JP7453890B2 - 再生装置、ガス処理装置、再生方法及びガス処理方法 - Google Patents

再生装置、ガス処理装置、再生方法及びガス処理方法 Download PDF

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Description

本発明は、再生装置、ガス処理装置、再生方法及びガス処理方法に関する。
従来、酸性化合物を含む被処理ガスを処理液と接触させることにより、当該酸性化合物を分離する技術が知られている。この種の技術として、例えば非特許文献１に記載されているように、酸性化合物の含有率が高い第１相部分（例えばアミン相）と酸性化合物の含有率が低い第２相部分（例えばエーテル相）とに液相分離する処理液を用いることが知られている。
非特許文献２に記載されたガス処理装置は、被処理ガス中の酸性化合物を処理液に吸収させる吸収器と、加熱によって処理液から酸性化合物を脱離させる再生器と、吸収器から再生器に処理液を導入させると共に再生器から吸収器に処理液を還流させる循環路と、を備えている。この装置では、吸収器内で相分離した処理液の第１相部分と第２相部分の２液に分離せずに再生器へと供給する。このように、相分離液を２液に分離せずに再生器へ供給することによって第１相部分と第２相部分との接触面積が増大し、それにより処理液の再生（酸性化合物の放散）が促進される。
第１相部分（例えばアミン相）と第２相部分（例えばエーテル相）との接触面積の増大による処理液の再生促進は、第２相部分による再生済みアミンの抽出作用により以下の通り説明される。相分離液においては、酸性化合物は第１相部分に多く存在する。具体的には、酸性化合物がＣＯ２であり、処理液が１級アミンである場合には、ＲＮＨ３ ＋＋ＲＮＨＣＯＯ－、等の形態で酸性化合物が第１相部分内に存在する。
これらが加熱されると、ＲＮＨ３ ＋＋ＲＮＨＣＯＯ－ → ２ＲＮＨ２＋ＣＯ２、等の反応により、再生済みアミン（ＲＮＨ２）とＣＯ２に乖離し、処理液の再生が達成される。この際、再生済みアミンが第２相部分に抽出される。これにより、第１相部分内での乖離反応は、上記反応式において右に進行し易くなり、ＣＯ２が容易に放散される。このような第２相部分による再生済みアミンの抽出作用は、第１相部分と第２相部分との間の液液界面で進行するため、これらの接触面積を増大させることによってＣＯ２の放散が促進される。
Ｈｉｒｏｓｈｉ Ｍａｃｈｉｄａ ｅｔ ａｌ．，"Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｐｈａｓｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｓｏｌｖｅｎｔ ｆｏｒ ＣＯ２ ｃａｐｔｕｒｅ ｂｙ ａｑｕｅｏｕｓ（ａｍｉｎｅ＋ｅｔｈｅｒ） ｓｏｌｕｔｉｏｎ"，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓ，（米），Ｅｌｓｅｖｉｅｒ Ｌｔｄ．，２０１７，Ｖｏｌ．１１３，ｐ．６４－７０ Ｈｉｒｏｓｈｉ Ｍａｃｈｉｄａ ｅｔ ａｌ．，"Ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｗｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ ＣＯ２ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ－ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ｐｈａｓｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ＣＯ２ ｃａｐｔｕｒｅ ｓｏｌｖｅｎｔ"，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ Ｇａｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ，（米），Ｅｌｓｅｖｉｅｒ Ｌｔｄ．，２０１８，Ｖｏｌ．７５，ｐ．１－７
非特許文献２では、相分離した処理液を２液に分離せずに再生器へ供給することにより第１相部分と第２相部分との接触界面を増大させ、酸性化合物の放散を促進することができる。しかし、同文献では、再生後の処理液を再生器から吸収器に還流する際に、再生前の相分離状態の処理液が混ざる可能性があり、この点で改善の余地がある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、酸性化合物の放散を促進させると共に、再生後の処理液の選択的な抜き出しを可能とする再生装置及び再生方法、当該再生装置を備えたガス処理装置並びに当該再生方法が実施されるガス処理方法を提供することである。
本発明の一局面に係る再生装置は、吸収装置及び再生装置間で処理液を循環させるガス処理装置に用いられ、前記吸収装置における酸性化合物の吸収により相分離した状態の前記処理液であって両液相部分の体積流量比が調整された処理液が導入され、導入された処理液を加熱することにより、前記酸性化合物を放出させて前記処理液を再生する装置である。この再生装置は、前記処理液を収容する容器と、前記容器内の空間を、前記相分離した状態の処理液が供給されると共に前記処理液を加熱する加熱部が配置された加熱領域と、前記加熱領域の側方に位置し、加熱によりガス状の前記酸性化合物を放出した前記処理液及び相分離した状態の処理液が静置される静置領域と、を含む第１空間と、前記酸性化合物を放出した前記処理液を排出する第２空間と、に仕切る第１壁部と、を備えている。前記相分離した処理液は、第１液相部分と、前記第１液相部分に比べて酸性化合物の含有率が低く且つ前記第１液相部分よりも比重の小さい第２液相部分とを含む。前記酸性化合物を放出した処理液は、前記静置領域において前記第１液相部分と前記第２液相部分との間に位置する。前記第１壁部には、前記静置領域にある前記処理液のうちガス状の前記酸性化合物を放出した前記処理液を前記第２空間に流入させる位置に開口が形成されている。
この再生装置では、相分離状態の処理液を加熱することにより酸性化合物を放出させ、当該処理液を再生することができる。この再生処理中に、処理液から放出される酸性化合物により当該処理液が撹拌混合されるため、処理液の第１液相部分と第２液相部分との接触界面が増大する。これにより、処理液からの酸性化合物の放出が促進されるため、被処理ガスからの酸性化合物の除去が達成される。また本装置では、酸性化合物を放出した再生後の処理液を静置した後、第１壁部の開口を通じて第２空間に流入させることができる。これにより、再生後の処理液を再生前の処理液から容易に分離することができ、再生後の処理液を選択的に抜き出すことが可能になる。
上記再生装置において、前記第１壁部は、前記容器の底部に対して立設されていてもよい。前記開口は、前記第１壁部のうち高さ方向の中央部又は前記中央部よりも前記底部側の部位に形成されていてもよい。
この構成によれば、第１壁部の開口の高さ位置が再生後の処理液の高さ位置に近くなるため、再生後の処理液を第２空間に容易に流入させることができる。
上記再生装置において、前記開口は、前記第１壁部のうち前記高さ方向の最下部に形成されていてもよい。
容器内の第１空間では、多くの場合、再生前の処理液の各液相が存在するが、当該容器への処理液の供給量が著しく少ない場合には、明確な２相の液液界面が形成されないこともある。上記構成によれば、このような場合にも、再生後の処理液を第２空間に容易に流入させることができる。
上記再生装置において、前記第１壁部は、前記容器の底部に対して立設されていてもよい。前記開口は、前記第１壁部のうち高さ方向の中央部又は前記中央部よりも上端側の部位に形成されていてもよい。
この構成によれば、処理液の組成や液面高さによって再生後の処理液が第１壁部の高さ方向の中央部又はそれよりも上端側に位置する場合でも、再生後の処理液を第２空間に容易に流入させることができる。
上記再生装置は、前記処理液を前記加熱領域に供給する処理液供給部をさらに備えていてもよい。前記処理液供給部は、前記容器の底部側又は天井部側に配置されていてもよい。
この構成によれば、容器に貯まった処理液を有効に撹拌混合することが可能になる。具体的に、処理液供給部が容器の底部側に配置される場合には、液相の内部から処理液を供給するときの流動作用によって当該処理液を撹拌混合し、第１液相部分と第２液相部分との接触界面を増大させることができる。一方、処理液供給部が容器の天井部側に配置される場合には、液面に向かって処理液を供給するときの作用により、当該処理液を撹拌混合することができる。
上記再生装置において、前記加熱部は、前記処理液と熱交換する加熱用媒体が流れると共に前記加熱領域に配置された伝熱管を含んでいてもよい。前記処理液供給部には、前記伝熱管に向かって前記処理液を供給する供給口が設けられていてもよい。
この構成によれば、加熱用媒体から処理液への伝熱が起こり易くなり、処理液の再生を促進することが可能になる。
上記再生装置は、前記容器内の空間において前記第２空間と第３空間とを仕切る第２壁部をさらに備えていてもよい。前記第２壁部は、前記容器の底部に対して立設されると共に、前記第２空間から前記第３空間に液を溢れさせる上端を含んでいてもよい。
この構成によれば、再生前の処理液（相分離液）のうち比重が小さい方の液相部分が第２空間に流入した場合でも、当該液相部分を第３空間に溢れさせることにより再生後の処理液から容易に分離することができる。
上記再生装置は、前記第３空間から前記第１空間に液を還流させるための還流路をさらに備えていてもよい。
この構成によれば、第３空間に溢れた液相部分を、還流路を通じて第１空間に戻すことにより、再生前の処理液（相分離液）における各液相部分の比率が変動するのを抑制することができる。
本発明の他の局面に係るガス処理装置は、被処理ガスを処理液に接触させることにより、前記被処理ガスに含まれる酸性化合物を前記処理液に吸収させる吸収装置と、上記再生装置と、を備えている。
本発明のさらに他の局面に係る再生方法は、吸収装置及び再生装置間で処理液を循環させるガス処理装置における前記再生装置での処理液の再生方法であって、前記吸収装置における酸性化合物の吸収により相分離した状態の処理液であって両液相部分の体積流量比が調整された処理液を、前記再生装置の容器内の第１空間に供給することと、前記第１空間に供給された前記処理液を前記第１空間内の加熱領域において加熱することにより、前記処理液から前記酸性化合物を放出させることと、前記酸性化合物を放出した前記処理液及び相分離した状態の処理液を、前記第１空間内における前記加熱領域の側方に位置する静置領域において静置した後、前記第１空間と第２空間とを仕切る壁部に形成された開口を通じて、前記酸性化合物を放出した前記処理液を前記第１空間から前記第２空間に流入させることと、を含む。前記相分離した処理液は、第１液相部分と、前記第１液相部分に比べて酸性化合物の含有率が低く且つ前記第１液相部分よりも比重の小さい第２液相部分とを含む。前記酸性化合物を放出した処理液は、前記静置領域において前記第１液相部分と前記第２液相部分との間に位置する。
この方法によれば、加熱によって処理液から放出される酸性化合物により当該処理液を撹拌混合し、第１液相部分と第２液相部分との接触界面を増大させることにより、酸性化合物の放散を促進することができる。また酸性化合物を放出した処理液を第１空間において静置した後、壁部の開口を通じて第１空間から第２空間に流入させることにより、再生後の処理液を再生前の処理液から容易に分離し、再生後の処理液を選択的に抜き出すことが可能になる。
本発明のさらに他の局面に係るガス処理方法は、吸収装置及び再生装置間で処理液を循環させるガス処理装置におけるガス処理方法であって、吸収装置において酸性化合物を含む被処理ガスを処理液に接触させることにより、前記酸性化合物を前記処理液に吸収させて前記処理液を相分離させることと、相分離した前記処理液を両液相部分の体積流量比を調整した上で前記吸収装置から再生装置に送ることと、前記再生装置において上記再生方法を実施し、酸性化合物を放出した前記処理液を前記再生装置から抜き出して前記吸収装置に還流することと、を含む。
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、酸性化合物の放散を促進させると共に、再生後の処理液の選択的な抜き出しを可能とする再生装置及び再生方法、当該再生装置を備えたガス処理装置並びに当該再生方法が実施されるガス処理方法を提供することができる。
本発明の実施形態１に係るガス処理装置の構成を模式的に示す図である。 本発明の実施形態１における吸収装置の構成を模式的に示す図である。 本発明の実施形態１に係る再生装置の構成を模式的に示す図である。 本発明の実施形態２に係る再生装置の構成を模式的に示す図である。 本発明の実施形態３に係る再生装置の構成を模式的に示す図である。 本発明の実施形態４に係る再生装置の構成を模式的に示す図である。 本発明のその他実施形態における吸収装置の構成を模式的に示す図である。 本発明のその他実施形態における吸収装置の構成を模式的に示す図である。 本発明のその他実施形態に係る再生装置の構成を説明するための模式図である。 本発明のその他実施形態に係る再生装置の構成を説明するための模式図である。 本発明のその他実施形態に係る再生装置の構成を説明するための模式図である。 本発明のその他実施形態に係る再生装置の構成を説明するための模式図である。 本発明のその他実施形態に係る再生装置の構成を説明するための模式図である。
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態に係る再生装置、ガス処理装置、再生方法及びガス処理方法を詳細に説明する。
（実施形態１）
＜ガス処理装置＞
まず、本発明の実施形態１に係るガス処理装置１を、図１に基づいて説明する。ガス処理装置１は、例えばＣＯ２含有ガス等の被処理ガスと処理液Ｌ１とを接触させることにより、当該被処理ガスに含まれる酸性化合物を分離する装置である。はじめに、ガス処理装置１で用いられる処理液Ｌ１について詳細に説明する。
処理液Ｌ１は、ＣＯ２等の酸性化合物を可逆的に吸収放出することが可能な液であり、酸性化合物の吸収により単一相の状態から二相分離の状態に変化すると共に、酸性化合物の放出により二相分離の状態から単一相の状態に戻る。処理液Ｌ１は、例えば、水、アミン化合物、及び有機溶剤を含むアルカリ性の吸収液である。一例として、アミン化合物は３０ｗｔ％、有機溶剤は６０ｗｔ％、水は１０ｗｔ％であることが望ましい。
アミン化合物としては、例えば、２－アミノエタノール（ＭＥＡ）、２－（２－アミノエトキシ）エタノール（ＡＥＥ）、等の１級アミン、例えば２－（メチルアミノ）エタノール（ＭＡＥ）、２－（エチルアミノ）エタノール（ＥＡＥ）、２－（ブチルアミノ）エタノール（ＢＡＥ）等の２級アミン、又は、例えばトリエタノールアミン（ＴＥＡ）、Ｎ－メチルジエタノールアミン（ＭＤＥＡ）、テトラメチルエチレンジアミン（ＴＥＭＥＤ）、ペンタメチルジエチレントリアミン（ＰＭＤＥＴＡ）、ヘキサメチルトリエチレンテトラミン、ビス（２－ジメチルアミノエチル）エーテル等の３級アミン等が挙げられる。
有機溶剤としては、例えば１－ブタノール、１－ペンタノール、オクタノール、ジエチレングリコールジエチルエーテル（ＤＥＧＤＥＥ）、又は、ジエチレングリコールジメチルエーテル（ＤＥＧＤＭＥ）等が挙げられ、これらのうち複数種が混合して用いられてもよい。
非特許文献１によると、アミン化合物及び有機化合物の組合せを選択すると、酸性化合物の吸収により酸性化合物の含有率が高い相と酸性化合物の含有率が低い相とに二相分離する吸収液となる。
次に、ガス処理装置１の構成を説明する。図１に示すように、ガス処理装置１は、吸収装置１０と、再生装置２０と、循環路３０と、熱交換器４０と、ヒートポンプ６０とを主に備える。
吸収装置１０は、被処理ガスを処理液Ｌ１に接触させることにより、当該被処理ガスに含まれる酸性化合物（例えばＣＯ２）を処理液Ｌ１に吸収させる。吸収装置１０における酸性化合物の吸収は、発熱反応である。
図１に示すように、吸収装置１０には、被処理ガスを供給するガス供給路１１と、処理後のガスを排出するガス排出路１２と、ＣＯ２を吸収した処理液Ｌ１を再生装置２０に送るための第１流路３１と、ＣＯ２を放出した再生後の処理液Ｌ１を再生装置２０から吸収装置１０に戻すための第２流路３２とが接続されている。第１流路３１と第２流路３２とによって循環路３０が構成されている。
ガス供給路１１は吸収装置１０の底部に接続されており、ガス排出路１２は吸収装置１０の上部に接続されている。第１流路３１は上流端側が２本の流路に分岐しており（第１分岐路３１Ａ、第２分岐路３１Ｂ）、各分岐路が吸収装置１０の底部に接続されている。また各分岐路には、送液ポンプ５３，３３が設置されている。第２流路３２の下流端は、吸収装置１０の上部に接続されている。第２流路３２にも送液ポンプ５１が設置されている。吸収装置１０の内部構成は後に詳述する。
再生装置２０は、酸性化合物の吸収により相分離した状態の処理液Ｌ１を加熱することにより、当該酸性化合物を放出させて処理液Ｌ１を再生する装置である。処理液Ｌ１からの酸性化合物の放出は、吸熱反応である。再生装置２０では、処理液Ｌ１が加熱されると、酸性化合物が放出されるだけでなく、処理液Ｌ１に含まれる水の一部が蒸発する。
図１に示すように、再生装置２０には、第１流路３１の下流端と第２流路３２の上流端とが接続されている。第１流路３１は再生装置２０の底部に接続されており、吸収装置１０から導出された処理液Ｌ１を再生装置２０内に導入させる。第２流路３２も再生装置２０の底部に接続されており、再生装置２０から処理液Ｌ１を導出させる。
再生装置２０には、供給路２１が接続されている。供給路２１は、再生装置２０内で得られた酸性化合物（例えばＣＯ２）を供給先に送る。供給路２１には、酸性化合物のガスと水蒸気との混合気体を冷却するコンデンサ２２が設けられている。混合気体が冷却されると、水蒸気が凝縮するので、水蒸気を酸性化合物のガスから分離することができる。分離された水蒸気は、還流路２４を通じて再生装置２０に還流される。コンデンサ２２としては、川水等の安価な冷却水を用いた熱交換器を用いることができる。再生装置２０の内部構成は後に詳述する。
熱交換器４０は、第１流路３１及び第２流路３２に接続され、第１流路３１を流れる処理液Ｌ１と第２流路３２を流れる処理液Ｌ１との間で熱交換させる。熱交換器４０は、例えばプレート熱交換器等によって構成されるが、温度差が比較的小さい流体間での熱交換が可能なマイクロチャネル熱交換器によって構成され得る。これにより、エネルギー効率が向上する。
ヒートポンプ６０は、吸収装置１０で生じる反応熱を再生装置２０に輸送する熱輸送手段である。図１に示すように、ヒートポンプ６０は、冷媒が封入された閉ループ状の循環流路６５と、当該循環流路６５にそれぞれ設けられた圧縮機６２、蒸発器６１、膨張機構６４及び凝縮器６３と、を備える。
蒸発器６１は、伝熱管を含み、吸収装置１０内に配置されている。吸収装置１０内では、処理液Ｌ１がＣＯ２を吸収する発熱反応が起こっている。蒸発器６１内を流れる液状の冷媒は、この熱によって加熱されて蒸発する。
ガス状の冷媒は、圧縮機６２によって圧縮された後、凝縮器６３内に流入する。凝縮器６３は、伝熱管を含み、再生装置２０内に配置されている。再生装置２０内では、処理液Ｌ１からＣＯ２が放出される吸熱反応が起こっている。凝縮器６３内を流れるガス状の冷媒は、この吸熱反応により凝縮する。凝縮した液状の冷媒は、膨張機構６４によって膨張し、蒸発器６１に流れ込む。このように、冷媒の循環によって、吸収装置１０の反応熱が再生装置２０に輸送される。
＜吸収装置＞
次に、吸収装置１０の構成を、図２に基づいてより詳細に説明する。なお、以下では、便宜上、上下は鉛直方向を意味し、横は水平方向を意味する。図２に示すように、吸収装置１０は、横長のタンクである容器１３と、第１壁部１８と、第２壁部１９と、ガス供給部１７と、処理液供給部１４とを含む。
容器１３内には、蒸発器６１の伝熱管を固定する管板１５が設けられている。この伝熱管は、横長のＵ字形状からなり、両端部が管板１５にそれぞれ固定されている。管板１５によって、容器１３内の空間は、ヒートポンプ６０の冷媒が出入するための出入空間Ｓ８と、処理液Ｌ１が貯まる貯留空間Ｓ９とに仕切られている。蒸発器６１の伝熱管は、貯留空間Ｓ９に配置されている。
なお、上述の通り横置きのタンク（例えばケトル型等）を容器１３として用いることにより、伝熱面積を広げるために蒸発器６１の伝熱管をより長くしようとする場合にも、容器１３の横サイズを大きくすることによって対応可能となる。容器１３が縦長の場合には、高さの制約等によって伝熱面積を一定以上広げるのが困難な場合もあるが、横長のタンクを用いる場合にはこのような制約がない。したがって、伝熱面積を自由に設定し、必要な伝熱面積を確保することが可能である。
出入空間Ｓ８は、仕切り板１６によって入口空間Ｓ１と出口空間Ｓ２とに仕切られている。循環流路６５から入口空間Ｓ１に流入した液状の冷媒は、一端側の開口から蒸発器６１の伝熱管内に流入し、当該一端から他端に向かって流れる。このとき、液状の冷媒は、酸性化合物の吸収反応の熱を受けて蒸発する。その後、ガス状の冷媒が、出口空間Ｓ２を通過して循環流路６５に流出する。
第１壁部１８は、貯留空間Ｓ９のうち第１空間Ｓ３と第２空間Ｓ４とを互いに仕切るものであり、容器１３の底部に対して立設されている。図２に示すように、蒸発器６１、ガス供給部１７及び処理液供給部１４は、第１空間Ｓ３にそれぞれ配置されている。本実施形態では、第１壁部１８のうち高さ方向の中央部又はそれよりも下側に、具体的には最下部に、液が流通可能な開口Ｇ１が形成されている。
第２壁部１９は、貯留空間Ｓ９のうち第２空間Ｓ４と第３空間Ｓ５とを互いに仕切るものであり、容器１３の底部に対して立設されている。第２壁部１９は、第１壁部１８から見て管板１５と反対側に位置し、当該第１壁部１８との間に間隔（第２空間Ｓ４）を空けて設けられている。第２壁部１９は、第１壁部１８と略平行であり、その上端は第１壁部１８の上端よりも下側（容器１３の底部側）に位置する。
容器１３の底部のうち第２空間Ｓ４に面する部位には第１流出口２５が設けられており、当該底部のうち第３空間Ｓ５に面する部位には第２流出口２６が設けられている。第１分岐路３１Ａの一端は第１流出口２５に接続されており、第２分岐路３１Ｂの一端は第２流出口２６に接続されている。
ガス供給部１７は、酸性化合物を含む被処理ガスを容器１３内（第１空間Ｓ３）に供給するためのノズルであり、容器１３の底部に配置されている。より具体的には、ガス供給部１７は、蒸発器６１の伝熱管よりも下側に位置すると共に、ガス噴出口を上側に向けた状態で配置されている。本実施形態では、ガス供給部１７は容器１３の底部に沿って間隔を空けて複数配置されており、ガス供給路１１の下流端が分岐して各ガス供給部１７に接続されている。
このガス噴出口は、処理液Ｌ１の液面よりも下側に位置する。これにより、噴出後のガスが気泡となって処理液Ｌ１内を浮上し、その作用によって処理液Ｌ１が撹拌される。その結果、処理液Ｌ１からヒートポンプ６０の冷媒（蒸発器６１の伝熱管内を流れる冷媒）への伝熱を促進すると共に、被処理ガスと処理液Ｌ１との気液接触を改善して酸性化合物の吸収を促進することもできる。またガス噴出口を蒸発器６１の伝熱管側に向けることにより、処理液Ｌ１から前記冷媒への伝熱がさらに促進される。
処理液供給部１４は、再生装置２０（図１）から還流された処理液Ｌ１を、容器１３内（第１空間Ｓ３）に供給するためのものである。処理液供給部１４には、第２流路３２の下流端が接続されている。図２に示すように、処理液供給部１４は、横方向に延びると共に、複数の液供給口が横方向に間隔を空けて設けられている。処理液供給部１４は、蒸発器６１の伝熱管よりも上側（処理液Ｌ１の液面よりも上側）において、液供給口を下側に向けた状態で配置されている。
＜再生装置＞
次に、再生装置２０の構成を、図３に基づいて詳細に説明する。図３に示すように、再生装置２０は、横長のタンクである容器３５と、第１壁部３９と、処理液供給部３８とを備える。
容器３５は、吸収装置１０（図２）から送られる処理液Ｌ１を収容するものである。なお、本実施形態において容器３５が横置きタンク（例えばケトル型等）である理由は、吸収装置１０の場合と同様に、処理液Ｌ１とヒートポンプ６０の冷媒との熱交換に寄与する伝熱面積の設定自由度を考慮したためである。
第１壁部３９は、容器３５内の空間を第１空間Ｓ１２と第２空間Ｓ１３とに仕切るものであり、容器３５の底部に対して立設されている。第１空間Ｓ１２は、処理液Ｌ１が供給されると共に当該処理液Ｌ１を加熱する加熱部（凝縮器６３）が配置された加熱領域Ｒ１と、加熱により酸性化合物を放出した処理液Ｌ１が静置される静置領域Ｒ２とを含む。第２空間Ｓ１３は、酸性化合物を放出した処理液Ｌ１を排出するための空間であり、処理液Ｌ１の流出口４２が設けられている。
容器３５内には、凝縮器６３の伝熱管を固定する管板３６が設けられている。この伝熱管は、処理液Ｌ１と熱交換する冷媒（加熱用媒体）が流れるものであり、横長のＵ字形状からなると共に両端部が管板３６にそれぞれ固定されている。この管板３６によって、ヒートポンプ６０の冷媒が出入するための出入空間Ｓ１０が、第１空間Ｓ１２に対して仕切られている。加熱領域Ｒ１は第１空間Ｓ１２のうち凝縮器６３の伝熱管が配置された領域であり、静置領域Ｒ２は第１空間Ｓ１２のうち当該伝熱管が配置されていない領域（当該伝熱管のＵ字底部と第１壁部３９との間の領域）である。
出入空間Ｓ１０は、仕切り板３７によって入口空間Ｓ６と出口空間Ｓ７とに仕切られている。循環流路６５から入口空間Ｓ６に流入したガス状の冷媒は、一端側の開口から凝縮器６３の伝熱管内に流入し、当該一端から他端に向かって流れる。このとき、処理液Ｌ１が冷媒から熱を受けることにより当該処理液Ｌ１から酸性化合物が放出され、冷媒が凝縮する。その後、液状の冷媒が出口空間Ｓ７を通過して循環流路６５に流出する。
処理液供給部３８は、吸収装置１０から送られる再生前の処理液Ｌ１を加熱領域Ｒ１に供給するノズルであり、第１流路３１の下流端が接続されている。本実施形態における処理液供給部３８は、容器３５の底部側に配置されている。より具体的には、処理液供給部３８は、凝縮器６３よりも下側において容器３５の底面に沿って延びると共に、複数の供給口（ノズル噴出口）が互いに間隔を空けて設けられている。各供給口は上側（凝縮器６３側）を向いており、当該供給口から凝縮器６３の伝熱管に向かって処理液Ｌ１が供給される。
第１壁部３９には、静置領域Ｒ２にある処理液Ｌ１を第２空間Ｓ１３に流入させる開口３９Ａが形成されている。図３に示すように、開口３９Ａは、高さ方向において少なくとも一部が凝縮器６３の伝熱管と重なるように、第１壁部３９のうち高さ方向の中央部又は当該中央部よりも容器３５の底部側の部位に形成されている。この開口３９Ａを設けることにより、以下に説明する通り、再生装置２０内において、再生後の処理液Ｌ１を再生前の処理液Ｌ１から容易に分離することができる。
＜ガス処理方法、再生方法＞
次に、本実施形態に係るガス処理方法及び再生方法を説明する。本方法では、以下のプロセスにより、被処理ガスに含まれる酸性化合物（例えばＣＯ２）を処理液Ｌ１に吸収させると共に、加熱によって当該処理液Ｌ１から酸性化合物を放出させる。
まず、吸収装置１０において酸性化合物を含む被処理ガスを処理液Ｌ１に接触させることにより、当該酸性化合物を処理液Ｌ１に吸収させて処理液Ｌ１を相分離させる。具体的には、吸収装置１０の貯留空間Ｓ９に処理液Ｌ１が貯留された状態において、被処理ガスがガス供給部１７から第１空間Ｓ３に供給される。
これにより、気泡状の被処理ガスと処理液Ｌ１とが接触し、酸性化合物が処理液Ｌ１に吸収される。具体的には、酸性化合物がＣＯ２であり、処理液Ｌ１が１級アミンを含む場合には、２ＲＮＨ２＋ＣＯ２ → ＲＮＨ３ ＋＋ＲＮＨＣＯＯ－、等の反応式の通りＣＯ２の吸収反応が起こる。なお、被処理ガスには、ＣＯ２等の酸性化合物の他に窒素等のその他のガス成分も含まれているため、酸性化合物の吸収が進んでも気泡状の被処理ガスによる処理液Ｌ１の撹拌効果は維持される。
これにより、処理液Ｌ１は、第１空間Ｓ３において、酸性化合物の含有率が高い第１液相部分（例えばアミン相）と酸性化合物の含有率が低い第２液相部分（例えばエーテル相）とに分離する。本実施形態では、第１液相部分、第２液相部分の順に比重が小さくなる。
比重が小さい第２液相部分は、第１壁部１８の上端から溢れて第２空間Ｓ４に流入し、比重が大きい第１液相部分は、第１壁部１８の開口Ｇ１を通過して第２空間Ｓ４に流入する。さらに第２液相部分は、第２壁部１９の上端から溢れて第３空間Ｓ５に流入する。
このようにして、容器１３内において処理液Ｌ１の第１液相部分と第２液相部分とを分離することができる。そして、第１液相部分は、第１流出口２５から第１分岐路３１Ａに流出し、第２液相部分は、第２流出口２６から第２分岐路３１Ｂに流出する。これにより、再生装置２０に送られる処理液Ｌ１における両液相部分の体積流量比を一定に維持することができる。
次に、相分離した処理液Ｌ１を、吸収装置１０から再生装置２０に送る。具体的には、送液ポンプ５３，３３によって第１及び第２液相部分が再生装置２０に送液される。このとき、第１流路３１の途中（第１分岐路３１Ａと第２分岐路３１Ｂの合流点）で両液相部分が混ざり、二相流の状態となって再生装置２０に流入する。また再生前の処理液Ｌ１は、再生装置２０に流入する前に、熱交換器４０において再生後の処理液Ｌ１との熱交換により加熱される。
次に、再生装置２０において処理液Ｌ１を加熱し、加熱によって酸性化合物を放出した処理液Ｌ１を再生装置２０から抜き出して吸収装置１０に還流する。この再生ステップでは、以下説明する本実施形態に係る再生方法が実施される。
本再生方法では、まず、酸性化合物の吸収により相分離した処理液Ｌ１を、容器３５内の第１空間Ｓ１２に供給する。具体的には、二相流の状態となった処理液Ｌ１を、処理液供給部３８のノズル噴出口から加熱領域Ｒ１に噴出する。
次に、加熱領域Ｒ１に供給された処理液Ｌ１を、凝縮器６３内を流れる冷媒との熱交換を介して加熱することにより、処理液Ｌ１から酸性化合物を放出させる。これにより、酸性化合物を放出した処理液Ｌ１が、第１液相部分（例えばアミン相）と第２液相部分（例えばエーテル相）との間に形成される。このとき、加熱領域Ｒ１では、放出された酸性化合物の気泡や処理液Ｌ１の噴流によって処理液Ｌ１が撹拌されるのに対し、静置領域Ｒ２では撹拌は起こり難い。
次に、酸性化合物を放出した処理液Ｌ１が、静置領域Ｒ２において静置される。これにより、再生後の処理液Ｌ１の高さ位置が安定し、開口３９Ａの高さ位置と略一致する。そして、再生後の処理液Ｌ１が、開口３９Ａを通じて、第１空間Ｓ１２（静置領域Ｒ２）から第２空間Ｓ１３に流入する。その後、再生後の処理液Ｌ１は、流出口４２から再生装置２０の外に流出し、第２流路３２を介して吸収装置１０に還流される。
以上の通り、本実施形態では、再生装置２０において相分離状態の処理液Ｌ１を加熱することにより酸性化合物を放出させ、処理液Ｌ１を再生することができる。この再生処理中に、処理液Ｌ１から放出されるガス状の酸性化合物（例えばＣＯ２）により処理液Ｌ１が撹拌混合されるため、第１液相部分（例えばアミン相）と第２液相部分（例えばエーテル相）との接触界面が増大し、酸性化合物の放散を促進することができる。また本実施形態では、酸性化合物を放出した再生後の処理液Ｌ１を静置領域Ｒ２において静置した後、第１壁部３９の開口３９Ａを通じて第２空間Ｓ１３に流入させることができる。これにより、再生後の処理液Ｌ１を再生前の処理液Ｌ１から容易に分離することができ、再生後の処理液Ｌ１を再生装置２０から選択的に抜き出すことが可能になる。
（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２に係る再生装置２０Ａについて、図４に基づいて説明する。実施形態２に係る再生装置２０Ａは、基本的に実施形態１に係る再生装置２０と同様の構成を備え且つ同様の効果を奏するものであるが、処理液供給部３８の位置が異なっている。以下、実施形態１と異なる点についてのみ説明する。
実施形態２では、処理液供給部３８は、容器３５の天井部側に配置されている。具体的には、処理液供給部３８は、処理液Ｌ１の液面よりも上側に位置し、ノズル噴出口を下側（凝縮器６３の伝熱管側）に向けた状態で容器３５内に配置されている。本実施形態では、処理液Ｌ１の噴流が液面に当たるときの作用によって、処理液Ｌ１を撹拌混合することができる。
（実施形態３）
次に、本発明の実施形態３に係る再生装置２０Ｂについて、図５に基づいて説明する。実施形態３に係る再生装置２０Ｂは、基本的に実施形態２に係る再生装置２０Ａと同様の構成を備え且つ同様の効果を奏するものであるが、第２壁部４３及び還流路４４を備える点で実施形態２と異なっている。以下、実施形態２と異なる点についてのみ説明する。
第２壁部４３は、容器３５内の空間において第２空間Ｓ１３と第３空間Ｓ１４とを仕切るものであり、容器３５の底部に対して立設されている。第２壁部４３は、第１壁部３９と略平行であり、第１壁部３９から見て管板３６と反対側に位置する。また第２壁部４３は、第２空間Ｓ１３から第３空間Ｓ１４に液を溢れさせる上端を含み、当該上端は第１壁部３９の上端よりも下側（容器３５の底部側）に位置する。
還流路４４は、第３空間Ｓ１４から第１空間Ｓ１２に液を還流させるための経路である。図５に示すように、還流路４４は、上流端が容器３５の底部のうち第３空間Ｓ１４に面する部位に接続されると共に、下流端が第１流路３１のうち下流端近傍の部位に接続されている。また還流路４４には、送液ポンプ４５が設置されている。
実施形態３によれば、例えばエーテル相等の第２液相部分が開口３９Ａを通じて第２空間Ｓ１３に流入した場合でも、当該第２液相部分を第２壁部４３の上端から第３空間Ｓ１４に溢れさせることにより、再生後の処理液Ｌ１から容易に分離することができる。そして、第３空間Ｓ１４に溢れた第２液相部分を、還流路４４を通じて第１空間Ｓ１２に戻すことにより、再生前の処理液Ｌ１における各液相部分の比率（例えばエーテル相とアミン相の比率）が変動するのを抑制することができる。なお、本実施形態において、処理液供給部３８が、図３に示すように容器３５の底部側に配置されてもよい。
（実施形態４）
次に、本発明の実施形態４に係る再生装置２０Ｃについて、図６に基づいて説明する。実施形態４に係る再生装置２０Ｃは、基本的に実施形態３に係る再生装置２０Ｂと同様の構成を備え且つ同様の効果を奏するものであるが、第１壁部３９における開口３９Ａの位置が実施形態３と異なっている。以下、実施形態３と異なる点についてのみ説明する。
図６に示すように、実施形態４における開口３９Ａは、第１壁部３９のうち高さ方向の最下部に形成されている。この場合でも、再生後の処理液Ｌ１を、開口３９Ａを通じて第１空間Ｓ１２から第２空間Ｓ１３に流入させることができる。
第１空間Ｓ１２では、再生後の処理液Ｌ１の上下に再生前の処理液Ｌ１の各液相部分（例えばエーテル相とアミン相）が存在するが、再生装置２０への処理液Ｌ１の供給量が著しく少ない場合に、再生後の処理液Ｌ１の下側に比重が大きい方の液相部分（例えばアミン相）が存在しないこともある。この場合、再生後の処理液Ｌ１が容器３５の底部近傍にあるため、最下部に形成された開口３９Ａを通じて再生後の処理液Ｌ１を第２空間Ｓ１３に流入させることができる。
なお、実施形態４において、処理液供給部３８が、図３に示すように容器３５の底部側に配置されてもよい。また第２壁部４３、還流路４４及び送液ポンプ４５が省略されてもよい。
今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと解されるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。したがって、以下の実施形態も本発明の範囲に含まれる。
横置きのタンクである容器１３を備えた吸収装置１０に限定されず、図７に示すように、塔型の容器７１を備えた吸収装置１０Ａが用いられてもよい。この場合、ガス供給路１１は容器７１の下部に接続され、ガス排出路１２は容器７１の頂部に接続される。また第１流路の各分岐路（第１分岐路３１Ａ，第２分岐路３１Ｂ）は容器７１の底部にそれぞれ接続され、第２流路３２は容器７１の上部に接続される。
容器７１の底面には第２壁部１９が立設されており、当該第２壁部１９によって第２空間Ｓ４と第３空間Ｓ５とが仕切られている。また第３空間Ｓ５を上側から覆うカバー部材１９Ａが設けられているため、酸性化合物を吸収して塔底部に流下した処理液Ｌ１は第２空間Ｓ４に貯まる。その後、比重が小さい第１液相部分が第２壁部１９の上端から第３空間Ｓ５に溢れることにより、第１液相部分と第２液相部分とが分離される。そして、第１分岐路３１Ａと第２分岐路３１Ｂとによって各液相部分が吸収装置１０Ａから抜き出され、それぞれ流量調整されて再生装置２０に送られる。
また図８の吸収装置１０Ｂのように、処理液Ｌ１の分離用タンク７２が容器７１の下側に配置されると共に、回収路７３を介して容器７１の底部に接続されてもよい。また分離用タンク７２の底部から第２壁部１９が立設され、当該第２壁部１９によって第２空間Ｓ４と第３空間Ｓ５とが仕切られていてもよい。この場合、酸性化合物を吸収した処理液Ｌ１が分離用タンク７２の第２空間Ｓ４に貯まり、当該処理液Ｌ１の第１液相部分（上相部分）が第２壁部１９の上端から第３空間Ｓ５に溢れる。そして、第１分岐路３１Ａと第２分岐路３１Ｂとによって各液相部分が分離用タンク７２から抜き出され、それぞれ流量調整されて再生装置２０に送られる。
図９～図１２に示すように、再生装置の第１壁部３９は、一対の壁部材（第１壁部材８１，第２壁部材８２）を含むものでもよく、この場合、両壁部材の間の隙間が開口３９Ａとなる。図９では、第１壁部材８１が容器３５の底部に対して立設されると共に、第２壁部材８２が容器３５の底部から離間すると共に第１壁部材８１の後側（凝縮器６３と反対側）に配置され、且つ第１壁部材８１の上端部と第２壁部材８２の下端部とが高さ方向において一部重なっている。図１０は、図９において第１壁部材８１と第２壁部材８２の位置を前後入れ替えたものである。すなわち、図１０では、第１壁部材８１が容器３５の底部に対して立設されると共に、第２壁部材８２が容器３５の底部から離間すると共に第１壁部材８１の前側（第１壁部材８１よりも凝縮器６３に近い側）に配置され、且つ第１壁部材８１の上端部と第２壁部材８２の下端部とが高さ方向において一部重なっている。図１１は、図９において両壁部材を端部同士が重ならないように配置したものである。図１２は、図１０において両壁部材を端部同士が重ならないように配置したものである。
実施形態１では、開口３９Ａが第１壁部３９のうち高さ方向の中央部又は当該中央部よりも容器３５の底部側の部位に形成される場合を例示したが、これに限定されない。図１３に示すように、開口３９Ａは、第１壁部３９のうち高さ方向の中央部Ｃ１又は中央部Ｃ１よりも上端側（容器３５の底部と反対側）の部位に形成されていてもよい。この構成でも、処理液Ｌ１の組成や液面高さの位置によって再生後の処理液Ｌ１が第１壁部３９の上端側に位置する場合には、再生後の処理液Ｌ１を第２空間Ｓ１３に流入させることができる。
実施形態１では、ガス処理装置１にヒートポンプ６０が設けられる場合を説明したが、当該ヒートポンプ６０が省略されてもよい。この場合、ヒートポンプ６０に代わる加熱部として、再生装置２０から外部に抜き出された処理液Ｌ１を、電気、蒸気又はバーナー等の任意の熱源により加熱するものが用いられてもよい。
１ ガス処理装置
１０，１０Ａ，１０Ｂ 吸収装置
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ 再生装置
３５ 容器
３８ 処理液供給部
３９ 第１壁部
３９Ａ 開口
４３ 第２壁部
４４ 還流路
６３ 凝縮器（加熱部）
Ｌ１ 処理液
Ｒ１ 加熱領域
Ｒ２ 静置領域
Ｓ１２ 第１空間
Ｓ１３ 第２空間
Ｓ１４ 第３空間

Claims (11)

  1. 吸収装置及び再生装置間で処理液を循環させるガス処理装置に用いられ、前記吸収装置における酸性化合物の吸収により相分離した状態の前記処理液であって両液相部分の体積流量比が調整された処理液が導入され、導入された処理液を加熱することにより、前記酸性化合物を放出させて前記処理液を再生する再生装置であって、
    前記処理液を収容する容器と、
    前記容器内の空間を、前記相分離した状態の処理液が供給されると共に前記処理液を加熱する加熱部が配置された加熱領域と、前記加熱領域の側方に位置し、加熱によりガス状の前記酸性化合物を放出した前記処理液及び相分離した状態の処理液が静置される静置領域と、を含む第１空間と、前記酸性化合物を放出した前記処理液を排出する第２空間と、に仕切る第１壁部と、を備え、
    前記相分離した処理液は、第１液相部分と、前記第１液相部分に比べて酸性化合物の含有率が低く且つ前記第１液相部分よりも比重の小さい第２液相部分とを含み、
    前記酸性化合物を放出した処理液は、前記静置領域において前記第１液相部分と前記第２液相部分との間に位置し、
    前記第１壁部には、前記静置領域にある前記処理液のうちガス状の前記酸性化合物を放出した前記処理液を前記第２空間に流入させる位置に開口が形成されている、再生装置。
  2. 前記第１壁部は、前記容器の底部に対して立設されており、
    前記開口は、前記第１壁部のうち高さ方向の中央部又は前記中央部よりも前記底部側の部位に形成されている、請求項１に記載の再生装置。
  3. 前記開口は、前記第１壁部のうち前記高さ方向の最下部に形成されている、請求項２に記載の再生装置。
  4. 前記第１壁部は、前記容器の底部に対して立設されており、
    前記開口は、前記第１壁部のうち高さ方向の中央部又は前記中央部よりも上端側の部位に形成されている、請求項１に記載の再生装置。
  5. 前記処理液を前記加熱領域に供給する処理液供給部をさらに備え、
    前記処理液供給部は、前記容器の底部側又は天井部側に配置されている、請求項１～４のいずれか１項に記載の再生装置。
  6. 前記加熱部は、前記処理液と熱交換する加熱用媒体が流れると共に前記加熱領域に配置された伝熱管を含み、
    前記処理液供給部には、前記伝熱管に向かって前記処理液を供給する供給口が設けられている、請求項５に記載の再生装置。
  7. 前記容器内の空間において前記第２空間と第３空間とを仕切る第２壁部をさらに備え、
    前記第２壁部は、前記容器の底部に対して立設されると共に、前記第２空間から前記第３空間に液を溢れさせる上端を含む、請求項１～６のいずれか１項に記載の再生装置。
  8. 前記第３空間から前記第１空間に液を還流させるための還流路をさらに備えた、請求項７に記載の再生装置。
  9. 被処理ガスを処理液に接触させることにより、前記被処理ガスに含まれる酸性化合物を前記処理液に吸収させる吸収装置と、
    請求項１～８のいずれか１項に記載の再生装置と、を備えた、ガス処理装置。
  10. 吸収装置及び再生装置間で処理液を循環させるガス処理装置における前記再生装置での処理液の再生方法であって、
    前記吸収装置における酸性化合物の吸収により相分離した状態の処理液であって両液相部分の体積流量比が調整された処理液を、前記再生装置の容器内の第１空間に供給することと、
    前記第１空間に供給された前記処理液を前記第１空間内の加熱領域において加熱することにより、前記処理液から前記酸性化合物を放出させることと、
    前記酸性化合物を放出した前記処理液及び相分離した状態の処理液を、前記第１空間内における前記加熱領域の側方に位置する静置領域において静置した後、前記第１空間と第２空間とを仕切る壁部に形成された開口を通じて、前記酸性化合物を放出した前記処理液を前記第１空間から前記第２空間に流入させることと、を含み、
    前記相分離した処理液は、第１液相部分と、前記第１液相部分に比べて酸性化合物の含有率が低く且つ前記第１液相部分よりも比重の小さい第２液相部分とを含み、
    前記酸性化合物を放出した処理液は、前記静置領域において前記第１液相部分と前記第２液相部分との間に位置する、再生方法。
  11. 吸収装置及び再生装置間で処理液を循環させるガス処理装置におけるガス処理方法であって、
    吸収装置において酸性化合物を含む被処理ガスを処理液に接触させることにより、前記酸性化合物を前記処理液に吸収させて前記処理液を相分離させることと、
    相分離した前記処理液を両液相部分の体積流量比を調整した上で前記吸収装置から再生装置に送ることと、
    前記再生装置において請求項１０に記載の再生方法を実施し、酸性化合物を放出した前記処理液を前記再生装置から抜き出して前記吸収装置に還流することと、を含む、ガス処理方法。
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