特許 7353228 ＣＯ２回収装置及びＣＯ２回収方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-09-21

(45)【発行日】2023-09-29

(54)【発明の名称】ＣＯ２回収装置及びＣＯ２回収方法

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/62 20060101AFI20230922BHJP

   B01D 53/18 20060101ALI20230922BHJP

   B01D 53/78 20060101ALI20230922BHJP

   C01B 32/50 20170101ALI20230922BHJP

【ＦＩ】

B01D53/62 ZAB

B01D53/18 130

B01D53/78

C01B32/50

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020066881

(22)【出願日】2020-04-02

(65)【公開番号】P2021159892

(43)【公開日】2021-10-11

【審査請求日】2022-10-05

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000156938

【氏名又は名称】関西電力株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】田中 裕士

(72)【発明者】

【氏名】平田 琢也

(72)【発明者】

【氏名】辻内 達也

(72)【発明者】

【氏名】上條 孝

(72)【発明者】

【氏名】川▲崎▼ 晋平

【審査官】中村 泰三

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１１／０６６０４２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２００９／１０４７４４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開昭５４－１２０２８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０２８７８０９９（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１３０４６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１９９００７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１５１３１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０５９７２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０３６９４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１１２４９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／０７５５４０（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｄ ５３／１４－１８、３４－８０

Ｃ０１Ｂ ３２／５０

Ｆ２３Ｊ １５／００－０４

Ｆ２７Ｄ １７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

低濃度のＣＯ₂を含有するガスとＣＯ₂吸収液とを向流接触させてＣＯ₂を除去するＣＯ₂吸収塔と、
ＣＯ₂を吸収したリッチ溶液をリボイラからの蒸気で熱交換し、ＣＯ₂吸収液として再生する吸収液再生塔と、
前記ＣＯ₂吸収塔の塔底部からＣＯ₂を吸収したリッチ溶液を抜出し、前記吸収液再生塔の上部側に供給するリッチ溶液供給ラインと、
前記吸収液再生塔の塔底部からＣＯ₂を放出したリーン溶液を抜出し、前記ＣＯ₂吸収塔の上部側に供給するリーン溶液供給ラインと、を備えるＣＯ₂回収装置であって、
前記ＣＯ₂吸収塔が、
少なくとも二段以上のＣＯ₂吸収部を有し、
各段のＣＯ₂吸収部の下部側から抜出したＣＯ₂吸収液を、抜出段と同じ段の各段のＣＯ₂吸収部の上部側に、循環液として供給する吸収液循環ラインと、
前記吸収液循環ラインから循環液の一部を抜出し、抜出段よりも一つ下の段に抜出液として供給する吸収液抜出ラインと、を有するＣＯ₂回収装置。

【請求項2】

前記ガス中のＣＯ₂濃度が１０容量％以下である請求項１に記載のＣＯ₂回収装置。

【請求項3】

循環液と抜出液との分割割合の流量比を、１対１～６０対１とする請求項１又は請求項２に記載のＣＯ₂回収装置。

【請求項4】

最上段のＣＯ₂吸収部のガス流れ後流側に、水洗部を有する請求項１から３のいずれか１項に記載のＣＯ₂回収装置。

【請求項5】

上段側の前記ＣＯ₂吸収部の吸収液循環ラインに冷却部を有する請求項１から４のいずれか１項に記載のＣＯ₂回収装置。

【請求項6】

低濃度のＣＯ₂を含有するガスとＣＯ₂吸収液とを向流接触させてＣＯ₂を除去するＣＯ₂吸収工程と、ＣＯ₂を吸収したリッチ溶液を蒸気で熱交換し、ＣＯ₂吸収液として再生する吸収液再生工程と、前記ＣＯ₂吸収工程でＣＯ₂を吸収したリッチ溶液を抜出し、前記吸収液再生工程に供給し、前記吸収液再生工程で塔底部からＯ₂を放出したリーン溶液を抜出し、前記ＣＯ₂吸収工程に供給し、ガス中のＣＯ₂を回収するＣＯ₂回収方法であって、
前記ＣＯ₂吸収工程が、
少なくとも二段以上のＣＯ₂吸収部を有し、
各段のＣＯ₂吸収部の下部側から抜出したＣＯ₂吸収液を、抜出段と同じ段の各段のＣＯ₂吸収部の上部側に、循環液として供給する吸収液循環工程と、
吸収液循環工程から循環液の一部を抜出し、抜出段よりも一つ下の段に抜出液として供給する吸収液抜出工程と、を有するＣＯ₂回収方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＣＯ₂回収装置及びＣＯ₂回収方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、例えばボイラからの燃焼排ガスの中に含有される酸性ガス、特にＣＯ₂を回収・除去する方法について、様々な方法が提案されている。このような方法としては、燃焼排ガス中のＣＯ₂を、例えばアミン水溶液を用いたＣＯ₂吸収液として接触させて除去し、回収する方法がある。

【0003】

例えば、ＣＯ₂吸収液は排ガス中のＣＯ₂をＣＯ₂吸収塔で吸収し、排ガスからＣＯ₂を除去した後、再生塔でＣＯ₂吸収液に吸収されたＣＯ₂を放散してＣＯ₂吸収液を再生し、この再生したＣＯ₂吸収液を再びＣＯ₂吸収塔に循環して排ガスからＣＯ₂を除去するために再利用する方法が用いられている。このとき、ＣＯ₂を吸収したＣＯ₂吸収液は、再生塔においてリボイラからの蒸気で加熱されることにより、ＣＯ₂を放散し、高純度のＣＯ₂が回収される。この際、ＣＯ₂吸収塔において、上部のＣＯ₂吸収液の供給位置と下部ガス供給位置の間の少なくとも一か所に、下部ＣＯ₂吸収液の抜出液の一部を返送し、排ガスからのＣＯ₂の吸収量を増大させ、ＣＯ₂吸収液の再生に必要なリボイラ熱量を低減することの提案がある（例えば、特許文献１）。また、ＣＯ₂吸収塔の吸収部を複数段とし、下段の吸収部の循環液の抜出位置よりも上部側に抜出液の一部を返送し、同様に排ガスからのＣＯ₂の吸収量を増大させ、ＣＯ₂吸収液の再生に必要なエネルギーを低減することの提案がある（例えば、特許文献２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特表２０１３－５１２０８８号公報

【文献】国際公開第０９/１０４７４４号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、現状のＣＯ₂回収装置では、再生塔でのＣＯ₂の放散と、ＣＯ₂吸収液の再生に要する蒸気エネルギーの低減に課題があり、ＣＯ₂吸収液を再生利用する際のリボイラに多くの熱量を要しているという問題がある。

【0006】

さらに燃焼排ガス中のＣＯ₂の含有量は１０～１５容量％（以下単に「％」という）であるが、燃焼排ガス以外の微量のＣＯ₂を含有する大気圧近傍のガスや、濃度１０％以下のＣＯ₂を含有する例えばガスタービンガス等からのガス中のＣＯ₂の存在量の少ない各種ガスからＣＯ₂を回収する場合においても、ＣＯ₂吸収液を再生利用する際のリボイラ熱量を低減することができるＣＯ₂回収装置及び方法が切望されている。

【0007】

本発明は、前記事情に照らして、ＣＯ₂の存在量の少ない各種ガスからＣＯ₂を回収する際において、ＣＯ₂吸収液を再生利用する際のリボイラ熱量を低減することができるＣＯ₂回収装置及びＣＯ₂回収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】

【0008】

本発明の第１の態様のＣＯ₂回収装置は、低濃度のＣＯ₂を含有するガスとＣＯ₂吸収液とを向流接触させてＣＯ₂を除去するＣＯ₂吸収塔と、ＣＯ₂を吸収したリッチ溶液をリボイラからの蒸気で熱交換し、ＣＯ₂吸収液として再生する吸収液再生塔と、前記ＣＯ₂吸収塔の塔底部からＣＯ₂を吸収したリッチ溶液を抜出し、前記吸収液再生塔の上部側に供給するリッチ溶液供給ラインと、前記吸収液再生塔の塔底部からＣＯ₂を放出したリーン溶液を抜出し、前記ＣＯ₂吸収塔の上部側に供給するリーン溶液供給ラインと、を備えるＣＯ₂回収装置であって、前記ＣＯ₂吸収塔が、少なくとも二段以上のＣＯ₂吸収部を有し、各段のＣＯ₂吸収部の下部側から抜出したＣＯ₂吸収液を、抜出段と同じ段の各段のＣＯ₂吸収部の上部側に、循環液として供給する吸収液循環ラインと、前記吸収液循環ラインから循環液の一部を抜出し、抜出段よりも一つ下の段に抜出液として供給する吸収液抜出ラインと、を有する。

【0009】

本発明の第２の態様のＣＯ₂回収方法は、低濃度のＣＯ₂を含有するガスとＣＯ₂吸収液とを向流接触させてＣＯ₂を除去するＣＯ₂吸収工程と、ＣＯ₂を吸収したリッチ溶液を蒸気で熱交換し、ＣＯ₂吸収液として再生する吸収液再生工程と、前記ＣＯ₂吸収工程でＣＯ₂を吸収したリッチ溶液を抜出し、前記吸収液再生工程に供給し、前記吸収液再生工程で塔底部からＣＯ₂を放出したリーン溶液を抜出し、前記ＣＯ₂吸収工程に供給し、ガス中のＣＯ₂を回収するＣＯ₂回収方法であって、前記ＣＯ₂吸収工程が、少なくとも二段以上のＣＯ₂吸収部を有し、各段のＣＯ₂吸収部の下部側から抜出したＣＯ₂吸収液を、抜出段と同じ段の各段のＣＯ₂吸収部の上部側に、循環液として供給する吸収液循環工程と、吸収液循環工程から循環液の一部を抜出し、抜出段よりも一つ下の段に抜出液として供給する吸収液抜出工程と、を有する。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、ＣＯ₂の存在量の少ない各種ガスからＣＯ₂を回収する際において、ＣＯ₂回収の際のリボイラ熱量の低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、実施形態１に係るＣＯ₂回収装置の構成を示す概略図である。

【図2】図２は、実施形態２に係るＣＯ₂回収装置の構成を示す概略図である。

【図3】図３は、実施形態３に係るＣＯ₂回収装置の構成を示す概略図である。

【図4】図４は、試験例１のリッチ液中のＣＯ₂濃度比を示す図である。

【図5】図５は、試験例１のＣＯ₂回収量比を示す図である。

【図6】図６は、試験例１の吸収液再生塔のリボイラ熱量削減率（％）を示す図である。

【図7】図７は、試験例２のリッチ液中のＣＯ₂濃度比を示す図である。

【図8】図８は、試験例２のＣＯ₂回収量比を示す図である。

【図9】図９は、試験例２の吸収液再生塔のリボイラ熱量削減率（％）を示す図である。

【図10】図１０は、試験例３のリッチ液中のＣＯ₂濃度比を示す図である。

【図11】図１１は、試験例３のＣＯ₂回収量比を示す図である。

【図12】図１２は、試験例３の吸収液再生塔のリボイラ熱量削減率（％）を示す図である。

【図13】図１３は、試験例４のリッチ液中のＣＯ₂濃度比を示す図である。

【図14】図１４は、試験例４のＣＯ₂回収量比を示す図である。

【図15】図１５は、試験例４の吸収液再生塔のリボイラ熱量削減率（％）を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、本発明は、この実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に表現された思想及び範囲を逸脱することなく、種々の変形、追加、及び省略が当業者によって可能である。

【0013】

［実施形態１］

【0014】

図１は、実施形態１に係るＣＯ₂回収装置の構成を示す概略図である。図１に示すように、このＣＯ₂回収装置１０Ａは、例えば低濃度のＣＯ₂を含有する大気圧近傍の導入ガス（例えば空気）１１Ａ中のＣＯ₂を回収する装置である。このＣＯ₂回収装置１０Ａは、導入ガス１１ＡとＣＯ₂吸収液のリーン溶液１３Ａとを向流接触させて導入ガス１１Ａ中のＣＯ₂をＣＯ₂吸収液に吸収させて除去するＣＯ₂吸収塔１４と、このＣＯ₂吸収塔１４の後段に設けられ、ＣＯ₂を吸収したＣＯ₂吸収液のリッチ溶液１３ＣからＣＯ₂を放出させてリーン溶液１３Ａを再生する吸収液再生塔１５と、を具備する。

【0015】

このＣＯ₂回収装置１０Ａにおいては、ＣＯ₂吸収液がＣＯ₂吸収塔１４と吸収液再生塔１５との間を循環している。ＣＯ₂が放出されたＣＯ₂吸収液のリーン溶液１３Ａは、ＣＯ₂吸収塔１４でガス中のＣＯ₂を吸収してリッチ溶液１３Ｃとなり、このリッチ溶液１３Ｃが吸収液再生塔１５に供給される。この供給されたリッチ溶液１３Ｃは、吸収液再生塔１５でＣＯ₂が放出され再生されて、リーン溶液１３Ａとなり、その後ＣＯ₂吸収塔１４に供給される。ここで、ＣＯ₂吸収液は、ＣＯ₂を放出したリーン溶液１３Ａ、ガス中のＣＯ₂を一部吸収したセミリッチ溶液１３Ｂ、ガス中のＣＯ₂を吸収してＣＯ₂吸収塔１４から排出されるリッチ溶液１３Ｃの総称であり、ＣＯ₂回収装置１０Ａ内を循環する場所ごとにおいて、ＣＯ₂を含む割合に応じてその名称を変更して使用している。

【0016】

ここで、本発明で使用できるＣＯ₂吸収液としては、特に限定されるものではないが、例えばアルカノールアミンやアルコール性水酸基を有するヒンダードアミン類等のアミン系化合物を例示することができる。このようなアルカノールアミンとしては、例えばモノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、ジグリコールアミン等を例示することができるが、通常モノエタノールアミン（ＭＥＡ）が好ましい。またアルコール性水酸基を有するヒンダードアミンとしては、例えば２－アミノ－２－メチル－１－プロパノール（ＡＭＰ）、２－（エチルアミノ）－エタノール（ＥＡＥ）、２－（メチルアミノ）－エタノール（ＭＡＥ）、２－（ジエチルアミノ）－エタノール（ＤＥＡＥ）等を例示することができる。

【0017】

ＣＯ₂吸収塔１４の塔底部１４ｂと吸収液再生塔１５の塔頂部１５ａとの間には、ＣＯ₂吸収塔１４でＣＯ₂を吸収したリッチ溶液１３Ｃを、吸収液再生塔１５の上部側に供給するリッチ溶液供給ラインＬ₁が設けられている。このリッチ溶液供給ラインＬ₁には、ＣＯ₂吸収塔１４でＣＯ₂を吸収したリッチ溶液１３Ｃを吸収液再生塔１５に向けて供給するリッチ溶液ポンプ５１と、リッチ溶液１３Ｃを吸収液再生塔１５で加熱してＣＯ₂が除去されたリーン溶液１３Ａによって加熱するリッチ・リーン溶液熱交換器５２とが設けられている。

【0018】

ＣＯ₂吸収部１４１は、ＣＯ₂吸収塔１４内の高さ方向に配設された、導入ガス１１ＡからＣＯ₂を吸収する第一ＣＯ₂吸収部（以下「第一吸収部」という）１４１Ａ及び第一吸収部１４１Ａの下部に位置する第二ＣＯ₂吸収部（以下「第二吸収部」という）１４１Ｂを含む。

【0019】

第一吸収部１４１Ａと第二吸収部１４１Ｂとの間には、第一吸収部１４１Ａの上部から流下して第一吸収部１４１Ａの下部に滞留したセミリッチ溶液１３Ｂを貯留する液貯留部１４３Ａ及びチムニートレー１４３Ｂが設けられている。

【0020】

この液貯留部１４３Ａには、該液貯留部１４３Ａに貯留したセミリッチ溶液１３Ｂを、ＣＯ₂吸収塔１４の抜出位置Ａから全量を抜き出し、抜出段と同じ段の第一吸収部１４１Ａの上部の導入位置Ｂから導入する第一吸収液循環ラインＬ₁₁が設けられている。

【0021】

第一吸収液循環ラインＬ₁₁には、セミリッチ溶液１３Ｂを第一吸収部１４１Ａの上部に循環させるセミリッチ溶液ポンプ２５が設けられている。また、第一吸収液循環ラインＬ₁₁には、循環するセミリッチ溶液１３Ｂの循環流量を調整する循環流量調整弁Ｖ₁が設けられている。

【0022】

第一吸収液循環ラインＬ₁₁には、リーン溶液供給ラインＬ₂の先端が接続位置Ｈにて接続され、吸収液再生塔１５で再生されたリーン溶液１３Ａと循環するセミリッチ溶液１３Ｂ（循環液１３Ｂ）とが合流され、これらが合わさって（１３Ａ／１３Ｂ）、上段液分散器１４０Ａに導入される。なお、リーン溶液供給ラインＬ₂の先端を、第一吸収液循環ラインＬ₁₁に接続せずに、第一吸収部１４１Ａの上部の上段液分散器１４０Ａに直接接続するようにして、リーン溶液１３Ａと循環するセミリッチ溶液１３Ｂ（循環液１３Ｂ）とを別々に上段液分散器１４０Ａへ導入するようにしてもよい。

【0023】

ＣＯ₂吸収塔の塔底部の液貯留部１４４には、該液貯留部１４４に貯留したリッチ溶液１３ＣをＣＯ₂吸収塔１４の抜出位置Ｃから全量を抜き出し、抜出段と同じ段の第二吸収部１４１Ｂの上部の導入位置Ｄから導入する第二吸収液循環ラインＬ₁₂が設けられている。

【0024】

また、第二吸収液循環ラインＬ₁₂から抜出位置Ｅでリッチ溶液１３Ｃの一部を、循環液１３Ｃ-1として分離している。第二吸収液循環ラインＬ₁₂の抜出位置Ｅでは、リッチ溶液供給ラインＬ₁の基端が接続されている。そして、抜出液のリッチ溶液１３Ｃはリッチ溶液供給ラインＬ₁を介して吸収液再生塔１５に供給されている。リッチ溶液供給ラインＬ₁には、リッチ送液流量調整弁Ｖ₂を設け、吸収液再生塔１５へのリッチ溶液１３Ｃの供給量を調整している。また、第二吸収液循環ラインＬ₁₂には、循環流量調整弁Ｖ₃を設け、循環する循環液１３Ｃ-1の循環流量を調整している。

【0025】

また、第一吸収液循環ラインＬ₁₁から循環するセミリッチ溶液１３Ｂ（循環液１３Ｂ）の一部を、抜出位置Ｆで抜出液１３Ｂ-1として抜出し、抜出段よりも一つ下の段の第二吸収部１４１Ｂに抜出液１３Ｂ-1を供給する吸収液抜出ラインＬ₂₁が設けられている。

【0026】

本実施の形態では、吸収液抜出ラインＬ₂₁は、その先端が第二吸収液循環ラインＬ₁₂に接続位置Ｇで接続され、抜出液１３Ｂ-1は循環液１３Ｃ-1と合流している。これにより、抜出液１３Ｂ-1と循環液１３Ｃ-1とが合わさって（１３Ｂ-1／１３Ｃ-1）、第二吸収部１４１Ｂの上部の導入位置Ｄに一つのラインを介して供給される。なお、吸収液抜出ラインＬ₂₁の先端を、第二吸収液循環ラインＬ₁₂に接続せずに、第二吸収部１４１Ｂの上部の下段液分散器１４０Ｂに直接接続して、抜出液１３Ｂ-1と循環液１３Ｃ-1とを別々に下段液分散器１４０Ｂへ導入するようにしてもよい。

【0027】

また、吸収液抜出ラインＬ₂₁には、抜出流量調整弁Ｖ₄を設け、抜出液１３Ｂ-1の抜出流量を調整している。

【0028】

そして、第一吸収部１４１Ａにおいては、吸収液再生塔１５で再生されたリーン溶液１３Ａと循環するセミリッチ溶液１３Ｂ（循環液１３Ｂ）とがＣＯ₂吸収液として供給される。供給されたリーン溶液１３Ａと循環するセミリッチ溶液１３Ｂ（循環液１３Ｂ）とは、第一吸収部１４１Ａの上部に設けた上段液分散器１４０Ａから分散され、充填槽内を流下する。ここで、循環液としてのセミリッチ溶液１３Ｂは、リーン溶液１３ＡよりもＣＯ₂濃度が高いが、まだまだＣＯ₂吸収能力はあるので、第一吸収部１４１Ａにおいて再利用することでガス１１Ｂ中のＣＯ₂を吸収することができる。

【0029】

また、第二吸収部１４１Ｂにおいては、第一吸収部１４１Ａでガス１１Ｂ中のＣＯ₂を一部吸収したセミリッチ溶液１３Ｂの抜出液１３Ｂ-1と循環液１３Ｃ-1とが供給される。供給された抜出液１３Ｂ-1と循環液１３Ｃ-1とは、第二吸収部１４１Ｂの上部に設けた下段液分散器１４０Ｂから分散され、充填槽内を流下する。ここで、循環液としてのリッチ溶液１３Ｃは、セミリッチ溶液１３ＢよりもＣＯ₂濃度が高いが、まだまだＣＯ₂吸収能力はあるので、第二吸収部１４１Ｂにおいて再利用することで導入ガス１１Ａ中のＣＯ₂を吸収することができる。

【0030】

ＣＯ₂吸収塔１４では、第一吸収部１４１ＡでＣＯ₂を含有するガス１１Ｂと、塔内に導入されたアミン系化合物からなるＣＯ₂吸収液のリーン溶液１３Ａと循環するセミリッチ溶液１３Ｂ（循環液１３Ｂ）とが対向流接触する。この結果、塔内に導入されたガス中のＣＯ₂が除去された出口ガス１１Ｃとなると共に、リーン溶液１３Ａがセミリッチ溶液１３Ｂとなる。

【0031】

そして、第二吸収部１４１Ｂでは、塔底部側から導入されたＣＯ₂を含有する導入ガス１１ＡとＣＯ₂を一部吸収したセミリッチ溶液１３Ｂ（抜出液１３Ｂ-1と循環液１３Ｃ-1）とが対向流接触する。これにより、導入ガス１１Ａ中のＣＯ₂は、化学反応によりセミリッチ溶液１３Ｂに吸収される。この結果、導入ガス１１Ａ中のＣＯ₂が除去されて、ＣＯ₂濃度が低減された導入ガス１１Ｂとなると共に、セミリッチ溶液１３ＢがＣＯ₂をより吸収してリッチ溶液１３Ｃとなる。このようにして、ＣＯ₂を含有する導入ガス１１Ａ、１１Ｂは、第一、第二吸収部１４１Ａ、１４１Ｂを通過することにより、ＣＯ₂が除去された出口ガス１１Ｃとなる。

【0032】

この脱炭酸された出口ガス１１Ｃは、塔頂部１４ａ内に設置されたミストエリミネータ１４５でガス中のミストが捕捉され、ＣＯ₂吸収塔１４の塔頂部１４ａから外部へ排出される。

【0033】

また、吸収液再生塔１５の内部には、ＣＯ₂を吸収したリッチ溶液１３Ｃから水蒸気によりＣＯ₂を放出する充填部１５１が設けられている。吸収液再生塔１５の塔底部１５ｂ近傍には、塔底部１５ｂに流下したリーン溶液１３Ａの一部を循環する循環ラインＬ₄が設けられている。この循環ラインＬ₄には、飽和水蒸気Ｓによってリーン溶液１３Ａを間接加熱して水蒸気を発生するリボイラ３１と、リボイラ３１に供給する飽和水蒸気Ｓの量を調整する調整弁３２とが設けられている。なお、加熱後の飽和水蒸気Ｓは、水蒸気凝縮水Ｗ₄となる。

【0034】

吸収液再生塔１５の塔頂部１５ａには、水蒸気を伴ったＣＯ₂ガス４１を排出するガス排出ラインＬ₅が設けられている。このガス排出ラインＬ₅には、水蒸気を伴ったＣＯ₂ガス４１中の水分を凝縮するコンデンサ４２と、ＣＯ₂ガス４４と凝縮水Ｗ₅とを分離する分離ドラム４３とが設けられている。凝縮水Ｗ₅として水分が分離されたＣＯ₂ガス４４は、分離ドラム４３の上部から外部に放出される。分離ドラム４３の底部と吸収液再生塔１５の塔頂部１５ａとの間には、分離ドラム４３にて分離された凝縮水Ｗ₅を吸収液再生塔１５の塔頂部１５ａに供給する凝縮水ラインＬ₆が設けられている。凝縮水ラインＬ₆には、分離ドラム４３にて分離された凝縮水Ｗ₅を吸収液再生塔１５の塔頂部１５ａに供給する凝縮水循環ポンプ４５が設けられている。

【0035】

また、吸収液再生塔１５の塔底部１５ｂとＣＯ₂吸収塔１４の塔頂部１４ａには、吸収液再生塔１５の塔底部１５ｂのＣＯ₂吸収液のリーン溶液１３Ａを、ＣＯ₂吸収部１４１の上部側に供給するリーン溶液供給ラインＬ₂が設けられている。このリーン溶液供給ラインＬ₂には、吸収液再生塔１５において水蒸気で加熱されてＣＯ₂が除去されたリーン溶液１３Ａにより、ＣＯ₂を吸収したリッチ溶液１３Ｃを加熱するリッチ・リーン溶液熱交換器５２と、吸収液再生塔１５の塔底部１５ｂのリーン溶液１３ＡをＣＯ₂吸収部１４１の上部に供給するリーン溶液ポンプ５４と、ＣＯ₂吸収液のリーン溶液１３Ａを所定の温度に冷却する冷却部５５とが設けられている。

【0036】

本実施形態では、この冷却部５５において、リーン溶液１３ＡをＣＯ₂吸収塔１４に導入する導入ガス１１Ａのガス温度（室温：例えば２５℃）と同等、又は近似する温度まで冷却するようにしている。

【0037】

次に、本実施形態に係るＣＯ₂回収装置１０Ａの全体動作について説明する。例えば微量のＣＯ₂を含有する導入ガス（大気）１１Ａは、ＣＯ₂吸収塔１４の塔底部１４ｂから塔内部に導入され、塔内を上昇する。ＣＯ₂吸収塔１４に導入されたガスは、ＣＯ₂吸収部１４１の第一吸収部１４１Ａ及び第二吸収部１４１Ｂで例えばアルカノールアミン等のアミン系化合物を含むＣＯ₂吸収液と対向流接触され、ガス中のＣＯ₂がＣＯ₂吸収液に吸収されてＣＯ₂が除去された脱炭酸された出口ガス１１Ｃとなる。

【0038】

ＣＯ₂が除去された出口ガス１１ＣはＣＯ₂吸収塔１４の塔頂部１４ａから外部へ排出される。

【0039】

ＣＯ₂吸収塔１４でＣＯ₂を吸収したＣＯ₂吸収液のリッチ溶液１３Ｃは、リッチ溶液供給ラインＬ₁を介してリッチ・リーン溶液熱交換器５２でリーン溶液１３Ａとの間で熱交換された後、リッチ溶液ポンプ５１によって吸収液再生塔１５の上部側に供給される。

【0040】

吸収液再生塔１５に供給されたＣＯ₂吸収液のリッチ溶液１３Ｃは、吸収液再生塔１５の充填部１５１内を流下する間にリボイラ３１からの水蒸気の熱によりＣＯ₂が除去されてリーン溶液１３Ａとなる。吸収液再生塔１５内では、チムニートレー１５１Ａの液貯留部１５１Ｂの液が循環ラインＬ₄に循環されると共に、リボイラ３１で飽和水蒸気Ｓによって加熱されて吸収液再生塔１５の内部に水蒸気が発生する。リーン溶液１３Ａは、この発生した水蒸気の熱によりリッチ溶液１３ＣからＣＯ₂が放出されることで、得られる。加熱後の飽和水蒸気Ｓは、水蒸気凝縮水Ｗ₄となる。ＣＯ₂吸収液から除去された水蒸気を同伴するＣＯ₂ガス４１は、コンデンサ４２によって水分が凝縮された後、分離ドラム４３の上部から凝縮水Ｗ₅が分離されたＣＯ₂ガス４４として外部に放出される。分離された凝縮水Ｗ₅は、吸収液再生塔１５に供給される。

【0041】

吸収液再生塔１５の塔底部１５ｂから抜き出されたリーン溶液１３Ａは、リーン溶液供給ラインＬ₂を介してリッチ・リーン溶液熱交換器５２によってリッチ溶液１３Ｃとの間で熱交換された後、リーン溶液ポンプ５４によってＣＯ₂吸収塔１４のＣＯ₂吸収部１４１の上部側に供給される。

【0042】

ＣＯ₂吸収部１４１の上部側に供給されたリーン溶液１３Ａは、第一吸収部１４１Ａでガス１１ＢのＣＯ₂を吸収してセミリッチ溶液１３Ｂとなり、第一吸収部１４１Ａの下部側の抜出位置Ａにて、第一吸収液循環ラインＬ₁₁により抜き出される。抜き出されたセミリッチ溶液１３Ｂは、セミリッチ溶液ポンプ２５によって第一吸収部１４１Ａの上部側の導入位置Ｂに、リーン溶液１３Ａと共に供給される。

【0043】

また、第二吸収部１４１Ｂでは、ガス１１Ｂ中のＣＯ₂を吸収してリッチ溶液１３Ｃとなる。このリッチ溶液１３Ｃは、第二吸収部１４１Ｂの下部側の抜出位置Ｃにて、第二吸収液循環ラインＬ₁₂により抜き出される。抜き出されたリッチ溶液１３Ｃは、循環液１３Ｃ-1を抜出位置Ｅで分配され、リッチ溶液ポンプ５１によって第二吸収部１４１Ｂの上部側の導入位置Ｄに、循環液１３Ｃ-1として供給される。

【0044】

また、セミリッチ溶液１３Ｂは第一吸収液循環ラインＬ₁₁の抜出位置Ｆで一部が吸収液抜出ラインＬ₂₁により分配され、第二吸収液循環ラインＬ₁₂の接続位置Ｇで抜出液１３Ｂ-1と循環液１３Ｃ-1とが合流する。この抜出液１３Ｂ-1と循環液１３Ｃ-1とが合わさって（１Ｂ-1／１３Ｃ-1）、第二吸収部１４１Ｂの上部の導入位置Ｄに一つのラインを介して供給される。

【0045】

抜出位置Ｅで循環液１３Ｃ-1を分岐したリッチ溶液１３Ｃは、リッチ溶液供給ラインＬ₁を介して吸収液再生塔１５に供給される。

【0046】

このように、本実施形態によれば、ＣＯ₂吸収塔１４の第一吸収部１４１Ａの下部側から抜出したセミリッチ溶液１３Ｂを、抜出段と同じ段の１４１Ａの上部側に供給する第一吸収液循環ラインＬ₁₁と、ＣＯ₂吸収塔１４の第二吸収部１４１Ｂの下部側から抜出したリッチ溶液１３Ｃを抜出段と同じ段の第二吸収部１４１Ｂの上部側に供給する第二吸収液循環ラインＬ₁₂と、第一吸収部１４１Ａの下部側から抜出した循環するセミリッチ溶液１３Ｂ（循環液１３Ｂ）を分岐させ、抜出段よりも一つ下の段の第二吸収部１４１Ｂ下部側から抜出したリーン溶液１３Ｃ－１に合流させる吸収液抜出ラインＬ₂₁と、吸収液再生塔１５から、ＣＯ₂吸収塔１４の最上段の第一吸収部１４１Ａの上部に供給し、第一吸収部１４１Ａの下部側から抜出したセミリッチ溶液１３Ｂに合流させるリーン溶液供給ラインＬ₂と、ＣＯ₂吸収塔１４から吸収液再生塔１５へ吸収塔底部のリッチ溶液１３Ｃを送液するリッチ溶液供給ラインＬ₁と、を有している。

【0047】

よって、実施形態１によれば、ＣＯ₂を吸収したセミリッチ溶液１３Ｂ、リッチ溶液１３Ｃを、第一吸収部１４１Ａ、第二吸収部１４Ｂの各々の下部側から外部へ抜出し、吸収液を抜出した位置より各段の上部側に循環液として供給することができる。これにより、循環された循環液は、再度第一吸収部１４１Ａ、第二吸収部１４Ｂにおいて、吸収液として再利用してガス中のＣＯ₂を回収することができる。この結果、ＣＯ₂吸収液中のＣＯ₂濃度を上昇させることで、ＣＯ₂吸収塔１４内でのＣＯ₂回収効率が向上し、ＣＯ₂吸収液の単位量当りのＣＯ₂回収量を増加させることができる。また、ＣＯ₂吸収塔１４の塔底部１４ｂにおけるリッチ溶液１３Ｃ中のＣＯ₂濃度を上昇させることができるため、吸収液再生塔１５には、ＣＯ₂濃度を高くしたリッチ溶液１３Ｃを供給することができる。

【0048】

ここで、本実施形態のように、吸収部が第一吸収部１４１Ａと第二吸収部１４１Ｂとの二段構成の場合には、循環液１３Ｃ-1からの抜出液はリッチ溶液１３Ｃであり、リッチ溶液供給ラインＬ₁が吸収液抜出ラインとして機能して、抜出液であるリッチ溶液１３Ｃを吸収液再生塔１５へ供給する。なお、吸収部が第一吸収部１４１Ａと第二吸収部１４１Ｂと第三吸収部との三段構成の場合には、第二吸収部１４１Ｂの循環液１３Ｃ-1からの抜出液は、第二吸収部の抜出段よりも一つ下の段である第三吸収部に、抜出液として供給することとなる。

【0049】

この結果、ＣＯ₂吸収塔１４において、セミリッチ溶液１３Ｂと、リッチ溶液１３Ｃとを二回再利用することとなるので、ＣＯ₂吸収塔１４と吸収液再生塔１５との間を循環するＣＯ₂吸収液の系内の循環流量を減少させることができる。これにより、吸収液再生塔１５に供給されるリッチ溶液１３Ｃの流量を減少させることができるため、ＣＯ₂吸収液の再生のために吸収液再生塔１５で使用するリボイラ３１のスチーム供給量を低減し、熱エネルギーの消費を低減することで、エネルギー効率を向上させることができる。

【0050】

本実施形態では、ガス中のＣＯ₂濃度がごく微量のＣＯ₂を含有するガス（例えば大気）中からＣＯ₂を回収する際でも、吸収液再生塔１５に供給されるリッチ溶液１３Ｃ中のＣＯ₂濃度を上昇させることで、吸収液再生塔１５において要するスチーム量を軽減し、熱エネルギーの低減を図ることができるため、ＣＯ₂吸収液の再生の処理において更なる省エネルギー化を図ることができる。

【0051】

次に、本実施形態に係るＣＯ₂回収装置１０Ａにおける、循環液と抜出液との分配率について説明する。

【0052】

本実施形態では、第一吸収部１４１Ａの下部において、第一吸収液循環ラインＬ₁₁により循環されるセミリッチ溶液１３Ｂ（循環液１３Ｂ）の流量（ｆ₁）と、吸収液抜出ラインＬ₂₁により抜き出される抜出液１３Ｂ-1の流量（ｆ2）との分割割合の流量比（以下「分配流量比」ともいう）を、１対１～６０対１、好ましくは１０対１～６０対１、さらに好ましくは３０対１～６０対１とするのが良い。

【0053】

また、ＣＯ₂吸収塔１４の底部において、第二吸収液循環ラインＬ₁₂に送液される循環液１３Ｃ-1の流量（ｆ3）と、リッチ溶液供給ラインＬ₁に送液されるリッチ溶液１３Ｃの流量（ｆ4）との分配流量比を、１対１～６０対１、好ましくは１０対１～６０対１、さらに好ましくは３０対１～６０対１とするのが良い。

【0054】

以下、本実施形態の分配流量比の流量比率の効果を示す好適な試験例について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。本試験例の図４～図９では濃度１％以下のＣＯ₂を含有するガスを対象とした例を示している。

【0055】

図４は、試験例１のリッチ溶液中のＣＯ₂濃度比を示す図である。ここで、図４では、各段の抜出無のＣＯ₂濃度を基準（１）として、性能向上の比率を求めた。図４中、横軸は、第一吸収液循環ラインＬ₁₁に送液される循環するセミリッチ溶液１３Ｂ（循環液１３Ｂ）流量（ｆ1）と、吸収液抜出ラインＬ₂₁に送液される抜出液１３Ｂ-1の流量（ｆ2）との分配流量比であり、１対１～６０対１としている（なお、図５、図６においても同様）。なお、第二吸収液循環ラインＬ₁₂に送液される循環液１３Ｃ－1の流量（ｆ1）と、リッチ溶液供給ラインＬ₁に送液される抜出液であるリッチ溶液１３Ｃの流量（ｆ2）との分配流量比も同様であり、１対１～６０対１としている。

【0056】

図５は、試験例１のＣＯ₂回収量比を示す図である。ここで、図５では、各段の抜出無のＣＯ₂回収量を基準（１）として性能向上の比率を求めた。図６は、試験例１の吸収液再生塔のリボイラ熱量削減率（％）を示す図である。図６は、抜出無のリボイラ量を基準（１）として削減率を求めた。

【0057】

図４～図６に示すように、試験例１においては、分配流量比が、１対１～６０対１においては、リッチ液中のＣＯ₂濃度比、ＣＯ₂回収量比、リボイラ熱量削減率（％）の分配効果が共に増大した。特に、分配流量比が、１対１～４０対１においては、リッチ液中のＣＯ₂濃度比、ＣＯ₂回収量比、リボイラ熱量削減率（％）の分配効果の増大率が向上した。

【0058】

ここで、吸収液のＣＯ₂吸収速度は、物質移動容量係数（物質移動係数と気液接触面積との積）と推進力(ＣＯ₂分圧とＣＯ₂平衡分圧との差)との積で表される。ＣＯ₂吸収塔１４下部側のリッチ液側から塔頂部への循環するセミリッチ溶液１３Ｂ（循環液１３Ｂ）の吸収液を返送する場合は、従来技術（特許文献１）にも開示のとおり、ガス中のＣＯ₂含有量が多い場合（例えばボイラ排ガスのような１０％超－１５％のＣＯ₂濃度）、推進力の低下より出口側の酸性ガス（ＣＯ₂）の濃度が上昇する場合がある。

【0059】

これに対して、本試験例のように、例えば、大気のようなＣＯ₂濃度が１％と少ないガスからＣＯ₂を除去する場合では、ＣＯ₂吸収部下部側のリッチ液側から上部側のリーン液側に塔頂部を含めて吸収液を循環した場合でも、推進力の低下よりも物質移動容量係数の向上が大きく、ＣＯ₂吸収速度の向上が図れることとなる。このように、本発明によるＣＯ₂吸収速度の向上は、特に対象ガス中ＣＯ₂濃度が比較的低い条件において顕著である。

【0060】

よって、本発明が適用されるガス中のＣＯ₂濃度が低濃度のガスの例示としては、微量（濃度１％以下のＣＯ₂）を含有する大気圧近傍のガス、好ましくは、濃度１０％以下のＣＯ₂を含有する大気圧近傍のガス、さらに好ましくは，濃度５％以下のＣＯ₂を含有する大気圧近傍のガスが例示される。ここで、濃度１０％以下のＣＯ₂を含有するガスとしては、例えばボイラ、ガスタービン、燃焼炉、加熱炉、焼却炉、内燃機関等の燃焼排ガスや大気並びに閉鎖空間および略閉鎖空間等の空気等が例示される。

【0061】

本発明では、大気または閉鎖空間および略閉鎖空間等の空気を対象とする場合、リーン吸収液温度は、対象ガス温度又は、対象ガス温度と極力低い温度に近づけることが望ましい。

【0062】

これは、ＣＯ₂吸収塔１４の導入ガス１１が、水分未飽和の大気または空気の場合では、吸収液中の水分蒸発による水分飽和ガスが排出される。このため、吸収液への水の補充が必要となり、リーン溶液温度が高い場合には、ＣＯ₂吸収塔１４の出口ガス１１Ｃの温度上昇および飽和水分量増加による排出水分量が多くなるため、吸収液への水の補充量が増加する。このため、本実施形態では、図１に示すように、リーン溶液供給ラインＬ₂に補給水導入ラインＬ₉を設け、補給水７０を導入して、吸収液を希釈することで、吸収液中のアミン濃度の上昇を防止している。

【0063】

ＣＯ₂吸収塔１４の導入ガス１１Ａが水分未飽和の大気または空気では、ＣＯ₂吸収量が少ないことから、従来のようなボイラからの燃焼排ガス中のＣＯ₂を吸収する際に発生する反応熱による発熱量よりも、水分の蒸発潜熱の吸熱量が多くなる。このため、導入ガス１１Ａと同温度のリーン溶液１３Ａを用いた場合でも、例えば実施形態１の試験例１の導入ガス１１Ａのガス温度（Ｔ₁）が２５℃とした条件では、出口ガス１１Ｃの排出ガス温度（Ｔ₂）は、導入ガス１１Ａのガス温度（Ｔ₁）よりも３℃程度低下する。

【0064】

このように、ＣＯ₂含有量が微量（ＣＯ₂濃度１％以下）なガスからＣＯ₂を除去する条件では、第一吸収液循環ラインＬ₁₁、第二吸収液循環ラインＬ₁₂に冷却器を設置しなくても、ＣＯ₂吸収塔１４に導入されるリーン溶液１３Ａよりも吸収部循環液の方が温度は低い状態となる。この結果、従来のような吸収塔内部でのＣＯ₂を吸収する際のアミン溶液の反応熱が発生しないので、セミリッチ溶液１３Ｂ、リッチ溶液１３Ｃを循環させる第一吸収液循環ラインＬ₁₁、第二吸収液循環ラインＬ₁₂への冷却器の省略を図ることができる。

【0065】

また、比較として、従来技術(特許文献２：国際公開第０９/１０４７４４号)のように、本発明のような第一吸収液循環ラインＬ₁₁を設置せず、第二吸収液循環ラインＬ₁₂のみを用いて吸収液の循環を行った場合（上段循環無し、下段循環有り）の性能を基準(比較例２)とした性能を図７～図９に示す。

【0066】

図７は、試験例２のリッチ液中のＣＯ₂濃度比を示す図である。ここで、図７では、上段循環無し、下段循環有りのＣＯ₂濃度を基準（１）として、性能向上の比率を求めた。図７中、横軸は、第一吸収液循環ラインＬ₁₁に送液される循環するセミリッチ溶液１３Ｂ（循環液１３Ｂ）流量（ｆ1）と、吸収液抜出ラインＬ₂₁に送液される抜出液１３Ｂ-1の流量（ｆ2）との分割割合の流量比であり、１対１～６０対１としている（なお、図９～図１０においても同様）。なお、第二吸収液循環ラインＬ₁₂に送液される循環液１３Ｃ－1の流量（ｆ1）と、リッチ溶液供給ラインＬ₁に送液される抜出液であるリッチ溶液１３Ｃの流量（ｆ2）との分配流量比も同様であり、１対１～６０対１としている。

【0067】

図８は、試験例２のＣＯ₂回収量比を示す図である。ここで、図８では、上段循環無し、下段循環有りのＣＯ₂回収量を基準（１）として性能向上の比率を求めた。
図９は、試験例２の吸収液再生塔のリボイラ熱量削減率（％）を示す図である。ここで、図９では、上段循環無し、下段循環有りのリボイラ量を基準（１）として削減率を求めた。

【0068】

図７～図９に示すように、試験例２においては、分割割合の流量比が、１対１～６０対１においては、リッチ液中のＣＯ₂濃度比、ＣＯ₂回収量比、リボイラ熱量削減率（％）の分配効果が増大した。特に、分割割合の流量比が、１対１～３０対１においては、リッチ液中のＣＯ₂濃度比、ＣＯ₂回収量比、リボイラ熱量削減率（％）の分配効果の増大率が向上した。

【0069】

本実施形態のＣＯ₂回収装置１０Ａでは、ＣＯ₂吸収塔１４の内部に２つの吸収部（第一吸収部１４１Ａ、第二吸収部１４１Ｂ）を設けた場合について、説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＣＯ₂吸収塔１４の内部に２つ以上の吸収部を設け（第一吸収部１４１Ａと第二吸収部１４１Ｂとの間にさらに一つ以上の吸収部を設置）、各々循環と抜出を所定の分割割合の流量比として、循環させるようにしてもよい。

【0070】

［実施形態２］
図２は、実施形態２に係るＣＯ₂回収装置の構成を示す概略図である。実施形態２では、実施形態１に示す図１のＣＯ₂回収装置１０Ａに新たな構成を追加して説明する。なお、実施形態１の構成と同一構成部分についてはその説明は省略する。
実施形態２のＣＯ₂回収装置１０Ｂは、実施形態１のＣＯ₂回収装置１０Ａにおいて、
ＣＯ₂吸収塔１４の第一吸収部１４１Ａのガス流れ後流側の塔頂部１４ａ内に、水洗部１４２を設けている。

【0071】

この水洗部１４２の底部には、ＣＯ₂が除去された出口ガス１１Ｃを洗浄する洗浄水Ｗ₂を貯留する液貯留部１４４Ａが設けられている。この液貯留部１４４Ａと水洗部１４２の上部との間には、液貯留部１４４Ａで回収されたＣＯ₂吸収液を含む洗浄水Ｗ₂を水洗部１４２の塔頂部１４ａ側から供給して循環させる循環ラインＬ₃が設けられている。この循環ラインＬ₃には、洗浄水Ｗ₂を冷却する熱交換器２１と、熱交換器２１を介して液貯留部１４４Ａで回収されたＣＯ₂吸収液を含む洗浄水Ｗ₂を循環ラインＬ₃内で循環させる循環ポンプ２２が設けられている。

【0072】

本実施形態では、ＣＯ₂濃度が低いガス中のＣＯ₂を回収しているので、前述したように、ＣＯ₂の吸収はアミン吸収液の発熱反応は生じるものではない。しかしながら、外部へ放出する出口ガス１１Ｃ中のアミン吸収液の同伴を極力低減するには、図２に示す水洗部１４２を設置するのが、ニアゼロエミッションを達成する観点からも好ましいものとなる。

【0073】

［実施形態３］
図３は、実施形態３に係るＣＯ₂回収装置の構成を示す概略図である。実施形態３では、実施形態２に示す図２のＣＯ₂回収装置１０Ｂに新たな構成を追加して説明する。なお、実施形態１の構成と同一構成部分についてはその説明は省略する。
実施形態３のＣＯ₂回収装置１０Ｃは、実施形態２のＣＯ₂回収装置１０Ｂにおいて、ＣＯ₂吸収塔１４の前流側に、導入ガス１１Ａを所定温度まで冷却する冷却塔１２を設けている。冷却塔１２は、導入ガス１１Ａを冷却する冷却部１２１を有する。また、冷却塔１２の底部１２ｂ側と冷却部１２１の頂部１２ａ側との間には、冷却水Ｗ₁を循環させる循環水ラインＬ₇が設けられている。この循環水ラインＬ₇には、冷却水Ｗ₁を冷却する熱交換器１２２と、冷却水Ｗ_１を循環水ラインＬ₇内で循環させる循環ポンプ１２３とを設けている。

【0074】

冷却部１２１では、導入ガス１１Ａと冷却水Ｗ₁とを向流接触させることにより、導入ガス１１Ａが所定温度まで冷却される。熱交換器１２２は、導入ガス１１Ａとの間での熱交換により加熱された冷却水Ｗ₁を冷却する。循環ポンプ１２３は、熱交換器１２２を介して冷却塔１２の底部１２ｂに流下した冷却水Ｗ₁を冷却部１２１の頂部１２ａに供給する。冷却された導入ガス１１Ａは導入ラインＬ₈を介して、ＣＯ₂吸収塔１４の底部近傍から塔内に導入される。

【0075】

また、実施形態３においては、リーン溶液供給ラインＬ₂に設置していた冷却部５５を、第一吸収液循環ラインＬ₁₁に設置している。これにより、第一吸収液循環ラインＬ₁₁からの循環する循環するセミリッチ溶液１３Ｂ（循環液１３Ｂ）と、リーン溶液供給ラインＬ₂からのリーン溶液１３Ａとの合わさった液（１３Ａ／１３Ｂ）を冷却している。

【0076】

本実施形態では、実施形態１とは異なり、導入ガス１１Ａとして、ＣＯ₂を３％以上、１０％以下含有するガス（例えばタービン排ガス、各種燃焼排ガス）を対象とするのが好ましい。ＣＯ₂を３％以上含有するガスを対象とする場合、リーン溶液１３Ａの液温度は、冷却塔１２の出口の水分飽和ガス温度レベルのリーン吸収液温度が想定される。

【0077】

例えば、本実施形態の導入ガス１１Ａのガス温度が４０℃の条件では、従来のような各段の吸収液循環が無い場合、塔頂部１４ａから排出される出口ガス１１Ｃのガス温度は、導入ガスのガス温度よりも約１０℃程度上昇することとなる。よって、このような条件では、第一吸収液循環ラインＬ₁₁に冷却部５５を設置する方が、吸収液の温度上昇の防止を図ることができ、吸収液中のＣＯ₂濃度の増加に有利となる。

【0078】

以下、本実施形態の分配流量比の流量比率の効果を示す好適な試験例について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。本試験例の図１０～図１５では濃度３％以上のＣＯ₂を含有するガスを対象とした例を示している。

【0079】

図１０は、試験例３のリッチ液中のＣＯ₂濃度比を示す図である。ここで、図１０では、各段の抜出無のＣＯ₂濃度を基準（１）として、性能向上の比率を求めた。図１０中、横軸は、第一吸収液循環ラインＬ₁₁に送液される循環するセミリッチ溶液１３Ｂ（循環液１３Ｂ）の流量（ｆ1）と、吸収液抜出ラインＬ₂₁に送液される抜出液１３Ｂ-1の流量（ｆ2）との分配流量比であり、１対１～６０対１としている（なお、図１１、図１２においても同様）。なお、第二吸収液循環ラインＬ₁₂に送液される循環液１３Ｃ－1の流量（ｆ1）と、リッチ溶液供給ラインＬ1に送液される抜出液であるリッチ溶液１３Ｃの流量（ｆ2）との分配流量比も同様であり、１対１～６０対１としている。

【0080】

図１１は、試験例３のＣＯ₂回収量比を示す図である。ここで、図１１では、各段の抜出無のＣＯ₂回収量を基準（１）として性能向上の比率を求めた。図１２は、試験例３の吸収液再生塔のリボイラ熱量削減率（％）を示す図である。図１３は、抜出無のリボイラ量を基準（１）として削減率を求めた。

【0081】

図１０～図１２に示すように、試験例３においては、分配流量比が、１対１～６０対１においては、リッチ液中のＣＯ₂濃度比、ＣＯ₂回収量比、リボイラ熱量削減率（％）の分配効果が増大した。特に、分配流量比が、１対１～２０対１においては、リッチ液中のＣＯ₂濃度比、ＣＯ₂回収量比、リボイラ熱量削減率（％）の分配効果の増大率が向上した。

【0082】

また、比較として、従来技術(特許文献２：国際公開第０９/１０４７４４号)のように、本発明のような第一吸収液循環ラインＬ₁₁を設置せず、第二吸収液循環ラインＬ₁₂のみを用いて吸収液の循環を行った場合（上段循環無し、下段循環有り）の性能を基準(比較例２)とした性能を図１３～図１５に示す。

【0083】

図１３は、試験例４のリッチ液中のＣＯ₂濃度比を示す図である。ここで、図１３では、上段循環無し、下段循環有りのＣＯ₂濃度を基準（１）として、性能向上の比率を求めた。図７中、横軸は、第一吸収液循環ラインＬ₁₁に送液される循環するセミリッチ溶液１３Ｂ（循環液１３Ｂ）の流量（ｆ1）と、吸収液抜出ラインＬ₂₁に送液される抜出液１３Ｂ-1の流量（ｆ2）との分割割合の流量比であり、１対１～６０対１としている（なお、図１４、図１５においても同様）。なお、第二吸収液循環ラインＬ₁₂に送液される循環液１３Ｃ－1の流量（ｆ1）と、リッチ溶液供給ラインＬ₁に送液される抜出液であるリッチ溶液１３Ｃの流量（ｆ2）との分配流量比も同様であり、１対１～６０対１としている。

【0084】

図１４は、試験例４のＣＯ₂回収量比を示す図である。ここで、図１４では、上段循環無し、下段循環有りのＣＯ₂回収量を基準（１）として性能向上の比率を求めた。図１５は、試験例４の吸収液再生塔のリボイラ熱量削減率（％）を示す図である。ここで、図１５では、上段循環無し、下段循環有りのリボイラ量を基準（１）として削減率を求めた。

【0085】

図１３～図１５に示すように、試験例４においては、分割割合の流量比が、１対１～６０対１においては、リッチ液中のＣＯ₂濃度比、ＣＯ₂回収量比、リボイラ熱量削減率（％）の分配効果が増大した。特に、分割割合の流量比が、１対１～４０対１においては、リッチ液中のＣＯ₂濃度比、ＣＯ₂回収量比、リボイラ熱量削減率（％）の分配効果の増大率が向上した。

【0086】

各実施形態に記載のＣＯ₂回収装置及びＣＯ₂回収方法は、例えば、以下のように把握される。

【0087】

第１の態様に係るＣＯ₂回収装置１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、低濃度のＣＯ₂を含有する導入ガス１１ＡとＣＯ₂吸収液とを向流接触させてＣＯ₂を除去するＣＯ₂吸収塔１４と、ＣＯ₂を吸収したリッチ溶液１３Ｃをリボイラ３１からの蒸気で熱交換し、ＣＯ₂吸収液として再生する吸収液再生塔１５と、ＣＯ₂吸収塔１４の塔底部１４ｂからＣＯ₂を吸収したリッチ溶液１３Ｃを抜出し、吸収液再生塔１５の上部側に供給するリッチ溶液供給ラインＬ₁と、吸収液再生塔１５の塔底部１５ｂからＣＯ₂を放出したリーン溶液１３Ａを抜出し、ＣＯ₂吸収塔１４の上部側に供給するリーン溶液供給ラインＬ₂と、を備えるＣＯ₂回収装置１０Ａであって、ＣＯ₂吸収塔１４が、少なくとも二段以上のＣＯ₂吸収部１４１Ａ、１４１Ｂを有し、各段のＣＯ₂吸収部１４１Ａ、１４１Ｂの下部側から抜出したＣＯ₂吸収液を、抜出段と同じ段の各段のＣＯ₂吸収部１４１Ａ、１４１Ｂの上部側に、循環するセミリッチ溶液１３Ｂ（循環液１３Ｂ）、循環するリッチ溶液１３Ｃ（循環液１３Ｃ-1）として供給する吸収液循環ラインＬ₁₁、Ｌ₁₂と、吸収液循環ラインＬ₁₁、Ｌ₁₂からセミリッチ溶液１３Ｂ（循環液１３Ｂ）循環液１３Ｃ-1の一部を抜出し、抜出段よりも一つ下の段に抜出液１３Ｂ-1、１３Ｃとして供給する吸収液抜出ラインＬ₂₁、Ｌ₁と、を有する。

【0088】

この構成によれば、ＣＯ₂を吸収したＣＯ₂吸収液を各段のＣＯ₂吸収部の下部側から外部へ抜出し、ＣＯ₂吸収液を抜出した位置より各段の上部側に供給し、再度ＣＯ₂吸収液として利用してガス中のＣＯ₂を回収することができ、ＣＯ₂吸収液中のＣＯ₂濃度を上昇させることができ、ＣＯ₂の存在量の少ない各種ガスからＣＯ₂を回収する際において、ＣＯ₂回収の際のリボイラ熱量の低減を図ることができる。

【0089】

第２の態様に係るＣＯ₂回収装置１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、導入ガス１１Ａ中のＣＯ₂濃度が１０容量％以下である。

【0090】

この構成によれば、ＣＯ₂濃度が１０容量％以下である導入ガス１１ＡからＣＯ₂を回収する際において、ＣＯ₂回収の際のリボイラ熱量の低減を図ることができる。

【0091】

第３の態様に係るＣＯ₂回収装置１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、循環液１３Ｂ、１３Ｃ-1と抜出液１３Ｂ-１、１３Ｃとの分割割合の流量比を、１対１～６０対１とする。

【0092】

この構成によれば、循環液１３Ｂ、１３Ｃ-1と抜出液１３Ｂ-１、１３Ｃとの分割割合の流量比を、１対１～６０対１とすることで、ＣＯ₂の存在量の少ない各種ガスからＣＯ₂を回収する際において、ＣＯ₂回収の際のリボイラ熱量の低減を図ることができる。

【0093】

第４の態様に係るＣＯ₂回収装置１０Ｂ、１０Ｃは、最上段のＣＯ₂吸収部のガス流れ後流側に、水洗部１４２を有する。

【0094】

この構成によれば、水洗部１４２を有するので、出口ガス１１Ｃが水洗され、外部へ放出する出口ガス１１Ｃ中のアミン吸収液の同伴を極力低減することができる。

【0095】

第５の態様に係るＣＯ₂回収装置１０Ｃは、第一吸収液循環ラインＬ₁₁に冷却部５５を有する。

【0096】

この構成によれば、第一吸収液循環ラインＬ₁₁に冷却部５５を有するので、吸収液の温度上昇の防止を図ることができ、吸収液中のＣＯ₂濃度の増加に有利となる。

【0097】

第６の態様に係るＣＯ₂回収方法は、低濃度のＣＯ₂を含有する導入ガス１１ＡとＣＯ₂吸収液とを向流接触させてＣＯ₂を除去するＣＯ₂吸収工程と、ＣＯ₂を吸収したリッチ溶液１３Ｃをリボイラ３１からの蒸気で熱交換し、ＣＯ₂吸収液として再生する吸収液再生工程と、ＣＯ₂吸収工程でＣＯ₂を吸収したリッチ溶液１３Ｃを抜出し、吸収液再生工程に供給し、吸収液再生工程でＣＯ₂を放出したリーン溶液１３Ａを抜出し、ＣＯ₂吸収工程に供給し、ガス中のＣＯ2を回収するＣＯ₂回収方法であって、前記ＣＯ₂吸収工程が、少なくとも二段以上のＣＯ₂吸収部１４１Ａ、１４１Ｂを有し、各段のＣＯ₂吸収部１４１Ａ、１４１Ｂの下部側から抜出したＣＯ₂吸収液を、抜出段と同じ段の各段のＣＯ₂吸収部１４１Ａ、１４１Ｂの上部側に、循環液１３Ｂ、１３Ｃ-1として供給する吸収液循環工程と、吸収液循環工程から循環液１３Ｂの一部を抜出し、抜出段よりも一つ下の段に抜出液１３Ｂ-1、１３Ｃとして供給する吸収液抜出工程と、を有する。

【0098】

この構成によれば、ＣＯ₂を吸収したＣＯ₂吸収液を各段のＣＯ₂吸収部の下部側から外部へ抜出し、ＣＯ₂吸収液を抜出した位置より各段の上部側に供給し、再度ＣＯ₂吸収液として利用してガス中のＣＯ₂を回収することができ、ＣＯ₂吸収液中のＣＯ₂濃度を上昇させることができ、ＣＯ₂の存在量の少ない各種ガスからＣＯ₂を回収する際において、ＣＯ₂回収の際のリボイラ熱量の低減を図ることができる。

【符号の説明】

【0099】

１０Ａ～１０Ｃ ＣＯ₂回収装置
１１Ａ、１１Ｂ 導入ガス
１１Ｃ 出口ガス
１３Ａ リーン溶液
１３Ｂ セミリッチ溶液
１３Ｂ-1 抜出液
１３Ｃ リッチ溶液
１３Ｃ-1 循環液
１４ ＣＯ₂吸収塔
１５ 吸収液再生塔
３１ リボイラ
５５ 冷却部
１４１Ａ 第一ＣＯ₂吸収部（第一吸収部）
１４１Ｂ 第二ＣＯ₂吸収部（第二吸収部）
１４４ 液貯留部
Ｌ₁ リッチ溶液供給ライン
Ｌ₂ リーン溶液供給ライン
Ｌ₁₁ 第一吸収液循環ライン
Ｌ₁₂ 第二吸収液循環ライン
Ｌ₂₁ 吸収液抜出ライン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】