二酸化炭素分離回収装置
【課題】吸収液の二酸化炭素吸収性能の低下を防止する二酸化炭素分離回収装置の提供。
【解決手段】吸収塔１０３において二酸化炭素と共に酸素を吸収した吸収液１０４ａを酸素捕集部１３、１４へ供給する。酸素捕集部１３、１４は銀を含み、吸収液１０４ａ中の酸素を捕集し、吸収液１０４ａから酸素を除去する。２つの酸素捕集部１３、１４の一方に吸収液１０４ａを供給している時に、再生部１５が他方の酸素捕集部に捕集されている酸素を分離、回収して、酸素捕集部を再生する。２つの酸素捕集部１３、１４を切り替えて使用することで、連続運転が可能となる。
【解決手段】吸収塔１０３において二酸化炭素と共に酸素を吸収した吸収液１０４ａを酸素捕集部１３、１４へ供給する。酸素捕集部１３、１４は銀を含み、吸収液１０４ａ中の酸素を捕集し、吸収液１０４ａから酸素を除去する。２つの酸素捕集部１３、１４の一方に吸収液１０４ａを供給している時に、再生部１５が他方の酸素捕集部に捕集されている酸素を分離、回収して、酸素捕集部を再生する。２つの酸素捕集部１３、１４を切り替えて使用することで、連続運転が可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二酸化炭素分離回収装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、大量の化石燃料を使用する火力発電所等を対象に、燃焼排ガスとアミン系吸収液を接触させ、燃焼排ガス中の二酸化炭素を分離回収する方法、及び回収された二酸化炭素を大気へ放出することなく貯蔵する方法が研究されている。
【０００３】
具体的には、燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素をアミン系吸収液に吸収させる吸収塔と、二酸化炭素を吸収した吸収液（リッチ液）が吸収塔から供給され、リッチ液を加熱し、リッチ液から二酸化炭素ガスを放出させて吸収液を再生する再生塔と、を備えた二酸化炭素回収装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
燃焼排ガスには酸素や二酸化硫黄が含まれており、これらは吸収塔において二酸化炭素と共に吸収液に吸収される。酸素や二酸化硫黄を吸収した吸収液は劣化して、二酸化炭素吸収性能が低下するという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３２３３３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、吸収液の二酸化炭素吸収性能の低下を防止する二酸化炭素分離回収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】
【０００７】
本発明の一態様による二酸化炭素分離回収装置は、燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させ、二酸化炭素を含む吸収液を排出する吸収塔と、前記吸収塔から排出された吸収液が供給され、当該吸収液から蒸気を含む二酸化炭素ガスを除去し、当該吸収液を再生して排出する再生塔と、前記吸収塔と前記再生塔との間に設けられ、前記再生塔から排出されて前記吸収塔に供給される吸収液を熱源として、前記吸収塔から排出されて前記再生塔に供給される吸収液を加熱する再生熱交換器と、前記吸収塔から前記再生塔に供給される吸収液から酸素を除去する酸素除去部と、を備え、前記酸素除去部は、前記吸収液に含まれる酸素を捕集する第１捕集部及び第２捕集部と、前記吸収塔から排出された吸収液を前記第１捕集部又は前記第２捕集部へ供給する第１流路切替部と、前記第１捕集部又は前記第２捕集部から排出された吸収液を前記再生熱交換器へ供給する第２流路切替部と、前記第１流路切替部が前記吸収液を前記第１捕集部へ供給している時は前記第２捕集部に捕集された酸素を回収し、前記第１流路切替部が前記吸収液を前記第２捕集部へ供給している時は前記第１捕集部に捕集された酸素を回収する再生部と、を有することを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の一態様による二酸化炭素分離回収装置は、燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させ、二酸化炭素を含む吸収液を排出する吸収塔と、前記吸収塔から排出された吸収液が供給され、当該吸収液から蒸気を含む二酸化炭素ガスを除去し、当該吸収液を再生して排出する再生塔と、前記吸収塔と前記再生塔との間に設けられ、前記再生塔から排出されて前記吸収塔に供給される吸収液を熱源として、前記吸収塔から排出されて前記再生塔に供給される吸収液を加熱する再生熱交換器と、前記吸収塔と前記再生熱交換器との間に設けられ、前記吸収塔から前記再生塔に供給される吸収液を貯留し、当該吸収液に含まれる酸素と亜硫酸イオンとの反応により硫酸イオンを生成する反応器と、前記硫酸イオンを含む吸収液から当該硫酸イオンを除去する第１除去部と、前記再生熱交換器と前記吸収塔との間に設けられ、前記再生塔から排出され、前記硫酸イオンが除去された吸収液から有機酸アニオンを除去する第２除去部と、を備えるものである。
【０００９】
本発明の一態様による二酸化炭素分離回収装置は、燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させ、二酸化炭素を含む吸収液を排出する吸収塔と、前記吸収塔から排出された吸収液が供給され、当該吸収液から蒸気を含む二酸化炭素ガスを除去し、当該吸収液を再生して排出する再生塔と、前記吸収塔と前記再生塔との間に設けられ、前記再生塔から排出されて前記吸収塔に供給される吸収液を熱源として、前記吸収塔から排出されて前記再生塔に供給される吸収液を加熱する再生熱交換器と、前記吸収塔と前記再生熱交換器との間に設けられ、前記吸収塔から前記再生塔に供給される吸収液を貯留し、当該吸収液に含まれる酸素と亜硫酸イオンとの反応により硫酸イオンを生成する反応器と、前記硫酸イオンを含む吸収液から当該硫酸イオンを除去する第１除去部と、前記再生熱交換器と前記吸収塔との間に設けられ、前記再生塔から排出され、前記硫酸イオンが除去された吸収液から有機酸アニオンを除去する第２除去部と、前記反応器から排出された吸収液に含まれる酸素を捕集する第１捕集部及び第２捕集部、前記反応器から排出された吸収液を前記第１捕集部又は前記第２捕集部へ供給する第１流路切替部、前記第１捕集部又は前記第２捕集部から排出された吸収液を前記再生熱交換器へ供給する第２流路切替部、及び前記第１流路切替部が前記吸収液を前記第１捕集部へ供給している時は前記第２捕集部に捕集された酸素を回収し、前記第１流路切替部が前記吸収液を前記第２捕集部へ供給している時は前記第１捕集部に捕集された酸素を回収する再生部を有する第３除去部と、を備えるものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、吸収液の二酸化炭素吸収性能の低下を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る二酸化炭素分離回収装置の概略構成図である。
【図２】同第１の実施形態に係る酸素除去方法を説明するフローチャートである。
【図３】酸素除去部における流路切り替え例を示す図である。
【図４】変形例による二酸化炭素分離回収装置の概略構成図である。
【図５】変形例による二酸化炭素分離回収装置の概略構成図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る二酸化炭素分離回収装置の概略構成図である。
【図７】変形例による二酸化炭素分離回収装置の概略構成図である。
【図８】変形例による二酸化炭素分離回収装置の概略構成図である。
【図９】変形例による二酸化炭素分離回収装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
（第１の実施形態）図１に本発明の第１の実施形態に係る二酸化炭素分離回収装置の概略構成を示す。ここで二酸化炭素分離回収装置は、二酸化炭素を吸収可能な吸収液を用いて、化石燃料の燃焼により生成された燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を回収するものである。二酸化炭素を吸収可能な吸収液には、例えばアミン化合物を水に溶かしたアミン化合物水溶液が使用される。
【００１４】
図１に示すように二酸化炭素分離回収装置１は、酸素除去部１０、吸収塔１０３、再生塔１０５、リボイラー１０６、再生熱交換器１０７、冷却器１１４、ガス冷却器１１６及び凝縮器１１７を備える。
【００１５】
吸収塔１０３は、燃焼排ガス１０２ａに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させる。再生塔１０５は、吸収塔１０３から、二酸化炭素を吸収した吸収液（以下、リッチ液１０４ａと記す）が供給され、このリッチ液１０４ａを加熱し、吸収液から蒸気を含む二酸化炭素ガスを放出させて、二酸化炭素ガスと蒸気とを含む排出ガス１０２ｃを排出するとともに吸収液を再生する。
【００１６】
例えば、火力発電所などの発電設備において生成された燃焼排ガス１０２ａが吸収塔１０３の下部に供給され、吸収塔１０３の頂部から二酸化炭素が取り除かれた燃焼排ガス１０２ｂが排出されるようになっている。
【００１７】
リボイラー１０６は、再生塔１０５に貯留されていたリーン液１０４ｂの一部を加熱してその温度を上昇させて蒸気を生成し、再生塔１０５に供給する。なお、リボイラー１０６においてリーン液１０４ｂを加熱する際、リーン液１０４ｂから微量の二酸化炭素ガスが放出され、蒸気とともに再生塔１０５に供給される。そして、この蒸気により、再生塔１０５においてリッチ液１０４ａが加熱されて二酸化炭素ガスが放出される。
【００１８】
吸収塔１０３と再生塔１０５との間に、再生塔１０５から吸収塔１０３に供給されるリーン液１０４ｂを熱源として、吸収塔１０３から再生塔１０５に供給されるリッチ液１０４ａを加熱する再生熱交換器１０７が設けられ、リーン液１０４ｂの熱を回収するように構成されている。再生熱交換器１０７からのリーン液１０４ｂは冷却器１１４により冷却され、吸収塔１０３の上部に供給される。
【００１９】
吸収塔１０３の上部に供給されたリーン液１０４ｂは、吸収塔１０３内において上部から下降する。一方、吸収塔１０３に供給された燃焼排ガス１０２ａは、吸収塔１０３内において下部から頂部に向けて上昇する。そのため、二酸化炭素を含む燃焼排ガス１０２ａとリーン液１０４ｂが向流接触（直接接触）し、燃焼排ガス１０２ａから二酸化炭素が取り除かれてリーン液１０４ｂに吸収され、リッチ液１０４ａが生成される。二酸化炭素が取り除かれた燃焼排ガス１０２ｂは、吸収塔１０３の頂部から排出される。
【００２０】
吸収塔１０３において、燃焼排ガス１０２ａ中の二酸化炭素がリーン液１０４ｂに吸収される時、酸素も吸収される。そのため、リッチ液１０４ａには酸素が含まれる。酸素除去部１０は、リッチ液１０４ａの溶存酸素を除去するものであり、詳しくは後述する。
【００２１】
ガス冷却器１１６は、再生塔１０５から排出された排出ガス１０２ｃを、冷却水（冷却媒体）を用いて冷却し、凝縮器１１７に供給する。
【００２２】
凝縮器１１７は、この排出ガス１０２ｃを凝縮（冷却）して、二酸化炭素ガスと生成された凝縮液とを分離する。凝縮器１１７から排出された二酸化炭素ガス１０２ｄは、貯蔵設備（図示せず）で貯蔵される。凝縮器１１７からの凝縮液は、再生塔１０５の上部に供給される。
【００２３】
次に、酸素除去部１０の構成について説明する。酸素除去部１０は、流路切替部１１、１２、酸素捕集部１３、１４、及び再生部１５を有する。
【００２４】
酸素捕集部１３、１４は、リッチ液１０４ａ中の酸素を吸着し、リッチ液１０４ａから酸素を除去する。酸素が除去されたリッチ液１０４ａは、流路切替部１２を介して、再生熱交換器１０７へ送られる。
【００２５】
酸素捕集部１３、１４は、例えば銀多孔体を用いることができる。銀多孔体を用いることで２Ａｇ＋Ｏ２→Ａｇ２Ｏという反応が起こり、リッチ液１０４ａから酸素が除去される。
【００２６】
再生部１５は、酸素捕集部１３、１４に捕集された酸素を分離、回収し、酸素捕集部１３を再生する。例えば、再生部１５が、銀多孔体が用いられている酸素捕集部１３を再生する場合、まず、酸素捕集部１３内の液体（吸収液）を回収する。再生部１５は回収した吸収液を外部に設けられたタンク（図示せず）等へ排出する。再生部１５は、回収した吸収液を全て外部へ排出すると、外部から供給された高温の（２００℃程度）の水蒸気、Ｎ２、ＣＯ２等を酸素捕集部１３へ供給する。なお、以下の説明では、再生部１５から酸素捕集部１３（１４）へ供給する水蒸気、Ｎ２、ＣＯ２等を単に気体と称する。酸素捕集部１３では、Ａｇ２Ｏ→２Ａｇ＋Ｏ２という反応が起こり、酸素が分離される。この分離された酸素は、再生部１５から供給された気体と共に再生部１５に回収される。これにより、酸素捕集部１４の銀多孔体が再生する。酸素捕集部１４の銀多孔体を再生する場合も同様である。再生部１５は酸素捕集部１３、１４から回収した酸素を含む気体を外部へ排出する。
【００２７】
酸素捕集部１３、１４にヒータを設け、ヒータの加熱によりＡｇ２Ｏ→２Ａｇ＋Ｏ２という反応を起こして、銀多孔体から酸素を分離してもよい。再生部１５からの気体の供給は、ヒータによる加熱前から行ってもよいし、加熱後に行ってもよい。再生部１５から供給される気体と共に、酸素捕集部１３、１４の銀多孔体から分離した酸素が再生部１５に回収される。なお、酸素捕集部１３、１４にヒータを設ける場合、再生部１５から酸素捕集部１３、１４へ供給する気体は、銀多孔体から分離した酸素を回収するためのものであるので、高温でなくてもよい。
【００２８】
再生部１５が酸素捕集部１３を再生する場合、リッチ液１０４ａは、流路切替部１１、酸素捕集部１４、流路切替部１２を介して、再生塔１０５に供給される。この時、再生部１５から流路切替部１２を介して酸素捕集部１３に気体が供給され、酸素捕集部１３から排出される液体や気体は流路切替部１１を介して再生部１５に回収される。
【００２９】
一方、再生部１５が酸素捕集部１４を再生する場合は、リッチ液１０４ａは、流路切替部１１、酸素捕集部１３、流路切替部１２を介して、再生塔１０５に供給される。この時、再生部１５から流路切替部１２を介して酸素捕集部１４に気体が供給され、酸素捕集部１４から排出される液体や気体は流路切替部１１を介して再生部１５に回収される。
【００３０】
流路切替部１１、１２には、例えば四方弁を用いることができる。
【００３１】
酸素除去部１０におけるリッチ液１０４ａの酸素除去、酸素捕集部１３、１４の再生の手順の一例を、図２に示すフローチャート及び図３に示す流路切替部１１、１２の流路切り替え先を用いて説明する。
【００３２】
（ステップＳ１０１）リッチ液１０４ａが酸素捕集部１３に供給され、酸素が除去される。
【００３３】
（ステップＳ１０２）酸素捕集部１３の再生を行うか否かが判定される。例えば、酸素捕集部１３にリッチ液１０４ａを供給してから所定時間が経過した場合は、酸素捕集部１３における酸素吸着性能が低下していると考えられるため、再生を行うと判定される。再生を行う場合はステップＳ１０３に進み、再生が不要な場合はステップＳ１０１に戻る。
【００３４】
（ステップＳ１０３）流路切替部１１、１２の流路が切り替えられる。図３（ａ）に示すように、流路切替部１１は、リッチ液１０４ａを酸素捕集部１４に供給し、酸素捕集部１３から排出される液体や気体を再生部１５に供給する。
【００３５】
また、流路切替部１２は、再生部１５から供給されるガス等を酸素捕集部１３に供給し、酸素捕集部１４から排出されるリッチ液１０４ａを再生熱交換器１０７に供給する。
【００３６】
（ステップＳ１０４）酸素捕集部１３が再生される。例えば、酸素捕集部１３内に残存している吸収液が再生部１５に回収される。再生部１５は、酸素捕集部１３から回収した吸収液を全て外部へ排出した後、外部から供給される高温の気体を酸素捕集部１３へ供給する。この高温の気体により酸素捕集部１３内の銀多孔体から酸素が分離する。分離した酸素は、気体と共に再生部１５に回収される。
【００３７】
（ステップＳ１０５）リッチ液１０４ａが酸素捕集部１４に供給され、酸素が除去される。
【００３８】
（ステップＳ１０６）酸素捕集部１４の再生を行うか否かが判定される。再生を行う場合はステップＳ１０８に進み、再生が不要な場合はステップＳ１０７に進む。
【００３９】
（ステップＳ１０７）二酸化炭素分離回収装置１の運転が継続される場合はステップＳ１０５に戻る。
【００４０】
（ステップＳ１０８）流路切替部１１、１２の流路が切り替えられる。図３（ｂ）に示すように、流路切替部１１は、リッチ液１０４ａを酸素捕集部１３に供給し、酸素捕集部１４から排出される液体や気体を再生部１５に供給する。
【００４１】
また、流路切替部１２は、再生部１５から供給されるガス等を酸素捕集部１４に供給し、酸素捕集部１３から排出されるリッチ液１０４ａを再生熱交換器１０７に供給する。
【００４２】
（ステップＳ１０９）酸素捕集部１４が再生される。例えば、酸素捕集部１４内に残存している吸収液が再生部１５に回収される。再生部１５は、酸素捕集部１４から回収した吸収液を全て外部へ排出した後、外部から供給される高温の気体を酸素捕集部１４へ供給する。この高温の気体により酸素捕集部１４内の銀多孔体から酸素が分離する。分離した酸素は、気体と共に再生部１５に回収される。
【００４３】
このように、二酸化炭素回収装置１内を循環する吸収液から酸素を除去することができるため、吸収液の二酸化炭素吸収性能の低下を防止することができる。また、２つの酸素捕集部１３、１４の一方の再生中に他方を使用することで、連続運転しつつ、酸素捕集部の再生を行うことができる。
【００４４】
再生部１５が酸素捕集部１３、１４へ高温水蒸気を供給する場合、この高温水蒸気をリボイラー１０６から受け取るようにしてもよい。また、当該高温水蒸気に不純物が含まれている場合は、酸素捕集部１３、１４から酸素を除去した後に、純水で洗浄するようにしてもよい。
【００４５】
また、再生部１５がボイラーを有し、高温の水蒸気を生成して、酸素捕集部１３、１４へ供給してもよい。
【００４６】
酸素捕集部１３、１４には銀多孔体だけでなく、銀粒を焼結したもの、ステンレス鋼メッシュ表面を銀メッキしたもの、発泡ウレタンを銀メッキした後に発泡ウレタンを除去したもの等を用いることができる。酸素捕集部１３、１４から銀が溶け出す場合は、酸素除去部１０と再生塔１０５との間に、吸収液から銀を除去できるカチオン交換樹脂等を設けることが好適である。
【００４７】
酸素捕集部１３、１４には銀だけでなく、酸素を吸着し易く、吸収液に影響を与えない物質を用いることができ、例えば鉄繊維を用いることができる。酸素を十分吸着した鉄繊維は、新しい鉄繊維と交換する方法をとってもよい。
【００４８】
酸素捕集部１３、１４の再生の際に、酸素捕集部１３、１４から回収した吸収液は、再び二酸化炭素分離回収装置１の系内に戻してもよい。例えば、図４に示すように、再生部１０と再生熱交換器１０７との間に吸収液を戻すことができる。また、図５に示すように、再生熱交換器１０７と冷却器１１４との間に設けられた緩衝タンク１２０に吸収液を戻してもよい。
【００４９】
（第２の実施形態）図６に本発明の第２の実施形態に係る二酸化炭素分離回収装置の概略構成を示す。本実施形態は、図１に示す第１の実施形態と比較して、酸素除去部１０が省略され、酸化反応器２０、硫酸イオン除去部３０及び有機酸アニオン除去部４０が設けられている点が異なる。図６において、図１に示す第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００５０】
燃焼排ガス１０２ａには酸素だけでなく、二酸化硫黄も含まれており、この二酸化硫黄は吸収塔１０３において、ＳＯ２＋Ｈ２Ｏ→Ｈ＋＋ＨＳＯ３−という反応により吸収液に吸収される。従って、リッチ液１０４ａは、酸素及び亜硫酸を含有する。
【００５１】
このリッチ液１０４ａは酸化反応器２０に供給され、酸化反応器２０において、１／２Ｏ２＋ＨＳＯ３−→Ｈ＋＋ＳＯ４２−という反応が起きる。この反応により溶存酸素が硫酸イオンとして固定されるため、酸素による吸収液の劣化を防止することができる。酸化反応器２０はこの反応を起こすために吸収液を一時的に貯留しておくものであり、例えばタンクを用いることができる。
【００５２】
酸化反応器２０から排出されたリッチ液１０４ａは再生塔１０５において二酸化炭素が除去される。
【００５３】
再生塔１０５から排出されるリーン液１０４ｂは硫酸イオンを含む。リーン液１０４ｂは、冷却器１１４において冷却された後、硫酸イオン除去部３０に供給され、硫酸イオンが除去される。
【００５４】
硫酸イオン除去部３０で硫酸イオンが除去されたリーン液１０４ｂは、有機酸アニオン除去部４０に供給され、有機酸アニオンが除去される。リーン液１０４ｂは、有機酸アニオンの除去後、吸収塔１０３に供給される。
【００５５】
硫酸イオン除去部３０は、流路切替部３１、３２、イオン交換樹脂３３、３４を有する。イオン交換樹脂３３、３４はリーン液１０４ｂ中の硫酸イオンを吸着するものであり、例えば強塩基性アニオン交換樹脂を用いることができる。
【００５６】
流路切替部３１は、リーン液１０４ｂの供給先をイオン交換樹脂３３又は３４に切り替える。流路切替部３２は、イオン交換樹脂３３又は３４から排出されたリーン液１０４ｂを有機酸アニオン除去部４０に供給する。流路切替部３１、３２は例えば三方弁を用いることができる。
【００５７】
イオン交換樹脂３３においてリーン液１０４ｂ中の硫酸イオンを吸着している間に、イオン交換樹脂３４から硫酸イオンを分離、除去し、再生することができる。例えば、イオン交換樹脂３４にＮａＯＨ等を流すことで再生することができる。同様に、イオン交換樹脂３４においてリーン液１０４ｂ中の硫酸イオンを吸着している間に、イオン交換樹脂３３を再生することができる。
【００５８】
有機酸アニオン除去部４０は、流路切替部４１、４２、イオン交換樹脂４３、４４を有する。イオン交換樹脂４３、４４はリーン液１０４ｂ中の有機酸アニオンを吸着するものであり、例えばアニオン交換樹脂を用いることができる。
【００５９】
流路切替部４１は、リーン液１０４ｂの供給先をイオン交換樹脂４３又は４４に切り替える。流路切替部４２は、イオン交換樹脂４３又は４４から排出されたリーン液１０４ｂを吸収塔１０３に供給する。流路切替部４１、４２は例えば三方弁を用いることができる。
【００６０】
イオン交換樹脂４３においてリーン液１０４ｂ中の有機酸アニオンを吸着している間に、イオン交換樹脂４４から有機酸アニオンを分離、除去し、再生することができる。例えば、イオン交換樹脂４４にＮａＯＨ等を流すことで再生することができる。同様に、イオン交換樹脂４４においてリーン液１０４ｂ中の有機酸アニオンを吸着している間に、イオン交換樹脂４３を再生することができる。
【００６１】
このように、本実施形態では、吸収液中の溶存酸素を亜硫酸と反応させて硫酸イオンとして固定することで、酸素を除去し、吸収液の二酸化炭素吸収性能の低下を防止することができる。また、吸収液中の硫酸イオンを除去することで、吸収液の劣化や、二酸化炭素分離回収装置の構造材の腐食を防止することができる。
【００６２】
上記実施形態では、硫酸イオン除去部３０の下流側に有機酸アニオン除去部４０を設けているが、これは、硫酸イオンがイオン交換樹脂に吸着された有機酸アニオンを追い出すためである。従って、硫酸イオン除去部３０の下流側に有機酸アニオン除去部４０を設けることが好適である。
【００６３】
硫酸イオン除去部３０において、硫酸イオンの吸着を行うイオン交換樹脂３３、３４の切り替えは、一定時間毎に行うことができる。また、硫酸イオン除去部３０から有機酸アニオン除去部４０に供給されるリーン液中の硫酸イオン濃度を測定するセンサを設け、硫酸イオン濃度が所定値以上になった時に、使用するイオン交換樹脂を切り替えて、それまで使用していたイオン交換樹脂の再生を行うようにしてもよい。
【００６４】
有機酸アニオン除去部４０において、有機酸アニオンの吸着を行うイオン交換樹脂４３、４４の切り替えは、一定時間毎に行うことができる。また、有機酸アニオン除去部４０から吸収塔１０３に供給されるリーン液中の蟻酸イオン濃度を測定するセンサを設け、蟻酸イオン濃度が所定値以上になった時に、使用するイオン交換樹脂を切り替えて、それまで使用していたイオン交換樹脂の再生を行うようにしてもよい。
【００６５】
上記実施形態では、酸化反応器２０を設けていたが、酸化反応器２０を設けず、吸収塔１０３下部のリッチ液保持部を拡大し、上記の酸素と亜硫酸イオンとの反応が起こるのに十分な時間リッチ液を保持できるようにしてもよい。
【００６６】
上記実施形態では、硫酸イオン除去部３０を冷却器１１４の下流側に設けていたが、図７に示すように、硫酸イオン除去部３０を酸化反応器２０と再生熱交換器１０７との間に設けるようにしてもよい。
【００６７】
上記実施形態において、燃焼排ガス１０２ａの流量をＦｇ（ｍｏｌ／ｈ）、二酸化炭素分離回収装置の吸収液循環量をＦｌ（ｍｏｌ／ｈ）、燃焼排ガス１０２ａの酸素分圧をＰＯ２（ａｔｍ）、酸素の溶解係数をｋ（ｍｏｌ／ａｔｍ・ｍｏｌ）、燃焼排ガス１０２ａの二酸化硫黄濃度をＣＳＯ２（ｍｏｌ／ｍｏｌ）とおき、
（式１）ＣＳＯ２≧２ｋＰＯ２Ｆｌ／Ｆｇ
を満たす場合、酸化反応器２０における反応により吸収液中の溶存酸素を全て硫酸イオンとして固定できる。
【００６８】
一方、上記式１を満たさない場合、すなわち酸化反応器２０における反応により硫酸イオンとして固定されない酸素が吸収液中に残存する場合は、図８に示すように、酸化反応器２０と再生熱交換器１０７との間に酸素除去部１０を設けて、吸収液中の酸素を除去することが好適である。酸素除去部１０は、上記第１の実施形態で説明したものである。このような構成にすることで、吸収液中の酸素や二酸化硫黄を除去することができ、吸収液の劣化を防止することができる。
【００６９】
また、図９に示すように、燃焼排ガス１０２ａの流量Ｆｇを測定するセンサ５０、燃焼排ガス１０２ａの酸素分圧ＰＯ２を測定するセンサ５１、燃焼排ガス１０２ａの二酸化硫黄濃度ＣＳＯ２を測定するセンサ５２、二酸化炭素分離回収装置の吸収液循環量Ｆｌを測定するセンサ５３、流路切替部６１、６２を設けてもよい。
【００７０】
センサ５０〜５３の測定結果から上記式１を満たすか否か判定し、満たすと判定された場合は、酸化反応器２０から排出されたリッチ液１０４ａが酸素除去部１０を通らないように循環させる。
【００７１】
一方、センサ５０〜５３の測定結果から上記式１が満たさないと判定された場合は、酸化反応器２０から排出されたリッチ液１０４ａが酸素除去部１０を通るように循環される。
【００７２】
このようにセンサ５０〜５３の測定結果を用いることで、吸収液の循環ルートを適切に切り替えることができる。
【００７３】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１０ 酸素除去部
１３、１４ 酸素捕集部
１５ 再生部
２０ 酸化反応器
３０ 硫酸イオン除去部
３３、３４、４３、４４ イオン交換樹脂
４０ 有機酸アニオン除去部
１０３ 吸収塔
１０５ 再生塔
１０６ リボイラー
１０７ 再生熱交換器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二酸化炭素分離回収装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、大量の化石燃料を使用する火力発電所等を対象に、燃焼排ガスとアミン系吸収液を接触させ、燃焼排ガス中の二酸化炭素を分離回収する方法、及び回収された二酸化炭素を大気へ放出することなく貯蔵する方法が研究されている。
【０００３】
具体的には、燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素をアミン系吸収液に吸収させる吸収塔と、二酸化炭素を吸収した吸収液（リッチ液）が吸収塔から供給され、リッチ液を加熱し、リッチ液から二酸化炭素ガスを放出させて吸収液を再生する再生塔と、を備えた二酸化炭素回収装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
燃焼排ガスには酸素や二酸化硫黄が含まれており、これらは吸収塔において二酸化炭素と共に吸収液に吸収される。酸素や二酸化硫黄を吸収した吸収液は劣化して、二酸化炭素吸収性能が低下するという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３２３３３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、吸収液の二酸化炭素吸収性能の低下を防止する二酸化炭素分離回収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】
【０００７】
本発明の一態様による二酸化炭素分離回収装置は、燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させ、二酸化炭素を含む吸収液を排出する吸収塔と、前記吸収塔から排出された吸収液が供給され、当該吸収液から蒸気を含む二酸化炭素ガスを除去し、当該吸収液を再生して排出する再生塔と、前記吸収塔と前記再生塔との間に設けられ、前記再生塔から排出されて前記吸収塔に供給される吸収液を熱源として、前記吸収塔から排出されて前記再生塔に供給される吸収液を加熱する再生熱交換器と、前記吸収塔から前記再生塔に供給される吸収液から酸素を除去する酸素除去部と、を備え、前記酸素除去部は、前記吸収液に含まれる酸素を捕集する第１捕集部及び第２捕集部と、前記吸収塔から排出された吸収液を前記第１捕集部又は前記第２捕集部へ供給する第１流路切替部と、前記第１捕集部又は前記第２捕集部から排出された吸収液を前記再生熱交換器へ供給する第２流路切替部と、前記第１流路切替部が前記吸収液を前記第１捕集部へ供給している時は前記第２捕集部に捕集された酸素を回収し、前記第１流路切替部が前記吸収液を前記第２捕集部へ供給している時は前記第１捕集部に捕集された酸素を回収する再生部と、を有することを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の一態様による二酸化炭素分離回収装置は、燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させ、二酸化炭素を含む吸収液を排出する吸収塔と、前記吸収塔から排出された吸収液が供給され、当該吸収液から蒸気を含む二酸化炭素ガスを除去し、当該吸収液を再生して排出する再生塔と、前記吸収塔と前記再生塔との間に設けられ、前記再生塔から排出されて前記吸収塔に供給される吸収液を熱源として、前記吸収塔から排出されて前記再生塔に供給される吸収液を加熱する再生熱交換器と、前記吸収塔と前記再生熱交換器との間に設けられ、前記吸収塔から前記再生塔に供給される吸収液を貯留し、当該吸収液に含まれる酸素と亜硫酸イオンとの反応により硫酸イオンを生成する反応器と、前記硫酸イオンを含む吸収液から当該硫酸イオンを除去する第１除去部と、前記再生熱交換器と前記吸収塔との間に設けられ、前記再生塔から排出され、前記硫酸イオンが除去された吸収液から有機酸アニオンを除去する第２除去部と、を備えるものである。
【０００９】
本発明の一態様による二酸化炭素分離回収装置は、燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させ、二酸化炭素を含む吸収液を排出する吸収塔と、前記吸収塔から排出された吸収液が供給され、当該吸収液から蒸気を含む二酸化炭素ガスを除去し、当該吸収液を再生して排出する再生塔と、前記吸収塔と前記再生塔との間に設けられ、前記再生塔から排出されて前記吸収塔に供給される吸収液を熱源として、前記吸収塔から排出されて前記再生塔に供給される吸収液を加熱する再生熱交換器と、前記吸収塔と前記再生熱交換器との間に設けられ、前記吸収塔から前記再生塔に供給される吸収液を貯留し、当該吸収液に含まれる酸素と亜硫酸イオンとの反応により硫酸イオンを生成する反応器と、前記硫酸イオンを含む吸収液から当該硫酸イオンを除去する第１除去部と、前記再生熱交換器と前記吸収塔との間に設けられ、前記再生塔から排出され、前記硫酸イオンが除去された吸収液から有機酸アニオンを除去する第２除去部と、前記反応器から排出された吸収液に含まれる酸素を捕集する第１捕集部及び第２捕集部、前記反応器から排出された吸収液を前記第１捕集部又は前記第２捕集部へ供給する第１流路切替部、前記第１捕集部又は前記第２捕集部から排出された吸収液を前記再生熱交換器へ供給する第２流路切替部、及び前記第１流路切替部が前記吸収液を前記第１捕集部へ供給している時は前記第２捕集部に捕集された酸素を回収し、前記第１流路切替部が前記吸収液を前記第２捕集部へ供給している時は前記第１捕集部に捕集された酸素を回収する再生部を有する第３除去部と、を備えるものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、吸収液の二酸化炭素吸収性能の低下を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る二酸化炭素分離回収装置の概略構成図である。
【図２】同第１の実施形態に係る酸素除去方法を説明するフローチャートである。
【図３】酸素除去部における流路切り替え例を示す図である。
【図４】変形例による二酸化炭素分離回収装置の概略構成図である。
【図５】変形例による二酸化炭素分離回収装置の概略構成図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る二酸化炭素分離回収装置の概略構成図である。
【図７】変形例による二酸化炭素分離回収装置の概略構成図である。
【図８】変形例による二酸化炭素分離回収装置の概略構成図である。
【図９】変形例による二酸化炭素分離回収装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
（第１の実施形態）図１に本発明の第１の実施形態に係る二酸化炭素分離回収装置の概略構成を示す。ここで二酸化炭素分離回収装置は、二酸化炭素を吸収可能な吸収液を用いて、化石燃料の燃焼により生成された燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を回収するものである。二酸化炭素を吸収可能な吸収液には、例えばアミン化合物を水に溶かしたアミン化合物水溶液が使用される。
【００１４】
図１に示すように二酸化炭素分離回収装置１は、酸素除去部１０、吸収塔１０３、再生塔１０５、リボイラー１０６、再生熱交換器１０７、冷却器１１４、ガス冷却器１１６及び凝縮器１１７を備える。
【００１５】
吸収塔１０３は、燃焼排ガス１０２ａに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させる。再生塔１０５は、吸収塔１０３から、二酸化炭素を吸収した吸収液（以下、リッチ液１０４ａと記す）が供給され、このリッチ液１０４ａを加熱し、吸収液から蒸気を含む二酸化炭素ガスを放出させて、二酸化炭素ガスと蒸気とを含む排出ガス１０２ｃを排出するとともに吸収液を再生する。
【００１６】
例えば、火力発電所などの発電設備において生成された燃焼排ガス１０２ａが吸収塔１０３の下部に供給され、吸収塔１０３の頂部から二酸化炭素が取り除かれた燃焼排ガス１０２ｂが排出されるようになっている。
【００１７】
リボイラー１０６は、再生塔１０５に貯留されていたリーン液１０４ｂの一部を加熱してその温度を上昇させて蒸気を生成し、再生塔１０５に供給する。なお、リボイラー１０６においてリーン液１０４ｂを加熱する際、リーン液１０４ｂから微量の二酸化炭素ガスが放出され、蒸気とともに再生塔１０５に供給される。そして、この蒸気により、再生塔１０５においてリッチ液１０４ａが加熱されて二酸化炭素ガスが放出される。
【００１８】
吸収塔１０３と再生塔１０５との間に、再生塔１０５から吸収塔１０３に供給されるリーン液１０４ｂを熱源として、吸収塔１０３から再生塔１０５に供給されるリッチ液１０４ａを加熱する再生熱交換器１０７が設けられ、リーン液１０４ｂの熱を回収するように構成されている。再生熱交換器１０７からのリーン液１０４ｂは冷却器１１４により冷却され、吸収塔１０３の上部に供給される。
【００１９】
吸収塔１０３の上部に供給されたリーン液１０４ｂは、吸収塔１０３内において上部から下降する。一方、吸収塔１０３に供給された燃焼排ガス１０２ａは、吸収塔１０３内において下部から頂部に向けて上昇する。そのため、二酸化炭素を含む燃焼排ガス１０２ａとリーン液１０４ｂが向流接触（直接接触）し、燃焼排ガス１０２ａから二酸化炭素が取り除かれてリーン液１０４ｂに吸収され、リッチ液１０４ａが生成される。二酸化炭素が取り除かれた燃焼排ガス１０２ｂは、吸収塔１０３の頂部から排出される。
【００２０】
吸収塔１０３において、燃焼排ガス１０２ａ中の二酸化炭素がリーン液１０４ｂに吸収される時、酸素も吸収される。そのため、リッチ液１０４ａには酸素が含まれる。酸素除去部１０は、リッチ液１０４ａの溶存酸素を除去するものであり、詳しくは後述する。
【００２１】
ガス冷却器１１６は、再生塔１０５から排出された排出ガス１０２ｃを、冷却水（冷却媒体）を用いて冷却し、凝縮器１１７に供給する。
【００２２】
凝縮器１１７は、この排出ガス１０２ｃを凝縮（冷却）して、二酸化炭素ガスと生成された凝縮液とを分離する。凝縮器１１７から排出された二酸化炭素ガス１０２ｄは、貯蔵設備（図示せず）で貯蔵される。凝縮器１１７からの凝縮液は、再生塔１０５の上部に供給される。
【００２３】
次に、酸素除去部１０の構成について説明する。酸素除去部１０は、流路切替部１１、１２、酸素捕集部１３、１４、及び再生部１５を有する。
【００２４】
酸素捕集部１３、１４は、リッチ液１０４ａ中の酸素を吸着し、リッチ液１０４ａから酸素を除去する。酸素が除去されたリッチ液１０４ａは、流路切替部１２を介して、再生熱交換器１０７へ送られる。
【００２５】
酸素捕集部１３、１４は、例えば銀多孔体を用いることができる。銀多孔体を用いることで２Ａｇ＋Ｏ２→Ａｇ２Ｏという反応が起こり、リッチ液１０４ａから酸素が除去される。
【００２６】
再生部１５は、酸素捕集部１３、１４に捕集された酸素を分離、回収し、酸素捕集部１３を再生する。例えば、再生部１５が、銀多孔体が用いられている酸素捕集部１３を再生する場合、まず、酸素捕集部１３内の液体（吸収液）を回収する。再生部１５は回収した吸収液を外部に設けられたタンク（図示せず）等へ排出する。再生部１５は、回収した吸収液を全て外部へ排出すると、外部から供給された高温の（２００℃程度）の水蒸気、Ｎ２、ＣＯ２等を酸素捕集部１３へ供給する。なお、以下の説明では、再生部１５から酸素捕集部１３（１４）へ供給する水蒸気、Ｎ２、ＣＯ２等を単に気体と称する。酸素捕集部１３では、Ａｇ２Ｏ→２Ａｇ＋Ｏ２という反応が起こり、酸素が分離される。この分離された酸素は、再生部１５から供給された気体と共に再生部１５に回収される。これにより、酸素捕集部１４の銀多孔体が再生する。酸素捕集部１４の銀多孔体を再生する場合も同様である。再生部１５は酸素捕集部１３、１４から回収した酸素を含む気体を外部へ排出する。
【００２７】
酸素捕集部１３、１４にヒータを設け、ヒータの加熱によりＡｇ２Ｏ→２Ａｇ＋Ｏ２という反応を起こして、銀多孔体から酸素を分離してもよい。再生部１５からの気体の供給は、ヒータによる加熱前から行ってもよいし、加熱後に行ってもよい。再生部１５から供給される気体と共に、酸素捕集部１３、１４の銀多孔体から分離した酸素が再生部１５に回収される。なお、酸素捕集部１３、１４にヒータを設ける場合、再生部１５から酸素捕集部１３、１４へ供給する気体は、銀多孔体から分離した酸素を回収するためのものであるので、高温でなくてもよい。
【００２８】
再生部１５が酸素捕集部１３を再生する場合、リッチ液１０４ａは、流路切替部１１、酸素捕集部１４、流路切替部１２を介して、再生塔１０５に供給される。この時、再生部１５から流路切替部１２を介して酸素捕集部１３に気体が供給され、酸素捕集部１３から排出される液体や気体は流路切替部１１を介して再生部１５に回収される。
【００２９】
一方、再生部１５が酸素捕集部１４を再生する場合は、リッチ液１０４ａは、流路切替部１１、酸素捕集部１３、流路切替部１２を介して、再生塔１０５に供給される。この時、再生部１５から流路切替部１２を介して酸素捕集部１４に気体が供給され、酸素捕集部１４から排出される液体や気体は流路切替部１１を介して再生部１５に回収される。
【００３０】
流路切替部１１、１２には、例えば四方弁を用いることができる。
【００３１】
酸素除去部１０におけるリッチ液１０４ａの酸素除去、酸素捕集部１３、１４の再生の手順の一例を、図２に示すフローチャート及び図３に示す流路切替部１１、１２の流路切り替え先を用いて説明する。
【００３２】
（ステップＳ１０１）リッチ液１０４ａが酸素捕集部１３に供給され、酸素が除去される。
【００３３】
（ステップＳ１０２）酸素捕集部１３の再生を行うか否かが判定される。例えば、酸素捕集部１３にリッチ液１０４ａを供給してから所定時間が経過した場合は、酸素捕集部１３における酸素吸着性能が低下していると考えられるため、再生を行うと判定される。再生を行う場合はステップＳ１０３に進み、再生が不要な場合はステップＳ１０１に戻る。
【００３４】
（ステップＳ１０３）流路切替部１１、１２の流路が切り替えられる。図３（ａ）に示すように、流路切替部１１は、リッチ液１０４ａを酸素捕集部１４に供給し、酸素捕集部１３から排出される液体や気体を再生部１５に供給する。
【００３５】
また、流路切替部１２は、再生部１５から供給されるガス等を酸素捕集部１３に供給し、酸素捕集部１４から排出されるリッチ液１０４ａを再生熱交換器１０７に供給する。
【００３６】
（ステップＳ１０４）酸素捕集部１３が再生される。例えば、酸素捕集部１３内に残存している吸収液が再生部１５に回収される。再生部１５は、酸素捕集部１３から回収した吸収液を全て外部へ排出した後、外部から供給される高温の気体を酸素捕集部１３へ供給する。この高温の気体により酸素捕集部１３内の銀多孔体から酸素が分離する。分離した酸素は、気体と共に再生部１５に回収される。
【００３７】
（ステップＳ１０５）リッチ液１０４ａが酸素捕集部１４に供給され、酸素が除去される。
【００３８】
（ステップＳ１０６）酸素捕集部１４の再生を行うか否かが判定される。再生を行う場合はステップＳ１０８に進み、再生が不要な場合はステップＳ１０７に進む。
【００３９】
（ステップＳ１０７）二酸化炭素分離回収装置１の運転が継続される場合はステップＳ１０５に戻る。
【００４０】
（ステップＳ１０８）流路切替部１１、１２の流路が切り替えられる。図３（ｂ）に示すように、流路切替部１１は、リッチ液１０４ａを酸素捕集部１３に供給し、酸素捕集部１４から排出される液体や気体を再生部１５に供給する。
【００４１】
また、流路切替部１２は、再生部１５から供給されるガス等を酸素捕集部１４に供給し、酸素捕集部１３から排出されるリッチ液１０４ａを再生熱交換器１０７に供給する。
【００４２】
（ステップＳ１０９）酸素捕集部１４が再生される。例えば、酸素捕集部１４内に残存している吸収液が再生部１５に回収される。再生部１５は、酸素捕集部１４から回収した吸収液を全て外部へ排出した後、外部から供給される高温の気体を酸素捕集部１４へ供給する。この高温の気体により酸素捕集部１４内の銀多孔体から酸素が分離する。分離した酸素は、気体と共に再生部１５に回収される。
【００４３】
このように、二酸化炭素回収装置１内を循環する吸収液から酸素を除去することができるため、吸収液の二酸化炭素吸収性能の低下を防止することができる。また、２つの酸素捕集部１３、１４の一方の再生中に他方を使用することで、連続運転しつつ、酸素捕集部の再生を行うことができる。
【００４４】
再生部１５が酸素捕集部１３、１４へ高温水蒸気を供給する場合、この高温水蒸気をリボイラー１０６から受け取るようにしてもよい。また、当該高温水蒸気に不純物が含まれている場合は、酸素捕集部１３、１４から酸素を除去した後に、純水で洗浄するようにしてもよい。
【００４５】
また、再生部１５がボイラーを有し、高温の水蒸気を生成して、酸素捕集部１３、１４へ供給してもよい。
【００４６】
酸素捕集部１３、１４には銀多孔体だけでなく、銀粒を焼結したもの、ステンレス鋼メッシュ表面を銀メッキしたもの、発泡ウレタンを銀メッキした後に発泡ウレタンを除去したもの等を用いることができる。酸素捕集部１３、１４から銀が溶け出す場合は、酸素除去部１０と再生塔１０５との間に、吸収液から銀を除去できるカチオン交換樹脂等を設けることが好適である。
【００４７】
酸素捕集部１３、１４には銀だけでなく、酸素を吸着し易く、吸収液に影響を与えない物質を用いることができ、例えば鉄繊維を用いることができる。酸素を十分吸着した鉄繊維は、新しい鉄繊維と交換する方法をとってもよい。
【００４８】
酸素捕集部１３、１４の再生の際に、酸素捕集部１３、１４から回収した吸収液は、再び二酸化炭素分離回収装置１の系内に戻してもよい。例えば、図４に示すように、再生部１０と再生熱交換器１０７との間に吸収液を戻すことができる。また、図５に示すように、再生熱交換器１０７と冷却器１１４との間に設けられた緩衝タンク１２０に吸収液を戻してもよい。
【００４９】
（第２の実施形態）図６に本発明の第２の実施形態に係る二酸化炭素分離回収装置の概略構成を示す。本実施形態は、図１に示す第１の実施形態と比較して、酸素除去部１０が省略され、酸化反応器２０、硫酸イオン除去部３０及び有機酸アニオン除去部４０が設けられている点が異なる。図６において、図１に示す第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００５０】
燃焼排ガス１０２ａには酸素だけでなく、二酸化硫黄も含まれており、この二酸化硫黄は吸収塔１０３において、ＳＯ２＋Ｈ２Ｏ→Ｈ＋＋ＨＳＯ３−という反応により吸収液に吸収される。従って、リッチ液１０４ａは、酸素及び亜硫酸を含有する。
【００５１】
このリッチ液１０４ａは酸化反応器２０に供給され、酸化反応器２０において、１／２Ｏ２＋ＨＳＯ３−→Ｈ＋＋ＳＯ４２−という反応が起きる。この反応により溶存酸素が硫酸イオンとして固定されるため、酸素による吸収液の劣化を防止することができる。酸化反応器２０はこの反応を起こすために吸収液を一時的に貯留しておくものであり、例えばタンクを用いることができる。
【００５２】
酸化反応器２０から排出されたリッチ液１０４ａは再生塔１０５において二酸化炭素が除去される。
【００５３】
再生塔１０５から排出されるリーン液１０４ｂは硫酸イオンを含む。リーン液１０４ｂは、冷却器１１４において冷却された後、硫酸イオン除去部３０に供給され、硫酸イオンが除去される。
【００５４】
硫酸イオン除去部３０で硫酸イオンが除去されたリーン液１０４ｂは、有機酸アニオン除去部４０に供給され、有機酸アニオンが除去される。リーン液１０４ｂは、有機酸アニオンの除去後、吸収塔１０３に供給される。
【００５５】
硫酸イオン除去部３０は、流路切替部３１、３２、イオン交換樹脂３３、３４を有する。イオン交換樹脂３３、３４はリーン液１０４ｂ中の硫酸イオンを吸着するものであり、例えば強塩基性アニオン交換樹脂を用いることができる。
【００５６】
流路切替部３１は、リーン液１０４ｂの供給先をイオン交換樹脂３３又は３４に切り替える。流路切替部３２は、イオン交換樹脂３３又は３４から排出されたリーン液１０４ｂを有機酸アニオン除去部４０に供給する。流路切替部３１、３２は例えば三方弁を用いることができる。
【００５７】
イオン交換樹脂３３においてリーン液１０４ｂ中の硫酸イオンを吸着している間に、イオン交換樹脂３４から硫酸イオンを分離、除去し、再生することができる。例えば、イオン交換樹脂３４にＮａＯＨ等を流すことで再生することができる。同様に、イオン交換樹脂３４においてリーン液１０４ｂ中の硫酸イオンを吸着している間に、イオン交換樹脂３３を再生することができる。
【００５８】
有機酸アニオン除去部４０は、流路切替部４１、４２、イオン交換樹脂４３、４４を有する。イオン交換樹脂４３、４４はリーン液１０４ｂ中の有機酸アニオンを吸着するものであり、例えばアニオン交換樹脂を用いることができる。
【００５９】
流路切替部４１は、リーン液１０４ｂの供給先をイオン交換樹脂４３又は４４に切り替える。流路切替部４２は、イオン交換樹脂４３又は４４から排出されたリーン液１０４ｂを吸収塔１０３に供給する。流路切替部４１、４２は例えば三方弁を用いることができる。
【００６０】
イオン交換樹脂４３においてリーン液１０４ｂ中の有機酸アニオンを吸着している間に、イオン交換樹脂４４から有機酸アニオンを分離、除去し、再生することができる。例えば、イオン交換樹脂４４にＮａＯＨ等を流すことで再生することができる。同様に、イオン交換樹脂４４においてリーン液１０４ｂ中の有機酸アニオンを吸着している間に、イオン交換樹脂４３を再生することができる。
【００６１】
このように、本実施形態では、吸収液中の溶存酸素を亜硫酸と反応させて硫酸イオンとして固定することで、酸素を除去し、吸収液の二酸化炭素吸収性能の低下を防止することができる。また、吸収液中の硫酸イオンを除去することで、吸収液の劣化や、二酸化炭素分離回収装置の構造材の腐食を防止することができる。
【００６２】
上記実施形態では、硫酸イオン除去部３０の下流側に有機酸アニオン除去部４０を設けているが、これは、硫酸イオンがイオン交換樹脂に吸着された有機酸アニオンを追い出すためである。従って、硫酸イオン除去部３０の下流側に有機酸アニオン除去部４０を設けることが好適である。
【００６３】
硫酸イオン除去部３０において、硫酸イオンの吸着を行うイオン交換樹脂３３、３４の切り替えは、一定時間毎に行うことができる。また、硫酸イオン除去部３０から有機酸アニオン除去部４０に供給されるリーン液中の硫酸イオン濃度を測定するセンサを設け、硫酸イオン濃度が所定値以上になった時に、使用するイオン交換樹脂を切り替えて、それまで使用していたイオン交換樹脂の再生を行うようにしてもよい。
【００６４】
有機酸アニオン除去部４０において、有機酸アニオンの吸着を行うイオン交換樹脂４３、４４の切り替えは、一定時間毎に行うことができる。また、有機酸アニオン除去部４０から吸収塔１０３に供給されるリーン液中の蟻酸イオン濃度を測定するセンサを設け、蟻酸イオン濃度が所定値以上になった時に、使用するイオン交換樹脂を切り替えて、それまで使用していたイオン交換樹脂の再生を行うようにしてもよい。
【００６５】
上記実施形態では、酸化反応器２０を設けていたが、酸化反応器２０を設けず、吸収塔１０３下部のリッチ液保持部を拡大し、上記の酸素と亜硫酸イオンとの反応が起こるのに十分な時間リッチ液を保持できるようにしてもよい。
【００６６】
上記実施形態では、硫酸イオン除去部３０を冷却器１１４の下流側に設けていたが、図７に示すように、硫酸イオン除去部３０を酸化反応器２０と再生熱交換器１０７との間に設けるようにしてもよい。
【００６７】
上記実施形態において、燃焼排ガス１０２ａの流量をＦｇ（ｍｏｌ／ｈ）、二酸化炭素分離回収装置の吸収液循環量をＦｌ（ｍｏｌ／ｈ）、燃焼排ガス１０２ａの酸素分圧をＰＯ２（ａｔｍ）、酸素の溶解係数をｋ（ｍｏｌ／ａｔｍ・ｍｏｌ）、燃焼排ガス１０２ａの二酸化硫黄濃度をＣＳＯ２（ｍｏｌ／ｍｏｌ）とおき、
（式１）ＣＳＯ２≧２ｋＰＯ２Ｆｌ／Ｆｇ
を満たす場合、酸化反応器２０における反応により吸収液中の溶存酸素を全て硫酸イオンとして固定できる。
【００６８】
一方、上記式１を満たさない場合、すなわち酸化反応器２０における反応により硫酸イオンとして固定されない酸素が吸収液中に残存する場合は、図８に示すように、酸化反応器２０と再生熱交換器１０７との間に酸素除去部１０を設けて、吸収液中の酸素を除去することが好適である。酸素除去部１０は、上記第１の実施形態で説明したものである。このような構成にすることで、吸収液中の酸素や二酸化硫黄を除去することができ、吸収液の劣化を防止することができる。
【００６９】
また、図９に示すように、燃焼排ガス１０２ａの流量Ｆｇを測定するセンサ５０、燃焼排ガス１０２ａの酸素分圧ＰＯ２を測定するセンサ５１、燃焼排ガス１０２ａの二酸化硫黄濃度ＣＳＯ２を測定するセンサ５２、二酸化炭素分離回収装置の吸収液循環量Ｆｌを測定するセンサ５３、流路切替部６１、６２を設けてもよい。
【００７０】
センサ５０〜５３の測定結果から上記式１を満たすか否か判定し、満たすと判定された場合は、酸化反応器２０から排出されたリッチ液１０４ａが酸素除去部１０を通らないように循環させる。
【００７１】
一方、センサ５０〜５３の測定結果から上記式１が満たさないと判定された場合は、酸化反応器２０から排出されたリッチ液１０４ａが酸素除去部１０を通るように循環される。
【００７２】
このようにセンサ５０〜５３の測定結果を用いることで、吸収液の循環ルートを適切に切り替えることができる。
【００７３】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１０ 酸素除去部
１３、１４ 酸素捕集部
１５ 再生部
２０ 酸化反応器
３０ 硫酸イオン除去部
３３、３４、４３、４４ イオン交換樹脂
４０ 有機酸アニオン除去部
１０３ 吸収塔
１０５ 再生塔
１０６ リボイラー
１０７ 再生熱交換器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させ、二酸化炭素を含む吸収液を排出する吸収塔と、
前記吸収塔から排出された吸収液が供給され、当該吸収液から蒸気を含む二酸化炭素ガスを除去し、当該吸収液を再生して排出する再生塔と、
前記吸収塔と前記再生塔との間に設けられ、前記再生塔から排出されて前記吸収塔に供給される吸収液を熱源として、前記吸収塔から排出されて前記再生塔に供給される吸収液を加熱する再生熱交換器と、
前記吸収塔から前記再生塔に供給される吸収液から酸素を除去する酸素除去部と、
を備え、
前記酸素除去部は、
前記吸収液に含まれる酸素を捕集する第１捕集部及び第２捕集部と、
前記吸収塔から排出された吸収液を前記第１捕集部又は前記第２捕集部へ供給する第１流路切替部と、
前記第１捕集部又は前記第２捕集部から排出された吸収液を前記再生熱交換器へ供給する第２流路切替部と、
前記第１流路切替部が前記吸収液を前記第１捕集部へ供給している時は前記第２捕集部に捕集された酸素を回収し、前記第１流路切替部が前記吸収液を前記第２捕集部へ供給している時は前記第１捕集部に捕集された酸素を回収する再生部と、
を有することを特徴とする二酸化炭素分離回収装置。
【請求項２】
前記再生部は、前記第１捕集部又は前記第２捕集部から、酸素の回収前に吸収液を回収し、前記回収した吸収液を当該二酸化炭素分離回収装置を循環する吸収液に加えることを特徴とするとする請求項１に記載の二酸化炭素分離回収装置。
【請求項３】
前記第１捕集部及び前記第２捕集部は銀を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の二酸化炭素分離回収装置。
【請求項４】
前記第１捕集部及び前記第２捕集部は、前記再生部により酸素が回収される時に加熱されることを特徴とする請求項３に記載の二酸化炭素分離回収装置。
【請求項５】
燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させ、二酸化炭素を含む吸収液を排出する吸収塔と、
前記吸収塔から排出された吸収液が供給され、当該吸収液から蒸気を含む二酸化炭素ガスを除去し、当該吸収液を再生して排出する再生塔と、
前記吸収塔と前記再生塔との間に設けられ、前記再生塔から排出されて前記吸収塔に供給される吸収液を熱源として、前記吸収塔から排出されて前記再生塔に供給される吸収液を加熱する再生熱交換器と、
前記吸収塔と前記再生熱交換器との間に設けられ、前記吸収塔から前記再生塔に供給される吸収液を貯留し、当該吸収液に含まれる酸素と亜硫酸イオンとの反応により硫酸イオンを生成する反応器と、
前記硫酸イオンを含む吸収液から当該硫酸イオンを除去する第１除去部と、
前記再生熱交換器と前記吸収塔との間に設けられ、前記再生塔から排出され、前記硫酸イオンが除去された吸収液から有機酸アニオンを除去する第２除去部と、
を備える二酸化炭素分離回収装置。
【請求項６】
前記第１除去部は、前記反応器と前記再生熱交換器との間、又は前記再生熱交換器と前記第２除去部との間に設けられることを特徴とする請求項５に記載の二酸化炭素分離回収装置。
【請求項７】
前記第１除去部は、吸収液中の硫酸イオンを吸着する２つのイオン交換樹脂を有し、一方のイオン交換樹脂に吸収液が供給されている間に、他方のイオン交換樹脂に吸着している硫酸イオンを分離して除去することを特徴とする請求項５又は６に記載の二酸化炭素分離回収装置。
【請求項８】
前記第２除去部は、吸収液中の有機酸アニオンを吸着する２つのイオン交換樹脂を有し、一方のイオン交換樹脂に吸収液が供給されている間に、他方のイオン交換樹脂に吸着している有機酸アニオンを分離して除去することを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載の二酸化炭素分離回収装置。
【請求項９】
前記イオン交換樹脂は、アニオン交換樹脂であることを特徴とする請求項７又は８に記載の二酸化炭素分離回収装置。
【請求項１０】
燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させ、二酸化炭素を含む吸収液を排出する吸収塔と、
前記吸収塔から排出された吸収液が供給され、当該吸収液から蒸気を含む二酸化炭素ガスを除去し、当該吸収液を再生して排出する再生塔と、
前記吸収塔と前記再生塔との間に設けられ、前記再生塔から排出されて前記吸収塔に供給される吸収液を熱源として、前記吸収塔から排出されて前記再生塔に供給される吸収液を加熱する再生熱交換器と、
前記吸収塔と前記再生熱交換器との間に設けられ、前記吸収塔から前記再生塔に供給される吸収液を貯留し、当該吸収液に含まれる酸素と亜硫酸イオンとの反応により硫酸イオンを生成する反応器と、
前記硫酸イオンを含む吸収液から当該硫酸イオンを除去する第１除去部と、
前記再生熱交換器と前記吸収塔との間に設けられ、前記再生塔から排出され、前記硫酸イオンが除去された吸収液から有機酸アニオンを除去する第２除去部と、
前記反応器から排出された吸収液に含まれる酸素を捕集する第１捕集部及び第２捕集部、前記反応器から排出された吸収液を前記第１捕集部又は前記第２捕集部へ供給する第１流路切替部、前記第１捕集部又は前記第２捕集部から排出された吸収液を前記再生熱交換器へ供給する第２流路切替部、及び前記第１流路切替部が前記吸収液を前記第１捕集部へ供給している時は前記第２捕集部に捕集された酸素を回収し、前記第１流路切替部が前記吸収液を前記第２捕集部へ供給している時は前記第１捕集部に捕集された酸素を回収する再生部を有する第３除去部と、
を備える二酸化炭素分離回収装置。
【請求項１１】
前記燃焼排ガスの流量を測定する第１センサと、
前記燃焼排ガスの酸素分圧を測定する第２センサと、
前記燃焼排ガスの二酸化硫黄濃度を測定する第３センサと、
当該二酸化炭素分離回収装置の吸収液循環量を測定する第４センサと、
前記第１〜第４センサの測定結果に基づいて、前記反応器から排出される吸収液を前記第３除去部を介して前記再生熱交換器へ供給するか、又は前記第３除去部を介さずに前記再生熱交換器へ供給するかを切り替える第３流路切替部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載の二酸化炭素分離回収装置。
【請求項１２】
前記第３流路切替部は、前記流量をＦｇ（ｍｏｌ／ｈ）、前記酸素分圧をＰＯ２（ａｔｍ）、酸素の溶解係数をｋ（ｍｏｌ／ａｔｍ・ｍｏｌ）、前記二酸化硫黄濃度をＣＳＯ２（ｍｏｌ／ｍｏｌ）、前記吸収液循環量をＦｌ（ｍｏｌ／ｈ）とおき、ＣＳＯ２≧２ｋＰＯ２Ｆｌ／Ｆｇが満たされる場合に前記反応器から排出される吸収液を前記第３除去部を介さずに前記再生熱交換器へ供給し、満たされない場合に前記反応器から排出される吸収液を前記第３除去部を介して前記再生熱交換器へ供給することを特徴とする請求項１１に記載の二酸化炭素分離回収装置。
【請求項１】
燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させ、二酸化炭素を含む吸収液を排出する吸収塔と、
前記吸収塔から排出された吸収液が供給され、当該吸収液から蒸気を含む二酸化炭素ガスを除去し、当該吸収液を再生して排出する再生塔と、
前記吸収塔と前記再生塔との間に設けられ、前記再生塔から排出されて前記吸収塔に供給される吸収液を熱源として、前記吸収塔から排出されて前記再生塔に供給される吸収液を加熱する再生熱交換器と、
前記吸収塔から前記再生塔に供給される吸収液から酸素を除去する酸素除去部と、
を備え、
前記酸素除去部は、
前記吸収液に含まれる酸素を捕集する第１捕集部及び第２捕集部と、
前記吸収塔から排出された吸収液を前記第１捕集部又は前記第２捕集部へ供給する第１流路切替部と、
前記第１捕集部又は前記第２捕集部から排出された吸収液を前記再生熱交換器へ供給する第２流路切替部と、
前記第１流路切替部が前記吸収液を前記第１捕集部へ供給している時は前記第２捕集部に捕集された酸素を回収し、前記第１流路切替部が前記吸収液を前記第２捕集部へ供給している時は前記第１捕集部に捕集された酸素を回収する再生部と、
を有することを特徴とする二酸化炭素分離回収装置。
【請求項２】
前記再生部は、前記第１捕集部又は前記第２捕集部から、酸素の回収前に吸収液を回収し、前記回収した吸収液を当該二酸化炭素分離回収装置を循環する吸収液に加えることを特徴とするとする請求項１に記載の二酸化炭素分離回収装置。
【請求項３】
前記第１捕集部及び前記第２捕集部は銀を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の二酸化炭素分離回収装置。
【請求項４】
前記第１捕集部及び前記第２捕集部は、前記再生部により酸素が回収される時に加熱されることを特徴とする請求項３に記載の二酸化炭素分離回収装置。
【請求項５】
燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させ、二酸化炭素を含む吸収液を排出する吸収塔と、
前記吸収塔から排出された吸収液が供給され、当該吸収液から蒸気を含む二酸化炭素ガスを除去し、当該吸収液を再生して排出する再生塔と、
前記吸収塔と前記再生塔との間に設けられ、前記再生塔から排出されて前記吸収塔に供給される吸収液を熱源として、前記吸収塔から排出されて前記再生塔に供給される吸収液を加熱する再生熱交換器と、
前記吸収塔と前記再生熱交換器との間に設けられ、前記吸収塔から前記再生塔に供給される吸収液を貯留し、当該吸収液に含まれる酸素と亜硫酸イオンとの反応により硫酸イオンを生成する反応器と、
前記硫酸イオンを含む吸収液から当該硫酸イオンを除去する第１除去部と、
前記再生熱交換器と前記吸収塔との間に設けられ、前記再生塔から排出され、前記硫酸イオンが除去された吸収液から有機酸アニオンを除去する第２除去部と、
を備える二酸化炭素分離回収装置。
【請求項６】
前記第１除去部は、前記反応器と前記再生熱交換器との間、又は前記再生熱交換器と前記第２除去部との間に設けられることを特徴とする請求項５に記載の二酸化炭素分離回収装置。
【請求項７】
前記第１除去部は、吸収液中の硫酸イオンを吸着する２つのイオン交換樹脂を有し、一方のイオン交換樹脂に吸収液が供給されている間に、他方のイオン交換樹脂に吸着している硫酸イオンを分離して除去することを特徴とする請求項５又は６に記載の二酸化炭素分離回収装置。
【請求項８】
前記第２除去部は、吸収液中の有機酸アニオンを吸着する２つのイオン交換樹脂を有し、一方のイオン交換樹脂に吸収液が供給されている間に、他方のイオン交換樹脂に吸着している有機酸アニオンを分離して除去することを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載の二酸化炭素分離回収装置。
【請求項９】
前記イオン交換樹脂は、アニオン交換樹脂であることを特徴とする請求項７又は８に記載の二酸化炭素分離回収装置。
【請求項１０】
燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させ、二酸化炭素を含む吸収液を排出する吸収塔と、
前記吸収塔から排出された吸収液が供給され、当該吸収液から蒸気を含む二酸化炭素ガスを除去し、当該吸収液を再生して排出する再生塔と、
前記吸収塔と前記再生塔との間に設けられ、前記再生塔から排出されて前記吸収塔に供給される吸収液を熱源として、前記吸収塔から排出されて前記再生塔に供給される吸収液を加熱する再生熱交換器と、
前記吸収塔と前記再生熱交換器との間に設けられ、前記吸収塔から前記再生塔に供給される吸収液を貯留し、当該吸収液に含まれる酸素と亜硫酸イオンとの反応により硫酸イオンを生成する反応器と、
前記硫酸イオンを含む吸収液から当該硫酸イオンを除去する第１除去部と、
前記再生熱交換器と前記吸収塔との間に設けられ、前記再生塔から排出され、前記硫酸イオンが除去された吸収液から有機酸アニオンを除去する第２除去部と、
前記反応器から排出された吸収液に含まれる酸素を捕集する第１捕集部及び第２捕集部、前記反応器から排出された吸収液を前記第１捕集部又は前記第２捕集部へ供給する第１流路切替部、前記第１捕集部又は前記第２捕集部から排出された吸収液を前記再生熱交換器へ供給する第２流路切替部、及び前記第１流路切替部が前記吸収液を前記第１捕集部へ供給している時は前記第２捕集部に捕集された酸素を回収し、前記第１流路切替部が前記吸収液を前記第２捕集部へ供給している時は前記第１捕集部に捕集された酸素を回収する再生部を有する第３除去部と、
を備える二酸化炭素分離回収装置。
【請求項１１】
前記燃焼排ガスの流量を測定する第１センサと、
前記燃焼排ガスの酸素分圧を測定する第２センサと、
前記燃焼排ガスの二酸化硫黄濃度を測定する第３センサと、
当該二酸化炭素分離回収装置の吸収液循環量を測定する第４センサと、
前記第１〜第４センサの測定結果に基づいて、前記反応器から排出される吸収液を前記第３除去部を介して前記再生熱交換器へ供給するか、又は前記第３除去部を介さずに前記再生熱交換器へ供給するかを切り替える第３流路切替部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載の二酸化炭素分離回収装置。
【請求項１２】
前記第３流路切替部は、前記流量をＦｇ（ｍｏｌ／ｈ）、前記酸素分圧をＰＯ２（ａｔｍ）、酸素の溶解係数をｋ（ｍｏｌ／ａｔｍ・ｍｏｌ）、前記二酸化硫黄濃度をＣＳＯ２（ｍｏｌ／ｍｏｌ）、前記吸収液循環量をＦｌ（ｍｏｌ／ｈ）とおき、ＣＳＯ２≧２ｋＰＯ２Ｆｌ／Ｆｇが満たされる場合に前記反応器から排出される吸収液を前記第３除去部を介さずに前記再生熱交換器へ供給し、満たされない場合に前記反応器から排出される吸収液を前記第３除去部を介して前記再生熱交換器へ供給することを特徴とする請求項１１に記載の二酸化炭素分離回収装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１１５７０９（Ｐ２０１１−１１５７０９Ａ）
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７４３９９（Ｐ２００９−２７４３９９）
【出願日】平成２１年１２月２日（２００９．１２．２）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２日（２００９．１２．２）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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