ＣＯ２回収装置
【課題】効率よくＣＯ2を回収すると共に、ＣＯ2吸収液の消費量を低減し、運転コストの削減を図ったＣＯ2回収装置を提供する。
【解決手段】本実施形態に係るＣＯ2回収装置１０は、ＣＯ2を含む排ガス１４Ａを水１５と接触させて排ガス１４Ａを冷却する冷却部１１を含む冷却塔１６と、排ガス１４ＢとＣＯ2吸収液（リーン溶液）１７とを接触させて排ガス１４ＢからＣＯ2を除去するＣＯ2吸収部１２と、リッチ溶液１８からＣＯ2を放出させてＣＯ2吸収液１７を再生する吸収液再生部１３を含む再生塔２１とを有する。ＣＯ2吸収部１２は、並流式ＣＯ2吸収塔２２内に設けられ、排ガス１４ＢをＣＯ2吸収液１７と並流状態で接触させて排ガス１４ＢからＣＯ2を除去する並流式ＣＯ2吸収部１９と、ＣＯ2吸収塔２３内に設けられ、排ガス１４ＣをＣＯ2吸収液１７と向流状態で接触させて排ガス１４ＣからＣＯ2を除去する向流式ＣＯ2吸収部２０とを有する。
【解決手段】本実施形態に係るＣＯ2回収装置１０は、ＣＯ2を含む排ガス１４Ａを水１５と接触させて排ガス１４Ａを冷却する冷却部１１を含む冷却塔１６と、排ガス１４ＢとＣＯ2吸収液（リーン溶液）１７とを接触させて排ガス１４ＢからＣＯ2を除去するＣＯ2吸収部１２と、リッチ溶液１８からＣＯ2を放出させてＣＯ2吸収液１７を再生する吸収液再生部１３を含む再生塔２１とを有する。ＣＯ2吸収部１２は、並流式ＣＯ2吸収塔２２内に設けられ、排ガス１４ＢをＣＯ2吸収液１７と並流状態で接触させて排ガス１４ＢからＣＯ2を除去する並流式ＣＯ2吸収部１９と、ＣＯ2吸収塔２３内に設けられ、排ガス１４ＣをＣＯ2吸収液１７と向流状態で接触させて排ガス１４ＣからＣＯ2を除去する向流式ＣＯ2吸収部２０とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガス中のＣＯ2を吸収するＣＯ2回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大量の化石燃料を使用する火力発電所などでは、ボイラにおいて化石燃料を燃焼させることで発生する排ガスはＣＯ2を含んでいる。ＣＯ2を含む排ガスはＣＯ2吸収塔内でアミン系のＣＯ2吸収液と気液接触させてＣＯ2吸収液中にＣＯ2を吸収させることで、排ガス中のＣＯ2を除去、回収する方法及び回収されたＣＯ2を大気へ放出することなく貯蔵する方法が精力的に研究されている。
【０００３】
例えば、ＣＯ2吸収液は排ガス中のＣＯ2をＣＯ2吸収塔で吸収し、排ガスからＣＯ2を除去した後、再生塔でＣＯ2吸収液に吸収されたＣＯ2を放散してＣＯ2吸収液を再生して再びＣＯ2吸収塔に循環して排ガスからＣＯ2を除去するために再利用する方法が用いられている（例えば、特許文献１参照）。このとき、ＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液は、再生塔において蒸気で加熱されることにより、ＣＯ2を放散し、高純度のＣＯ2が回収される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−６２１６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＣＯ2吸収液を用いて燃焼排ガスのようなＣＯ2含有ガスからＣＯ2を吸収除去し、回収する方法を用いるＣＯ2回収装置は、燃焼設備に付加して設置されるため、その運転コストをできるだけ低減させなければならない。特にＣＯ2回収装置のうち、再生塔ではＣＯ2の放散に多量の熱エネルギーを消費する。また、ＣＯ2吸収液の消費量が多いと、ＣＯ2吸収液を追加する供給量が増加するため、運転コストの増加につながる。
【０００６】
そのため、排ガスからＣＯ2を回収するにあたり、ＣＯ2の回収効率を向上させると共に、ＣＯ2吸収液の消費量を低減し、運転コストの削減を図ったＣＯ2回収装置がもとめられている。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、効率よくＣＯ2を回収すると共に、ＣＯ2吸収液の消費量を低減し、運転コストの削減を図ったＣＯ2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】
【０００８】
上述した課題を解決するための本発明に係る第１の発明は、ＣＯ2を含む排ガスを水と接触させて前記排ガスを冷却する冷却部と、前記排ガスとＣＯ2を吸収するＣＯ2吸収液とを接触させて前記排ガスからＣＯ2を除去するＣＯ2吸収部と、ＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液からＣＯ2を放出させてＣＯ2吸収液を再生する吸収液再生部と、を有し、前記ＣＯ2吸収部は、前記排ガスを前記ＣＯ2吸収液と向流状態で接触させて前記排ガスからＣＯ2を除去する少なくとも１つの向流式ＣＯ2吸収部と、前記排ガスを前記ＣＯ2吸収液と並流状態で接触させて前記排ガスからＣＯ2を除去する少なくとも１つの並流式ＣＯ2吸収部とを有することを特徴とするＣＯ2回収装置である。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、前記ＣＯ2吸収部においてＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液を冷却し、前記ＣＯ2吸収部に再度供給することを特徴とするＣＯ2回収装置である。
【００１０】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記並流式ＣＯ2吸収部は、前記排ガスの流れ方向の最も前流側に設けられることを特徴とするＣＯ2回収装置である。
【００１１】
第４の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、前記向流式ＣＯ2吸収部は、前記排ガスの流れ方向の最も前流側に設けられることを特徴とするＣＯ2回収装置である。
【００１２】
第５の発明は、第１乃至第４の何れか１つの発明において、前記ＣＯ2吸収部に含まれる前記向流式ＣＯ2吸収部と前記並流式ＣＯ2吸収部との少なくとも１つが、前記排ガスと前記ＣＯ2吸収液とを接触させて前記排ガスからＣＯ2を除去するＣＯ2吸収塔内に設けられ、前記並流式ＣＯ2吸収部が、前記冷却部と前記ＣＯ2吸収塔との間に設けられることを特徴とするＣＯ2回収装置である。
【００１３】
第６の発明は、第１乃至第５の何れか１つの発明において、前記ＣＯ2吸収部に含まれる前記向流式ＣＯ2吸収部と前記並流式ＣＯ2吸収部との少なくとも１つが、前記排ガスと前記ＣＯ2吸収液とを接触させて前記排ガスからＣＯ2を除去するＣＯ2吸収塔内に設けられ、前記向流式ＣＯ2吸収部が、前記冷却部と前記ＣＯ2吸収塔との間に設けられることを特徴とするＣＯ2回収装置である。
【００１４】
第７の発明は、第１乃至第６の何れか１つの発明において、前記冷却部が、前記排ガスを水と接触させて前記排ガスを冷却する冷却塔内に設けられ、前記向流式ＣＯ2吸収塔が、前記冷却塔の内部に設けられることを特徴とするＣＯ2回収装置である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るＣＯ2回収装置によれば、効率よくＣＯ2を回収すると共に、ＣＯ2吸収液の消費量を低減し、運転コストの削減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係るＣＯ2回収装置の構成を簡略に示す図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態に係るＣＯ2回収装置の他の構成を簡略に示す図である。
【図３】図３は、本発明の第２の実施形態に係るＣＯ2回収装置の構成の一部を簡略に示す図である。
【図４】図４は、並流式ＣＯ2吸収塔のＣＯ2回収部の充填高さとリボイラで消費する蒸気量の削減率との関係を示す図である。
【図５】図５は、セミリッチ溶液を並流式ＣＯ2吸収塔に再度循環させるセミリッチ溶液の還流比とリボイラで消費する蒸気量の削減率との関係を示す図である。
【図６】図６は、並流式ＣＯ2吸収塔の断面積比とリボイラで消費する蒸気量の削減率との関係を示す図である。
【図７】図７は、ＣＯ2回収部の断面積比（Ｓ１／Ｓ２）とＣＯ2回収部の充填高さを変化させた場合とリボイラで消費する蒸気量の削減率との関係を示す図である。
【図８】図８は、並流式ＣＯ2吸収塔のＣＯ2回収部の充填高さとリボイラで消費する蒸気量の削減率との関係を示す図である。
【図９】図９は、向流式ＣＯ2回収部の充填高さとリボイラで消費する蒸気量の削減率との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の発明を実施するための形態（以下、実施形態という）により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【００１８】
［第１の実施形態］
本発明による第１の実施形態に係るＣＯ2回収装置について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るＣＯ2回収装置の構成を簡略に示す図である。図１に示すように、本実施形態に係るＣＯ2回収装置１０は、冷却部１１と、ＣＯ2吸収部１２と、吸収液再生部１３とを有する。冷却部１１は、ＣＯ2を含む排ガス１４Ａを水１５と接触させて排ガス１４Ａを冷却するものであり、冷却塔１６の内部に設けられている。また、ＣＯ2吸収部１２は、排ガス１４ＢとＣＯ2を吸収するＣＯ2吸収液（リーン溶液）１７とを接触させて排ガス１４ＢからＣＯ2を除去するものである。本実施形態においては、ＣＯ2吸収部１２は、排ガス１４ＢをＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液（セミリッチ溶液）２４と並流状態で接触させて排ガス１４ＢからＣＯ2を除去する並流式ＣＯ2吸収部１９と、排ガス１４ＣをＣＯ2吸収液１７と向流状態で接触させて排ガス１４ＣからＣＯ2を除去する向流式ＣＯ2吸収部２０とを有する。また、吸収液再生部１３は、リッチ溶液１８からＣＯ2を放出させてＣＯ2吸収液１７を再生するものであり、吸収液再生塔（以下、再生塔という）２１の内部に設けられている。
【００１９】
本実施形態では、並流式ＣＯ2吸収部１９は、並流式ＣＯ2吸収塔２２の内部に設けられ、向流式ＣＯ2吸収部２０は、ＣＯ2吸収塔２３の内部に設けられている。
【００２０】
本実施形態では、ＣＯ2吸収部１２は、並流式ＣＯ2吸収部１９および向流式ＣＯ2吸収部２０を各々１つずつ有するようにしているが、並流式ＣＯ2吸収部１９と向流式ＣＯ2吸収部２０との何れか一方又は両方を複数有するようにしてもよい。
【００２１】
ＣＯ2回収装置１０では、排ガス１４Ａ中のＣＯ2を吸収するＣＯ2吸収液１７が、並流式ＣＯ2吸収塔２２とＣＯ2吸収塔２３と再生塔２１との間（以下、系内という。）を循環している。本実施形態では、並流式ＣＯ2吸収塔２２から再生塔２１には、排ガス１４Ｂ中のＣＯ2を吸収したリッチ溶液１８が送給される。再生塔２１からＣＯ2吸収塔２３にはリッチ溶液１８から再生塔２１でほぼ全てのＣＯ2が除去され再生されたＣＯ2吸収液（リーン溶液）１７が送給されている。ＣＯ2吸収塔２３から並流式ＣＯ2吸収塔２２には、排ガス１４Ｃ中に残留するＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液（セミリッチ溶液）２４が送給される。
【００２２】
排ガス１４Ａは、ボイラやガスタービン等の産業設備から排出されるＣＯ2を含有するガスである。排ガス１４Ａは、排ガス送風機などにより昇圧された後、冷却塔１６に送られる。
【００２３】
冷却塔１６は、排ガス１４Ａを水１５によって冷却する塔である。冷却塔１６は、塔内に水１５を噴霧する噴霧ノズル２６と、冷却部１１とを有する。排ガス１４Ａは冷却塔１６内の冷却部１１で噴霧ノズル２６から噴霧された水１５と向流接触することにより冷却される。
【００２４】
排ガス１４Ａと熱交換して高温となった水１５は冷却塔１６の塔底部に貯留される。塔底部の水１５は塔底部から抜き出され、冷却器２７で冷却水２８と熱交換することにより冷却された後、冷却塔１６に送給される。これにより、水１５は排ガス１４Ａの冷却用として循環して使用される。
【００２５】
冷却された排ガス１４Ｂは、冷却塔１６とＣＯ2吸収塔２３とを連結する煙道２９を介して冷却塔１６から排出され、ＣＯ2吸収部１２に送給される。
【００２６】
ＣＯ2吸収部１２は、上述の通り、並流式ＣＯ2吸収部１９と向流式ＣＯ2吸収部２０とを有する。排ガス１４Ｂは、並流式ＣＯ2吸収部１９を含む並流式ＣＯ2吸収塔２２と向流式ＣＯ2吸収部２０を含むＣＯ2吸収塔２３とに、この順に送給される。
【００２７】
並流式ＣＯ2吸収塔２２は、冷却部１１を含む冷却塔１６とＣＯ2吸収塔２３との間に設けられている。本実施形態においては、並流式ＣＯ2吸収部１９を含む並流式ＣＯ2吸収塔２２は、ＣＯ2吸収部１２の中で排ガス１４Ｂの流れ方向の最も前流側に設けられている。冷却塔１６から排出される排ガス１４Ｂは煙道２９を通り、並流式ＣＯ2吸収塔２２に送給される。
【００２８】
並流式ＣＯ2吸収塔２２は、排ガス１４ＢをＣＯ2吸収塔２３から排出されるセミリッチ溶液２４と並流状態で接触させて排ガス１４ＢからＣＯ2を除去する塔である。並流式ＣＯ2吸収塔２２は、塔内に噴霧ノズル３１と、並流式ＣＯ2吸収部１９とを有する。噴霧ノズル３１は、セミリッチ溶液２４を下向きに噴霧している。このセミリッチ溶液２４は、ＣＯ2吸収塔２３からセミリッチ溶液抜き出しライン３２を介して排出され、冷却器３３で冷却水３４と熱交換し、冷却された後、並流式ＣＯ2吸収塔２２に送給されている。また、排ガス１４Ｂは並流式ＣＯ2吸収塔２２の塔頂部側から供給され、塔内を塔底部側に向かって流れている。
【００２９】
よって、セミリッチ溶液２４は並流式ＣＯ2吸収塔２２内に供給される前に冷却されているため、並流式ＣＯ2吸収塔２２内で、セミリッチ溶液２４は更に排ガス１４Ｂ中のＣＯ2を吸収することができ、並流式ＣＯ2吸収塔２２の塔底部に貯留されるリッチ溶液１８中のＣＯ2濃度を高くすることができる。
【００３０】
また、セミリッチ溶液２４は並流式ＣＯ2吸収塔２２内に供給される前に冷却されているため、セミリッチ溶液２４が排ガス１４Ｂと接触することによりＣＯ2吸収塔２３に送給される排ガス１４Ｃのガス温度を下げることができる。このため、後述するように、ＣＯ2吸収塔２３においても排ガス１４Ｃ中に含まれるＣＯ2の吸収量を増加させることができ、ＣＯ2の吸収効率を向上させることができる。更に、ＣＯ2吸収塔２３に送給される排ガス１４Ｃのガス温度を下げることで、リーン溶液１７の吸収液の蒸気圧は小さくなり、吸収液の消費量を低減することができる。また、ＣＯ2を吸収した時に発生する反応熱により、吸収液の温度は上昇するが、ＣＯ2吸収塔２３の前流側において排ガス１４Ｃは冷却されているため、吸収液の温度上昇も抑制され、吸収液の劣化を低減できる。
【００３１】
また、従来のＣＯ2回収装置では、冷却塔１６とＣＯ2吸収塔２３とは煙道２９により連結されていた。これに対し、本実施形態に係るＣＯ2回収装置１０は、煙道２９に並流式ＣＯ2吸収塔２２を設けるようにしたものである。よって、本実施形態に係るＣＯ2回収装置１０によれば、従来の既設のＣＯ2回収装置の煙道２９に並流式ＣＯ2吸収塔２２を設けるようにしたものであるため、設置面積を有効に利用することができる。
【００３２】
並流式ＣＯ2吸収部１９の断面積Ｓ１とし、向流式ＣＯ2吸収部２０の断面積Ｓ２としたとき、並流式ＣＯ2吸収部１９の断面積比（Ｓ１／Ｓ２）は、１．０以下が好ましく、より好ましくは、０．８以下であり、更に好ましくは、０．５以下である。これにより、並流式ＣＯ2吸収塔２２内でセミリッチ溶液２４と排ガス１４Ｂとの接触割合を好適に保つことができるため、排ガス１４Ｂ中のＣＯ2の吸収効率を維持することができる。この結果、再生塔２１の再生過熱器（リボイラ）３６で消費する蒸気量を削減することができる。また、並流式ＣＯ2吸収部１９の断面積比（Ｓ１／Ｓ２）が小さくても並流式ＣＯ2吸収部１９の充填高さをその分高くすることで、並流式ＣＯ2吸収塔２２内でセミリッチ溶液２４と排ガス１４Ｂとの接触割合を好適に保つことができるため、排ガス１４Ｂ中のＣＯ2の吸収効率を維持することができる。
【００３３】
また、セミリッチ溶液２４は並流式ＣＯ2吸収塔２２に供給する前に、予め冷却器３３で冷却するようにしているが、セミリッチ溶液２４を冷却する必要が無い場合には冷却器３３で冷却しなくてもよい。
【００３４】
並流式ＣＯ2吸収塔２２でセミリッチ溶液２４と気液接触した排ガス１４Ｃは、ＣＯ2吸収塔２３の塔底部の側壁からＣＯ2吸収塔２３に送られる。
【００３５】
また、並流式ＣＯ2吸収部１９において排ガス１４Ｂ中のＣＯ2を吸収したリッチ溶液１８は、並流式ＣＯ2吸収塔２２の底部に貯留される。並流式ＣＯ2吸収塔２２の底部に貯留されたリッチ溶液１８は、リッチ溶液送給ライン３７から抜き出され、並流式ＣＯ2吸収塔２２の塔底部から外部に設けられたリッチソルベントポンプ３８により圧送され、リッチ・リーン溶液熱交換器３９において再生塔２１で再生されたＣＯ2吸収液１７と熱交換された後、再生塔２１の塔側面側から塔内に供給される。
【００３６】
並流式ＣＯ2吸収塔２２の塔底部のリッチ溶液１８の一部は、リッチ溶液抜き出し分岐ライン４１から抜き出し、セミリッチ溶液２４と混合し、並流式ＣＯ2吸収塔２２に循環して使用するようにしてもよい。これにより、リッチ溶液１８は排ガス１４Ｂ中に含まれるＣＯ2を並流式ＣＯ2吸収塔２２で更に吸収し、排ガス１４ＢからＣＯ2を除去することができるため、リッチ溶液１８中のＣＯ2濃度を更に高くすることができる。この結果、リボイラ３６で消費する蒸気量を削減することができる。
【００３７】
また、ＣＯ2吸収塔２３から並流式ＣＯ2吸収塔２２に供給されるセミリッチ溶液２４の流量Ａ１とし、並流式ＣＯ2吸収塔２２内のリッチ溶液１８をリッチ溶液抜き出し分岐ライン４１を介して並流式ＣＯ2吸収塔２２に供給するリッチ溶液１８の流量Ａ２としたとき、リッチ溶液１８の還流比（Ａ２／Ａ１）は、０以上３以下が好ましく、より好ましくは０以上２以下である。これにより、再生塔２１に送給し、再生するリッチ溶液１８を好適に維持しつつ、排ガス１４Ｂ中のＣＯ2を効率良く吸収することができる。
【００３８】
ＣＯ2吸収塔２３は、排ガス１４ＣとＣＯ2吸収液１７とを接触させて排ガス１４ＣからＣＯ2を除去する塔である。ＣＯ2吸収塔２３は、向流式ＣＯ2吸収部２０と、噴霧ノズル４３と、水洗部４４と、デミスタ４５とを有する。塔内に送給された排ガス１４Ｃは塔内の塔底部側から塔頂側に向けて流れる。噴霧ノズル４３は、ＣＯ2吸収液１７を下向きに噴霧させるノズルである。本実施形態では、向流式ＣＯ2吸収部２０は、ＣＯ2吸収塔２３の塔下側に設けられている。
【００３９】
塔内を上昇する排ガス１４Ｃは、向流式ＣＯ2吸収部２０において、例えば塩基性アミン化合物をベースとするＣＯ2吸収液１７と向流状態接触し、排ガス１４Ｃ中のＣＯ2がＣＯ2吸収液１７に吸収される。
【００４０】
向流式ＣＯ2吸収部２０において排ガス１４Ｃ中のＣＯ2を吸収したセミリッチ溶液２４は、ＣＯ2吸収塔２３の底部に貯留される。ＣＯ2吸収塔２３の底部に貯留されたセミリッチ溶液２４は、上述のように、セミリッチ溶液抜き出しライン３２より抜き出され、並流式ＣＯ2吸収塔２２に送給され、排ガス１４Ｂと並流接触させ、排ガス１４Ｂに含まれるＣＯ2を吸収する。
【００４１】
セミリッチ溶液２４は、並流式ＣＯ2吸収塔２２に送給する場合に限定されるものではなく、噴霧ノズル４３に送給されるＣＯ2吸収液１７に混合し、向流式ＣＯ2吸収部２０において排ガス１４Ｃ中のＣＯ2を吸収するために用いてもよい。また、セミリッチ溶液２４は、並流式ＣＯ2吸収塔２２と向流式ＣＯ2吸収部２０との両方に供給してもよい。
【００４２】
また、水洗部４４及びデミスタ４５は、ＣＯ2吸収塔２３の排ガス１４Ｃの流れ方向の後流側に設けられている。本実施形態では、水洗部４４及びデミスタ４５は、塔内の向流式ＣＯ2吸収部２０の上方に設けられている。向流式ＣＯ2吸収部２０でＣＯ2が除去されたＣＯ2除去排ガス４７は、水洗部４４及びデミスタ４５にてＣＯ2除去排ガス４７に同伴されたＣＯ2吸収液１７が除去された後、塔頂部から系外へ放出される。
【００４３】
水洗部４４には、外部から供給される水４８を噴霧ノズル４９から噴霧して水洗部４４でＣＯ2除去排ガス４７中に含まれる不純物を除去する。噴霧ノズル４９から噴霧した水４８は受け部５０で回収され、ポンプ５１で塔外部に送給し、冷却器５２で冷却水５３により冷却された後、噴霧ノズル４９に送給され、循環使用される。
【００４４】
本実施形態においては、ＣＯ2吸収部１２は、並流式ＣＯ2吸収部１９と向流式ＣＯ2吸収部２０とを各々１つずつ有しているが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、並流式ＣＯ2吸収部１９と向流式ＣＯ2吸収部２０との何れか一方又は両方を複数有するようにしてもよい。
【００４５】
本実施形態においては、ＣＯ2吸収塔２３は塔内に向流式ＣＯ2吸収部２０を一つ設けるようにしているが、塔内に並流式ＣＯ2吸収部１９と向流式ＣＯ2吸収部２０との何れか一方又は両方を複数有するようにしてもよい。
【００４６】
図２は、本実施形態に係るＣＯ2回収装置の他の構成を簡略に示す図である。図２に示すように、ＣＯ2吸収塔２３は向流式ＣＯ2吸収部２０−１、２０−２の２段設けるようにしてもよいし、３段以上設けるようにしてもよい。ＣＯ2吸収塔２３が向流式ＣＯ2吸収部２０−１、２０−２を設ける場合、噴霧ノズル４３−２からリーン溶液１７を噴霧して向流式ＣＯ2吸収部２０−２を通過した後、排ガス１４Ｃに残留しているＣＯ2を吸収したセミリッチ溶液２４Ｂが受け部５５で貯留される。その後、受け部５５に溜まったセミリッチ溶液２４Ｂは、冷却器５６で冷却水５７で冷却された後、噴霧ノズル４３−１からセミリッチ溶液２４Ｂを噴霧して向流式ＣＯ2吸収部２０−１を通過し、セミリッチ溶液２４Ａとなって塔底部に貯留される。
【００４７】
このとき、向流式ＣＯ2吸収部２０−２でＣＯ2を吸収したセミリッチ溶液２４Ｂは向流式ＣＯ2吸収部２０−１に供給し、向流式ＣＯ2吸収部２０−１でＣＯ2を吸収したセミリッチ溶液２４Ａは並流式ＣＯ2吸収部１９に供給する場合に限定されるものではない。並流式ＣＯ2吸収部１９でＣＯ2を吸収したリッチ溶液１８と、向流式ＣＯ2吸収部２０−１、２０−２の各々でＣＯ2を吸収したセミリッチ溶液２４Ａ、２４Ｂは、冷却した後、並流式ＣＯ2吸収部１９、向流式ＣＯ2吸収部２０−１、２０−２の何れか一方又は両方に再度供給するようにしてもよい。
【００４８】
また、図１に示すように、並流式ＣＯ2吸収塔２２の底部に貯留されたリッチ溶液１８は、上述の通り、再生塔２１に供給される。再生塔２１は、吸収液再生部１３を含み、リッチ溶液１８からＣＯ２を放出してリーン溶液１７として再生する塔である。再生塔２１の塔頂部から再生塔２１の塔内に放出されたリッチ溶液１８は、再生塔２１の塔底部から供給される蒸気（スチーム）６１により加熱される。スチーム６１は、リーン溶液１７を再生過熱器（リボイラ）３６で飽和スチーム６２と熱交換することにより発生する。リッチ溶液１８はスチーム６１により加熱されることにより、吸熱され、リッチ溶液１８中に含まれる大部分のＣＯ2を放出し、再生塔２１の塔底部に至る頃には、ほぼ全てのＣＯ2が除去されたＣＯ2吸収液（リーン溶液）１７となる。
【００４９】
再生塔２１の底部に貯留されるリーン溶液１７はＣＯ2吸収液としてリーンソルベントポンプ６３により送給され、リーンソルベントクーラ６４で冷却水６５と熱交換して冷却された後、ＣＯ2吸収塔２３に送給される。
【００５０】
一方、再生塔２１の塔頂部からは水蒸気を伴ったＣＯ2ガス７１が放出される。水蒸気を伴ったＣＯ2ガス７１は再生塔２１の塔頂部から導出され、コンデンサ７２で冷却水７３によりＣＯ2ガス７１に含まれる水蒸気が凝縮され、分離ドラム７４にて水７５が分離された後、ＣＯ2ガス７６は系外に放出されて回収される。また、分離ドラム７４にて分離された水７５は凝縮水循環ポンプ７７にて再生塔２１の上部に供給される。
【００５１】
このように、本実施形態に係るＣＯ2回収装置１０は、冷却塔１６とＣＯ2吸収塔２３との間に並流式ＣＯ2吸収部１９を含む並流式ＣＯ2吸収塔２２を設け、ＣＯ2吸収塔２３で排ガス１４Ｃ中のＣＯ2を吸収したセミリッチ溶液２４を用いて並流式ＣＯ2吸収塔２２で更に排ガス１４Ｂ中のＣＯ2を吸収するための吸収液として用いている。これにより、並流式ＣＯ2吸収塔２２の塔底部に貯留されるリッチ溶液１８中のＣＯ2濃度を高くすることができる。また、セミリッチ溶液２４は並流式ＣＯ2吸収塔２２内に供給される前に予め冷却しているため、ＣＯ2吸収塔２３に送給される排ガス１４Ｃのガス温度を下げることができる。このため、ＣＯ2吸収塔２３において排ガス１４Ｃ中に含まれるＣＯ2の吸収量も増加させることができると共に、吸収液の消費量を低減することができる。さらに、既設のＣＯ2回収装置の煙道に並流式ＣＯ2吸収塔２２を設けることができるため、設置面積を有効に利用することができる。
【００５２】
これにより、再生塔２１でＣＯ2吸収液１７に含まれるＣＯ2を放出するために要するスチームを無駄なく効率よく利用することができるため、ＣＯ2回収装置１０の運転効率を上昇させることができる。
【００５３】
なお、本実施形態に係るＣＯ2回収装置１０は、向流式ＣＯ2吸収部２０をＣＯ2吸収塔２３の塔内に設けるようにしているが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、向流式ＣＯ2吸収部２０は、冷却部１１とＣＯ2吸収塔２３との間に設けるようにしてもよい。
【００５４】
本実施形態に係るＣＯ2回収装置１０は、排ガス１４Ａ中に含まれるＣＯ2を回収するのに適用する場合に限定されるものではなく、例えば、排煙脱硫装置など排ガス中に含まれる成分を水など液体と気液接触させる装置であれば好適に用いることができる。
【００５５】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係るＣＯ2回収装置について、図面を参照して説明する。本実施形態に係るＣＯ2回収装置の構成は、上述の図１に示すＣＯ2回収装置の構成と同様であるため、ＣＯ2回収装置の構成を示す図は省略し、冷却塔とＣＯ2吸収塔との構成を示す図のみを用いて説明する。なお、図１、図２のＣＯ2回収装置と同一の部材には同一の符号を付してその説明は省略する。また、本実施形態においては、図２に示すように、向流式ＣＯ2吸収部２０を２つ設けた場合について説明する。
【００５６】
図３は、本発明の第２の実施形態に係るＣＯ2回収装置の構成の一部を簡略に示す図である。図３に示すように、本実施形態に係るＣＯ2回収装置は、図２に示す第１の実施形態に係るＣＯ2回収装置に、更に排ガス１４Ｂの流れ方向の最も前流側に向流式ＣＯ2吸収部８１を設けるようにしたものである。すなわち、本実施形態に係るＣＯ2回収装置は、ＣＯ2吸収塔２３内に向流式ＣＯ2吸収部２０−１、２０−２を設け、冷却塔１６とＣＯ2吸収塔２３との間に並流式ＣＯ2吸収塔２２を設けると共に、冷却塔１６の内部の冷却部１１のガス流れ方向の下流側（塔内の上方側）に、向流式ＣＯ2吸収部８１を有するものである。
【００５７】
冷却塔１６は、塔内に噴霧ノズル８２と、向流式ＣＯ2吸収部８１とを有する。向流式ＣＯ2吸収部８１は、冷却後の排ガス１４Ｂを並流式ＣＯ2吸収塔２２から排出されるリッチ溶液１８Ａと向流状態で接触させて排ガス１４ＢからＣＯ2を除去するものである。
【００５８】
噴霧ノズル８２は、リッチ溶液１８Ａを下向きに噴霧している。このリッチ溶液１８Ａは、並流式ＣＯ2吸収塔２２からセミリッチ溶液抜き出しライン８３を介して排出され、冷却器８４で冷却水８５と熱交換し、冷却された後、並流式ＣＯ2吸収塔２２に送給されている。
【００５９】
向流式ＣＯ2吸収部８１は、冷却部１１のガス流れ方向の後流側に設けられている。本実施形態では、向流式ＣＯ2吸収部８１は、冷却塔１６の冷却部１１より上側に設けられている。そのため、冷却塔１６の冷却部１１で冷却された排ガス１４Ｂは、向流式ＣＯ2吸収部８１に向かう。
【００６０】
リッチ溶液１８Ａは向流式ＣＯ2吸収部８１で冷却後の排ガス１４Ｂと接触した後、受け部８６で貯留される。
【００６１】
向流式ＣＯ2吸収部８１に供給された排ガス１４Ｂは、向流式ＣＯ2吸収部８１内でリッチ溶液１８Ａと向流接触する。並流式ＣＯ2吸収塔２２内で、リッチ溶液１８Ａは排ガス１４Ｂと向流接触することで、排ガス１４Ｂ中に含まれるＣＯ2を吸収し、排ガス１４ＢからＣＯ2を除去することができる。
【００６２】
リッチ溶液１８Ａは向流式ＣＯ2吸収部８１で冷却後の排ガス１４Ｂと接触した後、受け部８６に貯留されるが、この受け部８６に貯留されたリッチ溶液１８は、リッチ溶液送給ライン８７から抜き出され、再生塔１４に供給される。
【００６３】
本実施形態に係るＣＯ2回収装置は、ＣＯ2吸収塔２３から排出されるセミリッチ溶液２４Ａを用いて並流式ＣＯ2吸収塔２２内で排ガス１４Ｃ−１中のＣＯ2を吸収するための吸収液として用いている。そして、並流式ＣＯ2吸収塔２２から排出されるリッチ溶液１８Ａを用いて冷却塔１６内で更に排ガス１４Ｂ中のＣＯ2を吸収するための吸収液として用いている。すなわち、リッチ溶液１８Ａは、並流式ＣＯ2吸収塔２２で排ガス１４Ｃ−１中のＣＯ2を吸収し、ＣＯ2吸収塔２３で排ガス１４Ｃ−２中のＣＯ2を吸収した吸収液である。このため、リッチ溶液１８Ａを向流式ＣＯ2吸収部８１で更に排ガス１４Ｂ中のＣＯ2を吸収するための吸収液として用いることにより、冷却塔１６の受け部８６に貯留されるリッチ溶液１８Ｂ中のＣＯ2濃度を更に高くすることができる。
【００６４】
受け部８６に貯留されたリッチ溶液１８Ｂの一部は、リッチ溶液抜き出し分岐ライン８３から抜き出し、リッチ溶液１８Ａと混合し、向流式ＣＯ2吸収部８１に循環して使用するようにしてもよい。これにより、リッチ溶液１８Ａは排ガス１４Ｂ中に含まれるＣＯ2を向流式ＣＯ2吸収部８１で更に吸収し、排ガス１４ＢからＣＯ2を除去することができるため、リッチ溶液１８Ｂ中のＣＯ2濃度を更に高くすることができる。
【００６５】
また、並流式ＣＯ2吸収塔２２から冷却塔１６に供給されるリッチ溶液１８Ａの流量Ａ３と、冷却塔１６内のリッチ溶液１８Ｂをリッチ溶液抜き出し分岐ライン８３を介して冷却塔１６に供給するリッチ溶液１８Ｂの流量Ａ４とについて、リッチ溶液１８Ｂの還流比（Ａ４／Ａ３）は、０以上３以下が好ましく、より好ましくは０以上２以下である。これにより、再生塔２１に送給し、再生するリッチ溶液１８Ｂを好適に維持しつつ、排ガス１４Ｂ中のＣＯ2を吸収することができる。
【００６６】
また、リッチ溶液１８Ａは冷却塔１６内に供給される前に冷却されているため、リッチ溶液１８Ａが排ガス１４Ｂと接触することによりＣＯ2吸収塔２３に送給される排ガス１４Ｃ−１のガス温度を下げることができる。また、セミリッチ溶液２４Ａは並流式ＣＯ2吸収塔２２内に供給される前にも冷却しているため、ＣＯ2吸収塔２３に送給される排ガス１４Ｃ−２のガス温度も下げることができる。このため、ＣＯ2吸収塔２３において排ガス１４Ｃ中に含まれるＣＯ2の吸収量を増加させることができる、ＣＯ2の吸収効率を向上させることができると共に、吸収液の消費量を低減することができる。
【００６７】
さらに、本実施形態に係るＣＯ2回収装置は、既設のＣＯ2回収装置の煙道２９に並流式ＣＯ2吸収塔２２を設け、冷却塔１６の内部のガス流れ方向の下流側（塔内の上方側）に向流式ＣＯ2吸収部８１を設けるようにしたものであるため、設置面積を有効に利用することができる。
【００６８】
このように、本実施形態に係るＣＯ2回収装置によれば、ＣＯ2吸収液１７への排ガス１４Ａ中に含まれるＣＯ2の吸収効率を向上させることができると共に、ＣＯ2吸収液１７に含まれる吸収液の消費量を低減することができるため、ＣＯ2吸収液１７を効率良く利用することができる。これにより、再生塔２１でＣＯ2吸収液１７に含まれるＣＯ2を放出するために要するスチームを更に無駄なく効率よく利用することができるため、ＣＯ2回収装置の運転効率を更に上昇させることができる。また、既設の装置に対しても更に有効に適用することができる。
【実施例】
【００６９】
次に、本実施形態に係るＣＯ2回収装置を用いた場合におけるリボイラで消費する蒸気量の削減率の試験結果を説明する。
【００７０】
＜冷却塔とＣＯ2吸収塔との間に並流式ＣＯ2吸収塔を設けた場合＞
図１に示す本発明の第１の実施形態に係るＣＯ2回収装置１０のように、冷却塔１６とＣＯ2吸収塔２３との間に並流式ＣＯ2吸収塔２２を設けた場合に、リボイラ３６で消費する蒸気量の削減率について、並流式ＣＯ2吸収塔２２の並流式ＣＯ2吸収部１９の高さを変えた場合、並流式ＣＯ2吸収塔２２を循環させるセミリッチ溶液２４の還流比（Ａ２／Ａ１）を変えた場合、並流式ＣＯ2吸収塔２２とＣＯ2吸収塔２３との断面積比（Ｓ１／Ｓ２）を変えた場合の各々について検討した。以下、図１に示す本発明の第１の実施形態に係るＣＯ2回収装置１０を参照にしつつ説明する。
【００７１】
［並流式ＣＯ2吸収塔２２の向流式ＣＯ2吸収部２０の充填高さとリボイラ３６で消費する蒸気量の削減率との関係］
図４は、並流式ＣＯ2吸収塔２２の並流式ＣＯ2吸収部１９の充填高さとリボイラ３６で消費する蒸気量の削減率との関係を示す図である。なお、比較例１は、並流式ＣＯ2吸収塔２２を設けていない従来のＣＯ2回収装置においてＣＯ2吸収塔２３の向流式ＣＯ2吸収部２０の充填高さを１００％とした試験例である。比較例１において、リボイラ３６が消費する蒸気量を基準値（０％）とした。実施例１−１は、ＣＯ2吸収塔２３の向流式ＣＯ2吸収部２０の充填高さを１００％とした時に並流式ＣＯ2吸収塔２２の並流式ＣＯ2吸収部１９の充填高さを１４％とした試験例である。実施例１−２は、ＣＯ2吸収塔２３の向流式ＣＯ2吸収部２０の高さを１００％とした時に並流式ＣＯ2吸収塔２２の並流式ＣＯ2吸収部１９の高さを２８％とした試験例である。実施例１−３は、ＣＯ2吸収塔２３の向流式ＣＯ2吸収部２０の高さを１００％とした時に並流式ＣＯ2吸収塔の並流式ＣＯ2吸収部１９の高さを４３％とした試験例である。実施例１−１〜１−３は、いずれも、ＣＯ2吸収塔２３から並流式ＣＯ2吸収塔２２に供給されるセミリッチ溶液２４の流量Ａ１と並流式ＣＯ2吸収塔２２内のリッチ溶液１８をリッチ溶液抜き出し分岐ライン４１を介して並流式ＣＯ2吸収塔２２に供給するリッチ溶液１８の流量Ａ２とのリッチ溶液１８の還流比（Ａ２／Ａ１）を０とし、並流式ＣＯ2吸収部１９の断面積Ｓ１と向流式ＣＯ2吸収部２０の断面積Ｓ２との並流式ＣＯ2吸収部１９の断面積比（Ｓ１／Ｓ２）を１とした。
【００７２】
図４に示すように、並流式ＣＯ2吸収塔２２の並流式ＣＯ2吸収部１９の充填高さが大きくなるほど、リボイラ３６で消費する蒸気量の削減率は大きくなった。よって、並流式ＣＯ2吸収塔２２を煙道２９に設ける場合、並流式ＣＯ2吸収塔２２の並流式ＣＯ2吸収部１９の充填高さが高いほど、リボイラ３６で消費する蒸気量の削減率を大きくすることができる。
【００７３】
［セミリッチ溶液２４を並流式ＣＯ2吸収塔２２に再度循環させるセミリッチ溶液２４の還流比（Ａ２／Ａ１）とリボイラ３６で消費する蒸気量の削減率との関係］
図５は、セミリッチ溶液２４を並流式ＣＯ2吸収塔２２に再度循環させるセミリッチ溶液２４の還流比（Ａ２／Ａ１）とリボイラ３６で消費する蒸気量の削減率との関係を示す図である。なお、比較例２は、比較例１と同様、並流式ＣＯ2吸収塔２２を設けていない従来のＣＯ2回収装置においてＣＯ2吸収塔２３の向流式ＣＯ2吸収部２０の充填高さを１００％とした試験例である。比較例２において、リボイラ３６が消費する蒸気量を基準値（０％）とした。実施例２−１〜２−３は、いずれもＣＯ2吸収塔２３の向流式ＣＯ2吸収部２０の高さを１００％とした時に並流式ＣＯ2吸収塔２２の並流式ＣＯ2吸収部１９の高さを２８％とし、断面積比（Ｓ１／Ｓ２）を１とした試験例である。実施例２−１は、セミリッチ溶液２４の還流比を０とした。実施例２−２は、セミリッチ溶液２４の還流比を１とした。実施例２−３は、セミリッチ溶液２４の還流比を２とした。
【００７４】
図５に示すように、並流式ＣＯ2吸収塔２２に循環させるリッチ溶液１８の還流比（Ａ２／Ａ１）が大きくなるほど、リボイラ３６で消費する蒸気量の削減率が大きくなった。よって、並流式ＣＯ2吸収塔２２を煙道２９に設ける場合、並流式ＣＯ2吸収塔２２に循環させるリッチ溶液１８の還流比が大きくなるほど、リボイラ３６で消費する蒸気量の削減率を大きくすることができる。
【００７５】
［並流式ＣＯ2吸収塔２２の断面積比とリボイラ３６で消費する蒸気量の削減率との関係］
図６は、並流式ＣＯ2吸収塔２２の断面積比とリボイラ３６で消費する蒸気量の削減率との関係を示す図である。なお、比較例３は、比較例１、２と同様、並流式ＣＯ2吸収塔２２を設けていない従来のＣＯ2回収装置においてＣＯ2吸収塔２３の向流式ＣＯ2吸収部２０の充填高さを１００％とした試験例である。実施例３−１〜３−３は、いずれもＣＯ2吸収塔２３の向流式ＣＯ2吸収部２０の充填高さを１００％とした時の並流式ＣＯ2吸収塔２２の並流式ＣＯ2吸収部１９の高さを２８％とし、リッチ溶液１８の還流比（Ａ２／Ａ１）を０とした試験例である。実施例３−１は、並流式ＣＯ2吸収部１９の断面積比（Ｓ１／Ｓ２）を１とした。実施例３−２は、並流式ＣＯ2吸収部１９の断面積比（Ｓ１／Ｓ２）を０．７５とした。実施例３−３は、並流式ＣＯ2吸収部１９の断面積比（Ｓ１／Ｓ２）を０．５とした。
【００７６】
図６に示すように、並流式ＣＯ2吸収部１９の断面積比（Ｓ１／Ｓ２）が０．５の場合よりも並流式ＣＯ2吸収部１９の断面積比（Ｓ１／Ｓ２）が０．７５や１の場合の方がリボイラ３６で消費する蒸気量の削減率が大きかった。並流式ＣＯ2吸収部１９の断面積比（Ｓ１／Ｓ２）が０．７５の場合と、並流式ＣＯ2吸収部１９の断面積比（Ｓ１／Ｓ２）が１．０の場合とでは、リボイラ３６で消費する蒸気量の削減率はほぼ同等であった。よって、並流式ＣＯ2吸収塔２２を煙道２９に設ける場合、並流式ＣＯ2吸収部１９の断面積比（Ｓ１／Ｓ２）は、０．５以上よりも大きくすることで、リボイラ３６で消費する蒸気量の削減率を大きくすることができる。
【００７７】
［並流式ＣＯ2吸収部１９の断面積比（Ｓ１／Ｓ２）と並流式ＣＯ2吸収部１９の充填高さを変化させた場合のリボイラ３６で消費する蒸気量の削減率への影響］
図７は、並流式ＣＯ2吸収部１９の断面積比（Ｓ１／Ｓ２）と並流式ＣＯ2吸収部１９の充填高さを変化させた場合とリボイラ３６で消費する蒸気量の削減率との関係を示す図である。実施例３−４は、ＣＯ2吸収塔２３の向流式ＣＯ2吸収部２０の高さを１００％とした時の並流式ＣＯ2吸収塔２２の並流式ＣＯ2吸収部１９の高さを４３％とし、リッチ溶液１８の還流比（Ａ２／Ａ１）を０とし、並流式ＣＯ2吸収部１９の断面積比（Ｓ１／Ｓ２）を０．５とした試験例である。
【００７８】
図７に示すように、並流式ＣＯ2吸収部１９の断面積比（Ｓ１／Ｓ２）が０．５の場合では、並流式ＣＯ2吸収部１９の断面積比（Ｓ１／Ｓ２）が１の場合よりもリボイラ３６で消費する蒸気量の削減率は小さくなったが、並流式ＣＯ2吸収部１９の充填高さを高くすることで、並流式ＣＯ2吸収部１９の断面積比（Ｓ１／Ｓ２）が１の場合よりもリボイラ３６で消費する蒸気量の削減率が大きくなった。よって、並流式ＣＯ2吸収塔２２を煙道２９に設ける場合、並流式ＣＯ2吸収部１９の断面積比（Ｓ１／Ｓ２）が小さい場合には、並流式ＣＯ2吸収部１９の充填高さを高くすることで、リボイラ３６で消費する蒸気量の削減率を大きくすることができる。
【００７９】
［ＣＯ2吸収塔２３の向流式ＣＯ2吸収部２０を２段としたときの並流式ＣＯ2吸収塔２２の並流式ＣＯ2吸収部１９の充填高さとリボイラ３６で消費する蒸気量の削減率との関係］
図８は、並流式ＣＯ2吸収塔２２の並流式ＣＯ2吸収部１９の充填高さとリボイラ３６で消費する蒸気量の削減率との関係を示す図である。なお、比較例４−１は、比較例１と同様、並流式ＣＯ2吸収塔２２を設けていない従来のＣＯ2回収装置においてＣＯ2吸収塔２３の向流式ＣＯ2吸収部２０の充填高さを１００％とした試験例である。比較例４−１において、リボイラ３６が消費する蒸気量を基準値（０％）とした。比較例４−２は、並流式ＣＯ2吸収塔２２を設けていない従来のＣＯ2回収装置においてＣＯ2吸収塔２３の向流式ＣＯ2吸収部２０を２段とし、向流式ＣＯ2吸収部２０−１、２０−２の充填高さの和を１００％とした試験例である。実施例４−１は、ＣＯ2吸収塔２３の向流式ＣＯ2吸収部２０−１、２０−２の充填高さの和を１００％とした時の並流式ＣＯ2吸収部１９の充填高さを１４％とした試験例である。実施例４−２は、ＣＯ2吸収塔２３の向流式ＣＯ2吸収部２０−１、２０−２の充填高さの和を１００％とした時の並流式ＣＯ2吸収部１９の充填高さを２８％とした試験例である。実施例４−３は、ＣＯ2吸収塔２３の向流式ＣＯ2吸収部２０−１、２０−２の充填高さの和を１００％とした時の並流式ＣＯ2吸収部１９の充填高さを４３％とした試験例である。また、実施例４−１〜４−３、比較例４−２は、いずれも向流式ＣＯ2吸収部２０−１の充填高さを２９％、向流式ＣＯ2吸収部２０−２の充填高さを７１％とした。また、実施例４−１〜４−３、比較例４−１、４−２は、いずれもリッチ溶液１８の還流比（Ａ２／Ａ１）を０とし、並流式ＣＯ2吸収部１９の断面積比（Ｓ１／Ｓ２）を１とした。
【００８０】
図８に示すように、ＣＯ2吸収塔２３が向流式ＣＯ2吸収部２０−１、２０−２を含み、ＣＯ2吸収塔２３の向流式ＣＯ2吸収部２０を２段とすることで、ＣＯ2吸収塔２３が向流式ＣＯ2吸収部２０を含み、ＣＯ2吸収塔２３の向流式ＣＯ2吸収部２０が１段の場合よりもリボイラで消費する蒸気量の削減率は大きくなった（比較例４−１、４−２参照）。また、実施例４−１のように、ＣＯ2吸収塔２３が向流式ＣＯ2吸収部２０を２段とし、煙道２９に並流式ＣＯ2吸収塔２２を設けることで、リボイラ３６で消費する蒸気量の削減率は更に高くなった。また、実施例４−１〜４−３のように、並流式ＣＯ2吸収塔２２の並流式ＣＯ2吸収部１９の充填高さが高くなるほど、リボイラ３６で消費する蒸気量の削減率は大きくなった。よって、ＣＯ2吸収塔２３の向流式ＣＯ2吸収部２０を複数段とし、煙道２９に並流式ＣＯ2吸収塔２２を設けることで、リボイラ３６で消費する蒸気量の削減率は更に高くできる。また、並流式ＣＯ2吸収塔２２の並流式ＣＯ2吸収部１９の高さが高くなるほど、リボイラ３６で消費する蒸気量の削減率を大きくすることができる。
【００８１】
＜冷却塔１６の内部と、冷却塔１６とＣＯ2吸収塔２３との間に並流式ＣＯ2吸収塔２２を設けた場合＞
［ＣＯ2吸収塔２３のＣＯ2回収部を２段とし、冷却塔１６の内部の向流式ＣＯ2回収部７２の充填高さとリボイラ３６で消費する蒸気量の削減率との関係］
図９は、向流式ＣＯ2回収部７２の充填高さとリボイラ３６で消費する蒸気量の削減率との関係を示す図である。なお、比較例５−１は、比較例４−１と同様、並流式ＣＯ2吸収塔２２を設けていない従来のＣＯ2回収装置においてＣＯ2吸収塔２３の向流式ＣＯ2吸収部２０の充填高さを１００％とした試験例である。比較例５−１において、リボイラ３６が消費する蒸気量を基準値（０％）とした。比較例５−２は、比較例４−２と同様、並流式ＣＯ2吸収塔２２を設けていない従来のＣＯ2回収装置においてＣＯ2吸収塔２３の向流式ＣＯ2吸収部２０を２段とし、向流式ＣＯ2吸収部２０−１、２０−２の充填高さの和を１００％とした試験例である。比較例５−３は、並流式ＣＯ2吸収塔２２を設けたＣＯ2回収装置においてＣＯ2吸収塔２３の向流式ＣＯ2吸収部２０を２段とし、向流式ＣＯ2吸収部２０−１、２０−２の充填高さの和を１００％とした試験例である。実施例５−１は、ＣＯ2吸収塔２３の向流式ＣＯ2吸収部２０−１、２０−２の充填高さの和を１００％とした時の向流式ＣＯ2回収部７２の充填高さを１４％とした試験例である。実施例５−２は、ＣＯ2吸収塔２３の向流式ＣＯ2吸収部２０−１、２０−２の充填高さの和を１００％とした時の向流式ＣＯ2回収部７２の充填高さを２８％とした試験例である。実施例５−３は、ＣＯ2吸収塔２３の向流式ＣＯ2吸収部２０−１、２０−２の充填高さの和を１００％とした時の向流式ＣＯ2回収部７２の充填高さを４３％とした試験例である。また、実施例５−１〜５−３、比較例５−２は、いずれも向流式ＣＯ2吸収部２０−１の充填高さを２９％、向流式ＣＯ2吸収部２０−２の充填高さを７１％とした。また、実施例５−１〜５−３、比較例５−３は、いずれも並流式ＣＯ2吸収塔２２の並流式ＣＯ2吸収部１９の充填高さを２８％とした。また、実施例５−１〜５−３、比較例５−３は、いずれもリッチ溶液１８Ａの還流比（Ａ２／Ａ１）を０とし、並流式ＣＯ2吸収部１９の断面積比（Ｓ１／Ｓ２）を１とした。また、実施例５−１〜５−３は、並流式ＣＯ2吸収塔２２から冷却塔１６に供給されるリッチ溶液１８Ａの流量Ａ３と冷却塔１６内のリッチ溶液１８Ｂをリッチ溶液抜き出し分岐ライン８３を介して並流式ＣＯ2吸収塔２２に供給するリッチ溶液１８の流量Ａ４とのリッチ溶液１８Ｂの還流比（Ａ４／Ａ３）を０とした。
【００８２】
図９に示すように、冷却塔１６の内部に向流式ＣＯ2回収部７２を設け、冷却塔１６とＣＯ2吸収塔２３との間に並流式ＣＯ2吸収塔２２を設けることで、リボイラ３６で消費する蒸気量の削減率は大きくなった（実施例５−１〜５−３参照）。また、冷却塔１６の内部に設ける向流式ＣＯ2回収部７２の充填高さが高くなるほど、リボイラ３６で消費する蒸気量の削減率は大きくなった。よって、冷却塔１６の内部に向流式ＣＯ2回収部７２を設け、煙道２９に並流式ＣＯ2吸収塔２２を設けることで、リボイラ３６で消費する蒸気量の削減率は更に高くすることができる。また、冷却塔１６の内部の向流式ＣＯ2回収部７２の充填高さが高くなるほど、リボイラ３６で消費する蒸気量の削減率を大きくすることができる。
【符号の説明】
【００８３】
１０ ＣＯ2回収装置
１１ 冷却部
１２ ＣＯ2吸収部
１３ 吸収液再生部
１４Ａ〜１４Ｃ、１４Ｃ−１、１４Ｃ−２ 排ガス
１５、４８、７５ 水
１６ 冷却塔
１７ ＣＯ2吸収液（リーン溶液）
１８、１８Ａ、１８Ｂ リッチ溶液
１９ 並流式ＣＯ2吸収部
２０、２０−１、２０−２、８１ 向流式ＣＯ2回収部
２１ 吸収液再生塔
２２ 並流式ＣＯ2吸収塔
２３ ＣＯ2吸収塔
２４、２４Ａ、２４Ｂ セミリッチ溶液
２６、３１、４３、４３−１、４３−２、４９、８２ 噴霧ノズル
２７、３３、５２、５６、８４ 冷却器
２８、３４、５３、５７、６５、７３、８５ 冷却水
２９ 煙道
３２、８３ セミリッチ溶液抜き出しライン
３６ 再生過熱器（リボイラ）
３７、８７ リッチ溶液送給ライン
３８ リッチソルベントポンプ
３９ リッチ・リーン溶液熱交換器
４１、８３ リッチ溶液抜き出し分岐ライン
４４ 水洗部
４５ デミスタ
４７ ＣＯ2除去排ガス
５０、５５、８６ 受け部
５１ ポンプ
６１ スチーム
６２ 飽和スチーム
６３ リーンソルベントポンプ
６４ リーンソルベントクーラ
７１、７６ ＣＯ2ガス
７２ コンデンサ
７４ 分離ドラム
７７ 凝縮水循環ポンプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガス中のＣＯ2を吸収するＣＯ2回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大量の化石燃料を使用する火力発電所などでは、ボイラにおいて化石燃料を燃焼させることで発生する排ガスはＣＯ2を含んでいる。ＣＯ2を含む排ガスはＣＯ2吸収塔内でアミン系のＣＯ2吸収液と気液接触させてＣＯ2吸収液中にＣＯ2を吸収させることで、排ガス中のＣＯ2を除去、回収する方法及び回収されたＣＯ2を大気へ放出することなく貯蔵する方法が精力的に研究されている。
【０００３】
例えば、ＣＯ2吸収液は排ガス中のＣＯ2をＣＯ2吸収塔で吸収し、排ガスからＣＯ2を除去した後、再生塔でＣＯ2吸収液に吸収されたＣＯ2を放散してＣＯ2吸収液を再生して再びＣＯ2吸収塔に循環して排ガスからＣＯ2を除去するために再利用する方法が用いられている（例えば、特許文献１参照）。このとき、ＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液は、再生塔において蒸気で加熱されることにより、ＣＯ2を放散し、高純度のＣＯ2が回収される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−６２１６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＣＯ2吸収液を用いて燃焼排ガスのようなＣＯ2含有ガスからＣＯ2を吸収除去し、回収する方法を用いるＣＯ2回収装置は、燃焼設備に付加して設置されるため、その運転コストをできるだけ低減させなければならない。特にＣＯ2回収装置のうち、再生塔ではＣＯ2の放散に多量の熱エネルギーを消費する。また、ＣＯ2吸収液の消費量が多いと、ＣＯ2吸収液を追加する供給量が増加するため、運転コストの増加につながる。
【０００６】
そのため、排ガスからＣＯ2を回収するにあたり、ＣＯ2の回収効率を向上させると共に、ＣＯ2吸収液の消費量を低減し、運転コストの削減を図ったＣＯ2回収装置がもとめられている。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、効率よくＣＯ2を回収すると共に、ＣＯ2吸収液の消費量を低減し、運転コストの削減を図ったＣＯ2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】
【０００８】
上述した課題を解決するための本発明に係る第１の発明は、ＣＯ2を含む排ガスを水と接触させて前記排ガスを冷却する冷却部と、前記排ガスとＣＯ2を吸収するＣＯ2吸収液とを接触させて前記排ガスからＣＯ2を除去するＣＯ2吸収部と、ＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液からＣＯ2を放出させてＣＯ2吸収液を再生する吸収液再生部と、を有し、前記ＣＯ2吸収部は、前記排ガスを前記ＣＯ2吸収液と向流状態で接触させて前記排ガスからＣＯ2を除去する少なくとも１つの向流式ＣＯ2吸収部と、前記排ガスを前記ＣＯ2吸収液と並流状態で接触させて前記排ガスからＣＯ2を除去する少なくとも１つの並流式ＣＯ2吸収部とを有することを特徴とするＣＯ2回収装置である。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、前記ＣＯ2吸収部においてＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液を冷却し、前記ＣＯ2吸収部に再度供給することを特徴とするＣＯ2回収装置である。
【００１０】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記並流式ＣＯ2吸収部は、前記排ガスの流れ方向の最も前流側に設けられることを特徴とするＣＯ2回収装置である。
【００１１】
第４の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、前記向流式ＣＯ2吸収部は、前記排ガスの流れ方向の最も前流側に設けられることを特徴とするＣＯ2回収装置である。
【００１２】
第５の発明は、第１乃至第４の何れか１つの発明において、前記ＣＯ2吸収部に含まれる前記向流式ＣＯ2吸収部と前記並流式ＣＯ2吸収部との少なくとも１つが、前記排ガスと前記ＣＯ2吸収液とを接触させて前記排ガスからＣＯ2を除去するＣＯ2吸収塔内に設けられ、前記並流式ＣＯ2吸収部が、前記冷却部と前記ＣＯ2吸収塔との間に設けられることを特徴とするＣＯ2回収装置である。
【００１３】
第６の発明は、第１乃至第５の何れか１つの発明において、前記ＣＯ2吸収部に含まれる前記向流式ＣＯ2吸収部と前記並流式ＣＯ2吸収部との少なくとも１つが、前記排ガスと前記ＣＯ2吸収液とを接触させて前記排ガスからＣＯ2を除去するＣＯ2吸収塔内に設けられ、前記向流式ＣＯ2吸収部が、前記冷却部と前記ＣＯ2吸収塔との間に設けられることを特徴とするＣＯ2回収装置である。
【００１４】
第７の発明は、第１乃至第６の何れか１つの発明において、前記冷却部が、前記排ガスを水と接触させて前記排ガスを冷却する冷却塔内に設けられ、前記向流式ＣＯ2吸収塔が、前記冷却塔の内部に設けられることを特徴とするＣＯ2回収装置である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るＣＯ2回収装置によれば、効率よくＣＯ2を回収すると共に、ＣＯ2吸収液の消費量を低減し、運転コストの削減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係るＣＯ2回収装置の構成を簡略に示す図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態に係るＣＯ2回収装置の他の構成を簡略に示す図である。
【図３】図３は、本発明の第２の実施形態に係るＣＯ2回収装置の構成の一部を簡略に示す図である。
【図４】図４は、並流式ＣＯ2吸収塔のＣＯ2回収部の充填高さとリボイラで消費する蒸気量の削減率との関係を示す図である。
【図５】図５は、セミリッチ溶液を並流式ＣＯ2吸収塔に再度循環させるセミリッチ溶液の還流比とリボイラで消費する蒸気量の削減率との関係を示す図である。
【図６】図６は、並流式ＣＯ2吸収塔の断面積比とリボイラで消費する蒸気量の削減率との関係を示す図である。
【図７】図７は、ＣＯ2回収部の断面積比（Ｓ１／Ｓ２）とＣＯ2回収部の充填高さを変化させた場合とリボイラで消費する蒸気量の削減率との関係を示す図である。
【図８】図８は、並流式ＣＯ2吸収塔のＣＯ2回収部の充填高さとリボイラで消費する蒸気量の削減率との関係を示す図である。
【図９】図９は、向流式ＣＯ2回収部の充填高さとリボイラで消費する蒸気量の削減率との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の発明を実施するための形態（以下、実施形態という）により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【００１８】
［第１の実施形態］
本発明による第１の実施形態に係るＣＯ2回収装置について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るＣＯ2回収装置の構成を簡略に示す図である。図１に示すように、本実施形態に係るＣＯ2回収装置１０は、冷却部１１と、ＣＯ2吸収部１２と、吸収液再生部１３とを有する。冷却部１１は、ＣＯ2を含む排ガス１４Ａを水１５と接触させて排ガス１４Ａを冷却するものであり、冷却塔１６の内部に設けられている。また、ＣＯ2吸収部１２は、排ガス１４ＢとＣＯ2を吸収するＣＯ2吸収液（リーン溶液）１７とを接触させて排ガス１４ＢからＣＯ2を除去するものである。本実施形態においては、ＣＯ2吸収部１２は、排ガス１４ＢをＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液（セミリッチ溶液）２４と並流状態で接触させて排ガス１４ＢからＣＯ2を除去する並流式ＣＯ2吸収部１９と、排ガス１４ＣをＣＯ2吸収液１７と向流状態で接触させて排ガス１４ＣからＣＯ2を除去する向流式ＣＯ2吸収部２０とを有する。また、吸収液再生部１３は、リッチ溶液１８からＣＯ2を放出させてＣＯ2吸収液１７を再生するものであり、吸収液再生塔（以下、再生塔という）２１の内部に設けられている。
【００１９】
本実施形態では、並流式ＣＯ2吸収部１９は、並流式ＣＯ2吸収塔２２の内部に設けられ、向流式ＣＯ2吸収部２０は、ＣＯ2吸収塔２３の内部に設けられている。
【００２０】
本実施形態では、ＣＯ2吸収部１２は、並流式ＣＯ2吸収部１９および向流式ＣＯ2吸収部２０を各々１つずつ有するようにしているが、並流式ＣＯ2吸収部１９と向流式ＣＯ2吸収部２０との何れか一方又は両方を複数有するようにしてもよい。
【００２１】
ＣＯ2回収装置１０では、排ガス１４Ａ中のＣＯ2を吸収するＣＯ2吸収液１７が、並流式ＣＯ2吸収塔２２とＣＯ2吸収塔２３と再生塔２１との間（以下、系内という。）を循環している。本実施形態では、並流式ＣＯ2吸収塔２２から再生塔２１には、排ガス１４Ｂ中のＣＯ2を吸収したリッチ溶液１８が送給される。再生塔２１からＣＯ2吸収塔２３にはリッチ溶液１８から再生塔２１でほぼ全てのＣＯ2が除去され再生されたＣＯ2吸収液（リーン溶液）１７が送給されている。ＣＯ2吸収塔２３から並流式ＣＯ2吸収塔２２には、排ガス１４Ｃ中に残留するＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液（セミリッチ溶液）２４が送給される。
【００２２】
排ガス１４Ａは、ボイラやガスタービン等の産業設備から排出されるＣＯ2を含有するガスである。排ガス１４Ａは、排ガス送風機などにより昇圧された後、冷却塔１６に送られる。
【００２３】
冷却塔１６は、排ガス１４Ａを水１５によって冷却する塔である。冷却塔１６は、塔内に水１５を噴霧する噴霧ノズル２６と、冷却部１１とを有する。排ガス１４Ａは冷却塔１６内の冷却部１１で噴霧ノズル２６から噴霧された水１５と向流接触することにより冷却される。
【００２４】
排ガス１４Ａと熱交換して高温となった水１５は冷却塔１６の塔底部に貯留される。塔底部の水１５は塔底部から抜き出され、冷却器２７で冷却水２８と熱交換することにより冷却された後、冷却塔１６に送給される。これにより、水１５は排ガス１４Ａの冷却用として循環して使用される。
【００２５】
冷却された排ガス１４Ｂは、冷却塔１６とＣＯ2吸収塔２３とを連結する煙道２９を介して冷却塔１６から排出され、ＣＯ2吸収部１２に送給される。
【００２６】
ＣＯ2吸収部１２は、上述の通り、並流式ＣＯ2吸収部１９と向流式ＣＯ2吸収部２０とを有する。排ガス１４Ｂは、並流式ＣＯ2吸収部１９を含む並流式ＣＯ2吸収塔２２と向流式ＣＯ2吸収部２０を含むＣＯ2吸収塔２３とに、この順に送給される。
【００２７】
並流式ＣＯ2吸収塔２２は、冷却部１１を含む冷却塔１６とＣＯ2吸収塔２３との間に設けられている。本実施形態においては、並流式ＣＯ2吸収部１９を含む並流式ＣＯ2吸収塔２２は、ＣＯ2吸収部１２の中で排ガス１４Ｂの流れ方向の最も前流側に設けられている。冷却塔１６から排出される排ガス１４Ｂは煙道２９を通り、並流式ＣＯ2吸収塔２２に送給される。
【００２８】
並流式ＣＯ2吸収塔２２は、排ガス１４ＢをＣＯ2吸収塔２３から排出されるセミリッチ溶液２４と並流状態で接触させて排ガス１４ＢからＣＯ2を除去する塔である。並流式ＣＯ2吸収塔２２は、塔内に噴霧ノズル３１と、並流式ＣＯ2吸収部１９とを有する。噴霧ノズル３１は、セミリッチ溶液２４を下向きに噴霧している。このセミリッチ溶液２４は、ＣＯ2吸収塔２３からセミリッチ溶液抜き出しライン３２を介して排出され、冷却器３３で冷却水３４と熱交換し、冷却された後、並流式ＣＯ2吸収塔２２に送給されている。また、排ガス１４Ｂは並流式ＣＯ2吸収塔２２の塔頂部側から供給され、塔内を塔底部側に向かって流れている。
【００２９】
よって、セミリッチ溶液２４は並流式ＣＯ2吸収塔２２内に供給される前に冷却されているため、並流式ＣＯ2吸収塔２２内で、セミリッチ溶液２４は更に排ガス１４Ｂ中のＣＯ2を吸収することができ、並流式ＣＯ2吸収塔２２の塔底部に貯留されるリッチ溶液１８中のＣＯ2濃度を高くすることができる。
【００３０】
また、セミリッチ溶液２４は並流式ＣＯ2吸収塔２２内に供給される前に冷却されているため、セミリッチ溶液２４が排ガス１４Ｂと接触することによりＣＯ2吸収塔２３に送給される排ガス１４Ｃのガス温度を下げることができる。このため、後述するように、ＣＯ2吸収塔２３においても排ガス１４Ｃ中に含まれるＣＯ2の吸収量を増加させることができ、ＣＯ2の吸収効率を向上させることができる。更に、ＣＯ2吸収塔２３に送給される排ガス１４Ｃのガス温度を下げることで、リーン溶液１７の吸収液の蒸気圧は小さくなり、吸収液の消費量を低減することができる。また、ＣＯ2を吸収した時に発生する反応熱により、吸収液の温度は上昇するが、ＣＯ2吸収塔２３の前流側において排ガス１４Ｃは冷却されているため、吸収液の温度上昇も抑制され、吸収液の劣化を低減できる。
【００３１】
また、従来のＣＯ2回収装置では、冷却塔１６とＣＯ2吸収塔２３とは煙道２９により連結されていた。これに対し、本実施形態に係るＣＯ2回収装置１０は、煙道２９に並流式ＣＯ2吸収塔２２を設けるようにしたものである。よって、本実施形態に係るＣＯ2回収装置１０によれば、従来の既設のＣＯ2回収装置の煙道２９に並流式ＣＯ2吸収塔２２を設けるようにしたものであるため、設置面積を有効に利用することができる。
【００３２】
並流式ＣＯ2吸収部１９の断面積Ｓ１とし、向流式ＣＯ2吸収部２０の断面積Ｓ２としたとき、並流式ＣＯ2吸収部１９の断面積比（Ｓ１／Ｓ２）は、１．０以下が好ましく、より好ましくは、０．８以下であり、更に好ましくは、０．５以下である。これにより、並流式ＣＯ2吸収塔２２内でセミリッチ溶液２４と排ガス１４Ｂとの接触割合を好適に保つことができるため、排ガス１４Ｂ中のＣＯ2の吸収効率を維持することができる。この結果、再生塔２１の再生過熱器（リボイラ）３６で消費する蒸気量を削減することができる。また、並流式ＣＯ2吸収部１９の断面積比（Ｓ１／Ｓ２）が小さくても並流式ＣＯ2吸収部１９の充填高さをその分高くすることで、並流式ＣＯ2吸収塔２２内でセミリッチ溶液２４と排ガス１４Ｂとの接触割合を好適に保つことができるため、排ガス１４Ｂ中のＣＯ2の吸収効率を維持することができる。
【００３３】
また、セミリッチ溶液２４は並流式ＣＯ2吸収塔２２に供給する前に、予め冷却器３３で冷却するようにしているが、セミリッチ溶液２４を冷却する必要が無い場合には冷却器３３で冷却しなくてもよい。
【００３４】
並流式ＣＯ2吸収塔２２でセミリッチ溶液２４と気液接触した排ガス１４Ｃは、ＣＯ2吸収塔２３の塔底部の側壁からＣＯ2吸収塔２３に送られる。
【００３５】
また、並流式ＣＯ2吸収部１９において排ガス１４Ｂ中のＣＯ2を吸収したリッチ溶液１８は、並流式ＣＯ2吸収塔２２の底部に貯留される。並流式ＣＯ2吸収塔２２の底部に貯留されたリッチ溶液１８は、リッチ溶液送給ライン３７から抜き出され、並流式ＣＯ2吸収塔２２の塔底部から外部に設けられたリッチソルベントポンプ３８により圧送され、リッチ・リーン溶液熱交換器３９において再生塔２１で再生されたＣＯ2吸収液１７と熱交換された後、再生塔２１の塔側面側から塔内に供給される。
【００３６】
並流式ＣＯ2吸収塔２２の塔底部のリッチ溶液１８の一部は、リッチ溶液抜き出し分岐ライン４１から抜き出し、セミリッチ溶液２４と混合し、並流式ＣＯ2吸収塔２２に循環して使用するようにしてもよい。これにより、リッチ溶液１８は排ガス１４Ｂ中に含まれるＣＯ2を並流式ＣＯ2吸収塔２２で更に吸収し、排ガス１４ＢからＣＯ2を除去することができるため、リッチ溶液１８中のＣＯ2濃度を更に高くすることができる。この結果、リボイラ３６で消費する蒸気量を削減することができる。
【００３７】
また、ＣＯ2吸収塔２３から並流式ＣＯ2吸収塔２２に供給されるセミリッチ溶液２４の流量Ａ１とし、並流式ＣＯ2吸収塔２２内のリッチ溶液１８をリッチ溶液抜き出し分岐ライン４１を介して並流式ＣＯ2吸収塔２２に供給するリッチ溶液１８の流量Ａ２としたとき、リッチ溶液１８の還流比（Ａ２／Ａ１）は、０以上３以下が好ましく、より好ましくは０以上２以下である。これにより、再生塔２１に送給し、再生するリッチ溶液１８を好適に維持しつつ、排ガス１４Ｂ中のＣＯ2を効率良く吸収することができる。
【００３８】
ＣＯ2吸収塔２３は、排ガス１４ＣとＣＯ2吸収液１７とを接触させて排ガス１４ＣからＣＯ2を除去する塔である。ＣＯ2吸収塔２３は、向流式ＣＯ2吸収部２０と、噴霧ノズル４３と、水洗部４４と、デミスタ４５とを有する。塔内に送給された排ガス１４Ｃは塔内の塔底部側から塔頂側に向けて流れる。噴霧ノズル４３は、ＣＯ2吸収液１７を下向きに噴霧させるノズルである。本実施形態では、向流式ＣＯ2吸収部２０は、ＣＯ2吸収塔２３の塔下側に設けられている。
【００３９】
塔内を上昇する排ガス１４Ｃは、向流式ＣＯ2吸収部２０において、例えば塩基性アミン化合物をベースとするＣＯ2吸収液１７と向流状態接触し、排ガス１４Ｃ中のＣＯ2がＣＯ2吸収液１７に吸収される。
【００４０】
向流式ＣＯ2吸収部２０において排ガス１４Ｃ中のＣＯ2を吸収したセミリッチ溶液２４は、ＣＯ2吸収塔２３の底部に貯留される。ＣＯ2吸収塔２３の底部に貯留されたセミリッチ溶液２４は、上述のように、セミリッチ溶液抜き出しライン３２より抜き出され、並流式ＣＯ2吸収塔２２に送給され、排ガス１４Ｂと並流接触させ、排ガス１４Ｂに含まれるＣＯ2を吸収する。
【００４１】
セミリッチ溶液２４は、並流式ＣＯ2吸収塔２２に送給する場合に限定されるものではなく、噴霧ノズル４３に送給されるＣＯ2吸収液１７に混合し、向流式ＣＯ2吸収部２０において排ガス１４Ｃ中のＣＯ2を吸収するために用いてもよい。また、セミリッチ溶液２４は、並流式ＣＯ2吸収塔２２と向流式ＣＯ2吸収部２０との両方に供給してもよい。
【００４２】
また、水洗部４４及びデミスタ４５は、ＣＯ2吸収塔２３の排ガス１４Ｃの流れ方向の後流側に設けられている。本実施形態では、水洗部４４及びデミスタ４５は、塔内の向流式ＣＯ2吸収部２０の上方に設けられている。向流式ＣＯ2吸収部２０でＣＯ2が除去されたＣＯ2除去排ガス４７は、水洗部４４及びデミスタ４５にてＣＯ2除去排ガス４７に同伴されたＣＯ2吸収液１７が除去された後、塔頂部から系外へ放出される。
【００４３】
水洗部４４には、外部から供給される水４８を噴霧ノズル４９から噴霧して水洗部４４でＣＯ2除去排ガス４７中に含まれる不純物を除去する。噴霧ノズル４９から噴霧した水４８は受け部５０で回収され、ポンプ５１で塔外部に送給し、冷却器５２で冷却水５３により冷却された後、噴霧ノズル４９に送給され、循環使用される。
【００４４】
本実施形態においては、ＣＯ2吸収部１２は、並流式ＣＯ2吸収部１９と向流式ＣＯ2吸収部２０とを各々１つずつ有しているが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、並流式ＣＯ2吸収部１９と向流式ＣＯ2吸収部２０との何れか一方又は両方を複数有するようにしてもよい。
【００４５】
本実施形態においては、ＣＯ2吸収塔２３は塔内に向流式ＣＯ2吸収部２０を一つ設けるようにしているが、塔内に並流式ＣＯ2吸収部１９と向流式ＣＯ2吸収部２０との何れか一方又は両方を複数有するようにしてもよい。
【００４６】
図２は、本実施形態に係るＣＯ2回収装置の他の構成を簡略に示す図である。図２に示すように、ＣＯ2吸収塔２３は向流式ＣＯ2吸収部２０−１、２０−２の２段設けるようにしてもよいし、３段以上設けるようにしてもよい。ＣＯ2吸収塔２３が向流式ＣＯ2吸収部２０−１、２０−２を設ける場合、噴霧ノズル４３−２からリーン溶液１７を噴霧して向流式ＣＯ2吸収部２０−２を通過した後、排ガス１４Ｃに残留しているＣＯ2を吸収したセミリッチ溶液２４Ｂが受け部５５で貯留される。その後、受け部５５に溜まったセミリッチ溶液２４Ｂは、冷却器５６で冷却水５７で冷却された後、噴霧ノズル４３−１からセミリッチ溶液２４Ｂを噴霧して向流式ＣＯ2吸収部２０−１を通過し、セミリッチ溶液２４Ａとなって塔底部に貯留される。
【００４７】
このとき、向流式ＣＯ2吸収部２０−２でＣＯ2を吸収したセミリッチ溶液２４Ｂは向流式ＣＯ2吸収部２０−１に供給し、向流式ＣＯ2吸収部２０−１でＣＯ2を吸収したセミリッチ溶液２４Ａは並流式ＣＯ2吸収部１９に供給する場合に限定されるものではない。並流式ＣＯ2吸収部１９でＣＯ2を吸収したリッチ溶液１８と、向流式ＣＯ2吸収部２０−１、２０−２の各々でＣＯ2を吸収したセミリッチ溶液２４Ａ、２４Ｂは、冷却した後、並流式ＣＯ2吸収部１９、向流式ＣＯ2吸収部２０−１、２０−２の何れか一方又は両方に再度供給するようにしてもよい。
【００４８】
また、図１に示すように、並流式ＣＯ2吸収塔２２の底部に貯留されたリッチ溶液１８は、上述の通り、再生塔２１に供給される。再生塔２１は、吸収液再生部１３を含み、リッチ溶液１８からＣＯ２を放出してリーン溶液１７として再生する塔である。再生塔２１の塔頂部から再生塔２１の塔内に放出されたリッチ溶液１８は、再生塔２１の塔底部から供給される蒸気（スチーム）６１により加熱される。スチーム６１は、リーン溶液１７を再生過熱器（リボイラ）３６で飽和スチーム６２と熱交換することにより発生する。リッチ溶液１８はスチーム６１により加熱されることにより、吸熱され、リッチ溶液１８中に含まれる大部分のＣＯ2を放出し、再生塔２１の塔底部に至る頃には、ほぼ全てのＣＯ2が除去されたＣＯ2吸収液（リーン溶液）１７となる。
【００４９】
再生塔２１の底部に貯留されるリーン溶液１７はＣＯ2吸収液としてリーンソルベントポンプ６３により送給され、リーンソルベントクーラ６４で冷却水６５と熱交換して冷却された後、ＣＯ2吸収塔２３に送給される。
【００５０】
一方、再生塔２１の塔頂部からは水蒸気を伴ったＣＯ2ガス７１が放出される。水蒸気を伴ったＣＯ2ガス７１は再生塔２１の塔頂部から導出され、コンデンサ７２で冷却水７３によりＣＯ2ガス７１に含まれる水蒸気が凝縮され、分離ドラム７４にて水７５が分離された後、ＣＯ2ガス７６は系外に放出されて回収される。また、分離ドラム７４にて分離された水７５は凝縮水循環ポンプ７７にて再生塔２１の上部に供給される。
【００５１】
このように、本実施形態に係るＣＯ2回収装置１０は、冷却塔１６とＣＯ2吸収塔２３との間に並流式ＣＯ2吸収部１９を含む並流式ＣＯ2吸収塔２２を設け、ＣＯ2吸収塔２３で排ガス１４Ｃ中のＣＯ2を吸収したセミリッチ溶液２４を用いて並流式ＣＯ2吸収塔２２で更に排ガス１４Ｂ中のＣＯ2を吸収するための吸収液として用いている。これにより、並流式ＣＯ2吸収塔２２の塔底部に貯留されるリッチ溶液１８中のＣＯ2濃度を高くすることができる。また、セミリッチ溶液２４は並流式ＣＯ2吸収塔２２内に供給される前に予め冷却しているため、ＣＯ2吸収塔２３に送給される排ガス１４Ｃのガス温度を下げることができる。このため、ＣＯ2吸収塔２３において排ガス１４Ｃ中に含まれるＣＯ2の吸収量も増加させることができると共に、吸収液の消費量を低減することができる。さらに、既設のＣＯ2回収装置の煙道に並流式ＣＯ2吸収塔２２を設けることができるため、設置面積を有効に利用することができる。
【００５２】
これにより、再生塔２１でＣＯ2吸収液１７に含まれるＣＯ2を放出するために要するスチームを無駄なく効率よく利用することができるため、ＣＯ2回収装置１０の運転効率を上昇させることができる。
【００５３】
なお、本実施形態に係るＣＯ2回収装置１０は、向流式ＣＯ2吸収部２０をＣＯ2吸収塔２３の塔内に設けるようにしているが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、向流式ＣＯ2吸収部２０は、冷却部１１とＣＯ2吸収塔２３との間に設けるようにしてもよい。
【００５４】
本実施形態に係るＣＯ2回収装置１０は、排ガス１４Ａ中に含まれるＣＯ2を回収するのに適用する場合に限定されるものではなく、例えば、排煙脱硫装置など排ガス中に含まれる成分を水など液体と気液接触させる装置であれば好適に用いることができる。
【００５５】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係るＣＯ2回収装置について、図面を参照して説明する。本実施形態に係るＣＯ2回収装置の構成は、上述の図１に示すＣＯ2回収装置の構成と同様であるため、ＣＯ2回収装置の構成を示す図は省略し、冷却塔とＣＯ2吸収塔との構成を示す図のみを用いて説明する。なお、図１、図２のＣＯ2回収装置と同一の部材には同一の符号を付してその説明は省略する。また、本実施形態においては、図２に示すように、向流式ＣＯ2吸収部２０を２つ設けた場合について説明する。
【００５６】
図３は、本発明の第２の実施形態に係るＣＯ2回収装置の構成の一部を簡略に示す図である。図３に示すように、本実施形態に係るＣＯ2回収装置は、図２に示す第１の実施形態に係るＣＯ2回収装置に、更に排ガス１４Ｂの流れ方向の最も前流側に向流式ＣＯ2吸収部８１を設けるようにしたものである。すなわち、本実施形態に係るＣＯ2回収装置は、ＣＯ2吸収塔２３内に向流式ＣＯ2吸収部２０−１、２０−２を設け、冷却塔１６とＣＯ2吸収塔２３との間に並流式ＣＯ2吸収塔２２を設けると共に、冷却塔１６の内部の冷却部１１のガス流れ方向の下流側（塔内の上方側）に、向流式ＣＯ2吸収部８１を有するものである。
【００５７】
冷却塔１６は、塔内に噴霧ノズル８２と、向流式ＣＯ2吸収部８１とを有する。向流式ＣＯ2吸収部８１は、冷却後の排ガス１４Ｂを並流式ＣＯ2吸収塔２２から排出されるリッチ溶液１８Ａと向流状態で接触させて排ガス１４ＢからＣＯ2を除去するものである。
【００５８】
噴霧ノズル８２は、リッチ溶液１８Ａを下向きに噴霧している。このリッチ溶液１８Ａは、並流式ＣＯ2吸収塔２２からセミリッチ溶液抜き出しライン８３を介して排出され、冷却器８４で冷却水８５と熱交換し、冷却された後、並流式ＣＯ2吸収塔２２に送給されている。
【００５９】
向流式ＣＯ2吸収部８１は、冷却部１１のガス流れ方向の後流側に設けられている。本実施形態では、向流式ＣＯ2吸収部８１は、冷却塔１６の冷却部１１より上側に設けられている。そのため、冷却塔１６の冷却部１１で冷却された排ガス１４Ｂは、向流式ＣＯ2吸収部８１に向かう。
【００６０】
リッチ溶液１８Ａは向流式ＣＯ2吸収部８１で冷却後の排ガス１４Ｂと接触した後、受け部８６で貯留される。
【００６１】
向流式ＣＯ2吸収部８１に供給された排ガス１４Ｂは、向流式ＣＯ2吸収部８１内でリッチ溶液１８Ａと向流接触する。並流式ＣＯ2吸収塔２２内で、リッチ溶液１８Ａは排ガス１４Ｂと向流接触することで、排ガス１４Ｂ中に含まれるＣＯ2を吸収し、排ガス１４ＢからＣＯ2を除去することができる。
【００６２】
リッチ溶液１８Ａは向流式ＣＯ2吸収部８１で冷却後の排ガス１４Ｂと接触した後、受け部８６に貯留されるが、この受け部８６に貯留されたリッチ溶液１８は、リッチ溶液送給ライン８７から抜き出され、再生塔１４に供給される。
【００６３】
本実施形態に係るＣＯ2回収装置は、ＣＯ2吸収塔２３から排出されるセミリッチ溶液２４Ａを用いて並流式ＣＯ2吸収塔２２内で排ガス１４Ｃ−１中のＣＯ2を吸収するための吸収液として用いている。そして、並流式ＣＯ2吸収塔２２から排出されるリッチ溶液１８Ａを用いて冷却塔１６内で更に排ガス１４Ｂ中のＣＯ2を吸収するための吸収液として用いている。すなわち、リッチ溶液１８Ａは、並流式ＣＯ2吸収塔２２で排ガス１４Ｃ−１中のＣＯ2を吸収し、ＣＯ2吸収塔２３で排ガス１４Ｃ−２中のＣＯ2を吸収した吸収液である。このため、リッチ溶液１８Ａを向流式ＣＯ2吸収部８１で更に排ガス１４Ｂ中のＣＯ2を吸収するための吸収液として用いることにより、冷却塔１６の受け部８６に貯留されるリッチ溶液１８Ｂ中のＣＯ2濃度を更に高くすることができる。
【００６４】
受け部８６に貯留されたリッチ溶液１８Ｂの一部は、リッチ溶液抜き出し分岐ライン８３から抜き出し、リッチ溶液１８Ａと混合し、向流式ＣＯ2吸収部８１に循環して使用するようにしてもよい。これにより、リッチ溶液１８Ａは排ガス１４Ｂ中に含まれるＣＯ2を向流式ＣＯ2吸収部８１で更に吸収し、排ガス１４ＢからＣＯ2を除去することができるため、リッチ溶液１８Ｂ中のＣＯ2濃度を更に高くすることができる。
【００６５】
また、並流式ＣＯ2吸収塔２２から冷却塔１６に供給されるリッチ溶液１８Ａの流量Ａ３と、冷却塔１６内のリッチ溶液１８Ｂをリッチ溶液抜き出し分岐ライン８３を介して冷却塔１６に供給するリッチ溶液１８Ｂの流量Ａ４とについて、リッチ溶液１８Ｂの還流比（Ａ４／Ａ３）は、０以上３以下が好ましく、より好ましくは０以上２以下である。これにより、再生塔２１に送給し、再生するリッチ溶液１８Ｂを好適に維持しつつ、排ガス１４Ｂ中のＣＯ2を吸収することができる。
【００６６】
また、リッチ溶液１８Ａは冷却塔１６内に供給される前に冷却されているため、リッチ溶液１８Ａが排ガス１４Ｂと接触することによりＣＯ2吸収塔２３に送給される排ガス１４Ｃ−１のガス温度を下げることができる。また、セミリッチ溶液２４Ａは並流式ＣＯ2吸収塔２２内に供給される前にも冷却しているため、ＣＯ2吸収塔２３に送給される排ガス１４Ｃ−２のガス温度も下げることができる。このため、ＣＯ2吸収塔２３において排ガス１４Ｃ中に含まれるＣＯ2の吸収量を増加させることができる、ＣＯ2の吸収効率を向上させることができると共に、吸収液の消費量を低減することができる。
【００６７】
さらに、本実施形態に係るＣＯ2回収装置は、既設のＣＯ2回収装置の煙道２９に並流式ＣＯ2吸収塔２２を設け、冷却塔１６の内部のガス流れ方向の下流側（塔内の上方側）に向流式ＣＯ2吸収部８１を設けるようにしたものであるため、設置面積を有効に利用することができる。
【００６８】
このように、本実施形態に係るＣＯ2回収装置によれば、ＣＯ2吸収液１７への排ガス１４Ａ中に含まれるＣＯ2の吸収効率を向上させることができると共に、ＣＯ2吸収液１７に含まれる吸収液の消費量を低減することができるため、ＣＯ2吸収液１７を効率良く利用することができる。これにより、再生塔２１でＣＯ2吸収液１７に含まれるＣＯ2を放出するために要するスチームを更に無駄なく効率よく利用することができるため、ＣＯ2回収装置の運転効率を更に上昇させることができる。また、既設の装置に対しても更に有効に適用することができる。
【実施例】
【００６９】
次に、本実施形態に係るＣＯ2回収装置を用いた場合におけるリボイラで消費する蒸気量の削減率の試験結果を説明する。
【００７０】
＜冷却塔とＣＯ2吸収塔との間に並流式ＣＯ2吸収塔を設けた場合＞
図１に示す本発明の第１の実施形態に係るＣＯ2回収装置１０のように、冷却塔１６とＣＯ2吸収塔２３との間に並流式ＣＯ2吸収塔２２を設けた場合に、リボイラ３６で消費する蒸気量の削減率について、並流式ＣＯ2吸収塔２２の並流式ＣＯ2吸収部１９の高さを変えた場合、並流式ＣＯ2吸収塔２２を循環させるセミリッチ溶液２４の還流比（Ａ２／Ａ１）を変えた場合、並流式ＣＯ2吸収塔２２とＣＯ2吸収塔２３との断面積比（Ｓ１／Ｓ２）を変えた場合の各々について検討した。以下、図１に示す本発明の第１の実施形態に係るＣＯ2回収装置１０を参照にしつつ説明する。
【００７１】
［並流式ＣＯ2吸収塔２２の向流式ＣＯ2吸収部２０の充填高さとリボイラ３６で消費する蒸気量の削減率との関係］
図４は、並流式ＣＯ2吸収塔２２の並流式ＣＯ2吸収部１９の充填高さとリボイラ３６で消費する蒸気量の削減率との関係を示す図である。なお、比較例１は、並流式ＣＯ2吸収塔２２を設けていない従来のＣＯ2回収装置においてＣＯ2吸収塔２３の向流式ＣＯ2吸収部２０の充填高さを１００％とした試験例である。比較例１において、リボイラ３６が消費する蒸気量を基準値（０％）とした。実施例１−１は、ＣＯ2吸収塔２３の向流式ＣＯ2吸収部２０の充填高さを１００％とした時に並流式ＣＯ2吸収塔２２の並流式ＣＯ2吸収部１９の充填高さを１４％とした試験例である。実施例１−２は、ＣＯ2吸収塔２３の向流式ＣＯ2吸収部２０の高さを１００％とした時に並流式ＣＯ2吸収塔２２の並流式ＣＯ2吸収部１９の高さを２８％とした試験例である。実施例１−３は、ＣＯ2吸収塔２３の向流式ＣＯ2吸収部２０の高さを１００％とした時に並流式ＣＯ2吸収塔の並流式ＣＯ2吸収部１９の高さを４３％とした試験例である。実施例１−１〜１−３は、いずれも、ＣＯ2吸収塔２３から並流式ＣＯ2吸収塔２２に供給されるセミリッチ溶液２４の流量Ａ１と並流式ＣＯ2吸収塔２２内のリッチ溶液１８をリッチ溶液抜き出し分岐ライン４１を介して並流式ＣＯ2吸収塔２２に供給するリッチ溶液１８の流量Ａ２とのリッチ溶液１８の還流比（Ａ２／Ａ１）を０とし、並流式ＣＯ2吸収部１９の断面積Ｓ１と向流式ＣＯ2吸収部２０の断面積Ｓ２との並流式ＣＯ2吸収部１９の断面積比（Ｓ１／Ｓ２）を１とした。
【００７２】
図４に示すように、並流式ＣＯ2吸収塔２２の並流式ＣＯ2吸収部１９の充填高さが大きくなるほど、リボイラ３６で消費する蒸気量の削減率は大きくなった。よって、並流式ＣＯ2吸収塔２２を煙道２９に設ける場合、並流式ＣＯ2吸収塔２２の並流式ＣＯ2吸収部１９の充填高さが高いほど、リボイラ３６で消費する蒸気量の削減率を大きくすることができる。
【００７３】
［セミリッチ溶液２４を並流式ＣＯ2吸収塔２２に再度循環させるセミリッチ溶液２４の還流比（Ａ２／Ａ１）とリボイラ３６で消費する蒸気量の削減率との関係］
図５は、セミリッチ溶液２４を並流式ＣＯ2吸収塔２２に再度循環させるセミリッチ溶液２４の還流比（Ａ２／Ａ１）とリボイラ３６で消費する蒸気量の削減率との関係を示す図である。なお、比較例２は、比較例１と同様、並流式ＣＯ2吸収塔２２を設けていない従来のＣＯ2回収装置においてＣＯ2吸収塔２３の向流式ＣＯ2吸収部２０の充填高さを１００％とした試験例である。比較例２において、リボイラ３６が消費する蒸気量を基準値（０％）とした。実施例２−１〜２−３は、いずれもＣＯ2吸収塔２３の向流式ＣＯ2吸収部２０の高さを１００％とした時に並流式ＣＯ2吸収塔２２の並流式ＣＯ2吸収部１９の高さを２８％とし、断面積比（Ｓ１／Ｓ２）を１とした試験例である。実施例２−１は、セミリッチ溶液２４の還流比を０とした。実施例２−２は、セミリッチ溶液２４の還流比を１とした。実施例２−３は、セミリッチ溶液２４の還流比を２とした。
【００７４】
図５に示すように、並流式ＣＯ2吸収塔２２に循環させるリッチ溶液１８の還流比（Ａ２／Ａ１）が大きくなるほど、リボイラ３６で消費する蒸気量の削減率が大きくなった。よって、並流式ＣＯ2吸収塔２２を煙道２９に設ける場合、並流式ＣＯ2吸収塔２２に循環させるリッチ溶液１８の還流比が大きくなるほど、リボイラ３６で消費する蒸気量の削減率を大きくすることができる。
【００７５】
［並流式ＣＯ2吸収塔２２の断面積比とリボイラ３６で消費する蒸気量の削減率との関係］
図６は、並流式ＣＯ2吸収塔２２の断面積比とリボイラ３６で消費する蒸気量の削減率との関係を示す図である。なお、比較例３は、比較例１、２と同様、並流式ＣＯ2吸収塔２２を設けていない従来のＣＯ2回収装置においてＣＯ2吸収塔２３の向流式ＣＯ2吸収部２０の充填高さを１００％とした試験例である。実施例３−１〜３−３は、いずれもＣＯ2吸収塔２３の向流式ＣＯ2吸収部２０の充填高さを１００％とした時の並流式ＣＯ2吸収塔２２の並流式ＣＯ2吸収部１９の高さを２８％とし、リッチ溶液１８の還流比（Ａ２／Ａ１）を０とした試験例である。実施例３−１は、並流式ＣＯ2吸収部１９の断面積比（Ｓ１／Ｓ２）を１とした。実施例３−２は、並流式ＣＯ2吸収部１９の断面積比（Ｓ１／Ｓ２）を０．７５とした。実施例３−３は、並流式ＣＯ2吸収部１９の断面積比（Ｓ１／Ｓ２）を０．５とした。
【００７６】
図６に示すように、並流式ＣＯ2吸収部１９の断面積比（Ｓ１／Ｓ２）が０．５の場合よりも並流式ＣＯ2吸収部１９の断面積比（Ｓ１／Ｓ２）が０．７５や１の場合の方がリボイラ３６で消費する蒸気量の削減率が大きかった。並流式ＣＯ2吸収部１９の断面積比（Ｓ１／Ｓ２）が０．７５の場合と、並流式ＣＯ2吸収部１９の断面積比（Ｓ１／Ｓ２）が１．０の場合とでは、リボイラ３６で消費する蒸気量の削減率はほぼ同等であった。よって、並流式ＣＯ2吸収塔２２を煙道２９に設ける場合、並流式ＣＯ2吸収部１９の断面積比（Ｓ１／Ｓ２）は、０．５以上よりも大きくすることで、リボイラ３６で消費する蒸気量の削減率を大きくすることができる。
【００７７】
［並流式ＣＯ2吸収部１９の断面積比（Ｓ１／Ｓ２）と並流式ＣＯ2吸収部１９の充填高さを変化させた場合のリボイラ３６で消費する蒸気量の削減率への影響］
図７は、並流式ＣＯ2吸収部１９の断面積比（Ｓ１／Ｓ２）と並流式ＣＯ2吸収部１９の充填高さを変化させた場合とリボイラ３６で消費する蒸気量の削減率との関係を示す図である。実施例３−４は、ＣＯ2吸収塔２３の向流式ＣＯ2吸収部２０の高さを１００％とした時の並流式ＣＯ2吸収塔２２の並流式ＣＯ2吸収部１９の高さを４３％とし、リッチ溶液１８の還流比（Ａ２／Ａ１）を０とし、並流式ＣＯ2吸収部１９の断面積比（Ｓ１／Ｓ２）を０．５とした試験例である。
【００７８】
図７に示すように、並流式ＣＯ2吸収部１９の断面積比（Ｓ１／Ｓ２）が０．５の場合では、並流式ＣＯ2吸収部１９の断面積比（Ｓ１／Ｓ２）が１の場合よりもリボイラ３６で消費する蒸気量の削減率は小さくなったが、並流式ＣＯ2吸収部１９の充填高さを高くすることで、並流式ＣＯ2吸収部１９の断面積比（Ｓ１／Ｓ２）が１の場合よりもリボイラ３６で消費する蒸気量の削減率が大きくなった。よって、並流式ＣＯ2吸収塔２２を煙道２９に設ける場合、並流式ＣＯ2吸収部１９の断面積比（Ｓ１／Ｓ２）が小さい場合には、並流式ＣＯ2吸収部１９の充填高さを高くすることで、リボイラ３６で消費する蒸気量の削減率を大きくすることができる。
【００７９】
［ＣＯ2吸収塔２３の向流式ＣＯ2吸収部２０を２段としたときの並流式ＣＯ2吸収塔２２の並流式ＣＯ2吸収部１９の充填高さとリボイラ３６で消費する蒸気量の削減率との関係］
図８は、並流式ＣＯ2吸収塔２２の並流式ＣＯ2吸収部１９の充填高さとリボイラ３６で消費する蒸気量の削減率との関係を示す図である。なお、比較例４−１は、比較例１と同様、並流式ＣＯ2吸収塔２２を設けていない従来のＣＯ2回収装置においてＣＯ2吸収塔２３の向流式ＣＯ2吸収部２０の充填高さを１００％とした試験例である。比較例４−１において、リボイラ３６が消費する蒸気量を基準値（０％）とした。比較例４−２は、並流式ＣＯ2吸収塔２２を設けていない従来のＣＯ2回収装置においてＣＯ2吸収塔２３の向流式ＣＯ2吸収部２０を２段とし、向流式ＣＯ2吸収部２０−１、２０−２の充填高さの和を１００％とした試験例である。実施例４−１は、ＣＯ2吸収塔２３の向流式ＣＯ2吸収部２０−１、２０−２の充填高さの和を１００％とした時の並流式ＣＯ2吸収部１９の充填高さを１４％とした試験例である。実施例４−２は、ＣＯ2吸収塔２３の向流式ＣＯ2吸収部２０−１、２０−２の充填高さの和を１００％とした時の並流式ＣＯ2吸収部１９の充填高さを２８％とした試験例である。実施例４−３は、ＣＯ2吸収塔２３の向流式ＣＯ2吸収部２０−１、２０−２の充填高さの和を１００％とした時の並流式ＣＯ2吸収部１９の充填高さを４３％とした試験例である。また、実施例４−１〜４−３、比較例４−２は、いずれも向流式ＣＯ2吸収部２０−１の充填高さを２９％、向流式ＣＯ2吸収部２０−２の充填高さを７１％とした。また、実施例４−１〜４−３、比較例４−１、４−２は、いずれもリッチ溶液１８の還流比（Ａ２／Ａ１）を０とし、並流式ＣＯ2吸収部１９の断面積比（Ｓ１／Ｓ２）を１とした。
【００８０】
図８に示すように、ＣＯ2吸収塔２３が向流式ＣＯ2吸収部２０−１、２０−２を含み、ＣＯ2吸収塔２３の向流式ＣＯ2吸収部２０を２段とすることで、ＣＯ2吸収塔２３が向流式ＣＯ2吸収部２０を含み、ＣＯ2吸収塔２３の向流式ＣＯ2吸収部２０が１段の場合よりもリボイラで消費する蒸気量の削減率は大きくなった（比較例４−１、４−２参照）。また、実施例４−１のように、ＣＯ2吸収塔２３が向流式ＣＯ2吸収部２０を２段とし、煙道２９に並流式ＣＯ2吸収塔２２を設けることで、リボイラ３６で消費する蒸気量の削減率は更に高くなった。また、実施例４−１〜４−３のように、並流式ＣＯ2吸収塔２２の並流式ＣＯ2吸収部１９の充填高さが高くなるほど、リボイラ３６で消費する蒸気量の削減率は大きくなった。よって、ＣＯ2吸収塔２３の向流式ＣＯ2吸収部２０を複数段とし、煙道２９に並流式ＣＯ2吸収塔２２を設けることで、リボイラ３６で消費する蒸気量の削減率は更に高くできる。また、並流式ＣＯ2吸収塔２２の並流式ＣＯ2吸収部１９の高さが高くなるほど、リボイラ３６で消費する蒸気量の削減率を大きくすることができる。
【００８１】
＜冷却塔１６の内部と、冷却塔１６とＣＯ2吸収塔２３との間に並流式ＣＯ2吸収塔２２を設けた場合＞
［ＣＯ2吸収塔２３のＣＯ2回収部を２段とし、冷却塔１６の内部の向流式ＣＯ2回収部７２の充填高さとリボイラ３６で消費する蒸気量の削減率との関係］
図９は、向流式ＣＯ2回収部７２の充填高さとリボイラ３６で消費する蒸気量の削減率との関係を示す図である。なお、比較例５−１は、比較例４−１と同様、並流式ＣＯ2吸収塔２２を設けていない従来のＣＯ2回収装置においてＣＯ2吸収塔２３の向流式ＣＯ2吸収部２０の充填高さを１００％とした試験例である。比較例５−１において、リボイラ３６が消費する蒸気量を基準値（０％）とした。比較例５−２は、比較例４−２と同様、並流式ＣＯ2吸収塔２２を設けていない従来のＣＯ2回収装置においてＣＯ2吸収塔２３の向流式ＣＯ2吸収部２０を２段とし、向流式ＣＯ2吸収部２０−１、２０−２の充填高さの和を１００％とした試験例である。比較例５−３は、並流式ＣＯ2吸収塔２２を設けたＣＯ2回収装置においてＣＯ2吸収塔２３の向流式ＣＯ2吸収部２０を２段とし、向流式ＣＯ2吸収部２０−１、２０−２の充填高さの和を１００％とした試験例である。実施例５−１は、ＣＯ2吸収塔２３の向流式ＣＯ2吸収部２０−１、２０−２の充填高さの和を１００％とした時の向流式ＣＯ2回収部７２の充填高さを１４％とした試験例である。実施例５−２は、ＣＯ2吸収塔２３の向流式ＣＯ2吸収部２０−１、２０−２の充填高さの和を１００％とした時の向流式ＣＯ2回収部７２の充填高さを２８％とした試験例である。実施例５−３は、ＣＯ2吸収塔２３の向流式ＣＯ2吸収部２０−１、２０−２の充填高さの和を１００％とした時の向流式ＣＯ2回収部７２の充填高さを４３％とした試験例である。また、実施例５−１〜５−３、比較例５−２は、いずれも向流式ＣＯ2吸収部２０−１の充填高さを２９％、向流式ＣＯ2吸収部２０−２の充填高さを７１％とした。また、実施例５−１〜５−３、比較例５−３は、いずれも並流式ＣＯ2吸収塔２２の並流式ＣＯ2吸収部１９の充填高さを２８％とした。また、実施例５−１〜５−３、比較例５−３は、いずれもリッチ溶液１８Ａの還流比（Ａ２／Ａ１）を０とし、並流式ＣＯ2吸収部１９の断面積比（Ｓ１／Ｓ２）を１とした。また、実施例５−１〜５−３は、並流式ＣＯ2吸収塔２２から冷却塔１６に供給されるリッチ溶液１８Ａの流量Ａ３と冷却塔１６内のリッチ溶液１８Ｂをリッチ溶液抜き出し分岐ライン８３を介して並流式ＣＯ2吸収塔２２に供給するリッチ溶液１８の流量Ａ４とのリッチ溶液１８Ｂの還流比（Ａ４／Ａ３）を０とした。
【００８２】
図９に示すように、冷却塔１６の内部に向流式ＣＯ2回収部７２を設け、冷却塔１６とＣＯ2吸収塔２３との間に並流式ＣＯ2吸収塔２２を設けることで、リボイラ３６で消費する蒸気量の削減率は大きくなった（実施例５−１〜５−３参照）。また、冷却塔１６の内部に設ける向流式ＣＯ2回収部７２の充填高さが高くなるほど、リボイラ３６で消費する蒸気量の削減率は大きくなった。よって、冷却塔１６の内部に向流式ＣＯ2回収部７２を設け、煙道２９に並流式ＣＯ2吸収塔２２を設けることで、リボイラ３６で消費する蒸気量の削減率は更に高くすることができる。また、冷却塔１６の内部の向流式ＣＯ2回収部７２の充填高さが高くなるほど、リボイラ３６で消費する蒸気量の削減率を大きくすることができる。
【符号の説明】
【００８３】
１０ ＣＯ2回収装置
１１ 冷却部
１２ ＣＯ2吸収部
１３ 吸収液再生部
１４Ａ〜１４Ｃ、１４Ｃ−１、１４Ｃ−２ 排ガス
１５、４８、７５ 水
１６ 冷却塔
１７ ＣＯ2吸収液（リーン溶液）
１８、１８Ａ、１８Ｂ リッチ溶液
１９ 並流式ＣＯ2吸収部
２０、２０−１、２０−２、８１ 向流式ＣＯ2回収部
２１ 吸収液再生塔
２２ 並流式ＣＯ2吸収塔
２３ ＣＯ2吸収塔
２４、２４Ａ、２４Ｂ セミリッチ溶液
２６、３１、４３、４３−１、４３−２、４９、８２ 噴霧ノズル
２７、３３、５２、５６、８４ 冷却器
２８、３４、５３、５７、６５、７３、８５ 冷却水
２９ 煙道
３２、８３ セミリッチ溶液抜き出しライン
３６ 再生過熱器（リボイラ）
３７、８７ リッチ溶液送給ライン
３８ リッチソルベントポンプ
３９ リッチ・リーン溶液熱交換器
４１、８３ リッチ溶液抜き出し分岐ライン
４４ 水洗部
４５ デミスタ
４７ ＣＯ2除去排ガス
５０、５５、８６ 受け部
５１ ポンプ
６１ スチーム
６２ 飽和スチーム
６３ リーンソルベントポンプ
６４ リーンソルベントクーラ
７１、７６ ＣＯ2ガス
７２ コンデンサ
７４ 分離ドラム
７７ 凝縮水循環ポンプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＯ2を含む排ガスを水と接触させて前記排ガスを冷却する冷却部と、
前記排ガスとＣＯ2を吸収するＣＯ2吸収液とを接触させて前記排ガスからＣＯ2を除去するＣＯ2吸収部と、
ＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液からＣＯ2を放出させてＣＯ2吸収液を再生する吸収液再生部と、
を有し、
前記ＣＯ2吸収部は、前記排ガスを前記ＣＯ2吸収液と向流状態で接触させて前記排ガスからＣＯ2を除去する少なくとも１つの向流式ＣＯ2吸収部と、前記排ガスを前記ＣＯ2吸収液と並流状態で接触させて前記排ガスからＣＯ2を除去する少なくとも１つの並流式ＣＯ2吸収部とを有することを特徴とするＣＯ2回収装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記ＣＯ2吸収部においてＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液を冷却し、前記ＣＯ2吸収部に再度供給することを特徴とするＣＯ2回収装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記並流式ＣＯ2吸収部は、前記排ガスの流れ方向の最も前流側に設けられることを特徴とするＣＯ2回収装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１つにおいて、
前記向流式ＣＯ2吸収部は、前記排ガスの流れ方向の最も前流側に設けられることを特徴とするＣＯ2回収装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１つにおいて、
前記ＣＯ2吸収部に含まれる前記向流式ＣＯ2吸収部と前記並流式ＣＯ2吸収部との少なくとも１つが、前記排ガスと前記ＣＯ2吸収液とを接触させて前記排ガスからＣＯ2を除去するＣＯ2吸収塔内に設けられ、
前記並流式ＣＯ2吸収部が、前記冷却部と前記ＣＯ2吸収塔との間に設けられることを特徴とするＣＯ2回収装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１つにおいて、
前記ＣＯ2吸収部に含まれる前記向流式ＣＯ2吸収部と前記並流式ＣＯ2吸収部との少なくとも１つが、前記排ガスと前記ＣＯ2吸収液とを接触させて前記排ガスからＣＯ2を除去するＣＯ2吸収塔内に設けられ、
前記向流式ＣＯ2吸収部が、前記冷却部と前記ＣＯ2吸収塔との間に設けられることを特徴とするＣＯ2回収装置。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか１つにおいて、
前記冷却部が、前記排ガスを水と接触させて前記排ガスを冷却する冷却塔内に設けられ、
前記向流式ＣＯ2吸収塔が、前記冷却塔の内部に設けられることを特徴とするＣＯ2回収装置。
【請求項１】
ＣＯ2を含む排ガスを水と接触させて前記排ガスを冷却する冷却部と、
前記排ガスとＣＯ2を吸収するＣＯ2吸収液とを接触させて前記排ガスからＣＯ2を除去するＣＯ2吸収部と、
ＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液からＣＯ2を放出させてＣＯ2吸収液を再生する吸収液再生部と、
を有し、
前記ＣＯ2吸収部は、前記排ガスを前記ＣＯ2吸収液と向流状態で接触させて前記排ガスからＣＯ2を除去する少なくとも１つの向流式ＣＯ2吸収部と、前記排ガスを前記ＣＯ2吸収液と並流状態で接触させて前記排ガスからＣＯ2を除去する少なくとも１つの並流式ＣＯ2吸収部とを有することを特徴とするＣＯ2回収装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記ＣＯ2吸収部においてＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液を冷却し、前記ＣＯ2吸収部に再度供給することを特徴とするＣＯ2回収装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記並流式ＣＯ2吸収部は、前記排ガスの流れ方向の最も前流側に設けられることを特徴とするＣＯ2回収装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１つにおいて、
前記向流式ＣＯ2吸収部は、前記排ガスの流れ方向の最も前流側に設けられることを特徴とするＣＯ2回収装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１つにおいて、
前記ＣＯ2吸収部に含まれる前記向流式ＣＯ2吸収部と前記並流式ＣＯ2吸収部との少なくとも１つが、前記排ガスと前記ＣＯ2吸収液とを接触させて前記排ガスからＣＯ2を除去するＣＯ2吸収塔内に設けられ、
前記並流式ＣＯ2吸収部が、前記冷却部と前記ＣＯ2吸収塔との間に設けられることを特徴とするＣＯ2回収装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１つにおいて、
前記ＣＯ2吸収部に含まれる前記向流式ＣＯ2吸収部と前記並流式ＣＯ2吸収部との少なくとも１つが、前記排ガスと前記ＣＯ2吸収液とを接触させて前記排ガスからＣＯ2を除去するＣＯ2吸収塔内に設けられ、
前記向流式ＣＯ2吸収部が、前記冷却部と前記ＣＯ2吸収塔との間に設けられることを特徴とするＣＯ2回収装置。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか１つにおいて、
前記冷却部が、前記排ガスを水と接触させて前記排ガスを冷却する冷却塔内に設けられ、
前記向流式ＣＯ2吸収塔が、前記冷却塔の内部に設けられることを特徴とするＣＯ2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２０１２−２１７９７１（Ｐ２０１２−２１７９７１Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８９４３５（Ｐ２０１１−８９４３５）
【出願日】平成２３年４月１３日（２０１１．４．１３）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【出願人】（０００１５６９３８）関西電力株式会社 (1,442)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１３日（２０１１．４．１３）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【出願人】（０００１５６９３８）関西電力株式会社 (1,442)
【Ｆターム（参考）】
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