口 毅

(72)【発明者】

【氏名】則永 行庸

【テーマコード（参考）】

4D002

4D020

【Ｆターム（参考）】

4D002AA09

4D002AB01

4D002BA02

4D002DA31

4D002DA70

4D002EA07

4D002EA08

4D002FA01

4D002GA03

4D002GB06

4D002HA08

4D020AA03

4D020BA16

4D020BA30

4D020BB03

4D020BB04

4D020BC01

4D020CC09

4D020CC12

(57)【要約】

【課題】酸性化合物を分離回収するために必要なエネルギーを低減させる。
【解決手段】ガス処理装置１０は、酸性化合物を含む被処理ガスと処理液とを接触させて、被処理ガスに含まれる酸性化合物を処理液に吸収させる吸収器２１と、酸性化合物を吸収した処理液を熱源流体の熱で加熱し、当該処理液から酸性化合物を分離する複数の再生器２２と、処理液からの酸性化合物の分離を促進させる分離促進ガスを再生器２２に導入する導入手段５２と、を備える。複数の再生器２２のそれぞれには、熱源流体の熱で処理液を加熱する加熱器４４が設けられ、各加熱器４４が直列的に接続されて熱源流体が各加熱器４４を順に流れるようになっている。導入手段５２は、熱源流体の流れ方向において下流側に位置する加熱器が設けられた再生器２２ほど多くの前記分離促進ガスを導入する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水への溶解で酸を生じる酸性化合物を含む被処理ガスと処理液とを接触させて、前記被処理ガスに含まれる前記酸性化合物を前記処理液に吸収させる吸収器と、
前記酸性化合物を吸収した前記処理液を熱源流体の熱を利用して加熱し、当該処理液から前記酸性化合物を分離する複数の再生器と、
前記処理液からの前記酸性化合物の分離を促進させる分離促進ガスを前記複数の再生器に導入する導入手段と、
を備え、
前記複数の再生器のそれぞれには、前記熱源流体の熱で前記処理液を加熱する加熱器が設けられ、各加熱器が直列的に接続されて前記熱源流体が各加熱器を順に流れるようになっており、
前記導入手段は、前記熱源流体の流れ方向において下流側に位置する加熱器が設けられた再生器ほど多くの前記分離促進ガスを導入するように構成されている、
ガス処理装置。

【請求項2】

前記処理液は、前記酸性化合物の吸収により相分離する処理液であり、
前記分離促進ガスは、前記処理液にほぼ溶解しないガス又は水蒸気である、請求項１に記載のガス処理装置。

【請求項3】

前記被処理ガスは二酸化炭素ガスであり、前記分離促進ガスは水素ガスである、請求項１又は２に記載のガス処理装置。

【請求項4】

水への溶解で酸を生じる酸性化合物を含む被処理ガスと処理液とを接触させて、前記被処理ガスに含まれる前記酸性化合物を前記処理液に吸収させる吸収工程と、
前記酸性化合物を吸収した前記処理液を複数の再生器に導入し、各再生器において、熱源流体の熱を利用して前記処理液を加熱し、当該処理液から前記酸性化合物を分離する再生工程と、を含み、
前記複数の再生器のそれぞれに加熱器が設けられて、各加熱器が直列的に接続されており、
前記再生工程には、
前記熱源流体を各加熱器に順に流して各再生器の処理液を加熱する加熱工程と、
前記処理液からの前記酸性化合物の分離を促進させる分離促進ガスを各再生器に導入する導入工程と、が含まれ、
前記導入工程では、前記熱源流体の流れ方向において下流側に位置する加熱器が設けられた再生器ほど多くの前記分離促進ガスを流入させる、ガス処理方法。

【請求項5】

前記処理液は、前記酸性化合物の吸収により相分離する処理液であり、
前記分離促進ガスは、前記処理液にほぼ溶解しないガス又は水蒸気である、請求項４に記載のガス処理方法。

【請求項6】

前記被処理ガスは二酸化炭素ガスであり、前記分離促進ガスは水素ガスである、請求項４又は５に記載のガス処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、酸性化合物を分離するためのガス処理装置及びガス処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、被処理ガスに含まれる酸性化合物を処理液と接触させることによって、酸性化合物を分離するガス処理装置が知られている。例えば、下記特許文献１に開示されたガス処理装置は、吸収器と再生器とを備えており、吸入器において、被処理ガスと処理液とを接触させて、被処理ガス中の酸性化合物を処理液に吸収させる。一方、再生器においては、酸性化合物を吸収した処理液を加熱することにより、処理液から酸性化合物を分離させる。この処理液の再生時には、酸性化合物の分離を促すための分離促進ガスが再生器に導入され、これによって処理液の再生促進がなされ、再生温度の低温化が図られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第６９０６７６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に開示されたガス処理装置では、再生温度の低温化が図られており、ガス処理に必要なエネルギーの低減が図られているものの、より少ない消費エネルギーで酸性化合物を分離回収できる技術の開発が求められている。

【0005】

そこで、本発明は、前記従来技術を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、酸性化合物を分離回収するために必要なエネルギーを低減させることにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

前記の目的を達成するため、本発明に係るガス処理装置は、水への溶解で酸を生じる酸性化合物を含む被処理ガスと処理液とを接触させて、前記被処理ガスに含まれる前記酸性化合物を前記処理液に吸収させる吸収器と、前記酸性化合物を吸収した前記処理液を熱源流体の熱を利用して加熱し、当該処理液から前記酸性化合物を分離する複数の再生器と、前記処理液からの前記酸性化合物の分離を促進させる分離促進ガスを前記複数の再生器に導入する導入手段と、を備える。前記複数の再生器のそれぞれには、前記熱源流体の熱で前記処理液を加熱する加熱器が設けられ、各加熱器が直列的に接続されて前記熱源流体が各加熱器を順に流れるようになっている。前記導入手段は、前記熱源流体の流れ方向において下流側に位置する加熱器が設けられた再生器ほど多くの前記分離促進ガスを導入するように構成されている。

【0007】

本発明に係るガス処理装置では、複数の再生器にそれぞれ設けられた加熱器が熱源流体の流路に直列的に配置されており、各加熱器を熱源流体が順に流れる。このため、一の再生器（第１の再生器）に対応する加熱器（第１の加熱器）で処理液を加熱するのに利用されて温度が下がった熱源流体が、別の再生器（第２の再生器）に対応する加熱器（第２の加熱器）に導入される。したがって、第２の加熱器では、第１の加熱器に比べて、加熱された後の処理液の温度が低下する。一方で、この第２の加熱器に対応する第２の再生器には、第１の加熱器に対応する第１の再生器に比べて多くの分離促進ガスが導入されるため、比較的低い温度の処理液が存在する第２の再生器においても、第１の再生器と同等の量の酸性化合物を処理液から分離するといった運転も可能である。しかも、各加熱器を熱源流体が順に流れる構成であるため、複数の再生器で処理液の再生を行うとしても、熱源流体の流路を流れる熱源流体の量を再生器の数に比例させて増大させる必要はないため、結果として、投入熱量の増大を抑制できる。したがって、ガス処理装置全体として熱の利用効率を高めることができ、ガス処理に必要なエネルギーを減らすことができる。

【0008】

前記処理液は、前記酸性化合物の吸収により相分離する処理液であってもよく、この場合、前記分離促進ガスは、前記処理液にほぼ溶解しないガス又は水蒸気であってもよい。この態様では、再生器内において、処理液にほぼ溶解しないガス又は水蒸気である分離促進ガスを処理液に接触させるだけでなく、酸性化合物の含有率の低い相部分を介在させた状態で、処理液から酸性化合物を分離する。このため、酸性化合物を分離するときの再生温度をより低くすることができる。例えば、処理液を適切に選択することにより、１００℃以下の温度でも処理液の再生が可能となる。このため、常圧の温水や加圧された温水を熱源流体として採用することも可能となる。温水の場合、蒸気と異なり、熱交換することによって温度が低下するが、処理液の温度も低くて良いため、相分離する処理液との相性が良く、低温まで熱を使い切れるという利点がある。

【0009】

前記被処理ガスは二酸化炭素ガスであり、前記分離促進ガスは水素ガスであってもよい。

【0010】

本発明に係るガス処理方法は、水への溶解で酸を生じる酸性化合物を含む被処理ガスと処理液とを接触させて、前記被処理ガスに含まれる前記酸性化合物を前記処理液に吸収させる吸収工程と、前記酸性化合物を吸収した前記処理液を複数の再生器に導入し、各再生器において、熱源流体の熱を利用して前記処理液を加熱し、当該処理液から前記酸性化合物を分離する再生工程と、を含む。前記複数の再生器のそれぞれに加熱器が設けられて、各加熱器が直列的に接続されている。前記再生工程には、前記熱源流体を各加熱器に順に流して各再生器の処理液を加熱する加熱工程と、前記処理液からの前記酸性化合物の分離を促進させる分離促進ガスを各再生器に導入する導入工程と、が含まれる。前記導入工程では、前記熱源流体の流れ方向において下流側に位置する加熱器が設けられた再生器ほど多くの前記分離促進ガスを流入させる。

【0011】

本発明に係るガス処理方法では、複数の再生器にそれぞれ設けられた加熱器が熱源流体の流路に直列的に配置されており、加熱工程において、熱源流体を各加熱器に順に流す。このため、一の再生器（第１の再生器）に対応する加熱器（第１の加熱器）で処理液を加熱するのに利用されて温度が下がった熱源流体が、別の再生器（第２の再生器）に対応する加熱器（第２の加熱器）に導入される。したがって、第２の加熱器では、第１の加熱器に比べて、加熱された後の処理液の温度が低下する。一方で、導入工程において、この第２の加熱器に対応する第２の再生器には、第１の加熱器に対応する第１の再生器に比べて多くの分離促進ガスが導入されるため、比較的低い温度の処理液が存在する第２の再生器においても、第１の再生器と同等の量の酸性化合物を処理液から分離するといった運転も可能である。しかも、加熱工程において、熱源流体を各加熱器に順に流すため、複数の再生器で処理液の再生を行うとしても、熱源流体の流量を再生器の数に比例させて増大させる必要はないため、結果として、投入熱量の増大を抑制でき、ガス処理に必要なエネルギーを減らすことができる。

【0012】

前記ガス処理方法において、前記処理液は、前記酸性化合物の吸収により相分離する処理液であってもよく、この場合、前記分離促進ガスは、前記処理液にほぼ溶解しないガス又は水蒸気であってもよい。この態様では、再生工程において、処理液にほぼ溶解しないガス又は水蒸気である分離促進ガスを処理液に接触させるだけでなく、酸性化合物の含有率の低い相部分を介在させた状態で、処理液から酸性化合物を分離する。このため、酸性化合物を分離するときの再生温度をより低くすることができる。例えば、処理液を適切に選択することにより、１００℃以下の温度でも処理液の再生が可能となる。このため、常圧の温水や加圧された温水を熱源流体として採用することも可能となる。温水の場合、蒸気と異なり、熱交換することによって温度が低下するが、処理液の温度も低くて良いため、相分離する処理液との相性が良く、低温まで熱を使い切れるという利点がある。

【0013】

前記ガス処理方法において、前記被処理ガスは二酸化炭素ガスであり、前記分離促進ガスは水素ガスであってもよい。

【発明の効果】

【0014】

以上説明したように、本発明によれば、酸性化合物を分離回収するために必要なエネルギーを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】実施形態に係るガス処理装置の構成を概略的に示す図である。

【図2】水素ガスのモル数に対する二酸化炭素のモル数の比と再生温度との関係を示す図である。

【図3】比較例としてのガス処理装置の構成を概略的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

【0017】

図１に示すように、実施形態に係るガス処理装置１０は、処理液を用いて酸性化合物を含む被処理ガスから酸性化合物を分離するために利用される。本実施形態のガス処理装置１０は、酸性化合物としての二酸化炭素を処理対象としている。ただし、ガス分離装置１２が分離する酸性化合物としては、水溶液が酸性となるものであれば特に限定されず、例えば二酸化炭素、硫黄化合物等が挙げられる。酸性化合物を含む被処理ガスとしては、例えば産業排ガス、精製時に生ずるプロセスガス、天然ガス等が挙げられる。

【0018】

ガス処理装置１０は、吸収器２１と、複数の再生器２２と、送り流路２５と、戻し流路２６と、熱交換器２８とを備えている。送り流路２５は、吸収器２１から処理液（リッチ液）を抜き出して複数の再生器２２に導入させる。送り流路２５は、吸収器２１に接続された主流路２５ａと、主流路２５ａから分岐するように主流路２５ａに接続されるとともに、それぞれが再生器２２に接続された複数の分岐流路２５ｂと、を含む。すなわち、吸収器２１に対して複数の再生器２２が互いに並列になるように接続されている。戻し流路２６は、各再生器２２から処理液（リーン液）を抜き出して吸収器２１に還流させる。戻し流路２６は、再生器２２にそれぞれ接続された複数の支流路２６ａと、複数の支流路２６ａが合流するともに吸収器２１に接続された合流流路２６ｂと、を含む。

【0019】

熱交換器２８は、送り流路２５及び戻し流路２６に接続され、送り流路２５を流れる処理液と戻し流路２６を流れる処理液との間で熱交換させる。なお、熱交換器２８は省略することが可能である。

【0020】

吸収器２１には、被処理ガスを取り込む流入路３１と、処理後のガスを排出するガス排出路３２と、送り流路２５と、戻し流路２６と、が接続されている。流入路３１は、吸収器２１の下端部に接続され、ガス排出路３２は、吸収器２１の上端部に接続されている。送り流路２５の主流路２５ａは、吸収器２１の下端部又は下端部近傍に接続されている。すなわち、送り流路２５は、吸収器２１内に溜まった処理液を抜き出すことができる位置に接続されている。戻し流路２６の合流流路２６ｂは、吸収器２１の上端部又は上端部近傍に接続されている。すなわち、戻し流路２６は、再生器２２から還流された処理液を上から流下させることができる位置に接続されている。

【0021】

吸収器２１は、被処理ガスと処理液とを接触させることにより、被処理ガス中の酸性化合物を処理液に吸収させ、酸性化合物が除去されたガスを排出する。なお、吸収器２１における酸性化合物の吸収は発熱反応である。吸収器２１において発生するこの反応熱は、被処理ガス及び処理液の温度を上昇させる。

【0022】

各再生器２２には、送り流路２５の分岐流路２５ｂと、戻し流路２６の支流路２６ａとが接続されている。送り流路２５の分岐流路２５ｂは、再生器２２の上部から中央付近の範囲に接続されている。戻し流路２６の支流路２６ａは、再生器２２の下端部又は下端部近傍に接続されている。戻し流路２６の合流流路２６ｂには、ポンプ３６が設けられている。

【0023】

各再生器２２は、酸性化合物を吸収した処理液が貯留され、この貯留された処理液を加熱することによって、酸性化合物を処理液から脱離させる。この処理液からの酸性化合物の脱離は、吸熱反応である。各再生器２２では、処理液が加熱されると、酸性化合物が脱離するだけでなく、処理液中の水が蒸発する。

【0024】

各再生器２２には、加熱流路４０と供給路４２とがそれぞれ接続されている。加熱流路４０は、再生器２２の下部から流出させた処理液を加熱するための加熱器４４が設けられており、加熱された処理液を再生器２２内における下部に戻す。加熱器４４は、再生器２２から流出された処理液を熱源流体の熱によって加熱するように構成されている。熱源流体は、例えば１００℃以下の温水であるが、熱媒や水蒸気を用いてもよい。

【0025】

熱源流体は、流体流路４６を通して加熱器４４に供給される。流体流路４６は、各加熱器４４を直列的に接続するように各加熱器４４に接続されている。流体流路４６は、図外の供給源から供給される熱源流体をまず図中の右側の加熱器４４に供給し、この加熱器４４を通過した熱源流体を図中の左側の加熱器４４に供給する。図１においては、右側の再生器２２（第１の再生器２２Ａ）に設けられた加熱器４４が第１の加熱器４４Ａとして機能し、左側の再生器２２（第２の再生器２２Ｂ）に設けられた加熱器４４が第２の加熱器４４Ｂとして機能する。したがって、第１の加熱器４４Ａを通過する熱源流体の温度に比べ、第２の加熱器４４Ｂを通過する熱源流体の温度が低くなる。

【0026】

供給路４２は、再生器２２内で得られた酸性化合物を含むガスを需要側に供給する。供給路４２には、処理液から蒸発した酸性化合物のガスと水蒸気との混合気体を冷却するためのコンデンサ５０が設けられている。混合気体は冷却されると、水蒸気が凝縮するので、コンデンサ５０によって水蒸気を分離することができる。分離された水蒸気は再生器２２に還流される。コンデンサ５０としては、川水等の安価な冷却水を用いた熱交換器を用いることができる。なお、供給路４２は、各再生器２２から流出したガスを合流させた上で需要側に供給するように構成されているが、これに代えて、各再生器２２から流出したガスを別個に需要側に供給するように構成されていてもよい。この場合、各再生器２２で再生されたガスの組成比が異なる場合に有効である。

【0027】

ガス処理装置１０には、酸性化合物の分離を促進するためのガス（以下、分離促進ガスと称する）を各再生器２２に供給する導入手段５２が設けられている。導入手段５２は、分離促進ガスを複数の再生器２２に送り込むための複数の導入路５２ａと、各導入路５２ａを通して供給される分離促進ガスの流量を異ならせる流量調整部５２ｂと、を有する。各導入路５２ａの下流端は、再生器２２の下端部、下端部近傍又は加熱流路に接続されている。なお、複数の導入路５２ａは、１つのガス供給源から分岐するように構成された流路であるが、異なるガス供給源に接続された別個の流路によって構成されていてもよい。

【0028】

流量調整部５２ｂは、加熱流路４０における熱源流体の流れ方向において下流側に位置する加熱器４４（第２の加熱器４４Ｂ）が設けられた再生器２２（第２の再生器２２Ｂ）ほど多くの分離促進ガスが導入されるように、各導入路５２ａの流量を調整可能である。流量調整部５２ｂは、各導入路５２ａに配置された流量調整弁によって構成されてもよい。

【0029】

図１に示すガス処理装置１０では、左側の加熱器４４（第２の加熱器４４Ｂ）の温度が右側の加熱器４４（第１の加熱器４４Ａ）の温度よりも低くなるため、流量調整部５２ｂは、左側の再生器２２（第２の再生器２２Ｂ）に供給される分離促進ガスの流量が、右側の再生器２２（第１の再生器２２Ａ）に供給される分離促進ガスの流量よりも多くなるように、各導入路５２ａの流量を調整する。つまり、温度が比較的低くなる第２の再生器２２Ｂには、温度が比較的高くなる第１の再生器２２Ａに比べて、より多くの分離促進ガスが供給される。

【0030】

導入手段５２によって再生器２２に供給される分離促進ガスは、処理液にほぼ溶解しないガスである。つまり、分離促進ガスは処理液にほぼ吸収されない。したがって、分離促進ガスが再生器２２に導入されることによって、再生器２２内の二酸化炭素分圧を下げることができるため、処理液から二酸化炭素の分離が促進される。分離促進ガスとして、水素ガス、酸素ガス、メタンガス等の炭化水素ガスを挙げることができるが、本実施形態では水素ガスが用いられる。なお、分離促進ガスとして、水蒸気が用いられてもよい。水蒸気は、処理液に溶解し得るが、二酸化炭素分圧を下げることができる。

【0031】

分離促進ガスが処理液にほぼ溶解しない場合、ここでいう「処理液にほぼ溶解しない」は、処理液への溶解度が所定値以下であることを表していてもよい。分離促進ガスは、例えば、ヘンリーの法則に従うガスであって、０℃、１００ｋＰａの条件下において、処理液１００ｇに対する溶解度が１ｍｏｌ以下の溶解度であるガスであればよい。なお、水に対する酸素の溶解度は、１．３×１０^－４ｍｏｌ／１００ｇ、水に対するメタンの溶解度は、８×１０^－４ｍｏｌ／１００ｇ、水に対する水素の溶解度は、９．５×１０^－５ｍｏｌ／１００ｇである。これに対し、水に対するアンモニアの溶解度は、６ｍｏｌ／１００ｇであるので、アンモニアは分離促進ガスに該当しない。

【0032】

本実施形態においては、ガス処理装置１０に用いる処理液（吸収剤）として、酸性化合物を可逆的に吸収脱離することが可能な吸収剤が用いられている。処理液は、例えば、水、アミン化合物及び有機溶剤を含むアルカリ性の吸収剤である。アミン化合物は３０ｗｔ％、有機溶剤は６０ｗｔ％、水は１０ｗｔ％としてもよい。処理液は、水への溶解で酸を生じる酸性化合物の吸収により相分離するのが好ましいが、これに限られるものではない。例えば、有機溶剤を用いないで、アミン化合物の水溶液とした処理液であってもよい。また、処理液は、アミン化合物、有機溶媒、イオン液体やそれらの混合物、水溶液などであってもよい。

【0033】

アミン化合物としては、例えば、２－アミノエタノール（ＭＥＡ：溶解度パラメータ＝１４．３（ｃａｌ／ｃｍ^３）^１／２）、２－（２－アミノエトキシ）エタノール（ＡＥＥ：溶解度パラメータ＝１２．７（ｃａｌ／ｃｍ^３）^１／２）等の１級アミン、例えば２－（メチルアミノ）エタノール（ＭＡＥ）、２－（エチルアミノ）エタノール（ＥＡＥ）、２－（ブチルアミノ）エタノール（ＢＡＥ）等の２級アミン、例えばトリエタノールアミン（ＴＥＡ）、Ｎ－メチルジエタノールアミン（ＭＤＥＡ）、テトラメチルエチレンジアミン（ＴＥＭＥＤ）、ペンタメチルジエチレントリアミン（ＰＭＤＥＴＡ）、ヘキサメチルトリエチレンテトラミン、ビス（２－ジメチルアミノエチル）エーテル等の３級アミンなどが挙げられる。

【0034】

有機溶剤としては、例えば１－ブタノール（溶解度パラメータ＝１１．３（ｃａｌ／ｃｍ^３）^１／２）、１－ペンタノール（溶解度パラメータ＝１１．０（ｃａｌ／ｃｍ^３）^１／２）、オクタノール、ジエチレングリコールジエチルエーテル（ＤＥＧＤＥＥ）、ジエチレングリコールジメチルエーテル（ＤＥＧＤＭＥ）等が挙げられ、複数種を混合して用いてもよい。

【0035】

アミン化合物及び有機溶剤のそれぞれの溶解度パラメータが所定範囲に収まっている場合、処理液は、酸性化合物の吸収により酸性化合物の含有率が高い相と酸性化合物の含有率が低い相とに二相分離される。ここで、溶解度パラメータは、以下の式（１）で示される。

【0036】

【数1】

ΔＨはモル蒸発潜熱、Ｒはガス定数、Ｔは絶対温度、Ｖはモル体積である。

【0037】

【表1】

表１に示すように、水、アミン化合物及び有機溶剤を含む吸収剤において、アミン化合物の溶解度パラメータから有機溶剤の溶解度パラメータを減じた値が１．１（ｃａｌ／ｃｍ^３）^１／２以上４．２（ｃａｌ／ｃｍ^３）^１／２以下となるように、アミン化合物及び有機溶剤の組合せを選択することによって、酸性化合物の吸収により酸性化合物の含有率が高い相と酸性化合物の含有率が低い相とに二相分離される。溶解度パラメータの差分の値が前記下限値に満たない場合、処理液が酸性化合物を吸収しても二相に分離しないおそれがある。一方、溶解度パラメータの差分の値が前記上限値を超える場合、処理液が酸性化合物を吸収する前から二相に分離し、処理液を酸性化合物を含む被処理ガスに接触させる工程において、処理液と被処理ガスとの接触状態が不均一となり、吸収効率が低下するおそれがある。なお、表１における「良好」とは、二酸化炭素の吸収前は単一液相であり、二酸化炭素の吸収により二液相に分離したことを意味する。また、表１における「混和せず」とは、二酸化炭素の吸収前から二液相状態であり、単一液相を形成しなかったことを意味する。また、表１における「分離せず」とは、二酸化炭素の吸収後でも単一液相であったことを意味する。

【0038】

吸収器２１における吸収条件を、処理液が二相に分離しながら二酸化炭素が多く溶解する領域に設定し、再生器２２における再生条件を、処理液が二相分離せず二酸化炭素があまり溶解しない領域に設定することが望ましい。すなわち、二酸化炭素の分圧、吸収温度及び再生温度によって吸収条件及び再生条件を調整する。これにより、処理液が相分離し易くなるため、再生温度と吸収温度との温度差を低く抑えることが可能となる。すなわち、温度によって二酸化炭素の吸収度合いが変化して相分離し易さが変わることによって二酸化炭素吸収濃度の平衡がずれることを利用しているため、再生温度と吸収温度との温度差を低く抑えることが可能となる。加えて、再生器２２に、分離促進ガスを供給するため、再生温度をより低く抑えることができる。

【0039】

ここで、第１実施形態に係るガス処理装置１０を使用したガス処理方法について説明する。ガス処理方法は、吸収工程と再生工程とを含む。

【0040】

吸収工程は、吸収器２１において被処理ガスと処理液とを接触させる工程である。吸収器２１には、流入路３１を通して少なくとも二酸化炭素を含む被処理ガスが供給される。また、吸収器２１には、戻し流路２６を通して処理液が導入される。処理液は、被処理ガスに含まれる二酸化炭素と接触して該二酸化炭素を吸収する。吸収器２１内には、二酸化炭素を吸収した処理液が貯留される。相分離する処理液が用いられている場合には、二酸化炭素と接触した処理液は、二酸化炭素の含有率が高い第１相部分と二酸化炭素分離の含有率が低い第２相部分とに相分離する。

【0041】

吸収器２１内に貯留された処理液は、送り流路２５を通して再生器２２に送られる。このとき、送り流路２５を流れる処理液は、熱交換器２８において、戻し流路２６を流れる処理液によって加熱され、その上で分流されて各再生器２２内に導入される。

【0042】

再生工程は、再生器２２内に導入された処理液を加熱する一方で、再生器２２に分離促進ガスを供給して、二酸化炭素の分離を促進させつつ処理液から二酸化炭素を分離する工程である。

【0043】

具体的に、再生工程では、流体流路４６を通して各加熱器４４に熱源流体が供給され、この熱源流体が各加熱器４４に順に流れて各再生器２２の処理液が加熱される（加熱工程）。熱源流体は、図外の供給源から供給されて第１の加熱器４４Ａを通過し、第１の加熱器４４Ａを通過した熱源流体は、第２の加熱器４４Ｂを通過する。例えば１００℃の熱源流体が供給源から供給される場合、第１の加熱器４４Ａにおいて処理液を加熱することによって１００℃から９０℃に温度が低下し、第２の加熱器４４Ｂにおいて処理液を加熱することによって、９０℃から８０℃に温度が低下する。つまり、第１の加熱器４４Ａにおいて、１０℃分の顕熱が処理液に供給され、第２の加熱器４４Ｂにおいても１０℃分の顕熱が処理液に供給されるため、合わせて２０℃分の顕熱を用いて処理液を加熱することができる。この場合、第１の加熱器４４Ａから第１の再生器２２Ａに環流する処理液の温度は例えば８０℃となり、第２の加熱器４４Ｂから第２の再生器２２Ｂに環流する処理液の温度は例えば７０℃となる。つまり、各加熱器４４において、流出する熱源流体の温度と流出する処理液の温度との温度差が１０℃となる制約条件で運転されていることになる。

【0044】

各再生器２２において、処理液からの二酸化炭素の分離を促進させる分離促進ガスが導入される（導入工程）。このとき、第２の再生器２２Ｂに供給される分離促進ガスの流量が、第１の再生器２２Ａに供給される分離促進ガスの流量よりも多くなるように、各導入路５２ａの流量が調整されている。このため、第２の再生器２２Ｂの設定温度が第１の再生器２２Ａの設定温度に比べて低くなっているとしても、第２の再生器２２Ｂにおいて、第１の再生器２２Ａと同等量の二酸化炭素ガスを得ることができる。つまり、再生器２２内に処理液にほぼ溶解しない分離促進ガスがより多く存在していると、再生器２２内における二酸化炭素ガスの分圧が低くなるため、処理液から二酸化炭素を追い出し易くなる。このため、図２に示すように、水素ガスのモル数に対する二酸化炭素のモル数の比が大きくなるにしたがって再生温度が低くなるため、処理液の温度が低い場合であっても、分離促進ガスの流量を多くすることにより、二酸化炭素ガスの生成量が低くならないようにすることができる。

【0045】

このとき、第１の再生器２２Ａでは、８０℃設定となっているため、単位時間当たりに生成される水素ガスと二酸化炭素ガスのモル比が約１対２となり、第２の再生器２２Ｂにおいては、７０℃設定となっているため、単位時間当たりに生成される水素ガスと二酸化炭素ガスのモル比が約２対２となる。したがって、第１の再生器２２Ａと第２の再生器２２Ｂとでは、得られるガスの組成比が異なる。この場合、第１の再生器２２Ａから供給される混合ガスと第２の再生器２２Ｂから供給される混合ガスとが混合された混合ガスにおいては、単位時間当たりに生成される水素ガスと二酸化炭素ガスのモル比が約３対４となる。

【0046】

各再生器２２内において、処理液が加熱されると処理液から蒸発した水蒸気が得られることがある。処理液から分離された二酸化炭素及び水蒸気は、供給路４２を流れる。供給路４２において、水蒸気はコンデンサ５０で凝縮し、再生器２２に戻される。再生器２２内に貯留された処理液は、戻し流路２６を流れて吸収器２１に還流する。

【0047】

ここで、図３を参照しつつ、比較例として、１つの再生器２２が設けられたガス処理装置について言及しておく。この比較例としてのガス処理装置では、図３に示すように、再生器２２が１つ設けられた構成であるが、加熱器４４に供給源から１００℃の熱源流体が供給される場合において、図１のガス処理装置１０と同様に単位時間当たりに生成される水素ガスと二酸化炭素ガスのモル比が約３対４となるようにするには、加熱器４４で加熱された処理液の温度が約７５℃に設定される必要がある。つまり、７０℃設定では、水素ガスと二酸化炭素ガスのモル比が約２対２の混合ガスが得られ、８０℃設定では、水素ガスと二酸化炭素ガスのモル比が約１対２の混合ガスが得られるため、モル比が約３対４の混合ガスを得るには、加熱器４４の設定温度を約７５℃にする必要がある。このとき、図１の加熱器４４と同様の制約、すなわち、加熱器４４において、流出する熱源流体の温度と流出する処理液の温度との温度差が１０℃であるとする制約を考えると、加熱器４４を通過した後の熱源流体の温度は、８５℃に制御されることになる。つまり、加熱器４４では、１００℃－８５℃＝１５℃の顕熱を利用することとなる。したがって、２０℃分の顕熱が利用できる図１のガス処理装置１０に比べ、図３のガス処理装置では、熱の利用効率が低くなってしまう。このことから、図１のガス処理装置１０は、１つの再生器２２が設けられた構成に比べ、熱効率が向上していることが分かる。

【0048】

以上説明したように、本実施形態では、複数の再生器２２にそれぞれ設けられた加熱器４４が流体流路４６に直列的に配置されており、各加熱器４４を熱源流体が順に流れる。このため、第１の再生器２２Ａに対応する第１の加熱器４４Ａで処理液を加熱するのに利用されて温度が下がった熱源流体が、第２の再生器２２Ｂに対応する第２の加熱器４４Ｂに導入される。したがって、第２の加熱器４４Ｂでは、第１の加熱器４４Ａに比べて、加熱された後の処理液の温度が低下する。一方で、この第２の加熱器４４Ｂに対応する第２の再生器２２Ｂには、第１の加熱器４４Ａに対応する第１の再生器２２Ａに比べて多くの分離促進ガスが導入されるため、比較的低い温度の処理液が存在する第２の再生器２２Ｂにおいても、第１の再生器２２Ａと同等の量の酸性化合物を処理液から分離するといった運転も可能である。しかも、流体流路４６に沿って各加熱器４４を熱源流体が順に流れる構成であるため、複数の再生器２２で処理液の再生を行うとしても、熱源流体の流路を流れる熱源流体の量を再生器２２の数に比例させて増大させる必要はないため、結果として、投入熱量の増大を抑制できる。したがって、ガス処理装置１０全体として熱の利用効率を高めることができ、ガス処理に必要なエネルギーを減らすことができる。

【0049】

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明は、前記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。例えば、前記実施形態のガス処理装置１０では、２つの再生器２２が設けられているが、３つ以上の再生器が設けられていてもよい。この場合においても、熱源流体が流体流路４６に沿って各加熱器４４を順に流れるようになっていて、熱源流体の流れ方向において下流側に位置する加熱器４４が設けられた再生器２２ほど多くの分離促進ガスを導入するように導入手段５２が構成されていればよい。

【符号の説明】

【0050】

１０ ：ガス処理装置
２１ ：吸収器
２２ ：再生器
２２Ａ ：第１の再生器
２２Ｂ ：第２の再生器
４４ ：加熱器
４４Ａ ：第１の加熱器
４４Ｂ ：第２の加熱器
４６ ：流体流路
５２ ：導入手段
５２ａ ：導入路
５２ｂ ：流量調整部

【図1】

【図2】

【図3】