特表 2025-501106 産業設備における炭素捕捉最適化のためのデバイス、システム、設備及びプロセス

(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】2025-01-17

(54)【発明の名称】産業設備における炭素捕捉最適化のためのデバイス、システム、設備及びプロセス

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/75 20060101AFI20250109BHJP

   B01D 53/62 20060101ALI20250109BHJP

   B01D 53/96 20060101ALI20250109BHJP

【ＦＩ】

B01D53/75

B01D53/62 ZAB

B01D53/96

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024537880

(86)(22)【出願日】2022-12-16

(85)【翻訳文提出日】2024-07-31

(86)【国際出願番号】 US2022053201

(87)【国際公開番号】W WO2023121972

(87)【国際公開日】2023-06-29

(31)【優先権主張番号】17/556,332

(32)【優先日】2021-12-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】524233001

【氏名又は名称】ネクスト カーボン ソリューションズ，エルエルシー

【氏名又は名称原語表記】ＮＥＸＴ ＣＡＲＢＯＮ ＳＯＬＵＴＩＯＮＳ，ＬＬＣ

【住所又は居所原語表記】１０００ Ｌｏｕｉｓｉａｎａ，Ｓｕｉｔｅ ３９００ Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘａｓ ７７００２ Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ

(74)【代理人】

【識別番号】100143823

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 英彦

(74)【代理人】

【識別番号】100232275

【弁理士】

【氏名又は名称】和田 宣喜

(72)【発明者】

【氏名】ハイケルベック，ベン

(72)【発明者】

【氏名】ヴァンデルウォルト，イヴァン

(72)【発明者】

【氏名】リヴァード，コナー

(72)【発明者】

【氏名】トンプソン，アレックス

【テーマコード（参考）】

4D002

【Ｆターム（参考）】

4D002AA09

4D002AC10

4D002BA01

4D002BA13

4D002DA03

4D002DA07

4D002DA16

4D002DA31

4D002DA70

4D002EA01

4D002EA08

4D002FA01

4D002GA01

4D002GB20

4D002HA08

(57)【要約】

産業設備における炭素捕捉最適化のためのデバイス、システム及び方法が、本明細書に開示される。例示的な炭素捕捉プロセスは、二酸化炭素（ＣＯ２）吸収器の上流に配置された少なくとも１つのガス対空気熱交換器を使用して排煙流を冷却することを含む。別の例示的な炭素捕捉プロセスは、燃焼加熱器を使用して、かつ／又は少なくとも１つの廃熱回収ユニットを使用して、溶媒再生及びＣＯ２ストリッピングのために熱媒体を加熱することを含む。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

排煙流を処理するための方法であって、
溶媒再生器において、二酸化炭素吸収器から流れるリッチ溶媒を受け取る段階であって、前記排煙流が前記二酸化炭素吸収器を通って流れ、前記リッチ溶媒が前記二酸化炭素吸収器内の前記排煙流から捕捉された二酸化炭素を含む、段階と、
少なくとも燃焼加熱器を使用して熱媒体を加熱する段階と、
前記燃焼加熱器から前記溶媒再生器に前記加熱された熱媒体を搬送する段階と、
前記燃焼加熱器により、燃焼加熱器排煙を生成する段階と、
前記二酸化炭素吸収器の上流の位置において、前記燃焼加熱器排煙を前記排煙流内に搬送する段階と、
発電機排煙廃熱回収ユニットと流体連通する発電機によって発電機排煙を生成する段階であって、前記発電機が発電する、段階と、
前記発電機から前記発電機排煙廃熱回収ユニットに前記発電機排煙を搬送する段階と、
を含み、
前記発電機排煙廃熱回収ユニットを使用して前記熱媒体を加熱することが、前記発電機排煙から該発電機排煙廃熱回収ユニットによって回収された熱に基づく、
方法。

【請求項2】

前記発電機排煙廃熱回収ユニットから、前記発電機排煙を前記二酸化炭素吸収器の上流の前記排煙流内に搬送する段階、をさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

排煙流を処理するための方法であって、
溶媒再生器において、二酸化炭素吸収器から流れるリッチ溶媒を受け取る段階であって、前記排煙流が前記二酸化炭素吸収器を通って流れ、前記リッチ溶媒が前記二酸化炭素吸収器内の前記排煙流から捕捉された二酸化炭素を含む、段階と、
少なくとも燃焼加熱器を使用して熱媒体を加熱する段階と、
前記燃焼加熱器から前記溶媒再生器に前記加熱された熱媒体を搬送する段階と、
前記燃焼加熱器により、燃焼加熱器排煙を生成する段階と、
前記二酸化炭素吸収器の上流の位置において、前記燃焼加熱器排煙を前記排煙流内に搬送する段階と、
駆動装置を使用して二酸化炭素圧縮機を駆動する段階であって、該駆動装置が駆動装置排煙を生成する、段階と、
前記駆動装置から廃熱回収ユニットに前記駆動装置排煙を搬送する段階と、
を含み、
前記廃熱回収ユニットを使用して前記熱媒体を加熱することが、前記駆動装置排煙から該廃熱回収ユニットによって回収された熱に基づく、方法。

【請求項4】

前記圧縮機駆動装置廃熱回収ユニットから、前記駆動装置排煙を前記二酸化炭素吸収器の上流の前記排煙流内に搬送する段階、をさらに含む、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記駆動装置が内燃機関である、請求項３に記載の方法。

【請求項6】

排煙流を処理するためのシステムであって、
前記排煙流を受け取るように構成された二酸化炭素吸収器と、
該二酸化炭素吸収器に流体連通し、該二酸化炭素吸収器からリッチ溶媒を受け取るように構成される、溶媒再生器と、
該溶媒再生器に流体連通し、熱媒体を加熱し前記溶媒再生器に向けて搬送するように構成された燃焼加熱器であって、燃焼加熱器排煙を生成し、前記二酸化炭素吸収器の上流の位置において前記排煙流と組み合わせるために当該燃焼加熱器から前記燃焼加熱器排煙を搬送する、ようにさらに構成される、燃焼加熱器と、
を具備する、システム。

【請求項7】

前記熱媒体に流体連通し、該熱媒体をさらに加熱するように構成された廃熱回収ユニット、をさらに具備する、請求項６に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、２０２１年１２月２０日に出願された「ＤＥＶＩＣＥＳ，ＳＹＳＴＥＭＳ，ＦＡＣＩＬＩＴＩＥＳ ＡＮＤ ＰＲＯＣＥＳＳＥＳ ＦＯＲ ＣＡＲＢＯＮ ＣＡＰＴＵＲＥ ＯＰＴＩＭＩＺＡＴＩＯＮ ＩＮ ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬ ＦＡＣＩＬＩＴＩＥＳ ＢＡＣＫＧＲＯＵＮＤ」と題する米国特許出願第１７／５５６,３３２号の優先権及び利益を主張し、その全体は参照により本明細書に組み込まれる。本件出願に開示された技術は、産業設備における炭素捕捉最適化のためのデバイス、システム、設備及びプロセスに関する。

【背景技術】

【0002】

燃焼燃料を利用する産業設備は、温室効果ガスを発生させる可能性がある。温室効果ガスには、例えば、二酸化炭素、メタン、亜酸化窒素、ハイドロフルオロカーボン、パーフルオロカーボン及び六フッ化硫黄などの様々なガス状化合物が含まれ、それらは放射線を吸収し、大気中に熱を閉じ込め、かつ／又はさもなければ望ましくない環境温室効果の一因となる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

炭素捕捉プロセスは、温室効果ガスの排出を除去及び／又は低減するために使用することができる。産業設備における燃焼後炭素捕捉プロセスの従来の実装形態に関連付けられたいくつかの課題が存在する。１つの課題は、炭素捕捉プロセスを使用する産業設備の出力及び効率に悪影響を及ぼす可能性がある寄生電力負荷を伴う。別の課題は、炭素捕捉システムで従来使用されている追加の冷却水負荷及びそのような追加の冷却水の使用に関連する環境への影響を伴う。排煙からの二酸化炭素の効率的な吸収を可能にし、吸収媒体の劣化を低減するために、従来の炭素捕捉プロセスは、通常、蒸発冷却水システムを使用して二酸化炭素を多く含む排煙を冷却する。冷却水システムは、通常それらの冷却水ループを補充するために補給淡水の流れを必要とし、したがってユーティリティ及び淡水源に大きい需要をもたらすので、コストがかかる可能性がある。

【課題を解決するための手段】

【0004】

本開示は、新規で改善された炭素捕捉システム、デバイス、設備及び方法を提供する。一例では、排煙流を処理するための方法は、二酸化炭素（ＣＯ２）吸収器の上流に配置され、それと流体連通する少なくとも１つのガス対空気熱交換器を使用して排煙流を冷却することを含む。方法はまた、排煙送風機により、ガス対空気熱交換器及びＣＯ２吸収器を通る排煙流を移動させることを含む。方法はまた、冷却空気送風機により、ガス対空気熱交換器を通って空気を移動させて、排煙流を冷却することを含む。

【0005】

一例では、排煙流を処理するための方法は、溶媒再生器において、二酸化炭素（ＣＯ２）吸収器から流れるリッチ溶媒を受け取ることを含む。リッチ溶媒は、ＣＯ２吸収器内の排煙流から捕捉されたＣＯ２を含む。方法はまた、少なくとも燃焼加熱器を使用して熱媒体を加熱することを含むことができ、ホスト設備では追加の熱を利用することができない。方法はまた、燃焼加熱器から溶媒再生器に加熱された熱媒体を搬送することを含む。方法はまた、燃焼加熱器によって燃焼加熱器排煙を生成することを含む。方法はまた、ＣＯ２吸収器の上流の位置で燃焼加熱器排煙を排煙流内に搬送することを含む。

【0006】

一例では、排煙流を処理するための方法は、二酸化炭素（ＣＯ２）吸収器の上流に配置され、それと流体連通するガス対空気熱交換器を含む。ガス対空気熱交換器は、排煙流を受け取り冷却する。ガス対空気熱交換器は、冷却された排煙流を、ＣＯ２吸収器に向かって、ガス対空気熱交換器を通し、かつそこから搬送する。システムはまた、ガス対空気熱交換器及びＣＯ２吸収器を通る排煙流を移動させるための排煙送風機を含む。システムはまた、ガス対空気熱交換器を通して空気を移動させて、排煙流を冷却するための冷却空気送風機を含む。

【0007】

一例では、排煙流を処理するためのシステムは、排煙流を受け取るための二酸化炭素（ＣＯ２）吸収器を含む。システムはまた、ＣＯ２吸収器と流体連通する溶媒再生器を含む。溶媒再生器は、ＣＯ２吸収器からリッチ溶媒を受け取り、ＣＯ２吸収器にリーン溶媒を供給する。リーン溶媒は、リッチ溶媒よりもＣＯ２の量が少ない。それらのシステムはまた、溶媒発生器と流体連通する燃焼加熱器を含むことができ、ホスト設備から追加の廃熱を利用することができない。燃焼加熱器は、熱媒体を加熱し溶媒再生器に向けて搬送する。燃焼加熱器は、燃焼加熱器排煙を生成し、ＣＯ２吸収器の上流の位置で排煙流と組み合わせるために燃焼加熱器から燃焼加熱器排煙を搬送する。

【0008】

開示されたデバイス、システム、設備及び方法のさらなる例、特徴及び利点は、以下の発明を実施するための形態及び図面に記載され、それらから明らかになる。本明細書に記載された特徴及び利点は、すべてを含むものではなく、特に、図及び説明を考慮すると多くのさらなる特徴及び利点が当業者には明らかである。また、特定の実施形態は、本明細書に列挙された利点のすべてを必ずしも有するとは限らない。さらに、本明細書で使用される言語は、主に読みやすさ及び説明目的のために選択されており、本発明の主題の範囲を限定するものではないことに留意されたい。
図は特定の例示的な実施形態を描写し、本開示の範囲を限定するものと見なされるべきではないことを理解して、本開示は、添付の図を使用してさらなる特異性及び詳細を伴って記載及び説明される。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】例示的な実施形態による、冷却装置及び加熱装置を含む例示的な炭素捕捉設備の概略図である。

【0010】

【図2】例示的な実施形態による、炭素捕捉プロセスにおいて排煙流を冷却するためのガス対空気熱交換器を含む第１の例示的な冷却装置の概略図である。

【0011】

【図3】例示的な実施形態による、炭素捕捉プロセスにおいて排煙流を冷却するための複数のガス対空気熱交換器を含む第２の例示的な冷却装置の概略図である。

【0012】

【図4】例示的な実施形態による、廃熱回収ユニットを含む第１の例示的な加熱装置の概略図である。

【0013】

【図5】例示的な実施形態による、複数の廃熱回収ユニットを含む第２の例示的な加熱装置の概略図である。

【0014】

【図6】例示的な実施形態による、発電し、ＣＯ２圧縮機を駆動するための駆動装置を含む第３の例示的な加熱装置の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下の文章は、多数の異なる実施形態の詳細な説明を記載しているが、本発明の法的範囲は、本特許の最後に記載された特許請求の範囲の文言によって定義されることを理解されたい。詳細な説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、すべての可能な実施形態を記載するものではなく、すべての可能な実施形態を説明することは不可能ではないにしても非現実的である。当業者は、特許請求の範囲内に依然として含まれる多数の代替実施形態を実装することができる。「本明細書で使用される「」という用語は、．．．を意味するように本明細書で定義される」という文又は同様の文を使用して本明細書で用語が明示的に定義されない限り、その用語の意味をその明白な又は通常の意味を超えて限定する意図はない。本特許において任意の用語が単一の意味と一致する方法で言及される限り、それは明確にするためにのみ行われ、そのような請求項の用語がその単一の意味に限定されることは意図されない。最後に、請求項要素がいかなる構造も説明せずに「手段」という単語及び機能を列挙することによって定義されない限り、任意の請求項要素の範囲は、米国特許法１１２（ｆ）の適用に基づいて解釈されることは意図されない。

【0016】

本開示は、燃焼後の排煙流の冷却に関連するコスト、並びに溶媒再生及びＣＯ２ストリッピングプロセスのための熱媒体の加熱に関連するコストなどの、炭素捕捉プロセスに関連するユーティリティコストを最適化するために、個別に又は組み合わせて使用することができる新規のプロセス、装置及びシステムを提供する。

【0017】

ここで図を参照すると、図１は、炭素捕捉設備１００の例示的な概略図を示す。設備１００は、産業設備又は他の燃焼システムからであり得る燃焼後の排煙流１０を受け取る。排煙流１０は、流体接続又は導管１０２～１０８によって画定された流体経路に沿ってシステム１００の１つ又は複数の構成要素を通って搬送される。図１の説明における矢印１０２～１０８の各々の方向は、それぞれの矢印の端部におけるシステム１００の構成要素からの、又は構成要素への排煙流１０の流路の下流方向を表す。

【0018】

例えば、導管１０２は、排煙流１０を下流に冷却装置１１０まで搬送する。冷却装置１１０は、冷却装置から流出し、導管１０６を介して吸収器１２０に向かって流入する排煙流１０を冷却するために、吸収器１２０の上流に配置される。次いで、排煙流１０は、導管１０８で吸収器１２０から、吸収器１２０に流入する排煙流１０よりも低いＣＯ２濃度を有する排ガス流として流出する。一例では、導管１０８を介して吸収器１２０から出る排ガス流１０は、大気中に放出される場合がある。バイパス導管１０４は、排煙流１０（又はその一部）を導管１０２から、炭素捕捉設備１００の他の構成要素から離れる（例えば、冷却装置１１０から離れるなどの）ように選択的に転送することを可能にし、したがって、炭素捕捉プロセスを選択的にバイパスするために含まれる場合があり、バイパス１０４はまた、ホスト設備が炭素捕捉ユニットの動作なしに動作することを可能にする（例えば、炭素捕捉設備はメンテナンスのために停止し、ホスト設備は依然としてバイパス１０４を通って出る排煙で動作することができる）。

【0019】

より一般的には、本明細書で特に指定されない限り、様々な構成要素から又は様々な構成要素に延在する本開示の図に描写された矢印（例えば、矢印１０２～１０８、１１２～１１８、１２２～１２８など）は、それぞれの矢印の端部で構成要素から又は構成要素に流体（例えば、排煙、空気、溶媒、水など）を搬送するように構成された流体接続又は導管（例えば、配管など）を表すことができる。さらに、それぞれの矢印の矢印方向は、それぞれの矢印によって表された導管内部を流れる流体の流れ方向（例えば、下流方向）を表す。

【0020】

吸収器１２０は、排煙流１０からＣＯ２を捕捉するために吸収器１２０の内部を流れる排煙流１０にリーン吸収媒体が接触する接触器（例えば、ガス－液体接触器、ガス－ガス接触器など）又は任意の他のタイプのデバイスを含む場合がある。吸収媒体は、アンモニア、アミン系、炭酸塩系（例えば、炭酸カリウム）、イオン性流体及び／又は任意の他のタイプの溶媒であり得る。排煙流１０と接触する前に、（導管１１２を介して）吸収器１２０に入る溶媒（例えば、「リーン媒体」）はＣＯ２が少ない。排煙流１０と接触した後に、（導管１１４を介して）吸収器１２０を出る溶媒（例えば、「リッチ媒体」）はＣＯ２が多い。例では、（導管１１４を介して）吸収器１２０から出るリッチ溶媒は、（導管１１２を介して）吸収器１２０に入るリーン溶媒よりも大量のＣＯ２（及び／又は大量の炭素）を含む場合がある。

【0021】

溶媒再生及びＣＯ２ストリッピングユニット１３０は、吸収器１２０から（導管１１４を介して）リッチ溶媒を受け取り、吸収器１２０に（導管１１２を介して）リーン溶媒を供給するために、吸収器１２０と流体連通して配置される場合がある。その目的のために、再生及びＣＯ２ストリッピングユニット１３０は、本明細書では溶媒再生器１３０、再生器１３０、ＣＯ２ストリッパ１３０及び／又はストリッパ１３０と互換的に呼ばれる場合がある。再生器／ストリッパ１３０は、リッチ溶媒からＣＯ２（又は炭素）を取り除くことにより、リッチ溶媒をリーン溶媒に変換するように構成される場合がある。これを容易にするために、一例では、再生器１３０は、リッチ溶媒からＣＯ２（又は炭素）を除去又は分離するために、熱媒体（例えば、蒸気又は油）を使用してリッチ溶媒を加熱することができる。

【0022】

システム１００はまた、熱媒体を加熱し、導管１１６を介して再生器１３０に加熱された熱媒体を供給するように構成された加熱装置１４０を含む場合がある。例では、加熱装置１４０は、熱媒体を加熱し、したがって加熱システムの排煙を生成するように構成された１つ又は複数の燃焼ベースのデバイスを含む場合がある。一例では、加熱システムの排煙は、炭素捕捉システム１００の前端部において（例えば、導管１０２内に）、又はＣＯ２吸収器１２０の上流の任意の他の位置において排煙流１０と組み合わせるために、（例えば、導管１１８を介して）加熱装置１４０から搬送される場合がある。

【0023】

再生器／ストリッパ１３０は、圧縮機１５０にＣＯ２リッチ流を搬送するために、リッチ溶媒から抽出されたＣＯ２を含むＣＯ２リッチ流を導管１２２に出力することができる。圧縮機１５０は、隔離（例えば、地下若しくは水中貯蔵など）又は他の産業用途などの他のユーザ又は用途のために（導管１２２を介して再生器１３０から受け取られた）ＣＯ２リッチガス流を圧縮することができる。いくつかの例では、圧縮機１５０は多段圧縮機である。

【0024】

システム１００はまた、圧縮機１５０に結合された駆動装置１６０を含む。駆動装置１６０は、（例えば、導管１２２から圧縮機１５０で受け取られた）ＣＯ２リッチ流を圧縮するために圧縮機１５０に機械的エネルギーを供給するように構成される場合がある。例では、駆動装置１６０は、燃料を燃焼させて圧縮機１５０を駆動するための機械的エネルギーを生成する内燃機関又は他のタイプの燃焼ベースの駆動装置であり得る。そのため、いくつかの例では、圧縮機駆動装置１６０は、（例えば、駆動装置１６０による燃料燃焼の副生成物などとして）駆動装置排煙を生成する場合がある。駆動装置排煙は、駆動装置１６０から（導管１２４を介して）加熱装置１４０に搬送される場合がある。例えば、加熱装置１４０は、駆動装置排煙から熱を抽出して、（導管１１６を介して）再生及びストリッピングユニット１３０に供給されるヘッド媒体を加熱するように構成された廃熱回収ユニット（図１には示されていない）を含む場合がある。さらに、一例では、駆動装置排煙は、最終的に（例えば、加熱装置１４０における熱回収後に）、炭素捕捉プロセスの前端部（例えば、冷却装置１１０の上流）に、又は排煙流１０と組み合わせるためにＣＯ２吸収器１２０の上流の任意の他の位置に（例えば、導管１１８を介して）転送される場合がある。

【0025】

システム１００はまた、導管１２６を介して圧縮機１５０から圧縮ＣＯ２を受け取るために圧縮機１５０と流体連通するＣＯ２脱水及び後処理ユニット１７０を含む場合がある。脱水及び後処理ユニット１７０は、圧縮ＣＯ２が圧縮ＣＯ２のエンドユーザに適した品質及び組成となるように、水及び／又は他の成分（例えば、汚染物質など）を除去するように構成される。図示された例では、後処理及び／又は脱水された圧縮ＣＯ２は、導管１２８を介して炭素捕捉システム１００から搬送される。

【0026】

例では、圧縮機１５０並びに／又は脱水及び後処理ユニット１７０は、（例えば、導管１２８を介して、又は図１に示されていない別の導管を介して）システム１００から炭素ユーザ又は隔離場所に圧縮ＣＯ２を送る。一例では、圧縮ＣＯ２は、少なくとも部分的に枯渇した炭化水素貯留層を含む地下地層、又は任意の他の隔離場所などのオフサイト隔離設備（図示せず）に送られる場合がある。一例では、隔離場所は海底（例えば、海抜３キロメートル以上の深さなど）の上にあり得る。一例では、隔離場所は海底の下にある。

【0027】

上述されたように、従来の炭素捕捉プロセスは、通常、冷却塔（例えば、「蒸発冷却水システム」）を具備する冷却水クエンチシステムを使用して排煙を冷却し、冷却塔は、冷却水の少なくとも一部の蒸発によって排煙を冷却する。そのような蒸発冷却水システムは、通常、蒸発した水を補充するために、環境源又は地域のユーティリティから水を消費し、したがって環境に悪影響を及ぼす可能性がある。さらに、いくつかの設備では、設備の位置及び／又は他の要因のために、蒸発冷却水システム用の冷却水を連続的に供給／補充することが実現可能でない場合がある。

【0028】

したがって、有利なことに、必ずしも追加の冷却水の使用を必要とせずに、かつ／又は必ずしも蒸発冷却水システムを使用せずに排煙流を冷却することを可能にする、図２及び図３に関連して以下に記載されるような例示的な冷却装置が本明細書に開示される。これを容易にするために、例示的な冷却装置は、ＣＯ２吸収器１２０の上流の排煙流１０を冷却するように配置された１つ又は複数のガス対空気熱交換器を含む場合がある。

【0029】

図２は、例えばシステム１００の冷却装置１１０を実装するために使用され得る例示的な冷却装置２００の概略図である。

【0030】

図示された例では、冷却システム２００は、吸収器１２０の上流に配置され、それと流体連通するガス対空気熱交換器２１０を含む。例では、ガス対空気熱交換器２１０は、熱交換器２１０を流れる冷却媒体として空気を使用するガス対ガス熱交換器であり得る。例えば、熱交換器２１０は、２つのガス流（すなわち、冷却空気及び排煙流）が熱交換器２１０内部で互いに混合されないように、（導管２０６において熱交換器２１０に入り、導管２０８において熱交換器から出る）空気及び（導管２０２において熱交換器に入り、導管２０４において熱交換器から出る）排煙流のための別々の流路を画定することができる。一例では、排煙流１０は、熱交換器２１０の（導管２０２に接続された）第１のガス入口を通って熱交換器２１０に流入することができ、（導管２０４に接続された）第１のガス出口を通って熱交換器から流出することができる。熱交換器２１０の内部では、排煙流１０からの熱は、（導管２０６に接続された）第２のガス入口を通って熱交換器２１０に流入し、（導管２０８に接続された）第２のガス出口を通って熱交換器２１０から流出する冷却空気（例えば、周囲空気）又は他の冷却媒体に伝達される場合がある。

【0031】

システム２００はまた、ガス対空気熱交換器２１０を流れる空気を移動させるための少なくとも１つの冷却空気送風機と、ガス対空気熱交換器２１０及びＣＯ２吸収器１２０を流れる排煙流を移動させるための少なくとも１つの排煙送風機とを含む場合がある。一般に、送風機は、ガス（例えば、排煙又は空気）を、１つ若しくは複数の構成要素を通して、１つ若しくは複数の構成要素に向かって、及び／又は、１つ若しくは複数の構成要素から離れるように放出又は移動させるように、かつ／或いは、より一般的に、システム２００などのシステムによって画定された流体経路に沿ってガスを移動させるように構造化されたデバイス（例えば、ファンなど）である。

【0032】

図２は、熱交換器２１０と流体連通する２つの空気送風機２１２Ａ～Ｂを描写するが、いくつかの例では、システム２００は、代替として、空気送風機２１２Ａ～Ｂのうちの１つのみを含む場合がある。例えば、システム２００は、代替として、熱交換器２１０と流体連通する位置２１２Ａ（上流）又は２１２Ｂ（下流）のうちの一方に配置された単一の冷却空気送風機を使用して実装される場合がある。位置２１２Ａ（上流）及び２１２Ｂ（下流）の各々は、以下でより詳細に記載されるように、異なる利点を提供することができる。

【0033】

一例では、システム２００は、ガス対空気熱交換器２１０に向かって空気（例えば、周囲空気）を吹き付けるためにガス対空気熱交換器２１０の上流に配置された冷却空気送風機２１２Ａを含む場合がある。この上流構成では、空気送風機２１２Ａは、有利なことに、空気送風機２１２Ａを流れる空気の温度が比較的低いために（すなわち、熱交換器２１０内部で加熱される前に）、向上した効率で動作することができる。空気送風機２１２Ａの上流構成はまた、空気送風機がより高温の空気流を吹き付ける構成（例えば、下流）と比較して低いメンテナンスコストに関連付けられる場合がある。一方、上流空気送風機２１２Ａは、熱交換器２１０に入る空気を圧縮（したがって、加熱）する可能性があり、それにより、熱交換器２１０に流入する空気が比較的低温である構成と比較して、排煙流１０から空気への熱伝達に関する熱交換器２１０の効率が潜在的に低下する。

【0034】

一例では、システム２００は、ガス対空気熱交換器２１０から（すなわち、空気が導管２０８を介して熱交換器２１０から出た後に）空気を吹き飛ばすために、ガス対空気熱交換器２１０の下流に配置された冷却空気送風機２１２Ｂを含む場合がある。そのような下流構成では、送風機２１２Ｂは、有利なことに、（導管２０６を介して）交換器２１０に流入する空気を押し出す代わりに、（導管２０８を介して）交換器２１０から出る空気を引っ張ることにより、熱交換器２１０の冷却効率を改善することができる。詳細には、空気送風機２１２Ｂの下流位置は、空気が（導管２０８を介して）熱交換器２１０を出るまで下流空気送風機２１２Ｂによって圧縮（したがって、加熱）されないので、比較的低温の空気が交換器２１０に入る結果となり得る。一方、空気送風機２１２Ｂの下流位置は、送風機２１２Ｂが熱交換器２１０を出た後に送風機２１２Ｂを流れる比較的温かい空気に起因して（より冷たい空気を吹き付けることに関連する電力要件／メンテナンスコストと比較して）増加した電力要件及び／又はメンテナンスコストに関連付けられる場合がある。

【0035】

したがって、いくつかの例では、冷却システム２００を実装する炭素捕捉プロセス（例えば、システム１００）は、冷却効率要件、寄生負荷要件、メンテナンスコスト要件、排煙流１０の温度範囲、排煙流１０の流量及び／又は冷却装置２００を使用する産業設備若しくは炭素捕捉プロセスに固有の任意の他のパラメータ若しくは許容範囲などのシステムパラメータに応じて、冷却空気送風機を配置するための適切な位置２１２Ａ（上流）又は２１２Ｂ（下流）を選択することによって最適化することができる。

【0036】

いくつかの例では、熱交換器２１０は、空気の代わりに、又は空気に加えて、冷却媒体として異なるタイプのガスを使用することができる。一例では、吸収器１２０（又はその一部）から出る排ガス流は、場合によっては、周囲空気に加えて、又はその代わりに、熱交換器２１０内部の比較的高温のＣＯ２排煙流を冷却するために使用することができる。より一般的には、いくつかの例では、システム２００は、有利なことに、排煙流１０を冷却するための冷却媒体としてガス（例えば、冷却空気）を使用することを可能にすることができる。例えば、水蒸発に依存し、外部の水源（例えば、湖、川、地域のユーティリティなど）を使用して蒸発水を補充する蒸発冷却水システムとは異なり、システム２００は、周囲空気及び／又はシステム２００に容易に利用可能な任意の別の冷却ガス媒体を使用して排煙流を冷却することを可能にすることができる。

【0037】

システム２００はまた、熱交換器２１０及び吸収器１２０を通る排煙流を移動させるための少なくとも１つの排煙送風機２１４Ａ～Ｃを含む。図２は、熱交換器２１０と流体連通する３つの排煙送風機２１４Ａ～Ｃを描写するが、システム２００は、代替として、より少ないか又はより多い排煙送風機を含む場合がある。いくつかの例では、システム２００は、１つ又は複数の他の排煙送風機なしに、位置２１４Ａ～Ｃのうちの１つに配置された排煙送風機を使用して実装される。一例では、位置２１４Ａ～Ｃのうちの１つは、システム２００の様々な用途に応じて、熱交換器２１０に結合された排煙送風機の位置として選択される場合がある。以下でより詳細に記載されるように、位置２１４Ａ～Ｃの各々は、システム２００の様々な異なる用途に適する場合がある異なる利点を有することができる。

【0038】

一例では、システム２００は、熱交換器２１０に向かって排煙流１０を吹き付けるために、熱交換器２１０の上流に配置された排煙送風機２１４Ａを含む場合がある。位置２１４Ａにある排煙送風機は、有利なことに、排煙流１０が熱交換器２１０に入る前に、（送風機２１４Ａによる圧縮に起因する熱の形態で）排煙流１０にエネルギーを加えることができる。例えば、上流送風機２１４Ａによって加えられたエネルギー（又はその一部）は、熱交換器２１０によって潜在的に除去又は低減される可能性がある。しかしながら、位置２１４Ａに配置された排煙送風機は、比較的高い温度を有する排煙流１０を受け取ることができ、したがって、比較的低温の排煙を吹き付けた場合よりも多くの動作するための電力を必要とする可能性がある。さらに、送風機２１４Ａは、送風機が比較的低温の排煙を吹き付ける構成と比較して、高温に耐えることができる比較的高価な材料を使用して構築される必要があり、かつ／又はより頻繁なメンテナンス作業を必要とする場合がある。

【0039】

一例では、システム２００は、熱交換器２１０から（熱交換器２１０によって冷却された後に）排煙流１０を吹き飛ばすために、ガス対空気熱交換器２１０の下流（及び吸収器１２０の上流）に配置された排煙送風機２１４Ｂを含む場合がある。位置２１４Ｂにある排煙送風機は、有利なことに、熱交換器２１０によって冷却された後に排煙流１０と接触することができる。位置２１４Ｂにある排煙流の比較的低い温度に起因して、排煙送風機２１４Ｂは、位置２１４Ａにある排煙送風機と比較して、比較的低い電力要件、材料コスト及び／又はメンテナンスコストに関連付けられる場合がある。一方、排煙送風機を位置２１４Ｂに配置すると、熱交換器２１０によって冷却された後の排煙流１０にエネルギー（すなわち、排煙送風機２１４Ｂによる圧縮に起因する熱）が加えられる結果になり得、それによって吸収器１２０に入る排煙流が暖められ、吸収器１２０内の溶媒の炭素捕捉効率が潜在的に低下する。例えば、溶媒は、より低い温度でより効率的にＣＯ２を捕捉することができる。

【0040】

一例では、システム２００は、吸収器１２０から排ガス流を吹き飛ばすために、吸収器１２０の下流に配置された排煙送風機２１４Ｃを含む場合がある。上述されたように、排ガス流は、（ＣＯ２が吸収器１２０内の溶媒によって吸収された後に）吸収器１２０から出る排煙流１０の少なくとも一部を含み、したがって、排ガス流は、吸収器１２０に入る排煙流１０よりも低いＣＯ２濃度を有する。そのため、位置２１４Ｃに配置された排煙送風機は、有利なことに、位置２１４Ａ～Ｂにある排煙流１０よりも低い体積及び低い温度を有する排ガス流を吹き付けることができ、それは、より高い温度でより高い体積の排煙を吹き付けることと比較して、効率の改善及び／又は電力負荷の低減をもたらすことができる。しかしながら、位置２１４Ｃに排煙送風機を配置することは、いくつかのシナリオでは、より高い設置コスト及び／又はメンテナンスコストに関連付けられる場合がある。例えば、いくつかの構成では、排ガス流は吸収器１２０の上面から出力される場合があり、したがって位置２１４Ｃを使用すると、より高い高さで効率的かつ安全に排煙送風機２１４Ｃを支持するための比較的困難な構造要件に関連する比較的高い高さに排煙送風機を設置する必要があり得る。

【0041】

上述されたように、システム２００は、冷却システム２００を使用する炭素捕捉プロセスの特定のパラメータ及び許容範囲（例えば、排煙流の温度、排煙流の流量、寄生負荷閾値、コスト要件など）に応じて、冷却空気送風機及び／又は排煙送風機の数及び／又は位置をカスタマイズすることによって最適化することができる。例えば、位置２１４Ａは、いくつかの産業設備用途において、位置２１４Ｃよりも望ましい場合があり、又はその逆もあり得る。

【0042】

システム２００はまた、熱交換器２１０と流体連通する閉ループ水濾過ユニット２２０を含む場合がある。例えば、閉ループ水濾過ユニット２２０は、微粒子を分離及び凝縮するために熱交換器２１０内部の排煙流１０に噴霧される水を（導管２１２を介して）供給するために、ガス対空気熱交換器２１０のダクトに結合される場合がある。次いで、排煙流１０から除去された不純物（例えば、硫黄酸化物などの汚染物質）を含む凝縮水が収集され、（導管２１４を介して）閉ループ水濾過ユニット２２０に戻される場合があり、そこで水は汚染物質を除去するために濾過され、閉水濾過ループを完成させるために熱交換器２１０に戻される。この配置では、例えば、吸収器１２０の上流でこれらの汚染物質を除去することにより、吸収器１２０内の溶媒の効率を潜在的に改善することができる。代替又は追加として、図示されていないが、閉ループ水濾過ユニット２２０は、吸収器１２０から出る排ガス流を冷却及び／又は洗浄するために吸収器１２０に結合される場合がある。

【0043】

図３は、本開示による、吸収器１２０の上流に配置された複数のガス対空気熱交換器２１０、３１０を含む別の例示的な冷却装置３００の概略図である。いくつかのシナリオでは、単一のガス対空気熱交換器は、吸収器１２０内部の溶媒によるＣＯ２の効率的な吸収のために排煙流１０を適切な温度に冷却するには不十分であり得る。そのため、図示された例では、吸収器１２０に流入する前に排煙流１０をさらに冷却するために、吸収器１２０の上流に１つ又は複数の追加のガス対空気熱交換器（例えば、熱交換器３１０）が配置される場合がある。

【0044】

図３の例では、ガス対空気熱交換器３１０は、（導管１０２を介して）排煙流１０を受け取り冷却することができ、次いで、ガス対空気熱交換器２１０は、冷却された排煙流１０を受け取って、排煙流１０が吸収器１２０に流入する前に排煙流１０をさらに冷却することができる。

【0045】

その目的のために、図示された例では、冷却システム３００は、熱交換器３１０、熱交換器２１０及び吸収器１２０を通して排煙流１０を移動させるための排煙送風機２１４Ａ、２１４Ｂ及び／又は２１４Ｃを含む場合がある。一例では、図示されていないが、システム３００は、排煙送風機２１４Ａ、２１４Ｂ及び／又は２１４Ｃの代わりに、又はそれらに加えて、熱交換器３１０の上流に配置された排煙送風機を含む場合がある。

【0046】

さらに、システム３００は、（例えば、熱交換器２１０の送風機２１２Ａと同様に）熱交換器３１０に向かって、かつ熱交換器３１０を通して冷却空気を吹き付けるように熱交換器３１０の上流に配置された冷却空気送風機３１２Ａを含み、かつ／又は（例えば、熱交換器２１０の送風機２１２Ｂと同様に）熱交換器３１０に向かって、かつ熱交換器を通して冷却空気を吹き付け移動させるように熱交換器３１０の下流に配置された冷却空気送風機３１２Ｂを含む場合がある。

【0047】

より一般的には、本開示の冷却システム１１０、２００、３００などは、炭素捕捉プロセス１００を使用する産業設備の必要性に応じてカスタマイズされる場合がある。したがって、システム２００及び／又は３００で使用されるガス対空気熱交換器、冷却空気送風機、及び／又は、排煙流送風機の数及び／又は位置は、本開示のシステム及びプロセスを使用する産業設備に固有の他の要因の中でも、入力排煙流１０の流量、入力排煙流１０の温度、炭素捕捉プロセスのための電力可用性などの要因に応じてカスタマイズすることができる。

【0048】

上記の説明に沿って、本開示の例示的な冷却システム２００、３００などは、有利なことに、補給水の流れを必要とする蒸発冷却水システムを必ずしも使用することなく排煙流の冷却を可能にすることにより、炭素捕捉プロセスの実装に関連付けられた課題を解決することができる。

【0049】

先に述べられたように、いくつかの産業設備で炭素捕捉プロセスを採用することはまた、溶媒再生及び／又はＣＯ２ストリッピングプロセスについての熱負荷要件、並びに炭素捕捉設備を動作させることに関連付けられた（例えば、送風機などを動作させるための）電力負荷要件に起因して困難であり得、それは時々産業設備の既存の基盤の大幅なアップグレードを必要とする場合がある。したがって、図４～図６は、炭素捕捉プロセスを最適化し、かつ／又はこれらの課題を解決するために使用することができる例示的な最適化された加熱装置及び発電装置を示す。

【0050】

図４は、本開示による、溶媒再生及びＣＯ２ストリッピングのための例示的な加熱装置を含む例示的な炭素捕捉システム４００の概略図である。システム４００は、システム１００の例示的な実施形態を描写し、システム１００の加熱装置１４０は、燃焼加熱器４１０、廃熱回収ユニット４２０及び発電機４３０を含む。

【0051】

燃焼加熱器４１０（例えば、工業炉）は、燃焼燃料を燃やし、燃焼ガスからの熱を、燃焼加熱器から導管１１６を介して再生器１３０に搬送される熱媒体に伝達する加熱器である。上述されたように、熱媒体は、蒸気又は油などの任意の適切な熱媒体を含む場合がある。再生器又はストリッパ１３０は、加熱された熱媒体を使用して、吸収器１２０から受け取られたＣＯ２リッチ溶媒を、リッチ溶媒からＣＯ２を取り除くことによってリーン溶媒に再生する。

【0052】

燃焼加熱器４１０における燃焼プロセスの副生成物として、燃焼加熱器４１０は、加熱器排煙を生成することができる。図示された例では、加熱器排煙は、燃焼加熱器４１０から（導管４０６を介して）搬送され、吸収器１２０の上流（並びに／又は冷却装置１１０、ガス対空気交換器２１０、及び／若しくは、ガス対空気交換器３１０の上流）の排煙流１０と組み合わされる。いくつかの例では、加熱器排煙は、入力排煙流１０よりも比較的低温であり得、したがって、（加熱器排煙を含む）組み合わされた排煙流１０の全体的な温度を低下させることによって冷却装置１１０の効率を潜在的に改善することができる。

【0053】

図１の説明において上述されたように、駆動装置１６０は、圧縮機１５０を駆動するために機械的エネルギーを提供するように構成された内燃機関、ガスタービン、又は任意の他のタイプの燃焼ベースの駆動装置を含む場合がある。この燃焼プロセスの生成物として、駆動装置１６０は駆動装置排煙を生成する。駆動装置排煙は、駆動装置１６０から導管１２４を介して廃熱回収ユニット４２０に搬送される。

【0054】

発電機４３０はまた、炭素捕捉システムの１つ又は複数の構成要素（例えば、ガス対空気交換器２１０、３１０、送風機２１２、２１４、３１２など）に電力を供給するための電力（例えば、電気）を生成する、ガスタービン又は燃焼機関などの燃焼ベースの発電機を含む場合がある。そのため、発電機４３０は、発電機４３０から導管４０２を介して廃熱回収ユニット４２０に搬送される発電機排煙を生成する。

【0055】

廃熱回収ユニット４２０は、加熱された熱媒体を再生器１３０に搬送する前に、燃焼加熱器４１０からの熱を補完するために、発電機排煙及び／又は駆動装置排煙から熱媒体に熱を伝達して熱媒体をさらに加熱するように構成されたエネルギー回収デバイス（例えば、熱交換器）である。いくつかの例では、再生器１３０は、熱媒体を再加熱するために、（導管４０４を介して）使用済み熱媒体を燃焼加熱器４１０及び／又は廃熱回収ユニット４２０に戻すことができる。

【0056】

この配置では、廃熱回収ユニット４２０は、駆動装置排煙及び／又は発電機排煙からの廃熱を利用して、（例えば、そうでなければ廃熱回収ユニット４２０なしで熱媒体を加熱するために消費されるであろう燃料の総量を低減することによって）溶媒再生及びＣＯ２ストリッピングプロセスのために熱媒体を効率的に加熱することにより、熱媒体を加熱することに関連付けられた寄生負荷の低減を可能にすることができる。

【0057】

発電機排煙及び／又は駆動装置排煙から熱を回収した後、排煙は、（例えば、図４に示された）炭素捕捉システム４００の前端部又は吸収器１２０の上流の任意の他の位置において排煙流１０と組み合わせるために、（例えば、導管４０８を介して）廃棄物回収ユニット４２０から搬送される。いくつかの例では、廃熱回収ユニット４２０から流出する排煙は、入力排煙流１０よりも低温であり、したがって、（廃熱回収ユニット４２０からの排煙を含む）組み合わされた排煙流１０により低い全体温度をもたせることにより、冷却装置１１０及び／又は吸収器１２０の効率の改善を容易にすることができる。

【0058】

図５は、本開示による、別の例示的な加熱装置を含む例示的な炭素捕捉システム５００の概略図である。システム５００は、システム１００の例示的な実施形態を描写し、その中で加熱装置１４０は、２つの廃熱回収ユニット４２０、５２０、燃焼加熱器４１０及び発電機４３０を含む。

【0059】

詳細には、システム５００は、（システム４００と同様に）駆動装置１６０から駆動装置排煙を（導管１２４を介して）受け取るための第１の廃熱回収ユニット４２０と、発電機４３０から出力された発電機排煙４０２を（導管４０２を介して）受け取るための第２の別個の廃熱回収ユニット５２０とを含む。第２の廃熱回収ユニット５２０は、発電機４３０から（導管４０２を介して）廃熱回収ユニット５２０に流入する発電機排煙から熱を抽出して、
再生器１３０に流入する熱媒体をさらに加熱する。例えば、図示されたように、加熱された熱媒体は、導管５０２を介して廃熱回収ユニット５２０から流出して、再生器１３０の上流の燃焼加熱器４１０及び／又は廃棄物回収ユニット４２０から出力された加熱された熱媒体と組み合わされる。

【0060】

さらに、図示された例では、（熱媒体を加熱するために廃熱回収ユニット５２０で使用された後の）発電機排煙は、廃熱回収ユニット５２０を出る使用済み排煙についての上記の説明に沿って、炭素捕捉プロセス５００の前端部（又は吸収器１２０の上流の任意の他の位置）において入力排煙流１０と組み合わせるために、（例えば、導管５０８を介して）廃熱回収ユニット４２０から搬送される。

【0061】

いくつかの例では、炭素捕捉システム５００の配置は、発電機４３０が必ずしも圧縮機１５０、駆動装置１６０及び／又は廃熱回収ユニット４２０の近くに配置されるとは限らない産業設備用途に有利であり得る。

【0062】

図示されていないが、いくつかの例では、燃焼加熱器４１０から出力された加熱器排煙は、代替として、加熱器排煙を入力排煙流１０と組み合わせる前に熱媒体をさらに加熱するために追加の熱を抽出するために、廃熱回収ユニット４２０、５２０及び／又は別の廃熱回収ユニット（図示せず）に転送される場合がある。

【0063】

図６は、本開示による、さらに別の例示的な加熱装置を含む例示的な炭素捕捉システム６００の概略図である。システム６００は、システム１００の例示的な実施形態を描写し、その中で単一の駆動装置１６０が発電と圧縮機１５０の駆動の両方に使用される。すなわち、システム６００の構成における同じ駆動装置１６０は、（例えば、システム６００の１つ又は複数の構成要素に電力を供給するための電力を生成する）図４～図５の発電機４３０について上述された機能を実行するとともに、圧縮機１５０によるＣＯ２圧縮を駆動することができる。例えば、システム６００の駆動装置１６０は、システム６００の様々な構成要素のための電力を生成するとともに圧縮機１５０を作動させるための機械的エネルギーを生成する内燃機関及び／又はガスタービンとして実装される場合がある。

【0064】

上記の説明に沿って、廃熱回収ユニット４２０は、（導管１２４を介して）駆動装置１６０から駆動装置排煙を受け取ることができ、駆動装置排煙からの熱を使用して、廃熱回収ユニット４２０から再生器／ストリッパ１３０に流入する熱媒体を加熱することができる。

【0065】

特許請求の範囲を含む本明細書で使用される「及び／又は」という用語は、包括的又は排他的な接続詞である。したがって、「及び／又は」という用語は、グループ内に２つ以上のものが存在することを意味するか、又は選択肢のグループから１つの選択が行われ得ることを意味する。

【0066】

本開示の多くの特徴及び利点は、記載された説明から明らかであり、したがって、添付の特許請求の範囲は、本開示のすべてのそのような特徴及び利点を網羅することが意図される。さらに、多数の修正及び変更が当業者には容易に想起されるので、本開示は、図示及び記載されたまさにその構成及び動作に限定されない。したがって、記載された実施形態は、限定ではなく例示として解釈されるべきであり、本開示は、本明細書に与えられた詳細に限定されるべきではなく、現在又は将来の予測可能又は予測不可能にかかわらず、以下の特許請求の範囲及びそれらの均等物の全範囲によって定義されるべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【国際調査報告】