JP2004141858A - Dehumidification method of exhaust gas, and system therefor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排ガスの除湿方法およびそのシステムに関し、詳しくは、ボイラーや焼却炉等の燃焼排ガス中の水蒸気を冷却して、摂氏零度以下の露点まで除湿する方法およびそのシステムに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来は、排ガス中に冷却水(海水や水道水又は工業用水)を直接噴霧するか、間接熱交換器により冷却して、排ガスを冷却することにより水蒸気を凝縮・分離していた。この方法では、冷却水の温度までしか排ガスを冷却できないため、冷却温度の水蒸気圧相当の水分が残留することになる。この冷却水を冷凍機で冷却した場合でも、一般には5〜10℃程度までしか冷却できなかった。よって、排ガス中には、数%程度の水蒸気が残存することになる。
【0003】
そこで、この冷却した排ガスを水蒸気が固化する低温に冷却すると、排ガス中の残留水蒸気が装置の壁面や配管壁面等に凝固してしまい、装置運転上の支障となる。また、当該排ガスを加圧(約600KPa以上)・冷却して炭酸ガスを液化する場合、排ガス中の残留水蒸気が液化炭酸中に凝縮して液化炭酸の純度が低下することになる。
【0004】
前記の冷却法の他の除湿方法として、吸着剤による処理方法(PSA,TPSA法等)がある。この方法でも、排ガス中に数百ppm以上の水蒸気が残留し、前記装置上のトラブル発生の原因となる。
【0005】
また、膜分離法による除湿方法もあるが、この場合でも排ガス中に数百〜数千ppm以上の水蒸気が残留し、約50ppm以下まで分離しないと同様の装置上のトラブル発生の原因となる。
【0006】
一方、排ガス中の炭酸ガスを炭酸ガスが固化する低温(−78.5℃以下)に冷却して固化・分離する方法としては、CO2回収方法および天然ガス液化エネルギーの循環再利用方法において、排ガスを水蒸気が凝固する温度以下の低温に冷却して、炭酸ガスをドライアイスとして固化・回収する方法が提案されている(例えば、特許文献1および2参照)。
【0007】
また、液化天然ガスの冷熱を有効に利用すべく、排ガス中の炭酸ガスを低温で固化分離した後、さらに固化物を処理するシステムなども提案されている(例えば、特許文献3および4参照)。
【0008】
【特許文献1】
特開平4−77308号公報
【0009】
【特許文献2】
特開平8−269469号公報
【0010】
【特許文献3】
特開2000−24454号公報
【0011】
【特許文献4】
特開2000−317302号公報
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の方法を利用して排ガス中の水蒸気を分離するには、冷却水を使用する場合、排ガスの露点を−10℃以下にすることが困難であった。また、吸着法の場合、排ガスの露点は約−30℃程度であり、排ガス中に残留する水蒸気を十分に除去できないという問題があった。
本発明者らは、上記問題点に鑑み、従来は除去できなかった露点まで排ガス中の水蒸気を分離・除去可能であり、CO2を固化させるために水蒸気の固化温度以下まで排ガスを冷却しても、装置の壁面や配管表面等への凝結を回避し、かつ、二酸化炭素固化装置の伝熱管表面への水蒸気固化による伝熱性能低下を防止できる方法を開発すべく、鋭意検討した。
【0013】
その結果、本発明者らは、特定の冷却媒体を用いて排ガス中に含まれる水蒸気を分離した後、排ガスを冷却して炭酸ガスを分離回収することによって、かかる課題が一気に解決されることを見出した。本発明は、かかる見地より完成されたものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、排ガスを冷却媒体中に流通させて、当該排ガス中に含まれる水蒸気を凝縮または固化して分離する排ガスの除湿方法、並びに、当該排ガス中に含まれる水蒸気を凝縮または固化して分離する除湿装置を含む排ガスの除湿システムを提供するものである。このような本発明の除湿方法によれば、例えば、排ガスを冷却媒体中に流通させて、当該排ガス中に含まれる水蒸気を凝縮または固化して分離する、水蒸気分離工程とともに、その後段にて、水蒸気分離工程を経た排ガスを直接的または間接的に冷却して、当該排ガス中の炭酸ガスを液体又は固体状態で分離回収する、炭酸ガス分離回収工程を備えることにより、排ガス中の二酸化炭素回収方法をも提供することができる。
【0015】
本発明では、排ガスを直接的または間接的に冷却して、排ガス中の炭酸ガスを液体又は固体状態で分離・回収するのに際して、その前段にて排ガス中に含まれる水蒸気を冷却媒体中に流通させて凝縮または固化して分離する。
ここで、前記冷却媒体としては、無機塩類(塩化ナトリウム,塩化カリウム等),臭素化合物(臭化リチウム,臭化ブロム等),エーテル類(ジメチルエーテル,メチルエーテル等),アルコール類(メタノール,エタノール等),シリコンオイル,パラフィン系炭化水素およびオレフィン系炭化水素からなる群から選ばれる少なくとも1種以上を含む溶液が挙げられる。前記水蒸気分離工程においては、当該冷却媒体が水蒸気の凝固温度以下に冷却されていることが好ましい。
【0016】
具体的には前記冷却媒体として、例えばジメチルエーテルを含む溶液が好適に挙げられ、水蒸気分離工程においては、当該ジメチルエーテルを沸点以下,凝固点以上の低温状態で用いることが好ましい。
また、本発明は、排ガスを冷却媒体中に流通させて、当該排ガス中に含まれる水蒸気を凝縮または固化して分離する排ガスの除湿方法及びそのシステムを提供するものであり、該除湿作用を有する除湿装置と、前記除湿装置の後段に、排ガスを直接的または間接的に冷却して、当該排ガス中の炭酸ガスを液体又は固体状態で分離回収する、炭酸ガス固化装置とを含む除湿システムにも適用可能である。
前記除湿装置には、通常、冷却媒体を循環させるとともに水を分離回収する冷媒/水分離装置が接続されている。
【0017】
この冷却媒体は、水分が凝固して氷になる温度において液体状態を維持している。よって、冷却媒体が保持する冷熱を排ガスに伝達して、水蒸気を凝固温度以下に冷却させる作用を有する。除湿装置において、水蒸気は凝固温度に一旦冷却されて排ガスから氷として固化・分離される。その後、冷却媒体と氷とを分離する必要があり、冷媒/水分離装置において、融点の差によって冷却媒体と氷とを分離する。
本発明によれば、水蒸気分離工程によって、従来の除湿方法では処理できなかった低温の露点まで、排ガス中の水蒸気を分離・除去できる。その結果、炭酸ガス分離回収工程にて、CO2を固化させるために水蒸気の固化温度以下まで排ガスを冷却しても、装置の壁面や配管表面等への凝結により発生するトラブルを防止することができる。また、CO2固化装置の伝熱管表面への水蒸気固化による伝熱性能低下を防止することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る排ガスの除湿方法及びそのシステムにおいて二酸化炭素を固化分離して回収する方法を例として、添付図面を参照しながら、その具体的な実施形態を説明する。図1は、本発明の方法を実施するのに好適なシステムの一例を、模式的に示す図である。
本発明は、ボイラーや焼却炉の燃焼排ガスを直接的または間接的に冷却して、当該排ガス中の炭酸ガスを液体又は固体状態で分離・回収するシステムである。本発明の回収方法では、先ず水蒸気分離工程において、排ガスを冷却媒体中に流通させて、当該排ガス中に含まれる水蒸気を凝縮または固化して分離する。次いで炭酸ガス分離回収工程において、水蒸気分離工程を経た排ガスを直接的または間接的に冷却して、当該排ガス中の炭酸ガスを液体又は固体状態で分離回収するものである。
【0019】
本実施の形態では、排ガス中に含まれる水蒸気を冷却媒体中に流通させて凝縮または固化して分離する際に、水蒸気の凝縮または凝固温度以下の沸点を有する冷媒を使用して、排ガスの露点を約−50℃以下にする。
水蒸気は、低温の冷却媒体中で冷却されて、飽和蒸気圧まで余剰分が凝縮して気相から分離される。例えば露点−50℃の場合、気相中の水分濃度は38.0ppmであり、この露点まで排ガスを冷却するためには、凝固温度が露点以下の冷却媒体、例えばジメチルエーテル(凝固温度−141.5℃,沸点−24.9℃)やメタノール(凝固温度−97.8℃,沸点64.7℃)等があげられる。しかし、これらの冷却媒体と凝縮した水分とを分離するためには、冷却媒体と水分の沸点差の大きい方が有利となる。
【0020】
これらの点を考慮すると、例えば利用可能な冷却媒体としてはジメチルエーテルが好適に挙げられる。以下、図1に基づいて説明する。
図1には、排ガス中のCO2分離・回収プロセスフローの一例を示す。
【0021】
ボイラー1で発生した高温の排ガスは、ライン2を経て凝縮器3に導かれる。ここで海水,工業用水,水道水等により室温程度まで冷却されて、排ガス中の水蒸気の一部分が凝縮・分離される。冷却された排ガスは、さらに熱交換器4を経て、除湿装置5に導かれる。除湿装置5には、低温の冷却媒体が入っており、排ガスは約−50℃以下に冷却され、排ガス中の水蒸気が凝縮して分離される。除湿された排ガスは、熱交換器6で冷却された後、炭酸ガス(CO2)固化装置7に導かれる。ここでは、排ガス中のCO2が固化する温度まで冷却され、固化したCOがドライアイスとしてライン9を経て排ガスから分離される。熱交換器4および6は、冷凍機等から供給される冷熱源8(冷却媒体Aや低温の液化天然ガスLNG等)により冷却される。
一方、除湿装置5には冷却媒体Bが循環しており、排ガスから凝縮した水分を含む冷却媒体Bはライン10を経て冷媒/水分離装置11に排出され、ここで冷却媒体Bと水分を分離し、冷却媒体Bは再度冷却されてライン12を経て除湿装置5に戻される。冷媒/水分離装置11で分離された水分は、ライン14を経て、ライン13の水分と混合された後、ライン15から排出される。
冷却媒体としては、無機塩類水溶液(塩化ナトリウム,塩化カリウム等),臭素化合物水溶液(臭化リチウム,臭化ブロム等),エーテル類(ジメチルエーテル,メチルエーテル等),アルコール類(メタノール,エタノール等),シリコンオイル,パラフィン系炭化水素(プロパン,正ブタン等)、または、オレフィン系炭化水素などを1種以上含む溶液が挙げられる。水蒸気分離工程においては、これら冷却媒体が水蒸気の凝固温度以下に冷却されている。これらの冷却媒体と凝縮した水分とを分離するためには、冷却媒体と水分の沸点差の大きい方が有利となる。これらの点を考慮して、使用する冷媒が決定される。上記冷却媒体の中でも、例えばエーテル類(ジメチルエーテル,メチルエーテル等),アルコール類(メタノール,エタノール等)が好ましく用いられ、特にジメチルエーテル、正ブタンシリコンオイル等が好ましい。
前記冷却媒体の中で、本発明の除湿プロセスに適したものの例として、ジメチルエーテルがあげられる。ジメチルエーテルは,凝固温度−141.5℃,沸点−24.8℃である。以下、本発明の方法に適用した場合の運転条件例を説明する。
【0022】
熱交換器4において約5℃まで冷却された排ガスは、除湿装置5において約−50℃以下に冷却される。冷却された水蒸気は凝固点以下となって固化し、ジメチルエーテル(冷却媒体B)とシャーベット状態を生成する。
【0023】
次いで、このシャーベット状態の混合物をライン10から排出して、冷媒/水分離装置11に供給する。ここで、装置内の温度を−24.8℃以上に加熱すると、ジメチルエーテルは沸騰して気化し、氷が残留する。この氷を融解して液体状の水分に転換し,生成した水分は,ライン14を経て排出される。気化したジメチルエーテルは、熱交換器16で再度冷却された後、液体状態となってライン12を経て除湿装置5に循環される。
本実施の形態では、冷却媒体Bは、水分が凝固して氷になる温度において液体状態を維持している。従って、冷却媒体Bが保持する冷熱を排ガスに伝達して、水蒸気を凝固温度以下に冷却させる作用を有する。除湿装置5において、水蒸気は凝固温度以下に一旦冷却されて排ガスから氷として固化・分離される。その後、冷却媒体Bと氷とを分離する必要がある。そこで、融点の差により、冷却媒体Bと氷とを分離することができる。
図3には、本発明における排ガス中のCO2分離・回収プロセスフローの他の一例を示す。
【0024】
ボイラー1で発生した高温の排ガスは、ライン2を経て熱交換器38に導かれる。ここで海水,工業用水,水道水等により室温程度まで冷却されて、排ガス中の水蒸気の一部分が凝縮・分離される。冷却された排ガスは、除湿装置5に導かれる。除湿装置5には、低温の冷却媒体がライン34から送られており、排ガスは約−50℃以下に冷却され、排ガス中の水蒸気が凝縮して分離される。除湿された排ガスは、熱交換器6で冷却された後、炭酸ガス(CO2)固化装置7に導かれる。ここでは、排ガス中のCO2が固化する温度まで冷却され、固化したCOがドライアイスとしてライン9を経て排ガスから分離される。熱交換器38と除湿装置5とCO2固化装置7は、冷熱源8から送られる冷却媒体Aのライン33、34、35、36の作用によって冷却される。
【0025】
一方、図1のシステムと同様に、除湿装置5には冷却媒体Bが循環しており、排ガスから凝縮した水分を含む冷却媒体Bはライン10を経て冷媒/水分離装置11に排出され、ここで冷却媒体Bと水分を分離し、冷却媒体Bは再度冷却されてライン12を経て除湿装置5に戻される。
【0026】
また、図3のシステムでは、炭酸ガス(CO2)固化装置7から排出される冷気は、ライン30によって熱交換器6に送られた後、ライン31で熱交換器38に送られる。それぞれの装置で熱交換によって温められたガスは、ライン32を介して煙突37から排気される。
以下、本発明に用いられる冷却媒体の効果を実施例により詳細に説明するが、本発明はこれら実施例によって何ら制限されるものでない。また、二酸化炭素を低温で固化分離しないシステムにおいても、低温の露点まで除湿することができる。
【0027】
【実施例】
実施例1
図2に示すような小型の除湿試験装置を使用して、排ガス中の水蒸気の分離(除湿)を実施し、露点を評価した。
(1)装置仕様
1)除湿装置5
型式 : バブリング塔(排ガス供給管20からのバブリング)
寸法 : 内径100×長さ1,210mm
材質 : 透明アクリル樹脂
2)冷却媒体循環ポンプ22
平均循環流量=15(m3/h)
(2)冷却媒体
ジメチルエーテル,エタノール,メタノール,正ブタン
(3)排ガス性状
水分=5〜10,CO2=3〜10,N2=80〜90(vol%)
(4)運転結果
運転結果を、表1および表2に示す。
【0028】
ジメチルエーテルは、凝固した水分との分離が容易であり、本発明のシステムに用いる冷却媒体として極めて適切であることがわかった。また、メタノールについては、水分の分離の際に蒸留法や膜分離法を適用する必要があるとわかった。
【0029】
【表1】
【0030】
【表2】
【0031】
実施例2
除湿装置の方式として、本発明によるバブリング方式と従来の吸着剤方式(PSA)とを使用して、ボイラー排ガス中のCO2固化・分離運転を行った。本運転におけるCO2固化装置の出口排ガス中のCO2分離率を比較して、表3に示す。その結果、CO2固化装置7の入口排ガス中の水蒸気露点を低下させることにより、CO2分離率が大きくなる。本発明によるバブリング方式除湿装置の効果が大きいことが明確である。
(運転条件)
1)ボイラー排ガス
排ガス量=60(Nm3/h)
排ガス組成
CO2濃度=3.9(%),H2O濃度=7.6(%)
N2濃度=75.6(%),O2濃度=12.9(%)
2)除湿装置
バブリング方式 : 温度=−70℃
【0032】
【表3】
【0033】
【発明の効果】
本発明に係る方法によれば、従来の除湿方法では処理できなかった露点まで、排ガス中の水蒸気を分離・除去できる。その結果、CO2を固化させるために水蒸気の固化温度以下まで排ガスを冷却しても、装置の壁面や配管表面等への凝結により発生するトラブルを防止することができる。また、CO2固化装置の伝熱管表面への水蒸気固化による伝熱性能低下を防止することができる。従って、本発明の二酸化炭素回収方法および回収システムは、工業上極めて有益である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の二酸化炭素回収方法を実施するのに好適なシステムの一例を模式的に示す図である。
【図2】実施例1において用いた除湿試験装置の構成を示す図である。
【図3】本発明の二酸化炭素回収方法を実施するのに好適なシステムの他の一例を模式的に示す図である。
【符号の説明】
1 ボイラー
3 凝縮器
5 除湿装置
7 二酸化炭素固化装置
8 冷熱源(冷凍機など)
11 冷媒/水分離装置
4,6,16,38 熱交換器[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and a system for dehumidifying exhaust gas, and more particularly to a method and a system for cooling water vapor in combustion exhaust gas from a boiler or an incinerator to a dew point of zero degrees Celsius or less.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, water vapor has been condensed and separated by directly spraying cooling water (sea water, tap water or industrial water) into the exhaust gas or by cooling it with an indirect heat exchanger to cool the exhaust gas. In this method, the exhaust gas can be cooled only to the temperature of the cooling water, so that water equivalent to the water vapor pressure at the cooling temperature remains. Even when this cooling water was cooled by a refrigerator, it could generally only be cooled to about 5 to 10 ° C. Therefore, about several percent of water vapor remains in the exhaust gas.
[0003]
Therefore, if the cooled exhaust gas is cooled to a low temperature at which the water vapor solidifies, the residual water vapor in the exhaust gas solidifies on the wall surface of the device, the wall surface of the piping, or the like, which hinders the operation of the device. In addition, when the exhaust gas is pressurized (about 600 KPa or more) and cooled to liquefy the carbon dioxide gas, residual water vapor in the exhaust gas is condensed in the liquefied carbon dioxide and the purity of the liquefied carbon dioxide is reduced.
[0004]
As another dehumidifying method other than the cooling method, there is a treatment method using an adsorbent (PSA, TPSA method, etc.). Even in this method, several hundred ppm or more of water vapor remains in the exhaust gas, which causes a trouble on the apparatus.
[0005]
There is also a dehumidification method using a membrane separation method, but even in this case, several hundred to several thousand ppm or more of water vapor remains in the exhaust gas, and if it is not separated to about 50 ppm or less, it may cause a similar trouble on the apparatus.
[0006]
On the other hand, as a method of cooling and solidifying and separating carbon dioxide in exhaust gas to a low temperature (-78.5 ° C. or lower) at which carbon dioxide is solidified, a CO 2 recovery method and a natural gas liquefaction energy recycling method include: A method has been proposed in which the exhaust gas is cooled to a temperature lower than the temperature at which water vapor solidifies, and the carbon dioxide gas is solidified and recovered as dry ice (for example, see Patent Documents 1 and 2).
[0007]
Further, in order to effectively use the cold heat of liquefied natural gas, a system has been proposed in which carbon dioxide in exhaust gas is solidified and separated at a low temperature and then the solidified material is further processed (for example, see Patent Documents 3 and 4). .
[0008]
[Patent Document 1]
JP-A-4-77308
[Patent Document 2]
JP-A-8-269469
[Patent Document 3]
JP 2000-24454 A
[Patent Document 4]
JP 2000-317302 A
[Problems to be solved by the invention]
However, in order to separate the water vapor in the exhaust gas using the conventional method, it is difficult to reduce the dew point of the exhaust gas to −10 ° C. or less when using cooling water. In addition, in the case of the adsorption method, the dew point of the exhaust gas is about −30 ° C., and there is a problem that water vapor remaining in the exhaust gas cannot be sufficiently removed.
In view of the above problems, the present inventors have been able to separate and remove water vapor in exhaust gas up to a dew point that could not be removed conventionally, and cooled the exhaust gas to below the solidification temperature of water vapor to solidify CO 2. Also, intensive studies were conducted to develop a method capable of avoiding condensation on the wall surface of the apparatus, the surface of the pipe, and the like, and preventing a decrease in heat transfer performance due to solidification of steam on the heat transfer tube surface of the carbon dioxide solidifying apparatus.
[0013]
As a result, the present inventors have found that, after separating the water vapor contained in the exhaust gas using a specific cooling medium, the exhaust gas is cooled and the carbon dioxide gas is separated and recovered, whereby this problem can be solved at once. I found it. The present invention has been completed from such a viewpoint.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
That is, the present invention provides a method for dehumidifying exhaust gas in which exhaust gas is circulated in a cooling medium to condense or solidify and separate water vapor contained in the exhaust gas, and condensed or solidified water vapor contained in the exhaust gas. The present invention provides an exhaust gas dehumidification system including a dehumidification device that separates waste gas. According to such a dehumidifying method of the present invention, for example, the exhaust gas is circulated in a cooling medium, and the steam contained in the exhaust gas is condensed or solidified to be separated. A method for recovering carbon dioxide in exhaust gas by providing a carbon dioxide gas separation and recovery step of directly or indirectly cooling the exhaust gas that has passed through the steam separation step and separating and recovering carbon dioxide in the exhaust gas in a liquid or solid state. Can also be provided.
[0015]
In the present invention, when the exhaust gas is cooled directly or indirectly to separate and recover the carbon dioxide gas in the exhaust gas in a liquid or solid state, the steam contained in the exhaust gas is circulated through the cooling medium at the preceding stage. And then condensed or solidified and separated.
Here, examples of the cooling medium include inorganic salts (such as sodium chloride and potassium chloride), bromine compounds (such as lithium bromide and bromide), ethers (such as dimethyl ether and methyl ether), and alcohols (such as methanol and ethanol). ), Silicon oil, a solution containing at least one selected from the group consisting of paraffinic hydrocarbons and olefinic hydrocarbons. In the steam separation step, it is preferable that the cooling medium is cooled to a temperature equal to or lower than a solidification temperature of steam.
[0016]
Specifically, for example, a solution containing dimethyl ether is suitably used as the cooling medium. In the steam separation step, the dimethyl ether is preferably used in a low temperature state having a boiling point or lower and a freezing point or higher.
Further, the present invention provides an exhaust gas dehumidifying method and a system thereof, in which exhaust gas is circulated in a cooling medium, and water vapor contained in the exhaust gas is condensed or solidified and separated, and has the dehumidifying effect. A dehumidifying device and a dehumidifying system that includes a carbon dioxide solidifying device that cools the exhaust gas directly or indirectly and separates and collects carbon dioxide in the exhaust gas in a liquid or solid state after the dehumidifier. Applicable.
Usually, a refrigerant / water separator for circulating a cooling medium and separating and recovering water is connected to the dehumidifier.
[0017]
The cooling medium remains in a liquid state at a temperature at which moisture solidifies to ice. Therefore, it has the function of transmitting the cold heat held by the cooling medium to the exhaust gas to cool the steam below the coagulation temperature. In the dehumidifier, the steam is once cooled to the coagulation temperature and solidified and separated from the exhaust gas as ice. Thereafter, it is necessary to separate the cooling medium and the ice, and in the refrigerant / water separator, the cooling medium and the ice are separated based on a difference in melting point.
According to the present invention, the steam in the exhaust gas can be separated and removed by the steam separation step up to a low-temperature dew point that cannot be treated by the conventional dehumidification method. As a result, even if the exhaust gas is cooled to a temperature equal to or lower than the solidification temperature of steam in order to solidify CO 2 in the carbon dioxide gas separation / recovery step, it is possible to prevent troubles caused by condensation on the wall surface of the apparatus or the pipe surface. it can. Further, it is possible to prevent a decrease in heat transfer performance due to solidification of steam on the heat transfer tube surface of the CO 2 solidification device.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, specific embodiments will be described with reference to the accompanying drawings, taking as an example a method of solidifying and separating carbon dioxide in a method and system for dehumidifying exhaust gas according to the present invention. FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of a system suitable for carrying out the method of the present invention.
The present invention is a system for directly or indirectly cooling combustion exhaust gas from a boiler or an incinerator and separating and recovering carbon dioxide in the exhaust gas in a liquid or solid state. In the recovery method of the present invention, first, in a steam separation step, exhaust gas is circulated in a cooling medium to separate or condense or solidify steam contained in the exhaust gas. Next, in the carbon dioxide gas separation and recovery step, the exhaust gas that has passed through the steam separation step is directly or indirectly cooled, and the carbon dioxide gas in the exhaust gas is separated and recovered in a liquid or solid state.
[0019]
In the present embodiment, when the steam contained in the exhaust gas is allowed to flow through the cooling medium to be condensed or solidified and separated, a refrigerant having a boiling point equal to or lower than the condensation or solidification temperature of the steam is used, and the dew point of the exhaust gas is used. To about −50 ° C. or less.
The water vapor is cooled in a low-temperature cooling medium, and the excess is condensed to a saturated vapor pressure and separated from the gas phase. For example, when the dew point is −50 ° C., the moisture concentration in the gas phase is 38.0 ppm. To cool the exhaust gas to this dew point, a cooling medium having a coagulation temperature equal to or lower than the dew point, for example, dimethyl ether (coagulation temperature −141.5 ° C, boiling point -24.9 ° C) and methanol (coagulation temperature-97.8 ° C, boiling point 64.7 ° C). However, in order to separate the cooling medium from the condensed moisture, it is advantageous to have a larger difference in boiling point between the cooling medium and the moisture.
[0020]
In consideration of these points, for example, dimethyl ether is preferably used as an available cooling medium. Hereinafter, description will be given based on FIG.
FIG. 1 shows an example of a process flow for separating and recovering CO 2 in exhaust gas.
[0021]
The high-temperature exhaust gas generated in the boiler 1 is guided to a condenser 3 via a line 2. Here, it is cooled to about room temperature by seawater, industrial water, tap water or the like, and a part of the steam in the exhaust gas is condensed and separated. The cooled exhaust gas is further guided to the
On the other hand, the cooling medium B circulates in the
Examples of the cooling medium include aqueous solutions of inorganic salts (such as sodium chloride and potassium chloride), aqueous solutions of bromine compounds (such as lithium bromide and bromide), ethers (such as dimethyl ether and methyl ether), alcohols (such as methanol and ethanol), A solution containing at least one kind of silicon oil, paraffinic hydrocarbon (propane, normal butane, or the like), or olefinic hydrocarbon is used. In the steam separation step, these cooling media are cooled below the solidification temperature of steam. In order to separate the cooling medium and the condensed water, it is advantageous that the difference in boiling point between the cooling medium and the water is large. The refrigerant to be used is determined in consideration of these points. Among the above cooling media, for example, ethers (dimethyl ether, methyl ether, etc.) and alcohols (methanol, ethanol, etc.) are preferably used, and dimethyl ether, normal butane silicone oil, etc. are particularly preferable.
Among the above-mentioned cooling media, dimethyl ether is mentioned as an example suitable for the dehumidification process of the present invention. Dimethyl ether has a coagulation temperature of -141.5 ° C and a boiling point of 24.8 ° C. Hereinafter, examples of operating conditions when applied to the method of the present invention will be described.
[0022]
The exhaust gas cooled to about 5 ° C. in the heat exchanger 4 is cooled in the
[0023]
Next, the mixture in the sherbet state is discharged from the line 10 and supplied to the refrigerant / water separator 11. Here, when the temperature in the apparatus is heated to -24.8 ° C. or higher, dimethyl ether boils and evaporates, and ice remains. The ice is melted and converted into liquid water, and the generated water is discharged through a
In the present embodiment, the cooling medium B maintains a liquid state at a temperature at which water solidifies and becomes ice. Therefore, it has the function of transmitting the cold heat held by the cooling medium B to the exhaust gas to cool the steam below the freezing temperature. In the
FIG. 3 shows another example of the process flow for separating and recovering CO 2 in exhaust gas according to the present invention.
[0024]
The high-temperature exhaust gas generated in the boiler 1 is led to the
[0025]
On the other hand, similarly to the system of FIG. 1, a cooling medium B is circulated in the
[0026]
Further, in the system of FIG. 3, the cool air discharged from the carbon dioxide (CO 2 )
Hereinafter, the effects of the cooling medium used in the present invention will be described in detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. Further, even in a system in which carbon dioxide is not solidified and separated at a low temperature, it can be dehumidified to a low-temperature dew point.
[0027]
【Example】
Example 1
The separation (dehumidification) of water vapor in the exhaust gas was performed using a small dehumidification test device as shown in FIG. 2, and the dew point was evaluated.
(1) Device specifications 1)
Model: Bubbling tower (bubbling from exhaust gas supply pipe 20)
Dimensions: inner diameter 100 x length 1, 210 mm
Material: transparent acrylic resin 2) Cooling medium circulation pump 22
Average circulation flow rate = 15 (m 3 / h)
(2) Cooling medium dimethyl ether, ethanol, methanol, normal butane (3) Exhaust gas property water = 5-10, CO 2 = 3-10, N 2 = 80-90 (vol%)
(4) Operation results The operation results are shown in Tables 1 and 2.
[0028]
Dimethyl ether was found to be easily separated from the solidified water, and was very suitable as a cooling medium used in the system of the present invention. Further, it was found that it was necessary to apply a distillation method or a membrane separation method to the separation of water with respect to methanol.
[0029]
[Table 1]
[0030]
[Table 2]
[0031]
Example 2
The bubbling system according to the present invention and the conventional adsorbent system (PSA) were used as the dehumidifying system to perform the operation of solidifying and separating CO 2 in boiler exhaust gas. Table 3 shows a comparison of the CO 2 separation ratio in the exhaust gas at the outlet of the CO 2 solidification device in this operation. As a result, the CO 2 separation rate is increased by lowering the water vapor dew point in the exhaust gas at the inlet of the CO 2 solidifying device 7. It is clear that the effect of the bubbling type dehumidifier according to the present invention is great.
(Operating conditions)
1) Boiler exhaust gas exhaust gas amount = 60 (Nm 3 / h)
Exhaust gas composition CO 2 concentration = 3.9 (%), H 2 O concentration = 7.6 (%)
N 2 concentration = 75.6 (%), O 2 concentration = 12.9 (%)
2) Dehumidifier bubbling method: Temperature = -70 ° C
[0032]
[Table 3]
[0033]
【The invention's effect】
According to the method of the present invention, water vapor in exhaust gas can be separated and removed up to a dew point that cannot be treated by the conventional dehumidifying method. As a result, even when the exhaust gas is cooled to a temperature equal to or lower than the solidification temperature of steam in order to solidify CO 2 , it is possible to prevent troubles caused by condensation on the wall surface of the apparatus, the pipe surface, and the like. Further, it is possible to prevent a decrease in heat transfer performance due to solidification of steam on the heat transfer tube surface of the CO 2 solidification device. Therefore, the method and system for recovering carbon dioxide of the present invention are extremely useful industrially.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of a system suitable for carrying out a carbon dioxide recovery method of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a dehumidification test device used in Example 1.
FIG. 3 is a diagram schematically showing another example of a system suitable for carrying out the carbon dioxide recovery method of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Boiler 3
11 Refrigerant /
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