(57)【要約】  本発明は、エアロゾル形成のリスクを減らしつつ特定の一連のセクションを有する吸収装置内で二酸化炭素含有流からの二酸化炭素吸収を行なう方法であって、特定のステップを備える方法に関する。本発明の別の態様は、二酸化炭素の吸収のための装置における二酸化炭素吸収セクションの一部としての構造化されたパッキンの使用であって、二酸化炭素吸収セクションの上部領域におけるエアロゾル形成のリスクを減らすことを特徴とする使用に関する。本発明の更なる別の態様は、特定の一連のセクションを備える吸収装置の使用であって、ソルベント及び水の過飽和とエアロゾル形成のリスクとを回避するための使用である。
2015502847.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エアロゾル形成のリスクを減らしつつ吸収装置内で二酸化炭素含有流からの二酸化炭素吸収を行なう方法であって、前記吸収装置は、前記装置の容器の下端から上端に至るまで、以下のセクション、すなわち、
−  少なくとも１つの二酸化炭素吸収セクション
−  「ワンススルー式」洗浄セクション
−  冷却セクション
をこの挙げられた順序で備え、
前記二酸化炭素吸収セクションと前記洗浄セクションとの間に液体分離器が位置されず、
前記方法は、
（ｉ）ソルベントを使用して二酸化炭素を吸収することによりソルベントを含んだ二酸化炭素含有量が低い浄化されたガス流を形成するため、二酸化炭素含有ガス流を二酸化炭素吸収セクションに通すステップと、
（ｉｉ）「ワンススルー式」洗浄セクションに前記浄化されたガス流を通すステップであって、前記「ワンススルー式」洗浄セクションは、「ワンススルー式」洗浄セクションの上側の冷却セクションからの水凝縮物を用いて、及び、随意的に補給水を用いて動作され、ソルベント含有量が低い浄化されて洗浄されたガス流を形成する、ステップと、
（ｉｉｉ）前記浄化されて洗浄されたガス流を冷却するために、及び、水を凝縮して水凝縮物を形成するために、前記浄化されて洗浄されたガス流を冷却セクションへ供給するステップと、
（ｉｖ）前記水凝縮物を前記冷却セクションから引き出すステップと、
（ｖ）引き出された前記水凝縮物の一部を元の前記冷却セクションへと再循環させる（ポンプアラウンド）ステップと、
（ｖｉ）引き出された前記水凝縮物の残り部分を前記洗浄セクションへ供給するステップであって、ステップ（ｉｖ）において前記冷却セクションから引き出された前記水凝縮物の全て又は再循環部分だけが冷却される、ステップと、
を備える、方法。
【請求項２】
液体収集器が前記二酸化炭素吸収セクションと前記洗浄セクションとの間に位置されない、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記方法によって形成された冷却され、浄化され、及び、洗浄されたガス流がエアロゾル液滴を含み、前記エアロゾル液滴は、ソルベントが実質的になく、主に水から成る、請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記二酸化炭素吸収セクションは、蒸気側の熱移動及び物質移動が乏しいことにより特徴付けられる選択的物質移動機器を有する、請求項１から３までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
蒸気側の熱移動及び物質移動が乏しいことにより特徴付けられる前記物質移動機器は、
（ａ）カラム軸線から３０°未満、好ましくは２５°未満の波形部角度を有する波形状シートから成る構造化されたパッキン、又は、
（ｂ）第１の波形部を有する第１の層と、第２の波形部を有する第２の層と、前記第１の波形部及び前記第２の波形部によって形成される複数の開放したチャネルとを有する構造化されたパッキンであって、前記チャネルが、第１の波底部、第１の波頂部、及び、第２の波頂部を含み、前記第１の波頂部及び前記第２の波頂部が前記第１の波底部を境界付け、前記第１及び第２の波頂部が第１の頂点及び第２の頂点を有し、突起又は窪みが前記第１の頂点の方向に延び、突起が設けられる場合には、前記波底部の谷底からの前記突起の少なくとも１つのポイントの通常の間隔が、前記波頂部の第１の谷底からの前記第１の頂点の通常の間隔よりも大きく、窪みが設けられる場合には、前記波底部の前記谷底からの前記窪みの少なくとも１つのポイントの通常の間隔が、前記波頂部の前記第１の谷底からの前記第１の頂点の通常の間隔よりも小さい、構造化されたパッキン、
から選択される構造化されたパッキンである、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ソルベントは、アミンの水溶液、アミン酸、又は、二酸化炭素と反応する揮発性化合物である、請求項１から５までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
二酸化炭素の吸収のための装置における二酸化炭素吸収セクションの一部としての構造化されたパッキンの使用であって、前記構造化されたパッキンは、
（ａ）カラム軸線から３０°未満、好ましくは２５°未満の波形部角度を有する波形状シートから成る構造化されたパッキン、又は、
（ｂ）第１の波形部を有する第１の層と、第２の波形部を有する第２の層と、前記第１の波形部及び前記第２の波形部によって形成される複数の開放したチャネルとを有する構造化されたパッキンであって、前記チャネルが、第１の波底部、第１の波頂部、及び、第２の波頂部を含み、前記第１の波頂部及び前記第２の波頂部が前記第１の波底部を境界付け、前記第１及び第２の波頂部が第１の頂点及び第２の頂点を有し、突起又は窪みが前記第１の頂点の方向に延び、突起が設けられる場合には、前記波底部の谷底からの前記突起の少なくとも１つのポイントの通常の間隔が、前記波頂部の第１の谷底からの前記第１の頂点の通常の間隔よりも大きく、窪みが設けられる場合には、前記波底部の前記谷底からの前記窪みの少なくとも１つのポイントの通常の間隔が、前記波頂部の前記第１の谷底からの前記第１の頂点の通常の間隔よりも小さい、構造化されたパッキン、
から選択される、構造化されたパッキンの使用において、
前記二酸化炭素吸収セクションの上部領域におけるエアロゾル形成のリスクを減らすことを特徴とする、構造化されたパッキンの使用。
【請求項８】
前記使用は、前記二酸化炭素吸収セクションの下部領域における二酸化炭素最大取り込み量を更に増大させる、請求項７に記載の使用。
【請求項９】
その容器の下端から上端に至るまで、以下のセクション、すなわち、
−  少なくとも１つの二酸化炭素吸収セクション
−  洗浄セクション
−  冷却セクション
をこの挙げられた順序で備える吸収装置の使用であって、
前記二酸化炭素吸収セクションと前記洗浄セクションとの間に液体分離器が位置されず、
前記使用は、ソルベント及び水の過飽和とエアロゾル形成のリスクとを回避するためであることを特徴とする、吸収装置の使用。
【請求項１０】
前記二酸化炭素吸収セクションは、蒸気側の熱移動及び物質移動が乏しいことにより特徴付けられる選択的物質移動機器を有する、請求項９に記載の使用。
【請求項１１】
蒸気側の熱移動及び物質移動が乏しいことにより特徴付けられる前記物質移動機器が、構造化されたパッキンであり、前記構造化されたパッキンは、
（ａ）カラム軸線から３０°未満、好ましくは２５°未満の波形部角度を有する波形状シートから成る構造化されたパッキン、又は、
（ｂ）第１の波形部を有する第１の層と、第２の波形部を有する第２の層と、前記第１の波形部及び前記第２の波形部によって形成される複数の開放したチャネルとを有する構造化されたパッキンであって、前記チャネルが、第１の波底部、第１の波頂部、及び、第２の波頂部を含み、前記第１の波頂部及び前記第２の波頂部が前記第１の波底部を境界付け、前記第１及び第２の波頂部が第１の頂点及び第２の頂点を有し、突起又は窪みが前記第１の頂点の方向に延び、突起が設けられる場合には、前記波底部の谷底からの前記突起の少なくとも１つのポイントの通常の間隔が、前記波頂部の第１の谷底からの前記第１の頂点の通常の間隔よりも大きく、窪みが設けられる場合には、前記波底部の前記谷底からの前記窪みの少なくとも１つのポイントの通常の間隔が、前記波頂部の前記第１の谷底からの前記第１の頂点の通常の間隔よりも小さい、構造化されたパッキン、
から選択される、請求項１０に記載の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二酸化炭素の吸収のための方法及び装置に関する。本発明は、特に、ＣＣＳ（ＣＣＳ：Ｃａｒｂｏｎ  Ｃａｐｔｕｒｅ  ａｎｄ  Ｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎ（二酸化炭素回収貯留））の分野に属し、より具体的には、二酸化炭素放出を減らすべく排ガスから二酸化炭素を回収するために吸収技術が使用される燃焼後プロセスに属する。
【背景技術】
【０００２】
二酸化炭素の吸収のための従来の装置は、例えば、米国特許出願第２００３００４５７５６号に開示される。吸収装置はカラムであり、そのため、吸収塔という用語が使用される。この吸収塔は、二酸化炭素吸収セクションと、複合洗浄セクション・冷却セクションとを含む。吸収塔の二酸化炭素吸収セクションにおいて、供給される燃焼排出ガス又は排ガスは、二酸化炭素のためのソルベントである吸収溶液と向流接触する状態へと至らされる。このソルベントは、アミンの水溶液、アミン酸、又は、一般的には二酸化炭素と反応して関連する蒸気圧を有する化合物である。二酸化炭素は吸収溶液と接触し、また、二酸化炭素と反応ソルベントとの間の化学反応が起こる。それにより、吸収溶液には、反応ソルベント化合物と化学的に反応した二酸化炭素が取り込まれ、このようにして、吸収溶液は排出ガスから二酸化炭素を吸収する。化学反応は発熱であり、したがって、吸収プロセス中に吸収溶液の温度が上昇する。
【０００３】
二酸化炭素含有排ガスとソルベントとを接触させると、ソルベントの分圧にしたがって排ガスがソルベントで飽和される。排ガス中のソルベントの分圧、したがって、飽和濃度は、温度の増大に伴って増大する。そのため、吸収セクションから出る脱炭酸排ガスは、比較的高く且つ大気へと放射できないソルベント濃度を含む。このため、複合洗浄・冷却セクションが吸収塔内に設けられる。複合洗浄・冷却セクションは、脱炭酸排出ガスから蒸発したアミン化合物を除去するために使用される。米国特許出願第２００３／００４５７５６（Ａ１）号に開示される溶液によれば、吸収塔内の液体リザーバから冷却器へと洗浄水が圧送され、また、この洗浄水は、液体リザーバの上側の元のパッキンセクションの上端へと供給される。そのようなセクション形態はまた、文字通りにポンプアラウンドと称される。塔直径にわたって水を均一に分配するための手段が設けられる。脱炭酸排出ガス含有蒸散アミン化合物と接触して脱炭酸排出ガスからアミン化合物を洗浄水中へと除去するための更なる手段が設けられる。米国特許出願第２００３／００４５７５６（Ａ１）号の文献は、単一の複合洗浄・冷却セクションがアミン化合物を脱炭酸ガス流から完全に除去するのに十分でなかったことを教示する。この文献で提案された解決策は、吸収塔内の複数のステージにおいて複数の複合洗浄・冷却セクションを予見することである。
【０００４】
脱炭酸排出ガス流中のアセンブリのソルベント含有量を減少させるための更なる方法が国際特許出願第２０１１／０８７９７２号に開示される。この文献に開示される方法によれば、洗浄セクションである放出制御セクション内で排ガスと向流接触する状態へと至らされるソルベントが実質的にない水流を調整するとともに、吸収装置のガス冷却セクションへと再循環される冷却洗浄水の量を調整する制御ユニットが設けられる。これにより、冷却された脱炭酸ガス流とともに吸収装置から出るソルベントの量が最小限に抑えられる。したがって、国際特許出願第２０１１／０８７９７２号に係る方法を行なうためのカラムは、吸収セクション、吸収セクションの上側に配置される洗浄セクション、及び、吸収セクションの上側に配置される冷却セクションを含む。
【０００５】
しかしながら、更なる問題は、吸収セクションで起こる吸収反応に伴う固有のものであるソルベントによる二酸化炭素の吸収に関連付けられる。二酸化炭素とアミン化合物との吸収反応は発熱であり、したがって、二酸化炭素を含むガスの温度は、このガスが吸収セクションを通過するときに増大する。吸収セクションの上端部においては、ガスが冷却されたリーンソルベントと接触され、したがって、ガス温度が急激に降下する。図２は、吸収セクションの典型的な温度プロファイルを示す。吸収セクションの上端部での排ガスの高速冷却に起因して、排ガスがソルベント及び水で過飽和状態となり、エアロゾル形成のリスクが潜在的となる。過飽和は、セクション内に設けられるパッキンの特性である後述する熱流束と物質流束との異なる速度に起因して回避できない。
【０００６】
吸収セクションの上端、したがってパッキン要素の上端部では、温度差に起因する顕熱の高い流束に起因して、温度変化が速い。特にソルベントの物質流束は、排ガス温度が高速で降下するときに分圧にしたがって平衡飽和未満にとどまるには十分に高速ではない。ソルベント及び水の濃度は飽和濃度よりも高くなり、これは過飽和状態と称される。
【０００７】
吸収セクションのパッキン要素の上端部における脱炭酸ガスの温度降下が大きければ大きいほど、過飽和の度合いも高くなる。過飽和の度合いが高まると、エアロゾル形成の可能性が高まる。エアロゾルは、気相中に存在する過飽和成分が液滴を形成するとき、すなわち、気相の大部分において凝縮されるときに生じる。液滴の形成は核生成によって引き起こされる。固体粒子がガス流中に存在する場合には、ガス流中のそのような固体粒子の濃度の増大に伴って核生成の可能性が高まる。排ガス流は、常にフライアッシュを含み、また、場合により、核生成開始剤としての役目を果たし得るとともに二酸化炭素吸収装置の上流側に配置される排ガス脱硫ユニットから排ガス流とともに運ばれる亜硫酸塩粒子又は硫酸塩粒子を含む。
【０００８】
エアロゾル液滴は、５μｍ未満、大部分は２μｍ未満の範囲内である。そのような小さいサイズの液滴は、従来の液滴分離器によって捕捉することができず、したがって、従来の液滴分離器具によってエアロゾルを濾過できす、その結果、望ましくない量のエアロゾルが、吸収装置の上端から出る浄化ガス流中に残存する。
【０００９】
したがって、本発明の目的は、二酸化炭素含有ガス流から二酸化炭素を吸収するための改良された吸収方法及び前記改良された吸収方法を行なうための改良された吸収装置を提案することである。特に、本発明の目的は、エアロゾルの形成のリスクを減らすことである。
【００１０】
本発明の以下の説明において、以下の定義が役立つと考えられる。
吸収セクション：吸収セクションの目的は、排ガスから二酸化炭素を除去することである。二酸化炭素は、二酸化炭素と反応するソルベントを使用して排ガスから吸収される。
【００１１】
洗浄セクション：洗浄セクションの目的は、ソルベントを吸収することである。排ガスの冷却は洗浄セクションの仕事ではない。ソルベントは、実質的にソルベントがない水を使用して、二酸化炭素含有量が低い排ガスから除去される。水は、このセクションの下端から上端へと再循環されない。すなわち、洗浄セクションは「ワンススルー」モードで動作される。ソルベントを排ガスから吸収するために洗浄セクションで使用される水は、冷却セクションから分岐される凝縮物＋利用可能な場合には随意的に補給水である。
【００１２】
ガス冷却セクション：ガス冷却セクションの目的は、水を凝縮することである。ガス冷却セクションは、ソルベントを吸収するように特に設計されていない。ガス冷却セクションは、場合により微量のソルベントを含む冷却水を冷却流体として用いて動作されて、排ガスが冷却され、それにより、必要な補給水を最小限に抑えるべく水が凝縮される。ガス冷却セクションは「ポンプアラウンド」として動作される。すなわち、冷却流体は、ガス冷却セクションの下側の収集器内に集められて、引き出され、流体を所要の温度まで冷却するために熱交換器へと再循環される。所定の速度の冷却流体が次いで、ガス冷却セクションの上端へと供給される。引き出された冷却流体の一部は、分岐されて洗浄セクションで使用される。分岐される冷却流体の量は、冷却セクションで形成される凝縮物の量と同じである。
【００１３】
複合洗浄・冷却セクション：複合洗浄・冷却セクションの目的は、水を凝縮してソルベントを除去することである。このセクションは、主に水とソレノイドとを含む冷却流体を用いて動作される。利用可能であれば補給水がこのセクションへ供給されてもよい。排ガスが冷却されるとともに、必要な補給水を最小限に抑えるべく水が凝縮される。ソルベントのかなりの部分も吸収され、したがって、凝縮水はソルベントを含む。複合洗浄・冷却セクションは「ポンプアラウンド」として動作される。すなわち、冷却流体は、複合洗浄・冷却セクションの下側の収集器内に集められて、引き出され、流体を所要の温度まで冷却するために熱交換器へと再循環される。その後、所定の速度の冷却流体が複合洗浄・冷却セクションの上端へと再循環される。引き出された冷却流体の一部は、分岐されて、二酸化炭素セクション又は第２の複合洗浄・冷却セクション又は洗浄セクションのいずれかへと供給され得る。分岐される冷却流体の量は、冷却セクションで形成される凝縮物の量と同じである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００３／００４５７５６（Ａ１）号
【特許文献２】国際特許出願第２０１１／０８７９７２号
【特許文献３】欧州特許出願第２２３００１１Ａ１号
【特許文献４】国際特許出願第２０１０／１０６０１１Ａ１号
【特許文献５】国際特許出願第２０１０／１０６１１９号
【特許文献６】欧州特許出願第０８５８３６６Ｂ１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、二酸化炭素吸収セクション（複数可）のための選択的物質移動機器を用いて特定の吸収形態を使用することによりエアロゾル形成のリスクを減らしつつ二酸化炭素吸収を行なうための装置及び方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の１つの態様は、エアロゾル形成のリスクを減らしつつ吸収装置内で二酸化炭素含有流からの二酸化炭素吸収を行なう方法において、吸収装置は、この装置の容器の下端から上端に至るまで、以下のセクション、すなわち、
−  少なくとも１つの二酸化炭素吸収セクション
−  「ワンススルー式」洗浄セクション
−  冷却セクション
をこの挙げられた順序で備え、
二酸化炭素吸収セクションと洗浄セクションとの間に液体分離器が位置されず、
該方法は、
（ｉ）ソルベントを使用して二酸化炭素を吸収することによりソルベントを含んだ二酸化炭素含有量が低い浄化されたガス流を形成するため、二酸化炭素含有ガス流を二酸化炭素吸収セクションに通すステップと、
（ｉｉ）「ワンススルー式」洗浄セクションに該浄化されたガス流を通すステップであって、「ワンススルー式」洗浄セクションは、「ワンススルー式」洗浄セクションの上側の冷却セクションからの水凝縮物を用いて、及び、随意的に補給水を用いて動作され、ソルベント含有量が低い浄化されて洗浄されたガス流を形成する、ステップと、
（ｉｉｉ）浄化されて洗浄されたガス流を冷却するために、及び、水を凝縮して水凝縮物を形成するために、浄化されて洗浄されたガス流を冷却セクションへ供給するステップと、
（ｉｖ）水凝縮物を冷却セクションから引き出すステップと、
（ｖ）引き出された水凝縮物の一部を元の冷却セクションへと再循環させる（ポンプアラウンド）ステップと、
（ｖｉ）引き出された水凝縮物の残り部分を洗浄セクションへ供給するステップであって、ステップ（ｉｖ）において冷却セクションから引き出された水凝縮物の全て又は再循環部分だけが冷却される、ステップと、
を備える、方法に関する。
【００１７】
本発明の方法の好ましい実施例では、液体収集器が二酸化炭素吸収セクションと洗浄セクションとの間に位置されない。方法の他の好ましい実施例では、方法によって形成された冷却され、浄化され、及び、洗浄されたガス流がエアロゾル液滴を含み、エアロゾル液滴は、ソルベントが実質的になく、主に水から成る。
【００１８】
方法の更なる他の好ましい実施例において、二酸化炭素吸収セクションは、蒸気側の熱移動及び物質移動が乏しいことにより特徴付けられる選択的物質移動機器を有する。特に好ましい実施例において、蒸気側の熱移動及び物質移動が乏しいことにより特徴付けられる物質移動機器は、
（ａ）カラム軸線から３０°未満、好ましくは２５°未満の波形部角度を有する波形状シートから成る構造化されたパッキン、又は、
（ｂ）第１の波形部を有する第１の層と、第２の波形部を有する第２の層と、第１の波形部及び第２の波形部によって形成される複数の開放したチャネルとを有する構造化されたパッキンであって、チャネルが、第１の波底部、第１の波頂部、及び、第２の波頂部を含み、第１の波頂部及び第２の波頂部が第１の波底部を境界付け、第１及び第２の波頂部が第１の頂点及び第２の頂点を有し、突起又は窪みが第１の頂点の方向に延び、突起が設けられる場合には、波底部の谷底からの突起の少なくとも１つのポイントの通常の間隔が、波頂部の第１の谷底からの第１の頂点の通常の間隔よりも大きく、窪みが設けられる場合には、波底部の谷底からの窪みの少なくとも１つのポイントの通常の間隔が、波頂部の第１の谷底からの第１の頂点の通常の間隔よりも小さい、構造化されたパッキン、
から選択される構造化されたパッキンである。
【００１９】
方法の更なる他の好ましい実施例において、ソルベントは、アミンの水溶液、アミン酸、又は、二酸化炭素と反応する揮発性化合物である。
【００２０】
方法の別の態様は、二酸化炭素の吸収のための装置における二酸化炭素吸収セクションの一部としての構造化されたパッキンの使用であって、構造化されたパッキンが、
（ａ）カラム軸線から３０°未満、好ましくは２５°未満の波形部角度を有する波形状シートから成る構造化されたパッキン、又は、
（ｂ）第１の波形部を有する第１の層と、第２の波形部を有する第２の層と、第１の波形部及び第２の波形部によって形成される複数の開放したチャネルとを有する構造化されたパッキンであって、チャネルが、第１の波底部、第１の波頂部、及び、第２の波頂部を含み、第１の波頂部及び第２の波頂部が第１の波底部を境界付け、第１及び第２の波頂部が第１の頂点及び第２の頂点を有し、突起又は窪みが第１の頂点の方向に延び、突起が設けられる場合には、波底部の谷底からの突起の少なくとも１つのポイントの通常の間隔が、波頂部の第１の谷底からの第１の頂点の通常の間隔よりも大きく、窪みが設けられる場合には、波底部の谷底からの窪みの少なくとも１つのポイントの通常の間隔が、波頂部の第１の谷底からの第１の頂点の通常の間隔よりも小さい、構造化されたパッキン、
から選択される、構造化されたパッキンの使用において、使用が、二酸化炭素吸収セクションの上部領域におけるエアロゾル形成のリスクを減らすことを特徴とする、構造化されたパッキンの使用である。
【００２１】
構造化されたパッキンの使用の好ましい実施例において、使用は、二酸化炭素吸収セクションの下部領域における二酸化炭素最大取り込み量を更に増大させる。
【００２２】
本発明の更なる別の態様は、その容器の下端から上端に至るまで、以下のセクション、すなわち、
−  少なくとも１つの二酸化炭素吸収セクション
−  洗浄セクション
−  冷却セクション
をこの挙げられた順序で備える吸収装置の使用であって、
二酸化炭素吸収セクションと洗浄セクションとの間に液体分離器が位置されず、使用が、ソルベント及び水の過飽和とエアロゾル形成のリスクとを回避するためであることを特徴とする、吸収装置の使用である。
【００２３】
吸収装置の使用の好ましい実施例において、二酸化炭素吸収セクションは、蒸気側の熱移動及び物質移動が乏しいことにより特徴付けられる選択的物質移動機器を有する。特に好ましい実施例においては、蒸気側の熱移動及び物質移動が乏しいことにより特徴付けられる物質移動機器が、構造化されたパッキンであり、構造化されたパッキンは、
（ａ）カラム軸線から３０°未満、好ましくは２５°未満の波形部角度を有する波形状シートから成る構造化されたパッキン、又は、
（ｂ）第１の波形部を有する第１の層と、第２の波形部を有する第２の層と、第１の波形部及び第２の波形部によって形成される複数の開放したチャネルとを有する構造化されたパッキンであって、チャネルが、第１の波底部、第１の波頂部、及び、第２の波頂部を含み、第１の波頂部及び第２の波頂部が第１の波底部を境界付け、第１及び第２の波頂部が第１の頂点及び第２の頂点を有し、突起又は窪みが第１の頂点の方向に延び、突起が設けられる場合には、波底部の谷底からの突起の少なくとも１つのポイントの通常の間隔が、波頂部の第１の谷底からの第１の頂点の通常の間隔よりも大きく、窪みが設けられる場合には、波底部の谷底からの窪みの少なくとも１つのポイントの通常の間隔が、波頂部の第１の谷底からの第１の頂点の通常の間隔よりも小さい、構造化されたパッキン、
から選択される。
【００２４】
発明の詳細な説明
二酸化炭素含有ガス流から二酸化炭素を吸収するための吸収装置は容器を含み、容器は、容器の下端と容器の上端との間に配置されるパッキン要素を収容する吸収セクションを備え、容器は、容器の下端から容器の上端へと延びる主軸線と、二酸化炭素含有ガス流を容器の下端へ供給するための入口と、浄化されたガス流を上端で排出するための出口と、リーンソルベントをパッキン要素の上側に加えるためのソルベント入口と、パッキン要素の下側の位置でリッチソルベントを容器から排出するためのソルベント出口とを有する。パッキン要素は、シートとして構成される複数の層を伴って配置され、シートの少なくとも一部が波形部を有し、波形部は、山部を形成する波頂部と、谷部を形成する波底部とを有し、波形部のそれぞれの山部又は谷部は、パッキンシートの高さの少なくとも一部分にわたって、吸収装置の主軸線と３０°未満の角度を成す。好ましくは、波形部と吸収装置の主軸線との角度は、パッキンシートの高さの少なくとも一部分にわたって、２５°以下であり、特に好ましくは２０°以下である。高さの一部は、好ましくはパッキンシートの高さの少なくとも５％、より好ましくはパッキンシートの高さの少なくとも１０％、最も好ましくはパッキンシートの高さの少なくとも１５％である。該一部分は、パッキンシートの上端近傍における顕著な温度差に起因して、シートの上端に又は上端近傍に配置される。
【００２５】
複数の層は少なくとも第１の層及び第２の層を含むことができ、第１の層は第１の波形部を有する第１のシートであり、第１の波形部は、主軸線と０°よりも大きい波形部角度を成し、並びに、第２の層は第１の層と交差するように配置される。
【００２６】
一実施例によれば、吸収装置は、第１のセクション及び第２のセクションを備えるパッキン要素を有し、第１のセクションは第２のセクションの真下に配置され、第１及び第２のセクションのそれぞれが複数の層を含み、第１のセクションは、波形部の第１の角度を有する複数の第１のセクション層を含み、第２のセクションは、波形部の第２の角度を有する複数の第２のセクション層を含み、波形部の第１の角度は波形部の第２の角度と異なる。好適には、この場合、波形部の第１の角度は、波形部の第２の角度よりも大きい。
【００２７】
複数の層は、好適には、少なくとも第１の層及び第２の層を含み、第１の層は第１の波形部を有する第１のシートであり、第１の波形部は、主軸線と０°の波形部角度を成し、また、第２の層は主軸線と０°の角度を成し、並びに／或いは、第１の層又は第２の層の少なくとも一方が複数の突起を含む。
【００２８】
吸収装置の任意の実施例にしたがって用いるソルベントは、水溶性ソルベント又は揮発性化合物を含むソルベントのうちの少なくとも一方である。
【００２９】
一実施例に係る吸収装置は、上端と吸収セクションとの間の容器内に配置される洗浄セクションを備える。この場合、吸収セクションの上部の洗浄セクションはパッキン要素を収容し、水／液体入口がパッキン要素の上部に配置され、分配要素が入口とパッキン要素との間に配置される。また、冷却セクションを洗浄セクションと上端との間に配置できる。
【００３０】
一実施例において、二酸化炭素含有ガス流から二酸化炭素を吸収するための吸収装置は容器を含み、容器は、容器の下端と容器の上端との間に配置されるパッキン要素を収容する吸収セクションを備え、容器は、容器の下端から容器の上端へと延びる主軸線と、二酸化炭素含有ガス流を容器の下端へ供給するための入口と、浄化されたガス流を上端で排出するための出口と、リーンソルベントをパッキン要素の上側に加えるためのソルベント入口と、パッキン要素の下側の位置でリッチソルベントを容器から排出するためのソルベント出口とを有する。パッキン要素は、シートとして構成される複数の層を伴って配置され、シートの少なくとも一部が波形部を有し、波形部は、山部を形成する波頂部と、谷部を形成する波底部とを有し、波形部のそれぞれの山部又は谷部は、パッキンシートの高さの少なくとも一部分にわたって、吸収装置の主軸線と５０°以下の角度を成し、パッキン層のうちの少なくとも第２のパッキン層のそれぞれが窪み又は突起のうちの少なくとも一方を有する。有利な変形によれば、波形部の角度が一定である。好ましくは、波形部と吸収装置の主軸線との角度は、パッキンシートの高さの少なくとも一部分にわたって、３０°以下であり、特に好ましくは２５°以下である。高さの一部は、好ましくはパッキンシートの高さの少なくとも５％、より好ましくはパッキンシートの高さの少なくとも１０％、最も好ましくはパッキンシートの高さの少なくとも１５％である。該一部分は、パッキンシートの上端近傍における顕著な温度差に起因して、シートの上端に又は上端近傍に配置される。
【００３１】
また、本発明は、吸収装置内で二酸化炭素含有ガス流から二酸化炭素を吸収するための方法に関し、前記吸収装置は容器を含み、容器は、容器の下端と容器の上端との間に配置されるパッキン要素を収容する吸収セクションを備え、容器は、容器の下端から容器の上端へと延びる主軸線と、二酸化炭素含有ガス流を容器の下端へ供給するための入口と、浄化されたガス流を上端で排出するための出口と、リーンソルベントをパッキン要素の上側に加えるためのソルベント入口と、パッキン要素の下側の位置でリッチソルベントを容器から排出するためのソルベント出口とを有し、方法は、二酸化炭素含有ガス流を下端の入口へ供給するステップと、リーンソルベントをパッキン要素の上部に供給してリーンソルベントをパッキン要素へ分配するステップと、吸収セクション内の二酸化炭素含有ガス流から二酸化炭素をソルベント中へと吸収するステップと、二酸化炭素含有量が低いガス流を吸収セクションから排出するステップとを備え、パッキン要素は、シートから構成される複数の層を伴って配置され、シートの少なくとも一部が波形部を有し、波形部は、山部を形成する波頂部と、谷部を形成する波底部とを有し、波形部のそれぞれの山部又は谷部は、パッキンシートの高さの少なくとも一部分にわたって、吸収装置の主軸線と３０°未満の角度を成す、又は、パッキン要素に入る二酸化炭素含有ガス流又はパッキン要素から出る二酸化炭素含有量が低いガス流の見掛けのガス速度と比べて低い間隙ガス速度を可能にする角度を吸収装置の主軸線と成す。高さの一部は、好ましくはパッキンシートの高さの少なくとも５％、より好ましくはパッキンシートの高さの少なくとも１０％、最も好ましくはパッキンシートの高さの少なくとも１５％である。該一部分は、パッキンシートの上端近傍における顕著な温度差に起因して、シートの上端に又は上端近傍に配置される。
【００３２】
吸収装置の有利な形態によれば、二酸化炭素含有量が低いガス流は、洗浄セクション内で、二酸化炭素含有量が低いガス流に同伴されたソルベントから取り除かれ、洗浄セクションはパッキン要素を収容し、洗浄液、特に水が、パッキン要素の上部で容器へ供給され、洗浄液がパッキン要素上へ分配され、洗浄液は、二酸化炭素含有量が低いガス流と対向する向流の状態で進み、二酸化炭素含有量が低いガス流に含まれるソルベントは、パッキン要素を通過する最中に洗浄液中へ吸収され、そして、浄化されて洗浄されたガスが洗浄セクションから出る。
【００３３】
洗浄セクションの後に冷却セクションが続くことができ、冷却セクションは洗浄セクションの上側に配置され、浄化されて洗浄されたガスの冷却は、浄化されて洗浄されたガスをパッキン要素上にわたって方向付けることにより行なわれ、冷却流体は、浄化されて洗浄されたガスが吸収装置から出る前に冷却されるように、浄化されて洗浄されたガスに対向する向流状態で通過する。
【００３４】
冷却流体は、好適には、閉じられたサイクルで実質的に案内され、また、凝縮される液体の一部は、分岐されて、洗浄セクションへと供給される。洗浄セクションに供給される冷却流体は、洗浄セクション内でソルベントが充填される洗浄液を形成し、この洗浄液は吸収セクションへと再循環される。
【００３５】
したがって、二酸化炭素吸収セクション（複数可）で使用される物質移動機器は、二酸化炭素吸収を最適化して圧力降下を減らすとともに過飽和の度合いを減らすように選択され、これは、蒸気側の熱移動及び物質移動が乏しいことにより特徴付けられる「選択的」パッキンとも称される物質移動機器によって達成される。蒸気側の熱移動及び物質移動の特性が乏しいが液体側の質量移動特性が良好な物質移動機器は、以下の２つの利点、すなわち、（ａ）二酸化炭素吸収セクションの上端でのエアロゾル形成のリスクの減少、及び、（ｂ）二酸化炭素吸収セクションの下端における二酸化炭素の最大取り込み量の増大という利点を示す。
【００３６】
図６は、従来のパッキン要素におけるガスと液体との間の物質移動及びエンタルピー移動を概略表示で示し、図７は本発明に係る選択的パッキン要素に関するものである。一般に、物質移動又はエンタルピー移動は、熱又は成分が気相から液相へと移動し又はその逆へ移動し、したがって、該移動が流量又は熱流束に起因し得るということを示唆する。この移動の過程で、熱又は成分は、相の大部分から気相と液相との間の境界へと横切る抵抗を受ける。エンタルピー移動及び物質移動に起因する流束及び抵抗が図６及び図７に示されており、これにより、図６に係る従来のパッキン要素におけるそれぞれの量と図７に係る選択的パッキンにおけるそれぞれの量とを比較することができる。この場合、それぞれの流速の大きさは、それぞれの矢印の長さにほぼ比例する。図６及び図７における対応する流束が同じ参照数字を有する。このように、図６及び図７は、顕熱移動に起因する熱流束８１、潜熱移動に起因する熱流束、したがってソルベントの物質移動８２、水における潜熱移動に起因する熱流束８３、二酸化炭素の潜熱移動に起因する熱流束８４、ソルベントにおける物質移動流束８５、水における物質移動流束８６、及び、二酸化炭素における物質移動流束８７を示す。また、図６及び図７は、顕熱移動９１、９２、ソルベントにおける潜熱移動９３、９４、水における潜熱移動９５、９６、二酸化炭素における潜熱移動９７、９８、ソルベントの物質移動９９、１００、水の物質移動１０１、１０２、二酸化炭素の物質移動１０３、１０４に関して、液体側流８０により表わされる液体側の抵抗及び気体側流９０により表わされる気体側の抵抗を示す。
【００３７】
図７は、二酸化炭素の流束を除き従来技術と比べて全流束が減少されることを示す。二酸化炭素における流束は、これらが液体側で制御されるため、図６及び図７において同じでなければならない。選択的パッキンにおけるエンタルピー移動及び物質移動のため、気相における抵抗は増大される。この結果、それぞれの気体側抵抗が従来のパッキンの場合よりも高いため、液相へと輸送される水及びソルベントの量が減少され、したがって、ソルベント及び水における潜熱移動並びに水及びソルベントの物質移動が‘選択的パッキン’の気相でより小さくなる。言い換えると、気体側抵抗９４、９６、１００、１０２こそが液相への流束を制限する。二酸化炭素の場合においてのみ、液相における抵抗が気相におけるよりも高く、したがって、二酸化炭素における物質移動及びエネルギー移動に関しては、従来のパッキン要素と本発明に係るパッキン要素との間に差がない。
【００３８】
したがって、選択的パッキンの使用は、主要な対象、すなわち、二酸化炭素吸収において何ら不都合をもたらさない。しかしながら、潜熱移動及び物質移動における気体側抵抗の増大は、ソルベント及び水の流束が低下されるという結果を有する。このことは、上端から出る気相の温度が更に高いことを意味する。
【００３９】
顕熱移動に対する抵抗の増大は、図２に係る温度プロファイルがより高い温度へとシフトされるという結果を有し、これは、過飽和を回避する目的において有益である。
【００４０】
二酸化炭素吸収セクションから出る浄化されたガス流は、選択的パッキンを使用すると、蒸気側の熱移動及び物質移動の減少に起因して、より高いエンタルピーを有する。言及されるエンタルピーは、この実例では、浄化されたガス流に含まれる比エネルギーである。抜け出るガス流のエンタルピーは、一般に顕熱とも称される温度増大に起因して、二酸化炭素吸収において使用される従来の熱・物質移動機器から出るガス流と比べてより高い。抜け出る浄化されたガスの温度が高いだけでなく、浄化されたガスにおける水及びソルベントの含有量も増大され、したがって、エンタルピーが更に増大される。濃度変化、したがって物質移動に起因するエンタルピー変化は、一般に潜熱変化と称される。顕熱にも委ねられる温度の増大、及び、水濃度の増大、したがって、潜熱は、正に上端で二酸化炭素吸収セクションから出るガス流のかなり高い気体エンタルピーをもたらす。上端で二酸化炭素セクションから出るより高い排ガス温度に起因して、過飽和の度合いが減少され、したがって、エアロゾル形成のリスクが低下される。
【００４１】
抜け出る浄化されたガス流においてエンタルピーが増大されるため、二酸化炭素吸収セクションの正に下端で抜け出る液体は低いエンタルピーを有し、したがって、結果として得られる液体温度は、エンタルピーバランスにしたがってより低い。下端における低下した液体温度は有益である。これは、ＣＣＳ吸収体の典型的な特徴が、これらのユニットが‘rich end pinched’動作されるようになっているというものだからである。このことは、ソルベントに二酸化炭素が可能な限り多く取り込まれ、それにより、熱力学的平衡に近づくことを意味する。熱力学的平衡は、二酸化炭素吸収セクションの正に下端の近傍でほぼ達せられる。温度が低下されると、熱力学的平衡がより高い二酸化炭素取り込みへとシフトされ、したがって、想定し得る二酸化炭素吸収量は、所定のソルベント流量に伴って増大される。
【００４２】
気体側物質移動の乏しさが二酸化炭素吸収セクションから出るガスの温度増大をもたらす理由は以下の通りである。すなわち、エンタルピー移動の流束にも委ねられる速度も、したがって、温度変化に対応する顕熱と濃度変化に対応する潜熱との合計が大部分において蒸気側で制御されるのに対し、二酸化炭素吸収の速度が液体側で制御されるからである。したがって、液体側の物質移動速度を維持して、蒸気側の熱・物質移動速度を減少させると、説明された挙動がもたらされる。すなわち、二酸化炭素吸収セクションにおけるエアロゾル形成のリスクが減少される。
【００４３】
前述したように、燃焼後二酸化炭素吸収体の典型的な特徴は、それらが‘rich end pinched’設計されることである。そのような設計に起因して、及び、ガス入口状態に起因して、カラムにおける温度プロファイルは下端から上端へ向かって増大する。温度増大は、主に、解放された吸収熱及び反応熱に起因する。二酸化炭素吸収セクションの正に上端へ供給されるリーンソルベントは一般に約３０℃〜４５℃の低い温度を有するため、ガス流は、リーンソルベントの入口に近い二酸化炭素吸収セクションの上端で冷却される。これは、二酸化炭素濃度が低いガス流の急な温度降下をもたらし、並びに、水及びソルベントの凝縮が起こる。温度変化に起因するエンタルピー移動である顕熱移動は蒸気側で制御され、従来のパッキン要素が非常に効率的である。濃度変化に起因する潜熱移動も主に蒸気側で制御されるが、移動される成分に応じて、蒸気側物質移動が顕熱の場合よりも遅くなる可能性があり、蒸気側物質移動は各成分ごとに異なる。この挙動が図６及び図７に示される。特に、ソルベントなどのより高い分子量を有する成分は、一般に、より遅い拡散性に起因して物質移動における流束の減少を示した。顕熱移動及び潜熱移動の両方が主に蒸気側で制御されるにもかかわらず顕熱移動が潜熱移動よりも速ければ、気相が過飽和される或いは部分冷却されることを回避することはできない。これは、関連する分圧が二酸化炭素吸収体で使用されるソルベントの場合に当てはまる。ガス流が過飽和されるときには常に、エアロゾル形成のリスクが潜在的となる。どの程度の過飽和でエアロゾルが形成されるのかを予測することはできず、これは、分子の核生成がどのようにして起こるのかに敏感に依存する。しかし、いずれにせよ、それは成り立つ。すなわち、過飽和が小さければ小さいほど、エアロゾル形成のリスクも低い。
【００４４】
選択的パッキンの蒸気側の熱・物質移動速度の低下に起因して、二酸化炭素吸収セクションの正に上端での温度降下が減少され、したがって、過飽和の度合いも減少される。すなわち、二酸化炭素吸収セクションの上端でのエアロゾル形成のリスクが低下される。
【００４５】
蒸気側物質移動が選択的に減少される特性を伴うパッキンは、例えば、欧州特許出願第２２３００１１Ａ１号、国際特許出願第２０１０／１０６０１１Ａ１号、国際特許出願第２０１０／１０６１１９号に開示される。したがって、そのようなパッキンを二酸化炭素吸収セクションで使用できることが好ましい。しかしながら、波形状シートから成る構造化されたパッキンを改変して、波形部角度を減少させることにより、蒸気側物質移動を意図的に低下させることができる。カラム軸線からの３０°未満、好ましくは２５°未満の波形部角度は、蒸気側の熱・物質移動の低下を達成する。そのようなパッキンタイプは、乏しい物質移動特性に起因して、通常は不利である気相では一般に使用されない。蒸気側熱・物質移動速度の低下の理由は、カラム軸線に対して３０°未満の波形部角度を成すパッキンを用いて得ることができるより低い間隙ガス速度である。間隙速度下では、パッキン内のガス速度が意図される。パッキンが交差するように配置される波形部を有するタイプのものであれば、そのような波形部は交差するチャネルを形成する。ガスは、チャネルに沿って進み、又は、チャネルを横切る。間隙ガス速度は、以下の２つの効果によって決定される。すなわち、（ａ）パッキンによって占められる体積に起因する空隙率及びその液体ホールドアップ。これは、構造化されたパッキンにおいては小さな効果であり、波形部角度とは無関係である。（ｂ）波形部角度によって課されるガス流の方向。（カラム軸線に対する）波形部角度の増大は、間隙ガス速度の増大をもたらす。
【００４６】
ガスは波形チャネルによって案内され、したがって、波形部角度の減少により、従来のパッキン要素と比べてより低い間隙ガス速度が得られる。これは、蒸気側熱・物質移動を低下させるガス乱流の減少をもたらす。蒸気側熱・物質移動の低下は一般に好ましくないが、この発明の目的のため、それは有利な効果を有する。
【００４７】
そのような選択的挙動を達成するためにランダムパッキン要素を容易に改変できない。これは、間隙速度が、ランダムパッキンを形成するランダムパッキン要素の大部分の単一のランダムパッキン要素の方向とは無関係である可能性が高いからである。そのような用途では、そのような解決策に固有の高い圧力降下に起因して、トレイが一般に使用されない。また、蒸気側熱・物質移動は、単純な幾何学的な改変によって影響され得ない。
【００４８】
本発明の利点は、ガス流における過飽和度合いの減少、したがって、液状のソルベント放出を引き起こすエアロゾル形成のリスクの減少である。エアロゾル形成は、非常に高いソルベント放出をもたらす場合がある。すなわち、エアロゾルが形成されれば、それらを除去するために過度な労力が必要とされる。本発明は、過飽和の度合いを低下させるべく選択的パッキンを使用することにより、及び、選択的パッキンを含む特定の吸収装置形態を使用することにより、エアロゾル形成を回避することを目的とする。
【００４９】
本発明の更なる利点は、リッチソルベントに取り込む二酸化炭素を増大できる可能性であり、それにより、エネルギーに関してプロセス全体を最適化でき、したがって、この分野の用途における全てのプロセスにとって重要な全エネルギー消費量の最小化が可能となる。この目的は、液体及び気体の物質移動挙動が異なる物質移動機器を使用することにより、したがって、二酸化炭素吸収セクションから出るガス流のより高いガスエンタルピーをもたらす、いわゆる選択的物質移動機器を使用することにより達せられる。二酸化炭素吸収に起因するエンタルピー増大が一定のままであり、全ての供給流のエンタルピーも一定のままであるため、二酸化炭素吸収セクションの下端から出る液体流のエンタルピーが減少される。すなわち、結果として得られる下端液体温度はより低い。
【００５０】
本発明の更なる利点は、大気へのガス状のソルベント放出を最小限に抑えることである。今までのところ、ソルベント放出は、複合洗浄・冷却セクションを使用することによって最小限に抑えられた。複合洗浄・冷却セクションは、吸収カラム内に配置されるパッキン要素から成る。二酸化炭素消耗ガス流は、洗浄水と対向する向流状態でパッキン要素を通過する。冷却された水は、循環され又は周回圧送される。したがって、この動作に関しては、ポンプアラウンドという用語を使用するのが一般的である。単一のポンプアラウンドは、極めて低いソルベント濃度を達成しない。このため、米国特許出願第２００３／００４５７５６号に開示されるように直列の複数のポンプアラウンドを使用できる。それぞれの冷却セクションごとに、以下の要素、すなわち、取り除きトレイ、ポンプ、熱交換器、パイプ、及び、制御機器が必要とされる。
【００５１】
提案された吸収装置は、容器の下端から上端へと至るまで、以下のセクション、すなわち、少なくとも１つの二酸化炭素吸収セクション、洗浄セクション、及び、その後の冷却セクションをこの挙げられた順序で備え、その形態は、国際特許出願第２０１１／０８７９７２号に開示される形態と同様である。
提案されたカラム形態は、以下の主要な利点、すなわち、大気への低いソルベント放出、並びに、洗浄セクション及び冷却セクションにおけるエアロゾル形成のリスクの低減を有する。また、二酸化炭素吸収セクションと洗浄セクションとの間に液体分離器が必要とされない。
【００５２】
排ガスなどの二酸化炭素含有ガス流が二酸化炭素吸収セクション（複数可）を通過した後、このガス流は、最初に、「ワンススルー式」セクションとも称される洗浄セクションに入り、洗浄セクションは、この洗浄セクションの上側の冷却セクションからの水凝縮物を用いて、随意的に利用可能な場合には補給水を用いて動作される。この水供給物は、非常に低いソルベント濃度を有し、したがって、洗浄セクション内のガス流からソルベントをほぼ完全に除去できる。洗浄セクションからの下端での水流は、ソルベントが豊富であり、下側の二酸化炭素吸収セクションへ供給され得る。
【００５３】
洗浄セクションから出る浄化されて洗浄されたガス流は、低いソルベント濃度を有しており、ガス流を冷却するとともに水を凝縮するために冷却セクションへ供給される。このセクションは、補給水の必要性を最小限に抑えることが求められる。このセクションで形成される凝縮物は、引き出されるとともに、洗浄セクションへの供給物として使用される。この凝縮物は非常に低いソルベント濃度を有する。
【００５４】
吸収装置の提案された形態は、従来技術と比べて効率の良い物質移動機器を可能にする洗浄セクションへの水供給速度を伴うソルベントの吸収のための方法を行なうことを可能にし、この場合、洗浄セクションは、補給水のみを使用する冷却セクションの上側にある。これは、従来技術として国際特許出願第２０１１／０８７９７２号で言及される。より良好な効率は、パッキンの湿潤挙動を向上させる水供給速度の増大に起因する。また、水供給速度の増大は、熱力学的な制約、したがって凝縮物の使用に起因する水量の増大に直面することなく、より高温のガス流からソルベントを吸収できるようにする。それにもかかわらず、洗浄セクションにおいて、ガス流中のソルベント濃度を所望の濃度まで減少させることができる。これは、凝縮物の使用に起因して利用できる水の量が増大するからである。
【００５５】
ガス流は、パッキンの内側の液体から又は液体分配器からのガスによって同伴される液体を含むことができる。そのような同伴液体は、凝縮であるエアロゾル形成に起因せず、蒸気と液相との間で作用する摩擦力に起因する。そのような同伴液体は、２０ミクロンよりも大きい液滴直径を有する相対的な大きい液滴を形成する。そのようなサイズの液滴は、液体分離器などの適切な機器によって除去できる。
【００５６】
セクションの提案された形態に起因して、二酸化炭素吸収セクションからのガスによって同伴されるそのようないかなる液体は重大ではない。これは、上側に配置される後段の洗浄セクションへの影響が殆どないからであり、したがって、従来技術の文献である米国特許出願公開第２００３／００４５７５６号で必要とされるような液体分離器の設置を回避できる。複合洗浄・冷却セクションを使用する従来技術において液体分離器が有利である理由は、以下の通り、すなわち、パッキン要素が液滴分離器として作用するからである。したがって、複合洗浄・冷却セクションに入っているガスによって同伴される液体は、複合洗浄・冷却セクションのパッキン要素内で分離されて、冷却流体と混合する。吸収セクションからの同伴液体は、高いソルベント濃度を含み、したがって、冷却液の濃度が増大される。冷却液は複合洗浄・冷却セクションの上端へと再循環されるため、高いソルベント濃度は不都合であり、セクションは、このセクションの仕事のうちの１つである脱炭酸ガスからのソルベントの除去をもはや効果的に行なうことができない。提案されたカラム形態を用いると、洗浄セクションが‘ワンススルー’モードで動作される。また、この形態を用いると、ガスによって同伴される液体が除去される。これは、主に洗浄セクションの下端で起こる。下端からの液体はセクションの上端へと再循環されないため、洗浄セクションの上部でのソルベントの吸収に影響はなく、効率さが阻害されない。したがって、吸収セクションと洗浄セクションとの間に液体分離器は不要である。
【００５７】
二酸化炭素吸収セクションからのガス流の冷却が速すぎないことが重要であり、さもなければ、米国特許出願公開第２００３／００４５７５６号に係る従来のカラム形態を使用するときに、すなわち、二酸化炭素濃度が低いガスが冷却セクションへ直接に供給されるときに、エアロゾル形成のリスクが増大される。エアロゾル形成リスクが増大する理由は、選択的パッキンを使用する際に排ガス温度の増大に起因して二酸化炭素吸収セクションから出る排ガスのソルベント濃度がより高くなるからである。前述した提案されたカラム形態は、洗浄セクション内でのエアロゾル形成のリスクを回避するのに役立つ。理由は以下の通りである。すなわち、洗浄セクションが低い液体質量流量を用いて動作されるからである。つまり、冷却セクションからの凝縮物及び随意的に補給水がガス流量と比べて低いからである。したがって、洗浄セクション内の温度プロファイルは主にガス温度によって決定され、ガス温度は、セクション全体にわたってほぼ不変のままである。この洗浄セクションでは、ガス流中のソルベント濃度を所望のレベルまで減少させることができ、また、水露点が大きく変化しない。そのため、ソルベント及び水の過飽和が回避され、結果として、エアロゾル形成のリスクが回避される。
【００５８】
洗浄セクションから出る温かいガス流は冷却セクションに入り、この冷却セクションでは、ガス流が冷却されて、水が凝縮される。ガス流が水で過飽和されることを回避することはできない。しかしながら、エアロゾルが形成されれば、それらのエアロゾルは、ソルベントが実質的になく、主に水から成る。水は小さい分子量を有するため、気相中の水の物質移動は比較的高く、また、過飽和は、飽和付近の濃度を有するソルベントの場合よりも低い。
【００５９】
以下、例示的な実施例の図面を参照して本発明を更に詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の第１の実施例に係る吸収装置を示す。
【図２】吸収セクションの温度プロファイルを示す。
【図３】他方に対して交差するように配置される２つの層を含むパッキン要素の一部を示す。
【図４】他方に対して交差するように配置される２つの層を含むパッキン要素の一部を示す。
【図５】互いに隣接して配置される３つの層を含むパッキン要素の一部を示す。
【図６】従来の吸収パッキンの二酸化炭素吸収セクションの上部における抵抗及び流束の概略表示である。
【図７】選択的吸収パッキンの二酸化炭素吸収セクションの上部における抵抗及び流束の概略表示である。
【発明を実施するための形態】
【００６１】
図１に係る吸収装置は概略的に示される断面図である。吸収装置は、二酸化炭素吸収セクションにおける蒸気側物質移動効率を選択的に低下させる物質移動機器を備える。二酸化炭素含有ガス流２から二酸化炭素を吸収するための吸収装置１は容器１０を備える。ガス流２は３５℃〜７０℃以下の温度を有することができる。ガス流は一般に４〜１５％の二酸化炭素含有量を有し、この場合、パーセンテージはモルパーセンテージである。容器は、選択的パッキンを少なくとも部分的に使用する容器１０の下端１１と容器１０の上端１２との間に配置されるパッキン要素１６を収容する二酸化炭素吸収セクション６を含む。容器１０は、容器１０の下端１１から容器１０の上端１２へと延びる主軸線１３を有する。また、二酸化炭素含有ガス流２を容器１０の下端１１に供給するための入口２２と、浄化されたガス流３を上端１２で排出するための出口２３とが設けられる。パッキン要素１６の上側にリーンソルベント４を加えるためのソルベント入口２４と、パッキン要素１６の下側の位置で容器１０からリッチソルベント５を排出するためのソルベント出口２５とが設けられる。ソルベントは好ましくは３０℃〜４５℃の温度で供給される。パッキン要素１６はシートから形成される複数の層を伴って配置され、この場合、シートの少なくとも一部は波形部を有する。波形部３４、４４は、山部を形成する波形部波頂と、谷部を形成する波形部波底とを有し、波形部３４、４４のそれぞれの山部又は谷部は、主軸線と３０°未満の角度を成す。パッキンの高さは、好適には、１０ｍ〜３０ｍの範囲内である。そのようなパッキン要素の実例が図３、図４、又は、図５に示される。複数の層は少なくとも第１の層３２と第２の層３３とを含むことができ、その場合、第１の層は、第１の波形部３４を有する第１のシートである。第２の層３３は、第２の波形部４４を有する第２のシートである。第１の波形部３４は、主軸線１３と０°よりも大きい波形部の角度を成し、また、第２の層は、図３又は図４に示されるように、第１の層と交差するように配置される。波形部の角度が参照数字３８によって示される。
【００６２】
リーンソルベント４は、リーンソルベント分配要素４２によってパッキン要素１６上へと分配され得る。一実施例において、パッキン要素１６は、図３、４又は５に示されるような構造を有することができる。
【００６３】
図１によれば、洗浄セクション７が上端１２と吸収セクション６との間で容器１０内に配置される。洗浄セクション７はパッキン要素１７を収容し、また、水／液体入口４９がパッキン要素１７の上部に配置される。パッキン要素１７の高さは、一般に６ｍ以下であり、特に２〜６ｍの範囲内である。また、分配要素４１が入口４９とパッキン要素１７との間に配置される。パッキン要素１７の下側に液体収集要素は不要であり、また、パッキン要素１７からの液体が二酸化炭素吸収セクション６へと滴り落ちる。洗浄セクション７のパッキン要素１７は、二酸化炭素含有量が低いガス流３０から洗浄液２０への効率的なソルベント物質移動を行なうように構成される。洗浄液２０は、洗浄液分配要素４１によってパッキン要素１７上へと分配される。パッキン要素１７のシートに沿う洗浄液の通過中、洗浄液２０には、吸収セクション６からの二酸化炭素含有量が低いガス流３０に同伴されたソルベントが混入される。ソルベントが混入された洗浄液２１は、入口２４で付加されたリーンソルベントに加えて、二酸化炭素の吸収のための吸収セクションで使用できる。欧州特許出願第０８５８３６６Ｂ１号に開示されるパッキン要素など、従来の構造化されたパッキン要素を使用できる。
【００６４】
洗浄セクション７の上側には、冷却セクション８が容器内に配置される。冷却セクションはパッキン要素１８を収容する。冷却セクションのパッキン要素１８は、好適には、欧州特許出願第０８５８３６６Ｂ１号に開示される形状を有する。冷却流体１４が冷却流体入口２６で容器に入り、この冷却流体は冷却流体分配要素３６によってパッキン要素１８上へ分配される。浄化された実質的にソルベントがないガス流３１が、冷却流体１４と対向する向流状態でパッケージ要素に入る。ガス流からの凝縮水が冷却流体として使用される。冷却流体１４と排ガスからの凝縮された更なる水とが、パッキン要素１８の真下に配置される冷却流体収集要素３７で収集される。収集要素はリザーバを伴って配置され、このリザーバから、収集された冷却流体のための出口２７が予見される。冷却流体は、冷却流体ポンプ２９によって熱交換器４０へと圧送される。熱交換器４０から、冷却流体が冷却流体入口２６へ戻される。冷却セクション８に入る排ガスから水が凝縮されるという事実に起因して、引き出された冷却流体の一部は、分岐されて、洗浄セクション７内で洗浄水として使用され、そのため、リサイクルされる冷却流体の流量は一定のままである。冷却流体は、熱交換器４０の前で温かい冷却流体から又は熱交換器４０の後で冷却された冷却流体から分岐され得る。
【００６５】
吸収装置の動作圧は、大気圧に近く、好ましくは１．２ｂａｒ以下である。
【００６６】
図２は、パッキン高さにわたる温度分布を意味する吸収セクションの温度プロファイルのグラフを示す。図２は単なる概略的な表示であり、したがって、グラフのｘ軸上に示される温度には値が付されていない。また、グラフのｙ軸上に示されるパッキン高さにも値が何ら付されていない。パッキン要素の下端がセクションの底部５５として示される。パッキン要素の上端がセクションの最上部５６として示される。連続的な太い線５１はソルベントの温度を示し、太い破線５２は、選択的パッキン要素の使用によるガス流の温度を示す。細い実線６１はソルベントの温度を示し、細い破線６２は、従来のパッキン要素の使用によるガス流の温度を示す。このように、図２は、ソルベント及び選択的パッキン要素におけるガスの温度がパッキン要素の高さ全体にわたって殆ど低いことを示す。低温で吸収動作できることの利点は、ソルベント中に取り込む想定し得る二酸化炭素の増大である。したがって、エアロゾルは、全く生じず、又は、少なくともエネルギー消費量の減少という利点から離れない程度に低く抑えられ、これは、プロセス全体の経済性を高めるのに寄与する。
【００６７】
図２には、以下の温度、すなわち、選択的パッキン要素の上端から出る液体の温度７２、本発明に係る選択的パッキンに入る二酸化炭素含有ガスの温度７３、及び、選択的パッキンから出るガスの温度７４が示されている。比較のため、従来のパッキン要素から出る液体の温度７６、選択的パッキンを使用する温度と同じである従来のパッキンに入る二酸化炭素含有ガスの温度７７、及び、従来のパッキンから出るガスの温度７８が示される。
【００６８】
従来のパッキンに入る液体の温度７５は、選択的パッキンに入る液体の温度７１と同じである。
【００６９】
図３に示される好ましい実施例に係る吸収セクション６の構造化されたパッキン要素１６は、波状の波形部を有するシートとして成形される層３２、３３を有し、この波形部によって、パッキンの上側からパッキンの下側へと延びる複数の開放チャネルが形成され、その場合、チャネルは、第１の波の谷、第１の波の山、及び、第２の波の山を含む。第１の波の山及び第２の波の山は、第１の波の谷を境界付ける。第１の波の山及び第２の波の山は、第１の波頂及び第２の波頂を有する。この構造は、好適には、パッキン要素の各シートの表面全体にわたって周期的に繰り返される。
【００７０】
好適には、波形部の角度３８は３０°以下である。間隙速度は、３０°以下のパッキン要素の層が波形部の角度で配置されれば減少され得る。図３の２つのパッキン層は単なる一例として示されており、より多くの数のパッキン層が予見されてもよいことは言うまでもない。本質的に、パッキン層は、容器１０の断面積全体にわたって延びる。
【００７１】
図４は、好適には吸収セクション６内のパッキン要素１６として使用され得るパッキン要素の別の形態を示す。パッキン要素は、欧州特許出願第２２３００１１Ａ１号、国際特許出願第２０１０／１０６０１１Ａ１号、国際特許出願第２０１０／１０６１１９号に開示されるように、選択的に減少される蒸気側物質移動特性を有し、これらの出願は参照することによりその全体が本願に組み入れられる。
【００７２】
図４に係るパッキン要素は、第１の波形部３４を有する第１の層３２と、第２の波形部４４を有する第２の層３３とを備える。第１の波形部及び第２の波形部によって複数の開放チャネルが形成される。チャネルは、第１の波底部４３、第１の波頂部４５、及び、第２の波頂部４７を含み、この場合、第１の波頂部４５及び第２の波頂部４７は第１の波底部４３を境界付ける。第１及び第２の波頂部は第１の頂点４６及び第２の頂点４８を有する。突起５０又は窪み６０が第１の頂点４６の方向に延びることができる。突起が設けられる場合、波底部４３の谷底からの突起５０の少なくとも１つのポイントの通常の間隔は、波頂部４５の第１の谷底からの第１の頂点４６の通常の間隔よりも大きい。窪み６０が設けられる場合、波底部４３の谷底からの窪み６０の少なくとも１つのポイントの通常の間隔は、波頂部４５の第１の谷底からの第１の頂点４６の通常の間隔よりも小さい。
【００７３】
パッキン要素１６は窪みも突起も有することができない。この場合、波形部角度は３０°未満である。代わりに、パッキン要素は窪み６０又は突起５０のうちの一方を有することができ、或いは、パッキン要素は窪み５０及び突起５０を有することができる。この場合、波形部角度はまた、３０°よりも大きくすることができ、したがって、最大で７０°までの範囲内であってもよい。少なくとも第２のパッキン層のそれぞれに存在する窪み又は突起に起因して、パッキンの圧力降下は、窪み又は突起のいずれをも欠くパッキン層を有するパッキン要素と比べて減少される。
【００７４】
第２の層３３は第２の波形部４４を有する。第１の層３２及び第２の層３３は、第１の層３２のチャネルが第２の層３３のチャネルと交差するように配置される。第１の層３２は、予見されれば突起５０によって、又は、第２の層３３の波底部と交差する第１の層３２の波頂部によって、第２の層３３と接触している。或いは、窪みが予見される場合には、窪み６０のそれぞれで接触が断たれる。これも図４に示される。各層は、突起又は窪みのうちの少なくとも一方を有することができ、或いはまた、複数の層のうちのそれぞれの第１の層又はそれぞれの第２の層だけがそのような突起又は窪みのうちの少なくとも一方を有することができる。
【００７５】
図５は、容器１０の主軸線と０°の波形部角度を成すパッキン要素の変形を示す。先の図に関するパッキン要素との違いについてのみ言及する。このパッキン要素の第１及び第２の層３２、３３は中間層６５によって分離される。第１及び第２の層は、歯形状の第１及び第２の波形部３４、４４を有するが、先の実施例に示されるような波形状を同様に有することもできる。物質移動を増大させるために、上昇する二酸化炭素含有ガス流、又は、炭素含有量が低いガス流、又は、洗浄されて浄化されたガス流の流れが偏向要素６６、６７、６８、６９、７０によって乱される。これにより、パッキン層の表面に沿って降下するガス流と対応する液体流との間での物質移動が増大される。
【００７６】
偏向要素６６、６７、６８、６９、７０は、層から切り出すことができ、パッキン層の表面へ向けてある角度で偏向される。
【符号の説明】
【００７７】
１  吸収装置
２  二酸化炭素含有ガス流
３  浄化されたガス流
４  リーンソルベント
５  リッチソルベント
６  二酸化炭素吸収セクション
７  洗浄セクション
８  冷却セクション
１０  容器
１１  下端
１２  上端
１３  主軸線
１４  冷却流体
１６、１７、１８  パッキン要素
２２  入口
２３  出口
２４  ソルベント入口
２５  ソルベント出口
２６  冷却流体入口
３４、４４  波形部
３１  ガス流
３２  第１の層
３４  第２の層
３６  冷却流体分配要素
４０  熱交換器
４１  洗浄液分配要素
４２  リーンソルベント分配要素
４９  水／液体入口
６６、６７、６８、６９、７０  偏向要素
【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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【図７】
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【国際調査報告】
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