(57)【要約】      （修正有）【課題】溶剤を用いてＣＯ２を捕捉するシステム、方法及び装置を提供する。【解決手段】二酸化炭素を含むガスは、ガスから二酸化炭素の少なくとも一部を吸収する溶剤と混合２１０される。二酸化炭素を含む溶剤は、溶剤中に含まれる液体の少なくとも一部を除去する２２０少なくとも一つの除去システム１１０に供給２１５される。除去システム１１０で産出した溶剤は抽出処理２２５され、溶剤から二酸化炭素の少なくとも一部を抽出する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素を含むガスを、前記ガスから前記二酸化炭素の少なくとも一部を吸収する溶剤と混合するステップ（２１０）と、
前記二酸化炭素を含む溶剤を、前記溶剤中に含まれる液体の少なくとも一部を除去する少なくとも一つの除去システム（１１０）に供給するステップ（２１５）と、
前記溶剤から前記二酸化炭素の少なくとも一部を抽出するため、前記除去システム（１１０）で産出した前記溶剤を抽出処理するステップ（２２５）とを含む、二酸化炭素を捕捉する方法。
【請求項２】
前記溶剤から抽出された前記二酸化炭素を圧縮することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ガスは化石燃料の燃焼から放出されたガスを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記溶剤はモノエタノールアミンを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも一つの除去システム（１１０）は逆浸透液体除去システムを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記少なくとも一つの除去システム（１１０）は、前記溶剤中に含まれる前記液体の少なくとも一部を除去する一つ又は複数の膜を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記少なくとも一つの除去システム（１１０）は、前記溶剤を部分的に沸騰させることによって前記溶剤中に含まれる前記液体の少なくとも一部を除去する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
二酸化炭素を含むガスを受容し、前記ガスを溶剤と混合する吸収装置（１０５）であって、前記溶剤が前記二酸化炭素の少なくとも一部を吸収する吸収装置（１０５）と、
吸収された二酸化炭素を含む前記溶剤を前記吸収装置（１０５）から受容し、さらに前記溶剤中に含まれる液体の少なくとも一部を除去する少なくとも一つの除去システム（１１０）と、
前記溶剤から前記二酸化炭素の少なくとも一部を抽出するため、前記除去システム（１１０）で産出した前記溶剤を加熱するストリッパ（１１５）とを含む、二酸化炭素を捕捉するシステム。
【請求項９】
前記溶剤から抽出された前記二酸化炭素を圧縮するコンプレッサ（１６８）をさらに含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記ガスは化石燃料の燃焼から放出されたガスを含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】
前記溶剤はモノエタノールアミンを含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１２】
前記少なくとも一つの除去システム（１１０）は逆浸透液体除去システムを含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１３】
前記少なくとも一つの除去システム（１１０）は、前記溶剤中に含まれる前記液体の少なくとも一部を除去する一つ又は複数の膜を含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１４】
前記少なくとも一つの除去システム（１１０）は、前記溶剤を部分的に沸騰させることによって前記溶剤中に含まれる前記液体の少なくとも一部を除去する、請求項８に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に二酸化炭素（ＣＯ２）の捕捉に関し、より詳細には、溶剤を用いてＣＯ２を捕捉するシステム、方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
世の中の地球温暖化に対する意識が高まるにつれ、大気中に放出される二酸化炭素（ＣＯ２）の量を低減する多数の試みがなされている。化石燃料燃焼発電所等の化石燃料燃焼用途及びシステムにおいては、様々な用途及びシステムの運転周期間の様々な時点においてＣＯ２を捕捉する試みが行われている。従来のＣＯ２捕捉システムの主な対象は、化石燃料燃焼発電所の排出ガスからのＣＯ２の収集又は捕捉である。多くの場合、発電所の排出ガスは、排出ガス中に含まれるＣＯ２を収集するアミン液で処理される。そして、アミン液を加熱又は抽出処理し、アミン液中に含まれるＣＯ２を除去する。
【０００３】
従来のＣＯ２捕捉システムにおいては、アミン液を加熱して含まれるＣＯ２を除去するために、比較的大量のエネルギーが用いられる。多くの場合、アミン液中には大量の水が含まれ、溶剤及びＣＯ２とともに加熱する必要がある。ＣＯ２、溶剤及び水の加熱に大量のエネルギーが費やされるため、従来のＣＯ２捕捉システムは相対的に効率が悪く、その結果費用効率が低いことが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７，２８８，１３６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、例えば溶剤又は水性溶媒を用いてＣＯ２を捕捉するシステム、方法及び装置を改善する必要がある。また、溶剤又は水性溶媒からＣＯ２を除去するためのシステム、方法及び装置を改善する必要もある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の必要性及び／又は問題の一部又は全ては、本発明の実施形態により対処できる。本発明の実施形態は、水性溶媒等の溶剤を用いてＣＯ２を捕捉するシステム、方法及び装置を含む。本発明の一実施形態によれば、二酸化炭素を捕捉する一方法が提供される。二酸化炭素を含むガスは、ガスから二酸化炭素の少なくとも一部を吸収する溶剤と混合される。二酸化炭素を含む溶剤は、溶剤に含まれる液体の少なくとも一部を除去する少なくとも一つの除去システムに供給される。除去システムで産出した溶剤は抽出処理され、溶剤から二酸化炭素の少なくとも一部を抽出する。
【０００７】
本発明の他の一実施形態によれば、二酸化炭素を捕捉するシステムが提供される。システムは、吸収装置、少なくとも一つの除去システム及びストリッパを含む。吸収装置は、二酸化炭素を含むガスを受容し、ガスを溶剤と混合させる。溶剤は、ガス中の二酸化炭素の少なくとも一部を吸収する。少なくとも一つの除去システムは、吸収された二酸化炭素を含む溶剤を吸収装置から受容し、且つその溶剤に含まれる液体の少なくとも一部を除去する。ストリッパは、除去システムで産出した溶剤を加熱し、溶剤から二酸化炭素の少なくとも一部を抽出する。
【０００８】
本発明の更に別の一実施形態によれば、二酸化炭素を捕捉する方法が提供される。二酸化炭素を含むガスは、ガスから二酸化炭素の少なくとも一部を吸収する溶剤と混合される。液体の少なくとも一部は、吸収された二酸化炭素を含む溶剤から除去される。溶剤は、溶剤から二酸化炭素の少なくとも一部を抽出するため、液体の少なくとも一部が除去された後に抽出処理される。
【０００９】
本発明の他の実施形態、態様及び特徴は、以下の詳細な記述、添付図面及び特許請求の範囲から、当業者に明らかとなる。
【００１０】
一般的に本発明を記載し、添付図面を参照するが、図面は必ずしも一定の縮尺ではない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の例示的一実施形態による、ＣＯ２の捕捉に使用するシステムの概略図である。
【図２】本発明の例示的一実施形態による、溶剤を用いてＣＯ２を捕捉する方法のフローチャートである。
【図３】本発明の様々な実施形態を用いることにより得られるエネルギー節減を図示するチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
添付図面を参照しながら本発明の例示的実施形態を以下に詳細に説明するが、図面には本発明の実施形態の全てではなく一部を示す。本発明は、様々な形態で実際に実施することができ、本明細書に記載の実施形態に限定されると見なされるべきではなく、これらの実施形態は、本開示が適用される法的要件を満たすように提供される。全体を通して同様の符号は同様の構成要素を示す。
【００１３】
開示されるのは、水性溶媒等の溶剤を用いてＣＯ２を捕捉するシステム、方法及び装置である。化石燃料燃焼発電所の排出ガス等のＣＯ２を含むガスは、吸収装置に導入される。吸収装置においてガスは、ガスに含まれるＣＯ２を吸収する溶剤に接触し、ＣＯ２に富んだ溶剤を形成する。ＣＯ２に富んだ溶剤は、一つ又は複数の好適な除去システム又は除去装置を介して処理され、ＣＯ２に富んだ溶剤に含まれる液体の少なくとも一部が除去される。除去システム又は液体除去システムによる処理の後に、ＣＯ２に富んだ溶剤は、溶剤からＣＯ２を分離し、分離したＣＯ２を捕捉し且つ／又は隔離するために送出するストリッパに送られる。ストリッパの効率は、液体の一部を除去した後に溶剤をストリッパに供給することにより、改善する。これにより、ＣＯ２の捕捉及び／又は再生に使用されるエネルギー量を低減できる。
【００１４】
本発明の実施形態は、要望通り、幅広い様々な用途において使用できる。本発明の実施形態に関連する用途には、石炭火力発電所、天然ガス火力発電所、石油火力発電所、石炭火力システム、天然ガス火力システム及び石油火力システム等の、化石燃料燃焼発電所及び化石燃料燃焼システムがある。化石燃料の燃焼は、本発明の実施形態により捕捉されることが望ましいＣＯ２の放出及び／又は排出につながる可能性がある。
【００１５】
図１は、本発明の例示的一実施形態による、ＣＯ２の捕捉に使用するシステム１００の概略図である。システム１００は、吸収装置１０５、除去システム１１０又は液体除去システム、及びストリッパ１１５等を含む。
【００１６】
吸収装置１０５は、システム１００の一つの構成要素であり、ＣＯ２を含むガスを水性溶媒等の溶剤に曝露させる。発電所の場合、吸収装置１０５は、燃焼排ガス、例えば化石燃料の燃焼から発生するガスの供給を受容するチャンバを含む。燃焼排ガスはＣＯ２を含み、燃焼排ガスが大気中に放出される前に、ＣＯ２の少なくとも一部が除去されることが望ましい。本発明の実施形態において、燃焼排ガスは、吸収装置１０５に直接供給される。本発明の他の実施形態において、燃焼排ガスは、吸収装置１０５に供給される前に、システム１００の他の構成要素を通過する。例えば、燃焼排ガスは、燃焼排ガスの温度を変更させる熱交換器１２０又は他の好適な構成要素を通過する。実施形態において、熱交換器１２０は、吸収装置１０５が受容できる所望の温度まで燃焼排ガスを冷却する燃焼排ガス冷却器である。例えば、燃焼排ガスの温度は、約１３０°Ｆから約７０°Ｆ〜約９０°Ｆの温度に低下させる。
【００１７】
他の実施形態として、燃焼排ガスは、燃焼排ガスが吸収装置１０５に供給される前に、燃焼排ガスの圧力を変化させる送風機１２２又は他の好適な構成要素を通過する。図１に示すように、実施形態において、送風機１２２は、燃焼排ガスが吸収装置１０５に供給される前に、燃焼排ガスの圧力を１平方インチ当たり数ポンド（数ｐｓｉ）上昇させる。例えば、送風機１２２は、燃焼排ガスが吸収装置１０５に供給される前に、燃焼排ガスの圧力を約１ｐｓｉから約３ｐｓｉ上昇させる。
【００１８】
本発明の実施形態において、燃焼排ガスは、吸収装置１０５の基部又は吸収装置１０５の基部近傍にある吸収装置１０５の吸気口１２４に供給される。燃焼排ガスは、吸収装置１０５の内部を吸収装置１０５の最上部にある排気口１２６まで上昇する。さらに、水性溶媒等の溶剤が、吸収装置１０５の最上部又は最上部近傍から噴霧又は放出され、溶剤は、吸収装置１０５の基部に向かって降下する。溶剤は、溶剤導入口１２８を介して供給される。本発明の一実施形態において、溶剤のシャワー噴霧が、吸収装置１０５の最上部又はその近傍で放出される。溶剤は、吸収装置１０５内で燃焼排ガスと接触し、燃焼排ガスと反応する。燃焼排ガスとの反応の間に、溶剤は、燃焼排ガスからＣＯ２を吸収する。ＣＯ２の吸収後、溶剤はＣＯ２に富んだ溶剤と呼ばれる。ＣＯ２に富んだ溶剤は、吸収装置１０５の底部に降下し、ＣＯ２に富んだ溶剤又はＣＯ２に富んだ溶剤流の出口１３０を通って吸収装置から出る。
【００１９】
上述のように、燃焼排ガスは、吸収装置１０５の最上部にある排気口１２６から出る。吸収装置１０５から出る燃焼排ガスは、吸収装置１０５の底部に向かって降下しなかった溶剤の一部を含む。本発明の実施形態において、吸収装置から出る燃焼排ガスは、残存した溶剤をすべて洗い落とす水洗要素１３２を通過する。その後燃焼排ガスは、発電所の大煙突等の好適な排気筒１３４を介して大気中に排出される。様々な実施形態において所望されるように、排気筒１３４は、燃焼排ガスをさらに浄化する任意の数の気体洗浄装置及び／又は他の構成要素を含む。ただし、燃焼排ガスに含まれるＣＯ２の大部分は既に除去されているため、本発明の実施形態においては比較的小さな排気筒１３４が使用でき、それにより発電所建設に関連するコストが削減できる。
【００２０】
水性溶媒を含む多様な溶剤が、本発明の様々な実施形態において所望されるように使用できる。ＣＯ２を吸収できるいかなる溶剤が使用可能である。好適な溶剤の一例は、モノエタノールアミン（ＭＥＡ）と水との水性溶液である。ＭＥＡと水との混合物はいずれも、本発明の様々な実施形態において所望されるように使用でき、例えばＭＥＡ約３０％と水約７０％との混合物である。好適な溶剤の他の例には、メチルモノエタノールアミン（ＭＭＥＡ）の純品又は混合物、ジメチルモノエタノールアミン及び／又はメチルアミノプロパノール（ＡＭＰ）が含まれるが、これらに限定されるものではない。好適な溶剤は、本発明の実施形態における水を主体とする水性溶媒である。他の実施形態において、アルコール等の別の好適な液体がアルコール等の溶剤の主体になる。
【００２１】
本発明の一実施形態によれば、ＣＯ２に富んだ溶剤流の出口１３０を介して吸収装置１０５から排出されるＣＯ２に富んだ溶剤流は、ストリッパ１１５に供給される前に、任意の数の除去システム１１０又は液体除去システムに供給される。除去システム１１０は、ＣＯ２に富んだ溶剤流がストリッパ１１５に供給される前に、ＣＯ２に富んだ溶剤流から液体の少なくとも一部を除去する。これにより、ストリッパ１１５においてＣＯ２に富んだ溶剤流からＣＯ２を除去するのに必要なエネルギーを低減することができ、システム１００の効率向上につながる。
【００２２】
本発明の実施形態において、ＣＯ２に富んだ溶剤流の出口１３０から出るＣＯ２に富んだ溶剤流は、除去システム１１０の入口１３６に直接供給される。他の実施形態において、ＣＯ２に富んだ溶剤流は、除去システム１１０に供給される前に、システム１００の一つ又は複数の構成要素を通過する。他の構成要素は、ＣＯ２に富んだ溶剤流のいかなる特性も変更する。例えば、図１に示すように、ＣＯ２に富んだ溶剤流は、ＣＯ２に富んだ溶剤流の温度を変更する熱交換器１３８又は他の好適な構成要素を通過する。実施形態において、熱交換器１３８は、ＣＯ２に富んだ溶剤流を除去システム１１０に供給する際、ＣＯ２に富んだ溶剤流の温度を所望の温度に変更する。例えば、ＣＯ２に富んだ溶剤流の温度は、ＣＯ２に富んだ溶剤流が除去システム１１０に供給される前に、約７０°Ｆから約９０°Ｆの温度に低下させる。所望の温度は、除去システム１１０の仕様及び／又は運転条件に基づいて決定する。
【００２３】
多様な除去システム１１０及び／又は液体除去技術が、本発明の様々な実施形態において所望通りに使用できる。好適な除去システム及び／又は液体除去技術には、脱塩法、逆浸透液体除去システム、膜による液体除去システム、イオン交換法、ＣＯ２に富んだ溶剤流の部分沸騰等があるが、これらに限定されるものではない。
【００２４】
逆浸透液体除去システムは、ＣＯ２に富んだ溶剤流から液体を分離するために、膜を介してＣＯ２に富んだ溶剤流に圧力をかけるために圧力を用いるシステムである。例えば、水性溶媒を用いる場合、水及び／又は過剰の溶剤は、ＣＯ２に富んだ溶剤流から分離される。ＣＯ２に富んだ溶剤及び残存する液体の浸透圧より高い圧力を用いて、膜を介してＣＯ２に富んだ溶剤流に圧力をかけ、ＣＯ２に富んだ溶剤は膜の片側に保持され、残存する液体は膜を通過する。或いは、ＣＯ２に富んだ溶剤が膜を通過する一方で、残存する液体は膜の反対側に保持される。これにより、ＣＯ２に富んだ溶剤流から液体の少なくとも一部を除去する。
【００２５】
膜による液体除去システムは、ＣＯ２に富んだ溶剤流から過剰の溶剤及び／又は水等の液体を分離する一つ又は複数の膜を含む。多様な膜が、本発明の様々な実施形態において所望通りに使用でき、例えばポリマー膜である。操作時に、ＣＯ２に富んだ溶剤流のいくつかの成分が膜を通過する一方で、ＣＯ２に富んだ溶剤流の他の成分が膜を通過するのは妨げられる。例えば、水及び／又は過剰の溶剤が膜を通過する一方で、ＣＯ２に富んだ溶剤が膜を通過するのは妨げられる。このように膜は、ＣＯ２に富んだ溶剤から水等の特定の成分を選択的に浸透させる。
【００２６】
実施形態において、ＣＯ２に富んだ溶剤流の部分沸騰は、膜による液体除去のシステム又は方法と組合わされる。部分沸騰は、ＣＯ２に富んだ溶剤流から水等の液体の少なくとも一部を蒸気及び／又は気体として除去する。ＣＯ２に富んだ溶剤流は、液体の少なくとも一部がＣＯ２に富んだ溶剤流から蒸気又は気体に変換されて除去できる温度まで加熱される。さらに、又は代案として、ＣＯ２に富んだ溶剤流の部分沸騰は、ＣＯ２に富んだ溶剤流に含まれるＣＯ２の少なくとも一部を、取り出しできるＣＯ２ガスに変換するのに使用される。
【００２７】
本発明の実施形態において、一つ又は複数のポンプ１４０は、ＣＯ２に富んだ溶剤流を除去システム１１０内に供給するのに使用される。例えば、膜による除去システム又は逆浸透除去システム１１０を用いる場合、ＣＯ２に富んだ溶剤流は、ＣＯ２に富んだ溶剤流を除去システム１１０に通過させるため、除去システム１１０内に供給される。
【００２８】
ＣＯ２に富んだ溶剤流からの液体を除去することに加え、除去システム１１０は、ＣＯ２に富んだ溶剤流から微粒子及び／又は粒子を除去する。例えば、ある微粒子は、除去システム１１０の一つ又は複数の膜によってＣＯ２に富んだ溶剤流から分離される。さらに、又は代案として、一つ又は複数のフィルターは、ＣＯ２に富んだ溶剤流から微粒子を除去するため、システム１００内に備えられる。例えば、一つ又は複数のフィルターは、ＣＯ２に富んだ溶剤流を除去システム１１０に供給する前に、ＣＯ２に富んだ溶剤流から微粒子を除去するのに使用される。これにより、膜を損傷する微粒子等の微粒子により除去システム１１０に生じる可能性がある損傷が低減し、又は解消される。
【００２９】
本発明の実施形態において、除去システム１１０によって除去されたＣＯ２に富んだ溶剤流の一部は、システム１００の他の部分に供給される。例えば、除去システムによって除去された過剰の溶剤及び／又は水等の液体は、以下でより詳細に説明する溶剤浄化システム又は構成要素１５８に供給される。液体は、液体排出口１４３を介して除去システム１１０から出て、溶剤浄化システム又は構成要素１５８に供給される。これにより、除去された溶剤は、システム１００での以後の使用に備えて保持される。
【００３０】
別の実施形態として、一つ又は複数の気体が除去システム１１０によりＣＯ２に富んだ溶剤流から分離される。いくつかの例において、ＣＯ２に富んだ溶剤流から液体を除去して、ＣＯ２に富んだ溶剤流からＣＯ２及び／又は他の気体を分離する。これらの気体は、気体排出口１４１を介して除去システムから出て、システム１００の他の構成要素に供給される。例えば、これらの気体は、以下でより詳細に説明する水洗要素１６３に供給される。これにより、これらの気体に含まれるＣＯ２がシステム１００により捕捉される。
【００３１】
除去システム１１０により処理された後、ＣＯ２に富んだ溶剤流は除去システムの排出口１４２から出て、ストリッパ１１５のＣＯ２に富んだ溶剤流の入口１４４に供給される。実施形態において、ＣＯ２に富んだ溶剤流は、除去システム１１０から出た後、ストリッパ１１５に直接供給される。他の実施形態において、ＣＯ２に富んだ溶剤流は、ストリッパ１１５に供給される前に、システム１００の一つ又は複数の他の構成要素を通過する。他の構成要素は、ＣＯ２に富んだ蒸気のいかなる特性も変更する。例えば、図１に示すように、ＣＯ２に富んだ溶剤流は、ＣＯ２に富んだ溶剤流の温度を変更する熱交換器１４６又は他の好適な構成要素を通過する。図１に示す熱交換器１４６は、ストリッパ１１５により排出されるＣＯ２に乏しい溶剤流を利用し、ＣＯ２に富んだ溶剤流の温度を上昇させる。ＣＯ２を除去するために、ストリッパ１１５がストリッパに供給された溶液の温度を上昇させるにつれ、ストリッパ１１５より排出されるＣＯ２に乏しい溶剤流は、除去システムにより排出されるＣＯ２に富んだ溶剤流の温度より高い温度を有する。このように、熱交換器１４６は、ＣＯ２に富んだ溶剤流がストリッパ１１５に供給される前に、ＣＯ２に富んだ溶剤流の温度を上昇させるため、ＣＯ２に乏しい溶剤流を利用する。これにより、ストリッパ１１５がＣＯ２に富んだ溶剤流を加熱するのに必要なエネルギー量を低減できる。
【００３２】
ＣＯ２に富んだ溶剤流がストリッパ１１５に供給された後、ストリッパ１１５は、ＣＯ２を溶剤から除去するため、ＣＯ２に富んだ溶剤流を抽出処理する。水性溶媒を使用する実施形態において、ストリッパ１１５は、ＣＯ２気体及び水蒸気としてＣＯ２及びすべての残留する水を溶剤から除去するため、ＣＯ２及び水の沸点より高い温度までＣＯ２に富んだ溶剤流を加熱する。多様なストリッパが本発明の様々な実施形態において所望通りに使用できる。例えば、ストリッパ１１５は、ＣＯ２に富んだ溶剤流がストリッパ１１５を通過する際に、ＣＯ２に富んだ溶剤流を保持しＣＯ２を抽出処理する一つ又は複数の加熱トレイを含む。ＣＯ２気体及び水蒸気は、ストリッパ１１５の最上部又はその近傍の気体排出口１４８を介してストリッパ１１５から排出される。その後、残った溶剤は、ストリッパ１１５の底部又はその近傍の溶剤排出口１５０を介してストリッパ１１５から排出される。
【００３３】
本発明の一実施形態によれば、ストリッパ１１５内でＣＯ２に富んだ溶剤流を加熱するのに必要なエネルギーは、除去システム１１０によりＣＯ２に富んだ溶剤流から液体が除去されるため、低減できる。従来のシステムにおいて、ストリッパ１１５は、ＣＯ２に富んだ溶剤流に含まれるＣＯ２並びにＣＯ２に富んだ溶剤流に含まれる水及び過剰の溶剤のいずれをも沸騰させるための十分なエネルギーを供給しなければならない。このように、除去システム１１０によりＣＯ２に富んだ溶剤流から液体が除去されるため、ＣＯ２に富んだ溶剤流を加熱するためにストリッパ１１５が費やすエネルギーは低減する。これにより、システム１００の効率は改善され、システム１００の運転コストも削減できる。本発明の様々な実施形態によるエネルギー節減の数値の例を、以下で図３を参照しながらより詳細に説明する。
【００３４】
溶剤排出口１５０を介してストリッパ１１５から出る溶剤は、比較的低いＣＯ２濃度を有するので、ＣＯ２に乏しい溶剤流と呼ばれる。例えば、ＣＯ２に乏しい溶剤流は約５％未満のＣＯ２を有する一方で、ＣＯ２に富んだ溶剤流は約１０％以上のＣＯ２を有する。ＣＯ２に乏しい溶剤流は、ＣＯ２に乏しい溶剤流をシステム１００の一つ又は複数の他の構成要素に送る一つ又は複数のポンプ１５２に供給される。図１に示すように、ＣＯ２に乏しい溶剤流の一部は、ＣＯ２に乏しい溶剤流を加熱し、ＣＯ２に乏しい溶剤流をストリッパ１１５のＣＯ２に乏しい溶剤流の入口１５６を介してストリッパ１１５に供給する再沸器１５４に供給される。ストリッパ１１５は、ストリッパ１１５に供給されるＣＯ２に富んだ溶剤流の少なくとも一部を加熱するのにＣＯ２に乏しい溶剤流を利用する。
【００３５】
再沸器１５４に供給されないＣＯ２に乏しい溶剤流の一部は、さらにＣＯ２を吸収するため、吸収装置１０５に戻る。本発明の実施形態において所望通りに、ＣＯ２に乏しい溶剤流は、吸収装置１０５に供給される前に、システム１００の一つ又は複数の他の構成要素を通過する。例えば、比較的高温のＣＯ２に乏しい溶剤流は、ＣＯ２に富んだ溶剤流がストリッパ１１５に供給される前に、ＣＯ２に富んだ溶剤流の加熱を補助するため、熱交換器１４６を通過する。ＣＯ２に乏しい溶剤流は、吸収装置１０５に供給される前に、溶剤浄化システムすなわちシステム１００の構成要素１５８に供給される。溶剤浄化システム１５８は、ＣＯ２に乏しい溶剤流が吸収装置１０５に供給される前に、ＣＯ２に乏しい溶剤流に新たな溶剤を追加する。実施形態において、溶剤浄化システム１５８は、ＣＯ２に乏しい溶剤流のサンプルを採取し、そのサンプルを分析し、ＣＯ２に乏しい溶剤流がリサイクルできるかどうかを判断する。ＣＯ２に乏しい溶剤流の一部又は全部がリサイクルできないと判断されると、ＣＯ２に乏しい溶剤流の少なくとも一部は、溶剤浄化システム１５８により廃棄物として排出される。ただし、ＣＯ２に乏しい溶剤流の少なくとも一部がリサイクルできると判断されると、ＣＯ２に乏しい溶剤流に新たな溶剤を加えるべきかを判断するため、更に分析をする。新たな溶剤を加えるべきと判断されると、ＣＯ２に乏しい溶剤流が吸収装置１０５に供給される前に、新たな溶剤又は補給用溶剤が溶剤供給装置から加えられる。しかし、新たな溶剤が不必要であると判断されると、ＣＯ２に乏しい溶剤流は、溶剤浄化システム１５８から吸収装置１０５に供給される。ＣＯ２に乏しい溶剤流及び／又は補給用溶剤は、溶剤導入口１２８を介して吸収装置１０５に供給される。
【００３６】
本発明の実施形態において、ＣＯ２に乏しい溶剤流が溶剤浄化システム１５８に供給される前に、ＣＯ２に乏しい溶剤流の温度を変更する。上述のように、ＣＯ２に乏しい溶剤流の温度は、熱をＣＯ２に乏しい溶剤流とＣＯ２に富んだ溶剤流との間で交換する熱交換器１４６により変更できる。様々な実施形態において所望通りに、ＣＯ２に乏しい溶剤流は、さらに、又は代案として、ＣＯ２に乏しい溶剤流の温度を変更するため、一つ又は複数の他の熱交換器或いは他の好適な構成要素を通過する。例えば、ＣＯ２に乏しい溶剤流は、ＣＯ２に乏しい溶剤流の温度を溶剤浄化システム１５８の所望の温度まで低下させる熱交換器１６０を通過する。
【００３７】
ストリッパ１１５を出るＣＯ２気体、水蒸気及び／又は他の気体は、還流槽１６２又は還流冷却器に供給される。実施形態において、ＣＯ２気体及び他の気体の温度は、ＣＯ２気体及び他の気体が還流槽１６２に供給される前に、熱交換器１６４又は他の好適な機器によって低下する。還流槽１６２は、大量の溶剤及び水蒸気を液化し、ＣＯ２気体を水及び溶剤から分離する。分離した水及び溶剤は、還流槽１６２から排出され、システム１００の他の構成要素に供給される。例えば、分離した水及び溶剤は、一つ又は複数のポンプ１６６によって供給され、ストリッパ１１５に戻る。
【００３８】
還流槽１６２によって分離した気体は、その気体に残存する溶剤をすべて洗い落とす水洗要素１６３に供給される。水洗要素１６３から排出された気体は、ＣＯ２気体から残存する水蒸気をすべて除去するコンプレッサ１６８に供給される。コンプレッサ１６８は、ＣＯ２気体から残存する水蒸気を除去する好適なコンプレッサである。例えば、コンプレッサ１６８は、水蒸気の除去に中間冷却を用いる多段型コンプレッサである。除去された水蒸気及び／又は水は、コンプレッサ１６８によって処分され、残ったＣＯ２は排出され、様々な用途において所望の通りに使用される。
【００３９】
図２は、本発明の例示的実施形態に従った、水性溶媒等の溶剤を用いてＣＯ２を捕捉する方法２００の一例のフローチャートである。方法２００は、ブロック２０５から始まる。ブロック２０５において、ＣＯ２を含むガスは受容される。ガスは、本発明の様々な実施形態において所望通りに多様なガス源から受容される。例えばガスは、発電所における化石燃料の燃焼からの排気ガスとして受容される。
【００４０】
ブロック２１０において、ガスは、ガスに含まれるＣＯ２の少なくとも一部を吸収する溶剤と混合される。例えばガスは、図１を参照して上述した吸収装置１０５等の好適な吸収装置内で水性溶媒と混合される。多様な溶剤又はモノエタノールアミン等の水性溶媒が、本発明の様々な実施形態において所望通りに使用できる。
【００４１】
ブロック２１５において、吸収されたＣＯ２を有する溶剤は、図１を参照して上述した除去システム１１０等の一つ又は複数の好適な除去システムに供給され、ブロック２２０において、除去システムは、溶剤中に含まれる液体の少なくとも一部を除去又は抽出する。多様な除去システム１１０が本発明の様々な実施形態において所望通りに使用でき、例えば、逆浸透液体除去システム、膜による液体除去システム、又は溶剤を部分沸騰させる液体除去システムなどがある。本発明の一実施形態によれば、溶剤から液体の少なくとも一部を除去することにより、ＣＯ２抽出のために溶剤を加熱するのに必要なエネルギーを低減できる。
【００４２】
ブロック２２５において、除去システム１１０により排出される残存溶剤は、その溶剤からＣＯ２を抽出するために抽出処理される。溶剤の抽出処理には、図１を参照して上述したストリッパ１１５等の好適なシステム及び／又は機器を使用できる。溶剤を抽出処理することにより、ＣＯ２は気体に変換されて液状溶剤から抽出される。これにより、ＣＯ２は捕捉される。除去システムによって溶剤から液体の少なくとも一部を除去することにより、溶剤を抽出処理するために供給されるエネルギーを低減できる。このように、ストリッパ１１５の水蒸気除去のためのエネルギー必要量を低減でき、ストリッパ１１５の運転コストを削減できる。これにより、ＣＯ２を捕捉するための改善されたシステム及び方法が提供される。
【００４３】
方法２００は、ブロック２２５の後で終了する。
【００４４】
図２の方法２００に記載の操作は、必ずしも図２に記載の順番で実施される必要はなく、好適な順番で実施して良い。さらに本発明の実施形態において、図２に記載の操作に他の操作を加えたり、また一部の操作を省略して実施しても良い。
【００４５】
図３は、本発明の様々な実施形態を用いることにより得られるエネルギー節減を図示するチャート３００である。チャートは、ＣＯ２に富んだ溶剤からＣＯ２を捕捉するのに適当なエネルギーについての数値の例を図示している。例示的なエネルギー構成部分が、図１に示したストリッパ１１５及びコンプレッサ１６８等のストリッパ及びコンプレッサ内で溶剤からのＣＯ２の回収に費やされるエネルギーの構成部分を含め、図３に示されている。
【００４６】
図３を参照すると、ＣＯ２に富んだ溶剤がストリッパ１１５に供給される前に、ＣＯ２に富んだ溶剤からＣＯ２に富んだ溶剤中に含まれる水及び／又は他の液体の約０％が除去される第一の状況３０５と、ＣＯ２に富んだ溶剤がストリッパ１１５に供給される前に、ＣＯ２に富んだ溶剤から水及び／又は他の液体の約５０％が除去される第二の状況３１０と、ＣＯ２に富んだ溶剤がストリッパ１１５に供給される前に、ＣＯ２に富んだ溶剤から水及び／又は他の液体の約６３％が除去される第三の状況３１５とに関する例示的なエネルギー消費量が図示されている。各状況３０５、３１０及び３１５について、合目的的なエネルギー、反応エネルギー、水蒸気抽出エネルギー及びコンプレッサ負荷エネルギーの概略エネルギー消費量が示されている。
【００４７】
合目的的なエネルギーは、ＣＯ２に富んだ溶剤流を、ＣＯ２と溶剤との結合が切れる温度まで加熱するのに費やされる基礎的なエネルギーである。反応エネルギーは、ＣＯ２と溶剤との結合を切断する又はＣＯ２と溶剤とを結合させるのに費やされるエネルギーである。水蒸気抽出エネルギーは、ＣＯ２に富んだ溶剤中のＣＯ２及び／又は水を気体に変換し、ＣＯ２に富んだ溶剤からＣＯ２を除去するのに費やされる潜熱エネルギーである。最後に、コンプレッサ負荷エネルギーは、ストリッパ１１５によってＣＯ２及び水が排出又は放出される際に、コンプレッサによって費やされるエネルギーである。
【００４８】
図３に示すように、ＣＯ２に富んだ溶剤がストリッパ１１５に供給される前に、ＣＯ２に富んだ溶剤から除去される液体の量が増大するほど、合目的的なエネルギー及び水蒸気除去エネルギーが低下する。ストリッパ１１５内で加熱しなければならない水及び／又は溶剤の量が減るため、ＣＯ２除去のためにＣＯ２に富んだ溶剤を加熱するのに費やされるエネルギー全体が小さくなる。ＣＯ２に富んだ溶剤から水及び／又は他の液体の約６３％を除去することにより、合目的的な熱エネルギーは約６４％に、水蒸気抽出エネルギーは約４１％に低減でき、再生エネルギー全体は約２９％低減する。ストリッパ１１５の再生エネルギーを低減させることにより、ＣＯ２捕捉に関係するコストも削減できる。例えば、ストリッパ１１５によって使用されるエネルギー量が低下すると、ストリッパに供給される水蒸気の量も低下し、プラントの実効率が向上し、電力コストを削減できる。
【００４９】
さらに、ＣＯ２に富んだ溶剤をストリッパ１１５に供給する前に、ＣＯ２に富んだ溶剤から水及び／又は他の液体を除去しても、ストリッパ１１５内で保持される再生温度が大幅には上昇しないことが、図３から分かる。図示のように、ＣＯ２に富んだ溶剤から水及び／又は他の液体の約６３％が除去される場合、再生温度は約２５４°Ｆから約２６６°Ｆにやや上昇するにすぎない。
【００５０】
本発明の例示的実施形態は、ＣＯ２を捕捉するのに必要なエネルギー量を低下させるシステム、方法及び装置を創出する技術的効果を提供する。ＣＯ２を除去するために、ＣＯ２に富んだ溶剤を抽出処理する前に、ＣＯ２に富んだ溶剤中の液体の量を低減させる一つ又は複数の除去システムを使用することにより、溶剤を抽出処理するためのエネルギー必要量を低減させることが可能である。これにより、ＣＯ２捕捉に関係するコストを削減できる。
【００５１】
現在最も現実的と考えられる事案及び様々な実施形態と関連付けて本発明を説明したが、本発明が、開示した実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲の趣旨及び範囲内に含まれる様々な修正及び同等の構成を含むことを意図することを理解されたい。
【００５２】
本明細書は、最良の形態を含む例を用いて本発明を開示するとともに、何らかの装置又はシステムの製作及び使用と本明細書に組み込まれた何らかの方法の実行とを含めて、当業者が本発明を実施することを可能にするものである。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲により規定され、当業者が想到するその他の例を含み得る。このようなその他の例は、特許請求の範囲の文言と相違しない構成要素を有する場合又は特許請求の範囲の文言と実質的に相違しない同等の構成要素を含む場合に、特許請求の範囲内に含まれることを意図している。
【符号の説明】
【００５３】
１００  システム
１０５  吸収装置
１１０  除去システム
１１５  ストリッパ
１２０  熱交換器
１２２  送風機
１２４  吸気口
１２６  排気口
１２８  溶剤導入口
１３０  ＣＯ２に富んだ溶剤流の出口
１３２  水洗要素
１３４  排気筒
１３６  除去システムの入口
１３８  熱交換器
１４０  ポンプ
１４１  気体排出口
１４２  除去システムの排出口
１４３  液体排出口
１４４  ＣＯ２に富んだ溶剤流の入口
１４６  熱交換器
１４８  気体排出口
１５０  溶剤排出口
１５２  ポンプ
１５４  再沸器
１５６  ＣＯ２に乏しい溶剤流の入口
１５８  溶剤浄化システム
１６０  熱交換器
１６２  還流槽
１６３  水洗要素
１６４  熱交換器
１６６  ポンプ
１６８  コンプレッサ
２００  方法
２０５  ブロック
２１０  ブロック
２１５  ブロック
２２０  ブロック
２２５  ブロック
３００  チャート
３０５  エネルギー消費量
３１０  エネルギー消費量
３１５  エネルギー消費量
【図１】
2010208936.tif 000003
【図２】
2010208936.tif 000004
【図３】
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