JP2539443B2 - 製鉄所排ガスからco▲下2▼を高純度で分離回収する方法 - Google Patents
製鉄所排ガスからco▲下2▼を高純度で分離回収する方法Info
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
- Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
- Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/151—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions, e.g. CO2
Landscapes
- Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は製鉄所では大量に副生する高炉ガス(以下BF
Gという)や転炉ガス(以下LDGという)等の如くCO2を1
5〜40%含有する排ガスに圧力スイング法(以下PSA法と
いう)を適用してCO2を高純度で分離回収する方法に関
するものである。
Gという)や転炉ガス(以下LDGという)等の如くCO2を1
5〜40%含有する排ガスに圧力スイング法(以下PSA法と
いう)を適用してCO2を高純度で分離回収する方法に関
するものである。
[従来の技術] CO2の主な用途としては溶接シールド用、清涼飲料
用、ドライアイス用および底吹転炉用等がある。従来こ
れらに用いられているCO2源はアンモニア合成の際の副
生ガス、及び石油精製の際のオフガスから回収されるも
のが主であり、両者を合せると工業上生産されているCO
2の80%以上を占めることになる。そしてその回収方法
としてはアルカノールアミン法、熱炭酸カリ法、カタカ
ーブ法等の液吸収法が利用されている。
用、ドライアイス用および底吹転炉用等がある。従来こ
れらに用いられているCO2源はアンモニア合成の際の副
生ガス、及び石油精製の際のオフガスから回収されるも
のが主であり、両者を合せると工業上生産されているCO
2の80%以上を占めることになる。そしてその回収方法
としてはアルカノールアミン法、熱炭酸カリ法、カタカ
ーブ法等の液吸収法が利用されている。
[発明が解決しようとする問題点] しかしながら前記したこれらの方法はいずれも液吸収
法であり、設備費が高くつくこと、吸収液の再生や循環
に多大な蒸気や電力を必要としランニングコストが高く
つくこと、また液体であるため取扱いが煩雑となること
等の問題を有していた。
法であり、設備費が高くつくこと、吸収液の再生や循環
に多大な蒸気や電力を必要としランニングコストが高く
つくこと、また液体であるため取扱いが煩雑となること
等の問題を有していた。
さらに近年アンモニア合成プラントおよび石油精製プ
ラントは産業構造の変化に伴って縮小される傾向にあ
り、新しいCO2源の確保が必要となってきた。こうして
着目されたのが製鉄所から大量に副生されるBFGやLDGで
あり、これ等のCO2含有ガスからCO2を高純度で分離回収
できれば工業上大いに有益である。
ラントは産業構造の変化に伴って縮小される傾向にあ
り、新しいCO2源の確保が必要となってきた。こうして
着目されたのが製鉄所から大量に副生されるBFGやLDGで
あり、これ等のCO2含有ガスからCO2を高純度で分離回収
できれば工業上大いに有益である。
本発明はこのような環境下で検討されたものであっ
て、本発明の目的は15〜40%のCO2を含有する製造所排
ガス中のCO2を、PSA法によって高純度且つ安価に分離回
収することのできる方法を提供することにある。
て、本発明の目的は15〜40%のCO2を含有する製造所排
ガス中のCO2を、PSA法によって高純度且つ安価に分離回
収することのできる方法を提供することにある。
[問題点を解決するための手段] 上記問題点を解決することのできた本発明とは吸着塔
を2基以上並列させた圧力スイング吸着装置に15〜40%
のCO2を含有する製鉄所排ガスを導入してこの排ガス中
のCO2を回収するに当たり、吸着塔内の吸着剤充填構成
を (1)上段にゼオライト、中段に活性炭、下段に活性
アルミナあるいはシリカゲルのいずれか1種以上とする
か、 (2)上段にゼオライト、下段に活性アルミナあるい
はシリカゲルのいずれか1種以上とし、 湿分およびS分を含有した状態の上記排ガスをCO2分圧1
20mmHg以上でCO2吸着塔内に下から導入した後、該吸着
塔内を大気圧まで減圧して該吸着塔内の死空間に充満し
ている不純ガス成分を排気し、更に700〜100torrに真空
引きして吸着剤に吸着されている不純成分を脱着させ、
その後更に100〜30torrに真空引きしてCO2を脱着させる
ことにより高純度のCO2を回収すると共に、吸着塔内に
吸着された湿分およびS分を、前記真空引きを行うと共
に他の吸着塔の吸着サイクルにおける吸着塔通過ガスを
上から導入することによって脱着させ、吸着剤を再生す
るとともにCO2回収率を向上させることを構成要旨とす
るものである。
を2基以上並列させた圧力スイング吸着装置に15〜40%
のCO2を含有する製鉄所排ガスを導入してこの排ガス中
のCO2を回収するに当たり、吸着塔内の吸着剤充填構成
を (1)上段にゼオライト、中段に活性炭、下段に活性
アルミナあるいはシリカゲルのいずれか1種以上とする
か、 (2)上段にゼオライト、下段に活性アルミナあるい
はシリカゲルのいずれか1種以上とし、 湿分およびS分を含有した状態の上記排ガスをCO2分圧1
20mmHg以上でCO2吸着塔内に下から導入した後、該吸着
塔内を大気圧まで減圧して該吸着塔内の死空間に充満し
ている不純ガス成分を排気し、更に700〜100torrに真空
引きして吸着剤に吸着されている不純成分を脱着させ、
その後更に100〜30torrに真空引きしてCO2を脱着させる
ことにより高純度のCO2を回収すると共に、吸着塔内に
吸着された湿分およびS分を、前記真空引きを行うと共
に他の吸着塔の吸着サイクルにおける吸着塔通過ガスを
上から導入することによって脱着させ、吸着剤を再生す
るとともにCO2回収率を向上させることを構成要旨とす
るものである。
[作用] 以下、15〜40%のCO2を含有する製鉄所排ガスの代表
例としてBFGの場合を取りあげて説明する。
例としてBFGの場合を取りあげて説明する。
本発明方法を実施するための主要部は、第1図(a)
〜(e)に示すように、BFGを圧縮して吸着塔1に導
入するための圧縮機2、CO2を選択吸着する吸着剤の
充填された吸着塔1[第1図では3塔(1A,1B,1C)であ
るが、2塔以上を並列配置したものは全て本発明に含ま
れる]、及び選択吸着されたCO2を減圧脱着するため
の減圧機3より構成され、これらが配管によって接続さ
れる。
〜(e)に示すように、BFGを圧縮して吸着塔1に導
入するための圧縮機2、CO2を選択吸着する吸着剤の
充填された吸着塔1[第1図では3塔(1A,1B,1C)であ
るが、2塔以上を並列配置したものは全て本発明に含ま
れる]、及び選択吸着されたCO2を減圧脱着するため
の減圧機3より構成され、これらが配管によって接続さ
れる。
吸着塔1内の吸着剤の充填構成は (1)上段にゼオライト、中段に活性炭、下段に活性
アルミナあるいはシリカゲルのいずれか1種以上とする
か、 (2)上段にゼオライト、下段に活性アルミナあるい
はシリカゲルのいずれか1種以上とし、 吸着塔1内に充填されるゼオライトとしては、10Å以上
の細孔径を有し、且つ細孔容積の大きいものが望まれ
る。このような例として、X型ゼオライトNoXが挙げら
れる。このゼオライトNaXは第2図に示した等温下にお
ける吸脱着圧−吸脱着量関係図から明らかである様に、
CO2の吸着量が多い反面CO,N2,H2の吸着量が少なく、ま
た脱着が容易であり、圧力スイングに好適な吸着剤であ
ることが分かる。またBFGの主成分は第1表に示すとお
りであり、N2,CO2,COおよびH2の他に湿分(H2O)と微量
のS分が含まれており、中段および/または下段に充填
される活性炭,活性アルミナ,シリカゲルはガス中の湿
分やS分の吸着能力が優れているので、原料ガスを塔の
下方から導入すると、これらが上段のゼオライト充填層
に至るまでにこれらの成分が優先的に吸着される。また
第1表よりBFG中にはCO2が多量に含まれているのでCO2
回収用資源として有用であることが分かる。
アルミナあるいはシリカゲルのいずれか1種以上とする
か、 (2)上段にゼオライト、下段に活性アルミナあるい
はシリカゲルのいずれか1種以上とし、 吸着塔1内に充填されるゼオライトとしては、10Å以上
の細孔径を有し、且つ細孔容積の大きいものが望まれ
る。このような例として、X型ゼオライトNoXが挙げら
れる。このゼオライトNaXは第2図に示した等温下にお
ける吸脱着圧−吸脱着量関係図から明らかである様に、
CO2の吸着量が多い反面CO,N2,H2の吸着量が少なく、ま
た脱着が容易であり、圧力スイングに好適な吸着剤であ
ることが分かる。またBFGの主成分は第1表に示すとお
りであり、N2,CO2,COおよびH2の他に湿分(H2O)と微量
のS分が含まれており、中段および/または下段に充填
される活性炭,活性アルミナ,シリカゲルはガス中の湿
分やS分の吸着能力が優れているので、原料ガスを塔の
下方から導入すると、これらが上段のゼオライト充填層
に至るまでにこれらの成分が優先的に吸着される。また
第1表よりBFG中にはCO2が多量に含まれているのでCO2
回収用資源として有用であることが分かる。
以下第1図(a)〜(e)を参照しつつBFGから高純
度のCO2を回収するプロセスについて具体的に述べる。
度のCO2を回収するプロセスについて具体的に述べる。
(1) 吸着工程:原料BFGを圧縮機2にて圧縮し、ア
フタークーラー4で温度を調整した後吸着塔1A内に導入
所定圧力まで昇圧する。この際吸着塔1Aのガス排出部か
ら排出されてくる通過排ガス中のCO2濃度を測定してお
き、吸着塔1Aのガス入口部における原料BFG中のCO2濃度
とほぼ同じになるまでBFGを導入し吸着剤にCO2を吸着さ
せる[第1図(a)太線原料BFGから吸着塔1Aまで]。
フタークーラー4で温度を調整した後吸着塔1A内に導入
所定圧力まで昇圧する。この際吸着塔1Aのガス排出部か
ら排出されてくる通過排ガス中のCO2濃度を測定してお
き、吸着塔1Aのガス入口部における原料BFG中のCO2濃度
とほぼ同じになるまでBFGを導入し吸着剤にCO2を吸着さ
せる[第1図(a)太線原料BFGから吸着塔1Aまで]。
ここでBFG中のCO2は主に吸着塔1の上段に充填された
ゼオライト吸着され、湿分およびS分は中段および/ま
たは下段に充填された活性炭,活性アルミナあるいはシ
リカゲルに吸着される。吸着圧力は第2図に示す吸脱着
塔温線から明らかなように高圧側ほどCO2分圧が高くな
りCO2の吸着量は増加するが、吸着圧力を高くすること
はガス圧縮のためのエネルギーコストが高くなるので、
CO2含有量が15〜40%であること、並びにCO2吸脱着等温
線と吸着量の関係等から判断してCO2分圧で120mmHg以
上,全圧で0.2〜2kgf/cm2・Gとするとが望ましい。
ゼオライト吸着され、湿分およびS分は中段および/ま
たは下段に充填された活性炭,活性アルミナあるいはシ
リカゲルに吸着される。吸着圧力は第2図に示す吸脱着
塔温線から明らかなように高圧側ほどCO2分圧が高くな
りCO2の吸着量は増加するが、吸着圧力を高くすること
はガス圧縮のためのエネルギーコストが高くなるので、
CO2含有量が15〜40%であること、並びにCO2吸脱着等温
線と吸着量の関係等から判断してCO2分圧で120mmHg以
上,全圧で0.2〜2kgf/cm2・Gとするとが望ましい。
吸着塔通過ガスは他塔の昇圧再生工程(後述する)を
経てレストガスとして排出(または回収、以下同様)さ
れる[第1図(a)太線吸着塔1Aから1Bを経てレストガ
スまで]。
経てレストガスとして排出(または回収、以下同様)さ
れる[第1図(a)太線吸着塔1Aから1Bを経てレストガ
スまで]。
(2) 減圧工程:吸着工程終了後、大気圧まで減圧し
て吸着塔1A内の死空間に充満している不純ガス成分を吸
着塔1Aから排出する[第1図(b)太線]。同工程は吸
着圧が低圧である場合は省略することも可能である。
て吸着塔1A内の死空間に充満している不純ガス成分を吸
着塔1Aから排出する[第1図(b)太線]。同工程は吸
着圧が低圧である場合は省略することも可能である。
(3) 初期真空脱着工程:減圧工程終了後減圧機3に
て700〜100torrまで減圧するが、この初期真空脱着によ
って脱着されるガス(CO2を多量に含み不純物としてN2,
CO,H2,S分等を含むガス)は、吸着塔1A内から排出され
る[第1図(c)太線]。
て700〜100torrまで減圧するが、この初期真空脱着によ
って脱着されるガス(CO2を多量に含み不純物としてN2,
CO,H2,S分等を含むガス)は、吸着塔1A内から排出され
る[第1図(c)太線]。
(4) 真空脱着工程:減圧機3にて吸着塔内をさらに
減圧して吸着剤に吸着されているCO2を脱着させ製品と
して回収する。この際の真空度はCO2の純度および回収
性を考慮して100〜30torrが望ましい[第1図(d)の
太線]。
減圧して吸着剤に吸着されているCO2を脱着させ製品と
して回収する。この際の真空度はCO2の純度および回収
性を考慮して100〜30torrが望ましい[第1図(d)の
太線]。
(5) 昇圧再生工程:前記初期真空脱着工程と真空脱
着工程時の脱着により吸着塔下部に吸着された湿分およ
びS分も大部分脱着されているが、他塔1Cの吸着工程で
排出される吸着塔通過ガスを吸着塔1Aの上から、つまり
通過ガス出口側から導入し、吸着塔のBFG入口部に一部
残留している湿分及びS分を脱着し吸着剤の再生を行な
うと共に塔内を昇圧して次回吸着工程に備える。また、
前記吸着塔1Cの通過ガスは未吸着で通過したCO2を含ん
でおり、これを回収することにより全体としてのCO2回
収率を向上させる役目ももつ。この昇圧再生用の吸着塔
内を通過したガスはレストガスとして排気あるいは回収
される[第1図(e)太線吸着塔1Cから吸着塔1Aを経て
レストガスまで]が、このレストガスはCO2をわずかし
か含まないので単位量当たりのカロリーが高いものとし
て別途回収の対象となり得る。
着工程時の脱着により吸着塔下部に吸着された湿分およ
びS分も大部分脱着されているが、他塔1Cの吸着工程で
排出される吸着塔通過ガスを吸着塔1Aの上から、つまり
通過ガス出口側から導入し、吸着塔のBFG入口部に一部
残留している湿分及びS分を脱着し吸着剤の再生を行な
うと共に塔内を昇圧して次回吸着工程に備える。また、
前記吸着塔1Cの通過ガスは未吸着で通過したCO2を含ん
でおり、これを回収することにより全体としてのCO2回
収率を向上させる役目ももつ。この昇圧再生用の吸着塔
内を通過したガスはレストガスとして排気あるいは回収
される[第1図(e)太線吸着塔1Cから吸着塔1Aを経て
レストガスまで]が、このレストガスはCO2をわずかし
か含まないので単位量当たりのカロリーが高いものとし
て別途回収の対象となり得る。
尚、吸着塔1、圧縮機2、減圧機3、熱交換器4,5お
よび配管間に配される開閉弁は前記各圧力を充たすよう
に操作される。
よび配管間に配される開閉弁は前記各圧力を充たすよう
に操作される。
ここでCO2回収を3塔の吸着塔を用いた場合のサイク
ルパターンの例を第3図に示す。
ルパターンの例を第3図に示す。
以上のように2塔以上の吸着塔を並列配置して交互に
吸着,脱着を行なうことにより製品CO2ガスを連続的に
回収することができる。
吸着,脱着を行なうことにより製品CO2ガスを連続的に
回収することができる。
また、本発明においては、吸着剤として市販のゼオラ
イト,活性炭,活性アルミナおよびシリカゲルを使用す
るので吸着剤を安価にしかも安易に入手できる。また設
備的にも主要部が圧縮機、吸着塔、減圧機で構成され、
従来のように不純物(特に湿分およびS分)除去のため
の前処理をする必要がなく、また製品純度を高めるため
の製品ガスによる洗浄工程を設けることもないので設備
面積が小さくなり、建設費も安価になる。
イト,活性炭,活性アルミナおよびシリカゲルを使用す
るので吸着剤を安価にしかも安易に入手できる。また設
備的にも主要部が圧縮機、吸着塔、減圧機で構成され、
従来のように不純物(特に湿分およびS分)除去のため
の前処理をする必要がなく、また製品純度を高めるため
の製品ガスによる洗浄工程を設けることもないので設備
面積が小さくなり、建設費も安価になる。
また吸着工程での吸着圧も低圧で良くランニングコス
トの点でも有益でありPSA法を用いるので運転保持が容
易である。
トの点でも有益でありPSA法を用いるので運転保持が容
易である。
尚本発明方法では原料ガスとしてBFGを用いている
が、転炉ガスその他CO2含有混合ガスにも適用できる。
が、転炉ガスその他CO2含有混合ガスにも適用できる。
[実施例] 次に述べる実験条件および方法にて、CO2を含有する
製鉄所排ガスから高純度のCO2を分離回収した。
製鉄所排ガスから高純度のCO2を分離回収した。
装 置:2塔式PSA 吸着剤:上段にゼオライト480cc,中段に活性炭150cc,下
段に活性アルミナ80ccをそれぞれ充填 原料ガス組成: CO2:22.0%,CO:21.1%,H2:2.6%,H2:54.3%,COS:33.6pp
m,H2S:12.0ppm,湿分:飽和 操作温度:20℃ 吸着圧力:1.0kgf/cm2・G(CO2分圧 330mmHg) 操 作: 実験結果: 第2表に示す様に初期真空脱着による排ガス量に応じ
て製品純度が高くなり、初期真空脱着の効果が認められ
る。
段に活性アルミナ80ccをそれぞれ充填 原料ガス組成: CO2:22.0%,CO:21.1%,H2:2.6%,H2:54.3%,COS:33.6pp
m,H2S:12.0ppm,湿分:飽和 操作温度:20℃ 吸着圧力:1.0kgf/cm2・G(CO2分圧 330mmHg) 操 作: 実験結果: 第2表に示す様に初期真空脱着による排ガス量に応じ
て製品純度が高くなり、初期真空脱着の効果が認められ
る。
湿分およびS分については第3表に示す割合で各工程
で排出されている。
で排出されている。
前記操作を50回以上繰り返しても活性炭層通過ガスは
露点−60℃以下を示し、活性炭通過ガスにはS分は検出
されなかった。
露点−60℃以下を示し、活性炭通過ガスにはS分は検出
されなかった。
[発明の効果] 以上のように本発明方法によればBFGをはじめとするC
O2を15〜40%含有する製鉄所排ガスからCO2を高純度か
つ安価に分離回収することができる。
O2を15〜40%含有する製鉄所排ガスからCO2を高純度か
つ安価に分離回収することができる。
第1図(a),(b),(c),(d),(e)は本発
明方法を行なうための構成図例、第2図は等温における
吸脱着平衡分圧と吸脱着量との関係図、第3図はサイク
ルパターンの例を示す図である。 1……吸着塔、2……圧縮機 3……減圧機、4,5……熱交換器
明方法を行なうための構成図例、第2図は等温における
吸脱着平衡分圧と吸脱着量との関係図、第3図はサイク
ルパターンの例を示す図である。 1……吸着塔、2……圧縮機 3……減圧機、4,5……熱交換器
Claims (1)
- 【請求項1】吸着塔を2基以上並列させた圧力スイング
吸着装置に15〜40%のCO2を含有する製鉄所排ガスを導
入してこの排ガス中のCO2を回収するに当たり、吸着塔
内の吸着剤充填構成を (1)上段にゼオライト、中段に活性炭、下段に活性ア
ルミナあるいはシリカゲルのいずれか1種以上とする
か、 (2)上段にゼオライト、下段に活性アルミナあるいは
シリカゲルのいずれか1種以上とし、 湿分およびS分を含有した状態の上記排ガスをCO2分圧1
20mmHg以上でCO2吸着塔内に下から導入した後、該吸着
塔内を大気圧まで減圧して該吸着塔内の死空間に充満し
ている不純ガス成分を排気し、更に700〜100torrに真空
引きして吸着塔内に充満している原料ガス及び吸着剤に
吸着されている不純成分を脱着排気し、その後更に100
〜30torrに真空引きしてCO2を脱着させることにより高
純度のCO2を回収すると共に、吸着塔内に吸着された湿
分およびS分を、前記真空引きを行うと共に他の吸着塔
の吸着サイクルにおける吸着塔通過ガスを上から導入す
ることによって脱着させ、吸着剤を再生するとともにCO
2回収率を向上させることを特徴とする製鉄所排ガスか
らCO2を高純度で分離回収する方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62189825A JP2539443B2 (ja) | 1987-07-29 | 1987-07-29 | 製鉄所排ガスからco▲下2▼を高純度で分離回収する方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP62189825A JP2539443B2 (ja) | 1987-07-29 | 1987-07-29 | 製鉄所排ガスからco▲下2▼を高純度で分離回収する方法 |
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JPS6434422A JPS6434422A (en) | 1989-02-03 |
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ID=16247838
Family Applications (1)
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JP62189825A Expired - Fee Related JP2539443B2 (ja) | 1987-07-29 | 1987-07-29 | 製鉄所排ガスからco▲下2▼を高純度で分離回収する方法 |
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US4952223A (en) * | 1989-08-21 | 1990-08-28 | The Boc Group, Inc. | Method and apparatus of producing carbon dioxide in high yields from low concentration carbon dioxide feeds |
KR100324709B1 (ko) * | 1999-03-19 | 2002-02-16 | 이종훈 | 화력발전소 연소가스로부터 고순도의 이산화탄소를 회수하기 위한 압력변동 흡착장치 및 이를 이용한 이산화탄소 회수방법 |
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-
1987
- 1987-07-29 JP JP62189825A patent/JP2539443B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101952011A (zh) * | 2007-12-12 | 2011-01-19 | Co2Crc技术股份有限公司 | 用于回收二氧化碳的设备和方法 |
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JPS6434422A (en) | 1989-02-03 |
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