JP2004085099A

JP2004085099A - 排出ｃｏ２の回収システム

Info

Publication number: JP2004085099A
Application number: JP2002247813A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Fujima; 藤間　克己; Tomoiku Yoshikawa; 吉川　朝郁
Original assignee: Mayekawa Manufacturing Co
Current assignee: Mayekawa Manufacturing Co
Priority date: 2002-08-27
Filing date: 2002-08-27
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2022-08-27
Also published as: JP3640023B2

Abstract

【課題】火力発電所や焼却施設、工場等の事業所より排出する１００〜２００℃前後の低温排ガスを使用して、ケミカルヒートポンプを介しての冷熱生成と、該冷熱と排熱との複合化により高率化させた低濃度ＣＯ_２の吸着分離プロセスと、　吸着分離されたＣＯ_２を冷媒として使用して液化ＣＯ_２やドライアイスの生成と低温冷熱源を提供する等の多用途冷熱を供給するＣＯ_２冷凍サイクルを形成する、排出ＣＯ_２の回収システムを提供する。
【構成】本発明の排出ＣＯ_２の回収システムは、低温排熱３０より冷熱を生成する排熱駆動ケミカルヒートポンプ３１と、前記低温排ガス２５に含まれる低濃度ＣＯ_２を回収分離する温度圧力スイング吸着（ＰＴＳＡ）２０と、回収ＣＯ_２２６を冷媒として駆動するＣＯ_２超臨界冷凍サイクル１１とより構成する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、火力発電所や焼却施設、工場等の事業所より排出する排ガスの１００〜２００℃前後の低温排熱を使用して、ケミカルヒートポンプを介しての冷熱生成と、該冷熱及び排熱とにより複合プロセスを形成させた低濃度ＣＯ_２の吸着分離プロセスと、
吸着分離されたＣＯ_２より液化ＣＯ_２、ドライアイス或いは三重点以下の低圧ＣＯ_２の温度と略同等の温度を持つ低温媒体による低温冷熱源を形成するＣＯ_２超臨界冷凍サイクルとよりなる排出ＣＯ_２の回収システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
地球環境保護に対するフロン系冷媒の規制から自然冷媒に期待が掛けられ、特にその中でもオゾン層破壊係数が零で、地球温暖化係数が１の値を持つＣＯ_２の存在が注目されている。
則ち、地球温暖化に関しては、ＣＯ_２の数千倍の温暖化係数を持つフロン系冷媒に対し、上記地球温暖化の観点から、温暖化係数の低い冷媒の開発が強く要望され、フロン系冷媒の代わりに自然界に多く存在するＣＯ_２を冷媒として活用することが期待されている。
一方ＣＯ_２は、高密度エネルギの貯蔵・輸送冷熱の媒体として認められ、用途の多様化が図られ、その回収については、低濃度ＣＯ_２の回収プロセスの高率化が要求され、その実現は、民生・運輸等の産業各部門へのさらなる適用を促すとともに、省エネルギシステムの構築にも寄与する点からも強く要望されている。
【０００３】
則ち、火力発電所や焼却施設、工場等の事業所より排出する１００〜２００℃前後の従来より使い捨ての状況にあった低温排熱の有効利用を図るとともに、地球環境問題、特に地球温暖化防止の観点に立ち、ＣＯ_２の大気排出量の削減、回収と、回収したＣＯ_２の冷凍サイクルにおける冷媒の効果的使用が強く要望されている。
【０００４】
上記ＣＯ_２の燃焼排ガスからの分離回収には、圧力スイング吸着式（ＰＴＳ）が使用されている。上記ＰＴＳは加圧原料ガスをゼオライトのような吸着物質に通して不純物を吸着分離し、所要純度の目的ガスを得るもので、吸着した不純物ガスは、大気圧または真空圧にして解放除去している。
例えば、高炉熱風炉排ガスより高濃度のＣＯ_２の分離回収には合成ゼオライトを使用したＰＴＳ法による回収が使用されている。
なお、この場合は通常の燃焼排ガスよりも高濃度のＣＯ_２を原料とし、更に上記したように分離効率の高い合成ゼオライトを使用した真空脱離ＰＴＳ法の採用により価格競争力のあるＣＯ_２の回収を可能にしているが、上記吸着分離に要する動力費は分離後の液化ＣＯ_２を得るまでの動力費と同等のエネルギを必要とし、吸着分離に要する動力費の削減が要望されている。
なお、吸着剤として活性炭あるいは合成ゼオライトを使用するＰＴＳ分離の場合、原料ガス中の水分は吸着成分であり、ＣＯ_２の吸着を阻害する。従って前処理として原料ガスの除湿が必要となり、排熱を利用した除湿プロセスも必要とされている。
【０００５】
また、回収したＣＯ_２を冷媒として冷凍機に使用する場合、ＣＯ_２の臨界点は低いため上記冷凍サイクルは臨界点を越えた超臨界域を含むサイクルを形成することになり、凝縮過程が高温の顕熱変化を求めるため、この温熱を効率よく取り出す冷熱を必要とするが、これらの冷熱も前記ＣＯ_２とともに系内排ガスより取り出した排熱により駆動するケミカルヒートポンプにより得られるようにして、この冷熱の使用によりＣＯ_２超臨界冷凍サイクルとして充分に機能させ、高密度エネルギの媒体の生成と多用途熱供給システムの形成が求められている。
【０００６】
上記した燃焼排ガスよりＣＯ_２を回収し、ガス状、液状または固体状ドライアイスとして回収する提案は従来より種々なされている。
特開２０００−２４４５４公報には「燃焼排ガスの処理方法及び装置」なる提案が開示されている。
前記提案の概略構成を図５を参照して下記に説明する。
本装置は、燃焼排ガス中の炭酸ガスをＬＮＧ冷熱を有効利用してドライアイスとして固化した後に分離・回収する燃焼排ガスの処理方法とその装置に関するものである。
【０００７】
その構成は、ボイラ６０より排出された燃焼排ガス６１中の水分を冷却して水分を凝集する水分凝集手段６２と、燃焼排ガス中の残存水分を−３０℃以下の低温で冷却して氷６３ａを固化する氷固化装置６３と、炭酸ガス固化装置６４と、水分を完全に除去した燃焼排ガス６１中の炭酸ガス（ドライアイス）６５と低温の炭酸ガスを含まない排ガス６６とを分離する固気分離器６７と、分離されたドライアイス６５を加圧して液化する炭酸ガス液化装置６８と、液化炭酸ガスを６９を貯蔵する液化炭酸貯槽７０と、前記ＬＮＧを液化して冷熱を得る図示していない熱交換器とより構成している。
【０００８】
上記提案は前記ＬＮＧの気化熱を冷熱として有効利用を図ったもので、燃焼排ガス中の水分を氷として固化・分離後に、さらに燃焼排ガス中の炭酸ガスをドライアイスとして固化または液化したものであるが、このような大きな気化熱を持つ燃料使用の場合は特定の場合に限定され、一般の都市ガスを使用する場合には適用不可の問題がある。
【０００９】
一方、ＣＯ_２液化装置については、原料のＣＯ_２を外部へ逃すことの少ない高収率のＣＯ_２液化装置に関する提案が特開平１０−５９７０６号公報に開示されている。該提案は図６に示すように、
ＣＯ_２を貯留するガスホルダ８１からの低圧ガスライン８３は炭酸ガス中の不純物を除去する水洗筒８２を介して二段圧縮機よりなる炭酸ガス圧縮機８４の低圧側吸入口８４ａに接続されていて、圧縮機８４の低圧側吐出口８４ｂは中圧ガスライン８６により脱臭装置８５を介して前記圧縮機の高圧側吸入口８４ｃに接続され、同吐出口８４ｄは高圧ガスライン８７により除湿装置８８を介して冷却装置８９の炭酸ガス入り口８９ａに接続されている。
【００１０】
冷却装置８９は高圧ガスライン８７からのＣＯ_２を冷却することにより、凝縮液化せしめ、例えば不図示の冷凍機からの冷却装置８９内の冷媒コイル８９ｃ内に送られる冷媒により炭酸ガスの凝縮液化をしている。
冷却装置８９の液化ＣＯ_２出口８９ｂに一端が接続された高圧液ライン９０の他端は液化ＣＯ_２を貯留する真空断熱タンク９１の下部には開閉弁９２を備える液化ＣＯ_２の供給ライン９３の一端が接続されている。
前記真空断熱タンク９１内の気相部位に一端が臨む戻りガスライン９４の他端を前記圧縮機８４の低圧側吐出口８４ｂと脱臭装置８５間の中圧ガスライン８６に接続する。
上記構成により、圧縮機８４で圧縮されたＣＯ_２は冷却装置８９で凝縮、液化され液化ＣＯ_２になり、真空断熱タンク９１に送られ貯留される。
同タンク内に液化ＣＯ_２が送り込まれることによりタンク内の気相圧力が所定値を越えると圧力調整器９６からの信号により戻りガスラインを介してＣＯ_２は圧縮機の吸入側に還流され、無駄をなくしている。
【００１１】
また、従来のＣＯ_２の液化を含むドライアイス製造工程では、図７に見るように、炭酸ガスの圧縮機１００による圧縮前に行なう洗浄塔１０１による洗浄処理及び脱硫器１０２による脱硫処理、圧縮後に行なう精製塔１０３による精製処理、脱湿器１０４による脱湿処理が（前記提案においてもその一部が散見される）必要とし、これらの処理の後、高圧高温ＣＯ_２を氷冷却器１０５、ＣＯ_２冷却器１０６と、過冷却器１０７により過冷却状超臨界ＣＯ_２を形成させ、該超臨界ＣＯ_２の液に近い高密度の超臨界ガスをＣＯ_２液化タンク１０８に貯留後、減圧弁１０９を介してドライアイスプレス機１１０に導入し、該ドライアイスプレス機で約−７８．５℃のドライアイスを生成するとともに、前記減圧の際発生した低温ＣＯ_２を前記過冷却器１０７の熱交換器を経由後圧縮機１００に還流させる構成にしてある。
上記従来のドライアイス生成システムにおいては、原料が粗ガスのため、前記したように圧縮前後に洗浄塔１０１、脱硫器１０２、精製塔１０３、脱湿器１０４の設備コストを必要とする上、原料のＣＯ_２粗ガス１１１に対して３９．４％の低収率である。
そのため、上記設備コストを低コストに抑えるとともに、省エネルギ性の高い高収率のドライアイス製造方法とその装置の実現が要望されている。
【００１２】
また、回収されたＣＯ_２を冷媒として使用したＣＯ_２冷凍サイクルによる、高密度エネルギ媒体を供給する多用途化システムについては、下記構成の蓄熱システムがある。
上記システムは、ＣＯ_２を冷媒とする超臨界ＣＯ_２サイクルと、該サイクルのガスクーラを形成する空冷冷凍機ユニットと、前記超臨界冷凍サイクルの前段膨張手段により圧力約９．２Ｋｇ／ｃｍ^２、温度−４０℃の低圧液化ＣＯ_２を得る液化ＣＯ_２生成部と、前記液化ＣＯ_２を後段膨張手段により三重点圧力付近まで降下させる蒸発器とより構成し、該蒸発器に設けた熱交換器を介して間接接触により冷熱を供給して約−４０℃のＲ２２の低温冷媒液を得るとともに、前記蒸発器より蒸発ガスが還流する構成にしてある。
この場合は液化ＣＯ_２の三重点以下の降温により固化の問題があるため、圧力降下は三重点付近に押さえ、ドライアイスは使用しないため、冷却温度も三重点温度の−５６．６℃以上に押さえられ、負荷側の伝熱媒体の温度は−４０℃以下には冷却され得ない状況にある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、
火力発電所や焼却施設、工場等の事業所より排出する１００〜２００℃前後の低温排熱を使用して、ケミカルヒートポンプを介しての冷熱生成と、該冷熱と前記排熱との複合化により高率化させた低濃度ＣＯ_２の吸着分離プロセスと、
吸着分離されたＣＯ_２を冷媒として使用して液化ＣＯ_２ドライアイスの生成と液化ＣＯ_２やドライアイス等密度のエネルギ媒体の生成や三重点以下の低温冷熱を提供する等の多用途ＣＯ_２冷凍サイクルを形成する、排出ＣＯ_２の回収システムの提供を目的とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明の排出ＣＯ_２の回収システムは、
火力発電所や焼却施設、工場等の事業所より排出する排ガスの１００〜２００℃前後の低温排熱と該排熱を使用して作動するケミカルヒートポンプより得られる冷熱とを使用してなる排出ＣＯ_２の回収システムにおいて、前記排ガスとともに排出される低濃度のＣＯ_２の回収を変形圧力スイング吸着により行う第１の手段と、
回収したＣＯ_２を前記冷熱により作動する液化器を備えたＣＯ_２超臨界冷凍サイクルの冷媒に使用して、複数段の膨張手段の前段において液化ＣＯ_２を形成し後段の膨張手段により三重点以下の低温冷熱を形成する冷熱生成手段（第２の手段）とにより構成したことを特徴とする。
【００１５】
上記本発明は、火力発電所や焼却施設、工場等の事業所より排出する１００〜２００℃前後の低温排熱系における、排ガスとともに排出される低濃度ＣＯ_２の回収において、前記低温排熱より吸着式ヒートポンプ等のケミカルヒートポンプを介して冷熱を生成させ、生成された冷熱及び前記排熱による吸着促進及び脱着促進手段を加味した吸着分離手段により前記低濃度ＣＯ_２の回収を圧力スイング吸着（ＰＴＳ）を変形した吸脱着により効率的に行なわせ、
回収した低濃度ＣＯ_２を冷凍サイクルの冷媒として使用するとともに、前記ケミカルヒートポンプにより形成された冷熱を圧縮機の下流に設けた液化器（ガスクーラ）へ導入させ、前記冷凍サイクルにより形成されたＣＯ_２超臨界ガスの顕熱を吸収させて、その下流側に設けた複数段の断熱膨張手段により三重点手前までの圧力降下により液化ＣＯ_２を得て、前記液化ＣＯ_２の形成についで、その下流の膨張手段により三重点圧力以下の圧力降下によりドライアイスまたはそれの昇華熱による低温冷熱源を形成する低温冷熱を得て、本発明の目的である多用途冷熱の供給を可能とする排出ＣＯ_２の回収システムを提案するものである。
【００１６】
則ち上記発明により低温排熱系内で発生する低温排熱を使用して、該排熱とともに排出される排ガス中より低濃度ＣＯ_２を前記排熱及び排熱により形成された冷熱の複合使用により効率的に回収し、回収したＣＯ_２を冷凍サイクルのオゾン層破壊、地球温暖化等を解決する冷媒として使用し、前記低温排熱により形成された冷熱によりＣＯ_２使用による高圧側の超臨界域の顕熱を吸収させ、複数段の膨張手段により液化ＣＯ_２、ドライアイス又はサイクル形成可能の低温冷熱源を得る等の回収ＣＯ_２の高率的多用途熱供給システムを形成してある。
【００１７】
前記本発明の排出ＣＯ_２の回収システムにおける、低温冷熱によりドライアイスが生成される構成が好ましい。
【００１８】
または、前記低温冷熱形成は、三重点以下に降圧した液化ＣＯ_２の不凍液への直接噴き込みによる、三重点以下の低圧ＣＯ_２温度で作動する低温媒体の形成を冷凍サイクルに設けた構成が好ましく、従来不可能であった三重点以下の−５６．６℃以下の低温冷熱に対しても、三重点以下の圧力降下に対応する−７８．９℃までの低温冷熱を低温媒体より、サイクル形成のなかで得ることが出来、低温冷熱の供給にドライアイス以外の多様性を持たせることができる。
【００１９】
また、前記低温冷熱形成は、三重点以下に降圧した低圧ＣＯ_２の不凍液への直接噴き込みにより形成された低温媒体により生成するのが良い。
則ち、液化ＣＯ_２は三重点以下の圧力降下により固化を開始してドライアイスの形成過程に移行するが、この三重点以下の低圧ＣＯ_２を不凍液中に噴き込めば昇華熱の直接伝播により不凍液は冷却され圧力低下したＣＯ_２の温度と等温度の約−７９℃までの低温媒体を形成させるとともに、気化した低温ＣＯ_２は冷凍サイクルの低段圧縮機の吸入側へ還流させ、冷凍サイクルを形成する。
なお、上記直接接触により還流する気化したＣＯ_２の中に前記不凍液の蒸発ガスは混入するが、混入ガスはサイクルの後工程で凝縮させ除去する。
また、低温媒体を形成する不凍液の中にはＣＯ_２が混入されるが、混入により本来熱伝導率の低い当該不凍液の熱伝導率は改善され、効率的熱交換を可能にする利点を持つ。
【００２０】
また、前記本発明の排出ＣＯ_２の回収システムにおける、第１の手段である前記変形圧力スイング吸着手段は、前記排熱により形成された冷熱を利用した吸着促進手段と排熱を利用した脱着促進手段とよりなる温度スイング吸着（ＴＳＡ）を、圧力スイング吸着（ＰＴＳ）に付加する構が好ましい。
【００２１】
則ち、吸着分離を高分子合成のゼオライトを使用した真空離脱型の圧力スイング吸着（ＰＴＳ）に冷熱による吸着促進手段と、加熱（排熱利用）による脱着促進手段とよりなる温度スイング吸着（ＴＳＡ）を加味した温度圧力ＰＴＳＡ方式により高率的な低濃度ＣＯ_２の回収を可能にしたものである。
なお、前記吸着促進手段に使用する冷熱は、系内に排出された１００〜２００℃前後の低温排熱よりケミカルヒートポンプを介して生成されたものを使用する構成にしてある。
なお、前記圧力スイング吸着（ＰＴＳ）は吸着剤への押し込み機と吸着剤より吸着した不純物を離脱させる真空ポンプと複数の吸着装置を設け、該吸着装置に内蔵させたゼオライト等の吸着物質により前記押し込み機により加圧された加圧原料ガスより不純物を吸着分離させ、吸着分離した不純物は真空ポンプにより真空離脱させるようにしたものである。
【００２２】
前記本発明の排出ＣＯ_２の回収システムにおける、
前記第２の手段によるＣＯ_２超臨界冷凍サイクルは、２段圧縮２段膨張冷凍サイクルにより構成し、第１段目断熱膨張手段により三重点手前までの圧力降下により液化ＣＯ_２を形成し、第２段目断熱膨張手段により三重点以下の圧力降下によりドライアイス又は低温冷熱源を形成することが好ましい。
【００２３】
則ち本発明における冷凍サイクルは、２段圧縮２段膨張冷凍サイクルにより構成し、高圧側冷媒の全量を前段の膨張手段により中間圧力である三重点の手前の圧力まで減圧し、ついで、中間冷却器底部の中間圧力液を後段の膨張手段により減圧して蒸発器へ流入させるようにしたもので、
前記前段の膨張段階で液化ＣＯ_２を形成させ、後段の膨張段階で三重点圧力以下に降圧させドライアイス又は低温冷熱源をドライアイスプレス機、または前記蒸発器に形成させたものである。
【００２４】
則ち、後段の膨張手段の下流に設けた蒸発器内に不凍液を充填して置き、該不凍液内に前記膨張手段を介しての三重点以下の圧力への降圧により形成された固化過程にある低温低圧ＣＯ_２を投入し直接接触により低温媒体を形成する。
そのため、蒸発器内の低温媒体は噴き込まれた三重点圧力以下に降圧したＣＯ_２により、その昇華熱により冷却され約−７９℃までの低温の冷熱源を形成する。
なお、噴き込まれたＣＯ_２は気化して低段圧縮機へ還流しサイクルを形成する。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は、本発明の排出ＣＯ_２の回収システムの概略構成を示すブロック図で、図２は図１の温度圧力スイング吸着（ＰＴＳＡ）の概略構成を示す図で、図３は図１のドライアイス製造過程を示すブロック図で、図４は図１のＣＯ_２超臨界冷凍サイクルのモリエル線図である。
【００２６】
図１に示すように、本発明の排出ＣＯ_２の回収システムは、
火力発電所や焼却施設、工場等の事業所より排出される低温排ガスを対象とし、該排熱に含まれる低濃度ＣＯ_２を回収し、回収した回収ＣＯ_２を冷媒として駆動するＣＯ_２超臨界冷凍サイクルを介して、液化ＣＯ_２やドライアイス又は低温冷熱を供給する多用途冷熱システムを形成したもので、
その概略構成は、前記低温排熱３０より冷熱を生成する排熱駆動ケミカルヒートポンプ３１と、前記低温排ガスに含まれる低濃度ＣＯ_２回収分離を行う吸着分離手段である温度圧力スイング吸着（ＰＴＳＡ）２０と、回収ＣＯ_２２６を冷媒として駆動するＣＯ_２超臨界冷凍サイクル１１とより構成する。
【００２７】
則ち、低温排ガス排出系で排出された１００〜２００℃前後の温度よりなる低温排熱３０は該低温排熱で駆動可能の吸着式ヒートポンプよりなるケミカルヒートポンプ３１に供給され、約−５〜５℃の冷熱３１ａを形成する。
上記して形成された冷熱３１ａは、図に示すように温度圧力スイング吸着（ＰＴＳＡ）２０に前記低温排熱３０とともに供給する一方、ＣＯ_２超臨界冷凍サイクル１１のＣＯ_２超臨界領域の顕熱冷却用に供給する構成にしてある。
【００２８】
前記温度圧力スイング吸着（ＰＴＳＡ）２０は、前記低温排ガス２５に含まれる低濃度ＣＯ_２を吸着分離により回収する装置で、図２に示すように吸着２１ａと脱着２１ｂとスイングして、内蔵するゼオライト等の吸着剤に排ガス中の不純物を吸着し又は吸着した不純物を脱着するする吸脱着機構２１と、
前記吸脱着機構２１の吸着２１ａにおいて吸着剤に低濃度ＣＯ_２を含む排ガス２５ａを供給してブロア２２ａにより加圧して送り込む原料ガス供給部２２と、
前記吸脱着機構２１の吸着２１ａにおいて冷熱３１ａを供給して吸着促進をする吸着促進部２３ａと、
前記吸脱着機構２１の脱着２１ｂにおいて低温排熱３０を供給加熱して脱着促進をする脱着促進部２３ｂと、
前記吸脱着機構２１の脱着２１ｂにおいて前記排熱により加熱され脱着促進された吸着剤より真空離脱部２４ａを介して不純物を真空離脱させるとともに分離回収したＣＯ_２を送出する回収ＣＯ_２２６の送出部２４とより構成する。
【００２９】
上記構成により、従来のブロアによる圧入と真空による離脱を交互に行うようにした、圧力スイング吸着（ＰＴＳ）の吸着時には前記圧入に吸着促進部２３ａを介して冷熱３１ａにより吸着を促進効率化し、
脱着時には前記真空による離脱に加え、前記脱着促進部２３ｂを介して低温排熱３０により脱着を促進効率化させ、
従来の圧力スイング吸着（ＰＴＳ）に冷熱と排熱による温度スイング吸着（ＴＳＡ）を加味したもので、高い効率のもとに低濃度ＣＯ_２の分離を行い排ガス２５ａより回収ＣＯ_２２６を得ている。
【００３０】
前記ＣＯ_２超臨界冷凍サイクル１１は、図１に示すように、２段圧縮２段膨張冷凍サイクルによりなり、低段圧縮機１２ａ、後段圧縮機１２ｂ、ガスクーラ１３ａ、高段二相流膨張機１４ａ、中間冷却器１５、低段二相流膨張機１４ｂ、蒸発器１６とより構成する。
【００３１】
そして、図４に示すモリエル線図に見るように、
前記低段圧縮機１２ａで導入された回収ＣＯ_２（１）、及び蒸発器１６からの還流ガス（１０）は等エントロピ線に添い三重点圧力以上の中間圧力に断熱圧縮される。中間冷却器１５で（２）より飽和状態（３）まで冷却された後、高段圧縮機１２ｂで断熱圧縮を続け、超臨界圧７．３８ＭＰａ以上に圧縮され超臨界状態（４）になり高温高圧圧縮冷媒を形成する。ついで、ガスクーラ１３ａで冷熱３１ａにより顕熱冷却され超臨界状態（５）を形成する。
上記形成された超臨界ＣＯ_２は高段二相流膨張機１４ａよりなる断熱膨張手段により中間圧力である三重点の手前の圧力（６）まで減圧して中間冷却器１５に投入され液化ＣＯ_２１８を形成する。ついで、（７）を経て中間冷却器１５より低段二相流圧縮機１４ｂよりなる断熱膨張手段により三重点以下の圧力（８）まで降圧させ、ドライアイス１９または低温冷熱源１７を形成させる。
【００３２】
上記低温冷熱源１７の形成は、低段二相流膨張機１４ｂの下流に設けた蒸発器１６内に不凍液１６ａを充填して置き、該不凍液内に前記膨張手段を介しての三重点以下の圧力への降圧により形成された固化過程にある低温低圧ＣＯ_２を噴き込み昇華熱の直接接触により冷却され前記低温低圧ＣＯ_２の温度と同等の低温媒体を形成する。
そのため、蒸発器１６内の不凍液１６ａは噴き込まれた三重点圧力以下に降圧したＣＯ_２により、その昇華熱によって直接接触により冷却され、約−７９℃までの低温媒体を効率的に形成する。形成された低温媒体を冷熱源１７へ還流させ−７９℃近く迄の冷熱を供給できる。
なお、噴き込まれ低圧ＣＯ_２は気化して低段圧縮機１２ａへ還流しサイクルを形成する。
【００３３】
なお、上記直接接触により還流する気化したＣＯ_２の中には、前記不凍液の蒸発ガスが混入するが、混入ガスはサイクルの後工程で凝縮させ除去する。
また、低温媒体を形成する不凍液の中にはＣＯ_２が混入されるが、混入により本来熱伝導率の低い当該不凍液の熱伝導率は改善され、効率的熱交換を可能にする利点を持つ。
【００３４】
また、前記ドライアイス１９の生成は、図３に示すように、前記ＣＯ_２超臨界冷凍サイクル１１の低段二相流膨張機１４ｂの下流に前記蒸発器１６に代わるドライアイスプレス機３５を設け、該プレス機３５で固化されドライアイス１９を生成する。前記プレスの際発生する低温ＣＯ_２ガスは低段圧縮機１２ａへ還流する。
【００３５】
なお、前記二相流膨張機１４ａ、１４ｂは、膨張タービンで形成され膨張の際はＣＯ_２を断熱膨張させる。なお、直結した発電機Ｇ（図４参照）を作動させ動力回収ができるようにしてある。
【００３６】
また、前記液化ＣＯ_２１８は低温冷熱源１７をサイクル形成のなかで生成して略−７９℃に近い冷熱を供給でき、またはドライアイスの生成により、冷熱の貯蔵等の冷熱利用の多様化を図ることができる。
【００３７】
【発明の効果】
上記構成により、本発明は下記効果を奏する。
低温排熱を利用して、冷熱への変換と、変換した冷熱と前記排熱との複合利用により低濃度ＣＯ_２の効率的回収を行なわせ、前記回収したＣＯ_２を超臨界冷凍サイクルの冷媒として使用し、オゾン層保護、地球温暖化防止に貢献するとともに、液化ＣＯ_２やドライアイス等の高密度エネルギの製造プロセス、及び−７０℃付近の低温冷熱源の提供を可能とした。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排出ＣＯ_２の回収システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１の温度圧力スイング吸着（ＰＴＳＡ）の概略構成を示すブロック図である。
【図３】本発明のドライアイス製造装置の概略構成を示すブロック図である。
【図４】図１のＣＯ_２液化サイクルのモリエル線図である。
【図５】従来の燃焼ガスの処理方法の一実施例を示すブロック図である。
【図６】従来のＣＯ_２液化装置の概略構成を示す図である。
【図７】従来のＣＯ_２粗ガス使用の場合のドライアイス製造装置の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１１　　　ＣＯ_２超臨界冷凍サイクル
１２ａ　　低段圧縮機
１２ｂ　　高段圧縮機
１３ａ　　ガスクーラ
１４ａ　　高段二相流膨張機
１４ｂ　　低段二相流膨張機
１５　　　中間冷却器
１６　　　蒸発器
１６ａ　　不凍液
１７　　　低温冷熱源
１８　　　液化ＣＯ_２
１９　　　ドライアイス
２０　　　温度圧力スイング吸着（ＰＴＳＡ）
２１　　　吸脱着機構
２１ａ　　吸着
２１ｂ　　脱着
２２　　　原料ガス供給部
２２ａ　　ブロア
２３ａ　　吸着促進部
２３ｂ　　脱着促進部
２４　　　送出部
２４ａ　　真空離脱部
２５　　　低温排ガス
２６　　　回収ＣＯ_２
３０　　　低温排熱
３１　　　排熱駆動ケミカルヒートポンプ
３１ａ　　冷熱
３５　　　ドライアイスプレス機

Claims

火力発電所や焼却施設、工場等の事業所より排出する排ガスの１００〜２００℃前後の低温排熱と該排熱を使用して作動するケミカルヒートポンプより得られる冷熱とを使用してなる排出ＣＯ_２の回収システムにおいて　、
前記排ガスとともに排出される低濃度のＣＯ_２の回収を変形圧力スイング吸着により行う第１の手段と、
回収したＣＯ_２を前記冷熱により作動する液化器を備えたＣＯ_２超臨界冷凍サイクルの冷媒に使用して、複数段の膨張手段の前段において液化ＣＯ_２を形成し後段の膨張手段により三重点以下の低温冷熱を形成する冷熱生成手段（第２の手段）とにより構成したことを特徴とする排出ＣＯ_２の回収システム。
前記低温冷熱によりドライアイスが生成される構成としたことを特徴とする請求項１記載の排出ＣＯ_２の回収システム。
前記低温冷熱形成は、三重点以下に降圧した低圧ＣＯ_２を不凍液へ直接噴き込み、形成された低温媒体により生成したことを特徴とする請求項１記載の排出ＣＯ_２の回収システム。
前記第１の手段は、前記排熱により形成された冷熱を利用した吸着促進手段と排熱を利用した脱着促進手段とよりなる温度スイング吸着（ＴＳＡ）を、圧力スイング吸着（ＰＴＳ）に付加する構成としたことを特徴とする請求項１記載の排出ＣＯ_２の回収システム。
前記第２の手段によるＣＯ_２超臨界冷凍サイクルは、２段圧縮２段膨張冷凍サイクルにより構成し、第１段目断熱膨張手段により三重点手前までの圧力降下により液化ＣＯ_２を形成し、第２段目断熱膨張手段により三重点以下の圧力降下によりドライアイス又は低温冷熱源を形成することを特徴とする請求項１記載の排出ＣＯ_２の回収システム。