JP4505041B1 - 炭酸ガス回収装置 - Google Patents

Abstract

【課題】炭酸ガス回収効率の向上と低コスト化をはかり、ひいては地球環境保全に貢献する。
【解決手段】片側にガス導入口を、また反対側にガス排出口を設けて水平方向のガス流路とした断面が方型の炭酸ガス吸収装置において、特殊な充填物を用いることによりサポートプレート、リディフューザーの不用な単純構造とし、しかも表面積の大きい高効率の充填層を形成するとともに、この充填層内に熱交換装置を設けて反応熱による悪影響をなくし、また吸収液は区分された充填層内を複数回順列（直列）に循環させて炭酸ガス吸収能力を増大するとともに、充填層および散布装置の形状を小型化して装置の耐蝕性を高め、炭酸ガス吸収水溶液の濃度を高め、省エネルギー、低コスト化をはかることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、とくに発電所、セメント工場、製鉄所、石油化学工業などから排出されるＣＯ_２（炭酸ガス）の回収装置に関し、炭酸ガス回収効率の向上と低コスト化をはかり、ひいては地球環境保全に貢献することを目的とする。

排ガス処理装置としては従来比較的小規模のものが多かった。その後排煙脱硫装置が用いられるようになり、次第に大型化してきており、最近ではＣＯ_２回収についても注目されるに至った。ＣＯ_２回収については、例えば関西電力や三菱重工グループがＫＳ−１吸収剤を用いた化学吸収法をすでに実用化している。

これは排ガスを吸収最適温度にまで冷却した後、これを吸収塔内に導入し、アルカノールアミンなどアミン系の吸収剤を用いて排ガス中のＣＯ_２を吸収剤に吸収させてアミン炭酸塩を生成し、このアミン炭酸塩水溶液を再生塔内に送り込んで、１１０℃〜１３０℃程度の加熱によりＣＯ_２ガスを放出させることにより吸収能力を回復させるとともに、放出されたＣＯ_２ガスをＣＯ_２ガス分離機により分離させて水分を除去した後、高濃度ＣＯ_２として回収されるというものであり、当然のことながら装置が大型化する傾向にある。

具体的にあらわすと、
吸収 Ｒ-ＮＨ_２＋ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ −→ Ｒ-ＮＨ_３ ＨＣＯ_３
（吸収温度40〜50℃）
再生 Ｒ-ＮＨ_３ ＨＣＯ_３ −−−−−−→ Ｒ-ＮＨ_２＋ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ
（再生温度110〜130℃）
となる。

なお、ここで用いられる吸収剤としては上記したＫＳ−１以外に、モノエタノールアミンや炭酸カリウム等も知られている。なおこの場合に処理する排ガス中に亜硫酸ガス等が存在するとＣＯ_２ガス吸収剤と亜硫酸ガスとが反応して再生不能な物質を生成してＣＯ_２回収を阻害するおそれがあるので、この場合における処理排ガスとしてはあらかじめ集塵、脱硫処理が施されているのが好ましい。

さらに上記炭酸カリウムの反応式を示すと、
吸収 Ｋ_２ＣＯ_３＋ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ −→ ２ＫＨＣＯ_３
（吸収温度60〜70℃）
再生 ２ＫＨＣＯ_３−−−−−−→ Ｋ_２ＣＯ_３＋ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ
（再生温度110〜130℃）
である。またこれらの吸収剤の使用にあたっては、化学反応を促進させるための触媒の使用や腐蝕防止剤の使用など高度の化学的知識が必要である。

上記の化学式により理解できるようにＫＳ−１吸収剤を用いた化学吸収法による場合には、再生する温度については１１０〜１３０℃程度で比較的低く抑えられるものの、ＣＯ_２ガスを１モル回収するのに１モル以上のアルカノールアミンと水を必要とするから、例えば４４ｋｇのＣＯ_２を回収するのにアルカノールアミン：７５ｋｇ以上＋水：１８ｋｇ以上からなる大量の吸収液を循環させる必要があることになり、これを実施するために要する熱エネルギーもかなり大きくなることは明らかである。

また本発明者は、さきに実公昭５３−１９１７１号公報、特開２００７−２１３１７号公報、特開２００８−１２４０１号公報等に開示された排煙脱硫装置を提案している。これらのものは、一端に被処理ガス入り口を有する環状エンド・プレートを、また他端に出口を有する環状エンド・プレートを、それぞれ設けたところの内壁に脱硫剤を汲み上げる樋Ｕ字状の多数のリフターを軸方向に平行に取り付けるとともに、内部全空間に空隙あるいは空孔を有する多数の独立した充填物を充填した回転円筒を水平かつ回転可能に配設し、かつ該回転円筒の一端に脱硫剤スラリー供給手段を、また他端にその排出口を設けたものであり、回転円筒を回転させつつ被処理ガスと脱硫剤スラリーとを向流又は並流接触させて気液接触させるようにしたものである。

これらのものは何れも排ガスの流れを水平にするとともに、脱硫のための吸収剤を収容した吸収剤充填層自体を常時回転させるものであるが、その直径の２乗に比例して処理ガス量が増加するにもかかわらず設備費用については１乗に比例するに過ぎないために設備を大型化するにつれ、単位あたりの設備費が安くなる。また直径が大きくなるにつれて吸収液の落下距離が大きくなるので吸収液の１回流下当たりの吸収反応量が増加し、液ーガス比が低下していくといったメリットもあり、さらに吸収液の循環動力も減少させることが可能となるものである。

また、これまで排煙脱硫が主流であった排ガス処理の分野において、最近になってＣＯ_２の分離回収の問題が次第に脚光を浴びるようになった。ＣＯ_２の分離回収に関しては、上記のほかにも経産省のＣＣＳ研究会、地球環境産業技術研究機構等をはじめとし、各種の研究がおこなわれている。例えばその主なものとしては物理吸収液へのＣＯ_２溶解量が圧力に比例して多くなるという物理吸収特性を利用してＣＯ_２を分離・回収する方法や、あるいはＣＯ_２とアミン系あるいは炭酸カリウム溶液等の吸収液との化学反応を利用して分離・回収する方法も開発されている。

またＣＯ_２を吸着しやすい固体吸着剤（例えばゼオライトや活性炭等）を用い、吸着量が圧力や温度により差があることを利用してＣＯ_２を分離・回収する方法や、あるいは処理ガスを加圧・冷却し、液化させた後に減圧して蒸留し、各成分の沸点の違いによりＣＯ_２を選択・分離する方法、さらには高分子膜に対するガスの透過速度の違いを利用してＣＯ_２の分離・回収をおこなう方法なども知られているが、決定的な評価は得られていない。

実公昭５３−１９１７１号公報 特開２００７−２１３１７号公報 特開２００８−１２４０１号公報

しかしながら、三菱重工方式や東芝方式などＫＳ−１吸収剤を用いた化学吸収法は、共にガス吸収装置および再生装置について、これらを吸収塔および再生塔と呼び、直立した塔を用いている（図４を参照）。ここでは吸収液を下向きに流下させるのに対し、排ガスをこれに対向させて上向きに流す方式を採用している。このため水平方向に流れ出る排ガスの一般的な水平排出高さがある程度の高さにある場合においては、これを上記した吸収塔内に導入すためには吸収塔下部の高さにまで排ガスの排出方向を一端下向きに変換した後、再度直角に方向転換をし、全体として略Ｕ字状に迂回させて吸収塔下部の内部に連通させる必要がある。

また、吸収塔を出た後の排ガスの流れを入口側のもとの高さでの水平方向高さへ戻すためには吸収塔上端から上方に向けて排出されたガスを直角水平方向に変え、その後さらに直角下方に向けて方向を変え、入口側のもとの高さに匹敵する高さで再度直角水平方向に変換することになる。したがって吸収塔の高さが高くなればなるほど排ガスを入口側と等しい水平高さに戻すのに要する排気ダクトの長さが長くなり、結局は入口側で３回、出口側で３回と、合計６回の方向転換を必要とすることになる。

一方上記の吸収塔は俗に充填塔とも呼ばれるものであるが、炭酸ガス吸収目的のために処理する排ガス中の炭酸ガス濃度が１５〜２５％と高濃度であり、そのうちの９０％を吸収できるとしても、あまりにも過大な量であるために必然的に充填塔の高さは相当高いものになる。そのため処理装置の規模が大きくなるほどきわめて大きな問題であり、排ガス流れの圧力損失が増大するばかりでなく排ガスダクトの設置スペースの大型化や処理コストの著しい増大が避けられないことになる。

そればかりでなく、充填層内での偏流によりガス道と液道とに分かれて気・液接触性が悪化するのを防ぐために、図４にもあらわしたように充填層を複数段に分割し、各段の充填層毎に流下させる吸収液をいちいち再配分する必要がでてくる。つまり、図４ではディストリビュータのほかにリディストリビュータが２〜４セット（図４では２セット）程度は必要となり、著しい設備費の高騰が避けられない。

またこの場合に必要なポンプのヘッド（水頭差）について考えてみると、充填層を分割した場合においてはサポートプレートとリディストリビュータとの間の部分的な高さが加算され、さらに処理排ガス量が増加すると、それに伴って前記図４にあらわした吸収塔の高さｈ_１が大きくなり、大規模になるほど処理液を送るポンプの必要動力が増大するという不都合がある。

なお図４では排ガス吸収のために有効に働く高さはｌであり、またポンプヘッドを高めてポンプ動力を高めるだけという高さをｈであらわしている。したがってこの場合ｈの和（ｈ_１＋ｈ_２＋ｈ_３）が大きくなるということは設備として不合理であることを意味するものであって、このことについては図５にあらわしたように既に特表２００１−５２０１０７号公報の図１・２を中心とした解説においても指摘されている通りである。

つぎに充填層内での気・液接触時間について考えてみても、吸収塔の上部から下部に至るまでの落下時間は塔の高さを高くしても僅か数秒程度であって反応時間としては短いものである。そのた吸収液（処理液）の炭酸ガス吸収力を１００％近く利用することは殆ど不可能であり、ある程度のレベルにて妥協をすることになる。

さらに再生塔について考えてみると、再生すべき吸収液が加熱を受け、炭酸ガスを放出する時間は再生塔内を落下する僅かな時間に限られるところから、１００％の炭酸ガスを放出して炭酸ガス吸収能力を回復することは殆ど望めないといえる。因みに東芝ではこれらの事情を踏まえて「ＣＯ_２リッチ」あるいは「リーン」という言葉を使っている。また三菱重工では既述したＫＳ−１のモノエタノールに対する優位性の説明として再生率が高いことを誇っている。

たとえば吸収塔での吸収液の吸収能力の利用率および再生塔での再生率を、それぞれ９０％とすると吸収ー再生を通じての全体の吸収液の利用率は８１％程度となるから、吸収液の吸収能力１００％、再生率１００％の場合と比べると吸収液の循環量は１．２３倍となる。この装置全体のエネルギー消費は吸収液を低温から高温へ上昇させる熱エネルギー及び高温から低温へ温度を下げる冷却水ポンプの動力自体が大きいのであるから、ここで循環する液量が増加することは大きな欠点であるといわなければならない。

上記したプロセスの本質的な問題として、回収される炭酸ガスと吸収液として用いられるモノエタノールアミン、炭酸カリウムとの間には先に述べた反応式に示される定量的な関係があり、両者ともに水溶液として使用する。しかもこの場合腐食性が強いので濃度をあまり上げられないという事情がある。そのために装置を単純化して装置の耐食性を向上させると、モノエタノールアミン水溶液や炭酸カリウム水溶液の濃度を上げて循環する吸収液量を減少させることになり、またエネルギー消費を大幅に減少することができ、しかも再生装置の小型化も可能になる。

また、既述した反応式に示した温度は範囲として示されたもので、吸収装置の性能、再生装置の性能如何によっては変化する可能性がある。吸収時の温度を高い温度で、また再生時の温度を低い温度で処理できるようにすれば両者の温度差が縮小するので省エネルギーにも繋がる。炭酸水素カリウム（重炭酸カリウム）は摂氏１００℃を超えれば炭酸ガスを発生し始める（「理化学辞典」参照）ことから、時間をかければ低温度で炭酸ガスの放出を完了できる可能性が高い。

燃焼排ガス中の炭酸ガス回収の過程で処理される炭酸ガスの濃度については排煙脱硫に比べると、少なくとも１５〜２０％と２桁も大きく、また化学反応量も多いため、反応に伴う反応熱を処理する必要がある。すなわち発熱反応であれば、その熱を除去するための冷却装置を備えるのが有効である。

そこで、本発明は上記したプロセスの本質的な課題を解決し、小規模から大規模に至るすべての炭酸ガス吸収設備として低コスト、省エネルギー化を可能にし、地球環境保全に貢献するようにしたものであって、具体的には本発明における第１の発明は、アミン系有機化合物水溶液もしくは炭酸カリウム水溶液を吸収剤とする炭酸ガス回収装置であって、該装置は片側にガス導入口を、また反対側にガス排出口を設けて水平方向のガス流路とした断面が方型の炭酸ガス吸収室と、該炭酸ガス吸収室の上部に設けられた吸収液散布装置と、炭酸ガス吸収室の下部に、該炭酸ガス吸収室のガス流路方向に沿わせて設置された液槽と、液槽内の吸収液を前記吸収液散布装置内に循環させる手段とからなり、炭酸ガス吸収室内には気液接触充填物が充填されているとともに、液槽は、排ガスの流れ方向または逆方向に向けて複数の仕切り壁により第１区分からｎ区分の複数の区分帯に区画され、仕切り壁により仕切られた各液室内にはそれぞれ液温コントロール用熱交換装置が設けられ、第１区分帯上部に供給された吸収液が充填層を流下した後、第１区分帯下部の液室において温度調節された後、第２区分帯上部に供給され、第２区分帯を流下した吸収液が第２区分帯下部の液室において温度調節された後、第３区分帯上部に供給され、第３区分帯を流下した後排出されるように、吸収液が気液接触、温度調節、気液接触、温度調節、を繰り返しながら、第１区分帯からｎ区分帯へ直列に流れるようにした炭酸ガス回収装置に関する。

また本発明における第２の発明は、上記した気液接触用充填物が、片側又は両側に切り欠き部を設けた短円筒状体からなり、あるいは該短円筒体を水平方向に多数連続させて長円筒状にして用いられるものであることを特徴とした請求項１に記載の炭酸ガス回収装置に関する。さらに本発明における第３の発明は、上記した気液接触充填物が充填されている炭酸ガス吸収室内には、高さ方向に複数段の室内温度コントロール用の熱交換装置が配設されていることにより、吸収液の温度コントロールを確実なものとし、炭酸ガス吸収室内の上下位置での吸収液温度差を無くすようにした炭酸ガス回収装置に関する。

本発明における第１の発明は、上記した通りアミン系有機化合物水溶液もしくは炭酸カリウム水溶液を吸収剤とする炭酸ガス回収装置であって、該装置は片側にガス導入口を、また反対側にガス排出口を設けて水平方向のガス流路とした断面が方型の炭酸ガス吸収室と、該炭酸ガス吸収室の上部に設けられた吸収液散布装置と、炭酸ガス吸収室の下部に、該炭酸ガス吸収室のガス流路方向に沿わせて設置された液槽と、液槽内の吸収液を前記吸収液散布装置内に循環させる手段とからなり、炭酸ガス吸収室内には気液接触充填物が充填されているとともに、液槽は、排ガスの流れ方向または逆方向に向けて複数の仕切り壁により第１区分からｎ区分の複数の区分帯に区画され、仕切り壁により仕切られた各液室内にはそれぞれ液温コントロール用熱交換装置が設けられ、第１区分帯上部に供給された吸収液が充填層を流下した後、第１区分帯下部の液室において温度調節された後、第２区分帯上部に供給され、第２区分帯を流下した吸収液が第２区分帯下部の液室において温度調節された後、第３区分帯上部に供給され、第３区分帯を流下した後排出されるように、吸収液が気液接触、温度調節、気液接触、温度調節、を繰り返しながら、第１区分帯からｎ区分帯へ直列に流れるようにした炭酸ガス回収装置である。

上記した液室内に設けられた液温コントロール用熱交換装置により吸収液の液温が常時最適に保持され、しかも第１区分帯内に供給された吸収液がｎ区分帯に向けて順次流下・排出されるために、先に入った吸収液が先に流下・排出されるという流れを維持することができ、吸収液による炭酸ガスの吸収能力が略１００％近くにまで活用され、吸収余力を残したまま再生装置に向けて循環されることがなくなる。

また本発明における第２の発明は、気液接触用充填物が、片側又は両側に切り欠き部を設けた短円筒状体からなり、あるいは該短円筒体を水平方向に多数連続させて長円筒状にして用いられるものであるために圧損失が少なく、また充填物の機械的強度も大きいので特別なサポート手段を設ける必要がなく、高い充填物層を形成することが可能となる。また上記した短円筒体の中空部分には機械的強度は弱いが表面積を比較的大きくした小さなサイズの充填物を配するなどにより、気液接触充填物全体の表面積を増大することが可能であり、これによって高効率の炭酸ガス回収を可能にすることができる。

さらに本発明における第３の発明は、気液接触充填物が充填されている炭酸ガス吸収室内には、高さ方向に複数段の室内温度コントロール用の熱交換装置が配設されているために、吸収室の高さを高くしても、各高さ位置において流下する吸収液の液温を常時一定に保持することができ、炭酸ガスの吸収効率をより一層高めることができる。

なお、この場合に充填層の大きさについて、幅：ａ、高さ：ｈ、長さ：ｌとすると、排ガスの処理量はａ×ｈに比例することになるため、ｈを大きくするとａが小さくなるとともに吸収液の落下距離及び時間が長くなるので吸収液の１回の落下により炭酸ガスの吸収量が増加する。したがってｎの数は小さくなり、ｌは短くなる傾向となる。

上記の結果、吸収液の散布装置面積（ａ×ｌ）は小さくなり、装置の耐食性向上に対応することも容易になる。そのため吸収液水溶液の濃度を上昇させ、吸収水溶液量を減少させて省エネルギー化および低コスト化を実現することができる。

本発明の第１実施例である炭酸ガス吸収装置および再生装置および再生装置と、その各接続についての要部概略縦断面図。 図１の再生装置部分の縦断面図（Ａ）、平面図（Ｂ）、および（Ａ）の縦断面図におけるＡーＡ線矢視方向断面図。 本発明において用いられる充填物の参考斜視図。 従来公知の充填塔の概略をあらわした縦断面図。 従来公知のスプレー塔の概略構造をあらわした説明図。

以下において本発明の実施の形態について詳細に説明をする。図１〜２には本発明の一実施例があらわされており、１は水平な炭酸ガス吸収室、２は該炭酸ガス吸収室の上部に設けられた吸収液散布装置、３は液槽、２０Ａは再生装置を、それぞれあらわしている。炭酸ガス吸収室１は、上下一対の格子状板６・７および前後一対の格子状板８・９、および左右壁面（図示省略）により囲まれた断面が方形の空間によって形成され、しかもその高さ方向に所定の間隔を介して複数段の室内温度コントロール用の熱交換装置１１が配設されているとともに、炭酸ガス吸収室１の各熱交換装置１１間には気液接触充填物１０が充填されている。

なお上記した炭酸ガス吸収室１を形成するための各格子状板６・７、８・９については、必ずしも格子状に形成されているものでなくともよく、例えば網状その他、排ガスの通過に支障がなく、しかも内部に充填された気液接触充填物１０が炭酸ガス吸収室１内より外部にこぼれ落ちることがなく、かつ炭酸ガス吸収液の流下を妨げない構造のものであれば、どのような構造であってもよい。また図において４はガス導入口、５はガス排出口をあらわしている。

さらに図中において１４は炭酸ガス吸収室１内において略均等間隔となるよう縦方向に施した仕切り線をあらわしており、該仕切り線１４によって第１区分帯１５−１、第２区分帯１５−２、第３区分帯１５−３というように複数の縦割り区分帯が形成されている。なおこの場合に上記した仕切り線１４については、必ずしも仕切り壁で仕切られている必要はなく、第１区分帯１５−１、第２区分帯１５−２、第３区分帯１５−３の各区分帯の存在が単に観念的に存在できるものであってもよい。

上記の実施例においては３つの区分帯が形成されているが、さらに４区分帯以上とすることにより炭酸ガスの吸収効率をさらに向上させることが期待できる。さらに気液接触充填物１０は、炭酸ガス吸収室１内における各区分帯を流下する炭酸ガス吸収液が上記した各区分帯中において液膜が形成されやすく、しかも気液接触が良好となる構造のもの（例えば後記する実施例に記載のもの等）が用いられる。

炭酸ガス吸収室１の上部に設けられた吸収液散布装置２は後記する再生装置２０Ａより送給され、あるいは炭酸ガス吸収室１内の特定の区分帯を流下した後、さらに別の区分帯上部に供給された炭酸ガス吸収液を散布するべく、各区分帯の直上部に位置して吸収液散布装置２−１、２−２、２−３といったように各区分帯の存在に対応させるべく分割して設置されている。

また炭酸ガス吸収室１内に配設された各熱交換装置１１は、図１にあらわした実施例においては５段の熱交換装置が取り付けられているが、炭酸ガス吸収室１の規模および内容積如何によっては、必ずしも５段に限られるものではなく適宜増減することもできる。さらに液槽３は、炭酸ガス吸収室１の底部下方に、ガス流路方向に沿わせて設置されており、排ガスの流れ方向または逆方向（図１では順方向）に向けて複数の仕切り壁により第１区分３−１から第２区分３−２、以後のｎ区分３−３の複数の区分帯の液室に区画され、仕切り壁により仕切られた各液室内にはそれぞれ液温コントロール用熱交換装置１８−１、１８−２が設けられている。

さらに図中において、１２−１・１２−２および１３は、それぞれ炭酸ガス吸収液循環用および送り用のポンプをあらわしており、再生装置２０Ａから供給管２７により吸収液散布装置２−１に供給された吸収液は炭酸ガス吸収室１内に散布され、気液接触充填物１０が充填された充填層を流下して液室３−１内に流下した炭酸ガス吸収液はポンプ１２−１により供給管１９−１を介して吸収液散布装置２−２内に、また液室３−２内に流下した炭酸ガス吸収液はポンプ１２−２により供給管１９−２を介して炭酸ガス吸収液散布装置２−３へと送給される。さらに液室３−３内に流下した炭酸ガス吸収液はポンプ１３により熱交換装置１６を経由して再生装置２０Ａへと送られる。

この状態において、図示しない送風機によりガス導入口４から排ガスを導入すると、排ガスは炭酸ガス吸収室１内を通過する際に広い面積で気・液接触がおこなわれるばかりでなく、水平方向に向けてある程度の長さを有する炭酸ガス吸収室１内を、マクロ的には図１において、排ガスは左から右水平方向に移動するのに対し、炭酸ガス吸収液も左から順次右方向へと、互いに並流の態様をなし、またミクロ的には炭酸ガス吸収室１の縦断面で炭酸ガス吸収液が上から下へ、排ガスは左から右水平方向へと流れることになるために交差流の態様を呈して気・液接触がおこなわれる。

従って、この場合には所謂吸収塔を多段直列に配置した既述した公知の化学装置と同様の機能、作用効果が期待できることになる。このように構成されているので、炭酸ガス吸収液は適正な温度に管理された状態で十分な時間をかけて、先入り、先出しを原則とした並流の気・液接触を可能とし、炭酸ガス吸収液はその吸収能力を十分に発揮した後、再生装置に導入される。

一方、再生装置２０Ａは図１の下方部および図２に示した構造からなる。すなわち再生装置２０Ａは炭酸ガス放出室２０、炭酸ガス吸収液加熱タンク２１、回転充填層２２、回転軸２３、流路規制板２４、加熱装置２５−１〜２５−５、および熱交換器１６と冷却装置１７より構成されており、さらに炭酸ガス放出室２０には、その長さ方向に向けて一定間隔毎に流路規制板２４が、平面より見た場合に図２（Ｂ）のように左右の壁面に対して片側だけ交互に固定して取り付けられ、反対側端部（自由端）と壁面との間には炭酸ガス吸収液の流路が形成されている結果、炭酸ガス吸収液の流れが炭酸ガス吸収液加熱タンク２１内においてその長さ方向に向けて蛇行して流れるように構成されている。

上記のように、炭酸ガス吸収液の流れが炭酸ガス吸収液加熱タンク２１内においてその長さ方向に向けて蛇行して流れる結果、矢印にて示したように先に入った炭酸ガス吸収液が先に出ていく仕組みとなり、これによって低温の熱源を有効利用することが出来る。炭酸ガス吸収液加熱タンク２１内の流路規制板２４により区画された各室内に設けられた各回転充填層２２は回転軸２３によって支承され、図示しない駆動モータにより回転することができる。

上記の再生装置２０Ａの構成において、炭酸ガス吸収室１内で用いられた炭酸ガス吸収液はポンプ１３を介して熱交換器１６を通って再生装置２０Ａの炭酸ガス放出室２０内に送り込まれ、加熱装置２５−１〜２５−５により温度調節された炭酸ガス放出室２０内を通過する際に効率よく炭酸ガスの分離処理がなされ、排出側から排出された処理済みの炭酸ガス吸収液は、ポンプ２６により熱交換器１６および冷却装置１７を通って供給管２７により吸収液散布装置２−１内に循環供給される。

なお、ここで用いられる炭酸ガス吸収液としては、モノエタノールアミン（アルカノールアミン）などのアミン系有機化合物水溶液もしくは炭酸カリウム水溶液などの炭酸ガス吸収ー再生サイクル吸収剤である。

〔気液接触充填物の実施例〕
さらに本発明における炭酸ガス吸収室１の内部に充填される気液接触充填物１０については、図３にあらわしたような構造のものを用いると、気液接触が促進されるので、より一層好ましい。具体的には図３（Ａ）にあらわしたように、短円筒状体として直径：９０ｍｍ、長さ：９０ｍｍ、肉厚：４ｍｍ、片側３箇所ずつ（両側で合計６箇所）の切り欠き部１０ａ・１０ｂ（切欠き深さ：２０ｍｍ、切欠き長さ：周方向に４０ｍｍ）を有するものを１１個直列につなぎ合わせ、あるいは図（Ｂ）にあらわしたように上記した大きさの短円筒状体の片側のみに３箇所の切り欠き部１０ａを有し、または図３（Ｃ）にあらわしたように同じく片側のみに６箇所の切欠き部１０ａを有した気液接触充填物１０を適当個数直列につなぎ合わせることにより、合計で約１ｍの長さの長円筒体となるように構成する。

さらにこれを１ｍ^３の容積内に充填することを考えると所要本数は１２１本必要となる。この場合に長円筒体には直径：８２ｍｍ、長さ：１ｍの中空部分がある。このときの円筒体内外の表面積は５５ｍ^２／ｍ^３である。上記の中空部分に外径７３ｍｍのプラスチック充填物として、たとえば市販の充填物であるテラレットを充填すると、テラレット分の表面積は６９ｍ^２／ｍ^３となり、合計で１２４ｍ^２／ｍ^３となる。

またこの場合に水処理用として使用される市販のネトロンパイプ（７５ｍｍΦ）内に５２ｍｍΦのネトロンパイプを入れてさきの５５ｍ^２／ｍ^３のものを含めて３重円筒状とすると、その表面積はそれぞれ５３ｍ^２／ｍ^３、６０．５ｍ^２／ｍ^３、となり、さきの５５ｍ^２／ｍ^３のものと合算すると１６８．４ｍ^２／ｍ^３となり、きわめて良好な数値となる。ここで用いたテラレットおよびネトロンパイプは、単独では強度が弱いが、肉厚４ｍｍの円筒でプロテクトされることにより上記した組み合わせの充填物を高く積層することが可能になり、しかも大きな比表面積をもつことになり、より多くの炭酸ガスの吸収に貢献することができる。

以下において本発明の実施例について説明をする。すなわち炭酸ガス吸収室１の縦断面を１０ｍ×１０ｍ、排ガス流速を１．１７Nm³/sec とすると、炭酸ガス吸収室１の長さについては吸収する炭酸ガス量如何により変化するとして、
処理ガス量：４２０，０００ Nm³/h
この場合に回収する炭酸ガスの濃度を５％とすると、回収する炭酸ガスの量は
２１０００ Nm³/h
炭酸ガス重量は
４１．６ t/h
この場合に必要な炭酸ガス吸収液の量は
モノエタノールアミンの場合で、５７．６ t/h
炭酸カリウムの場合で、 １３０．０ t/h
回収する炭酸ガスの量を５、１０、１５、２０％と次第に多くした場合には、前記した炭酸ガス吸収室１の長さを長くするだけでよいから、長さはそれぞれ２、４、６、８ｍとなる。

上記の計算を基にして纏めてみると、

回収する炭酸ガス濃度（％） ５ １０ １５ ２０
籠型回転円筒体長さ（m） ２ ４ ６ ８
圧損（mm水柱） ４０ ８０ １２０ １６０
炭酸ガス回収量（t/h） 41.6 83.2 124.8 166.4
吸収液必要循環量（t/h）
モノエタノールアミンの場合 57.6 115.2 172.8 230.4
炭酸カリウムの場合 130.4 260.8 391.2 521.6

さらに炭酸ガス吸収水溶液の濃度を１０〜４０％とした場合の必要循環水溶液量（t/h）を求めると、

〔モノエタノールアミンの場合〕

［回収する炭酸ガス（％）］ ５ １０ １５ ２０
［水溶液濃度（％）］
１０ 576 1152 1728 2304
２０ 288 576 864 1152
３０ 192 384 576 768
４０ 144 288 432 576

〔炭酸カリウムの場合〕

［回収する炭酸ガス（％）］ ５ １０ １５ ２０
［水溶液濃度（％）］
１０ 1304 2608 3912 5216
２０ 652 1304 1956 2608
３０ 432 868 1302 1736
４０ 326 652 978 1304

上記にみられるように、モノエタノールアミンの場合も、また炭酸カリウムの場合も必要循環水溶液量は水溶液の濃度が増加すると減少する関係にある。それに伴って低温の炭酸ガス吸収液を高温にするエネルギー、および高温の再生液の温度を低下させるエネルギーが減少する。このような努力は従来から腐蝕防止剤の使用の分野においては行われていたが、本発明においてはその装置自体の耐腐食性を高めて、さらに改善されることになる。

すなわち、これまで１０〜２０％程度に低く抑えられていた炭酸ガス吸収液の濃度を３０〜４０％程度にまで引き上げて省エネルギー化することが可能となるのである。このように積極的に炭酸ガス吸収装置の耐蝕性を高めることにより炭酸ガス吸収液の濃度を４０％以上にすることも可能であり、また循環する炭酸ガス吸収液の使用量を減少させることができるために上記吸収液の再生装置の小型化も可能となり、しかも炭酸ガス吸収装置の動力低減にも繋がることになる。

１ 炭酸ガス吸収室
２ 吸収液散布装置
３ 液槽
４ ガス導入口
５ ガス排出口
６ 格子状板
７ 格子状板
８ 格子状板
９ 格子状板
１０ 気液接触充填物
１１ 熱交換装置
１２ ポンプ
１３ ポンプ
１４ 仕切り線
１５ 区分帯
１６ 熱交換器
１７ 冷却装置
１８ 熱交換装置
１９ 供給管
２０Ａ 再生装置
２０ 炭酸ガス放出室
２１ 炭酸ガス吸収液加熱タンク
２２ 回転充填層
２３ 回転軸
２４ 流路規制板
２５ 加熱装置
２５ａ 加熱装置
２６ ポンプ
２７ 供給管

Claims (3)

1. アミン系有機化合物水溶液もしくは炭酸カリウム水溶液を吸収剤とする炭酸ガス回収装置であって、該装置は片側にガス導入口を、また反対側にガス排出口を設けて水平方向のガス流路とした断面が方型の炭酸ガス吸収室と、該炭酸ガス吸収室の上部に設けられた吸収液散布装置と、炭酸ガス吸収室の下部に、該炭酸ガス吸収室のガス流路方向に沿わせて設置された液槽と、液槽内の吸収液を前記吸収液散布装置内に循環させる手段とからなり、炭酸ガス吸収室内には気液接触充填物が充填されているとともに、液槽は、排ガスの流れ方向または逆方向に向けて複数の仕切り壁により第１区分からｎ区分の複数の区分帯に区画され、仕切り壁により仕切られた各液室内にはそれぞれ液温コントロール用熱交換装置が設けられ、第１区分帯上部に供給された吸収液が充填層を流下した後、第１区分帯下部の液室において温度調節された後、第２区分帯上部に供給され、第２区分帯を流下した吸収液が第２区分帯下部の液室において温度調節された後、第３区分帯上部に供給され、第３区分帯を流下した後排出されるように、吸収液が気液接触、温度調節、気液接触、温度調節、を繰り返しながら、第１区分帯からｎ区分帯へ直列に流れるようにした炭酸ガス回収装置。
2. 気液接触用充填物が、片側又は両側に切り欠き部を設けた短円筒状体からなり、あるいは該短円筒体を水平方向に多数連続させて長円筒状にして用いられるものであることを特徴とした請求項１に記載の炭酸ガス回収装置。
3. 気液接触充填物が充填されている炭酸ガス吸収室内には、高さ方向に複数段の室内温度コントロール用の熱交換装置が配設されているところの請求項１または請求項２に記載の炭酸ガス回収装置。

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