JP2022127004A - CO2 SEPARATOR AND METHOD OF OPERATION THEREOF - Google Patents
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Abstract
【課題】本開示は、二酸化炭素分離装置に供給される二酸化炭素含有ガス中の二酸化炭素濃度が変化した場合においても、安定した純度の二酸化炭素濃縮ガスを供給出来る二酸化炭素分離装置を提供する。【解決手段】本開示における二酸化炭素分離装置は、分離膜によって、内部空間が、二酸化炭素含有ガスが流入し分離膜を透過しなかった非透過ガスが非透過ガス流路に流出する第1空間と、分離膜を透過した透過ガスが透過ガス流路に流出する第2空間とに仕切られた二酸化炭素分離器と、二酸化炭素吸着材が充填され非透過ガス流路の下流側に接続された複数の吸着器を有する吸着装置と、透過ガスの流量を調節する透過ガス量調節手段と、非透過ガスの二酸化炭素濃度が所定範囲内に収まるように透過ガス量調節手段を制御する制御器と、を備える。【選択図】図1The present disclosure provides a carbon dioxide separator capable of supplying carbon dioxide-enriched gas with stable purity even when the carbon dioxide concentration in the carbon dioxide-containing gas supplied to the carbon dioxide separator changes. A carbon dioxide separation device according to the present disclosure has a first space in which a carbon dioxide-containing gas flows in and a non-permeating gas that has not permeated through the separation membrane flows out to a non-permeating gas flow path. and a second space in which the permeated gas that has permeated the separation membrane flows out to the permeated gas flow channel, and a carbon dioxide separator filled with a carbon dioxide adsorbent and connected to the downstream side of the non-permeated gas flow channel. An adsorption apparatus having a plurality of adsorbers, a permeable gas amount adjusting means for adjusting the flow rate of the permeable gas, and a controller for controlling the permeable gas amount adjusting means so that the carbon dioxide concentration of the non-permeable gas is within a predetermined range. , provided. [Selection drawing] Fig. 1
Description
本開示は、二酸化炭素分離装置、及びその運転方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present disclosure relates to carbon dioxide separators and methods of operating same.
特許文献1は、広範囲の二酸化炭素濃度、および圧力を持つ混合ガスを効率よく、高濃度二酸化炭素ガスと二酸化炭素除去ガスに分離することが可能な、二酸化炭素分離システムを開示する。
この二酸化炭素分離システムは、二酸化炭素濃度が3~75%の混合ガスを、二酸化炭素分離用ゼオライト膜を具備する一次二酸化炭素分離器に導入し、ゼオライト膜の透過側に二酸化炭素濃度80%以上の一次透過ガスを生じさせるとともに、ゼオライト膜の一次非透過側ガスの二酸化炭素濃度を3~15%まで低減する。 In this carbon dioxide separation system, a mixed gas with a carbon dioxide concentration of 3 to 75% is introduced into a primary carbon dioxide separator equipped with a zeolite membrane for carbon dioxide separation, and a carbon dioxide concentration of 80% or more is introduced on the permeation side of the zeolite membrane. While generating a primary permeate gas, the carbon dioxide concentration of the primary non-permeate side gas of the zeolite membrane is reduced to 3-15%.
ついで、この一次非透過側ガスを、アミン吸収法またはPSA法による二次二酸化炭素分離器に導入し、分離器により分離された二酸化炭素濃度80%以上の二次分離ガスを生じさせるとともに、二酸化炭素濃度が2%以下の二酸化炭素除去ガスを生じさせるものである。 Next, this primary non-permeate side gas is introduced into a secondary carbon dioxide separator by the amine absorption method or the PSA method to generate a secondary separated gas with a carbon dioxide concentration of 80% or more separated by the separator, It produces a carbon dioxide removal gas with a carbon concentration of 2% or less.
すなわち、二酸化炭素を含む原料ガスを、第一分離ガスと、第一分離ガスより二酸化炭素濃度の高い第二分離ガスに分離する分離器に供給し、分離器で生じた第一分離ガスを吸着器に供給して分離し、吸着器から生じた高濃度の二酸化炭素を含む脱離ガスと第二分離ガスを、ともに二酸化炭素濃縮ガスとするものである。 That is, a raw material gas containing carbon dioxide is supplied to a separator that separates a first separated gas and a second separated gas having a higher carbon dioxide concentration than the first separated gas, and the first separated gas generated in the separator is adsorbed. The second separated gas and the desorbed gas containing high-concentration carbon dioxide generated from the adsorber are both used as the carbon dioxide-enriched gas.
本開示は、二酸化炭素分離装置に供給される二酸化炭素含有ガス中の二酸化炭素濃度が変化した場合においても、安定した純度の二酸化炭素濃縮ガスを供給出来る二酸化炭素分離装置、及びその運転方法を提供する。 The present disclosure provides a carbon dioxide separation device that can supply carbon dioxide-enriched gas with stable purity even when the carbon dioxide concentration in the carbon dioxide-containing gas supplied to the carbon dioxide separation device changes, and an operation method thereof. do.
本開示における二酸化炭素分離装置は、二酸化炭素分離器と、減圧ポンプと、二酸化炭素濃度検知器と、透過ガス量調節手段と、吸着装置と、排ガス流路と、脱離ガス排出流路と、吸引ポンプと、制御器と、を備える。 The carbon dioxide separation device in the present disclosure includes a carbon dioxide separator, a decompression pump, a carbon dioxide concentration detector, permeable gas amount adjusting means, an adsorption device, an exhaust gas flow path, a desorbed gas discharge flow path, A suction pump and a controller are provided.
二酸化炭素分離器は、二酸化炭素を選択的に透過する分離膜によって、内部空間が、第1空間と、第2空間と、に仕切られている。 The carbon dioxide separator has an internal space partitioned into a first space and a second space by a separation membrane that selectively permeates carbon dioxide.
第1空間は、二酸化炭素含有ガスが二酸化炭素含有ガス流路から流入する空間であるとともに、分離膜を透過しなかった非透過ガスが、非透過ガス流路に流出する空間である。第2空間は、分離膜を透過した透過ガスが透過ガス流路に流出する空間である。 The first space is a space into which the carbon dioxide-containing gas flows from the carbon dioxide-containing gas channel, and a space into which the non-permeating gas that has not permeated the separation membrane flows out to the non-permeating gas channel. The second space is a space in which the permeated gas that has permeated the separation membrane flows out to the permeated gas channel.
減圧ポンプは、透過ガス流路の途中に設けられて、第2空間を減圧するように構成されたポンプである。そして、減圧ポンプの減圧動作によって、二酸化炭素含有ガスに含まれ
る二酸化炭素が分離膜を透過し、透過ガスが透過ガス流路に流出する。
The decompression pump is a pump that is provided in the middle of the permeated gas flow path and configured to decompress the second space. Carbon dioxide contained in the carbon dioxide-containing gas permeates the separation membrane due to the decompression operation of the decompression pump, and the permeated gas flows out to the permeated gas flow path.
二酸化炭素濃度検知器は、二酸化炭素含有ガス流路を通流する二酸化炭素含有ガスまたは非透過ガス流路を通流する非透過ガスのどちらかのガスに含まれる二酸化炭素の濃度を検知するように構成されている。透過ガス量調節手段は、透過ガスの流量を調節する手段である。 The carbon dioxide concentration detector is adapted to detect the concentration of carbon dioxide contained in either the carbon dioxide-containing gas flowing through the carbon dioxide-containing gas flow path or the non-permeating gas flowing through the non-permeating gas flow path. is configured to The permeation gas amount adjusting means is means for adjusting the flow rate of the permeation gas.
吸着装置は、内部に二酸化炭素を吸着する吸着材が充填され、非透過ガス流路の下流側に接続された、複数の吸着器を有する。また、吸着装置は、少なくとも一つの吸着器が非透過ガスに含まれる二酸化炭素を吸着材に吸着する吸着工程にある間に、残りの少なくとも一つの吸着器が吸着材から二酸化炭素を脱離させる再生工程にあるように構成されている。 The adsorption device has a plurality of adsorbers filled with an adsorbent that adsorbs carbon dioxide and connected to the downstream side of the non-permeating gas flow path. In the adsorption device, at least one remaining adsorber desorbs carbon dioxide from the adsorbent while at least one adsorber is in the adsorption step of adsorbing carbon dioxide contained in the non-permeating gas to the adsorbent. Configured to be in a regeneration process.
排ガス流路は、吸着工程の吸着器に吸着されなかった非透過ガスが吸着工程の吸着器から外部に排気されるように、複数の吸着器の下流に接続される流路である。 The exhaust gas flow path is a flow path connected downstream of a plurality of adsorbers so that the non-permeating gas that has not been adsorbed by the adsorbers in the adsorption step is exhausted from the adsorbers in the adsorption step to the outside.
脱離ガス排出流路は、再生工程の吸着器から脱離した脱離ガスが再生工程の吸着器から回収されるように、複数の吸着器に接続された流路である。 The desorbed gas discharge channel is a channel connected to a plurality of adsorbers so that the desorbed gas desorbed from the adsorbers in the regeneration process is recovered from the adsorbers in the regeneration process.
吸引ポンプは、脱離ガス排出流路の途中に設けられる。また、吸引ポンプは、再生工程の吸着器の内部を減圧して、吸着材から二酸化炭素を脱離させ、脱離ガスを脱離ガス排出流路に流出させるように構成されている。 The suction pump is provided in the middle of the desorbed gas discharge channel. Further, the suction pump is configured to decompress the inside of the adsorber in the regeneration step, desorb carbon dioxide from the adsorbent, and cause the desorbed gas to flow out to the desorbed gas discharge channel.
制御器は、二酸化炭素濃度検知器によって検知された濃度を基に、吸着工程の吸着器に流入する非透過ガスに含まれる二酸化炭素の濃度が、所定範囲内に収まるように、透過ガス量調節手段を制御するように構成されている。 The controller adjusts the amount of permeating gas based on the concentration detected by the carbon dioxide concentration detector so that the concentration of carbon dioxide contained in the non-permeating gas flowing into the adsorber in the adsorption step falls within a predetermined range. configured to control means.
本開示における二酸化炭素分離装置の運転方法は、上記構成の二酸化炭素分離器と、上記構成の減圧ポンプと、上記構成の二酸化炭素濃度検知器と、上記構成の透過ガス量調節手段と、上記構成の吸着装置と、上記構成の排ガス流路と、上記構成の脱離ガス排出流路と、上記構成の吸引ポンプと、を備えた二酸化炭素分離装置の運転方法である。 A method of operating a carbon dioxide separation apparatus according to the present disclosure includes a carbon dioxide separator configured as described above, a decompression pump configured as described above, a carbon dioxide concentration detector configured as described above, a permeation gas amount adjusting means configured as described above, and a permeation gas amount adjusting means configured as described above. 2. A method of operating a carbon dioxide separator comprising the adsorption device of 1, the exhaust gas flow path having the above configuration, the desorbed gas discharge flow path having the above configuration, and the suction pump having the above configuration.
そして、二酸化炭素濃度検知器によって検知された濃度を基に、吸着工程の吸着器に流入する非透過ガスに含まれる二酸化炭素の濃度が所定範囲内に収まるように、透過ガス量調節手段によって透過ガスの流量を調節することを特徴とする。 Then, based on the concentration detected by the carbon dioxide concentration detector, the permeation gas amount adjusting means adjusts the concentration of carbon dioxide contained in the non-permeation gas flowing into the adsorber in the adsorption step to fall within a predetermined range. It is characterized by adjusting the gas flow rate.
本開示における二酸化炭素分離装置、及びその運転方法は、吸着器に流入する二酸化炭素含有ガス中の二酸化炭素濃度が変化した際に分離膜を透過する二酸化炭素量を変化させることができ、吸着器に流入する二酸化炭素含有ガス中の二酸化炭素濃度を所定の範囲内に制御することが可能となる。 The carbon dioxide separation device and the operating method thereof in the present disclosure can change the amount of carbon dioxide permeating the separation membrane when the carbon dioxide concentration in the carbon dioxide-containing gas flowing into the adsorber changes. It is possible to control the concentration of carbon dioxide in the carbon dioxide-containing gas flowing into the system within a predetermined range.
そのため、吸着材に吸着する二酸化炭素吸着量が安定することで、脱離ガス中の二酸化炭素濃度を安定化することが可能となり、安定した純度の二酸化炭素濃縮ガスを供給できる二酸化炭素分離装置を提供することができる。 Therefore, by stabilizing the amount of carbon dioxide adsorbed by the adsorbent, it becomes possible to stabilize the concentration of carbon dioxide in the desorbed gas. can provide.
(本開示の基礎になった知見等)
近年、地球温暖化対策として、温室効果ガスである二酸化炭素を、回収して、地中に貯留するCCS(Carbon dioxide Capture and Storage)が注目されている。
(Knowledge, etc. on which this disclosure is based)
In recent years, CCS (Carbon dioxide Capture and Storage), which captures carbon dioxide, which is a greenhouse gas, and stores it underground, has attracted attention as a countermeasure against global warming.
CCSでは、二酸化炭素を超臨界状態で地中に貯留する為、二酸化炭素を圧縮する必要があり、圧縮時の消費エネルギー抑制、及び圧縮機器の制約の為、二酸化炭素濃縮ガス中の二酸化炭素は95%以上の濃度であることが求められる。また、大量に発生する排ガス中の二酸化炭素を効率よく処理する為に、消費エネルギーを抑制した二酸化炭素の分離手段が求められている。 In CCS, carbon dioxide is stored underground in a supercritical state, so it needs to be compressed. A concentration of 95% or more is required. In addition, in order to efficiently treat the carbon dioxide in the exhaust gas generated in large quantities, there is a demand for a means for separating carbon dioxide that reduces energy consumption.
発明者らが本開示に想到するに至った当時、ボイラー排ガスなどの二酸化炭素含有ガス中の二酸化炭素を分離する分野において、非透過ガスと、非透過ガスよりも二酸化炭素濃度の高い透過ガスとに分離する分離膜を用いた分離器と、非透過ガス中の二酸化炭素を濃縮する圧力スイング吸着法(PSA法)などを用いた吸着分離装置と、を併用する二酸化炭素分離システムがあった。 At the time when the inventors came up with the present disclosure, in the field of separating carbon dioxide from carbon dioxide-containing gases such as boiler exhaust gas, non-permeable gas and permeable gas with a higher carbon dioxide concentration than non-permeable gas There is a carbon dioxide separation system that uses both a separator using a separation membrane that separates into two and an adsorption separation device that uses a pressure swing adsorption method (PSA method) for concentrating carbon dioxide in non-permeable gas.
本システムは、分離器からの非透過ガスを、吸着器に吸着、脱離させることで、さらに二酸化炭素の濃縮を行い、分離器からの透過ガスと、吸着器からの脱離ガスと、を混合して、二酸化炭素濃縮ガスを得るものである。 In this system, the non-permeating gas from the separator is adsorbed and desorbed by the adsorber to further concentrate carbon dioxide, and the permeated gas from the separator and the desorbed gas from the adsorber are combined. By mixing, a carbon dioxide enriched gas is obtained.
しかしながら、本装置では、二酸化炭素含有ガスの排出源であるボイラーの起動停止、あるいはボイラーの燃焼条件の変化に伴って、二酸化炭素含有ガス中の二酸化炭素濃度が変化した場合に、分離器から吸着分離装置に供給される非透過ガス中の二酸化炭素濃度も変化するため、吸着分離装置内の吸着材に吸着される二酸化炭素量が変化して、脱離ガス中の二酸化炭素濃度が変化する。 However, in this device, when the concentration of carbon dioxide in the carbon dioxide-containing gas changes due to the start/stop of the boiler, which is the emission source of the carbon dioxide-containing gas, or due to changes in the combustion conditions of the boiler, adsorption from the separator Since the carbon dioxide concentration in the non-permeating gas supplied to the separation device also changes, the amount of carbon dioxide adsorbed by the adsorbent in the adsorption separation device changes, and the carbon dioxide concentration in the desorbed gas changes.
このため、本装置は、二酸化炭素含有ガス中の二酸化炭素濃度が変化する条件においては、安定した純度の二酸化炭素濃縮ガスを得ることができないという課題があった。 For this reason, this apparatus has a problem that it is not possible to obtain a carbon dioxide-enriched gas of stable purity under conditions where the carbon dioxide concentration in the carbon dioxide-containing gas changes.
そこで、本開示は、二酸化炭素分離装置に供給される二酸化炭素含有ガス中の二酸化炭素濃度が変化した場合においても、安定した純度の二酸化炭素濃縮ガスを供給出来る二酸化炭素分離装置を提供する。 Therefore, the present disclosure provides a carbon dioxide separator that can supply carbon dioxide-enriched gas with stable purity even when the carbon dioxide concentration in the carbon dioxide-containing gas supplied to the carbon dioxide separator changes.
以下、図面を参照しながら実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明、または、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings. However, more detailed description than necessary may be omitted. For example, detailed descriptions of well-known matters or redundant descriptions of substantially the same configurations may be omitted.
なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図していない。 It should be noted that the accompanying drawings and the following description are provided to allow those skilled in the art to fully understand the present disclosure and are not intended to limit the claimed subject matter thereby.
(実施の形態1)
以下、図1から図5を用いて、実施の形態1を説明する。
(Embodiment 1)
[1-1.構成]
図1は、実施の形態1における二酸化炭素分離装置1000の構成を示すブロック図であって、特に、吸着装置200において、吸着器2aで吸着工程を行い、吸着器2bで再生工程を行っている状態を示している。
[1-1. Constitution]
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a
図1に示すように、二酸化炭素分離装置1000は、二酸化炭素含有ガス供給源100から供給される二酸化炭素含有ガスから、二酸化炭素分離器1と吸着装置200とを用いて、安定した純度の二酸化炭素濃縮ガスを生成して、二酸化炭素利用機器16に二酸化炭素濃縮ガスを供給するように構成されている。
As shown in FIG. 1 , the
二酸化炭素分離器1の内部空間は、二酸化炭素を選択的に透過する分離膜3によって第1空間と第2空間とに仕切られている。
The internal space of the
第1空間の一方の端部は、二酸化炭素含有ガス供給流路9によって、二酸化炭素含有ガス供給源100の出口と連通している。二酸化炭素含有ガス供給流路9は、設定された供給量で二酸化炭素含有ガス供給源100からの二酸化炭素含有ガスを第1空間に供給するように構成された供給ポンプ6を備えている。第1空間の他方の端部は、二酸化炭素濃度検知器5を備えた非透過ガス流路120によって、吸着装置200の入口と連通している。
One end of the first space communicates with an outlet of a carbon dioxide-containing
第2空間の一方の端部は、第2空間を減圧するように構成された減圧ポンプ7を備えた
透過ガス流路121によって、二酸化炭素利用機器16と連通している。
One end of the second space communicates with the carbon
二酸化炭素分離装置1000は、供給ポンプ6と減圧ポンプ7の両方が動作した場合において、二酸化炭素含有ガス供給源100からの二酸化炭素含有ガスが二酸化炭素含有ガス供給流路9から第1空間に流入し、第1空間に流入した二酸化炭素含有ガスの一部が分離膜3を透過して第2空間に流入し、分離膜3を透過して第2空間に流入した二酸化炭素含有ガス(透過ガス)が第2空間から透過ガス流路121に流出して、第1空間に流入した二酸化炭素含有ガスのうちで分離膜3を透過しなかった二酸化炭素含有ガス(非透過ガス)が、第1空間から非透過ガス流路120に流出した後に、吸着装置200に供給されるように構成されている。
In the carbon
供給ポンプ6から排出された二酸化炭素含有ガスが、二酸化炭素濃度検知器5をバイパスすることなく二酸化炭素分離器1をバイパスして、非透過ガス流路120に流入するように、供給ポンプ6と二酸化炭素分離器1(第1空間)との間の二酸化炭素含有ガス供給流路9と、二酸化炭素分離器1(第1空間)と二酸化炭素濃度検知器5との間の非透過ガス流路120とは、バイパス流量調節弁17を備えた分離器バイパス流路で接続されている。
The
吸着装置200は、内部に二酸化炭素を吸着する吸着材4a,4bが充填され、非透過ガス流路120の下流側に接続された、2本の吸着器2a,2bを有している。
The
2本の吸着器2a,2bには、非透過ガス流路120の他に、吸着器2a,2bに吸着されなかった非透過ガスを二酸化炭素分離装置1000の外部に排気するための排ガス流路11と、流路の途中に吸引ポンプ15を備えて吸着器2a,2bから脱離した脱離ガスを吸着器2a,2bから回収して透過ガス流路121の透過ガスと一緒に二酸化炭素利用機器16に供給するための脱離ガス排出流路14と、が接続されている。
In the two
非透過ガス流路120は吸着器2a,2bの長手方向の一端に接続され、排ガス流路11は吸着器2a,2bの長手方向の他端に接続され、脱離ガス排出流路14は吸着器2a,2bの長手方向の一端に接続されている。
The
共用する非透過ガス流路120から分岐して吸着器2aに接続される非透過ガス流路120の分岐流路には、制御弁V1aが設けられ、共用する非透過ガス流路120から分岐して吸着器2bに接続される非透過ガス流路120の分岐流路には、制御弁V1bが設けられている。
A control valve V1a is provided in the branched flow path of the non-permeating
共用する排ガス流路11から分岐して吸着器2aに接続される排ガス流路11の分岐流路には、制御弁V2aが設けられ、共用する排ガス流路11から分岐して吸着器2bに接続される排ガス流路11の分岐流路には、制御弁V2bが設けられている。
A control valve V2a is provided in a branched flow path of the exhaust
共用する脱離ガス排出流路14から分岐して吸着器2aに接続される脱離ガス排出流路14の分岐流路には、制御弁V3aが設けられ、共用する脱離ガス排出流路14から分岐して吸着器2bに接続される脱離ガス排出流路14の分岐流路には、制御弁V3bが設けられている。
A control valve V3a is provided in a branched flow path of the desorbed gas
二酸化炭素含有ガス供給源100から二酸化炭素分離装置1000に二酸化炭素含有ガスが供給されている時に、吸着器2bが吸着材4bから二酸化炭素を脱離させる再生工程を行っている時は、吸着器2aが非透過ガスに含まれる二酸化炭素を吸着材4aに吸着する吸着工程を行っており、制御弁V1aと制御弁V2aと制御弁V3bのそれぞれが開状態で、制御弁V3aと制御弁V1bと制御弁V2bのそれぞれが閉状態である。
When the carbon dioxide-containing gas is being supplied from the carbon dioxide-containing
二酸化炭素含有ガス供給源100から二酸化炭素分離装置1000に二酸化炭素含有ガスが供給されている時に、吸着器2aが吸着材4aから二酸化炭素を脱離させる再生工程を行っている時は、吸着器2bが非透過ガスに含まれる二酸化炭素を吸着材4bに吸着する吸着工程を行っており、制御弁V1bと制御弁V2bと制御弁V3aのそれぞれが開状態で、制御弁V3bと制御弁V1aと制御弁V2aのそれぞれが閉状態である。
When the carbon dioxide-containing gas is being supplied from the carbon dioxide-containing
吸着装置200は、二酸化炭素含有ガス供給源100から二酸化炭素分離装置1000に二酸化炭素含有ガスが供給されている(非透過ガス流路120から吸着装置200に非透過ガスが供給されている)時は、吸着器2a,2bのどちらか一方が非透過ガスに含まれる二酸化炭素を吸着材4a,4bに吸着する吸着工程を行っており、吸着器2a,2bのどちらか一方が非透過ガスに含まれる二酸化炭素を吸着材4a,4bに吸着する吸着工程を行っている間に、吸着器2a,2bのどちらか他方が吸着材4a,4bから二酸化炭素を脱離させる再生工程を行うように、制御器C1によって制御弁V1a,V1b,V2a,V2b,V3a,V3bの開閉状態が制御される。
When the carbon dioxide-containing gas is supplied from the carbon dioxide-containing
排ガス流路11は、吸着工程の吸着器2a,2bに吸着されなかった非透過ガスが吸着工程の吸着器2a,2bから外部に排気されるように、2本の吸着器2a,2bの下流側に接続される流路である。
The exhaust
脱離ガス排出流路14は、再生工程の吸着器2a,2bから脱離した脱離ガスが再生工程の吸着器2a,2bから回収されるように、一端(上流側端)が2本の吸着器2a,2bに接続され他端(下流側端)が減圧ポンプ7と二酸化炭素利用機器16との間の透過ガス流路121に連通するように透過ガス流路121に接続された流路である。
One end (upstream side end) of the desorbed
吸引ポンプ15は、脱離ガス排出流路14における共用する流路の途中に配置されている。また、吸引ポンプ15は、再生工程の吸着器2a,2bの内部を減圧して、吸着材4a,4bから二酸化炭素を脱離させ、脱離ガスを脱離ガス排出流路14に流出させるように構成されている。
The
ここで、これらの構成要素の符号の添え字について、吸着器2a,2bを例に挙げて説明する。複数の吸着器2a,2bのうちの吸着器2aを他と区別して説明する場合は、吸着器2aと記載して説明する。複数の吸着器2a,2bのうちの吸着器2bを他と区別して説明する場合は、吸着器2bと記載して説明する。
Here, the suffixes of the reference numerals of these constituent elements will be described by taking the
複数の吸着器2a,2bを同時に同等に説明する場合は、吸着器2a,2bまたは吸着器2a~2bと記載し、複数の吸着器2a,2bのいずれでも構わない場合を説明するときには、吸着器2のように、小文字の英字を省略した符号を付けて説明する。
When describing a plurality of
二酸化炭素分離器1は、二酸化炭素を選択的に透過する膜であって二酸化炭素分離器1の内部空間を2つの空間に仕切る分離膜3を備える。
The
そして、二酸化炭素分離器1の内部空間が、分離膜3によって、二酸化炭素含有ガス供給流路9と非透過ガス流路120とが接続され二酸化炭素含有ガス供給流路9から二酸化炭素含有ガスが流入し非透過ガス流路120に非透過ガスが流出する第1空間と、透過ガス流路121が接続され透過ガス流路121に設けられた減圧ポンプ7によって減圧される第2空間とに区分されている。
The carbon dioxide-containing
二酸化炭素含有ガス供給流路9から二酸化炭素分離器1の第1空間に供給された二酸化炭素は、第1空間と第2空間の二酸化炭素の分圧差によって分離膜3中を選択的に透過す
る。
Carbon dioxide supplied from the carbon dioxide-containing
第1空間に供給された二酸化炭素含有ガスのうちで分離膜3を透過しなかった非透過ガスは、第1空間から非透過ガス流路120に流出する。第1空間に供給された二酸化炭素含有ガスのうちで分離膜3を透過して第2空間から透過ガス流路121に流出する透過ガスは、分離膜3を透過せずに第1空間から非透過ガス流路120に流出する非透過ガスよりも二酸化炭素濃度が高いガスである。
Of the carbon dioxide-containing gas supplied to the first space, the non-permeable gas that has not permeated the
吸着装置200を構成する吸着器2a,2bは、内部に二酸化炭素を吸着する吸着材4a,4bを備えている。吸着材4a,4bの材料は、二酸化炭素を吸着するゼオライトである。
二酸化炭素を選択的に透過する分離膜3は、アルカノールアミンの一種であるモノエタノールアミンを含有する。
The
二酸化炭素濃度検知器5は、非透過ガス流路120に設けられて吸着器2a,2bに供給される非透過ガス中の二酸化炭素濃度を検知する。
The carbon
供給ポンプ6は、二酸化炭素含有ガス供給源100からの二酸化炭素含有ガスを二酸化炭素分離器と吸着器2(吸着装置200)に供給するポンプであって、二酸化炭素含有ガス供給流路9の分離器バイパス流路18との分岐点より上流側に配置されている。
The
減圧ポンプ7は、二酸化炭素分離器1の第2空間を減圧して、二酸化炭素分離器1の第1空間から第2空間への二酸化炭素含有ガスに含まれる二酸化炭素の透過を促進するとともに、二酸化炭素分離器1の第1空間から第2空間に分離膜3を透過した透過ガスを第2空間から透過ガス流路121に流出させて二酸化炭素利用機器16に供給する、排気速度を調整可能なポンプであって、透過ガス流路121に配置されている。
The
二酸化炭素含有ガス供給流路9は、二酸化炭素含有ガス供給源100からの二酸化炭素含有ガスが二酸化炭素分離器1の第1空間に供給されるように、流路の途中に供給ポンプ6を備えている。
The carbon dioxide-containing
二酸化炭素含有ガス供給流路9は、二酸化炭素含有ガス供給源100と二酸化炭素分離器1(第1空間)とを接続し、供給ポンプ6と二酸化炭素分離器1との間の流路から分離器バイパス流路18が分岐し、流路内を二酸化炭素含有ガスが通流する流路である。
The carbon dioxide-containing
排ガス流路11は、非透過ガス流路120によって吸着器2(吸着装置200)に供給された非透過ガス(分離器バイパス流路18によって二酸化炭素分離器1の第1空間をバイパスした二酸化炭素含有ガスを含む)のうちで吸着器2の吸着材4に吸着されなかったガスを吸着器2(吸着装置200)から二酸化炭素分離装置1000の外部に排出できるように、吸着器2(吸着装置200)に接続されている。
The
非透過ガス流路120は、二酸化炭素含有ガス供給流路9から二酸化炭素分離器1の第1空間に供給された二酸化炭素含有ガスのうちで分離膜3を透過しなかった非透過ガス(二酸化炭素含有ガス)が吸着器2(吸着装置200)に供給されるように、二酸化炭素分離器1(第1空間)と吸着器2(吸着装置200)とを接続し、二酸化炭素分離器1(第1空間)と二酸化炭素濃度検知器5との間の流路に分離器バイパス流路18が合流し、流路内を非透過ガスが通流する流路である。
The
透過ガス流路121は、二酸化炭素分離器1の第1空間から第2空間に分離膜3を透過
した透過ガスが二酸化炭素利用機器16に供給されるように、流路の途中に減圧ポンプ7を備え、二酸化炭素分離器1(第2空間)と二酸化炭素利用機器16とを接続し、減圧ポンプ7と二酸化炭素利用機器16との間の流路に脱離ガス排出流路14が合流し、流路内を透過ガスが通流する流路である。
The permeated
脱離ガス排出流路14は、吸着器2の吸着材4から脱離させた脱離ガスが透過ガス流路121を経由して二酸化炭素利用機器16に供給されるように、流路の途中に吸引ポンプ15を備え、減圧ポンプ7と二酸化炭素利用機器16との間の流路と吸着器2(吸着装置200)とを接続し、流路内を脱離ガスが通流する流路である。
The desorbed
吸引ポンプ15は、吸着器2内を減圧することにより、吸着器2の吸着材4に吸着されていた二酸化炭素を、吸着材4から脱離させて、脱離ガス排出流路14に流出させて、減圧ポンプ7と二酸化炭素利用機器16との間の透過ガス流路121に供給するポンプであって、脱離ガス排出流路14に備えられている。
The
バイパス流量調節弁17は、分離器バイパス流路18を通流する二酸化炭素含有ガス量を調節する流量調節可能なバルブであって、分離器バイパス流路18に備えられている。
The bypass flow
分離器バイパス流路18は、供給ポンプ6から吐出されて二酸化炭素含有ガス供給流路9を通流する二酸化炭素含有ガスの一部が、二酸化炭素分離器1(第1空間)をバイパスして、非透過ガス流路120に流入して非透過ガスと混合されるように、供給ポンプ6と二酸化炭素分離器1(第1空間)との間の二酸化炭素含有ガス供給流路9と、二酸化炭素分離器1(第1空間)と二酸化炭素濃度検知器5との間の非透過ガス流路120とを接続している。
In the
分離器バイパス流路18は、流路の途中にバイパス流量調節弁17を備え、流路内を二酸化炭素含有ガスの一部が通流する流路である。
The separator
制御弁V1a,V1bは、非透過ガス流路120における吸着器2a,2bに対応した分岐流路にそれぞれ設けられている。制御弁V2a,V2bは、排ガス流路11における吸着器2a,2bに対応した分岐流路にそれぞれ設けられている。制御弁V3a,V3bは、脱離ガス排出流路14における吸着器2a,2bに対応した分岐流路にそれぞれ設けられている。
The control valves V1a and V1b are provided in branch flow paths corresponding to the
吸着装置200は、吸着器2a,2bを有している。吸着器2aは、制御弁V1a,V2a,V3aを備え、吸着器2bは、制御弁V1b,V2b,V3bを備えている。
The
制御器C1は、二酸化炭素分離装置1000の運転を制御する。制御器C1は、信号入出力部(図示せず)と、演算処理部(図示せず)と、制御プログラムを記憶する記憶部(図示せず)とを備えている。
Controller C1 controls the operation of
制御器C1は、供給ポンプ6、減圧ポンプ7、吸引ポンプ15、バイパス流量調節弁17、制御弁V1a~V3bを、制御器C1の指令によって、動作させるように構成されている。
The controller C1 is configured to operate the
制御器C1は、二酸化炭素濃度検知器5によって検知された濃度を基に、吸着工程の吸着器2に流入する非透過ガスに含まれる二酸化炭素の濃度が所定範囲内に収まるように、透過ガス量調節手段(供給ポンプ6、減圧ポンプ7、バイパス流量調節弁17)を制御するように構成されている。
Based on the concentration detected by the carbon
[1-2.動作]
以上のように構成された二酸化炭素分離装置1000について、その動作を図2~図5を参照して詳細に説明する。
[1-2. motion]
The operation of the
[1-2-1.基本動作]
図2は、二酸化炭素分離装置1000の基本動作を示すフローチャートである。
[1-2-1. basic action]
FIG. 2 is a flow chart showing the basic operation of the
以下の動作は、制御器C1が二酸化炭素分離装置1000を制御することによって行われる。
The following operations are performed by controlling the
運転開始要求が入ると、制御器C1の制御によって、二酸化炭素分離装置1000は、起動動作(S000)を行って運転を開始する。
When an operation start request is received, the
次に、制御器C1の制御によって、二酸化炭素分離装置1000は、吸着装置200(吸着器2)に流入する非透過ガス中の二酸化炭素濃度を調節するCO2濃度調節動作(S100)、および、吸着装置200のPSA動作(S200)を並行して行う。
Next, under the control of the controller C1, the carbon
このように、二酸化炭素分離装置1000は、吸着装置200(吸着器2)に流入する非透過ガス中の二酸化炭素濃度を所定の範囲内に調節しつつ、吸着装置200のPSA動作を行うことによって、吸着装置200から安定した濃度の脱離ガスを生成して、二酸化炭素分離器1の透過ガスと合わせて安定した濃度の二酸化炭素濃縮ガスを生成する。
In this way, the
次に、制御器C1は、二酸化炭素分離装置1000に対して運転停止の指令の有無を判定する(S300)。S300の判定の結果、運転停止指令が無ければ、運転停止指令を受けるまで、CO2濃度調節動作(S100)とPSA動作(S200)を継続する。 Next, the controller C1 determines whether or not there is a command to stop the operation of the carbon dioxide separator 1000 (S300). As a result of the determination in S300, if there is no operation stop command, the CO 2 concentration adjustment operation (S100) and PSA operation (S200) are continued until the operation stop command is received.
S300の判定の結果、運転停止指令が有れば、制御器C1は、二酸化炭素含有ガス供給源100からの二酸化炭素含有ガスを二酸化炭素分離器1の第1空間に供給する供給ポンプ6、二酸化炭素分離器1の第2空間を減圧して二酸化炭素分離器1の第1空間から第2空間に分離膜3を透過した透過ガスを第2空間から透過ガス流路121に流出させる減圧ポンプ7、再生工程の吸着器2を減圧して吸着材4から脱離した脱離ガスを脱離ガス排出流路14に流出させる吸引ポンプ15をそれぞれ停止させ(S400)、吸着器2の運転フラグ、動作ステップ情報、及び全制御弁の開閉情報を制御器C1のメモリに保存したのちに、全制御弁を閉止して(S500)、二酸化炭素分離装置1000の運転を停止する。
As a result of the determination in S300, if there is an operation stop command, the controller C1 controls the
[1-2-2.起動動作]
次に、二酸化炭素分離装置1000の起動動作(S100)について詳細に説明する。
[1-2-2. Startup action]
Next, the startup operation (S100) of the
図3は、二酸化炭素分離装置1000の起動動作(S100)を示すフローチャートである。
FIG. 3 is a flow chart showing the startup operation (S100) of the
以下の動作は、制御器C1が二酸化炭素分離装置1000を制御することによって行われる。
The following operations are performed by controlling the
まず、制御器C1は、二酸化炭素分離器1の第2空間を減圧する減圧ポンプ7を起動して、二酸化炭素分離器1の第2空間の圧力が既定の圧力(20kPa)になるように、減圧ポンプ7の排気速度を調整することによって、二酸化炭素分離器1の第2空間の圧力を既定の圧力である20kPaに減圧する(S001)。
First, the controller C1 activates the
次に、制御器C1は、制御器C1のメモリに格納された前回運転時の吸着装置200の吸着器2a,2bのフラグ情報、及び動作ステップの情報、制御弁V1a~V3bの開閉情報を読み出して、吸着装置200に反映する(S002)。
Next, the controller C1 reads the flag information of the
次に、制御器C1は、二酸化炭素含有ガスを二酸化炭素分離器1の第1空間に供給する供給ポンプ6を第一供給量(30L/min)で動作させることによって、二酸化炭素含有ガス供給源100からの二酸化炭素含有ガスを、二酸化炭素分離器1の第1空間(の入口)に供給する(S003)。
Next, the controller C1 operates the
[1-2-3.CO2濃度調節動作]
次に、二酸化炭素分離装置1000のCO2濃度調節動作(S100)について、図4を用いて説明する。
[1-2-3. CO 2 concentration adjustment operation]
Next, the CO 2 concentration adjustment operation (S100) of the carbon
まず、制御器C1は、二酸化炭素分離器1の第1空間の出口と吸着装置200(吸着器2)の入口とを接続する非透過ガス流路120に設けられた二酸化炭素濃度検知器5の検知した非透過ガス中の二酸化炭素濃度が、所定の濃度範囲内であるか否かを判定する(S101)。
First, the controller C1 controls the carbon
S101の判定の結果、所定の濃度範囲内であれば、S101をYes側に分岐して、CO2濃度調節動作を終了して、次工程に遷移する。 As a result of the determination in S101, if the concentration is within the predetermined range, S101 is branched to the Yes side, the CO 2 concentration adjustment operation is completed, and the process transitions to the next step.
S101の判定の結果、所定の濃度範囲外であれば、S101をNo側に分岐して、制御器C1は、二酸化炭素濃度検知器5の検知した非透過ガス中の二酸化炭素濃度が所定の濃度範囲の上限値を超えているか否かを判定する(S102)。
As a result of the determination in S101, if it is outside the predetermined concentration range, S101 is branched to the No side, and the controller C1 detects that the concentration of carbon dioxide in the non-permeating gas detected by the carbon
S102の判定の結果、所定の濃度範囲の上限値を超えていれば、S102をYes側に分岐して、制御器C1は、二酸化炭素含有ガス供給流路9から分離器バイパス流路18を介して(二酸化炭素分離器1(第1空間)をバイパスして)非透過ガス流路120に流入する二酸化炭素含有ガス量を調節するバイパス流量調節弁17のバルブ開度が0%、すなわち全閉か否かの判定を行う(S103)。
As a result of the determination in S102, if the upper limit value of the predetermined concentration range is exceeded, S102 is branched to the Yes side, and the controller C1 causes the carbon dioxide-containing
S102の判定の結果、所定の濃度範囲の上限値を超えていなければ、S102をNo側に分岐して、制御器C1は、二酸化炭素分離器1の第2空間を減圧して第1空間から第2空間に分離膜3を透過した透過ガスを第2空間から透過ガス流路121に流出させるように構成された減圧ポンプ7の排気速度が、最小排気速度であるか否かの判定を行う(S108)。
As a result of the determination in S102, if the upper limit value of the predetermined concentration range is not exceeded, S102 is branched to the No side, and the controller C1 decompresses the second space of the
S103の判定の結果、バイパス流量調節弁17のバルブ開度が0%でなければ、S103をNo側に分岐して、制御器C1は、二酸化炭素濃度検知器5の検知濃度と所定の濃度範囲との差分に応じてバイパス流量調節弁17の開度を下げて(S107)、CO2濃度調節動作を終了して、次工程に遷移する。
As a result of the determination in S103, if the valve opening degree of the bypass
これにより、分離器バイパス流路18を通流して非透過ガスに加えられる二酸化炭素含有ガス量が減少し、二酸化炭素分離器1に供給される二酸化炭素含有ガス量が増加することにより、吸着装置200に供給される非透過ガス中の二酸化炭素濃度が低下するので、吸着装置200に供給される非透過ガス中の二酸化炭素濃度が所定の濃度範囲の上限値を超えないように制御することができる。
As a result, the amount of the carbon dioxide-containing gas that flows through the separator
そのため、吸着器2から流出する脱離ガス中の二酸化炭素濃度を安定させ、安定した純度の二酸化炭素濃縮ガスを二酸化炭素利用機器16に供給することができる。
Therefore, the concentration of carbon dioxide in the desorbed gas flowing out of the adsorber 2 can be stabilized, and carbon dioxide-enriched gas with stable purity can be supplied to the carbon
S103の判定の結果、バイパス流量調節弁17のバルブ開度が0%であれば、S103をYes側に分岐して、制御器C1は、減圧ポンプ7の排気速度が最大排気速度より低いか否かの判定を行う(S104)。
If the valve opening degree of the bypass
S104の判定の結果、減圧ポンプ7の排気速度が最大排気速度より低ければ、S104をYes側に分岐して、制御器C1は、二酸化炭素濃度検知器5の検知濃度と所定の濃度範囲との差分に応じて減圧ポンプ7の排気速度を上げて(S105)、CO2濃度調節動作を終了して、次工程に遷移する。
As a result of the determination in S104, if the exhaust speed of the
これにより、二酸化炭素分離器1の第1空間を通流する二酸化炭素含有ガス中の二酸化炭素分圧の平均値から第2空間を通流する透過ガス中の二酸化炭素分圧の平均値を差し引いた分圧差が大きくなることによって、第1空間から第2空間へと分離膜3を透過する二酸化炭素量が増加することにより、第1空間から非透過ガス流路120に流出して吸着装置200に供給される非透過ガスの二酸化炭素濃度が低下するので、吸着装置200に供給される非透過ガス中の二酸化炭素濃度が所定の濃度範囲の上限値を超えないように制御することができる。
Thereby, the average value of the carbon dioxide partial pressure in the permeate gas flowing through the second space is subtracted from the average value of the carbon dioxide partial pressure in the carbon dioxide-containing gas flowing through the first space of the
そのため、吸着器2から流出する脱離ガス中の二酸化炭素濃度を安定させ、安定した純度の二酸化炭素濃縮ガスを二酸化炭素利用機器16に供給することができる。
Therefore, the concentration of carbon dioxide in the desorbed gas flowing out of the adsorber 2 can be stabilized, and carbon dioxide-enriched gas with stable purity can be supplied to the carbon
S104の判定の結果、減圧ポンプ7の排気速度が最大排気速度であれば、S104をNo側に分岐して、制御器C1は、二酸化炭素濃度検知器5の検知濃度と所定の濃度範囲との差分に応じて、供給ポンプ6の二酸化炭素含有ガス供給量を現状の第一供給量より減らすことにより、二酸化炭素分離器1の第1空間から非透過ガス流路120に流出する非透過ガスの流出量を減らして(S106)、CO2濃度調節動作を終了して、次工程に遷移する。
As a result of the determination in S104, if the exhaust speed of the
これにより、所定の濃度を超える二酸化炭素含有ガスの吸着装置200への供給量を減らすことで、吸着工程にある吸着器2内部の吸着材4に吸着する二酸化炭素の単位時間あたりの吸着量を所定の吸着量に制限して、吸着器2から流出する脱離ガス中の二酸化炭素濃度が所定の濃度範囲の上限値を超えないようにして、安定した純度の二酸化炭素濃縮ガスを供給することができる。
As a result, by reducing the supply amount of the carbon dioxide-containing gas exceeding a predetermined concentration to the
S108の判定の結果、減圧ポンプ7の排気速度が最小排気速度であれば、S108をYes側に分岐して、制御器C1は、バイパス流量調節弁17の開度が100%、すなわち全開であるか否かを判定する(S109)。
As a result of the determination in S108, if the exhaust speed of the
S108の判定の結果、減圧ポンプ7の排気速度が最小排気速度でなければ、S108をNo側に分岐して、制御器C1は、二酸化炭素濃度検知器5の検知濃度と所定の濃度範囲との差分に応じて減圧ポンプ7の排気速度を下げて(S111)、CO2濃度調節動作を終了して、次工程に遷移する。
As a result of the determination in S108, if the exhaust speed of the
これにより、二酸化炭素分離器1の第1空間を通流する二酸化炭素含有ガス中の二酸化炭素分圧の平均値から第2空間を通流する透過ガス中の二酸化炭素分圧の平均値を差し引いた分圧差が小さくなることによって、第1空間から第2空間へと分離膜3を透過する二酸化炭素量が減少することにより、第1空間から非透過ガス流路120に流出して吸着装置200に供給される非透過ガスの二酸化炭素濃度が高くなるので、吸着装置200に供給される非透過ガス中の二酸化炭素濃度が所定の濃度範囲の下限値を下回らないように制御することができる。
Thereby, the average value of the carbon dioxide partial pressure in the permeate gas flowing through the second space is subtracted from the average value of the carbon dioxide partial pressure in the carbon dioxide-containing gas flowing through the first space of the
そのため、吸着器2から流出する脱離ガス中の二酸化炭素濃度を安定させ、安定した純度の二酸化炭素濃縮ガスを二酸化炭素利用機器16に供給することができる。
Therefore, the concentration of carbon dioxide in the desorbed gas flowing out of the adsorber 2 can be stabilized, and carbon dioxide-enriched gas with stable purity can be supplied to the carbon
S109の判定の結果、バイパス流量調節弁17の開度が100%であれば、制御器C1は、二酸化炭素分離装置1000の停止指令を出し(S110)、CO2濃度調節動作を終了して、次工程に遷移する。
As a result of the determination in S109, if the opening degree of the bypass
これにより、二酸化炭素分離装置1000によって所定濃度範囲内に制御できない低濃度の二酸化炭素を含む二酸化炭素含有ガスが二酸化炭素分離装置1000に供給されたことによる、低濃度の二酸化炭素濃縮ガスが二酸化炭素利用機器16に供給されることを防止することができる。
As a result, when the carbon dioxide-containing gas containing low-concentration carbon dioxide that cannot be controlled within a predetermined concentration range by the carbon
S109の判定の結果、バイパス流量調節弁17の開度が100%であれば、制御器C1は、二酸化炭素濃度検知器5の検知濃度と所定の濃度範囲との差分に応じてバイパス流量調節弁17の開度を上げて(S112)、CO2濃度調節動作を終了して、次工程に遷移する。
If the opening degree of the bypass
これにより、分離器バイパス流路18を通流して非透過ガスに加えられる二酸化炭素含有ガス量が増加し、二酸化炭素分離器1に供給される二酸化炭素含有ガス量が減少することにより、吸着装置200に供給される非透過ガス中の二酸化炭素濃度が高くなるので、吸着装置200に供給される非透過ガス中の二酸化炭素濃度が所定の濃度範囲の下限値を下回らないように制御することができる。
As a result, the amount of the carbon dioxide-containing gas that flows through the
そのため、吸着器2から流出する脱離ガス中の二酸化炭素濃度を安定させ、安定した純度の二酸化炭素濃縮ガスを二酸化炭素利用機器16に供給することができる。
Therefore, the concentration of carbon dioxide in the desorbed gas flowing out of the adsorber 2 can be stabilized, and carbon dioxide-enriched gas with stable purity can be supplied to the carbon
[1-2-4.PSA動作]
次に、二酸化炭素分離装置1000のPSA動作(S200)について、図5を用いて説明する。
[1-2-4. PSA operation]
Next, the PSA operation (S200) of
本工程において、制御器C1は、二酸化炭素分離装置1000に備えられた吸着器2のそれぞれに対し、並行して判定・動作を行う。そのため、図5は、吸着器2aの動作を示すが、それ以外の吸着器2bも同様に、かつ並行して動作する。
In this step, the controller C1 performs determination and operation in parallel for each of the adsorbers 2 provided in the
まず、制御器C1は、吸着工程フラグがONになっている吸着器2の有無を判定し(S201)、判定の結果、吸着工程フラグがONになっている吸着器2が有れば、S201の判定を繰り返す。 First, the controller C1 determines whether or not there is an adsorber 2 whose adsorption process flag is ON (S201). repeat the judgment.
S201の判定の結果、吸着工程フラグがONになっている吸着器2が無ければ、S201をNo側に分岐して、吸着器2aの吸着工程フラグをONにする(S202)。
As a result of the determination in S201, if there is no adsorber 2 whose adsorption process flag is ON, S201 is branched to the No side, and the adsorption process flag of the
次に、制御器C1は、制御弁V3aを閉止した状態で、制御弁V1a,V2aを開放状態にすることによって、非透過ガス流路120の非透過ガスを吸着器2aに供給する(S203)。
Next, the controller C1 opens the control valves V1a and V2a while closing the control valve V3a, thereby supplying the non-permeating gas in the non-permeating
その結果、非透過ガスに含まれる二酸化炭素が吸着器2a内の吸着材4aに吸着され、吸着器2aに供給された非透過ガスのうちで、吸着材4aに吸着されなかった不純物ガスは、排ガス流路11を経由して排気される。
As a result, the carbon dioxide contained in the non-permeable gas is adsorbed by the adsorbent 4a in the
次に、制御器C1は、吸着器2aの吸着工程フラグがONになってから所定時間(30min)を経過したか否かを確認し(S204)、確認の結果、所定時間を経過していなければ、経過するまでS204の確認を繰り返す。
Next, the controller C1 checks whether or not a predetermined time (30 min) has elapsed since the adsorption process flag of the
S204の確認の結果、吸着器2aの吸着工程フラグがONになってから所定時間を経過していれば、S204をYes側に分岐して、制御器C1は、吸着器2aの吸着工程フラグをOFFにして、制御弁V1a,V2aを閉止する(S205)。
As a result of confirmation in S204, if a predetermined time has passed since the adsorption process flag of the
ここで、本実施の形態では、吸着工程の所定時間を30minに設定しているが、これはあくまで一例に過ぎない。 Here, in the present embodiment, the predetermined time for the adsorption step is set to 30 minutes, but this is merely an example.
ここで、吸着工程の所定時間は事前に実験によって求められた値である。吸着工程の所定時間は、吸着器2a,2b内の吸着材4a,4bに非透過ガス中の二酸化炭素が吸着され、吸着材4a,4bに吸着された二酸化炭素を脱離させて得られる脱離ガス中の二酸化炭素濃度が、二酸化炭素利用機器16の要求する濃度になる時間であればよく、二酸化炭素濃度検知器5の測定値に応じて変更してもよい。よって、吸着工程の所定時間は、定量的に確定的なものではない。
Here, the predetermined time for the adsorption step is a value obtained in advance by experiments. During the predetermined time of the adsorption step, the carbon dioxide in the non-permeating gas is adsorbed by the
つまり、ここでは、吸着工程フラグがONになった時点からの経過時間が30minになると、脱離ガス中の二酸化炭素濃度が、二酸化炭素利用機器16の要求する濃度に到達すると判定し、経過時間が30minになる前では、脱離ガス中の二酸化炭素濃度が、二酸化炭素利用機器16の要求する濃度に到達しないと判定しているが、この判定基準は一例に過ぎない。
That is, here, when the elapsed time from the time when the adsorption process flag is turned ON reaches 30 minutes, it is determined that the concentration of carbon dioxide in the desorbed gas reaches the concentration required by the carbon
次に、制御器C1は、再生工程フラグがONになっている吸着器2の有無を判定し(S206)、判定の結果、再生工程フラグがONになっている吸着器2が有れば、S206の判定を繰り返す。 Next, the controller C1 determines whether or not there is an adsorber 2 whose regeneration process flag is ON (S206). The determination of S206 is repeated.
S206の判定の結果、再生工程フラグがONになっている吸着器2が無ければ、S206をNo側に分岐して、吸着器2aの再生工程フラグをONにする(S207)。
As a result of the determination in S206, if there is no adsorber 2 whose regeneration process flag is ON, S206 branches to No, and the regeneration process flag of the
次に、制御器C1は、制御弁V3aを開放して、吸引ポンプ15を動作させて(S208)、再生工程を開始する。 Next, the controller C1 opens the control valve V3a to operate the suction pump 15 (S208) to start the regeneration process.
その結果、吸着工程において吸着器2aに吸着されていた二酸化炭素と不純物ガスが、吸着器2a(吸着材4a)から脱離して、その脱離ガスが脱離ガス排出流路14に流出する。
As a result, the carbon dioxide and the impurity gas adsorbed in the
次に、制御器C1は、吸着器2aの再生工程フラグがONになってから所定時間(30min)を経過したか否かを確認し(S209)、確認の結果、所定時間を経過していなければ、経過するまでS209の確認を繰り返す。
Next, the controller C1 checks whether or not a predetermined time (30 min) has elapsed since the regeneration process flag of the
S209の確認の結果、吸着器2aの再生工程フラグがONになってから所定時間を経過していれば、S209をYes側に分岐して、制御器C1は、制御弁V3aを閉止して吸引ポンプ15を停止させ(S210)、吸着器2aの再生工程フラグをOFFにして(S211)、次工程に遷移する。
As a result of confirmation in S209, if a predetermined time has passed since the regeneration process flag of the
ここで、本実施の形態では、再生工程の所定時間を30minに設定しているが、これはあくまで一例に過ぎない。 Here, in the present embodiment, the predetermined time for the regeneration process is set to 30 minutes, but this is merely an example.
ここで、再生工程の所定時間は事前に実験によって求められた値である。再生工程の所定時間は、吸着器2a,2b内の吸着材4a,4bが吸着した二酸化炭素の脱離が完了したか否かを判定できる値であればよい。よって、再生工程の所定時間は、定量的に確定的なものではない。
Here, the predetermined time for the regeneration process is a value obtained in advance by experiments. The predetermined time for the regeneration step may be any value that allows determination of whether or not the desorption of carbon dioxide adsorbed by the
つまり、ここでは、再生工程フラグがONになった時点からの経過時間が30minになると、吸着材4a,4bが吸着した二酸化炭素の脱離が完了したと判定し、経過時間が30minになる前では、吸着材4a,4bが吸着した二酸化炭素の脱離が完了していないと判定しているが、この判定基準は一例に過ぎない。
That is, here, when the elapsed time from the time when the regeneration process flag is turned ON reaches 30 minutes, it is determined that the desorption of the carbon dioxide adsorbed by the
二酸化炭素含有ガス供給源100から二酸化炭素分離装置1000に二酸化炭素含有ガスが供給されている(吸着装置200に非透過ガスが供給されている)時は、吸着装置200において、吸着器2a,2bのどちらか一方が非透過ガスに含まれる二酸化炭素を吸着材4a,4bに吸着する吸着工程を行っている。
When the carbon dioxide-containing gas is supplied from the carbon dioxide-containing
そして、吸着器2a,2bのどちらか一方が非透過ガスに含まれる二酸化炭素を吸着材4a,4bに吸着する吸着工程を行っている間に、吸着器2a,2bのどちらか他方が吸着材4a,4bから二酸化炭素を脱離させる再生工程を行っている。
While one of the
例えば、吸着器2bが吸着材4bから二酸化炭素を脱離させる再生工程を行っている時は、吸着器2aが非透過ガスに含まれる二酸化炭素を吸着材4aに吸着する吸着工程を行っており、制御弁V1aと制御弁V2aと制御弁V3bのそれぞれが開状態で、制御弁V3aと制御弁V1bと制御弁V2bのそれぞれが閉状態である。
For example, when the
同様に、吸着器2aが吸着材4aから二酸化炭素を脱離させる再生工程を行っている時は、吸着器2bが非透過ガスに含まれる二酸化炭素を吸着材4bに吸着する吸着工程を行っており、制御弁V1bと制御弁V2bと制御弁V3aのそれぞれが開状態で、制御弁V3bと制御弁V1aと制御弁V2aのそれぞれが閉状態である。
Similarly, when the
[1-3.効果等]
以上のように、本実施の形態における二酸化炭素分離装置1000は、二酸化炭素分離器1と、減圧ポンプ7、二酸化炭素濃度検知器5と、透過ガス量調節手段として機能する供給ポンプ6及びバイパス流量調節弁17と、吸着装置200と、排ガス流路11と、脱離ガス排出流路14と、吸引ポンプ15と、制御器C1と、を備えている。減圧ポンプ7は、透過ガス量調節手段としても機能する。
[1-3. effects, etc.]
As described above, the
二酸化炭素分離器1は、二酸化炭素を選択的に透過する分離膜3によって、内部空間が第1空間と第2空間とに仕切られている。第1空間は、二酸化炭素含有ガスが二酸化炭素含有ガス供給流路9から流入する空間であるとともに、分離膜3を透過しなかった非透過ガスが、非透過ガス流路120に流出する空間である。第2空間は、分離膜3を透過した透過ガスが透過ガス流路121に流出する空間である。
The
減圧ポンプ7は、透過ガス流路121の途中に設けられて、減圧ポンプ7に対して設定された排気速度で、第2空間を減圧するように構成されたポンプである。減圧ポンプ7の減圧動作によって、二酸化炭素含有ガスに含まれる二酸化炭素が分離膜3を透過し、透過ガスが透過ガス流路121に流出する。
The
二酸化炭素濃度検知器5は、非透過ガス流路120の途中に配置されて、非透過ガス流路120を通流する非透過ガスに含まれる二酸化炭素の濃度を検知するように構成されている。
The carbon
吸着装置200は、内部に二酸化炭素を吸着する吸着材4a,4bが充填され、非透過ガス流路120の下流側に接続された、2本の吸着器2a,2bを有する。
The
また、吸着装置200は、二酸化炭素含有ガス供給源100から二酸化炭素分離装置1000に二酸化炭素含有ガスが供給されている(非透過ガス流路120から吸着装置200に非透過ガスが供給されている)時は、吸着器2a,2bのどちらか一方が非透過ガスに含まれる二酸化炭素を吸着材4a,4bに吸着する吸着工程を行い、吸着器2a,2bの一方が吸着工程を行っている間に、吸着器2a,2bの他方が吸着材4a,4bから二酸化炭素を脱離させる再生工程を行うように構成されている。
In the
排ガス流路11は、吸着工程の吸着器2a,2bに吸着されなかった非透過ガスが吸着工程の吸着器2a,2bから外部に排気されるように、2本の吸着器2a,2bの下流に接続される流路である。
The exhaust
脱離ガス排出流路14は、再生工程の吸着器2a,2bから脱離した脱離ガスが再生工程の吸着器2a,2bから回収されるように、2本の吸着器2a,2bに接続された流路である。
The desorbed
吸引ポンプ15は、脱離ガス排出流路14の途中に設けられる。また、吸引ポンプ15は、再生工程の吸着器2a,2bの内部を減圧して、吸着材4a,4bから二酸化炭素を脱離させ、脱離ガスを脱離ガス排出流路14に流出させるように構成されている。
The
供給ポンプ6は、二酸化炭素含有ガス供給流路9の途中に設けられる。また、供給ポンプ6は、二酸化炭素含有ガス供給源100からの二酸化炭素含有ガスを、供給ポンプ6に対して設定された供給量で、二酸化炭素分離器1の第1空間に、供給するように構成されている。
The
バイパス流量調節弁17は、分離器バイパス流路18の途中に設けられ、弁の開度を調節することにより、分離器バイパス流路18を通流する二酸化炭素含有ガスの量流を調節できるように構成されている。
The bypass flow
分離器バイパス流路18は、二酸化炭素分離器1をバイパスして二酸化炭素濃度検知器5をバイパスしないように、二酸化炭素含有ガス供給流路9と非透過ガス流路120とを、バイパス流量調節弁17を介して接続している。
The separator
制御器C1は、二酸化炭素濃度検知器5によって検知された濃度を基に、吸着工程の吸着器に流入する非透過ガスに含まれる二酸化炭素の濃度が、所定範囲内に収まるように、透過ガス量調節手段として機能する供給ポンプ6、バイパス流量調節弁17、減圧ポンプ7のいずれかを制御するように構成されている。
Based on the concentration detected by the carbon
上記構成の二酸化炭素分離装置1000は、制御器C1が、非透過ガス流路120に設けられた二酸化炭素濃度検知器5によって検知された非透過ガスに含まれる二酸化炭素の濃度を基に、吸着工程の吸着器2に流入する非透過ガスに含まれる二酸化炭素の濃度が所定範囲内に収まるように、透過ガスの流量を調節する(透過ガス量調節手段を制御する)ので、吸着装置200(吸着器2)に流入する非透過ガス中の二酸化炭素濃度が変化した際に、分離膜3を透過する二酸化炭素量を変化させることができ、吸着工程の吸着器2に流入する非透過ガス中の二酸化炭素濃度を所定の範囲内に制御することが可能となる。
In the carbon
そのため、吸着装置200(吸着器2)に流入する二酸化炭素濃度が安定し、吸着材4
に吸着する二酸化炭素吸着量が安定することで、脱離ガス中の二酸化炭素濃度を安定化することが可能となり、安定した純度の二酸化炭素濃縮ガスを二酸化炭素利用機器16に供給することが可能となる。
Therefore, the concentration of carbon dioxide flowing into the adsorption device 200 (adsorber 2) is stabilized, and the adsorbent 4
By stabilizing the amount of carbon dioxide adsorbed to the carbon dioxide, the concentration of carbon dioxide in the desorbed gas can be stabilized, and carbon dioxide enriched gas with stable purity can be supplied to the carbon
本実施の形態のように、二酸化炭素分離装置1000は、第1空間を通流する二酸化炭素含有ガス中の二酸化炭素分圧の平均値から第2空間を通流する透過ガス中の二酸化炭素分圧の平均値を差し引いた分圧差を制御することによって、吸着工程の吸着器2に流入する非透過ガスに含まれる二酸化炭素の濃度が所定範囲内に収まるように、透過ガスの流量を調節しても構わない。
As in the present embodiment, the
この場合は、制御器C1は、二酸化炭素濃度検知器5によって検知された非透過ガス中の二酸化炭素濃度を基に、吸着工程にある吸着器2に流入する非透過ガスに含まれる二酸化炭素の濃度が所定範囲の上限値を超えると判断した場合は、分圧差を0以上の範囲内で大きくするよう分圧差を調節し、濃度が所定範囲の下限値を下回ると判断した場合は、分圧差を0以上の範囲内で小さくするよう分圧差を調節しても構わない。
In this case, based on the carbon dioxide concentration in the non-permeating gas detected by the carbon
分圧差の調節は、減圧ポンプ7の排気速度の調節や、供給ポンプ6の供給量の調節により行うことができる。減圧ポンプ7の排気速度を上げると、分圧差が大きくなり、減圧ポンプ7の排気速度を下げると、分圧差が小さくなる。また、供給ポンプ6の供給量を上げると、分圧差が大きくなり、供給ポンプ6の供給量を下げると、分圧差が小さくなる。
The partial pressure difference can be adjusted by adjusting the pumping speed of the
これにより、二酸化炭素分離器1の第2空間に滞留する透過ガス中の二酸化炭素濃度の影響を抑制し、分離膜3の二酸化炭素透過量を調節することが可能となる。
As a result, the influence of the carbon dioxide concentration in the permeated gas staying in the second space of the
このため、二酸化炭素含有ガス中の二酸化炭素濃度が大きく変化したとしても、変化直前の二酸化炭素濃度の影響を抑制し、速やかに透過ガス量を調節することが可能となるので、高い回収率を維持し、脱離ガス中の二酸化炭素濃度をさらに安定化できる。 Therefore, even if the carbon dioxide concentration in the carbon dioxide-containing gas changes significantly, the effect of the carbon dioxide concentration immediately before the change can be suppressed, and the amount of permeating gas can be quickly adjusted, resulting in a high recovery rate. can be maintained and the carbon dioxide concentration in the desorbed gas can be further stabilized.
また、本実施の形態のように、二酸化炭素分離装置1000は、減圧ポンプ7が、能力可変に構成されたポンプであっても構わない。
In addition, as in the present embodiment, the
この場合は、制御器C1は、二酸化炭素濃度検知器5によって検知された非透過ガス中の二酸化炭素濃度を基に、吸着工程にある吸着器2に流入する非透過ガスに含まれる二酸化炭素の濃度が所定範囲の上限値を超えると判断した場合は、減圧ポンプ7の排気能力を高くし、濃度が所定範囲の下限値を下回ると判断した場合は、減圧ポンプ7の排気能力を低くするよう制御しても構わない。
In this case, based on the carbon dioxide concentration in the non-permeating gas detected by the carbon
これにより、二酸化炭素含有ガス供給流路9を通流する二酸化炭素含有ガスの圧力を高めなくとも分圧差を大きくすることができる。
Thereby, the partial pressure difference can be increased without increasing the pressure of the carbon dioxide-containing gas flowing through the carbon dioxide-containing
このため、二酸化炭素含有ガスに水蒸気が含まれている場合においても、分離膜3の表面での結露を抑制できるため、分離膜3の表面への水滴付着による利用可能な膜面積の減少を抑制することができ、透過ガス量の制御が簡単になるので、脱離ガス中の二酸化炭素濃度をさらに安定化できる。
Therefore, even when water vapor is contained in the carbon dioxide-containing gas, dew condensation on the surface of the
また、本実施の形態のように、二酸化炭素分離装置1000は、二酸化炭素分離器1をバイパスして二酸化炭素濃度検知器5をバイパスしないように、二酸化炭素含有ガス供給流路9と非透過ガス流路120とを、バイパス流量調整弁を介して接続する分離器バイパス流路18を備えて、バイパス流量調節弁17によって、二酸化炭素含有ガス供給流路9から分離器バイパス流路18を通って非透過ガス流路120へと流れる二酸化炭素含有ガ
スの流量を調節することによって、透過ガスの流量を調節しても構わない。
In addition, as in the present embodiment, the
この場合は、制御器C1は、二酸化炭素含有ガスの一部が分離器バイパス流路18を通流しているときに、二酸化炭素濃度検知器5によって検知された非透過ガス中の二酸化炭素濃度を基に、吸着工程の吸着器2に流入する非透過ガスに含まれる二酸化炭素の濃度が所定範囲の上限値を超えると判断した場合は、バイパス流量調節弁17によって分離器バイパス流路18を通流する二酸化炭素含有ガスの流量を減らし、バイパス流量調節弁17が全開ではないときに、濃度が所定範囲の下限値を下回ると判断した場合は、バイパス流量調節弁17によって分離器バイパス流路18を通流する二酸化炭素含有ガスの流量を増やすよう制御しても構わない。
In this case, the controller C1 detects the carbon dioxide concentration in the non-permeating gas detected by the carbon
これにより、二酸化炭素分離器1に流入する二酸化炭素含有ガス量を調節することが可能となり、分離膜3の透過流束を変化させなくとも透過ガス量を制御することが可能となる。
As a result, the amount of carbon dioxide-containing gas flowing into the
このため、分離膜3の透過流束を変化させる場合に比べ短時間で透過ガス量を制御できるので、脱離ガス中の二酸化炭素濃度の変化をより抑制することが可能となる。
Therefore, the permeation gas amount can be controlled in a short time compared to the case where the permeation flux of the
(実施の形態2)
以下、図6から図10を用いて、実施の形態2を説明する。なお、図6において、図1に示された実施の形態1と同一構成については同一符号を付して、その詳細な説明を省略する場合がある。
(Embodiment 2)
Embodiment 2 will be described below with reference to FIGS. 6 to 10. FIG. In addition, in FIG. 6, the same reference numerals are assigned to the same configurations as those of the first embodiment shown in FIG. 1, and detailed description thereof may be omitted.
[2-1.構成]
図6は、実施の形態2における二酸化炭素分離装置1001の構成を示すブロック図であって、特に、吸着装置201において、吸着器2aで吸着工程を行い、吸着器2bで再生工程を行っている状態を示している。
[2-1. Constitution]
FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the carbon
図9は、実施の形態2における二酸化炭素分離装置1001の構成を示すブロック図であって、特に、吸着装置201において、吸着器2aで吸着工程を行い、吸着器2bでパージ工程を行っている状態を示している。
FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the carbon
図6、図9に示すように、二酸化炭素分離装置1001は、二酸化炭素含有ガス供給源100から供給される二酸化炭素含有ガスから、二酸化炭素分離器1と吸着装置201とを用いて、安定した純度の二酸化炭素濃縮ガスを生成して、二酸化炭素利用機器16に二酸化炭素濃縮ガスを供給するように構成されている。
As shown in FIGS. 6 and 9, the carbon
二酸化炭素分離器1の内部空間は、二酸化炭素を選択的に透過する分離膜31によって第1空間と第2空間とに仕切られている。分離膜31は、膜の含水率が高くなるにつれて二酸化炭素の透過性能が上昇する特性と、膜の温度が高くなるにつれて二酸化炭素の透過性能が上昇する特性と、を有している。
The internal space of the
二酸化炭素分離器1の外側には、温度調節器8が設けられる。温度調節器8は、二酸化炭素分離器1を加熱するヒーターと、二酸化炭素分離器1の温度を検知する温度検知手段(図示せず)と、を備えており、設定温度が設定されると、二酸化炭素分離器1を設定温度に加熱できるように構成されている。
A
第1空間の一方の端部は、二酸化炭素含有ガス供給流路9によって、二酸化炭素含有ガス供給源100の出口と連通している。二酸化炭素含有ガス供給流路9は、二酸化炭素含有ガス供給源100からの二酸化炭素含有ガスを加湿するように構成された加湿器171
を備えている。
One end of the first space communicates with an outlet of a carbon dioxide-containing
It has
また、第1空間の他方の端部は、供給ポンプ61と二酸化炭素濃度検知器5とを備えた非透過ガス流路120によって、吸着装置201の入口(吸着装置201内の2本の吸着器2a,2bの一端)と連通している。 The other end of the first space is connected to the inlet of the adsorption device 201 (two adsorbers in the 2a and 2b).
供給ポンプ61は、供給ポンプ61の供給量を、供給ポンプ61に対して設定された供給量にすることができるように構成されている。
The
また、供給ポンプ61は、供給ポンプ61の働きによって、二酸化炭素含有ガス供給源100からの二酸化炭素含有ガスを第1空間に供給するとともに、第1空間から排出された非透過ガスを吸着装置201の吸着器2に供給することができるように、第1空間と吸着器2とを接続する非透過ガス流路120に配置されている。
In addition, the
第2空間の一方の端部は、第2空間を減圧するように構成された減圧ポンプ7を備えて減圧ポンプ7よりも下流側で分岐した透過ガス流路122によって、吸着装置201内の2本の吸着器2a,2bの一端と二酸化炭素利用機器16とに連通している。
One end of the second space is provided with a
第2空間の他方の端部は、第2空間に水蒸気を送出する加湿器172の水蒸気の出口と連通している。
The other end of the second space communicates with a water vapor outlet of a
二酸化炭素分離装置1001は、供給ポンプ61と減圧ポンプ7の両方が動作した場合において、二酸化炭素含有ガス供給源100からの二酸化炭素含有ガスが、二酸化炭素含有ガス供給流路9から第1空間に流入し、第1空間に流入した二酸化炭素含有ガスの一部が、分離膜31を透過して第2空間に流入し、分離膜31を透過して第2空間に流入した二酸化炭素含有ガス(透過ガス)が、第2空間から透過ガス流路122に流出した後に、吸着装置201に供給され、第1空間に流入した二酸化炭素含有ガスのうちで分離膜31を透過しなかった二酸化炭素含有ガス(非透過ガス)が、第1空間から非透過ガス流路120に流出した後に、吸着装置201に供給されるように構成されている。
In the carbon
吸着装置201は、内部に二酸化炭素を吸着する吸着材4a,4bが充填され、非透過ガス流路120と透過ガス流路122のそれぞれの流路の下流側に接続された、2本の吸着器2a,2bを有している。
The
2本の吸着器2a,2bには、非透過ガス流路120と透過ガス流路122の他に、吸着器2a,2bに吸着されなかった非透過ガスを二酸化炭素分離装置1001の外部に排気するための排ガス流路11と、流路の途中に吸引ポンプ15を備えて吸着器2a,2bから脱離した脱離ガスを吸着器2a,2bから回収して透過ガス流路122の透過ガスと一緒に二酸化炭素利用機器16に供給するための脱離ガス排出流路14と、が接続されている。
In the two
非透過ガス流路120は、吸着器2a,2bの長手方向の一端に接続され、透過ガス流路122は、吸着器2a,2bの長手方向の一端に接続され、排ガス流路11は、吸着器2a,2bの長手方向の他端に接続され、脱離ガス排出流路14は、吸着器2a,2bの長手方向の一端に接続されている。
The
共用する非透過ガス流路120から分岐して吸着器2aに接続される非透過ガス流路120の分岐流路には、制御弁V1aが設けられ、共用する非透過ガス流路120から分岐して吸着器2bに接続される非透過ガス流路120の分岐流路には、制御弁V1bが設けられている。
A control valve V1a is provided in the branched flow path of the non-permeating
共用する排ガス流路11から分岐して吸着器2aに接続される排ガス流路11の分岐流路には、制御弁V2aが設けられ、共用する排ガス流路11から分岐して吸着器2bに接続される排ガス流路11の分岐流路には、制御弁V2bが設けられている。
A control valve V2a is provided in a branched flow path of the exhaust
共用する脱離ガス排出流路14から分岐して吸着器2aに接続される脱離ガス排出流路14の分岐流路には、制御弁V3aが設けられ、共用する脱離ガス排出流路14から分岐して吸着器2bに接続される脱離ガス排出流路14の分岐流路には、制御弁V3bが設けられている。
A control valve V3a is provided in a branched flow path of the desorbed gas
吸着器2a,2bで共用する透過ガス流路122の分岐流路から更に分岐して吸着器2aに接続される透過ガス流路122の分岐流路には、制御弁V4aが設けられ、吸着器2a,2bで共用する透過ガス流路122の分岐流路から更に分岐して吸着器2bに接続される透過ガス流路122の分岐流路には、制御弁V4bが設けられている。
A control valve V4a is provided in a branched flow path of the permeated
共用する透過ガス流路122から分岐して二酸化炭素利用機器16に接続される透過ガス流路122の分岐流路における脱離ガス排出流路14との合流点よりも上流側には、パージ流量調節弁10が設けられている。
At the upstream side of the confluence with the desorbed
パージ流量調節弁10は、その弁の開度をパージ流量調節弁10に対して設定された開度にすることができるように構成された流量調節可能な弁である。
The purge flow
パージ流量調節弁10は、吸着器2a,2bのどちらか一方がパージ工程を行っていない時は全開状態であるが、吸着器2a,2bのどちらか一方がパージ工程を行っている時は、パージ流量調節弁10を通過する透過ガスの流量が全開(第一設定値)の時よりも減るように、パージ流量調節弁10の開度が全開(第一設定値)よりも小さい第二設定値に変更される。
The purge
二酸化炭素含有ガス供給源100から二酸化炭素分離装置1001に二酸化炭素含有ガスが供給されている時に、吸着器2bが吸着材4bから二酸化炭素を脱離させる再生工程を行っている時は、吸着器2aが非透過ガスに含まれる二酸化炭素を吸着材4aに吸着する吸着工程を行っており、制御弁V1aと制御弁V2aと制御弁V3bのそれぞれが開状態で、制御弁V3aと制御弁V1bと制御弁V2bと制御弁V4aと制御弁V4bのそれぞれが閉状態である。
When the carbon dioxide-containing gas is being supplied from the carbon dioxide-containing
二酸化炭素含有ガス供給源100から二酸化炭素分離装置1001に二酸化炭素含有ガスが供給されている時に、吸着器2aが吸着材4aから二酸化炭素を脱離させる再生工程を行っている時は、吸着器2bが非透過ガスに含まれる二酸化炭素を吸着材4bに吸着する吸着工程を行っており、制御弁V1bと制御弁V2bと制御弁V3aのそれぞれが開状態で、制御弁V3bと制御弁V1aと制御弁V2aと制御弁V4aと制御弁V4bのそれぞれが閉状態である。
When the carbon dioxide-containing gas is being supplied from the carbon dioxide-containing
二酸化炭素含有ガス供給源100から二酸化炭素分離装置1001に二酸化炭素含有ガスが供給されている時に、吸着器2bが吸着器2b内に透過ガスを導入することによって吸着器2b内から不純物ガスを排出して吸着器2b内の二酸化炭素濃度を高くするパージ工程を行っている時は、吸着器2aが非透過ガスに含まれる二酸化炭素を吸着材4aに吸着する吸着工程を行っており、制御弁V1aと制御弁V2aと制御弁V2bと制御弁V4bのそれぞれが開状態で、制御弁V3aと制御弁V3bと制御弁V1bと制御弁V4aのそれぞれが閉状態である。
When the carbon dioxide-containing gas is supplied from the carbon dioxide-containing
二酸化炭素含有ガス供給源100から二酸化炭素分離装置1001に二酸化炭素含有ガスが供給されている時に、吸着器2aが吸着器2a内に透過ガスを導入することによって吸着器2a内から不純物ガスを排出して吸着器2a内の二酸化炭素濃度を高くするパージ工程を行っている時は、吸着器2bが非透過ガスに含まれる二酸化炭素を吸着材4bに吸着する吸着工程を行っており、制御弁V1bと制御弁V2aと制御弁V2bと制御弁V4aのそれぞれが開状態で、制御弁V3aと制御弁V3bと制御弁V1aと制御弁V4bのそれぞれが閉状態である。
When the carbon dioxide-containing gas is supplied from the carbon dioxide-containing
吸着装置201は、二酸化炭素含有ガス供給源100から二酸化炭素分離装置1001に二酸化炭素含有ガスが供給されている(非透過ガス流路120から吸着装置201に非透過ガスが供給されている)時は、吸着器2a,2bのどちらか一方が非透過ガスに含まれる二酸化炭素を吸着材4a,4bに吸着する吸着工程を行い、吸着器2a,2bのどちらか一方が吸着工程を行っている間に、吸着器2a,2bのどちらか他方が透過ガスによって吸着器2a,2b内の不純物ガスを排出して吸着器2a,2b内の二酸化炭素濃度を高くするパージ工程と、吸着材4a,4bから二酸化炭素を脱離させる再生工程と、を順番に行うように、制御器C2によって制御弁V1a,V1b,V2a,V2b,V3a,V3b,V4a,V4bの開閉状態が制御される。
When the carbon dioxide-containing gas is supplied from the carbon dioxide-containing
排ガス流路11は、吸着工程の吸着器2a,2bに吸着されなかった非透過ガスが吸着工程の吸着器2a,2bから外部に排気され、さらに、パージ工程の吸着器2a,2bから不純物ガスが外部に排出されるように、2本の吸着器2a,2bの下流側に接続される流路である。
In the exhaust
脱離ガス排出流路14は、再生工程の吸着器2a,2bから脱離した脱離ガスが、再生工程の吸着器2a,2bから回収されて透過ガスと合流するように、一端(上流側端)が2本の吸着器2a,2bに接続され他端(下流側端)が、パージ流量調節弁10よりも下流側(パージ流量調節弁10と二酸化炭素利用機器16との間)の透過ガス流路122に接続された流路である。
The desorbed gas
吸引ポンプ15は、脱離ガス排出流路14における共用する流路の途中に設けられる。また、吸引ポンプ15は、再生工程の吸着器2a,2bの内部を減圧して、吸着材4a,4bから二酸化炭素を脱離させて、脱離ガスを、透過ガス流路122を通流する透過ガスと混合して二酸化炭素利用機器16に送出するように構成されている。
The
二酸化炭素分離器1の内部空間を第1空間と第2空間とに仕切る分離膜31は、二酸化炭素を選択的に透過する膜であり、アルカノールアミンの一種であるモノエタノールアミンを含有する。分離膜31は、膜の含水率の増加、および温度上昇に伴って、分離膜31の二酸化炭素の透過性能が向上する特性を持っている。
The
二酸化炭素含有ガス供給流路9に備えられた加湿器171は、二酸化炭素分離器1の第1空間に供給される二酸化炭素含有ガスを加湿することにより、加湿しない場合よりも分離膜31の含水率を高くするものであり、加湿量を変えることによって、分離膜31の含水率(二酸化炭素の透過性能)を変化させるためのものである。
The
二酸化炭素分離器1の第2空間に接続された加湿器172は、第2空間に水蒸気を送出する加湿器であって、第2空間に水蒸気を送出することにより、第2空間に水蒸気を送出しない場合よりも分離膜31の含水率を高くするものであり、水蒸気の送出量を変えることによって、分離膜31の含水率(二酸化炭素の透過性能)を変化させるためのものである。
The
加湿器171,172は、それぞれ相対湿度を検知する相対湿度検知手段(図示せず)を備えており、加湿器171,172に対して相対湿度設定値が設定されると、相対湿度が相対湿度設定値になるように加湿できるように構成されている。
制御弁V1a,V1bは、非透過ガス流路120における吸着器2a,2bに対応した分岐流路にそれぞれ設けられている。制御弁V2a,V2bは、排ガス流路11における吸着器2a,2bに対応した分岐流路にそれぞれ設けられている。
The control valves V1a and V1b are provided in branch flow paths corresponding to the
制御弁V3a,V3bは、脱離ガス排出流路14における吸着器2a,2bに対応した分岐流路にそれぞれ設けられている。制御弁V4a,V4bは、透過ガス流路122における吸着器2a,2bに対応した分岐流路にそれぞれ設けられている。
The control valves V3a and V3b are provided in branch flow paths corresponding to the
吸着装置201は、吸着器2a,2bと、パージ流量調節弁10と、吸引ポンプ15とを有している。吸着器2aは、制御弁V1a,V2a,V3a,V4aを備え、吸着器2bは、制御弁V1b,V2b,V3b,V4bを備えている。
The
制御器C2は、二酸化炭素分離装置1001の運転を制御する。制御器C2は、信号入出力部(図示せず)と、演算処理部(図示せず)と、制御プログラムを記憶する記憶部(図示せず)とを備えている。
Controller C2 controls the operation of
制御器C2は、供給ポンプ61、減圧ポンプ7、吸引ポンプ15、パージ流量調節弁10、温度調節器8、加湿器171,172、制御弁V1a~V4bを、制御器C2の指令によって、動作させるように構成されている。
The controller C2 operates the
制御器C2は、二酸化炭素濃度検知器5によって検知された濃度を基に、吸着工程の吸着器2に流入する非透過ガスに含まれる二酸化炭素の濃度が所定範囲内に収まるように、透過ガス量調節手段(供給ポンプ61、温度調節器8、加湿器171,172)を制御するように構成されている。
Based on the concentration detected by the carbon
[2-2.動作]
以上のように構成された二酸化炭素分離装置1001について、その動作を図7~9を参照して詳細に説明する。
[2-2. motion]
The operation of the
[2-2-1.基本動作]
図7は、二酸化炭素分離装置1001の基本動作を示すフローチャートである。
[2-2-1. basic action]
FIG. 7 is a flow chart showing the basic operation of the
本実施の形態における基本動作は、図2に示す実施の形態1における基本動作のフローチャートにおける、CO2濃度調整動作(S100)をCO2濃度調整動作(S120)に、PSA動作(S200)をPSA動作(S220)に、それぞれ置き換えたものに相当するので、重複する説明を省略する。 The basic operation in the present embodiment is the CO 2 concentration adjustment operation (S100) in the flowchart of the basic operation in the first embodiment shown in FIG. Since these correspond to the respective replacements of the operation (S220), redundant description will be omitted.
[2-2-2.CO2濃度調節動作]
次に、二酸化炭素分離装置1001のCO2濃度調節動作(S120)について、図8を用いて説明する。
[2-2-2. CO 2 concentration adjustment operation]
Next, the CO 2 concentration adjustment operation (S120) of the carbon
まず、制御器C2は、二酸化炭素分離器1の第1空間の出口と吸着装置201(吸着器2)の入口とを接続する非透過ガス流路120に設けられた、二酸化炭素濃度検知器5の検知した非透過ガス中の二酸化炭素濃度が、所定の濃度範囲内であるか否かを判定する(S121)。
First, the controller C2 controls the carbon
S121の判定の結果、所定の濃度範囲内であれば、S121をYes側に分岐して、CO2濃度調節動作を終了して、次工程に遷移する。 As a result of the determination in S121, if the concentration is within the predetermined range, S121 is branched to the Yes side, the CO 2 concentration adjustment operation is terminated, and the process proceeds to the next step.
S121の判定の結果、所定の濃度範囲外であれば、S121をNo側に分岐して、制御器C2は、二酸化炭素濃度検知器5の検知した非透過ガス中の二酸化炭素濃度が所定の濃度範囲の上限値を超えているか否かを判定する(S122)。
As a result of the determination in S121, if it is outside the predetermined concentration range, S121 is branched to the No side, and the controller C2 detects that the concentration of carbon dioxide in the non-permeating gas detected by the carbon
S122の判定の結果、所定の濃度範囲の上限値を超えていれば、S122をYes側に分岐して、制御器C2は、加湿器171と加湿器172の両方の相対湿度設定値が100%であるか否かの判定を行う(S123)。
As a result of the determination in S122, if the upper limit value of the predetermined concentration range is exceeded, S122 is branched to the Yes side, and the controller C2 sets the relative humidity set values of both the
S122の判定の結果、所定の濃度範囲の上限値を超えていなければ、S122をNo側に分岐して、制御器C2は、温度調節器8の設定温度が外気温より高いか否かの判定を行う(S124)。
As a result of the determination in S122, if the upper limit of the predetermined concentration range is not exceeded, S122 is branched to the No side, and the controller C2 determines whether or not the set temperature of the
S123の判定の結果、加湿器171と加湿器172の少なくともどちらか一方の相対湿度設定値が100%よりも低ければ、S123をNo側に分岐して、制御器C2は、加湿器171と加湿器172のうちの相対湿度設定値が100%でない加湿器171,172の相対湿度設定値を上げる制御を行って(S125)、CO2濃度調節動作を終了して次工程に遷移する。
As a result of the determination in S123, if the relative humidity set value of at least one of the
これにより、二酸化炭素分離器1の第1空間または第2空間の水蒸気が増えて分離膜31の含水率が上がることにより、分離膜31の二酸化炭素透過性能が向上して、分離膜31を透過する二酸化炭素量が増加するため、第1空間から非透過ガス流路120に流出する非透過ガスの二酸化炭素濃度を低下させることができ、吸着装置201に供給される非透過ガス中の二酸化炭素濃度が低下するので、吸着装置201に供給される非透過ガス中の二酸化炭素濃度が所定の濃度範囲の上限値を超えないように制御することができる。
As a result, the water vapor in the first space or the second space of the
そのため、吸着器2から流出する脱離ガス中の二酸化炭素濃度を安定させ、安定した純度の二酸化炭素濃縮ガスを二酸化炭素利用機器16に供給することができる。
Therefore, the concentration of carbon dioxide in the desorbed gas flowing out of the adsorber 2 can be stabilized, and carbon dioxide-enriched gas with stable purity can be supplied to the carbon
ここで、もし、加湿器171と加湿器172の両方の相対湿度設定値が、100%でなく、加湿器171と加湿器172のどちらか一方の相対湿度設定値を優先的に上げるのであれば、第1空間から非透過ガス流路120に流出して吸着器2に供給される非透過ガス中の水蒸気の濃度の上昇を比較的抑制できるため、吸着器2に供給される非透過ガスの二酸化炭素濃度の低下を抑制でき、また、増加した水蒸気量による第2空間のパージという効果が期待できるため、加湿器172の相対湿度設定値を優先的に上げた方が良い。
Here, if the relative humidity setting values of both the
S123の判定の結果、加湿器171と加湿器172の両方の相対湿度設定値が100%であれば、S123をYes側に分岐して、制御器C2は、温度調節器8の設定温度が二酸化炭素分離器1の上限温度より低いか否かを判定する(S126)。
If the relative humidity set values of both the
S126の判定の結果、温度調節器8の設定温度が二酸化炭素分離器1の上限温度より低ければ、S126をYes側に分岐して、制御器C2は、温度調節器8の設定温度を上げるよう制御を行って(S129)、CO2濃度調節動作を終了して次工程に遷移する。
As a result of the determination in S126, if the set temperature of the
これにより、二酸化炭素分離器1の温度が上昇して分離膜31の温度が上昇することにより、分離膜31の二酸化炭素透過性能が向上して、分離膜31を透過する二酸化炭素量が増加するため、第1空間から非透過ガス流路120に流出する非透過ガスの二酸化炭素濃度を低下させることができ、吸着装置201に供給される非透過ガス中の二酸化炭素濃
度が低下するので、吸着装置201に供給される非透過ガス中の二酸化炭素濃度が所定の濃度範囲の上限値を超えないように制御することができる。
As a result, the temperature of the
そのため、吸着器2から流出する脱離ガス中の二酸化炭素濃度を安定させ、安定した純度の二酸化炭素濃縮ガスを二酸化炭素利用機器16に供給することができる。
Therefore, the concentration of carbon dioxide in the desorbed gas flowing out of the adsorber 2 can be stabilized, and carbon dioxide-enriched gas with stable purity can be supplied to the carbon
ここで、二酸化炭素分離器1の上限温度とは、二酸化炭素分離器1の構造体、あるいは分離膜31の耐久性を基に、実験によって求められる値であって、定量的に確定な値ではない。
Here, the upper limit temperature of the
S126の判定の結果、温度調節器8の設定温度が二酸化炭素分離器1の上限温度に到達していれば、S126をNo側に分岐して、制御器C2は、供給ポンプ61の供給量を第一供給量より小さい値に変更して(S130)、CO2濃度調節動作を終了して、次工程に遷移する。
As a result of the determination in S126, if the set temperature of the
これにより、二酸化炭素濃度が所定の濃度を超える非透過ガスの吸着装置201への供給量を減らすことで、吸着工程にある吸着器2内部の吸着材4に吸着する二酸化炭素の単位時間あたりの吸着量を所定の吸着量に制限して、吸着器2から流出する脱離ガス中の二酸化炭素濃度が所定の濃度範囲の上限値を超えないようにして、安定した純度の二酸化炭素濃縮ガスを供給することができる。
As a result, by reducing the supply amount of the non-permeating gas having a carbon dioxide concentration exceeding a predetermined concentration to the
S124の判定の結果、温度調節器8の設定温度が外気温より高ければ、S124をYes側に分岐して、制御器C2は、温度調節器8の設定温度を下げるよう制御を行って(S127)、CO2濃度調節動作を終了して、次工程に遷移する。
As a result of the determination in S124, if the set temperature of the
これにより、二酸化炭素分離器1の温度が低下して分離膜31の温度が低下することにより、分離膜31の二酸化炭素透過性能が低下して、分離膜31を透過する二酸化炭素量が減少するため、第1空間から非透過ガス流路120に流出する非透過ガスの二酸化炭素濃度を増加させることができ、吸着装置201に供給される非透過ガス中の二酸化炭素濃度が増加するので、吸着装置201に供給される非透過ガス中の二酸化炭素濃度が所定の濃度範囲の下限値を超えないように制御することができる。
As a result, the temperature of the
そのため、吸着器2から流出する脱離ガス中の二酸化炭素濃度を安定させ、安定した純度の二酸化炭素濃縮ガスを二酸化炭素利用機器16に供給することができる。
Therefore, the concentration of carbon dioxide in the desorbed gas flowing out of the adsorber 2 can be stabilized, and carbon dioxide-enriched gas with stable purity can be supplied to the carbon
S124の判定の結果、温度調節器8の設定温度が外気温以下であれば、S124をNo側に分岐して、制御器C2は、加湿器171と加湿器172の両方の相対湿度設定値が0%であるか否かの判定を行う(S128)。
As a result of the determination in S124, if the set temperature of the
S128の判定の結果、加湿器171と加湿器172の少なくともどちらか一方の相対湿度設定値が0%でなければ、制御器C2は、加湿器171と加湿器172のうちの相対湿度設定値が0%でない加湿器171,172の相対湿度設定値を下げる制御を行って(S131)、CO2濃度調節動作を終了して、次工程に遷移する。
As a result of the determination in S128, if the relative humidity set value of at least one of the
これにより、二酸化炭素分離器1の第1空間または第2空間の水蒸気が減って分離膜31の含水率が下がることにより、分離膜31の二酸化炭素透過性能が低下して、分離膜31を透過する二酸化炭素量が減少するため、第1空間から非透過ガス流路120に流出する非透過ガスの二酸化炭素濃度を増加させることができ、吸着装置201に供給される非透過ガス中の二酸化炭素濃度が増加するので、吸着装置201に供給される非透過ガス中の二酸化炭素濃度が所定の濃度範囲の下限値を超えないように制御することができる。
As a result, the amount of water vapor in the first space or the second space of the
そのため、吸着器2から流出する脱離ガス中の二酸化炭素濃度を安定させ、安定した純度の二酸化炭素濃縮ガスを二酸化炭素利用機器16に供給することができる。
Therefore, the concentration of carbon dioxide in the desorbed gas flowing out of the adsorber 2 can be stabilized, and carbon dioxide-enriched gas with stable purity can be supplied to the carbon
S128の判定の結果、加湿器171と加湿器172の両方の相対湿度設定値が0%であれば、制御器C2は、二酸化炭素分離装置1001の停止指令を出し(S132)、CO2濃度調節動作を終了して、次工程に遷移する。
If the relative humidity set values of both the
これにより、二酸化炭素分離装置1001によって所定濃度範囲内に制御できない低濃度の二酸化炭素を含む二酸化炭素含有ガスが二酸化炭素分離装置1001に供給されたことによる、低濃度の二酸化炭素濃縮ガスが二酸化炭素利用機器16に供給されることを防止することができる。
As a result, when the carbon dioxide-containing gas containing low-concentration carbon dioxide that cannot be controlled within a predetermined concentration range by the carbon
[2-2-3.PSA動作]
次に、二酸化炭素分離装置1001のPSA動作(S220)について、図10を用いて説明する。
[2-2-3. PSA operation]
Next, the PSA operation (S220) of the
本工程において、制御器C2は、二酸化炭素分離装置1001に備えられた吸着器2のそれぞれに対し、並行して判定・動作を行う。そのため、図10は、吸着器2aの動作を示すが、それ以外の吸着器2bも同様に、かつ並行して動作する。
In this step, the controller C2 performs determination and operation in parallel for each of the adsorbers 2 provided in the
まず、制御器C2は、吸着工程フラグがONになっている吸着器2の有無を判定し(S221)、判定の結果、吸着工程フラグがONになっている吸着器2が有れば、S221の判定を繰り返す。 First, the controller C2 determines whether or not there is an adsorber 2 whose adsorption process flag is ON (S221). repeat the judgment.
S221の判定の結果、吸着工程フラグがONになっている吸着器2が無ければ、S221をNo側に分岐して、吸着器2aの吸着工程フラグをONにする(S222)。
As a result of the determination in S221, if there is no adsorber 2 whose adsorption process flag is ON, S221 is branched to the No side, and the adsorption process flag of the
次に、制御器C2は、制御弁V3a,V4aを閉止した状態で、制御弁V1a,V2aを開放状態にすることによって、非透過ガス流路120の非透過ガスを吸着器2aに供給する(S223)。
Next, the controller C2 opens the control valves V1a and V2a while the control valves V3a and V4a are closed, thereby supplying the non-permeating gas in the non-permeating
その結果、非透過ガスに含まれる二酸化炭素が吸着器2a内の吸着材4aに吸着され、吸着器2aに供給された非透過ガスのうちで、吸着材4aに吸着されなかった不純物ガスは、排ガス流路11を経由して排気される。
As a result, the carbon dioxide contained in the non-permeable gas is adsorbed by the adsorbent 4a in the
次に、制御器C2は、吸着器2aの吸着工程フラグがONになってから所定時間(30min)を経過したか否かを確認し(S224)、確認の結果、所定時間を経過していなければ、経過するまでS224の確認を繰り返す。
Next, the controller C2 checks whether or not a predetermined time (30 min) has elapsed since the adsorption process flag of the
S224の確認の結果、吸着器2aの吸着工程フラグがONになってから所定時間を経過していれば、S224をYes側に分岐して、制御器C2は、吸着器2aの吸着工程フラグをOFFにして、制御弁V1a,V2aを閉止する(S225)。
As a result of confirmation in S224, if a predetermined time has elapsed since the adsorption process flag of the
ここで、本実施の形態では、吸着工程の所定時間を30minに設定しているが、これはあくまで一例に過ぎない。 Here, in the present embodiment, the predetermined time for the adsorption step is set to 30 minutes, but this is merely an example.
ここで、吸着工程の所定時間は事前に実験によって求められた値である。吸着工程の所定時間は、吸着器2a,2b内の吸着材4a,4bに非透過ガス中の二酸化炭素が吸着され、この吸着量が設計時の吸着量になる時間であればよく、二酸化炭素濃度検知器5の測
定値に応じて変更してもよい。よって、吸着工程の所定時間は、定量的に確定的なものではない。
Here, the predetermined time for the adsorption step is a value obtained in advance by experiments. The predetermined time of the adsorption step may be a time during which the carbon dioxide in the non-permeating gas is adsorbed by the
つまり、ここでは、吸着工程フラグがONになった時点からの経過時間が30minになると、吸着材4aに吸着した二酸化炭素量が設計された吸着量に到達すると判定し、経過時間が30minになる前では、吸着材4aに吸着した二酸化炭素量が設計された吸着量に到達しないと判定しているが、この判定基準は一例に過ぎない。 That is, here, when the elapsed time from the time when the adsorption process flag is turned ON reaches 30 minutes, it is determined that the amount of carbon dioxide adsorbed by the adsorbent 4a reaches the designed adsorption amount, and the elapsed time becomes 30 minutes. In the previous description, it is determined that the amount of carbon dioxide adsorbed by the adsorbent 4a does not reach the designed adsorption amount, but this criterion is only an example.
次に、制御器C2は、パージ工程フラグがONになっている吸着器2の有無を判定し(S226)、判定の結果、パージ工程フラグがONになっている吸着器2が有れば、S226の判定を繰り返す。 Next, the controller C2 determines whether or not there is an adsorber 2 whose purge process flag is ON (S226). The determination of S226 is repeated.
S226の判定の結果、パージ工程フラグがONになっている吸着器2が無ければ、S226をNo側に分岐して、吸着器2aのパージ工程フラグをONにする(S227)。
As a result of the determination in S226, if there is no adsorber 2 whose purge process flag is ON, S226 is branched to the No side to turn ON the purge process flag of the
次に、制御器C2は、制御弁V1a,V3aを閉止した状態で、制御弁V2a,V4aを開放状態にするとともに、パージ流量調節弁10の開度を全開(第一設定値)よりも小さい第二設定値に変更することによって、透過ガス流路122を通流する透過ガスの一部を、制御弁V4aを介して吸着器2aに供給して(S228)、パージ工程を開始する。
Next, the controller C2 opens the control valves V2a and V4a while keeping the control valves V1a and V3a closed, and sets the opening degree of the purge
その結果、吸着器2aに非透過ガスより二酸化炭素濃度の高い透過ガスが供給されて、吸着器2a内の不純物ガス(吸着材4aに吸着されていた不純物ガス)が二酸化炭素に置き換わって、吸着器2a内の不純物ガス(吸着材4aから脱離した不純物ガス)が排ガス流路11に排出されるため、吸着器2a内の吸着材4aに吸着される二酸化炭素の量が増加する。
As a result, the permeating gas having a higher carbon dioxide concentration than the non-permeating gas is supplied to the
次に、制御器C2は、吸着器2aのパージ工程フラグがONになってから所定時間(10min)を経過したか否かを確認し(S229)、確認の結果、所定時間を経過していなければ、経過するまでS229の確認を繰り返す。
Next, the controller C2 confirms whether or not a predetermined time (10 minutes) has elapsed since the purge process flag of the
S229の確認の結果、吸着器2aのパージ工程フラグがONになってから所定時間を経過していれば、S229をYes側に分岐して、制御器C2は、吸着器2aのパージ工程フラグをOFFにして、制御弁V2a,V4aを閉止して、パージ流量調節弁10の開度を100%、すなわち全開(第一設定値)に戻す(S230)。
As a result of confirmation in S229, if a predetermined time has passed since the purge process flag of the
ここで、本実施の形態では、パージ工程の所定時間を10minに設定しているが、これはあくまで一例に過ぎない。 Here, in the present embodiment, the predetermined time for the purge step is set to 10 minutes, but this is merely an example.
ここで、パージ工程の所定時間は事前に実験によって求められた値である。パージ工程の所定時間は、吸着器2a,2b内の吸着材4a,4bに透過ガス中の二酸化炭素が吸着され、この吸着量が、二酸化炭素利用機器16の要求する濃度の脱離ガスを得るために必要な吸着量になる時間であればよく、温度調節器8の設定温度、及び、加湿器171,172の相対湿度設定値から算出される透過ガス中の二酸化炭素濃度に応じて変更してもよい。よって、パージ工程の所定時間は、定量的に確定的なものではない。
Here, the predetermined time for the purge step is a value obtained in advance by experiments. Carbon dioxide in the permeating gas is adsorbed by the
つまり、ここでは、パージ工程フラグがONになった時点からの経過時間が10minになると、吸着材4aに吸着された二酸化炭素量が必要な吸着量に到達すると判定し、経過時間が10minになる前では、吸着材4aに吸着された二酸化炭素量が必要な吸着量に到達しないと判定しているが、この判定基準は一例に過ぎない。 That is, here, when the elapsed time reaches 10 minutes from the time when the purge process flag is turned ON, it is determined that the amount of carbon dioxide adsorbed by the adsorbent 4a reaches the required adsorption amount, and the elapsed time becomes 10 minutes. In the previous description, it is determined that the amount of carbon dioxide adsorbed by the adsorbent 4a does not reach the required adsorption amount, but this determination criterion is only an example.
次に、制御器C2は、再生工程フラグがONになっている吸着器2の有無を判定し(S231)、判定の結果、再生工程フラグがONになっている吸着器2が有れば、S231の判定を繰り返す。 Next, the controller C2 determines whether or not there is an adsorber 2 whose regeneration process flag is ON (S231). The determination of S231 is repeated.
S231の判定の結果、再生工程フラグがONになっている吸着器2が無ければ、S231をNo側に分岐して、吸着器2aの再生工程フラグをONにする(S232)。
As a result of the determination in S231, if there is no adsorber 2 whose regeneration process flag is ON, S231 is branched to the No side, and the regeneration process flag of the
次に、制御器C2は、制御弁V3aを開放して、吸引ポンプ15を動作させて(S233)、再生工程を開始する。 Next, the controller C2 opens the control valve V3a to operate the suction pump 15 (S233) to start the regeneration process.
その結果、吸着工程において吸着器2aに吸着されていた二酸化炭素と不純物ガスが、吸着器2a(吸着材4a)から脱離して、その脱離ガスが脱離ガス排出流路14に流出する。
As a result, the carbon dioxide and the impurity gas adsorbed in the
次に、制御器C2は、吸着器2aの再生工程フラグがONになってから所定時間(15min)を経過したか否かを確認し(S234)、確認の結果、所定時間を経過していなければ、経過するまでS234の確認を繰り返す。
Next, the controller C2 confirms whether or not a predetermined time (15 minutes) has elapsed since the regeneration process flag of the
S234の確認の結果、吸着器2aの再生工程フラグがONになってから所定時間を経過していれば、S234をYes側に分岐して、制御器C2は、制御弁V3aを閉止して吸引ポンプ15を停止させ(S235)、吸着器2aの再生工程フラグをOFFにして(S211)、次工程に遷移する。
As a result of confirmation in S234, if a predetermined time has passed since the regeneration process flag of the
ここで、本実施の形態では、再生工程の所定時間を30minとしているが、これはあくまで一例に過ぎない。 Here, in the present embodiment, the predetermined time for the regeneration process is set to 30 minutes, but this is merely an example.
ここで、再生工程の所定時間は事前に実験によって求められた値である。再生工程の所定時間は、吸着器2a,2b内の吸着材4a,4bが吸着した二酸化炭素の脱離が完了したか否かを判定できる値であればよい。よって、再生工程の所定時間は、定量的に確定的なものではない。
Here, the predetermined time for the regeneration process is a value obtained in advance by experiments. The predetermined time for the regeneration step may be any value that allows determination of whether or not the desorption of carbon dioxide adsorbed by the
つまり、ここでは、再生工程フラグがONになった時点からの経過時間が15minになると、吸着材4a,4bが吸着した二酸化炭素の脱離が完了したと判定し、経過時間が15minになる前では、吸着材4a,4bが吸着した二酸化炭素の脱離が完了していないと判定しているが、この判定基準は一例に過ぎない。
That is, here, when the elapsed time from the time when the regeneration process flag is turned ON reaches 15 minutes, it is determined that the desorption of the carbon dioxide adsorbed by the
二酸化炭素含有ガス供給源100から二酸化炭素分離装置1001に二酸化炭素含有ガスが供給されている(吸着装置201に非透過ガスが供給されている)時は、吸着装置201において、吸着器2a,2bのどちらか一方が非透過ガスに含まれる二酸化炭素を吸着材4a,4bに吸着する吸着工程を行っている。
When the carbon dioxide-containing gas is supplied from the carbon dioxide-containing
そして、吸着器2a,2bのどちらか一方が非透過ガスに含まれる二酸化炭素を吸着材4a,4bに吸着する吸着工程を行っている間に、吸着器2a,2bのどちらか他方が透過ガスによって吸着器2a,2b内の不純物ガスを排出して吸着器2a,2b内の二酸化炭素濃度を高くするパージ工程と、吸着材4a,4bから二酸化炭素を脱離させる再生工程とを、この順に行っている。
Then, while one of the
例えば、吸着器2bが吸着器2b内に透過ガスを導入することによって吸着器2b内から不純物ガスを排出して吸着器2b内の二酸化炭素濃度を高くするパージ工程を行っている時は、吸着器2aが非透過ガスに含まれる二酸化炭素を吸着材4aに吸着する吸着工程
を行っており、制御弁V1aと制御弁V2aと制御弁V2bと制御弁V4bのそれぞれが開状態で、制御弁V3aと制御弁V3bと制御弁V1bと制御弁V4aのそれぞれが閉状態である。
For example, when the
同様に、吸着器2aが吸着器2a内に透過ガスを導入することによって吸着器2a内から不純物ガスを排出して吸着器2a内の二酸化炭素濃度を高くするパージ工程を行っている時は、吸着器2bが非透過ガスに含まれる二酸化炭素を吸着材4bに吸着する吸着工程を行っており、制御弁V1bと制御弁V2aと制御弁V2bと制御弁V4aのそれぞれが開状態で、制御弁V3aと制御弁V3bと制御弁V1aと制御弁V4bのそれぞれが閉状態である。
Similarly, when the
例えば、吸着器2bが吸着材4bから二酸化炭素を脱離させる再生工程を行っている時は、吸着器2aが非透過ガスに含まれる二酸化炭素を吸着材4aに吸着する吸着工程を行っており、制御弁V1aと制御弁V2aと制御弁V3bのそれぞれが開状態で、制御弁V3aと制御弁V1bと制御弁V2bと制御弁V4aと制御弁V4bのそれぞれが閉状態である。
For example, when the
同様に、吸着器2aが吸着材4aから二酸化炭素を脱離させる再生工程を行っている時は、吸着器2bが非透過ガスに含まれる二酸化炭素を吸着材4bに吸着する吸着工程を行っており、制御弁V1bと制御弁V2bと制御弁V3aのそれぞれが開状態で、制御弁V3bと制御弁V1aと制御弁V2aと制御弁V4aと制御弁V4bのそれぞれが閉状態である。
Similarly, when the
[2-3.効果等]
以上のように、本実施の形態における二酸化炭素分離装置1001は、二酸化炭素分離器1と、減圧ポンプ7、二酸化炭素濃度検知器5と、透過ガス量調節手段として機能する供給ポンプ61、温度調節器8及び加湿器171,172と、吸着装置201と、排ガス流路11と、脱離ガス排出流路14と、吸引ポンプ15と、制御器C2と、を備えている。
[2-3. effects, etc.]
As described above, the
二酸化炭素分離器1は、二酸化炭素を選択的に透過する分離膜31によって、内部空間が第1空間と第2空間とに仕切られている。第1空間は、二酸化炭素含有ガスが二酸化炭素含有ガス供給流路9から流入する空間であるとともに、分離膜31を透過しなかった非透過ガスが、非透過ガス流路120に流出する空間である。第2空間は、分離膜31を透過した透過ガスが透過ガス流路122に流出する空間である。
The
減圧ポンプ7は、透過ガス流路122の途中に設けられて、第2空間を減圧するように構成されたポンプである。減圧ポンプ7の減圧動作によって、二酸化炭素含有ガスに含まれる二酸化炭素が分離膜31を透過し、透過ガスが透過ガス流路122に流出する。
The
二酸化炭素濃度検知器5は、非透過ガス流路120の途中に配置されて、非透過ガス流路120を通流する非透過ガスに含まれる二酸化炭素の濃度を検知するように構成されている。
The carbon
吸着装置201は、内部に二酸化炭素を吸着する吸着材4a,4bが充填され、非透過ガス流路120と透過ガス流路122のそれぞれの下流側に接続された、2本の吸着器2a,2bを有する。
The
また、吸着装置201は、二酸化炭素分離装置1001に二酸化炭素含有ガスが供給されている(非透過ガス流路120から吸着装置201に非透過ガスが供給されている)時
は、吸着器2a,2bのどちらか一方が非透過ガスに含まれる二酸化炭素を吸着材4a,4bに吸着する吸着工程を行い、吸着器2a,2bの一方が吸着工程を行っている間に、吸着器2a,2bの他方が透過ガスによって吸着器2a,2b内の不純物ガスを排出して吸着器2a,2b内の二酸化炭素濃度を高くするパージ工程と、吸着材4a,4bから二酸化炭素を脱離させる再生工程と、を順番に行うように構成されている。
In addition, when the carbon dioxide-containing gas is supplied to the carbon dioxide separation device 1001 (the non-permeating gas is supplied to the
排ガス流路11は、吸着工程の吸着器2a,2bに吸着されなかった非透過ガスが吸着工程の吸着器2a,2bから外部に排気されるように、2本の吸着器2a,2bの下流に接続される流路である。
The exhaust
脱離ガス排出流路14は、再生工程の吸着器2a,2bから脱離した脱離ガスが再生工程の吸着器2a,2bから回収されるように、2本の吸着器2a,2bに接続された流路である。
The desorbed
吸引ポンプ15は、脱離ガス排出流路14の途中に設けられる。また、吸引ポンプ15は、再生工程の吸着器2a,2bの内部を減圧して、吸着材4a,4bから二酸化炭素を脱離させ、脱離ガスを脱離ガス排出流路14に流出させるように構成されている。
The
供給ポンプ61は、非透過ガス流路120に配置されている。また、供給ポンプは、供給ポンプ61の働きによって、二酸化炭素含有ガス供給源100からの二酸化炭素含有ガスを第1空間に供給するとともに、第1空間から排出された非透過ガスを、供給ポンプ6に対して設定された供給量で、吸着器2a,2bに供給することができるように構成されている。
The
温度調節器8は、二酸化炭素分離器1の温度を調節するものであって、二酸化炭素分離器1を設定温度に加熱できるように構成されている。
The
加湿器171は、二酸化炭素含有ガス供給流路9に備えられ、二酸化炭素分離器1の第1空間に供給される二酸化炭素含有ガスの相対湿度が、加湿器171に対して設定された相対湿度になるように、二酸化炭素含有ガスを加湿できるように構成されている。
The
加湿器172は、二酸化炭素分離器1の第2空間に接続され、第2空間の相対湿度が、加湿器172に対して設定された相対湿度になるように、第2空間を加湿できるように構成されている。
The
加湿器171,172は、分離膜31の含水率を調節する水分量調節手段として機能するものである。
The
制御器C2は、二酸化炭素濃度検知器5によって検知された濃度を基に、吸着工程の吸着器に流入する非透過ガスに含まれる二酸化炭素の濃度が、所定範囲内に収まるように、透過ガス量調節手段として機能する供給ポンプ61、温度調節器8、加湿器171,172のいずれかを制御するように構成されている。
Based on the concentration detected by the carbon
上記構成の二酸化炭素分離装置1001は、制御器C2が、非透過ガス流路120に設けられた二酸化炭素濃度検知器5によって検知された非透過ガスに含まれる二酸化炭素の濃度を基に、吸着工程の吸着器2に流入する非透過ガスに含まれる二酸化炭素の濃度が所定範囲内に収まるように、透過ガスの流量を調節する(透過ガス量調節手段を制御する)ので、吸着装置201(吸着器2)に流入する非透過ガス中の二酸化炭素濃度が変化した際に、分離膜31を透過する二酸化炭素量を変化させることができ、吸着工程の吸着器2に流入する非透過ガス中の二酸化炭素濃度を所定の範囲内に制御することが可能となる。
In the carbon
そのため、吸着装置201(吸着器2)に流入する二酸化炭素濃度が安定し、吸着材4に吸着する二酸化炭素吸着量が安定することで、脱離ガス中の二酸化炭素濃度を安定化することが可能となり、安定した純度の二酸化炭素濃縮ガスを二酸化炭素利用機器16に供給することが可能となる。
Therefore, the concentration of carbon dioxide flowing into the adsorption device 201 (adsorber 2) is stabilized, and the amount of carbon dioxide adsorbed by the adsorbent 4 is stabilized, so that the concentration of carbon dioxide in the desorbed gas can be stabilized. Therefore, it becomes possible to supply the carbon dioxide-enriched gas of stable purity to the carbon
また、本実施の形態のように、二酸化炭素分離装置1001は、分離膜31が、分離膜31の含水率が高くなるにつれて二酸化炭素の透過性能が上昇する特性を有していれば、二酸化炭素分離器1の第1空間に供給される二酸化炭素含有ガスを設定された湿度に加湿可能な加湿器171と、二酸化炭素分離器1の第2空間を設定された湿度に加湿可能な加湿器172と、を備えて、加湿器171,172によって、分離膜31の含水率を調節することによって、分離膜31の二酸化炭素透過量を調節しても構わない。
Further, as in the present embodiment, if the
この場合は、制御器C2は、二酸化炭素濃度検知器5によって検知された非透過ガス中の二酸化炭素濃度を基に、吸着工程にある吸着器2に流入する非透過ガスに含まれる二酸化炭素の濃度が所定範囲の上限値を超えると判断した場合は、加湿器171,172によって二酸化炭素分離器1内の湿度を上げることによって分離膜31の含水率を上げ、濃度が所定範囲の下限値を下回ると判断した場合は、加湿器171,172による加湿量を減らすことによって二酸化炭素分離器1内の湿度を下げて分離膜31の含水率を下げるよう制御してもよい。
In this case, the controller C2 controls the amount of carbon dioxide contained in the non-permeating gas flowing into the adsorber 2 in the adsorption step based on the carbon dioxide concentration in the non-permeating gas detected by the carbon
これにより、分離膜31に供給される二酸化炭素含有ガス中の水分量の変化による影響を抑制しながら、分離膜31の二酸化炭素透過量を調節することが可能となる。
This makes it possible to adjust the carbon dioxide permeation amount of the
そのため、二酸化炭素含有ガス中の水蒸気量が変動した場合においても、容易に分離膜31の二酸化炭素透過量を調節でき、脱離ガス中の二酸化炭素濃度を、さらに安定化できる。
Therefore, even when the amount of water vapor in the carbon dioxide-containing gas fluctuates, the amount of carbon dioxide permeated through the
また、本実施の形態のように、二酸化炭素分離装置1001は、分離膜31が、分離膜31の温度が高くなるにつれて二酸化炭素の透過性能が上昇する特性を有していれば、二酸化炭素分離器1の温度が設定温度になるように二酸化炭素分離器1の温度を調節する温度調節器8を備えて、温度調節器8によって二酸化炭素分離器1の温度を設定温度に調節することによって、分離膜31の二酸化炭素透過量を調節しても構わない。
Further, as in the present embodiment, the
この場合は、制御器C2は、二酸化炭素濃度検知器5によって検知された非透過ガス中の二酸化炭素濃度を基に、吸着工程にある吸着器2に流入する非透過ガスに含まれる二酸化炭素の濃度が所定範囲の上限値を超えると判断した場合は、温度調節器8によって二酸化炭素分離器1(分離膜31)の温度を上げ、濃度が所定範囲の下限値を下回ると判断した場合は、温度調節器8によって二酸化炭素分離器1(分離膜31)の温度を下げるよう制御してもよい。
In this case, the controller C2 controls the amount of carbon dioxide contained in the non-permeating gas flowing into the adsorber 2 in the adsorption step based on the carbon dioxide concentration in the non-permeating gas detected by the carbon
これにより、供給される二酸化炭素含有ガス量の変化に伴う膜温度の変化の影響を抑制しながら分離膜31の二酸化炭素透過量を調節することができる。
As a result, the carbon dioxide permeation amount of the
このため、二酸化炭素含有ガス温度が変化した場合においても、容易に分離膜31の二酸化炭素透過量を調節でき、脱離ガス中の二酸化炭素濃度をさらに安定化できる。
Therefore, even when the temperature of the carbon dioxide-containing gas changes, the carbon dioxide permeation amount of the
また、本実施の形態のように、二酸化炭素分離装置1001は、透過ガスが吸着装置201内の2本の吸着器2a,2bと二酸化炭素利用機器16とに供給されるように、透過ガス流路122が、減圧ポンプ7よりも下流側で分岐し、その分岐点と二酸化炭素利用機
器16との間の流路に、設定された開度に調節可能なパージ流量調節弁10を備えて、吸着器2a,2bのどちらか一方が吸着工程を行っている間に、吸着器2a,2bのどちらか他方が透過ガスによって吸着器2a,2b内の不純物ガスを排出して吸着器2a,2b内の二酸化炭素濃度を高くするパージ工程と、吸着材4a,4bから二酸化炭素を脱離させる再生工程と、を順番に行うように構成しても構わない。
In addition, as in the present embodiment, the carbon
これにより、二酸化炭素濃度が高い透過ガスを吸着材4に吸着させることができる。高濃度の二酸化炭素を吸着させると、吸着材4の吸着量は最大吸着量に近づき、最大吸着量に近づくと二酸化炭素濃度の変化に対する吸着材4の吸着量の変化が小さくなるため、脱離ガス中の二酸化炭素濃度をさらに安定化することが可能となる。 Thereby, the permeating gas having a high carbon dioxide concentration can be adsorbed by the adsorbent 4 . When a high concentration of carbon dioxide is adsorbed, the adsorption amount of the adsorbent 4 approaches the maximum adsorption amount. It becomes possible to further stabilize the carbon dioxide concentration in the gas.
(実施の形態3)
以下、図11から図18を用いて、実施の形態3を説明する。なお、図11、図15、図17において、図1に示された実施の形態1と同一構成については同一符号を付して、その詳細な説明を省略する場合がある。
(Embodiment 3)
[3-1.構成]
図11は、実施の形態3における二酸化炭素分離装置1002の構成を示すブロック図であって、特に、吸着装置202において、吸着器2aで吸着工程を行い、吸着器2dで再生工程を行っている状態を示している。
[3-1. Constitution]
FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of the carbon
図15は、実施の形態3における二酸化炭素分離装置1002の構成を示すブロック図であって、特に、吸着装置202において、吸着器2aの下流側に吸着器2bを直列に接続して、吸着器2a,2bで吸着工程を行い、吸着器2c,2dで再生工程を行っている状態を示している。
FIG. 15 is a block diagram showing the configuration of the
図17は、実施の形態3における二酸化炭素分離装置1002の構成を示すブロック図であって、特に、吸着装置202において、吸着器2aと吸着器2bに並列に非透過ガスを供給して、吸着器2a,2bで吸着工程を行い、吸着器2c,2dで再生工程を行っている状態を示している。
FIG. 17 is a block diagram showing the configuration of the
図11、図15、図17に示すように、二酸化炭素分離装置1002は、二酸化炭素含有ガス供給源100から供給される二酸化炭素含有ガスから、二酸化炭素分離器1と吸着装置202とを用いて、安定した純度の二酸化炭素濃縮ガスを生成して、二酸化炭素利用機器16に二酸化炭素濃縮ガスを供給するように構成されている。
As shown in FIGS. 11, 15, and 17, the
二酸化炭素分離器1の内部空間は、二酸化炭素を選択的に透過する分離膜3によって第1空間と第2空間とに仕切られている。
The internal space of the
第1空間の一方の端部は、二酸化炭素含有ガス供給流路9によって、二酸化炭素含有ガス供給源100の出口と連通している。二酸化炭素含有ガス供給流路9は、設定された供給量で二酸化炭素含有ガス供給源100からの二酸化炭素含有ガスを第1空間に供給するように構成された供給ポンプ6を備えている。第1空間の他方の端部は、二酸化炭素濃度検知器5を備えた非透過ガス流路120によって、吸着装置202の入口と連通している。
One end of the first space communicates with an outlet of a carbon dioxide-containing
第2空間の一方の端部は、第2空間を減圧するように構成された減圧ポンプ7を備えた透過ガス流路121によって、二酸化炭素利用機器16と連通している。
One end of the second space communicates with the carbon
二酸化炭素分離装置1002は、供給ポンプ6と減圧ポンプ7の両方が動作した場合に
おいて、二酸化炭素含有ガス供給源100からの二酸化炭素含有ガスが二酸化炭素含有ガス供給流路9から第1空間に流入し、第1空間に流入した二酸化炭素含有ガスの一部が、第1空間と第2空間の二酸化炭素の分圧差によって、分離膜3を選択的に透過して第2空間に流入し、分離膜3を透過して第2空間に流入した二酸化炭素含有ガス(透過ガス)が第2空間から透過ガス流路121に流出して、第1空間に流入した二酸化炭素含有ガスのうちで分離膜3を透過しなかった二酸化炭素含有ガス(非透過ガス)が、第1空間から非透過ガス流路120に流出した後に、吸着装置202に供給されるように構成されている。
In the
吸着装置202は、内部に二酸化炭素を吸着する吸着材4aが充填され非透過ガス流路120の下流側に接続された吸着器2aと、内部に二酸化炭素を吸着する吸着材4bが充填され非透過ガス流路120の下流側に接続された吸着器2bと、内部に二酸化炭素を吸着する吸着材4cが充填され非透過ガス流路120の下流側に接続された吸着器2cと、内部に二酸化炭素を吸着する吸着材4dが充填され非透過ガス流路120の下流側に接続された吸着器2dと、吸着器接続流路19とを有している。
The
4本の吸着器2a~2dには、非透過ガス流路120の他に、吸着器2a~2dに吸着されなかった非透過ガスを二酸化炭素分離装置1002の外部に排気するための排ガス流路11と、流路の途中に吸引ポンプ15を備えて吸着器2a~2dから脱離した脱離ガスを吸着器2a~2dから回収して透過ガス流路121の透過ガスと一緒に二酸化炭素利用機器16に供給するための脱離ガス排出流路14と、吸着器2a~2dのいずれか2本を直列に接続するための吸着器接続流路19と、が接続されている。
In addition to the non-permeable
非透過ガス流路120は吸着器2a~2dの長手方向の一端に接続され、排ガス流路11は吸着器2a~2dの長手方向の他端に接続され、脱離ガス排出流路14は吸着器2a~2dの長手方向の一端に接続されている。吸着器接続流路19の上流側端は吸着器2a~2dの長手方向の他端に接続され、吸着器接続流路19の下流側端は吸着器2a~2dの長手方向の一端に接続されている。
The
ここで、吸着器接続流路19において、吸着器接続流路19の上流側というのは、吸着器接続流路19内を通流するガスにとっての上流側を指し、吸着器接続流路19の下流側というのは、吸着器接続流路19内を通流するガスにとっての下流側を指している。
Here, in the adsorber-connecting
共用する非透過ガス流路120から分岐して吸着器2aに接続される非透過ガス流路120の分岐流路には、制御弁V1aが設けられ、共用する非透過ガス流路120から分岐して吸着器2bに接続される非透過ガス流路120の分岐流路には、制御弁V1bが設けられ、共用する非透過ガス流路120から分岐して吸着器2cに接続される非透過ガス流路120の分岐流路には、制御弁V1cが設けられ、共用する非透過ガス流路120から分岐して吸着器2dに接続される非透過ガス流路120の分岐流路には、制御弁V1dが設けられている。
A control valve V1a is provided in the branched flow path of the non-permeating
共用する排ガス流路11から分岐して吸着器2aに接続される排ガス流路11の分岐流路には、制御弁V2aが設けられ、共用する排ガス流路11から分岐して吸着器2bに接続される排ガス流路11の分岐流路には、制御弁V2bが設けられ、共用する排ガス流路11から分岐して吸着器2cに接続される排ガス流路11の分岐流路には、制御弁V2cが設けられ、共用する排ガス流路11から分岐して吸着器2dに接続される排ガス流路11の分岐流路には、制御弁V2dが設けられている。
A control valve V2a is provided in a branched flow path of the exhaust
共用する脱離ガス排出流路14から分岐して吸着器2aに接続される脱離ガス排出流路14の分岐流路には、制御弁V3aが設けられ、共用する脱離ガス排出流路14から分岐
して吸着器2bに接続される脱離ガス排出流路14の分岐流路には、制御弁V3bが設けられ、共用する脱離ガス排出流路14から分岐して吸着器2cに接続される脱離ガス排出流路14の分岐流路には、制御弁V3cが設けられ、共用する脱離ガス排出流路14から分岐して吸着器2dに接続される脱離ガス排出流路14の分岐流路には、制御弁V3dが設けられている。
A control valve V3a is provided in a branched flow path of the desorbed gas
共用する吸着器接続流路19の下流側端から分岐して吸着器2aに接続される吸着器接続流路19の分岐流路には、制御弁V6aが設けられ、共用する吸着器接続流路19の下流側端から分岐して吸着器2bに接続される吸着器接続流路19の分岐流路には、制御弁V6bが設けられ、共用する吸着器接続流路19の下流側端から分岐して吸着器2cに接続される吸着器接続流路19の分岐流路には、制御弁V6cが設けられ、共用する吸着器接続流路19の下流側端から分岐して吸着器2dに接続される吸着器接続流路19の分岐流路には、制御弁V6dが設けられている。
A control valve V6a is provided in the branch channel of the
共用する吸着器接続流路19の上流側端から分岐して吸着器2aに接続される吸着器接続流路19の分岐流路には、制御弁V7aが設けられ、共用する吸着器接続流路19の上流側端から分岐して吸着器2bに接続される吸着器接続流路19の分岐流路には、制御弁V7bが設けられ、共用する吸着器接続流路19の上流側端から分岐して吸着器2cに接続される吸着器接続流路19の分岐流路には、制御弁V7cが設けられ、共用する吸着器接続流路19の上流側端から分岐して吸着器2dに接続される吸着器接続流路19の分岐流路には、制御弁V7dが設けられている。
A control valve V7a is provided in the branch channel of the
吸着装置202は、二酸化炭素含有ガス供給源100から二酸化炭素分離装置1002に二酸化炭素含有ガスが供給されている(非透過ガス流路120から吸着装置202に非透過ガスが供給されている)時は、吸着器2a~2dのいずれか1本または2本が非透過ガスに含まれる二酸化炭素を吸着材4a~4dに吸着する吸着工程を行っており、吸着器2a~2dのいずれか1本または2本が吸着工程を行っている間に、他の吸着器2a~2dのいずれか1本または2本が吸着材4a~4dから二酸化炭素を脱離させる再生工程を行うように、制御器C3によって制御弁V1a~V1d,V2a~V2d,V3a~V3d,V6a~V6d,V7a~V7dの開閉状態が制御される。
When the carbon dioxide-containing gas is supplied from the carbon dioxide-containing
吸着器2a~2dのいずれか2本が非透過ガスに含まれる二酸化炭素を吸着材4a~4dに吸着する吸着工程を行っている場合は、吸着器2a~2dのいずれか2本が吸着工程を行っている間に、他の吸着器2a~2dのいずれか2本が吸着材4a~4dから二酸化炭素を脱離させる再生工程を行うように、制御器C3によって制御弁V1a~V1d,V2a~V2d,V3a~V3d,V6a~V6d,V7a~V7dの開閉状態が制御される。
If any two of the
吸着器2a~2dのいずれか2本が非透過ガスに含まれる二酸化炭素を吸着材4a~4dに吸着する吸着工程を行っている場合で、吸着工程を行う2本の吸着器2a~2dを直列に接続する場合は、直列に接続される2本の吸着器2a~2dのうちの上流側の吸着器2a~2dについては、その吸着器2a~2dに対応する制御弁V1a~V1d、制御弁V7a~V7dが開状態で、他の制御弁V2a~V2d,V3a~V3d,V6a~V6dが閉状態に制御され、直列に接続される2本の吸着器2a~2dのうちの下流側の吸着器2a~2dについては、その吸着器2a~2dに対応する制御弁V2a~V2d、制御弁V6a~V6dが開状態で、他の制御弁V1a~V1d,V3a~V3d,V7a~V7dが閉状態に制御される。
When any two of the
直列に接続されずに吸着工程を行っている吸着器2a~2dについては、その吸着器2a~2dに対応する制御弁V1a~V1d、制御弁V2a~V2dが開状態で、他の制御
弁V3a~V3d,V6a~V6d,V7a~V7dが閉状態に制御される。
For the
再生工程を行っている吸着器2a~2dについては、その吸着器2a~2dに対応する制御弁V3a~V3dが開状態で、他の制御弁V1a~V1d,V2a~V2d,V6a~V6d,V7a~V7dが閉状態に制御される。
For the
排ガス流路11は、吸着工程の吸着器2a~2dに吸着されなかった非透過ガスが吸着工程の吸着器2a~2dから外部に排気されるように、4本の吸着器2a~2dの下流側に接続される流路である。
The exhaust
脱離ガス排出流路14は、再生工程の吸着器2a~2dから脱離した脱離ガスが再生工程の吸着器2a~2dから回収されるように、一端(上流側端)が4本の吸着器2a~2dに接続され他端(下流側端)が減圧ポンプ7と二酸化炭素利用機器16との間の透過ガス流路121に連通するように透過ガス流路121に接続された流路である。
One end (upstream side end) of the desorbed
吸引ポンプ15は、脱離ガス排出流路14における共用する流路の途中に配置されている。また、吸引ポンプ15は、再生工程の吸着器2a~2dの内部を減圧して、吸着材4a~4dから二酸化炭素を脱離させ、脱離ガスを脱離ガス排出流路14に流出させるように構成されている。
The
吸着装置202を構成する吸着器2a~2dは、内部に二酸化炭素を吸着する吸着材4a~4dを備えている。吸着材4a~4dの材料は、二酸化炭素を吸着するゼオライトである。
二酸化炭素を選択的に透過する分離膜3は、アルカノールアミンの一種であるモノエタノールアミンを含有する。
The
制御弁V1a~V1dは、非透過ガス流路120における吸着器2a~2dに対応した分岐流路にそれぞれ設けられている。制御弁V2a~V2dは、排ガス流路11における吸着器2a~2dに対応した分岐流路にそれぞれ設けられている。制御弁V3a~V3dは、脱離ガス排出流路14における吸着器2a~2dに対応した分岐流路にそれぞれ設けられている。
The control valves V1a to V1d are provided in branch flow paths corresponding to the
制御弁V6a~V6dは、吸着器接続流路19の下流側端から分岐した吸着器2a~2dに対応した分岐流路にそれぞれ設けられている。制御弁V7a~V7dは、吸着器接続流路19の上流側端から分岐した吸着器2a~2dに対応した分岐流路にそれぞれ設けられている。
The control valves V6a to V6d are provided in branch flow paths corresponding to the
制御器C3は、二酸化炭素分離装置1002の運転を制御する。制御器C3は、信号入出力部(図示せず)と、演算処理部(図示せず)と、制御プログラムを記憶する記憶部(図示せず)とを備えている。
Controller C3 controls the operation of
制御器C3は、供給ポンプ6、減圧ポンプ7、吸引ポンプ15、制御弁V1a~V7dを、制御器C3の指令によって、動作させるように構成されている。
The controller C3 is configured to operate the
制御器C3は、二酸化炭素濃度検知器5によって検知された濃度を基に、吸着工程の吸着器2に流入する非透過ガスに含まれる二酸化炭素の濃度が所定範囲内に収まるように、透過ガス量調節手段(供給ポンプ6、減圧ポンプ7)を制御するように構成されている。
Based on the concentration detected by the carbon
[3-2.動作]
以上のように構成された二酸化炭素分離装置1002について、その動作を図12~17を参照して詳細に説明する。
[3-2. motion]
The operation of the
[3-2-1.基本動作]
図12は、二酸化炭素分離装置1002の基本動作を示すフローチャートである。
[3-2-1. basic action]
FIG. 12 is a flow chart showing the basic operation of the
以下の動作は、制御器C3が二酸化炭素分離装置1002を制御することによって行われる。
The following operations are performed by controlling the
運転開始要求が入ると、制御器C3の制御によって、二酸化炭素分離装置1002は、起動動作(S050)を行って運転を開始する。
When an operation start request is received, the
次に、制御器C3の制御によって、二酸化炭素分離装置1002は、吸着装置202に流入する非透過ガス中の二酸化炭素濃度を調節するCO2濃度調節動作(S600)を行って、吸着装置202に供給される非透過ガス中の二酸化炭素濃度を安定化させ、同時にPSA動作の運転モードを制御器C3のメモリに格納する。また、制御器C3はそれと並行して、メモリに格納された情報を基に吸着装置202のPSA動作の運転モードの切替えを行う
制御器C3は、CO2濃度調節動作(S600)で決定しメモリに格納された吸着装置202のPSA動作の運転モードが、通常モード、直列モード、並列モードのどれであるか確認する(S650)。
Next, under the control of the controller C3, the carbon
S650の確認の結果、通常モードであれば、制御器C3は、1本の吸着器2で吸着工程を実施するPSA動作(通常モード)を行う(S200)。 As a result of checking in S650, if the mode is the normal mode, the controller C3 performs the PSA operation (normal mode) in which the adsorption step is performed with one adsorber 2 (S200).
S650の確認の結果、直列モードであれば、制御器C3は、直列に接続した複数(2本)の吸着器2で吸着工程を実施するPSA動作(直列モード)を行う(S700)。 As a result of confirmation in S650, if the series mode is selected, the controller C3 performs a PSA operation (serial mode) in which a plurality of (two) series-connected adsorbers 2 perform an adsorption process (S700).
S650の確認の結果、並列モードであれば、制御器C3は、並列に接続した複数(2本)の吸着器2で吸着工程を実施するPSA動作(並列モード)を行う(S900)。 As a result of checking in S650, if the parallel mode is selected, the controller C3 performs PSA operation (parallel mode) in which a plurality of (two) adsorbers 2 connected in parallel perform an adsorption process (S900).
このように、二酸化炭素分離装置1002は、吸着装置202(吸着器2)に流入する非透過ガス中の二酸化炭素濃度を所定の範囲内に調節しつつ、吸着装置202のPSA動作を行うことによって、吸着装置202から安定した濃度の脱離ガスを生成して、二酸化炭素分離器1の透過ガスと合わせて安定した濃度の二酸化炭素濃縮ガスを生成する。
Thus, the
次に、制御器C3は、二酸化炭素分離装置1002に対して運転停止の指令の有無を判定する(S300)。S300の判定の結果、運転停止指令が無ければ、運転停止指令を受けるまで、CO2濃度調節動作(S600)とPSA動作(S200,S700,S900)を継続する。 Next, the controller C3 determines whether or not there is a command to stop the operation of the carbon dioxide separator 1002 (S300). As a result of the determination in S300, if there is no operation stop command, the CO 2 concentration adjustment operation (S600) and PSA operation (S200, S700, S900) are continued until the operation stop command is received.
S300の判定の結果、運転停止指令が有れば、制御器C3は、二酸化炭素含有ガス供給源100からの二酸化炭素含有ガスを二酸化炭素分離器1の第1空間に供給する供給ポンプ6、二酸化炭素分離器1の第2空間を減圧して二酸化炭素分離器1の第1空間から第2空間に分離膜3を透過した透過ガスを第2空間から透過ガス流路121に流出させる減圧ポンプ7、再生工程の吸着器2を減圧して吸着材4から脱離した脱離ガスを脱離ガス排出流路14に流出させる吸引ポンプ15をそれぞれ停止させ(S400)、吸着器2の運転フラグ、動作ステップ情報、及び全制御弁の開閉情報を制御器C3のメモリに保存したのちに、全制御弁を閉止して(S500)、二酸化炭素分離装置1002の運転を停止する。
As a result of the determination in S300, if there is an operation stop command, the controller C3 controls the
[3-2-2.起動動作]
次に、二酸化炭素分離装置1002の起動動作(S050)について、図13を用いて説明する。図13は、二酸化炭素分離装置1002の起動動作(S050)を示すフローチャートである。
[3-2-2. Startup action]
Next, the activation operation (S050) of the carbon
以下の動作は、制御器C3が二酸化炭素分離装置1002を制御することによって行われる。
The following operations are performed by controlling the
まず、制御器C3は、二酸化炭素分離器1の第2空間を減圧する減圧ポンプ7を起動して、二酸化炭素分離器1の第2空間の圧力が既定の圧力(20kPa)になるように、減圧ポンプ7の排気速度を調整することによって、二酸化炭素分離器1の第2空間の圧力を既定の圧力である20kPaに減圧する(S001)。
First, the controller C3 activates the
次に、制御器C3は、制御器C3のメモリに格納された前回運転時の吸着装置202のPSA動作における運転モード、吸着器2a~2dのフラグ情報、及び動作ステップの情報、制御弁V1a~V7dの開閉情報を読み出して、吸着装置202に反映する。もし、メモリに前回運転時の情報が格納されていない場合は、PSA動作における運転モードは通常モードとして、吸着装置202に反映する。
Next, the controller C3 controls the operation mode in the PSA operation of the
次に、制御器C3は、二酸化炭素含有ガスを二酸化炭素分離器1の第1空間に供給する供給ポンプ6を第一供給量(30L/min)で動作させることによって、二酸化炭素含有ガス供給源100からの二酸化炭素含有ガスを、二酸化炭素分離器1の第1空間(の入口)に供給する(S003)。
Next, the controller C3 operates the
[3-2-3.CO2濃度調節動作]
次に、二酸化炭素分離装置1002のCO2濃度調節動作(S600)について、図14を用いて説明する。
[3-2-3. CO 2 concentration adjustment operation]
Next, the CO 2 concentration adjustment operation (S600) of the
まず、制御器C3は、二酸化炭素分離器1の第1空間の出口と吸着装置202(吸着器2)の入口とを接続する非透過ガス流路120に設けられた二酸化炭素濃度検知器5の検知した非透過ガス中の二酸化炭素濃度が、所定の濃度範囲内であるか否かを判定する(S601)。
First, the controller C3 controls the carbon
S601の判定の結果、所定の濃度範囲内であれば、S601をYes側に分岐して、(メモリに格納されている)PSA運転モードを通常モードに変更して(S613)、CO2濃度調節動作を終了して、次工程に遷移する。 As a result of the determination in S601, if the concentration is within the predetermined range, S601 is branched to the Yes side, the PSA operation mode (stored in the memory) is changed to the normal mode (S613), and the CO 2 concentration is adjusted. End the operation and proceed to the next step.
S601の判定の結果、所定の濃度範囲外であれば、S601をNo側に分岐して、制御器C3は、二酸化炭素濃度検知器5の検知した非透過ガス中の二酸化炭素濃度が所定の濃度範囲の上限値を超えているか否かを判定する(S602)。
As a result of the determination in S601, if it is outside the predetermined concentration range, S601 is branched to the No side, and the controller C3 detects that the concentration of carbon dioxide in the non-permeating gas detected by the carbon
S602の判定の結果、所定の濃度範囲の上限値を超えていれば、S602をYes側に分岐して、制御器C3は、現在のPSA運転モード(メモリに格納されているPSA運転モード)が直列モードであるか否かの判定を行う(S603)。 As a result of the determination in S602, if the upper limit of the predetermined concentration range is exceeded, S602 is branched to the Yes side, and the controller C3 determines that the current PSA operation mode (the PSA operation mode stored in the memory) is It is determined whether or not it is the serial mode (S603).
S602の判定の結果、所定の濃度範囲の上限値を超えていなければ、S602をNo側に分岐して、制御器C3は、現在のPSA運転モード(メモリに格納されているPSA運転モード)が並列モードであるか否かの判定を行う(S608)。 As a result of the determination in S602, if the upper limit value of the predetermined concentration range is not exceeded, S602 is branched to the No side, and the controller C3 determines that the current PSA operation mode (the PSA operation mode stored in the memory) is It is determined whether or not it is in parallel mode (S608).
S603の判定の結果、現在のPSA運転モード(メモリに格納されているPSA運転モード)が直列モードであれば、S603をYes側に分岐して、制御器C3は、減圧ポンプ7の排気速度が最大排気速度より低いか否かの判定を行う(S604)。
If the current PSA operation mode (the PSA operation mode stored in the memory) is the serial mode as a result of the determination in S603, S603 branches to the Yes side, and the controller C3 determines that the pumping speed of the
S603の判定の結果、現在のPSA運転モード(メモリに格納されているPSA運転モード)が直列モードでなければ、S603をNo側に分岐して、制御器C3は、(メモリに格納されている)PSA運転モードを直列モードに変更して(S606)、CO2濃度調節動作を終了して、次工程に遷移する。 As a result of the determination in S603, if the current PSA operation mode (the PSA operation mode stored in the memory) is not the serial mode, S603 is branched to the No side, and the controller C3 (stored in the memory ) The PSA operation mode is changed to the series mode (S606), the CO 2 concentration adjustment operation is terminated, and the next step is performed.
これにより、複数の吸着器2が直列に接続されることになるので、吸着装置202の圧力損失が大きくなり、その結果、二酸化炭素分離器1の第1空間の圧力が高くなるため、第1空間から第2空間へと分離膜3を透過する二酸化炭素量が増加することにより、第1空間から非透過ガス流路120に流出して吸着装置202に供給される非透過ガスの二酸化炭素濃度が低下するので、吸着装置202に供給される非透過ガス中の二酸化炭素濃度が所定の濃度範囲の上限値を超えないように制御することができる。
As a result, a plurality of adsorbers 2 are connected in series, so the pressure loss of the
そのため、吸着器2から流出する脱離ガス中の二酸化炭素濃度を安定させ、安定した純度の二酸化炭素濃縮ガスを供給することができる。 Therefore, the concentration of carbon dioxide in the desorbed gas flowing out of the adsorber 2 can be stabilized, and carbon dioxide-enriched gas with stable purity can be supplied.
S604の判定の結果、減圧ポンプ7の排気速度が最大排気速度より低ければ、S604をYes側に分岐して、制御器C3は、二酸化炭素濃度検知器5の検知濃度と所定の濃度範囲との差分に応じて減圧ポンプ7の排気速度を上げて(S605)、CO2濃度調節動作を終了して、次工程に遷移する。
As a result of the determination in S604, if the exhaust speed of the
これにより、二酸化炭素分離器1の第1空間を通流する二酸化炭素含有ガス中の二酸化炭素分圧の平均値から第2空間を通流する透過ガス中の二酸化炭素分圧の平均値を差し引いた分圧差が大きくなることによって、第1空間から第2空間へと分離膜3を透過する二酸化炭素量が増加することにより、第1空間から非透過ガス流路120に流出して吸着装置202に供給される非透過ガスの二酸化炭素濃度が低下するので、吸着装置202に供給される非透過ガス中の二酸化炭素濃度が所定の濃度範囲の上限値を超えないように制御することができる。
Thereby, the average value of the carbon dioxide partial pressure in the permeate gas flowing through the second space is subtracted from the average value of the carbon dioxide partial pressure in the carbon dioxide-containing gas flowing through the first space of the
そのため、吸着器2から流出する脱離ガス中の二酸化炭素濃度を安定させ、安定した純度の二酸化炭素濃縮ガスを二酸化炭素利用機器16に供給することができる。
Therefore, the concentration of carbon dioxide in the desorbed gas flowing out of the adsorber 2 can be stabilized, and carbon dioxide-enriched gas with stable purity can be supplied to the carbon
S604の判定の結果、減圧ポンプ7の排気速度が最大排気速度であれば、S604をNo側に分岐して、制御器C3は、二酸化炭素濃度検知器5の検知濃度と所定の濃度範囲との差分に応じて、供給ポンプ6の二酸化炭素含有ガス供給量を現状の第一供給量より減らすことにより、二酸化炭素分離器1の第1空間から非透過ガス流路120に流出する非透過ガスの流出量を減らして(S607)、CO2濃度調節動作を終了して、次工程に遷移する。
As a result of the determination in S604, if the exhaust speed of the
これにより、所定の濃度を超える二酸化炭素含有ガスの吸着装置202への供給量を減らすことで、吸着工程にある吸着器2内部の吸着材4に吸着する二酸化炭素の単位時間あたりの吸着量を所定の吸着量に制限して、吸着器2から流出する脱離ガス中の二酸化炭素濃度が所定の濃度範囲の上限値を超えないようにして、安定した純度の二酸化炭素濃縮ガスを供給することができる。
As a result, by reducing the supply amount of the carbon dioxide-containing gas exceeding a predetermined concentration to the
S608の判定の結果、現在のPSA運転モード(メモリに格納されているPSA運転モード)が並列モードであれば、減圧ポンプ7の排気速度が、最小排気速度より高いか否
かの判定を行う(S609)。
If the result of determination in S608 is that the current PSA operation mode (the PSA operation mode stored in the memory) is the parallel mode, it is determined whether or not the pumping speed of the
S608の判定の結果、現在のPSA運転モード(メモリに格納されているPSA運転モード)が並列モードでなければ、S608をNo側に分岐して、制御器C3は、(メモリに格納されている)PSA運転モードを並列モードに変更して(S611)、CO2濃度調節動作を終了して、次工程に遷移する。 As a result of the determination in S608, if the current PSA operation mode (the PSA operation mode stored in the memory) is not the parallel mode, S608 is branched to the No side, and the controller C3 (stored in the memory ) The PSA operation mode is changed to the parallel mode (S611), the CO2 concentration adjustment operation is completed, and the next process is performed.
これにより、複数の吸着器2が並列に接続されることになるので、吸着装置202の圧力損失が小さくなり、二酸化炭素分離器1の第1空間の圧力が低くなるため、第1空間から第2空間へと分離膜3を透過する二酸化炭素量が減少することにより、第1空間から非透過ガス流路120に流出して吸着装置202に供給される非透過ガスの二酸化炭素濃度が高くなるので、吸着装置202に供給される非透過ガス中の二酸化炭素濃度が所定の濃度範囲の下限値を下回らないように制御することができる。
As a result, since a plurality of adsorbers 2 are connected in parallel, the pressure loss of the
そのため、吸着器2から流出する脱離ガス中の二酸化炭素濃度を安定させ、安定した純度の二酸化炭素濃縮ガスを供給することができる。 Therefore, the concentration of carbon dioxide in the desorbed gas flowing out of the adsorber 2 can be stabilized, and carbon dioxide-enriched gas with stable purity can be supplied.
S609の判定の結果、減圧ポンプ7の排気速度が、最小排気速度より高ければ、S609をYes側に分岐して、制御器C3は、二酸化炭素濃度検知器5の検知濃度と所定の濃度範囲との差分に応じて減圧ポンプ7の排気速度を下げて(S610)、CO2濃度調節動作を終了して、次工程に遷移する。
As a result of the determination in S609, if the pumping speed of the
これにより、二酸化炭素分離器1の第1空間を通流する二酸化炭素含有ガス中の二酸化炭素分圧の平均値から第2空間を通流する透過ガス中の二酸化炭素分圧の平均値を差し引いた分圧差が小さくなることによって、第1空間から第2空間へと分離膜3を透過する二酸化炭素量が減少することにより、第1空間から非透過ガス流路120に流出して吸着装置202に供給される非透過ガスの二酸化炭素濃度が高くなるので、吸着装置202に供給される非透過ガス中の二酸化炭素濃度が所定の濃度範囲の下限値を下回らないように制御することができる。
Thereby, the average value of the carbon dioxide partial pressure in the permeate gas flowing through the second space is subtracted from the average value of the carbon dioxide partial pressure in the carbon dioxide-containing gas flowing through the first space of the
そのため、吸着器2から流出する脱離ガス中の二酸化炭素濃度を安定させ、安定した純度の二酸化炭素濃縮ガスを二酸化炭素利用機器16に供給することができる。
Therefore, the concentration of carbon dioxide in the desorbed gas flowing out of the adsorber 2 can be stabilized, and carbon dioxide-enriched gas with stable purity can be supplied to the carbon
S609の判定の結果、減圧ポンプ7の排気速度が、最小排気速度であれば、S609をNo側に分岐して、制御器C3は、二酸化炭素分離装置1002の停止指令を出し(S612)、CO2濃度調節動作を終了して、次工程に遷移する。
As a result of the determination in S609, if the pumping speed of the
これにより、二酸化炭素分離装置1002によって所定濃度範囲内に制御できない低濃度の二酸化炭素を含む二酸化炭素含有ガスが二酸化炭素分離装置1002に供給されたことによる、低濃度の二酸化炭素濃縮ガスが二酸化炭素利用機器16に供給されることを防止することができる。
As a result, the low-concentration carbon dioxide-enriched gas due to the supply of the carbon dioxide-containing gas containing low-concentration carbon dioxide that cannot be controlled within a predetermined concentration range by the carbon-
[3-2-4.直列モードでのPSA動作]
次に、二酸化炭素分離装置1002の直列モードでのPSA動作(図12のS700)について、図15と図16を用いて説明する。
[3-2-4. PSA operation in series mode]
Next, the PSA operation (S700 in FIG. 12) in series mode of the
本工程において、制御器C3は、二酸化炭素分離装置1002に備えられた4本の吸着器2を、吸着器2a,2bのグループと吸着器2c,2dのグループとに分けて、2本ずつのグループとして動作させる。そのため、図15と図16は、吸着器2a,2bの動作を示すが、それ以外の吸着器2のグループ(吸着器2c,2d)も同様に、かつ並行して
動作する。
In this step, the controller C3 divides the four adsorbers 2 provided in the carbon
まず、制御器C3は、吸着工程フラグがONになっている吸着器2の有無を判定し(S701)、判定の結果、吸着工程フラグがONになっている吸着器2が有れば、S701の判定を繰り返す。S701の判定の結果、吸着工程フラグがONになっている吸着器2が無ければ、S701をNo側に分岐して、吸着器2a,2bの吸着工程フラグをONにする(S702)。
First, the controller C3 determines whether or not there is an adsorber 2 whose adsorption process flag is ON (S701). repeat the judgment. As a result of the determination in S701, if there is no adsorber 2 whose adsorption process flag is ON, S701 is branched to the No side, and the adsorption process flags of
次に、制御器C3は、制御弁V2a,V3a,V6a,V1b,V3b,V7bを閉止した状態で、制御弁V1a,V7a,V2b,V6bを開放状態にすることによって、非透過ガス流路120の非透過ガスを、吸着器2aに供給して、吸着器2aから排出された非透過ガスを、吸着器2bに供給する(S703)。
Next, the controller C3 closes the control valves V2a, V3a, V6a, V1b, V3b, and V7b and opens the control valves V1a, V7a, V2b, and V6b so that the non-permeating
その結果、非透過ガスに含まれる二酸化炭素が吸着器2a,2b内の吸着材4a,4bに吸着され、吸着材4a,4bに吸着されなかった不純物ガスは、排ガス流路11を経由して排気される。
As a result, the carbon dioxide contained in the non-permeating gas is adsorbed by the
次に、制御器C3は、吸着器2a,2bの吸着工程フラグがONになってから所定時間(60min)を経過したか否かを確認し(S704)、確認の結果、所定時間を経過していなければ、経過するまでS704の確認を繰り返す。
Next, the controller C3 checks whether or not a predetermined time (60 min) has elapsed since the adsorption process flags of the
S704の確認の結果、吸着器2a,2bの吸着工程フラグがONになってから所定時間を経過していれば、S704をYes側に分岐して、制御器C3は、吸着器2a,2bの吸着工程フラグをOFFにして、制御弁V1a,V7a,V2b,V6bを閉止する(S705)。
As a result of confirmation in S704, if a predetermined time has elapsed since the adsorption process flags of the
ここで、本実施の形態では、吸着工程の所定時間を60minに設定しているが、これはあくまで一例に過ぎない。 Here, in the present embodiment, the predetermined time for the adsorption step is set to 60 minutes, but this is merely an example.
ここで、吸着工程の所定時間は事前に実験によって求められた値である。吸着工程の所定時間は、吸着器2a,2b内の吸着材4a,4bに非透過ガス中の二酸化炭素が吸着され、吸着材4a,4bに吸着された二酸化炭素を脱離させて得られる脱離ガス中の二酸化炭素濃度が、二酸化炭素利用機器16の要求する濃度になる時間であればよく、二酸化炭素濃度検知器5の測定値に応じて変更してもよい。よって、吸着工程の所定時間は、定量的に確定的なものではない。
Here, the predetermined time for the adsorption step is a value obtained in advance by experiments. During the predetermined time of the adsorption step, the carbon dioxide in the non-permeating gas is adsorbed by the
つまり、ここでは、吸着工程フラグがONになった時点からの経過時間が60minになると、脱離ガス中の二酸化炭素濃度が、二酸化炭素利用機器16の要求する濃度に到達すると判定し、経過時間が60minになる前では、脱離ガス中の二酸化炭素濃度が、二酸化炭素利用機器16の要求する濃度に到達しないと判定しているが、この判定基準は一例に過ぎない。
That is, here, when the elapsed time from the time when the adsorption process flag is turned ON reaches 60 minutes, it is determined that the concentration of carbon dioxide in the desorbed gas reaches the concentration required by the carbon
次に、制御器C3は、再生工程フラグがONになっている吸着器2の有無を判定し(S706)、判定の結果、再生工程フラグがONになっている吸着器2が有れば、S706の判定を繰り返す。S706の判定の結果、再生工程フラグがONになっている吸着器2が無ければ、S706をNo側に分岐して、吸着器2a,2bの再生工程フラグをONにする(S707)。
Next, the controller C3 determines whether or not there is an adsorber 2 whose regeneration process flag is ON (S706). The determination of S706 is repeated. As a result of the determination in S706, if there is no adsorber 2 whose regeneration process flag is ON, S706 is branched to the No side, and the regeneration process flags of
次に、制御器C3は、制御弁V3a,V3bを開放して、吸引ポンプ15を動作させて(S708)、再生工程を開始する。 Next, the controller C3 opens the control valves V3a and V3b to operate the suction pump 15 (S708) to start the regeneration process.
その結果、吸着工程において吸着器2a,2bに吸着されていた二酸化炭素と不純物ガスが、吸着器2a,2b(吸着材4a,4b)から脱離して、その脱離ガスが脱離ガス排出流路14に流出する。
As a result, the carbon dioxide and the impurity gas adsorbed by the
次に、制御器C3は、吸着器2a,2bの再生工程フラグがONになってから所定時間(30min)を経過したか否かを確認し(S709)、確認の結果、所定時間を経過していなければ、経過するまでS709の確認を繰り返す。
Next, the controller C3 checks whether or not a predetermined time (30 min) has elapsed since the regeneration process flags of the
S709の確認の結果、吸着器2a,2bの再生工程フラグがONになってから所定時間を経過していれば、S709をYes側に分岐して、制御器C3は、吸着器2a,2bの再生工程フラグをOFFにして、制御弁V3a,V3bを閉止して、吸引ポンプ15を停止させ(S710)、次工程に遷移する。
As a result of confirmation in S709, if a predetermined time has elapsed since the regeneration process flags of the
ここで、本実施の形態では、再生工程の所定時間を30minに設定しているが、これはあくまで一例に過ぎない。 Here, in the present embodiment, the predetermined time for the regeneration process is set to 30 minutes, but this is merely an example.
ここで、再生工程の所定時間は事前に実験によって求められた値である。再生工程の所定時間は、吸着器2a,2b内の吸着材4a,4bが吸着した二酸化炭素の脱離が完了したか否かを判定できる値であればよい。よって、再生工程の所定時間は、定量的に確定的なものではない。
Here, the predetermined time for the regeneration process is a value obtained in advance by experiments. The predetermined time for the regeneration step may be any value that allows determination of whether or not the desorption of carbon dioxide adsorbed by the
つまり、ここでは、再生工程フラグがONになった時点からの経過時間が30minになると、吸着材4a,4bが吸着した二酸化炭素の脱離が完了したと判定し、経過時間が30minになる前では、吸着材4a,4bが吸着した二酸化炭素の脱離が完了していないと判定しているが、この判定基準は一例に過ぎない。
That is, here, when the elapsed time from the time when the regeneration process flag is turned ON reaches 30 minutes, it is determined that the desorption of the carbon dioxide adsorbed by the
二酸化炭素含有ガス供給源100から二酸化炭素分離装置1002に二酸化炭素含有ガスが供給されている(吸着装置202に非透過ガスが供給されている)時は、吸着装置202において、吸着器2a,2bのグループと吸着器2c,2dのグループのどちらか一方が非透過ガスに含まれる二酸化炭素を吸着材4a~4dに吸着する吸着工程を行っている。
When the carbon dioxide-containing gas is supplied from the carbon dioxide-containing
そして、吸着器2a,2bのグループと吸着器2c,2dのグループのどちらか一方が非透過ガスに含まれる二酸化炭素を吸着材4a~4dに吸着する吸着工程を行っている間に、吸着器2a,2bのグループと吸着器2c,2dのグループのどちらか他方が吸着材4a~4dから二酸化炭素を脱離させる再生工程を行っている。
Then, while one of the group of
例えば、図15に示すように、吸着器2c,2dのグループが吸着材4c,4dから二酸化炭素を脱離させる再生工程を行っている時は、吸着器2a,2bのグループが非透過ガスに含まれる二酸化炭素を吸着材4a,4bに吸着する吸着工程を行っており、制御弁V1a,V7a,V2b,V6b,V3c,V3dのそれぞれが開状態で、残りの制御弁V2a,V3a,V6a,V1b,V3b,V7b,V1c,V2c,V6c,V7c,V1d,V2d,V6d,V7dのそれぞれが閉状態である。
For example, as shown in FIG. 15, when the group of
[3-2-5.通常モードでのPSA動作]
二酸化炭素分離装置1002の通常モードでのPSA動作(図12のS200)は、図5に示した実施の形態1でのPSA動作と同様であるので、説明を省略する。
[3-2-5. PSA operation in normal mode]
The PSA operation in the normal mode of the carbon dioxide separator 1002 (S200 in FIG. 12) is the same as the PSA operation in
[3-2-6。並列モードでのPSA動作]
次に、二酸化炭素分離装置1002の並列モードでのPSA動作(図12のS900)について、図17と図18を用いて説明する。
[3-2-6. PSA operation in parallel mode]
Next, the PSA operation (S900 in FIG. 12) in the parallel mode of
本工程において、制御器C3は、二酸化炭素分離装置1002に備えられた4本の吸着器2を、吸着器2a,2bのグループと吸着器2c,2dのグループとに分けて、2本ずつのグループとして動作させる。そのため、図17と図18は、吸着器2a,2bの動作を示すが、それ以外の吸着器2のグループ(吸着器2c,2d)も同様に、かつ並行して動作する。
In this step, the controller C3 divides the four adsorbers 2 provided in the carbon
まず、制御器C3は、吸着工程フラグがONになっている吸着器2の有無を判定し(S901)、判定の結果、吸着工程フラグがONになっている吸着器2が有れば、S901の判定を繰り返す。S901の判定の結果、吸着工程フラグがONになっている吸着器2が無ければ、S901をNo側に分岐して、吸着器2a,2bの吸着工程フラグをONにする(S902)。
First, the controller C3 determines whether or not there is an adsorber 2 whose adsorption process flag is ON (S901). repeat the judgment. As a result of the determination in S901, if there is no adsorber 2 whose adsorption process flag is ON, S901 is branched to the No side, and the adsorption process flags of
次に、制御器C3は、制御弁V3a,V6a,V7a,V3b,V6b,V7bを閉止した状態で、制御弁V1a,V2a,V1b,V2bを開放状態にすることによって、非透過ガス流路120の非透過ガスを、吸着器2aと吸着器2bとに分配供給する(S903)。
Next, the controller C3 closes the control valves V3a, V6a, V7a, V3b, V6b, and V7b and opens the control valves V1a, V2a, V1b, and V2b to of non-permeable gas is distributed and supplied to the
その結果、非透過ガスに含まれる二酸化炭素が吸着器2a,2b内の吸着材4a,4bに吸着され、吸着材4a,4bに吸着されなかった不純物ガスは、排ガス流路11を経由して排気される。
As a result, the carbon dioxide contained in the non-permeating gas is adsorbed by the
次に、制御器C3は、吸着器2a,2bの吸着工程フラグがONになってから所定時間(60min)を経過したか否かを確認し(S904)、確認の結果、所定時間を経過していなければ、経過するまでS904の確認を繰り返す。
Next, the controller C3 checks whether or not a predetermined time (60 minutes) has elapsed since the adsorption process flags of the
S904の確認の結果、吸着器2a,2bの吸着工程フラグがONになってから所定時間を経過していれば、S904をYes側に分岐して、制御器C3は、吸着器2a,2bの吸着工程フラグをOFFにして、制御弁V1a,V2a,V1b,V2bを閉止する(S905)。
As a result of confirmation in S904, if a predetermined time has elapsed since the adsorption process flags of the
ここで、本実施の形態では、吸着工程の所定時間を60minに設定しているが、これはあくまで一例に過ぎない。 Here, in the present embodiment, the predetermined time for the adsorption step is set to 60 minutes, but this is merely an example.
ここで、吸着工程の所定時間は事前に実験によって求められた値である。吸着工程の所定時間は、吸着器2a,2b内の吸着材4a,4bに非透過ガス中の二酸化炭素が吸着され、吸着材4a,4bに吸着された二酸化炭素を脱離させて得られる脱離ガス中の二酸化炭素濃度が、二酸化炭素利用機器16の要求する濃度になる時間であればよく、二酸化炭素濃度検知器5の測定値に応じて変更してもよい。よって、吸着工程の所定時間は、定量的に確定的なものではない。
Here, the predetermined time for the adsorption step is a value obtained in advance by experiments. During the predetermined time of the adsorption step, the carbon dioxide in the non-permeating gas is adsorbed by the
つまり、ここでは、吸着工程フラグがONになった時点からの経過時間が60minになると、脱離ガス中の二酸化炭素濃度が、二酸化炭素利用機器16の要求する濃度に到達すると判定し、経過時間が60minになる前では、脱離ガス中の二酸化炭素濃度が、二酸化炭素利用機器16の要求する濃度に到達しないと判定しているが、この判定基準は一例に過ぎない。
That is, here, when the elapsed time from the time when the adsorption process flag is turned ON reaches 60 minutes, it is determined that the concentration of carbon dioxide in the desorbed gas reaches the concentration required by the carbon
次に、制御器C3は、再生工程フラグがONになっている吸着器2の有無を判定し(S
906)、判定の結果、再生工程フラグがONになっている吸着器2が有れば、S906の判定を繰り返す。S906の判定の結果、再生工程フラグがONになっている吸着器2が無ければ、S906をNo側に分岐して、吸着器2a,2bの再生工程フラグをONにする(S907)。
Next, the controller C3 determines whether or not there is an adsorber 2 whose regeneration process flag is ON (S
906), as a result of the determination, if there is an adsorber 2 whose regeneration process flag is ON, the determination of S906 is repeated. As a result of the determination in S906, if there is no adsorber 2 whose regeneration process flag is ON, S906 is branched to No, and the regeneration process flags of
次に、制御器C3は、制御弁V3a,V3bを開放して、吸引ポンプ15を動作させて(S908)、再生工程を開始する。 Next, the controller C3 opens the control valves V3a and V3b to operate the suction pump 15 (S908) to start the regeneration process.
その結果、吸着工程において吸着器2a,2bに吸着されていた二酸化炭素と不純物ガスが、吸着器2a,2b(吸着材4a,4b)から脱離して、その脱離ガスが脱離ガス排出流路14に流出する。
As a result, the carbon dioxide and the impurity gas adsorbed by the
次に、制御器C3は、吸着器2a,2bの再生工程フラグがONになってから所定時間(30min)を経過したか否かを確認し(S909)、確認の結果、所定時間を経過していなければ、経過するまでS909の確認を繰り返す。
Next, the controller C3 checks whether or not a predetermined time (30 min) has elapsed since the regeneration process flags of the
S909の確認の結果、吸着器2a,2bの再生工程フラグがONになってから所定時間を経過していれば、S909をYes側に分岐して、制御器C3は、吸着器2a,2bの再生工程フラグをOFFにして、制御弁V3a,V3bを閉止して、吸引ポンプ15を停止させ(S910)、次工程に遷移する。
As a result of confirmation in S909, if a predetermined time has elapsed since the regeneration process flags of the
ここで、本実施の形態では、再生工程の所定時間を30minに設定しているが、これはあくまで一例に過ぎない。 Here, in the present embodiment, the predetermined time for the regeneration process is set to 30 minutes, but this is merely an example.
ここで、再生工程の所定時間は事前に実験によって求められた値である。再生工程の所定時間は、吸着器2a,2b内の吸着材4a,4bが吸着した二酸化炭素の脱離が完了したか否かを判定できる値であればよい。よって、再生工程の所定時間は、定量的に確定的なものではない。
Here, the predetermined time for the regeneration process is a value obtained in advance by experiments. The predetermined time for the regeneration step may be any value that allows determination of whether or not the desorption of carbon dioxide adsorbed by the
つまり、ここでは、再生工程フラグがONになった時点からの経過時間が30minになると、吸着材4a,4bが吸着した二酸化炭素の脱離が完了したと判定し、経過時間が30minになる前では、吸着材4a,4bが吸着した二酸化炭素の脱離が完了していないと判定しているが、この判定基準は一例に過ぎない。
That is, here, when the elapsed time from the time when the regeneration process flag is turned ON reaches 30 minutes, it is determined that the desorption of the carbon dioxide adsorbed by the
二酸化炭素含有ガス供給源100から二酸化炭素分離装置1002に二酸化炭素含有ガスが供給されている(吸着装置202に非透過ガスが供給されている)時は、吸着装置202において、吸着器2a,2bのグループと吸着器2c,2dのグループのどちらか一方が非透過ガスに含まれる二酸化炭素を吸着材4a~4dに吸着する吸着工程を行っている。
When the carbon dioxide-containing gas is supplied from the carbon dioxide-containing
そして、吸着器2a,2bのグループと吸着器2c,2dのグループのどちらか一方が非透過ガスに含まれる二酸化炭素を吸着材4a~4dに吸着する吸着工程を行っている間に、吸着器2a,2bのグループと吸着器2c,2dのグループのどちらか他方が吸着材4a~4dから二酸化炭素を脱離させる再生工程を行っている。
Then, while one of the group of
例えば、図17に示すように、吸着器2c,2dのグループが吸着材4c,4dから二酸化炭素を脱離させる再生工程を行っている時は、吸着器2a,2bのグループが非透過ガスに含まれる二酸化炭素を吸着材4a,4bに吸着する吸着工程を行っており、制御弁V1a,V2a,V1b,V2b,V3c,V3dのそれぞれが開状態で、残りの制御弁V3a,V6a,V7a,V3b,V6b,V7b,V1c,V2c,V6c,V7c,
V1d,V2d,V6d,V7dのそれぞれが閉状態である。
For example, as shown in FIG. 17, when the group of
Each of V1d, V2d, V6d, and V7d is closed.
[3-3.効果等]
以上のように、本実施の形態における二酸化炭素分離装置1002は、二酸化炭素分離器1と、減圧ポンプ7、二酸化炭素濃度検知器5と、透過ガス量調節手段として機能する供給ポンプ6及び制御弁V6a~V7dと、吸着装置202と、排ガス流路11と、脱離ガス排出流路14と、吸引ポンプ15と、制御器C3と、を備えている。減圧ポンプ7は、透過ガス量調節手段としても機能する。
[3-3. effects, etc.]
As described above, the
二酸化炭素分離器1は、二酸化炭素を選択的に透過する分離膜3によって、内部空間が第1空間と第2空間とに仕切られている。第1空間は、二酸化炭素含有ガスが二酸化炭素含有ガス供給流路9から流入する空間であるとともに、分離膜3を透過しなかった非透過ガスが、非透過ガス流路120に流出する空間である。第2空間は、分離膜3を透過した透過ガスが透過ガス流路121に流出する空間である。
The
減圧ポンプ7は、透過ガス流路121の途中に設けられて、減圧ポンプ7に対して設定された排気速度で、第2空間を減圧するように構成されたポンプである。減圧ポンプ7の減圧動作によって、二酸化炭素含有ガスに含まれる二酸化炭素が分離膜3を透過し、透過ガスが透過ガス流路121に流出する。
The
二酸化炭素濃度検知器5は、非透過ガス流路120の途中に配置されて、非透過ガス流路120を通流する非透過ガスに含まれる二酸化炭素の濃度を検知するように構成されている。
The carbon
吸着装置202は、内部に二酸化炭素を吸着する吸着材4a~4dが充填され、非透過ガス流路120の下流側に接続された、4本の吸着器2a~2dと、吸着器2a~2dのいずれか2本を直列に接続するための吸着器接続流路19とを有している。
The
また、吸着装置202は、二酸化炭素含有ガス供給源100から二酸化炭素分離装置1002に二酸化炭素含有ガスが供給されている(非透過ガス流路120から吸着装置202に非透過ガスが供給されている)時は、吸着器2a~2dのいずれか1本または2本が非透過ガスに含まれる二酸化炭素を吸着材4a~4dに吸着する吸着工程を行い、吸着器2a~2dのいずれか1本または2本が吸着工程を行っている間に、残りの吸着器2a~2dのいずれか1本または2本が吸着材4a~4dから二酸化炭素を脱離させる再生工程を行うように構成されている。
In the
通常モードでPSA動作を行う吸着装置202は、吸着器2a~2dのいずれか1本が非透過ガスに含まれる二酸化炭素を吸着材4a~4dに吸着する吸着工程を行い、吸着器2a~2dのいずれか1本が吸着工程を行っている間に、残りの吸着器2a~2dのいずれか1本が吸着材4a~4dから二酸化炭素を脱離させる再生工程を行うように構成されている。
In the
直列モードでPSA動作を行う吸着装置202は、吸着器2a~2dのいずれか2本が直列に接続された状態で非透過ガスに含まれる二酸化炭素を吸着材4a~4dに吸着する吸着工程を行い、吸着器2a~2dのいずれか2本が吸着工程を行っている間に、残りの吸着器2a~2dのいずれか2本が吸着材4a~4dから二酸化炭素を脱離させる再生工程を行うように構成されている。
The
並列モードでPSA動作を行う吸着装置202は、吸着器2a~2dのいずれか2本に非透過ガスが分配供給されて、非透過ガスに含まれる二酸化炭素を吸着材4a~4dに吸
着する吸着工程を行い、吸着器2a~2dのいずれか2本が吸着工程を行っている間に、残りの吸着器2a~2dのいずれか2本が吸着材4a~4dから二酸化炭素を脱離させる再生工程を行うように構成されている。
In the
排ガス流路11は、吸着工程の吸着器2a~2dに吸着されなかった非透過ガスが吸着工程の吸着器2a~2dから外部に排気されるように、4本の吸着器2a~2dの下流に接続される流路である。
The exhaust
脱離ガス排出流路14は、再生工程の吸着器2a~2dから脱離した脱離ガスが再生工程の吸着器2a~2dから回収されるように、2本の吸着器2a~2dに接続された流路である。
The desorbed
吸引ポンプ15は、脱離ガス排出流路14の途中に設けられる。また、吸引ポンプ15は、再生工程の吸着器2a~2dの内部を減圧して、吸着材4a~4dから二酸化炭素を脱離させ、脱離ガスを脱離ガス排出流路14に流出させるように構成されている。
The
供給ポンプ6は、二酸化炭素含有ガス供給流路9の途中に設けられる。また、供給ポンプ6は、二酸化炭素含有ガス供給源100からの二酸化炭素含有ガスを、供給ポンプ6に対して設定された供給量で、二酸化炭素分離器1の第1空間に、供給するように構成されている。
The
制御弁V6a~V6dは、吸着器接続流路19の下流側端から分岐した吸着器2a~2dに対応した分岐流路にそれぞれ設けられている。制御弁V7a~V7dは、吸着器接続流路19の上流側端から分岐した吸着器2a~2dに対応した分岐流路にそれぞれ設けられている。
The control valves V6a to V6d are provided in branch flow paths corresponding to the
制御器C3は、二酸化炭素濃度検知器5によって検知された濃度を基に、吸着工程の吸着器に流入する非透過ガスに含まれる二酸化炭素の濃度が、所定範囲内に収まるように、透過ガス量調節手段として機能する供給ポンプ6、減圧ポンプ7、制御弁V6a~V7dのいずれかを制御するように構成されている。
Based on the concentration detected by the carbon
上記構成の二酸化炭素分離装置1002は、制御器C3が、非透過ガス流路120に設けられた二酸化炭素濃度検知器5によって検知された非透過ガスに含まれる二酸化炭素の濃度を基に、吸着工程の吸着器2に流入する非透過ガスに含まれる二酸化炭素の濃度が所定範囲内に収まるように、透過ガスの流量を調節する(透過ガス量調節手段を制御する)ので、吸着装置202(吸着器2)に流入する非透過ガス中の二酸化炭素濃度が変化した際に、分離膜3を透過する二酸化炭素量を変化させることができ、吸着工程の吸着器2に流入する非透過ガス中の二酸化炭素濃度を所定の範囲内に制御することが可能となる。
In the carbon
そのため、吸着装置202(吸着器2)に流入する二酸化炭素濃度が安定し、吸着材4に吸着する二酸化炭素吸着量が安定することで、脱離ガス中の二酸化炭素濃度を安定化することが可能となり、安定した純度の二酸化炭素濃縮ガスを二酸化炭素利用機器16に供給することが可能となる。
Therefore, the concentration of carbon dioxide flowing into the adsorption device 202 (adsorber 2) is stabilized, and the amount of carbon dioxide adsorbed by the adsorbent 4 is stabilized, so that the concentration of carbon dioxide in the desorbed gas can be stabilized. Therefore, it becomes possible to supply the carbon dioxide-enriched gas of stable purity to the carbon
本実施の形態のように、二酸化炭素分離装置1002は、第1空間を通流する二酸化炭素含有ガス中の二酸化炭素分圧の平均値から第2空間を通流する透過ガス中の二酸化炭素分圧の平均値を差し引いた分圧差を制御することによって、吸着工程の吸着器2に流入する非透過ガスに含まれる二酸化炭素の濃度が所定範囲内に収まるように、透過ガスの流量を調節しても構わない。
As in this embodiment, the
この場合は、制御器C3は、二酸化炭素濃度検知器5によって検知された非透過ガス中の二酸化炭素濃度を基に、吸着工程にある吸着器2に流入する非透過ガスに含まれる二酸化炭素の濃度が所定範囲の上限値を超えると判断した場合は、分圧差を0以上の範囲内で大きくするよう分圧差を調節し、濃度が所定範囲の下限値を下回ると判断した場合は、分圧差を0以上の範囲内で小さくするよう分圧差を調節しても構わない。
In this case, the controller C3 controls the amount of carbon dioxide contained in the non-permeating gas flowing into the adsorber 2 in the adsorption step based on the carbon dioxide concentration in the non-permeating gas detected by the carbon
分圧差の調節は、減圧ポンプ7の排気速度の調節や、供給ポンプ6の供給量の調節により行うことができる。減圧ポンプ7の排気速度を上げると、分圧差が大きくなり、減圧ポンプ7の排気速度を下げると、分圧差が小さくなる。また、供給ポンプ6の供給量を上げると、分圧差が大きくなり、供給ポンプ6の供給量を下げると、分圧差が小さくなる。
The partial pressure difference can be adjusted by adjusting the pumping speed of the
また、分圧差の調節は、PSA動作の運転モードを、吸着器2a~2dのいずれか1本が吸着工程を行う通常モード、吸着器2a~2dのいずれか2本が直列に接続された状態で吸着工程を行う直列モード、吸着器2a~2dのいずれか2本に非透過ガスが分配供給される状態で吸着工程を行う並列モードのいずれかに切り替えて、吸着装置202の圧力損失を変えることにより行うことができる。
In addition, the adjustment of the partial pressure difference is performed by changing the operation mode of the PSA operation to the normal mode in which any one of the
制御弁V6a~V7dの開閉状態を変えることにより、PSA動作の運転モードを、通常モードから直列モードに変えると、変える前よりも吸着装置202の圧力損失が大きくなって分圧差が大きくなり、PSA動作の運転モードを、通常モードから並列モードに変えると、変える前よりも吸着装置202の圧力損失が小さくなって分圧差が小さくなる。
When the operation mode of the PSA operation is changed from the normal mode to the series mode by changing the open/closed states of the control valves V6a to V7d, the pressure loss of the
これにより、二酸化炭素分離器1の第2空間に滞留する透過ガス中の二酸化炭素濃度の影響を抑制し、分離膜3の二酸化炭素透過量を調節することが可能となる。
As a result, the influence of the carbon dioxide concentration in the permeated gas staying in the second space of the
このため、二酸化炭素含有ガス中の二酸化炭素濃度が大きく変化したとしても、変化直前の二酸化炭素濃度の影響を抑制し、速やかに透過ガス量を調節することが可能となるので、高い回収率を維持し、脱離ガス中の二酸化炭素濃度をさらに安定化できる。 Therefore, even if the carbon dioxide concentration in the carbon dioxide-containing gas changes significantly, the effect of the carbon dioxide concentration immediately before the change can be suppressed, and the amount of permeating gas can be quickly adjusted, resulting in a high recovery rate. can be maintained and the carbon dioxide concentration in the desorbed gas can be further stabilized.
また、本実施の形態のように、二酸化炭素分離装置1002は、減圧ポンプ7が、能力可変に構成されたポンプであっても構わない。
Further, as in the present embodiment, the
この場合は、制御器C3は、二酸化炭素濃度検知器5によって検知された非透過ガス中の二酸化炭素濃度を基に、吸着工程にある吸着器2に流入する非透過ガスに含まれる二酸化炭素の濃度が所定範囲の上限値を超えると判断した場合は、減圧ポンプ7の排気能力を高くし、濃度が所定範囲の下限値を下回ると判断した場合は、減圧ポンプ7の排気能力を低くするよう制御しても構わない。
In this case, the controller C3 controls the amount of carbon dioxide contained in the non-permeating gas flowing into the adsorber 2 in the adsorption step based on the carbon dioxide concentration in the non-permeating gas detected by the carbon
これにより、二酸化炭素含有ガス供給流路9を通流する二酸化炭素含有ガスの圧力を高めなくとも分圧差を大きくすることができる。
Thereby, the partial pressure difference can be increased without increasing the pressure of the carbon dioxide-containing gas flowing through the carbon dioxide-containing
このため、二酸化炭素含有ガスに水蒸気が含まれている場合においても、分離膜3の表面での結露を抑制できるため、分離膜3の表面への水滴付着による利用可能な膜面積の減少を抑制することができ、透過ガス量の制御が簡単になるので、脱離ガス中の二酸化炭素濃度をさらに安定化できる。
Therefore, even when water vapor is contained in the carbon dioxide-containing gas, dew condensation on the surface of the
また、本実施の形態のように、二酸化炭素分離装置1002は、吸着装置202に、吸着器2を少なくとも3つ(本実施の形態では吸着器2を4本)備え、それぞれの吸着器2は、吸着器2同士を直列に接続可能で、途中に制御弁V6a~V7dを備えた吸着器接続流路19で接続されても構わない。
Further, as in the present embodiment, the
この場合は、制御器C3は、二酸化炭素濃度検知器5によって検知された濃度を基に、吸着工程の吸着器2に流入する非透過ガスに含まれる二酸化炭素の濃度が所定範囲の上限値を超えると判断した場合は、吸着工程にある吸着器2同士が直列に接続された状態になるよう制御弁V6a~V7dを制御することにより、吸着装置202を透過ガス量調節手段として機能させても構わない。
In this case, based on the concentration detected by the carbon
制御弁V6a~V7dを制御して、PSA動作の運転モードを、通常モードから、吸着器2a~2dのいずれか2本が直列に接続された状態で吸着工程を行う直列モードに変えると、変える前よりも吸着装置202の圧力損失が大きくなって分圧差が大きくなる。
By controlling the control valves V6a to V7d, the operation mode of the PSA operation is changed from the normal mode to the serial mode in which any two of the
これにより、ポンプなどの補器を用いなくとも、吸着器2の圧力損失を利用して、二酸化炭素分離器1の第1空間を通流する二酸化炭素含有ガス中の二酸化炭素分圧を高めることが可能となり、分離膜3を透過する二酸化炭素量を増加させることができる。
As a result, the carbon dioxide partial pressure in the carbon dioxide-containing gas flowing through the first space of the
このため、消費エネルギーを抑制しながら脱離ガス中の二酸化炭素濃度をさらに安定化できる。 Therefore, the carbon dioxide concentration in the desorbed gas can be further stabilized while suppressing energy consumption.
また、本実施の形態のように、二酸化炭素分離装置1002は、吸着装置202に、吸着器2を少なくとも4つ(本実施の形態では吸着器2を4本)備え、非透過ガス流路120と排ガス流路11とが、吸着器2a~2dのそれぞれに対応して分岐して、その分岐流路が吸着器2a~2dに接続され、非透過ガス流路120における吸着器2a~2dに対応した分岐流路に制御弁V1a~V1dをそれぞれ備え、排ガス流路11における吸着器2a~2dに対応した分岐流路に制御弁V2a~V2dをそれぞれ備えても構わない。
Further, as in the present embodiment, the
この場合は、制御器C3は、二酸化炭素濃度検知器5によって検知された濃度を基に、吸着工程の吸着器2に流入する非透過ガスに含まれる二酸化炭素の濃度が所定範囲の下限値を下回ると判断した場合は、吸着工程にある吸着器2を並列に接続するよう制御弁V1a~V2dを制御することにより、吸着装置202を透過ガス量調節手段として機能させても構わない。
In this case, based on the concentration detected by the carbon
制御弁V1a~V2dを制御して、PSA動作の運転モードを、通常モードから、吸着器2a~2dのいずれか2本に非透過ガスが分配供給される状態で吸着工程を行う並列モードに変えると、変える前よりも吸着装置202の圧力損失が小さくなって分圧差が小さくなる。
By controlling the control valves V1a to V2d, the operation mode of the PSA operation is changed from the normal mode to the parallel mode in which the adsorption step is performed while the non-permeating gas is distributed and supplied to any two of the
これにより、ポンプなどの補器を用いなくとも、吸着器2の圧力損失を利用して、二酸化炭素分離器1の第1空間を通流する二酸化炭素含有ガス中の二酸化炭素分圧を低下させることが可能となり、分離膜3を透過する二酸化炭素量を減少させることができる。
As a result, the carbon dioxide partial pressure in the carbon dioxide-containing gas flowing through the first space of the
このため、消費エネルギーを抑制しながら脱離ガス中の二酸化炭素濃度をさらに安定化できる。 Therefore, the carbon dioxide concentration in the desorbed gas can be further stabilized while suppressing energy consumption.
(他の実施の形態)
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態1~3を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記実施の形態1~3で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。
(Other embodiments)
As described above,
そこで、以下、他の実施の形態を例示する。 Therefore, other embodiments will be exemplified below.
本実施の形態1~3では、分離膜3の一例として、アルカノールアミンの一種であるモノエタノールアミンを含んだ促進輸送膜を説明した。分離膜3は、二酸化炭素を選択的に透過する、あるいは原料ガス中に二酸化炭素と共存する不純物ガスを選択的に透過するものであれば良い。
In
したがって、分離膜3は、アミン化合物のモノエタノールアミンに限定されない。例えば、分離膜3として、他のアミン化合物からなる分離膜、イオン液体を含んだ分離膜、アルカリ炭酸塩を含んだ分離膜であれば、高い二酸化炭素の透過速度が得られる。
Therefore, the
本実施の形態1~3では、吸着工程とパージ工程と再生工程の継続時間を、各運転フラグがONになった時点からの経過時間を基に決定したが、これを吸着材の温度を検知する温度検知器を備え、温度変化によって決定してもよい。
In
すなわち、吸着材4に二酸化炭素が供給されると、吸着器2の上流部から二酸化炭素の吸着が進行し、同時に吸着熱により吸着材4の温度が上昇する。そこで、温度検知器により吸着材4の温度を検出することにより、二酸化炭素の吸着が進行している吸着帯が吸着器2のどの位置まで到達しているか検出する事が可能である。 That is, when carbon dioxide is supplied to the adsorbent 4, adsorption of carbon dioxide proceeds from the upstream portion of the adsorber 2, and at the same time the temperature of the adsorbent 4 rises due to the heat of adsorption. Therefore, by detecting the temperature of the adsorbent 4 with a temperature detector, it is possible to detect the position in the adsorber 2 where the adsorption zone in which carbon dioxide is being adsorbed has reached.
これにより、吸着材4に供給された二酸化炭素が破過する前に、破過を検知する事が可能となる。 This makes it possible to detect the passage of carbon dioxide supplied to the adsorbent 4 before it passes through.
そのため、特にPSA運転中に大きく二酸化炭素濃度が変化した場合などに、排ガス中に二酸化炭素が混入し、排出されることを抑制できる為、二酸化炭素の回収率を向上できる。 Therefore, especially when the carbon dioxide concentration changes significantly during PSA operation, it is possible to prevent carbon dioxide from being mixed into the exhaust gas and discharged, thereby improving the recovery rate of carbon dioxide.
また、上記の温度変化以外に二酸化炭素が吸着することによる物理量の変化を用いて、破過を検出することが可能である。物理量の変化としては、二酸化炭素が吸着することによる吸着材4の重量変化、あるいは二酸化炭素が吸着することによる排ガス流量、排ガス組成の変化などが挙げられる。それらの値を用いて吸着状態を検出する為には重量計、流量計、濃度検知器などの必要な機器を追加してもよい。 In addition to the temperature change described above, it is possible to detect the breakthrough by using the change in physical quantity due to the adsorption of carbon dioxide. Changes in the physical quantity include changes in the weight of the adsorbent 4 due to adsorption of carbon dioxide, changes in the exhaust gas flow rate and exhaust gas composition due to adsorption of carbon dioxide, and the like. In order to detect the state of adsorption using those values, necessary equipment such as a weighing scale, a flow meter, and a concentration detector may be added.
本実施の形態1~3では、吸着材4からの二酸化炭素の脱離は吸引ポンプ15による減圧によって行っていたが、吸着材4を加熱可能に構成された加熱器をさらに備え、加熱によって吸着材4から二酸化炭素を脱離させてもよい。
In
また、例えば、供給ポンプ6を圧縮可能なポンプとし、排ガス流路11にオリフィスなどの圧損を設けた構成をとり、吸引ポンプ15を構成から削除して、制御弁V3の動作により脱離させることもできる。
Alternatively, for example, the
これにより装置の構成がシンプルになるので、装置コストを低減できる。 This simplifies the configuration of the device, thereby reducing the cost of the device.
また、本実施の形態1~3では二酸化炭素濃度検知器5は二酸化炭素分離器1の下流側の非透過ガス流路120に備えられていたが、二酸化炭素含有ガス供給流路9に備えてもよい。その場合、二酸化炭素分離器1の温度や含水率、供給ポンプ6、及び減圧ポンプ7の操作量などから分離膜3を透過する二酸化炭素量を求め、非透過ガス中の二酸化炭素濃度を算出することができる。
Further, in
これにより、二酸化炭素含有ガスが吸着装置200~202に供給される前に非透過ガス中の二酸化炭素濃度を安定化させることが可能となるため、さらに安定した二酸化炭素
濃縮ガスを供給可能となる。
As a result, it is possible to stabilize the carbon dioxide concentration in the non-permeating gas before the carbon dioxide-containing gas is supplied to the
なお、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において、種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。 Note that the above-described embodiment is for illustrating the technology in the present disclosure, and various changes, replacements, additions, omissions, etc. can be made within the scope of the claims or equivalents thereof.
本開示は、二酸化炭素を選択的に透過する分離膜を用いた二酸化炭素分離器と、二酸化炭素を吸着する吸着材が充填された複数の吸着器を備えた吸着装置とを用いて、二酸化炭素含有ガスから二酸化炭素を分離回収する二酸化炭素分離装置に適用可能である。具体的には、炭化水素を燃料とする水素製造装置、ボイラーなどの排ガス中の二酸化炭素を濃縮し、工業原料とする二酸化炭素分離回収装置などに、本開示は適用可能である。 The present disclosure uses a carbon dioxide separator using a separation membrane that selectively permeates carbon dioxide, and an adsorption apparatus equipped with a plurality of adsorbers filled with an adsorbent that adsorbs carbon dioxide. It can be applied to a carbon dioxide separator that separates and recovers carbon dioxide from contained gas. Specifically, the present disclosure is applicable to a hydrogen production apparatus using hydrocarbon as fuel, a carbon dioxide separation and recovery apparatus that concentrates carbon dioxide in exhaust gas of a boiler, etc., and uses it as an industrial raw material.
1 二酸化炭素分離器
2,2a,2b,2c,2d 吸着器
3,31 分離膜
4,4a,4b,4c,4d 吸着材
5 二酸化炭素濃度検知器
6,61 供給ポンプ
7 減圧ポンプ
8 温度調節器
9 二酸化炭素含有ガス供給流路
10 パージ流量調節弁
11 排ガス流路
14 脱離ガス排出流路
15 吸引ポンプ
16 二酸化炭素利用機器
17 バイパス流量調節弁
18 分離器バイパス流路
19 吸着器接続流路
120 非透過ガス流路
121 透過ガス流路
122 透過ガス流路
200、201,202 吸着装置
1000,1001,1002 二酸化炭素分離装置
C1,C2,C3 制御器
V1a,V1b,V1c,V1d 制御弁
V2a,V2b,V2c,V2d 制御弁
V3,V3a,V3b,V3c,V3d 制御弁
V4a,V4b 制御弁
V6a,V6b,V6c,V6d 制御弁
V7a,V7b,V7c,V7d 制御弁
1
Claims (10)
前記透過ガス流路の途中に設けられ、前記二酸化炭素含有ガスに含まれる二酸化炭素が前記分離膜を透過し前記透過ガスが前記透過ガス流路に流出するように前記第2空間を減圧する減圧ポンプと、
前記二酸化炭素含有ガス流路を通流する前記二酸化炭素含有ガスまたは前記非透過ガス流路を通流する前記非透過ガスのどちらかのガスに含まれる二酸化炭素の濃度を検知する二酸化炭素濃度検知器と、
前記透過ガスの流量を調節する透過ガス量調節手段と、
内部に二酸化炭素を吸着する吸着材が充填され前記非透過ガス流路の下流側に接続された複数の吸着器を有し、少なくとも一つの前記吸着器が前記非透過ガスに含まれる二酸化炭素を前記吸着材に吸着する吸着工程にある間に残りの少なくとも一つの前記吸着器が前記吸着材から二酸化炭素を脱離させる再生工程にあるように構成された吸着装置と、
前記吸着工程の前記吸着器に吸着されなかった前記非透過ガスが前記吸着工程の前記吸着器から外部に排気されるように複数の前記吸着器の下流に接続され排ガス流路と、
前記再生工程の前記吸着器から脱離した脱離ガスが前記再生工程の前記吸着器から回収されるように複数の前記吸着器に接続された脱離ガス排出流路と、
前記脱離ガス排出流路の途中に設けられ前記再生工程の前記吸着器の内部を減圧して前記吸着材から二酸化炭素を脱離させ前記脱離ガスを前記脱離ガス排出流路に流出させる吸引ポンプと、
前記二酸化炭素濃度検知器によって検知された濃度を基に、前記吸着工程の前記吸着器に流入する前記非透過ガスに含まれる二酸化炭素の濃度が所定範囲内に収まるように前記透過ガス量調節手段を制御する制御器と、を備えた二酸化炭素分離装置。 By the separation membrane that selectively permeates carbon dioxide, the carbon dioxide-containing gas flows into the internal space from the carbon dioxide-containing gas channel, and the non-permeating gas that has not permeated the separation membrane flows out to the non-permeating gas channel. a carbon dioxide separator partitioned into a first space and a second space in which the permeated gas that has permeated the separation membrane flows out to the permeated gas flow path;
A pressure reducing device provided in the middle of the permeating gas flow path for depressurizing the second space so that carbon dioxide contained in the carbon dioxide-containing gas permeates the separation membrane and the permeating gas flows out to the permeating gas flow path. a pump;
Carbon dioxide concentration detection for detecting the concentration of carbon dioxide contained in either the carbon dioxide-containing gas flowing through the carbon dioxide-containing gas flow path or the non-permeating gas flowing through the non-permeating gas flow path vessel and
a permeable gas amount adjusting means for adjusting the flow rate of the permeable gas;
It has a plurality of adsorbers filled with an adsorbent that adsorbs carbon dioxide and connected to the downstream side of the non-permeable gas flow path, and at least one of the adsorbers absorbs carbon dioxide contained in the non-permeable gas. an adsorption device configured such that, while in an adsorption step of adsorbing onto said adsorbent, at least one remaining said adsorber is in a regeneration step of desorbing carbon dioxide from said adsorbent;
an exhaust gas channel connected downstream of the plurality of adsorbers so that the non-permeating gas not adsorbed by the adsorber in the adsorption step is exhausted from the adsorber in the adsorption step to the outside;
a desorbed gas discharge channel connected to a plurality of said adsorbers such that the desorbed gas desorbed from said adsorber in said regeneration step is recovered from said adsorber in said regeneration step;
decompressing the interior of the adsorber provided in the desorbed gas discharge channel in the regeneration step to desorb carbon dioxide from the adsorbent and cause the desorbed gas to flow out to the desorbed gas discharge channel; a suction pump;
Based on the concentration detected by the carbon dioxide concentration detector, the permeable gas amount adjusting means so that the concentration of carbon dioxide contained in the non-permeable gas flowing into the adsorber in the adsorption step is within a predetermined range. and a controller for controlling the carbon dioxide separation device.
前記制御器は、前記二酸化炭素濃度検知器によって検知された濃度を基に、前記吸着工程の前記吸着器に流入する前記非透過ガスに含まれる二酸化炭素の濃度が所定範囲の上限値を超えると判断した場合は、前記分圧差を0以上の範囲内で大きくするよう前記分圧差調節手段を制御し、前記濃度が所定範囲の下限値を下回ると判断した場合は、前記分圧差を0以上の範囲内で小さくするよう前記分圧差調節手段を制御する、請求項1記載の二酸化炭素分離装置。 The permeation gas amount adjusting means adjusts the average value of the carbon dioxide partial pressure in the permeation gas flowing through the second space from the average value of the carbon dioxide partial pressure in the carbon dioxide-containing gas flowing through the first space. It functions as a partial pressure difference adjusting means for controlling the subtracted partial pressure difference,
When the concentration of carbon dioxide contained in the non-permeating gas flowing into the adsorber in the adsorption step exceeds the upper limit of a predetermined range, the controller detects the concentration detected by the carbon dioxide concentration detector. If it is determined, the partial pressure difference adjusting means is controlled to increase the partial pressure difference within a range of 0 or more, and if it is determined that the concentration is below the lower limit of the predetermined range, the partial pressure difference is increased to 0 or more. 2. The carbon dioxide separator according to claim 1, wherein said partial pressure difference adjusting means is controlled so as to reduce within a range.
前記制御器は、前記二酸化炭素濃度検知器によって検知された濃度を基に、前記吸着工程の前記吸着器に流入する前記非透過ガスに含まれる二酸化炭素の濃度が所定範囲の上限値を超えると判断した場合は、前記減圧ポンプの排気能力を高くし、前記濃度が所定範囲の下限値を下回ると判断した場合は、前記減圧ポンプの排気能力を低くする、請求項2に記載の二酸化炭素分離装置。 The decompression pump is configured to have a variable capacity so as to also serve as the partial pressure difference adjusting means,
When the concentration of carbon dioxide contained in the non-permeating gas flowing into the adsorber in the adsorption step exceeds the upper limit of a predetermined range, the controller detects the concentration detected by the carbon dioxide concentration detector. 3. The carbon dioxide separation according to claim 2, wherein the exhaust capacity of the decompression pump is increased when it is determined, and the exhaust capacity of the decompression pump is decreased when it is determined that the concentration is below the lower limit value of the predetermined range. Device.
それぞれの前記吸着器は、吸着器同士を直列に接続可能で、途中に制御弁を備えた配管で接続され、
前記制御器は、前記二酸化炭素濃度検知器によって検知された濃度を基に、前記吸着工程の前記吸着器に流入する前記非透過ガスに含まれる二酸化炭素の濃度が所定範囲の上限
値を超えると判断した場合は、前記吸着工程にある吸着器同士が直列に接続された状態になるよう前記制御弁を制御することにより前記透過ガス量調節手段として機能する、請求項2または3記載の二酸化炭素分離装置。 The adsorption device comprises at least three adsorbers,
Each of the adsorbers can be connected in series with each other, and is connected by a pipe equipped with a control valve in the middle,
When the concentration of carbon dioxide contained in the non-permeating gas flowing into the adsorber in the adsorption step exceeds the upper limit of a predetermined range, the controller detects the concentration detected by the carbon dioxide concentration detector. 4. The carbon dioxide according to claim 2 or 3, which functions as said permeable gas amount adjusting means by controlling said control valve so that when it is determined, the adsorbers in said adsorption step are connected in series. separation device.
それぞれの前記吸着器は、吸着器同士を並列に接続可能で、途中に制御弁を備えた配管で接続され、
前記制御器は、前記二酸化炭素濃度検知器によって検知された濃度を基に、前記吸着工程の前記吸着器に流入する前記非透過ガスに含まれる二酸化炭素の濃度が所定範囲の下限値を下回ると判断した場合は、前記吸着工程にある吸着器同士が並列に接続された状態になるよう前記制御弁を制御することにより前記透過ガス量調節手段として機能する、請求項2から4のいずれか1項に記載の二酸化炭素分離装置。 The adsorption device comprises at least four adsorbers,
The respective adsorbers can be connected in parallel with each other, and are connected by a pipe equipped with a control valve on the way,
Based on the concentration detected by the carbon dioxide concentration detector, the controller detects when the concentration of carbon dioxide contained in the non-permeating gas flowing into the adsorber in the adsorption step falls below the lower limit of a predetermined range. 5. Any one of claims 2 to 4, wherein, when determined, the control valve functions as the permeable gas amount adjusting means by controlling the control valve so that the adsorbers in the adsorption step are connected in parallel with each other. A carbon dioxide separation device according to any one of the preceding paragraphs.
前記透過ガス量調節手段は、前記分離膜の含水率を調節する水分量調節手段として機能し、
前記制御器は、前記二酸化炭素濃度検知器によって検知された濃度を基に、前記吸着工程の前記吸着器に流入する前記非透過ガスに含まれる二酸化炭素の濃度が所定範囲の上限値を超えると判断した場合は、前記水分量調節手段によって前記含水率を上げ、前記濃度が所定範囲の下限値を下回ると判断した場合は、前記水分量調節手段によって前記含水率を下げる、請求項1から5のいずれか1項に記載の二酸化炭素分離装置。 The separation membrane has a characteristic that the carbon dioxide permeation performance increases as the water content of the separation membrane increases,
The permeable gas amount adjusting means functions as a water amount adjusting means for adjusting the water content of the separation membrane,
When the concentration of carbon dioxide contained in the non-permeating gas flowing into the adsorber in the adsorption step exceeds the upper limit of a predetermined range, the controller detects the concentration detected by the carbon dioxide concentration detector. If determined, the moisture content is increased by the moisture content adjusting means, and if it is determined that the concentration is below the lower limit of a predetermined range, the moisture content is decreased by the moisture content adjusting means. The carbon dioxide separator according to any one of 1.
前記透過ガス量調節手段は、前記二酸化炭素分離器の温度を調節する温度調節器として機能し、
前記制御器は、前記二酸化炭素濃度検知器によって検知された濃度を基に、前記吸着工程の前記吸着器に流入する前記非透過ガスに含まれる二酸化炭素の濃度が所定範囲の上限値を超えると判断した場合は、前記温度調節器によって前記二酸化炭素分離器の温度を上げ、前記濃度が所定範囲の下限値を下回ると判断した場合は、前記温度調節器によって前記二酸化炭素分離器の温度を下げる、請求項1から6のいずれか1項に記載の二酸化炭素分離装置。 The separation membrane has a characteristic that the carbon dioxide permeation performance increases as the temperature of the separation membrane increases,
The permeable gas amount adjusting means functions as a temperature controller that adjusts the temperature of the carbon dioxide separator,
When the concentration of carbon dioxide contained in the non-permeating gas flowing into the adsorber in the adsorption step exceeds the upper limit of a predetermined range, the controller detects the concentration detected by the carbon dioxide concentration detector. If determined, the temperature controller raises the temperature of the carbon dioxide separator, and if it is determined that the concentration is below the lower limit of the predetermined range, the temperature controller lowers the temperature of the carbon dioxide separator. A carbon dioxide separator according to any one of claims 1 to 6.
前記バイパス流量調整弁は、前記二酸化炭素含有ガス流路から前記分離器バイパス流路を通って前記非透過ガス流路へと流れる前記二酸化炭素含有ガスの流量を調節することで前記透過ガス量調節手段として機能し、
前記制御器は、前記二酸化炭素含有ガスの一部が前記分離器バイパス流路を通流しているときに、前記二酸化炭素濃度検知器によって検知された濃度を基に、前記吸着工程の前記吸着器に流入する前記非透過ガスに含まれる二酸化炭素の濃度が所定範囲の上限値を超えると判断した場合は、前記バイパス流量調整弁によって前記分離器バイパス流路を通流する前記二酸化炭素含有ガスの流量を減らし、前記バイパス流量調整弁が全開ではないときに、前記濃度が所定範囲の下限値を下回ると判断した場合は、前記バイパス流量調整弁によって前記分離器バイパス流路を通流する前記二酸化炭素含有ガスの流量を増やす、請求項1から7のいずれか1項に記載の二酸化炭素分離装置。 A separator bypass that connects the carbon dioxide-containing gas flow path and the non-permeating gas flow path via a bypass flow control valve so as to bypass the carbon dioxide separator and not the carbon dioxide concentration detector. further comprising a flow path,
The bypass flow rate adjustment valve adjusts the permeation gas amount by adjusting the flow rate of the carbon dioxide-containing gas flowing from the carbon dioxide-containing gas flow path through the separator bypass flow path to the non-permeating gas flow path. act as a means of
The controller controls the adsorber in the adsorption step based on the concentration detected by the carbon dioxide concentration detector when part of the carbon dioxide-containing gas is flowing through the separator bypass channel. When it is determined that the concentration of carbon dioxide contained in the non-permeating gas flowing into the separator exceeds the upper limit of the predetermined range, the bypass flow control valve controls the concentration of the carbon dioxide-containing gas flowing through the separator bypass flow path. If the flow rate is reduced and the bypass flow control valve is not fully open and it is determined that the concentration is below the lower limit of the predetermined range, the bypass flow control valve causes the dioxide to flow through the separator bypass flow path. 8. The carbon dioxide separator of any one of claims 1-7, wherein the flow rate of the carbon-containing gas is increased.
記吸着器内に前記透過ガスを流入させない場合は閉状態に制御される制御弁を途中に備えた配管であって、前記減圧ポンプよりも下流側の前記透過ガス流路から分岐した配管が接続されている請求項1から8のいずれか1項に記載の二酸化炭素分離装置。 Each of the adsorbers has a control valve in the middle which is controlled to be open when the permeating gas is allowed to flow into the adsorber and to be closed when the permeating gas is not allowed to flow into the adsorber. 9. The carbon dioxide separator according to any one of claims 1 to 8, wherein a pipe branched from said permeating gas flow path downstream of said decompression pump is connected.
前記透過ガス流路の途中に設けられ、前記二酸化炭素含有ガスに含まれる二酸化炭素が前記分離膜を透過し前記透過ガスが前記透過ガス流路に流出するように前記第2空間を減圧する減圧ポンプと、
前記二酸化炭素含有ガス流路を通流する前記二酸化炭素含有ガスまたは前記非透過ガス流路を通流する前記非透過ガスのどちらかのガスに含まれる二酸化炭素の濃度を検知する二酸化炭素濃度検知器と、
前記透過ガスの流量を調節する透過ガス量調節手段と、
内部に二酸化炭素を吸着する吸着材が充填され前記非透過ガス流路の下流側に接続された複数の吸着器を有し、少なくとも一つの前記吸着器が前記非透過ガスに含まれる二酸化炭素を前記吸着材に吸着する吸着工程にある間に残りの少なくとも一つの前記吸着器が前記吸着材から二酸化炭素を脱離させる再生工程にあるように構成された吸着装置と、
前記吸着工程の前記吸着器に吸着されなかった前記非透過ガスが前記吸着工程の前記吸着器から外部に排気されるように複数の前記吸着器の下流に接続され排ガス流路と、
前記再生工程の前記吸着器から脱離した脱離ガスが前記再生工程の前記吸着器から回収されるように複数の前記吸着器に接続された脱離ガス排出流路と、
前記脱離ガス排出流路の途中に設けられ前記再生工程の前記吸着器の内部を減圧して前記吸着材から二酸化炭素を脱離させ前記脱離ガスを前記脱離ガス排出流路に流出させる吸引ポンプと、を備えた二酸化炭素分離装置の運転方法であって、
前記二酸化炭素濃度検知器によって検知された濃度を基に、前記吸着工程の前記吸着器に流入する前記非透過ガスに含まれる二酸化炭素の濃度が所定範囲内に収まるように前記透過ガス量調節手段によって前記透過ガスの流量を調節する、二酸化炭素分離装置の運転方法。 By the separation membrane that selectively permeates carbon dioxide, the carbon dioxide-containing gas flows into the internal space from the carbon dioxide-containing gas channel, and the non-permeating gas that has not permeated the separation membrane flows out to the non-permeating gas channel. a carbon dioxide separator partitioned into a first space and a second space in which the permeated gas that has permeated the separation membrane flows out to the permeated gas flow path;
A pressure reducing device provided in the middle of the permeating gas flow path for depressurizing the second space so that carbon dioxide contained in the carbon dioxide-containing gas permeates the separation membrane and the permeating gas flows out to the permeating gas flow path. a pump;
Carbon dioxide concentration detection for detecting the concentration of carbon dioxide contained in either the carbon dioxide-containing gas flowing through the carbon dioxide-containing gas flow path or the non-permeating gas flowing through the non-permeating gas flow path vessel and
a permeable gas amount adjusting means for adjusting the flow rate of the permeable gas;
It has a plurality of adsorbers filled with an adsorbent that adsorbs carbon dioxide and connected to the downstream side of the non-permeable gas flow path, and at least one of the adsorbers absorbs carbon dioxide contained in the non-permeable gas. an adsorption device configured such that, while in an adsorption step of adsorbing onto said adsorbent, at least one remaining said adsorber is in a regeneration step of desorbing carbon dioxide from said adsorbent;
an exhaust gas channel connected downstream of the plurality of adsorbers so that the non-permeating gas not adsorbed by the adsorber in the adsorption step is exhausted from the adsorber in the adsorption step to the outside;
a desorbed gas discharge channel connected to a plurality of said adsorbers such that the desorbed gas desorbed from said adsorber in said regeneration step is recovered from said adsorber in said regeneration step;
decompressing the interior of the adsorber provided in the desorbed gas discharge channel in the regeneration step to desorb carbon dioxide from the adsorbent and cause the desorbed gas to flow out to the desorbed gas discharge channel; A method of operating a carbon dioxide separator comprising a suction pump,
Based on the concentration detected by the carbon dioxide concentration detector, the permeable gas amount adjusting means so that the concentration of carbon dioxide contained in the non-permeable gas flowing into the adsorber in the adsorption step is within a predetermined range. A method of operating a carbon dioxide separator, wherein the flow rate of the permeate gas is adjusted by
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WO2023167260A1 (en) * | 2022-03-04 | 2023-09-07 | 日東電工株式会社 | Acidic gas recovery system and recovery method |
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WO2023167260A1 (en) * | 2022-03-04 | 2023-09-07 | 日東電工株式会社 | Acidic gas recovery system and recovery method |
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