WO2014208038A1 - 二酸化炭素分離回収システム及び方法 - Google Patents

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WO2014208038A1
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drying
tower
carbon dioxide
gas
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雄志 奥村
嘉治 野中
智行 荻野
祥平 西部
庄司　恭敏
渡辺　達也
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川崎重工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a technique for separating and recovering CO 2 from a gas to be treated containing carbon dioxide (CO 2 ) such as coal combustion exhaust gas.
  • CO 2 carbon dioxide
  • the present invention relates to a carbon dioxide separation and recovery system and method for selectively separating CO 2 in a gas to be treated using a solid adsorbent, recovering CO 2 and regenerating the solid adsorbent used for the separation.
  • Non-Patent Document 1 discloses a physical adsorption method / moving bed circulation regeneration type CO 2 recovery plant. In this CO 2 recovery plant, CO 2 is selectively separated from coal combustion exhaust gas using a solid adsorbent, and the separated CO 2 is recovered.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a schematic configuration of the CO 2 recovery plant described in FIG. 1 of Non-Patent Document 1.
  • This CO 2 recovery plant includes a cooling tower, an adsorption tower, a concentrating tower, a regeneration tower and a storage tank arranged in series in the vertical direction, and a bucket elevator that carries the adsorbent from the storage tank to the cooling tower.
  • the adsorption tower, cooling tower, regeneration tower, and storage tank are each filled with zeolite as an adsorbent.
  • the adsorbent sequentially moves from the uppermost cooling tower to the lowermost storage tank, and is transported from the lowermost storage tank to the uppermost cooling tower by a bucket elevator.
  • Valves are provided at the bottom of the towers, and by opening and closing these valves, the adsorbent is moved to the lower towers one batch at a time.
  • the coal combustion exhaust gas is continuously introduced into the lower part of the adsorption tower after the moisture is removed by the exhaust gas blower in the pretreatment process of the cooling device and the dehumidifying device.
  • the CO 2 in the exhaust gas is adsorbed by the adsorbent while rising in the adsorption tower, and the off-gas from which the CO 2 has been removed is discharged out of the system from the top of the adsorption tower.
  • the concentrating tower a part of CO 2 recovered from the adsorbent adsorbing CO 2 is compressed together with nitrogen adsorbed on the adsorbent and discharged from the tower, and recovered as product gas.
  • CO 2 is desorbed from the adsorbent by supplying superheated steam and reducing the pressure, and this CO 2 is recovered as product gas.
  • the regenerated adsorbent is sent to a cooling tower through a storage tank and a bucket elevator, cooled, and then returned to the adsorption tower for reuse.
  • Non-Patent Document 1 a contact heat transfer method using a shell and tube structure is employed. That is, the adsorbent is introduced into the shell side of the regeneration tower, and superheated steam is introduced into the tube side, so that the temperature of the adsorbent is raised by an indirect heating method. However, the sensible heat obtained from the superheated steam is small, and the latent heat of the steam flowing out from the regeneration tower is discarded without being used. As the temperature of zeolite, which is an adsorbent, increases, the amount of CO 2 adsorption decreases.
  • the adsorbent after regeneration is at a high temperature (for example, 140 ° C.), it is necessary to recover the adsorption performance by cooling the adsorbent to a predetermined adsorption temperature (for example, 40 ° C.). For this reason, a storage tank and a cooling tower for cooling the adsorbent are required downstream of the regeneration tower. As described above, there is still room for energy saving in the conventional CO 2 recovery plant, and in order to put the CO 2 recovery technology into practical use, further reduction in energy input for CO 2 recovery is required. desired.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to separate and recover carbon dioxide by selectively separating CO 2 in exhaust gas using an adsorbent containing a solid adsorbent and recovering CO 2. In the system, it is to realize further reduction of energy input for CO 2 recovery and adsorbent regeneration.
  • the inventors in developing a carbon dioxide separation and recovery system, do not indirectly heat the adsorbent to desorb CO 2 from the adsorbent, but directly contact the adsorbent and water vapor. It was decided to adopt.
  • the latent heat of water vapor can be used as energy by desorption of CO 2 .
  • the latent heat of water vapor is larger in energy obtained from the same amount of water than the sensible heat of water vapor, and the amount of water necessary for desorbing CO 2 from the adsorbent can be reduced.
  • steam is not discharged
  • a concentration tower for increasing the CO 2 concentration is not necessary, and the equipment cost can be reduced.
  • the carbon dioxide separation and recovery system includes a regeneration tower in which the adsorbent and water vapor are brought into direct contact with each other, condensed water adheres to the adsorbent discharged from the regeneration tower.
  • a drying tower is required downstream of the regeneration tower.
  • a conventional general drying tower is configured to dry a material by blowing dry air onto the material.
  • the adsorbent discharged from the drying tower rises in temperature as it is dried, so it is cooled to an adsorption temperature suitable for CO 2 adsorption in the adsorption tower.
  • a cooling tower is required downstream of the drying tower.
  • the material preheating period I when a sufficiently wet material is dried under steady conditions, the material preheating period I, the constant rate drying period II, and the reduced rate drying period III are There are three periods.
  • the constant rate drying period II evaporation from the free water surface occurs and the moisture content of the material decreases.
  • the constant rate drying period II the amount of heat flowing into the material is all consumed for water evaporation, so that the material temperature is substantially constant.
  • the temperature of the material matches the wet bulb temperature of the hot air in contact.
  • the adsorbent in the drying tower, the adsorbent is hot-air dried with a drying gas at a predetermined temperature, and before the degree of drying of the adsorbent enters the decreasing rate drying period III, that is, the moisture content of the adsorbent is the critical moisture content w c.
  • the temperature of the adsorbent can be cooled to an adsorption temperature suitable for CO 2 adsorption or the vicinity thereof. That is, a cooling tower is not required downstream of the drying tower, and an adsorbent discharged from the drying tower can be carried into the adsorption tower as it is, so that a storage tank is unnecessary.
  • the inventors devised the present invention based on the above findings.
  • a carbon dioxide separation and recovery system separates carbon dioxide from a gas to be treated containing carbon dioxide using a carbon dioxide adsorbent, and regenerates the adsorbent after carbon dioxide adsorption.
  • a carbon separation and recovery system An adsorption tower that adsorbs carbon dioxide in the gas to be treated with the adsorbent and discharges the gas to be treated from which carbon dioxide has been removed;
  • a drying tower that dries the adsorbent until the moisture content reaches a predetermined value equal to or higher than the limit moisture content by evaporating the condensed water contained in the adsorbent desorbed with carbon dioxide with a drying gas as water vapor. It is characterized by providing.
  • the carbon dioxide separation and recovery system uses a carbon dioxide adsorbent to separate carbon dioxide from a gas to be treated containing carbon dioxide, and the adsorbent after carbon dioxide adsorption.
  • a carbon dioxide separation and recovery system for regenerating An adsorption tower that adsorbs carbon dioxide in the gas to be treated with the adsorbent and discharges the gas to be treated from which carbon dioxide has been removed;
  • a processing gas supply means for supplying the processing gas to the adsorption tower;
  • a regeneration tower for condensing desorption water vapor to the adsorbent adsorbing carbon dioxide; Water vapor supply means for supplying the desorption water vapor to the regeneration tower;
  • the carbon content recovery means for recovering carbon dioxide desorbed from the adsorbent in the regeneration tower, and the water content is limited by evaporating the condensed water contained in the adsorbent desorbed with the drying gas as water vapor.
  • a drying tower that dries the adsorbent until the moisture
  • the carbon dioxide separation and recovery system is a thermometer for detecting the temperature of the adsorbent in the drying tower, and the temperature detected by the thermometer is a temperature corresponding to the limit moisture content of the adsorbent.
  • a drying tower control means configured to adjust at least one of a supply flow rate of the drying gas, a temperature of the drying gas, and a residence time of the adsorbent in the drying tower. It's okay.
  • the carbon dioxide separation and recovery system is a moving bed type in which the drying tower uses the adsorbent as a moving bed, and a thermometer that detects the temperature of the adsorbent near the outlet of the drying tower; and the temperature The drying gas supply flow rate, the drying gas temperature, and the adsorbent stay in the drying tower so that the temperature detected by the meter becomes a temperature corresponding to the limit moisture content of the adsorbent. It may further comprise a drying tower control means configured to adjust at least one of the times.
  • the carbon dioxide separation and recovery system includes a moisture meter for detecting a moisture content in exhaust gas discharged from the drying tower, and the desorption in which the moisture content detected by the moisture meter is supplied to the regeneration tower It is configured to adjust at least one of the supply flow rate of the drying gas, the temperature of the drying gas, and the residence time of the adsorbent in the drying tower so that the moisture content of water vapor is obtained. And a drying tower control means.
  • the carbon dioxide separation and recovery system includes a moisture content meter that detects the moisture content of the adsorbent in the drying tower, and the moisture content detected by the moisture content meter is a predetermined value equal to or higher than a limit moisture content.
  • a drying tower control means configured to adjust at least one of a supply flow rate of the drying gas, a temperature of the drying gas, and a residence time of the adsorbent in the drying tower. You may have.
  • the carbon dioxide separation and recovery system is a moving bed type in which the drying tower uses the adsorbent as a moving bed, and a moisture meter for detecting the moisture content of the adsorbent in the vicinity of the outlet of the drying tower; In the drying tower of the adsorbent, the supply flow rate of the drying gas, the temperature of the drying gas, and the adsorbent so that the moisture content detected by the moisture meter becomes a predetermined value equal to or higher than the limit moisture content. And a drying tower control means configured to adjust at least one of the residence times.
  • the adsorbent after the CO 2 is desorbed in the regeneration tower rises to the vicinity of the temperature of water vapor for desorption.
  • this adsorbent is brought into contact with the drying gas in the drying tower, heat is removed from the adsorbent as the water adhering to the adsorbent evaporates, and the temperature of the adsorbent is the wet bulb temperature of the drying gas. It drops to a certain adsorption temperature.
  • the adsorbent at the adsorption temperature is discharged from the drying tower and used for adsorption of CO 2 in the adsorption tower.
  • the drying gas may be the gas to be treated.
  • the carbon dioxide separation and recovery system may further include a processing gas flow path for supplying the processing gas discharged from the drying tower to the adsorption tower.
  • the amount of heat of adsorption generated by the adsorption of CO 2 contained in the gas to be treated by the adsorbent can be used for drying the adsorbent.
  • equipment such as a duct burner
  • fuel for generating drying gas are not required. Therefore, compared with the case where dry air is used as the drying gas, the energy for drying the adsorbent can be reduced, and the drying tower and its peripheral equipment (pipe, etc.) can be scaled down or eliminated. it can.
  • a part of CO 2 in the gas to be treated is adsorbed by the adsorbent of the drying tower, and the remaining CO 2 is adsorbed by the adsorbent of the adsorption tower.
  • the amount of CO 2 to be adsorbed by the adsorption tower is reduced, so that the adsorption tower can be reduced in size, and the entire carbon dioxide separation and recovery system can be reduced. Can be scaled.
  • the adsorption tower, the regeneration tower, and the drying tower are moving bed types using the adsorbent as a moving bed, and the adsorption tower and the drying tower are integrally configured. It may further comprise a transfer means for transferring the adsorbent discharged from the regeneration tower to the drying tower.
  • the carbon dioxide separation and recovery system includes two towers: a regeneration tower and a tower having both functions of an adsorption tower and a drying tower. Since the equipment is simplified, the initial cost, running cost and operating energy can be reduced.
  • the carbon dioxide separation and recovery method includes: Adsorbing carbon dioxide in a treated gas containing carbon dioxide on a carbon dioxide adsorbent; Desorbing carbon dioxide from the adsorbent by contacting the adsorbent with desorption water vapor to condense the desorption water vapor into the adsorbent; Drying the condensed gas contained in the adsorbent as water vapor by bringing a drying gas into contact with the adsorbent until the moisture content of the adsorbent reaches a predetermined value equal to or higher than a limit moisture content; Is included.
  • Drying the adsorbent may include drying the adsorbent until the temperature of the adsorbent reaches a temperature corresponding to the limit moisture content of the adsorbent.
  • Drying the adsorbent may include drying the adsorbent until the amount of water evaporated from the adsorbent becomes the amount of moisture of the desorption water vapor condensed in the adsorbent.
  • the temperature of the adsorbent after the desorption of CO 2 has risen to near the temperature of water vapor for desorption.
  • this adsorbent is brought into contact with the drying gas, heat is removed from the adsorbent as the moisture adhering to the adsorbent evaporates, and the temperature of the adsorbent decreases. Therefore, an installation for cooling the adsorbent (for example, a cooling tower) is not required, and the adsorbent after drying can be used for CO 2 adsorption as it is, so that no adsorbent storage equipment is required. Therefore, the equipment cost for CO 2 recovery and adsorbent regeneration and the operating energy of the equipment can be reduced, and further reduction of energy input for CO 2 recovery and adsorbent regeneration can be realized.
  • the equipment for cooling the adsorbent after drying is not necessary, and the equipment cost and the operating energy of the equipment can be reduced. Therefore, further reduction of energy input for CO 2 recovery can be realized.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a carbon dioxide separation and recovery system according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a control configuration of the drying tower.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the adsorbent temperature and the drying time.
  • FIG. 4 is a diagram showing the amount of water entering and exiting the carbon dioxide separation and recovery system.
  • FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of a carbon dioxide separation and recovery system according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a graph showing the time transition of the evaporated water content of the adsorbent when the dry heat transfer medium is a CO 2 containing gas and when it is dry air.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a carbon dioxide separation and recovery system according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a control configuration of the drying tower.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the adsorbent temperature and
  • FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of a carbon dioxide separation and recovery system according to Modification 1 of the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of a carbon dioxide separation and recovery system according to Modification 2 of the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a block diagram showing the overall configuration of a conventional carbon dioxide separation and recovery system.
  • FIG. 10 is a graph showing changes in the average moisture content and material temperature over time.
  • the carbon dioxide separation and recovery system is a system that recovers carbon dioxide (CO 2 ) contained in a gas to be treated such as combustion exhaust gas and regenerates the adsorbent used for CO 2 recovery. More specifically, in the carbon dioxide separation and recovery system, CO 2 in the gas to be treated is adsorbed on a solid carbon dioxide adsorbent (hereinafter simply referred to as an adsorbent), and CO 2 is adsorbed from the adsorbent after adsorbing the CO 2. The adsorbent is regenerated by desorbing 2 , the CO 2 desorbed from the adsorbent is recovered, and the regenerated adsorbent is dried.
  • CO 2 in the gas to be treated is adsorbed on a solid carbon dioxide adsorbent (hereinafter simply referred to as an adsorbent), and CO 2 is adsorbed from the adsorbent after adsorbing the CO 2.
  • the adsorbent is regenerated by desorbing 2 , the CO
  • the solid adsorbent constituting the adsorbent used in the present invention can be prepared by supporting an amine compound on a porous substance.
  • the porous substance that can be used for the preparation of the carbon dioxide adsorbent include silica gel, activated carbon, activated alumina, and metal oxide.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a carbon dioxide separation and recovery system 100 according to the first embodiment of the present invention.
  • the carbon dioxide separation and recovery system 100 includes a moving bed type adsorption tower 2, a regeneration tower 3, a drying tower 4, and a conveyor 5 using an adsorbent as a moving bed.
  • a carbon dioxide separation and recovery system 100 according to this embodiment is provided in a cement plant, and uses coal combustion exhaust gas discharged from a preheater boiler of the cement plant as a gas to be treated.
  • the adsorption tower 2 is provided with at least an adsorption vessel 21 having an inlet 22 and an outlet 23, a gas supply port 24 to be processed, and an off-gas discharge port 25.
  • the adsorbent conveyed by the conveyor 5 is received, the adsorbent adsorbs CO 2 in the gas to be treated, and the gas to be treated (off gas) from which CO 2 has been removed is discharged. And discharging the adsorbent adsorbing CO 2 .
  • the adsorption container 21 accommodates an adsorbent that forms a moving layer that moves from top to bottom.
  • the inlet 22 of the adsorption container 21 is provided at the top of the tower, and the adsorbent is supplied from the conveyor 22 to the adsorption container 21 at a predetermined speed.
  • the outlet 23 of the adsorption vessel 21 is provided at the bottom of the tower, from which the adsorbent adsorbing CO 2 is discharged.
  • the gas to be processed supply port 24 is provided in the lower part of the tower, and the gas to be processed is supplied from here to the adsorption vessel 21.
  • the gas supply port 24 to be processed is connected to the gas supply path 11, and the gas to be processed is sent from the gas supply source 10 to the adsorption tower 2 through the gas supply path 11.
  • the gas supply path 11 is provided with a cooling tower 8 that cools the gas to be processed to a predetermined temperature (Tg [° C.]).
  • the gas supply path 11, the gas source 10 to be processed, the cooling tower 8, and the like constitute gas to be processed supplying means for supplying gas to be processed to the adsorption tower 2. It is desirable that the gas to be treated be performed before the pretreatment such as desulfurization, dedusting, cooling, and dehumidification according to the component and temperature is introduced into the adsorption tower 2.
  • the off gas discharge port 25 is provided in the upper part of the tower, and from here the off gas (CO 2 free gas) from which CO 2 has been removed from the gas to be treated is discharged out of the system.
  • the off gas discharge port 25 may be provided with a purification means such as a filter.
  • the regeneration tower 3 is provided immediately below the adsorption tower 2.
  • the regeneration tower 3 includes at least a regeneration container 31 having an inlet 32 and an outlet 33, a water vapor supply port 34, and a carbon dioxide discharge port 35.
  • a regeneration container 31 having an inlet 32 and an outlet 33, a water vapor supply port 34, and a carbon dioxide discharge port 35.
  • In regeneration tower 3, discharges and to receive the adsorbent discharged from the adsorption tower 2, and the desorbing CO 2 from the adsorbent by condensing the desorbing water vapor adsorbent, the CO 2 desorbing And discharging the adsorbent regenerated by CO 2 desorption.
  • the adsorbent discharged from the adsorption tower 2 is accommodated in the regeneration container 31, and a moving layer that moves from the top to the bottom in the regeneration container 31 is formed by the adsorbent.
  • regeneration vessel 31 by condensing the adsorbent the supplied desorbing water vapor, CO 2 is desorbed from the adsorbent, the adsorbent is regenerated.
  • the inlet 32 of the regeneration container 31 is provided at the top of the tower, and from here the adsorbent that adsorbs CO 2 by the adsorption tower 2 is introduced into the regeneration container 31.
  • the outlet 33 of the regeneration container 31 is provided at the bottom of the tower, and the regenerated adsorbent is discharged from here.
  • the water vapor supply port 34 is provided in the lower part of the tower, from which desorption water vapor is supplied to the regeneration container 31.
  • the water vapor supply port 34 is connected to the water vapor supply path 36, and the desorbed water vapor is sent from the steam generator 9 to the regeneration tower 3 through the water vapor supply path 36.
  • the water vapor supply path 36 is provided with a flow meter 56 for detecting the flow rate of the desorption water vapor.
  • the steam supply path 36 and the steam generator 9 constitute a steam supply means for supplying desorption steam to the regeneration tower 3.
  • the carbon dioxide discharge port 35 is provided in the upper part of the tower, from which CO 2 desorbed from the adsorbent is discharged out of the system.
  • the carbon dioxide outlet 35 is connected to the carbon dioxide holder 7 via a carbon dioxide recovery path 37.
  • a recovery pump 6 is provided in the carbon dioxide recovery path 37, and CO 2 compressed by the recovery pump 6 is recovered and stored in the carbon dioxide holder 7.
  • the carbon dioxide recovery path 37, the recovery pump 6, the carbon dioxide holder 7 and the like constitute a CO 2 recovery means for recovering CO 2 desorbed from the adsorbent in the regeneration tower 3.
  • the drying tower 4 is provided immediately below the regeneration tower 3.
  • the drying tower 4 includes at least a drying container 41 having an inlet 42 and an outlet 43, a drying gas supply port 44, and a high-humidity exhaust gas outlet 45.
  • the adsorbent discharged from the regeneration tower 3 is received, and the condensed water contained in the adsorbent is evaporated as water vapor with the drying gas, whereby the moisture content is a predetermined moisture content of a predetermined moisture content or higher.
  • the adsorbent is dried until a value is reached, exhaust gas containing water vapor generated by drying the adsorbent is discharged, and the dried adsorbent is discharged.
  • the drying container 41 contains the adsorbent discharged from the regeneration tower 3, and a moving layer that moves from the top to the bottom of the drying container 41 is formed by the adsorbent.
  • the inlet 42 of the drying container 41 is provided at the top of the tower, from which the adsorbent regenerated in the regeneration tower 3 is charged into the drying container 41.
  • the outlet 43 of the drying container 41 is provided at the bottom of the tower, from which the dried adsorbent is discharged.
  • the adsorbent discharged from the drying tower 4 is conveyed to the inlet 22 of the adsorption tower 2 by the conveyor 5 which is a transfer means.
  • the high-humidity exhaust gas outlet 45 is provided in the upper part of the tower, and exhaust gas is discharged from the system through a water vapor discharge path 49 from here.
  • the exhaust gas contains a large amount of water vapor accompanying the adsorbent from the regeneration container 31 and water vapor generated in the drying container 41. It is also possible to connect the water vapor discharge path 49 to the water vapor supply port 34 of the regeneration tower 3 and use the exhaust gas from the drying tower 4 as desorption water vapor for the regeneration tower 3. In this case, the steam generator 9 is not necessary, and the desorbed water vapor circulates in the regeneration tower 3 and the drying tower 4, so that it is possible to adsorb CO 2 by the adsorbent only by replenishing a small amount of pure water to be lost. Desorption can be continued.
  • the drying gas supply port 44 is provided in the lower part of the tower, and the drying gas is supplied to the drying container 41 from here.
  • a drying gas supply port 44 and a drying gas supply path 46 are connected, and the drying gas is sent from the drying gas source 47 to the drying tower 4 through the drying gas supply path 46.
  • the drying gas source 47 is an air quenching cooler of a cement plant, and high-temperature drying air heat-exchanged with the clinker by the air quenching cooler is used as the drying gas. Since the high-temperature dry air discharged from the air quenching cooler is lower in temperature than the temperature that the drying gas of the drying tower 4 should have, the high-temperature dry air is heated to a predetermined temperature (Td [° C.]).
  • a burner is provided in the drying gas supply path 46. Further, a flow rate regulator 48 is provided in the drying gas supply path 46. The flow rate adjuster 48 can adjust the flow rate of the drying gas supplied to the drying container 41.
  • the drying gas supply path 46, the drying gas source 47, the flow rate regulator 48, and the like constitute drying gas supply means for supplying the drying gas to the drying tower 4.
  • the drying tower 4 further includes at least one of a thermometer 51, a moisture content meter 52, and a moisture meter 53, and a drying tower control device 55.
  • the thermometer 51 is installed in the vicinity of the outlet 43 of the drying container 41 and detects the temperature of the adsorbent to be discharged from the outlet 43. Note that probes of the thermometer 51 may be provided at a plurality of locations near the outlet 43 so that the thermometer 51 detects the average temperature of the adsorbent.
  • the moisture content meter 52 is installed in the vicinity of the outlet 43 of the drying container 41 and detects the moisture content of the adsorbent to be discharged from the outlet 43.
  • the probe of the moisture meter 52 may be provided in a plurality of locations near the outlet 43 so that the moisture meter 52 detects the average moisture content of the adsorbent.
  • the moisture meter 53 is provided in the high-humidity exhaust gas outlet 45 or the water vapor discharge path 49 connected thereto. The moisture meter 53 detects the moisture content in the exhaust gas discharged from the high humidity exhaust gas outlet 45.
  • the drying tower control device 55 is composed of one or more processors (not shown).
  • the processor has at least one CPU (Central Processing Unit), ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory), I / F (Interface), I / O (Input / output Port), etc. (Both not shown).
  • the ROM stores programs executed by the CPU, various fixed data, and the like. Programs executed by the CPU are stored in various storage media such as a flexible disk, a CD-ROM, and a memory card, and are installed in the ROM from these storage media.
  • the RAM temporarily stores data necessary for program execution.
  • the I / F performs data transmission / reception with an external device (such as a personal computer connected to the drying tower control device 55).
  • the I / O inputs / outputs detection signals from various sensors.
  • software such as a program stored in the ROM and hardware such as a CPU cooperate to perform processing for realizing the function as the drying tower control device 55.
  • FIG. 2 is a diagram showing a control configuration of the drying tower.
  • the drying tower control device 55 is electrically connected to a drying gas source 47, and the temperature of the drying gas supplied to the drying tower 4 is a desired temperature (Td [° C.]).
  • the drying gas source 47 is controlled so that In this embodiment, in order to adjust the temperature of the drying gas supplied to the drying tower 4, the heating power of the burner that heats the high-temperature air discharged from the air quenching cooler is controlled by the drying tower controller 55.
  • the drying tower control device 55 is electrically connected to the flow rate regulator 48 and controls the flow rate regulator 48 so that the flow rate of the drying gas supplied to the drying tower 4 becomes a desired flow rate.
  • the drying tower control device 55 is electrically connected to the conveyor 5 and controls the conveyor 5 so that the residence time of the adsorbent (moving layer) in the drying tower 4 becomes a desired time.
  • the adsorption to the drying tower 4 can be increased or decreased by increasing or decreasing the amount of adsorbent supplied to the adsorption tower 2.
  • the amount of material supply can be increased or decreased.
  • the residence time in the drying tower 4 of an adsorbent can be adjusted by increasing / decreasing the supply amount of the adsorbent to the drying tower 4 and changing the moving speed of an adsorbent (moving bed).
  • the drying tower control device 55 receives detection signals from the thermometer 51, moisture meter 52, moisture meter 53, and flow meter 56. Then, the drying tower control device 55 determines whether or not the moisture content of the adsorbent discharged from the drying tower 4 is the critical moisture content, based on at least one measurement result of the thermometer 51, the moisture content meter 52, and the moisture meter 53. At least one of the flow rate of the drying gas, the temperature of the drying gas, and the residence time of the adsorbent in the drying tower 4 is adjusted so that the above predetermined value is obtained.
  • An adsorbent having a temperature suitable for CO 2 adsorption (hereinafter referred to as an adsorption temperature Ta) is supplied to the adsorption tower 2 at a predetermined supply rate.
  • a gas to be treated in the vicinity of normal pressure containing 10-30% CO 2 is supplied to the adsorption tower 2 filled with the adsorbent at a predetermined supply rate.
  • a moving bed adsorbent flows by its own weight at a predetermined moving speed from top to bottom adsorber vessel 21, in contact with the gas to be treated to the adsorption of CO 2 to be treated in the gas during this time, the discharge from the outlet 23 And sent to the regeneration tower 3.
  • the supply speed of the gas to be treated and the moving speed of the adsorbent are adjusted so that the adsorption of CO 2 is completed within the residence time in the adsorption tower 2 and within the residence time in the regeneration tower 3 as will be described later. It is determined that the regeneration of the material is completed and the drying of the adsorbent is completed within the residence time in the drying tower 4.
  • Desorption water vapor having a temperature of Ts [° C.] and a pressure of Ps [kPa] is supplied to the regeneration tower 3.
  • the temperature Ts is preferably 40-100 [° C.]
  • the pressure Ps corresponding to the temperature Ts is preferably 7-101 [kPa].
  • the adsorbent which is a moving bed flows by its own weight from the top to the bottom of the regeneration container 31 at a predetermined moving speed, and contacts the desorption water vapor during this time.
  • the desorption water vapor in contact with the adsorbent is condensed on the surface of the adsorbent, and the condensation heat of the desorption water vapor generated at this time is used as energy for CO 2 desorption.
  • Such desorption of CO 2 by condensation of desorption water vapor is completed in a short time, and the regeneration tower 3 is filled with almost 100% CO 2 in a steady state.
  • the CO 2 desorbed from the adsorbent is discharged from the regeneration tower 3, compressed by the recovery pump 6, and stored in the carbon dioxide holder 7.
  • the adsorbent regenerated by desorbing CO 2 is discharged from the regeneration tower 3 and sent to the drying tower 4.
  • the adsorbent regenerated in the regeneration tower 3 contains condensed water of desorption water vapor.
  • a drying gas having a temperature of Td [° C.] is supplied to the drying tower 4 at a predetermined supply rate.
  • the adsorbent as a moving layer flows by its own weight at a predetermined moving speed from the top to the bottom of the drying container 41, and contacts the drying gas during this time.
  • the condensed water contained in the adsorbent in contact with the drying gas is evaporated to become water vapor, and the exhaust gas containing this water vapor is discharged out of the system from the high humidity exhaust gas outlet 45.
  • the adsorbent dried by evaporation of the condensed water is discharged from the outlet 43, transferred to the adsorption tower 2 by the conveyor 5, and adsorbs CO 2 again by the adsorption tower 2.
  • the adsorbent In the drying process of the adsorbent, the adsorbent is in a constant rate drying period II, and the moisture content (or average moisture content) becomes a predetermined value of the limit moisture content w c (FIG. 10) or higher. And is discharged from the drying tower 4 in a dry state.
  • the moisture content of the adsorbent can be expressed as the ratio of the weight of moisture to the total weight of the wet adsorbent.
  • the weight of the wet adsorbent as a whole is W [kg] and the dry solid weight of the adsorbent is W 0 [kg]
  • the moisture content w based on the dry weight is expressed by the following equation (1).
  • the limit moisture content w c is a moisture content when shifting from the constant rate drying period II to the decreasing rate drying period III.
  • the limit moisture content w c varies depending on external operating conditions such as a heating method.
  • the “predetermined value equal to or higher than the limit water content w c ” is a value obtained by adding a predetermined allowable value ⁇ W to the limit water content w c from the limit water content w c (w) as shown in FIG. c + ⁇ W ).
  • the allowable value ⁇ W is a value determined in advance with respect to the limit moisture content w c in consideration of stability, error, and the like, and is obtained experimentally or theoretically.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the adsorbent temperature and the drying time.
  • the temperature of the adsorbent at the beginning of drying in the drying tower 4 is near the temperature Ts of desorption water vapor supplied to the regeneration tower 3 (about 60 ° C. in this embodiment).
  • Ts temperature of desorption water vapor supplied to the regeneration tower 3
  • the temperature of the adsorbent decreases to the wet bulb temperature of the drying gas (preheating period I) and eventually It becomes constant (constant rate drying period II).
  • the temperature of the adsorbent is the temperature of the drying gas. It is almost constant at the wet bulb temperature.
  • adsorption is performed at an appropriate moisture content (a predetermined moisture content w c or a predetermined value or more) during the constant rate drying period II, that is, before the temperature rises again after entering the decreasing rate drying period III.
  • the material is discharged.
  • the temperature and humidity of the drying gas are adjusted by the gas supply means including the gas source 10 so that the wet bulb temperature becomes the adsorption temperature Ta (about 40 ° C. in this embodiment).
  • the temperature of the dried adsorbent discharged from 4 is the adsorption temperature Ta.
  • control for adjusting the drying conditions of the drying tower 4 by the drying tower control device 55 will be described.
  • [1] control based on the temperature of the adsorbent, [2] control based on the moisture content of the adsorbent, and [3] control based on the amount of water in the water vapor discharged from the drying tower 4 are divided.
  • the drying tower control device 55 is basically configured to perform any one of the controls [1] to [3]. Instruments that are not required for the control employed can be omitted from the carbon dioxide separation and recovery system 100. However, the drying tower control device 55 may be configured to control the drying tower 4 by a combination of two or more of the controls [1] to [3].
  • the drying tower control device 55 is configured such that the temperature (or average temperature) of the adsorbent near the outlet of the drying tower 4 corresponds to a predetermined temperature, that is, the limit moisture content w c of the adsorbent.
  • the drying conditions of the drying tower 4 are adjusted so as to be T c (FIG. 10).
  • the temperature of the adsorbent near the outlet of the drying tower 4 is detected by a thermometer 51.
  • the temperature T c corresponding to the limit moisture content w c is the wet bulb temperature (adsorption temperature Ta) of the drying gas.
  • the moisture content of the adsorbent is the limit moisture content w c. It may not have dropped. That is, the moisture content of the adsorbent may be discharged from the drying tower 4 while being higher than the limit moisture content w c .
  • the adsorbent is made of a porous material, and the porous material has a short constant rate drying period II. Therefore, by reducing the temperature of the adsorbent to the temperature T c corresponding to the limit moisture content w c , the adsorbent is discharged from the drying tower 4 with a moisture content in an appropriate range.
  • the drying condition controlled by the drying tower controller 55 is at least one of the drying gas flow rate, the drying gas temperature, and the drying condition of the adsorbent residence time in the drying tower 4.
  • One of these drying conditions may be controlled, but by adjusting the combination of two or more, the drying conditions of the drying tower 4 can be adjusted more efficiently to suit the drying of the adsorbent. Can do.
  • the flow rate of the drying gas can be adjusted by a flow rate regulator 48 provided in the drying gas supply path 46.
  • the flow rate adjuster 48 is one of flow rate adjusting means such as a valve, a pump, and a fan that operate under the control of the drying tower control device 55, for example.
  • the temperature of the adsorbent is gradually reduced in the preheating period I, is substantially constant at a temperature T c corresponding to the critical moisture content w c ratably drying period II. If the adsorbent is dried to a moisture content lower than the limit moisture content w c , the adsorbent temperature rises in the reduced rate drying period III.
  • the drying tower control device 55 controls the drying conditions so that the adsorbent is discharged from the drying tower 4 before it rises after the temperature of the adsorbent reaches the temperature T c corresponding to the limit moisture content w c . Specifically, the drying tower control device 55 increases the flow rate of the drying gas during the preheating period I when the temperature of the adsorbent higher than the temperature T c corresponding to the limit moisture content w c is detected. Then, the flow rate regulator 48 is controlled so as to reduce the drying gas flow rate during the decreasing rate drying period III.
  • the temperature of the drying gas can be adjusted by changing the heating temperature of the drying gas with the drying gas source 47.
  • the drying tower control device 55 increases the temperature of the drying gas during the preheating period I, thereby reducing the rate of drying.
  • the drying gas source 47 is controlled so as to lower the temperature of the drying gas.
  • the residence time of the adsorbent in the drying tower 4 can be adjusted by changing the supply speed of the adsorbent to the adsorption tower 2 by the conveyor 5.
  • the residence time of the adsorbent in the drying tower 4 can be adjusted by providing a valve at the outlet 43 and adjusting the opening of the valve to change the discharge speed of the adsorbent from the drying tower 4. it can.
  • the drying tower control device 55 reduces the moving speed of the moving bed by reducing the moving speed of the adsorbent during the preheating period I.
  • the conveyor 5 is controlled so that the residence time is lengthened and the moving speed of the moving bed is increased to shorten the residence time of the adsorbent during the decreasing rate drying period III.
  • the drying tower control device 55 is configured such that the moisture content (or average moisture content) of the adsorbent measured by the moisture content meter 52 is the critical moisture content w c (FIG. 10) or more.
  • the drying condition of the drying tower 4 is controlled so that the adsorbent is discharged from the drying tower 4 when the predetermined value is reached.
  • the "critical moisture content w c above a predetermined value" as shown in FIG. 10, a value obtained by adding a predetermined allowable value alpha W to the critical moisture content w c from critical moisture content w c (w c + ⁇ W ).
  • the drying condition controlled by the drying tower control device 55 is at least one of the drying gas flow rate, the drying gas temperature, and the drying condition of the adsorbent residence time in the drying tower 4.
  • the drying tower control device 55 increases the flow rate of the drying gas when a high moisture content is detected as compared with a predetermined value of the limit moisture content w c or higher, and detects the moisture content of the low adsorbent.
  • the flow rate regulator 48 is controlled so as to reduce the drying gas flow rate.
  • the drying tower control device 55 raises the temperature of the drying gas when a high moisture content is detected as compared with a predetermined value of the limit moisture content w c or higher, and a low moisture content is detected.
  • the drying gas source 47 is controlled so as to lower the temperature of the drying gas.
  • the drying tower control device 55 reduces the moving speed of the moving bed to reduce the residence time of the adsorbent when a high water content is detected as compared with a predetermined value of the limit water content w c or higher.
  • the conveyor 5 is controlled so as to increase the moving speed of the moving bed and shorten the residence time of the adsorbent when the water content is detected to be long.
  • the drying tower control device 55 supplies the water content in the water vapor contained in the exhaust gas from the drying tower 4 to the regeneration tower 3 as desorption water vapor.
  • the operation of the drying tower 4 is controlled so as to be the amount of water to be generated (the amount of water condensed to the adsorbent in the regeneration tower 3).
  • the amount of water supplied to the regeneration tower 3 as desorption water vapor includes the flow rate of the desorption water vapor detected by the flow meter 56 provided in the water vapor supply path 36 and the water content of the desorption water vapor generated by the steam generator 9.
  • the moisture content in the exhaust gas discharged from the drying tower 4 is detected by a moisture meter 53.
  • the moisture meter 53 includes at least a temperature sensor, a flow rate sensor, and a humidity sensor, and measures the amount of moisture discharged from the high-humidity exhaust gas outlet 45 of the drying tower 4 based on the detection values of these sensors. Yes.
  • FIG. 4 is a diagram showing the amount of water that enters and exits the carbon dioxide separation and recovery system 100.
  • the moisture content a [t / hour] is supplied to the adsorption tower 2 in the state of being contained in the adsorbent, and the moisture content A [t / hour] is used as desorption water vapor.
  • they are supplied to 3 respectively. Since desorbed water vapor is condensed on the adsorbent in the regeneration tower 3, the amount of water discharged from the regeneration tower 3 and introduced into the drying tower 4 is (a + A) [t / hour].
  • the drying tower control device 55 controls the drying conditions of the drying tower 4 so that the moisture quantity detected by the moisture meter 53 becomes the moisture quantity supplied as desorption water vapor to the regeneration tower 3.
  • the drying condition controlled by the drying tower controller 55 is at least one of the drying gas flow rate, the drying gas temperature, and the drying condition of the adsorbent residence time in the drying tower 4.
  • the drying tower control device 55 reduces the flow rate of the drying gas when a large amount of water is detected compared to the amount of water supplied as desorption water vapor to the regeneration tower 3, and a small amount of water is detected.
  • the flow regulator 48 is controlled to increase the flow rate of the drying gas.
  • the drying tower control device 55 lowers the temperature of the drying gas when a large amount of moisture is detected as compared with the amount of moisture supplied as desorption water vapor to the regeneration tower 3, and detects a small amount of moisture.
  • the drying gas source 47 is controlled so as to raise the temperature of the drying gas.
  • the drying tower control device 55 increases the moving speed of the moving bed and increases the residence time of the adsorbent when a large amount of water is detected compared to the amount of water supplied as desorption water vapor to the regeneration tower 3.
  • the conveyor 5 is controlled so that the moving speed of the moving bed is reduced and the residence time of the adsorbent is lengthened.
  • the regeneration tower 3 of the carbon dioxide separation and recovery system 100 employs a method in which the adsorbent is directly brought into contact with water vapor in order to desorb CO 2 from the adsorbent. .
  • the latent heat of water vapor can be obtained as energy by desorption of CO 2 .
  • the latent heat of water vapor is larger in energy obtained from the same amount of water than the sensible heat of water vapor, and the amount of water necessary for desorbing CO 2 from the adsorbent can be reduced.
  • steam is not discharged
  • the temperature of the adsorbent after the CO 2 is desorbed in the regeneration tower rises to near the temperature of the desorption water vapor.
  • this adsorbent is brought into contact with the drying gas in the drying tower 4, heat is taken away from the adsorbent as the moisture adhering to the adsorbent evaporates, and the temperature of the adsorbent is the wet bulb temperature of the drying gas.
  • the adsorption temperature Ta is lowered.
  • the adsorbent having the adsorption temperature Ta is discharged from the drying tower and used for adsorption of CO 2 in the adsorption tower.
  • the adsorbent after drying in the drying tower 4 has the adsorption temperature Ta, facilities for cooling the adsorbent to the adsorption temperature (for example, a cooling tower) become unnecessary and are discharged from the drying tower 4.
  • the adsorbent can be carried into the adsorption tower as it is, so that no adsorbent storage facility is required. Therefore, the equipment cost for CO 2 recovery and adsorbent regeneration and the operating energy of the equipment can be reduced, and further reduction of energy input for CO 2 recovery and adsorbent regeneration can be realized.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a schematic configuration of a carbon dioxide separation and recovery system 101 according to the second embodiment.
  • the difference from the first embodiment of the carbon dioxide separation and recovery system 101 according to this embodiment is that the drying gas source 47 is the gas source 10 to be processed, and the other configurations are the same. It is.
  • the same or similar members as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals in the drawings, and the description thereof is omitted.
  • the same gas as the gas to be processed is used as the drying gas.
  • the gas source to be processed 10 is also a drying gas source 47, and the gas source to be processed 10 and the drying gas supply port 44 of the drying tower 4 are connected by a drying gas supply path 46.
  • the gas to be treated according to this embodiment is coal combustion exhaust gas, and this coal combustion exhaust gas is supplied to the drying tower 4 through the drying gas supply path 46 as a drying gas.
  • Coal combustion exhaust gas is a CO 2 containing gas.
  • CO 2 -containing gas When the CO 2 -containing gas is brought into contact with the adsorbent regenerated in the regeneration tower 3, a part of CO 2 is adsorbed on the adsorbent, and heat of adsorption is generated at that time. The amount of heat of adsorption is used for drying the adsorbent in the drying tower 4.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the amount of moisture evaporated from the adsorbent and the drying time when dry air and 20% CO 2 -containing gas are separately supplied to the drying tower 4 as the drying gas. The vertical axis of this graph is the amount of moisture evaporated from the adsorbent, and the horizontal axis is the drying time.
  • the temperature and the air volume of the dry air and the CO 2 containing gas are the same. As can be seen from the graph of FIG. 6, more water is evaporated in the same drying time when the CO 2 -containing gas is used as the drying gas than when the drying air is used as the drying gas. From this, by using the CO 2 -containing gas as the drying gas, the adsorbent can be dried in a shorter time and with a smaller amount of drying gas air flow than when the drying air is used as the drying gas. Is possible.
  • the amount of heat of adsorption generated by the adsorption of CO 2 contained in the gas to be treated is adsorbed by the adsorbent.
  • Available for drying In addition, equipment (such as a duct burner) and fuel for generating drying gas are not required. Therefore, compared with the case where dry air is used as the drying gas, the energy for drying the adsorbent can be reduced, and the drying tower 4 and its peripheral equipment (pipe, etc.) can be reduced in size or eliminated. Can do.
  • a part of CO 2 in the gas to be treated is adsorbed by the adsorbent of the drying tower 4, and the remaining CO 2 is adsorbed by the adsorbent of the adsorption tower 2.
  • the amount of CO 2 to be adsorbed by the adsorption tower 2 is reduced, so that the adsorption tower 2 can be reduced in size, and the entire system can be reduced in scale. can do.
  • FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of a carbon dioxide separation and recovery system 101A according to Modification 1 of the second embodiment of the present invention.
  • the high-humidity exhaust gas outlet 45 of the drying tower 4 and the gas supply port 24 of the adsorption tower 2 are connected by the gas supply path 11. It is connected.
  • the gas supply path 11 is provided with a cooling tower 8. With the above configuration, the exhaust gas discharged from the drying tower 4 is cooled to a predetermined temperature Tg [° C.] in the cooling tower 8 and then supplied to the adsorption tower 2 as a gas to be treated.
  • CO 2 contained in the gas to be treated is adsorbed by the adsorbent in the drying tower 4 and the adsorption tower 2.
  • CO 2 to be treated in the gas is adsorbed by the adsorbent of the drying column 4, then, CO 2 to be treated in the gas is adsorbed by the adsorbent of the adsorption tower 2
  • the carbon dioxide separation and recovery system 100 according to the modified example 1 reduces the amount of CO 2 that must be removed by the adsorption tower 2, so that the adsorption tower 2 is small-scale.
  • FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of a carbon dioxide separation and recovery system 101B according to Modification 2 of the second embodiment of the present invention.
  • the drying container 41 of the drying tower 4 is expanded and the adsorption tower 2 is omitted.
  • the drying tower 4 also has a function as the adsorption tower 2 of the carbon dioxide separation and recovery system 100 according to the first embodiment.
  • the adsorbent discharged from the drying tower 4 is carried into the regeneration tower 3 without going through the adsorption tower 2.
  • the adsorbent regenerated in the regeneration tower 3 is supplied to the drying tower 4.
  • the drying tower 4 is supplied with coal combustion exhaust gas, which is the gas to be processed, from the gas source 10 to be processed.
  • the CO 2 contained in the gas to be processed is adsorbed by the adsorbent of the drying tower 4 and the CO 2 is removed.
  • the off gas is discharged together with water vapor from the high humidity exhaust gas outlet 45.
  • the gas to be treated supplied to the drying tower 4 functions as a drying gas.
  • the adsorbent of the drying tower 4 is dried to the limit moisture content and then discharged from the drying tower 4. Is done.
  • the carbon dioxide separation and recovery system 101B according to the modified example 2 includes two towers: a regeneration tower and a tower having a function of a drying tower of an adsorption tower. Therefore, as compared with the first embodiment, the second embodiment, and the modification 1 thereof, the adsorption tower 2 and its peripheral equipment are omitted, and the equipment is simplified as a whole. Therefore, the initial cost, running cost, and operation energy are reduced. Can be reduced.
  • the above-mentioned carbon dioxide separation and recovery system employs a moving bed type processing tower (adsorbing tower 2, regeneration tower 3 and drying tower 4) using an adsorbent as a moving bed.
  • the carbon dioxide separation and recovery system may be configured using, for example, a batch type processing tower.
  • an opening / closing member such as a valve or a shutter is provided at each lower portion of the adsorption tower 2, the regeneration tower 3 and the drying tower 4, and when the processing in each processing tower is completed, these opening / closing members The adsorbent is moved to the lower processing tower batch by batch.
  • the probe of the thermometer 51 for detecting the temperature of the adsorbent and the probe of the moisture meter 52 for detecting the moisture content of the adsorbent are not in the vicinity of the outlet of the drying container 41 but of the drying air in the drying container 41. It is desirable to provide the most downstream portion of the flow path, or to disperse a plurality in the drying container 41.
  • the above-described carbon dioxide separation and recovery system may be configured using a fixed bed type processing tower.
  • piping for supplying a gas to be processed, piping for discharging off-gas from which CO 2 has been removed, and water for desorption are supplied to one processing container.
  • a pipe, a pipe for discharging CO 2 desorbed from the adsorbent, a pipe for supplying a drying gas, and a pipe for discharging exhaust gas containing water vapor are connected to each pipe and processed.
  • a valve for switching between connection and disconnection of fluid (gas) flow with the tower is provided.
  • the probe of the thermometer 51 for detecting the temperature of the adsorbent and the probe of the water content meter 52 for detecting the moisture content of the adsorbent are not in the vicinity of the outlet of the processing container, but the flow path of the drying air in the processing container. It is desirable that a plurality of them are provided in the most downstream part of the processing container or a plurality of the processing containers are provided in a dispersed manner.
  • the above-described carbon dioxide separation and recovery system is a system that treats coal combustion exhaust gas from a preheater boiler, which is also provided in a cement plant.
  • the present invention is not limited to this, and CO 2 from a gas containing CO 2 is used. It can be widely applied to a system for separating and recovering.

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Abstract

　二酸化炭素分離回収システムが、吸着材で被処理ガス中の二酸化炭素を吸着し、二酸化炭素が除去された被処理ガスを排出し、二酸化炭素を吸着した吸着材を排出する吸着塔２と、吸着塔２から排出された吸着材を受容し、該吸着材に脱着用水蒸気を凝縮させることにより吸着材から二酸化炭素を脱着させた後、吸着材を排出する再生塔３と、再生塔３から排出された吸着材を受容し、乾燥用ガスで吸着材に含まれる凝縮水を水蒸気として蒸発させることにより、含水率が限界含水率又はそれ以上の所定値となるまで乾燥した吸着材を排出する乾燥塔４とを備える。

Description

二酸化炭素分離回収システム及び方法
　本発明は、石炭燃焼排ガス等の二酸化炭素（ＣＯ２）を含む被処理ガスからＣＯ２を分離・回収する技術に関する。詳細には、固体吸着剤を用いて被処理ガス中のＣＯ２を選択的に分離し、ＣＯ２を回収し、分離に利用した固体吸着剤を再生する、二酸化炭素分離回収システムおよび方法に関する。
　従来、石炭燃焼排ガス等のＣＯ２を含む排ガスからのＣＯ２を回収する技術が研究されている（例えば、特許文献１、非特許文献１）。非特許文献１では、物理吸着法・移動床循環再生方式のＣＯ２回収プラントが示されている。このＣＯ２回収プラントでは、固体吸着剤を用いて、石炭燃焼排ガスからＣＯ２が選択的に分離されて、分離されたＣＯ２が回収される。
　図９は、非特許文献１のfig.1に記載のＣＯ２回収プラントの概略構成を示す図である。このＣＯ２回収プラントは、垂直方向に直列に配置された冷却塔、吸着塔、濃縮塔、再生塔および貯槽と、貯槽から冷却塔へ吸着剤を運ぶバケットエレベータとを備えている。吸着塔、冷却塔、再生塔および貯槽にはそれぞれ吸着剤であるゼオライトが充填されている。吸着剤は、最上部の冷却塔より最下部の貯槽へ順次移動し、最下部の貯槽からはバケットエレベータで最上部の冷却塔へ運ばれる。塔槽類下部にはそれぞれバルブが設けられており、これらのバルブを開閉することで、１バッチずつ吸着剤を下方の塔槽へ移動させる。
　上記構成のＣＯ２回収プラントにおいて、石炭燃焼排ガスは排ガスブロワにて、冷却装置と除湿装置の前処理工程で水分を除去されたのち、吸着塔下部に連続的に導入される。排ガス中のＣＯ２は、吸着塔内を上昇するうちに吸着剤に吸着され、ＣＯ２が除去されたオフガスは、吸着塔の塔頂より系外へ排出される。濃縮塔では、ＣＯ２を吸着した吸着剤から回収されたＣＯ２の一部が、吸着剤に吸着された窒素などとともに圧縮されて塔から排出され、製品ガスとして回収される。再生塔では、過熱蒸気の供給と減圧により吸着剤からＣＯ２を脱着し、このＣＯ２が製品ガスとして回収される。再生された吸着剤は貯槽およびバケットエレベータを経て冷却塔へ送られ、冷却されたのち、吸着塔へ戻されて再利用される。
特表２０１２－５２０７６６号公報
化学工学論文集第２８巻第５号（２００２）「移動床循環方式による石炭燃焼排ガスからのＣＯ２回収技術の適応性」636ページ左コラム下から４行目から右コラム22行目まで、乗京逸夫・大岸弘、２００２年
　上記非特許文献１に記載のＣＯ２回収プラントの再生塔では、シェルアンドチューブ構造による接触伝熱方式が採用されている。即ち、再生塔のシェル側に吸着剤が導入され、同じくチューブ側に過熱水蒸気が導入されることにより、間接加熱方式で吸着剤の温度を上昇させている。しかし、過熱水蒸気から得られる顕熱は小さく、また、再生塔から流出する水蒸気の潜熱は利用されずに捨てられている。吸着剤であるゼオライトは、温度が高いほどＣＯ２吸着量が低減する。ところが、再生後の吸着剤は高温（例えば、１４０℃）となっているため、吸着剤を所定の吸着温度（例えば、４０℃）まで冷却して吸着性能を回復せねばならない。このため、再生塔の下流には吸着剤を冷却するための貯槽と冷却塔が必要である。以上のように、従来のＣＯ２回収プラントには省エネルギー化の余地が残されており、ＣＯ２回収技術を実用化するためには、ＣＯ２回収のために投入されるエネルギーの更なる削減が望まれる。
　本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、固体吸着剤を含む吸着材を用いて排ガス中のＣＯ２を選択的に分離してＣＯ２を回収する二酸化炭素分離回収システムにおいて、ＣＯ２回収と吸着材再生のために投入されるエネルギーの更なる削減を実現することにある。
　発明者らは、二酸化炭素分離回収システムを開発するにあたって、吸着材からＣＯ２を脱着させるために、吸着材を間接加熱するのではなく、吸着材と水蒸気とを直接的に接触させる直接加熱方式を採用することとした。この方式を採用することにより、ＣＯ２の脱着で水蒸気の潜熱をエネルギーとして利用することができる。水蒸気の潜熱は、水蒸気の顕熱と比較して同量の水分から得られるエネルギーが大きく、吸着材からＣＯ２を脱着させるために必要な水分量を低減することができる。また、再生塔から水蒸気が排出されないので、従来のように、利用されずに捨てられていた水蒸気エネルギーのロスを抑制することができる。さらに、ＣＯ２濃度を上昇させるための濃縮塔が不要になり、設備コストを削減することができる。
　以上のように、二酸化炭素分離回収システムが吸着材と水蒸気とを直接的に接触させる方式の再生塔を備える場合、再生塔から排出された吸着材には凝縮水が付着しているので、この凝縮水を蒸発させるために、再生塔の下流に乾燥塔が必要となる。従来の一般的な乾燥塔は、乾燥空気を材料に吹き付けることにより材料を乾燥させるように構成されている。この一般的な乾燥塔を二酸化炭素分離回収システムに採用する場合、乾燥塔から排出された吸着材は乾燥に伴い温度上昇しているので、吸着塔でのＣＯ２吸着に適した吸着温度まで冷却するために、乾燥塔の下流に冷却塔が必要となる。
　ところで、以下に示す乾燥に関する基礎的事項が知られている。図１０の平均含水率と材料温度の経時変化を示すグラフに示されるように、十分に湿った材料を定常条件下で乾燥すると、材料予熱期間I、定率乾燥期間IIおよび減率乾燥期間IIIの３期間が存在する。定率乾燥期間II中は、自由水面からの蒸発が起こり、材料の水分量が減少する。定率乾燥期間II中は、材料への流入熱量はすべて水分蒸発に費やされるため、材料温度はほぼ一定であって、熱風乾燥の場合には材料の温度は接する熱風の湿球温度に一致する。減率乾燥期間III中は、材料内部での水分の蒸発と材料表面までの水分の移動が起こり、材料の水分量の減少が緩慢となる。減率乾燥期間IIIに入ると材料温度は上昇し、材料内部に温度分布を生じる。
　発明者らは、上記乾燥に関する基礎的事項に基づき、次に示す知見に至った。即ち、乾燥塔において、所定温度の乾燥用ガスで吸着材を熱風乾燥し、吸着材の乾燥の程度が減率乾燥期間IIIに入る前に、即ち、吸着材の含水率が限界含水率ｗｃ以上で乾燥を終了すれば、吸着材の温度をＣＯ２吸着に適した吸着温度又はその近傍まで冷却することができる。つまり、乾燥塔の下流に冷却塔が不要となり、また、乾燥塔から排出された吸着材をそのまま吸着塔へ搬入することができるので貯槽が不要となる。発明者らは以上の知見に基づき、本発明を考案した。
　本発明の一態様に係る二酸化炭素分離回収システムは、二酸化炭素の吸着材を用いて二酸化炭素を含有する被処理ガスから二酸化炭素を分離するとともに、二酸化炭素吸着後の前記吸着材を再生する二酸化炭素分離回収システムであって、
前記吸着材で前記被処理ガス中の二酸化炭素を吸着し、二酸化炭素が除去された前記被処理ガスを排出する吸着塔と、
二酸化炭素を吸着した前記吸着材に脱着用水蒸気を凝縮させることにより前記吸着材から二酸化炭素を脱着させる再生塔と、
乾燥用ガスで二酸化炭素を脱着した前記吸着材に含まれる凝縮水を水蒸気として蒸発させることにより、含水率が限界含水率又はそれ以上の所定値となるまで前記吸着材を乾燥させる乾燥塔とを備えることを特徴としている。
　また、本発明の別態様に係る二酸化炭素分離回収システムは、二酸化炭素の吸着材を用いて、二酸化炭素を含有する被処理ガスから二酸化炭素の分離を行うとともに、二酸化炭素吸着後の前記吸着材の再生を行う二酸化炭素分離回収システムであって、
前記吸着材で前記被処理ガス中の二酸化炭素を吸着し、二酸化炭素が除去された前記被処理ガスを排出する吸着塔と、
前記吸着塔へ前記被処理ガスを供給する被処理ガス供給手段と、
二酸化炭素を吸着した前記吸着材に脱着用水蒸気を凝縮させる再生塔と、
前記再生塔へ前記脱着用水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、
前記再生塔で前記吸着材から脱着した二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収手段と、乾燥用ガスで二酸化炭素を脱着した前記吸着材に含まれる凝縮水を水蒸気として蒸発させることにより、含水率が限界含水率又はそれ以上の所定値となるまで前記吸着材を乾燥させる乾燥塔と、
前記乾燥塔へ前記乾燥用ガスを供給する乾燥用ガス供給手段とを備えることを特徴としている。
　上記二酸化炭素分離回収システムが、前記乾燥塔内の前記吸着材の温度を検出する温度計と、前記温度計で検出された温度が前記吸着材の限界含水率に対応する温度となるように、前記乾燥用ガスの供給流量、前記乾燥用ガスの温度、および、前記吸着材の前記乾燥塔での滞留時間のうち少なくとも一つを調整するように構成された乾燥塔制御手段とを更に備えていてよい。或いは、上記二酸化炭素分離回収システムは、前記乾燥塔が前記吸着材を移動層とする移動層式であって、前記乾燥塔の出口近傍の前記吸着材の温度を検出する温度計と、前記温度計で検出された温度が前記吸着材の限界含水率に対応する温度となるように、前記乾燥用ガスの供給流量、前記乾燥用ガスの温度、および、前記吸着材の前記乾燥塔での滞留時間のうち少なくとも一つを調整するように構成された乾燥塔制御手段とを更に備えていてよい。
　上記二酸化炭素分離回収システムが、前記乾燥塔から排出される排気ガス中の水分量を検出する水分量計と、前記水分量計で検出された水分量が前記再生塔へ供給される前記脱着用水蒸気の水分量となるように、前記乾燥用ガスの供給流量、前記乾燥用ガスの温度、および、前記吸着材の前記乾燥塔での滞留時間のうち少なくとも一つを調整するように構成された乾燥塔制御手段とを更に備えていてよい。
　上記二酸化炭素分離回収システムが、前記乾燥塔内の前記吸着材の含水率を検出する含水率計と、前記含水率計で検出された含水率が限界含水率又はそれ以上の所定値となるように、前記乾燥用ガスの供給流量、前記乾燥用ガスの温度、および、前記吸着材の前記乾燥塔での滞留時間のうち少なくとも一つを調整するように構成された乾燥塔制御手段とを更に備えていてよい。或いは、上記二酸化炭素分離回収システムは、前記乾燥塔が前記吸着材を移動層とする移動層式であって、前記乾燥塔の出口近傍の前記吸着材の含水率を検出する含水率計と、前記含水率計で検出された含水率が限界含水率又はそれ以上の所定値となるように、前記乾燥用ガスの供給流量、前記乾燥用ガスの温度、および、前記吸着材の前記乾燥塔での滞留時間のうち少なくとも一つを調整するように構成された乾燥塔制御手段とを更に備えていてよい。
　上記二酸化炭素分離回収システムによれば、再生塔でＣＯ２が脱着されたあとの吸着材は、脱着のための水蒸気の温度近傍まで温度上昇している。この吸着材を乾燥塔で乾燥用ガスと接触させると、吸着材に付着している水分の蒸発に伴って吸着材から熱が奪われて、吸着材の温度は乾燥用ガスの湿球温度である吸着温度まで低下する。吸着温度の吸着材は、乾燥塔から排出されて吸着塔でＣＯ２の吸着に利用される。上記システムでは、乾燥塔で乾燥した後の吸着材が吸着温度であることから、吸着材を吸着温度まで冷却するための設備（例えば、冷却塔）が不要となり、乾燥塔から排出された吸着材をそのまま吸着塔へ搬入することができるので吸着材の貯蔵設備が不要となる。よって、ＣＯ２回収と吸着材再生のための設備コストやその設備の運転エネルギーの削減が可能であり、ＣＯ２回収と吸着材再生のために投入されるエネルギーの更なる削減を実現できる。
　上記二酸化炭素分離回収システムにおいて、前記乾燥用ガスが、前記被処理ガスであってよい。この場合、上記二酸化炭素分離回収システムが、前記乾燥塔から排出された前記被処理ガスを前記吸着塔へ供給する被処理ガス流路を更に備えることができる。
　上記構成によれば、乾燥塔において、被処理ガスに含まれるＣＯ２が吸着材に吸着されることにより生じる吸着熱の熱量を、吸着材の乾燥のために利用できる。加えて、乾燥用ガスを生成するための機器（ダクトバーナなど）や燃料が不要となる。よって、乾燥用ガスとして乾燥空気を用いる場合と比較して、吸着材を乾燥させるためのエネルギーを削減することができ、乾燥塔およびその周辺機器（配管など）を小規模化又は削除することができる。また、被処理ガス中の一部のＣＯ２が乾燥塔の吸着材に吸着され、残りのＣＯ２が吸着塔の吸着材に吸着されることとなる。このため、乾燥用ガスとして乾燥空気を用いる場合と比較して、吸着塔で吸着すべきＣＯ２量が減少するので吸着塔を小規模化することができ、ひいては二酸化炭素分離回収システム全体を小規模化することができる。
　また、上記二酸化炭素分離回収システムにおいて、前記吸着塔、前記再生塔及び前記乾燥塔が前記吸着材を移動層とする移動層式であって、前記吸着塔と前記乾燥塔が一体的に構成されており、前記再生塔から排出された前記吸着材を前記乾燥塔へ移送する移送手段を更に備えていてよい。
　上記構成によれば、二酸化炭素分離回収システムが再生塔と、吸着塔と乾燥塔の機能を併せ備えた塔の２つの塔を備えることとなる。設備が簡略化されるので、イニシャルコストやランニングコストや運転エネルギーを削減することができる。
　本発明に係る二酸化炭素分離回収方法は、
二酸化炭素の吸着材に、二酸化炭素を含有する被処理ガス中の二酸化炭素を吸着させることと、
前記吸着材を脱着用水蒸気と接触させて前記吸着材に前記脱着用水蒸気を凝縮させることにより、前記吸着材から二酸化炭素を脱着させることと、
乾燥用ガスを前記吸着材と接触させて前記吸着材に含まれる凝縮水を水蒸気として蒸発させることにより、前記吸着材の含水率が限界含水率又はそれ以上の所定値となるまで乾燥させることとを含むものである。
　上記二酸化炭素分離回収方法において、
前記吸着材を乾燥させることが、前記吸着材の温度が前記吸着材の限界含水率に対応する温度となるまで、前記吸着材を乾燥させることを含んでいてよい。
　また、上記二酸化炭素分離回収方法において、
前記吸着材を乾燥させることが、前記吸着材から蒸発した水分量が前記吸着材に凝縮した前記脱着用水蒸気の水分量となるまで、前記吸着材を乾燥させることを含んでいてよい。
　上記二酸化炭素分離回収方法によれば、ＣＯ２が脱着されたあとの吸着材は、脱着のための水蒸気の温度近傍まで温度上昇している。この吸着材を乾燥用ガスと接触させると、吸着材に付着している水分の蒸発に伴って吸着材から熱が奪われて、吸着材の温度は低下する。したがって、吸着材を冷却するための設備（例えば、冷却塔）が不要となり、乾燥後の吸着材をそのままＣＯ２吸着に供することができるので吸着材の貯蔵設備が不要となる。よって、ＣＯ２回収と吸着材再生のための設備コストやその設備の運転エネルギーの削減が可能であり、ＣＯ２回収と吸着材再生のために投入されるエネルギーの更なる削減を実現できる。
　本発明によれば、乾燥後の吸着材を冷却するための設備が不要となり、そのための設備コストやその設備の運転エネルギーの削減が可能である。よって、ＣＯ２回収のために投入されるエネルギーの更なる削減を実現できる。
図１は、本発明の第１実施形態に係る二酸化炭素分離回収システムの概略構成を示す図である。 図２は、乾燥塔の制御構成を示す図である。 図３は、吸着材温度と乾燥時間の関係を示すグラフである。 図４は、二酸化炭素分離回収システムで出入する水分量を示す図である。 図５は、本発明の第２実施形態に係る二酸化炭素分離回収システムの概略構成を示す図である。 図６は、乾燥熱搬送媒体がＣＯ２含有ガスの場合と乾燥空気の場合との吸着材の蒸発水分量の時間推移を示すグラフである。 図７は、本発明の第２実施形態の変形例１に係る二酸化炭素分離回収システムの概略構成を示す図である。 図８は、本発明の第２実施形態の変形例２に係る二酸化炭素分離回収システムの概略構成を示す図である。 図９は、従来の二酸化炭素分離回収システムの全体的な構成を示すブロック図である。 図１０は、平均含水率と材料温度の経時変化を示すグラフである。
　本発明に係る二酸化炭素分離回収システムは、燃焼排ガス等の被処理ガスに含まれる二酸化炭素（ＣＯ２）の回収と、ＣＯ２回収に使用された吸着材の再生とを行うシステムである。より詳細には、二酸化炭素分離回収システムでは、被処理ガス中のＣＯ２を固形二酸化炭素吸着材（以下、単に吸着材という）に吸着させることと、ＣＯ２を吸着したあとの吸着材からＣＯ２を脱着して吸着材を再生することと、吸着材から脱着されたＣＯ２を回収することと、再生された吸着材を乾燥することとが行われる。
　本発明において使用される吸着材を構成している固体吸着剤は、多孔性物質にアミン化合物を担持させることにより調製し得る。二酸化炭素吸着剤の調製に使用し得る多孔性物質としては、シリカゲル、活性炭、活性アルミナ、金属酸化物などを例示することができる。
［第１実施形態］
　次に、図面を参照して本発明の第１実施形態を説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る二酸化炭素分離回収システム１００の概略構成を示す図である。図１に示すように、二酸化炭素分離回収システム１００には、吸着材を移動層とする移動層式の吸着塔２、再生塔３および乾燥塔４、並びにコンベア５が備えられている。本実施形態に係る二酸化炭素分離回収システム１００はセメントプラントに併設されており、セメントプラントのプレヒータボイラから排出される石炭燃焼排ガスを被処理ガスとしている。
　吸着塔２には、入口２２と出口２３を有する吸着容器２１、被処理ガス供給口２４、およびオフガス排出口２５が少なくとも備えられている。吸着塔２では、コンベア５によって搬送される吸着材を受容することと、吸着材に被処理ガス中のＣＯ２を吸着させることと、ＣＯ２が除去された被処理ガス（オフガス）を排出することと、ＣＯ２を吸着した吸着材を排出することとが行われる。
　吸着容器２１には、上から下へ移動する移動層を形成している吸着材が収容されている。吸着容器２１の入口２２は、塔頂部に設けられており、ここから吸着容器２１へコンベア５によって所定の速度で吸着材が供給される。吸着容器２１の出口２３は、塔底部に設けられており、ここからＣＯ２を吸着した吸着材が排出される。被処理ガス供給口２４は、塔下部に設けられており、ここから吸着容器２１へ被処理ガスが供給される。被処理ガス供給口２４はガス供給路１１と接続されており、ガス供給路１１を通じて被処理ガス源１０から吸着塔２へ被処理ガスが送られる。ガス供給路１１には、被処理ガスを所定温度（Ｔｇ[℃]）まで冷却する冷却塔８が設けられている。上記ガス供給路１１、被処理ガス源１０および冷却塔８等により、吸着塔２へ被処理ガスを供給する被処理ガス供給手段が構成されている。被処理ガスは、その成分や温度に応じた脱硫、脱塵、冷却、除湿などの前処理が吸着塔２へ導入される前に行われていることが望ましい。オフガス排出口２５は、塔上部に設けられており、ここから系外へ被処理ガスからＣＯ２が除去されたオフガス（ＣＯ２フリーガス）が排出される。なお、オフガス排出口２５から排出されるオフガスの組成によっては、オフガス排出口２５にフィルタ等の浄化手段が備えられていてもよい。
　再生塔３は、吸着塔２の直ぐ下方に設けられている。再生塔３には、入口３２と出口３３を有する再生容器３１、水蒸気供給口３４、および二酸化炭素排出口３５が少なくとも備えられている。再生塔３では、吸着塔２から排出された吸着材を受容することと、吸着材に脱着用水蒸気を凝縮させることにより吸着材からＣＯ２を脱着させることと、脱着させたＣＯ２を排出することと、ＣＯ２の脱着により再生された吸着材を排出することとが行われる。
　再生容器３１には、吸着塔２から排出された吸着材が収容されており、この吸着材により再生容器３１内を上から下へ移動する移動層が形成されている。再生容器３１では、供給された脱着用水蒸気を吸着材に凝縮させることにより、吸着材からＣＯ２が脱着し、吸着材が再生される。再生容器３１の入口３２は、塔頂部に設けられており、ここから再生容器３１へ吸着塔２でＣＯ２を吸着した吸着材が投入される。再生容器３１の出口３３は、塔底部に設けられており、ここから再生された吸着材が排出される。水蒸気供給口３４は、塔下部に設けられており、ここから再生容器３１へ脱着用水蒸気が供給される。水蒸気供給口３４は水蒸気供給路３６と接続されており、水蒸気供給路３６を通じて蒸気発生器９から再生塔３へ脱着用水蒸気が送られる。水蒸気供給路３６には脱着用水蒸気の流量を検出する流量計５６が設けられている。上記水蒸気供給路３６および蒸気発生器９等により、再生塔３へ脱着用水蒸気を供給する水蒸気供給手段が構成されている。二酸化炭素排出口３５は、塔上部に設けられており、ここから系外へ吸着材から脱着されたＣＯ２が排出される。二酸化炭素排出口３５は、二酸化炭素回収路３７を介して二酸化炭素ホルダー７と接続されている。二酸化炭素回収路３７に回収ポンプ６が設けられており、この回収ポンプ６で圧縮されたＣＯ２が二酸化炭素ホルダー７に回収されて貯溜される。上記二酸化炭素回収路３７、回収ポンプ６および二酸化炭素ホルダー７等により、再生塔３で吸着材から脱着したＣＯ２を回収するＣＯ２回収手段が構成されている。
　乾燥塔４は、再生塔３の直ぐ下方に設けられている。乾燥塔４には、入口４２および出口４３を有する乾燥容器４１、乾燥用ガス供給口４４、および高湿度排気ガス出口４５が少なくとも備えられている。乾燥塔４では、再生塔３から排出された吸着材を受容することと、乾燥用ガスで吸着材に含まれる凝縮水を水蒸気として蒸発させることにより、含水率が限界含水率又はそれ以上の所定値となるまで吸着材を乾燥させることと、吸着材を乾燥することにより発生する水蒸気を含む排気ガスを排出することと、乾燥した吸着材を排出することとが行われる。
　乾燥容器４１には、再生塔３から排出された吸着材が収容されており、この吸着材により乾燥容器４１内を上から下へ移動する移動層が形成されている。乾燥容器４１の入口４２は、塔頂部に設けられており、ここから乾燥容器４１へ再生塔３で再生された吸着材が投入される。乾燥容器４１の出口４３は、塔底部に設けられており、ここから乾燥した吸着材が排出される。乾燥塔４から排出された吸着材は、移送手段であるコンベア５により吸着塔２の入口２２へ搬送される。高湿度排気ガス出口４５は、塔上部に設けられており、ここから水蒸気排出路４９を通じて系外へ排出ガスが排出される。排出ガスは、再生容器３１から吸着材に同伴していた水蒸気や乾燥容器４１で発生した水蒸気を多く含んでいる。なお、水蒸気排出路４９を再生塔３の水蒸気供給口３４と接続して、乾燥塔４の排出ガスを再生塔３の脱着用水蒸気として用いることもできる。この場合、蒸気発生器９が不要となるとともに、脱着用水蒸気が再生塔３と乾燥塔４とを循環するので、ロスする少量の純水を補充するだけで、吸着材によるＣＯ２の吸着と脱着とを継続することができる。
　乾燥用ガス供給口４４は、塔下部に設けられており、ここから乾燥容器４１へ乾燥用ガスが供給される。乾燥用ガス供給口４４と乾燥用ガス供給路４６が接続されており、この乾燥用ガス供給路４６を通じて乾燥用ガス源４７から乾燥塔４へ乾燥用ガスが送られる。本実施形態において乾燥用ガス源４７はセメントプラントのエアクエンチングクーラーであって、エアクエンチングクーラーでクリンカと熱交換した高温の乾燥空気が乾燥用ガスとして利用される。エアクエンチングクーラーから排出される高温の乾燥空気は、乾燥塔４の乾燥用ガスが備えるべき温度と比較して低温であるため、高温の乾燥空気を所定温度（Ｔｄ[℃]）まで加熱するバーナーが乾燥用ガス供給路４６に設けられている。さらに、乾燥用ガス供給路４６には、流量調整器４８が設けられている。流量調整器４８は、乾燥容器４１へ供給される乾燥用ガスの流量を調整することができる。上記乾燥用ガス供給路４６、乾燥用ガス源４７および流量調整器４８等により、乾燥塔４へ乾燥用ガスを供給する乾燥用ガス供給手段が構成されている。
　乾燥塔４には、温度計５１、含水率計５２、及び水分量計５３の少なくとも１つ、並びに乾燥塔制御装置５５が更に備えられている。温度計５１は、そのプローブが乾燥容器４１の出口４３近傍に設置され、出口４３から排出されようとする吸着材の温度を検出する。なお、温度計５１のプローブを出口４３近傍の複数箇所に設けて、温度計５１が吸着材の平均温度を検出するようにしてもよい。含水率計５２は、そのプローブが乾燥容器４１の出口４３近傍に設置され、出口４３から排出されようとする吸着材の含水率を検出する。なお、含水率計５２のプローブを出口４３近傍の複数箇所に設けて、含水率計５２が吸着材の平均含水率を検出するようにしてもよい。水分量計５３は、高湿度排気ガス出口４５又はこれに接続された水蒸気排出路４９に設けられている。水分量計５３は、高湿度排気ガス出口４５から排出される排気ガス中の水分量を検出する。
　乾燥塔制御装置５５は、１以上のプロセッサ（図示せず）で構成されている。プロセッサは、１以上のＣＰＵ（Central Processing Unit）の他、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、Ｉ／Ｆ（Interface）、Ｉ／Ｏ（Input/output Port）等を有している（いずれも図示せず）。ＲＯＭには、ＣＰＵが実行するプログラム、各種固定データ等が記憶されている。ＣＰＵが実行するプログラムは、フレキシブルディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、メモリカード等の各種記憶媒体に保存されており、これらの記憶媒体からＲＯＭにインストールされる。ＲＡＭには、プログラム実行時に必要なデータが一時的に記憶される。Ｉ／Ｆは、外部装置（乾燥塔制御装置５５に接続されたパーソナルコンピュータ等）とのデータ送受信を行う。Ｉ／Ｏは、各種センサからの検出信号の入力／出力を行う。プロセッサでは、ＲＯＭに記憶されたプログラム等のソフトウェアとＣＰＵ等のハードウェアとが協働することにより、乾燥塔制御装置５５としての機能を実現する処理が行われる。
　図２は乾燥塔の制御構成を示す図である。図２に示すように、乾燥塔制御装置５５は、乾燥用ガス源４７と電気的に接続されており、乾燥塔４へ供給される乾燥用ガスの温度が所望の温度（Ｔｄ[℃]）となるように乾燥用ガス源４７を制御する。なお、本実施形態では、乾燥塔４へ供給される乾燥用ガスの温度を調整するために、エアクエンチングクーラーから排出される高温空気を加熱するバーナーの火力が乾燥塔制御装置５５により制御される。また、乾燥塔制御装置５５は、流量調整器４８と電気的に接続されており、乾燥塔４へ供給される乾燥用ガスの流量が所望の流量となるように流量調整器４８を制御する。さらに、乾燥塔制御装置５５は、コンベア５と電気的に接続されており、吸着材（移動層）の乾燥塔４での滞留時間が所望の時間となるようにコンベア５を制御する。なお、本実施形態では、吸着塔２、再生塔３および乾燥塔４が直列的に接続されているので、吸着塔２への吸着材の供給量を増減することにより、乾燥塔４への吸着材の供給量を増減することができる。そして、乾燥塔４への吸着材の供給量を増減して、吸着材（移動層）の移動速度を変化させることにより、吸着材の乾燥塔４での滞留時間を調整することができる。
　乾燥塔制御装置５５には、温度計５１、含水率計５２、水分量計５３および流量計５６の各計器からの検出信号が入力される。そして、乾燥塔制御装置５５は、温度計５１、含水率計５２および水分量計５３の少なくとも１の計測結果に基づいて、乾燥塔４から排出される吸着材の含水率が限界含水率又はそれ以上の所定の値となるように、乾燥用ガスの流量、乾燥用ガスの温度および吸着材の乾燥塔４での滞留時間のうち少なくとも１つを調整する。
　続いて、上記構成の二酸化炭素分離回収システム１００による二酸化炭素分離回収方法について説明する。
　吸着塔２には、ＣＯ２吸着に好適な温度（以下、吸着温度Ｔａという）の吸着材が所定の供給速度で供給されている。吸着温度Ｔａは２０－８０℃が好適であって、本実施形態ではＴａ＝約４０[℃]である。吸着材が充填された吸着塔２へ、１０－３０％のＣＯ２を含む常圧近傍の被処理ガスが所定の供給速度で供給される。吸着塔２へ導入される被処理ガスは、冷却塔８で温度Ｔｇ＝約３５[℃]まで冷却されている。移動層である吸着材は、吸着容器２１を上から下へ所定の移動速度で自重により流動し、この間に被処理ガスと接触して被処理ガス中のＣＯ２を吸着し、出口２３から排出されて再生塔３へ送られる。被処理ガスの供給速度および吸着材の移動速度は、吸着塔２での滞留時間内にＣＯ２の吸着が完了するように、また、後述するように、再生塔３での滞留時間内に吸着材の再生が完了し、且つ、乾燥塔４での滞留時間内に吸着材の乾燥が完了するように定められる。
　再生塔３には、温度がＴｓ[℃]で圧力がＰｓ[ｋＰａ]の脱着用水蒸気が供給されている。温度Ｔｓは４０－１００[℃]が、温度Ｔｓに対応する圧力Ｐｓは７－１０１[ｋＰａ]が、それぞれ好適である。本実施形態の脱着用水蒸気は、温度Ｔｓ＝約６０[℃]、圧力Ｐｓ＝約２０[ｋＰａ]の飽和水蒸気である。このため、再生塔３内の圧力が回収ポンプ６によって約２０[ｋＰａ]に調整されている。移動層である吸着材は、再生容器３１を上から下へ所定の移動速度で自重により流動し、この間に脱着用水蒸気と接触する。吸着材と接触した脱着用水蒸気は吸着材の表面で凝縮し、この際に生じる脱着用水蒸気の凝縮熱がＣＯ２脱着のエネルギーとして利用される。このような脱着用水蒸気の凝縮によるＣＯ２の脱着は短時間で完了し、定常状態で再生塔３はほぼ１００％のＣＯ２で満たされる。吸着材から脱着されたＣＯ２は、再生塔３から排出され、回収ポンプ６により圧縮され、二酸化炭素ホルダー７に貯留される。一方、ＣＯ２が脱着されて再生された吸着材は、再生塔３から排出されて乾燥塔４へ送られる。再生塔３で再生された吸着材は、脱着用水蒸気の凝縮水を含んでいる。
　乾燥塔４には、温度がＴｄ[℃]の乾燥用ガスが所定の供給速度で供給されている。温度Ｔｄは４０－１２０[℃]が好適であり、本実施形態ではＴｄ＝約８０[℃]である。移動層である吸着材は、乾燥容器４１を上から下へ所定の移動速度で自重により流動し、この間に乾燥用ガスと接触する。乾燥用ガスと接触した吸着材に含まれている凝縮水は蒸発して水蒸気となり、この水蒸気を含む排気ガスが高湿度排気ガス出口４５から系外へ排出される。一方、凝縮水の蒸発により乾燥した吸着材は、出口４３から排出され、コンベア５により吸着塔２へ移送され、吸着塔２で再びＣＯ２を吸着する。
　上記吸着材の乾燥工程において、吸着材は、定率乾燥期間IIの間であって、その含水率（又は平均含水率）が限界含水率ｗｃ（図１０）又はそれ以上の所定の値となるまで乾燥した状態で乾燥塔４から排出される。吸着材の含水率は、湿っている吸着材の全体の重量に対する、水分の重量の比として表わすことができる。湿っている吸着材の全体の重量をＷ[kg]とし、吸着材の乾燥固体重量をＷ０[kg]とすると、乾量基準の含水率ｗは次式（１）で表される。
ｗ＝（Ｗ－Ｗ０）／Ｗ０　　・・・（１）
また、限界含水率ｗｃは、定率乾燥期間IIから減率乾燥期間IIIに移行するときの含水率である。限界含水率ｗｃは、吸着材の特性に加えて、加熱方式などの外的操作条件によっても変化する。なお、上記「限界含水率ｗｃ以上の所定の値」とは、図１０に示すように、限界含水率ｗｃから当該限界含水率ｗｃに所定の許容値αＷを加えた値（ｗｃ＋αＷ）までの範囲に含まれる値である。許容値αＷは、限界含水率ｗｃに対して安定性や誤差等を見込んで予め定められた値であって、実験的に又は理論的に求められる。
　図３は、吸着材温度と乾燥時間の関係を示すグラフである。図３に示すように、乾燥塔４で乾燥開始当初の吸着材の温度は、再生塔３へ供給される脱着用水蒸気の温度Ｔｓ（本実施例では、約６０℃）近傍である。吸着材の乾燥が進むにつれて、吸着材に付着している水分の蒸発に伴い吸着材から熱が奪われるので、吸着材の温度は乾燥用ガスの湿球温度まで下がり（予熱期間I）、やがて一定となる（定率乾燥期間II）。定率乾燥期間IIにおいて、吸着材の含水率が限界含水率ｗｃに低下するまでの間は、吸着材へ与えられた熱量は全て水分蒸発に費やされるので、吸着材の温度は乾燥用ガスの湿球温度でほぼ一定である。乾燥塔４では、定率乾燥期間II中に、即ち、減率乾燥期間IIIに入って温度が再び上昇する前に、適正な含水率（限界含水率ｗｃ又はそれ以上の所定の値）で吸着材が排出される。乾燥用ガスは、その湿球温度が吸着温度Ｔａ（本実施形態では約４０℃）となるように被処理ガス源１０を含む被処理ガス供給手段によって温度および湿度が調整されており、乾燥塔４から排出される乾燥した吸着材の温度は吸着温度Ｔａとなる。
　ここで、乾燥塔制御装置５５による、乾燥塔４の乾燥条件を調整するための制御について説明する。以下では、〔１〕吸着材の温度に基づく制御、〔２〕吸着材の含水率に基づく制御、〔３〕乾燥塔４から排出される水蒸気中の水分量に基づく制御の、それぞれに分けて説明する。乾燥塔制御装置５５は、基本的にはこれら〔１〕－〔３〕の制御のうちいずれか一つの制御を行うように構成されている。採用された制御に必要のない計器は、二酸化炭素分離回収システム１００から省くことができる。但し、乾燥塔制御装置５５が、〔１〕－〔３〕の制御の２つ以上の組み合わせで乾燥塔４を制御するように構成されていてもよい。
〔１〕吸着材の温度に基づく制御
　乾燥塔制御装置５５は、乾燥塔４の出口近傍の吸着材の温度（又は平均温度）が所定温度、つまり吸着材の限界含水率ｗｃに対応する温度Ｔc（図１０）となるように、乾燥塔４の乾燥条件を調整する。乾燥塔４の出口近傍の吸着材の温度は、温度計５１で検出される。限界含水率ｗｃに対応する温度Ｔcは、乾燥用ガスの湿球温度（吸着温度Ｔａ）である。吸着材の温度に基づいて吸着材の含水率を推定する場合、吸着材の温度が限界含水率ｗｃに対応する温度Ｔcとなっていても、吸着材の含水率が限界含水率ｗｃまで低下していないことがある。つまり、吸着材の含水率が限界含水率ｗｃよりも高いまま乾燥塔４から排出されることがある。しかし、吸着材は多孔質材料から成り、多孔質材料は定率乾燥期間IIが短い特徴を有することが知られている。よって、吸着材の温度を限界含水率ｗｃに対応する温度Ｔcまで低下させることで、吸着材は適正な範囲の含水率で乾燥塔４から排出されることとなる。
　乾燥塔制御装置５５が制御する乾燥条件は、乾燥用ガスの流量、乾燥用ガスの温度および吸着材の乾燥塔４での滞留時間の乾燥条件のうち少なくとも一つである。これらの乾燥条件のうちの一つが制御されてもよいが、２つ以上の組み合わせが制御されることにより、より効率的に乾燥塔４の乾燥条件を吸着材の乾燥に適するように調整することができる。
　乾燥用ガスの流量は、乾燥用ガス供給路４６に設けられた流量調整器４８で調整することができる。流量調整器４８は、例えば、乾燥塔制御装置５５の制御を受けて動作するバルブ、ポンプおよびファンなどの流量調整手段のうちの一つである。図３に示すように、吸着材の温度は、予熱期間Iで徐々に低下し、定率乾燥期間IIで限界含水率ｗｃに対応する温度Ｔcでほぼ一定となる。仮に、吸着材を限界含水率ｗｃよりも低い含水率まで乾燥させると、減率乾燥期間IIIに入り吸着材の温度が上昇する。乾燥塔制御装置５５は、吸着材の温度が限界含水率ｗｃに対応する温度Ｔcとなったあと上昇する前に、吸着材が乾燥塔４から排出されるように乾燥条件を制御する。具体的には、乾燥塔制御装置５５は、限界含水率ｗｃに対応する温度Ｔcよりも高い吸着材の温度が検出されたときは、予熱期間Iであれば乾燥用ガスの流量を増加させ、減率乾燥期間IIIであれば乾燥用ガス流量を低減させるように、流量調整器４８を制御する。
　乾燥用ガスの温度は、乾燥用ガス源４７で乾燥用ガスの加熱温度を変化させることによって、調整することができる。乾燥塔制御装置５５は、限界含水率ｗｃに対応する温度Ｔcよりも高い吸着材の温度が検出されたときは、予熱期間Iであれば乾燥用ガスの温度を上昇させ、減率乾燥期間IIIであれば乾燥用ガスの温度を低下させるように、乾燥用ガス源４７を制御する。
　吸着材の乾燥塔４での滞留時間は、コンベア５による吸着塔２への吸着材の供給速度を変化させることによって、調整することができる。なお、吸着材の乾燥塔４での滞留時間は、出口４３にバルブを設けて当該バルブの開度を調整して乾燥塔４からの吸着材の排出速度を変化させることによって、調整することもできる。乾燥塔制御装置５５は、限界含水率ｗｃに対応する温度Ｔcよりも高い吸着材の温度が検出されたときは、予熱期間Iであれば移動層の移動速度を低下させて吸着材の滞留時間を長くし、減率乾燥期間IIIであれば移動層の移動速度を増大させて吸着材の滞留時間を短くするように、コンベア５を制御する。
〔２〕吸着材の含水率に基づく制御
　乾燥塔制御装置５５は、含水率計５２で計測された吸着材の含水率（又は平均含水率）が限界含水率ｗｃ（図１０）又はそれ以上の所定の値となると吸着材が乾燥塔４から排出されるように、乾燥塔４の乾燥条件を制御する。ここで、「限界含水率ｗｃ以上の所定の値」とは、図１０に示すように、限界含水率ｗｃから当該限界含水率ｗｃに所定の許容値αＷを加えた値（ｗｃ＋αＷ）までの範囲に含まれる値である。
　乾燥塔制御装置５５が制御する乾燥条件は、乾燥用ガスの流量、乾燥用ガスの温度および吸着材の乾燥塔４での滞留時間の乾燥条件のうち少なくとも一つである。乾燥塔制御装置５５は、限界含水率ｗｃ又はそれ以上の所定の値と比較して、高い含水率が検出されたときは乾燥用ガスの流量を増加させ、低い吸着材の含水率が検出されたときは乾燥用ガス流量を低減させるように、流量調整器４８を制御する。また、乾燥塔制御装置５５は、限界含水率ｗｃ又はそれ以上の所定の値と比較して、高い含水率が検出されたときは乾燥用ガスの温度を上昇させ、低い含水率が検出されたときは乾燥用ガスの温度を降下させるように、乾燥用ガス源４７を制御する。また、乾燥塔制御装置５５は、限界含水率ｗｃ又はそれ以上の所定の値と比較して、高い含水率が検出されたときは移動層の移動速度を低下させて吸着材の滞留時間を長くし、低い含水率が検出されたときは移動層の移動速度を増大させて吸着材の滞留時間を短くするように、コンベア５を制御する。
〔３〕乾燥塔４から排出される水蒸気中の水分量に基づく制御
　乾燥塔制御装置５５は、乾燥塔４からの排出ガスに含まれる水蒸気中の水分量が再生塔３へ脱着用水蒸気として供給される水分量（再生塔３で吸着材に凝縮した水分量）となるように、乾燥塔４の運転を制御する。再生塔３へ脱着用水蒸気として供給される水分量は、水蒸気供給路３６に設けた流量計５６で検出された脱着用水蒸気の流量と、蒸気発生器９で生成された脱着用水蒸気の水分量とに基づいて求められる。また、乾燥塔４から排出される排気ガス中の水分量は水分量計５３で検出される。水分量計５３は、温度センサ、流量センサ、および湿度センサを少なくとも備えており、これらのセンサの検出値に基づいて乾燥塔４の高湿度排気ガス出口４５から排出される水分量を計測している。
　図４は、二酸化炭素分離回収システム１００で出入する水分量を示す図である。図４に示すように、吸着材に含まれた状態でａ[t/hour]の水分量が吸着塔２へ供給されており、脱着用水蒸気としてＡ[t/hour]の水分量が再生塔３へ供給されていると、それぞれ仮定する。再生塔３で吸着材に脱着用水蒸気が凝縮するので、再生塔３から排出されて乾燥塔４へ導入される水分量は（ａ＋Ａ）[t/hour]である。吸着塔２へ供給される吸着材と乾燥塔４から排出される吸着材の含水率はいずれも限界含水率又はそれ以上の所定の値であることから、乾燥塔４から吸着材に含まれた状態で排出される水分量はａ[t/hour]である。乾燥塔４から排出ガスとして排出される水分量はＡ[t/hour]となる。上記仮定に基づけば、乾燥塔４から排出ガスとして排出される水分量をＡ[t/hour]とすれば、乾燥塔４から限界含水率の吸着材が排出されることとなる。そこで、乾燥塔制御装置５５は、水分量計５３で検出される水分量が再生塔３へ脱着用水蒸気として供給される水分量となるように、乾燥塔４の乾燥条件を制御する。
　乾燥塔制御装置５５が制御する乾燥条件は、乾燥用ガスの流量、乾燥用ガスの温度および吸着材の乾燥塔４での滞留時間の乾燥条件のうち少なくとも一つである。乾燥塔制御装置５５は、再生塔３へ脱着用水蒸気として供給される水分量と比較して、多い水分量が検出されたときは乾燥用ガスの流量を低減させ、少ない水分量が検出されたときは乾燥用ガス流量を増加させるように、流量調整器４８を制御する。また、乾燥塔制御装置５５は、再生塔３へ脱着用水蒸気として供給される水分量と比較して、多い水分量が検出されたときは乾燥用ガスの温度を降下させ、少ない水分量が検出されたときは乾燥用ガスの温度を上昇させるように、乾燥用ガス源４７を制御する。また、乾燥塔制御装置５５は、再生塔３へ脱着用水蒸気として供給される水分量と比較して、多い水分量が検出されたときは移動層の移動速度を増大させて吸着材の滞留時間を短くし、少ない水分量が検出されたときは移動層の移動速度を低下させて吸着材の滞留時間を長くするように、コンベア５を制御する。
　以上説明した通り、本実施形態に係る二酸化炭素分離回収システム１００の再生塔３では、吸着材からＣＯ２を脱着させるために、吸着材と水蒸気とを直接的に接触させる方式を採用している。この方式を採用することにより、ＣＯ２の脱着で水蒸気の潜熱をエネルギーとして得ることができる。水蒸気の潜熱は、水蒸気の顕熱と比較して同量の水分から得られるエネルギーが大きく、吸着材からＣＯ２を脱着させるために必要な水分量を低減することができる。また、再生塔から水蒸気が排出されないので、従来のように、利用されずに捨てられていた水蒸気エネルギーのロスを抑制することができる。
　そして、上記二酸化炭素分離回収システムによれば、再生塔でＣＯ２が脱着されたあとの吸着材は、脱着用水蒸気の温度近傍まで温度上昇している。この吸着材を乾燥塔４で乾燥用ガスと接触させると、吸着材に付着している水分の蒸発に伴って吸着材から熱が奪われて、吸着材の温度は乾燥用ガスの湿球温度である吸着温度Ｔａまで低下する。吸着温度Ｔａの吸着材は、乾燥塔から排出されて吸着塔でＣＯ２の吸着に利用される。上記システムでは、乾燥塔４で乾燥した後の吸着材が吸着温度Ｔａであることから、吸着材を吸着温度まで冷却するための設備（例えば、冷却塔）が不要となり、乾燥塔４から排出された吸着材をそのまま吸着塔へ搬入することができるので吸着材の貯蔵設備が不要となる。よって、ＣＯ２回収と吸着材再生のための設備コストやその設備の運転エネルギーの削減が可能であり、ＣＯ２回収と吸着材再生のために投入されるエネルギーの更なる削減を実現できる。
［第２実施形態］
　次に、本発明の第２実施形態を説明する。図５は、第２実施形態に係る二酸化炭素分離回収システム１０１の概略構成を示す図である。図５に示すように、本実施形態に係る二酸化炭素分離回収システム１０１の第１実施形態からの相違点は、乾燥用ガス源４７が被処理ガス源１０である点であり、他は同じ構成である。なお、本実施形態の説明においては、前述の第１実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する。
　第２実施形態に係る二酸化炭素分離回収システム１０１では、乾燥用ガスとして被処理ガスと同じガスを用いている。被処理ガス源１０が乾燥用ガス源４７でもあり、被処理ガス源１０と乾燥塔４の乾燥用ガス供給口４４とが乾燥用ガス供給路４６で接続されている。本実施形態に係る被処理ガスは石炭燃焼排ガスであり、この石炭燃焼排ガスが乾燥用ガスとして乾燥用ガス供給路４６を通じて乾燥塔４へ供給される。
　石炭燃焼排ガスは、ＣＯ２含有ガスである。再生塔３で再生された吸着材にＣＯ２含有ガスを接触させると、一部のＣＯ２が吸着材に吸着され、その際に吸着熱が発生する。この吸着熱の熱量が、乾燥塔４での吸着材の乾燥のために利用される。図６は、乾燥用ガスとして、乾燥空気と２０％のＣＯ２含有ガスをそれぞれ別に乾燥塔４へ供給した場合の、吸着材からの蒸発水分量と乾燥時間の関係を示すグラフである。このグラフの縦軸は吸着材からの蒸発水分量であり、横軸は乾燥時間である。なお、乾燥空気とＣＯ２含有ガスの温度と風量はそれぞれ同じである。図６のグラフからわかるように、乾燥空気を乾燥用ガスとしたときよりも、ＣＯ２含有ガスを乾燥用ガスとしたときの方が、同じ乾燥時間で多くの水分が蒸発している。このことから、ＣＯ２含有ガスを乾燥用ガスとすることにより、乾燥空気を乾燥用ガスとする場合と比較して、早い時間で、また、少ない乾燥用ガスの風量で吸着材を乾燥させることが可能となる。
　以上の通り、第２実施形態に係る二酸化炭素分離回収システム１０１では、乾燥塔４において、被処理ガスに含まれるＣＯ２が吸着材に吸着されることにより生じる吸着熱の熱量を、吸着材の乾燥のために利用できる。加えて、乾燥用ガスを生成するための機器（ダクトバーナなど）や燃料が不要となる。よって、乾燥用ガスとして乾燥空気を用いる場合と比較して、吸着材を乾燥させるためのエネルギーを削減することができ、乾燥塔４およびその周辺機器（配管など）を小規模化又は削除することができる。また、被処理ガス中の一部のＣＯ２が乾燥塔４の吸着材に吸着され、残りのＣＯ２が吸着塔２の吸着材に吸着されることとなる。このため、乾燥用ガスとして乾燥空気を用いる場合と比較して、吸着塔２で吸着すべきＣＯ２量が減少するので吸着塔２を小規模化することができ、ひいてはシステム全体を小規模化することができる。
［変形例１］
　次に、上記第２実施形態の変形例１を説明する。図７は本発明の第２実施形態の変形例１に係る二酸化炭素分離回収システム１０１Ａの概略構成を示す図である。図７に示すように、変形例１に係る二酸化炭素分離回収システム１０１Ａでは、乾燥塔４の高湿度排気ガス出口４５と、吸着塔２の被処理ガス供給口２４とが、ガス供給路１１で接続されている。そして、ガス供給路１１には、冷却塔８が設けられている。上記構成により、乾燥塔４から排出された排気ガスが、冷却塔８で所定の温度Ｔｇ[℃]まで冷却されてから、吸着塔２へ被処理ガスとして供給される。
　変形例１に係る二酸化炭素分離回収システム１０１Ａでは、被処理ガスに含まれるＣＯ２が、乾燥塔４と吸着塔２とにおいて吸着材に吸着される。被処理ガスの流れに沿って説明すると、まず、乾燥塔４の吸着材により被処理ガス中のＣＯ２が吸着され、次いで、吸着塔２の吸着材により被処理ガス中のＣＯ２が吸着される。なお、吸着材のＣＯ２吸着量は温度が高いほど低いことがわかっており、乾燥塔４よりも吸着塔２でより多くの被処理ガス中のＣＯ２が除去される。以上の通り、第１および第２実施形態と比較して、変形例１に係る二酸化炭素分離回収システム１００では、吸着塔２で除去せねばならないＣＯ２の量が減るので、吸着塔２を小規模化することができる。
［変形例２］
　次に、上記第２実施形態の変形例２を説明する。図８は本発明の第２実施形態の変形例２に係る二酸化炭素分離回収システム１０１Ｂの概略構成を示す図である。図８に示すように、変形例２に係る二酸化炭素分離回収システム１０１Ｂでは、乾燥塔４の乾燥容器４１が拡張されるとともに、吸着塔２が省略されている。この変形例２では、乾燥塔４が第１実施形態に係る二酸化炭素分離回収システム１００の吸着塔２としての機能を併せ備えている。
　変形例２に係る二酸化炭素分離回収システム１０１Ｂでは、乾燥塔４から排出された吸着材は、吸着塔２を介さずに再生塔３へ搬入される。再生塔３で再生された吸着材は、乾燥塔４へ供給される。乾燥塔４には被処理ガス源１０から被処理ガスである石炭燃焼排ガスが供給されており、この被処理ガスに含まれるＣＯ２が乾燥塔４の吸着材に吸着され、ＣＯ２が除去されたオフガスが高湿度排気ガス出口４５から水蒸気とともに放出される。一方で、乾燥塔４に供給された被処理ガスは乾燥用ガスとして機能し、第１実施形態で説明した通り、乾燥塔４の吸着材は限界水分率まで乾燥されたのち乾燥塔４から排出される。
　変形例２に係る二酸化炭素分離回収システム１０１Ｂは再生塔と、吸着塔の乾燥塔の機能を併せ備えた塔のとの２つの塔を備えている。したがって、第１実施形態並びに第２実施形態およびその変形例１と比較して、吸着塔２およびその周辺設備が省略され設備が全体として簡略化されるので、イニシャルコストやランニングコストや運転エネルギーを削減することができる。
　以上に本発明の好適な実施の形態（第１実施形態、第２実施形態）およびその変形例（変形例１，２）を説明したが、上記の構成は以下のように変更することができる。
　上述の二酸化炭素分離回収システムは、吸着材を移動層とする移動層式の処理塔（吸着塔２、再生塔３及び乾燥塔４）を採用している。但し、二酸化炭素分離回収システムは、例えば、バッチ式の処理塔を用いて構成されていてもよい。各処理塔をバッチ式とする場合には、吸着塔２、再生塔３および乾燥塔４の各下部にバルブ又はシャッターなどの開閉部材を設け、各処理塔での処理が終了するとこれらの開閉部材を開閉して、吸着材を１バッチずつ吸着材を下方の処理塔へ移動させる。この場合、吸着材の温度を検出する温度計５１のプローブ、吸着材の含水率を検出する含水率計５２のプローブが、乾燥容器４１の出口近傍ではなく、乾燥容器４１中の乾燥用空気の流路の最も下流部分に設けられたり、乾燥容器４１中に複数が分散して設けられたりすることが望ましい。
　また、例えば、上述の二酸化炭素分離回収システムは固定層式の処理塔を用いて構成されていてもよい。固定層式の処理塔を用いる場合には、一つの処理容器に、被処理ガスを供給するための配管、ＣＯ２が除去されたオフガスを排出するための配管、脱着用水蒸気を供給するための配管、吸着材から脱着されたＣＯ２を排出するための配管、乾燥用ガスを供給するための配管、及び、水蒸気を含む排気ガスを排出するための配管の各々を接続し、各配管と処理塔との流体（気体）の流通の接続と遮断とを切り替える弁を設ける。この場合、吸着材の温度を検出する温度計５１のプローブ、吸着材の含水率を検出する含水率計５２のプローブが、処理容器の出口近傍ではなく、処理容器中の乾燥用空気の流路の最も下流部分に設けられたり、処理容器中に複数が分散して設けられたりすることが望ましい。
　また、例えば、上述の二酸化炭素分離回収システムはセメントプラントに併設されておりプレヒータボイラの石炭燃焼排ガスを処理するシステムとしているが、本発明はこれに限定されず、ＣＯ２を含むガスからＣＯ２を分離・回収するシステムに広く適用することができる。
　１００，１０１　二酸化炭素分離回収システム
　２　吸着塔
　　２１　吸着容器
　　２２　入口
　　２３　出口
　　２４　被処理ガス供給口
　　２５　オフガス排出口
　３　再生塔
　　３１　再生容器
　　３２　入口
　　３３　出口
　　３４　水蒸気供給口
　　３５　二酸化炭素排出口
　　３６　水蒸気供給路
　　３７　二酸化炭素回収路
　４　乾燥塔
　　４１　乾燥容器
　　４２　入口
　　４３　出口
　　４４　乾燥用ガス供給口
　　４５　高湿度排気ガス出口
　　４６　乾燥用ガス供給路
　　４７　乾燥用ガス源
　　４８　流量調整器
　　４９　水蒸気排出路
　５　コンベア
　６　回収ポンプ
　７　二酸化炭素ホルダー
　８　冷却塔
　９　蒸気発生器
　１０　被処理ガス源
　１１　被処理ガス供給路

Claims (13)

  1. 　二酸化炭素の吸着材を用いて二酸化炭素を含有する被処理ガスから二酸化炭素を分離するとともに、二酸化炭素吸着後の前記吸着材を再生する二酸化炭素分離回収システムであって、
    　前記吸着材で前記被処理ガス中の二酸化炭素を吸着し、二酸化炭素が除去された前記被処理ガスを排出する吸着塔と、
    　二酸化炭素を吸着した前記吸着材に脱着用水蒸気を凝縮させることにより前記吸着材から二酸化炭素を脱着させる再生塔と、
    　乾燥用ガスで二酸化炭素を脱着した前記吸着材に含まれる凝縮水を水蒸気として蒸発させることにより、含水率が限界含水率又はそれ以上の所定値となるまで前記吸着材を乾燥させる乾燥塔と
    を備える、二酸化炭素分離回収システム。
  2. 　二酸化炭素の吸着材を用いて、二酸化炭素を含有する被処理ガスから二酸化炭素の分離を行うとともに、二酸化炭素吸着後の前記吸着材の再生を行う二酸化炭素分離回収システムであって、
    　前記吸着材で前記被処理ガス中の二酸化炭素を吸着し、二酸化炭素が除去された前記被処理ガスを排出する吸着塔と、
    　前記吸着塔へ前記被処理ガスを供給する被処理ガス供給手段と、
    　二酸化炭素を吸着した前記吸着材に脱着用水蒸気を凝縮させる再生塔と、
    　前記再生塔へ前記脱着用水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、
    　前記再生塔で前記吸着材から脱着した二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収手段と、
    　乾燥用ガスで二酸化炭素を脱着した前記吸着材に含まれる凝縮水を水蒸気として蒸発させることにより、含水率が限界含水率又はそれ以上の所定値となるまで前記吸着材を乾燥させる乾燥塔と、
    　前記乾燥塔へ前記乾燥用ガスを供給する乾燥用ガス供給手段と
    を備える、二酸化炭素分離回収システム。
  3. 　前記乾燥塔内の前記吸着材の温度を検出する温度計と、
    　前記温度計で検出された温度が前記吸着材の限界含水率に対応する温度となるように、前記乾燥用ガスの供給流量、前記乾燥用ガスの温度、および、前記吸着材の前記乾燥塔での滞留時間のうち少なくとも一つを調整するように構成された乾燥塔制御手段とを更に備える、請求項１又は２に記載の二酸化炭素分離回収システム。
  4. 　前記乾燥塔が前記吸着材を移動層とする移動層式であって、
    　前記乾燥塔の出口近傍の前記吸着材の温度を検出する温度計と、
    　前記温度計で検出された温度が前記吸着材の限界含水率に対応する温度となるように、前記乾燥用ガスの供給流量、前記乾燥用ガスの温度、および、前記吸着材の前記乾燥塔での滞留時間のうち少なくとも一つを調整するように構成された乾燥塔制御手段とを更に備える、請求項１又は２に記載の二酸化炭素分離回収システム。
  5. 　前記乾燥塔から排出される排気ガス中の水分量を検出する水分量計と、
    　前記水分量計で検出された水分量が前記再生塔へ供給される前記脱着用水蒸気の水分量となるように、前記乾燥用ガスの供給流量、前記乾燥用ガスの温度、および、前記吸着材の前記乾燥塔での滞留時間のうち少なくとも一つを調整するように構成された乾燥塔制御手段とを更に備える、請求項１又は２に記載の二酸化炭素分離回収システム。
  6. 　前記乾燥塔内の前記吸着材の含水率を検出する含水率計と、
    　前記含水率計で検出された含水率が限界含水率又はそれ以上の所定値となるように、前記乾燥用ガスの供給流量、前記乾燥用ガスの温度、および、前記吸着材の前記乾燥塔での滞留時間のうち少なくとも一つを調整するように構成された乾燥塔制御手段とを更に備える、請求項１又は２に記載の二酸化炭素分離回収システム。
  7. 　前記乾燥塔が前記吸着材を移動層とする移動層式であって、
    　前記乾燥塔の出口近傍の前記吸着材の含水率を検出する含水率計と、
    　前記含水率計で検出された含水率が限界含水率又はそれ以上の所定値となるように、前記乾燥用ガスの供給流量、前記乾燥用ガスの温度、および、前記吸着材の前記乾燥塔での滞留時間のうち少なくとも一つを調整するように構成された乾燥塔制御手段とを更に備える、請求項１又は２に記載の二酸化炭素分離回収システム。
  8. 　前記乾燥用ガスが、前記被処理ガスである、請求項１～７のいずれか一項に記載の二酸化炭素分離回収システム。
  9. 　前記乾燥塔から排出された前記被処理ガスを前記吸着塔へ供給する被処理ガス流路を更に備える、請求項８に記載の二酸化炭素分離回収システム。
  10. 　前記吸着塔、前記再生塔及び前記乾燥塔が前記吸着材を移動層とする移動層式であって、
    　前記吸着塔と前記乾燥塔が一体的に構成されており、
    　前記再生塔から排出された前記吸着材を前記乾燥塔へ移送する移送手段を更に備える、請求項８に記載の二酸化炭素分離回収システム。
  11. 　二酸化炭素の吸着材に、二酸化炭素を含有する被処理ガス中の二酸化炭素を吸着させることと、
    　前記吸着材を脱着用水蒸気と接触させて前記吸着材に前記脱着用水蒸気を凝縮させることにより、前記吸着材から二酸化炭素を脱着させることと、
    　乾燥用ガスを前記吸着材と接触させて前記吸着材に含まれる凝縮水を水蒸気として蒸発させることにより、前記吸着材の含水率が限界含水率又はそれ以上の所定値となるまで乾燥させることとを含む、
    二酸化炭素分離回収方法。
  12. 　前記吸着材を乾燥させることが、
    　前記吸着材の温度が前記吸着材の限界含水率に対応する温度となるまで、前記吸着材を乾燥させることを含む、
    請求項１１に記載の二酸化炭素分離回収方法。
  13. 　前記吸着材を乾燥させることが、
    　前記吸着材から蒸発した水分量が前記吸着材に凝縮した前記脱着用水蒸気の水分量となるまで、前記吸着材を乾燥させることを含む、
    請求項１１に記載の二酸化炭素分離回収方法。
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