JP2018001086A - 二酸化炭素回収システムおよび排ガス処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】大気中に放出されるアミン化合物の放出量を低減可能な二酸化炭素回収システムおよび排ガス処理方法を提供する。
【解決手段】一の実施形態による二酸化炭素回収システムは、二酸化炭素を含有する燃焼排ガスとアミン化合物を含有する吸収液を接触させる第１接触部を有し、前記第１接触部で前記燃焼排ガス中の少なくとも一部の前記二酸化炭素を前記吸収液に吸収させて前記燃焼排ガスを放出する吸収塔を備える。さらに、前記システムは、前記吸収塔の前記第１接触部から放出された前記燃焼排ガスと洗浄液を接触させる第２接触部を有し、前記第２接触部の上流側に前記燃焼排ガスと前記洗浄液がそれぞれ供給されるように構成された洗浄装置を備える。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、二酸化炭素回収システムおよび排ガス処理方法に関する。

火力発電所等において、燃焼排ガスをアミン系吸収液と接触させ、燃焼排ガスから二酸化炭素を分離・回収し、この回収された二酸化炭素を大気中に放出することなく貯蔵する方法が研究されている。

具体的には、燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させ、二酸化炭素を吸収した吸収液（リッチ液）を排出する吸収塔と、吸収塔から排出されたリッチ液を加熱し、リッチ液から二酸化炭素ガスを放出させると共に、吸収液を再生する再生塔と、を備える二酸化炭素回収システムが知られている。再生塔には、再生塔に熱源を供給するリボイラが連結されている。再生塔にて再生された吸収液（リーン液）は吸収塔に供給され、このシステム内で吸収液が循環するようになっている。

特開２００４−３２３３３９号公報 特表２０１２−５０３５４１号公報

しかし、このような従来の二酸化炭素回収システムでは、燃焼排ガスが吸収塔から放出される際に、燃焼排ガスと共に吸収液中のアミン化合物（アミノ基含有化合物）が大気中に飛散することが問題となる。一般に、火力発電所等からの燃焼排ガスの放出量は多量であるため、二酸化炭素回収システムが処理すべき燃焼排ガスの量や、燃焼排ガスに同伴して放出されるアミン化合物の放出量が多量になり、吸収塔から放出される燃焼排ガス中のアミン化合物の濃度が高くなる。

そこで、本発明に係る各実施形態は、大気中に放出されるアミン化合物の放出量を低減可能な二酸化炭素回収システムおよび排ガス処理方法を提供することを課題とする。

一の実施形態による二酸化炭素回収システムは、二酸化炭素を含有する燃焼排ガスとアミン化合物を含有する吸収液を接触させる第１接触部を有し、前記第１接触部で前記燃焼排ガス中の少なくとも一部の前記二酸化炭素を前記吸収液に吸収させて前記燃焼排ガスを放出する吸収塔を備える。さらに、前記システムは、前記吸収塔の前記第１接触部から放出された前記燃焼排ガスと洗浄液を接触させる第２接触部を有し、前記第２接触部の上流側に前記燃焼排ガスと前記洗浄液がそれぞれ供給されるように構成された洗浄装置を備える。

また、別の実施形態による排ガス処理方法は、燃焼排ガス放出ステップと、燃焼排ガス洗浄ステップとを備える。前記燃焼排ガス放出ステップは、二酸化炭素を含有する燃焼排ガスとアミン化合物を含有する吸収液とを接触させて、前記燃焼排ガス中の少なくとも一部の前記二酸化炭素を前記吸収液に吸収させて前記燃焼排ガスを放出放出するステップである。前記燃焼排ガス洗浄ステップは、前記燃焼排ガス放出ステップにおいて放出された前記燃焼排ガスと洗浄液とを略同じ方向に並流させて接触させ前記燃焼排ガスを洗浄するステップである。

本発明に係る各実施形態によれば、大気中に放出されるアミン化合物の放出量を低減可能な二酸化炭素回収システムおよび排ガス処理方法を提供することができる。

第１実施形態の二酸化炭素回収システムの構成を示す模式図である。 第１実施形態の洗浄装置の利点を説明するための模式図である。 第２実施形態の二酸化炭素回収システムの構成を示す模式図である。 第３実施形態の二酸化炭素回収システムの構成を示す模式図である。 第４実施形態の二酸化炭素回収システムの構成を示す模式図である。 第４実施形態の変形例の二酸化炭素回収システムの構成を示す模式図である。 第５実施形態の二酸化炭素回収システムの構成を示す模式図である。 第６実施形態の二酸化炭素回収システムの構成を示す模式図である。 第７実施形態の二酸化炭素回収システムの構成を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図１〜図９において、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の二酸化炭素回収システムの構成を示す模式図である。

図１の二酸化炭素回収システムは、吸収塔１１と、吸収液ポンプ１２と、熱交換器１３と、再生塔１４と、リボイラ１５と、吸収液冷却器１６と、混合ガス冷却器１７と、気液分離器１８と、凝縮水流路１９と、凝縮水ポンプ２０と、洗浄装置２１と、洗浄液流路２２と、洗浄液ポンプ２３と、洗浄液冷却器２４と、制御装置２５とを備えている。

吸収塔１１は、気液接触部１１ａと、分散器１１ｂと、液溜め部１１ｃと、デミスタ１１ｄとを備えている。気液接触部１１ａは、第１接触部の例である。

再生塔１４は、下部気液接触部１４ａと、下部分散器１４ｂと、液溜め部１４ｃと、下部デミスタ１４ｄと、上部気液接触部１４ｅと、上部分散器１４ｆと、上部デミスタ１４ｇとを備えている。

洗浄装置２１は、気液接触部２１ａと、分散器２１ｂと、液溜め部２１ｃと、デミスタ２１ｄとを備えている。気液接触部２１ａは、第２接触部の例である。

吸収塔１１は、二酸化炭素を含有する燃焼排ガス１の導入口を気液接触部１１ａの下方に有しており、アミン化合物を含有する吸収液２の導入口を気液接触部１１ａの上方に有している。吸収塔１１は、燃焼排ガス１と吸収液２とを気液接触部１１ａ内で接触させることで、燃焼排ガス１中の二酸化炭素を吸収液２に吸収させる。具体的には、分散器１１ｂから分散落下する吸収液２が、気液接触部１１ａ内を上昇する燃焼排ガス１と接触することで、吸収液２に二酸化炭素が吸収される。

二酸化炭素を吸収した吸収液２は、液溜め部１１ｃに溜まり、吸収塔１１の底部からリッチ液２ａとして排出される。一方、二酸化炭素が除去された燃焼排ガス１は、デミスタ１１ｄに流入する。デミスタ１１ｄは、燃焼排ガス１に同伴するアミン化合物のミストを捕捉するために設けられている。デミスタ１１ｄを通過した燃焼排ガス１は、吸収塔１１の頂部からＣＯ_２除去済み排ガス３として放出される。

吸収塔１１から排出された吸収液２（リッチ液２ａ）は、吸収液ポンプ１２により熱交換器１３を介して移送され、再生塔１４内に導入される。

再生塔１４は、吸収液２の導入口を下部気液接触部１４ａの上方に有している。再生塔１４に導入された吸収液２は、下部分散器１４ｂから下部気液接触部１４ａへと分散落下し、下部気液接触部１４ａ内で二酸化炭素を放出する。下部気液接触部１４ａを通過した吸収液１４は、液溜め部１４ｃに溜まり、再生塔１４の底部からリーン液２ｂとして排出される。

再生塔１４から排出された吸収液２の一部は、リボイラ１５へと供給される。リボイラ１５は、吸収液２を加熱することで、吸収液２から二酸化炭素と蒸気を放出させる。これらのガスは、再び再生塔１４に供給される。そして、下部分散器１４ｂから分散落下する吸収液２が、これらのガスの熱により下部気液接触部１４ａ内で加熱されることで、上述のように吸収液２から二酸化炭素が放出される。

吸収液２から放出された二酸化炭素と蒸気は、下部デミスタ１４ｄに流入する。下部デミスタ１４ｄは、これらのガスに同伴するアミン化合物のミストを捕捉するために設けられている。下部デミスタ１４ｄを通過したこれらのガスは、上部気液接触部１４ｅ、上部分散器１４ｆ、および上部デミスタ１４ｇを通過した後、再生塔１４の頂部から混合ガス４として放出される。上部デミスタ１４ｇの役割は、下部デミスタ１４ｄと同様である。

再生塔１４から排出された吸収液２（リーン液２ｂ）は、熱交換器１３と吸収液冷却器１６とを介して移送され、吸収塔１１内に導入される。この際、熱交換器１３は、リッチ液２ａとリーン液２ｂとの間の熱交換により、リッチ液２ａを加熱し、リーン液２ｂを冷却する。リーン液２ｂはさらに、吸収液冷却器１６により冷却される。

一方、再生塔１４から放出された混合ガス４は、混合ガス冷却器１７に流入する。混合ガス冷却器１７は、混合ガス４を冷却し、混合ガス４中の蒸気を水に戻す。そして、気液分離器１８は、二酸化炭素ガスと水とを分離し、分離された二酸化炭素ガス（回収ＣＯ_２ガス５）を外部に放出する。一方、分離された水（凝縮水６）は、凝縮水ポンプ１９により凝縮水流路２０を介して再生塔１４へと戻される。凝縮水６は、上部分散器１４ｆから上部気液接触部１４ｅへと分散落下し、上部気液接触部１４ｅ内で下部気液接触部１４ａからのガスを洗浄するために使用される。

また、吸収塔１１から放出されたＣＯ_２除去済み排ガス３（以下単に「排ガス３」とも表記する）は、洗浄装置２１に流入する。洗浄装置２１は、排ガス３の導入口と洗浄液７の導入口とを気液接触部２１ａの上流側（上方）にそれぞれ有している。洗浄液７の例は、水（例えば純水）である。

洗浄装置２１は、排ガス３と洗浄液７とを気液接触部２１ａ内で接触させることで、排ガス３を洗浄液７により洗浄する。具体的には、分散器２１ｂから分散落下する洗浄液７が、気液接触部２１ａ内を下降する排ガス３と接触することで、洗浄液７により排ガス３が洗浄される。このように、洗浄装置２１は、排ガス３と洗浄液７とを気液接触部２１ａの上部から下部への並流により接触させる。すなわち、洗浄装置２１の特に気液接触部２１ａ内において、全体として、排ガス３および洗浄液７はその移動方向が略同じ方向になるように流れ、このようにして排ガス３および洗浄液７は並流しながら接触する。

気液接触部２１ａを通過した洗浄液７は、液溜め部２１ｃに溜まり、洗浄装置２１の底部から洗浄液流路２２へと排出される。この洗浄液７は、洗浄液ポンプ２３により移送され、洗浄液冷却器２４により冷却され、洗浄液７の導入口から洗浄装置２１内に再び導入される。

一方、気液接触部２１ａを通過した排ガス３は、洗浄装置２１の底部付近に設けられたデミスタ２１ｄに流入する。デミスタ２１ｄは、排ガス３に同伴するアミン化合物のミストを捕捉するためのものであり、気液接触部２１ａの下流側に設けられている。デミスタ２１ｄを通過した排ガス３は、洗浄済み排ガス８として外部に放出される。

本実施形態のデミスタ２１ｄは、上方から見たときに気液接触部２１ａと重ならない位置に設置されることが好ましい。すなわち、デミスタ２１ｄは、水平面への投影位置が気液接触部２１ａの水平面への投影位置と重ならない位置に設置されることが好ましい。このようにデミスタ２１ｄを配置すると、気液接触部２１ａから落下する洗浄液７が、デミスタ２１ｄに直接的にぶつからないようにすることができる。

なお、デミスタ２１ｄは、洗浄装置２１の一部を構成していてもよいし、洗浄装置２１とは分離されていてもよい。後者の場合、デミスタ２１ｄは例えば、図１に示すように、洗浄済み排ガス８を排出するために洗浄装置２１本体から突出する管台に設けたり、または洗浄装置２１本体に接続されて洗浄済み排ガス８を搬送する配管などに設けることができる。

制御装置２５は、二酸化炭素回収システムの種々の動作を制御する。制御装置２５の例は、プロセッサやコンピュータである。制御装置２５は例えば、吸収液ポンプ１２、凝縮水ポンプ２０、洗浄液ポンプ２３の回転数や、吸収液冷却器１６、洗浄液冷却器２４の冷却動作や、リボイラ１５の加熱動作などを制御する。

吸収液２が含有するアミン化合物の例としては、次のものが挙げられる。例えば、モノエタノールアミン、２−アミノ−２−メチル−１−プロパノールなどの「アルコール性水酸基含有１級アミン類」、ジエタノールアミン、２−メチルアミノエタノールなどの「アルコール性水酸基含有２級アミン類」、トリエタノールアミン、Ｎ−メチルジエタノールアミンなどの「アルコール性水酸基含有３級アミン類」が挙げられる。さらには、エチレンジアミン、トリエチレンジアミン、ジエチレントリアミンなどの「ポリエチレンポリアミン類」、ピペラジン類、ピペリジン類、ピロリジン類などの「環状アミン類」、キシリレンジアミンなどの「ポリアミン類」、メチルアミノカルボン酸などの「アミノ酸類」が挙げられる。さらには、これらのアミン化合物のうちの少なくともいずれかを含有する混合物が挙げられる。

また、吸収液２の例としては、このようなアミン化合物を１０〜７０重量％含有する水溶液が挙げられる。また、吸収液２は、二酸化炭素吸収促進剤や、腐食防止剤や、その他の媒体（例えば、メタノール、ポリエチレングリコール、スルフォランなど）を含有していてもよい。

（１）吸収塔１１の気液接触部１１ａ
吸収塔１１において、燃焼排ガス１は気液接触部１１ａ内を上昇し、吸収液２は気液接触部１１ａ内を下降する。このように、吸収塔１１は、燃焼排ガス１と吸収液２とを気液接触部１１ａ内での対向流により接触させる。

燃焼排ガス１は気液接触部１１ａの下部から上部へと上昇するため、気液接触部１１ａの上部では、燃焼排ガス１中のＣＯ_２濃度が低い。よって、上部では、燃焼排ガス１を、ＣＯ_２吸収力が大きい（ドライビングフォースが大きい）吸収液２と接触させることが望ましい。すなわち、上部では、ＣＯ_２濃度が低い吸収液２により、燃焼排ガス１からＣＯ_２を除去することが望ましい。

一方、気液接触部１１ａの下部では、燃焼排ガス１中のＣＯ_２濃度が高い。よって、下部では、ＣＯ_２吸収力が小さい（ドライビングフォースが小さい）吸収液２でも十分にＣＯ_２を吸収することができる。すなわち、下部では、ＣＯ_２濃度が高い吸収液２でも、燃焼排ガス１から十分にＣＯ_２を除去することができる。

よって、吸収塔１１が燃焼排ガス１と吸収液２とを対向流により接触させることは合理的である。理由は、気液接触部１１ａの上部では吸収液２中のＣＯ_２濃度が低く、気液接触部１１ａの下部では吸収液２中のＣＯ_２濃度が高いからである。すなわち、上部の吸収液２はＣＯ_２吸収力が大きく、下部の吸収液２はＣＯ_２吸収力が小さい。

（２）洗浄装置２１の気液接触部２１ａ
図２は、第１実施形態の洗浄装置２１の利点を説明するための模式図である。

図２(ａ)は、第１実施形態の比較例の洗浄装置２１を示している。図２(ｂ)は、この洗浄装置２１内の気液接触部２１ａの上面Ｓ付近の様子を示している。この洗浄装置２１は、図１の洗浄装置２１とは異なり、ＣＯ_２除去済み排ガス３と洗浄液７とを対向流により接触させる（図２(ａ)）。

排ガス３に同伴するアミン化合物は大まかに、ベーパー状のアミンと、ミスト状のアミンとに分類される。検証の結果、排ガス３と洗浄液７とを対向流により接触させる場合には、気液接触部２１ａの上面Ｓ付近でアミン化合物のミストＭが発生しやすいことが判明した（図２(ｂ)）。そのため、この比較例では、排ガス３中のアミン化合物を極低濃度まで低減することが難しい。

図２(ｃ)は、図１と同様に、第１実施形態の洗浄装置２１を示している。図２(ｄ)は、この洗浄装置２１内の気液接触部２１ａの上面Ｓ付近の様子を示している。この洗浄装置２１は、ＣＯ_２除去済み排ガス３と洗浄液７とを並流により接触させる（図２(ｃ)）。

検証の結果、排ガス３と洗浄液７とを並流により接触させることで、ミストＭの発生を抑制することが着想された（図２(ｄ)）。また、洗浄装置２１では排ガス３中のアミン濃度が低く、洗浄装置２１の上部と下部との間での洗浄液７中のアミン濃度の差異が小さいため、洗浄装置２１内で洗浄液７のガス洗浄力（ドライビングフォース）は大きく変化しないことが確認された。よって、本実施形態によれば、ミストＭの発生を抑制しつつ、洗浄液７により排ガス３を効果的に洗浄できることが分かった。

なお、洗浄液７中のアミン濃度を管理値未満に維持するために、洗浄装置２１に必要に応じて新しい洗浄液７をメークアップすることが望ましい。この場合、洗浄液７のメークアップ量とほぼ同量の洗浄液７を洗浄装置２１から抜き出すことが望ましい。

また、本実施形態の洗浄装置２１は、排ガス３の出口付近にデミスタ２１ｄを備えている。これにより、排ガス３と共に放出されるアミン化合物をさらに低減することが可能となる。本実施形態のデミスタ２１ｄは、気液接触部２１ａから落下する洗浄液７を直接的にかぶらないように、気液接触部２１ａと上下方向に重ならない位置に設けられている。

以上のように、本実施形態では、吸収塔１１から放出され、アミン化合物を同伴する排ガス３を洗浄装置２１に導入する。そして、本実施形態の洗浄装置２１は、排ガス３と洗浄液７とを気液接触部２１ａの上部から下部への並流により接触させることで、排ガス３を洗浄液７により洗浄する。よって、本実施形態によれば、アミン化合物のミストの発生を抑制しつつ、洗浄液７により排ガス３を効果的に洗浄することで、大気中に放出されるアミン化合物の放出量を低減することが可能となる。

（第２実施形態）
図３は、第２実施形態の二酸化炭素回収システムの構成を示す模式図である。

図３の二酸化炭素回収システムは、図１の構成要素に加え、プレ洗浄装置３１と、プレ洗浄液流路３２と、プレ洗浄液ポンプ３３と、プレ洗浄液冷却器３４とを備えている。また、プレ洗浄装置３１は、気液接触部３１ａと、分散器３１ｂと、液溜め部３１ｃと、デミスタ３１ｄとを備えている。

プレ洗浄装置３１は、吸収塔１１内においてデミスタ１１ｄの上方に設けられており、デミスタ１１ｄを通過した燃焼排ガス１は、プレ洗浄装置３１に流入する。プレ洗浄装置３１は、燃焼排ガス１の導入口を気液接触部３１ａの下方に有しており、プレ洗浄液９の導入口を気液接触部３１ａの上方に有している。プレ洗浄液９の例は、水（例えば純水）である。

プレ洗浄装置３１は、燃焼排ガス１とプレ洗浄液９とを気液接触部３１ａ内で接触させることで、燃焼排ガス１をプレ洗浄液９により洗浄（プレ洗浄）する。具体的には、分散器３１ｂから分散落下するプレ洗浄液９が、気液接触部３１ａ内を上昇する燃焼排ガス１と接触することで、プレ洗浄液９により燃焼排ガス１が洗浄される。このように、プレ洗浄装置３１は、燃焼排ガス１とプレ洗浄液９とを気液接触部３１ａ内での対向流により接触させる。

気液接触部３１ａを通過したプレ洗浄液９は、液溜め部３１ｃに溜まり、液溜め部３１ｃからプレ洗浄液流路３２へと排出される。このプレ洗浄液９は、プレ洗浄液ポンプ３３により移送され、プレ洗浄液冷却器３４により冷却され、プレ洗浄液９の導入口からプレ洗浄装置３１内に再び導入される。

一方、気液接触部３１ａを通過した燃焼排ガス１は、デミスタ３１ｄに流入する。デミスタ３１ｄは、燃焼排ガス１に同伴するアミン化合物のミストを捕捉するために設けられている。デミスタ３１ｄを通過した燃焼排ガス１は、吸収塔１１の頂部からＣＯ_２除去済み排ガス３として放出され、洗浄装置２１に流入する。

以上のように、本実施形態の燃焼排ガス１は、吸収塔１１から洗浄装置２１に放出される前に、プレ洗浄装置３１によりプレ洗浄される。これにより、燃焼排ガス１に同伴するアミン化合物を洗浄装置２１への導入前にある程度除去することが可能となり、洗浄装置２１内の洗浄液７のアミン濃度の増加速度を抑制することが可能となる。

プレ洗浄装置３１内のプレ洗浄液９は、アミン濃度が比較的大きい。よって、プレ洗浄液９を例えばリーン液２ｂ中に戻すことで、プレ洗浄液９中のアミン化合物を再利用してもよい。プレ洗浄液９は、プレ洗浄装置３１からリーン液２ｂ中に直接戻してもよいし、プレ洗浄装置３１から前処理部を介してリーン液２ｂ中に戻してもよい。前処理部では、プレ洗浄液９中のアミン濃度を高めるための処理を行う。

なお、プレ洗浄装置３１は、吸収塔１１内に設置されていてもよいし、吸収塔１１外に設置されていてもよい。本実施形態のプレ洗浄装置３１は、燃焼排ガス１とプレ洗浄液９とを対向流により接触させるため、吸収塔１１内に設置するのに適している。一方、吸収塔１１外に設置されたプレ洗浄装置３１の例については、第３実施形態で説明する。

（第３実施形態）
図４は、第３実施形態の二酸化炭素回収システムの構成を示す模式図である。

図４の二酸化炭素回収システムは、図１の構成要素に加え、プレ洗浄装置４１と、プレ洗浄液流路４２と、プレ洗浄液ポンプ４３と、プレ洗浄液冷却器４４とを備えている。また、プレ洗浄装置４１は、気液接触部４１ａと、分散器４１ｂと、液溜め部４１ｃと、デミスタ４１ｄとを備えている。

吸収塔１１から放出されたＣＯ_２除去済み排ガス３は、プレ洗浄装置４１に流入する。プレ洗浄装置４１は、排ガス３の導入口を気液接触部４１ａの側方に有しており、プレ洗浄液９の導入口を気液接触部４１ａの上方に有している。プレ洗浄液９の例は、水（例えば純水）である。

プレ洗浄装置４１は、排ガス３とプレ洗浄液９とを気液接触部４１ａ内で接触させることで、排ガス３をプレ洗浄液９により洗浄（プレ洗浄）する。具体的には、分散器４１ｂから分散落下するプレ洗浄液９が、気液接触部４１ａ内を水平方向に移動する排ガス３と接触することで、プレ洗浄液９により排ガス３が洗浄される。このように、プレ洗浄装置４１は、排ガス３とプレ洗浄液９とを気液接触部４１ａ内での交差流により接触させる。

気液接触部４１ａを通過したプレ洗浄液９は、液溜め部４１ｃに溜まり、液溜め部４１ｃからプレ洗浄液流路４２へと排出される。このプレ洗浄液９は、プレ洗浄液ポンプ４３により移送され、プレ洗浄液冷却器４４により冷却され、プレ洗浄液９の導入口からプレ洗浄装置４１内に再び導入される。

一方、気液接触部４１ａを通過した排ガス３は、デミスタ４１ｄに流入する。デミスタ４１ｄは、排ガス３に同伴するアミン化合物のミストを捕捉するために設けられている。デミスタ４１ｄを通過した排ガス３は、プレ洗浄装置４１からプレ洗浄済み排ガス１０として放出され、洗浄装置２１に流入する。

以上のように、本実施形態のＣＯ_２除去済み排ガス３は、吸収塔１１から洗浄装置２１に導入される前に、プレ洗浄装置４１によりプレ洗浄される。これにより、排ガス３に同伴するアミン化合物を洗浄装置２１への導入前にある程度除去することが可能となり、洗浄装置２１内の洗浄液７のアミン濃度の増加速度を抑制することが可能となる。

なお、プレ洗浄装置４１は、洗浄装置２１と同様に、対向流とは異なる接触方式を採用しているため、アミン化合物のミストの発生を抑制しつつ、排ガス３を効果的に洗浄することができる。よって、プレ洗浄装置４１は、洗浄装置２１の前段に配置する代わりに、洗浄装置２１の後段に配置してもよい。この場合、洗浄装置２１とプレ洗浄装置４１はそれぞれ、「プレ洗浄装置」と「洗浄装置」と呼び換えてもよいし、「洗浄装置」と「ポスト洗浄装置」と呼び換えてもよい。

（第４実施形態）
図５は、第４実施形態の二酸化炭素回収システムの構成を示す模式図である。

図５の二酸化炭素回収システムは、図３の構成要素に加え、第１および第２配管部５１ａ、５１ｂを含む排ガス配管５１を備えている。

排ガス配管５１は、吸収塔１１から洗浄装置２１にＣＯ_２除去済み排ガス３を搬送する配管である。第１配管部５１ａは、配管５１の直径（内径）として、第１配管径を有している。第２配管部５１ｂは、配管５１の直径（内径）として、第１配管径よりも小さい第２配管径を有している。すなわち、第２配管部５１ｂは、第１配管部５１ａよりも細く設定されている。

本実施形態では、第２配管部５１ｂが第１配管部５１ａよりも細いため、排ガス３が第１配管部５１ａから第２配管部５１ｂに流入する際に、排ガス３の流速が増加する。排ガス３の流速が速くなると、排ガス３に同伴するアミン化合物のミストに作用する慣性力が大きくなる。そのため、ミストが排ガス３の流れに追従できなくなり、ミストが気液接触部２１ａやデミスタ２１ｄで捕捉されやすくなる。

気液接触部２１ａが対向流接触を採用する場合には、排ガス３の流速が速くなると、気液接触部２１ａの上面で発生するミストが増加することや（図２(ｂ)を参照）、洗浄液７が逆流するフラッディングが発生することなどが懸念される。しかし、本実施形態の気液接触部２１ａは並流接触を採用しているため、これらの問題を抑制しつつ、排ガス３の流速を増加させることができる。なお、第２配管部５１ｂの長さＬは、排ガス３の流速を十分に安定させるために、第２配管径の５倍以上に設定することが望ましい。

図６は、第４実施形態の変形例の二酸化炭素回収システムの構成を示す模式図である。

一般に、吸収塔１１の高さは４０〜５０ｍと高く設定されている。よって、排ガス配管５１が吸収塔１１の上方に延びていると、二酸化炭素回収システム全体の高さがさらに高くなってしまう。そのため、排ガス配管５１は、吸収塔１１の上方に延びる部分をできるだけ含まないことが望ましい。

よって、図６の排ガス配管５１は、水平方向に延びる部分を多く含んでいる（図５の排ガス配管５１も同様）。その結果、第２配管部５１ｂは、多くの場合、図６のように排ガス配管５１の屈曲部分を含むことになる。

なお、本実施形態では、排ガス配管５１に第１および第２配管部５１ａ、５１ｂを設ける代わりに、排ガス配管５１にバルブを設けてもよい。この場合、バルブの開度を調節することで、排ガスの流量を増加させることが可能となる。

（第５実施形態）
図７は、第５実施形態の二酸化炭素回収システムの構成を示す模式図である。

図７は、洗浄装置２１内の気液接触部２１ａを構成する複数の充填物Ｐ１と、プレ洗浄装置３１内の気液接触部３１ａを構成する複数の充填物Ｐ２とを示している。本実施形態では、各充填物Ｐ１のサイズが、各充填物Ｐ２のサイズよりも小さく設定されている。その結果、洗浄装置２１内の充填物Ｐ１の単位体積当たりの表面積は、プレ洗浄装置３１内の充填物Ｐ２の単位体積当たりの表面積よりも大きくなっている。

よって、洗浄装置２１内の単位体積当たりの排ガス３と洗浄液７との接触面積は、プレ洗浄装置３１内の単位体積当たりの排ガス１とプレ洗浄液９との接触面積よりも大きくなる。その結果、洗浄装置２１内でのアミンの洗浄効率が、プレ洗浄装置３１内でのアミンの洗浄効率よりも高くなる。

ここで、気液接触部２１ａが対向流接触を採用する場合には、充填物Ｐ１の単位体積当たりの表面積が大きいと、洗浄液７のフラッディングが発生しやすくなる。そのため、この場合に充填物Ｐ１の単位体積当たりの表面積を大きくすることは好ましくない。

しかし、本実施形態の気液接触部２１ａは並流接触を採用しているため、洗浄液７がフラッディングする可能性は小さい。よって、本実施形態によれば、洗浄液７のフラッディングを抑制しつつ、充填物Ｐ１の単位体積当たりの表面積を大きくすることができる。これにより、大気中へのアミン化合物の放出量をさらに低減することが可能となる。

洗浄装置２１内の気液接触部２１ａや、プレ洗浄装置３１内の気液接触部３１ａは、複数の棚段を用いて構成してもよい。この場合、洗浄装置２１内の棚段の１段当たりの高さは、プレ洗浄装置３１内の棚段の１段当たりの高さよりも小さいことが望ましい。これにより、洗浄装置２１内でのアミンの洗浄効率を、プレ洗浄装置３１内でのアミンの洗浄効率よりも高くすることができる。

なお、本実施形態の洗浄装置２１やプレ洗浄装置３１の構成は、第２、第３、第４、第６、および第７実施形態にも適用可能である（ただし、第３実施形態では、プレ洗浄装置３１をプレ洗浄装置４１に置き換える）。

（第６実施形態）
図８は、第６実施形態の二酸化炭素回収システムの構成を示す模式図である。

図８の二酸化炭素回収システムは、図３の構成要素に加え、排ガス用計測器６１と、排ガス用調節部６２と、洗浄液用計測器６３と、洗浄液用調節部６４と、プレ洗浄液用計測器６５と、プレ洗浄液用調節部６６とを備えている。

排ガス用計測器６１は、吸収塔１１から洗浄装置２１へと流れる排ガス３の物理量を計測するために設けられている。排ガス用調節部６２は、吸収塔１１から洗浄装置２１へと流れる排ガス３の物理量を調節するために設けられている。このような物理量の例は、排ガス３の流量などである。

洗浄液用計測器６３は、洗浄液流路２２を流れる洗浄液７の物理量を計測するために設けられている。洗浄液用調節部６４は、洗浄液流路２２を流れる洗浄液７の物理量を調節するために設けられている。このような物理量の例は、洗浄液７の流量、温度、ｐＨなどである。

プレ洗浄液用計測器６５は、プレ洗浄液流路３２を流れるプレ洗浄液９の物理量を計測するために設けられている。プレ洗浄液用調節部６６は、プレ洗浄液流路３２を流れるプレ洗浄液９の物理量を調節するために設けられている。このような物理量の例は、プレ洗浄液９の流量、温度、ｐＨなどである。

制御装置２５は、排ガス用計測器６１、洗浄液用計測器６３、プレ洗浄液用計測器６５により計測された物理量に基づき、排ガス用調節部６２、洗浄液用調節部６４、プレ洗浄液用調節部６６やその他の装置を制御することができる。これにより、制御装置２５は、排ガス３、洗浄液７、プレ洗浄液９の物理量を制御することができる。以下、このような制御の具体例について説明する。

（１）第１具体例
本具体例の洗浄液用計測器６３とプレ洗浄液用計測器６５はそれぞれ、洗浄液７とプレ洗浄液９の流量を計測する。そして、制御装置２５は、洗浄液７の流量（第１流量）がプレ洗浄液９の流量（第２流量）よりも大きくなるように、洗浄液ポンプ２３とプレ洗浄液ポンプ３３の回転数を制御する。

上述のように、本実施形態の洗浄装置２１の気液接触部２１ａは並流接触を採用しているため、洗浄液７がフラッディングする可能性は小さい。よって、洗浄装置２１内を循環する洗浄液７の流量を大きくし、洗浄装置２１の洗浄効率を高めることが可能となる。これにより、洗浄装置２１の単位断面積あたりの洗浄液７の流量が大きくなるため、洗浄液７が排ガス３中のベーパーやミストを捕捉する作用は大きくなる。

また、実験の結果、プレ洗浄装置３１の気液接触部３１ａに滴下するプレ洗浄液９の流量を、気液接触部３１ａの表面を濡らす程度の極少量とすると、プレ洗浄装置３１から放出される排ガス３中のミストが少なくなることが判明した。理由は、気液接触部３１ａの上面でのミスト発生が抑制されると共に、気液接触部３１ａに流入した燃焼排ガス１中のミストが気液接触部３１ａ内で効率よく捕捉されるためと考えられる。

ここで、本具体例のＬ／Ｇ比について説明する。Ｌ／Ｇ比は、プレ洗浄液９の質量流量を排ガス３の質量流量で割った値であり、プレ洗浄液用計測器６５と排ガス用計測器６１とで質量流量を計測することで算出可能である。本具体例の制御装置２５は、Ｌ／Ｇ比を１以下、より詳細には、０．５以下に制御することが望ましい。このようなＬ／Ｇ比の例は、０．０１〜０．１である。これにより、上述の実験のように、プレ洗浄装置３１から放出される排ガス３中のミストを低減することが可能となる。

（２）第２具体例
本具体例の洗浄液用計測器６３とプレ洗浄液用計測器６５はそれぞれ、洗浄液７とプレ洗浄液９の温度を計測する。そして、制御装置２５は、洗浄液７の温度（第１温度）がプレ洗浄液９の温度（第２温度）よりも低くなるように、洗浄液冷却器２４とプレ洗浄液冷却器３４の冷却動作を制御する。

洗浄液７の温度を下げる利点として、例えば２つの利点が考えられる。第１の利点は、洗浄液７中のアミンの蒸気圧が小さくなるため、排ガス３中のベーパーアミンに対する洗浄液７の捕捉力が高まることである。第２の利点は、排ガス３中のミストアミンに対する洗浄液７の捕捉力が高まることである。

洗浄装置２１に流入する排ガス３中の小粒径ミストは、気液接触部２１ａやデミスタ２１ｄをすり抜けやすく、このミスト中のアミンが大気中に放出されるおそれがある。しかし、小粒径ミストが冷たい洗浄液７により冷却されると、小粒径ミストを核としてミストが大きく成長する。ミストが大きく成長すると、ミストが気液接触部２１ａやデミスタ２１ｄで捕捉されやすくなる。よって、本実施形態によれば、洗浄液７の温度を下げることで、大気中に放出されるアミン量を低減することが可能となる。

（３）第３具体例
本具体例の洗浄液用計測器６３は、洗浄液７のｐＨを計測するｐＨ計測器である。そして、制御装置２５は、洗浄液７のｐＨが所定値になるように、洗浄液用調節部６４の動作を制御する。具体的には、制御装置２５は、洗浄液７のｐＨが８以下（より好ましくは７以下）になるように、洗浄液用調節部６４から洗浄液７に酸を添加する。これにより、洗浄液７のガス洗浄力を高めることができる。酸の例は、硫酸、硝酸、リン酸、酢酸、ホウ酸などである。本具体例の洗浄液用調節部６４は、ｐＨ調節部の例である。

本実施形態の二酸化炭素回収システムでは、吸収塔１１の後段に複数の洗浄装置２１を直列に設けてもよい。この場合、より後段の洗浄装置２１に流入する排ガス３中のアミン濃度は、より前段の洗浄装置２１に流入する排ガス３中のアミン濃度よりも低くなる。そのため、後段の洗浄装置２１は、前段の洗浄装置２１に比べて洗浄効率が低くなる。例えば、最終段の洗浄装置２１の洗浄効率は、一般的に最も低くなる。よって、後段の洗浄装置２１の洗浄液７に酸を添加することで、後段の洗浄装置２１の洗浄効率を高めることが望ましい。例えば、最終段の洗浄装置２１の洗浄液７に酸を添加することが望まれる。

ここで、洗浄装置２１内の気液接触部２１ａが対向流接触を採用する場合には、アミンと同様に酸がミストとして大気中に放出されるおそれがある。しかし、本実施形態の洗浄装置２１内の気液接触部２１ａは並流接触を採用しているため、酸がミストとして大気中に放出される可能性が低くなる。よって、本実施形態によれば、酸により洗浄液７のアミン洗浄力を増加させつつ、酸が大気中に放出されることを抑制することができる。

本具体例の洗浄液７のｐＨの初期値は、２〜５程度である。この洗浄液７を使用開始後に酸を補充せずに使用し続けると、洗浄液７のｐＨはアミン化合物の影響で１０〜１１程度に増加し得る。この場合、洗浄液７のガス洗浄力は非常に低くなる。しかし、本具体例によれば、洗浄液７のｐＨを８以下（より好ましくは７以下）に調節することで、洗浄液７のガス洗浄力の低下を抑制することができる。

なお、洗浄液用計測器６３は、洗浄液７のｐＨを計測するｐＨ計測器の代わりに、洗浄液７のｐＨを算出可能または評価可能な物理量を計測する計測器に置き換えてもよい。このような計測器の例は、超音波計測器、赤外吸光計測器、密度計測器などである。この場合、制御装置２５は、計測された物理量をｐＨに換算し、このｐＨに基づいて洗浄液用調節部６４を制御してもよいし、その他の物理量に基づいて洗浄液用調節部６４を制御してもよい。

また、制御装置２５は、第１から第３具体例と異なる方法で、洗浄液７やプレ洗浄液９の流量、温度、ｐＨを制御してもよい。例えば、制御装置２５は、洗浄液ポンプ２３とプレ洗浄液ポンプ３３の代わりに、洗浄液用調節部６４とプレ洗浄液用調節部６６とを制御して洗浄液７とプレ洗浄液９の流量を制御してもよい。同様に、洗浄装置２５は、洗浄液冷却器２４とプレ洗浄液冷却器３４の代わりに、洗浄液用調節部６４とプレ洗浄液用調節部６６とを制御して洗浄液７やプレ洗浄液９の温度を制御してもよい。

（第７実施形態）
図９は、第７実施形態の二酸化炭素回収システムの構成を示す模式図である。

図９の二酸化炭素回収システムは、図８の構成要素に加え、洗浄液再利用流路７１と、洗浄液再利用バルブ７２とを備えている。

洗浄液再利用流路７１は、洗浄装置２１の液溜め部２１ｃと、プレ洗浄装置３１の液溜め部３１ｃとを接続している。洗浄液再利用バルブ７２は、洗浄液再利用流路７１に設けられている。洗浄液再利用流路７１は、洗浄装置２１で使用された洗浄液７を、プレ洗浄液９として使用（再利用）するためにプレ洗浄装置３１に供給することができる。洗浄液再利用バルブ７２が開くと、液溜め部２１ｃ内の洗浄液７の少なくとも一部が、洗浄液再利用流路７１を介して液溜め部３１ｃに導入される。洗浄液再利用バルブ７２の開閉は、例えば制御装置２５により制御される。

洗浄装置２１内を循環する洗浄液７は、アミン化合物を吸収し蓄積するため、そのアミン濃度は時間と共に増加していく。洗浄液７中のアミン濃度が大きくなると、洗浄液７の洗浄効果が小さくなる。そのため、二酸化炭素回収システムの稼働後に、洗浄装置２１に一定量の新しい洗浄液７をメークアップし、かつメークアップ量と同量の洗浄液７を洗浄装置２１から抜き出すことで、洗浄液７中のアミン濃度をほぼ一定に制御することが考えられる。

ここで、洗浄装置２１内を循環する洗浄液７中のアミン濃度は一般に、プレ洗浄装置３１内を循環するプレ洗浄液９中のアミン濃度よりも低い。そのため、洗浄装置２１から抜き出された洗浄液７は、プレ洗浄装置３１用のプレ洗浄液９として使用可能である。よって、本実施形態の二酸化炭素回収システムは、洗浄装置２１から抜き出された洗浄液７を洗浄液再利用流路７１によりプレ洗浄装置３１に導入する。これにより、抜き出された洗浄液７を有効利用することが可能となる。

また、プレ洗浄装置３１内のプレ洗浄液９は、そのアミン濃度が比較的高い。よって、プレ洗浄液９を例えばリーン液２ｂに戻すことで、プレ洗浄液９中のアミン化合物を再利用してもよい。この場合、プレ洗浄液９は、プレ洗浄装置３１からリーン液２ｂに直接戻してもよいし、プレ洗浄装置３１から前処理部を介してリーン液２ｂに戻してもよい。前処理部では、プレ洗浄液９中のアミン濃度を高めるための処理を行う。なお、プレ洗浄液９をリーン液２ｂに戻す場合、二酸化炭素回収システムは、プレ洗浄装置３１の液溜め部３１ｃからリーン液２ｂの流路にプレ洗浄液９を移送する再利用流路と、この再利用流路に設けられた再利用バルブとを備えていてもよい。

以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規なシステムおよび方法は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明したシステムおよび方法の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。

１：燃焼排ガス、２：吸収液、２ａ：リッチ液、２ｂ：リーン液、
３：ＣＯ_２除去済み排ガス、４：混合ガス、５：回収ＣＯ_２ガス、６：凝縮水、
７：洗浄液、８：洗浄済み排ガス、９：プレ洗浄液、１０：プレ洗浄済み排ガス、
１１：吸収塔、１１ａ：気液接触部、１１ｂ：分散器、
１１ｃ：液溜め部、１１ｄ：デミスタ、１２：吸収液ポンプ、
１３：熱交換器、１４：再生塔、１４ａ：下部気液接触部、
１４ｂ：下部分散器、１４ｃ：液溜め部、１４ｄ：下部デミスタ、
１４ｅ：上部気液接触部、１４ｆ：上部分散器、１４ｇ：上部デミスタ、
１５：リボイラ、１６：吸収液冷却器、１７：混合ガス冷却器、
１８：気液分離器、１９：凝縮水流路、２０：凝縮水ポンプ、
２１：洗浄装置、２１ａ：気液接触部、２１ｂ：分散器、
２１ｃ：液溜め部、２１ｄ：デミスタ、２２：洗浄液流路、
２３：洗浄液ポンプ、２４：洗浄液冷却器、２５：制御装置、
３１：プレ洗浄装置、３１ａ：気液接触部、３１ｂ：分散器、
３１ｃ：液溜め部、３１ｄ：デミスタ、３２：プレ洗浄液流路、
３３：プレ洗浄液ポンプ、３４：プレ洗浄液冷却器、
４１：プレ洗浄装置、４１ａ：気液接触部、４１ｂ：分散器、
４１ｃ：液溜め部、４１ｄ：デミスタ、４２：プレ洗浄液流路、
４３：プレ洗浄液ポンプ、４４：プレ洗浄液冷却器、
５１：排ガス配管、５１ａ：第１配管部、５１ｂ：第２配管部、
６１：排ガス用計測器、６２：排ガス用調節部、
６３：洗浄液用計測器、６４：洗浄液用調節部、
６５：プレ洗浄液用計測器、６６：プレ洗浄液用調節部、
７１：洗浄液再利用流路、７２：洗浄液再利用バルブ

Claims (7)

1. 二酸化炭素を含有する燃焼排ガスとアミン化合物を含有する吸収液を接触させる第１接触部を有し、前記第１接触部で前記燃焼排ガス中の少なくとも一部の前記二酸化炭素を前記吸収液に吸収させて前記燃焼排ガスを放出する吸収塔と、
   前記吸収塔の前記第１接触部から放出された前記燃焼排ガスと洗浄液を接触させる第２接触部を有し、前記第２接触部の上流側に前記燃焼排ガスと前記洗浄液がそれぞれ供給されるように構成された洗浄装置と、
   を備える二酸化炭素回収システム。
2. 前記第２接触部の下流側にデミスタをさらに備える、請求項１に記載の二酸化炭素回収システム。
3. 前記デミスタは、水平面への投影位置が前記第２接触部の水平面への投影位置と重ならない位置に設けられている、請求項２に記載の二酸化炭素回収システム。
4. 前記洗浄装置で使用する前記洗浄液のｐＨを調節するｐＨ調節部と、
   前記ｐＨ調節部を制御することで、前記ｐＨを所定値に制御する制御装置と、
   をさらに備える請求項１から３のいずれか１項に記載の二酸化炭素回収システム。
5. 前記吸収塔から前記洗浄装置に前記燃焼排ガスを搬送する配管は、第１配管径を有する第１配管部と、前記第１配管部の下流側に設けられ前記第１配管径よりも小さい第２配管径を有する第２配管部とを含む、請求項１から４のいずれか１項に記載の二酸化炭素回収システム。
6. 前記第２配管部は、前記配管の屈曲部分を含む、請求項５に記載の二酸化炭素回収システム。
7. 二酸化炭素を含有する燃焼排ガスとアミン化合物を含有する吸収液とを接触させて、前記燃焼排ガス中の少なくとも一部の前記二酸化炭素を前記吸収液に吸収させて前記燃焼排ガスを放出し、
   放出された前記燃焼排ガスと洗浄液とを略同じ方向に並流させて接触させ前記燃焼排ガスを洗浄する、
   ことを備える排ガス処理方法。

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