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JP5479949B2 - 測定装置、測定方法、及び二酸化炭素回収システム - Google Patents

測定装置、測定方法、及び二酸化炭素回収システム Download PDF

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Description

本発明は、測定装置、測定方法、及び二酸化炭素回収システムに関するものである。
近年、多量の化石燃料を使用する火力発電所等において、化石燃料を燃焼して生成された燃焼排ガスをアミン系吸収液と接触させ、燃焼排ガスから二酸化炭素を分離して回収し、この回収された二酸化炭素を大気中へ放出することなく貯蔵する方法が研究されている。
具体的には、燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素をアミン系吸収液に吸収させる吸収塔と、二酸化炭素を吸収した吸収液（リッチ液）が吸収塔から供給され、リッチ液を加熱し、リッチ液から二酸化炭素ガスを放出させるとともに、吸収液を再生する再生塔と、を備えた二酸化炭素回収システムが知られている（例えば特許文献１参照）。再生塔には、熱源を供給するリボイラーが連結されている。再生塔において再生された吸収液（リーン液）は吸収塔に供給され、このシステム内で吸収液が循環するようになっている。
このような二酸化炭素回収システムが安定して稼働するためには、吸収塔において吸収液に吸収される二酸化炭素量と、再生塔において吸収液から放出される二酸化炭素量とを常に一致させる必要がある。従って、例えば、再生塔出口や吸収塔入口のリーン液の二酸化炭素含有量が安定して所望の値をとり続けるように、二酸化炭素含有量を監視しながら、リボイラーへ投入する熱エネルギー、劣化した吸収液の排出量、新しい吸収液の供給量などを調整することが求められる。
しかし、二酸化炭素含有量を測定する方法として一般的に用いられる滴定法は、測定結果を得るまでに長い時間（１〜１．５時間）を要する。そのため、このような手法で測定された二酸化炭素含有量からでは、リボイラーへ投入する熱エネルギー等の最適な調整量が得られず、二酸化炭素回収システムの動作の安定性を向上させることは出来なかった。
特開２００４−３２３３３９号公報
本発明は、二酸化炭素回収システムの循環吸収液の二酸化炭素含有量を速やかに測定できる測定装置、測定方法、及びこのような測定装置を備える二酸化炭素回収システムを提供することを目的とする。
本発明の一態様による測定装置は、無機ガスが溶け込んだ有機溶液を気化し、キャリアガスと共に放出する気化部と、前記気化部から放出されたガスが供給され、第１の温度において、有機ガスを保持すると共に無機ガスを通過させ、前記第１の温度より高い第２の温度において、保持している有機ガスを放出する有機ガス保持部と、前記有機ガス保持部を通過した前記無機ガスに含まれる無機成分を分離して放出する無機ガス分離部と、前記有機ガス保持部から放出された前記有機ガスに含まれる有機成分を分離して放出する有機ガス分離部と、前記無機ガス分離部から放出された前記無機成分及び前記有機ガス分離部から放出された前記有機成分を検知する検知部と、を備えるものである。
本発明の一態様による測定方法は、気化部、有機ガス保持部、流路切り替え部、無機ガス分離部、有機ガス分離部、及び検知部を備える測定装置を用いて、無機ガスが溶け込んだ有機溶液の成分を測定する測定方法であって、前記気化部が、前記有機溶液を気化して、キャリアガスと共に放出し、前記有機ガス保持部が、第１の温度において、前記気化部から放出されたガスに含まれる有機ガスを保持すると共に無機ガスを通過させ、前記無機ガス分離部が、前記第１の温度より高く、前記有機ガス保持部が保持している有機ガスを放出する第２の温度よりも低い第３の温度において、前記有機ガス保持部を通過した前記無機ガスに含まれる無機成分を分離して放出し、前記検知部が、前記無機ガス分離部から放出された前記無機成分を検知し、前記有機ガス保持部が、前記第２の温度において、前記有機ガスを放出し、前記有機ガス分離部が、前記有機ガス保持部から放出された前記有機ガスに含まれる有機成分を分離して放出し、前記検知部が、前記有機ガス分離部から放出された前記有機成分を検知するものである。
本発明の一態様による二酸化炭素回収システムは、燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させ、二酸化炭素を含む吸収液を排出する吸収塔と、前記吸収塔から排出された吸収液が供給され、当該吸収液から蒸気を含む二酸化炭素ガスを除去し、当該吸収液を再生して排出する再生塔と、前記吸収塔と前記再生塔との間に設けられ、前記再生塔から排出されて前記吸収塔に供給される吸収液を熱源として、前記吸収塔から排出されて前記再生塔に供給される吸収液を加熱する再生熱交換器と、前記吸収塔から排出された吸収液又は前記再生塔から排出された吸収液の密度を測定する密度計と、前記吸収液の一部を気化し、キャリアガスと共に放出する気化部と、前記気化部から放出されたガスが供給され、第１の温度において、有機ガスを保持すると共に無機ガスを通過させ、前記第１の温度より高い第２の温度において、保持している有機ガスを放出する有機ガス保持部と、前記有機ガス保持部を通過した前記無機ガスに含まれる無機成分を分離して放出する無機ガス分離部と、前記有機ガス保持部から放出された前記有機ガスに含まれる有機成分を分離して放出する有機ガス分離部と、前記無機ガス分離部から放出された前記無機成分及び前記有機ガス分離部から放出された前記有機成分を検知する検知部と、前記密度計によって測定された密度及び前記検知部の検知結果に基づいて、前記吸収塔から排出され前記吸収塔に戻される吸収液の量、又は前記再生塔から排出され前記再生塔に戻される吸収液の量を制御する制御部と、を備えるものである。
本発明の一態様による二酸化炭素回収システムは、燃焼排ガスの温度を調整して排出するガス温調器と、前記ガス温調器から排出された燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させ、二酸化炭素を含む吸収液を排出する吸収塔と、前記吸収塔から排出された吸収液が供給され、当該吸収液から蒸気を含む二酸化炭素ガスを除去し、当該吸収液を再生して排出する再生塔と、前記吸収塔と前記再生塔との間に設けられ、前記再生塔から排出されて前記吸収塔に供給される吸収液を熱源として、前記吸収塔から排出されて前記再生塔に供給される吸収液を加熱する再生熱交換器と、前記吸収塔から排出された吸収液の密度を測定する密度計と、前記吸収液の一部を気化し、キャリアガスと共に放出する気化部と、前記気化部から放出されたガスが供給され、第１の温度において、有機ガスを保持すると共に無機ガスを通過させ、前記第１の温度より高い第２の温度において、保持している有機ガスを放出する有機ガス保持部と、前記有機ガス保持部を通過した前記無機ガスに含まれる無機成分を分離して放出する無機ガス分離部と、前記有機ガス保持部から放出された前記有機ガスに含まれる有機成分を分離して放出する有機ガス分離部と、前記無機ガス分離部から放出された前記無機成分及び前記有機ガス分離部から放出された前記有機成分を検知する検知部と、前記検知部の検知結果に基づいて第１閾値及び第２閾値を算出し、前記密度が前記第１閾値より小さい場合に前記ガス温調器の設定温度を下げるように制御し、前記密度が第２閾値より大きい場合に前記ガス温調器の設定温度を上げるように制御する制御部と、を備えるものである。
本発明の一態様による二酸化炭素回収システムは、燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させ、二酸化炭素を含む吸収液を排出する吸収塔と、前記吸収塔から排出された吸収液が供給され、当該吸収液から蒸気を含む二酸化炭素ガスを除去し、当該吸収液を再生して排出する再生塔と、前記再生塔に貯留される吸収液の一部を加熱するリボイラーと、前記吸収塔と前記再生塔との間に設けられ、前記再生塔から排出されて前記吸収塔に供給される吸収液を熱源として、前記吸収塔から排出されて前記再生塔に供給される吸収液を加熱する再生熱交換器と、前記再生塔から排出された吸収液の密度を測定する密度計と、前記吸収液の一部を気化し、キャリアガスと共に放出する気化部と、前記気化部から放出されたガスが供給され、第１の温度において、有機ガスを保持すると共に無機ガスを通過させ、前記第１の温度より高い第２の温度において、保持している有機ガスを放出する有機ガス保持部と、前記有機ガス保持部を通過した前記無機ガスに含まれる無機成分を分離して放出する無機ガス分離部と、前記有機ガス保持部から放出された前記有機ガスに含まれる有機成分を分離して放出する有機ガス分離部と、前記無機ガス分離部から放出された前記無機成分及び前記有機ガス分離部から放出された前記有機成分を検知する検知部と、前記検知部の検知結果に基づいて第１閾値及び第２閾値を算出し、前記密度が前記第１閾値より小さい場合に前記リボイラーの設定温度を下げるように制御し、前記密度が前記第２閾値より大きい場合に前記リボイラーの設定温度を上げるように制御する制御部と、を備えるものである。
本発明によれば、二酸化炭素回収システムの循環吸収液の二酸化炭素含有量を速やかに測定できる。
本発明の第１の実施形態に係る測定装置の概略構成図である。 二酸化炭素回収システムの概略構成図である。 同第１の実施形態に係る測定装置を用いて、二酸化炭素回収システムを循環する吸収液の成分を測定する方法を説明するフローチャートである。 同第１の実施形態に係る測定装置を用いて測定した、二酸化炭素回収システムを循環する吸収液の成分分析結果を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態に係る二酸化炭素回収システムの概略構成図である。 流量の一部を分岐したリッチ液ラインの概略構成図である。 密度と調整弁の開度の制御との関係の一例を示すグラフである。 本発明の第３の実施形態に係る二酸化炭素回収システムの概略構成図である。 本発明の第４の実施形態に係る二酸化炭素回収システムの概略構成図である。 本発明の第５の実施形態に係る二酸化炭素回収システムの概略構成図である。 本発明の第６の実施形態に係る二酸化炭素回収システムの概略構成図である。 本発明の第７の実施形態に係る二酸化炭素回収システムの概略構成図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（第１の実施形態）図１に本発明の第１の実施形態に係る測定装置の概略構成を示す。測定装置は、自動定量採取部１、気化部２、有機ガス保持部３、流路切り替え部４、無機ガス分離部５、有機ガス分離部６、及び検知部７を備え、無機ガス（低分子ガス）が溶け込んだ有機溶液の成分分析を行うものである。なお、有機ガス保持部３、流路切り替え部４、無機ガス分離部５、及び有機ガス分離部６は、恒温部８の中に収納されており、一定温度に保たれる。恒温部８内の温度は調整可能である。
自動定量採取部１は、成分分析対象の有機溶液から測定サンプルを自動定量採取する。
気化部２は、自動定量採取部１によって採取された測定サンプルを気化し、キャリアガスと共に排出する。キャリアガスには、例えばヘリウムを使用する。
有機ガス保持部３は、気化部２から排出された排出ガス中の有機ガスを一時的に保持すると共に、無機ガスを通過させる。従って、有機ガス保持部３により、気化部２から排出された排出ガス中の有機ガスと無機ガスとが分離される。
有機ガス保持部３は、低温時に有機ガスを保持し、高温になると保持していた有機ガスを放出する。従って、恒温部８の中を低温にしておくことで、有機ガス保持部３は、気化部２から排出された排出ガス中の無機ガスを放出し、恒温部８の中を高温にすると、有機ガスを放出する。有機ガス保持部３には、有機成分を吸着可能な充填材を有するトラップ管を使用することができる。
流路切り替え部４は、有機ガス保持部３から放出されたガスが無機ガス分離部５又は有機ガス分離部６へ供給されるように流路を切り替えると共に、有機ガス保持部３から放出されたガスが供給されない無機ガス分離部５又は有機ガス分離部６へキャリアガスを供給する。キャリアガスは例えばヘリウムガスである。
流路切り替え部４は、有機ガス保持部３から無機ガスが放出される場合は、すなわち恒温部８の温度が低温の場合は、有機ガス保持部３から放出された無機ガスを無機ガス分離部５へ供給し、有機ガス分離部６へキャリアガスが供給されるようにする。
また、流路切り替え部４は、有機ガス保持部３から有機ガスが放出される場合は、すなわち恒温部８の温度が高温の場合は、有機ガス保持部３から放出された有機ガスを有機ガス分離部６へ供給し、無機ガス分離部５へキャリアガスが供給されるようにする。
このように、使用していない分離部へキャリアガスを流すことで、無機ガス分離部５が有機ガスで汚染されることを防止し、有機ガス分離部６が無機ガスで汚染されることを防止できる。
無機ガス分離部５は、有機ガス保持部３を通過した無機ガスが流路切り替え部４を介して供給され、無機ガス中の無機成分を分離して検知部７へ供給する。無機ガス分離部５は、複数の無機成分を保持する時間が異なり、各無機成分を異なる時間で検知部７へ供給することで分離を行う。無機ガス分離部５には、無機成分を吸着可能な充填材を有するトラップ管を使用することができる。
有機ガス分離部６は、有機ガス保持部３から放出された有機ガスが流路切り替え部４を介して供給され、有機ガス中の有機成分を分離して検知部７へ供給する。有機ガス分離部６は、複数の有機成分を保持する時間が異なり、各有機成分を異なる時間で検知部７へ供給することで分離を行う。有機ガス分離部６には、有機成分（例えばアミン成分）を吸着可能な充填材を有するトラップ管を使用することができる。
検知部７は、無機ガス分離部５から供給された無機成分、有機ガス分離部６から供給された有機成分の検出を行う。検知部７には、例えば熱伝導度検出器（ＴＤＣ：Thermal Conductivity Detector）を使用することができる。検知部７による測定サンプルに含まれる成分の検出結果は、図示しない表示部に表示される。操作者は、表示された検出結果から、分析対象である有機溶液の成分を把握できる。
このような測定装置を用いて、例えば、図２に示すような二酸化炭素回収システム１００を循環する吸収液の成分分析を行うことができる。二酸化炭素回収システム１００は、燃焼排ガス１０２ａに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させる吸収塔１０３と、吸収塔１０３から二酸化炭素を吸収した吸収液（以下、リッチ液１０４ａと記す）が供給され、このリッチ液４ａを加熱し、吸収液から蒸気を含む二酸化炭素ガスを放出させて、二酸化炭素ガスと蒸気とを含む排出ガス１０２ｃを排出するとともに吸収液を再生する再生塔１０５とを備える。
例えば、火力発電所などの発電設備において生成された燃焼排ガス１０２ａが吸収塔１０３の下部に供給され、吸収塔１０３の頂部から二酸化炭素が取り除かれた燃焼排ガス１０２ｂが排出されるようになっている。二酸化炭素を吸収可能な吸収液には、例えばアミン化合物を水に溶かしたアミン化合物水溶液が使用される。
リボイラー１０６は、再生塔タンク１０５に貯留されていたリーン液１０４ｂの一部を加熱してその温度を上昇させて蒸気を生成し、再生塔１０５に供給する。なお、リボイラー１０６においてリーン液１０４ｂを加熱する際、リーン液１０４ｂから微量の二酸化炭素ガスが放出され、蒸気とともに再生塔１０５に供給される。そして、この蒸気により、再生塔１０５においてリッチ液１０４ａが加熱されて二酸化炭素ガスが放出される。
吸収塔１０３と再生塔１０５との間に、再生塔１０５から吸収塔１０３に供給されるリーン液１０４ｂを熱源として、吸収塔１０３から再生塔１０５に供給されるリッチ液１０４ａを加熱する再生熱交換器１０７が設けられ、リーン液１０４ｂの熱を回収するように構成されている。
再生熱交換器１０７からのリーン液１０４ｂは、タンク１１３へ送り込まれる。タンク１１３は、この二酸化炭素回収システム１００を循環する吸収液を溜め、その上部から新品の吸収液１０４ｃが供給され、底部から吸収液１０４ｄを破棄する。これにより、劣化した吸収液が二酸化炭素回収システム１００を循環することを防止できる。
タンク１１３と吸収塔１０３との間に、タンク１１３から供給されるリーン液１０４ｅを冷却する吸収液冷却器１１４が設けられている。吸収液冷却器１１４により冷却されたリーン液１０４ｅが吸収塔１０３の上部に供給される。
吸収塔１０３の上部に供給されたリーン液１０４ｅは、吸収塔１０３内において上部から下降する。一方、吸収塔１０３に供給された燃焼排ガス１０２ａは、吸収塔１０３内において下部から頂部に向けて上昇する。そのため、二酸化炭素を含む燃焼排ガス１０２ａとリーン液１０４ｅが向流接触（直接接触）し、燃焼排ガス１０２ａから二酸化炭素が取り除かれてリーン液１０４ｅに吸収され、リッチ液１０４ａが生成される。二酸化炭素が取り除かれた燃焼排ガス１０２ｂは、吸収塔１０３の頂部から排出される。
凝縮器１１７は、再生塔１０５から排出された二酸化炭素ガスと蒸気とを含む排出ガス１０２ｃを凝縮（冷却）して、二酸化炭素ガスと生成された凝縮液とを分離する。凝縮器１１７から排出された二酸化炭素ガス１０２ｄは、貯蔵設備（図示せず）で貯蔵される。
ガス冷却器１１６は、再生塔１０５から排出された排出ガス１０２ｃを、冷却水（冷却媒体）を用いて冷却する。また、凝縮器１１７からの凝縮液は、再生塔１０５の上部に供給される。
本実施形態に係る測定装置を用いて、図２に示すような二酸化炭素回収システム１００を循環する吸収液の成分分析を行う方法を図３に示すフローチャートを用いて説明する。
（ステップＳ３０１）二酸化炭素回収システム１００を循環する吸収液を採集する。例えば、吸収塔１０３から再生塔１０５へ供給される吸収液（リッチ液１０４ａ）を採集する。
（ステップＳ３０２）自動定量採取部１が、ステップＳ３０１で採集した吸収液から測定サンプルを自動定量採取する。
（ステップＳ３０３）気化部２が、２７０℃で測定サンプルを気化し、キャリアガス（ヘリウム）と共に、有機ガス保持部３に供給する。液体サンプルを気化する温度は、分析成分の最高沸点＋１０℃以上とする。
また、この時、恒温部８の温度は７０℃に維持される。
（ステップＳ３０４）有機ガス保持部３が、気化部２から排出されたガスのうち、有機ガスを保持し、無機ガスを通過させる。無機ガスは流路切り替え部４を介して無機ガス分離部５に供給される。この時、有機ガス分離部６にはキャリアガス（ヘリウム）が供給される。
（ステップＳ３０５）恒温部８の温度を７０℃から１９０℃に上昇させる。これにより無機ガス分離部５で無機成分（二酸化炭素、水蒸気）が分離される。なお、恒温部８の温度は、水蒸気が完全に排出される温度以上で、かつ有機ガス保持部３から有機成分が分離される温度未満となるようにする。
（ステップＳ３０６）ステップＳ３０５で分離された無機成分が検知部７で測定される。検知部７（熱伝導度検出器）の分析温度は２７０℃とした。
（ステップＳ３０７）有機ガス保持部３からのガスが有機ガス分離部６に供給され、キャリアガスが無機ガス分離部５に供給されるように、流路切り替え部４の流路が切り替えられる。
（ステップＳ３０８）恒温部８の温度を１９０℃から２４０℃に上昇させる。これにより、有機ガス保持部３に保持されていた有機成分が放出され、有機ガス保持部３に供給される。なお、恒温部８の温度は、分析成分の最高沸点以上となるようにする。
（ステップＳ３０９）有機ガス分離部６で有機成分（アミン類）が分離される。
（ステップＳ３１０）ステップＳ３０９で分離された有機成分が検知部７で測定される。
このような方法により、図４に示すような測定結果が得られた。図４では、ピークＰ１が二酸化炭素、ピークＰ２が水、ピークＰ３、Ｐ４がアミン類を示す。測定結果は１５分以下で得られ、滴定法（所要時間：１〜１．５時間）と比較して、極めて短時間であることが分かる。
このように、本実施形態に係る測定装置を用いることで、二酸化炭素回収システムを循環する吸収液中の二酸化炭素含有量を速やかに測定できる。また、吸収液中の二酸化炭素含有量だけでなく、水や有機成分（アミン類）の含有量についても速やかに測定することができる。
上記実施形態では、吸収塔１０３出口の吸収液（リッチ液１０４ａ）の成分分析を行う例について説明したが、二酸化炭素回収システム１００中の様々な箇所における吸収液の成分分析を行うことができる。例えば、吸収塔１０３入口や、再生塔１０５出口における吸収液の成分分析を行ってもよい。
また、複数箇所の成分分析結果に基づいて、リボイラー１０６への投入熱エネルギー、タンク１１３に供給する新品の吸収液１０４ｃの量、タンク１１３から廃棄する吸収液１０４ｄの量などを制御するようにしてもよい。
例えば、吸収塔１０３出口の吸収液の二酸化炭素含有量と吸収塔１０３入口の吸収液の二酸化炭素含有量との差分よりも、吸収塔１０３出口の吸収液の二酸化炭素含有量と再生塔１０５出口の吸収液の二酸化炭素含有量との差分の方が大きい場合、リボイラー１０６へ必要以上の熱エネルギーが投入されていることになる。そのため、リボイラー１０６への投入熱エネルギーを小さくするように制御する。本実施形態による測定装置により、吸収液の成分分析を速やかに行うことができるため、リボイラー１０６への投入熱エネルギーを最適な値とすることができ、運転コストを低減できる。
また、吸収塔１０３や再生塔１０５の複数箇所（上段部、中段部、下段部）における吸収液の成分分析を行い、塔内で異常が発生しているか否かを監視してもよい。本実施形態による測定装置により、吸収液の成分分析を速やかに行うことができるため、異常を迅速に発見し、二酸化炭素回収システム１００の動作の安定性を向上できる。
（第２の実施形態）図５に本発明の第２の実施形態に係る二酸化炭素回収システムの概略構成を示す。ここで二酸化炭素回収システムは、二酸化炭素を吸収可能な吸収液を用いて、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二酸化炭素を回収するものである。
図５に示すように二酸化炭素回収システム２００は、燃焼排ガス２０２ａに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させる吸収塔２０３と、吸収塔２０３から二酸化炭素を吸収した吸収液（以下、リッチ液２０４ａと記す）が供給され、このリッチ液２０４ａを加熱し、吸収液から蒸気を含む二酸化炭素ガスを放出させて、二酸化炭素ガスと蒸気とを含む排出ガス２０２ｃを排出して吸収液を再生する再生塔２０５とを備える。例えば、火力発電所などの発電設備において生成された燃焼排ガス２０２ａが吸収塔２０３の下部に供給され、吸収塔２０３の頂部から二酸化炭素が取り除かれた燃焼排ガス２０２ｂが排出されるようになっている。
吸収塔２０３は、吸収液が二酸化炭素を吸収することにより生成されたリッチ液２０４ａを貯留する吸収塔タンク２０３ａを有する。同様に、再生塔２０５は、リッチ液２０４ａが二酸化炭素ガスを放出することにより再生された吸収液（以下、リーン液２０４ｂと記す）を貯留する再生塔タンク２０５ａを有する。リッチ液２０４ａは二酸化炭素含有量の多い吸収液であり、リーン液２０４ｂは二酸化炭素含有量の少ない吸収液である。
ここで、二酸化炭素を吸収可能な吸収液には、例えばアミン化合物を水に溶かしたアミン化合物水溶液が使用される。アミン化合物水溶液の濃度は二酸化炭素の分離回収に好適な値に設定されている。
図５に示すように、再生塔２０５にはリボイラー２０６が設けられている。リボイラー２０６は、発電設備から供給されるプラント蒸気等を熱源として、再生塔タンク２０５ａに貯留されているリーン液２０４ｂの一部を加熱してその温度を上昇させて蒸気を生成し、再生塔２０５に供給する。なお、リボイラー２０６においてリーン液２０４ｂを加熱する際、リーン液２０４ｂから二酸化炭素ガスが放出され、蒸気とともに再生塔２０５に供給される。そして、この蒸気により、再生塔２０５においてリッチ液２０４ａが加熱されて二酸化炭素ガスが放出される。
再生塔２０５から排出された二酸化炭素ガスと蒸気とを含む排出ガス２０２ｃを凝縮（冷却）して、二酸化炭素ガスと生成された凝縮液（凝縮水）とを分離する凝縮器２１７が再生塔２０５に連結されている。凝縮器２１７から排出された二酸化炭素ガス２０２ｄは、貯蔵設備（図示せず）で貯蔵される。
再生塔２０５と凝縮器２１７との間に、再生塔２０５から排出された排出ガス２０２ｃを凝縮器２１７に供給するガス冷却ライン２１５が連結され、このガス冷却ライン２１５に、冷却水（冷却媒体）を用いて排出ガス２０２ｃを冷却するガス冷却器２１６が設けられている。また、凝縮器２１７と再生塔２０５との間に、凝縮器２１７からの凝縮液を再生塔２０５の上部に供給する凝縮液ライン２１８が連結される。この凝縮液ライン２１８には、凝縮器２１７からの凝縮液を再生塔２０５に送り込む凝縮液ポンプ２１９が設けられている。
吸収塔２０３と再生塔２０５との間に、再生塔２０５から吸収塔２０３に供給されるリーン液２０４ｂを熱源として、吸収塔２０３から再生塔２０５に供給されるリッチ液２０４ａを加熱する再生熱交換器２０７が設けられ、リーン液２０４ｂの熱を回収するように構成されている。ここで、上述したように、再生塔２０５においてリッチ液２０４ａから二酸化炭素ガスを放出させる際、リッチ液２０４ａはリボイラー２０６からの高温の蒸気を熱源として加熱される。従って、再生熱交換器２０７に供給されるリーン液２０４ｂの温度は比較的高く、このリーン液２０４ｂが熱源として用いられている。
吸収塔２０３と再生熱交換器２０７との間に、吸収塔タンク２０３ａの底部から再生熱交換器２０７にリッチ液２０４ａを供給する第１リッチ液ライン２０８が連結されている。この第１リッチ液ライン２０８に、吸収塔２０３からのリッチ液２０４ａを再生熱交換器２０７に送り込むリッチ液ポンプ２０９が設けられている。
また、第１リッチ液ライン２０８にはリッチ液２０４ａの密度をリアルタイムで測定する密度計３０１が設けられている。密度計３０１は、液流体の密度をリアルタイムで測定できるものであれば、どのようなタイプのものでもよい。
例えば、密度計３０１として、コリオリ式の質量流量計を用いることができる。この時、第１リッチ液ライン２０８の密度計３０１（コリオリ式質量流量計）を取り付ける部分はＵ字形にしてもよい。コリオリ式質量流量計は、リッチ液２０４ａを配管（第１リッチ液ライン２０８）に流しながら、配管を振動させる。配管の入口側と出口側とでは、流体（リッチ液２０４ａ）の流れの方向が逆なので、反対方向のコリオリ力が発生し、配管にねじれが生じる。このねじれ量は質量流量に比例する。また、配管の振動数は流体密度に依存するため、配管の振動数から、流体（リッチ液２０４ａ）の密度が算出される。コリオリ式質量流量計は、配管（第１リッチ液ライン２０８）の振動数を迅速に求め、リッチ液２０４ａの密度をほぼリアルタイムで測定することができる。
コリオリ式流量計は流速が大きい場合には圧損が大きくなるため、リッチ液２０４ａの密度を測定する際には、リッチ液２０４ａの全流量をコリオリ式流量計に通さず、図６に示すように、流量の一部を分岐して少量のリッチ液２０４ａを通すようにしてもよい。
密度計３０１は、測定したリッチ液２０４ａの密度を制御部３０２に通知する。
第１リッチ液ライン２０８には、リッチ液２０４ａを吸収塔２０３の上部（吸収塔２０３内の充填剤よりも上部）へ戻すリッチ液戻りライン３０３が連結されている。ここで、リッチ液戻りライン３０３の配管の口径は、第１リッチ液ライン２０８の配管の口径の１／２〜１／５程度とする。リッチ液戻りライン３０３により吸収塔２０３に戻されたリッチ液２０４ａは、再度、燃焼排ガス２０２ａから二酸化炭素を吸収する。
リッチ液戻りライン３０３には調整弁３０４が設けられており、吸収塔２０３に戻されるリッチ液２０４ａの流量は調整弁３０４の開度によって調節することができる。調整弁３０４の開度は、制御部３０２がリッチ液２０４ａの密度に基づいて制御する。制御部３０２は、密度からリッチ液２０４ａの二酸化炭素含有量を算出し、算出結果に基づいて調整弁３０４の開度を制御してもよい。例えば、使用する吸収液の密度と二酸化炭素含有量との関係を予め求めて記憶部（図示せず）に記憶させておき、この記憶部内の情報を参照することで、制御部３０２はリッチ液２０４ａの二酸化炭素含有量を算出できる。
調整弁３０４の開度の制御方法については後述する。
再生熱交換器２０７と再生塔２０５との間に、再生熱交換器２０７から再生塔２０５の上部にリッチ液２０４ａを供給する第２リッチ液ライン２１０が連結されている。第２リッチ液ライン２１０にはポンプ２０９の停止時等に、高圧側の再生塔圧力を保持し、再生塔側からの吸収液の逆流を防止するための弁２１３が設けられている。ポンプ２０９を用いてリッチ液の圧力を高めることで、再生熱交換器２０７においてリッチ液から二酸化炭素が分離して二相流化により熱交換率が低下することが抑制される。
再生塔２０５と再生熱交換器２０７との間に、再生塔タンク２０５ａの底部から再生熱交換器２０７にリーン液２０４ｂを供給する第１リーン液ライン２１１が連結されている。
再生熱交換器２０７からのリーン液２０４ｂは、第２リーン液ライン２２１に設けられたリーン液ポンプ２１２により吸収液冷却器２１４へ送り込まれる。吸収液冷却器２１４は、冷却水（冷却媒体）を冷却源とし、リーン液２０４ｂを冷却する。吸収液冷却器２１４により冷却されたリーン液２０４ｃが吸収塔２０３の上部に供給される。
吸収塔２０３の上部に供給されたリーン液２０４ｃは、吸収塔２０３内において上部から吸収塔タンク２０３ａに向けて下降する。二酸化炭素を５〜２０％程度含有する燃焼排ガス２０２ａは、ガス温調器２２０により一定温度に調節された後、吸収塔２０３の下部に供給され、吸収塔２０３内において下部から頂部に向けて上昇する。そのため、二酸化炭素を含む燃焼排ガス２０２ａとリーン液が向流接触（直接接触）し、燃焼排ガス２０２ａから二酸化炭素が取り除かれてリーン液に吸収され、リッチ液２０４ａが生成される。二酸化炭素が取り除かれた燃焼排ガス２０２ｂは吸収塔２０３の頂部から排出され、リッチ液２０４ａは吸収塔２０３の吸収塔タンク２０３ａに貯留される。
二酸化炭素回収システムでは、吸収塔２０３において燃焼排ガス２０２ａ中の二酸化炭素を５０％以上、望ましくは９０％以上、回収しながら、再生塔２０５のリボイラー２０６に投入する熱量（再生エネルギー）を低く抑えることが要求される。そのためには、二酸化炭素回収システムの各所において、吸収液の流量、温度、組成、及び圧力を最適値に制御する必要がある。
吸収塔２０３においては、二酸化炭素含有量が小さいリーン液２０４ｃと燃焼排ガス２０２ａとが気液接触し、吸収液中の二酸化炭素含有量が増大しリッチ液２０４ａになる。吸収塔２０３から再生塔２０５へ移送されたリッチ液２０４ａは、加熱により二酸化炭素が分離され、二酸化炭素含有量が減少してリーン液２０４ｂになる。このリーン液２０４ｂは再度、吸収塔２０３へ供給される。従って、リッチ液２０４ａ及び／又はリーン液２０４ｂの二酸化炭素含有量は、二酸化炭素回収システムを最適な状態で運転する上で重要なパラメータとなる。
本実施形態は、リッチ液２０４ａの二酸化炭素含有量（二酸化炭素含有量に関連する密度）に着目し、これを制御することにより、二酸化炭素の目標回収率を確保しながら、リボイラー２０６への供給熱量を抑制し、運転安定性の向上を図るものである。
本実施形態に係る制御部３０２による調整弁３０４の開度の制御方法について説明する。
密度計３０１から通知されるリッチ液２０４ａの密度が所定値より低い場合、すなわちリッチ液２０４ａの二酸化炭素含有量が少ない場合、吸収塔２０３において吸収液に所望の量の二酸化炭素が吸収されておらず、二酸化炭素の目標回収率が確保されていない。なお、リッチ液２０４ａの密度が低くなる要因としては、吸収液を交換してあまり時間が経っていないことや、吸収液が劣化したことなどが考えられる。
この時、制御部３０２は、調整弁３０４の開度を上げ、リッチ液戻りライン３０３の流量を増やす。
吸収塔２０３に戻されたリッチ液２０４ａは、再度、燃焼排ガス２０２ａから二酸化炭素を吸収するため、吸収液に所望の量の二酸化炭素を吸収させることができ、密度が増す。これにより、二酸化炭素の目標回収率を確保することができる。なお、再生塔２０５に供給されるリッチ液２０４ａの流量が低下しないように、ポンプ２０９の流量を増大させても良い。
一方、密度計３０１から通知されるリッチ液２０４ａの密度が所定値より高い場合、すなわちリッチ液２０４ａの二酸化炭素含有量が多い場合、吸収液に所望量以上の二酸化炭素が吸収されており、再生塔２０５において吸収液から十分に二酸化炭素を分離できなくなる。この時、制御部３０２は、調整弁３０４の開度を下げて、リッチ液戻りライン３０３の流量を減らす。
吸収塔２０３内での二酸化炭素含有量の大きな吸収液の循環量が減少するため、吸収塔２０３から排出されるリッチ液２０４ａの二酸化炭素含有量が減少し、密度が下がる。これにより、リボイラー２０６への供給熱量を増やすことなく、再生塔２０５において吸収液から十分に二酸化炭素を分離することができる。なお、再生塔２０５に供給されるリッチ液２０４ａの流量が増大しないように、ポンプ２０９の流量を減少させても良い。
図７にリッチ液２０４ａの密度の経時変化と、調整弁３０４の開度の制御タイミングの一例を示す。リッチ液２０４ａの密度が所定の基準密度から０．００３ｇ／ｃｃ以上小さくなった場合に調整弁３０４の開度を上げ、リッチ液２０４ａの密度が所定の基準密度から０．００３ｇ／ｃｃ以上大きくなった場合に調整弁３０４の開度を下げる。
このように、本実施形態では、リッチ液２０４ａの密度に応じて、吸収塔２０３へ戻すリッチ液２０４ａの流量を調整することで、二酸化炭素の目標回収率を確保しながら、リボイラー２０６への供給熱量を抑制する。上述したように、リッチ液２０４ａの密度は密度計３０１によりリアルタイムに求められるため、密度測定結果を吸収塔２０３へ戻すリッチ液２０４ａの流量の制御に迅速に反映でき、二酸化炭素回収システムの運転安定性を向上させることができる。
（第３の実施形態）図８に本発明の第２３の実施形態に係る二酸化炭素回収システムの概略構成を示す。本実施形態は、図５に示す第２の実施形態と比較して、密度計３０１、制御部３０２、リッチ液戻りライン３０３、及び調整弁３０４の代わりに、密度計４０１、制御部４０２、リーン液戻りライン４０３、及び調整弁４０４が設けられている点が異なる。また、本実施形態では、第１リーン液ライン２１１から分岐するリーン液戻りライン４０３の分岐点と、再生塔タンク２０５ａとの間にポンプ２１２が設けられる。図８において、図５に示す第２の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
密度計４０１は、上記第２の実施形態における密度計３０１と同様に、第１リッチ液ライン２０８に設けられ、リッチ液２０４ａの密度をリアルタイムで測定する。密度計４０１は、液流体の密度をリアルタイムで測定できるものであれば、どのようなタイプのものでもよく、例えば、コリオリ式の質量流量計を用いる。密度計４０１は測定したリッチ液２０４ａの濃度を制御部４０２に通知する。
リーン液戻りライン４０３は、第１リーン液ライン２１１に連結され、リーン液２０４ｂを再生塔２０５の下部へ戻す。ここで、リーン液戻りライン４０３の配管の口径は、第１リーン液ライン２１１の配管の口径の１／２〜１／５程度とする。
調整弁４０４は、リーン液戻りライン４０３に設けられており、再生塔２０５に戻されるリーン液２０４ｂの流量をその開度によって調節することができる。調整弁４０４の開度は、制御部４０２がリッチ液２０４ａの密度に基づいて制御する。
本実施形態に係る制御部４０２による調整弁４０４の開度の制御方法について説明する。
密度計４０１から通知されるリッチ液２０４ａの密度が所定値より低い場合、すなわちリッチ液２０４ａの二酸化炭素含有量が少ない場合、吸収液に所望の量の二酸化炭素が吸収されておらず、二酸化炭素の目標回収率が確保されていない。この時、制御部４０２は、調整弁４０４の開度を上げ、リーン液戻りライン４０３の流量を増やす。
吸収塔２０３へのリーン液２０４ｂの供給量が減少し、吸収塔２０３内での吸収液の流下量が減少するため、吸収液の二酸化炭素含有量が増加し、吸収液に所望の量の二酸化炭素を吸収させることができ、密度が増す。これにより、二酸化炭素の目標回収率を確保することができる。
一方、密度計４０１から通知されるリッチ液２０４ａの密度が所定値より高い場合、すなわちリッチ液２０４ａの二酸化炭素含有量が多い場合、吸収液に所望以上の量の二酸化炭素が吸収されており、再生塔２０５において吸収液から十分に二酸化炭素を分離できなくなる。この時、制御部４０２は、調整弁４０４の開度を下げて、リーン液戻りライン４０３の流量を減らす。
吸収塔２０３へのリーン液２０４ｂの供給量が増加し、吸収塔２０３内での吸収液の流下量が増加するため、吸収液の二酸化炭素含有量が減少し、密度が減る。これにより、リボイラー２０６への供給熱量を増やすことなく、再生塔２０５において吸収液から十分に二酸化炭素を分離することができる。
このように、本実施形態では、リッチ液２０４ａの密度に応じて、再生塔２０５へ戻すリーン液２０４ｂの流量を調整することで、二酸化炭素の目標回収率を確保しながら、リボイラー２０６への供給熱量を抑制する。上述したように、リッチ液２０４ａの密度は密度計４０１によりリアルタイムに求められるため、密度測定結果を再生塔２０５へ戻すリーン液２０４ｂの流量の制御に迅速に反映でき、二酸化炭素回収システムの運転安定性を向上させることができる。
（第４の実施形態）図９に本発明の第４の実施形態に係る二酸化炭素回収システムの概略構成を示す。本実施形態は、図５に示す第２の実施形態と比較して、密度計３０１、制御部３０２、リッチ液戻りライン３０３、及び調整弁３０４の代わりに、密度計５０１及び制御部５０２が設けられている点が異なる。図９において、図５に示す第２の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
密度計５０１は、上記第１の実施形態における密度計３０１と同様に、第１リッチ液ライン２０８に設けられ、リッチ液２０４ａの密度をリアルタイムで測定する。密度計５０１は、液流体の密度をリアルタイムで測定できるものであれば、どのようなタイプのものでもよく、例えば、コリオリ式の質量流量計を用いる。密度計５０１は測定したリッチ液２０４ａの濃度を制御部５０２に通知する。
制御部５０２は、リッチ液２０４ａの濃度に基づいて、ガス温調器２２０の設定温度を制御する。
密度計５０１から通知されるリッチ液２０４ａの密度が所定値より低い場合、すなわちリッチ液２０４ａの二酸化炭素含有量が少ない場合、吸収液に所望の量の二酸化炭素が吸収されておらず、二酸化炭素の目標回収率が確保されていない。この時、制御部５０２は、ガス温調器２２０の設定温度を下げる。
吸収塔２０３への供給される燃焼排ガス２０２ａの温度が下がると、吸収液の二酸化炭素吸収率が上がるため、吸収液に所望の量の二酸化炭素を吸収させることができ、密度が増す。これにより、二酸化炭素の目標回収率を確保することができる。
一方、密度計５０１から通知されるリッチ液２０４ａの密度が所定値より高い場合、すなわちリッチ液２０４ａの二酸化炭素含有量が多い場合、吸収液に所望以上の量の二酸化炭素が吸収されており、再生塔２０５において吸収液から十分に二酸化炭素を分離できなくなる。この時、制御部５０２は、ガス温調器２２０の設定温度を上げる。
吸収塔２０３への供給される燃焼排ガス２０２ａの温度が上がると、吸収液の二酸化炭素吸収率が下がるため、吸収液の二酸化炭素含有量が減少し、密度が減る。これにより、リボイラー２０６への供給熱量を増やすことなく、再生塔２０５において吸収液から十分に二酸化炭素を分離することができる。
このように、本実施形態では、リッチ液２０４ａの密度に応じて、ガス温調器２２０の設定温度を調整することで、二酸化炭素の目標回収率を確保しながら、リボイラー２０６への供給熱量を抑制する。上述したように、リッチ液２０４ａの密度は密度計５０１によりリアルタイムに求められるため、密度測定結果をガス温調器２２０の設定温度の制御に迅速に反映でき、二酸化炭素回収システムの運転安定性を向上させることができる。
（第５の実施形態）図１０に本発明の第５の実施形態に係る二酸化炭素回収システムの概略構成を示す。本実施形態は、図５に示す第２の実施形態と比較して、密度計３０１、制御部３０２、リッチ液戻りライン３０３、及び調整弁３０４の代わりに、密度計６０１、制御部６０２、リーン液戻りライン６０３、及び調整弁６０４が設けられている点が異なる。また、本実施形態では、第１リーン液ライン２１１から分岐するリーン液戻りライン６０３の分岐点と、再生塔タンク２０５ａとの間にポンプ２１２が設けられる。図１０において、図５に示す第２の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
密度計６０１は、第２リーン液ライン２２１に設けられ、リーン液２０４ｂの密度をリアルタイムで測定する。密度計６０１は、液流体の密度をリアルタイムで測定できるものであれば、どのようなタイプのものでもよく、例えば、コリオリ式の質量流量計を用いる。密度計６０１は測定したリーン液２０４ｂの密度を制御部６０２に通知する。
リーン液戻りライン６０３は、第１リーン液ライン２１１に連結され、リーン液２０４ｂを再生塔２０５の下部へ戻す。ここで、リーン液戻りライン６０３の配管の口径は、第１リーン液ライン２１１の配管の口径の１／２〜１／５程度とする。
調整弁６０４は、リーン液戻りライン６０３に設けられており、再生塔２０５に戻されるリーン液２０４ｂの流量をその開度によって調節することができる。調整弁６０４の開度は、制御部６０２がリーン液２０４ｂの密度に基づいて制御する。
本実施形態に係る制御部６０２による調整弁６０４の開度の制御方法について説明する。
密度計６０１から通知されるリーン液２０４ｂの密度が所定値より低い場合、すなわちリーン液２０４ｂの二酸化炭素含有量が少ない場合、再生塔２０５内で加熱による二酸化炭素の分離が過剰に行われている。この時、制御部６０２は、調整弁６０４の開度を下げ、リーン液戻りライン６０３の流量を減らす。
これにより、再生塔２０５内での加熱による二酸化炭素の分離が抑制されるため、リーン液２０４ｂの二酸化炭素含有量が増加し、密度が増す。また、吸収塔２０３に供給されるリーン液２０４ｂの二酸化炭素含有量を所望の量にすることができる。なお、このとき、吸収塔２０３に供給されるリーン液２０４ｂの流量が増大しないように、ポンプ２１２の流量を減少させてもよい。
一方、密度計６０１から通知されるリーン液２０４ｂの密度が所定値より高い場合、すなわちリーン液２０４ｂの二酸化炭素含有量が多い場合、再生塔２０５において吸収液から十分に二酸化炭素が分離されていない。この時、制御部６０２は、調整弁６０４の開度を上げて、リーン液戻りライン６０３の流量を増やす。
これにより、再生塔２０５内での加熱による二酸化炭素の分離が促進されるため、リーン液２０４ｂの二酸化炭素含有量が減少し、密度が低下する。また、吸収塔２０３に供給されるリーン液２０４ｂの二酸化炭素含有量を所望の量にすることができる。なお、このとき、吸収塔２０３に供給されるリーン液２０４ｂの流量が減少しないように、ポンプ２１２の流量を増加させてもよい。
このように、本実施形態では、リーン液２０４ｂの密度に応じて、再生塔２０５へ戻すリーン液２０４ｂの流量を調整することで、二酸化炭素の目標回収率を確保しながら、リボイラー２０６への供給熱量を抑制する。上述したように、リーン液２０４ｂの密度は密度計６０１によりリアルタイムに求められるため、密度測定結果を再生塔２０５へ戻すリーン液２０４ｂの流量の制御に迅速に反映でき、二酸化炭素回収システムの運転安定性を向上させることができる。
（第６の実施形態）図１１に本発明の第６の実施形態に係る二酸化炭素回収システムの概略構成を示す。本実施形態は、図５に示す第２の実施形態と比較して、密度計３０１及び制御部３０２の代わりに、密度計７０１及び制御部７０２が設けられている点が異なる。図１１において、図５に示す第２の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。なお、リッチ液戻りライン７０３及び調整弁７０４は、図５におけるリッチ液戻りライン３０３及び調整弁３０４と同様の構成であるとする。
密度計７０１は、第２リーン液ライン２２１に設けられ、リーン液２０４ｂの密度をリアルタイムで測定する。密度計７０１は、液流体の密度をリアルタイムで測定できるものであれば、どのようなタイプのものでもよく、例えば、コリオリ式の質量流量計を用いる。密度計７０１は測定したリーン液２０４ｂの密度を制御部７０２に通知する。制御部７０２は、リーン液２０４ｂの密度に基づいて、調整弁７０４の開度を制御する。
本実施形態に係る制御部７０２による調整弁７０４の開度の制御方法について説明する。
密度計７０１から通知されるリーン液２０４ｂの密度が所定値より低い場合、すなわちリーン液２０４ｂの二酸化炭素含有量が少ない場合、再生塔２０５において吸収液から所望量以上の二酸化炭素が分離されている。この時、制御部７０２は、調整弁７０４の開度を下げ、リッチ液戻りライン７０３の流量を減らす。
これにより、再生塔２０５に供給されるリッチ液２０４ａの量が増え、再生塔２０５内での吸収液の流下量が増大するため、リーン液２０４ｂの二酸化炭素含有量が増加し、密度が増す。リボイラー２０６への供給熱量に適応したリッチ液２０４ａ供給量となるため、リーン液２０４ｂの二酸化炭素含有量が所望の量となり、二酸化炭素の目標回収率を確保することができる。
一方、密度計７０１から通知されるリーン液２０４ｂの密度が所定値より高い場合、すなわちリーン液２０４ｂの二酸化炭素含有量が多い場合、再生塔２０５において吸収液から十分に二酸化炭素が分離されていない。この時、制御部７０２は、調整弁７０４の開度を上げて、リッチ液戻りライン７０３の流量を増やす。
これにより、再生塔２０５に供給されるリッチ液２０４ａの量が減り、再生塔２０５内での吸収液の流下量が減少するため、再生塔２０５で吸収液から二酸化炭素が十分に分離され、リーン液２０４ｂの密度が低下する。リボイラー２０６への供給熱量を増やすことなく、再生塔２０５において吸収液から十分に二酸化炭素を分離することができる。
このように、本実施形態では、リーン液２０４ｂの密度に応じて、吸収塔２０３へ戻すリッチ液２０４ａの流量を調整することで、二酸化炭素の目標回収率を確保しながら、リボイラー２０６への供給熱量を抑制する。上述したように、リーン液２０４ｂの密度は密度計７０１によりリアルタイムに求められるため、密度測定結果を吸収塔２０３へ戻すリッチ液２０４ａの流量の制御に迅速に反映でき、二酸化炭素回収システムの運転安定性を向上させることができる。
（第７の実施形態）図１２に本発明の第７の実施形態に係る二酸化炭素回収システムの概略構成を示す。本実施形態は、図５に示す第２の実施形態と比較して、密度計３０１、制御部３０２、リッチ液戻りライン３０３、及び調整弁３０４の代わりに、密度計８０１及び制御部８０２が設けられている点が異なる。図１２において、図５に示す第２の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
密度計８０１は、第２リーン液ライン２２１に設けられ、リーン液２０４ｂの密度をリアルタイムで測定する。密度計８０１は、液流体の密度をリアルタイムで測定できるものであれば、どのようなタイプのものでもよく、例えば、コリオリ式の質量流量計を用いる。密度計８０１は測定したリーン液２０４ｂの密度を制御部８０２に通知する。制御部８０２は、リーン液２０４ｂの密度に基づいて、リボイラー２０６の設定温度（供給熱量）を制御する。
本実施形態に係る制御部８０２によるリボイラー２０６の設定温度の制御方法について説明する。
密度計８０１から通知されるリーン液２０４ｂの密度が所定値より低い場合、すなわちリーン液２０４ｂの二酸化炭素含有量が少ない場合、制御部８０２は、リボイラー２０６の設定温度を下げる。
これにより、リーン液２０４ｂの二酸化炭素含有量が増加し、密度が増加する。リーン液２０４ｂの二酸化炭素含有量が所望の量となり、二酸化炭素の目標回収率を確保することができる。また、リボイラー２０６への供給熱量を低減することができる。
一方、密度計８０１から通知されるリーン液２０４ｂの密度が所定値より高い場合、すなわちリーン液２０４ｂの二酸化炭素含有量が多い場合、再生塔２０５において吸収液から十分に二酸化炭素が分離されていない。この時、制御部８０２は、リボイラー２０６の設定温度を上げる。
これにより、再生塔２０５で吸収液から二酸化炭素が十分に分離され、リーン液２０４ｂの密度が低下する。リーン液２０４ｂの二酸化炭素含有量が所望の量となり、二酸化炭素の目標回収率を確保することができる。
このように、本実施形態では、リーン液２０４ｂの密度に応じて、リボイラー２０６の設定温度を調整することで、二酸化炭素の目標回収率を確保しながら、リボイラー２０６への供給熱量を抑制する。上述したように、リーン液２０４ｂの密度は密度計８０１によりリアルタイムに求められるため、密度測定結果をリボイラー２０６の設定温度の制御に迅速に反映でき、二酸化炭素回収システムの運転安定性を向上させることができる。
上記第２〜第７の実施形態では、吸収液の密度をリアルタイムに測定し、この密度から二酸化炭素含有量を算出（推定）していた。但し、この手法は、吸収液の組成が変化していないことを前提にしている。吸収液の組成が変化した場合、吸収液の密度と二酸化炭素含有量との関係も変化するためである。
従って、上記第１の実施形態に係る測定装置を用いて所定時間（例えば１５分）毎に吸収液の成分分析を行い、分析結果に基づいて、吸収液の密度と二酸化炭素含有量との関係を補正することが好適である。
例えば、制御部３０２〜８０２は、測定装置の検知部７の検知結果を取得し、吸収液の密度と二酸化炭素含有量との関係を算出する。そして、制御部３０２〜８０２は、図７に示すような好適な二酸化炭素含有量に相当する吸収液密度範囲を算出し、密度計３０１〜８０１の測定結果がこの範囲から外れていた場合は、吸収塔２０３や再生塔２０５に戻す吸収液の量、又はガス温調器２２０の設定温度、又はリボイラー２０６の設定温度を制御する。
このように、上記第１の実施形態に係る測定装置を併用することで、吸収液中の二酸化炭素含有量をさらに精度良く求めることができ、二酸化炭素回収システムの運転安定性をさらに向上させることができる。
上記実施形態では、吸収液としてアミン化合物水溶液等の有機溶液を用いる例を説明したが、水を含まない有機溶媒を吸収液として用いる場合でも、二酸化炭素回収システムを循環する吸収液には燃焼排ガスから吸収した水分が含まれる。従って、測定装置で成分分析される吸収液は有機溶液とみなすことができる。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
１ 自動定量採取部
２ 気化部
３ 有機ガス保持部
４ 流路切り替え部
５ 無機ガス分離部
６ 有機ガス分離部
７ 検知部
８ 恒温部
３０１、４０１、５０１、６０１、７０１、８０１ 密度計
３０２、４０２、５０２、６０２、７０２、８０２ 制御部

Claims (14)

  1. 無機ガスが溶け込んだ有機溶液を気化し、キャリアガスと共に放出する気化部と、
    前記気化部から放出されたガスが供給され、第１の温度において、有機ガスを保持すると共に無機ガスを通過させ、前記第１の温度より高い第２の温度において、保持している有機ガスを放出する有機ガス保持部と、
    前記有機ガス保持部を通過した前記無機ガスに含まれる無機成分を分離して放出する無機ガス分離部と、
    前記有機ガス保持部から放出された前記有機ガスに含まれる有機成分を分離して放出する有機ガス分離部と、
    前記無機ガス分離部から放出された前記無機成分及び前記有機ガス分離部から放出された前記有機成分を検知する検知部と、
    を備える測定装置。
  2. 前記有機ガス保持部を通過した前記無機ガスを前記無機ガス分離部へ供給すると共に前記有機ガス分離部へキャリアガスを供給し、前記有機ガス保持部から放出された前記有機ガスを前記有機ガス分離部へ供給すると共に前記無機ガス分離部へキャリアガスを供給する流路切り替え部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
  3. 前記有機ガス保持部、前記流路切り替え部、前記無機ガス分離部、及び前記有機ガス分離部を収納し、所定温度に保つことができる恒温部をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の測定装置。
  4. 前記無機ガス分離部は、前記第１の温度より高く、前記第２の温度より低い第３の温度において、水蒸気を放出し、
    前記流路切り替え部は、前記第１の温度から前記第３の温度への上昇に伴い、前記有機ガス保持部から放出されたガスの供給先を前記無機ガス分離部から前記有機ガス分離部へ切り替えることを特徴とする請求項２又は３に記載の測定装置。
  5. 前記有機溶液は、燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させる吸収塔と、前記吸収塔から二酸化炭素を吸収した吸収液が供給され、当該吸収液から蒸気を含む二酸化炭素ガスを放出させるとともに当該吸収液を再生する再生塔と、を有する二酸化炭素回収システムを循環する吸収液であり、
    前記検知部は、前記吸収液の二酸化炭素含有量を検知することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の測定装置。
  6. 気化部、有機ガス保持部、流路切り替え部、無機ガス分離部、有機ガス分離部、及び検知部を備える測定装置を用いて、無機ガスが溶け込んだ有機溶液の成分を測定する測定方法であって、
    前記気化部が、前記有機溶液を気化して、キャリアガスと共に放出し、
    前記有機ガス保持部が、第１の温度において、前記気化部から放出されたガスに含まれる有機ガスを保持すると共に無機ガスを通過させ、
    前記無機ガス分離部が、前記第１の温度より高く、前記有機ガス保持部が保持している有機ガスを放出する第２の温度よりも低い第３の温度において、前記有機ガス保持部を通過した前記無機ガスに含まれる無機成分を分離して放出し、
    前記検知部が、前記無機ガス分離部から放出された前記無機成分を検知し、
    前記有機ガス保持部が、前記第２の温度において、前記有機ガスを放出し、
    前記有機ガス分離部が、前記有機ガス保持部から放出された前記有機ガスに含まれる有機成分を分離して放出し、
    前記検知部が、前記有機ガス分離部から放出された前記有機成分を検知することを特徴とする測定方法。
  7. 燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させ、二酸化炭素を含む吸収液を排出する吸収塔と、
    前記吸収塔から排出された吸収液が供給され、当該吸収液から蒸気を含む二酸化炭素ガスを除去し、当該吸収液を再生して排出する再生塔と、
    前記吸収塔と前記再生塔との間に設けられ、前記再生塔から排出されて前記吸収塔に供給される吸収液を熱源として、前記吸収塔から排出されて前記再生塔に供給される吸収液を加熱する再生熱交換器と、
    前記吸収塔から排出された吸収液又は前記再生塔から排出された吸収液の密度を測定する密度計と、
    前記吸収液の一部を気化し、キャリアガスと共に放出する気化部と、
    前記気化部から放出されたガスが供給され、第１の温度において、有機ガスを保持すると共に無機ガスを通過させ、前記第１の温度より高い第２の温度において、保持している有機ガスを放出する有機ガス保持部と、
    前記有機ガス保持部を通過した前記無機ガスに含まれる無機成分を分離して放出する無機ガス分離部と、
    前記有機ガス保持部から放出された前記有機ガスに含まれる有機成分を分離して放出する有機ガス分離部と、
    前記無機ガス分離部から放出された前記無機成分及び前記有機ガス分離部から放出された前記有機成分を検知する検知部と、
    前記密度計によって測定された密度及び前記検知部の検知結果に基づいて、前記吸収塔から排出され前記吸収塔に戻される吸収液の量、又は前記再生塔から排出され前記再生塔に戻される吸収液の量を制御する制御部と、
    を備える二酸化炭素回収システム。
  8. 前記吸収塔から排出された吸収液を前記吸収塔へ戻す吸収液戻りラインと、
    前記吸収液戻りラインの流量を調整する調整弁と、
    をさらに備え、
    前記密度計は前記吸収塔から排出された吸収液の密度を測定し、
    前記制御部は、前記検知部の検知結果に基づいて第１閾値及び第２閾値を算出し、前記密度が前記第１閾値より小さい場合、前記前記吸収液戻りラインの流量を増やすように前記調整弁を制御し、前記密度が前記第２閾値より大きい場合、前記前記吸収液戻りラインの流量を減らすように前記調整弁を制御することを特徴とする請求項７に記載の二酸化炭素回収システム。
  9. 前記再生塔から排出された吸収液を前記再生塔へ戻す吸収液戻りラインと、
    前記吸収液戻りラインの流量を調整する調整弁と、
    をさらに備え、
    前記密度計は前記吸収塔から排出された吸収液の密度を測定し、
    前記制御部は、前記検知部の検知結果に基づいて第１閾値及び第２閾値を算出し、前記密度が前記第１閾値より小さい場合、前記前記吸収液戻りラインの流量を増やすように前記調整弁を制御し、前記密度が前記第２閾値より大きい場合、前記前記吸収液戻りラインの流量を減らすように前記調整弁を制御することを特徴とする請求項７に記載の二酸化炭素回収システム。
  10. 前記再生塔から排出された吸収液を前記再生塔へ戻す吸収液戻りラインと、
    前記吸収液戻りラインの流量を調整する調整弁と、
    をさらに備え、
    前記密度計は前記再生塔から排出された吸収液の密度を測定し、
    前記制御部は、前記検知部の検知結果に基づいて第１閾値及び第２閾値を算出し、前記密度が前記第１閾値より小さい場合、前記前記吸収液戻りラインの流量を減らすように前記調整弁を制御し、前記密度が前記第２閾値より大きい場合、前記前記吸収液戻りラインの流量を増やすように前記調整弁を制御することを特徴とする請求項７に記載の二酸化炭素回収システム。
  11. 前記吸収塔から排出された吸収液を前記吸収塔へ戻す吸収液戻りラインと、
    前記吸収液戻りラインの流量を調整する調整弁と、
    をさらに備え、
    前記密度計は前記再生塔から排出された吸収液の密度を測定し、
    前記制御部は、前記検知部の検知結果に基づいて第１閾値及び第２閾値を算出し、前記密度が前記第１閾値より小さい場合、前記前記吸収液戻りラインの流量を減らすように前記調整弁を制御し、前記密度が前記第２閾値より大きい場合、前記前記吸収液戻りラインの流量を増やすように前記調整弁を制御することを特徴とする請求項７に記載の二酸化炭素回収システム。
  12. 燃焼排ガスの温度を調整して排出するガス温調器と、
    前記ガス温調器から排出された燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させ、二酸化炭素を含む吸収液を排出する吸収塔と、
    前記吸収塔から排出された吸収液が供給され、当該吸収液から蒸気を含む二酸化炭素ガスを除去し、当該吸収液を再生して排出する再生塔と、
    前記吸収塔と前記再生塔との間に設けられ、前記再生塔から排出されて前記吸収塔に供給される吸収液を熱源として、前記吸収塔から排出されて前記再生塔に供給される吸収液を加熱する再生熱交換器と、
    前記吸収塔から排出された吸収液の密度を測定する密度計と、
    前記吸収液の一部を気化し、キャリアガスと共に放出する気化部と、
    前記気化部から放出されたガスが供給され、第１の温度において、有機ガスを保持すると共に無機ガスを通過させ、前記第１の温度より高い第２の温度において、保持している有機ガスを放出する有機ガス保持部と、
    前記有機ガス保持部を通過した前記無機ガスに含まれる無機成分を分離して放出する無機ガス分離部と、
    前記有機ガス保持部から放出された前記有機ガスに含まれる有機成分を分離して放出する有機ガス分離部と、
    前記無機ガス分離部から放出された前記無機成分及び前記有機ガス分離部から放出された前記有機成分を検知する検知部と、
    前記検知部の検知結果に基づいて第１閾値及び第２閾値を算出し、前記密度が前記第１閾値より小さい場合に前記ガス温調器の設定温度を下げるように制御し、前記密度が第２閾値より大きい場合に前記ガス温調器の設定温度を上げるように制御する制御部と、
    を備える二酸化炭素回収システム。
  13. 燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させ、二酸化炭素を含む吸収液を排出する吸収塔と、
    前記吸収塔から排出された吸収液が供給され、当該吸収液から蒸気を含む二酸化炭素ガスを除去し、当該吸収液を再生して排出する再生塔と、
    前記再生塔に貯留される吸収液の一部を加熱するリボイラーと、
    前記吸収塔と前記再生塔との間に設けられ、前記再生塔から排出されて前記吸収塔に供給される吸収液を熱源として、前記吸収塔から排出されて前記再生塔に供給される吸収液を加熱する再生熱交換器と、
    前記再生塔から排出された吸収液の密度を測定する密度計と、
    前記吸収液の一部を気化し、キャリアガスと共に放出する気化部と、
    前記気化部から放出されたガスが供給され、第１の温度において、有機ガスを保持すると共に無機ガスを通過させ、前記第１の温度より高い第２の温度において、保持している有機ガスを放出する有機ガス保持部と、
    前記有機ガス保持部を通過した前記無機ガスに含まれる無機成分を分離して放出する無機ガス分離部と、
    前記有機ガス保持部から放出された前記有機ガスに含まれる有機成分を分離して放出する有機ガス分離部と、
    前記無機ガス分離部から放出された前記無機成分及び前記有機ガス分離部から放出された前記有機成分を検知する検知部と、
    前記検知部の検知結果に基づいて第１閾値及び第２閾値を算出し、前記密度が前記第１閾値より小さい場合に前記リボイラーの設定温度を下げるように制御し、前記密度が前記第２閾値より大きい場合に前記リボイラーの設定温度を上げるように制御する制御部と、
    を備える二酸化炭素回収システム。
  14. 前記密度計はコリオリ式質量流量計を含むことを特徴とする請求項７乃至１３のいずれかに記載の二酸化炭素回収システム。
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