JP6656843B2 - ガス処理システム及びガス処理方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ガス処理システム及びガス処理方法に関する。
例えば二酸化炭素、硫化水素等の水に溶けることで酸を生じる酸性化合物を含むガスから、酸性化合物を吸収するアミン溶液等のアルカリ性の処理液を用いて酸性化合物を分離するガス処理システムが公知である（例えば特開２０１１−９８３４０号公報参照）。
前記公報に記載のガス処理システムは、処理液と被処理ガスとを接触させる吸収器と、酸性化合物を吸収した処理液を加熱して酸性化合物を脱離させることにより再度酸性化合物を吸収可能な状態に再生する再生器とを備えている。
このように、従来のガス処理システムでは、酸性化合物を吸収した処理液を加熱することにより酸性化合物を分離させて回収するが、加熱した処理液からは酸性化合物のガスと共に水蒸気が発生する。このため、従来のガス処理システムは、再生器中の処理液から発生するガスを冷却して水蒸気を凝縮させることにより、酸性化合物のガスだけを回収し、凝縮水を再生器に還流させ、処理液の濃縮を防止する。従って、従来のガス処理システムでは、再生器に新たに供給される酸性化合物を吸収した処理液だけでなく、前記凝縮水も再加熱する必要があり、エネルギー消費が比較的大きい。
そこで、従来のガス処理システムでは、吸収器から再生器に供給される処理液と、再生器から吸収器に還流される処理液との間で熱交換を行うことにより、酸性化合物を吸収した処理液を加熱するために必要とされるエネルギー量を低減している。
また、処理液として、酸性化合物の吸収により相対的に酸性化合物の含有率が大きい第１相部分と酸性化合物の含有率が小さい第２相部分とに分離可能な処理液を用いることが提案されている（例えば特開２０１２−５２５２５３号公報参照）。
前記公報に記載のガス処理システムでは、吸収器で酸性化合物を吸収した処理液を
第１相部分と第２相部分とに分離し、第１相部分のみを再生器に導入することで、再生器で加熱すべき処理液の絶対量を減少させることで、処理液の再生に必要とされるエネルギー量をさらに低減することができる。
しかしながら、第１相部分と第２相部分とに分離可能な処理液を用いる従来のガス処理システムでも、酸性化物の分離に必要とされるエネルギー量が十分に小さいとは言えず、さらなる省エネルギー化が求められている。
特開２０１１−９８３４０号公報 特開２０１２−５２５２５３号公報
前記不都合に鑑みて、本発明は、比較的少ないエネルギーで被処理ガス中の酸性化合物を分離できるガス処理システム及びガス処理方法を提供することを課題とする。
前記課題を解決するためになされた発明は、水への溶解で酸を生じる酸性化合物の吸収により相分離する処理液を用い、前記酸性化合物を含む被処理ガスから酸性化合物を分離するガス処理システムであって、前記処理液に被処理ガスを接触させる吸収器と、前記処理液を酸性化合物の含有率が大きい第１相部分及び酸性化合物の含有率が小さい第２相部分に分離する液分離器と、前記液分離器で分離した第１相部分から加熱により酸性化合物を放出する再生器と、前記液分離器で分離した第２相部分及び前記再生器で酸性化合物を放出した処理液を前記吸収器に被処理ガスを接触させる処理液として循環する機構と、前記吸収器から排出される処理液及び酸性化合物分離後の被処理ガスから前記再生器の処理液へ熱を移動させる熱移送装置とを備えることを特徴とする。
当該ガス処理システムは、前記吸収器から排出される処理液及び酸性化合物分離後の被処理ガスから前記再生器の処理液へ熱を移動させる熱移送装置とを備えることによって、系外に廃棄される熱エネルギーを低減することができるので、比較的少ないエネルギーで被処理ガス中の酸性化合物を分離できる。なお、「吸収器から排出される処理液」とは、吸収器から排出された後、再生器に供給又は吸収器に還流されるまでの処理液を意味し、液分離器で分離された処理液を含むものとする。
前記再生器で処理液の加熱により生じる気体を水蒸気と酸性化合物ガスとに分離する蒸気分離器と、蒸気分離器で分離された水蒸気を圧縮する水蒸気圧縮機と、この水蒸気圧縮機で圧縮された水蒸気を前記再生器の処理液とで熱交換させる凝縮器とを有し、凝縮器で凝縮した水を再生器に還流する水還流機構をさらに備えるとよい。このように、前記蒸気分離器、水蒸気圧縮機及び凝縮器を有する水還流機構をさらに備えることによって、少ないエネルギーで酸性化合物ガスを分離することができるので、当該ガス処理システムの消費エネルギーをさらに低減することができる。
前記循環機構が、前記液分離器で分離した第１相部分と再生器で酸性化合物を放出した処理液との間で熱交換する熱交換器を有するとよい。このように、前記循環機構が、前記液分離器で分離した第１相部分と再生器で酸性化合物を放出した処理液との間で熱交換する熱交換器を有することによって、再生器で必要とされる熱エネルギーをより低減することができる。
前記再生器で放出された酸性化合物のガスを圧縮するガス圧縮器をさらに備え、前記主熱交換器が、吸収器から排出される処理液又は液分離器で分離した第１相部分をガス圧縮機で圧縮された酸性化合物ガスと熱交換させる３流体熱交換器であるとよい。このように、前記熱交換器が、吸収器から排出される処理液又は液分離器で分離した第１相部分をガス圧縮機で圧縮された酸性化合物ガスと熱交換させる３流体熱交換器であることによって、放出される酸性化合物のガスからも熱回収を行うことができるので、当該ガス処理システムの消費エネルギーをより低減することができる。
前記熱移送装置が、前記液分離器で分離する前の処理液から熱を移動させるとよい。このように、前記熱移送装置が、前記液分離器で分離する前の処理液から熱を移動させることによって、処理液からの熱回収を１箇所で比較的効率よく行うことができるので、再生器で必要とされる熱エネルギーを比較的容易に低減することができる。
前記熱移送装置が、前記液分離器で分離した第１相部分及び第２相部分から熱を移動させるとよい。このように、前記熱移送装置が、前記液分離器で分離した第１相部分及び第２相部分から熱を移動させることによって、吸収器における反応熱の多くを回収することができるので、再生器で必要とされる熱エネルギーをより低減することができる。
前記課題を解決するためになされた別の発明は、水への溶解で酸を生じる酸性化合物の吸収により相分離する処理液に前記酸性化合物を含む被処理ガスを接触させる工程と、前記被処理ガスと接触した処理液を酸性化合物の含有率が大きい第１相部分及び酸性化合物の含有率が小さい第２相部分に分離する工程と、前記第１相部分から加熱により酸性化合物を放出する工程とを備え、前記第２相部分及び酸性化合物を放出した処理液を前記接触工程で被処理ガスを接触させる処理液として再利用するガス処理方法であって、前記被処理ガスと接触した処理液及び酸性化合物分離後の被処理ガスから前記再生器の処理液へ熱移送装置により熱を移動させる工程をさらに備えることを特徴とする。
当該ガス処理方法は、前記被処理ガスと接触した処理液及び酸性化合物分離後の被処理ガスから前記再生器の処理液へ熱移送装置により熱を移動させる工程を備えることによって、系外に廃棄される熱エネルギーを低減することができるので、比較的少ないエネルギーで被処理ガス中の酸性化合物を分離できる。
上述のように、本発明のガス処理システム及びガス処理方法は、比較的少ないエネルギーで被処理ガス中の酸性化合物を分離できる
本発明の一実施形態のガス処理システムの構成を示す模式図である。 本発明の図１とは異なる実施形態のガス処理システムの構成を示す模式図である。 本発明の図１及び図２とは異なる実施形態のガス処理システムの構成を示す模式図である。 本発明の図１乃至図３とは異なる実施形態のガス処理システムの構成を示す模式図である。 本発明の図１乃至図４とは異なる実施形態のガス処理システムの構成を示す模式図である。
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳説する。
［第一実施形態］
図１のガス処理システムは、水への溶解で酸を生じる酸性化合物の吸収により相分離する処理液を用い、前記酸性化合物を含む被処理ガスから酸性化合物を分離するガス処理システムである。
当該ガス処理システムは、前記処理液に被処理ガスを接触させる吸収器１と、前記処理液を酸性化合物の含有率が大きい第１相部分及び酸性化合物の含有率が小さい第２相部分に分離する液分離器２と、前記液分離器２で分離した第１相部分から加熱により酸性化合物を放出する再生器３と、前記液分離器２で分離した第２相部分及び前記再生器３で酸性化合物を放出した処理液を前記吸収器１に被処理ガスを接触させる処理液として循環する機構４（配管系統）と、前記吸収器１から排出される処理液及び酸性化合物分離後の被処理ガスから前記再生器３の処理液へ熱を移動させる熱移送装置５とを備える。
また、当該ガス処理システムは、前記再生器３に付随して、再生器３で生じる気体中の水蒸気を凝縮させて再生器３に還流させるコンデンサ６と、再生器３が貯留する処理液を加熱するリボイラ７とをさらに備える。リボイラ７は、再生器３の内部で処理液を加熱するよう配設してもよいが、図示するように、再生器３から処理液を外部に抜き出してリボイラ７で加熱後に再生器３に還流させる加熱流路８に配設することができる。なお、コンデンサ６としては、川水等の安価な冷却水を用いた熱交換器を用いることができる。また、リボイラ７としては、例えば電気、蒸気、バーナー等任意の熱源により直接又は間接的に処理液を加熱するものを用いることができる。
（酸性化合物）
当該ガス処理システムが分離する酸性化合物としては、水溶液が酸性となるものであれば特に限定されないが、例えば塩化水素、二酸化炭素、二酸化硫黄、二硫化炭素等が挙げられる。
（処理液）
当該ガス処理システムが用いる処理液としては、例えば水、アミン化合物及び有機溶剤を含むアルカリ性の処理液が挙げられる。
前記アミン化合物としては、例えば１，３−ジアミノプロパン（ＤＭＡ）、２−アミノエタノール（ＭＥＡ）、ＤＬ−２−アミノ−１−プロパノール（ＡＰ）、２−（２−アミノエトキシ）エタノール（ＡＥＥ）、２−（メチルアミノ）エタノール（ＭＥＡ）、２−（エチルアモノ）エタノール（ＥＡＥ）、２−（ブチルアミノ）エタノール（ＢＡＥ）、（Ｒ）−４−アミノ−２−メチル−１−ブタノール（ＡＭＢ）等を挙げることができる。
前記有機溶剤としては、例えば１−ブタノール、１−ペンタノール、オクタノール、ジエチレングリコールジエチルエーテル（ＤＥＧＤＥＥ）、ジエチレングリコールジメチルエーテル（ＤＥＧＤＭＥ）等を挙げることができる。
（被処理ガス）
当該ガス処理システムで処理する被処理ガスとしては、例えば産業排ガス、天然ガス、水素ガス等が挙げられる。つまり、当該ガス処理システムは、大気に排出されるガスから有害物質を除去する目的や、例えば燃料等として使用されるガス中の不純物を除去する目的で使用することができる。
＜吸収器＞
吸収器１は、被処理ガスと処理液とを接触させることにより、被処理ガス中の酸性化合物を処理液に吸収させ、酸性化合物が除去された被処理ガスを排出する。
このような吸収器１としては、被処理ガスと処理液とを連続的に接触させられるものであればよく、例えば被処理ガスの流路に処理液を噴霧するもの、被処理ガスの流路に配置される充填剤を伝って処理液を流下させるもの、被処理ガス及び処理液をそれぞれ多数の微細な流路に導入して被処理ガスの微細流路と処理液の微細流路とをそれぞれ合流させるもの等を用いることができる。
なお、吸収器１における酸性化合物の吸収は発熱反応である。酸性化合物が二酸化炭素である場合、二酸化炭素の吸収量１ｔ当たりの発熱量は約１．８ＧＪである。吸収器１において発生するこの反応熱は、被処理ガス及び処理液の温度を上昇させる。
＜液分離器＞
液分離器２は、処理液の層分離を促進して、酸性化合物の含有率が大きい第１相部分と酸性化合物の含有率が小さい第２相部分とに分離できるものであればよく、例えば処理液を比重分離する容器、処理液を遠心分離する装置等を用いることができる。
＜再生器＞
再生器３は、処理液を貯留し、貯留する処理液がリボイラ７によって加熱されることで処理液から酸性物質を脱離させると共に処理液中の水を蒸発させて排出する。なお、この酸性物質の脱離は吸熱反応であり、二酸化炭素の放出量１ｔ当たりの吸熱量は、吸収器１における発熱量と等しい約１．８ＧＪ／ｔ−Ｃｏ２である。
また、再生器３からは、二酸化炭素と共に水蒸気が再生器３内の処理液の温度（例えば１２０℃）と等しい温度で放出されるので、コンデンサ６において水蒸気を凝縮させて水分を再生器３に還流させる。このため、この低温（例えば４５℃）の凝縮水を再生器３内の処理液と等しい温度まで再加熱する必要がある。つまり、水蒸気の蒸発潜熱及び凝縮水と再生器３内の処理液との温度差分の顕熱は、コンデンサ６において廃棄され、同じ熱量が前記吸熱反応の熱量と共にリボイラ７の負荷となる。このコンデンサ６において廃棄される熱量は、二酸化炭素の放出量１ｔ当たりに換算して約１．４５ＧＪ／ｔ−ＣＯ２である。
従って、当該ガス処理システムは、熱移送装置５を用いない場合、すなわち従来のガス処理システムの場合には、二酸化炭素の放出量１ｔ当たりに換算して約３．２５ＧＪ／ｔ−ＣＯ２のエネルギーをリボイラ７において消費する。
＜循環機構＞
循環機構４は、吸収器１から処理液を抜き出して、液分離器２に供給する第１流路Ｌ１と、液分離器２で分離した第１相部分を再生器３に供給する第２流路Ｌ２と、再生器３から処理液を吸収器１に還流させる第３流路Ｌ３と、液分離器２で分離した第２相部分を吸収器１に還流させるために前記第３流路Ｌ３に導入する第４流路Ｌ４とを有する。
また、循環機構４は、前記第２流路Ｌ２及び第３流路Ｌ３に跨って配設され、液分離器２で分離した第１相部分と再生器３で酸性化合物を放出した処理液との間で熱交換する主熱交換器９を有する。この主熱交換器９としては、例えばプレート熱交換器等の周知の構成のものを用いることができるが、温度差が比較的小さい流体間での熱交換が可能なマイクロチャネル熱交換器を用いることで、エネルギー効率を向上することができる。
さらに、循環機構４は、前記第３流路Ｌ３の第４流路Ｌ４の接続点よりも下流側（吸収器１側）に配設され、通過する処理液を冷却する処理液冷却器１０を有する。この処理液冷却器１０としては、例えば川水等の安価な冷却水を用いた熱交換器等を用いることができる。
＜熱移送装置＞
熱移送装置５としては、例えば熱媒の蒸発及び凝縮により熱を移動させる蒸気圧縮ヒートポンプ、磁束の変化により発熱及び吸熱する冷媒を用いて熱を移動させる磁気ヒートポンプ、ペルティエ効果を利用して熱を移動させる半導体ヒートポンプ等の公知の装置を用いることができる。
具体的には、熱移送装置５は、液分離器２よりも吸収器１側の第１流路Ｌ１に配設され、吸収器１から排出され、液分離器２で分離される前の処理液から熱媒に熱を回収する液回収熱交換器ＨＸ１と、酸性化合物分離後の被処理ガス、つまり吸収器１から排出される処理済ガスから熱媒に熱回収するガス回収熱交換器ＨＸ２と、加熱流路８のリボイラ７の下流側に配設され、再生器３に貯留される第１相部分を含む処理液を熱媒により加熱する出力熱交換器ＨＸ３と、液回収熱交換器ＨＸ１及びガス回収熱交換器ＨＸ２で熱回収した熱媒を圧縮する熱媒圧縮機Ｃｘと、出力熱交換器ＨＸ３で熱を放出した熱媒を減圧する膨張弁Ｖｘとを有する蒸気圧縮ヒートポンプとすることができる。
液回収熱交換器ＨＸ１で回収される熱量は、吸収器１から流出する処理液の温度を６０℃、液回収熱交換器ＨＸ１の出口における処理液の温度を４５℃（最少熱交換温度差１０℃）とする。
また、ガス回収熱交換器ＨＸ２で回収される熱量は、吸収器１に導入される被処理ガスの温度を４５℃、吸収器１から流出する被処理ガス（処理済ガス）の温度を５５℃、ガス回収熱交換器ＨＸ２の出口における被処理ガスの温度を４５℃（最少熱交換温度差１０℃）とする。
出力熱交換器ＨＸ３が再生器３の処理液に与えることができる熱量は、液回収熱交換器ＨＸ１による回収熱量及びガス回収熱交換器ＨＸ２による回収熱量の合計に略等しく、二酸化炭素の吸収量１ｔ当たりに換算して約１．８ＧＪ／ｔ−ＣＯ２である。
一方、熱媒圧縮機Ｃｘが消費するエネルギー量は、二酸化炭素の吸収量１ｔ当たりに換算して約０．６ＧＪ／ｔ−ＣＯ２である。
従って、熱移送装置５は、当該ガス処理システムの消費エネルギーを、従来のガス処理システムの消費エネルギーに比べて、二酸化炭素の吸収量１ｔ当たりに換算して約１．２ＧＪ／ｔ−ＣＯ２低減することができる。
熱移送装置５の液回収熱交換器ＨＸ１、ガス回収熱交換器ＨＸ２及び出力熱交換器ＨＸ３としては、例えばプレート熱交換器等の周知の構成のものを用いることができるが、温度差が比較的小さい流体間での熱交換が可能なマイクロチャネル熱交換器を用いることで、エネルギー効率をより向上することができる。
図１のガス処理システムにおいて、液回収熱交換器ＨＸ１、ガス回収熱交換器ＨＸ２及び出力熱交換器ＨＸ３の最少熱交換温度差を３℃とした場合、当該ガス処理システムの従来のガス処理システムに対する消費エネルギー低減量は、酸化炭素の吸収量１ｔ当たりに換算して約１．３ＧＪ／ｔ−ＣＯ２に増大する。
＜ガス処理方法＞
本発明に係る別の実施形態のガス処理方法は、水への溶解で酸を生じる酸性化合物の吸収により相分離する処理液を用い、前記酸性化合物を含む被処理ガスから酸性化合物を分離する方法であって、図１のガス処理装置を使用して行うことができる。
当該ガス処理方法は、吸収器１において、水への溶解で酸を生じる酸性化合物の吸収により相分離する処理液に前記酸性化合物を含む被処理ガスを接触させる工程と、液分離器２において、前記被処理ガスと接触した処理液を酸性化合物の含有率が大きい第１相部分及び酸性化合物の含有率が小さい第２相部分に分離する工程と、再生器３において、前記第１相部分から加熱により酸性化合物を放出する工程とを備え、前記第２相部分及び酸性化合物を放出した処理液を前記接触工程で被処理ガスを接触させる処理液として吸収器１で再利用するガス処理方法であり、前記被処理ガスと接触した処理液及び酸性化合物分離後の被処理ガスから前記再生器の処理液へ熱移送装置５により熱を移動させる工程をさらに備える。
＜利点＞
当該ガス処理システム及び当該ガス処理方法は、前記被処理ガスと接触した処理液及び酸性化合物分離後の被処理ガスから前記再生器３の処理液へ熱を移動させることによって、系外に廃棄される熱エネルギーを低減することができるので、比較的少ないエネルギーで被処理ガス中の酸性化合物を分離できる。
当該ガス処理システムは、循環機構４が、液分離器２で分離した処理液の第１相部分と再生器３で酸性化合物を放出した処理液との間で熱交換する主熱交換器９を有するので、再生器３（リボイラ７）で第２流路Ｌ２から供給される処理液を再生器３内の温度まで加熱するために必要とされる熱エネルギーを低減することができる。
当該ガス処理システムは、熱移送装置５が、液回収熱交換器ＨＸ１で主熱交換器９よりも吸収器１側から熱を回収することによって、再生器３で加熱された処理液から比較的効率よく熱回収できるので、再生器３で必要とされる熱エネルギーをさらに低減することができる。
当該ガス処理システムは、熱移送装置５が、液回収熱交換器ＨＸ１で液分離器２よりも吸収器１側から熱を回収することによって、吸収器１における反応熱を比較的効率よく再利用することができるので、リボイラ７で必要とされる熱エネルギーをさらに低減することができる。
［第二実施形態］
図２のガス処理システムは、水への溶解で酸を生じる酸性化合物の吸収により相分離する処理液を用い、前記酸性化合物を含む被処理ガスから酸性化合物を分離するガス処理システムである。
当該ガス処理システムは、前記処理液に被処理ガスを接触させる吸収器１と、前記処理液を酸性化合物の含有率が大きい第１相部分及び酸性化合物の含有率が小さい第２相部分に分離する液分離器２と、前記液分離器２で分離した第１相部分から加熱により酸性化合物を放出する再生器３と、前記液分離器２で分離した第２相部分及び前記再生器３で酸性化合物を放出した処理液を前記吸収器１に被処理ガスを接触させる処理液として循環する機構４ａと、前記吸収器１から排出される処理液及び酸性化合物分離後の被処理ガスから前記再生器３の処理液へ熱を移動させる熱移送装置５とを備える。
当該ガス処理システムは、再生器３で処理液の加熱により生じる気体中の水蒸気を凝縮させて再生器３に還流する水還流機構１１と、再生器３が貯留する処理液を加熱するリボイラ７を有する加熱流路８とをさらに備える。
水還流機構１１は、再生器３から生じる気体を水蒸気と酸性化合物ガスとに分離する水蒸気分離器１２と、水蒸気分離器１２で分離された水蒸気を圧縮する水蒸気圧縮機１３と、水蒸気圧縮機１３で圧縮された水蒸気を再生器３（加熱流路８）の処理液とで熱交換させて再生器３に還流する凝縮器１４とを有する。
加えて、当該ガス処理システムは、再生器３で放出され、水蒸気分離器１２で分離された酸性化合物のガスを圧縮するガス圧縮器１５と、酸性化合物のガスの膨張力を回転エネルギーに変換する膨張器１６とをさらに備える。
図２のガス処理システムにおける吸収器１、液分離器２、再生器３、熱移送装置５及びリボイラ７の構成は、図１のガス処理システムにおける吸収器１、液分離器２、再生器３、熱移送装置５及びリボイラ７の構成と同様である。このため、図２のガス処理システムの説明において、図１のガス処理システムと同じ構成要素には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。また、図２のガス処理システムにおける酸性化合物、処理液及び被処理ガスは、図１のガス処理システムにおける酸性化合物、処理液及び被処理ガスと同様とすることができる。
＜循環機構＞
当該ガス処理システムにおいて、循環機構４ａは、吸収器１から処理液を抜き出して、液分離器２に供給する第１流路Ｌ１と、液分離器２で分離した第１相部分を再生器３に供給する第２流路Ｌ２と、再生器３から処理液を吸収器１に還流させる第３流路Ｌ３と、液分離器２で分離した第２相部分を吸収器１に還流させるために前記第３流路Ｌ３に導入する第４流路Ｌ４とを有する。
また、循環機構４ａは、前記第２流路Ｌ２及び第３流路Ｌ３に跨って配設され、液分離器２で分離した第１相部分と再生器３で酸性化合物を放出した処理液との間で熱交換すると共に、液分離器２で分離した第１相部分とガス圧縮機１５で圧縮された酸性化合物ガスとの間でも熱交換させる３流体熱交換器である主熱交換器９ａを有する。
さらに、循環機構４ａは、前記第３流路Ｌ３の第４流路Ｌ４の接続点よりも下流側（吸収器１側）に配設され、通過する処理液を冷却する処理液冷却器１０を有する。
（水蒸気分離器）
水蒸気分離器１２は、再生器３で生じる気体を断熱膨張させることにより気体中の水蒸気を凝縮させて水と酸性化合物とを分離する。続いて、水蒸気分離器１２は、分離した水と酸性化合物とをそれぞれ断熱膨張により生じた熱により加熱する。これにより、一旦凝縮した水は、再度蒸発して水蒸気になる。
（水蒸気圧縮機）
水蒸気圧縮機１３は、水蒸気分離器１２において圧力が低下した水蒸気を圧縮して、再生器３に還流可能な圧力まで加圧する。水蒸気圧縮機１３で断熱圧縮された水蒸気は、再生器３の内部の処理液よりも高温となる。
（凝縮器）
凝縮器１４は、水蒸気圧縮機１３で断熱圧縮された水蒸気の顕熱及び潜熱を加熱流路８の処理液に受け渡すことによって凝縮させる凝縮器であり、これにより水蒸気は、再生器３に還流可能な圧力を有する液体となる。
当該ガス処理システムは、再生器３から放出される酸性化合物のガスが有する熱エネルギーを、主熱交換器９ａにおいて処理液の第１相部分の加熱に用い、さらに膨張器１６においてガス圧縮器１５等で使用できる動力エネルギーとして回収する。
＜利点＞
当該ガス処理システムは、水蒸気分離器１２、水蒸気圧縮機１３及び凝縮器１４とを有する水還流機構を備えることによって、再生器３で処理液の加熱により生じる水蒸気の熱エネルギーの多くを再生器３に還流させることができる。従って、当該ガス処理システムは、より少ないエネルギーで酸性化合物ガスを分離することができる。
また、当該ガス処理システムは、主熱交換器９ａが３流体熱交換器であり、放出される酸性化合物のガスからも第２流路Ｌ２を介して再生器３に供給される処理液に熱回収を行うことができるので、消費エネルギーをより低減することができる。
［第三実施形態］
図３のガス処理システムは、水への溶解で酸を生じる酸性化合物の吸収により相分離する処理液を用い、前記酸性化合物を含む被処理ガスから酸性化合物を分離するガス処理システムである。
当該ガス処理システムは、前記処理液に被処理ガスを接触させる吸収器１と、前記処理液を酸性化合物の含有率が大きい第１相部分及び酸性化合物の含有率が小さい第２相部分に分離する液分離器２と、前記液分離器２で分離した第１相部分から加熱により酸性化合物を放出する再生器３と、前記液分離器２で分離した第２相部分及び前記再生器３で酸性化合物を放出した処理液を前記吸収器１に被処理ガスを接触させる処理液として循環する機構４ａと、前記吸収器１から排出される処理液及び酸性化合物分離後の被処理ガスから前記再生器３の処理液へ熱を移動させる熱移送装置５ａとを備える。
当該ガス処理システムは、再生器３で処理液の加熱により生じる気体中の水蒸気を凝縮させて再生器３に還流する水還流機構１１と、再生器３が貯留する処理液を加熱するリボイラ７を有する加熱流路８とをさらに備える。
水還流機構１１は、再生器３から生じる気体を水蒸気と酸性化合物ガスとに分離する水蒸気分離器１２と、水蒸気分離器１２で分離された水蒸気を圧縮する水蒸気圧縮機１３と、水蒸気圧縮機１３で圧縮された水蒸気を再生器３（加熱流路８）の処理液とで熱交換させて再生器３に還流する凝縮器１４とを有する。
加えて、当該ガス処理システムは、再生器３で放出され、水蒸気分離器１２で分離された酸性化合物のガスを圧縮するガス圧縮器１５と、酸性化合物のガスの膨張力を回転エネルギーに変換する膨張器１６とをさらに備える。
図３のガス処理システムにおける吸収器１、液分離器２、再生器３、循環機構４ａ、リボイラ７、水還流機構１１、ガス圧縮器１５及び膨張器１６の構成は、図２のガス処理システムにおける吸収器１、液分離器２、再生器３、循環機構４ａ、リボイラ７、水還流機構１１、ガス圧縮器１５及び膨張器１６の構成と同様である。このため、図３のガス処理システムの説明において、図２のガス処理システムと同じ構成要素には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。また、図３のガス処理システムにおける酸性化合物、処理液及び被処理ガスは、図２のガス処理システムにおける酸性化合物、処理液及び被処理ガスと同様とすることができる。
＜熱移送装置＞
図３のガス処理システムにおいて、熱移送装置５ａは、液分離器２よりも再生器３側であって、第２流路Ｌ２の主熱交換器９ａよりも吸収器１側に配設され、液分離器２で分離した処理液の第１相部分から熱媒に熱を回収する第１液回収熱交換器ＨＸ４と、液分離器２の下流側の第４流路Ｌ４に配設され、液分離器２で分離した処理液の第２相部分から熱媒に熱を回収する第２液回収熱交換器ＨＸ５と、酸性化合物分離後の被処理ガスから熱媒に熱回収するガス回収熱交換器ＨＸ２と、加熱流路８に配設され、再生器３に貯留される第１相部分を含む処理液を熱媒により加熱する出力熱交換器ＨＸ３と、液回収熱交換器ＨＸ４及びガス回収熱交換器ＨＸ５で熱回収した熱媒を圧縮する熱媒圧縮機Ｃｘと、出力熱交換器ＨＸ３で熱を放出した熱媒を減圧する膨張弁Ｖｘとを有するものとすることができる。
図３のガス処理システムにおいて、第１液回収熱交換器ＨＸ４及び第２液回収熱交換器ＨＸ５で回収できる計熱量は、図３のガス処理システムの液回収熱交換器ＨＸ１の回収熱量と略等しい。このため、図３のガス処理システムの消費エネルギーは、図４のガス処理システムの消費エネルギーと同様である。
［第四実施形態］
図４のガス処理システムは、水への溶解で酸を生じる酸性化合物の吸収により相分離する処理液を用い、前記酸性化合物を含む被処理ガスから酸性化合物を分離するガス処理システムである。
当該ガス処理システムは、前記処理液に被処理ガスを接触させる吸収器１と、前記処理液を酸性化合物の含有率が大きい第１相部分及び酸性化合物の含有率が小さい第２相部分に分離する液分離器２と、前記液分離器２で分離した第１相部分から加熱により酸性化合物を放出する再生器３と、前記液分離器２で分離した第２相部分及び前記再生器３で酸性化合物を放出した処理液を前記吸収器１に被処理ガスを接触させる処理液として循環する機構４ｂと、前記吸収器１から排出される処理液及び酸性化合物分離後の被処理ガスから前記再生器３の処理液へ熱を移動させる熱移送装置５ｂとを備える。
当該ガス処理システムは、再生器３で処理液の加熱により生じる気体中の水蒸気を凝縮させて再生器３に還流する水還流機構１１と、再生器３が貯留する処理液を加熱するリボイラ７を有する加熱流路８とをさらに備える。
水還流機構１１は、再生器３から生じる気体を水蒸気と酸性化合物ガスとに分離する水蒸気分離器１２と、水蒸気分離器１２で分離された水蒸気を圧縮する水蒸気圧縮機１３と、水蒸気圧縮機１３で圧縮された水蒸気を再生器３（加熱流路８）の処理液とで熱交換させて再生器３に還流する凝縮器１４とを有する。
加えて、当該ガス処理システムは、再生器３で放出され、水蒸気分離器１２で分離された酸性化合物のガスを圧縮するガス圧縮器１５と、酸性化合物のガスの膨張力を回転エネルギーに変換する膨張器１６とをさらに備える。
図４のガス処理システムにおける吸収器１、液分離器２、再生器３、リボイラ７、水還流機構１１、ガス圧縮器１５及び膨張器１６の構成は、図２のガス処理システムにおける吸収器１、液分離器２、再生器３、リボイラ７、水還流機構１１、ガス圧縮器１５及び膨張器１６の構成と同様である。このため、図４のガス処理システムの説明において、図２のガス処理システムと同じ構成要素には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。また、図４のガス処理システムにおける酸性化合物、処理液及び被処理ガスは、図２のガス処理システムにおける酸性化合物、処理液及び被処理ガスと同様とすることができる。
＜循環機構＞
当該ガス処理システムにおいて、循環機構４ｂは、吸収器１から処理液を抜き出して、液分離器２に供給する第１流路Ｌ１と、液分離器２で分離した第１相部分を再生器３に供給する第２流路Ｌ２と、再生器３から処理液を吸収器１に還流させる第３流路Ｌ３と、液分離器２で分離した第２相部分を吸収器１に還流させるために前記第３流路Ｌ３に導入する第４流路Ｌ４とを有する。
また、循環機構４ｂは、前記第１流路Ｌ１及び第３流路Ｌ３に跨って配設され、吸収器１から排出される処理液と再生器３で酸性化合物を放出した処理液との間で熱交換すると共に、吸収器１から排出される処理液とガス圧縮機１５で圧縮された酸性化合物ガスとの間でも熱交換させる３流体熱交換器である主熱交換器９ａを有する。
さらに、循環機構４ａは、前記第３流路Ｌ３の第４流路Ｌ４の接続点よりも下流側（吸収器１側）に配設され、通過する処理液を冷却する処理液冷却器１０を有する。
＜熱移送装置＞
熱移送装置５ｂは、第１流路Ｌ１の主熱交換器９ａよりも吸収器１側に配設され、吸収器１から排出される処理液から熱媒に熱回収する回収熱交換器ＨＸ６と、酸性化合物分離後の被処理ガスから熱媒に熱回収するガス回収熱交換器ＨＸ２と、加熱流路８に配設され、再生器３に貯留される第１相部分を含む処理液を熱媒により加熱する出力熱交換器ＨＸ３と、液回収熱交換器ＨＸ６及びガス回収熱交換器ＨＸ２で熱回収した熱媒を圧縮する熱媒圧縮機Ｃｘと、出力熱交換器ＨＸ３で熱を放出した熱媒を減圧する膨張弁Ｖｘとを有するものとすることができる。
図４のガス処理システムにおいて、回収熱交換器ＨＸ６で回収できる熱量は、図１のガス処理システムの液回収熱交換器ＨＸ１の回収熱量と略等しい。
［第五実施形態］
図５のガス処理システムは、水への溶解で酸を生じる酸性化合物の吸収により相分離する処理液を用い、前記酸性化合物を含む被処理ガスから酸性化合物を分離するガス処理システムである。
当該ガス処理システムは、前記処理液に被処理ガスを接触させる吸収器１と、前記処理液を酸性化合物の含有率が大きい第１相部分及び酸性化合物の含有率が小さい第２相部分に分離する液分離器２と、前記液分離器２で分離した第１相部分から加熱により酸性化合物を放出する再生器３と、前記液分離器２で分離した第２相部分及び前記再生器３で酸性化合物を放出した処理液を前記吸収器１に被処理ガスを接触させる処理液として循環する機構４ｂと、前記吸収器１から排出される処理液及び酸性化合物分離後の被処理ガスから前記再生器３の処理液へ熱を移動させる熱移送装置５ｃとを備える。
当該ガス処理システムは、再生器３で処理液の加熱により生じる気体中の水蒸気を凝縮させて再生器３に還流する水還流機構１１と、再生器３が貯留する処理液を加熱するリボイラ７を有する加熱流路８とをさらに備える。
水還流機構１１は、再生器３から生じる気体を水蒸気と酸性化合物ガスとに分離する水蒸気分離器１２と、水蒸気分離器１２で分離された水蒸気を圧縮する水蒸気圧縮機１３と、水蒸気圧縮機１３で圧縮された水蒸気を再生器３（加熱流路８）の処理液とで熱交換させて再生器３に還流する凝縮器１４とを有する。
加えて、当該ガス処理システムは、再生器３で放出され、水蒸気分離器１２で分離された酸性化合物のガスを圧縮するガス圧縮器１５と、酸性化合物のガスの膨張力を回転エネルギーに変換する膨張器１６とをさらに備える。
図５のガス処理システムにおける吸収器１、液分離器２、再生器３、循環機構４ｂ、リボイラ７、水還流機構１１、ガス圧縮器１５及び膨張器１６の構成は、図４のガス処理システムにおける吸収器１、液分離器２、再生器３、循環機構４ｂ、リボイラ７、水還流機構１１、ガス圧縮器１５及び膨張器１６の構成と同様である。このため、図５のガス処理システムの説明において、図４のガス処理システムと同じ構成要素には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。また、図５のガス処理システムにおける酸性化合物、処理液及び被処理ガスは、図２のガス処理システムにおける酸性化合物、処理液及び被処理ガスと同様とすることができる。
＜熱移送装置＞
熱移送装置５ｃは、第３流路Ｌ３の主熱交換器９ａよりも吸収器１側に配設され、処理液から熱媒に熱回収する第１回収熱交換器ＨＸ７と、第４流路Ｌ４に配設され、液分離器２で分離した処理液の第２相部分から熱回収する第２回収熱交換器ＨＸ８と、酸性化合物分離後の被処理ガスから熱媒に熱回収するガス回収熱交換器ＨＸ２と、加熱流路８に配設され、再生器３に貯留される第１相部分を含む処理液を熱媒により加熱する出力熱交換器ＨＸ３と、第１液回収熱交換器ＨＸ７、第２液回収熱交換器ＨＸ８及びガス回収熱交換器ＨＸ２で熱回収した熱媒を圧縮する熱媒圧縮機Ｃｘと、出力熱交換器ＨＸ３で熱を放出した熱媒を減圧する膨張弁Ｖｘとを有するものとすることができる。
［その他の実施形態］
前記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、前記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて前記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。
当該ガス処理システムは、吸収器から排出される処理液及び酸性化合物分離後の被処理ガスから前記再生器の処理液へ熱を移動させる熱移送装置を有するものであればよく、この熱移送装置による熱回収に、再生器から放出される酸性化合物のガスや水蒸気からの熱回収を組合せることは任意である。
また、当該ガス処理システムは、複数の熱移送装置を有してもよく、吸収器から排出される処理液から熱回収する熱移送装置と酸性化合物分離後の被処理ガスから熱回収する熱移送装置とを備えるものであってもよい。
また、当該ガス処理システムにおいて、熱移送装置の出力熱交換器とリボイラや凝縮器との配置は任意であり、直列ではなく並列に配設してもよい。また、出力熱交換器とリボイラや凝縮器は、再生器の内部に設けられてもよい。
また、当該ガス処理システムは、熱移送装置によって熱回収した後の被処理ガスに残留する熱エネルギーを動力に変換して回収する膨張器をさらに有してもよい。
本発明のガス処理システムは、各種のガスからの酸性化合物の分離、特にガスからの二酸化炭素の分離に好適に利用することができる。
１ 吸収器
２ 液分離器
３ 再生器
４，４ａ，４ｂ 循環機構
５，５ａ，５ｂ，５ｃ 熱移送装置
６ コンデンサ
７ リボイラ
８ 加熱流路
９，９ａ 主熱交換器
１０ 処理液冷却器
１１ 水還流機構
１２ 水蒸気分離器
１３ 水蒸気圧縮機
１４ 凝縮器
１５ ガス圧縮器
１６ 膨張器
Ｌ１ 第１流路
Ｌ２ 第２流路
Ｌ３ 第３流路
Ｌ４ 第４流路
ＨＸ１，ＨＸ４，ＨＸ５，ＨＸ６，ＨＸ７，ＨＸ８ 液回収熱交換器
ＨＸ２ ガス回収熱交換器
ＨＸ３ 出力熱交換器
Ｃｘ 熱媒圧縮機
Ｖｘ 膨張弁

Claims (7)

  1. 水への溶解で酸を生じる酸性化合物の吸収により相分離する処理液を用い、前記酸性化合物を含む被処理ガスから酸性化合物を分離するガス処理システムであって、
    前記処理液に被処理ガスを接触させる吸収器と、
    前記被処理ガスと接触した処理液を酸性化合物の含有率が大きい第１相部分及び酸性化合物の含有率が小さい第２相部分に分離する液分離器と、
    前記液分離器で分離した第１相部分から加熱により酸性化合物を放出する再生器と、
    前記再生器が排出する酸性化合物を放出した第１相部分を含む処理液の少なくとも一部を前記再生器に還流し、この還流する処理液を加熱するリボイラと、
    前記吸収器が排出する被処理ガスから熱回収するガス回収熱交換器と、
    前記液分離器で分離される前の処理液から熱回収する液回収熱交換器と、
    前記還流する処理液を加熱する出力熱交換器と、
    前記液分離器で分離した第２相部分及び前記再生器で酸性化合物を放出した第１相部分を含む処理液の残部を前記吸収器で被処理ガスと接触させる処理液として循環する循環機構と、
    前記ガス回収熱交換器及び前記液回収熱交換器から前記出力熱交換器へ熱を移動させる熱移送装置と
    を備えることを特徴とするガス処理システム。
  2. 水への溶解で酸を生じる酸性化合物の吸収により相分離する処理液を用い、前記酸性化合物を含む被処理ガスから酸性化合物を分離するガス処理システムであって、
    前記処理液に被処理ガスを接触させる吸収器と、
    前記被処理ガスと接触した処理液を酸性化合物の含有率が大きい第１相部分及び酸性化合物の含有率が小さい第２相部分に分離する液分離器と、
    前記液分離器で分離した第１相部分から加熱により酸性化合物を放出する再生器と、
    前記液分離器で分離した第２相部分及び前記再生器で酸性化合物を放出した第１相部分を前記吸収器に被処理ガスを接触させる処理液として循環する循環機構と、
    前記吸収器から排出される処理液及び酸性化合物分離後の被処理ガスから前記再生器の処理液へ熱を移動させる熱移送装置と
    を備え、
    前記熱移送装置が、前記液分離器で分離した第１相部分及び第２相部分から熱をさらに移動させることを特徴とするガス処理システム。
  3. 水への溶解で酸を生じる酸性化合物の吸収により相分離する処理液を用い、前記酸性化合物を含む被処理ガスから酸性化合物を分離するガス処理システムであって、
    前記処理液に被処理ガスを接触させる吸収器と、
    前記被処理ガスと接触した処理液を酸性化合物の含有率が大きい第１相部分及び酸性化合物の含有率が小さい第２相部分に分離する液分離器と、
    前記液分離器で分離した第１相部分から加熱により酸性化合物を放出する再生器と、
    前記液分離器で分離した第２相部分及び前記再生器で酸性化合物を放出した第１相部分を前記吸収器に被処理ガスを接触させる処理液として循環する循環機構と、
    前記吸収器から排出される処理液及び酸性化合物分離後の被処理ガスから前記再生器の処理液へ熱を移動させる熱移送装置と
    を備え、
    前記再生器で処理液の加熱により生じる気体を水蒸気と酸性化合物ガスとに分離する蒸気分離器と、
    蒸気分離器で分離された水蒸気を圧縮する水蒸気圧縮機と、
    この水蒸気圧縮機で圧縮された水蒸気を前記再生器の処理液と熱交換させる凝縮器と
    を有し、
    前記凝縮器で凝縮した水を前記再生器に還流する水還流機構
    をさらに備えることを特徴とするガス処理システム。
  4. 前記循環機構が、前記液分離器で分離した第１相部分と再生器で酸性化合物を放出した第１相部分との間で熱交換する熱交換器を有する請求項１、請求項２又は請求項３に記載のガス処理システム。
  5. 前記再生器で放出された酸性化合物のガスを圧縮するガス圧縮器をさらに備え、
    前記熱交換器が、吸収器から排出される処理液又は液分離器で分離した第１相部分をガス圧縮機で圧縮された酸性化合物ガスと熱交換させる３流体熱交換器である請求項４に記載のガス処理システム。
  6. 前記熱移送装置が、前記液分離器で分離する前の処理液から熱を移動させる請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のガス処理システム。
  7. 吸収器で、水への溶解で酸を生じる酸性化合物の吸収により相分離する処理液に前記酸性化合物を含む被処理ガスを接触させる接触工程と、
    液分離器で、前記被処理ガスと接触した処理液を酸性化合物の含有率が大きい第１相部分及び酸性化合物の含有率が小さい第２相部分に分離する分離工程と、
    再生器で、前記第１相部分から加熱により酸性化合物を放出する放出工程と、
    リボイラ及び出力熱交換器で、前記再生器から排出される酸性化合物を放出した第１相部分の少なくとも一部を加熱して前記再生器に還流する還流工程と、
    前記第２相部分及び前記酸性化合物を放出した第１相部分の残部を前記接触工程で被処理ガスと接触させる処理液として再利用する再利用工程と、
    前記接触工程で前記吸収器から排出される被処理ガス、及び前記分離工程で分離される前の処理液から回収した熱を、前記還流工程における加熱用の熱として熱移送装置が移送する熱移送工程と
    を備えることを特徴とするガス処理方法。
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