(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸収したＣＯ２を有する吸収剤、つまり豊富な吸収剤を再生し、再生された吸収剤、つまり希薄な吸収剤と、ＣＯ２とを生み出すための方法であって、前記方法において、前記豊富な吸収剤の流れは再生カラムに導入され、前記再生カラムでは、前記豊富な吸収剤が、前記再生カラムの基部にある再沸器の希薄な吸収剤を加熱することにより少なくとも部分的に発生した水蒸気に向流しつつ下方に流れ、そこで放出されたＣＯ２及び水蒸気は、前記カラムの上部から回収された後に分離され、除去されたＣＯ２の流れと、前記カラムへと再循環される凝縮水とを生成し、そこで前記希薄な吸収剤が気化弁を経由して気化され、気化槽で前記再生カラム内に圧縮され戻される気相、及び前記豊富な吸収剤に対して熱交換することにより冷却される希薄な吸収剤を主に含む液相に分離され、前記気相及び／又は希薄な吸収剤が、前記気化弁を離れた後に熱媒体に対して熱交換され、前記気相及び前記希薄な吸収剤が、前記気化弁と前記気化槽との間に設けられた熱交換器で加熱される方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記気相及び前記希薄な吸収剤が前記気化槽に設けられた熱コイルにより加熱される方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、前記希薄な吸収剤が、前記気化槽を離れた後、及び前記希薄な吸収剤が前記豊富な吸収剤に対して熱交換される前に、熱交換器で加熱される方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、前記気相が、前記気化槽を離れた後、及び前記気相を含む気体が圧縮される前に、熱交換器で加熱される方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の方法であって、前記熱媒体が蒸気であり、前記蒸気からの凝縮液が前記再沸器の加熱により生じる方法。
【請求項６】
ＣＯ２を含有する気体からＣＯ２を捕獲する方法であって、前記ＣＯ２を含有する気体が、前記気体が液体吸収剤に向流して流れる吸収カラムに導入され、吸収したＣＯ２を有する吸収剤、つまり豊富な吸収剤及び大気中に放出されるＣＯ２気体の流れを生み出し、前記豊富な吸収剤は前記吸収器から回収されて再生カラムに導入され、前記再生カラムでは、前記豊富な吸収剤が、前記再生カラムの基部にある再沸器内で再生された吸収剤、つまり希薄な吸収剤を加熱することにより少なくとも部分的に発生した水蒸気に向流しつつ下方に流れ、そこで放出されたＣＯ２及び水蒸気は、前記カラムの上部から回収された後に分離され、除去されたＣＯ２の流れと、前記カラムへと再循環される凝縮水とを生成し、前記希薄な吸収剤が気化弁を経由して気化され、気化槽で前記再生カラム内に圧縮され戻される気相、及び前記吸収カラムに再導入される前に前記豊富な吸収剤に対して熱交換することにより冷却される希薄な吸収剤を主に含む液相に分離され、前記気相及び／又は前記希薄な吸収剤は、前記気化弁を離れた後に熱媒体に対して熱交換され、前記気相及び前記希薄な吸収剤が、前記気化弁と前記気化槽の間に設けられた熱交換器で加熱される方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、前記気相及び前記希薄な吸収剤が前記気化槽に設けられた熱コイルにより加熱される方法。
【請求項８】
請求項６に記載の方法であって、前記希薄な吸収剤が、前記気化槽を離れた後、及び前記希薄な吸収剤が前記豊富な吸収剤に対して熱交換される前に、熱交換器で加熱される方法。
【請求項９】
請求項６に記載の方法であって、前記気相は、前記気化槽を離れた後、及び前記気相を含む気体が圧縮される前に、熱交換器で加熱される方法。
【請求項１０】
請求項６に記載の方法であって、前記ＣＯ２を含有する気体が化石燃料の燃焼による排気ガスである方法。
【請求項１１】
請求項６乃至１０のいずれかに記載の方法であって、前記熱媒体が蒸気であり、前記蒸気からの凝縮液が前記再沸器の加熱により生じる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体混合物からのＣＯ２捕獲の分野に関する。より具体的には、本発明は、炭素質材料の燃焼や他のＣＯ２遊離処理からの燃焼ガス等の、ＣＯ２を含有する気体からのＣＯ２捕獲に関する。最も具体的には、本発明は、ＣＯ２の捕獲方法及び捕獲設備におけるＣＯ２吸収剤の再生のための改良された方法及び設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
この数世紀の間の、石炭、天然ガス、及び石油等の化石燃料の増え続ける燃焼により、大気中のＣＯ２の濃度が増える結果となった。この増え続けるＣＯ２の濃度は、ＣＯ２が原因の温室効果による危惧を引き起こした。温室効果はすでに、この数十年の間に見られる少なくともいくつかの気候変動の原因となったとの疑いがあり、シミュレーションモデルによれば、更に多くの、かつ潜在的に大規模な地球の気候変動を引き起こすとの疑いがある。
【０００３】
このことは、化石燃料の大気への燃焼によるＣＯ２の排出を安定化させ、あるいは減少さえさせるために、世界中の科学者、環境保護論者、及び政治家に行動を訴えかける原因となった。これは、化石燃料を燃焼する火力発電所及び他の設備からの排気ガスからＣＯ２を捕獲及び安全に沈殿させることで達成され得る。
【０００４】
捕獲されたＣＯ２は、帯水層等の地下累層、高度な油回収用油井、又は劣化油井及びガスの沈殿用井戸に注入されてよい。試験によれば、ＣＯ２は何千年も地下累層に残り、大気へ放出されないことを示している。
【０００５】
吸収による気体からのＣＯ２捕獲は周知であって、例えば、ガス田で生産された天然ガスからのＣＯ２（及び他の酸性ガス）の除去のために何十年も使われている。従来技術において使用又は提案された吸収剤は、炭酸カリウム（例えば、米国特許第５，５２８，８１１号を参照されたい）等の種々のアルカリ性水溶液、及び種々のアミン（例えば、米国特許第４，１１２，０５１号、米国特許第４，３９７，６６０号、及び米国特許第５，０６１，４６５号を参照されたい）であった。アミン溶液による火力発電所からの排気ガスからＣＯ２を分離することは、例えば、米国特許第４，９４２，７３４号から既知である。
【０００６】
これらのＣＯ２捕獲溶液に共通するのは、分離される気体混合物が吸収カラム内の水性吸収剤に向流して導入されることである。ＣＯ２（又は他の酸性ガス）が吸収剤とともに吸収カラムを離れるのに対して、吸収カラムを離れる気体はＣＯ２が欠乏している（又は酸性ガスが欠乏している）。吸収剤は再生カラムで再生されて吸収カラムに戻される。アミンは再生カラムでアミン溶液を水蒸気で取り除くことにより再生される。その水蒸気は、当該カラムの基部にある再沸器で発生される。
【０００７】
上記で例示されたように、ＣＯ２それ自体は当該分野で周知である。しかし、ＣＯ２を排出しない火力発電所、又はＣＯ２の排出量が低い火力発電所を経済的に採算がとれるようにするために、ＣＯ２捕獲処理をいくつか改善する必要がある。
【０００８】
ＣＯ２捕獲用の設備は、比較的大型で、複雑で、かつ高価な建造物である。従って、当該設備の規模、複雑さ、及びコストを減らすことが望まれる。
【０００９】
ＣＯ２の捕獲は、化石燃料を利用する火力発電所の効率を犠牲にして実施されるので、火力発電所からの電力出力、及び／又は中温熱は減少する。従来の発電所と比べて減少した効率は、これらの設備をより採算がとりにくいものにする。従って、効率の改善、すなわち、ＣＯ２捕獲処理におけるエネルギーコストを減らすことが求められる。
【００１０】
現在好適な吸収剤は種々のアミン水溶液である。一般に使われるアミンは、例えば、ジエタノールアミン、モノメチルエタノールアミン、アミノエチルエタノールアミン、２−（メチルアミノ）エタノール、ＭＤＥＡ等のアルカノールアミン、ならびに、当業者に既知のその他のアミンである。アミン吸収剤に対するＣＯ２吸収は、可逆かつ発熱性の反応である。それ故、熱を当該再生カラムに供給して吸収を反転し、ＣＯ２を放出する必要がある。
【００１１】
最先端技術による再生カラムに供給された熱は、当該吸収剤が通常約１２０〜１３０℃の温度に加熱される再沸器に供給される。当該再沸器の吸収剤は、電気的熱源で加熱されてよいが、最も一般的には、例えば中温水蒸気等の熱媒体で加熱されてよい。当該再沸器は、ＣＯ２捕獲の吸着／脱離サイクルにおける中温熱エネルギーの主な消費体である。中温熱エネルギーに対する需要が低下すると、ＣＯ２捕獲処理の経済性が向上するだろう。
【００１２】
欧州特許第１，７３６，２３１号によれば、再沸器で発生した凝縮液の残留熱エネルギーは、再生カラムに導入されて熱利用を最適化する前に、豊富な吸収剤を加熱するために熱交換器で使用される。しかし、当該豊富な吸収剤と熱交換器に導入される凝縮液間の温度差は小さく、結果的に当該熱交換器の効果が低くなる。前記熱交換器が当該再沸器からの凝縮液を使う前に、当該豊富な吸収剤が当該再生カラムからの希薄な吸収剤に対して熱交換されるという事実は、結果的にこの温度差を小さくすることになり、ひいては、この熱交換器の効果が低くなることになる。
【００１３】
米国特許第４，１６０，８１０号には、高温の気体混合物からの酸性ガスを除去するための方法が記載されており、再生カラムを離れる希薄な吸収剤は、気化弁の上方で気化し、気化槽で当該再生カラムに圧縮及び再導入される気相、及び当該吸収カラム内に戻される液相に分離される。当該希薄な吸収剤の気化は液体吸収剤の温度を低下させ、その追加冷却の必要性が低下する。加えて、圧縮されてこのように加熱された気相を当該気化槽から当該再生カラム内へ導入することが、当該再沸器の仕事量を低下させる。
【００１４】
本発明の目的は、主として再沸器の仕事量の低下を実現することにより、ひいては、中温水蒸気等の中温エネルギーの必要性の低下により、ＣＯ２捕獲のエネルギー効率を改善することである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１５】
第１様態によれば、本発明は、再生された吸収剤、あるいは希薄な吸収剤、及びＣＯ２を生み出すために、吸収したＣＯ２を有する豊富な吸収剤を再生するための方法に関し、この方法において豊富な吸収剤の流れは、当該吸収剤が、当該再生カラムの基部にある再沸器の希薄な吸収剤を加熱することにより、少なくとも部分的に発生した水蒸気の下方、及びこれに向流して流れる再生カラムに導入され、そこで放出されたＣＯ２及び水蒸気は、当該カラムの上部から回収されて分離し、除去されたＣＯ２への流れ、及び当該方法において再利用される凝縮水を生み出し、そこで希薄又は再生した吸収剤は当該カラムの基部から回収され、そこで当該希薄な吸収剤が気化弁の上方で気化し、気化槽で当該再生カラム内に圧縮され戻される気相、及び流入する豊富な吸収剤に対して熱交換することにより冷却される希薄な吸収剤を主に含む液相に分離し、当該気相及び／又は希薄な吸収剤は、当該気化弁を離れた後に低温熱媒体に対して熱交換される。当該再生した吸収剤の気化により、主に希薄な吸収剤を含む液相、及び主に蒸気及びＣＯ２を含む気相の二相の流れが発生することになる。当該気相は有利に当該再生カラム内に戻され、水蒸気の量を低エネルギーコストで増加させ、当該再沸器における同量の水蒸気の発生と比較してエネルギーを節約する。加えて、当該再生した吸収剤の温度はその除去により下がり、当該再生した希薄な吸収剤、及び気化することにより発生させた気体を低温熱源に対して熱交換させることを可能にし、当該方法を従来技術による溶液よりもエネルギー効率のよいものにする。
【００１６】
第２様態によれば、本発明は、ＣＯ２を含有する気体からＣＯ２を捕獲するための方法に関し、当該方法は、当該吸収剤を再生するための上記の方法を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来技術によるＣＯ２捕獲設備の概略図である、
【図２】本発明のＣＯ２捕獲設備の改良されたアミン再生部の第１実施形態の概略図である。
【図３】本発明のＣＯ２捕獲設備の改良されたアミン再生部の第２実施形態の概略図である。
【図４】本発明のＣＯ２捕獲設備の改良されたアミン再生部の第３実施形態の概略図である。
【図５】本発明のＣＯ２捕獲設備の改良されたアミン再生部の第４実施形態の概略図である。
【図６】本発明のＣＯ２捕獲設備の改良されたアミン再生部の第５実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
図１は、欧州特許第１，７３６，２３１号による従来技術の一例としてのＣＯ２捕獲設備を例示する。炭素質燃料の燃焼による排気ガスは、排気路１を通りＣＯ２捕獲設備に入る。路１の排気ガスは、電気エネルギーを生産するための燃焼による高温熱エネルギーを利用することで大幅に冷却される。路を通ってＣＯ２捕獲設備に入る排気の温度は、通常約１２０℃から約９０℃である。路１からの排気ガスは、当該ガスを水と飽和させ、例えば、約３５℃から約６０℃の温度に冷却する冷却部（図示せず）へ随意に導入される。
【００１９】
当該冷却及び加湿された排気ガスは、その後吸収塔３の下部に導入され、当該排気ガスは、希薄な吸収剤用路４を通じて当該吸収塔の上方部分に導入される希薄な吸収剤、すなわちＣＯ２について取り除かれる吸収剤に向流している吸収塔３の底部から上部まで流れる。豊富な吸収剤、すなわち吸収したＣＯ２を有する吸収剤が、豊富な吸収剤用路５を通って当該吸収塔から除去されるのに対し、希薄な気体、すなわちＣＯ２の大部分が除去される排気ガスが、当該吸収塔の上部にある気体出口路６を通って除去される。
【００２０】
当該豊富な吸収剤は、再生カラム８に導入される前に、路４の希薄な吸収剤の温度に応じて一般的に９０℃と１１０℃の間の範囲にある温度に、熱交換器７の吸収塔に戻される希薄な吸収剤に対して加熱される。任意の熱交換器２０は、当該豊富な吸収剤が当該再生カラムに加えられる前に、当該豊富な吸収剤をさらに加熱するために熱交換器７と当該再生カラム間の路５に配置されてよい。路２１を通じて熱交換器２０に入る熱媒体は、欧州特許第１，７３６，２３１号に記載されるように、再沸器を加熱するために使われる蒸気からの凝縮液であってよく、又は任意のその他低温熱エネルギー源からの凝縮液であってよい。
【００２１】
再生カラム８において、当該豊富な吸収剤は、再生再沸器１１の吸収剤のいくらかを加熱することにより発生した蒸気に向流して下方に流れる。希薄な吸収剤は、希薄な吸収剤用出口１０を通じて当該再生カラムを離れる。出口１０の希薄な吸収剤の一部は、当該吸収剤が一般的に１２０℃及び１３０℃間の範囲にある温度に加熱される再生再沸器１１に導入され、高温の吸収剤、及び路１２を通じて当該再生カラムに再導入される蒸気を生み出す。再沸器１１の希薄な吸収剤は、一般的に電気又は、例えば、水蒸気等の加熱媒体により加熱される。加熱するために加熱媒体を使う場合、当該再生再沸器の吸収剤は、路１３を通じて導入され、路１３’を通じて除去される。当該再沸器への熱媒体としての水蒸気は、通常１３０℃から約１４０℃の温度の高圧蒸気として導入され、凝縮水蒸気として同じ温度で路１３’を通じて離れる。つまり、当該熱媒体から当該再沸器の吸収剤へ輸送されるエネルギーは、その蒸気の凝縮熱である。
【００２２】
当該カラムの底部からの加熱により、当該カラムの底部から上部まで定常状態における温度勾配を生み出し、当該カラムの実際の設計に応じて上部の温度が底部より１０℃から５０℃低い。一般的な再生カラムでは、当該カラムの底部の温度は約１２０℃であり、当該カラムの上部の温度は当該カラムの底部より約１０℃から５０℃低い。
【００２３】
当該再生再沸器に導入されない路１０の希薄な吸収剤は、路４を通じて吸収カラム３へ戻って再利用され、路５の豊富な吸収剤に対して熱交換器７で冷却される。熱交換器７において、比較的低温の豊富な吸収剤は、熱交換器を離れる比較的高温の希薄な吸収剤に対して、約１２０℃の温度で加熱される。当該設備の実際の寸法及び構造に応じて、アミン除去器への熱交換器７を離れる豊富なアミンの温度は、約９０℃から約１１０℃であり得る。この加熱した豊富なアミンの導入により、当該カラムの底部から上部までの温度下降が少なくなり、その効率が改善する。
【００２４】
当該豊富な吸収剤を当該再生器に入れる前に更にその温度を上昇させるために、当該豊富な吸収剤は、路２１を通じて導入される再生再沸器からの凝縮液に対して熱交換器２０で加熱される。当該吸収剤を加熱する再沸器からの凝縮液を使用することで、当該系内においてより高温のエネルギーの必要性が低下し、当該方法においてエネルギー損失が低下する。熱交換器７を離れる豊富なアミンの温度と凝縮液の温度間の温度差は小さく、当該豊富なアミンを最低限加熱することとなる。
【００２５】
当該吸収剤及び水蒸気から放出されたＣＯ２は、気体回収路９を通じて再生カラム８から回収される。気体回収路９の気体は、還流冷却器１４で冷却され、その残りの気体から分離された水を凝縮し、主にＣＯ２分離器１５内にＣＯ２を含む。ＣＯ２気体及びいくらかの残りの水蒸気は、乾燥、圧縮、及び沈殿等の更なる処理のために、ＣＯ２分離器１５からＣＯ２路１６を通じて除去される。当該ＣＯ２分離器の凝縮水は路１７を通じて回収され、ポンプ１８により再生カラム８の上部へ送り返される。
【００２６】
図２は本発明に関する再生設備の第１実施形態を例示する。再生器８から回収された希薄な吸収剤の流れは、上述のように２つの流れに分かれる。当該吸収剤に戻されることになる部分は、気化弁３１及び気化器３２を経由して気化され、気化器３２から回収される水蒸気路３３の水蒸気、及び路４を介して吸収剤３に戻される希薄な吸収剤を生み出す。
【００２７】
路３３を通じて回収された気体は、圧縮器３４で圧縮されて加熱気体を生み出す。当該圧縮及び加熱された気体は、路３５を通じて回収され、過熱防止器３６で路３８からの水と混合することにより随意に冷却される。随意に加熱及び加湿された気体は、その後路３７を通じて熱源としての再生器に導入される。路３８内の水は、路１７から回収された水等の、当該設備の他の場所からの凝縮液であることが好ましい。当該方法からの凝縮水の再利用は、当該系の水平衡を維持するので好適である。
【００２８】
路３５の圧縮気体の温度は通常、当該再生器内の温度より大幅に高い（１８０℃超過等）。当該気体の温度は当該過熱防止器内で、当該再生器の温度により近い温度（１１０℃から１４℃等）に下がり、局所過熱による吸収剤の変性を避け、当該再生器の温度プロファイルに悪影響を及ぼす。
【００２９】
当該希薄な吸収剤の気化は、当該希薄な吸収剤、及び当該吸収剤から放出された気体の温度を下げることになり、それによって低温熱エネルギーを利用し、熱エネルギーの当該再生器への再循環を増加させ、ひいては再沸器の仕事量を減少させるために、当該希薄な吸収剤の処理能力を高める。低温熱エネルギーはこのような設備で、とりわけ、前述したような路１３’からの凝縮液として、又は任意のその他低温熱エネルギー源からの凝縮液として豊富である。
【００３０】
当該低温熱エネルギーを最大限に利用するには、当該低温熱エネルギーを使用し、気化後に希薄な吸収剤の流れの全部又は一部を加熱する。図２、図３、図４、図５、及び図６は、低温熱エネルギーを熱源として使用する加熱器の様々な可能性を例示している。
【００３１】
図２において、路３２ｂを通じて低温熱媒体を受容する加熱コイル３２ａが気化槽３２に設けられている。本実施形態によれば、気化槽３２の蒸気及び液体の両方が加熱されてよい。
【００３２】
図３において、熱交換器３１ｂは、気化弁３１と気化槽３２を連結する路３１ａに配置され、当該液相及び当該気相の両方を加熱する。
【００３３】
図４において、熱交換器４ｂが、当該液体吸収剤を加熱するために路４に配置されている。図５において、熱交換器３３ｃが路３３に配置され、気化槽３２から回収される気体を加熱する。
【００３４】
図６において、当該吸収剤が再び気化して気化槽３２に戻される前に、路４の希薄な吸収剤の留分が、当該希薄な吸収剤の留分を加熱するために、側路４０を通じて回収される。
【００３５】
当該熱交換器又は加熱器の実際の位置決定は、当該設備、特に再生器８の実際の配置、及び当該再生器の全長を通じた温度プロファイルの状態に依存し得る。
【００３６】
当該気化弁と当該気化槽の間に配置された熱交換器、又は当該気化槽の熱コイルは、選択された低温熱源から路３３を通じて回収された気体及び路４を通じて回収された液体の両方に熱を輸送するのに好適である場合に使用してよい。
【００３７】
当該気相を加熱することで、当該過熱防止器の水と混合される圧縮気体容量を増加し、再沸器１１で発生した水蒸気を補うものとして、路３７を通じて当該再生器内に導入された水蒸気の量が増加する。
当該液相を加熱することで路４の希薄な吸収剤の温度を上げ、この追加の熱を熱交換器７の豊富な吸収剤へ輸送させ、当該再生器に入れるときのその温度が上がる。
【００３８】
当該豊富な吸収剤は、熱交換器７と再生器８の間に設けられた任意の熱交換器２０により加熱され、当該豊富な吸収剤を再生器８に入れる前に加熱してもよい。低温熱エネルギー熱媒体は、路２１を通じて熱交換器２０に入る。路２１の熱媒体は、上記で説明したような再沸器からの凝縮液、又は当該設備で利用可能な任意のその他低温エネルギー源からの凝縮液でよい。
【００３９】
気化器３２で発生した気体は、主に水蒸気及び二酸化炭素を含み、当該吸収剤に戻される前に当該吸収剤からより多くの二酸化炭素を除去する。
【００４０】
路３３を通じて回収される蒸気及びＣＯ２は圧縮器３４で圧縮され、路３５で圧縮された高温の不飽和蒸気を生み出す。路３５の水蒸気はその後冷却され、水が路３８を通じて導入され、路３５からの水蒸気と混合される過熱防止器３６で水によって飽和される。その結果として生じる過熱防止器３６からの水飽和蒸気は、その後路３７を通じて戻されて除去器８に注入される。当該過熱防止器に導入された水は、都合よく分離器１５で凝縮された水の一部であってよい。当該例示された実施形態において、路３８の水は、ポンプ１８の後に都合よく路１７から回収される。
【００４１】
気化弁３１の上方での当該希薄な吸収剤の気化、及び分離器３２での蒸気の除去により、当該希薄な吸収剤の温度が１０℃から４０℃低下する。熱交換器７を離れる豊富な媒体はそれ故、再生カラム８へ導入するための所望の温度より低い温度を有する。路２１の低温熱媒体で加熱された任意の熱交換器２０は、それ故当該豊富な吸収剤をその所望の温度に加熱するために設けられてよい。路２１を通じて熱交換器２０に入る低温熱媒体は、例えば、路１３’の再沸器１１を離れる熱媒体であってよい。路１３の再沸器に導入された熱媒体は水蒸気であることが好ましく、一方、路１３’の再沸器１１を離れる熱媒体は凝縮水である。
【００４２】
路３３の水蒸気を圧縮することで、当該水蒸気の温度と圧力の両方を増加し、高温の不飽和蒸気を生み出す。当該吸収剤は、約１３０℃より高い温度により分解することができる。過熱防止器３６に加えられた水が、路３７の再生カラムに導入される水蒸気が１２０〜１３０℃の温度を有する飽和水蒸気であることを確実にする。
【００４３】
本記載及び特許請求の範囲で使われる「水蒸気」という用語は、必要に応じて、例えば、ＣＯ２等の他の気体を含んだ水蒸気を含むことも意図する。
【００４４】
当該水蒸気を路３３で圧縮し、それによって熱を加えることにより、路３３の低温及び低圧の蒸気は、当該設備で実用性を有する中温水蒸気に変換される。加えて、当該再沸器からの低温熱は、熱交換器２０において有用であり得る。最先端技術による設備において、当該再沸器を離れる水蒸気凝縮液等の低温熱媒体は、熱交換器で水に対して冷却され、当該再沸器に戻される中温蒸気を発生させるための煮沸器に戻される。
【００４５】
上述したように、路１３’等の当該設備の他の方法からの凝縮液等の、低温熱源により加熱された気化槽に加熱コイルを導入することで、図２で例示したように、結果的に当該気相と当該液相の両方を加熱することとなり、ひいては、蒸気を当該再生器内に導入するための両方の路３７の温度、及び気体交換器７の豊富なアミンを加熱するための路４の温度をもたらす。図２で例示される設備はそれ故、当該設備からの熱又はエネルギー損失を低下させ、当該設備をよりエネルギー効率のよいものにする。熱コイル３２ａを、図３で例示されるように当該気化弁と当該気化槽の間に配置される加熱器３１ａに置き換えることで、実質的に同じ結果がもたらされる。しかし、熱交換器を通じた二相流は、当該気化槽の熱コイルをより好適なものとする実用的方法に関連した問題をもたらし得る。
【００４６】
図３は本発明の一実施形態を例示するものであり、気化後に低温熱が当該希薄なアミンに加えられる。当該気化弁後の希薄なアミン温度は、当該気化弁上流の温度より遥かに低い。その温度差は１０℃から４０℃の範囲である。それ故、低温熱を使ってこの流れを加熱し、除去再沸器の仕事量を減らすことが可能である。
【００４７】
高温の希薄なアミンは、路１０、その後３０を通じてアミン除去器８を離れる。当該アミンはその後弁３１の上方で気化する。弁３１を出る流れ３１ｂは温度が下がっている。その温度低下は、弁全体にわたって圧力下降に依存するが、１０℃から５０℃の範囲である。従って、再沸器１１で用いる温度より低い温度の熱源で流れ３１ａを加熱することが可能である。流れ３１ａは熱交換器３１ｂに入り、低温熱源で加熱される。このことで、アミンの流れにおいてより多くの蒸気が発生することになる。この蒸気は主に水蒸気であるが、いくらかの二酸化炭素も含む。当該希薄なアミンは、その後気化器３２に入り、当該蒸気がは当該液体から分離される。その蒸気は除去器８の基部に供給され、当該液状の希薄なアミンは熱交換器を介して当該吸収器に戻される。当該カラムに戻された上昇蒸気率により、再沸器１１への負担が低下する。
【００４８】
一例として、ＭＥＡによるＣＯ２除去を用いて４００メガワットのガス火力発電所の排気ガスからのＣＯ２を捕獲するために、図２による例示的な設備に本発明を応用することができる。
【００４９】
当該再沸器では使うことができないが、十分な温度の１０メガワットの低温熱を有する場合、当該希薄なアミンを加熱するのにこれを使うことができる。この熱を希薄なアミンの交換器３１ｂで使い、より多くの気化蒸気を発生させることができる。シミュレーションによると、当該再沸器の仕事量が、結果的に８メガワット低下することを示している。しかし、これは当該圧縮器の仕事量に対して１メガワットの増加を要する。
【００５０】
図４は、図３に関して記載された原理の変形を例示しており、当該希薄なアミンが気化器３２の後に加熱される。当該気化器の後の希薄なアミン温度は、当該気化弁上流の温度よりはるかに低い。その温度差は１０℃から４０℃の範囲である。それ故、低温熱を使ってこの流れを加熱し、当該除去再沸器の仕事量を減らすことが可能である。
【００５１】
希薄なアミンは流れ４の気化器３２を離れる。流れ４は温度が下がっており、従って、熱交換器４ｂにより低温熱源で加熱することができる。その加熱された希薄なアミンは流れ４を介して脱出し、当該吸収カラムへ多数の熱交換器を介して流れる。流れ４に輸送された熱は、最終的に当該豊富なアミンの流れを介して再生器８に転送される。従って、再沸器１１の仕事量は減少する。
【００５２】
一例として、ＭＥＡによるＣＯ２除去を用いて４００メガワットのガス火力発電所の排気ガスからのＣＯ２を除去するために、図４による例示的な設備に本発明を適用することができる。
【００５３】
当該再沸器では使うことができないが、十分な温度の１０メガワットの低温熱を有する場合、当該希薄なアミンを加熱するのにこれを使うことができる。この熱を希薄なアミンの交換器４ｂで使い、当該希薄なアミンを加熱することができる。シミュレーションによると、当該再沸器の仕事量が、結果的に４メガワット低下することを示している。しかし、これは当該圧縮器の仕事量の増加を必要としない。
【００５４】
図５は、図３に関して記載された原理の更なる変形を例示しており、その蒸気は気化器３２の後に加熱される。当該気化器の後の蒸気温度は、当該気化弁上流の温度より遥かに低い。その温度差は１０℃から４０℃の範囲である。従って、低温熱を使ってこの流れを加熱し、当該除去再沸器の仕事量を減らすことが可能である。
【００５５】
蒸気は流れ３３ａの気化器３２を離れる。流れ３３ａは温度が下がっており、それ故、熱交換器３２ｂの低温熱源で加熱することができる。その加熱された蒸気は圧縮されて当該除去カラムに入る。流れ３３ａに輸送された熱、この蒸気流の除去器８に輸送される。従って、再沸器１１の仕事量は減少する。
【００５６】
一例として、ＭＥＡによるＣＯ２除去を用いて４００メガワットのガス火力発電所の排気ガスからのＣＯ２を除去するために、図５による例示的な設備に本発明を応用することができる。
【００５７】
当該再沸器では使うことができないが、十分な温度の１０メガワットの低温熱を有する場合、当該希薄なアミンを加熱するのに使うことができる。この熱を交換器３３ｃで使い、その蒸気を加熱することができる。シミュレーションによると、当該再沸器の仕事量が、結果的に８メガワット低下することを示している。しかし、これは２メガワットの圧縮器の仕事量の増加を要する。
【００５８】
図６は、蒸気の発生のために低温熱を使うための代替の構成を例示する。路４の当該希薄な吸収剤の留分が、側路４０を通して回収される。路４０の希薄な吸収剤がポンプ４２により送られ、その結果、任意の源からの低温熱を受容する熱交換器４１で加熱される。当該吸収剤の加熱後、当該吸収剤が気化槽３２に戻される前に、気化弁４３の上方で気化する。熱交換器４１での当該希薄な吸収剤の留分の加熱により、当該気化槽から回収された蒸気の総量は増加する。
【符号の説明】
【００５９】
１…路、３…吸収塔、４…希薄な吸収剤用路、４ｂ…熱交換器、５…豊富な吸収剤用路、６…出口路、７…熱交換器、８…再生カラム、１０…希薄な吸収剤用出口、１１…再生再沸器、１３’…路、１４…還流冷却器、１８…ポンプ、２０…熱交換器、２１…路、３０…路、３１…弁、３３…路、３１ａ…流れ、３１ａ…加熱器、３１ｂ…熱交換器、３２…気化器、３２ａ…熱コイル、３２ｂ…熱交換器、３３ａ…流れ、３３ｃ…熱交換器、３４…圧縮器、３５…路、３６…過熱防止器、３８…路、４０…側路、４１…熱交換器、４２…ポンプ、４３…気化弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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