JP2967166B2 - 炭酸ガスの分離・回収方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、混合ガス中からそ
れに含まれる炭酸ガスを分離・回収する方法に関する。
れに含まれる炭酸ガスを分離・回収する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】地球環境問題の解決のために、炭酸ガス
の回収の必要性がクロ−ズ・アップされている。燃焼排
ガス等の混合ガス中から炭酸ガスを分離回収する方法と
して、ナトリウムイオンを含む溶液中に供給し、炭酸ナ
トリウムとして回収する方法等もあるが、現状において
は、炭酸ガスをそのまま分離回収することが要望されて
おり、そのために膜分離法、吸着分離法及び深冷分離法
が検討されている。しかしながら、これらの方法を単独
で用いて処理するには、混合ガス中の炭酸ガス濃度が十
分でないことが多く、良好な分離結果を得ることができ
ない。例えば、深冷分離法は、処理対象ガス中の炭酸ガ
ス濃度が高くない混合ガスの処理では、効率が悪く、良
好な結果は得られない。一般的には、吸着分離法、膜分
離法及び深冷分離法のいずれの方法も、単独の場合に
は、混合ガス中の炭酸ガスを効率良く回収することは困
難であるとされている。そこで、膜分離法と深冷分離法
の組み合わせを用いて混合ガスを処理する方法が提案さ
れた。この組み合わせによる方法において、膜分離法に
よる分離処理を行う時には、炭酸ガス濃度１０％程度の
混合ガスから３０〜９０％に濃縮することができるの
で、後段の深冷分離法を効率的に実施することが可能と
なる。一般に、膜分離法においては、その効率を考え
て、非透過ガスをリサイクルガスとして用い、これを膜
分離装置の入口ガスに添加することが行われている。こ
の理由から、前記組合せによる方法においても、後段階
の深冷分離工程からのオフガスを前段階の膜分離装置の
入口ガスに全量をリサイクルする方法が採用されてい
る。その結果、膜分離装置の処理ガス量が多くなり、結
果的に炭酸ガスの分離に要するエネルギ−が多くなると
いう問題点があった。また、深冷分離工程に供給する原
料は、それに含まれる水分を除去する必要があり、吸着
剤による除湿が行われるが、従来法の場合には、吸着剤
に吸着された水分を脱着して再生するための再生ガスと
して、外部からの再生ガスを系内に導入して用いること
から、多量のエネルギ−を必要とする問題点があった。
の回収の必要性がクロ−ズ・アップされている。燃焼排
ガス等の混合ガス中から炭酸ガスを分離回収する方法と
して、ナトリウムイオンを含む溶液中に供給し、炭酸ナ
トリウムとして回収する方法等もあるが、現状において
は、炭酸ガスをそのまま分離回収することが要望されて
おり、そのために膜分離法、吸着分離法及び深冷分離法
が検討されている。しかしながら、これらの方法を単独
で用いて処理するには、混合ガス中の炭酸ガス濃度が十
分でないことが多く、良好な分離結果を得ることができ
ない。例えば、深冷分離法は、処理対象ガス中の炭酸ガ
ス濃度が高くない混合ガスの処理では、効率が悪く、良
好な結果は得られない。一般的には、吸着分離法、膜分
離法及び深冷分離法のいずれの方法も、単独の場合に
は、混合ガス中の炭酸ガスを効率良く回収することは困
難であるとされている。そこで、膜分離法と深冷分離法
の組み合わせを用いて混合ガスを処理する方法が提案さ
れた。この組み合わせによる方法において、膜分離法に
よる分離処理を行う時には、炭酸ガス濃度１０％程度の
混合ガスから３０〜９０％に濃縮することができるの
で、後段の深冷分離法を効率的に実施することが可能と
なる。一般に、膜分離法においては、その効率を考え
て、非透過ガスをリサイクルガスとして用い、これを膜
分離装置の入口ガスに添加することが行われている。こ
の理由から、前記組合せによる方法においても、後段階
の深冷分離工程からのオフガスを前段階の膜分離装置の
入口ガスに全量をリサイクルする方法が採用されてい
る。その結果、膜分離装置の処理ガス量が多くなり、結
果的に炭酸ガスの分離に要するエネルギ−が多くなると
いう問題点があった。また、深冷分離工程に供給する原
料は、それに含まれる水分を除去する必要があり、吸着
剤による除湿が行われるが、従来法の場合には、吸着剤
に吸着された水分を脱着して再生するための再生ガスと
して、外部からの再生ガスを系内に導入して用いること
から、多量のエネルギ−を必要とする問題点があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、混合ガスか
らそれに含まれる炭酸ガスを膜分離工程と深冷分離工程
を含む方法により分離回収する方法において、エネルギ
−の消費量を少なくする方法を提供することをその課題
とする。
らそれに含まれる炭酸ガスを膜分離工程と深冷分離工程
を含む方法により分離回収する方法において、エネルギ
−の消費量を少なくする方法を提供することをその課題
とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成する
に至った。即ち、本発明によれば、混合ガスからそれに
含まれる炭酸ガスを液化炭酸ガスとして分離・回収する
方法において、（ｉ）該混合ガスを濃縮炭酸ガスを含む
ガスと残余ガスとに分離する第１膜分離工程、（ii）該
濃縮炭酸ガスを含むガスを昇圧する昇圧工程、（iii)該
昇圧されたガスを除湿する除湿工程、（iv）該除湿され
たガスを冷却して該ガス中に含まれる炭酸ガスを液化す
る冷却工程、（ｖ）該液化炭酸ガスを含むガスを炭酸ガ
スを含むオフガスと液化炭酸ガスとに分離する深冷分離
工程、（vi）該深冷分離工程で得られたオフガスを濃縮
された炭酸ガスを含むガスと残余ガスとに分離する第２
膜分離工程、（vii)該第２膜分離工程で得られた濃縮さ
れた炭酸ガスを含むガスを前記昇圧工程、除湿工程及び
冷却工程の中から選ばれる任意の工程に循環させる循環
工程、を含むことを特徴とする混合ガスからの炭酸ガス
の分離・回収方法が提供される。また、本発明によれ
ば、混合ガスからそれに含まれる炭酸ガスを液化炭酸ガ
スとして分離・回収する方法において、（ｉ）該混合ガ
スを濃縮炭酸ガスを含むガスと残余ガスとに分離する第
１膜分離工程、（ii）該濃縮炭酸ガスを含むガスを昇圧
する昇圧工程、（iii)該昇圧されたガスを吸着剤を用い
て除湿する除湿工程、（iv）該水分を吸着した吸着剤を
再生用ガスと接触させて再生する吸着剤再生工程、
（ｖ）該除湿されたガスを冷却して該ガス中に含まれる
炭酸ガスを液化する冷却工程、（vi）該液化炭酸ガスを
含むガスを炭酸ガスを含むオフガスと液化炭酸ガスとに
分離する深冷分離工程、（vii)該深冷分離工程で得られ
たオフガスを濃縮された炭酸ガスを含むガスと残余ガス
とに分離する第２膜分離工程、（viii）該第２膜分離工
程で得られた濃縮された炭酸ガスを含むガスの少なくと
も一部を吸着剤再生用ガスとして前記吸着剤再生工程へ
循環する循環工程、（ix）該吸着剤再生工程で吸着剤と
接触した後のガスを前記昇圧工程、除湿工程及び冷却工
程の中から選ばれる任意の工程に循環する循環工程、を
含むことを特徴とする混合ガスからの炭酸ガスの分離・
回収方法が提供される。
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成する
に至った。即ち、本発明によれば、混合ガスからそれに
含まれる炭酸ガスを液化炭酸ガスとして分離・回収する
方法において、（ｉ）該混合ガスを濃縮炭酸ガスを含む
ガスと残余ガスとに分離する第１膜分離工程、（ii）該
濃縮炭酸ガスを含むガスを昇圧する昇圧工程、（iii)該
昇圧されたガスを除湿する除湿工程、（iv）該除湿され
たガスを冷却して該ガス中に含まれる炭酸ガスを液化す
る冷却工程、（ｖ）該液化炭酸ガスを含むガスを炭酸ガ
スを含むオフガスと液化炭酸ガスとに分離する深冷分離
工程、（vi）該深冷分離工程で得られたオフガスを濃縮
された炭酸ガスを含むガスと残余ガスとに分離する第２
膜分離工程、（vii)該第２膜分離工程で得られた濃縮さ
れた炭酸ガスを含むガスを前記昇圧工程、除湿工程及び
冷却工程の中から選ばれる任意の工程に循環させる循環
工程、を含むことを特徴とする混合ガスからの炭酸ガス
の分離・回収方法が提供される。また、本発明によれ
ば、混合ガスからそれに含まれる炭酸ガスを液化炭酸ガ
スとして分離・回収する方法において、（ｉ）該混合ガ
スを濃縮炭酸ガスを含むガスと残余ガスとに分離する第
１膜分離工程、（ii）該濃縮炭酸ガスを含むガスを昇圧
する昇圧工程、（iii)該昇圧されたガスを吸着剤を用い
て除湿する除湿工程、（iv）該水分を吸着した吸着剤を
再生用ガスと接触させて再生する吸着剤再生工程、
（ｖ）該除湿されたガスを冷却して該ガス中に含まれる
炭酸ガスを液化する冷却工程、（vi）該液化炭酸ガスを
含むガスを炭酸ガスを含むオフガスと液化炭酸ガスとに
分離する深冷分離工程、（vii)該深冷分離工程で得られ
たオフガスを濃縮された炭酸ガスを含むガスと残余ガス
とに分離する第２膜分離工程、（viii）該第２膜分離工
程で得られた濃縮された炭酸ガスを含むガスの少なくと
も一部を吸着剤再生用ガスとして前記吸着剤再生工程へ
循環する循環工程、（ix）該吸着剤再生工程で吸着剤と
接触した後のガスを前記昇圧工程、除湿工程及び冷却工
程の中から選ばれる任意の工程に循環する循環工程、を
含むことを特徴とする混合ガスからの炭酸ガスの分離・
回収方法が提供される。
【０００５】
【発明の実施の形態】本発明において処理しようとする
混合ガスは、炭酸ガスを含む混合ガスであり、このよう
な混合ガスには、火力発電所や各種工場などのボイラ−
や、製鉄所の高炉などの諸設備から発生する排ガスや、
炭酸ガスを含んで産出する天然ガス等が包含される。こ
れらの混合ガスには、一般に５〜９５容量％程度の炭酸
ガスが含まれる。
混合ガスは、炭酸ガスを含む混合ガスであり、このよう
な混合ガスには、火力発電所や各種工場などのボイラ−
や、製鉄所の高炉などの諸設備から発生する排ガスや、
炭酸ガスを含んで産出する天然ガス等が包含される。こ
れらの混合ガスには、一般に５〜９５容量％程度の炭酸
ガスが含まれる。
【０００６】炭酸ガスを含む混合ガスを膜分離工程と深
冷分離工程からなる２段階で処理する従来の方法のフロ
ーシートを示すと、図１に示す通りである。この従来法
においては、炭酸ガスを含む混合ガスは、ライン１１を
通って膜分離工程１に供給され、ここで炭酸ガスが濃縮
される。この濃縮炭酸ガスを含むガスは昇圧工程２に導
入され、昇圧された後、ライン１３を通って吸着剤によ
る除湿工程３に導入され、ここでガス中の水分が除去さ
れる。水分の除去されたガスはライン１４を通って冷却
工程４に入り、ここで炭酸ガスが液化する温度にまで冷
却された後、ライン１５を通って深冷分離工程５に供給
され、ここで深冷分離塔により深冷分離される。深冷分
離塔の塔底からは液化炭酸ガスがライン１７を通って抜
出され、一方、深冷分離塔の塔頂からは高圧の炭酸ガス
を含むオフガスが分離される。このオフガスはライン１
６を通って動力回収工程６に導入され、ここで高圧ガス
の保有するエネルギーが動力として回収される。この動
力回収工程６から排出されたガスはライン１８を通って
膜分離工程１に循環される。
冷分離工程からなる２段階で処理する従来の方法のフロ
ーシートを示すと、図１に示す通りである。この従来法
においては、炭酸ガスを含む混合ガスは、ライン１１を
通って膜分離工程１に供給され、ここで炭酸ガスが濃縮
される。この濃縮炭酸ガスを含むガスは昇圧工程２に導
入され、昇圧された後、ライン１３を通って吸着剤によ
る除湿工程３に導入され、ここでガス中の水分が除去さ
れる。水分の除去されたガスはライン１４を通って冷却
工程４に入り、ここで炭酸ガスが液化する温度にまで冷
却された後、ライン１５を通って深冷分離工程５に供給
され、ここで深冷分離塔により深冷分離される。深冷分
離塔の塔底からは液化炭酸ガスがライン１７を通って抜
出され、一方、深冷分離塔の塔頂からは高圧の炭酸ガス
を含むオフガスが分離される。このオフガスはライン１
６を通って動力回収工程６に導入され、ここで高圧ガス
の保有するエネルギーが動力として回収される。この動
力回収工程６から排出されたガスはライン１８を通って
膜分離工程１に循環される。
【０００７】次に、本発明による炭酸ガスを含む混合ガ
スの処理方法のフローシートを図２に示す。本発明の方
法においては、炭酸ガスを含む混合ガスは、ライン１１
を通って第１膜分離工程１に供給され、ここで炭酸ガス
が濃縮される。この濃縮炭酸ガスを含むガスは昇圧工程
２に導入され、昇圧された後、ライン１３を通って吸着
剤による除湿工程３に導入され、ここでガス中の水分が
除去される。水分の除去されたガスはライン１４を通っ
て冷却工程４に入り、ここで炭酸ガスが液化する温度に
まで冷却された後、ライン１５を通って深冷分離工程５
に供給され、ここで深冷分離塔により深冷分離される。
深冷分離塔の塔底からは液化炭酸ガスがライン１７を通
って抜出され、一方、深冷分離塔の塔頂からは高圧の炭
酸ガスを含むオフガスが分離される。このオフガスはラ
イン１６を通って第２膜分離工程７に導入され、ここで
高圧条件で膜分離処理され、オフガス中の炭酸ガスが濃
縮される。この炭酸ガスの濃縮されたオフガスはライン
１９を通って吸着剤再生工程８に循環され、ここで水分
を吸着した吸着剤の再生用ガスとして用いられ、吸着剤
と接触される。吸着剤再生工程８において吸着剤を再生
した後の水分と炭酸ガスを含むオフガスは、ライン２０
に添加され、昇圧工程２、除湿工程３及び冷却工程４を
介して、深冷分離工程５へ循環される。第２膜分離工程
７で得られる残余ガス（膜を透過しなかった高圧のオフ
ガス）は、ライン１８を通って動力回収工程６を経由し
た後、ライン２１を通って大気へ放出される。前記のよ
うにして混合ガスを処理する場合、第２膜分離工程７で
得られた濃縮炭酸ガスを含むガスは、必ずしも吸着剤再
生工程８へ循環する必要はなく、その全量をライン１２
に添加することができ、また、その一部を吸着剤再生工
程８に循環し、残りをライン１２に添加することもでき
る。
スの処理方法のフローシートを図２に示す。本発明の方
法においては、炭酸ガスを含む混合ガスは、ライン１１
を通って第１膜分離工程１に供給され、ここで炭酸ガス
が濃縮される。この濃縮炭酸ガスを含むガスは昇圧工程
２に導入され、昇圧された後、ライン１３を通って吸着
剤による除湿工程３に導入され、ここでガス中の水分が
除去される。水分の除去されたガスはライン１４を通っ
て冷却工程４に入り、ここで炭酸ガスが液化する温度に
まで冷却された後、ライン１５を通って深冷分離工程５
に供給され、ここで深冷分離塔により深冷分離される。
深冷分離塔の塔底からは液化炭酸ガスがライン１７を通
って抜出され、一方、深冷分離塔の塔頂からは高圧の炭
酸ガスを含むオフガスが分離される。このオフガスはラ
イン１６を通って第２膜分離工程７に導入され、ここで
高圧条件で膜分離処理され、オフガス中の炭酸ガスが濃
縮される。この炭酸ガスの濃縮されたオフガスはライン
１９を通って吸着剤再生工程８に循環され、ここで水分
を吸着した吸着剤の再生用ガスとして用いられ、吸着剤
と接触される。吸着剤再生工程８において吸着剤を再生
した後の水分と炭酸ガスを含むオフガスは、ライン２０
に添加され、昇圧工程２、除湿工程３及び冷却工程４を
介して、深冷分離工程５へ循環される。第２膜分離工程
７で得られる残余ガス（膜を透過しなかった高圧のオフ
ガス）は、ライン１８を通って動力回収工程６を経由し
た後、ライン２１を通って大気へ放出される。前記のよ
うにして混合ガスを処理する場合、第２膜分離工程７で
得られた濃縮炭酸ガスを含むガスは、必ずしも吸着剤再
生工程８へ循環する必要はなく、その全量をライン１２
に添加することができ、また、その一部を吸着剤再生工
程８に循環し、残りをライン１２に添加することもでき
る。
【０００８】本発明で用いる第１膜分離工程１は、膜分
離装置を用いて実施される。膜分離装置としては、従来
公知の各種のものが用いられる。また、この場合に用い
られる膜（気体分離膜）としては、ポリイミド系、ポリ
スルホン系、セルローストリアセテート系、シリコーン
系等の従来公知の各種の膜が用いられる。この膜分離装
置においては、その膜の供給側のガス入口から炭酸ガス
を含む混合ガスが導入され、その出口方向へ流通し、ガ
ス供給側の出口から残余ガス（膜非透過ガス）が排出さ
れる。一方、膜のガス透過側には、炭酸ガス濃度が高め
られたガスが膜透過成分として得られる。この膜分離工
程におけるガス供給側の操作圧力は、０〜１５０ｋｇ/
ｃｍ2Ｇであり、ガス供給側の圧力に対するガス透過側
の圧力比は、０．００１〜０．５、好ましくは０．０１
〜０．２である。操作温度は、１０〜８０℃程度であ
る。
離装置を用いて実施される。膜分離装置としては、従来
公知の各種のものが用いられる。また、この場合に用い
られる膜（気体分離膜）としては、ポリイミド系、ポリ
スルホン系、セルローストリアセテート系、シリコーン
系等の従来公知の各種の膜が用いられる。この膜分離装
置においては、その膜の供給側のガス入口から炭酸ガス
を含む混合ガスが導入され、その出口方向へ流通し、ガ
ス供給側の出口から残余ガス（膜非透過ガス）が排出さ
れる。一方、膜のガス透過側には、炭酸ガス濃度が高め
られたガスが膜透過成分として得られる。この膜分離工
程におけるガス供給側の操作圧力は、０〜１５０ｋｇ/
ｃｍ2Ｇであり、ガス供給側の圧力に対するガス透過側
の圧力比は、０．００１〜０．５、好ましくは０．０１
〜０．２である。操作温度は、１０〜８０℃程度であ
る。
【０００９】この第１分離工程１においては、５〜９５
容量％の炭酸ガスを含む原料ガスは、３０〜９８容量％
の濃縮炭酸ガスを含むガス（膜透過ガス）と残余ガス
（膜非透過ガス）とに分離される。この膜分離工程で得
られる濃縮炭酸ガスを含むガスは、次の昇圧工程２に送
られる。一方、残余ガスは、必要に応じて、さらに炭酸
ガス除去処理を施した後、大気中に放出される。
容量％の炭酸ガスを含む原料ガスは、３０〜９８容量％
の濃縮炭酸ガスを含むガス（膜透過ガス）と残余ガス
（膜非透過ガス）とに分離される。この膜分離工程で得
られる濃縮炭酸ガスを含むガスは、次の昇圧工程２に送
られる。一方、残余ガスは、必要に応じて、さらに炭酸
ガス除去処理を施した後、大気中に放出される。
【００１０】本発明で用いる昇圧工程２は、コンプレッ
サーとＫＯ（ノックアウト）ドラムの組合せを用いて実
施される。この昇圧工程においては、膜分離工程１から
得られる濃縮炭酸ガスを含むガスは、１０〜５０ｋｇ/
ｃｍ2Ｇ、好ましくは１０〜３０ｋｇ/ｃｍ2Ｇにまで昇
圧される。
サーとＫＯ（ノックアウト）ドラムの組合せを用いて実
施される。この昇圧工程においては、膜分離工程１から
得られる濃縮炭酸ガスを含むガスは、１０〜５０ｋｇ/
ｃｍ2Ｇ、好ましくは１０〜３０ｋｇ/ｃｍ2Ｇにまで昇
圧される。
【００１１】本発明で用いる除湿工程３は、吸着剤を含
む除湿塔を用いて実施される。吸着剤としては、従来公
知のもの、例えば、シリカゲル、アルミナ、ゼオライ
ト、活性炭等が用いられる。この除湿工程においては、
少なくとも２つの除湿塔が用いられる。それらの除湿塔
の一部は除湿操作に用いられ、残りの水分を吸着した除
湿塔はその吸着剤の再生に付される。
む除湿塔を用いて実施される。吸着剤としては、従来公
知のもの、例えば、シリカゲル、アルミナ、ゼオライ
ト、活性炭等が用いられる。この除湿工程においては、
少なくとも２つの除湿塔が用いられる。それらの除湿塔
の一部は除湿操作に用いられ、残りの水分を吸着した除
湿塔はその吸着剤の再生に付される。
【００１２】本発明で用いる吸着剤再生工程８は、水分
を吸着した吸着剤に、再生用ガスを接触させ、その吸着
水分を脱離させることによって実施される。再生用ガス
としては、従来公知の各種のガスを用いることもできる
が、本発明の場合、第２膜分離工程７で得られた濃縮炭
酸ガスを含むガス（オフガス）を用いるのが好ましい。
これにより、外部から特別の再生用ガスを導入すること
なく、クローズドシステム的に吸着剤の再生を効率よく
かつ低められたエネルギー使用量で行うことができる。
このような方法においては、例えば、原料ガスの大気中
へのパージが不要であり、吸着塔切り替え時の炭酸ガス
濃度の低下も防ぐことができる。更に外部からの加熱、
冷却も不要である。
を吸着した吸着剤に、再生用ガスを接触させ、その吸着
水分を脱離させることによって実施される。再生用ガス
としては、従来公知の各種のガスを用いることもできる
が、本発明の場合、第２膜分離工程７で得られた濃縮炭
酸ガスを含むガス（オフガス）を用いるのが好ましい。
これにより、外部から特別の再生用ガスを導入すること
なく、クローズドシステム的に吸着剤の再生を効率よく
かつ低められたエネルギー使用量で行うことができる。
このような方法においては、例えば、原料ガスの大気中
へのパージが不要であり、吸着塔切り替え時の炭酸ガス
濃度の低下も防ぐことができる。更に外部からの加熱、
冷却も不要である。
【００１３】本発明で用いる冷却工程４は、冷媒を用い
る冷却器を用いて実施される。この冷却工程において
は、除湿工程からのガスは、炭酸ガスが液化する温度、
通常、−１０〜−５０℃、好ましくは−２０〜−５０℃
の温度に冷却される。
る冷却器を用いて実施される。この冷却工程において
は、除湿工程からのガスは、炭酸ガスが液化する温度、
通常、−１０〜−５０℃、好ましくは−２０〜−５０℃
の温度に冷却される。
【００１４】本発明で用いる深冷分離工程５は、深冷分
離塔（精留塔）を用いて実施される。深冷分離塔として
は、従来公知のものが用いられる。この冷却分離塔にお
いては、その塔頂からガス状のオフガスが抜出され、塔
底から液化炭酸ガスが抜出される。この場合、その塔頂
温度は−２０〜−５０℃程度であり、その塔底温度は０
〜−３０℃程度である。前記のように、この深冷分離工
程においては、液化炭酸ガスを含むガスは、ガス状のオ
フガスと液化炭酸ガスとに分離されるが、そのオフガス
は、通常、２０〜９８容量％の炭酸ガスを含む。本発明
では、このオフガスは第２膜分離工程に送られる。一
方、液化炭酸ガスは、その貯蔵タンクに送られ、タンク
貯蔵される。
離塔（精留塔）を用いて実施される。深冷分離塔として
は、従来公知のものが用いられる。この冷却分離塔にお
いては、その塔頂からガス状のオフガスが抜出され、塔
底から液化炭酸ガスが抜出される。この場合、その塔頂
温度は−２０〜−５０℃程度であり、その塔底温度は０
〜−３０℃程度である。前記のように、この深冷分離工
程においては、液化炭酸ガスを含むガスは、ガス状のオ
フガスと液化炭酸ガスとに分離されるが、そのオフガス
は、通常、２０〜９８容量％の炭酸ガスを含む。本発明
では、このオフガスは第２膜分離工程に送られる。一
方、液化炭酸ガスは、その貯蔵タンクに送られ、タンク
貯蔵される。
【００１５】本発明で用いる第２膜分離工程７は、第１
膜分離工程で用いるのと同様の膜分離装置を用いて実施
される。この膜分離工程における操作圧力（ガス供給側
の圧力）は５〜１００ｋｇ/ｃｍ2Ｇであり、ガス供給側
の圧力に対するガス透過側の圧力比は、０．００１〜
０．５、好ましくは０．０１〜０．２である。操作温度
は０〜６０℃、好ましくは１０〜５０℃である。この膜
分離工程で得られる濃縮炭酸ガスを含むガスの少なくと
も一部は、前記昇圧工程２、除湿工程３及び冷却工程４
の中から選ばれる任意の工程に循環され、最終的には、
深冷分離工程５に循環される。濃縮炭酸ガスを含むガス
を除湿工程３又は冷却工程４へ循環する場合には、それ
らの工程の圧力と同圧になるように圧力調節して循環す
る。また、本発明においては、前記濃縮炭酸ガスを含む
ガスは、その全部又は一部を前記吸着剤再生工程８に送
ることができる。第２膜分離工程７で得られる残余ガス
は、次の動力回収工程６へ送られる。
膜分離工程で用いるのと同様の膜分離装置を用いて実施
される。この膜分離工程における操作圧力（ガス供給側
の圧力）は５〜１００ｋｇ/ｃｍ2Ｇであり、ガス供給側
の圧力に対するガス透過側の圧力比は、０．００１〜
０．５、好ましくは０．０１〜０．２である。操作温度
は０〜６０℃、好ましくは１０〜５０℃である。この膜
分離工程で得られる濃縮炭酸ガスを含むガスの少なくと
も一部は、前記昇圧工程２、除湿工程３及び冷却工程４
の中から選ばれる任意の工程に循環され、最終的には、
深冷分離工程５に循環される。濃縮炭酸ガスを含むガス
を除湿工程３又は冷却工程４へ循環する場合には、それ
らの工程の圧力と同圧になるように圧力調節して循環す
る。また、本発明においては、前記濃縮炭酸ガスを含む
ガスは、その全部又は一部を前記吸着剤再生工程８に送
ることができる。第２膜分離工程７で得られる残余ガス
は、次の動力回収工程６へ送られる。
【００１６】本発明で用いる動力回収工程６は、高圧ガ
スから、その保有するエネルギーを回収するための慣用
の装置、例えばエキスパンダーを用いて実施することが
できる。この動力回収工程からの排出ガスは、必要に応
じ、さらに炭酸ガス除去処理を施した後、大気へ放出さ
れる。
スから、その保有するエネルギーを回収するための慣用
の装置、例えばエキスパンダーを用いて実施することが
できる。この動力回収工程からの排出ガスは、必要に応
じ、さらに炭酸ガス除去処理を施した後、大気へ放出さ
れる。
【００１７】図３に、本発明による第２膜分離工程と深
冷分離工程を含む方法のフロー詳細図を示す。図３にお
いて、３１はコンプレッサー、３２は水冷による冷却
器、３３はＫＯドラム、３４、３５は除湿塔、３６は深
冷分離塔、３７はフラッシュドラム、３８は液化炭酸ガ
ス貯蔵タンク、４１は冷媒による冷却器、４２はポン
プ、４３は熱交換器、４４はエキスパンダー、Ｍは第２
膜分離装置を示す。
冷分離工程を含む方法のフロー詳細図を示す。図３にお
いて、３１はコンプレッサー、３２は水冷による冷却
器、３３はＫＯドラム、３４、３５は除湿塔、３６は深
冷分離塔、３７はフラッシュドラム、３８は液化炭酸ガ
ス貯蔵タンク、４１は冷媒による冷却器、４２はポン
プ、４３は熱交換器、４４はエキスパンダー、Ｍは第２
膜分離装置を示す。
【００１８】図３に示したフローシートに従って、本発
明による第２膜分離工程と深冷分離工程を含む方法を実
施するには、第１膜分離工程（図示されず）で得られた
濃縮炭酸ガスを含むガスは、ライン５１を通って、第１
コンプレッサー３１に送られ、ここで昇圧された後、ラ
イン５２及び冷却器３２を通って第１ＫＯドラム３３に
導入される。第１ＫＯドラム３３で得られたガス成分は
ライン５３を通って第２コンプレッサー３１に送られ、
ここで昇圧された後、ライン５４及び冷却器３２を通っ
て第２ＫＯドラム３３に導入される。第２ＫＯドラム３
３で得られたガス成分は、ライン５５を通って第３コン
プレッサー３１に送られ、ここで昇圧された後、ライン
５６及び冷却器３２を通って第３ＫＯドラム３３に導入
される。第３ＫＯドラム３３で得られたガス成分はライ
ン５７を通って第４コンプレッサー３１に送られ、ここ
で昇圧された後、ライン５８及び冷却器３２を通って第
４ＫＯドラム３３に導入される。第４ＫＯドラム３３で
得られたガス成分はライン５９を通って除湿塔３４に送
られ、ここでガス中に含まれる水分が除去される。
明による第２膜分離工程と深冷分離工程を含む方法を実
施するには、第１膜分離工程（図示されず）で得られた
濃縮炭酸ガスを含むガスは、ライン５１を通って、第１
コンプレッサー３１に送られ、ここで昇圧された後、ラ
イン５２及び冷却器３２を通って第１ＫＯドラム３３に
導入される。第１ＫＯドラム３３で得られたガス成分は
ライン５３を通って第２コンプレッサー３１に送られ、
ここで昇圧された後、ライン５４及び冷却器３２を通っ
て第２ＫＯドラム３３に導入される。第２ＫＯドラム３
３で得られたガス成分は、ライン５５を通って第３コン
プレッサー３１に送られ、ここで昇圧された後、ライン
５６及び冷却器３２を通って第３ＫＯドラム３３に導入
される。第３ＫＯドラム３３で得られたガス成分はライ
ン５７を通って第４コンプレッサー３１に送られ、ここ
で昇圧された後、ライン５８及び冷却器３２を通って第
４ＫＯドラム３３に導入される。第４ＫＯドラム３３で
得られたガス成分はライン５９を通って除湿塔３４に送
られ、ここでガス中に含まれる水分が除去される。
【００１９】除湿されたガスは、ライン６０、熱交換器
４３、ライン６１、冷却器４１、ライン６２、熱交換器
４３、ライン６３、冷却器４１からなる冷却工程を通っ
て、液化炭酸ガスとガスとの混合物の形で深冷分離塔３
６に導入される。
４３、ライン６１、冷却器４１、ライン６２、熱交換器
４３、ライン６３、冷却器４１からなる冷却工程を通っ
て、液化炭酸ガスとガスとの混合物の形で深冷分離塔３
６に導入される。
【００２０】深冷分離塔３６においては、導入された液
化炭酸ガスとガスとの混合物の蒸留が行われ、その塔底
から液化炭酸ガスがライン６６を通って抜出され、フラ
ッシュドラム３７に導入される。フラッシュドラム３７
で得られた液体成分を形成する液化炭酸ガスは、ライン
６９を通って液化炭酸ガス貯蔵タンク３８に導入され、
貯蔵される。このタンクに貯蔵された液化炭酸ガスは、
必要に応じ、ライン７０及びポンプ４２を通って抜出さ
れる。一方、前記フラッシュドラム３７で得られたガス
成分は、ライン６８を通ってコンプレッサー３１に送ら
れ、ここで昇圧された後、ライン４５を通って冷却工程
におけるライン６２に循環される。
化炭酸ガスとガスとの混合物の蒸留が行われ、その塔底
から液化炭酸ガスがライン６６を通って抜出され、フラ
ッシュドラム３７に導入される。フラッシュドラム３７
で得られた液体成分を形成する液化炭酸ガスは、ライン
６９を通って液化炭酸ガス貯蔵タンク３８に導入され、
貯蔵される。このタンクに貯蔵された液化炭酸ガスは、
必要に応じ、ライン７０及びポンプ４２を通って抜出さ
れる。一方、前記フラッシュドラム３７で得られたガス
成分は、ライン６８を通ってコンプレッサー３１に送ら
れ、ここで昇圧された後、ライン４５を通って冷却工程
におけるライン６２に循環される。
【００２１】深冷分離塔３６の塔頂から得られた炭酸ガ
スを含むオフガスは、ライン６４及び冷却器４１を通っ
てフラッシュドラム３７に導入される。このフラッシュ
ドラムで得られた液体成分はライン６５を通って深冷分
離塔３６の塔頂部に戻される。一方、フラッシュドラム
３７で得られたガス成分はライン７１、熱交換器４３、
ライン７２、熱交換器４３を通って、第２膜分離装置Ｍ
に導入され、ここで膜分離される。
スを含むオフガスは、ライン６４及び冷却器４１を通っ
てフラッシュドラム３７に導入される。このフラッシュ
ドラムで得られた液体成分はライン６５を通って深冷分
離塔３６の塔頂部に戻される。一方、フラッシュドラム
３７で得られたガス成分はライン７１、熱交換器４３、
ライン７２、熱交換器４３を通って、第２膜分離装置Ｍ
に導入され、ここで膜分離される。
【００２２】第２膜分離装置Ｍで膜透過成分として得ら
れた濃縮炭酸ガスを含むガスは、吸着剤再生用ガスとし
て用いられ、ライン７５を通って、除湿処理の終了した
除湿塔３５に導入され、ここで吸着剤と接触してその吸
着剤に吸着されている水分を脱離させて吸着剤を再生さ
せる。除湿塔３５を通過した炭酸ガスと水分を含むガス
はライン６１を通って昇圧工程を形成するコンプレッサ
ー３１に循環される。第２膜分離装置Ｍから膜非透過成
分として得られる高圧の残余ガスは、ライン７４を通っ
てエキスパンダー４４導入され、ここでその高圧ガスの
持つエネルギーの一部が回収される。このエキスパンダ
ー４４からのガスは冷熱回収器４１を通ってエキスパン
ダー４４に入り、ここでさらにそのガスの持つエネルギ
ーが回収される。エキスパンダー４４からの排出ガスは
ライン７７及び冷熱回収器４１及びライン７８を通って
大気へ放出される。
れた濃縮炭酸ガスを含むガスは、吸着剤再生用ガスとし
て用いられ、ライン７５を通って、除湿処理の終了した
除湿塔３５に導入され、ここで吸着剤と接触してその吸
着剤に吸着されている水分を脱離させて吸着剤を再生さ
せる。除湿塔３５を通過した炭酸ガスと水分を含むガス
はライン６１を通って昇圧工程を形成するコンプレッサ
ー３１に循環される。第２膜分離装置Ｍから膜非透過成
分として得られる高圧の残余ガスは、ライン７４を通っ
てエキスパンダー４４導入され、ここでその高圧ガスの
持つエネルギーの一部が回収される。このエキスパンダ
ー４４からのガスは冷熱回収器４１を通ってエキスパン
ダー４４に入り、ここでさらにそのガスの持つエネルギ
ーが回収される。エキスパンダー４４からの排出ガスは
ライン７７及び冷熱回収器４１及びライン７８を通って
大気へ放出される。
【００２３】
【実施例】次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説
明する。
明する。
【００２４】実施例１ 炭酸ガス１３．２ｖｏｌ％、水分１２．０ｖｏｌ％、窒
素７１．３ｖｏｌ％、酸素３．５ｖｏｌ％からなる混合
ガスを、第１膜分離処理した後、図３に示す第２膜分離
工程と深冷分離工程を含む方法のフロー図に従って処理
した。この場合の処理における主操作条件を以下に示
す。 （１）第１膜分離工程 （ｉ）分離膜：ポリイミド系分離膜 （ii）操作温度：５０℃ （iii)ガス供給側圧力：０．０５ｋｇ／ｃｍ2Ｇ （iv）ガス透過側圧力：０．９２５ｋｇ／ｃｍ2Ｇ （ｖ）膜透過ガスの成分組成 炭酸ガス：３７．５ｖｏｌ％ 水分：４４．７ｖｏｌ％ 窒素：１４．７ｖｏｌ％ 酸素：３．１ｖｏｌ％ （vi）膜非透過ガスの成分組成 炭酸ガス：６．７ｖｏｌ％ 水分：２．０ｖｏｌ％ 窒素：８７．５ｖｏｌ％ 酸素：３．８ｖｏｌ％
素７１．３ｖｏｌ％、酸素３．５ｖｏｌ％からなる混合
ガスを、第１膜分離処理した後、図３に示す第２膜分離
工程と深冷分離工程を含む方法のフロー図に従って処理
した。この場合の処理における主操作条件を以下に示
す。 （１）第１膜分離工程 （ｉ）分離膜：ポリイミド系分離膜 （ii）操作温度：５０℃ （iii)ガス供給側圧力：０．０５ｋｇ／ｃｍ2Ｇ （iv）ガス透過側圧力：０．９２５ｋｇ／ｃｍ2Ｇ （ｖ）膜透過ガスの成分組成 炭酸ガス：３７．５ｖｏｌ％ 水分：４４．７ｖｏｌ％ 窒素：１４．７ｖｏｌ％ 酸素：３．１ｖｏｌ％ （vi）膜非透過ガスの成分組成 炭酸ガス：６．７ｖｏｌ％ 水分：２．０ｖｏｌ％ 窒素：８７．５ｖｏｌ％ 酸素：３．８ｖｏｌ％
【００２５】（２）深冷分離工程 （ｉ）供給原料温度：−３０℃ （ii）塔底温度：−２０℃ （iii)塔頂温度：−４０℃ （iv）操作圧力：１９ｋｇ／ｃｍ2Ｇ （ｖ）オフガスの成分組成 炭酸ガス：３０．０ｖｏｌ％ 水分：０ｖｏｌ％ 窒素：５７．８ｖｏｌ％ 酸素：１２．２ｖｏｌ％ （vi）液化炭酸ガス純度：９９．９ｗｔ％ （３）第２膜分離工程 （ｉ）分離膜：ポリイミド系分離膜 （ii）操作温度：４０℃ （iii)ガス供給側圧力：１８ｋｇ／ｃｍ2Ｇ （iv）ガス透過側圧力：０．５ｋｇ／ｃｍ2Ｇ （ｖ）膜透過ガスの成分組成 炭酸ガス：６７．５ｖｏｌ％ 水分：０ｖｏｌ％ 窒素：１８．５ｖｏｌ％ 酸素：１４．０ｖｏｌ％ （vi）膜非透過ガスの成分組成 炭酸ガス：３．５ｖｏｌ％ 水分：０ｖｏｌ％ 窒素：８５．６ｖｏｌ％ 酸素：１０．９ｖｏｌ％ （４）除湿工程 （ｉ）吸着剤：活性炭 （ii）吸着圧力：２０ｋｇ／ｃｍ2Ａ （iii)再生圧力：大気圧 （iv）操作温度：常温 （ｖ）乾燥ガス露点温度：−４０℃
【００２６】前記条件で原料混合ガスを処理する場合、
原料混合ガス中の炭酸ガスを６０％の回収率で得ること
ができた。また、本発明の方法を、図１に示すような従
来の方法と比較した場合、混合ガス中の炭酸ガスを液化
炭酸ガスとして分離回収するのに必要なエネルギー量
は、本発明の方法の方が少なくてすみ、本実施例の場合
は、従来法に要するエネルギーの約９４％程度ですむ。
原料混合ガス中の炭酸ガスを６０％の回収率で得ること
ができた。また、本発明の方法を、図１に示すような従
来の方法と比較した場合、混合ガス中の炭酸ガスを液化
炭酸ガスとして分離回収するのに必要なエネルギー量
は、本発明の方法の方が少なくてすみ、本実施例の場合
は、従来法に要するエネルギーの約９４％程度ですむ。
【００２７】
【発明の効果】本発明においては、深冷分離工程からの
炭酸ガスを含むオフガスを第２膜分離工程において膜分
離処理し、得られた濃縮炭酸ガスを含むガスの少なくと
も一部を昇圧工程、除湿工程及び冷却工程を経由して深
冷分離工程へ循環させたことから、混合ガスからの炭酸
ガスの分離回収率が向上し、液化炭酸ガス１ｋｇ当りの
所要エネルギー量が少なくてすむ。また、本発明におい
ては、第２膜分離工程で得られた炭酸ガスの濃縮された
オフガスの少なくとも一部を、除湿処理後の水分を吸着
した吸着剤の再生用ガスとして用いることにより、外部
からの特別の再生用ガスを導入することなく、吸着剤の
再生をクローズドシステムとして効率的かつ経済的に行
うことができる。
炭酸ガスを含むオフガスを第２膜分離工程において膜分
離処理し、得られた濃縮炭酸ガスを含むガスの少なくと
も一部を昇圧工程、除湿工程及び冷却工程を経由して深
冷分離工程へ循環させたことから、混合ガスからの炭酸
ガスの分離回収率が向上し、液化炭酸ガス１ｋｇ当りの
所要エネルギー量が少なくてすむ。また、本発明におい
ては、第２膜分離工程で得られた炭酸ガスの濃縮された
オフガスの少なくとも一部を、除湿処理後の水分を吸着
した吸着剤の再生用ガスとして用いることにより、外部
からの特別の再生用ガスを導入することなく、吸着剤の
再生をクローズドシステムとして効率的かつ経済的に行
うことができる。
【図１】従来法によるフローシートを示す。
【図２】本発明法によるフローシートの１例を示す。
【図３】本発明による第２膜分離工程と深冷分離工程を
含む方法のフロー詳細図を示す。
含む方法のフロー詳細図を示す。
１ 第１膜分離工程 ２ 昇圧工程 ３ 除湿工程 ４ 冷却工程 ５ 深冷分離工程 ６ 動力回収工程 ７ 第２膜分離工程 ８ 吸着剤再生工程 ３１ コンプレッサー ３３ ＫＯドラム ３７ フラッシュドラム ３４、３５ 除湿塔 ３８ 液化炭酸ガス貯蔵タンク ４４ エキスパンダー Ｍ 膜分離装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ２５Ｊ 1/00 Ｆ２５Ｊ 1/00 Ｄ (73)特許権者 000176763 三菱化学エンジニアリング株式会社 東京都港区芝五丁目34番６号 (74)上記４名の代理人 弁理士 池浦 敏明 (72)発明者 松宮 紀文 東京都港区西新橋２−８−11 第７東洋 海事ビル８階 財団法人地球環境産業技 術研究機構 ＣＯ２固定化等プロジェク ト室内 (72)発明者 井上 紀夫 東京都港区西新橋２−８−11 第７東洋 海事ビル８階 財団法人地球環境産業技 術研究機構 ＣＯ２固定化等プロジェク ト室内 (72)発明者 高木 建次 東京都港区西新橋２−８−11 第７東洋 海事ビル８階 財団法人地球環境産業技 術研究機構 ＣＯ２固定化等プロジェク ト室内 (72)発明者 真野 弘 東京都港区西新橋２−８−11 第７東洋 海事ビル８階 財団法人地球環境産業技 術研究機構 ＣＯ２固定化等プロジェク ト室内 (72)発明者 原谷 賢治 茨城県つくば市東１丁目１番 工業技術 院物質工学工業技術研究所内 審査官 安齋 美佐子 (56)参考文献 特開 昭59−73418（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−305915（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−69415（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C01B 31/20 B01D 53/22 F25J 1/00
Claims (2)
- 【請求項１】 混合ガスからそれに含まれる炭酸ガスを
液化炭酸ガスとして分離・回収する方法において、 （ｉ）該混合ガスを濃縮炭酸ガスを含むガスと残余ガス
とに分離する第１膜分離工程、 （ii）該濃縮炭酸ガスを含むガスを昇圧する昇圧工程、 （iii)該昇圧されたガスを除湿する除湿工程、 （iv）該除湿されたガスを冷却して該ガス中に含まれる
炭酸ガスを液化する冷却工程、 （ｖ）該液化炭酸ガスを含むガスを炭酸ガスを含むオフ
ガスと液化炭酸ガスとに分離する深冷分離工程、 （vi）該深冷分離工程で得られたオフガスを濃縮された
炭酸ガスを含むガスと残余ガスとに分離する第２膜分離
工程、 （vii)該第２膜分離工程で得られた濃縮された炭酸ガス
を含むガスを前記昇圧工程、除湿工程及び冷却工程の中
から選ばれる任意の工程に循環させる循環工程、を含む
ことを特徴とする混合ガスからの炭酸ガスの分離・回収
方法。 - 【請求項２】 混合ガスからそれに含まれる炭酸ガスを
液化炭酸ガスとして分離・回収する方法において、 （ｉ）該混合ガスを濃縮炭酸ガスを含むガスと残余ガス
とに分離する第１膜分離工程、 （ii）該濃縮炭酸ガスを含むガスを昇圧する昇圧工程、 （iii)該昇圧されたガスを吸着剤を用いて除湿する除湿
工程、 （iv）該水分を吸着した吸着剤を再生用ガスと接触させ
て再生する吸着剤再生工程、 （ｖ）該除湿されたガスを冷却して該ガス中に含まれる
炭酸ガスを液化する冷却工程、 （vi）該液化炭酸ガスを含むガスを炭酸ガスを含むオフ
ガスと液化炭酸ガスとに分離する深冷分離工程、 （vii)該深冷分離工程で得られたオフガスを濃縮された
炭酸ガスを含むガスと残余ガスとに分離する第２膜分離
工程、 （viii）該第２膜分離工程で得られた濃縮された炭酸ガ
スを含むガスの少なくとも一部を吸着剤再生用ガスとし
て前記吸着剤再生工程へ循環する循環工程、 （ix）該吸着剤再生工程で吸着剤と接触した後のガスを
前記昇圧工程、除湿工程及び冷却工程の中から選ばれる
任意の工程に循環する循環工程、を含むことを特徴とす
る混合ガスからの炭酸ガスの分離・回収方法。
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| JP8232495A JP2967166B2 (ja) | 1996-08-14 | 1996-08-14 | 炭酸ガスの分離・回収方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP8232495A Expired - Lifetime JP2967166B2 (ja) | 1996-08-14 | 1996-08-14 | 炭酸ガスの分離・回収方法 |
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-
1996
- 1996-08-14 JP JP8232495A patent/JP2967166B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| JPH1059705A (ja) | 1998-03-03 |
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