CN103303920A - 二氧化碳回收装置及二氧化碳回收方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供二氧化碳回收装置及二氧化碳回收方法。根据本实施方式，二氧化碳回收装置具备：生成第1富液然后排出的吸收塔；对所述第1富液进行加热的热交换器；将被加热的第1富液分流成第2富液及第3富液的分流装置；对第2富液进行加热，然后排出第1半贫液的第1放出器；对第3富液进行加热，然后排出第2半贫液的第2放出器；对第1及第2半贫液进行加热，生成贫液而返回到吸收塔的再生塔。第1放出器以贫液作为热源对第2富液进行加热，第2放出器以从再生塔放散的含有二氧化碳的蒸气作为热源对第3富液进行加热，热交换器以通过第1放出器的贫液作为热源对第1富液进行加热。

Description

二氧化碳回收装置及二氧化碳回收方法
技术领域
本发明的实施方式涉及二氧化碳回收装置及二氧化碳回收方法。
背景技术
近年来，关于二氧化碳的回收，作为对于因地球规模而令人担心的地球温室效应问题有效的对策，二氧化碳回收储藏技术引人注目。特别是，对以火力发电站或工艺排放气体为对象，并通过水溶液回收二氧化碳的方法进行了研究。
作为这样的二氧化碳回收装置，为人所知的有下述的装置，其具备：通过使含有二氧化碳的气体在吸收液中吸收而生成富液的吸收塔；通过对从吸收塔排出的富液进行加热而使二氧化碳与蒸气一同放散分离，使生成的贫液返回到吸收塔的放散塔；从放散塔向吸收塔供给的贫液所通过的第1热交换器；在放散塔被分离的含有二氧化碳的蒸气所通过的第2热交换器；将从吸收塔排出的富液分流给第1、第2热交换器的分流装置；其中，在将导入至第1、第2热交换器的富液分别与贫液及含有二氧化碳的蒸气进行热交换后供给至放散塔。
在上述以往的二氧化碳回收装置中，能够通过分流的富液，在第2热交换器中对在放散塔被分离的含有二氧化碳的蒸气所具有的热能进行回收，但通过第1热交换器的富液的流量下降而使温度容易上升，结果，由于与高温侧流体即贫液的温度差减小，因而存在该部位上的来自贫液的热能回收量比没有分流时更为下降的问题。该倾向在为降低二氧化碳回收装置的蒸气消耗量而通过增加传热面积等措施以谋求第1热交换器的高性能化的情况下更加显著。
发明内容
根据本实施方式，二氧化碳回收装置具备：吸收塔，其导入含有二氧化碳的气体，使其与用于吸收二氧化碳的吸收液接触，从而生成吸收了二氧化碳的第1富液并将其排出；热交换器，用于对所述第1富液进行加热；分流装置，其将通过所述热交换器被加热的所述第1富液分流成第2富液及第3富液；第1二氧化碳放出器，其通过对所述第2富液进行加热而使含有二氧化碳的蒸气放散，然后排出由此形成的第1半贫液；第2二氧化碳放出器，其通过对所述第3富液进行加热，使含有二氧化碳的蒸气放散，然后排出由此形成的第2半贫液；以及再生塔，其通过对所述第1半贫液及所述第2半贫液进行加热，使含有残存的二氧化碳的蒸气放散分离，从而生成贫液，然后使其返回至所述吸收塔。其中，所述第1二氧化碳放出器以从所述再生塔排出的所述贫液作为热源，对所述第2富液进行加热，所述第2二氧化碳放出器以从所述再生塔放散的含有二氧化碳的蒸气作为热源对所述第3富液进行加热，所述热交换器以通过所述第1二氧化碳放出器的所述贫液作为热源对所述第1富液进行加热。
附图说明
图1是第1实施方式的二氧化碳回收装置的概略构成图。
图2是表示第1实施方式中的富液及贫液的温度与交换热量的关系的曲线图。
图3是比较例的二氧化碳回收装置的概略构成图。
图4是表示比较例中的富液及贫液的温度与交换热量的关系的曲线图。
图5是第2实施方式的二氧化碳回收装置的概略构成图。
图6是表示该第2实施方式的二氧化碳回收装置的性能曲线的曲线图。
图7是第3实施方式的二氧化碳回收装置的概略构成图。
图8是第4实施方式的二氧化碳回收装置的概略构成图。
图9是第5实施方式的二氧化碳回收装置的概略构成图。
图10是第6实施方式的二氧化碳回收装置的概略构成图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。
（第1实施方式）
图1中示出了第1实施方式的二氧化碳回收装置的概略构成。二氧化碳回收装置1作为主要的构成要素，具备吸收塔101、再生塔102、二氧化碳放出器103、104、冷却器105、106、重沸器108、热交换器109和气液分离器132。
另外，二氧化碳回收装置1还具备泵201、202、分流装置107和合流装置110。
在吸收塔101中，导入含有二氧化碳的气体111，与用于吸收二氧化碳的吸收液接触，从而生成吸收了二氧化碳的富液301。
这里，吸收塔101例如具有逆流型气液接触装置，被构成为使从下部供给的含有二氧化碳的气体111与从上部流下的贫液319气液接触。
供给至吸收塔101的含有二氧化碳的气体111没有特别的限定，例如也可以是燃烧废气或工艺废气等，根据需要也可以在冷却处理后导入。
此外，吸收液并没有特别的限定，例如也可以采用单乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA）等胺系水溶液。在吸收塔101被除去二氧化碳的脱二氧化碳气体112由吸收塔101的上部排出。
将从吸收塔101排出的富液301通过泵201导入至热交换器109，通过贫液319被加热到所希望的温度。
将在热交换器109中被加热的富液301提供给分流装置107，以所希望的流量比分流成富液302、303。
富液302、303分别在二氧化碳放出器103、104中被加热，一部分二氧化碳与蒸气一同被放散，成为从液体中将二氧化碳的一部分除去的气液2相的半贫液320、306而排出。
这里，在第1二氧化碳放出器即二氧化碳放出器103中，从再生塔102供给至吸收塔101的贫液319成为加热源。
在第2二氧化碳放出器即二氧化碳放出器104中，在后述的再生塔102被分离的含有二氧化碳的蒸气310成为加热源。
这样，分别供给至二氧化碳放出器103、104的富液302、303通过与贫液319、含有二氧化碳的蒸气310的热交换而被加热，使一部分的二氧化碳与蒸气一同放散。
将在二氧化碳放出器104中水蒸气的一部分冷凝而被排出的含有二氧化碳的蒸气311供给至冷却器105，通过从外部供给的冷水等冷却介质进行冷却，然后向气液分离器132排出。在气液分离器132中，分离成二氧化碳315和冷凝水314而排出。
二氧化碳的一部分被放出的半贫液320、306通过合流装置110合流，然后供给至再生塔102。
再生塔102具备填充层102a，通过对从合流装置110供给的半贫液进行加热，大部分的二氧化碳与蒸气一同被放散分离，从上部作为含有二氧化碳的蒸气310排出，除去了大部分二氧化碳的贫液319则返回至吸收塔101。
再生塔102例如为逆流型气液接触装置，储存液的加热通过在重沸器108中与外部供给热即高温蒸气进行热交换来进行。
在从再生塔102向吸收塔101供给贫液319的路径上，依次设有二氧化碳放出器103、热交换器109、冷却器106。从再生塔102排出的贫液319经由泵202供给至二氧化碳放出器103。贫液319在二氧化碳放出器103中与富液302热交换，在热交换器109中与富液301热交换，在冷却器106中通过从外部供给的冷水等冷却介质被冷却，然后返回至吸收塔101。
根据具备以上构成的二氧化碳回收装置1，可得到以下的作用及效果。
首先，在吸收塔101中，进行含有二氧化碳的气体111被吸收液吸收而生成富液301的二氧化碳的吸收工序。
从吸收塔101排出的富液301在热交换器109中被贫液319加热（预热）后被分流，分别在二氧化碳放出器103、104中成为一部分二氧化碳被放散的气液2相的半贫液320、306。将通过合流装置110合流的半贫液320、306供给至再生塔102，通过利用重沸器108进行加热，使残存于液相的二氧化碳放散，并作为含有二氧化碳的蒸气朝上方移动。
从再生塔102的上部排出含有二氧化碳的蒸气310，另一方面贫液319则返回至吸收塔101。
这样，进行使吸收了二氧化碳的富液301成为贫液319的再生工序。
从再生塔102排出的贫液319通过二氧化碳放出器103、热交换器109、冷却器106而被供给至吸收塔101。此外，在再生塔102被分离的含有二氧化碳的蒸气310通过二氧化碳放出器104、冷却器105而被供给至气液分离器132。
从吸收塔101排出的富液301在热交换器109中被贫液319预热后，通过分流装置107被分流而导入至二氧化碳放出器103、104中，在分别与贫液319、含有二氧化碳的蒸气310热交换后，供给至再生塔102。
采用两个二氧化碳放出器103、104，能够充分提高导入至再生塔102中的半贫液320、306的温度，同时可使二氧化碳的一部分放散。二氧化碳的放散及与之相伴的水分的蒸发为吸热反应，因而与富液没有发生相变化的情况相比，能够增大二氧化碳放出器103内的富液和贫液的温度差或二氧化碳放出器104内的富液和含有二氧化碳的蒸气的温度差，因此，可更有效地利用富液从贫液及含有二氧化碳的蒸气中进行热回收。
此外，由于通过热交换器109确保与贫液的温度差，同时对分流前的富液301进行预加热，因此在二氧化碳放出器103中在直到产生二氧化碳的放散及水分的蒸发的期间，能够防止富液和贫液的温度的过度接近（温度差变得极小），从而能够抑制热交换效率的下降。
图2是表示一并考虑热交换器109及二氧化碳放出器103时的富液及贫液的温度与交换热量之间的关系的曲线图。图中用实线表示富液，用虚线表示贫液。从图2得知，随着温度的上升，吸热反应即二氧化碳的放散及与之相伴的水分蒸发开始，富液与贫液的温度差缓慢扩大。
（比较例）
图3中示出了比较例的二氧化碳回收装置10的概略构成。二氧化碳回收装置10与图1所示的第1实施方式的二氧化碳回收装置1相比，不同之处在于省略了热交换器109。此外，图4是表示二氧化碳回收装置10的二氧化碳放出器103中的富液及贫液的温度与交换热量的关系的曲线图。图中用实线表示富液，用虚线表示贫液。
从图4得知，在这样的二氧化碳回收装置10中，在直到产生二氧化碳的放散及水分的蒸发的期间，富液与贫液的温度过度接近（温度差变得极小）。流入二氧化碳放出器103中的富液302的温度通过热交换而上升，直到产生二氧化碳的放散，富液的流量比不分流的情况下降，因此富液温度容易上升，与高温侧流体即贫液的温度差减小，所以与不分流的情况相比，热交换效率下降。
另一方面，根据第1实施方式，通过在热交换器109中确保与贫液的温度差，而且预先使富液温度上升，便可抑制二氧化碳放出器103内部的富液与贫液的温度的接近。如果对图2和图4进行比较，则第1实施方式与比较例相比，热交换量提高大约5%。
这样，根据第1实施方式，可利用富液有效地从贫液及含有二氧化碳的蒸气中进行热回收。
再有，在本实施方式中，单独设置有热交换器109、分流装置107、二氧化碳放出器103，但也可以设计为如下的构成：将整体设定为1个二氧化碳放出器，并在其内部设置分流装置。
再有，如图1所示，第1实施方式被构成为：在气液分离器132被分离的冷凝水314返回到再生塔102。可是，该冷凝水314既可以返回到吸收塔101，也可以用于其它用途。
（第2实施方式）
图5中示出了第2实施方式的二氧化碳回收装置2的概略构成。二氧化碳回收装置2与图1所示的第1实施方式的二氧化碳回收装置1相比，不同之处在于具备分流装置120、合流装置121。其它的构成以及操作与上述第1实施方式相同，因此将说明省略。
在本实施方式中，以在热交换器109内部富液和贫液的温度不过于接近的程度，在分流装置120中将富液301分流成富液301a、301b，将富液301a供给至热交换器109，将富液301b供给合流装置121。在合流装置121中，将富液301b与来自分流装置107的富液303混合，然后供给至二氧化碳放出器104。由此，与上述第1实施方式相比，二氧化碳放出器104的入口处的富液温度降低，因此能够增大二氧化碳放出器104中的交换热量。
图6示出了二氧化碳回收装置2的性能曲线。将富液301b和富液303的合计流量固定在从吸收塔101排出的富液301的流量的10%。
图6的曲线图的横轴为富液303相对于富液301的流量比率。流量比率0%与无富液303对应，也就是说与无分流装置107对应。此外，流量比率10%与无富液301b对应，在此种情况下，二氧化碳回收装置2与图1所示的第1实施方式的二氧化碳回收装置1相同。
图6中，黒圈的图示表示CO2回收率，三角形的图示表示CO2分离回收能。这里，CO2回收率指的是二氧化碳315与供给至吸收塔101的含有二氧化碳的气体111中的二氧化碳的流量比率。此外，CO2分离回收能指的是回收1吨二氧化碳所需的、重沸器108所消费的蒸气的能量。
从图6得知：在将富液301b和富液303的合计流量固定在富液301的流量的10%时，通过使富液303相对于富液301的流量在5%左右（使富液301b和富液303的流量为同等程度），可减低CO2分离回收能，且提高CO2回收率。
（第3实施方式）
图7中示出了第3实施方式的二氧化碳回收装置4的概略构成。二氧化碳回收装置4与图5所示的上述第2实施方式的二氧化碳回收装置3相比，不同之处在于进一步设有第3二氧化碳放出器即二氧化碳放出器122。
在本实施方式中，从再生塔102排出的含有二氧化碳的蒸气310首先在二氧化碳放出器104中与富液303进行热交换。然后，与富液303进行了热交换的含有二氧化碳的蒸气310在二氧化碳放出器122中与富液301b进行热交换。从二氧化碳放出器103、104、122排出的半贫液通过合流装置110被混合，然后供给至再生塔102。
也就是说，温度比富液301b高的富液303与富液301b相比先与含有二氧化碳的蒸气310进行热交换。通过形成这样的构成，可使高温侧流体（含有二氧化碳的蒸气310）与低温侧流体（富液303、301b）的温度差保持较大，因此能够提高热交换效率。
其它的构成以及操作与上述第2实施方式相同，因此将说明省略。
（第4实施方式）
图8中示出了第4实施方式的二氧化碳回收装置5的概略构成。二氧化碳回收装置5与图1所示的上述第1实施方式的二氧化碳回收装置1相比，不同之处在于二氧化碳放出器104并不设在再生塔102的外部。因此，在本实施方式中，将从分流装置107分流的富液303直接供给至再生塔102。此外，在本实施方式中，将合流装置110省略。
如图8所示，在再生塔102的内部，进行半贫液320及富液303与含有二氧化碳的蒸气的热交换。在上述第1实施方式中，再生塔102只具备填充层102a，但在本实施方式中，在填充层102a的上段设有填充层102b。
富液303从上段的填充层102b的上方供给，在通过填充层102b后朝下方移动。将半贫液320供给至填充层102a与填充层102b之间，通过下段的填充层102a而朝下方移动。含有二氧化碳的蒸气朝上方通过填充层102a、102b而进行热交换。也就是说，在本实施方式中，在再生塔102内作为二氧化碳放出器设置具有同等功能的填充层102b以代替二氧化碳放出器104。
再有，半贫液320中含有的含有二氧化碳的蒸气在导入再生塔102中后朝上方移动，因此其也作为富液303的加热介质发挥作用。
将从再生塔102的上部排出的含有二氧化碳的蒸气310直接供给冷却器105进行冷却，冷却后供给至气液分离器132。
这样，根据本实施方式，能够将二氧化碳放出器104、合流装置110省略，与上述第1实施方式相比所需配管减少，能够削减成本。
（第5实施方式）
图9中示出了第5实施方式的二氧化碳回收装置6的概略构成。二氧化碳回收装置6与图8所示的第4实施方式的二氧化碳回收装置1相比，其不同之处在于具备分流装置120、合流装置121。其它的构成以及操作与上述第4实施方式相同，因此将说明省略。
在本实施方式中，以在热交换器109内部富液和贫液的温度不过于接近的程度，将富液301在分流装置120中分流成富液301a、301b，将富液301a供给至热交换器109，将富液301b供给至合流装置121。在合流装置121中，将富液301b与来自分流装置107的富液303混合，然后供给至再生塔102。由此，与上述第5实施方式相比，再生塔102的入口处的富液温度降低，因此能够增大再生塔102中的交换热量。
（第6实施方式）
图10中示出了第6实施方式的二氧化碳回收装置7的概略构成。二氧化碳回收装置7与图9所示的第5实施方式的二氧化碳回收装置6相比，不同之处在于将合流装置121省略。
在本实施方式中，在再生塔102中，在填充层102a与填充层102b之间设有填充层102c。在分流装置120中被分流的富液301b从上段的填充层102b的上方供给。此外，将在分流装置107中被分流的富液303供给至上段的填充层102b与中段的填充层102c之间。
在本实施方式中，与富液303热交换后的含有二氧化碳的蒸气与富液301b进行热交换。也就是说，温度比富液301b高的富液303与富液301b相比先与含有二氧化碳的蒸气进行热交换。通过形成这样的构成，可使高温侧流体（含有二氧化碳的蒸气）和低温侧流体（富液303、301b）的温度差保持较大，因此能够更加提高热交换的效率。
其它的构成以及操作与上述第5实施方式相同，因此将说明省略。
根据以上说明的至少一个实施方式，能够有效地利用富液从贫液及含有二氧化碳的蒸气中进行热回收。
对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子而提示的，并不有意限定发明的范围。这些新颖的实施方式还能够以其它多种方式实施，在不脱离发明要旨的范围内，能够进行多种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形都包含在发明的范围或要旨内，同时包含在权利要求书所述的发明和其等同置换的范围内。

Claims (20)

1.一种二氧化碳回收装置，其特征在于，其具备：
吸收塔，其导入含有二氧化碳的气体，使其与用于吸收二氧化碳的吸收液接触，从而生成吸收了二氧化碳的第1富液并将其排出；
热交换器，用于对所述第1富液进行加热；
分流装置，其将通过所述热交换器被加热的所述第1富液分流成第2富液及第3富液；
第1二氧化碳放出器，其通过对所述第2富液进行加热而使含有二氧化碳的蒸气放散，然后排出由此形成的第1半贫液；
第2二氧化碳放出器，其通过对所述第3富液进行加热，使含有二氧化碳的蒸气放散，然后排出由此形成的第2半贫液；以及
再生塔，其通过对所述第1半贫液及所述第2半贫液进行加热，使含有残存的二氧化碳的蒸气放散，从而生成贫液，然后使其返回至所述吸收塔；
其中，所述第1二氧化碳放出器以从所述再生塔排出的所述贫液作为热源，对所述第2富液进行加热，
所述第2二氧化碳放出器以从所述再生塔放散的含有二氧化碳的蒸气作为热源，对所述第3富液进行加热，
所述热交换器以通过所述第1二氧化碳放出器的所述贫液作为热源，对所述第1富液进行加热。
2.根据权利要求1所述的二氧化碳回收装置，其特征在于：
在所述吸收塔与所述热交换器之间，分流所述第1富液的一部分；
所述第2二氧化碳放出器对所述第3富液及所述第1富液的一部分进行加热。
3.根据权利要求2所述的二氧化碳回收装置，其特征在于：所述第1富液的一部分的流量与所述第3富液的流量处于同等程度。
4.根据权利要求1所述的二氧化碳回收装置，其特征在于：
还具备第3二氧化碳放出器，其经由所述第2二氧化碳放出器接收从所述再生塔放散过的所述含有二氧化碳的蒸气，以该含有二氧化碳的蒸气作为热源，对在所述吸收塔与所述热交换器之间分流的所述第1富液的一部分进行加热，使含有二氧化碳的蒸气放散，然后排出由此形成的第3半贫液；
所述第3半贫液与所述第1半贫液及所述第2半贫液一同在所述再生塔被加热。
5.根据权利要求4所述的二氧化碳回收装置，其特征在于：所述第1富液的一部分的流量与所述第3富液的流量处于同等程度。
6.根据权利要求1所述的二氧化碳回收装置，其特征在于：
所述第2二氧化碳放出器为设在所述再生塔内的填充层；
所述填充层被设在比向所述再生塔供给所述第1半贫液的部位高的位置上。
7.根据权利要求6所述的二氧化碳回收装置，其特征在于：
在所述吸收塔与所述热交换器之间，分流所述第1富液的一部分；
所述第1富液的一部分供给至所述填充层。
8.根据权利要求7所述的二氧化碳回收装置，其特征在于：所述第1富液的一部分的流量与所述第3富液的流量处于同等程度。
9.根据权利要求6所述的二氧化碳回收装置，其特征在于：
还具备第2填充层，其设置在比所述再生塔内的所述填充层高的位置上；
在所述吸收塔与所述热交换器之间，分流所述第1富液的一部分；
所述第1富液的一部分供给至所述第2填充层。
10.根据权利要求9所述的二氧化碳回收装置，其特征在于：所述第1富液的一部分的流量与所述第3富液的流量处于同等程度。
11.一种二氧化碳回收方法，其特征在于，具备以下工序：
在吸收塔中，使含有二氧化碳的气体与用于吸收二氧化碳的吸收液接触，从而生成吸收了二氧化碳的第1富液；
将所述第1富液进行加热；
将加热过的所述第1富液分流成第2富液以及第3富液；
对所述第2富液进行加热，使含有二氧化碳的蒸气放散，从而生成第1半贫液；
对所述第3富液进行加热，使含有二氧化碳的蒸气放散，从而生成第2半贫液；
在再生塔中，对所述第1半贫液以及所述第2半贫液进行加热，使含有残存的二氧化碳的蒸气放散，从而生成贫液；
其中，以从所述再生塔排出的所述贫液作为热源，对所述第2富液进行加热，
以从所述再生塔放散的含有二氧化碳的蒸气作为热源对所述第3富液进行加热，
以加热所述第2富液后的所述贫液作为热源，对所述第1富液进行加热。
12.根据权利要求11所述的二氧化碳回收方法，其特征在于：
在所述第1富液的加热前，分流所述第1富液的一部分；
以从所述再生塔放散的含有二氧化碳的蒸气作为热源，对所述第1富液的一部分以及所述第3富液进行加热。
13.根据权利要求12所述的二氧化碳回收方法，其特征在于：所述第1富液的一部分的流量与所述第3富液的流量处于同等程度。
14.根据权利要求11所述的二氧化碳回收方法，其特征在于：
在所述第1富液的加热前，分流所述第1富液的一部分；
以加热所述第3富液后的含有二氧化碳的蒸气作为热源，对所述第1富液的一部分进行加热，使含有二氧化碳的蒸气放散，从而生成第3半贫液；
在所述再生塔对所述第3半贫液进行加热。
15.根据权利要求14所述的二氧化碳回收方法，其特征在于：所述第1富液的一部分的流量与所述第3富液的流量处于同等程度。
16.根据权利要求11所述的二氧化碳回收方法，其特征在于：
在所述再生塔内对所述第3富液进行加热；
所述第3富液向所述再生塔供给的位置比所述第1半贫液向所述再生塔供给的位置高。
17.根据权利要求16所述的二氧化碳回收方法，其特征在于：在所述第1富液的加热前，分流所述第1富液的一部分，与第3富液一同供给至所述再生塔。
18.根据权利要求17所述的二氧化碳回收方法，其特征在于：所述第1富液的一部分的流量与所述第3富液的流量处于同等程度。
19.根据权利要求16所述的二氧化碳回收方法，其特征在于：
在所述第1富液的加热前，分流所述第1富液的一部分而供给至所述再生塔；
所述第1富液的一部分向所述再生塔供给的位置的高度在所述第3富液向所述再生塔供给的位置的高度以上。
20.根据权利要求19所述的二氧化碳回收方法，其特征在于：所述第1富液的一部分的流量与所述第3富液的流量处于同等程度。
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