JP5726589B2 - 二酸化炭素回収システム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、二酸化炭素回収システムに関する。

近年、化石燃料の燃焼生成物である二酸化炭素（ＣＯ_２）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。このような中、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・回収する方法や、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、精力的に研究されている。

このような吸収液を用いて二酸化炭素を分離・回収する方法の例としては、吸収塔にて燃焼排ガスと吸収液を接触させて、燃焼排ガス中の二酸化炭素を吸収液に吸収させる工程と、二酸化炭素を吸収した吸収液を再生塔にて加熱して、二酸化炭素を吸収液から追い出す工程とを有する方法が挙げられる（例えば、特許文献１を参照）。この吸収液はその後、再生塔にて再生された後、再度吸収塔へと循環し再使用される。

アミン系化学吸収法を利用した二酸化炭素回収システムでは、吸収液の性能低下を防ぐために、燃焼排ガス中の酸性ガスを除去する装置が使用される。このような酸性ガスの例としては、硫黄酸化物ガスや、窒素酸化物ガスが挙げられる。従来の方法では、ＮａＯＨ水溶液、Ｃａ（ＯＨ）_２水溶液、ＣａＣＯ_３スラリー、ＣａＳＯ_４スラリー等により、硫黄酸化物や窒素酸化物を除去している（例えば、特許文献２、３を参照）。

特開２００５−２５４２１２号公報 特許第２６７８６９７号公報 特許第４２１６１５２号公報

本発明が解決しようとする課題は、燃焼排ガスからの不純物除去性能を向上させた二酸化炭素回収システムを提供することである。

本発明の一の態様の二酸化炭素回収システムは、不純物として硫黄酸化物および／または窒素酸化物を含む燃焼排ガスから、前記不純物を除去する不純物除去装置と、前記不純物が除去された前記燃焼排ガス中の二酸化炭素を吸収液に吸収させ、前記二酸化炭素を吸収した前記吸収液を排出する吸収塔と、前記吸収塔から排出された前記吸収液から前記二酸化炭素を除去し、前記吸収液を再生して排出する再生塔とを備え、前記不純物除去装置は、前記燃焼排ガスと、前記不純物を吸収可能な液体とを接触させて、前記燃焼排ガス中の前記不純物を、前記液体に吸収させる気液接触塔と、前記気液接触塔内に設置されており、前記不純物を吸収した前記液体と接触することにより、前記液体から前記不純物を除去するイオン交換樹脂とを備える。

本発明によれば、二酸化炭素回収システムにおいて、燃焼排ガスからの不純物除去性能を向上させることが可能となる。

第１実施形態の二酸化炭素回収システムの構成を示す概略構成図である。 第１実施形態の不純物除去装置の構成を示す概略構成図である。 燃焼排ガス中の不純物濃度の測定結果を示した表である。 第１吸収液中の不純物濃度の経時変化の一例を示したグラフである。 気液接触塔の高さと不純物の除去率との関係を示したグラフである。 第２実施形態の不純物除去装置の構成を示す概略構成図である。 第３実施形態の不純物除去装置の構成を示す概略構成図である。 ハニカム構造体の構造の詳細を示した上面図および斜視図である。

本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の二酸化炭素回収システムの構成を示す概略構成図である。

図１の二酸化炭素回収システムでは、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不純物である硫黄酸化物および／または窒素酸化物を、これらを吸収可能な液体である第１吸収液を用いて回収する。

図１の二酸化炭素回収システムではさらに、上記燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を、二酸化炭素を吸収可能な第２吸収液を用いて回収する。第２吸収液は、例えばアミン系吸収液である。

以下、図１の二酸化炭素回収システムの構成について、詳細に説明する。

図１の二酸化炭素回収システムは、不純物除去装置２１と、吸収塔２２と、再生熱交換器２３と、再生塔２４と、リボイラー２５とを備えている。

不純物除去装置２１は、燃焼排ガス１から、不純物である硫黄酸化物および／または窒素酸化物を除去する装置である。図１では、不純物が除去されて、不純物除去装置２１から排出された燃焼排ガスが、符号２で示されている。不純物除去装置２１には、後述するイオン交換樹脂の洗浄・再生用に、水洗浄用純水４１用、苛性ソーダ溶液４２用、ドレン排液４３用の配管が設置されている。不純物除去装置２１の構成の詳細については、後述する。

吸収塔２２には、不純物除去装置２１から排出された燃焼排ガス２が供給される。吸収塔２２は、燃焼排ガス２中の二酸化炭素を吸収液（第２吸収液）に吸収させ、二酸化炭素を吸収した吸収液を排出する塔である。図１では、二酸化炭素が除去されて、吸収塔２２から排出された燃焼排ガスが、符号３で示されている。なお、二酸化炭素を除去する前の燃焼排ガス２は、吸収塔２２の下部から吸収塔２２内に供給され、二酸化炭素が除去された燃焼排ガス３は、吸収塔２２の頂部から吸収塔２２外に排出される。

また、図１では、吸収塔２２内で二酸化炭素を吸収する前の吸収液（リーン液）が、符号１６で示され、吸収塔２２内で二酸化炭素を吸収した吸収液（リッチ液）が、符号１３で示されている。前者の吸収液１６は、吸収塔２２の上部から吸収塔２２内に供給され、後者の吸収液１３は、吸収塔２２の底部から吸収塔２２外に排出される。

そして、吸収塔２２から排出された吸収液１３は、再生熱交換器２３により加熱されて昇温した後、再生塔２４の上部から再生塔２４内に供給される。図１では、再生熱交換器２３により加熱された吸収液（リッチ液）が、符号１４で示されている。

再生塔２４は、この吸収液１４から二酸化炭素を放出させることで、吸収液１４から二酸化炭素を除去し、吸収液１４を再生させる塔である。図１では、吸収液１４から除去されて、再生塔２４から排出された二酸化炭素ガスが、符号４で示されている。この二酸化炭素ガス４は、再生塔２４の頂部から再生塔２４外に排出される。

また、図１では、再生塔２４で再生されて排出された吸収液（リーン液）が、符号１５で示されている。この吸収液１５は、再生塔２４の底部から再生塔２４外に排出される。

そして、再生塔２４から排出された吸収液１５は、再生熱交換器２３により冷却されて降温した後、吸収塔２２の上部から吸収塔２２内に供給される。この再生熱交換器２３により冷却された吸収液が、前述の吸収液１６に相当する。

一方、リボイラー２５には、再生塔２４から排出された吸収液（リーン液）１７が供給される。リボイラー２５は、吸収液１７を加熱することで、吸収液１７から蒸気を発生させると共に、吸収液１７から二酸化炭素ガスを放出させる。これらの気体は、再び再生塔２４内に供給される。そして、これらの気体の熱で吸収液１４が加熱されることで、前述のように、吸収液１４から二酸化炭素ガス４が放出される。

なお、再生塔２４から排出されて吸収塔２２へと向かう吸収液１５は、この余熱により高温となっている。そこで、再生熱交換器２３は、吸収塔２２から排出されて再生塔２４へと向かう吸収液１３を、この余熱により加熱する。その結果、吸収液１５は、余熱を失い冷却され、吸収液１３は余熱を得て加熱される。

なお、図１の二酸化炭素回収システムでは、吸収塔２２の頂部に、燃焼排ガス２に含まれる蒸気を凝縮させて除去するための凝縮器を設置してもよい。さらには、再生塔２４の頂部に、二酸化炭素ガス４に含まれる蒸気を凝縮させて除去するための凝縮器を設置してもよい。

［不純物除去装置２１の詳細］
次に、不純物除去装置２１の構成について、詳細に説明する。

図２は、第１実施形態の不純物除去装置２１の構成を示す概略構成図である。

本実施形態の不純物除去装置２１は、図２に示すように、気液接触塔３１と、イオン交換樹脂３２と、不純物を除去する前の燃焼排ガス１の流入口３３と、不純物が除去された燃焼排ガス２の流出口３４と、吸収液（第１吸収液）１１の供給口３５と、吸収液１１の排出口３６と、吸収液１１を移送するポンプ３７とを備えている。

気液接触塔３１は、流入口３３から流入した燃焼排ガス１と、供給口３５から供給された吸収液１１とを接触させて、燃焼排ガス１中の不純物を、吸収液１１に吸収させる塔である。これにより、燃焼排ガス１から不純物が除去される。図２では、不純物が除去された燃焼排ガスが、図１と同様に、符号２で示されている。不純物が除去された燃焼排ガス２は、流出口３４から気液接触塔３１外に排出される。

また、図２では、燃焼排ガス１と接触し、不純物を吸収した吸収液が、符号１２で示されている。不純物を吸収した吸収液１２は、イオン交換樹脂３２の上面へと落下する。

イオン交換樹脂３２は、気液接触塔３１内に設置されており、吸収液１２と接触することで、吸収液１２から不純物を除去する樹脂である。吸収液１２は、イオン交換樹脂３２の上面から底面へと透過する際に、その不純物が除去される。図２では、不純物が除去されて、イオン交換樹脂３２の底面から落下する吸収液が、符号１１で示されている。この吸収液１１は、排出口３６から気液接触塔３１外に排出される。

そして、ポンプ３７は、排出口３６から排出された吸収液１１を、供給口３５へと移送する。これにより、吸収液１１が、不純物除去装置２１内を循環することになる。吸収液１１は、気液接触塔３１内での不純物の吸収、イオン交換樹脂３２内での不純物の除去、排出口３６から供給口３５への移送という処理の繰り返しにより、不純物除去装置２１内で繰り返し使用される。なお、ポンプ３７は、本開示の移送機構の例である。

［気液接触塔３１、イオン交換樹脂３２の詳細］
次に、引き続き図２を参照し、気液接触塔３１の構造や、イオン交換樹脂３２の配置について、さらに詳細に説明する。

気液接触塔３１の内部には、図２に示すように、上面Ｓ₁、底面Ｓ₂、側面Ｓ₃で囲まれた空洞が設けられている。流入口３３からの燃焼排ガス１と、供給口３５からの吸収液１１は、この空洞内で接触することとなる。

イオン交換樹脂３２は、図２に示すように、この空洞内に設置されている。イオン交換樹脂３２は、空洞を、上面Ｓ₁側の領域と、底面Ｓ₂側の領域とに分割するよう配置されている。本実施形態では、イオン交換樹脂３２は、底面Ｓ₂付近に配置されているが、上面Ｓ₁付近や、上面Ｓ₁と底面Ｓ₂との中間地点付近に配置されていても構わない。

流入口３３、流出口３４、供給口３５、排出口３６は、いずれも上記空洞内に開口している。

流入口３３と流出口３４は、いずれもイオン交換樹脂３２の上面よりも上方に設けられている。ただし、流入口３３は、気液接触塔３１の側面Ｓ₃に設けられている。一方、流出口３４は、気液接触塔３１の上面Ｓ₁に設けられており、流入口３３よりも上方に位置している。よって、流入口３３からの燃焼排ガス１は、上面Ｓ₁方向へと上昇して、流出口３４から排気されることとなる。

また、供給口３５は、流入口３３や流出口３４と同様に、イオン交換樹脂３２の上面よりも上方に設けられている。具体的には、供給口３５は、気液接触塔３１の上面Ｓ₁付近に設けられており、流入口３３よりも上方に位置している。本実施形態の供給口３５は、シャワー状または液滴状の吸収液１１を噴射する分散盤となっている。供給口３５から噴射された吸収液１１は、イオン交換樹脂３２の上面へと落下することとなる。

よって、本実施形態では、図２に示すように、流入口３３から流入して上昇する燃焼排ガス１と、供給口３５から供給されて落下する吸収液１１が、気液接触することとなる。これにより、燃焼排ガス１中の不純物が、吸収液１１に吸収される。

図２では、不純物を吸収した吸収液が、符号１２で示されている。ここで、上記の気液接触は、イオン交換樹脂３２の上面よりも上方で起こっている点に留意されたい。そのため、吸収液１２は、イオン交換樹脂３２の上面へと落下し、イオン交換樹脂３２の上面から底面へと透過することとなる。これにより、吸収液１２中の不純物が、イオン交換樹脂３２により除去される。図２では、不純物が除去されて、イオン交換樹脂３２の底面から落下する吸収液が、符号１１で示されている。

そして、排出口３６は、イオン交換樹脂３２の底面よりも下方に設けられている。具体的には、排出口３６は、気液接触塔３１の底面Ｓ₂付近において、気液接触塔３１の側面Ｓ₃に設けられている。よって、イオン交換樹脂３２の底面から落下する吸収液１１は、排出口３６から排出されることとなる。この吸収液１１は、ポンプ３７により供給口３５へと移送され再使用される。

［吸収液１１、燃焼排ガス１、不純物の詳細］
次に、吸収液（第１吸収液）１１、燃焼排ガス１、不純物の詳細について説明する。

燃焼排ガス１は、不純物として、硫黄酸化物および／または窒素酸化物を含んでいる。硫黄酸化物は、吸収液１１に吸収された後、主に硫酸イオンに変化する。一方、窒素酸化物は、吸収液１１に吸収された後、亜硝酸イオンまたは硝酸イオンに変化する。これらのイオンは、イオン交換樹脂３２により吸収液１１から除去される。

図３は、燃焼排ガス１中の不純物濃度の測定結果を示した表である。

この測定結果は、ＳＯ_２濃度が０．００６４ｍｏｌ％の燃焼排ガス１を、高さ２．８ｍの気液接触塔３１で処理した場合の処理結果を示している。そして、燃焼排ガス１を、ＳＯ_２を含まない吸収液（処理液）１１に気液接触させたところ、気液接触後の燃焼排ガス１のＳＯ_２濃度は、０．００１０ｍｏｌ％となった。一方、燃焼排ガス１を、ＳＯ_２を０．００００５３ｍｏｌ％含む吸収液（処理液）１１に気液接触させたところ、気液接触後の燃焼排ガス１のＳＯ_２濃度は、０．００２８ｍｏｌ％となった。

このことから、吸収液１１中の不純物イオン濃度が増大すると、吸収液１１の不純物吸収能力が低下し、逆に吸収液１１中の不純物イオン濃度が低下すると、吸収液１１の不純物吸収能力が向上することが解る。

よって、吸収液１１中の不純物イオンをイオン交換樹脂３２で除去することには、低下した吸収液１１の不純物吸収能力を回復する効果があることが解る。よって、吸収液１１中の不純物イオン濃度は、できるだけ低減することが望ましい。

図４は、吸収液１１中の不純物濃度の経時変化の一例を示したグラフである。

図４には、吸収液１１中の硫黄酸化物イオン濃度と、吸収液１１中の窒素酸化物イオン濃度の破過曲線が示されている。図４の縦軸は、イオン交換樹脂３２に落下直前のイオン濃度（入口濃度）と、イオン交換樹脂３２を通過直後のイオン濃度（出口濃度）の比を表し、図４の横軸は、経過時間を表している。不純物除去装置２１の条件は、イオン交換樹脂３２の実効交換容量を１．２ｍｅｑ／ｍＬ、吸収液１１の線流速を１５００ｍｍ／ｈとした。

本実施形態では、吸収液１１を、イオン交換樹脂３２で再生しながら使用することにより、吸収液１１中の硫黄酸化物イオンと窒素酸化物イオンの出口濃度／入口濃度の値を、一定時間ほぼ０に抑えることができる。

なお、燃焼排ガス１中にはＣＯ_２が１０％程度存在するため、吸収液１１には、ＣＯ_２が溶解し、炭酸イオン、炭酸水素イオンが分圧に応じた飽和濃度に近い状態で存在する。強塩基性のイオン交換樹脂３２中において、イオン選択係数が大きい硫酸イオン、硝酸イオン、亜硝酸イオンは、イオン選択係数の小さい炭酸イオン、炭酸水素イオンを、イオン交換樹脂３２の表面から追い出す効果がある。そのため、イオン交換樹脂３２は、吸収液１１中にＣＯ_２由来のイオンが存在していても、硫黄酸化物や窒素酸化物由来のイオンを吸着することができる。

不純物除去装置２１を運転すると、イオン交換樹脂３２中に、硫黄酸化物イオンや窒素酸化物イオンが蓄積されていく。これにより、イオン交換樹脂３２のイオン除去能力が低下してしまう。その結果、図４に示すように、吸収液１１中の硫黄酸化物イオンや窒素酸化物イオンが除去されにくくなり、これらのイオンの出口濃度／入口濃度の値が上昇してしまう。

そこで、本実施形態では、いずれかのイオンの出口濃度／入口濃度の値が０．０１を上回った場合、または一定時間が経過した場合に、イオン交換樹脂３２の再生処理を行う。これにより、気液接触塔３１内の状態を、硫黄酸化物、窒素酸化物が検出できないレベルに長期間制御することが可能となる。なお、イオン交換樹脂３２の再生方法については、後述する。

図５は、気液接触塔３１の高さと不純物の除去率との関係を示したグラフである。

図５には、燃焼排ガス１からの不純物の除去率が、気液接触塔３１の高さに応じて変化する様子が示されている。なお、気液接触塔３１の直径は、１．０ｍに設定した。

図５から、気液接触塔３１の高さが増すと、不純物の除去率が上がることが解る。図５によれば、気液接触塔３１の高さを２．５ｍ以上に設定すると、不純物の除去率が９０％以上となることが解る。本実施形態では、気液接触塔３１の高さは、９０％程度の除去率が実現される２．５ｍ程度に設定されている。

［イオン交換樹脂３２の再生方法］
次に、再び図２を参照し、イオン交換樹脂３２の再生方法について説明する。

不純物除去装置２１では、水洗浄用純水４１用の配管と、苛性ソーダ溶液４２用の配管が、気液接触塔３１の上面Ｓ₁付近の側面Ｓ₃に設けられている。さらには、ドレン排液４３用の配管が、気液接触塔３１の底面Ｓ₂に設けられている。

イオン交換樹脂３２の再生処理を行う際には、まず、気液接触塔３１内への燃焼排ガス１の供給と、ポンプ３７の運転を止める。次に、水洗浄用純水４１で十分にイオン交換樹脂３２を洗浄し、その排液をドレン排液４３として排出する。次に、４〜８％の濃度の苛性ソーダ溶液４２でイオン交換樹脂３２を再生し、その排液をドレン排液４３として排出する。次に、再度イオン交換樹脂３２を水洗浄用純水４１で十分に洗浄し、その排液をドレン排液４３として排出する。最後に、気液接触塔３１内への燃焼排ガス１の供給と、ポンプ３７の運転を再開する。

このことから解るように、イオン交換樹脂３２の再生処理中は、燃焼排ガス１からの不純物の除去が実施できなくなる。そこで、本実施形態では、不純物除去装置２１を２系統設置してもよい。この場合、一方の系統でイオン交換樹脂３２を再生する際には、別の系統で燃焼排ガス１の処理を行うことができる。

なお、水洗浄用純水４１用の配管と、苛性ソーダ溶液４２用の配管は、イオン交換樹脂３２の上面よりも上方であれば、図２と異なる位置に設置しても構わない。また、ドレン排液４３用の配管は、イオン交換樹脂３２の底面よりも下方であれば、図２と異なる位置に設置しても構わない。

［第１実施形態の効果］
最後に、第１実施形態の効果について説明する。

以上のように、本実施形態では、燃焼排ガス１中の不純物である硫黄酸化物および／または窒素酸化物を、第１吸収液１１を使用して除去する。この第１吸収液１１としては、第２吸収液１３と同様に、アミン系吸収液を使用可能である。よって、本実施形態によれば、ＮａＯＨ水溶液、Ｃａ（ＯＨ）_２水溶液、ＣａＣＯ_３スラリー、ＣａＳＯ_４スラリー等を使用せずに、硫黄酸化物および／または窒素酸化物を除去することが可能となる。

また、本実施形態では、第１吸収液１１中の不純物を、イオン交換樹脂３２により除去する。これにより、第１吸収液１１を再生して再使用することが可能となり、不純物除去装置２１を長時間運転することが可能となる。さらには、イオン交換樹脂３２の再生処理により、イオン交換樹脂３２を長期間使用することが可能となる。

また、本実施形態では、イオン交換樹脂３２が、気液接触塔３１内に設置されており、具体的には、気液接触塔３１内において、上面Ｓ₁、底面Ｓ₂、側面Ｓ₃で囲まれた気液接触用の空洞内に設置されている。このように、本実施形態の不純物除去装置２１では、気液接触塔３１とイオン交換樹脂３２が一体化されている。このような構造の不純物除去装置２１には、次のような利点がある。

第１に、本実施形態の不純物除去装置２１によれば、イオン交換樹脂３２の再生処理を簡単に行うことができる。本実施形態では、イオン交換樹脂３２が、気液接触用の空洞内に設置されているため、この空洞を、イオン交換樹脂３２の再生処理用の空洞としても使用することができる。本実施形態によれば、水洗浄用純水４１用の配管と、苛性ソーダ溶液４２用の配管から、それぞれ水洗浄用純水４１と苛性ソーダ溶液４２を供給し、これらの排液をドレン排液４３用の配管から排出することで、イオン交換樹脂３２の再生処理を短時間で簡単に行うことが可能となる。なお、ドレン排液４３用の配管は、吸収液１１用の配管と一部共通化し、ポンプ３７を、吸収液１１の移送用と、ドレン排液４３の排出用に共用できるようにしてもよい。

第２に、本実施形態では、不純物の除去処理も、イオン交換樹脂３２の再生処理も、共に気液接触塔３１内で行われるため、気液接触塔３１を停止せずに、イオン交換樹脂３２の再生処理を行うことができる。

第３に、気液接触塔３１とイオン交換樹脂３２を分離型とする場合には、吸収液１１の流量を、気液接触塔３１内と、イオン交換樹脂３２用の塔内とで、別々に設定しなければならないが、本実施形態によれば、この問題を解消することができる。理由は、本実施形態では、イオン交換樹脂３２により吸収液１１中の不純物を除去する際、吸収液１１がイオン交換樹脂３２を浸漬している状態となるため、流量の違いによる不純物除去率の変化を考慮する必要がないからである。

第４に、本実施形態では、吸収液１１がイオン交換樹脂３２を浸漬している状態となるため、イオン交換樹脂３２を非浸漬状態で使用する場合に比べ、イオン交換樹脂３２全体が不純物除去に使用されることになり、イオン交換樹脂３２内の使用されない無駄な部分を減らすことが可能となる。

以上のように、本実施形態では、燃焼排ガス１中の不純物を吸収液１１に吸収させ、吸収液１１中の不純物をイオン交換樹脂３２で除去することにより、不純物を回収する。これにより、本実施形態では、ＮａＯＨ水溶液、Ｃａ（ＯＨ）_２水溶液、ＣａＣＯ_３スラリー、ＣａＳＯ_４スラリー等を使用せずに、不純物を回収することが可能となる。さらには、吸収液１１を再生して再使用することが可能となる。

また、本実施形態では、イオン交換樹脂３２が、気液接触塔３１内に設置されており、具体的には、気液接触塔３１内において、上面Ｓ₁、底面Ｓ₂、側面Ｓ₃で囲まれた気液接触用の空洞内に設置されている。これにより、本実施形態では、イオン交換樹脂３２の再生処理が簡単になる、気液接触塔３１を停止せずにイオン交換樹脂３２の再生処理を行うことができる、吸収液１１の流量の設定自由度が高まる、イオン交換樹脂３２の無駄な部分が減るなど、不純物除去装置２１の動作や構造を効率化することが可能となる。

以下、第１実施形態の変形例である第２から第５実施形態について説明する。第２から第５実施形態については、第１実施形態との相違点を中心に説明する。

（第２実施形態）
図６は、第２実施形態の不純物除去装置２１の構成を示す概略構成図である。

第２実施形態では、イオン交換樹脂３２は、第１実施形態と同様に、気液接触塔３１内の空洞を、上面Ｓ₁側の領域と、底面Ｓ₂側の領域とに分割するよう配置されている。ただし、第２実施形態では、イオン交換樹脂３２は、底面Ｓ₂付近ではなく、上面Ｓ₁付近に配置されている。

また、流入口３３と流出口３４は、いずれもイオン交換樹脂３２の底面よりも下方に設けられており、共に気液接触塔３１の側面Ｓ₃に設けられている。ただし、流出口３４は、流入口３３よりも上方に設けられている。よって、流入口３３からの燃焼排ガス１は、イオン交換樹脂３２の底面方向へと上昇して、流出口３４から排気されることとなる。

また、供給口３５は、第１実施形態と同様に、イオン交換樹脂３２の上面よりも上方に設けられている。図６では、供給口３５からイオン交換樹脂３２の上面へと落下し、イオン交換樹脂３２の上面から底面へと透過し、イオン交換樹脂３２の底面から落下する吸収液が、符号１１で示されている。

本実施形態では、図６に示すように、イオン交換樹脂３２の底面から落下するこの吸収液１１と、流入口３３から流入して上昇する燃焼排ガス１が、気液接触することとなる。これにより、燃焼排ガス１中の不純物が、吸収液１１に吸収される。図６では、不純物を吸収した吸収液が、符号１２で示されている。この吸収液１２は、気液接触塔３１の底面Ｓ₂へと落下する。

そして、排出口３６は、イオン交換樹脂３２の底面よりも下方において、流入口３３よりも下方に設けられている。具体的には、排出口３６は、気液接触塔３１の底面Ｓ₂付近の側面Ｓ₃に設けられている。よって、気液接触塔３１の底面Ｓ₂へと落下した吸収液１２は、排出口３６から排出されることとなる。この吸収液１２は、ポンプ３７により供給口３５へと移送される。

ここで、ポンプ３７により移送される吸収液１２が、第１実施形態とは異なり、不純物を吸収した吸収液１２である点に留意されたい。この吸収液１２は、供給口３５へと移送され、供給口３５から噴射されると、イオン交換樹脂３２の上面へと落下し、イオン交換樹脂３２の上面から底面へと透過することとなる。これにより、吸収液１２中の不純物が除去され、その再使用が可能となる。

以上のように、本実施形態では、第１実施形態と同様に、イオン交換樹脂３２が、気液接触塔３１内に設置されており、具体的には、気液接触塔３１内において、上面Ｓ₁、底面Ｓ₂、側面Ｓ₃で囲まれた気液接触用の空洞内に設置されている。これにより、本実施形態では、イオン交換樹脂３２の再生処理が簡単になる、気液接触塔３１を停止せずにイオン交換樹脂３２の再生処理を行うことができる、吸収液１１の流量の設定自由度が高まる、イオン交換樹脂３２の無駄な部分が減るなど、不純物除去装置２１の動作や構造を効率化することが可能となる。

（第３実施形態）
図７は、第３実施形態の不純物除去装置２１の構成を示す概略構成図である。

第３実施形態の不純物除去装置２１は、気液接触塔３１内に設置されたハニカム構造体３８を備えている。ハニカム構造体３８は、図７に示すように、気液接触塔３１内の空洞を、上面Ｓ₁側の領域と、底面Ｓ₂側の領域とに分割するよう配置されている。

ハニカム構造体３８には、気液接触塔３１内の空洞の上面Ｓ₁側と底面Ｓ₂側とを結ぶ複数の貫通孔が設けられている。本実施形態では、これらの貫通孔の平面形状は、六角形となっているが、三角形や四角形など、その他の形状としても構わない。

そして、本実施形態では、イオン交換樹脂３２は、これらの貫通孔の内部に固定されている。具体的には、イオン交換樹脂３２は、各貫通孔の側壁の表面に固定されている。このような構造の作製方法としては、各貫通孔の側壁表面に、イオン交換樹脂３２の径よりも薄くエポキシ硬化性樹脂を塗布し、エポキシ硬化性樹脂上にイオン交換樹脂３２を一様に敷き詰めるという方法を採用可能である。

図８は、ハニカム構造体３８の構造の詳細を示した上面図および斜視図である。

本実施形態の各貫通孔の平面形状は、図８(ａ)に示すように、１辺の長さが１ｃｍの正六角形となっている。また、本実施形態のハニカム構造体３８の直径、高さは、図８(ｂ)に示すように、それぞれ１ｍ、３ｍとなっている。このようなハニカム構造体３８の各貫通孔に、イオン交換繊維を０．４ｇ／ｃｍ^２の面密度で張り合わせると、ハニカム構造体３８の全イオン交換容量は、２８１４ｅｑとなる。なお、ハニカム構造体３８の構造は、図８に示す構造と異なるものであっても構わない。

以下、再び図７を参照し、本実施形態の不純物除去装置２１の動作について説明する。

本実施形態では、流入口３３は、ハニカム構造体３８の底面よりも下方に設けられ、流出口３４は、ハニカム構造体３８の上面よりも上方に設けられている。よって、流入口３３からの燃焼排ガス１は、ハニカム構造体３８の貫通孔を通って上昇して、流出口３４から排気されることとなる。

また、供給口３５は、ハニカム構造体３８の上面よりも上方に設けられている。供給口３５から噴射された吸収液１１は、ハニカム構造体３８の上面へと落下し、ハニカム構造体３８の貫通孔内を流下することとなる。

よって、本実施形態では、貫通孔内を上昇する燃焼排ガス１と、貫通孔内を流下する吸収液１１が、気液接触することとなる。即ち、燃焼排ガス１と吸収液１１の気液接触が、貫通孔内で発生することとなる。よって、燃焼排ガス１中の不純物は、貫通孔内で吸収液１１に吸収される。そして、この吸収液１１が吸収した不純物は、貫通孔内でイオン交換樹脂３２により吸収される。即ち、吸収液１１は、貫通孔を流下する間、燃焼排ガス１中の不純物を吸収しながら、吸収した不純物をイオン交換樹脂３２に付与することとなる。

よって、ハニカム構造体３８の底部からは、不純物が除去された吸収液が排出される。図７では、この吸収液が、符号１１で示されている。

そして、排出口３６は、ハニカム構造体３８の底面よりも下方に設けられている。具体的には、排出口３６は、気液接触塔３１の底面Ｓ₂付近の側面Ｓ₃に設けられている。よって、ハニカム構造体３８の底面から落下する吸収液１１は、排出口３６から排出されることとなる。この吸収液１１は、ポンプ３７により供給口３５へと移送され再使用される。

以上のように、本実施形態では、第１及び第２実施形態と同様に、イオン交換樹脂３２が、気液接触塔３１内に設置されており、具体的には、気液接触塔３１内において、上面Ｓ₁、底面Ｓ₂、側面Ｓ₃で囲まれた気液接触用の空洞内に設置されている。これにより、本実施形態では、イオン交換樹脂３２の再生処理が簡単になる、気液接触塔３１を停止せずにイオン交換樹脂３２の再生処理を行うことができる、吸収液１１の流量の設定自由度が高まる、イオン交換樹脂３２の無駄な部分が減るなど、不純物除去装置２１の動作や構造を効率化することが可能となる。

第１から第３実施形態の二酸化炭素回収システムでは、イオン交換樹脂３２として、例えば、強塩基ゲル型樹脂を使用する。このような強塩基ゲル型樹脂の例としては、強塩基ゲル型アニオン交換樹脂が挙げられる。第１から第３実施形態では、例えば、イオン交換樹脂３２として、強塩基ゲル型アニオン交換樹脂を単独で用いて固定床とする。

（第４実施形態）
第４実施形態では、第１から第３実施形態のいずれかの二酸化炭素回収システムにおいて、第１吸収液として、第２吸収液の廃液、即ち、第２吸収液として二酸化炭素の吸収に使用されて劣化した吸収液を使用する。これにより、本来廃棄される吸収液を有効利用することが可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１．燃焼排ガス ２．不純物が除去された燃焼排ガス
３．二酸化炭素が除去された燃焼排ガス ４．二酸化炭素ガス
１１．第１吸収液（不純物除去前） １２．第１吸収液（不純物除去後）
１３．第２吸収液（熱交換前のリッチ液）１４．第２吸収液（熱交換後のリッチ液）
１５．第２吸収液（熱交換前のリーン液）１６．第２吸収液（熱交換後のリーン液）
１７．第２吸収液（リボイラー用のリーン液）
２１．不純物除去装置 ２２．吸収塔
２３．再生熱交換器 ２４．再生塔
２５．リボイラー
３１．気液接触塔 ３２．イオン交換樹脂
３３．燃焼排ガスの流入口 ３４．燃焼排ガスの流出口
３５．第１吸収液の供給口（分散盤） ３６．第１吸収液の排出口
３７．ポンプ ３８．ハニカム構造体
４１．水洗浄用純水 ４２．苛性ソーダ溶液
４３．ドレン排液

Claims (3)

1. 不純物として硫黄酸化物および／または窒素酸化物を含む燃焼排ガスから、前記不純物を除去する不純物除去装置と、
   前記不純物が除去された前記燃焼排ガス中の二酸化炭素を吸収液に吸収させ、前記二酸化炭素を吸収した前記吸収液を排出する吸収塔と、
   前記吸収塔から排出された前記吸収液から前記二酸化炭素を除去し、前記吸収液を再生して排出する再生塔とを備え、
   前記不純物除去装置は、
   前記燃焼排ガスと、前記不純物を吸収可能な液体とを接触させて、前記燃焼排ガス中の前記不純物を、前記液体に吸収させる気液接触塔と、
   前記気液接触塔内に設置されており、前記不純物を吸収した前記液体と接触することにより、前記液体から前記不純物を除去するイオン交換樹脂とを備え、
   前記気液接触塔は、
   前記イオン交換樹脂の底面よりも下方に設けられた前記燃焼排ガスの流入口と、
   前記イオン交換樹脂の底面よりも下方において、前記燃焼排ガスの流入口よりも上方に設けられた前記燃焼排ガスの流出口と、
   前記イオン交換樹脂の上面よりも上方に設けられた前記液体の供給口と、
   前記イオン交換樹脂の底面よりも下方において、前記燃焼排ガスの流入口よりも下方に設けられた前記液体の排出口とを有し、
   前記気液接触塔は、前記流入口から流入して上昇する前記燃焼排ガスと、前記供給口から供給されて落下する前記液体が気液接触するよう構成されており、
   前記不純物除去装置はさらに、前記排出口から排出された前記液体を、前記供給口へと移送する移送機構を備える、
   二酸化炭素回収システム。
2. 不純物として硫黄酸化物および／または窒素酸化物を含む燃焼排ガスから、前記不純物を除去する不純物除去装置と、
   前記不純物が除去された前記燃焼排ガス中の二酸化炭素を吸収液に吸収させ、前記二酸化炭素を吸収した前記吸収液を排出する吸収塔と、
   前記吸収塔から排出された前記吸収液から前記二酸化炭素を除去し、前記吸収液を再生して排出する再生塔とを備え、
   前記不純物除去装置は、
   前記燃焼排ガスと、前記不純物を吸収可能な液体とを接触させて、前記燃焼排ガス中の前記不純物を、前記液体に吸収させる気液接触塔と、
   前記気液接触塔内に設置されており、前記不純物を吸収した前記液体と接触することにより、前記液体から前記不純物を除去するイオン交換樹脂と、
   前記気液接触塔内に設置され、前記気液接触塔内の上面側と底面側とを結ぶ複数の貫通孔が設けられた構造体とを備え、
   前記イオン交換樹脂は、前記構造体の前記貫通孔内に固定されている、
   二酸化炭素回収システム。
3. 前記液体は、二酸化炭素の吸収に使用されて劣化した前記吸収液である請求項１または２に記載の二酸化炭素回収システム。

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