特許 7402031 二酸化炭素回収システム及びその運転方法

(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】2023-12-12

(45)【発行日】2023-12-20

(54)【発明の名称】二酸化炭素回収システム及びその運転方法

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/62 20060101AFI20231213BHJP

   B01D 53/78 20060101ALI20231213BHJP

   B01D 53/18 20060101ALI20231213BHJP

   C01B 32/50 20170101ALI20231213BHJP

   B01D 53/96 20060101ALI20231213BHJP

   B01D 53/26 20060101ALI20231213BHJP

【ＦＩ】

B01D53/62 ZAB

B01D53/78

B01D53/18 130

C01B32/50

B01D53/96

B01D53/26 100

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019222352

(22)【出願日】2019-12-09

(65)【公開番号】P2021090904

(43)【公開日】2021-06-17

【審査請求日】2022-02-28

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【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】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】宇田津 満

(72)【発明者】

【氏名】半田 優介

(72)【発明者】

【氏名】北村 英夫

【審査官】壷内 信吾

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１８７５８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１２６１５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０５７９４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／０７５５３８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－０００７９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｄ ５３／３４－５３／７３，５３／７４－５３／８５，５３／９２，５３／９６

Ｂ０１Ｄ ５３／１４－５３／１８

Ｂ０１Ｄ ５３／２６－５３／２８

Ｃ０１Ｂ ３２／００－３２／９９１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

二酸化炭素を含む処理対象ガスと吸収液とを接触させ、前記二酸化炭素を吸収した前記吸収液と、前記二酸化炭素が除去された前記処理対象ガスを含む吸収塔排出ガスとを排出する吸収塔と、
前記吸収塔から排出された前記吸収液から前記二酸化炭素を放散させ、前記二酸化炭素を放散した前記吸収液と、前記二酸化炭素を含む再生塔排出ガスとを排出する再生塔と、
前記再生塔排出ガスを冷却する冷却器と、
前記冷却器による冷却により前記再生塔排出ガスから生じる凝縮水と、気体のままの冷却後再生塔排出ガスとを受け入れ、前記冷却後再生塔排出ガスを洗浄液で洗浄する洗浄塔と、
を備え、
前記洗浄塔は、前記凝縮水を貯留する第１液溜め部と、前記冷却後再生塔排出ガスを洗浄した前記洗浄液を貯留する第２液溜め部とを有し、
前記第１液溜め部及び前記第２液溜め部は堰によって仕切られている、二酸化炭素回収システム。

【請求項2】

二酸化炭素を含む処理対象ガスと吸収液とを接触させ、前記二酸化炭素を吸収した前記吸収液と、前記二酸化炭素が除去された前記処理対象ガスを含む吸収塔排出ガスとを排出する吸収塔と、
前記吸収塔から排出された前記吸収液から前記二酸化炭素を放散させ、前記二酸化炭素を放散した前記吸収液と、前記二酸化炭素を含む再生塔排出ガスとを排出する再生塔と、
前記再生塔排出ガスを冷却する冷却器と、
前記冷却器による冷却により前記再生塔排出ガスから生じる凝縮水と、気体のままの冷却後再生塔排出ガスとを受け入れ、前記冷却後再生塔排出ガスを洗浄液で洗浄する洗浄塔と、
を備え、
前記洗浄塔は、前記凝縮水を貯留する第１液溜め部と、前記冷却後再生塔排出ガスを洗浄した前記洗浄液を貯留する第２液溜め部とを有し、
前記第２液溜め部から前記第１液溜め部への前記洗浄液の流入を許容する一方で、前記第１液溜め部から前記第２液溜め部への前記凝縮水の流入を制限するワンウェイ機構をさらに備える、二酸化炭素回収システム。

【請求項3】

前記ワンウェイ機構は、凝縮水レベル計により検出される前記第１液溜め部に貯留された前記凝縮水の液位が所定値以上になった際に、前記第１液溜め部に貯留された前記凝縮水を前記第１液溜め部の外部に排出する排出構造により構成される、請求項２に記載の二酸化炭素回収システム。

【請求項4】

前記排出構造は、前記吸収塔、前記再生塔、及び前記吸収塔と前記再生塔との間で前記吸収液を通流させるプロセス流路のうちの少なくともいずれかに前記凝縮水を排出する、
請求項３に記載の二酸化炭素回収システム。

【請求項5】

二酸化炭素を含む処理対象ガスと吸収液とを接触させ、前記二酸化炭素を吸収した前記吸収液と、前記二酸化炭素が除去された前記処理対象ガスを含む吸収塔排出ガスとを排出する吸収塔と、
前記吸収塔から排出された前記吸収液から前記二酸化炭素を放散させ、前記二酸化炭素を放散した前記吸収液と、前記二酸化炭素を含む再生塔排出ガスとを排出する再生塔と、
を備える二酸化炭素回収システムの運転方法であって、
前記再生塔排出ガスを冷却し、冷却により前記再生塔排出ガスから生じる凝縮水と、気体のままの冷却後再生塔排出ガスとを分離する工程と、
前記凝縮水と前記冷却後再生塔排出ガスを洗浄塔に受け入れ、前記凝縮水を前記洗浄塔に設けられ、堰によって仕切られた第１液溜め部及び第２液溜め部のうちの第１液溜め部に貯留する工程と、
前記冷却後再生塔排出ガスを前記洗浄塔において洗浄液で洗浄する工程と、
前記冷却後再生塔排出ガスを洗浄した前記洗浄液を前記第２液溜め部に貯留する工程と、を備える、二酸化炭素回収システムの運転方法。

【請求項6】

二酸化炭素を含む処理対象ガスと吸収液とを接触させ、前記二酸化炭素を吸収した前記吸収液と、前記二酸化炭素が除去された前記処理対象ガスを含む吸収塔排出ガスとを排出する吸収塔と、
前記吸収塔から排出された前記吸収液から前記二酸化炭素を放散させ、前記二酸化炭素を放散した前記吸収液と、前記二酸化炭素を含む再生塔排出ガスとを排出する再生塔と、
を備える二酸化炭素回収システムの運転方法であって、
前記再生塔排出ガスを冷却し、冷却により前記再生塔排出ガスから生じる凝縮水と、気体のままの冷却後再生塔排出ガスとを分離する工程と、
前記凝縮水を第１液溜め部に貯留する工程と、
前記冷却後再生塔排出ガスを洗浄液で洗浄する工程と、
前記冷却後再生塔排出ガスを洗浄した前記洗浄液を第２液溜め部に貯留する工程と、を備え、
前記第２液溜め部から前記第１液溜め部への前記洗浄液の流入を許容する一方で、前記第１液溜め部から前記第２液溜め部への前記凝縮水の流入を制限する、二酸化炭素回収システムの運転方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施の形態は、二酸化炭素回収システム及びその運転方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、地球温暖化問題に対する有効な対策として、二酸化炭素回収貯留（ＣＣＳ：Carbon Dioxide Capture and Storage）技術が注目されている。例えば、火力発電所、製鉄所、ごみ焼却所、製造設備などの排ガス排出設備から発生するプロセス排ガス（処理対象ガス）中の二酸化炭素を、吸収液により回収する二酸化炭素回収システムが検討されている。

【0003】

二酸化炭素回収システムによって回収される二酸化炭素は、原材料やガスなどに加工されて商用利用されてもよい。この場合、回収される二酸化炭素の純度は一般に高い方が望ましい。

【0004】

吸収液を利用する二酸化炭素回収システムは、プロセス排ガス中の二酸化炭素を吸収液で吸収し、二酸化炭素を吸収した吸収液から二酸化炭素を放散させる。この際、吸収液からは通常、二酸化炭素、吸収液成分などを含むガスが放散されるが、この場合、吸収液成分は二酸化炭素の純度を低下させることになる。そこで、二酸化炭素回収システムにおいては、ガスを洗浄液で洗浄することで吸収液成分などを取り除く装置を備えるものもある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１９－１３０５３１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述のように二酸化炭素を含むガスを洗浄液で洗浄する場合には、洗浄後の洗浄液を循環させて繰り返し洗浄に用いることがある。しかしながら、この場合、洗浄液に混ざり込む吸収液成分の濃度が次第に増加し、洗浄効果が次第に低下してしまう状況が生じ得る。

【0007】

そこで、本発明が解決しようとする課題は、二酸化炭素を吸収した吸収液から放散される二酸化炭素を含むガスを簡易的な構造で長期にわたって効果的に洗浄できる二酸化炭素回収システム及びその運転方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

一実施の形態にかかる二酸化炭素回収システムは、二酸化炭素を含む処理対象ガスと吸収液とを接触させ、前記二酸化炭素を吸収した前記吸収液と、前記二酸化炭素が除去された前記処理対象ガスを含む吸収塔排出ガスとを排出する吸収塔と、前記吸収塔から排出された前記吸収液から前記二酸化炭素を放散させ、前記二酸化炭素を放散した前記吸収液と、前記二酸化炭素を含む再生塔排出ガスとを排出する再生塔と、前記再生塔排出ガスを冷却する冷却器と、前記冷却器による冷却により前記再生塔排出ガスから生じる凝縮水と、気体のままの冷却後再生塔排出ガスとを受け入れ、前記冷却後再生塔排出ガスを洗浄液で洗浄する洗浄塔と、を備える。そして、前記洗浄塔は、前記凝縮水を貯留する第１液溜め部と、前記冷却後再生塔排出ガスを洗浄した前記洗浄液を貯留する第２液溜め部とを有している。

【0009】

また、一実施の形態にかかる二酸化炭素回収システムの運転方法は、二酸化炭素を含む処理対象ガスと吸収液とを接触させ、前記二酸化炭素を吸収した前記吸収液と、前記二酸化炭素が除去された前記処理対象ガスを含む吸収塔排出ガスとを排出する吸収塔と、前記吸収塔から排出された前記吸収液から前記二酸化炭素を放散させ、前記二酸化炭素を放散した前記吸収液と、前記二酸化炭素を含む再生塔排出ガスとを排出する再生塔と、を備える二酸化炭素回収システムの運転方法である。当該方法は、前記再生塔排出ガスを冷却し、冷却により前記再生塔排出ガスから生じる凝縮水と、気体のままの冷却後再生塔排出ガスとを分離する工程と、前記凝縮水を第１液溜め部に貯留する工程と、前記冷却後再生塔排出ガスを洗浄液で洗浄する工程と、前記冷却後再生塔排出ガスを洗浄した前記洗浄液を第２液溜め部に貯留する工程と、を備えている。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、二酸化炭素を吸収した吸収液から放散される二酸化炭素を含むガスを簡易的な構造で長期にわたって効果的に洗浄できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】第１の実施の形態にかかる二酸化炭素回収システムの構成を示す図である。

【図2】第２の実施の形態にかかる二酸化炭素回収システムの構成を示す図である。

【図3】第３の実施の形態にかかる二酸化炭素回収システムの構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、添付の図面を参照して各実施の形態を詳細に説明する。

【0013】

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態にかかる二酸化炭素回収システムＳ１の構成を概略的に示す図である。

【0014】

図１に示す二酸化炭素回収システムＳ１は、プロセス排ガスライン１と、吸収塔２と、リッチ液ポンプ３と、再生熱交換器４と、再生塔５と、リーン液ポンプ６と、リーン液冷却器７と、ガス冷却器８と、洗浄塔９と、制御部１０と、を備える。

【0015】

プロセス排ガスライン１は、排ガス排出設備Ｐから排出される燃焼排ガスなどのプロセス排ガスを吸収塔２に導入する流路である。排ガス排出設備Ｐは例えば、火力発電所などの発電所や、製鉄所や清掃工場などの工場や、ごみ焼却所や製造設備などの燃焼設備である。プロセス排ガスは、二酸化炭素回収システムＳ１によって処理される処理対象ガスの例である。このようなプロセス排ガスには微量成分、例えば硫黄酸化物や窒素酸化物、塩素分などが含まれる場合がある。この場合、例えばプロセス排ガスライン１上に微量成分を除去する前処理設備が設けられてもよく、前処理後のプロセス排ガスが吸収塔２に導入されてもよい。

【0016】

吸収塔２は例えば向流型気液接触装置により構成され、充填層２ａと、その下方に位置する液溜め部２ｂとを有する。吸収塔２は、プロセス排ガスを導入するためのガス導入口を、充填層２ａの下方に有し、吸収液（リーン液）を導入するための吸収液導入口を、充填層２ａの上方に有している。吸収液導入口から導入された吸収液は、充填層２ａへと落下する一方、ガス導入口から導入されたプロセス排ガスは、充填層２ａへと上昇する。

【0017】

吸収塔２は、プロセス排ガスと吸収液とを充填層２ａ内で気液接触させて、プロセス排ガス中の二酸化炭素を吸収液に吸収させる。その結果、二酸化炭素を吸収した吸収液（リッチ液）が、充填層２ａから落下して液溜め部２ｂに溜まり、このリッチ液は、吸収塔２の底部に設けられた吸収液排出口から外部に排出される。一方、二酸化炭素が除去されたプロセス排ガスを含む吸収塔排出ガスは、充填層２ａから上昇して、吸収塔２の頂部から外部に排出（放出）される。充填層２ａから上昇した吸収塔排出ガスは、例えば吸収塔２内の頂部側に設けられる洗浄部により洗浄されてもよく、その後、外部に排出されてもよい。

【0018】

なお、吸収塔２は、１つの充填層２ａを備えているが、代わりに複数の充填層２ａを備えていてもよいし、１つ以上のその他の反応部（例えばトレイ）を備えていてもよい。また、二酸化炭素回収システムＳ１においては、吸収塔２から排出された吸収塔排出ガスを冷却する冷却塔がさらに備えられてよい。

【0019】

吸収液の例は、１種類以上のアミンを含有するアミン系水溶液である。アミンの例は、モノエタノールアミン（monoethanolamin）や、ジエタノールアミン（diethanolamin）である。吸収液は、その他のアミンもしくは、目的に応じて添加剤などを含有していてもよい。

【0020】

吸収塔２の底部に設けられた吸収液排出口から排出された吸収液は、リッチ液ポンプ３により、再生熱交換器４を介して再生塔５へ移送される。この際、吸収塔２から再生塔５へ向かう吸収液は、再生熱交換器４における熱交換により加熱される。

【0021】

再生塔５は例えば向流型気液接触装置により構成され、充填層５ａと、その下方に位置する液溜め部５ｂとを有する。再生塔５は、吸収塔２から排出された吸収液（リッチ液）を導入するための吸収液導入口を、充填層５ａの上方に有している。

【0022】

再生塔５は、その吸収液導入口から導入された吸収液を加熱することにより、吸収液から大部分の二酸化炭素を蒸気とともに放散させて、吸収液から二酸化炭素を分離する。具体的には、再生塔５は不図示のリボイラを備えており、リボイラから供給された高温蒸気と吸収液との熱交換を行うことにより吸収液を加熱する。加熱によって分離せずに充填層５ａを通過する吸収液は、液溜め部５ｂに落下する。その結果、二酸化炭素を放散した吸収液（リーン液）は液溜め部５ｂに溜まり、再生塔５の底部に設けられた吸収液排出口から外部に排出される。

【0023】

再生塔５の底部の吸収液排出口から排出された吸収液（リーン液）は、リーン液ポンプ６により、再生熱交換器４とリーン液冷却器７とを介して吸収塔２へ戻される。この際、再生塔５から吸収塔２へ向かう吸収液は、再生熱交換器４における熱交換と、リーン液冷却器７における冷却作用により冷却される。再生熱交換器４では、吸収塔２から再生塔５へ向かう吸収液と再生塔５から吸収塔２へ向かう吸収液との熱交換が行われる。

【0024】

なお、再生塔５は、１つの充填層５ａを備えているが、代わりに複数の充填層５ａを備えていてもよいし、１つ以上のその他の反応部（例えばトレイ）を備えていてもよい。また、再生塔５は、充填層５ａと液溜め部５ｂとを備える再生塔として構成する代わりに、タンク内で吸収液を加熱して二酸化炭素を蒸気とともに放散させるフラッシュドラム（フラッシュタンク）として構成されてもよい。この場合、再生塔５は、吸収液を加熱する加熱部として、例えば電気ヒーターを備えていてもよい。

【0025】

一方、再生塔５で吸収液から放散された二酸化炭素と蒸気とを含むガス（以下、再生塔排出ガス）は、再生塔５の頂部に設けられたガス排出口から外部に排出され、配管部材を介してガス冷却器８に送られてガス冷却器８により冷却される。

【0026】

ガス冷却器８は、再生塔排出ガスを冷却して再生塔排出ガスの一部を凝縮させることで、再生塔排出ガスを、凝縮水と、気体のままの冷却後再生塔排出ガスとに分離する。凝縮水は吸収液成分を含む一方、冷却後再生塔排出ガスは主として二酸化炭素を含む。これら凝縮水と冷却後再生塔排出ガスは洗浄塔９へと移送される。

【0027】

洗浄塔９は、ガス冷却器８から流出した凝縮水と冷却後再生塔排出ガスとを受け入れ、このうちの冷却後再生塔排出ガスを洗浄液で洗浄して、冷却後再生塔排出ガス中に含まれる吸収液成分などの不純物を除去し、洗浄された冷却後再生塔排出ガスを排出する。不純物の例は、吸収液の主成分（例えばアミン）や、吸収液の添加成分や、吸収液の劣化などにより生じた副次成分などである。洗浄液は、特に限られるものではないが、例えば水であってもよい。洗浄によって不純物を除去された冷却後再生塔排出ガスは純度の高い二酸化炭素となって、洗浄塔９から排出される。このように洗浄塔９から排出される二酸化炭素は例えば、圧縮ポンプにより超臨界状態や液体状態など目的に応じた状態に転移され、タンク、ローリー、パイプラインなどにより保管または輸送されてもよい。

【0028】

洗浄塔９は、充填層９ａと、充填層９ａの下方に設けられた第１液溜め部９ｂ及び第２液溜め部９ｃと、循環ライン９ｄと、洗浄液ポンプ９ｅと、洗浄液冷却器９ｆと、を有している。洗浄塔９は、凝縮水と冷却後再生塔排出ガスとを導入するための気液導入口を、充填層９ａの下方に有し、洗浄液を導入するための洗浄液導入口を、充填層９ａの上方に有している。詳しくは、冷却後再生塔排出ガスが流れる方向で第２液溜め部９ｃは第１液溜め部９ｂの下流側に配置され、上記気液導入口は、充填層９ａの下方であって、第１液溜め部９ｂの上方且つ第２液溜め部９ｃの下流側に設けられている。

【0029】

洗浄塔９は、詳しくはガス冷却器８から受け入れた凝縮水及び冷却後再生塔排出ガスのうちの凝縮水をまず第１液溜め部９ｂで貯留し、冷却後再生塔排出ガスを第１液溜め部９ｂ及び第２液溜め部９ｃの上方を介して充填層９ａに流入させる。そして、洗浄塔９は、充填層９ａで冷却後再生塔排出ガスを洗浄液により洗浄し、洗浄後の洗浄液を第２液溜め部９ｃで貯留するようになっている。

【0030】

上述したように、気液導入口は充填層９ａの下方であって、第１液溜め部９ｂの上方且つ第２液溜め部９ｃの下流側に設けられるため、気液導入口から洗浄塔９内に流入する凝縮水は第１液溜め部９ｂで貯留され、第２液溜め部９ｃ側に流入することを抑制されることになる。そして、冷却後再生塔排出ガスは、凝縮水と分離し、第１液溜め部９ｂ及び第２液溜め部９ｃの上方を介して充填層９ａに流入することになる。

【0031】

なお、本実施の形態では、第１液溜め部９ｂ及び第２液溜め部９ｃが堰９ｇによって仕切られてなる。洗浄塔９は、第１液溜め部９ｂ及び第２液溜め部９ｃを有する上流側ケーシング９Ｕと、上流側ケーシング９Ｕの上部における第２液溜め部９ｃと上下方向で対向する部分から上方に延び出す下流側ケーシング９Ｄとを有しており、堰９ｇは、上流側ケーシング９Ｕの底部から立ち上がっている。また、下流側ケーシング９Ｄには充填層９ａが収容されている。

【0032】

上述したように凝縮水と分離した冷却後再生塔排出ガスは、第１液溜め部９ｂ及び第２液溜め部９ｃの上方を介して充填層９ａに流入する。ここで、充填層９ａはその上方の洗浄液導入口から洗浄液を導入し、この洗浄液を落下させて冷却後再生塔排出ガスと気液接触させることにより、冷却後再生塔排出ガス中に残存する吸収液成分を除去する。この際、冷却後再生塔排出ガスは充填層９ａで洗浄液によってさらに冷却され、冷却後再生塔排出ガスからは主として吸収液成分を含む凝縮水が発生する。この凝縮水が洗浄液とともに充填層９ａから落下することで、吸収液成分が除去される。ここで、充填層９ａの下方には第２液溜め部９ｃが位置していることにより、冷却後再生塔排出ガスを洗浄した洗浄液は第２液溜め部９ｃに貯留される。

【0033】

特に本実施の形態では、充填層９ａと第２液溜め部９ｃとが上下方向で重なる一方で、充填層９ａと第１液溜め部９ｂとは上下方向で重ならない。そのため、充填層９ａから落下した洗浄液が第１液溜め部９ｂへ落下することが抑制されている。

【0034】

そして、第２液溜め部９ｃに貯留された洗浄液は、第２液溜め部９ｃの底部に設けられた洗浄液排出口から外部に排出され、循環ライン９ｄを介して充填層９ａの上方の洗浄液導入口から再び洗浄塔９に導入される。すなわち、洗浄液は、洗浄液導入口、充填層９ａ、第２液溜め部９ｃ、循環ライン９ｄからなる循環経路で循環する。洗浄液ポンプ９ｅ及び洗浄液冷却器９ｆは、循環ライン９ｄ上に設けられ、洗浄液ポンプ９ｅは洗浄液排出口から洗浄液導入口へ送るための動力を発生させる。洗浄液冷却器９ｆは洗浄液導入口から流出する前の洗浄液を冷却する。一方、充填層９ａで洗浄液によって吸収液成分を除去された冷却後再生塔排出ガスは、上述したように純度の高い二酸化炭素となり、洗浄塔９の頂部に設けられた排出口から排出されて回収される。

【0035】

また、本実施の形態における洗浄塔９は、第２液溜め部９ｃから第１液溜め部９ｂへの洗浄液の流入を許容する一方で、第１液溜め部９ｂから第２液溜め部９ｃへの凝縮水の流入を制限するワンウェイ機構１１を備えている。このワンウェイ機構１１は、凝縮水レベル計１３により検出される第１液溜め部９ｂに貯留された凝縮水の液位が所定値以上になった際に、第１液溜め部９ｂに貯留された凝縮水を第１液溜め部９bの外部に排出する排出構造１２により構成されている。上記所定値（液位）は、堰９ｇの高さよりも低く設定されている。

【0036】

排出構造１２は、第１液溜め部９ｂの底部に設けられた排出口から延びる排出管１２ａと、排出管１２ａ上に設けられた排出弁１２ｂと、を有する。排出弁１２ｂは、第１液溜め部９ｂに貯留された凝縮水の液位が所定値以上になった際に閉じ状態から開き状態に切り換わり、これにより排出管１２ａを通して凝縮水が排出される。排出弁１２ｂの切り換え動作は、制御部１０によって制御される。排出弁１２ｂは開閉弁でもよいし、開度を調節可能な流量調節弁であってもよい。

【0037】

排出管１２ａは、第１液溜め部９ｂの底部に設けられた排出口と、再生塔５における充填層５ａの上方に設けられた導入口とを接続しており、凝縮水は再生塔５に排出される。本実施の形態では、凝縮水が再生塔５に排出されるが、これに限られるものではない。凝縮水は、吸収塔２、再生塔５、及び吸収塔２と再生塔５との間で吸収液を通流させる第１プロセス流路１４、第２プロセス流路１５のうちの少なくともいずれかに排出されることが望ましいが、二酸化炭素回収システムＳ１外部に排出されても構わない。なお、第１プロセス流路１４は吸収液を吸収塔２から再生塔５に送る流路であり、第２プロセス流路１５は、吸収液を再生塔５から吸収塔２に送る流路である。

【0038】

制御部１０は、排出弁１２ｂの切り換え動作を始めとする二酸化炭素回収システムＳ１の種々の動作を制御する。制御部１０の例は、プロセッサ、電気回路、コンピュータなどである。制御部１０は例えば、リッチ液ポンプ３、リーン液ポンプ６、及び洗浄液ポンプ９ｅの回転数や、リーン液冷却器７及びガス冷却器８の冷却動作や、リボイラの加熱動作なども制御する。制御部１０はさらに、これらの制御に必要な演算や、このような演算に必要な計測値の取り込みを行う。

【0039】

次に、本実施の形態にかかる二酸化炭素回収システムＳ１の動作について説明する。

【0040】

二酸化炭素回収システムＳ１では、吸収塔２から再生塔５に送られた二酸化炭素を含む吸収液が再生塔５で加熱され、これにより吸収液から二酸化炭素と蒸気とを含む再生塔排出ガスが放散される。再生塔排出ガスは、再生塔５の頂部に設けられたガス排出口から外部に排出され、その後、ガス冷却器８により冷却される。

【0041】

ガス冷却器８は、再生塔排出ガスを冷却して再生塔排出ガスの一部を凝縮させることで、再生塔排出ガスを、凝縮水と、気体のままの冷却後再生塔排出ガスとに分離する。そして、これら凝縮水と冷却後再生塔排出ガスは洗浄塔９に移送される。

【0042】

洗浄塔９は、受け入れた凝縮水と冷却後再生塔排出ガスのうちの凝縮水をまず第１液溜め部９ｂにて貯留し、凝縮水が第２液溜め部９ｃ側に流入することを抑制する。一方で、冷却後再生塔排出ガスは、第１液溜め部９ｂ及び第２液溜め部９ｃの上方を通過して充填層９ａ側に向かう。なお、第１液溜め部９ｂに貯留された凝縮水はその液位が所定値以上になると外部に排出されるため、第１液溜め部９ｂから第２液溜め部９ｃへの凝縮水の流入は確実に抑制されるようになっている。

【0043】

そして、第１液溜め部９ｂ及び第２液溜め部９ｃの上方を通過した冷却後再生塔排出ガスは充填層９ａの下部から上部に向かって流れ、充填層９ａ内で洗浄液と気液接触することで冷却後再生塔排出ガス中に残存する吸収液成分などが除去される。そして、吸収液成分などが除去された冷却後再生塔排出ガスは純度の高い二酸化炭素となり、洗浄塔９の頂部に設けられた排出口から排出される。一方で、冷却後再生塔排出ガスを洗浄した洗浄液は充填層９ａから落下し、第２液溜め部９ｃに貯留される。

【0044】

ここで、本実施の形態では再生塔排出ガスが洗浄塔９に流入する前に、ガス冷却器８で再生塔排出ガスを、凝縮水と、気体のままの冷却後再生塔排出ガスとに分離する。そして、洗浄塔９がガス冷却器８からの凝縮水を受け入れた際に、凝縮水を第２液溜め部９ｃとは別の第１液溜め部９ｂに貯留する。これにより、第２液溜め部９ｃ内の洗浄液に凝縮水が混入することが抑制される。そのため、第２液溜め部９ｃに貯留され洗浄液を循環させて、再び、冷却後再生塔排出ガスの洗浄に用いる場合にあっても、凝縮水の混入による洗浄液の汚染の進行が抑制され、汚染の無い或いは少ない洗浄液で冷却後再生塔排出ガスを好適に洗浄できる。これにより、洗浄液による好適な洗浄効果を長期にわたって維持することが可能となる。

【0045】

より詳しく説明すると、高い濃度の吸収液成分を含む、ガス冷却器８通過後の凝縮水をまず再生塔排出ガスから分離して、凝縮水と分離された、二酸化炭素を多く含み且つ吸収液成分を低減された冷却後再生塔排出ガスを凝縮水が混ざっていない又は凝縮水の混入の少ない洗浄液で洗浄することにより、洗浄液による好適な洗浄を実施できる。そして、このような洗浄液による好適な洗浄効果を長期にわたって維持することが可能となる。

【0046】

なお、洗浄液は、冷却後再生塔排出ガスを冷却し吸収液成分を凝縮させるため、第２液溜め部９ｃに貯留される洗浄液には凝縮水が含まれることになる。そのため、第２液溜め部９ｃに貯留される洗浄液の液位は凝縮水の増加に伴って上昇するが、液位が堰９ｇの頂部に至った際には、洗浄液が第１液溜め部９ｂに流入する。これにより、第２液溜め部９ｃに過剰に洗浄液が貯留されることが回避される。なお、第２液溜め部９ｃに貯留される洗浄液には凝縮水が含まれ得るものの、高い濃度の吸収液成分を含むガス冷却器８通過後の凝縮水は混入しないため、凝縮水の混入による洗浄液の汚染の進行は、ガス冷却器８、第１液溜め部９ｂ及び第２液溜め部９ｃを用いない構成に比較して格段に抑制される。

【0047】

また、本実施の形態では洗浄塔９に複数の液溜め部を設けるだけの簡易的な構造で洗浄効果を向上させることが可能となるため、製造コストを抑制しつつ且つ製造効率良く、二酸化炭素回収システムＳ１の性能を向上させることできる。

【0048】

したがって、本実施の形態によれば、二酸化炭素を吸収した吸収液から放散される二酸化炭素を含むガス（再生塔排出ガス）を簡易的な構造で長期にわたって効果的に洗浄できる。また、本実施の形態では特に洗浄塔９の底部を堰９ｇで隔てているだけの単純な構成で洗浄効果を向上させることが可能なため、製造コスト及び製造効率の点で極めて有利となる。

【0049】

（第２の実施の形態）
次に第２の実施の形態にかかる二酸化炭素回収システムＳ２について図２を参照しつつ説明する。本実施の形態における構成部分のうちの第１の実施の形態の構成部分と同じものには、同一の符号を付し、説明を省略する。

【0050】

図２に示す二酸化炭素回収システムＳ２は、第２液溜め部９ｃに貯留された洗浄液の液位を検出する洗浄液レベル計１６と、洗浄液に補給水を補給する補給構造１７と、を備えている。第２の実施の形態のその他の構成は、第１の実施の形態と同じである。

【0051】

補給構造１７は、洗浄液レベル計１６により検出される第２液溜め部９ｃに貯留された洗浄液の液位が所定値以下になった際に、洗浄液の循環経路に補給水を補給するようになっている。洗浄液の循環経路とは、洗浄液が、洗浄塔９上部の洗浄液導入口、充填層９ａ、第２液溜め部９ｃ、循環ライン９ｄをこの順で循環する経路のことである。

【0052】

補給構造１７は、補給水流路１７ａと、補給水流路１７ａ上に設けられた補給水弁１７ｂとを有し、補給水弁１７ｂは、第２液溜め部９ｃに貯留された洗浄液の液位が所定値以下になった際に閉じ状態から開き状態に切り換わり、これにより補給水流路１７ａを通して補給水が洗浄液に補給される。補給水弁１７ｂの切り換え動作は、制御部１０によって制御される。補給水弁１７ｂは開閉弁でもよいし、開度を調節可能な流量調節弁であってもよい。

【0053】

本実施の形態では補給水流路１７ａが洗浄塔９における充填層９ａの上方に接続されるが、補給水は洗浄液に供給されればよく、第２液溜め部９ｃや循環ライン９ｄなどに補給されてもよい。

【0054】

以上に説明した第２の実施の形態では、第２液溜め部９ｃに貯留された洗浄液の液位が所定値以下になった際に、補給構造１７から補給水が洗浄液に補給される。これにより、まず洗浄液ポンプ９ｅを保護することが可能となる。すなわち、洗浄塔９の上部から供給される洗浄液の温度は、例えば洗浄液冷却器９ｆが設けられていない又は故障した場合や、洗浄液の温度条件が任意に選択されるシステム構成や、気温・天候などの外的要因により、充填層９ａの下部から上部に向かう冷却後再生塔排出ガスの温度よりも高くなる場合がある。この場合、洗浄液が充填層９ａで蒸発して、二酸化炭素とともに洗浄塔９から排出され得るため、第２液溜め部９ｃ内の洗浄液の液位が低下する場合がある。第２液溜め部９ｃの洗浄液の液位が低下すると洗浄液ポンプ９ｅでキャビテーションが生じる場合などがあり、洗浄液ポンプ９ｅに損傷が生じ得る。これに対し、本実施の形態では第２液溜め部９ｃに貯留された洗浄液の液位が所定値以下になった際に補給構造１７から補給水が洗浄液に補給されるため、洗浄液ポンプ９ｅの正常な運転を維持でき、その結果、洗浄液ポンプ９ｅを保護することが可能となる。

【0055】

また、本実施の形態では補給水の補給により洗浄液中の吸収液成分の濃度を低下させることも可能となるため、洗浄効果が低下した洗浄液の洗浄効果を高めることもできる。

【0056】

また、補給構造１７から洗浄液に補給水を多く補給した場合には、補給水を第２液溜め部９ｃから第１液溜め部９ｂに堰９ｇを介して流入させることができる。これにより、補給水を第１液溜め部９ｂから排出構造１２を介して吸収液に供給することが可能となる。このように補給水を吸収液に供給した場合には、補給水によって吸収液中の吸収液成分の濃度を低い状態に調整し得るため、結果的に二酸化炭素に対する洗浄効果を向上できる。すなわち、吸収液中の吸収液成分の濃度が過剰に高くなった場合には、再生塔から排出される再生塔排出ガス中の吸収液成分が増加し、その後の洗浄液による洗浄において洗浄液の汚染が進行し得る。そのため、吸収液中の吸収液成分の濃度を低い状態に調整した場合には、結果的に二酸化炭素に対する洗浄効果を向上できることになる。

【0057】

また、本実施の形態では洗浄液冷却器９ｆが設けられているが、補給水により第２液溜め部９ｃの液位を一定に維持した場合には、洗浄液を冷却しなくても、洗浄液によって冷却後再生塔排出ガスを適正に冷却し得るとともに、適正な洗浄液ポンプ９eの運転を実施し得る。そのため、洗浄液冷却器９ｆを省略する又は小型化することなどによる低コスト化を図ることも可能となる。

【0058】

（第３の実施の形態）
次に第３の実施の形態にかかる二酸化炭素回収システムＳ３について図３を参照しつつ説明する。本実施の形態における構成部分のうちの第２の実施の形態の構成部分と同じものには、同一の符号を付し、説明を省略する。

【0059】

図３に示す二酸化炭素回収システムＳ３では、洗浄塔９の形状が第２の実施の形態の洗浄塔９の形状と異なる。また、洗浄塔９内における第１液溜め部９ｂ及び第２液溜め部９ｃのレイアウトが第１及び第２の実施の形態と異なる。具体的には第２液溜め部９ｃが、第１液溜め部９ｂの上方に配置されている。また、洗浄塔９は、第２液溜め部９ｃとともに洗浄液回収器を構成する案内板１８を、充填層９ａの下方且つ第２液溜め部９ｃの上方に有している。第３の実施の形態のその他の構成は、第２の実施の形態と同じである。

【0060】

洗浄塔９は例えば筒状であり、第２液溜め部９ｃは洗浄塔９の内周面に沿って配置される例えばループ状になっている。再生塔５からガス冷却器８に流入した再生塔排出ガスは、ガス冷却器８の冷却により凝縮水と、気体のままの冷却後再生塔排出ガスとに分離され、洗浄塔９に流入する。凝縮水と冷却後再生塔排出ガスは、第１液溜め部９ｂの上方であって第２液溜め部９ｃの下方から洗浄塔９に流入し、この際、凝縮水は、まず第１液溜め部９ｂに流入して貯留される。

【0061】

一方、冷却後再生塔排出ガスは、第２液溜め部９ｃの上方を介して第２液溜め部９ｃの中空部分を通過する。第２液溜め部９ｃが第１液溜め部９ｂの上方に位置することで、第１液溜め部９ｂに貯留された凝縮水は基本的に第２液溜め部９ｃへ混入することはない。また、第１液溜め部９ｂに貯留された凝縮水の液位が所定値以上になった際には、凝縮水が排出構造１２によって吸収液に供給される。

【0062】

案内板１８は、第２液溜め部９ｃの中空部分と上下方向で重なり且つ第２液溜め部９ｃの上端との間に上下方向の隙間を形成するように配置され、冷却後再生塔排出ガスはこの隙間から上昇して充填層９ａに向かう。充填層９ａに流入した冷却後再生塔排出ガスは洗浄液によって洗浄され、その後、洗浄液は案内板１８上に落下し、案内板１８から第２液溜め部９ｃに貯留される。案内板１８は第２液溜め部９ｃの中空部分を覆うように位置することで、洗浄液が第１液溜め部９ｂに貯留されることを抑制する。なお、第２液溜め部９ｃに貯留された洗浄液は循環ライン９ｄを介して再度、充填層９ａの上方に循環される。

【0063】

また、第２液溜め部９ｃに貯留される洗浄液の液位は洗浄液レベル計１６によって検出されており、第２液溜め部９ｃに貯留された洗浄液の液位が所定値以下になった際には、補給構造１７が補給水を洗浄液に補給する。また、運転状況に応じて第２液溜め部９ｃに貯留された洗浄液が第２液溜め部９ｃから溢れた場合には、洗浄液は第１液溜め部９ｂに流入する。

【0064】

以上に説明した第３の実施の形態によれば、洗浄塔９の形状を簡易化できるとともに、全体サイズの小型化を図ることができる。

【0065】

以上、各実施の形態を説明したが、上記各実施の形態は、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。この新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施され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。上述の実施の形態及びその他の変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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】

【0066】

Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３…二酸化炭素回収システム、１…プロセス排ガスライン、２…吸収塔、２ａ…充填層、２ｂ…液溜め部、３…リッチ液ポンプ、４…再生熱交換器、５…再生塔、５ａ…充填層、５ｂ…液溜め部、６…リーン液ポンプ、７…リーン液冷却器、８…ガス冷却器、９…洗浄塔、９ａ…充填層、９ｂ…第１液溜め部、９ｃ…第２液溜め部、９ｄ…循環ライン、９ｅ…洗浄液ポンプ、９ｆ…洗浄液冷却器、９ｇ…堰、９Ｕ…上流側ケーシング、９Ｄ…下流側ケーシング、１０…制御部、１１…ワンウェイ機構、１２…排出構造、１２ａ…排出管、１２ｂ…排出弁、１３…凝縮水レベル計、１４…第１プロセス流路、１５…第２プロセス流路、１６…洗浄液レベル計、１７…補給構造、１７ａ…補給水流路、１７ｂ…補給水弁、１８…案内板、Ｐ…排ガス排出設備

【図1】

【図2】

【図3】