特表 2024-545888 二酸化炭素分離装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-12-13

(54)【発明の名称】二酸化炭素分離装置

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/14 20060101AFI20241206BHJP

   B01D 53/78 20060101ALI20241206BHJP

   B01D 53/96 20060101ALI20241206BHJP

   B01D 53/62 20060101ALI20241206BHJP

   B01D 53/18 20060101ALI20241206BHJP

   C01B 32/50 20170101ALI20241206BHJP

【ＦＩ】

B01D53/14 220

B01D53/78 ZAB

B01D53/96

B01D53/62

B01D53/18 130

C01B32/50

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024537014

(86)(22)【出願日】2022-12-15

(85)【翻訳文提出日】2024-08-07

(86)【国際出願番号】 EP2022086197

(87)【国際公開番号】W WO2023117705

(87)【国際公開日】2023-06-29

(31)【優先権主張番号】102021214785.2

(32)【優先日】2021-12-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(31)【優先権主張番号】BE2021/6008

(32)【優先日】2021-12-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】BE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】514088943

【氏名又は名称】ティッセンクルップ インダストリアル ソリューションズ アクツィエンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】ｔｈｙｓｓｅｎｋｒｕｐｐ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ＡＧ

(71)【出願人】

【識別番号】501186597

【氏名又は名称】ティッセンクルップ アクチェンゲゼルシャフト

【住所又は居所原語表記】ＴｈｙｓｓｅｎＫｒｕｐｐ Ａｌｌｅｅ １ ４５１４３ Ｅｓｓｅｎ Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100114188

【弁理士】

【氏名又は名称】小野 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100119253

【弁理士】

【氏名又は名称】金山 賢教

(74)【代理人】

【識別番号】100124855

【弁理士】

【氏名又は名称】坪倉 道明

(74)【代理人】

【識別番号】100129713

【弁理士】

【氏名又は名称】重森 一輝

(74)【代理人】

【識別番号】100137213

【弁理士】

【氏名又は名称】安藤 健司

(74)【代理人】

【識別番号】100183519

【弁理士】

【氏名又は名称】櫻田 芳恵

(74)【代理人】

【識別番号】100196483

【弁理士】

【氏名又は名称】川嵜 洋祐

(74)【代理人】

【識別番号】100160255

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 祐輔

(74)【代理人】

【識別番号】100219265

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 崇大

(74)【代理人】

【識別番号】100216839

【弁理士】

【氏名又は名称】大石 敏幸

(74)【代理人】

【識別番号】100228980

【弁理士】

【氏名又は名称】副島 由加里

(74)【代理人】

【識別番号】100151448

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 孝博

(74)【代理人】

【識別番号】100146318

【弁理士】

【氏名又は名称】岩瀬 吉和

(74)【代理人】

【識別番号】100127812

【弁理士】

【氏名又は名称】城山 康文

(72)【発明者】

【氏名】メンツェル，ヨハネス

(72)【発明者】

【氏名】フォン・モルシュタイン，オラフ

【テーマコード（参考）】

4D002

4D020

4G146

【Ｆターム（参考）】

4D002AA09

4D002AC01

4D002BA02

4D002BA20

4D002CA02

4D002CA07

4D002DA31

4D002EA01

4D002EA08

4D002FA01

4D002GA01

4D002GB03

4D002GB20

4D002HA08

4D020AA03

4D020BA16

4D020BB03

4D020BC01

4D020CB08

4D020CB18

4D020CC09

4D020CD10

4D020DA03

4D020DB02

4D020DB12

4D020DB20

4G146JA02

4G146JB09

4G146JC09

4G146JC28

4G146JC29

4G146JC35

4G146JC36

4G146JD05

(57)【要約】

本発明は、二酸化炭素分離装置（１０）であって、二酸化炭素分離装置（１０）が、吸収装置（２０）および脱着装置（３０）を有し、吸収装置（２０）が、精製されるべきガスのガス入口（２１）を有しかつ精製されたガスのガス出口（２２）を有し、吸収装置（２０）が、吸収溶媒入口（２３）および溶液出口（２４）を有し、脱着装置（３０）が、少なくとも第１の溶液入口（３１）、吸収溶媒出口（３２）、温溶媒入口（３３）、および二酸化炭素出口（３４）を有し、溶液出口（２４）が、第１の溶液接続部（４０）を介して第１の溶液入口（３１）に接続されており、第１の溶液接続部（４０）が、第１の熱交換器（４１）を有し、吸収溶媒出口（３２）が、吸収溶媒接続部（５０）を介して吸収溶媒入口（２３）に接続されており、吸収溶媒接続部（５０）が、溶媒の流れの熱が溶液の流れに伝達されるように第１の熱交換器（４１）を有し、吸収溶媒接続部（５０）が、温溶媒接続部（５２）への分岐点（５１）を有し、温溶媒接続部（５２）が、温溶媒入口（３３）に接続されており、温溶媒接続部が、第２の熱交換器（５３）を有する、二酸化炭素分離装置（１０）に関する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

二酸化炭素分離装置（１０）であって、前記二酸化炭素分離装置（１０）が、吸収装置（２０）および脱着装置（３０）を備え、前記吸収装置（２０）が、精製されるべきガスのガス入口（２１）および精製されたガスのガス出口（２２）を備え、前記吸収装置（２０）が、吸収溶媒入口（２３）および溶液出口（２４）を備え、前記脱着装置（３０）が、少なくとも１つの第１の溶液入口（３１）、吸収溶媒出口（３２）、高温溶媒入口（３３）、および二酸化炭素出口（３４）を備え、前記溶液出口（２４）が、第１の溶液導管（４０）を介して前記第１の溶液入口（３１）に接続されており、前記第１の溶液導管（４０）が、第１の熱交換器（４１）を備え、前記吸収溶媒出口（３２）が、吸収溶媒導管（５０）を介して前記吸収溶媒入口（２３）に接続されており、前記吸収溶媒導管（５０）が、前記第１の熱交換器（４１）を備え、それによって、溶媒流の熱が、溶液流に伝達され、前記吸収溶媒導管（５０）が、高温溶媒導管（５２）への分岐（５１）を備え、前記高温溶媒導管（５２）が、前記高温溶媒入口（３３）に接続されており、前記高温溶媒導管が、第２の熱交換器（５３）を備える二酸化炭素分離装置（１０）において、第３の溶液導管（６０）が、前記吸収装置（２０）と前記第１の熱交換器（４１）との間で前記第１の溶液導管（４０）から分岐し、前記第３の溶液導管（６０）の端部が、前記第１の熱交換器（４１）または前記吸収装置（２０）の下流で前記第１の溶液導管（４０）に接続されており、前記第３の溶液導管（６０）が、第４の熱交換器（６１）を備え、前記第４の熱交換器（６１）と前記ガス入口（２１）とが、ガス導管（２５）を介して接続されており、それによって、前記精製されるべきガスが、前記精製されるべきガスが前記吸収装置（１０）内に流入させられる前に、前記第４の熱交換器（６１）を通過させられることを特徴とする、二酸化炭素分離装置（１０）。

【請求項2】

前記第１の溶液導管（４０）が、前記第１の熱交換器（４１）の下流に配置された蒸発装置（４２）を備え、前記蒸発装置（４２）が、前記溶液流の気相から前記溶液流の液相を分離し、前記液相が、前記第１の溶液導管（４０）を通過させられて前記脱着装置（３０）内に入り、前記脱着装置（３０）が、蒸気入口（３５）を備え、前記蒸発装置（４２）が、蒸気出口（４３）を備え、前記蒸気出口（４３）および前記蒸気入口（３５）が、前記気相を移動させるためのガス溶液導管（４４）に接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の二酸化炭素分離装置（１０）。

【請求項3】

前記第３の溶液導管（６０）の前記端部が、前記蒸発装置（４２）に接続されていることを特徴とする、請求項２に記載の二酸化炭素分離装置（１０）。

【請求項4】

前記ガス導管（２５）が、生ガス精製器（２６）を備えることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の二酸化炭素分離装置（１０）。

【請求項5】

前記生ガス精製器（２５）が、硫黄酸化物を除去するように構成されていることを特徴とする、請求項４に記載の二酸化炭素分離装置（１０）。

【請求項6】

第２の溶液導管（４５）が、前記吸収装置（２０）と前記第１の熱交換器（４１）との間で前記第１の溶液導管（４０）から分岐し、前記第２の溶液導管（４５）が、前記脱着装置（３０）の上部に直接通じていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の二酸化炭素分離装置（１０）。

【請求項7】

第４の溶液導管（６２）が、前記吸収装置（２０）と前記第１の熱交換器（４１）との間で前記第１の溶液導管（４０）から分岐し、前記第４の溶液導管（６２）の端部が、前記第１の熱交換器（４１）または前記吸収装置（２０）の下流で前記第１の溶液導管（４０）に接続されており、前記第４の溶液導管（６２）が、第５の熱交換器を備え、前記第５の熱交換器（６３）が、前記第２の熱交換器（５３）において冷却された熱交換媒体が前記第５の熱交換器（６３）内に流入させられるように前記第２の熱交換器（５３）に接続されていることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の二酸化炭素分離装置（１０）。

【請求項8】

前記第４の溶液導管（６２）の前記端部が、前記蒸発装置（４２）に接続されていることを特徴とする、請求項２と併せて請求項７に記載の二酸化炭素分離装置（１０）。

【請求項9】

前記二酸化炭素出口（３４）が、第１の二酸化炭素圧縮機（３６）に接続されており、前記第１の二酸化炭素圧縮機（３６）が、第１の二酸化炭素熱交換器（３７）に接続されており、第５の溶液導管（６５）が、前記吸収装置（２０）と前記第１の熱交換器（４１）との間で前記第１の溶液導管（４０）から分岐し、前記第５の溶液導管（６５）の端部が、前記第１の熱交換器（４１）または前記吸収装置（２０）の下流で前記第１の溶液導管（４０）に接続されており、前記第５の溶液導管（６５）が、前記第１の二酸化炭素熱交換器（３７）を備えることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の二酸化炭素分離装置（１０）。

【請求項10】

前記第５の溶液導管（６５）の前記端部が、前記蒸発装置（４２）に接続されていることを特徴とする、請求項２と併せて請求項９に記載の二酸化炭素分離装置（１０）。

【請求項11】

前記第２の熱交換器（５３）内の溶媒の圧力が、前記吸収溶媒出口（３２）における前記脱着装置（３０）内の圧力よりも０．２バール～５バール高いことを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の二酸化炭素分離装置（１０）。

【請求項12】

前記第２の熱交換器（５３）が前記吸収溶媒出口（３２）の少なくとも１ｍ下方に配置されており、それによって、圧力が前記溶媒の静水圧によって生成されるため、前記第２の熱交換器（５３）内の前記溶媒の前記圧力が、前記吸収溶媒出口（３２）における前記脱着装置（３０）内の前記圧力よりも０．２バール～５バール高いことを特徴とする、請求項１１に記載の二酸化炭素分離装置（１０）。

【請求項13】

正圧を生成するための第１のポンプ（５４）が前記第２の熱交換器（５３）の上流に配置されているため、前記第２の熱交換器（５３）内の前記溶媒の前記圧力が、前記吸収溶媒出口（３２）における前記脱着装置（３０）内の前記圧力よりも０．２バール～５バール高いことを特徴とする、請求項１１に記載の二酸化炭素分離装置（１０）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガス、特にオフガスから二酸化炭素を分離するための装置に関する。

【背景技術】

【0002】

人為的気候変動を低減するために、大気中への二酸化炭素の放出がますます回避されるようになっている。代わりに、形成された二酸化炭素を分離し、次いでそれを変換するかまたはそれを貯留するために送る試みが行われている。この目的のための典型的なプロセスは、約２５℃～５０℃で塩基性溶液、例えばアミン溶液でオフガスをスクラビングすることを含む。このアミン溶液は、二酸化炭素が溶解する溶媒として作用する。次いで、二酸化炭素を含有する溶液を加熱し、脱着ステップにおいて、二酸化炭素を再びガス相に変換する。これにより、溶媒が復元され、純粋な二酸化炭素ガス流も得られる。次いで、二酸化炭素ガス流は、例えば純粋に例示的に、貯留のために送られ得るか、またはメタノール合成に供給され得る。

【0003】

国際公開第２０１０／０８６０３９号は、化石燃料発電所のオフガスから二酸化炭素を分離するためのプロセスおよび装置を開示している。

【0004】

中国特許出願公開第１１１２０３０８６号明細書は、低エネルギー消費および低放出のＣＯ_２分離システムを開示している。

【0005】

国際公開第２０１４／０７７９１９号は、ガス流から酸性ガスを除去し、吸収溶液を再生するための装置およびプロセスを開示している。

【0006】

米国特許出願公開第２０１７／０１９７１７５号明細書は、ガス流から酸性ガスを抽出するためのエネルギー効率の良いプロセスを開示している。

【0007】

国際公開第２０１３／０１３７４９号は、吸脱着プロセスにおける熱回収を開示している。

【0008】

国際公開第２０１９／２３２６２６号は、熱回収による燃焼後のＣＯ_２分離を開示している。

【0009】

米国特許出願公開第２０２１／０２２０７７１号明細書は、熱回収による燃焼後の二酸化炭素分離を開示している。

【0010】

中国実用新案第２０８７８６１０５号明細書は、熱回収による二酸化炭素分離を開示している。

【0011】

米国特許出願公開第２０１４／０１２７１１９号明細書は、二酸化炭素吸収剤を開示している。

【0012】

米国特許第５１４５６５８号明細書は、酸性ガスを除去するためのアルカリ性スクラビング溶液からの反応熱の回収を開示している。

【0013】

米国特許第３５６３６９６号明細書は、ガス混合物からの二酸化炭素の除去を開示している。

【0014】

国際公開第２００４／０８０５７３号は、ガス吸収プロセスからの水溶液の再生を開示している。

【0015】

米国特許出願公開第２０１４／０３７４１０５号明細書は、ガスから二酸化炭素を除去するためのプロセスを開示している。

【0016】

ＣＯ_２を分離するためのすべてのプラントは、溶液からのＣＯ_２の再放出のためにエネルギーが供給されなければならないという共通点を有する。この目的のために、高い、したがって比較的貴重なレベルの熱が採用される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0017】

【特許文献1】国際公開第２０１０／０８６０３９号

【特許文献2】中国特許出願公開第１１１２０３０８６号明細書

【特許文献3】国際公開第２０１４／０７７９１９号

【特許文献4】米国特許出願公開第２０１７／０１９７１７５号明細書

【特許文献5】国際公開第２０１３／０１３７４９号

【特許文献6】国際公開第２０１９／２３２６２６号

【特許文献7】米国特許出願公開第２０２１／０２２０７７１号明細書

【特許文献8】中国実用新案第２０８７８６１０５号明細書

【特許文献9】米国特許出願公開第２０１４／０１２７１１９号明細書

【特許文献10】米国特許第５１４５６５８号明細書

【特許文献11】米国特許第３５６３６９６号明細書

【特許文献12】国際公開第２００４／０８０５７３号

【特許文献13】米国特許出願公開第２０１４／０３７４１０５号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0018】

本発明の目的は、吸脱着の全プロセスがエネルギー的に最適化された二酸化炭素分離装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0019】

この目的は、請求項１に記載の特徴を有する二酸化炭素分離装置によって達成される。有利な発展は、従属請求項、以下の説明、および図面から明らかである。

【0020】

本発明による二酸化炭素分離装置は、吸収装置および脱着装置を備える。吸収装置において、二酸化炭素の精製されるべきガスが導入され、ガス相からの二酸化炭素は、溶媒、通常はアミン溶液との接触によって液相に移行される。これにより、二酸化炭素が溶解され、結合されていてもよい、溶媒の溶液が形成される。この溶液は脱着装置内に移動させられ、そこで二酸化炭素は溶液から再吐出され、その結果、溶媒が回収され、吸収装置内で再利用される。さらなる使用のために送られ得る二酸化炭素ガス流も同様に得られる。この基本原理は、既に多くの変形例で用いられている。

【0021】

吸収装置は、精製されるべきガスのガス入口および精製されたガスのガス出口を有する。精製されるべきガスは、例えば、化石燃料の燃焼からのオフガスであり得る。その後、精製されたガスは主に窒素で残りの二酸化炭素はわずかとなり得、酸素の割合は燃焼プロセスによって著しく減少されていてもよい。その後、精製されたガスは、例えば大量の温室効果ガス二酸化炭素を排出することなく大気に放出され得る。吸収装置は、典型的には、ガス入口と吸収溶媒入口との間に配置された１つ以上の物質移動要素を備える。物質移動要素は、液相と気相との接触をより改善し、特に液相の表面積を増加させるようにも機能する。このような物質移動要素は当業者に知られており、例えば、バブルキャップトレイ、ランダムパッキン、または構造化パッキンであり得る。

【0022】

吸収装置は、吸収溶媒入口および溶液出口をさらに備える。吸収溶媒入口は、典型的には、吸収装置の上部に配置されており、溶液出口は、吸収装置の底部に配置されている。したがって、ガス入口は、典型的には底部に、ガス出口は上部に配置されており、それによって、ガスおよび溶媒が向流で吸収装置を通って流れる。

【0023】

脱着装置は、少なくとも第１の溶液入口、吸収溶媒出口、高温溶媒入口、および二酸化炭素出口を備える。吸収装置の溶液出口は、第１の溶液導管を介して脱着装置の第１の溶液入口に接続されている。第１の溶液導管は、第１の熱交換器を備える。これは、第１の溶液導管を通って流れる溶液流を加熱し、それによって、溶液中に存在する二酸化炭素は脱着装置において再放出され得る。脱着装置の吸収溶媒出口は、吸収溶媒導管を介して吸収装置の吸収溶媒入口に接続されている。脱着装置内の二酸化炭素が大幅に減少した状態の溶媒は、吸収溶媒導管を介して吸収装置に流れて戻る。吸収溶媒導管も同様に第１の熱交換器を備える。これにより、吸収溶媒導管内の溶媒流の熱が溶液流に伝達される。吸収溶媒導管は、高温溶媒導管への分岐を備える。このようにして、溶媒流の副流が分流され、高温溶媒導管に流入させられる。高温溶媒導管は、高温溶媒入口に接続されている。高温溶媒導管は、第２の熱交換器を備える。これにより、システム全体に追加のエネルギーを導入することが可能になる。脱着装置は、典型的には、第１の溶液入口の上方および下方に配置された１つ以上の物質移動要素を備える。物質移動要素は、液相と気相との接触をより改善し、特に液相の表面積を増加させるようにも機能する。このような物質移動要素は当業者に知られており、例えば、バブルキャップトレイ、ランダムパッキン、または構造化パッキンであり得る。

【0024】

本発明によれば、第３の溶液導管が、吸収装置と第１の熱交換器との間で第１の溶液導管から分岐する。溶液流が第３の溶液導管から再出現する第３の溶液導管の端部は、第１の熱交換器または吸収装置の下流で第１の溶液導管に流体的に接続されている。第３の溶液導管は、第３の溶液導管からの溶液流が加熱される第４の熱交換器を備える。第４の熱交換器とガス入口とは、ガス導管を介して接続されており、それによって、精製されるべきガスは、精製されるべきガスが吸収装置内に流入させられる前に、第４の熱交換器を通過させられる。精製されるべきガスは、典型的には、上流プロセスによって生成される温度に対応する１００℃～２００℃の温度、例えば１５０℃で供給される。３０℃～４０℃の温度が通例である吸収装置では、冷却のための熱交換器が通常必要である。しかしながら、このようにして生成された熱は、非常に低いレベルで生成されるため、もはや使用できないことが多い。直接熱伝達により、エネルギーを溶液流に直接伝達することが可能になり、したがって溶液流は、例えば１００℃～１１０℃になり、したがって脱着装置の温度レベルになる。したがって、典型的にはより高い値のエネルギー源、通常は蒸気から導出される第２の熱交換器で供給されるエネルギーは、少なくとも部分的に節約され得る。

【0025】

本発明のさらなる実施形態では、第１の溶液導管は、第１の熱交換器の下流に蒸発装置を備える。減圧容器としても知られる蒸発装置は、第１の熱交換器内で加熱された溶液流の溶液が膨張し得、したがって部分的に蒸発し得ることを確実にする。したがって、溶液流の液相は、蒸発装置内で溶液流の気相から分離される。液相は、第１の溶液導管を介して脱着装置内に流入させられる。脱着装置は蒸気入口をさらに備え、蒸発装置は蒸気出口を備える。蒸発装置の蒸気出口および脱着装置の蒸気入口は、気相を移動させるためのガス溶液導管に接続されている。蒸気入口が脱着装置の下部領域に配置されている場合が特に好ましい。これにより、プロセス全体のエネルギー管理が最適化される。

【0026】

本発明のさらなる実施形態では、溶液流が第３の溶液導管から再出現する第３の溶液導管の端部は、蒸発装置に接続されている。これにより、結果として、第１の溶液導管の加熱された溶液流と同じようにここで減圧が生じ得、ガス相が液相から分離され得る。

【0027】

本発明のさらなる実施形態では、ガス導管は、生ガス精製器を備える。生ガス精製器は、硫黄酸化物を除去するように特に好ましく構成されている。

【0028】

本発明のさらなる実施形態では、第２の溶液導管は、吸収装置と第１の熱交換器との間の第１の溶液導管から分岐する。第２の溶液導管は、脱着装置の上部に直接通じる。この文脈では、直接とは熱交換器などがないことを意味すると理解されるべきである。（流量制御）弁がここに配置されていてもよい。したがって、二酸化炭素含有溶液は、それ自体が脱着装置から出てくるガス流を冷却するために使用される。これにより、結果として、第１の熱交換器および第２の熱交換器から脱着手段内に供給された熱は、脱着手段内および溶媒内に留まり、冷却媒体に放出されない。

【0029】

本発明のさらなる実施形態では、第４の溶液導管が、吸収装置と第１の熱交換器との間で第１の溶液導管から分岐する。溶液流が第４の溶液導管から再出現する第４の溶液導管の端部は、第１の熱交換器または吸収装置の下流で第１の溶液導管に接続されている。第４の溶液導管は、第５の熱交換器を備える。第５の熱交換器は、第２の熱交換器において冷却された熱交換媒体が第５の熱交換器内に流入させられるように第２の熱交換器に接続されている。これにより、熱交換媒体、通常は蒸気から、最大熱エネルギーを得ることが可能になり、したがって今度は総エネルギー需要が減少する。

【0030】

本発明のさらなる実施形態では、溶液流が第４の溶液導管から再出現する第４の溶液導管の端部は、蒸発装置に接続されている。これにより、結果として、第１の溶液導管の加熱された溶液流と同じようにここで減圧が生じ得、ガス相が液相から分離され得る。

【0031】

本発明のさらなる実施形態では、二酸化炭素出口は、第１の二酸化炭素圧縮機に接続されている。第１の二酸化炭素圧縮機は、圧縮によって加熱された二酸化炭素を再冷却するための第１の二酸化炭素熱交換器に接続されている。これは、二酸化炭素の貯留、および例えばメタノールを産出するためのさらなる処理の両方に、より高い圧力での二酸化炭素を必要とするため、典型的である。この目的のために、複数の二酸化炭素圧縮機および二酸化炭素熱交換器をカスケードで直列に接続して、その都度二酸化炭素の中間冷却を伴う段階的な圧縮を行うことが通例である。第５の溶液導管が、吸収装置と第１の熱交換器との間で第１の溶液導管から分岐する。溶液流が第５の溶液導管から再出現する第５の溶液導管の端部は、第１の熱交換器または吸収装置の下流で第１の溶液導管に接続されている。第５の溶液導管は、第１の二酸化炭素熱交換器を備える。これにより、二酸化炭素の圧縮によって生成された熱エネルギーをプロセスに利用すること可能になる。複数の二酸化炭素熱交換器が存在する場合、それらは好ましくは第５の溶液導管内に並列に組み込まれる。

【0032】

本発明のさらなる実施形態では、溶液流が第５の溶液導管から再出現する第５の溶液導管の端部は、蒸発装置に接続されている。これにより、結果として、第１の溶液導管の加熱された溶液流と同じようにここで減圧が生じ得、ガス相が液相から分離され得る。

【0033】

本発明のさらなる実施形態では、第２の熱交換器内の溶媒の圧力は、吸収溶媒出口における脱着装置内の圧力よりも０．２バール～５バール高い。したがって、圧力の上昇により対応する圧力での沸騰温度まで温度が上昇することが可能になるため、第２の熱交換器は、より高い出口温度を達成することができる。これは今度は、溶媒が吸収溶媒出口でより高い温度を有し、したがって、より高い温度で第１の熱交換器に流入するという結果をもたらす。これにより、該交換器をよりコンパクトにすること、または第１の熱交換器からの含有溶液流のより高い開始温度を達成することが可能になる。後者は今度は、溶液からの二酸化炭素のより効率的なストリッピングにつながる。

【0034】

第２の熱交換器内の溶媒の圧力は、装置がもたらした結果である。装置を介した圧力の具体的な調整の２つの例示的かつ好ましい実施形態がある。本発明の第１の例示的かつ好ましい実施形態では、第２の熱交換器が吸収溶媒出口の少なくとも１ｍ下方に配置されており、それによって、第２の熱交換器内の圧力が溶媒の液柱の静水圧によって生成されるため、第２の熱交換器内の溶媒の圧力は、吸収溶媒出口における脱着装置内の圧力よりも０．２バール～５バール高い。本発明の第２の例示的かつ好ましい実施形態では、対応する正圧を生成するための第１のポンプが第２の熱交換器の上流に配置されているため、第２の熱交換器内の溶媒の圧力は、吸収溶媒出口における脱着装置内の圧力よりも０．２バール～５バール高い。

【0035】

本発明の別の実施形態では、減圧手段、例えば制御弁、開口プレート、または管狭窄部が第２の熱交換器と脱着装置との間に配置されている。減圧手段は、ガス／蒸気側の第２の熱交換器内に所望の正圧を確立／維持する。これにより、必要に応じて、第２の熱交換器においても蒸発を防止することができる。

【0036】

第１の溶液入口が脱着装置の中央領域に配置されている場合が好ましい。

【0037】

本発明による二酸化炭素分離装置は、図面に示された実施例を参照して以下でより詳細に明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0038】

【図1】第１の例示的な実施形態

【図2】第２の例示的な実施形態

【図3】第３の例示的な実施形態

【発明を実施するための形態】

【0039】

図１は、本発明の二酸化炭素分離装置１０の第１の例示的な実施形態を示している。二酸化炭素分離装置１０は、例えば、オフガス流から二酸化炭素を分離するために使用され、オフガス流は、ガス入口２１に入り、ガス出口２２で二酸化炭素が大幅に減少した状態で再び出る。吸収装置２０では、このガス流を溶媒、通常はアミン溶液と向流で接触させて二酸化炭素を溶液中に組み込む。この溶液は、溶液出口２４で吸収装置を出て、第２のポンプ４６を介して第１の溶液導管４０を通して圧送される。第１の溶液導管４０は、溶液流が吸収溶媒導管５０からの溶媒流によって加熱される第１の熱交換器４１を備える。第１の熱交換器４１の下流には、溶液の一部をガス相に変換することができる蒸発装置４２が配置されている。溶液流の液相は、第１の溶液導管４０をさらに通して搬送され、例えば第３のポンプ４７によって第１の溶液入口３１を通して脱着装置３０内に搬送される。蒸発装置４２内に形成されたガスは、蒸気出口４３を通過させられてガス溶液導管４４内に流入させられ、該導管を通過させられて蒸気入口３５を介して脱着装置３０内に流入させられる。蒸気入口３５は、好ましくは、脱着装置３０の下端、すなわち底部に位置する。

【0040】

脱着装置３０において、二酸化炭素は溶液から熱によって除去され、二酸化炭素出口３４を介して流出される。次いで、この二酸化炭素流は、例えばさらなる反応または貯留に供給され得る。二酸化炭素が除去された溶媒は、脱着装置３０の底部に集まり、吸収溶媒出口３２を通して吸収溶媒導管５０に供給される。溶媒流は、その熱エネルギーを第１の熱交換器４１内の溶液流に与える。例えば、第４のポンプを使用して、溶媒流を第３の熱交換器５５を介して吸収溶媒入口２３を通して吸収装置内に流入させる。

【0041】

副流は、分岐５１で吸収溶媒導管５０内の溶媒流から分流され、第２の熱交換器５３を介して高温溶媒導管５２を通して、特に蒸気形態で、または蒸気／液体混合物として、高温溶媒入口３３を通して脱着装置３０内に戻される。溶液から二酸化炭素をストリッピングするのに必要なエネルギーは、第２の熱交換器５３を介してシステムに供給される。

【0042】

さらに、第４の熱交換器６１を備える第３の溶液導管６０が、第１の溶液導管４０から分岐する。第３の溶液導管６０は、端部で蒸発装置４２に通じる。第４の熱交換器６１において溶液流に伝達されるエネルギーは、二酸化炭素の精製されるべきガス流から導出される。次いで、このガス流を吸収装置２０内に移動させるために、第４の熱交換器６１と吸収装置２０のガス入口２１とがガス導管２５を介して接続されている。ガス導管２５は、生ガス精製器２６をさらに備え、生ガス精製器２６において、ＳＯ_ｘが除去され、さらに吸収装置２０における二酸化炭素の吸収のためにガス流を正しい温度にする。

【0043】

図２は、第４の溶液導管６２が追加的に存在し、溶液流の副流を第５の熱交換器６３を介して蒸発装置４２内に流入させるという点で第１の例示的な実施形態とは異なる、第２の例示的な実施形態を示している。第５の熱交換器６３において溶媒流を加熱するためのエネルギーは、第２の熱交換器５３において既に冷却された熱交換媒体から導出され、したがって、熱交換媒体の残留熱は効率的に利用される。

【0044】

図３は、第３の実施形態を示している。第２の例示的な実施形態に加えて、該図はまた、二酸化炭素出口３４に接続された二酸化炭素圧縮機３６と、二酸化炭素圧縮機３６に接続された二酸化炭素熱交換器３７と、を備える。圧縮によって発生し、二酸化炭素熱交換器３７において放出された熱を利用するために、二酸化炭素分離装置１０は、溶液流の副流を二酸化炭素熱交換器３７を通過させて蒸発装置４２内に流入させる第５の溶液導管６４を備える。

【符号の説明】

【0045】

１０ 二酸化炭素分離装置
２０ 吸収装置
２１ ガス入口
２２ ガス出口
２３ 吸収溶媒入口
２４ 溶液出口
２５ ガス導管
２６ 生ガス精製器
３０ 脱着装置
３１ 第１の溶液入口
３２ 吸収溶媒出口
３３ 高温溶媒入口
３４ 二酸化炭素出口
３５ 蒸気入口
３６ 二酸化炭素圧縮機
３７ 二酸化炭素熱交換器
４０ 第１の溶液導管
４１ 第１の熱交換器
４２ 蒸発装置
４３ 蒸気出口
４４ ガス溶液導管
４５ 第２の溶液導管
４６ 第２のポンプ
４７ 第３のポンプ
５０ 吸収溶媒導管
５１ 分岐
５２ 高温溶媒導管
５３ 第２の熱交換器
５４ 第１のポンプ
５５ 第３の熱交換器
６０ 第３の溶液導管
６１ 第４の熱交換器
６２ 第４の溶液導管
６３ 第５の熱交換器
６４ 第５の溶液導管

【図1】

【図2】

【図3】

【手続補正書】

【提出日】2024-08-07

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

二酸化炭素分離装置（１０）であって、前記二酸化炭素分離装置（１０）が、吸収装置（２０）および脱着装置（３０）を備え、前記吸収装置（２０）が、精製されるべきガスのガス入口（２１）および精製されたガスのガス出口（２２）を備え、前記吸収装置（２０）が、吸収溶媒入口（２３）および溶液出口（２４）を備え、前記脱着装置（３０）が、少なくとも１つの第１の溶液入口（３１）、吸収溶媒出口（３２）、高温溶媒入口（３３）、および二酸化炭素出口（３４）を備え、前記溶液出口（２４）が、第１の溶液導管（４０）を介して前記第１の溶液入口（３１）に接続されており、前記第１の溶液導管（４０）が、第１の熱交換器（４１）を備え、前記吸収溶媒出口（３２）が、吸収溶媒導管（５０）を介して前記吸収溶媒入口（２３）に接続されており、前記吸収溶媒導管（５０）が、前記第１の熱交換器（４１）を備え、それによって、溶媒流の熱が、溶液流に伝達され、前記吸収溶媒導管（５０）が、高温溶媒導管（５２）への分岐（５１）を備え、前記高温溶媒導管（５２）が、前記高温溶媒入口（３３）に接続されており、前記高温溶媒導管が、第２の熱交換器（５３）を備える二酸化炭素分離装置（１０）において、第３の溶液導管（６０）が、前記吸収装置（２０）と前記第１の熱交換器（４１）との間で前記第１の溶液導管（４０）から分岐し、前記第３の溶液導管（６０）の端部が、前記第１の熱交換器（４１）または前記吸収装置（２０）の下流で前記第１の溶液導管（４０）に接続されており、前記第３の溶液導管（６０）が、第４の熱交換器（６１）を備え、前記第４の熱交換器（６１）と前記ガス入口（２１）とが、ガス導管（２５）を介して接続されており、それによって、前記精製されるべきガスが、前記精製されるべきガスが前記吸収装置（１０）内に流入させられる前に、前記第４の熱交換器（６１）を通過させられることを特徴とする、二酸化炭素分離装置（１０）。

【請求項2】

前記第１の溶液導管（４０）が、前記第１の熱交換器（４１）の下流に配置された蒸発装置（４２）を備え、前記蒸発装置（４２）が、前記溶液流の気相から前記溶液流の液相を分離し、前記液相が、前記第１の溶液導管（４０）を通過させられて前記脱着装置（３０）内に入り、前記脱着装置（３０）が、蒸気入口（３５）を備え、前記蒸発装置（４２）が、蒸気出口（４３）を備え、前記蒸気出口（４３）および前記蒸気入口（３５）が、前記気相を移動させるためのガス溶液導管（４４）に接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の二酸化炭素分離装置（１０）。

【請求項3】

前記第３の溶液導管（６０）の前記端部が、前記蒸発装置（４２）に接続されていることを特徴とする、請求項２に記載の二酸化炭素分離装置（１０）。

【請求項4】

前記ガス導管（２５）が、生ガス精製器（２６）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の二酸化炭素分離装置（１０）。

【請求項5】

前記生ガス精製器（２５）が、硫黄酸化物を除去するように構成されていることを特徴とする、請求項４に記載の二酸化炭素分離装置（１０）。

【請求項6】

第２の溶液導管（４５）が、前記吸収装置（２０）と前記第１の熱交換器（４１）との間で前記第１の溶液導管（４０）から分岐し、前記第２の溶液導管（４５）が、前記脱着装置（３０）の上部に直接通じていることを特徴とする、請求項１に記載の二酸化炭素分離装置（１０）。

【請求項7】

第４の溶液導管（６２）が、前記吸収装置（２０）と前記第１の熱交換器（４１）との間で前記第１の溶液導管（４０）から分岐し、前記第４の溶液導管（６２）の端部が、前記第１の熱交換器（４１）または前記吸収装置（２０）の下流で前記第１の溶液導管（４０）に接続されており、前記第４の溶液導管（６２）が、第５の熱交換器を備え、前記第５の熱交換器（６３）が、前記第２の熱交換器（５３）において冷却された熱交換媒体が前記第５の熱交換器（６３）内に流入させられるように前記第２の熱交換器（５３）に接続されていることを特徴とする、請求項２に記載の二酸化炭素分離装置（１０）。

【請求項8】

前記第４の溶液導管（６２）の前記端部が、前記蒸発装置（４２）に接続されていることを特徴とする、請求項７に記載の二酸化炭素分離装置（１０）。

【請求項9】

前記二酸化炭素出口（３４）が、第１の二酸化炭素圧縮機（３６）に接続されており、前記第１の二酸化炭素圧縮機（３６）が、第１の二酸化炭素熱交換器（３７）に接続されており、第５の溶液導管（６５）が、前記吸収装置（２０）と前記第１の熱交換器（４１）との間で前記第１の溶液導管（４０）から分岐し、前記第５の溶液導管（６５）の端部が、前記第１の熱交換器（４１）または前記吸収装置（２０）の下流で前記第１の溶液導管（４０）に接続されており、前記第５の溶液導管（６５）が、前記第１の二酸化炭素熱交換器（３７）を備えることを特徴とする、請求項２に記載の二酸化炭素分離装置（１０）。

【請求項10】

前記第５の溶液導管（６５）の前記端部が、前記蒸発装置（４２）に接続されていることを特徴とする、請求項９に記載の二酸化炭素分離装置（１０）。

【請求項11】

前記第２の熱交換器（５３）内の溶媒の圧力が、前記吸収溶媒出口（３２）における前記脱着装置（３０）内の圧力よりも０．２バール～５バール高いことを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の二酸化炭素分離装置（１０）。

【請求項12】

前記第２の熱交換器（５３）が前記吸収溶媒出口（３２）の少なくとも１ｍ下方に配置されており、それによって、圧力が前記溶媒の静水圧によって生成されるため、前記第２の熱交換器（５３）内の前記溶媒の前記圧力が、前記吸収溶媒出口（３２）における前記脱着装置（３０）内の前記圧力よりも０．２バール～５バール高いことを特徴とする、請求項１１に記載の二酸化炭素分離装置（１０）。

【請求項13】

正圧を生成するための第１のポンプ（５４）が前記第２の熱交換器（５３）の上流に配置されているため、前記第２の熱交換器（５３）内の前記溶媒の前記圧力が、前記吸収溶媒出口（３２）における前記脱着装置（３０）内の前記圧力よりも０．２バール～５バール高いことを特徴とする、請求項１１に記載の二酸化炭素分離装置（１０）。

【国際調査報告】