WO2014109329A1

WO2014109329A1 - 脱水装置、ガス圧縮システム、及び脱水方法

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Publication number: WO2014109329A1
Application number: PCT/JP2014/050134
Authority: WO
Inventors: 乾　正幸; 隆仁米川; 浩次中山; 達也辻内; 美樹反町
Original assignee: 三菱重工業株式会社
Priority date: 2013-01-10
Filing date: 2014-01-08
Publication date: 2014-07-17
Also published as: EP2944369A4; AU2014205989A1; US9433890B2; EP2944369A1; JP6121449B2; CA2897489A1; JPWO2014109329A1; EP2944369B1; CA2897489C; AU2014205989B2; US20140190349A1

Abstract

脱水装置は、ＣＯ_２ガスに含まれる水分を吸着する吸着工程及び吸着した水分を脱着する再生工程を交互に行う吸着塔を、ＣＯ_２ガスの供給ラインに並列に複数備え、所定の吸着塔に吸着工程を行わせる間に他の吸着塔に再生工程を行わせる。そして、脱水装置は、吸着工程中の吸着塔によって脱水されたＣＯ_２ガスの一部を再生ガスヒーターによって加熱して、再生工程中の吸着塔Ａへ供給し、再生ガスヒーターへ供給されるＣＯ_２ガスと再生工程中の吸着塔から送出されるＣＯ_２ガスとを、再生ガスプレヒーターによって熱交換する。次に脱水装置は、再生工程中の吸着塔６２から送出されて熱交換したＣＯ_２ガスを再生ガスクーラーによって冷却し、冷却したＣＯ_２ガスから凝縮した水分を分離し、吸着塔に戻す。従って、脱水装置は、再生工程に起因するユーティリティ消費量の増加を抑制できる。

Description

脱水装置、ガス圧縮システム、及び脱水方法

　本発明は、脱水装置、ガス圧縮システム、及び脱水方法に関するものである。

　例えばボイラやガスタービン等の産業設備から排出される排ガスからＣＯ_２ガス等の所定のガスを回収して圧縮するガス圧縮システム（例えば特許文献１）が、従来から産業設備等に設置されている。

　図３は、従来のガス圧縮システム２００の構成図の一例である。なお、図３に示されるガス圧縮システム２００は、一例としてＣＯ_２ガスを圧縮する。

　ガス圧縮システム２００は、複数の圧縮機２０２（２０２－１～２０２－４）でＣＯ_２ガスを圧縮する。なお、ガス圧縮システム２００は、複数の圧縮機２０２と共に、複数のクーラー２０４、複数のノックアウトドラム（気液分離器）２０６、及び脱水装置２０８を備えている。
　クーラー２０４は圧縮されたＣＯ_２ガスを冷却し、ノックアウトドラムノックアウトドラム２０６は圧縮によりＣＯ_２ガス中の水分飽和率が低下することで凝縮した水分（Ｈ_２Ｏ）を回収し、脱水装置２０８はノックアウトドラム２０６によって回収できなかった水分を吸着によって回収（脱水）する。なお、図３の例では、複数の圧縮機２０２の中間段に脱水装置２０８を備えている。

　脱水装置２０８は、吸着塔２１０（２１０Ａ，２１０Ｂ）、再生ガスヒーター２１２、再生ガスクーラー２１４、再生ガスノックアウトドラム２１６を備える。

　吸着塔２１０は、ＣＯ_２ガスに含まれる水分を吸着する吸着工程及び吸着した水分を脱着する再生工程を交互に行う。なお、吸着塔２１０は、再生工程の終了後、クーリング工程とスタンバイ工程を経てから吸着工程に移行する。

　例えば、吸着塔２１０Ｂが再生工程を行う場合、吸着塔２１０Ａで脱水されたＣＯ_２ガスの一部が、再生ガスヒーター２１２によって所定温度まで昇温され、吸着塔２１０Ｂへ供給されることで吸着塔２１０Ｂから水分が脱着される。
　そして、吸着塔２１０Ｂから送出され、脱着した水分を含んだ再生ガスは、再生ガスクーラー２１４へ供給され、所定温度まで冷却される。その際、脱着した大半の水分は、凝縮水として下段の再生ガスノックアウトドラム２１６によって回収される。
　再生ガスノックアウトドラム２１６によって水分が回収された後の水分飽和した再生ガスは、配管や機器等で圧力を損失しているため、脱水装置２０８へＣＯ_２ガスを供給した圧縮機２０２－２の次段の圧縮機２０２－３の入口側ではなく、圧縮機２０２－２の入口等の上流側に戻される。

特開２０１０－２４１６３０号公報

　上述した従来の脱水装置２０８では、再生工程を行っている吸着塔２１０Ｂへ供給する再生ガスを常に所定熱量で昇温しなければならない。このため、従来の脱水装置２０８では、再生ガスヒーター２１２に対する駆動要求が高くなり、再生ガスを加熱させるための蒸気又は電力の消費量が多くなる。

　また、従来の脱水装置２０８では、再生工程が行われている間、再生工程を行っている吸着塔２１０から送出される余熱を含んだ再生ガスを常に所定冷却水量で冷却しなければならない。このため、従来の脱水装置２０８では、再生ガスクーラー２１４に対する駆動要求が高くなり、冷却水の消費量が多くなる。

　また、再生工程に用いた再生ガスは、再生工程に用いられる過程で圧力が下がるため、脱水装置２０８へＣＯ_２ガスを供給した圧縮機２０２－２の次段の圧縮機２０２－３の入口に戻すことができず、圧縮機２０２－２の入口等の上流側に戻される。このため、再生ガスが戻された上流側の圧縮機２０２では、供給されるＣＯ_２ガスの流量が再生ガスの流量分多くなり、上流側の圧縮機２０２の動力が増加、すなわちユーティリティ消費量（電力や蒸気の消費量）が増加する。
　さらに、再生工程を終えた後に行われるスタンバイ工程では、再生ガスの供給が停止されるため、再生ガスが戻される上流側の圧縮機２０２の運転条件が変動する。すなわち、例えば圧縮機２０２－２が、再生ガスが戻されることを前提に設計されると、圧縮機２０２－２は、再生ガスが戻されないスタンバイ工程が行われている間において最適な運転条件で運転されない。このため、ガス圧縮システム２００の設計段階において、脱水装置２０８の設計条件が、再生ガスが戻される上流側の圧縮機２０２の設計に影響を及ぼす。

　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、再生工程に起因するユーティリティ消費量の増加を抑制する、脱水装置、ガス圧縮システム、及び脱水方法を提供することを目的とする。

　上記課題を解決するために、本発明の脱水装置、ガス圧縮システム、及び脱水方法は以下の手段を採用する。

　本発明の第一態様に係る脱水装置は、ガスに含まれる水分を吸着する吸着工程及び吸着した水分を脱着する再生工程を交互に行う吸着塔を、ガスの供給ラインに並列に複数備え、所定の前記吸着塔に前記吸着工程を行わせる間に他の前記吸着塔に前記再生工程を行わせる脱水装置であって、前記吸着工程中の前記吸着塔によって脱水されたガスの一部を加熱して、前記再生工程中の前記吸着塔へ供給する加熱部と、前記再生工程中の前記吸着塔から送出されたガスを冷却する冷却部と、前記冷却部によって冷却されたガスから凝縮した水分を分離し、水分を分離したガスを前記吸着塔に戻す気液分離部と、前記再生工程中の前記吸着塔から送出されて前記冷却部へ供給されるガスと前記加熱部へ供給されるガスとを、熱交換させる予加熱部と、を備える。

　本構成に係る脱水装置は、ガスに含まれる水分を吸着する吸着工程及び吸着した水分を脱着する再生工程を交互に行う吸着塔を、ガスの供給ラインに並列に複数備え、所定の吸着塔に吸着工程を行わせる間に他の吸着塔に再生工程を行わせる。なお、ガスに含まれる水分の吸着は吸着塔が有する吸着によって行われ、再生工程は、吸着が吸着した水分を熱により脱着させる工程である。

　そして、脱水装置は、吸着工程中の吸着塔によって脱水されたガスの一部を加熱部によって加熱して、再生工程中の吸着塔へ供給し、加熱部へ供給されるガスと再生工程中の吸着塔から送出されるガスとを、予加熱部によって熱交換する。次に脱水装置は、再生工程中の吸着塔から送出されて予加熱部によって熱交換したガスを冷却部によって冷却し、冷却部によって冷却されたガスから凝縮した水分を気液分離部によって分離し、水分を分離したガスを吸着塔に戻す。

　このように、予加熱部が備えられることによって、冷却部へ供給されるガスは、予加熱部が備えられていない場合に比べて温度が低くなるので、冷却部で消費されるエネルギー、すなわち冷却部へ供給される冷却水の消費量が低減される。一方、加熱部へ供給されるガスは、予加熱部が備えられていない場合に比べて温度が高くなるので、加熱部がガスを加熱するために消費するエネルギーが低減される。

　従って、本構成に係る脱水装置は、再生工程に起因するユーティリティ消費量の増加を抑制することができる。

　上記第一態様では、前記加熱部が、前記予加熱部による熱交換量に基づいて、ガスの加熱量を制御することが好ましい。

　上記第一態様では、再生工程において、加熱されたガスが吸着塔へ供給されると、ガスの供給側の吸着から徐々に加熱されて水分が脱着する。そして、脱着された水分は、ガスと共にガスの送出側へ移動し、送出側の吸着によって再び吸着される。すなわち、再生工程では、水分の脱着と吸着が交互に繰り返されることによって、ガスの供給側の吸着から送出側の吸着へ水分の脱着が行われる。このため、再生工程の開始直後の方が、加熱されたガスが吸着に付与するエネルギーがより大きく、再生工程中の吸着塔から送出されるガスは、初めのうちは温度が低いものの時間と共に温度が高くなり、予加熱部による熱交換量は、時間と共に変化することとなる。
　そこで、本構成によれば、予加熱部による熱交換量に基づいて、加熱部によるガスの加熱量が制御されるので、加熱部がガスを加熱するために消費するエネルギーをより効果的に低減することができる。

　上記第一態様では、前記気液分離部と前記吸着塔との間に設けられ、前記再生工程に用いられたガスに対して、前記再生工程による圧損を補うように昇圧する圧縮機を備えることが好ましい。

　本構成によれば、圧縮機で昇圧されたガスは、脱水装置へ供給されるガスと同じ圧力となり、脱水装置へ供給されるガスと混合され、吸着塔へ供給されるので、脱水装置から送出されるガスの全てを、ガスの供給元へ戻すことが可能となる。従って、本構成は、従来のように、再生工程に用いたガスが、ガスを供給した圧縮機の入口に戻されることがないため、ガスが戻される圧縮機の動力を増加させるという問題が解消される。

　上記第一態様では、前記予加熱部が、複数備えられることが好ましい。

　本構成によれば、予加熱部が例えば直列に複数備えられることにより、再生工程中の吸着塔から送出されて冷却部へ供給されるガスと加熱部へ供給されるガスとを、より効率良く熱交換できる。

　本発明の第二態様に係るガス圧縮システムは、ガスを圧縮する複数の圧縮機と、上記記載の脱水装置と、を備え、所定の前記圧縮機によって圧縮されたガスを前記脱水装置で脱水し、脱水されたガスを該所定の前記圧縮機の次段に備えられた前記圧縮機で更に圧縮する。

　本発明の第三態様に係る脱水方法は、ガスに含まれる水分を吸着する吸着工程及び吸着した水分を脱着する再生工程を交互に行う吸着塔を、ガスの供給ラインに並列に複数備え、所定の前記吸着塔に前記吸着工程を行わせる間に他の前記吸着塔に前記再生工程を行わせる脱水方法であって、前記吸着工程中の前記吸着塔によって脱水されたガスの一部を加熱部によって加熱して、前記再生工程中の前記吸着塔へ供給し、前記加熱部へ供給されるガスと前記再生工程中の前記吸着塔から送出されるガスとを、予加熱部によって熱交換し、前記再生工程中の前記吸着塔から送出され、前記予加熱部によって熱交換したガスを冷却部によって冷却し、前記冷却部によって冷却したガスから凝縮した水分を気液分離部によって分離し、水分を分離したガスを前記吸着塔に戻す。

　本発明によれば、再生工程に起因するユーティリティ消費量の増加を抑制できる、という優れた効果を有する。

本発明の実施形態に係るＣＯ_２回収装置の構成図である。本発明の実施形態に係る脱水装置の構成図である。従来の脱水装置の構成図である。

　以下に、本発明に係る脱水装置、ガス圧縮システム、及び脱水方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。

　図１は、本実施形態に係るＣＯ_２圧縮システム１０が備えられるＣＯ_２回収装置１２である。

　ＣＯ_２回収装置１２は、冷却塔１４を備えている。
　例えばボイラやガスタービン等の産業設備から排出されたＣＯ_２を含有する排ガスが、図示されないブロワによって冷却塔１４へと供給されている。冷却塔１４へと供給された排ガスは、冷却水によって冷却される。排ガスを冷却するのに用いられた冷却水は、ポンプ１６により、冷却器１８を通り再び冷却塔１４へと供給されて塔内で噴射されている。

　冷却されたＣＯ_２を含有する排ガスは、排ガスライン２０を介して吸収塔２２の下部から供給される。吸収塔２２において、例えば、アルカノールアミンをベースとするＣＯ_２吸収液（アミン溶液）が、充填材２３を通過する間に排ガスと対向流接触される。これにより排ガス中のＣＯ_２は、ＣＯ_２吸収液に吸収され、産業設備から排出された排ガスからＣＯ_２が除去される。吸収塔２２の塔頂部２２ａからは、ＣＯ_２が除去された浄化ガスが排出される。

　浄化ガスには水蒸気等が含まれる。この水蒸気は、吸収塔２２の上部で噴霧される冷却水によって凝縮される。凝縮された水は、吸収塔２２の外でポンプ２８によって冷却装置２６と吸収塔２２との間を循環し、冷却装置２６によって冷却される。さらにミストエリミネータ２４は吸収塔２２の上部のスプレイ上に設けられ、ここに至ったミストは浄化ガスから分離除去される。

　吸収塔２２でＣＯ_２を吸収したＣＯ_２吸収液は、塔底部２２ｂに貯溜され、吸収塔２２の塔底部２２ｂと再生塔３０の上部とを接続する送液ラインＬ₁から再生塔３０へ、ポンプ３２によって供給され塔内で充填材３４へ向けて噴射される。また、吸収塔２２と再生塔３０との間には、再生塔３０の塔底部３０ｂと吸収塔２２の上部とを接続する送液ラインＬ_２が設けられている。そして、送液ラインＬ₁と送液ラインＬ_２との交差部分においてリッチ溶液（ＣＯ_２が吸収されたＣＯ_２吸収液）とリーン溶液（ＣＯ_２が除去されたＣＯ_２吸収液）とを熱交換する熱交換器３６が設けられている。熱交換器３６でリッチ溶液は加熱され、リーン溶液は冷却される。

　ＣＯ_２を吸収したＣＯ_２吸収液（リッチ溶液）は、再生塔３０において充填材３４を通過する間の対向流接触による吸熱反応によりＣＯ_２が放出される。リッチ溶液は、再生塔３０の塔底部３０ｂに至る頃には、大部分のＣＯ_２が除去され、リーン溶液として再生される。再生されたリーン溶液は、ＣＯ_２吸収液としてポンプ３８により水冷式冷却器４０を介して再び吸収塔２２へ供給され、再利用される。
　再生塔３０でＣＯ_２を放出して再生されたリーン溶液は、送液ラインＬ_２を通じてポンプ３８によって吸収塔２２に還流される。リーン溶液は、還流される間に、熱交換器３６において、吸収塔２２から再生塔３０へ供給される吸収液との間で熱交換して冷却され、更に、水冷式冷却器４０によって、ＣＯ_２の吸収に適した温度まで冷却される。

　Ｌ₃は再生塔３０の塔頂部３０ａに接続されたＣＯ_２排出ラインである。ＣＯ_２排出ラインＬ₃によって再生塔３０から排出されたＣＯ_２ガスは、冷却水を用いた冷却器４２を介して冷却されてリフラックスドラム４３へと供給される。リフラックスドラム４３へ供給されたＣＯ_２ガスは、水分と分離される。分離後のＣＯ_２ガスは、ＣＯ_２圧縮システム１０へと供給される。
　リフラックスドラム４３において分離された凝縮水は、ポンプ４４によって再生塔３０上部に還流される。還流された凝縮水は、凝縮部４６を冷却してＣＯ_２吸収液等の放出を抑制する。

　また、再生塔３０の塔底部３０ｂに貯留されたＣＯ_２吸収液の一部は、循環路Ｌ_４を通してリボイラ４８へ供給され、蒸気管４８ａを流れる高温蒸気との熱交換によって加熱された後に再生塔３０内へ還流される。この加熱によって、塔底部３０ｂのＣＯ_２吸収液からＣＯ_２が放出され、又、間接的に加熱される充填材３４上での気液接触間にもＣＯ_２吸収液からＣＯ_２が放出される。

　図２は、本実施形態に係るＣＯ_２圧縮システム１０の構成図である。

　ＣＯ_２圧縮システム１０は、ＣＯ_２ガスを圧縮する複数の圧縮機５０を備えている。複数の圧縮機５０は、直列に接続されている。

　また、ＣＯ_２圧縮システム１０は、クーラー５２、ノックアウトドラム５４を適宜、圧縮機５０と圧縮機５０との間に備えている。ノックアウトドラム５４は、ＣＯ_２ガスから凝縮した水分を回収し、クーラー５２は、圧縮機５０で圧縮されることによって加熱されたＣＯ_２ガスを冷却する。なお、ノックアウトドラム５４は、圧縮によりＣＯ_２ガス中の水分飽和率が低下することで凝縮した水分を回収する。
　さらに、ＣＯ_２圧縮システム１０は、ＣＯ_２ガスを脱水するための脱水装置６０を備えている。脱水装置６０は、ノックアウトドラム５４によって回収できないＣＯ_２ガスに含まれる水分を、吸着によって回収（脱水）する。

　本実施形態に係るＣＯ_２圧縮システム１０は、一例として、４台の圧縮機５０（５０－１，５０－２，５０－３，５０－４）、４台のクーラー５２（５２－１，５２－２，５２－３，５２）、３台のノックアウトドラム５４（５４－１，５４－２，５４－３）、及び１台の脱水装置６０が直列に接続されている。より具体的には、圧縮機５０－１の上流には、ノックアウトドラム５４－１が備えられ、圧縮機５０－１と圧縮機５０－２の間には、クーラー５２－１及びノックアウトドラム５４－２が備えられ、圧縮機５０－２と圧縮機５０－３の間には、クーラー５２－２、ノックアウトドラム５４－３、及び脱水装置６０が備えられ、圧縮機５０－３と圧縮機５０－４の間には、クーラー５２－３が備えられ、圧縮機５０－４の下流にはクーラー５２が備えられる。
　なお、圧縮機５０、クーラー５２、ノックアウトドラム５４、及び脱水装置６０の数及び設置順序は、一例であり、ＣＯ_２ガスを圧縮すると共に脱水できれば、数及び設置順序は異なっていてもよい。

　脱水装置６０は、ＣＯ_２ガスに含まれる水分を吸着する吸着工程及び吸着した水分を脱着する再生工程を交互に行う吸着塔６２（６２Ａ，６２Ｂ）を、ＣＯ_２ガスの供給ライン６４に並列に複数（本実施形態では２つ）備えている。脱水装置６０は、所定の吸着塔６２に吸着工程を行わせる間に、他の吸着塔６２に再生工程を行わせる。なお、吸着塔６２は、再生工程の終了後、スタンバイ工程を経てから吸着工程に移行する。

　吸着工程では、例えば２０℃～４０℃のＣＯ_２ガスが吸着塔６２の開口６６から供給されて開口６８から送出される過程で、吸着がＣＯ_２ガスに含まれる水分を吸着することでＣＯ_２ガスを脱水する。
　再生工程では、加熱されたＣＯ_２ガスが吸着塔６２の開口６８から供給されて開口６６から送出される過程で、吸着が吸着した水分を熱により脱着し、加熱されたＣＯ_２ガスと共に脱着した水分を送出する。
　なお、例えば、吸着工程は８時間行われる一方、再生工程は４時間行われ、スタンバイ工程は４時間行われる。

　さらに、本実施形態に係る脱水装置６０は、再生ガスヒーター７０、再生ガスクーラー７２、再生ガスノックアウトドラム７４、再生ガスプレヒーター７６、及び再生ガス圧縮機７８を備える。

　再生ガスヒーター７０は、吸着工程中の吸着塔６２によって脱水されたＣＯ_２ガスの一部を加熱して、再生工程中の吸着塔６２へ供給する。なお、再生ガスヒーター７０は、電力又は別途供給される蒸気によって、ＣＯ_２ガスを所定の温度（例えば２００℃～３００℃）まで加熱する。

　再生ガスクーラー７２は、再生工程中の吸着塔６２から送出されたＣＯ_２ガスを所定の温度（例えば２０℃～４０℃）まで冷却する。

　再生ガスノックアウトドラム７４は、再生ガスクーラー７２によって冷却されたＣＯ_２ガスから凝縮した水分を分離し、水分を分離したＣＯ_２ガスを吸着塔６２に戻す。

　再生ガスプレヒーター７６は、再生工程中の吸着塔６２から送出されて再生ガスクーラー７２へ供給されるＣＯ_２ガスと再生ガスヒーター７０へ供給されるＣＯ_２ガスとを、熱交換させる。

　再生ガス圧縮機７８は、再生ガスノックアウトドラム７４と吸着塔６２との間に設けられ、再生工程に用いられたＣＯ_２ガスに対して、再生工程による圧損を補うように昇圧する。

　次に、本実施形態に係る脱水装置６０に係るＣＯ_２ガスの供給ライン６４の構成について説明する。

　ノックアウトドラム５４－３の出口に接続される供給ライン６４は、分岐される。分岐された各供給ライン６４は、各々バルブ８０Ａ，８０Ｂを備え、吸着塔６２Ａ，６２Ｂの開口６６に接続される。
　また、分岐された供給ライン６４は、吸着塔６２Ａ，６２Ｂに接続される前にバイパスされ、バイパスする供給ライン６４には、バルブ８０Ｃ，８０Ｄが備えられている。バルブ８０Ｃ，８０Ｄの間には、再生ガスプレヒーター７６を介して、再生ガスクーラー７２に接続される供給ライン６４が備えられている。

　一方、吸着塔６２Ａ，６２Ｂの開口６８に接続される各供給ライン６４は、各々バルブ８０Ｅ，８０Ｆが備えられ、バルブ８０Ｅ，８０Ｆが備えられた先で接合され、フィルタ８２を介して、圧縮機５０－３の入り口に接続される。フィルタ８２は、ＣＯ_２ガスに含まれる可能性のある吸着の粉末等を、ＣＯ_２ガスから除去する。

　また、吸着塔６２Ａ，６２Ｂの開口６８に接続される供給ライン６４は、バルブ８０Ｅ，８０Ｆが備えられる位置よりも下流でバイパスされ、バイパスする供給ライン６４には、バルブ８０Ｇ，８０Ｈが備えられている。バルブ８０Ｇ，８０Ｈの間には、再生ガスヒーター７０の出口に接続される供給ライン６４が備えられる。

　圧縮機５０－３の入り口に接続される接合された供給ライン６４は、フィルタ８２の出口側で分岐され、再生ガスプレヒーター７６を介して、再生ガスヒーター７０の入り口に接続される。

　そして、再生ガスクーラー７２は再生ガスノックアウトドラム７４と接続され、再生ガスノックアウトドラム７４は再生ガス圧縮機７８の入口と接続され、再生ガス圧縮機７８の出口は、ノックアウトドラム５４－３から脱水装置６０へＣＯ_２ガスを供給する供給ライン６４に接続される。

　次に、本実施形態に係る脱水装置６０の動作について説明する。

　以下の説明では、一例として、吸着塔６２Ａが吸着工程を行い、吸着塔６２Ｂが再生工程を行う場合について説明する。
　この場合、バルブ８０Ａ，８０Ｄは開かれる一方、バルブ８０Ｂ，８０Ｃは閉じられる。また、バルブ８０Ｅ，８０Ｈは開かれる一方、バルブ８０Ｆ，８０Ｇは閉じられる。
　これにより、ノックアウトドラム５４－３から脱水装置６０へ供給される水分を含んだＣＯ_２ガスは、吸着塔６２Ａで脱水され、圧縮機５０－３へ戻される。そして、脱水されたＣＯ_２ガスの一部（例えば、１０～３０％であり、以下、「再生ガス」という。）は、再生ガスプレヒーター７６を介して、再生ガスヒーター７０へ供給される。なお、再生工程が終了すると、吸着工程へ移行するためのスタンバイ工程が吸着塔６２Ｂで行われる。スタンバイ工程が行われる吸着塔６２Ｂには、バルブ８０Ｆが閉じられ、ＣＯ_２ガスは送出されない。

　再生ガスヒーター７０へ供給された再生ガスは、再生ガスヒーター７０によって加熱されて再生工程が行われる吸着塔６２Ｂへ供給される。

　吸着塔６２Ｂでは、加熱された再生ガスによって吸着に吸着された水分が脱着される。脱着された水分は、余熱を持った再生ガスと共に再生ガスプレヒーター７６へ供給される。再生ガスプレヒーター７６へ供給された余熱を持った再生ガスは、再生ガスヒーター７０によって加熱される前の再生ガスと熱交換した後に、再生ガスクーラー７２へ供給される。

　そして、吸着塔６２Ｂから送出された再生ガスは、再生ガスプレヒーター７６で熱交換されるので温度が低くなる一方、再生ガスヒーター７０によって加熱される前の再生ガスは、温度が高くなる。

　このように再生ガスプレヒーター７６が備えられることによって、再生ガスクーラー７２へ供給される再生ガスの温度は、再生ガスプレヒーター７６が備えられていない場合に比べて低くなるので、再生ガスクーラー７２で消費されるエネルギー、すなわち再生ガスクーラー７２へ供給される冷却水の消費量が低減される。
　一方、再生ガスヒーター７０によって加熱される前の再生ガスの温度は、再生ガスプレヒーター７６が備えられていない場合に比べて高くなるので、再生ガスヒーター７０が再生ガスを加熱するために消費するエネルギーが低減される。

　また、再生工程において、加熱された再生ガスが吸着塔６２Ｂへ供給されると、再生ガスの供給側（開口６８側）の吸着から徐々に加熱されて水分が脱着する。そして、脱着された水分は、再生ガスと共に再生ガスの送出側（開口６６側）へ移動し、送出側の吸着によって再び吸着される。すなわち、再生工程では、水分の脱着と吸着が交互に繰り返されることによって、再生ガスの供給側の吸着から送出側の吸着へ水分の脱着が行われる。このため、再生工程の開始直後の方が、加熱された再生ガスが吸着に付与するエネルギーがより大きく、再生工程中の吸着塔６２Ｂから送出される再生ガスは、初めのうちは温度が低いものの、時間と共に温度が高くなる。
　例えば、再生工程中の吸着塔６２Ｂから送出される再生ガスは、再生工程開始後の３０から６０分ぐらいで、例えば約１５０°に到達し、その後徐々に温度が上がり、再生工程の終盤において、吸着塔６２Ｂへの供給される温度と同じ約３００℃となる。

　このように、再生工程中、吸着塔６２Ｂの開口６６から送出された再生ガスの温度は時間と共に変化するため、再生ガスプレヒーター７６の熱交換量も同様に変化する。そのため、再生工程中の吸着塔６２Ｂへ供給される再生ガスを所定温度（２００～３００℃）まで加熱するためには、この熱交換の変化量に追従させ、再生ガスヒーター７０で変化量分を補う必要がある。

　そこで、本実施形態では、再生ガスヒーター７０は、再生ガスプレヒーター７６の熱交換量に基づいて、再生ガスの加熱量を制御する。
　具体的には、再生ガスヒーター７０の入口又は出口における再生ガスの温度が、温度計９６Ａ又は温度計９６Ｂによって計測され、計測結果に基づいて再生ガスヒーター７０へ供給されるユーティリティ（蒸気量又は電力量）が調節される。

　また、脱水装置６０は、再生ガスプレヒーター７６を複数備えることで、熱交換量をより増加させることができる。本実施形態では、一例として、二つの再生ガスプレヒーター７６Ａ，７６Ｂを直列に接続し、吸着塔６２Ｂの開口６６から送出された再生ガスを再生ガスプレヒーター７６Ａ、再生ガスプレヒーター７６Ｂの順に通過させ、吸着塔６２Ａの開口６８から送出された再生ガスを再生ガスプレヒーター７６Ｂ、再生ガスプレヒーター７６Ａの順に通過させ、熱交換させる。
　これにより、再生工程中の吸着塔６２Ｂから送出されて再生ガスクーラー７２によって加熱される前の再生ガスと吸着塔６２Ｂから送出された再生ガスとを、より効率良く熱交換できる。

　再生ガスクーラー７２で冷却された再生ガスは、再生ガスノックアウトドラム７４によって水分が分離された後、再生ガス圧縮機７８へ供給される。なお、再生ガスノックアウトドラム７４において分離された水（凝縮水）は、再生ガスノックアウトドラム７４から排出される。

　そして、再生ガス圧縮機７８は、供給された再生ガスを再生工程による圧損を補うように昇圧し、吸着塔６２の開口６６へ接続される供給ライン６４へ戻す。これにより、再生ガス圧縮機７８で昇圧された再生ガスは、ノックアウトドラム５４－３から脱水装置６０へ供給される再生ガスと同じ圧力となり、ノックアウトドラム５４－３から脱水装置６０へ供給される再生ガスと混合され、吸着塔６２へ供給される。このため、脱水装置６０から送出されるＣＯ_２ガスの全ては、ＣＯ２ガスの供給元、すなわち、圧縮機５０－２の次段に備えられた圧縮機５０－３で更に圧縮される。

　これによって従来のように、再生工程に用いた再生ガスは、ＣＯ_２ガスを供給した圧縮機５０－２の入口に戻されることがないため、再生ガスが戻される圧縮機５０の動力を増加させるという問題が解消される。
　また、スタンバイ工程において再生ガスが吸着塔６２Ｂへ供給されなくなっても、脱水装置６０から圧縮機５０へ戻されるＣＯ_２ガスの量は何ら変化しないので、ＣＯ_２ガスが戻される圧縮機５０の運転条件が変動することもない。このため、圧縮機５０へ戻される再生ガスの量が変化することによる運転条件の変動が、ＣＯ_２圧縮システム１０の設計に影響を及ぼすという問題も解消される。

　ここで、表１に、従来のＣＯ_２圧縮システム（図３参照）と本実施形態に係るＣＯ_２圧縮システム１０の消費電力量の相違を示す。

　表１に示されるように、ユーティリティである電力量（ＢＨＰ動力、熱交ヒートデューティ）は、従来のＣＯ_２圧縮システムに比べて再生ガスプレヒーター７６Ａ，７６Ｂ、再生ガス圧縮機７８を備えた本実施形態に係るＣＯ_２圧縮システム１０の方が少ない。なお、再生ガス圧縮機７８は、従来のＣＯ_２圧縮システムには備えられていないため、本実施形態に係るＣＯ_２圧縮システム１０は再生ガス圧縮機７８のＢＨＰ動力が増加する。しかし、再生ガス圧縮機７８のＢＨＰ動力は小さいため、ＣＯ_２圧縮システム１０で削減されたＢＨＰ動力以下であり、合計としてＢＨＰ動力が減少する。
　また、本実施形態に係るＣＯ_２圧縮システム１０は、再生ガスヒーター７０及び再生ガスクーラー７２の熱交ヒートデューティも削減できる。

　また、本実施形態に係るＣＯ_２圧縮システム１０の圧縮機５０の方が、従来のＣＯ_２圧縮システムの圧縮機に比べ、消費電力量が少ない。
　この理由は、従来のＣＯ_２圧縮システムでは、再生ガスが戻る圧縮機（図３の例では圧縮機２０２－２）の容量を他の圧縮機よりも大きく、所定の圧縮率で昇圧しなければならなかった。しかし、本実施形態に係るＣＯ_２圧縮システム１０は、容量の小さい再生ガス圧縮機７８によって再生ガスのみを脱水装置６０で生じた圧力損失分のみ昇圧することで、容量の大きい圧縮機を備える必要がなくなったためである。再生ガス圧縮機７８は、再生ガスが戻る圧縮機５０と比較して、少量のガスを定圧縮率で昇圧するため容量が小さいので、容量の大きい圧縮機よりも消費電力が少なくて済む。

　以上説明したように、本実施形態に係る脱水装置６０は、ＣＯ_２ガスに含まれる水分を吸着する吸着工程及び吸着した水分を脱着する再生工程を交互に行う吸着塔６２を、ＣＯ_２ガスの供給ライン６４に並列に複数備え、所定の吸着塔６２に吸着工程を行わせる間に他の吸着塔６２に再生工程を行わせる。
　そして、脱水装置６０は、吸着工程中の吸着塔６２によって脱水されたＣＯ_２ガスの一部を再生ガスヒーター７０によって加熱して、再生工程中の吸着塔６２へ供給し、再生ガスヒーター７０へ供給されるＣＯ_２ガスと再生工程中の吸着塔６２から送出されるＣＯ_２ガスとを、再生ガスプレヒーター７６によって熱交換する。次に脱水装置６０は、再生工程中の吸着塔６２から送出されて熱交換したＣＯ_２ガスを再生ガスクーラー７２によって冷却し、冷却したＣＯ_２ガスから凝縮した水分を再生ガスノックアウトドラム７４によって分離し、水分を分離したＣＯ_２ガスを吸着塔６２に戻す。

　従って、脱水装置６０は、再生工程に起因するユーティリティ消費量の増加を抑制することができる。

　また、本実施形態に係るＣＯ_２圧縮システム１０は、再生ガスを圧縮する複数の圧縮機５０と、本実施形態に係る脱水装置６０と、を備え、所定の圧縮機５０によって圧縮されたＣＯ_２ガスを脱水装置６０で脱水し、脱水されたＣＯ_２ガスを該所定の圧縮機５０の次段に備えられた圧縮機５０で更に圧縮する。

　以上、本発明を、上記実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に多様な変更又は改良を加えることができ、該変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

　例えば、上記実施形態では、脱水装置６０が脱水するガスをＣＯ_２ガスとする形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、脱水装置６０が脱水するガスをＣＯ_２ガス以外の他のガスとする形態としてもよい。

　また、上記実施形態では、脱水装置６０が吸着塔６２を２つ備える形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、脱水装置６０が吸着塔６２を３つ以上備える形態としてもよい。

　また、上記実施形態では、脱水装置６０が圧縮機５０の中間段に導入される形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、脱水装置６０が圧縮機５０の後に導入される形態としてもよい。

　１０　　ＣＯ_２圧縮システム
　５０　　圧縮機
　６０　　脱水装置
　６２　　吸着塔
　７０　　再生ガスヒーター
　７２　　再生ガスクーラー
　７４　　再生ガスノックアウトドラム
　７６　　再生ガスプレヒーター
　７８　　再生ガス圧縮機

Claims

　ガスに含まれる水分を吸着する吸着工程及び吸着した水分を脱着する再生工程を交互に行う吸着塔を、ガスの供給ラインに並列に複数備え、所定の前記吸着塔に前記吸着工程を行わせる間に他の前記吸着塔に前記再生工程を行わせる脱水装置であって、
　前記吸着工程中の前記吸着塔によって脱水されたガスの一部を加熱して、前記再生工程中の前記吸着塔へ供給する加熱部と、
　前記再生工程中の前記吸着塔から送出されたガスを冷却する冷却部と、
　前記冷却部によって冷却されたガスから凝縮した水分を分離し、水分を分離したガスを前記吸着塔に戻す気液分離部と、
　前記再生工程中の前記吸着塔から送出されて前記冷却部へ供給されるガスと前記加熱部へ供給されるガスとを、熱交換させる予加熱部と、
を備える脱水装置。
　前記加熱部は、前記予加熱部による熱交換量に基づいて、ガスの加熱量を制御する請求項１記載の脱水装置。
　前記気液分離部と前記吸着塔との間に設けられ、前記再生工程に用いられたガスに対して、前記再生工程による圧損を補うように昇圧する圧縮機を備える請求項１記載の脱水装置。
　前記予加熱部は、複数備えられる請求項１記載の脱水装置。
　ガスを圧縮する複数の圧縮機と、
　請求項１記載の脱水装置と、
を備え、
　所定の前記圧縮機によって圧縮されたガスを前記脱水装置で脱水し、脱水されたガスを該所定の前記圧縮機の次段に備えられた前記圧縮機で更に圧縮するガス圧縮システム。
　ガスに含まれる水分を吸着する吸着工程及び吸着した水分を脱着する再生工程を交互に行う吸着塔を、ガスの供給ラインに並列に複数備え、所定の前記吸着塔に前記吸着工程を行わせる間に他の前記吸着塔に前記再生工程を行わせる脱水方法であって、
　前記吸着工程中の前記吸着塔によって脱水されたガスの一部を加熱部によって加熱して、前記再生工程中の前記吸着塔へ供給し、
　前記加熱部へ供給されるガスと前記再生工程中の前記吸着塔から送出されるガスとを、予加熱部によって熱交換し、
　前記再生工程中の前記吸着塔から送出され、前記予加熱部によって熱交換したガスを冷却部によって冷却し、
　前記冷却部によって冷却したガスから凝縮した水分を気液分離部によって分離し、水分を分離したガスを前記吸着塔に戻す
脱水方法。