二酸化炭素回収システムおよび二酸化炭素回収方法
【課題】吸収液に溶解している酸素を除去し、二酸化炭素を安定して回収することができる二酸化炭素回収システムおよび二酸化炭素回収方法を提供すること目的とする。
【解決手段】排ガス１０３と吸収液１５０とを気液接触させて吸収液１５０に排ガス１０３中の二酸化炭素を吸収させる吸収塔１００と、二酸化炭素を吸収した吸収液１５０から二酸化炭素を放出させて吸収液１５０を再生する再生塔１１０と、吸収塔１００から排出される吸収液１５０を再生塔１１０に導く吸収液ライン１３０ａ、１３０ｂと、吸収液ライン１３０ａ、１３０ｂに介在し、吸収液１５０に溶解している酸素を除去する酸素除去装置１２０と、再生塔１１０から排出される吸収液１５０を吸収塔１００に導く吸収液ライン１３１とを具備する。
【解決手段】排ガス１０３と吸収液１５０とを気液接触させて吸収液１５０に排ガス１０３中の二酸化炭素を吸収させる吸収塔１００と、二酸化炭素を吸収した吸収液１５０から二酸化炭素を放出させて吸収液１５０を再生する再生塔１１０と、吸収塔１００から排出される吸収液１５０を再生塔１１０に導く吸収液ライン１３０ａ、１３０ｂと、吸収液ライン１３０ａ、１３０ｂに介在し、吸収液１５０に溶解している酸素を除去する酸素除去装置１２０と、再生塔１１０から排出される吸収液１５０を吸収塔１００に導く吸収液ライン１３１とを具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火力発電所のボイラ、ごみ焼却炉などの排ガスに含まれている二酸化炭素などを回収する二酸化炭素回収システムおよび二酸化炭素回収方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、化石燃料の燃焼生成物である二酸化炭素の温室効果による地球温暖化の問題が大きくなっている。気候変動に関する国際連合枠組条約の京都議定書において、我が国の温室効果ガス排出削減の目標は、１９９０年の比率マイナス６％を２００８〜２０１２年の間に達成することである。
【０００３】
このような背景の中、火力発電所、都市ごみ焼却場などから排出される二酸化炭素を、例えば、アルカリ物質であるアミン化合物の水溶液を吸収液として用いることにより、二酸化炭素を回収するシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
ここで、図３は、吸収液としてアミン水溶液を用い、二酸化炭素を回収する従来の二酸化炭素回収システム２００の概要を示している。
【０００５】
図３に示された従来の二酸化炭素回収システム２００では、化石燃料を燃焼して排出された排ガス２０１は、ガスブロワ２０２によって吸収塔２０３に導かれる。吸収塔２０３の上部には、温度が５０℃程度の吸収液２０４が供給され、この供給された吸収液２０４は、導入された排ガス２０１と接触して、排ガス２０１中の二酸化炭素を吸収する。一方、吸収液２０４に二酸化炭素を吸収された残りの排ガス２０１は、吸収塔２０３の上部から大気へ放出される。
【０００６】
二酸化炭素を吸収した吸収液２０４は、吸収塔２０３の下部から抜出しポンプ２０５によって熱交換器２０６に導かれ、さらに再生塔２０７に導かれる。
【０００７】
再生塔２０７に導かれた吸収液２０４は、加熱器２０８のスチーム２０９によって１２０℃程度の温度に加熱されて、撹乱される。そして、二酸化炭素が吸収液２０４から放散され、再び二酸化炭素を吸収できる吸収液２０４に再生される。再生された吸収液２０４は、循環ポンプ２１０により、熱交換器２０６およびクーラ２１１を介して吸収塔２０３の上部へ戻される。一方、吸収液２０４から放散された二酸化炭素は、クーラ２１２を介して分離器２１３に導かれ、分離器２１３よって水分が取り除かれた後に回収される。
【０００８】
このように構成された従来の二酸化炭素回収システム２００では、吸収塔２０３において排ガス２０１に含まれている酸素の一部が吸収液２０４に吸収される。
【特許文献１】特開２００２−１２６４３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した従来の二酸化炭素回収システムでは、吸収塔において排ガスに含まれている酸素の一部が吸収液に吸収されるため、吸収された酸素が吸収液を劣化させて二酸化炭素の吸収を阻害するという問題があった。
【００１０】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、吸収液に溶解している酸素を除去し、二酸化炭素を安定して回収することができる二酸化炭素回収システムおよび二酸化炭素回収方法を提供すること目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の二酸化炭素回収システムは、ガス導入口、吸収用吸収液導入口、残りガス排出口および吸収液排出口を備え、前記ガス導入口から導入されたガスと前記吸収用吸収液導入口から導入された吸収液とを気液接触させて前記吸収液に前記ガス中の二酸化炭素を吸収させる吸収装置と、再生用吸収液導入口、再生吸収液排出口および二酸化炭素取出口を備え、前記二酸化炭素を吸収した吸収液から二酸化炭素を放出させて前記吸収液を再生する再生装置と、前記吸収装置の吸収液排出口から排出される吸収液を前記再生装置の再生用吸収液導入口に導く第１の吸収液ラインと、前記第１の吸収液ラインに介在し、吸収液に溶解している酸素を除去する酸素除去装置と、前記再生装置の再生吸収液排出口から排出される吸収液を前記吸収装置の吸収用吸収液導入口に導く第２の吸収液ラインとを具備することを特徴とする。
【００１２】
この二酸化炭素回収システムによれば、吸収装置にガスと吸収液を導いて互いを気液接触させ、ガス中に含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させ、二酸化炭素を吸収した吸収液を再生装置に導いて吸収液から二酸化炭素を放出させ、吸収液を再生することができる。さらに、第１の吸収液ラインに酸素除去装置を介在させ、吸収装置でガス中の酸素を溶解した吸収液から酸素を除去することができる。
【００１３】
本発明の二酸化炭素回収方法は、ガスと吸収液とを吸収装置に導き、前記ガスと前記吸収液とを気液接触させて前記吸収液に前記ガス中の二酸化炭素を吸収させる吸収工程と、前記二酸化炭素を吸収した吸収液を減圧された酸素除去装置内に噴出して微粒化し、前記吸収液に溶解した酸素を前記吸収液から放出させて除去する酸素放出除去工程と、前記酸素が除去された吸収液を再生装置に導き、前記吸収液から前記二酸化炭素を放出させて前記吸収液を再生する再生工程とを具備することを特徴とする。
【００１４】
この二酸化炭素回収方法によれば、吸収工程において、吸収装置にガスと吸収液を導いて互いを気液接触させ、ガス中に含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させ、再生工程において、吸収液から二酸化炭素を放出させて回収すると共に、吸収液を再生させることができる。さらに、酸素放出除去工程において、二酸化炭素を吸収した吸収液を減圧された酸素除去装置内に噴出して微粒化することで、吸収液から酸素を放出させて除去することができる。
【００１５】
また、本発明の二酸化炭素回収方法は、ガスと吸収液とを吸収装置に導き、前記ガスと前記吸収液とを気液接触させて前記吸収液に前記ガス中の二酸化炭素を吸収させる吸収工程と、前記二酸化炭素を吸収した吸収液を、前記吸収液の流れを利用して流引される前記酸素除去装置内の還元性ガスと混合して酸素除去装置内に噴出し、前記還元性ガスと混合された吸収液と前記酸素除去装置内に充填された還元性ガスとを気液接触させて、前記吸収液に溶解している酸素を前記吸収液から除去する酸素除去工程と、前記酸素が除去された吸収液を再生装置に導き、前記吸収液から前記二酸化炭素を放出させて前記吸収液を再生する再生工程とを具備することを特徴とする。
【００１６】
この二酸化炭素回収方法によれば、吸収工程において、吸収装置にガスと吸収液を導いて互いを気液接触させ、ガス中に含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させ、再生工程において、吸収液から二酸化炭素を放出させて回収すると共に、吸収液を再生させることができる。さらに、酸素放出除去工程において、二酸化炭素を吸収した吸収液を、その吸収液の流れを利用して流引される酸素除去装置内の還元性ガスと混合して酸素除去装置内に噴出し、還元性ガスと混合された吸収液と酸素除去装置内に充填された還元性ガスとを気液接触させることで、還元性ガスが酸素を奪い、吸収液から酸素を除去することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の二酸化炭素回収システムおよび二酸化炭素回収方法によれば、吸収液に溶解している酸素を除去し、二酸化炭素を安定して回収することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１９】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態の二酸化炭素回収システム１０の概要を示したものである。
【００２０】
この二酸化炭素回収システム１０は、導入された排ガス１０３と吸収液１５０を気液接触させる吸収塔１００と、二酸化炭素を吸収した吸収液１５０から二酸化炭素を放出させて吸収液１５０を再生する再生塔１１０と、導入された排ガス１０３に含まれる二酸化炭素を吸収するとともに酸素を吸収した吸収液１５０から酸素を放出させて除去する酸素除去装置１２０と、この酸素除去装置１２０を介在し、吸収塔１００の吸収液排出口１０１から排出される吸収液１５０を再生塔１１０の吸収液導入口１１１に導く吸収液ライン１３０ａ、１３０ｂと、再生塔１１０の吸収液排出口１１２から排出される吸収液１５０を吸収塔１００の吸収液導入口１０２に導く吸収液ライン１３１と、各ポンプ、各機器などを制御する制御部１４０とから主に構成されている。なお、図１において、制御部１４０は、後述する各ポンプ、各構成機器などと電気的に接続されているが、図の明記のため接続線の記載は省略する。
【００２１】
まず、吸収塔１００と再生塔１１０とに吸収液１５０を還流させる還流経路について説明する。
【００２２】
吸収塔１００の下部には、火力発電所のボイラや都市ごみ焼却場などから排出された二酸化炭素を含む排ガス１０３を吸収塔１００内に導くための排ガス導入口１０４が設けられている。なお、排ガス導入口１０４に導入されるガスは、火力発電所のボイラや都市ごみ焼却場などから排出された排ガス１０３に限らず、例えば、天然ガス採掘場で採掘された二酸化炭素を含む天然ガスでもよい。
【００２３】
また、この排ガス導入口１０４には、排ガス１０３を吸収塔１００内に送気するためのガスブロワ１０５が連結されている。吸収塔１００の上部には、再生塔１１０の吸収液排出口１１２から排出される吸収液１５０を導入する吸収液導入口１０２が設けられている。この吸収液導入口１０２には、吸収液１５０を噴出する吸収液噴出部１０６が設けられている。さらに、吸収塔１００の内部には、この吸収液噴出部１０６から噴出された吸収液１５０と吸収塔１００に導入された排ガス１０３とを主として気液接触させる充填材１０７が設置されている。また、吸収塔１００の上端部には、残りガス排出口として機能し、充填材１０７を通過することで、二酸化炭素が吸収された排ガス１０３を大気中に排気するための排気口１０８が設けられている。ここで、吸収液噴出部１０６から噴出される吸収液１５０は、微粒化されて均一に噴出されることが好ましい。
【００２４】
充填材１０７は、例えば、多孔構造、ハニカム構造などを有するもので構成され、充填材１０７を通過する吸収液１５０を撹乱する作用を有するものであればよい。また、充填材１０７は、吸収塔１００内に多段に設置されてもよい。この充填材１０７を多段に設置した場合、例えば、各段に対応して吸収液１５０を噴出する吸収液噴出部１０６を設けてもよい。なお、吸収塔１００内において、排ガス１０３と吸収液１５０との気液接触を効率よく行えるならば、充填材１０７を設置せずに吸収塔１００を構成することも可能である。
【００２５】
さらに、吸収塔１００の底部には、二酸化炭素を吸収した吸収液１５０を排出するための吸収液排出口１０１が設けられている。この吸収液排出口１０１は、送液ポンプ１６０が備えられた吸収液ライン１３０ａの一端と接続されている。吸収液ライン１３０ａの他端は、酸素除去装置１２０の上端部の吸収液導入口でもあるノズル１２１に接続されている。
【００２６】
酸素除去装置１２０は、減圧タンクで構成され、具体的にはフラッシングタンクなどで構成される。また、ノズル１２１は、吸収液ライン１３０ａによって導かれた吸収液１５０を酸素除去装置１２０内に噴出するものである。吸収液１５０は、例えば、ノズル１２１から酸素除去装置１２０内に微粒化されて噴出されることが好ましい。
【００２７】
酸素除去装置１２０の底部には、酸素が除去された吸収液１５０を排出するための吸収液排出口１２２が設けられている。この吸収液排出口１２２は、送液ポンプ１６２が備えられた吸収液ライン１３０ｂの一端と接続されている。吸収液ライン１３０ｂの他端は、再生塔１１０の吸収液導入口１１１に接続されている。また、酸素除去装置１２０の上部には、吸収液１５０から放出された酸素を排出するための酸素排出口１２３が設けられている。
【００２８】
再生塔１１０の上部には、酸素が除去された吸収液１５０を導入する吸収液導入口１１１が設けられている。ここで、例えば、再生塔１１０の上部に、吸収液導入口１１１に連通させて、吸収液１５０を微粒化して再生塔１１０に噴出する吸収液噴出部１１８を設けてもよい。
【００２９】
再生塔１１０の底部には、二酸化炭素を放出して再生された吸収液１５０を排出するための吸収液排出口１１２が設けられている。この吸収液排出口１１２は、送液ポンプ１６１および冷却器１７０が備えられた吸収液ライン１３１の一端と接続されている。吸収液ライン１３１の他端は、吸収塔１００の吸収液導入口１０２に接続されている。冷却器１７０は、吸収液ライン１３１を還流する吸収液１５０を冷却する熱交換器などで構成される。この冷却器１７０において、吸収液１５０から熱を回収する冷却媒体として、例えば海水などを用いてもよい。
【００３０】
また、再生塔１１０には、例えば吸収塔１００と同様に、充填材１１７が設置される。この充填材１１７は、吸収塔１００における充填材１０７と同様のものが使用される。また、再生塔１１０においても、例えば吸収液噴出部１１８を設けることで、吸収液１５０からの二酸化炭素の放出が十分に促進できる場合には、充填材１１７を設置せずに再生塔１１０を構成することも可能である。また、放出された二酸化炭素は、再生塔１１０の上端部に設けられた二酸化炭素排出口１１３から排出され、例えば、図示しない二酸化炭素回収手段によって回収される。さらに、再生塔１１０には、底部に溜まった吸収液１５０を、例えば、排ガス１０３の熱などを利用して加熱する加熱器１７１が設けられている。
【００３１】
上記したように、吸収塔１００、吸収液ライン１３０ａ、１３０ｂ、再生塔１１０、吸収液ライン１３１、吸収塔１００の順に吸収液１５０を還流させる還流経路が形成される。なお、送液ポンプ１６０、１６１、１６２は、制御部１４０からの信号に基づいて作動し、吸収液ライン１３０ａ、１３０ｂ、１３１に流れる吸収液１５０の流量などを調整している。
【００３２】
第１の実施の形態で用いられる吸収液１５０は、水１００ｇ当たりに１０〜２８ｇの炭酸ナトリウムを溶かして、重量濃度を９〜２２％に調整された炭酸ナトリウム水溶液である。炭酸ナトリウム水溶液の濃度をこの範囲に設定したのは、重量濃度が９％より低い場合には、二酸化炭素の吸収量が不十分になるためであり、重量濃度が２２％より高い場合には、二酸化炭素の吸収速度が十分に高くならないからである。
【００３３】
また、吸収塔１００および酸素除去装置１２０における吸収液１５０の温度は、４０〜６５℃に設定されている。また、再生塔１１０における吸収液１５０の温度は、６５〜９０℃に設定されている。
【００３４】
ここで、吸収塔１００および酸素除去装置１２０における吸収液１５０の温度を４０〜６５℃の範囲に設定したのは、炭酸ナトリウムを主な溶質とする吸収液１５０の温度が４０℃未満であると、吸収液１５０への二酸化炭素の吸収が遅く、６５℃を超えると、吸収液１５０に吸収された二酸化炭素が吸収塔１００内や酸素除去装置１２０内で放散し始めるからである。
【００３５】
また、再生塔１１０における吸収液１５０の温度を６５〜９０℃の範囲に設定したのは、炭酸ナトリウムを主な溶質とする吸収液１５０の温度が６５℃未満であると、二酸化炭素の放出が遅く、９０℃を超えると、吸収液１５０から多量の水分が消失するからである。
【００３６】
次に、二酸化炭素回収システム１０の作用について説明する。
【００３７】
火力発電所のボイラや都市ごみ焼却場などから排出された排ガス１０３は、ガスブロワ１０５によって吸収塔１００内に供給される。排ガス１０３が吸収塔１００内に供給されると、吸収液１５０は、吸収液ライン１３１を介して吸収塔１００の上部の吸収液噴出部１０６から噴出される。吸収塔１００内では、吸収液１５０と排ガス１０３とが気液接触し、吸収液１５０は、排ガス１０３に含まれる二酸化炭素および微量の酸素を吸収する。また、気液接触後の排ガスは、吸収塔１００の排気口１０８から大気中に放出される。
【００３８】
二酸化炭素および微量の酸素を吸収した吸収液１５０は、送液ポンプ１６０によって、吸収液ライン１３０ａを介して、酸素除去装置１２０のノズル１２１から酸素除去装置１２０内に噴出される。酸素除去装置１２０内は、絶対圧力２０〜８０ｋＰａの減圧状態になっており、吸収液１５０は、水蒸気、吸収した酸素および一部の二酸化炭素を放出する。酸素除去装置１２０の上部の酸素排出口１２３における温度は、３０〜４０℃であるため、水蒸気の大部分は、凝縮して水となり、酸素除去装置１２０内の下方に流れ落ちる。そのため、酸素排出口１２３からは、主に酸素および一部の二酸化炭素が排出される。また、水蒸気の大部分は、外部に放出されずに再び水となって酸素除去装置１２０の底部に溜まった吸収液１５０に混ざるので、吸収液１５０における溶質の濃度をほぼ一定に維持することができる。
【００３９】
酸素が除去された吸収液１５０は、送液ポンプ１６２によって、吸収液ライン１３０ｂを介して、再生塔１１０の吸収液導入口１１１から再生塔１１０内に導かれる。再生塔１１０の底部に貯留された吸収液１５０が加熱器１７１によって加熱され、その一部が水蒸気となって、再生塔１１０内に存在するため、再生塔１１０内の雰囲気温度が６５〜９０℃となる。また、再生塔１１０内は、絶対圧力２０〜８０ｋＰａの減圧状態になっている。この再生塔１１０内において、吸収液１５０は、吸収した二酸化炭素を放出する。ここで、加熱器１７１によって加熱され、発生した水蒸気は、再生塔１１０の下部から上部へ流れ、上部からの吸収液１５０と気液接触する。この接触により、吸収液１５０に吸収されていた二酸化炭素が水蒸気中に放出され、吸収液１５０が再生される。なお、水蒸気との接触により吸収液１５０から二酸化炭素が放出されるが、これ以外にも、再生塔１１０内が減圧されていることによっても、吸収液１５０からの二酸化炭素の放出を促進する。
【００４０】
ここで、吸収液ライン１３０ｂを介して、再生塔１１０の吸収液導入口１１１に導かれる吸収液１５０の温度は、４０〜６５℃の範囲であるが、例えば、吸収液噴出部１１８によって、吸収液１５０が再生塔１１０内に噴出されると短時間に、吸収液１５０は加熱され、６５〜９０℃の温度となる。なお、この吸収液１５０に熱を奪われた水蒸気は、凝縮し、水となって再び再生塔１１０の底部に流れ落ちる。このように、水蒸気の大部分は、外部に放出されずに再び水となって再生塔１１０の底部に溜まった吸収液１５０に混ざるので、吸収液１５０における溶質の濃度をほぼ一定に維持することができる。
【００４１】
再生塔１１０の底部に貯留された、再生された吸収液１５０は、送液ポンプ１６１によって、吸収液ライン１３１を介して、吸収塔１００の吸収液導入口１０２から吸収塔１００内に導かれ、上記した二酸化炭素の吸収工程を再び行う。なお、吸収液ライン１３１を流れる吸収液１５０の温度が高い場合には、吸収液ライン１３１に介在した冷却器１７０によって、吸収液１５０を冷却する。また、冷却器１７０における冷媒の流量などは、例えば、制御部１４０からの信号に基づいて調整される。
【００４２】
一方、再生塔１１０内に放出された二酸化炭素および一部の水蒸気は、再生塔１１０上端部の二酸化炭素排出口１１３から回収される。なお、二酸化炭素排出口１１３に、排出されるガスを冷却する熱交換器を設けて、排出される水蒸気を冷却して凝縮させ、水として再生塔１１０内に戻すようにしてもよい。
【００４３】
上記したように、第１の実施の形態の二酸化炭素回収システム１０では、酸素除去装置１２０によって、吸収液１５０に溶解した酸素を吸収液１５０から放出して除去することができるので、吸収液１５０の劣化や、吸収液１５０における二酸化炭素の吸収量の低下を抑制することができる。
【００４４】
（第２の実施の形態）
図２は、本発明の第２の実施の形態の二酸化炭素回収システム２０の概要を示したものである。
【００４５】
この二酸化炭素回収システム２０は、酸素除去装置１８０を除き、上述した第１の実施の形態の二酸化炭素回収システム１０の構成と同じである。また、二酸化炭素回収システム２０を構成する各装置における吸収液１５０の濃度や温度、各装置内の温度や圧力などの各運転条件も、上述した第１の実施の形態の二酸化炭素回収システム１０の運転条件と同じである。そこで、第１の実施の形態の二酸化炭素回収システム１０の構成と同一部分には同一符号を付して、重複する説明を簡略または省略し、構成の異なる酸素除去装置１８０について主に説明する。
【００４６】
第２の実施の形態の二酸化炭素回収システム２０で用いられる酸素除去装置１８０内は、絶対圧力５０〜１５０ｋＰａの範囲で設定され、減圧状態に設定する場合には、例えば、第１の実施の形態の酸素除去装置１２０と同様に、フラッシングタンクなどの減圧タンクで構成される。
【００４７】
酸素除去装置１８０の上端部には、吸収液ライン１３０ａの他端と接続された、吸収液導入口でもある流引混合噴出装置１８１が配置されている。また、この流引混合噴出装置１８１の吸気孔１８１ａは、酸素除去装置１８０の上部に設けられた還元性ガスを酸素除去装置１８０から導出する還元性ガス導出口１８２と還元性ガス導出ライン１８３を介して接続されている。また、酸素除去装置１８０の上部には、酸素除去装置１８０内に還元性ガスを導入するための還元性ガス導入口１８４が設けられている。さらに、酸素除去装置１８０の底部には、酸素が除去された吸収液１５０を排出するための吸収液排出口１８５が設けられ、この吸収液排出口１８５は、吸収液ライン１３０ｂの一端と接続されている。
【００４８】
ここで、流引混合噴出装置１８１は、吸収液ライン１３０ａからの吸収液１５０の流れを利用して還元性ガス導出ライン１８３を介して吸気孔１８１ａから流引した酸素除去装置１８０内の還元性ガスと、吸収液１５０とを混合して酸素除去装置１８０内に噴出するものである。具体的には、流引混合噴出装置１８１は、アスピレータ（水流ポンプ）などで構成される。
【００４９】
また、酸素除去装置１８０内に充填される還元性ガスとして、例えば二酸化硫黄、一酸化炭素などが挙げられる。これらの還元性ガスを利用するのは、これらの還元性ガスと酸素とが反応すると、安定な物質である、硫酸ナトリウム、二酸化炭素などが得られるからである。
【００５０】
次に、酸素除去装置１８０における作用について説明する。
【００５１】
まず、二酸化炭素回収システム２０の運転開始前に、還元性ガス導入口１８４から酸素除去装置１８０内に還元性ガスを導入する。
【００５２】
運転を開始すると、送液ポンプ１６０によって、二酸化炭素および微量の酸素を吸収した吸収液１５０が吸収塔１００から酸素除去装置１８０の流引混合噴出装置１８１に導かれる。吸収液１５０が流引混合噴出装置１８１を通過することにより、酸素除去装置１８０内の還元性ガスが還元性ガス導出ライン１８３を介して吸気孔１８１ａから流引される。そして、流引混合噴出装置１８１において、吸収液１５０を、その吸収液１５０の流れを利用して流引される酸素除去装置１８０内の還元性ガスと混合して酸素除去装置１８０内に噴出する。噴出された、還元性ガスと混合された吸収液１５０は、酸素除去装置１８０内に充填された還元性ガスとさらに気液接触する。そして、吸収液１５０と還元性ガスとが交わることにより、吸収液１５０に溶解している酸素と還元性ガスが反応して安定な物質、例えば、硫酸ナトリウム、二酸化炭素などになる。この反応によって、吸収液１５０から酸素が除去される。
【００５３】
続いて、酸素が除去された吸収液１５０は、送液ポンプ１６２によって、吸収液ライン１３０ｂを介して、再生塔１１０の吸収液導入口１１１から再生塔１１０内に導かれる。
【００５４】
上記したように、第２の実施の形態の二酸化炭素回収システム２０では、酸素除去装置１８０によって、吸収液１５０に溶解した酸素を吸収液１５０から除去することができるので、吸収液１５０の劣化や、吸収液１５０における二酸化炭素の吸収量の低下を抑制することができる。さらに、酸素除去装置１８０において、吸収液１５０に溶解している酸素を還元性ガスと反応させることで、安定な物質とすることができる。
【００５５】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態の二酸化炭素回収システムでは、上述した第１の実施の形態の二酸化炭素回収システム１０を用い、吸収液１５０として炭酸カリウム水溶液を用いた場合について説明する。したがって、第３の実施の形態の二酸化炭素回収システムの基本構成や動作は、第１の実施の形態の二酸化炭素回収システム１０と同じであるので、図１を参照して第３の実施の形態の二酸化炭素回収システムを説明し、第１の実施の形態の二酸化炭素回収システム１０における説明と重複する説明は省略する。
【００５６】
第３の実施の形態の二酸化炭素回収システムで用いられる吸収液１５０は、水１００ｇ当たりに１０〜４３ｇの炭酸カリウムを溶かして、重量濃度を９〜３０％に調整された炭酸カリウム水溶液である。吸収塔１００および酸素除去装置１２０における吸収液１５０の温度は、４０〜６５℃程度に設定されている。また、再生塔１１０における吸収液１５０の温度は、６５〜９０℃程度に設定されている。
【００５７】
ここで、吸収塔１００および酸素除去装置１２０における吸収液１５０の温度を４０〜６５℃に設定したのは、炭酸カリウムを主な溶質とする吸収液１５０の温度が４０℃を下回ると、吸収液１５０への二酸化炭素の吸収が遅くなり、６５℃を上回ると吸収液１５０に吸収された二酸化炭素が吸収塔１００内や酸素除去装置１８０内で放散し始めるからである。また、再生塔１１０における吸収液１５０の温度を６５〜９０℃に設定したのは、炭酸カリウムを主な溶質とする吸収液１５０の温度が６５℃を下回ると、二酸化炭素の放出が遅くなり、９０℃を上回ると、吸収液１５０から水蒸気が多量に発生するからである。
【００５８】
上記した第３の実施の形態の二酸化炭素回収システムでは、第１の実施の形態の二酸化炭素回収システムと同様に、酸素除去装置１２０によって、吸収液１５０に溶解した酸素を吸収液１５０から放出して除去することができるので、吸収液１５０の劣化や、吸収液１５０における二酸化炭素の吸収量の低下を抑制することができる。
【００５９】
なお、上記した第１、第２および第３の実施の形態の二酸化炭素回収システムでは、主に、ボイラを備える火力発電所や都市ごみ焼却場などに、本発明の二酸化炭素回収システムを採用する一例を示したが、本発明の二酸化炭素回収システムの用途は、これらに限られるものではない。例えば、前述したように、例えば、天然ガス採掘場に採用することもできるし、さらに、船舶動力システムに採用することもできる。
【００６０】
また、本発明の二酸化炭素回収システムでは、例えば、火力発電所や都市ごみ焼却場などから排出される大量の二酸化炭素を安定して回収することができるので、地球温暖化防止に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１の実施の形態の二酸化炭素回収システムを示す概要図。
【図２】本発明の第２の実施の形態の二酸化炭素回収システムを示す概要図。
【図３】従来の二酸化炭素回収システムを示す概要図。
【符号の説明】
【００６２】
１０…二酸化炭素回収システム、１００…吸収塔、１０３…排ガス、１０５…ガスブロワ、１０７，１１７…充填材、１１０…再生塔、１２０…酸素除去装置、１２１…ノズル、１３０ａ，１３０ｂ，１３１…吸収液ライン、１４０…制御部、１５０…吸収液、１６０，１６１，１６２…送液ポンプ、１７０…冷却器、１７１…加熱器。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火力発電所のボイラ、ごみ焼却炉などの排ガスに含まれている二酸化炭素などを回収する二酸化炭素回収システムおよび二酸化炭素回収方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、化石燃料の燃焼生成物である二酸化炭素の温室効果による地球温暖化の問題が大きくなっている。気候変動に関する国際連合枠組条約の京都議定書において、我が国の温室効果ガス排出削減の目標は、１９９０年の比率マイナス６％を２００８〜２０１２年の間に達成することである。
【０００３】
このような背景の中、火力発電所、都市ごみ焼却場などから排出される二酸化炭素を、例えば、アルカリ物質であるアミン化合物の水溶液を吸収液として用いることにより、二酸化炭素を回収するシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
ここで、図３は、吸収液としてアミン水溶液を用い、二酸化炭素を回収する従来の二酸化炭素回収システム２００の概要を示している。
【０００５】
図３に示された従来の二酸化炭素回収システム２００では、化石燃料を燃焼して排出された排ガス２０１は、ガスブロワ２０２によって吸収塔２０３に導かれる。吸収塔２０３の上部には、温度が５０℃程度の吸収液２０４が供給され、この供給された吸収液２０４は、導入された排ガス２０１と接触して、排ガス２０１中の二酸化炭素を吸収する。一方、吸収液２０４に二酸化炭素を吸収された残りの排ガス２０１は、吸収塔２０３の上部から大気へ放出される。
【０００６】
二酸化炭素を吸収した吸収液２０４は、吸収塔２０３の下部から抜出しポンプ２０５によって熱交換器２０６に導かれ、さらに再生塔２０７に導かれる。
【０００７】
再生塔２０７に導かれた吸収液２０４は、加熱器２０８のスチーム２０９によって１２０℃程度の温度に加熱されて、撹乱される。そして、二酸化炭素が吸収液２０４から放散され、再び二酸化炭素を吸収できる吸収液２０４に再生される。再生された吸収液２０４は、循環ポンプ２１０により、熱交換器２０６およびクーラ２１１を介して吸収塔２０３の上部へ戻される。一方、吸収液２０４から放散された二酸化炭素は、クーラ２１２を介して分離器２１３に導かれ、分離器２１３よって水分が取り除かれた後に回収される。
【０００８】
このように構成された従来の二酸化炭素回収システム２００では、吸収塔２０３において排ガス２０１に含まれている酸素の一部が吸収液２０４に吸収される。
【特許文献１】特開２００２−１２６４３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した従来の二酸化炭素回収システムでは、吸収塔において排ガスに含まれている酸素の一部が吸収液に吸収されるため、吸収された酸素が吸収液を劣化させて二酸化炭素の吸収を阻害するという問題があった。
【００１０】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、吸収液に溶解している酸素を除去し、二酸化炭素を安定して回収することができる二酸化炭素回収システムおよび二酸化炭素回収方法を提供すること目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の二酸化炭素回収システムは、ガス導入口、吸収用吸収液導入口、残りガス排出口および吸収液排出口を備え、前記ガス導入口から導入されたガスと前記吸収用吸収液導入口から導入された吸収液とを気液接触させて前記吸収液に前記ガス中の二酸化炭素を吸収させる吸収装置と、再生用吸収液導入口、再生吸収液排出口および二酸化炭素取出口を備え、前記二酸化炭素を吸収した吸収液から二酸化炭素を放出させて前記吸収液を再生する再生装置と、前記吸収装置の吸収液排出口から排出される吸収液を前記再生装置の再生用吸収液導入口に導く第１の吸収液ラインと、前記第１の吸収液ラインに介在し、吸収液に溶解している酸素を除去する酸素除去装置と、前記再生装置の再生吸収液排出口から排出される吸収液を前記吸収装置の吸収用吸収液導入口に導く第２の吸収液ラインとを具備することを特徴とする。
【００１２】
この二酸化炭素回収システムによれば、吸収装置にガスと吸収液を導いて互いを気液接触させ、ガス中に含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させ、二酸化炭素を吸収した吸収液を再生装置に導いて吸収液から二酸化炭素を放出させ、吸収液を再生することができる。さらに、第１の吸収液ラインに酸素除去装置を介在させ、吸収装置でガス中の酸素を溶解した吸収液から酸素を除去することができる。
【００１３】
本発明の二酸化炭素回収方法は、ガスと吸収液とを吸収装置に導き、前記ガスと前記吸収液とを気液接触させて前記吸収液に前記ガス中の二酸化炭素を吸収させる吸収工程と、前記二酸化炭素を吸収した吸収液を減圧された酸素除去装置内に噴出して微粒化し、前記吸収液に溶解した酸素を前記吸収液から放出させて除去する酸素放出除去工程と、前記酸素が除去された吸収液を再生装置に導き、前記吸収液から前記二酸化炭素を放出させて前記吸収液を再生する再生工程とを具備することを特徴とする。
【００１４】
この二酸化炭素回収方法によれば、吸収工程において、吸収装置にガスと吸収液を導いて互いを気液接触させ、ガス中に含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させ、再生工程において、吸収液から二酸化炭素を放出させて回収すると共に、吸収液を再生させることができる。さらに、酸素放出除去工程において、二酸化炭素を吸収した吸収液を減圧された酸素除去装置内に噴出して微粒化することで、吸収液から酸素を放出させて除去することができる。
【００１５】
また、本発明の二酸化炭素回収方法は、ガスと吸収液とを吸収装置に導き、前記ガスと前記吸収液とを気液接触させて前記吸収液に前記ガス中の二酸化炭素を吸収させる吸収工程と、前記二酸化炭素を吸収した吸収液を、前記吸収液の流れを利用して流引される前記酸素除去装置内の還元性ガスと混合して酸素除去装置内に噴出し、前記還元性ガスと混合された吸収液と前記酸素除去装置内に充填された還元性ガスとを気液接触させて、前記吸収液に溶解している酸素を前記吸収液から除去する酸素除去工程と、前記酸素が除去された吸収液を再生装置に導き、前記吸収液から前記二酸化炭素を放出させて前記吸収液を再生する再生工程とを具備することを特徴とする。
【００１６】
この二酸化炭素回収方法によれば、吸収工程において、吸収装置にガスと吸収液を導いて互いを気液接触させ、ガス中に含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させ、再生工程において、吸収液から二酸化炭素を放出させて回収すると共に、吸収液を再生させることができる。さらに、酸素放出除去工程において、二酸化炭素を吸収した吸収液を、その吸収液の流れを利用して流引される酸素除去装置内の還元性ガスと混合して酸素除去装置内に噴出し、還元性ガスと混合された吸収液と酸素除去装置内に充填された還元性ガスとを気液接触させることで、還元性ガスが酸素を奪い、吸収液から酸素を除去することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の二酸化炭素回収システムおよび二酸化炭素回収方法によれば、吸収液に溶解している酸素を除去し、二酸化炭素を安定して回収することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１９】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態の二酸化炭素回収システム１０の概要を示したものである。
【００２０】
この二酸化炭素回収システム１０は、導入された排ガス１０３と吸収液１５０を気液接触させる吸収塔１００と、二酸化炭素を吸収した吸収液１５０から二酸化炭素を放出させて吸収液１５０を再生する再生塔１１０と、導入された排ガス１０３に含まれる二酸化炭素を吸収するとともに酸素を吸収した吸収液１５０から酸素を放出させて除去する酸素除去装置１２０と、この酸素除去装置１２０を介在し、吸収塔１００の吸収液排出口１０１から排出される吸収液１５０を再生塔１１０の吸収液導入口１１１に導く吸収液ライン１３０ａ、１３０ｂと、再生塔１１０の吸収液排出口１１２から排出される吸収液１５０を吸収塔１００の吸収液導入口１０２に導く吸収液ライン１３１と、各ポンプ、各機器などを制御する制御部１４０とから主に構成されている。なお、図１において、制御部１４０は、後述する各ポンプ、各構成機器などと電気的に接続されているが、図の明記のため接続線の記載は省略する。
【００２１】
まず、吸収塔１００と再生塔１１０とに吸収液１５０を還流させる還流経路について説明する。
【００２２】
吸収塔１００の下部には、火力発電所のボイラや都市ごみ焼却場などから排出された二酸化炭素を含む排ガス１０３を吸収塔１００内に導くための排ガス導入口１０４が設けられている。なお、排ガス導入口１０４に導入されるガスは、火力発電所のボイラや都市ごみ焼却場などから排出された排ガス１０３に限らず、例えば、天然ガス採掘場で採掘された二酸化炭素を含む天然ガスでもよい。
【００２３】
また、この排ガス導入口１０４には、排ガス１０３を吸収塔１００内に送気するためのガスブロワ１０５が連結されている。吸収塔１００の上部には、再生塔１１０の吸収液排出口１１２から排出される吸収液１５０を導入する吸収液導入口１０２が設けられている。この吸収液導入口１０２には、吸収液１５０を噴出する吸収液噴出部１０６が設けられている。さらに、吸収塔１００の内部には、この吸収液噴出部１０６から噴出された吸収液１５０と吸収塔１００に導入された排ガス１０３とを主として気液接触させる充填材１０７が設置されている。また、吸収塔１００の上端部には、残りガス排出口として機能し、充填材１０７を通過することで、二酸化炭素が吸収された排ガス１０３を大気中に排気するための排気口１０８が設けられている。ここで、吸収液噴出部１０６から噴出される吸収液１５０は、微粒化されて均一に噴出されることが好ましい。
【００２４】
充填材１０７は、例えば、多孔構造、ハニカム構造などを有するもので構成され、充填材１０７を通過する吸収液１５０を撹乱する作用を有するものであればよい。また、充填材１０７は、吸収塔１００内に多段に設置されてもよい。この充填材１０７を多段に設置した場合、例えば、各段に対応して吸収液１５０を噴出する吸収液噴出部１０６を設けてもよい。なお、吸収塔１００内において、排ガス１０３と吸収液１５０との気液接触を効率よく行えるならば、充填材１０７を設置せずに吸収塔１００を構成することも可能である。
【００２５】
さらに、吸収塔１００の底部には、二酸化炭素を吸収した吸収液１５０を排出するための吸収液排出口１０１が設けられている。この吸収液排出口１０１は、送液ポンプ１６０が備えられた吸収液ライン１３０ａの一端と接続されている。吸収液ライン１３０ａの他端は、酸素除去装置１２０の上端部の吸収液導入口でもあるノズル１２１に接続されている。
【００２６】
酸素除去装置１２０は、減圧タンクで構成され、具体的にはフラッシングタンクなどで構成される。また、ノズル１２１は、吸収液ライン１３０ａによって導かれた吸収液１５０を酸素除去装置１２０内に噴出するものである。吸収液１５０は、例えば、ノズル１２１から酸素除去装置１２０内に微粒化されて噴出されることが好ましい。
【００２７】
酸素除去装置１２０の底部には、酸素が除去された吸収液１５０を排出するための吸収液排出口１２２が設けられている。この吸収液排出口１２２は、送液ポンプ１６２が備えられた吸収液ライン１３０ｂの一端と接続されている。吸収液ライン１３０ｂの他端は、再生塔１１０の吸収液導入口１１１に接続されている。また、酸素除去装置１２０の上部には、吸収液１５０から放出された酸素を排出するための酸素排出口１２３が設けられている。
【００２８】
再生塔１１０の上部には、酸素が除去された吸収液１５０を導入する吸収液導入口１１１が設けられている。ここで、例えば、再生塔１１０の上部に、吸収液導入口１１１に連通させて、吸収液１５０を微粒化して再生塔１１０に噴出する吸収液噴出部１１８を設けてもよい。
【００２９】
再生塔１１０の底部には、二酸化炭素を放出して再生された吸収液１５０を排出するための吸収液排出口１１２が設けられている。この吸収液排出口１１２は、送液ポンプ１６１および冷却器１７０が備えられた吸収液ライン１３１の一端と接続されている。吸収液ライン１３１の他端は、吸収塔１００の吸収液導入口１０２に接続されている。冷却器１７０は、吸収液ライン１３１を還流する吸収液１５０を冷却する熱交換器などで構成される。この冷却器１７０において、吸収液１５０から熱を回収する冷却媒体として、例えば海水などを用いてもよい。
【００３０】
また、再生塔１１０には、例えば吸収塔１００と同様に、充填材１１７が設置される。この充填材１１７は、吸収塔１００における充填材１０７と同様のものが使用される。また、再生塔１１０においても、例えば吸収液噴出部１１８を設けることで、吸収液１５０からの二酸化炭素の放出が十分に促進できる場合には、充填材１１７を設置せずに再生塔１１０を構成することも可能である。また、放出された二酸化炭素は、再生塔１１０の上端部に設けられた二酸化炭素排出口１１３から排出され、例えば、図示しない二酸化炭素回収手段によって回収される。さらに、再生塔１１０には、底部に溜まった吸収液１５０を、例えば、排ガス１０３の熱などを利用して加熱する加熱器１７１が設けられている。
【００３１】
上記したように、吸収塔１００、吸収液ライン１３０ａ、１３０ｂ、再生塔１１０、吸収液ライン１３１、吸収塔１００の順に吸収液１５０を還流させる還流経路が形成される。なお、送液ポンプ１６０、１６１、１６２は、制御部１４０からの信号に基づいて作動し、吸収液ライン１３０ａ、１３０ｂ、１３１に流れる吸収液１５０の流量などを調整している。
【００３２】
第１の実施の形態で用いられる吸収液１５０は、水１００ｇ当たりに１０〜２８ｇの炭酸ナトリウムを溶かして、重量濃度を９〜２２％に調整された炭酸ナトリウム水溶液である。炭酸ナトリウム水溶液の濃度をこの範囲に設定したのは、重量濃度が９％より低い場合には、二酸化炭素の吸収量が不十分になるためであり、重量濃度が２２％より高い場合には、二酸化炭素の吸収速度が十分に高くならないからである。
【００３３】
また、吸収塔１００および酸素除去装置１２０における吸収液１５０の温度は、４０〜６５℃に設定されている。また、再生塔１１０における吸収液１５０の温度は、６５〜９０℃に設定されている。
【００３４】
ここで、吸収塔１００および酸素除去装置１２０における吸収液１５０の温度を４０〜６５℃の範囲に設定したのは、炭酸ナトリウムを主な溶質とする吸収液１５０の温度が４０℃未満であると、吸収液１５０への二酸化炭素の吸収が遅く、６５℃を超えると、吸収液１５０に吸収された二酸化炭素が吸収塔１００内や酸素除去装置１２０内で放散し始めるからである。
【００３５】
また、再生塔１１０における吸収液１５０の温度を６５〜９０℃の範囲に設定したのは、炭酸ナトリウムを主な溶質とする吸収液１５０の温度が６５℃未満であると、二酸化炭素の放出が遅く、９０℃を超えると、吸収液１５０から多量の水分が消失するからである。
【００３６】
次に、二酸化炭素回収システム１０の作用について説明する。
【００３７】
火力発電所のボイラや都市ごみ焼却場などから排出された排ガス１０３は、ガスブロワ１０５によって吸収塔１００内に供給される。排ガス１０３が吸収塔１００内に供給されると、吸収液１５０は、吸収液ライン１３１を介して吸収塔１００の上部の吸収液噴出部１０６から噴出される。吸収塔１００内では、吸収液１５０と排ガス１０３とが気液接触し、吸収液１５０は、排ガス１０３に含まれる二酸化炭素および微量の酸素を吸収する。また、気液接触後の排ガスは、吸収塔１００の排気口１０８から大気中に放出される。
【００３８】
二酸化炭素および微量の酸素を吸収した吸収液１５０は、送液ポンプ１６０によって、吸収液ライン１３０ａを介して、酸素除去装置１２０のノズル１２１から酸素除去装置１２０内に噴出される。酸素除去装置１２０内は、絶対圧力２０〜８０ｋＰａの減圧状態になっており、吸収液１５０は、水蒸気、吸収した酸素および一部の二酸化炭素を放出する。酸素除去装置１２０の上部の酸素排出口１２３における温度は、３０〜４０℃であるため、水蒸気の大部分は、凝縮して水となり、酸素除去装置１２０内の下方に流れ落ちる。そのため、酸素排出口１２３からは、主に酸素および一部の二酸化炭素が排出される。また、水蒸気の大部分は、外部に放出されずに再び水となって酸素除去装置１２０の底部に溜まった吸収液１５０に混ざるので、吸収液１５０における溶質の濃度をほぼ一定に維持することができる。
【００３９】
酸素が除去された吸収液１５０は、送液ポンプ１６２によって、吸収液ライン１３０ｂを介して、再生塔１１０の吸収液導入口１１１から再生塔１１０内に導かれる。再生塔１１０の底部に貯留された吸収液１５０が加熱器１７１によって加熱され、その一部が水蒸気となって、再生塔１１０内に存在するため、再生塔１１０内の雰囲気温度が６５〜９０℃となる。また、再生塔１１０内は、絶対圧力２０〜８０ｋＰａの減圧状態になっている。この再生塔１１０内において、吸収液１５０は、吸収した二酸化炭素を放出する。ここで、加熱器１７１によって加熱され、発生した水蒸気は、再生塔１１０の下部から上部へ流れ、上部からの吸収液１５０と気液接触する。この接触により、吸収液１５０に吸収されていた二酸化炭素が水蒸気中に放出され、吸収液１５０が再生される。なお、水蒸気との接触により吸収液１５０から二酸化炭素が放出されるが、これ以外にも、再生塔１１０内が減圧されていることによっても、吸収液１５０からの二酸化炭素の放出を促進する。
【００４０】
ここで、吸収液ライン１３０ｂを介して、再生塔１１０の吸収液導入口１１１に導かれる吸収液１５０の温度は、４０〜６５℃の範囲であるが、例えば、吸収液噴出部１１８によって、吸収液１５０が再生塔１１０内に噴出されると短時間に、吸収液１５０は加熱され、６５〜９０℃の温度となる。なお、この吸収液１５０に熱を奪われた水蒸気は、凝縮し、水となって再び再生塔１１０の底部に流れ落ちる。このように、水蒸気の大部分は、外部に放出されずに再び水となって再生塔１１０の底部に溜まった吸収液１５０に混ざるので、吸収液１５０における溶質の濃度をほぼ一定に維持することができる。
【００４１】
再生塔１１０の底部に貯留された、再生された吸収液１５０は、送液ポンプ１６１によって、吸収液ライン１３１を介して、吸収塔１００の吸収液導入口１０２から吸収塔１００内に導かれ、上記した二酸化炭素の吸収工程を再び行う。なお、吸収液ライン１３１を流れる吸収液１５０の温度が高い場合には、吸収液ライン１３１に介在した冷却器１７０によって、吸収液１５０を冷却する。また、冷却器１７０における冷媒の流量などは、例えば、制御部１４０からの信号に基づいて調整される。
【００４２】
一方、再生塔１１０内に放出された二酸化炭素および一部の水蒸気は、再生塔１１０上端部の二酸化炭素排出口１１３から回収される。なお、二酸化炭素排出口１１３に、排出されるガスを冷却する熱交換器を設けて、排出される水蒸気を冷却して凝縮させ、水として再生塔１１０内に戻すようにしてもよい。
【００４３】
上記したように、第１の実施の形態の二酸化炭素回収システム１０では、酸素除去装置１２０によって、吸収液１５０に溶解した酸素を吸収液１５０から放出して除去することができるので、吸収液１５０の劣化や、吸収液１５０における二酸化炭素の吸収量の低下を抑制することができる。
【００４４】
（第２の実施の形態）
図２は、本発明の第２の実施の形態の二酸化炭素回収システム２０の概要を示したものである。
【００４５】
この二酸化炭素回収システム２０は、酸素除去装置１８０を除き、上述した第１の実施の形態の二酸化炭素回収システム１０の構成と同じである。また、二酸化炭素回収システム２０を構成する各装置における吸収液１５０の濃度や温度、各装置内の温度や圧力などの各運転条件も、上述した第１の実施の形態の二酸化炭素回収システム１０の運転条件と同じである。そこで、第１の実施の形態の二酸化炭素回収システム１０の構成と同一部分には同一符号を付して、重複する説明を簡略または省略し、構成の異なる酸素除去装置１８０について主に説明する。
【００４６】
第２の実施の形態の二酸化炭素回収システム２０で用いられる酸素除去装置１８０内は、絶対圧力５０〜１５０ｋＰａの範囲で設定され、減圧状態に設定する場合には、例えば、第１の実施の形態の酸素除去装置１２０と同様に、フラッシングタンクなどの減圧タンクで構成される。
【００４７】
酸素除去装置１８０の上端部には、吸収液ライン１３０ａの他端と接続された、吸収液導入口でもある流引混合噴出装置１８１が配置されている。また、この流引混合噴出装置１８１の吸気孔１８１ａは、酸素除去装置１８０の上部に設けられた還元性ガスを酸素除去装置１８０から導出する還元性ガス導出口１８２と還元性ガス導出ライン１８３を介して接続されている。また、酸素除去装置１８０の上部には、酸素除去装置１８０内に還元性ガスを導入するための還元性ガス導入口１８４が設けられている。さらに、酸素除去装置１８０の底部には、酸素が除去された吸収液１５０を排出するための吸収液排出口１８５が設けられ、この吸収液排出口１８５は、吸収液ライン１３０ｂの一端と接続されている。
【００４８】
ここで、流引混合噴出装置１８１は、吸収液ライン１３０ａからの吸収液１５０の流れを利用して還元性ガス導出ライン１８３を介して吸気孔１８１ａから流引した酸素除去装置１８０内の還元性ガスと、吸収液１５０とを混合して酸素除去装置１８０内に噴出するものである。具体的には、流引混合噴出装置１８１は、アスピレータ（水流ポンプ）などで構成される。
【００４９】
また、酸素除去装置１８０内に充填される還元性ガスとして、例えば二酸化硫黄、一酸化炭素などが挙げられる。これらの還元性ガスを利用するのは、これらの還元性ガスと酸素とが反応すると、安定な物質である、硫酸ナトリウム、二酸化炭素などが得られるからである。
【００５０】
次に、酸素除去装置１８０における作用について説明する。
【００５１】
まず、二酸化炭素回収システム２０の運転開始前に、還元性ガス導入口１８４から酸素除去装置１８０内に還元性ガスを導入する。
【００５２】
運転を開始すると、送液ポンプ１６０によって、二酸化炭素および微量の酸素を吸収した吸収液１５０が吸収塔１００から酸素除去装置１８０の流引混合噴出装置１８１に導かれる。吸収液１５０が流引混合噴出装置１８１を通過することにより、酸素除去装置１８０内の還元性ガスが還元性ガス導出ライン１８３を介して吸気孔１８１ａから流引される。そして、流引混合噴出装置１８１において、吸収液１５０を、その吸収液１５０の流れを利用して流引される酸素除去装置１８０内の還元性ガスと混合して酸素除去装置１８０内に噴出する。噴出された、還元性ガスと混合された吸収液１５０は、酸素除去装置１８０内に充填された還元性ガスとさらに気液接触する。そして、吸収液１５０と還元性ガスとが交わることにより、吸収液１５０に溶解している酸素と還元性ガスが反応して安定な物質、例えば、硫酸ナトリウム、二酸化炭素などになる。この反応によって、吸収液１５０から酸素が除去される。
【００５３】
続いて、酸素が除去された吸収液１５０は、送液ポンプ１６２によって、吸収液ライン１３０ｂを介して、再生塔１１０の吸収液導入口１１１から再生塔１１０内に導かれる。
【００５４】
上記したように、第２の実施の形態の二酸化炭素回収システム２０では、酸素除去装置１８０によって、吸収液１５０に溶解した酸素を吸収液１５０から除去することができるので、吸収液１５０の劣化や、吸収液１５０における二酸化炭素の吸収量の低下を抑制することができる。さらに、酸素除去装置１８０において、吸収液１５０に溶解している酸素を還元性ガスと反応させることで、安定な物質とすることができる。
【００５５】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態の二酸化炭素回収システムでは、上述した第１の実施の形態の二酸化炭素回収システム１０を用い、吸収液１５０として炭酸カリウム水溶液を用いた場合について説明する。したがって、第３の実施の形態の二酸化炭素回収システムの基本構成や動作は、第１の実施の形態の二酸化炭素回収システム１０と同じであるので、図１を参照して第３の実施の形態の二酸化炭素回収システムを説明し、第１の実施の形態の二酸化炭素回収システム１０における説明と重複する説明は省略する。
【００５６】
第３の実施の形態の二酸化炭素回収システムで用いられる吸収液１５０は、水１００ｇ当たりに１０〜４３ｇの炭酸カリウムを溶かして、重量濃度を９〜３０％に調整された炭酸カリウム水溶液である。吸収塔１００および酸素除去装置１２０における吸収液１５０の温度は、４０〜６５℃程度に設定されている。また、再生塔１１０における吸収液１５０の温度は、６５〜９０℃程度に設定されている。
【００５７】
ここで、吸収塔１００および酸素除去装置１２０における吸収液１５０の温度を４０〜６５℃に設定したのは、炭酸カリウムを主な溶質とする吸収液１５０の温度が４０℃を下回ると、吸収液１５０への二酸化炭素の吸収が遅くなり、６５℃を上回ると吸収液１５０に吸収された二酸化炭素が吸収塔１００内や酸素除去装置１８０内で放散し始めるからである。また、再生塔１１０における吸収液１５０の温度を６５〜９０℃に設定したのは、炭酸カリウムを主な溶質とする吸収液１５０の温度が６５℃を下回ると、二酸化炭素の放出が遅くなり、９０℃を上回ると、吸収液１５０から水蒸気が多量に発生するからである。
【００５８】
上記した第３の実施の形態の二酸化炭素回収システムでは、第１の実施の形態の二酸化炭素回収システムと同様に、酸素除去装置１２０によって、吸収液１５０に溶解した酸素を吸収液１５０から放出して除去することができるので、吸収液１５０の劣化や、吸収液１５０における二酸化炭素の吸収量の低下を抑制することができる。
【００５９】
なお、上記した第１、第２および第３の実施の形態の二酸化炭素回収システムでは、主に、ボイラを備える火力発電所や都市ごみ焼却場などに、本発明の二酸化炭素回収システムを採用する一例を示したが、本発明の二酸化炭素回収システムの用途は、これらに限られるものではない。例えば、前述したように、例えば、天然ガス採掘場に採用することもできるし、さらに、船舶動力システムに採用することもできる。
【００６０】
また、本発明の二酸化炭素回収システムでは、例えば、火力発電所や都市ごみ焼却場などから排出される大量の二酸化炭素を安定して回収することができるので、地球温暖化防止に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１の実施の形態の二酸化炭素回収システムを示す概要図。
【図２】本発明の第２の実施の形態の二酸化炭素回収システムを示す概要図。
【図３】従来の二酸化炭素回収システムを示す概要図。
【符号の説明】
【００６２】
１０…二酸化炭素回収システム、１００…吸収塔、１０３…排ガス、１０５…ガスブロワ、１０７，１１７…充填材、１１０…再生塔、１２０…酸素除去装置、１２１…ノズル、１３０ａ，１３０ｂ，１３１…吸収液ライン、１４０…制御部、１５０…吸収液、１６０，１６１，１６２…送液ポンプ、１７０…冷却器、１７１…加熱器。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス導入口、吸収用吸収液導入口、残りガス排出口および吸収液排出口を備え、前記ガス導入口から導入されたガスと前記吸収用吸収液導入口から導入された吸収液とを気液接触させて前記吸収液に前記ガス中の二酸化炭素を吸収させる吸収装置と、
再生用吸収液導入口、再生吸収液排出口および二酸化炭素取出口を備え、前記二酸化炭素を吸収した吸収液から二酸化炭素を放出させて前記吸収液を再生する再生装置と、
前記吸収装置の吸収液排出口から排出される吸収液を前記再生装置の再生用吸収液導入口に導く第１の吸収液ラインと、
前記第１の吸収液ラインに介在し、吸収液に溶解している酸素を除去する酸素除去装置と、
前記再生装置の再生吸収液排出口から排出される吸収液を前記吸収装置の吸収用吸収液導入口に導く第２の吸収液ラインと
を具備することを特徴とする二酸化炭素回収システム。
【請求項２】
前記酸素除去装置が、前記吸収装置からの吸収液を導入する吸収液導入口、溶解している酸素が除去された吸収液を排出する酸素除去吸収液排出口、および吸収液から放出された酸素を外部に排出する酸素排出口を備える減圧タンクで構成されていることを特徴とする請求項１記載の二酸化炭素回収システム。
【請求項３】
前記吸収液導入口が、前記吸収装置からの吸収液を微粒化して前記酸素除去装置内に噴出する微粒化ノズルで構成されていることを特徴とする請求項２記載の二酸化炭素回収システム。
【請求項４】
前記酸素除去装置が、前記吸収装置からの吸収液を導入する吸収液導入口、前記酸素除去装置内に還元性ガスを供給する還元性ガス供給口、前記酸素除去装置内の還元性ガスを導出する還元性ガス導出口、および前記還元性ガス導出口と前記吸収液導入口とを連通させる還元性ガス導出ラインを備える減圧タンクで構成されていることを特徴とする請求項１記載の二酸化炭素回収システム。
【請求項５】
前記吸収液導入口が、前記吸収装置からの吸収液の流れを利用して前記還元性ガス導入ラインを介して前記酸素除去装置内の還元性ガスを流引し、前記吸収液に前記流引した還元性ガスを混合して前記吸収装置内に噴出する流引混合噴出装置で構成されていることを特徴とする請求項４記載の二酸化炭素回収システム。
【請求項６】
前記吸収液の主な溶質が、炭酸ナトリウムまたは炭酸カリウムであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の二酸化炭素回収システム。
【請求項７】
前記ガスが、ボイラ、焼却炉からの排ガス、または採掘された二酸化炭素を含有する天然ガスであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の二酸化炭素回収システム。
【請求項８】
ガスと吸収液とを吸収装置に導き、前記ガスと前記吸収液とを気液接触させて前記吸収液に前記ガス中の二酸化炭素を吸収させる吸収工程と、
前記二酸化炭素を吸収した吸収液を減圧された酸素除去装置内に噴出して微粒化し、前記吸収液に溶解した酸素を前記吸収液から放出させて除去する酸素放出除去工程と、
前記酸素が除去された吸収液を再生装置に導き、前記吸収液から前記二酸化炭素を放出させて前記吸収液を再生する再生工程と
を具備することを特徴とする二酸化炭素回収方法。
【請求項９】
ガスと吸収液とを吸収装置に導き、前記ガスと前記吸収液とを気液接触させて前記吸収液に前記ガス中の二酸化炭素を吸収させる吸収工程と、
前記二酸化炭素を吸収した吸収液を、前記吸収液の流れを利用して流引される前記酸素除去装置内の還元性ガスと混合して酸素除去装置内に噴出し、前記還元性ガスと混合された吸収液と前記酸素除去装置内に充填された還元性ガスとを気液接触させて、前記吸収液に溶解している酸素を前記吸収液から除去する酸素除去工程と、
前記酸素が除去された吸収液を再生装置に導き、前記吸収液から前記二酸化炭素を放出させて前記吸収液を再生する再生工程と
を具備することを特徴とする二酸化炭素回収方法。
【請求項１】
ガス導入口、吸収用吸収液導入口、残りガス排出口および吸収液排出口を備え、前記ガス導入口から導入されたガスと前記吸収用吸収液導入口から導入された吸収液とを気液接触させて前記吸収液に前記ガス中の二酸化炭素を吸収させる吸収装置と、
再生用吸収液導入口、再生吸収液排出口および二酸化炭素取出口を備え、前記二酸化炭素を吸収した吸収液から二酸化炭素を放出させて前記吸収液を再生する再生装置と、
前記吸収装置の吸収液排出口から排出される吸収液を前記再生装置の再生用吸収液導入口に導く第１の吸収液ラインと、
前記第１の吸収液ラインに介在し、吸収液に溶解している酸素を除去する酸素除去装置と、
前記再生装置の再生吸収液排出口から排出される吸収液を前記吸収装置の吸収用吸収液導入口に導く第２の吸収液ラインと
を具備することを特徴とする二酸化炭素回収システム。
【請求項２】
前記酸素除去装置が、前記吸収装置からの吸収液を導入する吸収液導入口、溶解している酸素が除去された吸収液を排出する酸素除去吸収液排出口、および吸収液から放出された酸素を外部に排出する酸素排出口を備える減圧タンクで構成されていることを特徴とする請求項１記載の二酸化炭素回収システム。
【請求項３】
前記吸収液導入口が、前記吸収装置からの吸収液を微粒化して前記酸素除去装置内に噴出する微粒化ノズルで構成されていることを特徴とする請求項２記載の二酸化炭素回収システム。
【請求項４】
前記酸素除去装置が、前記吸収装置からの吸収液を導入する吸収液導入口、前記酸素除去装置内に還元性ガスを供給する還元性ガス供給口、前記酸素除去装置内の還元性ガスを導出する還元性ガス導出口、および前記還元性ガス導出口と前記吸収液導入口とを連通させる還元性ガス導出ラインを備える減圧タンクで構成されていることを特徴とする請求項１記載の二酸化炭素回収システム。
【請求項５】
前記吸収液導入口が、前記吸収装置からの吸収液の流れを利用して前記還元性ガス導入ラインを介して前記酸素除去装置内の還元性ガスを流引し、前記吸収液に前記流引した還元性ガスを混合して前記吸収装置内に噴出する流引混合噴出装置で構成されていることを特徴とする請求項４記載の二酸化炭素回収システム。
【請求項６】
前記吸収液の主な溶質が、炭酸ナトリウムまたは炭酸カリウムであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の二酸化炭素回収システム。
【請求項７】
前記ガスが、ボイラ、焼却炉からの排ガス、または採掘された二酸化炭素を含有する天然ガスであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の二酸化炭素回収システム。
【請求項８】
ガスと吸収液とを吸収装置に導き、前記ガスと前記吸収液とを気液接触させて前記吸収液に前記ガス中の二酸化炭素を吸収させる吸収工程と、
前記二酸化炭素を吸収した吸収液を減圧された酸素除去装置内に噴出して微粒化し、前記吸収液に溶解した酸素を前記吸収液から放出させて除去する酸素放出除去工程と、
前記酸素が除去された吸収液を再生装置に導き、前記吸収液から前記二酸化炭素を放出させて前記吸収液を再生する再生工程と
を具備することを特徴とする二酸化炭素回収方法。
【請求項９】
ガスと吸収液とを吸収装置に導き、前記ガスと前記吸収液とを気液接触させて前記吸収液に前記ガス中の二酸化炭素を吸収させる吸収工程と、
前記二酸化炭素を吸収した吸収液を、前記吸収液の流れを利用して流引される前記酸素除去装置内の還元性ガスと混合して酸素除去装置内に噴出し、前記還元性ガスと混合された吸収液と前記酸素除去装置内に充填された還元性ガスとを気液接触させて、前記吸収液に溶解している酸素を前記吸収液から除去する酸素除去工程と、
前記酸素が除去された吸収液を再生装置に導き、前記吸収液から前記二酸化炭素を放出させて前記吸収液を再生する再生工程と
を具備することを特徴とする二酸化炭素回収方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００７−１３７７２５（Ｐ２００７−１３７７２５Ａ）
【公開日】平成１９年６月７日（２００７．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３３４６７９（Ｐ２００５−３３４６７９）
【出願日】平成１７年１１月１８日（２００５．１１．１８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月７日（２００７．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月１８日（２００５．１１．１８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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