ガス分離装置
【課題】充填材を加工せずに反応液の表面張力を低減して反応効率を向上させることができるガス分離装置を提供する。
【解決手段】反応容器２内に配置された板状の充填材３の表面に反応液Ｌを流下させるとともに、反応容器２内に分離対象ガスを含む処理ガスＧを供給し、充填材３の表面に形成された反応液Ｌの液膜と処理ガスＧとを気液接触させることによって分離対象ガスを化学反応させて処理ガスＧから分離又は回収するガス分離装置１であって、微細気泡化したガスを発生させる微細気泡発生装置４を有し、反応液Ｌに微細気泡化したガスを混入させて微細気泡含有反応液ＢＬを生成し、微細気泡含有反応液ＢＬを充填材３の表面に流下させるようにした。
【解決手段】反応容器２内に配置された板状の充填材３の表面に反応液Ｌを流下させるとともに、反応容器２内に分離対象ガスを含む処理ガスＧを供給し、充填材３の表面に形成された反応液Ｌの液膜と処理ガスＧとを気液接触させることによって分離対象ガスを化学反応させて処理ガスＧから分離又は回収するガス分離装置１であって、微細気泡化したガスを発生させる微細気泡発生装置４を有し、反応液Ｌに微細気泡化したガスを混入させて微細気泡含有反応液ＢＬを生成し、微細気泡含有反応液ＢＬを充填材３の表面に流下させるようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス分離装置に関し、特に、排ガス等の処理ガスに含まれる二酸化炭素等の分離対象ガスを反応液と化学反応させて処理ガスから分離又は回収するためのガス分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、化学プラントや火力発電所等において、様々な種類のガスを含む排ガス等の処理ガスから特定のガスを分離するガス分離装置（例えば、蒸留塔、吸収塔、精製塔等）が使用されている。これらのガス分離装置は、モノエタノールアミン水溶液等の反応液と二酸化炭素等の分離対象ガスとを化学反応させることによって分離対象ガスを分離又は回収する。また、ガス分離装置は、反応液と分離対象ガスとの接触面積を増大させる充填材を有し、該充填材表面で反応液と分離対象ガスとを気液接触させて化学反応させている。
【０００３】
しかしながら、表面張力の影響により、反応液が充填材の表面を均一に流れない場合があり、充填材表面を流れる反応液の液膜が収束して、反応液と分離対象ガスとの接触面積が減少する。また、反応液の流量が同量である場合には、気液接触面積が減少することによって、反応液が収束して反応液の流速が増加してしまい、充填材表面における反応液の滞留時間が短くなる。その結果、反応液と分離対象ガスとの化学反応量が少なくなるという問題があった。
【０００４】
そこで、特許文献１に記載された気液接触装置では、充填材の気液接触面が中心線平均粗さ５０μｍ以上の粗面部、複数の穿設孔を有する多孔面部又は網状物からなるように構成されている。かかる構成により、気液接触面積を増加させることができ、気液の接触効率を向上させることができる。
【０００５】
また、特許文献２に記載された気液接触装置では、気液接触面が板状体（充填材）の表面に網状体を貼着した素材により構成されている。かかる構成により、気液接触面積を増加させることができ、液体の流下滞留時間を長くすることができ、気液の接触効率を向上させることができる。
【０００６】
また、特許文献３に記載されたガス分離装置では、二成分以上のガスを含む混合ガスを、微細気泡化して水を満たしたガス吸収塔中に噴出し、少なくとも一つのガス成分を水に溶解させることによって、残りのガス成分と分離するようにしている。かかるガス分離装置によれば、微細気泡（マイクロバブル又はマイクロナノバブル）を用いることにより気液接触面積を大幅に増加することができ、ガス吸収塔に充填材を充填することにより気泡の上昇を減速させることができ、気液接触時間を更に増加させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−２１０１２１号公報
【特許文献２】特開平６−２６９６２８号公報
【特許文献３】特開２００６−２４７４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載された発明では、充填材の加工に手間が掛かり、コストが大幅に増加するという問題があった。また、充填材の表面を加工せずに上述した表面張力の影響による問題を解決しようとすれば、反応液の流量を増加させたり、充填材の高さを高くしたりしなければならない。反応液の流量を増加させた場合には、気液接触面積を増加できるものの、反応液の流下速度が速くなってしまい、反応液の滞留時間が短く十分な反応を得ることができない、反応に寄与しない無駄な反応液が増加してしまう等の問題がある。また、充填材の高さを高くした場合には、反応液の滞留時間を確保することができるものの、気液接触効率が悪い、装置が大型化してしまう等の問題がある。
【０００９】
また、特許文献３に記載された発明では、水を満たした吸収塔に混合ガスを微細気泡化して供給することによって、混合ガスの一部を水に溶解させていることから、充填材の表面に反応液の液膜を形成し、処理ガスと反応液とを接触させて化学反応させる方式とは、ガス分離方法が根本的に相違する。また、一般に、吸収塔のようなガス分離装置は、化学プラントや火力発電所等の最終処理工程に配置されることが多く、できるだけガス分離に必要となるエネルギーを低減したいという要求がある。かかる要求に対して、特許文献３に記載された発明では、水中に混合ガスを噴出させていることから圧力損失が大きく、エネルギー効率が低下してしまうという問題がある。
【００１０】
本発明は、上述した問題点に鑑み創案されたものであり、充填材を加工せずに反応液の表面張力を低減して反応効率を向上させることができるガス分離装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、反応容器内に配置された板状の充填材の表面に反応液を流下させるとともに、前記反応容器内に分離対象ガスを含む処理ガスを供給し、前記充填材の表面に形成された前記反応液の液膜と前記処理ガスとを気液接触させることによって前記分離対象ガスを化学反応させて前記処理ガスから分離又は回収するガス分離装置において、微細気泡化したガスを発生させる微細気泡発生装置を有し、前記反応液に前記微細気泡化したガスを混入させて微細気泡含有反応液を生成し、該微細気泡含有反応液を前記充填材の表面に流下させるようにした、ことを特徴とするガス分離装置が提供される。
【００１２】
前記微細気泡発生装置に前記処理ガスの一部が供給され、前記微細気泡発生装置は前記処理ガスを微細気泡化するようにしてもよい。
【００１３】
前記反応液を貯留する貯留タンクを有し、該貯留タンク内に前記微細気泡発生装置が配置されていてもよい。また、前記貯留タンクは、前記反応容器の内部に配置されていてもよいし、前記反応容器の外部に配置されていてもよい。
【００１４】
前記反応液を前記反応容器内に供給する供給配管を有し、該供給配管に前記微細気泡発生装置が接続されていてもよい。
【００１５】
前記充填材を多段に分割し、分割された前記充填材の間に前記微細気泡含有反応液を回収する回収装置を配置し、回収した前記微細気泡含有反応液に微細気泡化したガスを再注入する第二微細気泡発生装置を配置し、下段の前記充填材に再び前記微細気泡含有反応液を流下させるようにしてもよい。
【００１６】
前記分離対象ガスは、例えば、二酸化炭素であり、前記反応液は、例えば、アミン化合物水溶液である。
【発明の効果】
【００１７】
上述した本発明のガス分離装置によれば、反応液に微細気泡を含有させて充填剤材の表面に流下させるようにしたことから、反応液の表面張力を低減することができ、濡れ性を向上させることができ、流下速度の増加を抑制することができ、十分な気液接触面積を確保することができ、反応液の十分な滞留時間を確保することができる。したがって、充填材を加工せずに反応液の表面張力を低減して反応効率を向上させることができる。また、充填材の加工が必要ないため、低コストで性能向上を図ることができ、装置の大型化を抑制することもできる。
【００１８】
特に、微細気泡化に処理ガスの一部を利用することにより、系外からガスを引用する必要がなく、微細気泡化に必要なコスト及びエネルギーを低減することができる。また、反応液に処理ガスの一部を混入させることにより、処理ガス中の分離対象ガスの反応を促進することができるとともに、処理ガスから分離対象ガスを除いた残留ガスにより微細気泡を維持することができ、さらに反応効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第一実施形態に係るガス分離装置を示す全体構成図である。
【図２】図１に示したガス分離装置の作用を示す図であり、（ａ）はガス分離装置の水平断面図、（ｂ）は充填材の正面図、（ｃ）は充填材の垂直断面図、である。
【図３】本発明の第二実施形態に係るガス分離装置を示す全体構成図である。
【図４】本発明の第三実施形態に係るガス分離装置を示す全体構成図である。
【図５】本発明の第四実施形態に係るガス分離装置を示す全体構成図である。
【図６】本発明の実施形態に係るガス分離装置を備えた火力発電所の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態に係るガス分離装置について、図１〜図６を用いて説明する。ここで、図１は、本発明の第一実施形態に係るガス分離装置を示す全体構成図である。図２は、図１に示したガス分離装置の作用を示す図であり、（ａ）はガス分離装置の水平断面図、（ｂ）は充填材の正面図、（ｃ）は充填材の垂直断面図、である。
【００２１】
本発明の第一実施形態に係るガス分離装置１は、図１に示したように、反応容器２内に配置された板状の充填材３の表面に反応液Ｌを流下させるとともに、反応容器２内に分離対象ガスを含む処理ガスＧを供給し、充填材３の表面に形成された反応液Ｌの液膜と処理ガスＧとを気液接触させることによって分離対象ガスを化学反応させて処理ガスＧから分離又は回収するガス分離装置１であって、微細気泡化したガスを発生させる微細気泡発生装置４を有し、反応液Ｌに微細気泡化したガスを混入させて微細気泡含有反応液ＢＬを生成し、微細気泡含有反応液ＢＬを充填材３の表面に流下させるようにしたものである。
【００２２】
前記反応容器２は、略筒状の形状を有し、ガス分離装置１の外殻を形成する。反応容器２の上部には、反応液Ｌをガス分離装置１内に供給する反応液供給管２１が配置されている。反応液Ｌは、化学プラントや火力発電所等の設備内で精製してから反応液供給管２１に供給するようにしてもよいし、精製された反応液Ｌを貯留する貯液槽から反応液供給管２１に供給するようにしてもよい。
【００２３】
また、反応容器２の下部には、処理ガスＧをガス分離装置１内に供給する処理ガス供給管２２が配置されている。処理ガスＧは、例えば、化学プラントや火力発電所等の設備内で発生した廃ガス（排ガス）や反応ガスであり、前工程の設備から処理ガス供給管２２に供給される。なお、ここでは、反応液Ｌを反応容器２の上方から下方に流下させ、処理ガスＧを反応容器２の下方から上方に送流するように構成しているが、かかる構成に限定されるものではなく、例えば、処理ガスＧも反応容器２の上方から下方に送流するようにしてもよい。
【００２４】
また、反応容器２の底部には、使用済みの微細気泡含有反応液ＢＬ（廃液）を回収するための廃液排出ライン２３が接続されている。充填材３を通過して処理ガスＧと化学反応した使用済みの微細気泡含有反応液ＢＬ（廃液）は、反応容器２の底部に一時的に貯留され、適宜、廃液排出ライン２３から外部に排出され回収される。なお、使用済みの微細気泡含有反応液ＢＬ（廃液）は、微細気泡の混入から十分な時間が経過していることから、微細気泡が脱泡した状態になっていることが多いと考えられる。
【００２５】
また、反応容器２の天井部には、分離対象ガスが除かれた処理ガスＧ（廃処理ガス）を排出する廃処理ガス排出ライン２４が接続されている。充填材３を通過して微細気泡含有反応液ＢＬと化学反応した処理済みの処理ガスＧ（廃処理ガス）は、煙突から大気中に放出されたり、次工程の処理設備に搬送されたりする。
【００２６】
なお、反応容器２には、従来のガス分離装置１と同様に、必要に応じて、廃処理ガスを冷却する冷却装置やドレンを排出するドレン回収装置等を配置するようにしてもよい。
【００２７】
前記充填材３は、微細気泡含有反応液ＢＬの液膜を表面に形成し、気液接触面積を確保するとともに、流下速度を遅くして十分な反応時間を確保するための金属板である。かかる充填材３は、従来から種々のものが使用されており、本実施形態においても従来と同様の充填材３を使用することができる。したがって、充填材３は、複数の平板を垂直に並列に配置した構成であってもよいし、板材を格子状に組んだ構成であってもよい。また、本実施形態では、後述するように、充填材３を加工せずに表面張力を低減することができるものであるが、表面を粗面加工した充填材３や表面に網状部材を貼付した充填材３等を除外するものではない。
【００２８】
前記微細気泡発生装置４は、直径５０μｍ以下のマイクロバブル又は直径１μｍ以下のマイクロナノバブルを発生させる装置である。マイクロバブルやマイクロナノバブルは、気泡体積が微小であるため、液中に長時間滞在し続けるという性質を有する。本実施形態において、「微細気泡」とは、マイクロバブル又はマイクロナノバブルを意味するものとする。
【００２９】
また、微細気泡発生装置４に処理ガスＧの一部が供給され、微細気泡発生装置４は処理ガスＧを微細気泡化するように構成されている。処理ガスＧは、例えば、処理ガス供給管２２から流量調整弁６を介して分岐管２２ａに分流され、微細気泡化に必要な流用の処理ガスＧが微細気泡発生装置４に供給される。このように、微細気泡化に処理ガスＧの一部を利用することにより、系外からガスを引用する必要がなく、微細気泡化に必要なコスト及びエネルギーを低減することができる。
【００３０】
また、反応液Ｌに処理ガスＧの一部を混入させることにより、処理ガスＧ中の分離対象ガスの反応を促進することができるとともに、処理ガスＧから分離対象ガスを除いた残留ガスにより微細気泡を維持することができ、反応効率を向上させることができる。なお、反応液Ｌの表面張力を低減するために、処理ガスＧ以外のガス（空気、不活性ガス、反応液Ｌや処理ガスＧと反応しないガス等）を使用するようにしてもよい。
【００３１】
また、ガス分離装置１は、充填材３の上部に微細気泡含有反応液ＢＬを貯留する貯留タンク５を有し、貯留タンク５内に微細気泡発生装置４が配置されている。微細気泡発生装置４には反応液供給管２１が接続されており、微細気泡発生装置４は、供給された反応液Ｌ及び処理ガスＧを利用して、加圧減圧法や気液剪断法により微細気泡含有反応液ＢＬを生成し、貯留タンク５内に放出する。かかる微細気泡発生装置４には、従来から使用されている種々のタイプのものを使用することができる。
【００３２】
貯留タンク５は、反応容器２の内部に配置されており、微細気泡含有反応液ＢＬは、貯留タンク５の底部に形成された複数の開孔部から、充填材３に向かって滴下される。なお、微細気泡含有反応液ＢＬの充填材３への供給方法は、滴下式に限定されるものではなく、貯留タンク５の底部に接続された散布ノズルや噴霧ノズルを使用した方式であってもよい。
【００３３】
上述したガス分離装置１によれば、反応容器２の上部から反応液Ｌを微細気泡発生装置４に供給するとともに、処理ガスＧの一部を微細気泡発生装置４に供給して微細気泡含有反応液ＢＬを生成して貯留し、貯留タンク５から微細気泡含有反応液ＢＬを充填材３の上部に供給することができ、微細気泡含有反応液ＢＬを充填材３の表面に沿って流下させることができる。
【００３４】
また、反応容器２の下部から処理ガスＧを内部に供給し、微細気泡含有反応液ＢＬの流れと対向するように、処理ガスＧを充填材３の隙間に通過させることができ、微細気泡含有反応液ＢＬと処理ガスＧとを気液接触させることができる。この気液接触により、処理ガスＧに含まれる分離対象ガスは、微細気泡含有反応液ＢＬと化学反応して微細気泡含有反応液ＢＬに溶解し、反応容器２の底部に回収され、廃液排出ライン２３から外部に排出される。一方、分離対象ガスが分離された処理ガスＧは、廃処理ガス排出ライン２４から外部に排出される。
【００３５】
ここで、微細気泡含有反応液ＢＬの作用について、図２を参照しつつ説明する。図２（ａ）に示したように、ガス分離装置１は、例えば、円筒状の反応容器２と、複数の並列に配置された平板状の充填材３と、を有する。かかる充填材３に微細気泡含有反応液ＢＬを供給すると、図示したように、微細気泡含有反応液ＢＬは、充填材３の表面及び反応容器２の内面に沿って液膜を形成する（灰色に塗り潰した部分）。この液膜の隙間には、処理ガスＧが送流される。
【００３６】
反応液Ｌに微細気泡を混入させると、一般に、反応液Ｌの表面張力が低下することが知られている。したがって、微細気泡含有反応液ＢＬの液膜は、表面張力による収束が抑制され、例えば、図２（ｂ）に示したように、濡れ性が改善され、充填材３の表面に均一に分散して流下することとなる。その結果、流下速度の増加を抑制することができ、十分な気液接触面積を確保することができ、反応液の十分な滞留時間を確保することができる。一方、図２（ｂ）において、従来技術における反応液Ｌの流れる状態を一点鎖線で示している。このように、濡れ性改善前の状態では、反応液が表面張力によって充填材３の中央部に収束してしまう。その結果、従来技術では、十分な気液接触面積を得ることができず、流下速度も増加してしまうため十分な反応時間を得ることもできない。
【００３７】
また、図２（ｃ）に示したように、微細気泡含有反応液ＢＬ中に含まれる微細気泡は、表面で破裂してガス抜けすることから、液膜の表面に微細な凹凸が形成され、さらに気液接触面積を増加させる効果を期待することができる。さらに、図２（ｃ）に示したように、微細気泡は、液膜内で上昇することから、微細気泡の上昇によって微細気泡含有反応液ＢＬが撹拌され、液膜内の物質移動を促進し、化学反応に寄与しない反応液Ｌを低減することができ、反応効率を向上させる効果を期待することもできる。
【００３８】
上述したように、本実施形態に係るガス分離装置１によれば、充填材３を加工せずに反応液Ｌの表面張力を低減して反応効率を向上させることができる。また、充填材３の加工が必要ないため、低コストで性能向上を図ることができ、装置の大型化を抑制することもできる。さらに、反応液Ｌの体積の一部を微細気泡に置き換えたこと及び反応効率を向上させたことによって、反応液Ｌの使用量を低減することができ、コスト低減を図ることもできる。
【００３９】
次に、本発明の他の実施形態に係るガス分離装置について、図３〜図５を参照しつつ説明する。ここで、図３は、本発明の第二実施形態に係るガス分離装置を示す全体構成図である。図４は、本発明の第三実施形態に係るガス分離装置を示す全体構成図である。図５は、本発明の第四実施形態に係るガス分離装置を示す全体構成図である。なお、各実施形態において、上述した第一実施形態に係るガス分離装置１と同じ構成部品については、同じ符号を付して重複した説明を省略する。
【００４０】
図３に示した第二実施形態に係るガス分離装置１は、微細気泡含有反応液ＢＬの生成方法及び散布方法を変更したものである。具体的には、微細気泡発生装置４を反応液供給管２１の中間部に挿入し、生成した微細気泡含有反応液ＢＬを下流に配置された二流体ノズル７により充填材３に散布するようにしている。すなわち、第二実施形態に係るガス分離装置１は、反応液Ｌを反応容器２内に供給する供給配管（反応液供給管２１）を有し、供給配管（反応液供給管２１）に微細気泡発生装置４が接続されている。微細気泡発生装置４には、微細気泡発生ノズルを使用することができ、二流体ノズル７に微細気泡発生ノズルを組み込むようにしてもよい。
【００４１】
図４に示した第三実施形態に係るガス分離装置１は、充填材３を多段式に構成したものである。かかる第三実施形態では、充填材３を多段（例えば、上段充填材３１及び下段充填材３２）に分割し、分割された充填材３（上段充填材３１及び下段充填材３２）の間に使用済みの微細気泡含有反応液ＢＬを回収する回収装置８を配置し、回収した微細気泡含有反応液ＢＬに微細気泡化したガスを再注入する第二微細気泡発生装置４１を配置し、下段充填材３２に再び新鮮な微細気泡含有反応液ＢＬを流下させるようにしている。
【００４２】
回収装置８は、例えば、反応容器２の内周に沿って配置された環状の溝部により構成される。なお、回収装置８の形状は、図示したものに限定されるものではなく、処理ガスＧの送流を阻害せずに使用済みの微細気泡含有反応液ＢＬを回収可能な構成であれば他の形状であってもよい。
【００４３】
回収装置８により回収された使用済みの微細気泡含有反応液ＢＬは、反応容器２の外部に配置された回収タンク８１内の第二微細気泡発生装置４１に供給される。第二微細気泡発生装置４１には、流量調整弁６を介して処理ガスＧの一部が供給され、使用済みの微細気泡含有反応液ＢＬに再び微細気泡を注入する。再生された微細気泡含有反応液ＢＬは、散布ノズル８２により、下段充填材３２の上部に供給される。
【００４４】
かかる第三実施形態によれば、充填材３が垂直方向に長い場合や微細気泡含有反応液ＢＬにおける微細気泡の滞在時間が短い場合であっても、途中で微細気泡含有反応液ＢＬを再生することができ、反応効率を維持することができる。なお、ここでは、充填材３を二段に分割した場合について説明したが、三段以上に分割するようにしてもよい。
【００４５】
図５に示した第四実施形態に係るガス分離装置１は、微細気泡含有反応液ＢＬの貯留タンク５を反応容器２の外部に配置したものである。微細気泡含有反応液ＢＬは、貯留タンク５に接続された散布ノズル９により充填材３の上部に供給される。かかる構成によれば、貯留タンク５を反応容器２の外部に配置したことにより、反応容器２の高さを短縮することができ、装置の小型化を図ることができる。
【００４６】
最後に、上述した実施形態に係るガス分離装置１を火力発電所１０に適用した場合について、図６を参照しつつ説明する。ここで、図６は、本発明の実施形態に係るガス分離装置を備えた火力発電所の概略構成図である。
【００４７】
火力発電所１０は、図６に示したように、石炭等の化石燃料を燃焼させて熱エネルギーに変換するボイラー１１と、熱エネルギーを運動エネルギーに変換するタービン１２と、運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機１３と、ボイラー１１が排出する排ガスから窒素酸化物を取り除く排ガス脱硝装置１４と、排ガスからダストを取り除く電気集塵装置（Electrostatic Precipitator）１５と、排ガスから硫黄酸化物を取り除く排ガス脱硫装置１６と、排ガスからさらに硫黄酸化物を取り除く前処理塔１７と、排ガスから二酸化炭素を取り除く吸収塔１８と、吸収塔１８の吸収後の液から二酸化炭素を抽出する放散塔１９と、を有している。
【００４８】
図示した火力発電所１０は、重油、ＬＮＧ（液化天然ガス）、石炭等の化石燃料を燃焼して、ボイラー１１で高温高圧の蒸気を生成し、この蒸気でタービン１２を駆動させることによって発電機１３を回転させて発電する汽力発電方式のものである。
【００４９】
ボイラー１１から排出された排ガスは、排ガス脱硝装置１４、電気集塵装置１５、排ガス脱硫装置１６、前処理塔１７及び吸収塔１８の各装置に順次搬送されて、排ガス中に含まれる不純物や汚染物質等の分量が一定の基準値以下となるように処理され、最終的に大気中に放出される。
【００５０】
排ガス脱硝装置１４は、例えば、アンモニア接触還元法、無触媒還元法、活性炭法、電子線照射法、酸化還元法等を用いて、排ガス中の窒素酸化物を取り除く。また、電気集塵装置１５は、例えば、直流電流によってコロナ放電を発生させ、排ガス中のダストを帯電させて電界中に通過させることによって、排ガス中のダストを取り除く。また、排ガス脱硫装置１６は、例えば、アルカリ溶液吸収法、石灰スラリー吸収法、水酸化マグネシウムスラリー法、スプレードライヤー法、活性炭吸着法等を用いて、排ガス中の硫黄酸化物を取り除く。また、前処理塔１７は、前工程により取り除かれなかった排ガス中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）を取り除く。また、吸収塔１８は、前工程により取り除かれなかった排ガス中の二酸化炭素を取り除く。
【００５１】
上述した本実施形態に係るガス分離装置１は、前処理塔１７や吸収塔１８に適用することができる。例えば、吸収塔１８に本実施形態に係るガス分離装置１を適用した場合、処理ガスＧは前処理塔１７から供給される排ガスであり、分離対象ガスは二酸化炭素であり、反応液Ｌはアミン化合物水溶液である。具体的には、反応液Ｌは、例えば、モノエタノールアミン（ＭＥＡ）水溶液であり、二酸化炭素と反応して、カルバミン酸塩・アミン塩（カーバメート）、炭酸塩、重炭酸塩等を発生させる。これらの塩は、廃液として回収され放散塔１９に供給される。
【００５２】
本実施形態に係るガス分離装置１では、反応液Ｌに処理ガスＧの微細気泡を含有させて微細気泡含有反応液ＢＬを生成しているが、吸収塔１８から供給される排ガスには、１４〜１５％程度の二酸化炭素が含まれており、残りの大部分は空気であるため、微細気泡含有反応液ＢＬ中に含まれる処理ガスＧが反応液Ｌと化学反応した場合であっても、混入された処理ガスＧのうち８０％以上のガスが反応液Ｌ中に残留することになり、微細気泡を長時間滞在させることができる。
【００５３】
放散塔１９は、処理ガスＧである排ガスから分離された二酸化炭素を廃液から抽出する。具体的には、放散塔１９は、供給された廃液を１００℃以上に加熱して二酸化炭素を放散させ、放散された二酸化炭素は気液分離された後、圧縮されて液体ＣＯ２として回収される。また、二酸化炭素が抽出された廃液は、反応液Ｌとして吸収塔１８に供給されて再利用される。なお、回収された液体ＣＯ２は、二酸化炭素回収・貯留（ＣＣＳ：Carbon dioxide Capture and Storage）として、地中や海底に貯留されたり、炭素に分解されたり、他の物質と合成されたりする。
【００５４】
図６では、本実施形態に係るガス分離装置１を火力発電所１０に適用する場合について説明したが、本実施形態に係るガス分離装置１は、蒸留、精製、吸収等の化学プロセスを含む種々の化学プラントにおいて使用される装置（蒸留塔、精製塔、吸収塔等）にも適用することができる。また、分離対象ガスは、二酸化炭素に限定されるものではなく、ＮＯｘ、ＳＯｘ等の酸化ガスであってもよいし、その他、本実施形態に係るガス分離装置１によって分離可能なガスであれば任意に選択することができる。また、反応液Ｌは、アミン化合物水溶液に限定されるものではなく、分離対象ガスに適した反応液Ｌを任意に選択することができる。
【００５５】
本発明は上述した実施形態に限定されず、第一実施形態〜第四実施形態に係るガス分離装置１を適宜組み合わせて使用してもよい等、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００５６】
１ ガス分離装置
２ 反応容器
３ 充填材
４ 微細気泡発生装置
５ 貯留タンク
８ 回収装置
２１ 反応液供給管（供給配管）
２２ａ 分岐管
３１ 上段充填材
３２ 下段充填材
４１ 第二微細気泡発生装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス分離装置に関し、特に、排ガス等の処理ガスに含まれる二酸化炭素等の分離対象ガスを反応液と化学反応させて処理ガスから分離又は回収するためのガス分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、化学プラントや火力発電所等において、様々な種類のガスを含む排ガス等の処理ガスから特定のガスを分離するガス分離装置（例えば、蒸留塔、吸収塔、精製塔等）が使用されている。これらのガス分離装置は、モノエタノールアミン水溶液等の反応液と二酸化炭素等の分離対象ガスとを化学反応させることによって分離対象ガスを分離又は回収する。また、ガス分離装置は、反応液と分離対象ガスとの接触面積を増大させる充填材を有し、該充填材表面で反応液と分離対象ガスとを気液接触させて化学反応させている。
【０００３】
しかしながら、表面張力の影響により、反応液が充填材の表面を均一に流れない場合があり、充填材表面を流れる反応液の液膜が収束して、反応液と分離対象ガスとの接触面積が減少する。また、反応液の流量が同量である場合には、気液接触面積が減少することによって、反応液が収束して反応液の流速が増加してしまい、充填材表面における反応液の滞留時間が短くなる。その結果、反応液と分離対象ガスとの化学反応量が少なくなるという問題があった。
【０００４】
そこで、特許文献１に記載された気液接触装置では、充填材の気液接触面が中心線平均粗さ５０μｍ以上の粗面部、複数の穿設孔を有する多孔面部又は網状物からなるように構成されている。かかる構成により、気液接触面積を増加させることができ、気液の接触効率を向上させることができる。
【０００５】
また、特許文献２に記載された気液接触装置では、気液接触面が板状体（充填材）の表面に網状体を貼着した素材により構成されている。かかる構成により、気液接触面積を増加させることができ、液体の流下滞留時間を長くすることができ、気液の接触効率を向上させることができる。
【０００６】
また、特許文献３に記載されたガス分離装置では、二成分以上のガスを含む混合ガスを、微細気泡化して水を満たしたガス吸収塔中に噴出し、少なくとも一つのガス成分を水に溶解させることによって、残りのガス成分と分離するようにしている。かかるガス分離装置によれば、微細気泡（マイクロバブル又はマイクロナノバブル）を用いることにより気液接触面積を大幅に増加することができ、ガス吸収塔に充填材を充填することにより気泡の上昇を減速させることができ、気液接触時間を更に増加させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−２１０１２１号公報
【特許文献２】特開平６−２６９６２８号公報
【特許文献３】特開２００６−２４７４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載された発明では、充填材の加工に手間が掛かり、コストが大幅に増加するという問題があった。また、充填材の表面を加工せずに上述した表面張力の影響による問題を解決しようとすれば、反応液の流量を増加させたり、充填材の高さを高くしたりしなければならない。反応液の流量を増加させた場合には、気液接触面積を増加できるものの、反応液の流下速度が速くなってしまい、反応液の滞留時間が短く十分な反応を得ることができない、反応に寄与しない無駄な反応液が増加してしまう等の問題がある。また、充填材の高さを高くした場合には、反応液の滞留時間を確保することができるものの、気液接触効率が悪い、装置が大型化してしまう等の問題がある。
【０００９】
また、特許文献３に記載された発明では、水を満たした吸収塔に混合ガスを微細気泡化して供給することによって、混合ガスの一部を水に溶解させていることから、充填材の表面に反応液の液膜を形成し、処理ガスと反応液とを接触させて化学反応させる方式とは、ガス分離方法が根本的に相違する。また、一般に、吸収塔のようなガス分離装置は、化学プラントや火力発電所等の最終処理工程に配置されることが多く、できるだけガス分離に必要となるエネルギーを低減したいという要求がある。かかる要求に対して、特許文献３に記載された発明では、水中に混合ガスを噴出させていることから圧力損失が大きく、エネルギー効率が低下してしまうという問題がある。
【００１０】
本発明は、上述した問題点に鑑み創案されたものであり、充填材を加工せずに反応液の表面張力を低減して反応効率を向上させることができるガス分離装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、反応容器内に配置された板状の充填材の表面に反応液を流下させるとともに、前記反応容器内に分離対象ガスを含む処理ガスを供給し、前記充填材の表面に形成された前記反応液の液膜と前記処理ガスとを気液接触させることによって前記分離対象ガスを化学反応させて前記処理ガスから分離又は回収するガス分離装置において、微細気泡化したガスを発生させる微細気泡発生装置を有し、前記反応液に前記微細気泡化したガスを混入させて微細気泡含有反応液を生成し、該微細気泡含有反応液を前記充填材の表面に流下させるようにした、ことを特徴とするガス分離装置が提供される。
【００１２】
前記微細気泡発生装置に前記処理ガスの一部が供給され、前記微細気泡発生装置は前記処理ガスを微細気泡化するようにしてもよい。
【００１３】
前記反応液を貯留する貯留タンクを有し、該貯留タンク内に前記微細気泡発生装置が配置されていてもよい。また、前記貯留タンクは、前記反応容器の内部に配置されていてもよいし、前記反応容器の外部に配置されていてもよい。
【００１４】
前記反応液を前記反応容器内に供給する供給配管を有し、該供給配管に前記微細気泡発生装置が接続されていてもよい。
【００１５】
前記充填材を多段に分割し、分割された前記充填材の間に前記微細気泡含有反応液を回収する回収装置を配置し、回収した前記微細気泡含有反応液に微細気泡化したガスを再注入する第二微細気泡発生装置を配置し、下段の前記充填材に再び前記微細気泡含有反応液を流下させるようにしてもよい。
【００１６】
前記分離対象ガスは、例えば、二酸化炭素であり、前記反応液は、例えば、アミン化合物水溶液である。
【発明の効果】
【００１７】
上述した本発明のガス分離装置によれば、反応液に微細気泡を含有させて充填剤材の表面に流下させるようにしたことから、反応液の表面張力を低減することができ、濡れ性を向上させることができ、流下速度の増加を抑制することができ、十分な気液接触面積を確保することができ、反応液の十分な滞留時間を確保することができる。したがって、充填材を加工せずに反応液の表面張力を低減して反応効率を向上させることができる。また、充填材の加工が必要ないため、低コストで性能向上を図ることができ、装置の大型化を抑制することもできる。
【００１８】
特に、微細気泡化に処理ガスの一部を利用することにより、系外からガスを引用する必要がなく、微細気泡化に必要なコスト及びエネルギーを低減することができる。また、反応液に処理ガスの一部を混入させることにより、処理ガス中の分離対象ガスの反応を促進することができるとともに、処理ガスから分離対象ガスを除いた残留ガスにより微細気泡を維持することができ、さらに反応効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第一実施形態に係るガス分離装置を示す全体構成図である。
【図２】図１に示したガス分離装置の作用を示す図であり、（ａ）はガス分離装置の水平断面図、（ｂ）は充填材の正面図、（ｃ）は充填材の垂直断面図、である。
【図３】本発明の第二実施形態に係るガス分離装置を示す全体構成図である。
【図４】本発明の第三実施形態に係るガス分離装置を示す全体構成図である。
【図５】本発明の第四実施形態に係るガス分離装置を示す全体構成図である。
【図６】本発明の実施形態に係るガス分離装置を備えた火力発電所の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態に係るガス分離装置について、図１〜図６を用いて説明する。ここで、図１は、本発明の第一実施形態に係るガス分離装置を示す全体構成図である。図２は、図１に示したガス分離装置の作用を示す図であり、（ａ）はガス分離装置の水平断面図、（ｂ）は充填材の正面図、（ｃ）は充填材の垂直断面図、である。
【００２１】
本発明の第一実施形態に係るガス分離装置１は、図１に示したように、反応容器２内に配置された板状の充填材３の表面に反応液Ｌを流下させるとともに、反応容器２内に分離対象ガスを含む処理ガスＧを供給し、充填材３の表面に形成された反応液Ｌの液膜と処理ガスＧとを気液接触させることによって分離対象ガスを化学反応させて処理ガスＧから分離又は回収するガス分離装置１であって、微細気泡化したガスを発生させる微細気泡発生装置４を有し、反応液Ｌに微細気泡化したガスを混入させて微細気泡含有反応液ＢＬを生成し、微細気泡含有反応液ＢＬを充填材３の表面に流下させるようにしたものである。
【００２２】
前記反応容器２は、略筒状の形状を有し、ガス分離装置１の外殻を形成する。反応容器２の上部には、反応液Ｌをガス分離装置１内に供給する反応液供給管２１が配置されている。反応液Ｌは、化学プラントや火力発電所等の設備内で精製してから反応液供給管２１に供給するようにしてもよいし、精製された反応液Ｌを貯留する貯液槽から反応液供給管２１に供給するようにしてもよい。
【００２３】
また、反応容器２の下部には、処理ガスＧをガス分離装置１内に供給する処理ガス供給管２２が配置されている。処理ガスＧは、例えば、化学プラントや火力発電所等の設備内で発生した廃ガス（排ガス）や反応ガスであり、前工程の設備から処理ガス供給管２２に供給される。なお、ここでは、反応液Ｌを反応容器２の上方から下方に流下させ、処理ガスＧを反応容器２の下方から上方に送流するように構成しているが、かかる構成に限定されるものではなく、例えば、処理ガスＧも反応容器２の上方から下方に送流するようにしてもよい。
【００２４】
また、反応容器２の底部には、使用済みの微細気泡含有反応液ＢＬ（廃液）を回収するための廃液排出ライン２３が接続されている。充填材３を通過して処理ガスＧと化学反応した使用済みの微細気泡含有反応液ＢＬ（廃液）は、反応容器２の底部に一時的に貯留され、適宜、廃液排出ライン２３から外部に排出され回収される。なお、使用済みの微細気泡含有反応液ＢＬ（廃液）は、微細気泡の混入から十分な時間が経過していることから、微細気泡が脱泡した状態になっていることが多いと考えられる。
【００２５】
また、反応容器２の天井部には、分離対象ガスが除かれた処理ガスＧ（廃処理ガス）を排出する廃処理ガス排出ライン２４が接続されている。充填材３を通過して微細気泡含有反応液ＢＬと化学反応した処理済みの処理ガスＧ（廃処理ガス）は、煙突から大気中に放出されたり、次工程の処理設備に搬送されたりする。
【００２６】
なお、反応容器２には、従来のガス分離装置１と同様に、必要に応じて、廃処理ガスを冷却する冷却装置やドレンを排出するドレン回収装置等を配置するようにしてもよい。
【００２７】
前記充填材３は、微細気泡含有反応液ＢＬの液膜を表面に形成し、気液接触面積を確保するとともに、流下速度を遅くして十分な反応時間を確保するための金属板である。かかる充填材３は、従来から種々のものが使用されており、本実施形態においても従来と同様の充填材３を使用することができる。したがって、充填材３は、複数の平板を垂直に並列に配置した構成であってもよいし、板材を格子状に組んだ構成であってもよい。また、本実施形態では、後述するように、充填材３を加工せずに表面張力を低減することができるものであるが、表面を粗面加工した充填材３や表面に網状部材を貼付した充填材３等を除外するものではない。
【００２８】
前記微細気泡発生装置４は、直径５０μｍ以下のマイクロバブル又は直径１μｍ以下のマイクロナノバブルを発生させる装置である。マイクロバブルやマイクロナノバブルは、気泡体積が微小であるため、液中に長時間滞在し続けるという性質を有する。本実施形態において、「微細気泡」とは、マイクロバブル又はマイクロナノバブルを意味するものとする。
【００２９】
また、微細気泡発生装置４に処理ガスＧの一部が供給され、微細気泡発生装置４は処理ガスＧを微細気泡化するように構成されている。処理ガスＧは、例えば、処理ガス供給管２２から流量調整弁６を介して分岐管２２ａに分流され、微細気泡化に必要な流用の処理ガスＧが微細気泡発生装置４に供給される。このように、微細気泡化に処理ガスＧの一部を利用することにより、系外からガスを引用する必要がなく、微細気泡化に必要なコスト及びエネルギーを低減することができる。
【００３０】
また、反応液Ｌに処理ガスＧの一部を混入させることにより、処理ガスＧ中の分離対象ガスの反応を促進することができるとともに、処理ガスＧから分離対象ガスを除いた残留ガスにより微細気泡を維持することができ、反応効率を向上させることができる。なお、反応液Ｌの表面張力を低減するために、処理ガスＧ以外のガス（空気、不活性ガス、反応液Ｌや処理ガスＧと反応しないガス等）を使用するようにしてもよい。
【００３１】
また、ガス分離装置１は、充填材３の上部に微細気泡含有反応液ＢＬを貯留する貯留タンク５を有し、貯留タンク５内に微細気泡発生装置４が配置されている。微細気泡発生装置４には反応液供給管２１が接続されており、微細気泡発生装置４は、供給された反応液Ｌ及び処理ガスＧを利用して、加圧減圧法や気液剪断法により微細気泡含有反応液ＢＬを生成し、貯留タンク５内に放出する。かかる微細気泡発生装置４には、従来から使用されている種々のタイプのものを使用することができる。
【００３２】
貯留タンク５は、反応容器２の内部に配置されており、微細気泡含有反応液ＢＬは、貯留タンク５の底部に形成された複数の開孔部から、充填材３に向かって滴下される。なお、微細気泡含有反応液ＢＬの充填材３への供給方法は、滴下式に限定されるものではなく、貯留タンク５の底部に接続された散布ノズルや噴霧ノズルを使用した方式であってもよい。
【００３３】
上述したガス分離装置１によれば、反応容器２の上部から反応液Ｌを微細気泡発生装置４に供給するとともに、処理ガスＧの一部を微細気泡発生装置４に供給して微細気泡含有反応液ＢＬを生成して貯留し、貯留タンク５から微細気泡含有反応液ＢＬを充填材３の上部に供給することができ、微細気泡含有反応液ＢＬを充填材３の表面に沿って流下させることができる。
【００３４】
また、反応容器２の下部から処理ガスＧを内部に供給し、微細気泡含有反応液ＢＬの流れと対向するように、処理ガスＧを充填材３の隙間に通過させることができ、微細気泡含有反応液ＢＬと処理ガスＧとを気液接触させることができる。この気液接触により、処理ガスＧに含まれる分離対象ガスは、微細気泡含有反応液ＢＬと化学反応して微細気泡含有反応液ＢＬに溶解し、反応容器２の底部に回収され、廃液排出ライン２３から外部に排出される。一方、分離対象ガスが分離された処理ガスＧは、廃処理ガス排出ライン２４から外部に排出される。
【００３５】
ここで、微細気泡含有反応液ＢＬの作用について、図２を参照しつつ説明する。図２（ａ）に示したように、ガス分離装置１は、例えば、円筒状の反応容器２と、複数の並列に配置された平板状の充填材３と、を有する。かかる充填材３に微細気泡含有反応液ＢＬを供給すると、図示したように、微細気泡含有反応液ＢＬは、充填材３の表面及び反応容器２の内面に沿って液膜を形成する（灰色に塗り潰した部分）。この液膜の隙間には、処理ガスＧが送流される。
【００３６】
反応液Ｌに微細気泡を混入させると、一般に、反応液Ｌの表面張力が低下することが知られている。したがって、微細気泡含有反応液ＢＬの液膜は、表面張力による収束が抑制され、例えば、図２（ｂ）に示したように、濡れ性が改善され、充填材３の表面に均一に分散して流下することとなる。その結果、流下速度の増加を抑制することができ、十分な気液接触面積を確保することができ、反応液の十分な滞留時間を確保することができる。一方、図２（ｂ）において、従来技術における反応液Ｌの流れる状態を一点鎖線で示している。このように、濡れ性改善前の状態では、反応液が表面張力によって充填材３の中央部に収束してしまう。その結果、従来技術では、十分な気液接触面積を得ることができず、流下速度も増加してしまうため十分な反応時間を得ることもできない。
【００３７】
また、図２（ｃ）に示したように、微細気泡含有反応液ＢＬ中に含まれる微細気泡は、表面で破裂してガス抜けすることから、液膜の表面に微細な凹凸が形成され、さらに気液接触面積を増加させる効果を期待することができる。さらに、図２（ｃ）に示したように、微細気泡は、液膜内で上昇することから、微細気泡の上昇によって微細気泡含有反応液ＢＬが撹拌され、液膜内の物質移動を促進し、化学反応に寄与しない反応液Ｌを低減することができ、反応効率を向上させる効果を期待することもできる。
【００３８】
上述したように、本実施形態に係るガス分離装置１によれば、充填材３を加工せずに反応液Ｌの表面張力を低減して反応効率を向上させることができる。また、充填材３の加工が必要ないため、低コストで性能向上を図ることができ、装置の大型化を抑制することもできる。さらに、反応液Ｌの体積の一部を微細気泡に置き換えたこと及び反応効率を向上させたことによって、反応液Ｌの使用量を低減することができ、コスト低減を図ることもできる。
【００３９】
次に、本発明の他の実施形態に係るガス分離装置について、図３〜図５を参照しつつ説明する。ここで、図３は、本発明の第二実施形態に係るガス分離装置を示す全体構成図である。図４は、本発明の第三実施形態に係るガス分離装置を示す全体構成図である。図５は、本発明の第四実施形態に係るガス分離装置を示す全体構成図である。なお、各実施形態において、上述した第一実施形態に係るガス分離装置１と同じ構成部品については、同じ符号を付して重複した説明を省略する。
【００４０】
図３に示した第二実施形態に係るガス分離装置１は、微細気泡含有反応液ＢＬの生成方法及び散布方法を変更したものである。具体的には、微細気泡発生装置４を反応液供給管２１の中間部に挿入し、生成した微細気泡含有反応液ＢＬを下流に配置された二流体ノズル７により充填材３に散布するようにしている。すなわち、第二実施形態に係るガス分離装置１は、反応液Ｌを反応容器２内に供給する供給配管（反応液供給管２１）を有し、供給配管（反応液供給管２１）に微細気泡発生装置４が接続されている。微細気泡発生装置４には、微細気泡発生ノズルを使用することができ、二流体ノズル７に微細気泡発生ノズルを組み込むようにしてもよい。
【００４１】
図４に示した第三実施形態に係るガス分離装置１は、充填材３を多段式に構成したものである。かかる第三実施形態では、充填材３を多段（例えば、上段充填材３１及び下段充填材３２）に分割し、分割された充填材３（上段充填材３１及び下段充填材３２）の間に使用済みの微細気泡含有反応液ＢＬを回収する回収装置８を配置し、回収した微細気泡含有反応液ＢＬに微細気泡化したガスを再注入する第二微細気泡発生装置４１を配置し、下段充填材３２に再び新鮮な微細気泡含有反応液ＢＬを流下させるようにしている。
【００４２】
回収装置８は、例えば、反応容器２の内周に沿って配置された環状の溝部により構成される。なお、回収装置８の形状は、図示したものに限定されるものではなく、処理ガスＧの送流を阻害せずに使用済みの微細気泡含有反応液ＢＬを回収可能な構成であれば他の形状であってもよい。
【００４３】
回収装置８により回収された使用済みの微細気泡含有反応液ＢＬは、反応容器２の外部に配置された回収タンク８１内の第二微細気泡発生装置４１に供給される。第二微細気泡発生装置４１には、流量調整弁６を介して処理ガスＧの一部が供給され、使用済みの微細気泡含有反応液ＢＬに再び微細気泡を注入する。再生された微細気泡含有反応液ＢＬは、散布ノズル８２により、下段充填材３２の上部に供給される。
【００４４】
かかる第三実施形態によれば、充填材３が垂直方向に長い場合や微細気泡含有反応液ＢＬにおける微細気泡の滞在時間が短い場合であっても、途中で微細気泡含有反応液ＢＬを再生することができ、反応効率を維持することができる。なお、ここでは、充填材３を二段に分割した場合について説明したが、三段以上に分割するようにしてもよい。
【００４５】
図５に示した第四実施形態に係るガス分離装置１は、微細気泡含有反応液ＢＬの貯留タンク５を反応容器２の外部に配置したものである。微細気泡含有反応液ＢＬは、貯留タンク５に接続された散布ノズル９により充填材３の上部に供給される。かかる構成によれば、貯留タンク５を反応容器２の外部に配置したことにより、反応容器２の高さを短縮することができ、装置の小型化を図ることができる。
【００４６】
最後に、上述した実施形態に係るガス分離装置１を火力発電所１０に適用した場合について、図６を参照しつつ説明する。ここで、図６は、本発明の実施形態に係るガス分離装置を備えた火力発電所の概略構成図である。
【００４７】
火力発電所１０は、図６に示したように、石炭等の化石燃料を燃焼させて熱エネルギーに変換するボイラー１１と、熱エネルギーを運動エネルギーに変換するタービン１２と、運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機１３と、ボイラー１１が排出する排ガスから窒素酸化物を取り除く排ガス脱硝装置１４と、排ガスからダストを取り除く電気集塵装置（Electrostatic Precipitator）１５と、排ガスから硫黄酸化物を取り除く排ガス脱硫装置１６と、排ガスからさらに硫黄酸化物を取り除く前処理塔１７と、排ガスから二酸化炭素を取り除く吸収塔１８と、吸収塔１８の吸収後の液から二酸化炭素を抽出する放散塔１９と、を有している。
【００４８】
図示した火力発電所１０は、重油、ＬＮＧ（液化天然ガス）、石炭等の化石燃料を燃焼して、ボイラー１１で高温高圧の蒸気を生成し、この蒸気でタービン１２を駆動させることによって発電機１３を回転させて発電する汽力発電方式のものである。
【００４９】
ボイラー１１から排出された排ガスは、排ガス脱硝装置１４、電気集塵装置１５、排ガス脱硫装置１６、前処理塔１７及び吸収塔１８の各装置に順次搬送されて、排ガス中に含まれる不純物や汚染物質等の分量が一定の基準値以下となるように処理され、最終的に大気中に放出される。
【００５０】
排ガス脱硝装置１４は、例えば、アンモニア接触還元法、無触媒還元法、活性炭法、電子線照射法、酸化還元法等を用いて、排ガス中の窒素酸化物を取り除く。また、電気集塵装置１５は、例えば、直流電流によってコロナ放電を発生させ、排ガス中のダストを帯電させて電界中に通過させることによって、排ガス中のダストを取り除く。また、排ガス脱硫装置１６は、例えば、アルカリ溶液吸収法、石灰スラリー吸収法、水酸化マグネシウムスラリー法、スプレードライヤー法、活性炭吸着法等を用いて、排ガス中の硫黄酸化物を取り除く。また、前処理塔１７は、前工程により取り除かれなかった排ガス中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）を取り除く。また、吸収塔１８は、前工程により取り除かれなかった排ガス中の二酸化炭素を取り除く。
【００５１】
上述した本実施形態に係るガス分離装置１は、前処理塔１７や吸収塔１８に適用することができる。例えば、吸収塔１８に本実施形態に係るガス分離装置１を適用した場合、処理ガスＧは前処理塔１７から供給される排ガスであり、分離対象ガスは二酸化炭素であり、反応液Ｌはアミン化合物水溶液である。具体的には、反応液Ｌは、例えば、モノエタノールアミン（ＭＥＡ）水溶液であり、二酸化炭素と反応して、カルバミン酸塩・アミン塩（カーバメート）、炭酸塩、重炭酸塩等を発生させる。これらの塩は、廃液として回収され放散塔１９に供給される。
【００５２】
本実施形態に係るガス分離装置１では、反応液Ｌに処理ガスＧの微細気泡を含有させて微細気泡含有反応液ＢＬを生成しているが、吸収塔１８から供給される排ガスには、１４〜１５％程度の二酸化炭素が含まれており、残りの大部分は空気であるため、微細気泡含有反応液ＢＬ中に含まれる処理ガスＧが反応液Ｌと化学反応した場合であっても、混入された処理ガスＧのうち８０％以上のガスが反応液Ｌ中に残留することになり、微細気泡を長時間滞在させることができる。
【００５３】
放散塔１９は、処理ガスＧである排ガスから分離された二酸化炭素を廃液から抽出する。具体的には、放散塔１９は、供給された廃液を１００℃以上に加熱して二酸化炭素を放散させ、放散された二酸化炭素は気液分離された後、圧縮されて液体ＣＯ２として回収される。また、二酸化炭素が抽出された廃液は、反応液Ｌとして吸収塔１８に供給されて再利用される。なお、回収された液体ＣＯ２は、二酸化炭素回収・貯留（ＣＣＳ：Carbon dioxide Capture and Storage）として、地中や海底に貯留されたり、炭素に分解されたり、他の物質と合成されたりする。
【００５４】
図６では、本実施形態に係るガス分離装置１を火力発電所１０に適用する場合について説明したが、本実施形態に係るガス分離装置１は、蒸留、精製、吸収等の化学プロセスを含む種々の化学プラントにおいて使用される装置（蒸留塔、精製塔、吸収塔等）にも適用することができる。また、分離対象ガスは、二酸化炭素に限定されるものではなく、ＮＯｘ、ＳＯｘ等の酸化ガスであってもよいし、その他、本実施形態に係るガス分離装置１によって分離可能なガスであれば任意に選択することができる。また、反応液Ｌは、アミン化合物水溶液に限定されるものではなく、分離対象ガスに適した反応液Ｌを任意に選択することができる。
【００５５】
本発明は上述した実施形態に限定されず、第一実施形態〜第四実施形態に係るガス分離装置１を適宜組み合わせて使用してもよい等、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００５６】
１ ガス分離装置
２ 反応容器
３ 充填材
４ 微細気泡発生装置
５ 貯留タンク
８ 回収装置
２１ 反応液供給管（供給配管）
２２ａ 分岐管
３１ 上段充填材
３２ 下段充填材
４１ 第二微細気泡発生装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応容器内に配置された板状の充填材の表面に反応液を流下させるとともに、前記反応容器内に分離対象ガスを含む処理ガスを供給し、前記充填材の表面に形成された前記反応液の液膜と前記処理ガスとを気液接触させることによって前記分離対象ガスを化学反応させて前記処理ガスから分離又は回収するガス分離装置において、
微細気泡化したガスを発生させる微細気泡発生装置を有し、前記反応液に前記微細気泡化したガスを混入させて微細気泡含有反応液を生成し、該微細気泡含有反応液を前記充填材の表面に流下させるようにした、ことを特徴とするガス分離装置。
【請求項２】
前記微細気泡発生装置に前記処理ガスの一部が供給され、前記微細気泡発生装置は前記処理ガスを微細気泡化する、ことを特徴とする請求項１に記載のガス分離装置。
【請求項３】
前記微細気泡含有反応液を貯留する貯留タンクを有し、該貯留タンク内に前記微細気泡発生装置が配置されている、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガス分離装置。
【請求項４】
前記貯留タンクは、前記反応容器の内部又は外部に配置されている、ことを特徴とする請求項３に記載のガス分離装置。
【請求項５】
前記反応液を前記反応容器内に供給する供給配管を有し、該供給配管に前記微細気泡発生装置が接続されている、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガス分離装置。
【請求項６】
前記充填材を多段に分割し、分割された前記充填材の間に前記微細気泡含有反応液を回収する回収装置を配置し、回収した前記微細気泡含有反応液に微細気泡化したガスを再注入する第二微細気泡発生装置を配置し、下段の前記充填材に再び前記微細気泡含有反応液を流下させるようにした、ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載のガス分離装置。
【請求項７】
前記分離対象ガスは二酸化炭素であり、前記反応液はアミン化合物水溶液である、ことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載のガス分離装置。
【請求項１】
反応容器内に配置された板状の充填材の表面に反応液を流下させるとともに、前記反応容器内に分離対象ガスを含む処理ガスを供給し、前記充填材の表面に形成された前記反応液の液膜と前記処理ガスとを気液接触させることによって前記分離対象ガスを化学反応させて前記処理ガスから分離又は回収するガス分離装置において、
微細気泡化したガスを発生させる微細気泡発生装置を有し、前記反応液に前記微細気泡化したガスを混入させて微細気泡含有反応液を生成し、該微細気泡含有反応液を前記充填材の表面に流下させるようにした、ことを特徴とするガス分離装置。
【請求項２】
前記微細気泡発生装置に前記処理ガスの一部が供給され、前記微細気泡発生装置は前記処理ガスを微細気泡化する、ことを特徴とする請求項１に記載のガス分離装置。
【請求項３】
前記微細気泡含有反応液を貯留する貯留タンクを有し、該貯留タンク内に前記微細気泡発生装置が配置されている、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガス分離装置。
【請求項４】
前記貯留タンクは、前記反応容器の内部又は外部に配置されている、ことを特徴とする請求項３に記載のガス分離装置。
【請求項５】
前記反応液を前記反応容器内に供給する供給配管を有し、該供給配管に前記微細気泡発生装置が接続されている、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガス分離装置。
【請求項６】
前記充填材を多段に分割し、分割された前記充填材の間に前記微細気泡含有反応液を回収する回収装置を配置し、回収した前記微細気泡含有反応液に微細気泡化したガスを再注入する第二微細気泡発生装置を配置し、下段の前記充填材に再び前記微細気泡含有反応液を流下させるようにした、ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載のガス分離装置。
【請求項７】
前記分離対象ガスは二酸化炭素であり、前記反応液はアミン化合物水溶液である、ことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載のガス分離装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−１７９８２（Ｐ２０１３−１７９８２Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５５７２４（Ｐ２０１１−１５５７２４）
【出願日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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