JP6180793B2 - 二酸化炭素回収装置及び二酸化炭素回収方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、二酸化炭素回収装置及び二酸化炭素回収方法に関する。

近年、二酸化炭素の回収に関し、地球規模で懸念される地球温暖化問題に対する有効な対策として二酸化炭素回収貯留技術が注目されている。特に、火力発電所やプロセス排出ガスを対象に、二酸化炭素を水溶液により回収する手法が検討されている。例えば、二酸化炭素含有ガスを吸収液に吸収させてリッチ液を生成する吸収塔と、吸収塔から排出されたリッチ液を加熱することにより二酸化炭素を蒸気と共に放散させて分離し、生成されたリーン液を吸収塔に戻す再生塔とを備えた二酸化炭素回収装置が知られている。

しかし、従来の二酸化炭素回収装置では、運転開始時に二酸化炭素含有排ガスが吸収塔内に供給されると、二酸化炭素吸収反応に起因する吸収液の急激な発熱が起こり、異常高温によって吸収塔設備が破損したり、吸収液が劣化したりするという問題があった。また、この問題は、運転開始時だけでなく、排ガス中の二酸化炭素含有量が急増した場合にも起こっていた。

特開２００５−２５４２１２号公報

本発明が解決しようとする課題は、吸収液の急激な発熱を防止し、安定した運転が可能な二酸化炭素回収装置及び二酸化炭素回収方法を提供することである。

本実施形態によれば、二酸化炭素回収装置は、二酸化炭素含有ガスと吸収液とを接触させて、二酸化炭素を吸収したリッチ液を生成する吸収塔と、前記リッチ液を加熱し、二酸化炭素を含有する蒸気を放散させ、二酸化炭素が除去されたリーン液を生成する再生塔と、前記リーン液と前記リッチ液との熱交換を行い、熱交換後のリッチ液を前記再生塔へ供給し、熱交換後のリーン液を前記吸収塔に供給する熱交換器と、前記吸収塔の第１箇所から排出された前記リッチ液の一部を冷却し、冷却したリッチ液を前記吸収塔の前記第１箇所より高い第２箇所に供給する冷却器と、を備える。

第１の実施形態に係る二酸化炭素回収装置の概略構成図である。 変形例による二酸化炭素回収装置の概略構成図である。 変形例による二酸化炭素回収装置の概略構成図である。 第２の実施形態に係る二酸化炭素回収装置の概略構成図である。 変形例による二酸化炭素回収装置の概略構成図である。 第３の実施形態に係る二酸化炭素回収装置の概略構成図である。 変形例による二酸化炭素回収装置の要部概略構成図である。 第４の実施形態に係る二酸化炭素回収装置の要部概略構成図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（第１の実施形態）図１に第１の実施形態に係る二酸化炭素回収装置の概略構成を示す。二酸化炭素回収装置１は、主要な構成要素として、吸収塔１０１、再生塔１０２、再生熱交換器１０３、冷却器１０５、１０６、リボイラ１０８、及び気液分離器１３２を備えている。さらに、二酸化炭素回収装置１は、ポンプ２０１、２０２、分流装置１０７、ブロワ１０９、及び制御部１２０を備えている。

吸収塔１０１において、ブロワ１０９を介して二酸化炭素含有ガス１１１が導入され、二酸化炭素を吸収する吸収液と接触し、二酸化炭素を吸収したリッチ液３０１が生成される。

ここで吸収塔１０１は、例えば向流型気液接触装置から成り、下部から供給された二酸化炭素含有ガス１１１を、上部から流下する吸収液と気液接触させるように構成されている。

吸収塔１０１に供給される二酸化炭素含有ガス１１１は特に限定されるものではないが、例えば燃焼排ガスやプロセス排ガス等であってもよく、必要に応じて冷却処理後に導入してもよい。

また吸収液は特に限定されるものではなく、例えばモノエタノールアミン（ＭＥＡ）、ジエタノールアミン（ＤＥＡ）等のアミン系水溶液を用いてもよい。吸収塔１０１で二酸化炭素が除去された脱二酸化炭素ガス１１２は、吸収塔１０１の上部から排出される。

吸収塔１０１から排出されたリッチ液３０１は、ポンプ２０１を介して分流装置１０７に与えられ、所望の流量比でリッチ液３０２、３０３に分流される。分流装置１０７における分流比は制御部１２０によって制御される。

リッチ液３０２は熱交換器１０３に導入され、リーン液３１９によって所望の温度まで加熱される。加熱されたリッチ液３０２は再生塔１０２に供給される。

再生塔１０２は充填層１０２ａを備え、再生熱交換器１０３から供給されたリッチ液３０２が加熱されることにより大部分の二酸化炭素が蒸気と共に放散されて分離し上部から二酸化炭素含有蒸気３１０として排出され、二酸化炭素の大部分が除去されたリーン液３１９が吸収塔１０１に戻される。

再生塔１０２は、例えば向流型気液接触装置であり、貯留液の加熱はリボイラ１０８において外部供給熱である高温蒸気と熱交換することにより行われる。

再生塔１０２から排出された二酸化炭素含有蒸気３１０は、冷却器１０５において外部から供給される冷水等の冷媒により冷却された後、気液分離機１３２により二酸化炭素ガス３１５と水３１４に分離される。水３１４は再生塔１０２に適宜戻される。

再生塔１０２から吸収塔１０１にリーン液３１９が供給される経路において、再生熱交換器１０３が設けられている。再生塔１０２から排出されたリーン液３１９は、ポンプ２０２を介して再生熱交換器１０３に供給される。リーン液３１９は、再生熱交換器１０３においてリッチ液３０２と熱交換する。

分流装置１０７により分流されたリッチ液３０３及び再生熱交換器１０３における熱交換後のリーン液３１９は、冷却器１０６において外部から供給される冷水等の冷媒により冷却された後、吸収塔１０１に戻される。本実施形態では、図１に示すように、冷却したリッチ液３０３及びリーン液３１９を吸収塔１０１の３箇所から供給しているが、２箇所以下でもよいし、４箇所以上でもよい。

次に、このような構成の二酸化炭素回収装置１による二酸化炭素回収方法について説明する。

まず、二酸化炭素含有排ガス１１１が吸収塔１０１に供給される前に、分流装置１０７における分流比を所定の分流比に設定する。例えば、再生熱交換器１０３への流量（リッチ液３０２の流量）より、冷却器１０６への流量（リッチ液３０３の流量）が多くなるように分流比が設定される。

次に、吸収塔１０１への二酸化炭素含有排ガス１１１の供給を開始する。吸収塔１０１にて二酸化炭素を吸収したリッチ液３０１の一部は、分流装置１０７及び冷却器１０６を介して吸収塔１０１に供給される。すなわち、吸収液の一部は、吸収塔１０１、分流装置１０７、及び冷却器１０６を循環する。そのため、吸収塔１０１には、二酸化炭素を多く含むために二酸化炭素をあまり吸収できない、反応活性の低い吸収液が、低温で供給され続ける。このことにより、吸収塔１０１において二酸化炭素吸収反応に起因する吸収液の急激な発熱が起こることを防止することができる。

なお、吸収塔１０１における吸収液の温度は二酸化炭素含有排ガス中に含まれる酸素などの成分による吸収液の劣化を抑えるために、７０℃以下とすることが好ましい。また、吸収塔１０１の設備破損を防止するために、吸収塔１０１内の最高温度と、吸収塔１０１に供給される吸収液の温度との差を３０℃以下に抑えることが好ましい。

二酸化炭素含有排ガス１１１の供給開始時に、二酸化炭素含有排ガス１１１の供給量を少なくすることでも、吸収塔１０１での発熱を抑えることができるが、これはプラントの起動時間の増長につながる。従って、吸収液循環質量流量（リッチ液３０３の質量流量）と二酸化炭素含有排ガス質量流量の比は０．５以上であることが好ましく、４〜６がさらに好ましい。このような流量比にすることで、プラントの起動時間の増長を防止しつつ、吸収塔１０１での発熱を効果的に抑制することができる。

二酸化炭素含有排ガス１１１の供給を開始してから所定時間経過後、分流装置１０７の分流比を調整して、リッチ液３０２の流量を徐々に増やすとともに、リッチ液３０３の流量を徐々に減らしていく。そして、全てのリッチ液３０１を再生熱交換器１０３に供給する通常運転状態に切り替える。通常運転状態では、吸収塔１０１から排出されたリッチ液３０１が全て再生熱交換器１０３に供給され、リーン液３１９により加熱された後、再生塔１０２に供給される。再生塔１０２では、リボイラ１０８により吸収液が加熱されて二酸化炭素が放散され、二酸化炭素含有蒸気として上方に向かって移動する。再生塔１０２の上部からは、二酸化炭素含有蒸気３１０が排出される一方、リーン液３１９が吸収塔１０１に戻される。このようにして、二酸化炭素を吸収したリッチ液３０１がリーン液３１９となる再生工程が行われる。再生塔１０２から排出されたリーン液３１９は、再生熱交換器１０３及び冷却器１０６を通過して吸収塔１０１に供給される。吸収塔１０１には、再生塔１０２にて再生されたリーン液３１９が供給されるため、二酸化炭素含有排ガス１１１から効率良く二酸化炭素を吸収することができる。

このように、本実施形態によれば、二酸化炭素回収装置１の運転開始時（二酸化炭素含有排ガス１１１の供給開始時）は、リッチ液３０１の一部を再生塔１０２に供給せず、分流装置１０７及び冷却器１０６を介して吸収塔１０１に戻す。これにより、吸収塔１０１に供給される吸収液の二酸化炭素含有量が速やかに高まり、吸収液の反応活性が低下し、吸収塔１０１における吸収液の急激な発熱を防止することができる。

上記実施形態では、二酸化炭素含有排ガス１１１の供給開始時に、リッチ液３０１の一部を、分流装置１０７及び冷却器１０６を介して吸収塔１０１に供給するとしたが、分流装置１０７におけるリッチ液３０２の分流量をゼロにして、全てのリッチ液３０１が、吸収塔１０１、分流装置１０７、及び冷却器１０６を循環するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、通常運転状態では、吸収塔１０１から排出されたリッチ液３０１が全て再生熱交換器１０３に供給されるとしたが、分流装置１０７におけるリッチ液３０３の分流量がゼロでなくてもよい。ただし、通常運転状態でのリッチ液３０３の流量は、二酸化炭素含有排ガス１１１の供給開始時のリッチ液３０３の流量よりも少ない。

図２に示すように、吸収塔１０１と分流装置１０７との間に、リッチ液３０１の密度を測定する密度計１２１を設けてもよい。リッチ液３０１の密度から、リッチ液３０１の二酸化炭素含有量が求まる。制御部１２０は、密度計１２１の測定結果からリッチ液３０１の二酸化炭素含有量を求め、分流装置１０７の分流比を調整する。例えば、制御部１２０は、二酸化炭素含有排ガス１１１の供給開始時からリッチ液３０１の二酸化炭素含有量を監視し、リッチ液３０１の二酸化炭素含有量が所定値以上となった時、または所定値以上となってから所定時間経過後に、吸収液の反応活性が十分に低くなったと判定し、リッチ液３０２の流量を徐々に増やすとともに、リッチ液３０３の流量を徐々に減らしていき、通常運転状態に切り替える。

また、図３に示すように、二酸化炭素含有排ガス１１１の二酸化炭素濃度を測定する濃度計１２２を設けてもよい。制御部１２０は、濃度計１２２の測定結果に基づいて、分流装置１０７の分流比を調整する。例えば、制御部１２０は、通常運転状態で、二酸化炭素含有排ガス１１１の二酸化炭素濃度が急増した場合、リッチ液３０３の流量を増やし、リッチ液３０２の流量を減らす。このような分流比の調整を行うことで、吸収塔１０１での吸収液の急激な発熱を防止することができる。

二酸化炭素回収装置１に密度計１２１及び濃度計１２２の両方を設けてもよい。

（第２の実施形態）図４に第２の実施形態による二酸化炭素回収装置２の概略構成を示す。二酸化炭素回収装置２は、図１に示す第１の実施形態による二酸化炭素回収装置１と比較して、分流装置１１７を備えている点で相違する。他の構成並びに動作は上記第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

分流装置１１７は、再生塔１０２から排出されたリーン液３１９を、所望の流量比でリーン液３２０、３２１に分流する。分流装置１１７における分流比は制御部１２０によって制御される。リーン液３２０は、冷却器１０６で冷却され、吸収塔１０１に供給される。リーン液３２１は、再生塔１０２に戻される。

次に、このような構成の二酸化炭素回収装置２による二酸化炭素回収方法について説明する。

まず、二酸化炭素含有排ガス１１１が吸収塔１０１に供給される前に、分流装置１０７、１１７における分流比を所定の分流比に設定する。例えば、分流装置１０７では、再生熱交換器１０３への流量（リッチ液３０２の流量）より、冷却器１０６への流量（リッチ液３０３の流量）が多くなるように分流比が設定される。また、例えば、分流装置１１７では、冷却器１０６への流量（リーン液３２０の流量）より、再生塔１０２への流量（リーン液３２１の流量）が多くなるように分流比が設定される。

次に、吸収塔１０１への二酸化炭素含有排ガス１１１の供給を開始する。吸収塔１０１にて二酸化炭素を吸収したリッチ液３０１の一部は、分流装置１０７及び冷却器１０６を介して吸収塔１０１に供給される。すなわち、吸収液の一部は、吸収塔１０１、分流装置１０７、及び冷却器１０６を循環する。そのため、吸収塔１０１には、二酸化炭素を多く含むために二酸化炭素をあまり吸収できない、反応活性の低い吸収液が、低温で供給され続ける。このことにより、吸収塔１０１における二酸化炭素吸収反応に起因する吸収液の急激な発熱が起こることを防止することができる。

また、分流装置１１７により、再生塔１０２から排出されるリーン液３１９の一部は、再生熱交換器１０３でリッチ液３０２と熱交換した後、再び、再生塔１０２に供給される循環状態となる。このとき、吸収塔１０１内における二酸化炭素の吸収反応に伴う発熱によって、吸収塔１０１内の吸収液は、外気温もしくは二酸化炭素回収装置２の起動前の温度以上に温められ、吸収塔１０１から排出される。再生塔１０２から排出されるリーン液３１９は、温められたリッチ液３０２と再生熱交換器１０３で熱交換して昇温する。分流装置１１７は、昇温したリーン液３１９の一部（リーン液３２１）を再生塔１０２に戻し、再生塔１０２内を温めることができる。

そして、二酸化炭素含有排ガス１１１の供給を開始してから所定時間経過後、分流装置１０７の分流比を調整して、リッチ液３０２の流量を徐々に増やすとともに、リッチ液３０３の流量を徐々に減らしていく。また、分流装置１１７の分流比を調整して、リーン液３２０の流量を徐々に増やすとともに、リーン液３２１の流量を徐々に減らしていく。そして、全てのリッチ液３０１を再生熱交換器１０３に供給し、全てのリーン液３１９を冷却器１０６へ供給する通常運転状態に切り替える。通常運転状態では、吸収塔１０１から排出されたリッチ液３０１が全て再生熱交換器１０３に供給され、リーン液３１９により加熱された後、再生塔１０２に供給される。

このように、本実施形態によれば、二酸化炭素回収装置２の運転開始時（二酸化炭素含有排ガス１１１の供給開始時）は、リッチ液３０１の一部を再生塔１０２に供給せず、分流装置１０７及び冷却器１０６を介して吸収塔１０１に戻す。これにより、吸収塔１０１に供給される吸収液の二酸化炭素含有量が速やかに高まり、吸収液の反応活性が低下し、吸収塔１０１における吸収液の急激な発熱を防止することができる。

また、二酸化炭素回収装置２の運転開始時は、吸収塔１０１で温められたリッチ液３０１（リッチ液３０２）と再生熱交換器１０３で熱交換することにより温められたリーン液３１９の一部を再生塔１０２に戻している。これにより、再生塔１０２内部が温まり、李ボイラー１０８の入熱量を抑えることができる。また、再生塔１０２へ戻す分だけ、冷却器１０６に供給されるリーン液３１９（リーン液３２０）の流量が少なくなり、冷却器１０６での冷却に必要な冷却動力を抑えることができる。

図５に示すように、リッチ液３０１を分流する分流装置１０７を、再生熱交換器１０３と再生塔１０２との間に設けてもよい。このような構成にしても上記第２の実施形態と同様の効果が得られる。

また、図４、図５に示す二酸化炭素回収装置２に、図２、図３に示す密度計１２１や濃度計１２２を設けてもよい。

上述の実施形態では、吸収塔１０１から排出されるリッチ液３０１の排出箇所を吸収塔１０１下部に配置する構成となっているが、吸収塔１０１へ吸収液を供給する供給口よりも下部に配置される構成であれば吸収塔１０１中段部など任意の場所に配置され、かつ複数の排出口から全部もしくは一部を排出する構成も可能である。また、再生塔１０２においても同様で、再生塔１０２へ吸収液が供給される箇所よりも下部に配置される構成であれば、排出口は任意の場所に配置され、かつ複数の排出口から全部もしくは一部を排出する構成も可能である。

（第３の実施形態）図６に第３の実施形態による二酸化炭素回収装置３の概略構成を示す。図１に示す第１の実施形態による二酸化炭素回収装置１や図４に示す第２の実施形態による二酸化炭素回収装置２では、吸収塔１０１から排出されたリッチ液３０１の一部を分流装置１０７で分流し、分流装置１０７により分流されたリッチ液及び再生熱交換器１０３における熱交換後のリーン液が、冷却器１０６により冷却された後、吸収塔１０１に戻されていた。

これに対し、本実施形態による二酸化炭素回収装置３では、吸収塔１０１の下部から吸収液の一部を抜き出し、抜き出した吸収液を冷却器４１０で冷却し、冷却された吸収液を吸収塔１０１の上部に戻している。図１に示す第１の実施形態による二酸化炭素回収装置と同様の構成については説明を省略する。

図６に示すように、冷却器１０６を通過した吸収液（リーン液）が、吸収塔１０１の上部に供給され、分散器１０１ｂにより気液接触層１０１ａに均一に供給される。気液接触層１０１ａは例えば充填層やトレイである。気液接触層１０１ａにおいて、吸収塔１０１の下部から供給された二酸化炭素含有ガス１１１と、上部から流下する吸収液とが気液接触し、吸収液に二酸化炭素が吸収される。

気液接触層１０１ａを通過し、二酸化炭素を吸収した吸収液（リッチ液）はコレクタ１０１ｃで集められ、吸収液の一部がポンプ４０２により吸収塔１０１から抜き出される。

吸収塔１０１から抜き出された吸収液は冷却器４１０で冷却される。冷却器４１０は、吸収液を冷却できる冷却手段であればよい。

冷却器４１０で冷却された吸収液は、吸収塔１０１の上部に供給され、冷却器１０６を通過した吸収液と合流し、分散器１０１ｂを介して気液接触層１０１ａに供給される。

このように、吸収液の一部は、吸収塔１０１及び冷却器４１０を循環する。そのため、吸収塔１０１には、二酸化炭素を多く含むために二酸化炭素をあまり吸収できない、反応活性の低い吸収液が、低温で供給され続ける。このことにより、吸収塔１０１において二酸化炭素吸収反応に起因する吸収液の急激な発熱が起こることを防止することができる。なお、反応活性の低い吸収液がより多く吸収塔１０１を循環するために、冷却器１０６を通過する液量を少なく調整することが望ましい。

また、本実施形態では上記の急激な発熱を防止するだけでなく、下記の式で規定されるＬ／Ｇが低い場合、リボイラ１０８で加熱する吸収液量を減らすことができ、二酸化炭素の放散反応を促進させることができる。
Ｌ／Ｇ＝（吸収塔供給吸収液の質量流量）／（二酸化炭素含有排ガス質量流量）

このＬ／Ｇが高い場合、吸収液が流れる配管の径が大きくなったり、送液ポンプが大型化したりする。一方、吸収塔１０１では、Ｌ／Ｇが低い場合、吸収液流量が少ないことで、二酸化炭素吸収反応に伴う発熱により吸収塔１０１が高温化し、二酸化炭素吸収効率が低下する。そのため、二酸化炭素回収装置全体ではＬ／Ｇを低くするとともに、吸収塔１０１ではＬ／Ｇを高くすることが望ましい。

本実施形態では、吸収塔１０１の下部から吸収液の一部を抜き出し、冷却して吸収塔１０１の上部に戻している。このことにより、気液接触層１０１ａを通過する吸収液の量を、冷却器１０６を介して吸収塔１０１に供給される吸収液の量よりも増加させることができる。そのため、二酸化炭素回収装置全体でのＬ／Ｇを増加させることなく、吸収塔１０１内部のみでＬ／Ｇを増加させることができ、吸収塔１０１内での吸収液の発熱を抑制しながら二酸化炭素の回収効率を高めることができる。

また、脱二酸化炭素ガス１１２に随伴して吸収液成分が飛散することによる環境や生物への影響が問題となっているが、本実施形態によれば、冷却器４１０により冷却された吸収液を気液接触層１０１ａの上部に供給することで、吸収塔１０１内部を流れる排ガスを効率的に冷却することができ、脱二酸化炭素ガス１１２に含まれる吸収液成分を減少させることができる。

本実施形態では、コレクタ１０１ｃで集めた吸収液の一部を抜き出し、冷却器４１０で冷却し、分散器１０１ｂの上方に供給していたが、吸収液の供給箇所及び抜出箇所はこれに限定されず、冷却後の吸収液の供給箇所が吸収液の抜出箇所よりも高ければよい。

図７に示すように、二酸化炭素回収装置３に、ポンプ４０２と冷却器４１０との間の配管に設けられたバルブ４０４、冷却器４１０に冷却媒体を供給する配管に設けられたバルブ４０６、及び脱二酸化炭素ガス１１２の温度を測定する温度センサ４０８をさらに設けてもよい。温度センサ４０８の測定結果に基づいて、バルブ４０４及び４０６の開度を調整し、冷却器４１０に供給される冷却媒体の流量や、吸収塔１０１から抜き出す吸収液の量を制御する。例えば、温度センサ４０８の測定結果が所定値以上である場合、吸収塔１０１内部の温度が高いと判断し、冷却器４１０に供給される冷媒の流量を増加させるか、または吸収塔１０１から抜き出す吸収液の量を増加させ、吸収塔１０１に供給される吸収液の温度を下げる。バルブ４０４及び４０６の開度の調整は、ＰＩＤ制御等のフィードバック制御による自動調整でもよいし、現場運転員による手動調整でもよい。

（第４の実施形態）図８は第４の実施形態による二酸化炭素回収装置の吸収塔の概略構成を示す。図８に示していない二酸化炭素回収装置の構成は、図６に示す上記第３の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

図８に示すように、吸収塔１０１は３つの気液接触層１０１ａ＿１、１０１ａ＿２、１０１ａ＿３を備えており、気液接触層１０１ａ＿１の上に気液接触層１０１ａ＿２が設けられている。また、気液接触層１０１ａ＿２の上に気液接触層１０１ａ＿３が設けられている。

気液接触層１０１ａ＿１と気液接触層１０１ａ＿２との間において、分散器１０１ｂ＿１及びコレクタ１０１ｃ＿１が設けられている。また、気液接触層１０１ａ＿２と気液接触層１０１ａ＿３との間において、分散器１０１ｂ＿２及びコレクタ１０１ｃ＿２が設けられている。また、気液接触層１０１ａ＿３上には分散器１０１ｂ＿３が設けられている。

冷却器１０６を通過した吸収液（リーン液）が、吸収塔１０１の上部に供給され、気液接触層１０１ａ＿３、１０１ａ＿２、１０１ａ＿１を順に流下する。吸収塔１０１の下部から供給された二酸化炭素含有ガス１１１は、吸収塔１０１の内部を上昇する。気液接触層１０１ａ＿１、１０１ａ＿２、１０１ａ＿３において二酸化炭素含有ガス１１１と吸収液とが気液接触し、二酸化炭素が吸収液に吸収される。

吸収塔１０１の上部に供給された吸収液は、分散器１０１ｂ＿３により気液接触層１０１ａ＿３に均一に供給される。気液接触層１０１ａ＿３を通過した吸収液は、コレクタ１０１ｃ＿２で集められ、その後、分散器１０１ｂ＿２により気液接触層１０１ａ＿２に均一に供給される。気液接触層１０１ａ＿２を通過した吸収液は、コレクタ１０１ｃ＿１で集められ、その後、分散器１０１ｂ＿１により気液接触層１０１ａ＿１に均一に供給される。

コレクタ１０１ｃ＿１で集められた吸収液（リッチ液）の一部は、ポンプ５０２により吸収塔１０１から抜き出される。吸収塔１０１から抜き出された吸収液は冷却器５１０で冷却される。

冷却器５１０により冷却された吸収液は、配管５２０及び５２２を介してコレクタ１０１ｃ＿２に供給され、気液接触層１０１ａ＿３を通過した吸収液と合流し、分散器１０１ｂ＿２を介して気液接触層１０１ａ＿２に供給される。

また、冷却器５１０により冷却された吸収液の一部は、配管５２４及び分散器１０１ｂ＿１を介して、気液接触層１０１ａ＿１に供給される。配管５２４にはバルブ５０８が設けられている。

配管５２０には、温度センサ５１２及びバルブ５０６が設けられている。温度センサ５１２は、冷却器５１０による冷却後の吸収液の温度を測定する。冷却器５１０に冷媒を供給する配管にバルブ５０４が設けられおり、バルブ５０４の開度は温度センサ５１２の測定結果に基づいて制御される。これにより、冷却器５１０による冷却後の吸収液の温度が所望の値となるように制御することができる。

また、気液接触層１０１ａ＿２の温度を測定する温度センサ５１４が設けられている。バルブ５０６の開度は、温度センサ５１４の測定結果に基づいて制御される。これにより、気液接触層１０１ａ＿２の温度が所望の値となるように制御することができる。

コレクタ１０１ｃ＿１には、コレクタ１０１ｃ＿１の液溜めにおける液深さを測定する液面センサ５１６が設けられている。液面センサ５１６の測定結果が一定となるように、バルブ５０８の開度を調整する。これにより、気液接触層１０１ａ＿３を流下する吸収液の流量と、気液接触層１０１ａ＿１に供給される吸収液の流量とを同一に保つことができる。

上述したように、吸収液の一部は、気液接触層１０１ａ＿２及び冷却器５１０を循環する。そのため、気液接触層１０１ａ＿２には、二酸化炭素を多く含むために二酸化炭素をあまり吸収できない、反応活性の低い吸収液が、低温で供給され続ける。このことにより、気液接触層１０１ａ＿２において二酸化炭素吸収反応に起因する吸収液の急激な発熱が起こることを防止することができる。

また、冷却器５１０により冷却された吸収液の一部を気液接触層１０１ａ＿１に供給することで、気液接触層１０１ａ＿１を流下する吸収液が高温になることを防止し、二酸化炭素の吸収反応を促進させることができる。

上記第３及び第４の実施形態において、分散器にはスプレーや多孔板を用いることができる。また、分散器を省略し、気液接触層に吸収液を直接供給する構成にしてもよい。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、吸収液の急激な発熱を防止し、安定した運転が可能になる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１、２ 二酸化炭素回収装置
１０１ 吸収塔
１０２ 再生塔
１０３ 再生熱交換器
１０７、１１７ 分流装置
１２０ 制御部

Claims (18)

1. 二酸化炭素含有ガスと吸収液とを接触させて、二酸化炭素を吸収したリッチ液を生成する吸収塔と、
   前記リッチ液を加熱し、二酸化炭素を含有する蒸気を放散させ、二酸化炭素が除去されたリーン液を生成する再生塔と、
   前記リーン液と前記リッチ液との熱交換を行い、熱交換後のリッチ液を前記再生塔へ供給し、熱交換後のリーン液を前記吸収塔に供給する熱交換器と、
   前記吸収塔の第１箇所から排出された前記リッチ液の一部を冷却し、冷却したリッチ液を前記吸収塔の前記第１箇所より高い第２箇所に供給する冷却器と、
   を備え、
   前記吸収塔は、
   気液接触層と、
   前記気液接触層の上部に設けられた分散器と、
   前記気液接触層の下部に設けられたコレクタと、
   を備え、
   前記第１箇所は前記コレクタに対応し、前記第２箇所は前記分散器より高い位置にある二酸化炭素回収装置。
2. 前記吸収塔から排出される第１リッチ液を第２リッチ液及び第３リッチ液に分流する分流装置をさらに備え、
   前記熱交換器は、前記リーン液と前記第２リッチ液との熱交換を行い、熱交換後の前記第２リッチ液を前記再生塔へ供給し、
   前記冷却器は、前記第３リッチ液及び前記熱交換器を通過した前記リーン液を冷却し、前記吸収塔の前記第２箇所に供給することを特徴とする請求項１に記載の二酸化炭素回収装置。
3. 前記分流装置における分流比を調整する制御部をさらに備え、
   前記制御部は、前記吸収塔へ二酸化炭素含有ガスの導入が開始されてから所定時間後に、前記第３リッチ液の流量を減らすことを特徴とする請求項２に記載の二酸化炭素回収装置。
4. 前記第１リッチ液の密度を測定する密度計をさらに備え、
   前記制御部は、前記密度系の測定結果から前記第１リッチ液の二酸化炭素含有量を算出し、算出した二酸化炭素含有量と所定値との比較結果に基づいて、前記分流装置における分流比を調整することを特徴とする請求項３に記載の二酸化炭素回収装置。
5. 前記二酸化炭素含有ガスの二酸化炭素含有濃度を測定する濃度計をさらに備え、
   前記制御部は、前記濃度計の測定結果が所定値以上となった場合に前記第３リッチ液の流量を増やすことを特徴とする請求項３又は４に記載の二酸化炭素回収装置。
6. 前記熱交換器を通過した前記リーン液の一部を前記再生塔へ戻す第２分流装置をさらに備えることを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の二酸化炭素回収装置。
7. 前記熱交換器による熱交換後の第１リッチ液を第２リッチ液及び第３リッチ液に分流する第１分流装置と、
   前記熱交換器による熱交換後の第１リーン液を第２リーン液及び第３リーン液に分流する第２分流装置と、
   をさらに備え、
   前記第２リッチ液及び前記第２リーン液が前記再生塔に供給され、
   前記冷却器は、前記第３リッチ液及び前記第３リーン液を冷却し、前記吸収塔の前記第２箇所に供給することを特徴とする請求項１に記載の二酸化炭素回収装置。
8. 前記第１分流装置及び前記第２分流装置における分流比を調整する制御部をさらに備え、
   前記制御部は、前記吸収塔へ二酸化炭素含有ガスの導入が開始されてから所定時間後に、前記第３リッチ液及び前記第２リーン液の流量を減らすことを特徴とする請求項７に記載の二酸化炭素回収装置。
9. 前記吸収塔の頂部から排出されるガスの温度を測定する温度センサをさらに備え、
   前記温度センサの測定結果に基づいて、前記コレクタから抜き出されるリッチ液の量、又は前記冷却器に供給される冷却媒体の量を制御することを特徴とする請求項１に記載の二酸化炭素回収装置。
10. 二酸化炭素含有ガスと吸収液とを接触させて、二酸化炭素を吸収したリッチ液を生成する吸収塔と、
    前記リッチ液を加熱し、二酸化炭素を含有する蒸気を放散させ、二酸化炭素が除去されたリーン液を生成する再生塔と、
    前記リーン液と前記リッチ液との熱交換を行い、熱交換後のリッチ液を前記再生塔へ供給し、熱交換後のリーン液を前記吸収塔に供給する熱交換器と、
    前記吸収塔の第１箇所から排出された前記リッチ液の一部を冷却し、冷却したリッチ液を前記吸収塔の前記第１箇所より高い第２箇所に供給する冷却器と、
    を備え、
    前記吸収塔は、
    第１気液接触層と、
    前記第１気液接触層上に設けられた第２気液接触層と、
    前記第２気液接触層上に設けられた第３気液接触層と、
    前記第１気液接触層と前記第２気液接触層との間に設けられた第１コレクタと、
    前記第２気液接触層と前記第３気液接触層との間に設けられた第２コレクタと、
    を備え、
    前記第１箇所は前記第１コレクタに対応し、前記第２箇所は前記第２コレクタに対応する二酸化炭素回収装置。
11. 前記冷却器により冷却されたリッチ液の一部は、前記第２箇所に対応する前記第２コレクタに供給され、前記冷却器により冷却されたリッチ液の別の一部は、前記第１気液接触層に供給されることを特徴とする請求項１０に記載の二酸化炭素回収装置。
12. 前記熱交換器を通過したリーン液を冷却し、前記第３気液接触層より高い位置に供給する第２冷却器をさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載の二酸化炭素回収装置。
13. 吸収塔に二酸化炭素含有ガスを導入し、前記二酸化炭素含有ガスと吸収液とを接触させて、二酸化炭素を吸収したリッチ液を生成し、
    リーン液と前記リッチ液との熱交換を行い、
    再生塔において、熱交換後の前記リッチ液を加熱し、二酸化炭素を含有する蒸気を放散させ、二酸化炭素が除去された前記リーン液を生成し、
    熱交換後の前記リーン液を前記吸収塔に供給し、
    前記吸収塔の第１箇所から排出された前記リッチ液の一部を冷却し、前記吸収塔の前記第１箇所より高い第２箇所に供給し、
    前記吸収塔は、
    気液接触層と、
    前記気液接触層の上部に設けられた分散器と、
    前記気液接触層の下部に設けられたコレクタと、
    を備え、
    前記第１箇所は前記コレクタに対応し、前記第２箇所は前記分散器より高い位置にある二酸化炭素回収方法。
14. 前記吸収塔の前記第１箇所から排出される第１リッチ液を第２リッチ液及び第３リッチ液に分流し、
    前記リーン液と前記第２リッチ液との熱交換を行い、熱交換後の前記第２リッチ液を前記再生塔に供給し、
    前記第３リッチ液及び熱交換後の前記リーン液を冷却して前記吸収塔の前記第２箇所に供給することを特徴とする請求項１３に記載の二酸化炭素回収方法。
15. 前記吸収塔へ二酸化炭素含有ガスの導入を開始してから所定時間後に、前記第３リッチ液の流量を減らすことを特徴とする請求項１４に記載の二酸化炭素回収方法。
16. 前記熱交換後の第１リッチ液を第２リッチ液及び第３リッチ液に分流し、
    前記熱交換後の第１リーン液を第２リーン液及び第３リーン液に分流し、
    前記第２リッチ液及び前記第２リーン液を前記再生塔に供給し、
    前記第３リッチ液及び前記第３リーン液を冷却して前記吸収塔の前記第２箇所に供給することを特徴とする請求項１３に記載の二酸化炭素回収方法。
17. 吸収塔に二酸化炭素含有ガスを導入し、前記二酸化炭素含有ガスと吸収液とを接触させて、二酸化炭素を吸収したリッチ液を生成し、
    リーン液と前記リッチ液との熱交換を行い、
    再生塔において、熱交換後の前記リッチ液を加熱し、二酸化炭素を含有する蒸気を放散させ、二酸化炭素が除去された前記リーン液を生成し、
    熱交換後の前記リーン液を前記吸収塔に供給し、
    前記吸収塔の第１箇所から排出された前記リッチ液の一部を冷却し、前記吸収塔の前記第１箇所より高い第２箇所に供給し、
    前記吸収塔は、
    第１気液接触層と、
    前記第１気液接触層上に設けられた第２気液接触層と、
    前記第２気液接触層上に設けられた第３気液接触層と、
    前記第１気液接触層と前記第２気液接触層との間に設けられた第１コレクタと、
    前記第２気液接触層と前記第３気液接触層との間に設けられた第２コレクタと、
    を備え、
    前記第１箇所は前記第１コレクタに対応し、前記第２箇所は前記第２コレクタに対応する二酸化炭素回収方法。
18. 前記熱交換後のリーン液を冷却し、前記吸収塔の前記第２箇所より高い位置に供給することを特徴とする請求項１７に記載の二酸化炭素回収方法。

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