JP7123749B2 - 二酸化炭素分離回収システム及び方法 - Google Patents

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Description

本発明は、二酸化炭素吸着材を用いて処理対象ガス中の二酸化炭素を分離及び回収する二酸化炭素分離回収技術に関する。
従来から、二酸化炭素吸着材を用いて処理対象ガス中の二酸化炭素を分離及び回収する二酸化炭素分離回収システムが知られている。例えば、特許文献１には、この種の二酸化炭素分離回収システムが開示されている。
特許文献１の二酸化炭素分離回収システムは、二酸化炭素吸着材が、吸着塔、再生塔、乾燥塔、及び冷却塔の順に連続的に移送される移動層方式のシステムである。吸着塔では、吸着材と二酸化炭素を含む処理対象ガスとが接触させられ、処理対象ガス中の二酸化炭素が吸着材に吸着される。再生塔では、二酸化炭素を吸着した吸着材と飽和蒸気とが接触させられ、吸着材から二酸化炭素が離脱する。離脱した二酸化炭素は、圧縮ポンプで圧縮されてから二酸化炭素ホルダに貯留される。乾燥塔では、再生塔で飽和蒸気の凝縮水が付着した吸着材が、加熱により乾燥される。冷却塔では、乾燥した吸着材が二酸化炭素吸着に適した温度まで冷却される。冷却された吸着材は、コンベヤによって吸着塔へ戻される。
特開２０１３－１２１５６２号公報
特許文献１のような、二酸化炭素吸着材を再生するために、二酸化炭素吸着材と蒸気とを直接的に接触させるシステムにおいては、再生容器（再生塔）から排出されるガス（以下、回収ガスと称する）には、二酸化炭素吸着材から脱着した二酸化炭素に加えて蒸気が含まれる。このような回収ガスは、圧縮ポンプの負荷変動を抑えるために、圧縮ポンプで圧縮される前に水分が除去されることが望ましい。
一般に、蒸気を含むガスから蒸気を選択的に除去する場合には、蒸気を凝縮して水として除去する。このような蒸気の凝縮は発熱を伴う。そこで、上記の回収ガスから蒸気の潜熱を回収することができれば、エネルギーを更に有効に利用できる。
本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、二酸化炭素分離回収技術において、エネルギーの更なる有効利用を促進することにある。
本発明の一態様に係る二酸化炭素分離回収システムは、
粒子状の二酸化炭素吸着材が流入した吸着容器と、
前記吸着容器へ二酸化炭素を含む処理対象ガスを供給する処理対象ガス供給ラインと、
前記二酸化炭素吸着材と接触することによって二酸化炭素が吸着除去された前記処理対象ガスを前記吸着容器から排出する処理ガス排出ラインと、
前記吸着容器で二酸化炭素を吸着した前記二酸化炭素吸着材が流入した再生容器と、
前記再生容器へ脱着用蒸気を供給する脱着用蒸気供給ラインと、
前記二酸化炭素吸着材と接触した前記脱着用蒸気と当該二酸化炭素吸着材から離脱した二酸化炭素とを含む回収ガスを前記再生容器から排出する二酸化炭素回収ラインと、
前記再生容器で二酸化炭素が離脱した前記二酸化炭素吸着材を前記吸着容器へ移送する移送装置とを備え、
前記二酸化炭素回収ラインが、前記回収ガスを熱源とする熱交換器を有することを特徴としている。
上記において、前記熱交換器が、前記再生容器と前記再生容器に形成された前記回収ガスの通路とを含み、前記二酸化炭素吸着材と前記回収ガスとを熱交換させるように構成されていてよい。
或いは、上記において、前記熱交換器が、前記処理ガス排出ラインを流れる処理ガスと、前記回収ガスとを熱交換させるように構成されていてよい。
或いは、上記において、前記再生容器で二酸化炭素が離脱した前記二酸化炭素吸着材が流入した乾燥容器と、前記乾燥容器へ乾燥用ガスを供給する乾燥用ガス供給ラインと、前記乾燥容器を通じた前記乾燥用ガスを当該乾燥容器から排出する乾燥用ガス排出ラインと、を更に備え、前記熱交換器が、前記乾燥用ガス供給ラインを流れる前記乾燥用ガスと前記回収ガスとを熱交換させる第１熱交換器、及び、前記乾燥用ガス排出ラインを流れる前記乾燥用ガスと前記回収ガスとを熱交換させる第２熱交換器の少なくとも一方であってよい。
上記二酸化炭素分離回収システムによれば、熱交換器において、回収ガスの熱エネルギー（脱着用蒸気の潜熱のエネルギーを含む）が回収されて利用されるとともに、回収ガスから水分の一部又は全部が除去される。このように、二酸化炭素分離回収システムは、回収ガスの熱エネルギーを利用するので、システムにおけるエネルギーの更なる有効利用が促進される。
本発明の別の一態様に係る二酸化炭素分離回収システムは、
粒子状の二酸化炭素吸着材が充填された処理容器と、
前記処理容器へ二酸化炭素を含む処理対象ガスを供給する処理対象ガス供給ラインと、
前記二酸化炭素吸着材と接触することによって二酸化炭素が吸着除去された前記処理対象ガスを前記処理容器から排出する処理ガス排出ラインと、
前記処理容器へ脱着用蒸気を供給する脱着用蒸気供給ラインと、
前記二酸化炭素吸着材と接触した前記脱着用蒸気と当該二酸化炭素吸着材から離脱した二酸化炭素とを含む回収ガスを前記処理容器から排出する二酸化炭素回収ラインと、
前記処理容器に前記処理対象ガス供給ライン及び前記処理ガス排出ラインが接続された状態と、前記処理容器に前記脱着用蒸気供給ライン及び二酸化炭素回収ラインが接続された状態とに切り替える切替装置とを備え、
前記二酸化炭素回収ラインが、前記回収ガスを熱源とする熱交換器を有することを特徴としている。
上記において、前記熱交換器が、前記処理容器と前記処理容器に形成された前記回収ガスの通路とを含み、前記二酸化炭素吸着材と前記回収ガスとを熱交換させるように構成されていてよい。
或いは、上記において、前記熱交換器が、前記処理ガス排出ラインを流れる前記処理容器から排出された処理ガスと、前記回収ガスとを熱交換させるように構成されていてよい。
或いは、上記において、前記処理容器へ乾燥用ガスを供給する乾燥用ガス供給ラインを更に備え、前記熱交換器が、前記乾燥用ガス供給ラインを流れる前記乾燥用ガスと前記回収ガスとを熱交換させるように構成されていてよい。
上記二酸化炭素分離回収システムによれば、熱交換器において、回収ガスの熱エネルギー（脱着用蒸気の潜熱のエネルギーを含む）が回収されて利用されるとともに、回収ガスから水分の一部又は全部が除去される。このように、二酸化炭素分離回収システムは、回収ガスの熱エネルギーを利用するので、システムにおけるエネルギーの更なる有効利用が促進される。
上記において、前記二酸化炭素回収ラインが、前記熱交換器よりも前記回収ガスの流れの下流側において前記回収ガス中の水分を凝縮する凝縮器と、前記凝縮器よりも前記回収ガスの流れの下流側において前記回収ガスを圧縮する圧縮ポンプとを有していてよい。
二酸化炭素吸着材の表面に付着する凝縮水量が抑えられることによって、回収ガスに含まれる蒸気量が増えるが、二酸化炭素回収ラインに設けられた熱交換器及び凝縮器で回収ガスの水分が除去されることにより、圧縮ポンプの負荷の変動を抑えることができる。
また、本発明の別の一態様に係る二酸化炭素分離回収方法は、
粒子状の二酸化炭素吸着材と二酸化炭素を含む処理対象ガスとを接触させて、前記処理対象ガスに含まれる二酸化炭素を前記二酸化炭素吸着材に吸着させるステップと、
二酸化炭素を吸着した前記二酸化炭素吸着材と脱着用蒸気とを接触させて、前記二酸化炭素吸着材から二酸化炭素を離脱させることにより当該前記二酸化炭素吸着材を再生するとともに、離脱した二酸化炭素を回収するステップとを含み、
前記二酸化炭素を回収するステップが、前記二酸化炭素吸着材と接触した前記脱着用蒸気と当該二酸化炭素吸着材から離脱した二酸化炭素とを含む回収ガスを熱交換器の熱源として利用することを含むことを特徴としている。
上記において、前記熱交換器で、前記二酸化炭素吸着材と前記回収ガスとを熱交換させてよい。
或いは、上記において、前記熱交換器で、前記二酸化炭素吸着材と接触した前記処理対象ガスと前記回収ガスとを熱交換させてよい。
上記二酸化炭素分離回収方法によれば、熱交換器において、回収ガスの熱エネルギー（脱着用蒸気の潜熱のエネルギーを含む）が回収されて利用されるとともに、回収ガスから水分の一部又は全部が除去される。このように、二酸化炭素分離回収システムは、回収ガスの熱エネルギーを利用するので、システムにおけるエネルギーの更なる有効利用が促進される。
本発明によれば、二酸化炭素分離回収技術において、エネルギーの更なる有効利用を促進することができる。
図１は、本発明の第１実施形態に係る二酸化炭素分離回収システムの全体的な構成を示すブロック図である。 図２は、熱交換器の第１例を示す図である。 図３は、熱交換器の第２例を示す図である。 図４は、熱交換器の第３例を示す図である。 図５は、本発明の第２実施形態に係る二酸化炭素分離回収システムの全体的な構成を示すブロック図である。
本発明に係る二酸化炭素分離回収システムでは、粒子状の二酸化炭素吸着材（以下、単に「吸着材」と称する）と二酸化炭素を含む処理対象ガスとを接触させることにより、二酸化炭素を吸着材に吸着させる処理と、二酸化炭素を吸着した吸着材と脱着用蒸気とを接触させることにより、吸着材から二酸化炭素を脱着（離脱）させて吸着材を再生する処理とが行われる。吸着材から離脱した二酸化炭素は回収される。
処理対象ガスは、例えば、燃焼排ガスである。吸着材は、例えば、アミン化合物を担持する多孔性物質である。多孔性物質としては、活性炭、活性アルミナなどを用いることができる。以下、図面を参照して、本発明の第１実施形態及び第２実施形態を説明する。
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る二酸化炭素分離回収システム１Ａの全体的な構成を示すブロック図である。図１に示す二酸化炭素分離回収システム１Ａは、移動層方式の複数の処理容器（吸着容器３１、再生容器３２、及び乾燥容器３３）を備えたシステムである。
二酸化炭素分離回収システム１Ａは、吸着容器３１と、再生容器３２と、乾燥容器３３と、処理対象ガス供給ライン５と、処理ガス排出ライン６と、脱着用蒸気供給ライン７と、二酸化炭素回収ライン８と、乾燥用ガス供給ライン４と、乾燥用ガス排出ライン９と、移送装置１２とを備える。
吸着容器３１には、移送装置１２によって搬送されてくる吸着材１０が、上部入口から所定の供給速度で供給される。吸着容器３１の上方に吸着材１０を一時的に収容するホッパ（図示せず）を設け、このホッパを介して吸着容器３１へ吸着材１０が供給されてもよい。吸着容器３１では、吸着材１０が上部入口から供給されるとともに下部出口から排出されることによって、吸着材１０が上から下へ向かって所定の速度で移動する。
吸着容器３１の下部には、処理対象ガス供給ライン５が接続されている。処理対象ガス供給ライン５は、処理対象ガス源５１から吸着容器３１へ送給される処理対象ガスが流れる流路５０と、この流路５０に設けられた送風機５２及び減温塔５３とを含む。二酸化炭素を含む処理対象ガスは、処理対象ガス源５１から送風機５２によって吸着容器３１へ送られる。減温塔５３では、処理対象ガスが二酸化炭素吸着反応に適切な温度まで冷却される。
吸着容器３１には、上向きに流れる処理対象ガスと下向きに移動する吸着材１０とが連続的に接触する向流式の移動層が形成される。処理対象ガスと吸着材１０とが接触すると、吸着材１０が処理対象ガス中の二酸化炭素を選択的に吸着する。その際の吸着材１０の温度は、例えば、４０℃である。
吸着容器３１の上部には、処理ガス排出ライン６が接続されている。処理ガス排出ライン６は、吸着容器３１から排出された処理ガスが流れる流路６０と、この流路６０に設けられた加温器６１及びフィルタ６２とを含む。吸着材１０と接触することによって二酸化炭素が吸着除去された処理対象ガス（即ち、処理ガス）は、処理ガス排出ライン６へ流れ出て、加温器６１で白煙抑制の為に加温され、フィルタ６２で粉塵が除去されたのち、大気へ放出される。
吸着容器３１の下方には、再生容器３２が配置されており、吸着容器３１の下部出口と再生容器３２の上部入口との間は、ロックホッパ等の圧力切替装置（図示略）を介して接続されている。再生容器３２には、吸着容器３１から排出された吸着材１０が上部入口から自重によって流入する。再生容器３２では、二酸化炭素を吸着した吸着材１０が上から下へ向かって所定の速度で移動する。
再生容器３２の下部には、脱着用蒸気供給ライン７が接続されている。脱着用蒸気供給ライン７は、蒸気発生装置７１と、蒸気発生装置７１から再生容器３２へ脱着用蒸気を送る流路７０とを含む。蒸気発生装置７１で生成された脱着用蒸気は、再生容器３２の下部へ供給される。再生容器３２には、上向きに流れる脱着用蒸気と下向きに移動する吸着材１０とが連続的に接触する向流式の移動層が形成される。
再生容器３２において、吸着材１０と接触する脱着用蒸気の二酸化炭素分圧（二酸化炭素濃度）は、吸着材１０の表面の二酸化炭素分圧（二酸化炭素濃度）と比較して著しく低い。この二酸化炭素分圧の差が駆動力となって、吸着材１０に吸着されている二酸化炭素は脱着用蒸気中に拡散する。このように、脱着用蒸気の二酸化炭素分圧と吸着材１０の表面の二酸化炭素分圧との差を駆動力として吸着材１０から二酸化炭素が離脱し、吸着材１０が再生される。
再生容器３２の上部には、二酸化炭素回収ライン８が接続されている。二酸化炭素回収ライン８は、二酸化炭素ホルダ８３と、再生容器３２から二酸化炭素ホルダ８３へ送られる回収ガスが流れる流路８０と、流路８０に設けられた熱交換器８６、凝縮器８１及び圧縮ポンプ８２とを含む。回収ガスは、吸着材１０から離脱した二酸化炭素と脱着用蒸気とを含むガスである。回収ガスは、圧縮ポンプ８２による強制排気によって、再生容器３２から二酸化炭素回収ライン８へ流出する。回収ガスに含まれる水分は凝縮器８１で凝縮除去される。水分が除去された回収ガスは、圧縮ポンプ８２で圧縮されることによって、高濃度の二酸化炭素となって、二酸化炭素ホルダ８３に回収される。
なお、再生容器３２内は、圧縮ポンプ８２によって強制排気されることによって、所定圧力に保持されている。つまり、吸着材１０と接触する脱着用蒸気の圧力は、圧縮ポンプ８２の稼働によって所定圧力に調整される。
再生容器３２の下方には、乾燥容器３３が配置されており、再生容器３２の下部出口と乾燥容器３３の上部入口との間は、ロックホッパ等の圧力切替装置（図示略）を介して接続されている。乾燥容器３３には、再生容器３２から排出された吸着材１０が上部入口から自重によって流入する。乾燥容器３３では、再生された吸着材１０が上から下へ向かって所定の速度で移動する。
乾燥容器３３の下部には、乾燥用ガス供給ライン４が接続されている。乾燥用ガス供給ライン４は、送風機４１から乾燥容器３３へ送給される乾燥用ガスが流れる流路４０と、この流路４０に設けられた凝縮器４２及び加温器４３とを含む。送風機４１から圧送される乾燥用ガスは、凝縮器４２で乾燥され、加温器４３で乾燥に適した温度まで加温されてから、乾燥容器３３へ送られる。
乾燥容器３３には、上向きに流れる乾燥用ガスと下向きに移動する吸着材１０とが連続的に接触する向流式の移動層が形成される。乾燥用ガスと吸着材１０とが接触すると、吸着材１０の表面に付着している水分が蒸発し、吸着材１０が乾燥される。
吸着容器３１の上部には、乾燥用ガス排出ライン９が接続されている。乾燥用ガス排出ライン９は、乾燥容器３３から排出された乾燥用ガスが流れる流路９０と、この流路９０に設けられた加温器９１及びフィルタ９２とを含む。吸着材１０と接触した乾燥用ガスは、乾燥用ガス排出ライン９へ流れ出て、加温器９１で白煙抑制の為に加温され、フィルタ９２で粉塵が除去されたのち、大気へ放出される。
乾燥容器３３の下部出口から排出された吸着材１０は、移送装置１２によって吸着容器３１の入口へ戻される。移送装置１２は、例えば、コンベヤであってよい。移送装置１２による移送中に、吸着材１０の温度は放熱により低下し、吸着容器３１における二酸化炭素の吸着温度である約４０℃まで低下する。但し、移送装置１２の搬送中に吸着材１０が吸着温度まで低下しない場合には、移送装置１２の途中に冷却槽（図示せず）が設けられてもよい。
以上の通り、二酸化炭素分離回収システム１Ａは、粒子状の吸着材１０が流入した吸着容器３１と、吸着容器３１へ二酸化炭素を含む処理対象ガスを供給する処理対象ガス供給ライン５と、吸着材１０と接触することによって二酸化炭素が吸着除去された処理対象ガスを吸着容器３１から排出する処理ガス排出ライン６と、吸着容器３１で二酸化炭素を吸着した吸着材１０が流入した再生容器３２と、再生容器３２へ脱着用蒸気を供給する脱着用蒸気供給ライン７と、吸着材１０と接触することによって当該吸着材１０から離脱した二酸化炭素を含んだ脱着用蒸気を再生容器３２から排出する二酸化炭素回収ライン８と、再生容器３２で二酸化炭素が離脱した吸着材１０を吸着容器３１へ移送する移送装置１２とを備える。
上記構成の二酸化炭素分離回収システム１Ａで実施される二酸化炭素分離回収方法は、粒子状の吸着材１０と二酸化炭素を含む処理対象ガスとを接触させて、処理対象ガスに含まれる二酸化炭素を吸着材１０に吸着させるステップと、二酸化炭素を吸着した吸着材１０と脱着用蒸気とを接触させて、吸着材１０から二酸化炭素を離脱させることにより当該吸着材１０を再生するとともに、離脱した二酸化炭素を回収するステップとを含む。
なお、二酸化炭素分離回収システム１Ａは、再生容器３２と移送装置１２との間に、再生容器３２で二酸化炭素が離脱した吸着材１０が流入した乾燥容器３３と、乾燥容器３３へ乾燥用ガスを供給する乾燥用ガス供給ライン４と、乾燥容器３３を通じた乾燥用ガスを当該乾燥容器３３から排出する乾燥用ガス排出ライン９とを更に備えるが、後述するように、これらは省略することも可能である。
本実施形態において、脱着用蒸気は過熱蒸気である。より詳細には、脱着用蒸気が、脱着用蒸気と接触する吸着材１０の温度での飽和水蒸気圧以下の圧力で、且つ、脱着用蒸気と接触する吸着材１０の温度よりも高温の過熱蒸気である。そのために、再生容器３２内の脱着用蒸気の圧力は、脱着用蒸気と接触する吸着材１０の温度での飽和水蒸気圧以下に維持されている。更に、脱着用蒸気供給ライン７によって再生容器３２へ送られる脱着用蒸気は、脱着用蒸気と接触する吸着材１０の温度よりも高温である。但し、脱着用蒸気はこれに限定されず、飽和蒸気や、常圧の過熱蒸気が用いられてもよい。
なお、「脱着用蒸気と接触する吸着材１０の温度」は、再生容器３２内の吸着材１０の平均温度、再生容器３２の上部入口の吸着材１０の温度、又は、再生容器３２の上下中間位置の吸着材１０の温度であってよい。また、脱着用蒸気の飽和温度の下限値は、特に限定されるわけではないが、吸着材１０の乾燥効率を考慮して、脱着用蒸気と接触する吸着材１０の温度よりも１５℃程度低い温度に設定されてよい。
上記二酸化炭素分離回収システム１Ａでは、脱着用蒸気供給ライン７を通じて再生容器３２に供給された水分は、吸着材１０の表面で凝縮せずに、その殆どが二酸化炭素回収ライン８に流出する。そのため、二酸化炭素回収ライン８に流入する回収ガスには多くの水蒸気が含まれる。そこで、二酸化炭素回収ライン８には、回収ガスを高熱源とする熱交換器８６と、回収ガス中の水分を凝縮する凝縮器８１とが設けられている。
凝縮器８１は、回収ガス中の水分を除去するともに、回収ガスの温度を圧縮ポンプ８２での圧縮に適した温度（例えば、約１０℃）まで低下させる。このように、回収ガス中の水蒸気の一部又は全部が除去される結果、二酸化炭素ホルダ８３に回収される回収ガスの二酸化炭素濃度を高めることができる。更に、水分が低減され且つ冷却された回収ガスが圧縮ポンプ８２へ流入するので、圧縮ポンプ８２の負荷変動を抑え、安定した運転を行うことができる。
再生容器３２から排出される回収ガスの温度と圧縮ポンプ８２に流入する回収ガスの温度との間には十分な差が有り、且つ、回収ガスに多くの蒸気が含まれる。そこで、再生容器３２から排出された回収ガスを、凝縮器８１へ流入させる前に、熱交換器８６を通すことで、再生容器３２の排熱（例えば、約６０～７０℃）は有効に利用する。熱交換器８６は、回収ガスを高熱源とし、回収ガスの熱エネルギーを冷熱媒体に回収させるものである。熱交換器８６では、回収ガスに含まれる水蒸気の一部又は全部が水に変化するので、上記の回収ガスの熱エネルギーには蒸気の潜熱のエネルギーが含まれる。なお、熱交換器８６においても、回収ガスから水分を除去することができる。
図２は、熱交換器８６の第１例を示す図である。図２に示すように、熱交換器８６は、再生容器３２を保温する熱交換器８６Ａとして構成されていてよい。第１例に係る熱交換器８６Ａは、再生容器３２と、再生容器３２に形成された回収ガスの通路３８とを含む。通路３８は、再生容器３２の外周を包むジャケット式の通路であってよい。この熱交換器８６Ａでは、再生容器３２（及び、再生容器３２内の吸着材１０）と回収ガスとの熱交換によって、再生容器３２が保温される。
図３は、熱交換器８６の第２例を示す図である。図３に示すように、熱交換器８６は、処理ガス排出ライン６に設けられた加温器６１（熱交換器８６Ｂ）として構成されていてよい。加温器６１は、二酸化炭素回収ライン８の回収ガスが流れるシェルと、処理ガス排出ライン６の処理ガスが流れるチューブとを含む。この加温器６１では、処理ガス排出ライン６を流れる処理ガスと回収ガスとの熱交換によって、処理ガスが加温される。
なお、図３では、処理ガス排出ライン６に設けられた加温器６１を熱交換器８６Ｂの一例として示しているが、加温器４３及び加温器９１も加温器６１と同様に熱交換器８６Ｂとして構成されてよい。即ち、熱交換器８６が、乾燥用ガス供給ライン４を流れる乾燥用ガスと回収ガスとを熱交換させる熱交換器として構成された加温器４３であってよい。或いは、熱交換器８６が、乾燥用ガス排出ライン９を流れる乾燥用ガスと回収ガスとを熱交換させる熱交換器として構成された加温器９１であってよい。
図４は、熱交換器８６の第３例を示す図である。図４に示すように、熱交換器８６は、冷熱媒体８８と回収ガスとを熱交換させる熱交換器８６Ｃであってよい。このような熱交換器８６Ｃは、例えば、二酸化炭素回収ライン８の回収ガスが流れるシェルと、冷熱媒体８８が流れるチューブとを含む。この熱交換器８６Ｃでは、冷熱媒体８８が回収ガスの熱エネルギーを回収する。冷熱媒体８８によって回収された熱エネルギーは、例えば、再生容器３２の保温や、加温器４３，６１，９１で流体の加温のために利用されてもよいし、それ以外の機器で利用されてもよい。
二酸化炭素分離回収システム１Ａは、上記の第１～３例に係る態様の熱交換器８６Ａ，８６Ｂ，８６Ｃのうち少なくとも１つを備えている。このように、二酸化炭素分離回収システム１Ａでは、回収ガスの熱エネルギー（蒸気の潜熱のエネルギーを含む）を回収して利用するので、システムにおけるエネルギーの更なる有効利用が促進される。
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態を説明する。図５は、本発明の第２実施形態に係る二酸化炭素分離回収システム１Ｂの全体的な構成を示すブロック図である。なお、第２実施形態の説明においては、前述の第１実施形態と同一又は類似の部材には、図面に同一の符号を付すことによって詳細な説明を省略する。
図５に示す二酸化炭素分離回収システム１Ｂは、固定層方式の処理容器３０を備えたシステムである。二酸化炭素分離回収システム１Ｂでは、単一の処理容器３０で、二酸化炭素を吸着材１０に吸着させる処理と、吸着材１０から二酸化炭素を離脱させて吸着材１０を再生する処理と、吸着材１０を乾燥させる処理とが行われる。
二酸化炭素分離回収システム１Ｂは、粒子状の吸着材１０が充填された処理容器３０と、処理容器３０へ二酸化炭素を含む処理対象ガスを供給する処理対象ガス供給ライン５と、吸着材１０と接触することによって二酸化炭素が吸着除去された処理対象ガスを吸着容器３１から排出する処理ガス排出ライン６と、処理容器３０へ脱着用蒸気を供給する脱着用蒸気供給ライン７と、吸着材１０と接触した脱着用蒸気と当該吸着材１０から離脱した二酸化炭素とを含む回収ガスを処理容器３０から排出する二酸化炭素回収ライン８とを備える。二酸化炭素分離回収システム１Ｂは、処理容器３０へ乾燥用ガスを供給する乾燥用ガス供給ライン４を更に備えるが、これは省略されてもよい。
処理対象ガス供給ライン５、脱着用蒸気供給ライン７、及び乾燥用ガス供給ライン４は、処理容器３０の下部と選択的に接続される。また、処理ガス排出ライン６及び二酸化炭素回収ライン８は、処理容器３０の上部と選択的に接続される。
二酸化炭素回収ライン８に設けられた熱交換器８６は、例えば、処理容器３０と処理容器３０に形成された回収ガスの通路とを含み、処理容器３０（及び処理容器３０内の吸着材１０）と回収ガスとを熱交換させる熱交換器（図２の熱交換器８６Ａを参照）であってよい。
熱交換器８６は、例えば、処理ガス排出ライン６を流れる処理容器３０から排出された処理ガスと、回収ガスとを熱交換させるように構成された熱交換器（図３の熱交換器８６Ｂを参照）、即ち、加温器６１であってよい。
熱交換器８６は、例えば、乾燥用ガス供給ライン４を流れる乾燥用ガスと回収ガスとを熱交換させるように構成された熱交換器、即ち、加温器４３であってよい。
熱交換器８６は、例えば、冷熱媒体と回収ガスとを熱交換させるように構成された熱交換器（図４の熱交換器８６Ｃを参照）であってよい。
二酸化炭素分離回収システム１Ｂは、処理容器３０に処理対象ガス供給ライン５及び処理ガス排出ライン６が接続された状態と、処理容器３０に脱着用蒸気供給ライン７及び二酸化炭素回収ライン８が接続された状態と、処理容器３０に乾燥用ガス供給ライン４及び処理ガス排出ライン６が接続された状態とに切り替える切替装置２０を、更に備える。
本実施形態に係る切替装置２０は、処理容器３０と処理対象ガス供給ライン５、処理ガス排出ライン６、脱着用蒸気供給ライン７、二酸化炭素回収ライン８、及び乾燥用ガス供給ライン４の各ラインとの接続部に設けられた切替弁２１，２２，２３，２４，２５と、この切替弁２１，２２，２３，２４，２５を開閉動作させる切替制御装置（図示略）とを含む。但し、切替装置２０の態様は、本実施形態に限定されない。例えば、切替弁２１，２２，２３，２４，２５に代えて、手動切替弁が設けられてもよい。
上記構成の二酸化炭素分離回収システム１Ｂでは、処理容器３０に処理対象ガス供給ライン５及び処理ガス排出ライン６が接続された状態として、処理容器３０内で吸着材１０と処理対象ガスとを接触させることにより、処理対象ガス中の二酸化炭素を吸着材１０に吸着させる処理が行われる。二酸化炭素が除去された処理ガスは、処理ガス排出ライン６を通じて系外へ排出される。
そして、処理容器３０に脱着用蒸気供給ライン７及び二酸化炭素回収ライン８が接続された状態に切り替えて、二酸化炭素を吸着した吸着材１０と脱着用蒸気とを接触させることにより、吸着材１０から二酸化炭素を離脱させて吸着材１０を再生する処理が行われる。吸着材から離脱した二酸化炭素を含む回収ガスは、処理容器３０から二酸化炭素回収ライン８へ排出され、熱交換器８６で回収ガスの熱エネルギーが利用され、凝縮器８１で含まれる水分が凝縮除去され、圧縮ポンプ８２で圧縮されて高濃度の二酸化炭素とされて、二酸化炭素ホルダ８３に回収される。
更に、処理容器３０に乾燥用ガス供給ライン４及び処理ガス排出ライン６が接続された状態に切り替えて、再生された吸着材１０と乾燥用ガスとを接触させることにより、吸着材１０を乾燥させる処理が行われる。処理容器３０を通じた乾燥用ガスは、処理ガス排出ライン６を通じて系外へ排出される。
この第２実施形態に係る二酸化炭素分離回収システム１Ｂにおいても、第１実施形態に係る二酸化炭素分離回収システム１Ａと同様に、脱着用蒸気は、当該脱着用蒸気と接触する吸着材１０の温度での飽和水蒸気圧以下の圧力で、脱着用蒸気と接触する吸着材１０の温度よりも高温の過熱蒸気である。そのために、再生処理時の処理容器３０内の圧力は、圧縮ポンプ８２による処理容器３０内の強制排気によって、脱着用蒸気と接触する吸着材１０の温度での飽和水蒸気圧以下に保持される。なお、「脱着用蒸気と接触する吸着材１０の温度」は、処理容器３０内の吸着材１０の平均温度、処理容器３０の上部入口の吸着材１０の温度、又は、処理容器３０の上下中間位置の吸着材１０の温度であってよい。但し、脱着用蒸気はこれに限定されず、飽和蒸気や、常圧の過熱蒸気が用いられてもよい。
また、この二酸化炭素分離回収システム１Ｂにおいても、脱着用蒸気供給ライン７を通じて再生容器３２に供給された水分は、吸着材１０の表面で凝縮せずに、その殆どが二酸化炭素回収ライン８に流出する。そのため、二酸化炭素回収ライン８に流入する回収ガスには多くの水蒸気が含まれる。蒸気の潜熱のエネルギーを含む回収ガスの熱エネルギーは、熱交換器８６で回収されて利用される。このように、二酸化炭素分離回収システム１Ｂでは、システムにおけるエネルギーの更なる有効利用が促進される。
以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明の思想を逸脱しない範囲で、上記実施形態の具体的な構造及び／又は機能の詳細を変更したものも本発明に含まれ得る。
例えば、上記第１及び第２実施形態に係る二酸化炭素分離回収システム１Ａ，１Ｂでは、脱着用蒸気として、過熱蒸気を利用した。但し、脱着用蒸気はこれに限定されず、飽和蒸気や、常圧の過熱蒸気が用いられてもよい。
１Ａ，１Ｂ ：二酸化炭素分離回収システム
４ ：乾燥用ガス供給ライン
５ ：処理対象ガス供給ライン
６ ：処理ガス排出ライン
７ ：脱着用蒸気供給ライン
８ ：二酸化炭素回収ライン
９ ：乾燥用ガス排出ライン
１０ ：吸着材
１２ ：移送装置
２０ ：切替装置
２１，２２，２３，２４，２５ ：切替弁
３０ ：処理容器
３１ ：吸着容器
３２ ：再生容器
３３ ：乾燥容器
３８ ：通路
４０ ：流路
４１ ：送風機
４２ ：凝縮器
４３ ：加温器
５０ ：流路
５１ ：処理対象ガス源
５２ ：送風機
５３ ：減温塔
６０ ：流路
６１ ：加温器
６２ ：フィルタ
７０ ：流路
７１ ：蒸気発生装置
８０ ：流路
８１ ：凝縮器
８２ ：圧縮ポンプ
８３ ：二酸化炭素ホルダ
８６，８６Ａ～Ｃ ：熱交換器
９０ ：流路
９１ ：加温器
９２ ：フィルタ

Claims (12)

  1. 粒子状の二酸化炭素吸着材が流入した吸着容器と、
    前記吸着容器へ二酸化炭素を含む処理対象ガスを供給する処理対象ガス供給ラインと、
    前記二酸化炭素吸着材と接触することによって二酸化炭素が吸着除去された前記処理対象ガスを前記吸着容器から排出する処理ガス排出ラインと、
    前記吸着容器で二酸化炭素を吸着した前記二酸化炭素吸着材が流入した再生容器と、
    前記再生容器へ脱着用蒸気を供給する脱着用蒸気供給ラインと、
    前記二酸化炭素吸着材と接触した前記脱着用蒸気と当該二酸化炭素吸着材から離脱した二酸化炭素とを含む回収ガスを前記再生容器から排出する二酸化炭素回収ラインと、
    前記再生容器で二酸化炭素が離脱した前記二酸化炭素吸着材を前記吸着容器へ移送する移送装置とを備え、
    前記二酸化炭素回収ラインが、前記回収ガスを熱源とする熱交換器を有する、
    二酸化炭素分離回収システム。
  2. 前記熱交換器は、前記再生容器と前記再生容器に形成された前記回収ガスの通路とを含み、前記再生容器と前記回収ガスとを熱交換させる、
    請求項１に記載の二酸化炭素分離回収システム。
  3. 前記熱交換器は、前記処理ガス排出ラインを流れる処理ガスと、前記回収ガスとを熱交換させる、
    請求項１に記載の二酸化炭素分離回収システム。
  4. 前記再生容器で二酸化炭素が離脱した前記二酸化炭素吸着材が流入した乾燥容器と、
    前記乾燥容器へ乾燥用ガスを供給する乾燥用ガス供給ラインと、
    前記乾燥容器を通じた前記乾燥用ガスを当該乾燥容器から排出する乾燥用ガス排出ラインと、を更に備え、
    前記熱交換器は、前記乾燥用ガス供給ラインを流れる前記乾燥用ガスと前記回収ガスとを熱交換させる第１熱交換器、及び、前記乾燥用ガス排出ラインを流れる前記乾燥用ガスと前記回収ガスとを熱交換させる第２熱交換器の少なくとも一方である、
    請求項１に記載の二酸化炭素分離回収システム。
  5. 粒子状の二酸化炭素吸着材が充填された処理容器と、
    前記処理容器へ二酸化炭素を含む処理対象ガスを供給する処理対象ガス供給ラインと、
    前記二酸化炭素吸着材と接触することによって二酸化炭素が吸着除去された前記処理対象ガスを前記処理容器から排出する処理ガス排出ラインと、
    前記処理容器へ脱着用蒸気を供給する脱着用蒸気供給ラインと、
    前記二酸化炭素吸着材と接触した前記脱着用蒸気と当該二酸化炭素吸着材から離脱した二酸化炭素とを含む回収ガスを前記処理容器から排出する二酸化炭素回収ラインと、
    前記処理容器に前記処理対象ガス供給ライン及び前記処理ガス排出ラインが接続された状態と、前記処理容器に前記脱着用蒸気供給ライン及び二酸化炭素回収ラインが接続された状態とに切り替える切替装置とを備え、
    前記二酸化炭素回収ラインが、前記回収ガスを熱源とする熱交換器を有する、
    二酸化炭素分離回収システム。
  6. 前記熱交換器は、前記処理容器と前記処理容器に形成された前記回収ガスの通路とを含み、前記処理容器と前記回収ガスとを熱交換させる、
    請求項５に記載の二酸化炭素分離回収システム。
  7. 前記熱交換器が、前記処理ガス排出ラインを流れる前記処理容器から排出された処理ガスと、前記回収ガスとを熱交換させる、
    請求項５に記載の二酸化炭素分離回収システム。
  8. 前記処理容器へ乾燥用ガスを供給する乾燥用ガス供給ラインを更に備え、
    前記熱交換器が、前記乾燥用ガス供給ラインを流れる前記乾燥用ガスと前記回収ガスとを熱交換させる、
    請求項５に記載の二酸化炭素分離回収システム。
  9. 前記二酸化炭素回収ラインが、前記熱交換器よりも前記回収ガスの流れの下流側において前記回収ガス中の水分を凝縮する凝縮器と、前記凝縮器よりも前記回収ガスの流れの下流側において前記回収ガスを圧縮する圧縮ポンプとを有する、
    請求項１～８のいずれか一項に記載の二酸化炭素分離回収システム。
  10. 粒子状の二酸化炭素吸着材と二酸化炭素を含む処理対象ガスとを接触させて、前記処理対象ガスに含まれる二酸化炭素を前記二酸化炭素吸着材に吸着させるステップと、
    二酸化炭素を吸着した前記二酸化炭素吸着材と脱着用蒸気とを接触させて、前記二酸化炭素吸着材から二酸化炭素を離脱させることにより当該前記二酸化炭素吸着材を再生するとともに、離脱した二酸化炭素を回収するステップとを含み、
    前記二酸化炭素を回収するステップが、前記二酸化炭素吸着材と接触した前記脱着用蒸気と当該二酸化炭素吸着材から離脱した二酸化炭素とを含む回収ガスを熱交換器の熱源として利用することを含む、
    二酸化炭素分離回収方法。
  11. 前記熱交換器で、前記二酸化炭素吸着材と前記回収ガスとを熱交換させる、
    請求項１０に記載の二酸化炭素分離回収方法。
  12. 前記熱交換器で、前記二酸化炭素吸着材と接触した前記処理対象ガスと前記回収ガスとを熱交換させる、
    請求項１０に記載の二酸化炭素分離回収方法。
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