JP2025000158A - Recovery device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は排ガスからアルゴンを回収する回収装置に関する。 The present invention relates to a recovery device that recovers argon from exhaust gas.
アルゴンの濃縮を妨害する酸素の量を減らすため、触媒を使って排ガス中の酸素を除去した後、アルゴンを濃縮して回収する先行技術が特許文献1に開示されている。 Patent document 1 discloses a prior art technique in which, in order to reduce the amount of oxygen that interferes with the concentration of argon, oxygen in the exhaust gas is removed using a catalyst, and then the argon is concentrated and recovered.
先行技術は排ガス中の酸素を除去する操作が必要なため煩雑である。 Prior art technology is complicated because it requires operations to remove oxygen from exhaust gas.
本発明はこの問題点を解決するためになされたものであり、操作を簡易にできるアルゴンの回収装置の提供を目的とする。 The present invention was made to solve this problem, and aims to provide an argon recovery device that is easy to operate.
この目的を達成するための第1の態様は、アルゴンを含む排ガスから圧力スイング吸着を利用してアルゴンを回収する回収装置であって、排ガスは、燃料が燃焼して発生したガスである。 The first aspect to achieve this objective is a recovery device that uses pressure swing adsorption to recover argon from exhaust gas containing argon, the exhaust gas being gas generated by the combustion of fuel.
第2の態様は、第1の態様において、燃料の燃焼時に支燃性ガスを供給する供給装置を備え、支燃性ガス中の窒素の割合は、空気中の窒素の割合よりも少ない。 In the second aspect, the first aspect is provided with a supply device that supplies a combustion-supporting gas when the fuel is burned, and the proportion of nitrogen in the combustion-supporting gas is less than the proportion of nitrogen in air.
第3の態様は、第2の態様において、支燃性ガス中の酸素の割合とアルゴンの割合は、空気中の酸素の割合とアルゴンの割合よりも多い。 In the third embodiment, the proportion of oxygen and the proportion of argon in the combustion supporting gas are greater than the proportion of oxygen and the proportion of argon in air.
第4の態様は、第2又は第3の態様において、供給装置は、圧力スイング吸着を利用して空気から窒素を分離する窒素分離装置を含み、支燃性ガスは、窒素分離装置によって空気から窒素が分離されたガスを含む。 In the fourth aspect, in the second or third aspect, the supply device includes a nitrogen separator that separates nitrogen from air using pressure swing adsorption, and the combustion supporting gas includes gas in which nitrogen has been separated from air by the nitrogen separator.
第5の態様は、第1から第4の態様のいずれかにおいて、排ガスから二酸化炭素を分離する分離装置をさらに備える。 In a fifth aspect, in any one of the first to fourth aspects, a separation device is further provided for separating carbon dioxide from the exhaust gas.
第6の態様は、第1から第5の態様のいずれかにおいて、圧力スイング吸着で使われる吸着剤はゼオライトである。 In a sixth aspect, in any one of the first to fifth aspects, the adsorbent used in the pressure swing adsorption is a zeolite.
本発明によれば、燃料が燃焼して発生した排ガスは酸素の含有量が少ないため、排ガスから圧力スイング吸着を利用してアルゴンを回収できる。従って操作を簡易にできる。 According to the present invention, since the exhaust gas generated by fuel combustion contains a small amount of oxygen, argon can be recovered from the exhaust gas by using pressure swing adsorption. This simplifies the operation.
以下、本発明の好ましい実施の形態について添付図面を参照して説明する。図1は第1実施の形態における回収装置10の配管系統図である。回収装置10は、圧力スイング吸着を利用して燃焼装置11の排ガスからアルゴンを回収する装置である。
The following describes preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. Figure 1 is a piping diagram of a
燃焼装置11は燃料を燃焼させる装置である。燃料は、家庭ごみや事業ごみ等の可燃性廃棄物、天然ガス、石油、石炭、コークス、木炭、薪が例示されるが、燃焼させて熱源となる材料であれば特に制限はない。燃料は燃焼装置11で熱と光とを発して酸素と化合する。空気に含まれる物質のおよその体積割合は、窒素78%、酸素21%、アルゴン1%である。燃焼装置11で空気中の酸素を使って燃料が燃焼すると、空気中の割合に比べ、燃焼装置11の排ガス中の酸素の割合が減少し、二酸化炭素の割合が増加する。
The
空気中のアルゴンを圧力スイング吸着によって濃縮すると、アルゴンと酸素は吸着特性が類似しているため、アルゴンとほぼ比例して酸素が濃縮され、アルゴンの濃縮を妨害するという問題点がある。回収装置10は、酸素が少ない燃焼装置11の排ガス中のアルゴンを圧力スイング吸着によって濃縮するため、アルゴンを濃縮して回収するときの、酸素の濃縮による悪影響を低減できる。
When argon in the air is concentrated by pressure swing adsorption, there is a problem that oxygen is concentrated in roughly proportion to argon because argon and oxygen have similar adsorption characteristics, which interferes with the concentration of argon. The
回収装置10は、燃焼装置11に支燃性ガスを供給する供給装置12を備えている。支燃性ガスは、燃料の燃焼を助けるのに必要なガスであり、空気、酸素、塩素、フッ素、亜酸化窒素、酸化窒素、二酸化窒素が例示される。燃焼装置11の排ガスの成分を増やさずに排ガス中の窒素の割合を低減するため、支燃性ガスは酸素が好ましい。
The
供給装置12は、圧力スイング吸着を利用して空気から窒素を分離する窒素分離装置13を含む。本実施形態では窒素分離装置13はPSA方式であり、吸着塔14,15と、空気を加圧して吸着塔14,15へ供給する加圧装置16と、を備えている。窒素を吸着する吸着剤が吸着塔14,15に収容されている。吸着剤はモレキュラーシービングカーボン、ゼオライトが例示される。加圧装置16は、空気を加圧して吸着塔14,15を適切な圧力に設定するための装置であり、圧縮機やブロワーが例示される。
The
加圧装置16と吸着塔14,15との間にそれぞれ三方弁(3ポート弁)17,18が配置されている。加圧装置16から吸着塔14へ空気を流す流路が三方弁17に設定されると、吸着塔15から排気管19へガスを流す流路が三方弁18に設定される。一方、吸着塔14から排気管19へガスを流す流路が三方弁17に設定されると、加圧装置16から吸着塔15へ空気を流す流路が三方弁18に設定される。これが交互に繰り返される。
Three-way valves (three-port valves) 17 and 18 are disposed between the pressurizing
加圧装置16によって加圧された空気が三方弁17を通って吸着塔14へ入ると、空気中の窒素は吸着塔14の吸着剤に吸着され、窒素が分離された分離ガス(空気に比べて窒素分圧が低いガス)は分離ガス管20に入る。分離ガスの一部は、可変絞り弁21を通って吸着塔15に入る。吸着塔15の圧力は大気圧付近まで低下するため、吸着塔15の吸着剤から窒素は脱離し、三方弁18及び排気管19を通って系外に排気される。三方弁17,18の流路の設定が繰り返し切り替わると、吸着塔14,15の吸着と再生とが交互に行われる。
When air pressurized by the
分離ガス管20に配置された調節弁22を開くと、空気に比べて窒素濃度が低い分離ガスが、空気に比べて酸素濃度が高い支燃性ガスとして連続的に燃焼装置11に供給される。窒素が除去されている分だけ、分離ガス中のアルゴンの割合は、空気中のアルゴンの割合よりも大きくなる。燃焼装置11に侵入する空気を制限し、燃焼装置11で支燃性ガス中の酸素が燃焼に使われるようにすると、燃焼装置11の排ガス中の窒素の割合が小さくなり、相対的に排ガス中のアルゴンの割合が増加する。これによりアルゴンの回収効率を高められる。
When the
供給装置12は、深冷分離法やガス分離膜を用いて空気中の窒素を分離する装置であっても良い。但し窒素分離装置13は、圧力スイング吸着を利用して空気から窒素を分離するため、空気を冷却して液化し、蒸留して窒素と酸素とを分離する深冷分離法に比べ、窒素単位発生量当りの消費電力を小さくできる。また窒素分離装置13は、ガス分離膜に比べて窒素の分離能が高いため、分離ガス(支燃性ガス)中の窒素の割合を小さくでき、ひいては燃焼装置11の排ガス中の窒素の割合を小さくできる。
The
回収装置10は、燃焼装置11の下流に、除去装置23、アルゴンの分離装置24、二酸化炭素の分離装置34が順に接続されている。除去装置23は、排ガスに含まれる塵、水分、一酸化炭素、窒素酸化物(NOx)、硫黄酸化物(SOx)等の不純物のいずれか1以上を除去する装置である。
In the
除去装置23において塵を除去する装置は、水洗塔、ベンチュリスクラバ、電気集塵器、フィルタが例示される。水分や一酸化炭素の除去は、水分や一酸化炭素を選択的に吸着する吸着剤を用いるものが例示される。吸着剤はアルミナ、活性炭、ゼオライト、錯体が例示される。窒素酸化物の除去は、苛性ソーダ等を用いる湿式法、脱硝触媒と還元剤とを用いる乾式法が例示される。硫黄酸化物の除去は、固体吸収剤を用いる乾式法、水溶液系吸収剤を用いる湿式法が例示される。分離装置24,34の上流に除去装置23が接続されると、不純物による分離装置24,34の性能の低下を低減できる。
Examples of the device for removing dust in the
分離装置24は排ガスからアルゴンを分離し回収する装置であり、本実施形態ではPSA方式である。分離装置24は、吸着塔25,26と、排ガスを加圧して吸着塔25,26へ供給する加圧装置27と、を備えている。アルゴンを吸着するゼオライトからなる吸着剤が、吸着塔25,26に収容されている。加圧装置27は、排ガスを加圧して吸着塔25,26を適切な圧力に設定するための装置であり、圧縮機やブロワーが例示される。
The
加圧装置27と吸着塔25,26との間にそれぞれ三方弁28,29が配置されている。加圧装置27から吸着塔25へ排ガスを流す流路が三方弁28に設定されると、吸着塔26から回収管30へガスを流す流路が三方弁29に設定される。一方、吸着塔25から回収管30へガスを流す流路が三方弁28に設定されると、加圧装置27から吸着塔26へ排ガスを流す流路が三方弁29に設定される。これが交互に繰り返される。
Three-
加圧装置27によって加圧された排ガスが三方弁28を通って吸着塔25へ入ると、排ガス中のアルゴンは吸着塔25の吸着剤に吸着され、アルゴンが分離されたオフガスはオフガス管31に入る。オフガスの一部は、可変絞り弁32を通って吸着塔26に入る。吸着塔26の圧力は大気圧付近まで低下するため、吸着塔26の吸着剤からアルゴンは脱離し、三方弁29及び回収管30を通ってタンク33に回収される。三方弁28,29の流路の設定が繰り返し切り替わると、吸着塔25,26の吸着と再生とが交互に行われる。
When the exhaust gas pressurized by the pressurizing
分離装置34はオフガスから二酸化炭素を分離し回収する装置であり、本実施形態ではPSA方式である。分離装置34は、吸着塔35,36と、オフガスを加圧して吸着塔35,36へ供給する加圧装置37と、を備えている。二酸化炭素を吸着する吸着剤が吸着塔35,36に収容されている。吸着剤はモレキュラーシービングカーボン、ゼオライトが例示される。加圧装置37は、オフガスを加圧して吸着塔35,36を適切な圧力に設定するための装置であり、圧縮機やブロワーが例示される。
The
加圧装置37と吸着塔35,36との間にそれぞれ三方弁38,39が配置されている。加圧装置37から吸着塔35へオフガスを流す流路が三方弁38に設定されると、吸着塔36から回収管40へガスを流す流路が三方弁39に設定される。一方、吸着塔35から回収管40へガスを流す流路が三方弁38に設定されると、加圧装置37から吸着塔36へオフガスを流す流路が三方弁39に設定される。これが交互に繰り返される。
Three-
加圧装置37によって加圧されたオフガスが三方弁38を通って吸着塔35へ入ると、オフガス中の二酸化炭素は吸着塔35の吸着剤に吸着され、二酸化炭素が分離されたガスは排気管41から系外へ排出される。二酸化炭素が分離されたガスの一部は、可変絞り弁42を通って吸着塔36に入る。吸着塔36の圧力は大気圧付近まで低下するため、吸着塔36の吸着剤から二酸化炭素は脱離し、三方弁39を通って回収管40を流れる。三方弁38,39の流路の設定が繰り返し切り替わると、吸着塔35,36の吸着と再生とが交互に行われる。
When the off-gas pressurized by the pressurizing
回収管40にはタンク43が接続されている。二酸化炭素濃度の高いガスがタンク43に蓄えられる。タンク43に蓄えた二酸化炭素の使い方に制限はない。一例としてタンク43に蓄えた二酸化炭素を水素と反応させメタンやメタノール等の有機化合物を合成するものが挙げられる。
A
図2を参照して第2実施の形態を説明する。第1実施形態では、アルゴンを選択的に吸着する吸着剤を用いてアルゴンを回収する場合について説明した。これに対し第2実施形態では、アルゴンを選択的に吸着しない吸着剤を用いてアルゴンを回収する場合について説明する。第2実施形態では、第1実施形態において説明した部分と同一の部分に同一の符号を付して以下の説明を省略する。 The second embodiment will be described with reference to FIG. 2. In the first embodiment, the case where argon is recovered using an adsorbent that selectively adsorbs argon is described. In contrast, in the second embodiment, the case where argon is recovered using an adsorbent that does not selectively adsorb argon is described. In the second embodiment, the same parts as those described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the following description will be omitted.
図2は第2実施の形態における回収装置50の配管系統図である。回収装置50は、燃焼装置11に支燃性ガスを供給する供給装置51を備えている。供給装置51はPSA方式であり、吸着塔52,53と、空気を加圧して吸着塔52,53へ供給する加圧装置16と、を備えている。酸素を吸着する吸着剤が吸着塔52,53に収容されている。吸着剤はゼオライトが例示される。
Figure 2 is a piping diagram of the
加圧装置16によって加圧された空気が三方弁17を通って吸着塔52へ入ると、空気中の酸素は吸着塔52の吸着剤に吸着され、酸素が分離されたオフガス(空気に比べて酸素分圧が低いガス)は排気管54から系外へ排出される。オフガスの一部は、可変絞り弁21を通って吸着塔53に入る。吸着塔53の圧力は大気圧付近まで低下するため、吸着塔53の吸着剤から酸素は脱離し、三方弁18を通って回収管55に入る。三方弁17,18の流路の設定が繰り返し切り替わると、吸着塔52,53の吸着と再生とが交互に行われる。
When air pressurized by the
回収管55に配置された調節弁56を開くと、空気に比べて酸素濃度が高く窒素濃度が低い支燃性ガスが、連続的に燃焼装置11に供給される。酸素が濃縮され窒素が除去されている分だけ、支燃性ガス中のアルゴンの割合は、空気中のアルゴンの割合よりも大きくなる。燃焼装置11に侵入する空気を制限し、燃焼装置11で支燃性ガス中の酸素が燃焼に使われるようにすると、燃焼装置11の排ガス中の窒素の割合が小さくなり、相対的に排ガス中のアルゴンの割合が増加する。これによりアルゴンの回収効率を高められる。
When the
供給装置51は、深冷分離法を用いて酸素を分離しても良い。但し供給装置51は、圧力スイング吸着を利用して空気から酸素を分離するため、深冷分離法に比べ、酸素単位発生量当りの消費電力を小さくできる。
The
回収装置50は、燃焼装置11の下流に、除去装置23、二酸化炭素の分離装置34、窒素の分離装置57が順に接続されている。分離装置34は排ガスから二酸化炭素を分離し回収する装置であり、本実施形態ではPSA方式である。回収管40の下流端はタンク43に接続されている。
In the
分離装置34によって排ガス中の二酸化炭素が分離された分離ガスは、排気管41から分離装置57へ供給される。分離装置57は分離ガスから窒素を分離しアルゴンを回収する装置であり、本実施形態ではPSA方式である。分離装置57は、吸着塔58,59と、分離ガスを加圧して吸着塔58,59へ供給する加圧装置60と、を備えている。窒素を吸着する吸着剤が吸着塔58,59に収容されている。吸着剤はモレキュラーシービングカーボン、ゼオライトが例示される。加圧装置60は、分離ガスを加圧して吸着塔58,59を適切な圧力に設定するための装置であり、圧縮機やブロワーが例示される。
The separated gas from which carbon dioxide has been separated from the exhaust gas by the
加圧装置60と吸着塔58,59との間にそれぞれ三方弁61,62が配置されている。加圧装置60から吸着塔58へ排ガスを流す流路が三方弁61に設定されると、吸着塔59から排気管63へガスを流す流路が三方弁62に設定される。一方、吸着塔58から排気管63へガスを流す流路が三方弁61に設定されると、加圧装置60から吸着塔59へ分離ガスを流す流路が三方弁62に設定される。これが交互に繰り返される。
Three-
加圧装置60によって加圧された分離ガスが三方弁61を通って吸着塔58へ入ると、分離ガス中の窒素は吸着塔58の吸着剤に吸着される。吸着塔58で窒素が分離されアルゴンの濃度が高いガスは、回収管64を通ってタンク65に入る。ガスの一部は、可変絞り弁66を通って吸着塔59に入る。吸着塔59の圧力は大気圧付近まで低下するため、吸着塔59の吸着剤から窒素は脱離し、三方弁62及び排気管63を通って系外へ排出される。三方弁61,62の流路の設定が繰り返し切り替わると、吸着塔58,59の吸着と再生とが交互に行われる。
When the separated gas pressurized by the pressurizing
以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。 The present invention has been described above based on the embodiments, but the present invention is in no way limited to the above embodiments, and it can be easily imagined that various improvements and modifications are possible within the scope of the invention without departing from its spirit.
例えば回収装置10の配管系統は一例であり、適宜設定できる。実施形態では窒素分離装置13、分離装置24,34,57および供給装置51が、それぞれ2つの吸着塔を備える場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。吸着塔は1つ以上の数に適宜設定される。
For example, the piping system of the
第1実施形態ではアルゴンの分離装置24の下流に二酸化炭素の分離装置34を接続する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。分離装置24,34の位置を入れ替えて、二酸化炭素の分離装置34の下流にアルゴンの分離装置24を接続することは当然可能である。
In the first embodiment, the
第2実施形態では二酸化炭素の分離装置34の下流に窒素の分離装置57を接続する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。分離装置34,57の位置を入れ替えて、窒素の分離装置57の下流に二酸化炭素の分離装置34を接続することは当然可能である。
In the second embodiment, the
実施形態では窒素分離装置13、分離装置24,34,57および供給装置51がPSA方式の装置である場合について説明したが、これに限られるものではない。窒素分離装置13、分離装置24,34,57および供給装置51のいずれか1つ以上について、加圧装置16,27,37,60の下流に真空ポンプを配置し、吸着剤の脱離再生のときに真空ポンプで減圧するVSA方式やPVSA方式の装置に置き換えることは当然可能である。VSA方式やPVSA方式の装置は操作圧力が大気圧に近いため、PSA方式の装置に比べて消費電力を低減できる。
In the embodiment, the
10,50 回収装置
12,51 供給装置
13 窒素分離装置
34 分離装置
10, 50
Claims (6)
前記排ガスは、燃料が燃焼して発生したガスである回収装置。 A recovery apparatus for recovering argon from an exhaust gas containing argon by pressure swing adsorption, comprising:
A recovery device for the exhaust gas, the exhaust gas being gas generated by the combustion of fuel.
前記支燃性ガス中の窒素の割合は、空気中の窒素の割合よりも少ない請求項1記載の回収装置。 A supply device is provided for supplying a combustion supporting gas during combustion of the fuel,
2. The recovery apparatus according to claim 1, wherein the proportion of nitrogen in said combustion supporting gas is less than the proportion of nitrogen in air.
前記支燃性ガスは、前記窒素分離装置によって空気から窒素が分離されたガスを含む請求項2又は3に記載の回収装置。 the supply system includes a nitrogen separator that utilizes pressure swing adsorption to separate nitrogen from air;
4. The recovery system according to claim 2, wherein the combustion supporting gas includes a gas obtained by separating nitrogen from air by the nitrogen separator.
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