二酸化炭素ガス回収装置
【課題】外部からの入熱量を抑制して省エネルギー化を図ること。
【解決手段】二酸化炭素ガスを含有する被分離ガスと、リーン吸収液と、を導入して接触させ、被分離ガス中の二酸化炭素ガスを吸収液に吸収させてリッチ吸収液を生成する吸収塔２と、吸収塔２からリッチ吸収液が供給されるとともに、リッチ吸収液を加熱して二酸化炭素ガスを分離させることによりリーン吸収液に再生する再生塔３と、を備え、吸収塔２でリーン吸収液が二酸化炭素ガスを吸収するときの発熱反応で生じた熱を熱媒体を介して移動させ、再生塔３でリッチ吸収液から二酸化炭素ガスが分離するときの吸熱反応の熱源として利用するヒートポンプ６を備えている二酸化炭素ガス回収装置１を提供する。
【解決手段】二酸化炭素ガスを含有する被分離ガスと、リーン吸収液と、を導入して接触させ、被分離ガス中の二酸化炭素ガスを吸収液に吸収させてリッチ吸収液を生成する吸収塔２と、吸収塔２からリッチ吸収液が供給されるとともに、リッチ吸収液を加熱して二酸化炭素ガスを分離させることによりリーン吸収液に再生する再生塔３と、を備え、吸収塔２でリーン吸収液が二酸化炭素ガスを吸収するときの発熱反応で生じた熱を熱媒体を介して移動させ、再生塔３でリッチ吸収液から二酸化炭素ガスが分離するときの吸熱反応の熱源として利用するヒートポンプ６を備えている二酸化炭素ガス回収装置１を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＯ２化学吸収分離法を用いて二酸化炭素ガスを回収する二酸化炭素ガス回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、この種の二酸化炭素ガス回収装置として、例えば下記特許文献１に示されるような構成が知られている。図８に示すように、この二酸化炭素ガス回収装置１０００は、二酸化炭素ガスを含有する被分離ガスと、リーン吸収液と、を導入して接触させ、被分離ガス中の二酸化炭素ガスを吸収液に吸収させてリッチ吸収液を生成する吸収塔１００１と、吸収塔１００１からリッチ吸収液が供給されるとともに、リッチ吸収液を加熱して二酸化炭素ガスを分離させることによりリーン吸収液に再生する再生塔１００２と、を備えている。
また、再生塔１００２には、再生塔１００２からリーン吸収液を導出して加熱し、再生塔１００２に再導入するリボイラー系統１００３と、二酸化炭素ガスと吸収液の溶質および溶媒（例えば、水）の蒸気分との混合ガスを再生塔１００２から導出して冷却し、前記溶質および溶媒の蒸気分を凝縮させて再生塔１００２に再導入するとともに、二酸化炭素ガスを排出する混合ガス冷却系統１００４と、が設けられている。
【０００３】
この二酸化炭素ガス回収装置１０００では、再生塔１００２内でリッチ吸収液を加熱するための熱源となる熱は、リボイラー系統１００３によって加熱されて再生塔１００２に再導入された吸収液を介して供給される。リボイラー系統１００３は、外部から供給される熱を熱源として吸収液を加熱するリボイラー本体１００５を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２２５５３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前記従来の二酸化炭素ガス回収装置１０００では、リボイラー系統１００３のリボイラー本体１００５から供給された熱は、主に、再生塔１００２での吸収液の加熱・再生時に消費されるとともに、混合ガス冷却系統１００４での混合ガスの冷却時や、混合ガス冷却系統１００４からの二酸化炭素ガス排出時に外部に漏出する。
ここで、前記従来の二酸化炭素ガス回収装置１０００では、リボイラー系統１００３での外部からの入熱量を抑え、更なる省エネルギー化を図ることが望まれている。
【０００６】
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、外部からの入熱量を抑制して省エネルギー化を図ることができる二酸化炭素ガス回収装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明に係る二酸化炭素ガス回収装置は、二酸化炭素ガスを含有する被分離ガスと、リーン吸収液と、を導入して接触させ、前記被分離ガス中の前記二酸化炭素ガスを吸収液に吸収させてリッチ吸収液を生成する吸収塔と、前記吸収塔から前記リッチ吸収液が供給されるとともに、前記リッチ吸収液を加熱して前記二酸化炭素ガスを分離させることにより前記リーン吸収液に再生する再生塔と、を備え、前記再生塔には、前記再生塔から吸収液を導出して加熱し、前記再生塔に再導入するリボイラー系統と、前記二酸化炭素ガスと前記吸収液の溶質および溶媒の蒸気分との混合ガスを前記再生塔から導出して冷却し、前記溶質および溶媒の蒸気分を凝縮させて、凝縮液を前記再生塔に再導入するとともに、前記二酸化炭素ガスを排出する混合ガス冷却系統と、が設けられた二酸化炭素ガス回収装置であって、前記吸収塔で前記吸収液が前記二酸化炭素ガスを吸収するときの発熱反応で生じた熱を熱媒体を介して移動させ、前記再生塔で前記リッチ吸収液から前記二酸化炭素ガスが分離するときの吸熱反応の熱源として利用するヒートポンプを備えていることを特徴とする。
ここで吸収液とは、リーン吸収液、リッチ吸収液、もしくはリーン吸収液とリッチ吸収液との混合液を意味する。
【０００８】
この発明によれば、前記ヒートポンプを備えているので、再生塔での吸熱反応の熱源として、吸収塔での発熱反応で生じた熱を利用することができる。前記発熱反応で生じた熱は吸熱反応の熱と等しいので、反応熱を内部でのやり取りでキャンセルすることが可能になり、従来、吸熱反応を外部から加熱すると共に、反応発熱は冷却水に廃熱していたが、このような水冷等で廃熱していた反応発熱を再生に必要な吸熱反応の熱源として利用することが可能になり、外部からの入熱量を抑制して省エネルギー化を図ることができる。
【０００９】
また、前記ヒートポンプは、前記吸収塔内に配設された吸収塔充填物に介装され、膨張させられ温度低下させられた前記熱媒体と、前記吸収塔内の前記吸収液と、で熱交換する第１熱交換器を備えていても良い。
【００１０】
この場合、ヒートポンプが前記第１熱交換器を備えているので、吸収塔での発熱反応で生じた熱を、損失少なく高効率に熱媒体に受け取らせることができる。
これにより、吸収塔での発熱反応で生じた熱を、再生塔での吸熱反応の熱源として効果的に利用することが可能になり、更なる省エネルギー化を図ることができる。さらにこの場合、吸収液温度の低下による吸収速度の向上も起こるので、さらなる装置効率の向上も図れる。
【００１１】
また、前記ヒートポンプは、前記再生塔内に配設された再生塔充填物に介装され、圧縮させられ温度上昇させられた前記熱媒体と、前記再生塔内の前記リッチ吸収液と、で熱交換する第２熱交換器を備えていても良い。
【００１２】
この場合、ヒートポンプが前記第２熱交換器を備えているので、熱媒体により移動させられた発熱反応で生じた熱を、再生塔での吸熱反応の熱源として損失少なく高効率に利用することができる。
これにより、吸収塔での発熱反応で生じた熱を、再生塔での吸熱反応の熱源として効果的に利用することが可能になり、更なる省エネルギー化を図ることができる。
【００１３】
また、前記吸収塔には、前記被分離ガスから前記二酸化炭素ガスが分離されてなる脱炭酸ガスを導出する導出路が設けられ、前記導出路と前記ヒートポンプとの間には、前記脱炭酸ガスと、膨張させられ温度低下させられた前記熱媒体と、で熱交換する第３熱交換器が介在していても良い。
【００１４】
この場合、導出路とヒートポンプとの間に、前記第３熱交換器が介在しているので、導出路側の脱炭酸ガスと、ヒートポンプ側の熱媒体と、で熱交換することで、吸収塔から導出された脱炭酸ガスの熱を、熱媒体に受け取らせて熱媒体を加熱することができる。
これにより、吸収塔の発熱反応で生じて脱炭酸ガスに受け渡された熱が外部に漏出するのを抑制することが可能になり、更なる省エネルギー化を図ることができる。
【００１５】
また、前記吸収塔には、前記吸収塔の塔頂部に貯留された洗浄液を前記吸収塔から導出して冷却した後、前記吸収塔の塔頂部から再導入する脱炭酸ガス洗浄系統が設けられ、前記脱炭酸ガス洗浄系統と前記ヒートポンプとの間には、前記洗浄液と、膨張させられ温度低下させられた前記熱媒体と、で熱交換する第４熱交換器が介在していても良い。
【００１６】
この場合、吸収塔に前記脱炭酸ガス洗浄系統が設けられているので、被分離ガスから二酸化炭素ガスが分離されてなる脱炭酸ガスが吸収塔の内部を上昇するときに、この脱炭酸ガスに同伴する吸収液の溶質が吸収塔の塔頂部から外部に流出するのを抑制することができる。
また、脱炭酸ガス洗浄系統とヒートポンプとの間に、前記第４熱交換器が介在しているので、脱炭酸ガス洗浄系統側の洗浄液と、ヒートポンプ側の熱媒体と、で熱交換することで、洗浄液を冷却しつつ、熱媒体を加熱することができる。
これにより、吸収塔の発熱反応で生じて洗浄液に受け渡された熱が、外部に漏出するのを抑制することが可能になり、更なる省エネルギー化を図ることができる。
【００１７】
また、前記吸収塔から前記再生塔に前記リッチ吸収液を供給するリッチ供給路を備え、
前記リッチ供給路と前記ヒートポンプとの間には、前記リッチ吸収液と、膨張させられ温度低下させられた前記熱媒体と、で熱交換する第５熱交換器が介在していても良い。
【００１８】
この場合、リッチ供給路とヒートポンプとの間に、前記第５熱交換器が介在しているので、リッチ供給路側のリッチ吸収液と、ヒートポンプ側の熱媒体と、で熱交換することで、吸収塔の発熱反応で生じてリッチ吸収液に受け渡されたリッチ吸収液の熱を、熱媒体に受け取らせて熱媒体を加熱することができる。
なお、当該二酸化炭素ガス回収装置が、再生塔から吸収塔にリーン吸収液を供給するリーン供給路を備え、リーン供給路とリッチ供給路との間に、リーン吸収液とリッチ吸収液とで熱交換するアミン熱交が介在し、第５熱交換器が、リッチ供給路においてアミン熱交よりも上流側に介装されている場合、アミン熱交を通るリッチ吸収液を、前記第５熱交換器で冷却しておくことができる。これにより、アミン熱交において、リッチ供給路側のリッチ吸収液と、リーン供給路側のリーン吸収液と、での熱交換量を増加することが可能になり、リーン供給路側のリーン吸収液を効果的に冷却することができ、再生塔から見た熱回収量を増やすことができる。したがって、例えば、リーン供給路においてアミン熱交よりも下流側に、リーン吸収液を冷却するリーンアミンクーラーを設け、吸収塔に供給されるリーン吸収液を吸収塔に供給する前に予め冷却する場合であっても、この冷却による外部への熱ロスを低減することができる。
【００１９】
また、前記吸収塔には、前記吸収塔における塔頂部と塔底部との間の塔中間部から前記吸収液を導出して冷却した後、前記塔中間部から再導入するインタークーラー系統が設けられ、前記インタークーラー系統と前記ヒートポンプとの間には、前記吸収液と、膨張させられ温度低下させられた前記熱媒体と、で熱交換する第６熱交換器が介在していても良い。
【００２０】
この場合、吸収塔に前記インタークーラー系統が設けられているので、塔中間部の吸収液を冷却した後に再導入することが可能になり、吸収塔での吸収液による二酸化炭素ガスの吸収を促進することができる。
また、インタークーラー系統とヒートポンプとの間に、前記第６熱交換器が介在しているので、インタークーラー系統側の吸収液と、ヒートポンプ側の熱媒体と、で熱交換することで、吸収液を冷却しつつ、熱媒体を加熱することができる。
これにより、吸収塔の発熱反応で生じて吸収液に受け渡された熱が、外部に漏出するのを抑制することが可能になり、更なる省エネルギー化を図ることができる。
【００２１】
また、前記再生塔から前記吸収塔に前記リーン吸収液を供給するリーン供給路を備え、
前記リーン供給路と前記ヒートポンプとの間には、前記リーン吸収液と、膨張させられ温度低下させられた前記熱媒体と、で熱交換する第７熱交換器が介在していても良い。
【００２２】
この場合、リーン供給路とヒートポンプとの間に、前記第７熱交換器が介在しているので、リーン供給路側のリーン吸収液と、ヒートポンプ側の熱媒体と、で熱交換することで、リーン吸収液を冷却しつつ、熱媒体を加熱することができる。
これにより、吸収塔に供給されるリーン吸収液を冷却することが可能になり、吸収塔でのリーン吸収液による二酸化炭素ガスの吸収を促進することができる。
【００２３】
また、前記リボイラー系統と前記ヒートポンプとの間には、前記吸収液と、圧縮させられ温度上昇させられた前記熱媒体と、で熱交換する第８熱交換器が介在していても良い。
【００２４】
この場合、リボイラー系統とヒートポンプとの間に、前記第８熱交換器が介在しているので、リボイラー系統側の吸収液と、ヒートポンプ側の熱媒体と、で熱交換することで、熱媒体の熱を、吸収液に受け取らせて吸収液を加熱することができる。
これにより、リボイラー系統での外部からの入熱量をより抑えることが可能になり、更なる省エネルギー化を図ることができる。
【００２５】
また、前記吸収塔から前記再生塔に前記リッチ吸収液を供給するリッチ供給路を備え、前記リッチ供給路と前記ヒートポンプとの間には、前記リッチ吸収液と、圧縮させられ温度上昇させられた前記熱媒体と、で熱交換する第９熱交換器が介在していても良い。
【００２６】
この場合、リッチ供給路とヒートポンプとの間に、前記第９熱交換器が介在しているので、リッチ供給路側のリッチ吸収液と、ヒートポンプ側の熱媒体と、で熱交換することで、熱媒体の熱を、再生塔に供給されるリッチ吸収液に受け取らせてリッチ吸収液を加熱することができる。
このように、再生塔に供給されるリッチ吸収液を予熱しておくことができるので、再生塔でリッチ吸収液が受け取る必要がある熱量を抑えることができる。したがって、リボイラー系統での外部からの入熱量をより抑えることが可能になり、更なる省エネルギー化を図ることができる。
なお、当該二酸化炭素ガス回収装置が、再生塔から吸収塔にリーン吸収液を供給するリーン供給路を備え、リーン供給路とリッチ供給路との間に、リーン吸収液とリッチ吸収液とで熱交換するアミン熱交が介在している場合、アミン熱交での加熱量に、第１３熱交換器での加熱量が加算される結果、リッチ吸収液の予熱量が増大し、リボイラー系統によって吸収液に与えるべき熱量を更に抑えることができる。したがって、リボイラー系統での外部からの入熱量をより一層抑えることが可能になり、一層更なる省エネルギー化を図ることができる。
【００２７】
また、前記混合ガス冷却系統は、前記混合ガスを圧縮して温度上昇させ昇温混合ガスとする混合ガス圧縮機を備え、前記リボイラー系統と前記混合ガス冷却系統との間には、前記吸収液と前記昇温混合ガスとで熱交換する第１０熱交換器が介在していても良い。
【００２８】
この場合、混合ガス冷却系統に、混合ガス圧縮機を備えているので、僅かな外部動力を加えることで、外部から加熱することなく、昇温混合ガスが得られ、さらに、リボイラー系統と混合ガス冷却系統との間に、前記第１０熱交換器が介在しているので、リボイラー系統側の吸収液と、混合ガス冷却系統側の昇温混合ガスと、で熱交換することで、吸収液を加熱しつつ、昇温混合ガスを冷却することができる。
これにより、リボイラー系統での外部からの入熱量を確実に抑えることが可能になり、効果的に省エネルギー化を図ることができる。
【００２９】
また、前記吸収塔から前記再生塔に前記リッチ吸収液を供給するリッチ供給路を備え、前記混合ガス冷却系統と前記リッチ供給路との間には、前記第１０熱交換器を通った後の前記昇温混合ガスと前記リッチ吸収液とで熱交換する第１１熱交換器が介在していても良い。
【００３０】
この場合、混合ガス冷却系統とリッチ供給路との間に、前記第１１熱交換器が介在しているので、混合ガス冷却系統側の昇温混合ガスと、リッチ供給路側のリッチ吸収液と、で熱交換することで、再生塔に供給されるリッチ吸収液を加熱しつつ、昇温混合ガスを冷却することができる。
このように、再生塔を流出する混合ガスの持つ熱量により、再生塔に供給されるリッチ吸収液を予熱しておくことができるので、再生塔でリッチ吸収液が受け取る必要がある熱量を抑えることができる。したがって、リボイラー系統での外部からの入熱量をより抑えることが可能になり、一層の省エネルギー化を図ることができる。
【００３１】
また、混合ガス冷却系統側の昇温混合ガスが、第１０熱交換器を通った後に第１１熱交換器を通るので、例えば、昇温混合ガス中の前記溶質および溶媒の蒸気分の潜熱を第１０熱交換器で回収した後、未凝縮の前記溶質および溶媒の蒸気分および二酸化炭素ガスからなる残りの昇温混合ガスの顕熱および残った潜熱を第１１熱交換器で回収することができる。
【００３２】
また、前記吸収塔から前記再生塔に前記リッチ吸収液を供給するリッチ供給路を備え、前記混合ガス冷却系統は、前記混合ガスを圧縮して温度上昇させ昇温混合ガスとする混合ガス圧縮機を備え、前記混合ガス冷却系統と前記リッチ供給路との間には、前記昇温混合ガスと前記リッチ吸収液とで熱交換する第１２熱交換器が介在していても良い。
【００３３】
この場合、混合ガス冷却系統に、混合ガス圧縮機を備えているので、僅かな外部動力を加えることで、外部から加熱することなく、昇温混合ガスが得られ、さらに、混合ガス冷却系統とリッチ供給路との間に、前記第１２熱交換器が介在しているので、混合ガス冷却系統側の昇温混合ガスと、リッチ供給路側のリッチ吸収液と、で熱交換することで、再生塔に供給されるリッチ吸収液を加熱しつつ、昇温混合ガスを冷却することができる。
このように、再生塔を流出する混合ガスの持つ熱量により、再生塔に供給されるリッチ吸収液を予熱しておくことができるので、再生塔でリッチ吸収液が受け取る必要がある熱量を抑えることができる。したがって、リボイラー系統での外部からの入熱量を確実に抑えることが可能になり、効果的に省エネルギー化を図ることができる。
【００３４】
また、前記混合ガス冷却系統と前記リッチ供給路との間には、前記第１２熱交換器を通った後の前記昇温混合ガスと前記リッチ吸収液とで熱交換する第１３熱交換器が介在していても良い。
【００３５】
この場合、混合ガス冷却系統とリッチ供給路との間に、前記第１２熱交換器および前記第１３熱交換器が介在しているので、再生塔を流出する混合ガスの持つ熱量により、再生塔に供給されるリッチ吸収液を効果的に予熱しておくことが可能になり、再生塔でリッチ吸収液が受け取る必要がある熱量をより抑えることができる。したがって、リボイラー系統での外部からの入熱量をより抑えることが可能になり、一層の省エネルギー化を図ることができる。
【００３６】
また、混合ガス冷却系統側の昇温混合ガスが、第１２熱交換器を通った後に第１３熱交換器を通るので、例えば、昇温混合ガス中の前記溶質および溶媒の蒸気分の潜熱を第１２熱交換器で回収した後、未凝縮の前記溶質および溶媒の蒸気分および二酸化炭素ガスからなる残りの昇温混合ガスの顕熱および残った潜熱を第１３熱交換器で回収することができる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明に係る二酸化炭素ガス回収装置によれば、外部からの入熱量を抑制して省エネルギー化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る二酸化炭素ガス回収装置の概略図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る二酸化炭素ガス回収装置の概略図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る二酸化炭素ガス回収装置の概略図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係る二酸化炭素ガス回収装置の概略図である。
【図５】本発明の第５実施形態に係る二酸化炭素ガス回収装置の概略図である。
【図６】本発明の第６実施形態に係る二酸化炭素ガス回収装置の概略図である。
【図７】本発明の第７実施形態に係る二酸化炭素ガス回収装置の概略図である。
【図８】従来の二酸化炭素ガス回収装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
（第１実施形態）
以下、図面を参照し、本発明の第１実施形態に係る二酸化炭素ガス回収装置を説明する。この二酸化炭素ガス回収装置は、二酸化炭素ガスを含有する被分離ガスから二酸化炭素ガスをＣＯ２化学吸収分離法によって吸収分離することで回収し、被分離ガスから二酸化炭素ガスが分離されてなる脱炭酸ガスを生成する。このＣＯ２化学吸収分離法には、二酸化炭素ガスを吸収可能な吸収液を用いる。この吸収液としては、例えば、溶質としてモノエタノールアミン（ＭＥＡ）やジエタノールアミン（ＤＥＡ）等を採用し、溶媒として水を採用したアミン吸収液などを採用することができる。
なお本実施形態では、以下に示すようにいわゆる自己熱再生により二酸化炭素ガス回収装置の省エネルギー化を図る。
【００４０】
図１に示すように、二酸化炭素ガス回収装置１は、被分離ガスと、二酸化炭素ガスを吸収可能なリーン吸収液と、を接触させ、被分離ガス中の二酸化炭素ガスをリーン吸収液に吸収させてリッチ吸収液を生成する吸収塔２と、吸収塔２からリッチ吸収液が供給されるとともに、リッチ吸収液を加熱して二酸化炭素ガスを分離させることによりリーン吸収液を再生する再生塔３と、吸収塔２から再生塔３にリッチ吸収液を供給するリッチ供給路４と、再生塔３から吸収塔２にリーン吸収液を供給するリーン供給路５と、吸収塔２でリーン吸収液が二酸化炭素ガスを吸収するときの発熱反応で生じた熱を熱媒体を介して移動させ、再生塔３でリッチ吸収液から二酸化炭素ガスが分離するときの吸熱反応の熱源として利用するヒートポンプ６と、を備えている。
【００４１】
吸収塔２の塔底部２ａには、被分離ガスを導入する導入路２ｄが設けられている。また、吸収塔２の塔頂部２ｂ内には、下方に向けてリーン吸収液を供給する第１ノズル７が配設されている。そして、吸収塔２における塔頂部２ｂと塔底部２ａとの間の塔中間部２ｃ内には、表面でリーン吸収液と被分離ガスとを接触させる吸収塔充填物８が配設されている。
また吸収塔２には、吸収塔２の塔頂部２ｂから脱炭酸ガスを導出する導出路９と、吸収塔２の塔頂部２ｂに貯留された洗浄水（洗浄液）を吸収塔２から導出して冷却した後、吸収塔２の塔頂部２ｂから再導入する脱炭酸ガス洗浄系統１０と、が設けられている。
【００４２】
脱炭酸ガス洗浄系統１０は、前記第１ノズル７よりも上方に配設され洗浄水が貯留された液受けトレー１１と、液受けトレー１１よりも上方に配設され下方に向けて洗浄水を供給する第２ノズル１２と、液受けトレー１１と第２ノズル１２とを接続する配管１３と、を備えている。
配管１３には、液受けトレー１１から第２ノズル１２に配管１３を通して洗浄水を移送する洗浄水循環ポンプ１３ａと、洗浄水を冷却する水冷式洗浄水クーラー１５と、が、液受けトレー１１側から第２ノズル１２側に向けてこの順に設けられている。
なお洗浄水は、吸収液の溶質と同一（例えば、水）であることが好ましい。ここで吸収液とは、リーン吸収液、リッチ吸収液、もしくはリーン吸収液とリッチ吸収液との混合液を意味する。
【００４３】
リッチ供給路４は、吸収塔２の塔底部２ａと、再生塔３の塔頂部３ｂ内に配設され下方に向けてリッチ吸収液を供給する第３ノズル１６と、を接続している。リッチ供給路４には、吸収塔２の塔底部２ａから第３ノズル１６にリッチ供給路４を通してリッチ吸収液を移送する吸収塔底ポンプ１７が設けられている。
【００４４】
再生塔３における塔頂部３ｂと塔底部３ａとの間の塔中間部３ｃ内には、再生塔充填物１８が配設されている。この再生塔充填物１８の表面を流下する吸収液は、再生塔３内を上昇する吸収液の溶質および溶媒（例えば、水）の蒸気分や、この蒸気分と二酸化炭素ガスとの混合ガスと気液接触する。
【００４５】
また再生塔３には、再生塔３から吸収液を導出して加熱し、再生塔３に再導入するリボイラー系統１９と、混合ガスを再生塔３から導出して冷却し、前記溶質および溶媒の蒸気分を凝縮させて凝縮液を再生塔３に再導入するとともに、未凝縮の二酸化炭素ガスを排出する混合ガス冷却系統２０と、が設けられている。
【００４６】
リボイラー系統１９は、吸収液を加熱した後、再生塔３の塔底部３ａから再導入する。このとき、加熱された吸収液の一部がフラッシュし、吸収液の溶質および溶媒それぞれの一部が蒸気となる。このリボイラー系統１９は、再生塔３の塔底部３ａ内に配設され吸収液が貯留された液受けトレー２１と、液受けトレー２１と塔底部３ａにおいて液受けトレー２１よりも下方に位置する蒸気発生部分２２とを接続する配管２３と、備えている。
配管２３には、液受けトレー２１から前記蒸気発生部分２２に配管２３を通して吸収液を移送するリボイラーポンプ２４と、外部から供給される熱を熱源として吸収液を加熱するリボイラー本体２５と、が、液受けトレー１１側から前記蒸気発生部分２２側に向けてこの順に設けられている。
図示の例では、リボイラー本体２５は、リボイラー系統１９と、外部から供給される高温流体（例えば、飽和蒸気）が流通するリボイラー配管２６と、の間に介在する熱交換器で構成されている。リボイラー配管２６には、リボイラー本体２５よりも下流側にスチームトラップ２７が設けられている。
【００４７】
混合ガス冷却系統２０は、前記第３ノズル１６よりも上方に配設され、凝縮された前記溶質および溶媒の蒸気分である凝縮液を下方に向けて供給する第４ノズル２８と、再生塔３の塔頂と第４ノズル２８とを接続する配管２９と、を備えている。
配管２９には、混合ガスを圧縮することで温度上昇させ昇温混合ガスとする混合ガスコンプレッサー（混合ガス圧縮機）３０と、昇温混合ガスを膨張させることで温度低下させる減圧・膨張弁３１と、凝縮液と二酸化炭素ガスとを分離する気液分離器３２と、凝縮液を気液分離器３２から第４ノズル２８に配管２９を通して移送する凝縮液循環ポンプ２９ａと、が、再生塔３の塔頂側から第４ノズル２８側に向けてこの順に設けられている。
気液分離器３２には、この気液分離器３２により分離された二酸化炭素ガスを排出する排出路３３が設けられている。
【００４８】
そして本実施形態では、リボイラー系統１９と混合ガス冷却系統２０との間には、吸収液と昇温混合ガスとで熱交換する凝縮熱交換器（第１０熱交換器）３４が介在している。
図示の例では、凝縮熱交換器３４には、リボイラー本体２５によって加熱される前の吸収液が通る。この凝縮熱交換器３４は、リボイラー系統１９の配管２３においてリボイラーポンプ２４とリボイラー本体２５との間に介装されるとともに、混合ガス冷却系統２０の配管２９において混合ガスコンプレッサー３０と減圧・膨張弁３１との間に介装されている。
【００４９】
リーン供給路５は、再生塔３の塔底部３ａと、吸収塔２内の前記第１ノズル７と、を接続しており、このリーン供給路５には、再生塔３の塔底部３ａから第１ノズル７にリーン供給路５を通してリーン吸収液を移送する再生塔底ポンプ３５が設けられている。
また、リーン供給路５とリッチ供給路４との間には、リーン吸収液とリッチ吸収液とで熱交換するアミン熱交３６が介在している。
【００５０】
ヒートポンプ６は、吸収塔２内の前記吸収塔充填物８に介装された吸収塔内部熱交（第１熱交換器）３７と、再生塔３内の前記再生塔充填物１８に介装された再生塔内部熱交（第２熱交換器）３８と、吸収塔内部熱交３７と再生塔内部熱交３８とを接続する一対の配管３９、４０と、を備えている。
【００５１】
吸収塔内部熱交３７は、吸収塔充填物８を縦断するように介装され、膨張させられ温度低下させられた熱媒体と、吸収塔２内の吸収液と、で熱交換する。
また、再生塔内部熱交３８は、再生塔充填物１８を縦断するように介装され、圧縮させられ温度上昇させられた熱媒体と、再生塔３内の吸収液と、で熱交換する。
【００５２】
一対の配管３９、４０のうち、一方の配管３９は、再生塔内部熱交３８の上部側と吸収塔内部熱交３７の下部側とを接続するとともに、この配管３９には、熱媒体を膨張させることで温度低下させる熱媒膨張弁４１が設けられている。また、他方の配管４０は、吸収塔内部熱交３７の上部側と再生塔内部熱交３８の下部側とを接続するとともに、この配管４０には、熱媒体を圧縮することで温度上昇させる熱媒コンプレッサー４２が設けられている。
【００５３】
熱媒体としては、例えば、吸収塔２での発熱反応で生じる熱を、吸収塔内部熱交３７内で蒸発することにより蒸発潜熱として回収するとともに、再生塔内部熱交３８内で凝縮することにより凝縮熱を発生させ、この凝縮熱を再生塔３での吸熱反応の熱源とさせることが可能な流体が好ましい。このような流体としては、例えば、ペンタンや水などが挙げられる。
【００５４】
次に、以上のように構成された二酸化炭素ガス回収装置１の作用について説明する。
はじめに、吸収液の流れについて、吸収塔２を起点として説明する。
まず吸収塔２では、塔底部２ａに供給された被分離ガスが内部を上昇するとともに、塔頂部２ｂ内の第１ノズル７から供給されたリーン吸収液が内部を下降する。この過程で、被分離ガスとリーン吸収液とが接触し、被分離ガス中の二酸化炭素ガスが、リーン吸収液に吸収されて発熱反応が生じる。
【００５５】
ここで本実施形態では、吸収塔２の塔中間部２ｃ内に吸収塔充填物８が配設されている。この吸収塔充填物８は、例えば、多数の狭い隙間を持つフィン構成で、容積あたりのフィン表面積が大きく、また、その隙間は規則的に流路の角度が変化するように構成され、意図的に流れの乱れが起きるようになっている。吸収塔充填物８の表面では、吸収液がフィン上に濡れ壁をなして流下し、吸収塔２内を上昇する被分離ガスと気液接触がなされる。また吸収塔充填物８は、濡れ壁の隙間が狭くかつ一定ピッチで進行角度が変化することで気液の流れを乱し、気液接触を効率化できる構造になっている。したがって、吸収塔充填物８の表面では、上昇する被分離ガスと下降する吸収液とが接触し易く、吸収液による二酸化炭素ガスの吸収が促進される。
【００５６】
これにより、リッチ吸収液および脱炭酸ガスが生成される。これらのうち、脱炭酸ガスは、吸収塔２の塔頂部２ｂに向けて上昇し、導出路９を通して外部に導出される。
なお本実施形態では、吸収塔２に前記脱炭酸ガス洗浄系統１０が設けられているので、水冷式洗浄水クーラー１５で冷却され再導入された洗浄水によって吸収塔２の塔頂部２ｂ内を冷却することができる。したがって、例えば、吸収液中の溶質が飛散もしくは蒸発して脱炭酸ガスに随伴して上昇したとしても、導出路９に到達する前に洗浄・冷却して除去することが可能になり、吸収液中の溶質が吸収塔２の塔頂部２ｂから導出路９を通して外部に流出することを抑制することができる。
【００５７】
一方、脱炭酸ガスとともに生成されたリッチ吸収液は、吸収塔２内を下降して塔底部２ａに貯留された後、リッチ供給路４を通して再生塔３の塔頂部３ｂ内の第３ノズル１６に供給される。ここで本実施形態では、リーン供給路５とリッチ供給路４との間にアミン熱交３６が介在しており、リッチ吸収液は、リーン供給路５側のリーン吸収液と熱交換することで、リーン吸収液を冷却しつつ加熱される。
【００５８】
再生塔３内では、第３ノズル１６から供給されたリッチ吸収液が内部を下降するとともに、リボイラー系統１９によって加熱された吸収液が塔底部３ａから再導入される。このとき、加熱された吸収液の一部が蒸気発生部分２２でフラッシュし、吸収液の溶質および溶媒それぞれの一部が蒸気となり、また、再生された二酸化炭素がガスとなり、再生塔３内部を上昇する。この過程で、リッチ吸収液と前記溶質および溶媒の蒸気分とが接触し、前記溶質および溶媒の蒸気分の凝縮熱を熱源として、脱離再生の吸熱反応が起こり、リッチ吸収液から二酸化炭素ガスが分離される。
【００５９】
ここで本実施形態では、再生塔３の塔中間部３ｃ内に再生塔充填物１８が配設されている。この再生塔充填物１８は、例えば、多数の狭い隙間を持つフィン構成で、容積あたりのフィン表面積が大きく、また、その隙間は規則的に流路の角度が変化するように構成され、意図的に流れの乱れが起きるようになっている。再生塔充填物１８の表面では、吸収液がフィン上に濡れ壁をなして流下し、再生塔３内を上昇する前記溶質および溶媒の蒸気分と接触し、表面積の大きさや流れの乱れによって効率的に気液接触がなされ、二酸化炭素の分離・放散が促進される。
【００６０】
これにより、リッチ吸収液が、リーン吸収液と二酸化炭素ガスとに分離される。これらのうち、二酸化炭素ガスは、前記溶質および溶媒の蒸気分と混合され混合ガスとなり、再生塔３内を上昇する。
【００６１】
この混合ガスは、再生塔３の塔頂から混合ガス冷却系統２０の配管２９に導入された後、この配管２９を通る過程で、まず混合ガスコンプレッサー３０によって圧縮されて温度上昇させられ昇温混合ガスとなる。その後、昇温混合ガスは、凝縮熱交換器３４で、リボイラー系統１９側の吸収液と熱交換することで、吸収液を加熱しつつ冷却される。さらにその後、昇温混合ガスは、減圧・膨張弁３１によって膨張させられて温度低下させられる。
【００６２】
以上により、昇温混合ガス中の前記溶質および溶媒の蒸気分が凝縮されて凝縮液となり、この凝縮液と、二酸化炭素ガスを主体とした未凝縮の二酸化炭素主体ガス（昇温混合ガス）と、が、気液分離器３２により分離される。そして凝縮液は、第４ノズル２８から再生塔３に再導入されるとともに、未凝縮の二酸化炭素主体ガスは、排出路３３を通して外部に排出される。
【００６３】
一方、再生塔３内を下降する吸収液は、塔底部３ａに貯留された後、分離再生されたリーン吸収液として再生塔３ａから導出され、リーン供給路５を通して吸収塔２の塔頂部２ｂ内の前記第１ノズル７に供給される。このとき、リーン吸収液は、前記アミン熱交３６で、リッチ供給路４側のリッチ吸収液と熱交換することで、リッチ吸収液を予熱しつつ冷却される。このことにより、再生塔３側から見た場合、リーン吸収液が外部に持ち出す熱を、外部から供給されるリッチ吸収液の予熱として、熱回収することができる。
【００６４】
次に、ヒートポンプ６での熱媒体の流れについて、熱媒膨張弁４１を起点として説明する。
熱媒膨張弁４１で温度低下させられた熱媒体は、前記一方の配管３９を通った後、吸収塔内部熱交３７の下部側から上部側に向けて移動しながら、吸収液と熱交換することで、吸収液を冷却しつつ、吸収液が二酸化炭素を化学吸収する際に発生する発熱反応の熱を受け取り蒸発して気化し、その後、前記他方の配管４０を通って再生塔内部熱交３８の下部部側に移動する。このとき、熱媒体は熱媒コンプレッサー４２によって圧縮され、温度上昇させられる。
【００６５】
そして熱媒体は、再生塔内部熱交３８の下部側から上部側に向けて移動しながら、吸収液と熱交換することで、吸収液を加熱しつつその熱を吸熱反応の熱源として消費させることで冷却・凝縮された後、前記一方の配管３９を通って吸収塔内部熱交３７の下部側に向けて移動する。このとき、熱媒体は熱媒膨張弁４１により圧力低下し、再び温度低下させられ、気・液混合流体となる。
【００６６】
以上説明したように、本実施形態に係る二酸化炭素ガス回収装置１によれば、前記ヒートポンプ６を備えているので、再生塔３での吸熱反応の熱源として、吸収塔２での発熱反応で生じた熱を利用することができる。前記発熱反応で生じた熱は吸熱反応の熱と等しいので、反応熱を内部でのやり取りでキャンセルすることが可能になり、従来、吸熱反応の為に外部から加熱する一方で、反応発熱は冷却水に廃熱していたが、このような水冷等で廃熱していた反応発熱を再生に必要な吸熱反応の熱源として利用することが可能になり、外部からの入熱量を抑制して省エネルギー化を図ることができる。
【００６７】
また、ヒートポンプ６が前記吸収塔内部熱交３７を備えているので、吸収塔２での発熱反応で生じた熱を、損失少なく高効率に熱媒体に受け取らせることができる。
さらに、ヒートポンプ６が前記再生塔内部熱交３８を備えているので、熱媒体により移動させられた発熱反応で生じた熱を、再生塔３での吸熱反応の熱源として損失少なく高効率に利用することができる。
以上により、外部加熱する一方で冷却水に廃熱するというエネルギーの消費をすることなく、吸収塔２で吸収液が二酸化炭素を化学吸収する発熱反応で生じた熱を、再生塔３で吸収液から二酸化炭素を分離再生する吸熱反応の熱源として効果的に利用することが可能になり、更なる省エネルギー化を図ることができる。
【００６８】
また、混合ガス冷却系統２０が混合ガスコンプレッサー３０を備えているので、僅かな外部動力を加えることで、外部から加熱することなく、昇温混合ガスが得られ、さらに、リボイラー系統１９と混合ガス冷却系統２０との間に、前記凝縮熱交換器３４が介在しているので、リボイラー系統１９側の吸収液と、混合ガス冷却系統２０側の昇温混合ガスと、で熱交換することで、吸収液を加熱しつつ、昇温混合ガスを冷却することができる。
このように、再生塔３を流出する混合ガスの持つ熱量により、再生塔３に供給されるリッチ吸収液を予熱しておくことができるので、リボイラー系統１９での外部からの入熱量を確実に抑えることが可能になり、効果的に省エネルギー化を図ることができる。
【００６９】
ここで、以上の効果を一般化して以下の２項目として記述することができる。
（１）反応熱の自己熱再生効果
吸収塔２での反応発熱量は、再生塔３での反応吸熱量に等しい。よって、ヒートポンプ６に要する僅かな動力で、従来外部から加熱により与えていた反応熱は、プロセス内部のやり取りで賄い、外部との熱の授受を無くすことができる。その結果、再生塔３のリボイラー系統１９で加えていた外部熱量が従来に比べて低減される。
（２）塔操作に要する潜熱の自己熱再生
再生塔３の塔頂部３ｂから流出する混合ガスの熱量は、リボイラー系統１９で外部から加熱し、吸収液の溶質および溶媒を蒸発させるために消費した熱量から吸収液再生のために要する反応吸熱量を引いたものに等しい。よって混合ガスを圧縮する僅かな動力で、昇温混合ガスを得て、凝縮熱交換器３４で、前記混合ガスの熱をリボイラー系統１９に与えることができれば、リボイラー系統１９で外部から加えるべき熱量は低減する。さらに厳密に言えば、加えるべき熱量は、アミン熱交３６での回収漏れ熱量（アミン熱交３６から流出するリーン吸収液の顕熱量とアミン熱交３６に流入するリッチ吸収液の顕熱熱量との差違）と再生塔３廻りの放熱量の和に見合う熱量になる。
【００７０】
（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態の二酸化炭素ガス回収装置を説明する。
なお、この第２実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
【００７１】
図２に示すように、本実施形態の二酸化炭素ガス回収装置１００では、混合ガス冷却系統２０の減圧・膨張弁３１は前記排出路３３に設けられるとともに、混合ガス冷却系統２０の配管２９における気液分離器３２と第４ノズル２８との間には、凝縮液循環ポンプ２９ａに代えてレベル調節弁１０１が設けられている。
【００７２】
またヒートポンプ６は、前記吸収塔内部熱交３７を備えていない。そして本実施形態では、導出路９とヒートポンプ６との間には、脱炭酸ガスと、膨張させられ温度低下させられた熱媒体、とで熱交換する脱炭酸ガスクーラー（第３熱交換器）１０２が介在している。また、脱炭酸ガス洗浄系統１０とヒートポンプ６との間には、洗浄水と、膨張させられ温度低下させられた熱媒体と、で熱交換する洗浄水クーラー（第４熱交換器）１０３が介在している。さらに、リッチ供給路４とヒートポンプ６との間には、リッチ吸収液と、膨張させられ温度低下させられた熱媒体と、で熱交換するリッチアミン熱交換器（第５熱交換器）１０４が介在している。
これらの脱炭酸ガスクーラー１０２、洗浄水クーラー１０３およびリッチアミン熱交換器１０４は、ヒートポンプ６において熱媒膨張弁４１によって膨張させられ温度低下させられた熱媒体が通り、熱媒体が熱を受け取る熱回収側に介在している。
【００７３】
図示の例では、ヒートポンプ６は、複数の配管１０５、１０６、１０７、１０８と、各配管１０５、１０６、１０７、１０８を接続する熱媒分配器１０９および熱媒集合器１１０を備えている。複数の配管１０５、１０６、１０７、１０８は、再生塔内部熱交３８の上部側と熱媒分配器１０９とを接続する第１配管１０５と、熱媒分配器１０９と熱媒集合器１１０とを接続する２つの分岐配管１０６、１０７と、熱媒集合器１１０と再生塔内部熱交３８の下部側とを接続する第２配管１０８と、からなる。
【００７４】
２つの分岐配管１０６、１０７のうち、一方の分岐配管１０６には、脱炭酸ガスクーラー１０２および洗浄水クーラー１０３が、熱媒分配器１０９側から熱媒集合器１１０側に向けてこの順に介装されるとともに、他方の分岐配管１０７には、リッチアミン熱交換器１０４が介装されている。また、第１配管１０５には、前記熱媒膨張弁４１が設けられるとともに、第２配管１０８には前記熱媒コンプレッサー４２が設けられている。
【００７５】
なお図示の例では、吸収塔２に設けられた前記脱炭酸ガス洗浄系統１０では、その配管１３における洗浄水循環ポンプ１３ａと第２ノズル１２との間に洗浄水クーラー１０３が介装されるとともに、前記水冷式洗浄水クーラー１５が備えられてない。
またリッチ供給路４には、吸収塔底ポンプ１７よりも下流側で、かつアミン熱交３６よりも上流側にリッチアミン熱交換器１０４が介装されている。
【００７６】
次に、以上のように構成された二酸化炭素ガス回収装置１００の作用について説明する。ここでは、ヒートポンプ６の熱媒体の流れについて、熱媒膨張弁４１を起点として説明する。
熱媒膨張弁４１により温度低下させられた熱媒体は、第１配管１０５を通った後、熱媒分配器１０９で分岐された２つの分岐配管１０６、１０７を通る。
【００７７】
このうち、前記一方の分岐配管１０６を通る熱媒体は、脱炭酸ガスクーラー１０２において、導出路９側の脱炭酸ガスと熱交換することで、吸収塔２から導出される脱炭酸ガスの熱を受け取って加熱される。その後、熱媒体は、洗浄水クーラー１０３において、脱炭酸ガス洗浄系統１０側の洗浄水と熱交換することで、洗浄水を冷却しつつさらに加熱される。
また、前記他方の分岐配管１０７を通る熱媒体は、リッチアミン熱交換器１０４において、吸収塔２から流出するリッチ吸収液の熱を受け取って加熱される。
【００７８】
そして、両分岐配管１０６、１０７を通った熱媒体は熱媒集合器１１０で合流する。熱媒集合器１１０で合流した熱媒体は、第２配管１０８を通って再生塔内部熱交３８の下部側に移動する。このとき、熱媒体は熱媒コンプレッサー４２によって温度上昇させられる。そして熱媒体は、再生塔内部熱交３８の下部側から上部側に向けて移動しながら、吸収液と熱交換することで、吸収液を加熱しつつその熱を吸熱反応の熱源と消費させることで冷却された後、第１配管１０５を通って熱媒分配器１０９に向けて移動する。このとき、熱媒体は熱媒膨張弁４１により再び温度低下させられる。
【００７９】
以上説明したように、本実施形態に係る二酸化炭素ガス回収装置１００によれば、導出路９とヒートポンプ６との間に、前記脱炭酸ガスクーラー１０２が介在しているので、導出路９側の脱炭酸ガスと、ヒートポンプ６側の熱媒体と、で熱交換することで、吸収塔２から導出された脱炭酸ガスの熱を、熱媒体に受け取らせて熱媒体を加熱することができる。
これにより、吸収塔２の発熱反応で生じて脱炭酸ガスに受け渡された熱が外部に漏出するのを抑制することが可能になり、更なる省エネルギー化を図ることができる。
【００８０】
また、脱炭酸ガス洗浄系統１０とヒートポンプ６との間に、前記洗浄水クーラー１０３が介在しているので、脱炭酸ガス洗浄系統１０側の洗浄水と、ヒートポンプ６側の熱媒体と、で熱交換することで、洗浄水を冷却しつつ、熱媒体を加熱することができる。
これにより、吸収塔２の発熱反応で生じて脱炭酸ガスから洗浄水に受け渡された熱が、外部に漏出するのを抑制することが可能になり、更なる省エネルギー化を図ることができる。
【００８１】
また、リッチ供給路４とヒートポンプ６との間に、前記リッチアミン熱交換器１０４が介在しているので、リッチ供給路４側のリッチ吸収液と、ヒートポンプ６側の熱媒体と、で熱交換することで、吸収塔２の発熱反応で生じてリッチ吸収液に受け渡されたリッチ吸収液の熱を、熱媒体に受け取らせて熱媒体を加熱することができる。
また本実施形態では、リッチアミン熱交換器１０４が、リッチ供給路４においてアミン熱交３６よりも上流側に介装されているので、アミン熱交３６を通るリッチ吸収液を、前記リッチアミン熱交換器１０４で冷却しておくことができる。これにより、アミン熱交３６において、リッチ供給路４側のリッチ吸収液と、リーン供給路５側のリーン吸収液と、での熱交換量を増加することが可能になり、リーン供給路５側のリーン吸収液を効果的に冷却することができ、再生塔から見た熱回収量を増やすことができる。したがって、例えば、リーン供給路５においてアミン熱交３６よりも下流側に、リーン吸収液を冷却する図示しないリーンアミンクーラーを設け、吸収塔２に供給されるリーン吸収液を吸収塔２に供給する前に予め冷却する場合であっても、この冷却による外部への熱ロスを低減することができる。
【００８２】
また本実施形態では、吸収塔２内から外部に導出される脱炭酸ガスおよび吸収液の熱を、脱炭酸ガスクーラー１０２、洗浄水クーラー１０３、およびリッチアミン熱交換器１０４で熱媒体が受け取っている。したがって、吸収塔２での発熱反応で生じる熱を、前記吸収塔内部熱交３７を設けずに熱媒体で受け取ることが可能になる。これにより、例えば、二酸化炭素ガス回収装置１００の簡素化を図ることができる。
なお本実施形態では、ヒートポンプ６は、吸収塔内部熱交３７を備えていないものとしたが、備えていても良い。
【００８３】
（第３実施形態）
次に、本発明に係る第３実施形態の二酸化炭素ガス回収装置を説明する。
なお、この第３実施形態においては、第２実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。また図３では、図面の見易さのため、第２実施形態における構成要素と同一の部分については一部、図示を省略している。
【００８４】
図３に示すように、本実施形態の二酸化炭素ガス回収装置２００では、吸収塔充填物８は、吸収塔２の塔中間部２ｃ内に上下２分割して配設されるとともに、吸収塔２には、吸収塔２の塔中間部２ｃから吸収液を導出して冷却した後、塔中間部２ｃから再導入するインタークーラー系統２０１が設けられている。
【００８５】
インタークーラー系統２０１は、分割された吸収塔充填物８の間に配設され吸収液が貯留された液受けトレー２０２と、液受けトレー２０２よりも下方に配設され下方に向けて吸収液を供給する第５ノズル２０３と、液受けトレー２０２と第５ノズル２０３とを接続する配管２０４と、を備えている。
配管２０４には、液受けトレー２０２から第５ノズル２０３に配管２０４を通して吸収液を移送するインタークーラーポンプ２０５が設けられている。
【００８６】
そして本実施形態では、インタークーラー系統２０１とヒートポンプ６との間には、吸収液と、膨張させられ温度低下させられた熱媒体と、で熱交換する熱媒冷却式インタークーラー（第６熱交換器）２０６が介在している。また、リーン供給路５とヒートポンプ６との間には、リーン吸収液と、膨張させられ温度低下させられた熱媒体と、で熱交換する熱媒冷却式リーンアミンクーラー（第７熱交換器）２０７が介在している。
【００８７】
図示の例では、ヒートポンプ６は、５つの分岐配管２０８を備えており、各分岐配管２０８には、前記脱炭酸ガスクーラー１０２、前記洗浄水クーラー１０３、前記リッチアミン熱交換器１０４、熱媒冷却式インタークーラー２０６、および熱媒冷却式リーンアミンクーラー２０７のいずれかが介装されている。
【００８８】
なお、インタークーラー系統２０１では、その配管２０４におけるインタークーラーポンプ２０５と第５ノズル２０３との間に熱媒冷却式インタークーラー２０６が介装されている。
またリーン供給路５には、アミン熱交３６よりも下流側に熱媒冷却式リーンアミンクーラー２０７が介装されている。
【００８９】
次に、以上のように構成された二酸化炭素ガス回収装置２００の作用について説明する。ここでは、ヒートポンプ６の熱媒体の流れについて、熱媒膨張弁４１を起点として、熱媒集合器１１０に到達するまでを説明する。
熱媒膨張弁４１により温度低下させられた熱媒体は、第２配管１０８を通った後、熱媒分配器１０９で分岐された５つの分岐配管２０８を通る。
【００９０】
このうち、熱媒冷却式インタークーラー２０６が介装された分岐配管２０８を通る熱媒体は、熱媒冷却式インタークーラー２０６において、吸収液と熱交換することで、吸収液を冷却しつつ加熱される。
また、熱媒冷却式リーンアミンクーラー２０７が介装された分岐配管２０８を通る熱媒体は、熱媒冷却式リーンアミンクーラー２０７において、リーン吸収液を冷却しつつ加熱される。
そして、各分岐配管２０８を通った熱媒体は熱媒集合器１１０で合流する。
【００９１】
以上説明したように、本実施形態に係る二酸化炭素ガス回収装置２００によれば、リーン供給路５とヒートポンプ６との間に、前記熱媒冷却式リーンアミンクーラー２０７が介在しているので、リーン供給路５側のリーン吸収液と、ヒートポンプ６側の熱媒体と、で熱交換することで、リーン吸収液を冷却しつつ、熱媒体を加熱することができる。
これにより、従来は冷却水に廃熱していたリーン吸収液の熱を、廃熱することなく熱媒体の熱として回収することができる。また、吸収塔２に供給されるリーン吸収液を冷却することが可能になり、吸収塔２での吸収液による二酸化炭素ガスの吸収を促進することができる。
【００９２】
さらに、吸収塔２に前記インタークーラー系統２０１が設けられているので、塔中間部２ｃの吸収液を冷却した後に再導入することが可能になり、吸収塔２での吸収液による二酸化炭素ガスの吸収をより促進することができる。
【００９３】
また、インタークーラー系統２０１とヒートポンプ６との間に、前記熱媒冷却式インタークーラー２０６が介在しているので、インタークーラー系統２０１側の吸収液と、ヒートポンプ６側の熱媒体と、で熱交換することで、吸収液を冷却しつつ、熱媒体を加熱することができる。
これにより、吸収塔２の発熱反応で生じて吸収液に受け渡された熱が、外部に漏出するのを抑制することが可能になり、更なる省エネルギー化を図ることができる。
【００９４】
（第４実施形態）
次に、本発明に係る第４実施形態の二酸化炭素ガス回収装置を説明する。
なお、この第４実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
【００９５】
図４に示すように、本実施形態の二酸化炭素ガス回収装置３００では、リッチ供給路４において吸収塔底ポンプ１７とアミン熱交３６との間に位置する部分に、リッチ吸収液の流れを分岐するリッチアミン分配器３０１と、分岐されたリッチ吸収液が流通する２つのリッチ分岐路３０２、３０３と、リッチ分岐路３０２、３０３が合流するリッチアミン集合器３０４と、が備えられている。
【００９６】
２つのリッチ分岐路３０２、３０３のうち、一方のリッチ分岐路３０２とリーン供給路５との間には、リッチ吸収液とリーン吸収液とで熱交換する第１リッチアミン熱交３０５が介在している。第１リッチアミン熱交３０５は、リーン供給路５においてアミン熱交３６よりも下流側に介装されており、前記一方のリッチ分岐路３０２側のリッチ吸収液と、リーン供給路５側のリーン吸収液と、で熱交換することで、再生塔３に供給され再生塔３内で吸熱反応を起こすリッチ吸収液を予熱しつつ、吸収塔２に供給され吸収塔２内で発熱反応を起こすリーン吸収液を冷却することができる。
また、再生塔３に設けられた前記リボイラー系統１９の配管２３におけるリボイラーポンプ２４と凝縮熱交換器３４との間にはリボイラー分配器３０６が設けられており、このリボイラー分配器３０６からは、再生塔３の塔底部３ａに接続される枝配管３０７が分岐されている。
【００９７】
そして本実施形態では、リボイラー系統１９とヒートポンプ６との間には、吸収液と、圧縮させられ温度上昇させられた熱媒体と、で熱交換する熱媒式リボイラーヒーター（第８熱交換器）３０８が介在している。また、リッチ供給路４とヒートポンプ６との間には、リッチ吸収液と、圧縮させられ温度上昇させられた熱媒体と、で熱交換する第２リッチアミン熱交（第９熱交換器）３０９が介在している。
これらの熱媒式リボイラーヒーター３０８、第２リッチアミン熱交３０９および前記再生塔内部熱交３８は、ヒートポンプ６において熱媒コンプレッサー４２によって圧縮させられ温度上昇させられた熱媒体が通り、熱媒体が熱を受け渡す熱供給側に介在している。
【００９８】
図示の例では、ヒートポンプ６は、複数の配管３１０、３１１、３１２、３１３、３１４と、各配管を接続する熱媒分配器３１５および熱媒集合器３１６を備えている。複数の配管３１０、３１１、３１２、３１３、３１４は、熱媒分配器３１５と熱媒集合器３１６とを接続する３つの分岐配管３１０、３１１、３１２と、熱媒集合器３１６と吸収塔内部熱交３７の下部側とを接続する第１配管３１３と、吸収塔内部熱交３７の上部側と熱媒分配器３１５とを接続する第２配管３１４と、からなる。
【００９９】
３つの分岐配管３１０、３１１、３１２のうち、第１の分岐配管３１０の中間部には、前記再生塔内部熱交３８が設けられ、第２の分岐配管３１１には、熱媒式リボイラーヒーター３０８が介装され、第３の分岐配管３１２には、第２リッチアミン熱交３０９が介装されている。また、第１配管３１３には前記熱媒膨張弁４１が設けられるとともに、第２配管３１４には、前記熱媒コンプレッサー４２が設けられている。
なお図示の例では、リボイラー系統１９では、枝配管３０７に熱媒式リボイラーヒーター３０８が介装されるとともに、リッチ供給路４では、２つのリッチ分岐路３０２、３０３のうち、前記一方のリッチ分岐路３０２とは異なる他方のリッチ分岐路３０３に第２リッチアミン熱交３０９が介装されている。第２リッチアミン熱交３０９は、リッチ供給路４においてアミン熱交３６よりも上流側に介装されている。
【０１００】
次に、以上のように構成された二酸化炭素ガス回収装置３００の作用について説明する。ここでは、ヒートポンプ６の熱媒体の流れについて、熱媒膨張弁４１を起点として説明する。
【０１０１】
熱媒膨張弁４１により温度低下させられた熱媒体は、第１配管３１３を通った後、吸収塔内部熱交３７の下部側から上部側に向けて移動しながら、吸収液と熱交換することで、吸収液を冷却しつつ発熱反応の熱を受け取り、その後、第２配管３１４を通って熱媒分配器３１５に移動する。このとき、熱媒体は熱媒コンプレッサー４２によって温度上昇させられる。そして熱媒体は、熱媒分配器３１５により分岐され、各分岐配管３１０、３１１、３１２を通る。
【０１０２】
このうち、第１の分岐配管３１０を通る熱媒体は、再生塔内部熱交３８の下部側から上部側に向けて移動しながら、吸収液と熱交換することで、前記熱を吸熱反応の熱源としてリッチ吸収液に受け渡して加熱する。
また、第２の分岐配管３１１を通る熱媒体は、熱媒式リボイラーヒーター３０８において、リボイラー系統１９側の吸収液と熱交換することで、その熱を吸収液に受け渡して加熱する。
さらに、第３の分岐配管３１２を通る熱媒体は、リッチ供給路４側のリッチ吸収液と熱交換することで、その熱をリッチ吸収液に受け渡して加熱する。
【０１０３】
そして、各分岐配管３１０、３１１、３１２を通った熱媒体は熱媒集合器３１６で合流する。熱媒集合器３１６で合流した熱媒体は、第１配管３１３を通って吸収塔内部熱交３７の下部側に向けて移動する。このとき、熱媒体は熱媒膨張弁４１により再び温度低下させられる。
【０１０４】
以上説明したように、本実施形態に係る二酸化炭素ガス回収装置３００によれば、リボイラー系統１９とヒートポンプ６との間に、前記熱媒式リボイラーヒーター３０８が介在しているので、リボイラー系統１９側の吸収液と、ヒートポンプ６側の熱媒体と、で熱交換することで、熱媒体の熱を、吸収液に受け取らせて吸収液を加熱することができる。
これにより、リボイラー系統１９での外部からの入熱量をより抑えることが可能になり、更なる省エネルギー化を図ることができる。
【０１０５】
また、リッチ供給路４とヒートポンプ６との間に、前記第２リッチアミン熱交３０９が介在しているので、リッチ供給路４側のリッチ吸収液と、ヒートポンプ６側の熱媒体と、で熱交換することで、熱媒体の熱を、再生塔３に供給されるリッチ吸収液に受け取らせてリッチ吸収液を加熱することができる。
このように、再生塔３に供給されるリッチ吸収液を予熱しておくことができるので、再生塔３でリッチ吸収液が受け取る必要がある熱量を抑えることができる。したがって、リボイラー系統１９での外部からの入熱量をより抑えることが可能になり、更なる省エネルギー化を図ることができる。
また本実施形態のように、リーン供給路５とリッチ供給路４との間に前記アミン熱交３６が介在している場合、アミン熱交３６での加熱量に、前記第２リッチアミン熱交３０９での加熱量が加算される結果、リッチ吸収液の予熱量が増大し、リボイラー系統１９によって吸収液に与えるべき熱量を更に抑えることができる。したがって、リボイラー系統１９での外部からの入熱量をより一層抑えることが可能になり、一層更なる省エネルギー化を図ることができる。
【０１０６】
（第５実施形態）
次に、本発明に係る第５実施形態の二酸化炭素ガス回収装置を説明する。
なお、この第５実施形態においては、第２実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
【０１０７】
図５に示すように、本実施形態に係る二酸化炭素ガス回収装置４００では、再生塔３に設けられた前記リボイラー系統１９の配管２３におけるリボイラーポンプ２４と凝縮熱交換器３４との間にはリボイラー分配器４０１が設けられており、このリボイラー分配器４０１からは、再生塔３の塔底部３ａに接続される枝配管４０２が分岐されている。
【０１０８】
またヒートポンプ６は、前記再生塔内部熱交３８を備えていない。そして本実施形態では、リボイラー系統１９とヒートポンプ６との間には、吸収液と、圧縮させられ温度上昇させられた熱媒体と、で熱交換する熱媒式リボイラーヒーター（第８熱交換器）４０３が介在している。
図示の例では、ヒートポンプ６の複数の配管４０４、４０５は、熱媒集合器１１０と熱媒分配器１０９とを接続するとともに前記熱媒コンプレッサー４２が設けられた主配管４０４と、熱媒分配器１０９と熱媒集合器１１０とを接続する３つの分岐配管４０５と、からなる。
【０１０９】
主配管４０４には、熱媒体を膨張させることで温度低下させる熱媒膨張タービン４０６が設けられている。この熱媒膨張タービン４０６は、熱媒体を膨張させるときに回転動力を得る。そして、主配管４０４における熱媒コンプレッサー４２と熱媒膨張タービン４０６との間に、前記熱媒式リボイラーヒーター４０３が介装されている。
また、各分岐配管４０５には、熱媒冷却式の脱炭酸ガスクーラー１０２、熱媒冷却式の洗浄水クーラー１０３および熱媒冷却式のリッチアミン熱交換器１０４のいずれかが介装されている。
【０１１０】
次に、以上のように構成された二酸化炭素ガス回収装置４００の作用について説明する。ここでは、ヒートポンプ６の熱媒体の流れについて、熱媒膨張タービン４０６を起点として説明する。
【０１１１】
熱媒膨張タービン４０６により温度低下させられた熱媒体は、主配管４０４を通った後に熱媒分配器１０９で分岐され、３つの分岐配管４０５を通って各熱交換器において加熱され、その後、熱媒集合器１１０で合流する。熱媒集合器１１０で合流した熱媒体は、主配管４０４を通って、熱媒コンプレッサー４２によって温度上昇させられた後、熱媒式リボイラーヒーター４０３において、リボイラー系統１９側の吸収液と熱交換することで、熱媒体の熱を吸収液に受け渡して加熱する。その後、主配管４０４を通って熱媒分配器１０９に向けて移動する。このとき、熱媒体は熱媒膨張タービン４０６により再び温度低下させられる。
【０１１２】
以上説明したように、本実施形態に係る二酸化炭素ガス回収装置４００によれば、リボイラー系統１９とヒートポンプ６との間に、前記熱媒式リボイラーヒーター４０３が介在しているので、リボイラー系統１９側の吸収液と、ヒートポンプ６側の熱媒体と、で熱交換することで、熱媒体の熱を、吸収液に受け取らせて吸収液を加熱することができる。
これにより、リボイラー系統１９での外部からの入熱量をより抑えることが可能になり、更なる省エネルギー化を図ることができる。
なお、ヒートポンプ６は、前記再生塔内部熱交３８を備えていないものとしたが、備えていても良い。
【０１１３】
（第６実施形態）
次に、本発明に係る第６実施形態の二酸化炭素ガス回収装置を説明する。
なお、この第６実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。また図６では、図面の見易さのためにヒートポンプ６の図示を省略している。
【０１１４】
図６に示すように、本実施形態の二酸化炭素ガス回収装置５００では、吸収塔充填物８は、吸収塔２の塔中間部２ｃに上下２分割して配設されるとともに、吸収塔２には、吸収塔２の塔中間部２ｃ内からリーン吸収液を導出して冷却した後、塔中間部２ｃから再導入するインタークーラー系統５０１が設けられている。
また、リーン供給路５には、リーン吸収液を冷却するリーンアミンクーラー５０２がアミン熱交３６よりも下流側に設けられている。
【０１１５】
また、混合ガス冷却系統２０の配管２９には、前記減圧・膨張弁３１が設けられておらず、この配管２９において気液分離器３２と前記第４ノズル２８との間には、凝縮液循環ポンプ２９ａに代えてレベル調節弁５０３が設けられている。
気液分離器３２は、凝縮熱交換器３４で凝縮された前記溶質および溶媒の蒸気分である凝縮液と、未凝縮の前記溶質および溶媒の蒸気分および二酸化炭素ガスからなる未凝縮の残りの昇温混合ガスと、を分離する。この気液分離器３２には、排出路３３に代えて、後述する他の気液分離器５０５を経て再生塔３の塔頂部３ｂに接続された残ガス流通路５０４が設けられている。
【０１１６】
残ガス流通路５０４内は、気液分離器３２により分離された未凝縮の前記残りの昇温混合ガスが通る。残ガス流通路５０４には、後述する第３リッチアミン熱交（第１１熱交換器）５１４と、前記減圧・膨張弁３１と、前記溶質および溶媒の蒸気分の凝縮液と未凝縮の二酸化炭素ガスとを分離する他の気液分離器５０５と、レベル調節弁５０６と、が、気液分離器３２から再生塔３の塔頂部３ｂに、この順で配設されている。
他の気液分離器５０５には、前記排出路３３が設けられている。
【０１１７】
また、リッチ供給路４において吸収塔底ポンプ１７とアミン熱交３６との間に位置する部分には、リッチ吸収液の流れを分岐するリッチアミン分配器５０７と、分岐されたリッチ吸収液が流通する３つのリッチ分岐路５０８、５０９、５１０と、リッチ分岐路５０８、５０９、５１０が合流するリッチアミン集合器５１１と、が備えられている。
【０１１８】
３つのリッチ分岐路５０８、５０９、５１０のうちの第１リッチ分岐路５０８と、リーン供給路５と、の間には、リッチ吸収液とリーン吸収液とで熱交換する第１リッチアミン熱交５１２が介在している。第１リッチアミン熱交５１２は、リーン供給路５においてアミン熱交３６よりも下流側に介装されている。
また、３つのリッチ分岐路５０８、５０９、５１０のうちの第２リッチ分岐路５０９と、前記リボイラー配管２６と、の間には、リッチ吸収液と高温流体とで熱交換する第２リッチアミン熱交５１３が介在している。第２リッチアミン熱交５１３は、リボイラー配管２６においてスチームトラップ２７よりも下流側に介装されている。
【０１１９】
そして本実施形態では、混合ガス冷却系統２０とリッチ供給路４との間には、凝縮熱交換器３４を通った後の昇温混合ガスとリッチ吸収液とで熱交換する第３リッチアミン熱交５１４が介在している。
第３リッチアミン熱交５１４は、３つのリッチ分岐路５０８、５０９、５１０のうちの第３リッチ分岐路５１０に介装されているとともに、残ガス流通路５０４において減圧・膨張弁３１よりも上流側に介装されている。
【０１２０】
次に、以上のように構成された二酸化炭素ガス回収装置５００の作用について説明する。
はじめに、リッチ供給路４でのリッチ吸収液の流れについて説明する。
リッチ供給路４を通るリッチ吸収液は、リッチアミン分配器５０７に到達した後、３つの分岐路５０８、５０９、５１０に分岐される。
【０１２１】
このうち、第１リッチ分岐路５０８を通るリッチ吸収液は、第１リッチアミン熱交５１２で、リーン供給路５側のリーン吸収液と熱交換することで、リーン吸収液を冷却しつつ加熱される。
また、第２リッチ分岐路５０９を通るリッチ吸収液は、第２リッチアミン熱交５１３で、リボイラー配管２６の高温流体と熱交換することで、高温流体から熱を受け取り加熱される。
さらに、第３リッチ分岐路５１０を通るリッチ吸収液は、第３リッチアミン熱交５１４で、残ガス流通路５０４を流通する前記残りの昇温混合ガスと熱交換することで、前記残りの昇温混合ガスを冷却しつつ加熱される。
【０１２２】
そして、各リッチ分岐路５０８、５０９、５１０を通り加熱されたリッチ吸収液は、リッチアミン集合器５１１で合流した後、前記第３ノズル１６に供給される。
【０１２３】
次に、混合ガス冷却系統２０での混合ガスの流れについて説明する。
再生塔３内を上昇した混合ガスは、混合ガス冷却系統２０の配管２９を通り、まず混合ガスコンプレッサー３０によって圧縮され温度上昇させられ昇温混合ガスとなる。その後、凝縮熱交換器３４で、リボイラー系統１９側の吸収液と熱交換することで、前記溶質および溶媒の蒸気分が持つ潜熱が回収され、前記溶質および溶媒の蒸気分の少なくとも一部が凝縮されて、凝縮液となる。
次いで、気液分離器３２により、前記凝縮液と、未凝縮の前記残りの昇温混合ガスと、が分離され、これらのうち、凝縮液は、配管２９を通り再生塔３の塔頂部３ｂに前記第４ノズル２８から供給される。
【０１２４】
一方、未凝縮の前記残りの昇温混合ガスは、残ガス流通路５０４を通り、第３リッチアミン熱交５１４で、第３リッチ分岐路５１０を通るリッチ吸収液と熱交換することで、ガスの顕熱および一部残った蒸気分の潜熱が回収される。すなわち、前記溶質および溶媒の蒸気分の潜熱が回収されて前記残りの昇温混合ガス中の前記溶質および溶媒の蒸気分が凝縮されるとともに、前記残りの昇温混合ガス中の二酸化炭素ガスの顕熱が回収される。その後、前記残りの昇温混合ガスが減圧・膨張弁３１によって膨張させられて温度低下させられることで、前記残りの昇温混合ガス中の前記溶質および溶媒の蒸気分が全て凝縮され凝縮液となる。
【０１２５】
そして、他の気液分離器５０５により、前記凝縮液と、未凝縮の二酸化炭素ガスと、が分離され、これらのうち、凝縮液は、前記残ガス流通路５０４を通り再生塔３の塔頂部３ｂに供給されるとともに、二酸化炭素ガスは、排出路３３を通して排出される。
【０１２６】
以上説明したように、本実施形態に係る二酸化炭素ガス回収装置５００によれば、混合ガス冷却系統２０とリッチ供給路４との間に、前記第３リッチアミン熱交５１４が介在しているので、混合ガス冷却系統２０側の前記残りの昇温混合ガスと、リッチ供給路４側のリッチ吸収液と、で熱交換することで、再生塔３に供給されるリッチ吸収液を加熱しつつ、前記残りの昇温混合ガスを冷却することができる。
【０１２７】
このように、再生塔３を流出する混合ガスの持つ熱量により、再生塔３に供給されるリッチ吸収液を予熱しておくことができるので、再生塔３でリッチ吸収液が受け取る必要がある熱量を抑えることができる。したがって、リボイラー系統１９での外部からの入熱量をより抑えることが可能になり、一層の省エネルギー化を図ることができる。
【０１２８】
また、混合ガス冷却系統２０側の昇温混合ガスが、凝縮熱交換器３４を通った後、第３リッチアミン熱交５１４を通るので、昇温混合ガス中の前記溶質および溶媒の蒸気分の潜熱を凝縮熱交換器３４で回収した後、未凝縮の前記残りの昇温混合ガスの顕熱および残った潜熱を第３リッチアミン熱交５１４で回収することができる。
【０１２９】
ここで、第１実施形態と同様に、以上の効果を一般化して記述すると、本実施形態では、前記（１）反応熱の自己熱再生効果と、（２）塔操作に要する潜熱の自己熱再生と、に加えて以下の１項目を記述することができる。
（３）塔操作に要する顕熱の自己熱再生
再生塔３に流入するリッチ吸収液に含まれるＣＯ２に相当する顕熱量は、前記残りの昇温混合ガスのガス顕熱に等しい。よって混合ガスを圧縮する僅かな動力で昇温混合ガスを得て、第３リッチアミン熱交５１４により、その顕熱を回収すれば、再生塔に導入されるリッチ吸収液の予熱量が増加して、リボイラー系統１９で外部から加えるべき熱量は低減する。さらに厳密に言えば、加えるべき熱量は、アミン熱交３６での回収漏れ熱量（アミン熱交３６を流出するリーン吸収液の顕熱量とアミン熱交３６に流入するリッチ吸収液の顕熱量との差違）からリッチ吸収液に含まれるＣＯ２の顕熱相当熱量を除いた熱量と、再生塔３廻りの放熱量に見合う熱量と、の和になる。
さらにアミン熱交３６の伝熱面積を大きく設定し、アミン熱交３６での回収漏れ熱量をゼロに近づけると、リボイラー系統１９で外部から加えるべき熱量は再生塔３廻りの放熱量だけに見合う熱量にまで低減し、放熱は保温の程度で制御できることから、最終的にリボイラー系統１９で外部から加えるべき熱量は、ゼロ近傍とすることが可能となる。
【０１３０】
なお本実施形態では、第３リッチアミン熱交５１４において、混合ガス冷却系統２０側の前記残りの昇温混合ガスと、リッチ供給路４側のリッチ吸収液と、で熱交換するものとしたが、これに限られるものではない。例えば、第３リッチアミン熱交５１４において、二酸化炭素ガスとリッチ吸収液とで熱交換し、二酸化炭素ガスの顕熱回収をしても良い。この場合、例えば、気液分離器３２で、昇温混合ガス中の前記溶質および溶媒の蒸気分の全てが二酸化炭素ガスから分離されるように、気液分離器３２よりも上流側で、昇温混合ガス中の前記溶質および溶媒の蒸気分の全てが凝縮されるように、混合ガス冷却系統２０を構成しても良い。
【０１３１】
（第７実施形態）
次に、本発明に係る第７実施形態の二酸化炭素ガス回収装置を説明する。
なお、この第７実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
【０１３２】
図７に示すように、本実施形態の二酸化炭素ガス回収装置６００では、リッチ供給路４において吸収塔底ポンプ１７よりも下流側に位置する部分に、リッチ吸収液の流れを分岐するリッチアミン分配器６０１と、分岐されたリッチ吸収液が流通する２つのリッチ分岐路６０２、６０３と、リッチ分岐路６０２、６０３が合流するリッチアミン集合器６０４と、が備えられている。
２つのリッチ分岐路６０２、６０３のうち、一方のリッチ分岐路６０２とリーン供給路５との間には、前記アミン熱交３６が介在している。
【０１３３】
ヒートポンプ６は、前記再生塔内部熱交３８を備えていない。そして本実施形態では、リッチ供給路４とヒートポンプ６との間には、リッチ吸収液と、圧縮させられ温度上昇させられた熱媒体と、で熱交換する第１リッチアミン熱交（第９熱交換器）６０５が介在している。
【０１３４】
図示の例では、ヒートポンプ６は、吸収塔内部熱交３７の下部側と上部側とを接続するヒートポンプ配管６０７を備えている。このヒートポンプ配管６０７には、前記熱媒コンプレッサー４２が設けられるとともに、ヒートポンプ配管６０７において熱媒コンプレッサー４２よりも下流側には、熱媒体を膨張させることで温度低下させる熱媒膨張タービン６０８が設けられている。この熱媒膨張タービン６０８は、熱媒体を膨張させるときに回転動力を得る。
【０１３５】
そして、第１リッチアミン熱交６０５は、ヒートポンプ配管６０７において、熱媒コンプレッサー４２よりも下流側で、かつ熱媒膨張タービン６０８よりも上流側に介装されているとともに、リッチ供給路４においてリッチアミン集合器６０４よりも下流側に介装されている。
【０１３６】
また、混合ガス冷却系統２０の減圧・膨張弁３１は前記排出路３３に設けられるとともに、混合ガス冷却系統２０の配管２９における気液分離器３２と第４ノズル２８との間には、凝縮液循環ポンプ２９ａに代えてレベル調節弁６０９が設けられている。さらに図示の例では、凝縮熱交換器３４が設けられていない。
【０１３７】
そして本実施形態では、混合ガス冷却系統２０とリッチ供給路４との間には、昇温混合ガスとリッチ吸収液とで熱交換する第２リッチアミン熱交（第１２熱交換器）６１０が介在している。さらに、混合ガス冷却系統２０とリッチ供給路４との間には、第２リッチアミン熱交６１０を通った後の昇温混合ガスとリッチ吸収液とで熱交換する第３リッチアミン熱交（第１３熱交換器）６１１が介在している。
【０１３８】
図示の例では、第２リッチアミン熱交６１０は、混合ガス冷却系統２０の配管２９において混合ガスコンプレッサー３０よりも下流側で、かつ気液分離器３２よりも上流側に介装されるとともに、リッチ供給路４において第１リッチアミン熱交６０５よりも下流側に介装されている。
また第３リッチアミン熱交６１１は、混合ガス冷却系統２０の排出路３３において減圧・膨張弁３１よりも上流側に介装されるとともに、リッチ供給路４において、２つのリッチ分岐路６０２、６０３のうち、一方のリッチ分岐路６０２と異なる他方の分岐路６０３に介装されている。
【０１３９】
次に、以上のように構成された二酸化炭素ガス回収装置６００の作用について説明する。
はじめに、リッチ供給路４でのリッチ吸収液の流れについて説明する。
リッチ供給路４を通るリッチ吸収液は、リッチアミン分配器６０１に到達した後、２つのリッチ分岐路６０２、６０３に分岐される。
【０１４０】
このうち、一方のリッチ分岐路６０２を通るリッチ吸収液は、アミン熱交３６で、リーン供給路５側のリーン吸収液と熱交換することで、リーン吸収液を冷却しつつ加熱される。
また、他方のリッチ分岐路６０３を通るリッチ吸収液は、第３リッチアミン熱交６１１で、混合ガス冷却系統２０の排出路３３側の二酸化炭素主体ガスと熱交換することで、二酸化炭素主体ガスから熱を受け取り加熱される。
【０１４１】
そして、各リッチ分岐路６０２、６０３を通り加熱されたリッチ吸収液は、リッチアミン集合器６０４で合流した後、第１リッチアミン熱交６０５で、ヒートポンプ６の熱媒体と熱交換することで、熱媒体から熱を受け取り加熱される。その後さらにリッチ吸収液は、第２リッチアミン熱交６１０で、混合ガス冷却系統２０の排出路３３側の昇温混合ガスと熱交換することで、昇温混合ガスを冷却するとともに加熱される。
以上のようにして加熱されたリッチ吸収液は、その後、前記第３ノズル１６に供給される。
【０１４２】
次に、混合ガス冷却系統２０での混合ガスの流れについて説明する。
再生塔３内を上昇した混合ガスは、混合ガス冷却系統２０の配管２９を通り、まず混合ガスコンプレッサー３０によって圧縮され温度上昇させられ昇温混合ガスとなる。その後、第２リッチアミン熱交６１０で、リッチ供給路４側のリッチ吸収液と熱交換することで、前記溶質および溶媒の蒸気分が持つ潜熱が回収され、前記溶質および溶媒の蒸気分が凝縮されて凝縮液となる。
【０１４３】
次いで、気液分離器３２により、前記凝縮液と、二酸化炭素ガスを主体とした未凝縮の二酸化炭素主体ガスと、が分離され、これらのうち、凝縮液は、配管２９を通り再生塔３の塔頂部３ｂに前記第４ノズル２８から供給される。
【０１４４】
一方、未凝縮の前記二酸化炭素主体ガスは、排出路３３を通り、第３リッチアミン熱交６１１で、一方のリッチ分岐路６０２を通るリッチ吸収液と熱交換することで、ガスの顕熱および一部残った蒸気分の潜熱が回収された後、減圧・膨張弁３１によって膨張させられて温度低下させられて排出される。このとき、前記溶質および溶媒の蒸気分の潜熱が回収されて前記二酸化炭素主体ガス中の前記溶質および溶媒の蒸気分が凝縮されるとともに、前記二酸化炭素主体ガス中の二酸化炭素ガスの顕熱が回収される。
【０１４５】
次に、ヒートポンプ６での熱媒体の流れについて、熱媒膨張タービン６０８を起点として説明する。
熱媒膨張タービン６０８で温度低下させられた熱媒体は、ヒートポンプ配管６０７を通った後、吸収塔内部熱交３７の下部側から上部側に向けて移動しながら、吸収液と熱交換することで、吸収液を冷却しつつ発熱反応の熱を受け取る。
そして熱媒体は、ヒートポンプ配管６０７を通って、熱媒コンプレッサー４２によって圧縮され、温度上昇させられた後、第１リッチアミン熱交６０５で、リッチ吸収液と熱交換することで、リッチ吸収液を加熱しつつ冷却される。その後、熱媒体は、ヒートポンプ配管６０７を通って、吸収塔内部熱交３７の下部側に向けて移動する。このとき、熱媒体は熱媒膨張タービン６０８により再び温度低下させられる。
【０１４６】
以上説明したように、本実施形態に係る二酸化炭素ガス回収装置６００によれば、混合ガス冷却系統２０が混合ガスコンプレッサー３０を備えているので、僅かな外部動力を加えることで、外部から加熱することなく、昇温混合ガスが得られ、さらに、混合ガス冷却系統２０とリッチ供給路４との間に、前記第２リッチアミン熱交６１０が介在しているので、混合ガス冷却系統２０側の昇温混合ガスと、リッチ供給路４側のリッチ吸収液と、で熱交換することで、再生塔３を流出する混合ガスの持つ熱量により、再生塔３に供給されるリッチ吸収液を加熱しつつ、昇温混合ガスを冷却することができる。
【０１４７】
このように、再生塔３に供給されるリッチ吸収液を予熱しておくことができるので、再生塔３でリッチ吸収液が受け取る必要がある熱量を抑えることができる。したがって、リボイラー系統１９での外部からの入熱量を抑えることが可能になり、効果的に省エネルギー化を図ることができる。
【０１４８】
また、混合ガス冷却系統２０とリッチ供給路４との間に、前記第２リッチアミン熱交６１０および前記第３リッチアミン熱交６１１が介在しているので、再生塔３に供給されるリッチ吸収液を効果的に予熱しておくことが可能になり、再生塔３でリッチ吸収液が受け取る必要がある熱量をより抑えることができる。したがって、リボイラー系統１９での外部からの入熱量をより抑えることが可能になり、一層の省エネルギー化を図ることができる。
【０１４９】
また、混合ガス冷却系統２０側の昇温混合ガスが、第２リッチアミン熱交６１０を通った後に第３リッチアミン熱交６１１を通るので、例えば、昇温混合ガス中の前記溶質および溶媒の蒸気分の潜熱を第２リッチアミン熱交６１０で回収した後、未凝縮の二酸化炭素主体ガスの顕熱および残った潜熱を第３リッチアミン熱交６１１で回収することができる。
【０１５０】
また、リッチ供給路４とヒートポンプ６との間に、前記第１リッチアミン熱交６０５が介在しているので、リッチ供給路４側のリッチ吸収液と、ヒートポンプ６側の熱媒体と、で熱交換することで、熱媒体の熱を、再生塔３に供給されるリッチ吸収液に受け取らせてリッチ吸収液を加熱することができる。
【０１５１】
このように、再生塔３に供給されるリッチ吸収液を予熱しておくことができるので、再生塔３でリッチ吸収液が受け取る必要がある熱量を抑えることができる。したがって、リボイラー系統１９での外部からの入熱量をより抑えることが可能になり、更なる省エネルギー化を図ることができる。
【０１５２】
また本実施形態のように、リーン供給路５とリッチ供給路４との間に前記アミン熱交３６が介在している場合、アミン熱交３６で、リッチ吸収液を加熱する熱量が小さくなり、リボイラー系統１９によって吸収液に与えるべき熱量を更に抑えることができる。したがって、リボイラー系統１９での外部からの入熱量をより一層抑えることが可能になり、一層更なる省エネルギー化を図ることができる。
【０１５３】
なお本実施形態では、ヒートポンプ６が前記再生塔内部熱交３８を備えていないものとしたが、備えていても良い。また本実施形態では、凝縮熱交換器３４を備えていてないものとしたが、備えていても良い。さらに本実施形態では、第３リッチアミン熱交６１１を備えているものとしたが、備えて無くても良い。
【０１５４】
なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、前記各実施形態では、混合ガス冷却系統２０では、減圧・膨張弁３１で昇温混合ガスを温度低下させたが、これに代えて膨張タービンを採用しても良い。この場合、昇温混合ガスを膨張させるときに回転動力を得ることができる。
【０１５５】
また、前記第１〜第６実施形態では、第７実施形態に示す第２リッチアミン熱交６１０を備えていないものとしたが、備えていても良い。さらに、前記第１〜第６実施形態では、凝縮熱交換器３４を備え、第７実施形態では、第２リッチアミン熱交６１０を備えているものとしたが、これらは無くても良い。
【０１５６】
その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【０１５７】
１、１００、２００、３００、４００、５００、６００ 二酸化炭素ガス回収装置
２ 吸収塔
２ａ 塔底部
２ｂ 塔頂部
２ｃ 塔中間部
３ 再生塔
４ リッチ供給路
５ リーン供給路
６ ヒートポンプ
８ 吸収塔充填物
９ 導出路
１０ 脱炭酸ガス洗浄系統
１８ 再生塔充填物
１９ リボイラー系統
２０ 混合ガス冷却系統
２６ リボイラー配管
３０ 混合ガスコンプレッサー（混合ガス圧縮機）
３４ 凝縮熱交換器（第１０熱交換器）
３７ 吸収塔内部熱交（第１熱交換器）
３８ 再生塔内部熱交（第２熱交換器）
１０２ 脱炭酸ガスクーラー（第３熱交換器）
１０３ 洗浄水クーラー（第４熱交換器）
１０４ リッチアミン熱交換器（第５熱交換器）
２０１、５０１ インタークーラー系統
２０６ 熱媒冷却式インタークーラー（第６熱交換器）
２０７ 熱媒冷却式リーンアミンクーラー（第７熱交換器）
３０８、４０３ 熱媒式リボイラーヒーター（第８熱交換器）
３０９ 第２リッチアミン熱交（第９熱交換器）
５１４ 第３リッチアミン熱交（第１１熱交換器）
６０５ 第１リッチアミン熱交（第９熱交換器）
６１０ 第２リッチアミン熱交（第１２熱交換器）
６１１ 第３リッチアミン熱交（第１３熱交換器）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＯ２化学吸収分離法を用いて二酸化炭素ガスを回収する二酸化炭素ガス回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、この種の二酸化炭素ガス回収装置として、例えば下記特許文献１に示されるような構成が知られている。図８に示すように、この二酸化炭素ガス回収装置１０００は、二酸化炭素ガスを含有する被分離ガスと、リーン吸収液と、を導入して接触させ、被分離ガス中の二酸化炭素ガスを吸収液に吸収させてリッチ吸収液を生成する吸収塔１００１と、吸収塔１００１からリッチ吸収液が供給されるとともに、リッチ吸収液を加熱して二酸化炭素ガスを分離させることによりリーン吸収液に再生する再生塔１００２と、を備えている。
また、再生塔１００２には、再生塔１００２からリーン吸収液を導出して加熱し、再生塔１００２に再導入するリボイラー系統１００３と、二酸化炭素ガスと吸収液の溶質および溶媒（例えば、水）の蒸気分との混合ガスを再生塔１００２から導出して冷却し、前記溶質および溶媒の蒸気分を凝縮させて再生塔１００２に再導入するとともに、二酸化炭素ガスを排出する混合ガス冷却系統１００４と、が設けられている。
【０００３】
この二酸化炭素ガス回収装置１０００では、再生塔１００２内でリッチ吸収液を加熱するための熱源となる熱は、リボイラー系統１００３によって加熱されて再生塔１００２に再導入された吸収液を介して供給される。リボイラー系統１００３は、外部から供給される熱を熱源として吸収液を加熱するリボイラー本体１００５を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２２５５３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前記従来の二酸化炭素ガス回収装置１０００では、リボイラー系統１００３のリボイラー本体１００５から供給された熱は、主に、再生塔１００２での吸収液の加熱・再生時に消費されるとともに、混合ガス冷却系統１００４での混合ガスの冷却時や、混合ガス冷却系統１００４からの二酸化炭素ガス排出時に外部に漏出する。
ここで、前記従来の二酸化炭素ガス回収装置１０００では、リボイラー系統１００３での外部からの入熱量を抑え、更なる省エネルギー化を図ることが望まれている。
【０００６】
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、外部からの入熱量を抑制して省エネルギー化を図ることができる二酸化炭素ガス回収装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明に係る二酸化炭素ガス回収装置は、二酸化炭素ガスを含有する被分離ガスと、リーン吸収液と、を導入して接触させ、前記被分離ガス中の前記二酸化炭素ガスを吸収液に吸収させてリッチ吸収液を生成する吸収塔と、前記吸収塔から前記リッチ吸収液が供給されるとともに、前記リッチ吸収液を加熱して前記二酸化炭素ガスを分離させることにより前記リーン吸収液に再生する再生塔と、を備え、前記再生塔には、前記再生塔から吸収液を導出して加熱し、前記再生塔に再導入するリボイラー系統と、前記二酸化炭素ガスと前記吸収液の溶質および溶媒の蒸気分との混合ガスを前記再生塔から導出して冷却し、前記溶質および溶媒の蒸気分を凝縮させて、凝縮液を前記再生塔に再導入するとともに、前記二酸化炭素ガスを排出する混合ガス冷却系統と、が設けられた二酸化炭素ガス回収装置であって、前記吸収塔で前記吸収液が前記二酸化炭素ガスを吸収するときの発熱反応で生じた熱を熱媒体を介して移動させ、前記再生塔で前記リッチ吸収液から前記二酸化炭素ガスが分離するときの吸熱反応の熱源として利用するヒートポンプを備えていることを特徴とする。
ここで吸収液とは、リーン吸収液、リッチ吸収液、もしくはリーン吸収液とリッチ吸収液との混合液を意味する。
【０００８】
この発明によれば、前記ヒートポンプを備えているので、再生塔での吸熱反応の熱源として、吸収塔での発熱反応で生じた熱を利用することができる。前記発熱反応で生じた熱は吸熱反応の熱と等しいので、反応熱を内部でのやり取りでキャンセルすることが可能になり、従来、吸熱反応を外部から加熱すると共に、反応発熱は冷却水に廃熱していたが、このような水冷等で廃熱していた反応発熱を再生に必要な吸熱反応の熱源として利用することが可能になり、外部からの入熱量を抑制して省エネルギー化を図ることができる。
【０００９】
また、前記ヒートポンプは、前記吸収塔内に配設された吸収塔充填物に介装され、膨張させられ温度低下させられた前記熱媒体と、前記吸収塔内の前記吸収液と、で熱交換する第１熱交換器を備えていても良い。
【００１０】
この場合、ヒートポンプが前記第１熱交換器を備えているので、吸収塔での発熱反応で生じた熱を、損失少なく高効率に熱媒体に受け取らせることができる。
これにより、吸収塔での発熱反応で生じた熱を、再生塔での吸熱反応の熱源として効果的に利用することが可能になり、更なる省エネルギー化を図ることができる。さらにこの場合、吸収液温度の低下による吸収速度の向上も起こるので、さらなる装置効率の向上も図れる。
【００１１】
また、前記ヒートポンプは、前記再生塔内に配設された再生塔充填物に介装され、圧縮させられ温度上昇させられた前記熱媒体と、前記再生塔内の前記リッチ吸収液と、で熱交換する第２熱交換器を備えていても良い。
【００１２】
この場合、ヒートポンプが前記第２熱交換器を備えているので、熱媒体により移動させられた発熱反応で生じた熱を、再生塔での吸熱反応の熱源として損失少なく高効率に利用することができる。
これにより、吸収塔での発熱反応で生じた熱を、再生塔での吸熱反応の熱源として効果的に利用することが可能になり、更なる省エネルギー化を図ることができる。
【００１３】
また、前記吸収塔には、前記被分離ガスから前記二酸化炭素ガスが分離されてなる脱炭酸ガスを導出する導出路が設けられ、前記導出路と前記ヒートポンプとの間には、前記脱炭酸ガスと、膨張させられ温度低下させられた前記熱媒体と、で熱交換する第３熱交換器が介在していても良い。
【００１４】
この場合、導出路とヒートポンプとの間に、前記第３熱交換器が介在しているので、導出路側の脱炭酸ガスと、ヒートポンプ側の熱媒体と、で熱交換することで、吸収塔から導出された脱炭酸ガスの熱を、熱媒体に受け取らせて熱媒体を加熱することができる。
これにより、吸収塔の発熱反応で生じて脱炭酸ガスに受け渡された熱が外部に漏出するのを抑制することが可能になり、更なる省エネルギー化を図ることができる。
【００１５】
また、前記吸収塔には、前記吸収塔の塔頂部に貯留された洗浄液を前記吸収塔から導出して冷却した後、前記吸収塔の塔頂部から再導入する脱炭酸ガス洗浄系統が設けられ、前記脱炭酸ガス洗浄系統と前記ヒートポンプとの間には、前記洗浄液と、膨張させられ温度低下させられた前記熱媒体と、で熱交換する第４熱交換器が介在していても良い。
【００１６】
この場合、吸収塔に前記脱炭酸ガス洗浄系統が設けられているので、被分離ガスから二酸化炭素ガスが分離されてなる脱炭酸ガスが吸収塔の内部を上昇するときに、この脱炭酸ガスに同伴する吸収液の溶質が吸収塔の塔頂部から外部に流出するのを抑制することができる。
また、脱炭酸ガス洗浄系統とヒートポンプとの間に、前記第４熱交換器が介在しているので、脱炭酸ガス洗浄系統側の洗浄液と、ヒートポンプ側の熱媒体と、で熱交換することで、洗浄液を冷却しつつ、熱媒体を加熱することができる。
これにより、吸収塔の発熱反応で生じて洗浄液に受け渡された熱が、外部に漏出するのを抑制することが可能になり、更なる省エネルギー化を図ることができる。
【００１７】
また、前記吸収塔から前記再生塔に前記リッチ吸収液を供給するリッチ供給路を備え、
前記リッチ供給路と前記ヒートポンプとの間には、前記リッチ吸収液と、膨張させられ温度低下させられた前記熱媒体と、で熱交換する第５熱交換器が介在していても良い。
【００１８】
この場合、リッチ供給路とヒートポンプとの間に、前記第５熱交換器が介在しているので、リッチ供給路側のリッチ吸収液と、ヒートポンプ側の熱媒体と、で熱交換することで、吸収塔の発熱反応で生じてリッチ吸収液に受け渡されたリッチ吸収液の熱を、熱媒体に受け取らせて熱媒体を加熱することができる。
なお、当該二酸化炭素ガス回収装置が、再生塔から吸収塔にリーン吸収液を供給するリーン供給路を備え、リーン供給路とリッチ供給路との間に、リーン吸収液とリッチ吸収液とで熱交換するアミン熱交が介在し、第５熱交換器が、リッチ供給路においてアミン熱交よりも上流側に介装されている場合、アミン熱交を通るリッチ吸収液を、前記第５熱交換器で冷却しておくことができる。これにより、アミン熱交において、リッチ供給路側のリッチ吸収液と、リーン供給路側のリーン吸収液と、での熱交換量を増加することが可能になり、リーン供給路側のリーン吸収液を効果的に冷却することができ、再生塔から見た熱回収量を増やすことができる。したがって、例えば、リーン供給路においてアミン熱交よりも下流側に、リーン吸収液を冷却するリーンアミンクーラーを設け、吸収塔に供給されるリーン吸収液を吸収塔に供給する前に予め冷却する場合であっても、この冷却による外部への熱ロスを低減することができる。
【００１９】
また、前記吸収塔には、前記吸収塔における塔頂部と塔底部との間の塔中間部から前記吸収液を導出して冷却した後、前記塔中間部から再導入するインタークーラー系統が設けられ、前記インタークーラー系統と前記ヒートポンプとの間には、前記吸収液と、膨張させられ温度低下させられた前記熱媒体と、で熱交換する第６熱交換器が介在していても良い。
【００２０】
この場合、吸収塔に前記インタークーラー系統が設けられているので、塔中間部の吸収液を冷却した後に再導入することが可能になり、吸収塔での吸収液による二酸化炭素ガスの吸収を促進することができる。
また、インタークーラー系統とヒートポンプとの間に、前記第６熱交換器が介在しているので、インタークーラー系統側の吸収液と、ヒートポンプ側の熱媒体と、で熱交換することで、吸収液を冷却しつつ、熱媒体を加熱することができる。
これにより、吸収塔の発熱反応で生じて吸収液に受け渡された熱が、外部に漏出するのを抑制することが可能になり、更なる省エネルギー化を図ることができる。
【００２１】
また、前記再生塔から前記吸収塔に前記リーン吸収液を供給するリーン供給路を備え、
前記リーン供給路と前記ヒートポンプとの間には、前記リーン吸収液と、膨張させられ温度低下させられた前記熱媒体と、で熱交換する第７熱交換器が介在していても良い。
【００２２】
この場合、リーン供給路とヒートポンプとの間に、前記第７熱交換器が介在しているので、リーン供給路側のリーン吸収液と、ヒートポンプ側の熱媒体と、で熱交換することで、リーン吸収液を冷却しつつ、熱媒体を加熱することができる。
これにより、吸収塔に供給されるリーン吸収液を冷却することが可能になり、吸収塔でのリーン吸収液による二酸化炭素ガスの吸収を促進することができる。
【００２３】
また、前記リボイラー系統と前記ヒートポンプとの間には、前記吸収液と、圧縮させられ温度上昇させられた前記熱媒体と、で熱交換する第８熱交換器が介在していても良い。
【００２４】
この場合、リボイラー系統とヒートポンプとの間に、前記第８熱交換器が介在しているので、リボイラー系統側の吸収液と、ヒートポンプ側の熱媒体と、で熱交換することで、熱媒体の熱を、吸収液に受け取らせて吸収液を加熱することができる。
これにより、リボイラー系統での外部からの入熱量をより抑えることが可能になり、更なる省エネルギー化を図ることができる。
【００２５】
また、前記吸収塔から前記再生塔に前記リッチ吸収液を供給するリッチ供給路を備え、前記リッチ供給路と前記ヒートポンプとの間には、前記リッチ吸収液と、圧縮させられ温度上昇させられた前記熱媒体と、で熱交換する第９熱交換器が介在していても良い。
【００２６】
この場合、リッチ供給路とヒートポンプとの間に、前記第９熱交換器が介在しているので、リッチ供給路側のリッチ吸収液と、ヒートポンプ側の熱媒体と、で熱交換することで、熱媒体の熱を、再生塔に供給されるリッチ吸収液に受け取らせてリッチ吸収液を加熱することができる。
このように、再生塔に供給されるリッチ吸収液を予熱しておくことができるので、再生塔でリッチ吸収液が受け取る必要がある熱量を抑えることができる。したがって、リボイラー系統での外部からの入熱量をより抑えることが可能になり、更なる省エネルギー化を図ることができる。
なお、当該二酸化炭素ガス回収装置が、再生塔から吸収塔にリーン吸収液を供給するリーン供給路を備え、リーン供給路とリッチ供給路との間に、リーン吸収液とリッチ吸収液とで熱交換するアミン熱交が介在している場合、アミン熱交での加熱量に、第１３熱交換器での加熱量が加算される結果、リッチ吸収液の予熱量が増大し、リボイラー系統によって吸収液に与えるべき熱量を更に抑えることができる。したがって、リボイラー系統での外部からの入熱量をより一層抑えることが可能になり、一層更なる省エネルギー化を図ることができる。
【００２７】
また、前記混合ガス冷却系統は、前記混合ガスを圧縮して温度上昇させ昇温混合ガスとする混合ガス圧縮機を備え、前記リボイラー系統と前記混合ガス冷却系統との間には、前記吸収液と前記昇温混合ガスとで熱交換する第１０熱交換器が介在していても良い。
【００２８】
この場合、混合ガス冷却系統に、混合ガス圧縮機を備えているので、僅かな外部動力を加えることで、外部から加熱することなく、昇温混合ガスが得られ、さらに、リボイラー系統と混合ガス冷却系統との間に、前記第１０熱交換器が介在しているので、リボイラー系統側の吸収液と、混合ガス冷却系統側の昇温混合ガスと、で熱交換することで、吸収液を加熱しつつ、昇温混合ガスを冷却することができる。
これにより、リボイラー系統での外部からの入熱量を確実に抑えることが可能になり、効果的に省エネルギー化を図ることができる。
【００２９】
また、前記吸収塔から前記再生塔に前記リッチ吸収液を供給するリッチ供給路を備え、前記混合ガス冷却系統と前記リッチ供給路との間には、前記第１０熱交換器を通った後の前記昇温混合ガスと前記リッチ吸収液とで熱交換する第１１熱交換器が介在していても良い。
【００３０】
この場合、混合ガス冷却系統とリッチ供給路との間に、前記第１１熱交換器が介在しているので、混合ガス冷却系統側の昇温混合ガスと、リッチ供給路側のリッチ吸収液と、で熱交換することで、再生塔に供給されるリッチ吸収液を加熱しつつ、昇温混合ガスを冷却することができる。
このように、再生塔を流出する混合ガスの持つ熱量により、再生塔に供給されるリッチ吸収液を予熱しておくことができるので、再生塔でリッチ吸収液が受け取る必要がある熱量を抑えることができる。したがって、リボイラー系統での外部からの入熱量をより抑えることが可能になり、一層の省エネルギー化を図ることができる。
【００３１】
また、混合ガス冷却系統側の昇温混合ガスが、第１０熱交換器を通った後に第１１熱交換器を通るので、例えば、昇温混合ガス中の前記溶質および溶媒の蒸気分の潜熱を第１０熱交換器で回収した後、未凝縮の前記溶質および溶媒の蒸気分および二酸化炭素ガスからなる残りの昇温混合ガスの顕熱および残った潜熱を第１１熱交換器で回収することができる。
【００３２】
また、前記吸収塔から前記再生塔に前記リッチ吸収液を供給するリッチ供給路を備え、前記混合ガス冷却系統は、前記混合ガスを圧縮して温度上昇させ昇温混合ガスとする混合ガス圧縮機を備え、前記混合ガス冷却系統と前記リッチ供給路との間には、前記昇温混合ガスと前記リッチ吸収液とで熱交換する第１２熱交換器が介在していても良い。
【００３３】
この場合、混合ガス冷却系統に、混合ガス圧縮機を備えているので、僅かな外部動力を加えることで、外部から加熱することなく、昇温混合ガスが得られ、さらに、混合ガス冷却系統とリッチ供給路との間に、前記第１２熱交換器が介在しているので、混合ガス冷却系統側の昇温混合ガスと、リッチ供給路側のリッチ吸収液と、で熱交換することで、再生塔に供給されるリッチ吸収液を加熱しつつ、昇温混合ガスを冷却することができる。
このように、再生塔を流出する混合ガスの持つ熱量により、再生塔に供給されるリッチ吸収液を予熱しておくことができるので、再生塔でリッチ吸収液が受け取る必要がある熱量を抑えることができる。したがって、リボイラー系統での外部からの入熱量を確実に抑えることが可能になり、効果的に省エネルギー化を図ることができる。
【００３４】
また、前記混合ガス冷却系統と前記リッチ供給路との間には、前記第１２熱交換器を通った後の前記昇温混合ガスと前記リッチ吸収液とで熱交換する第１３熱交換器が介在していても良い。
【００３５】
この場合、混合ガス冷却系統とリッチ供給路との間に、前記第１２熱交換器および前記第１３熱交換器が介在しているので、再生塔を流出する混合ガスの持つ熱量により、再生塔に供給されるリッチ吸収液を効果的に予熱しておくことが可能になり、再生塔でリッチ吸収液が受け取る必要がある熱量をより抑えることができる。したがって、リボイラー系統での外部からの入熱量をより抑えることが可能になり、一層の省エネルギー化を図ることができる。
【００３６】
また、混合ガス冷却系統側の昇温混合ガスが、第１２熱交換器を通った後に第１３熱交換器を通るので、例えば、昇温混合ガス中の前記溶質および溶媒の蒸気分の潜熱を第１２熱交換器で回収した後、未凝縮の前記溶質および溶媒の蒸気分および二酸化炭素ガスからなる残りの昇温混合ガスの顕熱および残った潜熱を第１３熱交換器で回収することができる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明に係る二酸化炭素ガス回収装置によれば、外部からの入熱量を抑制して省エネルギー化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る二酸化炭素ガス回収装置の概略図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る二酸化炭素ガス回収装置の概略図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る二酸化炭素ガス回収装置の概略図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係る二酸化炭素ガス回収装置の概略図である。
【図５】本発明の第５実施形態に係る二酸化炭素ガス回収装置の概略図である。
【図６】本発明の第６実施形態に係る二酸化炭素ガス回収装置の概略図である。
【図７】本発明の第７実施形態に係る二酸化炭素ガス回収装置の概略図である。
【図８】従来の二酸化炭素ガス回収装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
（第１実施形態）
以下、図面を参照し、本発明の第１実施形態に係る二酸化炭素ガス回収装置を説明する。この二酸化炭素ガス回収装置は、二酸化炭素ガスを含有する被分離ガスから二酸化炭素ガスをＣＯ２化学吸収分離法によって吸収分離することで回収し、被分離ガスから二酸化炭素ガスが分離されてなる脱炭酸ガスを生成する。このＣＯ２化学吸収分離法には、二酸化炭素ガスを吸収可能な吸収液を用いる。この吸収液としては、例えば、溶質としてモノエタノールアミン（ＭＥＡ）やジエタノールアミン（ＤＥＡ）等を採用し、溶媒として水を採用したアミン吸収液などを採用することができる。
なお本実施形態では、以下に示すようにいわゆる自己熱再生により二酸化炭素ガス回収装置の省エネルギー化を図る。
【００４０】
図１に示すように、二酸化炭素ガス回収装置１は、被分離ガスと、二酸化炭素ガスを吸収可能なリーン吸収液と、を接触させ、被分離ガス中の二酸化炭素ガスをリーン吸収液に吸収させてリッチ吸収液を生成する吸収塔２と、吸収塔２からリッチ吸収液が供給されるとともに、リッチ吸収液を加熱して二酸化炭素ガスを分離させることによりリーン吸収液を再生する再生塔３と、吸収塔２から再生塔３にリッチ吸収液を供給するリッチ供給路４と、再生塔３から吸収塔２にリーン吸収液を供給するリーン供給路５と、吸収塔２でリーン吸収液が二酸化炭素ガスを吸収するときの発熱反応で生じた熱を熱媒体を介して移動させ、再生塔３でリッチ吸収液から二酸化炭素ガスが分離するときの吸熱反応の熱源として利用するヒートポンプ６と、を備えている。
【００４１】
吸収塔２の塔底部２ａには、被分離ガスを導入する導入路２ｄが設けられている。また、吸収塔２の塔頂部２ｂ内には、下方に向けてリーン吸収液を供給する第１ノズル７が配設されている。そして、吸収塔２における塔頂部２ｂと塔底部２ａとの間の塔中間部２ｃ内には、表面でリーン吸収液と被分離ガスとを接触させる吸収塔充填物８が配設されている。
また吸収塔２には、吸収塔２の塔頂部２ｂから脱炭酸ガスを導出する導出路９と、吸収塔２の塔頂部２ｂに貯留された洗浄水（洗浄液）を吸収塔２から導出して冷却した後、吸収塔２の塔頂部２ｂから再導入する脱炭酸ガス洗浄系統１０と、が設けられている。
【００４２】
脱炭酸ガス洗浄系統１０は、前記第１ノズル７よりも上方に配設され洗浄水が貯留された液受けトレー１１と、液受けトレー１１よりも上方に配設され下方に向けて洗浄水を供給する第２ノズル１２と、液受けトレー１１と第２ノズル１２とを接続する配管１３と、を備えている。
配管１３には、液受けトレー１１から第２ノズル１２に配管１３を通して洗浄水を移送する洗浄水循環ポンプ１３ａと、洗浄水を冷却する水冷式洗浄水クーラー１５と、が、液受けトレー１１側から第２ノズル１２側に向けてこの順に設けられている。
なお洗浄水は、吸収液の溶質と同一（例えば、水）であることが好ましい。ここで吸収液とは、リーン吸収液、リッチ吸収液、もしくはリーン吸収液とリッチ吸収液との混合液を意味する。
【００４３】
リッチ供給路４は、吸収塔２の塔底部２ａと、再生塔３の塔頂部３ｂ内に配設され下方に向けてリッチ吸収液を供給する第３ノズル１６と、を接続している。リッチ供給路４には、吸収塔２の塔底部２ａから第３ノズル１６にリッチ供給路４を通してリッチ吸収液を移送する吸収塔底ポンプ１７が設けられている。
【００４４】
再生塔３における塔頂部３ｂと塔底部３ａとの間の塔中間部３ｃ内には、再生塔充填物１８が配設されている。この再生塔充填物１８の表面を流下する吸収液は、再生塔３内を上昇する吸収液の溶質および溶媒（例えば、水）の蒸気分や、この蒸気分と二酸化炭素ガスとの混合ガスと気液接触する。
【００４５】
また再生塔３には、再生塔３から吸収液を導出して加熱し、再生塔３に再導入するリボイラー系統１９と、混合ガスを再生塔３から導出して冷却し、前記溶質および溶媒の蒸気分を凝縮させて凝縮液を再生塔３に再導入するとともに、未凝縮の二酸化炭素ガスを排出する混合ガス冷却系統２０と、が設けられている。
【００４６】
リボイラー系統１９は、吸収液を加熱した後、再生塔３の塔底部３ａから再導入する。このとき、加熱された吸収液の一部がフラッシュし、吸収液の溶質および溶媒それぞれの一部が蒸気となる。このリボイラー系統１９は、再生塔３の塔底部３ａ内に配設され吸収液が貯留された液受けトレー２１と、液受けトレー２１と塔底部３ａにおいて液受けトレー２１よりも下方に位置する蒸気発生部分２２とを接続する配管２３と、備えている。
配管２３には、液受けトレー２１から前記蒸気発生部分２２に配管２３を通して吸収液を移送するリボイラーポンプ２４と、外部から供給される熱を熱源として吸収液を加熱するリボイラー本体２５と、が、液受けトレー１１側から前記蒸気発生部分２２側に向けてこの順に設けられている。
図示の例では、リボイラー本体２５は、リボイラー系統１９と、外部から供給される高温流体（例えば、飽和蒸気）が流通するリボイラー配管２６と、の間に介在する熱交換器で構成されている。リボイラー配管２６には、リボイラー本体２５よりも下流側にスチームトラップ２７が設けられている。
【００４７】
混合ガス冷却系統２０は、前記第３ノズル１６よりも上方に配設され、凝縮された前記溶質および溶媒の蒸気分である凝縮液を下方に向けて供給する第４ノズル２８と、再生塔３の塔頂と第４ノズル２８とを接続する配管２９と、を備えている。
配管２９には、混合ガスを圧縮することで温度上昇させ昇温混合ガスとする混合ガスコンプレッサー（混合ガス圧縮機）３０と、昇温混合ガスを膨張させることで温度低下させる減圧・膨張弁３１と、凝縮液と二酸化炭素ガスとを分離する気液分離器３２と、凝縮液を気液分離器３２から第４ノズル２８に配管２９を通して移送する凝縮液循環ポンプ２９ａと、が、再生塔３の塔頂側から第４ノズル２８側に向けてこの順に設けられている。
気液分離器３２には、この気液分離器３２により分離された二酸化炭素ガスを排出する排出路３３が設けられている。
【００４８】
そして本実施形態では、リボイラー系統１９と混合ガス冷却系統２０との間には、吸収液と昇温混合ガスとで熱交換する凝縮熱交換器（第１０熱交換器）３４が介在している。
図示の例では、凝縮熱交換器３４には、リボイラー本体２５によって加熱される前の吸収液が通る。この凝縮熱交換器３４は、リボイラー系統１９の配管２３においてリボイラーポンプ２４とリボイラー本体２５との間に介装されるとともに、混合ガス冷却系統２０の配管２９において混合ガスコンプレッサー３０と減圧・膨張弁３１との間に介装されている。
【００４９】
リーン供給路５は、再生塔３の塔底部３ａと、吸収塔２内の前記第１ノズル７と、を接続しており、このリーン供給路５には、再生塔３の塔底部３ａから第１ノズル７にリーン供給路５を通してリーン吸収液を移送する再生塔底ポンプ３５が設けられている。
また、リーン供給路５とリッチ供給路４との間には、リーン吸収液とリッチ吸収液とで熱交換するアミン熱交３６が介在している。
【００５０】
ヒートポンプ６は、吸収塔２内の前記吸収塔充填物８に介装された吸収塔内部熱交（第１熱交換器）３７と、再生塔３内の前記再生塔充填物１８に介装された再生塔内部熱交（第２熱交換器）３８と、吸収塔内部熱交３７と再生塔内部熱交３８とを接続する一対の配管３９、４０と、を備えている。
【００５１】
吸収塔内部熱交３７は、吸収塔充填物８を縦断するように介装され、膨張させられ温度低下させられた熱媒体と、吸収塔２内の吸収液と、で熱交換する。
また、再生塔内部熱交３８は、再生塔充填物１８を縦断するように介装され、圧縮させられ温度上昇させられた熱媒体と、再生塔３内の吸収液と、で熱交換する。
【００５２】
一対の配管３９、４０のうち、一方の配管３９は、再生塔内部熱交３８の上部側と吸収塔内部熱交３７の下部側とを接続するとともに、この配管３９には、熱媒体を膨張させることで温度低下させる熱媒膨張弁４１が設けられている。また、他方の配管４０は、吸収塔内部熱交３７の上部側と再生塔内部熱交３８の下部側とを接続するとともに、この配管４０には、熱媒体を圧縮することで温度上昇させる熱媒コンプレッサー４２が設けられている。
【００５３】
熱媒体としては、例えば、吸収塔２での発熱反応で生じる熱を、吸収塔内部熱交３７内で蒸発することにより蒸発潜熱として回収するとともに、再生塔内部熱交３８内で凝縮することにより凝縮熱を発生させ、この凝縮熱を再生塔３での吸熱反応の熱源とさせることが可能な流体が好ましい。このような流体としては、例えば、ペンタンや水などが挙げられる。
【００５４】
次に、以上のように構成された二酸化炭素ガス回収装置１の作用について説明する。
はじめに、吸収液の流れについて、吸収塔２を起点として説明する。
まず吸収塔２では、塔底部２ａに供給された被分離ガスが内部を上昇するとともに、塔頂部２ｂ内の第１ノズル７から供給されたリーン吸収液が内部を下降する。この過程で、被分離ガスとリーン吸収液とが接触し、被分離ガス中の二酸化炭素ガスが、リーン吸収液に吸収されて発熱反応が生じる。
【００５５】
ここで本実施形態では、吸収塔２の塔中間部２ｃ内に吸収塔充填物８が配設されている。この吸収塔充填物８は、例えば、多数の狭い隙間を持つフィン構成で、容積あたりのフィン表面積が大きく、また、その隙間は規則的に流路の角度が変化するように構成され、意図的に流れの乱れが起きるようになっている。吸収塔充填物８の表面では、吸収液がフィン上に濡れ壁をなして流下し、吸収塔２内を上昇する被分離ガスと気液接触がなされる。また吸収塔充填物８は、濡れ壁の隙間が狭くかつ一定ピッチで進行角度が変化することで気液の流れを乱し、気液接触を効率化できる構造になっている。したがって、吸収塔充填物８の表面では、上昇する被分離ガスと下降する吸収液とが接触し易く、吸収液による二酸化炭素ガスの吸収が促進される。
【００５６】
これにより、リッチ吸収液および脱炭酸ガスが生成される。これらのうち、脱炭酸ガスは、吸収塔２の塔頂部２ｂに向けて上昇し、導出路９を通して外部に導出される。
なお本実施形態では、吸収塔２に前記脱炭酸ガス洗浄系統１０が設けられているので、水冷式洗浄水クーラー１５で冷却され再導入された洗浄水によって吸収塔２の塔頂部２ｂ内を冷却することができる。したがって、例えば、吸収液中の溶質が飛散もしくは蒸発して脱炭酸ガスに随伴して上昇したとしても、導出路９に到達する前に洗浄・冷却して除去することが可能になり、吸収液中の溶質が吸収塔２の塔頂部２ｂから導出路９を通して外部に流出することを抑制することができる。
【００５７】
一方、脱炭酸ガスとともに生成されたリッチ吸収液は、吸収塔２内を下降して塔底部２ａに貯留された後、リッチ供給路４を通して再生塔３の塔頂部３ｂ内の第３ノズル１６に供給される。ここで本実施形態では、リーン供給路５とリッチ供給路４との間にアミン熱交３６が介在しており、リッチ吸収液は、リーン供給路５側のリーン吸収液と熱交換することで、リーン吸収液を冷却しつつ加熱される。
【００５８】
再生塔３内では、第３ノズル１６から供給されたリッチ吸収液が内部を下降するとともに、リボイラー系統１９によって加熱された吸収液が塔底部３ａから再導入される。このとき、加熱された吸収液の一部が蒸気発生部分２２でフラッシュし、吸収液の溶質および溶媒それぞれの一部が蒸気となり、また、再生された二酸化炭素がガスとなり、再生塔３内部を上昇する。この過程で、リッチ吸収液と前記溶質および溶媒の蒸気分とが接触し、前記溶質および溶媒の蒸気分の凝縮熱を熱源として、脱離再生の吸熱反応が起こり、リッチ吸収液から二酸化炭素ガスが分離される。
【００５９】
ここで本実施形態では、再生塔３の塔中間部３ｃ内に再生塔充填物１８が配設されている。この再生塔充填物１８は、例えば、多数の狭い隙間を持つフィン構成で、容積あたりのフィン表面積が大きく、また、その隙間は規則的に流路の角度が変化するように構成され、意図的に流れの乱れが起きるようになっている。再生塔充填物１８の表面では、吸収液がフィン上に濡れ壁をなして流下し、再生塔３内を上昇する前記溶質および溶媒の蒸気分と接触し、表面積の大きさや流れの乱れによって効率的に気液接触がなされ、二酸化炭素の分離・放散が促進される。
【００６０】
これにより、リッチ吸収液が、リーン吸収液と二酸化炭素ガスとに分離される。これらのうち、二酸化炭素ガスは、前記溶質および溶媒の蒸気分と混合され混合ガスとなり、再生塔３内を上昇する。
【００６１】
この混合ガスは、再生塔３の塔頂から混合ガス冷却系統２０の配管２９に導入された後、この配管２９を通る過程で、まず混合ガスコンプレッサー３０によって圧縮されて温度上昇させられ昇温混合ガスとなる。その後、昇温混合ガスは、凝縮熱交換器３４で、リボイラー系統１９側の吸収液と熱交換することで、吸収液を加熱しつつ冷却される。さらにその後、昇温混合ガスは、減圧・膨張弁３１によって膨張させられて温度低下させられる。
【００６２】
以上により、昇温混合ガス中の前記溶質および溶媒の蒸気分が凝縮されて凝縮液となり、この凝縮液と、二酸化炭素ガスを主体とした未凝縮の二酸化炭素主体ガス（昇温混合ガス）と、が、気液分離器３２により分離される。そして凝縮液は、第４ノズル２８から再生塔３に再導入されるとともに、未凝縮の二酸化炭素主体ガスは、排出路３３を通して外部に排出される。
【００６３】
一方、再生塔３内を下降する吸収液は、塔底部３ａに貯留された後、分離再生されたリーン吸収液として再生塔３ａから導出され、リーン供給路５を通して吸収塔２の塔頂部２ｂ内の前記第１ノズル７に供給される。このとき、リーン吸収液は、前記アミン熱交３６で、リッチ供給路４側のリッチ吸収液と熱交換することで、リッチ吸収液を予熱しつつ冷却される。このことにより、再生塔３側から見た場合、リーン吸収液が外部に持ち出す熱を、外部から供給されるリッチ吸収液の予熱として、熱回収することができる。
【００６４】
次に、ヒートポンプ６での熱媒体の流れについて、熱媒膨張弁４１を起点として説明する。
熱媒膨張弁４１で温度低下させられた熱媒体は、前記一方の配管３９を通った後、吸収塔内部熱交３７の下部側から上部側に向けて移動しながら、吸収液と熱交換することで、吸収液を冷却しつつ、吸収液が二酸化炭素を化学吸収する際に発生する発熱反応の熱を受け取り蒸発して気化し、その後、前記他方の配管４０を通って再生塔内部熱交３８の下部部側に移動する。このとき、熱媒体は熱媒コンプレッサー４２によって圧縮され、温度上昇させられる。
【００６５】
そして熱媒体は、再生塔内部熱交３８の下部側から上部側に向けて移動しながら、吸収液と熱交換することで、吸収液を加熱しつつその熱を吸熱反応の熱源として消費させることで冷却・凝縮された後、前記一方の配管３９を通って吸収塔内部熱交３７の下部側に向けて移動する。このとき、熱媒体は熱媒膨張弁４１により圧力低下し、再び温度低下させられ、気・液混合流体となる。
【００６６】
以上説明したように、本実施形態に係る二酸化炭素ガス回収装置１によれば、前記ヒートポンプ６を備えているので、再生塔３での吸熱反応の熱源として、吸収塔２での発熱反応で生じた熱を利用することができる。前記発熱反応で生じた熱は吸熱反応の熱と等しいので、反応熱を内部でのやり取りでキャンセルすることが可能になり、従来、吸熱反応の為に外部から加熱する一方で、反応発熱は冷却水に廃熱していたが、このような水冷等で廃熱していた反応発熱を再生に必要な吸熱反応の熱源として利用することが可能になり、外部からの入熱量を抑制して省エネルギー化を図ることができる。
【００６７】
また、ヒートポンプ６が前記吸収塔内部熱交３７を備えているので、吸収塔２での発熱反応で生じた熱を、損失少なく高効率に熱媒体に受け取らせることができる。
さらに、ヒートポンプ６が前記再生塔内部熱交３８を備えているので、熱媒体により移動させられた発熱反応で生じた熱を、再生塔３での吸熱反応の熱源として損失少なく高効率に利用することができる。
以上により、外部加熱する一方で冷却水に廃熱するというエネルギーの消費をすることなく、吸収塔２で吸収液が二酸化炭素を化学吸収する発熱反応で生じた熱を、再生塔３で吸収液から二酸化炭素を分離再生する吸熱反応の熱源として効果的に利用することが可能になり、更なる省エネルギー化を図ることができる。
【００６８】
また、混合ガス冷却系統２０が混合ガスコンプレッサー３０を備えているので、僅かな外部動力を加えることで、外部から加熱することなく、昇温混合ガスが得られ、さらに、リボイラー系統１９と混合ガス冷却系統２０との間に、前記凝縮熱交換器３４が介在しているので、リボイラー系統１９側の吸収液と、混合ガス冷却系統２０側の昇温混合ガスと、で熱交換することで、吸収液を加熱しつつ、昇温混合ガスを冷却することができる。
このように、再生塔３を流出する混合ガスの持つ熱量により、再生塔３に供給されるリッチ吸収液を予熱しておくことができるので、リボイラー系統１９での外部からの入熱量を確実に抑えることが可能になり、効果的に省エネルギー化を図ることができる。
【００６９】
ここで、以上の効果を一般化して以下の２項目として記述することができる。
（１）反応熱の自己熱再生効果
吸収塔２での反応発熱量は、再生塔３での反応吸熱量に等しい。よって、ヒートポンプ６に要する僅かな動力で、従来外部から加熱により与えていた反応熱は、プロセス内部のやり取りで賄い、外部との熱の授受を無くすことができる。その結果、再生塔３のリボイラー系統１９で加えていた外部熱量が従来に比べて低減される。
（２）塔操作に要する潜熱の自己熱再生
再生塔３の塔頂部３ｂから流出する混合ガスの熱量は、リボイラー系統１９で外部から加熱し、吸収液の溶質および溶媒を蒸発させるために消費した熱量から吸収液再生のために要する反応吸熱量を引いたものに等しい。よって混合ガスを圧縮する僅かな動力で、昇温混合ガスを得て、凝縮熱交換器３４で、前記混合ガスの熱をリボイラー系統１９に与えることができれば、リボイラー系統１９で外部から加えるべき熱量は低減する。さらに厳密に言えば、加えるべき熱量は、アミン熱交３６での回収漏れ熱量（アミン熱交３６から流出するリーン吸収液の顕熱量とアミン熱交３６に流入するリッチ吸収液の顕熱熱量との差違）と再生塔３廻りの放熱量の和に見合う熱量になる。
【００７０】
（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態の二酸化炭素ガス回収装置を説明する。
なお、この第２実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
【００７１】
図２に示すように、本実施形態の二酸化炭素ガス回収装置１００では、混合ガス冷却系統２０の減圧・膨張弁３１は前記排出路３３に設けられるとともに、混合ガス冷却系統２０の配管２９における気液分離器３２と第４ノズル２８との間には、凝縮液循環ポンプ２９ａに代えてレベル調節弁１０１が設けられている。
【００７２】
またヒートポンプ６は、前記吸収塔内部熱交３７を備えていない。そして本実施形態では、導出路９とヒートポンプ６との間には、脱炭酸ガスと、膨張させられ温度低下させられた熱媒体、とで熱交換する脱炭酸ガスクーラー（第３熱交換器）１０２が介在している。また、脱炭酸ガス洗浄系統１０とヒートポンプ６との間には、洗浄水と、膨張させられ温度低下させられた熱媒体と、で熱交換する洗浄水クーラー（第４熱交換器）１０３が介在している。さらに、リッチ供給路４とヒートポンプ６との間には、リッチ吸収液と、膨張させられ温度低下させられた熱媒体と、で熱交換するリッチアミン熱交換器（第５熱交換器）１０４が介在している。
これらの脱炭酸ガスクーラー１０２、洗浄水クーラー１０３およびリッチアミン熱交換器１０４は、ヒートポンプ６において熱媒膨張弁４１によって膨張させられ温度低下させられた熱媒体が通り、熱媒体が熱を受け取る熱回収側に介在している。
【００７３】
図示の例では、ヒートポンプ６は、複数の配管１０５、１０６、１０７、１０８と、各配管１０５、１０６、１０７、１０８を接続する熱媒分配器１０９および熱媒集合器１１０を備えている。複数の配管１０５、１０６、１０７、１０８は、再生塔内部熱交３８の上部側と熱媒分配器１０９とを接続する第１配管１０５と、熱媒分配器１０９と熱媒集合器１１０とを接続する２つの分岐配管１０６、１０７と、熱媒集合器１１０と再生塔内部熱交３８の下部側とを接続する第２配管１０８と、からなる。
【００７４】
２つの分岐配管１０６、１０７のうち、一方の分岐配管１０６には、脱炭酸ガスクーラー１０２および洗浄水クーラー１０３が、熱媒分配器１０９側から熱媒集合器１１０側に向けてこの順に介装されるとともに、他方の分岐配管１０７には、リッチアミン熱交換器１０４が介装されている。また、第１配管１０５には、前記熱媒膨張弁４１が設けられるとともに、第２配管１０８には前記熱媒コンプレッサー４２が設けられている。
【００７５】
なお図示の例では、吸収塔２に設けられた前記脱炭酸ガス洗浄系統１０では、その配管１３における洗浄水循環ポンプ１３ａと第２ノズル１２との間に洗浄水クーラー１０３が介装されるとともに、前記水冷式洗浄水クーラー１５が備えられてない。
またリッチ供給路４には、吸収塔底ポンプ１７よりも下流側で、かつアミン熱交３６よりも上流側にリッチアミン熱交換器１０４が介装されている。
【００７６】
次に、以上のように構成された二酸化炭素ガス回収装置１００の作用について説明する。ここでは、ヒートポンプ６の熱媒体の流れについて、熱媒膨張弁４１を起点として説明する。
熱媒膨張弁４１により温度低下させられた熱媒体は、第１配管１０５を通った後、熱媒分配器１０９で分岐された２つの分岐配管１０６、１０７を通る。
【００７７】
このうち、前記一方の分岐配管１０６を通る熱媒体は、脱炭酸ガスクーラー１０２において、導出路９側の脱炭酸ガスと熱交換することで、吸収塔２から導出される脱炭酸ガスの熱を受け取って加熱される。その後、熱媒体は、洗浄水クーラー１０３において、脱炭酸ガス洗浄系統１０側の洗浄水と熱交換することで、洗浄水を冷却しつつさらに加熱される。
また、前記他方の分岐配管１０７を通る熱媒体は、リッチアミン熱交換器１０４において、吸収塔２から流出するリッチ吸収液の熱を受け取って加熱される。
【００７８】
そして、両分岐配管１０６、１０７を通った熱媒体は熱媒集合器１１０で合流する。熱媒集合器１１０で合流した熱媒体は、第２配管１０８を通って再生塔内部熱交３８の下部側に移動する。このとき、熱媒体は熱媒コンプレッサー４２によって温度上昇させられる。そして熱媒体は、再生塔内部熱交３８の下部側から上部側に向けて移動しながら、吸収液と熱交換することで、吸収液を加熱しつつその熱を吸熱反応の熱源と消費させることで冷却された後、第１配管１０５を通って熱媒分配器１０９に向けて移動する。このとき、熱媒体は熱媒膨張弁４１により再び温度低下させられる。
【００７９】
以上説明したように、本実施形態に係る二酸化炭素ガス回収装置１００によれば、導出路９とヒートポンプ６との間に、前記脱炭酸ガスクーラー１０２が介在しているので、導出路９側の脱炭酸ガスと、ヒートポンプ６側の熱媒体と、で熱交換することで、吸収塔２から導出された脱炭酸ガスの熱を、熱媒体に受け取らせて熱媒体を加熱することができる。
これにより、吸収塔２の発熱反応で生じて脱炭酸ガスに受け渡された熱が外部に漏出するのを抑制することが可能になり、更なる省エネルギー化を図ることができる。
【００８０】
また、脱炭酸ガス洗浄系統１０とヒートポンプ６との間に、前記洗浄水クーラー１０３が介在しているので、脱炭酸ガス洗浄系統１０側の洗浄水と、ヒートポンプ６側の熱媒体と、で熱交換することで、洗浄水を冷却しつつ、熱媒体を加熱することができる。
これにより、吸収塔２の発熱反応で生じて脱炭酸ガスから洗浄水に受け渡された熱が、外部に漏出するのを抑制することが可能になり、更なる省エネルギー化を図ることができる。
【００８１】
また、リッチ供給路４とヒートポンプ６との間に、前記リッチアミン熱交換器１０４が介在しているので、リッチ供給路４側のリッチ吸収液と、ヒートポンプ６側の熱媒体と、で熱交換することで、吸収塔２の発熱反応で生じてリッチ吸収液に受け渡されたリッチ吸収液の熱を、熱媒体に受け取らせて熱媒体を加熱することができる。
また本実施形態では、リッチアミン熱交換器１０４が、リッチ供給路４においてアミン熱交３６よりも上流側に介装されているので、アミン熱交３６を通るリッチ吸収液を、前記リッチアミン熱交換器１０４で冷却しておくことができる。これにより、アミン熱交３６において、リッチ供給路４側のリッチ吸収液と、リーン供給路５側のリーン吸収液と、での熱交換量を増加することが可能になり、リーン供給路５側のリーン吸収液を効果的に冷却することができ、再生塔から見た熱回収量を増やすことができる。したがって、例えば、リーン供給路５においてアミン熱交３６よりも下流側に、リーン吸収液を冷却する図示しないリーンアミンクーラーを設け、吸収塔２に供給されるリーン吸収液を吸収塔２に供給する前に予め冷却する場合であっても、この冷却による外部への熱ロスを低減することができる。
【００８２】
また本実施形態では、吸収塔２内から外部に導出される脱炭酸ガスおよび吸収液の熱を、脱炭酸ガスクーラー１０２、洗浄水クーラー１０３、およびリッチアミン熱交換器１０４で熱媒体が受け取っている。したがって、吸収塔２での発熱反応で生じる熱を、前記吸収塔内部熱交３７を設けずに熱媒体で受け取ることが可能になる。これにより、例えば、二酸化炭素ガス回収装置１００の簡素化を図ることができる。
なお本実施形態では、ヒートポンプ６は、吸収塔内部熱交３７を備えていないものとしたが、備えていても良い。
【００８３】
（第３実施形態）
次に、本発明に係る第３実施形態の二酸化炭素ガス回収装置を説明する。
なお、この第３実施形態においては、第２実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。また図３では、図面の見易さのため、第２実施形態における構成要素と同一の部分については一部、図示を省略している。
【００８４】
図３に示すように、本実施形態の二酸化炭素ガス回収装置２００では、吸収塔充填物８は、吸収塔２の塔中間部２ｃ内に上下２分割して配設されるとともに、吸収塔２には、吸収塔２の塔中間部２ｃから吸収液を導出して冷却した後、塔中間部２ｃから再導入するインタークーラー系統２０１が設けられている。
【００８５】
インタークーラー系統２０１は、分割された吸収塔充填物８の間に配設され吸収液が貯留された液受けトレー２０２と、液受けトレー２０２よりも下方に配設され下方に向けて吸収液を供給する第５ノズル２０３と、液受けトレー２０２と第５ノズル２０３とを接続する配管２０４と、を備えている。
配管２０４には、液受けトレー２０２から第５ノズル２０３に配管２０４を通して吸収液を移送するインタークーラーポンプ２０５が設けられている。
【００８６】
そして本実施形態では、インタークーラー系統２０１とヒートポンプ６との間には、吸収液と、膨張させられ温度低下させられた熱媒体と、で熱交換する熱媒冷却式インタークーラー（第６熱交換器）２０６が介在している。また、リーン供給路５とヒートポンプ６との間には、リーン吸収液と、膨張させられ温度低下させられた熱媒体と、で熱交換する熱媒冷却式リーンアミンクーラー（第７熱交換器）２０７が介在している。
【００８７】
図示の例では、ヒートポンプ６は、５つの分岐配管２０８を備えており、各分岐配管２０８には、前記脱炭酸ガスクーラー１０２、前記洗浄水クーラー１０３、前記リッチアミン熱交換器１０４、熱媒冷却式インタークーラー２０６、および熱媒冷却式リーンアミンクーラー２０７のいずれかが介装されている。
【００８８】
なお、インタークーラー系統２０１では、その配管２０４におけるインタークーラーポンプ２０５と第５ノズル２０３との間に熱媒冷却式インタークーラー２０６が介装されている。
またリーン供給路５には、アミン熱交３６よりも下流側に熱媒冷却式リーンアミンクーラー２０７が介装されている。
【００８９】
次に、以上のように構成された二酸化炭素ガス回収装置２００の作用について説明する。ここでは、ヒートポンプ６の熱媒体の流れについて、熱媒膨張弁４１を起点として、熱媒集合器１１０に到達するまでを説明する。
熱媒膨張弁４１により温度低下させられた熱媒体は、第２配管１０８を通った後、熱媒分配器１０９で分岐された５つの分岐配管２０８を通る。
【００９０】
このうち、熱媒冷却式インタークーラー２０６が介装された分岐配管２０８を通る熱媒体は、熱媒冷却式インタークーラー２０６において、吸収液と熱交換することで、吸収液を冷却しつつ加熱される。
また、熱媒冷却式リーンアミンクーラー２０７が介装された分岐配管２０８を通る熱媒体は、熱媒冷却式リーンアミンクーラー２０７において、リーン吸収液を冷却しつつ加熱される。
そして、各分岐配管２０８を通った熱媒体は熱媒集合器１１０で合流する。
【００９１】
以上説明したように、本実施形態に係る二酸化炭素ガス回収装置２００によれば、リーン供給路５とヒートポンプ６との間に、前記熱媒冷却式リーンアミンクーラー２０７が介在しているので、リーン供給路５側のリーン吸収液と、ヒートポンプ６側の熱媒体と、で熱交換することで、リーン吸収液を冷却しつつ、熱媒体を加熱することができる。
これにより、従来は冷却水に廃熱していたリーン吸収液の熱を、廃熱することなく熱媒体の熱として回収することができる。また、吸収塔２に供給されるリーン吸収液を冷却することが可能になり、吸収塔２での吸収液による二酸化炭素ガスの吸収を促進することができる。
【００９２】
さらに、吸収塔２に前記インタークーラー系統２０１が設けられているので、塔中間部２ｃの吸収液を冷却した後に再導入することが可能になり、吸収塔２での吸収液による二酸化炭素ガスの吸収をより促進することができる。
【００９３】
また、インタークーラー系統２０１とヒートポンプ６との間に、前記熱媒冷却式インタークーラー２０６が介在しているので、インタークーラー系統２０１側の吸収液と、ヒートポンプ６側の熱媒体と、で熱交換することで、吸収液を冷却しつつ、熱媒体を加熱することができる。
これにより、吸収塔２の発熱反応で生じて吸収液に受け渡された熱が、外部に漏出するのを抑制することが可能になり、更なる省エネルギー化を図ることができる。
【００９４】
（第４実施形態）
次に、本発明に係る第４実施形態の二酸化炭素ガス回収装置を説明する。
なお、この第４実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
【００９５】
図４に示すように、本実施形態の二酸化炭素ガス回収装置３００では、リッチ供給路４において吸収塔底ポンプ１７とアミン熱交３６との間に位置する部分に、リッチ吸収液の流れを分岐するリッチアミン分配器３０１と、分岐されたリッチ吸収液が流通する２つのリッチ分岐路３０２、３０３と、リッチ分岐路３０２、３０３が合流するリッチアミン集合器３０４と、が備えられている。
【００９６】
２つのリッチ分岐路３０２、３０３のうち、一方のリッチ分岐路３０２とリーン供給路５との間には、リッチ吸収液とリーン吸収液とで熱交換する第１リッチアミン熱交３０５が介在している。第１リッチアミン熱交３０５は、リーン供給路５においてアミン熱交３６よりも下流側に介装されており、前記一方のリッチ分岐路３０２側のリッチ吸収液と、リーン供給路５側のリーン吸収液と、で熱交換することで、再生塔３に供給され再生塔３内で吸熱反応を起こすリッチ吸収液を予熱しつつ、吸収塔２に供給され吸収塔２内で発熱反応を起こすリーン吸収液を冷却することができる。
また、再生塔３に設けられた前記リボイラー系統１９の配管２３におけるリボイラーポンプ２４と凝縮熱交換器３４との間にはリボイラー分配器３０６が設けられており、このリボイラー分配器３０６からは、再生塔３の塔底部３ａに接続される枝配管３０７が分岐されている。
【００９７】
そして本実施形態では、リボイラー系統１９とヒートポンプ６との間には、吸収液と、圧縮させられ温度上昇させられた熱媒体と、で熱交換する熱媒式リボイラーヒーター（第８熱交換器）３０８が介在している。また、リッチ供給路４とヒートポンプ６との間には、リッチ吸収液と、圧縮させられ温度上昇させられた熱媒体と、で熱交換する第２リッチアミン熱交（第９熱交換器）３０９が介在している。
これらの熱媒式リボイラーヒーター３０８、第２リッチアミン熱交３０９および前記再生塔内部熱交３８は、ヒートポンプ６において熱媒コンプレッサー４２によって圧縮させられ温度上昇させられた熱媒体が通り、熱媒体が熱を受け渡す熱供給側に介在している。
【００９８】
図示の例では、ヒートポンプ６は、複数の配管３１０、３１１、３１２、３１３、３１４と、各配管を接続する熱媒分配器３１５および熱媒集合器３１６を備えている。複数の配管３１０、３１１、３１２、３１３、３１４は、熱媒分配器３１５と熱媒集合器３１６とを接続する３つの分岐配管３１０、３１１、３１２と、熱媒集合器３１６と吸収塔内部熱交３７の下部側とを接続する第１配管３１３と、吸収塔内部熱交３７の上部側と熱媒分配器３１５とを接続する第２配管３１４と、からなる。
【００９９】
３つの分岐配管３１０、３１１、３１２のうち、第１の分岐配管３１０の中間部には、前記再生塔内部熱交３８が設けられ、第２の分岐配管３１１には、熱媒式リボイラーヒーター３０８が介装され、第３の分岐配管３１２には、第２リッチアミン熱交３０９が介装されている。また、第１配管３１３には前記熱媒膨張弁４１が設けられるとともに、第２配管３１４には、前記熱媒コンプレッサー４２が設けられている。
なお図示の例では、リボイラー系統１９では、枝配管３０７に熱媒式リボイラーヒーター３０８が介装されるとともに、リッチ供給路４では、２つのリッチ分岐路３０２、３０３のうち、前記一方のリッチ分岐路３０２とは異なる他方のリッチ分岐路３０３に第２リッチアミン熱交３０９が介装されている。第２リッチアミン熱交３０９は、リッチ供給路４においてアミン熱交３６よりも上流側に介装されている。
【０１００】
次に、以上のように構成された二酸化炭素ガス回収装置３００の作用について説明する。ここでは、ヒートポンプ６の熱媒体の流れについて、熱媒膨張弁４１を起点として説明する。
【０１０１】
熱媒膨張弁４１により温度低下させられた熱媒体は、第１配管３１３を通った後、吸収塔内部熱交３７の下部側から上部側に向けて移動しながら、吸収液と熱交換することで、吸収液を冷却しつつ発熱反応の熱を受け取り、その後、第２配管３１４を通って熱媒分配器３１５に移動する。このとき、熱媒体は熱媒コンプレッサー４２によって温度上昇させられる。そして熱媒体は、熱媒分配器３１５により分岐され、各分岐配管３１０、３１１、３１２を通る。
【０１０２】
このうち、第１の分岐配管３１０を通る熱媒体は、再生塔内部熱交３８の下部側から上部側に向けて移動しながら、吸収液と熱交換することで、前記熱を吸熱反応の熱源としてリッチ吸収液に受け渡して加熱する。
また、第２の分岐配管３１１を通る熱媒体は、熱媒式リボイラーヒーター３０８において、リボイラー系統１９側の吸収液と熱交換することで、その熱を吸収液に受け渡して加熱する。
さらに、第３の分岐配管３１２を通る熱媒体は、リッチ供給路４側のリッチ吸収液と熱交換することで、その熱をリッチ吸収液に受け渡して加熱する。
【０１０３】
そして、各分岐配管３１０、３１１、３１２を通った熱媒体は熱媒集合器３１６で合流する。熱媒集合器３１６で合流した熱媒体は、第１配管３１３を通って吸収塔内部熱交３７の下部側に向けて移動する。このとき、熱媒体は熱媒膨張弁４１により再び温度低下させられる。
【０１０４】
以上説明したように、本実施形態に係る二酸化炭素ガス回収装置３００によれば、リボイラー系統１９とヒートポンプ６との間に、前記熱媒式リボイラーヒーター３０８が介在しているので、リボイラー系統１９側の吸収液と、ヒートポンプ６側の熱媒体と、で熱交換することで、熱媒体の熱を、吸収液に受け取らせて吸収液を加熱することができる。
これにより、リボイラー系統１９での外部からの入熱量をより抑えることが可能になり、更なる省エネルギー化を図ることができる。
【０１０５】
また、リッチ供給路４とヒートポンプ６との間に、前記第２リッチアミン熱交３０９が介在しているので、リッチ供給路４側のリッチ吸収液と、ヒートポンプ６側の熱媒体と、で熱交換することで、熱媒体の熱を、再生塔３に供給されるリッチ吸収液に受け取らせてリッチ吸収液を加熱することができる。
このように、再生塔３に供給されるリッチ吸収液を予熱しておくことができるので、再生塔３でリッチ吸収液が受け取る必要がある熱量を抑えることができる。したがって、リボイラー系統１９での外部からの入熱量をより抑えることが可能になり、更なる省エネルギー化を図ることができる。
また本実施形態のように、リーン供給路５とリッチ供給路４との間に前記アミン熱交３６が介在している場合、アミン熱交３６での加熱量に、前記第２リッチアミン熱交３０９での加熱量が加算される結果、リッチ吸収液の予熱量が増大し、リボイラー系統１９によって吸収液に与えるべき熱量を更に抑えることができる。したがって、リボイラー系統１９での外部からの入熱量をより一層抑えることが可能になり、一層更なる省エネルギー化を図ることができる。
【０１０６】
（第５実施形態）
次に、本発明に係る第５実施形態の二酸化炭素ガス回収装置を説明する。
なお、この第５実施形態においては、第２実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
【０１０７】
図５に示すように、本実施形態に係る二酸化炭素ガス回収装置４００では、再生塔３に設けられた前記リボイラー系統１９の配管２３におけるリボイラーポンプ２４と凝縮熱交換器３４との間にはリボイラー分配器４０１が設けられており、このリボイラー分配器４０１からは、再生塔３の塔底部３ａに接続される枝配管４０２が分岐されている。
【０１０８】
またヒートポンプ６は、前記再生塔内部熱交３８を備えていない。そして本実施形態では、リボイラー系統１９とヒートポンプ６との間には、吸収液と、圧縮させられ温度上昇させられた熱媒体と、で熱交換する熱媒式リボイラーヒーター（第８熱交換器）４０３が介在している。
図示の例では、ヒートポンプ６の複数の配管４０４、４０５は、熱媒集合器１１０と熱媒分配器１０９とを接続するとともに前記熱媒コンプレッサー４２が設けられた主配管４０４と、熱媒分配器１０９と熱媒集合器１１０とを接続する３つの分岐配管４０５と、からなる。
【０１０９】
主配管４０４には、熱媒体を膨張させることで温度低下させる熱媒膨張タービン４０６が設けられている。この熱媒膨張タービン４０６は、熱媒体を膨張させるときに回転動力を得る。そして、主配管４０４における熱媒コンプレッサー４２と熱媒膨張タービン４０６との間に、前記熱媒式リボイラーヒーター４０３が介装されている。
また、各分岐配管４０５には、熱媒冷却式の脱炭酸ガスクーラー１０２、熱媒冷却式の洗浄水クーラー１０３および熱媒冷却式のリッチアミン熱交換器１０４のいずれかが介装されている。
【０１１０】
次に、以上のように構成された二酸化炭素ガス回収装置４００の作用について説明する。ここでは、ヒートポンプ６の熱媒体の流れについて、熱媒膨張タービン４０６を起点として説明する。
【０１１１】
熱媒膨張タービン４０６により温度低下させられた熱媒体は、主配管４０４を通った後に熱媒分配器１０９で分岐され、３つの分岐配管４０５を通って各熱交換器において加熱され、その後、熱媒集合器１１０で合流する。熱媒集合器１１０で合流した熱媒体は、主配管４０４を通って、熱媒コンプレッサー４２によって温度上昇させられた後、熱媒式リボイラーヒーター４０３において、リボイラー系統１９側の吸収液と熱交換することで、熱媒体の熱を吸収液に受け渡して加熱する。その後、主配管４０４を通って熱媒分配器１０９に向けて移動する。このとき、熱媒体は熱媒膨張タービン４０６により再び温度低下させられる。
【０１１２】
以上説明したように、本実施形態に係る二酸化炭素ガス回収装置４００によれば、リボイラー系統１９とヒートポンプ６との間に、前記熱媒式リボイラーヒーター４０３が介在しているので、リボイラー系統１９側の吸収液と、ヒートポンプ６側の熱媒体と、で熱交換することで、熱媒体の熱を、吸収液に受け取らせて吸収液を加熱することができる。
これにより、リボイラー系統１９での外部からの入熱量をより抑えることが可能になり、更なる省エネルギー化を図ることができる。
なお、ヒートポンプ６は、前記再生塔内部熱交３８を備えていないものとしたが、備えていても良い。
【０１１３】
（第６実施形態）
次に、本発明に係る第６実施形態の二酸化炭素ガス回収装置を説明する。
なお、この第６実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。また図６では、図面の見易さのためにヒートポンプ６の図示を省略している。
【０１１４】
図６に示すように、本実施形態の二酸化炭素ガス回収装置５００では、吸収塔充填物８は、吸収塔２の塔中間部２ｃに上下２分割して配設されるとともに、吸収塔２には、吸収塔２の塔中間部２ｃ内からリーン吸収液を導出して冷却した後、塔中間部２ｃから再導入するインタークーラー系統５０１が設けられている。
また、リーン供給路５には、リーン吸収液を冷却するリーンアミンクーラー５０２がアミン熱交３６よりも下流側に設けられている。
【０１１５】
また、混合ガス冷却系統２０の配管２９には、前記減圧・膨張弁３１が設けられておらず、この配管２９において気液分離器３２と前記第４ノズル２８との間には、凝縮液循環ポンプ２９ａに代えてレベル調節弁５０３が設けられている。
気液分離器３２は、凝縮熱交換器３４で凝縮された前記溶質および溶媒の蒸気分である凝縮液と、未凝縮の前記溶質および溶媒の蒸気分および二酸化炭素ガスからなる未凝縮の残りの昇温混合ガスと、を分離する。この気液分離器３２には、排出路３３に代えて、後述する他の気液分離器５０５を経て再生塔３の塔頂部３ｂに接続された残ガス流通路５０４が設けられている。
【０１１６】
残ガス流通路５０４内は、気液分離器３２により分離された未凝縮の前記残りの昇温混合ガスが通る。残ガス流通路５０４には、後述する第３リッチアミン熱交（第１１熱交換器）５１４と、前記減圧・膨張弁３１と、前記溶質および溶媒の蒸気分の凝縮液と未凝縮の二酸化炭素ガスとを分離する他の気液分離器５０５と、レベル調節弁５０６と、が、気液分離器３２から再生塔３の塔頂部３ｂに、この順で配設されている。
他の気液分離器５０５には、前記排出路３３が設けられている。
【０１１７】
また、リッチ供給路４において吸収塔底ポンプ１７とアミン熱交３６との間に位置する部分には、リッチ吸収液の流れを分岐するリッチアミン分配器５０７と、分岐されたリッチ吸収液が流通する３つのリッチ分岐路５０８、５０９、５１０と、リッチ分岐路５０８、５０９、５１０が合流するリッチアミン集合器５１１と、が備えられている。
【０１１８】
３つのリッチ分岐路５０８、５０９、５１０のうちの第１リッチ分岐路５０８と、リーン供給路５と、の間には、リッチ吸収液とリーン吸収液とで熱交換する第１リッチアミン熱交５１２が介在している。第１リッチアミン熱交５１２は、リーン供給路５においてアミン熱交３６よりも下流側に介装されている。
また、３つのリッチ分岐路５０８、５０９、５１０のうちの第２リッチ分岐路５０９と、前記リボイラー配管２６と、の間には、リッチ吸収液と高温流体とで熱交換する第２リッチアミン熱交５１３が介在している。第２リッチアミン熱交５１３は、リボイラー配管２６においてスチームトラップ２７よりも下流側に介装されている。
【０１１９】
そして本実施形態では、混合ガス冷却系統２０とリッチ供給路４との間には、凝縮熱交換器３４を通った後の昇温混合ガスとリッチ吸収液とで熱交換する第３リッチアミン熱交５１４が介在している。
第３リッチアミン熱交５１４は、３つのリッチ分岐路５０８、５０９、５１０のうちの第３リッチ分岐路５１０に介装されているとともに、残ガス流通路５０４において減圧・膨張弁３１よりも上流側に介装されている。
【０１２０】
次に、以上のように構成された二酸化炭素ガス回収装置５００の作用について説明する。
はじめに、リッチ供給路４でのリッチ吸収液の流れについて説明する。
リッチ供給路４を通るリッチ吸収液は、リッチアミン分配器５０７に到達した後、３つの分岐路５０８、５０９、５１０に分岐される。
【０１２１】
このうち、第１リッチ分岐路５０８を通るリッチ吸収液は、第１リッチアミン熱交５１２で、リーン供給路５側のリーン吸収液と熱交換することで、リーン吸収液を冷却しつつ加熱される。
また、第２リッチ分岐路５０９を通るリッチ吸収液は、第２リッチアミン熱交５１３で、リボイラー配管２６の高温流体と熱交換することで、高温流体から熱を受け取り加熱される。
さらに、第３リッチ分岐路５１０を通るリッチ吸収液は、第３リッチアミン熱交５１４で、残ガス流通路５０４を流通する前記残りの昇温混合ガスと熱交換することで、前記残りの昇温混合ガスを冷却しつつ加熱される。
【０１２２】
そして、各リッチ分岐路５０８、５０９、５１０を通り加熱されたリッチ吸収液は、リッチアミン集合器５１１で合流した後、前記第３ノズル１６に供給される。
【０１２３】
次に、混合ガス冷却系統２０での混合ガスの流れについて説明する。
再生塔３内を上昇した混合ガスは、混合ガス冷却系統２０の配管２９を通り、まず混合ガスコンプレッサー３０によって圧縮され温度上昇させられ昇温混合ガスとなる。その後、凝縮熱交換器３４で、リボイラー系統１９側の吸収液と熱交換することで、前記溶質および溶媒の蒸気分が持つ潜熱が回収され、前記溶質および溶媒の蒸気分の少なくとも一部が凝縮されて、凝縮液となる。
次いで、気液分離器３２により、前記凝縮液と、未凝縮の前記残りの昇温混合ガスと、が分離され、これらのうち、凝縮液は、配管２９を通り再生塔３の塔頂部３ｂに前記第４ノズル２８から供給される。
【０１２４】
一方、未凝縮の前記残りの昇温混合ガスは、残ガス流通路５０４を通り、第３リッチアミン熱交５１４で、第３リッチ分岐路５１０を通るリッチ吸収液と熱交換することで、ガスの顕熱および一部残った蒸気分の潜熱が回収される。すなわち、前記溶質および溶媒の蒸気分の潜熱が回収されて前記残りの昇温混合ガス中の前記溶質および溶媒の蒸気分が凝縮されるとともに、前記残りの昇温混合ガス中の二酸化炭素ガスの顕熱が回収される。その後、前記残りの昇温混合ガスが減圧・膨張弁３１によって膨張させられて温度低下させられることで、前記残りの昇温混合ガス中の前記溶質および溶媒の蒸気分が全て凝縮され凝縮液となる。
【０１２５】
そして、他の気液分離器５０５により、前記凝縮液と、未凝縮の二酸化炭素ガスと、が分離され、これらのうち、凝縮液は、前記残ガス流通路５０４を通り再生塔３の塔頂部３ｂに供給されるとともに、二酸化炭素ガスは、排出路３３を通して排出される。
【０１２６】
以上説明したように、本実施形態に係る二酸化炭素ガス回収装置５００によれば、混合ガス冷却系統２０とリッチ供給路４との間に、前記第３リッチアミン熱交５１４が介在しているので、混合ガス冷却系統２０側の前記残りの昇温混合ガスと、リッチ供給路４側のリッチ吸収液と、で熱交換することで、再生塔３に供給されるリッチ吸収液を加熱しつつ、前記残りの昇温混合ガスを冷却することができる。
【０１２７】
このように、再生塔３を流出する混合ガスの持つ熱量により、再生塔３に供給されるリッチ吸収液を予熱しておくことができるので、再生塔３でリッチ吸収液が受け取る必要がある熱量を抑えることができる。したがって、リボイラー系統１９での外部からの入熱量をより抑えることが可能になり、一層の省エネルギー化を図ることができる。
【０１２８】
また、混合ガス冷却系統２０側の昇温混合ガスが、凝縮熱交換器３４を通った後、第３リッチアミン熱交５１４を通るので、昇温混合ガス中の前記溶質および溶媒の蒸気分の潜熱を凝縮熱交換器３４で回収した後、未凝縮の前記残りの昇温混合ガスの顕熱および残った潜熱を第３リッチアミン熱交５１４で回収することができる。
【０１２９】
ここで、第１実施形態と同様に、以上の効果を一般化して記述すると、本実施形態では、前記（１）反応熱の自己熱再生効果と、（２）塔操作に要する潜熱の自己熱再生と、に加えて以下の１項目を記述することができる。
（３）塔操作に要する顕熱の自己熱再生
再生塔３に流入するリッチ吸収液に含まれるＣＯ２に相当する顕熱量は、前記残りの昇温混合ガスのガス顕熱に等しい。よって混合ガスを圧縮する僅かな動力で昇温混合ガスを得て、第３リッチアミン熱交５１４により、その顕熱を回収すれば、再生塔に導入されるリッチ吸収液の予熱量が増加して、リボイラー系統１９で外部から加えるべき熱量は低減する。さらに厳密に言えば、加えるべき熱量は、アミン熱交３６での回収漏れ熱量（アミン熱交３６を流出するリーン吸収液の顕熱量とアミン熱交３６に流入するリッチ吸収液の顕熱量との差違）からリッチ吸収液に含まれるＣＯ２の顕熱相当熱量を除いた熱量と、再生塔３廻りの放熱量に見合う熱量と、の和になる。
さらにアミン熱交３６の伝熱面積を大きく設定し、アミン熱交３６での回収漏れ熱量をゼロに近づけると、リボイラー系統１９で外部から加えるべき熱量は再生塔３廻りの放熱量だけに見合う熱量にまで低減し、放熱は保温の程度で制御できることから、最終的にリボイラー系統１９で外部から加えるべき熱量は、ゼロ近傍とすることが可能となる。
【０１３０】
なお本実施形態では、第３リッチアミン熱交５１４において、混合ガス冷却系統２０側の前記残りの昇温混合ガスと、リッチ供給路４側のリッチ吸収液と、で熱交換するものとしたが、これに限られるものではない。例えば、第３リッチアミン熱交５１４において、二酸化炭素ガスとリッチ吸収液とで熱交換し、二酸化炭素ガスの顕熱回収をしても良い。この場合、例えば、気液分離器３２で、昇温混合ガス中の前記溶質および溶媒の蒸気分の全てが二酸化炭素ガスから分離されるように、気液分離器３２よりも上流側で、昇温混合ガス中の前記溶質および溶媒の蒸気分の全てが凝縮されるように、混合ガス冷却系統２０を構成しても良い。
【０１３１】
（第７実施形態）
次に、本発明に係る第７実施形態の二酸化炭素ガス回収装置を説明する。
なお、この第７実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
【０１３２】
図７に示すように、本実施形態の二酸化炭素ガス回収装置６００では、リッチ供給路４において吸収塔底ポンプ１７よりも下流側に位置する部分に、リッチ吸収液の流れを分岐するリッチアミン分配器６０１と、分岐されたリッチ吸収液が流通する２つのリッチ分岐路６０２、６０３と、リッチ分岐路６０２、６０３が合流するリッチアミン集合器６０４と、が備えられている。
２つのリッチ分岐路６０２、６０３のうち、一方のリッチ分岐路６０２とリーン供給路５との間には、前記アミン熱交３６が介在している。
【０１３３】
ヒートポンプ６は、前記再生塔内部熱交３８を備えていない。そして本実施形態では、リッチ供給路４とヒートポンプ６との間には、リッチ吸収液と、圧縮させられ温度上昇させられた熱媒体と、で熱交換する第１リッチアミン熱交（第９熱交換器）６０５が介在している。
【０１３４】
図示の例では、ヒートポンプ６は、吸収塔内部熱交３７の下部側と上部側とを接続するヒートポンプ配管６０７を備えている。このヒートポンプ配管６０７には、前記熱媒コンプレッサー４２が設けられるとともに、ヒートポンプ配管６０７において熱媒コンプレッサー４２よりも下流側には、熱媒体を膨張させることで温度低下させる熱媒膨張タービン６０８が設けられている。この熱媒膨張タービン６０８は、熱媒体を膨張させるときに回転動力を得る。
【０１３５】
そして、第１リッチアミン熱交６０５は、ヒートポンプ配管６０７において、熱媒コンプレッサー４２よりも下流側で、かつ熱媒膨張タービン６０８よりも上流側に介装されているとともに、リッチ供給路４においてリッチアミン集合器６０４よりも下流側に介装されている。
【０１３６】
また、混合ガス冷却系統２０の減圧・膨張弁３１は前記排出路３３に設けられるとともに、混合ガス冷却系統２０の配管２９における気液分離器３２と第４ノズル２８との間には、凝縮液循環ポンプ２９ａに代えてレベル調節弁６０９が設けられている。さらに図示の例では、凝縮熱交換器３４が設けられていない。
【０１３７】
そして本実施形態では、混合ガス冷却系統２０とリッチ供給路４との間には、昇温混合ガスとリッチ吸収液とで熱交換する第２リッチアミン熱交（第１２熱交換器）６１０が介在している。さらに、混合ガス冷却系統２０とリッチ供給路４との間には、第２リッチアミン熱交６１０を通った後の昇温混合ガスとリッチ吸収液とで熱交換する第３リッチアミン熱交（第１３熱交換器）６１１が介在している。
【０１３８】
図示の例では、第２リッチアミン熱交６１０は、混合ガス冷却系統２０の配管２９において混合ガスコンプレッサー３０よりも下流側で、かつ気液分離器３２よりも上流側に介装されるとともに、リッチ供給路４において第１リッチアミン熱交６０５よりも下流側に介装されている。
また第３リッチアミン熱交６１１は、混合ガス冷却系統２０の排出路３３において減圧・膨張弁３１よりも上流側に介装されるとともに、リッチ供給路４において、２つのリッチ分岐路６０２、６０３のうち、一方のリッチ分岐路６０２と異なる他方の分岐路６０３に介装されている。
【０１３９】
次に、以上のように構成された二酸化炭素ガス回収装置６００の作用について説明する。
はじめに、リッチ供給路４でのリッチ吸収液の流れについて説明する。
リッチ供給路４を通るリッチ吸収液は、リッチアミン分配器６０１に到達した後、２つのリッチ分岐路６０２、６０３に分岐される。
【０１４０】
このうち、一方のリッチ分岐路６０２を通るリッチ吸収液は、アミン熱交３６で、リーン供給路５側のリーン吸収液と熱交換することで、リーン吸収液を冷却しつつ加熱される。
また、他方のリッチ分岐路６０３を通るリッチ吸収液は、第３リッチアミン熱交６１１で、混合ガス冷却系統２０の排出路３３側の二酸化炭素主体ガスと熱交換することで、二酸化炭素主体ガスから熱を受け取り加熱される。
【０１４１】
そして、各リッチ分岐路６０２、６０３を通り加熱されたリッチ吸収液は、リッチアミン集合器６０４で合流した後、第１リッチアミン熱交６０５で、ヒートポンプ６の熱媒体と熱交換することで、熱媒体から熱を受け取り加熱される。その後さらにリッチ吸収液は、第２リッチアミン熱交６１０で、混合ガス冷却系統２０の排出路３３側の昇温混合ガスと熱交換することで、昇温混合ガスを冷却するとともに加熱される。
以上のようにして加熱されたリッチ吸収液は、その後、前記第３ノズル１６に供給される。
【０１４２】
次に、混合ガス冷却系統２０での混合ガスの流れについて説明する。
再生塔３内を上昇した混合ガスは、混合ガス冷却系統２０の配管２９を通り、まず混合ガスコンプレッサー３０によって圧縮され温度上昇させられ昇温混合ガスとなる。その後、第２リッチアミン熱交６１０で、リッチ供給路４側のリッチ吸収液と熱交換することで、前記溶質および溶媒の蒸気分が持つ潜熱が回収され、前記溶質および溶媒の蒸気分が凝縮されて凝縮液となる。
【０１４３】
次いで、気液分離器３２により、前記凝縮液と、二酸化炭素ガスを主体とした未凝縮の二酸化炭素主体ガスと、が分離され、これらのうち、凝縮液は、配管２９を通り再生塔３の塔頂部３ｂに前記第４ノズル２８から供給される。
【０１４４】
一方、未凝縮の前記二酸化炭素主体ガスは、排出路３３を通り、第３リッチアミン熱交６１１で、一方のリッチ分岐路６０２を通るリッチ吸収液と熱交換することで、ガスの顕熱および一部残った蒸気分の潜熱が回収された後、減圧・膨張弁３１によって膨張させられて温度低下させられて排出される。このとき、前記溶質および溶媒の蒸気分の潜熱が回収されて前記二酸化炭素主体ガス中の前記溶質および溶媒の蒸気分が凝縮されるとともに、前記二酸化炭素主体ガス中の二酸化炭素ガスの顕熱が回収される。
【０１４５】
次に、ヒートポンプ６での熱媒体の流れについて、熱媒膨張タービン６０８を起点として説明する。
熱媒膨張タービン６０８で温度低下させられた熱媒体は、ヒートポンプ配管６０７を通った後、吸収塔内部熱交３７の下部側から上部側に向けて移動しながら、吸収液と熱交換することで、吸収液を冷却しつつ発熱反応の熱を受け取る。
そして熱媒体は、ヒートポンプ配管６０７を通って、熱媒コンプレッサー４２によって圧縮され、温度上昇させられた後、第１リッチアミン熱交６０５で、リッチ吸収液と熱交換することで、リッチ吸収液を加熱しつつ冷却される。その後、熱媒体は、ヒートポンプ配管６０７を通って、吸収塔内部熱交３７の下部側に向けて移動する。このとき、熱媒体は熱媒膨張タービン６０８により再び温度低下させられる。
【０１４６】
以上説明したように、本実施形態に係る二酸化炭素ガス回収装置６００によれば、混合ガス冷却系統２０が混合ガスコンプレッサー３０を備えているので、僅かな外部動力を加えることで、外部から加熱することなく、昇温混合ガスが得られ、さらに、混合ガス冷却系統２０とリッチ供給路４との間に、前記第２リッチアミン熱交６１０が介在しているので、混合ガス冷却系統２０側の昇温混合ガスと、リッチ供給路４側のリッチ吸収液と、で熱交換することで、再生塔３を流出する混合ガスの持つ熱量により、再生塔３に供給されるリッチ吸収液を加熱しつつ、昇温混合ガスを冷却することができる。
【０１４７】
このように、再生塔３に供給されるリッチ吸収液を予熱しておくことができるので、再生塔３でリッチ吸収液が受け取る必要がある熱量を抑えることができる。したがって、リボイラー系統１９での外部からの入熱量を抑えることが可能になり、効果的に省エネルギー化を図ることができる。
【０１４８】
また、混合ガス冷却系統２０とリッチ供給路４との間に、前記第２リッチアミン熱交６１０および前記第３リッチアミン熱交６１１が介在しているので、再生塔３に供給されるリッチ吸収液を効果的に予熱しておくことが可能になり、再生塔３でリッチ吸収液が受け取る必要がある熱量をより抑えることができる。したがって、リボイラー系統１９での外部からの入熱量をより抑えることが可能になり、一層の省エネルギー化を図ることができる。
【０１４９】
また、混合ガス冷却系統２０側の昇温混合ガスが、第２リッチアミン熱交６１０を通った後に第３リッチアミン熱交６１１を通るので、例えば、昇温混合ガス中の前記溶質および溶媒の蒸気分の潜熱を第２リッチアミン熱交６１０で回収した後、未凝縮の二酸化炭素主体ガスの顕熱および残った潜熱を第３リッチアミン熱交６１１で回収することができる。
【０１５０】
また、リッチ供給路４とヒートポンプ６との間に、前記第１リッチアミン熱交６０５が介在しているので、リッチ供給路４側のリッチ吸収液と、ヒートポンプ６側の熱媒体と、で熱交換することで、熱媒体の熱を、再生塔３に供給されるリッチ吸収液に受け取らせてリッチ吸収液を加熱することができる。
【０１５１】
このように、再生塔３に供給されるリッチ吸収液を予熱しておくことができるので、再生塔３でリッチ吸収液が受け取る必要がある熱量を抑えることができる。したがって、リボイラー系統１９での外部からの入熱量をより抑えることが可能になり、更なる省エネルギー化を図ることができる。
【０１５２】
また本実施形態のように、リーン供給路５とリッチ供給路４との間に前記アミン熱交３６が介在している場合、アミン熱交３６で、リッチ吸収液を加熱する熱量が小さくなり、リボイラー系統１９によって吸収液に与えるべき熱量を更に抑えることができる。したがって、リボイラー系統１９での外部からの入熱量をより一層抑えることが可能になり、一層更なる省エネルギー化を図ることができる。
【０１５３】
なお本実施形態では、ヒートポンプ６が前記再生塔内部熱交３８を備えていないものとしたが、備えていても良い。また本実施形態では、凝縮熱交換器３４を備えていてないものとしたが、備えていても良い。さらに本実施形態では、第３リッチアミン熱交６１１を備えているものとしたが、備えて無くても良い。
【０１５４】
なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、前記各実施形態では、混合ガス冷却系統２０では、減圧・膨張弁３１で昇温混合ガスを温度低下させたが、これに代えて膨張タービンを採用しても良い。この場合、昇温混合ガスを膨張させるときに回転動力を得ることができる。
【０１５５】
また、前記第１〜第６実施形態では、第７実施形態に示す第２リッチアミン熱交６１０を備えていないものとしたが、備えていても良い。さらに、前記第１〜第６実施形態では、凝縮熱交換器３４を備え、第７実施形態では、第２リッチアミン熱交６１０を備えているものとしたが、これらは無くても良い。
【０１５６】
その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【０１５７】
１、１００、２００、３００、４００、５００、６００ 二酸化炭素ガス回収装置
２ 吸収塔
２ａ 塔底部
２ｂ 塔頂部
２ｃ 塔中間部
３ 再生塔
４ リッチ供給路
５ リーン供給路
６ ヒートポンプ
８ 吸収塔充填物
９ 導出路
１０ 脱炭酸ガス洗浄系統
１８ 再生塔充填物
１９ リボイラー系統
２０ 混合ガス冷却系統
２６ リボイラー配管
３０ 混合ガスコンプレッサー（混合ガス圧縮機）
３４ 凝縮熱交換器（第１０熱交換器）
３７ 吸収塔内部熱交（第１熱交換器）
３８ 再生塔内部熱交（第２熱交換器）
１０２ 脱炭酸ガスクーラー（第３熱交換器）
１０３ 洗浄水クーラー（第４熱交換器）
１０４ リッチアミン熱交換器（第５熱交換器）
２０１、５０１ インタークーラー系統
２０６ 熱媒冷却式インタークーラー（第６熱交換器）
２０７ 熱媒冷却式リーンアミンクーラー（第７熱交換器）
３０８、４０３ 熱媒式リボイラーヒーター（第８熱交換器）
３０９ 第２リッチアミン熱交（第９熱交換器）
５１４ 第３リッチアミン熱交（第１１熱交換器）
６０５ 第１リッチアミン熱交（第９熱交換器）
６１０ 第２リッチアミン熱交（第１２熱交換器）
６１１ 第３リッチアミン熱交（第１３熱交換器）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素ガスを含有する被分離ガスと、リーン吸収液と、を導入して接触させ、前記被分離ガス中の前記二酸化炭素ガスを吸収液に吸収させてリッチ吸収液を生成する吸収塔と、
前記吸収塔から前記リッチ吸収液が供給されるとともに、前記リッチ吸収液を加熱して前記二酸化炭素ガスを分離させることにより前記リーン吸収液に再生する再生塔と、を備え、
前記再生塔には、
前記再生塔から吸収液を導出して加熱し、前記再生塔に再導入するリボイラー系統と、
前記二酸化炭素ガスと前記吸収液の溶質および溶媒の蒸気分との混合ガスを前記再生塔から導出して冷却し、前記溶質および溶媒の蒸気分を凝縮させて前記再生塔に再導入するとともに、前記二酸化炭素ガスを排出する混合ガス冷却系統と、
が設けられた二酸化炭素ガス回収装置であって、
前記吸収塔で前記吸収液が前記二酸化炭素ガスを吸収するときの発熱反応で生じた熱を熱媒体を介して移動させ、前記再生塔で前記リッチ吸収液から前記二酸化炭素ガスが分離するときの吸熱反応の熱源として利用するヒートポンプを備えていることを特徴とする二酸化炭素ガス回収装置。
【請求項２】
請求項１記載の二酸化炭素ガス回収装置であって、
前記ヒートポンプは、前記吸収塔内に配設された吸収塔充填物に介装され、膨張させられ温度低下させられた前記熱媒体と、前記吸収塔内の前記吸収液と、で熱交換する第１熱交換器を備えていることを特徴とする二酸化炭素ガス回収装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の二酸化炭素ガス回収装置であって、
前記ヒートポンプは、前記再生塔内に配設された再生塔充填物に介装され、圧縮させられ温度上昇させられた前記熱媒体と、前記再生塔内の前記リッチ吸収液と、で熱交換する第２熱交換器を備えていることを特徴とする二酸化炭素ガス回収装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の二酸化炭素ガス回収装置であって、
前記吸収塔には、前記被分離ガスから前記二酸化炭素ガスが分離されてなる脱炭酸ガスを導出する導出路が設けられ、
前記導出路と前記ヒートポンプとの間には、前記脱炭酸ガスと、膨張させられ温度低下させられた前記熱媒体と、で熱交換する第３熱交換器が介在していることを特徴とする二酸化炭素ガス回収装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の二酸化炭素ガス回収装置であって、
前記吸収塔には、前記吸収塔の塔頂部に貯留された洗浄液を前記吸収塔から導出して冷却した後、前記吸収塔の塔頂部から再導入する脱炭酸ガス洗浄系統が設けられ、
前記脱炭酸ガス洗浄系統と前記ヒートポンプとの間には、前記洗浄液と、膨張させられ温度低下させられた前記熱媒体と、で熱交換する第４熱交換器が介在していることを特徴とする二酸化炭素ガス回収装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の二酸化炭素ガス回収装置であって、
前記吸収塔から前記再生塔に前記リッチ吸収液を供給するリッチ供給路を備え、
前記リッチ供給路と前記ヒートポンプとの間には、前記リッチ吸収液と、膨張させられ温度低下させられた前記熱媒体と、で熱交換する第５熱交換器が介在していることを特徴とする二酸化炭素ガス回収装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の二酸化炭素ガス回収装置であって、
前記吸収塔には、前記吸収塔における塔頂部と塔底部との間の塔中間部から前記吸収液を導出して冷却した後、前記塔中間部から再導入するインタークーラー系統が設けられ、
前記インタークーラー系統と前記ヒートポンプとの間には、前記吸収液と、膨張させられ温度低下させられた前記熱媒体と、で熱交換する第６熱交換器が介在していることを特徴とする二酸化炭素ガス回収装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の二酸化炭素ガス回収装置であって、
前記再生塔から前記吸収塔に前記リーン吸収液を供給するリーン供給路を備え、
前記リーン供給路と前記ヒートポンプとの間には、前記リーン吸収液と、膨張させられ温度低下させられた前記熱媒体と、で熱交換する第７熱交換器が介在していることを特徴とする二酸化炭素ガス回収装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の二酸化炭素ガス回収装置であって、
前記リボイラー系統と前記ヒートポンプとの間には、前記吸収液と、圧縮させられ温度上昇させられた前記熱媒体と、で熱交換する第８熱交換器が介在していることを特徴とする二酸化炭素ガス回収装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の二酸化炭素ガス回収装置であって、
前記吸収塔から前記再生塔に前記リッチ吸収液を供給するリッチ供給路を備え、
前記リッチ供給路と前記ヒートポンプとの間には、前記リッチ吸収液と、圧縮させられ温度上昇させられた前記熱媒体と、で熱交換する第９熱交換器が介在していることを特徴とする二酸化炭素ガス回収装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項に記載の二酸化炭素ガス回収装置であって、
前記混合ガス冷却系統は、前記混合ガスを圧縮して温度上昇させ昇温混合ガスとする混合ガス圧縮機を備え、
前記リボイラー系統と前記混合ガス冷却系統との間には、前記吸収液と前記昇温混合ガスとで熱交換する第１０熱交換器が介在していることを特徴とする二酸化炭素ガス回収装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の二酸化炭素ガス回収装置であって、
前記吸収塔から前記再生塔に前記リッチ吸収液を供給するリッチ供給路を備え、
前記混合ガス冷却系統と前記リッチ供給路との間には、前記第１０熱交換器を通った後の前記昇温混合ガスと前記リッチ吸収液とで熱交換する第１１熱交換器が介在していることを特徴とする二酸化炭素ガス回収装置。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか１項に記載の二酸化炭素ガス回収装置であって、
前記吸収塔から前記再生塔に前記リッチ吸収液を供給するリッチ供給路を備え、
前記混合ガス冷却系統は、前記混合ガスを圧縮して温度上昇させ昇温混合ガスとする混合ガス圧縮機を備え、
前記混合ガス冷却系統と前記リッチ供給路との間には、前記昇温混合ガスと前記リッチ吸収液とで熱交換する第１２熱交換器が介在していることを特徴とする二酸化炭素ガス回収装置。
【請求項１４】
請求項１３記載の二酸化炭素ガス回収装置であって、
前記混合ガス冷却系統と前記リッチ供給路との間には、前記第１２熱交換器を通った後の前記昇温混合ガスと前記リッチ吸収液とで熱交換する第１３熱交換器が介在していることを特徴とする二酸化炭素ガス回収装置。
【請求項１】
二酸化炭素ガスを含有する被分離ガスと、リーン吸収液と、を導入して接触させ、前記被分離ガス中の前記二酸化炭素ガスを吸収液に吸収させてリッチ吸収液を生成する吸収塔と、
前記吸収塔から前記リッチ吸収液が供給されるとともに、前記リッチ吸収液を加熱して前記二酸化炭素ガスを分離させることにより前記リーン吸収液に再生する再生塔と、を備え、
前記再生塔には、
前記再生塔から吸収液を導出して加熱し、前記再生塔に再導入するリボイラー系統と、
前記二酸化炭素ガスと前記吸収液の溶質および溶媒の蒸気分との混合ガスを前記再生塔から導出して冷却し、前記溶質および溶媒の蒸気分を凝縮させて前記再生塔に再導入するとともに、前記二酸化炭素ガスを排出する混合ガス冷却系統と、
が設けられた二酸化炭素ガス回収装置であって、
前記吸収塔で前記吸収液が前記二酸化炭素ガスを吸収するときの発熱反応で生じた熱を熱媒体を介して移動させ、前記再生塔で前記リッチ吸収液から前記二酸化炭素ガスが分離するときの吸熱反応の熱源として利用するヒートポンプを備えていることを特徴とする二酸化炭素ガス回収装置。
【請求項２】
請求項１記載の二酸化炭素ガス回収装置であって、
前記ヒートポンプは、前記吸収塔内に配設された吸収塔充填物に介装され、膨張させられ温度低下させられた前記熱媒体と、前記吸収塔内の前記吸収液と、で熱交換する第１熱交換器を備えていることを特徴とする二酸化炭素ガス回収装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の二酸化炭素ガス回収装置であって、
前記ヒートポンプは、前記再生塔内に配設された再生塔充填物に介装され、圧縮させられ温度上昇させられた前記熱媒体と、前記再生塔内の前記リッチ吸収液と、で熱交換する第２熱交換器を備えていることを特徴とする二酸化炭素ガス回収装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の二酸化炭素ガス回収装置であって、
前記吸収塔には、前記被分離ガスから前記二酸化炭素ガスが分離されてなる脱炭酸ガスを導出する導出路が設けられ、
前記導出路と前記ヒートポンプとの間には、前記脱炭酸ガスと、膨張させられ温度低下させられた前記熱媒体と、で熱交換する第３熱交換器が介在していることを特徴とする二酸化炭素ガス回収装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の二酸化炭素ガス回収装置であって、
前記吸収塔には、前記吸収塔の塔頂部に貯留された洗浄液を前記吸収塔から導出して冷却した後、前記吸収塔の塔頂部から再導入する脱炭酸ガス洗浄系統が設けられ、
前記脱炭酸ガス洗浄系統と前記ヒートポンプとの間には、前記洗浄液と、膨張させられ温度低下させられた前記熱媒体と、で熱交換する第４熱交換器が介在していることを特徴とする二酸化炭素ガス回収装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の二酸化炭素ガス回収装置であって、
前記吸収塔から前記再生塔に前記リッチ吸収液を供給するリッチ供給路を備え、
前記リッチ供給路と前記ヒートポンプとの間には、前記リッチ吸収液と、膨張させられ温度低下させられた前記熱媒体と、で熱交換する第５熱交換器が介在していることを特徴とする二酸化炭素ガス回収装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の二酸化炭素ガス回収装置であって、
前記吸収塔には、前記吸収塔における塔頂部と塔底部との間の塔中間部から前記吸収液を導出して冷却した後、前記塔中間部から再導入するインタークーラー系統が設けられ、
前記インタークーラー系統と前記ヒートポンプとの間には、前記吸収液と、膨張させられ温度低下させられた前記熱媒体と、で熱交換する第６熱交換器が介在していることを特徴とする二酸化炭素ガス回収装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の二酸化炭素ガス回収装置であって、
前記再生塔から前記吸収塔に前記リーン吸収液を供給するリーン供給路を備え、
前記リーン供給路と前記ヒートポンプとの間には、前記リーン吸収液と、膨張させられ温度低下させられた前記熱媒体と、で熱交換する第７熱交換器が介在していることを特徴とする二酸化炭素ガス回収装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の二酸化炭素ガス回収装置であって、
前記リボイラー系統と前記ヒートポンプとの間には、前記吸収液と、圧縮させられ温度上昇させられた前記熱媒体と、で熱交換する第８熱交換器が介在していることを特徴とする二酸化炭素ガス回収装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の二酸化炭素ガス回収装置であって、
前記吸収塔から前記再生塔に前記リッチ吸収液を供給するリッチ供給路を備え、
前記リッチ供給路と前記ヒートポンプとの間には、前記リッチ吸収液と、圧縮させられ温度上昇させられた前記熱媒体と、で熱交換する第９熱交換器が介在していることを特徴とする二酸化炭素ガス回収装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項に記載の二酸化炭素ガス回収装置であって、
前記混合ガス冷却系統は、前記混合ガスを圧縮して温度上昇させ昇温混合ガスとする混合ガス圧縮機を備え、
前記リボイラー系統と前記混合ガス冷却系統との間には、前記吸収液と前記昇温混合ガスとで熱交換する第１０熱交換器が介在していることを特徴とする二酸化炭素ガス回収装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の二酸化炭素ガス回収装置であって、
前記吸収塔から前記再生塔に前記リッチ吸収液を供給するリッチ供給路を備え、
前記混合ガス冷却系統と前記リッチ供給路との間には、前記第１０熱交換器を通った後の前記昇温混合ガスと前記リッチ吸収液とで熱交換する第１１熱交換器が介在していることを特徴とする二酸化炭素ガス回収装置。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか１項に記載の二酸化炭素ガス回収装置であって、
前記吸収塔から前記再生塔に前記リッチ吸収液を供給するリッチ供給路を備え、
前記混合ガス冷却系統は、前記混合ガスを圧縮して温度上昇させ昇温混合ガスとする混合ガス圧縮機を備え、
前記混合ガス冷却系統と前記リッチ供給路との間には、前記昇温混合ガスと前記リッチ吸収液とで熱交換する第１２熱交換器が介在していることを特徴とする二酸化炭素ガス回収装置。
【請求項１４】
請求項１３記載の二酸化炭素ガス回収装置であって、
前記混合ガス冷却系統と前記リッチ供給路との間には、前記第１２熱交換器を通った後の前記昇温混合ガスと前記リッチ吸収液とで熱交換する第１３熱交換器が介在していることを特徴とする二酸化炭素ガス回収装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２１２５１０（Ｐ２０１１−２１２５１０Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８０２３７（Ｐ２０１０−８０２３７）
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（３０６０２２５１３）新日鉄エンジニアリング株式会社 (897)
【出願人】（５０４１３７９１２）国立大学法人 東京大学 (1,942)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（３０６０２２５１３）新日鉄エンジニアリング株式会社 (897)
【出願人】（５０４１３７９１２）国立大学法人 東京大学 (1,942)
【Ｆターム（参考）】
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