JP2013163138A - 二酸化炭素回収システム - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＯ_２捕捉剤を収容したＣＯ_２吸収塔内で、水蒸気が凝縮して液体の水が生成した場合に、ＣＯ_２捕捉剤が水に浸漬するのを防止することが可能な二酸化炭素回収システムを提供する。
【解決手段】二酸化炭素含有ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収システムであって、固体の二酸化炭素捕捉剤１０１、二酸化炭素捕捉剤１０１を収容する二酸化炭素吸収塔１００、及び二酸化炭素吸収塔１００に水蒸気を流入させるための流路入口１０４を備え、二酸化炭素吸収塔１００は、二酸化炭素捕捉剤１０１の下方に液体収容部１０２を備える。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、二酸化炭素捕捉剤を利用した二酸化炭素回収システムに関する。

地球温暖化を抑制するために、温室効果ガスとして影響が大きい二酸化炭素（ＣＯ_２）の排出量削減が求められている。ＣＯ_２排出抑制の具体的方法としては、吸収液や吸着材等を用いてＣＯ_２含有ガスからＣＯ_２を分離回収する技術がある。この分離回収技術の一例として、特許文献１には、ガスの吸着分離技術に関する発明が開示されている。この発明では、試料ガス中のある特定成分を吸着分離するため、その特定成分を吸着する吸着剤を収容した吸着塔を用い、まず吸着塔の吸着剤に特定成分を一定量吸着させる。その後、吸着塔への加熱と通気により、吸着剤から特定成分を脱離させて吸着剤を再生する。

回収した特定成分のガスの純度の低下を防止するためには、吸着剤の再生のために流通させるガスとして、常温で容易に気液分離が可能な水蒸気を用いるのが望ましい。しかし、加熱水蒸気の流通によってＣＯ_２捕捉剤（吸着剤）を再生すると、加熱水蒸気よりも低い温度であるＣＯ_２捕捉剤と接触することで水蒸気が凝縮して、液体の水が生成する可能性がある。ＣＯ_２捕捉剤は、水に浸漬すると、ＣＯ_２捕捉量が低下してＣＯ_２捕捉機能を果たさなくなる恐れがある。また、ＣＯ_２捕捉剤間の隙間を水が埋めると、ガスの圧力損失が上昇し、ガスの流通に必要なエネルギーが大きくなる恐れがある。

このため、ＣＯ_２捕捉剤を用いたＣＯ_２回収システムとしては、ＣＯ_２捕捉剤の再生時に加熱水蒸気を流通させる方法ではなく、吸着量の圧力依存性を利用する方法が大半を占めている。ＣＯ_２捕捉剤の圧力変化によって生じるＣＯ_２捕捉量の変化を利用したＣＯ_２回収システムとしては、例えば、特許文献２に開示されている技術がある。しかし、このようなシステムで用いられるＣＯ_２捕捉剤は、水蒸気による被毒によってＣＯ_２捕捉量が低下するため、ＣＯ_２吸着塔の前段で除湿操作が必要である。このため、ＣＯ_２捕捉剤からＣＯ_２を脱離させるのに必要なエネルギーが大きいという課題がある。

従って、消費エネルギーの小さいＣＯ_２回収システムを実現するには、ＣＯ_２捕捉剤の再生時に水蒸気を流通させる方法が好ましい。この方法では、ＣＯ_２捕捉剤が水に浸漬するのを防止し、ＣＯ_２捕捉剤のＣＯ_２捕捉量の低下を抑制することと、ガスの圧力損失の上昇を抑制することが必要である。

特開平６−９１１２７号公報 特開２００９−２２０１０１号公報

本発明の目的は、ＣＯ_２捕捉剤を収容したＣＯ_２吸収塔内で、水蒸気が凝縮して液体の水が生成した場合に、ＣＯ_２捕捉剤が水に浸漬するのを防止することが可能な二酸化炭素回収システムを提供することである。

本発明による二酸化炭素回収システムは、以下のような特徴を有する。二酸化炭素含有ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収システムであって、固体の二酸化炭素捕捉剤、前記二酸化炭素捕捉剤を収容する二酸化炭素吸収塔、及び前記二酸化炭素吸収塔に水蒸気を流入させるための流路入口を備え、前記二酸化炭素吸収塔は、前記二酸化炭素捕捉剤の下方に液体収容部を備える。

本発明によれば、ＣＯ_２捕捉剤を収容したＣＯ_２吸収塔内で、水蒸気が凝縮して液体の水が生成した場合に、ＣＯ_２捕捉剤が水に浸漬するのを防止することが可能である。従って、ＣＯ_２捕捉剤のＣＯ_２捕捉量の低下を抑制することと、ＣＯ_２捕捉剤間の隙間を水が埋めることによるガスの圧力損失の上昇を抑制することが可能である。

実施例１のＣＯ_２吸収塔の構成図（縦断面図）である。 実施例１のＣＯ_２吸収塔のプールのＡ−Ａ断面図である。 ＣＯ_２入口を備えるＣＯ_２吸収塔の構成図（縦断面図）である。 実施例２のＣＯ_２吸収塔の構成図（縦断面図）である。 実施例２のＣＯ_２吸収塔のプールのＡ−Ａ断面図である。 実施例３のＣＯ_２吸収塔の構成図（縦断面図）である。 実施例３のＣＯ_２吸収塔のプールのＡ−Ａ断面図である。 実施例４において、ＣＯ_２捕捉剤を載せ置くメッシュ状の板を示す図である。 実施例４において、ＣＯ_２吸収塔にメッシュ状の板を設置した状態を示す図である。 実施例５において、ＣＯ_２吸収塔にハニカム状のＣＯ_２捕捉剤を用いた状態を示す図である。 実施例６において、ＣＯ_２捕捉剤、プール、及び底板で構成されるユニットを備えるＣＯ_２吸収塔の構成図（縦断面図）である。 実施例６のＣＯ_２吸収塔のプールのＡ−Ａ断面図である。 実施例６において、ＣＯ_２捕捉剤、メッシュ状の板、突起、及びプールで構成されるユニットを備えるＣＯ_２吸収塔の構成図である。 実施例７において、ＣＯ_２吸収塔にハニカム状のＣＯ_２捕捉剤を用いた状態を示す図である。 実施例８のＣＯ_２吸収塔の構成図（縦断面図）である。 実施例９において、液体の水が流れる流路を示す図（ＣＯ_２吸収塔の縦断面図）である。 実施例９において、ＣＯ_２吸収塔に流路を設置した状態を示す図（縦断面図）である。 実施例１０のＣＯ_２吸収塔の構成図（縦断面図）である。 実施例１０のＣＯ_２吸収塔のプールのＡ−Ａ断面図である。 実施例１０において、ガス流路入口の数をさらに増やしたＣＯ_２吸収塔の構成図（縦断面図）である。 実施例１０において、ガス流路入口の数をさらに増やしたＣＯ_２吸収塔のプールのＡ−Ａ断面図である。 実施例１１のＣＯ_２吸収塔の構成図（縦断面図）である。 比較例１のＣＯ_２吸収塔の構成図（縦断面図）である。 比較例２のＣＯ_２吸収塔の構成図（縦断面図）である。

本発明による二酸化炭素回収システム（ＣＯ_２回収システム）は、ＣＯ_２吸収塔を備え、固体のＣＯ_２捕捉剤を用いて、ＣＯ_２を含むガス（ＣＯ_２含有ガス）からＣＯ_２を回収する。ＣＯ_２を脱離させてＣＯ_２捕捉剤を再生する際には、水蒸気を利用する。

図１Ａを用いて、本発明によるＣＯ_２回収システムの実施形態例を説明する。図１Ａは、後述する実施例１のＣＯ_２吸収塔の構成図（縦断面図）である。ＣＯ_２吸収塔１００は、筒状で、ＣＯ_２捕捉剤１０１を内部に収容している。そして、ＣＯ_２含有ガスを導入し、ＣＯ_２捕捉剤１０１によりＣＯ_２含有ガス中のＣＯ_２を捕捉し、水蒸気の流通によってＣＯ_２捕捉剤１０１を再生する。ＣＯ_２捕捉剤１０１は、１つ以上の穴を有する底板１０６に載せ置かれる。水蒸気は、ガス流路入口１０４から導入され、脱離したＣＯ_２と導入された水蒸気は、ガス流路出口１０５から流出して回収される。

この際、水蒸気は、ＣＯ_２捕捉剤１０１やＣＯ_２吸収塔１００の内壁等、水蒸気よりも温度の低い物体と接触すると冷却され、飽和蒸気温度以下になると凝縮して液化し、水になる。液体の水がＣＯ_２捕捉剤１０１間の隙間に存在すると、ガスの圧力損失が上昇する。また、ＣＯ_２捕捉剤１０１が水に溶解する場合は、水蒸気の流通操作を繰り返すと、ＣＯ_２捕捉剤１０１が水に溶解してガス流路入口１０４から流出する恐れもある。

そこで、ＣＯ_２吸収塔１００の内部に、液体の水を収容するプール１０２をＣＯ_２捕捉剤１０１より下方に設置する（図１Ａの例では、ＣＯ_２吸収塔１００の底部にプール１０２を設置している）。プール１０２の底には、栓により開閉が可能な排水口１０３を設ける。液体収容部であるプール１０２により、水蒸気を流通させている間、水蒸気が冷却されて液化した水を回収することが可能となり、ＣＯ_２捕捉剤が水に浸漬するのを防止することが可能となる。従って、ＣＯ_２捕捉剤のＣＯ_２捕捉量の低下を抑制することと、ＣＯ_２捕捉剤間の隙間を水が埋めることによるガスの圧力損失の上昇を抑制することが可能となる。

図１Ｂは、プール１０２の断面図であり、図１ＡのＡ−Ａ断面を示している。プール１０２の底には、開閉可能な排水口１０３が設けられる。

ＣＯ_２捕捉剤１０１としては、例えば、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、セリア、ゼオライト、高分子材料、活性炭、ＭＯＦ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ）、またはＺＩＦ（Ｚｅｏｌｉｔｉｃ ｉｍｉｄａｚｏｌａｔｅ Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ）等を含む高比表面積材料であってもよいし、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の酸化物や炭酸塩等を含む材料であってもよい。

ＣＯ_２捕捉剤１０１の形状は、水蒸気が流通可能な通気性を有していれば、任意の形状でよい。例えば、粒状、ハニカム状、通気性を有する板状でもよく、これら以外の形状であってもよい。

水蒸気を流入させるガス流路入口１０４は、図１ＡのようにＣＯ_２吸収塔１００の側面でプール１０２より上方に設置してもよいし、後述する図２ＡのようにＣＯ_２吸収塔１００の底面の中央部に設置してもよい。また、後述する図３Ａのように、ＣＯ_２吸収塔１００の上部にガス流路入口１０４を設置し、底面の中央部にガス流路出口１０５を設置して、水蒸気の流れ方向を図２Ａと逆にしてもよい。

ＣＯ_２含有ガスは、ガス流路入口１０４からＣＯ_２吸収塔１００に導入してもよいし、ガス流路入口１０４とは別に設けた入口であるＣＯ_２入口から導入してもよい。

図１Ｃは、ＣＯ_２入口を備えるＣＯ_２吸収塔１００の構成図（縦断面図）である。図１Ｃにおいて、図１Ａと同一の符号は、図１Ａと同一または共通の要素を示す。ＣＯ_２入口１１４は、ガス流路入口１０４と同様に、ＣＯ_２吸収塔１００の側面でプール１０２より上方に設置されている。

以下の説明では、ＣＯ_２吸収塔１００は、ＣＯ_２入口１１４を備えず、ＣＯ_２含有ガスをガス流路入口１０４から導入するものとする。なお、ＣＯ_２入口１１４を備えるＣＯ_２吸収塔１００にも、以下の説明や実施例を適用することが可能である。

図１Ａに示したＣＯ_２吸収塔１００では、収納したＣＯ_２捕捉剤１０１を、底板１０６に載せ置いている。ＣＯ_２捕捉剤１０１を載せ置く部材は、１つ以上の穴を有し、通気性があってＣＯ_２捕捉剤１０１の重量を支えられればよいため、底板１０６以外の部材、例えば網を用いてもよい。また、ＣＯ_２捕捉剤１０１がハニカム状や板状の場合には、後述する図５に示すように、ＣＯ_２吸収塔１００の内壁にある突起１０９の上に載せ置いてもよい。

プール１０２の底に設ける開閉可能な排水口１０３は、１つまたは複数個設けるものとし、数に制限はない。

ＣＯ_２捕捉剤１０１やプール１０２は、後述する図６Ａに示すように、ＣＯ_２吸収塔１００の高さ方向に複数設置してもよい。

ＣＯ_２捕捉剤１０１やＣＯ_２吸収塔１００の内壁で生成した水を効率良くプール１０２に移動させるために、望ましくは、例えば次に示すような構造を採用するとよい。後述する図９に示すように、底板１０６の中央部を最も高くし周縁部（ＣＯ_２吸収塔１００の内壁に接する部分）を最も低くすることで、水がより速くＣＯ_２吸収塔１００の内壁側に移動するように底板１０６に傾斜をつける。または、後述する図１０Ａに示すように、ＣＯ_２吸収塔１００の中心から内壁に向けて水が流れるように傾斜をつけた流路１１１を１つ以上備える。これらのような構造を、ＣＯ_２吸収塔１００の高さ方向に複数設置すると、より効率良く水をプール１０２に移動させることができる。

ここで、捕捉したＣＯ_２をＣＯ_２捕捉剤１０１から脱離させるために水蒸気を流通させることによって発生する不具合について、比較例１と比較例２を用いて説明する。

（比較例１）
図１４を用いて、比較例１を説明する。図１４は、比較例１のＣＯ_２吸収塔５００の構成図（縦断面図）である。比較例１のＣＯ_２吸収塔５００は、ＣＯ_２捕捉剤１０１と、ＣＯ_２捕捉剤を載せ置くための底板１０６と、ガス流路入口１０４と、ガス流路出口１０５で構成され、ＣＯ_２を脱離させてＣＯ_２捕捉剤１０１を再生する際には水蒸気を利用する。

ＣＯ_２捕捉剤１０１からＣＯ_２を脱離させるときには、ガス流路入口１０４から水蒸気を導入し、ガス流路出口１０５から脱離したＣＯ_２と導入した水蒸気を回収する。この際、水蒸気は、ＣＯ_２捕捉剤１０１やＣＯ_２吸収塔５００の内壁等、水蒸気よりも温度の低い物体と接触すると冷却されて凝縮して水へと液化する。液体の水がＣＯ_２吸収塔５００の内部に留まるか、またはガス流路入口１０４側へ流れると、ＣＯ_２脱離工程において、後述する様々な問題が発生することが予想される。

ここで、比較例１のＣＯ_２吸収塔５００の内部で、どの程度の量の液体の水が発生するかを算出する。例として、ＣＯ_２含有ガスから排出されるＣＯ_２の回収に、比較例１のＣＯ_２吸収塔５００を用いたＣＯ_２回収システムを適用し、表１の条件で運転する場合を考える。

ＣＯ_２含有ガス内のＣＯ_２流量は、表１の条件を用いて、式（１）より求める。
ＣＯ_２流量［Ｎｍ^３／ｈ］
＝ＣＯ_２含有ガス流量［Ｎｍ^３／ｈ］×ＣＯ_２濃度［％］／１００ （１）
また、ガス流通時間が表１に示したように決まっているため、ＣＯ_２吸収塔が捕捉すべきＣＯ_２量は、式（２）により求められる。
捕捉すべきＣＯ_２量［Ｎｍ^３］
＝ＣＯ_２流量［Ｎｍ^３／ｈ］×ガス流通時間［ｍｉｎ］／６０［ｍｉｎ／ｈ］ （２）
捕捉すべきＣＯ_２量の単位を、理想気体の状態方程式を用いて［Ｎｍ^３］から［ｍｏｌ］に変換した後、式（３）を用いると、必要なＣＯ_２捕捉剤の体積が算出可能である。
必要なＣＯ_２捕捉剤の体積［ｍ^３］
＝捕捉すべきＣＯ_２量［ｍｏｌ］／ＣＯ_２捕捉剤のＣＯ_２捕捉量［ｍｏｌ／ｍ^３］（３）
表１の条件と、式（２）と式（３）を用いて、捕捉すべきＣＯ_２量と必要なＣＯ_２捕捉剤の体積を計算すると、それぞれ５３７０００ｍｏｌ、５３７ｍ^３と算出された。

続いて、表２に示した諸条件を用いて、捕捉されているＣＯ_２を脱離させるために必要な水蒸気量を算出する。

まず、捕捉されている全ＣＯ_２を脱離させるために必要なエネルギー（全ＣＯ_２脱離エネルギー）を、式（４）を用いて算出する。
全ＣＯ_２脱離エネルギー［ｋＪ］
＝ＣＯ_２脱離エネルギー［ｋＪ／ｍｏｌ］×捕捉すべきＣＯ_２量［ｍｏｌ］ （４）
表２より捕捉剤のＣＯ_２脱離エネルギーとして６０ｋＪ／ｍｏｌを用いると、全ＣＯ_２脱離エネルギーは３２．２ＧＪと算出された。ここで、水蒸気がＣＯ_２捕捉剤に与えるエネルギーの大半が、水蒸気から液体の水に相転移するときに発生する凝縮熱に起因するため、全ＣＯ_２脱離エネルギーを水蒸気の凝縮熱のみで発生させると仮定する。この仮定を用いて、必要な水蒸気の質量を式（５）から算出する。水蒸気の凝縮熱は、表２より２２５６．７Ｊ／ｇを用いた。
必要な水蒸気の質量［ｇ］
＝全ＣＯ_２脱離エネルギー［Ｊ］／水蒸気の凝縮熱［Ｊ／ｇ］ （５）
式（５）より、捕捉されたＣＯ_２を脱離させるために必要な水蒸気の質量は１４．３ｔと算出された。すなわち、１４．３ｔの水蒸気が、１４．３ｍ^３の液体の水に変わる。これは、必要なＣＯ_２捕捉剤の体積である５３７ｍ^３の２．７％に相当する。

図１４のＣＯ_２吸収塔５００において、内径を６ｍとすると、必要なＣＯ_２捕捉剤の体積が５３７ｍ^３であるから、ＣＯ_２捕捉剤１０１の高さは１９ｍとなる。一方、１４．３ｍ^３の液体の水が生成するので、水位は最高５１ｃｍとなる。このため、ＣＯ_２捕捉剤１０１の最下部が、ＣＯ_２吸収塔５００の底部から５１ｃｍの高さの位置より低い位置にあると、ＣＯ_２捕捉剤１０１が水に浸漬することになる。

また、ガス流路入口１０４の最下部が、ＣＯ_２吸収塔５００の底部から５１ｃｍの高さの位置より低い位置にあると、水蒸気が凝縮して生成した水が、ガス流路入口１０４から流出して、ガス流路入口１０４の前段（水蒸気の流れ方向の上流側）にあるブロワやポンプ等の装置に悪影響を及ぼすことは明らかである。ＣＯ_２捕捉剤１０１が水に溶解しやすい場合は、水と同時にＣＯ_２捕捉剤１０１もガス流路入口１０４から流出することで、ガス流路の詰まりやＣＯ_２捕捉剤１０１の量の減少が生じる可能性もある。

（比較例２）
図１５を用いて、比較例２を説明する。図１５は、比較例２のＣＯ_２吸収塔６００の構成図（縦断面図）である。比較例２のＣＯ_２吸収塔６００は、比較例１のＣＯ_２吸収塔５００（図１４）と比較すると、ガス流路入口１０４の位置が異なり、他は同じである。ガス流路入口１０４をＣＯ_２吸収塔６００の底部に設置することで、凝縮した水がＣＯ_２吸収塔６００の内部に大量に溜まることはなくなる。しかし、ガス流路入口１０４及びガス流路入口１０４の前段に水が集まり、ＣＯ_２吸収塔６００に流入する水蒸気の熱を大きく奪う。従って、ＣＯ_２吸収塔６００へ導入する水蒸気は、量を多くするか温度を高くする必要があり、ＣＯ_２回収にかかるエネルギーが増加することは明らかである。

水蒸気をＣＯ_２吸収塔の内部に流通させてＣＯ_２捕捉剤からＣＯ_２を脱離させる場合には、液体の水が発生するのは防げない。従って、発生した水を、ＣＯ_２の脱離反応が終了するまで、ＣＯ_２捕捉剤とガス流路入口とから隔離することが重要である。水蒸気が凝縮して発生した水を、効率良くＣＯ_２捕捉剤とガス流路入口とから隔離する方法として、以下の実施例を説明する。

図１Ａと図１Ｂを用いて、本発明によるＣＯ_２回収システムの実施例１を説明する。前述したように、図１Ａは、実施例１のＣＯ_２吸収塔１００の構成図（縦断面図）であり、図１Ｂは、ＣＯ_２吸収塔１００のプール１０２のＡ−Ａ断面図である。ＣＯ_２吸収塔１００の構成や機能についての詳細な説明は、既に述べたので省略する。

プール１０２は、ＣＯ_２吸収塔１００に流通させた水蒸気が冷却されて液化した水を回収するために、ＣＯ_２吸収塔１００の内部に設けられる。プール１０２は、ＣＯ_２捕捉剤１０１の最下部及びガス流路入口１０４の最下部よりも低い位置に設置する。本実施例では、プール１０２は、ＣＯ_２吸収塔１００の底部に設置されている。プール１０２の底には、栓により開閉が可能な排水口１０３を設ける。

ＣＯ_２捕捉剤１０１からＣＯ_２を脱離させるため（すなわち、ＣＯ_２捕捉剤１０１を再生するため）にＣＯ_２吸収塔１００へ導入された水蒸気は、ＣＯ_２捕捉剤１０１やＣＯ_２吸収塔１００の内壁等、水蒸気よりも温度の低い物体と接触すると冷却され、凝縮して液化し、水になる。ＣＯ_２吸収塔１００の内部で生成した水は、プール１０２により、ＣＯ_２捕捉剤１０１とガス流路入口１０４とから隔離することができる。

ＣＯ_２吸収塔１００の内径とプール１０２の内径をともに６ｍとし、表１及び表２に示した条件を用いると、プール１０２に溜まる水の高さは、比較例１の説明で述べたように、５１ｃｍとなる。従って、ＣＯ_２捕捉剤１０１の最下部、及びガス流路入口１０４の最下部は、ともに、プール１０２の底面から５１ｃｍ上の位置（プール１０２の最高の水位の位置）より上方の位置に設置する。

この結果、ＣＯ_２捕捉剤１０１からＣＯ_２を脱離させる工程の間、水蒸気が冷却されて液化した水からＣＯ_２捕捉剤１０１やガス流路入口１０４を隔離することが可能である。

図２Ａと図２Ｂを用いて、本発明によるＣＯ_２回収システムの実施例２を説明する。図２Ａは、本実施例のＣＯ_２吸収塔１００の構成図（縦断面図）であり、図２Ｂは、ＣＯ_２吸収塔１００のプール１０２のＡ−Ａ断面図である。図２Ａ及び図２Ｂにおいて、図１Ａ及び図１Ｂと同一の符号は、図１Ａ及び図１Ｂと同一または共通の要素を表す。これらの要素については、説明を省略する。

本実施例のＣＯ_２吸収塔１００では、水蒸気のガス流路入口１０４が、ＣＯ_２吸収塔１００の底面の中央部に存在する。このような構造のＣＯ_２吸収塔１００に対しては、プール１０２を、ＣＯ_２吸収塔１００の底部に、ＣＯ_２吸収塔１００の内壁に沿うドーナツ状（環状）に設置する（図２Ｂ）。

例えば、表１及び表２に示した条件を用いると、比較例１の説明で述べたように、１４．３ｍ^３の液体の水が生成する。ＣＯ_２吸収塔１００の内径を６ｍとし、ドーナツ状のプール１０２の幅（外径と内径の差の半分）を０．５ｍとすると、１４．３ｍ^３の水をプール１０２に収容する場合には、プール１０２の水位が１．７ｍまで上がる可能性がある。従って、本実施例では、プール１０２の高さを１．７ｍより高くし、かつ、ＣＯ_２捕捉剤１０１の最下部を、プール１０２の底面から１．７ｍ上の位置より上方の位置に設置する。

この結果、ＣＯ_２捕捉剤１０１からＣＯ_２を脱離させる工程の間、水蒸気が冷却されて液化した水からＣＯ_２捕捉剤１０１やガス流路入口１０４を隔離することが可能である。また、ＣＯ_２吸収塔１００に導入した水蒸気と凝縮した水との接触頻度を減らすことが可能である。

図３Ａと図３Ｂを用いて、本発明によるＣＯ_２回収システムの実施例３を説明する。図３Ａは、本実施例のＣＯ_２吸収塔１００の構成図（縦断面図）であり、図３Ｂは、ＣＯ_２吸収塔１００のプール１０２のＡ−Ａ断面図である。図３Ａ及び図３Ｂにおいて、図２Ａ及び図２Ｂと同一の符号は、図２Ａ及び図２Ｂと同一または共通の要素を表す。これらの要素については、説明を省略する。

本実施例のＣＯ_２吸収塔１００は、水蒸気の流れ方向が実施例２のＣＯ_２吸収塔１００と異なる。すなわち、ＣＯ_２吸収塔１００の上部にガス流路入口１０４を、下部にガス流路出口１０５を、それぞれ備える。ＣＯ_２吸収塔１００に導入された水蒸気は、ＣＯ_２吸収塔１００の上部から下部へ落下するように流通する。この水蒸気の流れの力によって、凝縮した水をプール１０２へ速やかに移動させることができる。このため、本実施例のＣＯ_２吸収塔１００は、凝縮した水をＣＯ_２捕捉剤１０１からより速く隔離するのに有効である。

図４Ａと図４Ｂを用いて、本発明によるＣＯ_２回収システムの実施例４を説明する。本実施例では、ＣＯ_２捕捉剤１０１を載せ置く部材として、メッシュ状の板１０８を用いている。図４Ａは、ＣＯ_２捕捉剤１０１を載せ置くメッシュ状の板１０８を示す図であり、図４Ｂは、実施例２のＣＯ_２吸収塔１００（図２Ａ）にメッシュ状の板１０８を設置した状態を示す図である。

メッシュ状の板１０８は、ＣＯ_２吸収塔１００の内壁に設けられた突起１０９により支持され、ＣＯ_２捕捉剤１０１を載せ置く。突起１０９は、ＣＯ_２吸収塔１００の周方向に複数設け、これを一組とする。一組の突起１０９により、メッシュ状の板１０８が支持される。

一組の突起１０９は、ＣＯ_２吸収塔１００の高さ方向に複数設けてもよい。一組の突起１０９をＣＯ_２吸収塔１００の高さ方向に複数設けると、一組の突起１０９の高さ方向の位置を選ぶことにより、メッシュ状の板１０８の高さ方向の位置を変えることができる。従って、メッシュ状の板１０８に載せ置くＣＯ_２捕捉剤１０１の高さ方向の位置を、自由に変えることができる。

ＣＯ_２捕捉剤１０１からＣＯ_２を脱離させる工程の間に凝縮して発生する水の量を計算して、プール１０２の最高水位を予測すれば、ＣＯ_２捕捉剤１０１の最下部をプール１０２の最高の水位の位置より上方の位置に設置することで、発生した水からＣＯ_２捕捉剤１０１を隔離することが可能である。

図５を用いて、本発明によるＣＯ_２回収システムの実施例５を説明する。本実施例では、ＣＯ_２捕捉剤として、ハニカム状のＣＯ_２捕捉剤１１０を用いている。図５は、実施例２のＣＯ_２吸収塔１００（図２Ａ）に、ハニカム状のＣＯ_２捕捉剤１１０を用いた状態を示す図である。ハニカム状のＣＯ_２捕捉剤１１０は、ＣＯ_２吸収塔１００の内壁に設けられた突起１０９の上に載せ置く。

本実施例のようにハニカム状のＣＯ_２捕捉剤１１０を用いた場合は、実施例１〜３で示した底板１０６や実施例４で示したメッシュ状の板１０８が不要となる。そのうえ、実施例１〜４と同様に、ＣＯ_２捕捉剤１１０を水に浸漬させず、凝縮した水をＣＯ_２捕捉剤１１０から隔離するという効果が得られる。

図６Ａと図６Ｂを用いて、本発明によるＣＯ_２回収システムの実施例６を説明する。図６Ａは、本実施例のＣＯ_２吸収塔１００の構成図（縦断面図）であり、図６Ｂは、ＣＯ_２吸収塔１００のプール１０２のＡ−Ａ断面図である。図６Ａ及び図６Ｂにおいて、図２Ａ及び図２Ｂと同一の符号は、図２Ａ及び図２Ｂと同一または共通の要素を表す。これらの要素については、説明を省略する。

ＣＯ_２吸収塔１００は、ＣＯ_２捕捉剤１０１、プール１０２、及び底板１０６で構成されるユニットを、ＣＯ_２吸収塔１００の高さ方向に複数備える。プール１０２は、ＣＯ_２吸収塔１００の内壁に接するドーナツ状（環状）であり、ＣＯ_２捕捉剤１０１の下方に設置される。図６Ａでは、このユニットを３つ備えるＣＯ_２吸収塔１００を示している。

本実施例のＣＯ_２吸収塔１００は、実施例１〜３のＣＯ_２吸収塔と比べて、より効率良く液体の水とＣＯ_２捕捉剤１０１とを分離することができる。実施例１〜３のＣＯ_２吸収塔では、ＣＯ_２捕捉剤１０１の上部で凝縮した水は、ＣＯ_２吸収塔の底部にあるプール１０２または２０２まで流れて移動する必要があった。しかし、本実施例のＣＯ_２吸収塔１００では、ＣＯ_２捕捉剤１０１とプール１０２とがユニットとなっており、凝縮した水がＣＯ_２捕捉剤１０１からプール１０２まで移動する距離が短くなる。さらに、このユニットを高さ方向に複数備えるため、プール１０２に収容し損なう水の量を減らすことができる。従って、本実施例のＣＯ_２吸収塔１００では、ＣＯ_２捕捉剤１０１と液体の水とを効率良く分離することができる。

図７は、図４Ｂに示したＣＯ_２吸収塔１００において、ＣＯ_２捕捉剤１０１、メッシュ状の板１０８、突起１０９、及びプール１０２で構成されるユニットを、ＣＯ_２吸収塔１００の高さ方向に２つ備える構成を示している。

図８を用いて、本発明によるＣＯ_２回収システムの実施例７を説明する。本実施例では、ＣＯ_２捕捉剤として、ハニカム状のＣＯ_２捕捉剤１１０を用いている。図８は、実施例６のＣＯ_２吸収塔１００（図６Ａ）において、ＣＯ_２捕捉剤１０１の替わりに、ハニカム状のＣＯ_２捕捉剤１１０を用いた状態を示す図である。ハニカム状のＣＯ_２捕捉剤１１０は、ＣＯ_２吸収塔１００の内壁に設けられた突起１０９の上に載せ置く。

本実施例のＣＯ_２吸収塔１００は、実施例５のＣＯ_２吸収塔１００（図５）と同様に、底板１０６やメッシュ状の板１０８が不要となる。そのうえ、ＣＯ_２捕捉剤１１０を水に浸漬させず、凝縮した水をＣＯ_２捕捉剤１１０から隔離するという効果が得られる。

図９を用いて、本発明によるＣＯ_２回収システムの実施例８を説明する。図９は、本実施例のＣＯ_２吸収塔１００の構成図（縦断面図）である。図９において、図６Ａと同一の符号は、図６Ａと同一または共通の要素を表す。これらの要素については、説明を省略する。本実施例のＣＯ_２吸収塔１００では、底板１０６が改良されている。

ＣＯ_２捕捉剤１０１で凝縮した水は、できるだけ速くＣＯ_２吸収塔１００の内壁側へ移動させることが望ましい。水がＣＯ_２吸収塔１００の径方向の中央部に留まっており、この中央部から下方向に落ちると、ガス流路入口１０４の中へ入ってしまい、ガスの圧力損失が増加するからである。

そこで、底板１０６を改良し、ＣＯ_２吸収塔１００の径方向の中央部の位置が最も高くなり、ＣＯ_２吸収塔１００の内壁に向かって低くなっていき、周縁部（ＣＯ_２吸収塔１００の内壁に接する部分）の位置が最も低くなるという傾斜のついた底板１０６を用いる。このように底板１０６に傾斜を設けることで、より速く液体の水をプール１０２に移動させることができる。

なお、本実施例で示した傾斜のついた底板１０６は、他の実施例で示すＣＯ_２吸収塔１００にも適用することができる。

図１０Ａと図１０Ｂを用いて、本発明によるＣＯ_２回収システムの実施例９を説明する。本実施例では、ＣＯ_２捕捉剤１０１の下部に、液体の水が流れる流路１１１を設置している。図１０Ａは、流路１１１を示す図（ＣＯ_２吸収塔の縦断面図）であり、図１０Ｂは、実施例６のＣＯ_２吸収塔１００（図６Ａ）に流路１１１を設置した状態を示す図である。図１０Ａと図１０Ｂにおいて、図６Ａと同一の符号は、図６Ａと同一または共通の要素を表す。これらの要素については、説明を省略する。

流路１１１は、溝を持つ棒状の部材、または溝を持たない棒状の部材で構成する。溝を持つ棒状の部材で構成する場合は、液体は溝の中を流れる。溝を持たない棒状の部材で構成する場合は、液体は棒状の部材を伝って流れる。

流路１１１は、ＣＯ_２捕捉剤１０１の下部に、ＣＯ_２吸収塔１００の径方向の中央部からＣＯ_２吸収塔１００の内壁に向けて、１つ以上設けられる。ＣＯ_２捕捉剤１０１は、流路１１１に載せ置かれる。さらに、ＣＯ_２吸収塔１００の径方向の中央部からＣＯ_２吸収塔１００の内壁に向けて水が流れるように傾斜がつけられている。すなわち、流路１１１は、ＣＯ_２吸収塔１００の径方向の中央部での位置が最も高く、ＣＯ_２吸収塔１００の内壁に向けて位置が低くなっている。流路１１１の長さは、水が流路１１１を通ってプール１０２に収容されるような長さとする。

通常、ＣＯ_２捕捉剤１０１の中で凝縮した水は、固体を伝いながら下方向に移動していく。ＣＯ_２捕捉剤１０１の中で凝縮した水のうち、特にＣＯ_２吸収塔１００の径方向の中央部で凝縮した水は、ＣＯ_２吸収塔１００の内壁にまで移動することなく下方向に落ち、ガス流路入口１０４の中に入ってしまうことがある。

本実施例のＣＯ_２吸収塔１００では、ＣＯ_２捕捉剤１０１の下部に、液体の水が流れる流路１１１を設置している。このため、径方向の中央部で凝縮した水は、流路１１１を伝って流れ、プール１０２まで移動することが可能である。

複数の流路１１１を、ＣＯ_２吸収塔１００の径方向の中央部から内壁へ向けて放射状に設置すると、効果的に水をプール１０２に移動させることができる。また、流路１１１の数は、多ければ多いほど効果的である。

なお、本実施例で示した流路１１１は、他の実施例で示すＣＯ_２吸収塔１００にも適用することができる。

図１１Ａと図１１Ｂを用いて、本発明によるＣＯ_２回収システムの実施例１０を説明する。図１１Ａは、本実施例のＣＯ_２吸収塔１００の構成図（縦断面図）であり、図１１Ｂは、ＣＯ_２吸収塔１００のプール１０２のＡ−Ａ断面図である。図１１Ａ及び図１１Ｂにおいて、図２Ａ及び図２Ｂと同一の符号は、図２Ａ及び図２Ｂと同一または共通の要素を表す。これらの要素については、説明を省略する。

本実施例のＣＯ_２吸収塔１００では、ＣＯ_２捕捉剤１０１を再生するための水蒸気は、複数のガス流路により導入される。図１１Ａ及び図１１Ｂでは、２つのガス流路により水蒸気が導入される例を示している。１つは、ＣＯ_２吸収塔１００の内壁に接するドーナツ状（環状）のガス流路であり、もう１つは、ＣＯ_２吸収塔１００の径方向の中央部に位置するガス流路である。

ガス流路入口１０４は、複数のガス流路に対応して、複数設けられる。図１１Ａ及び図１１Ｂでは、２つのガス流路に対応して、２つのガス流路入口１０４が設けられている。１つは、ＣＯ_２吸収塔１００の内壁に接する位置にドーナツ状（環状）に設けられ、もう１つは、ＣＯ_２吸収塔１００の径方向の中央部に設けられている。

プール１０２は、２つのガス流路入口１０４の間に、ドーナツ状（環状）に配置する（図１１Ｂを参照）。これにより、ガス（水蒸気）がＣＯ_２吸収塔１００の内壁周辺を流れるため、ＣＯ_２吸収塔１００の内壁周辺の放熱による温度低下を抑制し、かつ凝縮して液化した水をプール１０２で効率良く回収することができる。

図１２Ａは、図１１Ａに示したＣＯ_２吸収塔１００において、ガス流路の数をさらに増やし、これに対応してガス流路入口１０４の数を増やした構成を示している図（縦断面図）である。図１２Ｂは、図１２Ａに示したＣＯ_２吸収塔１００のプール１０２のＡ−Ａ断面図である。図１２Ａに示したＣＯ_２吸収塔１００では、ガス流路入口１０４の数が７個であり、プール１０２がこれらのガス流路入口１０４の間を埋めるように配置される。

図１２Ａと図１２Ｂに示したＣＯ_２吸収塔１００でも、ＣＯ_２吸収塔１００の内壁周辺の放熱による温度低下を抑制し、かつ凝縮して液化した水をプール１０２で効率良く回収することができる。

図１３を用いて、本発明によるＣＯ_２回収システムの実施例１１を説明する。図１３は、本実施例のＣＯ_２吸収塔１００の構成図（縦断面図）である。図１３において、図１Ａと同一の符号は、図１Ａと同一または共通の要素を表す。これらの要素については、説明を省略する。

本実施例のＣＯ_２吸収塔１００は、実施例１に示したＣＯ_２吸収塔１００（図１Ａ）において、プール１０２の替わりに、液体の水を収容するバッファタンク１１２を備える。液体収容部であるバッファタンク１１２は、ＣＯ_２吸収塔１００の底部に接続され、栓により開閉が可能な排水口１０３を底に備える。水蒸気が冷却されて液化した水は、ＣＯ_２吸収塔１００から下に流れ、バッファタンク１１２に収容される。すなわち、バッファタンク１１２が、実施例１のプール１０２の役割を果たす。

これにより、本実施例のＣＯ_２吸収塔１００では、凝縮して液化した水からＣＯ_２捕捉剤１０１やガス流路入口１０４を隔離することが可能であり、水蒸気の流通が阻害されるのを抑制することができる。また、ＣＯ_２吸収塔１００のメンテナンスと液体の水を収容する構成要素（バッファタンク１１２）のメンテナンスとを、分離して実施することができるという利点もある。

１００…ＣＯ_２吸収塔、１０１…ＣＯ_２捕捉剤、１０２…プール、１０３…排水口、１０４…ガス流路入口、１０５…ガス流路出口、１０６…底板、１０８…メッシュ状の板、１０９…突起、１１０…ハニカム状のＣＯ_２捕捉剤、１１１…流路、１１２…バッファタンク、１１４…ＣＯ_２入口、５００…比較例１のＣＯ_２吸収塔、６００…比較例２のＣＯ_２吸収塔。

Claims (12)

1. 二酸化炭素含有ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収システムであって、
   固体の二酸化炭素捕捉剤、前記二酸化炭素捕捉剤を収容する二酸化炭素吸収塔、及び前記二酸化炭素吸収塔に水蒸気を流入させるための流路入口を備え、
   前記二酸化炭素吸収塔は、前記二酸化炭素捕捉剤の下方に液体収容部を備える
   ことを特徴とする二酸化炭素回収システム。
2. 請求項１記載の二酸化炭素回収システムであって、
   前記液体収容部は、前記二酸化炭素吸収塔の底部に設けられる二酸化炭素回収システム。
3. 請求項２記載の二酸化炭素回収システムであって、
   前記液体収容部は、前記二酸化炭素吸収塔の底部に、前記二酸化炭素吸収塔の内壁に接する環状に設けられる二酸化炭素回収システム。
4. 請求項２記載の二酸化炭素回収システムであって、
   前記流路入口は、前記二酸化炭素吸収塔の側面に設けられ、
   前記流路入口の最下部は、前記液体収容部が収容できる液体の最高の水位の位置より上方に位置する二酸化炭素回収システム。
5. 請求項１記載の二酸化炭素回収システムであって、
   前記二酸化炭素捕捉剤と前記液体収容部は、前記二酸化炭素吸収塔の高さ方向に複数備えられ、
   複数の前記液体収容部のそれぞれは、複数の前記二酸化炭素捕捉剤のそれぞれの下方に、前記二酸化炭素吸収塔の内壁に接する環状に設けられる二酸化炭素回収システム。
6. 請求項１、３または５記載の二酸化炭素回収システムであって、
   周縁部が前記二酸化炭素吸収塔の内壁に接し、前記二酸化炭素捕捉剤を載置する板状部材を備え、
   前記板状部材は、前記二酸化炭素吸収塔の中央部での位置が最も高く、前記周縁部の位置が最も低くなるように傾斜をつけて設置される二酸化炭素回収システム。
7. 請求項１、３または５記載の二酸化炭素回収システムであって、
   前記二酸化炭素捕捉剤の下部に、前記二酸化炭素吸収塔の中央部から内壁へ向かう棒状の流路を備え、
   前記流路は、前記二酸化炭素吸収塔の中央部での位置が最も高く、前記二酸化炭素吸収塔の内壁に向けて位置が低くなるように傾斜をつけて設置される二酸化炭素回収システム。
8. 請求項３記載の二酸化炭素回収システムであって、
   前記流路入口は、前記二酸化炭素吸収塔の底面の中央部に設けられる二酸化炭素回収システム。
9. 請求項３記載の二酸化炭素回収システムであって、
   前記二酸化炭素吸収塔から二酸化炭素と水蒸気を流出させるための流路出口をさらに備え、
   前記流路出口は、前記二酸化炭素吸収塔の底面の中央部に設けられる二酸化炭素回収システム。
10. 請求項２記載の二酸化炭素回収システムであって、
    前記流路入口は、前記二酸化炭素吸収塔の底面に複数設けられ、
    前記液体収容部は、前記二酸化炭素吸収塔の底部に、複数の前記流路入口の間に設けられる二酸化炭素回収システム。
11. 請求項１記載の二酸化炭素回収システムであって、
    前記液体収容部は、前記二酸化炭素吸収塔の底部に接続して設けられる二酸化炭素回収システム。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項記載の二酸化炭素回収システムであって、
    前記液体収容部は、底面に、液体を排出するための排水口を備える二酸化炭素回収システム。

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