JP7461896B2 - 煙道ガスから二酸化炭素を回収するシステム、およびその方法 - Google Patents

Description

本発明は化学的処理に関し、特に、煙道ガスから二酸化炭素を回収する処理に関する。

「背景技術」欄で扱われる主題は、単に「背景技術」欄で言及されたという結果だけで先行技術とみなされるべきではない。同様に、「背景技術」欄で言及される課題、または「背景技術」欄の主題に関連する課題は、先行技術においてすでに認識されている課題とみなされるべきではない。「背景技術」欄の主題は、単に、異なる解決手段を表しているだけに過ぎず、これらの解決手段の一部が、更にはそれら自体が、請求の範囲に記載された技術の実施形態にも対応していてもよい。

図１は、煙道ガスから二酸化炭素（ＣＯ₂）を回収する従来の処理のブロック図１００である。混合ガスからのＣＯ₂の分離には、ＣＯ₂のみに反応する溶媒が使用される。この溶媒は、ＣＯ₂と反応した後、熱再生によってＣＯ₂を解放することができるので、更なるＣＯ₂の処理に再利用可能である。ＣＯ₂を含む煙道ガス１０２は固定式充填塔１０４の中で液状の溶媒と接触する。この液状の溶媒は固定式充填塔１０４の頂部から底部へ、重力によって滝のように落下し、その底部で配水だめに集められる。

第２の固定式充填塔１０６は構造化された充填層を備え、溶媒と揮発性化学物質との除去を目的とする洗浄場所を複数含む。これらの洗浄場所をＣＯ₂の枯渇した混合ガスが通過すると、そのガス中に残存する溶媒と、そのガス中の溶媒成分の分解反応によって形成された揮発性化学物質とが除去される。その後、ＣＯ₂の枯渇した混合ガス１０８は固定式充填塔１０４の頂部から放出される。洗浄場所はすべて、同じ構造化された固定式充填層の中にあり、水または酸が使用される。

溶媒は剥離塔１１２の頂部に供給され、重力によって充填材の上方から剥離塔１１２の底部へ落下する。その底部では溶媒が再沸器１１４へ引き込まれる。再沸器１１４の内部では溶媒が、その中に存在する水が剥離塔１１２の作動圧力の下で気化する温度まで加熱される。水蒸気とＣＯ₂とは剥離塔１１２の頂部へ上昇し、その頂部で凝縮器により、摂氏約４０度に冷却される。これにより、水蒸気が水１１６に凝縮し、ガス状のＣＯ₂１１８から分離される。凝縮した水１１６は還流ドラム１２０を通して剥離塔１１２へ戻され、ガス状のＣＯ₂１１８は下流の処理で利用される。一方、剥離塔１１２の底部に残った溶媒は熱交換器１１０を通して吸収装置へ、ＣＯ₂の含有率が低い溶媒（ＣＯ₂リーン溶媒）として回収され、上記のＣＯ₂吸収処理に繰り返し利用される。

従来の処理で利用される固定式充填塔は、煙道ガスの中に存在するＣＯ₂を混ぜる効率が悪く、溶媒の流れが重力によるものに限られているので、水洗装置または酸洗装置へ搬送される溶媒の量が限られている。さらに、従来の処理で利用される固定式充填塔は大型であるので広い空間を必要とし、システムの設置と操作とにかかるコストが高い原因になっている。したがって、煙道ガスからＣＯ₂を回収するシステムと処理との改良が強く望まれている。

以下では、本発明のいくつかの実施形態について、それらの特徴のすべてが示され、詳細に説明される。「備える」、「持つ」、「包含する」、「含む」等の語は意味が同じであり、いずれもオープンエンドである。すなわち、対象が後続の項目で尽きていることを意味するものでも、対象を列挙されている項目に限るものでもない。

また、次のことにも注意しなければならない。以下と請求の範囲とにおいて単数形で表されるものは、文脈上そうでないことが明らかでない限り、複数である場合を含む。本発明の実施形態の実現と試行とには、以下に説明されるシステムおよび方法と同様な、または等価なものであればいずれも利用可能であるが、以下では、好ましいシステムおよび方法を説明する。

本発明の１つの観点によれば、煙道ガスからＣＯ₂を回収するある処理が得られる。この処理は、ＣＯ₂を含む煙道ガスを、回転している少なくとも１台の回転式充填層（ＲＰＢ）吸収装置へ供給するステップを備えている。このステップでは、少なくとも１台のＲＰＢ吸収装置の内周部を通して供給された溶媒がそのＲＰＢ吸収装置の外周部へ向かって移動し、逆方向へ流れる煙道ガスと反応する。

好ましくは、上記の処理が、溶媒をこの処理に再利用する目的で、ＣＯ₂と反応した溶媒を熱再生するステップを更に備えている。

更に好ましくは、上記の処理が、煙道ガスを水と酸とのいずれか、または両方で洗浄して、煙道ガスの中に残存する溶媒を除去するステップを更に備えている。必要に応じ、水洗と酸洗とのいずれか、または両方が別のＲＰＢで行われる。

好ましくは、ＲＰＢのハウジングが回転可能な円盤の上に実装されている。

好ましくは、ＣＯ₂を含む煙道ガスを、回転している少なくとも１台のＲＰＢ吸収装置へ供給するステップが、煙道ガスを、２、３、４、５、または６台のＲＰＢ吸収装置へ供給するステップを含む。

更に好ましくは、上記の２、３、４、５、または６台のＲＰＢ吸収装置が、共通のシャフトに直列に配置されている。

好ましくは、溶媒が、逆方向へ流れる煙道ガスと反応してその煙道ガスからＣＯ₂を除去し、ＣＯ₂の含有率が高い溶媒（ＣＯ₂リッチ溶媒）となる。

好ましくは、上記の処理が、ＣＯ₂リッチ溶媒を剥離装置へ通すステップを更に備えている。この剥離装置はＣＯ₂リッチ溶媒からＣＯ₂を剥ぎ取り、ＣＯ₂リーン溶媒を形成する。

好ましくは上記の剥離装置が、剥離塔、固定式剥離塔、またはＲＰＢ剥離装置である。

好ましくは、ＣＯ₂リーン溶媒が、回転している少なくとも１台のＲＰＢ吸収装置へ再び導入される。

好ましくは、上記の処理が、少なくとも１台のＲＰＢ吸収装置から放出されたＣＯ₂リッチ溶媒をＲＰＢＯ₂除去装置または固定式充填層Ｏ₂除去装置へ通して、この溶媒中に溶存するＯ₂をこの溶媒から除去するステップを更に備えている。

更に好ましくは、ＣＯ₂リッチ溶媒をＲＰＢＯ₂除去装置または固定式充填層Ｏ₂除去装置へ通してこの溶媒からＯ₂を除去するステップでは、この溶媒中に存在するＯ₂を９０％以上除去する。

好ましくは、各ＲＰＢは、半径が０．２ｍから１．２５ｍまで、または０．２ｍから０．８ｍまでの範囲にあり、軸方向の長さが０．０２ｍから１．０ｍまで、または０．２ｍから０．６ｍまでの範囲にあり、体積が０．０４ｍ³から４．９ｍ³まで、または０．０４ｍ³から０．６ｍ³までの範囲にある。

本発明の別の観点によれば、煙道ガスからＣＯ₂を回収するあるシステムが得られる。このシステムは、回転するように構成された、少なくとも１台のＲＰＢ吸収装置を備えている。このＲＰＢ吸収装置が回転するとき、このＲＰＢ吸収装置の内周部を通して供給された溶媒がこのＲＰＢ吸収装置の外周部へ向かって移動して、逆方向へ流れる煙道ガスと反応し、ＣＯ₂を回収する。

好ましくは、上記のシステムが、溶媒を再利用する目的で、ＣＯ₂と反応した溶媒を熱再生する要素を更に備えている。

更に好ましくは、上記のシステムが、水洗装置と酸洗装置とのいずれか、または両方を更に備え、これらの水洗装置と酸洗装置とのいずれか、または両方に煙道ガスを通して、この煙道ガスの中に残存する溶媒を除去する。

好ましくは、ＲＰＢのハウジングが回転可能な円盤の上に実装されている。

好ましくは、上記のシステムが、回転するように構成された、２、３、４、５、または６台のＲＰＢ吸収装置を更に備えている。

更に好ましくは、上記の２、３、４、５、または６台のＲＰＢ吸収装置が、共通のシャフトに直列に配置されている。

好ましくは、溶媒が、逆方向へ流れる煙道ガスと反応してその煙道ガスからＣＯ₂を除去し、ＣＯ₂リッチ溶媒となる。

好ましくは、上記のシステムが、ＣＯ₂リッチ溶媒からＣＯ₂を剥ぎ取ってＣＯ₂リーン溶媒を形成するように構成された剥離装置を更に備えている。

更に好ましくは、上記の剥離装置がＲＰＢ剥離装置である。

好ましくは、上記のシステムが、ＣＯ₂リーン溶媒を、回転している少なくとも１台のＲＰＢ吸収装置へ再び導入するように構成されている。

好ましくは、上記のシステムが、少なくとも１台のＲＰＢ吸収装置から放出されたＣＯ₂リッチ溶媒からＯ₂を除去するためのＲＰＢＯ₂除去装置または固定式充填層Ｏ₂除去装置を更に備えている。

更に好ましくは、上記のＲＰＢＯ₂除去装置または固定式充填層Ｏ₂除去装置は、ＣＯ₂リッチ溶媒の中に存在するＯ₂を９０％以上除去するように構成されている。

好ましくは、各ＲＰＢは、半径が０．２ｍから１．２５ｍまで、または０．２ｍから０．８ｍまでの範囲にあり、軸方向の長さが０．０２ｍから１．０ｍまで、または０．２ｍから０．６ｍまでの範囲にあり、体積が０．０４ｍ³から４．９ｍ³まで、または０．０４ｍ³から０．６ｍ³までの範囲にある。

段落［０００９］から段落［００２１］までのいずれか１つに記載された処理、または段落［００２２］から［００３４］までのいずれか１つに記載されたシステムでは、溶媒が、第３級アミン、立体障害のあるアミン、ポリアミン、炭酸塩緩衝材、および／または（必要に応じて脱イオン化された）水を含む。必要に応じ、水の濃度が１０重量％から７０重量％までの範囲に設定される。

好ましくは、溶媒の粘度が１ｃＰから１０ｃＰまでの範囲に設定される。

更に好ましくは、溶媒が、米国特許出願公開第２０１７／０２７４３１７号に開示された溶媒のいずれかであり、および／または、第３級アミンとして、Ｎ－メチル－ジエタノールアミン、および／または２－（ジエチルアミノ）エタノールを、立体障害のあるアミンとして、２－アミノ－２－エチル－１，３－プロパンジオール、２－アミノ－２－ヒドロキシメチル－１，３－プロパンジオール、および／または２－アミノ－２－メチル－１－プロパノールを、ポリアミンとして、２－ピペラジン－１－エチルアミン、および／または１－（２－ヒドロキシエチル）ピペラジンを、炭酸塩緩衝材として炭酸カリウムを、および／または、脱イオン水を含む。

好ましくは、溶媒が、束縛されたアミノアルコールであるアミノ－２－メチル－１－プロパノール、ポリアミンであるアミノエチルピペラジン、および水を含む。

本発明の別の観点では、ＲＰＢ吸収装置のある配列が得られる。この配列は、回転するように構成され、共通のシャフトに直列に配置された、２、３、４、５、または６台のＲＰＢ吸収装置を含む。

本発明の別の観点では、ＣＯ₂回収溶媒から、耐熱性塩化物、分解生成物、および他の汚染物質を除去するための真空溶媒熱再生システムが得られる。このシステムは、ＣＯ₂回収溶媒の温度を上昇させるように構成された原料生成物交換器と、この原料生成物交換器から放出されたＣＯ₂回収溶媒の温度を更に上昇させて、耐熱性塩化物、分解生成物、および他の汚染物質が内部に蓄積されるように構成された再沸器と、原料生成物交換器から放出された洗浄後のＣＯ₂回収溶媒の温度を低下させる凝縮器とを備えている。原料生成物交換器と再沸器とは連通していて、ＣＯ₂回収溶媒から、耐熱性塩化物、分解生成物、および他の汚染物質を除去する処理を、回分操作、または半回分操作で行う。

本発明の別の観点では、ＣＯ₂回収溶媒から、耐熱性塩化物、分解生成物、および他の汚染物質を除去するための真空溶媒熱再生システムが得られる。このシステムは、ＣＯ₂回収溶媒の温度を上昇させて、耐熱性塩化物、分解生成物、および他の汚染物質が内部に蓄積されるように構成された再沸器を備えている。この再沸器は、ＣＯ₂回収溶媒から、耐熱性塩化物、分解生成物、および他の汚染物質を除去する処理を、回分操作、または半回分操作で行うように構成されている。この再沸器は凝縮器に連通している。この凝縮器は、再沸器から放出された洗浄後のＣＯ₂回収溶媒の温度を低下させる。好ましくは、再沸器と凝縮器とが直結している。

好ましくは、上記の真空溶媒熱再生システムが、段落［００２２］から段落［００３８］までのいずれか１つに記載されたシステムと連通している。

本発明の別の観点では、煙道ガスからＣＯ₂を回収するある処理が得られる。この処理は次のステップを備えている。
ＣＯ₂回収溶媒を供給するステップ。
ＣＯ₂回収溶媒をＲＰＢ吸収装置とＲＰＢ剥離装置とへ、更に必要に応じてＯ₂除去装置へ導入するステップ。
水蒸気を再沸器へ供給するステップ。
ＲＰＢ剥離装置の中のＣＯ₂回収溶媒を所望の圧力にするステップ。
ＲＰＢ吸収装置とＲＰＢ剥離装置との周辺からＣＯ₂回収溶媒をポンプでくみ出すステップ。
ＲＰＢ吸収装置の中へ煙道ガスを導入するステップ。
ＲＰＢ剥離装置からのＣＯ₂の出力を監視するステップ。
ＲＰＢＯ₂除去装置または固定式充填層Ｏ₂除去装置を起動するステップ。
ＲＰＢ吸収装置へ向かう煙道ガスの流れを止めるステップ。
ＲＰＢ剥離装置からのＣＯ₂の出力を、その出力が止まるまで監視するステップ。
再沸器への水蒸気の供給を止めるステップ。
溶媒の循環を止めるステップ。
ＲＰＢ剥離装置、ＲＰＢ吸収装置、水洗装置、酸洗装置、およびＯ₂除去装置を停止させるステップ。

添付の図面は、本発明によるシステム、方法、その他、様々な観点からの様々な実施形態を示している。これらの図に示されている要素の境界（箱、箱の集まり、その他の形等）が一例を表しているに過ぎないことは、当業者の誰もが理解するところであろう。１つの要素が複数の要素として設計された例があっても、複数の要素が１つの要素として設計された例があってもよい。１つの要素の内部を構成する部品として示されている要素が、別の要素にはその外部を構成する部品として組み込まれている例があってもよく、その逆の例があってもよい。さらに、要素が寸法どおりに描かれていなくてもよい。以下の図面を参照しながら行われる説明は、発明を限定するものではなく、発明の実施形態が説明されたもので尽きていることを表すものではない。図面の構成要素は寸法どおりである必要はなく、焦点は、図示されている原理に置かれている。

先行技術による、煙道ガスからＣＯ₂を回収する従来の処理のブロック図１００である。 ある実施形態による、煙道ガスからＣＯ₂を回収するシステムのブロック図２００である。 別の実施形態による、煙道ガスからＣＯ₂を回収するシステムにおけるＲＰＢ吸収装置３０２の機能を示すブロック図３００である。 煙道ガスからＣＯ₂を回収するシステムにおけるＲＰＢ吸収装置３０２０の機能を示すブロック図３０００である。 ある実施形態による真空溶媒熱再生システムを表すブロック図４００である。 ある実施形態による真空溶媒熱再生システムを表すブロック図４０００である。 ある実施形態による、煙道ガスからＣＯ₂を回収する処理を示すフローチャート５００である。 ある実施形態による、煙道ガスからＣＯ₂を回収する処理を示すフローチャート５００である。 あるＲＰＢ吸収装置を表すブロック図６００である。 摂氏４０度においてガス中のＣＯ₂の分圧と溶媒中のＣＯ₂の量（すなわち濃度）との間に現れる気液平衡（ＶＬＥ）関係を示すグラフである。 １日あたり１０トンのＣＯ₂を回収するシステム１２００の設計図である。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態を更に詳しく説明する。図面には実施形態の例が示されており、同様な要素に同様な符号が付されている。ただし、請求の範囲で定義される発明は多くの異なる形で実施可能であるので、発明の実施形態を以下で与えられる実施形態に限定するものとして、請求の範囲を解釈すべきではない。以下で与えられる実施形態は非限定的な例であり、多くの可能な例の中の一部に過ぎない。

図２は、煙道ガスからＣＯ₂を回収するシステムのブロック図２００である。まず、煙道ガス２０２が１台のＲＰＢ吸収装置２０４へ供給される。溶媒は、同じＲＰＢ吸収装置２０４の内周部を通して供給される。ＲＰＢ吸収装置２０４の内部では、回転可能な円盤の中に充填層が収容されている。この円盤が高速で回転して遠心力を発生させ、この遠心力が溶媒に、それが充填層に分散した時点で作用する。この遠心力の作用により、溶媒が径方向へ移動して、ＲＰＢ吸収装置２０４の内周部から外周部へ向かう。こうして溶媒が、ＣＯ₂を含む煙道ガス２０２と向流接触する。ＲＰＢ吸収装置２０４がこのように回転することにより、煙道ガス２０２と溶媒との混ざり具合が増すので、煙道ガス２０２の中から液相の溶媒へ移動するＣＯ₂の量が増大する。

ＣＯ₂が溶媒によって吸収された後、残りの煙道ガスは、１以上の水洗装置２０６、２０８、および／または１以上の酸洗装置２１０の中で洗浄される。場合によっては、充填層のうち水洗装置の部分が、上記のＲＰＢ吸収装置２０４とは別のＲＰＢ吸収装置と交換可能である。洗浄水はその別のＲＰＢ吸収装置の内周部から供給され、その装置の回転で生じる遠心力によって径方向へ流れ、充填層を通ってその装置の外周部に達する。ＣＯ₂が枯渇した煙道ガスはその別のＲＰＢ吸収装置の外周部から導入され、その装置の内周部へ向かって流れる。これにより、洗浄水と、ＣＯ₂が枯渇した煙道ガスとの間に向流接触が生じる。洗浄水が、適切に濃縮された酸性溶液と置き換えられることにより、同様な処理が酸洗装置に適用されてもよい。洗浄後、浄化された煙道ガス２１２は大気中へ排出される。

ある実施形態では、ＲＰＢ吸収装置２０４に代えて複数台のＲＰＢ吸収装置、すなわち第１ＲＰＢ吸収装置と第２ＲＰＢ吸収装置とが使用されてもよい。第１ＲＰＢ吸収装置と第２ＲＰＢ吸収装置とは半径が比較的小さく、共通のシャフトに直列に配置され、煙道ガス２０２の中に存在するＣＯ₂の除去に利用される。煙道ガス２０２は、そのＣＯ₂の一部が第１ＲＰＢ吸収装置の中で除去された後、第１ＲＰＢ吸収装置の出口から第２ＲＰＢ吸収装置の入口へ流れる。第２ＲＰＢ吸収装置の中では煙道ガス２０２が、剥離装置から出力されたＣＯ₂リーン溶媒と向流接触する。こうして第２ＲＰＢ吸収装置から排出された煙道ガス２０２では、ＣＯ₂が枯渇している。この煙道ガス２０２は、水洗装置へ送られた後、大気へ排出される。第１ＲＰＢ吸収装置から排出されたＣＯ₂リッチ溶媒は、剥離装置へ送られて再生される。

ある実施形態では、第２ＲＰＢ吸収装置から出て第１ＲＰＢ吸収装置へ入る溶媒が、第２ＲＰＢ吸収装置から第１ＲＰＢ吸収装置へ向かう際、熱交換器２１４の中で冷却されてもよい。ＲＰＢ吸収装置２０４から放出されたＣＯ₂リッチ溶媒２１６はＲＰＢＯ₂除去装置２１８へ送られる。ＲＰＢ吸収装置２０４の内部に存在する煙道ガス２０２は酸素（Ｏ₂）を含む。Ｏ₂は溶媒と反応して分解生成物を形成しうる。その結果、溶媒から形成された分解生成物を除去し、新たな溶媒と交換することが必要となる。ＲＰＢ吸収装置２０４、ＲＰＢ剥離装置２２６は固定式吸収装置、剥離装置よりもかなり小型であるので、溶媒とガスとの滞在時間がかなり短い。それ故、煙道ガスからＣＯ₂を回収する上記の処理の各サイクルにおいて、溶媒の分解が生じる割合がかなり低い。

ある実施形態では、煙道ガス２０２の中に存在するＯ₂の一部が、ＲＰＢ吸収装置２０４の内部に存在する溶媒によって吸収される。Ｏ₂のこのような吸収は、溶媒が酸化によって分解する、回収されるＣＯ₂がＯ₂によって汚染される等、多くの理由で望ましくない。したがって、ＣＯ₂リッチ溶媒から、その中に溶存するＯ₂を除去するのに、ＲＰＢＯ₂除去装置または固定式充填層Ｏ₂除去装置２１８が使用されてもよい。この装置は、剥離装置から出力されたＣＯ₂ガスの小さな流れをＣＯ₂リッチ溶媒と向流接触させることにより、その溶媒からＯ₂を剥ぎ取る。剥離装置から出力されたＣＯ₂ガスではＯ₂の分圧が低いので、液状の溶媒中に溶存するＯ₂がその溶媒からＣＯ₂ガスへ移動する。溶媒中に溶存していたＯ₂をガスとして含む流れ２２０はＲＰＢＯ₂除去装置２１８の頂部から放出され、またはＲＰＢ吸収装置２０４へフィードバックされる。

ＣＯ₂リッチ溶媒の中には、それがＲＰＢ吸収装置２０４から出た時点で、５～１０ｍｇ／Ｌまたは１０～１５ｍｇ／ＬのＯ₂が溶存している。このＯ₂は熱交換器２２２とＲＰＢ剥離装置２２６との中で溶媒を分解させる。したがって、ＣＯ₂リッチ溶媒がＲＰＢ吸収装置から出た時点で、その溶媒からＯ₂を剥ぎ取ることが望ましい。ＣＯ₂リッチ溶媒の流れは１２，５００ｌｂ．／ｈ、すなわち２５ｇｐｍである。Ｏ₂のヘンリー定数は、摂氏５０度では～２０，０００ａｔｍ／モル分率である。したがって、９５％のＯ₂を除去するには１５ｌｂ．／ｈのＣＯ₂の流れが必要である。１５ｌｂ．／ｈのＣＯ₂により～０．１ｌｂ．／ｈのＯ₂が持ち去られるであろう。

ある実施形態では、ＲＰＢＯ₂除去装置２１８へ溶媒が、回転している充填層の中央から入ってもよい。上記のように、溶媒はその回転している充填層の中央から外周部へ、遠心力によって押し出される。溶媒は、充填層の端に達すると充填層のケーシングの壁に衝突し、配水だめへ流れ込む。Ｏ₂剥離用のＣＯ₂の小さな流れ２４０はケーシングの壁の貫通口を通して供給され、溶媒とは逆に、充填層の外周部から中央へ流れるように加圧されている。充填層の中央には貫通口があり、これによりガスがＲＰＢＯ₂除去装置２１８から放出可能である。充填層の回転により、溶媒がＯ₂剥離用ガスと激しく混ざる。ＣＯ₂リッチ溶媒２６０はその後、ＲＰＢＯ₂除去装置２１８から出て熱交換器２２２を通過する。

別の実施形態では、ＣＯ₂リッチ溶媒が従来の（固定式）充填層Ｏ₂除去装置２１８へ、充填塔の頂部から入る。一方、この充填塔の底部からはＯ₂剥離用のＣＯ₂の小さな流れ２４０が供給される。これにより、気相と液相との間に向流接触が生じる。充填層の中央には貫通口があってもよい。この貫通口により、ガスが従来のＯ₂除去装置２１８から放出可能である。ＣＯ₂リッチ溶媒２６０はその後、従来のＯ₂除去装置２１８から出て熱交換器２２２を通過する。

熱交換器２２２の中では、ＣＯ₂リッチ溶媒２６０がＣＯ₂リーン溶媒２４２によって加熱されるので、高温のＣＯ₂リッチ溶媒２２４がＲＰＢ剥離装置２２６へ供給され、再生された溶媒２２８がＲＰＢ吸収装置２０４へフィードバックされる。高温のＣＯ₂リッチ溶媒２２４はＲＰＢ剥離装置２２６へ、そのＲＰＢの内周部を通して供給される。ＲＰＢ剥離装置２２６は回転して遠心力を発生させる。この遠心力は高温のＣＯ₂リッチ溶媒２２４に、それが充填層に分散した時点で作用する。この遠心力により、高温のＣＯ₂リッチ溶媒２２４が径方向へ移動し、充填層の内周部からＲＰＢの外周部へ向かう。この移動の間に、高温のＣＯ₂リッチ溶媒２２４は激しい乱流によってかき混ぜられ、多くの液滴を形成する。これにより、ＣＯ₂の移動が生じる有効表面積が増大する。ＲＰＢの外周部では、高温のＣＯ₂リッチ溶媒２２４がＲＰＢ剥離装置のケーシングの内壁を通して溶媒だめへ排出され、その中に集められる。

ある実施形態では、溶媒だめに集められた溶媒２３０が、再沸器２３２へ送られてもよい。溶媒２３０は再沸器２３２の中で加熱される。再沸器２３２内の温度は、溶媒２３０中の水分が気化するように設定されている。水分はＲＰＢ剥離装置２２６の作動圧力の下で気化する。再沸器２３２内で形成された水蒸気は、ＲＰＢ剥離装置２２６の外周部へ導入される。

ある実施形態では、ＲＰＢ剥離装置２２６の内周部に、水蒸気とＣＯ₂とをＲＰＢ剥離装置２２６の外へ排出するための剥奪点があってもよい。水蒸気とＣＯ₂とは凝縮器２３４へ送られる。凝縮器２３４の内部では、ＣＯ₂と共に存在する水蒸気が凝縮液２３８、すなわち水に凝縮される。凝縮後の水は還流管２３６の中でＣＯ₂から分離される。凝縮器２３４内で水蒸気が凝縮されることにより、剥離装置内の充填層の内周部と外周部との間に圧力差が誘起される。この圧力差が、水とＣＯ₂とをＲＰＢ剥離装置２２６から出す推進力を与える。ＣＯ₂は下流の装置２４０へ向かい、下流の処理を受ける。

ある実施形態では、凝縮液２３８が、高温のＣＯ₂リッチ溶媒２２４に混合された後、ＲＰＢ剥離装置２２６へ、その充填層の内周部から入れられてもよい。再沸器２３２の中で生成されたＣＯ₂リーン溶媒２４２は、熱交換器２２２を通して処理に戻される。

図３Ａは、煙道ガスからＣＯ₂を回収するシステムにおけるＲＰＢ吸収装置３０２の機能を示すブロック図３００である。まず、煙道ガス３０４がＲＰＢ吸収装置３０２へ供給され、溶媒と反応する。ＲＰＢ吸収装置３０２は回転可能な円盤の上に設置されており、回転することにより遠心力を受ける。これにより溶媒が、ＣＯ₂を含む煙道ガスと向流接触する。ＣＯ₂が溶媒に吸収された後、残りの煙道ガスは水洗装置および／または酸洗装置を使って洗浄される。

ある実施形態では、洗浄水がＲＰＢ吸収装置３０２の内周部３０６を通して供給されてもよい。洗浄水は遠心力の作用により径方向へ流れ、ＲＰＢ吸収装置３０２内の充填層を通ってＲＰＢ吸収装置３０２の外周部に達する。水洗の間、処理対象である、ＣＯ₂が枯渇した煙道ガスはＲＰＢ吸収装置３０２の外周部から導入され、内周部３０６へ向かって流れる。これにより、洗浄水と、ＣＯ₂が枯渇した煙道ガスとの間に向流接触が生じる。同様に濃縮酸性溶液が使用されて、ＣＯ₂が枯渇した煙道ガスに対する酸洗が行われる。水洗と酸洗とが行われた後、ＣＯ₂が枯渇した煙道ガス３０８は放出される。

ある実施形態では、ＲＰＢ吸収装置３０２に代えて複数台のＲＰＢ吸収装置、すなわち第１ＲＰＢ吸収装置と第２ＲＰＢ吸収装置とが使用されてもよい。第１ＲＰＢ吸収装置と第２ＲＰＢ吸収装置とは半径が比較的小さく、共通のシャフトに直列に配置されており、煙道ガス３０４の中に存在するＣＯ₂を除去する。煙道ガス３０４は、第１ＲＰＢ吸収装置内でＣＯ₂の一部が除去された後、第１ＲＰＢ吸収装置の出口から第２ＲＰＢ吸収装置の入口へ流される。第２ＲＰＢ吸収装置の内部では煙道ガス３０４が、剥離装置から出力されたＣＯ₂リーン溶媒と向流接触する。第２ＲＰＢ吸収装置から排出された煙道ガス３０４では、ＣＯ₂が枯渇している。この煙道ガス３０４は、水洗装置へ送られた後、大気へ放出される。第１ＲＰＢ吸収装置から排出されたＣＯ₂リッチ溶媒は、剥離装置へ送られて再生される。

ある実施形態では、ＣＯ₂リッチ溶媒３１０がＲＰＢ吸収装置３０２から出た後、ＲＰＢＯ₂除去装置３１２へ送られてもよい。煙道ガス３０４の中に存在するＯ₂の一部は、ＲＰＢ吸収装置３０２の内部に存在する溶媒によって吸収される。Ｏ₂のこのような吸収は上記の理由で望ましくないので、ＲＰＢＯ₂除去装置３１２を使ってＣＯ₂リッチ溶媒からＯ₂が除去される。回収されたＣＯ₂ではＯ₂の分圧が低いので、溶媒中に溶存するＯ₂がその溶媒から気相へ移動する。ＲＰＢＯ₂除去装置３１２の頂部からはガス３１４が放出される。一方、ＣＯ₂リッチ溶媒３１６がＲＰＢＯ₂除去装置３１２から出て、熱交換器３１８へ与えられる。

熱交換器３１８の中ではＣＯ₂リッチ溶媒３１６がＣＯ₂リーン溶媒３５０によって加熱される。その後、高温のＣＯ₂リッチ溶媒３２０はＲＰＢ剥離装置３２２へ与えられ、冷却されたＣＯ₂リーン溶媒３２４は、処理された後、ＲＰＢ吸収装置３０２へ与えられる。ＲＰＢ剥離装置３２２は回転して遠心力を発生させる。この遠心力は高温のＣＯ₂リッチ溶媒３２０に、それが充填層に分散した時点で作用する。これにより、高温のＣＯ₂リッチ溶媒３２０はＲＰＢ剥離装置のケーシングの内壁を通して排出され、溶媒だめに集められる。

ある実施形態では、溶媒だめに集められた溶媒３２８が、再沸器３３０へ運ばれてもよい。溶媒３２８は再沸器３３０の中で加熱される。再沸器３３０の中で形成された水蒸気はＲＰＢ剥離装置３２２の外周部へ導入される。ＲＰＢ剥離装置３２２の内周部には、水蒸気とＣＯ₂とをＲＰＢ剥離装置３２２の外へ排出するための剥奪点がある。水蒸気とＣＯ₂とは凝縮器へ運ばれ、ＣＯ₂と共に存在する水蒸気が凝縮液に凝縮される。凝縮後の水はＣＯ₂から分離される。凝縮器内で水蒸気が凝縮されることにより、剥離装置内の充填層の内周部と外周部との間に圧力差が誘起される。この圧力差が、水とＣＯ₂とをＲＰＢ剥離装置３２２から出す推進力を与える。水から分離されたＣＯ₂３３２は下流の装置２４０へ向かう。そのＣＯ₂３３２のごく一部はＯ₂除去装置３１２へ供給される。

ある実施形態では、冷却されたＣＯ₂リーン溶媒３２４が、熱再生装置３２６を経由してＲＰＢ吸収装置３０２へ通される。

図３Ｂは、煙道ガスからＣＯ₂を回収するシステムにおけるＲＰＢ吸収装置３０２０の機能を示すブロック図３０００である。図３Ａが示す構成とは異なり、熱再生装置３２６０が再沸器３３００と熱交換器３１８０との間の接続点に設置されている。ある実施形態では、熱交換器３１８０とＲＰＢ吸収装置３０２０とが直結していてもよい。ブロック図３０００の他の要素は図３Ａの要素と対応するので、それぞれの参照番号の末尾に「０」が付加されている。たとえば、図３Ａの３１２は図３Ｂの３１２０である。

ある実施形態では、図４Ａのブロック図４００に示されているように、ＣＯ₂リーン溶媒４０２が、冷却器の出口から排出された後、真空溶媒熱再生システムに取り込まれてもよい。この真空溶媒熱再生システムは、溶媒中の耐熱性塩化物（ＨＳＳ）、分解生成物、および他の汚染物質の濃度が２重量％以上である間、それらを溶媒から除去するように操作される。この真空溶媒熱再生システムへ投入されたＣＯ₂リーン溶媒４０２は、原料生成物交換器４０４へ供給される。原料生成物交換器４０４は、再沸器４０８から送られる蒸気４１２で混合物を加熱することにより、その混合物の温度を摂氏４０度から摂氏１６５度まで上昇させる。

原料生成物交換器４０４から排出されたＣＯ₂リーン溶媒４０６は、その後、再沸器４０８へ通される。再沸器４０８は熱流体を内外で循環させ、溶媒の温度を摂氏１６５度から摂氏１８０度まで上昇させる。ＣＯ₂回収溶媒からＨＳＳと分解生成物とを遊離させる目的で、再沸器４０８の中に水酸化ナトリウムが追加されてもよい。ある実施形態では、操作の終了時点で残留物４１０が焼却炉へ送られ、廃棄されてもよい。混合物のうち蒸気成分４１２は、原料生成物交換器４０４を通して凝縮器４１６へ与えられる。蒸気成分４１２は液体４１８に凝縮された後、吸収装置へ送られる。真空溶媒熱再生システムは半回分モードで操作され、ＨＳＳと不純物とを再沸器４０８の中に集積させる。回分操作が完了した後、液面が低い場合、残留物４１０の廃棄を容易にする目的で、再沸器４０８の中に水が追加されてもよい。

別の実施形態では、図４Ｂのブロック図４０００に示されているように、ポンプから吐出されるＣＯ₂リーン溶媒４０２０が、真空溶媒熱再生システムに取り込まれてもよい。ＣＯ₂リーン溶媒４０２０の温度は摂氏１２０度である。この真空溶媒熱再生システムは、溶媒中のＨＳＳ、分解生成物、および他の汚染物質の濃度が２重量％以上である間、それらを溶媒から除去するように操作される。この真空溶媒熱再生システムに投入されたＣＯ₂リーン溶媒４０２０は、再沸器４０８０へ供給される。

再沸器４０８０は熱流体を内外で循環させ、溶媒の温度を摂氏１２０度から摂氏１８０度まで上昇させる。溶媒からＨＳＳと分解生成物とを遊離させる目的で、再沸器４０８０の中に水酸化ナトリウム４２００が追加されてもよい。ある実施形態では、再沸器４０８０の中に脱塩水４２２０が追加されてもよい。ある実施形態では、再沸器４０８０の中に中圧の蒸気４２４０が追加され、再沸器４０８０から中圧の蒸気４２６０が除去されてもよい。操作の終了時点では残留物４１００が焼却炉へ送られ、廃棄される。混合物のうち蒸気成分４１２０は凝縮器４１６０へ通される。ある実施形態では、凝縮器４１６０の中に冷却水４３００が加えられ、凝縮器４１６０から冷却水４３２０が除去されてもよい。蒸気成分４１２０は液体４１８０に凝縮された後、処理済みの溶媒として熱交換器を通して吸収装置へ送られてもよい（図示せず）。蒸気成分４１２０は真空ポンプ４２８０を通して吸収装置へ送られる。真空溶媒熱再生システムは半回分モードで操作され、ＨＳＳと不純物とを再沸器４０８０の中に集積させる。回分操作が完了した後、液面が低い場合、残留物４１００の廃棄を容易にする目的で再沸器４０８０の中に水が追加されてもよい。

固定式剥離塔の使用に比べ、ＲＰＢ剥離装置の使用に固有な利点は、ＲＰＢ剥離装置の中では混合の度合いが増す結果、より多量のＣＯ₂が液相から気相へ移動することにある。これにより、従来使用されていた剥離装置よりもずっと小型であるＲＰＢ剥離装置が使用可能である。煙道ガスからＣＯ₂を回収する上記のシステムおよび処理の使用には、更に次の利点がある。溶媒中の水分が少ないので、単位量のＣＯ₂の回収に必要なエネルギーが低い。ＣＯ₂の回収率が高いので、ＣＯ₂回収プラントの資本コストが低い。溶媒がＯ₂に曝される時間が短いので、分解される溶媒の割合が低く、溶媒を補充する必要性が低い。中間段階での冷却により、溶媒に取り込まれるＣＯ₂の量が増えるので、単位量のＣＯ₂の回収に必要なエネルギーが低い。ＲＰＢ吸収装置内の温度分布の均一性が高く、かつＲＰＢ吸収装置とＲＰＢ剥離装置との中に溶媒が滞在する時間が短いので、分解される溶媒の割合が低く、溶媒を補充する必要性が低い。

煙道ガスからＣＯ₂を回収する上記のシステムおよび処理の使用には、更に次の利点がある。水洗装置と酸洗装置とが小型であるので、それらの資本コストが低い。ＲＰＢ吸収装置、水洗装置、酸洗装置、および剥離装置が単一のシャフトに実装されることにより、資本コストが抑えられる。Ｏ₂除去装置の資本コストが低い。ＲＰＢ吸収装置内から温度の局所的な上昇が除去されるので、エアロゾルが形成される割合が低い。真空溶媒熱再生システムの使用により、分解される溶媒の割合が低く、回収される溶媒の割合が高い。

図５は、ある実施形態による、煙道ガスからＣＯ₂を回収する処理のフローチャート５００である。このフローチャート５００を、先に説明した図面が開示する要素に関連付けて説明する。

図５のフローチャート５００は、煙道ガスからＣＯ₂を回収する処理に必要なシステムの基本設計概念、機能、および操作を示している。なお、別の実施形態には、ブロックの中に記載されている機能が、図面の中に示されている順序とは異なる順序で実行されるものもあることに注意すべきである。たとえば、図５では連続して示されている２つのブロックが、実際にはほぼ同時に実行されてもよく、それらのブロックが、関連する機能によっては逆の順序で実行される場合があってもよい。さらに、フローチャートにおける処理の記述またはブロックは、状態機械等のハードウェア構造によって行われる判断を表すものとして理解されるべきである。フローチャート５００はステップ５０２から始まり、ステップ５２６まで進む。

ステップ５０２では、システム内を洗浄水と酸性溶液とが循環し始める。ステップ５０４では、ＲＰＢ吸収装置とＲＰＢ剥離装置とが回転を開始する。ステップ５０６では、再沸器と吸収装置の溶媒だめとに液状の溶媒が確保される。ステップ５０８では、再沸器に水蒸気が供給され、剥離装置の圧力が設定値に到達可能になる。ステップ５１０では、循環ポンプがＣＯ₂リッチ溶媒とＣＯ₂リーン溶媒との循環を開始する。ステップ５１２では、システムへの煙道ガスの流入が開始される。ステップ５１４では、ＲＰＢ剥離装置からのＣＯ₂の出力が監視される。ステップ５１６では、ＲＰＢ剥離装置から出力されるＣＯ₂が利用可能になった時点で、ＲＰＢＯ₂除去装置が起動する。ステップ５１８では、煙道ガスの流れが停止する。ステップ５２０では、ＣＯ₂の出力が止まるまでシステムが待機する。ステップ５２２では、再沸器への水蒸気の供給が停止する。ステップ５２４では、溶媒の循環が停止する。ステップ５２６では、ＲＰＢ剥離装置、ＲＰＢ吸収装置、水洗装置、酸洗装置、およびＯ₂除去装置が停止する。

図６は、ある実施形態によるＲＰＢ吸収装置の試作品を表すブロック図６００である。この試作品は溶媒に対する実験を様々な条件下で行い、温度および流量を危険な箇所においても測定することができる。流量制御装置６０４を通過したＣＯ₂６０２を、流量制御装置６１２を通過した空気６１０に混ぜることにより、模擬煙道ガスが生成される。この模擬煙道ガスは、熱水源６１４を備えた加湿器６０６へ供給される。加湿器６０６での処理を終えた模擬煙道ガスの温度が、温度測定制御装置６１６によって測定される。その後、模擬煙道ガスはＲＰＢ吸収装置６２６へ供給される。このＲＰＢ吸収装置は内径が０．０８ｍ、外径が０．３ｍであり、径方向における充填層の深さが０．１１ｍである。回転軸に沿った充填層の長さは０．０２ｍである。ＲＰＢ吸収装置６２６は、内径が０．３６ｍであるポリプロピレンケースの中に収められている。ＲＰＢ吸収装置６２６は、最高速が３０００ｒｐｍである同期電動機によって駆動される。

ＲＰＢ吸収装置６２６にはアミン供給タンク６０８から溶媒が供給される。このタンク６０８の内部６２０では熱水システム６２２が、循環する熱水を利用して溶媒を加熱している。アミン供給タンク６０８からの溶媒の流量が流量計６１８によって測定され、アミン供給タンク６０８の温度が温度計６２８によって測定される。ＲＰＢ吸収装置６２６から排出されたガス６３２の温度が温度計６３０によって測定され、そこから排出されたアミン６３６の温度が温度計６３４によって測定される。
実験例
実験例１：複数種の溶媒に対する動作条件の決定

この実験例では、複数種の溶媒に対する動作条件が決定された。これらの動作条件は表１に示されている。

溶媒の流量のある範囲と回転速度のある範囲とについて、ＣＯ₂の吸収量が測定された。パラメーターの設定範囲は表１に示されている。

各実験では、供給されるＣＯ₂６０２が１２モル％に保たれていた。この濃度は石炭燃料の煙道ガスの濃度と同程度である。液状の溶媒の温度は摂氏４０度であった。ＣＯ₂の回収処理において液ガス比は重要なパラメーターである。吸収装置にフラッディング（液状の溶媒が逆流する現象）が生じない限り、溶媒の流量が大きいほど、吸収装置が高い性能を示すからである。溶媒はＣＯ₂を少ししか吸収しないので、溶媒の増量と共に、剥離装置の負荷を増大させることが必要である。このことが考慮されることにより、溶媒の最適な流量が見出される。剥離装置の負荷の増大は、ＣＯ₂の回収処理の遂行に必要なエネルギーを増大させる。表１に示されている実験結果からは必要な移動単位数（ＮＴＵ_OG）が計算可能である。３０重量％のモノエタノールアミンに関する回転速度６００ｒｐｍ、液ガス比３．３の結果では、供給されるＣＯ₂が１２．１％であり、排出されるＣＯ₂が９．１％であった。したがって、必要な移動単位数は

さらに、充填層の高さは、ガス側の総括移動単位高さ（ＨＴＵ_OG）にガス側の総括移動単位数（ＮＴＵ_OG）を乗じた値に等しい。試作品の半径が０．１１ｍであったので、充填層の高さは０．１１ｍであり、ＮＴＵが０．２８であったので、ガス側の総括移動単位高さは

ガス側の移動単位高さが０．３９ｍであることがわかった。これは、ガス側の移動単位がＲＰＢ吸収装置では、固定式吸収装置よりもかなり縮小されることを示している。表２は、ある実施形態に従って５種類の溶媒で試した実験結果を示す。

各溶媒について複数の液ガス比と複数の回転速度とで実験が行われた。この実験は、６００ｒｐｍで９０％のＣＯ₂を回収するのに必要なＲＰＢ吸収装置のサイズを決定するための１つの方法を与えるものである。
実験例２：真空溶媒熱再生システムのシミュレーションによる、溶媒の回収量の最大化に必要な動作パラメーターの決定

この実験例について、ある真空溶媒熱再生システムの実験結果が表３に示されている。稼働中のＣＯ₂回収プラントから得られた溶媒のサンプルが、実験用の設定で再生された。それにより再生された溶媒についての結果が、表３には示されている。さらに、感度分析についてシミュレーションが行われ、回収量が最大化し、かつ必要なエネルギーが最小化するように、動作パラメーターが最適化された。

この実験例では、ある真空溶媒熱再生システムのシミュレーションを用いて、溶媒ＣＤＲＭａｘの回収量の最大化に必要な動作パラメーターが決定された。表４は、ある実施形態に従って行われた、その真空溶媒熱再生システムのシミュレーションの結果を示す。表４には、摂氏１６５度、０．７５ｂａｒ（ａ）での最適な結果が表示されている。

実験例３：摂氏４０度における蒸気中のＣＯ₂の量と溶媒中のＣＯ₂の量（すなわち濃度）との間の関係

この実験例では、摂氏４０度における蒸気中のＣＯ₂の量と溶媒中のＣＯ₂の量（すなわち濃度）との間の関係が決定された。図７が示すグラフは、摂氏４０度において蒸気中のＣＯ₂の分圧と溶媒中のＣＯ₂の量（すなわち濃度）との間に現れる気液平衡（ＶＬＥ）関係を示すグラフである。
実験例４：ＣＯ₂を取り込んでいない溶媒とＣＯ₂を取り込んだ溶媒との粘度

この実験例では、ＣＯ₂を取り込んでいない溶媒とＣＯ₂を取り込んだ溶媒との粘度が決定された。表５には、ＣＯ₂を取り込んでいない溶媒とＣＯ₂を取り込んだ溶媒との、摂氏４０度における粘度が示されている。

表５では各値が重量％で表されている。各場合において、平衡を生じさせるのに脱塩水が使用されている。
実験例５：ＲＰＢの性能を高める目的でそのサイズを選択する方法論

この実験例では、１０体積％のＣＯ₂を含む「石炭系燃料」の煙道ガスから９０％のＣＯ₂を回収して、１日あたり１０ｔのＣＯ₂を回収可能なＲＰＢのデザインが決定された。

すなわち、この実験例では、実験で得られた関係を利用して、ＲＰＢの内径（ｄ_i）、外半径（ｒ_o）、内半径（ｒ_i）、および軸方向の長さ（ｚ）が決定された。これらのパラメーターは、ＲＰＢに必要な断面積と総容積との決定に利用された。

ＲＰＢの内径（ｄ_i）は、ＲＰＢが、液状の溶媒を分散させる機構用の空間を含む一方、ＲＰＢの動作中、過剰な速度のガスが溶媒を同伴することのないように選択された。

ＲＰＢの軸方向の長さ（ｚ）は、ＲＰＢにフラッディングを生じさせることなく、必要な量の物質を移動させるのには十分な体積を充填層に与えられる範囲の中から、許容可能な最小値に決定された。

従来の固定式充填塔では、特定量の物質の移動に必要な充填層の高さ（Ｈ）が次式で決定される。すなわち、その高さ（Ｈ）は、ガス側の移動単位高さ（ＨＴＵ_OG）とガス側の移動単位数（ＮＴＵ_OG）との積である。

ＲＰＢでは、充填層に必要とされる条件が従来の固定式充填塔とは異なる。ＲＰＢの充填層は高さ方向に直線的ではないからである。したがって、次の類推が代用される。充填層の断面積（π（ｒ_o ²－ｒ_i ²））が、従来の固定式充填塔における充填層の高さ（Ｈ）に等価である。これは、ガス側の総括移動単位面積（ＡＴＵ_OG）とガス側の総括移動単位数（ＮＴＵ_OG）とを使って次式で表される。

充填層の断面積（π（ｒ_o ²－ｒ_i ²））を決定するには、ＡＴＵ_OGとＮＴＵ_OGとの両方が既知でなければならない。これらは次式を用いて実験的に導出可能である。ここで、ｙ_inは、供給されるガスに含まれる吸収対象成分のモル分率であり、ｙ_outは、排出されるガスに含まれる吸収対象成分のモル分率であり、Ｑ_Gはガスの体積流量であり、ｚはＲＰＢの軸方向の長さであり、Ｋ_Gａはガス側の物質移動係数である。

この実験例では、溶媒の試用がＲＰＢ吸収装置の試作品を使って行われた。実際のＣＯ₂回収プラントにおいて想定される状態をシミュレーションする目的で、ＣＯ₂リーン溶媒として、ＣＯ₂濃度が溶媒のアルカリ度１モルあたり０．１モルであるものが使用された。その結果、使用可能なＣＯ₂回収プラントの典型的な状態の下でガス側の物質移動係数が測定された。

この実験例における溶媒の試用では、ガス側の物質移動係数の算出が必要であった。充填層の断面積、軸方向の長さ、およびガスの体積流量は既知であり、供給されるガスに含まれるＣＯ₂のモル分率（ｙ_in）と、排出されるガスに含まれるＣＯ₂のモル分率（ｙ_out）との両方が測定された。

この実験例では、対象の溶媒のＫ_Gａ値を使って、ＣＯ₂濃度が１０体積％である煙道ガスから９０％のＣＯ₂を回収することが可能な充填層の径方向における深さが決定された。
実験例６：１日あたり１ｔのＣＯ₂を回収するＲＰＢのサイズ

この実験例では、１日あたり１ｔのＣＯ₂の回収を目標とするＲＰＢのサイズが決定された。

表６が示すとおり、ＲＰＢ吸収装置、剥離装置の寸法はすべて１ｍ未満である。このように、ＲＰＢ吸着装置、剥離装置は比較的小さく、コンパクトである。
実験例７：１日あたり１０ｔのＣＯ₂を回収するＲＰＢのデザイン

この実験例では、ＣＯ₂濃度が１０体積％である煙道ガスから回収率９０％で１日あたり１０ｔのＣＯ₂の回収を目標とするＲＰＢのデザインが決定された。

図８は、ＣＯ₂を回収するシステム１２００を示す。このシステム１２００は、１日あたり１０ｔのＣＯ₂を回収するのに利用される。図８内の実線は液状の溶媒の通路を示し、破線はガスの通路を示す。

この実験例では、システム１２００の入口に煙道ガス１２０１が入る。この煙道ガス１２０１は１０体積％のＣＯ₂を含み、温度が摂氏１４０度である。煙道ガス１２０１はシステム１２００へ入った後、ファン１２０２を通過する。このファン１２０２は、配管内と下流の処理とで生じる圧力低下を打開する目的で必要とされてもよい。

この実験例では、ＣＯ₂を回収するシステム１２００において２つの操作が行われた。

第１の操作では、煙道ガス１２０１が直接接触式冷却器（ＤＣＣ）１２０３の中で冷却される。この冷却には、ＤＣＣのドラム１２０４、循環ポンプ１２０５、および熱交換器１２０６を通して循環する水が使用される。ＤＣＣ１２０３はＲＰＢであってもよい。冷却に使用される水は、熱交換器１２０６の中で冷却される。煙道ガス１２０１の中の余分な凝縮液は出口１２０７から排出される。

第２の操作では、ＳＯx塔１２０８が、アルカリ洗浄によってＳＯx、ＮＯx等の酸性ガスを除去するのに使用される。ＳＯx塔１２０８はＲＰＢであってもよい。ＳＯx塔のドラム１２０９、循環ポンプ１２１０、および冷却器１２１１を通して水が循環している。この水にはアルカリ成分１２１２が、ポンプ１２１３を使って投与されている。この水はＳＯx塔１２０８の中で煙道ガス１２０１と接触する。余分な液は循環路から出口１２１４を通して排出される。

その後、煙道ガス１２０１がＣＯ₂吸収装置１２１５を通過する。このＣＯ₂吸収装置１２１５はＲＰＢである。煙道ガス１２０１はＣＯ₂回収溶媒と向流接触する。ＣＯ₂吸収装置１２１５は、内部で煙道ガス１２０１とＣＯ₂回収溶媒とが接触する充填層を２つ含む。これらの充填層の間ではＣＯ₂回収溶媒の温度が中間冷却用熱交換器によって制御される。この熱交換器は、熱交換器１２１８、ポンプ１２１７、およびドラム１２１６で構成されている。煙道ガス１２０１は、ＣＯ₂が枯渇した状態でＣＯ₂吸収装置から出され、水洗装置１２１９へ通される。水洗装置１２１９はＲＰＢであってもよい。ＣＯ₂回収溶媒は、ＣＯ₂の含有率が高い状態でＣＯ₂吸収装置から出され、ＣＯ₂リッチ溶媒用のドラム１２２０へ通される。ＣＯ₂回収溶媒は、このドラム１２２０からＣＯ₂リッチ溶媒用の昇圧ポンプ１２２１を経由してＯ₂除去装置１２２２へ入る。

この実験例では、ＣＯ₂が枯渇した状態の煙道ガス１２０１が水洗装置１２１９へ入る。この水洗装置１２１９の中では煙道ガス１２０１が、２つの水洗用充填材１２２３、１２２６（直列に配置されている。）を通して循環する２本の水流と接触する。各充填材１２２３、１２２６を通る水は洗浄水用のポンプ１２２４、１２２７によって循環し、熱交換器１２２５、１２２８によって冷却された後、水洗装置１２１９へ戻される。こうして処理された煙道ガス１２０１は、出口１２２９から排出される。

この実験例では、ＣＯ₂回収溶媒が、ＣＯ₂の含有率が高い状態でＯ₂除去装置１２２２へ入る。Ｏ₂除去装置１２２２はＲＰＢであってもよい。Ｏ₂除去装置１２２２の中ではＣＯ₂回収溶媒がＣＯ₂の流れと接触する。ＣＯ₂のその流れと、それに同伴されるＯ₂とは、ＣＯ₂吸収装置１２１５へ戻される。ＣＯ₂回収溶媒は、Ｏ₂が除去された後、サージドラム１２３０、ＣＯ₂リッチ溶媒用ポンプ１２３１、およびクロスオーバー熱交換器１２３２を通して剥離装置１２３３の中へ圧送される。クロスオーバー熱交換器１２３２とＣＯ₂吸収装置１２１５との間にはＣＯ₂リーン溶媒用冷却器１２４２が設置されていてもよい。

この実験例では、再沸器１２３８の中で生成された蒸気が剥離装置１２３３へ供給されて、ＣＯ₂回収溶媒を加熱し、その中からＣＯ₂を剥ぎ取るのに利用される。剥離装置１２３３はＲＰＢであってもよい。蒸気は、水蒸気、気化した溶媒成分、およびＣＯ₂ガスで構成されており、剥離装置１２３３から還流交換器１２３４へ入る。その中では蒸気の温度が摂氏１２０度から摂氏４０度まで降下する。これにより、水蒸気と溶媒成分とが液相へ凝縮する。その後、水蒸気は還流タンク１２３５へ通される。その中では、ガス状のＣＯ₂が液体成分から解放される。その後、液体成分は還流としてＣＯ₂回収処理へ戻される。還流が還流ポンプ１２３６によって剥離装置１２３３へ圧送される一方、ＣＯ₂は、純度が９５％を超える流れとなって、出口１２３７から還流交換器１２３４の外へ出される。ＣＯ₂のこの流れはＯ₂除去装置１２２２へ戻され、Ｏ₂除去処理においてパージガスとして利用される。

この実験例では、剥離装置の作動圧力が１バール（ｇ）であり、再沸器へ入れられた水蒸気の動作時における圧力（飽和水蒸気圧）が３．５バール（ｇ）であった。剥離装置、再沸器、還流交換器、還流タンク、水蒸気系統、および凝縮液系統の設計圧力は１０バール（ｇ）であった。

この実験例では、ＣＯ₂回収溶媒が（もはやＣＯ₂を含んでいない状態で）剥離装置１２３３から出て再沸器１２３８を通過し、ＣＯ₂リーン溶媒用ポンプ１２３９を使って加圧されてクロスオーバー熱交換器１２３２を通り、ＣＯ₂リーン溶媒用冷却器１２４２を経由してＣＯ₂吸収装置１２１５へ戻る。

この実験例では、ＤＣＣ１２０３、ＳＯx塔１２０８、および水洗装置１２１９が別々のＲＰＢのシャフトに配置されている。
実験例８：ＲＰＢを処理に利用する設備のサイズの選択

この実験例では、従来技術による固定式充填層のサイズの選択に、（Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ Ｇａｓ Ｔｒｅａｔｉｎｇ社製の）ＰｒｏＴｒｅａｔ（登録商標）等の工程シミュレーションソフトウェアが利用された。一方、ＲＰＢを利用する設備のサイズの選択には実験例５の方法論が採用された。

表７は、ＣＯ₂濃度が１０体積％である煙道ガスから１日あたり１０ｔのＣＯ₂を回収可能な設備の寸法を、ＲＰＢを利用する場合と従来の固定式充填層を利用する場合との間で比較したものである。

表７が示す、ＲＰＢを利用する設備の寸法データと、従来の固定式充填層を利用する設備の寸法データとを比較すると、ＣＯ₂の回収率９０％を達成するのに必要な充填層の体積は、ＲＰＢを利用する設備の方が、１桁、またはその近くまで低減している。
実験例９：ＲＰＢを含むシステムにおいて補助的な処理を行う設備のサイズの選択

この実験例では、（Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ Ｇａｓ Ｔｒｅａｔｉｎｇ社製の）ＰｒｏＴｒｅａｔ（登録商標）等の工程シミュレーションソフトウェアを使って、ＲＰＢを利用する実験例８による設備のサイズが選択された。

表８、９、１０は、ＲＰＢを利用して、ＣＯ₂濃度が１０体積％である煙道ガスから１日あたり１０ｔのＣＯ₂を回収することが可能なプラントに含まれる設備の仕様を示す。特にこれらの表には、そのようなプラントに必要なポンプ、ファン、熱交換器、およびタンクの仕様が示されている。

以上の実施形態が示すように、ＲＰＢを利用する設備がＣＯ₂の回収率９０％を達成するのに必要な充填層の体積は、１桁、またはその近くまで低減している。この事実は、設備投資額の削減と、ＣＯ₂の回収性能を同程度以上にするサイズの低減とに繋がるので、有益である。上記の実施形態について説明したとおり、ＲＰＢの利用からは、既知のシステムを超える利益が得られる。

以上、本発明の実施形態とその有利な効果とについて詳細に説明した。しかし、その実施形態に様々な変更、置換、および修正を加えることが、添付の請求の範囲で定義される発明の技術的範囲を逸脱することなく可能であることは理解されるべきである。さらに、上記の説明の意図は、本発明が利用する処理、機械、製法、物質の成分、方法、およびステップの例を、明細書に記載されている特定の例に限定することにはない。明細書に開示された内容から直ちに理解されるように、上記の例と実質的に同じ機能を発揮し、もしくは実質的に同じ効果を与える既存の、もしくは後発の処理、機械、製法、物質の成分、方法、またはステップが本発明に利用されてもよい。したがって、そのような処理、機械、製法、物質の成分、方法、またはステップが本発明の技術的範囲に属することを、添付の請求の範囲は意図している。

「備える」、「有する」、「含む」、およびそれらの類義語は、この明細書と添付の請求の範囲とで使用される場合、特定の特徴、ステップ、または数が含まれることを意味する。しかし、これらの語は、他の特徴、ステップ、または要素の存在を排除するものとして解釈されるべきではない。

必要に応じ、上記の説明、添付の請求の範囲、または添付の図面において特定の形状で表現されている特徴、特定の機能を発揮する手段として開示されている特徴、または特定の効果を与える方法もしくは処理として開示されている特徴が、他の特徴とは別に、または他の特徴と様々に組み合わされて利用されることにより、本発明が多様な形態で実現されてもよい。

Claims (20)

1. 煙道ガスから二酸化炭素（ＣＯ₂）を回収する処理であって、
   ＣＯ₂を含む煙道ガスを少なくとも１台の、回転式充填層（以下、「ＲＰＢ」という。）を含む直接接触式冷却器（以下、「ＤＣＣ」という。）へ供給して冷却するステップと、
   前記少なくとも１台のＤＣＣから放出された冷却後の煙道ガスを、回転している少なくとも１台の、ＲＰＢを含む吸収装置へ供給し、前記吸収装置の内周部を通して供給されたＣＯ ₂ の含有率が低い溶媒（以下、「ＣＯ ₂ リーン溶媒」という。）を前記吸収装置の外周部へ向かって移動させ、逆方向へ流れる前記冷却後の煙道ガスと反応させて当該煙道ガスからＣＯ ₂ を除去することにより、ＣＯ ₂ の含有率が高い溶媒（以下、「ＣＯ ₂ リッチ溶媒」という。）を形成するステップと、
   前記吸収装置での処理後の煙道ガスを、ＲＰＢを含む水洗装置と酸洗装置とのいずれかまたは両方へ通して、当該煙道ガスの中に残存する前記ＣＯ ₂ リーン溶媒を除去するステップと、
   前記ＣＯ ₂ リッチ溶媒を、ＲＰＢを含む剥離装置へ通して、当該ＣＯ ₂ リッチ溶媒からＣＯ ₂ を剥ぎ取ることにより前記ＣＯ ₂ リーン溶媒を形成するステップと
   を備えている処理。
2. 前記溶媒を前記処理に再利用する目的で、ＣＯ₂と反応した前記溶媒を熱再生するステップ
   を更に備えた、請求項１に記載の処理。
3. 前記剥離装置から供給された前記ＣＯ ₂ リーン溶媒を再沸器で加熱し、前記再沸器から前記剥離装置へ蒸気を供給するステップと、
   前記吸収装置から供給される前記ＣＯ ₂ リッチ溶媒と、前記再沸器から供給される前記ＣＯ ₂ リーン溶媒との両方を熱交換器に通して、当該ＣＯ ₂ リッチ溶媒を当該ＣＯ ₂ リーン溶媒で加熱するステップと、
   前記再沸器から前記熱交換器へ供給されるべき前記ＣＯ ₂ リーン溶媒と、前記熱交換器から前記吸収装置へ供給されるべき前記ＣＯ ₂ リーン溶媒とのいずれかを熱再生装置に通すステップと
   を更に備えている、請求項１または請求項２に記載の処理。
4. 前記吸収装置のＲＰＢのハウジングが回転可能な円盤の上に実装されている、
   請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の処理。
5. 前記冷却後の煙道ガスを、回転している少なくとも１台の吸収装置へ供給するステップが、前記冷却後の煙道ガスを、２、３、４、５、または６台の、ＲＰＢを含む吸収装置へ供給するステップを含む、
   請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の処理。
6. 前記２、３、４、５、または６台の吸収装置が、共通のシャフトに直列に配置されている、
   請求項５に記載の処理。
7. 前記ＣＯ₂リーン溶媒が前記回転している少なくとも１台の吸収装置へ再び導入される、請求項１に記載の処理。
8. 前記少なくとも１台の吸収装置から放出されたＣＯ₂リッチ溶媒を、ＲＰＢを含むＯ₂除去装置、または固定式充填層を含むＯ₂除去装置へ通して、当該溶媒中に溶存するＯ₂を当該溶媒から除去するステップ
   を更に備えた、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の処理。
9. 前記ＣＯ₂リッチ溶媒をＯ₂除去装置へ通して当該溶媒からＯ₂を除去するステップでは、前記ＣＯ₂リッチ溶媒の中に存在するＯ₂を９０％以上除去する、
   請求項８に記載の処理。
10. 各ＲＰＢは、
    半径が０．２ｍから１．２５ｍまで、または０．２ｍから０．８ｍまでの範囲にあり、
    軸方向の長さが０．０２ｍから１．０ｍまで、または０．２ｍから０．６ｍまでの範囲にあり、
    体積が０．０４ｍ³から４．９ｍ³まで、または０．０４ｍ³から０．６ｍ³までの範囲にある、
    請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の処理。
11. 煙道ガスからＣＯ₂を回収するシステムであって、
    回転式充填層（以下、「ＲＰＢ」という。）を含み、前記煙道ガスを冷却するように構成されている直接接触式冷却器（以下、「ＤＣＣ」という。）と、
    回転することにより、内周部を通して供給されたＣＯ ₂ の含有率が低い溶媒（以下、「ＣＯ ₂ リーン溶媒」という。）を外周部へ向かって移動させ、逆方向へ流れる、前記ＤＣＣによって冷却された煙道ガスと反応させて当該煙道ガスからＣＯ ₂ を除去し、ＣＯ ₂ の含有率が高い溶媒（以下、「ＣＯ ₂ リッチ溶媒」という。）を形成するように構成されている、少なくとも１台の、ＲＰＢを含む吸収装置と、
    前記吸収装置での処理後の煙道ガスを通すことにより、当該煙道ガスの中に残存する前記ＣＯ ₂ リーン溶媒を除去するように構成されている、ＲＰＢを含む水洗装置と酸洗装置とのいずれかまたは両方と、
    前記ＣＯ ₂ リッチ溶媒からＣＯ ₂ を剥ぎ取ることにより前記ＣＯ ₂ リーン溶媒を形成するように構成されている、ＲＰＢを含む剥離装置と
    を備えているシステム。
12. 前記溶媒を再利用する目的で、ＣＯ₂と反応した前記溶媒を熱再生する要素
    を更に備えた、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記剥離装置から供給された前記ＣＯ ₂ リーン溶媒を加熱し、前記剥離装置へ蒸気を供給するように構成されている再沸器と、
    前記吸収装置から供給される前記ＣＯ ₂ リッチ溶媒を、前記再沸器から供給される前記ＣＯ ₂ リーン溶媒で加熱するように構成されている熱交換器と、
    前記再沸器から前記熱交換器へ供給されるべき前記ＣＯ ₂ リーン溶媒と、前記熱交換器から前記吸収装置へ供給されるべき前記ＣＯ ₂ リーン溶媒とのいずれかを通す熱再生装置と
    を更に備えている、請求項１１または請求項１２に記載のシステム。
14. 前記吸収装置のＲＰＢのハウジングが回転可能な円盤の上に実装されている、
    請求項１１から請求項１３までのいずれか１項に記載のシステム。
15. 回転するように構成された、２、３、４、５、または６台の、ＲＰＢを含む吸収装置
    を更に備えた、
    請求項１１から請求項１４までのいずれか１項に記載のシステム。
16. 前記２、３、４、５、または６台の吸収装置が、共通のシャフトに直列に配置されている、請求項１５に記載のシステム。
17. 前記ＣＯ₂リーン溶媒を前記回転している少なくとも１台の吸収装置へ再び導入するように構成されている、請求項１４に記載のシステム。
18. 前記少なくとも１台の吸収装置から放出されたＣＯ₂リッチ溶媒からＯ₂を除去するための、ＲＰＢを含むＯ₂除去装置、または固定式充填層を含むＯ₂除去装置
    を更に備えた、請求項１４から請求項１７までのいずれか１項に記載のシステム。
19. 前記Ｏ₂除去装置は、前記ＣＯ₂リッチ溶媒の中に存在するＯ₂を９０％以上除去するように構成されている、請求項１８に記載のシステム。
20. 各ＲＰＢは、
    半径が０．２ｍから１．２５ｍまで、または０．２ｍから０．８ｍまでの範囲にあり、
    軸方向の長さが０．０２ｍから１．０ｍまで、または０．２ｍから０．６ｍまでの範囲にあり、
    体積が０．０４ｍ³から４．９ｍ³まで、または０．０４ｍ³から０．６ｍ³までの範囲にある、
    請求項１４から請求項１９までのいずれか１項に記載のシステム。

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