JP2015139748A - 熱安定性塩除去システム、二酸化炭素回収システム及び熱安定性塩除去方法 - Google Patents

熱安定性塩除去システム、二酸化炭素回収システム及び熱安定性塩除去方法 Download PDF

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Abstract

【課題】吸収液からのアミン損失を低減する。
【解決手段】脱硫部は、二酸化炭素回収システムを循環している吸収液の少なくとも一部に、排ガス中に含まれる硫黄酸化物を吸収させる。陰イオン除去部は、脱硫部が硫黄酸化物を吸収させた後に得られる吸収液から陰イオンを除去する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、熱安定性塩除去システム、二酸化炭素回収システム及び熱安定性塩除去方法に関する。
近年、化石燃料の燃焼生成物である二酸化炭素の温室効果による地球温暖化の問題が大きくなっている。気候変動に関する国際連合枠組条約の京都議定書において、わが国の温室効果ガス排出削減の目標は、１９９０年の比率マイナス６％を２００８〜２０１２年の間に達成することになっている。
このような背景の中、大量の化石燃料を使用する火力発電所等を対象に、燃焼排ガスとアミン系吸収液を接触させ、燃焼ガス中の二酸化炭素を分離回収する方法、及び回収された二酸化炭素を大気へ放出することなく貯蔵する方法が精力的に研究されている。
このような吸収液を用い、燃焼排ガスから二酸化炭素を分離回収する工程としては、吸収塔において燃焼ガスと吸収液とを接触させる工程、二酸化炭素を吸収した吸収液を再生塔において加熱し、二酸化炭素を吸収液から追い出すとともに吸収液を再生して再度吸収塔に循環して再使用するものがある。
このような二酸化炭素回収システムの運転中に、排ガス中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）、窒化酸化物（ＮＯｘ）の吸収および酸素との反応によりアミンが分解して生じる有機酸との間に再生塔条件では分解され難い熱安定性塩が形成される。
特開２００４−３２３３３９号公報 米国特許公開第２０１２／０２３５０８７号
Paul Parisi and Sid Bosen,"Electrodialysis-Effective Amine Reclamation with Minimal Operational Impact", Presented at the 85th GPA Annual Convention in Grapevine, TX (March, 2006), 85th Annual Convention Proceedings (2006),P2006.44.
上記の通り、吸収液中に蓄積した熱安定性塩を、陰イオン除去器（例えば、電気透析器、陰イオン交換樹脂など）で除去する際に、吸収液中に炭酸イオンが残存することで、吸収液からアミンの損失が生じることが問題であった。
そこで本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、吸収液からのアミン損失を低減することを可能とする熱安定性塩除去システム、二酸化炭素回収システム及び熱安定性塩除去方法を提供することを課題とする。
本発明の実施形態によれば、脱硫部は、二酸化炭素回収システムを循環しているアミン吸収液の少なくとも一部に、排ガス中に含まれる硫黄酸化物を吸収させる。陰イオン除去部は、脱硫部が硫黄酸化物を吸収させた後に得られるアミン吸収液から陰イオンを除去する。
第１の実施形態における二酸化炭素回収システム１００の概略構成図である。 第１の実施形態における陰イオン除去部３の一例である電気透析器の概略構成図である。 第２の実施形態における二酸化炭素回収システム２００の概略構成図である。 第２の実施形態における流路切替部ＳＷ２の概略構成図である。 第２の実施形態における制御部ＣＯＮ２の処理の流れの一例を示すフローチャートである。 図５のフローチャートの続きである。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
(第１の実施形態)
図１は、第１の実施形態における二酸化炭素回収システム１００の概略構成図である。
二酸化炭素回収システム１００は吸収塔６を備え、吸収塔６は後述する脱硫部１から排出された脱硫・脱硝済み排ガス１０２に含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させ、二酸化炭素を含む吸収液を排出する。
更に二酸化炭素回収システム１００は再生塔７を備え、この再生塔７は、吸収塔６から二酸化炭素を吸収した吸収液（以下、リッチ液１１１と記す）が供給され、このリッチ液１１１を加熱し、吸収液から蒸気を含む二酸化炭素ガスを放出させて除去し、二酸化炭素ガスと蒸気とを含む排出ガス１１８を排出するとともに吸収液を再生して排出する。
例えば、火力発電所などの発電設備において生成された脱硫・脱硝済み排ガス１０２が吸収塔６の下部に供給され、吸収塔６の頂部から二酸化炭素が取り除かれた燃焼排ガス１０３が排出されるようになっている。二酸化炭素を吸収可能な吸収液には、アミン化合物水溶液が使用される。
更に二酸化炭素回収システム１００はリボイラー１０を備え、このリボイラー１０は再生塔７に貯留されていたリーン液１１３の一部を加熱してその温度を上昇させて蒸気を生成し、再生塔７に供給する。
なお、リボイラー１０においてリーン液１１３を加熱する際、リーン液１１３から微量の二酸化炭素ガスが放出され、蒸気とともに再生塔７に供給される。そして、この蒸気により、再生塔７においてリッチ液１１１が加熱されて二酸化炭素ガスが放出される。
更に二酸化炭素回収システム１００は再生熱交換器１１を備え、この再生熱交換器１１は吸収塔６と再生塔７との間に、再生塔７から吸収塔６に供給されるリーン液１１４を熱源として、吸収塔６から再生塔７に供給されるリッチ液１１１を加熱する。加熱されたリッチ液１１１は、リッチ液１１２として再生塔７に供給される。再生熱交換器１１は、リーン液１１４の熱を回収し、熱回収後のリーン液１１５をアミン吸収液貯槽４へ供給する。
更に二酸化炭素回収システム１００はアミン吸収液貯槽４を備え、このアミン吸収液貯槽４は、二酸化炭素回収システム１００を循環する吸収液を溜め、その上部から新品の吸収液が供給され、底部から吸収液を破棄する。これにより、劣化した吸収液が二酸化炭素回収システム１００を循環することを防止できる。また、アミン吸収液貯槽４には、後述する陰イオン除去器３から陰イオンを除去されたアミン吸収液である再生アミン液１０８が供給される。この再生アミン液１０８については後述する。
アミン吸収液貯槽４と吸収塔６との間に、アミン吸収液貯槽４から供給されるリーン液１１６を冷却する吸収液冷却器５が設けられている。吸収液冷却器５により冷却されたリーン液１１０が吸収塔６に供給される。また、吸収液冷却器５により冷却されたリーン液１１０の一部であるアミン吸収液１０４が脱硫部１に供給される。なお、アミン吸収液貯槽４と吸収液冷却器５との間にはポンプ（図示せず）が設けられている。
吸収塔６に供給されたリーン液１１０は、吸収塔６内において不図示の吸収塔タンクに向けて下降する。一方、吸収塔６に供給された脱硫・脱硝済み排ガス１０２は、吸収塔１０３内において下部から頂部に向けて上昇する。そのため、二酸化炭素を含む燃焼排ガスとリーン液とが充填層において向流接触（直接接触）し、脱硫・脱硝済み排ガス１０２から二酸化炭素が取り除かれてリーン液１１０に吸収され、リッチ液１１１が生成される。二酸化炭素が取り除かれた燃焼排ガス１０３は、吸収塔６の頂部から排出され、リッチ液１１１は吸収塔６内の不図示の吸収塔タンクに供給される。
更に二酸化炭素回収システム１００は凝縮器９を備え、この凝縮器９は再生塔７から排出された二酸化炭素ガスと蒸気とを含む排出ガス１１８を凝縮して、二酸化炭素ガスと生成された凝縮液とを分離する。凝縮器９から排出された二酸化炭素ガス１２１は、貯蔵設備（図示せず）で貯蔵される。
更に二酸化炭素回収システム１００はガス冷却器８を備え、このガス冷却器８は再生塔７から排出された排出ガス１１８を、冷却水（冷却媒体）を用いて冷却する。冷却された排出ガス１１８は、排出ガス１１９として凝縮器９へ供給される。また、凝縮器９からの凝縮液１２０は、再生塔７の上部及び外部へ供給される。
更に二酸化炭素回収システム１００は熱安定性塩除去システム１３０を備え、この熱安定性塩除去システム１３０は、排ガス１０１が供給され、排気口が吸収塔６の吸気口に接続され、流路入口が吸収液冷却器５の流路出口に接続され、流路出口がアミン吸収液貯槽４の流路入口に接続されている。
熱安定性塩除去システム１３０は脱硫部１を備え、この脱硫部１に吸収液冷却器５から排出されたリーン液１１０の一部であるアミンであるアミン吸収液１０４が供給される。このアミン吸収液１０４は、二酸化炭素分離回収システム１００において循環使用され、排ガス中の酸素との反応により生じた有機酸または排ガス中のＳＯx、ＮＯxの吸収によって熱安定性塩が蓄積している。吸収液冷却器５と脱硫部１とを接続する配管には、アミン吸収液１０４の流量を調節する弁Ｖ１が設けられている。
更に、熱安定性塩除去システム１３０はＳＯｘ濃度計ＳＯＳを備え、このＳＯｘ濃度計ＳＯＳは、脱硫部１から排出され供給塔６に供給される排ガス１０２中の硫黄酸化物濃度（ＳＯｘ濃度）を計測する。そして、ＳＯｘ濃度計ＳＯＳは、計測したＳＯｘ濃度を示すＳＯｘ濃度信号を流路切替部ＳＷへ出力する。
更に、熱安定性塩除去システム１３０は流路切替部ＳＷを備え、この流路切替部ＳＷは流路入口が脱硫部１の流路出口に接続されている。流路切替部ＳＷは、アミン吸収液１０５が脱硫部１から排出されて脱硫部１に再度供給される第１の流路と、アミン吸収液１０５が脱硫部１から排出されて後述する陰イオン除去部３に供給される第２の流路とを切り替え可能な三方弁である。
更に、熱安定性塩除去システム１３０は制御部ＣＯＮを備え、この制御部ＣＯＮは入力がＳＯｘ濃度計ＳＯＳの出力と電気的に接続され、弁Ｖ１及び流路切替部ＳＷと電気的に接続されている。制御部ＣＯＮは、ＳＯｘ濃度計ＳＯＳが検出したＳＯｘ濃度に基づいて、弁Ｖ１の開閉と流路切替部ＳＷの流路の切替を制御する。
更に、熱安定性塩除去システム１３０は冷却器２を備え、この冷却器２は、脱硫部１から排出されて脱硫部１に再度供給されるアミン吸収液を冷却する。
更に、熱安定性塩除去システム１３０は陰イオン除去部３を備え、この陰イオン除去部３は、流路切替部ＳＷから流入するアミン吸収液１０７から陰イオンを除去する。
更に、熱安定性塩除去システム１３０は再生部ＲＮを備え、この再生部ＲＮは陰イオン除去部３から排出された廃液１０９から水酸化ナトリウムを再生し、再生した水酸化ナトリウムを含む水酸化ナトリウム溶液１２２を陰イオン除去部３へ戻す。
脱硫部１は、二酸化炭素を吸収可能で且つ二酸化炭素回収システム１００を循環しているリーン液１１０の少なくとも一部を取得する。より詳細には、脱硫部１は、アミン吸収液貯槽４から排出されて吸収塔６に供給される吸収液の少なくとも一部を取得する。その一例として、本実施形態の脱硫部１は、吸収液冷却器５から排出されて吸収塔６に供給されるリーン液１１０の一部であるアミン吸収液１０４を取得する。
脱硫部１は、排ガス１０１中に含まれる硫黄酸化物（ＳＯｘ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）を、取得したアミン吸収液１０４に吸収させる。これにより、排ガス１０１から硫黄酸化物（ＳＯｘ）と窒素酸化物（ＮＯｘ）が除去される。脱硫部１は、硫黄酸化物（ＳＯｘ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）が除去された脱硫・脱硝済み排ガス１０２を吸収塔６へ供給する。なお、脱硫部１は、少なくとも硫黄酸化物（ＳＯｘ）をアミン吸収液１０４に吸収させるものであればよい。
脱硫部１は、アミン吸収液１０４をＳＯｘまたは／およびＮＯｘを含有する燃焼排ガス１０１と向流接触させ、燃焼排ガス１０１中のＳＯｘまたは／およびＮＯｘを硫酸イオン、亜硫酸イオン、硝酸イオン、亜硝酸イオンとしてアミン吸収液１０４中に吸収させる。
脱硫部１は、アミン吸収液１０４を、冷却器２を介して循環する。これにより、アミン吸収液１０４中の二酸化炭素由来のアミンカルバメート、炭酸イオン、炭酸水素イオンは二酸化炭素として排ガス１０１中へ放出され、アミンは硫酸イオン、亜硫酸イオン、硝酸イオン、亜硝酸イオンとプロトンが結合して（すなわち、プロトネート化して）熱安定性塩を形成する。排ガス１０１は、脱硫・脱硝済み排ガス１０２として吸収塔６へ供給される。
これにより、脱硫部１は、ＣＯ２含有量が十分低下し、且つ硫酸イオン、亜硫酸イオン、硝酸イオン及び亜硝酸イオンを限界まで含有したアミン吸収液１０７を陰イオン除去部３に供給することができる。
また、脱硫部１は、脱硫部１内のアミン吸収液の液面レベルを監視する。脱硫部１は、例えば、この液面レベルを示す液面信号を制御部ＣＯＮへ出力する。これにより、制御部ＣＯＮは、液面信号に基づいて脱硫部１が空になったか否かを検知することができる。
制御部ＣＯＮは、弁Ｖ１を開くようにすることでアミン吸収液１０４を脱硫部１へ流入させる。そして、ある一定量のアミン吸収液が脱硫部１へ流入したら、制御部ＣＯＮは、弁Ｖ１を閉じるように制御する。そして、制御部ＣＯＮは、アミン吸収液が脱硫部１と冷却器２を循環している間、及び循環後に陰イオン除去部３へ供給されて脱硫部１内のアミン吸収液が空になるまでの間、弁Ｖ１を閉じたままにする。制御部ＣＯＮは、液面信号に基づいて脱硫部１内のアミン吸収液が空になったことを検知した場合、弁Ｖ１を開くように制御することで新たなアミン吸収液１０４を脱硫部１へ流入させる。
また、制御部ＣＯＮは、ＳＯｘ濃度計ＳＯＳが検出した硫黄酸化物濃度（ＳＯｘ濃度）に基づいて、流路切替部ＳＷを制御する。具体的には、ＳＯｘ濃度計ＳＯＳが検出した硫黄酸化物濃度（ＳＯｘ濃度）が所定の濃度以下の場合、制御部ＣＯＮは、第１の流路を維持してアミン吸収液１０４を循環させる。一方、ＳＯｘ濃度計ＳＯＳが検出した硫黄酸化物濃度（ＳＯｘ濃度）が所定の濃度を超えた場合、制御部ＣＯＮは、第１の流路から第２の流路に切り替えてアミン吸収液１０４を陰イオン除去部３に排出させるよう流路切替部ＳＷを制御する。
これにより、脱硫・脱硝済み排ガス１０２中のＳＯｘ濃度が所定の濃度（例えば、１０ｐｐｍ）以下のうちは、アミン吸収液１０４を、冷却器２を介して循環させて、排ガス１０１からＳＯｘを除去することができる。
一方、脱硫・脱硝済み排ガス１０２中のＳＯｘ濃度が所定の濃度（例えば、１０ｐｐｍ）を超えて上がり出したら、アミン吸収液１０４中のＳＯｘ濃度が飽和してアミン吸収液１０４が更にＳＯｘを吸収できないとみなせるので、流路切替部ＳＷは脱硫部１から陰イオン除去部３へアミン吸収液１０７を供給する。
ここで、陰イオン除去部３へ供給されるアミン吸収液１０７のＣＯ２含有量は、好ましくは０．１ｗｔ％以下であり、より好ましくは、０．０１ｗｔ％以下である。
陰イオン除去部３は、脱硫部１が硫黄酸化物を吸収させた後に得られるアミン吸収液１０７から陰イオンを除去し、陰イオン除去後の吸収液をアミン吸収液貯槽４へ供給する。陰イオンは、例えば、硫酸イオン、亜硫酸イオン、硝酸イオン、亜硝酸イオン、有機酸イオンである。
陰イオン除去部３は、例えば、電気透析器、拡散透析器、または陰イオン交換樹脂などがある。本実施形態では、一例として、陰イオン除去部３は、図２に示すように、脱硫部１が脱硫した後のアミン吸収液１０７が流れる流路が陰イオン交換膜で挟まれている電気透析器である。また、このアミン吸収液１０７は、プラスにチャージするアミンを含む。このプラスにチャージするアミンは、例えば３級アミンである。陰イオン除去部３の詳細は、後述する。
陰イオン除去部３は、陰イオンを除去した後のアミン吸収液である再生アミン液１０８をアミン吸収液貯槽４へ供給する。また、陰イオン除去部３は、除去した陰イオンを含む廃液１０９を再生部ＲＮに排出する。
再生部ＲＮは、陰イオン除去部３が排出した廃液１０９に含まれるナトリウム塩（例えば、硫化ナトリウム）と水酸化塩とを混合することにより水酸化ナトリウムを再生し、再生した水酸化ナトリウムを含む水酸化ナトリウム溶液１２２を陰イオン除去部３に戻す。これにより、陰イオン除去部３が図２で示す電気透析器である場合に、水酸化ナトリウムを再生して利用することができる。
図２は、第１の実施形態における陰イオン除去部３の一例である電気透析器の概略構成図である。この電気透析器は、マイナスにチャージされた陰極ＮＥ、及びプラスにチャージされた陽極ＰＥを備える。更に、この電気透析器は、陰極ＮＥによりマイナスの電荷が加えられる第１の陽イオン交換膜Ｃ１、及び第１の陽イオン交換膜Ｃ１との間に第１ベース室ＢＳ１を構成する第１の陰イオン交換膜Ａ１を備える。更に、この電気透析器は、第１の陰イオン交換膜Ａ１との間に脱硫部１が脱硫した後の吸収液１０７が供給される脱塩室ＤＣを構成する第２の陰イオン交換膜Ａ２、及び第２の陰イオン交換膜Ａ２との間に廃液室ＷＣを構成する第２の陽イオン交換膜Ｃ２を備える。更に、この電気透析器は、陽極ＰＥによりプラスの電荷が加えられ、第２の陽イオン交換膜Ｃ２との間に第２ベース室ＢＳ２を構成する第３の陰イオン交換膜Ａ３を備える。
これにより、第１ベース室ＢＳ１は、再生部ＲＮから水酸化ナトリウムを含む水酸化ナトリウム溶液１２２が供給され、一方の隔壁が第１の陽イオン交換膜Ｃ１で仕切られ、且つ他方の隔壁が第１の陰イオン交換膜Ａ１で仕切られる。
脱塩室ＤＣは、脱硫部１が脱硫した後のアミン吸収液１０７が供給され、一方の隔壁が第１の陰イオン交換膜Ａ１で仕切られ、且つ他方の隔壁が第２の陰イオン交換膜Ａ２で仕切られる。
廃液室ＷＣは、一方の隔壁が第２の陰イオン交換膜Ａ２で仕切られ、他方の隔壁が第２の陽イオン交換膜Ｃ２で仕切られている。脱塩室ＤＣから第２の陰イオン交換膜Ａ２を通って流入した陰イオンを含む廃液１０９が廃液室ＷＣから再生部ＲＮへ排出される。
第２ベース室ＢＳ２は、再生部ＲＮから水酸化ナトリウム溶液が供給され、一方の隔壁が第２の陽イオン交換膜Ｃ２で仕切られ、他方の隔壁がプラスの電荷が加えられる第３の陰イオン交換膜Ａ３で仕切られる。
脱塩室ＤＣに供給されたアミン吸収液１０７中の陰イオンＡｃｉｄ−は第２の陰イオン交換膜Ａ２を透過して廃液室ＷＣに移動する。更に、脱塩室ＤＣにおいて、アミン吸収液１０７中のプロトネート化アミンは第１の陰イオン交換膜Ａ１を透過してきた水酸化ナトリウム中の水酸化イオンと反応してアミンＲ３Ｎおよび水となる。このアミンＲ３Ｎおよび水を含む再生アミン液１０８が、脱塩室ＤＣからアミン吸収液貯槽４へ排出される。
また、第２の陰イオン交換膜Ａ２を透過して脱塩室ＤＣから廃液室ＷＣに移動した陰イオンＡｃｉｄ−は、廃液室ＷＣにおいて、第２の陽イオン交換膜Ｃ２を透過してきた水酸化ナトリウム中のナトリムイオンとナトリウム塩を形成する。陰イオン除去部３は、ナトリウム塩を廃液室ＷＣから廃液１０９として再生部ＲＮに排出する。
その場合、再生部ＲＮは、陰イオン除去部３が排出したナトリウム塩に含まれる硫化ナトリウムと水酸化塩とを混合することにより水酸化ナトリウムを再生し、再生した水酸化ナトリウムを含む溶液を第１ベース室ＢＳ１と第２ベース室Ｂ２に供給する
その際、再生部ＲＮは、再生部ＲＮに排出された廃液１０９中のナトリウム塩のうち、大半を占める硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ４）を、以下の少なくともいずれかの反応により、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）へ再生する。
Ｎａ２ＳＯ４＋Ｃａ（ＯＨ）２→２ＮａＯＨ＋ＣａＳＯ４↓
Ｎａ２ＳＯ４＋Ｂａ（ＯＨ）２→２ＮａＯＨ＋ＢａＳＯ４↓
Ｎａ２ＳＯ４＋Ｓｒ（ＯＨ）２→２ＮａＯＨ＋ＳｒＳＯ４↓
以上、第１の実施形態における熱安定性塩除去システム１３０は、二酸化炭素を吸収可能で且つ二酸化炭素回収システム１００を循環しているアミン吸収液の少なくとも一部を取得し、排ガス中に含まれる硫黄酸化物を前記取得したアミン吸収液に吸収させる脱硫部１と、脱硫部１が硫黄酸化物を吸収させた後に得られるアミン吸収液から陰イオンを除去する陰イオン除去部３と、を備える。
これにより、脱硫部１がアミン吸収液中に硫黄酸化物を吸収させることで、アミン吸収液から二酸化炭素を排出することができる。これにより、アミン吸収液中の炭酸イオン、炭酸水素イオンが低減するので、陰イオン化したアミンを減少させることができる。このため、陰イオン除去部３で、陰イオン化したアミンが除去されるのを抑えることができ、アミン吸収液からのアミン損失を低減することができる。
更に、陰イオン除去部３に供給されるアミン吸収液中の炭酸イオン、炭酸水素イオンが減少しているので、陰イオン除去部３において炭酸イオン及び炭酸水素イオンの除去にかかるエネルギーを低減することができる。
また、第１の実施形態における陰イオン除去部３は、電気透析器であり、この電気透析器は、マイナスにチャージされた陰極ＮＥ、及びプラスにチャージされた陽極ＰＥを備える。更に、この電気透析器は、陰極ＮＥによりマイナスの電荷が加えられる第１の陽イオン交換膜Ｃ１、及び第１の陽イオン交換膜Ｃ１との間に第１ベース室ＢＳ１を構成する第１の陰イオン交換膜Ａ１を備える。更に、この電気透析器は、第１の陰イオン交換膜Ａ１との間に脱硫部１が脱硫した後のアミン吸収液１０７が供給される脱塩室ＤＣを構成する第２の陰イオン交換膜Ａ２、及び第２の陰イオン交換膜Ａ２との間に廃液室ＷＣを構成する第２の陽イオン交換膜Ｃ２を備える。更に、この電気透析器は、陽極ＰＥによりプラスの電荷が加えられ、第２の陽イオン交換膜Ｃ２の間に第２ベース室ＢＳ２を構成する第３の陰イオン交換膜Ａ３を備える。
これにより、電気透析の過程および前工程でアミン吸収液と水酸化ナトリウムとが直接混合することがないので、アミンが水酸化ナトリウムによって分解されることを防ぎ、アミン吸収液の品質が維持される。更に、電気透析の過程でナトリウムイオンがアミン吸収液に混入することがないので、アミン吸収液中のナトリウムイオンの除去が不要であるという利点を有する。
なお、熱安定性塩除去システム１３０は、陰イオン除去部３が陰イオンを除去する前に、脱硫部１が脱硫した後のアミン吸収液１０７を水酸化塩と混合することで硫酸イオンを沈殿させて分離する沈殿槽を備えてもよい。これにより、アミン吸収液１０７から硫酸イオンを予め分離しておくことで、電気透析の消費電力を抑えることができる。
また、陰イオン除去部３として拡散透析器を用いる場合、拡散透析器の一例である旭硝子製陰イオン交換膜ＤＳＶを用いてもよい。ＤＳＶ膜で区画された部分に交互にアミン液と純水を向流で流すと、濃度差により陰イオンがアミン吸収液から純水に移動する。このとき、アミンをプロトネート化していた水素イオンも同時に純水側に移動するので、酸がアミン吸収液から分離される。
（第２の実施形態）
続いて、第２の実施形態について説明する。第１の実施形態における熱安定性塩除去システム１３０では、脱硫部１からアミン吸収液を陰イオン除去部３へ供給している間は、脱硫部１に新たなアミン吸収液１０４を供給できなかった。
それに対して、第２の実施形態における熱安定性塩除去システム１４０は、二つのタンクを設け、一方のタンクからアミン吸収液を陰イオン除去部３へ供給している間に、他方のタンクから新たなアミン吸収液を脱硫部１に供給する。
図３は、第２の実施形態における二酸化炭素回収システム２００の概略構成図である。なお、図１と共通する要素には同一の符号を付し、その具体的な説明を省略する。第２の実施形態における二酸化炭素回収システム２００の構成は、第１の実施形態における二酸化炭素回収システム１００の構成に対して、弁Ｖ１が削除され、熱安定性塩除去システム１３０が熱安定性塩除去システム１４０に変更されたものになっている。熱安定性塩除去システム１４０の構成は、第１の実施形態の熱安定性塩除去システム１３０の構成に対して、流路切替部ＳＷが流路切替部ＳＷ２に変更され、制御部ＣＯＮが制御部ＣＯＮ２に変更されたものになっている。
図４を用いて流路切替部ＳＷ２の構成について説明する。図４は、第２の実施形態における流路切替部ＳＷ２の概略構成図である。流路切替部ＳＷ２には、第１三方弁ＴＶ１及び第１タンクＴ１が設けられている。第１三方弁ＴＶ１は、吸収液冷却器５から供給されるアミン吸収液１０４が流入する第１流路入口、脱硫部１から供給されるアミン吸収液１０５−１が流入する第２流路入口、及びアミン吸収液１０４またはアミン吸収液１０５−１を第１タンクＴ１へ排出する流路出口を有する。第１タンクＴ１の流路入口は、第１三方弁ＴＶ１の流路出口に接続されている。また、第１タンクＴ１には、第１タンクＴ１内の液面レベルを監視する液面センサが設けられており、この液面レベルを示す第１液面レベル信号が制御部ＣＯＮ２へ出力される。
更に、流路切替部ＳＷ２には、第１タンクＴ１の下流側に第２三方弁ＴＶ２が設けられている。第２三方弁ＴＶ２は、第１タンクＴ１から排出されたアミン吸収液を冷却器２または陰イオン除去部３へ供給する。第２三方弁ＴＶ２は、第１タンクＴ１から供給されるアミン吸収液が流入する流路入口、アミン吸収液を冷却器２へ排出する第１流路出口、及びアミン吸収液を陰イオン除去部３へ排出する第２流路出口を有する。
更に、流路切替部ＳＷ２には、第３三方弁ＴＶ３及び第２タンクＴ２が設けられている。第３三方弁ＴＶ３は、吸収液冷却器５から供給されるアミン吸収液１０４が流入する第１流路入口、脱硫部１から供給されるアミン吸収液１０５−２が流入する第２流路入口、及びアミン吸収液１０４またはアミン吸収液１０５−２を第２タンクＴ２へ供給する流路出口を有する。第２タンクＴ２の流路入口は、第３三方弁ＴＶ３の流路出口に接続されている。また、第２タンクＴ２には、第２タンクＴ２内の液面レベルを監視する液面センサが設けられており、この液面レベルを示す第２液面レベル信号が制御部ＣＯＮ２へ出力される。
更に、流路切替部ＳＷ２には、第２タンクＴ２の下流側に第４三方弁ＴＶ４が設けられている。第４三方弁ＴＶ４は、第２タンクＴ２から排出されたアミン吸収液を冷却器２または陰イオン除去部３へ供給する。第４三方弁ＴＶ４は、第２タンクＴ２から供給されるアミン吸収液が流入する流路入口、アミン吸収液を冷却器２へ排出する第１流路出口、及びアミン吸収液を陰イオン除去部３へ排出する第２流路出口を有する。
制御部ＣＯＮ２は、第１タンクＴ１から入力された第１液面信号に基づいて第１タンクＴ１が空になったか否かを検知する。また、制御部ＣＯＮ２は、第２タンクＴ２から入力された第２液面信号に基づいて第２タンクＴ２が空になったか否かを検知する。
制御部ＣＯＮ２は、例えば、ＳＯｘ濃度計ＳＯＳが計測したＳＯｘ濃度、第１タンクＴ１の液面レベル、及び第１タンクＴ２の液面レベルに基づいて、第１の三方弁ＴＶ１、第２の三方弁ＴＶ２、第３の三方弁ＴＶ３及び第４の三方弁ＴＶ４を制御する。以下、制御部ＣＯＮ２による流路切替部ＳＷ２の制御例について図５及び図６を用いて説明する。
図５は、第２の実施形態における制御部ＣＯＮ２の処理の流れの一例を示すフローチャートである。図６は、図５のフローチャートの続きである。
（ステップＳ１０１）制御部ＣＯＮ２は、第１の三方弁ＴＶ１の第１流路入口を開けることでアミン吸収液１０４を第１タンクＴ１へ供給し、第２の三方弁ＴＶ２の第１流路出口、第２流路出口を両方とも閉じる。これにより、第１タンクＴ１にアミン吸収液１０４が貯まっていく。
（ステップＳ１０２）制御部ＣＯＮ２は、例えば、第１液面信号に基づいて第１タンクＴ１の液面レベルを監視し、第１液面信号に基づいて第１タンクＴ１に所定の液面レベルまでアミン吸収液が貯まったか否か検知する。所定の液面レベルまでアミン吸収液１０４が貯まった場合（ＹＥＳ）、制御部ＣＯＮ２は、ステップＳ１０３へ進む。一方、所定の液面レベルまでアミン吸収液１０４が貯まっていない場合（ＮＯ）、制御部ＣＯＮ２は、そのまま待機する。
（ステップＳ１０３）ステップＳ１０２で第１液面信号に基づいて第１タンクＴ１に所定の液面レベルまでアミン吸収液が貯まったことが検知された場合、制御部ＣＯＮ２は、第２の三方弁ＴＶ２の第１流路出口を開けることで第１タンクＴ１から冷却器２へアミン吸収液を供給する。更に、制御部ＣＯＮ２は、第１の三方弁ＴＶ１の第１流路入口を閉じることで第１タンクＴ１へのアミン吸収液１０４の供給を停止し、第２流路入口を開けることで脱硫部１から第１タンクＴ１へアミン吸収液１０５−１を供給する。
これにより、第１タンクＴ１に貯まったアミン吸収液が、第２の三方弁ＴＶ２、冷却器２、脱硫部１、第１の三方弁ＴＶ１を介して循環する。このため、脱硫部１において、冷却器２から供給されたアミン吸収液１０６中の二酸化炭素由来のアミンカルバメート、炭酸イオン、炭酸水素イオンは二酸化炭素として排ガス１０１中へ放出され、アミンは硫酸イオン、亜硫酸イオン、硝酸イオン、亜硝酸イオンとプロトネート化して熱安定性塩を形成する。
（ステップＳ１０４）また、ステップＳ１０３と並行して、制御部ＣＯＮ２は、第３の三方弁ＴＶ３の第１流路入口を開けることで、第２タンクＴ２へアミン吸収液１０４を供給する。これにより、第２タンクＴ２にアミン吸収液１０４が貯まっていく。
（ステップＳ１０５）次に、制御部ＣＯＮ２は、ＳＯｘ濃度計ＳＯＳが検出したＳＯｘ濃度が所定の閾値を超えたか否か判定する。ＳＯｘ濃度が所定の閾値を超えた場合（ＹＥＳ）、制御部ＣＯＮ２はステップＳ１０６へ進む。一方、ＳＯｘ濃度が所定の閾値を超えていない場合（ＮＯ）、制御部ＣＯＮ２はそのまま待機する。
（ステップＳ１０６）ステップＳ１０５でＳＯｘ濃度が所定の閾値を超えたと判定された場合、制御部ＣＯＮ２は、第２の三方弁ＴＶ２の第１流路出口を閉じて第２流路出口を開ける。これにより、アミン吸収液１０７−１が第１タンクＴ１から陰イオン除去部３へ供給される。
（ステップＳ１０７）次に、制御部ＣＯＮ２は、第１液面信号に基づいて第１タンクＴ１の液面レベルを監視し、第１液面信号に基づいて第１タンクＴ１が空になったか否か判定する。制御部ＣＯＮ２は、第１タンクＴ１が空になったと判定した場合（ＹＥＳ）、ステップ１０７及びステップＳ１０８へ進む。一方、制御部ＣＯＮ２は、第１タンクＴ１が空になっていないと判定した場合（ＮＯ）、そのまま待機する。
（ステップＳ１０８）ステップＳ１０７で第１液面信号に基づいて第１タンクＴ１が空になったと判定された場合、制御部ＣＯＮ２は、第１の三方弁ＴＶ１の第２流路入口を閉じて第１流路入口を開けることでアミン吸収液１０４を第１タンクＴ１へ供給する。更に、制御部ＣＯＮ２は、第２の三方弁ＴＶ２の第１流路出口、第２流路出口を両方とも閉じる。これにより、第１タンクＴ１にアミン吸収液１０４が貯まっていく。
（ステップＳ１０９）ステップＳ１０８と並行して、制御部ＣＯＮ２は、第４の三方弁ＴＶ４の第１流路出口を開けることで第２タンクＴ２から冷却器２へアミン吸収液を供給する。更に、制御部ＣＯＮ２は、第３の三方弁ＴＶ３の第１流路入口を閉じることで第２タンクＴ２へのアミン吸収液１０４の供給を停止し、第２流路入口を開けることで脱硫部１から第２タンクＴ２へアミン吸収液１０５−２を供給する。
これにより、第２タンクＴ２に貯まったアミン吸収液が、第４の三方弁ＴＶ４、冷却器２、脱硫部１、第２の三方弁ＴＶ２を介して循環する。このため、脱硫部１において、冷却器２から供給されたアミン吸収液１０６中の二酸化炭素由来のアミンカルバメート、炭酸イオン、炭酸水素イオンは二酸化炭素として排ガス１０１中へ放出され、アミンは硫酸イオン、亜硫酸イオン、硝酸イオン、亜硝酸イオンとプロトネート化して熱安定性塩を形成する。
（ステップＳ１１０）次に、制御部ＣＯＮ２は、ＳＯｘ濃度計ＳＯＳが検出したＳＯｘ濃度が所定の閾値を超えたか否か判定する。ＳＯｘ濃度計ＳＯＳが検出したＳＯｘ濃度が所定の閾値を超えた場合（ＹＥＳ）、制御部ＣＯＮ２はステップＳ１１１へ進む。ＳＯｘ濃度計ＳＯＳが検出したＳＯｘ濃度が所定の閾値を超えていない場合（ＮＯ）、制御部ＣＯＮ２はそのまま待機する。
（ステップＳ１１１）ステップＳ１１０でＳＯｘ濃度計ＳＯＳが検出したＳＯｘ濃度が所定の閾値を超えたと判定された場合、制御部ＣＯＮ２は、第４の三方弁ＴＶ４の第１流路出口を閉じて第２流路出口を開ける。これにより、アミン吸収液１０７−２が第２タンクＴ２から陰イオン除去部３へ供給される。
（ステップＳ１１２）次に、制御部ＣＯＮ２は、第２液面信号に基づいて第２タンクＴ２の液面レベルを監視し、第２液面信号に基づいて第２タンクＴ２が空になったか否か判定する。第２タンクＴ２が空になった場合（ＹＥＳ）、制御部ＣＯＮ２はステップＳ１１３及びステップＳ１１４へ進む。第２タンクＴ２が空になっていない場合（ＮＯ）、制御部ＣＯＮ２はそのまま待機する。
（ステップＳ１１３）ステップＳ１１２で第２タンクＴ２が空になったと判定した場合、制御部ＣＯＮ２は、第３の三方弁ＴＶ３の第２流路入口を閉じて第１流路入口を開けることでアミン吸収液１０４を第２タンクＴ２へ供給し、第４の三方弁ＴＶ２の第１流路出口、第２流路出口を両方とも閉じる。これにより、第２タンクＴ２にアミン吸収液１０４が貯まっていく。
（ステップＳ１１４）ステップＳ１１３と並行して、制御部ＣＯＮ２は、第２の三方弁ＴＶ２の第１流路出口を開けることで第１タンクＴ１から冷却器２へアミン吸収液を供給する。更に、制御部ＣＯＮ２は、第１の三方弁ＴＶ１の第１流路入口を閉じることで第１タンクＴ１へのアミン吸収液１０４の供給を停止し、第２流路入口を開けることで脱硫部１から第１タンクＴ１へアミン吸収液１０５−１を供給する。これにより、第１タンクＴ１に貯まったアミン吸収液１０４が、第２の三方弁ＴＶ２、冷却器２、脱硫部１、第１の三方弁ＴＶ１を介して循環する。その後、制御部ＣＯＮ２は、ステップＳ１０５へ戻る。
以下、制御部ＣＯＮ２は、ステップＳ１０５〜Ｓ１１４の処理を繰り返す。
第１の実施形態における熱安定性塩除去システム１３０では、脱硫部１からアミン吸収液を陰イオン除去部３へ供給している間は、脱硫部１に新たなアミン吸収液１０４を供給できなかった。それに対して、第２の実施形態における熱安定性塩除去システム１４０は、二つのタンクを設け、一方のタンクからアミン吸収液を陰イオン除去部３へ供給している間に、他方のタンクから新たなアミン吸収液を脱硫部１に供給する。これにより、第１の実施形態に比べて、脱硫部１での脱硫を効率良く行うことができる。
以上、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
１００、２００ 二酸化炭素回収システム
１３０、１４０ 熱安定性塩除去システム
１ 脱硫部
２ 冷却器
３ 陰イオン除去部
４ アミン吸収液貯槽（吸収液貯槽）
５ 吸収液冷却器
６ 吸収塔
７ 再生塔
９ 凝縮器
１０ リボイラー
１１ 再生熱交換器
ＳＯＳ ＳＯｘ濃度計
ＳＷ、ＳＷ２ 流路切替部
Ｖ１ 弁
ＣＯＮ、ＣＯＮ２ 制御部
ＲＮ 再生部
ＰＥ 陽極
ＮＥ 陰極
Ａ１ 第１の陰イオン交換膜
Ａ２ 第２の陰イオン交換膜
Ａ３ 第３の陰イオン交換膜
Ｃ１ 第１の陽イオン交換膜
Ｃ２ 第２の陽イオン交換膜
ＢＳ１ 第１ベース室
ＢＳ２ 第２ベース室
ＤＣ 脱塩室
ＷＣ 廃液室
ＴＶ１ 第１三方弁
ＴＶ２ 第２三方弁
ＴＶ３ 第３三方弁
ＴＶ４ 第４三方弁
Ｔ１ 第１タンク
Ｔ２ 第２タンク

Claims (12)

  1. 二酸化炭素回収システムを循環している吸収液の少なくとも一部に、排ガス中に含まれる硫黄酸化物を吸収させ、前記硫黄酸化物が除去された排ガスを排出する脱硫部と、
    前記脱硫部が硫黄酸化物を吸収させた後に得られる吸収液から陰イオンを除去する陰イオン除去部と、
    を備える熱安定性塩除去システム。
  2. 前記脱硫部が排出する排ガス中の硫黄酸化物濃度を検出する濃度計と、
    前記吸収液が前記脱硫部から排出されて前記脱硫部に再度供給される第１の流路と、前記吸収液が前記脱硫部から排出されて前記陰イオン除去部に供給される第２の流路とを切り替える流路切替部と、
    前記濃度計が検出した硫黄酸化物濃度に基づいて、前記流路切替部を制御する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、前記濃度計が検出した硫黄酸化物濃度が所定の濃度以下の場合、前記第１の流路を維持し、前記濃度計が検出した硫黄酸化物濃度が所定の濃度を超えた場合、前記第１の流路から前記第２の流路に切り替えるよう前記流路切替部を制御する
    請求項１に記載の熱安定性塩除去システム。
  3. 前記陰イオン除去部は、電気透析器である
    請求項１または２に記載の熱安定性塩除去システム。
  4. 前記電気透析器は、
    マイナスにチャージされた陰極と、
    プラスにチャージされた陽極と、
    前記陰極によりマイナスの電荷が加えられる第１の陽イオン交換膜と、
    前記第１の陽イオン交換膜との間に第１ベース室を構成する第１の陰イオン交換膜と、
    前記第１の陰イオン交換膜との間に前記脱硫部が脱硫した後の吸収液が供給される脱塩室ＤＣを構成する第２の陰イオン交換膜と、
    前記第２の陰イオン交換膜との間に廃液室を構成する第２の陽イオン交換膜と、
    前記陽極によりプラスの電荷が加えられ、第２の陽イオン交換膜との間に第２ベース室を構成する第３の陰イオン交換膜と、
    を備える請求項３に記載の熱安定性塩除去システム。
  5. 前記吸収液は、プラスにチャージするアミンを含む
    請求項４に記載の熱安定性塩除去システム。
  6. 前記アミンは、３級アミンである
    請求項５に記載の熱安定性塩除去システム。
  7. 前記陰イオン除去部は、除去した陰イオンを含む廃液を排出し、
    前記陰イオン除去部が排出した廃液に含まれるナトリウム塩と水酸化塩とを混合することにより水酸化ナトリウムを再生し、再生した水酸化ナトリウムを含む溶液を前記陰イオン除去部に供給する再生部を更に備える
    請求項４から６のいずれか一項に記載の熱安定性塩除去システム。
  8. 前記陰イオン除去部は、拡散透析器である
    請求項１または２に記載の熱安定性塩除去システム。
  9. 前記陰イオン除去部は、陰イオン交換樹脂である
    請求項１または２に記載の熱安定性塩除去システム。
  10. 前記陰イオン除去部が陰イオンを除去する前に、前記脱硫部が脱硫した後の吸収液を水酸化塩と混合することで硫酸イオンを沈殿させて分離する沈殿槽を更に備える
    請求項１から９のいずれか一項に記載の熱安定性塩除去システム。
  11. 排ガス中に含まれる硫黄酸化物を吸収液に吸収させ、前記硫黄酸化物が除去された排ガスを排出する脱硫部と、
    前記脱硫部から排出された排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させ、二酸化炭素を含む吸収液を排出する吸収塔と、
    前記吸収塔から排出された吸収液が供給され、当該吸収液から蒸気を含む二酸化炭素ガスを除去し、当該吸収液を再生して排出する再生塔と、
    前記再生塔が排出した吸収液を貯める吸収液貯槽と、
    前記脱硫部が硫黄酸化物を吸収させた後に得られる吸収液から陰イオンを除去し、陰イオン除去後の吸収液を吸収液貯槽へ供給する陰イオン除去部と、
    を備え、
    前記脱硫部は、前記吸収液貯槽から排出されて前記吸収塔に供給される吸収液の少なくとも一部を取得する二酸化炭素回収システム。
  12. 二酸化炭素回収システムを循環している吸収液の少なくとも一部に、排ガス中に含まれる硫黄酸化物を吸収させる工程と、
    前記硫黄酸化物を吸収した吸収液から陰イオンを除去する工程と、
    を有する熱安定性塩除去方法。
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