JP6612660B2 - 二酸化炭素回収システムおよび二酸化炭素回収方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、二酸化炭素回収システムおよび二酸化炭素回収方法に関する。

化石燃料の燃焼生成物である二酸化炭素による地球温暖化への対応として、燃焼排ガスと吸収液とを接触させて燃焼排ガス中の二酸化炭素を回収する方法が研究されている。

吸収液により燃焼排ガス中の二酸化炭素を回収するシステムの例としては、燃焼排ガスと吸収液とを接触させて、燃焼排ガス中の二酸化炭素を吸収液に吸収させる吸収塔と、二酸化炭素を吸収した吸収液を加熱して、吸収液から二酸化炭素を放出させる再生塔とを備える二酸化炭素回収システムが知られている。

また、二酸化炭素回収システムの吸収塔でより多くの二酸化炭素を吸収するため、二酸化炭素吸収部の充填材の表面に高分子膜を塗布して吸収液と充填材との気液接触率を向上させることが考えられている。

二酸化炭素回収システムの吸収液としては、アミン系液体、シリコーンオイル、イオン性液体などが使用される。二酸化炭素回収システムを安定的かつ経済的に運転するためには、吸収塔内の吸収液の二酸化炭素濃度と、再生塔内の吸収液の二酸化炭素濃度とを常に一致させることや、再生塔内の吸収液の二酸化炭素濃度を監視しながら再生塔リボイラへの投入熱エネルギーを調整することが望まれる。

発電所の付帯設備として設置される二酸化炭素回収システムでは、使用するエネルギーを発電所から受けることが多い。一般に、二酸化炭素回収システムは、発電所の発電エネルギーの１５〜２０％を使用してしまうと言われている。例えば、二酸化炭素回収システムの再生塔や再生塔リボイラは多量のエネルギーを必要とすることから、再生塔や再生塔リボイラで使用するエネルギーを低減することが望まれる。

特開２００４−３２３３３９号公報 特許第３９５８０３５号公報

二酸化炭素回収システムの再生塔では、二酸化炭素を効率的に回収できない事態の発生が問題となる。例えば、再生塔内を上昇するガスにより吸収液が落下しなくなるフラッディングや、再生塔内にて吸収液内に泡が生じるフォーミングが問題となる。フォーミングが発生すると、吸収液やガスの流量の変動が大きくなるため、二酸化炭素回収システムの運転が困難となる。フォーミングは吸収液内に消泡剤を添加することで低減できるが、消泡剤が吸収液の性能を低下させる可能性がある。

そこで、本発明の実施形態は、再生塔内で二酸化炭素を効率的に回収可能な二酸化炭素回収システムおよび二酸化炭素回収方法を提供することを課題とする。

一の実施形態によれば、二酸化炭素回収システムは、処理対象ガス中の二酸化炭素を吸収液に吸収させる吸収塔と、前記二酸化炭素を吸収した前記吸収液から前記二酸化炭素を放出させる再生塔とを備える。前記システムはさらに、前記吸収塔から前記再生塔に前記吸収液を移送する第１流路と、前記再生塔から前記吸収塔に前記吸収液を移送する第２流路とを備える。前記再生塔は、前記再生塔内で上段から下段に順番に配置された第１から第Ｎ（Ｎは２以上の整数）の充填層を備える。前記第１から第Ｎの充填層は、第Ｋ１の充填層の比表面積が、前記第Ｋ１の充填層よりも下段の第Ｋ２の充填層の比表面積よりも大きい第Ｋ１および第Ｋ２の充填層（Ｋ１およびＫ２は、１≦Ｋ１≦Ｎ、１≦Ｋ２≦Ｎ、およびＫ１＜Ｋ２を満たす整数）を含む。

本発明にかかる各実施形態によれば、二酸化炭素を効率的に回収することができる。

第１実施形態の二酸化炭素回収システムの構成を示す模式図である。 第１実施形態の再生塔の構造を示す断面図である。 第１実施形態の再生塔内の充填層の例を示す断面図である。 第１実施形態の変形例の再生塔の構造を示す断面図である。 第１実施形態の別の変形例の再生塔の構造を示す断面図である。 第２実施形態の再生塔の構造を示す断面図である。 第２実施形態の変形例の再生塔の構造を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の二酸化炭素回収システムの構成を示す模式図である。

図１の二酸化炭素回収システムは、吸収塔１１と、リッチ液移送ポンプ１２と、再生熱交換器１３と、再生塔１４と、再生塔リボイラ１５と、リーン液移送ポンプ１６と、リーン液冷却器１７と、リーン液緩衝タンク１８と、吸収塔還流冷却器２１と、気液分離器２２と、再生塔還流冷却器２３と、二酸化炭素分離器２４と、回収二酸化炭素排出ライン２５と、還流液ポンプ２６とを備えている。

図１の二酸化炭素回収システムはさらに、吸収塔１１から再生塔１４に吸収液を移送するリッチ液流路Ｌ１と、再生塔１４から吸収塔１１に吸収液を移送するリーン液流路Ｌ２とを備えている。リッチ液移送ポンプ１２は、リッチ液流路Ｌ１に設けられている。再生熱交換器１３は、リッチ液流路Ｌ１とリッチ液流路Ｌ２との交点に設けられている。再生塔リボイラ１５は、リーン液流路Ｌ２の分岐部分に設けられている。リーン液移送ポンプ１６、リーン液冷却器１７、およびリーン液緩衝タンク１８は、リーン液流路Ｌ２に設けられている。リッチ液流路Ｌ１は第１流路の例であり、リーン液流路Ｌ２は第２流路の例である。

吸収塔１１は、処理対象ガス１と吸収液とを接触させて、処理対象ガス１中の二酸化炭素を吸収液に吸収させる。処理対象ガス１の例は、石炭火力発電所で発生した燃焼排ガスである。吸収液の例は、アミン系液体、シリコーンオイル、イオン性液体などである。

吸収塔１１は、充填層３１ａを含む二酸化炭素吸収部３１と、充填層３１ａ上に吸収液を導入する導入口３２ａと、二酸化炭素吸収部３１の下方に設けられた貯液部３３とを備えている。

導入口３２ａから吸収塔１１内に導入された吸収液は、吸収塔１１内を落下する。吸収塔１１内を落下する吸収液は、吸収塔１１内を上昇する処理対象ガス１と充填層３１ａ内で接触する。この際、処理対象ガス１中の二酸化炭素が吸収液に吸収される。貯液部３３には、二酸化炭素を吸収することで二酸化炭素濃度が高くなった吸収液（リッチ液４）が溜まる。

吸収塔１１は、吸収塔１１の上部から吸収塔排出ガス２を排出する。吸収塔排出ガス２は、二酸化炭素が除去された処理対象ガス１や、水蒸気を含んでいる。吸収塔排出ガス２中の水蒸気は、吸収塔還流冷却器２１により冷却されることで凝縮され、凝縮水に変化する。吸収塔排出ガス２は、気液分離器２２により凝縮水と分離され、最終的に系外に排出される。一方、分離された凝縮水は、吸収塔１１に戻される。

貯液部３３に溜まったリッチ液４は、吸収塔１１からリッチ液流路Ｌ１を介して再生塔１４に移送される。具体的には、リッチ液４は、吸収塔１１から排出され、リッチ液移送ポンプ１２により再生熱交換器１３を介して再生塔１４に供給され、再生塔１４内に導入される。

再生塔１４は、充填層４１ａ〜４１ｃを含む二酸化炭素回収部４１と、充填層４１ａ上に吸収液を導入する導入口４２ａと、二酸化炭素回収部４１の下方に設けられた貯液部４３とを備えている。充填層４１ａ〜４１ｃは、再生塔４１内で上段から下段に順番に配置されている。充填層４１ａ〜４１ｃは、第１から第Ｎの充填層の例である（Ｎは２以上の整数）。Ｎの値は３以外でもよい。

導入口４２ａから再生塔１４内に導入された吸収液は、再生塔１４内を落下する。その結果、貯液部４３に吸収液が溜まる。貯液部４３に溜まった吸収液の一部は、再生塔１４から排出され、再生塔１４と再生塔リボイラ１５との間をリーン液流路Ｌ２の分岐部分を介して循環する。この際、吸収液は、再生塔リボイラ１５により加熱され、水蒸気を発生する。発生した水蒸気は、再生塔１４内に戻され、再生塔１４内を上昇し、再生塔１４内を落下する吸収液と充填層４１ａ〜４１ｃ内で接触する。この際、吸収液が水蒸気により加熱され、吸収液から二酸化炭素ガスと水蒸気とが放出される。貯液部４３には、二酸化炭素を放出することで二酸化炭素濃度が低くなった吸収液（リーン液５）が溜まる。

再生塔１４は、再生塔１４の上部から再生塔排出ガス３を排出する。再生塔排出ガス３は、吸収液から放出された二酸化炭素ガスや水蒸気を含んでいる。再生塔排出ガス３中の水蒸気は、再生塔還流冷却器２３により冷却されることで凝縮され、凝縮水に変化する。再生塔排出ガス３は、二酸化炭素分離器２４により凝縮水と分離され、回収された二酸化炭素を含むガスとして、最終的に回収二酸化炭素排出ライン２５から系外に排出される。一方、分離された凝縮水は、還流液ポンプ２６により再生塔１４に戻される。

貯液部４３に溜まったリーン液５は、再生塔１４からリーン液流路Ｌ２を介して吸収塔１１に移送される。具体的には、リーン液５は、再生塔１４から排出され、リーン液移送ポンプ１６により再生熱交換器１３、リーン液冷却器１７、およびリーン液緩衝タンク１８を介して供給器１１に供給され、吸収塔１１内に導入される。この際、再生熱交換器１３は、リッチ液流路Ｌ１を流れるリッチ液４と、リーン液流路Ｌ２を流れるリーン液５との間で熱交換を行う。その結果、リッチ液４が加熱され、リーン液５が冷却される。

以上のように、本実施形態の吸収液は、吸収塔１１と再生塔１４との間を循環し、繰り返し使用される。

図２は、第１実施形態の再生塔１４の構造を示す断面図である。

図２は、再生塔１４の延伸方向に垂直で互いに垂直なＸ方向およびＹ方向と、再生塔１４の延伸方向に平行なＺ方向とを示している。本明細書では、＋Ｚ方向を上方向として取り扱い、−Ｚ方向を下方向として取り扱う。−Ｚ方向は、重力方向と一致していてもよいし、重力方向と一致していなくてもよい。本実施形態の−Ｚ方向は、重力方向とほぼ平行である。

再生塔１４は、充填層４１ａ〜４１ｃを含む二酸化炭素回収部４１を備えている。充填層４１ａ〜４１ｃは、再生塔４１内で上段から下段に順番に配置されており、互いに離隔して配置されている。充填層４１ａ〜４１ｃは、第１から第Ｎの充填層の例である（Ｎは２以上の整数）。Ｎの値は３以外でもよい。例えば、充填層４１ａ、４１ｂ、４１ｃはそれぞれ、第１の充填層、第２の充填層、第３の充填層の例である。

再生塔１４はさらに、充填層４１ａ上に吸収液を導入する導入口４２ａと、充填層４１ｂ上に吸収液を導入する導入口４２ｂと、充填層４１ｃ上に吸収液を導入する導入口４２ｃとを備えている。本実施形態では、リッチ液流路Ｌ１を流れるリッチ液４が、導入口４２ａから再生塔１４内に導入される。一方、導入口４２ｂ、４２ｃの使用例については後述する。

再生塔１４はさらに、二酸化炭素回収部４１の下方に設けられた貯液部４３と、二酸化炭素回収部４１の上方に設けられた洗浄部４４とを備えている。導入口４２ａから再生塔１４内に導入された吸収液は、充填層４１ａ〜４１ｃ内を順番に落下し、貯液部４３に溜まる。一方、再生塔リボイラ１５から再生塔１４内に戻された水蒸気は、充填層４１ｃ〜４１ａ内を順番に上昇する。この際、吸収液が充填層４１ａ〜４１ｃ内で水蒸気により加熱され、吸収液から二酸化炭素ガスと水蒸気とが放出される。二酸化炭素ガスおよび水蒸気は、洗浄部４４を通過した後、再生塔１４の上部から再生塔排出ガス３として排出される。洗浄部４４は、二酸化炭素ガスおよび水蒸気に随伴する吸収液ミストを洗浄液により除去する。洗浄液の例は水である。

図２は、充填層４１ａを形成する複数の充填材Ｐａと、充填層４１ｂを形成する複数の充填材Ｐｂと、充填層４１ｃを形成する複数の充填材Ｐｃとを模式的に示している。充填材Ｐａ〜Ｐｃの形状や配置の詳細については後述する。

本実施形態では、上段の充填層が、サイズが小さく吸収液との接触面積が大きい充填材で形成され、下段の充填層が、サイズが大きく吸収液との接触面積が小さい充填材で形成されている。その結果、上段の充填層の比表面積が大きく設定されており、下段の充填層の比表面積が小さく設定されている。充填層の比表面積は、充填層の単位体積あたりの表面積であり、単位体積あたりの吸収液と充填材との接触面積に相当する。

よって、本実施形態では、充填層４１ａの比表面積が、充填層４１ｂの比表面積よりも大きく設定され、充填層４１ｂの比表面積が、充填層４１ｃの比表面積よりも大きく設定されている。

これらの関係は、次のように一般化して表現できる。すなわち、本実施形態の第１から第Ｎの充填層４１ａ〜４１ｃは、第Ｋ１の充填層の比表面積が、第Ｋ１の充填層よりも下段の第Ｋ２の充填層の比表面積よりも大きいような第Ｋ１および第Ｋ２の充填層を含んでいる。ただし、Ｋ１およびＫ２は、１≦Ｋ１≦Ｎ、１≦Ｋ２≦Ｎ、およびＫ１＜Ｋ２を満たす整数である（本実施形態ではＮ＝３）。

例えば、第１の充填層４１ａと第２の充填層４１ｂは、Ｋ１＝１、Ｋ２＝２の場合の例に相当する。また、第１の充填層４１ａと第３の充填層４１ｃは、Ｋ１＝１、Ｋ２＝３の場合の例に相当する。さらに、第２の充填層４１ｂと第３の充填層４１ｃは、Ｋ１＝２、Ｋ２＝３の場合の例に相当する。

本実施形態によれば、このような構造により、次のような作用を得ることができる。

吸収液が充填層４１ａ〜４１ｃ内を落下する際に、吸収液の圧力は、充填材Ｐａ〜Ｐｃの摩擦力や水蒸気の圧力により徐々に低下する。これを吸収液の圧力損失と呼ぶ。一方、再生塔１４では、再生塔１４内を上昇する水蒸気により吸収液が落下しなくなるフラッディングが発生し得る。フラッディングは、吸収液の圧力が圧力損失により低くなる下段の充填層内で発生しやすい。そこで、本実施形態では、下段の充填層がサイズの大きい充填材で形成されており、下段の充填層の比表面積が小さく設定されている。よって、本実施形態によれば、下段の充填層内で吸収液を落下しやすくすることが可能となり、フラッディングの発生を低減することが可能となる。

また、下段の充填層は、吸収液から水蒸気を発生させる再生塔リボイラ１５の近くに配置されているため、下段の充填層内では二酸化炭素ガスが放出されやすい。そのため、下段の充填層内では、吸収液内に泡が生じるフォーミングが発生しやすい。そこで、本実施形態では、下段の充填層がサイズの大きい充填材で形成されており、下段の充填層の比表面積が小さく設定されている。よって、本実施形態によれば、下段の充填層内での二酸化炭素ガスの放出量を低減することが可能となり、フォーミングの発生を低減することが可能となる。また、本実施形態によれば、消泡剤を使用せずにフォーミングの発生を低減することが可能となり、消泡剤を使用する操作を省略することが可能となる。

一方、上段の充填層では、フラッディングやフォーミングが発生しにくい。そこで、本実施形態では、上段の充填層がサイズの小さい充填材で形成されており、上段の充填層の比表面積が大きく設定されている。よって、本実施形態によれば、上段の充填層内で吸収液を水蒸気と接触しやすくすることが可能となり、上段の充填層内での二酸化炭素ガスの放出量を増加させることが可能となる。

このように、本実施形態によれば、再生塔１４内でのフラッディングやフォーミングの発生を低減しつつ、再生塔１４内の吸収液から効率的に二酸化炭素ガスを放出させることが可能となる。よって、本実施形態によれば、再生塔１４内で二酸化炭素を効率的に回収することが可能となる。

図３は、第１実施形態の再生塔１４内の充填層４１ａの例を示す断面図である。以下の説明は、再生塔１４内のその他の充填層４１ｂ、４１ｃにも適用される。

図３(ａ)の充填層４１ａは、規則充填物、すなわち、規則的に配置された複数の充填材Ｐａを備えている。各充填材Ｐａは、波打った板状の形状を有している。各充填材Ｐａの山部分や谷部分は、Ｚ方向に互いに隣接しており、Ｙ方向に延びている。符号Ｃａは、各充填材Ｐａの波打ち形状の曲率半径を示し、符号Ｄａは、充填材Ｐａ間のピッチを示している。図３(ａ)の複数の充填材Ｐａは、同じ曲率半径Ｃａを有し、かつ一定のピッチＤａで配置されている。図３(ａ)の充填層４１ａ内の吸収液は、矢印で示すように充填材Ｐａの表面を流れ、充填層４１ａ内を落下していく。

図３(ｂ)の充填層４１ａは、不規則充填物、すなわち、不規則に配置された複数の充填材Ｐａを備えている。各充填材Ｐａは、球形状を有している。符号Ｒａは、各充填材Ｐａの半径を示している。図３(ｂ)の複数の充填材Ｐａは、同じ半径Ｒａを有し、かつランダムに積層されている。図３(ｂ)の充填層４１ａ内の吸収液は、充填材Ｐａの表面に沿って流れながら、充填層４１ａ内の充填材Ｐａ間の隙間などを落下していく。

充填層４１ａ〜４１ｃが図３(ａ)の構造を有する場合には、例えば、充填層４１ａ内の充填材Ｐａが短いピッチで配置され、充填層４１ｂ内の充填材Ｐｂが中程度のピッチで配置され、充填層４１ｃ内の充填材Ｐｃが長いピッチで配置される。これにより、上段の充填層の比表面積が大きくなり、下段の充填層の比表面積が小さくなる。

一方、充填層４１ａ〜４１ｃが図３(ｂ)の構造を有する場合には、例えば、充填層４１ａ内の充填材Ｐａが小さな半径を有し、充填層４１ｂ内の充填材Ｐｂが中程度の半径を有し、充填層４１ｃ内の充填材Ｐｃが大きな半径を有する。これにより、上段の充填層の比表面積が大きくなり、下段の充填層の比表面積が小さくなる。

本実施形態の充填材Ｐａ〜Ｐｃは、金属、プラスチック、セラミック、またはカーボンで形成されている。例えば、本実施形態の充填材Ｐａ〜Ｐｃは、耐熱性と耐アルカリ性とを有するステンレスであるＳＵＳ３０４またはＳＵＳ３１６で形成することが望ましい。また、本実施形態の充填材Ｐａ〜Ｐｃは、その他の材料で形成されていてもよい。

図４は、第１実施形態の変形例の再生塔１４の構造を示す断面図である。

本変形例では、充填層４１ａの比表面積が、充填層４１ｂの比表面積よりも大きく設定されている。一方、充填層４１ｂの比表面積は、充填層４１ｃの比表面積と等しく設定されている。

後者の関係は、次のように一般化して表現できる。すなわち、本変形例の第１から第Ｎの充填層４１ａ〜４１ｃは、第Ｋ３の充填層の比表面積が、第Ｋ３の充填層よりも下段の第Ｋ４の充填層の比表面積と等しいような第Ｋ３および第Ｋ４の充填層を含んでいる。ただし、Ｋ３およびＫ４は、１≦Ｋ３≦Ｎ、１≦Ｋ４≦Ｎ、およびＫ３＜Ｋ４を満たす整数である（本実施形態ではＮ＝３）。

例えば、第２の充填層４１ｂと第３の充填層４１ｃは、Ｋ１＝２、Ｋ２＝３の場合の例に相当する。この構造は例えば、第２および第３の充填層４１ｂ、４１ｃ内でのフラッディングやフォーミングの発生を効果的に低減したい場合に適用可能である。

一方、本変形例では、第１の充填層４１ａの比表面積を、第２の充填層４１ｂの比表面積と等しく設定し、第２の充填層４１ｂの比表面積を、第３の充填層４１ｃの比表面積よりも大きく設定してもよい。この構造は例えば、第１および第２の充填層４１ａ、４１ｂ内の吸収液から効率的に二酸化炭素ガスを放出させたい場合に適用可能である。

このように、本変形例において、第１から第Ｎの充填層４１ａ〜４１ｃのうちの隣接する２つの充填層は、いずれも上段側の充填層の比表面積が下段側の充填層の比表面積以上となっている。

図５は、第１実施形態の別の変形例の再生塔１４の構造を示す断面図である。

本変形例では、リッチ液流路Ｌ１が分岐部分を有しており、この分岐部分に再生熱交換器１３’、１３’’が設けられている。リーン液流路Ｌ２を流れるリーン液５は、再生熱交換器１３、１３’、１３’’に供給される。再生熱交換器１３、１３’、１３’’は、リーン液流路Ｌ２に直列に設けられていてもよいし、リーン液流路Ｌ２に並列に設けられていてもよい。

リッチ液流路Ｌ１を流れるリッチ液４は、まず再生熱交換器１３に供給される。再生熱交換器１３は、リッチ液流路Ｌ１から供給されたリッチ液４と、リーン液流路Ｌ２から供給されたリーン液５との間で熱交換を行う。その結果、リッチ液４が加熱され、リーン液５が冷却される。再生熱交換器１３から排出されたリッチ液４の一部は、導入口４２ａから再生塔１４内に導入され、充填層４１ａ上に供給される。

一方、再生熱交換器１３から排出されたリッチ液４の残りの一部は、リッチ液４’として再生熱交換器１３’に供給される。再生熱交換器１３’は、リッチ液流路Ｌ１から供給されたリッチ液４’と、リーン液流路Ｌ２から供給されたリーン液５との間で熱交換を行う。その結果、リッチ液４’が加熱され、リーン液５が冷却される。再生熱交換器１３’から排出されたリッチ液４’の一部は、導入口４２ｂから再生塔１４内に導入され、充填層４１ｂ上に供給される。

一方、再生熱交換器１３’から排出されたリッチ液４’の残りの一部は、リッチ液４’’として再生熱交換器１３’’に供給される。再生熱交換器１３’’は、リッチ液流路Ｌ１から供給されたリッチ液４’’と、リーン液流路Ｌ２から供給されたリーン液５との間で熱交換を行う。その結果、リッチ液４’’が加熱され、リーン液５が冷却される。再生熱交換器１３’’から排出されたリッチ液４’’は、導入口４２ｃから再生塔１４内に導入され、充填層４１ｃ上に供給される。

このように、リッチ液４、４’、４’’はそれぞれ、導入口４２ａ、４２ｂ、４２ｃから充填層４１ａ、４１ｂ、４１ｃ上に導入される。リッチ液４’はリッチ液４よりも高温であり、リッチ液４’’はリッチ液４’よりも高温である。例えば、充填層４１ａ、４１ｂがそれぞれ第Ｋ１および第Ｋ２の充填層の例である場合、導入口４２ａ、４２ｂはそれぞれ上段導入口と下段導入口の例である。

本変形例では、上段の充填層上に低温の吸収液が導入され、下段の充填層上に高温の吸収液が導入される。理由は、低温の吸収液は飛散しにくいため、上段の充填層から洗浄部４４に到達する吸収液ミストの量を低減できるからである。上段の充填層上の吸収液の温度は、第１温度の例であり、下段の充填層上の吸収液の温度は、第２温度の例である。

同様に、本変形例では、上段の充填層上に二酸化炭素濃度が低い吸収液を導入し、下段の充填層上に二酸化炭素濃度が高い吸収液を導入してもよい。上段の充填層上に導入される吸収液の二酸化炭素濃度は、第１二酸化炭素濃度の例であり、下段の充填層上に導入される吸収液の二酸化炭素濃度は、第２二酸化炭素濃度の例である。このような構造を有する再生塔１４の例については後述する。

以上のように、本実施形態の第１から第Ｎの充填層４１ａ〜４１ｃは、第Ｋ１の充填層の比表面積が、第Ｋ１の充填層よりも下段の第Ｋ２の充填層の比表面積よりも大きいような第Ｋ１および第Ｋ２の充填層を含んでいる。すなわち、上段の充填層は一般に大きな比表面積を有し、下段の充填層は一般に小さな比表面積を有している。よって、本実施形態によれば、再生塔１４内で二酸化炭素を効率的に回収することが可能となる。

（第２実施形態）
図６は、第２実施形態の再生塔１４の構造を示す断面図である。

本実施形態の二酸化炭素回収システム（図示せず）は、図１に示す構成要素に加えて、緩衝器５１と、セミリッチ液移送ポンプ５２とを備えている。緩衝器５１およびセミリッチ液移送ポンプ５２は、再生熱交換器１３と再生塔１４との間のリッチ液流路Ｌ１に設けられている。緩衝器５１の例は、気液分離器である。

再生熱交換器１３から排出されたリッチ液４の一部は、緩衝器５１を介さずに導入口４２ｂ、４２ｃに供給され、充填層４１ｂ、４１ｃ上に導入される。本実施形態では、充填層４１ｂの比表面積が、充填層４１ｃの比表面積と等しく設定されている。

一方、再生熱交換器１３から排出されたリッチ液４の残りの一部は、緩衝器５１内に導入される。緩衝器５１は、リッチ液４から二酸化炭素の一部を放出させる。その結果、緩衝器５１は、二酸化炭素ガス６を排出すると共に、二酸化炭素の一部を放出したリッチ液４をセミリッチ液７として排出する。緩衝器５１から排出されるセミリッチ液７の二酸化炭素濃度は、再生熱交換器１３から排出されるリッチ液４の二酸化炭素濃度よりも低くなる。セミリッチ液７は、セミリッチ液移送ポンプ５２により移送され、導入口４２ａに供給され、充填層４１ａ上に導入される。本実施形態では、充填層４１ａの比表面積が、充填層４１ｂの比表面積よりも大きく設定されている。

本実施形態では、上段の充填層上に二酸化炭素濃度が低い吸収液が導入され、下段の充填層上に二酸化炭素濃度が高い吸収液が導入される。よって、本実施形態によれば、二酸化炭素濃度が低い吸収液を比表面積が大きい充填層上に導入することができ、二酸化炭素濃度が低い吸収液からも二酸化炭素を効率的に回収することができる。また、本実施形態によれば、二酸化炭素濃度が高い吸収液を比表面積が小さい充填層上に導入することができ、比表面積が小さい充填層でも二酸化炭素を効率的に回収することができる。上段の充填層上に導入される吸収液の二酸化炭素濃度は、第１二酸化炭素濃度の例であり、下段の充填層上に導入される吸収液の二酸化炭素濃度は、第２二酸化炭素濃度の例である。

図７は、第２実施形態の変形例の再生塔１４の構造を示す断面図である。

本変形例では、充填層４１ａの比表面積が、充填層４１ｂの比表面積よりも大きく設定されており、充填層４１ｂの比表面積が、充填層４１ｃの比表面積よりも大きく設定されている。

また、本変形例では、リッチ液流路Ｌ１に再生熱交換器１３’が設けられている。リーン液流路Ｌ２を流れるリーン液５は、再生熱交換器１３、１３’に供給される。再生熱交換器１３、１３’は、リーン液流路Ｌ２に直列に設けられていてもよいし、リーン液流路Ｌ２に並列に設けられていてもよい。

リッチ液流路Ｌ１を流れるリッチ液４は、まず再生熱交換器１３に供給される。再生熱交換器１３は、リッチ液流路Ｌ１から供給されたリッチ液４と、リーン液流路Ｌ２から供給されたリーン液５との間で熱交換を行う。その結果、リッチ液４が加熱され、リーン液５が冷却される。再生熱交換器１３から排出されたリッチ液４の一部は、緩衝器５１を介さずに導入口４２ｂに供給され、導入口４２ｂから充填層４１ｂ上に導入される。

一方、再生熱交換器１３から排出されたリッチ液４の残りの一部は、リッチ液４’として再生熱交換器１３’に供給される。再生熱交換器１３’は、リッチ液流路Ｌ１から供給されたリッチ液４’と、リーン液流路Ｌ２から供給されたリーン液５との間で熱交換を行う。その結果、リッチ液４’が加熱され、リーン液５が冷却される。再生熱交換器１３’から排出されるリッチ液４’の温度は、再生熱交換器１３から排出されるリッチ液４の温度よりも高くなる。再生熱交換器１３’から排出されたリッチ液４’の一部は、緩衝器５１を介さずに導入口４２ｃに供給され、導入口４２ｃから充填層４１ｃ上に導入される。

一方、再生熱交換器１３’から排出されたリッチ液４の残りの一部は、緩衝器５１内に導入される。緩衝器５１は、リッチ液４’から二酸化炭素の一部を放出させる。その結果、緩衝器５１は、二酸化炭素ガス６を排出すると共に、二酸化炭素の一部を放出したリッチ液４’をセミリッチ液７として排出する。緩衝器５１から排出されるセミリッチ液７の二酸化炭素濃度は、再生熱交換器１３’から排出されるリッチ液４’の二酸化炭素濃度よりも低くなる。セミリッチ液７は、セミリッチ液移送ポンプ５２により移送され、導入口４２ａから充填層４１ａ上に導入される。

このように、導入口４１ｂにはリッチ液４が供給され、導入口４１ｃにはこのリッチ液４よりも低温のリッチ液４’が供給される。また、導入口４１ａにはこのリッチ液４’よりも二酸化炭素濃度が低いセミリッチ液７が供給される。

以上のように、本実施形態の二酸化炭素回収システムは、リッチ液流路Ｌ１にて再生熱交換器１３と再生塔１４との間を流れるリッチ液４から二酸化炭素を放出させる緩衝器５１を備えている。よって、本実施形態によれば、二酸化炭素濃度の低い吸収液を上段の充填層上に導入し、二酸化炭素濃度の高い吸収液を下段の充填層上に導入することが可能となる。

また、本実施形態では、再生熱交換器１３から排出されるリッチ液４が気液二相流である場合に、緩衝器５１によりリッチ液４から気相成分を除去することができ、気相成分が除去されたセミリッチ液７を上段の充填層上に導入することができる。一般に、気液二相流を上段の充填層上に導入すると、気相成分がこの充填層を通過せずに、洗浄部４４に上昇してしまう可能性がある。本実施形態によれば、気相成分が除去されたセミリッチ液７を上段の充填層上に導入し、気相成分を含むリッチ液４（または４’）を下段の充填層上に導入することで、気相成分が洗浄部４４に上昇することを抑制することが可能となる。

以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規なシステムおよび方法は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明したシステムおよび方法の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。

１：処理対象ガス、２：吸収塔排出ガス、３：再生塔排出ガス、
４：リッチ液、５：リーン液、６：二酸化炭素ガス、７：セミリッチ液、
１１：吸収塔、１２：リッチ液移送ポンプ、１３：再生熱交換器、
１４：再生塔、１５：再生塔リボイラ、１６：リーン液移送ポンプ、
１７：リーン液冷却器、１８：リーン液緩衝タンク、
２１：吸収塔還流冷却器、２２：気液分離器、２３：再生塔還流冷却器、
２４：二酸化炭素分離器、２５：回収二酸化炭素排出ライン、２６：還流液ポンプ、
３１：二酸化炭素吸収部、３１ａ：充填層、３２ａ：導入口、３３：貯液部、
４１：二酸化炭素回収部、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ：充填層、
４２ａ、４２ｂ、４２ｃ：導入口、４３：貯液部、４４：洗浄部、
５１：緩衝器、５２：セミリッチ液移送ポンプ

Claims (6)

1. 処理対象ガス中の二酸化炭素を吸収液に吸収させる吸収塔と、
   前記二酸化炭素を吸収した前記吸収液から前記二酸化炭素を放出させる再生塔と、
   前記吸収塔から前記再生塔に前記吸収液を移送する第１流路と、
   前記再生塔から前記吸収塔に前記吸収液を移送する第２流路とを備え、
   前記再生塔は、前記再生塔内で上段から下段に順番に配置された第１から第Ｎ（Ｎは２以上の整数）の充填層を備え、
   前記第１から第Ｎの充填層は、第Ｋ１の充填層の比表面積が、前記第Ｋ１の充填層よりも１つ下段の第Ｋ２の充填層の比表面積よりも大きい第Ｋ１および第Ｋ２の充填層（Ｋ１およびＫ２は、１≦Ｋ１≦Ｎ、１≦Ｋ２≦Ｎ、およびＫ２−Ｋ１＝１を満たす整数）を含む、二酸化炭素回収システム。
2. 前記第１から第Ｎの充填層はさらに、第Ｋ３の充填層の比表面積が、前記第Ｋ３の充填層よりも１つ下段の第Ｋ４の充填層の比表面積と等しい第Ｋ３および第Ｋ４の充填層（Ｋ３およびＫ４は、１≦Ｋ３≦Ｎ、１≦Ｋ４≦Ｎ、およびＫ４−Ｋ３＝１を満たす整数）を含む、請求項１に記載の二酸化炭素回収システム。
3. 前記再生塔は少なくとも、前記第１流路から前記第Ｋ１の充填層上に前記吸収液を導入する上段導入口と、前記第１流路から前記第Ｋ２の充填層上に前記吸収液を導入する下段導入口とを備える、請求項１または２に記載の二酸化炭素回収システム。
4. 前記第１流路は、第１温度または第１二酸化炭素濃度を有する前記吸収液を前記上段導入口から前記再生塔内に導入し、前記第１温度よりも高い第２温度または前記第１二酸化炭素濃度よりも高い第２二酸化炭素濃度を有する前記吸収液を前記下段導入口から前記再生塔内に導入する、請求項３に記載の二酸化炭素回収システム。
5. 前記第１流路を流れる前記吸収液と、前記第２流路を流れる前記吸収液との間で熱交換を行う再生熱交換器と、
   前記第１流路にて前記再生熱交換器と前記再生塔との間を流れる前記吸収液から二酸化炭素を放出させる緩衝器とを備え、
   前記第１流路は、前記緩衝器から排出された前記吸収液を前記上段導入口から前記再生塔内に導入し、前記再生熱交換器から排出された前記吸収液を前記緩衝器を介さずに前記下段導入口から前記再生塔内に導入する、請求項３または４に記載の二酸化炭素回収システム。
6. 吸収塔にて処理対象ガス中の二酸化炭素を吸収液に吸収させ、
   再生塔にて前記二酸化炭素を吸収した前記吸収液から前記二酸化炭素を放出させ、
   前記吸収塔から前記再生塔に第１流路を介して前記吸収液を移送し、
   前記再生塔から前記吸収塔に第２流路を介して前記吸収液を移送することを含み、
   前記再生塔は、前記再生塔内で上段から下段に順番に配置された第１から第Ｎ（Ｎは２以上の整数）の充填層を備え、
   前記第１から第Ｎの充填層は、第Ｋ１の充填層の比表面積が、前記第Ｋ１の充填層よりも１つ下段の第Ｋ２の充填層の比表面積よりも大きい第Ｋ１および第Ｋ２の充填層（Ｋ１およびＫ２は、１≦Ｋ１≦Ｎ、１≦Ｋ２≦Ｎ、およびＫ２−Ｋ１＝１を満たす整数）を含む、二酸化炭素回収方法。

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