(57)【要約】  空気を圧縮し、且つ、二酸化炭素リッチ流体を生産する装置は、空気圧縮機（１５）と、加湿空気（３）及び冷却水（１１）を生産するために、接点で空気圧縮機行きの空気が水と接触するための要素（７）と、空気圧縮機からの加湿圧縮空気を、二酸化炭素リッチガス（２９，３７）を生産する設備（２７）へ送る配管と、二酸化炭素リッチガスを圧縮するための二酸化炭素リッチガス圧縮機（４１）と、二酸化炭素リッチガス圧縮機の上流の少なくとも一つの熱交換器と、接触要素で冷却される水及び二酸化炭素リッチガスをそれに運ぶパイプと、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｉ）加湿空気又はさらに水飽和状態空気（１３）及び冷却水（１１）を生産するために、空気圧縮機（１５）のための空気を水と接触させ、
ｉｉ）圧縮空気を生産するために、前記圧縮機で前記加湿空気を圧縮し、
ｉｉｉ）前記圧縮空気の少なくとも一部又は二酸化炭素リッチガス（２９，３７）を生産する工場（２７）で前記圧縮空気を分離することにより生産される流体を使用し、
ｉｖ）二酸化炭素圧縮機（４１）で前記二酸化炭素リッチガスを圧縮し、そして、
ｖ）ステップｉ）の前記冷却水から、フリゴリーと、前記二酸化炭素圧縮機の上流及び／又は下流の前記二酸化炭素リッチガスを冷却する、
工程を備える、
空気を圧縮し、且つ、二酸化炭素リッチ流体を生産する統合プロセス。
【請求項２】
前記空気圧縮機（１５）からの前記空気は、前記空気に存在する水を凝縮するために冷却され、そして、前記空気に存在する前記水が、前記空気圧縮機のための前記空気を加湿することに用いられる、請求項１のプロセス。
【請求項３】
前記工場（２７）からの二酸化炭素（２９）に含まれる残留ガスは、それを含む水を凝縮するために冷却され、前記水（３５）は、前記空気圧縮機の前記空気を冷却するために用いられ、そして、前記残留ガスは、前記二酸化炭素リッチガス（３７）を生産するために処理されることを含む、請求項１又は請求項２のプロセス。
【請求項４】
前記二酸化炭素リッチガスは、それを凝縮するために、前記二酸化炭素圧縮機（３７）の下流で冷却され、そして、生産される前記二酸化炭素リッチガスは、ポンプ（４３）で加圧される、先行の請求項のいずれかのプロセス。
【請求項５】
酸素富化流れ又は窒素富化流れ又はアルゴン富化流れは、空気分離ユニット（２４）で前記空気を分離することにより生産される流体である、先行する請求項のいずれかのプロセス。
【請求項６】
前記工場（２７）は、オキシ燃料燃焼工場又は鉄合金生産工場又はガス化装置である、請求項５のプロセス。
【請求項７】
圧縮空気は、工場（２７）で用いられる、請求項１乃至請求項６のいずれかのプロセス。
【請求項８】
前記工場（２７）は、セメント工場、鉄合金工場等の金属を生産する工場、又は、ガスタービンである、請求項７のプロセス。
【請求項９】
空気圧縮機（１５）と、
加湿空気又はさらに水飽和空気（１３）及び冷却水（１１）を生産するために、前記空気圧縮機のための前記空気が水と接触する要素（７）と、
二酸化炭素リッチガス（２９，３７）を生産する工場（２７）に、前記空気圧縮機からの前記圧縮加湿空気を送るライン、又は、前記工場に前記圧縮空気を分離することにより生産される流体を送るラインと、
二酸化炭素リッチガスを圧縮する二酸化炭素リッチガス圧縮機（４１）と、
前記二酸化炭素リッチガス圧縮機の上流及び／又は下流の少なくとも一つの熱交換器（３９）と、
前記接触要素で冷却される水及び前記二酸化炭素リッチガスを前記熱交換器に送るラインと、
を備える、空気を圧縮し、且つ、二酸化炭素リッチ流体を生産する装置。
【請求項１０】
前記接触要素（７）は、一つのボックスで、空気濾過要素（３）と一体化される、請求項９の装置。
【請求項１１】
前記空気に存在する水を凝縮するために前記空気圧縮機からの前記空気を冷却する冷却装置（１７）、及び、前記空気圧縮機のための前記空気を加湿するために、前記空気に存在する前記水を運ぶライン（２１）を備える請求項９又は請求項１０の装置。
【請求項１２】
前記工場からの二酸化炭素を含む残留ガスを冷却する、それが含まれる水を凝縮する冷却装置（３１）、及び、前記空気圧縮機のための前記空気を冷却する凝縮水を送るライン（３５）を備える請求項９乃至請求項１１のいずれかの装置。
【請求項１３】
前記二酸化炭素リッチガスを生産するために、前記水が乏しい残留ガスを処理する手段を備える、請求項９乃至請求項１２のいずれかの装置。
【請求項１４】
乾燥後、前記圧縮機からの前記空気を分離することにより、酸素富化流れ又は窒素富化流れ又はアルゴン富化流れを生産する空気分離ユニットを備える、請求項９乃至請求項１３のいずれかの装置。
【請求項１５】
前記工場（２７）は、オキシ燃料燃焼工場又は鉄合金生産工場又はガス化装置である、請求項９乃至請求項１４のいずれかの装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の概要】
【０００１】
本発明は、空気を圧縮し、そしてさらに分離するとともに、二酸化炭素リッチ流体（a carbon dioxide rich fluid）を生産する、統合プロセス及び統合装置に関する。
【０００２】
二酸化炭素リッチ流体は、少なくとも３０ｍｏｌ％の二酸化炭素の又は少なくとも６０ｍｏｌ％の二酸化炭素又はさらに少なくとも少なくとも８０ｍｏｌ％の二酸化炭素又はさらに少なくとも９５ｍｏｌ％の二酸化炭素を含む。
【０００３】
人間が原因で大気へ放出されるＣＯ２を減少するために、既知のプロセスで生成されるＣＯ２を捕獲するための幾つかの方法が開発された。それらは、プロセスにより生成されるガスからＣＯ２を抽出し、それを任意に精錬し、そして、最後に、一般に、パイプラインシステム内でその搬送のために、それを圧縮することが必要である。
【０００４】
この点に関し、ＣＯ２の他の搬送ルートでそれを液化し、そして、そのような使用のために設計されたボート上にそれを積むことであると、述べられる。いくつかのＣＯ２液化サイクルは、それが環境近くの温度に凝縮されることができるような圧力にＣＯ２の圧縮を必要とする。液体は、その後、輸送圧（一般的には、６及び１０ｂａｒ  ａの間）に減圧される。本発明は、それゆえ、このタイプの工場に適用できる。
【０００５】
それは、同様に、ＣＯ２キャプチャ方法（the CO2 capture methods）（ポストコンビューション（post-combustion）、アミン類で又はアンモニア水で洗浄することに言及することができる。燃料のガス化、ケミカルループプロセス、鉄冶金プロセス、セメント工場、又は、空気を用いるいずれかの工業プロセスもある。）間の大きな違いにもかかわらず、それらは、実質的に全て、相対的に純粋なＣＯ２の圧縮を備え、そして、それゆえ、以下に記述される発明を実行するのに相応しい、としている。
【０００６】
ＣＯ２がパイプラインシステムに供給される圧力は、通常、１５０ｂａｒ  ａｂｓよりも大きい。到達水準において、ＣＯ２は、遠心分離圧縮機（工場でＣＯ２キャプチャの応用で、問題の流量を与えられる）で、最終圧に圧縮される。
【０００７】
本発明の一の側面は、６０ｂａｒ周辺で、ＣＯ２が周囲の近くの温度に圧縮されることができる、という事実に基づかれる。一度、それは、凝縮形態で、ガス形態で同じ量圧縮されることよりも、非常に少ないエネルギで消費するＣＯ２をポンピングしている。
【０００８】
下記の本文において、「圧縮」という用語は、ガスの圧力を上昇させる手段を意味し、そして、「ポンピング」という用語は、ポンプの許容できる密度の下限である５００kg/m3よりも大きな密度を有する流体の圧力を上昇させる手段を意味する。
【０００９】
さらに、「ＣＯ２リッチ流れ」及び「ＣＯ２」という用語は、同様に用いられる。
【００１０】
所定の構成で、所定の温度でそれを凝縮するためにガスが圧縮されなければならない圧力は、温度で増加する、と述べられなければならない。同様に、所定の温度で、凝縮圧力は、凝縮できないスピーシズ（ＣＯ２より揮発性の要素、例えば、ＣＯ、Ｈ２、Ｏ２、Ｎ２、Ａｒ及びＮＯ）のレベルで増加する。
【００１１】
本発明の一の側面は、ＣＯ２を圧縮するためのエネルギが減少するように、例えば、それを含む水の一部を凝縮するために、工業プロセスから発生するＣＯ２リッチ流体を冷却することを必要とする。したがって、本発明の一つの任意の態様は、ＣＯ２リッチ流れを凝縮した後に、ポンプでの圧縮を成し遂げることによって、オペレーションコストを減少することを含む。
【００１２】
ＣＯ２リッチ流体を冷却するために用いられる冷却水の再利用は、独立して作動し、そして、水を消費しないプロセスを許容する。
【００１３】
本発明の一主題によれば、空気を圧縮し、且つ、二酸化炭素リッチ流体を生産する総合プロセスが提供され、
ｉ）、加湿空気又はさらに水飽和空気及び冷却水を生産するために、空気圧縮機のための空気が水と接触し、
ｉｉ）圧縮空気を生産するために、前記圧縮機で前記加湿空気を圧縮し、
ｉｉｉ）前記圧縮空気の少なくとも一部又は二酸化炭素リッチガスを生産する工場で前記圧縮空気を分離することによって生産される流体を使用し、
ｉｖ）二酸化炭素圧縮機で前記二酸化炭素リッチガスを圧縮し、そして、
ｖ）ステップｉ）の前記冷却水から、フリゴリーと、前記二酸化炭素圧縮機の上流及び／又は下流で前記二酸化炭素リッチガスを冷却する、
工程を備える。
【００１４】
他の任意の態様によれば、
・前記空気圧縮機からの前記空気は、前記空気に存在する水を凝縮するために冷却され、そして、前記空気に存在する前記水は、前記空気圧縮機のための前記空気を加湿するために用いられる。
【００１５】
・前記工場からの二酸化炭素を含む残留ガスは、それを含む水を凝縮するために冷却され、前記水は、前記空気圧縮機のための前記空気を冷却するために用いられ、そして、前記残留ガスは、前記二酸化炭素リッチガスを生産するために処理される。
【００１６】
・前記二酸化炭素リッチガスは、それを凝縮するために、前記二酸化炭素圧縮機の下流で冷却され、そして、生産される前記二酸化炭素リッチ流体は、ポンプで加圧される。
【００１７】
・酸素富化流れ又は窒素富化流れ又はアルゴン富化流れは、前記空気を分離することによって生産される前記流体である。
【００１８】
・前記工場は、オキシ燃料燃焼工場又は鉄合金生産工場又はガス化装置である。
【００１９】
・圧縮空気は、前記工場で用いられる。
【００２０】
・前記工場は、セメント工場、鉄合金工場等の金属を生産する工場、又は、ガスタービンである。
【００２１】
本発明の他の態様によれば、統合装置は、空気を圧縮し、且つ、二酸化炭素リッチ流体を生産するために提供され、
空気圧縮機と、
加湿空気又はさらに水飽和空気及び冷却水を生産するために、前記空気圧縮機のための前記空気が水と接触する要素と、
二酸化炭素リッチガスを生産する工場に前記空気圧縮機からの圧縮された加湿空気を送るライン、又は、前記工場に前記圧縮空気を分離することによって生産される流体を送るラインと、
前記二酸化炭素リッチガスを圧縮する二酸化炭素リッチガス圧縮機と、
前記二酸化炭素リッチガス圧縮機の上流及び／又は下流の少なくとも一つの熱交換器と、
前記接触要素で冷却される水及び二酸化炭素リッチガスを前記熱交換器に送るラインと、
を備える。
【００２２】
前記接触要素は、一つのボックスで、空気濾過要素と一体化される。
【００２３】
前記装置は、前記空気に存在する水を凝縮するために前記空気圧縮機からの前記空気を冷却する冷却装置、及び、前記空気圧縮機のための前記空気を加湿するために、前記空気に存在する水を運ぶラインを備える。
【００２４】
前記装置は、さらに、それに含まれる凝縮水のための、前記工場からの二酸化炭素を含む残留ガスを冷却する冷却装置、及び、前記空気圧縮機のための前記空気を冷却する前記凝縮水を送るラインを備える。前記装置は、前記二酸化炭素リッチガスを生産するために、前記水が乏しい残留ガスを処理するための手段を備える。
【００２５】
前記交換器は、それを凝縮するように前記二酸化炭素リッチガスを冷却するための前記二酸化炭素圧縮機、及び、生産される前記二酸化炭素リッチ液体を加圧するためのポンプの下流である。
【００２６】
前記装置は、乾燥後、前記圧縮機からの空気を分離することにより、酸素富化流れ又は窒素富化流れ又はアルゴン富化流れを生産する空気分離装置を備える。
【００２７】
前記工場は、オキシ燃料燃焼工場、又は、鉄金属生産工場、又は、ガス化装置である。
【００２８】
前記工場は、前記工場の前記圧縮空気を送るためのラインを備える。
【００２９】
前記工場は、セメント工場、金属を生産する工場、例えば、鉄金属工場、又は、ガスタービンである。
【００３０】
本発明は、図面によってさらに詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、本発明に係る総合プロセスを図示する。
【図２】図２は、本発明に係る総合プロセスを図示する。
【図３】図３は、先行する図面から要素３及び要素７を図示する。
【００３２】
図１は、空気を圧縮する装置、及び、二酸化炭素リッチガスを生産する装置を備える総合プロセスを示す。
【００３３】
空気の流れは、フィルタ３によって浄化され、そして濾過空気５は、濾過空気５及び水９の間の熱及び材料を交換する要素７に送られ、水９は、空気５よりも低い温度である。熱及び材料の交換の後、濾過空気５は、任意に、飽和点に水中で濃縮され、そして、流れ１３を形成するために、任意に加熱される。要素７の冷却水は、水流１１を構成する。空気流れ１３は、３乃至５ｂａｒ  ａｂｓの間の圧力に、圧縮機１５で圧縮される。それは、その後、冷却装置１７で冷却され、その効果は、水１３に存在する水の少なくとも一部を凝縮することである。水は、流れ９に再利用される少なくとも一部である流れ２１を形成するために、フェーズセパレータ１９で空気から分離する。したがって、プロセスが、水の供給なく、又は、実質的になく、作動することができるように、加湿流れ１３を形成するために空気５に加えられる水は、実質的に完全に、要素７へ再利用されることができる。フェーズセパレータ１９からの乾燥空気２３は、ユニットによって作動されるプロセスを供給する又はユニットの一部を冷却するために用いられる流れ２５として、ユニット２７へ直接的に送られることができる。ユニット２７は、この場合、セメント工場、ガスタービン又は金属、例えば、鉄鋼又は鉄を生産する工場である。或いは、乾燥空気２３は、酸素又は窒素又はアルゴン富化流れ２５を生産する、例えば深冷蒸留によって作動する、空気分離装置２４へ送られることができる。この流れ２５は、ガス化装置、燃焼装置、流れが酸素に濃縮されるなら燃焼によって電気を生産する装置、又は、金属を生産する装置である可能性がある、三つの濃縮可能性のための、ユニット２７へ供給される。
【００３４】
全ての場合において、ユニット２７は、少なくとも３０％の二酸化炭素を、又は、さらに少なくとも７０％の二酸化炭素を含む流れ２９を生産する。流れ２９の残りの少なくとも一部は、例えば、水素、窒素又は一酸化炭素である。流れ２９は、同様に、少なくとも１０％の水を含む。この水は、冷却装置３１で流れ２９を冷却することによって、そして、フェーズセパレータ３３で凝縮するための水を残すことによって、取り除かれる。凝縮水３５は、流れ９に、任意に再利用される。
【００３５】
少なくとも３０％の二酸化炭素を含む流れ３７は、要素７の外側で冷却されなかった要素７からの少なくとも水１１に対して、間接式熱交換器３９で冷却される。
【００３６】
冷却流れ３７は、圧縮機４１に送られ、好ましくは５５乃至６５ｂａｒ  ａｂｓの圧力に圧縮される。
【００３７】
圧縮流れは、それから、低温蒸留装置で浄化されるか、又は、別の方法で処理される。
【００３８】
図２は、圧縮機における流れの圧縮が交換器３９の上流で起こるという点で、図１とは異なる。冷却流れ３７は、交換器３９で液化を経るか、又は、それが既に超臨界圧力であるなら冷却され、そして、その後、加圧液体４５を形成するために、ポンプ４３によって高圧に加圧される。この液体流れ４５は、配管システム４７に送られるか、凝固されるか、又は、別の方法で処理される。それが配管システムへ送られるなら、ポンプ４３からの出口圧力は、１５０ｂａｒ  ａｂｓ以上であり、そして、ガス３７は、圧縮機によって中間圧力に上流で圧縮される。考慮事項は、フェーズセパレータ３３及び圧縮機４１の間で、ＣＯ２でそれを濃縮するために、例えば、低温蒸留ユニットで、流れ３７を精錬することも行われることがありえる。
【００３９】
図３は、先行する図面から要素３及び要素７をより詳細に示す。
【００４０】
共通ボックスは、濾過要素３及び接触要素７を含む。空気１は、濾過要素３で濾過され、それから、水７と接触することにより加湿される。要素７を出る水１１は冷却され、そして、加湿空気１３はプロセスの残りで処理される。接触要素７は、水及び空気の間の材料及び熱の交換を可能とするパッキングボディ（a packing body）から成る。
【００４１】
プロセスが水を消費しないなら、流れ１１は、流れ９へ再利用される。それは、例えば、要素７に送られる前に、例えば冷却塔タイプの冷却システムへ送られる。流体２１及び／又は３５は、さらに、この予備冷却の前に流れ１１と混合される。
【００４２】
全ての場合において、双方が同じ工場２７に送られるために、圧縮機１５で圧縮される空気だけでなく、圧縮機で圧縮される空気の残りが分離されることによって生産される流体も可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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