JP7490606B2 - アミン含有水濃縮システム及び装置並びに二酸化炭素回収システム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、アミンを含有する被処理水を濃縮するシステム及び装置、並びに二酸化炭素回収システムに関する。

近年、火力発電所などの燃焼システムから排出される排ガス（燃焼排ガス）中の二酸化炭素成分は、地球温暖化の一因とされており、二酸化炭素成分の排出量の削減や、二酸化炭素成分の回収が求められている。排ガス中の二酸化炭素成分を湿式で回収する湿式回収方法としては、アルカノールアミン水溶液に類する吸収液を用いた化学吸収法が広く知られている。

このような化学吸収法を採用する二酸化炭素回収システムは、一般に二酸化炭素の吸収部と再生部とを備えている。吸収部では、排ガスを吸収液に接触させることにより、排ガス中の二酸化炭素を吸収液中に溶解させ、排ガスから二酸化炭素を除去する。二酸化炭素を吸収した吸収液（二酸化炭素リッチ液）は、吸収部から再生部に送出され、当該再生部で二酸化炭素リッチ液を加熱することにより高濃度の二酸化炭素を放出する。二酸化炭素を放出した吸収液（リーン液）は、二酸化炭素を吸収可能な再生済みの吸収液として、再生部から吸収部に送られる。このように二酸化炭素回収システムでは、吸収液が吸収部と再生部との間を循環することにより、排ガス中の二酸化炭素を除去するとともに、吸収液が繰り返し再利用される。

二酸化炭素回収システムにおいて、吸収部内で排ガスと吸収液が接触すると、排ガス中の二酸化炭素が吸収液に吸収されると共に、吸収液の一部が排ガスに随伴して吸収部から放出される。排ガスに随伴する吸収液成分が大気中に放散されるのを抑制するために、吸収部の後段に排ガス洗浄部（放散抑制部）に配置されている。排ガス洗浄部は、洗浄水により排ガスを洗浄して吸収液成分が二酸化炭素回収システムから外部に漏洩することを抑制する。排ガスから吸収液成分を回収した洗浄水は、再利用されるか、排水としてまたは廃棄される。

また、再生部から放出される高濃度の二酸化炭素ガスも、吸収液成分を随伴することが知られている。このため、二酸化炭素ガスを冷却することにより、二酸化炭素ガスと共に放出された水蒸気が凝縮し、吸収液成分を含む凝縮水が排水として排出される。

このように、排ガス洗浄部や再生部では、洗浄水の排水や、凝縮水としての排水が発生する。

特開２０１８－２０２２７４号公報

二酸化炭素回収システムの排水はアミン化合物を含むため、そのまま放流できず、多大な排水処理コストが必要になる。

本発明の実施形態は、前記排水中の、二酸化炭素と反応する有用アミンを濃縮し、吸収液として再利用すること、アミン化合物を含む排水量を低減にすることが可能なアミン含有濃縮システム及び当該アミン含有濃縮システムを備えた二酸化炭素回収システムを提供する。

実施形態によると、アミンを含有する被処理水を濃縮するシステムであって、処理容器と、処理容器内に配置され、被処理水が供給される第１のチャンバおよび正浸透圧を誘起する作業媒体が供給される第２のチャンバを区画する半透膜とを含む浸透圧発生器、および第１のチャンバ内の被処理水に二酸化炭素を導入するための二酸化炭素導入手段を備えるアミン含有水濃縮システムが提供される。

図１は、第１の実施形態のアミン含有水濃縮システムを示す概略図である。 図２は、第２の実施形態のアミン含有水濃縮システムを示す概略図である。 図３は、第３の実施形態のアミン含有水濃縮システムを示す概略図である。 図４は、第４の実施形態のアミン含有水濃縮システムを示す概略図である。 図５は、第５の実施形態の二酸化炭素回収システムを示す概略図である。 図６は、第６の実施形態の二酸化炭素回収システムを示す概略図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。特段の断りがなければ、ｐＨや他の測定により得られる値は大気圧、２５℃で測定した値である。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態のアミン含有水濃縮システムを示す概略図である。

第１の実施形態に係るアミン含有水濃縮システム１は、浸透圧発生器１０を備えている。浸透圧発生器１０は、処理容器１１と、処理容器１１内に配置される第１のチャンバ１２及び第２のチャンバ１３と、第１のチャンバ１２及び第２のチャンバ１３を区画する半透膜１４とを含む。

処理容器１１の第１のチャンバ１２は、被処理水を収容可能であり、被処理水が供給される。処理容器１１の第２のチャンバ１３は、作業媒体を収容可能である。

浸透圧発生器１０の前段には、二酸化炭素導入手段２１が配置されている。アミンを含有する被処理水を導入するための流路３１は、二酸化炭素導入手段２１に接続されている。二酸化炭素導入手段２１は、流路３２により第１のチャンバ１２が位置する処理容器１１に接続されている。第１のチャンバ１２が位置する処理容器１１には、第１のチャンバ１２内に生成された濃縮水を排出するための流路３３が接続されている。生成された濃縮水にはアミン化合物が含まれる。本明細書では、アミン化合物を単にアミンと称する場合もある。第２のチャンバ１３が位置する処理容器１１には、第２のチャンバ１３内に作業媒体を送出するための流路３４が接続されている。第２のチャンバ１３が位置する処理容器１１には、第２のチャンバ１３内の作業媒体を排出するための流路３５が接続されている。

半透膜１４は、正浸透膜、又は逆浸透膜である。半透膜１４は、例えば平膜、中空糸、チューブラタイプでもよい。半透膜１４の形状は特に問わないが、例えばスパイラル型、プレート＆フレーム型、ストレート型、クロスワインド型が挙げられる。半透膜１４に用いられる正浸透膜の断面は、支持層と活性層が一体化した構造を有し、水を選択的に透過する。素材は特に限定されないが、例えば酢酸セルロース、ポリアミド、ポリエチレンイミン、ポリスルホン及びポリベンゾイミダゾル等から形成されることが好ましい。

半透膜１４に用いられる逆浸透膜は、支持層と活性層を有し、水を選択的に透過する。素材は特に限定されないが、例えば、ポリアミド、ポリビニルアルコール、ポリスルホンポリオレフィン、ポリフッ化ビニリデン等から形成されることが好ましい。

二酸化炭素導入手段２１は、被処理水に二酸化炭素を溶解させる機能を有すれば、形態を問わない。つまり二酸化炭素を導入可能というのは、被処理水に二酸化炭素を溶解させる、含ませる機能を有することである。二酸化炭素を導入させるとは、例えば二酸化炭素を含むガスで満たされたタンク内に被処理水をいれ、二酸化炭素と被処理水を接触させることや、被処理水に対して、二酸化炭素をバブリングすることや、二酸化炭素を圧入して溶解させることである。二酸化炭素導入手段２１は、例えば、二酸化炭素を含むガスが満たされたタンク、二酸化炭素を含むガスをバブリングする装置、又は被処理水に二酸化炭素を圧入して溶解する装置等を挙げることができる。また、二酸化炭素導入手段２１から導入するガス中の二酸化炭素の体積濃度は、処理速度の観点から高濃度であることが好ましく、５％から１００％が好ましく、より好ましくは１０％から１００％である。

図１では、二酸化炭素導入手段２１と第1のチャンバ１２は流路３２により接続されているが、第1のチャンバに直接二酸化炭素を吹き込むなどして、被処理水に二酸化炭素を溶解させてもよい。この場合、流路３２は省略され、二酸化炭素導入手段は第1のチャンバ１２と一体化している。

第１の実施形態に係るアミン含有水濃縮システムによるアミンを含有する被処理水の濃縮操作を説明する。

被処理水は、流路３１を通して二酸化炭素導入手段２１に導入され、ここで被処理水に二酸化炭素が溶解される。二酸化炭素が溶解した、アミンを含有する被処理水は浸透圧発生器１０の半透膜１４で区画された第１のチャンバ１２に流路３２を通して供給される。被処理水が第１のチャンバ１２に供給されることに前後して、作業媒体を第２のチャンバ１３に流路３４を通して供給する。このとき、第２のチャンバ１３に供給された作業媒体は第１のチャンバ１２内に供給された被処理水のアミンの濃度に比べてイオンのモル濃度が高い。このため、第１のチャンバ１２内の被処理水と第２のチャンバ１３内の作業媒体との間で浸透圧差が生じ、被処理水中の水が半透膜１４を透過して第２のチャンバ１３内の作業媒体に移動する。このような被処理水中の水が半透膜１４を透過した透過水の移動により、第１のチャンバ１２内の被処理水は濃縮される。流路３３と流路３２を接続し、第１のチャンバ１２内を循環させることで、より高濃縮することも可能である。他方、第２のチャンバ１３内の作業媒体は移動された透過水により希釈され、流路３５を通して外部に排出される。流路３５と流路３４を接続し、第２のチャンバ１３内に作業媒体を循環させる運転も可能である。

二酸化炭素導入手段２１により二酸化炭素が溶解した、アミンを含有する被処理水のｐＨは６～９の範囲に調整することが好ましい。また、半透膜１４の耐久性の観点から、被処理水のｐＨは７～８に調整することがより好ましい。

作業媒体は、第２のチャンバ１３内で正浸透圧を誘起することができる。例えば無機塩、アミン化合物、糖類、極性転換化合物および下限臨界点溶液温度(Ｌｏｗｅｒ Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ;ＬＣＳＴ)を持つ化合物から選ばれる少なくとも１つの化合物を含む媒体を用いることができる。これらの化合物は、低分子であっても、高分子であってもよい。作業媒体は、海水のような種々の塩の混合溶液を用いてもよい。作業媒体は、水溶液の形態であってもよく、ナノサイズの粒状体、ゲル状体の形態をとってもよい。海水を用いる場合は、海から直接第２のチャンバに供給してもよい。

第１の実施形態によれば、アミンを含有する被処理水は二酸化炭素導入手段２１により二酸化炭素が導入される。被処理水中のアミン化合物の一部は、導入された二酸化炭素と反応する、有用なアミン化合物である。一般的に２５℃、大気下、及び酸解離定数ｐＫａ＝７以上の条件下において、二酸化炭素と反応したアミン化合物は、重炭酸をカウンターイオンとする陽イオンとなるか、又は二酸化炭素が付加してカルバメート体になることが知られている。すなわち、被処理水中のアミン化合物のうち、二酸化炭素と反応したアミン化合物は電離して電荷を帯びる。一方で、被処理水中のアミン化合物のうち、二酸化炭素と反応しない、不用なアミン化合物である。この不用なアミン化合物は、前述の条件の下で電荷を帯び難い。

このような有用なアミン化合物及び不用なアミン化合物を含む被処理水を第１の実施形態に係るアミン含有水濃縮システムに適用した場合、有用なアミン化合物は二酸化炭素導入手段２１から導入された二酸化炭素と反応して電荷を帯び、不用なアミン化合物は導入された二酸化炭素と反応せず、電荷を帯び難い。二酸化炭素が導入された有用なアミン化合物及び不用なアミン化合物を含む被処理水を浸透圧発生器１０の第１のチャンバ１２に送出すると共に、作業媒体を第２のチャンバ１３に送出した場合、有用なアミン化合物は電荷を帯びているため、半透膜１４に対して反発力が生じて半透膜１４を透過し難くなり、被処理水に留まり易くなる。被処理水の不用なアミン化合物は、電荷が帯び難いため、半透膜１４を透過し易くなり、半透膜１４を透過して第２のチャンバ１３の作業媒体に移動しやすい。

その結果、浸透圧発生器１０の第１のチャンバ１２から排出された被処理水は、第１のチャンバ１２に導入される前の被処理水と比較して水及び不用なアミン化合物の含有量は少なく、有用なアミン化合物の含有量が維持される。すなわち、第１のチャンバ１２内の被処理水は、有用なアミン化合物の含有量が相対的に増加して濃縮された状態で排出することが可能になる。

なお、二酸化炭素と反応しない、不用なアミン化合物は、例えば、１－ニトロソピペリジン、１、４－ジホルミルピペラジン、バイシン、２，５－ピロリジンジオン、等が挙げられる。他方、二酸化炭素と反応する、有用なアミン化合物は例えばアルカノールアミン類、環状アミン類及びジアミン類などが挙げられる。

前述したように第１の実施形態に係るアミン含有水濃縮システム１は、電荷を帯びた化合物と電荷を帯びていない化合物との間で膜透過性に差を生じる、半透膜１４の性質を利用することによって、被処理水に含有されるアミン化合物のうち二酸化炭素と反応する有用なアミン化合物を選択的に濃縮することができる。

また、第１の実施形態に係るアミン含有水濃縮システム１において、半透膜１４に正浸透膜を備えた浸透圧発生器１０は、より低圧で運転することが可能である。そのような条件下であっても、上述の半透膜１４の性質、及び作業媒体に誘起された浸透圧によって、アミンを含有する被処理水の高濃縮化を達成することができる。低圧で運転する正浸透膜法は、逆浸透膜と比べて薄い支持層とルーズな活性層構造を有する正浸透膜を用いることができる。逆浸透膜でも、正浸透現象は生じるが、同じ流束で運転する際は、正浸透膜のほうが逆浸透膜よりも効率よくアミンを回収することができる。

発明者らは、半透膜を用いると二酸化炭素を吸収するアミンと二酸化炭素を吸収しないアミンの膜透過速度が異なることを見出した。それゆえ、半透膜を用いることで、二酸化炭素を吸収するアミンと二酸化炭素を吸収しないアミンを分けることができ、２５℃において８００ｍＯｓｍ以上の浸透圧を示す有用なアミンを含む濃縮水を得ることができる。

さらに、第１の実施形態に係るアミン含有水濃縮システム１から得られた濃縮水には、二酸化炭素と反応し得る有用なアミン化合物、すなわち二酸化炭素の回収能を有するアミン化合物が多く濃縮されているため、当該濃縮水は後述の第５、第６の実施形態に係る二酸化炭素回収システムにおける吸収液として再利用することができる。

第１の実施形態に係るアミン含有水濃縮システム１は、複数の浸透圧発生器１０を備える構成にしてもよい。複数の浸透圧発生器１０の配置形態は、直列型、もしくは並列型、その混合型を採用することができる。

第１の実施形態では第２のチャンバ１３に作業媒体を供給したが、これに限定されず、第２のチャンバは作業媒体を収容可能であればよい。つまり、第２のチャンバは、第２のチャンバに作業媒体を送出する流路３４と必ずしも接続する必要はない。また、第２のチャンバ内に作業媒体を後述する作業媒体再生装置と接続されていてもよいし、接続されなくともよい。

以上説明した第1の実施形態に係るアミン含有水濃縮システムは、ひとつの装置としてもよい。つまり、アミン含有水濃縮装置として、処理容器と、処理容器内に配置され、被処理水が供給される第１のチャンバ、作業媒体を収容可能な第２のチャンバ及び第1のチャンバと第２のチャンバを区画する半透膜とを含む浸透圧発生器と、被処理水に二酸化炭素を導入可能な二酸化炭素導入手段と、を備えてもよい。

（第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態のアミン含有水濃縮システム１を示す概略図である。図２において、第１の実施形態で説明した図１と同様な部材は、同符号を付して説明を省略する。
第２の実施形態に係るアミン含有水濃縮システム１において、二酸化炭素導入手段２１と第１のチャンバ１２を繋ぐ流路３２にはポンプ２２が介装されている。ポンプ２２は、二酸化炭素導入手段２１により二酸化炭素を溶解させた被処理水を、流路３２を通して浸透圧発生器１０の第１のチャンバ１２に送出する際、当該被処理水を昇圧する機能を有する。

ポンプ２２により被処理水を昇圧する圧力は、比較的低い圧力に設定することが好ましい。そのため、例えば最大吐出圧力を１ＭＰa以下に設定することが好ましい。

第２の実施形態によれば、二酸化炭素が導入された、アミンを含有する被処理水をポンプ２２で昇圧して第１のチャンバ１２に導入することによって、第１のチャンバ１２内の被処理水中の水を半透膜１４から第２のチャンバ１３により効率的に透過させることができる。

（第３の実施形態）
図３は、第３の実施形態のアミン含有水濃縮システム１を示す概略図である。図３において、第１実施形態で説明した図１と同様な部材は、同符号を付して説明を省略する。

第３の実施形態に係るアミン含有水濃縮システム１は、被処理水の固形物を濾過する濾過部２３が第１の流路３１に介装されている。

このような第３の実施形態に係るアミン含有水濃縮システム１によれば、被処理水の含まれる固形物を濾過部２３で除去でき、より清浄な被処理水を浸透圧発生器１０の第１のチャンバ１２に送出することができるため、膜のメンテナンス頻度を減らすことができる。

第３の実施形態では、第２の実施形態で説明したポンプを備えてもよい。

（第４の実施形態）
図４は、第４の実施形態に係るアミン含有水濃縮システム１を示す概略図である。図４において、第１の実施形態で説明した図１と同様な部材は、同符号を付して説明を省略する。

第４の実施形態に係るアミン含有水濃縮システム１は、作業媒体再生装置２４をさらに備える。作業媒体再生装置２４は、流路３４により浸透圧発生器１０の第２のチャンバ１３が位置する処理容器１１に接続されている。第２のチャンバ１３が位置する処理容器１１は、流路３５により作業媒体再生装置２４に接続されている。すなわち、作業媒体は作業媒体再生装置２４、流路３４、第２のチャンバ１３及び流路３５を流れ、再び、作業媒体再生装置２４に戻る、作業媒体循環系を形成している。

作業媒体再生装置２４は、第１のチャンバ１２の被処理水の水が半透膜１４を透過して移動することにより希釈された作業媒体が循環され、当該作動媒体の水を分離して高濃度の作業媒体を再生することができる。作業媒体として例えば温度応答性、磁場応答性、電場応答性、ｐＨ応答性、揮発性、及びＣＯ_２応答性などの刺激応答性を有するものを使用した場合、作業媒体再生装置２４は、希釈された作業媒体に刺激を加えることによって、作業媒体中の水を分離し、第６の流路３６を通して除去し、再生する構成であってもよい。また、作業媒体再生装置２４は、例えば膜蒸留法等を利用して希釈された作業媒体中の水を除去して高濃度の作業媒体に再生する構成であってもよい。流路３６から排出された水をＣＣＵＳ（Carbon Capture Utility System）プラント内の水補給タンク等に戻し、再利用しても良い。

このような第４の実施形態によれば、作業媒体循環系において作業媒体再生装置２４から作業媒体を第４の流路３４を通して第２のチャンバ１３に供給することにより、第１のチャンバ１２の被処理水の水を半透膜１４から透過し、その水により希釈された作業媒体を第５の流路３５を通して作業媒体再生装置２４に送出し、ここで、水を除去して高濃度の作業媒体に再生する。再生した作業媒体は、第４の流路３４を通して第２のチャンバ１３に循環させ、再利用する。

従って、作業媒体の使用量及び廃棄量を低減して低コスト化を達成したアミン含有水濃縮システム１を実現できる。

なお、第４の実施形態において、第６の流路３６から回収した透過水中に混入した少量の作業媒体を除去するための浄化装置（図示せず）を例えば第６の流路３６に介装してもよい。このようにして透過水の純度を高めることができる。除去した作業媒体は、第２のチャンバ１３もしくはその流路に戻されることが好ましい。作業媒体は、透過水への混入によって循環の過程で徐々に減少し、減少分を補填しなくてはならないため、回収して繰り返し使用することが好ましい。浄化装置は、作業媒体の性質に合わせた構成であることが好ましい。この浄化装置を導入することにより、作業媒体の回収率を高めることができる。

第４の実施形態では、第２の実施形態で説明したポンプや、第３の実施形態で説明した濾過部を備えてもよい。

（第５の実施形態）
第５の実施形態に係る二酸化炭素回収システムについて図５を参照して詳細に説明する。

図５は、第５の実施形態に係る二酸化炭素回収システムの概略図である。二酸化炭素回収システム４０は、上部に図示しない液分散器を有する吸収塔５０及び再生塔６０と、アミン含有水濃縮システム７０とを備えている。

吸収塔５０の下部付近には、排ガス導入流路１０１が接続されている。吸収液補給タンク５１は、流路１０２により吸収塔５０の下部付近で排ガス導入流路１０１の接続部より上方に接続され、吸収液補給タンク５１内の吸収液が当該流路１０２を通して吸収塔５０内に送出される。流路１０３は、一端が吸収塔５０の下部に接続され、他端が再生塔６０の図示しない第２の液分散器に接続されている。吸収塔５０の下部に貯留された二酸化炭素リッチ液は、当該流路１０３を通して再生塔６０の上部に送出される。流路１０３には、熱交換器５２が介装されている。

吸収塔５０の頂部は、流路１０４により放散抑制部５３に接続され、吸収塔５０内の吸収液を随伴する二酸化炭素脱離ガスが当該流路１０４を通して放散抑制部５３に送出される。放散抑制部５３では、二酸化炭素脱離ガスに随伴する吸収液成分（アミン）が環境中に放散するのを回避するために洗浄水で洗浄される。このため、放散抑制部５３にはアミンを含有する洗浄水（後述する被処理水）が一時貯留される。また、放散抑制部５３の処理済みガスは、流路１０５から系外に放出される。

再生塔６０は、リボイラー６１の熱により加温され、流路１０３から送出された二酸化炭素リッチ液は二酸化炭素を放出する。流路１０８は、一端が再生塔６０の下部に接続され、他端が吸収塔５０の図示しない液分散器が接続されている。再生塔６０の下部に貯留された二酸化炭素リーン液は、当該流路１０８を通して吸収塔５０の上部の液分散器（図示せず）に送出される。流路１０８は、熱交換器５２を通過する流路１０３と交差している。

再生塔６０の頂部は、流路１０９によりガス精製部６２に接続されている。再生塔６０内の脱離された二酸化炭素は、流路１０９を通してガス精製部６２に送出され、ここで、脱離された二酸化炭素が精製される、精製された二酸化炭素は、流路１１０を通して図示しない二酸化炭素回収部に回収される。

アミン含有水濃縮システム７０は、浸透圧発生器７１を備える。浸透圧発生器７１は、処理容器７２内に配置され、第１のチャンバ７３および正浸透圧を誘起する作業媒体を収容可能な第２のチャンバ７４と、第１のチャンバと第２のチャンバを区画する半透膜７５とを含む。

放散抑制部５３は、流路１１１により洗浄水貯留タンク７６に接続され、放散抑制部５３内のアミンを含有する洗浄水（被処理水）が流路１１１を通して洗浄水貯留タンク７６に送出される。洗浄水貯留タンク７６は、流路１１２により被処理水タンク７７に接続され、かつ、流路１１８により吸収液補給タンク５１と接続されている。被処理水タンク７７は流路１１３により浸透圧発生器７１の第１のチャンバ７３が位置する処理容器７２に接続されている。また、この被処理水タンク７７は、二酸化炭素導入手段を含む。すなわち、洗浄水貯留タンク７６内の洗浄水（被処理水）は、吸収液として吸収液補給タンク５１に供給される一方で、その一部は被処理水タンク７７において二酸化炭素導入手段によって二酸化炭素が導入されたのち、第１のチャンバ７３に送出される。被処理水タンク７７の二酸化炭素導入手段は、第１の実施形態で説明したものと同様のものを用いることができる。第１のチャンバ７３が位置する処理容器７２は、流路１１４により被処理水タンク７７に接続されている。第１のチャンバ７３内の、水を半透膜７５から第２のチャンバ７４に透過した濃縮水は、流路１１４を通して被処理水タンク７７へと返送（循環）され、流路１２１を通して洗浄水貯留タンク７６に返送される。

高濃度の作業媒体（例えば海水）が収容された作業媒体収容タンク７８は、流路１１５により第２のチャンバ７４が位置する処理容器７２に接続され、作業媒体収容タンク７８内の作業媒体は流路１１５を通して第２のチャンバ７４に送出される。第２のチャンバ７４が位置する処理容器７２は、流路１１６が接続され、第２のチャンバ７４の、水の透過により希釈された作業媒体が流路１１６から系外に排出される、つまりかけ流しされる。また、高濃度の作業媒体は流路１１７から作業媒体収容タンク７８に補給される。

次に、第５の実施形態に係る二酸化炭素回収システムの操作手順を説明する。

排ガスは、排ガス導入流路１０１を通して吸収塔５０の下部付近から導入される。吸収液（アミン含有水）が不足した場合は、吸収液補給タンク５１から流路１０２を通して吸収塔５０の下部付近から供給される。また、吸収液は吸収塔５０上部の液分散器（図示せず）から散布され、吸収塔５０内を上昇する排ガス中の二酸化炭素と接触して反応し、吸収液中の大部分は吸収塔５０の下部に二酸化炭素リッチ液として貯留される。二酸化炭素リッチ液は、熱交換器５２が介装された流路１０３を通して再生塔６０の上部に送出される。

吸収塔５０の頂部からは、二酸化炭素脱離ガスが流路１０４を通して放散抑制部５３に送出される。二酸化炭素脱離ガスは、吸収液の一部が随伴する。このため、放散抑制部５３では吸収液成分が環境中に放散しないように、洗浄水で洗浄される。洗浄後の洗浄水は、吸収液成分を含むため、後述するように吸収液として再利用される。

再生塔６０の上部に送出された二酸化炭素リッチ液は、リボイラー６１の熱により加温され、流路１０３から送出された二酸化炭素リッチ液は二酸化炭素を放出し、吸収液として再生される。この吸収液は二酸化炭素リーン液として再生塔の下部に貯留され、熱交換器５２と交差接続された流路１０８を通して吸収塔５０の液分散器に循環され、前述した排ガス中の二酸化炭素の吸収に利用される。なお、熱交換器５２は流路１０３に流れる二酸化炭素リッチ液を流路１０８に流れる加熱された二酸化炭素リーン液で加熱するとともに、二酸化炭素リーン液自身を冷却する働きをなす。また、再生塔６０内の二酸化炭素は、流路１０９を通してガス精製部６２に送出され、ここで精製された後、流路１１０を通して、図示しない二酸化炭素回収部に回収される。

放散抑制部５３の吸収液成分（アミン化合物）を含む洗浄水は、被処理水として洗浄水貯留タンク７６に送出して貯留する。

洗浄水貯留タンク７６内の被処理水は、流路１１２を通して二酸化炭素導入手段を含む被処理水タンク７７に導入され、ここで被処理水に二酸化炭素が溶解される。二酸化炭素を溶解させた、アミンを含有する被処理水は、浸透圧発生器７１の半透膜７５で区画された第１のチャンバ７３に流路１１３を通して供給される。被処理水の供給と前後して、作業媒体収容タンク７８から高濃度の作業媒体を第２のチャンバ７４に流路１１５を通して供給する。このとき、第２のチャンバ７４に供給された作業媒体の濃度は、第１のチャンバ７３内に供給された被処理水のアミンの濃度に比べてイオンモル濃度が高い。このため、第１のチャンバ７３内の被処理水と第２のチャンバ７４内の作業媒体との間で浸透圧差が生じ、被処理水中の水が半透膜７５を透過して第２のチャンバ７４内の作業媒体側に移動する。このような透過水の移動により、第１のチャンバ７３内の被処理水は濃縮され、流路１１４を通して被処理水タンク７７に循環される。他方、第２のチャンバ７４内の作業媒体は移動された透過水により希釈され、流路１１６を通して外部に排出される。なお、作業媒体収容タンク７８内の作業媒体の容量が減少した場合、流路１１７を通して高濃度の作業媒体を作業媒体収容タンク７８に補給する。

このように洗浄水貯留タンク７６に貯留したアミンを含有する洗浄水を被処理水として用い、二酸化炭素導入手段を含む被処理水タンク７７において被処理水に二酸化炭素を導入し、その被処理水を浸透圧発生器７１に供給してアミンを濃縮する過程において、第１の実施形態で説明したのと同様、浸透圧発生器７１の第１のチャンバ７３から洗浄水貯留タンク７６に循環される被処理水は、第１のチャンバ７３に導入される前の被処理水と比較して水及び不用なアミン化合物の含有量は低減するが、有用なアミン化合物の含有量は維持される。すなわち、第１のチャンバ７３内の被処理水は有用なアミン化合物の含有量が相対的に増加して濃縮された状態で被処理水タンク７７に戻される。二酸化炭素導入手段を含む被処理水タンク７７と浸透圧発生器７１の間で循環され、被処理水中の有用なアミン化合物が十分に濃縮された濃縮水は、被処理水タンク７７から流路１１８１２１を通して、洗浄水貯留タンク７６に返送される。アミン含有水濃縮システム７０により、その一部が濃縮された洗浄水貯留タンク７６内の洗浄水は、例えば吸収液補給タンク５１に送出され、吸収液として再利用される。

従って、第５の実施形態によれば吸収塔５０の頂部から吸収液の一部が随伴する二酸化炭素脱離ガスを放散抑制部５３に送出し、ここで吸収液成分（アミン）を水で洗浄し、その洗浄水を排水処理して系外に排出せずに、被処理水として二酸化炭素導入手段を含む被処理水タンク７７と浸透圧発生器７１の間で濃縮、循環させることによって、吸収塔５０の排ガス処理の吸収液として再利用することができる。その結果、アミンを含む洗浄水の排水処理設備を省略できると同時に、吸収液は再利用されるため、経済性の高い二酸化炭素回収システムを提供できる。

なお、第５の実施形態は、濃縮した被処理水を被処理水タンク７７から洗浄水貯留タンク７６へと返送し、洗浄水貯留タンク７６から吸収液補給タンク５１に送出する形態に限定されない。例えば、濃縮した被処理水を被処理水タンク７７から直接、吸収液補給タンク５１に送出する形態をとってもよい。洗浄水貯留タンク７６内の未濃縮の洗浄水と混合されないため、より高濃度のアミンを含む濃縮水を吸収液補給タンク５１に供給できる。また、濃縮した被処理水を洗浄水貯留タンク７６から吸収塔５０上部の図示しない液分散器又は再生塔６０の上部に送出することで、吸収液として再利用する形態であってもよい。

第５の実施形態において、第２の実施形態と同様に、二酸化炭素導入手段を含む被処理水タンク７７と浸透圧発生器７１の第１のチャンバ７３とを繋ぐ流路１１３にポンプを介装したり、第３の実施形態と同様に、洗浄水貯留タンク７６と被処理水タンク７７とを繋ぐ流路１１２に濾過部を介装したりしてもよい。ポンプは、最大吐出圧を１ＭＰａ以下に設定することが好ましい。

（第６の実施形態）
第６の実施形態に係る二酸化炭素回収システムについて図６を参照して詳細に説明する。

図６は、第６の実施形態に係る二酸化炭素回収システムを示す概略図である。なお、図６において、第５の実施形態で説明した図５と同様な部材は、同符号を付して説明を省略する。

図６に示す第６の実施形態に係る二酸化炭素回収システム４０は、作業媒体収容タンク７８の代わりに作業媒体再生装置７９を備える。作業媒体再生装置７９は、流路１１５により浸透圧発生器７１の第２のチャンバ７４に接続されている。第２のチャンバ７４は、流路１１６により作業媒体再生装置７９に接続されている。すなわち、作業媒体は作業媒体再生装置７９、流路１１５、第２のチャンバ７４及び流路１１６を流れ、再び、作業媒体再生装置７９に戻る、作業媒体循環系を形成している。

作業媒体再生装置７９は、第４の実施形態で説明した再生装置と同様、第１のチャンバ７３の被処理水の水が半透膜７５を透過して移動することにより希釈された作業媒体が循環され、希釈された作動媒体中の水を分離して高濃度の作業媒体を再生する。この水の分離過程で発生した水の大部分は、流路１１９を通して洗浄水貯留タンク７６に供給され、洗浄水として利用される。なお、作業媒体再生装置７９で生成された水の一部は、流路１２０を通して系外に排出される。作業媒体再生装置７９は、例えば膜蒸留法等を利用して希釈された作業媒体中の水を除去して高濃度の作業媒体に再生する構成を有する。

このような第６の実施形態によれば、作業媒体循環系において作業媒体を作業媒体再生装置７９から流路１１５を通して第２のチャンバ７４に供給することにより、第１のチャンバ７３の被処理水の水を半透膜７５から透過し、その水により希釈された作業媒体を流路１１６を通して作業媒体再生装置７９に送出し、ここで、水を除去して高濃度の作業媒体に再生する。再生した作業媒体は、流路１１５を通して第２のチャンバ７４に循環させ、再利用する。

従って、第５の実施形態と同様、アミンを含む洗浄水の排水処理設備を省略でき、同時に吸収液として再利用でき、さらに作業媒体の使用量及び廃棄量を低減して低コスト化を達成した二酸化炭素回収システム４０を実現できる。

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、組み合わせ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同様に、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ものである。
以下に、出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］
アミンを含有する被処理水を濃縮するシステムであって、
処理容器と、前記処理容器内に配置され、前記被処理水が供給される第１のチャンバ、作業媒体を収容可能な第２のチャンバ及び前記第1のチャンバと前記第２のチャンバを区画する半透膜とを含む浸透圧発生器；および
前記被処理水に二酸化炭素を導入可能な二酸化炭素導入手段；
を備えるアミン含有水濃縮システム。
［２］
前記第１のチャンバ内に前記被処理水を供給するためのポンプをさらに備え、当該ポンプの最大吐出圧が１ＭＰａ以下である［１］に記載のアミン含有水濃縮システム。
［３］
前記被処理水を前記第１のチャンバに供給する流路に濾過部をさらに備える［１］又は［２］に記載のアミン含有水濃縮システム。
［４］
前記作業媒体は、無機塩、アミン化合物、糖類、極性転換化合物、及び下限臨界点溶液温度を持つ化合物の群から選ばれる少なくとも１つを含む［１］～［３］いずれか１つに記載のアミン含有水濃縮システム。
［５］
前記第１のチャンバで得られた濃縮水の浸透圧は、８００ｍＯｓｍ以上である［１］～［４］いずれか１つに記載のアミン含有水濃縮システム。
［６］
［１］乃至［５］のうちいずれか１つに記載のアミン含有水濃縮システムを備える二酸化炭素回収システム。
［７］
吸収液補給タンクと、吸収塔と、再生塔とをさらに備える［６］に記載の二酸化炭素回収システム。
［８］
前記アミン含有濃縮システムにより得られる濃縮水は、前記吸収液補給タンク、前記吸収塔及び前記再生塔から選ばれる少なくとも１つに供給される［７］に記載の二酸化炭素回収システム。
［９］
処理容器と、
前記処理容器内に配置され、被処理水が供給される第１のチャンバ、作業媒体を収容可能な第２のチャンバ及び前記第1のチャンバと前記第２のチャンバを区画する半透膜とを含む浸透圧発生器と、
前記被処理水に二酸化炭素を導入可能な二酸化炭素導入手段と、
を備えるアミン含有水濃縮装置。

１…アミン含有水濃縮システム、１０，７１…浸透圧発生器、１２，７３…第１のチャンバ、１３，７４…第２のチャンバ、１４，７５…半透膜、２１，７７…二酸化炭素導入手段、２２…ポンプ、２３…濾過部、２４，７９…作業媒体再生装置、４０…二酸化炭素回収システム、５０…吸収塔、６０…再生塔、７６…洗浄水貯留タンク。

Claims (9)

1. アミンを含有する被処理水を濃縮するシステムであって、
   処理容器と、前記処理容器内に配置され、前記被処理水が供給される第１のチャンバ、作業媒体を収容可能な第２のチャンバ及び前記第1のチャンバと前記第２のチャンバを区画する半透膜とを含む浸透圧発生器；および
   前記被処理水に二酸化炭素を導入可能な二酸化炭素導入手段；
   を備え、
   前記作業媒体は、前記第２チャンバ内で正浸透圧を誘起する、アミン含有水濃縮システム。
2. 前記第１のチャンバ内に前記被処理水を供給するためのポンプをさらに備え、当該ポンプの最大吐出圧が１ＭＰａ以下である請求項１に記載のアミン含有水濃縮システム。
3. 前記被処理水を前記第１のチャンバに供給する流路に濾過部をさらに備える請求項１又は２に記載のアミン含有水濃縮システム。
4. 前記作業媒体は、無機塩、アミン化合物、糖類、極性転換化合物、及び下限臨界点溶液温度を持つ化合物の群から選ばれる少なくとも１つを含む請求項１～３いずれか１項に記載のアミン含有水濃縮システム。
5. 前記第１のチャンバで得られた濃縮水の浸透圧は、８００ｍＯｓｍ以上である請求項１～４いずれか１項に記載のアミン含有水濃縮システム。
6. 請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載のアミン含有水濃縮システムを備える二酸化炭素回収システム。
7. 吸収液補給タンクと、吸収塔と、再生塔とをさらに備える請求項６に記載の二酸化炭素回収システム。
8. 前記アミン含有濃縮システムにより得られる濃縮水は、前記吸収液補給タンク、前記吸収塔及び前記再生塔から選ばれる少なくとも１つに供給される請求項７に記載の二酸化炭素回収システム。
9. 処理容器と、
   前記処理容器内に配置され、被処理水が供給される第１のチャンバ、作業媒体を収容可能な第２のチャンバ及び前記第1のチャンバと前記第２のチャンバを区画する半透膜とを含む浸透圧発生器と、
   前記被処理水に二酸化炭素を導入可能な二酸化炭素導入手段と、
   を備え、
   前記作業媒体は、前記第２チャンバ内で正浸透圧を誘起する、アミン含有水濃縮装置。

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