JPH04359785A - 液体二酸化炭素の回収装置 - Google Patents

液体二酸化炭素の回収装置

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JPH04359785A
JPH04359785A JP3134206A JP13420691A JPH04359785A JP H04359785 A JPH04359785 A JP H04359785A JP 3134206 A JP3134206 A JP 3134206A JP 13420691 A JP13420691 A JP 13420691A JP H04359785 A JPH04359785 A JP H04359785A
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Kazuaki Oshima
大嶋　一晃
Jun Izumi
順 泉
Hiroshi Nohara
博 野原
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、火力発電所のボイラ燃
焼排ガス、化石燃料の燃焼排ガス、製鉄所、非鉄金属精
練所、化学工業、石油精製プラント等から発生する二酸
化炭素を含有するガスから液体二酸化炭素を回収する装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】火力発電所等のボイラ燃焼排ガス中の二
酸化炭素濃度は３〜１５体積％程度と低いため、直接二
酸化炭素を液化させるには、莫大なエネルギーを必要と
し、実際的でないため、通常は二酸化炭素を含有する燃
焼排ガスを、化学吸収法、物理吸着法、膜法等により減
容濃縮し、濃度９５体積％以上、好ましくは９８体積％
以上としてから、圧縮機で２０〜２５Ｋｇ／ｃｍ２　Ｇ
程度に加圧し、湿分を冷却器やアルミナ等の吸着剤を使
用した除湿装置で除去した後、ＬＮＧ冷熱やフロン等の
冷媒を用いた凝縮器により−４０〜−５５℃程度まで冷
却して液体二酸化炭素を得るのが一般的である。
【０００３】減容濃縮工程で物理吸着法を用いる場合は
、化学吸収法に比べて乾式であるため、廃液処理や吸収
溶液の飛散に伴う補充、十分な反応領域を確保するため
に背の高い反応塔など複雑な技術的配慮を必要とせず、
簡便であるという利点があるが、１段での濃縮率に限界
があるため、二酸化炭素濃度が１０体積％程度の排ガス
で２段濃縮システムが必要であり、二酸化炭素濃度が３
体積％程度のＬＮＧコンバインドプラントの排ガスでは
３段濃縮システムが必要となり、装置を簡略する目的に
沿わない。
【０００４】一例として、図３で６００ＭＷＬＮＧ焚火
力発電所の燃焼排ガス中の二酸化炭素スイング式物理吸
着法（ＰＳＡ法）で分離回収する場合を説明する。
【０００５】ＬＮＧを燃焼するボイラ１から排出される
燃焼排ガスは、脱硝装置（ＤＥＮＯｘ）でＮＯｘを除去
した後、ＰＳＡ除湿装置２で水分を除き、第１のＰＳＡ
二酸化炭素濃縮装置２１に導入して二酸化炭素を吸着す
る。ＰＳＡ除湿装置２の再生は、第１のＰＳＡ二酸化炭
素濃縮装置２１から排出される乾き窒素ガスを再生ガス
として用いると共に、除湿用真空ポンプ４で０．５ａｔ
ａまで減圧して行われる。第１のＰＳＡ二酸化炭素濃縮
装置２１で１．１ａｔａ程度に加圧吸着され二酸化炭素
は、第１の真空ポンプ２２で０．３〜０．１ａｔａまで
減圧して脱離され、サージタンク２３に一旦溜めてから
第２のＰＳＡ二酸化炭素濃縮装置２１に導入し、１．１
〜１．３ａｔａ程度に加圧吸着して、９９体積％程度に
濃縮され、第２の真空ポンプ２５で０．３〜０．１ａｔ
ａ程度に減圧再生し、回収された二酸化炭素を圧縮機２
６で２０ａｔａ程度まで昇圧した後、フロン等の冷媒を
用いた凝縮器２７により−２０℃以下に冷却して液化回
収される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の圧縮冷却方式で
二酸化炭素を液化する場合、例えば、図４に示すように
二酸化炭素の物性的性質から二酸化炭素濃度が５５％、
窒素や酸素などの不凝縮ガスが４５％のような二酸化炭
素濃度の低い混合ガスを液化するときには、圧縮圧力２
６ａｔａ、冷却温度−５０℃で、液化率は６０％程度に
とどまる。同様の圧縮圧力、冷却温度の条件下で液化率
を９５％以上に高めるためには、二酸化炭素濃度を９８
体積％以上にする必要がある（図４参照）。従って、物
理吸着法を採用するときには、２段システムが必要とな
り、装置が複雑化し、二酸化炭素の分離回収に必要な動
力も多くなる。このように、第１及び第２のＰＳＡ二酸
化炭素濃縮装置は、いずれも脱着用真空ポンプ２２，２
５と昇圧ブロワー（ＢＬＲ）を備える必要があり、それ
らの消費電力は大きな負担であり、かつ、システムも複
雑となる。
【０００７】そこで、本発明は、上記の欠点を解消し、
二酸化炭素含有混合ガスから液化二酸化炭素を回収する
比較的簡便で低動力消費型の装置を提供しようとするも
のである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、二酸化炭素を
含有するガスから液体二酸化炭素を回収する装置におい
て、二酸化炭素を含有するガスから水分を除去する装置
と、除湿ガスから二酸化炭素を濃縮する装置と、二酸化
炭素濃縮ガスを圧縮する装置と、該圧縮装置と同軸に配
設した膨張機と、該圧縮装置からの圧縮ガスを膨張機か
らの膨張ガスにより冷却するための熱交換器と、冷却さ
れた圧縮ガスを液化するためのジュールトムソン弁と、
液化ガスを導入する精留塔と有し、精留塔からの不凝集
ガスを上記膨張機及び上記熱交換器を介して上記二酸化
炭素濃縮装置に還流する導管と、該精留塔から液体二酸
化炭素回収するための導管とを有することを特徴とする
液体二酸化炭素の回収装置である。
【０００９】
【作用】本発明は、膨張タービンと圧縮機を同軸に結合
し、液化二酸化炭素の精留塔からの不凝縮ガスで回転す
る膨張タービンにより、圧縮機を駆動してＰＳＡ二酸化
炭素濃縮装置から回収された二酸化炭素を圧縮し、該圧
縮ガスを膨張タービンから放出された不凝縮ガスで冷却
し、ジュールトムソン弁で断熱膨張させて液化した粗二
酸化炭素を精留塔に導入し、上記不凝縮ガスを最終的に
ＰＳＡ二酸化炭素濃縮装置に還流することにより、４０
〜７０体積％程度の中程度の二酸化炭素含有ガスを２６
ａｔａで−５０℃程度の液化条件で二酸化炭素の６０％
以上を液化することができ、かつ、図５で示すようにこ
の液化条件下で精留塔の液化器より放出される約３０体
積％の二酸化炭素を含む不凝縮ガスを最終的にＰＳＡ二
酸化炭素濃縮装置の入口に還流して不凝縮ガス中の二酸
化炭素を回収することにより、ＰＳＡ二酸化炭素濃縮装
置出口の二酸化炭素濃度の向上を可能にし、最終的に９
９体積％以上の高純度液化二酸化炭素の回収を可能にし
た。
【００１０】
【実施例】図１は本発明の実施例である液化二酸化炭素
回収装置のシステム構成図である。この実施例では、６
００ＭＷ火力発電プラントのＬＮＧ燃焼ボイラ１より発
生する１６２２０００Ｎｍ３　／Ｈの燃焼ガスを水分吸
着剤を充填したＰＳＡ除湿装置２に導入し、２８０００
０Ｎｍ３　／Ｈの水分を除いた後、二酸化炭素吸着剤を
充填したＰＳＡ二酸化炭素濃縮装置３に導入し、１３９
０００Ｎｍ３　／Ｈの二酸化炭素の９０％を選択的に吸
着させ、残余１０％の二酸化炭素１４０００Ｎｍ３　／
Ｈを含む窒素濃度９５体積％以上の乾きガスを排出する
。この乾きガスは、再生工程にあるＰＳＡ除湿装置２に
導入され、水分吸着剤を再生した後、真空ポンプ４で０
．８〜０．５ａｔａの比較的低い真空度で減圧再生され
、８０℃以上に昇温され、煙突から排気される。
【００１１】ＰＳＡ二酸化炭素濃縮装置３に吸着された
二酸化炭素は、濃度５０〜６０体積％まで濃縮され、真
空ポンプ５で減圧回収され、海水等の冷却水で４０℃ま
で降温させ、真空ポンプ５の動力を低減させる。真空ポ
ンプ５より大気圧で排出される二酸化炭素は、サージタ
ンク６に貯えられ、圧縮機８によって２５Ｋｇ／ｃｍ２
　Ｇ程度まで昇圧され、熱交換器９で冷却されて−５０
℃以下まで降温され、さらに、ジュールトムソン弁１０
を介して断熱膨張された粗液化二酸化炭素を、精留塔１
１に導入して中央部より９９％以上の高濃度液化二酸化
炭素を回収する。精留塔１１の上部より放出される二酸
化炭素約３０ｗｔ％を含む（図５より）不凝縮ガスは、
上記圧縮機８と同軸に連結された膨張タービン８に導入
され、降温され、上記熱交換器９に導入されて圧縮機８
からの圧縮ガスを冷却する。その後、上記不凝縮ガスは
、ＰＳＡ二酸化炭素濃縮装置３に還流され、不凝縮ガス
中の二酸化炭素を回収する。このシステムでは膨張ター
ビン８で寒冷を発生させるために、圧縮機７−精留塔１
１−膨張タービン８を循環する窒素ガス量が重要な要因
となるが、ＬＮＧ冷熱を利用すれば、この循環ガス量の
低減化を図ることができる。
【００１２】ＰＳＡ二酸化炭素濃縮装置は、二酸化炭素
吸着工程、脱着再生工程の機能を有する２塔式、一次吸
着（昇圧）、二次吸着、再生工程の機能を有する３塔式
、あるいは、一次吸着、二次吸着、二酸化炭素パージ、
再生工程の機能を有する４塔式等、各塔間の均圧工程を
加味した塔構成システムのいずれでも構成することがで
きる。
【００１３】図２は、図１の変形であり、図１の精留塔
を２段としたＰＳＡ二酸化炭素濃縮装置３から回収した
二酸化炭素を圧縮機１２で圧縮した後、熱交換器１４で
冷却し、精留塔１５に導入する。精留塔１５の蒸発器１
６を経てからジュールトムソン弁１８で断熱膨張させ、
蒸発器１６のすぐ上に導入し、その上の棚の液化二酸化
炭素を取り出してジュールトムソン弁１９で再度断熱膨
張させて精留塔１５の上段に導入し、中段からより高純
度の液化二酸化炭素を回収する。精留塔１５の塔頂に凝
縮器１７を設け、冷媒を導入して不凝縮ガス中の二酸化
炭素を更に凝縮分離し、二酸化炭素ガス濃度を下げた不
凝縮ガスを還流させる。精留塔１５からの不凝縮ガスは
、上記熱交換器１４で上記圧縮機１２からの圧縮ガスと
熱交換され、されに、熱交換器２０でプラントの廃熱ガ
ス等により加熱された後、膨張タービン１３に導入する
ことにより、タービン出力を増加させ、真空ポンプと圧
縮機の動力を賄う省エネルギーシステムを構成すること
も可能である。
【００１４】
【発明の効果】本発明は、上記の構成を採用することに
より、１段のＰＳＡ二酸化炭素濃縮装置で高濃度の液化
二酸化炭素を回収することができ、かつ、運転費と設備
費を低減することを可能にした液化二酸化炭素の回収装
置を提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である液化二酸化炭素の回収装
置のシステム構成図である。
【図２】本発明の別の実施例である液化二酸化炭素の回
収装置のシステム構成図である。
【図３】従来の液化二酸化炭素の回収装置のシステム構
成図である。
【図４】圧力２６ａｔａにおける温度と二酸化炭素液化
率の関係を示したグラフである。
【図５】二酸化炭素液化装置の圧力と出口ガス二酸化炭
素濃度の関係を示したグラフである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　二酸化炭素を含有するガスから液体二
    酸化炭素を回収する装置において、二酸化炭素を含有す
    るガスから水分を除去する装置と、除湿ガスから二酸化
    炭素を濃縮する装置と、二酸化炭素濃縮ガスを圧縮する
    装置と、該圧縮装置と同軸に配設した膨張機と、該圧縮
    装置からの圧縮ガスを膨張機からの膨張ガスにより冷却
    するための熱交換器と、冷却された圧縮ガスを液化する
    ためのジュールトムソン弁と、液化ガスを導入する精留
    塔と有し、精留塔からの不凝集ガスを上記膨張機及び上
    記熱交換器を介して上記二酸化炭素濃縮装置に還流する
    導管と、該精留塔から液体二酸化炭素回収するための導
    管とを有することを特徴とする液体二酸化炭素の回収装
    置。
JP3134206A 1991-06-05 1991-06-05 液体二酸化炭素の回収装置 Withdrawn JPH04359785A (ja)

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