二氧化碳回收方法中的二氧化碳吸收液的再生方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種二氧化碳回收方法中的二氧化碳吸收液的再生方法，其在具備二氧化碳吸收工序和再生工序的二氧化碳回收方法中，將吸收了二氧化碳的濃溶液在保持液體狀態(tài)下導(dǎo)向具備選擇性滲透二氧化碳的用于二氧化碳分離的沸石膜的膜分離裝置（5），用滲透汽化法分離去除二氧化碳，再生二氧化碳吸收液，在所述二氧化碳吸收工序中，使含有二氧化碳的被處理氣體與二氧化碳吸收液接觸而去除被處理氣體中的二氧化碳，在所述再生工序中，將在二氧化碳吸收工序中吸收了二氧化碳的濃溶液中的二氧化碳去除，而進(jìn)行再生。
【專利說明】二氧化碳回收方法中的二氧化碳吸收液的再生方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種從例如燃燒廢氣、天然氣、生物氣、化學(xué)工藝氣體等各種氣體中分離二氧化碳的二氧化碳回收方法中的二氧化碳吸收液的再生方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，由二氧化碳導(dǎo)致的溫室效應(yīng)被指出是全球變暖現(xiàn)象的原因之一，在保護(hù)地球環(huán)境方面，其對策在國際上也成為當(dāng)務(wù)之急。
[0003]以往，一般實施如下方法，例如，使鍋爐的燃燒廢氣與胺類二氧化碳吸收液接觸，而去除、回收燃燒廢氣中的二氧化碳。
[0004]在這種情況下，以往通過使用例如單乙醇胺(MEA)或空間位阻胺等吸收液的化學(xué)吸收法，吸收/再生二氧化碳(二氧化碳放散)，從而分離二氧化碳。
[0005]在下述專利文獻(xiàn)I中，作為使用如上所述的胺類二氧化碳吸收液而從燃燒廢氣中去除/回收二氧化碳的工藝，公開了下述方法，其在吸收塔中使燃燒廢氣與二氧化碳吸收液接觸，在再生塔中將吸收了二氧化碳的吸收液進(jìn)行加熱，使二氧化碳游離的同時再生吸收液，并再次循環(huán)到吸收塔中而再次使用。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)1:日本專利特開平3-193116號公報
【發(fā)明內(nèi)容】

[0009](一)要解決的技術(shù)問題
[0010]但是，根據(jù)上述專利文獻(xiàn)I所述的現(xiàn)有方法，具有如下問題:在二氧化碳的分離操作中，在吸收液中吸收了二氧化碳后進(jìn)行的再生工序中需要大量的熱能，這成為二氧化碳分離所耗成本上升的主要原因。
[0011]但現(xiàn)狀是，作為二氧化碳的大型處理設(shè)備，使用胺類二氧化碳吸收液的方法是最流行的分離操作，如何將該再生中所必需熱能縮小，成為本領(lǐng)域的一大技術(shù)問題。作為克服該技術(shù)問題的方法，進(jìn)行大量通過選定吸收液而謀求在吸收/解離二氧化碳時降低反應(yīng)熱的研究。
[0012]本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)問題，提供一種二氧化碳回收方法中的二氧化碳吸收液的再生方法，其通過在將吸收了二氧化碳的濃溶液再生成吸收液的再生工序中，在二氧化碳與吸收液的平衡反應(yīng)(吸收/放散)狀態(tài)下，使用具備沸石膜的膜分離裝置，使該平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變而有效地促進(jìn)反應(yīng)，即使用所謂膜反應(yīng)器的功能，構(gòu)筑化學(xué)吸收法和沸石膜組合而成的節(jié)能型復(fù)合系統(tǒng)，能夠減少吸收液再生所必需的熱能，能夠大幅降低二氧化碳的分離去除成本。
[0013](二)技術(shù)方案
[0014]為了實現(xiàn)上述目的，技術(shù)方案I的二氧化碳回收方法中的二氧化碳吸收液的再生方法的發(fā)明的特征在于，在具備二氧化碳吸收工序和再生工序的二氧化碳回收方法中，將吸收了二氧化碳的濃溶液在保持液體狀態(tài)下導(dǎo)向具備選擇性滲透二氧化碳的用于二氧化碳分離的沸石膜的膜分離裝置，用滲透汽化法分離去除二氧化碳，再生二氧化碳吸收液，在所述二氧化碳吸收工序中，使含有二氧化碳的被處理氣體與二氧化碳吸收液接觸而去除被處理氣體中的二氧化碳，在所述再生工序中，將在二氧化碳吸收工序中吸收了二氧化碳的濃溶液中的二氧化碳去除，而進(jìn)行再生。
[0015]技術(shù)方案2的發(fā)明是技術(shù)方案I所述的二氧化碳回收方法中的二氧化碳吸收液的再生方法，其特征在于，將吸收了二氧化碳的濃溶液在保持液體狀態(tài)下導(dǎo)向選擇性滲透二氧化碳的膜分離裝置之前，為了將吸收了二氧化碳的濃溶液中所含水分從濃溶液吸收液中分離，將濃溶液在保持液體狀態(tài)下導(dǎo)向具備選擇性滲透水分的用于水分分離的沸石膜的膜分離裝置，用滲透汽化法分離/去除水分。
[0016]技術(shù)方案3的發(fā)明是技術(shù)方案I所述的二氧化碳回收方法中的二氧化碳吸收液的再生方法，其特征在于，為了用滲透汽化法將二氧化碳進(jìn)行膜分離，對具備用于二氧化碳分離的沸石膜的膜分離裝置的二次(滲透)側(cè)進(jìn)行減壓。
[0017]技術(shù)方案4的發(fā)明是技術(shù)方案2所述的二氧化碳回收方法中的二氧化碳吸收液的再生方法，其特征在于，為了用滲透汽化法將水分進(jìn)行膜分離，通過冷卻源將滲透至具備用于水分分離的沸石膜的膜分離裝置的二次(滲透)側(cè)的水分進(jìn)行凝結(jié)，以此對膜分離裝置的二次(滲透)側(cè)進(jìn)行減壓。
[0018]技術(shù)方案5的發(fā)明是技術(shù)方案I或3所述的二氧化碳回收方法中的二氧化碳吸收液的再生方法，其特征在于，作為用滲透汽化法將二氧化碳進(jìn)行膜分離時所必需的熱量，將原本應(yīng)處理的高溫被處理氣體作為熱源導(dǎo)向具備用于二氧化碳分離的沸石膜的膜分離裝置。
[0019]技術(shù)方案6的發(fā)明是技術(shù)方案2或4所述的二氧化碳回收方法中的二氧化碳吸收液的再生方法，其特征在于，作為用滲透汽化法將水分進(jìn)行膜分離時所必需的熱量，將原本應(yīng)處理的高溫被處理氣體作為熱源導(dǎo)向具備用于水分分離的沸石膜的膜分離裝置。
[0020]技術(shù)方案7的發(fā)明是技術(shù)方案5或6所述的二氧化碳回收方法中的二氧化碳吸收液的再生方法，其特征在于，膜分離裝置具備高溫被處理氣體流路，該高溫被處理氣體流路接受原本應(yīng)處理的高溫被處理氣體作為熱源，以作為用滲透汽化法將二氧化碳或水分進(jìn)行膜分離時所必需的熱量。
[0021](三)有益效果
[0022]技術(shù)方案I的二氧化碳回收方法中的二氧化碳吸收液的再生方法的發(fā)明的特征在于，在具備二氧化碳吸收工序和再生工序的二氧化碳回收方法中，將吸收了二氧化碳的濃溶液在保持液體狀態(tài)下導(dǎo)向具備選擇性滲透二氧化碳的用于二氧化碳分離的沸石膜的膜分離裝置，用滲透汽化法分離去除二氧化碳，再生二氧化碳吸收液，在所述二氧化碳吸收工序中，使含有二氧化碳的被處理氣體與二氧化碳吸收液接觸而去除被處理氣體中的二氧化碳，在所述再生工序中，將在二氧化碳吸收工序中吸收了二氧化碳的濃溶液中的二氧化碳去除，而進(jìn)行再生，因此，根據(jù)技術(shù)方案I的發(fā)明，其發(fā)揮如下效果，其通過在將吸收了二氧化碳的濃溶液再生成吸收液的再生工序中，在二氧化碳與吸收液的平衡反應(yīng)(吸收/放散)狀態(tài)下，使用具備沸石膜的膜分離裝置，使該平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變而有效地促進(jìn)反應(yīng)，即使用所謂膜反應(yīng)器的功能，從而構(gòu)筑化學(xué)吸收法和沸石膜組合而成的節(jié)能型復(fù)合系統(tǒng)，能夠減少吸收液再生所必需的熱能，能夠大幅降低二氧化碳的分離去除成本。此外，通過平衡狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，能夠降低再生吸收液的溫度，還能夠期待吸收液自身的耐久性提高的效果。
[0023]技術(shù)方案2的發(fā)明是技術(shù)方案I所述的二氧化碳回收方法中的二氧化碳吸收液的再生方法，其特征在于，將吸收了二氧化碳的濃溶液在保持液體狀態(tài)下導(dǎo)向選擇性滲透二氧化碳的膜分離裝置之前，為了將吸收了二氧化碳的濃溶液中所含水分從濃溶液吸收液中分離，將濃溶液在保持液體狀態(tài)下導(dǎo)向具備選擇性滲透水分的用于水分分離的沸石膜的膜分離裝置，用滲透汽化法分離/去除水分，因此，根據(jù)技術(shù)方案2的發(fā)明，在技術(shù)方案I所述的用滲透汽化法將二氧化碳進(jìn)行膜分離時，由于水分的存在成為阻礙二氧化碳的膜滲透的主要原因，因此通過在二氧化碳分離前預(yù)先去除水分，發(fā)揮如下效果，其能夠充分發(fā)揮二氧化碳的分離性能，同時不會增加水分而能夠使吸收液的成分穩(wěn)定。
[0024]技術(shù)方案3的發(fā)明是技術(shù)方案I所述的二氧化碳回收方法中的二氧化碳吸收液的再生方法，其特征在于，為了用滲透汽化法將二氧化碳進(jìn)行膜分離，對具備用于二氧化碳分離的沸石膜的膜分離裝置的二次(滲透)側(cè)進(jìn)行減壓，因此，根據(jù)技術(shù)方案3的發(fā)明，發(fā)揮如下效果，通過確保作為二氧化碳滲透過膜的驅(qū)動力的分壓差，能夠減少膜面積，同時成為分離回收的二氧化碳的輸送動力。
[0025]技術(shù)方案4的發(fā)明是技術(shù)方案2所述的二氧化碳回收方法中的二氧化碳吸收液的再生方法，其特征在于，為了用滲透汽化法將水分進(jìn)行膜分離，通過冷卻源將滲透至具備用于水分分離的沸石膜的膜分離裝置的二次(滲透)側(cè)的水分進(jìn)行凝結(jié)，以此對膜分離裝置的二次(滲透)側(cè)進(jìn)行減壓，因此，根據(jù)技術(shù)方案4的發(fā)明，發(fā)揮如下效果，通過確保作為水分滲透過膜的驅(qū)動力的分壓差，能夠減少膜面積，同時不需要如技術(shù)方案3的真空泵這樣的電動力。
[0026]技術(shù)方案5的發(fā)明是技術(shù)方案I或3所述的二氧化碳回收方法中的二氧化碳吸收液的再生方法，其特征在于，作為用滲透汽化法將二氧化碳進(jìn)行膜分離時所必需的熱量，將原本應(yīng)處理的高溫被處理氣體作為熱源導(dǎo)向具備用于二氧化碳分離的沸石膜的膜分離裝置，因此，根據(jù)技術(shù)方案5的發(fā)明，發(fā)揮如下效果，通過利用一直以來被廢棄的廢氣的熱，而不需要用于二氧化碳吸收液再生的新熱源，能夠大幅消減能耗。
[0027]技術(shù)方案6的發(fā)明是技術(shù)方案2或4所述的二氧化碳回收方法中的二氧化碳吸收液的再生方法，其特征在于，作為用滲透汽化法將水分進(jìn)行膜分離時所必需的熱量，將原本應(yīng)處理的高溫被處理氣體作為熱源導(dǎo)向具備用于水分分離的沸石膜的膜分離裝置，根據(jù)技術(shù)方案6的發(fā)明，與技術(shù)方案5同樣地發(fā)揮如下效果，通過利用一直以來被廢棄的廢氣的熱，而不需要用于水分的吸收液再生的新熱源，能夠大幅消減能耗。
[0028]技術(shù)方案7的發(fā)明是技術(shù)方案5或6所述的二氧化碳回收方法中的二氧化碳吸收液的再生方法，其特征在于，膜分離裝置具備高溫被處理氣體流路，該高溫被處理氣體流路接受原本應(yīng)處理的高溫被處理氣體作為熱源，以作為用滲透汽化法將二氧化碳或水分進(jìn)行膜分離時所必需的熱量，根據(jù)技術(shù)方案7的發(fā)明，發(fā)揮如下效果，其能夠在進(jìn)行膜分離的情況下加入滲透汽化分離所必需的熱能，結(jié)果既能夠降低吸收液加熱的溫度，又不需要新的加熱器。【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1是表示本發(fā)明的二氧化碳回收方法中的二氧化碳吸收液的再生方法的實施方式的流程圖。
[0030]圖2是本發(fā)明的二氧化碳回收方法中的二氧化碳吸收液的再生方法中使用的膜分離裝置的縱剖面放大圖。
[0031]圖3是表示以往的二氧化碳回收方法中的二氧化碳吸收液的再生方法的實施方式的流程圖。
[0032]附圖標(biāo)記說明
[0033]1:吸收塔
[0034]2:泵
[0035]3:熱交換器
[0036]4:具備用于水分分離的沸石膜的膜分離裝置(分離膜組件)
[0037]5:具備用于二氧化碳分離的沸石膜的膜分離裝置(分離膜組件)
[0038]6:冷凝器
[0039]7:真空泵
[0040]8:泵
[0041]9:冷卻器
[0042]10:多管式分離膜組件
[0043]13:用于二氧化碳分離的沸石膜元件
[0044]21:接受作為熱源的廢氣等的高溫被處理氣體流路
[0045]下面，參照【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的實施方式，但本發(fā)明并不限定于此。
[0046]圖1是表示本發(fā)明的二氧化碳回收方法中的二氧化碳吸收液的再生方法的實施方式的流程圖。
[0047]參照該圖，本發(fā)明的二氧化碳回收方法中的二氧化碳吸收液的再生方法的發(fā)明的特征在于，在具備二氧化碳吸收工序和再生工序的二氧化碳回收方法中，將吸收了二氧化碳的濃溶液在保持液體狀態(tài)下導(dǎo)向具備選擇性滲透二氧化碳的用于二氧化碳分離的沸石膜的膜分離裝置5，用滲透汽化法分離去除二氧化碳，再生二氧化碳吸收液，在所述二氧化碳吸收工序中，使含有二氧化碳的廢氣等被處理氣體與二氧化碳吸收液在吸收塔I進(jìn)行接觸而去除廢氣等被處理氣體中的二氧化碳，在所述再生工序中，將在二氧化碳吸收工序中吸收了二氧化碳的濃溶液中的二氧化碳去除，而進(jìn)行再生。
[0048]在本發(fā)明的方法中，在二氧化碳與吸收液的平衡反應(yīng)(吸收/放散)狀態(tài)下，通過使用沸石膜，使該平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變而有效地促進(jìn)反應(yīng)，即使用所謂膜反應(yīng)器的功能。
[0049]這里，作為二氧化碳的大型處理設(shè)備，使用胺類二氧化碳吸收液的方法是最流行的分離操作，在胺吸收法中，作為胺類二氧化碳吸收液而使用的單乙醇胺(MEA)與二氧化碳的反應(yīng)式如下所示。
[0050]在該反應(yīng)式中，向右為吸收工序，是放熱反應(yīng)，向左為再生工序，是吸熱反應(yīng)。
[0051]2R-NH2+C02 <- R- (NH3) ++R-NH_C00-+87kJ/mol
[0052]再生工序在溫度100?130°C左右(吸收工序的溫度為40?50°C)下發(fā)生反應(yīng)，但在該再生工序中，通過膜分離優(yōu)先地去除(分離)二氧化碳，則在上述反應(yīng)式中二氧化碳相對地變稀薄，其促進(jìn)向左的反應(yīng)，其結(jié)果，至此的反應(yīng)平衡關(guān)系發(fā)生變化(轉(zhuǎn)變)。
[0053]在這種情況下，由于促進(jìn)向吸熱反應(yīng)的方向，因此使反應(yīng)溫度降低而趨向平衡狀態(tài)，例如以往在溫度130°C下進(jìn)行再生，變?yōu)榭梢栽跍囟?00°C下進(jìn)行。由此，能夠有助于削減用來再生吸收液所必需熱量的一個要素的吸收液的顯熱加熱部分(例如，將溫度50°C的吸收液提高至130°C的熱量)。此外，也能夠降低再生所必需熱源的溫度，能夠發(fā)現(xiàn)利用一直以來未能使用的被排出的低位熱源的可能性。此外，由于吸收液再生的溫度下降，能夠期待吸收液自身的耐久性提高的效果。
[0054]這里，作為裝載在二氧化碳滲透性的膜分離裝置(分離膜組件)5上的沸石膜，可以列舉Silicalite型沸石膜或DDR型沸石膜之類的沸石膜，或者這些與Y型沸石膜的復(fù)合沸
石膜等。
[0055]作為回收二氧化碳的被處理氣體，并不限定于燃燒廢氣，可以列舉天然氣、生物氣、化學(xué)過程氣體等各種氣體。
[0056]根據(jù)本發(fā)明的二氧化碳回收方法中的二氧化碳吸收液的再生方法，其通過在將吸收了二氧化碳的濃溶液再生成吸收液的再生工序中，在二氧化碳與吸收液的平衡反應(yīng)(吸收/放散)狀態(tài)下，使用具備沸石膜的膜分離裝置，使該平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變而有效地促進(jìn)反應(yīng)，即使用所謂膜反應(yīng)器的功能，從而構(gòu)筑化學(xué)吸收法和沸石膜組合而成的節(jié)能型復(fù)合系統(tǒng)，能夠減少吸收液再生所必需的熱能，能夠大幅降低二氧化碳的分離去除成本。此外，通過平衡狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，能夠降低再生吸收液的溫度，還能夠期待吸收液自身的耐久性提高的效果。
[0057]而且，在本發(fā)明的二氧化碳回收方法中的二氧化碳吸收液的再生方法中，優(yōu)選地，將吸收了二氧化碳的濃溶液在保持液體狀態(tài)下導(dǎo)向選擇性滲透二氧化碳的膜分離裝置5之前，為了將吸收了 二氧化碳的濃溶液中所含水分從濃溶液吸收液中分離，將濃溶液在保持液體狀態(tài)下導(dǎo)向具備選擇性滲透水分的用于水分分離的沸石膜的膜分離裝置(分離膜組件)4，用滲透汽化法分離/去除水分。
[0058]由此，在用滲透汽化法將二氧化碳進(jìn)行膜分離時，由于水分的存在成為阻礙二氧化碳的膜滲透的主要原因，因此通過在二氧化碳分離前預(yù)先去除水分，具有如下優(yōu)點，能夠充分發(fā)揮二氧化碳的分離性能，同時不會增加水分而能夠使吸收液的成分穩(wěn)定。
[0059]作為裝載在上述水滲透性的膜分離裝置(分離膜組件)4上的沸石膜，例如，優(yōu)選ZSM-5型沸石膜或MOR型沸石膜。
[0060]此外，在本發(fā)明的二氧化碳回收方法中的二氧化碳吸收液的再生方法中，優(yōu)選地，為了用滲透汽化法將二氧化碳進(jìn)行膜分離，對具備用于二氧化碳分離的沸石膜的膜分離裝置(分離膜組件)5的二次(滲透)側(cè)通過例如真空泵7進(jìn)行減壓。
[0061]由此，通過確保作為二氧化碳滲透過膜的驅(qū)動力的分壓差，能夠減少膜面積，同時成為分離回收的二氧化碳的輸送動力。
[0062]在本發(fā)明的二氧化碳回收方法中的二氧化碳吸收液的再生方法中，優(yōu)選地，為了用滲透汽化法將水分進(jìn)行膜分離，通過冷凝器6等冷卻源將滲透至具備用于水分分離的沸石膜的膜分離裝置(分離膜組件)4的二次(滲透)側(cè)的水分進(jìn)行凝結(jié)，以此對膜分離裝置的二次(滲透)側(cè)進(jìn)行減壓。
[0063]由此，具有如下優(yōu)點，通過確保作為水分滲透過膜的驅(qū)動力的分壓差，能夠減少膜面積，同時不需要如真空泵這樣的電動力。[0064]在本發(fā)明的二氧化碳回收方法中的二氧化碳吸收液的再生方法中，優(yōu)選地，作為用滲透汽化法將二氧化碳進(jìn)行膜分離時所必需的熱量，將原本應(yīng)處理的高溫廢氣等被處理氣體作為熱源導(dǎo)向具備用于二氧化碳分離的沸石膜的膜分離裝置(分離膜組件)5。
[0065]由此，具有如下優(yōu)點，通過利用一直以來被廢棄的廢氣的熱，不需要用于二氧化碳吸收液再生的新熱源，能夠大幅消減能耗。
[0066]在本發(fā)明二氧化碳回收方法中的二氧化碳吸收液的再生方法中，優(yōu)選地，作為用滲透汽化法將水分進(jìn)行膜分離時所必需的熱量，將原本應(yīng)處理的高溫廢氣等被處理氣體作為熱源導(dǎo)向具備用于水分分離的沸石膜的膜分離裝置(分離膜組件)4。
[0067]由此，具有如下優(yōu)點，通過利用一直以來被廢棄的廢氣的熱，不需要用于水分的吸收液再生的新熱源，能夠大幅消減能耗。
[0068]在本發(fā)明的二氧化碳回收方法中的二氧化碳吸收液的再生方法中，優(yōu)選地，膜分離裝置(分離膜組件)4或5具備高溫被處理氣體流路21，該高溫被處理氣體流路21接受原本應(yīng)處理的高溫的廢氣等被處理氣體作為熱源，以作為用滲透汽化法將二氧化碳或水分進(jìn)行膜分離時所必需的熱量。
[0069]由此，具有如下優(yōu)點，能夠在進(jìn)行膜分離的情況下加入滲透汽化分離所必需的熱能，結(jié)果能夠降低吸收液加熱的溫度。而且也不需要新的加熱器。
[0070]下面，參照圖1，將燃燒廢氣作為回收二氧化碳的被處理氣體進(jìn)行舉例，具體地說明本發(fā)明的二氧化碳回收方法中的二氧化碳吸收液的再生方法的實施方式。
[0071]在該圖中，將鍋爐等的應(yīng)處理燃燒廢氣導(dǎo)向吸收塔I下部。另一方面，通過使胺類二氧化碳吸收液從吸收塔I的上部降下，由此使廢氣與吸收液逆流接觸，將二氧化碳吸收至吸收液中。此時水分也吸收至吸收液中。
[0072]接著，濃二氧化碳吸收液從吸收塔I的底部排出，通過泵2的作動而流送。濃二氧化碳吸收液在熱交換器3中與后述再生的吸收液進(jìn)行熱交換而被預(yù)熱。
[0073]之后，為了在再生吸收液的工序的前面，將吸收液中所含水分從吸收液中分離，將濃二氧化碳吸收液在保持液體狀態(tài)下導(dǎo)向選擇性滲透水分的沸石膜分離裝置(分離膜組件)4，用滲透汽化法，分離/去除濃二氧化碳吸收液中所含的水分。
[0074]在上述由滲透汽化法進(jìn)行的水分分離中，需要加熱。即，需要用于使吸收液與水分解離的反應(yīng)熱及用于滲透后的水分汽化的汽化熱。因此，優(yōu)選地，作為該加熱源，使用部分應(yīng)處理廢氣，直接導(dǎo)入而加熱分離膜組件4內(nèi)部。
[0075]滲透過分離膜組件4的沸石膜的水分通過位于其后面流程的冷凝器6進(jìn)行凝結(jié)，由此膜二次(滲透)側(cè)的壓力能夠保持真空，能夠得到膜滲透的驅(qū)動力。
[0076]關(guān)于上述優(yōu)先滲透水分的分離膜組件4，配置在其后面的選擇性滲透二氧化碳的沸石膜分離裝置(分離膜組件)5中如果吸收液中存在水分，則由此處的沸石膜優(yōu)先選擇滲透水分，存在阻礙二氧化碳滲透的可能性，因此設(shè)置分離膜組件4，使得能夠充分發(fā)揮后面的分離膜組件5的二氧化碳分離性能，此外，在廢氣等應(yīng)處理的氣體中原本含有水分的情況下，設(shè)置分離膜組件4，來防止水分含在吸收液中，使吸收液成分發(fā)生變化。
[0077]作為裝載在上述水滲透性的分離膜組件4上的沸石膜,例如,優(yōu)選ZSM-5型沸石膜或MOR型沸石膜。
[0078]將通過水滲透性的分離膜組件4脫水的濃二氧化碳吸收液在保持液體狀態(tài)下導(dǎo)向具備選擇性滲透二氧化碳的用于二氧化碳分離的沸石膜的膜分離裝置(分離膜組件)5，用滲透汽化法，從濃二氧化碳吸收液中分離去除二氧化碳，再生二氧化碳吸收液。
[0079]在上述用滲透汽化法的二氧化碳的分離中，與前面的水滲透性分離膜組件4的情況相同，也需要加熱。即，需要用于使?jié)舛趸嘉找号c二氧化碳解離的反應(yīng)熱。因此，優(yōu)選地，作為該加熱源，使用部分應(yīng)處理廢氣，直接導(dǎo)入而加熱分離膜組件5內(nèi)部。
[0080]通過由上述含有加熱功能的二氧化碳分離膜組件5，從吸收液優(yōu)先分離去除二氧化碳，從而能夠使該解離(再生)反應(yīng)在低于以往技術(shù)的反應(yīng)溫度下移動。
[0081]這里，作為裝載在二氧化碳滲透性的膜分離裝置(分離膜組件)5上的沸石膜，優(yōu)選使用Silicalite型沸石膜或DDR型沸石膜之類的沸石膜，或者這些與Y型沸石膜的復(fù)合沸石膜等。
[0082]在二氧化碳滲透性的分離膜組件5的后面流程設(shè)置的真空泵7具有如下功能，用于將滲透過用于二氧化碳分離的沸石膜的二氧化碳進(jìn)行回收的輸送動力，同時通過將膜的二次(滲透)側(cè)的壓力保持為真空而得到膜滲透的驅(qū)動力。
[0083]將二氧化碳由二氧化碳滲透性的分離膜組件5解離/再生的再生二氧化碳吸收液(淡溶液)流送至上述熱交換器3，通過對來自吸收塔I的濃二氧化碳吸收液進(jìn)行預(yù)熱而使自身冷卻。進(jìn)而，淡溶液通過泵8的作動而流送，為了加強(qiáng)吸收功能而在冷卻器9中冷卻之后，再次供給至吸收塔1，由此，反復(fù)進(jìn)行由從被處理氣體中吸收二氧化碳的工序與二氧化碳吸收液的再生工序形成的工藝。
[0084]根據(jù)本發(fā)明的二氧化碳回收方法中的二氧化碳吸收液的再生方法，在吸收了二氧化碳的吸收液的再生中，能夠在低于以往技術(shù)的溫度下進(jìn)行解離反應(yīng)。
[0085]隨著上述二氧化碳的解離反應(yīng)的溫度下降，吸收液的顯熱部分的加熱量被削減。此外，如果能夠使用一直以來未能使用的低位熱源，能夠使用廢氣的條件成立，則可以大幅消減再生所必需的熱能。進(jìn)而，還能夠期待吸收液自身的耐久性提高的效果。
[0086]而且，在二氧化碳的吸收塔I與二氧化碳選擇性滲透分離膜組件5之間循環(huán)的吸收液之間的熱交換器3，以及對進(jìn)入吸收塔I之前的再生二氧化碳吸收液(淡溶液)進(jìn)行冷卻的冷卻器9的熱負(fù)荷降低，尺寸變小。此外如果使二氧化碳的解離反應(yīng)的平衡狀態(tài)溫度進(jìn)一步下降，則不需要所述熱交換器3，能夠大幅減少二氧化碳的分離去除成本。
[0087]圖2是表示本發(fā)明的二氧化碳回收方法中的二氧化碳吸收液的再生方法中作為二氧化碳選擇性滲透膜分離裝置5或作為水分選擇性滲透膜分離裝置4而使用的多管式分離膜組件10的一例的縱剖面放大圖。
[0088]首先，說明將多管式分離膜組件10用作二氧化碳選擇性滲透膜分離裝置5的情況。
[0089]參照該圖，多管式分離膜組件10是具有管狀的用于二氧化碳分離的沸石膜元件13和與其配對的外管14的雙重管型結(jié)構(gòu)，在外管14外側(cè)的殼體空間(罩體空間)使熱源(這里為廢氣)流動，其具有加熱外管14及管狀的用于二氧化碳分離的沸石膜元件13的功能。
[0090]多管式分離膜組件10在縱剖面為橢圓形的罩體11內(nèi)，裝載了多個一端13a封閉且另一端13b開放的管狀的用于二氧化碳分離的沸石膜元件13。
[0091]在上述實施方式中，在罩體11內(nèi)設(shè)置管狀沸石膜元件安裝用管板12，相對該管板12，各管狀膜元件13以略垂直狀且在貫通其開放端13b的狀態(tài)下以懸臂狀安裝。[0092]這里，作為管狀沸石膜元件13，例如，使用在由陶瓷、有機(jī)高分子或金屬構(gòu)成的管狀多孔基體上將沸石膜制膜而成的元件。作為沸石膜，具體地，可以列舉Silicalite型沸石膜或DDR型沸石膜之類的沸石膜，或者這些與Y型沸石膜的復(fù)合沸石膜等。
[0093]管狀的用于二氧化碳分離的沸石膜元件13的尺寸，出于實用目的，使用長度為30?300cm、外徑為10?30mm、厚度為I?4mm左右的元件。由一片管板12所支承的管狀沸石膜元件13的數(shù)量，出于實用目的，為2?3000根左右。
[0094]在罩體11內(nèi)，左右一對用于外管安裝的管板15、16相互隔開指定間隔相互對置地配置，在該用于外管安裝的管板15、16上，跨越固定與管狀的用于二氧化碳分離的沸石膜元件13相同數(shù)量的外管14，在各外管14內(nèi)插通有管狀沸石膜元件13。左右一對用于外管安裝的管板15、16與罩體11的內(nèi)面氣密地結(jié)合。
[0095]而且，濃二氧化碳吸收液的導(dǎo)入口 22在膜元件安裝用管板12與右側(cè)用于外管安裝的管板16之間，與罩體11的管壁下端部連接。在膜元件安裝用管板12與右側(cè)用于外管安裝的管板16之間，形成于罩體11內(nèi)的空間部的吸收液容納室17，通過在罩體11的高度中央部以水平狀跨越固定的間隔壁18，劃分為下部的吸收液流入室17a和上部的吸收液排出室17b。
[0096]此外，罩體11左端部的管壁Ilb與左側(cè)用于外管安裝的管板15之間的空間部成為吸收液轉(zhuǎn)向部19。
[0097]另一方面，吸收液的排出口 23在膜元件安裝用管板12與右側(cè)用于外管安裝的管板16之間，與罩體11的管壁上端部連接。在罩體11的右端部的管壁Ila上，連接有二氧化碳排出口 24，其用來回收滲透過各管狀的用于二氧化碳分離的沸石膜元件13的用于二氧化碳分離的沸石膜的二氧化碳。
[0098]而且，分離膜組件10具備高溫被處理氣體流路21，該高溫被處理氣體流路21接受原本應(yīng)處理的高溫的被處理氣體(例如廢氣)作為熱源，以作為用滲透汽化法將二氧化碳進(jìn)行膜分離時所必需的熱量。這里，高溫被處理氣體的導(dǎo)入口 25與靠近左側(cè)用于外管安裝的管板15部分的罩體11的管壁上端部連接，高溫被處理氣體的排出口 26與靠近右側(cè)用于外管安裝的管板16部分的罩體11的管壁下端部連接。
[0099]這樣，將原本應(yīng)處理的高溫被處理氣體作為熱源導(dǎo)向用作具備用于二氧化碳分離的沸石膜的膜分離裝置5的多管式分離膜組件10，作為用滲透汽化法將二氧化碳進(jìn)行膜分離時所必需的熱量，由此，具有如下優(yōu)點，不需要用于二氧化碳吸收液再生的新熱源，能夠大幅削減能耗。
[0100]接下來，說明將上述圖2所示的多管式分離膜組件10用作水分分離的膜分離裝置(分離膜組件)4的情況，該用于水分分離的膜分離裝置4為了在導(dǎo)向二氧化碳選擇性滲透膜分離裝置5之前，將吸收了二氧化碳的濃溶液中所含的水分從濃溶液吸收液中分離，將濃溶液在保持液體狀態(tài)下選擇性滲透水分。
[0101]在這種情況下，作為裝載在水分滲透性的膜分離裝置(分離膜組件)4上的管狀沸石膜元件13，例如，使用在由陶瓷、有機(jī)高分子或金屬構(gòu)成的管狀多孔基體上將沸石膜制膜而成的元件。作為水分滲透性沸石膜，具體地，優(yōu)選為例如ZSM-5型沸石膜或MOR型沸石膜。
[0102]而且，分離膜組件10具備高溫被處理氣體流路21，該高溫被處理氣體流路21接受原本應(yīng)處理的高溫的被處理氣體(例如廢氣)作為熱源，以作為用滲透汽化法將水分進(jìn)行膜分離時所必需的熱量。
[0103]這樣，在選擇性滲透二氧化碳的膜分離裝置5的前面，將原本應(yīng)處理的高溫被處理氣體作為熱源，導(dǎo)向用作具備用于水分分離的沸石膜的膜分離裝置4的多管式分離膜組件10，作為用滲透汽化法將水分進(jìn)行膜分離時所必需的熱量，由此，具有如下優(yōu)點，不需要用于水分的吸收液再生的新熱源，能夠大幅削減能耗。
實施例
[0104]接下來，一并說明本發(fā)明的實施例與比較例，但本發(fā)明并不限定于這些實施例中。
[0105]實施例1
[0106]在使用胺類二氧化碳吸收液的二氧化碳回收方法中，通過圖1所示的流程圖的裝置，實施本發(fā)明的二氧化碳吸收液的再生方法。
[0107]在該圖中，將應(yīng)處理的來自鍋爐的溫度150°C的燃燒廢氣導(dǎo)向吸收塔I的下部。另一方面，通過將溫度30°C的胺類二氧化碳吸收液從吸收塔I的上部降下，使廢氣與吸收液逆流接觸，將二氧化碳吸收在吸收液中。此時水分也吸收在吸收液中。
[0108]另外，作為胺類二氧化碳吸收液，使用單乙醇胺(MEA)溶液(日本觸媒公司制)。
[0109]接著，濃二氧化碳的溫度50°C的吸收液從吸收塔I的底部排出，通過泵2的作動而流送。濃二氧化碳吸收液在熱交換器3中與后述再生的溫度100°C的再生二氧化碳吸收液(淡溶液)進(jìn)行熱交換而被預(yù)熱。
[0110]之后，為了在再生吸收液的工序的前面，將吸收液中所含水分從吸收液中分離，將來自熱交換器3的溫度80°C的濃二氧化碳吸收液在保持液體狀態(tài)下導(dǎo)向選擇性滲透水分的沸石膜分離裝置(分離膜組件)4，用滲透汽化法分離/去除濃二氧化碳吸收液中所含的水分。
[0111]這里，在上述水滲透性分離膜組件4上，裝載了 ZSM-5型沸石膜。
[0112]在上述用滲透汽化法進(jìn)行的水分分離中，需要用于使吸收液與水分解離的反應(yīng)熱，及用于滲透后的水分汽化的汽化熱。因此，作為該加熱源，使用部分應(yīng)處理的溫度150°C的廢氣，直接導(dǎo)入而加熱分離膜組件4內(nèi)部。此時，作為水分選擇性滲透沸石膜分離裝置(分離膜組件)4，使用上述圖2所示的多管式分離膜組件10。
[0113]將滲透過分離膜組件4的沸石膜的水分通過位于其后面流程的冷凝器6進(jìn)行凝結(jié)，由此膜二次(滲透)側(cè)的壓力能夠保持真空，能夠得到膜滲透的驅(qū)動力。
[0114]關(guān)于上述優(yōu)先滲透水分的分離膜組件4，配置在其后面的選擇性滲透二氧化碳的沸石膜分離裝置(分離膜組件)5中如果吸收液中存在水分，則由此處的沸石膜優(yōu)先選擇滲透水分，有可能阻礙二氧化碳滲透，因此設(shè)置分離膜組件，使得能夠充分發(fā)揮通過后面的分離膜組件5進(jìn)行的二氧化碳分離的性能，此外，在應(yīng)處理的廢氣中原本含有水分的情況下，設(shè)置分離膜組件4，來防止水分含在吸收液中，而使吸收液成分發(fā)生變化。
[0115]接著，將通過水滲透性的分離膜組件4脫水的濃二氧化碳吸收液在保持液體狀態(tài)下導(dǎo)向具備選擇性滲透二氧化碳的用于二氧化碳分離的沸石膜的膜分離裝置(分離膜組件)5，用滲透汽化法從濃二氧化碳吸收液中分離去除二氧化碳，再生二氧化碳吸收液。
[0116]這里，在二氧化碳滲透性的膜分離裝置(分離膜組件)5上，裝載了 DDR型沸石膜(日本礙子公司制)。[0117]在上述用滲透汽化法的二氧化碳的分離中，也需要用于使?jié)舛趸嘉找号c二氧化碳解離的反應(yīng)熱。因此，作為該加熱源，使用部分應(yīng)處理的溫度150°C的廢氣，直接導(dǎo)入而加熱分離膜組件5內(nèi)部。此時，作為二氧化碳選擇性滲透沸石膜分離裝置(分離膜組件)5，使用上述圖2所示的多管式分離膜組件10。
[0118]通過由上述含有加熱功能的二氧化碳分離膜組件5，從吸收液優(yōu)先分離去除二氧化碳，從而能夠使該解離(再生)反應(yīng)在低于以往技術(shù)的反應(yīng)溫度下移動，再生后的再生二氧化碳吸收液(淡溶液)的溫度為100°c。
[0119]在二氧化碳滲透性的分離膜組件5的后面流程設(shè)置的真空泵7，其發(fā)揮如下功能，得到用于將滲透過用于二氧化碳分離的沸石膜的二氧化碳進(jìn)行回收的輸送動力，同時通過將膜的二次(滲透)側(cè)的壓力保持為真空而得到膜滲透的驅(qū)動力。
[0120]將二氧化碳由二氧化碳滲透性的分離膜組件5解離/再生的再生二氧化碳吸收液(淡溶液)流送至上述熱交換器3，通過對來自吸收塔I的濃二氧化碳吸收液進(jìn)行預(yù)熱而使自身冷卻。從熱交換器3出來的淡溶液的溫度為70°C，該淡溶液通過泵8的作動而流送，為了加強(qiáng)吸收功能而在冷卻器9中冷卻。冷卻后的淡溶液的溫度為30°C，將其再次供給至吸收塔I。由此，反復(fù)實施由從被處理氣體中吸收二氧化碳的工序與二氧化碳吸收液的再生工序形成的工藝。
[0121]比較例I
[0122]為了比較，通過圖3所示流程圖的使用以往的胺類二氧化碳吸收液的二氧化碳回收方法中的二氧化碳吸收液的再生裝置，實施從來自鍋爐的燃燒廢氣中分離去除二氧化碳的方法。
[0123]參照該圖，將應(yīng)處理的來自鍋爐的溫度150°C的燃燒廢氣導(dǎo)向吸收塔31的下部。另一方面，通過將溫度30°C的胺類二氧化碳吸收液從吸收塔31的上部降下，使廢氣與吸收液逆流接觸，將二氧化碳吸收在吸收液中。此時水分也吸收在吸收液中。
[0124]接著，濃二氧化碳的溫度50°C的吸收液從吸收塔31的底部排出，通過泵32的作動而流送。濃二氧化碳吸收液在熱交換器33中與后述再生的溫度130°C的再生二氧化碳吸收液(淡溶液)進(jìn)行熱交換而被預(yù)熱。
[0125]之后，將來自熱交換器33的溫度100°C的濃二氧化碳吸收液導(dǎo)向再生塔34的頂部，在再生塔34中通過再沸器35進(jìn)行加熱，使二氧化碳游離的同時，再生吸收液。再生后的再生二氧化碳吸收液(淡溶液)的溫度為130°C。
[0126]然后，將由再生塔34再生的再生二氧化碳吸收液(淡溶液)流送至上述熱交換器33，通過對來自吸收塔31的濃二氧化碳吸收液進(jìn)行預(yù)熱而使自身冷卻。從熱交換器33出來的淡溶液的溫度為80°C，該淡溶液通過泵38的作動而流送，在冷卻器39中冷卻。冷卻后的淡溶液的溫度為30°C，將其再次提供給至吸收塔31。由此，反復(fù)實施由從被處理氣體中吸收二氧化碳的工序與二氧化碳吸收液的再生工序形成的工藝。
[0127]根據(jù)上述實施例1的本發(fā)明的二氧化碳回收方法中的二氧化碳吸收液的再生方法可知，在吸收了二氧化碳的吸收液的再生中，能夠在低于比較例I的以往技術(shù)的溫度下進(jìn)行解離反應(yīng)。
[0128]隨著上述二氧化碳的解離反應(yīng)的溫度下降，吸收液的顯熱部分的加熱量被削減。此外，如果能夠使用一直以來未能使用的低位熱源，能夠使用廢氣的條件成立，則可以大幅消減再生所必需的熱能。進(jìn)而，能夠期待吸收液自身的耐久性提高的效果。
[0129]這樣，在二氧化碳的吸收塔I與二氧化碳選擇性滲透分離膜組件5之間循環(huán)的吸收液之間的熱交換器3，及對進(jìn)入吸收塔I之前的再生二氧化碳吸收液(淡溶液)進(jìn)行冷卻的冷卻器9的熱負(fù)荷降低，因此能夠使其尺寸變小。此外，如果使二氧化碳的解離反應(yīng)的平衡狀態(tài)溫度進(jìn)一步下降，則不需要所述熱交換器3，能夠大幅降低二氧化碳的分離去除成本。
【權(quán)利要求】
1.一種二氧化碳回收方法中的二氧化碳吸收液的再生方法，其特征在于，在具備二氧化碳吸收工序和再生工序的二氧化碳回收方法中，將吸收了 二氧化碳的濃溶液在保持液體狀態(tài)下導(dǎo)向具備選擇性滲透二氧化碳的用于二氧化碳分離的沸石膜的膜分離裝置(5)，用滲透汽化法分離去除二氧化碳，再生二氧化碳吸收液，在所述二氧化碳吸收工序中，使含有二氧化碳的被處理氣體與二氧化碳吸收液接觸而去除被處理氣體中的二氧化碳，在所述再生工序中，將在二氧化碳吸收工序中吸收了 二氧化碳的濃溶液中的二氧化碳去除，而再生二氧化碳吸收液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳回收方法中的二氧化碳吸收液的再生方法，其特征在于，將吸收了二氧化碳的濃溶液在保持液體狀態(tài)下導(dǎo)向選擇性滲透二氧化碳的膜分離裝置之前，為了將吸收了 二氧化碳的濃溶液中所含水分從濃溶液吸收液中分離，將濃溶液在保持液體狀態(tài)下導(dǎo)向具備選擇性滲透水分的用于水分分離的沸石膜的膜分離裝置(4)，用滲透汽化法分離和去除水分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳回收方法中的二氧化碳吸收液的再生方法，其特征在于，為了用滲透汽化法將二氧化碳進(jìn)行膜分離，對具備用于二氧化碳分離的沸石膜的膜分離裝置(5)的二次側(cè)即滲透側(cè)進(jìn)行減壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的二氧化碳回收方法中的二氧化碳吸收液的再生方法，其特征在于，為了用滲透汽化法將水分進(jìn)行膜分離，通過冷卻源將滲透至具備用于水分分離的沸石膜的膜分離裝置(4)的二次側(cè)即滲透側(cè)的水分進(jìn)行凝結(jié)，以此對膜分離裝置的二次側(cè)即滲透側(cè)進(jìn)行減壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的二氧化碳回收方法中的二氧化碳吸收液的再生方法，其特征在于，作為用滲透汽化法將二氧化碳進(jìn)行膜分離時所必需的熱量，將原本應(yīng)處理的高溫被處理氣體作為熱源導(dǎo)向具備用于二氧化碳分離的沸石膜的膜分離裝置(5)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的二氧化碳回收方法中的二氧化碳吸收液的再生方法，其特征在于，作為用滲透汽化法將水分進(jìn)行膜分離時所必需的熱量，將原本應(yīng)處理的高溫被處理氣體作為熱源導(dǎo)向具備用于水分分離的沸石膜的膜分離裝置(4)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的二氧化碳回收方法中的二氧化碳吸收液的再生方法，其特征在于，膜分離裝置(4)或膜分離裝置(5)具備高溫被處理氣體流路(21 )，所述高溫被處理氣體流路(21)接受原本應(yīng)處理的高溫被處理氣體作為熱源，以作為用滲透汽化法將二氧化碳或水分進(jìn)行膜分離時所必需的熱量。
【文檔編號】B01D53/14GK103619443SQ201280023648
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2012年5月10日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月13日
【發(fā)明者】澤村健一, 藤田優(yōu), 相澤正信 申請人:日立造船株式會社