JP5106448B2 - 排ガスからの二酸化炭素回収システム - Google Patents

Description

本発明は、火力発電所等のボイラから排出される燃焼排ガス（以下、排ガスという）に含まれる二酸化炭素を回収する排ガスからの二酸化炭素回収システムに関する。

近年、大気中の炭酸ガス量の増加と、いわゆる温室効果による大気温度上昇との関係が問題視されており、例えば石炭焚きボイラを有する火力発電所等からの排ガスが発生源の一つとして指摘されている。

この対策として、二酸化炭素を含む排ガスを冷却することにより当該二酸化炭素を固化させてドライアイスとし、このドライアイスを回収することにより排ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収装置（サブリメータ）が公知である。

この従来の二酸化炭素回収装置は、二酸化炭素の固化温度以下の冷媒（例えば、液体窒素）を流す伝熱管（例えば、フィンチューブ）を内部に有し、排ガスと冷媒とを間接熱交換させる容器を備えて構成されている。

また、排ガスには残留水分が微量に存在するため、上記二酸化炭素回収装置によって二酸化炭素を効率良く回収するために、二酸化炭素の回収前に水分除去装置によって排ガスから水分を除去する必要がある。

このため、従来の水分除去装置（脱水塔、或いは、いわゆるバブリング方式のドライヤと称されることもある）では、除湿用の冷媒（例えば、シリコンオイル等）中に排ガスを供給することにより、排ガスの水分を冷却・固化し、固化した水分（氷）を当該除湿用の冷媒（以下、除湿用冷媒という）内で捕集する技術が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。

特開２００５−２７９６４０号公報 特開２００５−２７９６４１号公報 特開２００５−２８３０９４号公報

しかしながら、上記従来技術に係るバブリング方式のドライヤにあっては、除湿用冷媒を−５０℃程度に冷却し、その除湿用冷媒中で排ガスに含まれる水分を凝縮させるので、冷却に必要なエネルギー消費が大きかった。

また、除湿用冷媒の温度が−５０℃程度では、排ガスの水分濃度が２００ｐｐｍ程度に留まり、二酸化炭素を効率良く回収するためには、更に水分濃度が低くなるように除湿する必要があった。

一方、更なる除湿のために除湿用冷媒を−５０℃程度以下に冷却すると、除湿用冷媒の粘度が上昇してドライヤ内で排ガスが流れにくくなり、二酸化炭素を効率良く回収できなくなる懸念もあった。

したがって、排ガスから水分を除去するために必要なエネルギーを削減でき、二酸化炭素を効率良く回収することができる手段の提供が望まれていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、排ガスから水分を除去するために必要なエネルギーを削減でき、二酸化炭素を効率良く回収することができる排ガスからの二酸化炭素回収システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、以下のような排ガスからの二酸化炭素回収システムを提供する。

（１） ボイラから排出された排ガスから二酸化炭素を冷却固化して回収する二酸化炭素回収装置と、前記ボイラから排出された前記排ガスを前記二酸化炭素回収装置に供給する排ガス供給経路と、前記二酸化炭素回収装置を経た前記排ガスを大気に放出する排ガス排出経路と、前記排ガス供給経路に設けられ、当該排ガス供給経路を流れる前記排ガスと前記排ガス排出経路を流れる前記排ガスとを熱交換する熱交換器と、前記排ガス供給経路の前記熱交換器の下流側に設けられ、当該熱交換器を経た前記排ガスが含む水分を除去する除湿装置と、を備えた排ガスからの二酸化炭素回収システムであって、前記除湿装置は、前記排ガスの水分を吸着すると共に、加熱されることにより吸着した水分を放出して再生する水分吸着剤を有し、前記水分吸着剤を加熱して再生させるために前記排ガス排出経路の前記熱交換器を経た前記排ガスを前記除湿装置に供給する再生用排ガス供給経路と、前記再生用排ガス供給経路から供給され前記除湿装置を経た前記排ガスを前記排ガス排出経路に戻す排ガス還流経路と、を更に備えることを特徴とする。

（１）の発明によれば、除湿装置の水分吸着剤の吸着によって排ガスの水分を容易に除去しているので、従来のバブリング方式のドライヤのような除湿用冷媒を冷却するエネルギーが不要である。また、除湿装置の水分吸着剤を再生するための熱源として、排ガス排出経路の熱交換器を経た排ガスの熱を利用しているため、当該再生のための加熱エネルギーが不要である。したがって、排ガスから水分を除去するために必要なエネルギーを削減でき、二酸化炭素を効率良く回収することができる。

（２） （１）の発明においては、複数の前記除湿装置と、前記除湿装置において前記水分吸着剤による前記水分の吸着と前記水分吸着剤の再生とを選択的に行うために、前記排ガス供給経路と前記再生用排ガス供給経路と前記排ガス還流経路を開閉し前記除湿装置への前記排ガスの流路を切り替える流路切り替え手段を備えることが好ましい。

（２）の発明によれば、複数の除湿装置において、水分の吸着と水分吸着剤の再生とを切り替えて行うことで、除湿能力を再生された除湿装置を用いて、排ガスの水分除去を連続的に行うことができ、二酸化炭素を効率良く回収することができる。

（３） （１）又は（２）に記載の発明においては、前記排ガス供給経路の前記熱交換器の下流側であって前記除湿装置の上流側に設けられ、当該熱交換器を経た前記排ガスが含む水分を凝縮させて除去する凝縮器を更に備えることが好ましい。

（３）の発明によれば、凝縮器により、排ガスが除湿装置に導入される前に排ガス中の水分を出来る限り除去しておくことで、除湿装置で除湿する際の負荷を低減することができる。

（４） （１）から（３）のいずれか一つに記載の発明においては、前記排ガス供給経路の前記除湿装置の下流側に設けられ、当該除湿装置を経た前記排ガスと、前記二酸化炭素回収装置を経た前記排ガスとを熱交換する熱交換器を更に備えることが好ましい。

（４）の発明によれば、熱交換器を設けたことにより、排ガスが二酸化炭素回収装置に導入される前に当該排ガスの温度を低下させることができ、二酸化炭素回収装置における冷却負荷を低減することができる。したがって、二酸化炭素を効率良く回収することができる。

（５） （１）から（４）のいずれか一つに記載の発明においては、前記水分吸着剤は、活性アルミナであることが好ましい。

（５）の発明によれば、水分の吸着容量が大きく、汎用的な水分吸着剤を用いることにより、排ガスから水分を低コストで効率良く除去することができる。

本発明によれば、排ガスから水分を除去するために必要なエネルギーを削減でき、二酸化炭素を効率良く回収することができる。

本実施形態に係る二酸化炭素回収システムを示す概略図である。 図１の各ポイントにおける熱物質収支計算結果の一例を示す図である。 二酸化炭素の飽和圧力と温度との関係を示すグラフ図である。

以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。

＜二酸化炭素回収システム全体の概略説明＞
図１は、本実施形態に係る二酸化炭素回収システム１０を示す概略図である。図１に示すように、二酸化炭素回収システム１０は、例えば、石炭焚きのボイラ１１を有する火力発電所等から排出される排ガスから二酸化炭素を回収するためのものである。

二酸化炭素回収システム１０は、ボイラ１１から排出された排ガスから二酸化炭素を冷却固化して回収するサブリメータ（二酸化炭素回収装置）３５と、ボイラ１１から排出された排ガスをサブリメータ３５に供給する排ガス供給経路（後述するラインＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４）と、サブリメータ３５を経た排ガスを煙突５０に導く経路である排ガス排出経路（後述するラインＬ１０ａ，Ｌ１０ｂ，Ｌ１１，Ｌ１２）と、熱交換器１３，１４，１５，３２と、排ガスが含む水分を凝縮させ除去するコンデンサ（凝縮器）１６と、コンデンサ１６を経た排ガスが含む水分を更に除去するドライヤ（除湿装置）２０，２４と、を備える。

＜サブリメータの説明＞
サブリメータ３５は、ボイラ１１から排出された二酸化炭素を含む排ガスを冷却することにより当該二酸化炭素を固化させてドライアイスとして回収する装置である。このサブリメータ３５は、二酸化炭素の固化温度以下の冷媒（例えば、液体窒素）を流す伝熱管を内部に有し、排ガスと当該冷媒とを間接熱交換させるように構成されている。

なお、サブリメータ３５内の伝熱管に流通させる冷媒は、冷却器３７によって冷媒配管３８を介して供給される。サブリメータ３５で生成されたドライアイスの液化処理については、後述する。

＜排ガス供給経路の説明＞
排ガス供給経路は、ボイラ１１から排出された排ガスをサブリメータ３５に供給する経路である。すなわち、排ガス供給経路は、ボイラ１１の煙道１１ａからコンデンサ１６に至るラインＬ１と、コンデンサ１６からドライヤ２０，２４に至るラインＬ２と、ドライヤ２０，２４から熱交換器３２に至るラインＬ３と、熱交換器３２からサブリメータ３５に至るラインＬ４と、からなる。

なお、ラインＬ１には、煙道１１ａから排ガスを導くためのブロア１２や、排ガスに含まれる硫黄酸化物や窒素酸化物等を分離・除去するための、図示しない脱硫処理装置や脱硝処理装置が設けられている。また、図１において、ボイラ１１からの煙道１１ａは、ラインＬ１〜ラインＬ１２を経由せずに煙突５０に接続されたバイパスラインを含んでいる。このバイパスラインは、ラインＬ１〜ラインＬ１４中に含まれる構成機器（例えば、サブリメータ３５等）に不具合等が生じた場合に連通されるものであり、通常運転時には連通されていない。

＜排ガス排出経路の説明＞
排ガス排出経路は、サブリメータ３５を経た排ガスを煙突５０に導き、大気に放出する経路である。すなわち、排ガス排出経路は、サブリメータ３５から熱交換器３２に至るラインＬ１０ａと、熱交換器３２から熱交換器１５に至るラインＬ１０ｂと、熱交換器１５から熱交換器１３に至るラインＬ１１と、熱交換器１３から煙突５０に至るラインＬ１２と、からなる。

＜熱交換器の説明＞
熱交換器１３，１４，１５は、排ガス供給経路であるラインＬ１に設けられている。熱交換器１３は、煙道１１ａから流れてきた高温の排ガスと、熱交換器１５を経てラインＬ１１を流れてきた低温の排ガスとを熱交換する。また、熱交換器１４は、熱交換器１３を経た排ガスを更に低温の海水と熱交換する。熱交換器１５は、熱交換器１４を経た排ガスと、ラインＬ１０ｂを流れてきた低温の排ガスとを熱交換する。

また、熱交換器３２は、ラインＬ３から流れてきた排ガスと、サブリメータ３５を経てラインＬ１０ａを流れてきた低温の排ガスとを熱交換する。

＜コンデンサの説明＞
コンデンサ１６は、熱交換器１５の下流側であって、ドライヤ２０，２４の上流側に設けられている。コンデンサ１６は、熱交換器１５を経た排ガスが含む水分を凝縮させて除去する。すなわち、コンデンサ１６は、下流のドライヤ２０，２４によって排ガスを除湿する前にできるだけ排ガスから水分を除去し、ドライヤ２０，２４で除湿する際の負荷を低減するために設けられている。なお、凝縮された水は、排水口１６ａから系外に排出される。

＜ドライヤの説明＞
ドライヤ２０，２４は、ラインＬ１に設けられたコンデンサ１６の下流側に一対設けられている。ドライヤ２０，２４は、コンデンサ１６を経た排ガスが含む水分を更に除去する。ドライヤ２０，２４は、排ガスの水分を吸着すると共に、加熱されることにより吸着した水分を放出して再生する水分吸着剤を備える。この水分吸着剤として、例えば、活性アルミナを用いることが好ましい。

一対のドライヤ２０，２４は、一方が水分の吸着を行っているときに、他方が、吸着した水分の放出（再生）を行うことができるように構成されている。すなわち、ボイラ１１の運転中にドライヤ２０，２４によって連続した除湿が行えるように構成されている。

一対のドライヤ２０，２４とコンデンサ１６とは、ラインＬ２によって接続されている。ラインＬ２は、ドライヤ２０と接続されるラインＬ２ａと、ドライヤ２４と接続されるラインＬ２ｂとに分岐している。ラインＬ２ａには、流路を開閉するバルブ（流路切り替え手段）２１が設けられている。ラインＬ２ｂには、流路を開閉するバルブ（流路切り替え手段）２７が設けられている。

なお、説明の便宜上、バルブ２１は開弁状態となっており、白抜きで表示してある。また、バルブ２７は閉弁状態であり、黒塗りで表示してある。このような表示の仕方は、他のバルブ（流路切り替え手段）２２，２５，２６，２８，２９，３０についても同様である。

また、ドライヤ２０，２４は、熱交換器３２とラインＬ３によって接続されている。ラインＬ３は、ドライヤ２０と接続されるラインＬ３ａと、ドライヤ２４と接続されるラインＬ３ｂとに分岐している。ラインＬ３ａには、流路を開閉するバルブ２２（図１では開弁状態）が設けられている。ラインＬ３ｂには、流路を開閉するバルブ２８（図１では閉弁状態）が設けられている。

＜再生用排ガス供給経路の説明＞
再生用排ガス供給経路は、ラインＬ１２をラインＬ３に接続するラインＬ１３からなる。ラインＬ１３は、ドライヤ２０，２４の水分吸着剤を再生させるために、熱交換器１３を経たラインＬ１２を流れる高温の排ガスの一部をドライヤ２０，２４に供給する。

ラインＬ１３は、ドライヤ２４（ラインＬ３ｂ）と接続されるラインＬ１３ａと、ドライヤ２０（ラインＬ３ａ）と接続されるラインＬ１３ｂとに分岐している。ラインＬ１３ａには、流路を開閉するバルブ２５（図１では開弁状態）が設けられている。ラインＬ１３ｂには、流路を開閉するバルブ２９（図１では閉弁状態）が設けられている。

＜排ガス還流経路の説明＞
排ガス還流経路は、ラインＬ２をラインＬ１２に接続するラインＬ１４からなる。ラインＬ１４は、ラインＬ１３から供給されドライヤ２０，２４を経た排ガスを、ラインＬ１２に戻す。ラインＬ１４は、ドライヤ２４（ラインＬ２ｂ）と接続されるラインＬ１４ａと、ドライヤ２０（ラインＬ２ａ）と接続されるラインＬ１４ｂとに分岐している。

ラインＬ１４ａには、流路を開閉するバルブ２６（図１では開弁状態）が設けられている。ラインＬ１４ｂには、流路を開閉するバルブ３０（図１では閉弁状態）が設けられている。

＜回収した二酸化炭素を貯蔵・液化する構成の説明＞
サブリメータ３５の底部には、サブリメータ３５で生成されたドライアイスを、一対の二酸化炭素貯蔵液化タンク４１，４４に選択的に排出する排出部３６が設けられている。一対の二酸化炭素貯蔵液化タンク４１，４４を設けたのは、一方をドライアイスの貯蔵に用い、他方をドライアイスの液化に用いるためである。ドライアイスの貯蔵と液化は、それぞれの二酸化炭素貯蔵液化タンク４１，４４において、所定時間毎に交互に行われる。

排出部３６は、ラインＬ５によって二酸化炭素貯蔵液化タンク４１の上端部と接続されていると共に、ラインＬ７によって二酸化炭素貯蔵液化タンク４４の上端部と接続されている。ラインＬ５，Ｌ７には、それぞれ流路を開閉するバルブ４２，４５が設けられている。

また、二酸化炭素貯蔵液化タンク４１の下端部には、液化した二酸化炭素を排出するラインＬ６が接続されている。二酸化炭素貯蔵液化タンク４４の下端部には、液化した二酸化炭素を排出するラインＬ８が接続されている。

ラインＬ６，Ｌ８には、それぞれ流路を開閉するバルブ４３，４６が設けられている。また、ラインＬ６，Ｌ８は、液化した二酸化炭素を系外に送出するラインＬ９に接続されている。なお、ラインＬ９には、液化した二酸化炭素を系外に送出するための図示しない圧力ポンプ等を備えている。

＜二酸化炭素回収システムの作用及び効果の説明＞
次に、二酸化炭素回収システム１０の動作（作用及び効果）について図１、図２及び図３を参照して説明する。ここで、図２は、図１の各ポイント（ポイントＰ１〜ポイントＰ１４）における熱物質収支計算結果の一例を示す図である。すなわち、図２は、図１の各ポイント（ポイントＰ１〜ポイントＰ１４）における排ガスの相の種類、温度、圧力、平均分子量、モル流量及び組成を示す。図３は、二酸化炭素の飽和圧力と温度との関係を示すグラフ図である。

図１及び図２に示すように、ボイラ１１から排出された排ガスは、煙道１１ａからラインＬ１を流れ、熱交換器１３に向かう。排ガスは、ラインＬ１のポイントＰ１において温度が約１１０℃であり、１２で吸引されることにより昇温・昇圧される。排ガスは、熱交換器１３の入口であるポイントＰ２において温度が約１２８．６℃となる。

熱交換器１３に導入された排ガスは、ラインＬ１１を流れる低温の排ガス（ポイントＰ１１で温度が約９．４℃）と熱交換することにより、ポイントＰ３での出口温度が約６０℃となる。そして、熱交換器１４では、例えば海水と熱交換することにより、ポイントＰ４における出口温度は、約１５℃となる。なお、このときの海水の入口温度は約１５℃であり、出口温度は約２１．７℃である。

続いて、熱交換器１５では、ラインＬ１０ｂを流れる低温の排ガス（ポイントＰ１０で温度が約−１８．９℃）と熱交換することにより、ポイントＰ５での出口温度が約５℃となる。ラインＬ１を流れる排ガスは、図２に示すように、ポイントＰ１〜ポイントＰ３までは気体であるが、ポイントＰ４及びポイントＰ５では、水分が約１１．４％混ざっており、気液混合状態である。

そこで、コンデンサ１６では、排ガスから水分を凝縮水として除去する。これにより、コンデンサ１６の下流側のラインＬ２におけるポイントＰ６において、水分割合を約０．７％まで低下することができる。

このように、排ガスが含む水分を、コンデンサ１６の出口側、すなわち、ドライヤ２０，２４の入口側（上流側）で大部分除去しておくことにより、ドライヤ２０，２４で除湿する際の負荷を低減することができる。なお、コンデンサ１６で除去された凝縮水（ポイントＰ１４で温度が約５℃）は、排水口１６ａから系外に排出される。

＜ドライヤでの作用及び効果の説明＞
コンデンサ１６を経た排ガスは、ラインＬ２を進み、更にラインＬ２ａ，Ｌ２ｂを進む。図１においては、ドライヤ２０が水分の吸着に用いられ、ドライヤ２４が水分吸着剤の再生に用いられている様子を示しているので、バルブ２７，２８，２９，３０が閉弁され、バルブ２１，２２，２５，２６が開弁されている。したがって、排ガスは、ラインＬ２ａを通り、ドライヤ２０に導入される。

排ガスは、ドライヤ２０内に充填された水分吸着剤よって水分を吸着された後、ラインＬ３ａを流れ、熱交換器３２に導入される。ドライヤ２０の水分吸着剤として活性アルミナを用いているので、ポイントＰ７での組成（図２参照）に示されるように、排ガスに含まれる水分を完全に除去することができる。

また、水分吸着剤の吸着によって排ガスの水分を容易に除去しているので、従来のバブリング方式のドライヤのような除湿用冷媒を冷却するエネルギーが不要である。このため、排ガスから水分を除去するために必要なエネルギーを削減でき、二酸化炭素を効率良く回収することができる。なお、ドライヤ２４における水分吸着剤の再生については、後述する。

熱交換器３２に導入された排ガスは、ポイントＰ７における温度が約５℃であるが、サブリメータ３５を経てラインＬ１０ａを流れてきた低温（ポイントＰ９で温度が約−１１７℃）の排ガスと熱交換することにより、ポイントＰ８における温度が約−７８℃まで低下する。これにより、排ガスがサブリメータ３５に導入される前に当該排ガスの温度を低下させることができ、サブリメータ３５における冷却負荷を低減することができる。

そして、ラインＬ４からサブリメータ３５に導入された排ガスは、二酸化炭素の固化温度以下の冷媒（例えば、液体窒素）を流す伝熱管に接触し、伝熱管内を流れる当該冷媒と間接熱交換する。排ガス中の二酸化炭素は、温度が約−１１７℃、圧力が０．１０７ＭＰａの条件下（図２のポイントＰ９参照）では、図３に示すように、冷却固化してドライアイスとなる。ドライアイスは、サブリメータ３５内に貯蔵される。

このとき、サブリメータ３５に導入される排ガスは、既に水分が完全に除去されているので、生成されるドライアイスも水分を含んでいない。したがって、水分を含まないドライアイスは、サブリメータ３５内の伝熱管に付着しにくくなり、伝熱効率が低下するのを抑制することができる。

サブリメータ３５に貯蔵されたドライアイスは、排出部３６から二酸化炭素貯蔵液化タンク４１，４４に選択的に送出される。そして、二酸化炭素貯蔵液化タンク４１，４４に貯蔵され、液化される。このドライアイスの液化処理については、後述する。

サブリメータ３５を経た排ガスは、ラインＬ１０ａを通り、熱交換器３２に導入される。ラインＬ１０ａのポイントＰ９では、排ガス中の二酸化炭素の組成が約１．７％程度であるから、サブリメータ３５によって二酸化炭素をほぼ回収できたことが分かる。

熱交換器３２に導入された排ガスは、ポイントＰ９における温度が約−１１７℃であるが、ドライヤ２０を経てラインＬ３を流れてきた排ガス（ポイントＰ７で温度が約５℃）と熱交換することにより、ポイントＰ１０における温度が約−１８．９℃まで上昇する。

熱交換器３２を経た排ガスは、ラインＬ１０ｂを通って熱交換器１５に導入される。この熱交換器１５において、排ガスは、熱交換器１４を経た排ガス（ポイントＰ４で温度が約１５℃）と熱交換することにより、温度が約９．４℃（ポイントＰ１１参照）まで上昇する。

＜ドライヤの再生の説明＞
熱交換器１５を経た排ガスは、ラインＬ１１を通って熱交換器１３に導入される。この熱交換器１３において、排ガスは、ボイラ１１から排出された高温の排ガス（ポイントＰ２で温度が約１２８．６℃）と熱交換することにより、温度が約１０４．７℃（ポイントＰ１２参照）まで上昇する。

この１００℃以上の排ガス（水分及び二酸化炭素を除去された熱風）は、ドライヤ２０，２４の水分を含んだ水分吸着剤を再生する熱源として好適であるので、ラインＬ１３によって当該排ガスの一部がドライヤ２０，２４に導入される。

すなわち、ドライヤ２０，２４を再生するための熱源として、大気に放出される直前の排ガスの熱を利用しているため、当該再生用の加熱エネルギーが不要である。これにより、排ガスから水分を除去するために必要なエネルギーを削減でき、二酸化炭素を効率良く回収することができる。

上述したように、図１においては、ドライヤ２０が水分の吸着に用いられ、ドライヤ２４が水分吸着剤の再生に用いられているので、バルブ２７，２８，２９，３０が閉弁され、バルブ２１，２２，２５，２６が開弁されている。したがって、ラインＬ１３を流れてきた排ガスは、ラインＬ１３ａを通り、ドライヤ２４に導入される。

ドライヤ２４では、水分を含んだ水分吸着剤が、高温の排ガス（ポイントＰ１２で温度が約１０４．７℃）に曝されることによって水分が除去され、再生が行われる。そして、ドライヤ２４に導入され、水分吸着剤の再生に使われた排ガスは、ラインＬ１４ａ、ラインＬ１４を通ってラインＬ１２に還流され、煙突５０から大気に放出される。

以上のように、ドライヤ２０が水分の吸着に用いられ、ドライヤ２４が水分吸着剤の再生に用いられる場合について説明したが、所定条件下で、ドライヤ２４を水分の吸着に用い、ドライヤ２０を水分吸着剤の再生に用いるように、排ガスの流路を切り替える。

ここで、所定条件とは、ドライヤ２０の水分吸着能力（除湿能力）が低下し、かつ、ドライヤ２４の再生が完了している場合をいう。所定の排ガス流量に対する目標除湿量やドライヤ２０，２４の除湿・再生能力等は既知であるので、例えば所定時間毎に、バルブ２７，２８，２９，３０を開弁し、バルブ２１，２２，２５，２６を閉弁することにより上記流路の切り替えを行うことができる。

このように、一対のドライヤ２０，２４において、水分の吸着と水分吸着剤の再生とを交互に切り替えて行うことで、除湿能力を再生されたドライヤ２０又はドライヤ２４を用いて、排ガスの水分除去を連続的に行うことができ、二酸化炭素を効率良く回収することができる。

＜ドライアイスの液化の説明＞
次に、ドライアイスの液化に係る二酸化炭素回収システム１０の動作について説明する。図１においては、二酸化炭素貯蔵液化タンク４１ではドライアイスを貯蔵し、二酸化炭素貯蔵液化タンク４４では、貯蔵されたドライアイスを常温下で自然に液化させた後に、ラインＬ８を介してラインＬ９に排出する様子を示している。

すなわち、二酸化炭素貯蔵液化タンク４１では、バルブ４２が開弁され、バルブ４３が閉弁されている。このため、二酸化炭素貯蔵液化タンク４１には、サブリメータ３５で生成されたドライアイスがラインＬ５を介して導入され、貯蔵される。

一方、二酸化炭素貯蔵液化タンク４４では、予め貯蔵したドライアイスを自然液化する。すなわち、二酸化炭素貯蔵液化タンク４４では、バルブ４５を開弁し、バルブ４６を閉弁した状態で予めドライアイスが貯蔵される。ドライアイスが所定量貯蔵されたら、バルブ４５を閉弁することにより、二酸化炭素貯蔵液化タンク４４は締め切り状態となる。

すると、二酸化炭素貯蔵液化タンク４４内のドライアイスは、常温（例えば、約１５℃）下において次第に自己加圧（例えば、約５０ＭＰａ）され、加温しなくても自然に液化する（図３参照）。このため、ドライアイスを液化させるために加温等のエネルギーを必要としないので、二酸化炭素回収システム１０全体のエネルギー効率を向上することができる。

二酸化炭素貯蔵液化タンク４４においてドライアイスが液化したら、図１に示すように、バルブ４６を開弁し、液化した二酸化炭素を、ラインＬ８を介してラインＬ９に排出する。

二酸化炭素貯蔵液化タンク４４内の液化された二酸化炭素がすべて排出されたら、今度は二酸化炭素貯蔵液化タンク４４をドライアイスの貯蔵に用いる一方、二酸化炭素貯蔵液化タンク４１を、貯蔵したドライアイスの液化に用いる。すなわち、バルブ４６を閉弁すると共にバルブ４５を開弁し、二酸化炭素貯蔵液化タンク４４内にドライアイスを貯蔵する。

また、二酸化炭素貯蔵液化タンク４１では、ドライアイスが貯蔵しているので、バルブ４２及びバルブ４３を閉弁状態にする。すると、上述したように、二酸化炭素貯蔵液化タンク４１に貯蔵したドライアイスが常温下において次第に自己加圧され、加温しなくても自然に液化する。

二酸化炭素貯蔵液化タンク４１においてドライアイスが液化したら、バルブ４３を開弁し、液化した二酸化炭素を、ラインＬ６を介してラインＬ９に排出する。

このように、二酸化炭素貯蔵液化タンク４１，４４において、ドライアイスの貯蔵量と液化した二酸化炭素量を監視したり、或いは、当該貯蔵や当該液化を開始してからの経過時間を監視したり、更には二酸化炭素貯蔵液化タンク４１，４４内の温度や圧力等を監視することにより、バルブ４２，４３，４５，４６の開閉操作のタイミングを判断することができる。

そして、このタイミングに基づいてバルブ４２，４３，４５，４６を開閉操作し、ドライアイスの貯蔵と液化とを交互に繰り返せば、液化した二酸化炭素を連続的に生成することができる。なお、ラインＬ９から系外に排出された液化した二酸化炭素は、適宜、貯蔵・運搬され、有効活用可能である。

以上のように、この実施形態に係る二酸化炭素回収システム１０によれば、ドライヤ２０，２４の水分吸着剤の吸着によって排ガスの水分を容易に除去できるので、従来のバブリング方式のドライヤのような除湿用冷媒を冷却するエネルギーが不要である。

また、ドライヤ２０，２４を再生するための熱源として、大気に放出される直前の排ガスの熱を利用しているため、当該再生用の加熱エネルギーが不要である。したがって、排ガスから水分を除去するために必要なエネルギーを削減でき、二酸化炭素を効率良く回収することができる。例えば、本実施形態に係る二酸化炭素回収システム１０によれば、二酸化炭素の回収率が約９０％となることを確認している。

また、水分の吸着容量が大きく、汎用的な水分吸着剤である活性アルミナを用いることにより、排ガスから水分を低コストで効率良く除去することができる。

また、サブリメータ３５に導入される排ガスは、ドライヤ２０，２４によって既に水分が完全に除去されているので、生成されるドライアイスも水分を含んでいない。したがって、水分を含まないドライアイスは、サブリメータ３５内の伝熱管に付着しにくくなり、伝熱効率が低下するのを抑制することができる。これにより、二酸化炭素を効率良く回収することができる。

また、一対のドライヤ２０，２４において、水分の吸着と水分吸着剤の再生とを交互に切り替えて行うことで、除湿能力を再生されたドライヤ２０又はドライヤ２４を用いて、排ガスの水分除去を連続的に行うことができ、二酸化炭素を効率良く回収することができる。

また、コンデンサ１６を設けたことにより、排ガスが含む水分を、コンデンサ１６の出口側、すなわち、ドライヤ２０，２４の入口側（上流側）で大部分除去しておくことができ、ドライヤ２０，２４で除湿する際の負荷を低減することができる。

また、熱交換器３２を設けたことにより、排ガスがサブリメータ３５に導入される前に当該排ガスの温度を低下させることができ、サブリメータ３５における冷却負荷を低減することができる。したがって、二酸化炭素を効率良く回収することができる。

なお、上記実施形態においては、二酸化炭素回収システム１０は、２つのドライヤ２０，２４を備えるものとして説明したが、これに限定されず、ボイラ１１の規模や排ガスの流量、除湿すべき水分量等に応じて３つ以上のドライヤを備えても良い。

また、上記実施形態においては、各ポイントＰ１〜Ｐ１４における熱物質収支計算結果の一例を図２に示したが、本発明に係る実施形態がこれらの数値に限定されるものではない。

１０ 二酸化炭素回収システム
１１ ボイラ
１３，１５ 熱交換器
１６ コンデンサ（凝縮器）
２０，２４ ドライヤ（除湿装置）
２１，２２，２５，２６，２７，２８，２９，３０ バルブ（流路切り替え手段）
３２ 熱交換器
３５ サブリメータ（二酸化炭素回収装置）
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４ ライン（排ガス供給経路）
Ｌ１０ａ，Ｌ１０ｂ，Ｌ１１，Ｌ１２ ライン（排ガス排出経路）

Claims (4)

1. ボイラから排出された排ガスから二酸化炭素を冷却固化して回収する二酸化炭素回収装置と、
   前記ボイラから排出された前記排ガスを前記二酸化炭素回収装置に供給する排ガス供給経路と、
   前記二酸化炭素回収装置を経た前記排ガスを大気に放出する排ガス排出経路と、
   前記排ガス供給経路に設けられ、当該排ガス供給経路を流れる前記排ガスと前記排ガス排出経路を流れる前記排ガスとを熱交換する熱交換器と、
   前記排ガス供給経路の前記熱交換器の下流側に設けられ、当該熱交換器を経た前記排ガスが含む水分を除去する複数の除湿装置と、
   を備えた排ガスからの二酸化炭素回収システムであって、
   前記除湿装置は、前記排ガスの水分を吸着すると共に、加熱されることにより吸着した水分を放出して再生する水分吸着剤を有し、
   前記水分吸着剤を加熱して再生させるために前記排ガス排出経路の前記熱交換器を経た前記排ガスを前記除湿装置に供給する再生用排ガス供給経路と、
   前記再生用排ガス供給経路から供給され前記除湿装置を経た前記排ガスを前記排ガス排出経路に戻す排ガス還流経路と、
   複数の前記除湿装置において前記水分吸着剤による前記水分の吸着と前記水分吸着剤の再生とを選択的に行うために、前記排ガス供給経路と前記再生用排ガス供給経路と前記排ガス還流経路を開閉し前記除湿装置への前記排ガスの流路を切り替える流路切り替え手段であって、複数の前記除湿装置のうち第１の除湿装置で前記水分吸着剤による前記水分の吸着を行っている状態では、前記第１の除湿装置とは異なる除湿装置で前記水分吸着剤の再生を行うように前記排ガスの流路を切り替える流路切り替え手段と、
   を更に備えることを特徴とする排ガスからの二酸化炭素回収システム。
2. 前記排ガス供給経路の前記熱交換器の下流側であって前記除湿装置の上流側に設けられ、当該熱交換器を経た前記排ガスが含む水分を凝縮させて除去する凝縮器を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の排ガスからの二酸化炭素回収システム。
3. 前記排ガス供給経路の前記除湿装置の下流側に設けられ、当該除湿装置を経た前記排ガスと、前記二酸化炭素回収装置を経た前記排ガスとを熱交換する熱交換器を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の排ガスからの二酸化炭素回収システム。
4. 前記水分吸着剤は、活性アルミナであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の排ガスからの二酸化炭素回収システム。

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