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JP4213389B2 - Production, storage and utilization system for liquefied CO2 and dry ice and production, storage and utilization system for liquefied CO2 and hydrogen - Google Patents

Production, storage and utilization system for liquefied CO2 and dry ice and production, storage and utilization system for liquefied CO2 and hydrogen Download PDF

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JP4213389B2
JP4213389B2 JP2002023847A JP2002023847A JP4213389B2 JP 4213389 B2 JP4213389 B2 JP 4213389B2 JP 2002023847 A JP2002023847 A JP 2002023847A JP 2002023847 A JP2002023847 A JP 2002023847A JP 4213389 B2 JP4213389 B2 JP 4213389B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学工場等の工場排熱を利用して、排出COガス、Hガスの回収、及びコプロダクションの改質反応にCO副産物を伴う反応系における反応熱の利用及び副産物であるCOガスの高収率回収と、該回収により低温物流、食品工場向け、ケミカル工場向け等の低環境負荷・冷熱供給システムに関わるもので、
低温排熱と、高温排熱とを利用して、冷熱への変換と、高濃度COガスの回収を行なわせ、
前記高濃度COガスをCO液化サイクルの冷媒に使用し、前記冷熱をCO液化サイクルの高圧高温の超臨界COの冷却用冷熱源に使用した、液化CO・ドライアイスの製造・貯蔵・利用システムと液化CO・水素の製造・貯蔵・利用システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年地球環境問題、特に地球温暖化防止の観点から、工場の低温排ガスの有効利用、ならびに余剰夜間電力の有効利用、ならびにCOガスの大気排出量の削減、回収等が叫ばれている。
上記COの排出量の削減のためには、省エネルギ化を図ることや火力発電所などCO排出量の大きい施設から排出されるCOガスを回収して大気へは排出しないことが必要となる。
最近は、大型化学工場等においては、電力供給と熱供給を併設さたコーゼネレーション施設が普及され排熱の回収が行なわれている。例えば、図5に示すコンバインド発電サイクルが使用され、従来より火力発電に用いられてきた蒸気タービン50aによる発電設備50と、ガスタービン発電装置51とを組み合わせたコンバインドサイクルが使用され、排熱ボイラ52で得られた蒸気52aを蒸気タービン50aに送ることにより補助電力を得るようにするとともに、蒸気タービン50aからの抽気蒸気量50bを変化させることにより熱電可変のシステムを形成させ、エネルギの効率的運用を図っている。
【0003】
上記COの排出量の削減のためには、省エネルギ化を図ることや火力発電所などCO排出量の大きい施設から排出される燃焼排ガス中の一部を形成する炭酸ガスを濃縮し、ガス状、液状でまたは固体状のドライアイスとして分離回収されることが要求されている。該要求に対し、特開2000−24454公報に「燃焼排ガスの処理方法及び装置」なる提案が開示されている。
前記提案の概略の構成を図6を介して下記に説明する。
本装置は、燃焼排ガス中の炭酸ガスをLNG冷熱を有効利用してドライアイスとして固化した後に分離・回収する燃焼排ガスの処理方法とその装置に関するものである。
【0004】
その構成は、ボイラ60より排出された燃焼排ガス61中の水分を冷却して水分を凝集する水分凝集手段62と、燃焼排ガス中の残存水分を−30℃以下の低温で冷却して氷63aを固化する氷固化装置63と、炭酸ガス固化装置64を経て、水分を完全に除去した燃焼排ガス61中の炭酸ガス(ドライアイス)65と低温の炭酸ガスを含まない排ガス66とを分離する固気分離器67と、分離されたドライアイス65を加圧して液化する炭酸ガス液化装置68と、液化CO69を貯蔵する液化炭酸貯槽70と、前記LNGを液化して冷熱を得る図示していない熱交換器とより構成している。
【0005】
上記提案は前記LNGの気化熱を冷熱として有効利用を図ったもので、燃焼排ガス中の水分を氷として固化・分離後に、さらに燃焼排ガス中の炭酸ガスをドライアイスとして固化または液化したものであるが、このような大きな気化熱を持つ燃料使用の場合は特定の場合に限定され、一般の都市ガスを使用する場合には適用不可の問題がある。
【0006】
上記以外に燃焼排ガス中のCOガスをガス状で分離する方法としては、特開平10−59705号公報に開示された「炭酸ガスの分離・回収方法」に関わる提案がある。
該提案においては、混合ガスに含まれる炭酸ガスを膜分離工程と深冷分離工程を含む方法により、分離回収に要するエネルギ消費量を少なくしたものであるが、発電所等の大容量のガス処理には設備のスケールアップ、コスト等の課題がある。
【0007】
次にドライアイス製造方法としては、従来、液化COを自己減圧フラッシュ方式で、−20℃の液から−78.5℃のドライアイスに相変態させ微粒子状のドライアイスを参集、定型化する方法が取られているが、歩留まりは低い。
【0008】
上記低歩留まり解決の手段として、特開平1−320213号公報にその課題を解決する新たな提案が開示されている。
この提案は、ピストンシリンダである固形化容器内へ三重点以上(5.28Kg/cmabs以上の圧力)に圧縮された液化COを注入し、連続的に抽出するものである。
前記従来の自己フラッシュ方式の低歩留まりの解決のためなされたもので、シリンダ内に注入される液化炭酸ガスが略全量固化され、固化されたドライアイスは連続的に保持機構内に連続的に引き出すようにしてあるが、シリンダ壁面と固化した液化COの固着等の問題があり、運転条件の設定が困難であるという問題点を抱えている。
【0009】
上記提案の問題点解決のための別の提案が、特開平5−97419号公報にドライアイス生成系に係わる提案として開示されている。
該提案は、図7に示すように、液化炭酸ガスは、タンクローリ83より、減圧用冷却器84、貯蔵タンク85等を経て、液化炭酸ガス固化装置81に至り、爾後カッティング装置86、搬送装置86aを経て、製品ドライアイス過冷却用超低温倉庫87へと移動処理される構成にしてある。
冷却液循環系S3の経路は、冷却液冷却器88、製品ドライアイス過冷却用超低温倉庫87、液化炭酸ガス固化装置81、減圧用冷却器84、冷却液レシーバ89、冷却液ポンプ90よりなる。一方、LNG冷却系S2はLNG源91より、前記冷却液冷却器88、天然ガス加温器92への経路を備えている。
上記構成において、タンクローリ83により搬入される液化COを形成するローリ液炭(−20℃)は、減圧用冷却器84により、−50℃まで冷却され貯蔵タンク85に貯蔵されるとともに、6Kg/cmG以上に加圧された状態で固化装置81に導入される。導入された液化炭酸ガスは固化装置81で更に冷却され、−78.5℃以下の棒状ドライアイスが生成される。前記棒状ドライアイス81aはカッティング装置86により断裁され過冷却用超低温倉庫87で保管される。
【0010】
一方、二酸化炭素液化装置については、原料の二酸化炭素を外部へ逃すことの少ない高収率の二酸化炭素液化装置に関する提案が特開平10−59706号公報に開示されている。該提案は図8に示すように、
炭酸ガスを貯留するガスホルダ101からの低圧ガスライン103は炭酸ガス中の不純物を除去する水洗筒102を介して二段圧縮機よりなる炭酸ガス圧縮機104の低圧側吸入口104aに接続されていて、同圧縮機104の低圧側吐出口104bは中圧ガスライン106により脱臭装置105を介して前記圧縮機の高圧側入口104cに接続され、同吐出口104dは高圧ガスライン107により除湿装置108を介して冷却装置109の炭酸ガス入口109aに接続されている。
冷却装置109は高圧ガスライン107からの炭酸ガスを冷却することにより、凝縮液化せしめ、例えば不図示の冷凍機からの冷却装置109内の冷媒コイル109c内に送られる冷媒により炭酸ガスの凝縮液化をしている。
冷却装置109の液化二酸化炭素出口109bに一端が接続された高圧液ライン110の他端は液化二酸化炭素を貯留する真空断熱タンク111の下部には開閉弁112を備える液化二酸化炭素の供給ライン113の一端が接続されている。
前記真空断熱タンク111内の気相部位に一端が臨む戻りガスライン114の他端を前記圧縮機104の低圧側吐出口104bと脱臭装置105を経る中圧ガスライン106に接続する。
上記構成により、圧縮機104で圧縮された炭酸ガスは冷却装置109で凝縮、液化され液化二酸化炭素になり、真空断熱タンク111に送られ貯留される。
同タンク内に液化二酸化炭素が送り込まれることによりタンク内の気相圧力が所定値を越えると圧力調整器116からの信号により戻りガスラインを介して炭酸ガスは圧縮機の吸入側に還流され、無駄をなくしている。
【0011】
また、従来の二酸化炭素の液化を含むドライアイス製造工程では、図9に見るように、炭酸ガスの圧縮機120による圧縮前に行なう洗浄塔121による洗浄処理及び脱硫器122による脱硫処理、圧縮後に行なう精製塔123による精製処理、脱湿器124による脱湿処理を(前記提案においてもその一部が散見される)必要とし、これらの処理の後、高圧高温COガスを水冷却器125、COガス冷却器126と、過冷却器127により過冷却状超臨界COを形成させ、該超臨界COの液に近い高密度の超臨界ガスをCO液化タンク128に貯留後、減圧弁129を介してドライアイスプレス機130に導入し、該ドライアイスプレス機で約−78.5℃のドライアイスを生成するとともに、前記減圧の際発生した低温COガスを前記過冷却器127の熱交換器を経由後圧縮機120に還流させる構成にしてある。
上記従来のドライアイス生成システムにおいては、原料が粗ガスのため、前記したように圧縮前後に洗浄塔121、脱硫器122、精製塔123、脱湿器124の設備コストを必要とする上、原料のCO粗ガスに対して39.4%の低収率である。
そのため、上記設備コストを低コストに抑えるとともに、省エネルギ性の高い高収率のドライアイス製造方法とその装置の実現が要望されている。
【0012】
特に、エネルギと物質の消費を抑え環境汚染物質の排出を抑圧する新エネルギとして水素エネルギが、自然エネルギの風力、太陽光の希薄性、時間的変動性等の欠点を補う点から重要視されるなかで、その水素エネルギの大量使用を可能とするためには、改質反応によりその25%が副産物として生成される二酸化炭素の効率的回収処理対策の実現が強く要求されている。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、
低温排熱と、高温排熱とを利用して、冷熱への変換と、高濃度COガスの回収排出を行なわせるとともに、コプロダクションの改質反応にCO副産物を伴う反応系における反応熱の回収及びCOガスの高収率回収を可能とする、
液化CO・ドライアイスの製造・貯蔵・利用システムとCO・水素の製造・貯蔵・利用システムの提供を目的とするものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明の第1の発明である工場排熱を利用した液化CO・ドライアイスの製造・貯蔵・利用システムにおいて、工場等より排出する50〜200℃の低温排熱を使用して作動するケミカルヒートポンプより得られる冷熱によりCOガス冷却器を作動させ、CO液化サイクルの高温高圧冷媒の超臨界状態を形成させ、超臨界COを二相流膨張機を介して液化CO とCガスに分離して、前者の液化COの冷却によりドライアイスを得るとともに、後者のCガスを前記CO液化サイクルの冷媒に再利用する構成としたことを特徴とする。
【0015】
前記発明は本発明の目的である工場排熱を形成する低温排熱(約50〜100℃)と、夜間の抽気蒸気による高温排熱(約500℃)とを利用して、冷熱への変換と、高濃度COガスの回収排出を別途行なわせ、
回収した前記高濃度COガスをCO液化サイクルの冷媒に使用し、前記冷熱をCOガス冷却器を介してのCO液化サイクルの高温ガスの冷却に使用して、超臨界COを形成する構成としたもので、負荷の変動に対しても前記冷熱と高濃度COガスのバランスのとれた供給ができ、高能率的排熱の有効利用を図っている。
【0016】
また、前記液化COを得るため、前記高濃度COガスを冷媒とする圧縮機、COガス冷却器、気液分離減圧手段等を含むCO液化サイクルを形成させ、前記冷熱により前記COガス冷却器を作動させ圧縮機による高温高圧冷媒を超臨界状態に置き、COの液相と気相とが入り交じり常に変転し、相の境界が存在しない状態を維持させる。その超臨界状態のCOを気液分離減圧手段である二相流膨張機を介在させることにより、液相と気相とに分離させ、液化CO、延いてはドライアイスを得て、冷熱の貯蔵、利用を可能にしている。
なお、上記気液分離減圧の際形成される低圧低温COガスは、前記高濃度COガスとともに圧縮機に吸入され、CO液化サイクルに再使用される。
【0017】
また、本発明の液化CO・ドライアイスの製造・貯蔵・利用システムにおける二相流膨張機は、直結する発電機により動力回収を可能とする断熱膨張機能を持つ構成が好ましい。
【0018】
前記発明は、本発明に使用する二相流膨張機の構造について記載したもので、前記超臨界状態にあるCOを液相と気相の二相に分離させる二相流膨張機は、膨張タービンで形成され膨張の際はCOを断熱膨張させるため、膨張媒体を約−50℃に冷却させることができ、液化COの回収固定率を向上させる一方、再気化の低温低圧COガスの生成量を少なく抑えることができる。
なお、膨張機作動時には直結した発電機を作動させ動力回収ができるようにして省エネ化を図っている。
【0019】
また、本発明の液化CO・ドライアイスの製造・貯蔵・利用システムにおける二相流膨張機は、該膨張機の入口に超臨界COを導入する構成が好ましい。
【0020】
前記発明は、前記二相流膨張機の作動時に流入する超臨界COの状態を記載したもので、前記流入するCOは前記冷熱により超臨界状態を形成維持しておるため、膨張機入口付近は気相と液相の入り交じったCO分子は激しい運動状態にあるため吸入抵抗は小さく且つ吸入後は激しく拡散し吸入拡散効率を上げることができる。
【0021】
また、本発明の第2の発明は、工場排熱を利用した液化CO ・水素の製造・貯蔵・利用システムにおいて、
夜間電力使用時における余剰蒸気を使用して燃料の水蒸気改質手段を介しての高濃度、高純度COガスとHガスを得る構成とするとともに、
前記改質の際の反応熱や工場等より排出する50〜200℃の低温排熱を使用して作動するケミカルヒートポンプより得られる冷熱によりCOガス冷却器を作動させ、CO液化サイクルの高温高圧冷媒の超臨界状態を形成させ、該超臨界COを二相流膨張機を介して液化CO とCガスに分離して、前者の液化COの冷却によりドライアイスを得て、後者のCガスを前記CO液化サイクルの冷媒に再利用する構成としたことを特徴とする。
【0022】
前記発明は、本発明の第2の発明の液化CO・水素ガスの製造・貯蔵・利用システムについて記載したもので、
工場排熱の高温排熱には、排熱ボイラにより駆動される蒸気タービンの夜間運転時における余剰蒸気(約500℃)または改質反応の反応熱を使用してCOガス冷却器を作動させCO液化サイクルを形成させ、液化CO、ドライアイスの製造・貯蔵・利用を可能とするとともに、前記COにメタンガスの水蒸気改質手段により析出された前記高濃度COガスの使用と水素ガスの製造・貯蔵・利用を図ったものである。
【0023】
また、本発明の液化CO・ドライアイスの製造・貯蔵・利用システム及び液化CO・水素の製造・貯蔵・利用システムにおけるCO液化サイクルに使用する作動媒体は、
工場排熱ボイラからの排ガスと排熱による化学吸収法を介して得られた高濃度COガスを使用する構成が好ましい。
【0024】
前記発明は、本発明の液化CO・ドライアイスの製造・貯蔵・利用システム及び液化CO・水素の製造・貯蔵・利用システムにおけるCO液化サイクルに使用する冷媒について記載したもので、
この場合は、排ガスにアルカノールアミンを接触、COに吸収させた後、高温水蒸気を介して水分とCOに分解する化学吸収法により得られたCOを使用している。
【0025】
【0026】
【0027】
【0028】
【0029】
【0030】
【0031】
【0032】
【0033】
【0034】
【0035】
【0036】
【0037】
【0038】
【0039】
【0040】
【0041】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図1は、本発明の工場排熱を利用した液化CO・ドライアイス・水素の製造・貯蔵・利用システムの概略の構成を示すブロック図で、図2は図1のCO液化サイクルのモリエ線図である。
図3は本発明のドライアイス製造装置の概略の構成を示すブロック図で、図4は図3のCO液化サイクルのモリエ線図である。
【0042】
図1に示すように、本発明の工場排熱を利用した液化CO・ドライアイス・水素の製造・貯蔵・利用システムは、化学工場等の熱供給部30に付設した、ケミカルヒートポンプ吸収式冷凍機10と、燃料の水蒸気改質手段20と、化学吸収手段23と、CO液化サイクル11とより構成する。
【0043】
前記熱供給部30は、記載していないガスタービン(図参照)の排熱の供給を受けて駆動する排ガス52b(約50〜100℃)を排出する排熱ボイラ52と該ボイラ52より駆動蒸気52aで作動する蒸気タービン50aとよりなり、前記蒸気タービン50aからは昼間に抽気蒸気50b(150〜200℃)及び前記排ガス52bを低温排ガスとしてケミカルヒートポンプ10へ供給するようにし、前記排ガスボイラ52からは夜間運転時に余剰になる駆動蒸気52a(約500℃)を高温排ガスとして後記する燃料の水蒸気改質手段20と化学吸収手段23へ供給し、それぞれ冷熱10a、高濃度、高純度COガス21、水素ガス22が得られるようにしてある。
前記ケミカルヒートポンプ10には吸収式冷凍機を使用し約0〜5℃の冷熱を得るようにしてある。
【0044】
前記CO液化サイクル11は、圧縮機12とガス冷却器13と二相流膨張機14と気液分離器15とより構成され、前記水蒸気改質手段20と化学吸収手段23により回収された高濃度、高純度COをCOの臨界圧力以上に加圧して高圧高温冷媒12aを形成し、ガス冷却器13で前記冷熱10aを介して前記高圧高温冷媒12aより凝縮熱を奪い、超臨界COを得るようにしてある。
ついで、前記冷熱によりさらに過冷却して約10℃前後の超臨界状態を継続維持させたCOガス13aを二相流膨張機14により気液二相に分離断熱膨張させる。
なお、前記二相流膨張機14は、膨張タービンで形成され膨張の際はCOを断熱膨張させるため、膨張媒体を約−50℃に冷却させることができ、液化COの回収固定率を向上させる一方、再気化の低温低圧COガスの生成量を少なく抑えることができ、且つ直結した発電機Gを作動させ動力回収ができるようにしてある。
【0045】
斯くして、膨張機14へ流入するCOは超臨界状態が維持され気相と液相の入り交じった激しい運動状態に置かれているため、吸入抵抗は小さく且つ吸入後は激しく拡散して断熱膨張により気相と液相の二相に分離されるとともに、約−50℃に冷却され気液分離器15へ導入され下部に液相の液化二酸化炭素16が貯留される。なお、上部に分離された再気化した低温低圧COガス15aは圧縮機12へ前記高濃度、高純度COガス21とともに再度吸入圧縮される。
【0046】
また、前記液化二酸化炭素16はドライアイス17を生成して、冷熱の貯蔵と、低温物流保管庫(非フロン保冷庫)や食品工場向けプロセス冷却・空調やケミカル工場向け冷却等に利用できる。
【0047】
図2には図1のCO液化サイクルのモリエ線図が示してある。
図に見るように、点Aで高濃度、高純度CO21を圧縮機12で吸入圧縮を開始する。吸入COガスは等エントロピ線に沿い断熱圧縮して点BでCO臨界圧7.83MPa以上に圧縮され超臨界状態の高温高圧冷媒12aを形成する。ついで、高温高圧冷媒12aはガス冷却器13により冷却され、臨界点C以下に冷却され約20℃前後まで超臨界状態を継続する。ついで、点Dで二相流膨張機14による気液二相分離と断熱膨張により、点Eに至り液化COと低温低圧COガス15bとに分離する。
【0048】
前記燃料の水蒸気改質手段20は、図1に示すようにメタン20aに前記排ガスボイラ52より出力する駆動水蒸気52aを加え水素ガス22と高濃度、高純度COを得るようにしてあり、また化学吸収手段23により排ガス52bにアルカノールアミン23aを反応させ、排ガス52bより高濃度、高純度COガス21を分離回収するようにして、前記CO液化サイクル11へ供給する以外に光合成用CO等多彩な使用ができる。
【0049】
図3にはドライアイス製造装置の概略構成を示すブロック図が示してある。本ドライアイス製造装置は、図に見るように、
圧縮機12と、水冷却器26と、COガス冷却器27と、過冷却器28と、高圧CO液化タンク29と、低圧CO液化タンク37と、該低圧CO液化タンクとその上流の高圧CO液化タンクの間に設けた高段二相流膨張機31とよりなるCO液化サイクル32と、
前記低圧CO液化タンクの下流に設けた低段二相流膨張機33とドライアイスプレス機34とよりなるドライアイス生成部35とよりなる。
【0050】
従来から使用されていた原料CO粗ガスの代わりに、水蒸気改質により水素ガスの副産物(水素ガスの25%)のコプロ排出の高濃度、高純度COガスを使用した場合に対応するドライアイス製造装置に係わるもので、
従来のCO粗ガスの使用の場合に必要とされた前処理用の圧縮前に行なう洗浄塔による洗浄処理及び脱硫器による脱硫処理、及び圧縮後に行なう精製塔による精製処理、脱湿器による脱湿処理を不要とし、圧縮後その下流には高圧高温COガスを冷却するための冷却塔26aを付設した水冷却器26、コプロダクションの排熱による作動するケミカルヒートポンプ(CHP)27aを付設したCOガス冷却器27と、過冷却器28を配設する。
なお、前記過冷却器28の冷熱源には、後記する低段二相流膨張機33により分離された約−75℃の低温COガスを使用する。
【0051】
上記構成により、図4のモリエ線図上の点Aで導入されたコプロ排出COガス(高濃度、高純度)は、圧縮機12により等エントロピ線に沿い断熱圧縮して点Bで臨界圧7.83MPa以上に圧縮され、超臨界状態の高温高圧冷媒12aを形成する。ついで、高温高圧冷媒12aは水冷却器26、COガス冷却器27、過冷却器28により冷却され、臨界点C以下まで過冷却の超臨界状態を継続する。ついで、点Dの高圧CO液化タンク29を経由後高段二相流膨張機31による断熱膨張により気液二相に分離して、点Eで低圧CO液化タンク37に導入され、三重点圧力以上(5.28Kg/cmabs)の5.3Kg/cmの圧力で貯留され、前記分離された−56℃の低圧COガス30aは前記低圧CO液化タンク37の上部に設けた還流路を介して点Aを経由して圧縮機12の中間ポートへ導入還流されCO液化サイクル32を形成する。
【0052】
上記低圧CO液化タンク37で三重点圧力以上の圧力で貯留保持された液化COは、点Fで低段二相膨張機33により降圧してドライアイスプレス機34で固化され約−78.5℃のドライアイス36を生成するとともに、前記減圧の際発生した低温COガス34aは前記過冷却器28の熱交換器を経由後圧縮機12に再循環低温COガスとして還流する。
上記構成により、粗COガスを原料に使用する従来のドライアイスシステムに比較して圧縮前後に使用する洗浄塔、脱硫器、精製塔、脱湿器の設備は不必要となり設備コストの削減を図ることが出来るとともに、COガスの回収率においても従来の39.4%の低収率に対し51.7%の高収率をあげることができ、省エネ率も約50%以上の値を示している。
なお、前記高段及び低段二相流膨張機31、33には発電機Gを直結して動力回収も可能の構成にしてある。
【0053】
【発明の効果】
上記構成により、本発明は下記効果を奏する。
低温排熱と、高温排熱とを利用して、冷熱への変換と、高濃度COガスの回収排出を行なわせたため、負荷の変動に追従した操作を可能とするとともに、工場排熱を高温低温に分けて適宜有効利用できる。
前記回収したCOガスの液化には、CO液化サイクルと前記冷熱と二相流膨張機の使用により、前記超臨界COを効率的に液相と液相に分離減圧して液化CO、ドライアイスの製造を可能とし、冷熱の貯蔵利用を可能にしている。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の工場排熱を利用した液化CO・ドライアイス・水素の製造・貯蔵・利用システムの概略の構成を示すブロック図である。
【図2】 図1のCO液化サイクルのモリエ線図である。
【図3】ライアイス製造装置の概略の構成を示すブロック図である。
【図4】 図3のCO液化サイクルのモリエ線図である。
【図5】 ガスタービンのコンバインド基本システムを示す図である。
【図6】 従来の燃焼ガスの処理方法の一実施例を示すブロック図である。
【図7】 従来のドライアイス製造装置の概略の構成を示す図である。
【図8】 従来の二酸化炭素の液化装置の概略の構成を示す図である。
【図9】 従来のCO粗ガス使用の場合のドライアイス製造装置の概略の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
10 ケミカルヒートポンプ
11 CO液化サイクル
12 圧縮機
13、27 ガス冷却器
14 二相流膨張機
15 気液分離器
16 液化二酸化炭素
17、36 ドライアイス
20 燃料の水蒸気改質手段
21 高濃度COガス
22 水素ガス
23 化学吸収手段
26 水冷却器
28 過冷却器
29 高圧CO液化タンク
30 熱供給部
30a 低圧COガス
31 高段二相流膨張機
32 CO液化サイクル
33 低段二相流膨張機
34 ドライアイスプレス機
34a 低温COガス
35 ドライアイス生成部
37 低圧CO液化タンク
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention uses exhaust heat from a chemical factory or the like to emit CO 22Gas, H2CO for gas recovery and co-production reforming reactions2Utilization of reaction heat in a reaction system with by-products and CO as a by-product2With high yield recovery of gas and related to low environmental load and cold energy supply system such as low temperature logistics, food factory, chemical factory, etc.
  Using low-temperature exhaust heat and high-temperature exhaust heat, conversion to cold and high concentration CO2Let the gas recover,
  High concentration CO2Gas to CO2Used as a refrigerant for liquefaction cycle, the cold heat is used as CO2High pressure high temperature supercritical CO in liquefaction cycle2Liquefied CO used as a cooling heat source for2・ Dry ice production / storage / use system and liquefied CO2・ Hydrogen production / storage / use systemToRelated.
[0002]
[Prior art]
  In recent years, from the viewpoint of global environmental problems, especially global warming prevention, effective use of low-temperature exhaust gas from factories, effective use of surplus night power, and CO2There are calls for reduction and recovery of gas emissions into the atmosphere.
  CO2In order to reduce the amount of CO2 emissions, energy conservation and thermal power plants and other CO2CO emitted from facilities with large emissions2It is necessary to collect the gas and not release it to the atmosphere.
  Recently, in large chemical factories and the like, cogeneration facilities equipped with electric power supply and heat supply have become widespread and waste heat is being collected. For example, a combined power generation cycle shown in FIG. 5 is used, a combined cycle in which a power generation facility 50 using a steam turbine 50a conventionally used for thermal power generation and a gas turbine power generation device 51 is used, and an exhaust heat boiler 52 is used. The steam 52a obtained in step 1 is sent to the steam turbine 50a so as to obtain auxiliary power, and the amount of extracted steam 50b from the steam turbine 50a is changed to form a thermoelectric variable system for efficient energy use. I am trying.
[0003]
  CO2In order to reduce the amount of CO2 emissions, energy conservation and thermal power plants and other CO2It is required that carbon dioxide forming a part of combustion exhaust gas discharged from a facility with a large discharge amount is concentrated and separated and recovered as gaseous, liquid, or solid dry ice. In response to this requirement, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-24454 discloses a proposal “method and apparatus for treating flue gas”.
  The schematic configuration of the proposal will be described below with reference to FIG.
  This apparatus relates to a combustion exhaust gas treatment method and apparatus for separating and recovering carbon dioxide in combustion exhaust gas after solidifying it as dry ice using LNG cold heat.
[0004]
  The structure is composed of a moisture aggregating means 62 for aggregating moisture by cooling the moisture in the combustion exhaust gas 61 discharged from the boiler 60, and cooling the residual moisture in the combustion exhaust gas at a low temperature of −30 ° C. or lower to make the ice 63a. The solid gas that separates the solidified ice solidification device 63 and the carbon dioxide gas solidification device 64 from the carbon dioxide gas (dry ice) 65 in the combustion exhaust gas 61 from which moisture has been completely removed and the low temperature carbon dioxide free exhaust gas 66. A separator 67, a carbon dioxide gas liquefier 68 that pressurizes and liquefies the separated dry ice 65, and a liquefied CO2The liquefied carbonic acid storage tank 70 that stores 69 and a heat exchanger (not shown) that liquefies the LNG to obtain cold energy are configured.
[0005]
  The above proposal is to effectively use the heat of vaporization of the LNG as a cold heat, solidified or separated moisture in the combustion exhaust gas as ice, and further solidified or liquefied the carbon dioxide gas in the combustion exhaust gas as dry ice. However, the use of fuel having such a large heat of vaporization is limited to a specific case, and there is a problem that cannot be applied when using general city gas.
[0006]
  Other than the above, CO in combustion exhaust gas2As a method for separating a gas in a gaseous state, there is a proposal related to “a method for separating and collecting carbon dioxide” disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-59705.
  In this proposal, carbon dioxide gas contained in the mixed gas is reduced in energy consumption required for separation and recovery by a method including a membrane separation step and a cryogenic separation step. Have issues such as equipment scale-up and cost.
[0007]
  Next, as a dry ice manufacturing method, conventionally, liquefied CO is used.2The self-depressurized flash system is used to phase-transform the liquid at −20 ° C. to the dry ice at −78.5 ° C. to collect fine particles of dry ice, but the yield is low.
[0008]
  As a means for solving the low yield, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-320213 discloses a new proposal for solving the problem.
  This proposal is more than a triple point (5.28 Kg / cm) into a solidified container which is a piston cylinder.2liquefied CO compressed to abs or higher pressure)2Is continuously extracted.
  The conventional self-flush method was made to solve the low yield, and almost all of the liquefied carbon dioxide injected into the cylinder was solidified, and the solidified dry ice was continuously drawn into the holding mechanism. However, the cylinder wall and solidified liquefied CO2There is a problem that it is difficult to set operating conditions.
[0009]
  Another proposal for solving the problems of the above proposal is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-97419 as a proposal relating to a dry ice generation system.
  In this proposal, as shown in FIG. 7, the liquefied carbon dioxide gas reaches the liquefied carbon dioxide gas solidifying device 81 from the tank trolley 83 through the decompression cooler 84, the storage tank 85, etc., and the post-cutting cutting device 86 and the conveying device 86a. Then, the product is transferred to the ultra-low temperature warehouse 87 for supercooling the product dry ice.
  The path of the coolant circulation system S3 includes a coolant cooler 88, an ultra-low temperature warehouse 87 for product dry ice supercooling, a liquefied carbon dioxide solidifying device 81, a decompression cooler 84, a coolant receiver 89, and a coolant pump 90. On the other hand, the LNG cooling system S2 includes a path from the LNG source 91 to the coolant cooler 88 and the natural gas warmer 92.
  In the above configuration, the liquefied CO carried by the tank truck 832The liquefied coal (−20 ° C.) is cooled to −50 ° C. by the vacuum cooler 84 and stored in the storage tank 85, and 6 Kg / cm2It is introduced into the solidifying device 81 in a state of being pressurized to G or higher. The introduced liquefied carbon dioxide gas is further cooled by the solidifying device 81, and rod-shaped dry ice at -78.5 ° C. or lower is generated. The bar-shaped dry ice 81a is cut by a cutting device 86 and stored in a supercooling cryogenic warehouse 87.
[0010]
  On the other hand, regarding a carbon dioxide liquefying apparatus, a proposal relating to a high-yield carbon dioxide liquefying apparatus in which raw material carbon dioxide is not released to the outside is disclosed in JP-A-10-59706. The proposal is shown in FIG.
  A low pressure gas line 103 from a gas holder 101 for storing carbon dioxide gas is connected to a low pressure side suction port 104a of a carbon dioxide gas compressor 104 composed of a two-stage compressor via a water washing cylinder 102 for removing impurities in the carbon dioxide gas. The low-pressure side discharge port 104b of the compressor 104 is connected to the high-pressure side inlet 104c of the compressor via the deodorizing device 105 by the medium pressure gas line 106, and the discharge port 104d is connected to the dehumidifier 108 by the high-pressure gas line 107. And connected to a carbon dioxide gas inlet 109 a of the cooling device 109.
  The cooling device 109 condenses and liquefies the carbon dioxide gas from the high-pressure gas line 107, and condenses and liquefies the carbon dioxide gas by the refrigerant sent into the refrigerant coil 109c in the cooling device 109 from a refrigerator (not shown), for example. is doing.
  The other end of the high-pressure liquid line 110 having one end connected to the liquefied carbon dioxide outlet 109b of the cooling device 109 is connected to a liquefied carbon dioxide supply line 113 having an open / close valve 112 below the vacuum heat insulating tank 111 for storing the liquefied carbon dioxide. One end is connected.
  The other end of the return gas line 114 having one end facing the gas phase portion in the vacuum heat insulation tank 111 is connected to the low pressure side discharge port 104b of the compressor 104 and the intermediate pressure gas line 106 passing through the deodorizing device 105.
  With the above configuration, the carbon dioxide gas compressed by the compressor 104 is condensed and liquefied by the cooling device 109 to become liquefied carbon dioxide, which is sent to the vacuum heat insulation tank 111 and stored.
  When the gas phase pressure in the tank exceeds a predetermined value due to the liquefied carbon dioxide being fed into the tank, the carbon dioxide gas is recirculated to the suction side of the compressor via the return gas line by a signal from the pressure regulator 116, Eliminate waste.
[0011]
  Further, in the conventional dry ice production process including carbon dioxide liquefaction, as shown in FIG. 9, the cleaning process by the cleaning tower 121 and the desulfurization process by the desulfurizer 122 performed before the compression by the compressor 120 of carbon dioxide gas, after the compression The purification process performed by the purification tower 123 and the dehumidification process performed by the dehumidifier 124 are required (some of which are also found in the above proposal).2Gas cooler 125, CO2Supercooled supercritical CO by gas cooler 126 and supercooler 1272And forming the supercritical CO2High density supercritical gas close to the liquid of CO2After being stored in the liquefaction tank 128, it is introduced into the dry ice press machine 130 through the pressure reducing valve 129, and the dry ice press machine generates dry ice at about -78.5 ° C.2The gas is recirculated to the compressor 120 after passing through the heat exchanger of the supercooler 127.
  In the conventional dry ice production system, since the raw material is a crude gas, the equipment costs of the washing tower 121, the desulfurizer 122, the purification tower 123, and the dehumidifier 124 are required before and after compression as described above, and the raw material CO2A low yield of 39.4% based on the crude gas.
  Therefore, there is a demand for realizing a high-yield dry ice production method with high energy saving and an apparatus therefor while keeping the facility cost low.
[0012]
  In particular, hydrogen energy is regarded as important as a new energy that suppresses the consumption of energy and substances and suppresses the emission of environmental pollutants, because it compensates for the disadvantages of natural energy such as wind power, solar dilution, and temporal variability. In particular, in order to make it possible to use a large amount of the hydrogen energy, it is strongly required to implement measures for efficiently recovering carbon dioxide in which 25% of the hydrogen energy is generated as a by-product by the reforming reaction.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
  The present invention has been made in view of the above problems,
  Using low-temperature exhaust heat and high-temperature exhaust heat, conversion to cold and high concentration CO2In addition to allowing gas to be collected and discharged, CO2Recovery of reaction heat and CO in reaction systems with by-products2Enables high yield recovery of gas,
  Liquefied CO2・ Dry ice manufacturing, storage and utilization system and CO2・ Hydrogen production / storage / use systemOfIt is for the purpose of provision.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
  Therefore, the liquefied CO using the factory waste heat which is the first invention of the present invention.2・ In the production, storage and use system of dry ice,Etc.Discharge50-200 ° CThe cold heat obtained from a chemical heat pump that operates using low-temperature exhaust heat produces CO2Activate the gas cooler, CO2The supercritical state of the high-temperature and high-pressure refrigerant in the liquefaction cycle is formed, and the supercritical CO2Through a two-phase flow expanderLiquidCO2 And CO2Separated into gas, the former liquefied CO2The dry ice is obtained by cooling theCO2Gas to CO2It is characterized by being configured to be reused as a refrigerant for a liquefaction cycle.
[0015]
  The invention uses the low-temperature exhaust heat (about 50 to 100 ° C.) that forms the factory exhaust heat, which is the object of the present invention, and the high-temperature exhaust heat (about 500 ° C.) due to the bleed steam at night to convert into cold heat. And high concentration CO2Let the gas be collected and discharged separately,
  The recovered high concentration CO2Gas to CO2Used as a refrigerant for liquefaction cycle, the cold heat is used as CO2CO via gas cooler2Used to cool high temperature gas in liquefaction cycle, supercritical CO2The above-described cold heat and high concentration CO2The gas can be supplied in a balanced manner and the efficient use of highly efficient exhaust heat is achieved.
[0016]
  The liquefied CO2To obtain the high concentration CO2CO2 compressor using gas as refrigerant2CO including gas cooler, gas-liquid separation and decompression means, etc.2A liquefaction cycle is formed, and the cold heat causes the CO2Activate the gas cooler and place the high-temperature and high-pressure refrigerant from the compressor in the supercritical state.2The liquid phase and the gas phase are mixed and constantly transformed to maintain a state where no phase boundary exists. CO in its supercritical state2Is separated into a liquid phase and a gas phase by interposing a two-phase flow expander which is a gas-liquid separation decompression means, and liquefied CO2As a result, dry ice is obtained, and cold storage and use are possible.
  Note that the low-pressure low-temperature CO formed during the gas-liquid separation and decompression2The gas is the high concentration CO2Inhaled into the compressor along with gas, CO2Reused in liquefaction cycle.
[0017]
  The liquefied CO of the present invention2-It is preferable that the two-phase flow expander in the dry ice production / storage / use system has an adiabatic expansion function that enables power recovery by a directly connected generator.
[0018]
  The invention describes the structure of the two-phase flow expander used in the present invention, and the CO in the supercritical state is described.2A two-phase flow expander that separates the liquid into two phases, the liquid phase and the gas phase, is formed by an expansion turbine.2In order to adiabatic expansion, the expansion medium can be cooled to about −50 ° C.2While improving the recovery and fixing rate of low-temperature, low-pressure low-pressure CO2The amount of gas generated can be reduced.
  When the expander is in operation, energy is saved by operating a directly connected generator so that power can be recovered.
[0019]
  The liquefied CO of the present invention2-The two-phase flow expander in the dry ice production, storage and utilization system is equipped with supercritical CO at the inlet of the expander.2The structure which introduce | transduces is preferable.
[0020]
  The invention relates to a supercritical CO that flows in during the operation of the two-phase flow expander.2In which the inflowing CO2Since the supercritical state is formed and maintained by the cold heat, the vicinity of the expander inlet is a mixture of gas phase and liquid phase.2Since the molecules are in a state of intense exercise, the inhalation resistance is small, and after inhalation, the molecules diffuse violently to increase the inhalation diffusion efficiency.
[0021]
  The second invention of the present inventionIs liquefied CO using factory waste heat 2 ・ Production and storage of hydrogenIn the usage system,
  High concentration, high purity CO via steam reforming means of fuel using surplus steam when using nighttime power2Gas and H2It is configured to obtain gas,
  Reaction heat and factory during the reformingEtc.Discharge50-200 ° CThe cold heat obtained from a chemical heat pump that operates using low-temperature exhaust heat produces CO2Activate the gas cooler, CO2Forming a supercritical state of the high-temperature and high-pressure refrigerant in the liquefaction cycle,2Through a two-phase flow expanderLiquidCO2 And CO2Separated into gas, the former liquefied CO2The dry ice is obtained by cooling the latterCO2Gas to CO2It is characterized by being configured to be reused as a refrigerant for a liquefaction cycle.
[0022]
  The above invention is the liquefied CO of the second invention of the present invention.2・ It describes the production, storage, and utilization system of hydrogen gas.
  For the high-temperature exhaust heat of the factory exhaust heat, excess steam (about 500 ° C) during night operation of the steam turbine driven by the exhaust heat boiler or the reaction heat of the reforming reaction is used.2Activate the gas cooler and CO2Form liquefaction cycle, liquefied CO2, Enables the production, storage and use of dry ice and the CO2The high concentration CO deposited on the methane gas by steam reforming means2The use of gas and the production, storage, and utilization of hydrogen gas.
[0023]
  The liquefied CO of the present invention2・ Dry ice production / storage / use system and liquefied CO2・ CO in hydrogen production, storage, and utilization systems2The working medium used for the liquefaction cycle is
  By exhaust gas and waste heat from factory waste heat boilerHigh concentration CO obtained through chemical absorption method2A configuration using gas is preferred.
[0024]
  The invention is based on the liquefied CO of the present invention.2・ Dry ice production / storage / use system and liquefied CO2・ CO in hydrogen production, storage, and utilization systems2It describes the refrigerant used in the liquefaction cycle,
  In this case, alkanolamine is contacted with the exhaust gas, CO2After being absorbed into water and CO through high-temperature steam.2Obtained by chemical absorption method that decomposes into CO2Is used.
[0025]
[0026]
[0027]
[0028]
[0029]
[0030]
[0031]
[0032]
[0033]
[0034]
[0035]
[0036]
[0037]
[0038]
[0039]
[0040]
[0041]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the embodiments shown in the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are merely illustrative examples and not intended to limit the scope of the present invention unless otherwise specified. .
  FIG. 1 shows liquefied CO using factory waste heat of the present invention.2A block diagram showing a schematic configuration of a dry ice / hydrogen production / storage / utilization system. FIG.2It is a Mollier diagram of a liquefaction cycle.
  FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of the dry ice production apparatus of the present invention, and FIG.2It is a Mollier diagram of a liquefaction cycle.
[0042]
  As shown in FIG. 1, liquefied CO using the factory waste heat of the present invention.2A dry ice / hydrogen production / storage / utilization system includes a chemical heat pump absorption refrigerator 10, a fuel steam reforming unit 20, a chemical absorption unit 23, attached to a heat supply unit 30 of a chemical factory, etc. CO2It comprises the liquefaction cycle 11.
[0043]
  The heat supply unit 30 is a gas turbine (not shown).5The waste heat boiler 52 that discharges the exhaust gas 52b (approximately 50 to 100 ° C.) that is driven by the supply of the waste heat of FIG. 5 and the steam turbine 50a that is operated by the drive steam 52a from the boiler 52, the steam turbine 50a From the exhaust gas boiler 52b (150 to 200 ° C.) and the exhaust gas 52b are supplied to the chemical heat pump 10 as low-temperature exhaust gas during the daytime, and from the exhaust gas boiler 52, driving steam 52a (about 500 ° C.) is surplus during night operation. Is supplied to the fuel steam reforming means 20 and the chemical absorption means 23, which will be described later, as high-temperature exhaust gas.2Gas 21 and hydrogen gas 22 are obtained.
  The chemical heat pump 10 uses an absorption refrigerator and obtains cold heat of about 0 to 5 ° C.
[0044]
  CO2The liquefaction cycle 11 includes a compressor 12, a gas cooler 13, a two-phase flow expander 14, and a gas / liquid separator 15. The liquefaction cycle 11 has a high concentration and a high concentration recovered by the steam reforming unit 20 and the chemical absorption unit 23. Purity CO2CO2To form a high-pressure and high-temperature refrigerant 12a by depressurizing the superheated CO2 from the high-pressure and high-temperature refrigerant 12a through the cold heat 10a.2To get.
  Next, CO was further supercooled by the cold and continuously maintained in a supercritical state at about 10 ° C.2The gas 13a is separated and adiabatically expanded into a gas-liquid two-phase by a two-phase flow expander 14.
  The two-phase flow expander 14 is formed by an expansion turbine, and CO2 is expanded during expansion.2The adiabatic medium can be cooled to about −50 ° C.2While improving the recovery and fixing rate of low-temperature, low-pressure low-pressure CO2The amount of gas generated can be reduced, and the power generator G connected directly can be operated to recover the power.
[0045]
  Thus, the CO flowing into the expander 142Since the supercritical state is maintained and it is placed in a vigorous motion state where the gas phase and the liquid phase are mixed, the suction resistance is small, and after the inhalation, it diffuses violently and adiabatic expansion makes it into two phases of the gas phase and the liquid phase While being separated, it is cooled to about −50 ° C. and introduced into the gas-liquid separator 15 where liquid phase liquefied carbon dioxide 16 is stored in the lower part. Re-vaporized low-temperature low-pressure CO separated at the top2The gas 15a is sent to the compressor 12 with the high concentration and high purity CO.2The gas 21 is sucked and compressed again.
[0046]
  Further, the liquefied carbon dioxide 16 generates dry ice 17 and can be used for cold storage, low-temperature logistics storage (non-fluorocarbon cold storage), process cooling / air conditioning for food factories, cooling for chemical factories, and the like.
[0047]
  FIG. 2 shows the CO of FIG.2A Mollier diagram of the liquefaction cycle is shown.
  As shown in the figure, at point A, high concentration, high purity CO221 starts suction compression with the compressor 12. Inhalation CO2The gas is adiabatically compressed along the isentropic line and CO at point B2It is compressed to a critical pressure of 7.83 MPa or more to form a supercritical high temperature / high pressure refrigerant 12a. Next, the high-temperature and high-pressure refrigerant 12a is cooled by the gas cooler 13, is cooled below the critical point C, and continues in a supercritical state up to about 20 ° C. Next, at point D, the gas-liquid two-phase separation and adiabatic expansion by the two-phase flow expander 14 lead to point E, where liquefied CO2And low temperature low pressure CO2Separated into gas 15b.
[0048]
  As shown in FIG. 1, the fuel steam reforming means 20 adds a driving steam 52 a output from the exhaust gas boiler 52 to the methane 20 a to add hydrogen gas 22 and a high-concentration, high-purity CO 2.2In addition, the alkanolamine 23a is reacted with the exhaust gas 52b by the chemical absorption means 23 so that the concentration of CO2 is higher than that of the exhaust gas 52b.2The gas 21 is separated and recovered, and the CO2Photosynthesis CO in addition to supplying to the liquefaction cycle 112Various uses are possible.
[0049]
  In FIG.IsThe block diagram which shows schematic structure of a rye ice manufacturing apparatus is shown. As shown in the figure, this dry ice production device
  Compressor 12, water cooler 26, CO2Gas cooler 27, supercooler 28, high pressure CO2Liquefaction tank 29 and low pressure CO2Liquefaction tank 37 and the low pressure CO2Liquefaction tank and high-pressure CO upstream2CO comprising a high stage two-phase flow expander 31 provided between liquefaction tanks2A liquefaction cycle 32;
  Low pressure CO2It comprises a dry ice production unit 35 comprising a low-stage two-phase flow expander 33 and a dry ice press machine 34 provided downstream of the liquefaction tank.
[0050]
  Raw material CO used in the past2Instead of crude gas, high-concentration, high-purity CO by co-emission of hydrogen gas by-product (25% of hydrogen gas) by steam reforming2It is related to dry ice production equipment corresponding to the case of using gas,
  Conventional CO2Eliminates the need for washing treatment by a washing tower and desulfurization treatment by a desulfurizer before compression for pretreatment, and purification treatment by a purification tower to be performed after compression, and dehumidification treatment by a dehumidifier, which are required when using crude gas. And after compression, high pressure and high temperature CO2A water cooler 26 provided with a cooling tower 26a for cooling gas, and a CO provided with a chemical heat pump (CHP) 27a operated by exhaust heat of the co-production.2A gas cooler 27 and a supercooler 28 are provided.
  The cooling source of the supercooler 28 includes a low-temperature CO of about −75 ° C. separated by a low-stage two-phase flow expander 33 described later.2Use gas.
[0051]
  With the above configuration, COPRO emission CO introduced at point A on the Mollier diagram of FIG.2The gas (high concentration and high purity) is adiabatically compressed along the isentropic line by the compressor 12 and compressed to a critical pressure of 7.83 MPa or more at the point B to form a supercritical high temperature and high pressure refrigerant 12a. Next, the high-temperature and high-pressure refrigerant 12a is composed of a water cooler 26, CO2It is cooled by the gas cooler 27 and the supercooler 28, and the supercooling supercritical state is continued to the critical point C or lower. Next, high pressure CO at point D2After passing through the liquefaction tank 29, it is separated into gas-liquid two phases by adiabatic expansion by the high-stage two-phase flow expander 31, and at point E, the low-pressure CO2Introduced into the liquefaction tank 37 and above the triple point pressure (5.28 Kg / cm2abs) of 5.3 kg / cm2The separated low pressure CO at -56 ° C2Gas 30a is the low-pressure CO2Through the reflux path provided in the upper part of the liquefaction tank 37, it is introduced and refluxed to the intermediate port of the compressor 12 via the point A.2A liquefaction cycle 32 is formed.
[0052]
  Low pressure CO2Liquefied CO stored and held in the liquefaction tank 37 at a pressure higher than the triple point pressure2Is reduced in pressure by a low-stage two-phase expander 33 at point F and solidified by a dry ice press machine 34 to produce dry ice 36 at about -78.5 ° C.2The gas 34a passes through the heat exchanger of the supercooler 28 and is then recirculated to the compressor 12 at low temperature CO.2Reflux as gas.
  With the above configuration, crude CO2Compared to conventional dry ice systems that use gas as a raw material, the equipment for washing towers, desulfurizers, refining towers, and dehumidifiers used before and after compression is not necessary, and the equipment cost can be reduced.2As for the gas recovery rate, a high yield of 51.7% can be raised compared with the conventional low yield of 39.4%, and the energy saving rate also shows a value of about 50% or more.
  The high-stage and low-stage two-phase flow expanders 31, 33 are directly connected to a generator G so that power can be recovered.
[0053]
【The invention's effect】
  With the above configuration, the present invention has the following effects.
  Using low-temperature exhaust heat and high-temperature exhaust heat, conversion to cold and high concentration CO2Since the gas is collected and discharged, it is possible to perform an operation following the fluctuation of the load, and the factory exhaust heat can be divided into high and low temperatures and effectively used as appropriate.
  The recovered CO2For gas liquefaction, CO2By using a liquefaction cycle, the cold and a two-phase flow expander, the supercritical CO2Is efficiently separated into a liquid phase and a liquid phase under reduced pressure to reduce liquefied CO2Enables the production of dry ice and enables the use of cold storageYes.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 Liquefied CO using factory waste heat of the present invention2FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of a dry ice / hydrogen production / storage / use system.
FIG. 2 shows CO in FIG.2It is a Mollier diagram of a liquefaction cycle.
[Fig. 3]DoIt is a block diagram which shows the schematic structure of a rye ice manufacturing apparatus.
FIG. 4 CO in FIG.2It is a Mollier diagram of a liquefaction cycle.
FIG. 5 is a diagram showing a combined basic system of a gas turbine.
FIG. 6 is a block diagram showing an embodiment of a conventional combustion gas processing method.
FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional dry ice manufacturing apparatus.
FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional carbon dioxide liquefaction apparatus.
FIG. 9 shows conventional CO2It is a block diagram which shows the schematic structure of the dry ice manufacturing apparatus in the case of using crude gas.
[Explanation of symbols]
  10 Chemical heat pump
  11 CO2Liquefaction cycle
  12 Compressor
  13, 27 Gas cooler
  14 Two-phase flow expander
  15 Gas-liquid separator
  16 Liquefied carbon dioxide
  17, 36 Dry ice
  20 Fuel steam reforming means
  21 High concentration CO2gas
  22 Hydrogen gas
  23 Chemical absorption means
  26 Water cooler
  28 Supercooler
  29 High pressure CO2Liquefaction tank
  30 Heat supply section
  30a Low pressure CO2gas
  31 High-stage two-phase flow expander
  32 CO2Liquefaction cycle
  33 Low-stage two-phase flow expander
  34 Dry ice press machine
  34a Low temperature CO2gas
  35 Dry ice generator
  37 Low pressure CO2Liquefaction tank

Claims (5)

工場排熱を利用した液化CO・ドライアイスの製造・貯蔵・利用システムにおいて、
工場等より排出する50〜200℃の低温排熱を使用して作動するケミカルヒートポンプより得られる冷熱によりCOガス冷却器を作動させ、CO液化サイクルの高温高圧冷媒の超臨界状態を形成させ、超臨界COを二相流膨張機を介して液化CO とCガスに分離して、前者の液化COの冷却によりドライアイスを得るとともに、後者のCガスを前記CO液化サイクルの冷媒に再利用する構成としたことを特徴とする液化CO・ドライアイスの製造・貯蔵・利用システム。
In the production, storage, and utilization system of liquefied CO 2 and dry ice using factory waste heat,
The CO 2 gas cooler is operated by the cold heat obtained from the chemical heat pump that operates using low-temperature exhaust heat of 50 to 200 ° C. discharged from factories, etc., and the supercritical state of the high-temperature and high-pressure refrigerant in the CO 2 liquefaction cycle is formed. , supercritical CO 2 is separated into liquefied CO 2 and C O 2 gas through the two-phase flow expander, wherein with obtaining a dry ice the latter C O 2 gas by cooling the former liquefied CO 2 A system for producing, storing and utilizing liquefied CO 2 / dry ice, characterized in that it is configured to be reused as a refrigerant for a CO 2 liquefaction cycle.
前記二相流膨張機は直結する発電機により動力回収を可能とする断熱膨張機能を持つ構成としたことを特徴とする請求項1記載の液化CO・ドライアイスの製造・貯蔵・利用システム。The system for producing, storing and using liquefied CO 2 / dry ice according to claim 1, wherein the two-phase flow expander is configured to have an adiabatic expansion function that enables power recovery by a directly connected generator. 前記二相流膨張機は、該膨張機の入口に超臨界COを導入する構成としたことを特徴とする請求項1記載の液化CO・ドライアイスの製造・貯蔵・利用システム。The liquefied CO 2 / dry ice production / storage / utilization system according to claim 1, wherein the two-phase flow expander is configured to introduce supercritical CO 2 at an inlet of the expander. 工場排熱を利用した液化CO ・水素の製造・貯蔵・利用システムにおいて、
夜間電力使用時における余剰蒸気を使用して燃料の水蒸気改質手段を介しての高濃度、高純度COガスとHガスを得る構成とするとともに、
前記改質の際の反応熱や工場等より排出する50〜200℃の低温排熱を使用して作動するケミカルヒートポンプより得られる冷熱によりCOガス冷却器を作動させ、CO液化サイクルの高温高圧冷媒の超臨界状態を形成させ、該超臨界COを二相流膨張機を介して液化CO とCガスに分離して、前者の液化COの冷却によりドライアイスを得て、後者のCガスを前記CO液化サイクルの冷媒に再利用する構成としたことを特徴とする液化CO・水素の製造・貯蔵・利用システム。
In the production, storage, and utilization system of liquefied CO 2 and hydrogen using factory waste heat,
High concentration through a steam reforming unit of the fuel by using the excess steam during the night power use, with a configuration to obtain a high-purity CO 2 gas and H 2 gas,
The CO 2 gas cooler is operated by the cold heat obtained from the chemical heat pump that operates using the heat of reaction and the low-temperature exhaust heat of 50 to 200 ° C. discharged from the factory during the reforming, and the high temperature of the CO 2 liquefaction cycle to form a supercritical state of high-pressure refrigerant, the supercritical CO 2 is separated into liquefied CO 2 and C O 2 gas through the two-phase flow expander, to give the dry ice by cooling the former liquefied CO 2 Te, liquefied CO 2, hydrogen production, storage and utilization system, characterized in that the latter C O 2 gas was configured to reuse the refrigerant of the CO 2 liquefaction cycles.
前記CO液化サイクルに使用する作動媒体は、工場排熱ボイラからの排ガスと排熱による化学吸収法を介して得られたCガスを使用する構成としたことを特徴とする請求項1記載の液化CO・ドライアイスの製造・貯蔵・利用システム及び請求項4記載の液化CO・水素の製造・貯蔵。利用システム。Working medium used in the CO 2 liquefaction cycle, claim, characterized in that the configuration using the C O 2 gas obtained through the chemical absorption by the exhaust gas and the exhaust heat from factories waste heat boiler 1 The production / storage / use system of liquefied CO 2 / dry ice according to claim 4, and the production / storage of liquefied CO 2 / hydrogen according to claim 4. Usage system.
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