被分离气体的分离装置及方法

专利名称：被分离气体的分离装置及方法
技术领域：
本发明涉及对燃烧废气及生产气体等被分离气体中含有的某种气体进行分离的分离装置及方法。
背景技术：
作为对燃煤火力发电及整体煤气化联合循环发电(IGCC)等发电系统、钢铁厂、水泥厂等的燃烧废气及生产气体中包含的某种气体、例如二氧化碳(CO2)进行分离的技术，实行化学吸收法、PSA法(物理吸附法)、膜分离法、物理吸收法、氧气燃烧法等。化学吸收法及物理吸收法使用的试剂昂贵，而且，上述药剂的毒性高，该药剂的泄漏会带来环境污染的问题。PSA法(物理吸附法)及膜分离法中需要昂贵的吸附剂(沸石等)、分离膜(沸石膜、有机膜)，此外，上述吸附剂及分离膜需要定期更换，因此，也要耗费维护成本。另外，氧气燃烧法需要设置燃烧空气的氧气分离设备而耗费成本，而且存在因高浓度氧气燃烧导致的热NOx增加等问题。在此，就通过将燃烧废气及生产气体等气体中的(X)2水化而从上述气体分离(X)2的水合物分离法而言，在仅利用水就能进行(X)2的分离的方面来看是最清洁的方法，因而受到关注。但是，在生成CO2水合物等气体水合物的情况下，需要加压、冷却等工序，而且，在为了利用分离后的气体而对气体水合物进行分解(再气化)的情况下，由于在比较低的温度下进行升温等需要能量，因此运转成本有变得比较高的倾向。专利文献1中，通过水化对燃烧废气中的(X)2进行分离，通过气体膨胀机等动力回收装置，对将该分离的(X)2水合物再气化为(X)2时产生的能量进行回收，实现了工序整体的压缩动力的降低。专利文献1 美国公开专利第2007/0M8527号说明书

发明内容
发明所要解决的问题鉴于能源问题及由该能源问题导致的环境问题，更加追求节能化。本发明的目的在于，提供能够降低从燃烧废气及生产气体等被分离气体中分离(X)2等某一种气体时需要的能量消耗、并且能够降低装置的运转成本的被分离气体的分离装置及方法。用于解决问题的方法为了实现上述目的，本发明的第一方式的被分离气体的分离装置，具备气体水合物生成部，对混合有多种气体成分的被分离气体中含有的一种气体进行水化，形成气体水合物浆；脱水部，对所述气体水合物浆进行脱水；和气体水合物分解部，对脱水得到的气体水合物进行分解并进行再气化，所述被分离气体的分离装置的特征在于，其以如下方式构成将合并所述脱水部中从所述气体水合物浆中除去的水和所述气体水合物分解部中对所述气体水合物进行分解时产生的水而成的循环水注入所述气体水合物生成部中。
气体水合物的生成条件根据被气体水化的气体种类而不同，但通常为高压、低温的条件。例如，在废气中的二氧化碳(CO2)的情况下，根据该CO2浓度而不同，为5 20MPa、 0 4°C。所述气体水合物生成部中从被分离气体中分离出的一种气体能够通过再气化加以利用。其再气化时，使由气体水合物的分解产生的水返回所述气体水合物生成部而被再利用。在此，气体水合物分解时需要比较低温的分解热，由该分解产生的水为约10°C 约 15°C。因此，在使由该分解产生的水返回气体水合物生成部的情况下，需要冷却至所述气体水合物的生成条件的低温。另一方面，将气体水合物生成部中生成的气体水合物浆在所述脱水部中脱水，从所述气体水合物浆中除去的水为与气体水合物生成部大致相同程度的低温。根据本方式，在气体水合物生成部和气体水合物分解部之间设置脱水部，由于将所述脱水部中从所述气体水合物浆中除去的水(与水合物生成部同程度的低温)和所述气体水合物分解部中对所述气体水合物进行分解后产生的水(温度稍高)合并，因此，合并后的水的温度变得比分解所述气体水合物时产生的水的温度更低，与仅使分解气体水合物时产生的水返回气体水合物生成部的情况相比，能够降低用于冷却该水(循环水)的能量。另外，由于脱水后的高浓度的水合物浆被再气化，因此，也能够降低再气化所需的分解热能。本发明的第二方式的被分离气体的分离装置，其特征在于，具备气体水合物生成部，对混合有多种气体成分的被分离气体中含有的一种气体进行水化，形成气体水合物浆； 脱水部，对所述气体水合物浆进行脱水；气体水合物分解部，对脱水得到的气体水合物进行分解并进行再气化；和气体扩散部，接收所述气体水合物分解部中由所述再气化得到的水并使溶解于该水中的所述一种气体扩散，所述被分离气体的分离装置以如下方式构成将合并所述脱水部中从所述气体水合物浆中除去的水和经过所述气体扩散部的水而成的循环水注入所述气体水合物生成部中。所述气体水合物分解部中对气体水合物进行再气化得到的水中溶解有从所述被分离气体分离的气体。通常，压力越高、或者温度越低，气体在水中的溶解度越大。特别的， 将二氧化碳与被分离气体中包含的其他气体成分(例如氢气、氮气等)相比较可知，二氧化碳在水中的溶解度非常高，由于该气体在水中的溶解，导致气体的分离效率变差。在此，如果将所述气体水合物分解部中的水合物的分解条件设为高温，则所述气体在水中的溶解会变少，但是，在使该被设为高温的水返回气体水合物生成部的情况下，用于冷却该水(循环水)的能量消耗会增大。另一方面，如果使所述气体水合物分解部中的水合物的分解在较低的压力下进行，则所述气体在水中的溶解会变少，但是，在将气体水合物从所述脱水部输送到气体水合物分解部时，需要将该气体水合物分解部内设为气体水合物不分解的压力(高压)，因此用于将该气体水合物分解部4再升压所需的能量消耗增大。本方式中，以如下方式构成将气体扩散部和气体水合物分解部分开设置，将所述气体水合物分解部中由所述再气化得到的水输送到气体扩散部，将使该气体扩散部中由所述再气化得到的水中含有的气体(从被分离气体分离的气体)扩散后的水、和从所述气体水合物浆中除去的水合并，作为循环水注入所述气体水合物生成部。根据本方式，通过将气体水合物分解部和气体扩散部分开设置，无需过多降低气体水合物分解部的压力，通过较高地设定温度作为气体水合物的分解条件，能够进行该气体水合物的分解。例如，在对二氧化碳进行水化的情况下，可以将气体水合物生成部及脱水部设定为6 9MPa、2 4°C，可以将气体水合物分解部设定为约4MPa、约10°C。S卩，通过减小水合物生成部或脱水部与气体水合物分解部的压力条件和温度条件的差别，能够进行气体水合物的分解。然后，将分解气体水合物而得到的水输送到气体扩散部，该气体扩散部中，使溶解于所述水中的气体扩散时，通过较低地设定气体扩散部的压力，能够在较低地抑制该气体扩散部的温度的同时进行气体从所述水中的扩散。例如，可以将对所述二氧化碳进行水化时的气体扩散部的压力及温度设定为0. 2 0. 5MPa、10°C左右。较低地设定所述气体扩散部内的压力时，从气体水合物分解部向气体扩散部转移水时，该气体水合物分解部内的压力会降低，但是，仅对气体水合物分解部进行仅补充由该水的转移引起的压力降低的升压即可。因此，与所述的通过降低气体水合物分解部压力来减少气体在由气体水合物的分解而得到的水中的溶解的情况相比，更能够抑制气体水合物分解部的再升压所需要的能量消耗。经过所述气体扩散部的水和所述脱水部中从所述气体水合物浆中除去的水合并， 作为循环水注入所述气体水合物生成部。所述气体扩散部由于和气体水合物分解部分开设置，因此能够通过降低压力进行气体的扩散，因此，为了使气体扩散不需要使水升温。因此， 能够抑制用于冷却作为循环水而返回气体水合物生成部的水的能量。另外，优选的是，在该气体扩散部中进行补充气体从水中扩散而产生的扩散热的程度的加热。如上所述，通过使气体水合物分解部中的气体水合物的再气化而得到的水中的气体扩散，能够实现该气体的分离效率的提高，并且，能够抑制被分离气体的分离装置的运转需要的能量消耗，从而实现低成本化。本发明的第三方式的被分离气体的分离装置，其特征在于，在第一方式或第二方式的被分离气体的分离装置中，在所述气体水合物生成部的上游侧具备使所述被分离气体为预定压力的压缩装置，作为所述压缩装置的动力，利用从所述气体水合物生成部排出的、 未水化的高压气体的压力能。如上所述，由于气体水合物的生成条件为高压、低温的条件，因此，所述被分离气体被所述压缩装置压缩，形成高压并供给到气体水合物生成部。而且，所述气体水合物生成部中，生成该被分离气体中的某种气体的气体水合物后残余的气体(未水化的气体)，以高压的状态从气体水合物生成部排出。根据本方式，通过将使被分离气体中的一种气体水化分离后的高压气体、即未水化的高压气体的压力能，作为所述压缩装置的动力来利用，能够降低该压缩装置中的能量消耗。因此，能够降低装置整体的运转成本。本发明的第四方式的被分离气体的分离装置，其特征在于，在第三方式的被分离气体的分离装置中，具备利用所述高压气体变为大气压时产生的冷能(冷熱)，对所述循环水进行冷却的冷却部。根据本方式，在将所述未水化的高压气体的压力能作为所述压缩装置的动力来利用时，能够利用该高压气体变为大气压时产生的冷能对所述循环水进行冷却。由此，能够降低所述循环水的冷却所需消耗的能量。因此，能够降低装置整体的运转成本。本发明的第五方式的被分离气体的分离装置，其特征在于，在第一方式至第四方式的任一项中，所述被水化的气体为二氧化碳。根据本方式，发挥了与第一方式至第四方式中任一项同样的作用效果，能够通过使二氧化碳水化来使其从被分离气体分离。本发明的第六方式的被分离气体的分离装置，其特征在于，在第一方式至第五方式任一项中，所述被分离气体为有用气体成分和无用气体成分的混合气体，所述被水化的气体为所述无用气体成分。在此，所谓有用气体成分是指对某种特定的用途有用的气体成分。另外，所谓无用气体成分，除了对所述特定的用途没有用的气体成分外，还包含由于该无用气体成分的存在而限制或阻碍所述有用气体成分的用途的成分。根据本方式，发挥了与第一方式至第五方式中任一项同样的作用效果，能够通过使无用气体成分水化而从被分离气体分离。因此，能够对有用气体成分进行浓缩、纯化。本发明的第七方式的被分离气体的分离方法，其特征在于，包含气体水合物生成工序，对混有多种气体成分的被分离气体中含有的一种气体进行水化，形成气体水合物浆； 脱水工序，对所述气体水合物浆进行脱水；和气体水合物分解工序，对脱水得到的气体水合物进行分解并进行再气化，并且，该方法使合并所述脱水工序中从所述气体水合物浆中除去的水和所述气体水合物分解工序中分解所述气体水合物时生成的水而成的循环水循环， 从而作为所述气体水合物生成工序中用于生成气体水合物的水。根据本方式，发挥与第一方式同样的作用效果。本发明的第八方式的被分离气体的分离方法，其特征在于，包含气体水合物生成工序，对混有多种气体成分的被分离气体中含有的一种气体进行水化，形成气体水合物浆； 脱水工序，对所述气体水合物浆进行脱水；气体水合物分解工序，对脱水得到的气体水合物进行分解并进行再气化；和气体扩散工序，接收所述气体水合物分解工序中由所述再气化得到的水，并使溶解于该水中的所述一种气体扩散，并且，该方法使合并所述脱水工序中从所述气体水合物浆中除去的水和经过所述气体扩散工序的水而成的循环水循环，从而作为所述气体水合物生成工序中用于生成气体水合物的水。根据本方式，发挥与第二方式同样的作用效果。本发明的第九方式的被分离气体的分离方法，其特征在于，在第七方式或第八方式中，所述被水化的气体为二氧化碳。根据本方式，发挥了与第七方式或第八方式同样的作用效果，能够通过使二氧化碳水化而从被分离气体分离。发明效果根据本发明，能够降低对被分离气体中含有的一种气体进行水化并分离时所需的消耗能量，降低装置的运转成本。


图1是表示本发明的一个实施方式的被分离气体的分离装置的概略构成图；图2是表示本发明的其他实施方式的被分离气体的分离装置的概略构成7
图3是表示本发明的另一个实施方式的被分离气体的分离装置的概略构成图；图4是表示本发明的另一个实施方式的被分离气体的分离装置的概略构成图。
具体实施例方式下面，根据实施例对本发明进行更详细地说明，但是，本发明并不限于这些实施例。根据图1对本发明的被分离气体的分离装置的一个实施方式进行说明。图1是表示本发明的一个实施方式的被分离气体的分离装置的概略构成图。实施例1本实施例的被分离气体的分离装置1具备气体水合物生成部2，其对被分离气体 G0中含有的一种气体进行水化，形成气体水合物浆；脱水部3，其对上述气体水合物浆进行脱水；气体水合物分解部4，其对脱水而得到的气体水合物进行分解并且再气化。在上述气体水合物生成部2的上游侧具备使被分离气体(^1为对上述一种气体进行水化的预定的压力及温度的离心压缩器等压缩装置5和气体冷却器6。另外，燃烧废气、生产气体等被分离气体通常为约40°C 约200°C的高温，少量含有水(水蒸气)、油、灰、粉尘等排出物9。因此，采取如下构成在将被分离气体&输送到压缩装置5前，在气体冷却器7中冷却至预定的温度(例如约40°C )，通过喷雾分离器、 旋风分离器、湿式净化装置等排出物清除装置8除去上述排出物9，然后供给至上述气体水合物生成部2。本实施例中，对水化分离被分离气体中的二氧化碳(CO2)的情况进行说明。虽根据(X)2浓度不同而有不同的生产条件，但(X)2水合物能够在例如5 20MPa、0 4°C的条件下生成。在上述压缩装置5及气体冷却器6中，将被分离气体Gtl设为上述CO2水合物的生成条件，供给于气体水合物生成部2。考虑到(X)2水合物生成时会产生生成热，气体水合物生成部2内的温度会上升，优选例如将被分离气体的温度通过气体冷却器6冷却到约 0 约1°C，再吹入设定为约4°C的气体水合物生成部2中。上述气体水合物生成部2中的气体水合物生成工序，可以通过向水中吹入微细的气泡的鼓泡法、向气体中喷雾水的喷雾法等公知的方法进行。特别而言，由于鼓泡法的气液接触效率好，能够高效地生成目标气体水合物，故而优选。在(X)2水合物生成时，每Imol的(X)2产生65. 2kJ的生成热。为了防止由于该生成热导致的气体水合物生成部2内的温度上升，使该气体水合物生成部2内保持在预定的温度(例如约4°C )，以如下方式构成设置将该气体水合物生成部2内的水W3抽出并使其循环的管路10，将上述水W3例如通过冷却器11冷却到约0°C 约1°C。在气体水合物生成部2中，被分离气体中的(X)2被水化，形成气体水合物浆。优选上述气体水合物浆的水分量为50 95重量％。通过形成(X)2水合物能够对被分离气体 G0中的50 95体积％的(X)2气体进行分离。另外，在上述气体水合物生成部2中，使该被分离气体Gtl中的某种气体生成气体水合物后而残留的气体(未水化的气体G1)被从气体水合物生成部2排出。接着，将上述气体水合物浆输送到脱水部3，进行脱水到例如约25重量％ 60重量％的水分量的脱水工序。将该脱水部3中除去的水W1和在后述气体水合物分解部4中分解气体水合物时生成的水W2合并，作为循环水CW返回上述气体水合物生成部2中使其循环。标记16为输送循环水CW的管路。将在脱水部3中脱水后的CO2水合物在气体水合物分解部4中进行分解、再气化 (气体水合物分解工序)。气体水合物的分解中需要分解热，(X)2水合物的分解需要约10°C 的升温。气体水合物分解部4中设置有升温部12，其使从例如约10°C 15°C的海水或化工厂等产生的低温排热循环。升温部12中可以设置升温器13。也可以构成为，利用上述压缩装置5中的被分离气体压缩时产生的热作为上述升温器13的热源。由此，也能够降低再气化需要的分解热能。在气体水合物分解部4中对(X)2进行再气化时，水合物分解生成水。气体水合物的分解反应为吸热反应，由于由该分解生成的水为约10°C 约15°C，因此，在将由该分解生成的水循环到气体水合物生成部2中再利用时，需要冷却到上述气体水合物的生成条件的低温。在此，本实施例中，以如下方式构成气体水合物生成部2和气体水合物分解部4 之间设有脱水部3，通过冷却器14，对将该脱水部3中从气体水合物浆中除去的水W1和在上述气体水合物分解部4中分解上述气体水合物时生成的水W2合并而得的循环水CW进行冷却，并且注入上述气体水合物生成部2中。在上述脱水部3中，从气体水合物浆中除去的水W1为与气体水合物生成部2大致相同程度的低温。将上述脱水部3中从上述气体水合物浆中除去的水W1 (与水合物生成部同程度的低温)和在上述气体水合物分解部4中分解上述气体水合物时生成的水W2 (温度稍高)合并而得的循环水CW的温度，比分解上述气体水合物时生成的水W2的温度更低，因此，与仅使分解上述气体水合物时生成的水W2返回气体水合物生成部2的情况相比，能够降低用于冷却循环水CW的能量。另外，如果提高脱水部3中的脱水能力，从上述气体水合物浆中除去的水W1 (低温)的量会增加，通过上述气体水合物的分解生成的水W2 (温度稍高)就会变少，因此，能够进一步降低冷却循环水CW所需的能量。此外，如果浆料浓度变高，再气化需要的分解热能也会减少。另外，本实施例中，为如下构成分别设置有，对从气体水合物生成部2抽出并在管路10内循环的水W3进行冷却的冷却器11、和对将从上述气体水合物浆中除去的水W1和分解上述气体水合物时生成的水W2合并而得的循环水CW进行冷却的冷却器14，但也可以为如下构成省略从气体水合物生成部2抽出水W3,并通过冷却器11将其冷却并使其循环的构成(参照图2)，通过循环水CW，可以防止由(X)2水合物的生成热引起的气体水合物生成部2内的温度的上升。为了除去(X)2水合物的生成热，并使气体水合物生成部2内保持适合(X)2水合物的生成的预定的温度(约4°C )，优选通过冷却器14将上述循环水CW冷却到约0°C 约1°C。上述气体水合物分解部4中再气化的(X)2由于分解时的压力约为3 4MPa，因此， 通过气体压缩器15使其升压到管路输送需要的压力(例如10 15MPa)来进行输送。另外也可以将再气化的(X)2冷却从而回收液体C02。从被分离气体分离的一种气体不受上述实施例的限定，可以选择甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、硫化氢等能够通过水化从被分离气体(^l分离的气体成分。当然，根据分离的气体成分，可以改变气体水合物生成部2、脱水部3、气体水合物分解部4等的压力及温度。实施例2根据图2对本发明的被分离气体的分离装置的其他实施方式进行说明。在本实施例的被分离气体的分离装置21中，对与实施例1相同的构件标记相同的标记，省略对其的说明。另外，和实施例1相同，对被分离气体(^l中的二氧化碳(CO2)进行水化而分离的情况进行说明。在上述气体水合物生成部2中，生成(X)2气体水合物后残留的气体(未水化的气体 G1)在该CO2气体水合物生成条件、即5 20MPa的高压下从该气体水合物生成部2排出。本实施例的被分离气体的分离装置21构成如下在上述压缩装置5的动力轴设置公知的气体膨胀器(轴流式透平机)等动力回收部22，向该动力回收部22输入从上述气体水合物生成部2排出的上述高压气体(未水化的气体G1)，利用该高压气体的压力能作为该压缩装置5的辅助动力。如本实施例，除使上述气体膨胀器等动力回收部22直接连接压缩装置5的动力轴的构成外，例如也可以为将上述气体膨胀器等与发电机连接而发电，并将该电力用于发动机驱动的压缩装置5的构成。由此，将使被分离气体中的一种气体水化分离后的高压气体&的压力能作为上述压缩装置5的动力而利用，能够降低该压缩装置5中的能量消耗。通过5 20MPa的高压气体G1的动力回收，可以期待降低该压缩装置5需要的能量消耗的50%以上。因此，能够降低装置整体的运转成本。实施例3根据图3对本发明的被分离气体的分离装置的另外一个实施方式进行说明。在本实施例的被分离气体的分离装置31中，对与实施例1及2相同的构件标记相同的标记，省略对其的说明。另外与实施例1相同，对将被分离气体中的二氧化碳(CO2) 进行水化而分离的情况进行说明。如实施例2中的说明所示，将从上述气体水合物生成部2排出的高压气体G1输入设于上述压缩装置5的动力回收部22，恢复为大气压，回收该压力能。在此，上述高压气体 G1变为大气压时，由于气体的膨胀产生冷能。本实施例的被分离气体的分离装置31如下构成设置利用上述冷能的热交换器等冷却部32，通过该冷却部32对上述循环水CW进行冷却。本实施例中，气体水合物生成部2内的温度保持(防止由(X)2水合物的生成热导致温度上升)，通过该循环水CW来进行。由此，在将上述未水化的高压气体G1的压力能作为上述压缩装置5的动力利用时，能够通过该高压气体G1在变为大气压时产生的冷能对上述循环水CW进行冷却。因此， 能够降低上述循环水CW的冷却需要的能量消耗。通过利用使5 20MPa的高压气体G1恢复为大气压时的冷能，可以期待降低循环水CW的冷却需要的能量消耗的约40%。因此，能够降低装置整体的运转成本。需要说明的是，优选构成为在图3中的分支部33设置三通阀等(未图示)，并能够根据气体水合物生成部内的温度上升的情况，适当地使用冷却器14。实施例4化工厂、整体煤气化联合循环发电等发电系统中的生产气体中含有二氧化碳 (CO2),有时需要进行从该生产气体中除去CO2的工序。在此，对整体煤气化联合循环发电(以下称为IGCC)的生产气体使用本发明的被分离气体的分离装置的情况进行说明。IGCC是使煤炭气化并将燃气轮机和蒸汽轮机组合来进行发电，作为能够高效地将煤炭转化为能量的发电方法而受到关注。下面，对其工序进行说明。首先，将煤炭气化，生成二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)、氢气(H2)、水(H2O)等的混合气体。接着，将上述混合气体中含有的CO通过水煤气变换反应变换成H2和CO2,生成含有0)2和吐的生产气体。需要说明的是，该生产气体的CO2和H2的混合比通常为约4 6。从上述生产气体分离CO2，使吐气体在燃气轮机中燃烧发电，同时，使用在上述燃气轮机中吐气燃烧时产生的蒸汽，通过蒸汽轮机进行发电。在此，上述生产气体中，氢气(H2)为能够用于利用燃气轮机燃烧发电的有用气体成分，二氧化碳(CO2)为未用于利用上述燃气轮机燃烧发电的无用气体成分。目前，从含有(X)2和吐的上述生产气体分离CO2,使用物理吸收法来进行，但是，存在由使用的试剂(吸收液)的泄漏导致的环境污染的问题及试剂成本的问题。本发明的被分离气体的分离装置能够仅用水分离CO2，浓缩H2气体使其成为高纯度，因此，能够减小由上述试剂(吸收液)的使用导致的对环境的影响，另外，从需要的能量较小这方面来看，该装置有用。而且，各种化学生产气体的组成、压力与IGCC的生产气体相似，同样能使用本发明的被分离气体的分离装置对(X)2进行分离。另外，上述生产气体的压力为3 5MPa，因此，用于将作为被分离气体(^1的生产气体升高到(X)2气体水合物的生成条件的压力的能量较少即可，而且，从被分离气体(^l对CO2 进行分离需要的整体的能量消耗也较少即可，也可以期待成本方面的优点。另外，通过燃气轮机进行燃烧发电时，从上述生产气体分离的作为无用气体成分的CO2,可以有效利用于其他用途。实施例5下面，对本发明的被分离气体的分离装置的另外的其他例进行说明。图4是表示实施例5的被分离气体的分离装置41的概略构成图。需要说明的是，对与实施例1的被分离气体的分离装置相同的部件赋予相同的标记，且省略对其的说明。另外，本实施例与实施例1同样，也对被分离气体&中的二氧化碳(CO2)进行水化而分离的情况进行说明。本实施例的被分离气体的分离装置41，与上述实施例1同样具备气体水合物生成部2、脱水部3、气体水合物分解部4，且还具备气体扩散部42。在对被分离气体中的二氧化碳进行水化的情况下，气体水合物生成部2例如进行如下设定压力为5 20MPa，更优选为6 9MPa，温度为0 4°C，更优选为2 4°C，气体水合物分解部4例如进行如下设定压力为1 5MPa，温度为10 15°C。在本实施方式中，以如下方式构成向上述气体扩散部42中输送上述气体水合物分解部4中的气体水合物的由再气化得到的水W2。标记43表示输送水W2的管路，标记44 及标记51表示阀。另外，连接各构成部的其他管路中也可以适当地设置阀(图中省略)。对上述气体扩散部42更详细地进行说明。上述气体扩散部42为进行气体扩散工序的构成部，该气体扩散工序使在上述气体水合物分解部4中由上述再气化得到的上述水 W2中溶解的气体扩散。上述气体扩散部42具有具备升温器46的升温部45，通过将气体扩散部42内设为预定压力及预定温度，能够使溶解于由上述再气化得到的水中的气体扩散。
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在从被分离气体中分离二氧化碳的本实施例中，气体扩散部42内例如进行如下设定压力为0. 2 0. 5MPa，温度为约10°C。另外，在使水中所含的二氧化碳扩散时，由于每Imol的二氧化碳需要约20kJ的扩散热，因此，作为上述升温器46，可以使用例如具有使由约10°C 约15°C的海水、化工厂等产生的低温排热等循环的构成的升温器。另外，上述气体扩散部42中扩散的气体(二氧化碳)，例如通过气体压缩器50升压到管路输送所需的压力(例如10 15MPa)后进行输送。另外，也可以将再气化的CO2冷却而回收液体CO2。经过上述气体扩散部42的水W4 (使二氧化碳扩散而除去的水W4),从该气体扩散部 42排出，在脱水部3中与除去的水W1合并，并作为循环水CW返回上述气体水合物生成部2 中而进行循环。标记47为输送水W3的管路，标记49为输送合并水W1和水W3而成的循环水CW的管路。管路47中设有泵48。另外，连接各构成部的其他管路中也可以适当地设置泵。下面，对本实施例的被分离气体的分离装置41的作用进行说明。在上述气体水合物分解部4中，在对气体水合物进行再气化而得到的水中溶解有从上述被分离气体中分离的气体(本实施例中为二氧化碳)。通常，压力越高或温度越低， 气体在水中的溶解度越大。特别是，已知上述二氧化碳与被分离气体中含有的其他气体成分(例如氢气、氮气等)相比在水中的溶解度非常高，因此，由于该气体在水中的溶解，气体的分离效率变差。在此，如果将上述气体水合物分解部4中的水合物的分解条件设为高温，则上述气体在水中的溶解会变少，但是，在使该设为高温的水返回气体水合物生成部2中时，用于冷却该水(循环水CW)的能量消耗增大。另一方面，如果使上述气体水合物分解部4中的水合物的分解在更低压力下进行，则上述气体在水中的溶解会变少，但是，在将气体水合物从上述脱水部3输送到气体水合物分解部4中时，需要将该气体水合物分解部4内设为气体水合物不分解的压力(与脱水部3相同程度的高压)，因而用于使该气体水合物分解部4再升压所需的能量消耗增大。本实施例中，气体水合物分解部4与气体扩散部42分开设置。由此，在气体水合物分解部4中，可以通过不过多降低压力而提高温度作为气体水合物的分解条件进行该分解。由此，能够减小脱水部3与气体水合物分解部4的压力条件的差异。而且，将对气体水合物进行分解而得到的水W2输送到气体扩散部42，并在该气体扩散部42中使溶解于上述水W2中的气体(CO2)扩散时，通过将气体扩散部42的压力设定得较低，进行来自上述水W2的气体扩散，由此，能够将该气体扩散部42内的设定温度抑制得较低。如果将上述气体扩散部42内的压力设定得较低，则从气体水合物分解部4向气体扩散部42转移水W2时，该气体水合物分解部4内的压力下降，但是，仅在气体水合物分解部4进行仅补充由该水W2的转移导致的压力下降的升压即可。因此，与通过将上述气体水合物分解部4设为低压、气体向由气体水合物的分解而得到的水W2中的溶解变少的情况相比，更能抑制气体水合物分解部4的再升压所需的能
量消耗。
经过上述气体扩散部42的水W3,在上述脱水部3中与从上述气体水合物浆中除去的水W1合并，并作为循环水CW注入上述气体水合物生成部2中。上述气体扩散部42由于与气体水合物分解部4分开设置，因而能够通过降低压力进行气体的扩散，因此，不需要使水升温来使气体扩散。因此，能够抑制用于冷却作为循环水CW返回气体水合物生成部2的水的能量。另外，优选的是，在该气体扩散部42中进行补充气体从水W2中扩散而产生的扩散热的程度的加热。如上所述，通过使气体水合物分解部4中的气体水合物的再气化所得到的水W2中的气体扩散，能够实现该气体的分离效率的提高，并且，能够抑制被分离气体的分离装置41 的运转所需的能量消耗，实现低成本化。本实施例在对二氧化碳、氧气、硫化氢、二氧化硫 (亚硫酸气)等在水中的溶解度高的气体进行水化而从被分离气体中分离的情况下特别有效。另外，如果如实施例2那样构成将从气体水合物生成部2排出的上述高压气体 (未水化的气体G1)的能量作为压缩装置5的辅助动力来利用；或者如实施例3那样构成 将上述未水化的高压气体G1的压力能作为上述压缩装置5的动力来利用时，利用该高压气体&变为大气压时产生的冷能对上述循环水CW进行冷却，则能够形成能量效率更高的被分离气体的分离装置。产业上的可利用性本发明可利用于对混合有多种气体成分的被分离气体中含有的一种气体进行分离的分离装置及方法。
权利要求
1.一种被分离气体的分离装置，具备气体水合物生成部，对混合有多种气体成分的被分离气体中含有的一种气体进行水化，形成气体水合物浆；脱水部，对所述气体水合物浆进行脱水；和气体水合物分解部，对脱水得到的气体水合物进行分解并进行再气化， 所述被分离气体的分离装置的特征在于，其以如下方式构成将合并所述脱水部中从所述气体水合物浆中除去的水和所述气体水合物分解部中对所述气体水合物进行分解时产生的水而成的循环水注入所述气体水合物生成部中。
2.一种被分离气体的分离装置，其特征在于，具备气体水合物生成部，对混合有多种气体成分的被分离气体中含有的一种气体进行水化，形成气体水合物浆；脱水部，对所述气体水合物浆进行脱水；气体水合物分解部，对脱水得到的气体水合物进行分解并进行再气化；和气体扩散部，接收所述气体水合物分解部中由所述再气化得到的水，并使溶解于该水中的所述一种气体扩散，所述被分离气体的分离装置以如下方式构成将合并所述脱水部中从所述气体水合物浆中除去的水和经过所述气体扩散部的水而成的循环水注入所述气体水合物生成部中。
3.如权利要求1或2所述的被分离气体的分离装置，其特征在于，在所述气体水合物生成部的上游侧具备使所述被分离气体为预定压力的压缩装置， 作为所述压缩装置的动力，利用从所述气体水合物生成部排出的、未水化的高压气体的压力能。
4.如权利要求3所述的被分离气体的分离装置，其特征在于，具备利用所述高压气体变为大气压时产生的冷能对所述循环水进行冷却的冷却部。
5.如权利要求1 4中任一项所述的被分离气体的分离装置，其特征在于，所述被水化的气体为二氧化碳。
6.如权利要求1 5中任一项所述的被分离气体的分离装置，其特征在于，所述被分离气体为有用气体成分和无用气体成分的混合气体，所述被水化的气体为所述无用气体成分。
7.一种被分离气体的分离方法，其特征在于，包括气体水合物生成工序，对混有多种气体成分的被分离气体中含有的一种气体进行水化，形成气体水合物浆；脱水工序，对所述气体水合物浆进行脱水；和气体水合物分解工序，对脱水得到的气体水合物进行分解并进行再气化， 并且，所述被分离气体的分离方法使合并所述脱水工序中从所述气体水合物浆中除去的水和所述气体水合物分解工序中分解所述气体水合物时生成的水而成的循环水循环，从而作为所述气体水合物生成工序中用于生成气体水合物的水。
8.一种被分离气体的分离方法，其特征在于，包括气体水合物生成工序，对混有多种气体成分的被分离气体中含有的一种气体进行水化，形成气体水合物浆；脱水工序，对所述气体水合物浆进行脱水；气体水合物分解工序，对脱水得到的气体水合物进行分解并进行再气化；和气体扩散工序，接收所述气体水合物分解工序中由所述再气化得到的水，并使溶解于该水中的所述一种气体扩散，并且，所述被分离气体的分离方法使合并所述脱水工序中从所述气体水合物浆中除去的水和经过所述气体扩散工序的水而成的循环水循环，从而作为所述气体水合物生成工序中用于生成气体水合物的水。
9.如权利要求7或8所述的被分离气体的分离方法，其特征在于，所述被水化的气体为二氧化碳。
全文摘要
本发明提供能够降低从燃烧废气及生产气体等被分离气体中分离CO2等某一种气体时需要的能量消耗、并且能够降低装置的运转成本的被分离气体的分离装置及方法。一种被分离气体的分离装置，具备气体水合物生成部，对混合有多种气体成分的被分离气体中含有的一种气体进行水化，形成气体水合物浆；脱水部，对所述气体水合物浆进行脱水；和气体水合物分解部，对脱水得到的气体水合物进行分解并进行再气化，所述被分离气体的分离装置的特征在于，其以如下方式构成将合并所述脱水部中从所述气体水合物浆中除去的水和所述气体水合物分解部中对所述气体水合物进行分解时产生的水而成的循环水注入所述气体水合物生成部中。
文档编号B01D53/14GK102448579SQ20108002249
公开日2012年5月9日 申请日期2010年3月30日 优先权日2009年5月26日
发明者宫川满, 木户口晃, 松尾和芳, 樱井聪一郎, 酒井正和 申请人:三井造船株式会社