CN105916568B - 二氧化碳分离回收系统 - Google Patents

Abstract

二氧化碳分离回收系统包括吸附塔、再生塔和干燥塔。吸附塔中，使目标气体与吸附材料接触而使目标气体中的二氧化碳吸附到吸附材料中。再生塔中，使作为二氧化碳和水蒸气的混合气体的常压的湿式气体与吸附二氧化碳后的吸附材料接触而从吸附材料释放出二氧化碳。干燥塔中，吸附材料被干燥。另外，二氧化碳分离回收系统包括压缩二氧化碳的压缩机、以及通过吸引负压的水蒸汽的同时使从压缩机排出的二氧化碳膨胀由此生成湿式气体的排出器。

Description

二氧化碳分离回收系统

技术领域

本发明涉及二氧化碳分离回收系统，其使用固体吸附材料来分离和回收目标气体中的二氧化碳。

背景技术

一直以来已知一种使用固体吸附材料来分离和回收目标气体中的二氧化碳的二氧化碳分离回收系统。例如，专利文献1中公开了图3所示那样的二氧化碳分离回收系统100。

具体而言，在二氧化碳分离回收系统100中，吸附材料依次被转移到料斗110、吸附塔120、再生塔130、干燥塔140、冷却塔150。另外，吸附材料通过传送带160从冷却塔150返回到料斗110。

吸附塔120中，目标气体与吸附材料接触，目标气体中的二氧化碳被吸附到吸附材料中。从干燥塔140向再生塔130供给水蒸汽，该水蒸汽在吸附二氧化碳后的吸附材料上冷凝，由此二氧化碳从吸附材料释放。被释放出的二氧化碳通过二氧化碳回收路135而吸引到回收泵170，在由回收泵170压缩之后，贮存在二氧化碳储器（holder）180中。

干燥塔140通过间接加热而使附着在吸附材料上的冷凝水蒸发。来源于冷凝水的蒸发的水蒸汽被供应给再生塔130作为再生用的水蒸汽。例如，向干燥塔140供应表压为负压（绝对压约20kPa）的饱和水蒸汽（例如，60℃）作为热介质。

干燥塔140和再生塔130由连续的罐构成，因此干燥塔140和再生塔130内通过回收泵170的吸引来调整到根据热介质使冷凝水可蒸发的压力（例如，约20kPa）。因此，吸附塔120和再生塔130之间以及干燥塔140和冷却塔150之间设置有用于保持相对于大气压的压力差的压差保持装置（例如，闭锁料斗）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-121562号公报。

发明内容

图3所示的二氧化碳分离回收系统100中使用负压的饱和水蒸汽作为干燥用的热介质的理由是为了以少的能量（例如来自各种设备的不到100℃的余热）来生成吸附材料再生用的水蒸汽。但是，在使用了负压的饱和水蒸汽的情况下，如上述那样需要压差保持装置。

因此，本发明的目的在于提供一种二氧化碳分离回收系统，其能够利用能以少的能量生成的低温（低于100℃）·负压的水蒸汽来再生吸附材料，并且不需要压差保持装置。

为了解决所述问题，本发明的二氧化碳分离回收系统是使用固体吸附材料来分离和回收目标气体中的二氧化碳的二氧化碳分离回收系统，具备：吸附塔，所述吸附塔使所述目标气体与所述吸附材料接触而使所述目标气体中的二氧化碳吸附到所述吸附材料中，并排出除去了二氧化碳的所述目标气体；压缩机，所述压缩机压缩二氧化碳；排出器，所述排出器通过吸引负压的水蒸汽的同时使从所述压缩机排出的二氧化碳膨胀而生成常压的湿式气体；再生塔，所述再生塔使从所述排出器流出的所述湿式气体与吸附二氧化碳后的所述吸附材料接触而从所述吸附材料释放出二氧化碳，并排出释放出的二氧化碳；以及干燥塔，所述干燥塔使与所述湿式气体接触后的所述吸附材料干燥。

这里，“常压的湿式气体”是指具有与大气压实质性相等的压力（例如，大气压±5%的范围内的压力）的湿式气体。

根据上述结构，由于将常压的湿式气体供应给再生塔，因此不需要相对大气压的压差保持装置。而且，该湿式气体由排出器生成。排出器因为吸引负压的水蒸汽，因此能够利用能以少的能量生成的低温·负压的水蒸汽来生成吸附材料再生用的湿式气体。另外，即使被排出器吸引的水蒸汽低于100℃，也由于在该水蒸汽中混合压缩机压缩过的高温的二氧化碳，因此能够容易生成100℃以上的湿式气体。并且，湿式气体中的水蒸汽以外的成分是二氧化碳，因此能够从再生塔回收高浓度的二氧化碳。

上述的二氧化碳分离回收系统也可以还具备回流路，所述回流路将从所述再生塔排出的二氧化碳的一部分导向所述压缩机。根据该结构，能够将来自再生塔的余热合理利用在湿式气体的生成中。

发明效果

根据本发明，能够提供利用能以少量能量生成的低温·负压的水蒸汽来再生吸附材料，并且不需要压差保持装置的二氧化碳分离回收系统。

附图说明

图1是根据本发明的第一实施方式的二氧化碳分离回收系统的概略结构图；

图2是根据本发明的第二实施方式的二氧化碳分离回收系统的概略结构图；

图3是以往的二氧化碳分离回收系统的概略结构图。

具体实施方式

本发明的二氧化碳分离回收系统是使用固体吸附材料分离和回收目标气体中的二氧化碳的系统。目标气体例如是燃烧排气。吸附材料例如是负载胺化合物的粒状的多孔性物质。作为多孔性物质，能够使用活性炭、活性氧化铝等。以下，参照附图来说明本发明的实施方式。

（第一实施方式）

图1示出根据本发明的第一实施方式的二氧化碳分离回收系统1A。该二氧化碳分离回收系统1A是将吸附材料按照吸附塔2、再生塔3、干燥塔4的顺序转移的移动层方式的系统。吸附材料通过图略的传送带等从干燥塔4返回到吸附塔2。换言之，使吸附材料在吸附塔2、再生塔3和干燥塔4中循环。

本实施方式中，吸附塔2、再生塔3和干燥塔4从上到下依次排列。例如吸附塔2、再生塔3和干燥塔4分别由单一的罐构成。并且，吸附材料从吸附塔2到再生塔3的转移、以及吸附材料从再生塔3到干燥塔4的转移例如通过重力而连续进行。

但是，吸附塔2、再生塔3和干燥塔4的结构可以适当变更。例如，吸附塔2、再生塔3和干燥塔4中的两个或者全部也可以由连续的罐构成。另外，吸附塔2、再生塔3和干燥塔4也可以独立地在横方向并列，吸附材料通过传送带按照吸附塔2、再生塔3、干燥塔4的顺序转移。

吸附塔2是使目标气体与吸附材料接触的塔。具体而言，目标气体供应路21与吸附塔2的下部连接，目标气体排出路22与吸附塔2的上部连接。目标气体通过目标气体供应路21供应给吸附塔2。由此，目标气体中的二氧化碳被吸附材料吸附。被去除了二氧化碳的目标气体通过目标气体排出路22排出。吸附二氧化碳后的吸附材料被转移至再生塔3。

作为一例，投入到吸附塔2时的吸附材料的温度为约40℃，供应至吸附塔2的目标气体的温度为约35℃。吸附材料的温度由于吸附材料吸附二氧化碳而有一些上升（例如约60℃）。

再生塔3是使湿式气体（wet gas）与吸附材料接触的塔。具体而言，湿式气体供应路31与再生塔3的下部连接，二氧化碳回收路32与再生塔3的上部连接。常压100℃以上的湿式气体通过湿式气体供应路31供应至再生塔3。湿式气体是二氧化碳和水蒸汽的混合气体。

再生塔3内，湿式气体中的水蒸汽在吸附材料上冷凝，从吸附材料释放出二氧化碳。另外，湿式气体中的水蒸汽的量为湿式气体中的水蒸汽几乎全部在吸附材料上冷凝的程度。从吸附材料释放出的二氧化碳和湿式气体中的二氧化碳通过二氧化碳回收路32排出。通过二氧化碳回收路32排出的二氧化碳的浓度几乎为100%。附着了冷凝水的吸附材料被转移到干燥塔4。

作为一个例子，向再生塔3供应的湿式气体的温度为100℃。由于吸附材料和湿式气体的接触以及湿式气体中的水蒸汽向吸附材料的冷凝，吸附材料的温度上升至约100℃。通过施加至该吸附材料的显热和冷凝热，从吸附材料释放出二氧化碳。

干燥塔4是使和湿式气体接触后的吸附材料干燥的塔。本实施方式中，吸附材料的干燥通过使干燥用气体和吸附材料接触的直接加热而进行。但是，吸附材料的干燥也可以通过间接加热而进行，间接加热是热介质在干燥塔4内通过的配管中流通。例如作为间接加热用的热介质，也可以使用从再生塔3排出的二氧化碳、用后述的压缩机51压缩的二氧化碳、供应至再生塔3之前的湿式气体等。

具体而言，干燥塔4的下部连接干燥用气体供应路41，干燥塔4的上部连接干燥用气体排出路42。干燥用气体通过干燥用气体供应路41供应至干燥塔4。由此，附着在吸附材料上的冷凝水蒸发。来源于冷凝水的蒸发的水蒸汽与干燥用气体一起通过干燥用气体排出路42排出。干燥后的吸附材料返回至吸附塔2。

作为一例，供应至干燥塔4的干燥用气体的温度为约80℃。随着吸附材料的干燥的进行，吸附材料的温度通过附着于吸附材料上的冷凝水的蒸发，慢慢下降到干燥用气体的湿球温度。之后，吸附材料的温度在冷凝水的蒸发中维持在干燥用气体的湿球温度。上述的“干燥后的吸附材料”是指冷凝水刚好完全蒸发前的吸附材料、即，维持在低温的吸附材料。另外，在干燥用气体的湿球温度高于投入至吸附塔2的温度（上述示例中，约40℃）的情况下，也可以在干燥塔4和吸附塔2之间设置冷却塔。

上述的湿式气体供应路31的上游端与排出器（ejector）53连接。另外，排出器53通过中继路52与压缩机51连接。另外，压缩机上连有从二氧化碳回收路32分支的回流路6。

回流路6将从再生塔3排出的二氧化碳的一部分导入压缩机51。压缩机51压缩该二氧化碳并将其排出。从压缩机51排出的二氧化碳通过中继路52向排出器53导入。

排出器53通过水蒸汽供应路54与水蒸汽供应源连接。水蒸汽供应源例如是排出负压的水蒸汽的涡轮或蒸汽发生器（boiler）。或者，水蒸汽供应源也可以是储存水的密闭容器。并且，排出器53吸引负压的水蒸汽（饱和水蒸汽或过热水蒸汽）的同时使压缩的二氧化碳膨胀。由此，生成上述的常压的湿式气体。从排出器53流出的湿式气体通过湿式气体供应路31被导入再生塔3。

作为一个例子，从压缩机51排出的二氧化碳具有约410kPa的压力和约265℃的温度，被吸引到排出器53的水蒸汽是约7kPa的饱和水蒸汽（约40℃）。

如上述说明的，本实施方式的二氧化碳分离回收系统1A中，由于常压的湿式气体被供应至再生塔3，因此不需要相对于大气压的压差保持装置。而且，该湿式气体由排出器53生成。排出器53因为吸引负压的水蒸汽，因此能够利用能以少的能量生成的低温·负压的水蒸汽来生成吸附材料再生用的湿式气体。例如，在排出器53与贮存水的密闭容器连接的情况下，也能够仅通过压缩机51的动力来生成湿式气体。在这个基础上，即使被吸引到排出器53的水蒸汽低于100℃，也由于在该水蒸汽中混合由压缩机51压缩的高温的二氧化碳，因此能够容易生成100℃以上的湿式气体。另外，由于湿式气体中的水蒸汽以外的成分是二氧化碳，因此能够从再生塔3回收高浓度的二氧化碳。

<变形例>

如上所述，吸附塔2、再生塔3和干燥塔4的结构能够适当变更。例如，也可以是吸附塔2配置在干燥塔4的下方，它们由连续的罐构成。换言之，可以是一个罐的下部是吸附塔2、上部是干燥塔4。在这种情况下，如果在该罐的下部连接目标气体供应路21，在罐的上部连接目标气体排出路22，则能够利用除去二氧化碳后的目标气体来干燥附着了冷凝水的吸附材料。

（第二实施方式）

接着，参照图2说明根据本发明的第二实施方式的二氧化碳分离回收系统1B。另外，在本实施方式中对与第一实施方式相同的构成要素附加相同的符号，并省略重复的说明。

本实施方式的二氧化碳分离回收系统1B是填充有吸附材料的一个罐7在每个吸附行程、再生行程、干燥行程，作为吸附塔2、再生塔3、干燥塔4发挥作用的固定层方式的系统。另外，本实施方式中，以能够进行连续的处理的形式设置有两个罐7。但是，罐7的数量也可以是3个以上。或者，在进行断续的处理的情况下，罐7也可以仅一个。另外，在以下，为了说明的方便，将一方的罐7称为第一罐7A、另一方的罐7称为第二罐7B。

具体而言，第一罐7A上连接有第一共通供应路71、第一共通排出路72、第一湿式气体供应路73和第一二氧化碳回收路74。同样地，第二罐7B上连接有第二共通供应路75、第二共通排出路76、第二湿式气体供应路77和第二二氧化碳回收路78。这些流路71～78上分别设置有开闭阀。

第一共通供应路71和第二共通供应路75上的比开闭阀靠上游侧部分相互合流，该合流部分上连接有目标气体供应路81和干燥用气体供应路82。这些供应路81、82上也分别设置有开闭阀。即，第一共通供应路71和第二共通供应路75的每个上能够选择性地流过目标气体和干燥用气体中的任一个。

第一湿式气体供应路73和第二湿式气体供应路77上的比开闭阀靠上游侧部分相互合流，该合流部分上连接有排出器53。即，从排出器53流出的常压的湿式气体能够选择性地供应给第一罐7A和第二罐7B中的任何一方。

另外，在本实施方式中，回流路6的上游侧部分分成两条线，这些线与第一二氧化碳回收路74和第二二氧化碳回收路78上的比开闭阀靠下流侧部分相连。即，能够将通过回流路6导入压缩机51的二氧化碳切换成从第一罐7A排出的二氧化碳和从第二罐7B排出的二氧化碳中的任一个。

在上述的结构中，通过操作开闭阀，能够通过一方的罐7使吸附材料再生的同时，通过另一方的罐进行吸附材料对二氧化碳的吸附和吸附材料的干燥。并且该结构也能够通过压缩机51和排出器53获得和第一实施方式同样的效果。

（其他实施方式）

第一和第二实施方式中，从再生塔3（第二实施方式中是任一个罐7）排出的二氧化碳的一部分通过回流路6被导入压缩机51。但是，也可以省略回流路6。例如，压缩机51也可以与填充了二氧化碳的压力容器连接。但是，如果如第一和第二实施方式那样设置回流路6，则能够将来自再生塔3的余热合理利用在湿式气体的生成中。

工业应用性

本发明例如在处理燃烧排气时有用。

符号说明

1A、1B 二氧化碳分离回收系统

2 吸附塔

3 再生塔

4 干燥塔

51 压缩机

53 排出器

6 回流路。

Claims (2)

1.一种二氧化碳分离回收系统，是使用固体吸附材料来分离和回收目标气体中的二氧化碳的二氧化碳分离回收系统，

所述二氧化碳分离回收系统具备：

吸附塔，所述吸附塔使所述目标气体与所述吸附材料接触而使所述目标气体中的二氧化碳吸附到所述吸附材料中，并排出除去了二氧化碳的所述目标气体；

压缩机，所述压缩机压缩二氧化碳；

排出器，所述排出器通过吸引负压的水蒸气的同时使从所述压缩机排出的二氧化碳膨胀而生成常压的湿式气体；

再生塔，所述再生塔使从所述排出器流出的所述湿式气体与吸附二氧化碳后的所述吸附材料接触而从所述吸附材料释放出二氧化碳，并排出释放出的二氧化碳；以及

干燥塔，所述干燥塔使与所述湿式气体接触后的所述吸附材料干燥。

2.根据权利要求1所述的二氧化碳分离回收系统，其特征在于，还具备回流路，所述回流路将从所述再生塔排出的二氧化碳的一部分导向所述压缩机。