JP2017189726A - 二酸化炭素分離回収システム - Google Patents

Abstract

【課題】二層分離する吸収液を採用する際に改良された二酸化炭素分離回収システムを提供する。【解決手段】一態様に係る二酸化炭素分離回収システムは、アルカリ性化合物を含み、アルカリ性化合物、二酸化炭素および水が反応して二酸化炭素を吸収する吸収液が、未反応のアルカリ性化合物を主成分とするアルカリ溶液からなる上層と、アルカリ性化合物が反応済みの溶液を含む下層であって、上層よりも水との親和性が高い下層とに分離した状態で底部に貯留される吸収塔と、下層の吸収液を吸収塔から送出する送出路と、送出路を介して送出された吸収液が送入される再生塔と、再生塔にて二酸化炭素を放出した吸収液を吸収塔に還流して吸収塔内で降下させる還流路と、吸収塔の底部に貯留された吸収液中に二酸化炭素を含む被処理ガスが上層と下層の境界に向かうように噴出するバブリング部と、吸収塔内で吸収塔の底部に貯留された吸収液の液面より上方に設けられた気液接触部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、二酸化炭素を含むガスから二酸化炭素を分離及び回収する二酸化炭素分離回収システムに関する。

従来から、地球温暖化の防止を目的として、石炭ガス化ガス、天然ガス田から採掘される二酸化炭素等の不純物を含む天然ガス、石炭、重油、天然ガスなどを燃料とする火力発電所、製鉄所のボイラ、セメント工場のキルン等から排出されるガスなどから、温室効果ガスである二酸化炭素を分離および回収する二酸化炭素分離回収システムが利用されている。

二酸化炭素分離回収システムとしては、アルカリ性化合物を含む吸収液に二酸化炭素を接触させ、該アルカリ性化合物と二酸化炭素を反応させることにより吸収液中に二酸化炭素を吸収させる化学吸収法を用いたものが知られている。また、二酸化炭素分離回収システムに用いられる吸収液としては、二酸化炭素を吸収することにより二酸化炭素がリッチな液（以下、「リッチ溶液」ともいう。）と二酸化炭素がリーンな液（以下、「リーン溶液」ともいう。）に分離するものが知られている。

特許文献１には、リッチ溶液とリーン溶液に分離する吸収液を用いた二酸化炭素分離回収システムが開示されている。このシステムでは、吸収塔に導入された吸収液が、充填層を構成する充填材の表面を下方に向けて流れることで、吸収塔内を上昇する排ガスと向流接触する。充填層にて排ガス中の二酸化炭素を吸収した吸収液は、吸収塔の底に一時的に貯留された後に吸収塔から送出される。吸収塔から送出された吸収液は、熱交換器で加熱された後に、分離器に送られる。分離器では、吸収液がリッチ溶液とリーン溶液に分離される。リッチ溶液はリーン溶液よりも比重が大きいため、リッチ溶液は分離器の下部に移動し、リーン溶液は分離器の上部に移動する。こうして、分離器内の吸収液は、二酸化炭素がリーンな上層と二酸化炭素がリッチな下層の二層に分離した状態となり、上層のリーン溶液が吸収塔に送られ、下層のリッチ溶液が再生塔に送られる。再生塔に送られたリッチ溶液は、加熱により二酸化炭素を放出した後、リーン溶液として吸収塔へと戻される。再生塔にて吸収液から放出された二酸化炭素は貯留設備に移送および回収される。

特開２０１５−１６３３８１号公報

本発明の目的は、二層分離する吸収液を採用する際に改良された二酸化炭素分離回収システムを提供することにある。

ところで、吸収液の中には、二酸化炭素を吸収する反応に水を使用するものがある。本願発明者らは、鋭意研究の結果、二酸化炭素の吸収に水を使用する吸収液によっては、吸収塔から送出される前に、吸収塔の底部において、未反応のアルカリ性化合物を主成分とするアルカリ溶液からなる上層と、アルカリ性化合物が反応済みの溶液を含む下層とに分離した状態で貯留されることを見出した。この場合、上層の吸収液中の未反応のアルカリ性化合物も二酸化炭素と水に反応させて、二酸化炭素吸収に利用することが望ましい。ところが、本願発明者らは、下層の吸収液が上層の吸収液よりも水との親和性が高いことを見出している。下層に水が集中することから、水が不足する上層の吸収液では二酸化炭素を吸収する反応が起こりにくく、上層の吸収液中の未反応のアルカリ性化合物を二酸化炭素の吸収に利用することができない。

上記の問題を解決するために、本発明に係る二酸化炭素分離回収システムは、アルカリ性化合物を含み、前記アルカリ性化合物、二酸化炭素および水が反応して二酸化炭素を吸収する吸収液が、未反応の前記アルカリ性化合物を主成分とするアルカリ溶液からなる上層と、前記アルカリ性化合物が反応済みの溶液を含む下層であって、上層よりも水との親和性が高い下層とに分離した状態で底部に貯留される吸収塔と、前記下層の吸収液を前記吸収塔から送出する送出路と、前記送出路を介して送出された吸収液が送入される再生塔と、前記再生塔にて二酸化炭素を放出した吸収液を前記吸収塔に還流して前記吸収塔内で降下させる還流路と、前記吸収塔の底部に貯留された吸収液中に二酸化炭素を含む被処理ガスが上層と下層の境界に向かうように噴出するバブリング部と、前記吸収塔内で前記吸収塔の底部に貯留された吸収液の液面より上方に設けられた、前記吸収塔内で降下する吸収液と前記吸収塔内で上昇する前記被処理ガスとの接触面積を拡大するための気液接触部と、を備える。

上記の構成によれば、バブリング部によって上層と下層の境界に向かうように噴出された被処理ガスにより、上層と下層の境界近傍の吸収液が混在する。これにより、上層と下層の間に、上層からのアルカリ性化合物と、下層からの水と、被処理ガスからの二酸化炭素とが混在した、二酸化炭素吸収反応に適した反応層を形成させることができる。このため、上層の吸収液中のアルカリ性化合物を二酸化炭素吸収に利用することができる。

前記吸収塔は、前記吸収塔の底部に貯留された吸収液の液面と前記気液接触部との間に段差部を有し、前記吸収塔の内部空間における前記段差部より上側部分の横断面積は、前記吸収塔の内部空間における前記段差部より下側部分の横断面積より小さくてもよい。この構成によれば、バブリング部により、吸収塔に導入した被処理ガス中の二酸化炭素の大部分を、吸収塔の底部に貯留された吸収液に吸収させることができる。さらに、被処理ガス中の残りの二酸化炭素は、気液接触部を流れる吸収液に吸収させることができる。従って、吸収塔における二酸化炭素の吸収効率を向上させて、二酸化炭素分離回収システムにおける二酸化炭素回収率を向上させることができる。

上記の二酸化炭素分離回収システムは、前記バブリング部より下方で且つ前記下層の吸収液中に配置された、前記吸収塔内を上下に隔てる多孔板を更に備え、前記送出路は、前記多孔板より下方の吸収液を前記吸収塔から送出してもよい。この構成によれば、下層の吸収液のうち多孔板より上方の部分を上記反応層の形成に利用するとともに、下層の吸収液のうち多孔板より下方の部分が、上層の吸収液と混在するのを抑制することができる。そして、送出路が多孔板より下方の吸収液を吸収塔から送出するため、上層の吸収液との混在が抑制された、二酸化炭素が吸収された下層の吸収液を選択的に吸収塔から送出することができる。

上記の二酸化炭素分離回収システムは、前記吸収塔内で前記気液接触部と前記吸収塔の底部に貯留された吸収液の液面との間に設けられた、前記気液接触部から降下した吸収液を受け止める吸収液トレイと、前記吸収液トレイに受け止められた吸収液を前記下層の吸収液へ流すダウンカマーと、を更に備えてもよい。この構成によれば、気液接触部にて二酸化炭素を吸収した反応済みの吸収液を、吸収塔の底部の下層の吸収液に安定的に供給することができる。

本発明によれば、二層分離する吸収液を採用する際に改良された二酸化炭素分離回収システムを提供することができる。

第１実施形態に係る二酸化炭素分離回収システムの概略構成図である。 第２実施形態に係る二酸化炭素分離回収システムの概略構成図である。 第３実施形態に係る二酸化炭素分離回収システムの概略構成図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下では、全ての図面を通じて同一または相当する要素には同じ符号を付して、重複する説明は省略する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る二酸化炭素分離回収システム１Ａの概略図である。二酸化炭素分離回収システム１Ａは、二酸化炭素を吸収する吸収液を用いて被処理ガス中の二酸化炭素を分離および回収するものである。なお、図面では、被処理ガスに含まれる二酸化炭素（ＣＯ_２）以外のガスの例として、窒素ガス（Ｎ_２）を例示的に示す。

図１に示すように、二酸化炭素分離回収システム１Ａは、吸収塔１１と、送出路２１と、再生塔３１と、還流路４１とを備えている。吸収塔１１の底部１１ｂには、吸収液が貯留されている。送出路２１は、吸収塔１１の底部１１ｂに貯留された吸収液を吸収塔１１から送出する。送出路２１を介して再生塔３１に送入された吸収液は、再生塔３１にて二酸化炭素を放出した後、還流路４１を介して吸収塔１１に還流する。こうして、吸収液は、送出路２１および還流路４１を介して吸収塔１１と再生塔３１の間を循環している。

二酸化炭素分離回収システム１Ａは、吸収液中のアルカリ性化合物と二酸化炭素を反応させることにより吸収液中に二酸化炭素を吸収させる化学吸収法を採用している。アルカリ性化合物としては、例えば、アミン化合物である。アミン化合物としては、一級アルカノールアミンであるモノエタノールアミン（ＭＥＡ）、ジグリコールアミン（ＤＧＡ）、２−アミノ−２−メチル−１−プロパノール（ＡＭＰ）、二級アルカノールアミンである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−イソプロピルアミノエタノール（ＩＰＡＥ）、ジエタノールアミン（ＤＥＡ）、ジイソプロパノールアミン（ＤＩＰＡ）、三級アルカノールアミンであるＮ−メチルジエタノールアミン（ＭＤＥＡ）、トリエタノールアミン（ＴＥＡ）、三級アルキルアミンであるＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−１，６−ジアミノヘキサン（ＴＭＤＡＨ）、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−１，３−ジアミノブタン（ＴＭＤＡＢ）、ビス（２−ジメチルアミノエチル）エーテル（ＢＤＥＲ）等が挙げられる。

本実施形態では、吸収液の中でも、二酸化炭素を吸収する反応に水を使用するものが用いられている。更に、本実施形態では、二酸化炭素の吸収に水を使用する吸収液の中でも、二酸化炭素を吸収することにより、未反応のアルカリ性化合物を主成分とするアルカリ溶液と、アルカリ性化合物が反応済みの溶液とに分離する性質を有したものが用いられている。このため、吸収塔１１の底部１１ｂでは、未反応のアルカリ性化合物を主成分とするアルカリ溶液からなる上層Ｌ_１と、アルカリ性化合物が反応済みの溶液を含む下層Ｌ_２とに分離した状態で吸収液が貯留されている。下層Ｌ_２の吸収液は上層Ｌ_１の吸収液よりも水との親和性が高いため、吸収塔１１の底部１１ｂに貯留された吸収液が含む水の大部分は、下層Ｌ_２の吸収液に存在している。本実施形態では、このような吸収液として、上述のビス（２−ジメチルアミノエチル）エーテル（ＢＤＥＲ）を含む水溶液を用いているが、これに限定されず、上述の性質を有する吸収液であればよい。なお、本願明細書および特許請求の範囲において、上層Ｌ_１と下層Ｌ_２との境界は、界面であってもよいし、グラデーション層であってもよい。

吸収塔１１では、吸収塔１１内部に導入された被処理ガスに、還流路４１を介して再生塔３１から吸収塔１１に還流した吸収液を接触させて、被処理ガス中の二酸化炭素を吸収液に吸収させる。吸収塔１１は、例えば略円柱状または略多角柱状であって、上下方向に延びる内部空間を有する。還流路４１の下流部４１ａは、吸収塔１１の内部空間における上部に配置されている。還流路４１の下流部４１ａには、還流した吸収液を放出する複数の放出口が形成されており、該放出口から放出された吸収液は、吸収塔１１内で降下する。吸収塔１１内で降下する吸収液は、吸収塔１１内で上昇する被処理ガスと向流接触する。

被処理ガスは、導入路１２を介して吸収塔１１内部に導入される。被処理ガスは、例えば、石炭ガス化炉における生成ガス、天然ガス田において採掘される、二酸化炭素等不純物を含む天然ガス、石炭、重油、天然ガスなどを燃料とする火力発電所、製鉄所のボイラ、セメント工場のキルン等から排出されるガスである。

本実施形態では、導入路１２の下流部が吸収塔１１の内部に配置されており、導入路１２のこの下流部には、上層Ｌ_１の吸収液中に被処理ガスを噴出するバブリング部１２ａが設けられている。具体的には、バブリング部１２ａは、導入路１３の下流部を構成する配管と該配管に設けられた複数の噴出口を有する構成である。本実施形態では、バブリング部１２ａの噴出口は、噴出された被処理ガスが上層Ｌ_１の吸収液と下層Ｌ_２の吸収液の境界に向かうように、下方に開口している。すなわち、バブリング部１２ａは、下方に向けて被処理ガスを噴出する。ただし、バブリング部１２ａは、下方に開口した噴出口に加えて、他の方向に開口した噴出口を有してもよい。

バブリング部１２ａより下方には、吸収塔１１内を上下に隔てる多孔板１４が設けられている。多孔板１４は、下層Ｌ_２の吸収液中に配置されている。多孔板１４は、下層Ｌ_２の吸収液のうち多孔板１４より下方の部分が、上層Ｌ_１の吸収液と混在するのを抑制する役割を果たす。

多孔板１４には、上層Ｌ_１の吸収液のうち二酸化炭素を吸収したものが下層Ｌ_２へと移動できるように複数の孔が設けられている。このような多孔板１４としては、例えばエキスパンドメタルやパンチングメタルを用いてもよい。あるいは、多孔板１４は、一枚の板で構成されている必要はなく、例えば狭い間隔で並べられた複数の棒により構成されていてもよい。また、本実施形態では、多孔板１４は、吸収塔１１の内壁および／または後述のダウンカマー１６に固定されている。多孔板１４は、例えば上層Ｌ_１の吸収液と下層Ｌ_２の吸収液の境界面に応じて、上下方向に移動可能に構成されていてもよい。

吸収塔１１内における、還流路４１の下流部４１ａより下方であって吸収塔１１の底部１１ｂに貯留された吸収液の液面より上方には、気液接触部１７が設けられている。気液接触部１７は、吸収塔１１内で降下する吸収液と吸収塔１１内で上昇する被処理ガスとの接触面積を拡大すると共に、吸収液が二酸化炭素を吸収するのに十分な接触時間を確保するためのものである。気液接触部１７は、例えば、多数の充填材が充填された充填層や流動接触用の複数のトレイを用いた棚段である。

吸収塔１１内には、気液接触部１７から降下した吸収液を受け止める吸収液トレイ１５と、吸収液トレイ１５に受け止められた吸収液を吸収塔１１内の多孔板１４より下方に流すダウンカマー１６が設けられている。

吸収液トレイ１５は、吸収塔１１の底部１１ｂに貯留された吸収液の液面と気液接触部１７との間に配置されている。また、吸収液トレイ１５は、その下方から上方へと被処理ガスを通過させるための複数の通過孔を有する。吸収液トレイ１５の通過孔は、気液接触部１７から降下した吸収液を通過させないように構成されている。例えば、吸収液トレイ１５に受け止められた吸収液が通過孔に流れ落ちないように、通過孔の周縁部に上方に突き出た堰部が設けられていてもよい。また、気液接触部１７から降下した吸収液が直接通過孔を通過しないように、通過孔の上方に屋根部が設けられてもよい。

本実施形態では、ダウンカマー１６は、吸収液トレイ１５に受け止められた吸収液を、吸収塔１１の底部１１ｂに貯留された吸収液の下層Ｌ_２に流すように構成されている。例えば、ダウンカマー１６は、吸収塔１１の内壁に沿って吸収液トレイ１５から多孔板１４の下方に延びる配管である。ダウンカマー１６を通って下層Ｌ_２に流れた吸収液のうち、未反応のアルカリ性化合物を主成分とするアルカリ溶液は上方へと浮上し、多孔板１４の孔を通過し、上層Ｌ_１を形成する。

吸収塔１１は、吸収塔１１の底部１１ｂに貯留された吸収液の液面と気液接触部１７との間に段差部１１ｃを有している。吸収塔１１の内部空間における段差部１１ｃより上側部分の横断面積は、吸収塔１１の内部空間における段差部１１ｃより下側部分の横断面積より小さい。

被処理ガスは、導入路１２を通って吸収塔１１の内部に導かれ、バブリング部１２ａにより、上層Ｌ_１と下層Ｌ_２の境界に向けて噴出される。上層Ｌ_１と下層Ｌ_２の境界近傍では、未反応のアルカリ性化合物を多く含む上層Ｌ_１の吸収液と、水が多く含む下層Ｌ_２の吸収液とが混在して、反応層が形成される。上層Ｌ_１と下層Ｌ_２の間に形成されたこの反応層は、二酸化炭素吸収反応に必須な全ての要素、すなわち、上層Ｌ_１からのアルカリ性化合物と、下層Ｌ_２からの水と、被処理ガスからの二酸化炭素を含んでいる。このため、反応層では、二酸化炭素吸収反応が促進される。反応層では、アルカリ性化合物が水および二酸化炭素と反応する。この反応により生成されたアルカリ性化合物が反応済みの溶液は、反応層から下方の下層Ｌ_２へと移動する。

他方、上層Ｌ_１の吸収液に吸収されずに残った少量の二酸化炭素を含む被処理ガスは、吸収塔１１の底部１１ｂに貯留された吸収液の液面から出た後、吸収塔１１の内部を上昇する。具体的には、吸収液トレイ１５の孔を上向きに通過し、気液接触部１７へと移動する。気液接触部１７にて更に二酸化炭素を吸収された被処理ガスは、気液接触部１７より上方に移動し、吸収塔１１の上部１１ａに設けられた排出口に入り、被処理ガス排出路１８を通って吸収塔１１から排出される。

送出路２１にはポンプ２２が設けられている。多孔板１４より下方の吸収液が、送出路２１を介してポンプ２２により吸収塔１１から再生塔３１に送出される。本実施形態では、送出路２１の上流端は、吸収塔１１の底部１１ｂに接続されており、下層Ｌ_２の吸収液が、送出路２１を介してポンプ２２により吸収塔１１から再生塔３１に送出される。送出路２１は、吸収塔１１の底部１１ｂに貯留された吸収液を吸収塔１１から直接再生塔３１に送出してもよいし、別途貯留する別の容器を経由して再生塔３１に送出してもよい。

再生塔３１では、送出路２１を介して送入された吸収液を加熱して二酸化炭素を放出させる。再生塔３１は、例えば略円柱状または略多角柱状であって、上下方向に延びる内部空間を有する。送出路２１の下流部２１ａは、再生塔３１の内部空間における上部に配置されている。送出路２１の下流部２１ａには、再生塔３１に送られた吸収液を放出する複数の放出口が形成されており、該放出口から放出された吸収液は、再生塔３１内で降下して底部３１ｂに貯留される。

再生塔３１には、再生塔３１の底部３１ｂに貯留された吸収液を循環させる循環路３３が設けられている。また、循環路３３には、ポンプ３４および加熱器３５が設けられている。加熱器３５は、例えばリボイラである。

循環路３３の上流端は、例えば再生塔３１の底部３１ｂに接続されており、また、循環路３３の下流端は、例えば、再生塔３１の底部３１ｂに貯留された吸収液の液面より上方において再生塔３１と接続されている。再生塔３１の底部３１ｂに貯留された吸収液は、ポンプ３４により循環路３３における加熱器３５より上流側部分を通って加熱器３５に供給され、加熱器３５で加熱される。加熱された吸収液からは二酸化炭素が放出し、放出された二酸化炭素および二酸化炭素を放出した吸収液は、循環路３３における加熱器３５より下流側部分を通って再生塔３１に戻される。吸収液から放出された二酸化炭素は、加熱された吸収液から蒸発した水蒸気とともに再生塔３１内部を上昇し、再生塔３１の上部３１ａに接続されたガス排出路５１を通じて再生塔３１から排出される。

再生塔３１内であって、送出路２１の下流部２１ａより下方には、多数の充填材が充填された充填層３２が設けられている。ただし、再生塔３１内に充填層３２がなくてもよく、充填層３２の代わりに棚段が設けられていてもよい。送出路２１の下流部２１ａから降下した吸収液は、充填層３２にて再生塔３１内を上昇する水蒸気により加熱され、二酸化炭素を放出する。

ガス排出路５１は、その下流端が気液分離器５３（例えばベッセル）につながっており、ガス排出路５１には、冷却器５２が設けられている。二酸化炭素とともに冷却器５２に供給された水蒸気は、冷却器５２により凝縮される。冷却器５２で生じた凝縮水と二酸化炭素の混合流体は、気液分離器５３で二酸化炭素と凝縮水に分離され、分離された二酸化炭素は、二酸化炭素回収路５４を通じて回収され、分離された凝縮水は、ポンプ５５により戻し路５６を介して再生塔３１内に戻される。

再生塔３１の吸収液を加熱する手段として、第１実施形態の循環路３３に設けられた加熱器３５の代わりに、再生塔３１の底部３１ｂに貯留された吸収液中に加熱器を配置して、再生塔３１の底部３１ｂに貯留された吸収液を直接加熱してもよい。

還流路４１にはポンプ４２が設けられており、再生塔３１の底部３１ｂに貯留された吸収液は、還流路４１を介して再生塔３１から吸収塔１１に送入される。

還流路４１には、熱交換器４３が設けられている。熱交換器４３は、送出路２１を流れる低温の吸収液（例えば４０℃）と還流路４１を流れる高温の吸収液（例えば１２０℃）が熱交換するように構成されている。送出路２１を流れる吸収液の温度は、熱交換器４３にて例えば６０℃〜７０℃まで上昇する。一方、還流路４１を流れる吸収液の温度は、熱交換器４３にて例えば８０℃〜９０℃まで下がる。

また、還流路４１における熱交換器４３より下流側部分には、冷却器４４が設けられている。例えば、冷却器４４は、還流路４１を流れる吸収液と冷水が熱交換するように構成されている。冷却器４４は、還流路４１を流れる吸収液を大気により冷却するように構成されてもよい。還流路４１を流れる吸収液の温度は、冷却器４４に冷却されることにより、二酸化炭素の吸収に適した温度、例えば４０℃〜６０℃まで下がる。

還流路４１は、再生塔３１の底部３１ｂに貯留された吸収液を再生塔３１から直接吸収塔１１に供給するように構成されていてもよいし、例えば、循環路３３や加熱器３５などを介して吸収塔１１に供給するように構成されていてもよい。また、還流路４１は、再生塔３１の底部３１ｂに貯留された吸収液を別途貯留する別の容器を経由して吸収塔１１に供給してもよい。

以上説明したように、本実施形態に係る二酸化炭素分離回収システム１Ａでは、バブリング部１２ａにより上層Ｌ_１と下層Ｌ_２の境界に向けて噴出された被処理ガスにより、上層Ｌ_１と下層Ｌ_２の境界近傍の吸収液が混在する。これにより、上層Ｌ_１と下層Ｌ_２の間に、上層Ｌ_１からのアルカリ性化合物と、下層Ｌ_２からの水と、被処理ガスからの二酸化炭素とが混在した、二酸化炭素吸収反応に適した反応層を形成させることができる。このため、上層Ｌ_１の吸収液中のアルカリ性化合物を二酸化炭素吸収に利用することができる。

また、本実施形態では、吸収塔１１の内部空間における段差部１１ｃより上側部分の横断面積は、吸収塔１１の内部空間における段差部１１ｃより下側部分の横断面積より小さくしているため、吸収塔１１の下側部分の大きさを吸収塔１１の底部１１ｂに吸収液を貯留するのに適当な大きさにするとともに、吸収塔１１の上側部分をコンパクトにして吸収塔１１の製造コストおよび気液接触部１７に要するコストを削減することができる。また、本実施形態では、バブリング部１２ａにより被処理ガス中の大部分の二酸化炭素を吸収塔１１の底部１１ｂに貯留された吸収液に吸収させることができるため、吸収塔１１内で上昇するガス量を減少させることができる。このため、吸収塔１１の内部空間における段差部１１ｃより上側部分の横断面積を小さくすることに起因した、気液接触部１７を流れ落ちる吸収液のフラッディングも抑制することができる。

また、本実施形態では、下層Ｌ_２の吸収液のうち多孔板１４より上方の部分を上記反応層の形成に利用するとともに、下層Ｌ_２の吸収液のうち多孔板１４より下方の部分が、上層Ｌ_１の吸収液と混在するのを抑制することができる。そして、送出路２１が多孔板１４より下方の吸収液を吸収塔１１から送出するため、上層Ｌ_１の吸収液との混在が抑制された、二酸化炭素が吸収された下層Ｌ_２の吸収液を選択的に吸収塔１１から送出することができる。

また、本実施形態では、気液接触部１７から降下した吸収液が、吸収塔１１の底部１１ｂに貯留された吸収液に直接落ちることなく、吸収液トレイ１５およびダウンカマー１６を介して吸収液へと流れる。このため、気液接触部１７にて二酸化炭素を吸収した反応済みの吸収液を、吸収塔１１の底部１１ｂの下層Ｌ_２の吸収液に安定的に供給することができる。

（第２実施形態）
次に、図２を参照して、第２実施形態に係る二酸化炭素分離回収システム１Ｂを説明する。

本実施形態では、第１実施形態とは異なり、還流路４１を介して還流した吸収液と被処理ガスとの向流接触が行われない。すなわち、本実施形態では、被処理ガス中の二酸化炭素の吸収液への吸収は、主にバブリング部１２ａによって行われる。具体的には、第１実施形態と異なり、吸収塔１１は、吸収液と被処理ガスとが向流接触するのに十分な内部空間を有しておらず、また、吸収塔１１内には、吸収液トレイ１５、ダウンカマー１６および気液接触部１７が設けられていない。

本実施形態でも、第１実施形態と同様、下層Ｌ_２の吸収液のうち多孔板１４より上方の部分を上記反応層の形成に利用するとともに、下層Ｌ_２の吸収液のうち多孔板１４より下方の部分が、上層Ｌ_１の吸収液と混在するのを抑制することができる。そして、送出路２１が多孔板１４より下方の吸収液を吸収塔１１から送出するため、上層Ｌ_１の吸収液との混在が抑制された、二酸化炭素が吸収された下層Ｌ_２の吸収液を選択的に吸収塔１１から送出することができる。

（第３実施形態）
次に、図３を参照して、第３実施形態に係る二酸化炭素分離回収システム１Ｃを説明する。

本実施形態では、第１実施形態とは異なり、導入路１２の下流部には、バブリング部１２ａが設けられておらず、導入路１２の下流部は、吸収塔１１の底部１１ｂに貯留された吸収液の液面より上方に位置している。すなわち、本実施形態では、被処理ガス中の二酸化炭素の吸収液への吸収は、還流路４１の下流部４１ａから降下する吸収液と吸収塔１１内で上昇する被処理ガスとの気液接触部１７での向流接触により主に行われる。

また、本実施形態では、吸収塔１１が段差部１１ｃを有しておらず、吸収塔１１の内部空間の横断面積は、気液接触部１７が設けられた箇所と吸収液が貯留された箇所とで等しい。また、第１実施形態と異なり、吸収塔１１内に多孔板１４は設けられておらず、ダウンカマー１６は、吸収液トレイ１５に受け止められた吸収液を下層Ｌ_２の吸収液へ流すように構成されている。ただし、本実施形態でも、吸収塔１１が段差部１１ｃを有していてもよいし、吸収塔１１内に多孔板１４が設けられていてもよい。

本実施形態でも、第１実施形態と同様、気液接触部１７から降下した吸収液が、吸収塔１１の底部１１ｂに貯留された吸収液に直接落ちることなく、吸収液トレイ１５およびダウンカマー１６を介して吸収液へと流れる。このため、気液接触部１７にて二酸化炭素を吸収した反応済みの吸収液を、吸収塔１１の底部１１ｂの下層Ｌ_２の吸収液に安定的に供給することができる。

（その他の実施形態）
本発明は上述した第１〜第３実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

例えば、第１実施形態では、吸収塔１１内に多孔板１４が設けられていなくてもよく、吸収塔１１内に吸収液トレイ１５およびダウンカマー１６が設けられていなくてもよい。

また、バブリング部１２ａは下層Ｌ_２の吸収液中に配置されてもよい。この場合、バブリング部１２ａの噴出口は、噴出されたガスが上層Ｌ_１の吸収液と下層Ｌ_２の吸収液の境界に向かうように、上方に向けて被処理ガスが噴出されるように配置されてもよいし、横向きに被処理ガスが噴出されるように配置されてもよい。

１Ａ〜１Ｃ 二酸化炭素分離回収システム
１１ 吸収塔
１１ｂ 底部
１１ｃ 段差部
１２ａ バブリング部
１４ 多孔板
１５ 吸収液トレイ
１６ ダウンカマー
１７ 気液接触部
２１ 送出路
３１ 再生塔
４１ 還流路

Claims (4)

1. アルカリ性化合物を含み、前記アルカリ性化合物、二酸化炭素および水が反応して二酸化炭素を吸収する吸収液が、未反応の前記アルカリ性化合物を主成分とするアルカリ溶液からなる上層と、前記アルカリ性化合物が反応済みの溶液を含む下層であって、上層よりも水との親和性が高い下層とに分離した状態で底部に貯留される吸収塔と、
   前記下層の吸収液を前記吸収塔から送出する送出路と、
   前記送出路を介して送出された吸収液が送入される再生塔と、
   前記再生塔にて二酸化炭素を放出した吸収液を前記吸収塔に還流して前記吸収塔内で降下させる還流路と、
   前記吸収塔の底部に貯留された吸収液中に二酸化炭素を含む被処理ガスが前記上層と前記下層の境界に向かうように噴出するバブリング部と、
   前記吸収塔内で前記吸収塔の底部に貯留された吸収液の液面より上方に設けられた、前記吸収塔内で降下する吸収液と前記吸収塔内で上昇する前記被処理ガスとの接触面積を拡大するための気液接触部と、を備える、二酸化炭素分離回収システム。
2. 前記吸収塔は、前記吸収塔の底部に貯留された吸収液の液面と前記気液接触部との間に段差部を有し、前記吸収塔の内部空間における前記段差部より上側部分の横断面積は、前記吸収塔の内部空間における前記段差部より下側部分の横断面積より小さい、請求項１に記載の二酸化炭素分離回収システム。
3. 前記バブリング部より下方で且つ前記下層の吸収液中に配置された、前記吸収塔内を上下に隔てる多孔板を更に備え、
   前記送出路は、前記多孔板より下方の吸収液を前記吸収塔から送出する、請求項１または２に記載の二酸化炭素分離回収システム。
4. 前記吸収塔内で前記気液接触部と前記吸収塔の底部に貯留された吸収液の液面との間に設けられた、前記気液接触部から降下した吸収液を受け止める吸収液トレイと、
   前記吸収液トレイに受け止められた吸収液を前記下層の吸収液へ流すダウンカマーと、を更に備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の二酸化炭素分離回収システム。
   

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