JP2003054928A - Method and apparatus for separating carbon dioxide and system therefor - Google Patents

Method and apparatus for separating carbon dioxide and system therefor

Info

Publication number
JP2003054928A
JP2003054928A JP2001248706A JP2001248706A JP2003054928A JP 2003054928 A JP2003054928 A JP 2003054928A JP 2001248706 A JP2001248706 A JP 2001248706A JP 2001248706 A JP2001248706 A JP 2001248706A JP 2003054928 A JP2003054928 A JP 2003054928A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
carbon dioxide
gas
tank
adsorption
pipe
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001248706A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazushiro Oishi
和城 大石
Satoshi Seike
聡 清家
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Meidensha Corp, Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd filed Critical Meidensha Corp
Priority to JP2001248706A priority Critical patent/JP2003054928A/en
Publication of JP2003054928A publication Critical patent/JP2003054928A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02CCAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/151Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions, e.g. CO2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To separate only carbon dioxide efficiently from a gas containing carbon dioxide. SOLUTION: Carbon dioxide is separated from a gas containing carbon dioxide by bringing the gas into contact with an adsorption member 11 at a fixed temperature set by a cooler 14 under a pressurized atmosphere to condense and fix carbon dioxide contained in the gas on the surface of the adsorption member 11. The cooler 14 supplies heat so that the gas temperature becomes equal to or below the sublimation point of carbon dioxide in the adsorption of carbon dioxide and supplies heat so that the gas temperature becomes equal to or above the sublimation temperature of carbon dioxide in the releasing of carbon dioxide.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、二酸化炭素を含有
したガスから二酸化炭素のみを吸着・放出する方法及び
その装置並びにシステム、特に、二酸化炭素を分離した
後に二酸化炭素を効率よく放出させて有効利用する方法
及びその装置並びにシステム、に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for adsorbing and releasing only carbon dioxide from a gas containing carbon dioxide, an apparatus and a system therefor, and particularly effective for efficiently releasing carbon dioxide after separating carbon dioxide. The present invention relates to a method of use, an apparatus and a system thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、二酸化炭素などの温室効果ガスの
排出削減を実施していく方向にある。尚、二酸化炭素に
ついては、正確な把握は難しいものの、二酸化炭素固定
技術に関する研究開発も進められている。また、市中に
存在しているものを回収し、分解するための技術開発等
が進められている。このように、温室効果ガス対策の全
体においては、ガスの排出削減対策を進める一方で、森
林・農地の保全・整備や代替フロン類の回収に係るシス
テムの構築など、ガスの吸収・固定や回収・分解等に係
る各種の対策を進めることも極めて重要である。
2. Description of the Related Art Currently, there is a direction to reduce the emission of greenhouse gases such as carbon dioxide. Regarding carbon dioxide, although accurate grasp is difficult, research and development on carbon dioxide fixation technology are also underway. In addition, technological development for collecting and disassembling what exists in the city is underway. In this way, as a whole of greenhouse gas countermeasures, while advancing gas emission reduction measures, gas absorption / fixation / recovery, such as construction of a system for forest / agricultural land conservation / maintenance and recovery of alternative CFCs, etc. -It is also extremely important to proceed with various measures related to disassembly and the like.

【0003】排ガスの二酸化炭素排出濃度としては排ガ
ス中でディーゼルエンジンが約10%、ボイラーで約1
3%、下水処理場、食品工場の消化ガスで約40%であ
る。特に、糞尿などが生成される消化ガスはメタンを主
成分としており発電設備などの燃料としての利用が考え
られている。
The carbon dioxide emission concentration of exhaust gas is about 10% for diesel engines and about 1 for boilers.
3%, digestion gas from sewage treatment plants and food factories is about 40%. In particular, digestive gas that produces manure and the like has methane as a main component, and its use as fuel for power generation facilities and the like is considered.

【0004】しかしながら、消化ガスには二酸化炭素が
多く含まれており、このままでは燃料としての効率が低
いため、二酸化炭素を分離精製する精製技術も強く望ま
れる。
However, since the digestive gas contains a large amount of carbon dioxide and the efficiency as a fuel is low as it is, a purification technique for separating and purifying carbon dioxide is strongly desired.

【0005】現在の二酸化炭素の分離技術としては、
(1)水酸化ナトリウムや水などを用いて分離回収する
吸収法、(2)ゼオライト等の固体状の吸着剤を用いて
分離回収する吸着法、(3)二酸化炭素のみを通す膜を
用いて二酸化炭素と他の排ガスとを“ふるい分け”する
膜分離法等がある。これらの方法の特徴を簡単に述べ
る。
The current carbon dioxide separation technology is as follows:
(1) Absorption method that separates and collects using sodium hydroxide, water, etc., (2) Adsorption method that separates and collects using a solid adsorbent such as zeolite, and (3) using a membrane that passes only carbon dioxide There is a membrane separation method that "sieves" carbon dioxide and other exhaust gas. The features of these methods are briefly described.

【0006】方法(1)は、アミン溶液、苛性ソーダ溶
液に二酸化炭素を吸着させている。当該方法は発電プラ
ント排ガス処理、下水処理メタン精製に導入されてい
る。尚、吸着された溶液は、加熱し二酸化炭素を分離さ
せた後、アミン溶液に戻している。しかしながら、当該
方法は廃液処理が必要であることと、酸成分に弱いとい
うのが難点である。
In method (1), carbon dioxide is adsorbed on an amine solution and a caustic soda solution. The method has been introduced to power plant exhaust gas treatment and sewage treatment methane purification. The adsorbed solution is heated to separate carbon dioxide and then returned to the amine solution. However, this method is disadvantageous in that waste liquid treatment is required and that it is weak against acid components.

【0007】方法(2)は、ゼオライトを用いた圧力ス
ウィング法により、ゼオライトに二酸化炭素を吸着させ
ることで、二酸化炭素を分離しており、鉄鋼プラント、
発電プラント排ガス処理に導入されている。ゼオライト
は、1g当たり約0.1リットルの二酸化炭素吸着が可
能で、酸成分に強い性質をもつ。
The method (2) separates carbon dioxide by adsorbing carbon dioxide to the zeolite by a pressure swing method using zeolite.
It has been introduced to treat exhaust gas from power plants. Zeolite can adsorb about 0.1 liter of carbon dioxide per gram and has a strong property against acid components.

【0008】方法(3)は、酢酸セルロース、ポリスチ
レン等の水素分離膜を回収させている。供給ガスに水蒸
気を加えることにより、膜透過を効率的にするシステム
もある。天然ガス中の二酸化炭素除去や、ランドフィル
ガス、発酵ガスの二酸化炭素除去に導入されている。
The method (3) recovers a hydrogen separation membrane such as cellulose acetate or polystyrene. There are also systems that make membrane permeation efficient by adding steam to the feed gas. It has been introduced to remove carbon dioxide from natural gas and landfill gas and fermentation gas.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】各種ガス(天然ガス、
消化ガスその他のプロセスガス)に含まれる二酸化炭素
を取り除くには、一般的に表1に示すように、アミン
法、PSA法、膜法といった方法が採られており、各種
プラントの排気ガス・燃料用ガスの精製に適用されてい
る。特に、この表で掲げられた方法は主にメタンガス中
の二酸化炭素を分離する方法として確立されている。
[Problems to be Solved by the Invention] Various gases (natural gas,
As shown in Table 1, methods such as amine method, PSA method, and membrane method are generally used to remove carbon dioxide contained in digestive gas and other process gases). It is applied to the purification of working gas. In particular, the methods listed in this table are established mainly as a method for separating carbon dioxide in methane gas.

【0010】[0010]

【表1】 [Table 1]

【0011】しかしながら、これらの方法では一般にイ
ニシャルコスト、ランニングコストが高く制御が複雑に
なりやすなる。また、部品の劣化が激しくメンテナンス
が複雑、危険物である水酸化ナトリウムを大量に必要と
するなど、非常に使い勝手が悪いのが現状である。
However, in these methods, the initial cost and running cost are generally high, and the control tends to be complicated. In addition, the current situation is that it is extremely inconvenient to use, as parts are severely deteriorated, maintenance is complicated, and a large amount of dangerous substances, sodium hydroxide, is required.

【0012】また、その他ゼオライトを用いた吸着現象
を用いた分離方法も存在する。かかる方法は、二酸化炭
素(気体)をゼオライト表面上に吸着させ、昇温して回
収している。ところが、この原理ではガス中に含まれる
水分の方が先に吸着されやすく、装置の前段に大型の脱
水設備を設ける必要がある。
There is also a separation method using the adsorption phenomenon using other zeolites. In this method, carbon dioxide (gas) is adsorbed on the surface of the zeolite, the temperature is raised, and the carbon dioxide is collected. However, according to this principle, the water contained in the gas is more likely to be adsorbed first, and it is necessary to provide a large-scale dehydration facility in the preceding stage of the apparatus.

【0013】本発明は、かかる事情に鑑みなされたもの
で、その課題は、二酸化炭素を含んだガスから効率的に
二酸化炭素のみを分離することを可能な、二酸化炭素分
離方法及びその装置並びにシステムを新たに提供するこ
と、にある。
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is a carbon dioxide separation method, an apparatus and a system therefor capable of efficiently separating only carbon dioxide from a gas containing carbon dioxide. To provide a new product.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明に係る二酸化炭素分離方法及びその装置並び
にシステムは、以下のことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the carbon dioxide separation method, its apparatus and system according to the present invention are characterized as follows.

【0015】請求項1記載の本発明は、二酸化炭素を含
んだガスを吸着部材と接触させて該ガスから二酸化炭素
を分離する二酸化炭素分離方法において、二酸化炭素を
含んだガスを、一定の温度及び圧力雰囲気で、吸着部材
と接触させて、該ガスに含まれる二酸化炭素を該吸着部
材の表面に凝縮固定させることにより、二酸化炭素を分
離することを特徴とする。
According to the first aspect of the present invention, in a carbon dioxide separation method of contacting a gas containing carbon dioxide with an adsorption member to separate carbon dioxide from the gas, the gas containing carbon dioxide is kept at a constant temperature. And carbon dioxide contained in the gas are condensed and fixed on the surface of the adsorbing member by contacting with the adsorbing member in a pressure atmosphere and separating the carbon dioxide.

【0016】請求項2記載の本発明は、請求項1記載の
二酸化炭素分離方法において、吸着した二酸化炭素の放
出時には、前記温度雰囲気を二酸化炭素の昇華点以上に
昇温することにより、吸着した二酸化炭素を系外に放出
することを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the carbon dioxide separation method according to the first aspect, when releasing the adsorbed carbon dioxide, the temperature atmosphere is adsorbed by raising the temperature above the sublimation point of carbon dioxide. It is characterized by releasing carbon dioxide out of the system.

【0017】請求項3記載の本発明は、二酸化炭素を含
んだガスを吸着部材と接触させて該ガスから二酸化炭素
を除去する二酸化炭素分離装置であって、冷却器を付帯
し、二酸化炭素を含んだガスが供給される配管と、該配
管内に設置され、一定の温度及び圧力雰囲気の下で、該
ガスと接触させる吸着部材と、該配管内に設置され、吸
着部材に該冷却器から供給された熱を伝導する熱伝導体
とを具備したことを特徴とする。
The present invention according to claim 3 is a carbon dioxide separator for removing carbon dioxide from a gas containing carbon dioxide by bringing the gas into contact with an adsorbing member. A pipe to which a gas containing the gas is supplied, an adsorption member which is installed in the pipe and is brought into contact with the gas under a constant temperature and pressure atmosphere, and an adsorption member which is installed in the pipe and is provided in the adsorption member from the cooler. And a heat conductor for conducting the supplied heat.

【0018】請求項4記載の本発明は、請求項3記載の
二酸化炭素分離装置において、冷却器は、二酸化炭素吸
着時には二酸化炭素の昇華点以下の熱を供給し、吸着し
た二酸化炭素の放出時には二酸化炭素の昇華点以上の熱
を供給することを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the carbon dioxide separator according to the third aspect, the cooler supplies heat below the sublimation point of carbon dioxide when adsorbing carbon dioxide, and when releasing the adsorbed carbon dioxide. It is characterized by supplying heat above the sublimation point of carbon dioxide.

【0019】請求項5記載の本発明は、二酸化炭素を含
んだガスを一時的に貯留するガスタンクと、前記ガスタ
ンクから供給されたガスを吸着部材と接触させて該ガス
から二酸化炭素を除去する二酸化炭素分離装置と、前記
二酸化炭素分離装置の内圧を調整するコンプレッサと、
前記二酸化炭素分離装置から供給されたガスを燃料消費
系若しくは二酸化炭素消費系へ供給するためのバルブ手
段と、を備えた二酸化炭素分離システムであって、該二
酸化炭素分離装置は、冷却器を付帯し、二酸化炭素を含
んだガスが供給される配管若しくはタンクと、この配管
若しくはタンク内に設置され一定の温度及び圧力雰囲気
の下で前記ガスと接触させる吸着部材と、同配管若しく
はタンク内に設置され前記冷却器から供給された熱を前
記吸着部材に伝導する熱伝導体と、を具備し、該冷却器
は、二酸化炭素分離装置が二酸化炭素吸着工程である場
合には二酸化炭素の昇華点以下の熱を供給し、同二酸化
炭素分離装置が二酸化炭素放出工程である場合には二酸
化炭素の昇華点以上の熱を供給することを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, a gas tank for temporarily storing a gas containing carbon dioxide and a dioxide for removing the carbon dioxide from the gas by bringing the gas supplied from the gas tank into contact with the adsorption member. A carbon separator, a compressor for adjusting the internal pressure of the carbon dioxide separator,
A carbon dioxide separation system comprising a valve means for supplying the gas supplied from the carbon dioxide separation device to a fuel consumption system or a carbon dioxide consumption system, the carbon dioxide separation device further comprising a cooler. However, a pipe or tank to which a gas containing carbon dioxide is supplied, an adsorbing member installed in this pipe or tank and brought into contact with the gas under a constant temperature and pressure atmosphere, and installed in the same pipe or tank And a heat conductor that conducts the heat supplied from the cooler to the adsorption member, the cooler having a carbon dioxide separation temperature not higher than the sublimation point of carbon dioxide when the device is a carbon dioxide adsorption step. Is supplied, and when the carbon dioxide separation device is in the carbon dioxide releasing step, heat above the sublimation point of carbon dioxide is supplied.

【0020】請求項6記載の本発明は、請求項5記載の
二酸化炭素分離システムにおいて、バルブ手段は、二酸
化炭素分離装置が二酸化炭素吸着工程である場合には処
理ガスの供給路を燃料消費系側に設定し、同二酸化炭素
分離装置が二酸化炭素放出工程である場合には処理ガス
の供給路を二酸化炭素消費系側に設定することを特徴と
する。
According to a sixth aspect of the present invention, in the carbon dioxide separation system according to the fifth aspect, when the carbon dioxide separation device is a carbon dioxide adsorption step, the valve means has a processing gas supply path as a fuel consumption system. It is characterized in that the processing gas supply path is set to the carbon dioxide consuming system side when the carbon dioxide separation device is in the carbon dioxide releasing step.

【0021】以上の発明において、二酸化炭素を含んだ
ガスの対象としては、例えば、生ゴミ、糞尿または汚泥
などから生成されるメタンを含んだ消化ガス等がある。
In the above invention, the target of the gas containing carbon dioxide is, for example, a digestive gas containing methane produced from garbage, manure or sludge.

【0022】吸着部材としては、活性炭、活性アルミ
ナ、シリカゲル若しくはゼオライト等の吸着材を固定し
た部材がある。
As the adsorption member, there is a member to which an adsorbent such as activated carbon, activated alumina, silica gel or zeolite is fixed.

【0023】活性炭としては、例えば、破砕状のヤシ殻
活性炭若しくは石炭、球状の石炭若しくは石油、成型の
ヤシ殻活性炭等が挙げられる。
Examples of the activated carbon include crushed coconut shell activated carbon or coal, spherical coal or petroleum, and molded coconut shell activated carbon.

【0024】ゼオライトとしては、例えば、A型(Me
12/n((AlO212・(SiO2 12)・27H2O,
Me=Na,K,Ca)やX型(Me86/n((Al
286・(SiO2106)・276H2O,Me=N
a,K,Ca)のものが挙げられる。さらに、A型に
は、例えば、3A型、4A型、5A型がある。また、X
型には、例えば13X型がある。3A型は平均孔径が3
×10-10mとなっている。ここで、4A型はその平均
孔径が4×10-10mと、5A型はその平均孔径が5×
10-10mと、13X型はその平均孔径が10×10-10
mとなっている。
As the zeolite, for example, A type (Me
12 / n((AlO2)12・ (SiO2) 12) ・ 27H2O,
Me = Na, K, Ca) and X type (Me86 / n((Al
O2)86・ (SiO2)106) ・ 276H2O, Me = N
a, K, Ca). Furthermore, for A type
Are, for example, 3A type, 4A type, and 5A type. Also, X
There is a 13X type, for example. 3A type has an average pore size of 3
× 10-TenIt has become m. Here, type 4A is the average
Pore size is 4 × 10-Tenm and 5A type have an average pore size of 5 ×
10-Tenm and 13X type have an average pore size of 10 × 10.-Ten
It has become m.

【0025】二酸化炭素を選択的に分離するには、特に
分離工程初期段階においては分子ふるい作用による吸着
となる。例えば、メタンと二酸化炭素とを含有したガス
から二酸化炭素のみを吸着分離させる場合、平均孔径3
×10-10〜4×10-10mの材料が最適となる。これ
は、二酸化炭素の分子径が約2.8×10-10mで、メ
タンの分子径が約4.0×10-10mであり、吸着され
た二酸化炭素分子がメタン分子の吸着を阻止するためで
ある。したがって、前記吸着材においては3A型や4A
型のゼオライトが最適となる。
In order to selectively separate carbon dioxide, adsorption is carried out by a molecular sieving action, especially in the initial stage of the separation process. For example, when only carbon dioxide is adsorbed and separated from a gas containing methane and carbon dioxide, the average pore diameter is 3
A material of x10-10 to 4x10-10m is most suitable . This is because the molecular diameter of carbon dioxide is approximately 2.8 × 10 -10 m and the molecular diameter of methane is approximately 4.0 × 10 -10 m, and the adsorbed carbon dioxide molecules prevent the adsorption of methane molecules. This is because Therefore, in the adsorbent, 3A type and 4A type
Type of zeolite is most suitable.

【0026】但し、二酸化炭素の昇華点以下のもとで行
う二酸化炭素吸着工程の初期段階で、吸着部材表面にメ
タン分子と二酸化炭素分子が吸着し固化した後は二酸化
炭素分子のみが固化していくため、かかる状態になれば
吸着材の孔径に関係なく、二酸化炭素を分離することが
できる。したがって、この場合、吸着材は3A型や4A
型のゼオライトに限らず、前述のような、活性炭、活性
アルミナ、シリカゲル、さらには3A型や4A型以外の
ゼオライトも適用できる。
However, at the initial stage of the carbon dioxide adsorption step performed below the sublimation point of carbon dioxide, after the methane molecules and the carbon dioxide molecules are adsorbed and solidified on the surface of the adsorbing member, only the carbon dioxide molecules are solidified. Therefore, in such a state, carbon dioxide can be separated regardless of the pore diameter of the adsorbent. Therefore, in this case, the adsorbent is 3A type or 4A type.
Not only the type zeolite but also the above-mentioned activated carbon, activated alumina, silica gel, and zeolites other than 3A type and 4A type are applicable.

【0027】吸着材を固定するための部材は、いかなる
形状でもよいが、なるべく被処理ガスとの接触面積が広
くなるように形成される。望ましくは、吸着材に対する
被処理ガスの負荷量を任意に調整できるように形成する
とよい。そのために、該部材は、例えば、板状、円柱
状、円筒状、多角柱状、多角筒状、波板状、略羽根状若
しくはハニカム状のものが分割自在に形成される。この
とき、吸着材が設置される配管の圧力損失も考慮されて
成形される。また、該部材の材質も熱伝導性の高いもの
例えばアルミウムや銅を基材としたもの等が採用され
る。望ましくは、熱伝導体と同種ものを採用するとよ
い。
The member for fixing the adsorbent may have any shape, but is formed so that the contact area with the gas to be treated is as large as possible. Desirably, the adsorbent may be formed so that the load of the gas to be treated on the adsorbent can be arbitrarily adjusted. Therefore, for example, a plate-shaped member, a cylindrical member, a cylindrical member, a polygonal pillar member, a polygonal cylindrical member, a corrugated plate member, a substantially blade-shaped member, or a honeycomb-shaped member is separably formed. At this time, the adsorbent is molded in consideration of the pressure loss of the pipe in which it is installed. Further, as the material of the member, one having a high thermal conductivity, for example, one based on aluminum or copper is used. Desirably, the same kind as the heat conductor is adopted.

【0028】熱伝導体には、−161℃〜室温で熱伝導
がよいものを用いられる。具体的には、銀製(熱伝導率
(W/m・K):419(室温),約500(−170
℃)、熱膨張係数(×10-6/℃):15〜19、かた
さ:26Hv)、アルミニウム製(熱伝導率(W/m・
K):238(室温),約300(−170℃)、熱膨
張係数(×10-6/℃):12〜23、かたさ:18H
v)、銅製(熱伝導率(W/m・K):394(室
温),約500(−170℃)、熱膨張係数(×10-6
/℃):10〜16、かたさ:96Hv)、金製(熱伝
導率(W/m・K):293(室温)、熱膨張係数(×
10-6/℃):15〜16、かたさ:20Hv)のもの
が例示される。材料の堅さとコストを考慮すると銅製の
ものが最良であるが、銀製及び金製のものは例えば銅製
基材に対する被覆素材として用いるとよい。
As the heat conductor, one having good heat conductivity at -161 ° C. to room temperature is used. Specifically, silver (heat conductivity (W / mK): 419 (room temperature), about 500 (-170)
° C.), the coefficient of thermal expansion (× 10 -6 / ℃): 15~19, hardness: 26Hv), aluminum (thermal conductivity (W / m ·
K): 238 (room temperature), about 300 (-170 ° C), thermal expansion coefficient (x10 -6 / ° C): 12 to 23, hardness: 18H
v), made of copper (thermal conductivity (W / mK): 394 (room temperature), about 500 (-170 ° C), coefficient of thermal expansion (× 10 -6)
/ ° C): 10 to 16, hardness: 96 Hv), made of gold (thermal conductivity (W / mK): 293 (room temperature), coefficient of thermal expansion (x)
Examples thereof include those of 10 −6 / ° C.): 15 to 16 and hardness: 20 Hv). The material made of copper is the best in consideration of the hardness and cost of the material, but the material made of silver and gold may be used as the coating material for the copper base material, for example.

【0029】二酸化炭素を吸着除去するための温度及び
圧力雰囲気は、二酸化炭素の昇華点以下、すなわち二酸
化炭素の状態図によると、例えば1気圧(0.10MP
a)のもとでは温度雰囲気は−79℃以下に保持され
る。このとき、反応の初期段階では、吸着部材表面に捕
獲された二酸化炭素(気体)は、表面に吸着されるが直
ちに凝縮され固体となる。さらに、凝縮された二酸化炭
素(固体)上に衝突した二酸化炭素(気体)が凝縮して
固体化することにより、吸着部材の表面積に依存せず連
鎖的に凝縮が起こる。また、ガス中に水分がある場合に
おいても、吸着後に氷となり、これが二酸化炭素を捕獲
するための核となる。
The temperature and pressure atmosphere for adsorbing and removing carbon dioxide is below the sublimation point of carbon dioxide, that is, according to the state diagram of carbon dioxide, for example, 1 atm (0.10 MPa).
Under a), the temperature atmosphere is kept below -79 ° C. At this time, in the initial stage of the reaction, the carbon dioxide (gas) captured on the surface of the adsorption member is adsorbed on the surface but immediately condensed to become a solid. Further, the carbon dioxide (gas) colliding with the condensed carbon dioxide (solid) is condensed and solidified, so that the condensation occurs in a chain regardless of the surface area of the adsorption member. Further, even when water is present in the gas, it becomes ice after adsorption, and this becomes the nucleus for capturing carbon dioxide.

【0030】一方、吸着した二酸化炭素の放出するため
の雰囲気は、先ず昇華点〜室温領域に保持される。この
とき、吸着部材表面に吸着された二酸化炭素・水分以外
はすべて昇華、蒸発により放出される。尚、表面に吸着
している分子を完全に放出したい場合は、温度雰囲気を
100℃以上に昇温させる。また、この他の放出方法と
しては、減圧による脱離方法も含む。
On the other hand, the atmosphere for releasing the adsorbed carbon dioxide is first maintained between the sublimation point and room temperature. At this time, all but carbon dioxide and water adsorbed on the surface of the adsorbing member are released by sublimation and evaporation. When it is desired to completely release the molecules adsorbed on the surface, the temperature atmosphere is raised to 100 ° C. or higher. Further, other releasing methods include a desorbing method by reducing pressure.

【0031】また、二酸化炭素の状態図によると、二酸
化炭素には、圧力雰囲気が5.11気圧(0.52MP
a)以上で温度雰囲気が−56.6℃以上である場合、
液体状のものが存在する。したがって、例えば、二酸化
炭素を含んだガスを5.11気圧以上に昇圧した後に、
−56.6℃以上の温度雰囲気例えば−50〜0℃に冷
却すると、二酸化炭素成分のみを、液化分離させること
ができ、さらに減圧させると、気化分離させることがで
きる。
According to the state diagram of carbon dioxide, the pressure atmosphere of carbon dioxide is 5.11 atm (0.52 MP).
a) or higher and the temperature atmosphere is −56.6 ° C. or higher,
Some are in liquid form. Therefore, for example, after pressurizing the gas containing carbon dioxide to 5.11 atm or more,
When cooled to a temperature atmosphere of −56.6 ° C. or higher, for example, −50 to 0 ° C., only the carbon dioxide component can be liquefied and separated, and further reduced pressure can be vaporized and separated.

【0032】[0032]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。尚、本発明の実施形態は発明の要旨
の範囲で後述の図面に開示された形態に限定されるもの
ではない。 (実施形態1)図1は本発明に係る二酸化炭素分離方法
の一実施形態を示した概略図である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. It should be noted that the embodiment of the present invention is not limited to the form disclosed in the drawings described later within the scope of the gist of the invention. (Embodiment 1) FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of the carbon dioxide separation method according to the present invention.

【0033】本実施形態に係る二酸化炭素分離装置は、
二酸化炭素を含んだガスが流通する配管10内に、吸着
材を固定した吸着部材11を複数備えている。個々の吸
着部材11は、熱伝導体12,13によって配管10内
に固定支持される。熱伝導体12,13は外部から導入
した冷却熱を吸着部材11に伝達している。ここで、配
管10には冷却器14が付帯され該配管内の雰囲気及び
吸着部材11が所定温度に維持される。
The carbon dioxide separator according to this embodiment is
A plurality of adsorbing members 11 to which adsorbents are fixed are provided in a pipe 10 through which a gas containing carbon dioxide flows. The individual adsorption members 11 are fixedly supported in the pipe 10 by the heat conductors 12 and 13. The heat conductors 12 and 13 transfer the cooling heat introduced from the outside to the adsorption member 11. Here, a cooler 14 is attached to the pipe 10 to maintain the atmosphere inside the pipe and the adsorption member 11 at a predetermined temperature.

【0034】吸着部材11は、例えば金属製の固定部材
に吸着材をバインダーによって固定してなる。前記固定
部材は、ガスとの接触表面積がなるべく大きくなるよう
な形に形成される。例えば、板状、略羽根状、円柱状、
円筒状、多角柱状、多角筒状、波板状若しくはハニカム
状に成型される。吸着部材11の配管10に対する充填
量はガス負荷量によって定まる。したがって、吸着部材
11は着脱及び分割可能に形成される。
The adsorbing member 11 is formed by fixing an adsorbing material to a metal fixing member with a binder. The fixing member is formed in such a shape that the contact surface area with the gas is as large as possible. For example, plate-like, almost blade-like, columnar,
It is molded into a cylindrical shape, a polygonal column shape, a polygonal tube shape, a corrugated plate shape, or a honeycomb shape. The filling amount of the adsorption member 11 into the pipe 10 is determined by the gas load amount. Therefore, the suction member 11 is detachably and separably formed.

【0035】吸着材としては、活性炭、活性アルミナ、
シリカゲル若しくはゼオライト等があり、また採用する
吸着材の平均粒径は被処理ガスの種類によって定まる。
As the adsorbent, activated carbon, activated alumina,
There are silica gel, zeolite, etc., and the average particle size of the adsorbent used depends on the type of gas to be treated.

【0036】例えば、メタンと二酸化炭素とを含んだガ
スから二酸化炭素のみを分離する場合、メタンの沸点が
−161.5℃で二酸化炭素の昇華点以下であり、二酸
化炭素よりもメタンの分子径が大きいので、平均孔径が
3.8〜4.0Å(3.8×10-10〜4.0×10-10
m)程度のものを採用すると、二酸化炭素を選択的に分
離することできる(表2)。
For example, when only carbon dioxide is separated from a gas containing methane and carbon dioxide, the boiling point of methane is -161.5 ° C. and the sublimation point of carbon dioxide or less, and the molecular diameter of methane is smaller than that of carbon dioxide. Is large, the average pore diameter is 3.8 to 4.0 Å (3.8 × 10 -10 to 4.0 × 10 -10
Carbon dioxide can be selectively separated by adopting m) (Table 2).

【0037】[0037]

【表2】 [Table 2]

【0038】熱伝導体12,13は、熱伝効率を考慮す
ると、前記固定部材の材質と同種のものが採用される。
例えば固定部材の素材に銅製のものが採用された場合、
熱伝導体もこれと同種ものが採用される。
Considering the heat transfer efficiency, the heat conductors 12 and 13 are made of the same material as that of the fixing member.
For example, if the material of the fixing member is made of copper,
The same kind of heat conductor is adopted.

【0039】冷却器14は、配管10内の温度雰囲気を
二酸化炭素の昇華点範囲(0.10〜0.52MPa、
−79.0〜−56.6℃)に調整することを可能とす
る(図5)。冷媒としては、例えば液体窒素等が用いら
れる。
In the cooler 14, the temperature atmosphere in the pipe 10 is set to the sublimation point range of carbon dioxide (0.10 to 0.52 MPa,
The temperature can be adjusted to -79.0 to -56.6 ° C (Fig. 5). Liquid nitrogen, for example, is used as the refrigerant.

【0040】図2に、当該二酸化炭素分離装置における
吸着・放出原理を示した。(a)は従来技術における二
酸化炭素の吸着・放出原理を、(b)は本発明における
二酸化炭素の吸着・放出原理を示す。
FIG. 2 shows the principle of adsorption / desorption in the carbon dioxide separator. (A) shows the principle of adsorption / desorption of carbon dioxide in the prior art, and (b) shows the principle of adsorption / desorption of carbon dioxide in the present invention.

【0041】従来技術は、吸着部材21表面に二酸化炭
素を気体のまま捕獲し十分に吸着させた後は昇温を行う
ことによって吸着させた二酸化炭素を放出させるという
原理に基づくものである。先に問題提起したように、か
かる方法においては、二酸化炭素と共存する水分が捕獲
されやすく、吸着部材21表面全体に二酸化炭素または
水分が捕獲されると、二酸化炭素の吸着が停止するた
め、吸着量は多孔質材料の表面積に大きく依存する。
The prior art is based on the principle that carbon dioxide is captured as a gas on the surface of the adsorbing member 21 and is sufficiently adsorbed, and then the adsorbed carbon dioxide is released by raising the temperature. As mentioned above, in this method, the water coexisting with carbon dioxide is easily captured, and when carbon dioxide or water is captured on the entire surface of the adsorption member 21, the adsorption of carbon dioxide is stopped. The amount depends largely on the surface area of the porous material.

【0042】本発明においては、熱伝導体22によっ
て、温度雰囲気及び吸着部材21を二酸化炭素の昇華点
以下(例えば、1気圧(0.10MPa)のもとでは−
79℃以下)に保持させている。このとき、反応の初期
段階では、吸着部材21表面と接触した二酸化炭素(気
体)は、従来と同じようにその表面に吸着されるが、す
ぐに凝縮し固体となる。また、凝縮された二酸化炭素
(固体)上に衝突した二酸化炭素(気体)が凝縮して固
体化することで、吸着部材21の表面積に依存せず連鎖
的に凝縮が起こるため、長時間の二酸化炭素分離が可能
となる。さらに、ガス中に水分がある場合においても、
温度雰囲気は水の昇華点以下であるので、水分は吸着後
に氷となり、二酸化炭素を捕獲する核となり得るため、
水分混入による影響はない。このため、装置前段の脱水
設備は不要となる。
In the present invention, the temperature of the atmosphere and the temperature of the adsorption member 21 are set below the sublimation point of carbon dioxide by the heat conductor 22 (for example, under 1 atm (0.10 MPa)).
The temperature is maintained below 79 ° C). At this time, in the initial stage of the reaction, carbon dioxide (gas) that has come into contact with the surface of the adsorbing member 21 is adsorbed on the surface as in the conventional case, but immediately condenses into a solid. Further, since the carbon dioxide (gas) that collides with the condensed carbon dioxide (solid) is condensed and solidified, the condensation occurs in a chain not depending on the surface area of the adsorption member 21, so that the carbon dioxide (gas) for a long time Carbon separation is possible. Furthermore, even if there is water in the gas,
Since the temperature atmosphere is below the sublimation point of water, water can become ice after adsorption and can become nuclei for capturing carbon dioxide.
There is no effect due to water contamination. For this reason, the dehydration equipment at the front stage of the apparatus becomes unnecessary.

【0043】また、二酸化炭素吸着後の放出過程におい
ては、温度雰囲気は二酸化炭素の昇華点から室温までの
領域に設定される。このとき、吸着部材21表面に吸着
された二酸化炭素・水分以外はすべて昇華、蒸発によっ
て放出される。そして、表面に吸着している分子を完全
に放出したい場合のみ従来方法と同じように昇温して放
出させる。尚、この他の放出方法としては、減圧による
脱離方法もある。 (実施形態2)図3は本発明に係る二酸化炭素分離方法
の一実施形態である二酸化炭素分離システムの概略を示
している。
Further, in the release process after the adsorption of carbon dioxide, the temperature atmosphere is set in the region from the sublimation point of carbon dioxide to room temperature. At this time, all but carbon dioxide and water adsorbed on the surface of the adsorbing member 21 are released by sublimation and evaporation. Then, only when it is desired to completely release the molecule adsorbed on the surface, the temperature is increased and released in the same manner as in the conventional method. Incidentally, as another discharging method, there is a desorbing method by reducing pressure. (Embodiment 2) FIG. 3 schematically shows a carbon dioxide separation system which is an embodiment of the carbon dioxide separation method according to the present invention.

【0044】一般に、生ゴミ・糞尿などから生成される
消化ガスは、表3で示すように、メタン約60%、二酸
化炭素約40%の成分比である。メタンの融点は−18
3℃程度であり、二酸化炭素の昇華点よりも十分低いた
め、メタンと二酸化炭素とを完全に分離することが可能
となる。また、メタンの発火点よりもはるかに低い低温
領域で吸着を行うため非常に安全に取り扱うことができ
る。
Generally, as shown in Table 3, digestive gas produced from garbage, manure and the like has a composition ratio of methane of about 60% and carbon dioxide of about 40%. The melting point of methane is -18
Since it is about 3 ° C., which is sufficiently lower than the sublimation point of carbon dioxide, it is possible to completely separate methane and carbon dioxide. In addition, since adsorption is performed in a low temperature region much lower than the ignition point of methane, it can be handled very safely.

【0045】[0045]

【表3】 [Table 3]

【0046】図3に開示したように、本実施形態におけ
る二酸化炭素分離システムは、消化ガスタンク31と、
コンプレッサ32と、二酸化炭素分離装置34と、バル
ブ手段36と、燃料消費系37と、二酸化炭素消費系3
8と、を備える。
As disclosed in FIG. 3, the carbon dioxide separation system in this embodiment includes a digestion gas tank 31,
Compressor 32, carbon dioxide separator 34, valve means 36, fuel consumption system 37, carbon dioxide consumption system 3
8 and.

【0047】消化ガスタンク31は、生ゴミや糞尿から
生成されたガスを貯留している。尚、タンク31には、
二酸化炭素分離装置34にて二酸化炭素を分離したガス
を導入するための返送路39が設置されている。
The digestion gas tank 31 stores gas produced from raw garbage and manure. In addition, in the tank 31,
A return path 39 for introducing the gas from which carbon dioxide has been separated by the carbon dioxide separator 34 is installed.

【0048】コンプレッサ32は、消化ガスタンク31
内のガスを二酸化炭素分離装置34に供給する。また、
コンプレッサ32は装置34内の圧力雰囲気を任意に調
整維持させている。そのために、コンプレッサ32と二
酸化炭素分離装置34とを連絡する経路には、装置34
内の圧力雰囲気を監視するための圧力計33が設置され
ている。
The compressor 32 is a digestion gas tank 31.
The gas inside is supplied to the carbon dioxide separator 34. Also,
The compressor 32 arbitrarily adjusts and maintains the pressure atmosphere in the device 34. Therefore, a device 34 is provided in the path connecting the compressor 32 and the carbon dioxide separator 34.
A pressure gauge 33 for monitoring the pressure atmosphere inside is installed.

【0049】二酸化炭素分離装置34は、所定の温度及
び圧力雰囲気の下で、導入したガス中から二酸化炭素を
分離し、実施形態1に係る二酸化炭素分離装置と同様の
構成をなす。尚、装置34の出口側には、内圧を一定に
制御するための圧力設定値が可変な圧力調整バルブが設
置される場合ある。
The carbon dioxide separator 34 separates carbon dioxide from the introduced gas under a predetermined temperature and pressure atmosphere, and has the same structure as the carbon dioxide separator according to the first embodiment. A pressure adjusting valve with a variable pressure set value for controlling the internal pressure to be constant may be installed on the outlet side of the device 34.

【0050】バルブ手段36は、三方弁で、二酸化炭素
分離装置34内のガスの供給ラインを燃料消費系37と
二酸化炭素消費系38のいずれかに切り替える。
The valve means 36 is a three-way valve and switches the gas supply line in the carbon dioxide separator 34 to either the fuel consumption system 37 or the carbon dioxide consumption system 38.

【0051】燃料消費系37は、二酸化炭素が除去され
たメタンガスが供給される。当該消費系としては、例え
ば発電機設備やバーナー設備等がある。
The fuel consumption system 37 is supplied with methane gas from which carbon dioxide has been removed. Examples of the consumption system include a generator facility and a burner facility.

【0052】二酸化炭素消費系38は、二酸化炭素分離
装置34にて濃縮された二酸化炭素が供給される。当該
消費系としては、例えば植物や藻類等の光合成生物培養
施設等がある。
The carbon dioxide consuming system 38 is supplied with the carbon dioxide concentrated by the carbon dioxide separator 34. Examples of the consumption system include a photosynthetic organism culture facility for plants and algae.

【0053】本実施形態に係る二酸化炭素分離システム
の一動作例について説明する。
An operation example of the carbon dioxide separation system according to this embodiment will be described.

【0054】当該二酸化炭素分離システムは図示省略さ
れた制御手段によって動作制御される。すなわち、メタ
ン二酸化炭素混合ガスはコンプレッサ32によって二酸
化炭素分離装置34に供給される。このとき、バルブ手
段36のガス供給ラインは燃料消費系37側に設定され
る。ここで、二酸化炭素分離装置34においては、装置
34内の雰囲気が、圧力計33の監視のもとでコンプレ
ッサ32によって一定圧力に保持されると共に、付帯さ
れた冷却器によって一定温度に維持される(例えば、1
気圧(0.10MPa)の下では温度雰囲気は−79.
0℃に設定される)。このとき、装置34内においては
気相中の二酸化炭素分子が吸着部材の表面に吸着さらに
凝縮し、前記混合ガスから二酸化炭素が分離される。そ
して、一定時間経過後または圧力計の上昇・流量計の変
化などにより吸着完了を検知した後、バルブ手段36の
ガス供給ラインは二酸化炭素消費系38側に設定され
る。このとき、二酸化炭素分離装置34内の温度雰囲気
は二酸化炭素の昇華点以上に設定され、装置34内の吸
着材の表面に固定された二酸化炭素は二酸化炭素消費設
備38に放出される。尚、負荷(ここでは、燃料消費系
37)に直接供給する必要がない場合は、返送路39を
介して、消化ガスタンク31に戻すことで、タンク31
内部の二酸化炭素濃度を下げている。 (実施形態3)図4は本発明に係る二酸化炭素分離方法
の一実施形態である二酸化炭素分離システムの概略を示
す。また、図5は二酸化炭素の状態図である。
The operation of the carbon dioxide separation system is controlled by a control means (not shown). That is, the methane-carbon dioxide mixed gas is supplied to the carbon dioxide separator 34 by the compressor 32. At this time, the gas supply line of the valve means 36 is set to the fuel consumption system 37 side. Here, in the carbon dioxide separation device 34, the atmosphere inside the device 34 is maintained at a constant pressure by the compressor 32 under the supervision of the pressure gauge 33, and is also maintained at a constant temperature by the attached cooler. (Eg 1
Under atmospheric pressure (0.10 MPa), the temperature atmosphere is -79.
Set to 0 ° C). At this time, in the apparatus 34, carbon dioxide molecules in the gas phase are adsorbed on the surface of the adsorbing member and further condensed, and carbon dioxide is separated from the mixed gas. Then, after the completion of adsorption is detected after a lapse of a certain period of time or due to an increase in the pressure gauge, a change in the flow meter, etc., the gas supply line of the valve means 36 is set to the carbon dioxide consumption system 38 side. At this time, the temperature atmosphere in the carbon dioxide separation device 34 is set to be equal to or higher than the sublimation point of carbon dioxide, and the carbon dioxide fixed on the surface of the adsorbent in the device 34 is released to the carbon dioxide consuming facility 38. When it is not necessary to directly supply the load (here, the fuel consumption system 37), the tank 31 is returned to the digestion gas tank 31 via the return path 39.
The carbon dioxide concentration inside is lowered. (Embodiment 3) FIG. 4 schematically shows a carbon dioxide separation system which is an embodiment of the carbon dioxide separation method according to the present invention. Further, FIG. 5 is a state diagram of carbon dioxide.

【0055】純物質の相間平衡状態は固有なもので、図
5から明らかなように、二酸化炭素は、圧力雰囲気が
5.11気圧(0.52MPa)以上で、温度雰囲気が
−56.6℃以上である場合、液体状態で存在する。そ
こで、本実施形態においては、二酸化炭素含有ガスを二
酸化炭素の相平衡状態を考慮しながら吸着材と接触させ
ることで、二酸化炭素の選択分離の効率化を図ってい
る。
The phase equilibrium state of the pure substance is unique, and as is clear from FIG. 5, carbon dioxide has a pressure atmosphere of 5.11 atm (0.52 MPa) or more and a temperature atmosphere of −56.6 ° C. When it is above, it exists in a liquid state. Therefore, in the present embodiment, the carbon dioxide-containing gas is brought into contact with the adsorbent in consideration of the phase equilibrium state of carbon dioxide to improve the efficiency of selective separation of carbon dioxide.

【0056】本実施形態における二酸化炭素分離システ
ムは、コンプレッサ41と、二酸化炭素分離装置43
と、バルブ手段V1,V2と、を備え、図示省略された
制御手段によって動作制御される。
The carbon dioxide separation system according to this embodiment comprises a compressor 41 and a carbon dioxide separation device 43.
And valve means V1 and V2, and operation is controlled by control means (not shown).

【0057】コンプレッサ41は、二酸化炭素分離装置
43内の圧力雰囲気を任意に調整維持させている。その
ために、コンプレッサ41と二酸化炭素分離装置43と
を連絡する経路には、装置43内の圧力雰囲気を監視す
るための圧力計が設置される。また、図示されたよう
に、前記経路には、二酸化炭素分離装置43での冷却処
理時に生ずるエネルギーロスを低減させるために、ガス
予冷器42が設置される場合がある。
The compressor 41 arbitrarily adjusts and maintains the pressure atmosphere in the carbon dioxide separator 43. Therefore, a pressure gauge for monitoring the pressure atmosphere in the device 43 is installed in the path connecting the compressor 41 and the carbon dioxide separator 43. Further, as shown in the figure, a gas precooler 42 may be installed in the path in order to reduce energy loss that occurs during the cooling process in the carbon dioxide separator 43.

【0058】二酸化炭素分離装置43は、二酸化炭素を
含んだガス(例えば、メタンと二酸化炭素の混合ガス)
が供給されるタンク430内に、吸着部材431を複数
備えている。個々の吸着部材431は、熱伝導体43
2,433によってタンク430内に固定支持される。
熱伝導体432,433は外部から導入した冷却熱を吸
着部材431に伝達している。ここで、タンク430に
は冷却器434が付帯され、タンク内雰囲気及び吸着部
材431が所定温度に維持される。
The carbon dioxide separator 43 is a gas containing carbon dioxide (for example, a mixed gas of methane and carbon dioxide).
A plurality of adsorption members 431 are provided in the tank 430 to which is supplied. Each of the adsorbing members 431 is a heat conductor 43.
2,433 fixedly supported in the tank 430.
The heat conductors 432 and 433 transfer the cooling heat introduced from the outside to the adsorption member 431. Here, a cooler 434 is attached to the tank 430 to maintain the atmosphere in the tank and the adsorption member 431 at a predetermined temperature.

【0059】吸着部材431としては、アルミ製や銅製
等の熱伝導率の良い金属製の部材がある。吸着部材43
1は、例えば略羽根状に形成され、図4のように熱伝導
体432,433に複数付帯される。付帯数は、ガス負
荷量によって定まる。したがって、吸着部材431は脱
着自在に熱伝導体432,433に設置される。
As the adsorbing member 431, there is a member made of metal having good thermal conductivity such as aluminum or copper. Adsorption member 43
1 is formed in, for example, a substantially blade shape, and a plurality of thermal conductors 432 and 433 are attached to the thermal conductors 432 and 433 as shown in FIG. The number of incidents depends on the gas load. Therefore, the adsorbing member 431 is detachably installed on the heat conductors 432 and 433.

【0060】尚、吸着部材431は、実施形態1のよう
に、金属製の固定部材に吸着材をバインダーによって固
定して得たものを採用すると、タンク430内に被処理
ガスを導入した反応の初期段階で二酸化炭素分子を捕獲
することができるので、効率的に二酸化炭素を吸着分離
することができる。
When the adsorbing member 431 is obtained by fixing the adsorbing material to the metal fixing member with the binder as in the first embodiment, the reaction of introducing the gas to be treated into the tank 430 is performed. Since carbon dioxide molecules can be captured in the initial stage, carbon dioxide can be efficiently adsorbed and separated.

【0061】また、本実施形態における二酸化炭素分離
装置43は、実施形態2に係る二酸化炭素固定システム
における二酸化炭素分離装置としても用いることができ
る。
The carbon dioxide separator 43 in this embodiment can also be used as a carbon dioxide separator in the carbon dioxide fixing system according to the second embodiment.

【0062】バルブ手段V1(以下、V1)は、圧力設
定値が可変な圧力調整バルブで、タンク430の上部に
接続された配管に設置され、タンク430内の圧力を一
定に調整する。すなわち、二酸化炭素混合ガスがタンク
430内に導入され、該タンク内の圧力が一定の値以上
(例えば、−50℃の温度雰囲気で、内圧が10気圧
(1.01MPa))に達すると、V1は、開に設定さ
れ、二酸化炭素が除去されたガスが系外に排出される。
そして、タンク430内圧力が所定値(例えば、8気圧
(0.81MPa)までに降下すると、V1は閉に設定
される。
The valve means V1 (hereinafter referred to as V1) is a pressure adjusting valve whose pressure setting value is variable, and is installed in a pipe connected to the upper part of the tank 430, and adjusts the pressure in the tank 430 to a constant value. That is, when the carbon dioxide mixed gas is introduced into the tank 430 and the pressure in the tank reaches a certain value or higher (for example, the internal pressure reaches 10 atm (1.01 MPa) in a temperature atmosphere of −50 ° C.), V1 Is set to open, and the gas from which carbon dioxide has been removed is discharged out of the system.
Then, when the pressure inside the tank 430 drops to a predetermined value (for example, 8 atm (0.81 MPa)), V1 is set to be closed.

【0063】バルブ手段V2(以下、V2)は、タンク
430の底部に接続された配管に設置され、気体状及び
液体状の二酸化炭素を系外に移送する。
The valve means V2 (hereinafter referred to as V2) is installed in a pipe connected to the bottom of the tank 430 and transfers gaseous and liquid carbon dioxide to the outside of the system.

【0064】本実施形態に係る二酸化炭素分離システム
の一動作例について説明する。
An operation example of the carbon dioxide separation system according to this embodiment will be described.

【0065】当該二酸化炭素分離システムは図示省略さ
れた制御手段によって動作制御される。すなわち、二酸
化炭素混合ガスは、コンプレッサ41によって一定気圧
(5.11気圧(0.52MPa)以上)に昇圧された
後に、タンク430内に導入される。二酸化炭素分離装
置43においてはV2が閉に設定されており、装置43
内の雰囲気が、圧力計の監視のもとでコンプレッサ41
によって一定圧力に保持されると共に、冷却器434に
よって一定温度に維持される(例えば、圧力雰囲気が
5.11気圧(0.52MPa)以上、温度雰囲気が−
56.6℃以上に設定される)。このとき、タンク43
0内の雰囲気が所定圧力及び温度に達する間は、気相中
の二酸化炭素は吸着部材431表面に吸着される。ま
た、タンク430内の雰囲気が所定圧力及び温度に達す
ると、気相中の二酸化炭素成分及び吸着材表面に吸着さ
れた二酸化炭素成分は、液化し、タンク430内壁及び
熱伝導体432,433を伝って、タンク430底部に
溜まる。この間、V1を介して、二酸化炭素が除去され
たガスが排出される。そして、タンク430内に液化二
酸化炭素が一定量以上溜まった段階になると、被処理ガ
スの供給は停止され、V2は開に設定される。このと
き、液化二酸化炭素はV2を介し系外に移送される。ま
た、液化二酸化炭素の一部は、V2の開放に伴うタンク
430内圧の減少によって気化二酸化炭素としても取り
出すことができる。
The operation of the carbon dioxide separation system is controlled by a control means (not shown). That is, the carbon dioxide mixed gas is introduced into the tank 430 after being pressurized to a constant pressure (5.11 atm (0.52 MPa) or more) by the compressor 41. In the carbon dioxide separation device 43, V2 is set to be closed, and the device 43
The atmosphere inside the compressor 41 under the supervision of the pressure gauge.
Is maintained at a constant pressure by the cooler 434 (for example, the pressure atmosphere is 5.11 atm (0.52 MPa) or more, the temperature atmosphere is −).
56.6 ° C or higher). At this time, the tank 43
While the atmosphere inside 0 reaches the predetermined pressure and temperature, carbon dioxide in the gas phase is adsorbed on the surface of the adsorption member 431. Further, when the atmosphere in the tank 430 reaches a predetermined pressure and temperature, the carbon dioxide component in the vapor phase and the carbon dioxide component adsorbed on the surface of the adsorbent are liquefied, and the inner wall of the tank 430 and the heat conductors 432, 433 are liquefied. As it is transmitted, it accumulates at the bottom of the tank 430. During this period, the gas from which carbon dioxide has been removed is discharged via V1. Then, when the liquefied carbon dioxide is accumulated in the tank 430 by a certain amount or more, the supply of the gas to be processed is stopped and V2 is set to open. At this time, the liquefied carbon dioxide is transferred to the outside of the system via V2. Further, a part of the liquefied carbon dioxide can be taken out as vaporized carbon dioxide due to the decrease in the internal pressure of the tank 430 accompanying the opening of V2.

【0066】このように、本実施形態においては、二酸
化炭素混合ガスを吸着材に接触させながら、温度雰囲気
を冷却しているので、実施形態1,2の作用効果に加
え、二酸化炭素のみを液化して取り出すことができる。
特に、本実施形態においては、分離した二酸化炭素の放
出時に、バルブを操作するだけで、分離装置の内圧によ
り容易に液化二酸化炭素及び気化二酸化炭素として取り
出すことができる。また、液化二酸化炭素を系外に排出
するラインに混合ガスの混入が問題にならない場合、二
酸化炭素の分離を行いながらバルブ手段(図4において
はV2)によって液化二酸化炭素を取り出すことができ
るため、被処理ガスの連続供給すなわち二酸化炭素の連
続除去が可能となる。
As described above, in this embodiment, since the temperature atmosphere is cooled while the carbon dioxide mixed gas is brought into contact with the adsorbent, in addition to the effects of the first and second embodiments, only carbon dioxide is liquefied. You can take it out.
In particular, in this embodiment, when the separated carbon dioxide is released, it can be easily taken out as liquefied carbon dioxide and vaporized carbon dioxide by the internal pressure of the separation device only by operating the valve. Further, when mixing of the mixed gas into the line for discharging the liquefied carbon dioxide out of the system does not pose a problem, the liquefied carbon dioxide can be taken out by the valve means (V2 in FIG. 4) while separating the carbon dioxide, It is possible to continuously supply the gas to be treated, that is, to continuously remove carbon dioxide.

【0067】[0067]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係る二酸化炭素分離方法及びその装置並びにシステム
によれば、二酸化炭素を含んだガスから効率的に二酸化
炭素のみを分離することが可能となる。特に、当該発明
においては、二酸化炭素混合ガスの温度を冷却すること
により、多孔質材料表面に捕獲した二酸化炭素を連鎖的
に固体化させているので、二酸化炭素の吸着量が高ま
る。また、被処理ガス中に水分が含有していても、二酸
化炭素分子の凝結固定が進行するので、二酸化炭素の吸
着効率が低下しない。さらに、二酸化炭素の昇華点より
も融点の低いガスとの分離が非常に簡単に行える。ま
た、化学的変化を伴わないので、副生成物の処理等を行
う必要がなく、長時間にわたり二酸化炭素の分離性能を
維持することができる。さらに、被処理ガスがメタンな
どの可燃ガスを含んでいる場合においても、発火点、引
火点よりも十分低い低温領域で制御できるため、爆発の
危険性がない。
As is apparent from the above description, according to the carbon dioxide separation method, the apparatus and the system thereof according to the present invention, it is possible to efficiently separate only carbon dioxide from a gas containing carbon dioxide. Becomes In particular, in the present invention, since the carbon dioxide captured on the surface of the porous material is solidified in a chain by cooling the temperature of the carbon dioxide mixed gas, the adsorption amount of carbon dioxide is increased. Even if the gas to be treated contains water, the carbon dioxide molecules are condensed and fixed, so that the adsorption efficiency of carbon dioxide does not decrease. Furthermore, the separation from the gas whose melting point is lower than the sublimation point of carbon dioxide can be performed very easily. Further, since no chemical change is involved, it is not necessary to treat by-products and the like, and the carbon dioxide separation performance can be maintained for a long time. Further, even when the gas to be treated contains combustible gas such as methane, it can be controlled in a low temperature region sufficiently lower than the ignition point and the flash point, so that there is no danger of explosion.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る二酸化炭素分離方法の一実施形態
を示した概略図。
FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of a carbon dioxide separation method according to the present invention.

【図2】二酸化炭素の吸着・放出原理を示した説明図
で、(a)は従来技術における二酸化炭素の吸着・放出
原理を、(b)は本発明における二酸化炭素の吸着・放
出原理を示す。
2A and 2B are explanatory views showing the principle of adsorption / desorption of carbon dioxide, wherein FIG. 2A shows the principle of adsorption / desorption of carbon dioxide in the prior art, and FIG. 2B shows the principle of adsorption / desorption of carbon dioxide in the present invention. .

【図3】本発明に係る二酸化炭素分離方法の一実施形態
を示した概略図。
FIG. 3 is a schematic view showing an embodiment of a carbon dioxide separation method according to the present invention.

【図4】本発明に係る二酸化炭素分離方法の一実施形態
を示した概略図。
FIG. 4 is a schematic view showing an embodiment of a carbon dioxide separation method according to the present invention.

【図5】二酸化炭素の状態図。FIG. 5 is a state diagram of carbon dioxide.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

34,43…二酸化炭素分離装置 11,21,431…吸着部材 12,13,22,432,433…熱伝導体 14,434…冷却器 36…バルブ手段 37…燃料消費系(例えば、負荷(発電機、バーナー
等)または燃料タンク) 38…二酸化炭素消費系(例えば、植物や藻類等の光合
成生物培養系)
34, 43 ... Carbon dioxide separators 11, 21, 431 ... Adsorption members 12, 13, 22, 432, 433 ... Heat conductors 14, 434 ... Cooler 36 ... Valve means 37 ... Fuel consumption system (for example, load (power generation Machine, burner, etc.) or fuel tank) 38 ... Carbon dioxide consuming system (for example, photosynthetic organism culture system for plants and algae)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4D012 CA03 CB11 CD05 CG01 CH02 CH06 4D047 AA07 BA02 BA03 BA08 BA10 BB04 DA10 DA14 4G046 JB08 JB11 JB17 JB18 JC06   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F-term (reference) 4D012 CA03 CB11 CD05 CG01 CH02                       CH06                 4D047 AA07 BA02 BA03 BA08 BA10                       BB04 DA10 DA14                 4G046 JB08 JB11 JB17 JB18 JC06

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 二酸化炭素を含んだガスを吸着部材と接
触させて該ガスから二酸化炭素を分離する二酸化炭素分
離方法において、二酸化炭素を含んだガスを、一定の温
度及び圧力雰囲気で、吸着部材と接触させて、該ガスに
含まれる二酸化炭素を該吸着部材の表面に凝縮固定させ
ることにより、二酸化炭素を分離することを特徴とする
二酸化炭素分離方法。
1. A method for separating carbon dioxide, which comprises contacting a gas containing carbon dioxide with an adsorbing member to separate the carbon dioxide from the gas, wherein the gas containing carbon dioxide is adsorbed at a constant temperature and pressure atmosphere. And a carbon dioxide contained in the gas are condensed and fixed on the surface of the adsorption member to separate the carbon dioxide, thereby separating the carbon dioxide.
【請求項2】 請求項1記載の二酸化炭素分離方法にお
いて、吸着した二酸化炭素の放出時には、前記温度雰囲
気を二酸化炭素の昇華点以上に昇温することにより、吸
着した二酸化炭素を系外に放出することを特徴とする二
酸化炭素分離方法。
2. The method for separating carbon dioxide according to claim 1, wherein when releasing the adsorbed carbon dioxide, the adsorbed carbon dioxide is released outside the system by raising the temperature atmosphere above the sublimation point of carbon dioxide. A method for separating carbon dioxide, which comprises:
【請求項3】 二酸化炭素を含んだガスを吸着部材と接
触させて該ガスから二酸化炭素を除去する二酸化炭素分
離装置であって、冷却器を付帯し、二酸化炭素を含んだ
ガスが供給される配管と、該配管内に設置され、一定の
温度及び圧力雰囲気の下で、該ガスと接触させる吸着部
材と、該配管内に設置され、吸着部材に該冷却器から供
給された熱を伝導する熱伝導体とを具備したことを特徴
とする二酸化炭素分離装置。
3. A carbon dioxide separator for contacting a gas containing carbon dioxide with an adsorbing member to remove carbon dioxide from the gas, which is provided with a cooler and is supplied with the gas containing carbon dioxide. A pipe, an adsorption member that is installed in the pipe and is brought into contact with the gas under a constant temperature and pressure atmosphere, and a pipe that is installed in the pipe and conducts heat supplied from the cooler to the adsorption member. A carbon dioxide separator comprising a heat conductor.
【請求項4】 請求項3記載の二酸化炭素分離装置にお
いて、冷却器は、二酸化炭素吸着時には二酸化炭素の昇
華点以下の熱を供給し、吸着した二酸化炭素の放出時に
は二酸化炭素の昇華点以上の熱を供給することを特徴と
する二酸化炭素分離装置。
4. The carbon dioxide separation device according to claim 3, wherein the cooler supplies heat below the sublimation point of carbon dioxide when adsorbing carbon dioxide, and above the sublimation point of carbon dioxide when releasing the adsorbed carbon dioxide. A carbon dioxide separator characterized by supplying heat.
【請求項5】 二酸化炭素を含んだガスを一時的に貯留
するガスタンクと、前記ガスタンクから供給されたガス
を吸着部材と接触させて該ガスから二酸化炭素を除去す
る二酸化炭素分離装置と、前記二酸化炭素分離装置の内
圧を調整するコンプレッサと、前記二酸化炭素分離装置
から供給されたガスを燃料消費系若しくは二酸化炭素消
費系へ供給するためのバルブ手段と、を備えた二酸化炭
素分離システムであって、該二酸化炭素分離装置は、冷
却器を付帯し、二酸化炭素を含んだガスが供給される配
管若しくはタンクと、この配管若しくはタンク内に設置
され一定の温度及び圧力雰囲気の下で前記ガスと接触さ
せる吸着部材と、同配管若しくはタンク内に設置され前
記冷却器から供給された熱を前記吸着部材に伝導する熱
伝導体と、を具備し、該冷却器は、二酸化炭素分離装置
が二酸化炭素吸着工程である場合には二酸化炭素の昇華
点以下の熱を供給し、同二酸化炭素分離装置が二酸化炭
素放出工程である場合には二酸化炭素の昇華点以上の熱
を供給することを特徴とする二酸化炭素分離システム。
5. A gas tank for temporarily storing a gas containing carbon dioxide, a carbon dioxide separation device for contacting the gas supplied from the gas tank with an adsorption member to remove carbon dioxide from the gas, and the carbon dioxide separation device. A carbon dioxide separation system comprising a compressor for adjusting the internal pressure of the carbon separation device, and a valve means for supplying the gas supplied from the carbon dioxide separation device to a fuel consumption system or a carbon dioxide consumption system, The carbon dioxide separator is provided with a cooler, and a pipe or a tank to which a gas containing carbon dioxide is supplied, and a pipe or tank installed in the pipe or tank are brought into contact with the gas under a constant temperature and pressure atmosphere. An adsorption member, and a heat conductor installed in the same pipe or tank to conduct the heat supplied from the cooler to the adsorption member. , The cooler supplies heat below the sublimation point of carbon dioxide when the carbon dioxide separator is in the carbon dioxide adsorption step, and when the carbon dioxide separator is in the carbon dioxide releasing step, A carbon dioxide separation system characterized by supplying heat above the sublimation point.
【請求項6】 請求項5記載の二酸化炭素分離システム
において、バルブ手段は、二酸化炭素分離装置が二酸化
炭素吸着工程である場合には処理ガスの供給路を燃料消
費系側に設定し、同二酸化炭素分離装置が二酸化炭素放
出工程である場合には処理ガスの供給路を二酸化炭素消
費系側に設定することを特徴とする二酸化炭素分離シス
テム。
6. The carbon dioxide separation system according to claim 5, wherein the valve means sets the processing gas supply passage to the fuel consumption system side when the carbon dioxide separation device is in the carbon dioxide adsorption step, A carbon dioxide separation system characterized in that when the carbon separator is a carbon dioxide releasing step, the supply path of the processing gas is set on the side of the carbon dioxide consuming system.
JP2001248706A 2001-08-20 2001-08-20 Method and apparatus for separating carbon dioxide and system therefor Pending JP2003054928A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001248706A JP2003054928A (en) 2001-08-20 2001-08-20 Method and apparatus for separating carbon dioxide and system therefor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001248706A JP2003054928A (en) 2001-08-20 2001-08-20 Method and apparatus for separating carbon dioxide and system therefor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2003054928A true JP2003054928A (en) 2003-02-26

Family

ID=19077825

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001248706A Pending JP2003054928A (en) 2001-08-20 2001-08-20 Method and apparatus for separating carbon dioxide and system therefor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2003054928A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007246414A (en) * 2006-03-14 2007-09-27 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Device for enriching methane, and method for enriching the same
CN102240496A (en) * 2010-05-14 2011-11-16 上海嘉园环保科技有限公司 Adsorption bed and organic exhaust gas purifying system employing adsorption bed

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007246414A (en) * 2006-03-14 2007-09-27 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Device for enriching methane, and method for enriching the same
CN102240496A (en) * 2010-05-14 2011-11-16 上海嘉园环保科技有限公司 Adsorption bed and organic exhaust gas purifying system employing adsorption bed
CN102240496B (en) * 2010-05-14 2013-07-03 上海嘉园环保科技有限公司 Adsorption bed and organic exhaust gas purifying system employing adsorption bed

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Shah et al. Comprehending the contemporary state of art in biogas enrichment and CO2 capture technologies via swing adsorption
EP1979446B1 (en) Methane recovery from a landfill gas
RU2349371C2 (en) Method for separation of waste gas or smoke produced in process of fuel oxidation, and extraction of carbon dioxide from it
CN102439123B (en) There is the application of zeolite character crystalline microporous material in natural gas processing process of RHO structure
CN102179129B (en) Treatment process for absorbed condensate waste gas
JP4745299B2 (en) Adsorption / desorption material of ammonia using a combination of specific metal halides, separation method and storage method
KR101388266B1 (en) Method and apparatus for separating blast furnace gas
CN102112200A (en) Recovery of carbon dioxide from flue gas
KR101886900B1 (en) Method and system for methane separation and purification from a biogas
JP5906074B2 (en) Hydrogen production system
CN1059294A (en) Produce carbon dioxide and reclaim nitrogen and argon by-product by burnt gas
KR101709867B1 (en) Apparatus for capturing of carbon dioxide
CN102232003A (en) Multi-stage process for purifying carbon dioxide and producing sulfuric acid and nitric acid
JP2009179842A (en) Hydrogen generation system
US20150313401A1 (en) Systems, components & methods for the preparation of carbon-neutral carbonated beverages
JP6696876B2 (en) Syngas purification method and apparatus
CN101959576A (en) Method and device for the separation of foreign gases from a reducing useful gas by pressure swing adsorption
KR20170107271A (en) Liquefying and recovering apparatus of carbon dioxide
KR102035870B1 (en) Purifying method and purifying apparatus for argon gas
JP6659717B2 (en) Hydrogen recovery method
JP4839114B2 (en) Liquefied carbon dioxide purification equipment
JP2003054928A (en) Method and apparatus for separating carbon dioxide and system therefor
JP2009022874A (en) Hydrogen sulfide removing method and gas refining apparatus
JP2007308600A (en) Gas refiner and method for producing methane
KR101909291B1 (en) Purifying method and purifying apparatus for argon gas