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技術 発電所排煙の二酸化炭素回収方法および装置

出願人 武漢凱迪工程技術研究総院有限公司
発明者 王志龍張岩豊
出願日 2012年10月26日 (8年2ヶ月経過) 出願番号 2014-547682
公開日 2015年3月12日 (5年9ヶ月経過) 公開番号 2015-507526
状態 特許登録済
技術分野 廃ガス処理 吸収による気体分離 炭素・炭素化合物 高分子組成物
主要キーワード 噴霧層 円形貫通穴 液体貯留タンク 凝縮液出口 霜取り装置 フィルタスクリーン 化学溶剤 複合液体
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課題

発電所排煙中二酸化炭素収集する方法およびその装置を提供する。

解決手段

本方法は以下の工程を含む:1)有機アミンおよび官能化イオン液体からなる複合吸収剤水溶液CO2吸収剤として使用する工程;2)静止させ澄ませることにより異なる液体層を形成する工程;3)A・CO2とB・CO2のリッチ溶液を分離することにより得られた液体熱分解を行い、再利用して、高濃度CO2ガスと複合水性吸収剤を得る工程;4)工程3で得られた複合吸収剤水溶液を再利用する工程;5)高濃度CO2ガスを冷却して内部の温水蒸気凝縮させる工程;6)工程5で冷却した高濃度CO2ガスに気液分離を行い純度99%以上のCO2ガスを得る工程;7)高純度CO2ガスを液体に戻し、工業グレード高濃度液体二酸化炭素生成物を得る工程。本方法は回収効率が高く、エネルギ消費が小さく、プロセスが単純であるといった特徴を有する。

概要

背景

21世紀人類が直面する最大の課題の一つには、温室効果ガスの大量排出によって生じる「温室効果」があり、温室効果は地球温暖化気候変動の原因となるものであり、生態系、経済社会、その他の地球環境包括的に影響を及ぼす。二酸化炭素は、有機物質及び化石燃料燃焼からの主産物であり、また地球温暖化や温室効果に寄与する主成分の一つであって、温室効果ガス全体の約2/3を占める。現在では、世界の年間二酸化炭素排出量は2010年に306億トンに増加した。中国は二酸化炭素排出量の超大国となっており、排出量は依然として増加している。

2009年11月、中国政府は2020年における単位GDP当たりの二酸化炭素排出量は2005年に比べて40%〜45%減少するべきであると、世界に対して厳粛に表明した。発電所からの排煙は、長期に亘り、安定的であり、且つCO2の集中した排出源であることから、CO2の排出量を低減させるためには最優先事項である。発電所排煙からCO2排出量を低減させるための新しい技術や装置を開発することは、炭酸ガス排出量削減目標の影響から中国の経済発展解放すると共に、多大な社会的経済的利益をもたらす。

CO2を回収する方法はいくつか開発されている。化学吸収法が広く産業に適用されており、化学吸収法の原理は次のとおりである。排煙中のCO2は化学溶剤と反応して吸収される傾向がある。化学溶剤のリッチ溶液は、CO2を吸収して平衡状態となった後に得られる。次に、リッチ溶液は再生塔に導入され、加熱されて、分解してCO2ガスを放出し、貧液形質転換される。その後、貧液は、排煙からCO2を吸収するために再利用される。このようにして、吸収剤溶液吸収塔と再生塔の間で循環させることにより、排煙中のCO2を取込み、分離し、精製する。現在、CO2を吸収するためにアミノアルコール溶液を用いた化学吸収法は、最も広く適用される方法であり、詳細には、MEAモノエタノールアミン)法、MDEA、及び混合有機アミン法が含まれる。生産を実施する際には、アミノアルコール溶液を用いる化学吸収法は、化学の分野で約20年にわたって適用されており、吸収速度が速く、吸収能力が高いといった特性を有するが、発電所からの排煙を処理する際に利用すると、次のような欠点があることが分かっている。1)アミノアルコール酸化分解は、装置の長期間の安定動作に影響を及ぼし、溶液消費量が大きい。2)装置はひどく腐食する。3)MEAは概して20%未満の濃度を有するので、CO2の吸収率が低いが、再生におけるエネルギ消費は高い。これら全てが、アミノアルコールを用いて二酸化炭素を収集する方法のコストが高いことの理由である。

概要

発電所の排煙中の二酸化炭素を収集する方法およびその装置を提供する。 本方法は以下の工程を含む:1)有機アミンおよび官能化イオン液体からなる複合吸収剤水溶液CO2吸収剤として使用する工程;2)静止させ澄ませることにより異なる液体層を形成する工程;3)A・CO2とB・CO2のリッチ溶液を分離することにより得られた液体熱分解を行い、再利用して、高濃度CO2ガスと複合水性吸収剤を得る工程;4)工程3で得られた複合吸収剤水溶液を再利用する工程;5)高濃度CO2ガスを冷却して内部の温水蒸気凝縮させる工程;6)工程5で冷却した高濃度CO2ガスに気液分離を行い純度99%以上のCO2ガスを得る工程;7)高純度CO2ガスを液体に戻し、工業グレード高濃度液体二酸化炭素生成物を得る工程。本方法は回収効率が高く、エネルギ消費が小さく、プロセスが単純であるといった特徴を有する。

目的

本発明の目的の一つは、発電所の排煙中の二酸化炭素を回収するための方法及び装置を提供する

効果

実績

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請求項1

効率的且つ低エネルギ消費発電所排煙から二酸化炭素回収する方法であって、1)有機アミンおよびイオン液体を(1-1.1):1のモル比で提供し、有機アミン、イオン液体、及び水を混合して濃度が20〜40重量%の複合吸収剤水溶液を得て、前記有機アミンとイオン液体を含む複合吸収剤水溶液をCO2吸収剤として用いて、除塵および脱硫後の発電所ボイラ後部からの排煙に複合吸収剤水溶液を均一に噴霧し、上方へ流れる排煙を下方に噴霧される複合吸収剤水溶液と十分に接触させて、排煙中のCO2を複合吸収剤と反応させることにより、CO2を吸収し、液ガス比を5〜25L/m3に、反応温度を40〜55℃に、反応圧力を0.01〜10atmに制御して、A・CO2とB・CO2のリッチ溶液を生成する工程と、ここでAは有機アミンを表し、Bはイオン液体を表しており、2)A・CO2とB・CO2のリッチ溶液を自己凝集作用下で静止させ澄ませて、A・CO2とB・CO2のリッチ混合溶液である下層と、複合吸収剤水溶液である上層を含む異なる液層を形成し、下層を分離してA・CO2とB・CO2のリッチ溶液を得て、分離されたA・CO2とB・CO2のリッチ混合溶液に熱交換を行い、複合吸収剤水溶液により溶解または吸収されたCO2ガス気化させることにより、熱交換後のA・CO2とB・CO2のリッチ混合溶液を生成する工程と、3)熱交換後のA・CO2とB・CO2のリッチ混合溶液に熱分解を行い、化学的に吸収されたCO2を放出することにより、高濃度CO2ガスおよび複合吸収剤水溶液を得る工程と、4)工程3)で得られた複合吸収剤水溶液をCO2吸収剤として工程1に戻して再利用する工程と、5)工程3)から分離された高濃度CO2ガスを冷却してその中の水蒸気凝縮させる工程と、6)工程5)の冷却処理後の高濃度CO2ガスに気液分離を行い、その中の凝縮水を除去することにより、純度が99%以上のCO2ガスを生成する工程と、7) 工程6で得られた純度が99%以上のCO2ガスを乾燥させ、圧縮および凝縮して、CO2ガスを液体状態転換することにより、工業用高濃度液体CO2を得る工程とを含む方法。

請求項2

工程1のイオン液体は、従来のイオン液体、官能化イオン液体高分子化イオン液体、およびそれらの任意の比率の混合物からなる群から選択されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。

請求項3

従来のイオン液体は、イミダゾール塩ピロール塩、ピリジン塩、アンモニウム塩スルホン酸塩、およびそれらの任意の比率の混合物からなる群から選択されることを特徴とする、請求項2に記載の方法。

請求項4

官能化イオン液体は、アミノ基を含むイオン液体であることを特徴とする、請求項2に記載の方法。

請求項5

従来のイオン液体は1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート、1-ヘキシル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルフォニル)イミド、1-ヘキシル-3-メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート、およびそれらの任意の比率の混合物からなる群から選択されることを特徴とする、請求項2又は3に記載の方法。

請求項6

アミノ基を含むイオン液体は1-(1-アミノプロピル)-3-メチルイミダゾリウムブロミド、1-(3-プロピルアミノ)-3-ブチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート、およびそれらの任意の比率の混合物からなる群から選択されることを特徴とする、請求項4に記載の方法。

請求項7

高分子化イオン液体は、ポリ-1-(4-スチリル)-3-メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート、ポリ-1-(4-スチリル)-3-メチルイミダゾリウムヘクサフルオロホスフェート、ポリ-1-(4-スチリル)-3-メチルイミダゾール-0-フェニルメチルスルフォニルイミド、ポリ-1-(4-スチリル)-3-メチルイミダゾリウムトリフルオロメチルスルフォニルイミド、ポリ-1-(4-スチリル)-3-メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート、およびそれらの任意の比率の混合物からなる群から選択されることを特徴とする、請求項2に記載の方法

請求項8

工程1の有機アミンは、エタノールアミン、N-メチルジエタノールアミン、およびそれらの任意の比率の混合物からなる群から選択されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。

請求項9

工程3の熱分解は、温度が80〜110℃、圧力が0.01〜10atm、時間1〜5分で行われることを特徴とする、請求項1に記載の方法。

請求項10

工程5の冷却処理は、分離された高濃度CO2ガスを20〜35℃に冷却し、冷却時間を1〜5分に制御することを含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。

請求項11

請求項1の方法に係り効率的且つ低エネルギ消費で発電所の排煙から二酸化炭素を回収する装置であって、前記装置は吸収塔(1)と、傾斜板を備えた沈降プール(7)と、再生塔(22)と、気液分離装置(19)と、乾燥機(18)と、圧縮機(17)と、凝縮器(16)を含み、リッチ溶液は前記吸収塔(1)の底部から前記傾斜板を備えた沈降プール(7)に流入して成層化を行い、前記気液分離装置(19)のガス出口は前記乾燥機(18)、圧縮機(17)、凝縮器(16)、および液体二酸化炭素貯留タンク(15)それぞれと直列連結されており、前記傾斜板を備えた沈降プール(7)の底流出口は、リッチ溶液ポンプ(8)が配置されている配管を介して第2熱交換器(23)の第1媒体入口に連結され、傾斜板を備えた沈降プール(7)の上澄排出管は配管を介して循環吸収液貯留タンク(10)の入口に連結され、循環吸収液貯留タンク(10)の出口は、吸収液循環ポンプ(9)が配置された配管を介して、吸収塔(1)内にある噴霧層(2)の噴霧管に連結されており、第2熱交換器(23)の第1媒体出口は、配管を介して第1熱交換器(21)の第1媒体入口に連結され、第1熱交換器(21)の第1媒体出口は、配管を介して再生塔(22)の上部に配置された入口に連結され、第2熱交換器(23)の上部に配置されたガス出口は、第1熱交換器(21)と冷却器(20)をつなぐ配管に連結され、再生塔(22)の上部に配置されたガス出口は、配管を介して第1熱交換器(21)の第2媒体入口に連結され、第1熱交換器(21)の第2媒体出口は、配管を介して冷却器(20)の入口に連結され、冷却器の出口(20)は配管を介して気液分離装置(19)の入口に連結されており、再生塔(22)の下部に配置された液体出口リーン溶液ポンプ(13)が配置されている配管を介して第2熱交換器(23)の第2媒体入口に連結され、第2熱交換器(23)の第2媒体出口(10)はフィルタ(24)が配置されている配管を介して、循環吸収液貯留タンク(10)の入口に連結され、気液分離装置(19)の凝縮液排出管は配管を介して循環吸収液貯留タンク(10)の入口に連結され、複合吸収剤水溶液を貯留する溶液貯留タンク(12)は、溶液ポンプ(11)が配置されている配管を介して循環吸収液貯留タンク(10)の入口に連結される装置。

請求項12

前記吸収塔(1)は空気圧式気泡塔であり、篩板(5)と、空気圧式気泡層(4)と、充填剤層(3)と、霜取り装置(26)はそれぞれ、前記吸収塔(1)内において、前記吸収塔(1)下部に配置された排煙入口(6)と吸収塔 (1)上部に配置された排煙出口(27)の間に下から上に配置され、前記吸収塔(1)にはさらに噴霧層(2)が設けられており、前記噴霧層(2)には2〜4個の噴霧管が設けられ、複数のノズル(25)が各噴霧管上に配置され、前記篩板(5)は円形貫通穴を含み、円形貫通穴と篩板(5)の面積率は30〜40%であり、前記霜取り装置(26)は上部フィルタスクリーン、下部フィルタスクリーン、およびそれらの間に配置される噴霧ユニットを含む請求項11に記載の装置。

技術分野

0001

本発明は、発電所ボイラ排煙からの二酸化炭素の排出低減および資源利用の分野に関し、特に、排煙から二酸化炭素を回収する方法並びに装置に関する。

背景技術

0002

21世紀人類が直面する最大の課題の一つには、温室効果ガスの大量排出によって生じる「温室効果」があり、温室効果は地球温暖化気候変動の原因となるものであり、生態系、経済社会、その他の地球環境包括的に影響を及ぼす。二酸化炭素は、有機物質及び化石燃料燃焼からの主産物であり、また地球温暖化や温室効果に寄与する主成分の一つであって、温室効果ガス全体の約2/3を占める。現在では、世界の年間二酸化炭素排出量は2010年に306億トンに増加した。中国は二酸化炭素排出量の超大国となっており、排出量は依然として増加している。

0003

2009年11月、中国政府は2020年における単位GDP当たりの二酸化炭素排出量は2005年に比べて40%〜45%減少するべきであると、世界に対して厳粛に表明した。発電所からの排煙は、長期に亘り、安定的であり、且つCO2の集中した排出源であることから、CO2の排出量を低減させるためには最優先事項である。発電所排煙からCO2排出量を低減させるための新しい技術や装置を開発することは、炭酸ガス排出量削減目標の影響から中国の経済発展解放すると共に、多大な社会的経済的利益をもたらす。

0004

CO2を回収する方法はいくつか開発されている。化学吸収法が広く産業に適用されており、化学吸収法の原理は次のとおりである。排煙中のCO2は化学溶剤と反応して吸収される傾向がある。化学溶剤のリッチ溶液は、CO2を吸収して平衡状態となった後に得られる。次に、リッチ溶液は再生塔に導入され、加熱されて、分解してCO2ガスを放出し、貧液形質転換される。その後、貧液は、排煙からCO2を吸収するために再利用される。このようにして、吸収剤溶液吸収塔と再生塔の間で循環させることにより、排煙中のCO2を取込み、分離し、精製する。現在、CO2を吸収するためにアミノアルコール溶液を用いた化学吸収法は、最も広く適用される方法であり、詳細には、MEAモノエタノールアミン)法、MDEA、及び混合有機アミン法が含まれる。生産を実施する際には、アミノアルコール溶液を用いる化学吸収法は、化学の分野で約20年にわたって適用されており、吸収速度が速く、吸収能力が高いといった特性を有するが、発電所からの排煙を処理する際に利用すると、次のような欠点があることが分かっている。1)アミノアルコール酸化分解は、装置の長期間の安定動作に影響を及ぼし、溶液消費量が大きい。2)装置はひどく腐食する。3)MEAは概して20%未満の濃度を有するので、CO2の吸収率が低いが、再生におけるエネルギ消費は高い。これら全てが、アミノアルコールを用いて二酸化炭素を収集する方法のコストが高いことの理由である。

発明が解決しようとする課題

0005

上記課題に鑑み、本発明の目的の一つは、発電所の排煙中の二酸化炭素を回収するための方法及び装置を提供することである。本方法は、高回収効率低エネルギ消費、および単純なプロセスフローを特徴とする。

課題を解決するための手段

0006

上記目的を達成するために、本発明の一実施形態に係り、発電所の排煙から二酸化炭素を回収する方法を提供する。本方法は以下の工程を含む。

0007

1)有機アミンイオン液体を(1-1.1):1のモル比で供給し、有機アミン、イオン液体、及び水を混合して、20〜40重量%の濃度を有する複合吸収剤水溶液を得る工程。

0008

有機アミンとイオン液体を含む複合吸収剤水溶液をCO2吸収剤として用いて、除塵および脱硫後の発電所ボイラの後部からの排煙に複合吸収剤水溶液を均一に噴霧して、排煙を上方へ流れさせて下方に噴霧された複合吸収剤水溶液と十分接触させるとともに、排煙中のCO2を複合吸収剤と反応させることによりCO2を吸収する工程。複合吸収剤によるCO2の吸収の原理は、次のとおりである。(Aは有機アミンを表し、Bはイオン液体を表す。以下の式は実際の反応プロセスを表すものではなく、物理吸収および化学吸収を含む。

0009

0010

0011

液ガス比を5〜25L/m3、反応温度を40〜55℃、反応圧力を0.01〜10atmに制御することにより、複合吸収剤水溶液を適当な温度と圧力で排煙中のCO2と完全に反応させることができ、A・CO2とB・CO2のリッチ溶液が生成される。

0012

2)A・CO2とB・CO2のリッチ溶液を自己凝集作用下で静止させ澄ませて、A・CO2とB・CO2の混合リッチ溶液である下層と複合吸収剤水溶液である上層を含む異なる液層を形成し、下層を分離させて、A・CO2とB・CO2の混合リッチ溶液を得る工程。

0013

分離させられたA・CO2とB・CO2の混合リッチ溶液に熱交換を行い、複合吸収剤水溶液中に溶解または吸収されたCO2ガスを気化させることにより、熱交換後のA・CO2とB・CO2の混合リッチ溶液を生成する工程。

0014

3)熱交換後のA・CO2とB・CO2の混合リッチ溶液を熱分解して、化学的に吸収されたCO2を放出させることにより、高濃度CO2ガスおよび複合吸収剤水溶液を得る工程。化学反応原理は以下のとおりである。

0015

0016

0017

4)工程3で得られた複合吸収剤水溶液をCO2吸収剤として工程1に戻して再利用する工程。

0018

5)工程3から分離させられた高濃度CO2ガスを冷却して、その中の水蒸気凝縮させる工程。

0019

6)工程5の冷却処理後の高濃度CO2ガスに気液分離を行い、その中の凝縮水を除去することにより、純度が99パーセント以上のCO2ガス(高純度CO2ガス)を生成する工程。

0020

7)工程6で得られた高純度CO2ガスを(110℃の温度で0.1〜5分間)乾燥させ、高純度CO2ガスを圧縮および凝縮させて高純度CO2ガスを液体状態転換させることにより、工業用高濃度液体CO2を得る工程。

0021

工程1のイオン液体は、従来のイオン液体、官能化されたイオン液体、高分子化イオン液体、および任意の比率でのそれらの混合物からなる群から選択される。

0022

従来のイオン液体は、イミダゾール塩ピロール塩、ピリジン塩、アンモニウム塩スルホン酸塩、および任意の比率でのそれらの混合物からなる群から選択される。

0023

官能化されたイオン液体は、アミノ基を含むイオン液体である。

0024

従来のイオン液体は、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート、1-ヘキシル-3メチルイミダゾリウムビストリフルオロメチルスルフォニルイミド、1-ヘキシル-3-メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート、および任意の比率でのそれらの混合物からなる群から選択される。

0025

アミノ基を含むイオン液体は、1-(1-アミノプロピル)-3-メチルイミダゾリウムブロミド、1-(3-プロピルアミノ)-3-ブチル-イミダゾリウムテトラフルオロボラート、及び任意の比率でのそれらの混合物からなる群から選択される。

0026

高分子化イオン液体は、ポリ-1-(4-スチリル)-3-メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート、ポリ-1-(4-スチリル)-3-メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート、ポリ-1-(4-スチリル)-3-メチルイミダゾール-0-フェニルメチルスルフォニルイミド、ポリ-1-(4-スチリル)-3-メチルイミダゾリムトリフルオロメチルスルフォニルイミド、ポリ-1-(4-スチリル)-3-メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート、及び任意の比率でのそれらの混合物からなる群から選択される。

0027

工程1の有機アミンは、エタノールアミン、N-メチルジエタノールアミン、及び任意の比率でのそれらの混合物からなる群から選択される。

0028

工程3の熱分解は、80〜110℃の温度、0.01〜10atmの圧力、および1〜5分の間の時間で行われる。A・CO2が先ず分解され、換言すれば、A・CO2がAとCO2に分解される一方、B・CO2はこの状況ではCO2を放出しにくい。B・CO2中のCO2はAにより容易に取り込まれてA・CO2を形成し、このA・CO2は引き続き分解されてCO2を放出することにより、高濃度CO2ガスおよび複合吸収剤水溶液が得られる。

0029

工程5での冷却処理は、分離された高濃度CO2ガスを20〜35℃に冷却し、冷却時間を1〜5分に制御する工程を含む。これにより、多量の水蒸気が凝縮されるとともに分解塔に戻され、再利用される。

0030

上記の方法に係る発電所の排煙から二酸化炭素を回収する装置であって、装置は、吸収塔1と、傾斜板を備えた沈降プール7と、再生塔22と、気液分離装置19と、乾燥機18と、圧縮機17と、凝縮機16を含む。リッチ溶液は、成層化を行うために吸収塔1の塔底から傾斜板を備えた沈降プール7に流入する。気液分離装置19のガス出口は、乾燥機18、圧縮機17、凝縮器16および液体二酸化炭素貯留タンク15それぞれと直列連結される。

0031

傾斜板を備えた沈降プール7の底流出口は、リッチ溶液ポンプ8が配置された配管を介して、(第1加熱を行うための)第2熱交換器23の第1媒体混合凝縮液)入口に連結される。傾斜板を備えた沈降プール7の上澄排出管は、配管を介して、循環吸収液貯留タンク10の入口に連結される。循環吸収液貯留タンク10の出口は、吸収液循環ポンプ9が配置された配管を介して、吸収塔1内の噴霧層2の噴霧管に連結される。

0032

第2熱交換器23の第1媒体(混合凝縮液)出口は、配管を介して、(第2加熱を行うための)第1熱交換器21の第1媒体(混合凝縮液)入口に連結される。第1熱交換器21の第1媒体(混合凝縮液)出口は、配管を介して、再生塔22の上部に配置された入口に連結される。第2熱交換器23の上部に配置されたガス出口は、第1の熱交換器21と冷却器20とを連結する配管に連結される。再生塔22の上部に配置されたガス出口は、配管を介して、第1熱交換器21の第2媒体(気体、第1媒体を加熱)入口に連結される。第1熱交換器21の第2媒体出口は、配管を介して、冷却器20の入口に連結される。冷却器20の出口は、配管を介して、気液分離装置19の入口に連結される。

0033

再生塔22の下部に配置された液体出口は、リーン溶液ポンプ13が配置されている配管を介して、第2熱交換器23の第2媒体入口に連結される。第2熱交換器23の第2媒体出口は、フィルタ24が配置された配管を介して、循環吸収液貯留タンク10の入口に連結される。気液分離装置19の凝縮液排出管は、配管を介して、循環吸収液貯留タンク10の入口に連結される。複合吸収剤水溶液を貯留するための溶液貯留タンク12は、溶液ポンプ11が配置されている配管を介して、循環吸収液貯留タンク10の入口に連結される。

0034

吸収塔1は空気圧式気泡塔である。篩板5と、空気圧式気泡層4と、充填剤層3と、霜取り装置26それぞれが、吸収塔1下部に配置された排煙入口6と、吸収塔1上部に配置された排煙出口27の間において、吸収塔1の下から上に配置される。

0035

吸収塔1には更に噴霧層2が設けられており、噴霧層2には2〜4個の噴霧管が設けられる。複数のノズル25は、各噴霧管上に配置される。篩板5は円形貫通穴を含み、円形貫通穴と篩板5の面積比は、30〜40%の間である。霜取り装置26は、上部フィルタスクリーンと、下部フィルタスクリーンと、それらの間に配置される噴霧ユニットを含む。

0036

本発明の実施形態に係る効果は、以下のとおりである。

0037

1.複合吸収剤水溶液は、有機アミンおよびイオン液体を含み、したがってCO2の除去速度は、有機アミン法とは対照的に10%改善される。2つの成分は二酸化炭素を吸収または吸着し、吸収または吸着された二酸化炭素は、再生塔での転移および分解により、素早く且つ完全に解放される。従って、本方法は、二酸化炭素の回収に極めて効率がよい。

0038

2.複合吸収剤水溶液と排煙との反応による生成物は、凝集し水と異なる液体層を形成する傾向にある。二酸化炭素に富む液体層を抽出し、それを再生塔に搬送することにより、再生塔に水溶液が流入することが部分的に阻止されると共に、エネルギ消費を大きく節約する。

0039

3.第2熱交換器(リーン・リッチ溶液熱交換器)を通過し、リッチ溶液に溶解し、または吸収された二酸化炭素の一部は加熱により蒸発するので、再生塔に流入するリッチ溶液の総重量は減少し、エネルギ消費を節約することができる。一方、吸収塔からの低温リッチ溶液は、再生塔の底部からの高温リーン溶液と、再生塔の上部から高温の二酸化炭素それぞれにより加熱されることにより、リッチ溶液の温度を上昇させるとともに、エネルギ消費を節約する。また、再生塔の上部からの高温の二酸化炭素は、低温リッチ溶液と熱交換を行うことにより、冷却器内冷却水の消費量を低減するとともに、エネルギ消費を節約する。

0040

4.本方法はプロセスフローが単純であり、また関係する装置は低コストである。本発明は、装置の重大な腐食、高いエネルギ消費、高い材料消費といった有機アミン法で生じる長年の問題を解決する。

図面の簡単な説明

0041

発電所の排煙から二酸化炭素を回収する装置の概略図。

0042

図面では以下の符号を使用する。1-吸収塔、2-噴霧層、3-充填剤層、4-空気圧式気泡層、5-篩板、6-排煙入口、7-傾斜板を備えた沈降プール、8-リッチ溶液ポンプ、9-吸収液循環ポンプ、10-循環吸収液貯留タンク、11-溶液ポンプ、12-溶液貯留タンク、13-リーン溶液ポンプ、14-リボイラ、15-液体二酸化炭素貯留タンク、16-凝縮機、17-圧縮機、18-乾燥機、19-気液分離装置、20-冷却器、21-第1熱交換器、22-再生塔、23-第2熱交換器(リーン・リッチ溶液熱交換器)、24-フィルタ、25-ノズル、26-霜取り装置、27-排煙出口

0043

本発明を更に例証するために、発電所の排煙から二酸化炭素を回収する方法および装置を詳述する実施形態を以下に説明する。なお、以下の実施例は本発明を説明することを意図するものであって、本発明を限定することを意図するものではないことに留意すべきである。

0044

効率的且つ低エネルギ消費で発電所の排煙から二酸化炭素を回収する方法であって、本方法は以下の工程を含む。

0045

1)有機アミンとイオン液体を1.01:1のモル比で回収する。有機アミン、イオン液体及び水を混合して、濃度が20重量%の複合吸収剤水溶液を得る。

0046

イオン液体は、従来のイオン液体の1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラートである。

0047

有機アミンは、エタノールアミン(MEA)である。

0048

有機アミンおよびイオン液体を含む複合吸収剤水溶液を、二酸化炭素吸収剤として使用する。複合吸収剤水溶液を均一に、除塵及び脱硫といった一般的な処理後の発電所ボイラ後部からの排煙中に噴霧することにより、上方に流れる排煙を下方に噴霧された複合吸収剤水溶液と十分に接触させて、排煙中のCO2を複合吸収剤と反応させて吸収する。

0049

液ガス比(液体は複合吸収剤水溶液を意味し、ガスは排煙を意味する)を20L/m3に制御する。排煙中のCO2と複合吸収剤水溶液の反応温度を50℃に制御し、吸収塔入口の圧力を1.2atmに制御する。従って、複合吸収剤水溶液は適切な温度および圧力で排煙中のCO2と完全に反応することができ、A・CO2およびB・CO2のリッチ溶液が生成される。ここで、Aは有機アミンを表し、Bは官能化イオン液体を表す。

0050

2)CO2を吸収した後のA・CO2とB・CO2の物質は自己凝集し、A・CO2とB・CO2のリッチ溶液を静止させ澄ませて、異なる液体層を形成する。下層はA・CO2とB・CO2のリッチ混合溶液であり、上層は複合吸収剤水溶液である。その後、混合溶液の下層を分離する。

0051

3)分離されたA・CO2とB・CO2のリッチ混合溶液に熱分解を行う。熱分解温度を100℃に制御し、再生塔出口の圧力を0.3atmに制御し、加熱時間を2分に制御する。A・CO2が先ず分解され、換言すれば、A・CO2はAとCO2に分解される一方で、B・CO2はその状況ではCO2を放出しにくい。B・CO2中のCO2はAにより容易に取り込まれてA・CO2を形成し、このA・CO2は分解され続けてCO2を放出するので、高濃度CO2ガスと複合吸収剤水溶液が得られる。

0052

4)工程3で得られた複合吸収剤水溶液をCO2吸収剤として工程1に戻し、再利用する。

0053

5)工程3から分離させた高濃度CO2ガスを冷却して、中の温水蒸気を凝縮させる間に、高濃度CO2ガスを30℃の温度に冷却し、冷却時間を1.5分に制御する。これにより、多量の水蒸気が凝縮され、分解塔に戻されて再利用される。

0054

6)工程5で冷却処理した後の高濃度CO2ガスを気液分離装置に導入し、気液分離を行う。その中の凝縮水を取り除き、純度が99%を超えるCO2ガスを得る。

0055

7)工程6で得られた高純度CO2ガスを(110℃の温度で2分間)乾燥させ、圧縮機で圧縮し、凝縮機で凝縮することにより、温度を20℃に、また圧力を72atmとすると共に、高純度CO2ガスを液体状態に転換させることにより、工業用高濃度液体CO2を得る。

0056

実験結果は以下のとおりである。

0057

吸収塔入口における排煙中のCO2の含有量は12%(体積、以下同じ)であり、吸収塔出口における排煙中のCO2の含有量は0.7%(体積、以下同じ)であることから、二酸化炭素の吸収効率は94.2%に達する。

0058

従来のMEAでは、CO2吸収の再生でのエネルギ消費量は2.1×107kJ/hであり、本実施例で検証された再生でのエネルギ消費量は1.52×107kJ/hであることから、エネルギ消費量は27.6%減少している。

0059

図1に示すように、上記の方法に係る効率的且つ低エネルギ消費で発電所の排煙から二酸化炭素を回収する装置であって、装置は、吸収塔1と、傾斜板を備えた沈降プール7と、第2熱交換器23と、第1熱交換器21と、再生塔22と、気液分離装置19と、乾燥機18と、圧縮機17と、凝縮機16を含む。

0060

吸収塔1は空気圧式気泡塔である。充填剤層は吸収塔1の上部に配置され、空気圧式気泡層が吸収塔1の中央部に配置され、篩板が吸収塔1の下部に配置される。再生塔22は篩板である。

0061

篩板5、空気圧式気泡層4、充填剤層3、および霜取り装置26は、それぞれ吸収塔1内において、吸収塔1の下部に配置される排煙入口6と吸収塔1の上部に配置される排煙出口27の間に、下から上に配置される。吸収塔1にはさらに噴霧層2が設けられており、噴霧層2には2〜4個の噴霧管が設けられる。(図1には3個の噴霧管が示されており、第1噴霧管は篩板5の上方に配置され、第2噴霧管は空気圧式気泡層4の上方に配置され、第3噴霧管は充填剤層3の上方に配置される。)複数のノズル25は各噴霧管上に配置される。(ノズルの数は、流速に応じて決定され、概して、各噴霧管には2〜20個のノズルが設けられる。)篩板5は円形の貫通穴を含み、円形貫通穴と篩板5の面積比は、30〜40%である。霜取り装置26には、上部フィルタスクリーンと、下部フィルタスクリーンと、それらの間に配置される噴霧ユニットが設けられており、排煙中に閉じ込められた複合吸収剤液滴を完全に除去する。

0062

吸収塔1の底部に配置されるリッチ溶液出口は、配管を介して傾斜板を備えた沈降プール7の入口に連結されることにより、吸収塔1の下部からのリッチ溶液は傾斜板を備えた沈降プール7へ流入する。傾斜板を備えた沈降プール7の上清は複合吸収剤水溶液であり、その底流は主に、複合吸収剤生成物の混合凝集液である。傾斜板を備えた沈降プール7の底流出口はリッチ溶液ポンプ8が配置されている配管を介して、(第1加熱を行うための)第2熱交換器23の第1媒体(混合凝集液)入口に連結される。傾斜板を備えた沈降プール7の上澄み排出管は、配管を介して、循環吸収液貯留タンク10の入口に連結される。循環吸収液貯留タンク10の出口は、吸収液循環ポンプ9が配置された配管を介して、吸収塔1内の噴霧層2の噴霧管に連結される。

0063

第2熱交換23の第1媒体(混合凝集液)出口は、配管を介して、(第2の加熱を行うための)第1熱交換器21の第1媒体(混合凝集液)入口に連結される。第1熱交換器21の第1媒体(混合凝集液)出口は、配管を介して、再生塔22の上部に配置された入口に連結される。第2熱交換器23の上部に配置されたガス出口は、第1の熱交換器21と冷却器20を連結する配管に連結される。再生塔22の上部に配置されたガス出口は、配管を介して、第1熱交換器21の第2媒体(気体、第1媒体を加熱)入口と連結される。第1熱交換器21の第2媒体出口は、配管を介して冷却器20の入口に連結される。冷却器20の出口は、配管を介して気液分離装置19の入口に連結される。

0064

再生塔22に適合するリボイラ14は再生塔の下部外側に配置される。リボイラ14の出口は、配管を介して再生塔の底部に配置された液体貯留タンクに連結される。リボイラ14の入口は、配管を介して再生塔の底部の液体貯留タンクに連結される。再生塔22の下部に配置された液体出口は、リーン溶液ポンプ13が配置される配管を介して、第2熱交換器23の第2媒体入口に連結される。第2熱交換器23の第2媒体出口は、フィルタ24が配置された配管を介して、循環吸収液貯留タンク10の入口に連結される。

0065

気液分離装置19のガス出口は、乾燥機18、圧縮機17、凝縮器16、および液体二酸化炭素貯留タンク15それぞれと直列連結される。気液分離装置19の凝縮液排出管は、配管を介して循環吸収液貯留タンク10の入口に連結される。

0066

複合吸収剤水溶液を貯留する溶液貯留タンク12は、溶液ポンプ11が配置される配管を介して、循環吸収液貯留タンク10の入口に連結される(複合吸収剤の補充水溶液と水を溶液貯留タンク12に加える)。

0067

上記の装置は概ね、化学工業分野で一般的な装置であり、具体的な構造については本明細書では繰り返し説明しない。

0068

篩板は、排煙の均一な散布気液接触を促すために、吸収塔下部の排煙入口の上方に配置される。貫通孔と篩板の面積比は、30〜40%に制御される。従って、一態様において、上方に流れる排煙が篩板を通過した後に、流れ分布はより均一になり、排煙流の死角が効果的に除去されることから、排煙と吸収剤溶液の間の十分な接触に有益である。また他の態様において、複数組のノズルの交互噴射作用下で、吸収塔の断面における噴霧範囲は300%を超えることから、排煙中の二酸化炭素は吸収液と十分に接触して反応することにより吸収される。

0069

リーン・リッチ溶液熱交換器が構成される。傾斜板を備えた沈降プール7の底部に配置されたリッチ溶液出口は、リッチ溶液ポンプ、第2(リーン・リッチ溶液)熱交換器、第1熱交換器を介して、再生塔の上部に配置された入口に連結される。再生塔のリーン溶液出口は、リーン溶液ポンプ及び第2(リーン・リッチ溶液)熱交換器を介して、循環吸収液貯留タンクの上部に配置された液体入口に連結される。これにより、再生塔内のリーン溶液と再生塔出口における排煙の排熱を利用して、再生塔内に導入されるリッチ溶液を予熱する。一方、再生塔下部から排出されたリーン溶液と再生塔上部から排出された排煙の温度が低下することにより、熱交換の好循環が実現されると共に、熱エネルギ資源が節約される。

0070

作用原理は次のとおりである。

0071

一般的な除塵・脱硫処理後、発電所ボイラの後部からの排煙は、吸収塔1下部に配置された排煙入口6を介して吸収塔1に導入される。排煙は上向きに流れ、篩板5、空気圧式気泡層4、充填剤層3それぞれを通過する。一方、複合吸収剤水溶液は噴霧層2から下方に噴霧される。液ガス比は5〜25 L/m3に制御される。排煙中のCO2と複合吸収剤水溶液の反応温度は、好ましくは40〜55℃に制御され、反応圧力は、0.01〜10atmに制御される。したがって、排煙中のCO2は充填剤層3および空気圧式気泡層4中の複合吸収剤水溶液と十分に接触し、CO2は化学的に吸収され、或いは溶液中に吸着される。

0072

大部分のCO2を除去した後の排煙は、連続して上方へ流れ、その中の吸収剤の霧粒は吸収塔1の上部に配置された霜取り装置26によって除去され、クリーンな排煙が大気中へ直接放出される。CO2吸収後のリッチ溶液は、吸収塔の底部に落下し、凝集と成層化を行うために傾斜板を備えた沈降プール7に流れる。得られた上清は少量の複合吸収剤を含む溶液であり、底流は主に複合吸収剤生成物の凝集スラリーを含む。傾斜板を備えた沈降プール内の底流は、リッチ溶液ポンプ8によって搬送され、第2熱交換器23(リーン・リッチ溶液熱交換器)の管側方で最初に加熱され、次に第1熱交換器21で二次加熱され、更にその上部に配置された入口を介して再生塔22に流入する。部分的に溶解し或いは吸着されたCO2は、第2熱交換器23(リーン・リッチ溶液熱交換器)により加熱された後、放出される。

0073

CO2を吸収或いは吸着したリッチ溶液は再生塔22内に噴霧され、各篩板を通過する。複合吸収剤生成物は、上方に流れる蒸気によって加熱、分解され、その結果、CO2が放出される。複合吸収剤生成物の不完全解スラリーは、再生塔の底に落下し、再生塔の底部に配置されたリボイラ14により80〜110℃の温度に加熱されることにより、高濃度CO2ガスを更に分解すると共に、複合吸収剤生成物を完全に分解する。

0074

放出されたCO2ガスは、多量の水蒸気流と共に再生塔22の上部に配置されたガス出口を介して流出すると共に、第1熱交換器21に入り、第2熱交換器23(リーン・リッチ溶液熱交換器)によって加熱されたリッチ溶液を加熱する。熱交換後、ガスは第2熱交換器23(リーン・リッチ溶液熱交換器)による加熱から放出されるガスと混合され、混合ガスが冷却器20に導入され、そこでCO2ガスは25〜35℃の温度に冷却され、且つ内部の多量の水蒸気が凝縮、分離される。

0075

再生塔22内で分解される複合吸収剤溶液はリーン溶液ポンプ13によって圧送され、熱エネルギを放出するために第2熱交換器23(リーン・リッチ溶液熱交換器)の管側方に導入される。冷却した複合吸収剤溶液はフィルタ24に導入され、そこで生成された排煙の反応溶存重金属不純物が除去される。複合吸収剤の精製溶液は循環吸収液貯留タンク10内に流入する。補充複合吸収剤および処理水を溶液貯留タンク12に加え、溶液ポンプ11を介して循環吸収液貯留タンク10に搬送する。循環吸収液は吸収液循環ポンプにより吸収塔内の噴霧層2に送られ、噴霧されて吸収する。

0076

冷却器20の処理後の高純度CO2ガスを気液分離装置19に導入する。CO2ガス中に閉じ込められた凝縮液は遠心作用により完全分離され、99%を超える純度のCO2ガスが得られる。分離された凝縮液は、気液分離装置19の凝縮液出口から循環吸収液貯留タンク10に流入し、再利用される。次に分離された高純度CO2ガスは乾燥機18によって乾燥され、圧縮機17で圧縮され、凝縮器16で凝縮されると共に、液体状態に転換される。工業用高濃度液体CO2が得られ、最終的には貯留のために液体二酸化炭素貯留タンク15に搬送される。

0077

効率的且つ低エネルギ消費で発電所の排煙から二酸化炭素を回収する方法であって、本方法は以下の工程を含む。

0078

1)有機アミンおよび官能化イオン液体を1.1:1のモル比で回収する。有機アミン、官能化イオン液体及び水を混合し、40重量%の濃度を有する複合吸収剤水溶液を得る。

0079

官能化イオン液体は、アミノ基を含むイオン液体であり、1-(1-アミノプロピル)-3-メチルイミダゾリウムブロミドである。

0080

有機アミンはN-メチルジエタノールアミン(MDEA)である。

0081

有機アミンおよびイオン液体を含む複合吸収剤水溶液をCO2吸収剤として使用する。複合吸収剤水溶液を、一般的な除塵および脱硫処理後の発電所後部からの排煙に均一に噴霧することにより、上方へ流れる排煙は下方に噴霧される複合吸収剤水溶液と十分に接触し、排煙中のCO2を複合吸収剤と反応させて吸収する。

0082

液ガス比(液体は複合吸収剤水溶液を意味し、気体は排煙を意味する)は20L/m3に制御される。排煙中のCO2と複合吸収剤水溶液の反応温度を50℃に制御し、吸収塔入口の圧力を1.2atmに制御する。従って、複合吸収剤水溶液は、適切な温度および圧力で、排煙中のCO2と十分に反応することができ、A・CO2およびB・CO2のリッチ溶液が生成される。ここで、Aは有機アミンを表し、Bは官能化イオン液体を表す。

0083

2)CO2を吸収した後のA・CO2とB・CO2の物質は自己凝集し、A・CO2とB・CO2のリッチ溶液は静止し澄まされて、異なる液体層を形成する。下層はA・CO2とB・CO2のリッチ混合溶液であり、上層は複合吸収剤水溶液である。その後、A・CO2とB・CO2のリッチ混合溶液の下層を分離する。

0084

3)分離されたA・CO2とB・CO2のリッチ混合溶液に熱分解を行う。熱分解温度を100℃に制御し、再生塔出口の圧力を0.3atmに(加熱時間を2分に)制御する。A・CO2が先ず分解され、換言すれば、A・CO2はAとCO2に分解される一方で、B・CO2はその状況ではCO2を放出しにくい。B・CO2中のCO2はAにより容易に取り込まれてA・CO2を形成し、このA・CO2は分解され続けてCO2を放出するので、高濃度CO2ガスと複合吸収剤水溶液が得られる。

0085

4)工程3で得られた複合吸収剤水溶液をCO2吸収剤として工程1に戻し、再利用する。

0086

5)工程3から分離した高濃度CO2ガスを冷却して、中の温水蒸気を凝縮させ、この間に高濃度CO2ガスを30℃の温度に冷却(冷却時間を1.5分に制御)する。これにより、多量の水蒸気が凝縮され、分解塔に戻されて再利用される。

0087

6)工程5で冷却処理した後の高濃度CO2ガスを気液分離装置に導入し、気液分離を行う。中の凝縮水を取り除き、純度が99%を超えるCO2ガスを得る。

0088

7)工程6で得られた高純度CO2ガスを(110℃の温度で2分間)乾燥させ、圧縮機で圧縮し、凝縮機で凝縮することにより、温度を20℃に、また圧力を72atmとすると共に、高純度CO2ガスを液体状態に転換させることにより、工業用高濃度液体CO2を得る。

0089

実験結果は以下のとおりである。

0090

吸収塔入口における排煙中のCO2の含有量は12%であり、吸収塔出口における排煙中のCO2の含有量は0.4%であることから、二酸化炭素の吸収効率は96.7%に達する。

0091

従来のMEAでは、CO2吸収の再生でのエネルギ消費量は2.1×107kJ/hであり、本実施例で検証された再生でのエネルギ消費量は1.46×107kJ/hであることから、エネルギ消費量は30.5%減少している。

0092

効率的且つ低エネルギ消費で発電所の排煙から二酸化炭素を回収する方法であって、本方法は以下の工程を含む。

0093

1)有機アミンおよびイオン液体を1.05:1のモル比で回収する。有機アミン、イオン液体及び水を混合し、40重量%の濃度を有する複合吸収剤水溶液を得る。

0094

イオン液体は高分子化イオン液体であり、高分子化イオン液体はポリ-1-(4-スチリル)-3-メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラートである。

0095

有機アミンはエタノールアミン(EMA)およびN-メチルジエタノールアミン(MDEA)であり、MEAとMDEAの用量はそれぞれ、有機アミンの総重量の1/2を占める。

0096

有機アミンおよびイオン液体を含む複合吸収剤水溶液をCO2吸収剤として使用する。複合吸収剤水溶液を、一般的な除塵および脱硫処理後の発電所ボイラ後部からの排煙に均一に噴霧することにより、上方へ流れる排煙は下方に噴霧される複合吸収剤水溶液と十分に接触し、排煙中のCO2を複合吸収剤と反応させて吸収する。

0097

液ガス比(液体は複合液体吸収剤水溶液を意味し、気体は排煙を意味する)は20L/m3に制御される。排煙中のCO2と複合吸収剤水溶液の反応温度を50℃に制御し、吸収塔入口の圧力を1.2atmに制御する。従って、複合吸収剤水溶液は、適切な温度および圧力で、排煙中のCO2と完全に反応することができ、A・CO2およびB・CO2のリッチ溶液が生成される。ここで、Aは有機アミンを表し、Bは官能化イオン液体を表す。

0098

2)CO2を吸収した後のA・CO2とB・CO2の物質は自己凝集し、A・CO2とB・CO2のリッチ溶液は静止し澄まされて、異なる液体層を形成する。下層はA・CO2とB・CO2のリッチ混合溶液であり、上層は複合吸収剤水溶液である。その後、混合溶液の下層を分離する。

0099

3)分離されたA・CO2とB・CO2のリッチ混合溶液に熱分解を行う。熱分解温度を100℃に制御し、再生塔出口の圧力を0.3atmに(加熱時間を2分に)制御する。A・CO2が先ず分解され、換言すれば、A・CO2はAとCO2に分解される一方で、B・CO2はその状況ではCO2を放出しにくい。B・CO2中のCO2はAにより容易に取り込まれてA・CO2を形成し、このA・CO2は分解され続けてCO2を放出するので、高濃度CO2ガスと複合吸収剤水溶液が得られる。

0100

4)工程3で得られた複合吸収剤水溶液をCO2吸収剤として工程1に戻し、再利用する。

0101

5)工程3から分離した高濃度CO2ガスを冷却して、中の温水蒸気を凝縮させ、その間高濃度CO2ガスを30℃の温度に冷却(冷却時間を1.5分に制御)する。これにより、多量の水蒸気が凝縮され、分解塔に戻されて再利用される。

0102

6)工程5で冷却処理した後の高濃度CO2ガスを気液分離装置に導入し、気液分離を行う。その中の凝縮水を取り除き、純度が99%を超えるCO2ガスを得る。

0103

7)工程6で得られた高純度CO2ガスを(110℃の温度で2分間)乾燥させ、圧縮機で圧縮し、凝縮機で凝縮することにより、温度を20℃に、また圧力を72atmにすると共に、高純度CO2ガスを液体状態に転換させることにより、工業用高濃度液体CO2を得る。

0104

実験結果は以下のとおりである。

0105

吸収塔入口における排煙中のCO2の含有量は12%であり、吸収塔出口における排煙中のCO2の含有量は0.6%であることから、二酸化炭素の吸収効率は95%に達する。

0106

従来のMEAでは、CO2吸収の再生でのエネルギ消費量は2.1×107kJ/hであり、本実施例で検証された再生でのエネルギ消費量は1.49×107kJ/hであることから、エネルギ消費量は29.1%減少している。

0107

有機アミンおよびイオン液体のモル比が1:1であり、有機アミン、イオン液体及び水を混合し、得られた複合吸収剤水溶液が30重量%の濃度を有す以外は、基本的には実施例1と同様である。

0108

実験結果は以下のとおりである。

0109

吸収塔入口における排煙中のCO2の含有量が12%であり、吸収塔出口における排煙中のCO2の含有量は0.7%であることから、二酸化炭素の吸収効率は94.2%に達する。

0110

従来のMEAでは、CO2吸収の再生でのエネルギ消費量は2.1×107kJ/hであり、本実施例で検証された再生でのエネルギ消費量は1.52×107kJ/hであることから、エネルギ消費量は27.6%減少している。

0111

工程1の液ガス比を5L/m3に制御し、排煙中のCO2と複合吸収剤水溶液の反応温度を40℃に制御し、反応圧力を0.01atmに制御する以外は、基本的には実施例1と同様である。

0112

実験結果は以下のとおりである。

0113

吸収塔入口における排煙中のCO2の含有量が12%であり、吸収塔出口における排煙中のCO2の含有量は0.7%であることから、二酸化炭素の吸収効率は94.2%に達する。

0114

従来のMEAでは、CO2吸収の再生でのエネルギ消費量は2.1×107kJ/hであり、本実施例で検証された再生でのエネルギ消費量は1.52×107kJ/hであることから、エネルギ消費量は27.6%減少している。

0115

工程1の液ガス比を25L/m3に制御し、排煙中のCO2と複合吸収剤水溶液の反応温度を55℃に制御し、反応圧力を10atmに制御する以外は、基本的には実施例1と同様である。

0116

実験結果は以下のとおりである。

0117

吸収塔入口における排煙中のCO2の含有量が12%であり、吸収塔出口における排煙中のCO2の含有量は0.7%であることから、二酸化炭素の吸収効率は94.2%に達する。

0118

従来のMEAでは、CO2吸収の再生でのエネルギ消費量は2.1×107kJ/hであり、本実施例で検証された再生でのエネルギ消費量は1.52×107kJ/hであることから、エネルギ消費量は27.6%減少している。

0119

工程3の熱分解が温度80〜℃、圧力0.01atm、加熱時間1分で行われる以外は、基本的には実施例1と同様である。

0120

実験結果は以下のとおりである。

0121

吸収塔入口における排煙中のCO2の含有量が12%であり、吸収塔出口における排煙中のCO2の含有量は0.7%であることから、二酸化炭素の吸収効率は94.2%に達する。

0122

従来のMEAでは、CO2吸収の再生でのエネルギ消費量は2.1×107kJ/hであり、本実施例で検証された再生でのエネルギ消費量は1.52×107kJ/hであることから、エネルギ消費量は27.6%減少している。

0123

工程3の熱分解が温度110℃、圧力10atm、加熱時間5分で行われる以外は、基本的には実施例1と同様である。

0124

実験結果は以下のとおりである。

0125

吸収塔入口における排煙中のCO2の含有量が12%であり、吸収塔出口における排煙中のCO2の含有量は0.7%であることから、二酸化炭素の吸収効率は94.2%に達する。

0126

従来のMEAでは、CO2吸収の再生でのエネルギ消費量は2.1×107kJ/hであり、本実施例で検証された再生でのエネルギ消費量は1.52×107kJ/hであることから、エネルギ消費量は27.6%減少している。

0127

工程5の冷却処理の間に、高濃度CO2ガスを20℃に冷却し、冷却時間を1分に制御する以外は、基本的には実施例1と同様である。

0128

実験結果は以下のとおりである。

0129

吸収塔入口における排煙中のCO2の含有量が12%であり、吸収塔出口における排煙中のCO2の含有量は0.7%であることから、二酸化炭素の吸収効率は94.2%に達する。

0130

従来のMEAでは、CO2吸収の再生でのエネルギ消費量は2.1×107kJ/hであり、本実施例で検証された再生でのエネルギ消費量は1.52×107kJ/hであることから、エネルギ消費量は27.6%減少している。

0131

工程5の冷却処理の間に、高濃度CO2ガスを35℃に冷却し、冷却時間を5分に制御する以外は、基本的には実施例1と同様である。

0132

実験結果は以下のとおりである。

0133

吸収塔入口における排煙中のCO2の含有量は12%であり、吸収塔出口における排煙中のCO2の含有量は0.7%であることから、二酸化炭素の吸収効率は94.2%に達する。

0134

従来のMEAでは、CO2吸収の再生でのエネルギ消費量は2.1×107kJ/hであり、本実施例で検証された再生でのエネルギ消費量は1.52×107kJ/hであることから、エネルギ消費量は27.6%減少している。

0135

工程7の乾燥処理を110℃の温度で行い、時間を0.1分に制御する以外は、基本的には実施例1と同様である。

0136

実験結果は以下のとおりである。

0137

吸収塔入口における排煙中のCO2の含有量は12%であり、吸収塔出口における排煙中のCO2の含有量は0.7%であることから、二酸化炭素の吸収効率は94.2%に達する。

0138

従来のMEAでは、CO2吸収の再生でのエネルギ消費量は2.1×107kJ/hであり、本実施例で検証された再生でのエネルギ消費量は1.52×107kJ/hであることから、エネルギ消費量は27.6%減少している。

0139

工程7の乾燥処理を110℃の温度で行い、時間を5分に制御する以外は、基本的には実施例1と同様である。

0140

実験結果は以下のとおりである。

0141

吸収塔入口における排煙中のCO2の含有量は12%であり、吸収塔出口における排煙中のCO2の含有量は0.7%であることから、二酸化炭素の吸収効率は94.2%に達する。

0142

従来のMEAでは、CO2吸収の再生でのエネルギ消費量は2.1×107kJ/hであり、本実施例で検証された再生でのエネルギ消費量は1.52×107kJ/hであることから、エネルギ消費量は27.6%減少している。

0143

イオン液体が従来のイオン液体の1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラートであることを除いて、基本的に実施例1と同様である。

0144

実験結果は以下のとおりである。

0145

吸収塔入口における排煙中のCO2の含有量は12%であり、吸収塔出口における排煙中のCO2の含有量は0.7%であることから、二酸化炭素の吸収効率は94.2%に達する。

0146

従来のMEAでは、CO2吸収の再生でのエネルギ消費量は2.1×107kJ/hであり、本実施例で検証された再生でのエネルギ消費量は1.52×107kJ/hであることから、エネルギ消費量は27.6%減少している。

0147

イオン液体が従来のイオン液体の1-ヘキシル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミドであることを除いて、基本的に実施例1と同様である。

0148

実験結果は以下のとおりである。

0149

吸収塔入口における排煙中のCO2の含有量は12%であり、吸収塔出口における排煙中のCO2の含有量は0.7%であることから、二酸化炭素の吸収効率は94.2%に達する。

0150

従来のMEAでは、CO2吸収の再生でのエネルギ消費量は2.1×107kJ/hであり、本実施例で検証された再生でのエネルギ消費量は1.52×107kJ/hであることから、エネルギ消費量は27.6%減少している。

0151

イオン液体が従来のイオン液体の1-ヘキシル-3-メチルイミダゾリウムヘクサフルオロホスフェートであることを除いて、基本的に実施例1と同様である。

0152

実験結果は以下のとおりである。

0153

吸収塔入口における排煙中のCO2の含有量は12%であり、吸収塔出口における排煙中のCO2の含有量は0.7%であることから、二酸化炭素の吸収効率は94.2%に達する。

0154

従来のMEAでは、CO2吸収の再生でのエネルギ消費量は2.1×107kJ/hであり、本実施例で検証された再生でのエネルギ消費量は1.52×107kJ/hであることから、エネルギ消費量は27.6%減少している。

0155

イオン液体が従来のイオン液体の1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムヘクサフルオロホスフェート、1-ヘキシル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルフォニル)イミド、および1-ヘキシル-3-メチルイミダゾリウムヘクサフルオロホスフェートであり、その用量がそれぞれイオン液体の総重量の1/3を占めることを除いて、基本的に実施例1と同様である。

0156

実験結果は以下のとおりである。

0157

吸収塔入口における排煙中のCO2の含有量は12%であり、吸収塔出口における排煙中のCO2の含有量は0.7%であることから、二酸化炭素の吸収効率は94.2%に達する。

0158

従来のMEAでは、CO2吸収の再生でのエネルギ消費量は2.1×107kJ/hであり、本実施例で検証された再生でのエネルギ消費量は1.52×107kJ/hであることから、エネルギ消費量は27.6%減少している。

0159

イオン液体が従来のイオン液体と官能化イオン液体を含み、その用量がそれぞれイオン液体の総重量の1/2を占めていることを除いて、基本的に実施例1と同様である。

0160

従来のイオン液体は1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラートであり、官能化イオン液体は1-(1-アミノプロピル)-3-メチルイミダゾリウムブロミドである。

0161

実験結果は以下のとおりである。

0162

吸収塔入口における排煙中のCO2の含有量は12%であり、吸収塔出口における排煙中のCO2の含有量は0.7%であることから、二酸化炭素の吸収効率は94.2%に達する。

0163

従来のMEAでは、CO2吸収の再生でのエネルギ消費量は2.1×107kJ/hであり、本実施例で検証された再生でのエネルギ消費量は1.52×107kJ/hであることから、エネルギ消費量は27.6%減少している。

0164

イオン液体が従来のイオン液体、官能化イオン液体および高分子化イオン液体を含み、その用量はそれぞれイオン液体の総重量の1/3を占めること以外は、実施例1と同様である。

0165

従来のイオン液体は1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラートであり、官能化イオン液体は1-(1-アミノプロピル)-3-メチルイミダゾリウムブロミドであり、高分子化イオン液体はポリ-1-(4-スチリル)-3-メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラートである。

0166

実験結果は以下のとおりである。

0167

吸収塔入口における排煙中のCO2の含有量は12%であり、吸収塔出口における排煙中のCO2の含有量は0.7%であることから、二酸化炭素の吸収効率は94.2%に達する。

0168

従来のMEAでは、CO2吸収の再生でのエネルギ消費量は2.1×107kJ/hであり、本実施例で検証された再生でのエネルギ消費量は1.52×107kJ/hであることから、エネルギ消費量は27.6%減少している。

0169

官能化イオン液体が1-(3-プロピルアミノ)-3-ブチル-イミダゾリウムテトラフルオロボラートであること以外は、基本的に実施例2と同様である。

0170

実験結果は以下のとおりである。

0171

吸収塔入口における排煙中のCO2の含有量は12%であり、吸収塔出口における排煙中のCO2の含有量は0.4%であることから、二酸化炭素の吸収効率は96.7%に達する

0172

従来のMEAでは、CO2の吸収の再生でのエネルギ消費量は2.1×107KJ/hであり、本実施例で検証された再生でのエネルギ消費量は1.46×107KJ/hであることから、エネルギ消費量は30.5%減少している。

0173

官能化イオン液体が1-(1-アミノプロピル)-3-メチルイミダゾリウムブロミドおよび1-(3-プロピルアミノ)-3-ブチル-イミダゾリウムテトラフルオロボラートであり、その用量はそれぞれ官能化イオン液体の総重量の1/2を占めること以外は、基本的に実施例2と同様である。

0174

実験結果は以下のとおりである。

0175

吸収塔入口における排煙中のCO2の含有量は12%であり、吸収塔出口における排煙中のCO2の含有量は0.4%であることから、二酸化炭素の吸収効率は96.7%に達する。

0176

従来のMEAでは、CO2の吸収の再生でのエネルギ消費量は2.1×107KJ/hであり、本実施例で検証された再生でのエネルギ消費量は1.46×107KJ/hであることから、エネルギ消費量は30.5%減少している。

0177

高分子化イオン液体がポリ-1-(4-スチリル)-3-メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェートであることを除いては、基本的に実施例3と同様である。

0178

実験結果は以下のとおりである。

0179

吸収塔入口における排煙中のCO2の含有量は12%であり、吸収塔出口における排煙中のCO2の含有量は0.6%であることから、二酸化炭素の吸収効率は95%に達する。

0180

従来のMEAでは、CO2の吸収の再生でのエネルギ消費量は2.1×107KJ/hであり、本実施例で検証された再生でのエネルギ消費量は1.49×107KJ/hであることから、エネルギ消費量は29.1%減少している。

0181

高分子化イオン液体がポリ-1-(4-スチリル)-3-メチルイミダゾール-0-フェニルメチルスルフォニルイミドであることを除いて、基本的に実施例3と同様である。

0182

実験結果は以下のとおりである。

0183

吸収塔入口における排煙中のCO2の含有量は12%であり、吸収塔出口における排煙中のCO2の含有量は0.6%であることから、二酸化炭素の吸収効率は95%に達する。

0184

従来のMEAでは、CO2の吸収の再生でのエネルギ消費量は2.1×107KJ/hであり、本実施例で検証された再生でのエネルギ消費量は1.49×107KJ/hであることから、エネルギ消費量は29.1%減少している。

0185

高分子化イオン液体がポリ-1-(4-スチリル)-3-メチルイミダゾリウムトリフルオロメチルスルホニルイミドおよびポリ-1-(4-スチリル)-3-メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラートを含み、その用量はそれぞれ高分子化イオン液体の総重量の1/2を占めること以外は、基本的に実施例3と同様である。

0186

実験結果は以下のとおりである。

0187

吸収塔入口における排煙中のCO2の含有量が12%であり、吸収塔出口における排煙中のCO2の含有量は0.6%であることから、二酸化炭素の吸収効率は95%に達する。

実施例

0188

従来のMEAでは、CO2の吸収の再生でのエネルギ消費量は2.1×107KJ/hであり、本実施例で検証された再生でのエネルギ消費量は1.49×107KJ/hであることから、エネルギ消費量は29.1%減少している。

0189

1・・・吸収塔
2・・・噴霧層
3・・・充填剤層
4・・・空気圧式気泡層
5・・・篩板
6・・・排煙入口
7・・・傾斜板を備えた沈降プール
8・・・リッチ溶液ポンプ
9・・・循環ポンプ
10・・・循環吸収液貯留タンク
11・・・溶液ポンプ
12・・・溶液貯留タンク
13・・・リーン溶液ポンプ
14・・・リボイラ
15・・・液体二酸化炭素貯留タンク
16・・・凝縮機
17・・・圧縮機
18・・・乾燥機
19・・・気液分離装置
20・・・冷却器
21・・・第1熱交換器
22・・・再生塔
23・・・第2熱交換器
24・・・フィルタ
25・・・ノズル
26・・・霜取り装置
27・・・排煙出口

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