JP6449099B2

JP6449099B2 - 放出処理装置及び放出処理方法

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Publication number: JP6449099B2
Application number: JP2015105838A
Authority: JP
Inventors: 彰利藤澤; 広央半谷; 松岡　亮; 亮松岡; 野一色　公二; 公二野一色
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2015-05-25
Filing date: 2015-05-25
Publication date: 2019-01-09
Anticipated expiration: 2035-05-25
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Description

本発明は、放出処理装置及び放出処理方法に関する。

従来、特定気体成分を吸収した吸収液から特定気体成分を放出させるための放出処理装置が知られている。例えば、下記特許文献１には、そのような放出処理装置の一例が開示されている。

特許文献１には、特定気体成分としてのＣＯ_２を回収するためのＣＯ_２回収装置の一部として放出処理装置が開示されている。この特許文献１のＣＯ_２回収装置では、吸収塔でＣＯ_２含有ガスから吸収液にＣＯ_２を吸収させ、そのＣＯ_２を吸収した吸収液から再生塔を用いた放出処理装置でＣＯ_２を放出させてＣＯ_２を回収するようになっている。

具体的に、再生塔には、吸収塔でＣＯ_２を吸収した吸収液であるリッチ溶液が供給され、その再生塔内の上部からリッチ溶液が散布される。再生塔内には、充填層が設けられている。散布されたリッチ溶液は、この充填層中を通って下降し、その過程で当該リッチ溶液からＣＯ_２が遊離する。これにより、リッチ溶液は、ほぼ全てのＣＯ_２が除去された吸収液であるリーン溶液（再生液）となり、再生塔内の底部に溜まる。

再生塔内の底部に溜まったリーン溶液の少なくとも一部は、再生加熱器に導かれ、その再生加熱器において加熱されて蒸発し、その後、再生塔内の下部に戻される。再生塔内の下部に戻されたリーン溶液の蒸気は、再生塔内を上昇し、下降するリッチ溶液と接触してリッチ溶液からＣＯ_２を遊離させる。これにより、リッチ溶液からＣＯ_２が放出される。再生塔は、その頂部から再生処理後の気体が排出されるようになっており、その排出気体として前記蒸気とリッチ溶液から遊離したＣＯ_２との混合気体が排出される。この排出された混合気体は、コンデンサに導入される。コンデンサでは混合気体中の蒸気のみが凝縮されて分離され、残りのＣＯ_２はコンデンサから排出されて回収される。

特開２００８−６２１６５号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された技術では、リッチ溶液から特定気体成分としてのＣＯ_２を放出させる放出処理に要するエネルギが増大するとともに、放出処理の効率が悪いという問題がある。その理由は以下の通りである。

特許文献１では、再生加熱器で生成したリーン溶液の蒸気を用いて再生塔でリッチ溶液からＣＯ_２を遊離させているが、この場合には、リーン溶液を気化させて再生塔でのリッチ溶液からのＣＯ_２の遊離に必要な蒸気を得るために再生加熱器で大きな熱量を要する。その結果、ＣＯ_２の放出処理に要するエネルギが増大する。

また、再生塔内でリッチ溶液から遊離したＣＯ_２は、そのリッチ溶液と接触した蒸気へ移動するが、この移動速度によって放出処理の効率が左右される。しかし、再生塔内のように容積の大きい空間では、リッチ溶液と蒸気との単位体積当たりの接触面積が小さいため、リッチ溶液から蒸気へのＣＯ_２の移動速度を向上させることは難しい。その結果、ＣＯ_２の放出処理の効率を向上させることが難しくなる。

本発明の目的は、特定気体成分を吸収した吸収液からその特定気体成分を放出させる処理に要するエネルギを低減可能であり且つ特定気体成分の放出処理の効率を向上可能な放出処理装置及び放出処理方法を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明による放出処理装置は、特定気体成分を吸収した吸収液であるリッチ吸収液から前記特定気体成分を放出させるための放出処理装置であって、前記リッチ吸収液を流通させながらそのリッチ吸収液から前記特定気体成分を放出させるマイクロチャネルである放出流路と、熱を供給する熱供給部であって熱媒体を流通させる熱媒体流路を有するものとが内部に設けられた流路構造体を備え、前記放出流路は、前記リッチ吸収液と前記リッチ吸収液よりも沸点が低く且つ前記リッチ吸収液に対して非相溶性の遊離剤の蒸気とを、前記特定気体成分が前記リッチ吸収液から遊離して前記遊離剤の蒸気へ移動するように前記リッチ吸収液と前記遊離剤の蒸気が互いに接触した状態で流通させる処理流路部と、前記リッチ吸収液が導入される第１導入流路部と、液状の前記遊離剤が導入される第２導入流路部と、前記第１導入流路部の下流側の端部及び前記第２導入流路部の下流側の端部に繋がり、前記第１導入流路部から流入した前記リッチ吸収液と前記第２導入流路部から流入した液状の前記遊離剤とを合流させる合流部と、前記合流部の下流側に繋がるとともに前記処理流路部の上流側の端部に繋がり、前記合流部から流入した前記リッチ吸収液と前記遊離剤との合流流体を流通させながらその合流流体中の前記遊離剤を前記熱供給部から供給される熱によって気化させて前記遊離剤の蒸気を発生させ、その発生した遊離剤の蒸気と前記リッチ吸収液とを前記処理流路部へ導く気化流路部と、を有し、前記流路構造体は、前記放出流路が形成された放出流路基板と、前記熱媒体流路が形成された熱媒体流路基板であって前記熱媒体流路が前記放出流路に対してその熱媒体流路を流れる前記熱媒体と前記放出流路を流れる流体とが熱交換可能な距離で隣接して配置されて前記気化流路部を流れる前記合流流体中の液状の前記遊離剤が前記熱媒体流路を流れる前記熱媒体から供給される熱によって気化するように前記放出流路基板と積層された熱媒体流路基板と、を有する。

この放出処理装置では、放出流路の処理流路部が、リッチ吸収液とそのリッチ吸収液よりも沸点が低く且つそのリッチ吸収液に対して非相溶性の遊離剤の蒸気とを、特定気体成分がリッチ吸収液から遊離して遊離剤の蒸気へ移動するようにリッチ吸収液と遊離剤の蒸気が互いに接触した状態で流通させるため、吸収液の気化に必要な熱量よりも小さい熱量で気化させた遊離剤の蒸気をリッチ吸収液からの特定気体成分の遊離に用いることができる。このため、吸収液を気化させた蒸気を用いてリッチ吸収液から特定気体成分を遊離させる従来の構成に比べて、リッチ吸収液からの特定気体成分の放出処理に要するエネルギを低減できる。また、この放出処理装置では、マイクロチャネルである放出流路の処理流路部が、リッチ吸収液と遊離剤の蒸気とを互いに接触させた状態で流通させるため、リッチ吸収液と遊離剤の蒸気の単位体積当たりの接触面積を増加させることができる。このため、リッチ吸収液から遊離剤の蒸気へのそれらの間の接触界面を介した特定気体成分の移動の効率を向上できる。その結果、リッチ吸収液からの特定気体成分の放出処理の効率を向上できる。また、この放出処理装置では、流路構造体内の熱供給部から供給される熱により、流路構造体内の放出流路の気化流路部を流れる遊離剤を気化させてその遊離剤の蒸気を発生させることができる。このため、流路構造体の外部で遊離剤を加熱して遊離剤の蒸気を発生させる加熱装置を備える放出処理装置に比べて、放出処理装置を小型化することができる。

前記流路構造体を備える構成において、前記流路構造体は、前記処理流路部を流れる前記リッチ吸収液を加熱するための熱を供給する処理流路用熱供給部を内部に有することが好ましい。

この構成によれば、処理流路部を流れるリッチ吸収液を加熱してそのリッチ吸収液からのＣＯ_２の遊離を促進できる。

また、本発明による放出処理方法は、特定気体成分を吸収した吸収液であるリッチ吸収液から前記特定気体成分を放出させるための放出処理方法であって、前記リッチ吸収液を流通させながらそのリッチ吸収液から前記特定気体成分を放出させるためのマイクロチャネルである放出流路と、熱を供給可能な熱供給部であって熱媒体を流通させる熱媒体流路を有するものとが内部に設けられた流路構造体であって、前記放出流路は、前記リッチ吸収液と前記リッチ吸収液よりも沸点が低く且つ前記リッチ吸収液に対して非相溶性の遊離剤の蒸気とを互いに接触した状態で流通させることが可能な処理流路部と、第１導入流路部と、第２導入流路部と、前記第１導入流路部及び前記第２導入流路部に繋がる合流部と、前記合流部に繋がるとともに前記処理流路部に繋がる気化流路部とを備えている流路構造体を用意する用意工程と、前記第１導入流路部に前記リッチ吸収液を導入するとともに前記第２導入流路部に液状の前記遊離剤を導入する導入工程と、前記合流部において前記第１導入流路部から流入した前記リッチ吸収液と前記第２導入流路部から流入した液状の前記遊離剤とを合流させる合流工程と、前記合流部で合流した前記リッチ吸収液と液状の前記遊離剤との合流流体を前記気化流路部に流通させながらその合流流体中の前記遊離剤を前記熱供給部から供給される熱によって気化させて前記遊離剤の蒸気を発生させ、その発生した遊離剤の蒸気と前記リッチ吸収液とを前記処理流路部へ導く気化処理工程と、前記処理流路部に前記リッチ吸収液と前記遊離剤の蒸気とを互いに接触した状態で流通させることにより前記リッチ吸収液から前記特定気体成分を遊離させてその特定気体成分を前記遊離剤の蒸気へ移動させる遊離処理工程と、を備え、前記用意工程で用意する前記流路構造体は、前記放出流路が形成された放出流路基板と、前記熱媒体流路が形成された熱媒体流路基板であって前記熱媒体流路が前記放出流路に対してその熱媒体流路を流れる前記熱媒体と前記放出流路を流れる流体とが熱交換可能な距離で隣接して配置されて前記気化流路部を流れる液状の前記遊離剤が前記熱媒体流路を流れる前記熱媒体から供給される熱によって気化するように前記放出流路基板と積層された熱媒体流路基板とを有し、前記気化処理工程では、前記気化流路部を流れる前記合流流体中の液状の前記遊離剤を、前記熱媒体流路を流れる前記熱媒体から供給される熱により気化させる。

この放出処理方法では、上記放出処理装置の場合と同様の理由により、リッチ吸収液からの特定気体成分の放出処理に要するエネルギを低減できるとともに、リッチ吸収液からの特定気体成分の放出処理の効率を向上でき、また、放出処理装置を小型化することができる。

前記用意工程において前記流路構造体を用意する構成において、前記用意工程では、前記流路構造体として、前記処理流路部へ熱を供給可能な処理流路用熱供給部を内部に有するものを用意し、前記遊離処理工程では、前記処理流路用熱供給部から供給される熱により前記リッチ吸収液を加熱しながら前記処理流路部に流通させることが好ましい。

以上説明したように、本発明によれば、特定気体成分を吸収した吸収液からその特定気体成分を放出させる処理に要するエネルギを低減できるとともに、特定気体成分の放出処理の効率を向上できる。

本発明の一実施形態による放出処理装置を含む吸収分離装置の模式図である。放出処理装置の放出処理部の概略的な斜視図である。図２に示した放出処理部の流路構造体を構成する放出流路基板の一方の板面を示す平面図である。図３に示した放出流路基板の反対側の板面を示す平面図である。図２に示した放出処理部の流路構造体を構成する熱媒体流路基板の平面図である。気化処理工程及び遊離処理工程を説明するための模式図である。本発明に対する参考例による放出処理装置を含む吸収分離装置の模式図である。

まず、図１〜図６を参照して、本発明の一実施形態による放出処理装置３について説明する。

本実施形態による放出処理装置３（図１参照）は、特定気体成分を吸収した吸収液であるリッチ吸収液から特定気体成分を放出させる処理を行う装置である。放出処理装置３は、特定気体成分を含有する処理ガスから吸収液に特定気体成分を吸収させ、その後、吸収液から特定気体成分を放出させて回収する吸収分離装置１の一部を構成している。

吸収分離装置１は、図１に示すように、吸収塔２と、放出処理装置３と、熱交換器６と、第１ポンプ９と、第２ポンプ１０と、を備える。

吸収塔２は、特定気体成分を含有する処理ガスから吸収液に特定気体成分を吸収させる処理を行うものである。吸収塔２内の上下方向の中間部には、充填層１２が設けられている。吸収塔２内における充填層１２の上側、すなわち吸収塔２内の上部には、吸収液を散布する散布部１４が設けられている。また、吸収塔２内における充填層１２の下側、すなわち吸収塔２内の下部に処理ガスが導入されるようになっている。

吸収塔２内において散布部１４から吸収液が散布され、その散布された吸収液は、充填層１２の中を通って降下しつつ、吸収塔２内の下部に導入されて上昇する処理ガスと接触する。この接触により、処理ガスから吸収液に特定気体成分が吸収される。特定気体成分を吸収した吸収液は、吸収塔２内の底部に溜まり、当該吸収塔２内から排出されるようになっている。以下、特定気体成分を吸収した吸収液のことをリッチ吸収液と称する。

一方、吸収液に特定気体成分を吸収された後の処理ガスであるオフガスは、上昇して吸収塔２の頂部から排出されるようになっている。

リッチ吸収液を排出する吸収塔２の底部の排出部は、管路を介して熱交換器６に接続されている。吸収塔２の底部の排出部と熱交換器６とを繋ぐ管路には、吸収塔２から排出されたリッチ吸収液を熱交換器６側へ送る第１ポンプ９が設けられている。

熱交換器６は、リッチ吸収液と、後述するように放出処理部４で特定気体成分が遊離されることによってその特定気体成分の濃度が低下したリーン吸収液との間での熱交換を行うものである。熱交換器６では、熱交換によりリッチ吸収液を加熱するようになっている。

熱交換器６のリーン吸収液の出口は、管路を介して吸収塔２の散布部１４に繋がっている。これにより、熱交換器６から排出されたリーン吸収液は、吸収塔２へ供給されて散布部１４から吸収液として吸収塔２内に散布されるようになっている。

熱交換器６のリッチ吸収液の出口は、管路を介して放出処理部４に繋がっている。これにより、熱交換器６から排出されたリッチ吸収液は、放出処理部４へ供給されるようになっている。

放出処理装置３は、熱交換器６から当該放出処理装置３の放出処理部４へ送られるリッチ吸収液から特定気体成分を放出させてその特定気体成分を回収するための処理を行う。この放出処理装置３は、放出処理部４と、凝縮器８とを備える。

放出処理部４は、リッチ吸収液から特定気体成分を遊離させてその特定気体成分を遊離剤中へ移動させることによりリッチ吸収液からの特定気体成分の放出処理を行うものである。換言すれば、放出処理部４は、リッチ吸収液から特定気体成分を放出させてそのリッチ吸収液を特定気体成分の濃度が低下したリーン吸収液に再生する機能を有する。

放出処理部４は、図２に示すように、流路構造体３２と、リッチ吸収液導入ヘッダ３４と、遊離剤導入ヘッダ３６と、分離ヘッダ３８と、熱媒体導入ヘッダ４０と、熱媒体排出ヘッダ４２と、を有する。

流路構造体３２は、リッチ吸収液を流通させながらそのリッチ吸収液から特定気体成分を放出させる多数の放出流路５０（図３参照）と、熱媒体を流通させて、放出流路５０のうちの後述する合流流体流路部５４を流れる流体を加熱するための熱を供給する多数の熱媒体流路５６（図５参照）とを内部に有する。放出流路５０と熱媒体流路５６は、微小な流路径を有するマイクロチャネルである。また、熱媒体流路５６は、本発明における熱供給部及び処理流路用熱供給部の一例である。

流路構造体３２は、図２に示すように、例えばステンレス鋼からなる多数の板が積層されて互いに接合されることによって形成された積層体からなる。流路構造体３２を構成する多数の板には、複数の放出流路基板４４と、複数の熱媒体流路基板４５と、複数の封止板４６とが含まれる。流路構造体３２では、放出流路基板４４と熱媒体流路基板４５とがそれらの間に封止板４６を挟みながら交互に繰り返し積層されている。

各放出流路基板４４には、図３に示すように、複数の放出流路５０が並列に配置された状態で形成される。各放出流路５０は、図３及び図４に示すように、第１導入流路部５１と、第２導入流路部５２と、合流部５３と、合流流体流路部５４とを有する。

第１導入流路部５１は、リッチ吸収液が導入されてそのリッチ吸収液を合流部５３へ導く流路である。第２導入流路部５２は、遊離剤が導入されてその遊離剤を合流部５３へ導く流路である。合流部５３は、第１導入流路部５１の下流側の端部と第２導入流路部５２の下流側の端部に繋がっている。合流部５３は、第１導入流路部５１から流入したリッチ吸収液と、第２導入流路部５２から流入した遊離剤とを合流させる部分である。合流流体流路部５４は、合流部５３の下流側に繋がっている。合流流体流路部５４は、合流部５３から流入したリッチ吸収液と遊離剤とを互いに接触した状態で流通させながら、遊離剤を気化させる気化処理と、リッチ吸収液から特定気体成分を遊離させて遊離剤蒸気中に移動させる遊離処理とが行われる流路である。

図６では、放出流路５０を模式的に示しているが、この図６に示されているように、合流流体流路部５４は、合流部５３に繋がる上流側の気化流路部５４ｂと、その気化流路部５４ｂの下流側に繋がる遊離流路部５４ｃとを有する。気化流路部５４ｂは、合流部５３から流入したリッチ吸収液と遊離剤を流通させながら、熱媒体流路５６から供給される熱により遊離剤を気化させて遊離剤の蒸気を発生させる気化処理が行われる部分である。遊離流路部５４ｃは、遊離処理が行われる部分であり、気化流路部５４ｂから流入したリッチ吸収液と遊離剤蒸気とを、リッチ吸収液から特定気体成分が遊離して遊離剤蒸気中に移動するようにそのリッチ吸収液と遊離剤蒸気とが互いに接触した状態で流通させる部分である。遊離流路部５４ｃは、本発明における処理流路部の一例である。

各放出流路基板４４の一方の板面には、各第１導入流路部５１に対応した形状の微細な複数の溝と、各合流流体流路部５４に対応した形状の微細な複数の溝とが形成されている。当該一方の板面におけるそれらの溝の開口がこの一方の板面に積層された封止板４６（図２参照）によって封止されることにより、各第１導入流路部５１及び各合流流体流路部５４が形成されている。

また、各放出流路基板４４の前記一方の板面と反対側の板面には、各第２導入流路部５２に対応した形状の微細な複数の溝が形成されている。この反対側の板面におけるそれらの溝の開口がこの反対側の板面に積層された封止板４６（図２参照）によって封止されることにより、各第２導入流路部５２が形成されている。

各放出流路基板４４には、各合流部５３に対応した形状の複数の貫通孔が前記一方の板面から前記反対側の板面へ当該放出流路基板４４を厚み方向に貫通するように形成されており、その貫通孔によって各合流部５３が形成されている。

各第１導入流路部５１は、リッチ吸収液を受け入れる第１導入口５１ａをその上流側の端部に有し、各第２導入流路部５２は、遊離剤を受け入れる第２導入口５２ａをその上流側の端部に有する。また、各合流流体流路部５４は、遊離処理後のリーン吸収液と遊離剤蒸気を流出させる流出口５４ａをその下流側の末端に有する。各第１導入口５１ａ、各第２導入口５２ａ及び各流出口５４ａは、流路構造体３２のそれぞれ対応する側面において開口している。

各熱媒体流路基板４５には、図５に示すように複数の熱媒体流路５６が並列に配置された状態で形成される。各熱媒体流路５６は、蛇行形状を有する。各熱媒体流路基板４５の一方の板面には、各熱媒体流路５６に対応した形状の微細な複数の溝が形成されている。この一方の板面におけるそれらの溝の開口がこの板面に積層された封止板４６（図２参照）によって封止されることにより、各熱媒体流路５６が形成されている。

流路構造体３２では、放出流路基板４４と熱媒体流路基板４５とがそれらの間に封止板４６を挟みながら交互に積層されていることにより、各放出流路基板４４に形成された複数の放出流路５０と各熱媒体流路基板４５に形成された複数の熱媒体流路５６とが各板の積層方向において交互に配列されている。前記積層方向において隣り合う放出流路５０と熱媒体流路５６は、それらを流れる混合流体と熱媒体とが互いに熱交換可能な距離をそれらの間にあけて隣接して配置されている。各熱媒体流路５６は、熱媒体を受け入れる導入口５６ａをその上流側の端部に有し、熱媒体を流出させる流出口５６ｂをその下流側の端部に有する。各導入口５６ａ及び各流出口５６ｂは、流路構造体３２のそれぞれ対応する側面において開口している。

リッチ吸収液導入ヘッダ３４（図２参照）は、各放出流路５０（図３参照）の第１導入口５１ａにリッチ吸収液を分配して供給するためのものである。リッチ吸収液導入ヘッダ３４は、流路構造体３２内の全ての放出流路５０の第１導入口５１ａを一括して覆うようにその第１導入口５１ａが形成された流路構造体３２の側面に取り付けられている。リッチ吸収液導入ヘッダ３４は、管路を介して熱交換器６のリッチ吸収液の出口と繋がっており、熱交換器６から排出されたリッチ吸収液が当該リッチ吸収液導入ヘッダ３４に供給されるようになっている。

遊離剤導入ヘッダ３６（図２参照）は、各放出流路５０（図３参照）の第２導入口５２ａに液状の遊離剤を分配して供給するためのものである。遊離剤導入ヘッダ３６は、流路構造体３２内の全ての放出流路５０の第２導入口５２ａを一括して覆うようにその第２導入口５２ａが形成された流路構造体３２の側面に取り付けられている。

分離ヘッダ３８（図２参照）は、各流出口５４ａ（図３参照）から流出したリーン吸収液と遊離剤蒸気の混合流体を気液分離させるものである。分離ヘッダ３８は、流路構造体３２内の全ての放出流路５０の流出口５４ａを一括して覆うようにその流出口５４ａが形成された流路構造体３２の側面に取り付けられている。分離ヘッダ３８の内部空間には、各流出口５４ａから混合流体が排出され、その内部空間において混合流体がリーン吸収液と遊離剤蒸気とに比重差によって気液分離するようになっている。

分離ヘッダ３８の下部には、当該分離ヘッダ３８内で分離されたリーン吸収液を排出するための下部出口が設けられている。この下部出口は、管路を介して熱交換器６（図１参照）に繋がっている。これにより、下部出口から排出されたリーン吸収液は、管路を通じて熱交換器６へ導かれるようになっている。

また、分離ヘッダ３８の上部には、当該分離ヘッダ３８内で分離された遊離剤蒸気を排出するための上部出口が設けられている。この上部出口は、管路を介して凝縮器８（図１参照）に繋がっている。これにより、上部出口から排出された遊離剤蒸気は、管路を通じて凝縮器８へ導かれるようになっている。

熱媒体導入ヘッダ４０（図２参照）は、各熱媒体流路５６（図５参照）の導入口５６ａに熱媒体を分配して供給するためのものである。熱媒体導入ヘッダ４０は、流路構造体３２内の全ての熱媒体流路５６の導入口５６ａを一括して覆うようにその導入口５６ａが形成された流路構造体３２の側面に取り付けられている。熱媒体導入ヘッダ４０には、熱媒体の供給配管が接続されていて、その供給配管から熱媒体導入ヘッダ４０に熱媒体が供給されるようになっている。

熱媒体排出ヘッダ４２（図２参照）は、流路構造体３２内での加熱に使用されて各熱媒体流路５６（図５参照）の流出口５６ｂから流出する使用後の熱媒体を受けるものである。熱媒体排出ヘッダ４２は、流路構造体３２内の全ての熱媒体流路５６の流出口５６ｂを一括して覆うようにその流出口５６ｂが形成された流路構造体３２の側面に取り付けられている。熱媒体排出ヘッダ４２には、熱媒体の排出配管が接続されていて、熱媒体排出ヘッダ４２内に排出された使用後の熱媒体はその排出配管を通じて排出されるようになっている。

凝縮器８は、導入された遊離剤蒸気を冷却して凝縮させるものである。この凝縮器８における遊離剤の凝縮により、遊離剤蒸気に混ざっていた特定気体成分が分離する。凝縮器８の底部には、凝縮した液状の遊離剤を排出するための底部出口が設けられており、この底部出口は、管路を介して放出処理部４の遊離剤導入ヘッダ３６に繋がっている。これにより、凝縮器８から排出された液状の遊離剤は、遊離剤導入ヘッダ３６へ送られるようになっている。また、凝縮器８の上部には、分離した特定気体成分を排出するための上部出口が設けられている。

次に、本実施形態による特定気体成分の放出処理方法について説明する。

本実施形態の放出処理方法は、吸収分離装置１の吸収塔２において特定気体成分を吸収した吸収液であるリッチ吸収液から特定気体成分を放出させるためのものである。特定気体成分は、例えばＣＯ_２であり、吸収液は、例えばアミン系水溶液である。

吸収塔２では、散布部１４から散布された吸収液が充填層１２中を通って降下しつつ、吸収塔２内の下部に導入された処理ガスが充填層１２中を通って上昇し、その過程で吸収液と処理ガスが互いに接触することにより処理ガスから吸収液へ特定気体成分が吸収される。吸収液に特定気体成分が吸収された後の処理ガスであるオフガスは、吸収塔２の頂部から排出される。特定気体成分を吸収した後の吸収液であるリッチ吸収液は、吸収塔２内の底部に溜まり、その底部から排出されて第１ポンプ９により熱交換器６へ送られる。吸収塔２から排出されて熱交換器６へ送られるリッチ吸収液の温度は、吸収塔２内での処理ガスから吸収液への特定気体成分の吸収反応によって生じる熱により７０℃程度になっている。

熱交換器６では、リッチ吸収液と、後述するように放出処理部４の分離ヘッダ３８から排出されるリーン吸収液との間での熱交換が行われる。リーン吸収液の温度は約１２０℃である。リッチ吸収液は、このリーン吸収液との間での熱交換により１２０℃近傍の温度まで加熱され、その後、放出処理部４へ送られる。一方、リーン吸収液は、熱交換によって冷却され、その後、吸収塔２の散布部１４へ吸収処理に用いる吸収液として供給される。

放出処理部４では、以上のようにして送られてきたリッチ吸収液について特定気体成分を放出させる放出処理を行う。以下、この放出処理方法について説明する。

リッチ吸収液は、リッチ吸収液導入ヘッダ３４（図２参照）に導入され、そのリッチ吸収液導入ヘッダ３４から各放出流路５０（図３参照）の第１導入流路部５１に分配されて導入される。また、遊離剤導入ヘッダ３６（図２参照）には、液状の遊離剤が供給され、その遊離剤導入ヘッダ３６から各放出流路５０の第２導入流路部５２（図３参照）に分配されて導入される。

遊離剤は、後述するように蒸気の状態でリッチ吸収液と接触することによりそのリッチ吸収液から特定気体成分を遊離させて当該遊離剤の蒸気中へその特定気体成分を移動させる媒体として用いられるものである。具体的には、遊離剤は、吸収液（リッチ吸収液）よりも沸点が低く且つ吸収液に対して非相溶性の液体である。吸収液としてアミン系水溶液を用いる場合には、遊離剤として、例えばヘキサン、ヘプタン、オクタン又はトルエン等の有機溶剤が用いられる。

熱媒体導入ヘッダ４０（図２参照）には、高温の熱媒体が供給される。この供給された熱媒体は、熱媒体導入ヘッダ４０から各熱媒体流路５６（図５参照）に分配されて導入される。

第１導入流路部５１に導入されたリッチ吸収液と第２導入流路部５２に導入された液状の遊離剤は、合流部５３（図３参照）で合流し、互いに接触した状態で合流流体流路部５４へ流れる。本実施形態では、リッチ吸収液と遊離剤は、合流流体流路部５４をスラグ流の状態で流れる。合流流体流路部５４のうちの上流側の気化流路部５４ｂ（図６参照）では、スラグ流中における液状の遊離剤が熱媒体流路５６（図５参照）を流れる熱媒体から供給される熱により加熱されて気化し、遊離剤蒸気となる。これにより、互いに接触したリッチ吸収液のスラグと遊離剤蒸気のスラグからなるスラグ流が、気化流路部５４ｂから下流側の遊離流路部５４ｃ（図６参照）へ流れる。リッチ吸収液と遊離剤蒸気とのスラグ流が遊離流路部５４ｃを流れる過程において、リッチ吸収液のスラグから特定気体成分（ＣＯ_２）が遊離し、その遊離した特定気体成分がリッチ吸収液のスラグと接触している遊離剤蒸気のスラグ中へ両スラグ間の接触界面を介して移動する遊離処理が行われる。

具体的に、遊離剤蒸気中の特定気体成分の分圧はリッチ吸収液中の特定気体成分の分圧よりも低いため、遊離剤蒸気のスラグとリッチ吸収液のスラグとが互いに接触した状態では、特定気体成分の分圧の高いリッチ吸収液から特定気体成分が遊離して特定気体成分の分圧の低い遊離剤蒸気中へ移動する。また、リッチ吸収液からの特定気体成分の遊離は、吸熱反応であり、熱媒体流路５６を流れる熱媒体から遊離流路部５４ｃを流れるリッチ吸収液に熱が供給されることによってリッチ吸収液からの特定気体成分の遊離が促進される。以上のような遊離処理によって、リッチ吸収液からの特定気体成分の放出が成される。

リッチ吸収液は、遊離処理によって、特定気体成分の濃度が低下したリーン吸収液となる。そして、このリーン吸収液と、特定気体成分を含有する遊離剤蒸気との混合流体が、各放出流路５０の流出口５４ａから分離ヘッダ３８の内部空間へ流出する。分離ヘッダ３８（図２参照）の内部空間に流入した混合流体は、比重差により、特定気体成分を含有する遊離剤蒸気とリーン吸収液とに気液分離する。これにより、特定気体成分を含有する遊離剤蒸気が分離ヘッダ３８の上部出口から排出され、リーン吸収液が分離ヘッダ３８の下部出口から排出される。

分離ヘッダ３８の下部出口から排出されたリーン吸収液は、第２ポンプ１０により熱交換器６へ送られて上述のようにリッチ吸収液との熱交換に用いられた後、吸収塔２の散布部１４へ供給される。

分離ヘッダ３８の上部出口から排出された特定気体成分を含有する遊離剤蒸気は、凝縮器８へ導入される。そして、特定気体成分を含有する遊離剤蒸気は、凝縮器８において冷却されることによって、そのうちの遊離剤蒸気のみが凝縮して液状の遊離剤となる。この凝縮した液状の遊離剤は、凝縮器８から放出処理部４の遊離剤導入ヘッダ３６へ流れ、その遊離剤導入ヘッダ３６から各放出流路５０の第２導入流路部５２へ導入される。一方、凝縮器８において遊離剤蒸気が凝縮することにより特定気体成分のみが残り、その特定気体成分は、凝縮器８から排出されて回収される。

以上のようにして本実施形態によるリッチ吸収液からの特定気体成分の放出処理が行われる。

本実施形態では、放出流路５０の処理流路部が、リッチ吸収液とそのリッチ吸収液よりも沸点が低く且つそのリッチ吸収液に対して非相溶性の遊離剤の蒸気とを、特定気体成分がリッチ吸収液から遊離して遊離剤の蒸気へ移動するようにリッチ吸収液と遊離剤の蒸気が互いに接触した状態で流通させる。このため、吸収液の気化に必要な熱量よりも小さい熱量で気化させた遊離剤の蒸気をリッチ吸収液からの特定気体成分の遊離に用いることができる。このため、吸収液を気化させた蒸気を用いてリッチ吸収液から特定気体成分を遊離させる従来の構成に比べて、リッチ吸収液からの特定気体成分の放出処理に要するエネルギを低減できる。

また、本実施形態では、マイクロチャネルである放出流路５０の処理流路部が、リッチ吸収液と遊離剤の蒸気とを互いに接触させた状態で流通させるため、リッチ吸収液と遊離剤の蒸気の単位体積当たりの接触面積を増加させることができる。このため、リッチ吸収液から遊離剤の蒸気へのそれらの間の接触界面を介した特定気体成分の移動の効率を向上できる。その結果、リッチ吸収液からの特定気体成分の放出処理の効率を向上できる。

また、本実施形態では、流路構造体３２内の熱媒体流路５６から供給される熱により、流路構造体３２内の放出流路５０の気化流路部５４ｂを流れる遊離剤を気化させてその遊離剤の蒸気を発生させることができる。このため、流路構造体の外部で遊離剤を加熱して遊離剤の蒸気を発生させる加熱装置を備えるような放出処理装置に比べて、放出処理装置３を小型化することができる。

また、本実施形態では、流路構造体３２内の熱媒体流路５６から供給される熱により、処理流路部を流れるリッチ吸収液を加熱することができる。このため、処理流路部を流れるリッチ吸収液を加熱してそのリッチ吸収液からのＣＯ_２の遊離を促進できる。

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。

例えば、上記実施形態では、処理ガスから吸収液に特定気体成分を吸収させる吸収装置として吸収塔を用いたが、吸収塔以外の吸収装置を用いてもよい。

また、分離対象である特定気体成分は、必ずしもＣＯ_２に限定されず、他の気体成分であってもよい。その場合、吸収液として、その分離対象の気体成分を選択的に吸収可能な吸収液を用い、その吸収液よりも沸点が低く且つその吸収液と相溶しない遊離剤を吸収液からの気体成分の遊離処理に用いればよい。

また、本発明に対する参考例として、流路構造体内において合流流体流路部を流れる流体へ熱を供給する熱供給部は、上記のような熱媒体流路でなくてもよい。例えば、気化流路部及び遊離流路部を流れる合流流体中の遊離剤と熱交換可能となるように流路構造体内の気化流路部及び遊離流路部に対応する領域に設けられて外部から供給された熱を保持する熱保持材を熱供給部として設けてもよい。また、気化流路部に熱を供給する熱供給部と、遊離流路部に熱を供給する熱供給部とが、それぞれ独立して設けられていてもよい。

また、上記実施形態では、気化流路部及び遊離流路部において、遊離剤とリッチ吸収液とがスラグ流の形態で流れるように示したが、必ずしもこの形態で流れるものに限定されない。例えば、気化流路部及び遊離流路部において、遊離剤とリッチ吸収液が二層流の形態で流れるものであってもよい。この場合であっても、遊離剤の気化と遊離剤蒸気によるリッチ吸収液からの特定気体成分の遊離とを、上記実施形態と同様に実施することができる。

また、本発明に対する参考例としては、放出処理装置の流路構造体内で液状の遊離剤を気化させなくてもよい。例えば、流路構造体の外部で遊離剤を気化させて遊離剤蒸気を生成し、その生成した遊離剤蒸気を流路構造体内の放出流路に供給してもよい。図７には、このような参考例による放出処理装置３が用いられた吸収分離装置１の一例が示されている。

この参考例による放出処理装置３は、放出処理部４の外部に設けられ、遊離剤を気化させてその遊離剤の蒸気を生成する気化装置６０を備える。気化装置６０は、凝縮器８と放出処理部４の遊離剤導入ヘッダ３６とを繋ぐ管路に設けられている。気化装置６０は、凝縮器８から排出された凝縮遊離剤を加熱することによって気化させるものである。気化装置６０によって気化されることにより生成された遊離剤蒸気が遊離剤導入ヘッダ３６へ供給され、その遊離剤導入ヘッダ３６から流路構造体３２内の各放出流路５０（図３参照）の第２導入流路部５２へ遊離剤蒸気が分配されて導入されるようになっている。

各放出流路５０の合流部５３では、第１導入流路部５１から流入したリッチ吸収液に第２導入流路部５２から流入した遊離剤蒸気が合流する。そして、その合流したリッチ吸収液と遊離剤蒸気は、合流部５３から合流流体流路部５４に流入し、その合流流体流路部５４を流れながらリッチ吸収液から特定気体成分が遊離して遊離剤蒸気中へ移動する遊離処理が行われる。

この参考例では、流路構造体３２の外部の気化装置６０で生成した遊離剤の蒸気を第２導入流路部５２を通じて合流部５３へ流入させてその合流部５３に第１導入流路部５１から流入したリッチ吸収液と合流させることができる。液状の遊離剤は、気化して蒸気になることによって体積が著しく増大するため、仮に放出流路に液状の遊離剤を導入してから気化させる場合には、リッチ吸収液に対する遊離剤の蒸気の混合比率の調節が難しくなる。これに対し、この参考例では、流路構造体３２の外部で生成された遊離剤の蒸気を放出流路５０内に導入するので、その導入する遊離剤の蒸気の量を流路構造体３２の外部で調節することができ、リッチ吸収液に対する遊離剤の蒸気の混合比率を容易に調節できる。

３放出処理装置
４放出処理部
３２流路構造体
５０放出流路
５１第１導入流路部
５２第２導入流路部
５３合流部
５４ｂ気化流路部
５４ｃ遊離流路部（処理流路部）
５６熱媒体流路（熱供給部）

Claims

特定気体成分を吸収した吸収液であるリッチ吸収液から前記特定気体成分を放出させるための放出処理装置であって、
前記リッチ吸収液を流通させながらそのリッチ吸収液から前記特定気体成分を放出させるマイクロチャネルである放出流路と、熱を供給する熱供給部であって熱媒体を流通させる熱媒体流路を有するものとが内部に設けられた流路構造体を備え、
前記放出流路は、前記リッチ吸収液と前記リッチ吸収液よりも沸点が低く且つ前記リッチ吸収液に対して非相溶性の遊離剤の蒸気とを、前記特定気体成分が前記リッチ吸収液から遊離して前記遊離剤の蒸気へ移動するように前記リッチ吸収液と前記遊離剤の蒸気が互いに接触した状態で流通させる処理流路部と、前記リッチ吸収液が導入される第１導入流路部と、液状の前記遊離剤が導入される第２導入流路部と、前記第１導入流路部の下流側の端部及び前記第２導入流路部の下流側の端部に繋がり、前記第１導入流路部から流入した前記リッチ吸収液と前記第２導入流路部から流入した液状の前記遊離剤とを合流させる合流部と、前記合流部の下流側に繋がるとともに前記処理流路部の上流側の端部に繋がり、前記合流部から流入した前記リッチ吸収液と前記遊離剤との合流流体を流通させながらその合流流体中の前記遊離剤を前記熱供給部から供給される熱によって気化させて前記遊離剤の蒸気を発生させ、その発生した遊離剤の蒸気と前記リッチ吸収液とを前記処理流路部へ導く気化流路部と、を有し、
前記流路構造体は、前記放出流路が形成された放出流路基板と、前記熱媒体流路が形成された熱媒体流路基板であって前記熱媒体流路が前記放出流路に対してその熱媒体流路を流れる前記熱媒体と前記放出流路を流れる流体とが熱交換可能な距離で隣接して配置されて前記気化流路部を流れる前記合流流体中の液状の前記遊離剤が前記熱媒体流路を流れる前記熱媒体から供給される熱によって気化するように前記放出流路基板と積層された熱媒体流路基板と、を有する、放出処理装置。
前記流路構造体は、前記処理流路部を流れる前記リッチ吸収液を加熱するための熱を供給する処理流路用熱供給部を内部に有する、請求項１に記載の放出処理装置。
特定気体成分を吸収した吸収液であるリッチ吸収液から前記特定気体成分を放出させるための放出処理方法であって、
前記リッチ吸収液を流通させながらそのリッチ吸収液から前記特定気体成分を放出させるためのマイクロチャネルである放出流路と、熱を供給可能な熱供給部であって熱媒体を流通させる熱媒体流路を有するものとが内部に設けられた流路構造体であって、前記放出流路は、前記リッチ吸収液と前記リッチ吸収液よりも沸点が低く且つ前記リッチ吸収液に対して非相溶性の遊離剤の蒸気とを互いに接触した状態で流通させることが可能な処理流路部と、第１導入流路部と、第２導入流路部と、前記第１導入流路部及び前記第２導入流路部に繋がる合流部と、前記合流部に繋がるとともに前記処理流路部に繋がる気化流路部とを備えている流路構造体を用意する用意工程と、
前記第１導入流路部に前記リッチ吸収液を導入するとともに前記第２導入流路部に液状の前記遊離剤を導入する導入工程と、
前記合流部において前記第１導入流路部から流入した前記リッチ吸収液と前記第２導入流路部から流入した液状の前記遊離剤とを合流させる合流工程と、
前記合流部で合流した前記リッチ吸収液と液状の前記遊離剤との合流流体を前記気化流路部に流通させながらその合流流体中の前記遊離剤を前記熱供給部から供給される熱によって気化させて前記遊離剤の蒸気を発生させ、その発生した遊離剤の蒸気と前記リッチ吸収液とを前記処理流路部へ導く気化処理工程と、
前記処理流路部に前記リッチ吸収液と前記遊離剤の蒸気とを互いに接触した状態で流通させることにより前記リッチ吸収液から前記特定気体成分を遊離させてその特定気体成分を前記遊離剤の蒸気へ移動させる遊離処理工程と、を備え、
前記用意工程で用意する前記流路構造体は、前記放出流路が形成された放出流路基板と、前記熱媒体流路が形成された熱媒体流路基板であって前記熱媒体流路が前記放出流路に対してその熱媒体流路を流れる前記熱媒体と前記放出流路を流れる流体とが熱交換可能な距離で隣接して配置されて前記気化流路部を流れる液状の前記遊離剤が前記熱媒体流路を流れる前記熱媒体から供給される熱によって気化するように前記放出流路基板と積層された熱媒体流路基板とを有し、
前記気化処理工程では、前記気化流路部を流れる前記合流流体中の液状の前記遊離剤を、前記熱媒体流路を流れる前記熱媒体から供給される熱により気化させる、放出処理方法。
前記用意工程では、前記流路構造体として、前記処理流路部へ熱を供給可能な処理流路用熱供給部を内部に有するものを用意し、
前記遊離処理工程では、前記処理流路用熱供給部から供給される熱により前記リッチ吸収液を加熱しながら前記処理流路部に流通させる、請求項３に記載の放出処理方法。