二氧化碳回收系統(tǒng)及其運轉方法
【專利摘要】本發(fā)明提供二氧化碳回收系統(tǒng)及其運轉方法。一個實施方式的二氧化碳回收系統(tǒng)具備：吸收塔，使吸收液吸收二氧化碳，并排出吸收了上述二氧化碳的上述吸收液即富液；以及再生塔，使上述二氧化碳和水蒸氣從上述富液放出，并排出與上述富液相比二氧化碳溶解濃度降低了的上述吸收液即貧液、以及包含上述二氧化碳和上述水蒸氣的再生塔排出氣體。上述系統(tǒng)還具備：冷凝部，將上述再生塔排出氣體分離成上述二氧化碳和冷凝水；混合部，將上述冷凝水和補給胺混合，生成溶解有上述補給胺的補給胺水溶液；以及補給部，使上述補給胺水溶液混入到上述吸收液中，由此對上述吸收液補給上述補給胺。
【專利說明】二氧化碳回收系統(tǒng)及其運轉方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明的實施方式涉及二氧化碳回收系統(tǒng)(system)及其運轉方法。

【背景技術】
[0002]近年來，由化石燃料的燃燒生成物即二氧化碳(C02)的溫室效應引起的地球溫暖化的問題變大。在這種背景下，正在全力研究將使用大量化石燃料的火力發(fā)電廠等作為對象，將燃燒廢氣中的二氧化碳分離回收的方法、將所回收的二氧化碳不向大氣中排放地進行貯藏的方法。
[0003]具體而言，已知有一種二氧化碳回收系統(tǒng)，其具備:吸收塔，使燃燒廢氣與吸收液接觸，使吸收液吸收燃燒廢氣中的二氧化碳；以及再生塔，對吸收了二氧化碳的吸收液進行加熱，使二氧化碳從吸收液放出。由再生塔再生后的吸收液再次向吸收塔循環(huán)而被再利用。
[0004]但是,在現(xiàn)有的二氧化碳回收系統(tǒng)內，當長時間使用胺系吸收液(amine-basedabsorpt1n liquid)時,胺成分由于熱、燃燒廢氣中的氧而逐漸分解。此外，在處理完畢的燃燒廢氣從吸收塔放出時，一部分胺成分與該燃燒廢氣一起向大氣中飛散。結果，吸收液中的胺成分減少，引起系統(tǒng)的性能降低。因此，在現(xiàn)有的二氧化碳回收系統(tǒng)中，需要定期地進行胺的補給、吸收液的更換。
[0005]作為吸收液使用的胺，存在在常溫下為液體的胺(以下稱作“液體胺(liquidamine)”)以及在常溫下為固體的胺(以下稱作“固體胺(solid amine)”)。液體胺容易向系統(tǒng)內的吸收液進行補給。另一方面，固體胺為了溶解于水而需要長時間的攪拌、加熱，因此難以向系統(tǒng)內的吸收液進行補給。并且，由于該水被新加到系統(tǒng)內的吸收液中，因此吸收液的胺濃度可能降低，設備(Plant)性能可能降低。因此，需要對高濃度胺進行調整而補給到吸收液中。此外，需要除去系統(tǒng)內的過剩的水分，而對吸收液的胺濃度進行調整。但是，在二氧化碳回收系統(tǒng)中，不僅存在使用液體胺的需求，還存在使用固體胺的需求。因此，期望提出一種能夠抑制系統(tǒng)內的吸收液的胺濃度降低且還容易補給液體胺、固體胺的方法。
[0006]專利文獻1:JP2004_323339A
[0007]專利文獻2 JP2008-307519A
[0008]專利文獻3:JP2008_168184A
[0009]專利文獻4 JP2008-56642A


【發(fā)明內容】

[0010]因此，本發(fā)明要解決的課題為，提供二氧化碳回收系統(tǒng)及其運轉方法，能夠抑制系統(tǒng)內的吸收液的胺濃度降低且能夠將在常溫下為固體或者液體的胺容易地補給到吸收液中。
[0011]一個實施方式的二氧化碳回收系統(tǒng)的特征在于，具備:吸收塔，使吸收液吸收二氧化碳，并排出吸收了上述二氧化碳的上述吸收液即富液；再生塔，使上述二氧化碳和水蒸氣從上述富液放出，并排出與上述富液相比二氧化碳溶解濃度降低了的上述吸收液即貧液、以及包含上述二氧化碳和上述水蒸氣的再生塔排出氣體；冷凝部，將上述再生塔排出氣體分離成上述二氧化碳和冷凝水；混合部，將上述冷凝水和補給胺混合，生成溶解有上述補給胺的補給胺水溶液；以及補給部，使上述補給胺水溶液混入上述吸收液中，由此對上述吸收液補給上述補給胺。
[0012]根據(jù)本實施方式，能夠縮短用于溶解補給胺的攪拌時間、加熱時間，能夠將補給胺迅速地補給到吸收液中。此外，能夠抑制系統(tǒng)內的吸收液的胺濃度降低，且能夠將補給胺容易地補給到系統(tǒng)中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是表示第一實施方式的二氧化碳回收系統(tǒng)的構成的概略圖。
[0014]圖2是表示第二實施方式的二氧化碳回收系統(tǒng)的構成的概略圖。

【具體實施方式】
[0015]以下，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。
[0016](第一實施方式)
[0017]圖1是表示第一實施方式的二氧化碳回收系統(tǒng)的構成的概略圖。
[0018]圖1所示的第一實施方式的二氧化碳回收系統(tǒng)具備吸收塔11、富液泵(richliquid pump) 12、再生熱交換器13、再生塔14、再沸器(reboiler) 15、貧液泵(lean liquidpump) 16、貧液冷卻器(lean liquid cooler) 17、緩沖箱(buffer tank) 18、冷卻器 21、冷凝器22、泵(pump) 23、切換閥24以及混合器25。
[0019]吸收塔11是二氧化碳氣體吸收塔。吸收塔11使含有二氧化碳的吸收塔入口氣體I與吸收液接觸，使吸收液吸收二氧化碳。作為吸收塔入口氣體I的例子，可舉出在火力發(fā)電廠等產(chǎn)生的燃燒廢氣。作為吸收液的例子，可舉出胺系吸收液。
[0020]然后，吸收塔11排出從吸收塔入口氣體I除去二氧化碳后的氣體即吸收塔排出氣體2、以及吸收了二氧化碳的吸收液即富吸收液(以下稱作“富液(rich liquid)”)4。
[0021]從吸收塔11排出的富液4利用富液泵12經(jīng)由再生熱交換器13移送至再生塔14。該富液4被從再生塔14的上部導入并在再生塔14內流下。
[0022]再沸器15對從再生塔14的下部排出的吸收液進行加熱，從吸收液產(chǎn)生水蒸氣和二氧化碳，并使這些氣體與吸收液一起返回到再生塔14。這些氣體在再生塔14內上升并且與在再生塔14內流下的富液4接觸。
[0023]結果，從富液4放出二氧化碳和水蒸氣。再生塔14排出包含所放出的二氧化碳和水蒸氣的再生塔排出氣體5、以及與富液4相比二氧化碳溶解濃度降低了的吸收液即貧吸收液(以下稱作“貧液(lean liquid)”)3。
[0024]從再生塔14排出的貧液3通過貧液泵16的動作經(jīng)由再生熱交換器13和貧液冷卻器17移送至緩沖箱18。進而，貧液3從緩沖箱18移送至吸收塔11，并被導入吸收塔11內。
[0025]另外，再生熱交換器13利用從再生塔14向吸收塔11移送的貧液3的熱對從吸收塔11向再生塔14移送的富液4進行加熱。此外，緩沖箱18是用于蓄積貧液3的箱。
[0026]圖1的二氧化碳回收系統(tǒng)通過反復進行吸收塔11的二氧化碳的吸收、以及再生塔14的二氧化碳的放出(吸收液的再生)，由此將吸收塔入口氣體I中的二氧化碳進行分離回收。
[0027]接著，繼續(xù)參照圖1對再生塔排出氣體5的處理進行說明。
[0028]冷卻器21對從再生塔14排出的再生塔排出氣體5進行冷卻。結果，再生塔排出氣體5中的水蒸氣冷凝而返回為水。包含該冷凝水和二氧化碳的混合流體被供給至冷凝器22。
[0029]冷凝器22將該混合流體分離成二氧化碳6和冷凝水7。如此，從再生塔排出氣體5回收二氧化碳6。該冷卻器21以及冷凝器22成為本系統(tǒng)的冷凝部。
[0030]從冷凝器22排出的冷凝水7通過泵23的動作經(jīng)由切換閥24移送至再生塔14或者混合器25。切換閥24與管路(line) 31和管路32連接，用于這些管路31、32的切換。
[0031]在通常運轉時，冷凝水7經(jīng)由管路31返回到再生塔14。此外，在通常運轉時，在吸收液中的水分量過多的情況下，冷凝水7也可以不返回到再生塔14。
[0032]另一方面，在吸收液中的胺濃度降低而需要胺補給的情況下，將切換閥24從管路31側切換至管路32側。結果，冷凝水7經(jīng)由管路32導入到混合器25內。
[0033]混合器25將冷凝水7與來自外部的補給胺8 (supplied amine)混合,生成補給胺8溶解于冷凝水7的補給胺水溶液9 (supplied amine aqueous solut1n)。該混合器25成為本系統(tǒng)的混合部。
[0034]圖1的二氧化碳回收系統(tǒng)使從混合器25排出的補給胺水溶液9經(jīng)由管路33混入到系統(tǒng)中的吸收液中。具體而言，使補給胺水溶液9混入到緩沖箱18中的貧液3中。結果，補給胺8被補給到系統(tǒng)中的吸收液中。該管路33成為本系統(tǒng)的補給部。
[0035]在圖1的二氧化碳回收系統(tǒng)中，通過這種胺補給，將吸收液中的胺濃度調整為規(guī)定濃度。
[0036](I)第一實施方式的胺補給的詳細情況
[0037]接著，繼續(xù)參照圖1對第一實施方式的胺補給的詳細情況進行說明。
[0038]在本實施方式中，作為補給胺8，使用在常溫下為固體的胺(以下稱作“固體胺(solid amine)”)。作為這種補給胺8的例子，可舉出哌嗪(piperazine)、2_甲基哌嗪(2-methyIpiperazine)、2，5- 二甲基哌嗪(2, 5-dimethyIpiperazine)、2，6- 二甲基哌嗪(2, 6-dimethyIpiperazine)、I, 4- 二氮雜二環(huán)(I, 4-diazabicyclo) [2.2.2]辛燒(octane)(DABCO)、N, N- 二甲基-4-氨基卩比 P定(N, N-dimethyl-4-aminopyridin) (DMAP), 2-氨基-2-甲基-1-丙醇(2-amino-2-methyl_l-propanol)等。補給胺8也可以是包含這些固體胺中的一種以上的混合物。
[0039]一般情況下，固體胺為了溶解于水而需要長時間的攪拌、加熱，因此難以向吸收液進行補給。
[0040]另一方面，向混合器25供給的冷凝水7含有未被冷凝器22分離而殘留的二氧化碳。一般情況下，當在用作為胺的溶劑的水中存在二氧化碳時，胺由于吸收反應而被離子化，因此胺向水的溶解性提高。
[0041]因此，在本實施方式中，作為補給胺8的溶劑，使用溶解了二氧化碳的冷凝水7。并且，利用混合器25將冷凝水7和補給胺8進行混合。因此，根據(jù)本實施方式，能夠縮短用于溶解補給胺8的攪拌時間、加熱時間，并能夠將補給胺8迅速地補給到吸收液中。
[0042]此外，在本實施方式中，作為補給胺8的溶劑，無需重新準備含有二氧化碳的水，而有效地利用存在于系統(tǒng)內的冷凝水7。因此，根據(jù)本實施方式，能夠抑制系統(tǒng)內的吸收液的胺濃度降低，并且能夠容易地對系統(tǒng)補給補給胺8。
[0043]進而，根據(jù)本實施方式，無需使二氧化碳溶解于水的處理等，吸收液中的胺濃度的調整變得容易。此外，根據(jù)本實施方式，通過有效地利用冷凝水7，能夠削減使用的水量。
[0044]另外，冷凝水7 —般含有達到飽和濃度的量的二氧化碳。因此，根據(jù)本實施方式，通過將這種冷凝水7用作為溶劑，由此與使用二氧化碳濃度較低的溶劑的情況相比，能夠進一步提高補給胺8的溶解性。
[0045](2)第一實施方式的變形例
[0046]接著，繼續(xù)參照圖1對第一實施方式的變形例進行說明。
[0047]在本實施方式中，使補給胺水溶液9混入到貧液3中，但也可以使補給胺水溶液9混入到富液4中。但是，當使補給胺水溶液9混入到富液4中時，富液4中的二氧化碳溶解濃度由于補給胺水溶液9而降低，再生塔14的再生效率降低。因此，在想要避免這種再生效率的降低的情況下，優(yōu)選使補給胺水溶液9混入到貧液3中。
[0048]此外，在本實施方式中，也可以使補給胺水溶液9在緩沖箱18以外的任意場所混入到貧液3中。另外，在使補給胺水溶液9混入到緩沖箱18中的貧液3中的情況下，例如存在容易將吸收液中的胺濃度調整均勻這種優(yōu)點。
[0049]此外，在本實施方式中，也可以使補給胺水溶液9混入到通過再生熱交換器13之前的貧液3中。此外，也可以使補給胺水溶液9混入到通過再生熱交換器13之后的貧液3中。但是，在本實施方式中，為了在再生熱交換器13中更有效地利用貧液3的熱，而使補給胺水溶液9混入到通過再生熱交換器13之后的貧液3中。
[0050]此外，在本實施方式中，將混合器25內的補給胺水溶液9排出的定時(timing)為，只要是補給胺8溶解于冷凝水7的狀態(tài)，則可以是任意的定時。
[0051 ] 此外，在本實施方式中，也可以預先將冷凝水7貯藏在混合器25內，在需要胺補給時，將貯藏的冷凝水7與補給胺8混合。但是，冷凝水7中的二氧化碳量隨著時間的經(jīng)過而降低，因此優(yōu)選對胺補給的定時進行考慮而貯藏冷凝水7。
[0052]此外，本實施方式的混合器25為，在將冷凝水7與固體胺混合而生成補給胺水溶液9時，也可以在這些混合物中進一步混合其他胺。該胺可以是固體胺，也可以是液體胺(在常溫下為液體的胺)。
[0053]在本實施方式中，作為吸收液，可以認為有時使用溶解了液體胺和固體胺雙方的水溶液。在該情況下，有可能產(chǎn)生不僅吸收液中的固體胺成分減少而且液體胺成分也減少的狀況。在該情況下，本實施方式的混合器25通過將冷凝水7、固體胺及液體胺混合而生成補給胺水溶液9，由此能夠對吸收液同時補給該雙方的胺。此外，在該吸收液中的液體胺成分減少的情況下，也可以使用本實施方式的混合器25對吸收液僅補給液體胺。
[0054]如以上那樣，在本實施方式中，將冷凝水7和補給胺8混合而生成補給胺水溶液9。并且，通過使補給胺水溶液9混入到吸收液中，由此能夠對吸收液補給補給胺8。因此，根據(jù)本實施方式，能夠抑制系統(tǒng)內的吸收液的胺濃度降低，并且能夠對吸收液容易地補給在常溫下為固體或者液體的胺。
[0055](第二實施方式)
[0056]圖2是表示第二實施方式的二氧化碳回收系統(tǒng)的構成的概略圖。
[0057]圖2所示的第二實施方式的二氧化碳回收系統(tǒng)具備用于供從貧液冷卻器17排出的貧液3流通的管路34、35。管路34將貧液3向緩沖箱18供給，管路35將貧液3向混合器25供給?；旌掀?5將補給胺水溶液9直接供給至吸收塔11。除此之外的構成與第一實施方式相同，因此省略重復的構成的說明。
[0058]混合器25將冷凝水7、來自外部的補給胺8及貧液3混合，而生成補給胺水溶液
9?；旌掀?5可以同時混合冷凝水7、補給胺8及貧液3。此外，混合器25也可以在將冷凝水7和補給胺8混合之后將其混合物和貧液3混合。此外，混合器25也可以在生成補給胺水溶液9時僅將從貧液冷卻器17排出的貧液3的一部分從管路35導入?；蛘?，混合器25也可以將從貧液冷卻器17排出的貧液3的全部從管路35導入。
[0059]圖2的二氧化碳回收系統(tǒng)使從混合器25排出的補給胺水溶液9經(jīng)由管路36混入到系統(tǒng)中的吸收液中。具體而言，使補給胺水溶液9混合到吸收塔11內的吸收液中。吸收液可以是貧液3也可以是富液4，但優(yōu)選是貧液3。結果，向系統(tǒng)中的吸收液中補給補給胺
8。管路36成為本系統(tǒng)的補給部。另外,本實施方式的補給胺水溶液9與第一實施方式相同，也可以混入到再生塔14與吸收塔11之間的貧液3中。
[0060]另外，本實施方式的混合器25也可以將冷凝水7、補給胺8及富液4混合而生成補給胺水溶液9。此外，也可以從系統(tǒng)內的任意場所取得在本實施方式的混合器25中使用的貧液3、富液4。此外，在本實施方式中，也可以在管路34上、管路35上或者這些管路34、35的分支地點的至少任一個上設置閥。
[0061]如以上那樣，在本實施方式中，在混合器25內混合吸收液之后排出補給胺水溶液
9。然后，通過使該補給胺水溶液9混入到吸收液中而對吸收液補給補給胺8。因此，根據(jù)本實施方式，能夠緩和由于混入補給胺水溶液9而引起的吸收液內的胺濃度的急劇變化。因此，根據(jù)本實施方式，容易進行將氣液、熱的平衡維持為一定的運轉。
[0062][實施例以及比較例]
[0063]以下，為了對第一以及第二實施方式的冷凝水7的效果進行說明，而對再現(xiàn)與冷凝水7相同條件的溶劑(水)而進行了試驗的實施例以及其比較例進行說明。
[0064][實施例1]
[0065]將C02含有率為99%的氣體以流速100ml/min向10ml的20°C的水中吹入，在確認了出口氣體流量與入口氣體流量相等之后，在水中添加1g哌嗪(piperazine),在20°C下利用攪拌器(stirrer)進行攪拌直到哌嗪溶解為止。結果,哌嗪用10分鐘完全溶解。
[0066][實施例2]
[0067]除了使用15g哌嗪以夕卜,與實施例1相同地進行了試驗。結果,哌嗪用15分鐘完全溶解。
[0068][實施例3]
[0069]除了使用45g的DABCO以外，與實施例1相同地進行了試驗。結果，DABCO用10分鐘完全溶解。
[0070][實施例4]
[0071]除了使用1g的DMAP以外，與實施例1相同地進行了試驗。結果，DMAP用5分鐘完全溶解。
[0072][實施例5]
[0073]在實施例5中，使用圖1的二氧化碳回收系統(tǒng)的冷凝水7。具體而言，在取出10ml冷卻到25°C的冷凝水并將其冷卻到20°C之后，在冷凝水中添加1g哌嗪，在20°C下利用攪拌器進行攪拌直到哌嗪溶解為止。結果，哌嗪用10分鐘完全溶解。
[0074][比較例I]
[0075]在10ml的20°C的水中添加1g哌嗪，利用攪拌器進行攪拌直到哌嗪溶解為止。結果，哌嗪用15分鐘完全溶解。
[0076][比較例2]
[0077]除了使用15g哌嗪以外，與比較例I相同地進行了試驗。結果，哌嗪用20分鐘完全溶解。
[0078][比較例3]
[0079]除了使用45g的DABCO以外，與比較例I相同地進行了試驗。結果，DABCO用20分鐘完全溶解。
[0080][比較例4]
[0081]除了使用1g的DMAP以外，與比較例I相同地進行了試驗。結果，DMAP用10分鐘完全溶解。
[0082]根據(jù)以上所述的至少一個實施方式的二氧化碳回收系統(tǒng)及其運轉方法，能夠抑制系統(tǒng)內的吸收液的胺濃度降低，并且能夠容易地對吸收液補給在常溫下為固體或者液體的胺。
[0083]對本發(fā)明的幾個實施方式進行了說明，但這些實施方式是作為例子而提示的，并不意圖對發(fā)明的范圍進行限定。這些新的實施方式能夠以其他各種方式加以實施，在不脫離發(fā)明的主旨的范圍內能夠進行各種省略、置換、變更。這些實施方式及其變形包含于發(fā)明的范圍及主旨中，并同樣包含于專利請求范圍所記載的發(fā)明和與其等同的范圍中。
【權利要求】
1.一種二氧化碳回收系統(tǒng)，具備: 吸收塔，使吸收液吸收二氧化碳，并排出吸收了上述二氧化碳的上述吸收液即富液；再生塔，使上述二氧化碳和水蒸氣從上述富液放出，并排出與上述富液相比二氧化碳溶解濃度降低了的上述吸收液即貧液、以及包含上述二氧化碳和上述水蒸氣的再生塔排出氣體； 冷凝部，將上述再生塔排出氣體分離成上述二氧化碳和冷凝水；混合部，將上述冷凝水和補給胺混合，生成溶解有上述補給胺的補給胺水溶液；以及補給部，使上述補給胺水溶液混入到上述吸收液中，由此對上述吸收液補給上述補給胺。
2.如權利要求1所述的二氧化碳回收系統(tǒng)，其中， 上述補給部使上述補給胺水溶液混入到上述貧液中。
3.如權利要求2所述的二氧化碳回收系統(tǒng)，其中， 還具備緩沖箱，該緩沖箱為了將從上述再生塔排出的上述貧液向上述吸收塔供給而對其進行蓄積， 上述補給部使上述補給胺水溶液混入到上述緩沖箱中的上述貧液中。
4.如權利要求2或3所述的二氧化碳回收系統(tǒng)，其中， 還具備再生熱交換器，該再生熱交換器利用從上述再生塔向上述吸收塔移送的上述貧液的熱對從上述吸收塔向上述再生塔移送的上述富液進行加熱， 上述補給部使上述補給胺水溶液混入到通過上述再生熱交換器之后的上述貧液中。
5.如權利要求1至4中任一項所述的二氧化碳回收系統(tǒng)，其中， 上述混合部將上述冷凝水、上述補給胺及上述吸收液混合而生成上述補給胺水溶液。
6.如權利要求1至5中任一項所述的二氧化碳回收系統(tǒng)，其中， 上述補給胺在常溫下為固體。
7.如權利要求6所述的二氧化碳回收系統(tǒng)，其中，上述補給胺包含哌嗪、2-甲基哌嗪、2，5-二甲基哌嗪、2，6-二甲基哌嗪、1，4-二氮雜二環(huán)[2.2.2]辛烷、N，N-二甲基-4-氨基吡啶、2-氨基-2-甲基_1_丙醇中的至少任一種。
8.—種二氧化碳回收系統(tǒng)的運轉方法，其中， 上述二氧化碳回收系統(tǒng)具備: 吸收塔，使吸收液吸收二氧化碳，并排出吸收了上述二氧化碳的上述吸收液即富液；以及 再生塔，使上述二氧化碳和水蒸氣從上述富液放出，并排出與上述富液相比二氧化碳溶解濃度降低了的上述吸收液即貧液、以及包含上述二氧化碳和上述水蒸氣的再生塔排出氣體， 在上述二氧化碳回收系統(tǒng)的運轉方法中包括: 將上述再生塔排出氣體分離成上述二氧化碳和冷凝水， 將上述冷凝水和補給胺混合，生成溶解有上述補給胺的補給胺水溶液， 使上述補給胺水溶液混入到上述吸收液中，由此對上述吸收液補給上述補給胺。
【文檔編號】B01D53/78GK104138709SQ201410180739
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年4月30日 優(yōu)先權日:2013年5月9日
【發(fā)明者】加藤康博, 村井伸次, 村松武彥, 齊藤聰 申請人:株式會社東芝