专利名称：二氧化碳的分离装置及二氧化碳的分离方法
技术领域：
本发明涉及燃烧废气及工艺气体等被处理气体中含有的二氧化碳的分离装置及二氧化碳的分离方法。
背景技术：
气化复合发电(IGCC)作为将煤气化，将气体涡轮机和蒸汽涡轮机组合来进行发电，可以将煤高效地能量化的发电方法备受关注。上述气化复合发电中，生成含有二氧化碳(CO2)和氢(H2)的工艺气体，从上述工艺气体分离二氧化碳，使H2气体在气体涡轮机进行燃烧来发电，同时在上述气体涡轮机使用H2气体燃烧时产生的蒸气进行蒸气涡轮机的发电。此外，上述工艺气体的二氧化碳和氢的混合比通常为约4 6左右。作为将上述气化复合发电、煤火力发电等发电系统、钢铁厂、水泥厂等的燃烧废气·及工艺气体中含有的二氧化碳分离的技术，有化学吸收法、PSA法(物理吸附法)、膜分离法、物理吸收法等，例如专利文献I中使用使二氧化碳溶解于高压水的物理吸收法。另外，通过将上述燃烧废气及工艺气体等被处理气体中的二氧化碳水合化而从上述被处理气体分离二氧化碳的水合分离法(例如参照专利文献2 )在可以仅利用水进行二氧化碳的分离这一点上是最清洁的方法，备受关注。气体水合物的生成条件根据水合化的气体种而不同，但通常为高压、低温的条件。在该二氧化碳水合物的情况下，因被处理气体中的二氧化碳浓度而不同，例如在压力5MPa 20MPa、温度(TC 4°C下生成。另一方面，已知二氧化碳相比被处理气体中含有的其它气体成分(氢、氮等)，向水的溶解度非常高，该溶解度有压力越高时或温度越低时越大的趋势。如上，在使反应器内处于高压低温条件而进行上述被处理气体中含有的二氧化碳(气体)的水合化的情况下，在上述反应器内生成水合物的同时，引起二氧化碳的溶解，由此二氧化碳分压降低，水合物停止生成。即，由于二氧化碳以气体的状态(未被装入液相)从反应器流出，所以二氧化碳的分离效率降低。另一方面，为消除在上述反应器内的二氧化碳的溶解引起的二氧化碳分压的降低，只要进一步提高该反应器内的压力即可，该情况下，导致气体的压缩动力的增加及反应器制造成本的增加，其结果存在二氧化碳回收成本增加的问题。专利文献I:特许第4088632号专利文献2:特开2005 - 179629号公报
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于，提供一种二氧化碳的分离装置及方法，在将被处理气体中含有的二氧化碳水合化并分离时，能够从该被处理气体高效地分离二氧化碳。为实现上述目的，本发明第一方面提供一种二氧化碳的分离装置，其特征在于，具备二氧化碳水合物生成部，其以含有二氧化碳的被处理气体和水为原料生成二氧化碳的水合物；二氧化碳吸收部，其使在所述二氧化碳水合物生成部未水合化而通过的高压气体与水进行气液接触，使水吸收该高压气体中的二氧化碳，所述二氧化碳吸收部内的水作为所述原料水被送向所述二氧化碳水合物生成部。根据该第一方面，由于将还含有大量不能水合化地通过了二氧化碳水合物生成部的二氧化碳的被处理气体以高压状态在二氧化碳吸收部内与水进行气液接触，所以可以从被处理气体中进一步由水水吸收(溶解)二氧化碳将其除去。而且，将所述“吸收了二氧化碳的水”作为原料送向所述二氧化碳水合物生成部。因此，在重新将含有二氧化碳的气体送入该二氧化碳水合物生成部内时，在原料的水中，经过所述高压状态的吸收工序已溶解有大量的二氧化碳。因此，新送入的被处理气体中的二氧化碳几乎不能溶解于水。其结果防止了二氧化碳水合物生成部内的压力的降低，且防止二氧化碳水合物的生成效率的降低。如上，通过设置该二氧化碳吸收部，可以容易地实现二氧化碳从含有二氧化碳的被处理气体中的高效率的分离。·本发明第二方面的二氧化碳的分离装置，在第一方面的基础上，其特征在于，具备气体水合物分解部，其接受所述二氧化碳的水合物进行分解而再气化；二氧化碳释放部，其接受由所述气体水合物分解部的所述再气化得到的水，使溶解于该水的二氧化碳，经过所述二氧化碳释放部的水被送向所述二氧化碳吸收部。根据第二方面，将分解二氧化碳水合物得到的水经过在二氧化碳释放部的二氧化碳的释放处理送入所述二氧化碳吸收部。因此，送入二氧化碳吸收部的水在前段的二氧化碳释放部释放二氧化碳，因此二氧化碳的吸收能力恢复。通过将该水送入二氧化碳吸收部内，该二氧化碳吸收部内的水被稀释，因而可以将向该二氧化碳吸收部的新水的追加限制在最小限，可以将该二氧化碳吸收能力维持在高的状态。因此，由于具备该二氧化碳释放部，从而可以容易且以低成本实现在二氧化碳吸收部的二氧化碳的吸收能力的维持。本发明第三方面的二氧化碳的分离装置，在第二方面的基础上，其特征在于，具备脱水部，其设于所述二氧化碳水合物生成部和所述气体水合物分解部之间，将所述二氧化碳水合物的浆体脱水，由所述脱水部的脱水得到的水被送向所述二氧化碳水合物生成部。通过第三方面的脱水部的脱水得到的水、即将在二氧化碳水合物生成部生成的二氧化碳水合物的浆体脱水后的水溶解有大量二氧化碳。另外，液温也与二氧化碳水合物生成部内几乎没有变化。因此，根据第三方面，不会因在二氧化碳水合物生成部内的二氧化碳向水的溶解而带来的压力降低的问题，且可以抑制冷却原料水用的能量的增加，并且能够有效地供给原料水。本发明第四方面的二氧化碳的分离装置，在第三方面的基础上，其特征在于，所述二氧化碳吸收部及所述脱水部被设定为与所述二氧化碳水合物生成部的压力相同压力。在此，“相同压力”是指只要是在可将所述二氧化碳吸收部内的水或经过了所述脱水部的水不经由泵等加压装置而送入所述二氧化碳水合物生成部的水平下为“相同”即可，不必严格相同。根据第四方面，可以抑制使二氧化碳水合物生成部内成为满足水合物生成条件的高压用的能量的增加，并且可以高效地供给原料的水。本发明第五方面的二氧化碳的分离装置，在第一 第四方面中任一方面的基础上，其特征在于，在所述气体水合物生成部的上游侧具备将含有所述二氧化碳的气体设定为规定的压力的压缩装置，作为所述压缩装置的动力，利用经过了所述二氧化碳吸收部的高压气体的压力能量。由于用于二氧化碳水合物生成的压力条件为高压，所以所述被处理气体被压缩装置压缩，成为高压向气体水合物生成部供给。而且，经所述气体水合物生成部的二氧化碳水合物生成工序未水合化的高压的被处理气体以该高压状态从气体水合物生成部被送向二氧化碳吸收部，在相同高压下从二氧化碳吸收部放出并被回收。根据第五方面，在将被处理气体中的二氧化碳水合化并分离后，将在二氧化碳吸收部进一步分离了二氧化碳的高压气体的压力能量作为所述压缩装置的动力利用，由此， 可以降低该压缩装置的消耗能量。因此，可以降低装置整体的运行成本。本发明第六方面提供一种二氧化碳的分离方法，其具有二氧化碳水合物生成工序，以含有二氧化碳的被处理气体和水为原料，生成二氧化碳的水合物；二氧化碳吸收工序，使在所述二氧化碳水合物生成工序未水合化而通过的高压气体与水进行气液接触，使水吸收该高压气体中的二氧化碳；将在所述二氧化碳吸收工序生成的水作为所述原料水送向所述二氧化碳水合物生成工序的工序。根据第六方面，可以实现与第一方面相同的作用效果，可以从含有二氧化碳的被处理气体中高效地分离二氧化碳。本发明第七方面的二氧化碳的分离方法，在第六方面的基础上，其特征在于，具有气体水合物分解工序，接受所述二氧化碳的水合物进行分解而再气化；二氧化碳释放工序，接受在所述气体水合物分解工序得到的水，使溶解于该水的二氧化碳释放；将在所述二氧化碳释放工序得到的水送向所述二氧化碳吸收工序的工序。根据第七方面，可以实现与第二方面相同的作用效果，可以在进行二氧化碳的分离的整个工序中高效地供给水，且可以高效且低成本地进行二氧化碳从被处理气体的分离。发明效果根据本发明，可以降低将被处理气体中包含的二氧化碳水合化分离时作用的消耗能量，降低装置的运行成本。
图I是表示实施例I的二氧化碳的分离装置的概略构成图；图2是表示实施例2的二氧化碳的分离装置的概略构成图；图3是表示实施例3的二氧化碳的分离装置的概略构成图；图4是表示实施例4的二氧化碳的分离装置的概略构成图；图5是表示实施例5的二氧化碳的分离装置的概略构成图；图6是表示比较例的试验所使用的二氧化碳的分离装置的概略构成图；图7是表示实施例5及比较例的试验结果的图。
具体实施方式
下面，基于实施例更详细地说明本发明，但本发明不限于这些实施例。图I是表示实施例I的二氧化碳的分离装置的一例的概略构成图。[实施例I]本实施例的二氧化碳的分离装置10具备以包含二氧化碳的被处理气体Gtl和水为原料生成二氧化碳的水合物的二氧化碳水合物生成部11。上述被处理气体Gtl通过压缩装置2及冷却器3形成规定的压力及温度(例如6 9MPa、l 2°C)，从设于上述二氧化碳水合物生成部11的下部的被处理气体导入口 12导入该二氧化碳水合物生成部11内。此外，被处理气体Gtl的压力高的情况下，可以省略上述压缩装置2。另外，为了除去上述被处理气体Gtl中含有的水分，优选在上述二氧化碳水合物生成部11之前设置被处理气体脱水器I。上述二氧化碳水合物生成部11内被设定为二氧化碳水合物生成的规定的压力及温度(例如6 9MPa、2 4°C )，在该二氧化碳水合物生成部11内，以上述被处理气体Gtl中含有的二氧化碳和水为原料，进行生成二氧化碳水合物的二氧化碳水合物生成工序。上述气体水合物生成部11的气体水合物生成工序可通过向水中吹入微细的气泡的起泡法、向气体中喷雾水的喷雾法等公知的方法进行。特别是起泡法的气液接触效率好，可以高效地生成目的的气体水合物，故而优选。此外，通过起泡法、喷雾法等得到的二氧化碳水合物以浆体的状态得到。在二氧化碳水合物生成部11生成的二氧化碳水合物浆体从管线15被排出到系统夕卜。而且，在上述二氧化碳水合物生成部11未水合化而通过的高压气体G1从设于上述二氧化碳水合物生成部11的上部的高压气体排出口 13排出，经由管线14导入后述的二氧化碳吸收部21。从管线26向上述二氧化碳吸收部21内供给水，上述高压气体G1从设于上述二氧化碳吸收部21的下部的高压气体导入口 22被导入该二氧化碳吸收部21内。通过在该二氧化碳吸收部21使上述高压气体匕和水气液接触，可以由水吸收该高压气体G1中的二氧化碳(二氧化碳吸收工序)。此外，上述二氧化碳吸收部21内优选设定为与上述二氧化碳水合物生成部11相同的压力及温度。上述“相同压力”只要在可以不经由泵等加压装置而将上述二氧化碳吸收部21内的水送入上述二氧化碳水合物生成部11这样的水平下为“相同”即可，不需要严格地相同。由此，可以抑制使二氧化碳水合物生成部11内成为满足水合物生成条件的高压用的能量的增加，并且可以有效地供给原料的水。在二氧化碳吸收部21内吸收了高压气体G1中的二氧化碳的水经由管线24作为上述原料水被送向上述二氧化碳水合物生成部11。S卩，通过上述二氧化碳吸收工序生成的水作为上述原料水被送向上述二氧化碳水合物生成工序。另外，从高压气体G1中进一步除去了二氧化碳的高压气体G2从设于上述二氧化碳吸收部21的上部的高压气体排出口 23排出并回收。在生成二氧化碳水合物时，每Imol 二氧化碳产生65. 2kj的生成热。为防止二氧化碳水合物生成部11内的温度因该生成热而上升，且将该二氧化碳水合物生成部11内保持在规定的温度(例如2 4°C )，优选如下构成，在上述管线24设置冷却器25，使冷却至比上述二氧化碳水合物生成部11内的温度低的温度的水(例如I 2°C)返回该二氧化碳水合物生成部11。另外，优选如下构成，设置排出该二氧化碳水合物生成部11的水并使其循环的管线17，将上述排出的水例如通过冷却器18冷却至约I 2°C。其次，说明本实施例的二氧化碳的分离装置10及使用了该二氧化碳的分离装置10的二氧化碳的分离方法的作用效果。根据本实施例的二氧化碳的分离装置10，由于使大量含有未水合化而通过二氧化碳水合物生成部11的二氧化碳的被处理气体、即高压气体G1以高压状态在二氧化碳吸收部21内与水气液接触，所以可以进一步将二氧化碳从上述高压气体G1中由水吸收(溶解)并除去。 而且，将上述“吸收了二氧化碳的水”作为原料送入上述二氧化碳水合物生成部
11。因此，在将含有二氧化碳的气体(被处理气体Gtl)新送入该二氧化碳水合物生成部11内时，经上述高压状态下的吸收工序在原料的水中已溶解有大量的二氧化碳。因此，被新送入上述二氧化碳水合物生成部11的被处理气体Gtl中的二氧化碳几乎不能溶解于原料水中。其结果可防止二氧化碳水合物生成部11内的压力的降低，防止二氧化碳水合物的生成效率的降低。如上，通过设置该二氧化碳吸收部21，可以实现二氧化碳从含有二氧化碳的被处理气体Gtl中的高效的分离。[实施例2]其次，说明本发明的二氧化碳的分离装置的其它例。图2是表示实施例2的二氧化碳的分离装置20的概略构成图。此外，对于与实施例I相同的部件标注相同的符号，省略其说明。本实施例的二氧化碳的分离装置20与上述实施例I相同，具备二氧化碳水合物生成部11和二氧化碳吸收部21，而且在其下游侧具备气体水合物分解部31和二氧化碳释放部41。在上述二氧化碳水合物生成部11生成的二氧化碳水合物浆体经由管线16被导入上述气体水合物分解部31。在该气体水合物分解部31，进行将在上述二氧化碳水合物生成部11生成的二氧化碳水合物分解，再气化的气体水合物分解工序。二氧化碳水合物的再气化通过将气体水合物分解部31内设为规定压力及规定温度而进行。例如在将气体水合物分解部31内的压力设为约4MPa的情况下，该气体水合物分解部31内的温度设定为约10°C。上述气体水合物分解部31被构成为具备加温器36，通过该加温器36供给热。此外，二氧化碳水合物的分解所需的分解热为每Imol 二氧化碳为65. 2kJ，因此，作为加温器36，例如可以使用使10 15°C程度的海水、或由化学厂等产生的低温排热等循环的构成。当将二氧化碳水合物分解时，再气化的二氧化碳和水合物分解的水生成。上述水从设于上述气体水合物分解部31的下部的分解水排出口 32排出，被送入后述的二氧化碳释放部41。
另外，上述再气化的二氧化碳从气体排出口 33排出。从上述气体排出口 33排出的二氧化碳在被脱湿器34脱湿后，通过压缩器35升压至导管管线输送所需的压力(例如10 15MPa)。其次，说明上述二氧化碳释放部41。上述二氧化碳释放部41进行接受由上述气体水合物分解部31的上述再气化得到的水并将溶解于该水的二氧化碳释放的二氧化碳释放工序。上述二氧化碳释放部41具备加温器46，通过将二氧化碳释放部41内设为规定压力及规定温度，可以使通过上述再气化得到的水中溶解的二氧化碳释放。例如，在将二氧化碳释放部41内的压力设为O. 2 O. 5MPa的情况下，该二氧化碳释放部41内的温度设定为约10°C。此外，在使水中含有的二氧化碳释放时，每Imol 二氧化碳需要约20kJ的释放热，因此，作为上述加温器46，例如可以使用使10 15°C程度的海水、及由化学厂等产生的低温排热等循环的构成。 而且，经过上述二氧化碳释放部41的水、即将二氧化碳释放除去的水从设于该二氧化碳释放部41的下部的水排出口 42排出，经由管线47被送向上述二氧化碳吸收部21。优选管线47与向上述二氧化碳吸收部21供给新的水的管线26合一，利用共通的冷却器27冷却并送向上述二氧化碳吸收部21。另外，从上述水释放的二氧化碳从气体排出口 43排出。从上述气体排出口 43排出的二氧化碳在由脱湿器44脱湿后，通过压缩器45升压至管线输送所需的压力(例如10 15MPa)。此外，图2中，符号37及符号38表不阀,符号48表不泵。另外,在将各构成部相连的其它管线也可以适宜设置阀或泵(图中省略)。根据本实施例，其构成为，将分解二氧化碳水合物得到的水经二氧化碳释放部41处的二氧化碳的释放处理而送向上述二氧化碳吸收部21。因此，送入二氧化碳吸收部21的水在前段的二氧化碳释放部41释放二氧化碳，因此，二氧化碳的吸收能力恢复。通过将该水送入二氧化碳吸收部21内，由于该二氧化碳吸收部21内的水被稀释，因此，可以将新的水向该二氧化碳吸收部21的追加设定为最小限，可以将该二氧化碳吸收能力维持在高的状态。因此，由于具备该二氧化碳释放部41，从而能够容易且以低成本实现二氧化碳吸收部处的二氧化碳的吸收能力的维持。[实施例3]其次，说明本发明的二氧化碳的分离装置的又一例。图3是表示实施例3的二氧化碳的分离装置30的概略构成图。此外，对于与实施例2相同的部件标注同一符号，省略其说明。本实施例的二氧化碳的分离装置30与上述实施例2相同，具备二氧化碳水合物生成部11、二氧化碳吸收部21、气体水合物分解部31、二氧化碳释放部41，且在上述二氧化碳水合物生成部11和上述气体水合物分解部31之间还具备脱水部51。在二氧化碳水合物生成部11，被处理气体Gtl中的二氧化碳被水合化，形成二氧化碳水合物浆体。为了将被处理气体Gtl中的二氧化碳高效地分离，上述二氧化碳水合物浆体的水分量优选为50 95重量％。
上述气体水合物浆体从上述二氧化碳水合物生成部11通过管线16被送入上述脱水部51，进行脱水工序。在上述脱水工序中，优选进行使上述50 95重量％的水分量的二氧化碳水合物浆体变为例如25 60重量％程度的水分量的脱水。脱水的二氧化碳水合物经由管线54被送入气体水合物分解部31。另一方面，在上述脱水部51被除去的水从设于该脱水部51的下部的水排出口 52排出，通过管线53被送向二氧化碳水合物生成部11。此时，优选如下构成，将上述管线53和管线24 (将在二氧化碳吸收部21内吸收了高压气体G1中的二氧化碳的水送向二氧化碳水合物生成部11的管线)合一，将使用冷却器25冷却至温度比上述二氧化碳水合物生成部11内的温度低的水返回该二氧化碳水合物生成部11。通过上述脱水部51的脱水得到的水、即将在二氧化碳水合物生成部11生成的二氧化碳水合物的浆体脱水后的水中溶解有大量二氧化碳。另外，液温在二氧化碳水合物生成部11内也几乎没有变化。因此，不会因二氧化碳水合物生成部11内的二氧化碳向水的溶解而引起的压力降低的问题，且能够抑制用于冷却原料水的能量的增加，并且能够有效地供给原料的水。·另外，上述脱水部51内的压力与上述二氧化碳吸收部21相同，优选设定为与上述二氧化碳水合物生成部11的压力相同的压力。由此，能够抑制使二氧化碳水合物生成部11内成为满足水合物生成条件的高压用的能量的増加，并且能够高效的供给原料的水。在此，如果提高脱水部51的脱水能力，则从上述二氧化碳水合物浆体除去的水(约I 2°C)的量增加，由上述气体水合物分解部31的二氧化碳水合物的分解而生成的水(约10°C左右)减少，因此，可以降低向二氧化碳水合物生成部11循环的水的冷却所需的能量(冷却器25所需的能量。而且，再气化所需的热能(加温部36所需的能量)也在浆体浓度提闻时减少。另一方面，若提高上述脱水部51的脱水能力，则送入气体水合物分解部31的二氧化碳水合物中含有的水的量减少，因此，经二氧化碳释放部41在二氧化碳吸收部21循环的水量也减少。因此，上述脱水部51的脱水能力期望考虑上述能量成本的削减效果(向二氧化碳水合物生成部11循环的水的冷却所需的能量及再气化所需的热能等)、和确保从上述二氧化碳释放部41向二氧化碳吸收部21循环的水量并降低向上述二氧化碳吸收部21新供给的水量所带来的成本削减效果的均衡来设定。[实施例4]其次，对本发明的二氧化碳的分离装置的再一例进行说明。图4是表示实施例4的二氧化碳的分离装置40的概略构成图。此外，对于与实施例3相同的部件标注同一符号，省略其说明。在上述二氧化碳的分离装置40中，被处理气体Gtl与实施例I 实施例3相同，通过设于二氧化碳水合物生成部11的上游侧的压缩装置2形成规定的压力(例如6 9MPa)，导入上述二氧化碳水合物生成部11内。另外，从上述二氧化碳吸收部21的高压气体排出口 23排出从通过了二氧化碳水合物生成部11的高压气体G1中进一步除去了二氧化碳的高压气体G2。在本实施例中，将从上述二氧化碳吸收部21排出的上述高压气体G2的压力能量作为上述压缩装置2的动力利用。例如图4所示，在上述压缩装置2的动力轴上设置公知的气体膨胀器(轴流涡轮)等动力回收部61，且向该动力回收部61通过管线28送出由上述二氧化碳吸收部21的高压气体排出口 23排出的上述高压气体G2，可以利用该高压气体G2的压力能量作为该压缩装置2的辅助动力。另外，如本实施例，除将上述气体膨胀器等动力回收部61与压缩装置2的动力轴直接连结的构成外，还将上述气体膨胀器等与发电机连结进行发电，将该电力用于电动机驱动的压缩装置2。根据本实施例，在二氧化碳水合物生成部11将被处理气体Gtl中的二氧化碳水合化并分离后，将在二氧化碳吸收部21进一步分离了二氧化碳的高压气体G2的压力能量作为上述压缩装置2的动力利用，由此，能够降低该压缩装置2的消耗能量。因此，能够降低 二氧化碳的分离装置主体的运行成本。[实施例5]其次，进行了确认本发明的二氧化碳的分离装置的二氧化碳分离率(以下有时称作CO2分离率)的试验。图5及图6表示用于试验的二氧化碳的分离装置。图5是表示实施例5的二氧化碳的分离装置的概略构成图，图6是表示作为比较例使用的不具有二氧化碳吸收部的二氧化碳的分离装置的概略构成图。图5所示的二氧化碳的分离装置70具备二氧化碳水合物生成槽74a及二氧化碳水合物生成槽74b，通过二级的反应器生成二氧化碳水合物。被处理气体Gtl从混合气体泵71导入上游侧的反应器即二氧化碳水合物生成槽74a。符号72为压缩机。另外，原料水Wtl从原料水箱73向二氧化碳吸收槽79供给，在气液分离部80与气体成分G2分离的水W1被导入二氧化碳水合物生成槽74a。符号75为气液分离部，在二氧化碳水合物生成槽74a及二氧化碳水合物生成槽74b进行了反应后，能够将二氧化碳水合物浆体S和气体G1分离。上述气体G1被导入上述二氧化碳吸收槽79，使残留于气体G1中的CO2被原料水Wci吸收后，作为气体G2排出。另外，在气液分离部75分离的二氧化碳水合物浆体S被送向水合物分解槽76，进行上述的气体水合物分解工序。在气体水合物分解工序后，利用气液分离器77分离成由上述分解工序生成的CO2 (气体G3)和水W2,上述水W2被送入作为二氧化碳释放部的回收水箱78。在回收水箱78进行将溶解于水W2的CO2 (气体G4)释放的二氧化碳释放工序。用于比较例的二氧化碳的分离装置90 (图6)不具有图5所记载的二氧化碳的分离装置70的二氧化碳吸收槽79及气液分离部80。原料水Wtl从原料水箱73被直接导入二氧化碳水合物生成槽74a。此外，在上述二氧化碳的分离装置70及二氧化碳的分离装置90中，不实施上述水W2的循环利用。使用以上的实施例5的二氧化碳的分离装置70和比较例的二氧化碳的分离装置90进行了测定从混合气体的CO2分离率的试验。<试验方法>使用了实施例5的二氧化碳的分离装置70 (图5)的试验如下进行。将氢和二氧化碳的混合气体即被处理气体Gtl (60% H2 + 40% CO2)调节为规定的流量(105 420NL/h、根据气液比而变化)，对于将二氧化碳水合物生成槽74a的气液比分别设定为25、50、及100的情况进行了试验。二氧化碳水合物生成槽74a及二氧化碳水合物生成槽74b被设定为压力约6. OMPa、温度I 3°C，生成水合物。原料水W。被调节为4. 2L/h，经二氧化碳吸收槽79、气液分离部80向二氧化碳水合物生成槽74a供给。此外，向二氧化碳水合物生成槽74a及二氧化碳水合物生成槽74b的液滞留时间为10分钟。水合物分解槽76以压力约O. 5MPa、温度约15°C的条件进行气体水合物分解工序。回收水箱78的二氧化碳释放工序通过在温度约15°C下将压力设为常压来进行。关于上述气体G2、气体G3、及气体G4，进行使用湿式气体计的流量的测定及使用了气体色谱的气体组成的分析。
气体Gtl调节为规定的流量(105 420NL/h、根据气液比发生变化)，在与该实施例5相同的压力、温度条件下与原料水Wtl发生反应。向二氧化碳水合物生成槽74a及二氧化碳水合物生成槽74b的液滞留时间也与实施例5相同，设定为10分钟。此外，比较例对于将二氧化碳水合物生成槽74a的气液比分别设定为25、48、50、及100的情况进行了试验。原料水W。被调节为4. 2L/h且直接向二氧化碳水合物生成槽74a供给。在进行了气体水合物分解工序及二氧化碳释放工序后，在比较例中，对于气体G1、气体G3、及气体G4进行使用了湿式气体计的流量的测定及使用了气体色谱的气体组成的分析。<试验结果>图7及表I表示实施例5及比较例的试验结果。图7中，横轴表示气液比[=被处理气体Gtl流量/原料水Wtl流量]，纵轴表示CO2分离率(％ )[=(被处理气体Gtl中CO2流量一处理后的气体成分中CO2流量)/被处理气体Gtl中CO2流量X 100]。此外，上述处理后的气体成分在实施例5中为气体G2，在比较例中为气体Gp如图7及表I所示，在任一气液比中，实施例5与比较例相比都表示高的CO2分离率，得到平均约15% CO2分离率提高的结果。[表I]
权利要求
1.一种二氧化碳的分离装置，其特征在于，具备 二氧化碳水合物生成部，其以含有二氧化碳的被处理气体和水为原料生成二氧化碳的水合物； 二氧化碳吸收部，其使在所述二氧化碳水合物生成部未水合化而通过的高压气体与水进行气液接触，使水吸收该高压气体中的二氧化碳， 所述二氧化碳吸收部内的水作为所述原料水被送向所述二氧化碳水合物生成部。
2.如权利要求I所述的二氧化碳的分离装置，其特征在于，具备 气体水合物分解部，其接受所述二氧化碳的水合物进行分解而再气化； 二氧化碳释放部，其接受由所述气体水合物分解部的所述再气化而得到的水，使溶解于该水的二氧化碳释放， 经过所述二氧化碳释放部的水被送向所述二氧化碳吸收部。
3.如权利要求2所述的二氧化碳的分离装置，其特征在于， 具备脱水部，其设于所述二氧化碳水合物生成部和所述气体水合物分解部之间，将所述二氧化碳水合物的浆体脱水， 由所述脱水部的脱水得到的水被送向所述二氧化碳水合物生成部。
4.如权利要求3所述的二氧化碳的分离装置，其特征在于， 所述二氧化碳吸收部及所述脱水部被设定为与所述二氧化碳水合物生成部的压力相同的压力。
5.如权利要求I 4中任一项所述的二氧化碳的分离装置，其特征在于， 在所述气体水合物生成部的上游侧具备将含有所述二氧化碳的气体设定为规定的压力的压缩装置， 构成为利用经过了所述二氧化碳吸收部的高压气体的压力能量作为所述压缩装置的动力。
6.—种二氧化碳的分离方法，其具有 二氧化碳水合物生成工序，以含有二氧化碳的被处理气体和水为原料生成二氧化碳的水合物； 二氧化碳吸收工序，使在所述二氧化碳水合物生成工序未水合化而通过的高压气体与水进行气液接触，使水吸收该高压气体中的二氧化碳； 将在所述二氧化碳吸收工序生成的水作为所述原料水送向所述二氧化碳水合物生成工序的工序。
7.如权利要求6所述的二氧化碳的分离方法，其特征在于，具有 气体水合物分解工序，接受所述二氧化碳的水合物进行分解而再气化； 二氧化碳释放工序，接受在所述气体水合物分解工序得到的水，使溶解于该水的二氧化碳释放； 将在所述二氧化碳释放工序得到的水送向所述二氧化碳吸收工序的工序。
全文摘要
本发明提供二氧化碳的分离装置及方法，在将被处理气体中含有的二氧化碳水合化并分离时，可以从该被处理气体高效地分离二氧化碳。二氧化碳分离装置的特征在于，具备二氧化碳水合物生成部，其以含有二氧化碳的被处理气体和水为原料生成二氧化碳的水合物；二氧化碳吸收部，其使在所述二氧化碳水合物生成部未水合化而通过的高压气体与水进行气液接触，使水吸收该高压气体中的二氧化碳，所述二氧化碳吸收部内的水作为所述原料水被送向所述二氧化碳水合物生成部。
文档编号C01B31/20GK102946974SQ201180016188
公开日2013年2月27日 申请日期2011年3月10日 优先权日2010年3月26日
发明者宫川满, 松尾和芳, 樱井聪一郎, 酒井正和 申请人:三井造船株式会社