(57)【要約】ガス流れ（２）からＣＯ２を捕捉する昇華防止システム（１）の凍結容器（３）を動作する方法である。凍結容器（３）内に存在するＣＯ２氷の解凍時に、凍結容器（３）からＣＯ２ガスを取り除く。また、ガス流れ（２）からＣＯ２を捕捉する昇華防止システム（１）である。この昇華防止システムは、凍結容器（３）と、この凍結容器からＣＯ２ガスを取り除く手段（７）とを包含する。前記手段は、前記凍結容器内に存在するＣＯ２氷の解凍時にＣＯ２ガスを取り除く。更に、煙道ガスの温度を下げる１つ又は複数の熱交換器と、前記煙道ガス中の汚染物質を取り除く１つ又は複数のスクラバーとを包含する煙道ガス処理システムである。この煙道ガス処理システムは、更に、前記昇華防止システムを包含する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス流れからＣＯ２を捕捉する昇華防止システムの凍結容器を動作する方法において、前記凍結容器内に存在するＣＯ２氷の解凍時に、前記凍結容器からＣＯ２ガスを取り除くことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、前記凍結容器内に存在するＣＯ２氷をＣＯ２ガスに変換することにより、前記解凍を行うことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法において、前記解凍中に、前記凍結容器が大気圧よりも約５０ｋＰａ以下、高い内圧、好ましくは大気圧よりも約２５ｋＰａ以下、高い内圧、更に好ましくは大気圧よりも約１０ｋＰａ以下、高い内圧、最も好ましくは大気圧とほぼ等しい内圧に維持されることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項３記載の方法において、前記凍結容器が前記内圧に維持される量のＣＯ２ガスを前記凍結容器から取り除くことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法において、ＣＯ２ガスを前記凍結容器からポンピングによって取り除くことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項４記載の方法において、前記凍結容器から取り除かれるＣＯ２ガスが前記ポンピングによって液体ＣＯ２に変換されることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項６記載の方法において、前記液体ＣＯ２が貯蔵容器に送られることを特徴とする方法。
【請求項８】
ガス流れからＣＯ２を捕捉する昇華防止システムにおいて、凍結容器と、この凍結容器からＣＯ２ガスを取り除く手段とを包含し、前記手段が前記凍結容器内に存在するＣＯ２氷の解凍時にＣＯ２ガスを取り除くことを特徴とする昇華防止システム。
【請求項９】
請求項８記載の昇華防止システムにおいて、前記凍結容器からＣＯ２ガスを取り除く前記手段がポンプであり、このポンプの入口が前記凍結容器に接続されていることを特徴とする昇華防止システム。
【請求項１０】
請求項９記載の昇華防止システムにおいて、前記ポンプが前記凍結容器から取り除かれるＣＯ２ガスを液体ＣＯ２に変換するコンプレッサであることを特徴とする昇華防止システム。
【請求項１１】
請求項１０記載の昇華防止システムにおいて、更に、前記コンプレッサの出口に接続されて、前記液体ＣＯ２を受け取る貯蔵容器を包含することを特徴とする昇華防止システム。
【請求項１２】
請求項８〜１１のいずれか一項に記載の昇華防止システムにおいて、前記凍結容器が大気圧よりも約５０ｋＰａ以下、高い内圧、好ましくは大気圧よりも約２５ｋＰａ以下、高い内圧、更に好ましくは大気圧よりも約１０ｋＰａ以下、高い内圧、最も好ましくは大気圧とほぼ等しい内圧でのみ動作することを特徴とする昇華防止システム。
【請求項１３】
煙道ガスの温度を下げる１つ又は複数の熱交換器と、前記煙道ガス中の汚染物質を取り除く１つ又は複数のスクラバーとを包含する煙道ガス処理システムにおいて、更に、請求項８〜１２のいずれか一項に記載の昇華防止システムを包含することを特徴とする煙道ガス処理システム。
【請求項１４】
請求項１３記載の煙道ガス処理システムにおいて、更に、統合カスケード冷却システムを包含することを特徴とする煙道ガス処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００８年５月２２日に出願した米国特許仮出願第６１／０５５,１６３号の優先権を主張するものであり、その内容の全体を参照するためにそれらの内容は本明細書に含まれている。
【０００２】
本発明は、ガス流れからＣＯ２を捕捉する昇華防止システムの凍結容器を動作する方法、及び、凍結容器を包含し、ガス流れからＣＯ２を捕捉する昇華防止システムに関する。本発明は、更に、煙道ガス処理システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
周知の昇華防止システムにおける二酸化炭素（ＣＯ２）の捕捉は、１つ又は複数の凍結容器内の冷表面にてＣＯ２氷を凍結し、その後前記冷表面を温めてそのＣＯ２を解凍することによって行われる。既存の技術では、凍結容器が圧力容器であり、大気圧よりもはるかに高い圧力で動作することを見越して、厚い容器壁や、強化されたリング及び弁や、高圧用途に定評のある取付具の使用など、費用のかかる設計解決が必要となっている。
【０００４】
米国特許第７,０７３,３４８号は、特に機械エネルギーの生産用に設計された装置において、炭化水素の燃焼から生じる煙から二酸化炭素を抽出する方法及びシステムに関している。この方法は、前記煙を、二酸化炭素が昇華防止処理により蒸気の状態から固体の状態に直接移行するような温度で、ほぼ大気圧に等しい圧力で冷却する段階を包含する。昇華防止段階では、ＣＯ２の霜が昇華防止蒸発器内に生成される。煙に含有されているＣＯ２に対する次の昇華防止処理のために昇華防止蒸発器を準備する手順は、次のように要約される。固体ＣＯ２は、５．２バールの圧力で溶ける、すなわち、固相から液相に移行する。ＣＯ２が完全に液相化すると、ポンプにより、断熱した貯蔵器に送られる。
【０００５】
また、米国特許出願公開第２００６／０２７７９４２号の開示は、その大部分が上記米国特許第７,０７３,３４８号に類似しているが、しかし、二酸化炭素のみならず、二酸化硫黄の抽出にも関している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、ＣＯ２を捕捉する昇華防止システムの凍結容器の動作を向上することにあり、より詳細には、凍結容器内に存在するＣＯ２氷の解凍に関する。
【０００７】
本発明の他の目的は、ＣＯ２を捕捉する昇華防止システムの凍結容器をより軽量で安価な設計で実現することにある。
【０００８】
本発明の更に他の目的は、従来よりも低い圧力で凍結容器内に存在するＣＯ２氷の解凍を可能にする、ＣＯ２を捕捉する昇華防止システムの設計及び動作方法を提供することにある。
【０００９】
本技術分野で一般的となった「昇華防止」という用語は、ここで問題となっているガスの温度がその三重点温度より低い場合に生じる直接的な気固相変化を指す。本明細書における「昇華」という用語は、従来と同様、直接的な固気相変化を指す。
【００１０】
本明細書における「解凍」という用語は、氷が別の状態へと変化することを意味し、より詳細には、ＣＯ２氷、つまり、固体ＣＯ２が別の状態へと変化することを指す。
【００１１】
本明細書の記載において、「ガス流れ」という用語は、ＣＯ２を含有する任意のガス混合物の流れを指すものである。しかしながら、「ガス流れ」は、典型的には、再生可能又は再生不能な燃料などの有機物を燃焼することで生じる煙道ガス流れである。本発明により処理されるガス流れに、昇華防止システムには適当ではない、若しくは、本発明の他のシステムには適当ではない化学種又は粒子が含まれている場合には、このような化学種や粒子は、当業者に周知の分離技術によって初めに除去される。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述の目的及び以下の説明を考察することにより当業者に明らかとなるその他の目的は、第１の態様によれば、ガス流れからＣＯ２を捕捉する昇華防止システムの凍結容器を動作する方法において、前記凍結容器内に存在するＣＯ２氷の解凍時に、前記凍結容器からＣＯ２ガスを取り除くことを特徴とする方法によって達成される。
【００１３】
ＣＯ２氷の解凍時に凍結容器からＣＯ２ガスを取り除くことによって、凍結容器の内圧が従来における圧力よりも低く保たれる。その効果として、凍結容器は周知の凍結容器よりも低い圧力に耐え得るように設計できる。その結果、凍結容器及びその関連する配管や取付具は、より軽量化された設計となり、より安価となり得る。
【００１４】
上記提案された方法は、凍結容器内に存在するＣＯ２氷をＣＯ２ガスに変換する、すなわち、昇華によって解凍を行うといった、新しい凍結容器の動作方法として解釈することができる。
【００１５】
前記解凍中に、凍結容器が大気圧よりも約５０ｋＰａ以下、高い内圧、好ましくは大気圧よりも約２５ｋＰａ以下、高い内圧、更に好ましくは大気圧よりも約１０ｋＰａ以下、高い内圧、最も好ましくは大気圧とほぼ等しい内圧に維持されるように、凍結容器を動作することができる。構造上及び経済的観点からは、凍結容器を大気圧に近い内圧で動作することが有効である。好適には、凍結容器が前記内圧に維持される量のＣＯ２ガスを取り除くことができる。
【００１６】
前記解凍の際の凍結容器内の圧力条件、及び、凍結容器から取り除かれるＣＯ２の行き先での圧力条件によっては、ＣＯ２ガスを凍結容器からポンピングによって取り除かなければならない場合もある。本明細書において、「ポンピング」とは、ガスポンプ、送風機、コンプレッサなどのあらゆる種類のガスポンピング装置による動作を含む。捕捉されたＣＯ２が液体状態となるのに十分な高圧力で保存及び／又は処理（例えば、輸送）されるのが好ましいことを考慮すると、凍結容器から取り除かれるＣＯ２ガスをポンピングによって液体ＣＯ２に変換することができる。このように、ポンピング処理には、コンプレッサによる作用などの、圧縮作用が含まれていてもよい。結果として生じる液体ＣＯ２は、好適には、貯蔵容器に送られてもよい。凍結容器から取り除かれるＣＯ２と共にＮ２又はその他のガスが存在する場合、これらのガスは、液体ＣＯ２が生成された後、気液分離により取り除くことができる。
【００１７】
また、本発明の目的は、第２の態様によれば、ガス流れからＣＯ２を捕捉する昇華防止システムにおいて、凍結容器と、この凍結容器からＣＯ２ガスを取り除く手段とを包含し、前記手段が前記凍結容器内に存在するＣＯ２氷の解凍時にＣＯ２ガスを取り除くことを特徴とする昇華防止システムによって達成される。
【００１８】
ＣＯ２ガスを取り除く前記手段が凍結容器内に存在するＣＯ２氷の解凍時にＣＯ２ガスを取り除くようにすることで、従来における圧力より低い内圧で凍結容器を動作可能とすることができる。その効果として、凍結容器は周知の凍結容器よりも低い圧力に耐え得るように設計できる。その結果、凍結容器及びその関連する配管や取付具は、より軽量化された設計となり、より安価となり得る。
【００１９】
前記昇華防止システムは、本明細書に開示された設計及び機能を有する複数の凍結容器を包含することができる。典型的には、昇華防止システムには２つの凍結容器を備えることが望ましく、これは一方の凍結容器でガス流れからＣＯ２を捕捉しながら、他方の凍結容器でＣＯ２氷の解凍を可能とするためである。
【００２０】
前記解凍の際の凍結容器内の圧力条件、及び、凍結容器から取り除かれるＣＯ２の行き先での圧力条件によっては、凍結容器からＣＯ２ガスを取り除く手段がポンプであり、このポンプの入口が凍結容器に接続されていなければならない場合がある。本明細書において、「ポンプ」とは、ガスポンプ、送風機、コンプレッサなどのあらゆる種類のガスポンピング装置を含む。捕捉されるＣＯ２が液体状態となるのに十分な高圧力で保存及び／又は処理（例えば、輸送）されるのが好ましいことを考慮すると、前記ポンプは、凍結容器から取り除かれるＣＯ２ガスを液体ＣＯ２に変換するコンプレッサとすることができる。そのため、ポンプの後の容器、配管、取付具は、適宜圧力用途に定評のあるものでなければならない。前記昇華防止システムは、好適には、更に、コンプレッサの出口に接続されて、液体ＣＯ２を収容する貯蔵容器を包含することができる。気液分離器を、凍結容器から取り除かれたＣＯ２ガスを液体ＣＯ２に変換するコンプレッサの下流側に取り付けることができる。これにより、凍結容器から取り除かれるＣＯ２と共に存在し得るＮ２又はその他のガスを、液体ＣＯ２が生成された後、気液分離により取り除くことができる。
【００２１】
前記昇華防止システムは、凍結容器が大気圧よりも約５０ｋＰａ以下、高い内圧、好ましくは大気圧よりも約２５ｋＰａ以下、高い内圧、更に好ましくは大気圧よりも約１０ｋＰａ以下、高い内圧、最も好ましくは大気圧とほぼ等しい内圧でのみ動作するようにすることができる。構造上及び経済的観点から、大気圧に近い内圧で凍結容器を動作することが有効である。そのため、前記昇華防止システムにおいて、凍結容器は、大気圧よりも約５０ｋＰａ以下、高い最大許容圧力、好ましくは大気圧よりも約２５ｋＰａ以下、高い最大許容圧力、更に好ましくは大気圧よりも約１０ｋＰａ以下、高い最大許容圧力用に設計され、それに対応した機能を備えることができる。
【００２２】
更に、本発明の目的は、第３の態様によれば、煙道ガスの温度を下げる１つは複数の熱交換器と、前記煙道ガス中の汚染物質を取り除く１つ又は複数のスクラバーとを包含する煙道ガス処理システムにおいて、更に、上述した昇華防止システムを包含することを特徴とする煙道ガス処理システムよって達成される。典型的には、前記煙道ガス処理システムは、更に、凍結容器内でＣＯ２氷を凍結させるのに必要な冷気を提供する統合カスケード冷却システムを包含することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】ガス流れからＣＯ２を捕捉する、本発明による昇華防止システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１を参照して、本発明による昇華防止システムの一実施形態を説明する。ガス流れ２からＣＯ２を捕捉する昇華防止システム１は、内部冷表面４を有する凍結容器３を包含している。ガス流れ２は、弁５，６を介して凍結容器３を通過してもよい。凍結容器３は、大気圧よりも５０ｋＰａ以下、高い内圧で動作するよう構成された容器である。ポンプ７の入口は弁８を介して凍結容器３に接続されており、ポンプ７の出口は貯蔵容器９に接続されている。気液分離器１０は、ポンプ７の出口と貯蔵容器９との間に取り付けられている。
【００２５】
内部冷表面４にてＣＯ２氷を凍結する際、弁５，６は開放され、ＣＯ２を含有しているガス流れ２が凍結容器３を通過する。凍結容器３に流入するガスの温度は約−１００°Ｃであればよく、内部冷表面４は約−１２０°Ｃに保たれればよい。昇華防止の発生により、ガス流れのＣＯ２ガスがＣＯ２氷に変化する。ＣＯ２氷の凍結時は、ポンプ７は使用されず、弁８は閉じられている。凍結容器３が凍結限界に達した場合、弁５，６が閉じられ、ガス流れ２は凍結容器３を通過しなくなるが、凍結が継続されている他の凍結容器（図示せず）を通過してもよい。
【００２６】
凍結容器３内に存在するＣＯ２氷の解凍時は、弁５，６が閉じられ、ガス流れ２は凍結容器を通過しなくなる。内部冷表面４の温度は、約−４５°Ｃまで上昇する。昇華によりＣＯ２氷がＣＯ２ガスに変化する。ＣＯ２氷の解凍時は、弁８は開放され、ポンプ７は凍結容器の内圧が大気圧よりも５０ｋＰａ以下、高い圧力に保たれるように凍結容器からＣＯ２ガスを取り除く。これにより、凍結容器やその関連する配管及び取付具は、上昇する圧力レベルに耐える必要がないため、より安価にかつより軽量にすることができる。ポンプ７は、液体ＣＯ２を配送するための圧縮作用を発揮する。液体ＣＯ２は貯蔵容器９に回収される。残留Ｎ２は、液体ＣＯ２が貯蔵容器９に回収される前に、気液分離器１０によって取り除かれる。
【００２７】
凍結容器３内のＣＯ２氷が解凍されて取り除かれたら、ガス流れ２は再び凍結容器を通過可能となり、凍結処理が繰り返される。
【図１】
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【国際調査報告】
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