JPS63305915A - 排ガス中の二酸化炭素分離回収方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、排ガス中の二酸化炭素分離回収方法、さらに
詳しくは、ガス分離膜を用いて排ガス中の二酸化炭素を
選択的に分離した後、二酸化炭素ガスを液化する二酸化
炭素分離回収方法に関するものである。

従来の技術 二酸化炭素（以下炭酸ガスという）は、溶接の雰囲気ガ
ス、冷却、飲料用などに用いられる一方、製鉄所におい
ても複合吹錬転炉などの鋼浴の攪拌用ガスとして、また
、高炉羽口の保護冷却用ガスとして用いられ、その需要
は益々増加する傾向にある。

工業用炭酸ガスは、石油化学工業の各種工程で発生する
９８％以上の高濃度炭酸ガスを含有する排ガスを分離精
製することにより製造されているが、その原料となる原
油などの価格が変動して割高な現状において炭酸ガスは
非常に高価であるので、その使用は自ずと制約されてい
る。

そこで、石灰石、ドロマイト等の焼成炉より排出される
排ガス中の炭酸ガスを回収する提案、例′１ えば特開昭６１−５４０８号公報、特開昭８１−５４０
８号公報などがある。

前者は、流動層反応炉内で燃料を焼成して発生する燃焼
熱によって石灰石等を熱分解し、しかもこの分解によっ
て生成されるＣ０２ガスの一部を流動化ガスとして容器
へ循環導入し、燃料の燃焼ガスとの混合ガスから高濃度
の００２ガスを回収する方法であり、後者は、固体燃料
を使用して石灰石等を流動層反応炉内で焼成して高濃度
の００２ガスを製造するＣ０２ガス生成回収方法である
。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、これらの従来技術は専用の流動層反応炉
を用いなければならず、また得られるＣ０２濃度は７５
〜９０％であり、そのまま各種の用途に使用できないば
かりでなく、石油化学工業の排ガスが９８〜９９％の高
濃度炭酸ガスを含有するものに比べて品質・コストなど
の点で競争できるものではない。

また、流動層反応炉を新規に建設する場合はよいが、第
２図に示すような製鉄所などにおいて稼動している石灰
キルンなどから排出される排ガスより炭酸ガスを回収す
る方法には適用はできない。

問題点を解決するための手段 本発明は、これらの従来技術の問題を解決することを目
的とするものであって、例えば既設の石灰キルンかも排
出される比較的高濃度の炭酸ガスをガス分離膜に導き、
炭酸ガスを選択的に分離し、この炭酸ガスを液化するこ
とによ′り炭酸ガスを経済的に回収する方法を提供する
ものである。

すなわち、本発明は排ガス中の二酸化炭素を分離回収す
るに島り、除塵された排ガスを昇圧させてガス分離膜に
導き、二酸化炭素以外のガスと二酸化炭素を主成分とす
るガスに分離した後、二酸化炭素を主成分とするガスを
液化することを特徴とする排ガス中の二酸化炭素分離回
収方法である。

作用 本発明は、排ガス中の炭酸ガスをガス分ｇｌ膜により選
択的に分離し、得られた比較的高純度の炭酸ガスを深冷
分離により液化して高純度の炭酸ガスとして回収する方
法であって、本発明によれば、従来大気中に放出してい
た排ガスを既存の設備を大きく変更などすることなく、
簡単な改造によってその有効成分である炭酸ガスを効率
よく回収することができ、高純度の炭酸ガスを安価にし
かも大量に取得することができる。

以下さらに本発明の詳細な説明する。

本発明は一般に排ガスに広く利用できるが、排ガス中の
炭酸ガス濃度が２０％以上と高い場合に効果的であり、
製鉄所での例を取れば石灰キルンの排ガス、−酸化炭素
の多い燃料ガス（例えば転炉ガスなど）の燃焼排ガスな
どを用いると効率的である。

以下、石灰キルンの例により本発明を説明する。

生石灰は石灰キルンによって主として製造されているが
、生石灰は石灰石（ＣａＣＯ３）を次式で示すように熱
分解反応によって製造され、石灰石１ｔから炭酸ガスが
４００　Ｎ　ｍ”程度発生する。

ＣａＣ０３−＋ＣａＯ＋　Ｃ０２−４２５００ｋｃａｌ
／　ｋｇ−ｍｏｌこの反応は吸熱反応であるから、９０
０〜１０００℃の範囲の温度にキルン内を保持し石灰石
を分解する。このためには燃料を燃焼させるなどにより
熱量を補給する必要がある。

この燃料としては、例えばコークス炉ガス、転炉ガスな
どの気体燃料や石炭などの固体燃料などがあげられる。

これらの中、転炉ガスのような一酸化炭素濃度の高い気
体燃料が好ましい。この理由は、転炉ガスを専焼すると
、排ガス中の炭酸ガス濃度は３６％となるが、コークス
炉ガスを専焼しても、排ガス中の炭酸ガス濃度は８％で
あり、炭酸ガス濃度の高い排ガスが得られないからであ
る。

石灰石を石灰キルンによって焼成した排ガスは、石灰石
分解による炭酸ガスと燃料の燃焼ガスと混合されキルン
外に排出されるため炭酸ガス濃度が低く、そのままでは
高純度の炭酸ガスを安価に得ることはできない。

そこで、本発明は、石灰キルンから排出される５００℃
程度の高温の排ガスを除塵機に導き、ダストを除去した
後、圧縮機により加圧すると共にクーラーによって温度
５０〜８０℃、好ましくは６０〜７０℃の温度によるよ
うに冷却し、次いでこの排ガスをガス分離膜に導き、炭
酸ガスのみ選択的に分５番し、分診された炭酸ガスを圧
縮、冷却、膨張させて液化し、ざらに精留塔などの分離
装置で沸点差を利用して含有する不純物ガスを分離する
深冷分離により精製して、純度９９．９９％程度の高純
度の炭酸ガスとして回収する方法である。

本発明において、特に重要なことは、排ガス中の炭酸ガ
スをガス分離膜によって選択的に濃縮分離本場し、高濃
度の炭酸ガスを取得することにある。

従来から混合ガスの分離精製技術として、ガス分離膜を
用いる方法が知られており、ガス分離膜としては多孔質
膜と非多孔質膜とがある。

一般に多孔質膜による気体の分離は、気体の澄れが粘性
流の領域では期待できないが、孔径が気体の平均自由行
程より十分小さい時には、（１）クヌーセン流（分子流
）　、　（２）表面流、（３）毛管凝縮、（４）分子ふ
るいなどの機構によって分離することができるが、本発
明においてはこの技術は分離効率が悪く実用的ではない
。

非多孔質膜による気体の分離は、ゴム状高分子域の膜を
用い、各気体の高分子への溶解度係数と膜中の拡散係数
の差を利用するものであるので、本発明のように混合ガ
スを一段で効率よく分離するには好適である。

カスが非多孔質膜を透過するのは高圧側（分圧の高い側
）からガスが膜に溶解し、膜の中を拡散して反対側に移
動す°るからであるが、各ガス成分の膜に対する透過の
しやすさく透過速度）は高分子素材によって異なるが、
その使用条件下で耐性（熱、圧力、化学的安定）があり
、かつ薄膜のものであれば使用可能である。

本発明に用いられる膜としては公知のものが使用できる
。その具体例としてはポリイミド系高分子化合物、セル
ローズアセテート、ポリスルホンなどがあげられる。

−たとえば下記式で示される芳香族ポリイミドは５０〜
１５０℃の温度に対しても使用可能である。

式 （但し式中のＡｒは芳香族化合物を示す。）またその構
造は平板、チューブ、中空ファイバー、フィルムなどの
ものをそのまま、または組合せて用いることができる。

また、膜形状としては、均質膜、非対称膜、複合膜（非
多孔質膜同士あるいは非多孔質体と多孔質体をコンポジ
ットさせた多層構造）などのものを用いることができる
。

次に本発明を図面に従って説明する。

第１図は、本発明の詳細な説明する図面であって、従来
の石灰キルン設備に炭酸ガス回収装置を設置したフロー
図である。

第１図に示すように、石灰キルン設備は予熱炉２、ロー
タリーキルン３、冷却機５とからなり、予熱炉には原料
供給口１、冷却機５には、ロータリーキルン３に熱を供
給するバーナー４と二次燃焼空気用ブロア６が配設され
たものである。

また、炭酸ガス回収装置は除塵機７、圧縮機８、クーラ
ー９、ガス分離膜１０、タンク（バッファ）１１、圧縮
機８、冷凍機１２、炭酸ガス精製器１３とからなり、こ
れらはいずれも順に配管で接続され、さらに炭酸ガス精
製器１３からクーラー９とガス分離膜１０との間の配管
に炭酸ガスの一部を戻すことができるように接続されて
いる。

原料の石灰石は供給口１から予熱炉２を通して予熱され
、ロータリーキルン３で焼成される。

石灰石分解に必要な熱量はバーナー４で転炉ガスなどを
燃焼させて補給する。焼成された生石灰は冷却機５で燃
焼用二次空気と熱交換し排出される。燃焼ガスの排ガス
と石灰石分解で発生した排ガス（炭酸ガス２０〜５０％
、残ガス主として窒素、温度３００〜５００℃）は除塵
機７に送られダストが除去される。ダストを除去された
排ガスは圧縮機８で５〜３０ｋｇ／ｃｒｒｆに昇圧され
、約２００℃程度の温度となる。

この排ガスをクーラー９により温度調節され８０〜７０
℃の温度とした後、ガス分離膜により炭酸ガスが選択的
に分離され炭酸ガス８０〜９０％のものとなる。なおガ
ス分離膜に導入される炭酸ガス濃度が高い程圧損が少な
く有利である。

さらに純度を上げるのと運搬の便宜を考慮して粗炭酸ガ
スタンク１１を経て圧縮機８と冷凍機１２によって液化
され、炭酸ガス精製塔１３で純度９９．９９％まで高純
化され、その１部はガス中分離膜１０の前に循環され、
大部分はタンク液体炭酸ガスタンク１４に充填される。

以上本発明を石灰キルンの例によって説明したが、本発
明はこれに限られるものではなく、炭酸ガスを約２０％
以上含有するガス混合物の分離に好適に適用することが
でき、安価な設備で効率よく高純度の炭酸ガスが得られ
る。

実施例 石灰キルンを改造して炭酸ガス回収装置を設置した例に
ついて以下に説明する。

石灰キルンは製鉄所内の精練用に使用する生石灰を製造
するための設備で、従来は燃焼ガスとしてコークスガス
を使用しており、排ガスも除塵して大気に放散していた
。第２図には従来の石灰キルン設備フロー図を示したが
、排ガスは空冷塔１５、プレダスタ−１６、バグフィル
タ−１７を通るので、その途中の漏れが大きいために排
ガスとして大気に放散される前の煙突１９の炭酸ガス濃
度は約１５％とかなり低いものであった。

そこで第１図に示すような改造を実施し、燃焼用ガスと
して一酸化炭素濃度約５７％の転炉ガスを１９ＯＮｍ″
／ｖ１ｉｎ使用した。冷却用の二次空気も燃焼に必要な
最低限の量に止め、排ガス中の炭酸ガス濃度の低下を防
止した。生石灰は２０ｔ／ｈｒの速度で焼成され、その
とき分解発生する炭酸ガスは約１３ＯＮｒｎ’／ｗｉｎ
で燃焼排ガス約４０ＯＮｒｎ’／ｗｉｎ中に約１５ＯＮ
ｒｎ”／ｗｉｎの炭酸ガスが発生した。すなわち石灰石
１を製造するときに８４ＯＮｍ３の炭酸ガスが発生する
ことになる。

予熱炉２から排出される排ガス中の炭酸ガス濃度は約５
３％であり、ダスト濃度は２０ｇ／Ｎｍ３、温度は約・
３００℃であった。除塵機は湿式のペンチユリ−スフラ
ッパ方式を採用し、ダスト濃度を０．３ｍｇ／Ｎｒｎ’
まで低下させた。これをブロアーで８　ｋｇ／ｃｒｎ’
まで昇圧しガス分離膜に通して窒素を分離し、９８％の
炭酸ガス濃度に精製した。次に深冷分離装置によって液
化し、沸点の差を利用して純度を８９．９９％まで高め
た。

発明の効果 本発明は従来には大気に捨てられていた排ガスを、既存
の設備を大きく変更することなく簡単な改造によって、
その有用成分である炭酸ガスをガス分離膜により選択的
に分離回収する経済的な炭酸ガス製造方法を提案するも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を石灰キルン設備に適用した場合の全体
フロー図、第２図は従来の石灰キルン設備のフロー図で
ある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 排ガス中の二酸化炭素を分離回収するに当り、除塵され
   た排ガスを昇圧させてガス分離膜に導き、二酸化炭素以
   外のガスと二酸化炭素を主成分とするガスに分離した後
   、二酸化炭素を主成分とするガスを液化することを特徴
   とする排ガス中の二酸化炭素分離回収方法。