JP6656843B2 - ガス処理システム及びガス処理方法 - Google Patents
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Description
第1相部分と第2相部分とに分離し、第1相部分のみを再生器に導入することで、再生器で加熱すべき処理液の絶対量を減少させることで、処理液の再生に必要とされるエネルギー量をさらに低減することができる。
図1のガス処理システムは、水への溶解で酸を生じる酸性化合物の吸収により相分離する処理液を用い、前記酸性化合物を含む被処理ガスから酸性化合物を分離するガス処理システムである。
当該ガス処理システムが分離する酸性化合物としては、水溶液が酸性となるものであれば特に限定されないが、例えば塩化水素、二酸化炭素、二酸化硫黄、二硫化炭素等が挙げられる。
当該ガス処理システムが用いる処理液としては、例えば水、アミン化合物及び有機溶剤を含むアルカリ性の処理液が挙げられる。
当該ガス処理システムで処理する被処理ガスとしては、例えば産業排ガス、天然ガス、水素ガス等が挙げられる。つまり、当該ガス処理システムは、大気に排出されるガスから有害物質を除去する目的や、例えば燃料等として使用されるガス中の不純物を除去する目的で使用することができる。
吸収器1は、被処理ガスと処理液とを接触させることにより、被処理ガス中の酸性化合物を処理液に吸収させ、酸性化合物が除去された被処理ガスを排出する。
液分離器2は、処理液の層分離を促進して、酸性化合物の含有率が大きい第1相部分と酸性化合物の含有率が小さい第2相部分とに分離できるものであればよく、例えば処理液を比重分離する容器、処理液を遠心分離する装置等を用いることができる。
再生器3は、処理液を貯留し、貯留する処理液がリボイラ7によって加熱されることで処理液から酸性物質を脱離させると共に処理液中の水を蒸発させて排出する。なお、この酸性物質の脱離は吸熱反応であり、二酸化炭素の放出量1t当たりの吸熱量は、吸収器1における発熱量と等しい約1.8GJ/t−Co2である。
循環機構4は、吸収器1から処理液を抜き出して、液分離器2に供給する第1流路L1と、液分離器2で分離した第1相部分を再生器3に供給する第2流路L2と、再生器3から処理液を吸収器1に還流させる第3流路L3と、液分離器2で分離した第2相部分を吸収器1に還流させるために前記第3流路L3に導入する第4流路L4とを有する。
熱移送装置5としては、例えば熱媒の蒸発及び凝縮により熱を移動させる蒸気圧縮ヒートポンプ、磁束の変化により発熱及び吸熱する冷媒を用いて熱を移動させる磁気ヒートポンプ、ペルティエ効果を利用して熱を移動させる半導体ヒートポンプ等の公知の装置を用いることができる。
本発明に係る別の実施形態のガス処理方法は、水への溶解で酸を生じる酸性化合物の吸収により相分離する処理液を用い、前記酸性化合物を含む被処理ガスから酸性化合物を分離する方法であって、図1のガス処理装置を使用して行うことができる。
当該ガス処理システム及び当該ガス処理方法は、前記被処理ガスと接触した処理液及び酸性化合物分離後の被処理ガスから前記再生器3の処理液へ熱を移動させることによって、系外に廃棄される熱エネルギーを低減することができるので、比較的少ないエネルギーで被処理ガス中の酸性化合物を分離できる。
図2のガス処理システムは、水への溶解で酸を生じる酸性化合物の吸収により相分離する処理液を用い、前記酸性化合物を含む被処理ガスから酸性化合物を分離するガス処理システムである。
当該ガス処理システムにおいて、循環機構4aは、吸収器1から処理液を抜き出して、液分離器2に供給する第1流路L1と、液分離器2で分離した第1相部分を再生器3に供給する第2流路L2と、再生器3から処理液を吸収器1に還流させる第3流路L3と、液分離器2で分離した第2相部分を吸収器1に還流させるために前記第3流路L3に導入する第4流路L4とを有する。
水蒸気分離器12は、再生器3で生じる気体を断熱膨張させることにより気体中の水蒸気を凝縮させて水と酸性化合物とを分離する。続いて、水蒸気分離器12は、分離した水と酸性化合物とをそれぞれ断熱膨張により生じた熱により加熱する。これにより、一旦凝縮した水は、再度蒸発して水蒸気になる。
水蒸気圧縮機13は、水蒸気分離器12において圧力が低下した水蒸気を圧縮して、再生器3に還流可能な圧力まで加圧する。水蒸気圧縮機13で断熱圧縮された水蒸気は、再生器3の内部の処理液よりも高温となる。
凝縮器14は、水蒸気圧縮機13で断熱圧縮された水蒸気の顕熱及び潜熱を加熱流路8の処理液に受け渡すことによって凝縮させる凝縮器であり、これにより水蒸気は、再生器3に還流可能な圧力を有する液体となる。
当該ガス処理システムは、水蒸気分離器12、水蒸気圧縮機13及び凝縮器14とを有する水還流機構を備えることによって、再生器3で処理液の加熱により生じる水蒸気の熱エネルギーの多くを再生器3に還流させることができる。従って、当該ガス処理システムは、より少ないエネルギーで酸性化合物ガスを分離することができる。
図3のガス処理システムは、水への溶解で酸を生じる酸性化合物の吸収により相分離する処理液を用い、前記酸性化合物を含む被処理ガスから酸性化合物を分離するガス処理システムである。
図3のガス処理システムにおいて、熱移送装置5aは、液分離器2よりも再生器3側であって、第2流路L2の主熱交換器9aよりも吸収器1側に配設され、液分離器2で分離した処理液の第1相部分から熱媒に熱を回収する第1液回収熱交換器HX4と、液分離器2の下流側の第4流路L4に配設され、液分離器2で分離した処理液の第2相部分から熱媒に熱を回収する第2液回収熱交換器HX5と、酸性化合物分離後の被処理ガスから熱媒に熱回収するガス回収熱交換器HX2と、加熱流路8に配設され、再生器3に貯留される第1相部分を含む処理液を熱媒により加熱する出力熱交換器HX3と、液回収熱交換器HX4及びガス回収熱交換器HX5で熱回収した熱媒を圧縮する熱媒圧縮機Cxと、出力熱交換器HX3で熱を放出した熱媒を減圧する膨張弁Vxとを有するものとすることができる。
図4のガス処理システムは、水への溶解で酸を生じる酸性化合物の吸収により相分離する処理液を用い、前記酸性化合物を含む被処理ガスから酸性化合物を分離するガス処理システムである。
当該ガス処理システムにおいて、循環機構4bは、吸収器1から処理液を抜き出して、液分離器2に供給する第1流路L1と、液分離器2で分離した第1相部分を再生器3に供給する第2流路L2と、再生器3から処理液を吸収器1に還流させる第3流路L3と、液分離器2で分離した第2相部分を吸収器1に還流させるために前記第3流路L3に導入する第4流路L4とを有する。
熱移送装置5bは、第1流路L1の主熱交換器9aよりも吸収器1側に配設され、吸収器1から排出される処理液から熱媒に熱回収する回収熱交換器HX6と、酸性化合物分離後の被処理ガスから熱媒に熱回収するガス回収熱交換器HX2と、加熱流路8に配設され、再生器3に貯留される第1相部分を含む処理液を熱媒により加熱する出力熱交換器HX3と、液回収熱交換器HX6及びガス回収熱交換器HX2で熱回収した熱媒を圧縮する熱媒圧縮機Cxと、出力熱交換器HX3で熱を放出した熱媒を減圧する膨張弁Vxとを有するものとすることができる。
図5のガス処理システムは、水への溶解で酸を生じる酸性化合物の吸収により相分離する処理液を用い、前記酸性化合物を含む被処理ガスから酸性化合物を分離するガス処理システムである。
熱移送装置5cは、第3流路L3の主熱交換器9aよりも吸収器1側に配設され、処理液から熱媒に熱回収する第1回収熱交換器HX7と、第4流路L4に配設され、液分離器2で分離した処理液の第2相部分から熱回収する第2回収熱交換器HX8と、酸性化合物分離後の被処理ガスから熱媒に熱回収するガス回収熱交換器HX2と、加熱流路8に配設され、再生器3に貯留される第1相部分を含む処理液を熱媒により加熱する出力熱交換器HX3と、第1液回収熱交換器HX7、第2液回収熱交換器HX8及びガス回収熱交換器HX2で熱回収した熱媒を圧縮する熱媒圧縮機Cxと、出力熱交換器HX3で熱を放出した熱媒を減圧する膨張弁Vxとを有するものとすることができる。
前記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、前記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて前記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。
2 液分離器
3 再生器
4,4a,4b 循環機構
5,5a,5b,5c 熱移送装置
6 コンデンサ
7 リボイラ
8 加熱流路
9,9a 主熱交換器
10 処理液冷却器
11 水還流機構
12 水蒸気分離器
13 水蒸気圧縮機
14 凝縮器
15 ガス圧縮器
16 膨張器
L1 第1流路
L2 第2流路
L3 第3流路
L4 第4流路
HX1,HX4,HX5,HX6,HX7,HX8 液回収熱交換器
HX2 ガス回収熱交換器
HX3 出力熱交換器
Cx 熱媒圧縮機
Vx 膨張弁
Claims (7)
- 水への溶解で酸を生じる酸性化合物の吸収により相分離する処理液を用い、前記酸性化合物を含む被処理ガスから酸性化合物を分離するガス処理システムであって、
前記処理液に被処理ガスを接触させる吸収器と、
前記被処理ガスと接触した処理液を酸性化合物の含有率が大きい第1相部分及び酸性化合物の含有率が小さい第2相部分に分離する液分離器と、
前記液分離器で分離した第1相部分から加熱により酸性化合物を放出する再生器と、
前記再生器が排出する酸性化合物を放出した第1相部分を含む処理液の少なくとも一部を前記再生器に還流し、この還流する処理液を加熱するリボイラと、
前記吸収器が排出する被処理ガスから熱回収するガス回収熱交換器と、
前記液分離器で分離される前の処理液から熱回収する液回収熱交換器と、
前記還流する処理液を加熱する出力熱交換器と、
前記液分離器で分離した第2相部分及び前記再生器で酸性化合物を放出した第1相部分を含む処理液の残部を前記吸収器で被処理ガスと接触させる処理液として循環する循環機構と、
前記ガス回収熱交換器及び前記液回収熱交換器から前記出力熱交換器へ熱を移動させる熱移送装置と
を備えることを特徴とするガス処理システム。 - 水への溶解で酸を生じる酸性化合物の吸収により相分離する処理液を用い、前記酸性化合物を含む被処理ガスから酸性化合物を分離するガス処理システムであって、
前記処理液に被処理ガスを接触させる吸収器と、
前記被処理ガスと接触した処理液を酸性化合物の含有率が大きい第1相部分及び酸性化合物の含有率が小さい第2相部分に分離する液分離器と、
前記液分離器で分離した第1相部分から加熱により酸性化合物を放出する再生器と、
前記液分離器で分離した第2相部分及び前記再生器で酸性化合物を放出した第1相部分を前記吸収器に被処理ガスを接触させる処理液として循環する循環機構と、
前記吸収器から排出される処理液及び酸性化合物分離後の被処理ガスから前記再生器の処理液へ熱を移動させる熱移送装置と
を備え、
前記熱移送装置が、前記液分離器で分離した第1相部分及び第2相部分から熱をさらに移動させることを特徴とするガス処理システム。 - 水への溶解で酸を生じる酸性化合物の吸収により相分離する処理液を用い、前記酸性化合物を含む被処理ガスから酸性化合物を分離するガス処理システムであって、
前記処理液に被処理ガスを接触させる吸収器と、
前記被処理ガスと接触した処理液を酸性化合物の含有率が大きい第1相部分及び酸性化合物の含有率が小さい第2相部分に分離する液分離器と、
前記液分離器で分離した第1相部分から加熱により酸性化合物を放出する再生器と、
前記液分離器で分離した第2相部分及び前記再生器で酸性化合物を放出した第1相部分を前記吸収器に被処理ガスを接触させる処理液として循環する循環機構と、
前記吸収器から排出される処理液及び酸性化合物分離後の被処理ガスから前記再生器の処理液へ熱を移動させる熱移送装置と
を備え、
前記再生器で処理液の加熱により生じる気体を水蒸気と酸性化合物ガスとに分離する蒸気分離器と、
蒸気分離器で分離された水蒸気を圧縮する水蒸気圧縮機と、
この水蒸気圧縮機で圧縮された水蒸気を前記再生器の処理液と熱交換させる凝縮器と
を有し、
前記凝縮器で凝縮した水を前記再生器に還流する水還流機構
をさらに備えることを特徴とするガス処理システム。 - 前記循環機構が、前記液分離器で分離した第1相部分と再生器で酸性化合物を放出した第1相部分との間で熱交換する熱交換器を有する請求項1、請求項2又は請求項3に記載のガス処理システム。
- 前記再生器で放出された酸性化合物のガスを圧縮するガス圧縮器をさらに備え、
前記熱交換器が、吸収器から排出される処理液又は液分離器で分離した第1相部分をガス圧縮機で圧縮された酸性化合物ガスと熱交換させる3流体熱交換器である請求項4に記載のガス処理システム。 - 前記熱移送装置が、前記液分離器で分離する前の処理液から熱を移動させる請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のガス処理システム。
- 吸収器で、水への溶解で酸を生じる酸性化合物の吸収により相分離する処理液に前記酸性化合物を含む被処理ガスを接触させる接触工程と、
液分離器で、前記被処理ガスと接触した処理液を酸性化合物の含有率が大きい第1相部分及び酸性化合物の含有率が小さい第2相部分に分離する分離工程と、
再生器で、前記第1相部分から加熱により酸性化合物を放出する放出工程と、
リボイラ及び出力熱交換器で、前記再生器から排出される酸性化合物を放出した第1相部分の少なくとも一部を加熱して前記再生器に還流する還流工程と、
前記第2相部分及び前記酸性化合物を放出した第1相部分の残部を前記接触工程で被処理ガスと接触させる処理液として再利用する再利用工程と、
前記接触工程で前記吸収器から排出される被処理ガス、及び前記分離工程で分離される前の処理液から回収した熱を、前記還流工程における加熱用の熱として熱移送装置が移送する熱移送工程と
を備えることを特徴とするガス処理方法。
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