JP5140339B2 - 二酸化炭素回収システム - Google Patents

Description

本発明は、二酸化炭素を含有する排気ガスを所謂化学吸収法によって前記二酸化炭素を前記排気ガスから分離することができる二酸化炭素回収システムに関する。

従来、この種の二酸化炭素回収システムとしては、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を１４０℃以上に加熱することによって、吸収液から二酸化炭素を分離して吸収液を再生し、該分離した二酸化炭素を回収するとともに再生した吸収液を４０℃程度まで冷却することで再度二酸化炭素の吸収に利用することができる。ここで、二酸化炭素を吸収した吸収液を加熱するための熱源としては、ボイラなどが知られている。

このように、所謂化学吸収法を利用することにより、二酸化炭素が含まれた排気ガスから二酸化炭素を分離、回収することができ、二酸化炭素が分離された排気ガスはそのまま大気中へ放散することができる。当該排気ガスには、温室効果ガスと言われている二酸化炭素が含有されていないので、大気放散による地球温暖化防止に寄与することができる（下記特許文献１参照）。
特開２００６−３４２０３２号公報

しかしながら、上記従来の二酸化炭素回収システムにおいては、ボイラを稼動させるために、例えば石油などの燃料を燃焼させなければならず、当該燃焼によって新たに二酸化炭素が生成されてしまう。また、ボイラを稼動させるための費用は非常に高いため、二酸化炭素回収システム全体を稼動させるための費用が高くなるといった問題もある。

また、吸収液を大きな貯蔵タンクに貯蔵し、該吸収液を排気ガスの熱によって予熱して再生する方法も考えられる。しかしながら、この方法では、吸収液貯蔵タンクを設置するための必要スペースを大きくとるとともに、莫大な吸収液が必要となるといった問題もある。

そこで、本発明は、上記実情に鑑みてなされ、排気ガスを所謂化学吸収法で処理することで当該排気ガスから二酸化炭素を分離、回収し、二酸化炭素が吸収された吸収液を再生するに際して、その全体を稼動させるための費用を低く抑えることができるとともに、省スペース化を実現することができる二酸化炭素回収システムを提供することを課題とする。

本発明は、上記課題を解決すべくなされたものであり、本発明に係る二酸化炭素回収システムは、二酸化炭素を含有する排気ガスを、当該二酸化炭素を吸収液に吸収させることによって前記二酸化炭素を前記排気ガスから分離し、二酸化炭素を吸収した前記吸収液を加熱することにより、該吸収液から二酸化炭素を分離して吸収液を再生し、再生した吸収液を二酸化炭素の吸収に再利用するとともに、分離した二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収システムであって、前記二酸化炭素を吸収した吸収液を加熱するための熱源が、蓄熱容器に熱を蓄熱して輸送された熱を放熱することができる熱輸送システムであることを特徴とする。

該構成の二酸化炭素回収システムにあっては、前記二酸化炭素を吸収した吸収液を加熱するための熱源が蓄熱容器に蓄熱して輸送された熱を放熱することができる熱輸送システムであるので、熱輸送システムから放熱される熱を用いて吸収液を再生することができる。また、かかる熱輸送システムを稼動させるための費用はボイラを稼動させるための費用よりも低く抑えることができる。

特に、前記熱輸送システムは、外部の熱発生部において蓄熱された蓄熱剤を輸送し、該蓄熱剤に蓄熱されている熱を前記二酸化炭素を吸収した吸収液を加熱するための熱として用いるべく放熱するシステムであることが好ましく、外部の熱発生部において、余剰廃熱を有効利用することができる。尚、輸送には、車両、鉄道、船舶、航空機等を利用した陸路、海路、空路等の交通輸送が含まれる。

また、前記蓄熱剤は、エリスリトール、Ｄ−マンニトール、ガラクチトールのうち少なくとも１つを含むことが好ましい。一般に、吸収液を再生処理するに際しては、約１２０℃以上の熱を利用するのが好適であるところ、蓄熱剤としてのエリスリトール、Ｄ−マンニトール、ガラクチトールは、１２０℃以上の熱を蓄熱することができるため好ましい。

このように、本発明にかかる二酸化炭素回収システムにあっては、吸収液を再生処理するための熱源が蓄熱して輸送された熱を放熱することができる熱輸送システムであることによって、従来のように石油等の燃料を燃焼させることなく、熱輸送システムから放熱される熱を用いて吸収液を再生処理することができ、低い費用で熱輸送システムを稼動させることができる結果、当該再生処理に際して二酸化炭素が新たに生成されるのを防止することができると共にその全体を稼動させるための費用を低く抑えることができるという効果を奏する。

以下、本発明に係る二酸化炭素回収システムの一実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１に、本実施形態における二酸化炭素回収システム１が示されている。該二酸化炭素回収システム１は、二酸化炭素を含有する排気ガスから二酸化炭素を分離して吸収することができる二酸化炭素吸収システム２Ａと、該二酸化炭素吸収システム２Ａにて二酸化炭素を吸収した吸収液を加熱することによって、当該吸収液から二酸化炭素を分離して吸収液を再生処理する再生処理システム２Ｂと、前記吸収液の再生処理を行うための熱源とすべく、二酸化炭素吸収システム２Ａ及び再生処理システム２Ｂの外部で蓄熱容器に蓄熱して輸送された熱を当該再生処理システム２Ｂにて放熱することができる熱輸送システム３とを備える。

二酸化炭素吸収システム２Ａは、二酸化炭素を含有する排気ガスが供給される排気ガス供給部４と、排気ガス供給部４から供給された排気ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液にて吸収する吸収部５とを備える。また、再生処理システム２Ｂは、吸収部５にて二酸化炭素を吸収した吸収液から前記二酸化炭素を分離する再生部６と、再生部６にて分離された二酸化炭素から不純物を分離する気液分離部７と、再生部６の熱源としての熱輸送システム３を接続することができる熱交換部８を備える。

排気ガス供給部４は、例えば廃棄物焼却処理設備、製鉄所、火力発電所などから排出される排気ガスを吸収部５へ供給するものである。尚、排気ガスには、ＣＯ₂、水、ＮＯｘ、ＳＯｘ、Ｎ₂などが含まれる。

吸収部５は、排気ガス供給部４から供給される排気ガスに含まれる二酸化炭素を、吸収液にて吸収し、該吸収液を再生部６へ供給すると共に二酸化炭素が除去された排気ガスを大気中へ放出するものである。尚、吸収部５から送り出される吸収液の温度は例えば４０℃などの低温となっている。また、吸収液は、ＭＥＡ（モノエタノールアミン）、ＤＥＡ（ジエタノールアミン）等が使用される。

再生部６は、吸収部５から供給される吸収液を加熱することによって、該吸収液から前記二酸化炭素を分離するものである。具体的には、再生部６には、熱交換部８が設けられており、該熱交換部８を介して熱輸送システム３から放熱される熱を再生部６へ伝達し、当該熱によって再生部６に収容されている吸収液を例えば約１２０℃以上、好ましくは１４０℃以上の高温に加熱し、これにより、吸収液から二酸化炭素を分離する。そして、分離された二酸化炭素は気液分離部７へ供給され、二酸化炭素が除去された吸収液は高温状態で吸収部５へ供給される。

このように、本実施形態においては、吸収液は、低温状態で吸収部５から再生部６へ供給され、再生部６にて加熱されて高温状態となり、該吸収液に含まれている二酸化炭素が分離される。二酸化炭素を分離した吸収液は再び４０℃まで冷却された後、吸収部５へ供給されることによって循環している。尚、本実施形態では、吸収部５から再生部６へ吸収液（低温の吸収液）を供給するに際し、再生部６から吸収部５へ供給される吸収液（高温の吸収液）によって例えば約７０℃程度にまで加熱するようになっている。

ここで、再生部６に供給される吸収液を加熱するための熱源としての熱輸送システム３は、遠隔の熱発生部９において発生する熱を蓄熱した蓄熱容器１０を、前記再生処理システム２Ｂへ輸送して該再生処理システム２Ｂへ接続し、再生処理システム２Ｂにおける再生部６の再生処理用の熱として用いるべく前記蓄熱容器１０に蓄熱された熱を放熱するシステムである。

具体的には、熱輸送システム３は、図２に示すように、例えば製鉄所や火力発電所や廃棄物焼却設備などの熱発生部９において排出される廃熱を熱交換にて蓄熱容器１０内にある蓄熱剤１２に潜熱蓄熱し、該蓄熱容器１０を前記再生処理システム２Ｂへ輸送して前記熱交換部８に接続し、該熱交換部８と蓄熱剤１２との間で熱交換して該熱を再生処理システム２Ｂでの吸収液の再生処理に用いるべく蓄熱容器１０に蓄熱された熱を放熱するシステムである。尚、輸送には、車両、鉄道、船舶、航空機等を利用した陸路、海路、空路等の交通輸送が含まれる。

かかる熱輸送システム３における蓄熱時又は放熱時の熱交換は、熱発生部９の熱媒体又は熱交換部８の熱媒体と蓄熱剤１２とが直接接触して熱交換する所謂直接接触式の熱交換である。

具体的には、図３に示すように、蓄熱容器１０に蓄熱する場合には、固体状態の蓄熱剤１２（蓄熱されていない状態の蓄熱剤１２）が収容されている蓄熱筐体１１内に該蓄熱筐体１１の下端側から高温の熱媒体を注入する。そうすると、熱媒体と蓄熱剤１２とが直接接触し、熱媒体によって蓄熱剤１２が加熱されて液体状態となり、これにより蓄熱剤１２に潜熱蓄熱することができる。尚、蓄熱剤１２と熱交換して低温となった熱媒体は、蓄熱筐体１１の上端側から注出する。

一方、蓄熱容器１０から放熱する場合には、液体状態の蓄熱剤１２（潜熱蓄熱された状態の蓄熱剤１２）が収容されている蓄熱筐体１１内に該蓄熱筐体１１の下端側から低温の熱媒体を注入する。そうすると、熱媒体と蓄熱剤１２とが直接接触し、蓄熱剤１２によって熱媒体が加熱されて高温となる一方で、蓄熱剤１２は低温となり固体状態となる。このようにして蓄熱剤１２に蓄熱した熱を放熱することができる。尚、蓄熱剤１２と熱交換して高温となった熱媒体は、蓄熱筐体１１の上端側から注出する。

ここで、前記蓄熱剤１２は、相転移に伴って潜熱を蓄熱又は放熱することができる糖類であり、例えば、エリスリトール、Ｄ−マンニトール、ガラクチトールのうち少なくとも１つを含むものである。即ち、エリスリトール、Ｄ−マンニトール、ガラクチトールの何れか単体のみを蓄熱剤１２とすることもできるし、それぞれを混合したものを蓄熱剤１２とすることもできる。尚、熱発生部９又は熱交換部８に用いられる熱媒体としては、例えば蒸気や工業油などが挙げられる。

尚、表１として、エリスリトール、Ｄ−マンニトール、ガラクチトール、キシリトール、および酢酸ナトリウム三水和物の各々の分子式・融点（℃）・潜熱（ｋＪ／ｋｇ）・潜熱（ｋｃａｌ／ｋｇ）を比較した表を示す。

気液分離部７は、図１に示すように、再生部６から供給される二酸化炭素に含まれる吸収液を分離するものである。具体的には、再生部６にて吸収液から分離された二酸化炭素には、気化した吸収液が混在している場合があるところ、気液分離部７において再生部６から供給される二酸化炭素を冷却し、該二酸化炭素に含まれる気化した吸収液を当該二酸化炭素から分離することで、不純物が含まれていない二酸化炭素を分離回収することができる。尚、分離した吸収液は再生部６へ送られる。

以上のような構成の二酸化炭素回収システム１は、二酸化炭素が吸収されている吸収液を再生処理するための熱源が熱輸送システム３であるので、熱輸送システム３から放熱される熱を用いて吸収液を再生処理することができ、従って、石油等の燃料を燃焼させる場合のように、再生処理に際して二酸化炭素が新たに生成されることがない。

また、かかる熱輸送システム３を稼動させるための費用は、例えばボイラを稼動させる場合の費用よりも低く抑えることができので、二酸化炭素回収システム１全体を稼動させるための費用を低く抑えることができる。

また、熱輸送システム３は、外部の熱発生部９において蓄熱された蓄熱容器１０を輸送し、該蓄熱容器１０に蓄熱されている熱を前記再生処理するための熱として用いるべく放熱するシステムであるので、遠隔地において排出される廃熱を無駄なく有効利用することができる。

更に、前記蓄熱剤１２は、エリスリトール、Ｄ−マンニトール、ガラクチトールのうち少なくとも１つを含むものであるので、１２０℃以上の熱を蓄熱することができ、排気ガスを再生処理するに際して好適な熱を得ることができる。再生処理においては、１２０℃以上、好ましくは１４０℃以上の熱を長時間、安定して再生部６に供給する必要があるが、前記蓄熱剤１２を異なる種類の蓄熱剤１２で組み合わせることにより、融点の高い蓄熱剤１２が放熱によって凝固したとしても、蓄熱剤１２が有する顕熱によって、低い融点の蓄熱剤１２を保温することができ、長時間、かつ、安定した再生部６への熱供給ができる。

尚、本実施形態では、蓄熱剤１２への蓄熱時或いは蓄熱剤１２からの放熱時の熱交換が直接接触式の熱交換である場合について説明したが、これに限らず、間接接触式の熱交換であってもよい。具体的には、図４に示すように、蓄熱剤１２が収容される蓄熱筐体１１の内部を通過するようにパイプ１３を設け、該パイプ１３内を熱媒体が通過するように構成することによって熱媒体と蓄熱剤１２とが直接接触することがないようにすることもできる。但し、直接接触式の熱交換とすることによって、効率良く熱交換することができると共に構造をコンパクト化することもできる。

また、二酸化炭素吸収システム２Ａ及び再生処理システム２Ｂは、本実施形態において説明したような構成に限定されるものではなく、適宜変更可能である。

本発明に係る二酸化炭素回収システムの一実施形態を示す概略図。 同二酸化炭素回収システムの熱源としての熱輸送システムを示す概略図。 蓄熱剤への蓄熱時又は蓄熱剤からの放熱時における直接接触式の熱交換を示す概略図。 蓄熱剤への蓄熱時又は蓄熱剤からの放熱時における間接接触式の熱交換を示す概略図。

符号の説明

１…二酸化炭素回収システム、２Ａ…二酸化炭素吸収システム、２Ｂ・・・再生処理システム、３…熱輸送システム、４…排気ガス供給部、５…吸収部、６…再生部、７…気液分離部、８…熱交換部、９…熱発生部、１０…蓄熱容器、１１…蓄熱筐体、１２・・・蓄熱剤、１３…パイプ

Claims (3)

1. 二酸化炭素を含有する排気ガスを、当該二酸化炭素を吸収液に吸収させることによって前記二酸化炭素を前記排気ガスから分離し、二酸化炭素を吸収した前記吸収液を加熱することにより、該吸収液から二酸化炭素を分離して吸収液を再生し、再生した吸収液を二酸化炭素の吸収に再利用するとともに、分離した二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収システムであって、前記二酸化炭素を吸収した吸収液を加熱するための熱源が、蓄熱容器に熱を蓄熱して輸送された熱を放熱することができる熱輸送システムであることを特徴とする二酸化炭素回収システム。
2. 前記熱輸送システムは、外部の熱発生部において蓄熱された蓄熱剤を収容した蓄熱容器を輸送し、該蓄熱剤に蓄熱されている熱を前記二酸化炭素を吸収した吸収液を加熱するための熱として用いるべく放熱するシステムであることを特徴とする請求項１に記載の二酸化炭素回収システム。
3. 前記蓄熱剤は、エリスリトール、Ｄ−マンニトール、ガラクチトールのうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項２に記載の二酸化炭素回収システム。

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