二氧化碳回收裝置及二氧化碳回收方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及使用了二氧化碳捕捉材料的二氧化碳的回收裝置及回收方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為了抑制全球變暖，要求作為溫室效果氣體影響大的二氧化碳的排出量削減。作為二氧化碳排出抑制的具體的方法，有使用了吸收液或吸附材料等的分離回收技術(shù)。
[0003]作為氣體的吸附分離技術(shù)，一般已知有如下技術(shù):為了吸附分離氣體中的某特定成分，首先，使特定成分吸附于容納了吸附材料的吸附塔的吸附材料，然后，通過(guò)向吸附了一定量的特定成分的吸附塔的加熱和通氣，使特定成分脫離而再生吸附材料。
[0004]作為為了防止回收的特定成分的氣體純度的降低而流過(guò)的氣體，優(yōu)選在常溫常壓可容易地氣液分離的水蒸氣等再生用氣體。但是，在二氧化碳捕捉材料溫度比水蒸氣溫度低的情況下，存在通過(guò)水蒸氣流通，在二氧化碳捕捉材料表面發(fā)生水蒸氣的冷凝等課題。
[0005]為了使水蒸氣不冷凝，在二氧化碳吸收材料的再生工序中，在加熱二氧化碳吸收材料的同時(shí)也供給過(guò)熱水蒸氣。但是，在再生二氧化碳吸收材料期間，由于持續(xù)流過(guò)水蒸氣，因此，在將回收后的二氧化碳和水蒸氣氣液分離時(shí)，存在損失大的冷凝熱量、運(yùn)轉(zhuǎn)成本變高的課題。
[0006]在專(zhuān)利文獻(xiàn)I中公開(kāi)有:關(guān)于從含二氧化碳?xì)怏w中回收高濃度的二氧化碳的二氧化碳回收系統(tǒng)，在由二氧化碳捕捉劑回收二氧化碳時(shí)，使用在I大氣壓下沸點(diǎn)為100±50°C左右的水蒸氣、甲醇、乙醇等載氣以使通過(guò)冷卻與二氧化碳容易分離，以及，作為使捕捉的二氧化碳脫離的手段，不僅使上升溫度在200°C以?xún)?nèi)進(jìn)行加熱，而且在回收高濃度的二氧化碳的流路設(shè)置真空栗，將容器內(nèi)在壓力差15大氣壓以?xún)?nèi)進(jìn)行減壓。
[0007]在專(zhuān)利文獻(xiàn)2中公開(kāi)了一種在CO2分離回收的解吸工序中，通過(guò)用CO2分壓低的吹掃氣體進(jìn)行吹送而不需要解吸中的減壓的技術(shù)。在該文獻(xiàn)中還記載了提高水蒸氣的壓力使其比大氣壓更高(例如105kPa)。
[0008]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0009]專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0010]專(zhuān)利文獻(xiàn)1:特開(kāi)2013-59704號(hào)公報(bào)[0011 ] 專(zhuān)利文獻(xiàn)2:特開(kāi)2010-69398號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]發(fā)明所要解決的課題
[0013]本發(fā)明的目的在于，減少在二氧化碳捕捉材料的再生工序中向二氧化碳回收塔內(nèi)供給的再生用氣體的量，提高能量效率，且縮短在再生工序花費(fèi)的時(shí)間。
[0014]用于解決課題的手段
[0015]本發(fā)明的二氧化碳回收裝置的特征在于，具備:收納了二氧化碳捕捉材料的二氧化碳吸收塔、加熱二氧化碳捕捉材料的加熱部、用于向二氧化碳吸收塔導(dǎo)入含二氧化碳?xì)怏w的流路、用于向二氧化碳吸收塔導(dǎo)入再生用氣體的流路、和用于回收包含從二氧化碳捕捉材料脫離的氣體的混合氣體的流路;通過(guò)加熱部進(jìn)行二氧化碳捕捉材料的預(yù)熱，然后，向二氧化碳吸收塔導(dǎo)入再生用氣體，由二氧化碳捕捉材料回收二氧化碳。
[0016]發(fā)明效果
[0017]根據(jù)本發(fā)明，能夠減少在二氧化碳捕捉材料的再生工序中向二氧化碳回收塔內(nèi)供給的再生用氣體的量，提高能量效率，且縮短在再生工序花費(fèi)的時(shí)間。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1A為表示在二氧化碳回收裝置中為了再生二氧化碳捕捉材料而預(yù)先進(jìn)行加熱的工序中的閥的狀態(tài)的整體構(gòu)成圖。
[0019]圖1B為表示在圖1A的加熱工序之后導(dǎo)入再生用氣體而再生二氧化碳捕捉材料的工序中的閥的狀態(tài)的整體構(gòu)成圖。
[0020]圖2為表示比較例I及實(shí)施例1?3中使用的二氧化碳捕捉材料再生試驗(yàn)裝置的構(gòu)成圖。
[0021]圖3為表示比較例I及實(shí)施例1?3的試驗(yàn)中的二氧化碳脫離量的圖。
[0022]圖4為表示比較例I及實(shí)施例1?3的試驗(yàn)中的到二氧化碳脫離結(jié)束為止的時(shí)間的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]對(duì)本發(fā)明的一實(shí)施方式涉及的二氧化碳回收裝置的一部分的二氧化碳吸收塔的例子，使用附圖進(jìn)行說(shuō)明。
[0024]圖1A及IB為表示二氧化碳回收裝置的二氧化碳吸收塔的圖。
[0025]圖1A為表示在二氧化碳回收裝置中為了再生二氧化碳捕捉材料而預(yù)先進(jìn)行加熱的工序中的閥的狀態(tài)的整體構(gòu)成圖。
[0026]圖1B為表示在圖1A的加熱工序之后導(dǎo)入再生用氣體而再生二氧化碳捕捉材料的工序中的閥的狀態(tài)的整體構(gòu)成圖。
[0027]在這些圖中，在二氧化碳吸收塔100的內(nèi)部收納有二氧化碳捕捉材料101。
[0028]在二氧化碳吸收塔100中連接有含二氧化碳?xì)怏w流路102、二氧化碳除去氣體回收流路103及混合氣體回收流路105。這些流路中分別設(shè)置閥，可控制氣體的流通。另外，在二氧化碳吸收塔100中連接著設(shè)有再生用氣體流量調(diào)節(jié)部109的再生用氣體流路104。另外，在二氧化碳吸收塔100中設(shè)有熱介質(zhì)流路107、108，以使可加熱二氧化碳捕捉材料1I。
[0029]為了回收含二氧化碳?xì)怏w中的二氧化碳，需要依次實(shí)施以下的三個(gè)工序。
[0030](I)利用二氧化碳捕捉材料捕捉二氧化碳的“捕捉工序”
[0031](2)在通過(guò)加熱使捕捉于二氧化碳捕捉材料的二氧化碳脫離后，使再生用氣體流通，由此趕出二氧化碳吸收塔內(nèi)的二氧化碳，可再次在捕捉工序中使用二氧化碳捕捉材料的二氧化碳捕捉材料的“再生工序”
[0032](3)將加熱后的二氧化碳捕捉材料冷卻至與含二氧化碳?xì)怏w相同或比其稍高的溫度的“冷卻工序”
[0033]另外，設(shè)置至少三臺(tái)的二氧化碳吸收塔100，在三臺(tái)的二氧化碳吸收塔100中分別分配三個(gè)工序，由此可從含二氧化碳?xì)怏w中連續(xù)地回收二氧化碳。
[0034]在捕捉二氧化碳時(shí)，將開(kāi)閉閥106設(shè)為開(kāi)，從含二氧化碳?xì)怏w流路102向二氧化碳吸收塔100導(dǎo)入含二氧化碳?xì)怏w，通過(guò)二氧化碳捕捉材料101選擇性地捕捉含二氧化碳?xì)怏w中的二氧化碳。除去了二氧化碳的氣體由二氧化碳除去氣體回收流路103排出。若二氧化碳除去氣體回收流路103中的氣體的二氧化碳濃度達(dá)到設(shè)定值、或者使含二氧化碳?xì)怏w流通后經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，則關(guān)閉含二氧化碳?xì)怏w流路102及二氧化碳除去氣體回收流路103。
[0035]接著，記載二氧化碳捕捉材料的再生工序。
[0036]圖1A中示出為了再生二氧化碳捕捉材料而進(jìn)行加熱的工序中的閥的開(kāi)閉狀態(tài)。
[0037]在本圖中，為了使由二氧化碳捕捉材料101捕捉的二氧化碳脫離而回收，打開(kāi)混合氣體回收流路105，通過(guò)在二氧化碳吸收塔100的內(nèi)部配置的熱介質(zhì)流路107和在二氧化碳吸收塔100的外部配置的熱介質(zhì)流路108來(lái)加熱二氧化碳捕捉材料101。通過(guò)該加熱，從二氧化碳捕捉材料101上脫離的二氧化碳由混合氣體回收流路105回收。其中，在二氧化碳吸收塔100的外部配置的熱介質(zhì)流路108可以配置于二氧化碳吸收塔100的外部，也可以配置于例如二氧化碳吸收塔100的壁內(nèi)。在此，熱介質(zhì)流路107、108—并稱(chēng)為“加熱部”。
[0038]在開(kāi)始上述加熱后，在經(jīng)過(guò)設(shè)定時(shí)間后、或者測(cè)定點(diǎn)的二氧化碳捕捉材料到達(dá)比再生用氣體的溫度高的溫度后，將用再生用氣體流量調(diào)節(jié)部109調(diào)節(jié)了流量的再生用氣體從再生用氣體流路104送入二氧化碳吸收塔100。
[0039]S卩，通過(guò)加熱部進(jìn)行二氧化碳捕捉材料101的預(yù)熱(預(yù)熱工序)，然后，向二氧化碳吸收塔100導(dǎo)入再生用氣體(水蒸氣)(再生用氣體供給工序)，從二氧化碳捕捉材料101中回收二氧化碳。它們的切換控制可以由操作者手動(dòng)進(jìn)行，也可以以附設(shè)的控制部檢測(cè)到的數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)發(fā)出電的或機(jī)械的指令來(lái)進(jìn)行。
[0040]為了縮短再生用氣體的流通時(shí)間，再生用氣體的流量換算為二氧化碳吸收塔100內(nèi)的線速度可以為0.5m/秒以上。另外，若從壓力損失的觀點(diǎn)進(jìn)行考慮，則更優(yōu)選為0.5m/秒以上且2.5m/秒以下為佳。若使用Ergun的壓力損失式，則在將二氧化碳捕捉材料的粒徑設(shè)為2.5cm、孔隙率設(shè)為0.4、粘度設(shè)為2.8 X 10—4、二氧化碳捕捉材料填充層的高度設(shè)為1m的情況下，在再生用氣體的線速度為2.5m/秒時(shí)，壓力損失成為52kPa，超過(guò)認(rèn)為是允許壓力損失的50kPa。因此，判斷再生用氣體的線速度優(yōu)選2.5m/秒以下。
[0041]將再生用氣體導(dǎo)入二氧化碳吸收塔內(nèi)時(shí)，熱介質(zhì)流路107、108的閥可以關(guān)閉，也可以不關(guān)閉。
[0042]圖1B示出在維持開(kāi)放熱介質(zhì)的流通、開(kāi)始再生用氣體的流通時(shí)的閥的開(kāi)閉狀態(tài)。
[0043]通過(guò)形成本圖的狀態(tài)，可以使二氧化碳捕捉材料101周?chē)亩趸挤謮航档?，可促進(jìn)二氧化碳從二氧化碳捕捉材料101的脫離，從而提高二氧化碳捕捉材料101的再生率。從加熱切換為再生用氣體流通的條件可以基于在二氧化碳吸收塔100內(nèi)設(shè)置的溫度測(cè)定裝置來(lái)判斷，也可以經(jīng)驗(yàn)性地或者通過(guò)計(jì)算預(yù)測(cè)到達(dá)設(shè)定溫度的時(shí)間，由該時(shí)間進(jìn)行判斷而切換，還可以為測(cè)定從二氧化碳捕捉材料脫離出來(lái)的出口氣體(二氧化碳)的流量(濃度)，若其流量成為設(shè)定量(濃度)以下則進(jìn)行切換這樣的控制。即，在混合氣體中含有的二氧化碳的濃度成為規(guī)定值以下的情況下，可以以停止再生用氣體的導(dǎo)入的方式進(jìn)行控制。
[0044]另外，在混合氣體中含有的再生用氣體的濃度成為規(guī)定值以上的情況下，可以以停止再生用氣體的導(dǎo)入的方式進(jìn)行控制。再生用氣體的濃度可以通過(guò)測(cè)定其露點(diǎn)來(lái)檢測(cè)。
[0045]另外，如果規(guī)定時(shí)間供給再生用氣體的話，也可以停止供給的方式進(jìn)行控制。即，也可以預(yù)先設(shè)定再生用氣體的供給時(shí)間。
[0046]在此使用的再生用氣體只要為二氧化碳以外的氣體，則可以為任何氣體，但優(yōu)選容易冷凝的氣體。例如為在I大氣壓下沸點(diǎn)為100±50°C左右的氣體的水蒸氣、甲醇、乙醇等醇類(lèi)、丙酮等酮類(lèi)等。從安全性等觀點(diǎn)考慮，特別優(yōu)選水蒸氣。這是因?yàn)榭赏ㄟ^(guò)將回收的再生用氣體和二氧化碳的混合氣體冷卻而分離回收。
[0047]作為二氧化碳捕捉材料1I，例如可以為含有二氧化硅、氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯、氧化鋪、沸石、高分子材料、活性炭、MOF (Mo I ecu Iar Organic Framework)、Z IF (ZeoliticImidazolate Framework)等的高比表面積材料，也可以為含有堿金屬及堿土金屬的氧化物或碳酸鹽等的材料。另外，對(duì)二氧化碳捕捉材料101的形狀而言，構(gòu)成材料的最小單位也可以為粒狀、粒狀的集合體或它們的復(fù)合體。另外，在二氧化碳捕捉材料101作為部件形成的情況下，優(yōu)選以壓損變少的方式具有通氣性這樣的形狀，例如可以作為多孔體形成，也可以形成為蜂窩狀。另外，二氧化碳捕捉材料101的外形可以為塊、板狀等。作為二氧化碳捕捉材料101，特別優(yōu)選含有Ce的氧化物(添加其它的元素而高性能化的氧化鈰)。
[0048]作為含有Ce的氧化物的優(yōu)選的例子，可以舉出:除Ce以外還含有Al的氧化物。含有的金屬元素中含量最多的元素為Ce，且Al的含量?jī)?yōu)選為0.0lmol %以上且4