JP2017189727A - 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】二酸化炭素分離回収システムは、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底部に貯留される吸収塔と、二酸化炭素を含む被処理ガスを吸収塔の底部に貯留された吸収液中に噴出するバブリング部と、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する還流路と、再生塔の上部に接続されたガス排出路と、ガス排出路に設けられた、水蒸気を凝縮する冷却器と、ガス排出路における冷却器より下流側部分に設けられた、冷却器により凝縮された凝縮水と二酸化炭素とを分離する気液分離器と、気液分離器から吸収塔につながる、凝縮水を吸収塔内の上層の吸収液に供給する凝縮水路と、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強い下層とに分離した状態で底部に貯留される吸収塔と、二酸化炭素を含む被処理ガスを前記吸収塔の底部に貯留された吸収液中に噴出するバブリング部と、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、送入された吸収液を加熱して二酸化炭素を吸収液から放出させる再生塔と、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する還流路と、前記再生塔の上部に接続された、前記吸収液から放出された二酸化炭素および前記吸収液から蒸発した水蒸気を前記再生塔から排出するガス排出路と、前記ガス排出路に設けられた、前記水蒸気を凝縮する冷却器と、前記ガス排出路における前記冷却器より下流側部分に設けられた、前記冷却器により凝縮された凝縮水と二酸化炭素とを分離する気液分離器と、前記気液分離器から前記吸収塔につながる、前記凝縮水を前記吸収塔内の前記上層の吸収液に供給する凝縮水路と、を備える。

上記の構成によれば、凝縮水路を介して吸収塔に供給された凝縮水を使用して、上層の吸収液が含有する未反応のアルカリ性化合物を、バブリング部により噴出された被処理ガス中の二酸化炭素と反応させることができる。これにより、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。しかも、凝縮水は、吸収液から蒸発した水蒸気を凝縮したものであるので、吸収液が二酸化炭素を吸収する際に使用された水を吸収塔に戻して再利用することができる。

前記凝縮水路は、前記気液接触部よりも上方で前記吸収塔につながっており、前記還流路の下流端には、前記吸収塔内に配置され、前記吸収塔に還流した吸収液を放出して前記吸収塔内で降下させる吸収液放出部が設けられており、前記二酸化炭素分離回収システムは、前記吸収塔の底部に貯留された吸収液の液面より上方であって前記吸収液放出部より下方に設けられた、前記吸収塔内で上昇する前記被処理ガスと前記吸収塔内で降下する吸収液との接触面積を拡大するための気液接触部と、前記凝縮路を介して前記吸収塔内の前記気液接触部よりも上方に供給された前記凝縮水を、前記気液接触部を迂回させて、前記吸収塔の底部に貯留された吸収液に供給する迂回路と、を更に備えてもよい。この構成によれば、迂回路により気液接触部を迂回して、水が不足する上層の吸収液に集中的に水を供給するため、吸収塔内全体での二酸化炭素の吸収効率を向上させることができる。

前記気液接触部は、第１気液接触部であって、前記二酸化炭素分離回収システムは、前記吸収塔内で前記吸収液放出部より上方に設けられた、前記凝縮水路を介して前記吸収塔内に供給された前記凝縮水と前記吸収塔内のガスとの接触面積を拡大するための第２気液接触部を更に備え、前記迂回路は、前記第２気液接触部を流れた前記凝縮水を、前記第１気液接触部を迂回させて、前記上層の吸収液に供給してもよい。この構成によれば、吸収塔内で吸収液が蒸発したガスを第２気液接触部にて凝縮水に溶解させ、上層の吸収液に戻すことができる。

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吸収塔の底部に貯留された吸収液の液面および前記迂回路の下流端より上方であって前記気液接触部より下方に設けられた、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。

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。吸収液は吸収塔１１の内部で、吸収塔１１に導入された被処理ガスに含まれる二酸化炭素を吸収する。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の下流端には、吸収塔１１に還流した吸収液を放出して吸収塔１１内で降下させる吸収液放出部４１ａが設けられており、吸収液放出部４１ａは、吸収塔１１内に配置されている。吸収液放出部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、吸収塔１１の底部１１ｂに貯留された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。本実施形態では、バブリング部１２ａは、上層Ｌ_１の吸収液中に配置されている。ただし、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。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。バブリング部１２ａの噴出口は、下方に向けて被処理ガスが噴出されるように配置されている。ただし、バブリング部１２ａの噴出口は、いずれの方向に被処理ガスが噴出されるように配置されていてもよい。

吸収塔１１内における、吸収液放出部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、第１気液接触部（本発明の気液接触部）１４が設けられている。第１気液接触部１４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。第１気液接触部１４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、第１気液接触部１４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下層Ｌ_２の吸収液へ流すダウンカマー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第１気液接触部１４との間に配置されている。また、吸収液トレイ１５は、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、第１気液接触部１４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、第１気液接触部１４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、上層Ｌ_１を形成する。

下層Ｌ_２の吸収液は、送出路２１に設けられたポンプ２２により、送出路２１を介して吸収塔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の下流端には、再生塔３１に送られた吸収液を放出して再生塔３１内で降下させる吸収液放出部２１ａが設けられており、吸収液放出部２１ａは、吸収塔１１内に配置されている。吸収液放出部２１ａには、再生塔３１の内部空間に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内で降下する。

再生塔３１内であって、吸収液放出部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。後述するように、再生塔３１内では、吸収液中の水などが蒸発し、再生塔３１内で上昇しており、吸収液放出部２１ａから降下した吸収液は、充填層３２にて水蒸気と接触し加熱され、二酸化炭素を放出する。充填層３２を通過した吸収液は、さらに降下して再生塔３１の底部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。

再生塔３１の底部３１ｂに貯留した吸収液を加熱する手段として、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。吸収液が再生塔３１内で加熱されると、吸収液中の二酸化炭素が放出され、また、吸収液中の水が蒸発する。

再生塔３１の底部３１ｂに貯留された吸収液は、還流路４１に設けられたポンプ４２により、還流路４１を介して再生塔３１から吸収塔１１に供給される。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。

一方、再生塔３１内で吸収液から放出された二酸化炭素および吸収液から蒸発した水蒸気は、再生塔３１内で上昇し、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。

ガス排出路５１には、上流側から順に、再生塔３１から排出されたガスの内の水蒸気を凝縮する冷却器５２と、冷却器５２により凝縮された凝縮水と二酸化炭素とを分離する気液分離器５３（例えばベッセル）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、ガス排出路５１における気液分離器５３より下流側部分５１ｂを通じて回収される。

気液分離器５３からは、凝縮水路５４が吸収塔１１の上部１１ａにつながっている。凝縮水路５４にはポンプ５５が設けられており、気液分離器５３で分離された凝縮水は、ポンプ５５により凝縮水路５４を介して吸収塔１１内に供給される。凝縮水路５４には、途中で分岐して再生塔３１に凝縮水を供給する分岐路が設けられていてもよい。

凝縮水路５４を介して吸収塔１１内に供給された凝縮水は、吸収塔１１の上部１１ａから降下し、吸収塔１１内で吸収液放出部４１ａより上方に設けられた第２気液接触部１７に供給される。第２気液接触部１７は、凝縮水路５４を介して吸収塔１１内に供給された凝縮水と吸収塔１１内のガスとの接触面積を拡大するためのものであり、吸収塔１１内で吸収液が蒸発したガスを回収する役割を果たす。第２気液接触部１７を流れた凝縮水は、後述する迂回路１８に送られる。

第２気液接触部１７の構成としては、凝縮水と吸収液が蒸発したガスを接触させるどのような構成であってもよい。例えば、第２気液接触部１７は、上下方向に並んだ流動接触用の複数段（例えば２段）の棚段であってもよい。この場合、吸収塔１１には、最下段の棚段の凝縮水の一部を最上段の棚段へと循環する循環路が設けられていてもよい。あるいは、例えば、第２気液接触部１７は、多数の充填材が充填された充填層と同様の構成であってもよいし、パンチングメタルであってもよい。例えば、第２気液接触部１７は、公知の蒸留塔の内部に設けられるトレイと同様の構成のものであってもよい。

凝縮水は、第２気液接触部１７を流れた後、吸収塔１１に設けられた迂回路１８に送られる。凝縮水は、迂回路１８を流れることにより吸収液放出部４１ａおよび第１気液接触部１４を迂回して、吸収塔１１の底部１１ｂに貯留された吸収液に供給される。本実施形態では、第２気液接触部１７は、吸収塔１１内で凝縮水を降下させるように構成されており、迂回路１８は、第２気液接触部１７から降下した凝縮水を受け止める水受トレイ１８ａと、水受トレイ１８ａで集められた凝縮水を吸収塔１１の底部に１１ｂに貯留された吸収液に導く配管１８ｂを有する。

水受トレイ１８ａは、吸収塔１１内で第２気液接触部１７より下方であって吸収液放出部４１ａより上方に配置されている。水受トレイ１８ａは、第２気液接触部１７から降下した凝縮水を受け止める構成となっており、例えば、チムニートレイである。水受トレイ１８ａは、配管１８ｂに接続されており、本実施形態では、水受トレイ１８ａは、水受トレイ１８ａにおける配管１８ｂとの接続箇所に水受トレイ１８ａで受け止めた凝縮水が集まるように形成されている。

また、水受トレイ１８ａには、被処理ガスを上方に向かって通過させる複数の通過孔を有する。なお、水受トレイ１８ａを通過した被処理ガスは、第２気液接触部１７にて凝縮水と接触した後、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１９を通って吸収塔１１から排出される。

配管１８ｂは、水受トレイ１８ａとの接続箇所から下方へと延びている。本実施形態では、配管１８ｂは、吸収液放出部４１ａより上方の高さから吸収液トレイ１５より下方の高さまでの範囲では、吸収塔１１の外部を下方に延びている。ただし、配管１８ｂは、第１気液接触部１４や吸収液トレイ１５を貫通するように、配管１８ｂの全体が吸収塔１１の内部に設けられていてもよい。すなわち、本願明細書および特許請求の範囲において、「迂回路」とは、凝縮水路５４を介して吸収塔１１内に供給された凝縮水を、第１気液接触部１４を流れる吸収液や吸収液トレイ１５上の吸収液などに接触させずに吸収塔１１の底部１１ｂに貯留された吸収液に直接供給するものである。

迂回路１８の下流端には、水受トレイ１８ａから導かれた凝縮水を放出する水放出部１８ｃが設けられている。水放出部１８ｃは、吸収塔１１内で吸収塔１１の底部１１ｂに貯留された吸収液の液面と吸収液トレイ１５との間に配置されている。水放出部１８ｃには、水受トレイ１８ａから導かれた凝縮水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凝縮水は、吸収塔１１の底部１１ｂに貯留された吸収液に降下する。

上層Ｌ_１の吸収液では、水放出部１８ｃから凝縮水が供給されることによって、被処理ガス中の二酸化炭素を吸収する反応が促進される。より詳しくは、上層Ｌ_１の吸収液では、上層Ｌ_１の吸収液が含有する未反応のアルカリ性化合物と、水放出部１８ｃから放出された凝縮水と、バブリング部１２ａにより噴出された被処理ガス中の二酸化炭素が反応する。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、上層Ｌ_１の吸収液よりも比重が大きいため、上層Ｌ_１から下方の下層Ｌ_２へと移動する。他方、上層Ｌ_１の吸収液で吸収されなかった残り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、第１気液接触部１４へと移動する。

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、凝縮水路５４を介して吸収塔１１に供給された凝縮水を使用して、上層Ｌ_１の吸収液が含有する未反応のアルカリ性化合物を、バブリング部１２ａにより噴出された被処理ガス中の二酸化炭素と反応させることができる。これにより、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。しかも、凝縮水は、吸収液から蒸発した水蒸気を凝縮したものであるので、吸収液が二酸化炭素を吸収する際に使用された水を吸収塔１１に戻して再利用することができる。

吸収塔１１の底部１１ｂの上層Ｌ_１の吸収液は、吸収液放出部４１ａから放出される吸収液よりも水が不足している。また、吸収液放出部４１ａから放出される吸収液が、二酸化炭素を吸収するのに適切な濃度にある場合には、気液接触部１４に凝縮水を供給することによって、気液接触部１４で吸収液の濃度が薄まり、かえって第１気液接触部１４での二酸化炭素の吸収効率が悪化し得る。しかしながら、本実施形態では、迂回路１８により第１気液接触部１４を迂回して、水が不足する上層Ｌ_１の吸収液に集中的に水を供給するため、吸収塔１１内全体での二酸化炭素の吸収効率を向上させることができる。

また、本実施形態では、第２気液接触部１７にて、凝縮水路５４を介して吸収塔１１内に供給された凝縮水と吸収塔１１内のガスを接触させ、迂回路１８を介して第２気液接触部１７を流れた凝縮水を上層Ｌ_１の吸収液に供給する。このため、吸収塔１１内で吸収液が蒸発したガスを第２気液接触部１７にて凝縮水に溶解させ、上層Ｌ_１の吸収液に戻すことができる。

また、本実施形態では、吸収液トレイ１５にて第１気液接触部１４から降下した吸収液を受け止め、ダウンカマー１６を介して吸収液トレイ１５に受け止められた吸収液を下層Ｌ_２の吸収液へ流すため、第１気液接触部１４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。

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内の吸収液のフラッディングを抑制することができる。

（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、吸収塔１１内に第２気液接触部１７および迂回路１８が設けられておらず、凝縮水路５４を流れる凝縮水は、吸収塔１１の底部１１ｂに貯留された吸収液に直接供給される。

より詳しくは、凝縮水路５４の下流端には、気液分離器５３から凝縮水路５４を介して導かれた凝縮水を放出する水放出部５４ｃが設けられている。水放出部５４ｃは、吸収塔１１内で吸収塔１１の底部１１ｂに貯留された吸収液の液面と吸収液トレイ１５との間に配置されている。水放出部５４ｃには、水受トレイ１８ａから供給した凝縮水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凝縮水は、吸収塔１１の底部１１ｂに貯留された吸収液に降下する。

本実施形態でも、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（その他の実施形態）
本発明は上述した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、吸収塔１１は、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構成であってもよく、例えば、被処理ガス中の二酸化炭素の吸収液への吸収が主にバブリング部１２ａによって行われる構成であってもよい。この場合、吸収塔１１内に第１気液接触部１４は設けられていなくてもよいし、吸収塔１１は、吸収液と被処理ガスとを向流接触させるための上下方向に延びる内部空間を有していなくてもよい。

また、上記実施形態では、吸収塔１１内に吸収液トレイ１５およびダウンカマー１６が設けられていたが、これらは吸収塔１１内に設けられていなくてもよい。

１Ａ，１Ｂ 二酸化炭素分離回収システム
１１ 吸収塔
１１ｂ 底部
１２ａ バブリング部
１４ 第１気液接触部（気液接触部）
１５ 吸収液トレイ
１６ ダウンカマー
１７ 第２気液接触部
１８ 迂回路
２１ 送出路
３１ 再生塔
４１ 還流路
４１ａ 吸収液放出部
５１ ガス排出路
５２ 冷却器
５３ 気液分離器
５４ 凝縮水路

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強い下層とに分離した状態で底部に貯留される吸収塔と、
   二酸化炭素を含む被処理ガスを前記吸収塔の底部に貯留された吸収液中に噴出するバブリング部と、
   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、送入された吸収液を加熱して二酸化炭素を吸収液から放出させる再生塔と、
   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する還流路と、
   前記再生塔の上部に接続された、前記吸収液から放出された二酸化炭素および前記吸収液から蒸発した水蒸気を前記再生塔から排出するガス排出路と、
   前記ガス排出路に設けられた、前記水蒸気を凝縮する冷却器と、
   前記ガス排出路における前記冷却器より下流側部分に設けられた、前記冷却器により凝縮された凝縮水と二酸化炭素とを分離する気液分離器と、
   前記気液分離器から前記吸収塔につながる、前記凝縮水を前記吸収塔内の前記上層の吸収液に供給する凝縮水路と、を備える、二酸化炭素分離回収システム。
2. 前記凝縮水路は、前記気液接触部よりも上方で前記吸収塔につながっており、
   前記還流路の下流端には、前記吸収塔内に配置され、前記吸収塔に還流した吸収液を放出して前記吸収塔内で降下させる吸収液放出部が設けられており、
   前記二酸化炭素分離回収システムは、
   前記吸収塔の底部に貯留された吸収液の液面より上方であって前記吸収液放出部より下方に設けられた、前記吸収塔内で上昇する前記被処理ガスと前記吸収塔内で降下する吸収液との接触面積を拡大するための気液接触部と、
   前記凝縮路を介して前記吸収塔内の前記気液接触部よりも上方に供給された前記凝縮水を、前記気液接触部を迂回させて、前記吸収塔の底部に貯留された吸収液に供給する迂回路と、
   を更に備える、請求項１に記載の二酸化炭素分離回収システム。
3. 前記気液接触部は、第１気液接触部であって、
   前記二酸化炭素分離回収システムは、前記吸収塔内で前記吸収液放出部より上方に設けられた、前記凝縮水路を介して前記吸収塔内に供給された前記凝縮水と前記吸収塔内のガスとの接触面積を拡大するための第２気液接触部を更に備え、
   前記迂回路は、前記第２気液接触部を流れた前記凝縮水を、前記第１気液接触部を迂回させて、前記上層の吸収液に供給する、請求項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吸収塔の底部に貯留された吸収液の液面および前記迂回路の下流端より上方であって前記気液接触部より下方に設けられた、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、を備える、請求項２または３に記載の二酸化炭素分離回収システム。

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