(57)【要約】      （修正有）【課題】二酸化炭素の捕捉システムを開示する。【解決手段】このシステム１０は、排気ガスを輸送する供給ライン１２と、第１分離器１４と、第１圧縮機２２と、第１メンブレン２４と、第１排出器３２と、第２分離器３４と、第２圧縮機４２と、二酸化炭素貯槽５０とを有する。第１メンブレンは、排気ガスを濾過して、非透過排気ガス流２６と透過排気ガス流２８とに分ける。透過排気ガス流は、非透過排気ガス流よりも大量の二酸化炭素を含有する。第１排出器は、透過排気ガス流を圧縮する。第２圧縮機は、第２分離器から受け取った排気ガスをさらに圧縮する。二酸化炭素貯槽は、第２圧縮機からの排気ガスを受け入れる。第１メンブレンの非透過流に沿って、第２メンブレンを配置してもよい。この第２メンブレンの透過側には第２排出器が配置される。【選択図】図１
2010137221.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素の捕捉システムであって、
排気ガスを輸送する供給ライン（１２）と、
排気ガスから液体を除去するよう構成された第１分離器（１４）と、
排気ガスを圧縮するよう構成された第１圧縮機（２２）と、
第１圧縮機（２２）から受け取った排気ガスを濾過して、非透過排気ガス流（２６）と透過排気ガス流（２８）とに分けるよう構成された第１メンブレン（２４）であって、前記透過排気ガス流（２８）が、前記非透過排気ガス流（２６）よりも大量の二酸化炭素を含有する第１メンブレン（２４）と、
前記透過排気ガス流（２８）を圧縮するよう構成された第１排出器（３２）と、
第１排出器（３２）から受け取った排気ガスから液体を除去するよう構成された第２分離器（３４）と、
第２分離器（３４）から受け取った排気ガスをさらに圧縮するよう構成された第２圧縮機（４２）と、
第２圧縮機（４２）からの排気ガスの一部分を受け入れるよう構成された二酸化炭素貯槽（５０）とを含むシステム。
【請求項２】
前記非透過排気ガス流（２６）を膨張させて、排気ガスを通気孔に輸送するよう構成された膨張器（１３０）をさらに含む、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
排気ガスの一部分を第２圧縮機（４２）から前記二酸化炭素貯槽（５０）へ進路変更すると共に、第１排出器（３２）及び第２圧縮機（４２）による更なる処理のために、排気ガスの第二部分を第２圧縮機（４２）から第１排出器（３２）の入口へ進路変更させる分流器（１４４）をさらに含む、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
エネルギー発電所からの排気ガスが前記供給ライン（１２）により輸送される、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記非透過流（１２６）から受け取った排気ガスを第２非透過排気ガス流（２６２）と第２透過排気ガス流（２６４）とに分離するよう構成された第２メンブレン（２６０）と、
第２透過排気ガス流（２６４）をさらに圧縮するよう構成された第２排出器（２６６）と、
第２排出器（２６６）から受け取った排気ガスをさらに圧縮するよう構成された第３圧縮機（２７６）であって、排気ガスを第１排出器（１３２）に輸送する第３圧縮機（２７６）とをさらに含む、請求項１記載のシステム（１０）。
【請求項６】
第２非透過排気ガス流（２６２）が前記システム（１０）から除去される、請求項５記載のシステム（１０）。
【請求項７】
排気ガスの一部分を第２圧縮機（１４２）から前記二酸化炭素貯槽（１５０）へ進路変更すると共に、第１排出器（１３２）及び第２圧縮機（１４２）による更なる処理のために、排気ガスの第二部分を第２圧縮機（１４２）から第１排出器（１３２）の入口へ進路変更させる分流器（１４４）をさらに含む、請求項５記載のシステム（１０）。
【請求項８】
二酸化炭素の捕捉システムであって、
排気ガスを輸送する供給ライン（１１２）と、
排気ガスから液体を除去するよう構成された第１分離器（１１４）と、
第１分離器（１１４）から受け取った排気ガスを圧縮するよう構成された第１圧縮機（１２２）と、
第１圧縮機（１２２）から受け取った排気ガスを非透過排気ガス流（１２６）と透過排気ガス流（１２８）に分離するよう構成された第１メンブレン（１２４）であって、前記透過排気ガス流（１２８）が、前記非透過排気ガス流（１２６）よりも大量の二酸化炭素を含有する第１メンブレン（１２４）と、
前記透過排気ガス流（１２８）を圧縮するよう構成された第１排出器（１３２）と、
第１排出器（１３２）から受け取った排気ガスから液体を除去するよう構成された第２分離器（１３４）と、
第２分離器（１３４）から受け取った排気ガスをさらに圧縮するよう構成された第２圧縮機（１４２）と、
第２圧縮機（１４２）から受け取った排気ガスを二酸化炭素貯槽（１５０）へ進路変更させるよう構成された分流器（１４４）とを含むシステム。
【請求項９】
前記非透過排気ガス流（１２６）を膨張させて、排気ガスを通気孔に輸送するよう構成された膨張器（１３０）をさらに含む、請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
前記分流器（１４４）がさらに、第二の排気ガス量を第１排出器（１３２）の入口へ進路変更させる、請求項８記載のシステム。
【請求項１１】
エネルギー発電所からの排気ガスを前記供給ライン（１１２）により受け取る、請求項８記載のシステム。
【請求項１２】
前記非透過流（１２６）から受け取った排気ガスを第２非透過排気ガス流（２６２）と第２透過排気ガス流（２６４）とに分離するよう構成された第２メンブレン（２６０）と、
第２透過排気ガス流（２６４）をさらに圧縮するよう構成された第２排出器（２６６）と、
第２排出器（２６６）から受け取った排気ガスから液体を除去するよう構成された第３分離器（２６８）と、
第３分離器（２６８）から受け取った排気ガスをさらに圧縮するよう構成された第３圧縮機（２７６）であって、排気ガスを第１排出器（１３２）に輸送する第３圧縮機（２７６）とをさらに含む、請求項８記載のシステム。
【請求項１３】
第２非透過排気ガス流（２６２）が前記システムから除去される、請求項１２記載のシステム。
【請求項１４】
前記分流器（１４４）が、第２排出器（２６６）、第３分離器（２６８）、及び第３圧縮機（２７６）による更なる処理のために、第二の排気ガス量を第２排出器（２６６）の入口へさらに進路変更させる、請求項１２記載のシステム。
【請求項１５】
前記分流器（１４４）が、第１排出器（１３２）、第２分離器（１３４）、及び第２圧縮機（１４２）による更なる処理のために、第二の排気ガス量を第２排出器（２６６）の入口へさらに進路変更させる、請求項１２記載のシステム。
【請求項１６】
排気ガスから二酸化炭素を捕捉する方法であって、
排気ガスを第１分離器（１４）に輸送するステップと、
第１分離器（１４）において排気ガスを第１気体経路（２０）への気体と第１液体経路（１６）への液体とに分離するステップと、
第１圧縮機（２２）において第１気体経路（２０）からの排気ガスを圧縮するステップと、
第１メンブレン（２４）において第１圧縮機（２２）からの排気ガスを濾過して、受け取った排気ガスを非透過排気ガス流（２６）と透過排気ガス流（２８）とに分離するステップであって、前記透過排気ガス流（２８）が、前記非透過排気ガス流（２６）よりも大量の二酸化炭素を含有するステップと、
第１排出器（３２）において前記透過流（２８）からの排気ガスを圧縮するステップと、
第２分離器（３４）において排気ガスを第２気体経路（４０）への気体と第２液体経路（３６）への液体とに分離するステップと、
第２圧縮機（４２）において第２気体経路（４０）からの排気ガスを圧縮するステップと、
第２圧縮機（４２）からの排気ガスの一部分を二酸化炭素貯槽（５０）に輸送するステップとを含む方法。
【請求項１７】
排気ガスを前記非透過流（２６）から除去して通気孔へ流すステップをさらに含む、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
第１排出器（３２）、第２分離器（３４）、及び第２圧縮機（４２）による更なる処理のために、排気ガスの第二部分を第２圧縮機（４２）から第１排出器（３２）の入口へ進路変更させるステップをさらに含む、請求項１６記載の方法。
【請求項１９】
第２メンブレン（２６０）において第１メンブレン（２４）の前記透過流（２８）からの排気ガスを濾過して、受け取った排気ガスを第２非透過排気ガス流（２６２）と第２透過排気ガス流（２６４）とに分離するステップであって、第２透過排気ガス流（２６４）が、第２非透過排気ガス流（２６２）よりも大量の二酸化炭素を含有するステップと、
第２排出器（２６６）において第２透過流（２６４）からの排気ガスを圧縮するステップと、
第３分離器（２６８）において排気ガスを第３気体経路（２７４）への気体と第３液体経路（２７０）への液体とに分離するステップと、
第３圧縮機（２７６）において第３気体経路（２７４）からの排気ガスを圧縮するステップと、
第３圧縮機（２７６）からの排気ガスを第１排出器（３２）の入口に輸送するステップとをさらに含む、請求項１６記載の方法。
【請求項２０】
第２排出器（２６６）、第３分離器（２６８）、及び第３圧縮機（２７６）による更なる処理のために、排気ガスの第ニ部分を第２圧縮機（４２）から第２排出器（２６６）の入口へ進路変更させるステップをさらに含む、請求項１９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、排気ガスからのＣＯ2排出の削減に関する。排気ガスは、火力発電所その他の発電所等のエネルギー発電所で発生し得る。排気ガスを発生する様々な発生源からのＣＯ2排出を低減させる技術を開発し、ＣＯ2排出による環境への影響を軽減することは有益である。
【背景技術】
【０００２】
メンブレンの利用は、様々なガス分離装置の動作に関する問題を解決する有力な技術として注目されている。しかし、当技術分野では、ＣＯ2を捕捉するメンブレンの実用性に対する懸念がある。例えば、メンブレンを使用する場合、約１０ｂａｒ（１×１０6Ｐａ）以上の煙道／排気ガスの圧縮が必要だと考えられている。そのような大量の煙道／排気ガスの圧縮に伴うエネルギー需要とコストが懸案事項である。もうひとつの懸案事項として、ＣＯ2を好適に隔離するために必要なステップだと考えられる、透過ＣＯ2ガスの圧縮が必要なことが挙げられる。また、透過ＣＯ2ガスの圧縮により、工業プロセスにおいて対応できないエネルギー負荷が生じる可能性がある。メンブレンの透過側のＣＯ2分圧を低下させるためのスイープガスとして、蒸気を利用することが検討されることが多いが、スイープガスの生成に必要なエネルギーにも法外なコストがかかることがわかっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従って、現在利用可能なメンブレンを用いてＣＯ2隔離を行うにあたり、少なくともＣＯ2軽減に対する上記の懸案事項のそれぞれにも、同時に対処する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
以下に、本発明に関して例示するいくつかの実施形態を基本的にできるよう、本発明の概要を簡単に記載する。この概要は、本発明を広範にわたり説明する概要ではない。さらに、この概要により、本発明の重要な要素を特定することも、本発明の範囲を限定することも意図していない。この概要の目的は、専ら、以下の詳細な説明の前置きとして、本発明の思想を簡潔に説明することである。
【０００５】
本発明の一実施形態において、二酸化炭素を捕捉するシステムを開示する。このシステムは、排気ガスを輸送する供給ラインと、排気ガスから液体を除去するように構成された第１分離器と、排気ガスを圧縮するように構成された第１圧縮機と、第１メンブレンと、第１排出器と、第２分離器と、第２圧縮機と、二酸化炭素貯槽とを含む。第１メンブレンは、第１圧縮機から受け取った排気ガスを濾過して、非透過排気ガス流と透過排気ガス流とに分けるよう構成される。透過排気ガス流は、非透過排気ガス流よりも大量の二酸化炭素を含有する。第１排出器は、透過排気ガス流を圧縮するよう構成される。第２分離器は、第１排出器から受け取った排気ガスから液体を除去するよう構成される。第２圧縮機は、第２分離器から受け取った排気ガスをさらに圧縮するよう構成される。二酸化炭素貯槽は、第２圧縮機からの排気ガスの一部分を収容するよう構成される。
【０００６】
本発明の別の実施形態において、二酸化炭素を捕捉するシステムを開示する。このシステムは、排気ガスを輸送する供給ラインと、排気ガスから液体を除去するように構成された第１分離器と、第１分離器から受け取った排気ガスを圧縮するように構成された第１圧縮機と、第１メンブレンと、第１排出器と、第２分離器と、第２圧縮機と、分流器とを含む。第１メンブレンは、第１圧縮機から受け取った排気ガスを非透過排気ガス流と透過排気ガス流とに分流するよう構成される。透過排気ガス流は、非透過排気ガス流よりも大量の二酸化炭素を含有する。第１排出器は、透過排気ガス流を圧縮するよう構成される。第２分離器は、第１排出器から受け取った排気ガスから液体を除去するよう構成される。第２圧縮機は、第２分離器から受け取った排気ガスをさらに圧縮するよう構成される。分流器は、第２圧縮機から受け取った排気ガスを二酸化炭素貯槽へ進路変更するよう構成される。
【０００７】
本発明のまた別の実施形態において、排気ガスの二酸化炭素を捕捉する方法を開示する。この方法は、排気ガスを第１分離器に輸送するステップと、第１分離器において排気ガスを第１気体経路の気体と第１液体経路の液体に分離するステップと、第１圧縮機において第１気体経路からの排気ガスを圧縮するステップと、第１メンブレンにおいて第１圧縮機からの排気ガスを濾過するステップとを含む。濾過ステップでは、受け取った排気ガスを非透過排気ガス流と透過排気ガス流に分流する。透過排気ガス流は、非透過排気ガス流よりも大量の二酸化炭素を含有する。この方法におけるその他のステップには、第１排出器において透過流からの排気ガスを圧縮するステップと、第２分離器において排気ガスを第２気体経路の気体と第２液体経路の液体に分離するステップと、第２圧縮機において第２気体経路からの排気ガスを圧縮するステップと、第２圧縮機からの排気ガスの一部分を二酸化炭素貯槽に輸送するステップとがある。
【０００８】
添付図面に対応した以下の説明から、当業者は、本発明に係る以上の及びその他の実施形態を理解できよう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】、本発明の第１実施例による、排気ガスから二酸化炭素を捕捉するシステムの概略工程系統図である。
【図２】本発明の第２実施例による、排気ガスからの二酸化炭素を捕捉するシステムの概略工程系統図である。
【図３】本発明の第３実施例による、排気ガスからの二酸化炭素を捕捉するシステムの概略工程系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の１つ以上の態様の実施形態を例示及び説明し、図解する。図示の実施例は、本発明を限定するものではない。例えば、本発明の態様はそれぞれ、その他の実施形態及びその他の型式の装置にも適用可能である。また、本明細書で用いた幾つかの用語は、説明のためのものにすぎず、本発明を限定するものではない。なお、図面において、同様の構成要素には同様の参照番号が付与されている。
【実施例１】
【００１１】
図１に、本発明の第１実施例によるシステム１０を示す。第１実施例のシステム１０は、排気ガスからの二酸化炭素を捕捉するよう構成されている。第１実施例は、排気ガスを輸送するための供給ライン１２を含む。供給ライン１２により、反応炉、エネルギー生産設備、或いは石炭燃焼発電所その他の発電所等のエネルギー発電所からの排気ガスを輸送する。勿論、排気ガスは別の発生源に由来するものであってもよい。第１実施例は、まだ加圧されていない排気ガスにも適用可能である。勿論、その他の装置も供給ライン１２と共に使用することができる。第１実施例のシステム１０は、様々な排気ガスから二酸化炭素を濾過して捕捉するよう構成される。
【００１２】
第１圧縮機２２の上流に、第１分離器１４を設けてよい。第１分離器１４は、第１液体経路１６と、第１液体貯槽１８と、第１気体経路２０とを有し得る。第１分離器１４は、液体が第１圧縮機２２に到達するのを防ぐために排気ガスからあらゆる液体を除去するよう構成される。液体は第１液体貯槽１８に輸送され、システム１０内で再利用されたり、必要に応じてシステム１０の外部に輸送されたりする。分離器１４は、当技術分野で周知のように気体から液体を分離するよう構成されており、様々な種類の構造を用いることができる。
【００１３】
供給ライン１２の下流に、第１圧縮機２２を設けてよい。第１圧縮機２２は、各々の圧縮段の間に冷却器を備える多段圧縮機であってよい。第１圧縮機２２は、液体減少させた排気ガスを圧縮するよう構成される。
【００１４】
第１圧縮機２２の下流に、第１メンブレン２４を設けてよい。第１圧縮機２２は、排気ガスを第１メンブレン２４に供給する。勿論、第１メンブレン２４を様々な材料及び複合材料から構成することができる。第１メンブレン２４は、メンブレンを介した選択的透過によって排気ガスの残余部分からＣＯ2ガスを濾過するよう構成される。第１メンブレン２４を、様々な空隙率を持たせて、様々な高分子構造を用いて形成することができる。第１メンブレン２４の大きさ及び厚さも、エネルギー発電所の設計及び要件によって変化させることができる。勿論、本発明において、あらゆる種類のメンブレンを使用することができる。
【００１５】
第１メンブレン２４を用いて、第１メンブレン２４を通る第１圧縮機２２から受け取った排気ガスを濾過して、非透過排気ガス流２６と透過排気ガス流２８とに分ける。透過排気ガス流２８は、その他の気体が濾過及び除去されて非透過流２６となるので、非透過排気ガス流２６よりも大量の二酸化炭素を含有する。従って、非透過流２６には、メンブレンを通過できない物質が含まれる。メンブレンを通過するＣＯ2ガス等の物質は、透過流２８に含まれる。透過流２８は、排気ガスよりもはるかに低圧であってよい。
【００１６】
また、第１メンブレン２４の下流に第１排出器３２を設けてよい。第１排出器３２は、透過排気ガス流２８に対して第１部分の圧縮を行う。第１排出器３２は、大気圧が低い状態でメンブレン透過側を動作させると共にＣＯ2ガスが圧縮されるよう構成される。さらに、第２圧縮機４２の上流に第２分離器３４を設けてもよい。第２分離器３４は、第２液体経路３６と、第２液体貯槽３８と、第２気体経路４０とを有し得る。第２分離器３４により、液体が第２圧縮機４２に到達するのを防ぐために排気ガスからあらゆる液体が除去される。この液体は第２液体貯槽３８に輸送され、システム１０内で再利用されたり、必要に応じてシステム１０の外部に輸送されたりする。各々の分離器１４、３４は、当技術分野で周知のように、気体から液体を分離する。液体が圧縮機に到達するのを防ぐことは、圧縮機の確実な効率的動作に繋がる。
【００１７】
第１排出器３２の下流には、第２圧縮機４２が設けられる。第２圧縮機４２は、透過排気ガス流２８をさらに圧縮する。第２圧縮機４２も、各々の圧縮段の間に冷却器を備え得る多段圧縮機であってよい。第２圧縮機４２は、ＣＯ2ガスに対して第２の、即ち、残余部分の圧縮を行う。第１排出器３２がＣＯ2ガスに必要な第１部分の圧縮を行うのと同時に、第２圧縮機４２がＣＯ2ガスの最終的な貯蔵に必要な残余部分の圧縮を行う。
【００１８】
本発明により、本発明を適用する発電所、エネルギー生産設備、又はその他の過程が多大なエネルギー負荷を受けることなく、現在利用可能なメンブレン材料を使用して、効果的にＣＯ2を低減させる実用的な方法が可能になる。本発明により、第１圧縮機２２によって煙道／排気ガスを高圧に圧縮する必要がなく、代わりに、第１排出器３２を用いて透過側を真空にすることによって所要の圧力勾配を形成することができる。排出器を用いて、透過流２８の圧力を生成したり制御したりして、第１メンブレン２４を介して気体を最適に透過させることができる。つまり、メンブレン装置の透過側に排出器を設置することにより、排気ガスを圧縮する第１圧縮機２２に必要な圧縮工程を最小限に抑えることができる。
【００１９】
第１排出器３２として、様々な実施例のうちの１つを採用することができる。第１排出器３２は、様々な寸法及び仕様の、低コストの気体−気体排出器であってよい。排出器３２が各々の実施例において最も効率的に動作するよう、排出器３２の性能を適宜修正することができる。排出器を用いると、圧縮機よりも低コスト且つ圧縮機よりも少ない動作エネルギーで、ＣＯ2ガスの圧力を上昇させることができる。さらに、排出器３２を用いると、メンブレンによる濾過の後、第２圧縮機４２に必要なＣＯ2圧縮工程を最小限に抑えることができる。排出器３２により、第２圧縮機４２の入口よりも前に圧力が上昇し、第２圧縮機４２に必要な仕事を軽減することができる。こうして、第１排出器３２を用いることにより、排気／煙道ガスの圧縮に第２圧縮機４２が必要とする総エネルギーが低減する。
【００２０】
第１実施例は、スイープ蒸気を必要としないメンブレンを備えたシステム１０である。水からスイープ蒸気を発生させるには、一般的に、過大なエネルギー量が必要となる。スイープ蒸気を発生させる代わりに、図１の例では、第１排出器３２を用いて、メンブレンの透過側を真空にし、分圧差を形成する。水分が存在する場合、メンブレンの厚さ全体にわたり分子を拡散させる必要があるとも言われる。この要件は、水分供給量を制御すること、及び／又は第１実施例のシステム１０に、速度を制御しながら霧状の水又は蒸気を添加することで解決することができる。つまり、排出器を用いること、及び、スイープ蒸気の生成を避けることによって、煙道／排気の圧縮工程を確実に最小限に抑えることができる。本発明により、ＣＯ2捕捉過程全体のエネルギーコストを削減することができる。
【００２１】
第２圧縮機４２の下流に、二酸化炭素貯槽５０を設けてよい。二酸化炭素貯槽５０は、ＣＯ2ガスが豊富な第２圧縮機４２からの排気ガスの一部分を受け入れる。勿論、第２圧縮機４２から二酸化炭素貯槽５０までの距離は、様々であってよい。二酸化炭素貯槽５０は、第１実施例のシステム１０により捕捉された二酸化炭素ガスを保持するよう構成された保持槽又は設備であれば、任意のものであってよい。二酸化炭素貯槽５０は、例えば、２０００ｐｓｉ等の高圧下でも動作可能である。
【実施例２】
【００２２】
図２に、排気ガスから二酸化炭素を捕捉する第２実施例のシステム１００を示す。明らかなように、第２実施例の構成要素の構造及び機能性は、第１実施例のものと同一である。第２実施例のシステム１００は、供給ライン１１２と、第１分離器１１４と、第１液体経路１１６と、第１液体貯槽１１８と、第１気体経路１２０と、第１圧縮機１２２と、第１メンブレン１２４と、第１非透過流１２６と、第１透過流１２８と、膨張器１３０と、第１排出器１３２と、第２分離器１３４と、第２液体経路１３６と、第２液体貯槽１３８と、第２気体経路１４０と、第２圧縮機１４２と、分流器１４４と、第１経路１４６と、第２経路１４８と、二酸化炭素貯槽１５０とを含み得る。
【００２３】
第２実施例のシステム１００では、非透過経路の末端付近に膨張器１３０を設け、通気孔を介して非ＣＯ2ガス物質を排出することもできる。膨張器１３０により、排気ガスを通気孔に輸送する前に非透過排気ガス流１２６を膨張させることもできる。通気孔から排出される排気ガスが含有する二酸化炭素は、低減されており、即ち、ごく少量である。
【００２４】
また、第２圧縮機１４２の下流に、分流器１４４を設けてよい。分流器１４４により、第２圧縮機１４２から受け取った二酸化炭素が豊富な排気ガスを二酸化炭素貯槽１５０へ進路変更する。排気ガスから二酸化炭素を気体貯槽に輸送するために、第２圧縮機１４２の後ろで分流器１４４を用いて、ガス吐出量を制御することができる。また、分流器１４４を用いて、排気ガスを比速度で二酸化炭素貯槽１５０又は貯蔵設備に輸送する第１経路１４６を形成することができる。分流器１４４を用いて、第二の排気ガス量を比速度で第１排出器１３２の入口に供給することができるように進路変更する第２経路１４８を形成することができる。加圧ガスを第１排出器１３２において再利用することにより、第１排出器１３２に入るガスの圧力を効果的に上昇させることができ、さらに、第２圧縮機１４２に必要な仕事量を削減することができる。また、進路変更したガスは、第１排出器１３２、第２分離器１３４、及び第２圧縮機１４２によりさらに処理される。膨張器１３０及び分流器１４４はそれぞれ、第１実施例と組み合わせて使用可能である。
【実施例３】
【００２５】
図３に、排気ガスからの二酸化炭素を捕捉する第３実施例のシステム２００を示す。第３実施例のシステム２００は、第１メンブレン２２４及び第２メンブレン２６０を含む。明らかなように、第３実施例の構成要素の構造及び機能性は、第１実施例及び第２実施例のものと同じである。第３実施例において、供給ライン２１２は、排気ガスを輸送するよう構成される。供給ライン２１２により、例えば、反応炉、エネルギー生産設備、或いは火力発電所又その他の発電所等のエネルギー発電所からの排気ガスを輸送する。勿論、その他の装置も供給ライン２１２と共に使用可能である。第３実施例のシステム２００は、様々な排気ガスから二酸化炭素を濾過して捕捉するよう構成される。第１圧縮機２２２の上流に、第１分離器２１４を設けてよい。第１分離器２１４は、第１液体経路２１６と、第１液体貯槽２１８と、第１気体経路２２０を有し得る。第１分離器２１４は、あらゆる液体が第１圧縮機２２２に到達するのを防ぐために排気ガスから液体を除去するよう構成される。その後、排気ガスは、多段圧縮機等の第１圧縮機２２２に供給される。第１圧縮機２２２は、排気ガスを第１メンブレン２２４に供給する。第１メンブレン２２４により、この第１メンブレン２２４を通る、第１圧縮機２２２から受け取った排気ガスが濾過され、第１非透過排気ガス流２２６と第１透過排気ガス流２２８とに分かれる。第１透過排気ガス流２２８は、その他の気体が濾過及び除去されて第１非透過流２２６となるので、第１非透過排気ガス流２２６よりも大量の二酸化炭素を含有する。第１透過流２２８は、第１排出器２３２へ導かれる。
【００２６】
第１排出器２３２によって排気ガスをある程度圧縮した後、第２分離器２３４により、気体から液体を分離する。第２分離器２３４は、第２液体経路２３６と、第２液体貯槽２３８と、第２気体経路２４０とを有し得る。さらに、分離したＣＯ2を、第２多段圧縮機を用いてパイプライン圧力まで圧縮する。
【００２７】
第１メンブレン２２４の第１非透過流２２６に沿って、第２メンブレン２６０を設けてよい。第２メンブレン２６０により、通過するガスが濾過されて、第２非透過流２６２と第２透過流２６４とに分かれる。第１非透過流２２６をシステム２００から除去する代わりに、第２非透過流２６２をシステム２００から除去することができる。明らかなように、第１メンブレン２２４及び第２メンブレン２６０を使用する実施例では、第１メンブレン２２４により、二酸化炭素の大部分が容易に取り出される。気体の大部分が既に濾過及び除去されているので、第２メンブレン２６０が受けるのは、量が低減された第１透過流２２８の排気ガスである。第２メンブレン２６０の第二の透過側に、第２排出器２６６が設けられる。第２排出器２６６によって排気ガスをある程度圧縮した後、第３分離器２６８により気体から液体を分離する。第３分離器２６８は、第３液体経路２７０と、第３液体貯槽２７２と、第３気体経路２７４とを有し得る。さらに、分離されたＣＯ2を圧縮するために第３圧縮機２７６を使用し、圧力をパイプライン圧力まで圧縮することもできる。排気ガスは、第３圧縮機２７６によって圧縮された後、排気ガスを第３圧縮機２７６から運ぶための経路２７８を介して第１メンブレン２２４に案内される。通気孔を介して物質を排出するために、第２非透過経路の末端付近に膨張器２３０を設けてよい。さらに濾過を行って二酸化炭素ガスを捕捉するよう、第２メンブレン２６０を設けてもよいことが理解できよう。
【００２８】
第２圧縮機２４２の下流に、分流器２４４を設けてよい。分流器２４４により、第２圧縮機２４２から受け取った二酸化炭素が豊富な排気ガスを二酸化炭素貯槽２５０へ進路変更する。分流器２４４を用いると、第２多段圧縮機の後ろで排気ガスの吐出量を制御し、二酸化炭素を二酸化炭素貯槽２５０に輸送することができる。また、分流器２４４を用いて、排気ガスを比速度で二酸化炭素貯槽２５０又は貯蔵設備に輸送し、供給するための第１経路２４６を形成することもできる。さらに、分流器２４４を用いて、第二の排気ガス量を比速度で第２排出器２６６の入口に供給するように進路変更するための第２経路２４８を形成することができる。加圧ガスを第２排出器２６６２に再利用することにより、第２排出器２６６に導入されるガスの圧力を効果的に上昇させ、第３圧縮機２７６に必要となる仕事量を低減させることができる。進路変更したガスは、第２排出器２６６、第３分離器２６８、及び第３圧縮機２７６により、さらに処理される。代替的に、第２経路１４８を用いて、排気ガスを第１排出器２３２の入口に輸送してもよい。
【００２９】
従って、第１実施例のシステム１００は、１つのメンブレン２４と、メンブレンの透過側における圧縮処理を助ける１つの排出器３２のみを含む。第３実施例のシステム２００は、第１メンブレン２２４と組み合わせて第２メンブレン２６０を備えている。第３実施例のシステム２００では、２つの排出器２３２、２６６において処理を行うので、第３実施例のシステム２００のエネルギー需要は、第１実施例のシステム１０と比べて低くなる。つまり、或る量の排気ガスに対して圧縮機２２２、２４２、２７６が行うべき仕事量が低減する。勿論、その他の実施例において、様々な数の排出器及び圧縮段を備えた、様々な数のメンブレンを含み得る。本発明により、圧縮機がＣＯ2ガスの圧縮工程全てを担うのではなく、少なくとも１つのメンブレンの透過側に排出器を設けることによりガス圧縮を促進することを含む、更なる実施例が可能である。
【００３０】
さらに、本発明の一実施例において、排気ガスから二酸化炭素を捕捉する方法を開示する。この方法において、最初のステップは、排気ガスを第１分離器１４に輸送することである。次のステップは、第１分離器１４において排気ガスを第１気体経路２０の気体と第１液体経路１６の液体に分離することを含むステップである。排気ガスはその後、第１気体経路２０から第１圧縮機２２に導入され、圧縮される。別のステップは、第１メンブレン２４により第１圧縮機２２からの排気ガスを濾過し、受け取った排気ガスを非透過排気ガス流２６と透過排気ガス流２８に分流することを含むステップである。透過排気ガス流２８は、非透過排気ガス流２６よりも大量の二酸化炭素を含有する。透過流２８からの排気ガスをその後、第１排出器３２において圧縮してもよい。例示的な方法において、また別のステップとして、第２分離器３４において、排気ガスを第２気体経路４０の気体と第２液体経路３６の液体とに分離するステップが含まれる。さらに、第２圧縮機４２を使用して、第２気体経路４０からの排気ガスを圧縮してもよい。その後、排気ガスを第２圧縮機４２から二酸化炭素貯槽５０に輸送してもよい。
【００３１】
さらに、本発明の例示的方法は、排気ガスを非透過流２６から除去し、通気孔へ流すステップを含み得る。通気孔からは、低減された、即ち、ごく少量の二酸化炭素を有する排気ガスが大気中に排出される。例示的方法はさらに、第１排出器３２、第２分離器３４、及び第２圧縮機４２による更なる処理に向けて、排気ガスの第二部分を第２圧縮機４２から第１排出器３２の入口へ進路変更するステップを含み得る。
【００３２】
例示的方法はさらに、第２メンブレン２６０において第１メンブレン２２４の第１透過流２２８からの排気ガスを濾過して、受け取った排気ガスを第２非透過排気ガス流２６２と第２透過排気ガス流２６４とに分離するステップを含み得る。第２透過排気ガス流２６４は、第２非透過排気ガス流２６２よりも大量の二酸化炭素を含有する。第２排出器２６６において、第２透過流２６４からの排気ガスが圧縮される。排気ガスは、第３分離器２６８において、第３気体経路２７４の気体と第３液体経路２７０の液体とに分離される。この更なる実施例における別のステップとして、第３圧縮機２７６において第３気体経路２７４からの排気ガスを圧縮することと、この排気ガスを第３圧縮機２７６から第１排出器２３２の入口に輸送することとを含めてよい。更なる実施例において、第１排出器２３２、第２分離器２３４、及び第２圧縮機２４２による更なる処理に向けて、排気ガスの第二部分を第２圧縮機２４２から第２排出器２６６の入口へ進路変更するステップを含めてよい。
【００３３】
以上、いくつかの実施形態を例示しながら本発明を説明してきた。本明細書の記載を基に、様々な修正形態及び代替形態が想起可能であろう。例示の実施形態は、本発明に係る１つ以上の態様を包含しており、添付の特許請求の範囲は本質的に、これらのあらゆる修正形態及び改変形態を含むものとする。
【符号の説明】
【００３４】
１０  システム
１２  供給ライン
１４  第１分離器
１６  第１液体経路
１８  第１液体貯槽
２０  第１気体経路
２２  第１圧縮機
２４  第１メンブレン
２６  非透過流
２８  透過流
３２  第１排出器
３４  第２分離器
３６  第２液体経路
３８  第２液体貯槽
４０  第２気体経路
４２  第２圧縮機
５０  二酸化炭素貯槽
１００  システム
１１４  第１分離器
１１６  第１液体経路
１１８  第１液体貯槽
１２０  第１気体経路
１２２  第１圧縮機
１２４  第１メンブレン
１２６  第１非透過流
１２８  第１透過流
１３０  膨張器
１３２  第１排出器
１３４  第２分離器
１３６  第２液体経路
１３８  第２液体貯槽
１４０  第２気体経路
１４２  第２圧縮機
１４４  分流器
１４６  第１経路
１４８  第２経路
１５０  二酸化炭素貯槽
２００  システム
２１２  供給ライン
２１４  第１分離器
２１６  第１液体経路
２１８  第１液体貯槽
２２０  第１気体経路
２２２  第１圧縮機
２２４  第１メンブレン
２２６  第１非透過流
２２８  第１透過流
２３０  膨張器
２３２  第１排出器
２３４  第２分離器
２３６  第２液体経路
２３８  第２液体貯槽
２４０  第２気体経路
２４２  第２圧縮機
２４４  分流器
２４６  第１経路
２４８  第２経路
２５０  二酸化炭素貯槽
２６０  第２メンブレン
２６２  第２非透過流
２６４  第２透過流
２６６  第２排出器
２６８  第３分離器
２７０  第３液体経路
２７２  第３液体貯槽
２７４  第３気体経路
２７６  第３圧縮機
２７８  経路
【図１】
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【図２】
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【図３】
2010137221.tif 000005