二氧化碳回收系统及其运转方法
【专利摘要】本发明提供二氧化碳回收系统及其运转方法。一个实施方式的二氧化碳回收系统具备：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气从上述富液放出，并排出与上述富液相比二氧化碳溶解浓度降低了的上述吸收液即贫液、以及包含上述二氧化碳和上述水蒸气的再生塔排出气体。上述系统还具备：冷凝部，将上述再生塔排出气体分离成上述二氧化碳和冷凝水；混合部，将上述冷凝水和补给胺混合，生成溶解有上述补给胺的补给胺水溶液；以及补给部，使上述补给胺水溶液混入到上述吸收液中，由此对上述吸收液补给上述补给胺。
【专利说明】二氧化碳回收系统及其运转方法
【技术领域】
[0001]本发明的实施方式涉及二氧化碳回收系统(system)及其运转方法。
【背景技术】
[0002]近年来，由化石燃料的燃烧生成物即二氧化碳(C02)的温室效应引起的地球温暖化的问题变大。在这种背景下，正在全力研究将使用大量化石燃料的火力发电厂等作为对象，将燃烧废气中的二氧化碳分离回收的方法、将所回收的二氧化碳不向大气中排放地进行贮藏的方法。
[0003]具体而言，已知有一种二氧化碳回收系统，其具备:吸收塔，使燃烧废气与吸收液接触，使吸收液吸收燃烧废气中的二氧化碳；以及再生塔，对吸收了二氧化碳的吸收液进行加热，使二氧化碳从吸收液放出。由再生塔再生后的吸收液再次向吸收塔循环而被再利用。
[0004]但是,在现有的二氧化碳回收系统内，当长时间使用胺系吸收液(amine-basedabsorpt1n liquid)时,胺成分由于热、燃烧废气中的氧而逐渐分解。此外，在处理完毕的燃烧废气从吸收塔放出时，一部分胺成分与该燃烧废气一起向大气中飞散。结果，吸收液中的胺成分减少，引起系统的性能降低。因此，在现有的二氧化碳回收系统中，需要定期地进行胺的补给、吸收液的更换。
[0005]作为吸收液使用的胺，存在在常温下为液体的胺(以下称作“液体胺(liquidamine)”)以及在常温下为固体的胺(以下称作“固体胺(solid amine)”)。液体胺容易向系统内的吸收液进行补给。另一方面，固体胺为了溶解于水而需要长时间的搅拌、加热，因此难以向系统内的吸收液进行补给。并且，由于该水被新加到系统内的吸收液中，因此吸收液的胺浓度可能降低，设备(Plant)性能可能降低。因此，需要对高浓度胺进行调整而补给到吸收液中。此外，需要除去系统内的过剩的水分，而对吸收液的胺浓度进行调整。但是，在二氧化碳回收系统中，不仅存在使用液体胺的需求，还存在使用固体胺的需求。因此，期望提出一种能够抑制系统内的吸收液的胺浓度降低且还容易补给液体胺、固体胺的方法。
[0006]专利文献1:JP2004_323339A
[0007]专利文献2 JP2008-307519A
[0008]专利文献3:JP2008_168184A
[0009]专利文献4 JP2008-56642A
【发明内容】
[0010]因此，本发明要解决的课题为，提供二氧化碳回收系统及其运转方法，能够抑制系统内的吸收液的胺浓度降低且能够将在常温下为固体或者液体的胺容易地补给到吸收液中。
[0011]一个实施方式的二氧化碳回收系统的特征在于，具备: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气从上述富液放出，并排出与上述富液相比二氧化碳溶解浓度降低了的上述吸收液即贫液、以及包含上述二氧化碳和上述水蒸气的再生塔排出气体；冷凝部，将上述再生塔排出气体分离成上述二氧化碳和冷凝水；混合部，将上述冷凝水和补给胺混合，生成溶解有上述补给胺的补给胺水溶液；以及补给部，使上述补给胺水溶液混入上述吸收液中，由此对上述吸收液补给上述补给胺。
[0012]根据本实施方式，能够缩短用于溶解补给胺的搅拌时间、加热时间，能够将补给胺迅速地补给到吸收液中。此外，能够抑制系统内的吸收液的胺浓度降低，且能够将补给胺容易地补给到系统中。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是表示第一实施方式的二氧化碳回收系统的构成的概略图。
[0014]图2是表示第二实施方式的二氧化碳回收系统的构成的概略图。
【具体实施方式】
[0015]以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
[0016](第一实施方式)
[0017]图1是表示第一实施方式的二氧化碳回收系统的构成的概略图。
[0018]图1所示的第一实施方式的二氧化碳回收系统具备吸收塔11、富液泵(richliquid pump) 12、再生热交换器13、再生塔14、再沸器(reboiler) 15、贫液泵(lean liquidpump) 16、贫液冷却器(lean liquid cooler) 17、缓冲箱(buffer tank) 18、冷却器 21、冷凝器22、泵(pump) 23、切换阀24以及混合器25。
[0019]吸收塔11是二氧化碳气体吸收塔。吸收塔11使含有二氧化碳的吸收塔入口气体I与吸收液接触，使吸收液吸收二氧化碳。作为吸收塔入口气体I的例子，可举出在火力发电厂等产生的燃烧废气。作为吸收液的例子，可举出胺系吸收液。
[0020]然后，吸收塔11排出从吸收塔入口气体I除去二氧化碳后的气体即吸收塔排出气体2、以及吸收了二氧化碳的吸收液即富吸收液(以下称作“富液(rich liquid)”)4。
[0021]从吸收塔11排出的富液4利用富液泵12经由再生热交换器13移送至再生塔14。该富液4被从再生塔14的上部导入并在再生塔14内流下。
[0022]再沸器15对从再生塔14的下部排出的吸收液进行加热，从吸收液产生水蒸气和二氧化碳，并使这些气体与吸收液一起返回到再生塔14。这些气体在再生塔14内上升并且与在再生塔14内流下的富液4接触。
[0023]结果，从富液4放出二氧化碳和水蒸气。再生塔14排出包含所放出的二氧化碳和水蒸气的再生塔排出气体5、以及与富液4相比二氧化碳溶解浓度降低了的吸收液即贫吸收液(以下称作“贫液(lean liquid)”)3。
[0024]从再生塔14排出的贫液3通过贫液泵16的动作经由再生热交换器13和贫液冷却器17移送至缓冲箱18。进而，贫液3从缓冲箱18移送至吸收塔11，并被导入吸收塔11内。
[0025]另外，再生热交换器13利用从再生塔14向吸收塔11移送的贫液3的热对从吸收塔11向再生塔14移送的富液4进行加热。此外，缓冲箱18是用于蓄积贫液3的箱。
[0026]图1的二氧化碳回收系统通过反复进行吸收塔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)，由此将吸收塔入口气体I中的二氧化碳进行分离回收。
[0027]接着，继续参照图1对再生塔排出气体5的处理进行说明。
[0028]冷却器21对从再生塔14排出的再生塔排出气体5进行冷却。结果，再生塔排出气体5中的水蒸气冷凝而返回为水。包含该冷凝水和二氧化碳的混合流体被供给至冷凝器22。
[0029]冷凝器22将该混合流体分离成二氧化碳6和冷凝水7。如此，从再生塔排出气体5回收二氧化碳6。该冷却器21以及冷凝器22成为本系统的冷凝部。
[0030]从冷凝器22排出的冷凝水7通过泵23的动作经由切换阀24移送至再生塔14或者混合器25。切换阀24与管路(line) 31和管路32连接，用于这些管路31、32的切换。
[0031]在通常运转时，冷凝水7经由管路31返回到再生塔14。此外，在通常运转时，在吸收液中的水分量过多的情况下，冷凝水7也可以不返回到再生塔14。
[0032]另一方面，在吸收液中的胺浓度降低而需要胺补给的情况下，将切换阀24从管路31侧切换至管路32侧。结果，冷凝水7经由管路32导入到混合器25内。
[0033]混合器25将冷凝水7与来自外部的补给胺8 (supplied amine)混合,生成补给胺8溶解于冷凝水7的补给胺水溶液9 (supplied amine aqueous solut1n)。该混合器25成为本系统的混合部。
[0034]图1的二氧化碳回收系统使从混合器25排出的补给胺水溶液9经由管路33混入到系统中的吸收液中。具体而言，使补给胺水溶液9混入到缓冲箱18中的贫液3中。结果，补给胺8被补给到系统中的吸收液中。该管路33成为本系统的补给部。
[0035]在图1的二氧化碳回收系统中，通过这种胺补给，将吸收液中的胺浓度调整为规定浓度。
[0036](I)第一实施方式的胺补给的详细情况
[0037]接着，继续参照图1对第一实施方式的胺补给的详细情况进行说明。
[0038]在本实施方式中，作为补给胺8，使用在常温下为固体的胺(以下称作“固体胺(solid amine)”)。作为这种补给胺8的例子，可举出哌嗪(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- 二氮杂二环(I, 4-diazabicyclo) [2.2.2]辛烧(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。补给胺8也可以是包含这些固体胺中的一种以上的混合物。
[0039]一般情况下，固体胺为了溶解于水而需要长时间的搅拌、加热，因此难以向吸收液进行补给。
[0040]另一方面，向混合器25供给的冷凝水7含有未被冷凝器22分离而残留的二氧化碳。一般情况下，当在用作为胺的溶剂的水中存在二氧化碳时，胺由于吸收反应而被离子化，因此胺向水的溶解性提高。
[0041]因此，在本实施方式中，作为补给胺8的溶剂，使用溶解了二氧化碳的冷凝水7。并且，利用混合器25将冷凝水7和补给胺8进行混合。因此，根据本实施方式，能够缩短用于溶解补给胺8的搅拌时间、加热时间，并能够将补给胺8迅速地补给到吸收液中。
[0042]此外，在本实施方式中，作为补给胺8的溶剂，无需重新准备含有二氧化碳的水，而有效地利用存在于系统内的冷凝水7。因此，根据本实施方式，能够抑制系统内的吸收液的胺浓度降低，并且能够容易地对系统补给补给胺8。
[0043]进而，根据本实施方式，无需使二氧化碳溶解于水的处理等，吸收液中的胺浓度的调整变得容易。此外，根据本实施方式，通过有效地利用冷凝水7，能够削减使用的水量。
[0044]另外，冷凝水7 —般含有达到饱和浓度的量的二氧化碳。因此，根据本实施方式，通过将这种冷凝水7用作为溶剂，由此与使用二氧化碳浓度较低的溶剂的情况相比，能够进一步提高补给胺8的溶解性。
[0045](2)第一实施方式的变形例
[0046]接着，继续参照图1对第一实施方式的变形例进行说明。
[0047]在本实施方式中，使补给胺水溶液9混入到贫液3中，但也可以使补给胺水溶液9混入到富液4中。但是，当使补给胺水溶液9混入到富液4中时，富液4中的二氧化碳溶解浓度由于补给胺水溶液9而降低，再生塔14的再生效率降低。因此，在想要避免这种再生效率的降低的情况下，优选使补给胺水溶液9混入到贫液3中。
[0048]此外，在本实施方式中，也可以使补给胺水溶液9在缓冲箱18以外的任意场所混入到贫液3中。另外，在使补给胺水溶液9混入到缓冲箱18中的贫液3中的情况下，例如存在容易将吸收液中的胺浓度调整均匀这种优点。
[0049]此外，在本实施方式中，也可以使补给胺水溶液9混入到通过再生热交换器13之前的贫液3中。此外，也可以使补给胺水溶液9混入到通过再生热交换器13之后的贫液3中。但是，在本实施方式中，为了在再生热交换器13中更有效地利用贫液3的热，而使补给胺水溶液9混入到通过再生热交换器13之后的贫液3中。
[0050]此外，在本实施方式中，将混合器25内的补给胺水溶液9排出的定时(timing)为，只要是补给胺8溶解于冷凝水7的状态，则可以是任意的定时。
[0051 ] 此外，在本实施方式中，也可以预先将冷凝水7贮藏在混合器25内，在需要胺补给时，将贮藏的冷凝水7与补给胺8混合。但是，冷凝水7中的二氧化碳量随着时间的经过而降低，因此优选对胺补给的定时进行考虑而贮藏冷凝水7。
[0052]此外，本实施方式的混合器25为，在将冷凝水7与固体胺混合而生成补给胺水溶液9时，也可以在这些混合物中进一步混合其他胺。该胺可以是固体胺，也可以是液体胺(在常温下为液体的胺)。
[0053]在本实施方式中，作为吸收液，可以认为有时使用溶解了液体胺和固体胺双方的水溶液。在该情况下，有可能产生不仅吸收液中的固体胺成分减少而且液体胺成分也减少的状况。在该情况下，本实施方式的混合器25通过将冷凝水7、固体胺及液体胺混合而生成补给胺水溶液9，由此能够对吸收液同时补给该双方的胺。此外，在该吸收液中的液体胺成分减少的情况下，也可以使用本实施方式的混合器25对吸收液仅补给液体胺。
[0054]如以上那样，在本实施方式中，将冷凝水7和补给胺8混合而生成补给胺水溶液9。并且，通过使补给胺水溶液9混入到吸收液中，由此能够对吸收液补给补给胺8。因此，根据本实施方式，能够抑制系统内的吸收液的胺浓度降低，并且能够对吸收液容易地补给在常温下为固体或者液体的胺。
[0055](第二实施方式)
[0056]图2是表示第二实施方式的二氧化碳回收系统的构成的概略图。
[0057]图2所示的第二实施方式的二氧化碳回收系统具备用于供从贫液冷却器17排出的贫液3流通的管路34、35。管路34将贫液3向缓冲箱18供给，管路35将贫液3向混合器25供给。混合器25将补给胺水溶液9直接供给至吸收塔11。除此之外的构成与第一实施方式相同，因此省略重复的构成的说明。
[0058]混合器25将冷凝水7、来自外部的补给胺8及贫液3混合，而生成补给胺水溶液
9。混合器25可以同时混合冷凝水7、补给胺8及贫液3。此外，混合器25也可以在将冷凝水7和补给胺8混合之后将其混合物和贫液3混合。此外，混合器25也可以在生成补给胺水溶液9时仅将从贫液冷却器17排出的贫液3的一部分从管路35导入。或者，混合器25也可以将从贫液冷却器17排出的贫液3的全部从管路35导入。
[0059]图2的二氧化碳回收系统使从混合器25排出的补给胺水溶液9经由管路36混入到系统中的吸收液中。具体而言，使补给胺水溶液9混合到吸收塔11内的吸收液中。吸收液可以是贫液3也可以是富液4，但优选是贫液3。结果，向系统中的吸收液中补给补给胺
8。管路36成为本系统的补给部。另外,本实施方式的补给胺水溶液9与第一实施方式相同，也可以混入到再生塔14与吸收塔11之间的贫液3中。
[0060]另外，本实施方式的混合器25也可以将冷凝水7、补给胺8及富液4混合而生成补给胺水溶液9。此外，也可以从系统内的任意场所取得在本实施方式的混合器25中使用的贫液3、富液4。此外，在本实施方式中，也可以在管路34上、管路35上或者这些管路34、35的分支地点的至少任一个上设置阀。
[0061]如以上那样，在本实施方式中，在混合器25内混合吸收液之后排出补给胺水溶液
9。然后，通过使该补给胺水溶液9混入到吸收液中而对吸收液补给补给胺8。因此，根据本实施方式，能够缓和由于混入补给胺水溶液9而引起的吸收液内的胺浓度的急剧变化。因此，根据本实施方式，容易进行将气液、热的平衡维持为一定的运转。
[0062][实施例以及比较例]
[0063]以下，为了对第一以及第二实施方式的冷凝水7的效果进行说明，而对再现与冷凝水7相同条件的溶剂(水)而进行了试验的实施例以及其比较例进行说明。
[0064][实施例1]
[0065]将C02含有率为99%的气体以流速100ml/min向10ml的20°C的水中吹入，在确认了出口气体流量与入口气体流量相等之后，在水中添加1g哌嗪(piperazine),在20°C下利用搅拌器(stirrer)进行搅拌直到哌嗪溶解为止。结果,哌嗪用10分钟完全溶解。
[0066][实施例2]
[0067]除了使用15g哌嗪以夕卜,与实施例1相同地进行了试验。结果,哌嗪用15分钟完全溶解。
[0068][实施例3]
[0069]除了使用45g的DABCO以外，与实施例1相同地进行了试验。结果，DABCO用10分钟完全溶解。
[0070][实施例4]
[0071]除了使用1g的DMAP以外，与实施例1相同地进行了试验。结果，DMAP用5分钟完全溶解。
[0072][实施例5]
[0073]在实施例5中，使用图1的二氧化碳回收系统的冷凝水7。具体而言，在取出10ml冷却到25°C的冷凝水并将其冷却到20°C之后，在冷凝水中添加1g哌嗪，在20°C下利用搅拌器进行搅拌直到哌嗪溶解为止。结果，哌嗪用10分钟完全溶解。
[0074][比较例I]
[0075]在10ml的20°C的水中添加1g哌嗪，利用搅拌器进行搅拌直到哌嗪溶解为止。结果，哌嗪用15分钟完全溶解。
[0076][比较例2]
[0077]除了使用15g哌嗪以外，与比较例I相同地进行了试验。结果，哌嗪用20分钟完全溶解。
[0078][比较例3]
[0079]除了使用45g的DABCO以外，与比较例I相同地进行了试验。结果，DABCO用20分钟完全溶解。
[0080][比较例4]
[0081]除了使用1g的DMAP以外，与比较例I相同地进行了试验。结果，DMAP用10分钟完全溶解。
[0082]根据以上所述的至少一个实施方式的二氧化碳回收系统及其运转方法，能够抑制系统内的吸收液的胺浓度降低，并且能够容易地对吸收液补给在常温下为固体或者液体的胺。
[0083]对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子而提示的，并不意图对发明的范围进行限定。这些新的实施方式能够以其他各种方式加以实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含于发明的范围及主旨中，并同样包含于专利请求范围所记载的发明和与其等同的范围中。
【权利要求】
1.一种二氧化碳回收系统，具备: 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气从上述富液放出，并排出与上述富液相比二氧化碳溶解浓度降低了的上述吸收液即贫液、以及包含上述二氧化碳和上述水蒸气的再生塔排出气体； 冷凝部，将上述再生塔排出气体分离成上述二氧化碳和冷凝水；混合部，将上述冷凝水和补给胺混合，生成溶解有上述补给胺的补给胺水溶液；以及补给部，使上述补给胺水溶液混入到上述吸收液中，由此对上述吸收液补给上述补给胺。
2.如权利要求1所述的二氧化碳回收系统，其中， 上述补给部使上述补给胺水溶液混入到上述贫液中。
3.如权利要求2所述的二氧化碳回收系统，其中， 还具备缓冲箱，该缓冲箱为了将从上述再生塔排出的上述贫液向上述吸收塔供给而对其进行蓄积， 上述补给部使上述补给胺水溶液混入到上述缓冲箱中的上述贫液中。
4.如权利要求2或3所述的二氧化碳回收系统，其中， 还具备再生热交换器，该再生热交换器利用从上述再生塔向上述吸收塔移送的上述贫液的热对从上述吸收塔向上述再生塔移送的上述富液进行加热， 上述补给部使上述补给胺水溶液混入到通过上述再生热交换器之后的上述贫液中。
5.如权利要求1至4中任一项所述的二氧化碳回收系统，其中， 上述混合部将上述冷凝水、上述补给胺及上述吸收液混合而生成上述补给胺水溶液。
6.如权利要求1至5中任一项所述的二氧化碳回收系统，其中， 上述补给胺在常温下为固体。
7.如权利要求6所述的二氧化碳回收系统，其中，上述补给胺包含哌嗪、2-甲基哌嗪、2，5-二甲基哌嗪、2，6-二甲基哌嗪、1，4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷、N，N-二甲基-4-氨基吡啶、2-氨基-2-甲基_1_丙醇中的至少任一种。
8.—种二氧化碳回收系统的运转方法，其中， 上述二氧化碳回收系统具备: 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气从上述富液放出，并排出与上述富液相比二氧化碳溶解浓度降低了的上述吸收液即贫液、以及包含上述二氧化碳和上述水蒸气的再生塔排出气体， 在上述二氧化碳回收系统的运转方法中包括: 将上述再生塔排出气体分离成上述二氧化碳和冷凝水， 将上述冷凝水和补给胺混合，生成溶解有上述补给胺的补给胺水溶液， 使上述补给胺水溶液混入到上述吸收液中，由此对上述吸收液补给上述补给胺。
【文档编号】B01D53/78GK104138709SQ201410180739
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年4月30日 优先权日:2013年5月9日
【发明者】加藤康博, 村井伸次, 村松武彦, 齐藤聪 申请人:株式会社东芝