JP7203401B2 - 二酸化炭素回収装置 - Google Patents

Description

本発明は、二酸化炭素を含有する被分離ガスから二酸化炭素を分離する分離装置を備える二酸化炭素回収装置に関するものである。

近年、気候変動問題が喫緊の課題となっており、二酸化炭素の大気放散を回避するために、燃焼排ガスなどの二酸化炭素を含有するガスから、二酸化炭素を分離、回収するための技術が求められている。また、溶接に用いる炭酸ガスや、物流に用いるドライアイス等、二酸化炭素の需要が増加している。この需要の増加に対して、供給が追い付いていない背景のもと、我が国における二酸化炭素の輸入量は年々増加する傾向にある。しかし、二酸化炭素をドライアイスとして輸入する場合には、輸送中に一部が溶けてしまうなど、ロスが大きい。このような中、発電所の燃焼排ガス等に含有される二酸化炭素を活用すべく、高純度の二酸化炭素を回収することが可能な装置が求められている。

排ガス等から高純度の二酸化炭素を回収する装置としては、特許文献１に開示されるような、二酸化炭素を含有する被分離ガスと二酸化炭素を吸収する吸収液とを気液接触させて、吸収液に二酸化炭素を吸収させる吸収塔と、二酸化炭素を吸収した吸収液から、二酸化炭素を水蒸気とともに放散する再生塔と、を備える二酸化炭素回収装置が知られている。

再生塔においては、二酸化炭素を吸収した吸収液を沸騰温度まで加熱することで、二酸化炭素と水蒸気の放散が行われる。この加熱のための消費エネルギー量を抑えるため、特許文献１では、再生塔を減圧することで、二酸化炭素を吸収した吸収液の沸騰温度を下げ、省エネルギー化を図っている。

特開２００５－２７０８１４号公報

しかしながら、上記従来技術には次のような問題があった。
特許文献１に開示される二酸化炭素回収装置においては、再生塔を減圧するために、真空ポンプを用いている。この真空ポンプを動作するためには、多大な電力が必要であり、電力コストの増加や、発電のための新たな二酸化炭素の発生が懸念される。よって、電力コストの増加や、発電のための新たな二酸化炭素の発生を抑えるため、さらなる省エネルギー化を達成することが出来る二酸化炭素回収装置が求められている。

本発明は、より省エネルギーに二酸化炭素を回収することが可能な二酸化炭素回収装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様における二酸化炭素回収装置は、次のような構成を有している。

二酸化炭素を含有する被分離ガスから二酸化炭素を分離する分離装置を備える二酸化炭素回収装置において、被分離ガスが供給される上流側から順に、分離装置と、分離装置において分離された二酸化炭素を昇華（固化）させる二酸化炭素昇華器と、が直列に接続されていること、二酸化炭素昇華器には、冷熱を有する流体を冷媒とする冷媒回路が接続されており、冷媒により、二酸化炭素の昇華（固化）が行われること、二酸化炭素の昇華（固化）が行われることにより二酸化炭素昇華器が減圧され、負圧となることで、分離装置において分離された二酸化炭素の吸引が行われること、を特徴とする。

上記の二酸化炭素回収装置によれば、被分離ガスから二酸化炭素を分離し、分離した二酸化炭素を放散する分離装置と、二酸化炭素を昇華（固化）させる二酸化炭素昇華器と、が直列に接続されている。分離装置で分離された二酸化炭素は、分離装置から放散され、二酸化炭素昇華器まで流れる。二酸化炭素昇華器に達した二酸化炭素は、冷熱を有する流体を利用した冷媒により冷却され、昇華（固化）される。この二酸化炭素が昇華（固化）されて生じたドライアイスを、再度昇華（気化）するなどして回収し、炭酸ガス等として活用することが出来る。

二酸化炭素が昇華（固化）される際、二酸化炭素昇華器は、減圧され、負圧となる。この負圧により、分離装置から放散された二酸化炭素の吸引が行われる。この吸引により、分離装置から二酸化炭素昇華器までの、二酸化炭素の流れが生じ、二酸化炭素昇華器における二酸化炭素の昇華（固化）が促進されるのである。二酸化炭素の吸引は、冷熱を有する流体を利用して行われるものであるため、吸引のためのポンプ等が必要なく、省エネルギー化を達成することが出来る。そして、省エネルギー化により、電力コストの増大や、発電のための新たな二酸化炭素の発生を抑えることが出来る。

冷熱を有する流体とは、例えば、液化燃料や、液化ガスが挙げられる。液化燃料とは、例えば、液化天然ガス（ＬＮＧ）、液体水素、液化メタンなどが挙げられる。都市ガスの主原料となる天然ガスは、ＬＮＧの状態で輸入され、ＬＮＧ受入基地において再ガス化され、パイプラインにより出荷される。ＬＮＧの再ガス化の際には、大量の冷熱エネルギーが放出されており、この冷熱エネルギーは、未利用エネルギーとして、注目されている。よって、上記のように、二酸化炭素の吸引に液化燃料の冷熱を利用すれば、未利用エネルギーの活用という点で、環境問題に配慮した二酸化炭素回収装置とすることが出来る。なお、液化燃料としては、ＬＮＧの他、液体水素なども挙げられる。また、液化ガスとは、例えば、液化窒素や液化酸素などが挙げられる。その他、冷熱を有する流体としては、液体である必要はなく、気体、スラリー、気液混相流であっても良い。

本発明の二酸化炭素回収装置は、上記構成を有することにより、より省エネルギーに二酸化炭素を回収することが可能となる。

第１の実施形態に係る二酸化炭素回収装置の構成を概略的に表した図である。 第２の実施形態に係る二酸化炭素回収装置の構成を概略的に表した図である。 第３の実施形態に係る二酸化炭素回収装置の構成を概略的に表した図である。 第３の実施形態の変形例に係る二酸化炭素回収装置の構成を概略的に表した図である。 第４の実施形態に係る二酸化炭素回収装置の構成を概略的に表した図である。 第４の実施形態の変形例に係る二酸化炭素回収装置の構成を概略的に表した図である。 二酸化炭素の状態図である。 所定の体積比毎に、ドライアイスの質量に対する、回収可能な液化炭酸の質量割合と、気化した二酸化炭素の質量割合を示した表である。 第５の実施形態に係る二酸化炭素回収装置の構成を概略的に表した図である。 第６の実施形態に係る二酸化炭素回収装置の構成を概略的に表した図である。 本実施形態に係るアミン溶液における二酸化炭素の溶解度を表すグラフである。 従来液における二酸化炭素の溶解度を表すグラフである。 二酸化炭素昇華器の構成を示す図である。 二酸化炭素昇華器の構成を示す図である。 被分離ガスの種類ごとに二酸化炭素の分圧値の範囲を示したグラフである。

（第１の実施形態）
まず、本発明の二酸化炭素回収装置の第１の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、第１の実施形態に係る二酸化炭素回収装置１Ａの構成を概略的に表した図である。二酸化炭素回収装置１Ａは、図１に示すように、分離装置６０と、水蒸気凝縮器４Ａ，４Ｂと、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂと、を備えている。

分離装置６０は、吸収塔２と再生塔３とから構成される。吸収塔２は、例えば向流型気液接触装置であり、内部にラシヒリングなどの充填材２１が充填されている。

また、吸収塔２は、充填材２１よりも下部にガス導入口２２を備え、ガス導入口２２には、ガス供給路Ｌ１１が接続されている。ガス供給路Ｌ１１から、吸収塔２に、例えば、発電所や製鉄工場、セメント工場で発生する燃焼排ガス（被分離ガスの一例）が供給される。なお、被分離ガスとしては、燃焼排ガスに限定されるものではなく、大気を用いることも可能である。その他にも、バイオガスを利用することも可能であるし、浸炭炉などの熱処理炉や化学反応装置から発生する、二酸化炭素を含有するオフガスを利用することも可能である。

燃焼排ガスは、二酸化炭素を約１０～２０％含有しており、その他に窒素、酸素などを含む。なお、燃焼排ガスには硫黄酸化物が含有されていることが考えられるため、ガス供給路Ｌ１１上に脱硫装置を設け、硫黄酸化物を除去した燃焼排ガスを吸収塔２に供給するものとしても良い。

また、吸収塔２は、充填材２１よりも上部に吸収液（リーン液）を導入するための吸収液導入口２３を備えている。なお、吸収液としては、アミン系水溶液や物理吸収液を用いることが可能である。アミンとしては、例えば、モノエタノールアミン（ＭＥＡ）、ジエタノールアミン（ＤＥＡ）、トリエタノールアミン（ＴＥＡ）、ジエチルエタノールアミン（ＤＥＥＡ）、ジイソプロピルアミン（ＤＩＰＡ）、アミノエトキシエタノール（ＡＥＥ）およびメチルジエタノールアミン（ＭＤＥＡ）が挙げられる。物理吸収液としては、シクロテトラメチレンスルホン（スルホラン）および該化合物の誘導体、脂肪族酸アミド、ＮＭＰ（Ｎ－メチルピロリドン）、Ｎ－アルキル化ピロリドンおよび相応するピペリドン、メタノールおよびポリエチレングリコールのジアルキルエーテル類の混合物が挙げられる。

ただし、吸収液として最も望ましいのは、２－（エチルアミノ）エタノールと、ジエチレングリコールモノエチルエーテルとを、アミン濃度が３０％程度となるように混合したアミン溶液（以下、本実施形態に係るアミン溶液という）である。本実施形態に係るアミン溶液を用いることで、従来から知られているアミン溶液（アミン濃度が３０％程度となるように混合されたＭＥＡ溶液（以下、従来液という））と比べて、吸収した二酸化炭素の再生を、より効率よく行うことが可能である。

図１１は、本実施形態に係るアミン溶液における二酸化炭素の溶解度を表すグラフであり、図１２は、従来液における二酸化炭素の溶解度を表すグラフである。なお、図１１，１２ともに、摂氏４０度の雰囲気下における溶解度を表している。

例えば、二酸化炭素の吸収時の圧力を１０ｋＰａとし、吸収した二酸化炭素の再生時の圧力を１ｋＰａとすれば、図１１および図１２に示す通り、本実施形態に係るアミン溶液の、吸収時と再生時の二酸化炭素の溶解度差Ｄ１１は約０．２５（ｍｏｌ－ＣＯ_２／ｍｏｌ－ａｍｉｎｅ）であり、従来液の吸収時と再生時の二酸化炭素の溶解度差Ｄ１２は、約０．０８（ｍｏｌ－ＣＯ_２／ｍｏｌ－ａｍｉｎｅ）である。この溶解度差が大きいほど、二酸化炭素の再生量が多くなるのであり、本実施形態に係るアミン溶液は、溶解度差Ｄ１１が、従来液の溶解度差Ｄ１２の約３倍であることから、従来液に比べて、吸収した二酸化炭素の再生を、より効率よく行うことが可能である。

ガス導入口２２から吸収塔２に供給された燃焼排ガスは、吸収塔２内を上昇し、吸収液導入口２３から吸収塔２に導入された吸収液（リーン液）は、充填材２１に向かって落下する。また、吸収塔２に供給された燃焼排ガスも、充填材２１に向かって上昇してくる。そのため、吸収液（リーン液）は、充填材２１の表面を落下する間に燃焼排ガスと気液接触し、燃焼排ガス中の二酸化炭素を選択的に吸収する。そして、二酸化炭素が除去された燃焼排ガス（窒素および酸素）は、吸収塔２の頂部に接続された排出流路Ｌ１２から排出され、二酸化炭素を吸収した吸収液（リッチ液）は、吸収塔２の底部の排出口２４から排出される。

吸収塔２の排出口２４には、取り出し管Ｌ１３の一端が接続されており、取り出し管Ｌ１３の他端は、再生塔３に接続されている。吸収塔２から取り出し管Ｌ１３に排出された吸収液（リッチ液）は、熱交換器６を経て、再生塔３に移送される。

再生塔３は、例えば向流型気液接触装置であり、内部にラシヒリングなどの充填材３１が充填されている。

再生塔３は、充填材３１よりも上部に、取り出し管Ｌ１３が接続された吸収液導入口３２を備えており、吸収液導入口３２から、取り出し管Ｌ１３を経て移送される吸収液（リッチ液）が、に供給される。吸収液導入口３２から供給された吸収液（リッチ液）は充填材３１に落下する。

そして、吸収液（リッチ液）は、落下する間に再生塔３内で、沸騰温度に達するように加熱され、二酸化炭素を水蒸気とともに放散する。吸収液（リッチ液）の加熱は、例えば、廃温熱や環境熱を利用したヒートポンプ７や、吸収塔２において吸収液（リーン液）が二酸化炭素を吸収する際の発熱を利用したヒートポンプ８によって、行われる。再生塔３内は、例えば約４ＫＰａに減圧されているため（詳細は後述）、沸騰温度が低下される（水の沸騰温度は、約４ＫＰａの状況下で約２９度となる）。よって、吸収液（リッチ液）を加熱するための消費エネルギーを抑えることが可能となっている。

二酸化炭素を放散した後の吸収液（リーン液）は、再生塔３の底部の排出口３３から排出される。再生塔３から取り出し管Ｌ１４に排出された吸収液（リーン液）は、熱交換器６を経て、吸収塔２に戻される。取り出し管Ｌ１４は、吸収塔２の吸収液導入口２３に接続されているため、吸収塔２に戻された吸収液（リーン液）は、充填材２１に向かって落下し、二酸化炭素を吸収するのに再利用される。

また、放散された二酸化炭素と水蒸気とは、再生塔３の頂部から第１移送管Ｌ１５に排出される。この排出は、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂに生じる負圧により、二酸化炭素と水蒸気が吸引されることで行われるものである（二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂに生じる負圧については後述する。）

第１移送管Ｌ１５は切替弁１１によって、分岐移送管Ｌ１５１Ａと、分岐移送管Ｌ１５１Ｂとに分岐されている。この分岐により、再生塔３には、直列に接続された水蒸気凝縮器４Ａと二酸化炭素昇華器５Ａとにより構成される二酸化炭素回収ライン１０Ａと、直列に接続された水蒸気凝縮器４Ｂと二酸化炭素昇華器５Ｂとにより構成される二酸化炭素回収ライン１０Ｂとが、並列に接続されている。そして、切替弁１１の動作により、再生塔３から排出される二酸化炭素と水蒸気を、二酸化炭素回収ライン１０Ａ，１０Ｂのどちらに流すか、選択することが可能となっている。

二酸化炭素回収ライン１０Ａ（１０Ｂ）の構成について、詳しく説明すると、再生塔３は、第１移送管Ｌ１５と分岐移送管Ｌ１５１Ａ（Ｌ１５１Ｂ）を介し、水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）と接続されている。なお、分岐移送管Ｌ１５１Ａ（Ｌ１５１Ｂ）は、切替弁１１と、水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）との間に、開閉弁１３Ａ（１３Ｂ）を備えている。

水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）は、内部に熱交換器４１Ａ（４１Ｂ）を備えている。該熱交換器４１Ａは、後述する冷媒回路１２Ａ（１２Ｂ）を流れる冷媒により、内部の水蒸気と二酸化炭素を冷却するために用いられる。水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）は、さらに、廃温熱や環境熱を利用したヒートポンプ４２Ａ（４２Ｂ）や、ドレン４３Ａ（４３Ｂ）が接続されている。該ドレン４３Ａ（４３Ｂ）は、開閉弁１５Ａ（１５Ｂ）を有している。

また、水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）は、第２移送管Ｌ１６Ａ（Ｌ１６Ｂ）を介して、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）に接続されている。なお、第２移送管Ｌ１６Ａ（Ｌ１６Ｂ）は、水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）と、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）との間に、開閉弁１４Ａ（１４Ｂ）を備えている。

二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）は、内部に熱交換器５１Ａ（５１Ｂ）を備えている。該熱交換器５１Ａ（５１Ｂ）は、後述する冷媒回路１２Ａ（１２Ｂ）を流れる冷媒により、内部の二酸化炭素を冷却するために用いられる。二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）は、さらに、廃温熱や環境熱を利用したヒートポンプ５２Ａ（５２Ｂ）や、ドレン５３Ａ（５３Ｂ）、取り出し管５４Ａ（５４Ｂ）が接続されている。ドレン５３Ａ（５３Ｂ）は、開閉弁１６Ａ（１６Ｂ）を有し、取り出し管５４Ａ（５４Ｂ）は、開閉弁１７Ａ（１７Ｂ）を備えている。

また、二酸化炭素回収ライン１０Ａ，１０Ｂのそれぞれには、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂ、水蒸気凝縮器４Ａ，４Ｂの順に冷媒が流れるように、冷媒回路１２Ａ，１２Ｂが構成されている。さらに、冷媒回路１２Ａ，１２Ｂは、水蒸気凝縮器４Ａ，４Ｂを通った後に合流し、水蒸気凝縮器４Ａ，４Ｂを流れた冷媒が、さらに吸収塔２に流れるように構成されている。冷媒には、液化燃料（流体の一例）の再ガス化後の冷熱が用いられる。液化燃料とは、例えば、液化天然ガスや液体水素や液化メタンなどが挙げられる。また、冷媒には、液化ガスの再ガス化後の冷熱を用いることも可能である。液化ガスとは、例えば、液化窒素や液化酸素などが挙げられる。

以上の構成を有する二酸化炭素回収装置１における、冷媒と、水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）と、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）の機能について、以下に説明する。

冷媒は、冷媒回路１２Ａ（１２Ｂ）を通り、まず、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）の有する熱交換器５１Ａ（５１Ｂ）により、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）内を冷却する。液化燃料として液化天然ガスを用いた場合の冷熱は、摂氏マイナス１６２度であり、液体水素を用いた場合の冷熱は、摂氏マイナス２５３度であるが、熱交換器５１Ａ（５１Ｂ）の温度差制御や別途作動媒体または冷媒を介することで、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）内の温度を、二酸化炭素の昇華（固化）に適した温度に冷却される。例えば、被分離ガスとして製鉄工場またはセメント工場からの燃焼排ガスを用いる場合には、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）内の温度を、摂氏約マイナス８５度以下に冷却することが好ましい。また、被分離ガスとして発電所からの燃焼排ガスを用いる場合には、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）内の温度を、摂氏約マイナス９６度以下に冷却することが好ましい。さらにまた、被分離ガスとして大気を用いる場合には、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）内の温度を、摂氏約マイナス１４０度以下に冷却することが好ましい。

被分離ガスの種類によって、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）内の二酸化炭素の昇華（固化）に適した温度が異なるのは、被分離ガス中の二酸化炭素の分圧が、被分離ガスの種類によって異なるためである。ここで、図１５は、製鉄工場またはセメント工場からの燃焼排ガス（図１５中の第１燃焼排ガスに当たる）と、発電所からの燃焼排ガス（図１５中の第２燃焼排ガスに当たる）と、大気と、の二酸化炭素の分圧値の範囲を示すグラフである。

例えば、製鉄工場またはセメント工場からの燃焼排ガスにおける二酸化炭素の最大の分圧値Ｐ１１は約６０ｋＰａである。そして、この分圧値Ｐ１１に対応する、二酸化炭素が気固平衡状態となる温度は、摂氏約マイナス８５度である。よって、被分離ガスとして製鉄工場またはセメント工場からの燃焼排ガスを用いる場合に、二酸化炭素を昇華（固化）するためには、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）内の温度を、摂氏約マイナス８５度以下に冷却することが好ましい。

また例えば、発電所からの燃焼排ガスにおける二酸化炭素の最大の分圧値Ｐ１２は約２１ｋＰａである。そして、この分圧値Ｐ１２に対応する、二酸化炭素が気固平衡状態となる温度は、摂氏約マイナス９６度である。よって、被分離ガスとして発電所からの燃焼排ガスを用いる場合に、二酸化炭素を昇華（固化）するためには、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）内の温度を、摂氏約マイナス９６度以下に冷却することが好ましい。

また例えば、大気における二酸化炭素の最大の分圧値Ｐ１３は約０．０４５ｋＰａである。そして、この分圧値Ｐ１３に対応する、二酸化炭素が気固平衡状態となる温度は、摂氏約マイナス１４０度である。よって、被分離ガスとして大気を用いる場合に、二酸化炭素を昇華（固化）するためには、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）内の温度を、摂氏約マイナス１４０度以下に冷却することが好ましい。

二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）内の温度が、二酸化炭素の昇華（固化）に適した温度に冷却されることで、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）内の二酸化炭素は昇華（固化）され、ドライアイスとなる。昇華（固化）の際に残ったＭＥＡ溶液は、開閉弁１６Ａ（１６Ｂ）を開弁することで、ドレン５３Ａ（５３Ｂ）から排出される。また、ドライアイス化された二酸化炭素を回収する際には、開閉弁１７Ａ（１７Ｂ）を開弁し、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）を常温に戻すことで、ドライアイスを昇華（気化）し、取り出し管５４Ａ（５４Ｂ）から回収する。この際、開閉弁１４Ａ（１４Ｂ），１６Ａ（１６Ｂ）は、閉弁状態とし、昇華（気化）した二酸化炭素が取り出し管５４Ａ（５４Ｂ）以外に流入しないようにしておく。そして、回収された二酸化炭素は、炭酸ガス等として活用される。

二酸化炭素を回収する際には、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂにおける二酸化炭素の昇華（固化）を停止させる必要がある。しかし、上述したように、切替弁１１によって、再生塔３から排出される二酸化炭素と水蒸気を、二酸化炭素回収ライン１０Ａ，１０Ｂのどちらに流すか、選択することが可能であるため、一方の二酸化炭素回収ライン１０Ａの二酸化炭素昇華器５Ａから二酸化炭素を回収する際に、他方の二酸化炭素回収ライン１０Ｂの二酸化炭素昇華器５Ｂで二酸化炭素の昇華（固化）を行い続けることができる。よって、より効率良く二酸化炭素を回収することが可能である。

二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）において、二酸化炭素の昇華（固化）が行われる際、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）は減圧され、負圧となる。これにより、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）がポンプの役割を果たし、再生塔３において放散された水蒸気および二酸化炭素の吸引が行われる。この吸引により、水蒸気および二酸化炭素の、二酸化炭素回収ライン１０Ａ（１０Ｂ）に向かう流れが生じるのである。

また、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）が減圧されるに伴い、直列に接続されている再生塔３も減圧されるため、再生塔３における吸収液の沸騰温度が低下される。よって、吸収液を加熱するための消費エネルギーを抑えることが可能となっている。本実施形態においては、再生塔３は、上述の通り約４ＫＰａに減圧されている。再生塔３の圧力の調整は、第１移送管Ｌ１５上に設けられた減圧弁９により行われる。

次に、冷媒は、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）内の冷却を行った後、水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）の有する熱交換器４１Ａ（４１Ｂ）により水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）内を冷却する。冷媒は熱交換器５１Ａ（５１Ｂ）における熱交換により温度が上昇されていることで、摂氏約１度に冷却されている。

水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）が摂氏約１度とされているため、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）に生じた負圧によって吸引されて、再生塔３から排出された二酸化炭素と水蒸気は、水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）に流入されると、摂氏約２０度に冷却される。これにより、水蒸気は凝縮されて水となる。当該水は、水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）の底部に貯められ、貯められた水は、開閉弁１５Ａ（１５Ｂ）を開弁することで、ドレン４３Ａ（４３Ｂ）により排出される。なお、ドレン４３Ａ（４３Ｂ）を再生塔３に接続し、再生塔３で再利用することとしても良い。

水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）に、水蒸気とともに流入された二酸化炭素は、摂氏約２０度では気体のままであるため、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）に吸引にされることで、第２移送管Ｌ１６Ａ（Ｌ１６Ｂ）を通り、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）へ流入される。そして、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）に流入した二酸化炭素は、上述したように昇華（固化）され、ドライアイスとされる。

次に、冷媒は、水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）内の冷却を行った後、吸収塔２の冷却に利用される。吸収塔２を冷却する目的は、吸収液が二酸化炭素を吸収する際に発熱するため、この発熱による吸収塔２の温度上昇を抑制することにある。

以上説明したように、第１の実施形態に係る二酸化炭素回収装置１Ａは、二酸化炭素を含有する被分離ガスから二酸化炭素を分離する分離装置６０を備える二酸化炭素回収装置１Ａにおいて、被分離ガスが供給される上流側から順に、分離装置６０と、分離装置６０において分離された二酸化炭素を昇華（固化）させる二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂと、が直列に接続されていること、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂには、冷熱を有する流体を冷媒とする冷媒回路１２Ａ，１２Ｂが接続されており、冷媒により、二酸化炭素の昇華（固化）が行われること、二酸化炭素の昇華（固化）が行われる際に二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂが減圧され、負圧となることで、分離装置６０において分離された二酸化炭素の吸引が行われること、を特徴とする。

上記二酸化炭素回収装置１Ａによれば、被分離ガスから二酸化炭素を分離し、分離した二酸化炭素を放散する分離装置６０と、二酸化炭素を昇華（固化）させる二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂと、が直列に接続されている。分離装置６０で分離された二酸化炭素は、分離装置６０から放散され、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂまで流れる。二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂに達した二酸化炭素は、冷熱を有する流体を利用した冷媒により冷却され、昇華（固化）される。この二酸化炭素が昇華（固化）されて生じたドライアイスを、再度昇華（気化）するなどして回収し、炭酸ガス等として活用することが出来る。

二酸化炭素が昇華（固化）される際、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂは、減圧され、負圧となる。この負圧により、分離装置６０から放散された二酸化炭素の吸引が行われる。この吸引により、分離装置６０から二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂまでの、二酸化炭素の流れが生じ、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂにおける二酸化炭素の昇華（固化）が促進されるのである。二酸化炭素の吸引は、冷熱を有する流体を利用して行われるものであるため、吸引のためのポンプ等が必要なく、省エネルギー化を達成することが出来る。そして、省エネルギー化により、電力コストの増大や、発電のための新たな二酸化炭素の発生を抑えることが出来る。

冷熱を有する流体とは、例えば、液化燃料や、液化ガスが挙げられる。液化燃料とは、例えば、液化天然ガス（ＬＮＧ）、液体水素、液化メタンなどが挙げられる。都市ガスの主原料となる天然ガスは、ＬＮＧの状態で輸入され、ＬＮＧ受入基地において再ガス化され、パイプラインにより出荷される。ＬＮＧの再ガス化の際には、大量の冷熱エネルギーが放出されており、この冷熱エネルギーは、未利用エネルギーとして、注目されている。よって、上記のように、二酸化炭素の吸引に液化燃料の冷熱を利用すれば、未利用エネルギーの活用という点で、環境問題に配慮した二酸化炭素回収装置とすることが出来る。なお、液化燃料としては、ＬＮＧの他、液体水素なども挙げられる。また、液化ガスとは、例えば、液化窒素や液化酸素などが挙げられる。その他、冷熱を有する流体としては、液体である必要はなく、気体、スラリー、気液混相流であっても良い。

また、第１の実施形態に係る二酸化炭素回収装置１Ａは、分離装置６０は、二酸化炭素を含有する被分離ガスと二酸化炭素を吸収する吸収液とを気液接触させて、吸収液に二酸化炭素を吸収させる吸収塔２と、二酸化炭素を吸収した吸収液から、二酸化炭素を水蒸気とともに放散する再生塔３と、から構成されること、再生塔３と、再生塔３において放散された水蒸気を凝縮させる水蒸気凝縮器４Ａ，４Ｂと、再生塔において放散された二酸化炭素を昇華（固化）させる二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂと、が順次直列に接続されていること、水蒸気凝縮器４Ａ，４Ｂと、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂと、には、冷熱を有する流体を冷媒とする冷媒回路１２Ａ，１２Ｂが接続されており、冷媒により、水蒸気の凝縮および二酸化炭素の昇華（固化）が行われること、水蒸気の凝縮および二酸化炭素の昇華（固化）が行われる際に水蒸気凝縮器４Ａ，４Ｂおよび二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂが減圧され、負圧となることで、再生塔３において放散された水蒸気および二酸化炭素の吸引が行われること、を特徴とする。

上記二酸化炭素回収装置１Ａによれば、再生塔３と、水蒸気凝縮器４Ａ，４Ｂと、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂと、が順次直列に接続されているため、再生塔３において放散された二酸化炭素および水蒸気は、まず水蒸気凝縮器４Ａ，４Ｂまで流れ、水蒸気凝縮器４Ａ，４Ｂにおいて水蒸気のみが、冷熱を有する流体を利用した冷媒により冷却され、凝縮される。そして、二酸化炭素のみが、次の二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂまで流れる。二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂに達した二酸化炭素は、冷熱を有する流体を利用した冷媒により冷却され、昇華（固化）される。この二酸化炭素が昇華（固化）されて生じたドライアイスを、再度昇華（気化）するなどして回収し、炭酸ガス等として活用する。

二酸化炭素が昇華（固化）される際に水蒸気凝縮器４Ａ，４Ｂおよび二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂが減圧され、負圧となる。この負圧により、再生塔３において放散された水蒸気および二酸化炭素の吸引が行われるため、水蒸気については再生塔３から水蒸気凝縮器４Ａ，４Ｂまでの流れが生じ、二酸化炭素については再生塔３から水蒸気凝縮器４Ａ，４Ｂを通って、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂまでの流れが生じるのである。

水蒸気凝縮器４Ａ，４Ｂおよび二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂが減圧されるに伴い、直列に接続されている再生塔３も減圧されるため、再生塔３における吸収液（アミン系水溶液）の沸騰温度が低下される。よって、吸収液（アミン系水溶液）を加熱するための消費エネルギーを抑えることが可能となっている。

さらに、再生塔３の減圧は、冷熱を有する流体を利用して行われるものであるため、再生塔３を減圧するために電力が必要なく、省エネルギー化を達成することが出来る。そして、省エネルギー化により、電力コストの増大や、発電のための新たな二酸化炭素の発生を抑えることができる。

また、第１の実施形態に係る二酸化炭素回収装置１Ａは、冷媒回路１２Ａ，１２Ｂが、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂ、水蒸気凝縮器４Ａ，４Ｂ、吸収塔２を通るように接続されており、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂ、水蒸気凝縮器４Ａ，４Ｂ、吸収塔２の順で冷媒が流れること、を特徴とする。

上記二酸化炭素回収装置１Ａによれば、二酸化炭素の昇華（固化）に利用した、冷熱を有する流体による冷媒を、さらに水蒸気の凝縮に利用でき、その後さらに吸収塔２の冷却に利用することが可能である。吸収塔２を冷却する目的は、吸収液（アミン系水溶液）が二酸化炭素を吸収する際に発熱するため、この発熱による吸収塔２の温度上昇を抑制することにある。

また、第１の実施形態に係る二酸化炭素回収装置１Ａは、再生塔３に、直列に接続された水蒸気凝縮器４Ａ，４Ｂと二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂとにより構成される二酸化炭素回収ライン１０Ａ，１０Ｂが、少なくとも２つ、並列に接続されていること、を特徴とする。よって、より効率良く二酸化炭素を回収することが可能である。

二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂにおいては、昇華（固化）された二酸化炭素であるドライアイスを、再度ガス化するなどして回収する作業が必要となるため、回収の際には、二酸化炭素の昇華（固化）を停止させる必要がある。そこで、再生塔３に、直列に接続された水蒸気凝縮器４Ａ，４Ｂと二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂとにより構成される二酸化炭素回収ライン１０Ａ，１０Ｂが、少なくとも２つ、並列に接続されていることで、一方の二酸化炭素回収ライン１０Ａ，１０Ｂの二酸化炭素昇華器からドライアイスを再度昇華（気化）するなどして回収する際に、他方の二酸化炭素回収ライン１０Ａ，１０Ｂを稼働させ続けることができるため、より効率良く二酸化炭素を回収することが可能である。

また、第１の実施形態に係る二酸化炭素回収装置１Ａは、再生塔３と水蒸気凝縮器４Ａ，４Ｂとの間に、減圧弁９を備える。二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂを冷却し、圧力を低下させるほど、より急速に二酸化炭素のドライアイス化を進めることができ、また、放散された二酸化炭素および水蒸気を吸引する力が増大する。しかし、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂの圧力が低下されるほど、再生塔３の圧力も低下されるため、再生塔３内の圧力が下がり過ぎると、再生塔３内の吸収液（アミン系水溶液）が、液体と固体の共存状態となり得るなど、却って二酸化炭素の放散する効率が低下するおそれがある。そこで、再生塔３と水蒸気凝縮器４Ａ，４Ｂとの間に減圧弁を設け、減圧弁９により再生塔３の圧力を調整可能とすることが望ましい。

また、第１の実施形態に係る二酸化炭素回収装置１Ａは、被分離ガスが、例えば、製鉄工場またはセメント工場からの燃焼排ガスである場合には、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂは、冷媒により摂氏約マイナス８５度以下に冷却されること、を特徴とし、被分離ガスが、発電所からの燃焼排ガスである場合には、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂは、冷媒により摂氏約マイナス９６度以下に冷却されること、を特徴とし、被分離ガスが大気である場合には、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂは、冷媒により摂氏約マイナス１４０度以下に冷却されること、を特徴とする。

二酸化炭素が気固平衡状態となる温度は、被分離ガス中の二酸化炭素の分圧により異なる。よって、二酸化炭素昇華器の内部を、分圧の値に対応した気固平衡状態となる温度以下とすることで、二酸化炭素の昇華（固化）が開始され、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂを負圧とすることができる。これにより、再生塔３において放散された水蒸気および二酸化炭素の吸引を行うことが可能となる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の二酸化炭素回収装置の第２の実施形態について、図面を参照しながら、第１の実施形態に係る二酸化炭素回収装置１Ａと異なる点について説明する。

図２は、第２の実施形態に係る二酸化炭素回収装置１Ｂの構成を概略的に表した図である。吸収塔２および再生塔３の構成は、第１の実施形態に係る二酸化炭素回収装置１Ａと同一である。再生塔３には、一台の水蒸気凝縮器４が、第１移送管Ｌ１５により、直列に接続されている。そして、水蒸気凝縮器４には、二酸化炭素を二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂに排出するための第２移送管Ｌ１６が接続されている。

第２移送管Ｌ１６は切替弁１８によって、分岐移送管Ｌ１６１Ａと、分岐移送管Ｌ１６１Ｂとに分岐されている。この分岐により、水蒸気凝縮器４には、二酸化炭素昇華器５Ａと二酸化炭素昇華器５Ｂとが、並列に接続されている。そして、切替弁１８の動作により、再生塔３から排出され、水蒸気凝縮器４を通った二酸化炭素を、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂのどちらに流すか、選択することが可能となっている。また、分岐移送管Ｌ１６１Ａ，Ｌ１６１Ｂ上には、それぞれ開閉弁１４Ａ，１４Ｂが設けられている。

二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂは、それぞれ液化燃料の再ガス化の際の冷熱を冷媒とする冷媒回路１２Ａ，１２Ｂが通っている。冷媒回路１２Ａ，１２Ｂは、それぞれ二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂを通った後に合流し、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂを流れた冷媒が、さらに水蒸気凝縮器４、吸収塔２の順に冷媒が流れるように構成されている。

以上のような二酸化炭素回収装置１Ｂによっても、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）において、二酸化炭素の昇華（固化）が行われる際、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）は減圧され、負圧となる。これにより、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）がポンプの役割を果たし、再生塔３において放散された水蒸気および二酸化炭素の吸引が行われる。この吸引により、水蒸気については再生塔３から水蒸気凝縮器４までの流れが生じ、二酸化炭素については再生塔３から水蒸気凝縮器４を通って、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）までの流れが生じるのである。

また、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）が減圧されるに伴い、直列に接続されている再生塔３も減圧されるため、再生塔３における吸収液の沸騰温度が低下される。よって、吸収液を加熱するための消費エネルギーを抑えることが可能となっている。

さらに、ドライアイス化された二酸化炭素を、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）から回収する際には、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）における二酸化炭素の昇華（固化）を停止させる必要がある。しかし、上述したように、切替弁１８によって、再生塔３から排出され、水蒸気凝縮器４を通った二酸化炭素を、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂのどちらに流すか、選択することが可能となっているため、一方の二酸化炭素昇華器５Ａから二酸化炭素を回収する際に、他方の二酸化炭素昇華器５Ｂで二酸化炭素の昇華（固化）を行い続けることができる。よって、より効率良く二酸化炭素を回収することが可能である。

以上説明したように、第２の実施形態に係る二酸化炭素回収装置１Ｂは、
再生塔３に、１台の水蒸気凝縮器４が接続されており、水蒸気凝縮器４に、少なくとも２台の二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂが並列に接続されていること、を特徴とする。

上記二酸化炭素回収装置１Ｂによれば、再生塔３に、１台の水蒸気凝縮器４が接続され、該水蒸気凝縮器４に、少なくとも２台の二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂが並列に接続されているため、一方の二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂでドライアイスを再度ガス化するなどして回収する際に、他方の二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂを稼働させ続けることができるため、より効率良く二酸化炭素を回収することが可能である。

（第３の実施形態）
次に、本発明の二酸化炭素回収装置の第３の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図３は、第３の実施形態に係る二酸化炭素回収装置５０Ａの構成を概略的に表した図である。

二酸化炭素回収装置５０Ａは、図３に示すように、分離装置７０Ａ，７０Ｂと、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂと、を備えている。分離装置７０Ａには二酸化炭素昇華器５Ａが直列に接続され、分離装置７０Ｂには二酸化炭素昇華器５Ｂが直列に接続されている。なお、分離装置７０Ａと分離装置７０Ｂは同一の装置であり、二酸化炭素昇華器５Ａと二酸化炭素昇華器５Ｂは同一の装置である。

分離装置７０Ａ，７０Ｂは、それぞれの内部に、二酸化炭素を吸着可能な吸着剤７０１Ａ，７０１Ｂが収容されている。吸着剤としては、例えば、ゼオライト（例えば、ユニオン昭和社製モレキュラーシーブ１３Ｘ、東ソー社製ＮＳＡ－７００）、アミン含浸固体吸着剤（アミン化合物を担持させた多孔性物質）、ゲート型吸着剤（ＥＬＭ－１１［Ｃｕ（ｂｐｙ）_２（ＢＦ_４）_２］） 等が使用される。また、分離装置７０Ａ，７０Ｂのそれぞれは、吸着剤７０１Ａ，７０１Ｂよりも下部にガス導入口７０２Ａ，７０２Ｂを備えており、ガス導入口７０２Ａ，７０２Ｂには、分離装置７０Ａ，７０Ｂに燃焼排ガス（被分離ガスの一例）を供給するためのガス供給路Ｌ１１が接続されている。より詳細には、ガス供給路Ｌ１１は、切替弁１９によって、分岐ガス供給路Ｌ１１１と、分岐ガス供給路Ｌ１１２とに分岐されており、分離装置７０Ａのガス導入口７０２Ａには、分岐ガス供給路Ｌ１１１が接続されるとともに、分離装置７０Ｂのガス導入口７０２Ｂには、分岐ガス供給路Ｌ１１２が接続されている。

分岐ガス供給路Ｌ１１１は開閉弁２０Ａを備え、分岐ガス供給路Ｌ１１２は開閉弁２０Ｂを備えているため、開閉弁２０Ａ，２０Ｂを開弁状態とすることで、分離装置７０Ａ，７０Ｂに、燃焼排ガスが供給される。この燃焼排ガスは、発電や天然ガス精製の際に生じるものや、焼却炉や燃焼器や高炉等から生じるものを活用するものである。燃焼排ガスは、二酸化炭素を約１０～２０％含有しており、その他に窒素、酸素などを含んでいる。

また、ガス供給路Ｌ１１が切替弁１９によって分岐されていることで、ガス供給路Ｌ１１には、二酸化炭素回収ライン５００Ａと二酸化炭素回収ライン５００Ｂとが並列に接続された状態となっている。二酸化炭素回収ライン５００Ａは、燃焼排ガスが供給される上流側から順に、分離装置７０Ａと二酸化炭素昇華器５Ａとが直列に接続されることにより構成されている。二酸化炭素回収ライン５００Ｂは、燃焼排ガスが供給される上流側から順に、分離装置７０Ｂと二酸化炭素昇華器５Ｂとが直列に接続されることにより構成されている。切替弁１９の動作させることで、ガス供給路Ｌ１１から供給される燃焼排ガスを、二酸化炭素回収ライン５００Ａと二酸化炭素回収ライン５００Ｂのどちらに流すのか、選択することが可能となっている。

ガス導入口７０２Ａ（７０２Ｂ）から分離装置７０Ａ（７０Ｂ）に供給された燃焼排ガスは、分離装置７０Ａ（７０Ｂ）内を上昇し、分離装置７０Ａ（７０Ｂ）に収容されている吸着剤７０１Ａ（７０１Ｂ）に接触する。すると、吸着剤７０１Ａ（７０１Ｂ）は、燃焼排ガスに含有される二酸化炭素を選択的に吸着する。この吸着により、燃焼排ガスから二酸化炭素を分離するのである。なお、ゼオライト等の吸着剤７０１Ａ（７０１Ｂ）は、水分を含むと吸着性能の低下が懸念されるため、ガス供給路Ｌ１１上に水蒸気除去装置（不図示）を設け、水蒸気除去装置によって水蒸気を除去した燃焼排ガスを、分離装置７０Ａ（７０Ｂ）に供給することが考えられる。また、燃焼排ガスには硫黄酸化物が含有されていることが考えられるため、ガス供給路Ｌ１１上に脱硫装置（不図示）を設け、硫黄酸化物を除去した燃焼排ガスを分離装置７０Ａ（７０Ｂ）に供給するものとしても良い。

そして、二酸化炭素が分離された燃焼排ガス（窒素および酸素）は、分離装置７０Ａ（７０Ｂ）の頂部に設けられた排出口７０４Ａ（７０４Ｂ）から排出流路Ｌ１２Ａ（Ｌ１２Ｂ）に排出される。

吸着剤７０１Ａ（７０１Ｂ）は、その体積等により、吸着可能な二酸化炭素の量が決まっているため、一定の量の二酸化炭素を吸着した吸着剤７０１Ａ（７０１Ｂ）は、それ以上二酸化炭素を吸着することが出来なくなる。そこで、さらに二酸化炭素の吸着を行うためには、吸着剤７０１Ａ（７０１Ｂ）の脱着を行う必要がある。脱着は、吸着剤７０１Ａ（７０１Ｂ）を減圧下に置く必要があるため、分離装置７０Ａ（７０Ｂ）内を減圧することで行われる。吸着剤７０１Ａ（７０１Ｂ）から脱着された二酸化炭素は、分離装置７０Ａ（７０Ｂ）の頂部に設けられた放散口７０３Ａ（７０３Ｂ）から放散される。そして、二酸化炭素を脱着した後の吸着剤７０１Ａ（７０１Ｂ）は、ガス導入口７０２Ａ（７０２Ｂ）から供給される燃焼排ガスと接触させることで、さらに二酸化炭素の吸着を行うことが出来る。

放散口７０３Ａ（７０３Ｂ）には移送管Ｌ１５Ａ（Ｌ１５Ｂ）が接続されており、放散口７０３Ａ（７０３Ｂ）から放散された二酸化炭素は、移送管Ｌ１５Ａ（Ｌ１５Ｂ）に排出される。この排出は、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）に生じる負圧により、二酸化炭素が吸引されることで行われるものである（二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）に生じる負圧については後述する。）

二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）は、移送管Ｌ１５Ａ（Ｌ１５Ｂ）により、分離装置７０Ａ（７０Ｂ）と接続されており、分離装置７０Ａ（７０Ｂ）から放散される二酸化炭素が二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）に流れることが可能となっている。なお、移送管Ｌ１５Ａは、分離装置７０Ａと二酸化炭素昇華器５Ａとの間に、上流側から、減圧弁９Ａと開閉弁１４Ａとを備えており、移送管Ｌ１５Ｂは、分離装置７０Ｂと二酸化炭素昇華器５Ｂとの間に、上流側から、減圧弁９Ｂと開閉弁１４Ｂとを備えている。なお、減圧弁９Ａと減圧弁９Ｂは同一の装置であり、開閉弁１４Ａと開閉弁１４Ｂは同一の装置である。

二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）は、内部に熱交換器５１Ａ（５１Ｂ）を備えている。該熱交換器５１Ａ（５１Ｂ）は、冷媒回路１２Ａ（１２Ｂ）を流れる冷媒により、内部の二酸化炭素を冷却するために用いられる。二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）は、さらに、廃温熱や環境熱を利用したヒートポンプ５２Ａ（５２Ｂ）や、ドレン５３Ａ（５３Ｂ）、取り出し管５４Ａ（５４Ｂ）が接続されている。なお、ドレン５３Ａ（５３Ｂ）は、開閉弁１６Ａ（１６Ｂ）を備え、取り出し管５４Ａ（５４Ｂ）は、開閉弁１７Ａ（１７Ｂ）備えている。

冷媒回路１２Ａ（１２Ｂ）は、冷媒が二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）の内部を流れるように構成されている。冷媒には、液化燃料（流体の一例）の再ガス化後の冷熱が用いられる。液化燃料とは、例えば、液化天然ガスや液体水素や液化メタンなどが挙げられる。また、冷媒には、液化ガスの再ガス化後の冷熱を用いることも可能である。液化ガスとは、例えば、液化窒素や液化酸素などが挙げられる。

以上の構成を有する二酸化炭素回収装置５０Ａにおける、冷媒と、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）の機能について、以下に説明する。

冷媒は、冷媒回路１２Ａ（１２Ｂ）を通り、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）の有する熱交換器５１Ａ（５１Ｂ）により、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）内を冷却する。液化燃料として液化天然ガスを用いた場合の冷熱は、摂氏マイナス１６２度であり、液体水素を用いた場合の冷熱は、摂氏マイナス２５３度であるが、熱交換器５１Ａ（５１Ｂ）の温度差制御や別途作動媒体または冷媒を介することで、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）内の温度を、二酸化炭素の昇華（固化）に適した温度に冷却される。例えば、被分離ガスとして製鉄工場またはセメント工場からの燃焼排ガスを用いる場合には、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）内の温度を、摂氏約マイナス８５度以下に冷却することが好ましい。また、被分離ガスとして発電所からの燃焼排ガスを用いる場合には、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）内の温度を、摂氏約マイナス９６度以下に冷却することが好ましい。さらにまた、被分離ガスとして大気を用いる場合には、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）内の温度を、摂氏約マイナス１４０度以下に冷却することが好ましい。

二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）内の温度が、二酸化炭素の昇華（固化）に適した温度に冷却されることで、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）内の二酸化炭素は昇華（固化）され、ドライアイスとなる。昇華（固化）の際には、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）内に微量な水分が残留する場合があるが、当該残留した水分は、開閉弁１６Ａ（１６Ｂ）を開弁することで、ドレン５３Ａ（５３Ｂ）から排出することが出来る。また、ドライアイス化された二酸化炭素を回収する際には、開閉弁１７Ａ（１７Ｂ）を開弁し、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）を常温に戻すことで、ドライアイスを昇華（気化）し、取り出し管５４Ａ（５４Ｂ）から回収する。この際、開閉弁１４Ａ（１４Ｂ），１６Ａ（１６Ｂ）は、閉弁状態とし、昇華（気化）した二酸化炭素が取り出し管５４Ａ（５４Ｂ）以外に流入しないようにしておく。そして、回収された二酸化炭素は、例えば炭酸ガス等として活用される。

また、二酸化炭素を回収する際には、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂにおける二酸化炭素の昇華（固化）を停止させる必要がある。しかし、上述したように、切替弁１９によって、ガス供給路Ｌ１１から供給される燃焼排ガスを、二酸化炭素回収ライン５００Ａ，５００Ｂのどちらに流すか、選択することが可能であるため、一方の二酸化炭素回収ライン５００Ａの二酸化炭素昇華器５Ａから二酸化炭素を回収する際には、他方の二酸化炭素回収ライン５００Ｂの二酸化炭素昇華器５Ｂで二酸化炭素の昇華（固化）を行い続けることができ、その逆も可能である。よって、より効率良く二酸化炭素を回収することが可能である。

二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）において、二酸化炭素の昇華（固化）が行われる際、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）は減圧され、負圧となる。これにより、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）がポンプの役割を果たし、分離装置７０Ａ（７０Ｂ）から放散される二酸化炭素の吸引が行われる。この吸引により、分離装置７０Ａ（７０Ｂ）から二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）までの、二酸化炭素の流れが生じ、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）における二酸化炭素の昇華（固化）が促進される。

また、吸着剤７０１Ａ（７０１Ｂ）の脱着は減圧下で行われるところ、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）が減圧されるに伴い、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）と直列に接続されている分離装置７０Ａ（７０Ｂ）も約４ＫＰａまで減圧される。このため、分離装置７０Ａ（７０Ｂ）を減圧するためにポンプ等が必要ない。つまり、ポンプ等を動作させるための電力が必要なく、省エネルギー化を達成することが出来る。そして、省エネルギー化により、電力コストの増大や、発電のための新たな二酸化炭素の発生を抑えることが出来る。なお、分離装置７０Ａ（７０Ｂ）の圧力の調整は、移送管Ｌ１５Ａ（Ｌ１５Ｂ）上に設けられた減圧弁９Ａ（９Ｂ）により行われる。

（第３の実施形態の変形例）
次に、第３の実施形態の変形例に係る二酸化炭素回収装置５０Ｂについて、図４を用いて詳細に説明する。図４は、第３の実施形態の変形例に係る二酸化炭素回収装置５０Ｂの構成を概略的に表した図である。

上記第３の実施形態に係る二酸化炭素回収装置５０Ａの二酸化炭素回収ライン５００Ａ（５００Ｂ）は、直列に接続された分離装置７０Ａ（７０Ｂ）と二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）とにより構成されていたが、二酸化炭素回収装置５０Ｂにおける二酸化炭素回収ライン５００Ｃ（５００Ｄ）は、燃焼排ガスが供給される上流側から順に、分離装置７０Ａ（７０Ｂ）と、水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）と、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）とが直列に接続されることにより構成されている。

ゼオライト等の吸着剤７０１Ａ（７０１Ｂ）は、水分を含むと吸着性能の低下が懸念されるため、二酸化炭素回収装置５０Ａにおいては、予め水蒸気が除去された燃焼排ガスが、分離装置７０Ａ（７０Ｂ）に供給されることとしていたが、近年、水分が含まれても吸着性能が低下しにくい吸着剤の研究開発がなされており、そのような吸着剤（例えば、アミン含浸固体吸着剤）を分離装置７０Ａ（７０Ｂ）に用いた場合には、水蒸気が含まれた燃焼排ガスが分離装置７０Ａ（７０Ｂ）に供給されることが考えられる。

水蒸気が含まれた燃焼排ガスが分離装置７０Ａ（７０Ｂ）に供給された場合、分離装置７０Ａ（７０Ｂ）から二酸化炭素の放散を行う際に、二酸化炭素とともに水蒸気が放散されることが考えられる。二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）で、二酸化炭素とともに水蒸気を固化してしまうと、二酸化炭素の回収が困難となる。そこで、二酸化炭素回収装置５０Ｂのように、分離装置７０Ａ（７０Ｂ）と、水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）と、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）と、を直列に接続すれば、分離装置７０Ａ（７０Ｂ）から放散された二酸化炭素および水蒸気は、まず水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）まで流れ、水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）において水蒸気のみが、冷媒により冷却され、凝縮される。まず水蒸気が凝縮されることで、二酸化炭素のみが、次の二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）まで流れ、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）において、二酸化炭素のみが冷媒により冷却されて昇華（固化）される。これにより、二酸化炭素の回収が容易となる。

分離装置７０Ａ（７０Ｂ）は、内部に吸着剤７０１Ａ（７０１Ｂ）が収容されている。当該吸着剤は、水分が含まれても二酸化炭素の吸着性能が低下しにくいタイプのものである（例えば、アミン含浸固体吸着剤）。分離装置７０Ａ（７０Ｂ）のその他の構成は、二酸化炭素回収装置５０Ａにおける分離装置７０Ａ（７０Ｂ）と同一の装置であるため、説明を省略する。

分離装置７０Ａ（７０Ｂ）は 第１移送管Ｌ１５Ａ（Ｌ１５Ｂ）を介して水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）と接続されており、分離装置７０Ａ（７０Ｂ）から放散される二酸化炭素と水蒸気が水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）に流れることが可能となっている。なお、第１移送管Ｌ１５Ａは、分離装置７０Ａと水蒸気凝縮器４Ａとの間に、上流側から、減圧弁９Ａと開閉弁１３Ａとを備えており、第１移送管Ｌ１５Ｂは、分離装置７０Ｂと水蒸気凝縮器４Ｂとの間に、上流側から、減圧弁９Ｂと開閉弁１３Ｂとを備えている。

水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）は、内部に熱交換器４１Ａ（４１Ｂ）を備えている。該熱交換器４１Ａは、冷媒回路１２Ａ（１２Ｂ）を流れる冷媒により、分離装置７０Ａ（７０Ｂ）から水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）に到達した水蒸気と二酸化炭素を冷却するために用いられる。水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）は、さらに、廃温熱や環境熱を利用したヒートポンプ４２Ａ（４２Ｂ）や、ドレン４３Ａ（４３Ｂ）が接続されている。該ドレン４３Ａ（４３Ｂ）は、開閉弁１５Ａ（１５Ｂ）を有している。

また、水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）は、第２移送管Ｌ１６Ａ（Ｌ１６Ｂ）を介して、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）に接続されている。なお、第２移送管Ｌ１６Ａ（Ｌ１６Ｂ）は、水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）と、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）との間に、開閉弁１４Ａ（１４Ｂ）を備えている。

二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）は、二酸化炭素回収装置５０Ａにおける二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）と同一の装置であり、内部の熱交換器５１Ａ（５１Ｂ）を用いて、冷媒回路１２Ａ（１２Ｂ）を流れる冷媒によって二酸化炭素を昇華（固化）するものである。

冷媒回路１２Ａ（１２Ｂ）は、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）、水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）の順に冷媒が流れるように構成されている。冷媒に用いられるのは、二酸化炭素回収装置５０Ａと同様に、液化燃料（流体の一例）の再ガス化後の冷熱である。

以上の構成を有する二酸化炭素回収装置５０Ｂにおける、冷媒と、水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）と、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）の機能について、以下に説明する。

冷媒は、冷媒回路１２Ａ（１２Ｂ）を通り、まず、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）の有する熱交換器５１Ａ（５１Ｂ）により、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）内を二酸化炭素の昇華（固化）に適した温度に冷却し、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）内の二酸化炭素を昇華（固化）する。これは二酸化炭素回収装置５０Ａと同様である。なお、二酸化炭素の昇華（固化）に適した温度とは、上述の通り、被分離ガスとして、例えば、製鉄工場またはセメント工場からの燃焼排ガスを用いる場合には摂氏約マイナス８５度以下、被分離ガスとして発電所からの燃焼排ガスを用いる場合には摂氏約マイナス９６度以下、被分離ガスとして大気を用いる場合には摂氏約マイナス１４０度以下である。

二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）内の二酸化炭素が昇華（固化）される際、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）は減圧され、負圧となる。これにより、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）がポンプの役割を果たし、分離装置７０Ａ（７０Ｂ）から放散された水蒸気および二酸化炭素の吸引が行われる。この吸引により、水蒸気および二酸化炭素が、水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）および二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）に向かう流れが生じるのである。

また、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）が減圧されるに伴い、直列に接続されている分離装置７０Ａ（７０Ｂ）が約４ＫＰａまで減圧される点は、二酸化炭素回収装置５０Ａと同様である。

冷媒は、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）内の冷却を行った後、水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）まで流れ、水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）が有する熱交換器４１Ａ（４１Ｂ）により水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）内を冷却する。冷媒は二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）の熱交換器５１Ａ（５１Ｂ）における熱交換により温度が上昇されているため、水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）内は摂氏約１度に冷却される。

水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）が摂氏約１度とされているため、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）に生じた負圧によって吸引されて、分離装置７０Ａ（７０Ｂ）から排出された二酸化炭素と水蒸気は、水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）に流入されると、摂氏約２０度に冷却される。これにより、水蒸気は凝縮されて水となる。当該水は、水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）の底部に貯められ、貯められた水は、開閉弁１５Ａ（１５Ｂ）を開弁することで、ドレン４３Ａ（４３Ｂ）により排出される。

水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）に、水蒸気とともに流入された二酸化炭素は、摂氏約２０度では気体のままであるため、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）に吸引されることで、第２移送管Ｌ１６Ａ（Ｌ１６Ｂ）を通り、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）へ流入される。そして、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）に流入した二酸化炭素は、上述したように昇華（固化）される。

以上説明したように、第３の実施形態に係る二酸化炭素回収装置５０Ａまたはその変形例に係る二酸化炭素回収装置５０Ｂは、分離装置７０Ａ，７０Ｂは、二酸化炭素を吸着可能な吸着剤７０１Ａ，７０１Ｂを収容しており、吸着剤７０１Ａ，７０１Ｂが分離装置７０Ａ，７０Ｂに供給された被分離ガス（例えば燃焼排ガス）に含有される二酸化炭素を吸着することで、被分離ガスから二酸化炭素を分離すること、を特徴とする。

上記二酸化炭素回収装置５０Ａ，５０Ｂによれば、分離装置７０Ａ，７０Ｂは、二酸化炭素を吸着可能な吸着剤（例えばゼオライト、アミン含浸固体吸着剤、ゲート型吸着剤等）７０１Ａ，７０１Ｂを収容しているため、被分離ガスに含有される二酸化炭素を吸着することで、被分離ガスから二酸化炭素を分離することが出来る。そして、吸着剤７０１Ａ，７０１Ｂに吸着された二酸化炭素は、吸着剤７０１Ａ，７０１Ｂから脱着を行うことで回収可能である。この脱着は、減圧下で行われることが一般的であるところ、冷媒によって二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂが減圧されるに伴い、直列に接続されている分離装置７０Ａ，７０Ｂも減圧されるため、分離装置７０Ａ，７０Ｂを減圧するためにポンプ等が必要ない。つまり、ポンプ等を動作させるための電力が必要なく、省エネルギー化を達成することが出来る。そして、省エネルギー化により、電力コストの増大や、発電のための新たな二酸化炭素の発生を抑えることが出来る。

また、第３の実施形態に係る二酸化炭素回収装置５０Ａまたはその変形例に係る二酸化炭素回収装置５０Ｂは、分離装置７０Ａ，７０Ｂは、二酸化炭素とともに水蒸気を放散すること、水蒸気を凝縮させる水蒸気凝縮器４Ａ，４Ｂを備えること、被分離ガス（例えば燃焼排ガス）が供給される上流側から順に、分離装置７０Ａ，７０Ｂと、水蒸気凝縮器４Ａ，４Ｂと、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂと、が直列に接続されていること、冷媒回路１２Ａ，１２Ｂは、水蒸気凝縮器４Ａ，４Ｂと、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂと、に接続されており、冷媒により、水蒸気の凝縮および二酸化炭素の昇華（固化）が行われること、を特徴とする。

分離装置７０Ａ，７０Ｂから二酸化炭素とともに水蒸気が放散される場合、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂで、二酸化炭素とともに水蒸気を固化してしまうと、二酸化炭素の回収が困難となる。そこで、二酸化炭素回収装置５０Ｂのように、分離装置７０Ａ（７０Ｂ）と、水蒸気凝縮器４Ａ，４Ｂと、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂと、を直列に接続すれば、分離装置７０Ａ，７０Ｂから放散された二酸化炭素および水蒸気は、まず水蒸気凝縮器４Ａ，４Ｂまで流れ、水蒸気凝縮器において水蒸気のみが、冷媒により冷却され、凝縮される。まず水蒸気が凝縮されることで、二酸化炭素のみが、次の二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂまで流れ、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂにおいて、二酸化炭素のみが冷媒により冷却されて昇華（固化）される。これにより、二酸化炭素の回収が容易となる。

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態に係る二酸化炭素回収装置１００Ａついて、図５を参照しながら、第３の実施形態に係る二酸化炭素回収装置５０Ａ，５０Ｂと異なる点について説明する。図５は、第４の実施形態に係る二酸化炭素回収装置１００Ａの構成を概略的に表した図である。

二酸化炭素回収装置１００Ａは、図５に示すように、分離装置８０と、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂと、を備えている。なお、２台の二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂは同一の装置である。

分離装置８０は、内部に、二酸化炭素を選択的に透過する透過膜８０３が保持されている。透過膜８０３としては、例えば、ゼオライト膜（例えば、高シリカＣＨＡ型ゼオライト膜や、ＤＤＲ型ゼオライト膜）等の無機膜や、分子ゲート膜等の有機膜等が使用される。この透過膜８０３により、分離装置８０の内部が、非透過側８０１と透過側８０２とに分割されている。非透過側８０１には、ガス導入口８０４が設けられており、ガス導入口８０４にはガス供給路Ｌ１１が接続されている。これにより、燃焼排ガスを分離装置８０（非透過側８０１）に供給することが出来る。なお、この分離装置８０（非透過側８０１）に供給される燃焼排ガスは、ガス供給路Ｌ１１上に設けられた不図示の水蒸気除去装置および脱硫装置によって、水蒸気および硫黄酸化物を除去したものである。

透過側８０２は、二酸化炭素を選択的に透過するものであるため、分離装置８０（非透過側８０１）に供給される燃焼排ガスに含有される成分のうち、二酸化炭素のみが透過側８０２に移動することができ、二酸化炭素以外の窒素、酸素などは、透過膜８０３を透過せずに非透過側８０１に残留する。

さらに、非透過側８０１には、排出口８０６が設けられており、排出口８０６には、非透過側８０１に残留した窒素、酸素などを排出するための排出流路Ｌ１２が接続されている。また、排出流路Ｌ１２は、開閉弁８１を備えている。

透過側８０２には、放散口８０５が設けられており、該放散口８０５から透過膜８０３を透過した二酸化炭素が放散される。放散口８０５には移送管Ｌ１５が接続されており、放散口８０５から放散された二酸化炭素は、移送管Ｌ１５に排出される。この排出は、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）に生じる負圧により、二酸化炭素が吸引されることで行われるものである。

移送管Ｌ１５は切替弁１１によって、分岐移送管Ｌ１５１Ａと、分岐移送管Ｌ１５１Ｂとに分岐されている。この分岐により、分離装置８０（透過側８０２）は、移送管Ｌ１５および分岐移送管Ｌ１５１Ａを介して二酸化炭素昇華器５Ａと接続され、移送管Ｌ１５および分岐移送管Ｌ１５１Ｂを介して二酸化炭素昇華器５Ｂとが接続されている。そして、切替弁１１の動作により、分離装置８０から排出される二酸化炭素を、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂのどちらに流すか、選択することが可能となっている。なお、分岐移送管Ｌ１５１Ａ（Ｌ１５１Ｂ）は、切替弁１１と、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）との間に、開閉弁１４Ａ（１４Ｂ）を備えている。

二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）は、二酸化炭素回収装置５０Ａ，５０Ｂにおける二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）と同一の装置であり、内部の熱交換器５１Ａ（５１Ｂ）を用いて、冷媒回路１２Ａ（１２Ｂ）を流れる冷媒によって二酸化炭素を昇華（固化）するものである。また、冷媒回路１２Ａ（１２Ｂ）も、二酸化炭素回収装置５０Ａにおける冷媒回路１２Ａ（１２Ｂ）と同一のものであるため、説明を省略する。

以上の構成を有する二酸化炭素回収装置１００Ａにおける、冷媒と、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）の機能について、以下に説明する。

冷媒は、冷媒回路１２Ａ（１２Ｂ）を通り、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）の有する熱交換器５１Ａ（５１Ｂ）により、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）内を二酸化炭素の昇華（固化）に適した温度に冷却し、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）内の二酸化炭素を昇華（固化）する。これは二酸化炭素回収装置５０Ａと同様である。なお、二酸化炭素の昇華（固化）に適した温度とは、上述の通り、被分離ガスとして製鉄工場またはセメント工場からの燃焼排ガスを用いる場合には摂氏約マイナス８５度以下、被分離ガスとして、例えば、発電所からの燃焼排ガスを用いる場合には摂氏マイナス９６度以下、被分離ガスとして大気を用いる場合には摂氏マイナス１４０度以下である。

二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂから二酸化炭素を回収する際には、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂにおける二酸化炭素の昇華（固化）を停止させる必要がある。しかし、上述したように、切替弁１１の動作により、分離装置８０から排出される二酸化炭素を、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂのどちらに流すか、選択することが可能となっているため、一方の二酸化炭素昇華器５Ａから二酸化炭素を回収する際に、他方の二酸化炭素昇華器５Ｂで二酸化炭素の昇華（固化）を行い続けることができ、その逆も可能である。よって、より効率良く二酸化炭素を回収することが可能である。

二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）内の二酸化炭素が昇華（固化）される際、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）は減圧され、負圧となる。これにより、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）がポンプの役割を果たし、分離装置８０から放散された二酸化炭素の吸引が行われる。この吸引により、分離装置８０から二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）までの、二酸化炭素の流れが生じ、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）における二酸化炭素の昇華（固化）が促進される。

また、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）が減圧されるに伴い、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）と直列に接続されている分離装置８０（透過側８０２）も約４ＫＰａまで減圧される。このため、分離装置８０（透過側８０２）を減圧するためのポンプ等を要さずとも、分離装置８０の非透過側８０１に供給された燃焼排ガスに含有される二酸化炭素が、透過側８０２に吸引され、二酸化炭素の分離が促進される。つまり、ポンプ等を動作させるための電力が必要なく、省エネルギー化を達成することが出来る。そして、省エネルギー化により、電力コストの増大や、発電のための新たな二酸化炭素の発生を抑えることが出来る。なお、分離装置８０の圧力の調整は、移送管Ｌ１５上に設けられた減圧弁９により行われる。なお、この二酸化炭素の分離を行う際は、排出流路Ｌ１２から分離装置８０に逆流が生じないように、開閉弁８１を閉弁した状態で行われる。そして、非透過側８０１が二酸化炭素以外の窒素、酸素などで満たされ、それ以上燃焼排ガスを非透過側８０１に供給することが出来なくなった場合に、開閉弁８１を開弁し、当該窒素、酸素などを排出する。

（第４の実施形態の変形例）
次に、第４の実施形態の変形例に係る二酸化炭素回収装置１００Ｂについて、図６を用いて詳細に説明する。図６は、第４の実施形態の変形例に係る二酸化炭素回収装置１００Ｂの構成を概略的に表した図である。

二酸化炭素回収装置１００Ｂは、分離装置８０と、水蒸気凝縮器４Ａおよび二酸化炭素昇華器５Ａが直列に接続されてなる二酸化炭素回収ライン１０Ａと、水蒸気凝縮器４Ｂおよび二酸化炭素昇華器５Ｂが直列に接続されてなる二酸化炭素回収ライン１０Ｂと、から構成されている。

水蒸気が含まれた燃焼排ガスが分離装置８０に供給された場合、分離装置８０から二酸化炭素の放散を行う際に、二酸化炭素とともに水蒸気が放散されることが考えられる。二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）で、二酸化炭素とともに水蒸気を固化してしまうと、二酸化炭素の回収が困難となる。そこで、二酸化炭素回収装置１００Ｂのように、分離装置８０と、水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）と、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）と、を直列に接続すれば、分離装置８０から放散された二酸化炭素および水蒸気は、まず水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）まで流れ、水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）において水蒸気のみが、冷媒により冷却され、凝縮される。まず水蒸気が凝縮されることで、二酸化炭素のみが、次の二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）まで流れ、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）において、二酸化炭素のみが冷媒により冷却されて昇華（固化）される。これにより、二酸化炭素の回収が容易となる。

分離装置８０は、上記した二酸化炭素回収装置１００Ａにおける分離装置８０と同一の装置である。分離装置８０から放散された二酸化炭素と水蒸気とは、第１移送管Ｌ１５に排出される。この排出は、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂにおける二酸化炭素の昇華（固化）の際に生じる負圧により、二酸化炭素と水蒸気が吸引されることで行われるものである。

第１移送管Ｌ１５は切替弁１１によって、分岐移送管Ｌ１５１Ａと、分岐移送管Ｌ１５１Ｂとに分岐されている。この分岐により、分離装置８０（透過側８０２）は、第１移送管Ｌ１５および分岐移送管Ｌ１５１Ａを介して、水蒸気凝縮器４Ａおよび二酸化炭素昇華器５Ａからなる二酸化炭素回収ライン１０Ａと接続され、第１移送管Ｌ１５および分岐移送管Ｌ１５１Ｂを介して、水蒸気凝縮器４Ｂおよび二酸化炭素昇華器５Ｂからなる二酸化炭素回収ライン１０Ｂと接続されている。そして、切替弁１１の動作により、分離装置８０（透過側８０２）から放散される二酸化炭素と水蒸気を、二酸化炭素回収ライン１０Ａ，１０Ｂのどちらに流すか、選択することが可能となっている。なお、分岐移送管Ｌ１５１Ａ（Ｌ１５１Ｂ）は、切替弁１１と水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）との間に、開閉弁１３Ａ（１３Ｂ）を備えている。

水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）は、二酸化炭素回収装置５０Ｂにおける水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）と同一の装置であり、内部の熱交換器４１Ａ（４１Ｂ）を用いて、冷媒回路１２Ａ（１２Ｂ）を流れる冷媒によって水蒸気を凝縮するものである。水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）は、第２移送管Ｌ１６Ａ（Ｌ１６Ｂ）を介して、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）に接続されている。なお、第２移送管Ｌ１６Ａ（Ｌ１６Ｂ）は、水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）と二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）との間に、開閉弁１４Ａ（１４Ｂ）を備えている。

二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）は、二酸化炭素回収装置５０Ａ，５０Ｂ，１００Ａにおける二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）と同一の装置であり、内部の熱交換器５１Ａ（５１Ｂ）を用いて、冷媒回路１２Ａ（１２Ｂ）を流れる冷媒によって二酸化炭素を昇華（固化）するものである。

また、冷媒回路１２Ａ（１２Ｂ）は、二酸化炭素回収装置５０Ｂと同様に、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）、水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）の順に冷媒が流れるように構成されている。冷媒に用いられるのは、二酸化炭素回収装置５０Ａ，５０Ｂ，１００Ａと同様に、液化燃料（流体の一例）の再ガス化後の冷熱である。

以上の構成を有する二酸化炭素回収装置１００Ｂにおける、冷媒と、水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）と、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）の機能について、以下に説明する。

冷媒は、冷媒回路１２Ａ（１２Ｂ）を通り、まず、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）の有する熱交換器５１Ａ（５１Ｂ）により、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）内を二酸化炭素の昇華（固化）に適した温度に冷却し、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）内の二酸化炭素を昇華（固化）する。これは二酸化炭素回収装置５０Ａ，５０Ｂ，１００Ａと同様である。なお、二酸化炭素の昇華（固化）に適した温度とは、上述の通り、被分離ガスとして、例えば、製鉄工場またはセメント工場からの燃焼排ガスを用いる場合には摂氏約マイナス８５度以下、被分離ガスとして発電所からの燃焼排ガスを用いる場合には摂氏約マイナス９６度以下、被分離ガスとして大気を用いる場合には摂氏約マイナス１４０度以下である。

二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）内の二酸化炭素が昇華（固化）される際、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）は減圧され、負圧となる。これにより、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）がポンプの役割を果たし、分離装置８０から放散された水蒸気および二酸化炭素の吸引が行われる。この吸引により、水蒸気および二酸化炭素が、水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）および二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）に向かう流れが生じるのである。

また、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）が減圧されるに伴い、直列に接続されている分離装置８０（透過側８０２）が約４ＫＰａまで減圧される点は、二酸化炭素回収装置１００Ａと同様である。

冷媒は、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）内の冷却を行った後、水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）まで流れ、水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）が有する熱交換器４１Ａ（４１Ｂ）により水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）内を冷却する。冷媒は二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）の熱交換器５１Ａ（５１Ｂ）における熱交換により温度が上昇されているため、水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）内は摂氏約１度に冷却される。

水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）が摂氏約１度とされているため、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）に生じた負圧によって吸引されて、分離装置８０（透過側８０２）から排出された二酸化炭素と水蒸気は、水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）に流入されると、摂氏約２０度に冷却される。これにより、水蒸気は凝縮されて水となる。当該水は、水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）の底部に貯められ、貯められた水は、開閉弁１５Ａ（１５Ｂ）を開弁することで、ドレン４３Ａ（４３Ｂ）により排出される。

水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）に、水蒸気とともに流入された二酸化炭素は、摂氏約２０度では気体のままであるため、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）に吸引されることで、第２移送管Ｌ１６Ａ（Ｌ１６Ｂ）を通り、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）へ流入される。そして、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）に流入した二酸化炭素は、上述したように昇華（固化）される。

以上説明したように、第４の実施形態に係る二酸化炭素回収装置１００Ａまたはその変形例に係る二酸化炭素回収装置１００Ｂは、分離装置８０は、二酸化炭素を選択的に透過する透過膜８０３を備えており、透過膜８０３が分離装置８０に供給された被分離ガス（例えば燃焼排ガス）に含有される二酸化炭素を透過させることで、被分離ガス（例えば燃焼排ガス）から二酸化炭素を分離すること、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂは、分離装置８０の透過膜８０３の透過側８０２に接続されていること、を特徴とする。

上記二酸化炭素回収装置１００Ａ，１００Ｂによれば、分離装置８０は、二酸化炭素を選択的に透過する透過膜（例えば、ゼオライト膜等の無機膜や、分子ゲート膜等の有機膜）８０３を備えているため、分離装置８０に供給された被分離ガス（例えば燃焼排ガス）に含有される二酸化炭素が透過膜８０３の透過側８０２に分離される。そして、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂは、分離装置８０の透過膜８０３の透過側８０２に接続されているため、被分離ガスから分離された二酸化炭素は、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂにおいて、冷媒により冷却され、昇華（固化）される。この昇華（固化）によって二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂが減圧されることで、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂが接続される分離装置８０の透過側８０２も減圧されるため、透過膜８０３による二酸化炭素の分離が促進される。減圧するためにポンプ等を要しないため、電力が必要なく、省エネルギー化を達成することが出来る。そして、省エネルギー化により、電力コストの増大や、発電のための新たな二酸化炭素の発生を抑えることが出来る。

ここまで説明した二酸化炭素回収装置１Ａ，１Ｂ，５０Ａ，５０Ｂ，１００Ａ，１００Ｂおいては、二酸化炭素を昇華（固化）し、ドライアイスを得た後、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）の内部温度を常温に戻すことで、ドライアイスを昇華（気化）し、取り出し管５４Ａ（５４Ｂ）から回収することとしている。このように、二酸化炭素を気体として回収する場合、例えば、化学プラントが二酸化炭素回収装置１Ａ，１Ｂ，５０Ａ，５０Ｂ，１００Ａ，１００Ｂに隣接して設けられていれば、気体として回収した二酸化炭素を、配管を通じて化学プラントに供給することが出来るため、効率的に二酸化炭素を利用することが出来る。

しかし、二酸化炭素回収装置１Ａ，１Ｂ，５０Ａ，５０Ｂ，１００Ａ，１００Ｂにおいては、二酸化炭素を気体として回収するのではなく、液体として回収することとしても良い。二酸化炭素を回収した後に輸送することを考慮すると、液体として回収した方が、ローリーでの輸送が容易となるため好ましい。また、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）において、ドライアイスを気化させるよりも、液化させた方が、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）の内部の温度上昇幅を小さくすることが出来る。よって、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）から二酸化炭素を取り出した後、再び二酸化炭素を昇華（固化）するために、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂを冷却する際に冷媒として用いられる冷熱の節約を図ることが出来る。

図７は、二酸化炭素の状態図である。この状態図によれば、融解線ＭＬと気化線ＶＬとに囲まれた領域が、二酸化炭素の液相（以下、液化炭酸という）を得られる領域である。よって、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）から液化炭酸を回収するためには、ドライアイスの温度を、少なくとも、融解線ＭＬと気化線ＶＬと昇華線ＳＬとが交わる三重点ＴＰまで上昇させる必要がある。しかし、三重点ＴＰに到達するまでに一定量の二酸化炭素が気化してしまい、この気化した二酸化炭素は、定積状態における温度変化によっては液化することが出来ないため、ロスとなってしまう。そこで、このロスを可能な限り小さくするため、以下のように二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）を制御することが好ましい。

二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂにおいて、二酸化炭素の昇華（固化）が行われた後、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂのヒートポンプ５２Ａ，５２Ｂ（加熱媒体の一例）を、二酸化炭素の三重点以上の温度に設定する。これにより、二酸化炭素を昇華（固化）するために冷却されていた二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂの内部を加熱し、ドライアイスとなっている二酸化炭素を液化させる。

そして、ヒートポンプ５２Ａ，５２Ｂによる加熱は、得られた液化炭酸の温度が、摂氏マイナス５６．６度以上、摂氏マイナス５０度以下となった時点で停止する。これは、よりロスを少なく、液化炭酸を回収するためである。
液化炭酸の温度が、摂氏マイナス５０度から摂氏１０度程度の範囲となる場合に、よりロスが少ない状態で液化炭酸を回収可能なことを、出願人は実験により確認している。しかし、二酸化炭素の温度が三重点に到達すると、そこから急激に温度が上昇し、ロスが増大するおそれがある。そこで、摂氏マイナス５６．６度以上、摂氏マイナス５０度以下となった時点で加熱を停止することで、液化炭酸の温度を、上記した摂氏マイナス５０度から摂氏１０度程度の範囲とすることが出来る。

ヒートポンプ５２Ａ，５２Ｂによる加熱を停止するタイミングとしては、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂの内部の圧力が５１８ｋＰａ以上、８００ｋＰａ以下となった時点としても良い。この圧力の範囲は、図７における気化線ＶＬ上の、摂氏マイナス５６．６度以上、摂氏マイナス５０度以下に対応するものである。

また、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂから液化炭酸を回収するために、ヒートポンプ５２Ａ，５２Ｂによる加熱を開始するのは、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂの体積に対するドライアイスの体積の比（以下、体積比という）が０．１以上、０．３以下の範囲となるまで、二酸化炭素の昇華（固化）を行った後であることが望ましい。これにより、よりロスが少ない状態で液化炭酸を回収することが可能である。

図８は、液化炭酸の温度が摂氏マイナス５０度で、かつ、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂの内部の圧力が約５３０ｋＰａの条件（以下、回収条件）で液化炭酸を回収するとした場合において、所定の体積比毎に、ドライアイスの質量に対する、回収可能な液化炭酸の質量割合と、気化した二酸化炭素の質量割合（つまり、回収できずにロスとなる二酸化炭素の質量割合）を示した表である。

例えば、体積比を０．１２として、上記回収条件で液化炭酸を回収した場合、回収可能な液化炭酸の質量割合は０．９３８であり、気化した二酸化炭素の質量割合は０．０６２であった。体積比を０．１２から増大させるにつれ、回収可能な液化炭酸の質量割合が増加し、これに伴いロスは低下する。そして、体積比を０．３として、上記回収条件で液化炭酸を回収した場合、回収可能な液化炭酸の質量割合は０．９７９であり、気化した二酸化炭素の質量割合は０．０２１であった。つまり、体積比が０．１以上、０．３以下の範囲となるまで二酸化炭素を昇華（固化）させた後であれば、上記の通りドライアイスの質量のうち、９０％以上を液化炭酸として回収可能である。

なお、出願人は、体積比が０．１より小さいと、回収可能な液化炭酸の質量割合が０．９を下回ることを、実験により確認している。 ０．９を下回ると、その分ロスが増大するため、好ましくない。また、出願人は、体積比が０．３より大きいと、回収可能な液化炭酸の質量割合は飽和状態となることを、実験により確認している。体積比を０．３以上となるまで二酸化炭素の昇華（固化）を行うこととすると、昇華（固化）に要する時間が増大するのみで、回収可能な液化炭酸の質量割合増大せず、二酸化炭素の回収効率が悪くなるため、好ましくない。

以上のようにして、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）において得られた液化炭酸を回収するには、取り出し管５４Ａ（５４Ｂ）の開閉弁１７Ａ（１７Ｂ）を開弁すれば良い。二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）の内部を加熱したことにより、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）の内部の圧力が上昇しているため、開閉弁１７Ａ（１７Ｂ）を開弁することで、液化された二酸化炭素が、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）の内部の圧力に押し出されて、取り出し管５４Ａ（５４Ｂ）から出力される。

（第５の実施形態）
また、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂから液化炭酸を回収する場合には、例えば、図９に示す第５の実施形態に係る二酸化炭素回収装置１Ｃのように、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂに、気液分離器９１Ａ，９１Ｂを接続しても良い。この気液分離器９１Ａ，９１Ｂは、例えば、遠心力又は表面張力等を利用して液体と気体とを分離することが可能な装置である。なお、図９に示す二酸化炭素回収装置１Ｃは、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂに、気液分離器９１Ａ，９１Ｂが接続されていることを除いては、図１に示す二酸化炭素回収装置１Ａと同一の構成を有している。ただし、図９に示す構成はあくまで一例であり、気液分離器９１Ａ，９１Ｂは、二酸化炭素回収装置１Ｂ，５０Ａ，５０Ｂ，１００Ａ，１００Ｂの二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂに接続することも可能である。

二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂに、窒素など摂氏－１６２度（上記した冷熱の温度）でもガス状である気体（以下、一例である窒素を以って説明する）が流入した場合、窒素は、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂから液化炭酸を回収する際の温度・圧力条件においてもガス状であるため、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂの取り出し管５４Ａ（５４Ｂ）から液化炭酸を出力する際に、液化炭酸とともに排出されるおそれがある。そこで、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂに、気液分離器９１Ａ，９１Ｂを接続すれば、取り出し管５４Ａ（５４Ｂ）から気液分離器９１Ａ，９１Ｂに、液化炭酸と窒素とが流入されるため、気液分離器９１Ａ，９１Ｂにおいて、液化炭酸と、窒素とを分離することが可能である。

気液分離器９１Ａ，９１Ｂには、開閉弁９２Ａ，９２Ｂを備えるガス排出管９４Ａ，９４Ｂが接続されており、開閉弁９２Ａ，９２Ｂを開弁することで、ガス排出管９４Ａ，９４Ｂから分離された窒素を排出することが出来る。また、気液分離器９１Ａ，９１Ｂには、開閉弁９３Ａ，９３Ｂを備える液化炭酸排出管９５Ａ，９５Ｂが接続されており、開閉弁９３Ａ，９３Ｂを開弁することで、液化炭酸排出管９５Ａ，９５Ｂから、窒素を分離した後の液化炭酸を取り出すことが出来る。

（第６の実施形態）
さらにまた、二酸化炭素を液体として回収する場合には、図１０に示す第６の実施形態に係る二酸化炭素回収装置１Ｄのように、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂに、固液分離器９６Ａ，９６Ｂを接続しても良い。この固液分離器９６Ａ，９６Ｂは、例えば、沈降法、遠心分離法、圧搾法、濾過法等を利用して液体と固体とを分離することが可能な装置である。なお、図１０に示す二酸化炭素回収装置１Ｄは、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂに、固液分離器９６Ａ，９６Ｂが接続されていることを除いては、図１に示す二酸化炭素回収装置１Ａと同一の構成を有している。ただし、図１０に示す構成はあくまで一例であり、固液分離器９６Ａ，９６Ｂは、二酸化炭素回収装置１Ｂ，５０Ａ，５０Ｂ，１００Ａ，１００Ｂの二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂに接続することも可能である。

二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂにおいて、ドライアイスから液化炭酸を得る過程で水分が混入していると、当該水分は、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂから液化炭酸を回収する際の温度条件においては、固化されて氷となっている。この氷は、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂの取り出し管５４Ａ（５４Ｂ）から液化炭酸を出力する際に、液化炭酸とともに排出されるおそれがある。そこで、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂに、固液分離器９６Ａ，９６Ｂを接続すれば、取り出し管５４Ａ（５４Ｂ）から固液分離器９６Ａ，９６Ｂに、液化炭酸と氷とが流入されるため、固液分離器９６Ａ，９６Ｂにおいて、液化炭酸と、氷とを分離することが可能である。

固液分離器９６Ａ，９６Ｂには、開閉弁９７Ａ，９７Ｂを備える液化炭酸排出管９８Ａ，９８Ｂが接続されており、開閉弁９７Ａ，９７Ｂを開弁することで、液化炭酸排出管９８Ａ，９８Ｂから、氷を分離した後の液化炭酸を取り出すことが出来る。

なお、上記説明においては、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂに対し、気液分離器９１Ａ，９１Ｂまたは固液分離器９６Ａ，９６Ｂを接続した状態を説明しているが、二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂに対して、気液分離器９１Ａ，９１Ｂ、固液分離器９６Ａ，９６Ｂの順に直列に接続しても良い。

（二酸化炭素昇華器の構成について）
上記した二酸化炭素回収装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，５０Ａ，５０Ｂ，１００Ａ，１００Ｂに用いられる二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂは、図１３および図１４に示すような構成を有することとしても良い。なお、図１３と、図１４と、以下の説明においては、単に二酸化炭素昇華器５と表記する。

二酸化炭素昇華器５は、二酸化炭素の昇華（固化）を行うための昇華室５５と、昇華（固化）された二酸化炭素であるドライアイス９０を回収するための回収室５６と、が連結されてなる。

昇華室５５には、移送管Ｌ２１が接続されており、当該移送管Ｌ２１から昇華室５５の内部へ二酸化炭素が導入される。なお、この移送管Ｌ２１は、二酸化炭素回収装置１Ａにおける第２移送管Ｌ１６Ａ，Ｌ１６Ｂ（図１参照）、または、二酸化炭素回収装置１Ｂにおける分岐移送管Ｌ１６１Ａ，Ｌ１６１Ｂ（図２参照）、または、二酸化炭素回収装置５０Ａにおける移送管Ｌ１５Ａ，Ｌ１５Ｂ（図３参照）、または、 二酸化炭素回収装置５０Ｂにおける第２移送管Ｌ１６Ａ，Ｌ１６Ｂ（図４参照）、または、二酸化炭素回収装置１００Ａにおける分岐移送管Ｌ１５１Ａ，Ｌ１５１Ｂ（図５参照）、または、二酸化炭素回収装置１００Ｂにおける第２移送管Ｌ１６Ａ，Ｌ１６Ｂ（図６参照）、または、二酸化炭素回収装置１Ｃにおける第２移送管Ｌ１６Ａ，Ｌ１６Ｂ（図９参照）、または、二酸化炭素回収装置１Ｄにおける第２移送管Ｌ１６Ａ，Ｌ１６Ｂ（図１０参照）に相当するものである。

昇華室５５の内部には、冷媒回路１２に接続された熱交換器５１が配設されている。これにより、昇華室５５の内部を二酸化炭素の昇華（固化）に適した温度に冷却することが出来る。なお、二酸化炭素の昇華（固化）に適した温度とは、上述の通り、被分離ガスとして製鉄工場またはセメント工場からの燃焼排ガスを用いる場合には摂氏約マイナス８５度以下、被分離ガスとして、例えば、発電所からの燃焼排ガスを用いる場合には摂氏約マイナス９６度以下、被分離ガスとして大気を用いる場合には摂氏約マイナス１４０度以下である。また、熱交換器５１の外周面は、昇華室５５の内部で昇華（固化）されたドライアイス９０が付着する付着面５７（付着部の一例）である。

また、付着面５７には、ヒータ５８が接続されている。このヒータ５８は、例えばカートリッジヒータである。ヒータ５８が動作することで、熱交換器５１の付着面５７を局所的に加熱可能となっている。付着面５７を加熱することで、付着面５７に付着しているドライアイス９０の、付着面５７と接触している面を昇華（気化）することができる。これにより、付着面５７からドライアイス９０を落下させることが可能となっている。

昇華室５５は、回収室５６側の端部に第１開口５５２を備えている。さらに昇華室５５は、熱交換器５１と第１開口５５２との間に、第１開口５５２に向かって下り坂を形成するように傾斜部５５１を備えている。

回収室５６は、昇華室５５側の端部に第２開口５６１を備えている。そして、昇華室５５の第１開口５５２と、回収室５６の第２開口５６１とが、遮断装置５９を介して接続されている。遮断装置５９を閉状態とすれば、昇華室５５の内部と回収室５６の内部とが遮断された状態となり（図１３）、遮断装置５９を開状態とすれば、昇華室５５の内部と回収室５６の内部とが連通した状態となる（図１４）。回収室５６は、付着面５７の下方に位置しているため、昇華室５５の内部と回収室５６の内部とが連通した状態となれば、付着面５７から落下するドライアイス９０を受け取ることが可能である。また、回収室５６には、取り出し管５４が接続されている。この取り出し管５４は、上述の取り出し管５４Ａ（５４Ｂ）と同一のものである。

以上のような構成の二酸化炭素昇華器５を用いた場合、以下のように二酸化炭素の回収を行う。

まず、昇華室５５の内部を、熱交換器５１（冷媒回路１２を流れる冷媒）によって、昇華室５５の内部を二酸化炭素の昇華（固化）に適した温度に冷却する。このとき、遮断装置５９を閉状態としておく。そして、昇華室５５の内部が冷却された状態で、移送管Ｌ２１から昇華室５５内に二酸化炭素を導入する。昇華室５５内に導入された二酸化炭素は、昇華（固化）され、図１３に示すように、付着面５７に付着する。

ドライアイス９０が付着面５７に付着している状態で、ヒータ５８を動作させると、付着面５７が加熱され、ドライアイス９０の付着面５７と接触している面が昇華（気化）する。この昇華（気化）により、付着面５７に付着していたドライアイス９０が、重力によって、図１４の矢印Ａ１１に示すように傾斜部５５１に向かって落下する。そして、傾斜部５５１に落下したドライアイス９０は、矢印Ａ１２に示すように、重力によって、傾斜部５５１を第１開口５５２に向かって滑っていく。このとき、遮断装置５９を開状態としておくことで、ドライアイス９０は、第１開口５５２から、第２開口５６１を通り、回収室５６に収容される。回収室５６に収容されたドライアイス９０は、昇華（気化）または液化し、取り出し管５４から回収する。なお、回収室５６の筐体に、回収室５６の内部にアクセス可能な扉等を設け、該扉から固体のまま回収することとしても良い。

付着面５７からドライアイス９０を落下させるためには、ドライアイス９０の付着面５７との接触面を昇華（気化）すれば足りるため、ヒータ５８による加熱は短時間で良い。そのため、二酸化炭素の昇華（固化）に適した温度まで冷却されていた昇華室５５の温度を、ドライアイス９０が気化または液化するまで上昇させる必要がない。つまり、ドライアイス９０回収の際に昇華室５５の温度変動幅を小さくすることが出来るため、昇華室５５に加わる熱衝撃を抑えることが可能である。また、温度変動幅が小さいことで、ドライアイス９０を回収した後、昇華室５５で再び二酸化炭素の昇華（固化）を行うに当たり、昇華室５５を冷却するために要する冷却熱や時間のロスを抑えることが可能である。

なお、上記した二酸化炭素回収装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，５０Ａ，５０Ｂ，１００Ａ，１００Ｂのそれぞれにおいては、２台の二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂを用いている（図１、図２、図３、図４、図５、図６、図９、図１０参照）。これは、一方の二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂにおいて昇華（固化）が完了した二酸化炭素を回収している間に、他方の二酸化炭素昇華器５Ａ，５Ｂにおいて二酸化炭素の昇華（固化）を行うことを可能とするためであり、これにより、二酸化炭素の回収効率を高めることが可能である。

しかし、図１３および図１４に示す二酸化炭素昇華器５を用いることとすれば、必ずしも２台用いる必要はない。なぜならば、上記の通り、二酸化炭素昇華器５は、ドライアイス９０回収の際に昇華室５５の温度変動幅を小さくすることが可能であるため、ドライアイス９０を付着面５７から落下させた後に、短時間で次の昇華（固化）を行うことが可能であり、２台用いなくとも、効率良く二酸化炭素の回収を行うことが出来るからである。

なお、上記した二酸化炭素回収装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，５０Ａ，５０Ｂ，１００Ａ，１００Ｂは単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で様々な改良、変形が可能である。例えば、水蒸気凝縮器４Ａ（４Ｂ）の温度摂氏１度にされることや、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）の二酸化炭素の昇華（固化）に適した温度にされることや、分離装置７０Ａ（７０Ｂ）の圧力が約４ＫＰａに減圧されることは、あくまで例示であり、これらに限定されるものではない。例えば、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）の温度をより低温にすることで、より急速に二酸化炭素のドライアイス化を進めることが可能である。しかし、あまり温度を低下させ過ぎると、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）から二酸化炭素を回収する際に、ドライアイスを昇華（気化）させるのに時間がかかってしまうことや、再生塔３の圧力が下がり過ぎてしまい、吸収液が液体と固体の共存状態となり、二酸化炭素の放散する効率が低下することが考えられ、却って、二酸化炭素の回収効率が低下するおそれがある。よって、二酸化炭素昇華器５Ａ（５Ｂ）の温度は、二酸化炭素の回収効率を見ながら適宜調整される。

１Ａ 二酸化炭素回収装置
６０ 分離装置
５Ａ 二酸化炭素昇華器
５Ｂ 二酸化炭素昇華器
１２Ａ 冷媒回路
１２Ｂ 冷媒回路

Claims (17)

1. 二酸化炭素を含有する被分離ガスから前記二酸化炭素を分離する分離装置を備える二酸化炭素回収装置において、
   前記被分離ガスが供給される上流側から順に、前記分離装置と、前記分離装置において分離された二酸化炭素を昇華（固化）させる二酸化炭素昇華器と、が直列に接続されていること、
   前記二酸化炭素昇華器には、冷熱を有する流体を冷媒とする冷媒回路が接続されており、前記冷媒により、前記二酸化炭素の昇華（固化）が行われること、
   前記二酸化炭素の昇華（固化）が行われることにより前記二酸化炭素昇華器が減圧され、負圧となることで、前記分離装置において分離された前記二酸化炭素の吸引が行われること、
   を特徴とする二酸化炭素回収装置。
2. 請求項１に記載の二酸化炭素回収装置において、
   前記分離装置は、二酸化炭素を含有する被分離ガスと前記二酸化炭素を吸収する吸収液とを気液接触させて、前記吸収液に前記二酸化炭素を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、前記二酸化炭素を水蒸気とともに放散する再生塔と、から構成されること、
   前記再生塔と、前記再生塔において放散された前記水蒸気を凝縮させる水蒸気凝縮器と、前記再生塔において放散された前記二酸化炭素を昇華（固化）させる二酸化炭素昇華器と、が順次直列に接続されていること、
   前記水蒸気凝縮器と、前記二酸化炭素昇華器と、には、冷熱を有する流体を冷媒とする冷媒回路が接続されており、前記冷媒により、前記水蒸気の凝縮および前記二酸化炭素の昇華（固化）が行われること、
   前記水蒸気の凝縮および前記二酸化炭素の昇華（固化）が行われる際に前記水蒸気凝縮器および前記二酸化炭素昇華器が減圧され、負圧となることで、前記再生塔において放散された前記水蒸気および前記二酸化炭素の吸引が行われること、
   を特徴とする二酸化炭素回収装置。
3. 請求項２に記載の二酸化炭素回収装置において、
   前記冷媒回路が、前記二酸化炭素昇華器、前記水蒸気凝縮器、前記吸収塔を通るように接続されており、前記二酸化炭素昇華器、前記水蒸気凝縮器、前記吸収塔の順で前記冷媒が流れること、
   を特徴とする二酸化炭素回収装置。
4. 請求項２に記載の二酸化炭素回収装置において、
   前記再生塔に、直列に接続された前記水蒸気凝縮器と前記二酸化炭素昇華器とにより構成される二酸化炭素回収ラインが、少なくとも２つ、並列に接続されていること、
   を特徴とする二酸化炭素回収装置。
5. 請求項２に記載の二酸化炭素回収装置において、
   前記再生塔に、１台の前記水蒸気凝縮器が接続されており、前記水蒸気凝縮器に、少なくとも２台の前記二酸化炭素昇華器が並列に接続されていること、
   を特徴とする二酸化炭素回収装置。
6. 請求項２に記載の二酸化炭素回収装置において、
   前記再生塔と前記水蒸気凝縮器との間に、減圧弁を備えること、
   を特徴とする二酸化炭素回収装置。
7. 請求項１に記載の二酸化炭素回収装置において、
   前記分離装置は、二酸化炭素を吸着可能な吸着剤を収容しており、前記吸着剤が前記分離装置に供給された前記被分離ガスに含有される二酸化炭素を吸着することで、前記被分離ガスから二酸化炭素を分離すること、
   を特徴とする二酸化炭素回収装置。
8. 請求項１に記載の二酸化炭素回収装置において、
   前記分離装置は、二酸化炭素を選択的に透過する透過膜を備えており、前記透過膜が前記分離装置に供給された前記被分離ガスに含有される二酸化炭素を透過させることで、前記被分離ガスから二酸化炭素を分離すること、
   前記二酸化炭素昇華器は、前記分離装置の前記透過膜の透過側に接続されていること、
   を特徴とする二酸化炭素回収装置。
9. 請求項７または８に記載の二酸化炭素回収装置において、
   前記分離装置は、前記二酸化炭素とともに水蒸気を放散すること、
   前記水蒸気を凝縮させる水蒸気凝縮器を備えること、
   前記被分離ガスが供給される上流側から順に、
   前記分離装置と、前記水蒸気凝縮器と、前記二酸化炭素昇華器と、が直列に接続されていること、
   前記冷媒回路は、前記水蒸気凝縮器と、前記二酸化炭素昇華器と、に接続されており、前記冷媒により、前記水蒸気の凝縮および前記二酸化炭素の昇華（固化）が行われること、
   を特徴とする二酸化炭素回収装置。
10. 請求項１に記載の二酸化炭素回収装置において、
    前記被分離ガスが、製鉄工場またはセメント工場からの燃焼排ガスであること、
    前記二酸化炭素昇華器は、前記冷媒により摂氏マイナス８５度以下に冷却されること、二酸化炭素回収装置。
11. 請求項１に記載の二酸化炭素回収装置において、
    前記被分離ガスが、発電所からの燃焼排ガスであること、
    前記二酸化炭素昇華器は、前記冷媒により摂氏マイナス９６度以下に冷却されること、
    を特徴とする二酸化炭素回収装置。
12. 請求項１に記載の二酸化炭素回収装置において、
    前記被分離ガスが大気であること、
    前記二酸化炭素昇華器は、前記冷媒により摂氏マイナス１４０度以下に冷却されること、
    を特徴とする二酸化炭素回収装置。
13. 請求項１に記載の二酸化炭素回収装置において、
    前記二酸化炭素昇華器は、加熱媒体を備えること、
    前記二酸化炭素昇華器の内部を、二酸化炭素の三重点以上の温度とされた前記加熱媒体により加熱することで、二酸化炭素を液化して回収すること、
    前記加熱媒体による加熱は、液化した二酸化炭素の温度が、摂氏マイナス５６．６度以上、摂氏マイナス５０度以下となった時点、または、前記二酸化炭素昇華器の内部の圧力が５１８ｋＰａ以上、８００ｋＰａ以下となった時点で、停止すること、
    を特徴とする二酸化炭素回収装置。
14. 請求項１３に記載の二酸化炭素回収装置において、
    前記二酸化炭素昇華器は、前記二酸化炭素昇華器の体積に対する昇華（固化）された二酸化炭素の体積の比が０．１以上、０．３以下の範囲となるまで、二酸化炭素の昇華（固化）を行うこと、
    を特徴とする二酸化炭素回収装置。
15. 請求項１３に記載の二酸化炭素回収装置において、
    前記二酸化炭素昇華器には、気液分離器が接続されており、前記気液分離器を介して前記二酸化炭素昇華器から二酸化炭素を回収すること、
    を特徴とする二酸化炭素回収装置。
16. 請求項１３に記載の二酸化炭素回収装置において、
    前記二酸化炭素昇華器には、固液分離器が接続されており、前記固液分離器を介して前記二酸化炭素昇華器から二酸化炭素を回収すること、
    を特徴とする二酸化炭素回収装置。
17. 請求項１に記載の二酸化炭素回収装置において、
    前記二酸化炭素昇華器は、昇華（固化）を行うための昇華室と、昇華（固化）された二酸化炭素であるドライアイスを回収するための回収室と、からなること、
    前記昇華室は、内部に、前記冷媒により冷却され、前記ドライアイスが付着する付着部を備えること、
    前記付着部には、前記付着部を加熱可能なヒータが接続されており、前記ヒータが動作することで、前記付着部に付着したドライアイスが落下すること、
    前記回収室は、前記付着部の下方に位置し、前記付着部から落下したドライアイスを受け取ること、
    を特徴とする二酸化炭素回収装置。

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