JP2011173744A - 二酸化炭素分離装置及び二酸化炭素分離方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】簡単に、二酸化炭素を含む水和物スラリから、二酸化炭素を含む水和物を効率よく連続して固液分離スル二酸化炭素分離装置及び方法を提供することを課題とする。
【解決手段】二酸化炭素含有ガスと、液系水和物を生成するゲスト化合物の水溶液とを混合し冷却して二酸化炭素を含む液系水和物を生成する水和物生成器１と、二酸化炭素を含む液系水和物が水溶液に分散又は懸濁した液系水和物スラリを上記水和物生成器１から受け、二酸化炭素を含む液系水和物と水溶液とに固液分離するサイクロンセパレータ２と、二酸化炭素を含む液系水和物をサイクロンセパレータ２から受けこれを加熱し、二酸化炭素を含む液系水和物を二酸化炭素と水溶液に分解して二酸化炭素を得る分解器３とを有し、サイクロンセパレータ２で生じた水溶液と、分解器３で生じた水溶液を水和物生成器１へ帰還するように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、二酸化炭素含有ガスから二酸化炭素を分離するための二酸化炭素分離装置及び二酸化炭素分離方法に関する。
二酸化炭素含有ガスから二酸化炭素を分離する技術として、近年、二酸化炭素をゲスト分子とし水分子で包接された水和物（ハイドレート）による処理が行われている。例えば、特許文献１には、ハイドレート生成器内に、二酸化炭素含有ガスとしての高炉副生ガスと水を供給して冷却することにより、二酸化炭素を水（液系水和物を生成するゲスト化合物の水溶液）に溶解させ、かつ、少なくともその一部をハイドレート化し、生成した二酸化炭素ハイドレートが水に分散又は懸濁した二酸化炭素ハイドレートスラリの状態で上記ハイドレート生成器から連続的に排出し、二酸化炭素ハイドレートスラリから二酸化炭素ハイドレートを固体分離器で固体分離した後、ガス分解器で二酸化炭素ハイドレートを加熱して分解し二酸化炭素を得る二酸化炭素分離装置が開示されている。
特開２００９−１２１７３３号公報
特許文献１に開示された二酸化炭素分離装置では、ハイドレート生成器で二酸化炭素ハイドレートを生成するために、二酸化炭素含有ガスを１５気圧にまで圧縮機により昇圧する必要があり、エネルギー消費が大きい。
また、特許文献１には、ハイドレート生成器で得られた二酸化炭素ハイドレートスラリから二酸化炭素ハイドレートを固液分離する固体分離器について、詳しく記載されていないが、水より比重が小さいメタンハイドレートを水よりも上層に位置せしめて固液分離する比重分離方式では、二酸化炭素ハイドレートは密度が水より比重が大きいため、メタンハイドレートと同様にこの比重分離方式では適用できない。また、固液分離をバッチ方式ではなく連続して行うことができる方法が見出されていない。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、二酸化炭素含有ガスから二酸化炭素を分離するに際し、二酸化炭素含有ガスを高圧に昇圧する必要がなく、簡単に、二酸化炭素を含む水和物スラリから二酸化炭素を含む水和物を効率よく連続して固液分離することができる二酸化炭素分離装置及び二酸化炭素分離方法を提供することを課題とする。
本発明に係る二酸化炭素分離装置は、二酸化炭素含有ガスと、液系水和物を生成するゲスト化合物の水溶液とを混合し冷却して二酸化炭素を含む液系水和物を生成する水和物生成器と、
二酸化炭素を含む液系水和物が水溶液に分散又は懸濁した液系水和物スラリを上記水和物生成器から受け、二酸化炭素を含む液系水和物と水溶液とに固液分離するサイクロンセパレータと、
二酸化炭素を含む液系水和物をサイクロンセパレータから受けこれを加熱し、二酸化炭素を含む液系水和物を二酸化炭素と水溶液に分解して二酸化炭素を得る分解器とを有し、 サイクロンセパレータで生じた水溶液と分解器で生じた水溶液を水和物生成器へ帰還するように構成されたことを特徴としている。
本発明では、このような構成の二酸化炭素分離装置を用い、二酸化炭素含有ガスと、液系水和物を生成するゲスト化合物の水溶液とを混合し冷却して二酸化炭素を含む液系水和物を水和物生成器で生成する水和物生成工程と、水和物生成工程により生成された、二酸化炭素を含む液系水和物が水溶液に分散又は懸濁した液系水和物スラリを受け、サイクロンセパレータにより二酸化炭素を含む液系水和物と水溶液とに分離する固液分離工程と、二酸化炭素を含む液系水和物を受け加熱し、二酸化炭素を含む液系水和物を二酸化炭素と水溶液に分解して二酸化炭素を得る分解工程と、固液分離工程で生じた水溶液と分解工程で生じた水溶液を水和物生成器へ帰還せしめる水溶液帰還工程とを経て、二酸化炭素を得る。
本発明において、液系水和物とは液状のゲスト化合物を水分子が包接して形成する水和物をいい、この液系水和物を生成するゲスト化合物の一例として、臭化テトラｎブチルアンモニウム（ＴＢＡＢ）が挙げられる。
二酸化炭素含有ガスと、液系水和物を生成するゲスト化合物の水溶液を混合し冷却すると二酸化炭素を含む液系水和物を生成する。二酸化炭素を含む液系水和物は、液系水和物に二酸化炭素が包接される形態、液系水和物粒子に二酸化炭素が吸着される形態、液系水和物粒子の間に二酸化炭素が捕捉される形態などにより生成される。
本発明によれば、二酸化炭素含有ガスから二酸化炭素を分離するに際し、二酸化炭素含有ガスを高圧に昇圧する必要がなく、少ないエネルギー消費で、二酸化炭素を含む液系水和物スラリから二酸化炭素を含む液系水和物を効率よく連続して固液分離可能な二酸化炭素分離装置及び二酸化炭素分離方法を提供することができる。
本発明の位置実施形態装置の概要構成図である。 図１装置に用いられているサイクロンセパレータであり、（Ａ）は横断面図、（Ｂ）は縦断面図である。
以下、添付図面にもとづき、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本実施形態装置の概要構成図であり、図１において、二酸化炭素を含有する元ガスが水和物生成器１へ供給されるようになっている。
上記水和物生成器１は、液系水和物を生成するゲスト化合物の水溶液（以下、単に「水溶液」ということもある）と上記元ガスとを混合して冷却することにより、二酸化炭素を含む液系水和物が水溶液に分散又は懸濁した液系水和物スラリを生成する。この冷却を行うために、上記水和物生成器１は、冷熱媒体Ｐを受け、この冷熱媒体Ｐを上記水溶液と元ガスの混合体と熱交換させた後、排出するようになっている。この水和物生成器１では、二酸化炭素を含む液系水和物の生成時に発生する未反応ガスは器外へ排出される。
上記水和物生成器１には、その後流側に配置された固液分離器としてのサイクロンセパレータ２が接続されている。このサイクロンセパレータ２では、受け入れた二酸化炭素を含む液系水和物スラリを比重差を利用して遠心力により、二酸化炭素を含む液系水和物と水溶液とに分離する。
上記サイクロンセパレータ２は、図２（Ａ），（Ｂ）に見られるごとく、上部が円筒体部で下部が下向き先細りの円錐形筒体となっている筒本体２Ａと、該筒本体２Ａの上部空間に開口して筒本体２Ａ外へ上方へ延出する排水筒２Ｂとを有している。上記筒本体２Ａの上部には、水和物生成器１からの二酸化炭素を含む液系水和物スラリを流入せしめる流入管２Ｃが該筒本体２Ａに対して接線方向に接続されている。この流入管２Ｃから流入する二酸化炭素を含む液系水和物スラリは、流速が大きく、上記筒本体２Ａと排水筒２Ｂとの間で旋回流を形成する。
かくして、上記筒本体２Ａ内では、二酸化炭素を含む液系水和物粒子は大きな遠心力を受け該筒本体２Ａの内周面に沿って旋回するようになり、下部の円錐形筒体に沿ってその排出口２Ａ−１から落下排出される。一方、上記二酸化炭素を含む液系水和物粒子よりも小さな遠心力を受ける水溶液は、外部から吸引力を受ける上記排水筒２Ｂから吸引されて排出される。かくして、二酸化炭素を含む液系水和物スラリは、連続的に、二酸化炭素を含む液系水和物粒子と水溶液に分離される。
上記サイクロンセパレータ２には、その後流側に配された分解器３が接続されている。この分解器３は、上記サイクロンセパレータ２の排出口２Ａ−１から二酸化炭素を含む液系水和物粒子を受けると共に、温熱媒体Ｑを受けるようになっている。この分解器３では、上記二酸化炭素を含む液系水和物粒子は温熱媒体Ｑとの熱交換により昇温されて、二酸化炭素と水溶液とに分解され、この二酸化炭素が外部へ取り出される。
本実施形態では、サイクロンセパレータ２で生成された水溶液と、分解器３で生成された水溶液は、いずれも、水和物生成器１へ帰還されるようになっており、該水和物生成器１での水和物の生成に有効的に供する。
このような構成の本実施装置にあって、二酸化炭素を含有する元ガスは、水和物生成器１で、冷熱媒体Ｐとの熱交換により冷却されて、二酸化炭素を含む液系水和物スラリを生成し、この二酸化炭素を含む液系水和物スラリがサイクロンセパレータ２で固液分離されて二酸化炭素を含む液系水和物粒子を生じ、これが分解器３で温熱媒体Ｑとの熱交換により昇温されて分解されることにより、二酸化炭素を生ずる。
１ 水和物生成器
２ サイクロンセパレータ
３ 分解器

Claims (2)

  1. 二酸化炭素含有ガスと、液系水和物を生成するゲスト化合物の水溶液とを混合し冷却して二酸化炭素を含む液系水和物を生成する水和物生成器と、
    二酸化炭素を含む液系水和物が水溶液に分散又は懸濁した液系水和物スラリを上記水和物生成器から受け、二酸化炭素を含む液系水和物と水溶液とに固液分離するサイクロンセパレータと、
    二酸化炭素を含む液系水和物をサイクロンセパレータから受けこれを加熱し、二酸化炭素を含む液系水和物を二酸化炭素と水溶液に分解して二酸化炭素を得る分解器とを有し、 サイクロンセパレータで生じた水溶液と分解器で生じた水溶液を水和物生成器へ帰還するように構成されたことを特徴とする二酸化炭素分離装置。
  2. 二酸化炭素含有ガスと、液系水和物を生成するゲスト化合物の水溶液とを混合し冷却して二酸化炭素を含む液系水和物を水和物生成器で生成する水和物生成工程と、
    水和物生成工程により生成された、二酸化炭素を含む液系水和物が水溶液に分散又は懸濁した液系水和物スラリを受け、サイクロンセパレータにより二酸化炭素を含む液系水和物と水溶液とに分離する固液分離工程と、
    二酸化炭素を含む液系水和物を受け加熱し、二酸化炭素を含む液系水和物を二酸化炭素と水溶液に分解して二酸化炭素を得る分解工程と、
    固液分離工程で生じた水溶液と分解工程で生じた水溶液を水和物生成器へ帰還せしめる水溶液帰還工程とを有することを特徴とする二酸化炭素分離方法。
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