WO2014091590A1 - Ｃｏ２回収装置及びその運転方法 - Google Patents

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佐藤　大樹
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    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2

Definitions

  • the present invention CO 2 recovery apparatus for recovering CO 2 with solid CO 2 capturing material from a gas containing CO 2 and its operation method.
  • CO 2 carbon dioxide
  • CH 4 methane
  • CFCs chlorofluorocarbons
  • CO 2 separation and recovery techniques such as a chemical absorption method, a physical absorption method, a membrane separation method, an adsorption separation method, and a cryogenic separation method.
  • Other CO 2 separation and recovery techniques include a CO 2 separation and recovery method using a solid CO 2 capturing material.
  • a CO 2 separation and recovery system using the CO 2 capturing material is to introduce gas (CO 2 containing gas) to the capturing material container filled with CO 2 capturing material including CO 2, and CO 2 capturing material and CO 2 containing gas To capture and remove CO 2 . Thereafter, the captured CO 2 is desorbed and recovered by heating the CO 2 capturing material. CO 2 capturing material the CO 2 desorbed is contacted with CO 2 containing gas after cooling, be used again in capturing and removing the CO 2.
  • gas CO 2 containing gas
  • Patent Document 1 describes an example of an apparatus for removing CO 2 using a solid CO 2 capturing material.
  • Carbon dioxide removal device described in Patent Document 1 a zeolite and CO 2 adsorbent, after the CO 2 adsorbed by contacting the CO 2 containing gas dehumidified in CO 2 adsorbent, above atmospheric pressure condensation
  • the CO 2 adsorbent is indirectly heated using water or water vapor to desorb CO 2 , and then cooling water is circulated to cool the CO 2 adsorbent.
  • the present invention aims a CO 2 recovering apparatus capable of reducing the time change in the amount of condensed water discharge, to provide the operation method.
  • the CO 2 recovery device has the following features.
  • a capture material container filled with a solid CO 2 capture material that removes CO 2 from a CO 2 -containing gas, a heat transfer section provided in the capture material container, for heating and cooling the CO 2 capture material, and the capture material container is connected, a first pipe for introducing the CO 2 containing gas into the trapping material container is connected to the capturing material container, the discharging the CO 2 -containing gas CO 2 has been removed gas from the trapping material container second piping connected to said capturing material container, a third pipe for introducing steam into the heat recovery area to desorb the CO 2 from the CO 2 capturing material, connected to said capturing material container, the CO A fourth pipe for discharging a gas containing CO 2 desorbed from the trapping material from the trapping material container, a fifth pipe connected to the trapping material container and introducing cooling water into the heat transfer section, the trapping Connected to the material container, A sixth pipe for discharging condensed water generated when the heat transfer section is introduced from the heat transfer section, a seventh pipe connected to the capturing material
  • a storage container for storing water for storing water
  • an eighth pipe connected to the storage container for discharging condensed water from the storage container
  • a ninth pipe connected to the storage container for discharging water vapor from the storage container
  • a second valve for controlling the flow rate of the condensed water flowing in the eighth pipe, and provided on the downstream side of the second valve in the eighth pipe, And a flow meter for measuring the flow rate of the condensed water flowing through the pipe.
  • a CO 2 recovering apparatus capable of reducing the time change in the amount of condensed water to be discharged, it is possible to provide the operation method.
  • FIG. 1 is a schematic diagram schematically showing a configuration of a CO 2 recovery device according to Example 1.
  • FIG. Using a CO 2 recovery apparatus according to Embodiment 1 is a diagram showing an example of a flow of a capture process to capture CO 2 from CO 2 containing gas.
  • Using a CO 2 recovery apparatus according to Embodiment 1 is a diagram showing an example of a flow of the regeneration step of recovering the CO 2 desorbed by heating the CO 2 from the captured CO 2 capturing material.
  • Using a CO 2 recovery apparatus according to Embodiment 1 is a diagram showing an example of a flow of the cooling step of cooling the CO 2 capturing material the CO 2 desorbed by heating.
  • the structure of the CO 2 recovery apparatus according to Comparative Example is a schematic view schematically showing.
  • FIG. I a diagram showing a CO 2 capture unit of the CO 2 recovery apparatus.
  • Example 3 is a schematic diagram schematically showing a configuration of a plurality of CO 2 capture unit and the CO 2 recovery apparatus combines one reservoir. It is a diagram showing an operation example of a CO 2 recovery apparatus shown in FIG.
  • Example 4 is a diagram showing a configuration example of a CO 2 recovery apparatus used in the regeneration step of another CO 2 recovery apparatus the discharged steam from the reservoir in the regeneration step.
  • Example 5 is a schematic view schematically showing the structure of a CO 2 recovery apparatus comprising a reservoir for pooled cooling water discharged from the heat transfer section.
  • Example 6 a plurality of CO 2 capturing units are installed, and a part of the cooling water discharged in the cooling process of one CO 2 capturing unit and the condensed water discharged in the regeneration process of the other CO 2 capturing unit.
  • Example 7 is a schematic diagram schematically showing the configuration of a CO 2 recovery apparatus installed piping for introducing steam to the capture material container.
  • the CO 2 recovery apparatus according to the present invention is a diagram showing an apparatus configuration example in the case of applying the thermal power plant.
  • the present inventors have made intensive studies of the above problems, capturing material container filled with solid CO 2 capture material to remove CO 2 from a gas (CO 2 containing gas) containing CO 2, provided in the capturing material container
  • a heat transfer section for heating and cooling the CO 2 capture material connected to the capture material container, a first pipe for introducing a CO 2 -containing gas into the capture material container, connected to the capture material container, second pipe for discharging the gas from which CO 2 has been removed from the CO 2 containing gas from the trapping material container is connected to the capturing material container, the heat transfer of CO 2 from the CO 2 capturing material to desorb third pipe for introducing steam into parts, being connected to said capturing material container, a fourth pipe for discharging a gas containing CO 2 desorbed from the CO 2 capturing material from the capturing material container, the capturing material container
  • the cooling water is connected to the heat transfer section.
  • a CO 2 capture unit including a seventh pipe for discharging cooling water from the heat transfer section, and a first valve that is provided in the sixth pipe and controls the flow rate of the condensed water flowing through the sixth pipe.
  • a storage container that is connected to the sixth pipe and stores the condensed water discharged from the heat transfer section; an eighth pipe that is connected to the storage container and discharges the condensed water from the storage container; A ninth valve connected to the storage container for discharging water vapor from the storage container; a second valve provided in the eighth pipe for controlling the flow rate of condensed water flowing through the eighth pipe; The eighth pipe is provided on the downstream side of the second valve of the eighth pipe.
  • the CO 2 recovery apparatus and a flow meter for measuring the flow rate of the condensed water that flows were considered possible to reduce the variation in the flow rate of the condensed water.
  • the amount of condensed water generated during the introduction of steam into the heat transfer section for heating the CO 2 capturing material varies with the temperature of the CO 2 capturing material.
  • the amount of condensed water discharged is controlled in order to control the amount of condensed water that is stored and discharged in the storage container even if the amount of generated condensed water varies over time. It is also possible to reduce the time change of the water and to make the discharge amount of the condensed water constant.
  • the CO 2 capturing material used in the CO 2 recovery apparatus may be any substance, but for example, an alkali metal oxide or carbonate such as Na or K, or an alkaline earth metal such as Mg or Ca. Oxides or carbonates of the above, oxides or carbonates of rare earth metals such as Y and Ce, Zr oxide, and oxides of Si and Al can be used.
  • Ce, La, Pr, oxides of at least one rare earth element selected from the group consisting of Nd, and Gd are often trapped amount of CO 2, CO at 300 ° C. or less of the low temperature 2 Since it can be desorbed, it has preferable characteristics as a CO 2 capturing material.
  • Examples of the method of operating a CO 2 recovery apparatus comprises a capture step of capturing CO 2 from CO 2 containing gas by introducing CO 2 containing gas to the capturing material container, by introducing steam into the heat transfer section a regeneration step for desorbing recovering CO 2 by heating the CO 2 capturing material, wherein one cycle of three steps of cooling step of cooling the CO 2 capturing material by introducing cooling water into the heat transfer section, the cycle A method of repeatedly collecting CO 2 can be mentioned.
  • FIG. 1A is a schematic diagram schematically showing the configuration of a CO 2 recovery apparatus according to the present embodiment. With the configuration shown in FIG. 1A, it is possible to reduce the time change in the flow rate of the condensed water discharged from the CO 2 recovery device.
  • the CO 2 recovery apparatus according to this embodiment includes a trapping material container 1, a pipe 2a, a pipe 2b, a pipe 2c, a heat transfer unit 4, a pipe 2d, a pipe 2e, a pipe 2f, a storage container 5, a pipe 2g, a pipe 2h, and a pipe 2i. And valves 3a to 3i. Further, the pipe 2i includes a flow meter 9 on the downstream side of the valve 3i.
  • the pipes 2 a to 2 f are connected to the capture material container 1, the pipe 2 g is connected to the capture material container 1 and the storage container 5, and the pipes 2 h and 2 i are connected to the storage container 5.
  • the valves 3a to 3i are provided in the pipes 2a to 2i, respectively.
  • the capture material container 1 is filled with a solid CO 2 capture material (not shown) that removes CO 2 from the CO 2 -containing gas.
  • the pipe 2 a introduces the CO 2 -containing gas into the capture material container 1.
  • the pipe 2b discharges the gas from which the CO 2 has been removed from the CO 2 -containing gas from the trapping material container 1.
  • the pipe 2 c discharges the gas containing CO 2 desorbed from the CO 2 capturing material from the capturing material container 1.
  • the heat transfer unit 4 is provided in the capturing material container 1 and heats and cools the CO 2 capturing material by heat exchange.
  • the structure of the heat transfer unit 4 is, for example, a structure having piping that allows water vapor and cooling water to flow around the CO 2 capturing material.
  • the pipe 2d introduces water vapor into the heat transfer unit 4 in order to desorb CO 2 from the CO 2 capturing material.
  • the pipe 2 e introduces cooling water into the heat transfer unit 4.
  • the pipe 2 f discharges cooling water from the heat transfer unit 4.
  • the storage container 5 stores the condensed water discharged from the heat transfer unit 4.
  • the pipe 2 g connects the capture material container 1 and the storage container 5, discharges condensed water generated when water vapor is introduced into the heat transfer unit 4 from the heat transfer unit 4, and introduces it into the storage container 5.
  • the pipe 2 h discharges water vapor from the storage container 5.
  • the pipe 2 i discharges condensed water from the storage container 5.
  • the valve 3a controls the flow rate of the CO 2 containing gas flowing through the pipe 2a.
  • the valve 3b controls the flow rate of the gas from which CO 2 flowing through the pipe 2b is removed.
  • the valve 3c controls the flow rate of the gas containing desorbed CO 2 flowing through the pipe 2c.
  • the valve 3d controls the flow rate of water vapor flowing through the pipe 2d.
  • the valve 3e controls the flow rate of the cooling water flowing through the pipe 2e.
  • the valve 3f controls the flow rate of the cooling water flowing through the pipe 2f.
  • the valve 3g controls the flow rate of the condensed water flowing through the pipe 2g.
  • the valve 3h controls the flow rate of water vapor flowing through the pipe 2h.
  • the valve 3i controls the flow rate of the condensed water flowing through the pipe 2i.
  • the valve 3h also controls the pressure of water vapor in the storage container 5.
  • the flow meter 9 measures the flow rate of the condensed water flowing through the pipe 2i.
  • Capture material container 1 pipe 2a, pipe 2b, pipe 2c, heat transfer section 4, pipe 2d, pipe 2e, pipe 2f, pipe 2g, valve 3a, valve 3b, valve 3c, valve 3d, valve 3e, valve 3f, and The component consisting of the valve 3g is referred to as a CO 2 capture unit.
  • FIG. 1B is a diagram illustrating an example of a flow of a capturing step of capturing CO 2 from a CO 2 -containing gas using the CO 2 recovery apparatus according to the present embodiment.
  • the valves 3a and 3b are opened, and the valves 3c, 3d, 3e, 3f, 3g, 3h and 3i are closed.
  • the CO 2 -containing gas is introduced into the capturing material container 1 through the pipe 2a.
  • CO 2 containing gas is contacted with CO 2 capturing material of capturing material container 1, CO 2 capture material by capturing CO 2, CO 2 is removed.
  • the gas from which CO 2 has been removed (CO 2 removal gas) is discharged from the trapping material container 1 through the pipe 2b.
  • FIG. 1C is a diagram illustrating an example of a flow of a regeneration process in which CO 2 is desorbed and recovered from a CO 2 capturing material that has captured CO 2 by using the CO 2 recovery apparatus according to the present embodiment.
  • the valves 3c, 3d, 3g, 3h and 3i are opened, and the valves 3a, 3b, 3e and 3f are closed.
  • Water vapor is introduced into the heat transfer section 4 through the pipe 2d. After the water vapor passes through the heat transfer section 4, a part of it becomes condensed water and is temporarily stored in the storage container 5, and the rest is discharged through the pipe 2 h.
  • the flow rate is controlled by the valve 3 i to flow through the pipe 2 i and is discharged from the storage container 5.
  • the opening of the valve 3i is changed according to the measurement value of the flow meter 9 provided in the pipe 2i, and the valve 3i performs control to make the flow rate of the condensed water flowing through the pipe 2i constant.
  • the heat transfer section 4 is heated when water vapor is introduced, and heats the CO 2 capturing material by heat exchange.
  • the CO 2 capturing material desorbs the captured CO 2 when heated.
  • the desorbed gas containing CO 2 is discharged from the capture material container 1 through the pipe 2c and collected.
  • FIG. 1D using the CO 2 recovery apparatus according to this embodiment, the CO 2 capturing material the CO 2 desorbed by heating, is a diagram illustrating an example of a flow of the cooling step of cooling to CO 2 capture possible temperature .
  • the valves 3e and 3f are opened, and the valves 3a, 3b, 3c, 3d, 3g, 3h and 3i are closed.
  • Cooling water is introduced into the heat transfer section 4 through the pipe 2e.
  • the heat transfer unit 4 is cooled when the cooling water is introduced, and cools the CO 2 capturing material by heat exchange.
  • the cooling water introduced into the heat transfer unit 4 is discharged from the heat transfer unit 4 through the pipe 2f.
  • the cooling water is introduced into the heat transfer section 4 until the CO 2 capturing material is cooled to a temperature at which CO 2 can be captured.
  • FIG. 2 is a schematic view schematically showing the configuration of a CO 2 recovery device according to a comparative example.
  • the CO 2 recovery apparatus according to the comparative example is a CO 2 recovery apparatus in which the storage container 5, the pipes 2g, 2h, and 2i, and the valves 3g, 3h, and 3i are omitted from the CO 2 recovery apparatus of Example 1 shown in FIG. 1A. is there.
  • the water vapor introduced into the heat transfer unit 4 is condensed through the heat transfer unit 4 and then discharged through the pipe 2f.
  • Figure 3 is a CO 2 recovery apparatus according to comparative example CO 2 recovery apparatus according to Example 1, a diagram comparing the emission of the condensed water in the regeneration step.
  • the heat transfer section 4 is heated by the steam and the CO 2 capturing material is also heated, but as the temperature of the CO 2 capturing material rises, the condensation rate of the steam becomes slow.
  • the condensed water is temporarily stored in the storage container 5 and then discharged from the storage container 5 with the flow rate controlled by the valve 3 i and the flow meter 9. Therefore, in the CO 2 recovery apparatus according to the first embodiment, as shown in FIG. 3, it is possible to reduce the temporal change in the amount of condensed water discharged and to make the amount of condensed water discharged constant.
  • the generated condensed water is discharged as it is without being stored, so the amount of condensed water discharged decreases as the regeneration process proceeds and does not become constant.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a method for operating the CO 2 recovery apparatus according to the first embodiment.
  • the capture process, the regeneration process, and the cooling process described above are defined as one cycle, and CO 2 can be continuously recovered by repeating this cycle.
  • Example 1 For recovering CO 2, but may be used only one CO 2 recovery apparatus shown in Example 1, may be used a plurality of CO 2 recovery apparatus.
  • a method for operating the CO 2 recovery apparatus when CO 2 is recovered using a plurality of CO 2 recovery apparatuses will be described.
  • each CO 2 recovery device is referred to as recovery devices A, B, and C.
  • the collection devices A, B, and C are set so that the execution times of the capture process, the regeneration process, and the cooling process are the same between the collection apparatuses and between the processes.
  • the steps of the recovery devices A, B, and C are switched by switching the opening and closing of the valves as described in the first embodiment.
  • Table 1 shows an example of an operation method for switching the capture process, the regeneration process, and the cooling process of the recovery apparatuses A, B, and C.
  • the valve opening / closing procedure in each step is the same as that in the first embodiment, and the recovery devices A, B, and C repeat the capturing step, the regeneration step, and the cooling step.
  • the recovery device A when the recovery device A is executing the capturing step, the recovery device B executes the regeneration step, and the recovery device C executes the cooling step.
  • the recovery apparatus A when the recovery apparatus A is executing the regeneration process, the recovery apparatus B performs the cooling process, the recovery apparatus C executes the capture process, and when the recovery apparatus A is executing the cooling process, the recovery apparatus B captures The recovery device C performs the process and the regeneration process.
  • each CO 2 capture device is operated such that at least one other CO 2 capture device performs the cooling step.
  • At least one CO 2 recovery apparatus executes the capturing step, so that CO 2 can be continuously recovered.
  • the process of introducing water vapor into the heat transfer section 4 of the CO 2 recovery apparatus is only the regeneration process. For this reason, when a plurality of CO 2 recovery apparatuses are used as in the second embodiment, there is also a capturing material container 1 in which water vapor is not introduced into the heat transfer section 4 in a certain time. Therefore, it is not always necessary to install one storage container 5 for one capture material container 1.
  • one storage container 5 is installed for three capture material containers 1, and a valve 3 g (for example, see FIG. 1A) is provided between the heat transfer section 4 and the storage container 5 of each capture material container 1.
  • an example of a CO 2 recovery device in which one storage container 5 is installed for a plurality of capture material containers 1 is shown.
  • an example of a CO 2 recovery apparatus is one reservoir 5 for the three capturing material container 1 is installed.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the CO 2 capturing unit 6 of the CO 2 recovery apparatus (FIG. 1A) illustrated in the first embodiment.
  • the CO 2 capturing unit 6 includes the capturing material container 1, the heat transfer section 4, the pipes 2a to 2g, and the valves 3a to 3g. That is, the CO 2 capturing unit 6 is an apparatus element in which the storage container 5, the pipe 2i, the pipe 2h, the valve 3i, and the valve 3h are omitted from the CO 2 recovery apparatus (FIG. 1A) of the first embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic view schematically showing a configuration of a CO 2 recovery device in which the three CO 2 capturing units 6 (6a, 6b, 6c) shown in FIG. 5 and one storage container 5 are combined.
  • the CO 2 recovery apparatus according to the present embodiment includes three CO 2 capturing units 6a, 6b, and 6c, and the piping 2g of each CO 2 capturing unit joins at one point.
  • valve 3j the storage container 5 for storing the condensed water
  • the pipe 2i for discharging the condensed water from the storage container 5
  • the valve 3i for controlling the flow rate of the condensed water in the pipe 2i
  • the storage container 5 A pipe 2h for discharging water vapor and a valve 3h for controlling the flow rate of water vapor in the pipe 2h are further provided.
  • the storage container 5 stores the condensed water from the CO 2 capturing units 6a, 6b, and 6c. By switching the opening and closing of the respective valves 3g of the CO 2 capturing units 6a, 6b, and 6c, the CO 2 capturing unit that discharges condensed water to the storage container 5 can be switched.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an operation example of the CO 2 recovery device illustrated in FIG. 6.
  • the CO 2 capturing unit 6a performs the capturing process shown in FIG. 1B
  • the CO 2 capturing unit 6b performs the regeneration process illustrated in FIG. 1C
  • the CO 2 capturing unit 6c performs the cooling process illustrated in FIG. 1D.
  • the CO 2 capture units 6a, 6b, and 6c are set so that the execution times of the capture process, the regeneration process, and the cooling process are the same between the CO 2 capture units and between the processes as in the second embodiment. To do.
  • the opening and closing of the valve is the same as that of the first embodiment except that the valves 3g, 3j, and 3h are opened regardless of the steps of the CO 2 capturing units 6a, 6b, and 6c.
  • the condensed water stored in the storage container 5 is discharged from the storage container 5 with the flow rate controlled by the valve 3 i and the flow meter 9.
  • the capture process, the regeneration process, and the cooling process are switched by opening and closing the valve as described in the first embodiment, and these three processes are repeated as one cycle so that CO 2 is continuously generated. Can be recovered. Further, similarly to the second embodiment, it is possible to reduce temporal changes in the discharge amount of condensed water, the flow rate of water vapor, and the flow rate of cooling water, and it is possible to further suppress fluctuations in the load on the boiler. Moreover, since the number of installation of the storage container 5 can be reduced, cost can be reduced.
  • the flow rate of the water vapor introduced into the heat transfer unit 4 is not particularly specified, it is conceivable that the pressure of the water vapor in the heat transfer unit 4 significantly decreases when the water vapor condensation rate is faster than the water flow rate. In this case, since the temperature of the generated condensed water changes greatly, returning the condensed water to the boiler is not preferable because the load on the boiler varies greatly. In order to reduce the temporal change in the temperature of the condensed water, it is preferable that the minimum flow rate of the water vapor is set to a flow rate that does not condense all the water vapor.
  • the CO 2 recovery device since the water vapor that has not been condensed flows into the storage container 5, this water vapor needs to be discharged. Since the water vapor discharged from the storage container 5 has heat of condensation, it is preferable to use it because the energy loss is large if it is discharged unused. There are various methods of using the water vapor discharged from the storage container 5, and for example, a method of using this water vapor for another CO 2 recovery device is conceivable.
  • the regeneration step in the first half of the regeneration step is lower the temperature of the CO 2 capturing material is, but many condensation of water vapor in the heat transfer section 4, the temperature of the CO 2 capturing material becomes high in the second half of the regeneration step, the heat transfer The amount of water vapor condensation in the section 4 is reduced. Therefore, if the flow rate of water vapor is constant over time, the amount of water vapor discharged from the storage container 5 decreases as the time of the regeneration process advances and the amount of condensation in the heat transfer section 4 decreases. Become.
  • FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of a CO 2 recovery device obtained based on the above knowledge and using the water vapor discharged from the storage container 5 in the regeneration step in the regeneration step of another CO 2 recovery device. is there.
  • the CO 2 recovery apparatus according to this embodiment is a CO 2 recovery apparatus in which two CO 2 recovery apparatuses shown in FIG.
  • CO 2 capture unit 6a ⁇ 6c, reservoir 5a, pipe 2i, pipe 2h-1, the valve 3j-1, and the CO 2 recovery apparatus comprising a valve 3i, and the valve 3h-1
  • CO 2 capture unit 6d ⁇ 6f
  • reservoir 5b piping 2i, pipe 2h-2, the valve 3j-2
  • CO 2 recovering apparatus CO 2 recovery system and is connected to a valve 3i, and the valve 3h-2.
  • the CO 2 capturing units 6d to 6f correspond to the CO 2 capturing units 6a to 6c in FIG. 6,
  • the pipe 2h-1 and the pipe 2h-2 correspond to the pipe 2h in FIG. 6, and the valves 3j-1 and 3j-2 Corresponds to the valve 3j in FIG. 6, and the valves 3h-1 and 3h-2 correspond to the valve 3h in FIG.
  • a pipe 2h-2 for discharging water vapor from the storage container 5b and a pipe 2d-1 for branching from the pipe 2h-2 to introduce water vapor into the CO 2 capturing units 6a to 6c are provided.
  • Pipe 2d-2 introduces steam into each heat transfer section 4 of CO 2 capture units 6d-6f
  • pipe 2d-1 introduces steam into each heat transfer section 4 of CO 2 capture units 6a-6c.
  • Table 2 shows an example of the operation method of the CO 2 recovery apparatus according to this embodiment.
  • the CO 2 capturing units 6a to 6f have the same execution time for the capturing process, the regeneration process, and the cooling process between the CO 2 capturing units 6a to 6f and between the processes.
  • Each process is divided into a first half process and a second half process having the same execution time.
  • the first half of the regeneration process the amount of water vapor condensed in the heat transfer section 4 is large, and the amount of water vapor discharged from the storage container 5 is small.
  • the second half of the regeneration process the amount of water vapor condensed in the heat transfer section 4 is small, and the amount of water vapor discharged from the storage container 5 is large.
  • the letter “A” is attached to the first half of each process
  • the letter “B” is attached to the second half.
  • the first half and the second half of each process are regarded as one process.
  • the first half of the regeneration process (“Regeneration A” in Table 2) is one process
  • the second half of the regeneration process (“Regeneration B” in Table 2) is one process.
  • the CO 2 capture units 6a to 6f are arranged in the order of “capture A”, “capture B”, “regeneration A”, “regeneration B”, “cooling A”, and “cooling B”. Repeat the process.
  • the CO 2 capture unit 6a is 2 steps
  • the CO 2 capture unit 6c is 4 steps
  • the CO 2 capture unit 6d is 5 steps
  • the CO 2 capture unit 6e is 3 steps
  • Unit 6f is delayed by one step.
  • one CO 2 capture unit of the CO 2 capture unit 6a ⁇ 6c, one CO 2 capture unit of the CO 2 capture unit 6d ⁇ 6f has carried out the regeneration step.
  • one CO 2 capture unit always performs the first half of the regeneration process (regeneration A) and the other one performs the second half of the regeneration process (regeneration B).
  • emitted from the storage container 5 in the second half (regeneration B) of a regeneration process can be continuously used for the first half (regeneration A) of a regeneration process.
  • the amount of water vapor used in the regeneration process can be reduced, and time fluctuations in the amount of water vapor used can also be reduced.
  • the explanation CO 2 recovery apparatus comprising a container for storing the cooling water discharged from the heat transfer section 4.
  • FIG. 9 is a schematic view schematically showing a configuration of a CO 2 recovery device including a storage container 7 that stores the cooling water discharged from the heat transfer section 4.
  • CO 2 recovery apparatus of this embodiment the CO 2 recovery apparatus in Example 1 (see FIG. 1A), the storage container 7 connected to the pipe 2f, a pipe 2p is connected to the storage container 7, the pipe 2p It further includes a valve 3p for controlling the flow rate.
  • the storage container 7 is introduced from the pipe 2 e to the heat transfer unit 4, cools the CO 2 capturing material, and stores the cooling water discharged from the heat transfer unit 4.
  • the cooling water stored in the storage container 7 is averaged in temperature and discharged from the pipe 2p when the valve 3p is opened at a predetermined constant temperature.
  • the CO 2 recovery apparatus discharges the cooling water whose temperature is averaged in the storage container 7, it is possible to reduce the time change of the temperature of the cooling water to be discharged, and to supply a constant temperature of cooling water to the feed water heater. Can be supplied.
  • the cooling water discharged in the cooling process is discharged in the regeneration process.
  • a plurality of CO 2 capture units 6 see FIG. 5) of the CO 2 recovery apparatus described in the third embodiment are installed, and one arbitrary CO 2 capture is performed.
  • a part of the cooling water discharged in the unit cooling process is mixed with a part of the condensed water discharged in the regeneration process of the other CO 2 capturing unit.
  • Figure 10 is a CO 2 capture unit 6 of the CO 2 recovery apparatus and a plurality installed, a part of the cooling water discharged by the cooling process of any one of CO 2 capture unit, other CO 2 capture unit regeneration step in a schematic view schematically showing the structure of a CO 2 recovery device for mixing a portion of the condensed water discharged.
  • Example 1 in the CO 2 recovery apparatus shown in FIG. 1A are connected two, two CO 2 capture unit (CO 2 capture unit 6 g, 6h) comprises shows the CO 2 recovery system Yes.
  • the CO 2 recovery apparatus shown in FIG. 10 has a pipe 2i-1 for discharging condensed water from the storage container 5 connected to the CO 2 capturing unit 6g, and a pipe for extracting a part of the condensed water from the pipe 2i-1.
  • Valves 3k-1 and 3k-2 and piping 2l-1 And 2l-2 control valves 3l-1 and 3l-2 for controlling the flow rate of cooling water, respectively, the pipe 2k-1 and the pipe 2l-2 are connected, and the pipe 2l-1 and the pipe 2k-2 are connected. It is connected.
  • a part of the cooling water flowing through the pipe 2f-1 passes through the pipe 21-1, and is extracted from the pipe 2i-2 and mixed with the condensed water flowing through the pipe 2k-2.
  • a part of the cooling water flowing through the pipe 2f-2 passes through the pipe 21-2 and is extracted from the pipe 2i-1 and mixed with the condensed water flowing through the pipe 2k-1.
  • a part of the cooling water discharged in one of the two CO 2 capturing units 6g and 6h and the other regeneration process are discharged. Can be mixed with some of the condensed water.
  • the cooling discharged from the CO 2 recovery apparatus is controlled by controlling the opening degree of the valves 3l-1 and 3k-2 and the opening degree of the valves 3l-2 and 3k-1.
  • the temperature change of water can be reduced. For example, when the temperature of the cooling water flowing through the pipe 21-1 is low, by controlling the opening degree of the valve 3 k-2 and increasing the flow rate of the condensed water flowing through the pipe 2 k-2, the CO 2 recovery device The temperature change of the discharged cooling water can be reduced.
  • the gas other than CO 2 introduced into the trapping material container 1 is preferably easily separable from CO 2 due to temperature change or the like, and an example of such a gas is water vapor. Below, the example which introduce
  • FIG. 11 is a schematic view schematically showing the configuration of a CO 2 recovery device in which a pipe for introducing water vapor is installed in the trapping material container 1.
  • a pipe for introducing water vapor is installed in the CO 2 recovery apparatus of Example 1 (see FIG. 1A).
  • the CO 2 recovery apparatus according to the present embodiment controls the flow rate of water vapor flowing through the pipe 2m and the pipe 2m through which the water vapor flows through the capturing material container 1.
  • valve 3m The valve 3m, the condenser 8 connected to the pipe 2c and condensing water vapor in the gas flowing through the pipe 2c, the pipe 2n for discharging condensed water from the condenser 8, and the flow rate of the condensed water flowing through the pipe 2n are controlled.
  • a valve 3n, a pipe 2o for discharging the gas containing desorbed CO 2 from the condenser 8, and a valve 3o for controlling the flow rate of the gas flowing through the pipe 2o are provided.
  • the CO 2 recovery apparatus in the regeneration process, when the partial pressure of CO 2 increases in the capture material container 1, water vapor is introduced into the capture material container 1 through the pipe 2m, and the partial pressure of CO 2 is obtained. Can be lowered. Therefore, even if increasing the partial pressure of CO 2 in the capturing material vessel 1, by reducing the partial pressure of CO 2, can facilitate the desorption of CO 2 from the CO 2 capturing material.
  • the water vapor introduced into the trapping material container 1 is discharged from the trapping material container 1, introduced into the condenser 8, condensed, and discharged from the pipe 2 n as condensed water.
  • the CO 2 desorbed from the CO 2 capturing material is discharged from the capturing material container 1 and discharged through the condenser 8 and the pipe 2o.
  • the CO 2 recovery apparatus according to the present invention is applicable to any plant or system. it can.
  • the CO 2 recovery device according to the present invention is applied to a thermal power plant.
  • FIG. 12 is a diagram showing an apparatus configuration example when the CO 2 recovery apparatus according to the present invention is applied to a thermal power plant.
  • the CO 2 recovery apparatus 10 according to the present embodiment is the one shown in the first embodiment (see FIG. 1A), and recovers CO 2 generated in the thermal power plant.
  • the thermal power plant includes a combustion facility, a steam turbine 12, a condenser 13, a feed water heater A14, a feed water heater B15, an exhaust facility 16, and a CO 2 recovery device 10.
  • a case where the combustion facility 11 is a boiler 11 is taken as an example.
  • the boiler 11 which is the combustion facility 11 generates CO 2 -containing gas as combustion exhaust gas when burning fuel, and vaporizes water with combustion heat to generate water vapor.
  • the steam turbine 12 generates power using this water vapor. A part of the steam used by the steam turbine 12 is introduced into the CO 2 recovery device 10, and the rest is condensed by the condenser 13 and used as cooling water.
  • the pipe 2 a for introducing the CO 2 -containing gas into the CO 2 recovery device 10 is connected to the boiler 11 and introduces the combustion exhaust gas from the boiler 11 into the CO 2 recovery device 10.
  • a pipe 2 d for introducing water vapor into the CO 2 recovery device 10 is connected to the steam turbine 12, and introduces water vapor from the steam turbine 12 into the CO 2 recovery device 10.
  • a pipe 2 e that introduces cooling water into the CO 2 recovery apparatus 10 is connected to the condenser 13, and introduces cooling water from the condenser 13 into the CO 2 recovery apparatus 10.
  • a pipe 2b for discharging the gas from which CO 2 has been removed from the CO 2 recovery apparatus 10 is connected to an exhaust facility 16.
  • a pipe 2f for discharging cooling water from the CO 2 recovery apparatus 10 is connected to the feed water heater A14.
  • a pipe 2i for discharging condensed water from the CO 2 recovery apparatus 10 is connected to a feed water heater B15.
  • a pipe 2 h that discharges water vapor from the CO 2 recovery device 10 introduces water vapor into the condenser 13.
  • part or all of the combustion exhaust gas discharged from the boiler 11 flows through the pipe 2a of the CO 2 recovery apparatus 10, and after CO 2 is removed, flows through the pipe 2b to the exhaust facility 16.
  • the regeneration process a part of the water vapor is extracted from the steam turbine 12 and flows into the pipe 2d.
  • the water vapor flowing through the pipe 2d heats the CO 2 capturing material of the CO 2 recovery device 10 to desorb CO 2 from the CO 2 capturing material.
  • the gas containing CO 2 desorbed from the CO 2 capturing material flows through the pipe 2c and is recovered.
  • the CO 2 is pressurized and recovered as liquefied CO 2 .
  • the condensed water generated by the condensation of water vapor in the regeneration process flows through the pipe 2i and is sent to the condensed water side of the feed water heater B15.
  • the water vapor that has not been condensed in the CO 2 recovery device 10 is sent to the steam turbine 12 or the condenser 13. In the example shown in FIG. 12, the water vapor flows through the pipe 2 h and is sent to the condenser 13.
  • the cooling water discharged in the cooling process flows through the pipe 2f and is sent to the feed water heater A14.
  • the cooling water sent to the feed water heater A14 is sent to the feed water heater B15.
  • the water (condensed water and cooling water) sent to the feed water heater B15 is supplied to the boiler 11. And condensed water discharged from the CO 2 recovering apparatus 10 in the regeneration step, the cooling water discharged from the CO 2 recovering apparatus 10 in the cooling step, since the direction of the condensed water discharged in the regeneration step is a high temperature, water It is better that the heater B15 has a higher temperature setting than the feed water heater A14.

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Abstract

　本発明によるＣＯ２回収装置は、固体のＣＯ２捕捉材を充填した捕捉材容器（１）、ＣＯ２捕捉材を加熱及び冷却する伝熱部（４）、捕捉材容器（１）にＣＯ２含有ガスを導入する第１の配管（２ａ）、ＣＯ２捕捉材からＣＯ２を脱離させるために伝熱部（４）に水蒸気を導入する第３の配管（２ｄ）、伝熱部（４）に冷却水を導入する第５の配管（２ｅ）、伝熱部（４）に水蒸気を導入した際に発生する凝縮水を伝熱部（４）から排出する第６の配管（２ｇ）、及び第６の配管（２ｇ）に流れる凝縮水の流量を制御する第１の弁（３ｇ）を備えるＣＯ２捕捉ユニット（６）と、伝熱部（４）から排出された凝縮水を貯留する貯留容器（５）と、貯留容器（５）から凝縮水を排出する第８の配管（２ｉ）と、第８の配管（２ｉ）に流れる凝縮水の流量を制御する第２の弁（３ｉ）と、第８の配管（２ｉ）を流れる凝縮水の流量を計測する流量計（９）とを備える。

Description

ＣＯ２回収装置及びその運転方法
　本発明は、ＣＯ２を含むガスから固体のＣＯ２捕捉材を用いてＣＯ２を回収するＣＯ２回収装置とその運転方法に関する。
　温室効果ガスの排出による地球温暖化が世界的な問題となっている。温室効果ガスには、二酸化炭素（ＣＯ２）、メタン（ＣＨ４)、及びフロン類（ＣＦＣｓ）等がある。これらの中で地球温暖化に最も影響が大きいものはＣＯ２であり、その排出量の削減が緊急の課題となっている。上記課題の解決策としては、化学吸収法、物理吸収法、膜分離法、吸着分離法、及び深冷分離法などによるＣＯ２分離回収技術がある。その他のＣＯ２分離回収技術として、固体のＣＯ２捕捉材を用いたＣＯ２分離回収法が挙げられる。
　ＣＯ２捕捉材を用いたＣＯ２分離回収システムでは、ＣＯ２捕捉材を充填した捕捉材容器にＣＯ２を含むガス（ＣＯ２含有ガス）を導入し、ＣＯ２捕捉材とＣＯ２含有ガスとを接触させることでＣＯ２を捕捉して除去する。その後、ＣＯ２捕捉材を加熱することで、捕捉したＣＯ２を脱離させて回収する。ＣＯ２を脱離したＣＯ２捕捉材は、冷却後にＣＯ２含有ガスと接触させられ、ＣＯ２の捕捉除去に再び使用される。
　特許文献１には、固体のＣＯ２捕捉材を用いてＣＯ２を除去する装置の例が記載されている。特許文献１に記載された炭酸ガス除去装置は、ゼオライトをＣＯ２吸着剤とし、ＣＯ２吸着剤に除湿したＣＯ２含有ガスを接触させることでＣＯ２を吸着させた後、大気圧以上の凝縮水または水蒸気を用いて間接的にＣＯ２吸着材を加熱してＣＯ２を脱離させ、その後冷却水を流通させてＣＯ２吸着材を冷却する。
特開平９－１４１０４０号公報
　特許文献１に記載されているような従来の固体ＣＯ２捕捉材を用いたＣＯ２回収装置では、水蒸気または凝縮水をＣＯ２捕捉材（ＣＯ２吸着剤）そのものや伝熱部に接触させ、ＣＯ２捕捉材を加熱している。これらのＣＯ２回収装置では、ＣＯ２捕捉材の温度は加熱や冷却により変化し、それに伴って水蒸気をＣＯ２捕捉材に接触させた際に発生する凝縮水の量や温度も変化する。
　固体ＣＯ２捕捉材を用いて火力発電所のボイラ排ガスのＣＯ２を除去・回収する場合には、ＣＯ２捕捉材の加熱にボイラで気化した水蒸気の一部を利用し、この際に発生した凝縮水をボイラに戻して循環させる方法が考えられる。しかし、前述の通り、固体のＣＯ２捕捉材を用いたＣＯ２回収装置では、発生する凝縮水の量や温度が変化するため、凝縮水をボイラに戻して循環させた場合には、ボイラの負荷が変動し、結果として火力発電所の出力が不安定になる恐れがある。
　本発明は、排出する凝縮水の量の時間変化を低減できるＣＯ２回収装置と、その運転方法を提供することを目的とする。
　本発明によるＣＯ２回収装置は、以下のような特徴を備える。
　ＣＯ２含有ガスからＣＯ２を除去する固体のＣＯ２捕捉材を充填した捕捉材容器、前記捕捉材容器に設けられ、前記ＣＯ２捕捉材を加熱及び冷却する伝熱部、前記捕捉材容器に接続され、前記捕捉材容器にＣＯ２含有ガスを導入する第１の配管、前記捕捉材容器に接続され、前記ＣＯ２含有ガスからＣＯ２が除去されたガスを前記捕捉材容器から排出する第２の配管、前記捕捉材容器に接続され、前記ＣＯ２捕捉材からＣＯ２を脱離させるために前記伝熱部に水蒸気を導入する第３の配管、前記捕捉材容器に接続され、前記ＣＯ２捕捉材から脱離したＣＯ２を含むガスを前記捕捉材容器から排出する第４の配管、前記捕捉材容器に接続され、前記伝熱部に冷却水を導入する第５の配管、前記捕捉材容器に接続され、前記伝熱部に水蒸気を導入した際に発生する凝縮水を前記伝熱部から排出する第６の配管、前記捕捉材容器に接続され、前記伝熱部から冷却水を排出する第７の配管、及び前記第６の配管に設けられ、前記第６の配管に流れる凝縮水の流量を制御する第１の弁を備えるＣＯ２捕捉ユニットと、前記第６の配管に接続され、前記伝熱部から排出された凝縮水を貯留する貯留容器と、前記貯留容器に接続され、前記貯留容器から凝縮水を排出する第８の配管と、前記貯留容器に接続され、前記貯留容器から水蒸気を排出する第９の配管と、前記第８の配管に設けられ、第８の配管に流れる凝縮水の流量を制御する第２の弁と、前記第８の配管の前記第２の弁の下流側に設けられ、前記第８の配管を流れる凝縮水の流量を計測する流量計とを備える。
　本発明によれば、排出する凝縮水の量の時間変化を低減できるＣＯ２回収装置と、その運転方法を提供することができる。
実施例１によるＣＯ２回収装置の構成を模式的に示す概略図である。 実施例１によるＣＯ２回収装置を用いて、ＣＯ２含有ガスからＣＯ２を捕捉する捕捉工程のフローの例を示す図である。 実施例１によるＣＯ２回収装置を用いて、ＣＯ２を捕捉したＣＯ２捕捉材から加熱によりＣＯ２を脱離させて回収する再生工程のフローの例を示す図である。 実施例１によるＣＯ２回収装置を用いて、加熱によりＣＯ２を脱離したＣＯ２捕捉材を冷却する冷却工程のフローの例を示す図である。 比較例によるＣＯ２回収装置の構成を模式的に示す概略図である。 実施例１によるＣＯ２回収装置と比較例によるＣＯ２回収装置について、再生工程での凝縮水の排出量を比べた図である。 実施例１によるＣＯ２回収装置の運転方法の例を示す図である。 ＣＯ２回収装置のＣＯ２捕捉ユニットを示す図である。 実施例３の、複数のＣＯ２捕捉ユニットと１つの貯留容器を組み合わせたＣＯ２回収装置の構成を模式的に示す概略図である。 図６に示したＣＯ２回収装置の運転例を示す図である。 実施例４の、再生工程で貯留容器から排出された水蒸気を別のＣＯ２回収装置の再生工程で使用するＣＯ２回収装置の構成例を示す図である。 実施例５の、伝熱部から排出された冷却水を貯留する貯留容器を備えるＣＯ２回収装置の構成を模式的に示す概略図である。 実施例６の、複数のＣＯ２捕捉ユニットを設置し、１つのＣＯ２捕捉ユニットの冷却工程で排出される冷却水の一部と、他のＣＯ２捕捉ユニットの再生工程で排出される凝縮水の一部とを混合させるＣＯ２回収装置の構成を模式的に示す概略図である。 実施例７の、捕捉材容器に水蒸気を導入する配管を設置したＣＯ２回収装置の構成を模式的に示す概略図である。 本発明によるＣＯ２回収装置を火力発電プラントに適用した場合の装置構成例を示す図である。
　本発明者らは、上記課題を鋭意検討した結果、ＣＯ２を含むガス（ＣＯ２含有ガス）からＣＯ２を除去する固体のＣＯ２捕捉材を充填した捕捉材容器、前記捕捉材容器に設けられ、前記ＣＯ２捕捉材を加熱及び冷却する伝熱部、前記捕捉材容器に接続され、前記捕捉材容器にＣＯ２含有ガスを導入する第１の配管、前記捕捉材容器に接続され、前記ＣＯ２含有ガスからＣＯ２が除去されたガスを前記捕捉材容器から排出する第２の配管、前記捕捉材容器に接続され、前記ＣＯ２捕捉材からＣＯ２を脱離させるために前記伝熱部に水蒸気を導入する第３の配管、前記捕捉材容器に接続され、前記ＣＯ２捕捉材から脱離したＣＯ２を含むガスを前記捕捉材容器から排出する第４の配管、前記捕捉材容器に接続され、前記伝熱部に冷却水を導入する第５の配管、前記捕捉材容器に接続され、前記伝熱部に水蒸気を導入した際に発生する凝縮水を前記伝熱部から排出する第６の配管、前記捕捉材容器に接続され、前記伝熱部から冷却水を排出する第７の配管、及び前記第６の配管に設けられ、前記第６の配管に流れる凝縮水の流量を制御する第１の弁を備えるＣＯ２捕捉ユニットと、前記第６の配管に接続され、前記伝熱部から排出された凝縮水を貯留する貯留容器と、前記貯留容器に接続され、前記貯留容器から凝縮水を排出する第８の配管と、前記貯留容器に接続され、前記貯留容器から水蒸気を排出する第９の配管と、前記第８の配管に設けられ、第８の配管に流れる凝縮水の流量を制御する第２の弁と、前記第８の配管の前記第２の弁の下流側に設けられ、前記第８の配管を流れる凝縮水の流量を計測する流量計とを備えるＣＯ２回収装置により、凝縮水の流量の変動を低減できると考えた。
　ＣＯ２捕捉材を加熱するために伝熱部に水蒸気を導入した際に発生する凝縮水の量は、ＣＯ２捕捉材の温度により変化する。しかし、本発明によるＣＯ２回収装置では、発生した凝縮水の量に時間変動が生じても、凝縮水を貯留容器に貯留して排出する凝縮水の量を制御するため、凝縮水の排出量の時間変化を低減でき、凝縮水の排出量を一定にすることも可能である。
　本発明によるＣＯ２回収装置に使用するＣＯ２捕捉材は、どのような物質でも構わないが、例えば、ＮａやＫなどのアルカリ金属の酸化物または炭酸塩、ＭｇやＣａなどのアルカリ土類金属の酸化物または炭酸塩、ＹやＣｅなどの希土類金属の酸化物または炭酸塩、Ｚｒ酸化物、及びＳｉやＡｌの酸化物などを用いることができる。
　これらの中で、特にＣｅ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、及びＧｄからなる群から選ばれた少なくとも１つの希土類元素の酸化物は、ＣＯ２の捕捉量が多く、３００℃以下の低い温度でＣＯ２を脱離できることから、ＣＯ２捕捉材として好ましい特性を有する。
　本発明によるＣＯ２回収装置の運転方法の例としては、ＣＯ２含有ガスを捕捉材容器に導入してＣＯ２含有ガスからＣＯ２を捕捉する捕捉工程と、伝熱部に水蒸気を導入してＣＯ２捕捉材を加熱することでＣＯ２を脱離回収する再生工程と、伝熱部に冷却水を導入してＣＯ２捕捉材を冷却する冷却工程の３工程を１サイクルとし、このサイクルを繰り返してＣＯ２を回収する方法が挙げられる。
　以下に、本発明によるＣＯ２回収装置の実施例を、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の図面において、同一の要素には同一の符号を付け、それらの繰り返しの説明は省略する場合がある。
　図１Ａは、本実施例によるＣＯ２回収装置の構成を模式的に示す概略図である。図１Ａに示す構成により、ＣＯ２回収装置から排出される凝縮水の流量の時間変化を低減できる。本実施例によるＣＯ２回収装置は、捕捉材容器１、配管２ａ、配管２ｂ、配管２ｃ、伝熱部４、配管２ｄ、配管２ｅ、配管２ｆ、貯留容器５、配管２ｇ、配管２ｈ、配管２ｉ、及び弁３ａ～３ｉを備える。さらに、配管２ｉは、弁３ｉの下流側に流量計９を備える。配管２ａ～２ｆは、捕捉材容器１に接続され、配管２ｇは、捕捉材容器１と貯留容器５とに接続され、配管２ｈ及び２ｉは、貯留容器５に接続される。弁３ａ～３ｉは、それぞれ配管２ａ～２ｉに設けられる。
　捕捉材容器１には、ＣＯ２含有ガスからＣＯ２を除去する固体のＣＯ２捕捉材（図示せず）が充填されている。配管２ａは、ＣＯ２含有ガスを捕捉材容器１に導入する。配管２ｂは、ＣＯ２含有ガスからＣＯ２が除去されたガスを捕捉材容器１から排出する。配管２ｃは、ＣＯ２捕捉材から脱離したＣＯ２を含むガスを捕捉材容器１から排出する。伝熱部４は、捕捉材容器１に設けられ、熱交換によりＣＯ２捕捉材を加熱及び冷却する。伝熱部４の構造は、例えば、ＣＯ２捕捉材の周囲に水蒸気及び冷却水を流すような配管を持つ構造とする。配管２ｄは、ＣＯ２捕捉材からＣＯ２を脱離させるために、水蒸気を伝熱部４に導入する。配管２ｅは、冷却水を伝熱部４に導入する。配管２ｆは、伝熱部４から冷却水を排出する。貯留容器５は、伝熱部４から排出した凝縮水を貯留する。配管２ｇは、捕捉材容器１と貯留容器５を接続し、伝熱部４に水蒸気を導入した際に発生する凝縮水を伝熱部４から排出し、貯留容器５に導入する。配管２ｈは、貯留容器５から水蒸気を排出する。配管２ｉは、貯留容器５から凝縮水を排出する。
　弁３ａは、配管２ａに流れるＣＯ２含有ガスの流量を制御する。弁３ｂは、配管２ｂに流れるＣＯ２を除去したガスの流量を制御する。弁３ｃは、配管２ｃに流れる、脱離したＣＯ２を含むガスの流量を制御する。弁３ｄは、配管２ｄに流れる水蒸気の流量を制御する。弁３ｅは、配管２ｅに流れる冷却水の流量を制御する。弁３ｆは、配管２ｆに流れる冷却水の流量を制御する。弁３ｇは、配管２ｇに流れる凝縮水の流量を制御する。弁３ｈは、配管２ｈに流れる水蒸気の流量を制御する。弁３ｉは、配管２ｉに流れる凝縮水の流量を制御する。弁３ｈは、貯留容器５内の水蒸気の圧力も制御する。
　流量計９は、配管２ｉを流れる凝縮水の流量を計測する。
　捕捉材容器１、配管２ａ、配管２ｂ、配管２ｃ、伝熱部４、配管２ｄ、配管２ｅ、配管２ｆ、配管２ｇ、弁３ａ、弁３ｂ、弁３ｃ、弁３ｄ、弁３ｅ、弁３ｆ、及び弁３ｇからなる構成要素を、ＣＯ２捕捉ユニットと称する。
　図１Ｂは、本実施例によるＣＯ２回収装置を用いて、ＣＯ２含有ガスからＣＯ２を捕捉する捕捉工程のフローの例を示す図である。捕捉工程では、弁３ａ及び３ｂを開き、弁３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ及び３ｉを閉止する。ＣＯ２含有ガスは、配管２ａを通って捕捉材容器１に導入される。ＣＯ２含有ガスは、捕捉材容器１内のＣＯ２捕捉材と接触して、ＣＯ２捕捉材がＣＯ２を捕捉することにより、ＣＯ２が除去される。ＣＯ２が除去されたガス（ＣＯ２除去ガス）は、配管２ｂを通って捕捉材容器１から排出される。
　図１Ｃは、本実施例によるＣＯ２回収装置を用いて、ＣＯ２を捕捉したＣＯ２捕捉材から加熱によりＣＯ２を脱離させて回収する再生工程のフローの例を示す図である。再生工程では、弁３ｃ、３ｄ、３ｇ、３ｈ及び３ｉを開き、弁３ａ、３ｂ、３ｅ及び３ｆを閉止する。伝熱部４には、配管２ｄを通して水蒸気が導入される。水蒸気は、伝熱部４を通った後、一部は凝縮水となり貯留容器５に一時的に貯留され、残りは配管２ｈを通って排出される。貯留容器５に貯留された凝縮水は、あらかじめ定めた一定量に達したら、弁３ｉにより流量が制御されて配管２ｉを流れて、貯留容器５から排出される。弁３ｉは、配管２ｉに設けられた流量計９の計測値に応じて開度が変更され、配管２ｉを流れる凝縮水の流量を一定にする制御を行う。
　伝熱部４は、水蒸気が導入されると加熱され、熱交換によりＣＯ２捕捉材を加熱する。ＣＯ２捕捉材は、加熱されると捕捉したＣＯ２を脱離する。脱離したＣＯ２を含むガスは、配管２ｃを通って捕捉材容器１から排出され、回収される。
　図１Ｄは、本実施例によるＣＯ２回収装置を用いて、加熱によりＣＯ２を脱離したＣＯ２捕捉材を、ＣＯ２捕捉可能な温度まで冷却する冷却工程のフローの例を示す図である。冷却工程では、弁３ｅ及び３ｆを開き、弁３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｇ、３ｈ及び３ｉを閉止する。伝熱部４には、配管２ｅを通して冷却水が導入される。伝熱部４は、冷却水が導入されると冷却され、熱交換によりＣＯ２捕捉材を冷却する。伝熱部４に導入された冷却水は、配管２ｆを通って伝熱部４から排出される。冷却水は、ＣＯ２捕捉材がＣＯ２捕捉可能な温度に冷却されるまで、伝熱部４に導入される。
　（比較例）
　図２は、比較例によるＣＯ２回収装置の構成を模式的に示す概略図である。比較例によるＣＯ２回収装置は、図１Ａに示した実施例１のＣＯ２回収装置から、貯留容器５、配管２ｇ、２ｈ及び２ｉと、弁３ｇ、３ｈ及び３ｉを省いたＣＯ２回収装置である。比較例によるＣＯ２回収装置は、再生工程では、伝熱部４に導入された水蒸気は、伝熱部４を通って凝縮水となった後、配管２ｆを通って排出される。
　（比較結果）
　図３は、実施例１によるＣＯ２回収装置と比較例によるＣＯ２回収装置について、再生工程での凝縮水の排出量を比べた図である。再生工程では、水蒸気により伝熱部４が加熱されてＣＯ２捕捉材も加熱されるが、ＣＯ２捕捉材の温度上昇に伴って水蒸気の凝縮速度が遅くなる。
　実施例１によるＣＯ２回収装置では、凝縮水は、貯留容器５に一時的に貯留した後、弁３ｉと流量計９により流量が制御されて貯留容器５から排出される。従って、実施例１によるＣＯ２回収装置では、図３に示すように、凝縮水の排出量の時間変化を低減し、凝縮水の排出量を一定にすることができる。一方、比較例によるＣＯ２回収装置では、発生した凝縮水を貯留することなくそのまま排出するので、凝縮水の排出量は、再生工程が進むほど低減して一定にはならない。
　図４は、実施例１によるＣＯ２回収装置の運転方法の例を示す図である。上述した捕捉工程、再生工程、及び冷却工程を１サイクルとし、このサイクルを繰り返すことでＣＯ２を連続して回収することができる。
　ＣＯ２を回収するのに、実施例１に示したＣＯ２回収装置を１つだけ用いても構わないが、複数のＣＯ２回収装置を用いてもよい。本実施例では、複数のＣＯ２回収装置を用いてＣＯ２を回収する場合の、ＣＯ２回収装置の運転方法の例を示す。
　本実施例では、一例として、実施例１のＣＯ２回収装置を３つ設置し、各ＣＯ２回収装置を回収装置Ａ、Ｂ、及びＣと呼ぶ。回収装置Ａ、Ｂ、及びＣは、捕捉工程、再生工程、及び冷却工程の実行時間が、各回収装置間と各工程間で互いに同じになるように設定する。回収装置Ａ、Ｂ、及びＣの各工程は、実施例１で述べたように弁の開閉を切り替えることにより、切り替えるものとする。
　表１に、回収装置Ａ、Ｂ、及びＣの捕捉工程、再生工程、及び冷却工程を切り替える運転方法の例を示す。なお、各工程における弁の開閉手順は実施例１と同様であり、回収装置Ａ、Ｂ、及びＣは、捕捉工程、再生工程、及び冷却工程を繰り返す。表１に示すように、回収装置Ａが捕捉工程を実行しているとき、回収装置Ｂは再生工程を実行し、回収装置Ｃは冷却工程を実行する。回収装置Ａが再生工程を実行しているとき、回収装置Ｂは冷却工程を、回収装置Ｃは捕捉工程をそれぞれ実行し、回収装置Ａが冷却工程を実行しているとき、回収装置Ｂは捕捉工程を、回収装置Ｃは再生工程をそれぞれ実行する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　なお、ＣＯ２回収装置を４つ以上設置した場合には、少なくとも１つのＣＯ２回収装置が捕捉工程を実行しているとき、他の少なくとも１つのＣＯ２回収装置が再生工程を実行し、さらに他の少なくとも１つのＣＯ２回収装置が冷却工程を実行するように、それぞれのＣＯ２回収装置を運転する。
　本実施例では、複数のＣＯ２回収装置の運転中に、少なくとも１つのＣＯ２回収装置が捕捉工程を実行するため、ＣＯ２を連続的に回収できる。
　ＣＯ２回収装置が１つのみである場合には、再生工程から冷却工程に切り替える際に伝熱部４への水蒸気の導入を止める必要があり、水蒸気の流量の変動が大きくなる。この水蒸気はボイラで気化した水蒸気であるため、水蒸気の流量の変動が大きくなるとボイラの負荷も大きく変動して好ましくない。
　しかし、本実施例のように複数のＣＯ２回収装置を用いてＣＯ２を回収する方法では、再生工程を実施するＣＯ２回収装置が常に少なくとも１つ存在するため、伝熱部４への水蒸気の導入を止める必要がなく、水蒸気の流量の変動が抑えられ、ボイラの負荷の変動も抑制することができる。さらに、同様の理由から、冷却工程において使用する冷却水の流量の変動も抑えられる。従って、本実施例に示すＣＯ２回収装置の運転方法では、凝縮水の排出量と水蒸気の流量と冷却水の流量の時間変化を低減することができるとともに、ボイラの負荷の変動をさらに抑制することができる。
　実施例１で説明したように、ＣＯ２回収装置の伝熱部４に水蒸気を導入する工程は、再生工程のみである。このため、実施例２のように複数のＣＯ２回収装置を用いる場合には、ある時間において伝熱部４に水蒸気が導入されていない捕捉材容器１も存在する。従って、１つの捕捉材容器１につき、必ずしも１つの貯留容器５を設置する必要はない。例えば、３つの捕捉材容器１に対して１つの貯留容器５を設置し、各捕捉材容器１の伝熱部４と貯留容器５の間のそれぞれに弁３ｇ（例えば、図１Ａを参照）を設置し、弁３ｇの開閉を切り替えることにより貯留容器５に凝縮水を排出する伝熱部４を選択する構成をとることができる。このような構成は、貯留容器５の設置数を低減できるため、コスト低減の観点から好ましい。
　本実施例では、複数の捕捉材容器１に対して１つの貯留容器５が設置されるＣＯ２回収装置の例を示す。なお、本実施例では、一例として、３つの捕捉材容器１に対して１つの貯留容器５が設置されるＣＯ２回収装置の例を示す。
　図５は、実施例１で示したＣＯ２回収装置（図１Ａ）のＣＯ２捕捉ユニット６を示す図である。実施例１で述べたように、ＣＯ２捕捉ユニット６は、捕捉材容器１、伝熱部４、配管２ａ～２ｇ、及び弁３ａ～３ｇからなる。すなわち、ＣＯ２捕捉ユニット６は、実施例１のＣＯ２回収装置（図１Ａ）から、貯留容器５、配管２ｉ、配管２ｈ、弁３ｉ、及び弁３ｈを省略した装置要素である。
　図６は、図５に示した３つのＣＯ２捕捉ユニット６（６ａ、６ｂ、６ｃ）と、１つの貯留容器５を組み合わせたＣＯ２回収装置の構成を模式的に示す概略図である。本実施例によるＣＯ２回収装置は、３つのＣＯ２捕捉ユニット６ａ、６ｂ、及び６ｃを備え、各ＣＯ２捕捉ユニットの配管２ｇが１点で合流する。そして、この合流点の後段に、弁３ｊ、凝縮水を貯留する貯留容器５、貯留容器５から凝縮水を排出する配管２ｉ、配管２ｉの凝縮水の流量を制御する弁３ｉ、貯留容器５から水蒸気を排出する配管２ｈ、及び配管２ｈの水蒸気の流量を制御する弁３ｈをさらに備える。
　貯留容器５は、ＣＯ２捕捉ユニット６ａ、６ｂ、及び６ｃからの凝縮水を貯留する。ＣＯ２捕捉ユニット６ａ、６ｂ、及び６ｃのそれぞれの弁３ｇの開閉を切り替えることにより、貯留容器５へ凝縮水を排出するＣＯ２捕捉ユニットを切り替えることができる。
　図７は、図６に示したＣＯ２回収装置の運転例を示す図である。ＣＯ２捕捉ユニット６ａは図１Ｂに示した捕捉工程、ＣＯ２捕捉ユニット６ｂは図１Ｃに示した再生工程、ＣＯ２捕捉ユニット６ｃは図１Ｄに示した冷却工程をそれぞれ実施している。ＣＯ２捕捉ユニット６ａ、６ｂ及び６ｃは、実施例２のように、捕捉工程、再生工程、及び冷却工程の実行時間が、各ＣＯ２捕捉ユニット間と各工程間で互いに同じになるように設定する。弁の開閉については、ＣＯ２捕捉ユニット６ａ、６ｂ及び６ｃの工程に関わらず弁３ｇ、３ｊ、及び３ｈが開いている以外は、実施例１と同様である。貯留容器５に貯留された凝縮水は、弁３ｉと流量計９により流量が制御されて、貯留容器５から排出される。
　本実施例によるＣＯ２回収装置でも、実施例１で述べたような弁の開閉により捕捉工程、再生工程、及び冷却工程を切り替え、これらの３工程を１サイクルとして繰り返すことにより、ＣＯ２を連続的に回収できる。さらに、実施例２と同様に、凝縮水の排出量と水蒸気の流量と冷却水の流量の時間変化を低減することができるとともに、ボイラの負荷の変動をさらに抑制することができる。また、貯留容器５の設置数を低減できるため、コストを低減することができる。
　本実施例では、再生工程で貯留容器５から排出された水蒸気を別のＣＯ２回収装置の再生工程で使用するＣＯ２回収装置の構成について説明する。本実施例で説明する構成は、以下の知見を基にして得られた。
　伝熱部４に導入する水蒸気の流量は特に指定しないが、水蒸気の流量に対して水蒸気の凝縮速度が速い場合には、伝熱部４において水蒸気の圧力が大幅に低下することが考えられる。この場合には、発生する凝縮水の温度が大きく変化するため、凝縮水をボイラに戻すとボイラの負荷が大きく変動して好ましくない。凝縮水の温度の時間変化を低減するためには、水蒸気の最低流量を全ての水蒸気が凝縮しない程度の流量とするのが好ましい。
　本発明によるＣＯ２回収装置では、凝縮しなかった水蒸気が貯留容器５に流れるため、この水蒸気を排出する必要がある。貯留容器５から排出された水蒸気は、凝縮熱を有しているため、未利用のまま排出するとエネルギーロスが大きいので利用するのが好ましい。貯留容器５から排出された水蒸気の利用方法には様々なものがあり、例えば、この水蒸気を他のＣＯ２回収装置に利用する方法が考えられる。
　再生工程においては、再生工程の前半ではＣＯ２捕捉材の温度が低く、伝熱部４での水蒸気の凝縮量が多いが、再生工程の後半ではＣＯ２捕捉材の温度が高くなり、伝熱部４での水蒸気の凝縮量が少なくなる。従って、もし水蒸気の流量を時間的に一定とした場合には、再生工程の時間が進むほど、水蒸気は、伝熱部４での凝縮量が少なくなって貯留容器５から排出される量が多くなる。
　図８は、上記の知見を基にして得られた、再生工程で貯留容器５から排出された水蒸気を別のＣＯ２回収装置の再生工程で使用するＣＯ２回収装置の構成例を示す図である。本実施例によるＣＯ２回収装置は、実施例３で図６に示したＣＯ２回収装置が２つ接続されたＣＯ２回収装置である。すなわち、ＣＯ２捕捉ユニット６ａ～６ｃ、貯留容器５ａ、配管２ｉ、配管２ｈ－１、弁３ｊ－１、弁３ｉ、及び弁３ｈ－１を備えるＣＯ２回収装置と、ＣＯ２捕捉ユニット６ｄ～６ｆ、貯留容器５ｂ、配管２ｉ、配管２ｈ－２、弁３ｊ－２、弁３ｉ、及び弁３ｈ－２を備えるＣＯ２回収装置とが接続されたＣＯ２回収装置である。ＣＯ２捕捉ユニット６ｄ～６ｆは図６のＣＯ２捕捉ユニット６ａ～６ｃに対応し、配管２ｈ－１と配管２ｈ－２は図６の配管２ｈに対応し、弁３ｊ－１と弁３ｊ－２は図６の弁３ｊに対応し、弁３ｈ－１と弁３ｈ－２は図６の弁３ｈに対応する。
　さらに、本実施例によるＣＯ２回収装置では、貯留容器５ａから水蒸気を排出するための配管２ｈ－１と、配管２ｈ－１から分岐してＣＯ２捕捉ユニット６ｄ～６ｆに水蒸気を導入するための配管２ｄ－２とを備える。また、貯留容器５ｂから水蒸気を排出するための配管２ｈ－２と、配管２ｈ－２から分岐してＣＯ２捕捉ユニット６ａ～６ｃに水蒸気を導入するための配管２ｄ－１とを備える。配管２ｄ－２は、ＣＯ２捕捉ユニット６ｄ～６ｆのそれぞれの伝熱部４に水蒸気を導入し、配管２ｄ－１は、ＣＯ２捕捉ユニット６ａ～６ｃのそれぞれの伝熱部４に水蒸気を導入する。
　表２に、本実施例によるＣＯ２回収装置の運転方法の例を示す。ＣＯ２捕捉ユニット６ａ～６ｆは、捕捉工程、再生工程、及び冷却工程の実行時間が、ＣＯ２捕捉ユニット６ａ～６ｆ間と各工程間で互いに同じである。また、各工程を、実行時間が等しい前半の工程と後半の工程に分ける。上述したように、再生工程の前半では、伝熱部４での水蒸気の凝縮量が多く、貯留容器５から排出される水蒸気の量が少ない。再生工程の後半では、伝熱部４での水蒸気の凝縮量が少なく、貯留容器５から排出される水蒸気の量が多い。表２では、各工程の前半には「Ａ」の文字を、後半には「Ｂ」の文字を付けている。以下では、各工程の前半と後半をそれぞれ１つの工程とみなす。例えば、再生工程の前半（表２の「再生Ａ」）が１つの工程であり、再生工程の後半（表２の「再生Ｂ」）が１つの工程である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２に示すように、ＣＯ２捕捉ユニット６ａ～６ｆは、「捕捉Ａ」、「捕捉Ｂ」、「再生Ａ」、「再生Ｂ」、「冷却Ａ」、及び「冷却Ｂ」の順に、各工程を繰り返す。ＣＯ２捕捉ユニット６ａを基準とすると、ＣＯ２捕捉ユニット６ｂは２工程、ＣＯ２捕捉ユニット６ｃは４工程、ＣＯ２捕捉ユニット６ｄは５工程、ＣＯ２捕捉ユニット６ｅは３工程、及びＣＯ２捕捉ユニット６ｆは１工程遅れている。本運転方法によれば、ＣＯ２捕捉ユニット６ａ～６ｃのうち１つのＣＯ２捕捉ユニットと、ＣＯ２捕捉ユニット６ｄ～６ｆのうち１つのＣＯ２捕捉ユニットが、再生工程を実施している。このうち、必ず１つのＣＯ２捕捉ユニットは再生工程の前半（再生Ａ）を、残りの１つは再生工程の後半（再生Ｂ）を実施している。このため、再生工程の後半（再生Ｂ）で貯留容器５から排出された水蒸気を、再生工程の前半（再生Ａ）に連続的に使用できる。このような運転方法により、再生工程で使用する水蒸気の量を低減でき、かつ使用する水蒸気の量の時間変動も低減できる。
　使用した冷却水を火力プラントの給水加熱器に導入して利用するシステムでは、給水加熱器に一定温度の水を供給するのが望ましい。しかし、冷却工程において伝熱部４から排出された冷却水の温度は、冷却工程の前半では高く後半では低いため、一定ではない。そこで、このような冷却水の温度変化に対して、例えば、冷却工程において伝熱部４から排出された冷却水を貯留する容器を設置すれば、冷却水の温度の時間変化を低減できる。本実施例では、伝熱部４から排出された冷却水を貯留する容器を備えるＣＯ２回収装置について説明する。
　図９は、伝熱部４から排出された冷却水を貯留する貯留容器７を備えるＣＯ２回収装置の構成を模式的に示す概略図である。本実施例のＣＯ２回収装置は、実施例１のＣＯ２回収装置（図１Ａを参照）において、配管２ｆに接続される貯留容器７と、貯留容器７に接続される配管２ｐと、配管２ｐの流量を制御する弁３ｐをさらに備える。
　貯留容器７は、配管２ｅから伝熱部４に導入され、ＣＯ２捕捉材を冷却して伝熱部４から排出された冷却水を貯留する。貯留容器７に貯留された冷却水は、温度が平均化され、あらかじめ定めた一定温度になって弁３ｐが開くと、配管２ｐから排出される。
　本実施例によるＣＯ２回収装置は、貯留容器７で温度が平均化された冷却水を排出するため、排出する冷却水の温度の時間変化を低減でき、給水加熱器に一定温度の冷却水を供給することができる。
　冷却工程において伝熱部４から排出された冷却水の温度変化を低減する方法としては、実施例５で述べた方法の他に、冷却工程において排出される冷却水を、再生工程において排出される凝縮水と混合させて温度を調整してから、ＣＯ２回収装置から排出する方法がある。このような運転方法を実現するＣＯ２回収装置の構成としては、実施例３で述べたＣＯ２回収装置のＣＯ２捕捉ユニット６（図５参照）を複数設置し、任意の１つのＣＯ２捕捉ユニットの冷却工程で排出される冷却水の一部と、他のＣＯ２捕捉ユニットの再生工程で排出される凝縮水の一部とを混合させる。
　図１０は、ＣＯ２回収装置のＣＯ２捕捉ユニット６を複数設置し、任意の１つのＣＯ２捕捉ユニットの冷却工程で排出される冷却水の一部と、他のＣＯ２捕捉ユニットの再生工程で排出される凝縮水の一部とを混合させるＣＯ２回収装置の構成を模式的に示す概略図である。図１０では、一例として、実施例１で図１Ａに示したＣＯ２回収装置が２つ接続され、ＣＯ２捕捉ユニットを２つ（ＣＯ２捕捉ユニット６ｇ、６ｈ）備えるＣＯ２回収装置を示している。
　図１０に示したＣＯ２回収装置は、ＣＯ２捕捉ユニット６ｇに接続された貯留容器５から凝縮水を排出する配管２ｉ－１と、配管２ｉ－１から凝縮水の一部を抜き出すための配管２ｋ－１と、ＣＯ２捕捉ユニット６ｇの伝熱部４から冷却水を排出する配管２ｆ－１と、配管２ｆ－１から冷却水の一部を抜き出すための配管２ｌ－１と、ＣＯ２捕捉ユニット６ｈに接続された貯留容器５から凝縮水を排出する配管２ｉ－２と、配管２ｉ－２から凝縮水の一部を抜き出すための配管２ｋ－２と、ＣＯ２捕捉ユニット６ｈの伝熱部４から冷却水を排出する配管２ｆ－２と、配管２ｆ－２から冷却水の一部を抜き出すための配管２ｌ－２と、配管２ｋ－１及び２ｋ－２の凝縮水の流量をそれぞれ制御する弁３ｋ－１及び３ｋ－２と、配管２ｌ－１及び２ｌ－２の冷却水の流量をそれぞれ制御する弁３ｌ－１及び３ｌ－２とを備え、配管２ｋ－１と配管２ｌ－２とが接続され、配管２ｌ－１と配管２ｋ－２とが接続されている。
　配管２ｆ－１を流れる冷却水の一部は、配管２ｌ－１を通り、配管２ｉ－２から抜き出されて配管２ｋ－２を流れる凝縮水と混合する。また、配管２ｆ－２を流れる冷却水の一部は、配管２ｌ－２を通り、配管２ｉ－１から抜き出されて配管２ｋ－１を流れる凝縮水と混合する。このように、本実施例のＣＯ２回収装置では、２つのＣＯ２捕捉ユニット６ｇ、６ｈのうち、任意の一方の冷却工程で排出される冷却水の一部と、他方の再生工程で排出される凝縮水の一部とを混合させることができる。
　本実施例のＣＯ２回収装置では、弁３ｌ－１と弁３ｋ－２の開度、及び弁３ｌ－２と弁３ｋ－１の開度を制御することで、ＣＯ２回収装置から排出する冷却水の温度変化を低減できる。例えば、配管２ｌ－１を流れる冷却水の温度が低い場合には、弁３ｋ－２の開度を制御して配管２ｋ－２に流れる凝縮水の流量を増加させることで、ＣＯ２回収装置から排出する冷却水の温度変化を低減できる。
　再生工程において捕捉材容器１内でＣＯ２の分圧が高まり、ＣＯ２捕捉材からのＣＯ２の脱離が阻害される場合には、捕捉材容器１にＣＯ２以外のガスを導入し、ＣＯ２の分圧を下げることが好ましい。捕捉材容器１に導入するＣＯ２以外のガスは、温度変化などでＣＯ２から容易に分離できることが好ましく、このようなガスの例として水蒸気が挙げられる。以下では、水蒸気を捕捉材容器１に導入する例について説明する。
　図１１は、捕捉材容器１に水蒸気を導入する配管を設置したＣＯ２回収装置の構成を模式的に示す概略図である。図１１では、一例として、実施例１のＣＯ２回収装置（図１Ａ参照）に対して、水蒸気を導入する配管を設置している。本実施例によるＣＯ２回収装置は、実施例１のＣＯ２回収装置の構成の他に、捕捉材容器１に水蒸気を流すための配管２ｍと、配管２ｍを流れる水蒸気の流量を制御するための弁３ｍと、配管２ｃに接続されて配管２ｃを流れるガス中の水蒸気を凝縮させる凝縮器８と、凝縮器８から凝縮水を排出する配管２ｎと、配管２ｎを流れる凝縮水の流量を制御する弁３ｎと、脱離したＣＯ２を含むガスを凝縮器８から排出するための配管２ｏと、配管２ｏを流れるガスの流量を制御する弁３ｏとを備える。
　本実施例によるＣＯ２回収装置では、再生工程において、捕捉材容器１内でＣＯ２の分圧が高まった場合には、配管２ｍを通して捕捉材容器１に水蒸気を導入し、ＣＯ２の分圧を下げることができる。従って、捕捉材容器１内でＣＯ２の分圧が高まっても、ＣＯ２の分圧を低減して、ＣＯ２捕捉材からのＣＯ２の脱離を促進できる。
　捕捉材容器１に導入された水蒸気は、捕捉材容器１から排出されて凝縮器８に導入されて凝縮し、凝縮水として配管２ｎから排出される。ＣＯ２捕捉材から脱離したＣＯ２は、捕捉材容器１から排出され、凝縮器８と配管２ｏを通って排出される。
　本発明によるＣＯ２回収装置に流通させるＣＯ２含有ガス、水蒸気、及び冷却水の発生源は任意の装置とすることができるので、本発明によるＣＯ２回収装置は、任意のプラントやシステムに適用できる。本実施例では、本発明によるＣＯ２回収装置を火力発電プラントに適用した例を説明する。
　図１２は、本発明によるＣＯ２回収装置を火力発電プラントに適用した場合の装置構成例を示す図である。本実施例のＣＯ２回収装置１０は、一例として、実施例１（図１Ａ参照）に示したものとし、火力発電プラントで発生するＣＯ２を回収する。火力発電プラントは、燃焼設備、蒸気タービン１２、復水器１３、給水加熱器Ａ１４、給水加熱器Ｂ１５、排気設備１６、及びＣＯ２回収装置１０を備える。
　本実施例では、燃焼設備１１がボイラ１１である場合を例に挙げている。燃焼設備１１であるボイラ１１は、燃料を燃焼する際に燃焼排ガスとしてＣＯ２含有ガスを発生させ、燃焼熱で水を気化させて水蒸気を発生させる。蒸気タービン１２は、この水蒸気を利用して発電する。蒸気タービン１２が利用した水蒸気は、一部がＣＯ２回収装置１０に導入され、残りは復水器１３で凝縮されて冷却水として使用される。
　ＣＯ２含有ガスをＣＯ２回収装置１０に導入する配管２ａは、ボイラ１１に接続され、ボイラ１１の燃焼排ガスをＣＯ２回収装置１０に導入する。水蒸気をＣＯ２回収装置１０に導入する配管２ｄは、蒸気タービン１２に接続され、蒸気タービン１２からの水蒸気をＣＯ２回収装置１０に導入する。冷却水をＣＯ２回収装置１０に導入する配管２ｅは、復水器１３に接続され、復水器１３からの冷却水をＣＯ２回収装置１０に導入する。
　ＣＯ２を除去したガスをＣＯ２回収装置１０から排出する配管２ｂは、排気設備１６に接続される。ＣＯ２回収装置１０から冷却水を排出する配管２ｆは、給水加熱器Ａ１４に接続される。ＣＯ２回収装置１０から凝縮水を排出する配管２ｉは、給水加熱器Ｂ１５に接続される。ＣＯ２回収装置１０から水蒸気を排出する配管２ｈは、復水器１３へ水蒸気を導入する。
　捕捉工程では、ボイラ１１から排出された燃焼排ガスの一部または全部は、ＣＯ２回収装置１０の配管２ａを流れ、ＣＯ２が除去された後、配管２ｂを通って排気設備１６へ流れる。
　再生工程では、蒸気タービン１２から水蒸気の一部を抽出して配管２ｄに流す。配管２ｄを流れた水蒸気は、ＣＯ２回収装置１０のＣＯ２捕捉材を加熱して、ＣＯ２捕捉材からＣＯ２を脱離させる。ＣＯ２捕捉材から脱離したＣＯ２を含むガスは、配管２ｃを流れて回収される。ＣＯ２は、例えば、加圧されて液化ＣＯ２として回収される。再生工程において水蒸気の凝縮により発生した凝縮水は、配管２ｉを流れて、給水加熱器Ｂ１５の凝縮水側に送られる。ＣＯ２回収装置１０で凝縮しなかった水蒸気は、蒸気タービン１２または復水器１３に送られる。図１２に示した例では、この水蒸気は、配管２ｈを流れて、復水器１３に送られる。
　冷却工程では、復水器１３から排出された凝縮水を、配管２ｅに流してＣＯ２回収装置１０のＣＯ２捕捉材を冷却する。冷却工程で排出される冷却水は、配管２ｆを流れて給水加熱器Ａ１４に送られる。給水加熱器Ａ１４に送られた冷却水は、給水加熱器Ｂ１５に送られる。
　給水加熱器Ｂ１５に送られた水（凝縮水と冷却水）は、ボイラ１１に供給される。再生工程でＣＯ２回収装置１０から排出された凝縮水と、冷却工程でＣＯ２回収装置１０から排出された冷却水とでは、再生工程で排出された凝縮水の方が高温になるため、給水加熱器Ｂ１５は、給水加熱器Ａ１４よりも温度設定を高くする方がよい。
　なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形例を含む。例えば、上記の実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備える態様に限定されるものではない。
　１…捕捉材容器、２ａ～２ｉ，２ｍ～２ｐ，２ｄ－１，２ｄ－２，２ｆ－１，２ｆ－２，２ｈ－１，２ｈ－２，２ｉ－１，２ｉ－２，２ｋ－１，２ｋ－２，２ｌ－１，２ｌ－２…配管、３ａ～３ｊ，３ｍ～３ｐ，３ｈ－１，３ｈ－２，３ｊ－１，３ｊ－２，３ｋ－１，３ｋ－２，３ｌ－１，３ｌ－２…弁、４…伝熱部、５，５ａ，５ｂ…凝縮水を貯留する貯留容器、６，６ａ～６ｈ…ＣＯ２回収装置のＣＯ２捕捉ユニット、７…冷却水を貯留する貯留容器、８…凝縮器、９…流量計、１０…ＣＯ２回収装置、１１…ボイラ、１２…蒸気タービン、１３…復水器、１４…給水加熱器Ａ、１５…給水加熱器Ｂ、１６…排気設備。

Claims (15)

  1. 　ＣＯ２含有ガスからＣＯ２を除去する固体のＣＯ２捕捉材を充填した捕捉材容器、
    前記捕捉材容器に設けられ、前記ＣＯ２捕捉材を加熱及び冷却する伝熱部、
    前記捕捉材容器に接続され、前記捕捉材容器にＣＯ２含有ガスを導入する第１の配管、
    前記捕捉材容器に接続され、前記ＣＯ２含有ガスからＣＯ２が除去されたガスを前記捕捉材容器から排出する第２の配管、
    前記捕捉材容器に接続され、前記ＣＯ２捕捉材からＣＯ２を脱離させるために前記伝熱部に水蒸気を導入する第３の配管、
    前記捕捉材容器に接続され、前記ＣＯ２捕捉材から脱離したＣＯ２を含むガスを前記捕捉材容器から排出する第４の配管、
    前記捕捉材容器に接続され、前記伝熱部に冷却水を導入する第５の配管、
    前記捕捉材容器に接続され、前記伝熱部に水蒸気を導入した際に発生する凝縮水を前記伝熱部から排出する第６の配管、
    前記捕捉材容器に接続され、前記伝熱部から冷却水を排出する第７の配管、及び
    前記第６の配管に設けられ、前記第６の配管に流れる凝縮水の流量を制御する第１の弁を備えるＣＯ２捕捉ユニットと、
    　前記第６の配管に接続され、前記伝熱部から排出された凝縮水を貯留する貯留容器と、
    　前記貯留容器に接続され、前記貯留容器から凝縮水を排出する第８の配管と、
    　前記貯留容器に接続され、前記貯留容器から水蒸気を排出する第９の配管と、
    　前記第８の配管に設けられ、第８の配管に流れる凝縮水の流量を制御する第２の弁と、
    　前記第８の配管の前記第２の弁の下流側に設けられ、前記第８の配管を流れる凝縮水の流量を計測する流量計と、を備えることを特徴とするＣＯ２回収装置。
  2. 　前記ＣＯ２捕捉ユニットを複数備える請求項１記載のＣＯ２回収装置。
  3. 　前記ＣＯ２捕捉ユニットを複数備え、
    　前記貯留容器は、複数の前記ＣＯ２捕捉ユニットの前記第６の配管が接続され、複数の前記ＣＯ２捕捉ユニットの前記伝熱部から排出された凝縮水を貯留する請求項１記載のＣＯ２回収装置。
  4. 　請求項２または３記載のＣＯ２回収装置を２つ備え、
    　少なくとも一方の前記ＣＯ２回収装置の前記第９の配管は、他方の前記ＣＯ２回収装置のそれぞれの前記第３の配管に接続され、少なくとも前記一方のＣＯ２回収装置の前記貯留容器から排出された水蒸気が、前記他方のＣＯ２回収装置のそれぞれの前記捕捉材容器の前記伝熱部に導入される請求項２または３記載のＣＯ２回収装置。
  5. 　前記第７の配管に接続され、前記伝熱部から排出された冷却水を貯留する貯留容器をさらに備える請求項１記載のＣＯ２回収装置。
  6. 　請求項１記載のＣＯ２回収装置を２つ備え、
    　少なくとも一方の前記ＣＯ２回収装置の第８の配管は、他方の前記ＣＯ２回収装置の第７の配管と接続され、少なくとも前記一方のＣＯ２回収装置の前記貯留容器から排出された凝縮水と、前記他方のＣＯ２回収装置の前記伝熱部から排出された冷却水とが混合される請求項１記載のＣＯ２回収装置。
  7. 　前記捕捉材容器に接続され、前記捕捉材容器に水蒸気を導入する第１０の配管と、
    　前記第４の配管に接続され、前記捕捉材容器から排出されたガス中の水蒸気を凝縮させる凝縮器と、をさらに備える請求項１記載のＣＯ２回収装置。
  8. 　前記第１の配管が導入する前記ＣＯ２含有ガスは、燃焼設備の燃焼排ガスである請求項１記載のＣＯ２回収装置。
  9. 　前記第３の配管が導入する前記水蒸気は、燃焼設備で水を気化させて発生した水蒸気である請求項１記載のＣＯ２回収装置。
  10. 　前記第５の配管が導入する前記冷却水は、水蒸気を復水器で凝縮した水である請求項１記載のＣＯ２回収装置。
  11. 　前記第７の配管が排出した冷却水と、前記第８の配管が排出した凝縮水は、燃焼設備に供給される請求項１記載のＣＯ２回収装置。
  12. 　前記ＣＯ２捕捉材は、Ｃｅ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、及びＧｄからなる群から選ばれた少なくとも１つの元素の酸化物を含む請求項１記載のＣＯ２回収装置。
  13. 　ＣＯ２含有ガスを前記捕捉材容器に導入することで、前記ＣＯ２捕捉材がＣＯ２を捕捉し、前記ＣＯ２含有ガスからＣＯ２を除去する捕捉工程と、
    　前記伝熱部に水蒸気を導入して前記ＣＯ２捕捉材を加熱することで、前記ＣＯ２捕捉材からＣＯ２を脱離させる再生工程と、
    　前記伝熱部に冷却水を導入して前記ＣＯ２捕捉材を冷却する冷却工程とを有し、
    　前記捕捉工程、前記再生工程、及び前記冷却工程を繰り返すことを特徴とする請求項１記載のＣＯ２回収装置の運転方法。
  14. 　請求項１記載のＣＯ２回収装置を３つ以上備え、
    　少なくとも１つの前記ＣＯ２回収装置が前記捕捉工程を実行しているとき、他の少なくとも１つの前記ＣＯ２回収装置が前記再生工程を実行し、さらに他の少なくとも１つの前記ＣＯ２回収装置が前記冷却工程を実行する請求項１３記載のＣＯ２回収装置の運転方法。
  15. 　前記捕捉工程、前記再生工程、及び前記冷却工程の実行時間が互いに同じである請求項１４記載のＣＯ２回収装置の運転方法。
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