JP6723635B2 - Ｃｏ２回収装置及びｃｏ２回収方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ＣＯ2回収装置及びＣＯ2回収方法に関するものである。
地球の温暖化現象の原因の一つとして、ＣＯ2による温室効果が指摘され、地球環境を守る上で国際的にもその対策が急務となってきた。ＣＯ2の発生源としては、化石燃料を燃焼させるあらゆる人間の活動分野に及び、その排出抑制への要求が一層強まる傾向にある。これに伴い、大量の化石燃料を使用する火力発電所等の動力発生設備を対象に、例えばボイラ等からの排ガスを例えばアミン系化合物等のＣＯ2吸収液と接触させて排ガス中のＣＯ2を除去して回収するＣＯ2回収装置が開発されている。
このような吸収液を用いて排ガスからＣＯ2を回収する場合、ＣＯ2が回収された脱炭酸排ガスにアミン系化合物が同伴して、ＣＯ2吸収塔から外部に排出してしまう、という問題がある。このアミン系化合物による大気汚染が発生する事態を防ぐため、脱炭酸排ガスと共に放出されるアミン系化合物の放出量を低減する必要がある。
従来、特許文献１では、ＣＯ2吸収液との気液接触によりＣＯ2が吸収除去された脱炭酸排ガスに対して洗浄水を気液接触させることで、脱炭酸排ガスに同伴されたアミン系化合物を回収する水洗部を複数段設け、この複数段の水洗部にて、順次、脱炭酸排ガスに同伴するアミン系化合物の回収処理を行うことが示されている。
特開２００２−１２６４３９号公報
しかしながら、近年では、環境保全の見地から、脱炭酸排ガスに残存して放出される吸収液成分であるアミン系化合物の濃度をより一層低減することが望まれている。特に、処理ガス流量の多い大型の火力発電所等の排ガスに対して、ＣＯ2回収装置を設置する場合、排ガスの放出量が多量であることから、脱炭酸排ガスに残存して放出される吸収液成分の放出量が増加する傾向にあり、ＣＯ2吸収塔から排ガスに同伴されて放出されるアミン系化合物の濃度をより一層低減することが必要である。
また、ＣＯ2吸収液が排ガス中のＣＯ2を吸収する反応は発熱反応であるので、ＣＯ2吸収塔内でＣＯ2吸収液の温度が上昇し、ＣＯ2吸収液中の一部のアミン系化合物が排ガス中の酸素と反応して酸化劣化を起こし、この結果、ＣＯ2吸収液の損失となる、という問題がある。
本発明は上述した課題を解決するものであり、ＣＯ2吸収液の酸化劣化を抑制することのできるＣＯ2回収装置およびＣＯ2回収方法を提供することを課題とする。
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、ＣＯ2を含有するガスとＣＯ2吸収液とを向流接触させて、前記ガスからＣＯ2を吸収する吸収塔を有するＣＯ2回収装置であって、前記吸収塔内の高さ方向に配設された、前記ガスからＣＯ2を吸収する第一吸収部及び前記第一吸収部の下部に位置する第二吸収部を含むＣＯ2吸収部と、前記第一吸収部と前記第二吸収部との間に設けられ、前記第一吸収部において前記ガス中のＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液を前記吸収塔より抜き出し、該ＣＯ2吸収液を冷却して前記吸収塔内の前記第二吸収部に再供給する第一吸収液抜出ラインと、を含み、前記ＣＯ2吸収液を前記吸収塔より抜き出す前記第一吸収液抜出ラインの抜出位置が、前記第一吸収部内部のＣＯ2吸収液の反応温度分布のピーク液温度と、前記第二吸収部内部の吸収液の反応温度分布のピーク液温度とを各々有する位置であることを特徴とするＣＯ2回収装置にある。
第２の発明は、第１の発明において、前記第一吸収液抜出ラインに抜き出した前記ＣＯ2吸収液を冷却する冷却器を設け、前記ＣＯ2吸収液を抜き出した際の液温度と、前記冷却器により冷却された前記ＣＯ2吸収液の再供給する際の液温度との温度差が１０℃以上であることを特徴とするＣＯ2回収装置にある。
第３の発明は、第１の発明において、前記抜出位置での前記ＣＯ2吸収液の抜き出し時の液温度は、４５℃以上であることを特徴とするＣＯ2回収装置にある。
第４の発明は、第２の発明において、ＣＯ2を含有するガスを冷却し、該冷却したガスを前記吸収塔に供給する冷却塔を更に有し、前記第一吸収液抜出ラインにおいて前記冷却器により冷却された前記ＣＯ2吸収液の再供給時の液温度が、前記冷却塔から前記吸収塔に供給される前記ガスのガス温度以下であることを特徴とするＣＯ2回収装置にある。
第５の発明は、第１の発明において、前記第一吸収部及び前記第二吸収部と共に前記吸収塔内の高さ方向であって、前記第二吸収部の下部に配設された、前記ガスからＣＯ2を吸収する第三吸収部と、前記第二吸収部と前記第三吸収部との間に設けられ、前記第二吸収部において前記ガス中のＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液を前記吸収塔より抜き出し、該ＣＯ2吸収液を冷却して前記吸収塔内の前記第三吸収部に再供給する第二吸収液抜出ラインと、を更に含むことを特徴とするＣＯ2回収装置にある。
第６の発明は、ＣＯ2を含有するガスとＣＯ2吸収液とを向流接触させて、前記ガスからＣＯ2を吸収する吸収塔を有するＣＯ2回収装置であって、前記吸収塔内の高さ方向に配設された、前記ガスからＣＯ2を吸収する充填層を備えた第一吸収部、及び前記第一吸収部の下部に位置して前記ガスからＣＯ2を吸収する充填層を備えた第二吸収部を含むＣＯ2吸収部と、前記第一吸収部と前記第二吸収部との間に設けられ、前記第一吸収部において前記ガス中のＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液を前記吸収塔より抜き出し、該ＣＯ2吸収液を冷却器により冷却して前記吸収塔内の前記第二吸収部に再供給する第一吸収液抜出ラインと、を含み、前記ＣＯ2吸収液を前記吸収塔より抜き出す前記第一吸収液抜出ラインの抜出位置が、前記ＣＯ2吸収部内の各充填層の高さの合計を１とした場合に、前記第二吸収部の充填層の下端から０．２５以上０．８５以下の抜出高さ位置とすることを特徴とするＣＯ2回収装置にある。
第７の発明は、第６の発明において、前記抜出位置は、前記第二吸収部の充填層の下端から０．２５以上０．７以下の抜出高さ位置とすることを特徴とするＣＯ2回収装置にある。
第８の発明は、第６の発明において、前記抜出位置は、前記第二吸収部の充填層の下端から０．４以上０．７以下の抜出高さ位置とすることを特徴とするＣＯ2回収装置にある。
第９の発明は、第６の発明において、前記抜出位置での前記ＣＯ2吸収液の抜き出し時の液温度は、４５℃以上であることを特徴とするＣＯ2回収装置にある。
第１０の発明は、第６の発明において、前記第一吸収部及び前記第二吸収部と共に前記吸収塔内の高さ方向であって、前記第二吸収部の下部に配設された、前記ガスからＣＯ2を吸収する第三吸収部と、前記第二吸収部と前記第三吸収部との間に設けられ、前記第二吸収部において前記ガス中のＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液を前記吸収塔より抜き出し、該ＣＯ2吸収液を冷却して前記吸収塔内の前記第三吸収部に再供給する第二吸収液抜出ラインと、を更に含み、前記ＣＯ2吸収部内の各充填層の高さの合計を１とした場合に、前記第三吸収部の充填層の下端から０．２５以上０．８５以下の抜出高さ位置とすることを特徴とするＣＯ2回収装置にある。
第１１の発明は、ＣＯ2を含有するガスとＣＯ2吸収液とを向流接触させて、前記ガスからＣＯ2を吸収する吸収塔を有するＣＯ2回収方法であって、前記吸収塔内の第一吸収部の充填層で、前記ガスと前記ＣＯ2吸収液とを向流接触させて前記ガスからＣＯ2を吸収する第一吸収ステップと、前記第一吸収部において前記ガス中のＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液を前記吸収塔より抜き出し、該ＣＯ2吸収液を冷却器により冷却して前記吸収塔内に再供給する抜出・再供給ステップと、前記吸収塔内の高さ方向に配設され、前記第一吸収部の下部に位置する第二吸収部の充填層で、前記ガスと前記再供給されたＣＯ2吸収液とを向流接触させて前記ガスからＣＯ2を吸収する第二吸収ステップと、を含み、前記抜出・再供給ステップにおいて、前記ＣＯ2吸収液を前記吸収塔より抜き出す抜出位置が、ＣＯ2吸収部内の各充填層の高さの合計を１とした場合に、前記第二吸収部の充填層の下端から０．２５以上０．８５以下の抜出高さ位置とすることを特徴とするＣＯ2回収方法にある。
本発明によれば、ＣＯ2吸収塔内でＣＯ2吸収液の反応液温度が大幅に上昇せず、ＣＯ2吸収液の酸化劣化を抑制することができ、ＣＯ2吸収液の損失を抑制することができる。これにより、酸化劣化した成分の外部への放出を低減することができる。
図１は、実施形態１に係るＣＯ2回収装置の概略図である。 図２は、ＣＯ2吸収部の内部のＣＯ2吸収液の液温度と、ＣＯ2吸収塔の抜出高さ比との関係を示すグラフである。 図３は、ＣＯ2吸収塔に導入される排ガスのガス温度と、ＣＯ2吸収部の抜出高さとの関係を示す図である。 図４は、抜出位置として、「抜出高さ比０．６３」の第三抜出位置とする場合の液温度とガス温度とを比較して並べたグラフである。 図５は、抜出高さ比(横軸)と、リッチ液ＣＯ2ローディング比（左縦軸）及び酸化劣化損失比（右縦軸）の関係を示すグラフである。 図６は、実施形態３に係るＣＯ2回収装置の概略図である。 図７は、ＣＯ2吸収液の液温度と、ＣＯ2吸収部の抜出高さ比との関係を示すグラフである。 図８は、ＣＯ2吸収塔に導入される排ガスのガス温度と、ＣＯ2吸収部の抜出高さ比との関係を示す図である。
以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、本発明は、この実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に表現された思想及び範囲を逸脱することなく、種々の変形、追加、及び省略が当業者によって可能である。
実施形態１
図１は、実施形態１に係るＣＯ2回収装置の概略図である。図１に示すように、このＣＯ2回収装置１０Ａは、例えばボイラ（図示せず）等からのＣＯ2を含有するボイラ排ガス（以下「排ガス」という）１１Ａ中のＣＯ2を回収する装置である。このＣＯ2回収装置１０Ａは、例えばボイラ等から排出された排ガス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１１ＢとＣＯ2吸収液のリーン溶液１３Ａとを向流接触させて排ガス１１Ａ中のＣＯ2をＣＯ2吸収液に吸収させて除去するＣＯ2吸収塔１４と、このＣＯ2吸収塔１４の後段に設けられ、ＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液のリッチ溶液１３ＣからＣＯ2を放出させてリーン溶液１３Ａを再生する吸収液再生塔１５と、を具備する。
このＣＯ２回収装置１０Ａにおいては、ＣＯ２吸収液がＣＯ2吸収塔１４と吸収液再生塔１５との間を循環している。ＣＯ2が放出されたＣＯ２吸収液のリーン溶液１３Ａは、ＣＯ2吸収塔１４でＣＯ2を吸収してリッチ溶液１３Ｃとなり、このリッチ溶液１３Ｃが吸収液再生塔１５に供給される。この供給されたリッチ溶液１３Ｃは、吸収液再生塔１５でＣＯ2が放出され再生されて、リーン溶液１３Ａとなり、その後ＣＯ2吸収塔１４に供給される。ここで、ＣＯ2吸収液は、ＣＯ2を放出したリーン溶液１３Ａ、排ガス中のＣＯ2を一部吸収したセミリッチ溶液１３Ｂ、排ガス中のＣＯ2を吸収してＣＯ2吸収塔１４から排出されるリッチ溶液１３Ｃの総称であり、ＣＯ2回収装置１０Ａ内を循環する場所ごとにおいて、ＣＯ2を含む割合に応じてその名称を変更して使用している。
ここで、本発明で使用できるＣＯ2吸収液としては、特に限定されるものではないが、例えばアルカノールアミンやアルコール性水酸基を有するヒンダードアミン類等のアミン系化合物を例示することができる。このようなアルカノールアミンとしては、例えばモノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、ジグリコールアミン等を例示することができるが、通常モノエタノールアミン（ＭＥＡ）が好んで用いられる。またアルコール性水酸基を有するヒンダードアミンとしては、例えば２−アミノ−２−メチル−１−プロパノール（ＡＭＰ）、２−（エチルアミノ）−エタノール（ＥＡＥ）、２−（メチルアミノ）−エタノール（ＭＡＥ）、２−（ジエチルアミノ）−エタノール（ＤＥＡＥ）等を例示することができる。
冷却塔１２は、排ガス１１Ａを冷却する冷却部１２１を有する。また、冷却塔１２の底部１２ｂ側と冷却部１２１の頂部１２ａ側との間には、冷却水Ｗ1を循環させる循環ラインＬ1が設けられている。この循環ラインＬ1には、冷却水Ｗ1を冷却する熱交換器１２２と、冷却水Ｗ１を循環ラインＬ1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Ｗ1とを向流接触させることにより、排ガス１１Ａが冷却されて冷却された排ガス１１Ｂとなる。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Ｗ1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１２ｂに流下した冷却水Ｗ1を冷却部１２１の頂部１２ａに供給する。
ＣＯ2吸収塔１４は、ＣＯ2吸収塔１４の下部側に設けられたＣＯ２吸収部１４１と、ＣＯ2吸収塔１４の上部側に設けられた水洗部１４２と、を備える。
ＣＯ2吸収部１４１は、ＣＯ2吸収塔１４内の高さ方向に配設された、排ガス１１ＢからＣＯ2を吸収する第一吸収部１４１Ａ及び第一吸収部１４１Ａの下部に位置する第二吸収部１４１Ｂを含む。第一吸収部１４１Ａは、内部に充填材が充填高さＨ1になるように充填されている。第二吸収部１４１Ｂは、内部に充填材が充填高さＨ2となるように充填されている。
第一吸収部１４１Ａには、吸収液再生塔１５で再生されたリーン溶液１３ＡがＣＯ2吸収液として供給される。供給されたリーン溶液１３Ａは、第一吸収部１４１Ａの上部に設けた噴霧ノズル１４０Ａから噴霧され、充填槽内を流下する。また、第二吸収部１４１Ｂには、第一吸収部１４１Ａで排ガス１１Ｃ中のＣＯ2を一部吸収したセミリッチ溶液１３Ｂが供給される。供給されたセミリッチ溶液１３Ｂは、第二吸収部１４１Ｂの上部に設けた下段噴霧ノズル１４０Ｂから噴霧され、充填槽内を流下する。
第一吸収部１４１Ａと第二吸収部１４１Ｂとの間には、第一吸収部１４１Ａの上部から流下して第一吸収部１４１Ａの下部に滞留したセミリッチ溶液１３Ｂを貯留する液貯留部１４３Ａ及びチムニートレイ１４３Ｂが設けられている。この液貯留部１４３Ａには、液貯留部１４３Ａに貯留したセミリッチ溶液１３ＢをＣＯ2吸収塔１４の抜出位置Ｘから全量を抜き出して第二吸収部１４１Ｂの上部の導入位置Ｙから導入する第一吸収液抜出ラインＬ11が設けられている。
第一吸収液抜出ラインＬ11には、セミリッチ溶液１３Ｂを冷却する冷却器２４及びセミリッチ溶液１３Ｂを第二吸収部１４１Ｂの上部に供給するセミリッチ溶液ポンプ２５が設けられている。なお、冷却器２４は、制御装置（図示せず）によって冷媒の供給量が調整可能に構成されている。また、セミリッチ溶液ポンプ２５は、制御装置によって第二吸収部１４１Ｂへのセミリッチ溶液１３Ｂの供給量が調整可能に構成されている。なお、本実施形態では、冷却器２４は、冷媒により冷却するようにしているが、本発明はこれに限定されず、第一吸収液抜出ラインＬ11の配管を剥き出した自然冷却、ファンを用いた空気冷却を用いるようにしてもよい。
水洗部１４２の底部には、排ガス１１Ｃ中のＣＯ2が除去された排ガス１１Ｄを洗浄する洗浄水Ｗ2を貯留する液貯留部１４４Ａが設けられている。この液貯留部１４４Ａと水洗部１４２の上部との間には、液貯留部１４４Ａで回収されたＣＯ2吸収液を含む洗浄水Ｗ2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Ｌ2とが設けられている。この循環ラインＬ2には、洗浄水Ｗ2を冷却する熱交換器２１と、熱交換器２１を介して液貯留部１４４Ａで回収されたＣＯ2吸収液を含む洗浄水Ｗ2を循環ラインＬ2内で循環させる循環ポンプ２２が設けられている。
ＣＯ２吸収部１４１では、第一吸収部１４１ＡでＣＯ2を含有する排ガス１１Ｃと、塔内に導入されたアミン系化合物からなるＣＯ2吸収液のリーン溶液１３Ａとが対向流接触する。この結果、排ガス１１Ｃ中のＣＯ2が除去された排ガス１１Ｄとなると共に、リーン溶液１３Ａがセミリッチ溶液１３Ｂとなる。そして、第二吸収部１４１Ｂでは、塔底部側から導入されたＣＯ2を含有する排ガス１１ＢとＣＯ2を一部吸収したセミリッチ溶液１３Ｂとが対向流接触する。これにより、排ガス１１Ｂ中のＣＯ2は、化学反応によりセミリッチ溶液１３Ｂに吸収される。この結果、排ガス１１Ｂ中のＣＯ2が除去されて、ＣＯ2濃度が低減された排ガス１１Ｃとなると共に、セミリッチ溶液１３ＢがＣＯ2をより吸収してリッチ溶液１３Ｃとなる。このようにして、ＣＯ2を含有する排ガス１１Ｂ、１１Ｃは、ＣＯ2吸収部１４１を通過することにより、ＣＯ2が除去された排ガス１１Ｄとなる。また、第一吸収部１４１Ａでは、リーン溶液１３ＡがＣＯ2を一部吸収してセミリッチ溶液１３Ｂとなり、第二吸収部１４１Ｂでは、セミリッチ溶液１３ＢがＣＯ2を更に吸収してリッチ溶液１３Ｃとなる。
水洗部１４２では、第一吸収部１４１Ａを通過したＣＯ2が除去された排ガス１１Ｄが、チムニートレイ１４４Ｂを介して上昇する。そして、排ガス１１Ｄは、水洗部１４２の頂部側から供給される洗浄水Ｗ２と気液接触し、排ガス１１Ｄに同伴するＣＯ２吸収液は循環洗浄により回収され、脱炭酸排ガス１１Ｅとなる。この脱炭酸排ガス１１Ｅは、ミストエリミネータ１４５でミストが捕捉されてＣＯ2吸収塔１４の塔頂部１４ａから外部へ排出される。
ＣＯ2吸収塔１４の塔底部１４ｂと吸収液再生塔１５の上部との間には、ＣＯ2吸収塔１４でＣＯ2を吸収したリッチ溶液１３Ｃを吸収液再生塔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、ＣＯ2吸収塔１４でＣＯ2を吸収したリッチ溶液１３Ｃを吸収液再生塔１５に向けて供給するリッチ溶液ポンプ５１と、リッチ溶液１３Ｃを吸収液再生塔１５で加熱してＣＯ2が除去されたリーン溶液１３Ａ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。
吸収液再生塔１５の内部には、ＣＯ2を吸収したリッチ溶液１３Ｃから水蒸気によりＣＯ2を放出する充填部１５１が設けられている。吸収液再生塔１５の塔底部１５ｂには、塔底部１５ｂに流下したリーン溶液１３Ａの一部を循環する循環ラインＬ4が設けられている。この循環ラインＬ4には、飽和水蒸気Ｓによってリーン溶液１３Ａを間接加熱して水蒸気を発生する再生加熱器３１と、再生加熱器３１に供給する飽和水蒸気Ｓの量を調整する調整弁３２と、再生加熱器３１を介して吸収液再生塔１５の塔底部１５ｂのリーン溶液１３Ａを吸収液再生塔１５の充填部１５１の下部に供給する循環ポンプ３３とが設けられている。
吸収液再生塔１５の塔頂部１５ａには、水蒸気を伴ったＣＯ2ガス４１を排出するガス排出ラインＬ5が設けられている。このガス排出ラインＬ5には、ＣＯ2ガス４１中の水分を凝縮するコンデンサ４２と、ＣＯ2ガス４１と凝縮水Ｗ5とを分離する分離ドラム４３とが設けられている。凝縮水Ｗ5が分離されたＣＯ2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Ｗ5を吸収液再生塔１５の上部に供給する凝縮水ラインＬ6が設けられている。凝縮水ラインＬ6には、分離ドラム４３にて分離された凝縮水Ｗ5を吸収液再生塔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、吸収液再生塔１５の塔底部１５ｂとＣＯ2吸収塔１４のＣＯ2吸収部１４１の上部には、吸収液再生塔１５の塔底部１５ｂのＣＯ2吸収液のリーン溶液１３ＡをＣＯ2吸収部１４１の上部側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、吸収液再生塔１５において水蒸気で加熱されてＣＯ2が除去されたリーン溶液１３Ａにより、ＣＯ2を吸収したリッチ溶液１３Ｃを加熱するリッチ・リーン溶液熱交換器５２と、吸収液再生塔１５の塔底部１５ｂのリーン溶液１３ＡをＣＯ2吸収部１４１の上部に供給するリーン溶液ポンプ５４と、ＣＯ2吸収液のリーン溶液１３Ａを所定の温度に冷却する冷却部５５とが設けられている。なお、冷却部５５は必要に応じて設ければよい。
次に、本実施形態に係るＣＯ2回収装置１０Ａにおける、第一吸収液抜出ラインＬ11の外部へセミリッチ溶液１３Ｂを抜き出す抜出位置Ｘについて説明する。
本実施形態では、ＣＯ2吸収部１４１が、第一吸収部１４１Ａと第二吸収部１４１Ｂとからなる二つの吸収部から構成されており、ＣＯ2吸収部１４１を二分割して第一吸収部１４１Ａの下部の抜出位置Ｘから、液貯留部１４３Ａに溜まったセミリッチ溶液１３Ｂを、第一吸収液抜出ラインＬ11により全量を抜き出す。そして、この第一吸収液抜出ラインＬ11に設けた冷却器２４でセミリッチ溶液１３Ｂを冷却した後、第二吸収部１４１Ｂの上部の導入位置Ｙから内部に再供給することにより、吸収液の酸化劣化を抑制するようにしている。
本実施形態において、第一吸収液抜出ラインＬ11の外部へのセミリッチ溶液１３Ｂの抜出位置Ｘは、第一吸収部１４１Ａ内部のＣＯ2吸収液の第一反応温度分布と、第二吸収部１４１Ｂ内部のＣＯ2吸収液の第二反応温度分布に基づいて決められる。具体的には、両者の反応温度分布の液温度分布曲線において液温度にピーク液温度があるかを確認して、第一吸収部１４１Ａ内部の吸収液の第一ピーク液温度（ＴA）と、第二吸収部１４１Ｂ内部の吸収液の第二ピーク液温度（ＴB）とが発生するような位置から、セミリッチ溶液１３Ｂを抜き出すようにしている。ピーク液温度の有無を確認するのは、第一反応温度分布において、ＣＯ2吸収液の反応温度分布にピーク液温度が発生しない場合には、ＣＯ2吸収液がＣＯ2を吸収する反応があまり進行していないことを意味し、ＣＯ2吸収効率が悪いので、好ましくないからである。
図２は、ＣＯ2吸収部の内部のＣＯ2吸収液の液温度と、ＣＯ2吸収塔の抜出高さ比との関係を示すグラフである。図３は、ＣＯ2吸収塔に導入される排ガスのガス温度と、ＣＯ2吸収部の抜出高さ比との関係を示す図である。図２においては、ＣＯ2吸収液がＣＯ2を吸収する際の反応温度分布を示している。図３においては、排ガス中のＣＯ2が吸収液により吸収される際のガス温度分布を示している。
ここで、ＣＯ2吸収部１４１でのＣＯ2とＣＯ2吸収液とが接触する充填槽の高さを充填高さといい、ＣＯ2吸収部１４１を二つに分けているので、第一吸収部１４１Ａの充填槽の高さをＨ1とし、第二吸収部１４１Ｂの充填槽の高さをＨ2とすると、ＣＯ2吸収部１４１の充填高さはその総和（Ｈ1＋Ｈ2）となる。
そして、本実施形態において、セミリッチ溶液１３Ｂの抜出位置（以下、単に「抜出位置（Ｘ）」という）を比率で示す場合には、第一吸収部１４１Ａと第二吸収部１４１Ｂとの各充填高さ（Ｈ1、Ｈ2）の総和（Ｈ＝（Ｈ1＋Ｈ2））を１とする際、その第二吸収部１４１Ｂの充填層の下端からの「抜出高さ比（Ｈ2／（Ｈ1＋Ｈ2））」で示している。
以下、第一吸収液抜出ラインＬ11の外部へのセミリッチ溶液１３Ｂの抜出位置Ｘについて、ＣＯ2吸収液の反応温度分布の相違に基づき説明する。なお、図２中、液温度分布曲線として、第一吸収部１４１Ａ内の液温度分布曲線を第一〜第四の液温度分布曲線Ａ1A〜Ａ4A、第二吸収部１４１Ｂ内の液温度分布曲線を第一〜第四の液温度分布曲線Ａ1B〜Ａ4Bで示す。また、ＣＯ2吸収部が一つである場合の従来の液温度分布曲線を液温度分布曲線Ａ0としている。
また、図３は、排ガスのガス温度分布曲線として、第一吸収部１４１Ａ内のガス温度分布曲線を第一〜第四のガス温度分布曲線Ｂ1A〜Ｂ4A、第二吸収部１４１Ｂ内のガス温度分布曲線を第一〜第四のガス温度分布曲線Ｂ1B〜Ｂ4Bで示す。また、ＣＯ2吸収部が一つである場合の従来の液温度分布曲線を液温度分布曲線Ｂ0としている。
先ず、ＣＯ2吸収塔１４内部において、ＣＯ2吸収液が排ガス中のＣＯ2を吸収する反応は発熱反応であるので、従来例のように、ＣＯ2吸収部１４１を２つに分けずに、ＣＯ2吸収液を外部に引き抜いて冷却しない場合（比較例１）には、図２中、液温度分布曲線Ａ0(図２中、実線で示す)に示すように、液温度がＣＯ2吸収部１４１の上部側にて急激に上昇する山なりの一つの連続した曲線となる。
この場合、ＣＯ2吸収部１４１にリーン溶液１３Ａが導入されて充填槽内を流下してすぐにリーン溶液１３Ａの反応温度が急激に上昇し、ＣＯ2吸収部１４１の上部側の近傍において高温のピーク液温度Ｔ0が発生する。この結果、ＣＯ2吸収液中の一部のアミン系化合物と排ガス中の酸素との反応が加速して、酸化劣化が促進されることとなり、ＣＯ2吸収液の大幅な損失が生じる。
次に、抜出位置Ｘとして、「抜出高さ比０．８８」の第一抜出位置Ｘ1で抜き出す場合（比較例２）には、図２中、第一吸収部１４１Ａ内部における第一液温度分布曲線Ａ1Aにおいて第一ピーク液温度の発生は見られない。
これに対して、抜出位置Ｘとして、「抜出高さ比０．７５」の第二抜出位置Ｘ2、「抜出高さ比０．６３」の第三抜出位置Ｘ3及び「抜出高さ比０．５０」の第四抜出位置Ｘ4とする場合（試験例１〜３）には、第一吸収部１４１Ａ内部の第二液温度分布曲線Ａ2A、第三液温度分布曲線Ａ3A及び第四液温度分布曲線Ａ4Aにおいて、ＣＯ2吸収液の反応温度分布の第一ピーク液温度（Ｔ0.75A、Ｔ0.63A、Ｔ0.50A）が、それぞれ発生している。
また、試験例１〜３の場合には、第二吸収部１４１Ｂ内部の第二液温度分布曲線Ａ2B、第三液温度分布曲線Ａ3B及び第四液温度分布曲線Ａ4BにおいてＣＯ2吸収液の反応温度分布の第二ピーク液温度（Ｔ0.75B、Ｔ0.63B、Ｔ0.50B）が、それぞれ発生している。
このように、第一吸収部１４１Ａと第二吸収部１４１Ｂにおいて、各々ピーク液温度が発生するということは、ＣＯ2吸収液が高温になるのを防ぐことで、ＣＯ2吸収液の酸化劣化反応が抑制されていると共に、ＣＯ2を吸収する反応が良好に進行し、ＣＯ2吸収液としての機能が発揮されているので好ましいものとなる。
さらに、これらの試験例１〜３の第一ピーク液温度（Ｔ0.75A、Ｔ0.63A、Ｔ0.50A）は、液の抜き出しがない従来の比較例１のピーク液温度Ｔ0及び比較例２の「抜出高さ比０．８８」の第一抜出位置Ｘ1の場合の第二ピーク液温度Ｔ0.88Bに較べて、低いピーク液温度であると共に、第二液温度分布曲線Ａ2A、第三液温度分布曲線Ａ3A及び第四液温度分布曲線Ａ4Aの各温度曲線が右に凸の弓形状となってピーク液温度を頂点として、下部にいくに連れて液温度が急激に低下している。この結果、試験例１〜３の抜出条件とする場合では、ＣＯ2吸収液が高温度領域に曝される範囲が小さく、ＣＯ2吸収液の酸化劣化の抑制を大幅に図ることができる。
このように、本実施形態によれば、第一吸収部１４１ＡでＣＯ2を一部吸収したセミリッチ溶液１３Ｂを、第一吸収部１４１Ａの下部の第一吸収液抜出ラインＬ11により抜出位置Ｘで引き抜き、第一吸収液抜出ラインＬ11に設けた冷却器２４でセミリッチ溶液１３Ｂを冷却させることで、ＣＯ2吸収液の酸化劣化を抑制する対策を施している。
この際、本実施形態では、第一吸収液抜出ラインＬ11の外部へのセミリッチ溶液１３Ｂの抜出位置Ｘを、第一吸収部１４１Ａ内部の吸収液の第一反応温度分布の第一ピーク液温度（ＴA）と、第二吸収部１４１Ｂ内部の吸収液の第二反応温度分布の第二ピーク液温度（ＴB）とを、各々有する位置で抜き出すことにより、ＣＯ2吸収液の酸化劣化の抑制を大幅に図ることができることとなる。
さらに、上段の第一ピーク液温度と下段の第二ピーク液温度とを比較し、第二吸収部１４１Ｂ内部の吸収液の第二ピーク液温度（ＴB）が、第一吸収部１４１Ａ内部の吸収液の第一ピーク液温度（ＴA）よりも低く（ＴA＞ＴB）なる「抜出高さ比０．６３」の第三抜出位置Ｘ3及び「抜出高さ比０．５０」の第四抜出位置Ｘ4で抜き出す場合には、第一ピーク液温度（Ｔ0.63A、Ｔ0.50A）が明確で温度勾配がシャープであるのでより好ましい。
また、抜出位置Ｘでのセミリッチ溶液１３Ｂの抜き出し時の液温度（Ｔ1）は、４５℃以上とするのが好ましい。これは、抜出位置Ｘからセミリッチ溶液１３Ｂを抜き出す際の液温度（Ｔ1）を４５℃以上とする場合には、第一吸収液抜出ラインＬ11に設けた冷却器２４での冷却により取り除かれる熱量が多くなり、酸化劣化低減効果が増大するからである。
図２中、横軸の液温度（Ｔ（℃））は、一例として例えば５０〜６０℃の温度を例示することができるが、この液温度は、ＣＯ2吸収液の種類や吸収条件により適宜変更されるので、本発明はこれに限定されるものではない。
また、第一吸収液抜出ラインＬ11の冷却器２４により冷却されるセミリッチ溶液１３Ｂの温度差が１０℃以上とするのが好ましい。
図４は、抜出位置Ｘとして、「抜出高さ比０．６３」の第三抜出位置Ｘ3とする場合（試験例２）の液温度とガス温度とを比較して並べたグラフである。
図４に示すように、第一吸収液抜出ラインＬ11において、セミリッチ溶液１３Ｂを抜き出した際の液温度（Ｔ1）と、冷却器２４により冷却されたセミリッチ溶液１３Ｂを再供給する際の液温度（Ｔ2）との温度差(Ｔ1−Ｔ2)が１０℃以上とするのが好ましい。これは、温度差が１０℃以上ある場合には、冷却器２４での冷却により取り除かれる熱量が多くなり、酸化劣化低減効果が増大するからである。
また、本実施形態の図１に示すように、ＣＯ2を含有する排ガス１１Ａを冷却し、この冷却した排ガス１１Ｂを吸収塔１４に供給する冷却塔１２を備える場合、第二吸収部１４１Ｂの上部側に導入する冷却器２４で冷却後の再供給時のセミリッチ溶液１３Ｂの液温度（Ｔ2）が、冷却塔１２により冷却されてＣＯ2吸収塔１４に供給される冷却後の排ガス温度（導入ガス温度（Ｔ3））以下とすることが好ましい。
これは、冷却後のセミリッチ溶液１３Ｂの液温度（Ｔ2）を、冷却塔１２での冷却後の排ガス１１Ａの導入ガス温度（Ｔ3）以下にすることで、第二吸収部１４１Ｂでのピーク液温度を低く抑えることができる。この結果、第二吸収部１４１ＢでのＣＯ2吸収液の酸化劣化低減効果を発揮させることができる。
図５は、抜出高さ比(横軸)と、リッチ液ＣＯ2ローディング比（左縦軸）及び酸化劣化損失比（右縦軸）の関係を示すグラフである。なお、ＣＯ2ローディング比は、ＣＯ2（ｍｏｌ）／アミン溶液（ｍｏｌ）で求められる。
図５に示すように、従来の抜き出しが無いＣＯ2回収装置におけるＣＯ2吸収液中にＣＯ2を回収するリッチ液ＣＯ2ローディング比（以下「ＣＯ2ローディング比」という）を１．０(基準値)としたとき、ＣＯ2回収装置におけるＣＯ2ローディング比での効果を検討すると、抜出高さ比０．４近傍で１．０４となった。
また、酸化劣化損失比での効果を検討すると、図５に示すように、抜出高さ比が０．６３の場合が、酸化劣化抑制効果が２０％であり、酸化劣化抑制効果が大であった。
よって、図５の結果より、ＣＯ2ローディング比と酸化劣化損失比との双方を考慮した抜出位置Ｘの抜出高さ比は、０．２５以上０．８５以下とするのが好ましいものとなる。抜出高さ比を０．２５以上、０．８５以下とするのは、酸化劣化抑制効果が全範囲に亙って１０％以上であり好ましいからである。
また、好適には抜出位置Ｘの抜出高さ比は、０．２５以上０．７以下とするのがより好ましい。抜出高さ比を０．２５以上０．７以下とするのは、ＣＯ2吸収効率を考慮し、ＣＯ2ローディングの向上効果の発現がみられるからである。
さらに好適には抜出位置Ｘの抜出高さ比は、０．４以上０．７以下とするのが最適である。抜出位置Ｘの抜出高さ比を０．４以上０．７以下とするのは、酸化劣化抑制効果が１５％以上であると共に、ＣＯ2ローディングの向上効果が発現されるからである。このＣＯ2ローディング比が高くなることにより、吸収液再生塔１５での再生加熱器３１の蒸気消費量の低減を図ることができる。
次に、本実施形態に係るＣＯ2回収装置１０Ａの全体動作について説明する。例えばボイラ等から排出されるＣＯ2を含有する排ガス１１Ａは冷却塔１２に導入される。そして、導入された排ガス１１Ａは冷却水Ｗ1と向流接触されて冷却され、冷却された排ガス１１Ｂとなる。冷却された排ガス１１Ｂは、煙道１６を介してＣＯ2吸収塔１４に導入される。ＣＯ2吸収塔１４に導入された排ガス１１Ｂは、ＣＯ2吸収部１４１の第一吸収部１４１Ａ及び第二吸収部１４１Ｂで例えばアルカノールアミン等のアミン系化合物を含むＣＯ2吸収液と対向流接触され、排ガス１１Ｂ中のＣＯ2がＣＯ2吸収液に吸収されてＣＯ2が除去された排ガス１１Ｄとなる。
ＣＯ2が除去された排ガス１１Ｄは、チムニートレイ１４４Ｂ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Ｗ2と気液接触して排ガス１１Ｄに同伴するＣＯ２吸収液が循環洗浄により回収された脱炭酸排ガス１１Ｅとなる。この脱炭酸排ガス１１Ｅは、ミストエリミネータ１４５でガス中のミストが捕捉されてＣＯ2吸収塔１４の塔頂部１４ａから外部へ排出される。
ＣＯ2吸収塔１４でＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液のリッチ溶液１３Ｃ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でリーン溶液１３Ａとの間で熱交換された後、リッチ溶液ポンプ５１によって吸収液再生塔１５の上部側に供給される。
吸収液再生塔１５に供給されたＣＯ2吸収液のリッチ溶液１３Ｃは、吸収液再生塔１５の充填部１５１内を流下する間に水蒸気によりＣＯ2が除去されてリーン溶液１３Ａとなる。このリーン溶液１３Ａは、その一部が循環ポンプ３３によって循環ラインＬ4を循環されると共に、再生加熱器３１で飽和水蒸気Ｓによって加熱されて吸収液再生塔１５の内部に水蒸気を発生する。加熱後の飽和水蒸気Ｓは、水蒸気凝縮水Ｗ4となる。ＣＯ２吸収液から除去されたＣＯ2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Ｗ5が分離されたＣＯ２ガス４４として外部に放出される。分離された凝縮水Ｗ5は、吸収液再生塔１５に供給される。
吸収液再生塔１５の塔底部１５ｂから抜き出されたリーン溶液１３Ａ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によってリッチ溶液１３Ｃとの間で熱交換された後、リーン溶液ポンプ５４によってＣＯ2吸収塔１４のＣＯ２吸収部１４１の上部に供給される。ＣＯ2吸収部１４１の上部側に供給されたリーン溶液１３Ａは、第一吸収部１４１Ａで排ガス１１ＣのＣＯ2を吸収してセミリッチ溶液１３Ｂとなり、第一吸収部１４１Ａの下部側の抜出位置Ｘにて、第一吸収液抜出ラインＬ11により抜き出される。抜き出されたセミリッチ溶液１３Ｂは、冷却器２４で所定の温度範囲に冷却された後、セミリッチ溶液ポンプ２５によって第二吸収部１４１Ｂの上部側の導入位置Ｙに供給され、第二吸収部１４１Ｂで排ガス１１Ｂ中のＣＯ2を吸収してリッチ溶液１３Ｃとなる。このリッチ溶液１３Ｃは、ＣＯ2吸収塔１４の塔底部１４ｂから抜き出されて吸収液再生塔１５に供給される。
本実施形態によれば、第一吸収部１４１ＡでＣＯ2を一部吸収したセミリッチ溶液１３Ｂを、第一吸収部１４１Ａの下部側の第一吸収液抜出ラインＬ11により抜出位置Ｘで引き抜き、第一吸収液抜出ラインＬ11に設けた冷却器２４でセミリッチ溶液１３Ｂを冷却させることで、ＣＯ2吸収液の酸化劣化を抑制する対策を施している。
この際、第一吸収液抜出ラインＬ11の外部へのセミリッチ溶液１３Ｂの抜出位置Ｘを、第一吸収部１４１Ａ内部の吸収液の第一反応温度分布の第一ピーク液温度（ＴA）と、第二吸収部１４１Ｂ内部の吸収液の第二反応温度分布の第二ピーク液温度（ＴB）とを、各々有する位置で抜き出すことにより、ＣＯ2吸収液の酸化劣化の抑制を大幅に図ることができることとなる。
以上、本実施形態によれば、ＣＯ2吸収液の酸化劣化による損失低減を図ることができ、酸化劣化物の排出による揮発性有機化合物（ＶＯＣ：Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）エミッション低減を図ることができる。
ここで、中間冷却の冷媒により冷却する冷却器２４を用いる場合としては、特に限定されるものではないが、例えばプレート熱交換器を用いることがより好ましい。このプレート熱交換器を用いることで、セミリッチ溶液１３Ｂ側と冷媒側との温度差を小さくでき、中間冷却の交換熱量を大きくすることができるからである。
実施形態２
次に、本発明の実施形態２に係るＣＯ2回収装置について説明する。実施形態２では、実施形態１に示す図１のＣＯ2回収装置を用いて説明する。なお、実施形態１の構成と同一構成部分についてはその説明は省略する。
実施形態２のＣＯ2回収装置では、第一吸収部１４１ＡでＣＯ2を一部吸収したセミリッチ溶液１３Ｂを、第一吸収部１４１Ａの下部側の第一吸収液抜出ラインＬ11により抜出位置Ｘで引き抜く際、実施形態１のＣＯ2回収装置のような第一吸収部１４１Ａ内部の吸収液の第一反応温度分布の第一ピーク液温度（ＴA）と、第二吸収部１４１Ｂ内部の吸収液の第二反応温度分布の第二ピーク液温度（ＴB）とを考慮せずに、セミリッチ溶液１３Ｂの抜出位置Ｘの抜出高さ比を０．２５以上０．８５以下のみと規定するものである。この際、抜出高さ比を０．２５以上、０．８５以下とするのは、前述した図５に示すように、酸化劣化抑制効果が全範囲に亙って１０％以上であり好ましいからである。
また、好適には抜出位置Ｘの抜出高さ比は、０．２５以上０．７以下とするのが好ましい。抜出高さ比を０．２５以上０．７以下とするのは、ＣＯ2吸収効率を考慮し、ＣＯ2ローディングの向上効果の発現がみられるからである。
さらに好適には抜出位置Ｘの抜出高さ比は、０．４以上０．７以下とするのがより好ましい。抜出位置Ｘの抜出高さ比を０．４以上０．７以下とするのは、酸化劣化抑制効果が１５％以上であると共に、ＣＯ2ローディングの向上効果が発現されるからである。このＣＯ2ローディング比が高くなることにより、吸収液再生塔１５での再生加熱器３１の蒸気消費量の低減を図ることができる。
本実施形態によれば、第一吸収部１４１ＡでＣＯ2を一部吸収したセミリッチ溶液１３Ｂを、第一吸収部１４１Ａの下部側の第一吸収液抜出ラインＬ11により抜出位置Ｘで引き抜き、吸収液抜出ラインＬ11に設けた冷却器２４でセミリッチ溶液１３Ｂを冷却させることで、ＣＯ2吸収液の酸化劣化を抑制する対策を施している。
この際、第一吸収液抜出ラインＬ11の外部へのセミリッチ溶液１３Ｂの抜出位置Ｘの抜出高さ比を０．２５以上０．８５以下、より好ましくは０．２５以上０．７以下とすることにより、ＣＯ2回収装置におけるＣＯ2ローディング比とＣＯ2吸収液の酸化劣化損失比との双方を考慮することができる。
この結果、ＣＯ2吸収塔１４内でＣＯ2吸収液の反応液温度が大幅に上昇せず、ＣＯ2吸収液の酸化劣化を抑制することができ、ＣＯ2吸収液の損失を抑制することができる。これにより、酸化劣化した成分の外部への放出を低減することができる。また、ＣＯ2ローディングの向上効果を発現するので、吸収液再生塔１５での再生加熱器３１の蒸気消費量の低減を図ることができる。
実施形態２においても、抜出位置Ｘのセミリッチ溶液１３Ｂの抜き出し時の液温度（Ｔ1）は、４５℃以上とするのが好ましい。これは、抜出位置Ｘからセミリッチ溶液１３Ｂを抜き出す際の液温度（Ｔ1）を４５℃以上とする場合には、冷却器２４での冷却により取り除かれる熱量が多くなり、酸化劣化低減効果が増大するからである。
また、第一吸収液抜出ラインＬ11の冷却器２４により冷却されるセミリッチ溶液１３Ｂの温度差が１０℃以上とするのが好ましい。
また、第二吸収部１４１Ｂの上部側の導入位置Ｙに導入する冷却後のセミリッチ溶液１３Ｂの液温度（Ｔ2）が、抜出位置Ｘから抜出される際のセミリッチ溶液１３Ｂの液温度（Ｔ1）よりも１０℃以上低い(温度差（Ｔ1−Ｔ2）１０℃以上)ようにするのが好ましい。これは、温度差が１０℃以上ある場合には、冷却器２４での冷却により取り除かれる熱量が多くなり、酸化劣化低減効果が増大するからである。
また、図１に示すように、ＣＯ2吸収塔１４の上流側に、排ガス１１Ａを水と接触させて冷却する冷却塔１２を備える場合、第二吸収部１４１Ｂの上部側に導入する冷却器２４で冷却後のセミリッチ溶液１３Ｂの液温度（Ｔ2）が、冷却塔１２により冷却されてＣＯ2吸収塔１４に導入される排ガス温度（ガス温度（Ｔ3））以下とすることが好ましい。これにより第二吸収部１４１Ｂでの温度上昇を抑えることができ、酸化劣化低減効果を発現することができる。
以上、本実施形態によれば、第一吸収液抜出ラインＬ11の外部へのセミリッチ溶液１３Ｂの抜出位置Ｘの抜出高さ比を０．２５以上０．８５以下、より好ましくは０．２５以上０．７以下とすることにより、ＣＯ2吸収液の酸化劣化による損失低減を図ることができ、酸化劣化物の排出によるＶＯＣエミッション低減を図ることができる。
実施形態３
本発明の実施形態３に係るＣＯ2回収装置について、図面を参照して説明する。図６は、実施形態３に係るＣＯ2回収装置の概略図である。なお、実施形態１と同一部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
図６に示すように、実施形態３に係るＣＯ2回収装置１０Ｂは、実施形態１のＣＯ2回収装置１０Ａにおいて、ＣＯ2吸収部１４１として、第一吸収部１４１Ａ及び第二吸収部１４１Ｂと共にＣＯ2吸収塔１４内の高さ方向であって、第二吸収部１４１Ｂの下部に配設された、冷却された排ガス１１ＢからＣＯ2を吸収する第三吸収部１４１Ｃと、第二吸収部１４１Ｂと第三吸収部１４１Ｃとの間に設けられ、第二吸収部１４１Ｂにおいて排ガス中のＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液をＣＯ2吸収塔１４より抜き出し、該ＣＯ2吸収液を冷却してＣＯ2吸収塔１４内の第三吸収部１４１Ｃに再供給する第二吸収液抜出ラインＬ12と、を更に含む。
三段のＣＯ2吸収部１４１において、第一吸収部１４１Ａは、内部に充填材が充填高さＨ1となるように充填されている。第二吸収部１４１Ｂは、内部に充填材が充填高さＨ2となるように充填されている。第三吸収部１４１Ｃは、内部に充填材が充填高さＨ3となるように充填されている。
第一吸収部１４１Ａと第二吸収部１４１Ｂとの間には、第一吸収部１４１Ａの上部側から流下して第一吸収部１４１Ａの下部側に滞留したセミリッチ溶液１３Ｂ−１を貯留する第一液貯留部１４３Ａ−１及び第一チムニートレイ１４３Ｂ−１が設けられている。この第一液貯留部１４３Ａ−１には、第一液貯留部１４３Ａ−１に貯留したセミリッチ溶液１３Ｂ−１をＣＯ2吸収塔１４の第一抜出位置Ｘaから全量を抜き出して第二吸収部１４１Ｂの上部側の第一導入位置Ｙaから導入する第一吸収液抜出ラインＬ11が設けられている。この第一吸収液抜出ラインＬ11には、セミリッチ溶液１３Ｂ−１を冷却する第一冷却器２４−１及びセミリッチ溶液１３Ｂ−１を第二吸収部１４１Ｂの上部側に供給する第一セミリッチ溶液ポンプ２５−１が設けられている。供給されたセミリッチ溶液１３Ｂ−１は、第二吸収部１４１Ｂの上部に設けた下段噴霧ノズル１４０Ｂから噴霧され、第二吸収部１４１Ｂの充填槽内を流下する。
また、第二吸収部１４１Ｂと第三吸収部１４１Ｃとの間には、第二吸収部１４１Ｂの上部側から流下して第二吸収部１４１Ｂの下部側に滞留したセミリッチ溶液１３Ｂ−２を貯留する第二液貯留部１４３Ａ−２及び第二チムニートレイ１４３Ｂ−２が設けられている。この第二液貯留部１４３Ａ−２には、第二液貯留部１４３Ａ−２に貯留したセミリッチ溶液１３Ｂ−２をＣＯ2吸収塔１４の第二抜出位置Ｘbから全量を抜き出して第三吸収部１４１Ｃの上部側の第二導入位置Ｙbから導入する第二吸収液抜出ラインＬ12が設けられている。この第二吸収液抜出ラインＬ12には、セミリッチ溶液１３Ｂ−２を冷却する第二冷却器２４−２及びセミリッチ溶液１３Ｂ−２を第三吸収部１４１Ｃの上部側に供給する第二セミリッチ溶液ポンプ２５−２が設けられている。供給されたセミリッチ溶液１３Ｂ−２は、第三吸収部１４１Ｃの上部に設けた下段噴霧ノズル１４０Ｃから噴霧され、第三吸収部１４１Ｃの充填槽内を流下する。
本実施形態では、ＣＯ2吸収部１４１が、第一吸収部１４１Ａと第二吸収部１４１Ｂと第三吸収部１４１Ｃとからなる三つの吸収部から構成されており、ＣＯ2吸収部１４１を三分割している。そして、第一吸収部１４１Ａの下部側の第一抜出位置Ｘaから、第一液貯留部１４３Ａ−１に溜まったセミリッチ溶液１３Ｂ−１を、第一吸収液抜出ラインＬ11により全量を抜き出し、第一吸収液抜出ラインＬ11に設けた第一冷却器２４−１で冷却した後、第二吸収部１４１Ｂの上部側の第一導入位置Ｙaから導入して内部に戻すことにより、ＣＯ2吸収液の酸化劣化を抑制するようにしている。
本実施形態においても、第一吸収液抜出ラインＬ11の外部へのセミリッチ溶液１３Ｂ−１の第一抜出位置Ｘaは、第一吸収部１４１Ａ内部の吸収液の第一反応温度分布と、第二吸収部１４１Ｂ内部の吸収液の第二反応温度分布とを予め求めておく。そして、両者の反応温度分布の液温度分布曲線において液温度にピーク液温度があるかを確認して、第一吸収部１４１Ａ内部の吸収液の第一ピーク液温度（ＴA）と、第二吸収部１４１Ｂ内部の吸収液の第二ピーク液温度（ＴB）とが発生するような位置から、セミリッチ溶液１３Ｂ−１を抜き出すようにしている。
これは、第一反応温度分布において、ＣＯ2吸収液の反応温度分布にピーク液温度が発生しない場合には、ＣＯ2吸収液がＣＯ2を吸収する反応があまり進行せず、ＣＯ2吸収効率が悪いので、好ましくないからである。
図７は、ＣＯ2吸収部の内部のＣＯ2吸収液の液温度と、ＣＯ2吸収部の抜出高さ比との関係を示すグラフである。図８は、ＣＯ2吸収塔に導入される排ガスのガス温度と、ＣＯ2吸収部の抜出高さ比との関係を示す図である。
ここで、ＣＯ2吸収部１４１でのＣＯ2とＣＯ2吸収液とが接触する充填槽の高さを充填高さといい、ＣＯ2吸収部１４１を三分割しているので、第一吸収部１４１Ａの充填高さをＨ1とし、第二吸収部１４１Ｂの充填高さをＨ2とし、第三吸収部１４１Ｃの充填高さをＨ3とすると、ＣＯ2吸収部１４１の充填高さはその総和（Ｈ1＋Ｈ2＋Ｈ3）となる。
ここで、本実施形態においては、セミリッチ溶液１３Ｂ−１の第一抜出位置Ｘaを比率で示す場合には、第一吸収部〜第三吸収部１４１Ａ〜１４１Ｃの各充填高さ（Ｈ1、Ｈ2、Ｈ3）の総和（Ｈ＝（Ｈ1＋Ｈ2＋Ｈ3））を１とする際、そのＣＯ2吸収塔１４の塔底部（下側）からの「抜出高さ比（（Ｈ2＋Ｈ3）／（Ｈ1＋Ｈ2＋Ｈ3））」で示している。
また、セミリッチ溶液１３Ｂ−２の第二抜出位置Ｘbを比率で示す場合には、第一吸収部〜第三吸収部１４１Ａ〜１４１Ｃの各充填高さ（Ｈ1、Ｈ2、Ｈ3）の総和（Ｈ＝（Ｈ1＋Ｈ2＋Ｈ3））を１とする際、そのＣＯ2吸収塔１４の塔底部（下部）側からの「抜出高さ比（（Ｈ3）／（Ｈ1＋Ｈ2＋Ｈ3））」で示している。
図７中、液温度分布曲線として、第一吸収部１４１Ａ内の液温度分布曲線を液温度分布曲線Ａ11A、第二吸収部１４１Ｂ内の液温度分布曲線を液温度分布曲線Ａ11B、第三吸収部１４１Ｃ内の液温度分布曲線を液温度分布曲線Ａ11Cで示す。
また、図８は、排ガスのガス温度分布曲線として、第一吸収部１４１Ａ内のガス温度分布曲線をガス温度分布曲線Ｂ11A、第二吸収部１４１Ｂ内のガス温度分布曲線をガス温度分布曲線Ｂ11B、第三吸収部１４１Ｃ内のガス温度分布曲線をガス温度分布曲線Ｂ11Cで示す。
図７に示すように、第一吸収部１４１Ａ内部の液温度分布曲線Ａ11AにおいてＣＯ2吸収液の反応温度分布の第一ピーク液温度（ＴA）が、第二吸収部１４１Ｂ内部の液温度分布曲線Ａ11BにおいてＣＯ2吸収液の反応温度分布の第二ピーク液温度（ＴB）が、それぞれ発生している。
このように、第一吸収部１４１Ａと第二吸収部１４１Ｂにおいて、各々ピーク液温度が発生することは、ＣＯ2吸収液の酸化劣化反応が抑制されていると共に、ＣＯ2を吸収する反応が良好に進行し、ＣＯ2吸収液としての機能が発揮されているので好ましいものとなる。
また、第一抜出位置Ｘaのセミリッチ溶液１３Ｂ−１の抜出時の液温度（Ｔ1）は、４５℃以上とするのが好ましい。これは、第一抜出位置Ｘaからセミリッチ溶液１３Ｂ−１を抜き出す際の液温度（Ｔ1）を４５℃以上とする場合には、第一冷却器２４−１での冷却により取り除かれる熱量が多くなり、酸化劣化低減効果が増大するからである。
また、第二抜出位置Ｘbのセミリッチ溶液１３Ｂ−２の抜出時の液温度（Ｔ4）は、４５℃以上とするのが好ましい。これは、第二抜出位置Ｘbからセミリッチ溶液１３Ｂ−２を抜き出す際の液温度（Ｔ4）を４５℃以上とする場合には、第二冷却器２４−２での冷却により取り除かれる熱量が多くなり、酸化劣化低減効果が増大するからである。
第一吸収液抜出ラインＬ11において、セミリッチ溶液１３Ｂ−１を抜き出した際の液温度（Ｔ1）と、第一冷却器２４−１により冷却されたセミリッチ溶液１３Ｂ−１を再供給する際の液温度（Ｔ2）との温度差(Ｔ1−Ｔ2)が１０℃以上とするのが好ましい。これは、温度差が１０℃以上ある場合には、第一冷却器２４−１での冷却により取り除かれる熱量が多くなり、酸化劣化低減効果が増大するからである。
また、第二吸収液抜出ラインＬ12において、セミリッチ溶液１３Ｂ−２を抜き出した際の液温度（Ｔ4）と、第二冷却器２４−２により冷却されたセミリッチ溶液１３Ｂ−２を再供給する際の液温度（Ｔ5）との温度差(Ｔ5−Ｔ4)が１０℃以上とするのが好ましい。これは、温度差が１０℃以上ある場合には、第二冷却器２４−２での冷却により取り除かれる熱量が多くなり、酸化劣化低減効果が増大するからである。
また、本実施形態の図６に示すように、ＣＯ2吸収液を含有する排ガス１１Ａを冷却し、この冷却した排ガス１１ＢをＣＯ2吸収塔１４に供給する冷却塔１２を備える場合、第二吸収部１４１Ｂの上部側に導入する第一冷却器２４−１で冷却後のセミリッチ溶液１３Ｂ−１の液温度（Ｔ2）が、冷却塔１２により冷却されてＣＯ2吸収塔１４に導入される排ガス温度（ガス温度（Ｔ3））以下とすることが好ましい。
これは、冷却後のセミリッチ溶液１３Ｂ−１の液温度（Ｔ2）を、冷却塔１２での冷却後の排ガス１１Ｂのガス温度（Ｔ3）以下にすることで、第二吸収部１４１Ｂでのピーク液温度を低く抑えることができる。この結果、第二吸収部１４１ＢでのＣＯ2吸収液の酸化劣化低減効果を発揮させることができる。
また、第三吸収部１４１Ｃの上部側に導入する第二冷却器２４−２で冷却後のセミリッチ溶液１３Ｂ−２の液温度（Ｔ5）が、冷却塔１２により冷却されてＣＯ2吸収塔１４に導入される排ガス温度（ガス温度（Ｔ3））以下とすることが好ましい。
これは、冷却後のセミリッチ溶液１３Ｂ−２の液温度（Ｔ5）を、冷却塔１２での冷却後の排ガス１１Ａのガス温度（Ｔ3）以下にすることで、第三吸収部１４１Ｃでのピーク液温度を低く抑えることができる。この結果、第三吸収部１４１ＣでのＣＯ2吸収液の酸化劣化低減効果を発揮させることができる。
また、複数段のＣＯ2吸収部とした場合、第一抜出位置Ｘa又は第二抜出位置Ｘbのいずれかの抜出位置の抜出高さ比は、図５に示すように、０．２５以上０．８５以下とするのが好ましいものとなる。ここで、抜出高さ比を０．２５以上、０．８５以下とするのは、酸化劣化抑制効果が全範囲に亙って１０％以上であり好ましいからである。
また、好適には第一抜出位置Ｘa又は第二抜出位置Ｘbの抜出高さ比は、０．２５以上０．７以下とするのが好ましい。抜出高さ比を０．２５以上０．７以下とするのは、ＣＯ2吸収効率を考慮し、ＣＯ2ローディングの向上効果の発現がみられるからである。
さらに好適には第一抜出位置Ｘa又は第二抜出位置Ｘbの抜出高さ比を０．４以上０．７以下とするのがより好ましい。抜出高さ比を０．４以上０．７以下とするのは、酸化劣化抑制効果が１５％以上であると共に、ＣＯ2ローディングの向上効果が発現されるからである。
また、本実施形態においても、ＣＯ2吸収部１４１を三分割した際の少なくとも２段のピーク液温度を考慮して、抜出位置を規定しているが、実施形態２と同様に、ピーク液温度を考慮せずに、第一抜出位置Ｘa又は第二抜出位置Ｘbの抜出高さ比の少なくとも一段を、０．２５以上０．８５以下とのみ規定するようにしてもよい。
以上、本実施形態によれば、ＣＯ2吸収部１４１を三分割した場合においても、ＣＯ2吸収液の酸化劣化による損失低減を図ることができ、酸化劣化物の排出によるＶＯＣエミッション低減を図ることができる。
１０Ａ、１０Ｂ ＣＯ2回収装置
１１Ａ〜１１Ｄ 排ガス
１１Ｅ 脱炭酸排ガス
１２ 冷却塔
１３Ａ リーン溶液
１３Ｂ、１３Ｂ−１、１３Ｂ−２ セミリッチ溶液
１３Ｃ リッチ溶液
１４ ＣＯ2吸収塔
１５ 吸収液再生塔
２４ 冷却器
Ｌ11 第一吸収液抜出ライン
Ｌ12 第二吸収液抜出ライン
５０ リッチ溶液供給管
５３ リーン溶液供給管
１４１ ＣＯ2吸収部
１４１Ａ 第一吸収部
１４１Ｂ 第二吸収部
１４１Ｃ 第三吸収部
１４２ 水洗部

Claims (8)

  1. 少なくともＯ 2 及びＣＯ2を含有するガスとＣＯ2吸収液とを向流接触させて、前記ガスからＣＯ2を吸収する吸収塔を有するＣＯ2回収装置であって、
    前記吸収塔内の高さ方向に配設された、前記ガスからＣＯ2を吸収する充填層を備えた第一吸収部、及び前記第一吸収部の下部に位置して前記ガスからＣＯ2を吸収する充填層を備えた第二吸収部を含むＣＯ2吸収部と、
    前記第一吸収部と前記第二吸収部との間に設けられ、前記第一吸収部において前記ガス中のＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液を前記吸収塔より抜き出し、該ＣＯ2吸収液を冷却器により冷却して前記吸収塔内の前記第二吸収部に再供給する第一吸収液抜出ラインと、を含み、
    前記ＣＯ2吸収液を前記吸収塔より抜き出す前記第一吸収液抜出ラインの抜出位置が、前記ＣＯ2吸収部内の各充填層の高さの合計を１とした場合に、前記第二吸収部の充填層の下端から０．５を超え、０．７５以下の抜出高さ位置とすることを特徴とするＣＯ2回収装置。
  2. 請求項１において、
    前記抜出位置は、
    前記第二吸収部の充填層の下端から０．５を超え、０．７以下の抜出高さ位置とすることを特徴とするＣＯ2回収装置。
  3. 請求項１又は２において、
    前記吸収液の酸化劣化低減効果が１０％以上であることを特徴とするＣＯ 2 回収装置。
  4. 請求項１において、
    前記抜出位置での前記ＣＯ2吸収液の抜き出し時の液温度は、４５℃以上であることを特徴とするＣＯ2回収装置。
  5. 請求項１において、
    前記第一吸収部及び前記第二吸収部と共に前記吸収塔内の高さ方向であって、前記第二吸収部の下部に配設された、前記ガスからＣＯ2を吸収する第三吸収部と、
    前記第二吸収部と前記第三吸収部との間に設けられ、前記第二吸収部において前記ガス中のＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液を前記吸収塔より抜き出し、該ＣＯ2吸収液を冷却して前記吸収塔内の前記第三吸収部に再供給する第二吸収液抜出ラインと、を更に含み、
    前記ＣＯ2吸収部内の各充填層の高さの合計を１とした場合に、前記第三吸収部の充填層の下端から０．５を超え、０．７５以下の抜出高さ位置とすることを特徴とするＣＯ2回収装置。
  6. 請求項５において、
    前記吸収液の酸化劣化低減効果が１０％以上であることを特徴とするＣＯ 2 回収装置。
  7. 少なくともＯ 2 及びＣＯ2を含有するガスとＣＯ2吸収液とを向流接触させて、前記ガスからＣＯ2を吸収する吸収塔を有するＣＯ2回収方法であって、
    前記吸収塔内の第一吸収部の充填層で、前記ガスと前記ＣＯ2吸収液とを向流接触させて前記ガスからＣＯ2を吸収する第一吸収ステップと、
    前記第一吸収部において前記ガス中のＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液を前記吸収塔より抜き出し、該ＣＯ2吸収液を冷却器により冷却して前記吸収塔内に再供給する抜出・再供給ステップと、
    前記吸収塔内の高さ方向に配設され、前記第一吸収部の下部に位置する第二吸収部の充填層で、前記ガスと前記再供給されたＣＯ2吸収液とを向流接触させて前記ガスからＣＯ2を吸収する第二吸収ステップと、を含み、
    前記抜出・再供給ステップにおいて、前記ＣＯ2吸収液を前記吸収塔より抜き出す抜出位置が、ＣＯ2吸収部内の各充填層の高さの合計を１とした場合に、前記第二吸収部の充填層の下端から０．５を超え、０．７５以下の抜出高さ位置とすることを特徴とするＣＯ2回収方法。
  8. 請求項７において、
    前記吸収液の酸化劣化低減効果が１０％以上であることを特徴とするＣＯ 2 回収方法。
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