CN103501876A - 二氧化碳回收方法及装置 - Google Patents

二氧化碳回收方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN103501876A
CN103501876A CN201280022628.0A CN201280022628A CN103501876A CN 103501876 A CN103501876 A CN 103501876A CN 201280022628 A CN201280022628 A CN 201280022628A CN 103501876 A CN103501876 A CN 103501876A
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon dioxide
desorption
water vapour
absorbing
water
Prior art date
Application number
CN201280022628.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103501876B (zh
Inventor
奥村雄志
野中嘉治
荻野智行
庄司恭敏
广川雅俊
多喜川昇
镰泽和人
Original Assignee
川崎重工业株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to JP2011-122535 priority Critical
Priority to JP2011122535A priority patent/JP5812694B2/ja
Application filed by 川崎重工业株式会社 filed Critical 川崎重工业株式会社
Priority to PCT/JP2012/003275 priority patent/WO2012164856A1/ja
Publication of CN103501876A publication Critical patent/CN103501876A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103501876B publication Critical patent/CN103501876B/zh

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2257/00Components to be removed
    • B01D2257/50Carbon oxides
    • B01D2257/504Carbon dioxide
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2258/00Sources of waste gases
    • B01D2258/02Other waste gases
    • B01D2258/0283Flue gases
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2259/00Type of treatment
    • B01D2259/40Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/40001Methods relating to additional, e.g. intermediate, treatment of process gas
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2259/00Type of treatment
    • B01D2259/40Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/40011Methods relating to the process cycle in pressure or temperature swing adsorption
    • B01D2259/40043Purging
    • B01D2259/4005Nature of purge gas
    • B01D2259/40052Recycled product or process gas
    • B01D2259/40054Recycled product or process gas treated before its reuse
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2259/00Type of treatment
    • B01D2259/40Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/40083Regeneration of adsorbents in processes other than pressure or temperature swing adsorption
    • B01D2259/40086Regeneration of adsorbents in processes other than pressure or temperature swing adsorption by using a purge gas
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2259/00Type of treatment
    • B01D2259/40Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/402Further details for adsorption processes and devices using two beds
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/047Pressure swing adsorption
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46Removing components of defined structure
    • B01D53/62Carbon oxides
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02CCAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40Capture or disposal of greenhouse gases of CO2

Abstract

本发明的目的是提供从具备锅炉及蒸汽涡轮的发电设备排出的被处理气体中能够以低能量脱附回收二氧化碳的二氧化碳回收方法及装置。本发明的二氧化碳回收方法及装置在设置于二氧化碳回收装置(20)的分别容纳二氧化碳吸附材料的两个吸附材料填充槽(21)及(31)中交替地进行二氧化碳的吸附及脱附。在进行二氧化碳的脱附时,使从发电设备(1)的蒸汽涡轮(4)的出口排出并进入冷凝器(6)之前的水蒸汽的一部分分叉而送入蒸汽压缩机(37)中,在这里压缩·升温后送入冷却器(29)中,冷却压缩·升温后的水蒸汽,以此制作脱附用水蒸汽。该水蒸汽为了二氧化碳的脱附而供给至吸附材料填充槽(21)或(31)中。借助于此,可以将进入冷凝器(6)中之前的废蒸汽使用于脱附用水蒸汽的制作中。

Description

二氧化碳回收方法及装置
技术领域
[0001] 本发明涉及二氧化碳回收方法及装置,更具体地涉及从具备锅炉及蒸汽涡轮的发电设备排出的含有二氧化碳的被处理气体中能够以低能量回收二氧化碳的二氧化碳回收方法及装置。
背景技术
[0002] 削减作为地球温室化气体的二氧化碳的排放量是全球范围的课题,一方面进行太阳能、风力、地热等的开发,另一方面,对使用煤等化石燃料时排放的燃烧排气中的二氧化碳进行分离回收,并贮存于地下等的技术的开发研究和实证试验在全世界范围内进行。尤其是,关于火力发电设备等的释放大量二氧化碳的设备,需要开发大规模的二氧化碳分离回收技术。
[0003] 在这样的火力发电设备等中,探讨研究了使用胺化合物选择吸收二氧化碳,以此分离回收排气中的二氧化碳的技术。在该回收技术中,在从胺化合物分离回收二氧化碳时需要热源。作为该二氧化碳分离回收时的热源,一直以来探讨研究了利用从火力发电设备的锅炉产生的水蒸汽的情况(专利文献2)。
[0004] 图6概略地示出发电设备和附设于此的现有的二氧化碳分离回收装置。如图6所示,在发电设备I中,通过锅炉3产生的水蒸汽导入至蒸汽涡轮4中而使发电机5旋转以此产生电力,在蒸汽涡轮4中完成工作的水蒸汽在冷凝器(复水器)6中冷凝后,再次返回至锅炉3。另一方面,来自于锅炉3的燃烧排气在冷却后从二氧化碳分离回收装置2的吸收槽7的下部被供给,在这里与用于回收二氧化碳的二氧化碳吸收材料、即单乙醇胺(monoethanolamine)等的胺系水溶液在例如40°C下接触。二氧化碳回收结束后的燃烧排气从吸收槽7的上部输送至烟囱11后,排出至大气中。另一方面,吸收了二氧化碳的胺系水溶液被输送至再生槽8中,在该再生槽8中二氧化碳从胺系水溶液被脱附回收。二氧化碳的脱附回收是通过将胺系水溶液加热至120°C而进行的。此时,作为加热源,如箭头12所示使用从发电设备I的蒸汽涡轮4抽出的120°C以上的高温的水蒸汽。从蒸汽涡轮4抽出的高温水蒸汽供给至热交换器9中,通过热交换产生的加热媒介在再生槽8中进行从胺系水溶液的二氧化碳的脱附回收。
[0005] 在像这样的现有的二氧化碳分离回收装置2中,对于二氧化碳的脱附需要2.5〜4.0GJ/C02吨的较大的热量是已知的(非专利文献I)。当从蒸汽涡轮4抽出该脱附所需的热量的水蒸汽时,产生发电设备I中的发电量下降的问题。
[0006] 在锅炉3中产生并在蒸汽涡轮4的最终阶段膨胀后的出口蒸汽为低温低压,但是尽管该低温低压的水蒸汽仍然潜在地具有热能,但实际上不做任何工作在冷凝器中恢复成水。因此,如果该低温低压的水蒸汽提取到锅炉系统外并压缩升温即能够有效利用。然而,实际上在下游的冷凝器6中释放潜热并恢复成液体(水),因此期望该低温低压的水蒸汽的有效利用。在图6所示的现有的二氧化碳分离回收装置2中,作为二氧化碳捕获媒介使用了胺系水溶液,但是同样的问题在使用使胺化合物负载于固体颗粒上的吸附材料的二氧化碳分离装置(专利文献I)中也发生。
[0007] 现有技术文献:
专利文献:
专利文献1:国际公开第2011/013332号;
专利文献2:日本特开2007-61777号公报。
[0008] 非专利文献:
非专利文献1:平成19年度,二氧化碳固定化.有效利用技术等对策事业,“利用低品位废热的二氧化碳分离回收技术开发”成果报告书,平成20年3月,p.21,(财)地球环境工业技术研究机构。
发明内容
[0009] 发明要解决的问题:
本发明的目的是解决上述现有技术的问题点。即,本发明的目的是提供从具备锅炉及蒸汽涡轮的发电设备排出的含有二氧化碳的被处理气体中能够以低能量进行二氧化碳的脱附回收的二氧化碳回收方法及装置。
[0010] 解决问题的手段:
本发明的二氧化碳回收方法是从具备锅炉及蒸汽涡轮的发电设备排出的含有二氧化碳的被处理气体中使用二氧化碳吸附材料进行二氧化碳的吸附及脱附的二氧化碳回收方法,其中包含:使用所述二氧化碳吸附材料从被处理气体中吸附二氧化碳的吸附工序;和从吸附二氧化碳的所述二氧化碳吸附材料中使用脱附用水蒸汽使二氧化碳脱附的脱附工序;所述脱附用水蒸汽从自蒸汽涡轮出口排出的出口蒸汽的一部分制作。
[0011] 又,本发明的二氧化碳回收装置是从具备锅炉及蒸汽涡轮的发电设备排出的含有二氧化碳的被处理气体中使用二氧化碳吸附材料进行二氧化碳的吸附及脱附的二氧化碳回收装置,其中具有:填充有所述二氧化碳吸附材料的至少一个吸附材料填充槽;向所述吸附材料填充槽中供给含有二氧化碳的被处理气体,以此使所述二氧化碳吸附材料吸附二氧化碳的被处理气体供给单元;制作用于脱附二氧化碳的脱附用水蒸汽的脱附用水蒸汽制作单元;和通过向所述吸附材料填充槽中供给脱附用水蒸汽,以此从所述二氧化碳吸附材料脱附二氧化碳的脱附用水蒸汽供给单元;所述脱附用水蒸汽制作单元从自蒸汽涡轮出口排出的出口蒸汽的一部分制作脱附用水蒸汽。
[0012] 像这样,在上述二氧化碳回收方法及装置中,从自蒸汽涡轮出口排出的出口蒸汽的一部分制作脱附用水蒸汽,因此在不会降低发电设备的发电量的情况下能够进行二氧化碳的脱附回收。
[0013] 在这里,优选的是上述二氧化碳的脱附在负压下进行。因为,从蒸汽涡轮出口排出的出口蒸汽通常为低温低压。
[0014] 又,在上述二氧化碳回收方法及装置中,可以是形成为使从蒸汽涡轮出口排出的出口蒸汽的所述一部分压缩.升温,并使用该压缩.升温工序后的水蒸汽制作所述脱附用水蒸汽的结构。此时,使用所述压缩.升温工序后的水蒸汽制作的所述脱附用水蒸汽优选的是7〜70kPa的饱和蒸汽。像这样通过使从蒸汽涡轮出口排出的出口蒸汽的一部分压缩.升温,以此可以得到适合脱附用水蒸汽的制作的温度的水蒸汽。[0015] 在这里,可以是所述脱附用水蒸汽是通过与所述压缩升温工序后的水蒸汽的热交换而由水制作。在该结构中,通过使热交换后的水蒸汽或水返回至发电设备,以此对发电设备不会带来坏影响的情况下能够进行二氧化碳的脱附回收。
[0016] 又,所述脱附用水蒸汽可以是在所述压缩•升温工序后的水蒸汽中注水以此制作。在该情况下不需要热交换,从而可以谋求二氧化碳回收装置的简单化。
[0017] 又,在上述二氧化碳回收方法及装置中,可以形成为在所述二氧化碳吸附材料由胺负载吸附剂构成的情况下,将所述脱附用水蒸汽从所述二氧化碳吸附材料的一端向另一端供给,并且在所述二氧化碳吸附材料的所述另一端达到规定温度时,停止所述脱附用水蒸汽的供给的结构。借助于此,可以不浪费地有效利用脱附用水蒸汽。
[0018] 发明效果:
通过使用本发明的二氧化碳回收方法及装置,以此可以将以往不使用而废弃的蒸汽涡轮的出口蒸汽中所含有的热量作为用于二氧化碳的脱附回收的热源来利用,因此不会降低发电设备的发电量的情况下能够进行二氧化碳的脱附回收。又,通过将来自于蒸汽涡轮出口的出口蒸汽压缩升温后利用,以此可以增大相对于需要的压缩能量所得到的蒸汽能量(能够利用于CO2脱附回收的能量)。此外,也能够减轻用于冷凝从发电设备的蒸汽涡轮出口排出的出口蒸汽的冷凝器(复水器)的冷凝负荷。
附图说明
[0019] 图1是根据本发明的一个实施形态的二氧化碳回收装置及发电设备的概略结构图;
图2是表示作为图1的二氧化碳回收装置中的冷却器使用了热交换器时的能量收支的简略图;
图3是表示作为图1的二氧化碳回收装置中的冷却器使用了减温注水器时的能量收支的简略图;
图4是根据本发明的其他实施形态的二氧化碳回收装置及发电设备的概略结构图;
图5是表示向由胺负载吸附剂构成的二氧化碳吸附材料供给水蒸汽时发生二氧化碳的脱附的部分移动的状态的说明图;
图6是示出发电设备、和附设于此的现有的二氧化碳回收装置的概略结构图。
具体实施方式
[0020] 尽管以下参照附图说明本发明的实施形态,但是本发明并不限于以下的记载。图1示出根据本发明的一个实施形态的二氧化碳回收装置20和发电设备I的概略结构。发电设备I具备使煤那样的化石燃料燃烧而产生水蒸汽的锅炉3、用于使用在锅炉3中产生的水蒸汽使发电机5旋转的蒸汽涡轮4和用于使蒸汽涡轮4旋转结束后的水蒸汽冷凝的冷凝器(复水器)6。在冷凝器6中冷凝而液化的水再次返回至锅炉3中。又,在冷凝器6中被供给在冷凝器6和冷却塔13之间循环的冷却水 。
[0021] 本实施形态的二氧化碳回收装置20在从发电设备I的锅炉3中产生的燃烧排气中吸附二氧化碳后,脱附回收该二氧化碳。本实施形态的二氧化碳回收装置20具备用于进行二氧化碳的吸附及脱附的分别容纳二氧化碳吸附材料的两个吸附材料填充槽21及31。从发电设备I的锅炉3排出的燃烧排气在脱硫及除尘后,在冷却器38中冷却至约40°C。冷却后的燃烧排气被供给至两个吸附材料填充槽21及31的任意一个中并进行二氧化碳的吸附。在本实施形态中,使用负载像单乙醇胺或二乙醇胺那样的胺化合物的二氧化碳吸附材料。
[0022] 在连接一方的吸附材料填充槽21和冷却器38的管路上设置有打开关闭从冷却器38输送的燃烧排气的供给的阀22,在吸附材料填充槽21的上部设置有用于在进行二氧化碳的吸附时排出二氧化碳的吸附结束后的燃烧排气的阀23。又,在吸附材料填充槽21的上部设置有用于在进行二氧化碳的脱附时回收脱附的二氧化碳的阀25。同样地,在连接另一方的吸附材料填充槽31和冷却器38的管路上设置有打开关闭从冷却器38输送的燃烧排气的供给的阀32,在吸附材料填充槽31的上部设置有用于在进行二氧化碳的吸附时排出二氧化碳的吸附结束后的燃烧排气的阀33。又,在吸附材料填充槽31的上部设置有用于在进行二氧化碳的脱附时回收脱附的二氧化碳的阀35。此外,在本实施形态中,还具备用于通过阀25或阀35回收从吸附材料填充槽21或吸附材料填充槽31脱附的二氧化碳的二氧化碳回收泵27。
[0023] 此外,本发明的二氧化碳回收装置20具备用于利用蒸汽涡轮4的出口蒸汽(所谓的涡轮排气)的蒸汽压缩机37及冷却器29。即,本实施形态的二氧化碳回收装置20形成为从发电设备I的蒸汽涡轮4的出口排出的出口蒸汽的一部分在进入冷凝器6之前分叉而输送至二氧化碳回收装置20的结构。分叉的水蒸汽输送至蒸汽压缩机37中,并在这里压缩.升温后,输送至冷却器29中。在冷却器29中冷却被压缩.升温的水蒸汽,以此制作脱附用水蒸汽。在冷却器29中制作的水蒸汽在进行二氧化碳的脱附时通过上述阀24或阀34供给至吸附材料填充槽21或吸附材料填充槽31中。
[0024] 在图1中,由于配置在一方的吸附材料填充槽21的上下方的阀22及阀23打开,而配置在另一方的吸附材料填充槽31的上下方的阀32及阀33关闭,因此在吸附材料填充槽21中进行燃烧排气的二氧化碳的吸附。又,由于吸附材料填充槽21侧的阀24及阀25关闭,而吸附材料填充槽31侧的阀34 及阀35打开,因此在吸附材料填充槽31中进行二氧化碳的脱附。在吸附材料填充槽31中进行燃烧排气的二氧化碳的吸附,在吸附材料填充槽21中进行二氧化碳的脱附时,阀22及阀23关闭,阀32及阀33打开,阀24及阀25打开,阀34及阀35关闭。
[0025] 在这里,参照图5说明在向由胺负载吸附剂形成的二氧化碳吸附材料供给脱附用水蒸汽并进行二氧化碳的脱附时的二氧化碳吸附材料中看到的现象。从填充于吸附材料填充槽31中的二氧化碳吸附材料19的下部(一端)开始供给脱附用水蒸汽时,如图5 Ca)所示,在二氧化碳吸附材料19的最下层上水蒸汽冷凝而温度上升。借助于此吸附在该层上的二氧化碳脱附。当进一步水蒸汽继续供给时,水蒸汽在位于上述最下部的稍微上方的温度较低的层状的部分上冷凝,从而二氧化碳从该部分脱附。像这样,在二氧化碳吸附材料19中的水蒸汽冷凝的层状的部分依次向上方移动,伴随与此进行二氧化碳的脱附(图5 (b))。脱附后的二氧化碳在二氧化碳吸附材料19内逐渐地向上方移动,其浓度逐渐提高,最终由二氧化碳回收泵27排出的气体的二氧化碳的浓度大致为100%。像这样,发生二氧化碳脱附的层状的部分到达二氧化碳吸附材料19的上部(另一端)而上升为规定温度时(图5 Ce»,二氧化碳的脱附量急剧下降,最终从二氧化碳回收泵27排出的气体中的二氧化碳的量大致为零。
[0026] 在这里,二氧化碳的脱附热在理论上为约1.7MJ/kg CO20另一方面,水蒸汽的冷凝热为约2.3MJ/kg水蒸汽,因此用于释放1.0kg CO2的所需水蒸汽量为如下所述的0.74kg水蒸汽/kg CO2。
[0027] (1.7MJ/kg CO2) / (2.3MJ/kg 水蒸汽)=
0.74kg 水蒸汽 /kg CO2 ;
SP,将其换算为容积时,水蒸汽为1.24Nm3/kg水蒸汽,相对于此,0)2为0.5INmVkg CO2,因此所需水蒸汽量为如下所述以容积为基准的1.80 Nm3水蒸汽/ Nm3 C02。
[0028] (0.74kg 水蒸汽 X 1.24 Nm3/kg 水蒸汽)/ (1.0kg CO2X0.51Nm3/kg CO2)=
1.80 Nm3 水蒸汽 / Nm3 CO2 ;
在本实施形态中,着眼于这样的二氧化碳脱附时的现象,而设置有在二氧化碳吸附材料19的上部(另一端)达到规定温度时,以停止脱附用水蒸汽的供给的方式进行控制的控制装置(未图示)。通过设置这样的控制装置,以此使脱附用水蒸汽不会被浪费。
[0029] 图2是表示作为图1的冷却器29使用热交换器29a时的二氧化碳回收中的能量收支的说明图。在图2中,记载了以lt/h回收二氧化碳的情况。如图1中所说明那样,在从蒸汽涡轮4的出口输送至冷凝器6的出口蒸汽中,一部分被引出而向蒸汽压缩器37输送。输入至冷凝器6之前的出口蒸汽一般的情况下为低温低压的饱和蒸汽,在图2所示的示例中,以0.89t/h引出35°C、5.6kPa的饱和水蒸汽。像这样的低温低压的饱和水蒸汽在现有的发电设备中未被利用,而不做任何工作地在冷凝器6中恢复成水。在本实施形态中,该低温低压的饱和蒸汽在蒸汽压缩机37中被压缩,升压直至适合二氧化碳的脱附的蒸汽条件为止。在图2中,升压直至达到183°C、20kPa的过热蒸汽为止。此时在蒸汽压缩机37中所需的动力为69kW。通过将其在热交换器29a中冷却,以此作为脱附用水蒸汽得到目标的60°C、20kPa的饱和蒸汽。该脱附用水蒸汽的供给量为0.89t/h。该饱和蒸汽供给至图1所示的吸附材料填充槽21或吸附材料填充槽31中而使用于二氧化碳的脱附。此外,由于在吸附材料填充槽21或吸附材料填充槽31的内部中脱附的二氧化碳处于减压下,因此为了作为常压的气体来引出,而在二氧化碳回收泵27中需要45kW的动力。
[0030] 在这里,说明二氧化碳的回收动力,如上所述,二氧化碳脱附(再生)的水蒸汽压缩蒸汽涡轮出口的低温蒸汽,从而升温、升压直至适合二氧化碳脱附的蒸汽条件为止。在图2的示例中,涡轮出口的蒸汽压力为5.6kPa,如果以该状态供给至吸附剂时,不需要蒸汽压缩动力。但是,在这里释放出的二氧化碳(100%)的压力也为5.6kPa,因此为了将二氧化碳回收至系统外部,而需要使用二氧化碳分离回收泵,从5.6kPa开始压缩至大气压(lOOkPa)。相反地,将涡轮出口蒸汽压缩至大气压(IOOkPa)并供给至吸附剂时,释放出的二氧化碳(100%)也为大气压(IOOkPa),因此不需要使用二氧化碳分离回收泵而能够不加处理地回收。又,在再生温度(压力)位于5.6kPa和大气压(IOOkPa)的中间时,如图2的示例那样使用两种升压装置(蒸汽压缩机37及二氧化碳回收泵27)。气体的压缩动力尽管与其容积成比例,但是如上述那样,因水蒸汽量和二氧化碳量的关系,水蒸汽以容积比需要二氧化碳的1.8倍。因此,为了回收相同量的二氧化碳,压缩二氧化碳的方法与压缩使用水蒸汽相比,减少能量消耗量。
[0031] 又,说明适当的再生温度(=回收蒸汽的温度、压力),因吸附剂吸附二氧化碳时产生的吸附热而导致吸附剂的温度上升,其程度尽管与二氧化碳的浓度成比例,但是火力发 电厂的燃烧排气的二氧化碳浓度为10〜15%,此时吸附剂的温度达到50〜60°C。二氧化 碳的脱附在二氧化碳的吸附后立即进行,因此再生温度是越接近吸附温度而消耗热量越 小。例如,在吸附后的温度为60°C,相对于此蒸汽温度为80°C的情况下,需要使吸附剂升 温20°C的能量,从而能量效率下降。相反地,蒸汽温度为40°C时,在再生过程中蒸汽不冷凝 而脱离吸附剂层,从而能量效率下降。吸附后的吸附剂温度如上述那样由排气温度和二氧 化碳的浓度等左右,并且根据所应用的设备而变化,因此不能一概而论,但是本发明中的再 生温度的范围优选的是COP增高的400C〜90°C,更优选的是50〜70°C,最佳的温度为约 60。。。[0032] 图3是表示代替图2的热交换器29a而使用减温注水器29b时的二氧化碳的回收 中的能量收支的说明图。在图3中也记载了以lt/h回收二氧化碳的情况。减温注水器29b 向通过蒸汽压缩机37压缩升温的过热蒸汽注入常温的水而产生规定的温度的饱和蒸汽。 在使用减温注水器29b的情况下,最终得到的60°C的饱和蒸汽由通过蒸汽压缩机37压缩升 温的过热蒸汽、和在减温注水器29b中注水的水的两者制作,因此从蒸汽涡轮4引出的水蒸 汽的量少于图2的情况下的0.89t/h,为0.81t/h而较少,其之差0.08t/h为减温注水器29b 中的注水量。因此,蒸汽压缩机37中的压缩机动力也小于图2的情况下的69kW,为63kW。 在图3的情况下,也是通过蒸汽压缩机37压缩后,成为183°C、20kPa的过热蒸汽。在减温 注水器29b中注入该过热蒸汽,以此与图2相同地作为脱附用水蒸汽得到60°C、20kPa的饱 和蒸汽,并且其供给量也与图2相同地为0.89t/h。用于将脱附的二氧化碳从减压下的吸附 材料填充槽21或吸附材料填充槽31中作为常压的气体来引出的二氧化碳回收泵27的动 力也与图2的情况相同地为45kW。[0033] 尽管在上述中作为二氧化碳的脱附用水蒸汽使用了 60°C、20kPa的饱和蒸汽,但 是当使作为脱附用水蒸汽的饱和蒸汽的温度及压力变化时,认为COP (热回收率)会变化。 表I示出在使脱附用水蒸汽的温度及压力变化时COP会如何变化。在表I中的第一行中记 载了应得到的脱附用水蒸汽(饱和蒸汽)的温度,第二行的“回收泵动力”是表示二氧化碳回 收泵27中的动力。又,第三行的“蒸汽压缩动力”是表示蒸汽压缩机37中的动力,“回收泵 动力”和“蒸汽压缩动力”的总和与热量换算后的数值一起记载于“所需动力”栏中。第四 行的“使用蒸汽流量”是从蒸汽涡轮4导入至蒸汽压缩机37中的饱和蒸汽的流量,第五行 的“注水蒸汽流量”是在减温注水器29b中注水的水的流量。因此,第六行的“脱附用水蒸 汽流量”是“使用蒸汽流量”和“注水蒸汽流量”的总和。最下行的“C0P”表示相对于施加 的动力(蒸汽压缩机37及二氧化碳回收泵27的动力)能够得到多少程度的脱附用水蒸汽。 表I中的“脱附用水蒸汽温度”为60°C的情况相当于图3,图3的情况的COP为2.2。[0034] 从表I可知脱附用水蒸汽的温度下降时COP增高。然而,在低温下二氧化碳的脱附 速度具有减小的倾向,因此温度过度下降是并不理想的。又,可知脱附用水蒸汽的温度越高 COP越小,在得到脱附用水蒸汽时需要较大的能量。又,在脱附用水蒸汽的温度增高时容易 引起胺的劣化,因此并不理想。尤其是,在130°c下COP为1,不能说在有效地利用水蒸汽。 从表I的结果,脱附用水蒸汽的温度优选的是40〜90°C的范围(7〜70kPa的饱和蒸汽), 更优选的是50〜70°C的范围(12〜30kPa的饱和蒸汽)。[0035] [表 I]
Figure CN103501876AD00101
[0036] 像这样,在图2及图3所示的实施形态中,将在现有的发电设备I中未利用的进入冷凝器6之前的废蒸汽以比较低的压缩比压缩升温并利用,因此即使通过蒸汽压缩机37及二氧化碳回收泵27消耗掉了动力,也能够以低于以往的能量脱附•回收二氧化碳。又,发电设备I的冷凝器6中的冷凝负荷也下降,冷却塔13中的冷却水量也下降。[0037] 表2示出在现有的二氧化碳回收装置和本发明的二氧化碳回收装置中二氧化碳的分离回收所需的热量的比较。在上述的非专利文献I中记载的现有技术(MEA (monoethanolamine ;单乙醇胺)吸收法)中,尽管不需要主动力,但是抽出发电用的水蒸汽的一部分,因此可知蒸汽能量的损失较大。又,通过新吸收液的开发也可能改善蒸汽消耗量,但是仍然抽出发电用的水蒸汽的一部分,因此可知蒸汽能量的损失不会减小。相对于此,在本实施形态的二氧化碳回收装置中,将从蒸汽涡轮4流出并进入冷凝器6之前的至此为止未利用的水蒸汽使用于脱附用水蒸汽的制作,因此可知尽管需要压缩升温至60°C的动力,但是实现较大的能量削减。[0038][表 2]
Figure CN103501876AD00111
0039] 图4是示出根据本发明的其他实施形态的二氧化碳回收装置40、和发电设备I的概略结构。本实施形态在代替冷却器29使用蒸汽发生器39的一点、和设置有用于使蒸汽发生器39中产生的蒸汽返回至冷凝器6中的排液管路36的一点上与上述的图1的实施形态不相同,除此以外的方面与图1的实施形态相同。因此,在图4中的对应于图1的构成要素上标以与图1相同的符号。[0040] 在本实施形态中,从蒸汽涡轮4流出并进入冷凝器6之前的饱和蒸汽与图1的实施形态相同地通过蒸汽压缩机37压缩而得到过热蒸汽。该过热蒸汽接着作为热媒介导入至蒸汽发生器39中,并通过热交换而由水制作出作为60°C的饱和蒸汽的脱附用水蒸汽。该脱附用水蒸汽与上述的图1的实施形态相同地供给至吸附材料填充槽21或吸附材料填充槽31中而使用于二氧化碳的脱附。使用于脱附用水蒸汽的制作的过热蒸汽是温度下降而最终作为排液通过排液管路36返回至冷凝器6中。[0041] 在本实施形态中,在进入冷凝器6之前输送至蒸汽压缩机37中的饱和蒸汽在使用于脱附用水蒸汽的制作后,全部通过排液管路36返回至冷凝器6中,因此可以对发电设备I 完全不会带来坏影响地进行二氧化碳的脱附回收。相反地,通过排液管路38返回至发电设备I的冷凝器6中的水已失去热量,因此冷凝器6中的冷凝负荷也下降,冷却塔13中的冷却水量也下降。又,在本实施形态中,也是将在现有的发电设备I中未利用的进入冷凝器6 之前的蒸汽涡轮4的出口蒸汽以比较低的压缩比压缩升温并利用,因此即使通过蒸汽压缩机37及二氧化碳回收泵27消耗了动力,也能够以低于现有的能量脱附.回收二氧化碳。[0042] 另外,在上述各实施形态中,以作为二氧化碳吸附材料使用了胺负载吸附剂的情况为中心进行了说明,但是本发明在作为二氧化碳吸附材料使用胺 吸收液的情况下也能够同样适用。在该情况下,如上所述那样在吸收槽7中已吸收的胺系水溶液输送至图6所示 的再生槽8中并且从再生槽8的上部开始分离回收二氧化碳的现有的结构形成为从蒸汽涡 轮出口排出的出口蒸汽的一部分在进入冷凝器6之前分叉,并且将其压缩.升温后供给至 热交换器9中的结构。再生槽8在负压下工作,以此能够从胺系水溶液中分离二氧化碳,并 且在再生槽8的上部设置二氧化碳回收泵而回收。[0043] 又,在上述各实施形态中,说明了具备两个吸附材料填充槽的二氧化碳回收装置, 但是本发明并不限于此,在具备三个以上的吸附材料填充槽的二氧化碳回收装置中也能够应用。[0044] 工业应用性:根据本发明的二氧化碳回收方法及装置,能够将从发电设备排出的含有二氧化碳的 被处理气体中以低能量回收二氧化碳,因此在火力发电或环境保护工业那样的领域可以利用。[0045] 符号说明:1 发电设备;2 二氧化碳回收装置(胺吸收方式);3 锅炉;4 蒸汽涡轮;5 发电机;6 冷凝器(复水器);7 吸收槽;8 再生槽;9 热交换器;10 热交换器;11 烟囱;12 加热用蒸汽抽出管路;13 冷却塔;19 二氧化碳吸附材料;20 二氧化碳回收装置;21 吸附材料填充槽;22 阀;23 阀;24 阀;25 阀;27 二氧化碳回收泵;29 冷却器;29a 热交换器;29b 减温注水器;31 吸附材料填充槽;32 阀;33 阀;34 阀;35 阀;36 排液管路;37 蒸汽压缩机;38 冷却器;39 蒸汽发生器;40 二氧化碳回收装置。

Claims (14)

1.一种二氧化碳回收方法,是从具备锅炉及蒸汽涡轮的发电设备排出的含有二氧化碳的被处理气体中使用二氧化碳吸附材料进行二氧化碳的吸附及脱附的二氧化碳回收方法,其特征在于,包含: 使用所述二氧化碳吸附材料从被处理气体中吸附二氧化碳的吸附工序;和 从吸附二氧化碳的所述二氧化碳吸附材料中使用脱附用水蒸汽使二氧化碳脱附的脱附工序; 所述脱附用水蒸汽从自蒸汽涡轮出口排出的出口蒸汽的一部分制作。
2.根据权利要求1所述的二氧化碳回收方法,其特征在于,所述脱附工序在负压下进行。
3.根据权利要求1所述的二氧化碳回收方法,其特征在于,包含使所述出口蒸汽的一部分压缩.升温的压缩.升温工序,使用该压缩.升温工序后的水蒸汽制作所述脱附用水蒸汽。
4.根据权利要求3所述的二氧化碳回收方法,其特征在于,使用所述压缩•升温工序后的水蒸汽制作的所述脱附用水蒸汽为7~70kPa的饱和蒸汽。
5.根据权利要求3所述的二氧化碳回收方法,其特征在于,所述脱附用水蒸汽是通过与所述压缩.升温工序后的水蒸汽的热交换而由水制作的水蒸汽。
6.根据权利要求3所述的二氧化碳回收方法,其特征在于,所述脱附用水蒸汽是在所述压缩.升温工序后的水蒸汽中注水以此制作的水蒸汽。
7.根据权利要求1所述的二氧化碳回收方法,其特征在于,还包含在所述二氧化碳吸附材料由胺负载吸附剂构成,所述脱附用水蒸汽从所述二氧化碳吸附材料的一端向另一端供给,并且在所述二氧化碳吸附材料的所述另一端达到规定温度时,停止所述脱附用水蒸汽的供给的控制工序。
8.—种二氧化碳回收装置,是从具备锅炉及蒸汽涡轮的发电设备排出的含有二氧化碳的被处理气体中使用二氧化碳吸附材料进行二氧化碳的吸附及脱附的二氧化碳回收装置,其特征在于,具有: 填充有所述二氧化碳吸附材料的至少一个吸附材料填充槽; 向所述吸附材料填充槽中供给含有二氧化碳的被处理气体,以此使所述二氧化碳吸附材料吸附二氧化碳的被处理气体供给单元; 制作用于脱附二氧化碳的脱附用水蒸汽的脱附用水蒸汽制作单元;和 通过向所述吸附材料填充槽中供给脱附用水蒸汽,以此从所述二氧化碳吸附材料脱附二氧化碳的脱附用水蒸汽供给单元; 所述脱附用水蒸汽制作单元从自蒸汽涡轮出口排出的出口蒸汽的一部分制作脱附用水蒸汽。
9.根据权利要求8所述的二氧化碳回收装置,其特征在于,使用所述脱附用水蒸汽的从所述二氧化碳吸附材料的二氧化碳的脱附在负压下进行。
10.根据权利要求8所述的二氧化碳回收装置,其特征在于,所述脱附用水蒸汽制作单元具备使所述出口蒸汽的一部分压缩.升温的压缩.升温装置,使用该压缩.升温后的水蒸汽制作所述脱附用水蒸汽。
11.根据权利要求10所述的二氧化碳回收装置,其特征在于,使用通过所述压缩•升温装置压缩.升温后的水蒸汽制作的所述脱附用水蒸汽为7~70kPa的饱和蒸汽。
12.根据权利要求10所述的二氧化碳回收装置,其特征在于,所述脱附用水蒸汽是通过与所述压缩.升温工序后的水蒸汽的热交换而由水制作。
13.根据权利要求10所述的二氧化碳回收装置,其特征在于,所述脱附用水蒸汽是在所述压缩.升温工序后的水蒸汽中注水以此制作的水蒸汽。
14.根据权利要求8所述的二氧化碳回收装置,其特征在于,还具备在所述二氧化碳吸附材料由胺负载吸附剂构成,所述脱附用水蒸汽供给单元将所述脱附用水蒸汽从所述二氧化碳吸附材料的一端向另一端供给,并且在所述二氧化碳吸附材料的所述另一端达到规定温度时,停止所述脱附用水蒸汽的`供给的控制单元。
CN201280022628.0A 2011-05-31 2012-05-18 二氧化碳回收方法及装置 CN103501876B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011-122535 2011-05-31
JP2011122535A JP5812694B2 (ja) 2011-05-31 2011-05-31 二酸化炭素回収方法および装置
PCT/JP2012/003275 WO2012164856A1 (ja) 2011-05-31 2012-05-18 二酸化炭素回収方法および装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103501876A true CN103501876A (zh) 2014-01-08
CN103501876B CN103501876B (zh) 2016-04-27

Family

ID=47258733

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201280022628.0A CN103501876B (zh) 2011-05-31 2012-05-18 二氧化碳回收方法及装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8951490B2 (zh)
JP (1) JP5812694B2 (zh)
CN (1) CN103501876B (zh)
AU (1) AU2012264072C9 (zh)
WO (1) WO2012164856A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107019991A (zh) * 2017-04-17 2017-08-08 中国科学院过程工程研究所 一种工业烟气中co2富集以及余热回收系统和方法
CN107915227A (zh) * 2016-10-11 2018-04-17 株式会社西部技研 气体回收浓缩装置

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2671887T3 (es) * 2010-12-17 2018-06-11 Research Triangle Institute Recuperación de calor de la captura de CO2 basada en sorbentes
JP5785443B2 (ja) * 2011-06-06 2015-09-30 川崎重工業株式会社 二酸化炭素分離回収装置
JP6217934B2 (ja) * 2011-07-02 2017-10-25 インヴェンティス サーマル テクノロジーズ インコーポレイテッド 燃焼ガスの統合的ガス吸着分離のシステムと方法
AU2012344254A1 (en) * 2011-11-29 2014-04-10 Sulzer Chemtech Ag A method and an apparatus for the absorption of carbon dioxide
EP2877258B1 (en) * 2012-07-26 2018-10-24 Fluor Technologies Corporation Steam efficiency with non depletive condensing and adiabatic solvent heating
AU2013370910B2 (en) 2012-12-31 2018-05-10 Inventys Thermal Technologies Inc. System and method for integrated carbon dioxide gas separation from combustion gases
US9931593B2 (en) * 2013-10-09 2018-04-03 Reliance Industries Limited Multi-compression system and process for capturing carbon dioxide
JP6302309B2 (ja) * 2014-03-20 2018-03-28 川崎重工業株式会社 二酸化炭素分離回収システム
JP6622302B2 (ja) * 2014-07-10 2019-12-18 クライムワークス アーゲー 二酸化炭素回収のための水蒸気アシスト真空脱着プロセス
JP5795423B1 (ja) * 2014-12-19 2015-10-14 株式会社西部技研 吸収式除去・濃縮装置
CN104791031B (zh) * 2015-04-21 2016-06-08 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种与机组汽水系统整合的二氧化碳捕集再生系统
AR106552A1 (es) * 2015-11-17 2018-01-24 Dow Global Technologies Llc Método y sistema para reducir las emisiones de co₂ procedentes de procesos industriales
JP6713301B2 (ja) * 2016-03-01 2020-06-24 株式会社西部技研 吸収式除去・濃縮装置
US20170350650A1 (en) * 2016-06-02 2017-12-07 General Electric Company System and method of recovering carbon dioxide from an exhaust gas stream
CN110312566A (zh) * 2017-04-13 2019-10-08 关西电力株式会社 二氧化碳回收系统以及二氧化碳回收方法
DE102018212898A1 (de) * 2018-08-02 2020-02-27 Thyssenkrupp Ag Regenerativer CO2-Absorber für ein Unterseeboot

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61254221A (en) * 1985-05-02 1986-11-12 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Apparatus for removing co2
JPS63252528A (en) * 1987-04-10 1988-10-19 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Air purification method
JP2010069398A (ja) * 2008-09-17 2010-04-02 Ngk Insulators Ltd Co2分離回収方法
WO2011013332A1 (ja) * 2009-07-27 2011-02-03 川崎重工業株式会社 二酸化炭素分離方法及び装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2544554B2 (ja) * 1991-10-09 1996-10-16 三菱重工業株式会社 燃焼排ガス中のco2の除去方法
DK0733396T3 (da) * 1991-10-09 2009-11-23 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Indvinding af carbondioxid af udstödningsgas fra forbrænding
JP2792777B2 (ja) * 1992-01-17 1998-09-03 三菱重工業株式会社 燃焼排ガス中の炭酸ガスの除去方法
JP4012310B2 (ja) 1998-05-22 2007-11-21 日揮株式会社 炭素質固体−水スラリーの製造方法
DE10016079A1 (de) * 2000-03-31 2001-10-04 Alstom Power Nv Verfahren zum Entfernen von Kohlendioxid aus dem Abgas einer Gasturbinenanlage sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
JP5021917B2 (ja) 2005-09-01 2012-09-12 三菱重工業株式会社 Co2回収装置及び方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61254221A (en) * 1985-05-02 1986-11-12 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Apparatus for removing co2
JPS63252528A (en) * 1987-04-10 1988-10-19 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Air purification method
JP2010069398A (ja) * 2008-09-17 2010-04-02 Ngk Insulators Ltd Co2分離回収方法
WO2011013332A1 (ja) * 2009-07-27 2011-02-03 川崎重工業株式会社 二酸化炭素分離方法及び装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107915227A (zh) * 2016-10-11 2018-04-17 株式会社西部技研 气体回收浓缩装置
CN107019991A (zh) * 2017-04-17 2017-08-08 中国科学院过程工程研究所 一种工业烟气中co2富集以及余热回收系统和方法

Also Published As

Publication number Publication date
AU2012264072B2 (en) 2015-05-07
JP2012250142A (ja) 2012-12-20
US20140105809A1 (en) 2014-04-17
AU2012264072A1 (en) 2013-10-31
AU2012264072C1 (en) 2015-08-27
US8951490B2 (en) 2015-02-10
JP5812694B2 (ja) 2015-11-17
WO2012164856A1 (ja) 2012-12-06
AU2012264072C9 (en) 2015-11-12
CN103501876B (zh) 2016-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101835915B1 (ko) 병렬 사이클 열 기관
AU2009212950B2 (en) Carbon-dioxide-capture-type steam power generation system
US8887505B2 (en) Carbon dioxide recovery system and method
JP6763889B2 (ja) 移動源の内燃機関からのco2捕捉のための統合されたプロセス、及び熱発電サイクルにおける使用
AU2007322451B2 (en) Absorbent regeneration with flashed lean solution and heat integration
JP5134578B2 (ja) Co2回収装置及びその方法
KR102137788B1 (ko) 이산화탄소 포획/재생 구조체 및 기술
AU2008297653B2 (en) Improved method for regeneration of absorbent
JP4745682B2 (ja) Co2回収装置および方法
JP5317833B2 (ja) 蒸気タービン発電設備
CN1317052C (zh) 低排放热电厂
CA2750780C (en) Method and device for separating of carbon dioxide from an exhaust gas of a fossil-fired power plant
JP4875303B2 (ja) 二酸化炭素回収システム、これを用いた発電システムおよびこれら方法
JP5230088B2 (ja) Co2回収装置及び方法
CN103967616B (zh) 火力发电系统
JP5383338B2 (ja) Co2回収装置及びco2回収方法
US9416683B2 (en) Carbon dioxide recovery method and carbon-dioxide-recovery-type steam power generation system
KR970011311B1 (ko) 연소배기가스중의 이산화탄소의 제거방법
CA2670434C (en) Improved absorbent regeneration
JP5859076B2 (ja) アンモニアベースのco2吸収性溶液からの不揮発物の除去
US8834609B2 (en) Method and device for separating carbon dioxide from a waste gas of a fossil fuel-operated power plant
KR20200043524A (ko) Co₂ 포획/이용 및 n₂ 생산을 위한 압력 스윙 흡착과 발전소의 통합
KR20090039779A (ko) 태양열 에너지를 이용한 co₂포집
CA2824740C (en) Combustion exhaust gas treatment system and method of treating combustion exhaust gas
EP0768365A1 (en) Process for the removal of highly concentrated carbon dioxide from high-pressure natural gas

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
C06 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C10 Entry into substantive examination
GR01 Patent grant
C14 Grant of patent or utility model