JP6361909B2 - Ｃｏ２回収装置及びｃｏ２回収方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＣＯ_２回収装置及びＣＯ_２回収方法に関し、ＣＯ_２吸収液を用いて被処理ガス中のＣＯ_２を回収するＣＯ_２回収装置及びＣＯ_２回収方法に関する。

従来、火力発電所のボイラなどから排出されるＣＯ_２を回収するＣＯ_２回収装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このＣＯ_２回収装置においては、排ガスをＣＯ_２吸収塔に導入して排ガスに含まれるＣＯ_２にＣＯ_２吸収液を接触させて吸収させた後、ＣＯ_２を吸収したＣＯ_２吸収液をＣＯ_２吸収液再生塔に送液して加熱して脱炭酸させて高濃度のＣＯ_２ガスとして回収する。そして、脱炭酸後のＣＯ_２吸収液をポンプによって供給することにより、ＣＯ_２吸収塔とＣＯ_２吸収液再生塔との間でＣＯ_２吸収液を循環させて使用している。

特許第３２１２５２４号公報

ところで、ＣＯ_２吸収液再生塔の塔底部では、ＣＯ_２吸収液をＣＯ_２吸収塔に送液するポンプのキャビテーションを防ぐために、液面計を用いてＣＯ_２吸収液の液面レベルを所定範囲に制御している。しかしながら、従来のＣＯ_２回収装置のＣＯ_２吸収液再生塔では、ＣＯ_２吸収液を安定して送液するために一定量のＣＯ_２吸収液を塔底部に確保する必要があり、塔底部に貯留したＣＯ_２吸収液が熱劣化する場合があった。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、ＣＯ_２吸収液の再生時の熱劣化を低減できるＣＯ_２回収装置及びＣＯ_２回収方法を提供することを目的とする。

本発明のＣＯ_２回収装置は、被処理気体とＣＯ_２吸収液とを接触させて前記被処理気体に含まれるＣＯ_２を前記ＣＯ_２吸収液に吸収させるＣＯ_２吸収塔と、ＣＯ_２を吸収した前記ＣＯ_２吸収液を加熱して当該ＣＯ_２吸収液からＣＯ_２を放出させて前記ＣＯ_２吸収液を再生するＣＯ_２吸収液再生塔と、を具備し、前記ＣＯ_２吸収液再生塔は、前記ＣＯ_２吸収液が一時的に貯留される第１貯留部と、前記第１貯留部の底部から下方に向けて設けられ、前記第１貯留部より相対的に容量が小さく、内径ｄ２が前記第１貯留部の内径ｄ１に対して相対的に小さい第２貯留部と、前記第２貯留部に配設され、前記第１貯留部と前記第２貯留部との間で変化する前記ＣＯ_２吸収液の液面レベルを測定する液面測定装置と、前記液面測定装置の測定結果に基づいて第１貯留部と前記第２貯留部との間で前記ＣＯ_２吸収液の液面レベルを制御する制御装置と、を有することを特徴とする。

このＣＯ_２回収装置によれば、第１貯留部より相対的に容量が小さい第２貯留部を設けるので、ＣＯ_２吸収液再生塔からＣＯ_２吸収塔へ安定して送液するために必要なＣＯ_２吸収液の液量を削減することができる。これにより、ＣＯ_２回収装置は、ＣＯ_２吸収液再生塔内におけるＣＯ_２吸収液の滞留時間を削減でき、ＣＯ_２吸収液の再生時の熱劣化を低減することが可能となる。しかも、ＣＯ_２吸収液の液量を削減した場合であっても、第１貯留部の下方に第１貯留部より相対的に容量が小さい第２貯留部を設けるので、液面レベルの高さを確保でき、ＣＯ_２吸収液の送液に伴うＣＯ_２吸収液再生塔内のガスの巻き込みを防ぐこともできる。またこの構成により、ＣＯ _２ 吸収液再生塔からＣＯ _２ 吸収塔へ安定して送液するために必要なＣＯ _２ 吸収液の液量を更に削減することが可能になるので、ＣＯ _２ 吸収液再生塔内におけるＣＯ _２ 吸収液の滞留時間を削減でき、ＣＯ _２ 吸収液の再生時の熱劣化をより一層低減できる。

本発明のＣＯ_２回収装置においては、前記第２貯留部の内径ｄ２が、前記第１貯留部の内径ｄ１に対して相対的に小さいことが好ましい。この構成により、ＣＯ_２吸収液再生塔からＣＯ_２吸収塔へ安定して送液するために必要なＣＯ_２吸収液の液量を更に削減することが可能になるので、ＣＯ_２吸収液再生塔内におけるＣＯ_２吸収液の滞留時間を削減でき、ＣＯ_２吸収液の再生時の熱劣化をより一層低減できる。

本発明のＣＯ_２回収装置においては、前記第２貯留部の内径ｄ２と前記第１貯留部の内径ｄ１との比率（ｄ２：ｄ１）が、１：１０〜１：２の範囲内であることが好ましい。この構成により、ＣＯ_２吸収液再生塔からＣＯ_２吸収塔へ安定して送液するために必要なＣＯ_２吸収液の液量を更に削減することが可能になるので、ＣＯ_２吸収液再生塔内におけるＣＯ_２吸収液の滞留時間を削減でき、ＣＯ_２吸収液の再生時の熱劣化をより一層低減できる。

本発明のＣＯ_２回収装置においては、前記第２貯留部は、前記ＣＯ_２吸収液再生塔の底部に設けられた円筒状部材であることが好ましい。この構成により、ＣＯ_２吸収液再生塔からＣＯ_２吸収塔へ安定して送液するために必要なＣＯ_２吸収液の液量を更に削減することが可能になるので、ＣＯ_２吸収液再生塔内におけるＣＯ_２吸収液の滞留時間を削減でき、ＣＯ_２吸収液の再生時の熱劣化をより一層低減できる。

本発明のＣＯ_２回収装置においては、前記第２貯留部内から前記ＣＯ_２吸収塔に送液する前記ＣＯ_２吸収液の液流速が０．３ｍ／ｓ以下であることが好ましい。この構成により、ＣＯ_２吸収液の液流速が適度な範囲となるので、ＣＯ_２吸収液の送液に伴うＣＯ_２吸収液再生塔内のガスの巻き込みを防ぐことができる。

本発明のＣＯ_２回収方法は、被処理気体とＣＯ_２吸収液とを接触させて前記被処理気体に含まれるＣＯ_２を前記ＣＯ_２吸収液に吸収させるＣＯ_２吸収工程と、ＣＯ_２を吸収した前記ＣＯ_２吸収液をＣＯ_２吸収液再生塔で加熱して当該ＣＯ_２吸収液からＣＯ_２を放出させて前記ＣＯ_２吸収液を再生するＣＯ_２吸収液再生工程と、を含み、前記ＣＯ_２吸収液再生工程において、ＣＯ_２吸収液再生塔の前記ＣＯ_２吸収液が一時的に貯留される第１貯留部と、前記第１貯留部より相対的に容量が小さく、内径ｄ２が前記第１貯留部の内径ｄ１に対して相対的に小さい第２貯留部との間で変化する前記ＣＯ_２吸収液の液面レベルを測定し、測定した液面レベルに基づいて第１貯留部と前記第２貯留部との間で前記ＣＯ_２吸収液の液面レベルを制御することを特徴とする。

このＣＯ_２回収方法によれば、第１貯留部より相対的に容量が小さい第２貯留部を設けるので、ＣＯ_２吸収液再生塔からＣＯ_２吸収塔へ安定して送液するために必要なＣＯ_２吸収液の液量を削減することができる。これにより、ＣＯ_２回収方法は、ＣＯ_２吸収液再生塔内におけるＣＯ_２吸収液の滞留時間を削減でき、ＣＯ_２吸収液の再生時の熱劣化を低減することが可能となる。しかも、ＣＯ_２吸収液の液量を削減した場合であっても、第１貯留部の下方に第１貯留部より相対的に容量が小さい第２貯留部を設けるので、液面レベルの高さを確保でき、ＣＯ_２吸収液の送液に伴うＣＯ_２吸収液再生塔内のガスの巻き込みを防ぐこともできる。またこの方法により、ＣＯ _２ 吸収液再生塔からＣＯ _２ 吸収塔へ安定して送液するために必要なＣＯ _２ 吸収液の液量を更に削減することが可能になるので、ＣＯ _２ 吸収液再生塔内におけるＣＯ _２ 吸収液の滞留時間を削減でき、ＣＯ _２ 吸収液の再生時の熱劣化をより一層低減できる。

本発明のＣＯ_２回収方法においては、前記第２貯留部の内径ｄ２が、前記第１貯留部の内径ｄ１に対して相対的に小さいことが好ましい。この方法により、ＣＯ_２吸収液再生塔からＣＯ_２吸収塔へ安定して送液するために必要なＣＯ_２吸収液の液量を更に削減することが可能になるので、ＣＯ_２吸収液再生塔内におけるＣＯ_２吸収液の滞留時間を削減でき、ＣＯ_２吸収液の再生時の熱劣化をより一層低減できる。

本発明のＣＯ_２回収方法においては、前記第２貯留部の内径ｄ２と前記第１貯留部の内径ｄ１との比率（ｄ２：ｄ１）が、１：１０〜１：２の範囲内であることが好ましい。この方法により、ＣＯ_２吸収液再生塔からＣＯ_２吸収塔へ安定して送液するために必要なＣＯ_２吸収液の液量を更に削減することが可能になるので、ＣＯ_２吸収液再生塔内におけるＣＯ_２吸収液の滞留時間を削減でき、ＣＯ_２吸収液の再生時の熱劣化をより一層低減できる。

本発明のＣＯ_２回収方法においては、前記第２貯留部は、前記ＣＯ_２吸収液再生塔の底部に設けられた円筒状部材であることが好ましい。この方法により、ＣＯ_２吸収液再生塔からＣＯ_２吸収塔へ安定して送液するために必要なＣＯ_２吸収液の液量を更に削減することが可能になるので、ＣＯ_２吸収液再生塔内におけるＣＯ_２吸収液の滞留時間を削減でき、ＣＯ_２吸収液の再生時の熱劣化をより一層低減できる。

本発明のＣＯ_２回収方法においては、前記第２貯留部内から前記ＣＯ_２吸収塔に送液する前記ＣＯ_２吸収液の液流速が０．３ｍ／ｓ以下であることが好ましい。この方法により、ＣＯ_２吸収液の液流速が適度な範囲となるので、ＣＯ_２吸収液の送液に伴うＣＯ_２吸収液再生塔内のガスの巻き込みを防ぐことができる。

本発明によれば、ＣＯ_２吸収液の再生時の熱劣化を低減できるＣＯ_２回収装置及びＣＯ_２回収方法を実現できる。

図１は、第１の実施形態に係るＣＯ_２回収装置の概略図である。 図２は、一般的なＣＯ_２吸収液再生塔の塔底部の模式的な拡大図である。 図３は、一般的なＣＯ_２吸収液再生塔の塔底部の模式的な拡大図である。 図４は、本実施の形態に係るＣＯ_２吸収液再生塔の塔底部の模式的な拡大図である。 図５は、本実施の形態に係るＣＯ_２吸収液再生塔の塔底部の模式的な拡大図である。 図６は、本実施の形態に係るＣＯ_２吸収液再生塔の他の構成例を示す図である。 図７Ａは、本実施の形態に係る分散器の説明図である。 図７Ｂは、本実施の形態に係る分散器の説明図である。

本発明者らは、従来のＣＯ_２回収装置においては、ＣＯ_２吸収液を加熱してＣＯ_２吸収液を再生するＣＯ_２吸収液再生塔内ではＣＯ_２吸収液の滞留時間に応じてＣＯ_２吸収液が熱劣化することに着目した。そして、本発明者らは、ＣＯ_２吸収液再生塔の第１貯留部としての塔本体部の下部に塔本体部より相対的に容量が小さい第２貯留部を設けることにより、ＣＯ_２吸収塔に安定して送液するためにＣＯ_２吸収液再生塔の塔底部に確保する必要があるＣＯ_２吸収液の液量を削減し、ＣＯ_２吸収液再生塔内におけるＣＯ_２吸収液の滞留時間を削減してＣＯ_２吸収液の熱劣化を防ぐことができることを見出し、本発明を完成させるに至った。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、適宜変更して実施可能である。また、以下の各実施の形態に係るＣＯ_２回収装置の構成は適宜組み合わせて実施可能である。

図１は、本発明の一実施形態に係るＣＯ_２回収装置の概略図である。図１に示すように、このＣＯ_２回収装置１は、ボイラやガスタービンなどの産業設備から排出されたＣＯ_２を含有する排ガス（被処理気体）１１Ａ中のＣＯ_２を吸収して高濃度のＣＯ_２ガスとして回収する装置である。このＣＯ_２回収装置１は、ボイラやガスタービンなどの産業設備から排出されたＣＯ_２を含有する排ガス１１Ａを冷却する冷却塔１２と、この冷却塔１２の後段に設けられ、冷却された排ガス１１ＡとＣＯ_２吸収液１３とを接触させて排ガス１１Ａ中のＣＯ_２をＣＯ_２吸収液１３に吸収させて除去するＣＯ_２吸収塔１４と、このＣＯ_２吸収塔１４の後段に設けられ、ＣＯ_２を吸収したＣＯ_２吸収液１３からＣＯ_２を放出させてＣＯ_２吸収液１３を再生するＣＯ_２吸収液再生塔１５とを具備する。

このＣＯ_２回収装置１においては、ＣＯ_２吸収液１３がＣＯ_２吸収塔１４とＣＯ_２吸収液再生塔１５との間を循環している。ＣＯ_２吸収液１３（リーン溶液）は、ＣＯ_２吸収塔１４でＣＯ_２を吸収してＣＯ_２吸収液１３（リッチ溶液）としてＣＯ_２吸収液再生塔１５に供給される、また、ＣＯ_２吸収液１３（リッチ溶液）は、ＣＯ_２吸収液再生塔１５でほぼ全てのＣＯ_２が除去され再生されてＣＯ_２吸収液１３（リーン溶液）としてＣＯ_２吸収塔１４に供給される。

冷却塔１２は、排ガス１１Ａを冷却する冷却部１２１を有する。この冷却塔１２の底部と冷却部１２１の頂部との間には、循環ラインＬ_１が設けられている。この循環ラインＬ_１には、冷却水Ｗ_１を冷却する熱交換器１２２と、冷却水Ｗ_１を循環ラインＬ_１内で循環させる循環ポンプ１２３とが設けられている。

冷却部１２１では、排ガス１１Ａと冷却水Ｗ_１とを向流接触させることにより、排ガス１１Ａが冷却される。熱交換器１２２は、排ガス１１Ａとの間での熱交換により加熱された冷却水Ｗ_１を冷却する。循環ポンプ１２３は、熱交換器１２２を介して冷却塔１２の底部に流下した冷却水Ｗ_１を冷却部１２１の頂部に供給する。

ＣＯ_２吸収塔１４は、ＣＯ_２吸収塔１４の下部側に設けられ、冷却塔１２で冷却された排ガス１１Ａが供給されるＣＯ_２吸収部１４１と、ＣＯ_２吸収塔１４の上部側に設けられた水洗部１４２とを備える。水洗部１４２の底部には、ＣＯ_２が除去された排ガス１１Ｂを洗浄する洗浄水Ｗ_２を貯留する液貯留部１４４が設けられている。この液貯留部１４４と水洗部１４２の上部との間には、液貯留部１４４で回収されたＣＯ_２吸収液１３を含む洗浄水Ｗ_２を水洗部１４２の頂部側から供給して循環させる循環ラインＬ_２が設けられている。この循環ラインＬ_２には、洗浄水Ｗ_２を冷却する熱交換器２１と、熱交換器２１を介して液貯留部１４４で回収されたＣＯ_２吸収液を含む洗浄水Ｗ_２を循環ラインＬ_２内で循環させる循環ポンプ２２が設けられている。また、循環ラインＬ_２には、洗浄水Ｗ_２の一部（洗浄水Ｗ_３）を抜き出してＣＯ_２吸収部１４１に供給する抜き出しラインＬ_３が設けられている。この抜き出しラインＬ_３には、ＣＯ_２吸収液１３（リーン溶液）に供給する洗浄水Ｗ_３の供給量を調整する調整弁２３が設けられている。

ＣＯ_２吸収部１４１では、ＣＯ_２を含有する排ガス１１Ａとアルカノールアミンなどを含むＣＯ_２吸収液１３とが対向流接触する。これにより、排ガス１１Ａ中のＣＯ_２は、下記式に示す化学反応によりＣＯ_２吸収液１３に吸収される。この結果、ＣＯ_２を含有する排ガス１１Ａは、ＣＯ_２吸収部１４１を通過することにより、ＣＯ_２が除去された排ガス１１Ｂとなる。
Ｒ−ＮＨ_２＋Ｈ_２Ｏ＋ＣＯ_２→Ｒ−ＮＨ_３ＨＣＯ_３

水洗部１４２では、ＣＯ_２が除去された排ガス１１Ｂがチムニートレイ１４５を介して上昇する。そして、排ガス１１Ｂは、水洗部１４２の頂部側から供給される洗浄水Ｗ_２と気液接触して排ガス１１Ｂに同伴するＣＯ_２吸収液１３が循環洗浄により回収された排ガス１１Ｃとなる。この排ガス１１Ｃは、ミストエリミネータ１４６でガス中のミストが捕捉されてＣＯ_２吸収塔１４の塔頂部１４ａから外部へ排出される。

ＣＯ_２吸収塔１４の塔底部１４ｂとＣＯ_２吸収液再生塔１５の上部との間には、ＣＯ_２吸収塔１４でＣＯ_２を吸収したＣＯ_２吸収液１３（リッチ溶液）をＣＯ_２吸収液再生塔１５の上部側に供給するリッチ溶液供給管５０が設けられている。このリッチ溶液供給管５０には、ＣＯ_２吸収塔１４でＣＯ_２を吸収したＣＯ_２吸収液１３（リッチ溶液）をＣＯ_２吸収液再生塔１５に向けて供給するリッチソルベントポンプ５１と、ＣＯ_２を吸収したＣＯ_２吸収液１３（リッチ溶液）を水蒸気で加熱されてＣＯ_２が除去されたＣＯ_２吸収液１３（リーン溶液）によって加熱するリッチ・リーン溶液熱交換器５２とが設けられている。

ＣＯ_２吸収液再生塔１５は、ＣＯ_２吸収液再生塔１５の中央部に設けられ、ＣＯ_２吸収したＣＯ_２吸収液１３が供給される本体部（第１容量部）１５１と、本体部１５１の下部の塔底部１５ｂの鏡面部１５２と、鏡面部１５２の底部に設けられたブーツ部（第２容量部）１５３とを備える。ブーツ部１５３は、鏡面部１５２の底部から下方に向けて設けられている。ブーツ部１５３には、ＣＯ_２吸収液再生塔１５からＣＯ_２吸収塔１４へ供給するＣＯ_２吸収液１３の液面レベルを測定する液面計（液面測定装置）１０１が設けられている。液面計１０１で測定された液面レベルは、制御装置１０２に伝達される。

ＣＯ_２吸収液再生塔１５のブーツ部１５３の底部には、塔底部に流下したＣＯ_２吸収液１３を循環する循環ラインＬ_４が設けられている。この循環ラインＬ_４には、飽和水蒸気ＳによってＣＯ_２吸収液１３を加熱する再生加熱器３１が設けられている。

ＣＯ_２吸収液再生塔１５の塔頂部１５ａには、水蒸気を伴ったＣＯ_２ガス４１を排出するガス排出ラインＬ_５が設けられている。このガス排出ラインＬ_５には、ＣＯ_２ガス４１中の水分を凝縮するコンデンサ４２と、ＣＯ_２ガス４１と凝縮水Ｗ_５とを分離する分離ドラム４３とが設けられている。凝縮水Ｗ_５が分離されたＣＯ_２ガス４４は、分離ドラム４３の上部から外部に放出される。分離ドラム４３の底部とＣＯ_２吸収液再生塔１５の上部との間には、分離ドラム４３にて分離された凝縮水Ｗ_５をＣＯ_２吸収液再生塔１５の上部に供給する凝縮水ラインＬ_６が設けられている。凝縮水ラインＬ_６には、分離ドラム４３にて分離された凝縮水Ｗ_５をＣＯ_２吸収液再生塔１５の上部に供給する凝縮水循環ポンプ４５が設けられている。

また、ＣＯ_２吸収液再生塔１５の塔底部とＣＯ_２吸収塔１４のＣＯ_２吸収部１４１の上部には、ＣＯ_２吸収液再生塔１５の塔底部のＣＯ_２吸収液１３（リーン溶液）をＣＯ_２吸収部１４１の上部に供給するリーン溶液供給管５３が設けられている。このリーン溶液供給管５３には、水蒸気で加熱されてＣＯ_２が除去されたＣＯ_２吸収液１３（リーン溶液）によってＣＯ_２を吸収したＣＯ_２吸収液１３（リッチ溶液）を加熱するリッチ・リーン溶液熱交換器５２と、ＣＯ_２吸収液再生塔１５の塔底部のリーン溶液をＣＯ_２吸収部１４１の上部に供給するリーン溶液ポンプ５４と、ＣＯ_２吸収液１３（リーン溶液）を所定の温度に冷却する冷却部５５とが設けられている。このリーン溶液ポンプ５４は、制御装置１０２によってＣＯ_２吸収液１３（リーン溶液）の供給量が制御可能になっている。

次に、図２から図５を参照してＣＯ_２回収装置１におけるＣＯ_２吸収液再生塔１５のＣＯ_２吸収液１３の液面レベルの制御について詳細に説明する。図２及び図３は、一般的なＣＯ_２吸収液再生塔１５の塔底部１５ｂの模式的な拡大図であり、図４及び図５は、本実施の形態に係るＣＯ_２吸収液再生塔１５の塔底部１５ｂの模式的な拡大図である。なお、図２から図５においては、説明の便宜上、リボイラーなどの機器を省略して示している。

図２に示すように、一般的なＣＯ_２吸収液再生塔１５は、所定の内径ｄ１を有する円筒状の本体部１５１と、この本体部１５１の下部に設けられた曲面状の鏡面部１５２とを備える。本体部１５１の上部には、複数の貫通孔が設けられたチムニートレイ１５４が設けられている。このチムニートレイ１５４を介してＣＯ_２吸収液再生塔１５の塔底部に貯留されたＣＯ_２吸収液１３が加熱されて発生した蒸気１３Ｓが上昇するように構成されている。鏡面部１５２の底部には、ＣＯ_２吸収液１３をＣＯ_２吸収塔１４に向けて送液する送液管１５６が設けられている。

また、本体部１５１の上部には、チムニートレイ１５４の外周縁部に貯留されたＣＯ_２吸収液１３を抜き出してリボイラー（不図示）に送液する送液管１５７と、リボイラーで加熱（例えば、１２０℃）されて一部が気化した気液混合のＣＯ_２吸収液１３をＣＯ_２吸収液再生塔１５内に送液する送液管１５８とが設けられている。この送液管１５８には、気液混合のＣＯ_２吸収液１３をＣＯ_２吸収液再生塔１５内に分散させる分散器１５９が接続されている。この分散器１５９は、中央部に切欠部１５９ａが設けられた略円筒状部材であり、この切欠部１５９ａから下方に向けて気液混合のＣＯ_２吸収液１３を分散させる。

本体部１５１の鏡面部１５２の底から所定範囲Ｒ１には、ＣＯ_２吸収液１３が一時的に貯留されている。この範囲に貯留されるＣＯ_２吸収液１３は、ＣＯ_２吸収液再生塔１５からＣＯ_２吸収塔１４に安定してＣＯ_２吸収液１３を送液するために確保する必要があるＣＯ_２吸収液１３である。また、本体部１５１には、所定範囲Ｒ１に貯留されたＣＯ_２吸収液１３の液面レベルを測定する液面計１０１が設けられている。この液面計１０１によって測定された液面レベルは、制御装置１０２によって伝送される。制御装置１０２は、液面計１０１で測定された液面レベルに応じてＣＯ_２吸収液再生塔１５からＣＯ_２吸収塔１４へ送液するリーン溶液ポンプ５４の送液量を調整する。

液面計１０１は、一般的なＣＯ_２吸収液再生塔１５においては、鏡部１５２の上端部１５２ａから所定高さＨに設置される。これにより、所定範囲Ｒ１の上端と液面計１０１との間の所定範囲Ｒ２でＣＯ_２吸収液１３の液量を制御することにより、吸収液再生塔１５からＣＯ_２吸収塔１４に安定してＣＯ_２吸収液１３を送液するために必要なＣＯ_２吸収液１３の液量を確保しつつ、同時に、制御液面から送液管１５６までの距離が保たれるため、送液管１５６へのガス巻き込みも防ぐことが可能となる。制御装置１０２は、ＣＯ_２吸収液１３の液面レベルが所定範囲Ｒ２の下端以下に低下した場合には、リーン溶液ポンプ５４のキャビテーションを防ぐために、リーン溶液ポンプ５４からのＣＯ_２吸収液１３の送液を停止する。このように液面計１０１を設置して所定範囲Ｒ２の液面レベルを制御することにより、分散器１３でＣＯ_２吸収液１３を分散してＣＯ_２吸収液再生塔１５内に供給する際に発生する泡の巻き込みを防ぐことができる。

ところで、上述したように、一般的なＣＯ_２吸収液再生塔１５においては、ＣＯ_２吸収液再生塔１５からＣＯ_２吸収塔１４に安定してＣＯ_２吸収液１３を送液するために、所定範囲Ｒ２の下端以下の部分に常に所定量のＣＯ_２吸収液１３を確保する必要がある。このため、鏡部１５２を含む所定範囲Ｒ２の下端以下の部分は、常にＣＯ_２吸収液１３が滞留するデッドスペースとなり、ＣＯ_２吸収液１３の熱劣化が増大する場合がある。

そこで、例えば、図３に示すように、液面計１０１を鏡面部１５２に設置し、ＣＯ_２吸収液再生塔１５からＣＯ_２吸収塔１４に安定して送液するために必要なＣＯ_２吸収液１３の液量を、鏡面部１５２の上端部１５２ａとＣＯ_２吸収液再生塔１５の塔底部１５ｂとの間の所定範囲Ｒ３に削減することも考えられる。しかしながら、この場合には、塔底部に貯留されたＣＯ_２吸収液１３の液面と送液管１５６との間の距離が小さくなるので、分散器１５９で分散して流下するＣＯ_２吸収液１３が塔底部に貯留されたＣＯ_２吸収液１３に接触した際に生じる泡が送液管１５６に侵入しやすくなる場合がある。また、この場合であっても、ＣＯ_２吸収液１３の液量を所定範囲Ｒ３の下端以下の部分には依然として所定容量のデッドスペースが生じることとなる。

そこで、本実施の形態では、図４に示すように、ＣＯ_２吸収液再生塔１５に、所定の内径ｄ１を有する円筒状の本体部１５１（第１貯留部）と、この本体部１５１の下部に設けられた曲面部を有する鏡面部１５２と、この鏡面部１５２の底部に鏡面部１５２の底部から下方に向けて円筒状部材としてのブーツ部（第２貯留部）１５３とを設ける。ブーツ部１５３の鏡面部１５３ａの底部には、送液管１５６が設けられている。ＣＯ_２吸収液１３は、本体部１５１、鏡面部１５２及びブーツ部１５３に一時的に貯留される。ブーツ部１５３は、本体部１５１の内径ｄ１に対して相対的小さい内径ｄ２を有している。本体部１５１の内径ｄ１とブーツ部１５３の内径ｄ２との比率（ｄ２：ｄ１）は、例えば、１：５である。本体部１５１には、ブーツ部１５３の底から所定高さＲ１となるようにＣＯ_２吸収液１３が一時的に貯留されている。液面計１０１は、ブーツ部１５３の下端部の鏡部１５３ａの上端部１５３ｂから所定高さＨに設置され、ブーツ部１５３内のＣＯ_２吸収液１３の液面レベルを測定する。この液面計１０１によって測定されたブーツ部１５３内の液面レベルは、制御装置１０２によって伝送される。制御装置１０２は、液面計１０１によって測定されるブーツ部１５３内の液面レベルに応じてリーン溶液ポンプ５４によってＣＯ_２吸収液再生塔１５の塔底部１５ｂから送液するＣＯ_２吸収液１３の液量を調整する。

本実施の形態に係るＣＯ_２吸収液再生塔１５においては、本体部１５１より相対的による容量が小さいブーツ部１５３を鏡面部１５２の下部に設けるので、図２に示した一般的なＣＯ_２吸収液再生塔１５と比較し、ＣＯ_２吸収液再生塔１５からＣＯ_２吸収塔１４に安定して送液するために確保する必要があるＣＯ_２吸収液１３の液量を削減することが可能となる。これにより、図５に示すように、ＣＯ_２吸収液再生塔１５の下部に生じるＣＯ_２吸収液１３のデッドスペースをＲ５の範囲まで削減することが可能となるので、ＣＯ_２吸収液１３の熱劣化を防ぐことが可能となる。そして、塔底部のＣＯ_２吸収液１３の液量を削減した場合であっても、本体部１５１より相対的による容量が小さいブーツ部１５３を設けているので、ＣＯ_２吸収液再生塔１５の下部に貯留したＣＯ_２吸収液１３の液面と送液管１５６との間の距離を十分に確保することができるので、ＣＯ_２吸収液再生塔１５内のガスの巻き込みを防ぐことができる。

本実施の形態に係るＣＯ_２回収装置１においては、ブーツ部１５３の内径ｄ２と本体部１５１の内径ｄ１との比率（ｄ２：ｄ１）が、１：１０〜１：２の範囲内であることが好ましい。この構成により、上述したように、ＣＯ_２吸収液１３の液面レベルの制御に必要なＣＯ_２吸収液１３を効率良く削減できると共に、ＣＯ_２吸収液１３の液面レベルの制御が容易となる。ブーツ部１５３の内径ｄ２と本体部１５１の内径ｄ１との比率（ｄ２：ｄ１）は、上述した作用効果が一層向上する観点から、１：８〜１：３がより好ましく、１：５が更に好ましい。

また、本実施の形態に係るＣＯ_２回収装置１においては、ブーツ部１５３内からＣＯ_２吸収塔１４に送液するＣＯ_２吸収液１３の液流速が０．３ｍ／ｓ以下であることが好ましい。この構成により、ＣＯ_２吸収液再生塔１５に本体部１５１より相対的に内径ｄ２が小さいブーツ部１５３を設けてＣＯ_２吸収液１３の液面レベルの制御に必要なＣＯ_２吸収液１３の液量を削減した場合であっても、ブーツ部１５３から送液されるＣＯ_２吸収液１３へのＣＯ_２吸収液再生塔１５内のガスの巻き込みを防ぐことが可能となる。ブーツ部１５３内からＣＯ_２吸収塔１４に送液するＣＯ_２吸収液１３の液流速としては、０．２５ｍ／ｓ以下がより好ましく、０．２０ｍ／ｓ以下が更に好ましい。

なお、上述した実施の形態では、中央部に切欠部１５９ａが設けられた略円筒状部材の分散器１５９を用いた例について説明したが、分散器はこの構成に限定されない。図６は、本実施の形態に係るＣＯ_２吸収液再生塔１５の他の構成例を示す図である。図６に示す例では、本体部１５１の上部の壁面近傍に、先端が本体部１５１の周面に沿った曲面１６０ａ（図７Ａ及び図７Ｂ参照）をなしており、両側方に開口部１６０ｂが設けられた分散器１６０が設けられている。この分散器１６０は、送液管１５８から供給された気液混合のＣＯ_２吸収液１３を開口部１６０ｂから本体部１５１の周面に沿って両側方に分散させる（図７Ａ参照）。これにより、ＣＯ_２吸収液１３は、本体部１５１の周面に沿って流下するので、ＣＯ_２吸収液再生塔１５内を流下するＣＯ_２吸収液１３とＣＯ_２吸収液再生塔１５の下部に貯留したＣＯ_２吸収液１３とが接触した際の泡の発生を防ぐことが可能となり、送液管１５６への泡の巻き込みを一層防止できる。

なお、図６に示した例では、一つの分散器１６０を設けた例について説明したが、この構成に限定されない。図７Ａに示すように、分散器１６０を用いる場合には、送液管１５８から供給されるＣＯ_２吸収液１３が分散器１６０の先端の曲面１６０ａに沿って分散されて両側方に設けられた開口部１６０ｂから両側方の曲面に沿ってそれぞれ分散される。このため、図７Ｂに示すように、本体部１５１に設けた分散器１６０の対向面に別の分散器１６１を設けてもよい。この分散器１６１は、分散器１６０と同様に、本体部１５１の周面に沿った曲面１６１ａと、両側方に設けられた開口部１６１ｂとを有する。このように２つの分散器１６０、１６１を対向して配置することにより、一方の送液管１５８ａに接続された分散器１６０及び他方の送液管１５８ｂに接続された分散器１６１でそれぞれＣＯ_２吸収液１３が分散されるので、効率良くＣＯ_２吸収液１３を分散させることが可能となる。

次に、本実施の形態に係るＣＯ_２回収装置１の全体動作について説明する。ボイラやガスタービンなどの産業設備から排出されたＣＯ_２を含有する排ガス１１Ａは、冷却塔１２に導入されて冷却水Ｗ_１と向流接触されて冷却される。冷却された排ガス１１Ａは、煙道１６を介してＣＯ_２吸収塔１４に導入されると共に、ＣＯ_２吸収塔１４に導入される排ガス１１Ａの流量が測定される。ＣＯ_２吸収塔１４に導入された排ガス１１Ａは、ＣＯ_２吸収部１４１でアルカノールアミンなどを含むＣＯ_２吸収液１３と対向流接触され、排ガス１１Ａ中のＣＯ_２がＣＯ_２吸収液１３に吸収されてＣＯ_２が除去された排ガス１１Ｂとなる。

ＣＯ_２が除去された排ガス１１Ｂは、チムニートレイ１４５を介して上昇して水洗部１４２の頂部側から供給される洗浄水Ｗ_２と気液接触して排ガス１１Ｂに同伴するＣＯ_２吸収液１３を循環洗浄により回収された排ガス１１Ｃとなる。この排ガス１１Ｃは、ミストエリミネータ１４６でガス中のミストが捕捉されてＣＯ_２吸収塔１４の塔頂部１４ａから外部へ排出される。

ＣＯ_２吸収塔１４でＣＯ_２を吸収したＣＯ_２吸収液１３（リッチ溶液）は、リッチ溶液供給管５０を介してリッチ・リーン溶液熱交換器５２でＣＯ_２吸収液１３（リーン溶液）との間で熱交換された後、リッチソルベントポンプ５１によってＣＯ_２吸収液再生塔１５の上部に供給される。ＣＯ_２吸収液再生塔１５に供給されたＣＯ_２吸収液１３は、ＣＯ_２吸収液供給部１５１を介して塔底部に流下する間にＣＯ_２が除去されてセミリーン溶液となる。このセミリーン溶液は、循環ラインＬ_４を循環して再生加熱器３１で飽和水蒸気Ｓによって加熱されてＣＯ_２吸収液１３（リーン溶液）となる。加熱後の飽和水蒸気Ｓは、水蒸気凝縮水Ｗ_４となる。ＣＯ_２吸収液１３から除去されたＣＯ_２ガス４１は、コンデンサ４２によって水分が凝縮された後、分離ドラム４３の上部から凝縮水Ｗ_５が分離されたＣＯ_２ガス４４として外部に放出される。

ＣＯ_２吸収液再生塔１５の塔底部１５ｂのＣＯ_２吸収液１３（リーン溶液）は、リーン溶液供給管５３を介してリッチ・リーン溶液熱交換器５２によってＣＯ_２吸収液１３（リッチ溶液）との間で熱交換された後、リーン溶液ポンプ５４によってＣＯ_２吸収塔１４のＣＯ_２吸収部１４１の上部に供給される。ここでは、制御装置１０２が流量計１０１で測定された液面レベルに応じてブーツ部１５３の上部１５３ｃと本体部１５１との間の所定範囲Ｒ４内となるように液面レベルを制御する。ここでは、制御装置１０２は、本体部１５１の範囲Ｒ４１、鏡面部１５２の範囲Ｒ４２及びブーツ部の範囲Ｒ３のそれぞれに設定された液量と液面レベルとの関係式に基づいて全範囲Ｒ４で液量と液面レベルとが比例関係となるように制御する。これにより、安定した液面制御が可能となる。なお、制御装置１０２は、ＣＯ_２吸収液１３の送液時のガスの巻き込みを防ぐ観点から、ブーツ部１５３におけるＣＯ_２吸収液１３を０．３ｍ／ｓ以下とすることが好ましい。

以上説明したように、本実施の形態によれば、ＣＯ_２吸収液再生塔１５の塔底部に本体部１５１より相対的に容量が小さいブーツ部１５３を設けるので、ＣＯ_２吸収液再生塔１５からＣＯ_２吸収塔１４へ安定して送液するために必要なＣＯ_２吸収液１３の液量を削減することができる。これにより、ＣＯ_２回収装置１は、ＣＯ_２吸収液再生塔１５内におけるＣＯ_２吸収液１３の滞留時間を削減でき、ＣＯ_２吸収液１３の再生時の熱劣化を低減することが可能となる。しかも、ＣＯ_２吸収液１３の液量を削減した場合であっても、本体部１５１の下方に本体部１５１より相対的に容量が小さいブーツ部１５３を設けるので、液面レベルの高さを確保でき、ＣＯ_２吸収液１３の送液に伴うＣＯ_２吸収液再生塔１５内のガスの巻き込みを防ぐことができる。これらの結果、本実施の形態によれば、ＣＯ_２吸収液再生塔１５の塔底部１５ｂにブーツ部１５３を設けることにより、ＣＯ_２吸収液再生塔１５の塔底部１５ｂに貯留されたＣＯ_２吸収液１３の液量を５０％削減することが可能となり、ＣＯ_２吸収液再生塔１５全体の熱劣化によるアミンの損失量を５０％削減することが可能となる。

なお、上述した実施の形態においては、ブーツ部１５３を円筒状部材として設けた例ついて説明したが、ブーツ部１５３の形状は、この構成に限定されない。ブーツ部１５３としては、本体部１５１より相対的に容量が小さい部材であればよく、例えば、三角柱、四角柱などの多角柱状の部材であってもよい。

また、上述した実施の形態においては、ボイラやガスタービンなどの産業設備から排出されたＣＯ_２を含有する排ガス１１ＡをＣＯ_２吸収液１３で処理する例について説明したが、ＣＯ_２吸収液１３で処理する被処理気体としては、ＣＯ_２を含有するガスであれば各種ガスに適用可能である。

１ ＣＯ_２回収装置
１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ 排ガス
１２ 冷却塔
１２１ 冷却部
１２２ 熱交換器
１２３ 循環ポンプ
１３ ＣＯ_２吸収液
１３Ｓ 蒸気
１４ ＣＯ_２吸収塔
１４ａ 塔頂部
１４ｂ 塔底部
１４１ ＣＯ_２吸収部
１４２ 水洗部
１４４ 液貯留部
１４５ チムニートレイ
１４６ ミストエリミネータ
１５ ＣＯ_２吸収液再生塔
１５ａ 塔頂部
１５１ ＣＯ_２吸収液供給部
１５２ 鏡面部
１５３ ブーツ部
１５３ａ 鏡面部
１５３ｂ 底部
１５３ｃ 上部
１５４ チムニートレイ
１５５ スカート部
１５６、１５７、１５８ 送液管
１５９、１６０ 分散器
１５９ａ 切欠き部
１６０ａ 曲面
１６０ｂ 開口部
１６ 煙道
２１ 熱交換器
２２ 循環ポンプ
２３ 調整弁
２４ 熱交換器
３１ 再生加熱器
３２ 調整弁
３３ 循環ポンプ
４１，４４ ＣＯ_２ガス
４２ コンデンサ
４３ 分離ドラム
４５ 凝縮水循環ポンプ
５０ リッチ溶液供給管
５１ リッチソルベントポンプ
５２ リッチ・リーン溶液熱交換器
５３ リーン溶液供給管
５４ リーン溶液ポンプ
５５ 冷却部
１０１ 流量計
１０２ 制御装置
１０３ ＣＯ_２濃度計
Ｌ_１，Ｌ_２，Ｌ_４ 循環ライン
Ｌ_３ 抜き出しライン
Ｌ_５ ガス排出ライン
Ｌ_６ 凝縮水ライン
Ｓ 飽和水蒸気
Ｗ_１ 冷却水
Ｗ_２，Ｗ_３ 洗浄水
Ｗ_４ 水蒸気凝縮水
Ｗ_５ 凝縮水

Claims (8)

1. 被処理気体とＣＯ_２吸収液とを接触させて前記被処理気体に含まれるＣＯ_２を前記ＣＯ_２吸収液に吸収させるＣＯ_２吸収塔と、
   ＣＯ_２を吸収した前記ＣＯ_２吸収液を加熱して当該ＣＯ_２吸収液からＣＯ_２を放出させて前記ＣＯ_２吸収液を再生するＣＯ_２吸収液再生塔と、を具備し、
   前記ＣＯ_２吸収液再生塔は、前記ＣＯ_２吸収液が一時的に貯留される第１貯留部と、前記第１貯留部の底部から下方に向けて設けられ、前記第１貯留部より相対的に容量が小さく、内径ｄ２が前記第１貯留部の内径ｄ１に対して相対的に小さい第２貯留部と、前記第２貯留部に配設され、前記第１貯留部と前記第２貯留部との間で変化する前記ＣＯ_２吸収液の液面レベルを測定する液面測定装置と、前記液面測定装置の測定結果に基づいて第１貯留部と前記第２貯留部との間で前記ＣＯ_２吸収液の液面レベルを制御する制御装置と、を有することを特徴とする、ＣＯ_２回収装置。
2. 前記第２貯留部の内径ｄ２と前記第１貯留部の内径ｄ１との比率（ｄ２：ｄ１）が、１：１０〜１：２の範囲内である、請求項１に記載のＣＯ_２回収装置。
3. 前記第２貯留部は、前記ＣＯ_２吸収液再生塔の底部に設けられた円筒状部材である、請求項１又は請求項２に記載のＣＯ_２回収装置。
4. 前記第２貯留部内から前記ＣＯ_２吸収塔に送液する前記ＣＯ_２吸収液の液流速が０．３ｍ／ｓ以下である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のＣＯ_２回収装置。
5. 被処理気体とＣＯ_２吸収液とを接触させて前記被処理気体に含まれるＣＯ_２を前記ＣＯ_２吸収液に吸収させるＣＯ_２吸収工程と、
   ＣＯ_２を吸収した前記ＣＯ_２吸収液をＣＯ_２吸収液再生塔で加熱して当該ＣＯ_２吸収液からＣＯ_２を放出させて前記ＣＯ_２吸収液を再生するＣＯ_２吸収液再生工程と、を含み、
   前記ＣＯ_２吸収液再生工程において、ＣＯ_２吸収液再生塔の前記ＣＯ_２吸収液が一時的に貯留される第１貯留部と、前記第１貯留部より相対的に容量が小さく、内径ｄ２が前記第１貯留部の内径ｄ１に対して相対的に小さい第２貯留部との間で変化する前記ＣＯ_２吸収液の液面レベルを測定し、測定した液面レベルに基づいて第１貯留部と前記第２貯留部との間で前記ＣＯ_２吸収液の液面レベルを制御することを特徴とする、ＣＯ_２回収方法。
6. 前記第２貯留部の内径ｄ２と前記第１貯留部の内径ｄ１との比率（ｄ２：ｄ１）が、１：１０〜１：２の範囲内である、請求項５に記載のＣＯ_２回収方法。
7. 前記第２貯留部は、前記ＣＯ_２吸収液再生塔の底部に設けられた円筒状部材である、請求項５又は請求項６に記載のＣＯ_２回収方法。
8. 前記第２貯留部内から前記ＣＯ_２吸収塔に送液する前記ＣＯ_２吸収液の液流速が０．３ｍ／ｓ以下である、請求項５から請求項７のいずれか１項に記載のＣＯ_２回収方法。

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