JP6199254B2 - 成分移動処理方法及び成分移動処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、成分移動処理方法及び成分移動処理装置に関する。
従来、吸収液に対して対象成分を出入りさせる成分移動処理方法として、例えばガス吸収方法やガス放出方法などの液体に対してガスを出入りさせるガス移動処理方法が知られている。ガス吸収方法は、液体にガスを吸収させる方法であり、ガス放出方法は、液体からガスを放出させる方法である。そして、近年では、このようなガス吸収又はガス放出の処理をコンパクトな設備にて実現すべく、例えばマイクロチャネル装置に形成された微細流路内に液体を流してその流路内で当該液体へのガスの吸収又は当該液体からのガスの放出を行う技術が知られている（例えば、下記特許文献１参照）。
特開２０１３−２７８６７号公報
前記処理は、いずれも、液体とガスを大きな気液比で共存させなければならない場合が多い。しかし、前記微細流路内、すなわち著しく限られた空間内において液体とガスとを大きな気液比で共存させながらこれらを流すことは事実上困難である。
具体的に、ガス吸収処理では、吸収能力の大きい吸収液を用いる場合、その吸収能力をフルに活かすためには大きな気液比（例えば１０００以上）で当該吸収液と被吸収ガスの二相流（例えばスラグ流や環状流）を形成する必要があるが、微細流路内においてこのような大きな気液比で良好な二相流を形成することは困難である。よって、微細流路内で吸収能力の大きい吸収液に見合った十分な量のガスを吸収させることはできない。
また、ガス放出処理では、吸収液に吸収されたガスを流路内で十分に放出させるには当該吸収液とこの吸収液から放出されるガスとが当該流路内できわめて大きな気液比で共存できることが必要であるが、実際にはそのような共存は困難である。その結果、気液比が十分ではなく、微細流路内で放出されるガスの圧力を十分に下げることができない。よって、吸収液に吸収されたガスを微細流路内で十分に放出させることはできない。
以上のように微細流路内で吸収液とガスとを大きな気液比で共存させながらこれらを流すことができないことから、吸収液に対するガス移動を十分に進行させることができない。
また、以上のような問題は、吸収処理の一形態として吸収液に対応する抽剤に対象成分を抽出させる抽出処理を微細流路内で行う場合や、放出処理の一形態として対象成分を抽出した抽剤から対象成分を放出させる処理を微細流路内で行う場合においても同様に生じる。
この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、コンパクトな設備で成分移動処理を実施できるようにしつつ、吸収液に対する対象成分の移動を促進することが可能な成分移動処理方法及び成分移動処理装置を提供することである。
上記目的を達成するために、本発明による成分移動処理方法は、吸収液の内外に対象成分を移動させる成分移動処理方法であって、複数の微細流路を有する流路構造体と、前記複数の微細流路の出口に接続された分離部と、前記分離部と前記複数の微細流路の入口とを相互に接続する再循環ラインとを備えた処理装置を用意する装置用意工程と、前記各微細流路に吸収液を流通させながらその各微細流路内で吸収液の内外に対象成分を移動させる成分移動工程と、前記成分移動工程の後、前記各微細流路の出口から前記分離部に排出された吸収液と他の流体との混合流体から吸収液を分離する分離工程と、前記分離工程で分離した吸収液を前記分離部から前記再循環ラインを通じて前記各微細流路の入口へ戻してそれら各微細流路に導入する循環工程と、を備え、前記成分移動工程は、前記各微細流路に前記吸収液と対象成分を互いに接触した状態で流通させてその各微細流路内で吸収液に対象成分を吸収させる吸収工程であり、前記循環工程では、前記吸収工程で前記対象成分を吸収して当該対象成分の濃度が上昇した吸収液であって前記分離工程で分離したものを各微細流路の入口へ戻してそれらの各微細流路に導入し、前記吸収工程、前記分離工程及び前記循環工程を繰り返すことにより、吸収液への前記対象成分の吸収を進行させて吸収液中の前記対象成分の濃度を上昇させる。
この成分移動処理方法では、成分移動工程で吸収液の内外に対象成分を移動させる処理を流路構造体の各微細流路内で行うため、コンパクトな流路構造体で成分移動処理を行うことができる。その結果、成分移動処理をコンパクトな処理装置又は処理設備で実施できる。しかも、この成分移動処理方法では、各微細流路内で成分移動処理が行われた後の吸収液がその各微細流路から排出されて分離部での分離工程により分離され、その分離された吸収液が循環工程により各微細流路の入口へ戻されて循環される。このため、微細流路内で吸収液と対象成分とを大きな気液比で共存させながらこれらを流すことができなくても、各微細流路内で吸収液に対する成分移動処理を繰り返し行ってその吸収液に対する成分移動を促進できる。具体的には、循環工程により各微細流路に繰り返し吸収液を流通させながらその吸収液に対象成分を吸収させることができ、各微細流路内において大きな気液比で良好な二相流を形成することができなくても、吸収液への対象成分の吸収を促進できる。
また、本発明による成分移動処理方法は、吸収液の内外に対象成分を移動させる成分移動処理方法であって、複数の微細流路を有する流路構造体と、前記複数の微細流路の出口に接続された分離部と、前記分離部と前記複数の微細流路の入口とを相互に接続する再循環ラインとを備えた処理装置を用意する装置用意工程と、前記各微細流路に吸収液を流通させながらその各微細流路内で吸収液の内外に対象成分を移動させる成分移動工程と、前記成分移動工程の後、前記各微細流路の出口から前記分離部に排出された吸収液と他の流体との混合流体から吸収液を分離する分離工程と、前記分離工程で分離した吸収液を前記分離部から前記再循環ラインを通じて前記各微細流路の入口へ戻してそれら各微細流路に導入する循環工程と、を備え、前記成分移動工程は、前記各微細流路に対象成分を吸収した吸収液を流通させ、その各微細流路内で吸収液から対象成分を放出させる放出工程であり、前記循環工程では、前記放出工程で前記対象成分を放出して当該対象成分の濃度が低下した吸収液であって前記分離工程で分離したものを前記各微細流路の入口へ戻してそれらの各微細流路に導入し、前記放出工程、前記分離工程及び前記循環工程を繰り返すことにより、吸収液からの前記対象成分の放出を進行させて吸収液中の前記対象成分の濃度を低下させる。
この成分移動処理方法では、成分移動工程で吸収液の内外に対象成分を移動させる処理を流路構造体の各微細流路内で行うため、コンパクトな流路構造体で成分移動処理を行うことができる。その結果、成分移動処理をコンパクトな処理装置又は処理設備で実施できる。しかも、この成分移動処理方法では、各微細流路内で成分移動処理が行われた後の吸収液がその各微細流路から排出されて分離部での分離工程により分離され、その分離された吸収液が循環工程により各微細流路の入口へ戻されて循環される。このため、微細流路内で吸収液と対象成分とを大きな気液比で共存させながらこれらを流すことができなくても、各微細流路内で吸収液に対する成分移動処理を繰り返し行ってその吸収液に対する成分移動を促進できる。具体的には、循環工程により各微細流路に繰り返し吸収液を流通させながらその吸収液から対象成分を放出させることができ、各微細流路内において吸収液とその吸収液から放出される対象成分とが大きな気液比で共存できなくてその各微細流路内で放出成分の圧力を十分に下げることができなくても、吸収液からの対象成分の放出を促進できる。
上記成分移動処理方法において、前記装置用意工程では、前記処理装置として、第１処理ユニットと第２処理ユニットとを備え、前記第１処理ユニットは、前記複数の微細流路に相当する複数の第１微細流路を備えた前記流路構造体に相当する第１流路構造体と、前記分離部に相当する第１分離部と、前記再循環ラインに相当する第１再循環ラインとを有し、前記第２処理ユニットは、前記複数の微細流路に相当する複数の第２微細流路を備えた前記流路構造体に相当する第２流路構造体と、前記分離部に相当する第２分離部と、前記再循環ラインに相当する第２再循環ラインとを有する処理装置を用意し、前記成分移動工程は、前記各第１微細流路に吸収液と対象成分を互いに接触した状態で流通させてその各第１微細流路内で吸収液に対象成分を吸収させるとともに、前記各第２微細流路に対象成分を吸収した吸収液を流通させてその各第２微細流路内で吸収液から対象成分を放出させる第１吸放出工程と、前記各第１微細流路に対象成分を吸収した吸収液を流通させてその各第１微細流路内で吸収液から対象成分を放出させるとともに、前記各第２微細流路に吸収液と対象成分を互いに接触した状態で流通させてその各第２微細流路内で吸収液に対象成分を吸収させる第２吸放出工程とを含み、前記分離工程は、前記第１吸放出工程後、前記各第１微細流路の出口から前記第１分離部に排出された対象成分吸収後の吸収液と他の流体との混合流体から吸収液を分離するとともに、前記各第２微細流路の出口から前記第１分離部に排出された対象成分放出後の吸収液とその吸収液から放出された対象成分との混合流体から吸収液を分離する第１分離工程と、前記第２吸放出工程後、前記各第１微細流路の出口から前記第１分離部に排出された対象成分放出後の吸収液とその吸収液から放出された対象成分との混合流体から吸収液を分離するとともに、前記各第２微細流路の出口から前記第２分離部に排出された対象成分吸収後の吸収液と他の流体との混合流体から吸収液を分離する第２分離工程とを含み、前記循環工程は、前記第１分離工程において前記第１分離部で分離された吸収液を前記第１再循環ラインを通じて前記各第１微細流路の入口へ戻してそれらの各第１微細流路に導入するとともに、前記第１分離工程において前記第２分離部で分離された吸収液を前記第２再循環ラインを通じて前記各第２微細流路の入口へ戻してそれらの各第２微細流路に導入する第１循環工程と、前記第２分離工程において前記第１分離部で分離された吸収液を前記第１再循環ラインを通じて前記各第１微細流路の入口へ戻してそれらの各第１微細流路に導入するとともに、前記第２分離工程において前記第２分離部で分離された吸収液を前記第２再循環ラインを通じて前記各第２微細流路の入口へ戻してそれらの各第２微細流路に導入する第２循環工程とを含み、前記第１吸放出工程、前記第１分離工程及び前記第１循環工程において前記第１処理ユニットで対象成分を吸収した吸収液を前記第２吸放出工程において前記各第１微細流路に流通させて対象成分を放出させ、前記第１吸放出工程、前記第１分離工程及び前記第１循環工程において前記第２処理ユニットで対象成分を放出した吸収液を前記第２吸放出工程において前記各第２微細流路に流通させて対象成分を吸収させ、前記第２吸放出工程、前記第２分離工程及び前記第２循環工程において前記第１処理ユニットで対象成分を放出した吸収液を前記第１吸放出工程において前記各第１微細流路に流通させて対象成分を吸収させ、前記第２吸放出工程、前記第２分離工程及び前記第２循環工程において前記第２処理ユニットで対象成分を吸収した吸収液を前記第１吸放出工程において前記各第２微細流路に流通させて対象成分を放出させるように、前記第１吸放出工程、前記第１分離工程及び前記第１循環工程を行う期間と前記第２吸放出工程、前記第２分離工程及び前記第２循環工程を行う期間とを交互に設けてもよい。
この構成によれば、第１処理ユニットと第２処理ユニットで対象成分の吸収処理と放出処理とを並行して実施できるため、吸放出処理全体としての処理効率を向上できる。しかも、この構成では、各処理ユニットにおいて、吸収処理により吸収した対象成分の濃度が増加して吸収力の低下した吸収液を、放出処理によりその濃度を低下させて吸収力を回復させ、再び吸収処理に供することができる。このため、吸収力の低下した吸収液を吸収処理に使い続ける場合に比べて、吸収処理の効率を向上できる。
上記成分移動処理方法において、前記装置用意工程では、前記処理装置として前記再循環ラインにタンクが設けられた処理装置を用意し、前記循環工程では、前記分離工程で分離された吸収液を前記タンクで一時的に貯留しつつ、そのタンクから前記各微細流路の入口へ吸収液を戻すことが好ましい。
この構成によれば、タンクで吸収液を一時的に貯留することにより、処理装置内で循環する吸収液の保持量を増やすことができる。このため、対象成分の組成や圧力等のバリエーションに応じて適切な吸収液の循環量を設定するための余裕を持たせることができる。
上記成分移動処理方法において、前記対象成分としてＣＯ２を用い、前記吸収液として、水、アミン系溶剤、アミン系溶剤の水溶液及びイオン性液体のうちのいずれかの液体を用いてもよい。
また、本発明による成分移動処理装置は、吸収液の内外に対象成分を移動させる成分移動処理に用いる成分移動処理装置であって、吸収液を流通させながらその吸収液の内外に対象成分を移動させる複数の微細流路を有する流路構造体と、前記複数の微細流路の出口に接続され、その出口から排出された吸収液と他の流体の混合流体から吸収液を分離する分離部と、前記分離部と前記複数の微細流路の入口とを相互に接続する再循環ラインと、前記再循環ラインに設けられ、前記分離部で分離した吸収液を前記再循環ラインを通じて前記複数の微細流路の入口へ戻し、それらの各微細流路へ供給するポンプと、前記各微細流路へ対象成分を含む被処理流体を供給する供給部と、を備え、前記各微細流路は、吸収液と前記供給部から供給された被処理流体とを合流させる合流部と、当該合流部で合流した吸収液と被処理流体とを互いに接触した状態で流通させながらその吸収液に被処理流体中の対象成分を吸収させる処理を行う処理部とを有し、前記分離部は、前記各微細流路の前記処理部で前記対象成分を吸収して当該対象成分の濃度が上昇した吸収液を前記混合流体から分離し、前記再循環ラインは、前記対象成分の濃度が上昇した吸収液であって前記分離部で分離したものを前記各微細流路の入口へ導くように前記分離部と前記各微細流路の入口とを相互に接続し、前記成分移動処理装置は、前記各微細流路の前記処理部での吸収液への前記対象成分の吸収と、前記分離部での吸収液の分離と、その分離部で分離された吸収液を前記再循環ラインを通じて前記各微細流路の入口へ戻してそれらの各微細流路に流すこととを繰り返すことにより、吸収液への前記対象成分の吸収を進行させて吸収液中の前記対象成分の濃度を上昇させるように構成されている。
この成分移動処理装置では、上記成分移動処理方法と同様の理由により、コンパクトな設備で成分移動処理を実施でき且つ吸収液に対する対象成分の移動を促進できるという効果が得られる。具体的には、各微細流路に繰り返し吸収液を流通させつつ、各微細流路の合流部において吸収液と被処理流体を合流させて処理部でその吸収液に対象成分を吸収させることができるため、各微細流路の処理部内において大きな気液比で良好な二相流を形成することができなくても、吸収液への対象成分の吸収を促進できるという効果が得られる。
また、本発明による成分移動処理装置は、吸収液の内外に対象成分を移動させる成分移動処理に用いる成分移動処理装置であって、吸収液を流通させながらその吸収液の内外に対象成分を移動させる複数の微細流路を有する流路構造体と、前記複数の微細流路の出口に接続され、その出口から排出された吸収液と他の流体の混合流体から吸収液を分離する分離部と、前記分離部と前記複数の微細流路の入口とを相互に接続する再循環ラインと、前記再循環ラインに設けられ、前記分離部で分離した吸収液を前記再循環ラインを通じて前記複数の微細流路の入口へ戻し、それらの各微細流路へ供給するポンプと、を備え、前記各微細流路は、対象成分を吸収した吸収液を流通させながらその吸収液から対象成分を放出させる処理を行う処理流路であり、前記分離部は、前記各微細流路で前記対象成分を放出して当該対象成分の濃度が低下した吸収液を前記混合流体から分離し、前記再循環ラインは、前記対象成分の濃度が低下した吸収液であって前記分離部で分離したものを前記各微細流路の入口へ導くように前記分離部と前記各微細流路の入口とを相互に接続し、前記成分移動処理装置は、前記各微細流路での吸収液からの前記対象成分の放出と、前記分離部での吸収液の分離と、その分離部で分離された吸収液を前記再循環ラインを通じて前記各微細流路の入口へ戻してそれらの各微細流路に流すこととを繰り返すことにより、吸収液からの前記対象成分の放出を進行させて吸収液中の前記対象成分の濃度を低下させるように構成されている。
この成分移動処理装置では、上記成分移動処理方法と同様の理由により、コンパクトな設備で成分移動処理を実施でき且つ吸収液に対する対象成分の移動を促進できるという効果が得られる。具体的には、微細流路としての各処理流路に繰り返し吸収液を流通させつつ、その各処理流路内で吸収液から対象成分を放出させることができるため、各処理流路内において吸収液とその吸収液から放出される対象成分とが大きな気液比で共存できなくてその各処理流路内で放出成分の圧力を十分に下げることができなくても、吸収液からの対象成分の放出を促進できるという効果が得られる。
上記成分移動処理装置において、前記複数の微細流路に相当する複数の第１微細流路を備えた前記流路構造体に相当する第１流路構造体、前記分離部に相当する第１分離部、前記再循環ラインに相当する第１循環ライン及び前記ポンプに相当する第１ポンプを備えた第１処理ユニットと、前記複数の微細流路に相当する複数の第２微細流路を備えた前記流路構造体に相当する第２流路構造体、前記分離部に相当する第２分離部、前記再循環ラインに相当する第２循環ライン及び前記ポンプに相当する第２ポンプを備えた第２処理ユニットと、前記複数の第１微細流路の入口に繋がる第１被処理流体供給ラインと、前記複数の第２微細流路の入口に繋がる第２被処理流体供給ラインと、前記第１被処理流体供給ラインを通じて前記各第１微細流路へ被処理流体を供給するとともに前記第２被処理流体供給ラインを通じた前記各第２微細流路への被処理流体の供給を停止する状態と、前記第１被処理流体供給ラインを通じた前記各第１微細流路への被処理流体の供給を停止するとともに前記第２被処理流体供給ラインを通じて前記各第２微細流路へ被処理流体を供給する状態とを切り替える切替装置とを備えていてもよい。
この構成によれば、第１処理ユニットと第２処理ユニットで吸収処理と放出処理とを並行して実施できる。このため、吸放出処理全体としての処理効率を向上できる。しかも、切替装置による前記状態の切り替えにより、各処理ユニットにおいて、被処理流体が供給されてその被処理流体から吸収液への対象成分の吸収処理を吸収液を循環させながら行う期間と、被処理流体の供給が停止されて吸収液のみを循環させながらその吸収液からの対象成分の放出処理を行う期間とを交互に設けることができる。このため、吸収処理により吸収した対象成分の濃度が上昇して吸収力の低下した吸収液を、放出処理によりその濃度を低下させて吸収力を回復させ、再び吸収処理に供することができる。このため、吸収処理の効率を向上できる。
上記成分移動処理装置において、前記再循環ラインのうち前記分離部と前記ポンプとの間に設けられ、前記再循環ラインに流れる吸収液を一時的に貯留するタンクをさらに備えることが好ましい。
この構成によれば、タンクで吸収液を一時的に貯留することにより、処理装置内で循環する吸収液の保持量を増やすことができる。このため、対象成分の組成や圧力等のバリエーションに応じて適切な吸収液の循環量を設定するための余裕を持たせることができる。
以上説明したように、本発明によれば、コンパクトな設備で成分移動処理を実施できるとともに、吸収液に対する対象成分の移動を促進できる。
本発明の一実施形態によるガス移動処理方法で用いるガス移動処理装置の構成を概略的に示す模式図である。 第１処理ユニットの第１流路構造体及びそれに取り付けられた各ヘッダの構成と、第２処理ユニットの第２流路構造体及びそれに取り付けられた各ヘッダの構成を示す斜視図である。 図２に示した流路構造体を構成する処理流路基板の一方の板面を示す平面図である。 図３に示した処理流路基板の他方の板面を示す平面図である。 図３に示した流路構造体を構成する温調基板の平面図である。 ガス吸収処理を行った処理後ガス中の対象成分の濃度の経時変化を示す図である。 本発明の第１変形例によるガス吸収処理用の処理装置の構成を概略的に示す模式図である。 本発明の第２変形例によるガス放出処理用の処理装置の構成を概略的に示す模式図である。 本発明の第３変形例によるガス吸収処理用の処理装置の構成を概略的に示す模式図である。 本発明の第４変形例によるガス放出処理用の処理装置の構成を概略的に示す模式図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
本発明の一実施形態によるガス移動処理方法は、図１に示すガス移動処理装置１を用いて実施される。ガス移動処理装置１は、本発明における処理装置及び成分移動処理装置の一例である。以下、ガス移動処理装置１を、単に処理装置１という。本実施形態によるガス移動処理方法は、吸収液外から吸収液内へのガスの移動、すなわち吸収液へのガス吸収と、吸収液内から吸収液外へのガスの移動、すなわち吸収液からのガス放出とを並行して実施するものである。
まず、本実施形態のガス移動処理方法で用いる処理装置１の構成について説明する。
処理装置１は、図１に示すように、第１処理ユニット２と、第２処理ユニット４と、ガス送出装置５と、第１供給バルブ６と、第１処理後ガス排出バルブ８と、第１放出ガス排出バルブ１０と、第２供給バルブ１２と、第２処理後ガス排出バルブ１４と、第２放出ガス排出バルブ１６とを備える。
第１処理ユニット２及び第２処理ユニット４は、それぞれ、ガス吸収処理とガス放出処理のいずれも実施可能に構成されている。すなわち、各処理ユニット２，４は、ガス吸収処理を実施する状態とガス放出処理が実施される状態とに切り替えられるように構成されている。また、処理装置１は、第１処理ユニット２と第２処理ユニット４のうちの一方でガス吸収処理が行われる場合には、他方で並行してガス放出処理を行うようになっている。
第１処理ユニット２は、図１に示すように、第１流路構造体２０と、第１ガス供給ヘッダ２１と、第１吸収液供給ヘッダ２２と、第１分離ヘッダ２３と、第１温調供給ヘッダ２４と、第１温調排出ヘッダ２５と、第１再循環ライン２６と、第１循環ポンプ２７と、第１タンク２８とを有する。
第１流路構造体２０は、吸収液を流通させながらその吸収液に対するガス移動処理を行うための多数の第１処理流路３１（図３参照）と、第１処理流路３１を流れる吸収液のガス移動処理時の温度を調節するための温調流体を流す多数の第１温調流路３２（図５参照）とを内部に有する。前記ガス移動処理の具体例は、ガス吸収処理又はガス放出処理である。また、第１流路構造体２０は、本発明における流路構造体の一例である。第１処理流路３１及び第１温調流路３２は、微細な流路径を有する微細流路（マイクロチャネル）である。第１処理流路３１は、本発明における第１微細流路及び微細流路の一例である。
第１流路構造体２０は、図２に示すように、積層されて互いに接合された多数の基板３４からなる積層体である。前記多数の基板３４には、複数の処理流路基板３４ａと、複数の温調基板３４ｂと、複数の封止板３４ｃとが含まれている。第１流路構造体２０では、処理流路基板３４ａと温調基板３４ｂとがそれらの間に封止板３４ｃを挟みながら交互に繰り返し積層されている。
各処理流路基板３４ａの一方の板面には、図３に示すように複数の溝３６が形成されている。また、各処理流路基板３４ａの他方の板面、すなわち前記一方の板面と反対の板面には、図４に示すように、一方の板面の複数の溝３６に対応する複数の溝３８が形成されている。各溝３８の終端の位置には、処理流路基板３４ａを厚み方向に貫通し、前記一方の面側の対応する溝３６と繋がる貫通孔３９が設けられている。そして、各処理流路基板３４ａの一方の板面に形成された各溝３６の開口がその一方の板面に積層された封止板３４ｃ（図２参照）によって封止されるとともに、他方の板面に形成された各溝３８の開口がその他方の板面に積層された別の封止板３４ｃ（図２参照）によって封止されることにより、複数の第１処理流路３１が形成されている。
各第１処理流路３１のうち前記溝３６の始端に相当する部分がガスの入口３１ａ（図３参照）になっている。また、各第１処理流路３１のうち前記溝３８の始端に相当する部分が吸収液の入口３１ｂ（図４参照）になっている。また、各第１処理流路３１のうち前記溝３６の終端に相当する部分がその第１処理流路３１の出口３１ｃ（図３参照）になっている。また、各第１処理流路３１のうち前記貫通孔３９に相当する部分が、ガス吸収処理が行われるときにガスと吸収液とを合流させる合流部３１ｄになっている。また、各第１処理流路３１のうち合流部３１ｄから出口３１ｃまでの部分が、ガス吸収処理が行われるときに合流した吸収液とガスとを互いに接触した状態で流通させながらその吸収液にガスを吸収させる処理部３１ｅになっている。
また、第１処理ユニット２でガス放出処理が行われるときには、各第１処理流路３１のうち吸収液の入口３１ｂから合流部３１ｄ及び処理部３１ｅを経て出口３１ｃに至る部分が、ガスを吸収した吸収液を流通させながらその吸収液からガスを放出させる処理を行う処理流路となる。
各温調基板３４ｂの一方の板面には、図５に示すように複数の溝４２が形成されている。各温調基板３４ｂの一方の板面に形成された各溝４２の開口がその一方の板面に積層された封止板３４ｃ（図２参照）によって封止されることにより、複数の第１温調流路３２が形成されている。
各第１温調流路３２のうち温調基板３４ｂの外縁の一辺に配置された一端がその第１温調流路３２の入口３２ａになっている。また、各第１温調流路３２のうち前記一端の反対側の端部がその第１温調流路３２の出口３２ｂになっている。
第１ガス供給ヘッダ２１（図２参照）は、各第１処理流路３１（図３参照）にガスを分配して供給するためのものである。第１ガス供給ヘッダ２１は、第１流路構造体２０のうち第１処理流路３１のガスの入口３１ａが設けられた側面に、全ての第１処理流路３１のガスの入口３１ａを全体的に覆うように取り付けられている。
第１ガス供給ヘッダ２１には、第１ガス供給ライン５１（図１参照）が接続されている。その第１ガス供給ライン５１には、第１供給バルブ６が設けられている。第１ガス供給ライン５１には、吸収処理に供する被吸収ガスを送出するガス送出装置５が接続されている。ガス送出装置５は、例えば圧縮機又はブロワである。第１供給バルブ６の開閉により、ガス送出装置５から送出された被吸収ガスが第１ガス供給ライン５１及び第１ガス供給ヘッダ２１を通じて第１処理流路３１へ供給される状態とその供給が停止される状態とが切り替えられるようになっている。なお、被吸収ガスは、本発明における被処理流体の一例である。
第１吸収液供給ヘッダ２２（図２参照）は、各第１処理流路３１（図３参照）に吸収液を分配して供給するためのものである。第１吸収液供給ヘッダ２２は、第１流路構造体２０のうち第１処理流路３１の吸収液の入口３１ｂが設けられた側面に、全ての第１処理流路３１の吸収液の入口３１ｂを全体的に覆うように取り付けられている。
第１分離ヘッダ２３（図２参照）は、その内部に各第１処理流路３１の出口３１ｃ（図３参照）から処理後の吸収液とガスとの混合流体が排出されるものである。第１分離ヘッダ２３は、その内部に排出された混合流体を静置して比重差により気液分離する。この第１分離ヘッダ２３は、本発明における分離部及び第１分離部の一例である。第１分離ヘッダ２３は、第１流路構造体２０のうち第１処理流路３１の出口３１ｃが設けられた側面に、全ての第１処理流路３１の出口３１ｃを全体的に覆うように取り付けられている。
第１分離ヘッダ２３において気液分離した吸収液が溜まる当該第１分離ヘッダ２３の下部には、第１再循環ライン２６（図１参照）の上流側の端部が接続されている。第１再循環ライン２６は、本発明における再循環ラインの一例である。第１再循環ライン２６の下流側の端部は、前記第１吸収液供給ヘッダ２２に接続されている。第１再循環ライン２６は、第１分離ヘッダ２３で分離した吸収液を第１吸収液供給ヘッダ２２へ導くものである。
第１再循環ライン２６には、吸収液を一時的に貯留する第１タンク２８（図１参照）が設けられている。第１タンク２８は、本発明におけるタンクの一例である。また、第１再循環ライン２６のうち第１タンク２８の下流側の位置に第１循環ポンプ２７が設けられている。第１循環ポンプ２７により、第１タンク２８から吸収液が吸い出されるとともに、その吸収液が第１吸収液供給ヘッダ２２へ送られ、各第１処理流路３１を通って第１分離ヘッダ２３へ排出され、第１分離ヘッダ２３から第１タンク２８へ送られるという吸収液の循環が行われるようになっている。
第１分離ヘッダ２３において気液分離したガスが溜まる当該第１分離ヘッダ２３の上部には、図１に示すように、第１処理後ガス排出ライン５２と第１放出ガス排出ライン５３が接続されている。第１処理後ガス排出ライン５２は、第１処理流路３１で吸収液へのガス吸収処理が行われる場合に第１分離ヘッダ２３に導入されて気液分離した吸収処理後の残りのガスを第１分離ヘッダ２３から排出するものである。以下、吸収処理後の残りのガスのことを処理後ガスという。第１放出ガス排出ライン５３は、第１処理流路３１で吸収液からのガス放出処理が行われる場合に第１分離ヘッダ２３で気液分離した放出ガスを第１分離ヘッダ２３から排出するものである。
第１処理後ガス排出ライン５２には、第１処理後ガス排出バルブ８が設けられている。第１処理後ガス排出バルブ８の開閉により、第１分離ヘッダ２３から第１処理後ガス排出ライン５２を通じた処理後ガスの排出と排出停止とが切り替えられるようになっている。
また、第１放出ガス排出ライン５３には、第１放出ガス排出バルブ１０が設けられている。第１放出ガス排出バルブ１０の開閉により、第１分離ヘッダ２３から第１放出ガス排出ライン５３を通じた放出ガスの排出と排出停止とが切り替えられるようになっている。
第１温調供給ヘッダ２４（図２参照）は、各第１温調流路３２（図５参照）に温調流体を分配して供給するためのものである。第１温調供給ヘッダ２４は、第１流路構造体２０のうち第１温調流路３２の入口３２ａが設けられた側面に、全ての第１温調流路３２の入口３２ａを全体的に覆うように取り付けられている。第１温調供給ヘッダ２４には、第１温調供給ライン５４（図１参照）が接続されている。その第１温調供給ライン５４を通じて温調流体が供給される。
第１温調排出ヘッダ２５（図２参照）は、その内部に各第１温調流路３２の出口３２ｂ（図５参照）から温調流体が排出されるものである。第１温調排出ヘッダ２５は、第１流路構造体２０のうち第１温調流路３２の出口３２ｂが設けられた側面に、全ての第１温調流路３２の出口３２ｂを全体的に覆うように取り付けられている。第１温調排出ヘッダ２５には、第１温調排出ライン５５（図１参照）が接続されている。第１温調排出ヘッダ２５からこの第１温調排出ライン５５を通じて温調流体が排出される。
第２処理ユニット４（図１参照）は、第１処理ユニット２と同一の構成を備える。第２処理ユニット４は、図１に示すように、第２流路構造体４０と、第２ガス供給ヘッダ４１と、第２吸収液供給ヘッダ４２と、第２分離ヘッダ４３と、第２温調供給ヘッダ４４と、第２温調排出ヘッダ４５と、第２再循環ライン４６と、第２循環ポンプ４７と、第２タンク４８とを有する。第２流路構造体４０、第２ガス供給ヘッダ４１、第２吸収液供給ヘッダ４２、第２分離ヘッダ４３、第２温調供給ヘッダ４４、第２温調排出ヘッダ４５、第２再循環ライン４６、第２循環ポンプ４７及び第２タンク４８の構成は、第１流路構造体２０、第１ガス供給ヘッダ２１、第１吸収液供給ヘッダ２２、第１分離ヘッダ２３、第１温調供給ヘッダ２４、第１温調排出ヘッダ２５、第１再循環ライン２６、第１循環ポンプ２７及び第１タンク２８の対応するものの構成と同じである。なお、第２流路構造体４０は、本発明のおける流路構造体の一例である。また、第２分離ヘッダ４３は、本発明における分離部及び第２分離部の一例である。また、第２再循環ライン４６は、本発明における再循環ラインの一例である。第２タンク４８は、本発明におけるタンクの一例である。
第２流路構造体４０の内部構造は、第１流路構造体２０の内部構造と同じである。すなわち、第２流路構造体４０は、第１処理流路３１と同様の多数の第２処理流路６１（図３参照）と、第１温調流路３２と同様の多数の第２温調流路６２（図５参照）とを内部に有する。第２処理流路６１は、本発明における微細流路及び第２微細流路の一例である。
各第２処理流路６１は、第１処理流路３１のガスの入口３１ａ、吸収液の入口３１ｂ、出口３１ｃ、合流部３１ｄ及び処理部３１ｅと同様に形成されたガスの入口６１ａ、吸収液の入口６１ｂ、出口６１ｃ、合流部６１ｄ及び処理部６１ｅを有する。
第２ガス供給ヘッダ４１には、第２ガス供給ライン７１（図１参照）が接続されている。その第２ガス供給ライン７１に第２供給バルブ１２が設けられている。第２ガス供給ライン７１は、第１ガス供給ライン５１と同様のものである。第２供給バルブ１２は、第１供給バルブ６と同様のものである。第２ガス供給ライン７１には、ガス送出装置５が接続されている。
第２供給バルブ１２の開閉により、ガス送出装置５から送出された被吸収ガスが第２ガス供給ライン７１及び第２ガス供給ヘッダ４１を通じて第２処理流路６１へ供給される状態とその供給が停止される状態とが切り替えられるようになっている。この第２供給バルブ１２と前記第１供給バルブ６によって、本発明の切替装置の一例が構成されている。
第２分離ヘッダ４３のうち気液分離したガスが溜まる部分（上部）には、図１に示すように、第２処理後ガス排出ライン７２と第２放出ガス排出ライン７３が接続されている。第２処理後ガス排出ライン７２は、第１処理後ガス排出ライン５２と同様のものであり、第２放出ガス排出ライン７３は、第１放出ガス排出ライン５３と同様のものである。第２処理後ガス排出ライン７２には、第１処理後ガス排出バルブ８と同様の第２処理後ガス排出バルブ１４が設けられている。第２放出ガス排出ライン７３には、第１放出ガス排出バルブ１０と同様の第２放出ガス排出バルブ１６が設けられている。
第２温調供給ヘッダ４４には、第１温調供給ライン５４と同様の第２温調供給ライン７４が接続されている。また、第２温調排出ヘッダ４５には、第１温調排出ライン５５と同様の第２温調排出ライン７５が接続されている。
次に、本実施形態によるガス移動処理方法について説明する。
本実施形態によるガス移動処理方法では、第１処理ユニット２と第２処理ユニット４のうちの一方の処理ユニットで吸収液へのガス吸収処理を実施しながら、並行して他方の処理ユニットで吸収液からのガス放出処理を実施する。そして、所定時間経過毎に両処理ユニット２，４で実施する処理を互いに入れ替える。
ガス吸収処理に供する被吸収ガスとして、吸収対象の特定成分であるＣＯ２を含有する混合ガスを用いる。すなわち、ＣＯ２が吸収処理の対象成分である。また、吸収液として、被吸収ガスからＣＯ２のみを吸収する性質を持つものを用いる。具体的には、吸収液として、水、アミン系溶剤、アミン系溶剤の水溶液及びイオン性液体のうちのいずれかの液体を用いる。また、ガス放出処理では、その処理対象の吸収液としてＣＯ２を吸収した前記いずれかの液体を用いる。そして、ガス放出処理では、その吸収液から放出ガスとしてＣＯ２ガスを放出させる。以下、本実施形態のガス移動処理方法について具体的に説明する。
まず、第１処理ユニット２（図１参照）ではガス吸収処理を実施し、第２処理ユニット４ではガス放出処理を実施するものとする。この場合、第１供給バルブ６を開状態にするとともに、第２供給バルブ１２を閉状態にする。これにより、第１ガス供給ライン５１及び第１ガス供給ヘッダ２１を通じて第１流路構造体２０内の各第１処理流路３１（図３参照）へ被吸収ガスが導入される一方、第２流路構造体４０内の各第２処理流路６１へは被吸収ガスが導入されない。また、この場合、第１処理後ガス排出バルブ８（図１参照）を開状態にするとともに、第１放出ガス排出バルブ１０を閉状態にする。また、第２処理後ガス排出バルブ１４を閉状態にするとともに、第２放出ガス排出バルブ１６を開状態にする。
第１タンク２８には吸収処理に未使用の吸収液が貯留されている。第１循環ポンプ２７が、その第１タンク２８から吸収液を吸出して第１吸収液供給ヘッダ２２へ送る。第１吸収液供給ヘッダ２２へ送られた吸収液は、第１流路構造体２０内の各第１処理流路３１（図３参照）へ導入される。各第１処理流路３１に導入された吸収液は、対応する各合流部３１ｄで混合ガスと合流し、その混合ガスと接触した状態で処理部３１ｅを下流側へ流れる。例えば、吸収液と混合ガスは、スラグ流又は環状流などの二相流の状態で処理部３１ｅを下流側へ流れる。この各第１処理流路３１の処理部３１ｅを流れる過程において、被吸収ガス中のＣＯ２ガスが吸収液へ吸収される。
吸収液へのＣＯ２ガスの吸収は発熱反応であるため、各第１処理流路３１内でのガス吸収によって生じた熱により吸収液が昇温する。そこで、冷媒として用いる低温の温調流体が、第１温調供給ヘッダ２４（図１参照）を通じて第１流路構造体２０内の各第１温調流路３２（図５参照）へ導入され、その各第１温調流路３２を流れる過程で除熱する。これにより、各第１処理流路３１の処理部３１ｅ（図３参照）を流れる吸収液の昇温が抑制される。
各第１処理流路３１内でＣＯ２ガスを吸収した吸収液とその吸収液にＣＯ２ガスを吸収された後の処理後ガスは、各第１処理流路３１の出口３１ｃから第１分離ヘッダ２３内へ排出される。第１分離ヘッダ２３内に排出された吸収液と処理後ガスの混合流体は、第１分離ヘッダ２３内においてある程度静置され、比重差により気液分離する。
第１分離ヘッダ２３内で分離した処理後ガスは、第１処理後ガス排出バルブ８（図１参照）が開状態で且つ第１放出ガス排出バルブ１０が閉状態であることから、第１分離ヘッダ２３から第１処理後ガス排出ライン５２を通じて排出される。
第１分離ヘッダ２３内で分離した吸収液は、第１再循環ライン２６へ排出されて第１タンク２８に導入される。第１タンク２８に導入された吸収液は、その第１タンク２８内で一時的に貯留され、その後、第１再循環ライン２６を通じて第１循環ポンプ２７により第１吸収液供給ヘッダ２２へ送られる。それにより、この吸収液は、各第１処理流路３１（図３参照）へ再供給される。
以上のように、吸収液は、各第１処理流路３１内を流れてガス吸収を行いつつ、その各第１処理流路３１から第１分離ヘッダ２３、第１再循環ライン２６及び第１吸収液供給ヘッダ２２を経て循環する。この循環を繰り返すことにより、各第１処理流路３１での吸収液へのガス吸収が進行し、吸収液中の対象成分であるＣＯ２の濃度が上昇する。
一方、第２処理ユニット４（図１参照）では、対象成分であるＣＯ２の濃度の高い吸収液が第２タンク４８に貯留されている。第２循環ポンプ４７が、その第２タンク４８から吸収液を吸出して第２吸収液供給ヘッダ４２へ送る。第２吸収液供給ヘッダ４２へ送られた吸収液は、第２流路構造体４０内の各第２処理流路６１（図３参照）へ導入される。各第２処理流路６１に導入された吸収液は、その流路を下流側へ流れながらＣＯ２ガスを放出する。
吸収液からのＣＯ２ガスの放出は吸熱反応である。このため、熱媒体として用いる高温の温調流体が第２温調供給ヘッダ４４（図１参照）を通じて第１流路構造体４０内の各第２温調流路６２（図５参照）へ導入される。そして、この温調流体が、各第２温調流路６２を流れる過程において、ガス放出のための反応熱を供給して各第２処理流路６１内でのガス放出を促進する。
各第２処理流路６１（図３参照）内でＣＯ２ガスを放出した吸収液とその吸収液から放出されたＣＯ２ガスは、各第２処理流路６１の出口６１ｃから第２分離ヘッダ４３内へ排出される。以下、場合により、吸収液から放出されたＣＯ２ガスを「放出ガス」という。第２分離ヘッダ４３内に排出された吸収液と放出されたＣＯ２ガスの混合流体は、第２分離ヘッダ４３内においてある程度静置され、比重差により気液分離する。
第２分離ヘッダ４３内で分離した放出ガスは、第２処理後ガス排出バルブ１４（図１参照）が閉状態で且つ第２放出ガス排出バルブ１６が開状態であることから、第２分離ヘッダ４３から第２放出ガス排出ライン７３を通じて排出される。
第２分離ヘッダ４３内で分離した吸収液は、第２再循環ライン４６へ排出されて第２タンク４８に導入される。第２タンク４８に導入された吸収液は、その第２タンク４８内で一時的に貯留され、その後、第２再循環ライン４６を通じて第２循環ポンプ４７により第２吸収液供給ヘッダ４２へ送られる。それにより、この吸収液は、各第２処理流路６１へ再供給される。
以上のように、吸収液は、各第２処理流路６１内を流れてガス放出を行いつつ、その各第２処理流路６１から第２分離ヘッダ４３、第２再循環ライン４６及び第２吸収液供給ヘッダ４２を経て循環する。この循環を繰り返すことにより、各第２処理流路６１内での吸収液からのガス放出が進行し、吸収液中の対象成分であるＣＯ２の濃度が低下する。
そして、以上のように第１処理ユニット２でガス吸収処理が行われるとともに第２処理ユニット４でガス放出処理が行われる状態が所定時間経過後、それらの処理ユニット２，４で行う処理を互いに入れ替える。
具体的には、第１供給バルブ６（図１参照）を閉状態に切り替えるとともに、第２供給バルブ１２を開状態に切り替える。また、第１処理後ガス排出バルブ８を閉状態に切り替えるとともに、第１放出ガス排出バルブ１０を開状態に切り替える。また、第２処理後ガス排出バルブ１４を開状態に切り替えるとともに、第２放出ガス排出バルブ１６を閉状態に切り替える。
これにより、第１処理ユニット２に被吸収ガスが供給されなくなる一方、第２処理ユニット４に被吸収ガスが供給されるようになる。その結果、第１処理ユニット２では、第１タンク２８に貯留されたＣＯ２を吸収した吸収液が循環し、上記の第２処理ユニット４で実施されていたガス放出処理と同様のガス放出処理が実施される。一方、第２処理ユニット２では、第２タンク４８に貯留されたＣＯ２濃度の低下した吸収液が循環しつつ、上記の第１処理ユニット２で実施されていたガス吸収処理と同様のガス吸収処理が実施される。第１処理ユニット２でガス放出処理が行われる結果、第１分離ヘッダ２３で気液分離した放出ガスが第１放出ガス排出ライン５３を通じて排出される。また、第２処理ユニット４でガス吸収処理が行われる結果、第２分離ヘッダ４３で気液分離した処理後ガスが第２処理後ガス排出ライン７２を通じて排出される。
第１及び第２処理ユニット２，４間で実施する処理を入れ替えるタイミングの基準となる所定時間は、例えば、吸収の対象成分が処理後ガスに残存するようになってその処理後ガス中の対象成分の濃度が、ガス供給ライン５１，７１から処理ユニットに供給される被吸収ガス中のＣＯ２濃度の１０％に達する時間に設定する。
具体的に、処理後ガス中の対象成分の濃度は、図６に示すように経時変化する。この図６から判るように、ガス吸収処理が開始されてからある時間までは、処理後ガス中の対象成分の濃度は、ほぼ０である。すなわち、この時間までは、吸収液中の対象成分の濃度があまり高くなっておらず、吸収液が高い吸収力を保持している。このため、この時間までは、処理ユニットに供給される被吸収ガス中の対象成分が吸収処理によって吸収液にほぼ全量吸収される。そして、この時間を過ぎると、吸収液中の対象成分の濃度の上昇に伴って吸収液の吸収力が低下する。その結果、処理後ガス中に対象成分が残存するようになる。このまま吸収処理を継続すると、最終的には、吸収液が対象成分を全く吸収できなくなる。その結果、処理後ガス中に残存する対象成分の濃度が処理ユニットに供給される被吸収ガス中の対象成分の濃度Ｃ０に等しい濃度に達する。
そこで、処理後ガス中の対象成分の濃度が被吸収ガス中の対象成分の濃度Ｃ０の１０％に相当する濃度ＣＥに達する経過時間τＥを予め実験又はシミュレーションにより導出しておく。そして、その経過時間τＥ毎に両処理ユニット２，４で実施する処理を互いに繰り返し入れ替える。その結果、ガス吸収処理によって対象成分の濃度が上昇した吸収液は、その後のガス放出処理により対象成分を放出して高い吸収力を持つ状態に回復し、その後、再びガス吸収処理に供されるといった現象が繰り返し生じる。
本実施形態によるガス移動処理方法は、以上のようにして行われる。
本実施形態では、ガス吸収処理及びガス放出処理を各流路構造体２０，４０の各処理流路３１，６１内で行うため、コンパクトな流路構造体２０，４０でそれらの処理を行うことができる。その結果、それらの処理をコンパクトな処理装置１で実施できる。しかも、各処理流路３１，６１内では、単位体積当たりでの吸収液とガスとの接触面積が大きくなるため、ガス吸収の処理効率を高めることができる。
さらに、本実施形態では、各処理流路３１，５１内でガス吸収処理又はガス放出処理が行われた後の吸収液が、その各処理流路３１，５１から排出されて対応する分離ヘッダ２３，４３での分離工程により気液分離される。分離した吸収液は、循環工程により各処理流路３１，５１の入口３１ｂ，６１ｂへ戻されて循環される。
ガス吸収処理では、吸収能力の大きい吸収液を用いる場合、その吸収能力をフルに活かすためには例えば１０００以上の大きな気液比で当該吸収液と被吸収ガスの二相流を形成する必要がある。前記二相流は、例えばスラグ流や環状流である。しかし、微細流路内のように著しく限られた空間内において吸収液と被吸収ガスとをこのような大きな気液比で共存させながら良好な二相流を形成することは困難である。従って、微細流路に吸収液を一度流通させるだけのガス吸収処理では、吸収能力の大きい吸収液に見合った十分な量のガスを吸収させることはできない。
また、ガス放出処理では、吸収液に吸収された対象成分のガスを微細流路内で十分に放出させるには当該吸収液とこの吸収液から放出される放出ガスとが当該微細流路内できわめて大きな気液比で共存できることが必要である。しかし、微細流路内は著しく限られた空間であるから、実際にはそのような共存は困難である。その結果、気液比が十分ではなく、微細流路内で放出されるガスの圧力を十分に下げることができない。そのため、吸収液に吸収された対象成分のガスを微細流路内で十分に放出させることはできない。
以上のような微細流路内でガス吸収処理又はガス放出処理を行うことに起因する問題に対する対策として、本実施形態では、上記のように吸収液を循環させることにより各処理流路３１，５１に繰り返し吸収液を流通させて繰り返しガス吸収処理又はガス放出処理を行う。これにより、ガス吸収処理では、各処理流路３１，５１内において大きな気液比で良好な二相流を形成することができなくても、各処理流路３１，５１内で吸収液へのガス吸収が繰り返し行われて吸収液へのガス吸収を促進できる。また、ガス放出処理では、各処理流路３１，５１内において吸収液とその吸収液から放出されるガスとが大きな気液比で共存できないことによりその各処理流路３１，５１内で放出ガスの圧力を十分に下げることができなくても、各処理流路３１，５１内で吸収液からのガス放出が繰り返し行われることにより吸収液からのガス放出を促進できる。
また、本実施形態では、第１処理ユニット２と第２処理ユニット４でガス吸収処理とガス放出処理とを並行して実施できる。このため、吸放出処理全体としての処理効率を向上できる。
しかも、本実施形態では、各処理ユニット２，４において、ガス吸収処理により吸収したガスの濃度が増加して吸収力の低下した吸収液を、ガス放出処理によりその濃度を低下させて吸収力を回復させ、再びガス吸収処理に供することができる。このため、吸収力の低下した吸収液をガス吸収処理に使い続ける場合に比べて、ガス吸収処理の効率を向上できる。
また、本実施形態では、各再循環ライン２６，４６に設けられた各タンク２８，４８で吸収液を一時的に貯留する。このため、各処理ユニット２，４内で循環する吸収液の保持量を増やすことができる。このため、ガスの組成や圧力等のバリエーションに応じて適切な吸収液の循環量を設定するための余裕を持たせることができる。
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、また、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含む。
処理装置は、必ずしも第１処理ユニットと第２処理ユニットを備えていなくてもよい。例えば、図７〜図１０に示す各変形例のように、処理装置１は、単一の処理ユニット７６を備えていてもよい。これらの変形例では、単一の処理ユニット７６においてガス吸収処理とガス放出処理のうちのいずれか一方のみを実施する。
図７に示す第１変形例による処理装置１は、ガス吸収処理用に構成されている。この第１変形例による処理装置１の処理ユニット７６は、流路構造体７７と、ガス供給ヘッダ７８と、吸収液供給ヘッダ７９と、分離ヘッダ８０と、温調供給ヘッダ８１と、温調排出ヘッダ８２と、再循環ライン８３と、循環ポンプ８４とを備えている。流路構造体７７、ガス供給ヘッダ７８、吸収液供給ヘッダ７９、分離ヘッダ８０、温調供給ヘッダ８１、温調排出ヘッダ８２、再循環ライン８３及び循環ポンプ８４の構成は、上記実施形態における第１流路構造体２０、第１ガス供給ヘッダ２１、第１吸収液供給ヘッダ２２、第１分離ヘッダ２３、第１温調供給ヘッダ２４、第１温調排出ヘッダ２５、第１再循環ライン２６及び第１循環ポンプ２７の構成と同様である。ただし、この処理ユニット７６では、吸収液を貯留するタンクが再循環ライン８３に設けられていない。
ガス供給ヘッダ７８には、ガス供給ライン８５が接続されている。そのガス供給ライン８５にガス送出装置８６が設けられている。ガス供給ライン８５及びガス送出装置８６は、上記実施形態における第１ガス供給ライン５１及びガス送出装置５と同様のものである。
また、吸収液供給ヘッダ７９には、吸収液供給ライン８７が接続されている。その吸収液供給ライン８７に吸収液供給ポンプ８８が設けられている。吸収液供給ポンプ８８は、送液ポンプである。吸収液供給ポンプ８８は、処理開始後の一定期間に吸収液供給ライン８７を通じて吸収液供給ヘッダ７９へ吸収液を供給する。その後は、循環ポンプ８４により処理ユニット７６内で吸収液が循環され、上記実施形態でのガス吸収処理と同様のガス吸収処理が行われる。
分離ヘッダ８０には、処理後ガス排出ライン８９が接続されている。分離ヘッダ８０は、本発明における分離部の一例である。処理後ガス排出ライン８９は、上記実施形態における第１処理後ガス排出ライン５２と同様のものである。また、分離ヘッダ８０の下部には、吸収液を排出するための吸収液排出ライン９０が接続されている。この吸収液排出ライン９０には、吸収液排出バルブ９１が設けられている。ガス吸収処理中は、吸収液排出バルブ９１は閉状態にしておく。そして、処理ユニット７６の系内から吸収液を抜き出すときに当該排出バルブ９１を開状態に切り替えて吸収液排出ライン９０を通じて吸収液を排出する。
図８に示す第２変形例による処理装置１は、ガス放出処理用に構成されている。この第２変形例による処理装置１の処理ユニット７６には、被吸収ガスが供給されない。このため、その流路構造体９２は、処理流路（図示せず）として、被吸収ガスの入口、その被吸収ガスの導入路及び合流部を備えていない多数の微細流路をその内部に有する。また、この第２変形例の処理ユニット７６は、ガス供給ヘッダを備えていない。また、分離ヘッダ８０には、放出ガス排出ライン９３が接続されている。この放出ガス排出ライン９３は、上記実施形態における第１放出ガス排出ライン５３と同様のものである。当該第２変形例による処理装置１のこれ以外の構成は、上記第１変形例による処理装置１の構成と同様である。
この第２変形例による処理装置１では、処理開始後の一定期間に、吸収液供給ポンプ８８から対象成分を含む吸収液が吸収液供給ライン８７を通じて吸収液供給ヘッダ７９へ供給される。その後、循環ポンプ８４により処理ユニット７６内で吸収液が循環され、上記実施形態でのガス放出処理と同様のガス放出処理が行われる。
図９に示す第３変形例による処理装置１は、ガス吸収処理用に構成されている。この第３変形例による処理装置１は、上記第１変形例による処理装置１から吸収液供給ライン８７、吸収液供給ポンプ８８、吸収液排出ライン９０及び吸収液排出バルブ９１を省略するとともに、吸収液を貯留するタンク９４を再循環ライン８３に設けたものに相当する。
この第３変形例の処理装置１では、吸収液を外部から送り込むのではなく、処理開始前にタンク９４に貯留した吸収液のみを処理ユニット７６内で循環させながら上記実施形態でのガス吸収処理と同様のガス吸収処理が行われる。
図１０に示す第４変形例による処理装置１は、ガス放出処理用に構成されている。この第４変形例による処理装置１は、上記第２変形例による処理装置１から吸収液供給ライン８７、吸収液供給ポンプ８８、吸収液排出ライン９０及び吸収液排出バルブ９１を省略するとともに、吸収液を貯留するタンク９４を再循環ライン８３に設けたものに相当する。
この第４変形例の処理装置１では、対象成分を含む吸収液を外部から送り込むのではなく、処理開始前に対象成分を含む吸収液をタンク９４に貯留しておく。そして、この第４変形例の処理装置１では、そのタンク９４に貯留した吸収液のみを処理ユニット７６内で循環させながら上記実施形態でのガス放出処理と同様のガス放出処理が行われる。
また、処理装置は、タンクを備えたガス吸収処理専用の処理ユニットと、タンクを備えたガス放出処理専用の処理ユニットとを備えていてもよい。この場合には、処理装置において、次のようにガス吸収処理とガス放出処理を行えばよい。
ガス吸収処理用の処理ユニットでガス吸収処理を所定時間実施するとともに、ガス放出処理用の処理ユニットでガス放出処理を同じ所定時間実施する。その後、ガス吸収処理用の処理ユニットのタンクに貯留された吸収液とガス放出処理用の処理ユニットのタンクに貯留された吸収液とを入れ替える。その後、ガス吸収処理用の処理ユニットでガス吸収処理を再開するとともにガス放出処理用の処理ユニットでガス放出処理を再開する。
この構成では、ガス吸収処理用の処理ユニットでの吸収処理により対象成分の濃度が上昇して吸収力の低下した吸収液を、ガス放出処理用の処理ユニットでの放出処理により対象成分の濃度を低下させて吸収力を回復させることができる。そして、その吸収力が回復した吸収液を用いてガス吸収処理用の処理ユニットで再び処理効率の高いガス吸収処理を行うことができる。
また、上記実施形態において、所定時間経過毎に各処理ユニット２，４で実施する処理を入れ替えるためのバルブ６，８，１０，１２，１４，１６の開閉の切り替えは、手動で行ってもよいし、制御装置が所定時間経過毎にそれらのバルブの開閉制御を自動的に行うようにしてもよい。
また、ガス放出処理では、高温の温調流体により吸収液からのガス放出のための反応熱を供給することによってガス放出を促進することに必ずしも限定されない。例えば、各処理流路内をガス吸収処理の場合よりも低い圧力に減圧することによって、吸収液からのガス放出を促進する方法を採用してもよい。例えば、再循環ラインにおいて分離部とタンクとの間に真空ポンプを設け、その真空ポンプにより各処理流路内の圧力が低下するように減圧を行ってもよい。
また、ガス吸収処理に供する被吸収ガスは、ＣＯ２を吸収対象の成分として含有する混合ガスに必ずしも限定されない。例えば、ＣＯ２とは異なる成分を吸収対象として含む混合ガスを被吸収ガスとして用いてもよい。例えば、ＣＯを吸収対象の成分として含む混合ガスを被吸収ガスとして用いてもよい。また、Ｈ２Ｓや有機硫黄ガス、塩化水素ガス、又は、二酸化窒素ガスなどの酸性ガスを吸収対象の成分として含む混合ガスを被吸収ガスとして用いてもよい。また、上記した各吸収対象の成分が１００％であるガスを被吸収ガスとして用いてもよい。
各吸収対象の成分を吸収するためには、その成分に応じた適切な吸収液を用いればよい。ＣＯの吸収には、例えば、一価の銅イオンの溶液を吸収液として用いればよい。また、上記酸性ガスの吸収には、例えば、水酸化ナトリウム溶液などの塩基性容液を吸収液として用いればよい。
また、ガス放出処理に供する吸収液は、ＣＯ２を吸収した吸収液に必ずしも限定されない。例えば、ＣＯ２とは異なる成分を放出対象として含む吸収液をガス放出処理の対象としてもよい。具体的には、上記の吸収対象の成分を含む吸収液をガス放出処理の対象としてもよい。
また、本発明による成分移動処理は、ガス吸収処理やガス放出処理に必ずしも限定されない。
例えば、吸収液外から吸収液内へ対象成分を移動させる処理の例として、ガス吸収処理以外に、吸収液に対応する抽剤に被処理流体から対象成分を抽出させる抽出処理が挙げられる。この抽出処理にも本発明を適用可能である。
抽出処理の例として、例えば、リン酸のアルキルエステル類による金属イオンの抽出処理が挙げられる。この抽出処理では、抽剤としてリン酸のアルキルエステル類が用いられ、被処理流体として金属イオンの溶液が用いられる。また、別の抽出処理の例として、キレート剤を用いた錯化合物形成による金属イオンの抽出処理が挙げられる。この抽出処理では、抽剤としてキレート剤が用いられ、被処理流体として金属イオンの溶液が用いられる。
抽出処理では、抽剤が本来有する抽出能力を微細流路である処理流路内での成分移動の迅速化の効果により最大化できる。
また、吸収液内から吸収液外へ対象成分を移動させる処理の例として、ガス放出処理以外に、対象成分を抽出した後の抽剤から対象成分を放出させる処理が挙げられる。このような処理にも本発明を適用可能である。
１ ガス移動処理装置
２ 第１処理ユニット
４ 第２処理ユニット
２０ 第１流路構造体
２３ 第１分離ヘッダ
２６ 第１再循環ライン
２８ 第１タンク
３１ 第１処理流路
３１ｄ 合流部
３１ｅ 処理部
４０ 第２流路構造体
４３ 第２分離ヘッダ
４６ 第２再循環ライン
４８ 第２タンク
６１ 第２処理流路
７７、９２ 流路構造体
８０ 分離ヘッダ
８３ 再循環ライン
９３ タンク

Claims (9)

  1. 吸収液の内外に対象成分を移動させる成分移動処理方法であって、
    複数の微細流路を有する流路構造体と、前記複数の微細流路の出口に接続された分離部と、前記分離部と前記複数の微細流路の入口とを相互に接続する再循環ラインとを備えた処理装置を用意する装置用意工程と、
    前記各微細流路に吸収液を流通させながらその各微細流路内で吸収液の内外に対象成分を移動させる成分移動工程と、
    前記成分移動工程の後、前記各微細流路の出口から前記分離部に排出された吸収液と他の流体との混合流体から吸収液を分離する分離工程と、
    前記分離工程で分離した吸収液を前記分離部から前記再循環ラインを通じて前記各微細流路の入口へ戻してそれら各微細流路に導入する循環工程と、を備え、
    前記成分移動工程は、前記各微細流路に前記吸収液と対象成分を互いに接触した状態で流通させてその各微細流路内で吸収液に対象成分を吸収させる吸収工程であり、
    前記循環工程では、前記吸収工程で前記対象成分を吸収して当該対象成分の濃度が上昇した吸収液であって前記分離工程で分離したものを各微細流路の入口へ戻してそれらの各微細流路に導入し、
    前記吸収工程、前記分離工程及び前記循環工程を繰り返すことにより、吸収液への前記対象成分の吸収を進行させて吸収液中の前記対象成分の濃度を上昇させる、成分移動処理方法。
  2. 吸収液の内外に対象成分を移動させる成分移動処理方法であって、
    複数の微細流路を有する流路構造体と、前記複数の微細流路の出口に接続された分離部と、前記分離部と前記複数の微細流路の入口とを相互に接続する再循環ラインとを備えた処理装置を用意する装置用意工程と、
    前記各微細流路に吸収液を流通させながらその各微細流路内で吸収液の内外に対象成分を移動させる成分移動工程と、
    前記成分移動工程の後、前記各微細流路の出口から前記分離部に排出された吸収液と他の流体との混合流体から吸収液を分離する分離工程と、
    前記分離工程で分離した吸収液を前記分離部から前記再循環ラインを通じて前記各微細流路の入口へ戻してそれら各微細流路に導入する循環工程と、を備え、
    前記成分移動工程は、前記各微細流路に対象成分を吸収した吸収液を流通させ、その各微細流路内で吸収液から対象成分を放出させる放出工程であり、
    前記循環工程では、前記放出工程で前記対象成分を放出して当該対象成分の濃度が低下した吸収液であって前記分離工程で分離したものを前記各微細流路の入口へ戻してそれらの各微細流路に導入し、
    前記放出工程、前記分離工程及び前記循環工程を繰り返すことにより、吸収液からの前記対象成分の放出を進行させて吸収液中の前記対象成分の濃度を低下させる、成分移動処理方法。
  3. 前記装置用意工程では、前記処理装置として、第１処理ユニットと第２処理ユニットとを備え、前記第１処理ユニットは、前記複数の微細流路に相当する複数の第１微細流路を備えた前記流路構造体に相当する第１流路構造体と、前記分離部に相当する第１分離部と、前記再循環ラインに相当する第１再循環ラインとを有し、前記第２処理ユニットは、前記複数の微細流路に相当する複数の第２微細流路を備えた前記流路構造体に相当する第２流路構造体と、前記分離部に相当する第２分離部と、前記再循環ラインに相当する第２再循環ラインとを有する処理装置を用意し、
    前記成分移動工程は、前記各第１微細流路に吸収液と対象成分を互いに接触した状態で流通させてその各第１微細流路内で吸収液に対象成分を吸収させるとともに、前記各第２微細流路に対象成分を吸収した吸収液を流通させてその各第２微細流路内で吸収液から対象成分を放出させる第１吸放出工程と、前記各第１微細流路に対象成分を吸収した吸収液を流通させてその各第１微細流路内で吸収液から対象成分を放出させるとともに、前記各第２微細流路に吸収液と対象成分を互いに接触した状態で流通させてその各第２微細流路内で吸収液に対象成分を吸収させる第２吸放出工程とを含み、
    前記分離工程は、前記第１吸放出工程後、前記各第１微細流路の出口から前記第１分離部に排出された対象成分吸収後の吸収液と他の流体との混合流体から吸収液を分離するとともに、前記各第２微細流路の出口から前記第１分離部に排出された対象成分放出後の吸収液とその吸収液から放出された対象成分との混合流体から吸収液を分離する第１分離工程と、前記第２吸放出工程後、前記各第１微細流路の出口から前記第１分離部に排出された対象成分放出後の吸収液とその吸収液から放出された対象成分との混合流体から吸収液を分離するとともに、前記各第２微細流路の出口から前記第２分離部に排出された対象成分吸収後の吸収液と他の流体との混合流体から吸収液を分離する第２分離工程とを含み、
    前記循環工程は、前記第１分離工程において前記第１分離部で分離された吸収液を前記第１再循環ラインを通じて前記各第１微細流路の入口へ戻してそれらの各第１微細流路に導入するとともに、前記第１分離工程において前記第２分離部で分離された吸収液を前記第２再循環ラインを通じて前記各第２微細流路の入口へ戻してそれらの各第２微細流路に導入する第１循環工程と、前記第２分離工程において前記第１分離部で分離された吸収液を前記第１再循環ラインを通じて前記各第１微細流路の入口へ戻してそれらの各第１微細流路に導入するとともに、前記第２分離工程において前記第２分離部で分離された吸収液を前記第２再循環ラインを通じて前記各第２微細流路の入口へ戻してそれらの各第２微細流路に導入する第２循環工程とを含み、
    前記第１吸放出工程、前記第１分離工程及び前記第１循環工程において前記第１処理ユニットで対象成分を吸収した吸収液を前記第２吸放出工程において前記各第１微細流路に流通させて対象成分を放出させ、前記第１吸放出工程、前記第１分離工程及び前記第１循環工程において前記第２処理ユニットで対象成分を放出した吸収液を前記第２吸放出工程において前記各第２微細流路に流通させて対象成分を吸収させ、前記第２吸放出工程、前記第２分離工程及び前記第２循環工程において前記第１処理ユニットで対象成分を放出した吸収液を前記第１吸放出工程において前記各第１微細流路に流通させて対象成分を吸収させ、前記第２吸放出工程、前記第２分離工程及び前記第２循環工程において前記第２処理ユニットで対象成分を吸収した吸収液を前記第１吸放出工程において前記各第２微細流路に流通させて対象成分を放出させるように、前記第１吸放出工程、前記第１分離工程及び前記第１循環工程を行う期間と前記第２吸放出工程、前記第２分離工程及び前記第２循環工程を行う期間とを交互に設ける、請求項１又は２に記載の成分移動処理方法。
  4. 前記装置用意工程では、前記処理装置として前記再循環ラインにタンクが設けられた処理装置を用意し、
    前記循環工程では、前記分離工程で分離された吸収液を前記タンクで一時的に貯留しつつ、そのタンクから前記各微細流路の入口へ吸収液を戻す、請求項１〜３のいずれか１項に記載の成分移動処理方法。
  5. 前記対象成分としてＣＯ２を用い、
    前記吸収液として、水、アミン系溶剤、アミン系溶剤の水溶液及びイオン性液体のうちのいずれかの液体を用いる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の対象成分移動処理方法。
  6. 吸収液の内外に対象成分を移動させる成分移動処理に用いる成分移動処理装置であって、
    吸収液を流通させながらその吸収液の内外に対象成分を移動させる複数の微細流路を有する流路構造体と、
    前記複数の微細流路の出口に接続され、その出口から排出された吸収液と他の流体の混合流体から吸収液を分離する分離部と、
    前記分離部と前記複数の微細流路の入口とを相互に接続する再循環ラインと、
    前記再循環ラインに設けられ、前記分離部で分離した吸収液を前記再循環ラインを通じて前記複数の微細流路の入口へ戻し、それらの各微細流路へ供給するポンプと、
    前記各微細流路へ対象成分を含む被処理流体を供給する供給部と、を備え、
    前記各微細流路は、吸収液と前記供給部から供給された被処理流体とを合流させる合流部と、当該合流部で合流した吸収液と被処理流体とを互いに接触した状態で流通させながらその吸収液に被処理流体中の対象成分を吸収させる処理を行う処理部とを有し、
    前記分離部は、前記各微細流路の前記処理部で前記対象成分を吸収して当該対象成分の濃度が上昇した吸収液を前記混合流体から分離し、
    前記再循環ラインは、前記対象成分の濃度が上昇した吸収液であって前記分離部で分離したものを前記各微細流路の入口へ導くように前記分離部と前記各微細流路の入口とを相互に接続し、
    前記成分移動処理装置は、前記各微細流路の前記処理部での吸収液への前記対象成分の吸収と、前記分離部での吸収液の分離と、その分離部で分離された吸収液を前記再循環ラインを通じて前記各微細流路の入口へ戻してそれらの各微細流路に流すこととを繰り返すことにより、吸収液への前記対象成分の吸収を進行させて吸収液中の前記対象成分の濃度を上昇させるように構成されている、成分移動処理装置。
  7. 吸収液の内外に対象成分を移動させる成分移動処理に用いる成分移動処理装置であって、
    吸収液を流通させながらその吸収液の内外に対象成分を移動させる複数の微細流路を有する流路構造体と、
    前記複数の微細流路の出口に接続され、その出口から排出された吸収液と他の流体の混合流体から吸収液を分離する分離部と、
    前記分離部と前記複数の微細流路の入口とを相互に接続する再循環ラインと、
    前記再循環ラインに設けられ、前記分離部で分離した吸収液を前記再循環ラインを通じて前記複数の微細流路の入口へ戻し、それらの各微細流路へ供給するポンプと、を備え、
    前記各微細流路は、対象成分を吸収した吸収液を流通させながらその吸収液から対象成分を放出させる処理を行う処理流路であり、
    前記分離部は、前記各微細流路で前記対象成分を放出して当該対象成分の濃度が低下した吸収液を前記混合流体から分離し、
    前記再循環ラインは、前記対象成分の濃度が低下した吸収液であって前記分離部で分離したものを前記各微細流路の入口へ導くように前記分離部と前記各微細流路の入口とを相互に接続し、
    前記成分移動処理装置は、前記各微細流路での吸収液からの前記対象成分の放出と、前記分離部での吸収液の分離と、その分離部で分離された吸収液を前記再循環ラインを通じて前記各微細流路の入口へ戻してそれらの各微細流路に流すこととを繰り返すことにより、吸収液からの前記対象成分の放出を進行させて吸収液中の前記対象成分の濃度を低下させるように構成されている、成分移動処理装置。
  8. 前記複数の微細流路に相当する複数の第１微細流路を備えた前記流路構造体に相当する第１流路構造体、前記分離部に相当する第１分離部、前記再循環ラインに相当する第１循環ライン及び前記ポンプに相当する第１ポンプを備えた第１処理ユニットと、
    前記複数の微細流路に相当する複数の第２微細流路を備えた前記流路構造体に相当する第２流路構造体、前記分離部に相当する第２分離部、前記再循環ラインに相当する第２循環ライン及び前記ポンプに相当する第２ポンプを備えた第２処理ユニットと、
    前記複数の第１微細流路の入口に繋がる第１被処理流体供給ラインと、
    前記複数の第２微細流路の入口に繋がる第２被処理流体供給ラインと、
    前記第１被処理流体供給ラインを通じて前記各第１微細流路へ被処理流体を供給するとともに前記第２被処理流体供給ラインを通じた前記各第２微細流路への被処理流体の供給を停止する状態と、前記第１被処理流体供給ラインを通じた前記各第１微細流路への被処理流体の供給を停止するとともに前記第２被処理流体供給ラインを通じて前記各第２微細流路へ被処理流体を供給する状態とを切り替える切替装置とを備える、請求項６又は７に記載の成分移動処理装置。
  9. 前記再循環ラインのうち前記分離部と前記ポンプとの間に設けられ、前記再循環ラインに流れる吸収液を一時的に貯留するタンクをさらに備える、請求項６〜８のいずれか１項に記載の成分移動処理装置。
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