專利名稱：二氧化碳的分離回收方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分離回收二氧化碳(以下僅簡(jiǎn)稱為CO2)的方法及裝置。更詳細(xì)地說，涉及這樣的CO2的分離回收方法及裝置，當(dāng)使用化學(xué)吸收法分離回收CO2時(shí)，首先用吸收介質(zhì)吸收來(lái)自于由多個(gè)CO2(發(fā)生)源供給的含CO2氣體中的CO2，然后將完成CO2吸收的吸收介質(zhì)集中起來(lái)在一個(gè)地方進(jìn)行再生，從而可以提高設(shè)備效率，能夠利用與CO2(發(fā)生)源處在不同場(chǎng)所的排熱。
進(jìn)一步說，本發(fā)明涉及如下的CO2的分離回收方法，該分離回收方法利用或靈活應(yīng)用在具有大規(guī)模CO2發(fā)生源的鋼鐵廠中、即使作為排熱進(jìn)行熱回收也難以利用的低品位(低溫)的排熱，其中CO2來(lái)自于副生氣體(未燃燒氣體)、其燃燒排氣或者其改質(zhì)工藝過程氣體等含CO2的氣體。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，應(yīng)對(duì)全球變暖問題的對(duì)策正在以如下方式為中心受到強(qiáng)力的推進(jìn)，例如在制造階段和利用階段的節(jié)能的推進(jìn)，太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物燃料等新能源的活用以及向天然氣等低環(huán)境負(fù)荷燃料的轉(zhuǎn)換等。
另一方面，旨在分離回收所產(chǎn)生的溫室氣體(二氧化碳)并加以隔離、固定化的研究也正在大力地推進(jìn)。例如，提出了利用化學(xué)吸收法從火力發(fā)電廠的燃燒廢氣中分離回收二氧化碳的方案(例如，參照清原正高，從發(fā)電用鍋爐排氣中回收CO2的試驗(yàn)，能源·資源，能源·資源學(xué)會(huì)，1993年，第14卷，第1期，p.91～97)。根據(jù)這一方案，盡管隨條件的不同而不同，但二氧化碳的分離回收率能夠達(dá)到90％。
然而，當(dāng)采用化學(xué)吸收法從這樣的火力發(fā)電廠的燃燒排氣(發(fā)電用鍋爐排氣)中分離回收二氧化碳時(shí)，火力發(fā)電廠的燃燒排氣中含有的二氧化碳濃度低至幾體積％～十幾體積％，因而化學(xué)吸收法所使用的設(shè)備將變得非常龐大。另外，當(dāng)采用化學(xué)吸收法分離回收二氧化碳時(shí)，熱能成為在運(yùn)行成本方面起決定作用的原因。
但是，為發(fā)電這一單一的工藝進(jìn)行了最優(yōu)化的火力發(fā)電廠，并沒有能夠靈活應(yīng)用化學(xué)吸收法的排熱，為此，不得不采取以下的方法，或者設(shè)置新的熱能發(fā)生設(shè)備，或者使用用于發(fā)電的蒸汽，這將導(dǎo)致發(fā)電效率的降低。
另一方面，當(dāng)將分離回收的二氧化碳隔離在地中或海洋中時(shí)，在經(jīng)濟(jì)方面并沒有優(yōu)點(diǎn)(只是增加成本)，即使想要有效用作化學(xué)原料等，在日本國(guó)內(nèi)市場(chǎng)較小，已經(jīng)基本上滿足需要，存在經(jīng)濟(jì)上的驅(qū)動(dòng)力不足這樣結(jié)構(gòu)方面的問題。

發(fā)明內(nèi)容
于是，本發(fā)明的目的在于提供一種與火力發(fā)電廠的情況相比、以小規(guī)模的設(shè)備、有效且廉價(jià)地分離回收從大規(guī)模二氧化碳發(fā)生源之一的鋼鐵廠排放的二氧化碳的技術(shù)。
另外，本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種通過組合處于不同場(chǎng)所的二氧化碳發(fā)生源和吸收液再生熱源、有效且廉價(jià)地從二氧化碳發(fā)生源分離回收二氧化碳的技術(shù)。
于是，本發(fā)明者為達(dá)到上述目的，就分離回收從大規(guī)模的二氧化碳發(fā)生源所排放的二氧化碳的技術(shù)進(jìn)行了潛心研究，結(jié)果判明作為大規(guī)模的二氧化碳發(fā)生源的鋼鐵廠產(chǎn)生的高爐氣等副生氣體(未燃燒氣體)與化石燃料在空氣中燃燒的燃燒排氣不同，其二氧化碳的比率(濃度)較高，達(dá)20幾％～30幾％。
從這一結(jié)果得知當(dāng)采用化學(xué)吸收法分離回收二氧化碳時(shí)，與火力發(fā)電廠的情況相比，用于分離回收同量的二氧化碳的設(shè)備能夠明顯地小型化。
另外，鋼鐵廠由高爐、轉(zhuǎn)爐、燒結(jié)、焦?fàn)t、加熱爐、鑄造、軋制等許多工藝構(gòu)成，已經(jīng)為節(jié)能而進(jìn)行各種各樣的改進(jìn)，可以認(rèn)為在鋼鐵工藝中，只剩下沒有使用余地的低品位的熱能。
但也已經(jīng)得知化學(xué)吸收液的加熱成了在運(yùn)行成本方面起決定作用的原因，該能量如果在化學(xué)吸收液的加熱中加以利用或者活用，則能夠大幅度地降低化學(xué)吸收法的運(yùn)行成本。
進(jìn)一步說，已經(jīng)得知上述副生氣體在煉鐵工藝中可以作為燃料氣體加以使用，通過在其途中提取二氧化碳，可以提高該氣體的能量密度，能夠改善后續(xù)工藝的熱效率。
進(jìn)一步說，還得知在鋼鐵廠內(nèi)燃燒利用轉(zhuǎn)爐氣等副生氣體后的燃燒氣體，以高達(dá)30幾％的比率的含有CO2，能夠使用于分離回收二氧化碳的設(shè)備更加小型化。
基于以上的見解，本發(fā)明者完成了本發(fā)明。
再者，本發(fā)明者試圖分析采用化學(xué)吸收法的二氧化碳的分離回收成本，得出了如下的結(jié)論最大的成本的要因是再生二氧化碳吸收介質(zhì)的熱源，它的高效化對(duì)于實(shí)現(xiàn)有效且廉價(jià)地分離回收二氧化碳這一目的是有效的。
也就是說，通過下述(1)～(22)所述的二氧化碳的分離回收方法以及裝置能夠達(dá)成本發(fā)明。
(1)一種采用化學(xué)吸收法從鋼鐵廠產(chǎn)生的副生氣體中分離回收二氧化碳的方法，其特征在于用化學(xué)吸收液從該氣體中吸收二氧化碳后，在加熱該化學(xué)吸收液使二氧化碳得以分離的工藝中，利用或活用鋼鐵廠產(chǎn)生的500℃或以下的低品位排熱。
(2)一種采用化學(xué)吸收法從鋼鐵廠產(chǎn)生的副生氣體的燃燒排氣中分離回收二氧化碳的方法，其特征在于用化學(xué)吸收液從該氣體中吸收二氧化碳后，在加熱該化學(xué)吸收液使二氧化碳得以分離的工藝中，利用或活用鋼鐵廠產(chǎn)生的500℃或以下的低品位排熱。
(3)一種采用化學(xué)吸收法從改質(zhì)工藝產(chǎn)生的工藝過程氣體中分離回收二氧化碳的方法，其中改質(zhì)工藝用于從鋼鐵廠產(chǎn)生的副生氣體中制取氫，所述方法的特征在于用化學(xué)吸收液從該氣體中吸收二氧化碳后，在加熱該化學(xué)吸收液使二氧化碳分離的工藝中，利用或活用鋼鐵廠產(chǎn)生的500℃或以下的低品位排熱。
(4)根據(jù)上述(1)～(3)的任一項(xiàng)所述的二氧化碳的分離回收方法，其特征在于供給上述化學(xué)吸收法的上述副生氣體、燃燒排氣或者工藝過程氣體中的二氧化碳濃度為15體積％或以上。
(5)根據(jù)上述(1)～(4)的任一項(xiàng)所述的二氧化碳的分離回收方法，其特征在于上述副生氣體是高爐氣、焦?fàn)t氣以及轉(zhuǎn)爐氣之中的至少1種。
(6)根據(jù)上述(1)～(5)的任一項(xiàng)所述的二氧化碳的分離回收方法，其特征在于上述化學(xué)吸收液的再生所必需的熱量的全部或一部分使用鋼鐵廠產(chǎn)生的排熱。
(7)根據(jù)上述(1)～(6)的任一項(xiàng)所述的二氧化碳的分離回收方法，其特征在于根據(jù)上述化學(xué)吸收液的特性，為化學(xué)吸收液的再生而多級(jí)活用鋼鐵廠產(chǎn)生的適當(dāng)?shù)呐艧帷?br> (8)根據(jù)上述(1)～(7)的任一項(xiàng)所述的二氧化碳的分離回收方法，其特征在于為上述化學(xué)吸收液的再生而盡可能利用或者活用鋼鐵廠產(chǎn)生的排熱，同時(shí)使用工廠用蒸汽。
(9)一種從二氧化碳發(fā)生源分離回收二氧化碳的裝置，其特征在于，該裝置的構(gòu)成包括二氧化碳吸收設(shè)備用于從由二氧化碳發(fā)生源供給的含有二氧化碳的氣體中采用二氧化碳吸收介質(zhì)吸收二氧化碳；吸收介質(zhì)再生設(shè)備用于從吸收了二氧化碳的吸收介質(zhì)中利用吸收介質(zhì)再生用熱源分離二氧化碳以再生吸收介質(zhì)；二氧化碳吸收介質(zhì)作為二氧化碳的輸送介質(zhì)在兩設(shè)備間進(jìn)行循環(huán)；以及送出配管和返回配管用于輸送二氧化碳吸收介質(zhì)；其中，上述二氧化碳的吸收設(shè)備設(shè)置在二氧化碳發(fā)生源附近，而上述吸收介質(zhì)再生設(shè)備設(shè)置在與二氧化碳發(fā)生源所處的場(chǎng)所不同的場(chǎng)所。
(10)根據(jù)上述(9)所述的二氧化碳的分離回收裝置，其特征在于上述二氧化碳發(fā)生源和二氧化碳吸收設(shè)備之間的距離A、吸收介質(zhì)再生設(shè)備與吸收介質(zhì)再生用熱源之間的距離B、以及二氧化碳吸收設(shè)備與吸收介質(zhì)再生設(shè)備之間的距離C滿足A＜C且B＜C的關(guān)系式。
(11)根據(jù)上述(9)或(10)所述的二氧化碳的分離回收裝置，其特征在于用于從上述二氧化碳發(fā)生源向二氧化碳吸收設(shè)備供給含有二氧化碳的氣體的配管距離X、上述二氧化碳吸收介質(zhì)的送出配管距離Y和返回配管距離Z、以及用于從吸收介質(zhì)再生用熱源向吸收介質(zhì)再生設(shè)備供熱的配管距離W之間滿足2X＜(Y+Z)的關(guān)系式以及(X+W)＜(Y+Z)的關(guān)系式之中的至少一個(gè)關(guān)系式。
(12)根據(jù)上述(9)～(11)的任一項(xiàng)所述的二氧化碳的分離回收裝置，其特征在于上述吸收介質(zhì)再生設(shè)備設(shè)置在被用作吸收介質(zhì)再生用熱源的工藝過程排熱源附近。
(13)根據(jù)上述(9)～(12)的任一項(xiàng)所述的二氧化碳的分離回收裝置，其特征在于利用工藝過程排熱作為上述吸收液再生用熱源的一部分或全部。
(14)根據(jù)上述(9)～(13)的任一項(xiàng)所述的二氧化碳的分離回收裝置，其特征在于該分離回收裝置的構(gòu)成包括上述1套或多套二氧化碳吸收設(shè)備和1套或多套吸收液再生設(shè)備。
(15)根據(jù)上述(9)～(14)的任一項(xiàng)所述的二氧化碳的分離回收裝置，其特征在于作為上述吸收液再生用熱源的一部分或全部，多級(jí)利用不同溫度水平的工藝過程排熱。
(16)一種從二氧化碳發(fā)生源分離回收二氧化碳的方法，其特征在于采用靠近二氧化碳發(fā)生源設(shè)置的二氧化碳吸收設(shè)備，利用二氧化碳吸收介質(zhì)從由該二氧化碳發(fā)生源供給的含有二氧化碳的氣體中吸收二氧化碳，之后利用吸收液再生用熱源加熱該二氧化碳吸收介質(zhì)，采用與二氧化碳發(fā)生源處于不同場(chǎng)所的吸收液再生設(shè)備使二氧化碳分離。
(17)根據(jù)上述(16)所述的二氧化碳的分離回收方法，其特征在于上述二氧化碳發(fā)生源和二氧化碳吸收設(shè)備之間的距離A、吸收介質(zhì)再生設(shè)備與吸收介質(zhì)再生用的熱源之間的距離B、以及二氧化碳吸收設(shè)備與吸收介質(zhì)再生設(shè)備之間的距離C滿足A＜C且B＜C的關(guān)系式。
(18)根據(jù)上述(16)或(17)所述的二氧化碳的分離回收方法，其特征在于用于從上述二氧化碳發(fā)生源向二氧化碳吸收設(shè)備供給含有二氧化碳的氣體的配管距離X、上述二氧化碳吸收介質(zhì)的送出配管距離Y和返回配管距離Z、以及用于從吸收介質(zhì)再生用熱源向吸收介質(zhì)再生設(shè)備供熱的配管距離W之間滿足2X＜(Y+Z)的關(guān)系式以及(X+W)＜(Y+Z)的關(guān)系式之中的至少一個(gè)關(guān)系式。
(19)根據(jù)上述(16)～(18)的任一項(xiàng)所述的二氧化碳的分離回收方法，其特征在于上述吸收介質(zhì)再生設(shè)備設(shè)置在被用作吸收介質(zhì)再生用熱源的工藝過程排熱源附近。
(20)根據(jù)上述(16)～(19)的任一項(xiàng)所述的二氧化碳的分離回收方法，其特征在于利用工藝過程排熱作為上述吸收液再生用熱源的一部分或全部。
(21)根據(jù)上述(16)～(20)的任一項(xiàng)所述的二氧化碳的分離回收方法，其特征在于該分離回收方法使用上述1套或多套二氧化碳吸收設(shè)備和1套或多套吸收液再生設(shè)備。
(22)根據(jù)上述(16)～(21)的任一項(xiàng)所述的二氧化碳的分離回收方法，其特征在于作為上述吸收液再生用熱源的一部分或全部，多級(jí)利用不同溫度水平的工藝過程排熱。


圖1是用于從含有二氧化碳的原料氣體中采用化學(xué)吸收法分離回收二氧化碳的工藝原理圖。
圖2是表示用于從鋼鐵廠產(chǎn)生的原料氣體中采用化學(xué)吸收法分離回收二氧化碳的工藝的示意圖，其中作為化學(xué)吸收液的再生所必需的熱量的全部，利用的是鋼鐵廠產(chǎn)生的排熱。
圖3是表示用于從鋼鐵廠產(chǎn)生的原料氣體中采用化學(xué)吸收法分離回收二氧化碳的工藝的示意圖，其中根據(jù)化學(xué)吸收液的特性，為了化學(xué)吸收液的再生而多級(jí)活用鋼鐵廠產(chǎn)生的適當(dāng)?shù)呐艧帷?br> 圖4是表示用于從鋼鐵廠產(chǎn)生的原料氣體中采用化學(xué)吸收法分離回收二氧化碳的工藝的示意圖，其中為了化學(xué)吸收液的再生而活用鋼鐵廠產(chǎn)生的排熱，同時(shí)也活用工廠用蒸汽。
圖5是表示本發(fā)明的第2實(shí)施方案的具有代表性的裝置的示意圖，是表示用于通過組合不同場(chǎng)所的二氧化碳發(fā)生源與吸收液再生熱源而分離回收二氧化碳的裝置(工藝)的圖。
圖6是表示本發(fā)明的第2實(shí)施方案的其它具有代表性的裝置的示意圖，是表示用于通過組合不同場(chǎng)所的二氧化碳發(fā)生源與吸收液再生熱源而分離回收二氧化碳的裝置(工藝)的圖。
圖7是表示本發(fā)明的第2實(shí)施方案的第3個(gè)具有代表性的裝置的示意圖，是表示用于通過組合不同場(chǎng)所的二氧化碳發(fā)生源與吸收液再生熱源而分離回收二氧化碳的裝置(工藝)的圖。
圖8是表示本發(fā)明的第2實(shí)施方案的第4個(gè)具有代表性的裝置的示意圖，是表示用于通過組合不同場(chǎng)所的二氧化碳發(fā)生源與吸收液再生熱源而分離回收二氧化碳的裝置(工藝)的圖。
圖9是表示本發(fā)明的第2實(shí)施方案的第5個(gè)具有代表性的裝置的示意圖，是表示用于通過組合不同場(chǎng)所的二氧化碳發(fā)生源與吸收液再生熱源而分離回收二氧化碳的裝置(工藝)的圖。
圖10是表示用于本發(fā)明的第2實(shí)施方案的具體例1的裝置的示意圖，是表示用于通過組合不同場(chǎng)所的二氧化碳發(fā)生源與吸收液再生熱源而分離回收二氧化碳的裝置(工藝)的圖。
圖11是表示用于本發(fā)明的第2實(shí)施方案的具體例2的裝置的示意圖，是表示用于通過組合不同場(chǎng)所的二氧化碳發(fā)生源與吸收液再生熱源而分離回收二氧化碳的裝置(工藝)的圖。
圖12是表示用于本發(fā)明的第2實(shí)施方案的具體例3的裝置的示意圖，是表示用于通過組合不同場(chǎng)所的二氧化碳發(fā)生源與吸收液再生熱源而分離回收二氧化碳的裝置(工藝)的圖。
圖13是表示用于本發(fā)明的第2實(shí)施方案的具體例4的裝置的示意圖，是表示用于通過組合不同場(chǎng)所的二氧化碳發(fā)生源與吸收液再生熱源而分離回收二氧化碳的裝置(工藝)的圖。
圖14是表示用于本發(fā)明的第2實(shí)施方案的具體例5的裝置的示意圖，是表示用于通過組合不同場(chǎng)所的二氧化碳發(fā)生源與吸收液再生熱源而分離回收二氧化碳的裝置(工藝)的圖。
具體實(shí)施例方式
下面列舉具體的實(shí)施方案(或者實(shí)施例)就本發(fā)明連同各個(gè)要件進(jìn)行說明。不用說，本發(fā)明理應(yīng)不會(huì)限于這些實(shí)施方案。
本發(fā)明的第1實(shí)施方案是從鋼鐵廠產(chǎn)生的原料氣體中采用化學(xué)吸收法分離回收二氧化碳的方法，其特征在于作為原料氣體，使用的是選自鋼鐵廠產(chǎn)生的副生氣體、該副生氣體的燃燒排氣、以及在改質(zhì)工藝中產(chǎn)生的工藝過程氣體之中的至少1種氣體，其中所述改質(zhì)工藝用于從該副生氣體中制取氫，在用化學(xué)吸收液從該原料氣體中吸收二氧化碳后，在加熱該化學(xué)吸收液使二氧化碳分離的工藝中，利用或活用鋼鐵廠產(chǎn)生的500℃或以下的低品位排熱。
(本實(shí)施方案的分離回收方法可能適用的工廠)本實(shí)施方案的分離回收方法可能適用的工廠，例如只要是可以從高爐、轉(zhuǎn)爐、焦?fàn)t等中產(chǎn)生副生氣體、且可能供給500℃或以下的低品位排熱的鋼鐵廠就行，并沒有什么特別的限制。
(原料氣體)
本實(shí)施方案的分離回收方法所使用的原料氣體可以是鋼鐵廠產(chǎn)生的副生氣體(未燃燒氣體)。雖然也隨著鋼鐵廠結(jié)構(gòu)的不同而不同，但以高爐聯(lián)合鋼鐵廠(integrated steelmaking plant)為例，作為原料氣體，可以列舉出高爐氣(BFG)、焦?fàn)t氣(COG)、以及轉(zhuǎn)爐氣(LDG)，除此以外，還包括以制取氫為目的、在改質(zhì)COG和LDG等副生氣體的過程(工藝)中產(chǎn)生的氣體(工藝過程氣體)。
這些副生氣體可以單獨(dú)使用1種，也可以將2種或更多種混合以混合狀態(tài)使用。另外，本實(shí)施方案的分離回收方法以上述副生氣體的燃燒排氣為原料氣體，也可以供給二氧化碳的分離回收。
當(dāng)這些原料氣體(鋼鐵廠產(chǎn)生的副生氣體或者其燃燒排氣)在可以作為高品位的排熱加以利用時(shí)，則在本發(fā)明中，這些氣體在作為高品位的排熱的利用完成后再加以使用，因?yàn)椴捎没瘜W(xué)吸收法吸收二氧化碳時(shí)的溫度可以是常溫附近的溫度。
這些原料氣體可以單獨(dú)地將其中的1種供給二氧化碳的分離回收，也可以將2種或更多種混合供給二氧化碳的分離回收。在2種或更多種的混合形態(tài)中，除副生氣體彼此的混合形態(tài)、副生氣體的燃燒排氣彼此的混合形態(tài)之外，還包括副生氣體的燃燒排氣與副生氣體的混合形態(tài)。
在這些原料氣體中，BFG的二氧化碳的比率高達(dá)20幾％，作為其它的燃料成分，氫含量為幾％，一氧化碳含量為20幾％。COG富含適于用作燃料氣體的氫和甲烷，燃燒后的排氣(也稱燃燒排氣)中，二氧化碳的濃度達(dá)20幾％。
另一方面，LDG含有10幾％的二氧化碳，同時(shí)含有70％左右的一氧化碳，燃燒后的廢氣(燃燒排氣)中，二氧化碳濃度非常高，達(dá)30幾％。
因此，作為原料氣體，優(yōu)選使用二氧化碳比率比火力發(fā)電廠的二氧化碳更高的BFG、BFG的燃燒排氣、COG的燃燒排氣、LDG的燃燒排氣、以及這些氣體與其它氣體的混合氣體。
另外，如后文所述的在改質(zhì)COG和LDG以制取氫的過程中產(chǎn)生的氣體也是合適的。
具體地說，從這些鋼鐵廠產(chǎn)生的原料氣體中的二氧化碳的比率(濃度)為15體積％或以上，優(yōu)選為18體積％或以上，更優(yōu)選為20體積％或以上，進(jìn)一步優(yōu)選為22體積％或以上，特別優(yōu)選為25體積％或以上。
當(dāng)從這些二氧化碳比率較高的氣體中用化學(xué)吸收法等手段分離回收二氧化碳時(shí)，與將火力發(fā)電廠的二氧化碳濃度較低的燃燒排氣(天然氣的火力發(fā)電廠約為8％、煤火力發(fā)電廠約為12％)用作原料氣體的情況相比較，可以大幅度減小設(shè)備的規(guī)模(例如，與從煤火力發(fā)電廠的二氧化碳濃度較低的燃燒排氣中分離回收二氧化碳的情況相比較，在使用鋼鐵廠的BFG作為原料煤氣的情況下，設(shè)備費(fèi)用可能削減3成左右)。
(二氧化碳的分離回收工藝)在本實(shí)施方案的分離回收方法中，采用化學(xué)吸收法從原料氣體中分離回收二氧化碳。而且作為全球變暖的對(duì)策，當(dāng)從作為大規(guī)模的二氧化碳排放源的鋼鐵廠分離回收二氧化碳時(shí)，需要分離回收量達(dá)100萬(wàn)噸/年的大規(guī)模的設(shè)備能力。在這種情況下，目前開發(fā)最多和最為普及的二氧化碳的分離回收方法是化學(xué)吸收法，本發(fā)明也選用該化學(xué)吸收法。
下面運(yùn)用

化學(xué)吸收法的工藝原理。圖1是表示用于從含有二氧化碳的原料氣體中采用化學(xué)吸收法分離回收二氧化碳的工藝原理圖。
如圖1所示，化學(xué)吸收法是使化學(xué)吸收液在吸收塔1與再生塔7之間進(jìn)行循環(huán)而加以利用的方法，即使用胺類等的化學(xué)吸收液，在作為二氧化碳吸收設(shè)備的被稱為吸收塔1的反應(yīng)塔內(nèi)，使含有二氧化碳的原料氣體3與作為二氧化碳吸收介質(zhì)的化學(xué)吸收液5在50℃左右相接觸，在化學(xué)吸收液吸收了二氧化碳后，通過配管6將該液體送到作為吸收液再生設(shè)備的再生塔7中，采用作為吸收液再生用熱源的加熱介質(zhì)9將其加熱至120℃左右，然后由再生塔7從化學(xué)吸收液中分離回收二氧化碳，經(jīng)再生的化學(xué)吸收液通過返回配管8返回到吸收塔1。
在上述化學(xué)吸收液中，能夠適于使用的是含有胺類等的水溶液等從前公知的溶液，并沒有特別地限定為特定的溶液。
在本實(shí)施方案的分離回收方法中，上述再生塔加熱所必需的熱能成為本分離回收方法在運(yùn)行成本方面起決定作用的原因。于是，在本實(shí)施方案的分離回收方法中，作為吸收液再生用熱源，利用或活用鋼鐵廠產(chǎn)生的500℃或以下、優(yōu)選為400℃或以下的低品位排熱。
也就是說，本實(shí)施方案的分離回收方法因?yàn)槔没蚧钣脽掕F工藝中難以利用的低品位的熱能(即使在低品位的熱能中，也優(yōu)選盡量利用或活用高溫的熱能)，因此，它可以不必像火力發(fā)電廠那樣，設(shè)置熱能產(chǎn)生設(shè)備以產(chǎn)生加熱蒸汽(加熱介質(zhì)9)，或者使用在發(fā)電中使用的蒸汽。
因此，采用化學(xué)吸收法可以大幅度地降低二氧化碳的分離回收成本。另外，正如上面所敘述的那樣，由于原料氣體中的二氧化碳的濃度較高，因此，不僅可以使設(shè)備變得緊湊，而且設(shè)備所需要的公用設(shè)施(電力和用水)的使用量也能夠得以削減，并且能夠進(jìn)一步降低運(yùn)行成本。
在此，之所以將在分離二氧化碳的工藝中利用或活用的、鋼鐵廠產(chǎn)生的低品位排熱設(shè)定為500℃或以下，是基于以下的理由也就是說，超過500℃的排熱是目前的鋼鐵廠作為高品位的排熱加以使用的，在使用這種排熱的情況下，與利用(轉(zhuǎn)用)火力發(fā)電廠的發(fā)電用蒸汽的情況一樣，或者導(dǎo)致生產(chǎn)效率的降低，或者需要設(shè)置新的熱源發(fā)生設(shè)備以補(bǔ)充轉(zhuǎn)用部分，因此，難以達(dá)到廉價(jià)地分離回收二氧化碳的目的。
但是，當(dāng)在分離二氧化碳的工藝中利用或活用鋼鐵廠產(chǎn)生的500℃或以下的低品位排熱時(shí)，例如在不影響煉鐵工藝一方的程度上，同時(shí)使用一部分稍稍超過500℃的高品位排熱和燃料的燃燒熱，這種情況也包括在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。
也就是說，本實(shí)施方案的分離回收方法當(dāng)然不能狹義地解釋為在分離二氧化碳的工藝中只能利用或活用鋼鐵廠產(chǎn)生的500℃或以下的低品位排熱。
上述分離回收方法在不脫離本發(fā)明的目的的范圍內(nèi)，也能夠利用超過500℃的高品位排熱和燃料的燃燒熱。
作為鋼鐵廠產(chǎn)生的500℃或以下的低品位排熱，例如可以列舉出源于燒結(jié)成品冷卻器的排熱(約350℃)、燒結(jié)主排放氣體(約280℃)、熱風(fēng)爐排氣(約230℃)、燒結(jié)主排放氣體(約180℃)、高爐渣水淬用排水(約90℃)等煉鐵工藝中難以利用的低品位的熱能，但本發(fā)明理應(yīng)不限于這些。
在目前的鋼鐵廠，為了將副生氣體COG和LDG經(jīng)水蒸汽改質(zhì)為富氫氣體，使用氧燃燒并用的水蒸汽改質(zhì)裝置等回收高純度的氫，同時(shí)將氫回收后的排氣在煉鐵廠內(nèi)的轉(zhuǎn)爐等中加以利用等，這些氣體的利用形態(tài)更加完善和復(fù)雜。
因此，通過編入鋼鐵廠(鋼鐵廠或工藝)的設(shè)備而產(chǎn)生的低品位排熱也包括在本實(shí)施方案的分離回收方法的低品位排熱中。例如，優(yōu)選利用或活用源于燒結(jié)成品冷卻器的排熱溫度或以下的低品位排熱。超過燒結(jié)成品冷卻器的排熱溫度(約350℃)的排熱盡管取決于鋼鐵廠的構(gòu)成，但在目前的能量回收技術(shù)非常先進(jìn)的煉鐵廠中，已經(jīng)作為高品位熱源而加以有效利用。
此外，關(guān)于排熱溫度，之所以沒有規(guī)定具體的溫度(數(shù)值)，是因?yàn)殡S著燒結(jié)成品冷卻器的設(shè)定條件、將源于燒結(jié)成品冷卻器的排熱運(yùn)送到采用化學(xué)吸收法分離回收二氧化碳的工藝(或設(shè)備)的距離以及外界氣溫等的變化，供給采用化學(xué)吸收法分離回收二氧化碳的工藝?yán)没蚧钣脮r(shí)的溫度有某些變動(dòng)。
更優(yōu)選的是，盡量利用或活用溫度高于再生塔的化學(xué)吸收液的加熱溫度(120℃左右)的排熱進(jìn)行蒸汽加熱。這是因?yàn)榛瘜W(xué)吸收液與排熱的溫差越大，熱交換所要求的設(shè)備可能越小，進(jìn)而能夠降低CO2的分離回收成本。
另外，之所以規(guī)定“利用或活用”這樣的低品位排熱，是因?yàn)榭梢詫⒌推肺慌艧嶙鳛樵偕募訜崴褂玫募訜峤橘|(zhì)(熱能)加以直接利用，也可以在加熱保持預(yù)定的溫度方面使用加熱介質(zhì)(例如蒸汽等)。
在裝置構(gòu)成簡(jiǎn)單、且熱損失少這一點(diǎn)上，前者(直接利用)是優(yōu)選的；在將再生塔的化學(xué)吸收液維持在恒定溫度下的容易控制這一點(diǎn)上，后者(活用)是優(yōu)選的。
當(dāng)加熱介質(zhì)通過低品位排熱時(shí)，由于低品位排熱(排水或排氣)中含有的腐蝕成分和雜質(zhì)引起配管內(nèi)的腐蝕和雜質(zhì)堆積，為了不降低熱傳導(dǎo)率，優(yōu)選事先去除這些腐蝕成分和雜質(zhì)。
另外，在本實(shí)施方案的分離回收方法中，可以(作為單一排熱)單獨(dú)地使用或活用上述的低品位排熱(熱能)，也可以共同使用或活用2種或更多種的低品位排熱。當(dāng)并用2種或更多種的排熱將加熱介質(zhì)加熱到預(yù)定溫度時(shí)，也可以從溫度較低的排熱開始以排熱溫度遞增的方式加熱加熱介質(zhì)。此時(shí)，如果最后熱能不足，也可以用燃料來(lái)進(jìn)行燃燒。
也就是說，在本實(shí)施方案的分離回收方法中，未必只限于在采用化學(xué)吸收法分離回收二氧化碳的工藝中利用或活用低品位排熱的情況，在煉鐵廠內(nèi)除了本廠消耗的以外，也可以將作為民用煤氣等銷售的燃料氣體的一部分用作輔助燃料。
下面運(yùn)用附圖將這樣的實(shí)施方案進(jìn)行簡(jiǎn)要的說明。此外，以下所示的圖2～4與圖1進(jìn)而與圖2～3同樣的裝置等標(biāo)注同樣的符號(hào)。
圖2是表示從鋼鐵廠產(chǎn)生的原料氣體(圖2是表示副生氣體的例子)中采用化學(xué)吸收法分離回收二氧化碳的工藝的示意圖，其中作為化學(xué)吸收液的再生所必需的熱量的全部(或者一部分)，利用的是鋼鐵廠產(chǎn)生的排熱。
在圖2所示的實(shí)施方案中，使用胺類等的化學(xué)吸收液5，在吸收塔1中使含有二氧化碳的原料氣體的副生氣體3與化學(xué)吸收液5在常溫附近(例如50℃左右)相接觸，在化學(xué)吸收液5吸收了二氧化碳后，將該液體送到再生塔7，在運(yùn)用加熱介質(zhì)9加熱到預(yù)定的再生溫度(例如120℃左右)時(shí)，作為化學(xué)吸收熱5的再生所必需的熱量的全部，利用或活用鋼鐵廠產(chǎn)生的500℃或以下的低品位排熱(例如燒結(jié)成品冷卻器的排熱等)，從化學(xué)吸收液分離中分離回收二氧化碳11。
上述低品位排熱可以如上述那樣可以用于加熱蒸汽等加熱介質(zhì)9也可以直接作為加熱介質(zhì)9加以利用，其利用或活用的形態(tài)并沒有特別的限制。
于吸收塔1中，在化學(xué)吸收液5吸收了二氧化碳后，副生氣體13返回到副生氣體配管15，在后一階段的工藝中作為燃料氣體等加以利用。另外，在再生塔7提取了被加熱的二氧化碳的化學(xué)吸收液，作為再生吸收液5’返回到吸收塔1。
另外，在本實(shí)施方案中，作為化學(xué)吸收液的再生所必需的熱量的全部，表示的是利用或活用鋼鐵廠產(chǎn)生的500℃或以下的低品位排熱的例子，而關(guān)于化學(xué)吸收液的再生所必需的熱量的一部分被利用的實(shí)例，在圖4中進(jìn)行說明。
其次，在圖3所示的實(shí)施方案，使用胺類等化學(xué)吸收液5，在吸收塔1中使含有二氧化碳的原料氣體的副生氣體3與化學(xué)吸收液5在常溫附近(例如50℃左右)相接觸，在化學(xué)吸收液吸收了二氧化碳后，將該液體送到再生塔7，在運(yùn)用加熱介質(zhì)9加熱至預(yù)定的再生溫度(例如120℃左右)時(shí)，根據(jù)化學(xué)吸收液的特性，為了化學(xué)吸收液的再生而多級(jí)地(圖3中有3級(jí))從溫度較低的排熱開始以排熱溫度遞增的方式活用鋼鐵廠產(chǎn)生的500℃或以下的適當(dāng)?shù)牡推肺慌艧帷?br> 也就是說，在圖3所示的實(shí)施方案中，利用或活用溫度最低的低品位排熱(例如，高爐渣水淬用排水(約90℃)等)、溫度次低的低品位排熱(例如，燒結(jié)主排放廢氣(約280℃)等)、以及溫度最高的低品位排熱(例如，燒結(jié)成品冷卻器的排熱(約350℃)等)，從而從化學(xué)吸收液中分離回收二氧化碳11。
如上所述，上述3種低品位排熱為了加熱加熱蒸汽等加熱介質(zhì)9，可以依次活用，也可以直接作為加熱介質(zhì)9而依次利用，其利用或活用的形態(tài)并沒有特別的限制。
于吸收塔1中，在化學(xué)吸收液5吸收了二氧化碳后，副生氣體13返回到副生氣體配管15，在后一階段的工藝中作為燃料氣體等加以利用。另外，在再生塔7提取了被加熱的二氧化碳的化學(xué)吸收液，作為再生吸收液5’返回到吸收塔1。
在本實(shí)施方案中，之所以規(guī)定“根據(jù)化學(xué)吸收液的特性”，是因?yàn)楦鶕?jù)使用的化學(xué)吸收液的特性的不同，化學(xué)吸收液的再生所必需的熱量等存在很大差異，也存在使用溫度范圍受到制約的化學(xué)吸收液，在組合排熱時(shí)，必須充分考慮到這一點(diǎn)。關(guān)于這一點(diǎn)，在其它的實(shí)施方案中也優(yōu)選同樣加以考慮。
再者，圖4是表示用于從鋼鐵廠產(chǎn)生的原料氣體中采用化學(xué)吸收法分離回收二氧化碳的工藝的示意圖，其中為了化學(xué)吸收液的再生而活用鋼鐵廠產(chǎn)生的排熱，同時(shí)也活用工廠用蒸汽。
在圖4所示的實(shí)施方案中，使用胺類等化學(xué)吸收液5，在吸收塔1中使含有二氧化碳的原料氣體的副生氣體3與化學(xué)吸收液5在常溫附近(例如50℃左右)相接觸，在化學(xué)吸收液吸收了二氧化碳后，將該液體送到再生塔7，在運(yùn)用加熱介質(zhì)9加熱到預(yù)定的再生溫度(例如120℃左右)時(shí)，為了化學(xué)吸收液的再生，盡量利用或活用鋼鐵廠產(chǎn)生的500℃或以下的低品位排熱(例如源于燒結(jié)成品冷卻器的排熱等)，同時(shí)不足部分使用工廠用蒸汽等，從而從化學(xué)吸收液中分離回收二氧化碳11。
在本實(shí)施方案中，由于盡量使用鋼鐵廠產(chǎn)生的500℃或以下的低品位排熱如上述那樣，因而能夠謀求減少工廠用蒸汽的必要量。此外，為了方便起見，圖4示出了在鋼鐵廠產(chǎn)生的500℃或以下的低品位排熱中使用1級(jí)源于燒結(jié)成品冷卻器的排熱等的實(shí)例，但正如圖3所示的那樣，毫無(wú)疑問，也可以多級(jí)地加以利用或活用。
如上所述，上述低品位排熱可以在加熱加熱蒸汽等加熱介質(zhì)9中活用，也可以直接作為加熱介質(zhì)9加以利用，其利用或活用的形態(tài)并沒有特別的限制。
另外，工廠用蒸汽等可以直接作為加熱蒸汽(加熱介質(zhì)9)活用，也可以在加熱加熱介質(zhì)9中活用。
于吸收塔1中，在化學(xué)吸收液5吸收了二氧化碳后，副生氣體13返回到副生氣體配管15，在后一階段的工藝中作為燃料氣體等加以利用。另外，在再生塔7提取了被加熱的二氧化碳的化學(xué)吸收液，作為再生吸收液5’返回到吸收塔1。
正如圖3所示的那樣，在本實(shí)施方案中，之所以規(guī)定“盡量”，是因?yàn)橐伯a(chǎn)生如下的情況在利用或活用可以利用或活用的所有鋼鐵廠產(chǎn)生的500℃或以下的低品位排熱之后，化學(xué)吸收液的再生所必需的熱量存在部分不足。
在這種情況下，之所以規(guī)定使用工廠用蒸汽，是因?yàn)殇撹F廠內(nèi)目前大量利用的工廠用蒸汽的使用(轉(zhuǎn)用)是最簡(jiǎn)便且廉價(jià)的。
但是，本發(fā)明并不排除工廠用蒸汽以外的其它排熱等熱源的利用，其它排熱等只要在不損害本發(fā)明的目的的范圍內(nèi)，就能夠充分地加以使用。
另外，本發(fā)明在采用化學(xué)吸收法分離回收二氧化碳的工藝中，可以利用或活用鋼鐵廠產(chǎn)生的500℃或以下的低品位排熱，本發(fā)明理應(yīng)不局限于僅利用或活用上述再生塔的加熱所需要的熱能。
也就是說，優(yōu)選將上述的低品位排熱作為在運(yùn)行成本方面起決定作用的原因的再生塔的加熱所需要的熱能加以利用或活用，但目前開發(fā)最多和最為普及的二氧化碳的分離回收方法即化學(xué)吸收法，并不受圖1所示的工藝原理(裝置構(gòu)成)的制約。
在實(shí)際使用的工藝中，雖然加熱的程度不如再生塔，但除此之外，也有需要熱交換和加熱的情況，對(duì)于這些部分，也可以利用或活用鋼鐵廠產(chǎn)生的500℃或以下的低品位排熱。
能夠適用于本實(shí)施方案的分離回收方法的、使用化學(xué)吸收法的二氧化碳的分離回收工藝，只要滿足“利用或活用鋼鐵廠產(chǎn)生的500℃或以下的低品位排熱”這一要件即可，對(duì)于工藝?yán)響?yīng)沒有任何特別的限制。
因此，從含有二氧化碳的原料氣體(鋼鐵廠產(chǎn)生的副生氣體及其燃燒排氣)中用化學(xué)吸收液吸收二氧化碳，之后加熱該吸收液而進(jìn)行二氧化碳的分離，在這項(xiàng)工藝中，所使用的化學(xué)吸收液的種類、其濃度和液量、該工藝的裝置構(gòu)成、該工藝中的溫度和壓力等條件以及各種控制方法等，作為使用化學(xué)吸收法的二氧化碳的分離回收技術(shù)已經(jīng)是公知的技術(shù)，許多改進(jìn)也正在進(jìn)行，本實(shí)施方案的分離回收方法也包括并且能夠適用這些改進(jìn)技術(shù)。
此外，這些技術(shù)已經(jīng)刊載在許多公知文獻(xiàn)和專利公報(bào)中，故而在此省略其詳細(xì)說明。
(二氧化碳提取后的副生氣體的利用方法)上述的鋼鐵廠副生氣體雖然熱量不同，但都已經(jīng)作為燃料在廠內(nèi)進(jìn)行熱利用。其中，從BFG中首先提取二氧化碳，然后作為工藝過程氣體進(jìn)行再利用，在這種情況下，有如下的利用方法1)燃?xì)廨啓C(jī)的燃料、2)再次注入高爐、以及3)用于半還原煉鋼工藝。
在上述1)的利用方法中，加熱BFG使其熱量從750kcal/Nm3上升到1000kcal/Nm3，不需要添加輕油等輔助燃料。另外，在上述2)的利用方法中，通過再次注入高爐，除去二氧化碳這部分有助于達(dá)到化學(xué)平衡的鐵的還原反應(yīng)，從而可以減少作為還原劑的焦碳的使用量。
另外，采用上述3)的利用方法，在從前使用天然氣和煤炭而在高爐的前段進(jìn)行鐵礦石預(yù)還原的工藝中，通過使用該還原氣體，能夠削減天然氣和煤炭的使用量。
這樣一來(lái)，當(dāng)提取二氧化碳后作為工藝過程氣體進(jìn)行再利用時(shí)，與現(xiàn)在廠內(nèi)的熱利用相比較，能夠表現(xiàn)出有用的作用效果。這些作用效果的優(yōu)點(diǎn)是可以有效地加以利用，而在空氣中燃燒從前的化石燃料，從所得到的燃燒排氣中提取二氧化碳，這樣釋放到大氣中的排氣是不能獲得所述作用效果的。
另外，在改質(zhì)COG和LDG而制取氫的情況下，如果在中途提取不需要的二氧化碳，則可能降低制氫成本。此外，在將COG和LDG作為燃料于廠內(nèi)進(jìn)行熱利用的情況下，與從上述BFG中提取二氧化碳后作為工藝過程氣體進(jìn)行再利用的情況相比，可以得到同樣的作用效果。
(分離回收的二氧化碳的使用方法)關(guān)于分離回收的二氧化碳，以大規(guī)模固定化為目的，將其貯存在蓄水層和枯竭天然氣田這樣的地中或海中的研究正在以地球環(huán)境產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究機(jī)構(gòu)為主進(jìn)行。除此以外，以海外為中心，已經(jīng)開始進(jìn)行EOR(石油強(qiáng)制回收法)和ECBM(煤炭埋藏甲烷氣體的強(qiáng)制回收法)的利用。另外，即使在水溶性天然氣田，作為天然氣的強(qiáng)制回收使用，也可以注入二氧化碳并使之固定化。
其中，以大規(guī)模固定化為目的，當(dāng)在蓄水層和枯竭天然氣田的地中或海中貯存二氧化碳時(shí)，二氧化碳是沒有價(jià)值的。于是，回收成本優(yōu)選的是盡可能廉價(jià)。關(guān)于這一點(diǎn)，與從以前的發(fā)電廠的燃燒排放中分離回收的二氧化碳相比，能夠廉價(jià)地分離回收二氧化碳。
另一方面，每個(gè)鋼鐵廠產(chǎn)生1萬(wàn)噸/年左右的二氧化碳量，而在鋼鐵廠的轉(zhuǎn)爐中，二氧化碳可以用于底吹風(fēng)口，目前將分離回收的二氧化碳以廠內(nèi)循環(huán)的方式加以利用以代替從市場(chǎng)購(gòu)入的二氧化碳，能夠削減二氧化碳的排放量。
其次，本發(fā)明的第2實(shí)施方案涉及從二氧化碳源分離回收二氧化碳的方法以及裝置。
二氧化碳的分離回收裝置是從二氧化碳源分離回收二氧化碳的裝置，其特征在于該裝置所具有的構(gòu)成是，二氧化碳吸收設(shè)備用于從二氧化碳發(fā)生源的含有二氧化碳的氣體中吸收二氧化碳；吸收介質(zhì)再生設(shè)備用于從吸收了二氧化碳的吸收介質(zhì)中利用吸收介質(zhì)再生田熱源分離二氧化碳以再生吸收介質(zhì)；二氧化碳吸收介質(zhì)作為二氧化碳的輸送介質(zhì)在兩設(shè)備間進(jìn)行循環(huán)；以及送出配管和返回配管用于輸送二氧化碳吸收介質(zhì)；其中，上述二氧化碳吸收設(shè)備設(shè)置在二氧化碳發(fā)生源附近，而上述吸收介質(zhì)再生設(shè)備設(shè)置在與二氧化碳發(fā)生源所處的場(chǎng)所不同的場(chǎng)所。
另外，二氧化碳的分離回收方法是從二氧化碳發(fā)生源分離回收二氧化碳的方法，其特征在于采用靠近二氧化碳發(fā)生源設(shè)置的二氧化碳吸收設(shè)備，利用二氧化碳吸收介質(zhì)從由該二氧化碳發(fā)生源供給的含有二氧化碳的氣體中吸收二氧化碳，之后利用吸收液再生用熱源加熱該二氧化碳吸收介質(zhì)，采用與二氧化碳吸收設(shè)備處于不同場(chǎng)所的吸收液再生設(shè)備使二氧化碳分離。
在該分離回收方法以及裝置的實(shí)施方案中，通過組合處于不同場(chǎng)所的二氧化碳發(fā)生源與吸收熱再生熱源，能夠有效且廉價(jià)地分離回收二氧化碳。
例如，通過組合相鄰的火力發(fā)電廠(二氧化碳發(fā)生源)與鋼鐵廠內(nèi)的排熱源(吸收熱再生熱源)，能夠使比以前更廉價(jià)的二氧化碳的分離成為可能。
本實(shí)施方案與第1實(shí)施方案一樣，可以采用化學(xué)吸收法，但對(duì)此并沒有任何限制，也可以使用需要其它熱的二氧化碳的分離回收方法。作為分離回收方法，優(yōu)選的是化學(xué)吸收法，因此，下面將沿著化學(xué)吸收法這條線進(jìn)行說明。此外，運(yùn)用附圖詳細(xì)說明本實(shí)施方案，但本實(shí)施方案并不限于圖示的內(nèi)容。
圖5～圖9表示的是通過組合處于不同場(chǎng)所的二氧化碳發(fā)生源與吸收熱再生熱源而分離回收二氧化碳的裝置(工藝)。此外，在這些圖中，關(guān)于同樣的裝置等的構(gòu)成要件，標(biāo)識(shí)同樣的符號(hào)，在圖6以后，為了避免重復(fù)，有時(shí)也省略其說明。
如圖5所示，本實(shí)施方案的從CO2發(fā)生源分離回收CO2的裝置50所具有的構(gòu)成是，CO2吸收設(shè)備55用于從由CO2發(fā)生源53通過配管供給的含有CO2的氣體中采用CO2吸收介質(zhì)57吸收CO2；吸收介質(zhì)再生設(shè)備61用于從吸收了二氧化碳的吸收介質(zhì)57中利用吸收介質(zhì)再生用熱源63分離二氧化碳以再生吸收介質(zhì)；CO2吸收介質(zhì)57作為二氧化碳的輸送介質(zhì)在CO2吸收設(shè)備55以及CO2吸收設(shè)備55之間進(jìn)行循環(huán)；以及送出配管59和返回配管65用于輸送二氧化碳吸收介質(zhì)57；其中，上述CO2的吸收設(shè)備55設(shè)置在CO2發(fā)生源53附近，而上述吸收介質(zhì)再生設(shè)備61設(shè)置與二氧化碳發(fā)生源53所處的場(chǎng)所不同的場(chǎng)所。
因此，使用上述裝置51的本實(shí)施方案的從CO2發(fā)生源分離回收CO2的方法是通過如下方式進(jìn)行循環(huán)的，即采用靠近CO2發(fā)生源的CO2的吸收設(shè)備55，從由該CO2發(fā)生源53供給的含有CO2的氣體中，使用在CO2吸收設(shè)備55與吸收液再生設(shè)備61之間進(jìn)行循環(huán)的CO2吸收介質(zhì)57作為CO2的輸送介質(zhì)57吸收CO2之后，通過用于CO2吸收介質(zhì)57的輸送的送出配管59送到吸收液再生設(shè)備61，利用吸收介質(zhì)再生用的熱源63加熱該CO2吸收介質(zhì)57，采用與CO2發(fā)生源處于不同場(chǎng)所的吸收液再生設(shè)備61使CO2分離，通過用于CO2吸收介質(zhì)57的輸送的返回配管65返回到CO2吸收設(shè)備55。
(本實(shí)施方案的分離回收方法以及裝置可能適用的工廠)作為本實(shí)施方案的分離回收方法以及裝置能夠適用的工廠，可以列舉出具有大規(guī)模CO2發(fā)生源的鋼鐵廠、火力發(fā)電廠、水泥廠等，但并本發(fā)明理應(yīng)不限于這些。
本實(shí)施方案也能夠適用于在第1實(shí)施方案中說明的鋼鐵廠以外的具有大規(guī)模CO2發(fā)生源的工廠。
例如，通過組合處于不同場(chǎng)所的二氧化碳發(fā)生源(例如火力發(fā)電廠)與吸收液再生熱源(臨近火力發(fā)電廠的其它工廠產(chǎn)生的排熱)，可以有效且廉價(jià)地提供本實(shí)施方案的分離回收方法。
(二氧化碳發(fā)生源)作為本實(shí)施方案所說的二氧化碳發(fā)生源，與第1實(shí)施方案一樣，相當(dāng)于在上述工廠內(nèi)產(chǎn)生二氧化碳的設(shè)備以及從該設(shè)備將含有二氧化碳的氣體輸送到下一工序的配管等。
另外，在不輸送到下一工序而排放的情況下，排放設(shè)備(煙囪等)包括在二氧化碳發(fā)生源之中。作為產(chǎn)生上述二氧化碳的設(shè)備，以高爐聯(lián)合鋼鐵廠為例，與之相適應(yīng)的是高爐、焦?fàn)t、轉(zhuǎn)爐等，在水泥廠中，例如水泥回轉(zhuǎn)窯等與之相適應(yīng)，但本發(fā)明絲毫不會(huì)限定于此。
另外，作為配管，以高爐聯(lián)合鋼鐵廠為例，高爐氣(BFG)配管、焦?fàn)t氣(COG)配管、轉(zhuǎn)爐氣(LDG)配管等與之相適應(yīng)，但本發(fā)明絲毫不會(huì)限定于此。
(含有二氧化碳的氣體(原料氣體))本實(shí)施方案所說的含有二氧化碳的氣體，可以是由二氧化碳發(fā)生源產(chǎn)生的含有二氧化碳的氣體，例如在上述鋼鐵廠的情況下，盡管根據(jù)其構(gòu)成的不同而有所差異，但是以高爐聯(lián)合鋼鐵廠為例，為高爐氣(BFG)、焦?fàn)t氣(COG)、轉(zhuǎn)爐氣(LDG)等副生氣體(未燃?xì)怏w)，除此以外，還包括以制取氫為目的、在改質(zhì)COG和LDG等上述副生氣體的過程(工藝)中產(chǎn)生的氣體(工藝過程氣體)。
在本實(shí)施方案中，也可以將上述副生氣體的燃燒排氣作為含有二氧化碳的氣體(原料氣體)。另外，在水泥廠，例如懸浮預(yù)熱器(suspension preheater)出口氣體、電集塵器出口氣體等與之相適應(yīng)，火力發(fā)電廠的燃燒排氣等與之相適應(yīng)，但本發(fā)明絲毫不會(huì)限定于此。
當(dāng)原料氣體(二氧化碳發(fā)生源產(chǎn)生的副生氣體或者其燃燒排氣)在可以作為高品位的排熱加以利用時(shí)，則在本發(fā)明中，這些氣體在作為高品位的排熱的利用完成后再加以使用，因?yàn)椴捎没瘜W(xué)吸收法吸收二氧化碳時(shí)的溫度可以是常溫附近的溫度。
原料氣體可以單獨(dú)地將其中的1種供給二氧化碳的分離回收，也可以混合2種或更多種。在2種或更多種的混合形態(tài)中，除副生氣體彼此的混合形態(tài)、副生氣體的燃燒排氣彼此的混合形態(tài)之外，還包括副生氣體的燃燒排氣與副生氣體的混合形態(tài)。
也就是說，在本實(shí)施方案中，靠近多個(gè)二氧化碳發(fā)生源設(shè)置多個(gè)二氧化碳吸收設(shè)備，能夠處理多種原料氣體。
在原料氣體中，關(guān)于BFG、COG、LDG的CO2的濃度與第1實(shí)施方案說明的相同，所以在此省略其說明。
在水泥廠產(chǎn)生的懸浮預(yù)熱器出口的氣體的CO2的濃度約為14體積％，電集塵器出口的氣體的CO2的濃度約為9體積％。再者，火力發(fā)電廠產(chǎn)生的燃燒排氣的CO2的濃度約為幾～10幾體積％。
本實(shí)施方案也可以適用它們中的任一種原料氣體。作為原料氣體，優(yōu)選二氧化碳濃度高的原料氣體，可以說，使用BFG、BFG的燃燒排氣、COG的燃燒排氣、LDG的燃燒排氣、以及這些氣體與其它氣體的混合氣體都是可以的。
再者，正如后面所敘述的那樣，也可以適用在改質(zhì)COG和LDG而制取氫的過程中產(chǎn)生的氣體。當(dāng)從這些二氧化碳濃度高的原料氣體中運(yùn)用化學(xué)吸收法等手段分離回收二氧化碳時(shí)，可以獲得與第1實(shí)施方案的說明同樣的作用效果。
CO2吸收介質(zhì)能夠使用與第1實(shí)施方案說明的化學(xué)吸收液同樣的吸收介質(zhì)，理應(yīng)沒有特別的限制。
作為用于吸收二氧化碳的二氧化碳吸收設(shè)備，能夠使用與第1實(shí)施方案說明的吸收塔同樣的吸收設(shè)備，本發(fā)明理應(yīng)不會(huì)特別限定于此。
作為用于從吸收了二氧化碳的吸收介質(zhì)中利用吸收介質(zhì)再生用熱源分離二氧化碳而再生吸收介質(zhì)的吸收介質(zhì)再生設(shè)備，能夠使用與第1實(shí)施方案說明的再生塔同樣的再生設(shè)備，但本發(fā)明理應(yīng)不會(huì)特別限定于此。
為了輸送二氧化碳吸收介質(zhì)使之在二氧化碳吸收設(shè)備與吸收介質(zhì)再生設(shè)備之間進(jìn)行循環(huán)，送出配管以及返回配管設(shè)置在該兩設(shè)備之間。
作為吸收介質(zhì)再生用熱源，優(yōu)選使用工藝過程排熱。具體地說，是煉鐵工藝中產(chǎn)生的排熱或水泥制造工藝中產(chǎn)生的排熱，是優(yōu)選為500℃或以下、更優(yōu)選為400℃或以下的低品位排熱，但本發(fā)明理應(yīng)不會(huì)局限于此。其中，關(guān)于在煉鐵工藝中產(chǎn)生的排熱，因?yàn)榕c第1實(shí)施方案說明的相同，因而在此省略其說明。
作為水泥制造工藝中產(chǎn)生的排熱，例如可以列舉出懸浮預(yù)熱器的排氣(約380℃)、爐渣冷卻器(clinker cooler)排氣(約350℃)、電集塵器出口排氣(約200℃)，但本發(fā)明理應(yīng)不會(huì)限定于此。
在本實(shí)施方案中，作為吸收介質(zhì)再生用熱源，部分地利用或活用燃料的燃燒熱的情況也包括在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。
作為吸收介質(zhì)再生用熱源，在煉鐵工藝中例如可以列舉出燒結(jié)成品冷卻器、熱風(fēng)爐、高爐水淬爐渣冷卻裝置以及燒結(jié)爐等(參照后述的具體例1～5)；在水泥制造工藝中例如可以列舉出懸浮預(yù)熱器、熟料冷卻器以及電集塵器等，但本發(fā)明絲毫不會(huì)限定于此。
也就是說，本實(shí)施方案如圖6所示，作為吸收液再生用熱源(的一部分或全部)，優(yōu)選使用工藝過程排熱63a。
這是因?yàn)檎绲?實(shí)施方案所說明的那樣，通過利用或活用難以被鋼鐵廠和水泥廠利用的低品位的熱能(在低品位的熱能中，優(yōu)選盡量利用或活用高溫的熱能)，能夠大幅度降低二氧化碳的分離回收成本。
另外，作為吸收液再生用熱源，之所以優(yōu)選500℃或以下的低品位排熱，是基于第1實(shí)施方案說明的同樣的理由。
在本實(shí)施方案中，作為吸收液再生用熱源，可以單獨(dú)利用或活用一種熱源，也可以同時(shí)利用或活用2種或更多種熱源。當(dāng)并用排熱將加熱介質(zhì)加熱到預(yù)定溫度時(shí)，例如也可以將2種或更多種排熱從溫度較低的排熱開始以排熱溫度遞增的方式加熱加熱介質(zhì)。此時(shí)，如果最后熱能不足，也可以用燃料來(lái)進(jìn)行燃燒。
也就是說，本實(shí)施方案未必受限于在采用化學(xué)吸收法分離回收二氧化碳的工藝中只利用或活用工藝過程排熱的情況，例如在煉鐵廠內(nèi)除了本廠消耗的以外，本實(shí)施方案也可以將作為民用煤氣等銷售的燃料氣體的一部分用作輔助燃料。這樣的實(shí)例與第1實(shí)施方案的圖2～圖4中的說明相同，故在此省略其說明。
其次，本實(shí)施方案的特征在于上述二氧化碳吸收設(shè)備設(shè)置在上述二氧化碳發(fā)生源的附近，上述吸收介質(zhì)再生設(shè)備設(shè)置在與二氧化碳發(fā)生源所處的場(chǎng)所不同的場(chǎng)所。
本發(fā)明將化學(xué)吸收液用作吸收介質(zhì)，因此，即使配管距離較長(zhǎng)，輸送該介質(zhì)的動(dòng)力與原料氣體(氣體)相比較，也是絕對(duì)地少。另一方面，在二氧化碳吸收設(shè)備不靠近二氧化碳發(fā)生源而設(shè)置在不同場(chǎng)所的情況(離開的情況)下，為了將原料氣體供給CO2吸收設(shè)備，原料氣體供給配管距離加長(zhǎng)，運(yùn)送該輸送介質(zhì)即氣體的動(dòng)力與輸送液體的情況相比，是絕對(duì)地大。
作為與二氧化碳發(fā)生源的設(shè)置場(chǎng)所不同的吸收介質(zhì)再生設(shè)備的設(shè)置場(chǎng)所，具體地說，優(yōu)選的是在吸收介質(zhì)再生用熱源的附近。這是因?yàn)閷峤橘|(zhì)(工藝過程廢氣和燃燒氣體等)從吸收介質(zhì)再生用熱源輸送到吸收介質(zhì)再生設(shè)備的配管距離加長(zhǎng)，藉此可以防止在熱介質(zhì)輸送過程中出現(xiàn)溫度的下降和熱效率的低下。
也就是說，當(dāng)組合處于不同場(chǎng)所的二氧化碳發(fā)生源和吸收介質(zhì)再生熱源相時(shí)，通過使二氧化碳吸收設(shè)備靠近二氧化碳發(fā)生源，可以縮短與吸收介質(zhì)(吸收液)相比、需要很大輸送動(dòng)力的原料氣體配管的輸送距離，將吸收介質(zhì)(吸收液)在不同場(chǎng)所的二氧化碳吸收設(shè)備和吸收介質(zhì)再生設(shè)備之間進(jìn)行輸送，能夠有效且廉價(jià)地分離回收二氧化碳。
另外，與吸收介質(zhì)再生設(shè)備接近二氧化碳發(fā)生源、從處于不同場(chǎng)所的吸收介質(zhì)再生用熱源輸送熱介質(zhì)相比，使吸收介質(zhì)再生設(shè)備靠近處于不同場(chǎng)所的吸收介質(zhì)再生熱源可以大幅度縮短通過配管輸送再生用熱源的熱介質(zhì)的距離，能夠抑制熱源的溫度下降，能夠有效且廉價(jià)地分離回收二氧化碳。
具體地說，上述二氧化碳發(fā)生源和二氧化碳吸收設(shè)備之間的距離A、吸收介質(zhì)再生設(shè)備與吸收介質(zhì)再生用熱源之間的距離B、以及二氧化碳吸收設(shè)備與吸收介質(zhì)再生設(shè)備之間的距離C優(yōu)選滿足A＜C且B＜C的關(guān)系式(例如參照?qǐng)D10～14)。
在此，在二氧化碳吸收設(shè)備與吸收介質(zhì)再生設(shè)備為1對(duì)1的關(guān)系的情況下，其解釋與上述相同；在1對(duì)多、多對(duì)1、以及多對(duì)多的情況下，在各自的二氧化碳吸收設(shè)備與吸收介質(zhì)再生設(shè)備之間優(yōu)選全部滿足上述關(guān)系。
另外，作為吸收介質(zhì)再生用熱源，在多級(jí)設(shè)置不同溫度水平的工藝過程排熱的情況下，將吸收介質(zhì)再生設(shè)備與溫度水平最高的熱源之間的距離設(shè)定為B(例如參照?qǐng)D12和14)。
更具體地說，用于從上述二氧化碳發(fā)生源向二氧化碳吸收設(shè)備供給含有二氧化碳的氣體的配管距離X、上述二氧化碳吸收介質(zhì)的送出配管距離Y以及返回配管距離Z，優(yōu)選滿足2X＜(Y+Z)的關(guān)系式，進(jìn)一步說，如果將用于從吸收介質(zhì)再生用熱源向吸收介質(zhì)再生設(shè)備供給熱能(例如工藝過程排氣和燃料的燃燒排氣)的配管距離設(shè)定為W，則更優(yōu)選滿足(X+W)＜(Y+Z)的關(guān)系式。
此時(shí)，作為吸收介質(zhì)再生用熱源，在多級(jí)設(shè)置不同溫度水平的工藝過程排熱的情況下，將吸收介質(zhì)再生設(shè)備與溫度水平最高的熱源之間的距離設(shè)定為W(例如參照?qǐng)D12和14)。
本實(shí)施方案也可以具備1個(gè)或多個(gè)二氧化碳吸收設(shè)備以及1個(gè)或多個(gè)吸收液再生設(shè)備。例如，在有多個(gè)二氧化碳發(fā)生源的情況下，也可以靠近多個(gè)二氧化碳發(fā)生源分別設(shè)置二氧化碳吸收設(shè)備。同樣，在可以作為吸收介質(zhì)再生用熱源加以利用的工藝過程排熱分屬于多個(gè)位置的情況下，也可以靠近多個(gè)吸收介質(zhì)再生用熱源分別設(shè)置吸收介質(zhì)再生設(shè)備。
也就是說，二氧化碳吸收設(shè)備和吸收液再生設(shè)備可以取得1對(duì)1、多對(duì)1、多對(duì)多的任何一種關(guān)系，關(guān)于吸收液再生設(shè)備，將吸收介質(zhì)再生用熱源的熱量匯集在一起，從設(shè)備費(fèi)和運(yùn)行成本這一點(diǎn)上說是優(yōu)選的。
例如，如圖7所示，作為多對(duì)1的實(shí)例，分別靠近2個(gè)二氧化碳發(fā)生源53a和53b設(shè)置2個(gè)二氧化碳吸收設(shè)備55a和55b，獨(dú)立的送出配管59a和返回配管65a以及送出配管59b和返回配管65b各自設(shè)置在不同的場(chǎng)所，具體地說設(shè)置在2個(gè)二氧化碳吸收設(shè)備和靠近再生熱源63設(shè)置的1個(gè)吸收液再生設(shè)備61之間。
圖7表示的是以2個(gè)系統(tǒng)獨(dú)立的方式形成送出配管和返回配管的實(shí)例，但是，也可以使2個(gè)系統(tǒng)的配管在中途匯集成1個(gè)系統(tǒng)，將吸收介質(zhì)57輸送到1個(gè)吸收液再生設(shè)備61，當(dāng)返回到2個(gè)二氧化碳吸收設(shè)備55a和55b時(shí)，在分成2個(gè)系統(tǒng)。
另外，關(guān)于二氧化碳吸收設(shè)備和吸收液再生設(shè)備的任1個(gè)設(shè)置為多個(gè)的情況，例如，如圖8所示，作為多對(duì)多的實(shí)例，分別靠近3個(gè)二氧化碳發(fā)生源53a～53c而設(shè)置的二氧化碳吸收設(shè)備55a～55c，各自設(shè)置在不同的場(chǎng)所，具體地說，靠近各自的再生熱源63a和63b設(shè)置有吸收介質(zhì)再生設(shè)備61a和61b。
作為在這種情況的兩設(shè)備之間設(shè)置的送出配管以及返回配管，也可以使連接在3個(gè)二氧化碳吸收設(shè)備55a～55c一側(cè)的3個(gè)送出配管59a～59c彼此、以及返回配管65a～65c彼此在中途匯集，經(jīng)由再分配，作為2個(gè)送出配管59d～59e以及返回配管65d～65e，連接在各吸收介質(zhì)再生設(shè)備61a～61b上。
此時(shí)，在3個(gè)二氧化碳吸收設(shè)備所要求的CO2吸收能力、例如各二氧化碳吸收設(shè)備所處理的原料氣體量和該氣體中的CO2濃度分別不同的情況下，為了能夠供給相應(yīng)的吸收介質(zhì)量，可以調(diào)整送出配管59a～59c以及返回配管65a～65c的配管直徑(面積)和輸送泵等的輸送能力。
具體地說，在各二氧化碳吸收設(shè)備55a∶55b∶55c的二氧化碳吸收量為5∶3∶2的情況下，例如可以使送出配管59a∶59b∶59c(返回配管65a∶65b∶65c)的配管面積或者輸送能力也成為5∶3∶2。
同樣地，在2個(gè)吸收介質(zhì)再生設(shè)備的再生能力、例如各吸收介質(zhì)再生設(shè)備可以利用的吸收介質(zhì)再生用熱源等不同的情況下，為了能夠供給相應(yīng)的吸收介質(zhì)量，可以調(diào)整配管直徑(面積)和輸送能力。
具體地說，在供給各吸收介質(zhì)再生設(shè)備61a∶61b的吸收介質(zhì)再生用的熱量為6∶4的情況下，例如可以使送出配管59d∶59e(返回配管65d∶65e)的配管面積或者輸送能力也成為6∶4。
另外，在本實(shí)施方案中，作為吸收液再生用熱源(的一部分或全部)，也可以多級(jí)地設(shè)置不同溫度水平的工藝過程排熱。這與第1實(shí)施方案說明的相同(參照?qǐng)D3)。
此外，在第1實(shí)施方案以及本實(shí)施方案的任一方案中，利用吸收液再生用熱源加熱吸收介質(zhì)的加熱，并不限于直接加熱吸收介質(zhì)再生設(shè)備內(nèi)的吸收介質(zhì)的加熱，也可以在送出配管以及吸收介質(zhì)再生設(shè)備上多級(jí)地設(shè)置不同溫度水平的工藝過程排熱，由此使吸收介質(zhì)得以加熱。
此時(shí)，如圖9所示，優(yōu)選從溫度較低的工藝過程排熱開始以排熱溫度遞增的方式利用排熱。換言之，當(dāng)可能作為再生用熱源加以利用的這些熱源分散在多個(gè)地方時(shí)，如圖9所示，可以將送出配管引導(dǎo)到這些熱源附近而作為再生用熱源加以利用。
此時(shí)，可以從溫度較低的工藝過程排熱開始以排熱溫度遞增的方式利用排熱，按照從溫度較低的熱源即工藝過程排熱63a(熱源溫度T1)到溫度較高的熱源即工藝過程排熱63b(熱源溫度T2)的順序進(jìn)行配置，以便使送出配管通過熱源附近。
此外，在溫度最高的熱源即工藝過程排熱63c(熱源溫度T3)的附近設(shè)置吸收介質(zhì)再生設(shè)備61。在此，T1＜T2＜T3。由此，在吸收液于送出配管59內(nèi)通過的過程中，該吸收介質(zhì)慢慢地預(yù)熱到高溫而送入吸收介質(zhì)再生設(shè)備61，在此給予再生所必需的熱量而使二氧化碳的分離得以進(jìn)行。
在送出配管內(nèi)通過的吸收介質(zhì)通常為液體，但正如上面所敘述的那樣，在利用熱源加熱送出配管的情況下，有時(shí)可能在吸收介質(zhì)部分汽化、或者在含有氣體(該氣體中包含從吸收介質(zhì)中分離出來(lái)的二氧化碳?xì)怏w)的狀態(tài)下進(jìn)行輸送，但從降低輸送動(dòng)力的角度考慮，作為輸送配管加熱用熱源，優(yōu)選保持在這樣的溫度下，以致不會(huì)使吸收介質(zhì)發(fā)生汽化或者不會(huì)使二氧化碳分離。
換言之，作為吸收介質(zhì)，優(yōu)選比單純的氣體密度較高，特別優(yōu)選的是液體。只要在不對(duì)輸送動(dòng)力產(chǎn)生重大影響的范圍內(nèi)，液體也可以包含一部分固體或氣體。
此外，在第1實(shí)施方案以及本實(shí)施方案的任一方案中，也可以在返回配管上利用冷熱源以冷卻返回配管內(nèi)的吸收介質(zhì)。也就是說，返回配管內(nèi)的吸收介質(zhì)在返回至二氧化碳吸收設(shè)備之前冷卻到更低的溫度，這從二氧化碳的吸收效率這一點(diǎn)考慮是優(yōu)選的。
正如第1實(shí)施方案的圖1～4所示的那樣，通常以如下的方式進(jìn)行冷卻，即與送出配管內(nèi)的吸收介質(zhì)之間進(jìn)行熱交換，但在鋼鐵廠或其它大型的工廠中，有時(shí)使用大量冷熱源，有時(shí)也可能利用一部分。
但是，由于本發(fā)明的二氧化碳吸收設(shè)備與吸收介質(zhì)再生設(shè)備處于不同的場(chǎng)所(離開的場(chǎng)所)，所以通過自然放冷可以冷卻到外界溫度附近。因此，在夏季等外界溫度較高的情況下，利用上述冷熱源是特別有效的。
以上是本實(shí)施方案的說明。以下運(yùn)用附圖簡(jiǎn)要說明具體例，但本發(fā)明絲毫不會(huì)限定于此。
圖10～13示意表示通過組合處于不同場(chǎng)所的二氧化碳發(fā)生源與吸收液再生熱源而分離回收二氧化碳的具體例。
此外，在這些附圖中，就同樣的裝置等構(gòu)成要件標(biāo)記了同樣的符號(hào)，因而在圖11以后，為了避免重復(fù)，有時(shí)將其說明予以省略。
(具體例1)圖10所示的二氧化碳分離回收裝置100的構(gòu)成包括CO2吸收設(shè)備(有時(shí)也簡(jiǎn)稱為吸收塔)95，其用于從BFG(CO2濃度為20～25體積％)中采用CO2吸收介質(zhì)97吸收CO2，其中，BFG是含有CO2的氣體，該氣體由作為CO2發(fā)生源的BFG主管93通過配管94來(lái)供給；吸收介質(zhì)再生設(shè)備(再生塔101)，其用于從吸收了CO2的吸收介質(zhì)97中利用吸收介質(zhì)再生用熱源即燒結(jié)冷卻器排熱(250～350℃)分離CO2以再生吸收介質(zhì)97；吸收介質(zhì)97，其作為CO2的輸送介質(zhì)在吸收塔95和再生塔101之間進(jìn)行循環(huán)；以及送出配管99和返回配管105，其用于輸送吸收介質(zhì)97；其中，上述吸收塔95設(shè)置在BFG主管93的附近，而上述再生塔101設(shè)置在與BFG主管93所處的場(chǎng)所不同的場(chǎng)所，更詳細(xì)地說，設(shè)置在作為吸收介質(zhì)再生用熱源的燒結(jié)冷卻器103a的附近。
因此，使用上述裝置100的CO2的分離回收方法，采用靠近BFG主管93的吸收塔95，利用作為CO2輸送介質(zhì)在吸收塔95和再生塔101之間循環(huán)的吸收介質(zhì)97，從由BFG主管93供給的BFG中吸收CO2，之后通過用于輸送吸收介質(zhì)97的送出配管99，將該吸收介質(zhì)97送到再生塔101，再利用燒結(jié)冷卻器排熱加熱該吸收介質(zhì)97，采用與BFG主管93處于不同場(chǎng)所的再生塔101使CO2分離，然后通過用于輸送吸收介質(zhì)97的返回配管105返回到吸收塔而加以循環(huán)利用。
在此，用于從BFG主管93向吸收塔95供給BFG的配管94的距離X＝BFG主管93與吸收塔95之間的距離A，用于從燒結(jié)冷卻器103a向再生塔101供給燒結(jié)冷卻器排熱的配管96的距離W＝燒結(jié)冷卻器103a與吸收塔95之間的距離B，送出配管99的距離Y＝返回配管105的距離Z＝吸收塔95與再生塔101之間的距離C，它們的構(gòu)成關(guān)系滿足2X＜(Y+Z)、(X+W)＜(Y+Z)、以及A＜C且B＜C之中的任何一個(gè)關(guān)系式。
高爐產(chǎn)生的BFG通過BFG主管作為燃料氣體供給鋼鐵廠內(nèi)自家的發(fā)電廠或附近的火力發(fā)電廠，在此，有利的一點(diǎn)是，于BFG主管上設(shè)置閥門，將BFG的一部分或全部通過CO2分離回收裝置100除去二氧化碳后，可以作為燃燒效率高的燃料供給至自家發(fā)電廠或火力發(fā)電廠(這一點(diǎn)能獲得與第1實(shí)施方案說明的同樣的效果)。
(具體例2)圖11所示的CO2分離回收裝置110作為吸收介質(zhì)再生用熱源加以利用的是熱風(fēng)爐排氣(150～300℃)(的一部分或全部)，再生塔101設(shè)置在作為吸收介質(zhì)再生用熱源的熱風(fēng)爐103b的附近，除此以外的構(gòu)成與圖10所示的CO2分離回收裝置100同樣。
因此，使用上述裝置110的CO2分離回收方法，除了利用熱風(fēng)爐排氣加熱吸收介質(zhì)97這一點(diǎn)以外，其余與采用圖10所示的CO2分離回收裝置100的CO2分離回收方法是一樣的。
在此，配管94的距離X＝BFG主管93與吸收塔95之間的距離A，用于從熱風(fēng)爐103b向再生塔101供給熱風(fēng)爐排氣的配管96的距離W＝熱風(fēng)爐103b與吸收塔95之間的距離B，送出配管99的距離Y＝返回配管105的距離Z＝吸收塔95與再生塔101之間的距離C，它們的構(gòu)成關(guān)系滿足2X＜(Y+Z)、(X+W)＜(Y+Z)、以及A＜C且B＜C之中的任何一個(gè)關(guān)系式。
(具體例3)圖12所示的CO2分離回收裝置120是作為吸收液再生用熱源的一部分或全部、多級(jí)地(2級(jí))設(shè)置不同溫度水平的工藝過程排熱的實(shí)例。
在吸收介質(zhì)再生用熱源中，作為溫度水平高的熱源，利用熱風(fēng)爐排氣(150～300℃)(的一部分或全部)，另外，作為溫度水平低的熱源，利用高爐水淬爐渣排水(60～90℃)，再生塔101設(shè)置在吸收介質(zhì)再生用熱源即熱風(fēng)爐103b的附近，送出配管99以通過靠近高爐水淬爐渣冷卻裝置的位置的方式進(jìn)行配置，除這一點(diǎn)以外，其余的構(gòu)成與圖10所示的CO2分離回收裝置100同樣。
因此，采用上述裝置120的CO2分離回收方法，首先利用高爐水淬爐渣排水加熱(預(yù)熱)送出配管99內(nèi)的吸收介質(zhì)97，之后利用熱風(fēng)爐排氣加熱吸收介質(zhì)97，除這一點(diǎn)以外，其余的構(gòu)成與圖10所示的CO2分離回收裝置100同樣。
在此，配管94的距離X＝BFG主管93與吸收塔95之間的距離A，用于從熱風(fēng)爐103b向再生塔101供給熱風(fēng)爐排氣的配管96的距離W＝熱風(fēng)爐103b與吸收塔95之間的距離B，送出配管99的距離Y＝返回配管105的距離Z＝吸收塔95與再生塔101之間的距離C，它們的構(gòu)成關(guān)系滿足2X＜(Y+Z)、(X+W)＜(Y+Z)、以及A＜C且B＜C之中的任何一個(gè)關(guān)系式。
(具體例4)圖13所示的CO2分離回收裝置130的構(gòu)成是，從作為CO2發(fā)生源的鋼鐵廠內(nèi)自家的發(fā)電廠(聯(lián)合火力發(fā)電廠)93a通過配管94a向吸收塔95供給含有CO2氣體的燃燒排氣(CO2濃度8～20體積％)，除這一點(diǎn)以外，其余的構(gòu)成與圖10所示的CO2分離回收裝置100同樣。
因此，使用上述裝置130的CO2分離回收方法，采用靠近鋼鐵廠內(nèi)自家的發(fā)電廠93a的吸收塔95，從由該自家發(fā)電廠93a供給的燃燒排氣中使用吸收介質(zhì)97吸收CO2，除這一點(diǎn)以外，其余與使用圖10所示的CO2分離回收裝置100的CO2分離回收方法相同。
在此，配管94a的距離X＝自家發(fā)電廠93a與吸收塔95之間的距離A，用于從燒結(jié)冷卻器103a向再生塔101供給燒結(jié)冷卻器排氣的配管96的距離W＝燒結(jié)冷卻器103a與吸收塔95之間的距離B，送出配管99的距離Y＝返回配管105的距離Z＝吸收塔95與再生塔101之間的距離C，它們的構(gòu)成關(guān)系滿足2X＜(Y+Z)、(X+W)＜(Y+Z)、以及A＜C且B＜C之中的任何一個(gè)關(guān)系式。
另外，鋼鐵廠內(nèi)自家的發(fā)電廠能夠以BFG或采用圖10～12的CO2分離回收裝置除去二氧化碳的BFG和重油為燃料進(jìn)行火力發(fā)電。上述燃燒排氣的CO2濃度為8～20體積％是使用通常的BFG和重油時(shí)的實(shí)例。
(具體例5)圖14所示的CO2分離回收裝置140的構(gòu)成是，從作為CO2發(fā)生源(靠近鋼鐵廠)的火力發(fā)電廠93b通過配管94a向吸收塔95供給含有CO2氣體的燃燒排氣(CO2濃度8～15體積％)，而且作為吸收液再生用熱源，是多級(jí)(3級(jí))設(shè)置不同溫度水平的鋼鐵廠的工藝過程排熱的實(shí)例。
在吸收介質(zhì)再生用熱源中，作為溫度水平最高的熱源，利用燒結(jié)冷卻器排熱(250～350℃)，作為溫度水平次高的熱源，利用熱風(fēng)爐排氣(150～300℃)(的一部分或全部)，另外，作為溫度水平更低的熱源，利用高爐水淬爐渣冷卻水(60～90℃)，再生塔101設(shè)置在與火力發(fā)電廠93b不同的場(chǎng)所，詳細(xì)地說，設(shè)置在作為吸收介質(zhì)再生用熱源的燒結(jié)冷卻器103a的附近，送出配管99以通過靠近高爐水淬爐渣冷卻裝置103c以及熱風(fēng)爐103b的位置的方式進(jìn)行配置，除這一點(diǎn)以外，其余的構(gòu)成與圖10所示的CO2分離回收裝置100同樣。
因此，使用上述裝置140的CO2分離回收方法，采用靠近毗鄰鋼鐵廠的火力發(fā)電廠93b的吸收塔95，使用吸收介質(zhì)97從由該火力發(fā)電廠93b供給的燃燒排氣中吸收CO2，進(jìn)而從溫度較低的工藝過程排熱開始以排熱溫度遞增的方式利用排熱，首先利用高爐水淬爐渣排水、接著利用熱風(fēng)爐排氣加熱(預(yù)熱)送出配管99內(nèi)的吸收介質(zhì)97，之后利用燒結(jié)冷卻器排熱加熱吸收介質(zhì)97，除這一點(diǎn)以外，與使用圖10所示的CO2分離回收裝置100的CO2分離回收方法相同。
在此，配管94b的距離X＝火力發(fā)電廠93b與吸收塔95之間的距離A，用于從燒結(jié)冷卻器103a向再生塔101供給燒結(jié)冷卻器排熱的配管96的距離W＝燒結(jié)冷卻器103a與吸收塔95之間的距離B，送出配管99的距離Y＝返回配管105的距離Z＝吸收塔95與再生塔101之間的距離C，它們的構(gòu)成關(guān)系滿足2X＜(Y+Z)、(X+W)＜(Y+Z)、以及A＜C且B＜C之中的任何一個(gè)關(guān)系式。
此外，作為本實(shí)施方案能夠適用的、使用化學(xué)吸收法的二氧化碳的分離回收工藝(裝置以及方法)，只要滿足上述的“二氧化碳吸收設(shè)備設(shè)置在二氧化碳發(fā)生源附近、上述吸收介質(zhì)再生設(shè)備設(shè)置在與二氧化碳發(fā)生源所處的場(chǎng)所不同的場(chǎng)所”這一要件，則理應(yīng)沒有特別的限制。
因此，從含有二氧化碳的原料氣體(鋼鐵廠產(chǎn)生的副生氣體及其燃燒排氣)中用化學(xué)吸收液吸收二氧化碳，之后加熱該吸收液而進(jìn)行二氧化碳的分離，在這項(xiàng)工藝中，所使用的化學(xué)吸收液的種類、其濃度和液量、該工藝的裝置構(gòu)成、該工藝中的溫度和壓力等條件以及各種控制方法等，作為使用化學(xué)吸收法的二氧化碳的分離回收技術(shù)已經(jīng)是公知的技術(shù)，而且許多改進(jìn)也正在進(jìn)行之中。
不用說，本實(shí)施方案也包括這些改進(jìn)技術(shù)，能夠用作分離回收工藝，不過，這些技術(shù)在許多公知文獻(xiàn)和專利公報(bào)中已經(jīng)刊載，故在此省略其詳細(xì)說明。
(二氧化碳提取后的副生氣體的利用方法)關(guān)于二氧化碳提取后的副生氣體的利用方法，與第1實(shí)施方案說明的相同，故在此省略其說明。
(二氧化碳提取后的原料氣體的利用方法)關(guān)于二氧化碳提取后的原料氣體，對(duì)于在鋼鐵廠以外的水泥廠和火力發(fā)電廠能夠與鋼鐵廠的副生氣體一樣加以利用的，則可以加以利用，而對(duì)于不能利用的，則不予利用而排放(參照?qǐng)D13和14)。
(分離回收的二氧化碳的使用方法)關(guān)于分離回收的二氧化碳的使用方法，與第1實(shí)施方案說明的相同，故在此省略其說明。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的第1實(shí)施方案，可以得到如下的效果。
1)與火力發(fā)電廠的燃燒排氣相比，從二氧化碳比率較高的鋼鐵廠的副生氣體(未燃?xì)怏w)中采用化學(xué)吸收法分離回收二氧化碳，由此能夠使分離回收設(shè)備變得緊湊。雖然也取決于使用的原料氣體，但舉例來(lái)說，如果將鋼鐵廠的BFG用作原料氣體以代替煤炭火力發(fā)電廠的二氧化碳濃度低的燃燒排氣，則設(shè)備費(fèi)用可以降低3成或以上。
2)通過利用或活用鋼鐵廠的0～500℃、優(yōu)選為350℃或以下的低品位能源，能夠降低采用化學(xué)吸收法的二氧化碳分離回收的運(yùn)行成本。具體地說，在化學(xué)吸收法所使用的再生塔內(nèi)，加熱化學(xué)吸收液所需要的熱能成為本方法在運(yùn)行成本方面起決定作用的原因(5～8成左右)，在此，因?yàn)槟軌蚶没蚧钣娩撹F廠內(nèi)的低品位排熱，所以能夠大幅度降低整個(gè)運(yùn)行成本。
3)通過從上述副生氣體或其燃燒排氣中分離回收二氧化碳，能夠改善在后段使用副生氣體作為燃料時(shí)的熱效率。雖然也取決于使用的原料氣體，但舉例來(lái)說，在使用鋼鐵廠的BFG作為原料氣體的情況下，熱效率能夠改善2～3成左右。
4)再者，將上述的副生氣體(未燃?xì)怏w)作為燃料氣體使用后的燃燒排氣，二氧化碳的比率更高，因此二氧化碳的分離回收設(shè)備能夠進(jìn)一步小型化，能夠提高鋼鐵廠的二氧化碳的排放削減量(分離回收量)。
根據(jù)本發(fā)明的第2實(shí)施方案，通過組合處于不同場(chǎng)所的二氧化碳發(fā)生源和吸收液再生熱源，能夠有效且廉價(jià)地從二氧化碳發(fā)生源分離回收二氧化碳。
根據(jù)本發(fā)明，能夠同時(shí)獲得上述效果，因而能夠極其廉價(jià)地分離回收二氧化碳。故而本發(fā)明對(duì)于成本競(jìng)爭(zhēng)非常激烈的鋼鐵廠也是產(chǎn)業(yè)上能夠加以利用的有效且有用的技術(shù)。
再者，根據(jù)本發(fā)明，也可以將回收的二氧化碳在鋼鐵廠內(nèi)例如在高爐的爐頂氣體循環(huán)中作為還原氣體加以利用。其結(jié)果，能夠減少還原劑的用量，而且在高爐中能夠減少焦碳的使用量以及CO2的發(fā)生量等，能夠明顯抑制鋼鐵廠的總成本的上升(根據(jù)情況，可降低成本)。
另外，如上所述，也提出了許多將回收的二氧化碳變成有價(jià)值產(chǎn)品的技術(shù)(包括本發(fā)明者新發(fā)現(xiàn)的技術(shù))。本發(fā)明通過組合這樣的技術(shù)，抑制了產(chǎn)品成本的上升(由于二氧化碳的商品價(jià)值，其總成本的削減也是可能的)，而且提供一種有助于有效防止全球變暖的極其有用的技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種采用化學(xué)吸收法從鋼鐵廠產(chǎn)生的副生氣體中分離回收二氧化碳的方法，其特征在于用化學(xué)吸收液從該氣體中吸收二氧化碳后，在加熱所述化學(xué)吸收液使二氧化碳得以分離的工藝中，利用或活用鋼鐵廠產(chǎn)生的500℃或以下的低品位排熱。
2.一種采用化學(xué)吸收法從鋼鐵廠產(chǎn)生的副生氣體的燃燒排氣中分離回收二氧化碳的方法，其特征在于用化學(xué)吸收液從該氣體中吸收二氧化碳后，在加熱所述化學(xué)吸收液使二氧化碳得以分離的工藝中，利用或活用鋼鐵廠產(chǎn)生的500℃或以下的低品位排熱。
3.一種采用化學(xué)吸收法從改質(zhì)工藝產(chǎn)生的工藝過程氣體中分離回收二氧化碳的方法，其中改質(zhì)工藝用于從鋼鐵廠產(chǎn)生的副生氣體中制取氫，所述方法的特征在于用化學(xué)吸收液從該氣體中吸收二氧化碳后，在加熱所述化學(xué)吸收液使二氧化碳分離的工藝中，利用或活用鋼鐵廠產(chǎn)生的500℃或以下的低品位排熱。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3的任一項(xiàng)所述的二氧化碳的分離回收方法，其特征在于供給所述化學(xué)吸收法的所述副生氣體、燃燒排氣或者工藝過程氣體中的二氧化碳濃度為15體積％或以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4的任一項(xiàng)所述的二氧化碳的分離回收方法，其特征在于所述副生氣體是高爐氣、焦?fàn)t氣以及轉(zhuǎn)爐氣之中的至少1種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5的任一項(xiàng)所述的二氧化碳的分離回收方法，其特征在于所述化學(xué)吸收液的再生所必需的熱量的全部或一部分利用或活用鋼鐵廠產(chǎn)生的排熱。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6的任一項(xiàng)所述的二氧化碳的分離回收方法，其特征在于根據(jù)所述化學(xué)吸收液的特性，為化學(xué)吸收液的再生而多級(jí)利用或活用鋼鐵廠產(chǎn)生的適當(dāng)?shù)呐艧帷?br> 8.根據(jù)權(quán)利要求1～7的任一項(xiàng)所述的二氧化碳的分離回收方法，其特征在于為所述化學(xué)吸收液的再生而盡可能地利用或者活用鋼鐵廠產(chǎn)生的排熱，同時(shí)使用工廠用蒸汽。
9.一種從二氧化碳發(fā)生源分離回收二氧化碳的裝置，其特征在于，該裝置的構(gòu)成包括二氧化碳吸收設(shè)備，其用于從由二氧化碳發(fā)生源供給的含有二氧化碳的氣體中采用二氧化碳吸收介質(zhì)吸收二氧化碳；吸收介質(zhì)再生設(shè)備，其用于從吸收了二氧化碳的吸收介質(zhì)中利用吸收介質(zhì)再生用熱源分離二氧化碳以再生吸收介質(zhì)；二氧化碳吸收介質(zhì)，其作為二氧化碳的輸送介質(zhì)在兩設(shè)備間進(jìn)行循環(huán)；以及送出配管和返回配管，其用于輸送二氧化碳吸收介質(zhì)；其中，所述二氧化碳的吸收設(shè)備設(shè)置在二氧化碳發(fā)生源附近，而所述吸收介質(zhì)再生設(shè)備設(shè)置在與二氧化碳發(fā)生源所處的場(chǎng)所不同的場(chǎng)所。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的二氧化碳的分離回收裝置，其特征在于所述二氧化碳發(fā)生源和二氧化碳吸收設(shè)備之間的距離A、吸收介質(zhì)再生設(shè)備與吸收介質(zhì)再生用熱源之間的距離B、以及二氧化碳吸收設(shè)備與吸收介質(zhì)再生設(shè)備之間的距離C滿足A＜C且B＜C的關(guān)系式。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的二氧化碳的分離回收裝置，其特征在于用于從所述二氧化碳發(fā)生源向二氧化碳吸收設(shè)備供給含有二氧化碳的氣體的配管距離X、所述二氧化碳吸收介質(zhì)的送出配管距離Y和返回配管距離Z、以及用于從吸收介質(zhì)再生用熱源向吸收介質(zhì)再生設(shè)備供熱的配管距離W之間滿足2X＜Y+Z的關(guān)系式以及X+W＜Y+Z的關(guān)系式之中的至少一個(gè)關(guān)系式。
12.根據(jù)權(quán)利要求9～11的任一項(xiàng)所述的二氧化碳的分離回收裝置，其特征在于所述吸收介質(zhì)再生設(shè)備設(shè)置在被用作吸收介質(zhì)再生用熱源的工藝過程排熱源附近。
13.根據(jù)權(quán)利要求9～12的任一項(xiàng)所述的二氧化碳的分離回收裝置，其特征在于利用工藝過程排熱作為所述吸收液再生用熱源的一部分或全部。
14.根據(jù)權(quán)利要求9～13的任一項(xiàng)所述的二氧化碳的分離回收裝置，其特征在于該分離回收裝置的構(gòu)成包括所述1套或多套二氧化碳吸收設(shè)備和1套或多套吸收液再生設(shè)備。
15.根據(jù)權(quán)利要求9～14的任一項(xiàng)所述的二氧化碳的分離回收裝置，其特征在于作為所述吸收液再生用熱源的一部分或全部，多級(jí)利用不同溫度水平的工藝過程排熱。
16.一種從二氧化碳發(fā)生源分離回收二氧化碳的方法，其特征在于采用靠近二氧化碳發(fā)生源設(shè)置的二氧化碳吸收設(shè)備，利用二氧化碳吸收介質(zhì)從由該二氧化碳發(fā)生源供給的含有二氧化碳的氣體中吸收二氧化碳，之后利用吸收液再生用熱源加熱該二氧化碳吸收介質(zhì)，采用與二氧化碳發(fā)生源處于不同場(chǎng)所的吸收液再生設(shè)備使二氧化碳分離。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的二氧化碳的分離回收方法，其特征在于所述二氧化碳發(fā)生源和二氧化碳吸收設(shè)備之間的距離A、吸收介質(zhì)再生設(shè)備與吸收介質(zhì)再生用的熱源之間的距離B、以及二氧化碳吸收設(shè)備與吸收介質(zhì)再生設(shè)備之間的距離C滿足A＜C且B＜C的關(guān)系式。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的二氧化碳的分離回收方法，其特征在于用于從所述二氧化碳發(fā)生源向二氧化碳吸收設(shè)備供給含有二氧化碳的氣體的配管距離X、所述二氧化碳吸收介質(zhì)的送出配管距離Y和返回配管距離Z、以及用于從吸收介質(zhì)再生用熱源向吸收介質(zhì)再生設(shè)備供熱的配管距離W之間滿足2X＜Y+Z的關(guān)系式以及X+W＜Y+Z的關(guān)系式之中的至少一個(gè)關(guān)系式。
19.根據(jù)權(quán)利要求16～18的任一項(xiàng)所述的二氧化碳的分離回收方法，其特征在于所述吸收介質(zhì)再生設(shè)備設(shè)置在被用作吸收介質(zhì)再生用熱源的工藝過程排熱源附近。
20.根據(jù)權(quán)利要求16～19的任一項(xiàng)所述的二氧化碳的分離回收方法，其特征在于利用工藝過程排熱作為所述吸收液再生用熱源的一部分或全部。
21.根據(jù)權(quán)利要求16～20的任一項(xiàng)所述的二氧化碳的分離回收方法，其特征在于該分離回收方法使用所述1套或多套二氧化碳吸收設(shè)備和1套或多套吸收液再生設(shè)備。
22.根據(jù)權(quán)利要求16～21的任一項(xiàng)所述的二氧化碳的分離回收方法，其特征在于作為所述吸收液再生用熱源的一部分或全部，多級(jí)利用不同溫度水平的工藝過程排熱。
全文摘要
一種采用化學(xué)吸收法從鋼鐵廠產(chǎn)生的副生氣體等中分離回收二氧化碳的方法，其特征在于用化學(xué)吸收液從該氣體中吸收二氧化碳后，在加熱化學(xué)吸收液使二氧化碳分離的工藝中，利用或活用鋼鐵廠產(chǎn)生的低品位的排熱。
文檔編號(hào)C01B31/20GK1747774SQ20048000353
公開日2006年3月15日 申請(qǐng)日期2004年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月4日
發(fā)明者河野巧, 林干洋, 風(fēng)間伸吾, 小野透, 河村隆文, 高橋耕治, 原田修一, 中山秀明, 臼杵正好 申請(qǐng)人:新日本制鐵株式會(huì)社