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JP4354788B2 - Gas processing equipment - Google Patents
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JP4354788B2 - Gas processing equipment - Google Patents

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Description

本発明は、ボイラー、ガスタービン、ガスエンジン、燃焼炉等の燃焼装置、メタン発酵等の微生物処理装置、また燃料電池や水素製造等の炭素含有物質の改質処理装置などから発生する二酸化炭素を含有する被処理ガスから二酸化炭素を分離回収して出力するガス処理装置に関する。   The present invention relates to carbon dioxide generated from combustion devices such as boilers, gas turbines, gas engines and combustion furnaces, microbial treatment devices such as methane fermentation, and carbon-containing material reforming treatment devices such as fuel cells and hydrogen production. The present invention relates to a gas processing apparatus that separates and recovers carbon dioxide from a contained gas to be processed and outputs it.

近年、地球温暖化を引き起こす原因の一つとして、二酸化炭素による温室効果が指摘され、地球環境を守る上で国際的にもその対策が急務となっている。   In recent years, the greenhouse effect due to carbon dioxide has been pointed out as one of the causes of global warming, and countermeasures are urgently needed internationally to protect the global environment.

この二酸化炭素は、人類の膨大なエネルギー利用を賄うために各国で化石燃料(含炭素燃料)を消費してエネルギーを産出する際に排出されるものであり、上述した温室効果を低減して温暖化減少を抑制するために、今後、化石燃料燃焼時の二酸化炭素排出規制が一層強化される傾向にある。   This carbon dioxide is emitted when each country consumes fossil fuels (carbon-containing fuel) to produce energy in order to cover the enormous use of energy by mankind. In order to suppress the decrease in fossilization, carbon dioxide emission regulations during fossil fuel combustion tend to be further strengthened in the future.

したがって、各国では、化石燃料以外の代替エネルギーの研究とともに、大量の化石燃料を使用する発電プラント等のエネルギー発生設備を対象に、化石燃料燃焼時に排出された排ガス中の二酸化炭素の回収方法、および回収された二酸化炭素を大気へ放出することなく貯蔵する方法が精力的に研究されている。   Therefore, in each country, in addition to research on alternative energy other than fossil fuels, a method for recovering carbon dioxide in exhaust gas discharged during fossil fuel combustion, targeting energy generation facilities such as power plants that use large amounts of fossil fuels, and A method for storing the recovered carbon dioxide without releasing it to the atmosphere has been vigorously studied.

二酸化炭素回収方法の一例として、エタノールアミン誘導体を用いるアミン法による二酸化炭素回収方法が非特許文献1に提唱されている。   As an example of the carbon dioxide recovery method, Non-Patent Document 1 proposes a carbon dioxide recovery method by an amine method using an ethanolamine derivative.

さらに、二酸化炭素含有ガスを金属酸化物と接触させてガス中に含まれる二酸化炭素と金属酸化物とを反応させて金属炭酸塩を形成させ、この金属炭酸塩を純酸素で燃料を燃焼させる際に得られる燃焼熱によって熱分解させて二酸化炭素を分離する手法が特許文献1に提唱されている。
「エネルギー・資源」、エネルギー・資源学会発行、vol.23, No.5,307-311, (2002年) 特開平8―24571号公報
Further, when the carbon dioxide-containing gas is brought into contact with the metal oxide to react the carbon dioxide contained in the gas with the metal oxide to form a metal carbonate, and when the fuel is burned with pure oxygen, the metal carbonate is burned. Patent Document 1 proposes a technique for separating carbon dioxide by thermal decomposition with the combustion heat obtained in the above.
"Energy and Resources", published by Japan Society of Energy and Resources, vol.23, No.5,307-311, (2002) JP-A-8-24571

しかしながら、上述した従来のアミン法を用いた燃焼排ガスからの二酸化炭素分離回収方法は、二酸化炭素分離材料としてエタノールアミン水溶液を用いており、そのエタノールアミン水溶液の単位体積当たりの二酸化炭素吸収量が大きくないため、大流量のアミン水溶液を循環させる必要あり、ポンプ動力を大量に消費する。
さらに、従来のアミン法を用いた二酸化炭素分離回収方法においては、二酸化炭素を吸収したモノエタノールアミン水溶液を加熱する際に必要な大量の熱エネルギーは、低温廃熱として他に利用されることなく破棄されるため、二酸化炭素分離回収システム全体の熱効率及びエネルギー効率を低下させる。
また、金属酸化物にガス中に含まれる二酸化炭素を吸収させるためには金属酸化物及びガスを高温に維持し、さらに、金属炭酸塩から二酸化炭素を放出させるためには金属炭酸塩を加熱する必要があるので、二酸化炭素分離装置全体の熱効率およびエネルギー効率を低下させる。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、供給した熱エネルギーを外部に放出することなく再利用することにより、二酸化炭素回収に要するエネルギーを削減し、この処理装置及びこの処理装置が組込まれたエネルギープラント全体のエネルギー効率を向上可能なガス処理装置を提供することを目的とする。
However, the method for separating and recovering carbon dioxide from combustion exhaust gas using the conventional amine method described above uses an ethanolamine aqueous solution as a carbon dioxide separation material, and the amount of carbon dioxide absorbed per unit volume of the ethanolamine aqueous solution is large. Therefore, it is necessary to circulate a large amount of aqueous amine solution, which consumes a large amount of pump power.
Furthermore, in the carbon dioxide separation and recovery method using the conventional amine method, a large amount of heat energy required for heating the monoethanolamine aqueous solution that has absorbed carbon dioxide is not used as low-temperature waste heat elsewhere. Since it is discarded, the thermal efficiency and energy efficiency of the entire carbon dioxide separation and recovery system are reduced.
Moreover, in order to make the metal oxide absorb carbon dioxide contained in the gas, the metal oxide and the gas are maintained at a high temperature, and in order to release carbon dioxide from the metal carbonate, the metal carbonate is heated. This reduces the thermal and energy efficiency of the overall carbon dioxide separator.
The present invention has been made in view of such circumstances, and by reusing the supplied thermal energy without releasing it to the outside, the energy required for carbon dioxide recovery is reduced. An object of the present invention is to provide a gas processing apparatus capable of improving the energy efficiency of the entire energy plant in which is incorporated.

上記課題を解消するために、本発明は、入力された被処理ガスに含まれる二酸化炭素の一部を分離回収して出力するガス処理装置において、前記入力された被処理ガスを予熱する被処理ガス予熱器と、二酸化炭素を可逆的に吸収放出する少なくともリチウム複合酸化物を含有する二酸化炭素吸収材が収納され、前記被処理ガス予熱器で予熱された被処理ガスに含まれる二酸化炭素を前記二酸化炭素吸収材に吸収させる二酸化炭素吸収反応器と、
この二酸化炭素吸収反応器から排出される二酸化炭素が吸収された後の処理ガスの熱を
回収して前記被処理ガス予熱器に供給する処理ガス熱回収器と、前記二酸化炭素を吸収した状態の吸収済み二酸化炭素吸収材が収納され、供給された加熱ガスにて前記吸収済み二酸化炭素吸収材を加熱して二酸化炭素を放出させる二酸化炭素放出反応器と、この二酸化炭素放出反応器へ供給する加熱ガスを生成する加熱ガス生成器と、前記二酸化炭素放出反応器から出力される放出二酸化炭素の熱を回収する放出ガス熱回収器と、加熱ガス媒体を前記放出ガス熱回収器で回収された熱で予熱する加熱ガス予熱器とを備えている。さらに、前記前記加熱ガス生成器は、入力された燃焼ガスの燃焼熱によって前記加熱ガス予熱器で予熱された加熱ガス媒体を加熱して加熱ガスとして前記二酸化炭素放出反応器へ供給する
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a gas processing apparatus that separates and recovers a part of carbon dioxide contained in an input processing target gas and outputs the processing target for preheating the input processing target gas. A gas preheater and a carbon dioxide absorbent containing at least a lithium composite oxide that reversibly absorbs and releases carbon dioxide are housed, and carbon dioxide contained in the gas to be treated preheated by the gas preheater to be treated is A carbon dioxide absorption reactor to be absorbed by the carbon dioxide absorbent,
A process gas heat recovery unit that recovers heat of the process gas after the carbon dioxide discharged from the carbon dioxide absorption reactor is absorbed and supplies the process gas heat to the target gas preheater, and a state in which the carbon dioxide is absorbed A carbon dioxide release reactor that stores the absorbed carbon dioxide absorber and heats the absorbed carbon dioxide absorber with the supplied heated gas to release carbon dioxide, and heating that is supplied to the carbon dioxide release reactor A heated gas generator that generates gas, a released gas heat recovery device that recovers the heat of the released carbon dioxide output from the carbon dioxide release reactor, and a heat that is recovered from the heated gas medium by the released gas heat recovery device And a heated gas preheater for preheating . Further, the heated gas generator heats the heated gas medium preheated by the heated gas preheater with the combustion heat of the input combustion gas, and supplies the heated gas medium as the heated gas to the carbon dioxide release reactor .

被処理ガスに含まれる二酸化炭素を二酸化炭素吸収反応器内で二酸化炭素吸収材に吸収させるために、被処理ガスを高温に予熱する必要がある。高温状態で被処理ガスに含まれる二酸化炭素が二酸化炭素吸収材に吸収された後の処理ガスの温度は高温である。処理ガス熱回収器を用いて、この処理ガスが有する熱を回収して被処理ガス予熱器に供給している。すなわち、外部から被処理ガス予熱器に供給した熱エネルギーの一部を被処理ガス予熱器で再利用している。
したがって、このガス処理装置の外部から被処理ガス予熱器に供給すべき熱エネルギーを節減できる。
In order for carbon dioxide contained in the gas to be treated to be absorbed by the carbon dioxide absorbent in the carbon dioxide absorption reactor, it is necessary to preheat the gas to be treated to a high temperature. The temperature of the processing gas after the carbon dioxide contained in the gas to be processed is absorbed by the carbon dioxide absorbent in a high temperature state is high. Using the processing gas heat recovery device, the heat of the processing gas is recovered and supplied to the processing gas preheater. That is, a part of the thermal energy supplied from the outside to the processing gas preheater is reused by the processing gas preheater.
Therefore, the heat energy to be supplied to the gas preheater to be processed from outside the gas processing apparatus can be saved.

また、別の発明は、上記発明のガス処理装置において、二酸化炭素吸収材は、炭酸カリウムと炭酸ナトリウムとの少なくともいずれか一方と、リチウム複合酸化物とを含むことが望ましい。   According to another aspect of the present invention, in the gas treatment device of the present invention, the carbon dioxide absorbent preferably includes at least one of potassium carbonate and sodium carbonate and a lithium composite oxide.

このような構成のガス処理装置においては、加熱ガスにて吸収済み二酸化炭素吸収材を加熱して二酸化炭素を放出させるので、二酸化炭素放出反応器から出力される放出二酸化炭素は高温である。この放出二酸化炭素の熱を放出ガス熱回収器で回収して、加熱ガス媒体の予熱に使用している。したがって、このガス処理装置の外部から加熱ガス生成器に供給する燃焼ガスの熱エネルギーを節減できる。   In the gas processing apparatus having such a configuration, the carbon dioxide absorbent that has been absorbed by the heated gas is heated to release carbon dioxide, so that the released carbon dioxide output from the carbon dioxide release reactor is at a high temperature. The heat of the released carbon dioxide is recovered by a released gas heat recovery device and used for preheating the heated gas medium. Therefore, the thermal energy of the combustion gas supplied to the heated gas generator from the outside of the gas processing apparatus can be saved.

また、別の発明においては、放出二酸化炭素の一部を加熱ガス媒体として加熱ガス予熱器へ供給することによって、放出二酸化炭素の二酸化炭素濃度を上昇できる。   Moreover, in another invention, the carbon dioxide concentration of discharge | released carbon dioxide can be raised by supplying a part of discharge | released carbon dioxide to a heating gas preheater as a heating gas medium.

さらに、別の発明においては、炭素含有燃料と水素含有ガスとの少なくともいずれか一方と、酸素ガスとを含む燃焼ガスを予熱する燃焼ガス予熱器を備えている。そして、加熱ガス生成器は、燃焼ガス予熱器で予熱された燃焼ガスを加熱して加熱ガスとして二酸化炭素放出反応器へ供給する。   Furthermore, in another invention, the combustion gas preheater which preheats the combustion gas containing at least any one of carbon containing fuel and hydrogen containing gas, and oxygen gas is provided. The heated gas generator heats the combustion gas preheated by the combustion gas preheater and supplies it as a heated gas to the carbon dioxide release reactor.

さらに、別の発明においては、被処理ガスにおける入力されてから二酸化炭素吸収反応器に導入されるまでの経路に脱硫工程を備えることによって、二酸化炭素吸収反応器に導入される被処理ガスに含まれる亜硫酸ガス成分等の不純ガス成分を除去できる。   Furthermore, in another invention, it is included in the gas to be treated introduced into the carbon dioxide absorption reactor by providing a desulfurization step in the path from the input in the gas to be treated to the introduction into the carbon dioxide absorption reactor. Impure gas components such as sulfurous acid gas components can be removed.

さらに、別の発明においては、二酸化炭素吸収反応器と二酸化炭素放出反応器との構造及び二酸化炭素吸収材の収納形態を同一とし、ガス流路の切換えによって、二酸化炭素の吸収及び放出を二酸化炭素吸収反応器と二酸化炭素放出反応器との間で交互に行うガス流路の切換え手段を備えている。   Furthermore, in another invention, the structure of the carbon dioxide absorption reactor and the carbon dioxide release reactor and the storage form of the carbon dioxide absorbent are made the same, and the absorption and release of carbon dioxide is performed by switching the gas flow path. A gas flow path switching means that is alternately provided between the absorption reactor and the carbon dioxide release reactor is provided.

このように構成することによって、二酸化炭素吸収反応器における二酸化炭素が吸収された吸収済み二酸化炭素吸収材を二酸化炭素放出反応器へ移動させる必要ない。さらに、二酸化炭素放出反応器における二酸化炭素が放出された後の二酸化炭素吸収材を二酸化炭素吸収反応器へ移動させる必要ない。   By comprising in this way, it is not necessary to move the absorbed carbon dioxide absorber in which the carbon dioxide was absorbed in the carbon dioxide absorption reactor to the carbon dioxide release reactor. Furthermore, it is not necessary to move the carbon dioxide absorbent after the carbon dioxide is released in the carbon dioxide release reactor to the carbon dioxide absorption reactor.

さらに、別の発明においては、二酸化炭素吸収材及び吸収済み二酸化炭素吸収材を二酸化炭素吸収反応器と二酸化炭素放出反応器との間で循環移送することによって、二酸化炭素の吸収及び放出を二酸化炭素吸収反応器と二酸化炭素放出反応器との間で交互に行う吸収材移送手段を備えている。
このように構成することによって、先の発明とほぼ同じ効果を奏することができる。
Furthermore, in another invention, the carbon dioxide absorption material and the absorbed carbon dioxide absorption material are circulated and transferred between the carbon dioxide absorption reactor and the carbon dioxide release reactor to thereby absorb and release carbon dioxide. Absorbent transfer means for alternately performing between the absorption reactor and the carbon dioxide release reactor is provided.
By comprising in this way, the substantially same effect as previous invention can be show | played.

さらに、別の発明においては、二酸化炭素吸収反応器の個数を2個以上とし、被処理ガスの流路の上流側に配する二酸化炭素吸収反応器に収納した二酸化炭素放出後の二酸化炭素吸収材の熱を、被処理ガス予熱に利用するようにしている。   Furthermore, in another invention, the number of carbon dioxide absorption reactors is two or more, and the carbon dioxide absorbent after release of carbon dioxide stored in a carbon dioxide absorption reactor disposed upstream of the flow path of the gas to be treated This heat is used for preheating the gas to be processed.

さらに、別の発明においては、二酸化炭素放出反応器の個数を2個以上とし、加熱ガスの流路の上流側に配する二酸化炭素放出反応器から排出される加熱ガスの熱を、下流側に配される二酸化炭素放出反応器内の吸収済み二酸化炭素吸収材の昇温予熱に利用するようにしている。   Furthermore, in another invention, the number of carbon dioxide releasing reactors is two or more, and the heat of the heated gas discharged from the carbon dioxide releasing reactor disposed upstream of the heating gas flow path is set downstream. It is used for preheating the temperature of the absorbed carbon dioxide absorbent in the disposed carbon dioxide release reactor.

このように、二酸化炭素吸収反応器や二酸化炭素放出反応器を2個以上設けることによって、被処理ガスの温度を効率的に上昇させ、かつ吸収済み二酸化炭素吸収材の温度を効率的に上昇できる。   Thus, by providing two or more carbon dioxide absorption reactors or carbon dioxide release reactors, the temperature of the gas to be treated can be increased efficiently, and the temperature of the absorbed carbon dioxide absorbent can be increased efficiently. .

さらに、別の発明においては、リチウム複合酸化物は、リチウムシリケート、リチウムジルコネート、リチウムフェライトから選ばれる少なくとも1つのリチウム複合酸化物であることが望ましい。   Furthermore, in another invention, the lithium composite oxide is desirably at least one lithium composite oxide selected from lithium silicate, lithium zirconate, and lithium ferrite.

さらに、別の発明においては、処理ガス熱回収器と放出ガス熱回収器との少なくともいずれか一方で回収される回収熱を利用して、水蒸気と温水との少なくともいずれか一方を製造することが望ましい。   Furthermore, in another invention, it is possible to produce at least one of water vapor and hot water using the recovered heat recovered at least one of the process gas heat recovery device and the emission gas heat recovery device. desirable.

さらに、別の発明においては、処理ガス熱回収器と放出ガス熱回収器との少なくともいずれか一方で回収される回収熱を発電システムに利用することが望ましい。   Furthermore, in another invention, it is desirable to use the recovered heat recovered in at least one of the process gas heat recovery device and the emission gas heat recovery device in the power generation system.

さらに、別の発明においては、処理ガス熱回収器と放出ガス熱回収器との少なくともいずれか一方で回収される回収熱を水素製造システムに利用することが望ましい。   Furthermore, in another invention, it is desirable to use the recovered heat recovered in at least one of the process gas heat recovery device and the emission gas heat recovery device in the hydrogen production system.

さらに、別の発明においては、二酸化炭素放出反応器から出力され放出ガス熱回収器で熱回収された放出二酸化炭素を液化二酸化炭素製造システムへ供給することが望ましい。   Furthermore, in another invention, it is desirable to supply the liquefied carbon dioxide production system with the released carbon dioxide output from the carbon dioxide releasing reactor and heat-recovered by the released gas heat recovery device.

このように構成されたガス処理装置においては、被処理ガスに含まれる二酸化炭素を分離回収するための反応に必要な外部から供給した熱エネルギーを外部に放出することなく再利用している。よって、二酸化炭素回収に要するエネルギーを削減でき、このガス処理装置のエネルギー効率を向上できる。   In the gas processing apparatus configured as described above, the heat energy supplied from the outside necessary for the reaction for separating and recovering the carbon dioxide contained in the gas to be processed is reused without being released to the outside. Therefore, the energy required for carbon dioxide recovery can be reduced, and the energy efficiency of this gas processing apparatus can be improved.

さらに、回収した熱エネルギーを、二酸化炭素発生源である発電・ボイラー等の含炭素燃料燃焼プロセスや、含炭素燃料の水素製造水蒸気改質プロセス、バイオガスプロセスの加温等へ供給することにより、二酸化炭素発生から二酸化炭素回収に至るまでのエネルギーシステム全体のエネルギー効率を向上することができる。   Furthermore, by supplying the recovered thermal energy to carbon-containing fuel combustion processes such as power generation and boilers that are carbon dioxide generation sources, hydrogen production steam reforming processes of carbon-containing fuels, heating of biogas processes, etc., The energy efficiency of the entire energy system from carbon dioxide generation to carbon dioxide recovery can be improved.

以下、本発明の各実施形態を図面を用いて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1実施形態)
図1は本発明の第1実施形態に係わるガス処理装置の概略構成を示す模式図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a gas processing apparatus according to the first embodiment of the present invention.

外部から入力された二酸化炭素を含有する被処理ガス1は被処理ガス予熱器2にて予熱される。この実施形態で示す二酸化炭素を含有する被処理ガス1とは、産業上生成または排出される二酸化炭素含有ガス全般を示し、例えば発電・ボイラー含炭素燃料の燃焼排ガス、含炭素燃焼から得られる水蒸気改質ガス、二酸化炭素を利用する諸工業工程での排出ガス、バイオガスなどがある。
被処理ガス予熱器2は、被処理ガス1を20〜700℃までの範囲の任意な設定温度域まで予熱可能な公知のガス加熱能を有する機器でよく、目的に合わせた型式が選ばれればよい。また、被処理ガス予熱器2は被処理ガス1の流路に沿って複数配してもよい。更に、被処理ガス予熱器2の熱源の一部として、ガス処理装置で回収される熱を利用すると、このガス処理装置での消費エネルギーを低減する効果があり、より好適である。
被処理ガス予熱器2で余熱された被処理ガス1は、配管3a及び開放された弁6aを経由して、二酸化炭素吸収材5を充填する二酸化炭素吸収反応器6に供給され、被処理ガス1中に含有する二酸化炭素の一部が二酸化炭素吸収材5に吸収される。二酸化炭素吸収材5は、例えば、リチウムシリケート、リチウムジルコネート、リチウムフェライトで代表されるリチウム複合酸化物を使用することが好ましい。
リチウムジルコネートは、Li2ZrO3、Li4ZrO4の化学式で示されるものであり、リチウムフェライトはLiFeO2の化学式で示されるものである。また、リチウムシリケートはリチウムメタシリケート(Li2SiO3)とリチウムオルトシリケート(Li4SiO4)が知られている。このリチウムオルトシリケートが二酸化炭素CO2を吸収する次式の反応が特に好適である。
Li4SiO4+CO2=Li2SiO2+Li2CO3
また、二酸化炭素吸収材5の構造形態は、微粒子状、塊上、球状、ペレット状、ハニカム状等、メッシュ状等が挙げられるが、反応の運転形態に併せた構造形態を選べばよい。
なお、二酸化炭素吸収材5として、リチウム複合酸化物の他に、炭酸カリウム又は炭酸ナトリウム、あるいは炭酸カリウムと炭酸ナトリウムとの両方を含めることも可能である。
A processing target gas 1 containing carbon dioxide input from the outside is preheated by a processing target gas preheater 2. The to-be-processed gas 1 containing carbon dioxide shown in this embodiment refers to all carbon dioxide-containing gases produced or discharged industrially, for example, combustion exhaust gas of power generation / boiler carbon-containing fuel, water vapor obtained from carbon-containing combustion There are reformed gas, exhaust gas in various industrial processes using carbon dioxide, biogas and the like.
The to-be-treated gas preheater 2 may be a device having a known gas heating ability capable of preheating the to-be-treated gas 1 to an arbitrary set temperature range in a range of 20 to 700 ° C. If a model suitable for the purpose is selected. Good. A plurality of gas preheaters 2 to be processed may be arranged along the flow path of the gas to be processed 1. Furthermore, if heat recovered by the gas processing apparatus is used as a part of the heat source of the gas preheater 2 to be processed, there is an effect of reducing energy consumption in the gas processing apparatus, which is more preferable.
The to-be-treated gas 1 preheated in the to-be-treated gas preheater 2 is supplied to the carbon dioxide absorption reactor 6 filled with the carbon dioxide absorbent 5 via the pipe 3a and the opened valve 6a. Part of the carbon dioxide contained in 1 is absorbed by the carbon dioxide absorbent 5. As the carbon dioxide absorbent 5, it is preferable to use, for example, a lithium composite oxide represented by lithium silicate, lithium zirconate, and lithium ferrite.
Lithium zirconate has a chemical formula of Li 2 ZrO 3 and Li 4 ZrO 4 , and lithium ferrite has a chemical formula of LiFeO 2 . As lithium silicates, lithium metasilicate (Li 2 SiO 3 ) and lithium orthosilicate (Li 4 SiO 4 ) are known. The reaction of the following formula in which this lithium orthosilicate absorbs carbon dioxide CO 2 is particularly suitable.
Li 4 SiO 4 + CO 2 = Li 2 SiO 2 + Li 2 CO 3
In addition, examples of the structural form of the carbon dioxide absorbent 5 include fine particles, lumps, spheres, pellets, honeycombs, meshes, and the like, but a structural form that matches the operation mode of the reaction may be selected.
As the carbon dioxide absorbent 5, it is possible to include potassium carbonate or sodium carbonate, or both potassium carbonate and sodium carbonate in addition to the lithium composite oxide.

二酸化炭素吸収反応器6内における二酸化炭素吸収材5と二酸化炭素との反応温度は、二酸化炭素吸収材5の組成、および被処理ガス1の組成から決定すればよい。例えば、二酸化炭素吸収材5に含まれるリチウム複合酸化物をリチウムシリケートとし、被処理ガス1の二酸化炭素濃度が5〜10%では、反応温度500〜650℃が好ましい。なお、二酸化炭素吸収反応器6内の気圧が1atm下では更に反応温度520〜600℃が好ましい。
また、二酸化炭素吸収反応器6内での温度維持のため、適宜加熱手段を配するのも好ましい。この加熱手段は、ガス処理装置の運転形態に併せた手段を選べばよい。
さらに、被処理ガス1の二酸化炭素吸収反応器6に至る経路に脱硫工程を挿入して、二酸化炭素吸収材5に供給される被処理ガス1に含まれるに亜硫酸ガス成分等の不純ガス成分を除去することが好ましい。
二酸化炭素吸収反応器6内にて、二酸化炭素が二酸化炭素吸収材5に吸収された後の処理ガス7は、開放された弁6c及び配管3bを経由して処理ガス熱回収器8にて熱回収される。この処理ガス熱回収器8にて回収された熱は被処理ガス予熱器2へ供給される。被処理ガス予熱器2は、外部から供給された熱にこの処理ガス熱回収器8にて回収された熱を加えた熱で、被処理ガス1を予熱する。
The reaction temperature between the carbon dioxide absorbent 5 and carbon dioxide in the carbon dioxide absorption reactor 6 may be determined from the composition of the carbon dioxide absorbent 5 and the composition of the gas 1 to be treated. For example, when the lithium composite oxide contained in the carbon dioxide absorbent 5 is lithium silicate and the carbon dioxide concentration of the gas to be treated 1 is 5 to 10%, the reaction temperature is preferably 500 to 650 ° C. The reaction temperature is preferably 520 to 600 ° C. when the atmospheric pressure in the carbon dioxide absorption reactor 6 is 1 atm.
In order to maintain the temperature in the carbon dioxide absorption reactor 6, it is also preferable to arrange heating means as appropriate. The heating means may be selected in accordance with the operation mode of the gas processing apparatus.
Further, a desulfurization step is inserted in the path of the gas to be treated 1 to the carbon dioxide absorption reactor 6, and impure gas components such as sulfurous acid gas components contained in the gas to be treated 1 supplied to the carbon dioxide absorbent 5 are added. It is preferable to remove.
In the carbon dioxide absorption reactor 6, the processing gas 7 after the carbon dioxide is absorbed by the carbon dioxide absorbent 5 is heated in the processing gas heat recovery device 8 via the opened valve 6c and the pipe 3b. Collected. The heat recovered by the processing gas heat recovery device 8 is supplied to the processing gas preheater 2. The to-be-treated gas preheater 2 preheats the to-be-treated gas 1 with heat obtained by adding heat recovered by the processing gas heat recovery device 8 to heat supplied from the outside.

このように、処理ガス熱回収器8で得られる回収熱をガス処理装置内に配される被処理ガス予熱器2で利用すると、ガス処理装置での消費エネルギーを低減する効果があり、より好適である。
なお、処理ガス熱回収器8は任意の形式でよく、例えば、蒸気、温水等による熱回収を行うことも可能である。さらに、処理ガス熱回収器8を複数配してもよい。
As described above, when the recovered heat obtained by the processing gas heat recovery device 8 is used in the to-be-processed gas preheater 2 disposed in the gas processing device, there is an effect of reducing energy consumption in the gas processing device, which is more preferable. It is.
The process gas heat recovery unit 8 may be of any type, and for example, heat recovery using steam, hot water or the like can be performed. Further, a plurality of process gas heat recovery units 8 may be arranged.

なお、二酸化炭素吸収反応器6と放出ガス熱回収器9とを接続する配管3cの弁6bは閉鎖され、二酸化炭素吸収反応器6と加熱ガス生成器10とを接続する配管3dの弁6dも閉鎖されている。   The valve 6b of the pipe 3c that connects the carbon dioxide absorption reactor 6 and the emission gas heat recovery unit 9 is closed, and the valve 6d of the pipe 3d that connects the carbon dioxide absorption reactor 6 and the heated gas generator 10 also. It is closed.

二酸化炭素放出反応器12内には二酸化炭素を吸収した状態の吸収済み二酸化炭素吸収材11が収納されている。この二酸化炭素放出反応器12には、加熱ガス生成器10から配管3d及び開放された弁12dを介して加熱ガス13が供給される。吸収済み二酸化炭素吸収材11は加熱ガス13で加熱されると、高温の二酸化炭素の放出を行う。放出された高温の二酸化炭素は放出二酸化炭素14として、開放された弁12b及び配管3cを介して放出ガス熱回収器9へ供給される。   The carbon dioxide release reactor 12 contains an absorbed carbon dioxide absorbent 11 that has absorbed carbon dioxide. The carbon dioxide release reactor 12 is supplied with the heated gas 13 from the heated gas generator 10 through the pipe 3d and the opened valve 12d. When the absorbed carbon dioxide absorbent 11 is heated by the heated gas 13, it releases high-temperature carbon dioxide. The released high temperature carbon dioxide is supplied as released carbon dioxide 14 to the released gas heat recovery unit 9 through the opened valve 12b and the pipe 3c.

放出ガス熱回収器9は、放出二酸化炭素14の熱を回収して加熱ガス予熱器15へ供給する。加熱ガス予熱器15は、外部から供給された例えば二酸化炭素からなる加熱ガス媒体16を予熱して加熱ガス生成器10へ供給する。   The released gas heat recovery unit 9 recovers the heat of the released carbon dioxide 14 and supplies it to the heated gas preheater 15. The heated gas preheater 15 preheats the heated gas medium 16 made of, for example, carbon dioxide supplied from the outside and supplies the heated gas medium 10 to the heated gas generator 10.

含炭素燃焼および/または含水素燃料17と酸素含有ガス18は、それぞれ燃焼ガス予熱器19a、19bにて予熱されて加熱ガス生成器10へ供給される。加熱ガス生成器10は、供給された含炭素燃焼および/または含水素燃料17と酸素含有ガス18との燃焼熱で加熱ガス媒体16を加熱して加熱ガス13として二酸化炭素放出反応器12へ供給する。加熱ガス生成器10内で加熱ガス媒体16を加熱した後の燃焼ガス21の熱は燃焼ガス熱回収器20で回収される。   The carbon-containing combustion and / or hydrogen-containing fuel 17 and the oxygen-containing gas 18 are preheated by the combustion gas preheaters 19a and 19b, respectively, and supplied to the heated gas generator 10. The heated gas generator 10 heats the heated gas medium 16 with the combustion heat of the supplied carbon-containing combustion and / or the hydrogen-containing fuel 17 and the oxygen-containing gas 18 and supplies the heated gas medium 16 as the heated gas 13 to the carbon dioxide release reactor 12. To do. The heat of the combustion gas 21 after heating the heated gas medium 16 in the heated gas generator 10 is recovered by the combustion gas heat recovery device 20.

なお、二酸化炭素放出反応器12と被処理ガス予熱器2を接続する配管3aの弁12aは閉鎖され、二酸化炭素放出反応器12と処理ガス熱回収器8とを接続する配管3bの弁12cも閉鎖されている。   Note that the valve 12a of the pipe 3a connecting the carbon dioxide releasing reactor 12 and the gas preheater 2 to be processed is closed, and the valve 12c of the pipe 3b connecting the carbon dioxide releasing reactor 12 and the processing gas heat recovery unit 8 is also used. It is closed.

燃焼ガス予熱器19a、19bの型式は目的に応じた型式を選べばよく、ガス処理装置内で回収される熱を利用すると、ガス処理装置全体での消費エネルギーを低減する効果があり、より好適である。
酸素含有ガス18は、回収する二酸化炭素の利用形態に応じ、酸素、空気等から任意に選べば良い。また、燃焼ガス予熱器19a、19bは、加熱ガス生成器10内に組込まれ、加熱源となるガスの予熱を行う機能を有するものでもよい。
The type of the combustion gas preheater 19a, 19b may be selected according to the purpose, and using the heat recovered in the gas processing apparatus has the effect of reducing energy consumption in the entire gas processing apparatus, and is more preferable. It is.
The oxygen-containing gas 18 may be arbitrarily selected from oxygen, air, etc. according to the utilization form of the carbon dioxide to be recovered. Moreover, the combustion gas preheaters 19a and 19b may be incorporated in the heated gas generator 10 and have a function of preheating gas serving as a heating source.

前述したように、加熱ガス13は、二酸化炭素放出反応器12内において、吸収済み二酸化炭素吸収材11を昇温・保持させる。この加熱ガス13の温度・流量は、吸収済み二酸化炭素吸収材11から二酸化炭素が放出され、かつ材料劣化しない範囲で任意に設定すればよい。   As described above, the heated gas 13 raises and holds the absorbed carbon dioxide absorbent 11 in the carbon dioxide release reactor 12. The temperature and flow rate of the heated gas 13 may be arbitrarily set within a range in which carbon dioxide is released from the absorbed carbon dioxide absorbent 11 and the material does not deteriorate.

また、吸収済み二酸化炭素吸収材11の昇温・保持温度も、加熱ガス13の二酸化炭素分圧、材料や二酸化炭素放出量計画値に応じて設定すればよい。例えば、二酸化炭素吸収材5をリチウムシリケートとした場合、放出済み二酸化炭素吸収材11の昇温・保持温度は700〜850℃の範囲で設定するのが好ましい。
また、放出済み二酸化炭素吸収材11から放出された高温状態の放出二酸化炭素14の熱を回収する放出ガス熱回収器9は、任意の形式でよく、例えば、蒸気、温水等による熱回収を行うことも可能である。図1では、加熱ガス媒体16を予熱する加熱ガス予熱器15との熱交換を示す。また、放出ガス熱回収器9は複数個配しても良い。
このように、放出ガス熱回収器9で得られる回収熱を、ガス処理装置内に配される予熱器で利用すると、ガス処理装置での消費エネルギーを低減する効果があり、より好適である。
さらに、放出二酸化炭素14の一部を加熱ガス媒体16として利用することも可能である。加熱ガス媒体16に放出二酸化炭素14の一部を利用すると、回収される放出二酸化炭素14の純度が向上する他に、回収二酸化炭素14に対する液化精製処理等を行う際の精製工程負荷軽減などの効果が生じるため好適である。
加熱ガス生成器10から排気された燃焼ガス21の熱を回収する燃焼ガス熱回収器20は、任意の形式でよく、例えば、蒸気、温水等による熱回収を行うことも可能である。また、複数配してもよい。また、この燃焼ガス熱回収器20を加熱ガス生成器8内に組込むことも可能である。
Further, the temperature rise / holding temperature of the absorbed carbon dioxide absorbent 11 may be set in accordance with the carbon dioxide partial pressure of the heated gas 13, the material, and the planned amount of carbon dioxide emission. For example, when the carbon dioxide absorbent 5 is lithium silicate, it is preferable to set the temperature rise / holding temperature of the released carbon dioxide absorbent 11 in the range of 700 to 850 ° C.
The released gas heat recovery unit 9 that recovers the heat of the released carbon dioxide 14 released from the released carbon dioxide absorbent 11 may be of any type, and performs heat recovery using, for example, steam or hot water. It is also possible. FIG. 1 shows heat exchange with a heated gas preheater 15 that preheats the heated gas medium 16. Further, a plurality of emission gas heat recovery devices 9 may be arranged.
Thus, it is more preferable to use the recovered heat obtained by the released gas heat recovery unit 9 in the preheater disposed in the gas processing apparatus, because it has an effect of reducing energy consumption in the gas processing apparatus.
Further, a part of the released carbon dioxide 14 can be used as the heated gas medium 16. When a part of the released carbon dioxide 14 is used for the heated gas medium 16, the purity of the recovered released carbon dioxide 14 is improved, and the purification process load when the recovered carbon dioxide 14 is liquefied and purified is reduced. This is preferable because of the effect.
The combustion gas heat recovery unit 20 that recovers the heat of the combustion gas 21 exhausted from the heating gas generator 10 may be of any type, and for example, heat recovery using steam, hot water, or the like may be performed. A plurality of them may be arranged. It is also possible to incorporate this combustion gas heat recovery device 20 into the heating gas generator 8.

この燃焼ガス熱回収器20で回収した熱を、ガス処理装置内に配される上述した各予熱器2,15、19a、19bで利用すると、ガス処理装置での消費エネルギーを低減する効果があり、より好適である。
図1で示したガス処理装置は、ガス流路の切換えによって、二酸化炭素吸収反応器6及び二酸化炭素放出反応器12内における二酸化炭素の吸収・放出の運転形態を切換える機能を有する。このガス流路によって二酸化炭素の吸収・放出を切換えることから、二酸化炭素吸収反応器6及び二酸化炭素放出反応器12の構造、二酸化炭素吸収材5、吸収済み二酸化炭素吸収材11の構造、充填形態、機能はそれぞれ同等のものとする。また、図1で示した二酸化炭素吸収反応器6及び二酸化炭素放出反応器12は、固定床、流動床いずれでもよい。
具体的には、図1の太線で示す配管にガスが流れるように各弁6a〜6d、12a〜12dを開閉制御することにより、二酸化炭素吸収反応器6で二酸化炭素の吸収を実施し、二酸化炭素放出反応器12で二酸化炭素の放出を実施する。二酸化炭素の吸収・放出が終了した時点で、図2の太線で示す配管にガスが流れるように各弁6a〜6d、12a〜12dを開閉制御することにより、二酸化炭素吸収反応器6で二酸化炭素の放出を実施し、二酸化炭素放出反応器12で二酸化炭素の吸収を実施する。図2においては、弁6b、6d、12a、12cを開放し、弁6a、6c、12b、12dを閉鎖する。この場合、二酸化炭素吸収反応器6内には放出済み二酸化炭素吸収材11が存在し、二酸化炭素放出反応器12内には二酸化炭素吸収材5が存在することになる。
When the heat recovered by the combustion gas heat recovery unit 20 is used in the above-described preheaters 2, 15, 19a, and 19b disposed in the gas processing apparatus, there is an effect of reducing energy consumption in the gas processing apparatus. Is more preferable.
The gas processing apparatus shown in FIG. 1 has a function of switching the operation mode of carbon dioxide absorption / release in the carbon dioxide absorption reactor 6 and the carbon dioxide release reactor 12 by switching the gas flow path. Since the absorption and release of carbon dioxide are switched by this gas flow path, the structure of the carbon dioxide absorption reactor 6 and the carbon dioxide release reactor 12, the structure of the carbon dioxide absorbent 5, the structure of the absorbed carbon dioxide absorbent 11, and the filling form The functions are the same. Further, the carbon dioxide absorption reactor 6 and the carbon dioxide release reactor 12 shown in FIG. 1 may be either a fixed bed or a fluidized bed.
Specifically, the carbon dioxide absorption reactor 6 absorbs carbon dioxide by controlling the opening and closing of the valves 6a to 6d and 12a to 12d so that the gas flows through the pipe shown by the thick line in FIG. Carbon dioxide is released in the carbon release reactor 12. When the absorption / release of carbon dioxide is completed, the carbon dioxide absorption reactor 6 controls the opening and closing of the valves 6a to 6d and 12a to 12d so that the gas flows through the pipe shown by the thick line in FIG. The carbon dioxide release reactor 12 performs carbon dioxide absorption. In FIG. 2, the valves 6b, 6d, 12a and 12c are opened, and the valves 6a, 6c, 12b and 12d are closed. In this case, the released carbon dioxide absorbent 11 exists in the carbon dioxide absorption reactor 6, and the carbon dioxide absorbent 5 exists in the carbon dioxide release reactor 12.

したがって、二酸化炭素吸収反応器6における二酸化炭素が吸収された吸収済み二酸化炭素吸収材11を二酸化炭素放出反応器12へ移動させる必要ない。さらに、二酸化炭素放出反応器12における二酸化炭素が放出された後の二酸化炭素吸収材5を二酸化炭素吸収反応器6へ移動させる必要ない。   Therefore, it is not necessary to move the absorbed carbon dioxide absorbent 11 that has absorbed carbon dioxide in the carbon dioxide absorption reactor 6 to the carbon dioxide release reactor 12. Furthermore, it is not necessary to move the carbon dioxide absorbent 5 after the carbon dioxide is released in the carbon dioxide release reactor 12 to the carbon dioxide absorption reactor 6.

(第2実施形態)
図3は本発明の第2実施形態に係わるガス処理装置の概略構成を示す模式図である。図1に示す第1実施形態のガス処理装置と同一部分には同一符号を付して、重複する部分の詳細説明を省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a gas processing apparatus according to the second embodiment of the present invention. The same parts as those in the gas processing apparatus of the first embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description of the overlapping parts is omitted.

この第2実施形態のガス処理装置においては、第1実施形態のガス処理装置に対して、放出済み二酸化炭素吸収材5aを収める冷却工程反応器22と、吸収済み昇温前二酸化炭素吸収材11aを収める昇温工程反応器23とが付加されている。   In the gas processing apparatus of the second embodiment, compared to the gas processing apparatus of the first embodiment, the cooling process reactor 22 that stores the released carbon dioxide absorbent 5a, and the absorbed carbon dioxide absorbent 11a before temperature increase. And a temperature raising step reactor 23 containing

次に、この第2実施形態のガス処理装置の動作及び作用を説明する。
被処理ガス予熱器2で予熱された被処理ガス1は、最初に、二酸化炭素を放出した高温状態である放出済み二酸化炭素吸収材5aを充填する冷却工程反応器22へ導入される。その後、冷却工程反応器22の排出ガス(被処理ガス1)は二酸化炭素吸収材5を充填する二酸化炭素吸収反応器6へ導入される。二酸化炭素吸収反応器6から排出された処理ガス7は処理ガス熱回収器8にて熱回収される。この処理ガス熱回収器8にて回収された熱は被処理ガス予熱器2へ供給される。
Next, the operation and action of the gas processing apparatus of the second embodiment will be described.
The to-be-treated gas 1 preheated by the to-be-treated gas preheater 2 is first introduced into the cooling process reactor 22 that is filled with the released carbon dioxide absorbent 5a in a high temperature state from which carbon dioxide has been released. Thereafter, the exhaust gas (processed gas 1) of the cooling process reactor 22 is introduced into the carbon dioxide absorption reactor 6 filled with the carbon dioxide absorbent 5. The process gas 7 discharged from the carbon dioxide absorption reactor 6 is recovered by the process gas heat recovery unit 8. The heat recovered by the processing gas heat recovery device 8 is supplied to the processing gas preheater 2.

二酸化炭素の吸収放出の温度比較において、吸収反応に比べ放出反応は高温に維持されるため、放出反応後の放出済み二酸化炭素吸収材5aの温度は、二酸化炭素吸収材5に比べ高温となっている。この高温である放出済み二酸化炭素吸収材5aの熱を、被処理ガス1の予熱に利用すると共に、同時にこの放出済み二酸化炭素吸収材5aの冷却を行う。したがって、ガス処理装置内での熱を効率的に利用することが出来る。
吸収済み二酸化炭素吸収材11を充填する二酸化炭素放出反応器12に供給される加熱ガス13は、吸収済み二酸化炭素11の加熱、二酸化炭素の放出に用いられた後、吸収済み昇温前二酸化炭素吸収材11aを充填する昇温工程反応器23に供給される。昇温工程反応器23内において吸収済み昇温前二酸化炭素吸収材11aから二酸化炭素が放出され、放出二酸化炭素14として放出ガス熱回収器9へ送出される。
In the temperature comparison of the absorption and release of carbon dioxide, the release reaction is maintained at a higher temperature than the absorption reaction. Therefore, the temperature of the released carbon dioxide absorbent 5a after the release reaction is higher than that of the carbon dioxide absorbent 5. Yes. The high temperature of the released carbon dioxide absorbent 5a is used for preheating the gas 1 to be treated, and at the same time, the released carbon dioxide absorbent 5a is cooled. Therefore, the heat in the gas processing apparatus can be used efficiently.
The heated gas 13 supplied to the carbon dioxide release reactor 12 filled with the absorbed carbon dioxide absorbent 11 is used to heat the absorbed carbon dioxide 11 and release the carbon dioxide, and then absorbs carbon dioxide before the temperature rise after absorption. It is supplied to the temperature raising step reactor 23 filled with the absorbent 11a. Carbon dioxide is released from the absorbed carbon dioxide absorbent 11a before the temperature rise in the temperature raising step reactor 23, and is sent to the released gas heat recovery device 9 as released carbon dioxide 14.

放出ガス熱回収器9は、放出二酸化炭素14の熱を回収して加熱ガス予熱器15へ供給する。加熱ガス予熱器15は、外部から供給された例えば二酸化炭素からなる加熱ガス媒体16を予熱して加熱ガス生成器10へ供給する。   The released gas heat recovery unit 9 recovers the heat of the released carbon dioxide 14 and supplies it to the heated gas preheater 15. The heated gas preheater 15 preheats the heated gas medium 16 made of, for example, carbon dioxide supplied from the outside and supplies the heated gas medium 10 to the heated gas generator 10.

二酸化炭素の吸収放出の温度に関して、前述のように、吸収反応に比べ放出反応は高温に維持することが好ましいことから、二酸化炭素放出反応器12から排出される放出二酸化炭素の有する熱を、二酸化炭素吸収反応後、二酸化炭素放出反応器12に比べ低温となっている昇温工程反応器23内の吸収済み昇温前二酸化炭素吸収材11aに供給している。この結果、放出二酸化炭素の熱で吸収済み昇温前二酸化炭素吸収材11aの昇温が可能となり、ガス処理装置内での熱を効率的に利用することが出来る。
このように、図3に示すガス処理装置における各反応器6、22、12、23内の反応工程は、図4に示すように、被処理ガス中に含まれる二酸化炭素を二酸化炭素吸収材5に吸収させる工程(吸収工程)、二酸化炭素吸収済みの吸収材11を二酸化炭素放出温度まで昇温させる工程(昇温工程)、昇温した二酸化炭素吸収済み吸収材11aから二酸化炭素を放出させる工程(放出工程)、放出済み二酸化炭素吸収材5aを二酸化炭素吸収温度まで冷却する工程(冷却工程)の4工程からなる。
この4工程を、各反応器6、22、12、23に取付られた各配管の弁を開閉制御して、ガス流路切換えによって繰返し行う。図5に、図4に示した各工程における温度変化を示す。したがって、この温度変化を繰り返すことになる。
As described above, since the release reaction is preferably maintained at a higher temperature than the absorption reaction as described above, the heat of the released carbon dioxide discharged from the carbon dioxide release reactor 12 is reduced with respect to the carbon dioxide absorption / release temperature. After the carbon absorption reaction, it is supplied to the carbon dioxide absorbent 11a before being heated in the temperature rising process reactor 23, which is at a lower temperature than the carbon dioxide releasing reactor 12. As a result, it is possible to raise the temperature of the carbon dioxide absorbent 11a before being heated by the heat of the released carbon dioxide, and the heat in the gas processing apparatus can be used efficiently.
As described above, the reaction process in each of the reactors 6, 22, 12, and 23 in the gas processing apparatus shown in FIG. 3 is performed by converting carbon dioxide contained in the gas to be processed into the carbon dioxide absorbent 5 as shown in FIG. A step of absorbing the carbon dioxide absorbed (absorption step), a step of raising the temperature of the absorbent 11 that has absorbed carbon dioxide to the carbon dioxide release temperature (a temperature raising step), and a step of releasing carbon dioxide from the heated carbon dioxide absorbed absorber 11a (Release step), which consists of four steps of cooling the released carbon dioxide absorbent 5a to the carbon dioxide absorption temperature (cooling step).
These four steps are repeated by switching the gas flow path by controlling the opening and closing of the valves of the pipes attached to the reactors 6, 22, 12, and 23. FIG. 5 shows a temperature change in each step shown in FIG. Therefore, this temperature change is repeated.

このように、図4、図5に示した工程を、各反応器6、22、12、23に対する導入・導出ガス経路を切換えることにより、それぞれの反応器が異なる工程となるよう運転を行えばよく、例えば4個の反応器を用いた4工程の実施は、図6に示したよう運転を繰り返すことが好適である。
ここで、冷却工程反応器22、昇温工程反応器23、二酸化炭素吸収反応器6、二酸化炭素放出反応器12の構造、機能は、同等のものとすることが望ましい。さらに、二酸化炭素吸収材5、放出済み二酸化炭素吸収材5a、吸収済み二酸化炭素吸収材11、吸収済み昇温前二酸化炭素吸収材11aの充填形態、機能、構造も同等とするのが好適である。
さらに、二酸化炭素吸収反応器6、冷却工程反応器22、二酸化炭素放出反応器12、昇温工程反応器23は固定床、流動床いずれでもよい。
(第3実施形態)
図7は本発明の第3実施形態に係わるガス処理装置の概略構成を示す模式図である。図1に示す第1実施形態のガス処理装置と同一部分には同一符号を付して、重複する部分の詳細説明を省略する。
In this way, the operation shown in FIGS. 4 and 5 can be performed by switching the introduction / outflow gas paths for the respective reactors 6, 22, 12, and 23 so that the respective reactors become different processes. Well, for example, it is preferable to repeat the operation as shown in FIG. 6 when performing the four steps using four reactors.
Here, it is desirable that the structures and functions of the cooling process reactor 22, the temperature raising process reactor 23, the carbon dioxide absorption reactor 6, and the carbon dioxide release reactor 12 are the same. Furthermore, it is preferable that the filling form, function, and structure of the carbon dioxide absorbing material 5, the released carbon dioxide absorbing material 5a, the absorbed carbon dioxide absorbing material 11, and the absorbed carbon dioxide absorbing material 11a before temperature increase are also equivalent. .
Furthermore, the carbon dioxide absorption reactor 6, the cooling process reactor 22, the carbon dioxide release reactor 12, and the temperature raising process reactor 23 may be either a fixed bed or a fluidized bed.
(Third embodiment)
FIG. 7 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a gas processing apparatus according to the third embodiment of the present invention. The same parts as those in the gas processing apparatus of the first embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description of the overlapping parts is omitted.

この第3実施形態のガス処理装置においては、図1に示した第1実施形態のガス処理装置において、二酸化炭素放出反応器12に供給ずる加熱ガス13aを加熱ガス生成器10aで生成する燃焼ガスとしている。   In the gas processing apparatus of the third embodiment, in the gas processing apparatus of the first embodiment shown in FIG. 1, the combustion gas that generates the heating gas 13a supplied to the carbon dioxide release reactor 12 by the heating gas generator 10a. It is said.

次に、この第3実施形態のガス処理装置の動作及び作用を説明する。
加熱ガス生成器10aは、燃焼ガス予熱器19aで予熱された含炭素燃料および/または含水素燃料ガス17と、燃焼ガス予熱器19aで予熱された酸素含有ガス18の燃焼を行い、この燃焼の結果得られる燃焼ガスを加熱ガス13a吸収済み二酸化炭素吸収材11を充填する二酸化炭素放出反応器12へ供給する。
Next, the operation and action of the gas processing apparatus of the third embodiment will be described.
The heated gas generator 10a combusts the carbon-containing fuel and / or the hydrogen-containing fuel gas 17 preheated by the combustion gas preheater 19a and the oxygen-containing gas 18 preheated by the combustion gas preheater 19a. The resulting combustion gas is supplied to the carbon dioxide release reactor 12 that is filled with the carbon dioxide absorbent 11 that has absorbed the heated gas 13a.

この場合、酸素含有ガス18の酸素濃度が高いほど、二酸化炭素放出反応器12から放出される放出二酸化炭素14の二酸化炭素純度が向上する。さらに、回収二酸化炭素14に対して液化精製処理等を行う際の精製工程負荷軽減などの効果が生じるため好適である。さらに、加熱ガス生成器10aを二酸化炭素放出反応器12へ組込むことも可能である。   In this case, as the oxygen concentration of the oxygen-containing gas 18 is higher, the carbon dioxide purity of the released carbon dioxide 14 released from the carbon dioxide release reactor 12 is improved. Furthermore, it is preferable because the effect of reducing the load of the purification process when the recovered carbon dioxide 14 is liquefied and refined is produced. Further, the heated gas generator 10 a can be incorporated into the carbon dioxide release reactor 12.

この第3実施形態のガス処理装置は、第1実施形態のガス処理装置と同様に、ガス流路の切換えによって、二酸化炭素吸収反応器6及び二酸化炭素放出反応器12内における二酸化炭素の吸収・放出の運転形態を切換える機能を有する。   Similarly to the gas processing apparatus of the first embodiment, the gas processing apparatus of the third embodiment absorbs carbon dioxide in the carbon dioxide absorption reactor 6 and the carbon dioxide release reactor 12 by switching the gas flow path. It has a function to switch the operation mode of discharge.

このように構成された第3実施形態のガス処理装置においても、前述した第1実施形態のガス処理装置とほぼ同様の作用効果を奏することが可能である。   Also in the gas processing apparatus of the third embodiment configured as described above, it is possible to achieve substantially the same operational effects as those of the gas processing apparatus of the first embodiment described above.

(第4実施形態)
図8は本発明の第4実施形態に係わるガス処理装置の概略構成を示す模式図である。図1に示す第1実施形態のガス処理装置と同一部分には同一符号を付して、重複する部分の詳細説明を省略する。
(Fourth embodiment)
FIG. 8 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a gas processing apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. The same parts as those in the gas processing apparatus of the first embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description of the overlapping parts is omitted.

この第4実施形態のガス処理装置においては、図1に示した第1実施形態のガス処理装置において、二酸化炭素吸収反応器4及び二酸化炭素放出反応器12に設けられたガス流路切換えによる二酸化炭素吸収・放出運転切換えのための配管及び弁が除去されている。そして、吸収済み吸収材移送路24と放出済み吸収材移送路25とが設けられている。   In the gas processing apparatus of the fourth embodiment, in the gas processing apparatus of the first embodiment shown in FIG. 1, the carbon dioxide by switching the gas flow path provided in the carbon dioxide absorption reactor 4 and the carbon dioxide release reactor 12. Piping and valves for switching carbon absorption / release operation have been removed. An absorbed absorbent transfer path 24 and a discharged absorbent transfer path 25 are provided.

次に、この第4実施形態のガス処理装置の動作及び作用を説明する。
二酸化炭素吸収反応器6にて二酸化炭素を吸収した二酸化炭素吸収材5は、吸収済み二酸化炭素吸収材11として、吸収済み吸収材移送路24を通じて二酸化炭素放出反応器12へ移送される。この吸収済み吸収材移送路24は任意の形式でよく、例えば二酸化炭素吸収反応器6及び二酸化炭素放出反応器12が流動床・移動床反応器とした場合、重力落下、エアリフト、コンベア−等がある。
この吸収済み吸収材移送路24内に適宜吸収材の冷却工程等を設けてもよい。この吸収材の移送により熱が回収される場合、回収熱はガス処理装置内に設けられる各予熱器2、10で利用されることがより望ましい。
二酸化炭素放出反応器12で二酸化炭素を放出した吸収済み二酸化炭素吸収材11は、二酸化炭素吸収材5として、放出済み吸収材移送路25を介して二酸化炭素吸収反応器6へ移送される。この放出済み吸収材移送路25は任意の形式でよく、例えば二酸化炭素吸収反応器6及び二酸化炭素放出反応器12が流動床・移動床反応器とした場合、重力落下、エアリフト、コンベア−等がある。
この放出済み吸収材移送路25内に適宜吸収材の冷却工程等を設けてもよい。この吸収材の移送により熱が回収される場合、回収熱はガス処理装置内に設けられる各予熱器2、10で利用されることがより望ましい。
なお、二酸化炭素吸収反応器6及び二酸化炭素放出反応器12が流動床・移動床の反応器とした場合、吸収材の移送および反応器内での吸収材の移動により、磨耗等による構造劣化が生じない形態をとることが好ましい。また、吸収材移送経路24、25中に、吸収材交換等を行うための吸収材供給・排出経路を配することも好適である。
このように構成された第4実施形態のガス処理装置においては、吸収済み吸収材移送路24と放出済み吸収材移送路24とを設けることによって、二酸化炭素の吸収及び放出を二酸化炭素吸収反応器6と二酸化炭素放出反応器12との間で交互に行うことが可能となる。したがって、前述した第1実施形態のガス処理装置とほぼ同様の作用効果を奏することが可能である。
Next, the operation and action of the gas processing apparatus according to the fourth embodiment will be described.
The carbon dioxide absorbent 5 that has absorbed carbon dioxide in the carbon dioxide absorption reactor 6 is transferred to the carbon dioxide release reactor 12 through the absorbed absorbent transfer path 24 as the absorbed carbon dioxide absorbent 11. The absorbed absorbent transfer path 24 may be of any type. For example, when the carbon dioxide absorption reactor 6 and the carbon dioxide release reactor 12 are fluidized bed / moving bed reactors, gravity drop, air lift, conveyor, etc. is there.
An absorbent cooling process or the like may be provided in the absorbed absorbent transfer path 24 as appropriate. When heat is recovered by the transfer of the absorbent material, it is more desirable that the recovered heat is used in each of the preheaters 2 and 10 provided in the gas processing apparatus.
The absorbed carbon dioxide absorbent 11 that has released carbon dioxide in the carbon dioxide release reactor 12 is transferred as the carbon dioxide absorbent 5 to the carbon dioxide absorption reactor 6 via the released absorbent transfer path 25. The discharged absorbent material transfer path 25 may be of any type. For example, when the carbon dioxide absorption reactor 6 and the carbon dioxide release reactor 12 are fluidized bed / moving bed reactors, gravity drop, air lift, conveyor, etc. is there.
An absorbent cooling process or the like may be provided in the discharged absorbent material transfer path 25 as appropriate. When heat is recovered by the transfer of the absorbent material, it is more desirable that the recovered heat is used in each of the preheaters 2 and 10 provided in the gas processing apparatus.
When the carbon dioxide absorption reactor 6 and the carbon dioxide release reactor 12 are fluidized bed / moving bed reactors, structural deterioration due to wear or the like may occur due to transfer of the absorbent material and movement of the absorbent material in the reactor. It is preferable to take a form that does not occur. In addition, it is also preferable that an absorbent material supply / discharge path for exchanging the absorbent material or the like is disposed in the absorbent material transfer paths 24 and 25.
In the gas processing apparatus of the fourth embodiment configured as described above, the absorption and release of carbon dioxide is performed by providing the absorbed absorbent transfer path 24 and the released absorbent transfer path 24, thereby absorbing the carbon dioxide. 6 and the carbon dioxide releasing reactor 12 can be alternately performed. Accordingly, it is possible to achieve substantially the same operational effects as those of the gas processing apparatus of the first embodiment described above.

なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。
処理ガス熱回収器8、放出ガス熱回収器9で回収される回収熱を発電システム、水素製造システムに利用することも可能である。
The present invention is not limited to the above-described embodiments.
The recovered heat recovered by the process gas heat recovery device 8 and the emitted gas heat recovery device 9 can be used for a power generation system and a hydrogen production system.

本発明の第1実施形態に係わるガス処理装置の概略構成を示す模式図The schematic diagram which shows schematic structure of the gas processing apparatus concerning 1st Embodiment of this invention. 同第1実施形態に係わるガス処理装置のガス流路の切換動作を示す模式図The schematic diagram which shows switching operation | movement of the gas flow path of the gas processing apparatus concerning the 1st embodiment 本発明の第2実施形態に係わるガス処理装置の概略構成を示す模式図The schematic diagram which shows schematic structure of the gas processing apparatus concerning 2nd Embodiment of this invention. 同第2実施形態に係わるガス処理装置における二酸化炭素回収工程を示す模式図The schematic diagram which shows the carbon dioxide collection process in the gas processing apparatus concerning the said 2nd Embodiment 同第2実施形態に係わるガス処理装置における二酸化炭素回収工程と温度域を示す模式図Schematic diagram showing carbon dioxide recovery process and temperature range in the gas processing apparatus according to the second embodiment 同第2実施形態に係わるガス処理装置における各反応器と二酸化炭素回収工程を示す模式図Schematic diagram showing each reactor and carbon dioxide recovery step in the gas processing apparatus according to the second embodiment 本発明の第3実施形態に係わるガス処理装置の概略構成を示す模式図The schematic diagram which shows schematic structure of the gas processing apparatus concerning 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態に係わるガス処理装置の概略構成を示す模式図The schematic diagram which shows schematic structure of the gas processing apparatus concerning 4th Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…被処理ガス、2…被処理ガス予熱器、3a〜3d…配管、5…二酸化炭素吸収材、5a…放出済み二酸化炭素吸収材、6…二酸化炭素吸収反応器、7…処理ガス、8…処理ガス熱回収器、9…放出ガス熱回収器、10,10a…加熱ガス生成器、11…吸収済み二酸化炭素吸収材、11a…吸収済み昇温前二酸化炭素吸収材、12…二酸化炭素放出反応器、13,13a…加熱ガス、14…放出二酸化炭素、15…加熱ガス予熱器、16…加熱ガス媒体、17…含炭素燃料および/または含水素燃料ガス、18…酸素含有ガス、19a,19b…燃焼ガス予熱器、20…燃焼ガス熱回収器、21…燃焼ガス、22…冷却工程反応器、23…昇温工程反応器、24…吸収済み吸収材移送路、25…放出済み吸収材移送路   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Processed gas, 2 ... Processed gas preheater, 3a-3d ... Piping, 5 ... Carbon dioxide absorber, 5a ... Released carbon dioxide absorber, 6 ... Carbon dioxide absorption reactor, 7 ... Process gas, 8 ... Process gas heat recovery device, 9 ... Emission gas heat recovery device, 10, 10a ... Heated gas generator, 11 ... Absorbed carbon dioxide absorber, 11a ... Absorbed carbon dioxide absorber before temperature increase, 12 ... Release of carbon dioxide Reactor 13, 13a ... heated gas, 14 ... released carbon dioxide, 15 ... heated gas preheater, 16 ... heated gas medium, 17 ... carbon-containing and / or hydrogen-containing fuel gas, 18 ... oxygen-containing gas, 19a, 19b ... Combustion gas preheater, 20 ... Combustion gas heat recovery device, 21 ... Combustion gas, 22 ... Cooling process reactor, 23 ... Temperature rising process reactor, 24 ... Absorbed absorbent transport path, 25 ... Released absorbent Transfer route

Claims (14)

入力された被処理ガスに含まれる二酸化炭素の一部を分離回収して出力するガス処理装
置において、
前記入力された被処理ガスを予熱する被処理ガス予熱器と、
二酸化炭素を可逆的に吸収放出する少なくともリチウム複合酸化物を含有する二酸化炭
素吸収材が収納され、前記被処理ガス予熱器で予熱された被処理ガスに含まれる二酸化炭
素を前記二酸化炭素吸収材に吸収させる二酸化炭素吸収反応器と、
この二酸化炭素吸収反応器から排出される二酸化炭素が吸収された後の処理ガスの熱を
回収して前記被処理ガス予熱器に供給する処理ガス熱回収器と、
前記二酸化炭素を吸収した状態の吸収済み二酸化炭素吸収材が収納され、供給された加
熱ガスにて前記吸収済み二酸化炭素吸収材を加熱して二酸化炭素を放出させる二酸化炭素
放出反応器と、
この二酸化炭素放出反応器へ供給する加熱ガスを生成する加熱ガス生成器と、
前記二酸化炭素放出反応器から出力される放出二酸化炭素の熱を回収する放出ガス熱回
収器と
加熱ガス媒体を前記放出ガス熱回収器で回収された熱で予熱する加熱ガス予熱器とを備え、
前記加熱ガス生成器は、入力された燃焼ガスの燃焼熱によって前記加熱ガス予熱器で予
熱された加熱ガス媒体を加熱して加熱ガスとして前記二酸化炭素放出反応器へ供給する
ことを特徴とするガス処理装置。
In a gas processing apparatus that separates and recovers and outputs a part of carbon dioxide contained in the input gas to be processed,
A process gas preheater for preheating the input process gas;
A carbon dioxide absorbent containing at least a lithium composite oxide that reversibly absorbs and releases carbon dioxide is housed, and carbon dioxide contained in the gas to be treated preheated by the gas to be treated preheater is used as the carbon dioxide absorbent. A carbon dioxide absorption reactor to be absorbed,
A process gas heat recovery unit that recovers heat of the process gas after carbon dioxide discharged from the carbon dioxide absorption reactor is absorbed and supplies the heat to the gas preheater to be processed;
A carbon dioxide releasing reactor in which the absorbed carbon dioxide absorbing material in a state of absorbing carbon dioxide is stored, and the absorbed carbon dioxide absorbing material is heated by a supplied heated gas to release carbon dioxide;
A heated gas generator for generating heated gas to be supplied to the carbon dioxide release reactor;
A released gas heat recovery device for recovering the heat of the released carbon dioxide output from the carbon dioxide release reactor ;
A heated gas preheater for preheating the heated gas medium with the heat recovered by the emitted gas heat recovery device,
The heated gas generator is preheated by the heated gas preheater according to the combustion heat of the input combustion gas.
A gas processing apparatus , wherein a heated heated gas medium is heated and supplied to the carbon dioxide releasing reactor as a heated gas .
前記二酸化炭素吸収材は、炭酸カリウムと炭酸ナトリウムとの少なくともいずれか一方
と、リチウム複合酸化物とを含むことを特徴とする請求項1記載のガス処理装置。
The gas processing apparatus according to claim 1, wherein the carbon dioxide absorbent includes at least one of potassium carbonate and sodium carbonate and a lithium composite oxide.
前記放出二酸化炭素の一部を前記加熱ガス媒体として前記加熱ガス予熱器へ供給するこ
とを特徴とする請求項記載のガス処理装置。
Wherein a portion of the emitted carbon dioxide and supplying to the heating gas preheater as the heating gas medium according to claim 1 Gas treatment apparatus as claimed.
炭素含有燃料と水素含有ガスとの少なくともいずれか一方と、酸素ガスとを含む燃焼ガ
スを予熱する燃焼ガス予熱器を備え、
前記加熱ガス生成器は、前記燃焼ガス予熱器で予熱された燃焼ガスを加熱して加熱ガス
として前記二酸化炭素放出反応器へ供給する
ことを特徴とする請求項1記載のガス処理装置。
A combustion gas preheater for preheating combustion gas containing at least one of carbon-containing fuel and hydrogen-containing gas and oxygen gas;
The heating gas generator, the combustion gas preheater to heat the preheated combustion gas and supplying to the carbon dioxide emissions reactor as heating gas claim 1 Symbol placement of the gas treatment apparatus.
前記被処理ガスにおける入力されてから前記二酸化炭素吸収反応器に導入されるまでの
経路に脱硫工程を備えたことを特徴とする請求項1からのいずれか1項記載のガス処理
装置。
The gas processing apparatus according to any one of claims 1 to 4 , further comprising a desulfurization step in a path from input to the gas to be processed to introduction into the carbon dioxide absorption reactor.
前記二酸化炭素吸収反応器と前記二酸化炭素放出反応器との構造及び二酸化炭素吸収材の収納形態を同一とし、ガス流路の切換えによって、二酸化炭素の吸収及び放出を前記二酸化炭素吸収反応器と前記二酸化炭素放出反応器との間で交互に行うガス流路の切換え手段を備えたことを特徴とする請求項1からのいずれか1項記載のガス処理装置。 Wherein the housing forms a structural and carbon dioxide absorbent of the carbon dioxide absorption reactor and the carbon dioxide emission reactor identical, said by switching the gas flow path, the absorption and release of carbon dioxide and the carbon dioxide absorption reactor The gas processing apparatus according to any one of claims 1 to 5 , further comprising gas flow path switching means that is alternately provided between the carbon dioxide release reactor and the carbon dioxide release reactor. 二酸化炭素吸収材及び吸収済み二酸化炭素吸収材を前記二酸化炭素吸収反応器と前記二酸化炭素放出反応器との間で循環移送することによって、二酸化炭素の吸収及び放出を前記二酸化炭素吸収反応器と前記二酸化炭素放出反応器との間で交互に行う吸収材移送手段を備えたことを特徴とする請求項1からのいずれか1項記載のガス処理装置。 By circulating transfer between the carbon dioxide absorbent and absorbed already carbon dioxide absorbent of the carbon dioxide emissions reactor and the carbon dioxide absorption reactor, the absorption and release of carbon dioxide and the carbon dioxide absorption reactor The gas processing apparatus according to any one of claims 1 to 5 , further comprising an absorbent material transfer means that alternately performs with the carbon dioxide release reactor. 前記二酸化炭素吸収反応器の個数を2個以上とし、前記被処理ガスの流路の上流側に配する前記二酸化炭素吸収反応器に収納した二酸化炭素放出後の二酸化炭素吸収材の熱を、被処理ガス予熱に利用することを特徴とする請求項1からのいずれか1項記載のガス処理装置。 The number of carbon dioxide absorption reactors is two or more, and the heat of the carbon dioxide absorbing material after the carbon dioxide release stored in the carbon dioxide absorption reactor disposed upstream of the flow path of the gas to be treated is treated. gas treatment apparatus according to any one of claims 1, characterized in that used for the process gas preheater 5. 前記二酸化炭素放出反応器の個数を2個以上とし、加熱ガスの流路の上流側に配する前記二酸化炭素放出反応器から排出される加熱ガスの熱を、下流側に配される前記二酸化炭素放出反応器内の吸収済み二酸化炭素吸収材の昇温予熱に利用することを特徴とする請求項1からのいずれか1項記載のガス処理装置。 The number of the carbon dioxide emissions reactor and two or more, the carbon dioxide the heat of the heating gas discharged, is disposed downstream from the carbon dioxide emission reactor arrangement upstream of the flow path of the heated gas The gas processing apparatus according to any one of claims 1 to 5 , wherein the gas processing apparatus is used for preheating the temperature of the absorbed carbon dioxide absorbent in the release reactor. 前記リチウム複合酸化物は、リチウムシリケート、リチウムジルコネート、リチウムフ
ェライトから選ばれる少なくとも1つのリチウム複合酸化物であることを特徴とする請求
項1からのいずれか1項記載のガス処理装置。
The gas treatment apparatus according to any one of claims 1 to 9 , wherein the lithium composite oxide is at least one lithium composite oxide selected from lithium silicate, lithium zirconate, and lithium ferrite.
前記処理ガス熱回収器と前記放出ガス熱回収器との少なくともいずれか一方で回収される回収熱を利用して、水蒸気と温水との少なくともいずれか一方を製造することを特徴とする請求項1から10のいずれか1項記載のガス処理装置。 Claim 1, characterized in that by utilizing the recovered heat is at least recovered by either one of the discharge gas heat recovery device and the treated gas heat recovery device, to produce at least one of steam and hot water The gas treatment device according to any one of 1 to 10 . 前記処理ガス熱回収器と前記放出ガス熱回収器との少なくともいずれか一方で回収される回収熱を発電システムに利用することを特徴とする請求項1から10のいずれか1項記載のガス処理装置。 Gas treatment according to any one of claims 1 to 10, characterized in that utilizing the recovered heat is at least recovered by either one of the discharge gas heat recovery device and the treated gas heat recovery device to the power generation system apparatus. 前記処理ガス熱回収器と前記放出ガス熱回収器との少なくともいずれか一方で回収される回収熱を水素製造システムに利用することを特徴とする請求項1から10のいずれか1項記載のガス処理装置。 Set forth in any one gas of claims 1 to 10, characterized in that utilizing the recovered heat is at least recovered by either one of the discharge gas heat recovery device and the treated gas heat recovery device to the hydrogen production system Processing equipment. 前記二酸化炭素放出反応器から出力され前記放出ガス熱回収器で熱回収された放出二酸化炭素を液化二酸化炭素製造システムへ供給することを特徴とする請求項1から10のいずれか1項記載のガス処理装置。 The gas according to any one of claims 1 to 10 , wherein the released carbon dioxide output from the carbon dioxide releasing reactor and heat-recovered by the released gas heat recovery device is supplied to a liquefied carbon dioxide production system. Processing equipment.
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